JP2005023930A - 翼形部認定システム及びその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 翼形ブレード（１０）を認定する方法（３００）を提供する。
【解決手段】 本方法（３００）は、翼形ブレード（１０）を固定具（１１２）内に固定する段階と、翼形ブレード（１０）のデジタル測定値を取込む段階と、翼形ブレード（１０）のデジタル測定値を目標モデルの測定値と比較する段階と、翼形ブレード（１０）のデジタル測定値と目標モデルの測定値との間の偏差を計算する段階と、翼形ブレード（１０）を目標モデルの測定値に合致させるために必要な処理を決定する段階と、翼形ブレード（１０）に対して必要な処理を施すことを再加工システム（２３４）に指令する段階と、さらなる処理を全く必要としないと決定されるまで上記段階を繰り返す段階とを含む。
【選択図】 図６

Description

本発明は総括的には翼形ブレードに関し、より具体的には、本発明は自動翼形ブレード認定システム及びその方法に関する。

航空機エンジン用圧縮機ブレードは厳格な翼形部公差で製造され、全てのブレードは、外形寸法がチェックされ必要ならば準拠内になるように人手で手直しされる認定プロセスを通らなければならない。主に関心のある外形寸法は、断面輪郭、ねじれ及び反りである。認定プロセスは、時間がかかりかつ高度に熟練した労力を必要とする。多くの場合、ブレードは未だに変形を手直しされている。このプロセスが、圧縮機ブレードの総製造コストを大きく押し上げている。

ショットピーニングは、疲労強度を高め、応力腐食割れの原因になる引張応力を軽減し、金属部品を成形しかつ真直ぐにするのに使用される。ショットピーニングでは、鋳鋼、鋳鉄、ガラス等の球状粒子を、処理する表面に対して高速流で吹き付けるか又は機械的に打ち当てるかし、或いは重力により落下させる。個々のショット粒子は、表面内に浅くて丸みのある、重なり合った凹みを形成し、各衝突点から半径方向に表面を拡張させ、冷間加工と塑性流動を引き起こす。アルメンアーク高さ（Ａｌｍｅｎ ａｒｃ ｈｅｉｇｈｔ）の技術用語で表すことができるピーニング度又はピーニング強さは、ピーニング粒子の重量、粒径、硬度及び速度と、暴露時間と、基体の種類と、衝突角度と、他の種々の因子との関数である。翼形ブレードをショットピーニングすることにより、ブレード内に緩やかな湾曲部を形成することが可能になる。ショット径の選定、強さ及び適用範囲を所望の輪郭を得るのに必要なレベルにすることができる。ショット径の選定は、材料の種類、厚さ、湾曲部の大きさ、及び表面粗さの要件によって決まる。大きく傾斜した材料は幾つかのショット径を必要とすることになるが、このことによりピーニング機の設計が複雑になる。

レーザショックピーニング又は別の呼び方のレーザショック処理は、加工物の表面区域をレーザショックピーニングすることによって加えられた深い圧縮残留応力を有する領域を形成するための方法である。レーザショックピーニングは一般的には、高出力のパルスレーザからの多重放射パルスを使用して加工物の表面上に衝撃波を生成する。当該技術分野では知られているようにかつ本明細書で使用する場合、レーザショックピーニングは、レーザビーム源からのレーザビームを利用して、塗装表面、被覆表面又は非被覆表面の瞬間的なアブレーション又は蒸発によって爆発力を発生させることにより表面の一部に強力な局所的圧縮力を生成することを意味する。

レーザ成形は、硬工具を使用しないで許容可能な材料劣化レベルで材料に影響を与える別の方法である。レーザ成形は、走査レーザビームからの出力を吸収することによって発生する温度勾配及び熱応力によって材料成形を行う方法である。レーザ成形は、全く工具を必要とせず、制御された方法で部品を平らにするか又は調整する能力を有する。レーザ成形は、熱源として酸素アセチレントーチを使用する火炎曲げ加工法又は線状加熱法に端を発している。火炎の拡散性がこの方法を困難なものにしており、その成功は、特に高い熱伝導率を有する薄いセクション又は材料内に急温度勾配を確立するオペレータの熟練に大いに依存している。殆どの火炎曲げ加工は、局所的な熱転覆（ｔｈｅｒｍａｌ ｕｐｓｅｔｔｉｎｇ）メカニズムを利用する。レーザビームにより金属加工物を照射する場合には加熱速度を高くすることができ、急温度勾配が容易に得られる。レーザビームは、火炎と比較すると非常に狭い熱蓄積プロフィールを形成しかつ精密な出力制御を有しており、反復可能な方法でより正確かつ詳細な形状寸法を形成することを可能にする。
米国特許第５５９１００９号 特表平１１−５０８８２６号 特表平１１−５０９７８２号 米国特許第６５２２９９３号 特表平０５−５０９３９４号 特開平１０−３１１７１１号

翼形ブレードを認定する方法によって上記のまた他の欠点及び欠陥が克服又は軽減されるが、本方法は、翼形ブレードを固定具内に固定する段階と、翼形ブレードのデジタル測定値を取込む段階と、翼形ブレードのデジタル測定値を目標モデルの測定値と比較する段階と、翼形ブレードのデジタル測定値と目標モデルの測定値との間の偏差を計算する段階と、翼形ブレードを目標モデルの測定値に合致させるために必要な処理を決定する段階と、翼形ブレードに対して必要な処理を施すことを再加工システムに指令する段階と、さらなる処理を全く必要としないと判定されるまで上記段階を繰り返す段階とを含む。

別の実施形態では、翼形部認定システムは、翼形部の表面上の複数ポイントの各々について固定基準フレームに対する空間位置データを取得するための手段を有する測定ステーションと、空間位置データを取得するための手段と通信接続され、空間位置データを受信しかつ複数の表面ポイントの少なくとも１部の各々について表面標準ポイントからのポイント偏差を求めるための手段と翼形部の必要な処理を決定するための手段とを有するデータ処理システムと、データ処理システムからの入力に応答して翼形部に対する処理を指令するための手段を有する再加工ステーションとを含む。

さらに別の実施形態では、翼形部を測定しかつ再加工するための翼形部認定システムは、表面上の複数ポイントの各々について固定基準フレームに対する空間位置データを取得するように構成された測定システムを備えかつ翼形部に対する処理の変更を指令するための処理システムをさらに備えた測定及び再加工ステーションと、測定及び再加工ステーションに通信接続されたデータ処理システムとを含み、該データ処理システムは、空間位置データを使用して表面の３次元マップを作成するようにプログラムされたマッピングモジュールと、複数の表面ポイントの少なくとも１部の各々についてポイント偏差を求めるようにプログラムされた偏差決定モジュールと、翼形部を目標モデルに合致させるために必要な処理を計算する所要処理決定モジュールと、測定及び再加工ステーション内の処理システムに命令を与える処理制御モジュールとを含む。

本発明の上記のまた他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明と図面から当業者には正当に評価されかつ理解されるであろう。

自動測定技術とダイを使用せずに部品を成形する技術とを組合せた自動翼形ブレード認定方法を提示する。ダイレス（ダイを使用しない）技術は、好ましくはレーザ成形法、レーザショックピーニング法及びショットピーニング法を含み、これら方法の各々は、表面処理プロセスによって部品の形状寸法に影響を与える。レーザ成形は、走査レーザビームによって生じる温度勾配及び熱応力により機能する。レーザショックピーニングは、アブレーティブ（ａｂｌａｔｉｖｅ）材料で被覆された区域上に強いビームを集束させ、アブレーティブ材料がビームで打たれた時に部品内に強い衝撃波を送ることによって機能する。ショットピーニングは、多数の小球状の硬粒子を表面に衝突させる方法である。全ての方法が、局所的な塑性変形及び残留応力を生じさせ、その結果加工物の平衡形状を変化させる。

レーザショックピーニングの例示的な実施形態を、図１〜図３に示す。図１及び図２を参照すると、例示的な翼形ブレード１０８は、ブレードプラットフォーム１３６からブレード先端１３８まで半径方向外向きに延びる翼形部１３４と、プラットフォーム１３６から半径方向内向きに延びる根元セクション１４０とを含む。根元セクション１４０は、ブレードシャンク１４４によってプラットフォーム１３６に結合されたブレード根元１４２を有する。翼形部１３４は、翼形部の前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間で翼弦方向に延びる。翼形部１３４の翼弦ＣＨは、図２に示すように、ブレードの各断面における前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間の直線である。翼形部１３４の正圧側面１４６は、矢印Ｖで示すようにほぼ回転方向に面し、負圧側面１４８は翼形部の他側に位置し、翼形中心線ＭＬは翼弦方向に２つの側面間のほぼ中間に配置される。ブレード１０８は、翼形部１３４の前縁ＬＥに沿ってブレードプラットフォーム１３６からブレード先端１３８まで延びる前縁セクション１５０を有する。前縁セクション１５０は、該前縁セクション１５０がエンジン作動時に翼形部１３４の前縁に沿って打こん及び裂け目が起こる可能性がある区域を包含するような所定の第１の幅Ｗを含む。

ブレード１０８の特定の形状及び形式を示しているが、本発明のシステムは、多様なブレード形状及び多様なブレードの形式に対してレーザショックピーニングを使用でき、さらに修正を必要とする他の部品にも使用できる可能性があることを理解されたい。前縁セクション１５０について説明しているが、本発明のシステムを使用して翼形部１３４の全ての区域を測定しかつ修正でき、前縁セクション１５０は単に例示目的のためだけに説明していることを理解されたい。さらに、レーザショックピーニングした区画を開示しているが、本発明は、表面プロフィール修正のための表面処理としてレーザショックピーニングを使用するものであり、従って前縁ではないその他の区域においてブレード１０８をレーザショックピーニングすることもできる。

図３は、レーザショックピーニングされた重複（重なり合った）円形状スポット１５８（円で示す）のスタック（積み重ね）列の例示的なパターンを示す。対応する中心ＸＣを有する全てのレーザショックピーニング円形状スポット１５８は、列中心線１６２に沿って位置している。連続したパターンは、レーザショックピーニング被覆表面１５５を完全に覆う。レーザショックピーニング円形状スポット１５８は、重複レーザショックピーニング円形状スポットの列１６４内で直径Ｄを有する。パターンは、レーザショックピーニング被覆表面１５５上での重複レーザショックピーニング円形状スポットの多数の重複列１６４からなるものとすることができる。第１の例示的な重複は、図示するように、任意の列内の隣接するレーザショックピーニング円形状スポット１５８間で約３０％になっている。一般的には、重複は、隣接するレーザショックピーニング円形状スポット１５８の中心ＸＣ間のオフセット量０１で定義され、３０％として図示しているが、この重複は、直径Ｄの約３０％〜５０％又はそれ以上に変化させることができる。第２の重複は、隣接する列における隣接するレーザショックピーニング円形状スポット１５８間に位置し、一般的に隣接する列中心線１６２間の第２のオフセット量０２で定義され、３０％として図示しているが、この重複は、用途と、全て直線状に整列した隣接する列における隣接する円形状スポット１５８のレーザ中心ＸＣの強さ又はフルエンス度に応じて、直径Ｄの約３０％〜５０％に変化させることができる。ただ１つの特定のパターンを具体的に説明しているが、例えば単に実例として米国特許第５５９１００９号、特表平１１−５０８８２６号及び特表平１１−５０９７８２号に開示されているパターンのような任意の他のパターンが、本発明の技術的範囲内に含まれることを理解されたく、これらの特許は、その内容全体が参考文献として本明細書に組み入れられる。さらに、表面及び全体としてのブレードを修正しようとする任意のレーザショックピーニングのパターンも、本発明の技術的範囲内に含まれる。

次に図４に移ると、この図は、ショットピーニングの例示的な実施形態を示す。ショットピーニングを実行するために、前縁２２、後縁２４、表面２８及び長手方向軸線３０を有する翼形ブレード２０を保持具３２内に取付ける。ショットは、全体的に表面２８を打つが、該表面２８は任意選択的に最初にショット流に曝されるように示されている。ショットは、必要な表面処理に応じて、重力又は力により供給することができる。いずれの場合でも、ショット３４は、通常、全てのショット３４が同一の流線３６に沿ってかつ同一の速度で運動するようにブレード２０に対して導入される。これに代えて、ショット３４は、必要に応じてブレード２０の異なる部分に異なる速度で導入されてもよい。ピーニング時、ショットは、翼形部の表面２８全体を打つようにするか又はショット流パターンを制御する手段によって翼形部の選択区域を打つようにすることができる。保持具３２は、矢印ｍで示すように両方向に回転するように制御することができ、従ってショット３４が翼形ブレード２０の表面２８の反対側表面に到達できるように、ブレード２０をその長手方向軸線３０の周りで同時に回転させることができる。

レーザ成形の例示的な実施形態を図５に示す。翼形ブレード５０又は他の適切な部品は、レーザビーム源５４から放射されるレーザビーム５２によって走査される。レーザビーム５２は例示的な矢印５６で示すように移動するのが好ましい。移動は、ビーム５２自体の移動によって生じさせるか又は例示的な矢印５８で示すようにビーム源５４の移動によって生じさせることができる。いずれの場合でも、ブレード５０内に永久変形を与えるように、電源入力、走査速度、走査パターン、冷却速度などを調整しながら、ブレード５０の表面をレーザビーム５２によって走査する。

ここで説明することにするが、翼形ブレードへのこれらの表面処理による平衡形状が、有限要素法を用いてコンピュータシミュレーションによって計算され、目標形状にするのに必要な表面処理を出力するアルゴリズムが構成される。

図６は、翼形ブレード認定システム１００を示し、該翼形ブレード認定システム１００は、部品の実際の形状寸法を取得するための測定ステーション１１０と、部品１０の測定した形状寸法を標準と比較しかつ必要な表面処理を作成するためのデータ処理システム１２０と、測定ステーション１１０及びデータ処理システム１２０によって部品を再チェックする前に部品に対する必要な表面処理を指令するためのダイレス再加工処理ステーション２００とを含む。測定ステーション１１０と再加工処理ステーション２００とは分離して示されているが、これらのステーションは、図７に示すように結合させて、認定する翼形部又は部品は１つのステーションに留まるので、部品を再加工及び再測定する必要がある度毎に該部品の取外し及び交換及び取外しを必要とするのを排除することができる。

部品が製造されると、部品は測定ステーション１１０に渡され、そこで各部品の十分な測定値が取られて部品の３次元モデルを作成することが可能になる。このモデルは、部品の完全なモデルとしてもよいし、或いは部品の特定の表面のモデルとしてもよい。いずれの場合でも、測定値は、各部品について同一である固定基準フレームに対して取られるべきである。このことを達成するために、システム１００の測定ステーション１１０は、測定値を取込む時に固定基準フレームに対して特定の配向に部品を保持するように構成された高精度固定具１１２を含むことができる。

取得した測定値の数が多ければ多いほど、部品又は部品表面のモデルの精度が高くなることは、当業者には明らかであろう。従って、本発明は、部品をモデル化するのに用いる光学式測定システムを使用するのが好ましい。適切な測定システムは、米国特許第６５２２９９３号に説明されており、この特許は参考文献として本明細書に組み入れられる。他の適切なシステムは、特表平０５−５０９３９４号及び特開平１０−３１１７１１号に説明されている。いかなる場合でも、部品の全ての外観を測定しかつその測定値を以下に説明するように伝送することができるデジタル測定システムが使用される。図６に示すように、測定ステーション１１０は、部品の１つ又はそれ以上の表面を走査するのに使用できるデジタルイメージング装置１１４を含むことができる。デジタルイメージング装置１１４は、表面の一連の２次元画像をほぼ同時に捕捉でき、この一連の２次元画像は次ぎにデータ処理装置１２０に送信されて、該データ処理装置１２０において処理されて表面の３次元マップを作成することができる。光学式システムの利点は、数千の測定ポイントに基づいて表面マップを数秒足らずで作成可能なことである。光学式システムはまた、部品と物理的な接触をせずに測定値を取込めるという利点をもたらす。本発明に使用可能な例示的なデジタルイメージング／光学式メテオロロジー（ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ）システムは、ｃｏｇｎｉＴｅｎｓ ３Ｄ ＶｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ Ｌｔｄ．のＯｐｔｉｇｏ（商標）１００システムである。しかしながら、翼形部認定システムに必要とする適切な測定能力と情報伝送能力を達成する別のイメージングシステムを使用することは、本発明の技術的範囲内にある。

３次元マップをそれから作成できる表面測定値を取得するために他の測定システム方法を使用する場合もまた、本発明の技術的範囲内にある。これらには、レーザ式ポイント決定法と、座標測定機（ＣＭＭ）を使用する自動機械式測定法及び単純な手動測定法を含むことができる。しかしながら、これらのいずれの方法によっても光学式メテオロロジーの使用によって得られるスピードと相対精度を得ることはできない。さらに、人為的ミスの持ち込みを排除するためには、データ処理システム１２０に直接入力する方法が好ましい。

検査システム１００のデータ処理システム１２０は、３次元マッピングモジュール１２２と、偏差決定モジュール１２４と、所要処理決定モジュール１２６と、処理制御モジュール１２８とを含むことができる。さらに、必要に応じて、データ処理システム１２０は、偏差マップモジュールと、偏差を印書で、又はユーザが目視可能なスクリーン上に、又は直接部品１０上にマッピングするためのグラフィカル・ユーザ・インタフェースをさらに含むことができる。データ処理システム１２０の種々のモジュールは、単一のデータ処理装置に統合することができ、或いはネットワークを介して相互接続された複数のデータ処理装置に組み込むことができることを理解されたい。

データ処理システム１２０の３次元マッピングモジュール１２２は、測定ステーション１１０から測定データを受信し、該測定データを部品又は表面の３次元マップに変換する。測定データが２次元デジタル画像含む場合、マッピングモジュール１２２は、一連のアルゴリズムを使用して２次元画像を部品又は表面の３次元デジタル表現に変換する。この表現は、数千の個々の測定データポイントに基づくマップと等価である。測定データが例えば機械式測定又は手動測定で得られるような比較的少数のポイントを含む場合には、３次元表現は測定ポイントだけを含むものとなる。これに代えて、マッピングモジュール１２２は、補間アルゴリズムを使用して部品又は表面の完全な数学的表現を構成するようにしてもよい。

マッピングモジュール１２２の出力は、固定基準フレームに対する部品又は表面の３次元マップである。マップは、特定のポイント又は数学モデル又はモデル群の作表を含むことができる。

３次元マッピングモジュール１２２は、部品を測定するのに使用する光学式メテオロロジーシステムの一体部分とすることができることを理解されたい。

偏差決定モジュール１２４は、マッピングモジュール１２２から部品の３次元マップを受信し、該３次元マップを用いて標準部品表現からの偏差を計算する。標準部品表現は、一般的には所望の理想的な部品又は表面からのゼロ外形寸法偏差をもつ部品又は表面の３次元マップである。この３次元マップのフォーマットは、マッピングモジュール１２２によって部品測定値から作成された３次元マップのフォーマットと対応するように構成されている。このことは、２つのマップの直接的比較により測定部品が標準からの偏差をもつ区域を決定することを可能にする。

標準部品マップは、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイル又はマスタ部品の形状寸法測定値に基づいて作成することができる。マスタ部品の測定は、検査システム１００の測定ステーション１１０を使用して行うことができる。他の方法もまた、使用することができる。その根拠には関係なく、標準部品マップは、測定部品マップと同様に同一の固定基準フレームに対して作成されるべきである。

偏差決定モジュール１２４は、標準部品マップを使用して、測定した部品又は表面上の関心のある各ポイントについての予想位置を計算することができる。ポイントの偏差は、予め定められた軸線に平行な直線に沿って測定ポイント位置と予測ポイント位置との間の差異を計算することによってそのような各ポイントについて計算できる。予想ポイント位置は、直線を２つの半直線に分割する。正の偏差は測定ポイントが１つの半直線上にあることを示し、一方、負の偏差は測定ポイントが他の半直線上にあることを示す。ゼロ編差は、ポイントの測定位置がポイントの予想位置と一致していることを示す。

偏差決定モジュールは、測定部品マップ及び標準部品マップに基づいて、ポイント偏差を決定する他の方法を使用することもできる。ポイント偏差は、全ての測定ポイントについて、測定ポイントの部分集合について、又は数学モデルを使用して補間したポイントについて決定することができる。

偏差決定モジュール１２４の出力は、ポイント座標及びその偏差値の配列とすることができる。これに代えて、出力は、偏差値対ポイント座標の数学的表現とすることができる。いずれの実施形態においても、出力は、所要処理決定モジュール１２６に提供されて、該所要処理決定モジュール１２６が、再加工ステーション２００内で使用されている再加工技術に基づいて必要な処理手順を決定するものであることが好ましい。必ずしも必要ではないが、データ処理システム１２０は、偏差決定モジュールの出力を使用して部品又は表面の偏差のグラフィック表示を作成する偏差マップモジュールをさらに含むことができる。このグラフィック表示は、偏差を個別の領域又は帯域として表した状態の３次元部品又は表面の描画とすることができる。これらの偏差領域は、典型的には各領域が固有の色又は陰影パターンを有する状態で、色又は陰影に基づいて区別されることになる。

各偏差領域は、所定の範囲内にあるポイント偏差をもつ測定ポイントを含む部品又は表面の区域を表す。偏差マップモジュールは、これらの範囲内に入る区域の周りの境界を確定するようにプログラムされることができる。例えば、偏差範囲は、境界０．０を示す最初の間隔で始まる、０．１ミル間隔に基づいて定めることができる。そのような場合では、＋０．１５ミルに等しいか又はそれ以上であるが０．２５ミル未満である偏差をもつ全てのポイントは、同一の偏差範囲に入ることになる。偏差マップモジュールは、これらのポイントを含む表面区域の周りに境界を確定し、適切な色又は陰影を割り当てることができる。

得られたグラフィック表示は、ＧＵＩ（グラフィカル・ユーザ・インタフェース）を用いて、オペレータが見ることができる。これに代えて又は付加的に、グラフィック表示をプリンタに送信してハードコピーを提供することができる。グラフィック表示上の各偏差領域を、同一の色で表すことができ、標準部品マップから同一範囲内での偏差をもつポイントを表すことができる。

従って、グラフィック表示は、それを使用して所定の公差レベル外にある描画表面の区域を決定できる付加的ビジュアルツールを提供することができる。例えば、許容可能な公差レベルが＋０．０５ミルである場合、−０．０５ミル〜＋０．０５ミルの偏差を表す色で示されたすべての区域が表面の許容公差内の部分を表すことになる。＋側又は−側のいずれかのその他のすべての偏差領域は許容公差外の部分に入ることになる。レーザ成形、レーザショックピーニング及びショットピーニングのような方法を使用して、後で説明するが、部品の形状に影響を与えることができる。

表面の偏差領域に加えて、システム１００はまた、これについては後述するが、何らかのねじれ欠陥又は反り欠陥があるかどうかを決定することもでき、ねじれ欠陥及び／又は反り欠陥に対する適切な処理を所要処理決定モジュール１２６によって決定することになり、この適切な処理は表面処理だけに限定されるものではない。システム１００は、ショットピーニング、レーザショックピーニング又はレーザ成形のような機械的又は熱的表面処理を使用することによって部品を再加工できることも理解されたい。すなわち、システム１００内には表面処理が包含されているが、システム１００はさらに、ねじれ及び反りのようなブレードの偏差も修正することができる。ブレード偏差が決定されると、システム１００は、データ処理システム１２０によって、偏差を修正するためにブレード又は部品に対して如何なる種類の処理を行うべきかを決定することができる。さらに、部品又はブレードは、１つの区域内を処理されて、他の区域内の偏差を修正されることができる。

別の実施形態では、システム１００は偏差マップモジュールを備える必要はなく、その代わりに、所要処理決定モジュール１２６が、偏差決定モジュール１２４からの出力を直接受信して必要な処理をリアルタイムで予測するようにすることができる。所要処理決定モジュール１２６は、許容可能な公差レベルを備えるように予めプログラミングされて、部品１０の偏差領域を再加工するか否かの決定が所要処理決定モジュール１２６によって自動的に行われ、従って結果を分析する高度に熟練した労力を削減するようにすることができる。所要処理決定モジュール１２６は次に、再加工処理ステーション２００内で使用する特定のダイレス技術に関する情報を事前にロードされている処理制御モジュール１２８に対して出力することになる。処理制御モジュール１２８は、所要処理決定モジュール１２６の出力を入力として受信し、再加工システム２３４に対する出力を作成し、この出力によって、目標形状を得るために部品１０に対して必要な処理を行うように再加工システム２３４に指令する。

後述するが、測定ステーション１１０と結合させることができる再加工処理ステーション２００は、固定具２３２を含み、この固定具２３２により、表面測定値を取込むために初期段階で部品１０を位置決めした固定基準フレームに対応する固定基準フレームに対して所定の位置及び配向に部品１０を保持することを保証することができる。測定固定具１１２と固定具２３２とは同一であり、図７に示すように、部品１０を検査プロセス及び再加工プロセスの間に移動させる必要がなくなるようにするのが好ましい。

再加工システム２３４は、図１〜図５に関して説明したように、レーザ成形、レーザショックピーニング及びショットピーニングのようなダイレス技術を備えることができる。いずれの場合でも、再加工システム２３４は、部品１０の偏差領域２３８上に加工用レーザ又はショット２３６を指向させることになる。これに代えて、偏差領域２３８を修正するために偏差領域２３８とは異なる区域に加工用レーザ又はショット２３６を指向させるように再加工システム２３４に指令することによって、偏差領域２３８を修正することができる。部品１０はマーキングされているように図示されているが、所要処理決定モジュール１２６が、偏差領域を再加工することにするか否かについての決定を行い、さらに処理制御モジュール１２８に必要な処理を行うように指令するので、部品１０上に処理を行うことになる場所の視覚的マーキングをオペレータに与える必要はない。

次に図７に移ると、この図は、部品１０を測定するためのデジタルイメージング装置１１４と部品１０を修正するための再加工システム２３４との両方を組み込んだ測定及び再加工ステーション４００を示している。従って、部品１０は、固定具１１２から移動させる必要はない。装置１１４及びシステム２３４は、データ処理システム１２０によって制御されてステーション４００内で軌道上などを移動可能になっており、必要に応じて最適な測定及び処理を行うことができる。部品固定具１１２は、処理システムに対して容易に接近できるように回転テーブル上に支持することができる。ショットピーニングの場合では、ロボットアームを用いてショット流を指向させるのが好ましい。

一般的に、ダイレス法、レーザ成形法、レーザショックピーニング法及び／又はショットピーニング法の１つを用いたブレード認定は、以下のように進められることになる。すなわち、ブレードをそのダブテールによって固定具内に保持し、翼形部外形寸法を測定し、この測定した外形寸法を次にマスターモデルと比較して偏差を計算する。次に、これもまたマスターモデル情報を用いたコンピュータシミュレーションにより、必要な表面処理のリアルタイムの予測を行い、ショットノズル又はレーザビーム制御装置に指令する。結果を直ぐに検査して、対話式処理を使用して品質を維持し、微細構造及び形状寸法のばらつきに対する感受性を低下させる。

次に図８に移ると、この図は、システム１００を利用するブレード認定プロセスのための方法３００を示す。方法３００は、ステップ３１０で始まる。ステップ３２０において、測定システム１１０を使用して、部品１０の表面を測定する。これは、部品を高精度固定具１１２内に取付けて、デジタルイメージング装置１１４又は他の測定システムを使用して測定値を取得することにより達成できる。マッピングモジュール１２２を使用して、測定値を表面の３次元マップに変換することができる。次に、測定値情報、３次元表面マップ又はそれら両方を、偏差決定モジュール１２４に送信することができる。ステップ３３０において、偏差決定モジュール１２４は、予想ポイント位置の組を求める。これらの予想ポイント位置は、表面測定ポイント、表面補間ポイントの組又は測定ポイントと補間ポイントとの組合せのうちの一部又は全てについて求めることができる。ステップ３４０において、偏差決定モジュール１２４は、予想ポイント位置を求めるのに使用したポイントについてポイント偏差値を計算する。これらの値は、予め定められた軸線に平行な直線に沿った測定ポイント位置と予想ポイント位置との間の差異を表す。ステップ３６０において、ポイント偏差を使用して、所定の範囲内に入る偏差をもつポイントを含む表面領域を決定する。

任意選択的なステップ３７０及び３８０は、方法３００内に必ずしも含まれる必要がないので、点線のフローラインで示している。任意選択的ステップ３７０において、表面のグラフィック表示を準備することができる。このグラフィック表示は、偏差領域を色バンド、陰影又は他のグラフィック手段を用いて図示した状態の表面トポロジーを示す。グラフィック表示は、データ処理システム１２０のグラフィック・ユーザ・インタフェースを使用してオペレータに表示することができる。オペレータは、グラフィック表示を視ることによって部品を視覚的に検査できる。任意選択的ステップ３８０において、グラフィック表示のコピーを部品の表面に対して直接貼付けることができる。これは、部品を固定具１３２に取付けて、マーキングシステムを使用して部品をグラフィック表示でマーキングすることによって達成される。任意選択的ステップ３７０及び３８０の両方の後に、方法３００はステップ３９２に引続き進むことになる。

任意選択的ステップ３７０及び３８０が方法３００内で使用されない場合は、フローはステップ３６０から直接ステップ３９２に進むことになる。ステップ３９２において、所要処理決定モジュール１２６は、偏差領域がプログラムされた許容範囲内にあるか否かを決定することになる。答えがイエスである場合には、プログラムは終了し、部品１０に対して処理は全く行われないことになる。答えがノーである場合には、方法３００のフローはステップ３９４に進むことになる。ステップ３９４において、所要処理決定モジュール１２６は、修正がやはり望ましいか否かを判定することになる。すなわち、部品１０は、再加工することが望ましくないまた部品を廃棄することになるほど、許容可能領域をはるかに越えている場合がある。他の例では、部品は、ピーニング法又はレーザ成形法を使用して修正することができない負（−）の公差範囲をはるかに越えた偏差領域を有す場合がある。他の例では、部品１０は、許容可能な修正範囲を越えていると判定されるような反り欠陥又はねじれ欠陥を有す場合がある。従って、部品１０の修正が望ましくない場合には、フローは部品の測定及び再加工が終了するステップ３９０に進むことになる。部品１０の修正が依然として望ましい場合には、方法３００のフローはステップ３９６に引続き進むことになる。処理制御モジュール１２８は、再加工システム２３４を使用して部品１０上に施す必要がある処理全てを指令することになる。部品１０が所要の仕様に再加工された後に、方法３００のフローは、部品１０を再測定して偏差領域が再計算されるステップ３２０に引続き進む。部品が許容範囲内にあれば、この方法は、前述の如くステップ３９０で終了する。

次に図９に移ると、この図は、例示的なゆがみ４０２及び反り４０４の欠陥を有する翼形ブレード４００の実例を示す。ゆがみ欠陥は、ブレードのねじれ（ブレード４００の根元４１０から先端４１２まで）が許容範囲外である場合に起こる。垂直軸線４０６上での処理はゆがみ欠陥を修正することができる。反り欠陥は、ブレードの平面が許容範囲を外れて湾曲した場合に起こる。水平軸線４０８上での処理は、反り欠陥を修正することができる。図９に示すように、ブレードの偏差は、典型的にはねじれ及び／又は反りの主モードを示す。ねじり偏差は垂直軸線上の処理によって制御できるのに対して、反り偏差は水平軸線上に重点を置いた処理を必要とする。反りモード及びゆがみモードは例として示したものであり、他のモード及び修正戦略も本システム及び方法の技術的範囲内にあることを理解されたい。この観点において、本システムの注目すべき利点は、領域Ａ（偏差をもつと決定されたブレード４００内の任意の領域）で観察された偏差は、別個の領域Ｂ（所要表面処理決定モジュール１２６によって決定された）に処理を施すことによって効果的に修正できることである。この関係は熟練者にとっても容易に分かるものではなく、従って、処理は、ニューラルネット法により駆動される場合には演繹的解析又は学習期間のいずれかによって設計されなければならない。今一度言うが、このことはデータ処理システム１２０によって達成される。

自動測定法とダイレス成形法との組合せにより、高速かつ自動であって高度熟練労力の必要性を最小にしたブレード認定を可能にし、従って航空機産業に好都合な利点をもたらすことになる。

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、本発明の要素に対して種々の変更を加えることができ、また均等物を本発明の要素と置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。また、特許請求の範囲に記載した参照符号は、本発明の技術的範囲を狭めるためではなくそれを容易に理解するためのものである。さらに、第１の、第２の等の用語の使用は、いかなる順序又は重要性を示すものではなく、むしろ、第１の、第２の等の用語は１つの要素を他の要素と区別するために使用している。

レーザショックピーニングした部分を有する翼形ブレードの平面図。 図１の翼形ブレードの断面図。 例示的なレーザショックピーニングした表面パターンを示す図。 ショットピーニング処理を行っている翼形ブレードを示す図。 翼形ブレードへの例示的なレーザ成形処理を示す図。 翼形ブレード認定システムの実施形態を示す図。 翼形ブレード認定システムの別の実施形態を示す図。 図６及び図７の翼形ブレード認定システムによって利用される方法のフローチャート。 ゆがみ及び反りを示す翼形ブレードの斜視図。

符号の説明

１０ 翼形ブレード
１００ 翼形ブレード認定システム
１１０ 測定ステーション
１１２、２３２ 固定具
１１４ 光学式デジタルイメージング装置
１２０ データ処理システム
２００ 再加工処理ステーション
２３４ 再加工システム
２３６ 加工用レーザ又はショット
２３８ 偏差領域

Claims (7)

1. 翼形ブレード（１０）を認定する方法（３００）であって、
   （ａ）翼形ブレード（１０）を固定具（１１２）内に固定する段階と、
   （ｂ）前記翼形ブレード（１０）のデジタル測定値を取込む段階と、
   （ｃ）前記翼形ブレード（１０）のデジタル測定値を目標モデルの測定値と比較する段階と、
   （ｄ）前記翼形ブレード（１０）のデジタル測定値と前記目標モデルの測定値との間の偏差を計算する段階と、
   （ｅ）前記翼形ブレード（１０）を前記目標モデルの測定値に合致させるために必要な処理を決定する段階と、
   （ｆ）前記翼形ブレード（１０）に対して前記必要な処理を施すことを再加工システム（２３４）に指令する段階と、
   （ｇ）段階（ｅ）がさらなる処理を全く必要としないと判定するまで、段階（ｂ）から段階（ｆ）までを繰り返す段階と、
   を含む方法（３００）。
2. 再加工システム（２３４）に指令する段階が、レーザショックピーニング機に指令する段階を含む、請求項１記載の方法（３００）。
3. 再加工システム（２３４）に指令する段階が、ショットピーニング機に指令する段階を含む、請求項１記載の方法（３００）。
4. 再加工システム（２３４）に指令する段階が、レーザ成形機に指令する段階を含む、請求項１記載の方法（３００）。
5. デジタル測定値を取込む段階が、光学式デジタルイメージング装置（１１４）を使用する段階を含む、請求項１記載の方法（３００）。
6. 段階（ｅ）がさらなる処理を全く必要としないと判定するまで、前記翼形ブレード（１０）が前記固定具から取外されない、請求項１記載の方法（３００）。
7. 必要な処理を決定する段階の中に、許容可能な公差レベル内にあるかを因子として判定する段階をさらに含む、請求項１記載の方法（３００）。

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