JP2010105157A - 翼研磨のための視覚フィードバック - Google Patents

Abstract

【課題】翼研磨のための視覚フィードバックのシステム（１００）および方法を提供すること。
【解決手段】 加工物（１１５）の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するためのシステム（１００）がある。このシステム内には、加工物（１１５）の目標形状の表示を有するモデル（１３５）がある。走査システム（１２５）は、研磨操作中の処理の最中に加工物（１１５）の現在の形状の表示を生成する。コンパレータ（２０５）は、加工物（１１５）の現在の形状を加工物（１１５）の目標形状と比較する。照明システム（１４０）は、研磨操作中に加工物（１１５）を可視光でハイライトする。加工物（１１５）を可視光でハイライトする操作は、現在の形状と目標形状との間の比較に応じて行われる。照明システム（１４０）は、目標形状に適合するために追加研磨を必要とする加工物（１１５）の部分をハイライトする。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般にはタービン動翼の製造に関し、より詳細には、タービン動翼またはタービンノズル用に使用される翼に研磨操作を実施する間に連続的な視覚フィードバックを提供することに関する。

通常、タービン翼の研磨に熟練した研磨操作員は、各翼を手で手動研磨し、翼の表面から機械加工マークを除去して、最終的な目標形状を得る。操作員は、研磨操作中に翼から材料を除去しすぎることがよくある。研磨操作中に材料が過大に除去されることに対処するために、翼を機械加工する機械工は、より多くの材料を翼のベース形状に追加して、一般に研磨の間に除去される過大量の材料に対処することになる。このことは、最終的な目標形状により近い翼を得る際に有用である。翼をその最終的な目標形状に近づけるこの努力にもかかわらず、この処理は、目標より大きい公差を伴うブレードの形を有する翼を得る結果になることが多い。より大きい公差を伴う翼は、性能および機械的性質にばらつきをもたらすことが多い。さらに、この研磨処理から生じる大きい公差があると、より高度な性能を伴うさらに改良された形状を有する翼を製造することが困難になる。

NVision Products, NVision, Inc., Laser Scanning-Reverse Engineering-Inspection Services, retrieved on Octover 30, 2008 from: http://www.nvision3d.com/products.html

本発明の一態様においては、加工物の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するためのシステムが提供される。このシステムは、加工物の目標形状の表示を有するモデルを含む。走査システムは、研磨操作中の処理の最中に加工物の現在の形状の表示を生成する。コンパレータは、加工物の現在の形状を加工物の目標形状と比較する。照明システムは、研磨操作中に加工物を可視光でハイライトする。加工物を可視光でハイライトする操作は、現在の形状と目標形状との間の比較に応じて行われる。照明システムは、目標形状に適合するために追加研磨を必要とする加工物の部分をハイライトする。

本発明の別の態様においては、タービン動翼の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するためのシステムが提供される。このシステムは、タービン動翼の目標形状の表示を有するモデルを備える。走査システムは、研磨操作中の処理の最中にタービン動翼の現在の形状の表示を生成する。コンパレータは、タービン動翼の現在の形状をタービン動翼の目標形状と比較する。照明システムは、研磨操作中にリアルタイムでタービン動翼を可視光でハイライトする。照明システムは、現在の形状と目標形状との間の比較に応じて、タービン動翼をハイライトする。照明システムは、目標形状に適合するために追加研磨を必要とするタービン動翼の部分を可視光でハイライトする。

本発明の第３の態様においては、加工物の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するための方法が存在する。この方法は、研磨操作中の処理の最中に加工物の現在の形状の表示を生成するステップと、加工物の目標形状の表示を取得するステップと、加工物の現在の形状を加工物の目標形状と比較するステップと、加工物の現在の形状を加工物の目標形状と比較するステップに応じて、追加研磨を必要とする加工物の部分を割り出すステップと、研磨操作中に、追加研磨を必要とする加工物の部分を可視光でハイライトするステップとを含む。

本発明の一実施形態による、タービン動翼の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するシステムの概略図である。 本発明の一実施形態による、図１に示されている計算ユニットに関連する機能要素のいくつかを示す概略図である。 図１に示されているシステムを使用することに関連する処理操作を示す流れ図である。

本発明の少なくとも１つの実施形態について、動翼またはノズルに使用できるタービン翼の研磨操作を行っている操作員に視覚フィードバックを提供することに関連する応用例を参照して、以下に説明する。しかし、当業者および本明細書の教示によって導かれる者にとっては明らかなはずであるが、本発明は、処理操作を受けるいかなる加工物に対しても、その加工物がどの程度良好にその目標形状に適合しているかを確認するために操作中にリアルタイムで視覚フィードバックを受け取ることが望ましい場合に、同様に適用可能である。

図面を参照すると、図１は、タービン動翼の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するシステム１００の概略図である。図１には、研磨ユニット１１０を使用して、その研磨ユニット１１０上に水平に設置されたタービン動翼１１５を研磨している研磨操作員１０５がいる。研磨ユニット１１０は一般に、研磨紙の帯１２０を備え、研磨操作員１０５は、この研磨紙の帯１２０を動翼１１５の表面全体にわたって動かして、動翼１１５の機械加工時に生じた隆起を表面から除去する。動翼１１５の研磨中に、走査システム１２５は、研磨操作中の処理の最中に動翼１１５の現在の形状のデジタル表示を生成する。特に、走査システム１２５は、よく知られた部分形状解析方法を使用して、研磨操作員１０５によって動翼が研磨されている最中に、動翼１１５の現在の形状を測定し、動翼１１５の３次元の表面マップをリアルタイムで生成する。

計算ユニット１３０は、研磨操作中にリアルタイムで走査システム１２５から生成された動翼１１５の現在の形状の表示を受け取る。計算ユニット１３０は、動翼１１５の目標形状のデジタル表示を有するモデル１３５も取得する。一実施形態においては、モデル１３５は、計算ユニット１３０によって使用される通常のＣＡＤ（ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ａｉｄｅｄ ｄｅｓｉｇｎ）アプリケーションから生成される動翼１１５の３次元モデルである。計算ユニット１３０は、研磨操作中に走査システム１２５からリアルタイムで生成される動翼１１５の現在の形状を、モデル１３５に規定されている動翼１１５の目標形状と比較するようにプログラムされている。この比較から、計算ユニット１３０は、動翼１１５の厚さを評価する。計算ユニット１３０は特に、動翼１１５がその目標形状と比較して厚すぎる箇所を割り出す。厚すぎる区域は、それらの区域を追加研磨して余分な材料を除去する必要があることを示すものである。

計算ユニット１３０は、動翼１１５の厚すぎる（すなわち、追加研磨を必要とする）区域をすべて特定し、研磨操作中に動翼１１５のこれらの区域を可視光でハイライトするように照明システム１４０に指示する。研磨操作員１０５は、動翼１１５のこれらの区域が追加研磨を必要とすることを示すガイドとして、この可視光を使用する。走査システム１２５から動翼１１５の現在の形状を生成して、計算ユニット１３０によって現在の形状と比較することと同様に、可視光によって動翼１１５を照明することも、研磨操作中にリアルタイムで行われる。動翼１１５の現在の形状を生成すること、目標形状１３５と比較すること、および依然として研磨を必要とする区域を照明することは、動翼１１５が目標形状に適合したと計算ユニット１３０が判断するまで続く。目標形状に適合するということは、所定の公差レベル内にあることを含むこともできるということを、当業者なら理解するであろう。

一実施形態においては、走査システム１２５は、光学式座標測定機（光学式ＣＭＭ）などの光学的走査システムを含む。光学式ＣＭＭは、よく知られており、市販されている。本発明を実施するために使用できる光学式ＣＭＭの一例は、ＮＶｉｓｉｏｎ ＭＡＸＯＳスキャナである。研磨操作中に動翼１１５の形状を解析および評価するために、光学式ＣＭＭの代わりに他のスキャンニングシステムを使用することもできるということを、当業者なら理解するであろう。たとえば、動翼１１５の表示を生成するために、接触プローブを用いるＣＭＭを使用することもできる。

照明システム１４０は、可視光を動翼１１５などの加工物上に導いて、その上での操作をガイドするように制御できる任意の種類の照明システムとすることができる。例示を簡単にするために、図１は、照明システム１４０をＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ）プロジェクタとして描いているが、多数の可能な候補が存在するということを、当業者なら理解するであろう。たとえば一実施形態においては、照明システム１４０は、レーザ照明システムを含むことができる。その他の候補としては、ＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｊｅｃｔｉｎｇ）プロジェクタやＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）を含むことができる。

図２は、本発明の一実施形態による、図１に示されている計算ユニット１３０に関連する機能構成要素のいくつかを示す概略図である。図２は、研磨操作を受けている最中に動翼１１５の現在の表示を受け取り、動翼１１５の目標形状を取得し、現在の形状を目標形状と比較し、さらなる研磨を必要とする区域を特定し、照明システム１４０を制御して研磨操作員１０５に視覚フィードバックを提供するために用いられるアプローチについて全般的な理解を容易にする、計算ユニット１３０の構成要素のみを示している。計算ユニット１３０は、図１に示されていないさらなる構成要素を有することができるということを、当業者なら理解するであろう。たとえばコントローラ１０４は、操作員が命令やデータを入力すること、および／または研磨操作を監視することを可能にするユーザインターフェイス要素を有することができる。

図２に示されているように、計算ユニット１３０は、研磨操作中にリアルタイムで走査システム１２５から生成された動翼１１５の現在の形状の表示と、ＣＡＤモデル１３５からの動翼１１５の目標形状の表示とを受け取るコンパレータ２０５を備える。コンパレータ２０５は、現在の形状を目標形状と比較する。厚さ評価器２１５が、動翼１１５の厚さを評価する。厚さ評価器２１５は、公差内にないブレードの区域を認識することによって、厚さを評価する。区域特定器２２０は、動翼１１５の厚すぎる（すなわち、追加研磨を必要とする）区域をすべて特定する。照明制御器２２５は、動翼１１５のこれらの区域を可視光でハイライトするように照明システム１４０に指示する。照明システム１４０がレーザ照明システムである一実施形態においては、照明制御器２２５は、翼の適切な区域にレーザ光を反射させるようにミラーを制御することにより、区域を可視光でハイライトする。現在の形状と目標形状を比較すること、厚さを評価すること、区域を特定すること、および可視光によって区域を照明することは、動翼１１５が目標形状に適合したと計算ユニット１３０が判断するまで続く。一実施形態においては、厚さ評価器２１５および区域特定器２２０に関連する機能は、コンパレータ２０５によって直接実行することができ、したがって厚さ評価器２１５および区域特定器２２０が不要になるということを、当業者なら理解するであろう。この実施形態では、コンパレータ２０５からの出力は、照明制御器２２５に直接供給される。

本発明のさまざまな実施形態においては、計算ユニット１３０は、ハードウェアのみの実施形態、ソフトウェアのみの実施形態、あるいはハードウェアおよびソフトウェアの双方の要素を含む実施形態の形をとることができる。好ましい一実施形態においては、計算ユニット１３０によって実行される処理機能は、ソフトウェア内に実装され、このソフトウェアには、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどが含まれるが、それらには限定されない。

さらに、計算ユニット１３０によって実行される処理機能は、コンピュータまたは任意の命令実行システムによって、またはそれらに接続して使用するためのプログラムコードを提供する、コンピュータで使用可能な媒体またはコンピュータで読み取り可能な媒体からアクセス可能なコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。この記述の目的から、コンピュータで使用可能な媒体またはコンピュータで読み取り可能な媒体は、コンピュータ、命令実行システム、装置、またはデバイスによって、またはそれらに接続して使用するためのプログラムを格納、保存、通信、伝搬、または移送することができる任意の装置とすることができる。コンピュータで読み取り可能な媒体は、電子的な、磁気的な、光学的な、電磁的な、赤外線による、または半導体によるシステム（または装置もしくはデバイス）、あるいは伝搬媒体とすることができる。コンピュータで読み取り可能な媒体の例としては、半導体または固体記憶装置、磁気テープ、取り外し可能なコンピュータディスケット、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、磁気ハードディスク、および光学ディスクが含まれる。光学ディスクの現時点での例としては、ＣＤ−ＲＯＭ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｋ−ｒｅａｄ ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−Ｒ／Ｗ（ｃｏｍｐａｃｔ ｄｉｓｋ−ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ）、およびＤＶＤ（ｄｉｇｉｔａｌ ｖｉｄｅｏ ｄｉｓｃ）が含まれる。

図３は、図１に示されているオンラインシステムを使用することに関連する処理操作を示す流れ図３００である。図３に示されているように、動翼１１５の研磨操作は、３０５で始まって、動翼の機械加工時に生じた表面の隆起部を除去する。３１０において、走査システム１２５は、研磨操作中の処理の最中にリアルタイムで動翼１１５の現在の形状の表示を生成する。３１５において、計算ユニット１３０は、動翼１１５の目標形状の表示を取得する。３２０において、計算ユニット１３０は、走査システム１２５から生成された動翼１１５の現在の形状を動翼１１５の目標形状と比較する。３２５において、動翼１１５に追加研磨が必要であると判定された場合には、３３０において、計算ユニット１３０は、動翼１１５の厚すぎる（すなわち、追加研磨を必要とする）区域をすべて特定する。３３５において、計算ユニット１３０は、動翼１１５のこれらの区域を可視光でハイライトするように照明システム１４０に指示する。研磨操作員１０５は、動翼１１５を研磨している最中に、従うべきガイドとしてこの可視光を利用する。その間、動翼１１５には追加研磨の必要がないと処理ブロック３２５において判定されるまで、処理操作３１０〜３３５が継続される。この判定が下されると、処理ブロック３４０に示されているように、動翼１１５の研磨は終了する。

上述の流れ図は、動翼の研磨を行っている操作員にリアルタイムで視覚フィードバックを提供することに関連する処理機能のいくつかを示している。この点に関して、各ブロックは、これらの機能を実行することに関連する処理行為を表している。いくつかの代替実施態様においては、ブロック内に記された行為は、図に記された順序から外れて行うこともでき、あるいは、たとえば実際には、関連する行為に応じて、実質的に同時に、または逆の順序で実行することもできるという点にも留意されたい。また、処理機能を記述するさらなるブロックを追加することもできるということを、当業者なら理解するであろう。

本開示について、その好ましい実施形態と共に詳細に記載および説明したが、変形および修正が当業者には想起されるであろうということが理解できるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨内に含まれるそのようなすべての修正および変更を包含することを意図するものであると理解されたい。

１００ システム
１０５ 研磨操作員
１１０ 研磨ユニット
１１５ 動翼
１２０ 研磨紙の帯
１２５ 走査システム
１３０ 計算ユニット
１３５ モデル
１４０ 照明システム
２０５ コンパレータ
２１５ 厚さ評価器
２２０ 区域特定器
２２５ 照明制御器

Claims (10)

1. 加工物（１１５）の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するためのシステム（１００）であって、
   前記加工物（１１５）の目標形状の表示を有するモデル（１３５）と、
   前記研磨操作中の処理の最中に前記加工物（１１５）の現在の形状の表示を生成する走査システム（１２５）と、
   前記加工物（１１５）の前記現在の形状を前記加工物（１１５）の前記目標形状と比較するコンパレータ（２０５）と、
   前記研磨操作中に前記加工物（１１５）を可視光でハイライトする照明システム（１４０）であって、前記加工物（１１５）を可視光でハイライトする前記操作が、前記現在の形状と前記目標形状との間の前記比較に応じて行われ、前記目標形状に適合するために追加研磨を必要とする前記加工物（１１５）の部分をハイライトする照明システム（１４０）と、
   を含むシステム（１００）。
2. 前記走査システム（１２５）が光学式座標測定機を含む、請求項１記載のシステム（１００）。
3. 前記照明システム（１４０）が、レーザ照明システム、ＬＣＤプロジェクタ、ＤＬＰプロジェクタ、およびＣＲＴからなる群から選択される、請求項１記載のシステム（１００）。
4. 前記照明システム（１４０）が、前記加工物（１１５）の前記現在の形状と、前記加工物（１１５）の目標形状との間で、目標とする公差が得られるまで、前記研磨操作中に前記加工物（１１５）をハイライトし続ける、請求項１記載のシステム（１００）。
5. 前記照明システム（１４０）が、前記研磨操作中にリアルタイムで前記加工物（１１５）をハイライトする、請求項１記載のシステム（１００）。
6. 前記照明システム（１４０）が、追加研磨を必要とする前記加工物（１１５）の部分を前記可視光で照明する、請求項１記載のシステム（１００）。
7. 加工物（１１５）の研磨操作中に視覚フィードバックを提供するための方法であって、
   前記研磨操作中の処理の最中に前記加工物（１１５）の現在の形状の表示を生成するステップと、
   前記加工物（１１５）の目標形状の表示を取得するステップと、
   前記加工物（１１５）の前記現在の形状を前記加工物（１１５）の前記目標形状と比較するステップと、
   前記加工物（１１５）の前記現在の形状を前記加工物（１１５）の前記目標形状と比較するステップに応じて、追加研磨を必要とする前記加工物（１１５）の部分を割り出すステップと、
   前記研磨操作中に、追加研磨を必要とする前記加工物（１１５）の前記部分を可視光でハイライトするステップとを含む方法。
8. 前記加工物（１１５）の前記現在の形状を生成する前記ステップが、前記研磨操作中に前記加工物（１１５）の前記形状を測定するステップを含む、請求項７記載の方法。
9. 前記加工物（１１５）の前記目標形状の前記表示を取得する前記ステップが、前記加工物（１１５）の計算機支援設計モデル（１３５）を取り込むステップを含む、請求項７記載の方法。
10. 前記加工物（１１５）の前記部分を可視光でハイライトする前記ステップが、前記研磨操作中にリアルタイムで行われる、請求項７記載の方法。