CN111496372B - 用于自动激光烧蚀的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于自动激光烧蚀的系统和方法，包括末端执行器，该末端执行器用于在接近受限的位置处执行激光烧蚀。本公开的系统和方法具体地提供了一种微型激光末端执行器，其可穿过端口或开孔插入以便烧蚀复杂组件的内部构件的表面。在本主题的若干实施例中，末端执行器安装在自动化机器上并联接到激光系统。

Description

用于自动激光烧蚀的系统和方法

技术领域

本主题大体上涉及自动激光加工，并且更具体地涉及用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的系统和方法。

背景技术

大体上，当需要修理时，期望在不卸载和拆卸组件的情况下接近复杂组件的内部构件。例如，对燃气涡轮发动机的检查可发现第一发动机构件撞击第二发动机构件。在此情况下，可能期望移除第一发动机构件的一部分以减轻撞击。然而，接近组装的燃气涡轮发动机中的位置可能限制为小孔口（例如，具有小于22mm的直径）。由于修理位置的相对不易接近，通常通过从飞行器移除燃气涡轮发动机并拆卸发动机以露出构件来实现这种修理。可修理该构件，并且可重新组装和重新安装发动机，使得可进一步使用发动机。

为了避免发动机移除和拆卸的昂贵和费时的过程，从接近受限的位置移除材料可能依靠激光烧蚀。在组装的燃气涡轮发动机内部采用激光器的当前途径可基于将固定束激光器安装在管道镜或其它类似仪器上。然而，由于固定束激光器会产生静止激光束，因此该途径对于难以接近的位置处的所有激光烧蚀任务并非最佳。

用于执行激光烧蚀的其它当前途径可采用振镜的（振镜）系统。振镜系统可基于移动反射镜技术。在示例性的振镜系统中，可移动反射镜用于对反射镜角度进行小的调整，并在特定的切割或标记区域内沿不同方向移动静止激光束。尽管振镜系统可能适合于在拆卸后从构件移除材料，但系统的物理尺寸阻碍了在复杂的组件内使用振镜系统。

因此，用于修理复杂组件内的构件而不一定需要拆卸以接近此构件的系统和方法将是有益的。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中部分地阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明学习到。

根据本公开的一个实施例，提供了一种用于执行激光烧蚀的末端执行器。末端执行器可包括执行器壳体，该执行器壳体具有在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸的本体。本体可限定孔隙，并且近端可限定束进入端口以将激光束接收到执行器壳体中。末端执行器可包括在近端下游包含在执行器壳体内的动态束转向器和联接到聚焦调整机构的聚焦透镜。聚焦透镜可在动态束转向器下游包含在执行器壳体内。末端执行器还可包括反射镜，该反射镜在聚焦透镜下游包含在执行器壳体内。束进入端口、动态束转向器、聚焦透镜和反射镜可在执行器壳体内限定束路径。反射镜可成角度以将来自聚焦透镜的激光束引导穿过孔隙。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种用于在工件上执行激光烧蚀的修理系统。修理系统可包括具有第一控制器和末端执行器的自动化机器。该修理系统可包括具有第二控制器的激光系统，该激光系统可经由光纤线缆在束进入端口处可操作地联接到末端执行器。修理系统还可包括加压气体源，该加压气体源经由气体管线联接到末端执行器并联接到第一控制器。末端执行器可包括执行器壳体，该执行器壳体具有在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸的本体。本体可限定束进入端口以将激光束接收到执行器壳体中。末端执行器可包括动态束转向器，该动态束转向器在近端下游包含在执行器壳体内。末端执行器还可包括联接到聚焦调整机构并在动态束转向器下游包含在执行器壳体内的聚焦透镜和在聚焦透镜下游包含在执行器壳体内的反射镜。束进入端口、动态束转向器、聚焦透镜和反射镜可在执行器壳体内限定束路径。反射镜可成角度以将来自聚焦透镜的激光束引导穿过孔隙。

根据本公开的另一个实施例，提供了一种用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的方法。该方法可包括将末端执行器定位在距工件工作距离处。末端执行器可联接到具有第一控制器的自动化机器，并且可包括执行器壳体，该执行器壳体具有在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸的本体。本体可限定孔隙，并且近端可限定束进入端口。末端执行器可包括在近端下游包含在执行器壳体内的动态束转向器，以及联接到聚焦调整机构的聚焦透镜，其在动态束转向器下游包含在执行器壳体内。末端执行器还可包括反射镜，该反射镜在聚焦透镜下游包含在执行器壳体内。束进入端口、动态束转向器、聚焦透镜和反射镜可在执行器壳体内限定束路径。该方法可包括激活激光系统以经由光纤线缆将激光束传输到末端执行器的束进入端口。该方法还可包括通过使用动态束转向器使激光束从轴向路径转向，聚焦激光束，以及用反射镜将激光束穿过孔隙引导到工件上。

本发明的这些及其它特征、方面和优点将参考以下描述和所附权利要求书变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

技术方案1. 一种用于执行激光烧蚀的末端执行器，所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定孔隙，并且其中所述近端限定束进入端口以将激光束接收到所述执行器壳体中；

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内；

聚焦透镜，其联接到聚焦调整机构并在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内；以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径，并且其中所述反射镜成角度以引导所述激光束从所述聚焦透镜穿过所述孔隙。

技术方案2. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，其中，所述动态束转向器包括：

保持在旋转轴承中的棱镜；以及

联接到所述旋转轴承的转子，其中所述转子包括多个导叶。

技术方案3. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，还包括：

多个气体喷射端口，其包含在所述执行器壳体内，联接到气体管线，并与所述孔隙对准，其中所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口定向成用气体喷射防护所述反射镜。

技术方案4. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，还包括：

端口致动器，其联接到所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口，其中所述端口致动器引导气体喷射流。

技术方案5. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，其中：

所述执行器壳体具有10mm至21mm的最大宽度，以及25mm至75mm的长度。

技术方案6. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，其中，所述反射镜可移动地联接到所述执行器壳体，并且其中所述末端执行器还包括反射镜致动器，所述反射镜致动器联接到所述反射镜以在第一位置和至少第二位置之间移动所述反射镜。

技术方案7. 根据任意前述技术方案所述的末端执行器，还包括：

距离测量设备，其可操作以确定所述执行器壳体与工件之间的工作距离。

技术方案8. 一种用于在工件上执行激光烧蚀的修理系统，所述系统包括：

自动化机器，其具有第一控制器和末端执行器；

激光系统，其具有第二控制器，并且经由光纤线缆在束进入端口处可操作地联接到所述末端执行器；

加压气体源，其经由气体管线联接到所述末端执行器并联接到所述第一控制器；以及

其中所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定所述束进入端口以将激光束接收到所述执行器壳体中，

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内，

聚焦透镜，其联接到聚焦调整机构并在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内，以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径，并且其中所述反射镜成角度以引导所述激光束从所述聚焦透镜穿过所述孔隙。

技术方案9. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述动态束转向器包括：

保持在旋转轴承中的棱镜；以及

联接到所述旋转轴承的转子，其中所述转子包括多个导叶。

技术方案10. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述多个导叶定向成将来自加压气体的一部分的能量转换成每分钟9000转至每分钟20000转的旋转速度。

技术方案11. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述执行器壳体还限定孔隙，所述修理系统还包括：

多个气体喷射端口，其包含在所述执行器壳体内，联接到气体管线，并与所述孔隙对准，其中所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口定向成用气体喷射防护所述反射镜。

技术方案12. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，还包括：

端口致动器，其联接到所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口，其中所述端口致动器引导气体喷射流。

技术方案13. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述执行器壳体具有10mm至21mm的最大宽度和25mm至75mm的长度。

技术方案14. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述反射镜可移动地联接到所述执行器壳体，并且其中所述末端执行器还包括反射镜致动器，所述反射镜致动器联接到所述反射镜以在第一位置和至少第二位置之间移动所述反射镜。

技术方案15. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述激光束具有500kW至2MW的峰值功率范围。

技术方案16. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，还包括：

抽吸设备，其经由抽吸管线联接到所述末端执行器并联接到所述第一控制器；以及

可操作地联接到所述孔隙和所述抽吸管线的进入口。

技术方案17. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述末端执行器还包括距离测量设备，所述距离测量设备联接到所述末端执行器并且定向成确定所述执行器壳体与所述工件之间的工作距离。

技术方案18. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述末端执行器是第一末端执行器，所述系统还包括第二末端执行器，所述第二末端执行器构造成与所述第一末端执行器协力地操作。

技术方案19. 根据任意前述技术方案所述的修理系统，其中，所述工件是可穿过具有11mm至22mm的直径的孔口接近的燃气涡轮发动机的构件。

技术方案20. 一种用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的方法，所述方法包括：

将末端执行器定位在距所述工件工作距离处，所述末端执行器联接到具有第一控制器的自动化机器，所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定孔隙，其中所述近端限定束进入端口，

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内，

联接到聚焦调整机构的聚焦透镜，其在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内，以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径；

激活激光系统，以经由光纤线缆将激光束传输到所述末端执行器的束进入端口；

通过使用所述动态束转向器使所述激光束从轴向路径转向；

聚焦所述激光束；以及

用所述反射镜将所述激光束穿过所述孔隙引导到所述工件上。

附图说明

包括针对本领域的普通技术人员的其最佳模式的本发明的完整且充分的公开在参考附图的说明书中阐明，在附图中：

图1示出了根据本主题的各种实施例的示例性燃气涡轮发动机的示意性截面视图；

图2示出了示例性系统的示意图，该示例性系统用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀；

图3示出了诸如在图2的示例性系统中使用的示例性末端执行器的截面视图；

图4描绘了诸如在图2的示例性系统中使用的示例性棱镜的截面视图；

图5描绘了诸如在图2的示例性系统中使用的示例性控制器；以及

图6提供了用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的流程图。

本说明书和附图中的参考标号的重复使用旨在表示本发明的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中示出。各个示例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求书和其等同物的范围内的此类改型和变型。

如本文使用的用语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用，以将一个构件与另一个区分开，且不旨在表示独立构件的位置或重要性。

用语“上游”和“下游”是指相对于激光束的通过的相对方向。例如，“上游”是指束从其发射的方向，且“下游”是指束前进的方向。

大体上提供了用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的系统和方法。该位置例如可为组装的燃气涡轮发动机的内部构件的表面，其可穿过相对较小的开孔或端口（例如，带有小于22mm的直径）接近。本公开的系统和方法具体地提供了一种微型激光末端执行器，其可穿过端口或开孔插入以便烧蚀复杂组件的内部构件的表面。在本主题的若干实施例中，末端执行器安装在自动化机器（例如，蛇臂机器人）上并联接到激光系统。一旦激活，激光系统将激光束穿过光纤线缆传输到末端执行器。

在示例性修理系统中进入末端执行器的壳体时，激光束可穿过准直透镜，并然后穿过动态束转向器，该动态束转向器使激光束从轴向路径转向。在一些实施例中，动态束转向器是旋转楔形棱镜，也称为“楔形窗”。由于棱镜旋转，偏移方向也旋转。这使激光束在下游位置处追踪对应的弧或圆。圆的直径由激光束与束的原始轴向路径的偏移程度，以及棱镜与聚焦透镜的下游位置之间的距离以及聚焦透镜的焦距来确定。

在从轴向路径偏移之后，激光束可在动态束转向器的下游并且穿过透镜前进。激光束可穿过透镜并继续向下游，直到束遇到反射镜。反射镜可将激光束引导到工件上。当激光束烧蚀工件时，一定量的碎屑可变为空气传播的。一些实施例通过包括多个气体喷射端口来保护反射镜免受该碎屑的影响。气体喷射端口使用压缩气体将碎屑引导离进行烧蚀的区域。气体喷射端口也可防护反射镜并向反射镜提供冷却。

现在参考附图，图1示出了根据本主题的方面的可用于飞行器内的燃气涡轮发动机100的一个实施例的截面视图，其中发动机100示为具有出于参考目的延伸穿过其中的纵向或轴向中心线轴线112。将在下面详细论述发动机100。尽管示出为涡扇喷气发动机，但是任何合适的涡轮机都可与本文所述的系统一起使用。例如，合适的涡轮机包括但不限于高旁通涡扇发动机、低旁通涡扇发动机、涡轮喷气发动机、涡轮螺旋桨发动机、涡轮轴发动机、螺旋桨风扇发动机等。

图2示出了修理系统200的一个实施例的示意图，该修理系统200用于在接近受限的位置处的工件202上执行激光烧蚀。在某些实施例中，工件202可为燃气涡轮发动机100的构件204，其可穿过孔口（例如，开孔或端口）164接近。在一些实施例中，孔口164可具有小于22mm的直径。在所示的实施例中，修理系统200包括连接到第一控制器208的自动化机器206。自动化机器206具有固定到可移动构件210的末端执行器300。可移动构件210将末端执行器300定向到选定位置以烧蚀工件202。

如图2中所示，修理系统200依靠激光系统232进行烧蚀操作。激光系统232大体上可包括联接到电源236和第二控制器238的激光器234。激光器234产生激光束（图3，302），该激光束可由束转向装置240引导穿过束整形光学器件242并进入光纤线缆244。光纤线缆244可将激光束从激光系统232传输（或输送）到末端执行器300。

本领域普通技术人员应认识到，激光器234可为能够产生具有与对所选工件执行所需加工操作相容的足够功率、相干性、脉冲宽度、脉冲重复时间和波长的激光束的任何类型的激光器。例如，激光器234可为具有10瓦至70瓦（例如20瓦至60瓦）的平均功率的固态、CO₂或光纤激光器。激光器234可为具有75ns至175ns（例如100ns至150ns）的脉冲宽度的重复脉冲激光器。激光器234可具有500kW至2MW（例如900kW至1.2MW）的峰值功率以及300nm至11μm（例如400nm至2μm）的波长。应认识到，使用功率输出不足的激光器234可能对工件没有效果。同时，使用功率输出过高的激光器234可能会导致不希望的效果，诸如过度飞溅，这可能会迅速污染反射镜234或损坏光纤线缆244。

激光器234可发射在截面上具有高斯轮廓分布或空间特性的激光束或脉冲，其转换或重整形为在截面上具有顶帽型轮廓分布或空间特性的激光束或激光脉冲。在这种顶帽轮廓中，与高斯束的强度轮廓不同，束强度跨过整个截面（诸如激光束的直径）相对恒定。因此，成形束的边缘具有与束中心大致相同的强度，提供了束边缘处的强度下降减小。如本领域技术人员将认识到，激光系统232中使用的光学构件与激光源可操作地兼容，以便避免在操作期间损坏那些构件。例如，可基于激光器234的波长来选择特定的光纤线缆244及其特定的构成材料，并且在某些波长下，穿过光纤线缆244的传输可变得不可能。

图3示出了与修理系统200的一个实施例一起使用的示例性末端执行器300的截面视图。如图3中所示，末端执行器300具有执行器壳体304，该执行器壳体包括本体306。本体306在近端308和与其相对的远端310之间纵向地延伸。执行器壳体304可具有25mm至75mm（例如55mm至65mm）的长度L和10mm至21mm（例如15mm至20mm）的最大宽度Mw。本体306限定至少一个孔隙312，并且近端308限定至少一个端口314，该端口可为束进入端口316。尽管在图3中描绘为具有大致管状的形状，但是应认识到，本体306可为任何合适的形状，诸如矩形、梯形、金字塔形、球形或圆锥形。

图3中描绘的束进入端口316可联接到光纤线缆244，并且定向成将激光束302接收到执行器壳体304中。动态束转向器318可在近端308和束进入端口316下游固定在执行器壳体中。动态束转向器318可引起激光束302从轴向路径（图4，（A））偏移。聚焦透镜320可联接到聚焦调整机构322，并在动态束转向器318下游包含在执行器壳体304内。聚焦透镜320可在包含在执行器壳体304内的反射镜324的表面上在下游建立期望的束半径。反射镜324可将激光束302引导穿过孔隙312并到工件202上。在示例性实施例中，束进入端口316、动态束转向器318、聚焦透镜320和反射镜324在执行器壳体304内限定束路径。应认识到，在其中激光束302在传送到执行器壳体时发散的实施例中，可将准直透镜在聚焦透镜320上游固定在执行器壳体内。

仍然参考图3且参考图4，动态束转向器318可为可动态地操纵以引起激光束302从轴向路径（A）偏移的任何激光光学器件。例如，动态束转向器318可为透镜、窗、棱镜或反射镜，并且动态束转向器318可为振荡的、弯曲的或旋转的。在图3中所示的实施例中，动态束转向器318包括保持在旋转轴承328中的棱镜326。棱镜326可为楔形棱镜348，其在棱镜上游表面350和棱镜下游表面352之间具有1°至20°（例如3°至19°）的角度α。（为了清楚起见，在图4中，参考平行于棱镜下游表面352的假想线描绘了角度α）。楔形棱镜348使正交于棱镜的垂直表面的束偏转范围从2°至10°（例如，5°到10°）的角度偏移

。应认识到，楔形棱镜也可称为“楔形窗”。

仍参考动态束转向器318，具有多个导叶332的转子330可联接到旋转轴承328。当压缩气体的一部分引导跨过转子330的外表面334时，导叶332将气体的动能转换成旋转力矩。结果，转子330使旋转轴承328旋转。对于一些实施例，转子330可使旋转轴承328以每分钟9000转（RPM）至20000 RPM（例如，9500 RPM至10500 RPM）的旋转速度旋转。一些实施例可包括可操作地联接到动态束转向器318的旋转速度传感器362。旋转速度传感器362可为磁性传感器、光学传感器、压力传感器或声学传感器。旋转传感器362可测量动态束转向器318的旋转速度。操作者可使用该信息来将动态束转向器318的旋转速度调整到最佳设置。

因为激光束302从轴向路径（A）转向，旋转（R）引起激光束302在下游位置追踪弧。例如，如图3中所示，当激活激光器232时，激光束302可处于第一定向302a。当棱镜326由转子330旋转时，激光束302成弧形穿过第二定向302b，并返回到第一定向302a。激光束302可继续追踪弧（例如，追踪圆354），直到激光束302或旋转停止。应认识到，尽管示出了第一定向302a和第二定向302b，但是当激光束302成弧形穿过圆形轨迹时，激光束302可穿过无限多个定向。

在修理系统200的其它实施例中，激光束302可规定其它非圆形路径。附加路径轮廓可由动态束转向器318的操纵来决定。例如，在一个实施例中，动态束转向器318的振荡可引起激光束302追踪线性路径。在其它实施例中，可包括第二动态束转向器346并使其反向旋转，引起激光束302产生外旋轮线。在一些实施例中，还可通过将反射镜324可移动地联接到反射镜致动器342以使反射镜324在第一位置和至少第二位置之间移动来实现激光束302的附加移位或引导。

如图3中所示，末端执行器300的示例性实施例可包括包含在执行器壳体304内的多个气体喷射端口336。多个气体喷射端口336可联接到气体管线（图2，248）并且与孔隙312对准，以使得气体喷射穿过或跨过孔隙312。多个气体喷射端口336中的至少一个气体喷射端口可通过在烧蚀点340和反射镜324的表面之间引导气体喷射来防护反射镜324免受碎屑的影响。另外，可将气体喷射引导至工件202以从烧蚀点340转移碎屑。在一些实施例中，可通过将气体喷射端口336可移动地联接到端口致动器338来便于气体喷射的引导。

根据图3的附加实施例可包括可操作地联接到远端310的第一位置传感器358。第二位置传感器360可操作地联接到本体，并且具有沿工件202的方向定向的视场。第一位置传感器358和第二位置传感器360可用于将末端执行器放置在相对于工件202的适当位置。第一位置传感器358和第二位置传感器360可为具有照明源的相机、超声传感器或光学传感器。在至少一个实施例中，第二位置传感器360可为双目传感器，其可提供关于工件202的三轴信息。应认识到，在一些实施例中，可将附加的位置传感器添加到末端执行器300以提供附加的位置信息。

仍然参考图3，末端执行器可包括距离测量设备344。距离测量设备344可为用于确定末端执行器300与工件202之间的工作距离Wd的任何合适的机械或电子设备。例如，合适的机械距离测量设备344可包括可展开的杆、线或其它类似的突起（未示出）。采用电子距离测量设备344的修理系统200的示例性实施例可包括超声或光学测量装置（未示出），诸如超声换能器或光学传感器。

在各个实施例中，加工操作的有效性将取决于多个变量。这些变量可包括动态束转向器318的旋转速度、末端执行器300的位置、工作距离Wd、激光系统232的设置、工件202的状况以及束路径的各种构件的位置。可通过分析来自烧蚀点340的发射羽流来确定加工操作的有效性。在示例性实施例中，激光束302在输送到工件202期间可处于IR标度上。一旦开始烧蚀，就可在可见光谱中检测到完成的工作。该光可通过光纤线缆244投射回去，并由相机（未示出）或光谱传感器（未示出）检测到。可分析反射光的部分的强度，以确定激光束302在工件202上的正确聚焦，并因此确定加工操作的有效性。

再次参考图2，在所示的实施例中，自动化机器206是蛇臂机器人组件。描绘的示例性蛇臂机器人组件大体上包括基座212、机器人臂214和可移动构件210。基座212大体上包括致动器组216和控制器208。控制器208可操作地联接到致动器组216，以控制自动化机器206的操作。另外，控制器208可操作地联接到可移动构件210和/或一个或多个传感器（未示出），该传感器附接到或嵌入在机器人臂214和/或可移动构件210。此外，机器人臂214大体上在臂根端218和臂远端220之间延伸。如下面将更详细阐释，机器人臂214包括在根端218处的附接区段224，其中对于所示实施例，附接区段224附接到基座212的致动器组216。另外，机器人臂214包括末端执行器300，该末端执行器300在远端220处联接到可移动组件210。应认识到，在一些实施例中，自动化机器206可配备有具有独立末端执行器300的一个以上的机器人臂214。在此示例性实施例中，附加的多个末端执行器300可协力地操作以完成预期的任务。

此外，所示的示例性自动化机器206的机器人臂214大体上由多个连杆226和多个关节228形成，其中多个连杆226按顺序布置并利用多个关节228可移动地彼此联接。多个连杆226可与致动器组216一起操作，使得致动器组216的一个或多个致动器或马达（未示出）可控制机器人臂214的操作（诸如位置和/或定向）。然而，在其它实施例中，可提供任何其它合适的构造来操纵或另外控制示例性自动化机器206的机器人臂214的多个连杆226。

此外，如图所示，基座212包括可与末端执行器300一起操作的一个或多个支承结构230，用于协助末端执行器300执行某些操作。例如，一个或多个支承结构230可包括用于经由气体管线248将加压气体输送到末端执行器300的加压气体源。同样，当末端执行器300配备成通过抽吸移除烧蚀的材料时，一个或多个支承结构230可包括抽吸设备，该抽吸设备经由抽吸管线246可操作地联接到包含在末端执行器300内的进入口356。

在另外的实施例中，自动化机器206可为任何其它合适形式的自动化机器。例如，自动化机器206可为关节臂、笛卡尔机器人、水平关节型机器人、圆柱机器人、极坐标型机器人或并联（delta）机器人。

现在参考图6，示出了用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的方法500的流程图。示例性方法500包括：在502处将末端执行器定位成距工件工作距离。502的末端执行器可联接到自动化机器。自动化机器可具有第一控制器。末端执行器可包括执行器壳体，该执行器壳体具有在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸的本体。本体限定孔隙，并且近端限定束进入端口。动态束转向器可在近端下游包含在执行器壳体内。末端执行器还可包括联接到聚焦调整机构的聚焦透镜，其在动态束转向器下游包含在执行器壳体内。反射镜可在聚焦透镜下游包含在执行器壳体内。束进入端口、动态束转向器、聚焦透镜和反射镜可在执行器壳体内限定束路径。示例性方法500包括：在504处，激活激光系统以经由光纤线缆将激光束传输至末端执行器的束进入端口；以及在506处，通过使用动态束转向器使激光束从轴向路径转向。示例性方法500包括：在508处聚焦激光束，并且在510处利用反射镜将激光束穿过孔隙312引导到工件上。

再次参考图1，大体上，发动机100可包括核心燃气涡轮发动机（大体上由参考标记114表示）和位于其上游的风扇区段116。核心发动机114大体上可包括限定环形入口120的大致管状的外壳118。此外，外壳118还可包围和支承增压压缩机122，以用于将进入核心发动机114的空气的压力升高到第一压力水平。高压多级轴流式压缩机124然后可从增压压缩机122接收加压空气，且进一步升高此空气的压力。然后，离开高压压缩机124的加压空气可流到燃烧器126，在燃烧器126内，燃料由燃料系统162喷射到加压空气流中，其中所得混合物在燃烧器126内燃烧。高能燃烧产物从燃烧器126沿发动机100的热气体路径引导至第一（高压，HP）涡轮128以用于经由第一（高压，HP）传动轴130驱动高压压缩机124，且然后引导至第二（低压，LP）涡轮132以用于经由大体上与第一传动轴130同轴的第二（低压，LP）传动轴134驱动增压压缩机122和风扇区段116。在驱动各个涡轮128和132之后，燃烧产物可从核心发动机114经由排气喷嘴136排出来提供推进喷射推力。

应认识到，各个涡轮128、130大体上可包括一个或多个涡轮级，其中各个级包括涡轮喷嘴和下游涡轮转子。如下文将描述，涡轮喷嘴可包括以围绕发动机100的中心线轴线112的环形阵列设置的多个导叶，以用于使燃烧产物流穿过涡轮级朝形成涡轮转子的部分的转子叶片的对应环形阵列转向或另外引导。如大体上理解，转子叶片可联接到涡轮转子的转子盘，转子盘继而又旋转地联接到涡轮的传动轴（例如，传动轴130或134）。

此外，如图1中所示，发动机100的风扇区段116可大体上包括可旋转的轴流式风扇转子138，其构造成由环形风扇壳140包绕。在特定实施例中，（LP）传动轴134可直接地连接到风扇转子138，诸如，在直接传动构造中。在备选构造中，（LP）传动轴134可经由减速装置137（诸如，间接传动或齿轮传动构造中的减速齿轮变速箱）来连接到风扇转子138。如期望或需要的那样，此减速装置可包括在发动机100内的任何合适的轴/转轴之间。

本领域的普通技术人员应认识到，风扇壳140可构造成关于核心发动机114由多个基本沿径向延伸沿周向间隔开的出口导向导叶142支承。因此，风扇壳140可包围风扇转子138和其对应的风扇转子叶片144。此外，风扇壳140的下游区段146可在核心发动机114的外部上延伸，以便限定提供附加推进喷射推力的副或旁通空气流导管148。

在发动机100的操作期间，应认识到，初始空气流（由箭头150表示）可穿过风扇壳140的相关联的入口152进入发动机100。空气流150然后穿过风扇叶片144，且分流成移动穿过导管148的第一压缩空气流（由箭头154表示）和进入增压压缩机122的第二压缩空气流（由箭头156表示）。然后，第二压缩空气流156的压力增加并进入高压压缩机124（如由箭头158表示）。在与燃料混合且在燃烧器126内燃烧之后，燃烧产物160离开燃烧器126，且流过第一涡轮128。此后，燃烧产物160流过第二涡轮132，且离开排气喷嘴136，以向发动机100提供推力。

图5提供了代表控制器208、238的实施例的示例性计算系统400的框图，该控制器208、238可用于实现根据本主题的示例性实施例的本文所述的方法和系统。尽管下面将其描述为计算系统，但是应认识到，在一些实施例中，控制器可为不包括计算装置的模拟系统或电气系统。如图所示，计算系统400可包括一个或多个计算装置402。一个或多个计算装置402可包括一个或多个处理器404和一个或多个存储装置406。一个或多个处理器404可包括任何合适的处理装置，诸如，微处理器、微控制器、集成电路、逻辑装置或其它合适的处理装置。一个或多个存储装置406可包括一个或多个计算机可读介质，包括但不限于非暂时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪速驱动器或其它存储装置。

一个或多个存储装置406可存储可由一个或多个处理器404访问的信息，包括可由一个或多个处理器404执行的计算机可读指令408。指令408可为在由一个或多个处理器404执行时引起一个或多个处理器404执行操作的任何指令集。指令408可为以任何合适的编程语言编写的软件，或可在硬件中实施。在一些实施例中，指令408可由一个或多个处理器404执行以引起一个或多个处理器404执行用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的过程，或用于实施本文所述的任何其它过程。

存储装置404可进一步存储可由处理器404访问的数据410。例如，数据410可包括如本文所述的末端执行器位置、工作距离、旋转速度或烧蚀进程。根据本主题的示例性实施例，数据410可包括一个或多个表格、函数、算法、模型、等式等。

一个或多个计算装置402还可包括用于例如与系统的其它构件通信的通信接口412。通信接口412可包括用于与一个或多个网络对接的任何合适的构件，例如，包括发射器、接收器、端口、控制器、天线或其它合适的构件。

本文所述的技术参考了基于计算机的系统，以及由基于计算机的系统采取的动作和发送至基于计算机的系统和从基于计算机的系统发送的信息。本领域的普通技术人员将认识到，基于计算机的系统的固有灵活性允许了构件之间和之中的任务和功能的多种可能构造、组合和划分。例如，本文所述的过程可使用单个计算装置或组合工作的多个计算装置来实施。数据库、存储器、指令和应用可在单个系统上实施或跨过多个系统分布。分布式构件可按顺序或并行操作。

本书面描述使用了示例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实施本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求书限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。如果此类其它示例包括并非不同于权利要求书的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则期望此类其它示例在权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于执行激光烧蚀的末端执行器，所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定孔隙，并且其中所述近端限定束进入端口以将激光束接收到所述执行器壳体中；

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内；

聚焦透镜，其联接到聚焦调整机构并在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内；以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径，并且其中所述反射镜成角度以引导所述激光束从所述聚焦透镜穿过所述孔隙。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，所述动态束转向器包括：

保持在旋转轴承中的棱镜；以及

联接到所述旋转轴承的转子，其中所述转子包括多个导叶。

3.根据权利要求1所述的末端执行器，还包括：

多个气体喷射端口，其包含在所述执行器壳体内，联接到气体管线，并与所述孔隙对准，其中所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口定向成用气体喷射防护所述反射镜。

4.根据权利要求3所述的末端执行器，还包括：

端口致动器，其联接到所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口，其中所述端口致动器引导气体喷射流。

5.根据权利要求1所述的末端执行器，其中：

所述执行器壳体具有10mm至21mm的最大宽度，以及25mm至75mm的长度。

6.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，所述反射镜可移动地联接到所述执行器壳体，并且其中所述末端执行器还包括反射镜致动器，所述反射镜致动器联接到所述反射镜以在第一位置和至少第二位置之间移动所述反射镜。

7.根据权利要求1所述的末端执行器，还包括：

距离测量设备，其可操作以确定所述执行器壳体与工件之间的工作距离。

8.一种用于在工件上执行激光烧蚀的修理系统，所述系统包括：

自动化机器，其具有第一控制器和末端执行器；

激光系统，其具有第二控制器，并且经由光纤线缆在束进入端口处可操作地联接到所述末端执行器；

加压气体源，其经由气体管线联接到所述末端执行器并联接到所述第一控制器；以及

其中所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定所述束进入端口以将激光束接收到所述执行器壳体中，

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内，

聚焦透镜，其联接到聚焦调整机构并在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内，以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径，并且其中所述反射镜成角度以引导所述激光束从所述聚焦透镜穿过所述执行器壳体限定的孔隙。

9.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述动态束转向器包括：

保持在旋转轴承中的棱镜；以及

联接到所述旋转轴承的转子，其中所述转子包括多个导叶。

10.根据权利要求9所述的修理系统，其中，所述多个导叶定向成将来自加压气体的一部分的能量转换成每分钟9000转至每分钟20000转的旋转速度。

11.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述修理系统还包括：

多个气体喷射端口，其包含在所述执行器壳体内，联接到气体管线，并与所述孔隙对准，其中所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口定向成用气体喷射防护所述反射镜。

12.根据权利要求11所述的修理系统，还包括：

端口致动器，其联接到所述多个气体喷射端口中的至少一个气体喷射端口，其中所述端口致动器引导气体喷射流。

13.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述执行器壳体具有10mm至21mm的最大宽度和25mm至75mm的长度。

14.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述反射镜可移动地联接到所述执行器壳体，并且其中所述末端执行器还包括反射镜致动器，所述反射镜致动器联接到所述反射镜以在第一位置和至少第二位置之间移动所述反射镜。

15.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述激光束具有500kW至2MW的峰值功率范围。

16.根据权利要求8所述的修理系统，还包括：

抽吸设备，其经由抽吸管线联接到所述末端执行器并联接到所述第一控制器；以及

可操作地联接到所述孔隙和所述抽吸管线的进入口。

17.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述末端执行器还包括距离测量设备，所述距离测量设备联接到所述末端执行器并且定向成确定所述执行器壳体与所述工件之间的工作距离。

18.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述末端执行器是第一末端执行器，所述系统还包括第二末端执行器，所述第二末端执行器构造成与所述第一末端执行器协力地操作。

19.根据权利要求8所述的修理系统，其中，所述工件是可穿过具有11mm至22mm的直径的孔口接近的燃气涡轮发动机的构件。

20.一种用于在接近受限的位置处的工件上执行激光烧蚀的方法，所述方法包括：

将末端执行器定位在距所述工件工作距离处，所述末端执行器联接到具有第一控制器的自动化机器，所述末端执行器包括：

执行器壳体，其具有本体，所述本体在近端和与其相对的远端之间纵向地延伸，其中所述本体限定孔隙，其中所述近端限定束进入端口，

动态束转向器，其在所述近端下游包含在所述执行器壳体内，

联接到聚焦调整机构的聚焦透镜，其在所述动态束转向器下游包含在所述执行器壳体内，以及

反射镜，其在所述聚焦透镜下游包含在所述执行器壳体内，其中所述束进入端口、所述动态束转向器、所述聚焦透镜和所述反射镜在所述执行器壳体内限定束路径；

激活激光系统，以经由光纤线缆将激光束传输到所述末端执行器的束进入端口；

通过使用所述动态束转向器使所述激光束从轴向路径转向；

聚焦所述激光束；以及

用所述反射镜将所述激光束穿过所述孔隙引导到所述工件上。

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