KR20190024826A - 휴대용 캐비테이션 피닝 방법 및 장치 - Google Patents

휴대용 캐비테이션 피닝 방법 및 장치 Download PDF

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KR20190024826A
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다니엘 고든 샌더스
아만다 진 쏘레슨
할리 테 딥
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더 보잉 컴파니
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Abstract

캐비테이션 피닝 방법은 가요성 도관을 통해 휴대용 노즐에 이동 가능한 수원을 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 처리 표면에 인접하게 노즐을 위치시키는 단계, 및 노즐의 제1 및 제2 채널을 통해 제1 및 제2 유체 스트림을 배출하는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 채널은 제1 채널 둘레에 동심으로 위치된다. 제1 스트림은 제1 압력을 가질 수 있고, 제2 스트림은 제2 압력을 가질 수 있으며, 제1 압력은 제2 압력보다 더 크고, 두 스트림들이 결합하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시킨다.

Description

휴대용 캐비테이션 피닝 방법 및 장치{PORTABLE CAVITATION PEENING METHOD AND APPARATUS}
본 개시내용은 캐비테이션 피닝(cavitation peening)을 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 개시된 예들은 고정된 가공물을 캐비테이션 피닝하기 위한 이동 가능한 장치에 관한 것이다.
숏 피닝(shot peening)은 피로 강도를 높이고, 응력 부식 균열(SCC: Stress Corrosion Cracking)에 대한 내성을 증가시키고, 재료에 잔류 압축 응력을 유도하는 방법으로 잘 알려져 있다. 예를 들어, 항공기 수리는 연삭 컴포넌트들을 수반하는데, 이는 인장 응력을 발생시킬 수 있다. 수리된 컴포넌트들의 피닝은 인장 응력을 완화하고 이를 유리한 압축 응력으로 대체할 수 있다. 숏 피닝에서는, 구형 숏이 고속으로 추진되고 재료의 표면에 충격을 주어, 소성 변형을 야기한다.
그러나 숏 피닝은 표면 거칠기를 야기하고, 특정 숏 매체(예컨대, 캐스트 숏(cast shot))의 경우에는 처리된 표면을 얼룩지게 할 수 있다. 소모성 숏은 비용이 많이 들 수 있고, 또한 조작자들에게 상당한 안전 위험을 제기한다. 워터 캐비테이션 피닝은 낮은 비용과 낮은 조작 위험으로, 얼룩지게 하기 보다는 세척하는 대안적인 프로세스로서의 가능성을 보여주었다.
현재 사용되는 캐비테이션 피닝 시스템들은 일반적으로 가공물이 물탱크에 잠길 것을 요구한다. 피닝 장치는 부품들이 제조되는 곳에, 또는 수리된 부품들이 피닝되도록 보내지는 곳에 영구적으로 위치된다. 현장 피닝이 가능한 장치는 수리들을 가속화하고 부품들이 그 부품들의 일상적인 위치에서 또는 그 근처에서 피닝될 수 있게 하는 데 바람직하다.
캐비테이션 피닝 방법은 가요성 도관을 통해 휴대용 노즐에 이동 가능한 수원(moveable water source)을 결합하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 처리 표면에 인접하게 노즐을 위치시키는 단계, 및 노즐의 제1 및 제2 채널을 통해 제1 및 제2 유체 스트림을 배출하는 단계를 포함할 수 있으며, 제2 채널은 제1 채널 둘레에 동심으로 위치된다. 제1 스트림은 제1 압력을 가질 수 있고, 제2 스트림은 제2 압력을 가질 수 있으며, 제1 압력은 제2 압력보다 더 크고, 두 스트림들이 결합하여 캐비테이션 기포들의 무리(cloud)를 발생시킨다.
본 개시내용은 캐비테이션 피닝에 관한 시스템들, 장치들 및 방법들을 제공한다. 일부 예들에서, 캐비테이션 피닝 시스템은 휴대용 노즐 어셈블리 및 이동식 유체 공급원을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 노즐 어셈블리는 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키도록 구성된 동축류(co-flow) 노즐을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 캐비테이션 피닝 방법은 실질적으로 일정한 스탠드 오프 거리(stand-off distance)에서 가공물 상의 고정된 처리 영역을 가로질러 캐비테이션 기포들의 무리를 병진시키는 단계를 포함할 수 있다.
특징들, 기능들 및 이점들은 본 개시내용의 다양한 예들에서는 독립적으로 달성될 수 있거나 또 다른 예들에서는 결합될 수 있는데, 이들의 추가 세부사항들은 다음 설명 및 도면들과 관련하여 확인될 수 있다.
도 1은 항공기 랜딩 스트럿(landing strut)을 피닝하는 데 사용되는 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 개략도이다.
도 2는 다른 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 개략도이다.
도 3은 예시적인 노즐 어셈블리의 개략도이다.
도 4는 도 3의 노즐 어셈블리의 등각도이다.
도 5a는 도 3의 노즐 어셈블리의 평면도이다.
도 5b는 예시적인 스탠드 오프 거리 표시기의 개략도이다.
도 5c는 다른 스탠드 오프 거리 표시기의 개략도이다.
도 6은 도 3의 노즐 어셈블리의 개략도이다.
도 7은 예시적인 공급원 어셈블리의 개략도이다.
도 8은 다른 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 개략도이다.
도 9는 캐비테이션 피닝 방법을 예시하는 흐름도이다.
노즐 어셈블리 및 유체 공급원을 갖는 캐비테이션 피닝을 위한 시스템뿐만 아니라 관련 방법들의 다양한 양상들 및 예들이 하기에서 설명되고 연관된 도면들에 예시된다. 달리 명시되지 않는 한, 캐비테이션 피닝을 위한 시스템 및/또는 이 시스템의 다양한 컴포넌트들은 본 명세서에서 설명, 예시 및/또는 통합되는 구조, 컴포넌트들, 기능 및/또는 변형들 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이것이 요구되는 것은 아니다. 더욱이, 특별히 배제되지 않는 한, 본 교시들과 관련하여 본 명세서에서 설명, 예시 및/또는 통합되는 프로세스 단계들, 구조들, 컴포넌트들, 기능들 및/또는 변형들은 개시된 예들 간에 상호 교환 가능한 것을 포함하여, 다른 유사한 디바이스들 및 방법들에 포함될 수 있다. 다양한 예들의 다음 설명은 본질적으로 단지 예시일 뿐이며, 본 개시내용, 그 적용 또는 용도들을 결코 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 추가로, 하기에서 설명되는 예들에 의해 제공되는 이점들은 본질적으로 예시이며, 모든 예들이 동일한 이점들 또는 동일한 정도의 이점들을 제공하는 것은 아니다.
정의들
달리 표시되지 않는 한, 다음의 정의들이 본 명세서에 적용된다.
"실질적으로"는 특정 치수, 범위, 모양, 개념, 또는 용어가 수정된 다른 양상에 거의 일치하는 것을 의미하여, 피처 또는 컴포넌트가 정확히 일치할 필요는 없다. 예를 들어, "실질적으로 원통형" 물체는 물체가 원통형과 유사하지만 실제 원통형으로부터 하나 또는 그보다 많은 편차들을 가질 수 있음을 의미한다.
"포함하는(comprising)," "구비하는(including)" 및 "갖는(having)"(그리고 이들의 활용형들)은 포함하는 것을 의미하도록 상호 교환 가능하게 사용되지만 반드시 그에 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 추가 엘리먼트들 또는 방법 단계들을 배제하는 것으로 의도되지 않는 개방형 용어들이다.
"제1," "제2" 및 "제3"과 같은 용어들은 그룹의 다양한 구성원들 등을 구별하거나 식별하는 데 사용되며, 일련 번호 또는 수치 제한을 보여주는 것으로 의도되는 것은 아니다.
"결합된"은 개재된 컴포넌트들을 통해 간접적으로든 아니면 직접적으로든, 영구적으로 또는 해제 가능하게 연결된 것을 의미한다.
개요
일반적으로, 캐비테이션 피닝 시스템은 가요성 도관들에 의해 이동식 유체 공급원에 연결된 휴대용 노즐 어셈블리를 포함할 수 있다. 캐비테이션 피닝 시스템을 사용하는 방법은 처리 표면에 인접하게 노즐 어셈블리를 위치시키는 단계, 및 스트림들이 결합하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키도록 제1 유체 스트림 및 제2 유체 스트림을 배출하는 단계를 포함할 수 있다.
예들, 컴포넌트들 및 대안들
다음 섹션들은 예시적인 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템들, 노즐 어셈블리들 및 유체 공급원들뿐만 아니라, 관련 시스템들 및/또는 방법들의 선택된 양상들을 설명한다. 이러한 섹션들의 예들은 예시를 위해 의도된 것이며, 본 개시내용의 전체 범위를 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 각각의 섹션은 하나 또는 그보다 많은 별개의 실시예들 또는 예들, 그리고/또는 맥락 또는 관련 정보, 기능 및/또는 구조를 포함할 수 있다.
A. 제1 예시적인 시스템
도 1은 처리 표면(14)에 향하게 된 노즐 어셈블리(12)를 포함하는, 일반적으로 10으로 표시된 예시적인 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 개략도를 도시한다. 2개의 가요성 도관들(16, 18)이 가압 유체를 노즐 어셈블리에 공급한다. 탱크(20)는 2개의 펌프들, 즉 도관(16)에 연결된 제1 펌프(22) 및 도관(18)에 연결된 제2 펌프(24)에 유체를 공급한다. 제1 펌프(22)는 유체를 제1 압력으로 가압하고, 제2 펌프(24)는 유체를 더 낮은 제2 압력으로 가압한다.
노즐 어셈블리(12)는 제1 압력으로 제1 유체 스트림(26)을 그리고 제2 압력으로 제2 스트림(28)을 방출한다. 두 스트림들은 동심으로 배출되어, 스트림들이 결합하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시킨다. 조작자는 처리 표면(14)으로부터 일정 거리에 노즐 어셈블리(12)를 유지할 수 있고, 그 거리는 무리의 길이의 2배와 대략 동일할 수 있다. 노즐 어셈블리(12)는 수동으로 작동될 수 있거나 자동화 시스템에 연결될 수 있다.
센서 클러스터(30)가 탱크(20)의 유체 내에 잠겨 관련 파라미터들에 대해 유체를 모니터링한다. 예를 들어, 클러스터는 온도 및 산소 함량에 대한 센서들을 포함할 수 있다. 센서 데이터는 탱크의 외부 표면 상의 시각적 표시기들에 의해 표시될 수 있다. 데이터는 또한 전자 제어기에 출력되거나 시각적, 청각적 또는 다른 수단에 의해 조작자에게 전달될 수 있다.
B. 제2 예시적인 시스템
도 2는 사용 중인 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템(110)의 예시이다. 조작자(126)는 노즐 어셈블리(112)를 항공기의 랜딩 기어를 안정화하기 위한 스트럿(128) 쪽으로 향하게 한다. 노즐 어셈블리는 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키고 스트럿으로 물의 흐름(130)을 방출한다. 스트럿(128)은 피닝 동안 랜딩 기어 상의 제자리에 유지되고, 조작자(126)는 리프트(132) 위에 서서 노즐 어셈블리(112)를 스트럿(128) 상의 처리 영역(114)에 인접하게 한다. 조작자(126)는 처리 영역(114)이 충분히 처리될 때까지 노즐 어셈블리(112)를 그 영역 쪽으로 향하게 하고, 그 다음에 노즐을 다음 처리 영역 쪽으로 향하게 할 수 있다. 조작자는 스트럿(128)이 완전히 처리될 때까지 노즐 어셈블리를 새로운 처리 영역들로 계속 병진시킬 수 있다.
노즐 어셈블리(112)는 조작자(126)가 잡는 핸들 및 스탠드(134)를 포함한다. 스탠드는 리프트(132)의 난간 위에 얹혀져, 조작자(126)가 노즐 어셈블리의 무게를 지탱하지 않고 노즐 어셈블리(112)를 향하게 할 수 있게 한다. 스탠드는 또한 조작자(126)가 스트럿(128)으로부터 정확한 스탠드 오프 거리 및 물의 흐름(130)과 처리 영역(114) 사이의 정확한 각도를 유지하는 것을 도울 수 있다.
한 쌍의 호스들(116, 118)이 펌프들(122, 124)로부터 노즐 어셈블리(112)에 물을 공급한다. 펌프(122)는 제곱인치당 대략 1,000 내지 5,000 파운드(PSI: pounds per square inch), 바람직하게는 약 3000PSI 또는 임의의 적절한 압력으로 물을 가압할 수 있다. 펌프(124)는 물을 더 낮은 압력, 예를 들어 50PSI로 가압할 수 있거나, 물을 대기압에 그대로 두거나 임의의 적절한 압력에서 층류의 물을 공급할 수 있다.
호스들(116, 118)은 노즐 어셈블리(112)에 개별적으로 연결되지만, 조작자(126)에 의한 이동 편의상 번들링된다. 호스들은 간격들을 두고 묶이거나, 도관으로 둘러싸이거나, 아니면 다르게 배열될 수 있다. 전기, 데이터 또는 다른 케이블들은 또한 호스들(116, 118)과 함께 번들링되어 노즐 어셈블리(112)에 연결될 수 있다.
펌프들(122, 124)은 물 저장 탱크(120)로부터 물을 펌핑한다. 도시된 예에서, 탱크(120)는 2개의 구획들을 갖는데, 펌프(122)는 제1 구획으로부터 끌어오고 펌프(124)는 제2 구획으로부터 끌어온다. 일부 예들에서, 제1 구획과 제2 구획은 서로 다른 압력들 또는 온도들로 물을 저장할 수 있거나, 서로 다른 유체들을 수용할 수 있다.
탱크(120) 및 펌프들(122, 124)은 냉각기 유닛(138)을 갖는 바퀴 달린 플랫폼(136) 상에 장착된다. 탱크(120)는 유입수를 냉각 및 여과할 수 있는 냉각기(138)를 통해 채워질 수 있다. 캐비테이션 무리 형성을 위한 노즐 어셈블리(112)에서 최적 조건들을 제공하도록 유입수의 온도 및 불순물 준위들을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 수온이 허용 가능한 작동 온도를 초과하여 상승할 때, 저장된 물이 냉각기(138)를 통해 순환될 수 있게 하는 메커니즘이 탱크(120)에 포함될 수 있다.
냉각기(138) 또는 탱크(120)는 공항 용수 공급원과 연결하기에 적합한 포트 또는 커넥터를 포함할 수 있다. 탱크는 항공기 랜딩 기어 근처의 작업 영역으로 이동되기 전에 급수 시설에서 채워졌을 수 있거나, 작업 영역에서 급수 시설이 이용 가능하다면 피닝 동안 탱크가 계속 채워질 수 있다. 탱크(120)는 유효 처리 기간 동안 충분한 물을 수용할 크기일 수 있다. 예를 들어, 처리 영역(114)의 피닝이 20분을 필요로 하고, 노즐 어셈블리(112)가 분당 3갤런의 유량으로 물을 배출한다면, 탱크(120)는 적어도 60갤런의 체적을 가질 수 있다.
바퀴 달린 플랫폼(136)은 캐비테이션 피닝 시스템(110)의 일체화된 컴포넌트일 수 있거나, 작업 현장에서 제공되는 운반 수단일 수 있다. 예를 들어, 공항에서, 시스템(110)은 동력 차량 상에서 운반될 수 있다. 작업 영역에서, 탱크(120), 펌프들(122, 124) 및 냉각기(138)는 피닝 동안 계속 차량에 있을 수 있고, 항공기 컴포넌트들에 접근하기 위해 차량에 의해 필요에 따라 이동될 수 있다. 그러한 예들에서, 탱크(120), 펌프들(122, 124) 및 냉각기(138)는 섀시 또는 프레임에 제거 가능하게 장착되어 용이한 로딩 및 언로딩을 가능하게 할 수 있다. 다른 예들에서, 탱크(20)는 바닥면에 캐스터들을 포함할 수 있고, 펌프들(122, 124)은 탱크의 상부 면에 고정될 수 있다. 임의의 효과적이고 이동 가능한 구성이 사용될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 펌프들(122, 124)과 냉각기(138)는 개별적으로 접근 가능하다. 이러한 구성은 부품들의 용이한 현장 교체를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 캐비테이션 피닝 시스템(110)은 혹독한 조건들이 마모를 가속화할 수 있거나 수리들을 위한 중단 시간(downtime)이 바람직하지 않은 먼 지역들에서 수행되는 수리들에 유용할 수 있다. 펌프(122)의 내부 컴포넌트가 오작동한다면, 펌프(122)가 수리를 받는 동안 적절한 압력 및 유량 파라미터들을 갖는 다른 모델 또는 타입의 펌프가 대체될 수도 있다.
다른 예들에서, 펌프들(122, 124) 및 냉각기(138)는 운반 및 취급의 편의상 탱크(120)와 함께 단일 유닛으로 묶일 수 있다. 모든 컴포넌트들에 대한 제어 및 임의의 센서들로부터의 데이터 표시는 단일 유닛의 외부에서 이용 가능할 수 있다.
캐비테이션 피닝 시스템(110)은 피닝을 위해 사용될 수 있거나, 다른 애플리케이션들을 위해 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 표면들을 세정하기 위해 사용될 수 있거나, 제어된 변형에 사용될 수 있다. 캐비테이션 무리로 연마용 매질을 삽입하는 것으로, 거친 표면들을 매끄럽게 하는 데에도 시스템이 또한 사용될 수 있다.
C. 제3 예시적인 시스템
도 3은 캐비테이션 피닝을 위한 노즐 어셈블리(210)의 개략도를 도시한다. 어셈블리는 동축류 노즐(212), 본체부(214) 및 핸들(216)을 포함한다. 노즐(212)은 교정 퍽(calibration puck)(218) 쪽으로 향하게 되어, 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키도록 유체의 내부 스트림(220) 및 외부 스트림(222)을 배출한다. 2개의 가요성 도관들이 유체를 노즐 어셈블리(210)에 공급하는데, 제1 도관(224)은 내부 스트림(220)을 위한 제1 압력의 유체를 갖고, 제2 도관(226)은 외부 스트림(222)을 위한 제2 압력의 유체를 갖는다.
노즐 어셈블리(210)는 제어부들(228), 게이지(230) 및 가이드 디바이스(232)를 더 포함한다. 제어부들(228)은 동축류 노즐(212)로부터의 유체 흐름을 중단하거나 시작한다. 제어부들은 내부 스트림(220) 및 외부 스트림(222)에 동시에 영향을 줄 수 있거나, 개별 제어부들이 각각의 스트림에 대해 제공될 수 있다. 제어부들(228)은 또한 노즐 어셈블리(210)의 임의의 다른 기능들, 또는 노즐 어셈블리(210)가 사용되는 캐비테이션 피닝 시스템을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부들(228)은 조작자가 내부 스트림(220) 및/또는 외부 스트림(222)의 온도 또는 압력을 조정하게 할 수 있다. 제어부들(228)은 캐비테이션 피닝 시스템의 전자 제어기에 작동 가능하게 연결될 수 있다.
하나 또는 그보다 많은 센서들(234)이 동축류 노즐(212)에 장착되어, 배출 지점 부근의 유체의 특성들을 측정한다. 센서들은 센서들이 유체 흐름을 방해하거나, 동축류 노즐에 의해 캐비테이션 무리의 형성에 간섭하거나, 아니면 동축류 노즐의 효력을 감소시키지 않도록 장착될 수 있다. 일부 예들에서, 센서들(234)의 일부 또는 전부는 노즐 어셈블리(210)의 본체부(214)에 배치될 수 있다. 일부 예들에서, 센서들은 노즐 어셈블리의 외부에 배치될 수 있다.
센서들(234)은 내부 스트림(220), 외부 스트림(222) 및/또는 외부 환경의 특성들을 측정할 수 있다. 측정된 특성들은 압력, 온도, 유량, 용존 산소, 불순물 준위들, 주변 소음, 초음파 소음 또는 진동을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 각각의 센서로부터의 측정 데이터는 예를 들어, 게이지(230)에 의해 노즐 어셈블리(210) 상에 표시될 수 있거나 전자 제어기에 전달될 수 있다.
교정 퍽(218)은 가공물의 피닝 전에 사용될 수 있다. 퍽은 노즐 어셈블리(210)에 의해 발생된 충격 압력들을 측정하기 위한 하나 또는 그보다 많은 센서들(236)을 포함한다. 센서들은 로드 셀(load cell)들, 압전 변환기, 압력 감지 필름들 또는 임의의 유효 센서들을 포함할 수 있다. 퍽(218)은 또한 교정 중에 질량 손실을 제한하기 위해 캐비테이션 충격들에 의한 침식에 내성이 있는 재료를 포함할 수 있다. 다른 예들에서, 퍽(218)은 공지된 재료 특성들을 갖는 교체 가능한 인서트들 또는 테스트 기판들을 포함할 수 있다. 조작자는 노즐 어셈블리(210)의 캐비테이션 강도를 측정하기 위해 인서트에 대한 침식 테스트를 수행할 수 있다. 퍽(218)은 또한, 노즐 어셈블리(210)로부터 배출된 유체의 캐비테이션 또는 피닝 특성들을 테스트하기에 적합한 임의의 영구적인 또는 교체 가능한 테스트 컴포넌트들을 포함할 수 있다.
조작자 또는 제어기는 교정 퍽으로부터의 측정된 충격 압력 또는 캐비테이션 강도 그리고 노즐 어셈블리(210)로부터의 센서 데이터를 사용하여, 도관들(224, 226)에 의해 공급된 유체를 조정할 수 있다. 절대 압력, 압력비, 유량, 온도 또는 용존 산소 수준들과 같은 유체 파라미터들을 조정함으로써, 노즐 어셈블리(210)로 수행되는 피닝이 원하는 강도로 최적화될 수 있다.
도 4는 본체부(214)에 의해 한정된 세장형 축(238)을 도시하는 노즐 어셈블리(210)의 등각도이다. 핸들(216)은 세장형 축(238)에 수직인 피벗 축(240)을 중심으로 선회하도록 본체에 장착된다. 이로써, 수동 조작자는 조작자와 핸들(216) 간에 편안한 각도를 유지하면서, 처리 표면에 대해 원하는 각도로 노즐 어셈블리(210)를 지향시킬 수 있다. 핸들(216)의 넓은 범위의 움직임은 또한 조작자가 다른 컴포넌트들 아래, 위 또는 주위의 처리 영역들에 접근할 수 있게 하는 데 바람직할 수 있다.
핸들(216)은 또한 효과적인 또는 인체 공학적 그립을 돕거나 연장된 기간들 동안 노즐 어셈블리(210)를 사용하여 조작자에 대한 반복성 스트레스 장애를 방지하기 위한 피처들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 핸들(216)은 핸들을 원하는 피벗 위치에 선택적으로 고정하기 위한 캠 레버를 포함할 수 있거나 핸들(216)은 젖었을 때 효과적인 그립을 제공하는 고무형 재료를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 핸들(216)은 가압 유체 또는 캐비테이션 무리로부터 전달된 진동을 흡수하기 위한 패딩을 포함할 수 있다.
도 3 - 도 5a에서, 노즐 어셈블리(210)는 피벗팅 핸들과 함께 도시되지만, 임의의 효과적인 핸들이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 핸들(216)은 CNC 암과 같은 로봇 시스템에 연결되도록 구성될 수 있다. 수동 조작에 적합한 예들은 본체부(214)로 피스톨(pistol) 형상을 형성하는 핸들(216) 또는 본체부(214)의 대향하는 면들 상에 장착되어 세장형 축(238)에 수직으로 연장하는 2개의 핸들들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 본체부(214)는 조작자가 처리 영역으로부터 더 멀리 떨어져 있을 수 있게 지팡이 형상을 가질 수 있다. 본체부(214)는 조작자가 특정 가공물 또는 작업 영역에 적합한 길이를 선택할 수 있게 하는 신축식(telescoping) 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 본체(214)는 조밀한 공간들 또는 접근하기 어려운 영역들에서의 노즐 어셈블리의 사용을 가능하게 하기 위한 조인트들 또는 가요성 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 삼각대 또는 다른 스탠드와 결합하도록 구성된 커넥터는 본체부(214) 또는 공구 벨트나 스트랩에 부착하기 위한 클립 상에 포함될 수 있다. 다른 효과적인 노즐 구성들이 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 공지될 수 있으며, 임의의 구성이 노즐 어셈블리(210)에 사용될 수 있다.
도 5a는 가이드 디바이스(232) 및 게이지(230)를 보다 명확하게 도시한다. 가이드 디바이스(232)는 동축류 노즐(212)과 처리 표면 사이의 스탠드 오프 거리를 측정하도록 구성된 레이저 거리 센서이다. 가이드 디바이스는 동축류 노즐(212)의 팁(242)에서부터 노즐로부터의 내부 유체 스트림과 처리 표면과의 접촉 지점까지의 거리를 결정하도록 교정될 수 있다. 게이지(230)는 측정된 거리를 표시하며, 정확하거나 바람직한 스탠드 오프 거리 또는 거리들의 범위에 관한 정보를 제공하는 표시기들을 포함할 수 있다.
도 5b - 도 5c는 2개의 예시적인 게이지들을 도시한다. 도 5b에서, 원형 게이지는 양호한(244) 거리, 허용 가능하지만 높은(246) 또는 낮은(248) 거리들의 버퍼들, 그리고 허용 불가능한(250) 거리들을 나타내는 6개의 섹션들로 나뉜다. 표시기 화살표는 가이드 디바이스로 측정된 현재 거리를 보여준다. 6개의 섹션들은 라벨이 붙을 수 있으며, 색상 코딩될 수 있다. 예를 들어, 양호(244)는 녹색일 수 있고, 버퍼들(246, 248)은 황색일 수 있으며, 허용 불가능(250)은 적색일 수 있다. 도 5c는 표시기 화살표, 그리고 양호(244), 버퍼들(246, 248) 및 허용 불가능(250)을 또한 포함하는 5개의 섹션들을 갖는 대안적인 수직 게이지를 도시한다. 조작자는 노즐 어셈블리(210)를 위치시키는 동안 게이지(230)를 관찰할 수 있으며, 표시기 화살표가 양호 섹션(244)에 놓일 때까지 처리 표면에 더 가깝거나 처리 표면으로부터 더 멀게 노즐을 조정할 수 있다.
일부 예들에서, 스탠드 오프 거리를 측정하거나 표시하는 다른 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나 또는 그보다 많은 세트들의 LED들이 동축류 노즐(212) 상에 장착될 수 있고, 노즐로부터의 유체 흐름의 방향에 평행하게 비추도록 배향될 수 있다. 각각의 세트의 LED들은 적색, 황색 및 녹색 설정들을 가질 수 있으며, 측정된 스탠드 오프 거리에 따라 설정들을 변경하도록 구성될 수 있다. 즉, LED들은 동축류 노즐(212)이 최적 범위 내의 스탠드 오프 거리에 있을 때 처리 표면으로 녹색 패턴을 비출 수 있고, 노즐이 허용 가능한 범위 내의 거리에 있을 때 황색 패턴을 비출 수 있으며, 노즐이 허용 가능한 범위를 벗어난 거리에 있을 때 적색 패턴을 비출 수 있다.
스탠드 오프 게이지(230) 외에도, 노즐 어셈블리(210)는 조작자와 관련된 캐비테이션 피닝 시스템 또는 노즐의 임의의 파라미터들에 대한 게이지들 또는 표시기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어셈블리는 전자 제어기용 디스플레이 스크린, 유체 공급원 내의 유체 레벨들의 표시기, 온도 게이지 또는 압력 게이지를 포함할 수 있다.
노즐 어셈블리(210)는 알루미늄 또는 티타늄과 같은 금속으로 제조될 수 있거나, 임의의 적합한 재료로 구성될 수 있거나, 다수의 재료들을 포함할 수 있다. 노즐 어셈블리의 일부 또는 전부는 플라스틱, 고무 또는 실리콘과 같은 보호 코팅으로 커버될 수 있다. 보호 코팅은 충격 흡수 재료들을 포함할 수 있고, 노즐 어셈블리(210)의 에지들, 모서리들 또는 취약한 영역들에 배치되거나 이러한 에지들, 모서리들 또는 취약한 영역들에서 더 두꺼울 수 있다. 일부 예들에서, 노즐 어셈블리 또는 보호 코팅은 단열 재료를 포함할 수 있다. 기상 조건들, 배출되는 유체의 스플레시-백(splash-back), 또는 먼지와 그릿(grit)의 침입으로부터 어셈블리를 보호하기에 적합한 임의의 재료, 커버 또는 코팅이 사용될 수 있다. 일부 예들에서, 노즐 어셈블리(210)는 혹독한 현장 조건들에서 작동하고 진흙탕이나 먼지가 많거나 더러운 환경들에 대한 반복적인 충격들 및 노출을 견디도록 구성될 수 있다.
도 6은 고정된 처리 표면(254)에서 처리 방향(256)으로 유체를 배출하는 동축류 노즐(212)의 개략도이다. 노즐은 내부 스트림(220)을 위한 내부 채널(258) 그리고 노즐의 팁(242)으로 이어지는, 외부 스트림(222)을 위한 외부 채널(260)을 포함한다.
동축류 노즐(212)의 외측 벽들(262)은 외부 채널(260)을 한정하며, 내부 채널(258)을 둘러싼다. 외측 벽들(262)은 도시된 바와 같이 안으로 각이 질 수 있거나, 평행할 수 있거나, 밖으로 각이 질 수 있다. 내부 채널(258)은 캐비테이터(cavitator), 스페이서 및 노즐 플레이트와 함께 도시된 내부 노즐(264)에 의해 한정된다. 내부 노즐(264)은 또한 임의의 효과적인 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 노즐은 원통형 또는 원뿔형일 수 있다.
도 3에 도시된 가요성 도관들(224, 226)은 노즐 어셈블리(210)를 통해 동축류 노즐(212)에 유체를 공급한다. 도관(226)은 내부 채널(258)에 연결되어 제1 압력으로 유체를 공급하는 한편, 도관(224)은 외부 채널(260)에 연결되어 제2 압력으로 유체를 공급한다. 도관들(224, 226)은 개별 유체 스트림들을 내부 채널 및 외부 채널로 보내도록 구성될 수 있다. 제1 압력은 제2 압력보다 더 높으며, 적어도 1,000PSI 더 높을 수 있거나, 적어도 2,000PSI 더 높을 수 있거나, 임의의 유효 압력일 수 있다.
동축류 노즐(212)은 내부 스트림(220) 주위에 동심으로 외부 스트림(222)을 배출할 수 있고, 처리 방향(256)을 따라 동축으로 스트림들을 배출할 수 있다. 노즐은 유체 스트림들을 혼합하여 캐비테이션 기포들의 무리(266)를 발생시킬 수 있다.
동축류 노즐(212)은 처리 표면(254)으로부터의 스탠드 오프 거리(268)에 위치되고, 처리 방향(256)은 표면과 각도(270)를 형성한다. 처리 표면(254)이 겪는 캐비테이션 강도는 스탠드 오프 거리에 좌우될 수 있고, 따라서 처리 표면(254)은 주어진 허용 오차 내에서 실질적으로 일정한 스탠드 오프 거리를 유지하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 스탠드 오프 거리(268)는 6 내지 10인치 내에 유지될 수 있다. 도시된 예에서, 캐비테이션 무리(266)는 처리 표면(254)의 중간 정도까지만 연장하는데, 이는 캐비테이션 충격이 캐비테이션 무리 자체를 넘어서 보다 효과적일 수 있기 때문이라는 점이 주목되어야 한다. 캐비테이션 강도는 또한 캐비테이션 무리(266)를 처리 표면으로부터 3 내지 5인치 범위 내에 유지함으로써 유지될 수 있다.
조작자는 화살표 A로 표시된 바와 같이 동축류 노즐(212) 또는 노즐 어셈블리를 처리 표면(254) 위로 병진시킬 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 처리 표면(254)은 만곡되어 있으며 평면이 아니다. 이에 따라, 노즐(212)이 병진될 때, 조작자는 또한 화살표 B로 표시된 바와 같이 노즐을 회전시킬 수 있다. 조작자는 이로써 각도(270)를 유지할 수 있다. 각도는 대략 90도로 또는 60 내지 120도의 범위로 유지될 수 있다.
처리 표면(254)은 또한 평면이거나, 불규칙하거나, 또는 복잡한 구조를 가질 수 있다. 노즐(212)은 표면(254)의 윤곽을 따르도록 조작자에 의해 조작될 수 있다. 즉, 노즐은 처리 표면(254)의 곡률들에 맞도록 조작자에 의해 3차원으로 이동되고 회전될 수 있다.
처리 방향(256)이 처리 표면(254)과 만나는 지점에서 처리 표면(254)에 수직으로 z 축이 정의될 수 있다. 이 지점에서 처리 표면에 접하고 z 축에 수직으로 x-y 평면이 또한 정의될 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 처리 방향(256)은 z 축과 일치하고 화살표 A는 x-y 평면에 평행하다.
노즐(212)은 화살표 A와 평행한 표면(254)을 따라 또는 x-y 평면에 평행한 임의의 방향으로 병진될 수 있다. 스탠드 오프 거리를 일정하게 유지하기 위해, 노즐(212)은 또한 z 축을 따라 상하로 병진될 수 있다. 노즐(212)은 화살표 B로 표시된 평면 또는 z 축을 포함하는 임의의 평면에서 회전될 수 있다. 노즐(212)은 처리 표면(254)에 대해 정확한 거리 및 배향을 이루는데 필요한 임의의 방식으로 수평으로, 수직으로 또는 회전하여 이동될 수 있다.
노즐(212)은 수동으로 또는 자동화 시스템에 의해 조작될 수 있다. 일부 예들에서, 노즐 어셈블리의 핸들을 쥐는 조작자는 곡률을 맞추기 위해 눈으로 정확한 병진 및 회전을 추정할 수 있다. 다른 예들에서는, 로봇 시스템이 노즐의 정확한 병진 및 회전을 수행하도록 프로그래밍될 수 있다. 가공물의 구조에 관한 정보가 자동화 시스템에 입력될 수 있어, 이 시스템은 표면에 수직인 처리 방향(256) 및 실질적으로 일정한 스탠드 오프 거리를 유지하면서 가공물의 모든 표면들에 걸쳐 노즐(212)을 병진시킬 수 있다.
일부 예들에서는, 연마용 매질이 캐비테이션 무리(266)에 삽입될 수 있다. 예를 들어, 광각 노즐이 무리의 에지에 위치되어 무리에 의해 활성화될 연마용 매질을 분배할 수 있다. 이러한 예들에서, 처리 표면(254)은 매끄러워질 뿐만 아니라 피닝되고 세정될 수 있다.
D. 제4 예시적인 시스템
도 7은 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템에 사용하기 위한, 일반적으로 310으로 표시된 유체 공급원의 개략도이다. 본 예에서, 유체 공급원(310)은 물을 공급한다. 다른 예들에서는, 캐비테이션 피닝에 적합한 임의의 유체 또는 유체들이 공급될 수 있다. 유체 공급원(310)은 운반을 위해 구성될 수 있다. 예를 들어, 공급원은 바퀴 달린 플랫폼 상에 또는 캐리-핸들(carry-handle)들이 있는 하우징에 장착될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 탱크(312)는 2개의 펌프들(314, 316) 및 온도 제어 유닛(318)에 연결된다. 제1 펌프(314)는 가요성 도관(320)을 따라 제1 압력으로 물을 공급하고, 제2 펌프(316)는 가요성 도관(322)을 따라 제2 압력으로 물을 공급한다. 펌프들(314, 316)은 동일하거나 상이할 수 있으며, 임의의 타입의 펌프일 수 있다. 일부 예들에서, 탱크(312)는 제2 압력으로 유지될 수 있고, 가요성 도관(322)은 탱크로부터 직접 물을 공급할 수 있다. 일부 예들에서는, 원하는 제1 압력을 달성하기 위해, 제1 펌프(314) 외에도 부스터 펌프가 가요성 도관(320)에 연결될 수 있다.
가요성 도관들(320, 322)은 제1 및 제2 압력에 적합한 임의의 호스 또는 배관일 수 있다. 도관들은 탱크(312)로부터 부착된 노즐 어셈블리까지 최적의 유체 온도를 유지하기 위한 열 피복을 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 센서(324)가 각각의 도관에 연결된다. 센서는 도관에서 물의 압력, 온도 또는 임의의 관련 파라미터를 측정할 수 있다. 일부 예들에서, 도관들(320, 322) 중 하나 또는 둘 다는 흐름 제어 밸브 또는 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.
탱크(312)는 포트들, 밸브들, 탭들, 배수관들, 뚜껑들 또는 임의의 효과적인 메커니즘을 포함할 수 있는 물의 유입 및 유출을 위한 복수의 접근 지점들을 포함한다. 도 4에 도시된 예에서, 탱크(312)는 7개의 접근 지점들을 갖지만, 임의의 수의 접근 지점들이 포함될 수 있다. 입력 밸브(326)는 탱크(312)의 상단 부분에 포함되며, 이는 일반적으로 사용되는 연결 표준과 호환될 수 있다. 예를 들어, 입력 밸브(326)는 공항들에서 사용되는 급수 호스들과 호환될 수 있다.
탱크(312)는 또한 뚜껑(328)을 포함한다. 뚜껑은 탱크 내부에 장착된 유체 공급원(310)의 컴포넌트들의 유지 또는 세정을 위해 탱크(312)의 내부로의 접근을 가능하게 할 수 있다. 뚜껑(328)은 또한 탱크(312)가 임의의 이용 가능한 급수 시설 또는 호스로부터 채워지게 할 수 있다. 탱크(312)는 배수관(330)을 포함한다. 배수관은 다른 장비에 의한 사용을 위해 또는 다른 목적들로 과도한 물의 배수를 가능하게 하도록 연결 표준과 호환될 수 있다. 배수관(330)은 또한 피닝 작업이 완료될 때 탱크(312)가 빠르게 비워지게 할 수 있다. 탱크(312)를 배수하는 것은 공급원(310)을 가볍게 할 수 있고, 보다 용이한 운반을 가능하게 할 수 있다.
입력 밸브(326), 뚜껑(328) 및 배수관(330)은 모두 단단히 밀폐 가능할 수 있다. 즉, 사용 중이 아닐 때, 탱크(312) 상의 임의의 접근 지점은 탱크의 운반으로 인해 발생한 이동 및 힘들에 기인한 누출을 방지하기에 충분히 밀폐될 수 있다. 탱크(312)는 펌프들(314, 316) 및 온도 제어 유닛(318)에 연결되는 동안 운반을 위해 밀폐될 수 있거나, 별도로 운반되도록 밀폐될 수 있다.
탱크(312)는 임의의 유용한 용량을 가질 수 있다. 예를 들어, 분당 2갤런의 속도로 유체를 배출하고 평균 1시간의 피닝을 필요로 하는 부품들의 피닝을 위해 의도되는 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템에 사용될 때, 탱크(312)는 150갤런의 용량을 가질 수 있다. 대안으로, 탱크(312)는 75갤런의 용량을 가질 수 있고, 사용자는 작업의 중간에 탱크를 보충할 수 있다. 바람직하게는, 탱크(312)는 탱크가 가득 차 있을 때, 자동차에 싣거나, 짐수레로, 또는 부착된 바퀴들로 한 명 또는 두 명의 조작자들에 의해 탱크가 적정하게 이동될 수 있는 용량을 가질 수 있다.
탱크(312)는 플라스틱, 유리 섬유, 스테인리스 강 또는 임의의 내구성 재료로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 탱크(312)는 탱크의 무게를 제한하고 용이한 운반을 가능하게 하기에 적절한 재료 또는 재료들로 구성될 수 있다. 탱크(312)는 원통형일 수 있거나, 얇은 재료에 대한 개선된 구조적 무결성을 제공하도록 리지(ridge)될 수 있거나, 임의의 효과적인 형상일 수 있다.
온도 제어 유닛(318)은 입력 도관(332) 및 출력 도관(334)을 통해 탱크(312)에 연결될 수 있다. 사용자가 물의 흐름을 시각적으로 확인할 수 있도록, 투시 유리(336)가 출력 도관(334) 상에 배치된다. 다른 예들에서, 이러한 투시 유리는 가요성 도관(320 또는 322)에, 또는 유체 공급부(310) 내의 임의의 유용한 지점에 포함될 수 있다. 온도 센서(338)는 각각의 도관(332, 334)에 연결된다. 센서는 또한 도관에서 물의 임의의 관련 파라미터를 측정할 수 있다. 일부 예들에서, 도관들(332, 334) 중 하나 또는 둘 다는 흐름 제어 밸브 또는 압력 제어 밸브를 포함할 수 있다.
물은 유닛(318)에 통합된 펌프에 의해, 입력 도관(332)에 연결된 펌프에 의해 탱크(312)로부터 퍼올릴 수 있거나, 중력에 의해 공급될 수 있거나, 임의의 효과적인 메커니즘에 의해 이동될 수 있다. 물은 유사하게 또는 상이하게 유닛(318)으로부터 탱크(312)로 돌아올 수 있다. 온도 제어 유닛(318)은 가열 엘리먼트나, 냉각 엘리먼트, 또는 이 둘 다를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 온도 제어 유닛(318)은 탱크(312)에 장착된 가열 및/또는 냉각 엘리먼트를 포함할 수 있다.
온도 제어 유닛(318)은 유닛을 통해 순환되는 물에서 무기질들, 잔해 또는 오염물들을 여과할 수 있는 필터(340)를 포함한다. 탱크(312)에 저장된 물로부터 불순물들을 여과하는 것은 효과적인 피닝을 가능하게 할 수 있고, 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 컴포넌트들의 마모를 감소시킬 수 있다. 여과는 또한 알려지지 않은 품질을 가진, 공급원들로부터의 안전한 물 사용을 가능하게 할 수 있다. 일부 예들에서, 필터(340)는 탱크(312)의 입력 밸브(326)와 통합될 수 있거나 아니면 탱크(312)에 달리 장착되어 유입수를 여과할 수 있다.
센서 클러스터(342)가 탱크(312)에 장착되어, 저장된 물을 모니터링한다. 클러스터는 온도, 산소 수준, 오염물들 또는 임의의 관련 파라미터에 대한 센서들을 포함할 수 있다. 센서 클러스터(342), 센서들(324) 및 센서(338)로부터의 데이터는 탱크(312)의 외부 표면 또는 유체 공급원(310)의 하우징 상의 시각적 표시기들에 의해 표시될 수 있다. 데이터는 또한 제어기 모듈에 출력되거나 시각적, 청각적 또는 다른 수단에 의해 조작자에게 전달될 수 있다.
일부 예들에서, 유체 공급원(310)은 또한 연마용 매질의 공급원을 포함할 수 있다. 호퍼(hopper) 또는 다른 용기가 탱크(312) 상에 장착될 수 있으며, 가요성 도관에 의해 휴대용 캐비테이션 피닝 어셈블리의 노즐 어셈블리에 연결될 수 있다. 연마용 매질 도관은 도관들(320, 322)로 번들링될 수 있다.
E. 제5 예시적인 시스템
도 8은 일반적으로 410으로 표시된 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템의 개략도이다. 시스템은 노즐 어셈블리(412), 그리고 유체 탱크(420)와 2개의 펌프들(422, 424)을 갖는 유체 공급원을 포함한다. 유체 공급원은 가요성 도관들(416, 418)에 의해 노즐 어셈블리(412)에 연결되고, 탱크(420)는 온도 제어 유닛(426)에 연결된다. 센서 클러스터(428)가 노즐 어셈블리(412)에 장착되고, 다른 클러스터(430)가 탱크(420)에 장착된다.
휴대용 캐비테이션 피닝 시스템(410)은 또한 시스템의 나머지와 유선 또는 무선 통신하는 전자 제어기(432)를 포함한다. 제어기는 프로세서와 메모리, 그리고 제어 스크린(434)을 포함한다. 메모리는 프로세서에 의해 실행될 프로그래밍된 명령들을 포함할 수 있다. 임의의 타입의 제어기가 사용될 수 있으며, 일부 예들에서 제어기는 프로세서 또는 메모리 없이 아날로그일 수 있다.
제어기(432)는 클러스터들(428, 430)의 센서들 및 온도 센서(436)로부터 실시간 센서 데이터를 수신한다. 데이터는 유체 온도, 유체 압력, 유체 산소 함량, 유체 공급원 레벨, 주변 온도, 진동, 초음파 소음, 또는 임의의 유용한 파라미터들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 센서 데이터는 규칙적인 간격들로 또는 제어기에 의한 요청시 전달될 수 있다. 레이저 가이드 디바이스는 노즐 어셈블리(412)로부터 처리 영역(414)까지의 스탠드 오프 거리의 측정들을 제어기(432)에 전달할 수 있다. 임의의 타입의 센서들은 또한 데이터 수집에 적합한, 시스템(410)의 임의의 지점에 장착될 수 있다. 일부 예들에서, 추가 센서들이 가공물 상에서 처리 영역에 근접하게 배치될 수 있다.
제어 스크린(434)은 수신된 센서 데이터를 표시할 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(432)는 수집된 데이터의 수학적 또는 통계적 분석을 수행할 수 있고, 분석 결과들을 제어 스크린(434) 상에 표시할 수 있다. 예를 들어, 제어 스크린(434)은 노즐 어셈블리(412)에서 측정된 온도 및 압력, 그리고 처리 영역(414)까지의 스탠드 오프 거리를 표시할 수 있다. 제어 스크린은 측정된 온도, 압력 및 스탠드 오프 거리에 기초하여, 계산된 캐비테이션 강도 추정치를 추가로 표시할 수 있다.
제어기 메모리는 캐비테이션 피닝 시스템에 대해 허용 가능한 동작 범위들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 허용 가능한 작동 유체 공급원 레벨은 20 내지 150갤런일 수 있다. 제어 스크린(434)은 허용 가능한 동작 범위들을 표시할 수 있거나, 수신된 센서 데이터가 허용 가능한 동작 범위 밖에 있을 때 경고들을 동적으로 표시할 수 있다. 예를 들어 유체 레벨이 19갤런에서 측정될 때 유체 레벨 표시기는 빨간색으로 도시될 수 있다. 제어기(432)는 또한 가청 경보들 또는 알람들, 노즐 어셈블리(412) 상에 장착된 조명들 또는 표시기들, 또는 시스템(410)의 조작자에게 경고들을 전달하기 위한 임의의 다른 효과적인 수단을 사용할 수 있다. 제어 스크린(434)은 또한 조작자가 허용 가능한 동작 범위들을 입력할 수 있게 하도록 구성될 수 있다. 조작자는 측정된 양들에 대해 또는 계산된 양들에 대해 허용 가능한 수준들을 지정할 수 있다.
제어기(432)는 펌프들(422, 424) 및 온도 제어 유닛(426)에 작동 가능하게 연결된다. 제어기는 펌프들을 활성화 및 비활성화하고, 압력을 조정하고, 온도 제어 유닛을 통해 물을 순환시키고, 유닛의 가열 또는 냉각 엘리먼트들을 활성화 또는 비활성화하도록 구성된다. 노즐 어셈블리(412)는 시스템(410)에 대한 제어부들을 포함할 수 있는데, 이들은 제어기(432)와 통신할 수 있다. 제어기(432)는 또한 데이터를 전송 또는 수신하거나, 제어부들을 활성화 또는 비활성화하거나, 임의의 적절한 기능을 수행하기 위해 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템(410)의 임의의 시스템들과 통합될 수 있다. 일부 예들에서, 제어기(432)는 노즐 어셈블리로의 연마용 매질의 전달을 작동시킬 수 있다.
제어기(432)는 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템(410)의 파라미터들을 허용 가능한 동작 범위 내에 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유체 온도가 허용 가능한 것보다 더 높은 것으로 측정되는 경우, 제어기는 온도 제어 유닛(426)의 냉각 엘리먼트를 활성화하고 유닛을 통해 탱크(420)의 물을 순환시킬 수 있다. 다른 예의 경우, 노즐 어셈블리(412)의 내부 스트림의 압력이 허용 가능한 것보다 더 낮은 것으로 측정되는 경우, 제어기는 펌프(422)에 대한 압력 설정을 조정할 수 있다. 제어기(432)는 또한, 계산된 양을 최적 수준으로 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용자는 최적의 캐비테이션 강도를 제어 스크린(434)에 입력할 수 있고, 제어기(432)는 입력 강도를 유지하기 위해 요구되는 시스템의 파라미터들을 조정할 수 있다.
일부 예들에서, 제어기(432)는 처리 표면 특성들에 기초하여, 측정 또는 계산된 양에 대한 최적 수준을 결정하도록 구성될 수 있다. 조작자는 처리될 가공물의 특성들을 제어 스크린(434)에 입력할 수 있거나, 제어기의 메모리에 저장된 가공물 및 연관된 특성들의 데이터베이스로부터 가공물을 선택할 수 있다. 후속하여, 가공물의 처리 전반에서, 제어기(432)는 결정된 최적 수준 또는 수준들을 유지하는데 필요한 대로 유체 배출 파라미터들을 변경할 수 있다.
F. 예시적인 방법
이 섹션은 캐비테이션 피닝을 위한 예시적인 방법의 단계들을 설명하는데; 도 9를 참조한다. 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템들, 노즐 어셈블리들 및 유체 공급원들의 양상들은 아래에서 설명되는 방법 단계들에서 이용될 수 있다. 적절한 경우, 각각의 단계를 실행하는 데 사용될 수 있는 컴포넌트들과 시스템들이 참조될 수 있다. 이러한 참조들은 예시를 위한 것이며, 방법의 임의의 특정 단계를 실행하는 가능한 방법들을 제한하는 것으로 의도되는 것은 아니다.
도 9는 예시적인 방법에서 수행되는 단계들을 예시하는 흐름도이며, 이 방법의 전체 프로세스 또는 모든 단계들을 나열하지 않을 수 있다. 방법(500)의 다양한 단계들이 아래에서 설명되고 도 9에 도시되지만, 단계들이 반드시 모두 수행될 필요는 없고, 어떤 경우들에는 동시에 또는 도시된 순서와는 다른 순서로 수행될 수 있다.
단계(502)에서, 이 방법은 이동 가능한 수원을 휴대용 노즐에 연결하는 단계를 포함한다. 수원은 탱크 및 2개의 펌프들을 포함할 수 있는 한편, 노즐은 노즐 본체의 말단부의 동축류 노즐일 수 있다. 노즐은 한 쌍의 가요성 도관들에 의해 수원에 연결될 수 있다. 함께, 수원, 노즐 및 도관들은 전자 제어기 및 온도 제어 유닛과 같은 다른 컴포넌트들을 더 포함할 수 있는 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템을 형성할 수 있다. 노즐은 작업 현장으로의 운반 전에 수원에 연결될 수 있거나 처리를 시작하기 전에 작업 현장에서 연결될 수 있다.
이 방법의 단계(504)는 고정 표면에 인접하게 노즐을 위치시키는 단계를 포함한다. 노즐 본체는 핸들을 포함할 수 있으며, 조작자는 핸들을 사용하여 노즐을 표면에 인접하게 할 수 있다. 조작자는 또한 노즐이 처리가 필요한 표면의 모든 영역들에 도달할 수 있도록 이동 가능한 수원을 표면 근처에 위치시킬 수 있다. 이를 위해, 수원은 바퀴들을 포함하거나 바퀴 달린 카트에 배치될 수 있다. 가요성 도관들의 쌍은 이동 가능한 수원이 적절한 거리에 위치되는 동안 노즐이 처리 영역들에 도달할 수 있게 하기에 충분한 길이일 수 있다.
예를 들어, 항공기의 랜딩 기어의 스트럿을 처리하기 위해, 조작자는 리프트 옆의 타맥(tarmac)에 수원을 위치시킬 수 있다. 조작자는 리프트 위에 서서 핸들로 스트럿까지 노즐을 잡을 수 있다. 가요성 도관들은 수원에서부터 리프트까지 그리고 노즐까지 연장할 수 있다. 시스템은 또한 위치 설정 프로세스를 가능하게 하기 위한 피처들, 이를테면 번들링된 가요성 도관들 또는 수원 바퀴들에 대한 브레이크를 포함할 수 있다.
단계(506)에서, 이 방법은 노즐을 통해 제1 및 제2 유체 스트림을 배출하는 단계를 포함한다. 동축류 노즐은 제1 채널 및 제2 채널을 포함할 수 있으며, 제1 채널은 한 쌍의 가요성 도관들 중 제1 도관에 연결되고 제2 채널은 한 쌍의 가요성 도관들 중 제2 도관에 연결된다.
제1 유체 스트림은 제1 압력에서 배출되고 제2 유체 스트림은 제2 압력에서 배출되도록, 수원의 제1 펌프는 제1 압력에서 물을 공급할 수 있고 제2 펌프는 제2 압력에서 물을 공급할 수 있다. 제1 압력은 제2 압력보다 더 높을 수 있다.
동축류 노즐은 제1 유체 스트림이 제2 유체 스트림과 동심으로 배출되도록 구성될 수 있다. 즉, 제1 유체 스트림은 제2 유체 스트림에 의해 둘러싸일 수 있다. 2개의 스트림들은 처리 방향을 따라 동축으로 배출될 수 있고, 혼합 또는 결합되어 캐비테이션 기포 무리를 발생시킬 수 있다.
조작자는 노즐 본체에 설치된 제어부들의 사용에 의해 유체 스트림들을 개시할 수 있다. 내부 스트림과 외부 스트림은 단일 제어부에 의해 활성화될 수 있거나 개별적으로 개시될 수 있다. 제어부들은 펌프들과 직접 통신하여 유체의 이동을 시작할 수 있거나, 제어부들은 여러 단계들을 포함하는 시동 시퀀스를 수행할 수 있는 전자 제어기에 연결될 수 있다.
처리를 계속하기 전에, 조작자는 배출된 유체, 수원 또는 시스템의 다른 컴포넌트들의 상태들을 평가할 수 있다. 수원, 도관들 및 노즐은 각각 시스템에서 유체를 모니터링하는 센서들을 포함할 수 있다. 노즐은 주변 조건들, 또는 캐비테이션에 의해 유도된 효과들, 이를테면 진동 또는 초음파 소음을 측정하기 위한 센서들을 더 포함할 수 있다. 조작자는 전자 제어기의 제어 스크린을 봄으로써, 또는 센서들에 직접 연결된 표시기들을 봄으로써 센서들로부터의 데이터에 접근할 수 있다.
처리 프로세스는 특정 캐비테이션 강도 또는 강도들의 범위를 필요로 할 수 있다. 유체 압력, 온도 또는 용존 가스들과 같은 요소들은 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템에 의해 달성된 캐비테이션 강도에 영향을 줄 수 있다. 캐비테이션 강도를 최적화하기 위해, 조작자는 온도 제어 유닛을 활성화하거나, 필터를 통해 유체를 순환시키거나, 펌프를 조정함으로써, 또는 시스템에 대한 다른 변경들에 의해 센서들로부터의 데이터를 평가하고 유체의 상태들을 조정할 수 있다. 일부 예들에서는, 조작자가, 센서 데이터를 수신하여 유체 상태들을 조정하도록 구성될 수 있는 전자 제어기에 원하는 강도를 입력할 수 있다.
일부 예들에서, 조작자는 교정 퍽의 사용에 의해 휴대용 캐비테이션 유닛의 유효 캐비테이션 강도 또는 충격 압력을 평가할 수 있다. 캐비테이션 충격에 의한 침식에 내성이 있는 재료로 만들어진 퍽은 이 퍽이 겪은 충격들을 보고하기 위한 하나 또는 그보다 많은 센서들을 포함할 수 있다. 조작자는 노즐에 의해 배출된 유체를 퍽으로 지향시키고, 수집된 데이터를 사용하여 캐비테이션 피닝 시스템의 캐비테이션 무리를 원하는 강도로 교정할 수 있다.
단계(508)는 표면에 수직인 유체 스트림들의 처리 방향을 수동으로 배향시키는 단계를 포함한다. 조작자는 유체가 약 90도로 또는 60도 내지 120도의 범위로 표면과 접촉하도록, 노즐의 핸들을 사용하여 노즐을 회전시키거나 각이 지게 할 수 있다. 조작자는 눈으로 각도를 추정할 수 있거나, 측정 디바이스를 사용하여 각도를 계산할 수 있다.
단계(510)에서, 이 방법은 레이저 가이드를 표면 쪽으로 향하게 하는 단계를 포함한다. 레이저 가이드는 노즐 상에 장착될 수 있으며, 노즐을 표면 쪽으로 향하게 하는 것은 또한 레이저 가이드를 효과적으로 지향시킬 수 있다. 가이드는 노즐의 팁에서부터 표면까지의 거리를 계산하도록 구성될 수 있다. 이러한 스탠드 오프 거리는 노즐 본체 상의 게이지에 의해 보고될 수 있거나 전자 제어기에 전달될 수 있다.
조작자는 노즐 위치를 조정하여, 스탠드 오프 거리가 허용 가능한 범위 이내가 될 때까지 노즐 팁을 표면에 더 가깝게 하거나, 노즐 팁을 더 뒤로 떨어뜨릴 수 있다. 조작자는 노즐 본체 상의 게이지의 색상 코딩된 가이드들을 사용하여 정확한 스탠드 오프 거리를 찾을 수 있거나, 정확한 스탠드 오프 거리에 관해 훈련될 수 있거나, 전자 제어기에서 시각적 또는 청각적 안내를 받을 수 있다.
일부 예들에서, 조작자는 노즐로부터 유체를 배출하기 전에 노즐을 정확한 스탠드 오프 거리로 조정할 수 있다. 일부 예들에서, 조작자는 더 낮은 압력 유체의 외부 제2 스트림을 개시하고, 높은 압력 유체의 내부 제1 스트림을 개시하기 전에 단계들(508, 510)을 수행하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시킬 수 있다. 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키기 전에 노즐을 정확히 위치시키는 것은 표면의 시작 영역에 필요한 처리 시간의 보다 정확한 계산을 가능하게 할 수 있다.
단계(512)는 표면을 가로질러 노즐을 수동으로 병진시키는 단계를 포함한다. 조작자는 노즐을 제1 처리 영역에 인접하게 위치시킨 다음, 노즐을 다음 처리 영역으로 병진시킬 수 있다. 일부 예들에서, 조작자는 노즐을 일정한 속도로 표면 영역에 걸쳐 스캔할 수 있다. 다른 예들에서, 조작자는 노즐을 제1 영역에 고정하여 유지하고, 노즐을 제2 영역에 인접하게 이동시키고, 노즐을 다시 한번 고정 상태로 유지할 수 있다. 임의의 효과적인 패턴 또는 타이밍의 처리가 사용될 수 있다.
단계(514)는 스탠드 오프 거리를 모니터링하는 단계를 포함하고, 단계(516)는 스탠드 오프 거리를 약 8인치로 유지하는 단계를 포함한다. 조작자가 노즐을 표면 위로 병진시킬 때, 레이저 가이드는 계속 처리 표면으로 향하게 유지될 수 있으며, 계속 스탠드 오프 거리를 측정할 수 있다. 조작자는 가이드에 의해 보고된 거리를 모니터링하고, 노즐을 실질적으로 일정한 스탠드 오프 거리로 유지할 수 있다.
거리는 허용 오차 내에서 일정할 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 즉, 조작자가 실수로 스탠드 오프 거리를 변경한 다음, 노즐을 정확한 거리로 다시 조정한다면, 변동이 미리 결정된 허용 오차 이내인 경우, 조작자는 추가 시정 조치 없이 처리를 진행할 수 있다.
단계(518)에서, 이 방법은 제1 유체 스트림의 압력을 모니터링하는 단계를 포함한다. 센서가 노즐의 제1 채널에 장착되어 유체 압력을 측정할 수 있다. 단계(520)는 압력 데이터를 제어기에 전달하는 단계를 포함한다. 제어기는 유체 공급원에서의 유체 압력을 조정하도록 구성될 수 있다. 즉, 제어기는 제1 펌프에 작동 가능하게 연결될 수 있으며, 제1 유체의 정확한 압력을 유지하도록 필요에 따라 펌프를 조절할 수 있다.
조작자는 또한 표면과의 유체 스트림들의 처리 방향의 각도를 모니터링하고, 처리 방향을 표면에 수직으로 유지할 수 있다. 조작자는 다른 센서 데이터를 추가로 모니터링하고 필요에 따라 유체 상태들을 조정하여, 캐비테이션 피닝 시스템이 처리 전반에서 반드시 최적의 강도로 작동하게 할 수 있다.
일부 예들에서, 전자 제어기는 센서 데이터를 모니터링할 수 있다. 이러한 예들에서, 제어기는 허용 가능한 유체 파라미터들로 프로그래밍될 수 있다. 측정된 조건들이 허용 가능한 수준들 이상으로 변하면, 제어기가 유체 파라미터들을 조정할 수 있거나, 조작자에게 경고할 수 있거나, 이 둘 다를 할 수 있다. 예를 들어, 전자 제어기는 배출된 유체의 온도를 모니터링할 수 있다. 유체 온도가 허용 가능한 수준을 초과하여 상승하면, 제어기는 수원의 냉각기 유닛을 활성화할 수 있고, 조작자가 들을 수 있는 경고음을 발생시킬 수 있다.
일부 예들에서, 조작자는 노즐의 제어부들을 사용하여 연마용 매질의 전달을 활성화할 수 있다. 노즐은 캐비테이션 기포들의 무리의 에지 부근에서, 유체의 배출된 스트림들로 연마용 매질을 주입할 수 있다. 조작자는 피닝 처리 중에 연마용 매질을 추가할 수 있거나, 피닝 처리가 완료되면 표면 평활화 또는 추가 세정을 수행하기 위해 연마용 매질을 가진 캐비테이션 피닝 시스템을 사용할 수 있다.
G. 추가 예들 및 예시적인 결합들
이 섹션은 일련의 단락들로서 제한 없이 제시된 휴대용 캐비테이션 피닝 시스템들 및 방법들의 추가 양상들 및 특징들을 설명하는데, 일련의 단락들의 일부 또는 전부는 명확성 및 효율성을 위해 영숫자로 표기될 수 있다. 이러한 단락들 각각은 하나 또는 그보다 많은 다른 단락들 그리고/또는 상호 참조들로 인용에 의해 포함된 자료들을 포함하여 이 출원의 다른 곳으로부터의 개시내용과 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다. 아래의 단락들 중 일부는 적절한 결합들 중 일부 결합들의 예들을 제한 없이 제공하면서 다른 단락들을 명시적으로 참조하고 추가로 제한한다.
A. 캐비테이션 피닝 방법은:
가요성 도관을 통해 이동식 유체 공급원을 휴대용 노즐에 결합하는 단계 ― 노즐은 제1 채널 및 제2 채널을 가짐 ―,
노즐을 가공물의 처리 표면에 인접하게 위치시키는 단계,
제1 채널을 통해 제1 유체 스트림을 그리고 제2 채널을 통해 제2 유체 스트림을 처리 표면 쪽으로 배출시키는 단계를 포함하며, 제2 채널은 제1 채널 둘레에 동심으로 위치되고, 제1 유체 스트림은 제1 유체 압력을 갖고, 제2 유체 스트림은 제2 유체 압력을 가지며, 제1 유체 압력은 제2 유체 압력보다 더 크고, 제1 유체 스트림과 제2 유체 스트림은 결합하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시킨다.
A1. A의 방법은:
일정한 스탠드 오프 거리에서 처리 표면을 가로질러 노즐을 병진시키는 단계를 더 포함한다.
A2. A1의 방법은:
처리 표면에 수직인 Z 축을 따라 노즐을 병진시키는 단계를 더 포함한다.
A3. A의 방법은:
처리 표면의 곡률에 맞도록 노즐을 회전시키는 단계를 더 포함한다.
A4. A의 방법에서, 위치시키는 단계는 수동으로 수행된다.
A5. A의 방법에서, 위치시키는 단계는 로봇으로 수행된다.
A6. A의 방법에서, 노즐은 제1 유체 스트림 및 제2 유체 스트림을 처리 방향으로 처리 표면 쪽을 향하게 한다.
A7. A6의 방법에서, 위치시키는 단계는 60도 내지 120도의 범위로 처리 표면과 각도를 형성하도록 유체 스트림들의 처리 방향을 수동으로 지향시키는 단계를 포함한다.
A8. A의 방법에서, 노즐은 팁 부분을 가지며, 위치시키는 단계는 6인치 내지 10인치 범위의 처리 표면으로부터의 스탠드 오프 거리로 노즐의 팁을 유지하는 단계를 포함한다.
A9. A의 방법에서, 위치시키는 단계는 캐비테이션 기포들의 무리를 3인치 내지 5인치 범위의 처리 표면으로부터의 거리에 유지하는 단계를 포함한다.
A10. A의 방법에서, 노즐은 레이저 가이드 디바이스를 갖고, 위치시키는 단계는, 레이저 가이드 디바이스를 처리 표면 쪽으로 향하게 하는 단계, 및 노즐의 팁과 처리 표면 사이의 스탠드 오프 거리를 결정하는 단계를 포함한다.
A11. A의 방법에서, 배출시키는 단계는 노즐을 통과하는 제1 유체 스트림의 제1 유체 압력을 모니터링하는 단계를 포함한다.
A12. A11의 방법은:
노즐에서 감지된 압력 데이터를 제어기에 전달하는 단계를 더 포함하며, 제어기는 유체 공급원에서 유체 압력을 조정하도록 프로그래밍된다.
A13. A11의 방법에서, 모니터링하는 단계는 노즐에 연결된 게이지 상에 제1 유체 압력을 표시하는 단계를 포함한다.
A14. A의 방법은:
노즐을 통과하는 유체의 온도를 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
A15. A14의 방법은:
노즐에서 감지된 유체 온도 데이터를 제어기에 전달하는 단계를 더 포함하며, 제어기는 유체 공급원에서 유체 압력을 조정하도록 프로그래밍된다.
B. 캐비테이션 피닝을 위한 장치는:
유체 공급원,
유체 공급원으로부터 제1 유체 스트림을 받도록 구성된 제1 펌프 디바이스,
유체 공급원으로부터 제2 유체 스트림을 받도록 구성된 제2 펌프 디바이스,
가공물 상의 고정된 처리 영역 위에서 병진하도록 구성된 노즐 어셈블리를 포함하며, 펌프들 각각은 가요성 도관을 통해 노즐에 연결되고, 노즐은 제1 펌프 및 제2 펌프로부터 받은 유체를 혼합하여 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키도록 구성된다.
B1. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 노즐의 수동 조작을 위해 구성된 핸들을 포함한다.
B2. B의 장치에서, 제1 펌프 디바이스는 제1 압력에서 제1 유체 스트림을 펌핑하고, 제2 펌프 디바이스는 제2 압력에서 제2 유체 스트림을 펌핑하며, 제1 압력은 제2 압력보다 더 높다.
B3. B2의 장치에서, 제1 압력은 제2 압력보다 적어도 1000p.s.i. 더 크다.
B4. B2의 장치에서, 제1 압력은 제2 압력보다 적어도 2000p.s.i. 더 크다.
B5. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 제1 유체 스트림으로부터의 유체 둘레에 동심으로 제2 유체 스트림으로부터 유체를 배출하도록 구성된다.
B6. B의 장치에서, 제1 유체 스트림 및 제2 유체 스트림을 운반하는 가요성 도관들은 적어도 부분적으로 함께 번들링된다.
B7. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 팁, 그리고 팁과 가공물의 처리 표면 사이의 스탠드 오프 거리를 검출하도록 구성된 레이저 가이드를 갖는다.
B8. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 스탠드 오프 거리를 나타내는 게이지를 갖는다.
B9. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 제1 유체 스트림의 압력 레벨을 나타내는 게이지를 갖는다.
B10. B의 장치에서, 노즐 어셈블리는 세장형 축을 갖는 본체부를 포함한다.
B11. B10의 장치에서, 핸들부는 본체부와 피스톨 형상을 형성한다.
B12. B10의 장치에서, 핸들은 세장형 축에 수직인 축을 중심으로 피벗 가능하다.
B13. B10의 장치에서, 핸들은 본체부의 대향하는 면들로부터 측 방향으로 연장하는 2개의 그립 가능한 돌출부들을 포함한다.
C. 캐비테이션 피닝을 위한 유체 전달 시스템은:
유체 스트림에서 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키고, 그리고 가공물 상의 고정된 처리 영역을 가로질러 수동으로 병진되도록 구성된 동축류 노즐 어셈블리, 및
제1 가요성 도관 및 제2 가요성 도관을 통해 노즐 어셈블리에 연결된 휴대용 유체 공급원을 포함한다.
C1. C의 유체 전달 시스템에서, 유체 공급원은 제1 가요성 도관에 연결된 제1 펌프, 및 제2 가요성 도관에 연결된 제2 펌프를 포함하며, 노즐 어셈블리는 내부 채널 및 외부 채널을 갖고, 제1 펌프는 제1 유체 압력에서 내부 채널로 유체를 전달하도록 구성되며, 제2 펌프는 제2 유체 압력에서 외부 채널로 유체를 전달하도록 구성되고, 제1 유체 압력은 제2 유체 압력보다 더 높다.
D. 가공물을 처리하는 방법은:
실질적으로 일정한 스탠드 오프 거리에서 가공물 상의 고정된 처리 영역을 가로질러 캐비테이션 기포들의 무리를 수동으로 병진시키는 단계를 포함한다.
D1. D의 방법은:
휴대용 노즐 어셈블리를 통해 제1 유체 스트림 및 제2 유체 스트림을 배출하는 단계를 더 포함한다.
D2. D1의 방법에서, 제1 유체 스트림은 제2 유체 스트림보다 더 높은 압력으로 배출된다.
D3. D2의 방법은:
제1 유체 스트림의 온도 및 압력을 모니터링하는 단계를 더 포함한다.
E. 캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템은:
휴대용 노즐 어셈블리를 포함하며, 휴대용 노즐 어셈블리는:
세장형 축, 제1 채널, 및 말단 팁 부분으로 이어지는 제2 채널을 갖는 본체부,
본체부에 연결된 핸들부를 포함하고, 핸들부는 본체부의 세장형 축을 가공물 상의 고정된 처리 영역 쪽으로 향하게 하고, 일정한 스탠드 오프 거리에서 처리 영역 위에서 병진되도록 구성된다.
E1. E의 분배 시스템에서, 제2 채널은 팁 부분에서 제1 채널을 둘러싸고, 채널들은 처리 영역을 피닝하기 위한 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키도록 구성된다.
E2. E의 분배 시스템에서, 핸들은 사람 조작자에 의한 수동 조작을 위해 구성된다.
E3. E2의 분배 시스템에서, 핸들부는 본체부와 피스톨 형상을 형성한다.
E4. E2의 분배 시스템에서, 핸들부는 세장형 축에 수직인 축을 중심으로 피벗 가능하다.
E5. E2의 분배 시스템에서, 핸들부는 본체부의 대향하는 면들로부터 측 방향으로 연장하는 2개의 그립 가능한 돌출부들을 포함한다.
E6. E의 분배 시스템은:
노즐 어셈블리의 핸들부에 결합되도록 구성되고, 가공물 상의 고정된 처리 영역 쪽으로 향하게 되게, 그리고 일정한 스탠드 오프 거리에서 처리 영역 위에서 병진되게 본체부를 조작하도록 프로그래밍된 로봇 시스템을 더 포함한다.
E7. E의 분배 시스템에서, 노즐 어셈블리는 본체부에 연결되어, 팁 부분과 처리 표면 사이의 스탠드 오프 거리를 검출하도록 구성된 레이저 가이드를 갖는다.
E8. E의 분배 시스템에서, 노즐 어셈블리는 스탠드 오프 거리를 나타내는 게이지를 갖는다.
E9. E의 분배 시스템에서, 노즐 어셈블리는 제1 유체 스트림의 압력 레벨을 나타내는 게이지를 갖는다.
E10. E의 분배 시스템은:
처리 영역을 처리하기 전에 노즐 어셈블리로부터 배출된 캐비테이션 무리를 교정하도록 구성된 퍽을 더 포함한다.
E11. E10의 분배 시스템은:
제1 채널에 연결된 제1 가요성 도관 및 제2 채널에 연결된 제2 가요성 도관을 더 포함하며, 도관들은 개별 유체 스트림들을 제1 채널 및 제2 채널로 보내도록 구성된다.
F. 휴대용 유체 공급 장치는,
운반을 위해 구성된 베이스,
베이스에 의해 지지되는 유체 저장조,
저장조 내에 수용된 유체의 원하는 온도를 유지하기 위한 온도 제어 디바이스,
저장조로부터 유체를 받고 유체를 제1 유체 압력에서 제1 가요성 도관으로 펌핑하도록 구성된 제1 펌프 디바이스, 및 저장조로부터 유체를 받고 유체를 제2 유체 압력에서 제2 가요성 도관으로 펌핑하도록 구성된 제2 펌프 디바이스 ― 제1 가요성 도관 및 제2 가요성 도관의 말단부들에 연결된 동축류 노즐 어셈블리를 통해 캐비테이션 기포 무리가 발생되도록 제1 유체 압력은 제2 유체 압력보다 더 높음 ―, 및
가요성 도관에 의해 운반되는 유체의 원하는 온도 및 압력을 유지하도록 프로그래밍된 제어기를 포함한다.
F1. F의 장치에서, 베이스는 위치들 사이에서 장치를 이동시키기 위한 바퀴들을 구비한다.
F2. F의 장치에서, 제어기는 노즐 어셈블리에서 감지된 온도 데이터를 수신한다.
F3. F의 장치에서, 제어기는 노즐 어셈블리에서 감지된 압력 데이터를 수신한다.
F4. F의 장치에서, 제어기는 처리되는 가공물의 특성의 식별에 적어도 부분적으로 기초하여 유체 배출 파라미터를 변경하도록 프로그래밍된다.
이점들, 특징들, 이익들
본 명세서에서 설명한 휴대용 캐비테이션 피닝의 시스템들 및 방법들의 서로 다른 실시예들 및 예들은 피닝에 대한 공지된 해결책들에 비해 여러 가지 이점들을 제공한다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명한 예시적인 실시예들 및 예들은 가공물이 단일 프로세스에서 피닝되고 세정될 수 있게 한다.
추가로, 그리고 다른 이점들 중에서도, 본 명세서에서 설명한 예시적인 실시예들 및 예들은 컴포넌트들이 현장에서 그리고 제자리에 피닝될 수 있게 한다.
추가로, 그리고 다른 이점들 중에서도, 본 명세서에서 설명한 예시적인 실시예들 및 예들은 소모품들의 비용을 감소시키고 조작자의 안전을 향상시킨다.
어떠한 공지된 시스템이나 디바이스도 이러한 기능들을, 특히 현장 조건들에서는 수행할 수 없다. 따라서 본 명세서에서 설명한 예시적인 실시예들 및 예들은 수리들의 피닝에 특히 유용하다. 그러나 본 명세서에서 설명한 모든 실시예들 및 예들이 동일한 이점들 또는 동일한 정도의 이점을 제공하는 것은 아니다.
결론
위에서 제시된 개시내용은 독립적인 유용성을 갖는 다수의 개별 예들을 포괄할 수 있다. 이들 각각은 각자의 바람직한 형태(들)로 개시되었지만, 본 명세서에서 개시되고 예시된 그 특정 실시예들은, 많은 변형들이 가능하기 때문에 제한적인 의미로 고려되어서는 안 된다. 이 개시내용 내에서 섹션 제목들이 사용되는 경우에, 이러한 제목들은 조직적인 목적들만을 위한 것이다. 본 개시내용의 청구 대상은 본 명세서에 개시된 다양한 엘리먼트들, 특징들, 기능들 및/또는 특성들의 모든 신규한 그리고 명백하지 않은 결합들 및 하위 결합들을 포함한다. 다음의 청구항들은 특히 신규한 그리고 명백하지 않은 것으로 여겨지는 특정 결합들 및 하위 결합들을 지적한다. 특징들, 기능들, 엘리먼트들 및/또는 특성들의 다른 결합들 및 하위 결합들은 이러한 또는 관련 출원으로부터의 우선권을 주장하는 출원들에서 청구될 수 있다. 이러한 청구항들은 원래의 청구항들에 대해 범위가 더 넓든, 더 좁든, 동일하든 아니면 상이하든, 본 개시내용의 청구 대상 내에 포함되는 것으로 또한 간주된다.

Claims (15)

  1. 캐비테이션 피닝(cavitation peening)을 위한 장치로서,
    유체 공급원,
    상기 유체 공급원으로부터 제1 유체 스트림을 받도록 구성된 제1 펌프 디바이스,
    상기 유체 공급원으로부터 제2 유체 스트림을 받도록 구성된 제2 펌프 디바이스,
    가공물 상의 고정된 처리 영역 위에서 병진하도록 구성된 노즐 어셈블리를 포함하며,
    펌프들 각각은 가요성 도관을 통해 노즐에 연결되고,
    상기 노즐은 제1 펌프 및 제2 펌프로부터 받은 유체를 혼합하여 캐비테이션 기포들의 무리(cloud)를 발생시키도록 구성되는,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 상기 노즐의 수동 조작을 위해 구성된 핸들을 포함하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 제1 펌프 디바이스는 제1 압력에서 상기 제1 유체 스트림을 펌핑하고, 상기 제2 펌프 디바이스는 제2 압력에서 상기 제2 유체 스트림을 펌핑하며,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 더 높은,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 압력은 상기 제2 압력보다 1000p.s.i 더 큰 것 또는 2000p.s.i. 더 큰 것 중 적어도 하나인,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  5. 제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 유체 스트림 및 상기 제2 유체 스트림을 운반하는 가요성 도관들은 적어도 부분적으로 함께 번들링되는,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 팁, 그리고 상기 팁과 가공물의 처리 표면 사이의 스탠드 오프 거리(stand-off distance)를 검출하도록 구성된 레이저 가이드를 갖는,
    캐비테이션 피닝을 위한 장치.
  7. 제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 캐비테이션 피닝을 위한 유체 전달 시스템으로서,
    유체 스트림에서 캐비테이션 기포들의 무리를 발생시키고, 그리고 가공물 상의 고정된 처리 영역을 가로질러 수동으로 병진되도록 구성된 동축류(co-flow) 노즐 어셈블리를 포함하는 노즐, 및
    상기 제1 가요성 도관 및 상기 제2 가요성 도관을 통해 상기 노즐 어셈블리에 연결된 휴대용 유체 공급원을 포함하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 유체 전달 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 내부 채널 및 외부 채널을 갖고,
    상기 제1 펌프는 제1 유체 압력에서 상기 내부 채널로 유체를 전달하도록 구성되며,
    상기 제2 펌프는 제2 유체 압력에서 상기 외부 채널로 유체를 전달하도록 구성되고,
    상기 제1 유체 압력은 상기 제2 유체 압력보다 더 높은,
    캐비테이션 피닝을 위한 유체 전달 시스템.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 따른 캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템으로서,
    휴대용 노즐 어셈블리를 포함하는 노즐을 포함하며,
    상기 휴대용 노즐 어셈블리는:
    세장형 축, 제1 채널, 및 말단 팁 부분으로 이어지는 제2 채널을 갖는 본체부,
    상기 본체부에 연결된 핸들부를 포함하고,
    상기 핸들부는 상기 본체부의 세장형 축을 가공물 상의 고정된 처리 영역 쪽으로 향하게 하고, 그리고 일정한 스탠드 오프 거리에서 상기 처리 영역 위에서 병진되도록 구성되는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 핸들부는 상기 본체부와 피스톨(pistol) 형상을 형성하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  11. 제9 항 또는 제10 항에 있어서,
    상기 핸들부는 상기 세장형 축에 수직인 축을 중심으로 피벗 가능한,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  12. 제9 항 내지 제11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핸들부는 상기 본체부의 대향하는 면들로부터 측 방향으로 연장하는 2개의 그립 가능한 돌출부들을 포함하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  13. 제9 항 내지 제12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리의 상기 핸들부에 결합되도록 구성되고, 상기 가공물 상의 고정된 처리 영역 쪽으로 향하게 되게, 그리고 일정한 스탠드 오프 거리에서 상기 처리 영역 위에서 병진되게 상기 본체부를 조작하도록 프로그래밍된 로봇 시스템을 더 포함하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  14. 제9 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 노즐 어셈블리는 상기 스탠드 오프 거리 또는 상기 제1 유체 스트림의 압력 레벨 중 적어도 하나를 나타내는 게이지를 갖는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
  15. 제9 항 내지 제14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 처리 영역을 처리하기 전에 상기 노즐 어셈블리로부터 배출된 캐비테이션 무리를 교정하도록 구성된 퍽(puck)을 더 포함하는,
    캐비테이션 피닝을 위한 분배 시스템.
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