JP4394094B2 - 固定具を含む装置およびその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、タービンエンジン部品の製造および修理に関し、特に、タービンエンジン要素の識別マーキングに関する。

タービンエンジン部品の識別マーキングは、最近かなり注目されている。このようなマーキングの目的や使用法は様々であるが、主な例はエンジンの製造や修理、特にエンジン部品の修理中にみられる。製造業者や修理／改修作業によっては、修理や改修のために部品を受け取ったときに各々の部品にマークを付けることが一般的となっている。このようなマーキングは、（作業者が読取可能な文字と数字を組み合わせた連続マーキングや［二次元ドットマトリックスコードなどの］機械で読取可能な）識別マーキングとすることができる。マーキングは、それ自体（修理の日付／時間、修理の場所、修理の種類コードなどの）追加情報を含むか、このような情報はマーキングに基づいてアクセス可能なデータベースに保存される。

例示的なマーキング技術は、ドットピーン刻印マーキングである。他の技術には、レーザおよび／または化学エッチングが含まれる。ドットピーンマーキングは、速さ、低コスト、およびかなりの堅牢性という利点を有する。

典型的な部品は、マーキングに適した表面積部分が限られている。例えば、タービンブレードや圧縮機ブレードのエアフォイルは、ガス通路や高い応力にさらされる他の面と同様にマーキングが不可能な部分である。このようなブレードでは、ブレードプラットフォームの下面および／またはブレードの取付根部の端部に沿った特定位置におけるマーキングが適切でありうる。従って、特定の部品について、製造業者が限られた数の許容されるマーキング位置／箇所を特定することがある。

典型的なマーキング装置では、部品上のマーキング位置は、マーキングヘッド部と所定の空間的関係を有する必要がある（すなわち、マーキング位置は、マーキング可能な位置になければならない）。特化された固定具を使用して部品を保持することができる。例えば、異なるエアフォイル形状や他の形状により、エンジンの各ブレード段のエアフォイルを保持するのに異なる固定具が必要となりうる。ブレードの例では、固定具は関連する段のエアフォイルの特定形状と相補的な面を有することができる。特定の固定具は、許容位置の１つをマーキング可能な位置に配置する。種々の許容位置に対応して、特定の部品のために複数の固定具が必要となる場合があるが、これは費用がかかるとともに貴重な作業セル空間を占めてしまう。

このように、受取時や発送時に部品にマークを付けるために、作業者は各々の部品を点検してまだマークが付いていない許容位置を調べる必要がある。作業者は、続いて、まだマークが付いていない適切な許容位置を選択して、その特定部品用の種々の固定具／アダプタからその特定位置用の固定具またはアダプタを選択しなければならない。

本発明の一形態は、基部と設置状態で一対のジョーを収容する手段とを有する固定具を含む装置に関する。この固定具は、設置されたジョーを基部に対して少なくとも第１および第２の回転自由度で連結する連結手段を含む。（例えば、複数の対のうちの第１のものである）一対のジョーは、実質的に凹状でかつ第１のタービンエンジン要素のエアフォイルの負圧面部分と相補的な表面部分を有する第１のジョーを含む。第２のジョーは、実質的に凸状でかつ上記エアフォイルの正圧面部分と相補的な表面部分を有する。

種々の実施例では、ジョーの対の追加の組が含まれてもよく、各々の追加の組は、異なるタービンエンジン要素の異なるエアフォイルの負圧面および正圧面と相補的な表面部分を有する第１および第２のジョーをそれぞれ含みうる。連結手段は、第３の回転自由度での連結をさらに提供することができる。

上記装置は、マーキング動作で使用することができる。例えば、第１のタービンエンジン要素は、第１のジョーの対に収容および設置可能である。第１のジョーの対は、固定具に設置することができる。第１のタービンエンジン要素上で第１のマーキング位置が選択されうる。固定具は、第１のマーキング位置をマーキング装置に対して第１の空間的関係に配置するように連結可能である。マーキング装置は、第１のマーキング位置にマークを付けるように使用することができる。

本発明の１つまたは複数の実施例の詳細は、添付図面および以下の実施形態に記載されている。本発明の他の特徴、目的、および利点は実施形態、図面および請求項より明らかになる。

図１は、ブレード２２にマーキングを行うマーキングステーション２０を示している。例示的なステーション２０は、ドットピーンマーカなどのマーキング装置すなわちヘッド部２４を含む。ブレード２２は、固定アセンブリ２６に保持される。例示的な固定具２６は、次にステーションの基部３０の上面すなわち頂部２８に固定される。ヘッド部２４は、アーム構造体３２などによって基部３０に対して固定可能である。例示的なヘッド部２４は、コンピュータ制御によってアームに沿って垂直方向に移動可能に設けることができる。また、例示的なヘッド部は、下方のマーキング先端部３６を有するマーキングビット３４を担持する。ヘッド部またはビットは、コンピュータ制御下で水平方向に移動可能に設けることができる。例えば、ビットは、ヘッド部内のモータ（図示省略）によって（アーム部から離れるようにおよびアーム部に向かって）前後および左右に移動可能に設けてもよい。

図２は、ブレード２２および固定具２６の詳細をさらに示している。ブレードは、根部４２から先端部４４まで外側に延在するエアフォイル４０を有する。エアフォイルの基部４２は、プラットフォーム４５に取り付けられている（例えば、プラットフォームと一体形成されている）。取付根部４６が、プラットフォームの内側端から終端部４８まで延在する。例示的な根部４６は、ブレードをディスク（図示省略）に固定するためにディスクの相補的なスロットと嵌合する“もみの木状”の複雑なプロファイルを有する。ブレード２２は、固定具２６の着脱可能なジョー要素５０，５２の間に保持される。

例示的な固定具２６は、固定具基部６０を有する万力機構である。例示的な基部６０は、（基部６０の下面６２が頂部２８と接触する状態で）ステーション基部３０に取付可能であり、締結具６４によってこれに固定可能である。基部６０の上面６６は、凹面６８を含む。例示的な固定具２６では、面６８は、単一の凹みを有し、実質的に一定の曲率半径Ｒ₁を有する。曲率中心（ａｘｉｓ ｏｆ ｃｕｒｖａｔｕｒｅ）５００（図３参照）は、終端部４８の近傍にある。例示的なＲ₁、は０．３ｍ、より広くは０．１〜２．０ｍまたは０．２〜０．６ｍである。面６８は、固定具本体７２の相補的な凸面７０と接触する。本体７２は、基部７４を有し、これに沿って面７０が形成される。また、本体７２は、本体基部７４から上向きに延在する前後の直立構造体７６，７８を含む。

本体７２は、万力または締結構造体の本体として機能し、ジョー５０，５２はこの本体のジョーインサートとして作用する。例示的な固定具２６では、前方の直立構造体７６が、ねじの軸５１０（図３参照）に沿って内部にねじが付いた部分９０を有するねじ保持具として機能する。内部にねじが付いた部分９０は、ねじ９４の外側にねじが付いた本体を螺合により受け入れる。外側端部９６において、ねじ９４は、ハンドル９８に連結され、軸５１０に対して相対的に回転しないようにハンドル９８に固定される。内側端部１００において、ねじ９４は取付ブロック１０２に連結される。取付ブロック１０２は、インサート５２を担持する可動ジョーとして作用する。例示的な固定具２６では、ジョー５２の前方フランジ１１０がブロック１０２の上面１１２上に位置するとともに１つまたはそれ以上のねじ１１４によりブロックに固定される。ねじ９４とブロック１０２との連結部は、軸５１０を中心とする相対的な回転を有利に可能にし、ブロックは軸５１０に沿って移動するに従ってその向きを維持することができる。しかし、上記の連結部は、少なくとも方向５１２で軸５１０に沿った力の伝達を有利に可能にし、ブロック１０２をジョー５０に向かって移動させる。軸５１０を中心にハンドルを方向５１４（図３参照）に回転させることで、ブロック１０２およびジョー５２が方向５１２へ移動する。逆方向の回転は、ブロック１０２およびジョー５２を逆方向に移動させる。ジョー５０は、同様に後方の直立構造体７８に保持された後方の取付ブロック１２０に取付可能である。直立構造体７８へのブロック１２０の取付けは、（以下で説明するように）軸５１０を中心として固定可能な相対回転を有利に可能にする。

図２は、軸５００を中心とする固定可能な相対回転を提供する例示的な手段を示している。１つまたは複数の固定部材１５０は、固定具基部６０に本体基部７４を選択的に固定する。例示的な固定部材１５０は、ねじで構成されている（３つのねじ１５０を含む横方向の列が図３に示されている）。各々の例示的なねじ１５０は、本体基部７４に設けられた関連する穴１５２を貫通する。ねじは挿入された状態において、固定具基部６０に設けられた関連する穴の群１５４，１５６，１５８の１つの内部にさらに延在しうる。例示的な実施例では、穴１５２はねじが付いておらず、穴１５４，１５６，１５８はねじと係合して、ねじ１５０の挿入／係合状態においてしっかりと固定されるようにねじ付である。ねじを（穴１５４，１５６，１５８から）外した状態では、軸５００を中心に固定具本体７２を回転して穴１５２と、穴１５４，１５６，１５８の１つと、を整列させることができる。例示的な実施例では、穴１５４は（例えば、軸５１０が水平の）中立位置に対応する。穴１５６は、（例えば、図２で軸５１０が反時計回りに約５°回転された）僅かに上方に傾斜した向きに対応する。穴１５８は、（例えば、図２で軸５１０が時計回りに約２０°回転された）下方に傾斜した向きに対応する。例えば、ファセットを有する終端部４８では、上述の回転により各々のファセットが動作位置でかつ（水平などの）適切な向きに配置される。マーキング位置は完全に水平である必要はない。（例えば、約６ｍｍまでの）小さい横方向のマーカ変位では（例えば、約５°までの）水平から僅かに外れた角度も許容される（すなわち、特にヘッド部の高さが固定されている場合には、マーカの有効なマーキングがなお可能である）。このような角度は小さければ小さいほど、横方向において許容される変位（例えば、マーキング範囲）が大きくなる。

図２は、軸５１０を中心とする固定具本体７２に対するジョーとブレードとの固定可能な回転を提供する手段の詳細をさらに示している。例示的な固定具２６では、ブロック１２０は、軸５１０を中心に設けられた直立構造体７８の円形開口部１７２に収容された円形のボス１７０を有する。ボス１７０と開口部の表面との摺動接触により、軸５１０を中心とした相対的な回転が案内される。この回転は固定手段により固定可能である。例示的な固定手段は、１つまたは複数の固定部材１８０，１８２を含む。例示的な固定部材１８０は、ピンで構成されている。例示的なピンは、直立構造体７８およびブロック１２０の開口部すなわち穴を貫通する挿入位置でピンの移動を止めるばね付勢された移動止め９４を有して図示されている。例示的な穴１８６が、ブロック７８に図示されている。図２は、さらにブロック１２０に設けられた例示的な穴１８８を示している。図４は、さらに、同様の寸法でかつ軸５１０から同様の半径に設けられた追加の穴１９０，１９２，１９４を示している。例示的な穴１８６，１８８，１９０，１９２，１９４はねじが付いていない。

固定部材１８０，１８２が係合していない状態において、ブロック１２０は軸５１０を中心に直立構造体７８に対して回転可能である。この回転は、両方のブロック１２０，１０２、これらに取り付けられたジョー５０，５２、およびブレード２２のユニットとしての回転でありうる。回転は、穴１８８，１９０，１９２，１９４のいずれかと、図２の穴１８６とを整列させる。例えば、穴１９２，１９４は、図４に示すように穴１８８に対してブロックの反時計回りおよび時計回りにおける９０°の回転をそれぞれ表しうる。穴１９０は、異なる角度に設けることができる。例示的な角度には、プラットフォームのタング部１９８の下面１９６のマーキングを容易にする１７°３０’の反時計回りの回転が含まれる。このようなタング部は、例示的な下面の向きの数度以内の下面を有する一般的なブレード特徴部である。従って、１７°３０’の角度は、固定具を種々のブレードで使用可能とする良好な近似値である。

例示的な固定部材１８２は、（例えば六角頭の）押さえねじである。例示的な固定具２６では、これらの押さえねじのシャフトは直立構造体７８のスロット２００（図５参照）を貫通する。例示的なスロット２００は、実質的に軸５１０を中心として９０°を僅かに超える大きさの環状のセグメントとして構成されている。各々のスロット２００は、一対の周方向の端部２０２を有し、これらの端部２０２は、ブロック１２０の対応する所定の組の穴にねじ１８２が設置された状態で回転動作範囲の端部を定める。図４は、このような対応する穴２１０，２１２，２１４，２１６を示しており、これらの穴は、穴１８８，１９２，１９４と完全にずれるように軸５１０を中心に均等に離間されている。例示的な固定具では、これらの穴２１０，２１２，２１４，２１６は、ねじ１８２のシャフトを収容するようにネジ付である。よって、これらのねじ１８２が締められると、ブロック１２０は直立構造体７８にしっかりと固定される。ねじ１８２が係合する穴の特定の対を変更することにより、ピン１８０によって提供されるロックアウトによる軸５１０を中心とする全範囲にわたる回転が得られる。

図２の例示的なジョー５０，５２は、それぞれ金属製の構造部材２５０，２５２とポリマー製のブレード係合部材２５４，２５６とのアセンブリである。例示的な構造部材２５０，２５２は、互いに同一である。ブレード係合部材は、ブレードと係合する内部面２５８，２６０を有する。これらの面２５８，２６０は、エアフォイルの正圧面２７０および負圧面２８０とほぼ相補的な凸部および凹部をそれぞれ含む。例示的なポリマー製部材２５４，２５６は、関連する金属製部材２５０，２５２と熱により結合される。図２，図６は、ポリマー製部材のボア２８２に圧入されるとともに、これと合わさるポリマー製部材２５４のボア２８４内に摺動可能に延在する一対のピン２８０をさらに示している。ピン２８０は、整列機能を果たす。ジョー５２が方向５１２に移動すると、ねじ９４に対するブロック１０２の取付はある程度浮動する。ピン２８０とボア２８４との係合は、２つのジョー５０，５２がブレードの周りで閉じるに従って、これらのジョーを適切に整列させる。

動作時には、固定具は基部に設置され、固定された状態に維持される。ブレードにマークを付けるには、作業者は未設置であればそのブレード用のジョーを設置する。作業者は、続いてブレードを挿入してジョーを締める。次に、作業者は所望のマーキング位置をマーキング用の向きに配置する。作業者は、手動または半手動でヘッド部を正確な高さ（例えば、先端部が適切な高さとなるよう）に配置する。この高さでは、先端部はマーキング位置の高さよりも僅かに高く設けられるが、刻印を提供するのに有効な相対的動作範囲を有する。そのあと、自動制御の下で、マーカが所望のマーキングを提供する。これは、ヘッド部に設けられたモータを伴うことができ、このモータによりマーキング位置に沿って所定位置まで先端部が移動するとともに、第１の刻印またはピクセルを提供するために刻印が行われ、かつ次のピクセル位置まで先端部が横方向に移動する。

連結式の固定具の使用は種々の利点を有しうる。第一に、（所定のブレードなどの）所定の部品構造を処理するために一対のジョーしか必要とされないことが挙げられる。これは各々の部品構造のために複数の固定具を必要とするものから区別される。この減少により、コストおよび切換時間が削減される。さらに、大規模の処理が容易になる。部品のどの位置に最終的にマークが付けられるかに関係なく、関連するジョーの対に部品を設置することができる。続いて、マークのない所望のマーキング位置を適切な位置および方向に配置するように固定具が連結される。異なる部品に対して固定具を変更する必要性も減少するかまたはなくなる。

本発明の１つまたは複数の実施例を説明したが、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに種々の改良を行うことができる。例えば、特定の部品や使用される特定のマーキング装置の詳細は、特定の実施例の詳細に影響を与えうる。よって、他の実施例も請求項の範囲内に含まれる。

マーキングステーションの説明図である。 図１のステーションの固定具の側面図である。 図２の固定具の正面図である。 図２の後方の取付ブロックの背面図である。 図２の固定具の後方の直立構造体の上部背面図である。 図２の固定具の対となったジョーが合わさった状態の底面図である。

符号の説明

２０…マーキングステーション
２２…ブレード
２４…ヘッド部
２６…固定具
２８…ステーション基部の頂部
３０…ステーション基部
３２…アーム構造体
３４…マーキングビット
３６…マーキング先端部

Claims (14)

1. タービンエンジン要素にマーキングを行うマーキング装置であって、
   マーカと、
   固定具とを有し、この固定具は、
   固定具基部と、
   係合状態において、タービンエンジン要素の第１の部分と係合する表面部分を有する第１のジョーと、
   前記係合状態において、前記タービンエンジン要素の第２の部分と係合する表面部分を有する第２のジョーと、
   第１のジョーを第１の軸を中心に回転可能に保持する第１の取付ブロックと、第２のジョーを第１の軸を中心に回転可能に保持する第２の取付ブロックと、第２のブロックを第１の軸に沿って移動させる手段と、を有し、第１の軸は第１のジョーおよび第２のジョーを通って延びる固定具本体と、を含み、
   前記固定具本体は、前記固定具基部によって第２の軸を中心に回転可能に保持されており、前記固定具基部は、第２の軸を曲率中心とする凹状の上面を有し、前記固定具本体は、第２の軸を曲率中心とする凸状の下面を有することを特徴とするマーキング装置。
2. 前記マーカは、ドットピーンマーカであることを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
3. 前記固定具本体は、第２のジョーを第１のジョーに向かって移動させるために、第１の軸を中心に第１の方向に回転可能なねじジャッキによって第２のジョーを保持していることを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
4. 第１および第２のジョーの一方に設けられた穴と係合するように、第１および第２のジョーの他方によって少なくとも１つの整列ピンが保持されていることを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
5. 第１および第２のジョーと交換可能である少なくとも１つの追加のジョーの対を含み、この追加のジョーの対は、
   係合状態において、前記タービンエンジン要素と形状が異なる他のタービンエンジン要素の第１の部分と係合する表面部分を有する第１のジョーと、
   前記係合状態において、前記他のタービンエンジン要素の第２の部分と係合する表面部分を有する第２のジョーと、を有することを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
6. 第１および第２のジョーと交換可能である複数の追加のジョーの対を含み、これらの追加のジョーの対は、
   係合状態において、前記他のタービンエンジン要素とは形状が異なる関連するタービンエンジン要素の第１の部分と係合する表面部分を有する第１のジョーと、
   前記係合状態において、前記関連するタービンエンジン要素の第２の部分と係合する表面部分を有する第２のジョーと、をそれぞれ含むことを特徴とする請求項５記載のマーキング装置。
7. 前記固定具基部に対して第１および第２のジョーを固定する固定手段を含むことを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
8. 第２の軸は、第１および第２のジョーの範囲を超えるとともに、第１の軸に垂直であるが第１の軸とは交差しないことを特徴とする請求項１記載のマーキング装置。
9. 請求項１に記載のマーキング装置の使用方法であって、
   前記タービンエンジン要素を受け取り、
   前記ジョーの対を前記固定具に設置し、
   前記タービンエンジン要素を前記ジョーの対に設置し、
   前記タービンエンジン要素の第１のマーキング位置を選択し、
   第１のマーキング位置を前記マーカに対して第１の空間的関係に配置するように前記固定具を連結し、
   前記マーカを使用して第１のマーキング位置にマーキングを行うことを含むことを特徴とするマーキング装置の使用方法。
10. マーキング位置の選択は、マーキング位置の所定の群から行われ、この群から既にマーキングされた少なくとも１つの位置を除外することを含むことを特徴とする請求項９記載のマーキング装置の使用方法。
11. 第１のマーキング位置は、前記タービンエンジン要素の根部に設けられていることを特徴とする請求項９記載のマーキング装置の使用方法。
12. 前記マーキングは、ドットピーンマーキングを含むことを特徴とする請求項９記載のマーキング装置の使用方法。
13. 前記タービンエンジン要素はブレードであり、第１のマーキング位置は、前記ブレードの取付根部上にあることを特徴とする請求項９記載のマーキング装置の使用方法。
14. 前記タービンエンジン要素とは異なる形状の第２のタービンエンジン要素を受け取り、
    前記ジョーの対とは異なる形状の第２のジョーの対を前記固定具に設置し、
    第２のタービンエンジン要素を第２のジョーの対に設置し、
    第２のタービンエンジン要素上の第２のマーキング位置を選択し、このマーキング位置は、選択的に前記タービンエンジン要素上の第１のマーキング位置と同様であり、
    第２のタービンエンジン要素上の第２のマーキング位置を前記マーカに対して第１の空間的関係に配置するように前記固定具を連結し、
    前記マーカを使用して第２のタービンエンジン要素上の第２のマーキング位置にマーキングを行うことをさらに含むことを特徴とする請求項９記載のマーキング装置の使用方法。

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