本公開大體涉及用于監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)變的系統(tǒng)和方法，并且更特別地，涉及掃描和測量定位在構(gòu)件上的多個基準(zhǔn)(fiducial)標(biāo)記的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

在多個工業(yè)應(yīng)用中，設(shè)備構(gòu)件會經(jīng)受許多極端情況(例如，高溫、高壓、大的應(yīng)力負載等等)。隨著時間的推移，設(shè)備的個別構(gòu)件可遭受蠕變和/或變形，這可縮短構(gòu)件的可用壽命。例如一些渦輪機可能也有這樣的問題。

渦輪機在諸如功率發(fā)生和飛機發(fā)動機的領(lǐng)域中廣泛使用。例如，傳統(tǒng)燃氣渦輪系統(tǒng)包括壓縮機區(qū)段、燃燒器區(qū)段和至少一個渦輪區(qū)段。壓縮機區(qū)段構(gòu)造成在空氣流過壓縮機區(qū)段時壓縮空氣。然后空氣從壓縮機區(qū)段流到燃燒器區(qū)段，在燃燒器區(qū)段中，空氣與燃料混合且燃燒，從而產(chǎn)生熱氣流。對渦輪區(qū)段提供熱氣流，渦輪區(qū)段通過從熱氣流中抽取能量來利用它對壓縮機、發(fā)電機和其它多個負載提供功率。

在渦輪機的操作期間，渦輪機內(nèi)且特別是渦輪機的渦輪區(qū)段內(nèi)的多個構(gòu)件(諸如渦輪葉片)由于高溫和應(yīng)力可遭受蠕變。對于渦輪葉片，蠕變可使葉片的一部分或全部變長，使得葉片末梢接觸固定結(jié)構(gòu)，例如渦輪殼，并且可能在操作期間引起不必要的振動和/或降低性能。

因此，可能要對構(gòu)件監(jiān)測蠕變。對構(gòu)件監(jiān)測蠕變的一種方法是在構(gòu)件上配置應(yīng)變傳感器，以及以多個時間間隔分析應(yīng)變傳感器，以監(jiān)測與蠕變應(yīng)變相關(guān)聯(lián)的變形。但是，一般必須在應(yīng)變傳感器處監(jiān)測這種變形。應(yīng)變傳感器可能出現(xiàn)獨立于構(gòu)件或超過構(gòu)件的移動。此外，應(yīng)變傳感器本身可能受損或者隨著時間的推移難以監(jiān)測。

因此，本領(lǐng)域中希望有一種用于監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)變的備選系統(tǒng)和方法。特別地，不需要在構(gòu)件上配置分立應(yīng)變傳感器的系統(tǒng)和方法將是有利的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

將在下面部分地闡述本發(fā)明的各方面和優(yōu)點，或者根據(jù)該描述，本發(fā)明的各方面和優(yōu)點將是明顯的，或者可通過實踐本發(fā)明來學(xué)習(xí)本發(fā)明的各方面和優(yōu)點。

根據(jù)本公開的一個實施例，提供一種用于監(jiān)測構(gòu)件的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括多個基準(zhǔn)標(biāo)記、用于分析基準(zhǔn)標(biāo)記的光掃描器和處理器。多個基準(zhǔn)標(biāo)記可在構(gòu)件的外表面上。處理器與光掃描器處于可操作通信，并且可操作來沿著x軸、y軸和z軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記，以獲得x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。x軸、y軸和z軸相互垂直。

根據(jù)本公開的另一個實施例，提供一種用于監(jiān)測構(gòu)件的方法。該方法包括以光學(xué)的方式掃描定位在構(gòu)件的外表面上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記，以及沿著x軸、y軸和z軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記。測量可獲得第一x軸數(shù)據(jù)點集、第二y軸數(shù)據(jù)點集和第二z軸數(shù)據(jù)點集，其中，x軸、y軸和z軸相互垂直。

技術(shù)方案1.一種用于監(jiān)測構(gòu)件的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

定位在所述構(gòu)件的外表面上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記；

用于分析所述基準(zhǔn)標(biāo)記的光掃描器；以及

與所述光掃描器處于可操作通信的處理器，所述處理器可操作來沿著x軸、y軸和z軸測量所述基準(zhǔn)標(biāo)記，以獲得x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集，其中，所述x軸、所述y軸和所述z軸相互垂直。

技術(shù)方案2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器進一步可操作來基于所述x軸數(shù)據(jù)點集、所述y軸數(shù)據(jù)點集和所述z軸數(shù)據(jù)點集，而組合所述基準(zhǔn)標(biāo)記的同期三維輪廓。

技術(shù)方案3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)標(biāo)記各自包括氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯。

技術(shù)方案4.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)標(biāo)記定位在隔熱涂層中。

技術(shù)方案5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)標(biāo)記定位成預(yù)定參考型式。

技術(shù)方案6.根據(jù)技術(shù)方案5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述參考型式對應(yīng)于標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。

技術(shù)方案7.根據(jù)技術(shù)方案6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器進一步可操作來比較所述同期三維輪廓與所述標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。

技術(shù)方案8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述構(gòu)件是渦輪構(gòu)件。

技術(shù)方案9.根據(jù)技術(shù)方案8所述的系統(tǒng)，其特征在于，各個基準(zhǔn)標(biāo)記具有介于5微米和5毫米之間的直徑。

技術(shù)方案10.根據(jù)技術(shù)方案2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述光掃描器包括結(jié)構(gòu)光掃描器。

技術(shù)方案11.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光是藍光。

技術(shù)方案12.根據(jù)技術(shù)方案10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)光是白光。

技術(shù)方案13.根據(jù)技術(shù)方案1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器進一步可操作來辨別所述多個基準(zhǔn)標(biāo)記的子部分。

技術(shù)方案14.一種用于監(jiān)測構(gòu)件的方法，所述構(gòu)件具有外表面，所述方法包括：

接收定位在所述外表面上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記的光學(xué)圖像；以及

沿著x軸、y軸和z軸測量所述基準(zhǔn)標(biāo)記，以獲得第一x軸數(shù)據(jù)點集、第一y軸數(shù)據(jù)點集和第一z軸數(shù)據(jù)點集，其中，所述x軸、所述y軸和所述z軸相互垂直。

技術(shù)方案15.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量包括基于接收的圖像來計算x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。

技術(shù)方案16.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量包括辨別所述多個基準(zhǔn)標(biāo)記內(nèi)的基準(zhǔn)標(biāo)記的子部分，以獲得x軸數(shù)據(jù)點子集、y軸數(shù)據(jù)點子集和z軸數(shù)據(jù)點子集。

技術(shù)方案17.根據(jù)技術(shù)方案14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法進一步包括基于所述x軸數(shù)據(jù)點集、所述y軸數(shù)據(jù)點集和所述z軸數(shù)據(jù)點集，來組合所述基準(zhǔn)標(biāo)記的第一同期三維輪廓。

技術(shù)方案18.根據(jù)技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接收和測量步驟在第一時間進行，并且所述方法進一步包括：

接收定位在所述外表面上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記的另一個光學(xué)圖像；

在第二時間沿著所述x軸、所述y軸和所述z軸測量所述基準(zhǔn)標(biāo)記，以獲得第二x軸數(shù)據(jù)點集、第二y軸數(shù)據(jù)點集和第二z軸數(shù)據(jù)點集，以及

基于所述第二x軸數(shù)據(jù)點集、所述第二y軸數(shù)據(jù)點集和所述第二z軸數(shù)據(jù)點集，來組合所述基準(zhǔn)標(biāo)記的第二同期三維輪廓。

技術(shù)方案19.根據(jù)技術(shù)方案18所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法進一步包括比較所述第一同期三維輪廓和所述第二同期三維輪廓。

技術(shù)方案20.根據(jù)技術(shù)方案17所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述方法進一步包括比較所述第一同期三維輪廓與標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。

參照以下描述和所附權(quán)利要求，本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點將變得更好理解。附圖結(jié)合在本說明書中且構(gòu)成其一部分，附圖示出本發(fā)明的實施例，并且與描述共同用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖說明

在說明書中對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員闡述本發(fā)明的完整和能夠?qū)嵤├墓_，包括其最佳模式，說明書參照了附圖，其中：

圖1是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的示例性構(gòu)件的透視圖，示例性構(gòu)件包括多個基準(zhǔn)標(biāo)記；

圖2是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)變的系統(tǒng)的透視圖；

圖3是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的多個基準(zhǔn)標(biāo)記的俯視圖；

圖4是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的多個基準(zhǔn)標(biāo)記的俯視圖；

圖5是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)變的系統(tǒng)的透視圖；

圖6是根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件應(yīng)變的系統(tǒng)的透視圖；

圖7是示出根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件變形的方法的流程圖；以及

圖8是示出根據(jù)本公開的一個或多個實施例的用于監(jiān)測構(gòu)件變形的方法的流程圖。

部件列表

10構(gòu)件

12(12a，12b)基準(zhǔn)標(biāo)記

14外表面

16隔熱涂層

18預(yù)定參考型式

20預(yù)選列間距

22預(yù)選行間距

24光掃描器

23系統(tǒng)

26處理器

28光

30發(fā)光二極管

32攝像頭

34激光器

36光

38傳感器

40透鏡組件

42步進馬達

44第一距離

46第二距離

200方法實施例

210方法步驟

220方法步驟

230方法步驟

240方法步驟

250方法步驟

260方法步驟

270方法步驟

300方法實施例

310方法步驟

320方法步驟

330方法步驟

340方法步驟

d距離

l長度

w寬度

md標(biāo)記直徑

m(基準(zhǔn)標(biāo)記的)移動。

具體實施方式

現(xiàn)在將詳細參照本發(fā)明的實施例，在附圖中示出實施例的一個或多個示例。以解釋本發(fā)明而非限制本發(fā)明的方式提供各個示例。實際上，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的將是，可對本發(fā)明作出多個修改和變化，而不偏離本發(fā)明的范圍或精神。例如，被示為或描述成一個實施例的一部分的特征可用于另一個實施例，以產(chǎn)生又一個實施例。因而，意于的是本發(fā)明覆蓋落在所附權(quán)利要求和它們的等效物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變化。

參照圖1和2，示出構(gòu)件10，多個基準(zhǔn)標(biāo)記12定位在構(gòu)件的外表面14上。構(gòu)件10(并且更特別地，整個構(gòu)件10的襯底11)可包括在多種不同的應(yīng)用中使用的多種類型的構(gòu)件，諸如例如，在高溫應(yīng)用中使用的構(gòu)件(例如，構(gòu)件包括鎳基或鈷基超合金)。在一些實施例中，構(gòu)件10可包括工業(yè)燃氣渦輪或蒸汽渦輪構(gòu)件，諸如燃燒構(gòu)件或熱氣路徑構(gòu)件。在一些實施例中，構(gòu)件10可包括渦輪葉片、壓縮機葉片、導(dǎo)葉、噴嘴、護罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼。在其它實施例中，構(gòu)件10可包括渦輪的任何其它構(gòu)件，諸如用于燃氣渦輪、蒸汽渦輪等的任何其它構(gòu)件。在一些實施例中，構(gòu)件可包括非渦輪構(gòu)件，包括(但不限于)汽車構(gòu)件(例如轎車、卡車等等)、宇航構(gòu)件(例如，飛機、直升機、航天飛機、鋁零件等等)、機車或軌道構(gòu)件(例如火車、火車軌道等等)、結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或土木工程構(gòu)件(例如，橋梁、大廈、建筑裝備等等)和/或功率裝置或化學(xué)處理構(gòu)件(例如，在高溫應(yīng)用中使用的管道)。

構(gòu)件10具有外表面14，基準(zhǔn)標(biāo)記12定位在外表面14上。圖1中顯示的示例構(gòu)件10的實施例包括渦輪構(gòu)件，渦輪構(gòu)件包括渦輪葉片。但是，構(gòu)件10可包括多個額外或備選的構(gòu)件，如上面描述的那樣?；鶞?zhǔn)標(biāo)記12是在外表面14上的大體可識別的目標(biāo)，它具有長度l和寬度w(參見圖3)。某些基準(zhǔn)標(biāo)記12的實施例可進一步包括相對于外表面14的厚度，從而形成升高的標(biāo)記表面?？捎靡环N或多種打印方法將標(biāo)記12應(yīng)用于外表面14。例如，可通過直接陶瓷噴墨打印、氣溶膠噴射印刷或者另一種適當(dāng)?shù)姆椒ǎ瑢?biāo)記12打印在構(gòu)件10的外表面14上。在額外或備選的實施例中，基準(zhǔn)標(biāo)記12可應(yīng)用于和/或定位在可選的陶瓷隔熱層中。將基準(zhǔn)標(biāo)記12直接應(yīng)用在構(gòu)件10上可提高耐用性，并且降低光掃描器隨著時間的推移將無法測量標(biāo)記12的風(fēng)險。在一些基準(zhǔn)標(biāo)記12實施例中，各個標(biāo)記12將包括氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(ysz)。此外，在實施例中，其中，基準(zhǔn)標(biāo)記12定位在隔熱涂層16中，隔熱涂層16可包括在外觀上獨特且在光學(xué)上與基準(zhǔn)標(biāo)記12形成對比的部分。例如，在示例性實施例中，隔熱涂層16可形成為具有基本黑色顏色，而各個標(biāo)記12具有基本白色顏色。

在額外或備選的實施例中，基準(zhǔn)標(biāo)記12可由設(shè)置或打印在外表面14上的納米球形元件形成。納米球形元件可各自包括不超過5000納米的大體球形的本體。在一些這樣的實施例中，各個基準(zhǔn)標(biāo)記12包括一個或多個納米球形元件，并且各個納米球形元件包括設(shè)定直徑。在可選的實施例中，納米球形元件的設(shè)定直徑介于100納米和1000納米之間。

現(xiàn)在參照圖1至4，基準(zhǔn)標(biāo)記12定位在構(gòu)件10的外表面14的一部分上?；鶞?zhǔn)標(biāo)記12大體包括至少兩個分立標(biāo)記(例如，12a和12b)，它們可用來測量所述至少兩個標(biāo)記12a和12b之間的距離d。如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的那樣，這些測量可幫助確定構(gòu)件10的那個區(qū)域處的應(yīng)變量、應(yīng)變速率、蠕變、疲勞、應(yīng)力等等。至少兩個分立標(biāo)記12a和12b可設(shè)置在多種距離處和多種位置上，這取決于特定構(gòu)件10，只要可測量它們之間的距離d即可?？蛇x地，基準(zhǔn)標(biāo)記12可定位成預(yù)定參考型式18。例如，基準(zhǔn)標(biāo)記12可在構(gòu)件10的外表面14的限定部分上布置成陣列網(wǎng)格，如圖3和4中示出的那樣。陣列網(wǎng)格可包括預(yù)選列間距20和預(yù)選行間距22，以限定各個相鄰標(biāo)記12之間的距離。此外，多個構(gòu)件或構(gòu)件的一部分可包括個別化的預(yù)定參考型式18。換句話說，一個構(gòu)件10或部分的預(yù)定參考型式18是可辨別的，并且不同于另一個構(gòu)件10或部分的預(yù)定參考型式18。這可允許在構(gòu)件10的使用期限中識別和追蹤分立構(gòu)件和/或部分。

基準(zhǔn)標(biāo)記12可包括點、線、圓形、長方形或任何其它幾何或非幾何形狀，只要它們始終可被識別且可用來測量它們之間的距離d。基準(zhǔn)標(biāo)記12可諸如通過結(jié)合多種不同形狀、大小和定位的基準(zhǔn)標(biāo)記12來形成多種不同的構(gòu)造和橫截面。例如，各個基準(zhǔn)標(biāo)記12可包括匹配形狀或與別個不同的形狀。在一些實施例中，各個標(biāo)記12可限定與另一個基準(zhǔn)標(biāo)記相同(即，匹配)或不同的圓形、長方形或直線形。如所顯示的那樣，基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個示例性實施例包括匹配形狀，匹配形狀為具有單個標(biāo)記直徑md的圓形。一些實施例的標(biāo)記直徑可小于1英尺。某些實施例的標(biāo)記直徑可介于大致5微米和大致5毫米之間。

基準(zhǔn)標(biāo)記12從而可定位在多個構(gòu)件的多種位置中的一個或多個上。例如，如上面論述的那樣，基準(zhǔn)標(biāo)記12可定位在渦輪葉片、導(dǎo)葉、噴嘴、護罩、轉(zhuǎn)子、過渡件或殼上。在這樣的實施例中，基準(zhǔn)標(biāo)記12可構(gòu)造在已知在單元操作期間經(jīng)歷多個力的一個或多個位置上，諸如在翼型件、平臺、末梢或任何其它適當(dāng)?shù)奈恢蒙匣蚱涓浇４送?，基?zhǔn)標(biāo)記12可設(shè)置在已知經(jīng)歷升高的溫度的一個或多個位置上。例如基準(zhǔn)標(biāo)記12可定位在熱氣路徑中和/或燃燒構(gòu)件10上。一些實施例可包括定位成基本覆蓋構(gòu)件10的整個外表面14的型式的基準(zhǔn)標(biāo)記12。這樣的實施例可容許可選地檢測選擇性可變的子部分(例如，兩個相鄰標(biāo)記12之間的區(qū)域)上的局部應(yīng)變和/或檢測構(gòu)件10上的全局應(yīng)變。

現(xiàn)在參照圖2至6，提供用于監(jiān)測構(gòu)件變形的系統(tǒng)的多個實施例。根據(jù)本公開這樣的系統(tǒng)可有利于通過沿著三個軸(傳統(tǒng)的x軸、y軸和z軸和相互垂直)測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，來改進局部和/或全局應(yīng)變分析。可在各個平面上追蹤基準(zhǔn)標(biāo)記12的移動m，因為系統(tǒng)23測量各個標(biāo)記的相對位移，并且從而測量構(gòu)件10的變形，如圖4中示出的那樣。另外，在包括預(yù)定參考型式18的實施例中，可觀察或檢測相對于預(yù)定參考型式18的測量的使用前偏差，作為構(gòu)件和/或構(gòu)件制造過程中的故障的象征。

根據(jù)本公開的某些系統(tǒng)和方法可使用表面計量技術(shù)，以沿著三個軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記12。特別地，可在示例性實施例中使用非接觸表面計量技術(shù)。因為根據(jù)一些實施例可執(zhí)行沿著三個軸的測量，可能不需要基于二維圖像中的對比沿著軸的刻度外(inferred)測量。

系統(tǒng)23可包括例如多個基準(zhǔn)標(biāo)記12，它們定位在一個或多個構(gòu)件的外表面14上，如上面論述的那樣。另外，系統(tǒng)23可包括用于分析基準(zhǔn)標(biāo)記12的光掃描器24，以及與光掃描器24處于可操作通信的處理器26。

大體上，如本文使用，用語“處理器”不僅表示在本領(lǐng)域中稱為包括在計算機中的集成電路，而且還表示控制器、微控制器、微型計算機、可編程邏輯控制器(plc)、特定用途集成電路和其它可編程電路。處理器26還可包括多個輸入/輸出通道，以接收來自多個其它構(gòu)件的輸入和對多個其它構(gòu)件發(fā)送控制信號，處理器26通過多個其它構(gòu)件與諸如光掃描器24通信。處理器26可進一步包括適當(dāng)?shù)挠布?或軟件，以存儲和分析來自光掃描器24的輸入和數(shù)據(jù)，并且大體執(zhí)行本文描述的方法步驟。

值得注意的是，處理器26(或其構(gòu)件)可結(jié)合在光掃描器24內(nèi)。在額外或備選的實施例中，處理器26(構(gòu)件)可與光掃描器24分開。在示例性實施例中，例如，處理器26包括結(jié)合在光掃描器24內(nèi)，以在一開始處理光掃描器24接收到的數(shù)據(jù)的構(gòu)件，以及與光掃描器24分開，以測量基準(zhǔn)標(biāo)記12和/或根據(jù)數(shù)據(jù)組合同期三維輪廓且比較這些輪廓的構(gòu)件。

大體上，處理器26可操作來沿著x軸、y軸和z軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，以獲得x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。如所論述的那樣，軸相互垂直。x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點是與基準(zhǔn)標(biāo)記12的測量有關(guān)的無量綱數(shù)據(jù)點。例如，數(shù)據(jù)點可指示表面在一個或多個軸中相對于參考表面(諸如構(gòu)件10的外表面14)(或相對于彼此)的位置。

在選定時間測得的或者與某些輪廓相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)點共同形成數(shù)據(jù)點集。例如，在第一時間測得的x軸數(shù)據(jù)點形成x軸數(shù)據(jù)點集。在第一時間測得的數(shù)據(jù)點還可形成y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。一些數(shù)據(jù)點可由處理器26收集且組織成數(shù)據(jù)點集。額外或備選的數(shù)據(jù)點集可從分立源或存儲單元提供給處理器26。

在一些實施例中，處理器26進一步可操作來辨別多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個子部分。例如，可獲得或形成一個或多個數(shù)據(jù)點子集，以包括x軸數(shù)據(jù)點子集、y軸數(shù)據(jù)點子集和z軸數(shù)據(jù)點子集。子集數(shù)據(jù)集可包含包括在x軸、y軸和/或z軸數(shù)據(jù)點集中的數(shù)據(jù)點子段。大體上，可根據(jù)少于全部多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個基準(zhǔn)標(biāo)記12來識別子部分。子部分可由用戶選擇或預(yù)定。在額外或備選的實施例中，處理器可操作來基于一個或多個預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)(例如，一個子部分相對于一個或多個相鄰子部分移動)，來主動和自動地辨別子部分。在一些實施例中，待辨別的子部分的大小是可變的(即，可包括來自所有多個基準(zhǔn)標(biāo)記的可變數(shù)量的基準(zhǔn)標(biāo)記)。辨別多個基準(zhǔn)標(biāo)記的子部分可允許獲得較精確的局部測量，并且將其與全局測量(即，較大子部分或全部多個基準(zhǔn)標(biāo)記12上的測量)比較。

大體上，可使用在三維中在光學(xué)上識別基準(zhǔn)標(biāo)記12的任何適當(dāng)?shù)墓鈷呙杵?4。在示例性實施例中，光掃描器24是使用非接觸表面計量技術(shù)的非接觸裝置。另外，在示例性實施例中，根據(jù)本公開的光掃描器24沿著x軸、y軸和z軸具有介于大致1納米和大致100微米之間的分辨率。因此且根據(jù)示例性方法，以介于大致1納米和大致100微米之間的分辨率獲得x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。

圖2、5和6示出根據(jù)本公開的光掃描器24的多個實施例。例如，圖2示出光掃描器24的實施例，其中，掃描器是結(jié)構(gòu)光掃描器。結(jié)構(gòu)光掃描器大體從所包括的發(fā)光二極管30或其它適當(dāng)?shù)陌l(fā)光設(shè)備中發(fā)射光28。在示例性實施例中，結(jié)構(gòu)光掃描器所使用的發(fā)射的光28是藍光或白光。大體上，發(fā)射光28大體以特定型式投射到基準(zhǔn)標(biāo)記12和構(gòu)件10上。當(dāng)光28接觸基準(zhǔn)標(biāo)記12和構(gòu)件10時，構(gòu)件和基準(zhǔn)標(biāo)記12的表面輪廓使光28變形。這個變形被捕捉在攝像頭32得到的圖像中。接觸基準(zhǔn)標(biāo)記12(和周圍外表面14)的光28的圖像由例如處理器26接收。處理器26然后例如通過比較光型式中的變形與預(yù)期型式，來計算基于接收到的圖像的x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。值得注意的是，在示例性實施例中，處理器26執(zhí)行和操作這樣的光掃描器24來執(zhí)行多個上面公開的步驟。

如圖5中示出的那樣，一些示例性實施例中的光掃描器24是激光掃描器。激光掃描器大體包括激光器34，激光器34大體朝對象(諸如在這些實施例中，基準(zhǔn)標(biāo)記12和構(gòu)件10)發(fā)射呈激光束形式的光36。然后光36被掃描器的傳感器38檢測到。例如，在一些實施例中，然后光36從其所接觸到的表面反射，并且被掃描器的傳感器38接收。光36到達傳感器38的往返時間用來確定沿著多個軸的測量。這些裝置典型地被稱為渡越時間裝置。在一些實施例中，傳感器38在光36所接觸到的表面上檢測光36，并且基于光36在傳感器38的視野中的相對位置來確定測量。這些裝置典型地稱為三角測量裝置。然后基于檢測到的光來計算x軸、y軸和z軸數(shù)據(jù)點，如所提到的那樣。值得注意的是，在示例性實施例中，處理器26執(zhí)行和操作這樣的光掃描器24來單獨或共同地執(zhí)行多個上面公開的步驟。

在一些實施例中，激光器34所發(fā)射的光36以寬度足以從待測量的對象(諸如單行基準(zhǔn)標(biāo)記12)的一部分反射的帶發(fā)射。在這些實施例中，步進馬達或其它適合移動激光器34的機構(gòu)都可用來按需要移動激光器34和發(fā)射帶，直到光36已經(jīng)從待測量的全部對象反射為止。

圖6示出光掃描器24的另一個實施例，其中，掃描器24是顯微鏡。顯微鏡大體包括透鏡組件40，它可包括一個或多個透鏡，并且顯微鏡進一步包括步進馬達42或其它適合將透鏡組件40移動到與離基準(zhǔn)標(biāo)記12和外表面14的多個距離44、46的機構(gòu)。透鏡組件40大體用來放大可通過透鏡組件40看到的圖像，如大體理解的那樣。因此，這樣的放大的圖像可由諸如處理器26接收，以用來計算數(shù)據(jù)點。特別地，可在離基準(zhǔn)標(biāo)記12和外表面14的多個距離處接收圖像，諸如第一距離44和第二距離46。步進馬達42可操作來使透鏡組件40在多個距離44、46之間(在示例性實施例中，這可分開大致1納米到大致1000納米之間)進行步進移動。在多個距離44、46處接收到的圖像然后可用來計算x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。例如，在各個圖像中，多個基準(zhǔn)標(biāo)記12可在焦點上，而多個其它基準(zhǔn)標(biāo)記12則可不在焦點上。在焦點上和不在焦點上的標(biāo)記12取決于組件40與各個基準(zhǔn)標(biāo)記12和外表面14的距離44、46而改變。因此，這些部分可與距離44、46相互關(guān)聯(lián)，以獲得例如z軸數(shù)據(jù)點，同時可用傳統(tǒng)方式測量x軸和y軸數(shù)據(jù)點。值得注意的是，在示例性實施例中，處理器26執(zhí)行多個上面公開的步驟且操作這樣的光掃描器24來執(zhí)行多個上面公開的步驟。

如所提到的那樣，在x軸數(shù)據(jù)點集之后，針對基準(zhǔn)標(biāo)記12獲得y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集，諸如可通過處理器26，基于x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集來組合基準(zhǔn)標(biāo)記12的同期三維輪廓。例如，處理器26可收集數(shù)據(jù)點集，并且輸出沿著相關(guān)的x軸、y軸和z軸的所有數(shù)據(jù)點的標(biāo)圖。還可根據(jù)一個或多個x軸子集、y軸子集和z軸子集，制作關(guān)于基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個子部分的三維輪廓。

在其中基準(zhǔn)標(biāo)記12定位成預(yù)定型式18的實施例中，可另外提供標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。標(biāo)準(zhǔn)化輪廓可對應(yīng)于成參考組的數(shù)據(jù)點集或子集。例如，參考x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。這樣的實施例形成標(biāo)準(zhǔn)化三維輪廓。參考集和/或輪廓可基于構(gòu)件的外表面14以及預(yù)定型式的基準(zhǔn)標(biāo)記12的理想形狀或基線形狀。在示例性實施例中，標(biāo)準(zhǔn)化輪廓基于構(gòu)件10在使用之前的模型形狀。

另外，諸如處理器26可比較多個輪廓。例如，可觀察和測量多個輪廓之間的基準(zhǔn)標(biāo)記12的多個局部結(jié)構(gòu)或全局結(jié)構(gòu)的沿著x軸、y軸和z軸的位置差，以在后面用來計算應(yīng)變。另外，可執(zhí)行這樣的應(yīng)變計算。比較的輪廓可包括在分立時間獲得的基于多個同期輪廓的數(shù)據(jù)集或子集。另外或備選地，比較輪廓可包括一個或多個標(biāo)準(zhǔn)化輪廓，包括基于構(gòu)件10的模型形狀的輪廓。

在一些示例性實施例中，比較基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個同期輪廓與基于另一個輪廓的x軸數(shù)據(jù)點集或子集、y軸數(shù)據(jù)點集或子集和z軸數(shù)據(jù)點集或子集，它們?nèi)慷际轻槍?gòu)件10在不同時間獲得的。例如，第一同期三維輪廓可基于在第一時間獲得的數(shù)據(jù)點集，并且第二同期三維輪廓可基于在第二時間獲得的數(shù)據(jù)點集。第一時間可出現(xiàn)在渦輪機中使用或其它操作之前，或者可在某些這種操作之后進行。第二時間可出現(xiàn)在某些構(gòu)件操作之后，而且在示例性實施例中，在第一時間已經(jīng)出現(xiàn)之后。例如，對于新制造好的構(gòu)件10來說，第一時間可為零，而且第二時間可出現(xiàn)在使用構(gòu)件10的特定時期之后。由于在不同的時間測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，所以可計算由于使用構(gòu)件10而產(chǎn)生變形等和導(dǎo)致的應(yīng)變。在一些實施例中，可根據(jù)針對較大部分的多個基準(zhǔn)標(biāo)記12所計算出來的全局應(yīng)變來計算和辨別多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的子部分的局部應(yīng)變。

在額外或備選的示例性實施例中，比較基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個同期輪廓與標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。標(biāo)準(zhǔn)化輪廓可包括類似于同期輪廓的多個模型數(shù)據(jù)集。例如，一些實施例的標(biāo)準(zhǔn)化輪廓包括基于外表面14或其一部分的模型或理想形狀的x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。數(shù)據(jù)點集中于各個標(biāo)準(zhǔn)化輪廓集中，并且可指示基準(zhǔn)標(biāo)記12在使用構(gòu)件10之前應(yīng)當(dāng)所處的位置。標(biāo)準(zhǔn)化輪廓可事先組合好和/或從外部源供應(yīng)給處理器104。

在一個示例性實施例中，可比較第一同期三維輪廓與標(biāo)準(zhǔn)化輪廓。第一同期輪廓可基于在用于渦輪機中或其它操作之前進行的，或者可在某些這種操作之后進行的第一時間獲得的數(shù)據(jù)點集。比較標(biāo)準(zhǔn)化輪廓與在使用構(gòu)件之前出現(xiàn)的輪廓可允許輕易地檢測到構(gòu)件10中的缺陷或變形。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)化輪廓對應(yīng)于構(gòu)件10的模型形狀時，比較使用之后出現(xiàn)的輪廓還可允許計算由于使用而產(chǎn)生的應(yīng)變。在一些實施例中，單個標(biāo)準(zhǔn)化輪廓可用于多個分立構(gòu)件10(即，相同類型的構(gòu)件的多個單元)。在這樣的實施例中，標(biāo)準(zhǔn)化輪廓可減少或消除存儲相同構(gòu)件的多個數(shù)據(jù)集和/或輪廓的需要。從而可減少處理器26和/或用戶的存儲和計算需求。

現(xiàn)在參照圖7和8，本公開另外涉及用于監(jiān)測構(gòu)件變形的方法200、300。示例性實施例中的這種方法200、300可由處理器26執(zhí)行，如上面論述的那樣。如圖7中顯示的那樣，一個示例性方法實施例200可包括接收定位在構(gòu)件10的外表面14上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的光學(xué)圖像的步驟210。還包括步驟220：沿著x軸、y軸和z軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，以獲得第一x軸數(shù)據(jù)點集、第一y軸數(shù)據(jù)點集和第一z軸數(shù)據(jù)點集。在一些實施例中，測量包括基于接收到的圖像來計算x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點。可選地，測量220可包括辨別多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個子部分。在一些實施例中，辨別包括獲得x軸數(shù)據(jù)點子集、y軸數(shù)據(jù)點子集和z軸數(shù)據(jù)點子集，如上面描述的那樣。進一步包括的可為步驟230：組合基準(zhǔn)標(biāo)記12的同期三維輪廓。

步驟210和220可在第一時間進行，并且三維輪廓可基于第一時間的x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集，如上面論述的那樣。方法實施例200因而可進一步包括例如步驟240和250。步驟240可包括接收多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的第二光學(xué)圖像，而步驟250則可包括在第二時間測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，以獲得第二x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。第二數(shù)據(jù)點集中的各個可另外或備選地針對多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的子部分包括一個或多個對應(yīng)的子集。此外，第二時間可不同于第一時間，而且在示例性實施例中，第二時間在第一時間的后面。此外，方法實施例200可包括基于第二x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集來組合第二同期三維輪廓的步驟260。仍然另外，方法實施例200可包括比較第一三維輪廓和第二三維輪廓的步驟270，如上面論述的那樣。

如圖8中顯示的那樣，額外或備選方法實施例300可包括接收定位在構(gòu)件10的外表面14上的多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的光學(xué)圖像的步驟310。還包括步驟320：沿著x軸、y軸和z軸測量基準(zhǔn)標(biāo)記12，以獲得x軸數(shù)據(jù)點集、y軸數(shù)據(jù)點集和z軸數(shù)據(jù)點集。測量可包括基于接收到的圖像計算x軸數(shù)據(jù)點、y軸數(shù)據(jù)點和z軸數(shù)據(jù)點?？蛇x地，測量320可包括辨別多個基準(zhǔn)標(biāo)記12的一個或多個子部分。在一些實施例中，辨別包括獲得x軸數(shù)據(jù)點子集、y軸數(shù)據(jù)點子集和z軸數(shù)據(jù)點子集，如上面描述的那樣?？蛇M一步包括組合同期三維輪廓基準(zhǔn)標(biāo)記12的步驟330。仍然進一步包括在方法實施例300中的可為比較同期三維輪廓與標(biāo)準(zhǔn)化輪廓的步驟340，如上面論述的那樣。

本書面描述使用示例來公開本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及實行任何結(jié)合的方法。本發(fā)明的可取得專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例包括不異于權(quán)利要求的字面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括與權(quán)利要求的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)要素，則它們意于處在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。