KR20120034799A - 자동 수리 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기계 부품(1)의 자동 수리를 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 제시된 방법에 따라, 상기 부품(1)의 손상된 부분(12)을 포함하는, 상기 부품(1)의 제1 기하구조가 디지털화된다(102). 그 후 상기 부품(1)의 상기 손상된 부분(12) 위에 홈(20)이 머시닝된다(104). 머시닝(104)은 부품(1)의 상기 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(207)를 사용하여 수치적으로 제어된다. 그 후, 상기 머시닝(104) 후에 상기 부품(1)의 제2 기하구조가 디지털화되는데, 상기 제2 기하구조는 상기 홈(20)을 포함한다. 후속으로, 상기 홈(20) 위에 재료가 퇴적된다(108). 재료(25)의 퇴적(108)은 상기 부품(1)의 상기 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(208)를 사용하여 수치적으로 제어된다.

Description

자동 수리 방법 및 시스템{AUTOMATED REPAIR METHOD AND SYSTEM}
본 발명은 기계 부품들의 자동 수리에 관한 것이다. 본 발명은, 배타적이지 않지만 특히, 블레이드 또는 날개(vane)와 같은 터보기계(turbomachine) 부품의 자동 수리에 관한 것이다.
금속 기계 부품들은 사용으로부터 야기되는 퇴화(deterioration)의 대상이 될 수 있다. 예컨대, 터보기계 부품들은 기계적 힘 때문에 퇴화될 뿐만 아니라, 액체 매질 내에서의 사용으로부터의 마찰(friction), 침식(erosion) 및 부식(corrosion) 때문에 마모된다. 특히, 터보기계 블레이드들 및 날개들은 동작 동안 그것들의 리딩 및 트레일링 에지들(leading and trailing edges) 상에 침식 마모를 겪는다. 블레이드들 및 날개들의 이러한 점진적 퇴화는 터보기계의 효율을 감소시킨다. 결국, 날개 또는 블레이드의 두께, 또는 코드 폭(chord width)과 같은 다른 치수들이 최소한의 허용되는 실용적인 한계 아래로 감소되며, 이는 마모된 블레이드 또는 날개의 의무적 폐기 또는 수리를 야기한다.
과거에는, 마모된 터빈 블레이드들 또는 날개들 전체를 완전히 교체하는 것이 종종 필요했다. 그러나, 비용상의 이유로, 마모된 블레이드 또는 날개 전체를 완전히 교체하는 것 대신에, 블레이드 또는 날개의 마모된 부분만을 수리하는 방법이 바람직하다. 지금까지는, 마모된 블레이드들 또는 날개들은 마모된 부분을 제거하기 위해 끝부분과 같은 마모된 부분을 머시닝 다운하고(machining down), 그 후, 예컨대 마이크로플라즈마 퇴적 용접에 의해 제거된 재료를 다시 가함으로써 수리되어 왔다. 이 프로세스는 수동 트렌칭(trenching), 용접 및 재컨투어링(recontouring)을 수반한다. 다시 말하면, 그러한 프로세스는 시간 소모적이고, 고비용을 수반하며, 인력 집약적이고 정확하지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 위에 설명한 것과 같은 기존 프로세스에 비하여 높은 정확도를 제공하고 덜 인력 집약적인, 기계 부품의 수리를 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
위의 목적은 청구항 1에 따른 방법, 및 청구항 12에 따른 시스템에 의해 달성된다.
본 발명의 근본적인 발상은, 매번의 동작 후에 부품의 기하구조(geometry)를 디지털화하고, 디지털화된 기하구조를 후속의 동작을 수치적으로 제어하기 위한 입력 조건으로서 사용함으로써 수리 프로세스를 자동화하는 것이다. 이는 제시된 수리 프로세스의 각각의 개별적인 동작 후에 업데이트되는, 부품의 디지털화된 기하구조들의 데이터 플로우를 설정하는 것을 수반한다.
일 실시예에서, 상기 머시닝을 수치적으로 제어하는 것은, 수신된 사용자 입력에 기초하여 부품의 상기 제1 기하구조 상의 상기 손상된 부분의 위치를 식별하는 것에 응답하여 머시닝 경로를 생성하는 것을 포함한다. 이는 사용자 또는 작업자로 하여금 손상이 발생한 부품 상의 영역들을 전달 지침에 기초하여 정의하도록 허용한다.
일 실시예에서, 상기 퇴적을 수치적으로 제어하는 것은, 상기 부품의 저장된 기준 기하구조 데이터에 대한 상기 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터의 비교에 기초하여 상기 부품 상의 홈(trough)의 위치를 식별하는 것에 응답하여 재료 퇴적 경로를 결정하는 것을 포함한다. 이는 재료 퇴적을 위한 궤적의 자동 생성을 제공한다.
예시적인 실시예에서, 상기 퇴적은 레이저 분말 클래딩(laser powder cladding) 프로세스를 포함한다. 이는 용접 심(seam)의 양호한 치수 제어를 허용하고, 정확하게 제어 가능한 에너지 입력을 제공하는데, 이는 낮은 열 입력을 허용하고, 열에 의해 영향을 받은 작은 영역들을 생성한다.
바람직한 추가적인 실시예에서, 퇴적 프로세스 후에 재료 오버랩을 제거하고 정확한 치수들을 달성하기 위해, 상기 방법은:
- 상기 퇴적 후에 상기 부품의 제3 기하구조를 디지털화하는 단계,
- 상기 부품의 상기 제3 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 사용하여 상기 부품 상의 퇴적된 재료의 초과량을 측정하는 단계, 및
- 퇴적된 재료의 측정된 상기 초과량을 제거하기 위해 상기 부품을 추가적으로 머시닝하는 단계 - 추가적인 상기 머시닝은 상기 제3 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 사용하여 수치적으로 제어됨 - 를 더 포함한다.
추가적인 실시예에서, 제안된 방법은 추가적인 상기 머시닝 후에 상기 부품을 코팅하는 프로세스를 포함한다. 보호 코팅은 부품을 고온으로부터 보호하는 열 배리어의 역할을 한다. 그러한 코팅은 가스 터빈 부품들을 위해 특히 유용하다.
추가적인 실시예에서, 상기 부품은 설계에 의해 제공된 적어도 하나의 개구(opening)를 포함하며, 상기 방법은,
- 부품의 저장된 기준 기하구조 데이터에 대한 상기 부품의 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터의 비교에 기초하여 상기 부품 상의 설계 개구의 위치를 식별하는 단계,
- 상기 코팅 프로세스 후에 상기 부품 상에, 상기 설계 개구의 상기 식별된 위치에 개구를 형성하는 단계를 더 포함한다. 그러므로, 부품 상의 개구들의 위치는 용접 프로세스 전에 부품의 기하구조 내에 정확하게 캡처된다.
측정 정확도를 향상시키기 위해, 상기 기준 기하구조 데이터는 상기 부품을 새로 제조한 후의 상기 부품의 디지털화된 기하구조 데이터, 상기 부품의 이전 수리 후의 상기 부품의 디지털화된 기하구조 데이터, 상기 부품의 디지털화된 3차원 설계 도면, 또는 이들의 조합을 포함한다.
동일한 이유로, 추가적인 실시예에서, 제시된 방법은, 부품의 현재의 수리의 완료 후에 부품의 디지털화된 기하구조 데이터를 저장하고, 상기 저장된 디지털화된 기하구조 데이터를 부품의 후속의 수리를 위한 부품의 기준 기하구조로서 사용하는 단계를 더 포함한다.
수리를 자동화하기 위해, 제시된 방법은 수리 방법의 완료된 동작 후에 상기 부품의 기하구조의 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 저장하고, 상기 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 수리 방법의 후속 동작을 수치적으로 제어하기 위해 사용하는 단계를 포함한다.
예시적인 실시예에서, 상기 부품은 터보기계의 블레이드 또는 날개이다.
본 발명은 수반하는 도면들에 도시된 실시예들을 참조하여 추가적으로 설명된다.
도 1은 본 발명을 사용하여 수리될 수 있는 손상된 터빈 블레이드의 사시도이다.
도 2a는 손상된 블레이드의 단면도이다.
도 2b는 머시닝 후의 블레이드의 단면도이다.
도 2c는 용접 후의 블레이드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 수리 프로세스를 예시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 수리 시스템의 다양한 요소들 사이의 데이터 흐름을 예시하는 블록도이다.
그러므로, 본 발명은 기계 부품의 손상된 부분을 용접 수리하기 위한 자동 프로세스를 제공한다. 본 발명은 배타적이지 않지만 특히, 터보기계의 블레이드 또는 날개의 자동 수리를 위해 사용될 수 있다. 그러므로, 이하 예시된 실시예들은 가스 터빈 엔진의 터빈 섹션에서 사용되는 속이 빈 공냉식 블레이드를 특히 참조하지만, 본 발명은 고정된 날개들과 같은 다른 부품들의 수리, 또는 게다가 임의의 다른 금속 기계 부품의 수리에 대해 동일하게 적용 가능하다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따라 수리될 터빈 블레이드(1)의 구조가 예시된다. 블레이드(1)의 구조는 또한 블레이드(1)의 II-II 단면의 단면도인 도 2a를 참조하여 더 잘 예시될 수 있다.
블레이드(1)는 에어포일(airfoil) 부분(2), 플랫폼 부분(3), 및 터빈 블레이드(1)를 터빈 엔진의 로터에 고정시키기 위한 루트 부분(4)을 갖는다. 블레이드(1)는 리딩 에지(5) 및 트레일링 에지(6)를 갖는다. 예시된 실시예에서, 블레이드(1)는 속이 비어 있으며, 블레이드(1)의 끝부분(8)으로부터 루트 부분(4)의 베이스(9)까지 연장되는 공동(cavity)(7)(도 2a에 도시된 블레이드의 단면도에서 볼 수 있음)을 갖는다. 예시된 블레이드(1)는 공냉식이며, 공동(7)으로부터 블레이드(1)의 외부 표면까지 연장되는, 냉각 구멍들로 명명되는 개구들을 갖도록 설계된다. 엔진 동작 동안, 공기는 공동(7) 내부로 흘러들어오며, 냉각 구멍들을 통해 블레이드(1)를 빠져나간다. 예시된 실시예에서, 몇몇의 그러한 냉각 구멍들(10)이 공동(7)으로부터 에어포일 부분의 표면까지 연장된다. 추가적으로, 몇몇의 냉각 구멍들(11)은 공동(7)으로부터 블레이드 끝부분(8)까지 연장될 수 있다. 본원에 도시되지 않았지만, 공동(7)으로부터 트레일링 에지(6)까지 연장되는 냉각 구멍들이 또한 제공될 수 있다.
동작에서, 블레이드(1)는 기계적 힘 뿐만 아니라, 액체 매질 내에서의 사용으로부터의 마찰, 침식 및 부식 때문에 마모에 노출된다. 그러한 마모는, 예컨대 블레이드(1)의 일부(12)를 손상시킬 수 있다. 손상된 또는 마모된 부분(12)은 금(crack) 및/또는 마모로 인한 (감소된 블레이드 두께와 같은) 감소된 치수를 포함할 수 있으며, 이는 블레이드(1)를 추가적인 동작을 위해 부적합하게 하므로, 블레이드(1)의 수리를 필요하게 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수리 방법(100)이 예시된다. 방법(100)은 위에서 설명한 터빈 블레이드의 예를 들어 예시된다. 그러나, 그러한 예시는 단지 예시적일 뿐이며, 제한적인 의미로 받아들이도록 의도되지 않는다. 본원에 예시된 것과 같이, 손상된 부분은 에어포일 부분의 트레일링 에지 상에 위치한다. 그러나, 손상된 부분은 블레이드의 에어포일 부분, 플랫폼 부분 또는 루트 부분의 임의의 부분에 위치할 수 있으며, 여기서 제시된 방법은 동일하게 적용 가능하다.
수리 방법(100)은, 임의의 손상된 부분을 식별하고 블레이드가 실제로 수리 대상임을 보장하기 위한 블레이드의 시각적 검사를 허용하기 위해, 블레이드로부터 임의의 코팅을 제거하도록 블레이드를 스트리핑하는 단계를 수반하는 블록(101)에서 시작된다. 코팅 제거는 또한 후속의 머시닝 및 용접을 위해 블레이드의 베이스 금속을 노출시킨다.
블록(102)은 블레이드의 손상된 부분을 포함하는, 스트리핑된 블레이드의 기하구조를 디지털화하는 단계를 수반한다. 이 기하구조는 본원에서 블레이드의 제1 기하구조로 명명된다. 본원에 사용된, 부품의 기하구조의 "디지털화"는, 부품의 이미지로부터 부품의 실제 기하구조가 수치적으로 검출되고 분석되는 프로세스를 참조하며, 그 결과로서의 디지털화된 기하구조는 후속 동작의 수치적인 제어를 위해 사용될 수 있다. 블록(103)에서, 블레이드의 제1 기하구조 상의 손상된 부분의 위치 또는 장소를 식별하기 위해 사용자(작업자)로부터 입력이 수신된다. 그러므로, 작업자는 수리될 필요가 있는, 손상들이 발생한 블레이드의 영역들을 전달 지침에 기초하여 정의할 수 있다.
블록(104)은 머시닝, 예컨대 밀링(milling) 또는 임의의 다른 제조 프로세스에 의해 블레이드의 식별된 손상된 부분으로부터 재료를 제거하는 단계를 수반한다. 예시된 실시예에서, 이 머시닝은 제1 수치 제어(NC) 프로그램을 사용하여 수치적으로 제어되는 밀링 동작을 포함한다. 제1 NC 프로그램은 블록(102)에서 얻은 블레이드의 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터, 및 블록(102)에서 식별된 손상된 부분의 위치를 입력으로서 수신하며, 그에 대한 응답으로 머시닝 경로(공구 경로로 또한 명명됨)를 생성한다. 제1 NC 프로그램에 의해 생성된 머시닝 경로에 기초하여, 블레이드의 손상된 부분 위에 홈이 밀링된다. 도 2b는 홈(20)을 도시하는, 밀링 동작 후의 예시된 실시예의 블레이드의 단면 II-II의 단면도이다.
도 3을 다시 참조하여, 블록(105)에서, 밀링 동작 후에 블레이드 상의 임의의 결함들을 검출하기 위해 테스트가 수행된다. 그러한 테스트는, 예컨대 형광 침투물 검사(FPI) 프로세스를 포함할 수 있다. 다음, 블록(106)에서, 밀링 동작 후의 블레이드의 기하구조를 획득하기 위해, 밀링 동작 후에 블레이드의 제2 기하구조가 디지털화된다. 다음 블록(107)은 블레이드 상의 홈의 위치를 식별하는 단계를 수반한다. 이는, 예컨대 블레이드의 저장된 기준 기하구조 데이터에 대한 블록(106)에서 얻은 블레이드의 디지털화된 기하구조 데이터의 비교를 수반하는 기준 측정에 의해 행해진다. 블레이드의 저장된 기준 기하구조 데이터는, 예컨대 블레이드가 새로 제조되었을 때의 블레이드의 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터, 블레이드의 이전 수리 후의 블레이드의 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터, 또는 부품의 디지털화된 3차원 설계 도면을 포함할 수 있다. 유리하게는, 본원에 사용되는 기준 기하구조 데이터는 개선된 측정 정확도를 위해 위에서 언급한 기하구조 데이터의 조합을 포함할 수 있다.
블록(108)은 홈을 채우기 위한 필러(filler) 재료의 퇴적을 수반한다. 필러 재료는 블레이드의 실제 재료에 기초하여 미리 결정될 수 있다. 퇴적 프로세스는 임의의 용접 프로세스를 수반할 수 있지만, 본 발명의 바람직한 실시예는 레이저 분말 클래딩 또는 마이크로클래딩으로 또한 명명되는 레이저 분말 빌드업 용접을 수반한다. 레이저 분말 클래딩은 용접 심(seam)의 양호한 치수 제어를 제공하고, 정확하게 제어 가능한 에너지 입력을 제공하는데, 이는 낮은 열 입력을 허용하고 열에 의해 영향을 받은 작은 영역들을 생성한다. 용접 재료(필러 재료)의 퇴적은 제2 NC 프로그램을 사용하여 수치적으로 제어된다. 제2 NC 프로그램은 블록(106)에서 얻은 블레이드의 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터, 및 블록(107)에서 식별된 홈의 위치를 입력으로서 수신하고, 그에 응답하여 재료 퇴적 경로를 생성한다.
도 2c는 용접/퇴적 프로세스 후의 현재의 예의 블레이드의 단면도를 도시한다. 도시된 것과 같이, 필러 재료(25)가 블레이드(1) 상에 밀링된 홈(20) 위에 퇴적된다. 일반적으로 용접 프로세스 동안 재료 퇴적의 초과량으로부터 야기되는, 오버랩으로 또한 명명되는 돌출부(30)가 본원에 또한 도시된다.
도 3을 다시 참조하여, 블록(109)에서, 돌출부 또는 초과 재료 퇴적의 획득을 목표로, 용접 프로세스 후에 블레이드의 제3 기하구조가 디지털화된다. 일부 경우들에서, 블록(109)에서 얻은 블레이드의 디지털화된 기하구조는 또한, 불완전한 용접 프로세스를 결정하기 위해 사용될 수 있고, 이어서 블레이드는 추가로 용접된다.
다음 블록(110)은, 머시닝에 의해 후속으로 제거될 필요가 있는, 블레이드 상의 재료 퇴적의 초과량을 측정하는 단계를 수반한다. 이 초과량은, 예컨대, 허용되는 공차를 포함하는 블레이드의 저장된 기준 기하구조 데이터와의 블레이드의 제3 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터의 비교에 기초하여 계산될 수 있다. 후속으로, 블록(111)에서, 초과 재료 퇴적을 제거하고 블레이드를 재컨투어링하기(re-contour) 위해, 예컨대 밀링 동작을 포함하는 추가적인 머시닝이 블레이드 상에 수행된다. 재컨투어링은, 블록(109)에서 얻은 블레이드의 디지털화된 제3 기하구조, 및 블록(110)에서의 제거될 초과 재료의 계산에 응답하여 생성된 제3 NC 프로그램을 사용하여 수치적으로 제어된다.
재컨투어링 후에, 블레이드 상의 임의의 결함들을 검출하기 위해 블록(112)에서 추가적인 FPI 테스트가 수행될 수 있으며, 그 후 블록(113)에서 블레이드는 보호 코팅으로 재코팅된다. 보호 코팅은 높은 동작 온도로부터 부품을 보호하기 위한 열 배리어의 역할을 한다. 재코팅 후의 다음 스텝은, 설계에 의해 블레이드 상에 제공된 냉각 구멍들 또는 임의의 다른 개구들을 재오픈하는 것이다. 그러한 개구들은 용접 프로세스 전의 블레이드의 기하구조에서 가장 잘 획득된다. 따라서, 블록(114)에서, 냉각 구멍들(또는 임의의 다른 그러한 설계 개구)이 재오픈되어야 하는 위치들을 식별하기 위해, 예컨대 블록(106)에서 얻은 블레이드의 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 저장된 기준 기하구조 데이터와 비교함으로써 기준 측정이 수행된다.
블록(115)은 재코팅된 블레이드 상의 냉각 구멍들의 재오프닝을 수반한다. 냉각 구멍들은 블록(114)에서 식별된 위치들에서, 예컨대 레이저 드릴링 프로세스에 의해 형성된다. 이는 수리 프로세스를 완료하며, 수리된 블레이드는 품질 제어 및 후속의 재설치를 위해 전달된다(블록(116)). 유리하게는, 수리된 블레이드의 기하구조는 블레이드의 후속의 수리 동작을 위한 기준 기하구조로서 추가적으로 디지털화되고 저장될 수 있다(블록(117)).
도 4는 자동 수리 시스템(200)을 도시한다. 시스템(200)의 다양한 요소들 사이의 데이터 흐름이 도 4에 또한 예시된다. 시스템(200)은 위에서 설명한 방법의 단계들을 수행하도록 구성된다. 시스템(200)에 의해 수행되는 동작들은 제어 수단(201)에 의해 제어된다. 제어 수단(201)은, 예컨대 개인 컴퓨터, 또는 프로세싱, 저장 및 입/출력 회로를 갖는 임의의 다른 디바이스를 포함한다. 제어 수단(201)은 머시닝 수단(202), 용접 수단(203) 및 추가적으로 코팅 수단(204) 및 드릴링 수단(205)을 포함하는 시스템(200)의 동작을 수치적으로 제어하도록 적응된다. 머시닝 수단(202)은, 예컨대 CNC 동작 밀링 기계를 포함할 수 있다. 용접 수단(203)은, 예컨대 수치적으로 제어되는 레이저 분말 클래딩 유닛을 포함할 수 있다. 드릴링 수단(205)은, 예컨대 레이저 드릴링 유닛을 포함할 수 있다.
예시된 시스템(200)은 또한, 각각의 동작 후에 부품(즉, 이 경우 블레이드)의 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 획득하고, 그것을 제어 수단(201)에 공급하기 위한 이미징 수단(206)을 포함한다. 이미징 수단(206)은, 예컨대 블레이드의 이미지를 획득하기 위한 디지털 카메라, 및 획득된 이미지 데이터로부터 블레이드의 기하구조를 수치적으로 검출하고 분석하기 위한 이미지 프로세싱 수단을 포함할 수 있다. 이미징 수단(206)은 대안적으로, 예컨대 레이저 삼각 측량(laser triangulation) 또는 단층 촬영(tomographic) 기법들에 기초하여 블레이드를 3차원 스캐닝하기 위한 스캐닝 수단, 및 스캐닝된 이미지 데이터를 디지털 복원하기 위한 프로세싱 수단을 포함할 수 있다.
제어 수단(201)은 완료된 동작 후에 블레이드의 기하구조의 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 저장하고, 이어서 그것을 후속 동작을 제어하기 위한 수치 제어 프로그램을 생성하기 위한 입력 조건으로 사용함과 동시에, 이러한 업데이트된 기하구조 데이터를 블레이드의 저장된 기준 기하구조 데이터(250)와 비교하도록 적응된다. 제어 수단(201)은, 예컨대 블레이드의 제조 후의 블레이드의 디지털화된 기하구조 데이터(251) 뿐 아니라 블레이드의 디지털화된 3차원 설계 도면(252)을 기준 기하구조 데이터로서 저장할 수 있다. 블레이드가 이전에 이미 수리되었다면, 이전의 수리 후의 블레이드 기하구조의 기하구조 데이터(253)가 또한 기준 기하구조 데이터(250)로서 저장될 수 있다.
프로세스의 초기 입력 조건은, 임의의 코팅을 제거하기 위해 블레이드를 스트리핑한 후의, 손상된 부분을 포함하는 블레이드의 디지털화된 기하구조 데이터(207)에 기초한다. 이 입력, 및 사용자에 의해 입력된 손상된 부분의 위치에 기초하여, 제어 수단(201)은 블레이드 상의 식별된 손상된 부분 위에 홈을 머시닝하는 머시닝 수단을 제어하기 위한 제1 NC 프로그램을 생성한다.
머시닝 동작 후의 블레이드의 기하구조는 이미징 수단(206)에 의해 획득되며, 블레이드의 이러한 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(208)는 제어 수단(201) 내부에 업데이트된다. 이러한 디지털화된 기하구조 데이터(208)는 후속의 용접 동작을 제거하기 위한 NC 프로그램을 생성하기 위한 입력 조건을 형성한다. 저장된 기준 기하구조 데이터(250)에 대한 디지털화된 기하구조 데이터(208)의 비교에 기초하여, 제어 수단(201)은 블레이드 상에 형성된 홈에 미리 결정된 재료를 퇴적하도록 용접 수단(203)을 제어하기 위한 제2 NC 프로그램을 생성한다.
다시, 머시닝 동작 후의 블레이드의 기하구조는 이미징 수단(206)에 의해 획득되며, 블레이드의 이러한 제3 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(209)는 제어 수단(201) 내부에 업데이트되는데, 이는 용접 프로세스 동안 퇴적된 재료의 초과량을 제어하기 위한 후속의 머시닝 동작을 위한 입력 조건을 생성한다. 따라서, 저장된 기준 기하구조 데이터(250)에 대한 디지털화된 기하구조 데이터(208)의 비교에 기초하여, 제어 수단(201)은 블레이드로부터 초과 재료를 머시닝하고 블레이드를 재컨투어링하도록 머시닝 수단(202)을 제어하기 위한 제3 NC 프로그램을 생성한다. 블레이드의 재컨투어링된 기하구조가 이미징 수단(206)에 의해 획득되며, 재컨투어링된 블레이드 기하구조의 디지털화된 데이터(210)가 제어 수단(201) 내부에 업데이트된다.
블레이드를 재컨투어링한 후, 블레이드는 코팅되며, 코팅된 블레이드의 기하구조가 이미징 수단(206)에 의해 획득된다. 코팅된 블레이드의 기하구조의 디지털화된 데이터(211)는 제어 수단(201) 내부에 업데이트되어, 베이스 상의 냉각 구멍들을 재오픈하는 후속의 프로세스를 위한 입력 조건을 형성한다. 머시닝된 블레이드의 디지털화된 기하구조 데이터(209)와 기준 기하구조 데이터(250)의 비교에 기초하여, 제어 수단(201)은 냉각 구멍들을 재오픈하도록 드릴링 수단(205)의 동작을 제어하기 위한 NC 프로그램을 생성한다. 마지막으로, 드릴링 동작 후의 블레이드의 기하구조는, 부품의 후속의 수리 프로세스를 위한 기준 기하구조 데이터로서의 사용을 위해 이미징 수단(206)에 의해 다시 한번 획득되고 제어 수단(201) 내부에 저장된다.
요약하면, 본 발명은 기계 부품의 자동 수리를 위한 방법 및 시스템을 제공한다. 제시된 방법에 따라, 부품의 손상된 부분을 포함하는 상기 부품의 제1 기하구조가 디지털화된다. 그 후, 상기 부품의 상기 손상된 부분 위에 홈이 머시닝된다. 머시닝은 부품의 상기 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 사용하여 수치적으로 제어된다. 그 후, 상기 부품의 제2 기하구조가 상기 머시닝 후에 디지털화되며, 상기 제2 기하구조는 상기 홈을 포함한다. 후속으로, 상기 홈 위에 재료가 퇴적된다. 재료의 퇴적은 상기 부품의 상기 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터를 사용하여 수치적으로 제어된다.
본 발명은 구체적인 실시예들을 참조하여 설명되었으나, 본 설명은 제한적인 의미로 해석되도록 의도되지 않았다. 본 발명의 대안적인 실시예들 뿐 아니라, 개시된 실시예들의 다양한 변형들이 본 발명의 설명을 참조할 때 본 기술분야의 당업자들에게 명백해질 것이다. 그러므로, 아래에 언급한 청구항들에 의해 정의되는 본 발명의 진의 또는 범위로부터 벗어나지 않으면서 그러한 변형들이 이루어질 수 있다고 생각된다.

Claims (16)

  1. 부품(1)의 자동 수리를 위한 방법(100)으로서,
    - 상기 부품(1)의 손상된 부분(12)을 포함하는, 상기 부품(1)의 제1 기하구조를 디지털화하는 단계(102);
    - 상기 부품(1)의 상기 손상된 부분(12) 위에 홈(trough)(20)을 머시닝(machining)하는 단계(104) - 상기 머시닝(104)은 상기 부품(1)의 상기 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(207)를 사용하여 수치적으로 제어됨 -;
    - 상기 머시닝(104) 후에 상기 부품(1)의 제2 기하구조를 디지털화하는 단계(106) - 상기 제2 기하구조는 상기 홈(20)을 포함함 -; 및
    - 상기 홈(20)을 채우기 위해 재료(25)를 퇴적하는 단계(108) - 상기 재료(25)의 상기 퇴적(108)은 상기 부품(1)의 상기 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(208)를 사용하여 수치적으로 제어됨 -
    를 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 머시닝(104)을 수치적으로 제어하는 것은, 수신된 사용자 입력에 기초하여, 상기 부품(1)의 상기 제1 기하구조 상의 상기 손상된 부분(12)의 위치를 식별하는 것(103)에 응답하여 머시닝 경로를 생성하는 것을 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 퇴적(108)을 수치적으로 제어하는 것은, 상기 부품(1)의 저장된 기준 기하구조 데이터(250)에 대한 상기 제2 기하구조의 상기 디지털화된 기하구조 데이터(208)의 비교에 기초하여, 상기 부품(1) 상의 홈(20)의 위치를 식별하는 것(107)에 응답하여 재료 퇴적 경로를 결정하는 것을 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 퇴적(108)은 레이저 분말 클래딩(laser powder cladding) 프로세스를 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    - 상기 퇴적(108) 후에 상기 부품(1)의 제3 기하구조를 디지털화하는 단계(109);
    - 상기 부품(1)의 상기 제3 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(209)를 사용하여 상기 부품(1) 상의 퇴적된 재료(25)의 초과량(30)을 측정하는 단계(110); 및
    - 상기 퇴적된 재료(25)의 상기 측정된 초과량(30)을 제거하기 위해 상기 부품(1)을 추가적으로 머시닝하는 단계(111) - 상기 추가적인 머시닝(111)은 상기 제3 기하구조의 상기 디지털화된 기하구조 데이터(209)를 사용하여 수치적으로 제어됨 -
    를 더 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 추가적인 머시닝(111) 후에 상기 부품(1)을 코팅하는 프로세스(113)를 더 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  7. 제7항에 있어서,
    상기 부품(1)은 설계에 의해 제공되는 적어도 하나의 개구(opening)(10)를 포함하며,
    상기 방법(100)은,
    - 상기 부품(1)의 저장된 기준 기하구조 데이터(250)에 대한 상기 부품(1)의 상기 제2 기하구조의 상기 디지털화된 기하구조 데이터(208)의 비교에 기초하여 상기 부품(1) 상의 상기 설계 개구(10)의 위치를 식별하는 단계(114); 및
    - 상기 코팅 프로세스(113) 후에, 상기 부품(1) 상의 상기 설계 개구(10)의 상기 식별된 위치에 개구(10A)를 형성하는 단계(115)
    를 더 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  8. 제3항 또는 제7항에 있어서,
    상기 기준 기하구조 데이터(250)는 상기 부품(1)을 새로 제조한 후의 상기 부품(1)의 디지털화된 기하구조 데이터(251), 또는 상기 부품의 이전의 수리 후의 상기 부품(1)의 디지털화된 기하구조 데이터(253), 상기 부품(1)의 디지털화된 3차원 설계 도면(252), 또는 이들의 조합을 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수리 방법의 완료된 동작 후에 상기 부품(1)의 상기 기하구조의 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 저장하고, 상기 수리 방법의 후속 동작을 수치적으로 제어하기 위해 상기 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 사용하는 단계를 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품(1)의 현재의 수리의 완료 후에 상기 부품(1)의 디지털화된 기하구조 데이터(212)를 저장하고(117), 상기 저장된 디지털화된 기하구조 데이터(212)를 상기 부품(1)의 후속 수리를 위한 상기 부품(1)의 기준 기하구조로서 사용하는 단계를 더 포함하는 부품 자동 수리 방법(100).
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품(1)은 터보기계의 블레이드 또는 날개인 부품 자동 수리 방법(100).
  12. 부품의 자동 수리를 위한 시스템(200)으로서,
    - 제어 수단(201);
    - 제1 수치 제어 프로그램을 사용하여 상기 부품의 손상된 부분(12) 위에 홈(20)을 머시닝하기 위한 머시닝 수단(202) - 상기 제1 수치 제어 프로그램은 상기 손상된 부분(12)을 포함하는 상기 부품(1)의 제1 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(207)를 사용하여 상기 제어 수단(201)에 의해 생성됨 -; 및
    - 제2 수치 제어 프로그램을 사용하여 상기 홈(20)을 채우도록 재료(25)를 퇴적하기 위한 용접 수단(203) - 상기 제2 수치 제어 프로그램은 상기 제어 수단(201)에 의해 상기 머시닝 후의 상기 부품(1)의 제2 기하구조의 디지털화된 기하구조 데이터(208)를 사용하여 생성되며, 상기 제2 기하구조는 상기 부품(1) 상에 형성된 상기 홈(20)을 포함함 -
    을 포함하는 부품 자동 수리 시스템(200).
  13. 제12항에 있어서,
    상기 용접 수단(203)은 컴퓨터화된 수치 제어에 의해 작동되는 레이저 분말 클래딩 유닛(computerized numeric control operated laser powder cladding unit)을 포함하는 부품 자동 수리 시스템(200).
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서,
    상기 머시닝 수단(202)은 컴퓨터화된 수치 제어에 의해 작동되는 밀링 기계를 포함하는 부품 자동 수리 시스템(200).
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부품의 상기 기하구조들의 상기 디지털화된 기하구조 데이터를 획득하기 위한 이미징 수단을 더 포함하는 부품 자동 수리 시스템(200).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제어 수단(201)은 완료된 동작 후에 상기 부품(1)의 기하구조의 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 저장하고, 상기 업데이트된 디지털화된 기하구조 데이터를 후속의 동작을 제어하기 위한 수치 제어 프로그램을 생성하기 위한 입력 조건으로서 사용하도록 적응되는 부품 자동 수리 시스템(200).
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