CN105772954A - 用于受约束激光钻孔的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于受约束激光钻孔的方法和系统。具体而言，提供了一种用于在构件中钻出孔的方法，该方法包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向构件的近壁且利用定位在构件外部的第一传感器从构件的近壁中的孔感测光的第一特征。该方法还包括利用第二传感器从构件的近壁中的孔感测光的第二特征。光的第二特征不同于光的第一特征。另外，该方法包括基于感测的光的第一特征和感测的光的第二特征确定孔的进展。

Description

用于受约束激光钻孔的方法和系统
技术领域
本公开涉及使用受约束(confined)激光钻机在构件中钻出一个或多个孔的方法和系统。
背景技术
涡轮广泛地用于工业和商业操作中。用来产生电功率的典型的商业蒸汽或燃气涡轮包括交替级的固定和旋转翼型件。例如，固定导叶可附连到固定构件(诸如包围涡轮的壳体)，且旋转叶片可附连到转子，转子沿着涡轮的轴向中心线定位。压缩工作流体(诸如但不限于蒸汽、燃烧气体或空气)流过涡轮，并且固定导叶使压缩工作流体加速且将压缩工作流体引导到后续级的旋转叶片上，以对旋转叶片施加运动，因而使转子转动且做功。
涡轮的效率大体随着压缩工作流体的温度的升高而增加。但是，涡轮内的过高温度可减小涡轮中的翼型件的寿命，并且因而增加与涡轮相关联的维修、维护和停机。因此，各种设计和方法被开发来对翼型件提供冷却。例如，冷却介质可供应到翼型件内部的腔体，以从翼型件对流性地和/或传导性地移除热。在特定实施例中，冷却介质可通过翼型件中的冷却通路流出腔体，以在翼型件的外表面上提供膜冷却。
随着温度和/或性能标准持续增加，用于翼型件的材料变得越来越薄，从而使翼型件的可靠制造越来越困难。例如，翼型件可由高合金金属铸造成，并且隔热涂层可应用在翼型件的外表面上以增强热保护。水射流可用来通过隔热涂层和外表面产生冷却通路，但是水射流可使隔热涂层的部分碎裂。备选地，在通过电子放电机(EDM)产生冷却通路之后，隔热涂层可应用到翼型件的外表面，但是这需要额外处理，以移除覆盖新形成的冷却通路的任何隔热涂层。此外，当冷却孔的尺寸减小而冷却孔的数量增加时，在涂覆过程之后使冷却孔重新开口的这个过程变得越来越难，并且需要更多的劳动时间和技术。
利用聚焦激光射束的激光钻机还可用来产生通过翼型件的冷却通路，而减少隔热涂层碎裂的风险。但是，激光钻机可能需要精确控制，因为腔体存在于翼型件内。一旦激光钻机穿透翼型件的近壁，通过传统的方法持续操作激光钻机可导致损害腔体的相对的侧，潜在地导致必须整修或丢弃的受损翼型件。
因此，用于在燃气涡轮的构件中钻出孔的改进的方法和系统将是有益的。更具体而言，用于在燃气涡轮的构件中钻出孔且在这种钻孔过程期间确定一个或更多个操作状况的方法和系统将是特别有用的。
发明内容
本发明的方面和优点下面在以下描述中阐述，或可从描述显而易见，或可通过实践本发明来教导。
在本公开的一个示例性方面，提供了一种用于在构件的近壁中钻出孔的方法。该方法包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向构件的近壁。该方法还包括利用定位在构件外部的第一传感器从构件的近壁中的孔感测光的第一特征。该方法还包括利用第二传感器从构件的近壁中的孔感测光的第二特征。光的第二特征不同于光的第一特征。该方法还包括基于感测的光的第一特征和感测的光的第二特征确定孔的进展。
在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种用于在构件的近壁中钻出孔的系统。该系统包括使用受约束激光射束的受约束激光钻机。受约束激光钻机构造成穿过构件的近壁钻出孔。近壁定位在由构件限定的腔附近。该系统还包括定位在构件外部的第一传感器，其构造成从构件的近壁中的孔感测光的第一特征。该系统还包括第二传感器，其构造成从构件的近壁中的孔感测光的第二特征。光的第二特征不同于光的第一特征。该系统还包括与第一传感器和第二传感器可操作地连接的控制器。控制器构造成基于感测的光的第一特征和感测的光的第二特征确定孔的进展。
技术方案1.一种用于在构件的近壁中钻出孔的方法，所述方法包括：
将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向所述构件的近壁；
利用定位在所述构件外部的第一传感器从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第一特征；
利用第二传感器从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第二特征，所述光的第二特征不同于所述光的第一特征；以及
基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展。
技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，所述构件是燃气涡轮的翼型件。
技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中，所述光的第一特征是处于第一波长的光的强度，所述第一波长指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第一层。
技术方案4.根据技术方案3所述的方法，其中，所述光的第二特征是处于第二波长的光的强度，所述第二波长指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第二层。
技术方案5.根据技术方案4所述的方法，其中，所述第一层是热障涂层，并且其中所述第二层是金属部分。
技术方案6.根据技术方案4所述的方法，其中，基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展包括对比感测的处于所述第一波长的光的强度和感测的处于所述第二波长的光的强度。
技术方案7.根据技术方案6所述的方法，其中，基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展还包括至少部分地基于感测的处于所述第一波长的光的强度和感测的处于所述第二波长的光的强度的对比确定所述孔穿过所述构件的近壁的第一层至少预定量。
技术方案8.根据技术方案7所述的方法，还包括响应确定所述孔穿过所述构件的近壁的第一层至少预定量来调整所述受约束激光钻机的一个或多个操作参数。
技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一传感器是光学传感器，其中所述光的第一特征是光的强度，并且其中所述方法还包括
确定所述受约束激光钻机的反射脉冲长度和所述受约束激光钻机的反射脉冲频率中的一者或两者。
技术方案10.根据技术方案9所述的方法，还包括基于确定的所述受约束激光钻机的反射脉冲长度和确定的所述受约束激光钻机的反射脉冲频率中的一者或两者来确定由所述受约束激光钻机钻出的孔的深度。
技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其中，所述第二传感器是光学传感器，并且其中所述光的第二特征是所述光的波长。
技术方案12.根据技术方案11所述的方法，还包括基于由所述第二传感器感测的所述光的波长确定所述受约束激光射束引导进入的材料。
技术方案13.根据技术方案12所述的方法，还包括响应确定所述孔的深度和确定所述受约束激光射束引导进入的材料来调整所述受约束激光钻机的一个或多个操作参数。
技术方案14.一种用于在构件的近壁中钻出孔的系统，所述系统包括：
使用受约束激光射束的受约束激光钻机，所述激光钻机构造成钻取穿过所述构件的近壁的孔，所述近壁定位在由所述构件限定的腔附近；
定位在所述构件外部的第一传感器，其构造成从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第一特征；
第二传感器，其构造成从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第二特征，所述光的第二特征不同于所述光的第一特征；以及
与所述第一传感器和所述第二传感器可操作地连接的控制器，所述控制器构造成基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定所述孔的进展。
技术方案15.根据技术方案14所述的系统，其中，所述受约束激光射束限定射束轴，并且其中所述第一传感器定位成沿所述射束轴感测从所述孔反射或变向的光。
技术方案16.根据技术方案15所述的系统，其中，所述第二传感器定位在所述构件的外部并且朝所述孔引导，使得所述第二传感器限定关于所述孔的视线。
技术方案17.根据技术方案14所述的系统，其中，所述第一传感器是示波器。
技术方案18.根据技术方案14所述的系统，其中，所述构件是翼型件。
技术方案19.根据技术方案14所述的系统，其中，所述光的第一特征是处于第一波长的光的强度，其中处于所述第一波长的光指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第一层，其中所述光的第二特征是处于第二波长的光的强度，并且其中处于所述第二波长的光指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第二层。
技术方案20.根据技术方案19所述的系统，其中，所述控制器还构造成对比感测的处于所述第一波长的光的强度和感测的处于所述第二波长的光的强度来确定所述孔的进展。
本公开的这些和其它特征、方面和优点参照以下描述和所附权利要求将变得更好理解。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出本公开的实施例，并且与描述一起用来阐述本公开的原理。
附图说明
在包括参照附图的说明书的其余部分中更特别地阐述了本公开的完整和能够实施的公开，包括其对于本领域技术人员而言的最佳模式，在附图中：
图1为可并入本公开的各种实施例的示例性燃气涡轮的涡轮区段的简化截面图。
图2为根据本公开的实施例的示例性翼型件的透视图。
图3为根据本公开的一个实施例的用于制造翼型件的系统的示意图。
图4为在受约束激光射束穿透翼型件的近壁之后的图3的示例性系统的示意图。
图5为按照本公开的示例性方面的用于制造翼型件的方法的流程图。
图6为描绘在按照本公开的示例性实施例的受约束激光钻机的操作期间的光强度测量值的曲线图。
图7为描绘在按照本公开的示例性实施例的受约束激光钻机的操作期间的波长测量值的曲线图。
图8为描绘在按照本公开的示例性实施例的受约束激光钻机的操作期间的光强度测量值中的杂波的曲线图。
图9为根据本公开的另一个示例性实施例的用于制造翼型件的系统的示意图。
图10为在受约束激光射束穿透翼型件的近壁之后的图9的示例性系统的示意图。
图11为按照本公开的另一个示例性方面的用于制造翼型件的方法的流程图。
图12为根据本公开的又一个示例性实施例的用于制造翼型件的系统的示意图。
图13为在受约束激光射束穿透翼型件的近壁之后的图12的示例性系统的示意图。
图14为根据本公开的又一个示例性实施例的用于制造翼型件的系统的示意图。
图15为在受约束激光射束穿透翼型件的近壁之后的图14的示例性系统的示意图。
图16为按照本公开的又一个示例性方面的用于制造翼型件的方法的流程图。
图17为根据本公开的又一个示例性实施例的用于制造翼型件的系统的示意图。
图18为按照本公开的又一个示例性方面的用于制造翼型件的方法的流程图。
具体实施方式
现在将详细参照本公开的实施例，实施例的一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐述本公开而不是限制本公开而提供。实际上，对于本领域技术人员将显而易见的是，在不偏离本公开的范围或精神的情况下可在本公开中进行各种修改和变型。例如，示出或描述为一个实施例的一部分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。因而，意图使本公开覆盖落在所附权利要求和它们的等同物的范围内的这种修改和变型。虽然本公开的示例性实施例出于说明的目的将大体在制造用于涡轮机的翼型件38的背景下描述，但是本领域普通技术人员将容易理解，本公开的实施例可应用于其它制造物品而不限于用于制造涡轮机的翼型件38的系统或方法，除非在权利要求中特别阐述。例如，在其它示例性实施例中，本公开的各方面可用来制造用于航空背景下的翼型件38或制造燃气涡轮的其它构件。
如本文使用，用语“第一”、“第二”和“第三”可互换地用来区分一个构件与另一个构件，而不意图表示单独的构件的位置或重要性。类似地，用语“近”和“远”可用来表示物品或构件的相对位置，而不意图表示所述物品或构件的任何功能或设计。
现在参照附图，图1提供了根据本公开的各种实施例的燃气涡轮的示例性涡轮区段10的简化侧视截面图。如图1中所示，涡轮区段10大体包括转子12和壳体14，它们至少部分地限定通过涡轮区段10的气体路径16。转子12大体与涡轮区段10的轴向中心线18对齐，并且可连接到发电机、压缩机或另一种机器以做功。转子12可包括通过螺栓24连接在一起的交替区段的转子轮20和转子间隔件22以一致地旋转。壳体14沿周向包围转子12的至少一部分，以约束流过气体路径16的压缩工作流体26。压缩工作流体26可包括例如燃烧气体、压缩空气、饱和蒸汽、不饱和蒸汽，或其组合。
如图1中所示，涡轮区段10进一步包括交替级的旋转叶片30和固定导叶32，其沿径向在转子12和壳体14之间延伸。旋转叶片30沿周向布置在转子12周围，并且可使用各种手段连接到转子轮20。相反，固定导叶32可与转子间隔件22相对在周缘围绕壳体14的内侧布置。旋转叶片30和固定导叶32大体具有翼型件38形状，其具有凹形压力侧、凸形吸力侧以及前缘和后缘，如现有技术中已知的那样。压缩工作流体26沿着气体路径16从左到右流过涡轮区段10，如图1中所示。随着压缩工作流体26流过第一级旋转叶片30，压缩工作流体膨胀，从而使旋转叶片30、转子轮20、转子间隔件22、螺栓24和转子12旋转。压缩工作流体26然后流过下一级固定导叶32，这使压缩工作流体26加速和变向到下一级的旋转叶片30，并且该过程对于后面的级进行重复。在图1中所示的示例性实施例中，涡轮区段10在三级旋转叶片30之间具有两级固定导叶32；但是，本领域普通技术人员将容易理解，旋转叶片30和固定导叶32的级数不限制本公开，除非在权利要求中特别描述。
图2提供了根据本公开的实施例的诸如可结合到旋转叶片30或固定导叶32中的示例性翼型件38的透视图。如图2中显示，翼型件38大体包括具有凹形弯曲部的压力侧42和与压力侧42相对的具有凸形弯曲部的吸力侧44。压力侧和吸力侧42、44彼此分开，以在翼型件38内部在压力和吸力侧42、44之间限定腔体46。腔体46可提供蛇形或蜿蜒路径，以便冷却介质在翼型件38内部流动，以从翼型件38传导性地和/或对流性地移除热。另外，压力侧和吸力侧42、44进一步连结而形成在翼型件38的上游部分处的前缘48和在腔体46下游在翼型件38的下游部分处的后缘50。压力侧42、吸力侧44、前缘48和/或后缘50中的多个冷却通路52可通过翼型件38提供与腔体46的流体连通，以将冷却介质供应在翼型件38的外表面34上。如图2中所示，例如，冷却通路52可位于前缘和后缘48、50处和/或沿着压力和吸力侧42、44中的一者或两者。示例性翼型件38进一步限定在翼型件38的基部端处的开口54，其中冷却介质，诸如来自燃气涡轮的压缩机区段的压缩空气可提供给腔体46。
根据本文的教导，本领域普通技术人员将容易理解，冷却通路52的数量和/或位置可根据特定实施例改变，并且腔体46的设计和冷却通路52的设计也可改变。因此，本公开不限于任何特定数量或位置的冷却通路52或腔体46设计，除非权利要求中特别阐述。
在某些示例性实施例中，隔热涂层36可应用在翼型件38的金属部分40的外表面34的至少一部分上(参见图3)，覆盖翼型件38的在下面的金属部分40。如果应用的话，则隔热涂层36可包括低热发射率或高热反射性、光滑光洁度和/或与在下面的外表面34的良好粘附。
同轴感测
现在参照图3和图4，提供了本公开的示例性系统60的透视图。系统60可例如用于制造燃气涡轮的构件。更具体而言，对于描述的实施例，系统60用于在燃气涡轮的翼型件38中制造/钻出一个或更多个孔或冷却通路52，诸如上面参照图2论述的翼型件38。但是，应当理解，虽然在本文在制造翼型件38的背景下描述系统60，但是在其它示例性实施例中，系统60可用于制造燃气涡轮的任何其它适合的构件。例如，系统60可用于制造过渡件、喷嘴、燃烧衬套、泄放或冲击板、导叶、护罩或任何其它适合的构件。
示例性系统60大体包括受约束激光钻机62，其构造成将受约束激光射束64引导向翼型件38的近壁66以在翼型件38的近壁66中钻出孔52。受约束激光射束64限定射束轴A，并且近壁66定位成临近腔体46。更具体而言，受约束激光钻机62的各种实施例可大体包括激光机构68、准直器70和控制器72。激光机构68可包括能够产生激光射束74的任何装置。仅作为示例，在某些示例性实施例中，激光机构68可为二极管泵浦Nd：YAG激光器，其能够产生的激光射束的脉冲频率为大约10-50kHz，波长为大约1微米，或如果利用二次谐波发生(“SHG”)，则波长在500-550纳米之间，且平均功率为大约10-200W。但是，在其它实施例中，可利用任何其它适合的激光机构68。
在图3和图4中所示的特定实施例中，激光机构68引导激光射束74通过聚焦透镜75到达准直器70。准直器70改变射束74的直径，以在射束74聚焦到不同的介质(诸如玻璃纤维或水)中时实现更好的聚焦特征。因此，如本文所使用的，准直器70包括使粒子或波的射束变窄和/或对齐以使射束的空间横截面变小的任何装置。例如，如图3和图4中所示，准直器70可包括腔室76，其接收激光射束74以及流体，诸如去离子或过滤水。可具有为大约20和150微米的直径的孔口或喷嘴78将液体柱80内部的激光射束74引导向翼型件38，从而形成受约束激光射束64。液体柱80可具有的压力为大约2000至3000磅每平方英寸。但是，本公开不限于液体柱80的任何特定压力或喷嘴78的任何特定直径，除非权利要求中特别阐述。另外，应当理解，如本文使用，近似用语诸如“约”或“大约”表示在10％的误差裕度内。
如图3和图4中的放大视图中显示，液体柱80可由空气(诸如保护气体)包围，并且用作用于激光射束74的光导引和聚焦机构。因此，液体柱80和由液体柱80导引的激光射束74如上面所论述可共同形成受约束激光射束64，受约束激光射束64由受约束激光钻机62利用且对准翼型件38。
如所述的那样，受约束激光射束64可由受约束激光钻机62利用来例如钻出通过翼型件38的一个或更多个冷却通路52。更具体而言，受约束激光射束64可烧蚀翼型件38的外表面34，最终产生通过翼型件38的期望冷却通路52。显而易见，图3描绘在受约束激光射束64“穿透”翼型件38的近壁66之前的系统60，而图4描绘受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之后的系统60。如本文使用，用语“透过”、“穿透”和其同源物表示受约束激光射束64已经沿着受约束激光射束64的射束轴线A移除形成翼型件38的近壁66的连续材料部分的时候。在受约束激光射束64对翼型件38的近壁66的任何穿透之后，所述受约束激光射束64的至少一部分可传送通过其中而进入例如翼型件38的腔体46中。
继续参照图3和图4，系统60进一步包括示例性回程保护机构82。描绘的示例性回程保护机构82包括在翼型件38内部流动的气体84。如本文使用，用语“气体”可包括任何气态介质。例如，气体84可为惰性气体、真空、饱和蒸汽、过热蒸汽或可在翼型件38的腔体46内部形成气态流的任何其它适合的气体。在翼型件38内部流动的气体84可具有的压力大致与液体柱80的液体的压力相当，或足以干扰受约束激光射束64的任何其它压力。更具体而言，气体84可具有足以产生足够的动力矩或速度的任何其它压力，以干扰翼型件38的腔体46内的液体柱80。例如，在某些示例性实施例中，在翼型件38内部流动的气体84可具有的压力大于大约25磅每平方英寸，但是本公开不限于气体84的任何特定压力，除非权利要求特别阐述。
如在图4中最清楚地显示，气体84可对齐以横穿(intersect)翼型件38的腔体46内部的受约束激光射束64。在特定实施例中，气体84可基本垂直于液体柱80而对齐，而在其它特定实施例中，气体84可对齐成与液体柱80和/或受约束激光射束64成倾斜角或锐角。随着气体84横穿翼型件38内部的液体柱80，气体84干扰液体柱80且使受约束激光射束64的激光射束74在翼型件38的腔体46内部散射。以此方式，气体84防止受约束激光射束64冲击翼型件38的腔体46的与近壁66中的新形成的冷却通路52相对的内表面。更具体而言，气体84防止受约束激光射束64冲击翼型件38的远壁86。
图3和图4的示例性系统60另外包括传感器88，其与控制器72可操作地连接，这进一步在下面论述。对于描绘的实施例，传感器88构造成感测光的特性且将表示光的感测特性的信号68发送到控制器72。更具体而言，传感器88定位成感测沿着射束轴A被引导远离翼型件38的近壁66的光，例如来自冷却通路52的反射和/或变向光的特性。在某些示例性实施例中，传感器88可为示波器传感器，适于感测以下光特性中的一个或多个：光的强度、光的一个或多个波长、光的量、光脉冲在时间方面的形状和光脉冲在频率方面的形状。另外，对于描绘的实施例，传感器88相对于射束轴A偏移，且构造成通过利用变向透镜90使沿着射束轴A引导的反射光的至少一部分变向到传感器88，而感测沿着射束轴A的反射光的特性。变向透镜90定位在射束轴A中，即横穿射束轴A，与射束轴A处于大约45度角。但是，在其它示例性实施例中，变向透镜90可相对于射束轴A限定任何其它适合的角度。另外，虽然对于图3和图4的实施例，变向透镜90定位在准直器70中，但是在其它实施例中，透镜90可改为定位在准直器70和聚焦透镜75之间，或备选地在聚焦透镜75和激光机构68之间。变向透镜90可包括在第一侧(最靠近翼型件38的近壁66的侧)上的涂层，其使沿着射束轴A行进的反射光的至少一部分变向到传感器88。涂层可为所谓的“单向”涂层，使得基本没有沿着射束轴行进向翼型件38的近壁66的光被透镜或其涂层变向。例如，在某些实施例中，涂层可为电子束涂层(“EBC”)涂层。
仍然参照图3和图4的示例性系统60，控制器72可为任何适合的基于处理器的计算装置，并且可与例如受约束激光钻机62、传感器88和回程保护机构82处于可操作连通。例如，适合的控制器72可包括一个或多个个人计算机、移动电话(包括智能电话)、个人数字助手、平板计算机、膝上计算机、桌上计算机、工作站、游戏控制台、服务器、其它计算机和/或任何其它适合的计算装置。如图3和图4中显示，控制器72可包括一个或多个处理器92和相关联的存储器94。处理器92可大体为现有技术中已知的任何适合的处理装置。类似地，存储器94可大体为任何适合的计算机可读介质，包括但不限于RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存驱动器或其它存储器装置。如大体理解的那样，存储器94可构造成存储处理器92可访问的信息，包括可由处理器92执行的指令或逻辑96。指令或逻辑96可为在被处理器92执行时，使处理器92提供期望的功能性的任何指令集。例如，指令或逻辑96可为以计算机可读形式提供的软件指令。当使用软件时，任何适合的编程、写脚本或其它类型语言或语言组合可用来实施本文包含的教导。在本公开的特定实施例中，例如，指令或逻辑96可构造成实施一个或多个在下面参照图5、图11、图16或图18描述的方法。备选地，指令可通过硬接线逻辑96或其它电路实施，包括，但不限于专用电路。此外，虽然示意性地描述控制器72与传感器88分开，但是在其它示例性实施例中，传感器88和控制器72可结合在定位在任何适合的位置处的单个装置中。
现在参照图5，提供了制造燃气涡轮的翼型件的示例性方法(120)的流程图。更具体而言，图5的流程图示出用于在燃气涡轮的翼型件中钻出孔的示例性方法(120)。图5的示例性方法(120)可与在图3和图4中描绘且在上面描述的示例性系统一起使用。因此，虽然在翼型件中钻出孔的背景下进行论述，但是示例性方法(120)可备选地用来在燃气涡轮的任何其它适合的构件中钻出孔。
方法(120)大体在(122)处包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向翼型件的近壁以在翼型件的近壁中钻出孔。受约束激光射束限定射束轴，并且近壁定位成临近翼型件中限定的腔体。方法(120)另外在(124)处包括利用传感器感测沿着射束轴引导远离翼型件的光的特性。沿着射束轴引导远离翼型件的光在某些方面可表示从翼型件的近壁反射的光。在某些示例性方面，在(124)处感测光的特性可包括感测下列项中的至少一者：光的强度、光的一个或多个波长、光脉冲在时间方面的形状和光脉冲在频率方面的形状。另外，传感器可相对于射束轴偏移，使得在(124)处感测光的特性可进一步包括用透镜使沿着射束轴引导远离翼型件的光的至少一部分变向到传感器。
仍然参照图5，示例性方法(120)进一步包括在(126)处基于在(124)处利用传感器感测的光的特性确定一个或多个操作状况。该一个或多个操作状况包括下列项中的至少一者：受约束激光钻机钻出的孔的深度，以及受约束激光钻机的受约束激光射束被引导到其中的材料。
例如，在某些示例性方面，在(124)处感测光的特性可包括感测光的强度。为了说明，现在还将参照图6，提供在(124)处感测的示例性光强度值的曲线图150。示例性曲线图150在Y轴上描绘光的强度且在X轴上描绘时间。在这种示例性方面，在(126)处确定一个或多个操作状况可包括基于(124)处感测的沿着射束轴A引导远离翼型件的光的强度确定下列项中的一者或两者：受约束激光钻机的反射脉冲率和受约束激光钻机的反射脉冲宽度(以时间为单位测量)。例如，如图6中所示，在钻孔操作期间，即，在受约束激光钻机62的操作期间，在(124)处感测的光的强度展现波峰152和波谷154。反射脉冲率可因此通过计算每单位时间的波峰152的数量而确定，并且反射脉冲宽度可通过确定波峰152的时间而确定。
显而易见，如果在翼型件处引导的所有光被反射，而不被吸收或以别的方式改变，则反射脉冲率和反射脉冲宽度将精确地反应受约束激光钻机和受约束激光射束操作所处的实际脉冲率和实际脉冲宽度。但是，在钻孔操作期间，翼型件的光吸收量可基于例如孔的深度、孔的纵横比(如本文使用，这表示孔直径与孔长度的比)和/或受约束激光射束被引导到其中的材料(即，被钻通的材料)。因此，在钻孔操作期间，示例性方法(120)可包括比较(126)处确定的反射脉冲率和反射脉冲宽度中的一者或两者的值与受约束激光钻机的已知操作状况(例如，受约束激光钻机的实际脉冲率和/或实际脉冲宽度)。这种比较可展示误差值。误差值可然后与查找表比较，查找表考虑被钻孔的特定材料、孔直径、孔几何结构和任何其它相关的因素，而使这种误差值与孔深度相关联，以确定受约束激光钻机在翼型件的近壁中钻出的孔的深度。查找表值可通过实验而确定。
但是，应当理解，在本公开的其它示例性方面中，示例性方法可另外或备选地在(124)处感测沿着射束轴引导的光的其它特性，以及在(126)处确定其它操作状况。例如，仍然参照图5，以及图7中提供的感测光波长值的示例性曲线图160，在(124)处感测光的特性可另外或备选地包括用传感器感测沿着射束轴被引导远离翼型件的光的波长。在这种示例性方面，在(126)处确定的一个或多个操作状况可包括受约束激光钻机的受约束激光射束被引导到其中的材料。另外，在(126)处确定一个或多个操作状况可包括比较光的感测波长与预定值。更具体而言，不同的材料吸收和反射处于不同的波长的光。因此，在钻孔操作期间沿着射束轴被引导的反射光可限定指示受约束激光射束被引导到其中的材料的波长。例如，特别地参照图7，在钻到翼型件的隔热涂层中时沿着射束轴引导的光可限定第一波长162，在钻到翼型件的金属部分中时沿着射束轴引导的光可限定第二波长164，而在受约束激光射束穿透翼型件的近壁之后沿着射束轴引导的光可限定第三波长166。因此，这种示例性方面，方法(120)可至少部分地基于沿着射束轴的反射光的感测波长而确定受约束激光射束钻到其中的层。
但是，在其它示例性方面，方法(120)可包括感测处于多个波长的光。例如，在钻通隔热涂层和金属部分两者时沿着射束轴引导的光可另外限定第四波长163，而当钻通金属部分时且当至少部分地穿透翼型件的近壁时沿着射束轴引导的光可另外限定第五波长165。此外，在其它示例性实施例中，光可基于各种因素而限定任何其它不同的波长型式，因素包括受约束激光钻机被引导到其中的材料、钻出的孔的深度、钻出的孔的纵横比等等。因此，方法(120)可在(126)处包括利用模糊逻辑方法来确定一个或多个操作状况，包括例如受约束激光射束被引导到其中的材料。
此外，在本公开的另外的其它示例性方面中，示例性方法可另外或备选地在(124)处感测沿着射束轴引导的光的另外的其它特性，并且在(126)处确定其它操作状况。例如，仍然参照图5，以及图8中提供的光强度值的感测杂波的示例性曲线图170，在(124)处感测光的特性可另外或备选地包括利用传感器感测沿着射束轴引导远离翼型件的光的强度中的杂波。更具体而言，图8的示例性曲线图170用线172描绘光强度的感测杂波水平且用线174描绘感测光强度。在这种示例性方面，在(126)处确定一个或多个操作状况可另外或备选地包括感测/确定沿着射束轴被引导远离翼型件的光的强度中的杂波水平。如本文使用，用语“杂波水平”表示用传感器感测的光的强度或其它特性中的波动。另外，在这种示例性方面，在(126)处确定一个或多个操作状况可进一步包括基于沿着射束轴引导远离翼型件的光的强度中的确定的杂波水平确定钻出的孔的深度。更具体而言，已经确定，在某些翼型件和燃气涡轮的其它构件的受约束激光钻孔期间，在(124)处沿着射束轴感测的光强度中的增加杂波量由多个因素导致，诸如钻出的孔的深度和钻出的孔的纵横比。因此，通过感测沿着射束轴被引导远离翼型件的近壁的光的强度中的杂波水平，孔的深度可通过比较这种杂波水平例如与查找表而确定，查找表考虑钻出的特定孔以及任何其它相关因素而使孔深度与光强度中的杂波水平相关联。这些查找表值可通过实验而确定。
仍然参照图5，示例性方法进一步包括在(128)处确定受约束激光钻机的受约束激光射束对燃气涡轮的翼型件的近壁的指示穿透。在(128)处确定指示穿透还可基于在(124)处用传感器沿着射束轴感测的光的特性。再次参照图6的曲线图150，当在(124)处感测光的强度时，光的感测强度可在钻孔期间减小。因此，示例性方法(120)可在(128)处基于光的感测强度落在预定的阈值/穿透值以下而确定受约束激光钻机的受约束激光射束对翼型件的近壁的指示穿透。例如，当预定阈值/穿透值等于线156时，方法(120)可在(128)处在曲线图150上的点158处确定指示穿透。这个预定阈值/穿透值可通过实验或基于已知值而确定。
图5的方法进一步包括在(130)处基于例如(128)处确定的指示穿透和/或在(126)处确定的操作状况而确定受约束激光射束64穿透翼型件的近壁66。例如，图5的示例性方法(120)可在(128)处确定指示穿透和在(126)处确定一个或多个操作特性之后，在(130)处确定受约束激光射束的穿透。更具体而言，除了在(126)处确定的一个或多个操作状况满足预定准则，例如，孔的深度大于预定值，或受约束激光射束被引导到其中的材料不是金属构件或隔热涂层，一旦在(128)处确定指示穿透，则图5的示例性方法(120)可在(130)处确定受约束激光射束的穿透。根据这种示例性方面的钻出孔的方法可允许在受约束激光钻孔中更精确地检测穿透。
值得注意，虽然受约束激光射束的一部分可能已经穿透翼型件的近壁，但是孔可能不是完整的。更具体而言，孔可能未沿着孔的整个长度限定期望几何结构。因此，对于描述的示例性方面，在(130)处确定受约束激光射束的穿透之后，图5的示例性方法(120)进一步在(132)处包括继续将受约束激光射束引导向翼型件的近壁。方法(120)可继续用传感器感测沿着射束轴被引导远离翼型件的光的特性，诸如光的强度、光的波长或光的强度中的杂波。此外，方法(120)在(134)处包括基于用传感器沿着射束轴感测的光的特性而确定翼型件的近壁中的孔的完成。例如，在(134)处确定孔的完成可包括基于下者而确定指示的完成：沿着射束轴的反射光的感测强度；沿着射束轴的反射光的反射脉冲率和/或反射脉冲宽度；在射束轴上的反射光的波长；和/或在射束轴上反射的光的强度中的杂波量。
图5的示例性方法进一步包括在(136)处基于在(126)处确定的操作状况、基于在(128)处确定的指示穿透和/或基于在(130)处确定穿透而改变受约束激光钻机的操作参数，诸如受约束激光钻机的功率、受约束激光钻机的脉冲率，或受约束激光钻机的脉冲宽度。例如，方法(120)可在(136)处包括响应于下者而改变操作参数：确定受约束激光钻机的受约束激光射束被引导到翼型件的金属构件中，而非翼型件的隔热涂层；在(128)处确定指示穿透；和/或在(130)处确定受约束激光射束的初始穿透。
定位在构件外部定向到构件内部的传感器
现在参照图9和图10，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的系统60。更具体而言，图9提供在受约束激光钻机62的受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之前的根据本公开的另一个示例性实施例的系统60的示意图，并且图10提供在受约束激光钻机62的受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之后的图9的示例性系统60的示意图。虽然在翼型件38的背景下论述，但是在其它实施例中，系统60可用于燃气涡轮的任何其它适合的构件。
图9和图10中描述的示例性系统60可以在与图3和图4的示例性系统60基本相同的方式下构造，并且相同或类似标号可表示相同或类似的部分。例如，系统60包括利用受约束激光射束64的受约束激光钻机62，受约束激光钻机62构造成在翼型件38的近壁66中钻出一个或多个孔或冷却通路52。另外，如所描绘，翼型件38的近壁66定位成临近由翼型件38限定的腔体46。此外，还提供回程保护机构82，其构造成保护翼型件38的远壁86，远壁86定位成跨越腔体46与近壁66相对。
但是，对于图9和图10的实施例，传感器98定位在腔体46外部并且指向腔体46中以用于感测腔体46内的光的特性。如下面更详细论述的那样，系统60构造成基于翼型件38的腔体46内感测的光的特性确定受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66。在某些示例性实施例中，传感器98例如可为光学传感器、示波器传感器或能够感测以下光特性中的一个或多个的任何其它适合的传感器：光的量、光的强度和光的波长。
对于描绘的实施例，传感器98定位在翼型件38外部，使得传感器限定到受约束激光射束64的射束轴A的视线100。如本文所使用的那样，用语“视线”表示从一个位置到另一个位置的没有任何结构性障碍的直线。因此，传感器98可定位在翼型件38的腔体46外部的允许传感器98限定到腔体46内的射束轴A的视线100的任何位置。例如，在描绘的实施例中，传感器98定位成临近翼型件38的开口54(示意性地显示)且通过翼型件38的开口54指向翼型件38的腔体46中。
典型地，难以从激光射束感测光，除非这种激光射束接触表面(使得光反射和/或变向)或除非传感器定位成与激光射束的轴线对齐。对于描绘的实施例，回程保护机构82构造成在受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之后，干扰受翼型件38的腔体46内的约束激光射束64。更具体而言，如之前所阐述，受约束激光射束64包括液体柱80和在液体柱80内的激光射束74。特别地参照图10，当受约束激光射束64已经穿透翼型件38的近壁66时，从回程保护机构82流过腔体46的气体84干扰翼型件38的腔体46内的受约束激光射束64的液体柱80，使得来自液体柱80的液体的至少一部分横穿射束轴A和激光射束74。横穿射束轴A的液体可至少部分地被腔体46内的受约束激光射束64的激光射束74照亮。因此，指向翼型件38的腔体46中的传感器98可从被激光射束74照亮的液体的部分检测光的特性，诸如光的强度。
在某些实施例中，传感器98可定位在腔体46外部且指向腔体46中，使得传感器98构造成在多个位置处从翼型件38的腔体46内检测光。更具体而言，传感器98可定位在腔体46外部且指向腔体46中，使得传感器在第一孔位置处与受约束激光射束64的射束轴A限定视线100，并且在第二孔位置处与受约束激光射束64的第二射束轴A′限定视线(参见图10)。这种实施例可允许在燃气涡轮的翼型件38中更时间高效和方便地钻出例如冷却孔52。
现在参照图11，提供了用于在燃气涡轮的翼型件中钻出孔的示例性方法(200)的框图。图11的示例性方法(200)可用于在图9和图10中描绘且在上面描述的示例性系统60。因此，虽然在翼型件中钻出孔的背景下论述，但是示例性方法(200)可备选地用于在燃气涡轮的任何其它适合的构件中钻出孔。
如显示的那样，示例性方法(200)在(202)处包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向翼型件的近壁上的第一孔位置。近壁可定位成临近翼型件中限定的腔体。方法还在(204)处包括用传感器感测翼型件限定的腔体内的光的特性，传感器定位在翼型件限定的腔体外部。在某些示例性方面，传感器可定位成临近翼型件限定的开口，并且被通过开口而指向腔体中。传感器可因此定位在这样的位置处，其不横穿受约束激光射束限定的射束轴而是限定由翼型件的腔体内的受约束激光射束限定的射束轴的视线。
方法(200)进一步包括在(206)处启用回程保护机构。启用回程保护机构(206)可例如响应于操作受约束激光钻机达预定时间量。另外，在(206)处启用回程保护机构可包括使气体流过翼型件的腔体，使得气体横穿翼型件的腔体内的射束轴。因此，一旦受约束激光钻机的受约束激光射束穿透翼型件的近壁，则方法(200)进一步包括在(208)处用回程保护机构干扰翼型件的腔体内的受约束激光射束。更具体而言，在(208)处干扰腔体内的受约束激光射束可包括干扰受约束激光射束的液体柱，使得来自液体柱的液体横穿射束轴和受约束激光射束的激光射束。横穿射束轴的液体可至少部分地由翼型件的腔体内的受约束激光射束的激光射束照亮。
图11的示例性方法进一步包括在(210)处基于在(204)处利用传感器从腔体内感测的光确定受约束激光射束在第一孔位置处第一次穿透翼型件的近壁。在某些示例性方面，在(204)处利用传感器感测腔体内的光的特性可包括从受约束激光射束的液体的被受约束激光射束的激光照亮的部分感测光的强度。此外，在这种示例性方面，在(210)处确定受约束激光射束的第一次穿透可包括基于从受约束激光射束的液体的由受约束激光射束的激光射束照亮的部分感测的光的强度确定受约束激光射束的第一次穿透。
在(210)处确定受约束激光射束的第一次穿透之后，示例性方法可包括关掉受约束激光钻机，并且改变受约束激光钻机的位置以钻出第二冷却孔。另外，示例性方法在(212)处包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向翼型件的近壁上的第二孔位置。在(212)处将受约束激光射束引导向第二孔位置之后，方法(200)还包括在(214)处利用传感器感测翼型件限定的腔体内的光的特性。另外，图11的方法(200)包括在(216)处基于从腔体内感测的光的特性确定受约束激光射束第二次穿透翼型件的近壁。在(216)处确定受约束激光射束的第二次穿透可以与在(210)处确定受约束激光射束的第一次穿透基本类似的方式执行。此外，对于描绘的示例性方面，传感器在(210)处确定受约束激光射束的第一次穿透和在(216)处确定受约束激光射束的第二次穿透之间保持固定。例如，传感器可定位成使得其在多个孔位置(包括第一孔位置和第二孔位置)处与受约束激光射束的射束轴限定视线。但是，应当理解，在其它示例性方面，如果例如钻出的冷却孔限定非直线路径的话，传感器可移动、重新放置，或重新对齐成保持或建立与后续孔位置的视线。
图11的示例性方法可允许使用受约束激光钻机来更时间有效和方便地钻出通过翼型件的近壁的多个孔。
感测构件外部的液体
现在参照图12和图13，提供了根据本公开的又一个示例性实施例的系统60。更具体而言，图12提供在受约束激光钻机62的受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之前的根据本公开的另一个示例性实施例的系统60的示意图。另外，图13提供在受约束激光钻机62的受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之后的图12的示例性系统60的示意图。应当理解，虽然图12和图13的示例性系统60在翼型件38的背景下论述，但是在其它实施例中，系统60可用于燃气涡轮的任何其它构件。
在图12和图13中描绘的示例性系统60可以在与图3和图4的示例性系统60基本相同的方式下构造，并且相同或类似标号可表示相同或类似部分。例如，图12和图13的示例性系统60包括利用受约束激光射束64的受约束激光钻机62(为了简化在图12和图13中示意性地描绘)。受约束激光射束64包括由液体形成的液体柱80，以及在液体柱80内的激光射束74。受约束激光钻机62构造成钻出通过翼型件38的近壁66的一个或多个孔或冷却通路52。对于描绘的实施例，翼型件38的近壁66定位成临近翼型件38限定的腔体46。
但是，对于图12和图13的实施例，系统60包括定位在翼型件38的近壁66外部的传感器102，其构造成确定来自受约束激光射束64的、存在于翼型件38的近壁66外部的液体量。控制器72与传感器102处于可操作连通。控制器72构造成基于传感器102所确定的存在的液体量而确定受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66。更具体而言，在钻孔操作期间(即，在受约束激光钻机62的操作期间)，在受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之前，来自受约束激光射束64的液体柱80的液体可远离翼型件38的近壁66而喷回。来自受约束激光射束64的液体可形成液体回喷的卷流106，其包围在翼型件38的近壁66中钻出的孔52。卷流106可定位在系统60限定的回溅区域104中。另外，在某些示例性实施例中，诸如在图12和图13的实施例中，受约束激光钻机62可定位成较接近翼型件38的近壁66，使得受约束激光钻机62定位在回溅区域104内。例如，在某些实施例中，受约束激光钻机62可与翼型件38的近壁66限定间隙，其介于大约五毫米(“mm”)和大约二十五mm之间，诸如介于大约七mm和大约二十mm之间，诸如大约十mm和大约十五mm之间。但是，在其它实施例中，受约束激光钻机62可与翼型件38的近壁66限定任何其它适合的间隙。
相反，在受约束激光钻机62穿透翼型件38的近壁66之后(图13)，来自受约束激光射束64的液体柱80可流过钻出的孔52且进入翼型件38的腔体46。因此，在受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之后，受约束激光钻机62可能不在回溅区域104中限定液体回喷的卷流106，或备选地，与在受约束激光射束64穿透翼型件的近壁66之前的尺寸和形状相比，卷流106可较小或以别的方式限定不同的形状。
对于图12和图13的实施例，传感器102可构造成能够确定来自受约束激光射束64的、存在于翼型件38的近壁66外部的液体量的任何传感器。例如，在某些示例性方面，传感器102可包括相机。当传感器102包括相机时，传感器102的相机可对准受约束激光钻机62，或备选地传感器102的相机可对准翼型件38的近壁66中的孔52。在这些实施例中的任一个中，传感器102可构造成利用图像识别方法确定是否预定量的液体存在于回溅区域104中。例如，传感器102可构造成比较接收自传感器102的相机的一个或多个图像与一个或多个存储的图像，以确定存在的液体量。更具体而言，传感器102可构造成比较接收自相机的一个或多个图像与存储的受约束激光钻机62或孔52的存在指示受约束激光射束64已经穿透翼型件38的近壁66的液体量的一个或多个图像。
但是，应当理解，在其它示例性实施例中，可提供任何其它适合的传感器102。例如，在其它示例性实施例中，传感器102可为运动传感器、湿度传感器，或任何其它适合的传感器。当传感器102为运动传感器时，例如，传感器可确定液体回喷的卷流106是否存在于回溅区域104中。当液体回喷的卷流106不再存在于回溅区域104中时，可确定穿透。
现在参照图14和图15，提供了根据又一个示例性实施例的系统60。图14和图15的示例性系统60以与图12和图13的示例性系统60基本相同的方式构造。但是，对于图14和图15的示例性实施例，传感器102构造成光学传感器，并且系统60进一步包括光源108，其与受约束激光钻机62分开。光源108可为任何适合的光源。例如，光源108可为一个或多个LED灯泡、一个或多个白炽灯、一个或多个场致发光灯、一个或更多个激光器，或其组合。
如所阐述的那样，受约束激光钻机62限定回溅区域104，其中来自受约束激光射束64的液体在受约束激光射束64穿透翼型件38的近壁66之前喷射。对于描绘的实施例，光源108定位在翼型件38外部且构造成引导光通过回溅区域104的至少一部分。另外，对于描绘的实施例，光源108定位成跨越回溅区域104与传感器102直接相对，光源108对准传感器102，并且传感器102对准光源108。但是，在其它示例性实施例中，光源108和传感器102可相对于回溅区域104彼此偏移，光源108可不对准传感器102和/或传感器102可不对准光源108。
如所阐述的，对于描绘的实施例，传感器102对准光源108，并且光源108对准传感器102，使得光源的轴线110横穿传感器102。在这种实施例中，感测到高于预定阈值的光的强度可指示来自受约束激光射束64的减小的液体量存在于翼型件38外部，并且因而受约束激光射束64已经穿透翼型件38的近壁66。更具体而言，当液体存在于回溅区域104中，这种液体可干扰来自光源108的光或使其变向，使得传感器102感测的光强度较低。相反，当没有液体或极微量的液体存在于回溅区域104中时，干扰量在光源108和传感器102之间有限，使得传感器102可感测较高光强度。因此，对于这种构造，感测到较高光强度可指示受约束激光射束64已经穿透翼型件38的近壁66。
但是，在其它示例性实施例中，诸如当光源108不对准传感器102且传感器102不对准光源108时，感测到光的强度低于预定阈值指示来自受约束激光射束64的减小的液体量存在于侧翼型件38外部。更具体而言，当光源108不对准传感器102且传感器102不对准光源108时，当来自光源的光由于回溅区域104中的液体而变向且反射时，传感器102可感测增加的光强度。但是，当没有液体或最小量的液体存在于回溅区域104中时，来自光源的光不由于这种液体而变向或反射，并且传感器102可因此感测较低光强度。因此，在这种示例性实施例中，感测到光强度低于预定阈值可指示受约束激光射束64已经穿透翼型件38的近壁66。
现在参照图16，提供了用于在燃气涡轮的翼型件中钻出孔的示例性方法(300)的框图。图16的示例性方法(300)可用于在图12和图13中描绘的示例性系统60和/或在图14和15中描绘的示例性系统60，它们分别在上面描述。因此，虽然在翼型件中钻出孔的背景下论述，示例性方法(300)可备选地用于在燃气涡轮的任何其它适合的构件中钻出孔。
如显示的那样，示例性方法(300)包括在(302)处将受约束激光钻机定位在燃气涡轮的翼型件的近壁的预定距离内。示例性方法(300)还在(304)处包括将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向翼型件的近壁的外表面。受约束激光射束包括由液体形成的液体柱和在液体柱内的激光射束。示例性方法(300)还包括在(306)处用传感器感测存在于翼型件的近壁外部的、来自受约束激光射束的液体量。此外，示例性方法(300)包括在(308)处基于(306)处在翼型件的近壁外部感测的液体量确定受约束激光钻机的受约束激光射束穿透燃气涡轮的翼型件的近壁。
在其中传感器包括相机的某些示例性方面，在(306)处感测存在于翼型件的近壁外部的液体量可包括比较接收自相机的一个或多个图像与一个或多个存储的图像，以确定存在的液体量。任何适合的模式识别软件可用来提供这种功能性。
利用多个传感器
现在参照图17，提供了根据本公开的另一个示例性实施例的系统60。应当理解，虽然图17的示例性系统60在翼型件38的背景下论述，但是在其它实施例中，系统60可用于燃气涡轮的任何其它构件。
图17的示例性系统60可以在与图3和图4的示例性系统60基本相同的方式下构造，并且相同或类似标号可表示相同或类似部分。例如，图17的示例性系统60包括利用受约束激光射束64的受约束激光钻机62。受约束激光钻机62构造成钻出通过翼型件38的近壁66的孔52。如显示的那样，近壁66定位成临近翼型件38限定的腔体46。系统60还包括控制器72。
图17的示例性系统60还包括第一传感器110，其构造成从翼型件38的近壁66中的孔52感测光的第一特性。示例性系统60另外包括第二传感器112，其构造成从孔和翼型件38的近壁66感测光的第二特性。光的第二特性不同的光的第一特性。另外，控制器72可操作地连接到第一传感器110和第二传感器112，并且构造成基于光的第一感测特性和光的第二感测特性而确定受约束激光钻机62钻出的孔52的进度。
对于图17中描绘的实施例，第一传感器110定位在翼型件38外部且进一步定位成感测沿着射束轴A从孔52反射和/或变向的光，即，沿着射束轴A被引导远离翼型件38的近壁66的光。例如，第一传感器110可以在与上面参照图3和图4所描述的传感器88基本相同的方式下构造。因此，第一传感器110可为示波器传感器或任何其它适合的光学传感器。
此外，对于图17的实施例，第二传感器112还定位在翼型件38外部且将指向翼型件38的近壁66中的孔52。更具体而言，第二传感器112定位成使得第二传感器112与孔52限定视线114，视线114沿不平行于射束轴A的方向延伸。第二传感器112在某些实施例中可为光学传感器，其构造成感测下列项中的一个或多个：光的强度、光的波长和光的量。
如下面参照图18更详细阐述的那样，在某些示例性实施例中，光的第一特性可为处于第一波长的光的强度，而光的第二特性可为处于第二波长的光的强度。感测到处于第一波长的光可指示受约束激光射束64撞击翼型件38的近壁66的第一层，诸如隔热涂层36。相反，感测到处于第二波长的光可指示受约束激光射束64撞击翼型件38的近壁66的第二层，诸如金属部分40。控制器72可构造成比较第一传感器110感测的处于第一波长的光的强度与第二传感器112感测的处于第二波长的光的强度，以确定孔52的进程。
但是，应当理解，在本公开的其它示例性实施例中，第一传感器110和第二传感器112可定位在任何其它适合的位置处。例如，在其它示例性实施例中，第一传感器110和第二传感器112可各自定位成感测沿着射束轴A被引导远离翼型件38的近壁66的光。备选地，第一传感器110和第二传感器112可各自定位成使得各个相应的传感器110、112限定通往翼型件38的近壁66中的孔的不平行于射束轴A的视线。备选地，第一传感器110和第二传感器112中的一者或两者可定位在翼型件38的腔体46外部，并且被指向翼型件38的腔体46中(类似于例如上面参照图9和图10所论述的传感器98)或可定位在翼型件38的腔体46内。备选地，第一传感器110和第二传感器112中的一者或两者可定位在翼型件38外部，并且被指向周围表面以从所述周围表面上的孔52检测反射光。备选地，在某些示例性实施例中，第一传感器110和第二传感器112可在任何适合的位置处各自结合到单个感测装置中。
现在参照图18，提供了用于在燃气涡轮的翼型件中钻出孔的示例性方法(400)的框图。图18的示例性方法(400)可用于描绘在图17中且在上面描述的示例性系统60。因此，虽然在翼型件中钻出孔的背景下论述，但是示例性方法可备选地用来在燃气涡轮的任何其它适合的翼型件中钻出孔。
图18的示例性方法(400)包括在(402)处将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向翼型件的近壁。近壁定位成临近限定在翼型件中的腔体，并且受约束激光射束限定射束轴。示例性方法(400)另外包括在(404)处利用第一传感器从翼型件中的孔感测光的第一特性。在某些示例性方面，第一传感器可定位在翼型件外部，并且光的第一特性可为处于第一波长的光的强度。感测到处于第一波长的光可指示受约束激光射束撞击或被引导到翼型件的近壁的第一层。例如，感测到处于第一波长的光可指示受约束激光射束撞击翼型件的近壁的隔热涂层。
示例性方法(400)还包括在(406)处利用第二传感器从翼型件中的孔感测光的第二特性。在(406)处利用第二传感器感测的光的第二特性不同于在(404)处利用第一传感器感测的光的第一特性。例如，在某些示例性方面，光的第二特性可为处于第二波长的光的强度。第二波长可指示受约束激光射束撞击翼型件的近壁的第二层。例如感测到处于第二波长的光可指示受约束激光射束撞击翼型件的近壁的金属部分。
方法还包括在(408)处基于(404)处感测的光的第一特性和(406)处感测的光的第二特性而确定孔进程。在某些示例性方面，在(408)处基于(404)处感测的光的第一特性和(406)处感测的光的第二特性而确定孔进程可包括比较感测的处于第一波长的光的强度与感测的处于第二波长的光的强度。例如，感测的处于第一波长的光的强度与感测的处于第二波长的光的强度的比可指示通过翼型件的近壁的第一层的孔的进程。
在某些示例性方面，在(408)处基于(404)处感测的光的第一特性和(406)处感测的光的第二特性而确定孔的进程可进一步包括确定孔通过翼型件的近壁的第一层达至少预定量。例如，示例性方法可包括确定孔通过翼型件的近壁的第一层达至少大约90％，诸如通过翼型件的近壁的第一层达大约至少95％，诸如通过翼型件的近壁的第一层达至少大约98％。
另外，取决于某些因素，诸如制造隔热涂层的材料的类型，可为合乎需要的是以比钻通翼型件的下面的金属部分低的功率钻通翼型件的近壁的隔热涂层。因此，响应于在(408)处确定孔进程，例如，响应于确定孔通过翼型件的近壁的第一层达至少预定量，方法(400)可进一步在(410)处包括调节受约束激光钻机的一个或多个操作参数。例如，方法(400)可包括增加功率，增加脉冲率和/或增加受约束激光钻机的脉冲宽度。
但是，应理解，在其它示例性方面，光的第一特性和光的第二特性可各自为任何其它适合的光特性。例如，在其它示例性方面，第一传感器可为适合的光学传感器而光的第一特性可为光的强度。这种示例性方面可进一步包括确定下者中的一者或两者：受约束激光钻机的反射脉冲宽度和受约束激光钻机的反射脉冲频率。类似于上面参照图3至图5更详细地论述，基于受约束激光钻机的确定的反射脉冲宽度和受约束激光钻机的确定的脉冲频率中的一者或两者，图18的示例性方法(400)可进一步包括确定受约束激光钻机钻出孔的深度。此外，在这种示例性方面，第二传感器还可为光学传感器而光的第二特性可为光的波长。如所阐述的那样，光的波长可指示受约束激光射束被引导到其中的材料。因此，图18的示例性方法(400)可进一步包括基于第二传感器感测的光的波长确定受约束激光射束被引导到其中的材料。
在这种示例性方面，响应于确定孔的深度和确定受约束激光射束被引导到其中的材料，图18的示例性方法(400)可进一步包括调节受约束激光钻机的一个或多个操作参数。更具体而言，图18的示例性方法(400)可进一步包括确定孔钻通翼型件的近壁的第一层且增加功率，增加脉冲率和/或增加受约束激光钻机的脉冲宽度，以协助钻通翼型件的近壁的金属部分。备选地，图18的示例性方法(400)可进一步包括确定孔通过翼型件的近壁的金属部分达至少预定量且可减小功率，减小脉冲率和/或减小受约束激光钻机的脉冲宽度，以防止对例如翼型件的远壁的不必要的损害。
在任何上面的示例性方面，应当理解，在(408)处基于(404)处感测的光的第一特性和(406)处感测的光的第二特性而确定孔进程可包括使用任何适合的控制方法。例如，在(408)处确定孔进程可包括利用考虑某些因素的查找表。这些查找表可通过实验确定。另外，或备选地，在(408)处确定孔进程可包括利用模糊逻辑控制方法，以感测分别在(404)和(406)处感测的光的第一和第二特性。
此书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求的字面语言的结构要素，或如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则意图使这样的其它示例处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于在构件的近壁中钻出孔的方法，所述方法包括：
将受约束激光钻机的受约束激光射束引导向所述构件的近壁；
利用定位在所述构件外部的第一传感器从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第一特征；
利用第二传感器从所述构件的近壁中的所述孔感测光的第二特征，所述光的第二特征不同于所述光的第一特征；以及
基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构件是燃气涡轮的翼型件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光的第一特征是处于第一波长的光的强度，所述第一波长指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第一层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光的第二特征是处于第二波长的光的强度，所述第二波长指示所述受约束激光射束照射所述构件的近壁的第二层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一层是热障涂层，并且其中所述第二层是金属部分。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展包括对比感测的处于所述第一波长的光的强度和感测的处于所述第二波长的光的强度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述感测的光的第一特征和所述感测的光的第二特征确定孔的进展还包括至少部分地基于感测的处于所述第一波长的光的强度和感测的处于所述第二波长的光的强度的对比确定所述孔穿过所述构件的近壁的第一层至少预定量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
响应确定所述孔穿过所述构件的近壁的第一层至少预定量来调整所述受约束激光钻机的一个或多个操作参数。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一传感器是光学传感器，其中所述光的第一特征是光的强度，并且其中所述方法还包括
确定所述受约束激光钻机的反射脉冲长度和所述受约束激光钻机的反射脉冲频率中的一者或两者。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括
基于确定的所述受约束激光钻机的反射脉冲长度和确定的所述受约束激光钻机的反射脉冲频率中的一者或两者来确定由所述受约束激光钻机钻出的孔的深度。
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