本公开大体上涉及用于制造具有被动应变指示器的构件的方法以及用于监测应变的系统，且特别是可单独于构件形成且结合至构件的被动应变指示器。
背景技术：
遍及各种工业应用，设备构件经受多种极端条件(例如，高温、高压、大应力负载等)。随着时间过去，设备的独立构件可经历蠕变和/或变形，这可降低构件的可用寿命。例如，这种关注可适用于一些涡轮机。
涡轮机广泛用于诸如发电和飞行器发动机的领域。例如，常规燃气涡轮系统包括压缩机区段、燃烧器区段以及至少一个涡轮区段。压缩机区段构造成在工作流体流过压缩机区段时压缩工作流体(例如，空气)。压缩机区段将高压压缩工作流体供应至燃烧器，在那里，高压工作流体与燃料混合且在燃烧室中燃烧，以生成具有高的温度和压力的燃烧气体。燃烧气体沿热气体路径流到涡轮区段中。涡轮区段通过从其取得能量而使用燃烧气体来产生功。例如，燃烧气体在涡轮区段中的膨胀可使轴旋转以对压缩机、发电机和其他各种负载供能。
在涡轮机的操作期间，涡轮机内的各种构件且特别是沿热气体路径的构件(诸如涡轮机的涡轮区段内的涡轮叶片)可由于高温和应力经受变形。例如，在涡轮叶片中，蠕变可引起叶片的部分或整个叶片伸长，使得叶片末梢接触固定结构(例如涡轮壳)，且潜在地在操作期间引起不需要的振动和/或降低的性能。
技术实现要素：
本文明的方面和优点将在以下描述中部分地阐释，或可从该描述显而易见，或可通过实践本发明而学习到。
根据本公开的一个实施例，提供了一种制造具有被动应变指示器的构件的方法。被动应变指示器包括在其上具有多个基准标记的垫片。该方法包括形成构件，构件包括外表面。该方法还包括通过使垫片上的选择的位置变形而在垫片上形成多个基准标记，以及将垫片的至少一部分附接至构件的外表面。构件和被动应变指示器在将垫片的至少一部分附接至构件的外表面之前单独地形成。
根据本公开的另一实施例，提供了一种用于监测应变的系统。该系统包括具有外表面的构件。该系统还包括被动应变指示器。被动应变指示器的至少一部分与构件的外表面集成地结合。被动应变指示器包括垫片和多个基准标记。各个基准标记包括垫片上的离散三维特征。
技术方案1.一种制造具有被动应变指示器的构件的方法，所述方法包括：
形成所述构件，所述构件包括外表面；
形成所述被动应变指示器，所述被动应变指示器包括垫片和所述垫片上的多个基准标记，所述多个基准标记通过使所述垫片上的选择的位置变形而形成在所述垫片上；以及
将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面；
其中形成所述构件和形成所述被动应变指示器在将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面之前单独地执行。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述多个基准标记布置成预定图案。
技术方案3.根据技术方案2所述的方法，其中，所述预定图案包括二进制编码数据。
技术方案4.根据技术方案2所述的方法，其中，所述预定图案包括分析区域、定位区域和序列区域，且其中所述多个基准标记中的至少一者形成在所述分析区域、所述定位区域和所述序列区域中的各个中。
技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中，使所述垫片上的选择的位置变形包括点锤击。
技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其中，使所述垫片上的选择的位置变形包括在所述垫片的前表面上的选择的位置中形成压痕。
技术方案7.根据技术方案6所述的方法，其中，所述垫片的前表面包括参照部分和外周焊接区域，且其中使所述垫片上的选择的位置变形包括使所述参照部分内的选择的位置变形。
技术方案8.根据技术方案7所述的方法，其中，所述外周焊接区域与所述参照部分不同，没有基准标记形成在所述外周焊接区域上，且将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面包括仅将所述垫片的外周焊接区域点焊至所述构件的外表面。
技术方案9.根据技术方案8所述的方法，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述长度和所述宽度的乘积限定所述前表面的面积，且所述参照部分占据所述前表面的面积的大约百分之四十和所述前表面的面积的大约百分之七十之间。
技术方案10.根据技术方案9所述的方法，其中，所述外周焊接区域占据所述前表面的面积的大约百分之三十和所述前表面的面积的大约百分之六十之间。
技术方案11.根据技术方案1所述的方法，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述垫片的长度在大约十分之二英寸和大约一又二分之一英寸之间，且所述垫片的宽度在大约十分之一英寸和大约四分之三英寸之间。
技术方案12.一种用于监测应变的系统，包括：
包括外表面的构件；以及
被动应变指示器，所述被动应变指示器的至少一部分与所述构件的外表面集成地结合，所述被动应变指示器包括垫片和多个基准标记，所述多个基准标记中的各个基准标记包括形成在所述垫片上的离散三维特征。
技术方案13.根据技术方案12所述的系统，其中，所述多个基准标记布置成预定图案。
技术方案14.根据技术方案13所述的系统，其中，所述预定图案包括二进制编码数据。
技术方案15.根据技术方案13所述的系统，其中，所述预定图案包括分析区域、定位区域和序列区域，且其中所述多个基准标记中的至少一者定位在所述分析区域、所述定位区域和所述序列区域中的各个中。
技术方案16.根据技术方案12所述的系统，其中，各个基准标记包括所述垫片的前表面中的压痕。
技术方案17.根据技术方案12所述的系统，其中，所述垫片包括：
前表面，所述多个基准标记形成在所述垫片的前表面的参照部分中；
所述前表面上的外周附接区域，所述外周附接区域与所述参照部分不同且集成地结合至所述构件的外表面；以及
其中没有基准标记形成在所述外周附接区域上。
技术方案18.根据技术方案17所述的系统，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述长度和所述宽度的乘积限定所述前表面的面积，且所述参照部分占据所述前表面的面积的大约百分之四十和大约百分之七十之间。
技术方案19.根据技术方案18所述的系统，其中，所述外周附接区域占据所述前表面的面积的大约百分之三十和所述前表面的面积的大约百分之六十之间。
技术方案20.根据技术方案12所述的系统，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述垫片的长度在大约十分之二英寸和大约一又二分之一英寸之间，且所述垫片的宽度在大约十分之一英寸和大约四分之三英寸之间。
技术方案21.一种在构件上制造被动应变指示器的方法，所述方法包括：
形成所述被动应变指示器，所述被动应变指示器包括垫片和所述垫片上的多个基准标记，所述多个基准标记通过使所述垫片上的选择的位置变形而形成在所述垫片上；以及
将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面；
其中形成所述被动应变指示器在将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面之前单独地执行。
技术方案22.根据技术方案21所述的方法，其中，所述多个基准标记布置成预定图案。
技术方案23.根据技术方案22所述的方法，其中，所述预定图案包括二进制编码数据。
技术方案24.根据技术方案22所述的方法，其中，所述预定图案包括分析区域、定位区域和序列区域，且其中所述多个基准标记中的至少一者形成在所述分析区域、所述定位区域和所述序列区域中的各个中。
技术方案25.根据技术方案21所述的方法，其中，使所述垫片上的选择的位置变形包括点锤击。
技术方案26.根据技术方案21所述的方法，其中，使所述垫片上的选择的位置变形包括在所述垫片的前表面上的选择的位置中形成压痕。
技术方案27.根据技术方案26所述的方法，其中，所述垫片的前表面包括参照部分和外周焊接区域，且其中使所述垫片上的选择的位置变形包括使所述参照部分内的选择的位置变形。
技术方案28.根据技术方案27所述的方法，其中，所述外周焊接区域与所述参照部分不同，没有基准标记形成在所述外周焊接区域上，且将所述垫片的至少一部分附接至所述构件的外表面包括仅将所述垫片的外周焊接区域点焊至所述构件的外表面。
技术方案29.根据技术方案28所述的方法，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述长度和所述宽度的乘积限定所述前表面的面积，且所述参照部分占据所述前表面的面积的大约百分之四十和所述前表面的面积的大约百分之七十之间。
技术方案30.根据技术方案29所述的方法，其中，所述外周焊接区域占据所述前表面的面积的大约百分之三十和所述前表面的面积的大约百分之六十之间。
技术方案31.根据技术方案21所述的方法，其中，所述垫片限定长度和宽度，所述垫片的长度在大约十分之二英寸和大约一又二分之一英寸之间，且所述垫片的宽度在大约十分之一英寸和大约四分之三英寸之间。
参照以下描述和所附权利要求，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。并入该说明书中且形成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且与描述一起用于论述本发明的原理。
附图说明
针对本领域的普通技术人员的包括其最佳模式的本发明的完整和充分的公开在参照了附图的说明书中阐释，在附图中：
图1是根据本公开的实施例的在其上具有被动应变指示器的示例性构件的透视图；
图2是根据本公开的实施例的在其上具有被动应变指示器的另一示例性构件的透视图；
图3是根据本公开的实施例的在其上具有被动应变指示器的又一示例性构件的侧视图；
图4是根据本公开的实施例的多个基准标记的俯视图；
图5是根据本公开的实施例的多个基准标记的俯视图；
图6是根据本公开的实施例的构件上的被动应变指示器的局部截面视图；
图7是根据本公开的实施例的构件上的被动应变指示器的局部截面视图；
图8是根据本公开的实施例的用于监测构件应变的系统的透视图；
图9是根据本公开的实施例的多个基准标记的俯视图；
图10是根据本公开的实施例的多个基准标记的俯视图；且
图11是示出根据本公开的实施例的制造具有被动应变指示器的构件的方法的流程图；
构件清单
10构件
12基准标记
14外表面
16附接区域
17前表面
18参照部分
20预选列间距
22预选行间距
23系统
24光学扫描器
26处理器
28光
30发光二极管
32相机
38垫片
40应变指示器
41分析特征
42分析区域
43定位特征
44定位区域
45序列特征
46序列区域
48距离
d深度
l长度
m移动
md最大直径
w宽度
ls垫片的长度
ws垫片的宽度。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例作为对本发明的论述而非对本发明的限制而提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在本发明中可进行各种修改和改型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，作为一个实施例的一部分而示出或描述的特征可与另一个实施例一起使用以产生更进一步的实施例。因此，意在使本发明覆盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的这种修改和改型。
参照图1至图3，示出了示例性构件10，其中被动应变指示器40附接至各个构件10的外表面14。被动应变指示器40包括在其上形成的多个基准标记12。构件10可为用在多种不同应用中的多种类型的构件中的任一种，诸如，例如用在高温应用中的构件(例如，包括镍基或钴基超级合金的构件)。在一些实施例中，构件10可为工业燃气涡轮或蒸汽涡轮构件，诸如燃烧构件或热气体路径构件。在一些实施例中，构件10可为涡轮叶片、压缩机叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳。在其他实施例中，构件10可为涡轮的任何其他构件，诸如用于燃气涡轮、蒸汽涡轮等的任何其他构件。在一些实施例中，构件可为非涡轮构件，包括但不限于机动车构件(例如，汽车、卡车等)、航空构件(例如，飞机、直升机、航天飞机、铝件等)、机车或轨道构件(例如，火车、火车轨道等)、结构、基础设施或建筑工程构件(例如，桥、建筑、施工装备等)，和/或功率设备或化学处理构件(例如，用在高温应用中的管)。
图1的示范性实施例中示出的示例性构件10是涡轮构件，且更特别地过渡件。如图1中所示，构件10可为成组(例如，两个或更多个)构件10中的一个，且在一些实施例中，组中的各个构件10可在其上包括被动应变指示器40，而在其他实施例中，少于组中所有的构件10可在其上具有被动应变指示器40。图2的示范性实施例中示出的示例性构件10是涡轮构件，且更特别地涡轮叶片。图3的示范性实施例中示出的示例性构件10是压力容器，且更特别地管，诸如可密封地连接至锅炉或其他高压和/或高温容器。类似于上面关于图1提到的那样，图3的管10可为组(例如，包括多个管和/或容器，所示的管10连接到其上)的一部分，且该组的元件中的一些或全部也可在其上包括被动应变指示器40。此外，构件10可为如上文描述的各种额外或备选构件。
例如，如图4-7中所示，被动应变指示器40包括垫片38，其中多个基准标记12形成在垫片38上。基准标记12定位在垫片38的前表面17的部分18上。基准标记12是大体上可识别的目标，各自具有长度l和宽度w(见图9)。如本文论述的那样，根据本公开的基准标记12是离散的三维特征，例如，限定在垫片38中的凹陷或压痕。相应地，基准标记12还可各自具有延伸到垫片38中的深度d(见图6和图7)，且垫片38可附接至构件10。
在一些实施例中，诸如当构件10为涡轮叶片或其他涡轮构件时，用于构件10的适合的材料可包括高性能镍基超级合金，诸如gtd-111、gtd-141、gtd-444、r108、inconel738或单晶n4和n5。在一些实施例中，用于垫片38的适合的材料包括hastelloyx、302不锈钢、6a1/4v钛以及inconel。备选地，其他适合的金属或其他材料可用于构件10和/或垫片38。
基准标记12可各自具有最大直径md(图4)。在各种示例性实施例中，标记12的最大直径md可在百分之一英寸(0.01”)和百分之十五英寸(0.15”)之间，诸如在百分之二英寸(0.02”)和百分之十二英寸(0.12”)之间。在一些示例性实施例中，标记12的最大直径md可在千分之十五英寸(0.015”)和百分之三英寸(0.03”)之间。应理解的是，一个基准标记12的最大直径md可与其他基准标记12的最大直径md不同，例如，最大直径md可都在相同范围内但不一定彼此相等。
现在参照图1至图3，被动应变指示器40可定位在构件10的外表面14上。在一些实施例中，被动应变指示器40可附接至外表面14，且在一些实施例中可集成地结合至外表面14(诸如通过焊接)。在示例性实施例中，提供了至少两个离散标记(例如，12a和12b，如图9中所示)，使得距离d可在所述至少两个标记12a和12b之间测量。本领域技术人员应了解的是，这些测量可帮助确定被动应变指示器40所处的构件10的区域处的应变、应变率、蠕变、疲劳、应力等的量。被动应变指示器40可为各种大小，且其上的至少两个离散的标记12a和12b可设置在多个距离处，且被动应变指示器40可取决于特定构件10而定位在构件10上的多个位置中，只要标记之间的距离d可测量。
基准标记12可具有任何适合的形状，诸如点、线、圆、矩形或任何其他几何或非几何形状，只要它们可一致地识别且可用于测量其间的距离d。基准标记12可形成多种不同的构造和截面，诸如通过并入多种不同形状、大小和定位的基准标记12。例如，各个基准标记12可包括匹配的或独特的形状。在一些实施例中，各个标记12可限定与另一基准标记相同(即，匹配)或独特的圆形形状、矩形形状或线性形状。一种可能的形状在图6中示出，其中示出了示例性基准标记12，其限定了球的一部分，例如基准标记12可具有半球形状，其中球的其余部分为了参照而在图6中以虚线示出。一些实施例可包括基于整球(其由半球基准标记12部分地限定)的分析来监测应变。另一示例在图7中示出，其中基准标记12具有圆锥形状。例如，在其中多个基准标记12由点锤击形成的实施例中，点锤击设备可包括具有锥点的尖端，其在垫片中留下对应形状的印记，例如，如图7中所示的圆锥基准标记12。如上文提到的那样，基准标记12可具有任何适合的形状，只要它们可一致地识别且可用于测量其间的距离d。
如论述的那样，基准标记12是限定在垫片38中的凹陷或压痕。各种适合的方法可用于在垫片38中形成基准标记12。例如，在一些实施例中，基准标记12可在垫片38的形成期间形成，例如，其可使用适合的铸造或模制过程或其他适合的制造过程来形成。备选地，基准标记12可在垫片38的形成之后使用适合的减除技术形成。此类技术的示例包括激光移除、蚀刻等。在另一示例中，基准标记12可在垫片38的形成之后通过使用任何适合的技术(诸如点锤击)使垫片38上的选择的位置机械地变形来形成。
可使用将被动应变指示器40附接至构件10的任何适合的手段或方法。在一些实施例中，被动应变指示器40的至少一部分可与构件集成地结合，这可有利地减少或最小化被动应变指示器40和基准标记12独立于或超出构件10的移动。例如，被动应变指示器40可通过将垫片38焊接至构件10而集成地结合至构件10。例如，在一些实施例中，垫片38的一部分可点焊至构件10的外表面14。可使用将被动应变指示器40集成地结合至构件10的任何其他适合的方法，其中此类方法导致被动应变指示器40的至少一部分与构件10成一体且被动应变指示器40不可从构件10移除，而不损坏构件10和被动应变指示器40中的一者或两者。
在一些实施例中，如上文论述的那样，垫片38包括前表面17(图6和图7)，基准标记12形成在其上。在一些实施例中，前表面17可包括参照部分18(图4)，基准标记12在其上形成，且外周附接区域16包绕参照部分18。在其中垫片38焊接至外表面14的实施例中，外周附接区域16包括外周焊接区域。应理解的是，本文对外周焊接区域16的描述是描述外周附接区域16的示例性实施例，且不一定限于焊接。外周焊接区域16可与参照部分18不同。例如，外周焊接区域16与参照部分18不同之处可在于，多个基准标记12可定位在前表面17的参照部分18上，但是可没有基准标记12定位在前表面17的外周焊接区域16上。作为另一示例，外周焊接区域16与参照部分18不同之处可在于，垫片38可仅在外周焊接区域16处附接至构件10的外表面14，例如，其中垫片38通过焊接附接至外表面14的实施例可包括仅将垫片38的外周焊接区域16点焊至构件10的外表面14。
如下文更详细地论述的那样，各种实施例包括使用三维数据获取装置直接测量多个基准标记12，诸如利用光学扫描器24(图8)。在一些实施例中，光学扫描器24或其他适合的装置具有视场，即，装置可在单个图像或扫描中捕获的最大面积限度。在此实施例中，参照部分18的面积可优选为视场的面积的至少三分之一(1/3)。例如，如将在下文更详细地论述的那样，在一些示例性实施例中，光学扫描器24可为结构化光扫描器。此外，在此实施例中，扫描器24或其他适合的装置的视场可提供参照部分18的大小的上限，例如，参照部分18可大小确定成使得多个基准标记12的全部可在视场的范围内。
被动应变指示器40可附接至各种构件10且在此构件10上的多个位置中的一者或多者中。例如，如上文论述的那样，被动应变指示器40可定位在涡轮叶片、导叶、喷嘴、护罩、转子、过渡件或壳上。在此实施例中，被动应变指示器40可在已知在单元操作期间经历各种力的一个或多个位置中附接至构件10，诸如在翼型件、平台、末梢或任何其他适合的位置上或附近，其可包括构件10的寿命限制区域，例如高应力或高应变区域和/或具有紧密公差或间隙的区域。例如，被动应变指示器40可附接在已知经历升高的温度或集中的结构负载的一个或多个位置中。例如，被动应变指示器40可定位在热气体路径中和/或燃烧构件10上，诸如图1的过渡件或图2的涡轮叶片。
被动应变指示器40可包括多种不同的构造和截面，诸如通过并入多种不同形状、大小和定位的基准标记12。例如，被动应变指示器40可包括多种不同的基准标记12，其包括各种形状和大小。此实施例可提供较多种类的距离测量48。该较多种类的还可通过提供跨过较多种类的位置提供应变测量来对构件10的特定部分提供更稳健的应变分析。
此外，被动应变指示器40的各种尺寸的值可取决于例如构件10、被动应变指示器40的位置、测量的目标精度、应用技术和光学测量技术。例如，在一些实施例中，垫片38可包括长度ls和宽度ws。长度ls和宽度ws的乘积可限定垫片38的面积，且具体而言其前表面17的面积。宽度ws可范围从小于十分之一英寸(0.1”)至大于四分之三英寸(0.75”)，诸如在十分之二英寸(0.2”)和半英寸(0.5”)之间。长度ls可范围从小于十分之二英寸(0.2”)至大于一又二分之一英寸(1.5”)，诸如在十分之四英寸(0.4”)和一英寸(1.0”)之间。此外，被动应变指示器40可包括适合于应用和随后的光学识别而不显著影响位于下面的构件10的性能的任何厚度。例如，在一些实施例中，应变指示器40可包括在千分之一英寸(0.001”)和千分之三十英寸(0.030”)之间的厚度，诸如在千分之三英寸(0.003”)和千分之二十五英寸(0.025”)之间，诸如在千分之六英寸(0.006”)和千分之二十英寸(0.020”)之间，诸如在千分之八英寸(0.008”)和千分之十五英寸(0.015”)之间。在一些实施例中，垫片38可具有大致均匀厚度。此实施例可帮助促进更准确的测量以用于随后的应变计算。
前表面17的区域可包括外周附接区域16和参照部分18，且可包括其他部分，例如，前表面17可包括参照部分18和外周附接区域16之间的缓冲区域或间隙。在其他实施例中，前表面17的面积可由参照部分18和外周附接区域16完全占据。因此，在一些实施例中，参照部分18可占据前表面的面积的大约百分之四十到前表面的面积的大约百分之七十之间，而外周附接区域16可占据前表面17的其余部分，例如，前表面17的面积的大约百分之三十和前表面17的面积的大约百分之六十之间。在其他实施例中，外周附接区域16和参照部分18可共同占据少于前表面17的全部，例如，参照部分18可占据前表面17的面积的大约百分之六十且外周附接区域16可占据前表面17的面积的大约百分之三十，其中前表面17的其余部分形成缓冲区域(没有基准标记12在其中形成，且其不焊接或另外直接附接至构件10)。参照部分18和外周附接区域16的各种其他比例和组合也是可能的。
多个基准标记12可按任何适合的数目和布置设置在垫片38的前表面17上。提供至少四个基准标记12可有利地允许完整应变分量(即，全部三个应变分量)的测量和分析。例如，例如，提供至少四个基准标记12可有利地允许2d应变场测量和分析，且提供至少七个基准标记12可有利地允许3d应变场测量和分析。基准标记12在各种示例性实施例中可沿规则的网格布置，例如使得标记12限定矩形形状。在至少一个备选实施例中，基准标记12可布置成线性方式或其他规则图案。在其他备选实施例中，基准标记12可布置成非线性图案且/或可限定不规则形状。此实施例的各种组合是可能的，例如，四个标记可设成和布置成形成矩形或直线，或四个基准标记可设成非线性图案。此类示例仅为了示范性目的且非限制。在各种实施例中可提供任何适合数目和布置的基准标记12。
可选地，基准标记12可定位成预定参照图案。例如，基准标记12可跨过参照部分18布置为点阵网格，如图9中所示的那样。点阵网格可包括预选列间距20和预选行间距22，以限定各个相邻标记12之间的距离d。此外，多个被动应变指示器可各自包括独立的预定参照图案。换句话说，一个被动应变指示器40的预定参照图案可区别于且不同于另一被动应变指示器40的预定参照图案。将各自具有独立的预定参照图案的被动应变指示器放置在相同构件的离散构件或离散部分上可允许贯穿构件10的寿命来识别和追踪离散构件和/或部分。
在一些实施例中，如上文提到的那样，基准标记12可布置成点阵网格，点阵网格具有跨过参照部分18的预选列间距20和预选行间距22。此外，与基准标记12的大小相比，此实施例可包括相对小的预选列间距20和/或预选行间距22。例如，预选列间距20或预选行间距22中的一者可小于基准标记12的最大直径md的大约百分之七十五(75%)，诸如小于最大直径md的大约百分之六十(60%)。此外，应了解的是，如本文使用的那样，诸如“大约”或“约”的近似用语指在指定值以上或以下百分之十内。
在一些实施例中，基准标记12可布置成预定图案，其包括二进制编码数据，诸如条形码或qr码。在一些实施例中，例如，如图4和图5中所示的那样，预定图案可包括分析区域42、定位区域44和序列区域46，其中多个基准标记12中的至少一者形成在分析区域42、定位区域44和序列区域46中的各个中。例如，被动应变指示器40的各个基准标记12可作为分析特征41、定位特征43或序列特征45提供和使用。分析特征41可设置在分析区域42内，定位特征43可设置在定位区域44内，且序列特征45可设置在被动应变指示器40的序列区域46内。大体上，定位特征43用作参照点，以用于测量定位特征43和各个分析特征41之间的距离48。可在多个不同时间进行测量，例如，在变形事件(诸如，蠕变、疲劳和过载)之前和之后。本领域技术人员应了解的是，这些测量可帮助确定被动应变指示器40所定位的构件10的区域处的应变、应变率、蠕变、疲劳、应力等的量。基准标记12大体上可取决于特定构件10设置在多个距离处和多个位置中，只要距离48可测量。此外，基准标记12可包括点、线、圆、框或任何其他几何或非几何形状，只要它们可一致地识别且可用于测量距离48。
如论述的那样，在一些实施例中，被动应变指示器40可包括序列区域46，其可包括多个序列特征45。这些特征45可大体上形成任何类型的条形码、标签、标记符、序列号、图案或促进该特定被动应变指示器40的识别的其他识别系统。在一些实施例中，序列区域46可额外或备选地包括关于构件10或构件10构造于其上的整个组件的信息。序列区域46可由此辅助识别和追踪特定被动应变指示器40、构件10或甚至整个组件，以帮助关联测量以用于过去、现在和未来的操作追踪。
现在参照图8，示出了用于监测构件应变的系统的示例性实施例。根据本公开的此系统可通过沿三个轴线(常规称为x轴线、y轴线和z轴线且互相正交)测量基准标记12来促进改进的局部和/或全局应变分析。当系统23测量各个标记的相对位移且因此构件10的变形时，基准标记12的移动m(图5和图10)可在各个平面中追踪。此外，系统23可包括三维数据获取装置24，诸如在示例性实施例中为光学扫描器24(图8)，以用于分析基准标记12，以及与三维数据获取装置操作通信的处理器26。
大体上，如本文使用的用语“处理器”不仅指本领域中提到的包括在计算机中的集成电路，而且指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(plc)、专用集成电路以及其他可编程电路。处理器26还可包括各种输入/输出通道，以用于从与处理器26通信的各种其他构件(诸如，三维数据获取装置24)接收控制信号以及将控制信号发送至其。处理器26可还包括适合的硬件和/或软件，以用于存储和分析来自三维数据获取装置24的输入和数据，以及用于大体上执行如本文描述的方法步骤。
值得注意的是，处理器26(或其构件)可集成在光学数据获取装置24内。在额外或备选实施例中，处理器26(或其构件)可与数据获取装置24分开。在示例性实施例中，例如，处理器26包括集成在数据获取装置24内以用于初始地处理由数据获取装置24接收的数据的构件，以及与数据获取装置24分开以用于测量基准标记12和/或从数据组合当前三维轮廓以及比较这些轮廓的构件。
大体上，处理器26可操作成用于沿x轴线、y轴线和z轴线直接测量基准标记12以获得x轴线数据点、y轴线数据点和z轴线数据点且产生前表面17(且具体而言，其参照点18)的拓扑的准确3d数字复制。如论述的那样，轴线互相正交。x轴线数据点、y轴线数据点和z轴线数据点是与基准标记12的直接测量相关的维度数据点。处理器26可还操作成用于定位各个基准标记12的形心，例如，确定代表形心的位置的三维坐标。通过在各个时间扫描构件10上的被动应变指示器40，例如，在变形事件(诸如，蠕变、疲劳和过载)之前和之后，可对于例如应力和/或应变监测构件10。数据获取装置24可操作成执行构件10的单次三维测量，使得不需要或不执行复合测量。构件10的单次三维测量产生三维数据且允许三维应变分析。此类三维数据的示例性实施例可包括三维点云内的多边形网格数据，包括由互相正交的轴线x、y和z限定的三维空间中的形心坐标。此三维数据然后可输入到变形分析算法来计算区域表面应变。
大体上，可使用任何适合的三维数据获取装置24，其使用表面计量技术来获得三个维度中的直接测量。在示例性实施例中，装置24是使用非接触表面计量技术的非接触装置。此外，在示例性实施例中，根据本公开的装置24具有沿x轴线、y轴线和z轴线在约100纳米和约100微米之间的分辨率。相应地，且根据示例性方法，x轴线数据点、y轴线数据点和z轴线数据点在约100纳米和约100微米之间的分辨率下获得。
例如，在一些实施例中，可使用适合的光学扫描器24，其在三个维度中光学地识别基准标记12。图6示出了根据本公开的光学扫描器24的示例性实施例，其中扫描器是结构化光扫描器。结构化光扫描器大体上从包括的发射器(诸如发光二极管30或其他适合的光生成设备)发射光28。在示例性实施例中，由结构化光扫描器使用的发射的光28是蓝光或白光。大体上，发射的光28大体上以特定图案投射到被动应变指示器40和构件10上。当光28接触被动应变指示器40和构件10时，被动应变指示器40和基准标记12的表面轮廓使光28扭曲。在结构光由外表面反射之后，该扭曲可由探测器捕获，例如，在由相机32获得的图像中。光28接触基准标记12(以及周围的前表面17)的图像例如由处理器26接收。处理器26然后基于接收的图像例如通过比较光图案中的扭曲与预期图像来计算x轴线数据点、y轴线数据点和z轴线数据点。值得注意的是，在示例性实施例中，处理器26操作此光学扫描器24来执行各种上文公开的步骤。
备选地，可使用其他适合的数据获取装置。例如，在一些实施例中，装置24是激光扫描器。激光扫描器大体上包括激光器，其朝物体(诸如在这些实施例中，大体上基准标记12和涡轮构件10)发射激光束的形式的光。光然后由装置24的传感器探测。例如，在一些实施例中，光然后从其接触的表面反射，且由装置24的传感器接收。光到达传感器的来回行进时间用于确定沿各个轴线的测量结果。这些装置典型地称为飞行时间装置。在其他实施例中，传感器在光接触的表面上探测光，且基于光在传感器的视场中的相对位置来确定测量结果。这些装置典型地称为三角测量装置。x轴线、y轴线和z轴线数据点然后基于探测的光来计算，如提到的那样。值得注意的是，在示例性实施例中，处理器26执行和操作此数据获取装置24来执行各种上文公开的步骤。
在一些实施例中，由激光器发射的光以带发射，其仅宽到足以从待测量的物体的一部分(诸如，多个基准标记12)反射。在这些实施例中，步进马达或用于移动激光器的其他适合的机构可用于按需要移动激光器和发射的带，直到光从待测量的整个物体反射。
还进一步，可使用其他适合的三维数据获取装置24。然而，备选地，本公开不限于使用三维数据获取装置24。例如，其他适合的装置包括电场扫描器，其可包括例如涡流线圈、霍耳效应探头、传导性探头和/或电容探头。
现在参照图11，示出了制造具有被动应变指示器40的构件10的示例性方法200。方法200包括形成具有外表面14的构件的步骤210。方法200还包括形成被动应变指示器40的步骤220，其中被动应变指示器40包括在其上具有多个基准标记12的垫片38，且形成被动应变指示器40包括通过使垫片38上的选择的位置变形来在垫片38上形成多个基准标记12。例如，在一些实施例中，使垫片38上的选择的位置变形可包括点锤击垫片38。如论述的那样，各个基准标记12可为限定在垫片10中的压痕。方法200还包括将垫片38的至少一部分16附接至构件10的外表面14的步骤230。在一些实施例中，垫片38可通过焊接而附接至构件10的外表面14。例如，一些实施例可包括将垫片38的外周附接区域16点焊至构件10的外表面14。
此外，被动应变指示器40可为可转移的，即，形成构件10的步骤210以及形成被动应变指示器40的步骤220可在将垫片38的至少一部分附接至构件10的外表面14之前单独执行，使得被动应变指示器40可在时间和/或空间上与构件10形成的时间或位置单独地形成，且被动应变指示器40然后可转移至构件10。这可有利地允许在这样做最有效的条件下形成被动应变指示器40，而不被形成构件10的要求约束。
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