Experimental Study on Robotic Eddy Current Inspection of Aeroengine Turbine Blades

कल्पना कीजिए कि आप एक बहुत ही मजबूत धातु के चम्मच में एक नन्ही, छिपी हुई दरार खोजने की कोशिश कर रहे हैं जो एक जेट इंजन को शक्ति देने वाला है। यदि वह दरार धातु के भीतर गहराई में है (एक "सबसरफेस" दोष), तो आप उसे केवल देख नहीं सकते या उस पर रोशनी नहीं डाल सकते। आपको "एडी करंट टेस्टिंग" नामक एक विशेष प्रकार के "मेटल रडार" की आवश्यकता होगी।

एडी करंट टेस्टिंग को ऐसे समझें जैसे कि यह एक जादुई छड़ी है जो अदृश्य लहरें भेजती है। जब ये लहरें एक चिकनी धातु की सतह से टकराती हैं, तो वे पूरी तरह से बहती हैं। लेकिन यदि वहां कोई छिपी हुई दरार या "कोल्ड शट" (एक ऐसी गड़बड़ी जहां धातु कास्टिंग के दौरान पूरी तरह से आपस में नहीं जुड़ पाई) है, तो ये लहरें भ्रमित हो जाती हैं और अपना आकार बदल लेती हैं। इस बदलाव को मापकर, आप अदृश्य दरार को "देख" सकते हैं।

समस्या क्या है? इसे हाथ से करना एक ऊबड़-खाबड़ दीवार पर अपनी आँखें बंद करके घुमावदार रास्ता ट्रेस करने जैसा है। यह धीमा है, आपका हाथ कांप सकता है, और आप ब्लेड के ठीक किनारे वाले उन छोटे स्थानों को भी मिस कर सकते हैं जहाँ दरारें छिपना पसंद करती हैं।

"रोबोटिक डिटेक्टिव" समाधान

यह शोध पत्र बताता है कि कैसे शोधकर्ताओं की एक टीम ने इस समस्या को हल करने के लिए एक "रोबोटिक डिटेक्टिव" बनाया। उन्होंने केवल अनुमान नहीं लगाया; उन्होंने एक सुपर-स्मार्ट रोबोटिक हाथ बनाया जो एक छोटा सेंसर पकड़ता है और टरबाइन ब्लेड को स्वचालित रूप से स्कैन करता है, बिल्कुल एक 'रूमबा' (Roomba) की तरह जो धूल खोजने के बजाय दरारें ढूंढ रहा हो।

यहाँ बताया गया है कि उन्होंने इसे चरण-दर-चरण कैसे काम करने के लायक बनाया:

1. परफेक्ट "कान" डिजाइन करना (प्रोब)
रोबोट बनाने से पहले, उन्हें स्वयं सेंसर को डिजाइन करना था। उन्होंने एक कंप्यूटर प्रोग्राम (सिमुलेशन) का उपयोग करके विभिन्न आकारों और सामग्रियों के साथ प्रयोग किया, जैसे कि किसी फुसफुसाहट को सुनने के लिए अलग-अलग माइक्रोफ़ोन डिज़ाइन का परीक्षण करना।

• कोर (Core): उन्होंने दो प्रकार के चुंबकीय "कोर्स" (सेंसर का हृदय) का परीक्षण किया। एक मानक चुंबक की तरह था, लेकिन दूसरा मैंगनीज-जिंक फेराइट नामक एक विशेष सामग्री से बना था। सिमुलेशन ने दिखाया कि यह विशेष सामग्री सिग्नल पकड़ने में बहुत बेहतर थी, जिससे सेंसर को एक स्पष्ट "आवाज" मिली।
• आकार: उन्होंने सेंसर कॉइल के विभिन्न आकारों का परीक्षण किया। उन्होंने पाया कि 150 टर्न वाले तार, 0.035 मिमी की तार की मोटाई और 0.4 मिमी के आंतरिक छेद वाला कॉइल सबसे सटीक (sweet spot) था।
• फ्रीक्वेंसी: उन्होंने सेंसर को 1.25 MHz पर ट्यून किया। यह वह "पिच" है जो टरबाइन ब्लेड (लगभग 0.5 मिमी) की मोटाई के लिए सबसे उपयुक्त है।

2. रोबोट को "डांस" करना सिखाना (ट्रैजेक्टरी प्लानिंग)
एक बार जब सेंसर तैयार हो गया, तो उन्हें रोबोट को यह सिखाना था कि कैसे हिलना है। टरबाइन ब्लेड का किनारा सीधा नहीं होता; यह मुड़ा हुआ और घुमावदार होता है। यदि रोबोट बहुत झटके से चलता है, तो सेंसर हिल जाता है और सिग्नल शोर भरा (noisy) हो जाता है।

• उन्होंने महसूस किया कि यदि रोबोट कम दूरी में बहुत तेज़ी से अपना कोण बदलता है, तो वह थरथराएगा। इसलिए, उन्होंने रोबोट को एक लंबे पथ पर धीरे-धीरे अपना कोण बदलने के लिए प्रोग्राम किया।
• उन्होंने विभिन्न गति का परीक्षण किया। बहुत धीरे चलना उबाऊ था, लेकिन बहुत तेज़ चलना ( 20 मिमी/सेकंड से अधिक) सिग्नल को शोर भरा बना देता था। उन्हें "गोल्डिलॉक्स" गति मिल गई: 20 मिमी/सेकंड। इस गति पर, रोबोट कुशल होने के साथ-साथ इतना स्थिर भी था कि वह दरारों को स्पष्ट रूप से सुन सके।

3. बड़ा परीक्षण: असली ब्लेड बनाम नकली दरारें
यह साबित करने के लिए कि यह काम करता है, उन्होंने दो चीजें कीं:

• नकली परीक्षण: उन्होंने अलग-अलग गहराई और कोणों वाले छोटे, मानव-निर्मित खांचों (दोषों) वाले विशेष धातु के ब्लॉक बनाए। उन्होंने इन ब्लेड्स को रोबोट के साथ स्कैन किया।
  • गहराई: रोबोट आसानी से 0.5 मिमी तक गहरी दरारें ढूंढ सकता था। यहाँ तक कि 0.2 मिमी पर भी, वह उन्हें सुन सकता था, हालांकि सिग्नल धीमा हो गया था। 0.2 मिमी से नीचे, सिग्नल इतना कमजोर था कि उस पर भरोसा नहीं किया जा सकता था।
  • कोण: हमने नकली दरारों को अलग-अलग कोणों (0° से 90°) पर घुमाया। रोबोट को इससे कोई फर्क नहीं पड़ा! सिग्नल चाहे दरार किस भी दिशा में हो, मजबूत बना रहा। यह बहुत बड़ी बात है क्योंकि वास्तविक दरारें अव्यवस्थित और अप्रत्याशित हो सकती हैं।
• असली परीक्षण: अंत में, उन्होंने वास्तविक टरबाइन ब्लेडों पर वास्तविक, प्राकृतिक दरारों (मानव-निर्मित नहीं) के साथ रोबोट का उपयोग किया।
  • रोबोट ने वास्तविक दरारों को सफलतापूर्वक खोज लिया, यहाँ तक कि कठिन "ब्लाइंड ज़ोन" (blind zones) में भी।
  • वह किनारे के 1.5 मिमी जितने करीब के क्षेत्रों में भी दोषों का पता लगा सकता था, जो कि आमतौर पर मैन्युअल रूप से जांचना असंभव होता है।

उन्होंने क्या पाया (और क्या नहीं)

मुख्य निष्कर्ष यह है कि यह स्वचालित रोबोटिक सिस्टम काम करता है। यह तेज़ है, अधिक विश्वसनीय है, और उन "ब्लाइंड स्पॉट्स" को देख सकता है जिन्हें मानव निरीक्षक मिस कर देते हैं।

• उन्होंने क्या सिद्ध किया: रोबोट उच्च सटीकता के साथ 0.2 मिमी से गहरी दरारों का पता लगा सकता है। यह दरार के कोण की परवाह किए बिना ब्लेड के घुमावदार किनारों को संभाल सकता है।
• उन्होंने क्या खारिज किया: उन्होंने दिखाया कि पुराना तरीका (मैनुअल निरीक्षण) अक्षम है और इसमें बड़े ब्लाइंड स्पॉट्स हैं। उन्होंने यह भी सिद्ध किया कि विशिष्ट चुंबकीय सामग्री (मैंगनीज-जिंक फेराइट) उनके द्वारा परीक्षण की गई अन्य सामग्री की तुलना में बेहतर है।
• उन्होंने क्या नहीं किया: उन्होंने यह नहीं कहा कि यह दुनिया के हर संभावित दोष को ठीक कर देता है। उन्होंने विशेष रूप से टरबाइन ब्लेड के एग्जॉस्ट किनारे पर "कोल्ड शट" दोषों पर ध्यान केंद्रित किया। उन्होंने यह दावा भी नहीं किया कि रोबोट 0.2 मिमी से छोटी दरारों को खोजने में पूर्ण है; सिग्नल बस वहां बहुत कमजोर हो जाता है।

संक्षेप में, शोधकर्ताओं ने एक रोबोट बनाया जिसमें एक अत्यंत संवेदनशील "धातु का कान" है जो जेट इंजन के ब्लेड के किनारे पर नृत्य कर सकता है, और उन छोटी, छिपी हुई दरारों को ढूंढ सकता है जो अन्यथा अदृश्य होतीं। यह स्मार्ट कंप्यूटर सिमुलेशन और एक बहुत ही स्थिर रोबोटिक हाथ के मिश्रण का उपयोग करके यह सुनिश्चित करने की दिशा में एक बड़ा कदम है कि हमारे विमान सुरक्षित रहें।