用于离线工业燃气涡轮和其它发电机器的视觉检查的挠性绳位置跟踪摄像机检查系统技术方案

一种具有挠性绳安装的摄像机头的摄像机镜检查系统，该摄像机头能够在发电机器的受限内部腔中操纵。摄像机头位置感测系统通过推断来确定该摄像机头在被检查的机器内的三维(3D)位置。由控制器将摄像机头位置数据与摄像机图像数据相关联。以此方式，相关联的内部检查图象数据和对应的位置数据可用于未来的分析和图像跟踪。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对相关申请的交叉引用本申请通过引用合并以下共同未决美国专利申请中的每个申请的全部内容：2013年8月21日提交的序列号为13/972,332、美国专利申请公开号为2014/0055596的“FlexibleLinkageCameraSystemAndMethodForVisualInspectionOfOffLineIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachinery”；2013年8月21日提交的序列号为13/97200、美国专利申请公开号为2013/0335530的“SystemAndMethodForVisualInspectionAnd3DWhiteLightScanningOfOff-LineIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachinery”；以及2012年1月31日提交的序列号为13/362,352、美国专利申请公开号为2013/0192353的“SystemAndMethodForAutomatedOpticalInspectionOfIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachineryWithMulti-AxisInspectionScope”。
本专利技术涉及用于发电机器(包括但不局限于工业燃气和蒸汽涡轮以及发电机)的无损内部检查的光学摄像机系统。更具体地，本专利技术的方面涉及可见光或红外光学摄像机检查系统，其能够透过发动机的任何部分(包括压气机部、燃烧室喷嘴以及过渡和涡轮部)中的燃气涡轮检查口、入口或出口来定位摄像机视场(FOV)并捕捉发动机的内部结构的可视图像。一个或更多个摄像机安装在摄像机头内，通过挠性绳将所述摄像机头平移至涡轮或其它发电机器内的关注区域，使得它们各自的视场捕捉期望的图像。包括摄像机头位置系统，所述摄像机头位置系统通过推断来确定摄像机头的三维(3D)位置，以便将所捕捉到的图像及其位置相关联以用于未来的分析。以此方式，可以选择性地恢复来自机器内的任何检查位置的图像以用于再检查，或者可以将多个图像进行缝合以创建机器的被检查区域的合成图像。
技术介绍
发电机器例如工业蒸汽或燃气涡轮常常按预定的检修期连续运转，在到检修期时，使涡轮进入离线状态并停机。举例来说，燃气涡轮常常要连续运转约4000小时进行发电，然后使其进入离线状态，以进行例行维护、检查、并对在检查过程中查出的任何部件进行修理。使燃气涡轮进入离线状态并最终完全停机以进行预定维护是一项需要数天的工作。一些涡轮部件例如涡轮转子部在超过1000℃(1832℉)的温度下运转。在完全停机前，需要经过48至72小时的冷却时间使涡轮达到环境温度，以降低部件翘曲或其它变形的可能性。在停机阶段中，涡轮转子转速以“盘车模式”从大约3600RPM的运转速度缓降至大约120RPM或更低的速度，在此过程中，转子由辅助驱动电机外部驱动，以降低转子翘曲的可能性。其它涡轮部件例如涡轮壳体也缓慢冷却至环境温度。在涡轮经过长达约72小时的时间冷却至环境温度时，就可以用光学摄像机检查系统来检查静止涡轮的内部部件。已知的光学摄像机检查系统采用插入到涡轮周围的检查口中的刚性或挠性光学内窥镜。手动地定位内窥镜，使得其视场包围涡轮内的关注区域，例如一个或更多个叶片或轮叶、燃烧室火焰筒等。光耦合至内窥镜的摄像机捕捉视场内的关注对象的图像，以便由检查人员远程显像和存档(如果需要)。如果需要某个涡轮检查口内的不同关注区域的一系列不同图像，则检查人员必须手动地重新定位摄像机检查系统的内窥镜，以实现所需的内部关注区域和视场的相对对准。可以通过物理地移动内窥镜以使其观察口位于静止的关注区域附近来实现相对对准。内窥镜和静止的涡轮部件的这种相对移动的示例通过如下来实现：以不同的取向将内窥镜插入到静止的燃烧室内，或者使内窥镜径向地进出压气机或涡轮部内的叶片和叶栅之间的空间。对于旋转轮叶的检查，还可以通过使内窥镜的观察口保持在静止位置并顺次地将叶栅轮叶转入摄像机静止视场中来实现相对对准。先前引用的共同拥有的标题为“SystemAndMethodForVisualInspectionAnd3DWhiteLightScanningOfOff-LineIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachinery”的美国公开号2013/0335530和标题为“SystemAndMethodForAutomatedOpticalInspectionOfIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachineryWithMulti-AxisInspectionScope”的美国专利申请公开号2013/0192353描述了能够在发电机器内自动操控或者在人工操作的控制下手动操控的机动化检查系统的实施例。由系统来监测驱动移动轴的相对取向坐标，使得通过参考那些轴的坐标而知道检查摄像机头位置和取向。在其它类型的发电机器的内部光学检查程序中，期望在人工操作的控制下手动地定位安装在挠性绳上的摄像机头并且记录摄像机图像，如在先前引用的共同拥有的标题为“FlexibleLinkageCameraSystemAndMethodForVisualInspectionOfOffLineIndustrialGasTurbinesAndOtherPowerGenerationMachinery”的美国公开号2014/0055596中所描述的。例如，在压气机或涡轮部内的非旋转静止叶片检查需要物理地将检查镜摄像机系统视场移动至各个叶片处。固定叶片周围的通道的狭窄空间常常使传统的检查镜系统难以通过。为了完成叶片的检查，需要拆下支撑结构例如叶片罩，以在叶片列的有限空间内为检查镜部件提供足够的可见外露区域和/或通道。因此，为了用例如在美国公开号2014/0055596中所描述的挠性绳摄像机检查系统进行全面的涡轮检查，需要在摄像机检查系统的观察口与其它内部检查进入点之间进行多次的手动相对重新定位过程，以对涡轮内的所有关注区域进行全面的视觉检查。由于燃气涡轮中的部件之间的操控路径很复杂，并且常常是迂回曲折的，因此检查装置的定位具有挑战性。检查镜摄像机输送系统必须足够柔软，以穿过促狭的通道，但是又不能太柔软或软弱，以防止被卡在通道内。与前面提到的美国专利申请公开号2013/0192353中所描述的机动化多轴检查系统不同，挠性绳式摄像机检查系统不提供摄像机头位置/取向信息，可以将所述摄像机头位置/取向信息与光学图像信息有利地结合以用于未来分析或生成合成的图像。
技术实现思路
因此，本专利技术提出的目的是使挠性绳式摄像机检查系统的摄像机头位置与所捕捉到的图像相关联，例如可以用机动化的多轴摄像机检查系统。该目的和其它目的是通过摄像机镜检查系统在本专利技术的一个或更多个实施例中实现的，所述摄像机镜检查系统具有挠性绳安装的摄像机头和摄像机头位置感测系统，所述摄像机头位置感测系统通过推断来确定摄像机头的三维(3D)位置。由控制器将摄像机头位置数据与摄像机图像数据相关联。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于发电机器的内部检查的挠性位置跟踪摄像机镜检查系统，包括：摄像机镜，所述摄像机镜包括：挠性细长绳，所述绳具有适于插入到发电机器的盲腔中的远端；摄像机头，所述摄像机头耦接至所述绳的远端；光学摄像机，所述光学摄像机具有视场、耦接至所述摄像机头、用于生成图像数据；摄像机头位置感测系统，所述摄像机头位置感测系统用于通过推断来确定所述摄像机头的三维(3D)位置并且用于生成所推断出的摄像机头位置数据；以及控制器，所述控制器耦接至所述摄像机镜的光学摄像机和所述摄像机头定位系统、用于将所述图像和位置数据相关联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.22 US 14/284,4371.一种用于发电机器的内部检查的挠性位置跟踪摄像机镜检查系统，包括：摄像机镜，所述摄像机镜包括：挠性细长绳，所述绳具有适于插入到发电机器的盲腔中的远端；摄像机头，所述摄像机头耦接至所述绳的远端；光学摄像机，所述光学摄像机具有视场、耦接至所述摄像机头、用于生成图像数据；摄像机头位置感测系统，所述摄像机头位置感测系统用于通过推断来确定所述摄像机头的三维(3D)位置并且用于生成所推断出的摄像机头位置数据；以及控制器，所述控制器耦接至所述摄像机镜的光学摄像机和所述摄像机头定位系统、用于将所述图像和位置数据相关联。2.根据权利要求1所述的系统，所述摄像机头位置感测系统包括惯性传感器，所述惯性传感器耦接至所述摄像机头、用于将摄像机头移动与所推断出的摄像机头3D位置相关联。3.根据权利要求1所述的系统，所述摄像机头位置感测系统包括非接触式远程位置跟踪系统，所述非接触式远程位置跟踪系统包括：无线定位发射器，所述无线定位发射器耦接至所述摄像机头、用于发射位置信号；以及无线定位系统接收器，所述无线定位系统接收器用于接收所述位置信号、定位所述定位发射器的3D位置、并且将所述定位发射器的定位位置与所推断出的摄像机头3D位置相关联。4.根据权利要求1所述的系统，所述摄像机头位置感测系统包括远程绳插入深度感测系统，所述远程绳插入深度感测系统包括沿着所述绳的长度排列的绳标记以及耦接于旋转机器腔附近的能够检测所述标记的收发器、用于将所检测到的标记与所推断出的摄像机头3D位置相关联。5.根据权利要求1所述的系统，所述摄像机头位置感测系统包括绳挠曲感测系统，所述绳挠曲感测系统用于将所感测到的绳挠曲与所推断出的摄像机头3D位置相关联。6.根据权利要求5所述的系统，所述绳挠曲感测系统包括感测阵列，所述感测阵列耦接至所述绳、用于将阵列扭曲与绳挠曲相关联。7.根据权利要求5所述的系统，所述绳挠曲感测系统包括接近度传感器，所述接近度传感器耦接至所述绳、用于将传感器之间的接近度的变化与绳挠曲相关联。8.根据权利要求7所述的系统，所述接近度传感器包括磁接近度传感器。9.根据权利要求7所述的系统，所述接近度传感器包括电容接近度传感器。10.根据权利要求1所述的系统，所述摄像机头位置感测系统还包括由所述光学摄像机观察到的被检查的发电机器中的指定路点标记或对象，所述控制器使用所述指定路点标记或对象、通过与先前验证了的关联图像和位置数据集相比较来证实所述图像和摄像机位置数据的关联。11.一种挠性位置跟踪摄像机镜装置，包括：挠性细长绳，所述绳具有适于插入到发电机器的盲腔中的远端；摄像机头，所述摄像机头耦接至所述绳的远端；光学摄像机，所述光学摄像机具有视场、耦接至所述摄像机头、用于生成图像数据；摄像机头位置感测系统，所述摄像机头位置感测系统用于通过推断来确定所述摄像机头的三维(3D)位置并且用于生成所推断出的摄像机头位置数据。12.根据权利要求11所述的装置，所述摄像机头位置感测系统选自于包括惯性传感器、非接...

【专利技术属性】
技术研发人员：小克里福德·哈彻，福雷斯特·R·鲁格，
申请(专利权)人：西门子能源有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US