JP2004144091A - ブレードの翼形部を修理するために自動感知しかつ自動機械加工するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】　本発明は翼形部の修理に関し、より具体的には、溶接修理された領域をその隣接する表面に滑らかに連続させるためのシステム及び方法に関する。
【解決手段】　翼形部（３４）を修理する方法は、翼形部の公称形状に基づいて公称数値制御工具経路を生成する段階と、変位センサ（６６）を使用して翼形部を測定する段階と、公称形状と比較して翼形部形状の差異を捕捉する段階と、ｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値と変位センサによる読取り値とを同期させることにより三次元マップを生成する段階と、該三次元マップに基づいて工具経路を修正する段階と、翼形部を機械加工する段階とを含む。またシステムは、データの取得及び数値制御工具経路の生成のために作動可能なコンピュータ（６０）と、数値制御機械（６２）と、複数の切削工具（６８）を備える切削工具ホルダ（６４）と、変位感知プローブ（６６）とを含む。
【選択図】　　　図３

Description

　本発明は、一般的に翼形部修理の分野に関する。より具体的には、本発明は、修理すべき翼形部の形状を測定し、該測定した翼形部を公称形状と比較し、数値制御（ＮＣ）工具経路を生成して溶接修理された領域をその隣接する表面に滑らかに連続させるためのシステム及び方法に関する。

　ガスタービンエンジンの翼形部は、エンジンの通常運転条件の一部として、異物損傷（ＦＯＤ）、高い作動温度、振動及び大きい圧力場のような、過酷な運転条件に恒常的にさらされている。エンジン内に配置された金属製の翼形部にとって、通常エンジン運転の極度の熱サイクルは、翼形部がその下で作動しなければならない既に厳しい状況を増大させる更に不利な条件の１つとなる。一般的に、これらの運転条件は、長期にわたり翼形部を劣化させ脆弱化させるように作用し、翼形部に亀裂、穴及びくぼみのような損傷領域が形成され易くする。翼形部は、定期的に検査し、修理し、また交換さえ行わなければならない。損傷が適切に対処されず、また正しく修理されないと、既存の損傷の急速な伝播の結果として修理不能なほど損傷する可能性がある。更に、適切に修理されなかった場合、亀裂その他の構造的弱体化により、他のエンジン部品に故障を招く可能性がある。

　タービンブレードは、タービン作動中にブレード先端に加わる低サイクル疲労応力によりブレードの先端近傍に１つ又はそれ以上の亀裂を生じる可能性があることが知られている。亀裂が臨界寸法を超えて拡大した場合、ブレード及びタービンの突発故障を防止するために、タービンブレードは実用から外されかつ／又は修理を施さなければならない。亀裂は、該亀裂に隣接する材料を除去して亀裂修理ボリュームを形成し、その後該亀裂修理ボリュームを溶接金属で埋めることにより修理することができることが理解できるであろう。溶接により、ブレードの耐用年数を延ばし、部品を交換することに関係する時間及びコストを節約することができる。

　翼形部を修理する様々な従来の方法には、三次元測定機（ＣＭＭ）又は特殊なレーザスキャナを使用してブレードを測定する方法が含まれる。ＣＭＭは、測定される物品の全表面にわたる経路を横断する機械式プローブを使用する。ＣＭＭ装置は一般的に、ユーザから提供された公称位置から端縁部のような部品の特徴的形状を認識するアルゴリズムで作動する。しかしながら、ＣＭＭプロセスは、速度が遅く、対話型であり、オペレータ集中型である。レーザ走査は、三次元物品の表面からデータポイントを収集するために使用される技術である。このデータポイントは、例えばｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸に沿って取った、走査される物品の全表面にわたる座標値に対応する。レーザ走査は、物品の全表面にわたる走査経路を横断し、経路に沿った選択可能な距離においてポイント値を取ることができる。レーザ走査は一般的に、デジタル化された形式の走査データセットを生成する。レーザ走査は、他の測定技術と比較して処理を要するデータが非常に大きいことによる制限を受ける。もう一つの要因は、コーナ、頂点、開口及び境界のような表面遷移形状を認識又は識別する、レーザ走査ソフトウェアアルゴリズムの能力に限界があることである。更にもう一つの要因は、レーザヘッドの走査経路を数値制御（ＮＣ）機械の工具に適した所望の工具経路に関連づけることの難しさである。レーザ走査経路とＮＣ工具の切削経路との間の相関関係により、物品のガウジングを行うことができる。レーザ走査がブレードのような複雑な部品の幾何学形状を捕捉するために利用される場合、これらの制限が明らかになる。ブレードの翼形部は一般的に複雑な自由形態の形状であり、その形状を正確に定めるためには、多くの測定を必要とする。

　更に、損傷を修理するためにこれらの修理技術が開発されてきたが、これらの方法は、これらが追加の設定を必要とするために、オンマシン測定には適していない。これら方法はまた、スプライン曲面のような数学モデルを使用してブレードの幾何学形状を再構成するためにリバースエンジニアリングソフトウェアを必要とする。スプライン曲面を使用してブレードの幾何学形状を再構成することは、数学的アーチファクトを生じさせる傾向がある。これらのアーチファクトは、スプライン曲面から生成された最終的な数値制御（ＮＣ）工具経路に寸法誤差を持ち込む可能性がある。

　使用されたタービンブレードを新品のブレードと交換することは、これらの精密部品が複雑な処理及び機械加工作業を必要とする高価な耐熱材料で作られているために、費用がかさむ。低コストの代替策は、ブレードの摩耗又は損傷した領域のみを修理する方法である。

　従って、エンジン部品をその本来の状態に酷似する物理的状態に復元するような該エンジン部品の再生を可能にするための修理方法を開発することが急務である。必要なものは、溶接修理された翼形部ブレードを測定しかつ機械加工することのできる統合したシステム及び方法である。

　本発明は、修理すべきブレードの形状を測定し、該測定したブレードを公称形状と比較し、かつ数値制御（ＮＣ）工具経路を生成して溶接修理された領域をその隣接する表面に滑らかに連続させるためのシステム及び方法を提供する。ブレードの寸法は、デジタル・ダイヤルインジケータ又は線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）のような機械式接触プローブを使用して測定することができる。プローブは、ブレードの形状を走査するために必要な回転自由度と共にｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向に移動することができるコンピュータ制御多軸機上に取付けることができる。デジタル出力プローブはまた、コンピュータに接続することができる。コンピュータは、部品形状のその公称形状に対する三次元差異を記録することができる。この差異はその後、ＮＣ機械加工工具経路を適応プログラミングするために利用することができる。

　本発明のシステム及び方法は、翼形部の修理を簡素化しかつブレードの幾何学形状の変形に対して高度に適応させる。発明した統合測定及び機械加工システムは、三次元測定機（ＣＭＭ）とレーザ走査装置を使用してブレードの形状を再構成する従来のシステムではなく、工作機械に取付けられたデジタルプローブを使用して、測定ブレードと公称ブレードとの間の差異を測定する。この測定された差異を使用して、その公称形状から逸脱する可能性のある各ブレードに合わせてカスタマイズされた工具経路を生成する。

　１つの実施形態において、本発明は、溶接修理された領域を有するブレードを測定しかつ機械加工する方法を含む。該方法は、溶接修理された領域を有するブレードを変位感知プローブで測定する段階と、測定したブレードを該ブレードの公称形状と比較する段階と、溶接修理された領域を有するブレードの公称形状に対する三次元差異を記録する段階と、数値制御工具経路を生成して溶接修理された領域をその隣接する表面に滑らかに連続させる段階とを含む。

　別の実施形態において、変位感知プローブは、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、及びレーザ三角測量センサを含むことができ、また溶接修理された領域を有するブレードの形状を走査するために必要な他の回転自由度と共に、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向に移動するように作動可能なコンピュータ制御多軸機上に取付けることができる。変位感知プローブの読取り値は、コンピュータ制御多軸機の軸の位置と共に記録することができる。

　更に別の実施形態において、本発明は、溶接修理された領域を有するブレードを測定しかつ機械加工するためのシステムを含む。該システムは、ブレードの寸法を測定するように作動可能な変位感知プローブと、ブレードの形状を走査するために、変位感知プローブを他の回転自由度と共にｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動させるように作動可能なコンピュータ制御多軸機と、ブレードを保持しかつ位置決めするように作動可能な調節可能なプラットホームと、複数の切削工具を備える工具ホルダと、変位感知プローブ、前記多軸機、調節可能なプラットホーム、及び工具ホルダに接続されかつそれらを制御するように作動可能であり、更にブレードの幾何学形状の公称形状からの偏差を認識しかつ該ブレードを機械加工するためにカスタマイズされた数値制御工具経路を生成するように作動可能であるコンピュータとを含み。

　更に別の実施形態において、本発明は、翼形部を修理する方法を含む。該方法は、翼形部を測定及び機械加工システム上に準備する段階と、翼形部の公称形状と測定及び機械加工システム上での該翼形部の位置とに基づいて公称数値制御工具経路を生成する段階と、センサを使用して翼形部を測定する段階と、公称形状と比較して翼形部の差異を捕捉する段階と、ｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値とセンサによる読取り値とを同期させることにより三次元マップを生成する段階と、三次元マップに基づいて工具経路を修正する段階と、翼形部を機械加工する段階とを含む。

　更に別の実施形態において、本発明は、翼形部を測定しかつ機械加工するためのシステムを含む。該システムは、データの取得及び数値制御工具経路の生成のために作動可能なコンピュータと、数値制御機械と、複数の切削工具を備える切削工具ホルダと、変位感知プローブとを含む。

　本発明の様々な具体的実施形態を、ここで図を参照して説明する。これらの図において、同じ要素には同じ符号が与えられている。

　必要に応じ、本発明の詳細な実施形態を本明細書に開示するが、開示した実施形態は様々な別の形態で実施可能な本発明の例示的な実施形態に過ぎないことを理解されたい。本明細書に開示する具体的な構造及び機能の詳細は、限定として解釈されるべきではなく、本発明を様々な形態で採用するために当業者に教示するための代表的根拠のような特許請求の範囲の根拠としてのみ解釈されるべきである。以下に説明するシステム及び方法は、翼形部のブレードを修理するための自動感知及び自動機械加工に適用されているが、原則として、いかなる自動感知及び自動機械加工システム及び方法にも適用される。

　ここで図１を参照すると、航空機用のターボファン式ガスタービンエンジンの１つの実施例が示されている。この例示的なタービンエンジンを示すが、本発明は、図１のエンジンに関連する翼形ブレードの修理に適用されるのと同様に、他のいかなるファン、圧縮機、タービン、一体形のブレード及びロータ組立体、並びにインペラにも適用されることを理解されたい。エンジン１０は、ファンベーン６及びファンブレード８を含む。ガスタービンエンジン１０は、エンジンの中心線１１の周りで円周方向に配置されており、一連の流れ関係で、ファンセクション１２、高圧圧縮機１６、燃焼セクション１８、高圧タービン２０及び低圧タービン２２を有する。燃焼セクション１８、高圧タービン２０及び低圧タービン２２は、エンジン１０の「高温」部分としばしば呼ばれる。高圧ロータシャフト２４は、駆動関係で、高圧タービン２０を高圧圧縮機１６に連結し、低圧ロータシャフト２６は、低圧タービン２２をファンセクション１２に駆動連結している。燃料は燃焼セクション１８内で燃焼されて非常に高温のガス流２８を生成し、該高温のガス流２８は、それぞれ高圧タービン２０及び低圧タービン２２を通って導かれ、エンジン１０に動力を供給する。ファンセクション１２を通過する空気の一部は、ファンセクション１２と高圧圧縮機１６との間に入口又はスプリッタ３２を有するバイパスダクト３０を通して、高圧圧縮機１６及び「高温」区域の周りを迂回して流れる。多くのエンジンは、スプリッタ３２と高圧圧縮機１６との間で低圧ロータシャフト２６に取付けられた低圧圧縮機（図示せず）を有する。翼形部を有するブレード及びベーンは、エンジンのファンセクション、圧縮機セクション、及びタービンセクションに使用することができ、本発明は、全てのブレード及びベーンの翼形部に潜在的に適用可能である。

　ここで図２を参照すると、ファンブレード８は、ブレードのプラットホーム３６上の翼形部基部から翼形部又はブレードの先端３８まで翼長方向Ｓに半径方向外向きに延びる翼形部３４を含む。ファンブレード８は、根元部分４０を含み、該根元部分４０は、プラットホーム３６から該根元部分４０の半径方向内側端部３７まで半径方向内向きに延びる。根元部分４０の半径方向内側端部３７には、ブレードシャンク４４によりプラットホーム３６に連結されたブレード根元４２がある。翼形部３４は、該翼形部の前縁５０と後縁５２との間を翼弦方向に延びる。

　再び図２を参照すると、ファンブレード８は、翼形部３４の後縁５２に沿ってブレードのプラットホーム３６からブレード先端３８まで延びる後縁部分を有する。後縁部分は、翼形部３４に沿って発生する可能性がある欠け傷、亀裂、くぼみ及び引裂けを該後縁部分が包含するようにあらかじめ定められた幅を含む。欠け傷、亀裂、くぼみ及び引裂けは、異物損傷（ＦＯＤ）、高い作動温度、振動、及び大きい圧力場により引き起こされる可能性がある。翼形部３４は、エンジン運転中に回転するファンブレード８により生成される遠心力による大きい引張り応力場を受ける。翼形部３４はまた、エンジン運転中に発生する振動及びＦＯＤによる亀裂の増大を受ける。

　本発明は、ブレード先端３８、前縁５０、後縁５２、根元部分４０等のような、ブレードの摩耗又は損傷したあらゆる領域に修理を施すシステム及び方法を提供する。翼形部の損傷は、時間が経過するにつれて発生し、定期検査に至る。検査により、修理又は交換につながる不具合を明らかにすることができる。従来の方法では、摩耗したブレードを修理するには、溶接のような方法により新しい材料がブレードに溶着及び融合され、次いで、該溶接物はその最終形状に精密機械加工される。ブレードが現場での実用に供された場合、ブレードの幾何学形状は、その公称形状から大きく逸脱する可能性がある。従って、新しいブレードを製造するために使用されるＮＣ部品プログラムは適用することができず、該ＮＣ部品プログラムは、各個々のブレードの実際の形状に基づいてカスタマイズされなければならない。これにより、ブレード又はベーンの耐用年数を延ばし、交換に関係する時間及びコストを節約することができる。

　ブレード８は、本発明により製造又は修理されたタービンブレードを表している。損傷部分を被覆するために、プレートをブレード８の表面に溶接することができる。プレートの材料は、ブレード８の表面へのプレートの溶接を可能にするように選択することができる。一般的に、溶接材料及びプレートは、ブレード８の材料と同一の材料であるように選択される。亀裂は、溶接で亀裂修理ボリュームを埋めることにより修理することができる。溶接は、従来型の溶接及びレーザ溶接を含むことができる。

　ここで図３を参照すると、本発明のブレード修理のためのオンマシン測定及び機械加工システムの概略図が示されている。該システムは、データの取得及び数値制御（ＮＣ）工具経路の生成のために作動可能なＰＣベースのコンピュータ６０と、工具ホルダ６４を装備するＮＣ機械６２と、変位感知プローブ６６とを含む。１つの実施形態において、変位感知プローブ６６は、工具ホルダ６４上に取付けることができる。構成に応じて、工具ホルダ６４は、その後の機械加工作業の間に切削工具６８を更に保持する独立したユニット又は同一のユニットとすることができる。溶接修理された翼形部３４を含むブレード８は、ブレード８の形状を走査するために必要な回転自由度を有するコンピュータ制御回転可能プラットホーム７０上に位置決めされる。変位感知プローブ６６は、ブレード８の形状を走査するために必要な回転自由度と共にｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸方向に移動することができるコンピュータ制御多軸機７２上に取付けることができる。変位感知プローブ６６のデジタル出力はまた、コンピュータ６０に接続することができる。

　１つの実施形態において、変位感知プローブ６６は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）のような機械式接触プローブを含む。ＬＶＤＴは、正確な位置表示を提供する。ＬＶＤＴは、独立した移動コア又はアーマチュアに比例する電気信号を生成する相互インダクタンスの原理に基づいて作動する線形変位変換器である。ＬＶＤＴ装置は、極めて柔軟性に富む設計を可能にし、約０．００００２ｍｍから約８００ｍｍの程度の高さが低い範囲で構成することができる。典型的なＬＶＤＴ装置は、中空の金属製円筒体からなっており、該金属製円筒体内で、該円筒体の長軸に沿ってコアが前後に自由に移動する。ブレード８の表面高さの差により、中空の円筒体内でコアを移動させる。この運動が次ぎに、電気的に測定される。

　ＬＶＤＴは、一次コイル、２つの二次コイル及び独立した可動コアを含む。ＡＣ励起信号がＬＶＤＴの一次コイルに印加されると、２つの二次コイル内に電圧が誘導される。コイル巻き線組立体内での磁気コアの移動により、一次コイルと二次コイルとを連結する磁束経路が形成される。２つの電圧は反対の極性になっているため、二次コイルは、ゼロ位置又は中心において反対向きに直列に接続される。出力電圧は等しくかつ極性が反対であり、従って出力電圧はゼロである。ＬＶＤＴのゼロ位置は、極めて安定しておりかつ反復可能である。磁気コアがゼロ位置から変位すると、電磁的不均衡が生じる。この不均衡が、変位の方向及び大きさに線形比例する、二次コイル両端の差動ＡＣ出力電圧を生成する。従って、磁気コアがゼロ位置から移動されて該磁気コアがブレード８の領域と接触するようになったとき、コアが移動する方向の二次コイル内の誘導電圧が高くなり、一方、反対側の二次コイル内の誘導電圧が低くなる。

　他の種類の変位変換器にまさるＬＶＤＴ変圧器の基本的利点は、それらの高度低摩擦無限分解能、高温での作動性能、及び信頼性である。ＬＶＤＴにおいては、コアのあらゆる動きが、出力の比例変化を生じさせる。故障は、異常な又は誤った表示を引き起こす可能性のある希な電気的障害に限定される。

　別の機械式接触センサとしては、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、レーザ三角測量センサ（非接触センサ）又は他の型の変位センサを含むことができる。デジタル・ダイヤルインジケータは、ブレード８の表面上の高さの変化を測定するために使用することができる。ＬＶＤＴと同様に、デジタル・ダイヤルインジケータは、可動位置を得るために、コンピュータ制御多軸機７２上に取付けられる。典型的なデジタル・ダイヤルインジケータにおいては、距離の変化が認識されてコンピュータ６０に送信され、次いでコンピュータ６０が偏差を工具経路に変換する。本発明に使用するのに適したデジタル・ダイヤルインジケータは、測定される移動全体に対して十二分な可動範囲を提供しなければならず、かつその目的に対して十分な感度を有していなければならない。デジタル・ダイヤルインジケータはまた、回転可能プラットホーム７０上へのブレード８の配置を調節するのにも使用することができる。

　プローブ６６の読取り値は、コンピュータ制御多軸機７２の軸の位置と共に記録される。運動軸の位置は、数値制御運動制御装置がそれを行うことが可能な場合には該制御装置の軸位置レジスタにより読取るか、又は軸エンコーダにより直接読取ることができる。取得したデータは、ブレードの幾何学形状のその公称形状からの偏差を捕捉するために使用され、該偏差はその後ブレードを機械加工するためにカスタマイズされたＮＣ工具経路を生成するために利用される。

　ブレード８を保持するように作動可能なオンマシンコンピュータ制御の回転可能プラットホーム７０は、固締具のような、ブレード８を調節可能に固定するための機構を備える円形のハウジングを含むことができる。１つの実施形態において、ブレード根元４２は、測定のための垂直位置に、すなわちブレード８の軸線が該ブレード８の表面に垂直な変位感知センサ６６に対して垂直になるように、プラットホーム７０の上面に固締される。別の実施形態において、ブレード８は、回転可能プラットホーム７０の表面及び変位感知プローブ６６に対してどのような位置にも固締することができる。ブレード８を位置決めしかつ保持するのに、測定及び機械加工システムの動作を妨げないあらゆる既知の固定手段を採用することができる。

　回転可能プラットホームは更に、回転スライド組立体、軸受組立体、駆動組立体、駆動モータ、被駆動シャフト、及び駆動プーリを含むことができる。上述したように、回転可能プラットホーム７０は、ブレード８の形状を走査するために必要な回転自由度を与える。その公称ブレードと形状が幾何学的に類似した使用されたブレード８は、一定量の位置決め偏差（約０．２５インチ）を許容しながら、公称ブレードが配置されると推定されるのとほぼ同一の位置及び配向でプラットホーム７０上に位置決めされなければならない。コンピュータ６０は、ブレードの変形とブレードの置き誤りの両方を認識するように作動可能である。

　１つの実施形態において、数値制御機械６２は、ブレード８を機械加工し、研削しかつ成形するように作動可能である。ブレード８の機械加工の間、工具の摩耗が生じる可能性がある。例えば、機械加工工程の開始時点で選択された新しい切削工具６８は、機械加工作業の間に摩耗する可能性がある。コンピュータ６０は、コンピュータ６０内に格納された工具経路からの、実際に機械加工された部分の偏差に注目することにより、工具の摩耗を認識することができる。この情報により、コンピュータ６０はその後工具の摩耗を補正した新しい工具経路を計算することができる。

　ここで図４を参照すると、測定及び機械加工システムを使用して、溶接修理されたブレード８を機械加工する手順が示されている。最初に、製造者からのブレード８の公称形状（ブロック８０）及びＮＣ機械６２上のブレードの位置／配向に基づいて公称ＮＣ工具経路が生成される（ブロック８２）。公称形状はまた、後で、修理すべきブレード上でプローブ先端を移動させるＮＣプログラム（ブロック８４）を生成するために使用される。使用されたブレードは、ＮＣ機械６２上の固締具に取付けられる。公称ブレードと幾何学形状が類似する使用されたブレード８は、一定量の位置決め偏差を許容しながら、公称ブレードが配置されると推定されるのとほぼ同一の位置及び配向で機械上に位置決めされなければならない。ブレードはその後、変位感知プローブ６６の正面で公称ＮＣ工具経路により動かされる（ブロック８６）。ブレード８の形状、配向及び位置が公称ブレードと完全に同一である場合、センサは偏差を登録せず、従って機械加工は実行されないことになる。しかしながら、溶接修理されたブレード８の場合には一般的にそうであるように、偏差が生じた場合、そのような偏差は、コンピュータ制御多軸機７２の位置と共に、コンピュータ６０で捕捉される（ブロック８８）。ｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値と変位感知プローブ６６による読取り値とを同期させることにより、測定されたままのブレードの形状と公称形状（ブロック９０）との間の差異を示す三次元マップが生成される。この三次元マップに基づいて、公称工具経路はその後コンピュータ６０により収集されたデータに基づいて修正され、ＮＣ機械に返信されて、それに応じてブレードをフライス加工する（ブロック９２）。

　プラットホーム７０とコンピュータ制御多軸機７２との両方により変位感知プローブ６６とブレード８との間で相対運動が生じている間に、１つ又はそれ以上のブレード８のパラメータを感知することができる。変位感知プローブ６６は、プラットホーム７０とコンピュータ制御多軸機７２との間の相対運動の速度から独立した感知速度で作動することができる。１つの作動モードにおいて、プラットホーム７０とコンピュータ制御多軸機７２との両方は、プローブ６６が後縁のようなブレード８の表面に対して所定の位置になるまで、プローブ６６とブレード８との間に運動を生じさせるために利用することができる。その後、プローブ６６とブレード８との間の相対運動は、ブレード表面を走査するために、プローブ６６をブレード８の表面に対して初期の方向に向かわせるように行われる。ブレード８の表面の溶接された領域と溶接されていない領域との間における高さの変動を感知する際のような接触モードにおいては、ブレード８に対するセンサ組立体の所定の位置は、プローブ６６の先端が測定されるブレード８の表面領域と接触するように定められる。ブレード８が機械加工を施されている際のような非接触モードにおいては、センサの所定の位置は、プローブの先端がブレード８の表面と接触しないように定められる。コンピュータ６０は、溶接された領域のような、ブレード８の表面における関心のある特徴的形状の所在を突き止めかつ測定するようにプログラミングされるか、又は多数の領域のためにブレード８の表面をその全体にわたって測定するようにプログラミングされることができる。

　本発明の更に別の実施形態において、ブレード８の公称形状は、溶接修理された領域を差し引いたブレードの既に変形した形状として定めることができる。ブレードが現場での実用に供された場合、ブレードの幾何学形状は、その公称形状から大きく逸脱する可能性がある。従って、工具経路は、各個々のブレードの実際の形状に基づいてカスタマイズすることができる。例えば、中実の圧縮機ブレードの場合に時々起こるように、ブレードの先端部分３８が損傷により欠けている場合、該ブレード先端３８の形状は、公称幾何学形状の連続的移行に基づいて推定することができる。

　ＬＶＤＴ又は他のセンサ６６、数値制御工具経路に変換されたｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値、並びに機械加工されたブレード８を使用して、使用されたブレード８が測定されたとき、コンピュータ６０により、検証のためにブレード８の形状をもう一度読取るようにセンサ６６に指示することができる。公称形状からの偏差がなおもコンピュータ６０により検出された場合、コンピュータ６０は、測定及び機械加工工程を繰り返すようにＮＣ機械６２に指示することができる。

　本発明のシステム及び方法により得られる１つ利点は、三次元測定機及びレーザスキャナのような付加的な測定装置を使用する必要性を排除し、それにより資本設備のコストを最小限にすることである。本発明のもう一つの利点は、オフライン設定時間及びオフライン測定時間が排除され、従って多重設定による累積誤差、全体サイクル時間及び床面積を減少させることである。別の利点は、基礎をなす数学スプラインが原因の表面アーチファクトを持ち込む傾向がある測定データにより翼形部表面を再構成する必要性の排除である。更に別の利点は、修理工場に渡された場合に、本発明のシステム及び方法は、修理作業者にタービンの分解修理の改善された方法を提供することである。更に別の利点は、この測定及び械加工方法がブレード８の全表面を点検しフライス加工することを可能にするため、本発明の修理方法は、広範囲にわたる修理領域及び多数の隣接する修理領域を処理するのに好適であることである。

　本発明のシステム及び方法により、翼形部ブレードを修理するための自動感知及び自動機械加工システム及び方法が提供されたことは明らかである。本発明のシステム及び方法をその好ましい実施形態及び実施例を参照して説明してきたが、他の実施形態及び実施例により、同様の機能を実行しかつ／又は同様の結果を達成することができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。

本発明の例示的な実施形態による自動感知及び自動機械加工技術を利用して修理された翼形部を有する例示的な航空機用ガスタービンエンジンの断面図。 本発明の例示的な実施形態による翼形部を有する、図１の例示的な航空機用ガスタービンエンジンのファンブレードの斜視図。 本発明の例示的な実施形態による、翼形部ブレードを修理するための自動感知及び自動機械加工システムの斜視図。 本発明の例示的な実施形態による、溶接修理されたブレードを測定しかつ機械加工する工程を示すフローチャート。

符号の説明

　８　ブレード
　３４　翼形部
　６０　コンピュータ
　６２　数値制御機械
　６４　切削工具ホルダ
　６６　変位感知プローブ
　６８　切削工具
　７０　回転可能プラットホーム
　７２　コンピュータ制御多軸機

Claims (26)

1. 溶接修理された領域を有するブレード（８）を測定しかつ機械加工する方法であって、
   　前記溶接修理された領域を有する前記ブレード（８）を変位感知プローブ（６６）で測定する段階と、
   　前記測定したブレード（８）を該ブレード（８）の公称形状と比較する段階と、
   　前記溶接修理された領域を有する前記ブレード（８）の前記公称形状に対する三次元差異を記録する段階と、
   　数値制御工具経路を生成して前記溶接修理された領域をその隣接する表面に滑らかに連続させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記変位感知プローブ（６６）は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、及びレーザ三角測量センサからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記変位感知プローブ（６６）は、前記溶接修理された領域を有する前記ブレード（８）の前記形状を走査するために必要な他の回転自由度と共にｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動するように作動可能なコンピュータ制御多軸機（７２）上に取付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 前記変位感知プローブ（６６）の読取り値が、前記コンピュータ制御多軸機（７２）の軸の位置と共に記録されることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 公称工具経路が、前記ブレード（８）の公称形状と数値制御機械（６２）上での該ブレード（８）の位置とに基づいて生成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 前記測定は、前記ブレード（８）の変形と前記数値制御機械（６２）上での該ブレード（８）の置き誤りとの両方を認識することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
7. 前記溶接修理された領域を連続させる前記段階は、前記数値制御機械（６２）の切削工具（６８）を使用して実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 溶接修理された領域を有するブレード（８）を測定しかつ機械加工するためのシステムであって、
   　前記ブレード（８）の寸法を測定するように作動可能な変位感知プローブ（６６）と、
   　前記ブレード（８）の形状を走査するために、前記変位感知プローブ（６６）を他の回転自由度と共にｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動させるように作動可能なコンピュータ制御多軸機（７２）と、
   　前記ブレード（８）を保持しかつ位置決めするように作動可能な調節可能なプラットホーム（７０）と、
   　複数の切削工具（６８）を備える工具ホルダ（６４）と、
   　前記変位感知プローブ（６６）、前記多軸機（７２）、前記調節可能なプラットホーム（７０）、及び前記工具ホルダ（６４）に接続されかつそれらを制御するように作動可能なコンピュータ（６０）と、を含み、
   　前記コンピュータ（６０）は更に、前記ブレード（８）の幾何学形状の公称形状からの偏差を認識しかつ該ブレード（８）を機械加工するためにカスタマイズされた数値制御工具経路を生成するように作動可能である、
   ことを特徴とするシステム。
9. 前記変位感知プローブ（６６）は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、及びレーザ三角測量センサからなる群から選択されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
10. 前記複数の切削工具（６８）は、前記溶接修理された領域を連続させるように作動可能であることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
11. 前記変位感知プローブ（６６）の読取り値が、前記コンピュータ制御多軸機（７２）の軸の位置と共に記録されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
12. 公称工具経路が、前記ブレード（８）の公称形状と前記調節可能なプラットホーム（７０）上での該ブレード（８）の位置とに基づいて生成されることを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
13. 前記公称形状は、前記ブレード（８）が実用に供される前に製造者により提供された形状を含むことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
14. 前記公称形状は、前記溶接修理された領域を差し引いた前記ブレード（８）の既に変形した形状を含むことを特徴とする、請求項８に記載のシステム。
15. 翼形部（３４）を修理する方法であって、
    　前記翼形部（３４）を測定及び機械加工システム上に準備する段階と、
    　前記翼形部（３４）の公称形状と前記測定及び機械加工システム上での該翼形部（３４）の位置とに基づいて公称数値制御工具経路を生成する段階と、
    　センサを使用して前記翼形部（３４）を測定する段階と、
    　前記公称形状と比較して前記翼形部（３４）の差異を捕捉する段階と、
    　ｘ座標値、ｙ座標値、及びｚ座標値と前記センサによる読取り値とを同期させることにより三次元マップを生成する段階と、
    　前記三次元マップに基づいて前記工具経路を修正する段階と、
    　前記翼形部（３４）を機械加工する段階と、
    を含むことを特徴とする方法。
16. 前記公称形状は、前記翼形部（３４）が実用に供される前に製造者により提供された形状を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記公称形状は、前記溶接修理された領域を差し引いた前記翼形部（３４）の既に変形した形状を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
18. 前記センサは、変位感知プローブ（６６）、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、及びレーザ三角測量センサからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
19. 前記センサは、前記溶接修理された領域を有する前記翼形部（３４）の形状を走査するために必要な他の回転自由度と共にｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動するように作動可能なコンピュータ制御多軸機（７２）上に取付けられていることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
20. 前記センサの読取り値は、前記コンピュータ制御多軸機（７２）の軸の位置と共に記録されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
21. 翼形部（３４）を測定しかつ機械加工するためのシステムであって、
    　データの取得及び数値制御工具経路の生成のために作動可能なコンピュータ（６０）と、
    　数値制御機械（６２）と、
    　複数の切削工具（６８）を備える切削工具ホルダ（６４）と、
    　変位感知プローブ（６６）と、
    を含むことを特徴とするシステム。
22. 前記変位感知プローブ（６６）は、線形可変差動変圧器（ＬＶＤＴ）、デジタル・ダイヤルインジケータ、レーザ距離センサ、及びレーザ三角測量センサからなる群から選択されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
23. 前記数値制御機械（６２）は、前記翼形部（３４）の形状を走査するために必要な他の回転自由度と共にｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向に移動するように作動可能であることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
24. 前記変位感知プローブ（６６）の読取り値が、前記数値制御機械（６２）の軸の位置と共に記録されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
25. 公称工具経路が、前記翼形部（３４）の公称形状と前記数値制御機械（６２）上での該翼形部（３４）の位置とに基づいて生成されることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
26. 前記コンピュータ（６０）は、前記翼形部（３４）の変形と前記数値制御機械（６２）上での該翼形部（３４）の置き誤りとの両方を認識するように作動可能であることを特徴とする、請求項２１に記載のシステム。
    
    

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