CN111975229B - 形成冷却孔的方法 - Google Patents

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Abstract

一种关于在涡轮发动机的部件中形成冷却孔的设备和方法,其中部件保持在成孔机中,其中激光器承载在多轴托架上并限定光路,该方法包括利用安装在多轴托架上的激光器在部件中形成一组冷却孔,基于有关该组冷却孔的流动效率的一组数据估计通过该组冷却孔的总气流,以及利用激光器形成第二组冷却孔。

Description

形成冷却孔的方法
技术领域
本公开大体涉及发动机部件中的冷却孔,并且更具体地涉及形成这种孔的方法。
背景技术
冷却孔形成在燃气涡轮部件(诸如轮叶,叶片和罩)中,用于将薄膜冷却空气输送通过部件,以冷却该部件并在该部件和流经发动机的主流动路径的热气体之间形成流体屏障。通常,通过将激光对准部件上的选定点以形成通过该部件的孔来形成这些冷却孔。然后将激光对准部件上的另一个选定点,以在该部件中形成另一个孔。重复该处理以在部件中形成所有冷却孔。
由激光形成的冷却孔可以在燃气涡轮的操作期间提供变化的冷却流量。确定每个冷却孔提供的冷却流量是实现其中形成有冷却孔的发动机部件的最佳性能所必需的。
发明内容
在一个方面,本公开涉及一种在涡轮发动机的部件中闭环形成冷却孔的方法,其中部件由成孔机保持在适当位置,该方法包括:在部件中形成第一组冷却孔;使用由成孔机控制的传感器,捕获第一组冷却孔内的每个冷却孔的图像,以创建一组图像数据;获得一组横截面面积(area)数据,包括利用位于成孔机的处理器中的图像处理程序来处理该组图像数据,以确定第一组冷却孔中的冷却孔的横截面面积;基于该组横截面面积数据估计通过第一组冷却孔的总气流;基于估计的总气流调整至少一个操作参数;在调整之后,形成第二组冷却孔。
在另一方面,本公开涉及一种确定通过一组冷却孔的气流的方法,该方法包括:捕获该组冷却孔内的每个冷却孔的图像以创建一组图像数据;获得一组横截面面积数据,包括利用图像处理程序处理该组图像数据,以确定该组冷却孔中的冷却孔的横截面面积;基于该组横截面面积数据来估计通过该组冷却孔的总气流。
在另一方面,本公开涉及一种成孔机,该成孔机包括:夹具,该夹具构造成保持其中将形成冷却孔图案的部件;多轴托架,该多轴托架能够相对于夹具绕多个轴线移动;成孔工具,该成孔工具由多轴托架承载并限定光路;传感器,该传感器由多轴托架承载并输出冷却孔的至少一个图像;控制器,该控制器可操作地控制多轴托架,成孔工具和传感器,以基于部件的预定冷却孔图案形成冷却孔,该控制器包括:处理器,该处理器可访问冷却孔图案;图像处理程序,该图像处理程序确定冷却孔中的冷却孔的横截面面积;气流估计程序,该气流估计程序基于确定的横截面面积来估计通过冷却孔图案中的冷却孔的子集的总气流。
附图说明
在附图中:
图1是激光处理机的示意图。
图2是具有发动机部件,计算机处理单元(CPU),激光器和传感器以及由激光形成的至少一个冷却孔的图1的激光处理机的放大视图。
图3是示出传感器的光路以及传感器,激光器和CPU之间的通信连接,以及由传感器获得的至少一个冷却孔的图像的发动机部件的一部分的示意图。
图4是示出具有用虚线表示的处理中的可选阶段的由图1的激光处理机形成一组冷却孔的方法的流程图。
具体实施方式
本公开的方面指向一种冷却的部件。为了描述的目的,冷却的部件将被描述为冷却的涡轮发动机部件,例如冷却的翼型件。将理解的是,本公开对于包括涡轮、压缩机以及非翼型件发动机部件的任何发动机部件,以及非飞行器应用(诸如其他移动应用和非移动工业,商业以及住宅应用)具有普遍的适用性。
如本文中所使用的,术语“前”或“上游”是指在朝向发动机入口的方向上移动,或部件与另一部件相比相对更靠近发动机入口。与“前”或“上游”结合使用的术语“后”或“下游”是指朝向发动机的后部或出口,或与另一部件相比相对更靠近发动机出口的方向。
如本文所使用的,“一组”可以包括任意数量的分别描述的元件,包括仅一个元件。另外,本文所用的术语“径向”或“径向地”是指在发动机的中心纵向轴线和外发动机周向之间延伸的尺寸。
另外,如本文所使用的,“控制器”可以包括至少一个处理器和存储器。存储器的非限制性示例可以包括随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),闪存或一种或多种不同类型的便携式电子存储器(例如盘,DVD,CD-ROM等),或这些类型存储器的任何适当的组合。处理器可以被构造为运行被设计为执行各种方法,功能,处理任务,计算等的任何合适的程序或可执行指令,以实现或达到本文所述的技术操作或操作。程序可以包括计算机程序产品,该计算机程序产品可以包括机器可读介质,该机器可读介质用于承载或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构。这样的机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其他机器访问的任何可用的介质。通常,这样的计算机程序可以包括例程,程序,对象,部件,数据结构,算法等,其具有执行特定任务或实施特定抽象数据类型的技术效果。
同样,如本文中所使用的,虽然传感器可以被描述为“感测”或“测量”相应值,但是感测或测量可以包括确定指示相应值或与相应值有关的值,而不是直接感测或测量该值本身。感测或测量的值可以进一步提供给附加部件。例如,可以将值提供给控制器模块或处理器,并且控制器模块或处理器可以对该值进行处理,以确定代表该值的代表值或电气特性。
所有方向参考(例如,径向,轴向,近端,远端,上,下,向上,向下,左,右,侧向,前,后,顶部,底部,上方,下方,竖直,水平,顺时针,逆时针,上游,下游,向前,向后等)仅用于识别目的,以帮助读者理解本公开,并且不产生限制,特别是关于本公开的位置,方向或用途的限制。除非另有说明,否则连接参考(例如,附接,联接,连接和接合)将被广义地解释,并且可包括元件集合之间的中间构件以及元件之间的相对移动。这样,连接参考不一定推断两个元件直接连接并且是彼此固定的关系。示例性附图仅出于说明的目的,并且所附附图中反映的尺寸,位置,顺序和相对大小可以变化。
图1是成孔机(作为非限制性示例,激光处理机10)的示意图。可以通过夹具16将限定内部14的部件12固定至激光处理机10,作为非限制性示例,该激光处理机10可以是明尼苏达州Champlin的Prima Power的
Figure BDA0002502050280000031
(LASERDYNE
Figure BDA0002502050280000032
by Prima Power inChamplin,Minnesota machine)。为了清楚起见,示出了没有壳体的激光处理机10的所有部件。应当理解,所示的所有部件可以位于壳体内。还应当理解,激光处理机在本领域中是已知的,并且本文所述的整个处理可以在激光处理机10内/上进行。此外,应当理解,在不脱离本文描述的公开范围的情况下,可以利用其他设备/机器。本文所述的成孔机可以是使用水射流加工,电子束制孔或增材制造处理来形成孔的机器,因此不限于激光处理机。
计算机处理单元(CPU)20控制激光处理机10。CPU 20可以包括用于控制激光处理机10的各个部分的操作的控制器22,以及用于捕获,收集和评估在操作期间收集的图像的管理和处理软件(本文称为管理器24和处理器26)。进一步预期,用于存储信息的数据库28与CPU 20通信。管理器24可以在操作期间根据需要从数据库28中检索信息,并且启动处理器26来评估所捕获的数据,以与所检索的信息进行比较。管理器24可以将检索的信息中继到控制器,用于激光处理机10的不同部件的操作。数据库28可以是CPU 20的一部分,或者也可以位于CPU 20的外部或位于激光处理机的外部。在一些实施方式中,数据库28可以连接到内部网络中的CPU 20,或者可以位于远程并且可访问,以通过外部网络(作为非限制性示例,因特网)进行读/写。
作为非限制性示例,在本文中称为激光器30的成孔工具可以安装到激光处理机10的多轴托架32。多轴托架能够通过虚线所示的轴线34进行三维移动。激光器30可以是常规激光器。控制器22基于取决于部分(part)特定尺寸的来自管理器24的输入(作为非限制性示例,存储在数据库28中的冷却孔信息),将操作指令传递至多轴托架32。使用激光器30可以在部件12中形成至少一个冷却孔36。
传感器40也可以位于激光处理机10内,并且可以沿着轴线34在多个方向上操作。传感器40可以是相机,激光位移传感器,X射线,触觉传感器等。为了示例性目的并且不意味着限制,本文描述的传感器将被描述为相机。传感器40可以与CPU 20通信,更具体地与控制器22通信,以控制传感器40沿轴线34的移动。至少一个冷却孔36的图像可以用传感器40获得并存储在CPU 20中,更具体地存储在处理器26中,以用于处理。
光42可以被选择性地置于部件12的内部14内,以从内部位置照明至少一个冷却孔36。光42可以是位于相对于部件12与传感器40相反的一侧的背光。光42可以与CPU 20通信,更具体地与管理器24通信,用于管理光42的开/关状态。光42的开/关状态可以与传感器40捕获图像的时间同步。光42还能够由与管理器24通信的光控制器44控制来自动移动。光控制器44可以控制光沿着轴线34的移动。如图所示,光控制器44可以位于CPU 20内或与CPU20分离。
将会意识到,部件和夹具可以一起围绕三个轴线34中的任何一个移动,以相对于激光,光和/或传感器定位。在这种情况下,夹具可以安装在由控制器22控制的致动器上。
图2是来自图1的激光处理机10的一部分的更详细的放大视图。示例性部件(作为非限制性示例,示出为轮叶50的发动机部件,其中内部14被分隔成由壁54分隔的内部通道或腔52)被示出为通过夹具16固定至激光处理机10。应当理解的是,轮叶50可以是具有冷却孔36的任何发动机部件(例如燃烧器衬里,叶片和罩),并且所示的轮叶50仅用于示例性目的,并不意味着限制。轮叶50可包括凹形压力侧56和凸形吸力侧58,该凹形压力侧56和凸形吸力侧58接合在一起以限定在前缘60和后缘62之间延伸的翼型件形状。包括至少一个冷却孔36的冷却孔63的图案可以位于压力侧。作为非限制性示例,冷却孔63的图案可包括第一组冷却孔64和第二组冷却孔66,每组均如图所示形成为一条线。至少一个冷却孔36在由压力侧56限定的第一表面68和与第一表面68相对、部分地限定内部通道52的第二表面70之间延伸。尽管在图2中仅示出了以行示出的两组冷却孔64、66,但是应当理解,冷却孔63的图案可以包括更多组冷却孔64、66。至少一个冷却孔36的数量,大小,位置和取向基于轮叶50的期望冷却气流特性来确定。关于至少一个冷却孔36的部分信息可以存储在数据库28中。
为了形成冷却孔63的图案,将轮叶50装载到位于激光处理机10内的夹具16上。控制器22将激光器30平移并旋转,和/或可选地如虚线所示将轮叶50平移并旋转到正确位置,以形成至少一个冷却孔36。控制器22打开激光器30内的快门(未示出),并且激光脉冲序列或光束72从激光器发射。光束72对准部件12以形成至少一个冷却孔36。传感器40可以沿着三个轴线34移入和移出激光器30的光束72的路径,以捕获至少一个冷却孔36的图像。
在形成至少一个冷却孔36之后,控制器22将激光器30和/或部件12平移并旋转到正确的位置,以在第一组冷却孔64中形成随后的至少一个冷却孔36,并且重复该处理。如本领域技术人员将理解的,在测量的参数达到预选值之后或在与形成第一孔所需的时间量有关(例如,等于)的一段时间之后,可以在第二孔和随后孔的形成期间停止激光器30。
转到图3,可以更清楚地看到,激光器30,光42和传感器40可以沿着穿过至少一个冷却孔36的光路(OP)定向。在形成至少一个冷却孔36之后,控制器22可以将激光器30移出光路(OP),并且将传感器40移入光路(OP)。进一步可以想到,简单地关闭激光器30,并且将传感器40移入光路(OP)。控制器22触发传感器40以捕获至少一个冷却孔36的至少一个图像74。图像74可以是在第一组冷却孔64内的多个冷却孔36获得的多个图像的一部分。完整组图像形成代表第一组冷却孔64的一组图像数据76。
在将传感器40与至少一个冷却孔36对准的同时,管理器24可以向光控制器44发送信号以照射光42。传感器40可以被定向在使得发射的光穿过至少一个冷却孔36以照亮至少一个冷却孔36的位置。当捕获图像74时,控制器44还可以将光定位在至少一个冷却孔36的正下方,并且当使用激光器30时,控制器44可以将光定位在不妨碍激光束72的位置。至少一个冷却孔36的捕获图像74包括最小横截面面积78min,最大横截面面积78max以及在它们之间的可变横截面面积78var。最小横截面面积78min,最大横截面面积78max和可变横截面面积78var中的每一个可以基于图像上的阴影(shadow)来确定,其中最小横截面面积78min可以是光42照射的最亮的椭圆形,最大横截面面积78max可以是光被挡住而无法撞击其所有表面的最暗和最大的形状,而可变横截面面积78var可以是灰色区域,其中一些光照亮了它,但不是通过最小横截面面积78min可以看到的那么多光。单个捕获的图像74可以产生足够的值,分辨率和清晰度,以可靠地收集所需的信息,但是处理相同孔的多个图像以达到最小横截面面积78min,最大横截面面积78max和可变横截面面积78var的相同测量也是可以预期的。
管理器24可以包括图像管理器(IM)程序,用于调节传感器40的曝光,增益和焦点,以便捕获图像74。包含操作参数80的部分特定程序可存储在数据库28中并且可用于启动(IM)程序,操作参数80可以包括与部分名称,行位置,孔大小,焦点偏移,气流电路,估计的气流以及气流建议有关的以下信息中的一个或全部。操作参数80可以是顺序的一组冷却孔(作为非限制性示例,第二组冷却孔66)的横截面面积的大小。当捕获该组图像数据时,(IM)程序可以在处理器26中启动图像处理(IP)程序。
(IP)程序可以用于解释捕获的图像74。照亮至少一个冷却孔36增强了处理和评估该组图像数据76的能力。更具体地,(IP)程序可以确定最小横截面面积78min和最大横截面面积78max的值,并使用这些值计算一组横截面面积数据78,其可以包括平均横截面面积78avg。可以将平均横截面面积78avg与从数据库28检索的参考横截面面积82进行比较。
使用横截面面积数据78,位于处理器26内的气流估计程序(EP)可以确定通过第一组冷却孔64的估计总气流(ETA)。(ETA)也可以用存储在数据库28中的参考横截面面积82进行索引。此外,在第一组孔64的形成期间,与先前形成的孔相关联的(ETA)可以用来确定用于形成接下来的几个孔的预选参数。例如,如果通过前两个孔的(ETA)略低于标称值,则可以稍微向上调整用于形成接下来三个孔的参数的预选值,以使通过所有五个孔的总流量达到标称值。
基于第一组冷却孔64的(ETA),可以调整部分的操作参数80。结合第一组冷却孔64的(ETA)调整操作参数80将在部件12中达到预定总冷却空气(TCA)流量。预定(TCA)流量是激光处理机中的部件12的设计气流。它可以与收集和计算的其他数据86一起显示在用户接口84上,其他数据86可以包括但不限于平均孔面积,有效针(pin)大小,以及产生下一个顺序或第二组冷却孔66必需的激光参数变化。在达到预定(TCA)流量的情况下,可以从用户接口84发出指示,例如光或声音。
本文所使用的(IP),(EP)和(IM)程序是通常用于指示由作为非限制性示例的计算机启动或与作为非限制性示例的计算机一起运行的程序的术语。如本文所述的(IP)程序可以利用算法来对由如本文所述的传感器收集的图像进行图像处理。如本文所述的(EP)还可利用算法来进行图像的分析并确定通过在这些图像内捕获的孔的流量。如本文所述的(IM)程序可以用于管理初始图像摄取并且进而启动(IP)程序。
图4示出了用于确定通过一组冷却孔(作为非限制性示例,第一组冷却孔64)的气流的方法的流程图。方法100的附加阶段108、110和112以虚线示出。方法100包括在102处作为非限制性示例利用传感器40或更具体地相机来捕获该组冷却孔64内的每个冷却孔36的图像74,以创建该组图像数据76。在104处,利用(IP)程序处理该组图像数据76,以确定该组冷却孔64中的冷却孔36的横截面面积78max,78var,78min,以形成一组横截面面积数据78。处理可以包括确定平均横截面面积78avg。在106处,处理器可以进一步用于基于横截面面积数据78,通过估计总气流来建立通过该组冷却孔64的(ETA)。
基于(ETA),在110处,方法100可以包括基于(ETA)调整至少一个操作参数80。取决于第一组冷却孔64的(ETA),在操作参数80是第二组冷却孔66的横截面面积的情况下,第二组冷却孔66的横截面面积的大小可以更大,更小或相同。在调整之后,在112处,该方法包括作为非限制性示例利用激光器30形成第二组冷却孔66。
方法100可以是用于闭环形成本文所述的至少一个冷却孔36的方法的一部分。闭环可以被限定为管理器24,处理器26和传感器40之间的通信环路,该通信环路使得能够在形成至少一个冷却孔36时进行处理。换句话说,闭环是在形成孔时对激光移动的反馈或自适应控制,从而如果未正确地形成孔,则在进行消融(ablation)时更新激光控制。在部件12仍在激光处理机10上时,在闭环内收集的信息使得能够调整和/或快速再处理。在确定气流之前,方法100可以包括在108处利用激光器30在部件12中形成该组冷却孔64。
如本文所述,与闭环形成至少一个冷却孔36相关联的益处包括减少循环时间,返工时间和总成本。简化了检查,而不是用针手动地检查每个孔。该处理既准确又精确,并且在需要返工的情况下,该处理可以在部分仍在机器上时进行。结合利用传感器和光使孔大小的目标值更接近标称值,从而改进了设计意图。
在未描述的范围内,各种实施例的不同特征和结构可根据需要组合使用或彼此替代。在所有实施例中未示出的一个特征并不意味着其不能如此示出,而是为了描述简洁。因此,不管是否明确地描述了新的实施例,不同实施例的各种特征可以根据需要被混合和匹配以形成新的实施例。本文所述的特征的所有组合或置换都被本公开覆盖。
该书面描述使用示例来描述本文描述的本公开的方面,包括最佳模式,并且还使本领域的任何技术人员能够实践本公开的方面,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。本公开的方面的可专利范围由权利要求书限定,并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这样的其他示例具有与权利要求的字面语言没有不同的结构元件,或者如果它们包括与权利要求的字面语言没有实质性差异的等效结构元件,则这些其他示例意图落入权利要求的范围内。
方面
本公开的各种特征,方面和优点也可以体现在由条项限定的以下技术方案中:
1.一种在涡轮发动机的部件中闭环形成冷却孔的方法,其中部件由成孔机保持在适当位置,该方法包括:
在部件中形成第一组冷却孔;
使用由成孔机控制的传感器,捕获第一组冷却孔内的每个冷却孔的图像,以创建一组图像数据;
获得一组横截面面积数据,包括利用位于成孔机的处理器中的图像处理程序来处理该组图像数据,以确定第一组冷却孔中的冷却孔的横截面面积;
基于该组横截面面积数据估计通过第一组冷却孔的总气流;
基于估计的总气流调整至少一个操作参数;和
在调整之后,形成第二组冷却孔。
2.根据方面1所述的方法,进一步包括利用承载在多轴托架上并限定光路的激光器形成第一组冷却孔和第二组冷却孔。
3.根据方面2所述的方法,其中,捕获每个冷却孔的图像包括在捕获图像时照亮冷却孔。
4.根据方面3所述的方法,其中,照亮冷却孔包括沿着光路对准背光。
5.根据方面1所述的方法,其中,估计总气流包括计算该组冷却孔的平均横截面面积。
6.根据方面5所述的方法,其中,估计总气流包括将平均横截面面积与参考平均横截面面积进行比较。
7.根据方面6所述的方法,其中,选择与横截面面积数据相结合的第二组冷却孔的横截面面积的大小,以达到通过第一组冷却孔和第二组冷却孔的预定总冷却气流。
8.一种确定通过一组冷却孔的气流的方法,该方法包括:
捕获该组冷却孔内的每个冷却孔的图像,以创建一组图像数据;
获得一组横截面面积数据,包括利用图像处理程序来处理该组图像数据,以确定该组冷却孔中的冷却孔的横截面面积;和
基于该组横截面面积数据来估计通过该组冷却孔的总气流。
9.根据方面8所述的方法,进一步包括基于估计的总气流来调整用于形成另一组冷却孔的至少一个操作参数。
10.根据方面9所述的方法,进一步包括将估计的总气流与预定总冷却气流进行比较,该预定总冷却气流与其中形成有该组冷却孔和另一组冷却孔的部件的设计气流相关联。
11.一种成孔机,包括:
夹具,该夹具构造成保持其中将形成冷却孔图案的部件;
多轴托架,该多轴托架能够相对于夹具绕多个轴线移动;
成孔工具,该成孔工具由多轴托架承载并限定光路;
传感器,该传感器由多轴托架承载并输出冷却孔的至少一个图像;和
控制器,该控制器可操作地控制多轴托架,成孔工具和传感器,以基于部件的预定冷却孔图案形成冷却孔,该控制器包括:处理器,该处理器可访问冷却孔图案;图像处理程序,该图像处理程序确定冷却孔中的冷却孔的横截面面积;和气流估计程序,该气流估计程序基于确定的横截面面积来估计通过冷却孔图案中的冷却孔的子集的总气流。
12.根据方面11所述的成孔机,其中,控制器被构造为在完成形成冷却孔图案中的冷却孔之前,基于估计的总气流来调整至少一个操作参数。
13.根据方面11所述的成孔机,进一步包括光,该光用于在捕获至少一个图像时与冷却孔对准以照亮冷却孔。
14.根据方面12所述的成孔机,其中,光被定位在部件的与传感器相对的一侧。
15.根据方面11所述的成孔机,进一步包括计算机处理单元,该计算机处理单元包括控制器,处理器,以及用于调节传感器的管理器。
16.根据方面15所述的成孔机,其中,计算机处理单元与数据库通信。
17.根据方面16所述的成孔机,其中,数据库存储与冷却孔相关联的部分信息。
18.根据方面16所述的成孔机,其中,数据库存储冷却孔图案。
19.根据方面16所述的成孔机,其中,数据库存储至少一个操作参数。
20.根据方面19所述的成孔机,其中,至少一个操作参数是有序的一组冷却孔的横截面面积的大小。

Claims (19)

1.一种在涡轮发动机的部件中闭环形成冷却孔的方法,其中所述部件由成孔机保持在适当位置,其特征在于,所述方法包括:
在所述部件中形成第一组冷却孔;
使用由所述成孔机控制的传感器,捕获所述第一组冷却孔内的每个冷却孔的图像,以创建一组图像数据;
获得一组横截面面积数据,包括利用位于所述成孔机的处理器中的图像处理程序来处理所述一组图像数据,以确定所述第一组冷却孔中的所述冷却孔的横截面面积;
基于所述一组横截面面积数据估计通过所述第一组冷却孔的总气流;
基于所估计的总气流调整至少一个操作参数;和
在所述调整之后,形成第二组冷却孔;
其中,预定总冷却气流与其中形成有所述第一组冷却孔和所述第二组冷却孔的部件的设计气流相关联。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,进一步包括利用承载在多轴托架上并限定光路的激光器形成所述第一组冷却孔和所述第二组冷却孔。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,其中,捕获每个冷却孔的所述图像包括在捕获所述图像时照亮所述冷却孔。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,其中,照亮所述冷却孔包括沿着所述光路对准背光。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法,其特征在于,其中,估计总气流包括计算所述第一组冷却孔的平均横截面面积。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,其中,估计总气流包括将所述平均横截面面积与参考平均横截面面积进行比较。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,其中,选择与所述第一组冷却孔的所述横截面面积数据相结合的所述第二组冷却孔的所述横截面面积的大小,以达到通过所述第一组冷却孔和所述第二组冷却孔的所述预定总冷却气流。
8.一种形成冷却孔图案的方法,其特征在于,所述方法包括:
形成一组冷却孔,以限定所述冷却孔图案的至少一部分;
捕获所述一组冷却孔内的每个冷却孔的图像,以创建一组图像数据;
获得一组横截面面积数据,包括利用图像处理程序来处理所述一组图像数据,以确定所述一组冷却孔中的所述冷却孔的横截面面积;
基于所述一组横截面面积数据来估计通过所述一组冷却孔的总气流;
确定与所估计的总气流相关的预选参数;和
使用所述预选参数在所述冷却孔图案中形成另一组冷却孔。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,进一步包括基于所估计的总气流来调整用于形成另一组冷却孔的至少一个操作参数。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,进一步包括将所估计的总气流与预定总冷却气流进行比较,所述预定总冷却气流与其中形成有所述一组冷却孔和所述另一组冷却孔的部件的设计气流相关联。
11.一种成孔机,其特征在于,包括:
夹具,所述夹具构造成保持部件,所述部件中将形成冷却孔图案;
多轴托架,所述多轴托架能够相对于所述夹具绕多个轴线移动;
成孔工具,所述成孔工具由所述多轴托架承载并限定光路;
传感器,所述传感器由所述多轴托架承载并输出所述冷却孔的至少一个图像;和
控制器,所述控制器可操作地控制所述多轴托架,所述成孔工具和所述传感器,以基于所述部件的预定冷却孔图案形成所述冷却孔,所述控制器包括:处理器,所述处理器能够访问所述冷却孔图案;图像处理程序,所述图像处理程序确定所述冷却孔图案中的所述冷却孔的横截面面积;和气流估计程序,所述气流估计程序用于基于所确定的横截面面积估计通过所述冷却孔图案中的所述冷却孔的子集的总气流,并用于确定与所估计的总气流相关联的预选参数,其中,所述控制器被构造为在完成形成所述冷却孔图案中的所述冷却孔之前,基于所估计的总气流来调整用于形成另一组冷却孔的至少一个操作参数,并且其中,所述成孔工具被构造为在具有所述预选参数的所述冷却孔图案中形成另一组冷却孔。
12.根据权利要求11所述的成孔机,其特征在于,进一步包括光,所述光用于在捕获所述至少一个图像时与所述冷却孔对准以照亮所述冷却孔。
13.根据权利要求11所述的成孔机,其特征在于,其中,所述光被定位在所述部件的与所述传感器相对的一侧。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的成孔机,其特征在于,进一步包括计算机处理单元,所述计算机处理单元包括所述控制器,处理软件,以及用于调节所述传感器的管理器。
15.根据权利要求14所述的成孔机,其特征在于,其中,所述计算机处理单元与数据库通信。
16.根据权利要求15所述的成孔机,其特征在于,其中,所述数据库存储与所述冷却孔相关联的部分信息。
17.根据权利要求15所述的成孔机,其特征在于,其中,所述数据库存储所述冷却孔图案。
18.根据权利要求15所述的成孔机,其特征在于,其中,所述数据库存储至少一个操作参数。
19.根据权利要求18所述的成孔机,其特征在于,其中,所述至少一个操作参数是有序的一组冷却孔的横截面面积的大小。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1602236A (zh) * 2001-10-09 2005-03-30 铬合金气体涡轮公司 一种从燃气涡轮发动机构件的冷却孔中除去涂层材料的方法
CN101040167A (zh) * 2004-06-25 2007-09-19 瑞瓦泰克公司 用于可变节流孔流量计的软件校正方法及设备
CN104131900A (zh) * 2013-05-01 2014-11-05 通用电气公司 带有成形冷却孔的衬底及制造方法
CN105458530A (zh) * 2016-01-29 2016-04-06 孙树峰 一种飞秒激光加工航空发动机叶片气膜孔的装置及方法
CN105705290A (zh) * 2013-11-18 2016-06-22 丰田自动车株式会社 激光加工方法和激光加工设备

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5125035A (en) 1989-12-18 1992-06-23 Chromalloy Gas Turbine Corporation Five axis generated hole inspection system
US5773790A (en) 1997-01-21 1998-06-30 General Electric Company Beam blocking material and method for beam drilling and inspecting cooling holes
US6339208B1 (en) * 2000-01-19 2002-01-15 General Electric Company Method of forming cooling holes
US6909800B2 (en) 2000-12-15 2005-06-21 United Technologies Corporation Process and apparatus for locating coated cooling holes on turbine vanes
DE50106385D1 (de) * 2001-03-26 2005-07-07 Siemens Ag Verfahren zur Herstellung einer Turbinenschaufel
EP1510283B1 (en) 2003-08-27 2007-10-17 ALSTOM Technology Ltd Automated adaptive machining of obstructed passages
US7333218B2 (en) 2005-06-28 2008-02-19 United Technologies Corporation Systems and methods for determining the location and angular orientation of a hole with an obstructed opening residing on a surface of an article
DE102008016026A1 (de) * 2008-03-28 2009-10-01 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen wenigstens einer Bohrung in zumindest einer ersten Oberfläche eines Bauteils
US8525073B2 (en) 2010-01-27 2013-09-03 United Technologies Corporation Depth and breakthrough detection for laser machining
EP2428765A1 (de) 2010-09-14 2012-03-14 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Turbinenschaufeln
US9188504B2 (en) * 2012-10-31 2015-11-17 General Electric Company Methods for testing turbine blades
US9415468B2 (en) 2013-08-20 2016-08-16 General Electric Company Method for manufacturing an airfoil
US9707645B2 (en) 2014-01-09 2017-07-18 General Electric Company Systems, methods, and apparatus for locating and drilling closed holes of a turbine component
US9760986B2 (en) * 2015-11-11 2017-09-12 General Electric Company Method and system for automated shaped cooling hole measurement
US10339264B2 (en) * 2016-01-14 2019-07-02 Rolls-Royce Engine Services Oakland, Inc. Using scanned vanes to determine effective flow areas
US10895448B2 (en) * 2019-04-09 2021-01-19 General Electric Company System and method for collecting measurement data of shaped cooling holes of CMC components

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1602236A (zh) * 2001-10-09 2005-03-30 铬合金气体涡轮公司 一种从燃气涡轮发动机构件的冷却孔中除去涂层材料的方法
CN101040167A (zh) * 2004-06-25 2007-09-19 瑞瓦泰克公司 用于可变节流孔流量计的软件校正方法及设备
CN104131900A (zh) * 2013-05-01 2014-11-05 通用电气公司 带有成形冷却孔的衬底及制造方法
CN105705290A (zh) * 2013-11-18 2016-06-22 丰田自动车株式会社 激光加工方法和激光加工设备
CN105458530A (zh) * 2016-01-29 2016-04-06 孙树峰 一种飞秒激光加工航空发动机叶片气膜孔的装置及方法

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