DE102015101151A1

DE102015101151A1 - Verfahren und System zur Erfassung des Bohrfortschritts beim Laserbohren

Info

Publication number: DE102015101151A1
Application number: DE102015101151.4A
Authority: DE
Inventors: Zhaoli Hu; Abe Denis Darling; Shamgar Elijah McDowell; Douglas Anthony Serieno
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Synova SA Ch
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US20150209901A1; US9676058B2; SE539058C2; JP6641086B2; SE1550025A1; JP2015139823A

Abstract

Es ist ein Verfahren zur Erfassung eines Bohrfortschritts beim Laserbohren geschaffen. Das Verfahren enthält ein Erfassen eines Prozesszustands während des Bohrens an einem Schaufelblatt und Erfassen einer Veränderung des Prozesszustands, die einen Durchbruch eines Lasers von dem Laserbohrer durch eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes anzeigt. Das Verfahren enthält außerdem ein Fortsetzen der Erfassung des Prozesszustands nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands, um die Genauigkeit der Durchbrucherkennung zu verbessern.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein ein Verfahren und System zur Erfassung des Bohrfortschritts beim Laserbohren.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Turbinen werden im industriellen und kommerziellen Betrieb in großem Umfang verwendet. Eine typische kommerzielle Dampf- oder Gasturbine, die zur Erzeugung elektrischer Leistung verwendet wird, enthält abwechselnde Stufen von stationären und rotierenden Schaufelblättern. Zum Beispiel können stationäre Leitschaufeln an einer stationären Komponente, wie beispielsweise einem Gehäuse, das die Turbine umgibt, angebracht sein, und rotierende Laufschaufeln können an einem Rotor angebracht sein, der entlang einer axialen Mittelinie der Turbine angeordnet ist. Ein verdichtetes Arbeitsfluid, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Dampf, Verbrennungsgase oder Luft, strömt durch die Turbine, und die stationären Leitschaufeln beschleunigen und richten das verdichtete Arbeitsfluid auf die nachfolgende Stufe rotierender Laufschaufeln, um den rotierenden Laufschaufeln eine Bewegung zu verleihen, womit der Rotor gedreht und Arbeit verrichtet wird.
Die Effizienz der Turbine steigt im Allgemeinen mit erhöhten Temperaturen des verdichteten Arbeitsfluids. Übermäßige Temperaturen innerhalb der Turbine können jedoch die Langlebigkeit der Schaufelblätter in der Turbine verringern und somit Reparaturen, Wartung und Ausfälle im Zusammenhang mit der Turbine erhöhen. Infolgedessen sind verschiedene Konstruktionen und Verfahren entwickelt worden, um eine Kühlung an den Schaufelblättern zu erzielen. Zum Beispiel kann ein Kühlmedium zu einem Hohlraum im Inneren des Schaufelblattes geliefert werden, um Wärme von dem Schaufelblatt auf konvektive und/oder konduktive Weise abzuführen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Kühlmedium aus dem Hohlraum durch Kühlkanäle in dem Schaufelblatt herausströmen, um eine Filmkühlung über der äußeren Oberfläche des Schaufelblattes zu erzielen.
Da die Temperaturen und/oder Leistungsstandards weiterhin steigen, werden Materialien, die für das Schaufelblatt verwendet werden, zunehmend dünn, was eine zuverlässige Herstellung des Schaufelblattes zunehmend schwierig macht. Zum Beispiel kann das Schaufelblatt aus einem hochlegierten Metall gegossen sein, und es kann eine Wärmedämmbeschichtung auf die äußere Oberfläche des Schaufelblattes aufgebracht sein, um den Wärmeschutz zu verstärken. Ein Wasserstrahl kann verwendet werden, um Kühlkanäle durch die Wärmedämmbeschichtung und die äußere Oberfläche hindurch zu schaffen, aber der Wasserstrahl kann bewirken, dass Teile der Wärmedämmbeschichtung abblättern. Alternativ kann die Wärmedämmbeschichtung auf die äußere Oberfläche des Schaufelblattes aufgebracht werden, nachdem die Kühlkanäle mittels des Wasserstrahls oder durch eine Elektroerosionsmaschine (EDM) erzeugt worden sind, aber dies erfordert eine zusätzliche Verarbeitung, um jegliche Wärmedämmbeschichtung, die die neu erzeugten Kühlkanäle bedeckt, zu entfernen.
Ein Laserbohrer, der einen fokussierten Laserstrahl verwendet, kann ebenfalls dazu verwendet werden, die Kühldurchgänge durch das Schaufelblatt bei reduziertem Risiko eines Abblätterns der Wärmedämmbeschichtung zu erzeugen. Der Laserbohrer kann einen gepulsten Laser nutzen, der z.B. bei 5.000 Hz der mehr arbeitet. Der Laserbohrer kann jedoch aufgrund der Gegenwart des Hohlraums im Inneren des Schaufelblattes eine genaue Steuerung erfordern. Sobald der Laserbohrer eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbricht, kann ein fortgesetzter Betrieb des Laserbohrers durch herkömmliche Verfahren eine Beschädigung an einer gegenüberliegenden Seite des Hohlraums zur Folge haben, was möglicherweise zu einem beschädigten Schaufelblatt führen kann, der überholt oder ausrangiert werden muss. Demgemäß kann ein Sensor, wie beispielsweise eine Hochgeschwindigkeitskamera mit einer Verschlusszeit von 110 µs oder mehr, verwendet werden, um den Laserbohrer zu überwachen und festzustellen, wann der Laserbohrer die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat. Sobald z.B. die Kamera eine Verringerung einer Menge an Licht, das von der Stelle ausgeht, in der der Laserbohrer in das Schaufelblatt hinein bohrt, erfasst, was möglicherweise einen Durchbruch anzeigt, sind herkömmliche Laserbohrer eingerichtet, um sofort mit dem Bohren aufzuhören, um die Gefahr einer Beschädigung des Schaufelblattes zu minimieren. Jedoch kann ein derartiges Verfahren ungenau sein, da der Bohrstatus unter Verwendung einer kleinen Anzahl von Datenpunkten ermittelt wird. Z.B. kann das erste Einzelbild von der Kamera, das verarbeitet wird und eine Verringerung der von der Stelle, an der der Bohrer bohrt, ausgehenden Lichtmenge anzeigt, den Bohrer veranlassen, den Betrieb einzustellen. Das Einzelbild kann jedoch zwischen Impulsen des Lasers aufgenommen worden sein oder in sonstiger Weise Rauschen enthalten, was die Genauigkeit der Messung verringert. Außerdem erfordert ein derartiges Verfahren eine intensive Verarbeitung, um die große Anzahl von Einzelbildern pro Sekunde zu verarbeiten und den Status des Laserbohrers schnell zu bestimmen.
Demgemäß würde ein Verfahren zur Bereitstellung genauerer Informationen in Bezug auf den Status des Laserbohrers von Nutzen sein. Außerdem würde ein Verfahren zur Bestimmung des Status des Laserbohrers, das weniger Verarbeitung erfordert, besonders nützlich sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offenkundig sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
In einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Feststellung eines Durchbruchs eines Laserbohrers durch eine nahegelegene Wand eines Schaufelblattes geschaffen. Das Verfahren enthält ein Bohren einer Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers, wobei das Schaufelblatt einen Hohlraum benachbart zu der nahegelegenen Wand definiert und der Laserbohrer einen Laser verwendet. Das Verfahren enthält ferner ein Erfassen eines Prozesszustands und Erfassen einer Veränderung des Prozesszustands über eine vordefinierte Schwelle hinaus, wobei die erfasste Veränderung einen Durchbruch des Lasers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes kennzeichnet. Außerdem enthält das Verfahren ein Erfassen des Prozesszustands für eine Zeitmenge nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands, um zusätzliche Daten zu sammeln, und Feststellen, dass der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, auf der Basis des erfassten Prozesszustands.
In dem zuvor erwähnten Verfahren kann das Feststellen, dass der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, auf der Basis des erfassten Prozesszustands ein Verarbeiten der Daten aufweisen, die nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands gesammelt wurden.
Das Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein Fortsetzen des Bohrens der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes nach der Erfassung der Veränderung des Prozesszustands aufweisen.
Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren ferner ein Einsetzen eines Rückschlagschutzes in dem Hohlraum des Schaufelblattes aufweisen.
In einer Ausführungsform verwendet der Laserbohrer einen gepulsten Laser, der eine Pulsrate definiert, wobei das Erfassen des Prozesszustands ein Erfassen des Prozesszustands mit einer Frequenz, die kleiner als die Pulsrate des gepulsten Lasers ist, aufweist.
Der Laserbohrer kann einen eingeengten Laserstrahl verwenden.
In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann der Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder beides sein.
Ferner kann das Erfassen des Prozesszustands ein Erfassen des Prozesszustands an einer Umgebungsstelle aufweisen.
Noch weiter oder alternativ kann das Erfassen eines Prozesszustands ein Erfassen eines Prozesszustands unter Verwendung einer Kamera aufweisen.
In dem Verfahren der zuletzt erwähnten Art kann das Bohren der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers ein Bewegen des Laserbohrers entsprechend einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt aufweisen, wobei das Verfahren ferner ein Bewegen der Kamera entsprechend der Bewegung des Laserbohrers aufweisen kann.
Der Prozesszustand kann eine Schockwellenwellenlänge sein.
Alternativ oder zusätzlich kann der Prozesszustand eine Schockwellenfrequenz sein.
In dem Verfahren einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann das Bohren der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers ein Bewegen des Laserbohrers entsprechend einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt aufweisen.
Zusätzlich kann das Verfahren ferner ein Erfassen mehreren Veränderungen des Prozesszustands, die anzeigen, dass der Laserbohrer in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hinein bohrt oder durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchgebrochen ist, aufweisen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist ein System zur Feststellung eines Durchbruchs beim Laserbohren eines Schaufelblattes geschaffen. Das System enthält einen Laserbohrer, wobei der Laserbohrer einen gepulsten Laserstrahl verwendet, der eine Pulsfrequenz und eine Bohrachse definiert und eingerichtet ist, um durch eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes hindurch zu bohren. Das System enthält ferner einen Sensor, wobei der Sensor einen Prozesszustand, der den Status des Laserbohrers kennzeichnet, mit einer Frequenz erfasst, die kleiner ist als die Pulsfrequenz des Laserbohrers. Außerdem enthält das System einen Rückschlagschutzmechanismus, der eingerichtet ist, um einen Hohlraum, der in dem Schaufelblatt definiert ist, vor dem Laserbohrer zu schützen, wobei der Hohlraum benachbart zu der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes positioniert ist.
In dem zuvor erwähnten System kann der Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder eine Kombination von diesen sein.
Ferner kann der Sensor eine Kamera mit einer Verschlussgeschwindigkeit von 80 Einzelbildern pro Sekunde oder weniger sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor eine Kamera, die eine Verschlussgeschwindigkeit von 40 Einzelbildern pro Sekunde oder weniger aufweist.
In dem System einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann die Bohrachse die nahegelegene Wand des Schaufelblattes an einer Bohrstelle kreuzen, und der Sensor kann eine Kamera sein, die auf die Bohrstelle gerichtet ist.
Alternativ kann die Bohrachse die nahegelegene Wand des Schaufelblattes an einer Bohrstelle kreuzen, und der Sensor kann eine Kamera sein, die eingerichtet ist, um von der Bohrstelle ausgehendes Licht auf einer Umgebungsfläche zu erfassen.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Offenbarung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Offenbarung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine umfassende und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, für einen Fachmann auf dem Gebiet ist in größeren Einzelheiten in der restlichen Beschreibung gegeben, die eine Bezugnahme auf die beigefügten Figuren enthält, in denen zeigen:
1 eine vereinfachte Querschnittsansicht einer beispielhaften Turbine, die verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthalten kann;
2 eine Perspektivansicht eines beispielhaften Schaufelblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Perspektivansicht eines Systems zur Herstellung des in 2 veranschaulichten Schaufelblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 eine Perspektivansicht des Systems nach 3, nachdem ein eingeengter Laserstrahl eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat;
5 ein Blockschaltbild, das ein Verfahren zum Herstellen eines Schaufelblattes gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6 eine quergeschnittene Seitenansicht einer Bohrung, die in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes gebohrt ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
7 eine Ansicht von oben auf ein Bohrmuster für den Laserbohrer gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
8(a) eine quergeschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes, während die Bohrung gebohrt wird und bevor der Laser durchgebrochen ist;
8(b) eine quergeschnittene Seitenansicht der beispielhaften Bohrung nach 8(a) nach einem ersten Durchbruch des Lasers, aber bevor die Bohrung fertiggestellt ist;
8(c) eine quergeschnittene Seitenansicht der beispielhaften Bohrung aus 8(a), nachdem sie fertiggestellt ist;
9 ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Feststellen eines Durchbruchs eines Lasers von dem Laserbohrer in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
10 ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zum Feststellen, dass das Bohren der ersten Bohrung in dem Schaufelblatt vollständig ist, gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
11 eine grafische Darstellung, die den Wert eines erfassten Prozesszustandes während des Bohrens der ersten Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
12 ein Blockdiagramm, das ein weiteres Verfahren zum Feststellen, dass das Bohren der ersten Bohrung in dem Schaufelblatt fertiggestellt ist, gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Offenbarung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Offenbarung, nicht zur Beschränkung der Offenbarung angegeben. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an dem vorliegenden Offenbarungsgegenstand vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang oder Rahmen der Offenbarung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen. Obwohl beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung für die Zwecke der Veranschaulichung allgemein in dem Zusammenhang mit der Herstellung eines Schaufelblattes für eine Turbomaschine beschrieben sind, wird ein Fachmann ohne weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf andere Erzeugnisse angewandt werden können und nicht auf ein Verfahren zur Herstellung eines Schaufelblattes einer Turbomaschine beschränkt sind, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist. Zum Beispiel können in weiteren beispielhaften Ausführungsformen Aspekte der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, um ein Schaufelblatt zur Verwendung im Zusammenhang mit der Luftfahrt herzustellen.
In dem hierin verwendeten Sinne können die Ausdrücke „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar dazu verwendet werden, eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden, und sie sind nicht dazu bestimmt, eine Lage oder Bedeutung der einzelnen Komponenten zu kennzeichnen. Ähnlich können die Ausdrücke „nahegelegen“ und „entfernt“ verwendet werden, um die relative Position eines Artikels oder einer Komponente zu bezeichnen, und sie sind nicht dazu bestimmt, irgendeine Funktion oder Konstruktion dieses Artikels oder dieser Komponente zu kennzeichnen.
Indem nun auf die Zeichnungen Bezug genommen wird, liefert 1 eine vereinfachte quergeschnittene Seitenansicht einer beispielhaften Turbine 10 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Wie in 1 veranschaulicht, enthält die Turbine 10 allgemein einen Rotor 12 und ein Gehäuse 14, die wenigstens teilweise einen Gaspfad 16 durch die Turbine 10 definieren. Der Rotor 12 ist mit einer axialen Mittellinie 18 der Turbine 10 im Wesentlichen ausgerichtet und kann mit einem Generator, einem Verdichter oder einer anderen Maschine zur Verrichtung von Arbeit verbunden sein. Der Rotor 12 kann abwechselnde Abschnitte von Laufrädern 20 und Rotorabstandshaltern 22 enthalten, die durch einen Bolzen 24 miteinander verbunden sind, um gemeinsam zu rotieren. Das Gehäuse 14 umgibt wenigstens einen Abschnitt des Rotors 12 längs des Umfangs, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 26, das durch den Gaspfad 16 strömt, einzugrenzen. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 kann zum Beispiel Verbrennungsgase, verdichtete Luft, gesättigten Dampf, ungesättigten Dampf oder eine Kombination von diesen enthalten.
Wie in 1 veranschaulicht, enthält die Turbine 10 ferner abwechselnde Stufen von rotierenden Laufschaufeln 30 und stationären Leitschaufeln 32, die sich zwischen dem Rotor 12 und dem Gehäuse 14 in Radialrichtung erstrecken. Die rotierenden Schaufeln 30 sind längs des Umfangs um den Rotor 12 herum angeordnet und können mit den Laufrädern 20 unter Verwendung verschiedener Mittel verbunden sein. Im Gegensatz hierzu können die stationären Leitschaufeln 32 am Umfangsrand rings um die Innenseite des Gehäuses 14 den Rotorabstandshaltern 22 gegenüberliegend angeordnet sein. Die rotierenden Schaufeln 30 und die stationären Leitschaufeln 32 weisen allgemein eine tragflächenprofilförmige Gestalt mit einer konkaven Druckseite, einer konvexen Saugseite und einer Vorderund einer Hinterkante auf, wie dies in der Technik bekannt ist. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt entlang des Gaspfads 16 durch die Turbine 10 von links nach rechts, wie in 1 veranschaulicht. Während das verdichtete Arbeitsfluid 26 über die erste Stufe von rotierenden Schaufeln 30 strömt, expandiert das verdichtete Arbeitsfluid, wodurch die rotierenden Schaufeln 30, die Laufräder 20, die Rotorabstandshalter 22, der Bolzen 24 und der Rotor 12 veranlasst werden, zu rotieren. Das verdichtete Arbeitsfluid 26 strömt dann durch die nächste Stufe stationärer Leitschaufeln 32, die das verdichtete Arbeitsfluid 26 beschleunigen und zu der nächsten Stufe rotierender Schaufeln 30 umlenken, wobei sich der Prozess für die folgenden Stufen wiederholt. In der in 1 veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform weist die Turbine 10 zwei Stufen von stationären Leitschaufeln 32 zwischen drei Stufen rotierender Schaufeln 30 auf; ein Fachmann auf dem Gebiet wird jedoch ohne weiteres erkennen, dass die Anzahl von Stufen rotierender Schaufeln 30 und stationärer Leitschaufeln 32 keine Beschränkung der vorliegenden Offenbarung darstellt, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
2 liefert eine Perspektivansicht eines beispielhaften Schaufelblattes 38, wie es in die rotierenden Laufschaufeln 30 oder stationären Leitschaufeln 32 aufgenommen werden kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie in 2 veranschaulicht, enthält das Schaufelblatt 38 allgemein eine Druckseite 42 mit einer konkaven Wölbung und eine Saugseite 44, die eine konvexe Wölbung aufweist und der Druckseite 42 gegenüberliegt. Die Druck- und die Saugseite 42, 44 sind voneinander getrennt, um einen Hohlraum 46 im Inneren des Schaufelblattes 38 zwischen der Druck- und der Saugseite 42, 44 zu definieren. Der Hohlraum 46 kann einen serpentinenförmigen oder gewundenen Pfad für ein Kühlmedium bereitstellen, damit dieses im Inneren des Schaufelblattes 38 strömen kann, um Wärme durch Konduktion und/oder Konvektion von dem Schaufelblatt 38 abzuführen. Zusätzlich sind die Druck- und die Saugseite 42, 44 ferner miteinander verbunden, um eine Vorderkante 48 an einem stromaufwärtigen Abschnitt des Schaufelblattes 38 und eine Hinterkante 50 stromabwärts von dem Hohlraum 46 an einem stromabwärtigen Abschnitt des Schaufelblattes 38 auszubilden. Mehrere Kühlkanäle 52 in der Druckseite 42, der Saugseite 44, der Vorderkante 48 und/oder der Hinterkante 50 können eine Fluidverbindung von dem Hohlraum 46 durch das Schaufelblatt 38 hindurch schaffen, um das Kühlmedium über die äußere Oberfläche des Schaufelblattes 38 zu liefern. Wie in 2 veranschaulicht, können die Kühlkanäle 52 z.B. an der Vorder- und der Hinterkante 48, 50 und/oder entlang einer oder der beiden von der Druck- und der Saugseite 42, 44 angeordnet sein. Ein Fachmann auf dem Gebiet wird anhand der hier gegebenen Lehren ohne weiteres erkennen, dass die Anzahl und/oder Lage der Kühldurchgänge 52 entsprechend speziellen Ausführungsformen variieren kann, wie dies auch die Konstruktion des Hohlraums 46 tun kann. Demgemäß ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeine bestimmte Anzahl oder Lage der Kühlkanäle 52 oder irgendeine bestimmte Konstruktion des Hohlraums 46 beschränkt, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
In bestimmten beispielhaften Ausführungsformen kann eine Wärmedämmschicht 36 über wenigstens einem Abschnitt einer äußeren Oberfläche 34 des Schaufelblattes 38 aufgebracht sein (vgl. 3 und 4). Die Wärmedämmbeschichtung kann, wenn sie aufgebracht ist, ein geringes Emissionsvermögen und ein hohes Reflexionsvermögen für Wärme, eine glatte Oberfläche und/oder eine gute Haftung an der darunter liegenden äußeren Oberfläche 34 aufweisen.
Indem nun auf die 3 und 4 Bezug genommen wird, ist eine Perspektivansicht eines beispielhaften Systems 40 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Wie in größeren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf die 5–12 erläutert, kann das System 40 z.B. bei der Herstellung des Schaufelblattes 38 und insbesondere zum Bohren einer oder mehrerer Bohrungen oder eines oder mehrerer Kühldurchgänge 52 in dem Schaufelblatt 38 verwendet werden.
Das beispielhafte System 40 kann einen Laserbohrer 41 enthalten, der eingerichtet ist, um einen eingeengten Laserstrahl 60 in Richtung auf eine nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38 zu richten, wobei der eingeengte Laserstrahl 60 eine Axialrichtung A_L definiert. Insbesondere können verschiedene Ausführungsformen des Laserbohrers 41 allgemein einen Laser 42, einen Kollimator 44 und eine Steuereinrichtung 45 enthalten. Der Laser 42 kann eine beliebige Vorrichtung umfassen, die in der Lage ist, einen Laserstrahl 48 zu erzeugen. Nur als ein Beispiel kann der Laser 42 in manchen beispielhaften Ausführungsformen ein optisch gepumpter NdYAG-Laser sein, der in der Lage ist, einen unfokussierten Laserstrahl mit einer Pulsfrequenz von ungefähr 10–50 kHz, einer Wellenlänge von ungefähr 500–550 nm und einer mittleren Leistung von ungefähr 10–100 W zu erzeugen.
In der speziellen Ausführungsform, die in den 3 und 4 veranschaulicht ist, richtet der Laser 42 den Laserstrahl 48 durch eine Linse 50 auf den Kollimator 44. In dem hierin verwendeten Sinne umfasst der Kollimator 44 eine beliebige Vorrichtung, die ein Bündel von Teilchen oder Wellen eingrenzt oder ausrichtet, um zu bewirken, dass der räumliche Querschnitt des Bündels kleiner wird. Zum Beispiel kann der Kollimator 44, wie in den 3 und 4 veranschaulicht, eine Kammer 51 enthalten, die den Laserstrahl 48 gemeinsam mit einem Fluid 54, beispielsweise entionisiertem oder gefiltertem Wasser, empfängt. Eine Öffnung oder Blende 56 mit einem Durchmesser von ungefähr 20–150 µm richtet den Laserstrahl 48 ins Innere einer Fluidsäule 58 zu dem Schaufelblatt 38 hin. Die Fluidsäule 58 kann einen Druck von ungefähr 700–1500 Pfund pro Quadratzoll aufweisen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeinen bestimmten Druck für die Fluidsäule 58 oder irgendeinen bestimmten Durchmesser für die Blende 56 begrenzt, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
Wie in der vergrößerten Ansicht in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die Fluidsäule 58 von Luft umgeben sein und als ein Lichtleiter für den Laserstrahl 48 dienen, um einen auf das Schaufelblatt 38 gerichteten fokussierten oder eingeengten Laserstrahl 60 zu erzeugen. In manchen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der eingeengte Laserstrahl 60 ein wassergeführter Laserstrahl sein, und der Laserbohrer 41 kann ein wassergeführter Laserstrahlbohrer sein. Der eingeengte Laserstrahl 60 kann die äußere Oberfläche 34 des Schaufelblattes 38 abtragen, wobei er schließlich den gewünschten Kühlkanal 52 durch das Schaufelblatt 38 erzeugt. Bemerkenswerterweise zeigt 3 das System 40, bevor der Laserstrahl 60 die nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38 „durchbricht“, während 4 das System 40 zeigt, nachdem der Laserstrahl 60 die nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38 durchbrochen hat.
In dem hierin verwendeten Sinne beziehen sich die Ausdrücke „Durchbruch“, „durchbrechen“ und verwandte Bezeichnungen darauf, wann der Laserstrahl 60 einen kontinuierlichen Abschnitt des Materials, das die nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38, die entlang der Achse A_L des Laserstrahls 60 vorhanden ist, entfernt hat, so dass wenigstens ein Teil des Lasers 60 durch diese hindurch z.B. in den Hohlraum 46 des Schaufelblattes 38 eintreten kann. Außerdem kann ein Durchbruch verwendet werden, um die Wirkung des Lasers beim Entfernen wenigstens eines Abschnitts der nahegelegenen Wand 72 und erstem Hindurchtreten durch die nahegelegene Wand 72 zu beschreiben oder um alternativ eine beliebige kontinuierliche Zeitmenge zu beschreiben, während der der Laser durch die nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38 hindurchgetreten ist.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 3 und 4 enthält das System 40 ferner ein beispielhaftes Rückschlagschutzsystem 84. Das beispielhafte Rückschlagschutzsystem 84 enthält ein Gas 80, das im Inneren des Schaufelblattes 38 strömt. In dem hierin verwendeten Sinne kann der Begriff „Gas“ ein beliebiges gasförmiges Medium enthalten. Zum Beispiel kann das Gas 80 ein Inertgas, ein Vakuum, gesättigter Dampf, überhitzter Dampf oder ein beliebiges sonstiges geeignetes Gas sein, das eine gasförmige Säule 82 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 ausbilden kann. Das im Inneren des Schaufelblattes 38 strömende Gas 80 kann einen Druck aufweisen, der dem Druck des Gases oder der Flüssigkeit in der Fluidsäule 58 grob entspricht und ausreicht, um die Fluidsäule 58 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 aufzureißen. Zum Beispiel kann das im Inneren des Schaufelblattes 38 strömende Gas 80 in manchen beispielhaften Ausführungsformen einen Druck aufweisen, der höher ist als ungefähr 25 Pfund pro Quadratzoll, obwohl die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeinen bestimmten Druck für das Gas 80 beschränkt ist, sofern dies nicht speziell in den Ansprüchen angegeben ist.
Wie am deutlichsten in 4 veranschaulicht, kann das Gas 80 ausgerichtet sein, um sich mit der Fluidsäule 58 und/oder dem eingeengten Laserstrahl 60 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38 zu kreuzen. In bestimmten Ausführungsformen kann das Gas 80 im Wesentlichen senkrecht zu der Fluidsäule 58 ausgerichtet sein, während in anderen speziellen Ausführungsformen das Gas 80 unter einem schiefen oder spitzen Winkel in Bezug auf die Fluidsäule 58 und/oder den eingeengten Laserstrahl 60 ausgerichtet sein kann. Wenn das Gas 80 sich mit der Fluidsäule 58 im Inneren des Schaufelblattes 38 kreuzt, reißt das Gas 80 die Fluidsäule 58 auf, und/oder es zerstreut den eingeengten Laserstrahl 60 im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38. Auf diese Weise verhindert das Gas 80, dass der eingeengte Laserstrahl 60 auf eine innere Oberfläche des Hohlraums 46 des Schaufelblattes 38, die dem neu erzeugten Kühldurchgang 52 in der nahegelegenen Wand 72 gegenüberliegt, auftrifft.
Das beispielhafte System 40 gemäß den 3 und 4 enthält zusätzlich einen Sensor 66 und einen Sensor 67, die mit der Steuereinrichtung 45 betriebsmäßig verbunden und eingerichtet sind, um ein Signal 68 zu der Steuereinrichtung 45 zu senden. In manchen beispielhaften Ausführungsformen können die Sensoren 66, 67 eine Kamera, ein Mikrophon, eine Photodiode, ein Fluidsensor oder ein beliebiger sonstiger Sensor sein, der sich zur Überwachung eines Prozesszustands des Laserbohrers 41 eignet. Wenn z.B. ein oder mehrere der Sensoren 66, 67 eine Kamera ist bzw. sind, kann der eine oder können die mehreren Sensoren 66, 67 eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder beides von einem Licht detektieren, das von einer Bohrstelle, d.h. dort, wo die durch den Laserstrahl 60 definierte Achse A_L die nahegelegene Wand 72 des Schaufelblattes 38 schneidet, ausgestrahlt wird. Insbesondere kann der Sensor 66 in einer derartigen Ausführungsform Licht erfassen, das direkt von der Bohrstelle ausgestrahlt wird, während der Sensor 67 Licht auf einer Umgebungsfläche 76 detektieren kann, das von der Bohrstelle reflektiert worden ist. In dem hierin verwendeten Sinne bezeichnet die Umgebungsfläche eine beliebige Oberfläche in der Umgebung des Systems 40 mit einer Sichtlinie zu der Bohrstelle. Außerdem kann die Kamera in einer derartigen beispielhaften Ausführungsform eine Verschlusszeit von 100 Bildern pro Sekunde oder weniger aufweisen, oder sie kann alternativ eine Verschlusszeit von 80 Bildern pro Sekunde oder weniger, 40 Bildern pro Sekunde oder weniger oder 20 Bildern pro Sekunde oder weniger aufweisen. Jedoch ist die vorliegende Offenbarung nicht auf irgendeine bestimmte Sensorbauart oder Kameraverschlussgeschwindigkeit beschränkt, sofern dies nicht speziell durch die Ansprüche beschränkt ist.
Außerdem sollte erkannt werden, dass in weiteren beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung das System 40 nur einen einzigen Sensor enthalten kann, der an einer vorstehend beschriebenen Stelle oder an einer beliebigen sonstigen geeigneten Stelle positioniert ist, um einen Prozesszustand des Systems 40 zu überwachen. Zum Beispiel kann in weiteren Ausführungsformen ein einziger Sensor im Inneren des Hohlraums 46 des Schaufelblattes platziert werden und konfiguriert sein, um Licht, ein Fluid oder irgendeinen anderen Zustand zu erfassen.
Weiterhin bezugnehmend auf das beispielhafte System 40 gemäß den 3 und 4 kann die Steuereinrichtung 45 eine beliebige geeignete prozessorbasierte Rechenvorrichtung sein, und sie kann mit dem Laserbohrer 41, den Sensoren 66 und 67 und dem Rückschlagschutzsystem 84 in betriebsmäßiger Verbindung stehen. Zum Beispiel können geeignete Steuereinrichtungen 45 einen Personalcomputer, Mobiltelefone (einschl. Smartphones), persönliche digitale Assistenten, Tablets, Laptops, Desktops, Arbeitsstationen, Spielkonsolen, Server, andere Computer und/oder beliebige sonstige geeignete Rechenvorrichtungen enthalten. Wie in den 3 und 4 veranschaulicht, kann die Steuereinrichtung 45 einen oder mehrere Prozessoren 62 und einen zugehörigen Speicher 64 enthalten. Der (die) Prozessor(en) 62 kann (können) allgemein eine oder mehrere beliebige geeignete Verarbeitungsvorrichtung(en) sein, wie sie in der Technik bekannt sind. Ebenso kann der Speicher 64 allgemein ein beliebiges geeignetes Computer lesbares Medium oder mehrere Medien sein, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, RAM, ROM, Festplatten, Flash-Laufwerke oder andere Speichervorrichtungen gehören. Wie allgemein verstanden wird, kann der Speicher 64 eingerichtet sein, um für den (die) Prozessor(en) 62 zugängliche Informationen, einschließlich Instruktionen oder einer Logik 70, die durch den (die) Prozessor(en) 62 ausgeführt werden können bzw. kann, zu speichern. Die Instruktionen oder die Logik 70 können bzw. kann ein beliebiger Satz von Instruktionen sein, die, wenn sie durch den (die) Prozessor(en) 62 ausgeführt werden, den (die) Prozessor(en) 62 veranlassen, eine gewünschte Funktionalität zu erzielen. Zum Beispiel können die Instruktionen oder kann die Logik 70 durch Softwareinstruktionen gebildet sein, die in einer Computer lesbaren Form vorliegen. Wenn Software verwendet wird, kann eine beliebige geeignete Programmierung, Skripterstellung oder eine andere Sprache oder können Kombinationen von Sprachen verwendet werden, um die hier enthaltenen Lehren zu implementieren. In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können die Instruktionen oder kann die Logik 70 z.B. eingerichtet sein, um ein oder mehrere der Verfahren zu implementieren, die nachstehend unter Bezugnahme auf die 5, 9, 10 und 12 beschrieben sind. Alternativ können die Instruktionen durch eine fest verdrahtete Logik 70 oder andere Schaltkreise, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, anwendungsspezifischer Schaltkreise, implementiert sein.
Indem nun auf 5 Bezug genommen wird, ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Schaufelblattes gezeigt. Insbesondere veranschaulicht das Flussdiagramm nach 5 ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Bohren einer Bohrung in einem Schaufelblatt.
Das Verfahren enthält bei 102 ein Richten eines Laserbohrers in Richtung einer nahegelegenen Wand des Schaufelblattes, um mit dem Bohren einer ersten Bohrung zu beginnen. Das Verfahren kann ferner bei 102 ein Starten des Laserbohrers und Bohren in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes enthalten. Der Laserbohrer kann eine Startposition relativ zu dem Schaufelblatt und einen Bohrwinkel zwischen einer Achse des Lasers und der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes definieren. Das erste Loch kann ein Kühlkanal in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes sein, und das Schaufelblatt kann zur Verwendung in einer Turbine einer Turbomaschine eingerichtet sein. Die nahegelegene Wand kann benachbart zu einem Hohlraum positioniert sein, der in dem Schaufelblatt definiert ist, und das Schaufelblatt kann zusätzlich eine entfernte Wand enthalten, die auf der gegenüberliegenden Seite des Hohlraums in Bezug auf die nahegelegene Wand positioniert ist. Der Laserbohrer kann ein beliebiger geeigneter Laserbohrer sein, der einen Laser einsetzt. Z.B. kann der Laserbohrer, der bei 102 in Richtung auf die nahegelegene Wand des Schaufelblattes gerichtet wird, in manchen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung der Laserbohrer sein, der vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben ist und der einen gepulsten Laser und einen eingeengten Laserstrahl verwendet.
Das beispielhafte Verfahren 100 enthält ferner ein Bohren durch die Wärmedämmbeschichtung des Schaufelblattes bei 104 und Einstellen des Lasers zum Bohren durch eine darunter liegende Metallschicht des Schaufelblattes bei 106. Das Einstellen des Lasers bei 106 kann ein Einstellen eines oder mehrerer Parameter des Lasers, wie z.B. der Leistung, der Pulsrate, Frequenz, des Fluiddrucks, der Wellenlänge, etc., enthalten. Es kann erwünscht sein, auch andere Parameter einzustellen. Der Laserbohrer kann zum Bohren durch die Metallschicht hindurch nach einer vorbestimmten Zeitmenge von dem Start des Bohrens des ersten Lochs aus eingestellt werden, oder alternativ kann der Laserbohrer auf der Basis eines von einem oder mehreren Sensoren erfassten Prozesszustands eingestellt werden, der anzeigt, dass der Laserbohrer die Wärmedämmbeschichtung durchbohrt hat. Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung das Verfahren 100 gegebenenfalls 104 und/oder 106 nicht enthalten kann. Z.B. kann das Schaufelblatt in manchen beispielhaften Ausführungsformen keine Wärmedämmbeschichtung enthalten, oder es können die gleichen Einstellungen für den Laser zum Durchbohren der Wärmedämmbeschichtung und der darunter liegenden Schicht verwendet werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 enthält das Verfahren 100 ferner ein Anstoßen einer Durchbruchsüberprüfung für das erste Loch bei 108, Aktivieren eines Rückschlagschutzes in dem Hohlraum des Schaufelblattes bei 110 und Feststellen eines ersten Durchbruchs des Lasers des Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 111.
Die Durchbruchsüberprüfung bei 108 kann sicherstellen, dass ein erster Durchbruch bei 111 innerhalb einer vorbestimmten Zeit von dem Start des Bohrens der ersten Bohrung aus oder alternativ von dem Start des Bohrens durch die darunter liegende Metallschicht des Schaufelblattes festgestellt wird. Ebenso kann, wie nachstehend erläutert, die Durchbruchsüberprüfung bei 108 sicherstellen, dass die Fertigstellung der Bohrung bei 119 innerhalb einer vorbestimmten Zeit festgestellt wird. Die vorbestimmte Zeit für jeden dieser Ereignisse kann z.B. von der Bohrung, die gebohrt wird, dem Schaufelblatt, der Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt oder einer Kombination von diesen abhängig sein. Im Allgemeinen wird die vorbestimmte Zeitdauer länger als eine erwartete Zeitdauer für das Ereignis sein. Z.B. kann die vorbestimmte Zeit in manchen beispielhaften Ausführungsformen eine feste Zeitmenge nach dem erwarteten Durchbruch oder der erwarteten Fertigstellung sein (z.B. fünf (5) Sekunden länger oder zehn (10) Sekunden länger), oder sie kann alternativ ein Prozentsatz der erwarteten Zeitdauer sein (z.B. 20 Prozent (20%) länger oder 30 Prozent (30%) länger). Wenn der Durchbruch und/oder die Fertigstellung der Bohrung nicht innerhalb der vorbestimmten Zeit bei 111 bzw. 119 festgestellt wird, kann das Verfahren 100 anschließend den Laserbohrer anhalten und/ oder einen Bediener benachrichtigen, da ein Problem mit einem Sensor, dem Laserbohrer oder mit beiden vorliegen kann. Alternativ kann das Verfahren 100 umfassen, das versucht wird, das Problem automatisch zu diagnostizieren und das Problem zu beheben, indem z.B. ein Fluidstrom für den eingeengten Laserstrahl abgeführt wird, bevor der Laserbohrer angehalten wird.
Der bei 110 aktivierte Rückschlagschutz kann ein beliebiges geeignetes Rückschlagschutzverfahren oder ein beliebiger geeigneter Rückschlagschutzmechanismus sein, das bzw. der eingerichtet ist, um den Hohlraum des Schaufelblattes vor einem Laser aus dem Laserbohrer zu schützen. In einem beispielhaften Aspekt kann der bei 110 aktivierte Rückschlagschutz der Rückschlagschutzmechanismus 84 sein, der vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben ist. In einer derartigen beispielhaften Ausführungsform kann das Aktivieren des Rückschlagschutzes bei 110 ein Strömenlassen eines Fluids durch den Hohlraum des Schaufelblattes enthalten, um eine Fluidsäule und/oder den eingeengten Laserstrahl von dem Laserbohrer aufzureißen. Zusätzlich kann der Rückschlagschutz bei 110 auf der Basis eines erfassten Prozesszustands aktiviert werden, oder er kann alternativ automatisch nach einer vorbestimmten Zeit von z.B. dem Start des Bohrens der ersten Bohrung aus oder von dem Start des Bohrens durch die darunter liegende Metallschicht des Schaufelblattes aus aktiviert werden. Ähnlich wie bei der Durchbruchüberprüfung bei 108 kann die vorbestimmte Zeitmenge zur Aktivierung des Rückschlagschutzes bei 110 z.B. von der Bohrung, die gebohrt wird, dem Schaufelblatt, der Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt oder einer Kombination von diesen abhängig sein. Z.B. kann die vorbestimmte Zeitmenge in manchen beispielhaften Ausführungsformen eine feste Zeitdauer relativ zu dem erwarteten Durchbruch (z.B. fünf (5) Sekunden kürzer oder zehn (10) Sekunden kürzer) sein, oder sie kann alternativ ein Prozentsatz der erwarteten Zeitdauer (z.B. 20 Prozent (20%) kürzer oder 30 Prozent (30%) kürzer) sein.
Wie ausgeführt, enthält das beispielhafte Verfahren 100 ferner ein Feststellen des ersten Durchbruchs des Lasers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 111. Das beispielhafte Verfahren 100 kann ein beliebiges geeignetes Verfahren oder System zur Feststellung des ersten Durchbruchs bei 111 verwenden. z.B. kann das Verfahren 100 in manchen beispielhaften Ausführungsformen bei 111 einen oder mehrere Aspekte des Verfahrens 150 zur Feststellung des Bohrungsfortschritts verwenden, das in größeren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben ist.
Weiterhin bezugnehmend auf 5 enthält das Verfahren 100 nach der Feststellung des Durchbruchs des Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 111 ein Einleiten einer Bohrunterroutine bei 112. Die Bohrunterroutine kann einen fortgesetzten Betrieb des Laserbohrers oder insbesondere einen fortgesetzten Betrieb des Laserbohrers zum Bohren der ersten Bohrung enthalten. Somit kann das Verfahren 100 ein Beenden des Bohrens der ersten Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung der Bohrunterroutine enthalten. Ein derartiger Prozess kann eine mehr fertiggestellte Bohrung oder einen mehr fertiggestellten Kühldurchgang in dem Schaufelblatt ergeben, was eine verbesserte Fluidströmung eines Kühlmediums durch diese während des Einsatzes des Schaufelblattes z.B. in einer Turbine in einer Turbomaschine ermöglicht.
Für das beispielhafte Verfahren 100 nach 5 kann das Einleiten der Bohrunterroutine bei 112 ein Einstellen eines oder mehrerer Parameter des Lasers bei 114 enthalten. Der eine oder die mehreren Parameter des Lasers kann bzw. können z.B. eine Pulsrate, Frequenz, einen Fluiddruck, eine Wellenlänge, Leistung oder eine Kombination von diesen enthalten. Z.B. kann es erwünscht sein, die Stärke des durch den Laserbohrer genutzten Lasers zu verringern, wenn die Bohrung annähernd fertiggestellt ist, indem z.B. die Leistung oder Impulsrate des Lasers verringert wird. Außerdem kann, wenn der Laser ein eingeengter Laserstrahl ist, es erwünscht sein, den Fluiddruck der Fluidsäule entsprechend zu verringern. Eine derartige Verringerung kann eine Gefahr einer Beschädigung an dem Hohlraum des Schaufelblattes, nachdem der Laser die nahegelegene Wand durchbrochen hat, jedoch bevor die erste Bohrung fertiggestellt ist, reduzieren.
Zusätzlich oder alternativ kann das Einleiten der Bohrunterroutine bei 112 ein Einstellen einer Position des Laserbohrers, eines Winkels des Laserbohrers oder von beiden bei 116 enthalten. Insbesondere kann die Bohrunterroutine bei 116 ein Bewegen des Laserbohrers von der Startposition oder einer ersten Position aus zu einer zweiten Position enthalten, um die Geometrie der ersten Bohrung zu formen. Die Bohrunterroutine kann ferner bei 116 ein Einstellen des Bohrwinkels des Laserbohrers (d.h. des Winkels, der zwischen der Achse des Lasers und der Oberfläche der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes definiert ist) enthalten. Durch Einstellung des Winkels des Laserbohrers relativ zu dem Schaufelblatt, der Position des Laserbohrers relativ zu dem Schaufelblatt oder von beiden kann die Geometrie der ersten Bohrung optimiert werden, um eine verbesserte Fluidströmung eines Kühlmediums durch diese zu ermöglichen. Z.B. kann durch Einstellung des Winkels des Laserbohrers relativ zu dem Schaufelblatt, der Position des Laserbohrers relativ zu dem Schaufelblatt oder von beiden eine kegelstumpfförmige Bohrung, wie beispielsweise die in 6 gezeigte, gebohrt werden. Für die beispielhafte Ausführungsform nach 6 stellt A_L die verschiedenen Positionen und Winkel dar, in denen der Laserbohrer arbeiten kann. Beachtenswerterweise kann der Laserbohrer in einer derartigen beispielhaften Ausführungsform in der Lage sein, sich nach vorne, nach hinten, nach links, nach rechts, nach oben, nach unten und unter einem Winkel relativ zu dem Schaufelblatt zu bewegen.
Außerdem kann das Einleiten der Bohrunterroutine bei 112 ein Betreiben des Laserbohrers für eine vorbestimmte Zeitdauer bei 118 enthalten. Die vorbestimmte Zeitdauer kann eine beliebige Zeitdauer sein, von der festgestellt worden ist, dass sie ausreicht, damit der Laserbohrer die erste Bohrung im Wesentlichen fertigstellt, und kann z.B. von dem Schaufelblatt, der Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt, der speziellen Bohrung, die gebohrt wird, etc. abhängig sein. In dem hierin verwendeten Sinne bezieht sich „im Wesentlichen fertiggestellt“ auf die Bohrung oder den Kühlkanal mit einer gewünschten Geometrie. Z.B. kann die Bohrung im Wesentlichen fertiggestellt sein, wenn die Bohrung eine zylindrische Gestalt mit einem durchgehend einheitlichen Durchmesser, wie beispielsweise die in der nahegelegenen Wand in 4 gezeigte Bohrung, aufweist oder eine kegelstumpfförmige Gestalt, wie beispielsweise die in 6 gezeigte Bohrung, aufweist.
Es sollte jedoch erkannt werden, dass das beispielhafte Verfahren 100 bei 112 eine beliebige Kombination von 114, 116 und 118 enthalten kann. Z.B. kann das beispielhafte Verfahren 100 gegebenenfalls 114, 116 und 118 aufeinanderfolgend, gleichzeitig oder in einer beliebigen anderen Reihenfolge enthalten. Außerdem sollte erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung das beispielhafte Verfahren 100 zusätzlich oder alternativ ein Einleiten einer beliebigen sonstigen geeigneten Bohrunterroutine bei 112 enthalten kann. Z.B. kann das Verfahren 100 eine beliebigen andere Bohrunterroutine bei 112 enthalten, die eingerichtet ist, um zu der Beendigung des Bohrens der ersten Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes durch Anforderung eines fortgesetzten Betriebs des Laserbohrers beizutragen. Zusätzlich kann in weiteren beispielhaften Aspekten des Verfahrens 100 die bei 112 eingeleitete Bohrunterroutine ein Einleiten oder Einstellen anderer Aspekte des Systems, wie z.B. ein Auslösen oder Einstelen des Fluiddrucks des Rückschlagschutzes, enthalten. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann das beispielhafte Verfahren 100 nicht notwendigerweise 110 enthalten.
Es sollte ferner erkannt werden, dass in weiteren beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung das beispielhafte Verfahren 100 die vorstehenden Schritte in einer beliebigen geeigneten Reihenfolge und/oder gleichzeitig miteinander enthalten kann. Außerdem kann das beispielhafte Verfahren 100 zusätzliche Schritte, wenn erforderlich, enthalten. Z.B. kann das beispielhafte Verfahren 100 in anderen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung zusätzlich ein Bewegen des Laserbohrers gemäß einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt enthalten, während die erste Bohrung gebohrt wird. Das Muster kann ein Spiralmuster 200, wie beispielsweise das in 7 gezeigte Muster, sein. In einer derartigen Ausführungsform kann der Laserbohrer sich von einer Mittelposition 202 aus entlang einer Spirallinie 204 bewegen, bis er einen Endpunkt 206 erreicht. Sobald der Laserbohrer den Endpunkt 206 erreicht, kann der Laserbohrer sich zurück entlang der Spirallinie 204 zu der Mitte 202 bewegen, kann erneut in der Mitte 202 starten oder kann alternativ sich zurück zu der Mitte 202 entlang einer Spiralbahn bewegen, die zu der in 7 gezeigten umgekehrt ist. Durch Bewegung des Laserbohrers entsprechend dem Spiralmuster 200 relativ zu dem Schaufelblatt kann der Laserbohrer eine Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes mit einem geringeren Seitenverhältnis (d.h. dem Verhältnis der Höhe zu der Weite des Lochs) bohren, während die Gefahr, dass Abschnitte der Wand in den Hohlraum hinein fallen und möglicherweise eine Beschädigung an dem Schaufelblatt hervorrufen, minimiert wird. Ein Bohren eines Lochs mit einem spiralförmigen Bohrmuster kann durch den Bohrprozess eine Bohrung mit den Querschnitten erzeugen, wie sie in den 8(a), 8(b) und 8(c) veranschaulicht sind. Insbesondere kann die Bohrung den Querschnitt nach 8(a), bevor der Laser die nahegelegene Wand durchbricht, den Querschnitt nach 8(b), nachdem der Laser erstmals die nahegelegene Wand durchbrochen hat, aber bevor die Bohrung fertiggestellt ist, und den Querschnitt nach 8(c) aufweisen, nachdem die Bohrung fertiggestellt worden ist. Demgemäß kann das Verfahren 100 in einem derartigen beispielhaften Aspekt ferner bei 111 ein Feststellen mehrerer Durchbrüche und bei 112 ein Einleiten einer Bohrunterroutine nach einem oder mehreren der Durchbrüche enthalten. Darüber hinaus kann ein derartiger beispielhafter Aspekt ferner ein Bewegen eines Sensors, wie beispielsweise des in den 3 und 4 dargestellten Sensors 66, entsprechend der Bewegung des Laserbohrers enthalten.
Unter weiterer Bezugnahme auf 5 enthält das beispielhafte Verfahren 100 ferner ein Feststellen, dass die erste Bohrung fertiggestellt ist, und Beenden des Laserbohrens der ersten Bohrung bei 119 sowie Bewegen des Laserbohrers relativ zu dem Schaufelblatt zu einer zweiten Bohrung bei 120. Das Verfahren 100 kann beliebige geeignete Mittel zur Feststellung, dass die Bohrung fertiggestellt ist, bei 119 verwenden. Z.B. kann das Verfahren 100 in manchen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung einen oder mehrere Aspekte des Verfahrens 180, das nachstehend unter Bezugnahme auf 10 beschrieben ist, oder einen oder mehrere Aspekte eines Verfahrens 190 nutzen, das nachstehend unter Bezugnahme auf 12 beschrieben ist. Es sollte jedoch erkannt werden, dass in anderen beispielhaften Aspekten das Verfahren 100 gegebenenfalls 119 und/oder 120 nicht enthalten kann.
Indem nun auf 9 Bezug genommen wird, ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 150 zur Feststellung eines Bohrfortschritts gezeigt. Insbesondere veranschaulicht das Flussdiagramm nach 9 ein beispielhaftes Verfahren 150 zur Feststellung eines Durchbruchs eines Lasers durch eine nahegelegene Wand eines Schaufelblattes.
Das beispielhafte Verfahren 150 enthält bei 152 ein Erfassen eines Prozesszustands während des Betriebs des Laserbohrers. Der erfasste Prozesszustand kann ein beliebiger messbarer Zustand sein, der den Fortschritt oder Status des Bohrens einer Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes anzeigt. Z.B. kann der Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder beides sein. Während eines Betriebs des Laserbohrers kann sich Plasma dort ausbilden, wo der Laser mit dem Schaufelblatt in Kontakt tritt und Material von diesem abträgt. Das Plasma kann eine große Menge eines relativ intensiven Lichtes unmittelbar zu der Umgebung und von einer Öffnung an dem Anfang der Bohrung, die in der nahegelegenen Wand gebohrt wird, emittieren. Wenn jedoch der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, kann/können die Menge und/oder Intensität des aus der Bohrung ausgestrahlten Lichtes unter eine vordefinierte Schwelle abnehmen, was anzeigt, dass der Laserbohrer die erste Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat. Beachtenswerterweise kann in dem Fall, wenn der erfasste Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder beides ist, der Prozesszustand erfasst werden, indem z.B. die Sensoren verwendet werden, die vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben sind, und die konfiguriert sind, um den Prozesszustand von einer Bohrstelle aus (d.h. dort, wo das Plasma gebildet wird oder an dem Anfang der gebohrten Bohrung) oder von einer Umgebungsstelle aus zu erfassen.
In weiteren beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann jedoch der Prozesszustand eine Frequenz von Schockwellen sein, die durch den Laser während eines Betriebs des Laserbohrers erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann der Prozesszustand eine Wellenlänge von Schockwellen sein, die durch den Laser während eines Betriebs des Bohrers erzeugt werden. Die Schockwellen können von der Bohrung, die in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes gebohrt wird, reflektiert und unter Verwendung eines oder mehrerer Sensoren, die in der Nähe der Bohrung positioniert sind, detektiert werden. Z.B. kann der eine oder können die mehreren Sensoren ein Mikrofon sein, das zu der Bohrung hin gerichtet ist, wie beispielsweise der in den 3 und 4 gezeigte Sensor 66. In weiteren beispielhaften Aspekten kann jedoch ein beliebiger anderer Prozesszustand, der den Fortschritt oder Status des Laserbohrens anzeigt, erfasst werden. Z.B. kann das Verfahren 150 in anderen beispielhaften Ausführungsformen Ultraschallwellen in dem Schaufelblatt, in der umgebenden Luft oder in beiden erfassen.
Weiterhin bezugnehmend auf 6 enthält das Verfahren 150 zusätzlich bei 154 ein Erfassen einer Veränderung des Prozesszustands, die einen Durchbruch des Lasers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes anzeigt. Die erfasste Veränderung des Prozesszustands bei 154 kann eine Veränderung über eine vordefinierte Schwelle hinaus sein, wobei die vordefinierte Schwelle für den Prozesszustand, die Art der Bohrung, die gebohrt wird, das Schaufelblatt, die Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt und/oder einen beliebigen anderen geeigneten Parameter spezifisch ist. Außerdem kann die vordefinierte Schwelle größer als irgendein erwartetes Rauschen oder eine andere Abweichung in dem erfassten Prozesszustand sein.
Das beispielhafte Verfahren 150 enthält zusätzlich bei 156 ein Erfassen des Prozesszustands für eine Zeitdauer nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands, um zusätzliche Daten zu sammeln. Durch Erfassung des Prozesszustands bei 156 auf die erfasste Veränderung des Prozesszustands bei 154 hin kann das beispielhafte Verfahren 150 bei 158 genauer feststellen, dass der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat. Insbesondere kann durch Erfassung des Prozesszustands bei 156 nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands bei 154 eine vergrößerte Datenmenge berücksichtigt werden, um die Feststellung bei 158 zu treffen, da die Daten, die nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands bei 154 erfasst werden, ebenfalls verarbeitet und mit berücksichtigt werden können. Z.B. können die Daten in einem derartigen beispielhaften Aspekt unter Verwendung verschiedener Formen einer Logik analysiert und/oder verarbeitet werden, um die Präzision und Genauigkeit der Feststellung bei 158 zu verbessern. Insbesondere kann das Verfahren 100 in einem derartigen beispielhaften Aspekt z.B. eine PID(Proportional-Integral-Differential)-Regelungslogik, eine neuronale Steuerlogik, Fuzzy-Steuerlogik, Quadrat-Steuerlogik, etc. nutzen. Ein derartiges Verfahren kann folglich die Gefahr, dass basierend auf einem einzelnen oder einer kleinen Anzahl von Datenpunkten, die durch Rauschen beeinträchtigt sind, in den erfassten Daten oder basierend auf einem Datenpunkt, der z.B. zwischen Impulsen des Lasers erfasst wird, eine unkorrekte Feststellung getroffen wird, reduzieren.
Das beispielhafte Verfahren 150 kann folglich ein Erfassen des Prozesszustands bei 152 bei einer Frequenz, die viel kleiner ist als die Pulsrate des durch den Laserbohrer verwendeten Lasers, ermöglichen und eine derartige Erfassung des Prozesszustands bei 152 enthalten, während es eine genaue Feststellung bei 158 ermöglicht. Z.B. kann, wie vorstehend unter Bezugnahme auf die 3 und 4 erläutert, in dem Fall, wenn der Prozesszustand eine Lichtmenge ist, eine Kamera mit einer Verschlussgeschwindigkeit von etwa 20 Bildern pro Sekunde verwendet werden, um den Prozesszustand zu erfassen und genau festzustellen, wann der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblatte durchbrochen hat.
Weiterhin bezugnehmend auf das beispielhafte Verfahren 150 kann in manchen beispielhaften Aspekten die Zeitdauer, während der der Prozesszustand bei 156 nach der Erfassung einer Veränderung des Prozesszustands bei 154 erfasst wird, eine feste Zeitmenge sein. Z.B. kann die Zeitmenge 0,25 Sekunden, 0,5 Sekunden, 1 Sekunde, 1,5 Sekunden, 2 Sekunden oder mehr betragen. Alternativ kann die Zeitmenge auf der Frequenz basieren, mit der der Prozesszustand erfasst wird. Z.B. kann die Zeitmenge bei 156 eine Menge sein, die ausreicht, damit der Sensor zusätzliche 10 Datenpunkte, zusätzliche 25 Datenpunkte, zusätzliche 50 Datenpunkte oder mehr sammelt. In anderen beispielhaften Aspekten kann jedoch die Zeitdauer, während der der Prozesszustand bei 156 erfasst wird, kleiner als 0,25 Sekunden sein, oder die Zeitdauer kann kleiner als diejenige sein, die erforderlich ist, um weitere 10 Datenpunkte zu sammeln. Alternativ können in weiteren beispielhaften Aspekten beliebigen weitere geeignete Kriterien dazu verwendet werden, die geeignete Zeitdauer zu bestimmen. Z.B. kann die Zeitdauer eine variable Zeitmenge sein, die erforderlich ist, damit der Sensor weitere 10 Datenpunkte sammeln kann, die bestätigen, dass der Laser die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat.
Zusätzlich kann das beispielhafte Verfahren 150 in das beispielhafte Verfahren 100 aufgenommen werden, das vorstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Demgemäß kann das beispielhafte Verfahren 150 in weiteren beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung ein Aktivieren des Rückschlagschutzes in dem Hohlraum des Schaufelblattes, fortgesetztes Bohren der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes nach der Erfassung der Veränderung des Prozesszustands bei 154, etc. enthalten. Außerdem sollte erkannt werden, dass das beispielhafte Verfahren 150 verwendet werden kann, um ein anfängliches Durchbrechen des Lasers von dem Laserbohrer oder in anderen beispielhaften Aspekten, wenn z.B. der Laserbohrer sich gemäß einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt bewegt, nachfolgende Durchbrüche des Lasers des Laserbohrers festzustellen. Zusätzlich oder alternativ kann das beispielhafte Verfahren 150 in weiteren beispielhaften Aspekten dazu verwendet werden, festzustellen, wann der Laser des Laserbohrers nicht mehr durchgebrochen ist und begonnen hat, erneut in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hineinzubohren. Dies kann der Fall sein, wenn der Laserbohrer sich entsprechend dem in 7 gezeigten Spiralmuster bewegt und die Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes noch nicht vollständig beendet ist (wie in 8(b) gezeigt).
Indem nun auf 10 Bezug genommen wird, ist ein beispielhaftes Verfahren zum Bohren einer Bohrung in einem Schaufelblatt geschaffen, oder es ist insbesondere ein beispielhaftes Verfahren 180 zum Feststellen, dass das Bohren einer ersten Bohrung in einem Schaufelblatt beendet ist, geschaffen. Das beispielhafte Verfahren 180 enthält bei 182 ein Aktivieren einer Durchbrucherkennung für das erste Loch und bei 184 ein Feststellen, dass der Laserbohrer die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat. Für das beispielhafte Verfahren 180 nach 10 kann eine beliebigen geeignete Durchbruchserkennung verwendet werden, und es kann ein beliebiges geeignetes Verfahren zum Feststellen, dass der Laserbohrer durchgebrochen ist, verwendet werden. Z.B. können in manchen beispielhaften Ausführungsformen die Durchbruchserkennung, die bei 182 aktiviert wird, und die Feststellung, dass ein Laser von dem Laserbohrer durchgebrochen ist, bei 184 einen oder mehrere Aspekte des beispielhaften Verfahrens 150, das vorstehend unter Bezugnahme auf 9 erläutert ist, enthalten oder in sonstiger Weise nutzen.
Das beispielhafte Verfahren 180 enthält ferner bei 186 ein Berechnen einer Zeitdauer seit der Feststellung, dass der Laserbohrer die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, bei 184 und Feststellen, dass die Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes fertiggestellt ist, auf der Basis der berechneten Zeitdauer bei 188. Die bei 186 berechnete Zeitdauer kann beginnen, sobald der Durchbruch 184 festgestellt ist, und fortfahren, bis die Bohrung bei 188 als fertiggestellt festgestellt wird oder bis der Laser nicht mehr durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchgebrochen ist. Zusätzlich kann das Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist, bei 188 einen Vergleich der Zeitdauer mit einer vorbestimmten Zeitmenge enthalten, wobei die vorbestimmte Zeitmenge z.B. von der Art der Bohrung oder dem Muster, mit dem die Bohrung gebohrt wird, dem Schaufelblatt, der Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt oder einer Kombination von diesen abhängig ist. In weiteren beispielhaften Aspekten kann die vorbestimmte Zeitmenge jedoch eine beliebige sonstige feste oder variable Zeitmenge sein, von der festgestellt worden ist, dass sie ausreicht, damit der Laserbohrer das Bohren der ersten Bohrung im Wesentlichen beendet.
In manchen beispielhaften Aspekten kann der Laserbohrer sich mit einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt, wie beispielsweise dem in 7 gezeigten Spiralmuster, bewegen. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann das Verfahren 180 ferner ein Feststellen mehrerer Durchbrüche des Lasers von dem Laserbohrer durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 184 und bei 186 ein Berechnen der Zeitdauer seit dem Zeitpunkt, wenn der Laser zuletzt die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, enthalten. Außerdem kann in einem derartigen beispielhaften Aspekt das Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist, bei 188 einen Vergleich der Zeitdauer mit einer vorbestimmten Zeitmenge, die dem Muster entspricht, enthalten. Die vorbestimmte Zeitmenge, die dem Muster entspricht, kann z.B. die Zeitmenge sein, damit der Laserbohrer einen vollständigen Zyklus des Musters beendet. Außerdem kann die bei 186 berechnete Zeitdauer in dem vorstehend erwähnten Aspekt sich nur auf die Zeitmenge beziehen, seitdem der Laser durchgebrochen ist, und kann aufhören, wenn festgestellt ist, dass der Laserbohrer erneut in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hineinbohrt.
Eine Veranschaulichung eines derartigen beispielhaften Aspektes ist in der graphischen Darstellung 220 nach 11 gezeigt, worin die X-Achse eine Bohrzeit für die Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes ist und die Y-Achse ein Prozesszustand, wie beispielsweise Lichtintensität ist. Wie veranschaulicht, wird dann, wenn der Prozesszustand unter eine Durchbruchschwelle B_T bei 222 fällt, der erste Durchbruch festgestellt. Nachfolgende Durchbrüche werden bei 224 und bei 226 festgestellt. Wenn die Zeitdauer seit dem letzten Durchbruch eine vorbestimmte Zeitmenge überschreitet, wird festgestellt, dass die erste Bohrung fertiggestellt ist. Z.B. kann im Punkt 228 festgestellt werden, dass die Bohrung fertiggestellt ist. Für diese beispielhafte Ausführungsform wird die Zeitdauer „zurückgesetzt“, wenn bei 225 festgestellt wird, dass der Laserbohrer in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hinein bohrt, anschließend wieder bei null startet oder erneut von null zählt, wenn der dritte Durchbruch 226 festgestellt wird.
Beachtenswerterweise enthält die beispielhafte graphische Darstellung 220 eine bestimmte Menge an Rauschen 232. Jedoch kann in manchem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung das Feststellen, dass der Laser durchgebrochen ist, bei 184 in dem beispielhaften Verfahren 118 nach 10 einen oder mehrere Aspekte des beispielhaften Verfahrens 150, das vorstehend in Bezug auf 9 beschrieben ist, enthalten. Demgemäß kann das Risiko, dass das Rauschen 232 fälschlicherweise als ein Durchbruch interpretiert wird, minimiert werden.
Indem nun auf 12 Bezug genommen wird, ist ein weiteres beispielhaftes Verfahren zum Bohren einer Bohrung in einem Schaufelblatt geschaffen, oder es ist insbesondere ein weiteres beispielhaftes Verfahren 190 zum Feststellen, dass das Bohren einer ersten Bohrung in einem Schaufelblatt beendet ist, geschaffen. Das beispielhafte Verfahren 190 kann verwendet werden, wenn sich der Laserbohrer z.B. während des Bohrens der ersten Bohrung in dem Schaufelblatt mit einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt bewegt. In manchen beispielhaften Aspekten kann das Muster das durch die 7 dargestellte Spiralmuster sein.
Das Verfahren 190 enthält ein Aktivieren einer Durchbrucherkennung für die erste Bohrung bei 192, Feststellen mehrerer Durchbrüche des Laserbohrers durch die nahegelegene Wand bei 194 und Berechnen einer Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Durchbrüchen des Laserbohrers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bei 196. Zusätzlich enthält das Verfahren 190 bei 198 ein Feststellen, dass die Bohrung durch die nahegelegene Wand fertiggestellt ist, auf der Basis der Zeitdauer zwischen aufeinanderfolgenden Durchbrüchen. Die Zeitdauer kann nur die Zeit, in der der Laser von dem Laserbohrer durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchgebrochen ist, enthalten. Insbesondere kann die Zeitdauer beginnen, sobald bei 194 festgestellt wird, dass der Laser durch die nahegelegene Wand durchgebrochen ist, und enden, sobald festgestellt ist, dass der Laserbohrer erneut in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hinein bohrt.
In manchen beispielhaften Aspekten der vorliegenden Offenbarung enthält das Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist, einen Vergleich der berechneten Zeitdauer mit einer vorbestimmten Zeitmenge. Die vorbestimmte Zeitmenge kann z.B. von der Bohrung, die gebohrt wird, dem Schaufelblatt, der Lage der Bohrung in dem Schaufelblatt oder einer Kombination von diesen abhängig sein. Zusätzlich oder alternativ kann die vorbestimmte Zeitmenge dem Muster, auf dem der Laserbohrer sich relativ zu dem Schaufelblatt bewegt, entsprechen. Zum Beispiel kann die vorbestimmte Zeitmenge die Zeitmenge sein, damit der Laserbohrer einen Zyklus des Musters, mit dem er sich bewegt, beendet. Unabhängig davon kann die vorbestimmte Zeitmenge eine Zeitmenge sein, von der festgestellt wird, dass sie ausreicht, damit der Laserbohrer das Bohren der ersten Bohrung beenden kann.
Unter Bezugnahme auf die beispielhafte grafische Darstellung 220 nach 11 unter Verwendung des Verfahrens 190 kann bei 198 des Verfahrens 190 festgestellt werden, dass die Bohrung fertiggestellt ist, falls die Zeitdauer zwischen dem zweiten Durchbruch 224 und dem Zeitpunkt, wenn der Laserbohrer beginnt, erneut in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes hinein zu bohren, bei 225 die vorbestimmte Zeitmenge, damit die Bohrung gebohrt wird, überschreitet. In einem derartigen beispielhaften Aspekt kann an dem Punkt 225, der in 11 dargestellt ist, festgestellt werden, dass die Bohrung fertiggestellt ist.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
Es ist ein Verfahren zur Erfassung eines Bohrfortschritts beim Laserbohren geschaffen. Das Verfahren enthält ein Erfassen eines Prozesszustands während des Bohrens an einem Schaufelblatt und Erfassen einer Veränderung des Prozesszustands, die einen Durchbruch eines Lasers von dem Laserbohrer durch eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes anzeigt. Das Verfahren enthält außerdem ein Fortsetzen der Erfassung des Prozesszustands nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands, um die Genauigkeit der Durchbrucherkennung zu verbessern.
Bezugszeichenliste

10: Turbine
12: Rotor
14: Gehäuse
16: Gaspfad
18: Axiale Mittellinie
20: Laufrad
22: Rotorabstandshalter
24: Bolzen
26: Arbeitsfluid
30: Rotierende Laufschaufeln
32: Stationäre Leitschaufeln
36: Wärmedämmbeschichtung
38: Schaufelblatt
40: System
41: Laserbohrer
42: Druckseite
44: Saugseite
45: Steuereinrichtung
46: Hohlraum
48: Vorderkante
50: Hinterkante
51: Kammer
52: Kühlkanäle
54: Fluid
56: Blende
58: Fluidsäule
60: Laserstrahl
62: Prozessoren
64: Speicher
66: Sensor
67: Sensor
68: Signal
70: Logik
72: Nahegelegene Wand
74: Entfernte Wand
A_L: Achse des Lasers
76: Umgebungsfläche
80: Gas
82: Gasförmige Säule
84: Rückschlagschutzsystem
100: Verfahren
102: Das Bohren beginnen
104: Bohren durch die Wärmedämmschicht
106: Laser einstellen
108: Durchbruchüberprüfung anstoßen
110: Rückschlagschutz aktivieren
111: Ersten Laserdurchbruch feststellen
112: Laserunterroutine einleiten
114: Einen Parameter einstellen
116: Die Position / den Winkel des Laserbohrers einstellen
118: Weiterer Betrieb des Laserbohrers
119: Feststellen, dass erste Bohrung fertiggestellt ist
120: Laserbohrer bewegen
150: Verfahren zur Feststellung des Bohrprozesses
152: Erfassen eines Prozesszustands
154: Erfassen einer Veränderung eines Prozesszustands
156: Fortgesetztes Erfassen eines Prozesszustands
158: Feststellen, dass der Laserbohrer durchgebrochen ist
180: Verfahren zur Feststellung der Fertigstellung einer Bohrung
182: Aktivieren der Durchbrucherkennung
184: Feststellen, dass der Laser durchgebrochen ist
186: Berechnen einer Zeitdauer
188: Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist
190: Verfahren zum Feststellen, dass erste Bohrung fertiggestellt ist
192: Aktivieren einer Durchbrucherkennung
194: Feststellen mehrerer Durchbrüche
196: Berechnen einer Zeitdauer
198: Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist
200: Spiralmuster
202: Mitte
204: Spirallinie
206: Endpunkt
220: Grafische Darstellung
222: Durchbruch
224: Nachfolgender Durchbruch
225: Feststellen, dass der Laser in die neue Wand bohrt
226: Dritter Durchbruch
228: Feststellen, dass die Bohrung fertiggestellt ist
232: Rauschen
BT: Durchbruchschwelle

Claims

Verfahren zur Feststellung eines Durchbruchs eines Laserbohrers durch eine nahegelegene Wand eines Schaufelblattes, das aufweist: Bohren einer Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers, wobei das Schaufelblatt einen Hohlraum benachbart zu der nahegelegenen Wand definiert und der Laserbohrer einen Laser verwendet; Erfassen eines Prozesszustands; Erfassen einer Veränderung des Prozesszustands über eine vordefinierte Schwelle hinaus, wobei die erfasste Veränderung einen Durchbruch des Lasers durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes anzeigt; Erfassen des Prozesszustands für eine Zeitmenge nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands, um weitere Daten zu sammeln; und Feststellen, dass der Laserbohrer die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, auf der Basis des erfassten Prozesszustands.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Feststellen, dass der Laserbohrer die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchbrochen hat, auf der Basis des erfassten Prozesszustands ein Verarbeiten der Daten aufweist, die nach der erfassten Veränderung des Prozesszustands gesammelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner aufweist: Fortsetzen des Bohrens der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes nach der Erfassung der Veränderung des Prozesszustands; und/oder Einsetzen eines Rückschlagschutzes in dem Hohlraum des Schaufelblattes.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laserbohrer einen gepulsten Laser verwendet, der eine Pulsrate definiert, und wobei das Erfassen des Prozesszustands ein Erfassen des Prozesszustands mit einer Frequenz aufweist, die kleiner ist als die Pulsrate des gepulsten Lasers; und/oder wobei der Laserbohrer einen eingeengten Laserstrahl verwendet.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder beides ist; wobei das Erfassen des Prozesszustands ein Erfassen des Prozesszustands an einer Umgebungsstelle aufweisen kann.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Erfassen eines Prozesszustands ein Erfassen eines Prozesszustands unter Verwendung einer Kamera aufweist; wobei das Bohren der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers ein Bewegen des Laserbohrers entsprechend einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt aufweisen kann und wobei das Verfahren ferner ein Bewegen der Kamera entsprechend der Bewegung des Laserbohrers aufweisen kann.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozesszustand eine Schockwellenwellenlänge und/oder eine Schockwellenfrequenz ist.
Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bohren der Bohrung in der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes unter Verwendung des Laserbohrers ein Bewegen des Laserbohrers entsprechend einem Muster relativ zu dem Schaufelblatt aufweist; wobei das Verfahren vorzugsweise ferner ein Erfassen mehrerer Veränderungen des Prozesszustands aufweist, die anzeigen, dass der Laserbohrer in die nahegelegene Wand des Schaufelblattes bohrt oder durch die nahegelegene Wand des Schaufelblattes durchgebrochen ist.
System zur Feststellung eines Durchbruchs beim Laserbohren eines Schaufelblattes, das aufweist: einen Laserbohrer, wobei der Laserbohrer einen gepulsten Laserstrahl verwendet, der eine Pulsfrequenz und eine Bohrachse definiert und eingerichtet ist, um durch eine nahegelegene Wand des Schaufelblattes hindurch zu bohren; einen Sensor, wobei der Sensor einen Prozesszustand, der den Status des Laserbohrers kennzeichnet, mit einer Frequenz erfasst, die kleiner ist als die Pulsfrequenz des Laserbohrers; und einen Rückschlagschutzmechanismus, der eingerichtet ist, um einen Hohlraum, der in dem Schaufelblatt definiert ist, vor dem Laserbohrer zu schützen, wobei der Hohlraum benachbart zu der nahegelegenen Wand des Schaufelblattes positioniert ist.
System nach Anspruch 9, wobei der Prozesszustand eine Lichtmenge, eine Lichtintensität oder eine Kombination von diesen ist; wobei die Bohrachse die nahegelegene Wand des Schaufelblattes an einer Bohrstelle schneidet und wobei der Sensor eine Kamera, die auf die Bohrstelle gerichtet ist, oder eine Kamera ist, die eingerichtet ist, um von der Bohrstelle ausgehendes Licht auf einer Umgebungsfläche zu erfassen.