CN112639251A - 冷却孔的自动化识别和工具路径生成 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种处理零件的方法，该方法包括：使用零件(36)的计算机辅助设计(CAD)模型来识别(2502)设置在零件中的至少一个孔(62)的位置；在安装系统(56)中对准(2504)零件；3D扫描(2506)零件(36)；至少部分地基于得自3D扫描(2506)零件的至少一个基准来检测(2520)孔(36)的至少一个边界特征；以及至少部分地基于边界特征来生成(2536)第一工具路径(92)。

Description

冷却孔的自动化识别和工具路径生成

背景技术

本公开整体涉及燃气涡轮的冷却结构，并且更具体地涉及与涡轮翼型件相关的系统和方法。

在大型框架重型工业燃气涡轮引擎中，在燃烧器中产生的热气流穿过涡轮以产生机械功。涡轮包括在逐渐降低的温度下与热气流反应的一排或多排或一级或多级定子叶轮和转子叶片。可通过使较高温度的气流进入涡轮中来提高涡轮并因此提高引擎的效率。然而，涡轮入口温度可能受限于涡轮(尤其是第一级定子叶轮和转子叶片)的材料特性以及这些第一级翼型件的冷却能力大小。

第一级转子和定子部件暴露于最高气流温度，其中温度随着气流穿过涡轮各级而逐渐降低。应通过使冷却空气穿过内部冷却通道并通过膜冷却孔排出冷却空气来冷却第一级翼型件和第二级翼型件(转子叶片和定子叶轮)，以提供冷却空气的毯覆层，从而保护冷却表面免受热气流的影响。

涡轮转子叶片、静止叶轮和其中的冷却通道通常需要检查，例如以确定冷却通道是否已被阻塞和/或确定零件的几何形状是否已偏离预期设计。然而，由于燃气涡轮引擎中存在大量涡轮翼型件(转子叶片和定子叶轮)以及每个翼型件中通常存在大量冷却通道和孔，手动检查每个孔是耗时的任务。

发明内容

本公开的各个方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或者可通过本公开的实践来学习。

在一个实施方案中，处理零件的方法包括：使用零件36的计算机辅助设计(CAD)模型来识别2502设置在零件中的至少一个孔62的位置；在安装系统56中对准2504所述零件；3D扫描2506零件36；至少部分地基于得自3D扫描2506零件的至少一个基准来检测2520孔36的至少一个边界特征；以及至少部分地基于边界特征来生成2536第一工具路径92。

参照以下描述和所附权利要求书，本公开的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。结合到本说明书中并构成其一部分的附图示出了本公开的实施方案，并与描述一起用于解释本公开的原理。

附图说明

在参照附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的全面且能够实施的公开内容，包括其最佳模式，其中：

图1是可结合本说明书的实施方案的典型燃气涡轮的示意图；

图2是示例性涡轮转子叶片的一部分的放大剖面侧视图；

图3是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图4是翼型件、对准系统和安装系统的示例性视图；

图5是翼型件的示例性视图；

图6是翼型件的示例性视图；

图7是翼型件的示例性视图；

图8是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图9是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图10是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图11是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图12是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图13是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图14是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图15是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图16是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图17是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图18是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图19是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图20是冷却孔的示例性侧视示意图；

图21是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图22是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图23是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图24是包括冷却孔的基底的一部分的放大视图；

图25是工具路径的顶视图；

图26是工具路径的底视图；

图27是工具路径的侧视图；以及

图28是根据本公开的各种实施方案的修复部件的方法。

在本说明书和附图中重复使用参考字符旨在表示本公开的相同或相似的特征或元件。

具体实施方式

现在将详细地参考本发明实施方案的各个方面，其一个或多个示例在附图中示出。具体实施方式使用数字和字母名称指代附图中的特征结构。附图和说明书中的相似或类似的名称用于指代本发明实施方案的相似或类似的零件。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可以互换使用，以将一个部件与另一个部件区分开来，并且不旨在表示各个部件的位置或重要性。术语“上游”(或“向后”)和“下游”(或“向前”)是指相对于流体通路中的流体流动的相对方向。例如，“上游”或“向后”是指流体流动来自的方向，有时称为“后”。“下游”或“向前”是指流体流向的方向，有时称为“前”。术语“径向地”是指基本上垂直于特定部件的轴向中心线的相对方向，并且术语“轴向地”是指基本上平行于特定部件的轴向中心线的相对方向。术语“周向”和“切向”可指与旋转涡轮或压缩机转子的圆周对准的方向。

如在整个说明书和权利要求书中使用的，近似语言可以用于修改可以允许变化的任何定量表示，而不会导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语(诸如“约”、“大约”和“基本上”)修饰的值不限于指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可以对应于用于测量值的仪器的精度。这里以及整个说明书和权利要求书中，范围限制可以组合和/或互换。除非上下文或语言另有说明，否则这些范围被识别并包括其中包含的所有子范围。

每个示例是通过解释本发明实施方案的方式提供的，而不是对本发明实施方案的限制。事实上，对于本领域的技术人员显而易见的是，在不脱离本发明实施方案的范围或实质的情况下，可以在本发明实施方案中进行修改和变化。例如，作为一个实施方案的一部分示出或描述的特征可以用在另一个实施方案上，以产生又一个实施方案。因此，本发明实施方案旨在涵盖落入所附权利要求书及其等同物的范围内的这些修改和变化。虽然出于例示目的，本发明实施方案的示例性方面一般将在燃气涡轮的上下文中进行描述，但本领域的普通技术人员将容易地了解，本发明实施方案的各个方面可以被应用于任何涡轮机器，并且不限于工业燃气涡轮，除非在权利要求书中明确地陈述。尽管本文示出和描述了工业、船用或陆基燃气涡轮，但如本文所示和所述的本公开不限于陆基和/或工业和/或船用燃气涡轮，除非在权利要求书中另外指明。例如，如本文所述的公开内容可用于任何类型的涡轮，包括但不限于航改涡轮或船用燃气涡轮以及航空引擎涡轮和/或飞行器引擎。

现在参考附图，其中类似的附图标号指代相类的部件，图1示出了可涵盖本发明实施方案的各个方面的燃气涡轮10的示例。如图所示，燃气涡轮10一般包括具有设置在燃气涡轮10的上游端处的入口14的压缩机区段12，以及至少部分地围绕压缩机区段12的壳体16。燃气涡轮10还包括在压缩机区段12下游的具有至少一个燃烧器20的燃烧区段18，以及在燃烧区段18下游的涡轮区段22。如图所示，燃烧区段18可以包括多个燃烧器20。轴24轴向延伸穿过燃气涡轮10。图1示出了径向方向94、轴向方向92和周向方向90。

在操作中，空气26被吸入压缩机区段12的入口14中并被逐渐压缩以将压缩空气28提供给燃烧区段18。压缩空气28流入燃烧区段18中并在燃烧器20中与燃料混合以形成可燃混合物。可燃混合物在燃烧器20中燃烧，由此产生热气体30，该热气体从燃烧器20流过涡轮喷嘴34的第一级32并进入涡轮区段22。涡轮区段大体包括由相邻的一排涡轮喷嘴34轴向分开的一排或多排转子叶片36。转子叶片36经由转子盘联接到转子轴24。转子轴24围绕引擎中心线CL旋转。涡轮壳体38至少部分地包围转子叶片36和涡轮喷嘴34。每排或一些排的转子叶片36可以由设置在涡轮壳体38内的护罩块组件40同心地围绕。当热气体30流过涡轮区段22时，其迅速膨胀。热能和/或动能从热气体30传递到转子叶片36的每一级，由此致使轴24旋转并产生机械功。轴24可以联接到负载诸如发电机(未示出)以产生电力。除此之外或另选地，轴24可以用于驱动燃气涡轮的压缩机区段12。

图2提供了示例性涡轮转子叶片或翼型件36的放大剖面侧视图，该叶片或翼型件从轴向向前的前缘44延伸至轴向向后的后缘46，并且从径向向内的根部48延伸至径向向外的尖端42。翼型件36包括平台50，该平台限定了热气体路径的径向内部边界。翼型件36还包括至少一个基底52，冷却孔诸如膜冷却孔(未示出)可设置在该基底中。包括冷却孔的基底可位于翼型件的任何部分上，包括前缘44、后缘46、尖端42，以及位于翼型件压力侧和/或翼型件抽吸侧上。图2的翼型件36用作示出本文所述的系统和方法的示例性部件，其也适用于涡轮定子叶轮、涡轮喷嘴、燃烧器衬里、护罩以及包括其中设置有冷却孔的基底和/或表面的其他部件。

图3示出了包括冷却孔54的翼型件36的基底52的一部分。计算机辅助设计(CAD)模型可用于识别冷却孔54的位置。每个冷却孔54可在CAD中由圆柱60表示，其中圆柱60的z轴的中心线与冷却孔54的中心的位置和取向对准。圆柱60的直径的尺寸可被设定成与冷却孔54的孔径相匹配。因此，可使用圆柱在CAD中表示冷却孔54的几何形状的许多方面。在其他实施方案中，可使用椭圆形、梯形、三角形、矩形和/或其他形状的棱柱来表示冷却孔54的几何形状，并且所使用的形状可取决于冷却孔54的横截面形状。图3还示出了x-y-z坐标系，其中z轴可被对准以与冷却孔54附近的局部表面或基底52正交。z轴的零点或原点(以及通常x-y-z坐标系的零点)可被选择为冷却孔54的内部中心。

图4示出了包括前缘44、后缘46、翼型件尖端42、翼型件根部46和翼型件平台50的示例性翼型件36。在图4的实施方案中，若干个冷却孔54设置在翼型件36的基底52中。图4示出了翼型件36相对于x-y-z坐标系和安装系统56对准。例如，x轴可沿翼型件平台的周向边缘限定，y轴可沿平台的轴向边缘限定，并且z轴可沿翼型件36的前缘和/或其他径向延伸部分对准。也可限定其他坐标系。可使用6轴机械臂58和/或其他对准工具来相对于安装系统56对准翼型件36，使得x-y-z坐标系在翼型件上精确对准。翼型件36、安装系统56和x-y-z坐标系的机器人对准可使用由6轴机械臂58的板载相机提供的相机视图以及包括翼型件36上的卡尺、深度计、接近度计、陀螺仪、标记、定位特征和/或对准特征的其他仪器化项来执行。可使用的其他类型的测量计或探针包括结构光探针、点共焦探针、锥光探针或干涉测量探针，这些探针与机器人结合在固定布置中以建立对准。此外，根据零件模型，可利用精密机械夹具使用已知数据点来对准零件。在对准翼型件36、安装系统56和x-y-z坐标系之后，可使用3D扫描仪对翼型件36进行初始3D扫描。3D扫描仪可由以下项组成：激光条纹系统、基于三角形划分的结构光系统、基于相移的白光扫描仪、点扫描共焦系统、激光雷达系统、立体摄影系统、基于焦深的相机系统、基于机械触碰的系统或上述项的任何组合。对准和扫描系统可组合成单个系统，或者可以是两个或更多个单独的系统。使用单独的对准和扫描系统和/或机器可允许每个系统仅实现单个目的，这可允许提高每个系统的准确度。此外，使用单独的对准和扫描系统和/或机器可允许改进整个过程，因为可独立和/或同时操作系统。

图5示出了相对于经由图4中的3D扫描仪接收的测量数据偏斜的翼型件36。换句话讲，由3D扫描仪采集的3D测量数据经转换，使得其与图4中建立的孔x-y-z坐标系对准。由扫描仪采集的3D测量数据可从非结构化3D点云转换成具有区域邻域信息(诸如局部法向和连接性)的结构化3D点云数据，诸如例如通过点的3D三角形划分。此类结构化数据云可被称为3D网格、数据网格、3D数据网格和/或3D测量数据网格，并且可使用各种文件格式(包括立体光照型技术(.stl)、VRML或波前数据格式)从扫描仪传输到其他处理系统以保留数据结构。

图6示出了翼型件36，该翼型件包括设置在翼型件基底52中的若干个冷却孔54，以及设置在若干个冷却孔内的圆柱60。将由3D扫描仪采集的3D测量数据转置到圆柱坐标系中，使得得自3D测量数据的每个基准位于冷却孔54的圆柱60的与该每个基准相关联的体积内或外。3D测量数据到圆柱坐标的转换可经由各种方法来执行，包括将检查坐标系与孔坐标系相关联的矩阵转换。

图7示出了包括已被选择用于进一步处理的冷却孔62的翼型件36。可使用各种标准来选择冷却孔62，包括在圆柱60(未示出)的体积内的超过一个或多个特定标准的3D测量数据。例如，如果3D测量数据表明在圆柱的体积内(并因此在冷却孔62内)存在异物诸如残余的和/或磨损的热障涂层(TBC)以及其他异物，则可选择冷却孔62。换句话讲，如果异物的体积超过预定阈值体积(例如，圆柱体积的百分比)，则可选择冷却孔62用于进一步处理。类似地，如果3D测量数据表明在一系列冷却孔深度(即，相对于圆柱坐标系的z轴)处存在异物，则也可选择冷却孔62用于进一步处理。可对被选择用于进一步处理的任何冷却孔62执行至少一次附加的3D扫描。其他异物可包括磨损的粘结涂层、环境屏障涂层(EBC)、沉积物、污染物、污垢、氧化物以及其他材料。也可能由于可能的损坏、缺失材料或显著错误定位而选择孔。

图8示出了设置在翼型件36(未示出)的基底52内的冷却孔62的放大视图。冷却孔62可包括一个或多个侧壁64，以及位于冷却孔出口部分处的一个或多个下游拐角68，冷却孔在冷却孔出口部分处与基底52的平面相交。冷却孔62还可包括限定冷却孔计量区段与冷却孔出口之间的过渡的斜坡部分66。斜坡部分66可为基本上平面的或具有空气动力学形状。冷却孔62还可包括中心孔部分70。

图9示出了图8的冷却孔62的放大视图，其中点云数据被映射在其顶部上。点云是一系列测量数据点，对于这些测量数据点，点之间没有关于邻接、表面拟合或其他数学模型连接的连接或已建立排序的关联点。已知关于每个点的唯一信息是该点的X-Y-Z坐标。只有该点数据将用于评价局部趋势或变化，而不是基于标称模型几何形状将各个点放置到曲线或小表面区域的数学表面上，然后使用这些表面来确定几何特征的常规方法。使用拟合的数学表面既耗时，又可能由于数学表面模型中其他非孔特征的形状或位置而丢失或偏置点云数据内存在的非常局部的特征。点云数据可在第二次或后续3D扫描期间收集在被选择用于进一步处理的冷却孔62上，以及经由其他过程进行收集。点云数据可表示每个位置中与表面正交的方向的取向。类似地，点云数据可表示变化的法向表面取向。因此，点云数据可用于识别表面法向取向相对于紧邻的其他点为恒定的区域(诸如平面部分，如基底52和斜坡部分66)。点云数据可用于识别表面法向取向快速变化的区域，诸如下游拐角68和侧壁64。点云数据可用于识别不存在表面法向取向的区域，诸如位于冷却孔中心孔部分70处的区域。点云数据可用于识别表面法向取向相对于3D扫描方向(例如z轴)正交的区域，诸如基底52。使用所述的点云数据允许识别冷却孔62的几何形状的多个属性，而没有可能影响数学拟合表面的零件上的其他特征的偏置或平均效应，这继而允许识别冷却孔62的边界的多种方法，即使如测量的冷却孔几何形状偏离标称冷却孔几何形状或预期位置。

图10示出了图8和图9的冷却孔62的放大视图，包括识别基底52和使用点云数据和基底表面法向性的粗略孔边界72的第一遍。

图11示出了图8至图10的冷却孔62的放大视图，包括使用下游拐角和/或斜坡部分云点数据的孔边界72、基底52以及使用点云数据和基底表面法向性的粗略孔边界72的细化映射。

图12示出了冷却孔62的表示的放大视图，包括具有法向表面取向的部分诸如基底52，以及第一非法向表面部分74和第二非法向表面部分76。

图13示出了冷却孔62的表示的放大视图，包括具有法向表面取向的部分诸如基底52，以及第一非法向表面部分74和第二非法向表面部分76。在图13的图示中，在具有法向表面取向的部分诸如基底52与第一非法向表面部分74和第二非法向表面部分76中的至少一者之间的过渡或边缘处，识别出冷却孔自由边缘73的一部分。根据圆柱坐标系，冷却孔自由边缘73可具有与标称零件形状的几何形状匹配的形状。在图13的图示中，在基底52与第一非法向表面74之间的过渡处，识别出冷却孔自由边缘73。在基底52与第二非法向表面76之间的过渡处未识别出冷却孔自由边缘73，因为该过渡与标称零件基准的几何形状不匹配或者取向不匹配。第三非法向表面77也被识别，并且也不包括匹配标准的冷却孔自由边缘73。换句话讲，法向部分与非法向部分之间的过渡的形状和取向均可用于识别冷却孔边界。冷却孔自由边缘73可与冷却孔边界72(未示出)重合或不重合。例如，限定具有法向表面取向的部分与具有非法向表面取向的部分之间的过渡的冷却孔自由边缘73可能在冷却孔62内，并且因此可能不限定冷却孔的边界。这可能在冷却孔边界72覆盖有一层或多层碎屑、涂层和/或污垢时发生，并且因此可能看起来具有法向表面取向，同时至少一个冷却孔自由边缘73(即，法向表面取向与非法向表面取向之间的过渡)设置在冷却孔62内的一定深度处。因此，冷却孔自由边缘73可为可能需要缩放(由于自由边缘出现在冷却孔62内的一定深度处或高于冷却孔的一定高度处)和/或平移(由于冷却孔自由边缘73仅包括冷却孔边界72的特征孔形状的一部分，例如，一侧)的冷却孔边界72的近似。

仍然参见图13，第二非法向表面部分76(即，在基底的“预期”具有法向表面取向的位置处)可归因于基底的侵蚀、破坏、异物的沉积、异物损坏以及其他形式的恶化和/或退化。冷却孔62的表示可包括嵌入的法向部分80，该嵌入的法向部分看起来具有法向取向，并且因此看起来是基底52的围绕冷却孔62的部分，但位于冷却孔62的表示的将预期被冷却孔62本身占据的一部分中。因为在冷却孔62内的部分可能“看起来像”周围的基底52，所以可能不可以将冷却孔自由边缘73的几何形状与标称零件基准的几何形状精确地匹配。图8至图11以及图12和图13示出了使用所测量表面法向性数据、标称零件基准几何形状及其相对于预定坐标系的取向的方法，目的是识别冷却孔62的初始或粗略边界以及其他可能的目的。

图14示出了图12和图13的冷却孔边界72(未示出)的近似的细化，其将预期冷却孔边界特征外壳形状的投影82映射到包括冷却孔自由边缘73的所测量3D数据上。特征外壳形状可被描述为具有倒圆边缘的对称梯形。投影82的尺寸可按比例放大或缩小，以便最佳地匹配冷却孔自由边缘73。例如，如果沉积物存在于冷却孔62中，则冷却孔自由边缘73可能看起来是与未示出的冷却孔边界72不同的尺寸(即，冷却孔62与基底52相交，例如，在零深度处或在与基底52共面的平面内相交)。冷却孔62的轮廓在各种深度处可包括相同特征形状，仅在尺寸上按比例放大或缩小(由于例如膜冷却孔的扩散部分的横截面积和/或流动面积随着孔过渡到基底52而继续增大)。另外，还可能希望基于投影相对于圆柱坐标系在预定公差内的取向进行缩放。因此，可能必须缩放投影82以匹配冷却孔自由边缘73。由于特征形状的缘故，投影82也可被描述为外壳，如图14所示。

图15包括另一个细化方案，仅示出了彼此叠加的冷却孔自由边缘73和特征外壳形状的投影82。这种叠加允许限定至少一个偏移84。偏移84可被限定为冷却孔特征的标称位置与对应测量数据的位置之间的空间位移。偏移可包括相对于任何轴线(侧向、纵向、轴向)的平移和/或用于与相对于圆柱坐标系的取向匹配的旋转。此外，可限定多个偏移。

图16示出了特征外壳形状的投影80以及将得自图15的偏移84应用于特征外壳形状的投影80的偏移外壳86。图16还示出了在由基底52限定的平面处近似冷却孔边界72的第二投影88。换句话讲，特征外壳形状的投影80和外壳偏移86可发生在与由基底52限定的平面不同的深度和/或高度处，差异可由第二投影88近似并解释原因。

图17示出了特征外壳形状的投影80、偏移外壳86和叠加在所测量数据的3D网格上的第二投影88，其还示出了被描绘为具有法向表面取向的部分的基底52。图17示出了在将第二投影88(其为冷却孔边界72的细化近似)叠加到所测量数据的3D点上之后，法向表面取向部分在投影孔边界内。换句话讲，先前由于其表面法向性而被识别为基底52的可能部分(并且因此在冷却孔边界72之外)的测量数据的部分在细化近似之后实际上确定为在冷却孔边界72内。因此，在细化时，初始被识别为基底52的一部分的那些被重新识别为冷却孔62中的杂散材料或异物。因此，使用冷却孔自由边缘73，特征外壳形状的投影80、偏移外壳86和叠加在所测量数据的3D网格上的第二投影88，如图13至图17所示，与仅依赖表面法向性数据来识别冷却孔边界的方法相比，可以更准确地细化冷却孔边界72。

图18示出了在第二投影88内的法向表面的部分(即，冷却孔边界72的近似)被移除之后的冷却孔62的细化近似。第二非法向表面76和第三非法向表面77也被识别为在细化冷却孔边界72之外，并且因此不形成冷却孔62的部分。

图19示出了在第二投影88内的法向表面的部分(或冷却孔边界近似)以及第二投影88之外的第二非法向表面76和第三非法向表面77(未示出)被移除之后，使用高阶拟合或近似得到的冷却孔62的细化近似。移除这些离群表面允许甚至更细化地近似冷却孔边界。因此，在丢弃离群数据之后，可通过迭代地和/或递增地增大拟合阶数来实现附加的细化。

图20示出了包括计量区段96、限定向扩散区段98的过渡的喉部100以及基底52的示例性冷却孔62的侧视图。冷却孔62包括中心线102以及刺穿点104。刺穿点104被限定在冷却孔中心线102与基底52的平面的交汇处。刺穿点104可用作孔坐标系的原点或零点。刺穿点104还可用于将冷却孔边界近似(例如，第二投影88)锚定到其中限定冷却孔边界的平面(即，基底52)。

图21示出了在第二投影88转转换成实际冷却孔边界之前的冷却孔62、基底52和第二投影88。

图22示出了在第二投影88转换成实际冷却孔边界之后的冷却孔62、基底52和第二投影88。第二投影88可在图的平面内平移和旋转，使得其可被转换成最佳拟合以匹配实际冷却孔边界。此外，可使用图20所示的刺穿点104将第二投影88锚定到正确的高度或平面。

图23示出了由多条曲线92构造的工具路径90，该多条曲线继而由第二投影88构造。第二投影88提供冷却孔边界72的整个周边的细化近似，其随后被应用于多个深度处。应用第二投影88的每个深度由多条曲线92中的一条曲线表示，每条曲线可包括特征外壳形状并且可与冷却孔62的中心处的第二投影88同心。

图24示出了由叠加在包括3D扫描测量数据的翼型件36的表面上的多个深度处(如图23所示)的第二投影88产生的工具路径90，这包括冷却孔62和基底52。使用偏移数据在法向表面平面内平移和/或旋转工具路径90，使得其使用圆柱坐标系与冷却孔62的对应部分对准。

图25至图27分别示出了细化工具路径94的顶视图、底视图和侧视图，该细化工具路径包括第二投影88(即，冷却孔边界72的细化近似)和在各种深度处的多条曲线92。图25至图27的细化工具路径94还包括通过将图23和图24的工具路径90与冷却孔零件几何形状数据相交和/或组合而构造的部分。例如，冷却孔零件几何形状数据可包括计量区段96，该计量区段在冷却孔喉部100处过渡到扩散区段98。

图28示出了根据本文公开的实施方案的修复零件的方法2500。在步骤2502处，方法2500包括识别冷却孔并限定CAD中的冷却孔坐标系。冷却孔坐标系可包括限定冷却孔中心轴线位置和轴线取向以及冷却孔孔洞直径的圆柱60。在步骤2504处，方法2500包括使用对准工具诸如6轴机器人28将零件与安装系统56对准。零件坐标系可包括基于零件几何形状的任何实施方案。例如，零件坐标系可将x轴、y轴和z轴映射到涡轮机械中使用的零件(诸如涡轮转子叶片或涡轮喷嘴)的周向方向、轴向方向和径向方向。其他坐标系也是可以的。在步骤2506处，方法2500包括3D扫描零件。在步骤2508处，方法2500包括将得自步骤2506的扫描的3D测量数据与零件几何形状数据对准，以及构建3D结构化点云数据，诸如得自非结构化测量点云的三角形网格。在步骤2510处，方法2500包括将3D测量数据(即，得自扫描的数据)从零件坐标系变换到孔坐标系。在步骤2512处，方法2500包括识别通过预定阈值以用于进一步处理的冷却孔62。预定阈值可包括识别在圆柱60的体积内包括显著材料(即，例如高于特定体积百分比)的冷却孔。

仍然参见图28，在步骤2514处，方法2500可包括仅对在步骤2512中被选择用于进一步处理的冷却孔执行第二3D扫描。另选地，在步骤2514处，方法2500可包括使用得自初始扫描的数据(即，在步骤2506处)重新处理对应于所选冷却孔的数据。在步骤2516处，该方法包括将得自第二扫描的表面法向性数据和/或得自第一扫描的3D测量数据叠加到零件几何形状数据上。在步骤2518处，方法2500包括过滤点云数据以识别冷却孔62和周围基底52的法向表面和非法向表面。在步骤2520处，方法2500可包括使用表面法向性数据来确定粗略孔边界。确定粗略孔边界可包括将3D扫描数据与标称冷却孔特征诸如下游拐角68、斜坡部分66以及至少一个冷却孔自由边缘73匹配。在步骤2522处，方法2500包括使用冷却孔形状特征将近似的冷却孔边界映射到3D测量数据网格上。在步骤2524处，方法2500可包括将标称冷却孔边界投影到3D测量数据网格上。在步骤2526处，方法2500可包括确定标称冷却孔边界与所测量冷却孔边界之间的偏移。偏移可包括在由基底52限定的板以及平行平面(以说明孔内或基底52上方的各种高度处的测量数据)内的旋转和/或平移。

仍然参见图28，在步骤2528处，该方法可包括基于偏移和/或保持深度数据(即，所测量数据对应的深度)来缩放投影。在步骤2530处，该方法可包括使用刺穿点将经缩放的投影88投影到3D测量数据网格或结构化点云上，以转换缩放投影88，从而在X方向、Y方向和Z方向中的每一个方向上匹配实际检测到的边界。在步骤2532处，该方法可包括移除离群数据。离群数据可包括在经缩放的投影88内识别的法向表面数据(即，冷却孔边界近似)，以及经缩放的(或第二)投影88之外的非法向表面数据(即，“看起来像”但实际上位于基底的一部分上的数据)。在步骤2534处，方法2500可包括使用高阶拟合来细化冷却孔边界。在步骤2536处，方法2500可包括使用偏移数据和经缩放的投影88来生成工具路径。在2538处，方法2500可包括将工具路径投影到3D测量数据网格上。在步骤2540处，该方法可包括使工具路径与零件几何形状数据相交和/或组合以生成细化的工具路径。在步骤2542处，该方法可包括使用细化的工具路径来修复零件。修复零件可包括冷却孔、冷却孔边界、冷却孔壁和/或基底的各部分的钻孔、铣削、其他形式机加工、重新涂布、表面重修和/或重新成形。换句话讲，修复工艺可包括增材和/或减材冷却孔修复工艺。也可使用其他修复方法。此外，翼型件、零件和/或冷却孔的重新成形部分可经由增材制造以及经由其他工艺来执行。方法2500还可包括其他步骤和子步骤。在一些实施方案中，将不执行方法2500的所有步骤。此外，方法2500的各个步骤可以与图28所示不同的顺序执行。

本文所述的方法、系统和实施方案实现了清除或掩蔽各种冷却孔几何形状的快速且自动化的过程，并且它们可完全消除手动冷却孔间隙和修复的劳动密集型过程。直接经由扫描信息计算冷却孔特征信息还可建立每个零件的数字主线和数字孪生，这使得能够在系列中的若干零件中对冷却孔几何形状信息进行统计研究，从而基于实际孔位置和边界数据生成更准确的零件提升模型。通过自动识别零件上冷却孔的位置和边界几何形状并生成允许多轴机器人精确且自适应地沉积或移除每个冷却孔中或周围的材料的工具路径指令集，本文所述的方法和系统可用于简化部件修复工艺，同时提高所述修复工艺以及所得修复零件的质量。本文所述的工艺利用引擎部件(例如，涡轮转子叶片或喷嘴)的标称设计几何形状并结合得自部件物理实例的三维扫描数据。

本书面描述使用示例来公开本发明实施方案，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员能够实践本发明实施方案，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何结合的方法。本公开的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例包括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差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种处理零件的方法，所述方法包括：

使用零件36的计算机辅助设计(CAD)模型来识别2502设置在所述零件中的至少一个孔62的位置；

在安装系统56中对准2504所述零件；

3D扫描2506所述零件36；

至少部分地基于得自3D扫描2506所述零件的至少一个基准来检测2520所述至少一个孔36的至少一个边界特征；以及

至少部分地基于所述至少一个边界特征来生成2536第一工具路径92。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括至少部分地根据所述第一工具路径来修复所述零件，

其中修复所述零件还包括钻孔、铣削、机加工、重新涂布、表面重修和重新成形中的至少一者，并且

其中所述至少一个孔包括冷却孔。

3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

限定孔坐标系，

其中所述孔坐标系包括圆柱坐标系，其中所述圆柱坐标系的圆柱的中心线表示所述至少一个孔的中心线的位置和取向，并且

其中所述圆柱的直径表示所述至少一个孔的孔径。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在安装系统中对准所述零件还包括经由多轴机械臂在安装系统中对准所述零件。

5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

选择至少一个孔；

其中所选择的所述至少一个孔满足至少一个预定阈值，并且

其中对所选择的至少一个孔执行第二3D扫描。

6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括使用得自3D扫描所述零件的数据来生成结构化3D点云，

其中所述至少一个孔包括冷却孔，并且

其中检测所述至少一个冷却孔的至少一个边界特征还包括检测以下中的至少一者：冷却孔下游拐角、冷却孔斜坡部分、冷却孔侧壁和冷却孔自由边缘。

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括检测冷却孔斜坡部分，

其中所述冷却孔斜坡部分在所述冷却孔的计量部分与所述零件的基底之间形成过渡。

8.根据权利要求6所述的方法，所述方法还包括检测冷却孔自由边缘，

其中所述冷却孔自由边缘在所述零件的非法向表面与所述零件的基底之间形成过渡，并且

其中所述零件的基底具有法向表面取向。

9.根据权利要求5所述的方法，其中检测所述至少一个孔的至少一个边界特征还包括使用得自所述第二3D扫描的表面法向性数据来检测至少一个边界特征。

10.根据权利要求5所述的方法，所述方法还包括将标称孔边界的第一投影叠加在得自所述初始3D扫描和所述第二3D扫描中的至少一者的结构化3D点云上。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述标称孔边界为外壳形状的。

12.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括限定标称孔边界的所述第一投影与所述结构化3D点云之间的至少一个偏移；

其中所述至少一个偏移包括平移和旋转中的至少一者。

13.根据权利要求12所述的方法，所述方法还包括：

使用所述至少一个偏移细化和缩放所述第一投影以生成第二投影，所述第二投影是所述第一投影的缩放版本；以及

将标称孔边界的所述第二投影叠加在得自所述第二3D扫描的所述结构化3D点云上。

14.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括：

移除至少一个离群数据点，

其中所述至少一个离群数据点包括以下中的至少一者：所述结构化3D点云的设置在所述第二投影内的具有法向表面取向的第一部分，以及所述结构化3D点云的设置在所述第二投影之外的具有非法向表面取向的第二部分。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括在移除所述至少一个离群数据之后重新缩放所述第二投影。

16.根据权利要求13所述的方法，其中生成第一工具路径还包括至少部分地基于所述第二投影来生成所述第一工具路径。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括将所述第一工具路径映射在所述结构化3D点云上。

18.根据权利要求17所述的方法，所述方法还包括：

将所述第一工具路径与所述至少一个孔的至少一个零件几何形状基准组合以生成第二工具路径，

其中所述第二工具路径是所述第一工具路径的细化版本，并且

其中至少部分地根据所述第一工具路径修复所述零件还包括至少部分地基于所述第二工具路径进行修复。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述至少一个孔的所述至少一个零件几何形状基准包括：

计量区段；

位于所述计量区段的下游的扩散区段；以及

喉部部分，

其中所述喉部部分在所述计量区段与所述扩散区段之间过渡。

20.根据权利要求19所述的方法，所述方法还包括：

移除至少一个离群数据点；以及

在移除所述至少一个离群数据之后重新缩放所述第二投影，

其中所述至少一个离群数据点包括以下中的至少一者：所述结构化3D点云的设置在所述第二投影内的具有法向表面取向的第一部分，以及所述结构化3D点云的设置在所述第二投影之外的具有非法向表面取向的第二部分，

其中所述至少一个孔包括冷却孔，

其中检测所述至少一个冷却孔的至少一个边界特征还包括检测以下中的至少一者：冷却孔下游拐角、冷却孔斜坡部分、冷却孔侧壁和冷却孔自由边缘，并且

其中所述标称孔边界为外壳形状的。

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