JP2002521208A - 手の届かない位置にあるワークに対する作業を実行する装置 - Google Patents

手の届かない位置にあるワークに対する作業を実行する装置

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JP2002521208A JP2000562173A JP2000562173A JP2002521208A JP 2002521208 A JP2002521208 A JP 2002521208A JP 2000562173 A JP2000562173 A JP 2000562173A JP 2000562173 A JP2000562173 A JP 2000562173A JP 2002521208 A JP2002521208 A JP 2002521208A
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Abstract

(57)【要約】 手の届かない位置にあるワークに対する作業を実行する装置および方法について説明する。この装置は、使用時に手の届かない位置に挿入できる近位端、および遠位端を有するチューブ（１１）を含む。ヘッド（１９）は、チューブ（１１）の遠位端にたわみ可能に結合されており、制御手段（４０）によってチューブ（１１）に対して移動することができる。レーザ・エネルギーをチューブ（１１）を通してヘッド（１９）の外側に送ることができる。この装置は、ワークの画像を収集し表示する観察手段（１２）と、ワーク上の１つまたは複数の選択された点の位置を識別し記録するように動作できる追跡手段とを含む。レーザ・エネルギーを選択された点に向けるか、あるいはワーク上の選択された各点に順次向けるようにヘッド（１９）を移動させ、かつ所望の作業をワーク上で実行するようにレーザを制御するために制御手段（４０）を作動させるプロセッサ（４２）が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、手の届かない位置にあるワークを観察し、特にレーザ・エネルギー
によって、ワークに対する作業を実行する装置に関する。
【０００２】 機械の内部構成要素など、離れておりかつ／または手の届かない位置にある微
細形状を観察するためにボアスコープや内視鏡などの光学スコープを使用するこ
とは公知である。特に、ボアスコープは、ガス・タービン・エンジンの内部を検
査するために使用されることが多い。タービン翼などの構成要素に亀裂またはそ
の他の欠陥が見つかった場合、通常エンジンが分解され、タービン翼が、補修ま
たは交換のためにアクセスされる。
【０００３】 エンジンの分解は、時間がかかり、したがって高価なプロセスであるので、タ
ービン翼の欠陥に対するある量の補正作業をその場で行えるようにするいくつか
のシステムが開発されている。たとえば、米国特許第５１５５９４１号は、ター
ビン翼に適用できる小形研削工具の形の処理部材を含む光学スコープを開示して
いる。この種のシステムに関する１つの問題は、補正工具がワークに接触しなけ
ればならず、かつ工具がスピンするため、反応トルクを生成することである。
【０００４】 本発明は、手の届かない位置にあるワークに対する作業を実行する装置であっ
て、近位端、および使用時に手の届かない位置に挿入できる遠位端を有するチュ
ーブと、チューブの遠位端にたわみ可能に結合されたヘッドと、チューブに対す
るヘッドの位置を調整するように動作できる制御手段と、レーザ・エネルギーを
チューブを通してヘッドに送り、さらにヘッドの外側に送る手段と、ワークの画
像を収集し表示する観察手段と、ワーク上の１つまたは複数の選択された点の位
置を識別し記録するように動作できる追跡手段と、レーザ・エネルギーを選択さ
れた点に向けるか、あるいはワーク上の選択された各点に順次向けるようにヘッ
ドを移動させ、かつ所望の作業を実行するようにレーザ伝達手段を制御するため
に制御手段を作動させるように動作できるプロセッサとを備える装置を提供する
。
【０００５】 したがって、本発明の装置は、ワークに物理的に接触せずに補正作業をその場
で行うことを可能にする。
【０００６】 第１の実施形態では、追跡手段は、可視光のビームをチューブを通してヘッド
の外側へ送る手段と、光線をワーク上の１つの所望の点に向けるか、あるいはワ
ーク上の複数の所望の点に順次向けるようにヘッドを移動させるように動作でき
る手動作動手段とを備え、プロセッサは、当該の点または各点の位置を表わすデ
ータを記録するように動作することができる。
【０００７】 手動作動手段はジョイスティックを備えることができる。
【０００８】 レーザ伝達手段は、ワークに対する作業を実行するために低パワー可視レーザ
光線および高パワー・レーザ光線を選択的に供給するようになすことができる。
【０００９】 他の実施形態では、追跡手段は、ワークの表示画像上の１つまたは複数の選択
された点の位置を記録する手段を備えることができ、プロセッサは、レーザ・エ
ネルギーを当該の点に向けるか、あるいは各点に順次向けるようにヘッドを移動
させるために制御手段を作動させるように、当該の点または各点の位置をヘッド
の位置に関係付けるように動作することができる。
【００１０】 観察手段が、チューブと一体の光学スコープを備えると好都合である。
【００１１】 別法として、観察手段は、チューブ内に取外し可能に配置された光学スコープ
を備えることができる。
【００１２】 観察手段は、カメラと画像ビデオ変換装置のうちの一方、およびディスプレイ
をさらに備えることが好ましい。
【００１３】 観察手段は、チューブの遠位端の左右方向を観察できるようになすことができ
る。
【００１４】 制御手段および可撓性継手は、ヘッドを三次元でチューブに対して移動させる
ように選択的に動作できることが好ましい。
【００１５】 一実施形態では、可撓性継手は、チューブの遠位端とヘッドとの間に延びるば
ね手段を備える。
【００１６】 他の実施形態では、可撓性継手は、チューブとチューブに対してピボット運動
することのできるヘッドとの間に取り付けられた少なくとも１つのシリンダと、
ヘッドに取り付けられており軸方向にシリンダに対して移動することができるス
リーブと、ヘッドを軸方向にチューブから離れるように付勢するばね手段とを備
える。
【００１７】 制御手段は、ヘッドに固定されると共に、シリンダが存在する場合にはシリ
ンダに固定されており、チューブを貫通して延びている複数の引張り要素と、引
張り要素を引き込みかつ延ばす手段とを備えることができる。
【００１８】 引張り要素がワイヤを備えると好都合である。
【００１９】 各ワイヤの近位端を回転可能なシリンダの周りに巻くことができる。
【００２０】 可撓性継手は、チューブおよびヘッドに取り付けられた可撓性スリーブ内に密
閉することができる。
【００２１】 この可撓性スリーブは、ヘッドおよびチューブに気密に取り付けることができ
る。
【００２２】 レーザ・エネルギーを伝達する手段は、光ファイバを備えることが好ましい。
【００２３】 一実施形態では、光ファイバはヘッドで終わり、ヘッドは、光ファイバから放
出されたレーザ光線を合焦させる手段を含む。
【００２４】 合焦手段は、レンズ列を備え、かつ／または非球面レンズを含むことができる
。
【００２５】 ヘッドの、合焦手段の遠位方向に保護スクリーンを設けることが好ましい。
【００２６】 別法として、光ファイバはヘッドの外側に延びることができる。
【００２７】 この場合、光ファイバの遠位端は、合焦されたレーザ光線を光ファイバから放
出するような形状にすることができる。
【００２８】 別法として、光ファイバの遠位端は、光ファイバから発散レーザ光線を放出す
るような形状にすることができる。
【００２９】 観察手段をレーザ・エネルギーから保護するためにレーザ・フィルタを設ける
ことができる。
【００３０】 観察手段は、表示のためのみに赤外線放射を通過させるフィルタをさらに含む
ことができる。
【００３１】 チューブおよびヘッドは、ガス流を通過させるようになすことが好ましい。
【００３２】 この場合、装置は、加圧ガスまたは混合ガスをチューブおよびヘッドに供給す
るガス供給装置をさらに備えることができる。
【００３３】 ガスが不活性ガスであるか、あるいは混合ガスが不活性ガスを含むことが好ま
しい。
【００３４】 ガスまたは混合ガスは酸素を含むことができる。
【００３５】 装置は、チューブを通して溶加材を送り、この溶加材をヘッドから供給する手
段をさらに備えることができる。
【００３６】 本発明の他の態様は、前述の装置を使用して手の届かない位置にあるワークに
対する作業を実行する方法であって、遠位端がワークの近傍に位置するようにチ
ューブを位置決めするステップと、観察手段を用いてワークの画像を収集し画像
を表示するステップと、ワーク上の１つまたは複数の選択された点の位置を識別
し記録するステップと、ヘッドを移動させ、かつ所望の作業を実行するようにレ
ーザ・エネルギーを当該の点に向けるか、あるいは各点に順次向けるようにチュ
ーブを通してレーザ・エネルギーを供給するように、プロセッサを動作させるス
テップとを含む方法を提供する。
【００３７】 識別記録ステップは、可視光のビームをチューブを通してヘッドの外側へ送る
こと、光線をワーク上の選択された点に当たるように手動作動手段を用いてヘッ
ドの位置を調整すること、点の位置を記録し、かつ任意選択で１つまたは複数の
他の点に対してプロセスを繰り返すことを含むことができる。
【００３８】 別法として、識別記録ステップは、ワークの画像をディスプレイ上で観察する
こと、ディスプレイ上のワーク上のある点の位置をマーク付けすること、点の位
置を記録すること、および任意選択で１つまたは複数の他の点に対してプロセス
を繰り返すことを含むことができる。
【００３９】 次に、添付の図面を一例としてのみ参照し本発明について詳しく説明する。
【００４０】 本発明の好ましい実施形態を示す図１および図２を参照すると、装置１０は、
使用時にガス・タービン・エンジンなどの機械に検査ポートを通して挿入できる
挿入チューブ１１を備えている。チューブ１１は好ましくはスチールなどの材料
により製造される。
【００４１】 挿入チューブ１１内に従来型の横観察または軌道走査光学スコープ１２が位置
している。挿入チューブ１１は、好ましくは、光学スコープ１２の構成要素をレ
ーザ・エネルギーから遮蔽するように保護レーザ・フィルタ１４で覆われた、左
右方向観察ポート１３を遠位端に備えている。挿入チューブ１１の左右方向に位
置決めされた微細形状の画像をスコープ１２の光学列１６内に反射するように観
察ポート１３に反射器１５が結合されている。光が観察ポート１３を通して見え
る視野を照明するように送られるライト・ガイド１７、たとえば光ファイバの束
も設けられている。
【００４２】 光学スコープ１２は、その近位端で、この例では、光学列１６によってスコー
プ１２を通して送られた画像を直接観察することができるか、あるいはより好ま
しくは既知の方法でモニタ上に表示することができるようにアイ・ピースまたは
カメラ・アタッチメントを含むハウジング１８に接続されている。
【００４３】 別法として、スコープ１２は、モニタに画像を送るＣＣＤチップ（図示せず）
などの画像ビデオ変換器を備えることができる。当技術分野で良く知られている
ように、このような装置は、光学列１６が不要になるようにスコープ１２の遠位
端に位置することも、あるいは近位端に位置することもできる。
【００４４】 図の実施形態では、挿入チューブ１１は、たとえば英国特許第２２８０５１４
号に記載された種類の従来型の軌道走査ボアスコープが取外し可能に取り付けら
れたシース・チューブからなる。しかし、別法として、光学スコープ１２は挿入
チューブ１１の一体部分として構成することができる。この場合、挿入チューブ
１１はハウジング１８に直接連結される。
【００４５】 挿入チューブ１１の遠位端から作業ヘッド１９が突き出している。図３および
図４ａに示すように、ヘッド１９はバレル２０と、バレル２０の遠位端にあるノ
ズル２１と、バレル２０の近位端を挿入チューブ１１の遠位端に連結する可撓性
継手２２とからなっている。
【００４６】 レーザ・エネルギーを伝達できる光ファイバ２３、たとえば水晶ファイバが、
挿入チューブ１１の全長を通ってバレル２０内に延びている。
【００４７】 また、４本のプルワイヤ２４が、バレル２０に接続されており、以下に詳しく
説明する位置制御手段まで挿入チューブ１１の全長にわたって延びている。プル
ワイヤ２４は、バレル２０の等間隔に配置された周辺位置に取り付けられている
。しかし、プルワイヤ２４は、挿入チューブ１１内で、互いにしっかりと固定さ
れると共に挿入チューブ１１の一方の側にしっかりと固定され光学スコープ１２
の構成要素から間隔を置いて配置されたそれぞれの案内チューブ（図示せず）内
にスライド可能に含められることが好ましい。このように、各プルワイヤ２４は
、そのそれぞれの案内チューブ内で妨害されずに軸方向にスライドすることがで
きる。
【００４８】 この構成では、挿入チューブ１１が光学チューブ１２の構成要素、レーザ・フ
ァイバ２３、およびプルワイヤ２４によって完全に充填されることはなく、した
がって、ガスは挿入チューブ１１の近位端から遠位端に流れると共にヘッド１９
に流れ込むことができる。この目的については以下に詳しく説明する。ガスを挿
入チューブ１１に沿ってヘッド１９まで運ぶ専用ガス供給チューブを挿入チュー
ブ１１内に設けるか、あるいは挿入チューブ１１の利用可能な内部全体にガスを
充満させることができる。
【００４９】 挿入チューブ１１の遠位端で、端部管継手３５は、光ファイバ２３および各プ
ルワイヤ２４を受容し、光ファイバ２３が中央に位置しておりプルワイヤ２４が
等間隔に配置された周辺位置にある図４内の見える位置に案内する、適切に傾斜
された通り穴を備えている。端部管継手３５を貫通するガス流通路も設けられて
いる。
【００５０】 バレル２０の近位端は、光ファイバ２３の遠位端を受容する中央通路２５を画
定する。挿入チューブ１１の内部とバレル２０の内部との間のガス流連通を可能
にするために１つまたは複数の他の通路２６も設けられている。
【００５１】 光ファイバ２３を通って送られたレーザ光線を合焦させるレンズ２７が、バレ
ル２０内の、肩部２８に隣接する位置に位置している。レンズ２７は、図のよう
に非球面レンズであっても、あるいは非球面レンズを含んでも含まなくてもよい
レンズ列（図示せず）であってもよい。
【００５２】 ノズル２１は、たとえば、協働するねじを用いるか、あるいは任意の好都合な
他の方法でバレル２０の遠位端にしっかりと固定することができる。ノズル２１
は、使用時に偶然にバレル２０から外れ、したがって、ガス・タービン・エンジ
ンなどの作業環境内で紛失することがないようにしっかりと固定することが好ま
しい。それにもかかわらず、ノズル２１は、たとえば、図６および図７を参照し
て後述するように溶加材を使用する必要がある場合に、必要に応じて様々な種類
のノズルを取り付けることができるようにボード２０に取外し可能に固定するこ
とができる。ノズル２１は、高い熱伝導率を有する銅で作ることができる。なぜ
なら、これは、溶接などの補正操作によって生成されるスパッタがノズル２１に
付着するのを防止する助けになるからである。しかし、セラミックスなど他の材
料を使用することもできる。使用時にレンズ２７を保護するためにノズル２１内
に、たとえばガラス製のスパッタ・スクリーン２９を配置することができる。
【００５３】 代替実施形態（図示せず）では、光ファイバ２３はバレル２０を貫通してノズ
ル２１の外側へ延びる。このように、レンズ２７およびスクリーン２９は不要で
ある。光ファイバ２３の端部は、必要に応じて、ファイバから放出されるレーザ
光線の形を画定するような形状にされる。たとえば、ファイバ２３は、ワークの
小さな領域上にレーザ・パワーを集中するように幅の狭い合焦されたレーザ光線
を放出するような形状にすることができる。別法として、ファイバ２３の端部は
、たとえば、ワークのある領域を加熱するために使用できる、発散ビームを生成
するような形状にすることができる。
【００５４】 図３に点線で概略的に示されているガス流通路は、ガスがヘッド１９を通って
ノズル２１の外側へ流れることができるようにバレル２０およびノズル２１内お
よび／またはレンズ２７およびスクリーン２９の周囲に形成されている。
【００５５】 可撓性継手２２はばね手段、特に２つのコイルばね３０、３１からなっている
。第１のコイルばね３０は一方の端部で挿入チューブ１１に取り付けられ、他方
の端部でカラー３２に取り付けられている。第２のばね３１も、一端でカラー３
２に取り付けられ、他方の端部でバレル２０に取り付けられている。カラー３２
の内面の、等間隔に配置された位置に、プルワイヤ２４を受容し位置決めする４
本の案内チューブ３３がしっかりと固定されている。可撓性スリーブ３４は、継
手２２を覆っており、挿入チューブ１１およびバレル２０に気密にしっかりと固
定されている。
【００５６】 プルワイヤ２４は、挿入チューブ１１に対するヘッド１９の移動を制御するた
めに使用される。特定のプルワイヤ２４を引っ張ると、コイルばね３０、３１が
、挿入チューブ１１の長手方向軸に対して左右または上下に旋回するようにヘッ
ド１９を圧縮する。すべての４本のワイヤを引っ張ると、２本のコイルばね３０
、３１が引き込まれ、ヘッド１９が挿入チューブ１１の遠位端に接近する。すべ
ての４本のプルワイヤ２４を延ばすと、コイルばね３０、３１が延びてヘッド１
９をさらに挿入チューブ１１から離れるように移動させることができる。このよ
うに、図２に鎖線で示すように、光学スコープ１２の視野に入るように操縦する
と共に、後述のように所望のワーク上にレーザ光線を合焦させるためにこのワー
クの方へ移動しかつこのワークから離れる方向に移動するようにヘッド１９を操
縦することができる。
【００５７】 当業者には、ばね３０、３１およびプルワイヤ２４が可撓性継手２２の唯一の
可能な構成ではないことが明らかであろう。代替可撓性継手の一例を図４ｂに示
す。この場合、スリーブ６０は、バレル２０の端部から近位方向に突き出ており
、ピボット６２によって挿入チューブ１１の遠位端に連結されたシリンダ６１の
上にスライド可能に取り付けられている。コイルばね６３などのばね手段は、バ
レル２０を挿入チューブ１１から離れるように偏らせる。
【００５８】 ２本のプルワイヤ６４は、ピボット運動を作動させるためにピボット６２の各
側でシリンダ６１に取り付けられている。挿入チューブ１１の端部は、シリンダ
６１が適切な角度にピボット移動できるように図のように切込みを有する形状に
されることが好ましい。この構成では、シリンダ６１は１つの平面でのみピボッ
ト移動し、たとえば、図４ｂに示すように上下にピボット移動する。他の方向に
ピボット移動できるようにするには、従来型の軌道走査ボアスコープと同様に挿
入チューブ１１をその長手方向軸の周りで回転させなければならない。
【００５９】 バレル２０に第３のプルワイヤ６５が取り付けられている。第３のプルワイヤ
６５をばね６３の作用に対抗するように引き込み、スリーブ６０をシリンダ６１
の上でより広い範囲にわたってスライドさせ、バレル２０を挿入チューブ１１の
遠位端に接近させることができる。プルワイヤ６５を弛緩させると、ばね６３が
延びてバレル２０を挿入チューブ１１からさらに離れるように移動させることが
できる。
【００６０】 前述のように、可撓性継手のこの実施形態は、バレル２０および挿入チューブ
１１に気密にしっかりと固定された可撓性スリーブ３４で覆われている。この構
成では、光ファイバ２３を適切な手段によってピボット６２の周りに案内し、次
いで装置の長手方向軸に一致する位置に回復することが必要になる場合もあるこ
とが明らかであろう。
【００６１】 ヘッド１９がチューブ１１に対してより大きな角度に湾曲できるようにし、た
とえば、ヘッド１９を光学スコープ１２の視野内にさらに入れるには、図４ｃに
示すように、ピボット移動可能に取り付けられた２つ（またはそれよりも多く）
のシリンダ６１ａ、６１ｂを含めることが必要になる場合もある。図４ｃでは、
図を明確にするためにいくつかのプルワイヤが省略されている。
【００６２】 ヘッド１９を挿入チューブ１１に対して湾曲できる範囲は、光ファイバ２３の
湾曲半径と可撓性継手２２の構成との両方によって制限される。しかし、ファイ
バ２３は、切れる前でも、変形し、いくらかの光がファイバを通して送られ逃げ
ることを可能にする。高パワー・レーザが送られている場合、十分な光が逃げて
挿入チューブ１１およびその内容物を加熱する可能性があり、このことが問題に
なる恐れがある。したがって、可撓性継手２２は、この問題を防止するために光
ファイバ２３の最大湾曲半径に近づくのを回避するように設計し、かつそれを回
避するような寸法にすべきである。
【００６３】 本発明の装置の他の構成要素を図１に概略的に示す。これらの構成要素には、
挿入チューブ１１が可撓性ケーブル４１によって接続される中央制御モジュール
４０が含まれる。中央制御モジュール４０は、後述のようにシステムへの他の入
力を受信する。
【００６４】 中央制御モジュール４０にリンクされた制御コンピュータ４２は、作業ヘッド
１９がプルワイヤ２４によって操縦されるときの作業ヘッドの位置に関する、制
御モジュール４０からの情報を受信し記録する。以下に詳しく説明するシステム
の自動モードでは、制御コンピュータ４２はまた、制御モジュール４０に信号を
送信し、ヘッド１９の移動およびレーザ・エネルギーのファイバ２３への供給を
制御する。
【００６５】 従来型の光源４３は、光学スコープ１２の視野を照明するために、ライト・ガ
イド１７によりケーブル４１および挿入チューブを通して送られる光を供給する
。
【００６６】 レーザ光源４４は、光ファイバ２３を介しケーブル４１および挿入チューブ１
１を通してワークに送られるレーザ光線を生成する。光源４４はダイオード・レ
ーザ・デバイスまたはＹＡＧレーザ装置でよいが、所望のパワーのレーザを供給
することのできる任意の種類の光源を使用することができる。
【００６７】 動作について以下に詳しく説明する一実施形態では、レーザ光源４４は、ワー
クを破損せずに、位置決めのために使用できる明確に見える光点をワーク上に形
成するパワー可視レーザ光線用の様々な種類のレーザを供給する必要がある。レ
ーザ光源４４は、ワークに対する掘削や溶接などの補正作業を実行するために使
用される高パワー・レーザ光線を供給することもできなければならない。このよ
うな作業を実行するために必要なレーザ光線のパワー、およびレーザ光線を加え
なければならない時間の長さは、ワークの材料および実行すべき作業の種類に依
存する。通常（しかし、排他的ではない）、高パワー・レーザ光線は見えず、１
０ＯＷから８０ＯＷの範囲である。
【００６８】 レーザ・スポット・サイズも、所与の材料で所与の深さのメルト・ゾーンを形
成するのに必要なパワーに影響を与える。以下の表は、ステンレス・スチールで
様々なメルト・ゾーン深さを形成するために０．３ｍｍから０．６ｍｍのスポッ
ト・サイズに必要なパワーを一例としてのみ示している。
【表１】
【００６９】 ガス供給源４５は、ケーブル４１を通過して挿入チューブ１１の内部に充満し
、したがって、ワークに対する補正作業を実施しているときにノズル２１から出
る補助ガスを加圧下で供給する。たとえば、高パワー・レーザを溶接作業に使用
する際は、作業領域を遮蔽するアルゴンやヘリウムなどの不活性ガスを従来型の
溶接と同様に供給することができる。別法として、高パワー・レーザによって掘
削作業を行うか、あるいは任意の方法でワークから材料を除去する場合、酸素を
供給して、除去される材料を酸化させ、異物の形成を防止することができる。他
の状況では、用途に適するように反応性ガスまたは様々なガスの混合ガスを使用
することができる。
【００７０】 最後に、システム全体に電力を供給するために従来型の電源４６が設けられて
いる。
【００７１】 中央制御モジュール４０内部に、作業ヘッド１９を操縦するためにプルワイヤ
２４を調整する手段が設けられている。この実施形態では、各プルワイヤ２４の
端部が回転可能なシリンダ５０の周りに巻かれる。シリンダ５０が回転すること
によってワイヤが巻かれるか、あるいは解かれ、プルワイヤ２４が短くなるか、
あるいは長くなり、したがって、可撓性継手１９内のコイルばね３０、３１が引
き込まれるかあるいは延び、かつ湾曲する。シリンダ５０の回転は、サーボ増幅
器５１により適切な歯車５２を介して行われ、たとえば、ジョイスティック制御
装置を用いて手動で調整することも、あるいは制御コンピュータ４２によって自
動的に調整することもできる。
【００７２】 手動作業モードでは、ジョイスティックを左または右を付勢すると、適切なシ
リンダ５０が回転し、必要なプルワイヤ２４が引き込まれ、作業ヘッド１９がそ
れぞれ左または右に移動する。同様に、ジョイスティック制御装置を上または下
に付勢すると、必要なプルワイヤ２４が引っ張られ、それに対応してヘッド１９
が移動する。ジョイスティック制御装置は、この２つの平面で移動できるだけで
なく、中央制御モジュール４０に対してねじ込みかつ引き戻すことができる。ジ
ョイスティックを中央制御モジュールに対して外側に引き戻すと、すべての４つ
のシリンダ５０が作動し、同時にかつ同じ範囲で回転し、プルワイヤ２４がコイ
ルばね３０、３１を圧縮し、作業ヘッド１９を引き込む。逆に、ジョイスティッ
クを制御モジュール４０に対してねじ込むと、すべての４つのシリンダ５０が同
時に回転し、より多くのワイヤを引き出し、コイルばね３０、３１が作業ヘッド
１９を挿入チューブ１１の遠位端からさらに離れるように延ばすことが可能にな
る。
【００７３】 図５は、４本のプルワイヤ２４のうちの１本の位置の調整がどのように制御さ
れるかを概略図で示している。
【００７４】 サーボ増幅器５１は、回転可能なシリンダ５０を歯車５２を介して駆動し、通
常の方法でフィードバック・ループが形成される。サーボ増幅器５１は、ジョイ
スティック制御装置が操作されている場合にはジョイスティック制御装置から、
制御コンピュータ４２が操作されている場合には制御コンピュータ４２から入力
を受信する。
【００７５】 手動作業モードでは、ジョイスティック制御装置が左、右、上、または下に付
勢されたときと、ねじ込まれるか、あるいは引き戻されたときに、そのことを示
す信号をサーボ増幅器５１が受信する。ジョイスティックをねじ込むか、あるい
は引き戻した場合、すべてのプルワイヤが同時に作動するように（矢印Ａで示さ
れているように）他の各プルワイヤについても制御システムに信号が送信される
。
【００７６】 自動作業モードでは、ジョイスティックは操作されず、コンピュータ４２によ
りデジタル・アナログ変換器を介してサーボ増幅器５１に信号が供給される。
【００７７】 使用時には、挿入チューブ１１が、通常の検査ポートを通してガス・タービン
・エンジンなどの機械に挿入され、光学スコープ１２を介して所望の微細形状を
観察できるようになるまで操作される。光学スコープ１２によって収集された画
像は、カメラまたは画像ビデオ変換器に供給され、画面上に表示される。チュー
ブ１１は次いで、固定位置にクランプ止めされる。レーザ光源４４によって生成
された可視レーザ光線が、光ファイバ２３を通してバレル２０内に送られる。レ
ンズ２７は、レーザ・ファイバ２３から放出された発散レーザ・ビームを、ノズ
ル２１を通って装置から出る幅の狭いビームとして合焦させる。可視レーザ光線
が、当該の微細形状上に位置する光点を形成し、かつその光点を合焦させるまで
、ヘッド１９を操縦するように、手動制御装置、すなわちジョイスティックを使
用してプルワイヤ２４が調整される。次いで、微細形状、たとえば亀裂が、プル
ワイヤ２４を用いてヘッド１９を操縦することにより、レーザ・スポットを微細
形状に沿って移動させることによって追跡される。微細形状に沿った所望の数の
スポットで、レーザ・スポットが停止され合焦され、ヘッド１９の位置を画定す
るデータが制御コンピュータ４２によって記録され、亀裂または欠陥の位置の記
録が形成される。
【００７８】 次いで、装置は自動モードに変換される。制御コンピュータ４２は、追跡され
た微細形状の第１の点に可視レーザを戻すようにヘッド１９を操縦するように制
御手段を調整する。制御コンピュータ４２は任意選択で、スポットが適切な位置
にあることの確認をオペレータに要求することができる。たとえば、コンピュー
タ・キーボードを介して入力された、必要な確認（それが要求された場合）を制
御コンピュータが受信すると、より強力な作業レーザが生成され、光ファイバ２
３を通して送られる。前述のように、このレーザ光線は、レンズ２７によって合
焦され、ノズル２１から出て目標の微細形状に当たる。レーザ光線は、必要な補
正作業、たとえば、掘削や溶接を実行するのに必要な所定の長さの時間にわたっ
て微細形状に加えられる。次いで、パワー・レーザがオフに切り替えられ、可視
レーザが、オンに切り替えられ、制御コンピュータ４２により微細形状上の次に
追跡される点に移動させられる。この場合も、作業レーザが生成され、適切な長
さの時間にわたって微細形状に加えられる前などに、レーザが適切な位置にある
ことを確認するようオペレータに要求することができる。
【００７９】 このプロセスが実行されている間、ガス供給装置４４は、補助ガスをケーブル
４１を介して挿入チューブ１１の近位端に供給することができる。ガスは、チュ
ーブ１１の長さに沿ってバレル２０を通って流れ、ノズル２１から出て作業領域
に充満する。
【００８０】 当業者には理解されるように、上記の方法は、本発明の装置を使用してワーク
に対する作業を実行するための唯一の方法ではない。たとえば、手動作業モード
では、レーザ・スポットが欠陥を厳密に追跡するようにオペレータがジョイステ
ィックを操作するのは困難であり、自動作業モードの前に欠陥の位置を記録する
異なる方法が望ましい。
【００８１】 １つのオプションは、モニタ上に表示されるワークの画像を使用することであ
る。欠陥の画像上に位置決めできるようにマウスまたはキーボード・コマンドに
よって移動させることのできるカーソルをディスプレイ上に設けることができる
。オペレータは、欠陥上のいくつかの点にカーソルを順次位置決めし、たとえば
、マウスをクリックしたりキーボード・エントリをマーク付けすることなどによ
ってコマンドを入力をし、その点の位置を記録する。コンピュータ・システムは
、適切なソフトウェアを使用して画面上の画像およびカーソル位置を欠陥の実際
の位置およびサイズに関係付け、それによって、作業レーザを適切な点に向ける
ように作業ヘッド１９を操縦するために制御手段に必要な調整を算出する。
【００８２】 装置が自動モードに変換されると、プロセッサは、レーザ光線を適切な長さの
時間にわたって順次各点に向けるように作業ヘッド１９を駆動するように制御手
段を調整する。前述のように、個々の各点でオペレータに確認を要求するか、あ
るいはプロセッサが各点間の経路を算出し、連続的に動作することができる。
【００８３】 すべての場合に、作業レーザは、動作時に、光学スコープ１２によって得られ
るワークの画像がまぶしさで不明瞭になるほど多量の光を生成する可能性がある
。したがって、ディスプレイ上で赤外線のみを見ることができ、しかも、何が起
こっているかを示す何らかの視覚的表示がオペレータに与えられるように、受け
取った光をフィルタリングすることが望ましい。適切なフィルタを、必要に応じ
て使用できるように、光学スコープの構成要素として任意の従来型の方法で、す
なわちカメラまたはＣＣＤの前段に含めることができる。
【００８４】 前述のように、本発明の装置によって、ワークに対して様々な種類の補正作業
を実施することができる。この例として、さらなる亀裂の伝播を防止するために
亀裂の基部に穴を掘削すること、荒削りされた平滑な領域にアブレーションを施
すこと、溶接によって亀裂の側面どおしを結合することが含まれる。後者の場合
、追加の溶加材を供給して欠陥を充填しないかぎり十分な溶接を実現することが
不可能である場合がある。したがって、本発明は、ワークに溶加材を供給する手
段を含むこともできる。
【００８５】 図６に示す一実施形態では、チューブ１１を通して、ノズル２１の側面のポー
ト７１を介してヘッド１９の外側へ送られる従来型の溶加材ロッドまたはワイヤ
７０を使用することができる。ポート７１は、溶加材ロッド７０をレーザ光線と
交差するように向けるように傾斜させることが好ましい。図６は、図４ｂと同じ
種類の可撓性継手を示しているが、あらゆる種類の可撓性継手を有する装置で溶
加材ロッドを使用することができる。
【００８６】 図７に示す代替実施形態では、溶加材粉を使用することができる。この場合、
たとえば補助ガス流によって駆動されるヘッド１９に溶加材粉を供給するために
、挿入チューブ１１内に溶加材粉供給チューブ７２が設けられる。ノズル２１は
、レーザ光線が通過する内側ノズル７３と、図のように溶加材粉が供給されると
きに通過する外側ノズルを備えることができる。溶加材粉は、溶加材粉供給チュ
ーブ７２と連通する１つまたは複数のポート７５を通して外側ノズル７４に供給
することができる。
【００８７】 このように、手の届かない位置にあるワークに対して、補正作業を、ワークに
物理的に接触せずにその場で正確に実施することができる。当業者には、本発明
の範囲から逸脱せずに上述の構成にいくつかの修正を加えられることが理解され
よう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態による装置の概略図である。
【図２】 図１の挿入チューブの遠位端の断面図である。
【図３】 図２の挿入チューブの作業ヘッドの拡大断面図である。
【図４ａ】 図２の可撓性継手の拡大斜視図である。
【図４ｂ】 代替可撓性継手の部分断面側面図である。
【図４ｃ】 他の代替可撓性継手の部分断面側面図である。
【図５】 可撓性継手用の制御システムの一部の概略図である。
【図６】 溶加材ロッドを送り出すようになされた挿入チューブの側面図である。
【図７】 溶加材粉を供給するヘッドの側面図である。

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 手の届かない位置にあるワークに対する作業を実行する装置
    であって、近位端、および使用時に手の届かない位置に挿入できる遠位端を有す
    るチューブと、チューブの遠位端にたわみ可能に結合されたヘッドと、チューブ
    に対するヘッドの位置を調整するように動作できる制御手段と、レーザ・エネル
    ギーをチューブを通してヘッドに送り、さらにヘッドの外側に送る手段と、ワー
    クの画像を収集し表示する観察手段と、ワーク上の１つまたは複数の選択された
    点の位置を識別し記録するように動作できる追跡手段と、レーザ・エネルギーを
    選択された点に向けるか、あるいはワーク上の選択された各点に順次向けるよう
    にヘッドを移動させ、かつ所望の作業を実行するようにレーザ伝達手段を制御す
    るために制御手段を作動させるように動作できるプロセッサとを備える装置。
  2. 【請求項２】 追跡手段が、可視光のビームをチューブを通してヘッドの外
    側へ送る手段と、光線をワーク上の１つの所望の点に向けるか、あるいはワーク
    上の複数の所望の点に順次向けるようにヘッドを移動させるように動作できる手
    動作動手段とを備え、プロセッサが、当該の点または各点の位置を表わすデータ
    を記録するように動作することができる、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 手動作動手段がジョイスティックを備える、請求項２に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】 レーザ伝達手段が、ワークに対する作業を実行するために低
    パワー可視レーザ光線および高パワー・レーザ光線を選択的に供給するようにな
    される、請求項２または３に記載の装置。
  5. 【請求項５】 追跡手段が、ワークの表示画像上の１つまたは複数の選択さ
    れた点の位置を記録する手段を備え、プロセッサが、レーザ・エネルギーを当該
    の点に向けるか、あるいは各点に順次向けるようにヘッドを移動させるために制
    御手段を作動させるように、当該の点または各点の位置をヘッドの位置に関係付
    けるように動作することができる、請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】 観察手段が、チューブと一体の光学スコープを備える、前記
    請求項のいずれか一項に記載の装置。
  7. 【請求項７】 観察手段が、チューブ内に取外し可能に配置された光学スコ
    ープを備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  8. 【請求項８】 観察手段が、カメラと画像ビデオ変換装置のうちの一方、お
    よびディスプレイをさらに備える、請求項６または７に記載の装置。
  9. 【請求項９】 観察手段が、チューブの遠位端の左右方向を観察できるよう
    になされる、請求項６から８までのいずれか一項に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 制御手段および可撓性継手が、ヘッドを三次元でチューブ
    に対して移動させるように選択的に動作することができる、前記請求項のいずれ
    か一項に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 可撓性継手が、チューブの遠位端とヘッドとの間に延びる
    ばね手段を備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 可撓性継手が、チューブとチューブに対してピボット運動
    することのできるヘッドとの間に取り付けられた少なくとも１つのシリンダと、
    ヘッドに取り付けられており軸方向にシリンダに対して移動することができるス
    リーブと、ヘッドを軸方向にチューブから離れるように付勢するばね手段とを備
    える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 制御手段が、ヘッドに固定されると共に、シリンダが存在
    する場合にはシリンダに固定されており、チューブを貫通して延びている複数の
    引張り要素と、引張り要素を引き込みかつ延ばす手段とを備える、請求項１１ま
    たは１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 引張り要素がワイヤを備える、請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 各ワイヤの近位端が、回転可能なシリンダの周りに巻かれ
    る、請求項１４に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 可撓性継手が、チューブおよびヘッドに取り付けられた可
    撓性スリーブ内に密閉される、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 可撓性スリーブが、ヘッドおよびチューブに気密に取り付
    けられる、請求項１６に記載の装置。
  18. 【請求項１８】 レーザ・エネルギーを伝達する手段が、光ファイバを備え
    る、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 光ファイバがヘッドで終わり、ヘッドが、光ファイバから
    放出されたレーザ光線を合焦させる手段を含む、請求項１８に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 合焦手段がレンズ列を備える、請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 合焦手段が非球面レンズを含む、請求項１９または２０に
    記載の装置。
  22. 【請求項２２】 ヘッドの、合焦手段の遠位方向に保護スクリーンが設けら
    れる、請求項１９から２１までのいずれか一項に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 光ファイバがヘッドの外側に延びる、請求項１８に記載の
    装置。
  24. 【請求項２４】 光ファイバの遠位端が、合焦されたレーザ光線を光ファイ
    バから放出するような形状にされる、請求項２３に記載の装置。
  25. 【請求項２５】 光ファイバの遠位端が、光ファイバから発散レーザ光線を
    放出するような形状にされる、請求項２３に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 観察手段をレーザ・エネルギーから保護するためにレーザ
    ・フィルタが設けられる、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  27. 【請求項２７】 観察手段が、表示のためのみに赤外線放射を通過させるフ
    ィルタを含む、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  28. 【請求項２８】 チューブおよびヘッドが、ガス流を通過させるようになさ
    れる、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  29. 【請求項２９】 加圧ガスまたは混合ガスをチューブおよびヘッドに供給す
    るガス供給装置をさらに備える、請求項２８に記載の装置。
  30. 【請求項３０】 ガスが不活性ガスであるか、あるいは混合ガスが不活性ガ
    スを含む、請求項２９に記載の装置。
  31. 【請求項３１】 ガスまたは混合ガスが酸素を含む、請求項２９に記載の装
    置。
  32. 【請求項３２】 チューブを通して溶加材を送り、この溶加材をヘッドから
    供給する手段をさらに備える、前記請求項のいずれか一項に記載の装置。
  33. 【請求項３３】 前記請求項のいずれか一項に記載の装置を使用して手の届
    かない位置にあるワークに対する作業を実行する方法であって、 遠位端がワークの近傍に位置するようにチューブを位置決めするステップと、
    観察手段を用いてワークの画像を収集し画像を表示するステップと、ワーク上の
    １つまたは複数の選択された点の位置を識別し記録するステップと、ヘッドを移
    動させ、かつ所望の作業を実行するようにレーザ・エネルギーを当該の点に向け
    るか、あるいは各点に順次向けるようにチューブを通してレーザ・エネルギーを
    供給するように、プロセッサを動作させるステップとを含む方法。
  34. 【請求項３４】 識別記録ステップが、可視光のビームをチューブを通して
    ヘッドの外側へ送ること、光線をワーク上の選択された点に当たるように手動作
    動手段を用いてヘッドの位置を調整すること、点の位置を記録し、かつ任意選択
    で１つまたは複数の他の点に対してプロセスを繰り返すことを含む、請求項３３
    に記載の方法。
  35. 【請求項３５】 識別記録ステップが、ワークの画像をディスプレイ上で観
    察すること、ディスプレイ上のワーク上のある点の位置をマーク付けすること、
    点の位置を記録すること、および任意選択で１つまたは複数の他の点に対してプ
    ロセスを繰り返すことを含む、請求項３３に記載の方法。
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