JP2007016778A - 製造作業または工程の実行を調整するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】３次元外部構造特性を有する構成要素を製造するための製造システムおよび製造方法を提供する。
【解決手段】システム１００の一実施形態は、（ａ）３次元外部構造特性を有する構成要素１０１を加工するための複数の製造作業と、（ｂ）構成要素データセットを生成するために、１つまたは複数の製造作業の実行後、構成要素の少なくとも１つの特性を分析する少なくとも１つの分析装置と、（ｃ）生成された構成要素データセットを保存し、累積構成要素データの少なくとも関連部分を提供する少なくとも１つのデータ記憶装置と、（ｄ）累積構成要素データの少なくとも関連部分を１つまたは複数の製造作業に送信し、その実行が累積構成要素データの送信された部分に応じて調整されることを可能にする少なくとも１つの通信機構とを含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、概括的には、３次元外部構造特性を有する構成要素を製造する際の製造作業または工程の実行を、累積構成要素データを使用することによって調整するための製造システムおよび製造方法に関する。

ガスタービン（例えば、ジェット）エンジンでは、空気は、エンジンの前部に取り込まれ、軸上取付け圧縮機によって圧縮され、燃料と混合される。混合物は燃焼され、高温の排気ガスが、同じシャフトに取り付けられたタービンを通り抜ける。燃焼ガスの流れは、タービンブレードおよびベーンのエーロフォイル部への衝突によってタービンを回転させ、それがシャフトを回転させ、圧縮機に動力を供給する。

圧縮機、タービン、ベーン、ブリスクなどで使用されるタービンブレードは、エーロフォイルを含む。これらのタービンエーロフォイルは一般に、３次元の外部および内部構造特性を含む相対的に複雑な構造および形状を有し、それがこの複雑性に寄与している。例えば、典型的な曲がりおよび捻りを有するタービンエーロフォイルの外部形状に加えて、多くのタービンエーロフォイルは、エーロフォイルの内部から熱を除去し、場合によっては、エーロフォイルの外面により冷たい空気の境界層を提供するために、冷却空気を排出するための開口または孔をエーロフォイルの外面にもつ、１つまたは複数の内部冷却通路を有する。最大の冷却効率を達成するため、これらの内部冷却通路はしばしば、エーロフォイルに必要な機械的特性を維持する妨げにならない限りエーロフォイルの外面近くに、例えば、場合によっては、約０．０２０インチ（５０８ミクロン）ほどの近さに配置される。非ブリスク構造の場合、タービンブレードは一般に、ダブテイルが形成された、エーロフォイルから延びる付根部をさらに含み、その結果、タービンブレードは、圧縮機、タービン、ベーンなどのハブ、ディスク、シャフトなどの外縁に沿って配置された対応するスロットによって取り外し可能に受け入れられることができる。

ガスタービンエンジンに存在する各圧縮機、タービン、ベーンなどのハブ、ディスク、シャフトなどでは、一般に多くのタービンブレードが必要とされる。このことが、そのような複雑な３次元の外部および内部構造特性を有する複数の、特に多数のそのような構成要素の安定的に再現可能な製造を達成することをきわめて困難にすることがあり得る。タービンブレードなどの複雑な構成要素の現在の製造は一般に、おおよそのエーロフォイル形状または構造、エーロフォイル内部の内部冷却通路など、全部ではないが一部の外部および内部構造特性を有する鋳造金属形状から開始することを含む。その後、この鋳造形状は、例えば、ダブテイルを形成し、内部冷却通路に接続する開口または孔をタービンブレード表面に形成し、ブレード外面および／または内面に保護被覆を施すなどというように順番に実行される、（例えば、切断、孔開け、切削加工、溶接、被覆加工など）いくつかの異なる製造作業または工程において加工される。そのような製造作業／工程の結果が、先に確定されたブレード仕様または要件の組に上手くいけば類似し、十分に近い完成または最終タービンブレードとなる。

タービンブレードなどの完成または最終構成要素を得るための現在の製造システムは一般に、様々なレベルの数値制御を有する。例えば、一定の製造作業または工程で使用される工具経路は、その構成要素のために先に確定または決定されたマスタモデルから電子的に生成されることができる。これは、開始時点で元の鋳造形状が先に確定された仕様または要件に合致するか、または近いならば、また鋳造形状が製造システムによって加工されるときに、各製造作業または工程が先に確定された仕様または要件に従って実行されるならば、上手くいけば、（例えば、ダブテイルを形成するために鋳造形状を研削し、内部冷却通路に接続するためにエーロフォイル外面に開口または孔を開け、エーロフォイル外面および／または内面に保護被覆を施すなどの）各製造作業または製造工程が、所望の結果を達成することを保証する。言い換えると、加工されるタービンブレードは、製造システムにおける各製造作業または工程の前後で、製品仕様または要件に由来するいくつかの目標条件に、またはより一般的には目標条件の組に合致するか、またはそれを満たすことが仮定されている。残念ながら、実際には、「完全」または「理想」は一般に、標準的な製造システム／方法では、特にタービンブレードなどの大量生産される構成要素の場合には実現しない。

それどころか、製造システム／方法の各製造作業または工程の前後では、先に決定された所望の製品仕様または要件からの少なくともある程度の偏差またはばらつきが、加工されるブレードに生じる可能性が高い。これらの偏差またはばらつきは、タービンブレードの、特にエーロフォイルの複雑な外部および／または内部構造特性のために生じる。これらの偏差またはばらつきは、製造システム／方法に与えられるタービンブレードの初期鋳造形状にも存在し得る。これらの偏差またはばらつきは、後の各製造作業または工程へと波及していく傾向にあり、その結果、加工されるブレードが製造システム／方法を先に進むほど、加工されるブレードに累積していく。加工されるブレードにおけるどのような偏差またはばらつきも、後の各作業または工程の実行に悪影響を与えることができるが、結果の加工されたタービンブレードが、最終タービンブレード用に先に決定された製品仕様または要件から著しく逸脱する原因となるのは、通常は、加工されるブレードが製造システム／方法を先に進むときにできるそのような偏差またはばらつきの蓄積または累積である。実際、結果の加工されたタービンブレードは、使用し得ないためにスクラップまたは廃棄されるほど大きくこれらの製品仕様または要件から逸脱することがあり得る。

製造システム／方法の様々な作業または工程で、その特定の作業または工程用に先に確定された仕様または要件に加工される構成要素が合致するかどうかを決定するために、タービンブレードなどの加工される構成要素は一般に、検査され、測定され、試験され、精査され、またはその他の方法で分析される。これらの検査またはその他の分析は、マイクロメータ、カリパスなどの手動装置の使用を含む（人間の）視覚的検査から、Ｘ線、気流、加圧、超音波、渦電流検査などのより精巧な分析機器および方法にまでわたることができる。そのような分析は、電子的に制御されることもでき、製造システム／方法の一定の製造作業または工程での加工される構成要素に関する正確なデータの生成を可能にすることができる。残念ながら、このデータは現在、一定の検査または分析に関連する製造システムにおける全体的傾向を評価するためだけに、また許容可能な定められた限界から外れた長期傾向を正すべく製造システム／方法に変更を施すためだけに使用されている。
米国特許第５６０９７７９号 米国特許第６３３９２０８号 米国特許第６３３２９２６号 米国特許第６６１６９６９号

したがって、例えば、内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービン構成要素などの３次元外部構造特性および３次元内部構造特性を有する構成要素を製造するための、（１）開始時点の構成要素形状の特性および／もしくは各製造作業／工程が実行される方法に偏差またはばらつきが存在するとしても、構成要素が製造システム／方法によって加工されるときに１つもしくは複数の製造作業／工程の実行を調整し、（２）先に決定された製品仕様もしくは要件を達成もしくはほぼ達成する結果の完成もしくは最終構成要素を取得し、ならびに／または（３）様々な製造作業もしくは工程を実行する支援として、蓄積および累積された分析データ（もしくはその関連部分）を使用する能力を有する、製造システムおよび方法を提供することが望ましい。

本発明の一実施形態は、概括的には、
（ａ）３次元外部構造特性を有する構成要素を提供するステップと、
（ｂ）少なくとも２つの異なる構成要素データセットを含む累積構成要素データの少なくとも関連部分を提供するステップと、
（ｃ）加工された構成要素を提供するために前記構成要素に対して製造工程を実行するステップであって、累積構成要素データの前記少なくとも関連部分が、前記製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップとを含む製造方法に関する。

本発明の別の実施形態は、概括的には、
（ａ）３次元外部構造特性を有する構成要素を加工するための複数の製造作業と、（ｂ）構成要素データセットを生成するために、１つまたは複数の製造作業の実行後、前記構成要素の少なくとも１つの特性を分析する少なくとも１つの分析装置と、（ｃ）前記生成された構成要素データセットを保存し、累積構成要素データの少なくとも関連部分を提供する少なくとも１つのデータ記憶装置と、（ｄ）累積構成要素データの前記少なくとも関連部分を１つまたは複数の製造作業に送信し、その実行が累積構成要素データの前記送信された部分に応じて調整されることを可能にする少なくとも１つの通信機構とを含む製造システムに関する。

本発明の別の実施形態は、概括的には、（ａ）３次元外部構造特性を有する加工された構成要素を得るために構成要素形状を提供するステップと、（ｂ）構成要素形状データセットの少なくとも関連部分を提供するステップと、（ｃ）加工された構成要素を提供するために前記構成要素形状に対して第１の製造工程を実行するステップであって、前記構成要素形状データセットの前記少なくとも関連部分が、前記第１の製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップと、（ｄ）加工済構成要素データセットを提供するために、前記加工された構成要素を分析するステップと、（ｅ）累積構成要素データを提供するために、前記構成要素形状データセットを前記加工済構成要素データセットと組み合わせるステップと、（ｆ）前記加工された構成要素に対して第２の製造工程を実行するステップであって、前記累積構成要素データの少なくとも関連部分が、前記第２の製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップと、（ｇ）最終製造構成要素が得られるまで、ステップ（ｄ）から（ｆ）を１回または複数回繰り返すステップとを含む製造方法に関する。

本発明のシステムおよび方法の実施形態は、３次元外部構造特性を有し、一般にはさらに３次元内部構造特性も有する、内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービン構成要素などの構成要素を製造する際に、数々の利点および便宜を提供する。例えば、本発明のシステムおよび方法の実施形態は、開始時点の構成要素形状の特性および／または各製造作業／工程が実行される方法に偏差またはばらつきが存在するとしても、構成要素が製造システム／方法によって加工されるときに１つまたは複数の製造作業／工程の実行を調整する能力を提供する。さらに、本発明のシステムおよび方法の実施形態は、先に決定された製品仕様または要件を達成またはほぼ達成する結果の完成もしくは最終構成要素を取得する能力を提供する。特に、本発明のシステムおよび方法の実施形態は、構成要素を加工する際に実行される１つまたは複数の製造作業または工程の実行を調整する際に、蓄積および累積された分析データ（またはその関連部分）を使用する。

本明細書で使用される「構成要素」という用語は、最終製造構成要素を提供するために、本発明のシステムまたは方法の一実施形態で加工される、品目、物品、要素、部品、仕掛品などを全体として指示する。

本明細書で使用される「３次元外部構造特性を有する構成要素」という用語は、３次元外部構造特性（例えば、凸外面、凹外面などの３次元外部形状、構造など）を有する任意の構成要素を指示する。３次元外部構造特性を有する構成要素はさらに、３次元内部構造特性（例えば、１つまたは複数の内部冷却通路などの３次元内部構造）を含むことができる。３次元外部および内部構造特性を有する構成要素はしばしば、これらの外部および内部構造特性の形状、構造、位置づけ、向きなどに関して複雑である。３次元外部構造特性および３次元内部構造特性を有する構成要素は、建物およびその様々な構成部品（例えば、桁、樋、トラスなど）、機器、機械工具、他の様々な機械的および／または電気的原動機またはその部品（例えば、バルブなど）、様々なタイプの乗物、例えば、自動車、および自動車エンジン、自動車フレームなどのその様々な構成部品、船舶、および船体、上部構造などのその様々な構成部品、航空機、および翼、機体、エンジンなどのその様々な構成部品を含むが、これらに限定されない。製造時に本発明のシステムおよび方法の実施形態が特に有用な構成要素は、（以下で「タービン構成要素」と呼ばれる）ガスタービンエンジン構成要素である。３次元外部および内部構造特性を有するタービン構成要素の代表例は、（例えば、タービンブレード、タービンベーン、タービンブリスクなど）エーロフォイルを含むタービン構成要素、タービンシュラウド、タービンノズル、燃焼器、ガスタービンエンジンのオーグメンタ機構、排気ノズルなどを含むが、これらに限定されない。

本明細書で使用される「加工された構成要素」という用語は、１つまたは複数の製造作業または製造工程下に置かれた構成要素を指示する。

本明細書で使用される「構成要素形状」という用語は、鋳造または鍛造形状、鋳造または鍛造未完成品などを含むが、これらに限定されない、構成要素が１つまたは複数の製造作業または製造工程下に置かれる時点または段階の前の構成要素を指示する。

本明細書で使用される「特性」という用語は、構成要素の検査、試験、測定、精査、もしくはその他の形式の分析によって決定され得る、構成要素の品質、形状、構造、デザイン、サイズ、長さ、幅、厚み、高さ、組成、性質、構成、特徴、属性、配置、順序、向きなどを指示する。

本明細書で使用される「構造特性」という用語は、構成要素または構成要素の部分の２次元、より一般には３次元の形状、構造などに関係する上記の特性を指示する。

本明細書で使用される「外部構造特性」という用語は、タービンブレードのエーロフォイルの曲がりまたは捻り形状または構造（例えば、凸および凹外面など）、タービンブレードのダブテイルの形状または構造など、一般に人の目で見える構成要素（またはその部分）の外側または外部的構造特性を指示する。

本明細書で使用される「内部構造特性」という用語は、タービンブレードのエーロフォイルの内部冷却通路の形状または構造、これらの内部冷却通路およびこれらの通路を区分けする内壁の向きまたは位置づけなど、必ずではないが一般に部分的または全体的に人の目で見えない構成要素（またはその部分）の内側または内部的構造特性を指示する。

本明細書で使用される「データ」という用語は、構成要素を検査し、測定し、試験し、精査し、またはその他の方法で分析した結果として、構成要素の１つまたは複数の特性に関して生成、取得、蓄積、提供、供給などされる任意の情報を指示する。

本明細書で使用される「データセット」という用語は、特定の製造作業または製造工程の実行時、実行とほぼ同じ時間、および／または実行後に、構成要素の１つまたは複数の特性に関して生成、取得、蓄積、提供、供給などされる全データを指示する。

本明細書で使用される「異なるデータセット」という用語は、異なる時点で、および／または異なる製造作業または製造工程後の構成要素の検査、測定、試験、精査、もしくはその他の分析から、構成要素の１つまたは複数の特性に関して生成、取得、蓄積、提供、供給などされるデータセットを指示する。

本明細書で使用される「累積構成要素データ」という用語は、２以上のデータセットまたはそのようなデータセットの部分を組み合わせた構成要素データを指示する。

本明細書で使用される「製造作業」という用語は、本発明の製造システムの一実施形態において、機械、工具、機器、器械、器具、装置、仕掛け、機構などによって実行される動作、機能などを指示する。機械、工具、機器、器械、器具、装置、仕掛け、機構などによって実行され得る製造作業は、１つまたは複数の機械加工（例えば、機械的加工、電解加工（ＥＣＭ）、電気的／電極放電加工（ＥＤＭ）など）、孔開け（例えば、機械的孔開け、レーザ孔開けなど）、中ぐり、切削加工（例えば、機械的切削加工、化学的切削加工など）、研削、孔ぐり、切断、仕上げ、２次加工、組み立て、成形、鍛造、鋳造、溶接、被覆加工（例えば、保護被覆の適用など）、試験、評価などを含むが、これらに限定されない。製造作業は、化学的、機械的、電気的に、またはそれらを任意に組み合わせて実行されることができる。

本明細書で使用される「製造工程」という用語は、本発明の製造システムの一実施形態において実行される任意の手続き、処理、実施などを指示する。製造工程は、１つまたは複数の機械加工（例えば、機械的加工、電解加工（ＥＣＭ）、電気的／電極放電加工（ＥＤＭ）など）、孔開け（例えば、機械的孔開け、レーザ孔開けなど）、中ぐり、切削加工（例えば、機械的切削加工、化学的切削加工など）、研削、孔ぐり、切断、仕上げ、２次加工、組み立て、成形、鍛造、鋳造、溶接、被覆加工（例えば、保護被覆の適用など）、試験、評価などを含むが、これらに限定されない。製造工程は、化学的、機械的、電気的に、またはそれらを任意に組み合わせて実行されることができる。

本明細書で使用される「製造システム」という用語は、１つまたは複数の製造作業を含む本発明のシステムの一実施形態を指示する。

本明細書で使用される「製造方法」という用語は、１つまたは複数の製造工程を含む本発明の方法の一実施形態を指示する。

本明細書で使用される「製造場所」という用語は、１つまたは複数の製造作業が実行される製造システム内の一定の地点、場所、位置などを指示する。

本明細書で使用される「調整する」という用語は、一定または特定の製造作業または製造工程が実行される方法を変更、改変、規制、修正、補正、補償などすることを指示する。

本明細書で使用される「送信」、「送信すること」、「送信する」などの用語は、データまたはデータセットを提供し、供給し、入力し、またはその他の方法で送信する任意のタイプの方法などを指示する。本明細書におけるデータ／データセットの送信は一般に、電子的に実行され、有線電子方法、無線電子方法、またはそれらの組み合わせの使用を含む。電子送信は、ローカルまたはワイドエリアネットワーク（ＬＡＮまたはＷＡＮ）ベース、インターネットベース、もしくはウェブベースの送信方法、ケーブルテレビ、もしくは無線電気通信ネットワーク、またはその他の任意の適切なローカルもしくはリモート送信方法を使用することなどによって、様々なローカルまたはリモート電子送信方法によって実行されることができる。

本明細書で使用される「コンピュータ」という用語は、パーソナルコンピュータ（ポータブルまたはデスクトップ）、サーバ、メインフレームコンピュータなどを指示することができる。

本明細書で使用される「含む」という用語は、様々な作業、工程、データ、データセット、場所などが、本発明で共同して利用され得ることを意味する。したがって、「含む」という用語は、より限定的な「から基本的に成る」および「から成る」という用語を包含する。

本発明の製造システムおよび製造方法の実施形態は、１つまたは複数の、典型的には各々の製造作業／工程において、構成要素形状および／または加工された構成要素を検査し、測定し、試験し、またはその他の方法で分析することから得られるデータ（または少なくともその関連部分）は、製造システム／方法の全体にわたって、１つまたは複数の、典型的には各々の後続製造作業／工程にまとめて順次転送されるべきであるという発見に基づいている。例えば、一定の製造作業／工程「Ｎ」の後で、加工された構成要素に関して生成された分析データが、次の製造作業／工程（「Ｎ＋１」）に入力され、転送され、またはその他の方法で送信された場合、製造作業／工程「Ｎ」によって引き起こされた偏差またはばらつきを調整し、補償するために、製造作業／工程「Ｎ＋１」の実行は、様々なパラメータ（例えば、速さ、送り速度、深さ、工具経路、工具向きなど）に関して、変更され、改変され、規制され、修正され、補正され、またはその他の方法で調整されることができる（製造作業／工程「Ｎ」についてのこの分析データは、製造システム／方法の開始時点での構成要素形状、例えば、初期鋳造ブレード形状に関して取得された分析データも含むことができる）。同様に、製造作業／工程「Ｎ」および「Ｎ＋１」からの蓄積または累積構成要素データ（または少なくともその関連部分）は、その後、製造作業／工程「Ｎ」および「Ｎ＋１」で発生した偏差またはばらつきを原因とする、製造作業／工程「Ｎ＋２」の実行の調整を行うため、次の製造作業／工程（すなわち、「Ｎ＋２」）に入力され、転送され、またはその他の方法で送信されることができる。累積構成要素データ（または少なくともその関連部分）のこの入力／転送／送信は、より前の製造作業／工程「Ｎ」、「Ｎ＋１」、「Ｎ＋２」などによって引き起こされた偏差またはばらつきを補償し、またはその他の方法で調整するために、最終製造構成要素が得られるまで、（例えば、製造作業／工程「Ｎ＋３」、「Ｎ＋４」などに対して）繰り返され、または続行されることができる。

残念なことに、構成要素形状／加工された構成要素に関するこの分析データはこれまでも、コンピュータ処理機構（例えば、中央メインフレームコンピュータまたはサーバシステム）に送信され、またはさもなければアーカイブされていたが、この累積構成要素データはこれまでは、より前の製造作業／工程で発生した偏差またはばらつきを補償し、またはその他の方法で調整するために、１つまたは複数の、特に各々の後続製造作業または製造工程で使用されていなかった。特に、製造システムの開始時点、および１つまたは複数の、特に各々の製造作業または工程後における構成要素形状／加工された構成要素の各分析から生成および蓄積されるこの累積構成要素データはこれまでは、先行する各製造作業／工程の前後で発生した偏差またはばらつきを補償し、またはその他の方法で調整するために、適切な改変、変更などが後続製造作業または工程で施されることができるように、１つまたは複数の、特に各々の後続製造作業または工程に転送、入力、またはその他の方法で送信（すなわち、「正方向送り」）されていなかった。代わりに、この累積構成要素データは一般に、行われた分析に関連する製造作業／工程における全体的傾向を評価するためだけに、また許容可能な定められた限界から外れた長期傾向を正すべく製造システム／方法に変更を施すためだけに使用されていた。その結果、製造システム／方法で発生し、累積する偏差またはばらつきのせいで、構成要素用に先に確定された仕様または要件に対する一貫性および再現精度が失われたことが原因で、得られた最終製造構成要素が拒否され、廃棄される可能性が高まっている。これは特に、１つまたは複数の内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービンブレードなど、３次元の（例えば、複雑な）外部および内部構造特性を有する構成要素の製造で当てはまる。

本発明の製造システムおよび方法の実施形態は、１つまたは複数の、典型的には各々の先行製造作業／工程後の構成要素の分析から生成され、蓄積された累積構成要素データ（または少なくともその関連部分）を利用して、１つまたは複数の、典型的には各々の後続製造作業／工程が実行または実施される方法を調整することによって、これらの問題を解決する。この累積構成要素データは、１つまたは複数の、典型的には各々のこれらの後続製造作業／工程が、製造システム／方法の開始時点で与えられる構成要素形状における偏差またはばらつきに起因するものを含む、それ以前に発生した偏差またはばらつきを適切に補償し、またはその他の方法で調整できるように、「リアルタイム」に「正方向送り」される（例えば、コンピュータ化された電子ネットワークによって送信される）ことができる。例えば、これらの変更、改変などは、一定の製造作業／工程を実行する方法における特定のパラメータ（例えば、速さ、送り速度、工具経路または向きなど）の修正を含むことができる。加えて、この累積構成要素データ（またはその関連部分）は、製造システム／方法の全体にわたって加工された構成要素のそのような偏差またはばらつきを一貫して継続的に補償し、またはその他の方法で調整するため、各後続製造作業／工程に順次正方向送りされ、入力され、またはその他の方法で送信されることができる。これにより、形状、機能、形態、構造などに関する先に確定された仕様または要件からの偏差またはばらつきが認知または検出不可能なほど十分に最小化されるように一貫して再現される、内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービンブレードなどの、複数の、特に多数の最終製造構成要素の生産が可能になる。一貫して再現されるこれらの最終製造構成要素を有することによって、これらの構成要素は、複数または多数のそのような構成要素を必要とする組み立て品（例えば、ガスタービンエンジンの圧縮機、ベーンなど）を、先に確定された製品仕様または要件から非常に大きく逸脱した、または異なる構成要素の大量スクラップまたは廃棄を引き起こし得る構成要素間のばらつきを心配せずに製造する際に使用されることができる。

構成要素１つずつの製造におけるこれらの低減されたばらつきは、（１）例えば、構成要素のばらつきおよび適合を補償する必要をなくすなど、低減された組み立てコスト、（２）例えば、製造システム／方法がより厳しい許容範囲内で実行することが分かっているなど、低減された試験コスト、（３）改善された「最悪ケース」実行エンベロープ（“ｗｏｒｓｔ ｃａｓｅ” ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｅｎｖｅｌｏｐｅ）を有することからの製造システム／方法の増強された実行、（４）より効率的な方法で動作する「最悪ケース」構成要素組み立てに基づいた拡張された実行範囲、および（５）制御され、電子的に文書化された製造偏差またはばらつきに基づいた新しい構成要素の設計能力に基づいた増強された構成要素の提供を含むが、これらに限定されない、多くの便宜および利点を提供する。

本発明の製造方法の一実施形態は、概括的には、（ａ）３次元外部構造特性を有する構成要素を提供するステップと、（ｂ）少なくとも２つの異なる構成要素データセットを含む累積構成要素データの少なくとも関連部分を提供するステップと、（ｃ）加工された構成要素を提供するために前記構成要素に対して製造工程を実行するステップであって、累積構成要素データの前記少なくとも関連部分が、前記製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップとを含む。ステップ（ａ）は一般に、例えば、１つまたは複数の内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービンブレードまたはベーンなど、３次元外部構造特性に加えて、３次元内部構造特性も有する構成要素を提供することを含む。ステップ（ｂ）は一般に、どの製造工程の実行にも先立って取得される構成要素データセットと、少なくとも１つの製造工程の実行後に取得される１つまたは複数の構成要素データセットとを含む累積構成要素データの関連部分を提供することを含む。ステップ（ａ）から（ｃ）は一般に、２回以上実行され、すなわち、ステップ（ａ）から（ｃ）は、ステップ（ｃ）の後、１回または複数回繰り返され、より一般には、ステップ（ａ）から（ｃ）は、最終製造構成要素が得られるまで、ステップ（ｃ）の後毎に繰り返される。

本発明の製造システムの一実施形態は、概括的には、（ａ）３次元外部構造特性を有する（また一般には３次元内部構造特性をさらに含む）構成要素を加工するための複数の製造作業（例えば、研削、孔開けなど）と、（ｂ）構成要素データセットを生成するために、１つまたは複数の製造作業の実行後、前記構成要素の少なくとも１つの特性を分析する少なくとも１つの分析装置（例えば、測定子など）と、（ｃ）前記生成された構成要素データセットを保存し、累積構成要素データの少なくとも関連部分を提供する少なくとも１つのデータ記憶装置と、（ｄ）累積構成要素データの前記少なくとも関連部分を１つまたは複数の製造作業に送信し、その実行が累積構成要素データの前記送信された部分に応じて調整されることを可能にする通信機構とを含む。複数の製造作業は、同じ製造場所、複数の製造場所、またはそれらの組み合わせにおいて順次実行されることができる。少なくとも１つの分析装置は一般に、各製造作業の実行後に構成要素を分析し、構成要素の複数の特性を分析する。少なくとも１つのデータ記憶装置は一般に、中央コンピュータ処理機構（例えば、中央メインフレームコンピュータまたはサーバ）を含む。累積構成要素データの少なくとも関連部分を送信する通信機構は一般に、各中央コンピュータ処理機構、少なくとも１つの分析装置、および１つまたは複数の製造作業（一般には各製造作業）に接続されるコンピュータ化された電子ネットワークを含む。

本発明の製造システムの別の実施形態は、概括的には、（ａ）３次元外部構造特性を有する（また一般には３次元内部構造特性をさらに含む）加工された構成要素を得るために構成要素形状を提供するステップと、（ｂ）構成要素形状データセットの少なくとも関連部分を提供するステップと、（ｃ）加工された構成要素を提供するために前記構成要素形状に対して第１の製造工程を実行するステップであって、前記構成要素形状データセットの前記少なくとも関連部分が、前記第１の製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップと、（ｄ）加工済構成要素データセットを提供するために、前記加工された構成要素を分析するステップと、（ｅ）累積構成要素データを提供するために、前記構成要素形状データセットを前記加工済構成要素データセットと組み合わせるステップと、（ｆ）前記加工された構成要素に対して第２の製造工程を実行するステップであって、前記累積構成要素データの少なくとも関連部分が、前記第２の製造工程が実行される方法を調整するために使用されるステップと、（ｇ）最終製造構成要素が得られるまで、ステップ（ｄ）から（ｆ）を、ステップ（ｆ）の後、１回または複数回繰り返す（一般には、ステップ（ｄ）から（ｆ）を、ステップ（ｆ）の後毎に繰り返す）ステップとを含む。この製造方法（およびこの方法を実行するための対応する製造システム）の具体的な一実施形態は、最終製造タービン構成要素を得るための以下の詳細な説明によってさらに説明される。本発明の接続方法およびシステムのこの具体的な実施形態は、適切な修正によって、３次元外部構造特性を有する（また一般には３次元内部構造特性をさらに含む）その他の構成要素を製造するためにも使用されることができ、その他の製造作業／工程を含むことができ、任意の所望のシーケンスまたは順序で実行される製造作業／工程を有することができることも理解されたい。

最終的に製造されるタービン構成要素を得るための製造方法（および対応するシステム）のこの具体的な実施形態が、以下で説明される図面を参照してさらに説明される。図面を参照すると、図１は、全体的に１０として識別されるタービンブレードの形態をとるエーロフォイルを含む最終的に製造されるガスタービンエンジン構成要素を示している（タービンベーンは、関連部分に関してタービンブレード１０と同様の外見を有する）。ブレード１０は、ガスタービンエンジンの作動中に高温燃焼ガスが導かれ、その結果、その表面が高温環境下に置かれるエーロフォイル１２を含む。エーロフォイル１２は、１４として指示される凹面形状をした「高圧面」と、１６として指示される凸面形状をした、「低圧面」または「後面」として知られることもある吸引面とを有する。ガスタービンエンジンの作動中、高温燃焼ガスは、高圧面１４に導かれる。ブレード１０は、ブレード１０の基台２０から延びるダブテイル１８を用いてタービンディスク（図示されず）に固定され、ディスクの外縁沿いのスロットによって受け入れられる。

図１に示されるように、凸面形状の低圧吸引面１６に形成された２２として指示される複数の開口または孔が存在し、一般には凹面形状の高圧面１４にも同様の複数の開口または孔２２が形成される。これらの開口または孔２２は、エーロフォイル１２の全体的に２４として指示される内部を通って、ダブテイル１８に隣接する２６として指示される付根部から、ダブテイル１８から離れた３０として指示される反対側の先端部まで延びる１つまたは複数の内部冷却通路と接続するように、面１６および１４に形成され、反対側の先端部も、エーロフォイル１２の内部２４と接続する開口または孔２２を有することができる。エーロフォイル１２の内部２４は、そのような１つの内部冷却通路を備えることができる（すなわち、エーロフォイル１２の内部２４は、基本的に中空である）が、図１および特に図２は、前方内壁４６および後方内壁５０によってそれぞれ隔てられた、５４、５８、６２として指示される内面をそれぞれ有する前縁通路３４、中央通路３８、および後縁通路４２として指示される複数のそのような通路を有するエーロフォイル１２の内部２４を示している。エーロフォイル１２は一般に、面１４および１６の外面、ならびに内面５４、５８、６２に施されるアルミナイド拡散被覆などの保護被覆（図示されず）も備える。

一般に、ブレード１０は、エーロフォイル１２の内部２４に形成された内部冷却通路（例えば、通路３４、３８、４２）を有するが、面１４および１６に形成された複数の開口または孔２２をもたず、基台２０から延びる未完成付根部を有するが、そこに形成されるダブテイル形状１８をもたない（鋳造ブレード形状またはタービンブレード未完成品とも呼ばれる）鋳造エーロフォイル形状として提供される。ブレード１０の鋳造エーロフォイル形状は一般に、面１４および１６の外面、ならびに内面５４、５８、６２への保護被覆も施さずに提供される。

最終的に製造されるブレード１０を得るために、開口または孔２２と、ダブテイル１８と、面１４および１６の外面、ならびに内面５４、５８、６２への保護被覆とを提供する方法およびシステムの具体的な一実施形態が、方法／システムが全体的に１００として指示される図３に示されるフローチャートによって説明される。図３に示されるように、実線矢印（１０４、１０９、１１５、１１９）は、製造システム／方法１００の様々な順次製造作業／工程を表し、点線矢印（１０２、１０６、１０７、１１１、１１２、１１３、１１７、１２１、１２２、１２３）は、様々な製造作業／工程の前および／または後で構成要素（例えば、ブレード１０）を検査し、測定し、試験し、精査し、またはその他の方法で分析することによって得られるデータの生成、蓄積、供給、入力、送信などを表す。システム／方法１００の各製造作業／工程は、同じ製造場所で順次実行されることができ（例えば、鋳造形状は、製造場所から製造場所に移動せず、同じ製造場所で２以上の製造作業／工程に順次委ねられる）、異なる製造場所で順次実行されることができ（例えば、鋳造形状は、加工されるとき、製造場所から製造場所に移動される）、またはその組み合わせとすることができる（例えば、２以上の製造作業／工程が１つまたは複数の製造場所で実行され、単一の製造作業／工程が１つまたは複数の他の製造場所で実行される）。

図３に示されるように、１０１として指示される方法／システムの初期工程は、（以下では「鋳造形状」と呼ばれる）鋳造エーロフォイル形状を提供する。点線矢印１０２によって示されるように、鋳造形状は、その特性（例えば、面１４および１６の外部形状、構造、向き、サイズ、厚みなど、内壁４６および５０の位置、厚み、向きなどを含む、内部通路３４、３８、４２の位置、形状、構造など、鋳造形状を形成するのに使用される金属または合金の組成など）を決定して、全体的に１０３として指示される形状データを生成し、取得し、またはその他の方法で提供するために、システム／方法１００に与えられる前および／または後に検査され、測定され、試験され、精査され、またはその他の方法で分析される。図３に示されるように、工程１０１からの鋳造形状は、実線矢印１０４によって指示されるように、（以下で「被研削構成要素」と呼ばれる）鋳造形状にダブテイル形状１８を形成するための全体的に１０５として指示される第１の製造作業／工程へと、システム／方法１００内で順次移動され、転送され、先送りされ、またはその他の方法で提示される。作業／工程１０５は、例えば、エーロフォイル１２から延びる鋳造形状の未完成付根部を研削することによって実行されることができる。研削作業／工程１０５に先立ち、またはその最中に、形状データ１０３は、点線矢印１０６によって指示されるように、研削作業／工程１０５に提供され、供給され、入力され、またはその他の方法で送信され、その結果、研削作業／工程の実行は、先に決定された仕様または要件内でダブテイル１８を形成するように必要に応じて適切に調整されることができる。

研削作業／工程１０５でダブテイル１８を形成した後、被研削構成要素は、点線矢印１０７によって示されるように、被研削形状の特性（例えば、ダブテイルの形状および構造など）を決定して、１０８として指示される（以下で「研削データ」と呼ばれる）データを生成し、取得し、またはその他の方法で提供するために、検査され、測定され、試験され、精査され、またはその他の方法で分析される。その後、被研削構成要素は、実線矢印１０９によって指示されるように、全体的に１１０として指示される第２の製造作業／工程へと順次移動され、転送され、先送りされ、またはその他の方法で提示される。システム／方法１００のこの実施形態では、作業／工程１１０は、孔開け作業／工程（例えば、レーザ孔開けなど）を含む。この孔開け作業／工程１１０は、内部通路３４、３８、４２に接続するように、面１４および１６（および先端部３０）に複数の開口または孔２２を形成する。レーザ孔開けを使用して孔開け作業／工程１１０を実行し、１つまたは複数の内部冷却通路を有するエーロフォイルを含むタービンブレードに開口または孔２２を形成する例示的な方法および技法については、例えば、本発明の譲受人に譲渡された１９９７年３月１１日発行の米国特許第５６０９７７９号（Ｃｒｏｗ他）、および２００２年１月１５日発行の米国特許第６３３９２０８号（Ｒｏｃｋｓｔｒｏｈ他）を参照されたい（これらの特許の関連する開示は参照により本明細書に組み込まれる）。

点線矢印１１１によって指示されるように、研削データ１０８は、孔開け作業／工程１１０に提供され、供給され、入力され、またはその他の方法で送信され、その結果、孔開け作業／工程の実行は、開口または孔２２を開ける際に必要に応じて適切に調整されることができる。面１４および１６は一般に、鋳造形状どうし、正確に同じ構造、形状、向き、厚みなどを有していないため、また特に内部通路３４、３８、４２は、関連する壁と同様に、位置、形状、向き、厚みなどに関して変化し得るので、形状データ１０３（またはその関連部分）も一般に、（点線矢印１１１によって指示される経路を介して）研削データ１０８の一部として、または点線矢印１１２によって指示されるように別個に、孔開け作業／工程１１０に提供され、供給され、入力され、またはその他の方法で送信され、その結果、開口または孔２２の孔開けは、形状データ１０３を考慮して必要に応じて適切に調整されることができる。例えば、形状データ１０３は、孔開け作業／工程１１０などにおいて、各開口または孔２２のレーザ孔開けが、（例えば、内壁４６および／または５０を突き通すことを回避するために）適切な位置および適切な向きなどで実行されることを保証するため、レーザで孔開けされる開口または孔２２が「貫通」を達成した時（すなわち、開口／孔２２のレーザ孔開けが終了され得るように、開口または孔２２がエーロフォイル１２の内部２４に到達した時）を決定するのに使用されることができる。一般に、形状データ１０３および研削データ１０８は、共通または中央ロケーションまたはデータベースに（例えば、中央コンピュータ処理機構に）保存される累積構成要素データとして蓄積され、組み合わされることができ、その関連部分と共に、孔開け作業／工程１１０に供給され、入力され、またはその他の方法で送信される。

孔開け作業／工程１１０において被研削構成要素に開口または孔２２を開けた後、結果の被孔開け構成要素は、点線矢印１１３によって示されるように、被孔開け構成要素の特性（例えば、孔開けされた各開口または孔２２などの形状、構造、幅、長さ、向きなど）を決定して、１１４として指示される（以下で「孔開けデータ」と呼ばれる）データを取得し、またはその他の方法で提供するために、検査され、測定され、試験され、精査され、またはその他の方法で分析される。実線矢印１１５によって指示されるように、被孔開け構成要素は、全体的に１１６として指示される第３の製造作業／工程へと順次移動され、転送され、先送りされ、またはその他の方法で提示される。システム／方法１００のこの実施形態では、作業／工程１１６は、被孔開け構成要素の加工中の気流を評価することを含む。点線矢印１１７によって指示されるように、加工中の気流は、全体的に１１８によって指示される気流データを取得し、またはその他の方法で提供するために分析される。

図３に示されるように、加工中気流評価作業／工程１１６の後、被孔開け構成要素は、実線矢印１１９によって示されるように、全体的に１２０として指示される第４の製造作業／工程へと順次移動され、転送され、先送りされ、またはその他の方法で提示される。システム／方法１００のこの実施形態では、作業／工程１２０は、面１４および１６の外面、ならびに内面５４、５８、６２に、例えば、保護アルミナイド拡散被覆などの被覆を施すことを含む。タービンブレードの外面および内面に対して被覆工程／作業１２０を実行する例示的な方法および技法については、例えば、本発明の譲受人に譲渡された２００１年１２月２５日発行の米国特許第６３３２９２６号（Ｐｆａｅｎｄｔｎｅｒ他）、および２００３年９月９日発行の米国特許第６６１６９６９号（Ｐｆａｅｎｄｔｎｅｒ他）を参照されたい（これらの特許の関連する開示は参照により本明細書に組み込まれる）。やはり図３に示されるように、（点線矢印１２１によって示される）孔開けデータ１１４、および（点線矢印１２２によって示される）気流データ１１８は、被覆工程／作業１２０に提供され、供給され、入力され、またはその他の方法で送信され、その結果、被覆作業／工程の実行は、必要に応じて適切に調整されることができる。加えて、点線矢印１２３によって示されるように、組み合わされた形状データ１０３および研削データ１０８（またはそれらの関連部分）を含む累積構成要素データも、被覆工程／作業１２０に提供され、供給され、入力され、またはその他の方法で送信され、その結果、被覆作業／工程の実行は、この累積構成要素データに基づいて、必要に応じて適切に調整されることができる。やはり、この形状データ１０３および研削データ１０８は、孔開けデータ１１４および気流データ１１８と一緒に、共通または中央ロケーションまたはデータベースに（例えば、中央コンピュータ処理機構に）保存される累積構成要素データとして蓄積され、組み合わされることができ、その関連部分と共に、被覆作業／工程１２０に供給され、入力され、またはその他の方法で送信される
図３はシステム／方法１００の例示的な実施形態を示しているが、製造作業／工程１０１、１０５、１１０、１１６、および／または１２０（ならびにデータ１０３、１０８、１１４、および／または１１８を生成、取得、提供、送信などするのに使用される関連する検査、測定、試験、またはその他の分析）の順序／シーケンスは、必要に応じて、削除、変更、改変、修正などされることができ、付加的な製造作業／工程（例えば、先端部３０の溶接、エーロフォイル１２のさらなる成形など）も、そこで使用される累積構成要素データとしてその他のデータと一緒に蓄積され、組み合わされることができるデータを生成、取得、提供、送信などするのに使用される関連する検査、測定、試験、またはその他の分析と一緒に、システム／方法１００に含まれることができることを理解されたい。先に述べられたように、図３のシステム／方法１００は、その他の最終製造構成要素を提供するために、そのままで、または修正されて使用されることもできる。

本発明の具体的な実施形態が説明されたが、添付の特許請求の範囲で確定される本発明の主旨および範囲から逸脱することなく、それに対して様々な修正が施され得ることは、当業者には明らかであろう。

タービンブレードの内部構造を示すために一部が切り欠かれたタービンブレードの斜視図である。 図１のタービンブレードの線２−２に沿った拡大断面図である。 図１に示されたタイプのタービンブレードを製造するための本発明のシステム／方法の一実施形態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ タービンブレード
１２ エーロフォイル
１４ エーロフォイル１２の高圧面
１６ エーロフォイル１２の低圧面
１８ ダブテイル
２０ 基台
２２ 開口または孔
２４ エーロフォイル１２の内部
２６ エーロフォイル１２の付根部
３０ エーロフォイル１２の先端部
３４ 前縁通路
３８ 中央通路
４２ 後縁通路
４６ 前方内壁
５０ 後方内壁
５４ 前縁通路３４の内面
５８ 中央通路３８の内面
６２ 後縁通路４２の内面
１００ 図３の方法／システム
１０１ 鋳造エーロフォイル形状を提供
１０２ 鋳造形状１０１の分析
１０３ 形状データ
１０４ 鋳造形状１０１から研削作業／工程１０５への流れ
１０５ 研削作業／工程
１０６ 形状データ１０３を研削作業／工程１０５に送信
１０７ 被研削構成要素の分析
１０８ 研削データ
１０９ 研削作業／工程１０５から穴開け作業／工程１１０への流れ
１１０ 穴開け作業／工程
１１１ 研削データ１０８を穴開け作業／工程１１０に送信
１１２ 形状データ１０３を穴開け作業／工程１１０に送信
１１３ 被穴開け構成要素の分析
１１４ 穴開けデータ
１１５ 穴開け作業／工程１１０から加工中気流評価１１６への流れ
１１６ 加工中気流評価
１１７ 加工中気流評価１１６の分析
１１８ 加工中気流データ
１１９ 加工中気流評価１１６から被覆作業／工程１２０への流れ
１２０ 被覆作業／工程
１２１ 穴開けデータ１１４を被覆作業／工程１２０に送信
１２２ 気流データ１１８を被覆作業／工程１２０に送信
１２３ 形状データ１０３と研削データ１０８に基づく累積構成要素データの送信

Claims (10)

1. （ａ）３次元外部構造特性（１４、１６）を有する構成要素（１０、１０１）を提供するステップと、
   （ｂ）少なくとも２つの異なる構成要素データセット（１０３、１０８、１１４、１１８）を含む累積構成要素データ（１０３、１０８、１１４、１１８）の少なくとも関連部分を提供する（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）ステップと、
   （ｃ）加工された構成要素（１０）を提供するために前記構成要素（１０、１０１）に対して製造工程（１０５、１１０、１１６、１２０）を実行するステップと、を含み、該製造工程を実行するステップ（ｃ）では、累積構成要素データ（１０３、１０８、１１４、１１８）の前記少なくとも関連部分（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）を使用して、前記製造工程（１０５、１１０、１１６、１２０）を実行する方法を調整する、製造方法（１００）。
2. 前記構成要素（１０、１０１）が、３次元内部構造特性（３４、３８、４２、４６、５０）をさらに含む、請求項１記載の方法（１００）。
3. 前記構成要素が、１つまたは複数の内部冷却通路（３４、３８、４２）を有するエーロフォイル（１２）を含むタービン構成要素（１０、１０１）である、請求項１乃至２のいずれか記載の方法（１００）。
4. ステップ（ｂ）が、どの製造工程（１０５、１１０、１１６、１２０）の実行にも先立って取得される構成要素データセット（１０３）と、少なくとも１つの製造工程（１０５、１１０、１１６、１２０）の実行後に取得される１つまたは複数の構成要素データセット（１０８、１１４、１１８）とを含む累積構成要素データ（１０３、１０８、１１４、１１８）の関連部分を提供する（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）ことによって実行される、請求項１乃至３のいずれか記載の方法（１００）。
5. ステップ（ｃ）（１０５、１１０、１１６、１２０）の後、ステップ（ａ）から（ｃ）（１０１〜１２０）が１回または複数回繰り返される、請求項１乃至４のいずれか記載の方法（１００）。
6. （ａ）３次元外部構造特性（１４、１６）を有する構成要素（１０１、１０）を加工するための複数の製造作業（１０５、１１０、１１６、１２０）を行う製造システムであって、
   （ｂ）１つまたは複数の製造作業の実行後、前記構成要素の少なくとも１つの特性を分析して（１０２、１０７、１１３、１１７）構成要素データセットを生成する、少なくとも１つの分析装置と、
   （ｃ）前記生成された構成要素データセット（１０３、１０８、１１４、１１８）を保存し、累積構成要素データ（１０３、１０８、１１４、１１８）の少なくとも関連部分を提供する（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）少なくとも１つのデータ記憶装置と、
   （ｄ）累積構成要素データの前記少なくとも関連部分を１つまたは複数の製造作業（１０５、１１０、１１６、１２０）に送信し（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）、その実行が累積構成要素データ（１０３、１０８、１１４、１１８）の前記送信された部分（１０６、１１１、１１２、１２１、１２２、１２３）に応じて調整されることを可能にする少なくとも１つの通信機構とを含む、製造システム（１００）。
7. 前記複数の製造作業（１０５、１１０、１１６、１２０）は、機械加工、孔開け、中ぐり、切削加工、研削、孔ぐり、切断、仕上げ、２次加工、組み立て、成形、鍛造、鋳造、溶接、被覆加工、または試験のうちの１又は複数を含む、請求項６記載のシステム（１００）。
8. 前記複数の製造作業（１０５、１１０、１１６、１２０）が、同じ製造場所、複数の製造場所、またはそれらの組み合わせにおいて実行される、請求項６乃至７のいずれか記載のシステム（１００）。
9. 前記少なくとも１つの分析装置が、各製造作業（１０５、１１０、１１６、１２０）の実行後に前記構成要素（１０、１０１）の少なくとも１つの特性を分析する、請求項６乃至８のいずれか記載のシステム（１００）。
10. 前記少なくとも１つのデータ記憶装置が、中央コンピュータ処理機構を含む、請求項６乃至９のいずれか記載のシステム（１００）。
    
    

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