JP2007237295A - 穿孔プロセスパラメータをモニターし穿孔動作を制御するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】穿孔プロセスパラメータをモニターし穿孔動作を制御するためのシステム及び方法の提供
【解決手段】システム（２１０、５１０、６１０）は、（ａ）レーザードリルの動作中（１０５）の単なる破過（２６２、３７２、７２８）のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするための複数のセンサ（２２２、２２６、５２２、５２６、５３２、６５４）と、（ｂ）必要に応じて、その動作中（１０５）、レーザードリルを制御するために、前記１つ以上のモニターしたレーザー穿孔プロセス制御パラメータを使用するコントローラ（２４６）と、を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、主に、複数のセンサを用いた、単なる破過のみならず、１つ以上のレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするためのシステム及び方法に関する。更に、本発明は、主に、１つ以上のモニターされたプロセスパラメータを用いてレーザー穿孔動作を制御するシステム及び方法に関する。

ガスタービン（例えば、ジェット）エンジンにおいては、エンジン前方に空気が導入され、シャフト上のコンプレッサによって圧縮され、燃料と混合される。得られた混合物は燃焼され、同一シャフト上に取り付けられたタービンを高温の排ガスが通過する。燃焼ガスの流れにより、タービン動翼及び静翼の翼部位に対する衝突によるタービンの回転が発生し、その結果、シャフトが回転し、コンプレッサに電力が提供される。

コンプレッサ、タービン、静翼、ブリスク等において用いられるタービン動翼は、翼を含む。これらのタービン翼内には、１つ以上の内部冷却通路が有る場合があり、この内部冷却通路には、翼の外部表面（単数又は複数）において開口又は穴が設けられ、冷却空気を出て行かせるための通路となって、翼内部の熱を除去し、場合によっては、翼の外部表面におけるより冷たい空気の境界層を提供する。例えば、同一出願人による米国特許Ｎｏ．５，６０９，７７９号（Ｃｒｏｗら）（発行日：１９９７年３月１１日）及び米国特許Ｎｏ．６，３３９，２０８号（Ｒｏｃｋｓｔｒｏｈら、）（発行日：２００２年１月１５日）を参照されたい。更に、タービン導風板には、内部に冷却穴が設けられる場合がある。このような冷却穴は、導風板ベースの裏から導風板の前方又は先端、主要（高温）ガス流と接触する導風板ベースの底面又は内側面、及び導風板のサイドパネル又はレールへと延びて、これにより、穴内部の対流冷却ならびに衝突及び膜冷却が得られる。例えば、同一出願人による米国特許Ｎｏ．５，１６９，２８７号（Ｐｒｏｃｔｏｒら）（発行日：１９９２年１２月８日）及び米国特許Ｎｏ．６，３５４，７９５号（Ｗｈｉｔｅら）（発行日：２００２年３月１２日）を参照されたい。

これらの冷却穴は、対象部品上の選択ポイント上にレーザーを所定時間にわたって照射して、燃焼により当該部品中に穴を空けることにより、タービン部品、例えば、翼、導風板等の中に形成することができる。その後、レーザーを当該部品上の別の選択ポイント上に所定時間照射して、当該部品中に別の穴を燃焼によって空けてもよい。このプロセスを繰り返して、当該部品中に全ての冷却穴を形成することができる。特定ポイントにレーザー照射を行う時間は、他の部品中に予め形成された穴を評価することにより、決定することができる。上記米国特許Ｎｏ．６，３３９，２０８号の「背景技術」の部分を参照されたい。

レーザー穿孔動作を制御するためのレーザー穿孔プロセスパラメータを検出するための簡単な技術が用いられている。このような簡単な技術の１つでは、破過（breakthrough）検出器を用いて、（破過達成により）ドリル穴が完成する時期を判定する。レーザー穿孔プロセスの間、ドリルされている部品と相互作用する各レーザーパルスからの閃光放射が発生する。光学的及び／又は音響センサ及び技術を用いて、これらの放射閃光を検出して、破過発生時期を判定して、レーザー穿孔を停止できるようになっている。例えば、同一出願人による米国特許第４、９６０、９７０号（Ｓｃｈｎｅｉｔｅｒ）（発行日：１９９０年１０月２日）（音響破過検出）、米国特許第５，０２６，９６４号（Ｓｏｍｅｒｓら）（発行日：１９９１年６月２５日）（光学的破過検出）、米国特許５，０４５，６６９号（Ｏｒｔｉｚ，Ｊｒら）（発行日：１９９１年９月３日）（光学的及び音響破過検出）を参照されたい。また、米国特許第５，２４７，１５５号（Ｓｔｅｅｎら）（発行日：１９９３年９月２１日（プラズマ生成された空間電荷分布をモニターすることによるレーザー焦点位置決めの制御）も参照されたい。

レーザー穿孔の１つの問題点として、レーザー穿孔穴品質の制御がある。レーザー穿孔穴品質の制御は、提供される冷却の有効性に影響が発生し得、そのため、ガスタービンエンジン、エンジンの特定の燃料消費、エンジン排気、部品（単数又は複数）寿命等の性能全体に影響が出る可能性がある。破過検出技術等の極めて簡単な技術を用いることによるレーザー穿孔の制御は、測定が極めて複雑なパラメータとなりがちなレーザー穿孔穴品質の効果的かつ効率的にモニターするためには不十分である場合がある。その上、このような簡単な技術の場合、正測定又は負測定が誤測定になってしまう可能性があり、その結果、レーザー穿孔穴品質の制御が実際に正確に達成できたのか否かを検証するために多大な時間及び工数がかかってしまう場合がある。

よって、以下のようなモニタリングシステム及び方法、即ち、（１）レーザー穿孔プロセスパラメータ、例えば、測定がより複雑なパラメータを伴うレーザー穿孔穴品質を効果的にかつ効率的にモニターする能力を有し、（２）モニターされたレーザー穿孔プロセスパラメータについて所望の品質が達成できたか否かについて誤った正測定又は負測定をより確実に最小化するモニタリングシステム及び方法を提供することが望まれている。
米国特許３，７００，８５０号明細書 米国特許４，３７７，７３６号明細書 米国特許４，５０４，７２７号明細書 米国特許４，６０８，４８０号明細書 米国特許４，９６０，９７０号明細書 米国特許５，０１３，８８６号明細書 米国特許５，０２６，９６４号明細書 米国特許５，０２６，９７９号明細書 米国特許５，０４５，６６９号明細書 米国特許５，０５９，７６１号明細書 米国特許５，１５５，３２８号明細書 米国特許５，１６９，２８７号明細書 米国特許５，１９６，００６号明細書 米国特許５，２４７，１５５号明細書 米国特許５，２８６，９４７号明細書 米国特許５，６０９，７７９号明細書 米国特許５，６２９，４８４号明細書 米国特許５，６９８，１２０号明細書 米国特許５，９６１，８５９号明細書 米国特許６，１４０，６０４号明細書 米国特許６，２０１，２１４号明細書 米国特許６，３２２，５５５号明細書 米国特許６，３３２，９２６号明細書 米国特許６，３３９，２０８号明細書 米国特許６，３５４，７９５号明細書 米国特許６，６１６，９６９号明細書 米国特許６，８１７，９９８号明細書

本発明の実施形態は、主に、以下のようなシステムに関する。このシステムは、レーザードリルの動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするための複数のセンサを含む。

本発明の別の実施形態は、主に、以下のようなシステムに関する。

即ち、このシステムは、レーザードリルの動作中の単なる破過のみならず、１つ以上のレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするための複数のセンサと、前記１つ以上のモニターされたレーザー穿孔プロセス制御パラメータを用いて、その動作中にレーザードリルを制御するコントローラと、を含む。

本発明の別の実施形態は、主に、以下のような方法に関する。即ち、この方法は、（ａ）レーザー穿孔動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターすることが可能な複数のセンシング技術を提供するステップと、（ｂ）前記複数のセンシング技術によって、前記レーザー穿孔動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするステップと、を含む。

本発明の別の実施形態は、主に、以下のような方法に関する。即ち、この方法は、（ａ）複数のセンシング技術によって、レーザー穿孔動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするステップと、（ｂ）前記１つ以上のモニターされたレーザー穿孔プロセスパラメータを用いて、前記レーザー穿孔動作を制御するステップと、を含む。

本明細書で用いられる場合、「工作物」という用語は、本発明のシステム又は方法の実施形態におけるレーザー穿孔の作業対象となり得るアイテム、品物、エレメント、パーツ、機械、機材、構造、部品等を主に示す。工作物の例を挙げると、建物及びその多様な構成要素（例えば、ガーダ、雨どい、トラス等）、工作機械、多様な他の機械的及び／又は電気的デバイス又はその部品（例えば、バルブ等）、多様な種類の車両（例えば、自動車）及びその多様な構成要素（例えば、自動車エンジン、自動車フレーム等）、船舶及びその多様な構成要素（例えば、船体、上部構造等）、飛行機及びその多様な構成要素（例えば、翼、機体、エンジン等）がある（ただし、これらに限定されない）。本発明のシステム及び方法の実施形態において頻繁にレーザー穿孔される工作物としては、ガスタービンエンジン部品（以下「タービン部品」と呼ぶ）がある。レーザー穿孔が可能なタービン部品の代表例を挙げると、翼（例えば、タービン動翼、タービン静翼、タービンブリスク等）、タービン導風板、タービンノズル、燃焼器、ガスタービンエンジンの増強装置ハードウェア、排気ノズル）がある。これらの工作物は、衝撃励起されるとレーザー穿孔誘起振動を伝送をすることが可能な任意の合理的に固形状の材料（例えば、アルミニウム、クロム、ジルコニウム、ニッケル、コバルト、鉄、チタン、イットリウム、マグネシウム、白金族金属（例えば、プラチナ、パラジウム、ロジウム、イリジウム）、ハフニウム、シリコン、タンタル、ランタン等、あるいは、これらの金属のいずれかの合金、プラスチック等）を含んでよい。
これらの工作物は、固定又は静止状態で取り付けてもよいし、あるいは移動可能で取り付けてもよい（例えば、移動、シフト、回転、旋回、転換、ピボット回転、連接、移動等）。

本明細書で用いられる場合、「レーザードリル」という用語は、レーザーを用いた工作物からの材料除去を（例えば、集束レーザーエネルギーを繰り返し周期的に発生させることによって）行って、これにより、アパチャ、開口、オリフィス、穴、キャビティ、ボア等の（不完全な）全体又は一部の形成、切断、穿孔、創成、生成、構築、細工、形状決め、装飾形成、製造創造等を行う作業のためのデバイスを指す。多くのレーザードリルは、前記レーザードリルに対して工作物を平行移動かつ／又は回転させることが可能なコンピュータ制御された多軸工作機械を含むか又はこのような工作機械と関連付けられ得、かつ、直線状段及び回転段の多様な組み合わせ中の例えば３〜６本の軸を持ち得る。穴穿孔に適したレーザーの例を挙げると、パルス状レーザー、Ｑ−スイッチレーザー、連続波レーザー等がある（ただし、これらに限定されない）。例えば、パルス状Ｎｄ：ＹＡＧ、二酸化炭素、又はエキシマレーザー、あるいは、切断（穿孔）又は衝突穿孔穴が可能な他の任意の種類のレーザーを用いてもよい。本明細書中での使用に適した代表的なレーザードリルについては、例えば、同一出願人による米国特許第４，９６０，９７０号（Ｓｃｈｎｅｉｔｅｒ）（発行日：１９９０年１０月２日）、米国特許第５，０２６，９６４号（Ｓｏｍｅｒｓら）（発行日：１９９１年６月２５日）、及び米国特許第５，０４５，６６９号（Ｏｒｔｉｚ，Ｊｒ．ら）（発行日：１９９１年９月３日）中に開示が有る。上記文書中のレーザードリル及びレーザー穿孔に関する開示内容を、本明細書に参照して援用する。

本明細書で用いられる場合、「レーザー穿孔動作」という用語は、レーザードリルを用いて、工作物上に１つ以上の動作を行う作業を指し、例えば、工作物中へのアパチャ、開口オリフィス、穴、キャビティ、ボア等の（不完全な）全体又は一部の形成、創成、切断、穿孔、製造等を指す（ただし、これらに限定されない）。例えば、前記レーザー穿孔動作によって、工作物中の半円形アパチャを切断又は穿孔することによる穴形成、穿孔動作の深さを制御することによる穴の部分又は不完全形成、非対称穴の形成、又は、例えば部品壁中又は部品壁の貫通によって部分形成又は全体形成が可能な非円形（例えば、楕円形状であり）であるが対称の穴形成を行うことができる。

本明細書で用いられる場合、「センサ」という用語は、１つ以上のレーザードリルプロセスパラメータをモニターするために用いることが可能な任意のセンシングデバイスを指す。本明細書中での使用に適したセンサを挙げると、光検出器（例えば、フォトダイオード）、放射検出器、音響検出器（例えば、マイクロホン）、光学的検出器、スペクトル検出器等がある（ただし、これらに限定されない）。これらのセンサは、音、可視光、赤外光及び紫外線、マイクロ波、Ｘ線等のうちの１つ以上を検出することができる。

本明細書で用いられる場合、「複数のセンサ」という用語は、前記レーザー穿孔プロセスパラメータ又は関連するレーザー穿孔プロセスパラメータをモニター（例えば、検出、センシング、特定等）するための２つ以上のセンサの使用を指す。本明細書中、本発明のシステム及び方法の実施形態において複数のセンサを用いて、同一又は異なる情報、データフィードバック等を提供したり、同一又は関連するレーザー穿孔プロセスパラメータを平行モニターすること又は重複モニターすることを提供して、誤った正測定又は負測定の最小化又は回避の目的のため及び同一又は関連するレーザー穿孔プロセスパラメータを確実な高精度又は正確にモニターすること等の保証のために、モニターされたパラメータ（単数又は複数）の精度又は正確性を検証することができる。

本明細書で用いられる場合、「センシング技術」という用語は、１つ以上のレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターする（例えば、検出、センシング、特定等）ために１つ以上のセンサを用いた任意の技術、方法、プロセス等を指す。本明細書中、複数のセンシング技術を用いて、モニターされたパラメータ（単数又は複数）の精度又は正確性）を検証して、誤った正測定又は負測定の最小化又は回避の目的、及び同一又は関連するレーザー穿孔プロセスパラメータの確実な高精度又は正確にモニターするために、同一又は関連するレーザー穿孔プロセスパラメータの平行センシング又は重複センシングを提供することができる。これらのセンシング技術は、レーザー穿孔動作等時又はその直後の工作物の自動化視認検査を含んでもよい。

本明細書で用いられる場合、「感知された特性」という用語は、センサ及び／又はセンシング技術によって検出可能な任意の特性を指す。感知された特性の例を挙げると、エネルギー、光、放射、音等のうちの１つ以上がある（ただし、これらに限定されない）。

本明細書で用いられる場合、「データ」という用語は、センサ及び／又はセンシング技術により生成、入手、収集、集結、累積、提供、計算、判定、供給、支給、形成等された任意の情報を指す。

本明細書で用いられる場合、「破過」という用語は、レーザー穿孔動作がレーザー穿孔動作を完成させた時（例えば、穿孔完了時）を指す。

本明細書で用いられる場合、「レーザー穿孔プロセスパラメータ」という用語は、レーザー穿孔動作の１つ以上の感知された特性を検出するセンサ又はセンシング技術によりモニターすることが可能な任意のレーザー穿孔プロセスパラメータを指す。適切なレーザー穿孔プロセスパラメータを挙げると、以下のうち１つ以上がある（ただし、これらに限定されない）：破過が達成されたか否か、レーザーの焦点位置が正確又は適切であるか否か、効率的に前記レーザー穿孔動作が実施されているか否か（例えば、穴のドリル空けが効率的か否か）、レーザー穿孔穴品質、前記レーザー穿孔動作が非金属材料（例えば、充填材料（例えば、ワックス）に達したか否か、レーザー穿孔動作（相互作用時間）の間に、事前感知されたパルスに対して、感知されたレーザーパルスの持続時間又は振幅において変化が発生したか否かによる、工作物、レーザー穿孔動作等の状態の別の変化の可能性の（例えば間接的に）提示、特定材料の検出に起因してレーザー穿孔条件の変化が発生し得たか否か（例えば、金属材料用のレーザー穿孔条件を非金属材料用のレーザー穿孔条件への変更の必要性又はその逆の必要性を提示）、エネルギーレベルがレーザー穿孔動作中にドリフトしているかあるいは変化しているか否か、レーザー穿孔動作対象部品が部分損傷を受けているか又は既に受けているため、レーザー穿孔動作に変更が必要か否か等。これらの感知されたパラメータは全て、直接的に測定又はモニターして、穿孔プロセスパラメータ（例えば、その品質）を評価してもよいし、あるいは、例えば測定されたパラメータを既定仕様、テンプレート（電子テンプレートを含む）等と比較することによってこれらの穿孔プロセスパラメータを間接的に測定又はモニターして、穿孔特性の差及び穴／穴間の品質の差、工作物／工作物間の品質の差等を評価してもよい。

本明細書で用いられる場合、「単なる破過のみならず、レーザー穿孔プロセスパラメータ」という用語は、破過を含み得る（又は破過を含み得ない）レーザー穿孔プロセスパラメータを指し、このようなレーザー穿孔プロセスパラメータは、少なくとも１つの他のレーザー穿孔プロセスパラメータ（例えば、レーザー穿孔穴品質、レーザー焦点位置）を含まなければならない。

本明細書で用いられる場合、「モニターされたレーザー穿孔プロセスパラメータ」という用語は、適切なセンサ（単数又は複数）及び／又はセンシング技術（単数又は複数）によってモニターされている任意のレーザー穿孔プロセスパラメータを指す。

本明細書で用いられる場合、「焦点」という用語は、レーザービームが集中する点及びビームの工作物表面に対する相対位置を指し、前記工作物表面上、下側又は上側であればよい。

本明細書で用いられる場合、「製造動作」という用語は、製造システムにおいて機械、ツール、機材、装置、器具、電気製品、エンジン、デバイス、機構等によって実施される行為、機能等を指す。機械、ツール、機材、装置、器具、電気製品、エンジン、デバイス、機構等によって実施可能な製造動作を挙げると、以下のうち１つ以上がある（ただし、これらに限定されない）：機械加工（例えば、機械的機械加工、電気化学機械加工（ＥＣＭ）、電気／電極放電機械加工（ＥＤＭ）等）、穿孔（例えば、機械的穿孔、レーザー穿孔等）、ボーリング、ミリング（例えば、機械的ミリング、化学的ミリング等）、研削、リーミング、切断、フィニッシング、二次加工、組立、形状形成、鍛造、鋳造、溶接、コーティング（例えば、保護コーティング等の付加）、試験、評価等。製造動作の実施は、化学的方式、機械的方式、電気的方式又はこれらの任意の組み合わせによって行ってよい。

本明細書で用いられる場合、「製造ステップ」という用語は、製造方法において実施される任意の手順、プロセス、慣習等を指す。製造ステップの例を挙げると、以下のうち１つ以上がある（ただし、これらに限定されない）：機械加工（例えば、機械的機械加工、電気化学機械加工（ＥＣＭ）、電気／電極放電機械加工（ＥＤＭ）等）、穿孔（例えば、機械的穿孔、レーザー穿孔等）、ボーリング、ミリング（例えば、機械的ミリング、化学的ミリング等）、研削、リーミング、切断、フィニッシング、二次加工、組立、形状形成、鍛造、鋳造、溶接、コーティング（例えば、保護コーティングの付加）、試験、評価等。製造ステップの実施は、化学的方式、機械的方式、電気的方式又はこれらの任意の組み合わせによって行ってよい。

本明細書で用いられる場合、「製造システム」という用語は、１つ以上の製造動作を含むシステムを指す。

本明細書で用いられる場合、「製造方法」という用語は、１つ以上の製造ステップを含む方法を指す。

本明細書で用いられる場合、「製造ステーション」という用語は、１つ以上の製造動作を実施する製造システムにおける所与のポイント、場所、位置等を指す。

本明細書で用いられる場合、「伝送」、「伝送している」、「伝送する」等の用語は、伝送の任意の種類、様式のデータ提供、データ供給、データ入力あるいはデータ伝送等を指す。
本明細書中、データ伝送は、電子的に（有線電子的方法の使用を含む）、無線電子方法又はこれらの組み合わせによって実施すればよい。電子伝送は、多様なローカル電子伝送方法又はリモートの電子伝送方法（例えば、ローカルネットワーク又は広域ネットワーク（ＬＡＮ又はＷＡＮ）の使用による）ベースの伝送方法、インターネットベースの伝送方法、又はウェブベースの伝送方法、ケーブルテレビ又は無線テレコミュニケーションネットワーク、又は他の任意の適切なローカル伝送方法又はリモート伝送方法によって実施できる。

本明細書で用いられる場合、「コンピュータ」という用語は、パーソナルコンピュータ（ポータブル又はデスクトップ）、サーバ、メインフレームコンピュータ等を指す。

本明細書で用いられる場合、「〜を含む」という用語は、多様な動作、ステップ、データ、ステーション、部品、パーツ、デバイス、技術、パラメータ等を本発明において共に用いることが可能であることを意味している。従って、「〜を含む」という用語は、より限定的な用語である「〜から実質的になる」及び「〜からなる」を包含する。

本発明のシステムの一実施形態は、主に以下を含む：即ち、（ａ）レーザードリルの動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするための複数のセンサ、及び（ｂ）必要に応じて、前記１つ以上のモニターされたレーザー穿孔プロセス制御パラメータを用いて、その動作中に前記レーザードリルを制御するコントローラを含む。

本発明の方法の一実施形態は、主に以下のステップを含む：即ち、（ａ）レーザー穿孔動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターすることが可能な複数のセンシング技術を提供するステップ、（ｂ）前記複数のセンシング技術によって、前記レーザー穿孔動作中の単なる破過のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするステップ、及び（ｃ）必要に応じて、前記１つ以上のモニターされたレーザー穿孔プロセスパラメータを用いて、前記レーザー穿孔動作を制御するステップを含む。

本発明のシステム及び方法の実施形態は、レーザー穿孔動作中に得られた感知されたデータが、レーザー穿孔の動作の制御において不十分又は不適切に従来用いられ、比較的簡単なレーザー穿孔プロセスパラメータ（例えば、破過）のみをモニターしていたことが多いという発見に基づいている。更に、感知されたデータは、従来、限られた数のセンサ又はセンシング技術（多くの場合１個のセンサ又はセンシング技術）によって事前入手されており、その結果、誤った正測定又は負測定の原因となり得、そのため、当該レーザー穿孔プロセスの制御が達成できたか否かを検証するのが困難あるいは時間がかかるという場合があった。このような不十分な／不適切な感知データの利用及び入手されたデータのセンシングの制約の問題があると、レーザー穿孔プロセスの制御が極めて困難あるいは実施不可能となる場合がある。複雑なレーザー穿孔プロセスパラメータの例として、例えば、レーザー穿孔穴（単数又は複数）品質、レーザーの焦点位置が正確か又は適切であるか否か、レーザー穿孔動作が効率的に実施されているか否か、レーザー穿孔動作が非金属材料（例えば、充填材料（例えば、ワックス）に達したか否か、レーザー穿孔動作（相互作用時間）の間に、事前感知されたパルスに対して、感知されたレーザーパルスの持続時間又は振幅において変化が発生したか否かによる、工作物、レーザー穿孔動作等の状態の別の変化の可能性の（例えば間接的に）提示、特定材料の検出に起因してレーザー穿孔条件の変化が発生し得たか否か（例えば、金属材料用のレーザー穿孔条件を非金属材料用のレーザー穿孔条件への変更の必要性又はその逆の必要性を提示）、エネルギーレベルがレーザー穿孔動作中にドリフトしているかあるいは変化しているか否か、レーザー穿孔動作対象部品が部分損傷を受けているか又は既に受けている可能性があるため、レーザー穿孔動作に変更が必要か否か等がある。

本発明のシステム及び方法の実施形態は、複数のセンサ又はセンシング技術を用いて、（破過だけではなく、例えば複雑なレーザー穿孔プロセスパラメータ（例えば、レーザー穿孔穴の品質、レーザービームの焦点位置等）を含み得る）レーザー穿孔動作中の１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターすることにより、これらの問題を解決する。この複数のセンサ又はセンシング技術によって得られた感知データもまた、レーザー穿孔動作（特にこのような複雑なレーザー穿孔パラメータを伴うもの）の制御をより効果的に行う能力を改善する。例えば、本発明のシステム及び方法の実施形態を用いて、レーザー穿孔穴の品質を効果的にモニターし、穿孔されている部品の全体品質の改善等を行うことができる。このように感知データが改善できた場合、そのデータをレーザー穿孔動作のための制御システムの一部として用いて、例えば、各レーザー穿孔時のレーザー穿孔パラメータの変更、部品中への連続穿孔作業前のレーザー穿孔パラメータの変更、レーザー穿孔プロセスパラメータの平均化、レーザー穿孔穴群としてのパラメータ変化の粗大化、穿孔サイクル時の一個の完成部品と後続部品との間の穿孔プロセスパラメータの変更等を行うことができる。レーザー穿孔パラメータのこれらの変更又は改変の例を挙げると、レーザーパルス持続時間の変更又は改変、後続穴の穿孔に用いられるパルスのシーケンスの変更又は改変（例えば、単シーケンス内の短パルス及び／又は長パルスの異なる組み合わせの使用）、レーザービームの焦点サイズ及び／又は焦点位置の変更又は改変による、ドリル穴の直径及び／又は他の特性の変更（例えば、直径の拡大又は縮小）等を含む。（ただし、これらに限定されない）。

タービン部品の製造において本発明のシステム及び方法の実施形態を用いることが可能な製造システムの例示を、以下に示す図面を参照しながら、更に説明する。図面を参照して、図１は、ガスタービンエンジン部品を示す。このガスタービンエンジン部品は、タービン動翼の形態の翼（主に参照符号１０で示す）を含む。（タービン静翼は、関連部位についてタービン動翼１０と同様の外観を有する）。動翼１０は、翼１２を含む。この翼１２に対して、ガスタービンエンジンの動作中に高温燃焼ガスが方向付けられるため、この翼１２の表面は、高温環境に晒すことができる。翼１２は、凹形状の「高圧側」（参照符号１４で示す）と、凸形状の吸引側（参照符号１６で示す）（これは、「低圧側」又は「背側」として知られることが多い）とを有する。ガスタービンエンジンの動作において、高圧側１４に対し、高温燃焼ガスが方向付けられる。動翼１０は、ダブテール１８により、タービンディスク（図示せず）にアンカー固定することができる。ダブテール１８は、動翼１０のプラットフォーム２０から延び、ディスク周囲に沿った溝によって受容され得る。

図１に示すように、複数の開口又は穴（参照符号２２で示す）が設けられる。これらの開口又は穴２２は、凸形状の低圧吸引側１６中に形成される。同様の複数の開口又は穴２２は、凹形状の高圧側１４中にも形成される。これらの開口又は穴２２は、側１６及び１４中に形成でき、これにより、１つ以上の内部冷却通路と接続される。これらの１つ以上の内部冷却通路は、翼１２の内部（主に参照符号２４で示す）を通じて、ダブテール１８に隣接する末端（参照符号２６で示す）から、ダブテール１８から遠位にありかつ翼１２の内部２４に接続する開口又は穴２２も有し得る反対側の遠位端（参照符号３０で示す）へと通じる。翼１２の内部２４には、そのような内部冷却通路（即ち、翼１２の内部２４が実質的に中空となっている）を１個を設ければよいが、図１及び特に図２は、翼１２の内部２４が複数のこのような通路（先端通路３４、中央通路３８及び後縁通路４２として図示）を有する様子を図示している。これらの先端通路３４、中央通路３８及び後縁通路４２は、前方内部壁４６及び後方内部壁５０によってそれぞれ離隔され、内部表面（５４、５８及び６２としてそれぞれ図示）を有する。翼１２には、保護コーティング（図示せず）（例えば、アルミナイド拡散コーティング）を付加してもよく、その場合、保護コーティングを側１４及び１６の外部表面ならびに内部表面５４、５８及び６２に付加してもよい。

動翼１０は、鋳造翼形状（鋳造動翼形状又はタービン動翼ブランクとも呼ばれる）として設けられ得る。このような鋳造翼形状は、翼１２の内部２４中に形成された内部冷却通路（例えば、通路３４、３８及び４２）を持つが、側１４及び１６中に形成された複数の開口又は穴２２は持たず、プラットフォーム２０から延びるブランク末端部位を持つが、その内部に形成されたダブテール形状１８を持たない。側１４又は１６の外部表面ならびに内部表面５４、５８及び６２上に保護コーティングを設けずに鋳造翼形状の動翼１０を設ける場合も頻繁にある。

図１及び図２の動翼１０を作製するための例示的製造システムを、図３中に示すフローチャートによって説明する。図３中、動翼製造システムを主に参照符号１００で示す。図３に示すように、長方形（１０１、１０３、１０５、１０７及び１０９）は、製造動翼１０の製造システム１００の多様な逐次的製造動作／ステップを表す。製造システム１００の製造動作／ステップはそれぞれ、同一製造ステーションにおいて逐次的に実施してもよい（例えば、動翼１０を製造ステーションから別の製造ステーションに移動させるのではなく、同一製造ステーションにおいて動翼１０を１つ以上の製造動作／ステップに逐次的に投入してもよい）し、異なる製造ステーションにおいて逐次的に実施してもよい（例えば、動翼１０の処理が進むにつれて動翼１０を製造ステーションから別の製造ステーションへと逐次的に移動させてもよい）し、あるいはこれらの組み合わせを行ってもよい（例えば、製造ステーションの１つ以上において１つ以上の製造動作／ステップを実施し、他の製造ステーションの１つ以上において単一製造動作／ステップを実施してもよい）。図３の製造システム１００について図示された製造動作／ステップはひとえに例示目的のためのものであり、前記製造動作／ステップの順序／シーケンスを必要に応じて削除、変更、改変、修正してもよく、また、さらなる製造動作／ステップ（例えば、先端３０の溶接、翼１２のさらなる形状形成等）を製造システム１００に設けてもよいことも理解されるべきである。

図３に示すように、製造システム１００における初期ステップ（参照符号１０１で示す）、鋳造翼形成（以下、「鋳造形成」と呼ぶ）を提供する。図３に示すように、矢印１０２によって示すように、鋳造形成を、ステップ１０１から、第１の製造動作／ステップ（主に参照符号１０３で示す）へと、逐次的に移動、移転、前進又は製造システム１００中に投入することで、例えば、鋳造形成におけるダブテール形状１８（以下、「接地部品」と呼ぶ）を形成してもよい。動作／ステップ１０３は、例えば、翼１２から延びる鋳造形成のブランク末端部位の研削によって実施すればよい。

研削動作／ステップ１０３においてダブテール１８を形成した後、矢印１０４によって示すように、接地部品を、第２の製造動作／ステップ（主に参照符号１０５で示す）へと、逐次的に移動、移転、前進又は投入する。動作／ステップ１０５は、レーザー穿孔動作／ステップを含む。このレーザー穿孔動作／ステップ１１０は、側１４及び１６（ならびに先端３０）を通じて複数の開口又は穴２２を形成して、内部通路３４、３８及び４２へと接続することができる。例えば、レーザー穿孔を用いてレーザー穿孔ステップ／動作１０５を実施して、１つ以上の内部冷却通路（例えば、３４、３８及び４２）を有する翼１２を含むタービン動翼１０中に開口又は穴２２を形成するための例示的方法及び技術について、同一出願人による米国特許第５，６０９、７７９号（Ｃｒｏｗら）（発行日：１９９７年３月１１日）及び米国特許第６，３３９，２０８号（Ｒｏｃｋｓｔｒｏｈら）（発行日：２００２年１月１５日）を参照されたい（上記文書中の関連する開示内容を本明細書中参考のため援用する）。

レーザー穿孔動作／ステップ１０５時に接地部品中に開口又は穴２２を穿孔した後、その結果得られた穿孔済み部品（矢印１０６で示す）を、第３の製造動作／ステップ（主に参照符号１０７で示す）へと逐次的に移動、移転、前進又は投入することができる。
製造システム１００のこの実施形態において、動作／ステップ１０７は、前記穿孔済部品のプロセス内空気流の評価を含み得る。

図３に示すように、前記プロセス内空気流評価動作／ステップ１０７の後、前記穿孔済部品を、矢印１０８によって示すように、第４の製造動作／ステップ（主に参照符号１０９で示す）へと逐次的に移動、移転、前進又は投入することができる。製造システム１００のこの実施形態において、動作／ステップ１０９は、側１４及び１６の外部表面ならびに内部表面５４、５８及び６２へのコーティング（例えば、保護アルミナイド拡散コーティング）の付与を含み得る。例えば、タービン動翼１０の外部（例えば、１４及び１６）及び内部（例えば、５４、５８及び６２）表面の両方に上にコーティングステップ／動作１０９を実施するための例示的方法及び技術について、同一出願人による米国特許第６，３３２，９２６号（Ｐｆａｅｎｄｔｎｅｒら）（発行日：２００１年１２月２５日）及び米国特許第６，６１６，９６９号（Ｐｆａｅｎｄｔｎｅｒら）（発行日：２００３年９月９日）を参照されたい（本明細書中、上記文書中の関連開示内容参考のため援用する）。

レーザー穿孔プロセスパラメータをモニターすること及び本発明のシステム及び方法の一実施形態におけるこれらのモニターされたプロセスパラメータの使用のための図３の製造システム１００によるレーザー穿孔動作／ステップ１０５の一実施形態及び関連付けられたセンサ等を図４に示す。図４を参照して、レーザー穿孔動作／ステップ１０５は、レーザー穿孔システム（主に参照符号２１０で示す）によって主に表される。レーザー穿孔システム２１０は、レーザー２１２、望遠鏡２１６、及び鏡２１８を含む。システム２１０は、複数の光学的センサ（参照符号２２２及び２２６で示す）を更に含む。システム２１０において、レーザー２１２は、望遠鏡２１６を通じてレーザーパルス２３２を方向付け、パルス２３２は、鏡２１８によって反射されて部品２３４上に届く。部品２３４の位置決めは、多軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）工作機械２３６によって制御可能であり、レーザー２１２の起動前に自動的に位置決め可能である。この実施形態において、センサ２２２及び２２６を用いて、放射閃光２３８中に放出された可視スペクトル光を測定することができる。センサ２２２及び２２６は、任意の種類の放射センシングデバイス（例えば、簡単なフォトダイオード、ラインフィルター型又はその他のフィルター型フォトダイオード、高利得デバイス（例えば、光電子増倍管）、フィルタリングされた光、未フィルタリング光又はスペクトル分離光等）であればよい。図４に示すように、光学的センサ２２２をレーザーパルス２３２側に配置して、レーザーパルス２３２からのデータを、点線２４０によって示すように間接的にモニター及び収集することができる。図４に示すように、光学的センサ２２６を鏡２１８上方に配置して、点線矢印２４２によって示すように、放射閃光２３８を生成するレーザーパルス２３２からのデータを直接モニター及び収集することができる。

センサ２２２及び２２６によって収集された可視データは、矢印２４４に示すように制御ユニット２４６によって受信され得、その後、図５及び図６に示すようなグラフに変換される。図５中に示すグラフは、複数のレーザーパルス２３２にわたる光学的（例えば、フォトダイオード）応答を示し、このような応答は、部品２３４中に貫通する形で完全な穴を穿孔する際に必要となり得、その際の破過閾値を水平破線２５２によって示す。図示のように、初期パルス２５４はほとんどのエネルギーを搬送し、第２のパルス２５６及び第３のパルス２５８ではエネルギーが低減し、破過（参照符号２６２で示す）が第４のパルス２６０の前で発生している。図５のグラフに示すように、第４のパルス２６０は破過閾値２５２よりも低い。

それとは対照的に、図６中では、一連のより効率の低いパルス３６０、３６２、３６４、３６６及び３６８が図示されており（破過閾値を水平破線３７０によって示す）、破過（参照符号３７２で示す）が、第５のパルス３６８の直前で発生している。第１の又は初期パルス３６０はほとんどのエネルギーを搬送しているものの、第２のパルス３６２及び第３のパルス３６４におけるエネルギーは、図５の第２のパルス２５６及び第３のパルス２５８と同じ率では低減していない。図５のグラフと図６のグラフと比較すると分かるように、図６の第４のパルス３６６は、図５の第３のパルス２５８とほぼ同じエネルギーを有し、その際、破過３７２（図６）及び２６２（図５）は、それぞれ後続パルスである第５のパルス３６８及び第４のパルス２６０の前で発生している。

従来、図４のシステム２１０及び図５及び図６に示すセンサ応答は、応答が閾値レベル２５２（図５）及び３７０（図６）の下側に低下する時を測定して、比較的簡単なレーザー穿孔プロセスパラメータ（例えば、破過２６２（図５）及び破過３７２（図６））を示すために主に用いられていた。従来のシステム２１０では、一旦破過応答２６２（又は３７２）が受信されると、制御ユニット２４６は、例えばレーザー２１２のレーザービームを遮断するか又はレーザー２１２の閃光を電子的にディセーブルすることにより、さらなるレーザー２１２の放出を抑制する。

しかし、図７に示すように、図５及び図６中に示す応答の方が、レーザー穿孔プロセス制御のための情報を、破過（例えば、レーザー穿孔穴の品質）を単に決定する場合よりも、より大量に提供できることが分かっている。図７は、レーザー穿孔時における適切に設定された（焦点が合った）レーザービームと不適切に設定された（焦点が外れた）レーザービームとの間の穴品質の差を示す。図６のＡによって示すように、穴４８０を穿孔するためのレーザービームの焦点が部品２３４上に適切に設定されている場合、比較的綺麗な穴が空き、穴入口４８２又は出口４８４周囲には破片はほとんど発生せず、図５と同様のグラフ結果となる。それとは対照的に、図６のＢ及びＣによって示すように、不適切に焦点設定されたレーザービーム２３２が部品２３４上に衝突すると、その結果得られた穴４９０では、前記入口４９２及び出口４９４の両方において相当量の破片（参照符号４９６で示す）が発生する。

再度図５を参照して、初期パルス２５４内の振幅及びエネルギーは、焦点位置に直接比例する。適切に設定された焦点位置の場合、初期パルス２５４の応答において、名目振幅及び合計エネルギーが発生する。部品２３４中に過剰に入り込む位置に焦点が配置された場合、初期パルス２５４がほとんどのエネルギーを含んでしまい、第２のパルス２５６、第３のパルス２５８及び第４のパルス２６０は増加したエネルギーを持ち、図５の最適設定を超え、穿孔時により多くの材料が除去される。それとは対照的に、部品２３４から過剰に遠い位置で焦点が配置された場合、材料除去量が少ないため、信号低下に繋がる。

制御ユニット２４６が第１のパルスの振幅及びエネルギーに基づいて不適切な焦点を認識した場合、当該焦点を後続穴に合わせて適切に再配置することができる。焦点調節は複数の方法で行うことができ、そのような方法の例として、部品２３４の表面に対する鏡２１８の移動、部品２３４の移動、光学系の設定の変更（例えば、調節可能望遠鏡２１６を最終焦点レンズから上流に戻す）がある。これらの変更は、システム２１０の構成に応じて、自動的に（例えば、ＣＮＣマシン２３６によって）又は手動で行うことができる。

所与の穴の穿孔におけるレーザーシステム２１０の効率を、初期パルス２５４及び第２のパルス２５６又は一連のパルス全体のピーク及び面積によって決定することもできる。例えば、第４のパルス２６０応答において破過が名目上発生した（図５を参照）後、第４のパルス３６６（図６を参照）が破過閾値３７０を超えて、第５のパルスで破過３７２を達成しなければならない場合、前記プロセスの効率が低くなり得る。図５のグラフを使用して、システム２１０を用いて、レーザー２１２のパラメータ（例えば、エネルギー）を調整して、穴（単数又は複数）の穿孔におけるより最適な処理条件を達成することにより、処理効率を認識及び修正することができる。

最適効率の回復方法は複数あり、例えば、工作物（例えば、部品２３４）に達するエネルギーの量は、１つの回復方法である。穿孔完了（破過）により長い時間がかかる穴も、エネルギー損失を示す。このエネルギー損失問題は、制御ユニット２４６によって例えばレーザー２１２への電力供給量を増加することにより、解消することができる。この電力増加は、パルス数又はパルス持続時間を変更すること無しに達成すればよい。なぜならば、パルス持続時間が増加すると、部品２３４が所望の範囲又は許容範囲を超えて損傷を受ける危険性が発生するからである。

受信、収集及び保存された情報を用いて、得られる穴の品質特性（例えば、再鋳造、テーパー、穴直径等）を決定することができる。所与の穴の穿孔に用いられるこれらの一連のレーザーパルスをモニターし、これらのパルスをドリル穴の品質と相関付けることにより、制御ユニット２４６は、後続レーザー穿孔動作に関する予測データを提供することができる。例えば、振幅、面積、振幅変化及び面積変化等に基づいた数値伝達関数を確立して、所望の得られる穴品質特性に相関付けることができる。

本発明のシステムの別の実施形態を図８に示す（図８中、システム２１０と同じ構成要素は、同じ参照符号で示す）。図８に示すように、システム５１０に平行光学的センサ（参照符号５２２及び５２６で示す）を設けることができる。平行光学的センサ５２２及び５２６に加えて、システム５１０は、レーザー穿孔プロセスの他の特性を測定して、受信・処理されたデータを増大させる異なるセンシング能力を含むことができる。例えば、図８に示すように、システム５１０は、音響センサ５３２（例えば、マイクロホン）の形態の音響センシング能力を持つことで、放射閃光２３８をモニターする光学的センサ５２２及び５２６によって提供されるモニターする冗長性に加えて、さらなるモニターする冗長性を提供する。音響センサ５３２は、図８に示すように、部品２３４から遠隔位置に配置して、レーザーパルス２３２に対する音響応答をピックアップして、背景音除去のための若干のフィルタリングの後、本明細書中後述するように、光学的信号から得られるグラフと同様のグラフ（図１０中に音響読み取り結果として示す）を提供することができる。音響センサ５３２と穿孔プロセスをモニターするために設けられた他の任意のセンサ（例えば、光学的センサ５２２及び５２６）とを、部品２３４から適切な距離を空けて配置して、レーザー穿孔時に発生する飛び散り及び破片からマイクロホン５３２を保護してもよい。マイクロホン５３２からの音響応答は、冗長としてかつ光学的センサ５２２及び５２６に対する独立測定として機能し得、よって、誤った正又は負応答／分析を最小化又は排除する。これらの２つの形態のセンサ／センシング技術（即ち、光学的技術及び音響的技術）はモニターする能力が重複する場合があるものの、各形態のセンサ技術又はセンシング技術は、応答範囲限定の一端を延ばして、制御システム２４６の有用性を高めることができる。

本発明のシステムの別の実施形態を図９に示す（図９中、システム６１０（図９中、図４のシステム２１０及び図８のシステム５１０と同じ構成要素は、同じ参照符号で示す）。
図９に示すように、システム６１０は、図４及び図８に示す実施形態と同じレーザー２１２及び同じ光学的センサ５２２／５２６及び音響センサ５３２を持つが、部品２３４に取り付けられた第２の音響センサ（参照符号６５４で示す）を含んでもよい。音響センサ５３２及び光学的センサ５２２及び５２６に加えて、第２の音響センサ６５４（例えば、第２のマイクロホン）は、穿孔プロセス時の部品２３４の周波数スペクトル応答を直接測定することができる。図８のシステム６１０は、ドリル検出時における感度がより高く、部品２３４内部が内部的に損傷を受けたためさらなる検査が必要である旨を示す確認を提供することができる。各穴が穿孔されている時の部品２３４の形跡は、システム６１０によって提供されるこのさらなるセンシング能力によっても変化し得る。システム６１０の個々の応答及び／又は累積応答も、部品２３４の品質の別の指針となり得る。システム６１０によって提供される応答を、部品２３４の個々の穴品質及び全体空気流品質に相関付けてもよい。

システム２１０、５１０及び６１０は、使用可能な光学的センサ（例えば、フォトダイオード）及び音響センサ（例えば、マイクロホン）の多様な形成及び組み合わせを示すが、光学的センサ及び音響センサの他の組み合わせ（例えば、単一音響センサと複数の（例えばデュアル）光学的センサの組み合わせ、複数の音響センサと複数の光学的センサの組み合わせ、複数の音響センサと単一光学的センサの組み合わせ等）を用いてもよい。これらの光学的／音響センサを他の形態のセンサ（例えば振動センサ等）と組み合わせて、他の種類をモニターするシステムを提供してもよい。

レーザー２１２の調節から得られた情報を用いて、制御ユニット２４６は、複数の穿孔動作サイクル（例えば、複数の部分、シフト、日等）にわたって、穿孔動作継続の前にレーザー２１２又は他の機材メンテナンスが必要か否かを決定することができる。制御ユニット２４６が決定することができるメンテナンス問題の例としては、カバースライドの調節、レーザー２１２から部品２３４へとレーザービームを伝送及び集束させるレンズ又は鏡等がある。制御ユニット２４６は、前記１つ以上のセンサ（例えば、音響センサ５３２及び６５４及び光学的センサ２２２／５２２及び２２６／５２６）と並行して情報又はデータを受信することができ、ほとんどの工業レーザーシステムに共通する内部診断（共振器光学、電源、水源等）を用いて、外部効率損失対内部効率損失を解消することができる。しかし、制御ユニット２４６は、特定ポイントまでは、任意のメンテナンス介入が必要となる前は、上記パラメータを自動的に増加又は低下させる。

制御ユニット２４６の範囲、信頼性及びロバスト性のさらなる向上は、複数の（例えば、多数の）光学的センサを用いることにより、達成可能である。これらのさらなるセンサは、真空紫外光線、可視光線、赤外光線、マイクロ波光線及びＸ線間の同一又は異なる波長（周波数）を感知し得る。さらなる光学的センサ（例えば、フォトダイオード）を、穿孔位置に対して２つの異なる角度で配置すればよい。重複又は相互センサ（例えば、音響センサ（例えば、５３２及び６５４）及び光学的センサ（例えば、２２２／５２２及び２２６／５２６））が前記同一レーザー穿孔プロセス効果に対して大きく応答する場合、前記さらなる光学的センサを用いて、対応センサ（例えば、音響センサ５３２及び６５４及び／又は光学的センサ２２２／５２２及び２２６／５２６）からの応答又は一連の応答中の電気ノイズ又は他の逸脱に起因する誤測定を無効にするか又は補償することができる。光ファイバを用いて、光学的センサ（例えば、光検出器（単数又は複数））にデータを返送して、例えばレーザー穿孔された翼導風板の裏側の前記モニターすることを可能にすることもできる。

図１０は、音響センサ５３２及び６５４から受信できる可能な音響パルス読取結果を示す。これらの読取結果を、光学的センサ２２２／５２２及び２２６／５２６から受信された対応する名目光学的パルス読取結果の下側に図示する。図１０から分かるように、光学的第１のパルス７０２及び音響第１のパルス７０４は両方とも、（光学的第２のパルス７０８及び音響第２のパルス７１０の低減及び光学的第３のパルス７１４及び音響第３のパルス７１６と共に低減する）最高レベルのエネルギーを含み得る。やはり図１０から分かるように、第４の光学的パルス７２０及び第４の音響パルス７２２の前に破過７２８が発生しており、第４の光学的パルス７２０及び第４の音響パルス７２２はいずれも、前記破過閾値（水平破線７３０で示す）に近接していない。

前記音響及び／又は光学的センサからの応答を用いて、金属からワックス（例えば、過穿孔保護のための充填材料）への転移を又はその逆を、例えば排気形跡及び／又は音信号、光、Ｘ線等の変化として検出することができる。センサによる検出を向上させるために、ワックス又は充填材料を独特なスペクトル放射を有する材料とドープすることで、このスペクトル放射を狭スペクトルフィルタ等によって検出することができる。

ワックス無し部品の場合、経時応答もモニターすることが可能であり、図５に示すグラフと同様のグラフが生成できる。経時応答をモニターする場合、図５に示す各パルスのｘ軸持続時間とｙ軸振幅との間の関係を用いることができる。制御ユニット２４６によって受信される初期金属スペクトル情報はワックス付加部分のものと同一であり得るが、材料揮発／溶解量が少ないため、前記相互作用時間はより短くなり得る。穿孔時の相互作用時間の変化をモニターして、電力応答をモニターすることに対して同様の利点を提供してもよい。

システム２１０／５１０／６１０は、スペクトルに基づいた情報又はデータを用いており、断熱層コーティング（ＴＢＣ）穿孔の制御においてさらなる恩恵を提供することができる。例えば、ＴＢＣ／セラミックス／非金属の穿孔に好適なパラメータを制御ユニット２４６に入力することができる。金属への衝突時、システム２１０／５１０／６１０は、返送データから異なる線応答を検出することができる。その後、システム２１０／５１０／６１０の全体構成に応じて、レーザー２１２を金属穿孔パラメータに切り替え、コーティング開始キャビティ全てを穿孔し、その後戻って既に開始された穴を当該金属等中に穿孔することができる。

システム２１０／５１０／６１０は、穿孔プロセス時にエネルギーレベルがドリフトしたり変化したりした場合にオペレータに警告を発する能力を更に提供することができる。例えば、制御ユニット２４６においてエネルギーレベルを所定の名目レベルに設定することができる。穿孔プロセス時、制御ユニット２４６がこの所定のレベルからの変動を検出し、適用可能な場合、レーザー２１２に対して任意の調節を自動的に行うことができる。例えば、ランプのうち１つが閃光していない場合、顕著なエネルギー損失が発生した可能性が有り、破過検出データ中の基準値低下に繋がり得る。システム２１０／５１０／６１０がこれらの調節を行えるような範囲まで自動化されていない場合、オペレータに通知して、これらの調節を手動で行わせるようにしてもよい。

第３のモニターするシステム２１０／５１０／６１０は、空気又は別のガス状流体で動翼１０を加圧して、（特に、ワックス無しの穿孔時の）破片の爆発を改善することもできる。その場合、穿孔時のリアルタイム空気流を用いて、上述したセンサに加えて、進捗状況をモニターすることが可能となる。前記センサ及び／又はセンシング技術によって小幅の増分変化が検出可能なシステム２１０／５１０／６１０において、例えば破過の信号伝達により、簡単な圧力低下を検出することができる。

本発明のシステム及び方法の特定の実施形態について説明してきたが、これらの実施形態については、添付の特許請求の範囲中に定義されているような本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多様な改変が可能であることが、当業者にとって明らかである。

タービン動翼の一部切り欠け斜視図であって、レーザー穿孔穴を有するタービン動翼の内部構造を示す。 図１のタービン動翼の矢視２−２拡大断面図。 図１及び図２に示されるタービン動翼を製造する代表的なステップを例示するフロー図であって、タービン動翼内の穴をレーザー穿孔するステップを含む。 複数の光学センサから成る付随するセンシングデバイスに関連して、図３のフロー図のステップ１０５に従ってタービン動翼内の穴をレーザー穿孔するステップを実行するための本発明の一態様に係るシステムの概略図。 図４に図示した態様に従ってセンシングデバイスにより検出される一連の光学あるいは穿孔反応の代表的グラフ図。 図５で表されたものより効果的でない一連のパルスを含む同様のグラフ図。 （Ａ）焦点が合っているもの、（Ｂ）／（Ｃ）焦点がずれているもののレーザー穿孔穴の比較を提供する図。 音響センサを更に含む、図４と同様の本発明の他の態様に係るシステムの概略図。 本発明の他の態様に係るシステムの概略図であって、複数の音響センサを含む点を除き図８と同様である。 図５−６において説明した光学パルスに対応して潜在的音響パルス読み出しを比較するグラフ図。

符号の説明

１０ タービンブレード
１２ 翼
１４ 高圧側
１６ 吸引側
１８ ダブテール
２０ プラットフォーム
２２ 開口又は穴
２４ 内部
２６ 末端
３０ 遠位端
３４ 先端通路
３８ 中央通路
４２ 後縁通路
４６ 前方内部壁
５０ 後方内部壁
５４ 内部表面
５８ 内部表面
６２ 内部表面
１００ システム
１０１ 鋳造翼形状（ステップ）
１０２ ステップ１０１と１０３の間の矢印
１０３ ダブテール１８を提供するための研削ステップ
１０４ ステップ１０３と１０５の間の矢印
１０５ レーザー穿孔ステップ
１０６ ステップ１０５と１０７の間の矢印
１０７ プロセス内空気流を測定するステップ
１０８ ステップ１０７と１０９の間の矢印
１０９ コーティングステップ
２１０ 図４のモニタリングシステム
２１２ レーザー
２１６ 望遠鏡
２１８ 鏡
２２２ 光学センサー
２２６ 光学センサー
２２８ ＣＮＣマシン
２３２ レーザーパルス
２３４ 部品
２３６ ＣＮＣ工作機械
２３８ 放射閃光
２４０ センサー２２２により収集されたデータ
２４２ センサー２２６により収集されたデータ
２４４ センサ２２２及び２２６によって収集されたデータを示す矢印
２４６ 制御ユニット
２５２ 破過閾値
２５４ 初期パルス
２５６ 第２のパルス
２５８ 第３のパルス
２６０ 第４のパルス
２６２ 破過
３６０ 初期パルス
３６２ 第２のパルス
３６４ 第３のパルス
３６６ 第４のパルス
３６８ 第５のパルス
３７０ 破過閾値
３７２ 破過
４８０ 図７の穴Ａ
４８２ 穴Ａの入口
４８４ 穴Ａの出口
４９０ 図７の穴Ｂ／Ｃ
４９２ 穴Ｂ／Ｃの入口
４９４ 穴Ｂ／Ｃの出口
４９６ 破片
５１０ 図８のモニタリングシステム
５２２ 光学センサー
５２６ 光学センサー
５３２ マイクロホン
６１０ 図９のモニタリングシステム
６５４ 第２のマイクロホン
７０２ 光学的第１のパルス
７０４ 音響的第１のパルス
７０８ 光学的第２のパルス
７１０ 音響的第２のパルス
７１４ 光学的第３のパルス
７１６ 音響的第３のパルス
７２０ 光学的第４のパルス
７２２ 音響的第４のパルス
７２８ 破過
７３０ 破過閾値

Claims (10)

1. レーザー穿孔動作の間（１０５）の単なる破過（２６２、３７２、７２８）のみならず、１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータをモニターするための複数のセンサ（２２２、２２６、５２２、５２６、５３２、６５４）を含むシステム（２１０、５１０、６１０）。
2. 請求項１に記載のシステムであって、前記複数のセンサが、少なくとも１つの光学センサ（２２２、２２６、５２２、５２６）及び少なくとも１つの音響センサ（５３２、６５４）を含むシステム（２１０、５１０、６１０）。
3. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータがレーザー穿孔穴（１０５）の品質を含むシステム。
4. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータが穿孔動作中（１０５）のレーザーの焦点位置を含むシステム。
5. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータがレーザー穿孔動作の実行効率を含むシステム。
6. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータは、レーザー穿孔動作（１０５）が金属あるいは非金属材料に達したか否かを含むシステム。
7. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記レーザー穿孔プロセスパラメータは、前記レーザー穿孔動作（１０５）の間において、検出されたレーザーパルス（２６０、３６８、７２０）の持続時間あるいは振幅が、前回検出されたレーザー・パルス（２５８、３６６、７１４）と比較して変化したか否かを含むシステム。
8. 請求項１又は２に記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータは、前記レーザー穿孔動作（１０５）の間において、レーザードリルのエネルギーレベルが変化したか否かを含むシステム。
9. 請求項１から８のいずれかに記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされる前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセスパラメータが、破過を含むシステム。
10. 請求項１から９のいずれかに記載のシステム（２１０、５１０、６１０）であって、モニターされた前記１つ以上の適切なレーザー穿孔プロセス制御パラメータを、その動作中（１０５）のレーザードリルを制御するために使用するコントローラ（２４６）を更に含むシステム。

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