(57)【要約】  本発明は、非破壊内部視認検査のための、及び、オンラインで運転中の発電タービンの非接触式赤外線（ＩＲ）温度管理のための光学検査システムに関する。光学検査システムは、光学検査システムは、ビューイングポートを有する光学チューブと、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有すると共に華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの反射ミラー又はミラーアレーと、ビューイングポートの遠位に取り付けられていると共に同一のスペクトル反射領域内において高い反射率を有する透過窓と、を備えている光学チューブを含んでいる。同一の光学ミラーアレーは、近赤外線領域（約１μｍの波長）における金属製のタービンブレードの表面温度と、長赤外線領域（約１０μｍの波長）における遮熱コーティングを施されたタービンブレードの表面温度とを選択的に計測するために利用される。
2015513660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビューイングポートを有している光学チューブハウジングと、
前記ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている少なくとも１つの反射ミラーであって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの前記反射ミラーと、
を備えていることを特徴とするタービン検査装置。
【請求項２】
少なくとも１つの前記反射ミラーが、金属と反射性を有している金属層のコーティングを施されているガラスとから成る群から選択される基材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のタービン検査装置。
【請求項３】
少なくとも１つの前記反射ミラーが、金（Ａｕ）及びモリブテン（Ｍｂ）から成る群から選択される反射性を有している金属層のコーティングを施されていることを特徴とする請求項２に記載のタービン検査装置。
【請求項４】
前記タービン検査装置が、少なくとも１つの前記反射ミラーと光学的に位置合わせされた状態において前記ビューイングポートの遠位に且つ前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている透過窓を備えており、
前記透過窓が、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル透過帯域を有しており、華氏５７２度（摂氏３００度）より高い温度で連続動作可能とされることを特徴とする請求項１に記載のタービン検査装置。
【請求項５】
前記透過窓が、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を備えていることを特徴とする請求項４に記載のタービン検査装置。
【請求項６】
少なくとも１つの前記反射ミラーが、金（Ａｕ）及びモリブテン（Ｍｂ）から成る群から選択される反射性を有している金属層のコーティングを施されていることを特徴とする請求項５に記載のタービン検査装置。
【請求項７】
前記タービン検査装置が、前記光学チューブハウジングの内部に複数の中継ミラーアレーを備えていることを特徴とする請求項１に記載のタービン検査装置。
【請求項８】
前記タービン検査装置が、遮熱コーティングが施されているブレードを有しているガスタービンと、検査ポートとを備えており、
前記光学チューブハウジングの前記ビューイングポートが、前記タービン検査装置によって確立された視野内に位置するタービンブレードの画像を生成させるために、前記検査ポートに挿入されていることを特徴とする請求項１に記載のタービン検査装置。
【請求項９】
ビューイングポートを有している光学チューブハウジングと、
前記ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている少なくとも１つの反射ミラーアレーであって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの前記反射ミラーアレーと、
前記反射ミラーアレーと光学的に位置合わせされた状態において前記ビューイングポートの遠位に且つ前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている透過窓であって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル透過帯域を有しており、華氏５７２度（摂氏３００度）より高い温度で連続動作可能とされる前記透過窓と、
反射ミラーアレーによって確立された視野内に位置する関心物体の画像を前記透過窓を通じて前記光学チューブハウジングの内部に伝送する前記反射ミラーアレーと、
前記反射ミラーアレーを通じて伝送された前記画像を捕捉するために、前記透過窓及び前記反射ミラーアレーと光学的に位置合わせされた状態において前記光学チューブハウジングに結合されているカメラと、
を備えていることを特徴とするタービンカメラ検査システム。
【請求項１０】
前記反射ミラーアレーのうち少なくとも１つの反射ミラーが、反射性を有している金属層のコーティングを施されていることを特徴とする請求項９に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１１】
前記反射ミラーアレーのうち少なくとも１つの反射ミラーが、金（Ａｕ）及びモリブテン（Ｍｂ）から成る群から選択される反射性を有している金属層のコーティングを施されていることを特徴とする請求項１０に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１２】
前記透過窓が、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）を備えていることを特徴とする請求項９に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１３】
前記タービンカメラ検査システムが、前記光学チューブハウジングの内部に複数の中継反射ミラーを備えていることを特徴とする請求項９に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１４】
複数の前記反射ミラーアレーそれぞれの複数のミラーが、金（Ａｕ）及びモリブテン（Ｍｂ）から成る群から選択される反射性を有している金属層のコーティングを施されていることを特徴とする請求項１３に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１５】
前記タービンカメラ検査システムが、検査ポートを備えており、
前記光学チューブハウジングの前記ビューイングポートが、ガスタービンが始動する前に前記検査ポートに挿入され、
前記タービンカメラ検査システムが、前記ガスタービンの動作中に前記ガスタービンの内部の関心領域の画像を生成させることを特徴とする請求項９に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１６】
前記タービンカメラ検査システムが、遮熱コーティングを施されたブレードを有しているガスタービンと、検査ポートとを備えており、
前記光学チューブハウジングの前記ビューイングポートが、レンズアレイによって確立された視野内に位置するタービンブレードの画像を生成させるために、前記検査ポートに挿入されていることを特徴とする請求項９に記載のタービンカメラ検査システム。
【請求項１７】
動作しているガスタービンの内部の関心領域を視覚的に検査するための方法において、
赤外線カメラ検査システムを準備するステップであって、前記赤外線カメラ検査システムが、
ビューイングポートを有している光学チューブハウジングと、
前記ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている少なくとも１つの反射ミラーアレーであって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの前記反射ミラーアレーと、
前記反射ミラーアレーと位置合わせされた状態において前記ビューイングポートの遠位に且つ前記光学チューブハウジングの内部に取り付けられている透過窓であって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル透過帯域を有しており、華氏５７２度（摂氏３００度）より高い温度で連続動作可能とされる前記透過窓と、
前記反射ミラーアレーによって確立された視野内に位置する関心物体の画像を前記透過窓を通じて前記光学チューブハウジングの内部に伝送する前記反射ミラーアレーと、
前記反射ミラーアレーを通じて伝送された前記画像を生成させるために、前記透過窓及び前記反射ミラーアレーと位置合わせされた状態において前記光学チューブハウジングに結合されているカメラと、
を備えている、前記ステップと、
前記赤外線カメラ検査システムの前記光学チューブハウジングの前記ビューイングポートをガスタービンの検査ポートに挿入するステップと、
前記ガスタービンの動作中に前記ガスタービンの内部の関心領域の画像を生成させるステップと、
を備えていることを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記方法が、約１μｍ〜約２μｍの近赤外線（ＩＲ）波長において高い放射率を有するタービンブレードと、約８μｍ〜約１２μｍの長赤外線波長において高い放射率を有する遮熱コーティングを施されているタービンブレードとから成る群から選択されるタービンブレードの画像を選択的に発生させるステップであって、前記タービンブレードのいずれかのタイプについての同一の前記光学チューブハウジングによって実施される前記ステップを備えていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記方法が、約１μｍ〜約２μｍの近赤外線（ＩＲ）波長の範囲内において高い放射率を有するタービンブレードと、約８μｍ〜約１２μｍの長赤外線波長の範囲内において高い放射率を有する遮熱コーティングを施されているタービンブレードとから成る群から選択されるタービンブレードの温度を決定するステップであって、前記タービンブレードのいずれかのタイプについての同一の前記光学チューブハウジングによって実施される前記ステップを備えていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本出願は、同時係属する米国特許出願第１３／３６２３０８号明細書及び米国特許出願第１３／３６２３６５号明細書に基づく優先権を主張するものである。これら特許出願は、参照により本出願に組み込まれている。
【０００２】
［連邦政府による資金提供を受けた研究開発の記載］
アメリカ合衆国エネルギー省によって授与された契約第ＤＥ−ＦＣ２６−０５ＮＴ４２６４４号によって部分的に支援されていた。従って、アメリカ合衆国政府は、本発明について幾らかの権利を有している場合がある。
【０００３】
本発明は、非破壊内部光学検査のための光学検査システムに、及び、摂氏６００度（華氏１１１２度）を超える範囲における表面温度で動作している金属の又は遮熱コーティング（ＴＢＣ）が施されたタービンブレードを具備するガスタービンを含んでいる、オンラインで運転中の発電タービンの非接触式赤外線（ＩＲ）温度管理に関する。より具体的には、本発明は、金メッキされたミラーについての可視光から長赤外線すなわち５５０ｎｍ〜２０μｍの範囲に亘るスペクトル反射領域を具備し且つ華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる、一連のミラーを利用する光学チューブを含んでいる光学システムに関する。同一の反射光学システムは、近赤外線領域（約１μｍ〜約２μｍの波長）における金属製のタービンブレードの表面温度と長赤外線領域（約８μｍ〜約１２μｍの波長）における遮熱コーティングされたタービンブレードの表面温度とを選択的に計測するために利用される場合がある。
【背景技術】
【０００４】
赤外線スペクトルカメラシステム又は可視スペクトルカメラシステムは、高い耐温性を有する屈折レンズを具備する光学システムを高速度で撮影されたカメラの撮像と組み合わせることによって、発電ガスタービン、蒸気タービン、発電機、又はこれらに関連する設備の臨界状態にある内燃機関の構成要素を発電所内で監視する。光学システムの設計は、点検された構成部品の放射率に適合された最良の画質を実現するために、及び、設備の過酷な環境下において存続させるために、レンズ及び光学材料の選択及び組み合わせを要求する。また、可能であれば、多種の内燃機関の構成部品における多様な用途のために、検査波長の広域スペクトルに亘って、同一の光学検査システムの構成部品を利用することが望ましい。
【０００５】
例えば金属製のタービンブレードは、１μｍ〜２μｍの波長範囲にある近赤外線において高い放射率を有している。適切な屈折性を有しており、１μｍ〜５μｍの波長範囲にある近赤外線及び中赤外線において良好な透過率を有しており、且つ、約１０００℃（華氏１８３０度）の過酷な温度環境に耐え得るレンズ材料が存在する。従って、当該屈折レンズ光学システムに結合されているカメラ監視システムは、近赤外線領域において、とりわけ金属製のタービンブレードの表面温度を正確に計測するために利用可能とされる良好な品質の画像を生成させる。
【０００６】
対照的に、遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施されているガスタービンブレードは、約８μｍ〜約１２μｍの波長を有する長赤外線領域において、高い放射値を有している。従って、長赤外線画像は、ガスタービンのＴＢＣブレードの表面温度を計測するのに望ましい。しかしながら、近赤外線光学システムの光学チューブで利用される近赤外線屈折性材料と同程度に堅牢とされる、ガスタービンの環境で利用される光学チューブのための適切な長赤外線レンズ光学材料を発見することが求められている。
【０００７】
堅牢な光学チューブは、運転寿命期間全体に亘ってタービンの内部部品を継続的にオンライン検査するための産業において必要とされる。ガスタービンは、定期的なメンテナンス期間同士の間において連続動作するようになっている。カメラ検査システムの光学機械部品は、点検されるガスタービンンの動作中に、すなわち定期的なメンテナンス期間が到来するまでは、当該点検されるガスタービンから取り外すことができない。ガスタービンの一般的なメンテナンス点検周期は、分解点検を８００００時間ごとにすることとして、４０００時間ごとに指定されている。従って、点検及び検査する機会が到来する前に少なくとも４０００時間で分解することなく、連続的なオンライン点検監視システムが利用可能とされることが重要である。
【０００８】
従って、本発明が属する技術分野では、５００℃（華氏９３２度）より高い、好ましくは最大１０００℃（華氏１８３２度）の温度環境における連続動作に耐え得る発電システムのタービン等についての、高温環境下における検査システムに対するニーズが存在する。
【０００９】
様々な検査分野についての様々な光学チューブを利用することを必要とせずに、マルチスペクトル画像の波長領域を維持、好ましくは大きくする一方で、光の透過率を高めるという他のニーズも存在する。
【００１０】
高温環境下における検査システムの動作寿命期間が定期的なメンテナンス点検期間、好ましくは４０００時間と一致するように、当該動作寿命期間を高めるという全般的なニーズが他に存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、５００℃（華氏９３２度）より高い、好ましくは最大１０００℃（華氏１８３２度）の温度環境下における連続動作に耐え得る、発電システムのための高温環境下における検査システムを作り出すことである。
【００１２】
本発明の他の目的は、様々な検査分野についての様々な光学チューブを利用することを必要とせずに、近赤外線領域及び長赤外線領域を含むマルチスペクトル画像領域に亘って高い画像品質を提供する光学検査システムにおける光学チューブの光透過率を高めることである。
【００１３】
高温環境下における検査システムの動作寿命期間が定期的なメンテナンス点検期間、好ましくは４０００時間と一致するように、当該動作寿命期間を高めるという全般的なニーズが他に存在する。
【００１４】
当該目的及び他の目的は、本発明における非破壊内部視認検査のための、及び、オンラインで運転中の発電タービンの非接触式赤外線（ＩＲ）温度管理のための光学検査システムによって達成される。光学検査システムは、ビューイングポートを有する光学チューブと、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有すると共に華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの反射ミラーと、ビューイングポートの遠位に取り付けられていると共に同一のスペクトル反射領域内において高い反射率を有する透過窓とを含んでいる。光学チューブは、一連のミラーを備えている。同一の光学システムは、近赤外線領域（約１μｍ〜２μｍの波長）における金属製のタービンブレードの表面温度と、長赤外線領域（約１０μｍ〜約１２μｍの波長）における遮熱コーティングを施されたタービンブレードの表面温度とを選択的に計測するために利用される。
【００１５】
本発明は、ビューイングポートを有している光学チューブハウジングと、ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において光学チューブハウジングの内部に取り付けられている少なくとも１つの反射ミラーであって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つの反射ミラーとを備えているタービン検査装置を特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の実施例は、ビューイングポートを有している光学チューブハウジングを含むタービンカメラ検査装置を特徴とする。少なくとも１つの反射ミラーが、ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において光学チューブハウジングの内部に取り付けられている。少なくとも１つの反射ミラーは、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる。透過窓が、少なくとも１つの反射ミラーと光学的に位置合わせされた状態において、ビューイングポートの遠位に且つ光学チューブハウジングの内部に取り付けられている。透過窓が、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル透過帯域を有しており、華氏５７２度（摂氏３００度）より高い温度で連続動作可能とされる。反射レンズアレーは、少なくとも１つの反射ミラーによって確立された視野内に位置する関心物体の画像を透過窓を通じて光学チューブハウジングの内部に伝送する。光学チューブは、一連のミラーを備えている。カメラは、反射ミラーアレーを通じて伝送された画像を捕捉するために、透過窓及び少なくとも１つの反射ミラーと光学的に位置合わせされた状態において光学チューブハウジングに結合されている。
【００１７】
また、本発明は、動作しているガスタービンの内部の関心領域を近赤外線（ＩＲ）領域において視覚的に検査するための方法において、赤外線カメラ検査システムが、ビューイングポートを有している光学チューブハウジングと、ビューイングポートと光学的に位置合わせされた状態において光学チューブハウジングの内部に取り付けられている少なくとも１つのミラーであって、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル反射領域を有しており、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる少なくとも１つのミラーと、５５０ｎｍ〜２０μｍのスペクトル透過領域を有している少なくとも１つのミラーと位置合わせされた状態においてビューイングポートの遠位に且つ光学チューブハウジングの内部に取り付けられている透過窓と、光学システムによって確立された視野内に位置する関心物体の画像を透過窓を通じて光学チューブハウジングの内部に伝送する少なくとも１つのミラーと、光学システムによって形成された画像を捕捉するために、赤外線カメラ検査システムと位置合わせされた状態において光学チューブハウジングに結合されているカメラとを有している、方法を特徴とする。光学チューブは、一連のミラーを備えている。当該検査方法は、赤外線カメラ検査システムの光学チューブハウジングのビューイングポートをガスタービンの検査ポートに挿入し、ガスタービンの動作中にガスタービンの内部の関心領域の画像を生成させることによって実施される。
【００１８】
本発明の目的及び特徴は、当業者によって、任意の組み合わせ又は補助的な組み合わせで結合的に又は逐次的に適用可能とされる。
【００１９】
本出願の開示内容は、添付図面と共に以下の発明の詳細な説明を精査することによって、当業者であれば容易に理解可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明におけるカメラ検査システムによって検査されるガスタービンの概略的な縦断面図である。
【図２】視野（ＦＯＶ）内の関心物体の画像を形成するための、本発明における反射光学システムの実施例の概略的な縦断面図である。
【図３】図２に表わす一連のミラーを具備する、本発明の実施例における光学チューブハウジングの部分的なアキシアル方向断面図であって、図３では、画像が、光学チューブハウジングの中心軸線と一致している。
【図４】ガスタービンの検査ポートに結合されている、本発明における検査システムの概略的な斜視図である。
【図５】本発明における検査システムの検査カメラの焦点調整機構の概略的な斜視図である。
【図６】カメラ検査システムと関連する電子／電子機械制御システムの構成要素とを含む、本発明における検査システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
理解を容易にするために、可能な限り、同一の参照符号が図面に共通する同一の構成要素を示すために利用される。
【００２２】
以下の説明を検討した後には、当業者であれば、非破壊内部光学検査のための光学検査システムとオンラインで運転中の発電タービンの非接触式赤外線（ＩＲ）温度管理とにおいて本発明の開示内容が容易に利用可能であることを明確に理解することができるだろう。光学検査システムは、ビューイングポートを具備する光学チューブと、スペクトル反射領域が５５０ｎｍ〜２０μｍである少なくとも１つの非平面ミラーであって、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続運転可能とされる少なくとも１つの非平面ミラーと、同一のスペクトル領域内において高い透過率を有している透過窓であって、ビューイングポートの遠位に取り付けられている透過窓とを含んでいる。光学チューブは、一連のミラーを備えている。同一の一連のミラーは、近赤外全領域（約１μｍ〜約２μｍ）における金属製のタービンブレードの表面温度を、及び、遠赤外線領域（約８μｍ〜約１２μｍ）における遮熱コーティングされたタービンブレードの表面温度を選択的に計測するために利用される場合がある。従って、単一の光学チューブの構成が、金属のタービンブレード又は遮熱コーティングを施されたタービンブレードを具備するタービンの離隔して接触していない表面の温度を検査及び獲得するために利用可能とされる。
【００２３】
図１は、圧縮区間３２と複数の周方向燃焼器３４と回転シャフト４０が貫通しているタービン区間３８とを有している、既知のガスタービン３０を概略的に表わす。タービン区間３８は、シャフト４０に回転可能に結合されている固定列１のブレード４４と同様に、固定列１のベーン４２を含んでいる。タービン区間３８は、例えば列２のベーン４６や列２のブレード４８のような固定式ベーン及び回転式ブレードの連続する交互の列を含んでいる。タービン３０は、検査のために内部構成部品にアクセスすることができるように、典型的な検査ポート３６を含む複数の検査ポートを備えている。
【００２４】
図１に表わすように、カメラ検査システム５０の一の実施例は、検査ポート３６に結合されており、ビューイングポート５６を具備する光学チューブハウジング５４を含んでおり、ビューイングポート５６は、ハウジング中心軸線と位置合わせされた視野（ＦＯＶ）を確立する。代替的には、視野は、画像をハウジング中心軸線を通過して方向転換させるためにミラー又はプリズムを具備することによって、ハウジング中心軸線に対して傾斜して位置合わせされている。光学チューブハウジング５４のフランジ５７は、検査ポート３６に結合されている。カメラ筐体５８は、光学チューブハウジング５４内において、ミラーアレー６０及び中継ミラーアレー６０′，６０″によって伝送される画像を捕捉する。カメラ検査システム５０は、視野内で視認可能とされるタービン３０内部の関心領域を検査するために、例えば既知の非接触式赤外線（ＩＲ）画像システムによって列１のタービンブレード４４の先縁部の表面温度を監視するために有用である。図１は、単一のカメラ検査システム５０の利用を表わすが、システム利用者の判断に基づく任意の組み合わせで、異なる検査ポートに配設された２つ以上のカメラ検査システムを同時に又は逐次的に利用可能とされる。
【００２５】
図２は、本発明における光学検査システムで利用される典型的な反射ミラーアレー６０の概略的な実施例を表わす。反射ミラーアレー６０は、反射ミラーアレー６０の視野（ＦＯＶ）内の画像を捕捉し、当該画像を接眼焦点面Ｆに伝送する。反射ミラーアレー６０は、ミラーハウジング６１の内部に保持されており、好ましくは、ミラーハウジング６１は、５００℃（華氏９３２度）以上の温度で長期間に亘って動作可能とされる耐熱性金属を備えている。凹面ミラー６２は、任意にはコーティング面６３を有しているが、ＦＯＶ画像を対物反射ミラー６４に反射し、対物反射ミラー６４は、画像を接眼反射ミラー６６に伝送する。接眼反射ミラー６６によって反射された画像は、凸面ミラー６８に伝送され、凸面ミラー６８は、接眼焦点面Ｆに沿って画像を合焦させる。接眼反射ミラーアレー６０の寸法は、光学チューブハウジング５４の寸法以内で実装されるように、且つ、視野角、焦点面の軸線方向長さ、及び画像倍率（もしあれば）を設定するように、既知の光学原理を利用することによって選定される。
【００２６】
好ましくは、光学アレーアセンブリ６０の構成部品は、５００℃（華氏９３２度）以上の温度で長期間に亘って動作可能とされる耐熱性金属を備えている。レンズ要素６２，６４，６６，６８は、耐熱性ガラス又は耐熱性金属から成る基材を備えており、当該基材は、例えばスパッタコーティングのような既知の方法によって施される反射面コーティング層６３を備えている。適切なコーティング材料としては、好ましくは高温の耐熱性を高めるためにクロム（Ｃｒ）接着層を具備した金（Ａｕ）やモリブテン（Ｍｂ）が挙げられる。金は、約５５０ｎｍ〜約２０μｍに及ぶ広い波長帯域幅のスペクトル反射領域を有しており、色収差を発生させない。金のスペクトル反射領域の帯域幅は、可視スペクトル、近赤外線スペクトル、及び遠赤外線スペクトルをカバーしており、非接触式温度管理を含む、タービンブレードの金属表面又は遮熱コーティングされた表面の検査に適している。従って、本発明の実施例における金又はモリブテンでコーティングされた反射ミラーアレー集合体を含む光学チューブは、金属のタービンブレード及び遮熱コーティングされたタービンブレードの両方についての多数の検査用途のために利用可能とされる。
【００２７】
図３は、光学チューブハウジング５４の内部構造を表わす。図示の如く、光学チューブハウジング５４は、タービン検査ポート３６の内部に挿入されており、既知の構造を具備するフランジ５７によって、検査ポート３６に密閉状態で固定されているので、タービンの燃焼ガスは、検査ポート３６から排出されないようになっている。図３に表わす光学チューブに関する実施例は、連続する３つの光学的に位置合わせされた反射ミラーアレー又は集合体６０，６０′，６０″を有しており、反射ミラーアレー又は集合体６０，６０′，６０″は、ビューイングポート５６によって確立されている画像フィールドを捕捉し、ガスタービン３０の外部に位置するカメラ筐体５８に当該画像フィールドを伝送する。反射ミラーアレー６０，６０′，６０″の数量及び大きさは、画像フィールドを捕捉すると共に当該画像フィールドをカメラ筐体５８に伝送することができるように選択される。ビューイングポート５６の遠位に位置する光学チューブ５４の端部は、透明で屈折性を有する圧力窓７０によって密閉されているので、ガスタービンの燃焼ガスの排出を防止することができる。圧力窓７０は、タービン検査ポート３６の外部に配置されているので、タービン検査ポート３６の動作温度は、３００℃を超えない。外部に配置された屈折性を有する圧力窓７０は、長赤外線の範囲において屈折レンズアレー６０等に対して優れた伝送品質を有している材料から成るので、３００℃の連続運転温度に耐えることができる。好ましくは、屈折性を有する圧力窓７０はセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）から成る。光学システムの所望の検査波長範囲に適合する伝送特性を有していれば、セレン化亜鉛の代わりに、他の屈折性材料を利用しても良い。
【００２８】
図４及び図５は、光学チューブハウジング５４に結合されているカメラ筐体５８のハードウェアコンポーネントを表わす。光学チューブ５４及びカメラ画像システム筐体５８は、検査ポート３６を密閉するための既知の構成であるポートフランジ取付リング５７によって、タービン検査ポート３６に結合されている。既知の画像カメラ１８２は、カメラ合焦駆動機構１８４に取り付けられており、カメラ合焦駆動機構１８４は、焦点Ｘ方向矢印に沿ってカメラを並進させることができる既知のサーボモータ／位置エンコーダ１８６を備えている。
【００２９】
図６に表わすように、画像制御システム１９０は、カメラ１８２及びカメラ合焦駆動モータ１８６に電力を供給し、サーボモータ１８６のエンコーダによって付与された合焦駆動機構の位置情報に部分的に基づいて合焦駆動モータを始動、停止、及び逆転させ、画像を記録するためにカメラ１８２を起動させる。そして、画像制御システム１９０は、さらなる処理及び保管のために、例えば光学チューブ５４のビューイングポート５６の視野内の物体からの赤外線波長発光を監視及び相互比較することによって既知の非接触式温度感知を実施するためにカメラから画像を受信する。画像制御システム１９０は、メモリ１９６内に格納されているプログラム指令を実行する既知の制御装置１９４を含んでいる。制御装置１９４は、二方向データ経路（例えばイーサネット（登録商標）通信プロトコルを実装したケーブル及び／又はデータバス）を介してホストコントローラ２００と通信可能な状態とされる。典型的なホストコントローラ２００は、メモリ２０４にアクセス可能とするプログラミング指令を実装したプロセッサ２０２を有するパーソナルコンピュータ（ＰＣ）である。既知のヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）２０６は、ヒトからの指令、制御、及び監視を実行するために、ＰＣと通信可能な状態とされる。また、ＰＣは、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）のような既知の無線通信プロトコルを介して、例えばタブレットコンピュータ２０８のような他のＨＭＩ装置と通信する。画像制御システム１９０は、カメラ１８２から受信した画像及び／又は関連する温度読み取り値を記憶、処理、及び保管するためのデータ格納装置を含んでいる。
【００３０】
検査すべきガスタービンを始動する前に、１つ以上のカメラ検査システム５０それぞれが、光学チューブハウジング５４をカメラ検査システム５０に挿入すると共にポートフランジ取付リング５７をタービン検査ポート３６に固定することによって、所望のタービン検査ポート３６等それぞれに結合されている。カメラ１８２は、画像制御システム１９０から受信した指令を開始したことに応じてガスタービン内部の構成部品内の関心領域の画像を捕捉し、後に処理（例えばタービンブレードの表面温度の感知）及び保管するために、捕捉された画像を画像制御システム１９０に伝送する。
【００３１】
反射ミラーアレーを本発明におけるカメラ検査システムの光学チューブに利用することによって、従来技術に基づく屈折レンズから成る光学チューブより優れた少なくとも以下の利点が得られる。
【００３２】
［１．広いスペクトル領域に亘って得られる改善された画像品質］
屈折レンズを具備する光学チューブとは異なり、反射ミラーアレーを具備する光学チューブは、色収差を発生させることなく、５５０ｎｍ〜２０μｍの広いスペクトル帯域幅に亘って画像を伝送することができるので、可視光から長赤外線に至る範囲で高品質な画像を形成した場合に優位である。
【００３３】
［２．反射ミラーアレーを具備する光学チューブの拡大されたスペクトル帯域幅］
単一の光学チューブの構成は、近赤外線領域及び長赤外線領域においてタービンブレードの金属表面と熱ボンドが被覆された表面との両方を検査するために利用される。屈折光学チューブシステムでは、様々なチューブの構成が赤外線領域の一部分それぞれのために必要とされる。長赤外線のための屈折レンズを具備する光学チューブは、画像の品質と光学チューブの寿命とを厳格に両立している。
【００３４】
［３．より高い温度下における操作性及び耐用寿命］
本発明における光学チューブで利用される反射ミラーレンズアレーは、華氏９３２度（摂氏５００度）より高い温度で連続動作可能とされる一方で、広範囲に亘るスペクトラム波長において良好な品質の画像を提供することができる。対照的に、長赤外線波長領域（８μｍ〜１２μｍ）において比較可能な画像を伝送することができる屈折材料は、摂氏５００度より高い温度で長時間に亘って動作することができない。本発明の実施例は、屈折性を有する外部の圧力窓を具備する光学チューブを密閉し、圧力窓は、長赤外線波長において優れた伝送品質を有している。圧力窓は、光学チューブの遠位端に且つタービン検査ポートの外部に位置している。圧力窓の動作温度が３００℃を超えないので、圧力窓は連続動作可能とされる。
【００３５】
本発明の開示事項を具備する様々な実施例について、本願で詳細に図示及び説明したが、当業者は、当該開示事項を具備する多くの他の様々な実施例を容易に想到することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１    固定列
２    列
３０    ガスタービン
３２    圧縮区間
３４    周方向燃焼器
３６    検査ポート
３８    タービン区間
４０    回転シャフト
４２    ベーン
４４    ブレード
４６    ベーン
４８    ブレード
５０    カメラ検査システム
５４    光学チューブハウジング
５６    ビューイングポート
５７    フランジ
５８    カメラ筐体
６０    反射ミラーアレー
６０′  中継ミラーアレー
６０″  中継ミラーアレー
６１    ミラーハウジング
６２    凹面ミラー
６３    コーティング面
６４    対物反射ミラー
６６    接眼反射ミラー
６８    凸面ミラー
７０    圧力窓
１８２    画像カメラ
１８４    カメラ合焦駆動機構
１８６    サーボモータ／位置エンコーダ
１９０    画像制御システム
１９４    制御装置
１９６    メモリ
２００    ホストコントローラ
２０２    プロセッサ
２０４    メモリ
Ｆ    接眼焦点面
【図１】
2015513660.tif 000003
【図２】
2015513660.tif 000004
【図３】
2015513660.tif 000005
【図４】
2015513660.tif 000006
【図５】
2015513660.tif 000007
【図６】
2015513660.tif 000008
【国際調査報告】
2015513660.tif 000009
2015513660.tif 000010