此時的長度約為伸長狀態(tài)的檢查儀的長度的一半。在檢查儀60被置于檢查口 36內(nèi)之后，扭節(jié)伸直，如圖3所示。在檢查儀60附到檢查口 36上之后，可通過轉(zhuǎn)動并延伸其攝像機(jī)頭來檢查燃燒室和過渡段的內(nèi)部部件。在圖4中，隨著此三維掃描系統(tǒng)實施例的檢查儀60 (在下文中將參照圖21-26更進(jìn)一步詳述)進(jìn)一步延伸并且其攝像機(jī)頭做活節(jié)運(yùn)動，可獲得燃燒段過渡部件的內(nèi)表面37的尺寸數(shù)據(jù)和可選的圖像。
[0057]請參考圖5，檢查儀60有三個主要組成部分:延伸管段62 (參見圖5_9);電動機(jī)筒64 (圖5、圖10-12);以及攝像頭端頭66或探頭(圖5、圖12-15和圖22-25)，它們能夠按以下的五個運(yùn)動自由度運(yùn)動:
[0058]Ω —總體轉(zhuǎn)動；
[0059]T—伸縮延伸；
[0060]Φ —攝像機(jī)頭活節(jié)運(yùn)動；
[0061]E—攝像機(jī)頭端頭延伸；和
[0062]Θ —攝像機(jī)頭轉(zhuǎn)動/平掃。
[0063]延伸管段52具有附接至檢查口(例如燃燒室噴嘴口 36)的安裝管70和安裝頸圈72。電動機(jī)外殼74附接至遠(yuǎn)離安裝頸圈72的安裝管70另一端，并容納進(jìn)行按運(yùn)動自由度Ω和T運(yùn)動所需的伺服電動機(jī)。三個伸縮管75-77縮入安裝管70中，用于實現(xiàn)按自由度T進(jìn)行定向運(yùn)動。
[0064]如圖6和圖7所示，簧壓式鎖定扭節(jié)80使整個檢查儀60可折疊，從而實現(xiàn)在渦輪機(jī)30的周圍緊湊地運(yùn)動，如圖2所示和上文所述。當(dāng)檢查儀60處于圖7所示的鎖定檢查位置時，鎖定套管77A在伸縮管77上滑動，并把扭節(jié)80約束在其中。
[0065]如圖5所示，電動機(jī)筒64可容納對電動活節(jié)接頭82進(jìn)行定位所需的伺服電動機(jī)，該活節(jié)接頭82提供自由度Φ，通過攝像機(jī)頭伸縮延伸件84、86實現(xiàn)攝像機(jī)頭66的探頭的延伸運(yùn)動E，并提供攝像機(jī)頭88的轉(zhuǎn)動/平掃自由度Θ。攝像機(jī)頭88包括攝像頭口 90、92，它們分別用于相應(yīng)的軸向和側(cè)向視野(FOV)。
[0066]圖8是電動機(jī)外殼74的詳圖，示出了轉(zhuǎn)動輪轂100中的兩個共軸嵌套、獨立傳動的大直徑和小直徑齒輪。轉(zhuǎn)動傳動齒輪102由轉(zhuǎn)動伺服電動機(jī)104驅(qū)動，通過使轉(zhuǎn)動輪轂100中的大直徑齒輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)Ω運(yùn)動。伸縮延伸傳動螺桿106剛性地結(jié)合至轉(zhuǎn)動輪轂100中的小直徑齒輪，該小直徑齒輪又與延伸傳動齒輪108嚙合。延伸伺服電動機(jī)110負(fù)責(zé)通過使轉(zhuǎn)動輪轂100中的小直徑齒輪轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)T運(yùn)動。安裝頸圈72附接至轉(zhuǎn)接環(huán)112，該轉(zhuǎn)接環(huán)112又附接至檢查口，例如燃燒室噴嘴檢查口 36。如圖9所示，該轉(zhuǎn)接環(huán)包括多個外周螺紋114，它們與頸圈72內(nèi)的配合內(nèi)螺紋結(jié)合。轉(zhuǎn)接環(huán)112具有用于接收錐形頭機(jī)用螺釘118的安裝孔116。螺釘118可嵌裝在轉(zhuǎn)接環(huán)112內(nèi)。轉(zhuǎn)接環(huán)112可由能夠把檢查儀附到檢查口上的其它構(gòu)造的轉(zhuǎn)接環(huán)或形式的底座來代替。
[0067]請參考圖10，電動機(jī)筒64具有電動機(jī)筒外殼120，該電動機(jī)筒外殼120帶有一對間隔布置的耳狀電動機(jī)筒樞軸122?；罟?jié)運(yùn)動伺服電動機(jī)124通過傾斜攝像頭樞接輪轂128來轉(zhuǎn)動實現(xiàn)Φ活節(jié)運(yùn)動的傳動螺桿126。傾斜運(yùn)動軸132形成在以可轉(zhuǎn)動的方式結(jié)合至電動機(jī)筒樞軸122的攝像頭輪轂樞軸130之間。偏置鏈133結(jié)合至傳動螺桿126，并把線性運(yùn)動轉(zhuǎn)化為繞傾斜運(yùn)動軸132的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0068]電動機(jī)筒外殼120還包含電動機(jī)平掃/轉(zhuǎn)動伺服電動機(jī)134，該伺服電動機(jī)134實現(xiàn)攝像頭探頭66上的Θ自由度，如圖11所示。伺服電動機(jī)134驅(qū)動錐形齒輪系136，而錐形齒輪系136又包括以可轉(zhuǎn)動的方式容置在攝像頭樞接輪轂128中的傳動錐形齒輪，從而使轉(zhuǎn)動輪轂129轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動輪轂129剛性地結(jié)合至攝像機(jī)頭伸縮延伸件84。攝像頭端頭伸縮延伸件84和86由延伸伺服電動機(jī)140按E運(yùn)動自由度伸縮，延伸伺服電動機(jī)140又與線性傳動螺桿142結(jié)合。傳動螺桿142包括驅(qū)動滑輪144，張緊纜索146套在該驅(qū)動滑輪144上。從動滑輪148附接至攝像機(jī)頭88，并且還結(jié)合至纜索146。盤簧150置于攝像機(jī)頭88和轉(zhuǎn)動輪轂129之間，并使它們彼此偏置，從而使纜索146張緊。在延伸伺服電動機(jī)140有選擇性地使傳動螺桿142移動后，攝像機(jī)頭88沿圖中的左右方向移動(運(yùn)動E)。
[0069]圖13-15示出了具有蛤殼構(gòu)造的攝像機(jī)頭88，該攝像機(jī)頭88具有攝像機(jī)頭外殼152和可有選擇性地拆卸的蓋子15。攝像頭156具有穿過“Cameral” 口 90并沿攝像機(jī)頭88的中心軸延伸的視野(FOV)。攝像頭158具有穿過“Camera 2” 口 92并沿側(cè)向或與攝像機(jī)頭88的中心軸正交的方向延伸的視野(FOV)。攝像頭156通過棱鏡160產(chǎn)生其圖像。攝像頭156、158是已知的通常與個人電腦結(jié)合使用的自動聚焦型USB攝像頭。在發(fā)電機(jī)械的內(nèi)部檢查過程中，發(fā)光二極管(LED) 162和164為攝像頭156、158提供照明。自動聚焦型USB攝像頭可由一個或兩個具有不同分辨率和聚焦特性的攝像頭代替。類似地，攝像機(jī)頭照明系統(tǒng)可采用具有所需輸出強(qiáng)度或其它特性的LED或其它照明源，包括但不局限于穩(wěn)態(tài)或頻閃照明、可變或可調(diào)強(qiáng)度輸出。
[0070]S維掃描攝像頭檢查儀
[0071]在本發(fā)明中，三維掃描攝像頭檢查儀60以無物理接觸的方式測量渦輪機(jī)內(nèi)部部件(例如燃?xì)廨啓C(jī)的過渡部件37)的三維形狀。請參考圖21，使用三維掃描器300，并利用由具有投射帶302的二維陣列Sn的條形投光燈301產(chǎn)生的投射光帶和具有uxv像素點陣的掃描攝像頭310通過已知的原理對部件形狀進(jìn)行測量。使用投光燈301向三維形狀表面(例如過渡部件37)上投射窄光帶Sn會產(chǎn)生照明線303，在從除了投光燈301之外的其它視角觀察時，該照明線303看起來是扭曲的。例如，照明線303照亮過渡部件37的成形表面上的目標(biāo)像素304，其反射光被矩陣攝像頭310捕獲為攝像頭像素312。捕獲反射光的一系列相應(yīng)攝像頭像素用于對表面形狀進(jìn)行精確的幾何重建，并且可使用已知的商售硬件和重建軟件進(jìn)行這種幾何重建。例如，在圖21中，沿照明線303的物體像素線304的三維形狀由攝像頭像素312的相應(yīng)捕獲圖像的位置、三角測量基線距離B、以及沿光路(0.P.)的入射和反射角α確定。
[0072]本發(fā)明的三維掃描攝像頭檢查儀以圖22-25所示的可替代實施例的電動機(jī)筒64’、攝像頭端頭或探頭66’和活節(jié)接頭82’ (以及相關(guān)的驅(qū)動裝置)代替了前述的圖10-15中所述的電動機(jī)筒64、端頭或探頭66和活節(jié)接頭82 (以及相關(guān)的驅(qū)動裝置)ο攝像機(jī)頭66’結(jié)合至攝像頭輪轂128’，該攝像頭輪轂128’構(gòu)成活節(jié)接頭82’的遠(yuǎn)端。攝像頭輪轂128’可樞轉(zhuǎn)地結(jié)合至接頭130’處的一對平行鏈131’的相應(yīng)遠(yuǎn)端。鏈131’的近端可樞轉(zhuǎn)地結(jié)合至電動機(jī)筒樞軸122’，從而與電動機(jī)筒64’和攝像頭端頭或探頭66’機(jī)械結(jié)合。
[0073]為了驅(qū)動運(yùn)動Φ的弧度范圍，把上述檢查儀系統(tǒng)管段62的一種改造形式以及活節(jié)接頭82’上游的電動機(jī)筒64’部件與圖23的部件分解圖中所示的可替代實施例的攝像機(jī)頭66’結(jié)合使用。電動機(jī)124’轉(zhuǎn)動傳動螺桿126’。曲柄組件127’把傳動螺桿126’的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為弧形運(yùn)動Φ。曲柄組件127’的遠(yuǎn)側(cè)端頭以可轉(zhuǎn)動的方式結(jié)合至偏置鏈133’的近端。偏置鏈133’的遠(yuǎn)端可樞轉(zhuǎn)地結(jié)合至攝像頭輪轂128’。平行鏈131’、偏置鏈133’的運(yùn)動幾何形狀以及它們相對于電動機(jī)筒64’和攝像機(jī)頭66’的相對樞轉(zhuǎn)連接位置122’、130’和133"優(yōu)選選擇為使得兩個中心軸在運(yùn)動Φ的整個范圍內(nèi)保持平行。但是，也可采用其它的運(yùn)動幾何形狀。
[0074]圖22-25示出了包括攝像頭輪轂128’、外殼88’和遠(yuǎn)側(cè)端頭89’的攝像機(jī)頭66’。前向目視檢查攝像頭156’具有穿過“Camera I” 口 90’并沿攝像機(jī)頭66’的中心軸延伸的視野(FOV 156’)。側(cè)視目視檢查攝像頭158’具有穿過“Camera2”口 92’并沿側(cè)向或與攝像機(jī)頭66’的中心軸正交的方向延伸的視野(F0V158’)。攝像頭156’通過棱鏡160’產(chǎn)生其圖像。類似地，攝像頭158’沿穿過其與掃描攝像頭310共享的分束鏡161’的光路(0.P.)產(chǎn)生其圖像。如下文中進(jìn)一步詳述，攝像頭158’和310’分別在獨立的可視掃描和三維掃描操作模式中使用，因此共享一條公共光路能有利地減小攝像機(jī)頭66’的內(nèi)部體積。攝像頭156’、158’是通常與個人電腦結(jié)合使用的已知的自動聚焦型USB攝像頭。自動聚焦型USB攝像頭可由具有不同分辨率和聚焦特性的攝像頭代替。
[0075]攝像機(jī)頭66’內(nèi)的三維掃描系統(tǒng)300的部件包括投光燈301和三維攝像頭310。例如，可采用由美國科羅拉多州XMEA Corp.0f Golden公司制造的投光燈和三維攝像頭。投光燈301沿穿過棱鏡305的光路投射光束，該光束經(jīng)由孔92’從攝像機(jī)頭外殼88’射出。在本發(fā)明的一個示例性實施例中，投光燈301和三維攝像頭310的朝向使得入射投射光以10度的角度α和3.94英寸(100毫米)的光路距離與攝像頭310的光路匯聚。入射和匯聚光穿過形成在外殼88’內(nèi)的光孔92’。為了幫助把攝像機(jī)頭對位在距檢查表面(例如過渡部件37) 100毫米的所需距離處，與形成在攝像頭外殼88’內(nèi)的激光孔口 93’可視相通的二極管激光器320在過渡部件37的表面上投射焦點321。當(dāng)激光點在攝像頭310的焦點上時，可實現(xiàn)100毫米的所需光路距離。通過使活節(jié)接頭機(jī)構(gòu)82’做活節(jié)移動而達(dá)到一活節(jié)角Φ，使攝像機(jī)頭66’相對于過渡部件表面37對位。這又使攝像機(jī)頭66’沿圖4和圖22所示的方向R相對于檢查儀60的中心軸徑向平動。檢查系統(tǒng)可通過已知的反饋回路沿徑向R自動定向攝像機(jī)頭66’，直到激光光點321聚焦。在三維掃描程序開始之前，當(dāng)實現(xiàn)所需的激光光點321聚焦時，停止激光320的光點投射。
[0076]如圖所示的包括成對發(fā)光二極管(LED)燈162’和164’的照明系統(tǒng)分別與攝像機(jī)頭66’的中心軸同軸并橫向安裝。在發(fā)電機(jī)械的內(nèi)部目視檢查過程中，它們?yōu)閿z像頭156’、158’提供照明。LED燈162’和164’可相對于攝像機(jī)頭66’的中心軸處于任何所需的位置。攝像機(jī)頭照明系統(tǒng)可使用具有所需輸出強(qiáng)度或其它特性的LED或其它照明源，包括但不局限于穩(wěn)態(tài)或頻閃照明、可變或可調(diào)強(qiáng)度輸出。當(dāng)使用三維掃描系統(tǒng)300進(jìn)行尺寸掃描時，或者當(dāng)使用激光器320投射聚焦光點321時