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公開番号2025048765
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-03
出願番号2024151439
出願日2024-09-03
発明の名称レーザ穴あけブレークスルーを検出するシステム及び方法
出願人ゼネラルエレクトリックテクノロジーゲゼルシャフトミットベシュレンクテルハフツング,General Electric Technology GmbH
代理人個人,弁理士法人NIP&SBPJ国際特許事務所
主分類B23K 26/00 20140101AFI20250326BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】レーザ穴あけブレークスルーを検出するシステム及び方法を提供する。
【解決手段】部品は、部品の外面に配置された複数の冷却孔と、複数の冷却孔の各々の裏面に流路連通して結合された空気供給システムとを含む。検出システムは、少なくとも1つのセンサとプロセッサとを含むデータ取得システムを含む。プロセッサは、レーザ装置に冷却孔のうちの第1の冷却孔を穿孔させ、少なくとも1つのセンサから受信したデータに基づいて、空気供給システムから第1の冷却孔に近接する空気中の空気変化を検出し、空気変化が第1の冷却孔の裏面の穿孔ブレークスルーを示すものであり、検出された空気変化に基づいて、第1の冷却孔の穿孔を停止するようにレーザ装置を動作させるように構成される。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
部品と共に使用するための検出システムであって、部品は、部品の外面に配置された複数の冷却孔と、複数の冷却孔の各々の裏面に流路連通して結合された空気供給システムとを含み、検出システムは、
複数の冷却孔を検査するように構成されたデータ収集システムであって、少なくとも１つのセンサを含む、データ収集システムと、
データ収集システムと動作可能に通信するプロセッサと、を含み、
プロセッサは、
レーザ装置に、部品の外面に第１の冷却孔を開けさせ、レーザ装置が動作中に複数のレーザビームパルスを放出するステップと、
少なくとも１つのセンサから受信したデータに基づいて、空気供給システムから第１の冷却孔に近接する空気中の空気変化を検出するステップであって、空気変化は第１の冷却孔の裏面の穴あけ突破を示す、ステップと、
検出された空気の変化に基づいて、第１の冷却孔の穿孔を停止するようにレーザ装置を作動させるステップと、を実行するように構成される、検出システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
プロセッサはさらに、
レーザ装置によって放出されるレーザビームパルスの閾値数を決定するステップであって、閾値数は、第１の冷却孔の裏面を穿孔するために放出されるレーザビームパルスの数である、ステップと、
レーザビームパルスの閾値数に基づいて、部品の外面に少なくとも１つの冷却孔を開けるためにレーザ装置を作動させるステップと、を実行するように構成される、請求項１に記載の検知システム。
【請求項３】
少なくとも１つのセンサが圧力センサを含み、空気の変化を検出するステップが、部品の外面に近接した第１の冷却孔内の空気圧の変化を検出するステップを含む、請求項１に記載の検出システム。
【請求項４】
少なくとも１つのセンサが、流量センサを含み、空気の変化を検出するステップが、第１の冷却孔内の空気の流れの不安定性を検出するステップを含む、請求項１記載の検出システム。
【請求項５】
少なくとも１つのセンサが、温度センサを含み、空気の変化を検出するステップが、第１の冷却孔に近接する部品の外面の温度変化を検出するステップを含む、請求項１に記載の検出システム。
【請求項６】
温度センサが、サーミスタと熱電対の一方を含む、請求項５記載の検出システム。
【請求項７】
第１の冷却孔に近接する部品の外面における温度変化は、周囲温度に対する変化と部品の温度に対する変化の一方を含む、請求項５に記載の検出システム。
【請求項８】
少なくとも１つの後続の冷却孔を穿孔するためにレーザ装置を作動させるステップは、第１のレーザビームパルスレート及び第２のレーザビームパルスレートでレーザ装置を選択的に作動させるステップを含み、第１のレーザビームパルスレートは第２のレーザビームパルスレートよりも大きい、請求項２に記載の検出システム。
【請求項９】
レーザ装置は、第１のレーザビームパルス数のために第１のレーザビームパルスレートで動作され、第２のレーザビームパルス数のために第２のレーザビームパルスレートでさらに動作され、前記第１のレーザビームパルス数及び前記第２のレーザビームパルス数は、決定された閾値数に基づいて各々可変的に選択される、請求項８に記載の検出システム。
【請求項１０】
少なくとも１つの後続の冷却孔を開けるためにレーザ装置を動作させるステップは、部品の厚さ及び部品の材料の少なくとも１つに基づいてレーザ装置を動作させるステップを含む、請求項２に記載の検出システム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、レーザ穴あけブレークスルー検出システム及び方法に関し、より具体的には、部品に冷却穴をあける際に部品の外面を通るレーザのブレークスルーを検出するために使用するシステム及び方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
ガスタービンエンジンや蒸気タービンエンジンなどのタービンエンジンは、産業用や発電用として広く使用されている。運転中、タービンエンジンの構成部品は長時間の高温にさらされる。構成部品の冷却を容易にし、高温に長時間さらされることによる損傷を低減するために、少なくともいくつかの既知のタービンエンジン構成部品は、冷却空気が構成部品の少なくとも一部を通ってその周囲を循環することを可能にする冷却孔を含む。
【０００３】
典型的には、冷却孔は、レーザを使用してタービンエンジン部品の外面に穿孔される。しかし、適切なブレークスルー検出方法がないと、レーザは望ましくないほど深く穴を開けすぎ、部品の外面の下の特徴に損傷を与える可能性がある。したがって、冷却孔の穿孔効率を向上させ、部品の外面下の部品の特徴に対する穿孔損傷を低減させるために、部品の外面上の冷却孔のレーザ孔穿孔ブレークスルーを検出するために使用され得るシステム及び方法の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００４】
一態様では、部品と共に使用するための検出システムが提供される。部品は、部品の外面に配置された複数の冷却孔と、複数の冷却孔の各々の裏面に流路連通して結合された空気供給システムとを含む。検出システムは、複数の冷却孔を検査するように構成されたデータ取得システムを含み、データ取得システムは、少なくとも１つのセンサと、データ取得システムと動作可能に通信するプロセッサとを含む。プロセッサは、レーザ装置に、部品の外面に冷却孔のうちの第１の孔を開けさせるように構成され、レーザ装置は、動作中に複数のレーザビームパルスを放出する。プロセッサはまた、少なくとも１つのセンサから受信したデータに基づいて、空気供給システムから第１の冷却孔に近接する空気中の空気変化を検出するように構成され、空気変化は、第１の冷却孔の裏面の穿孔ブレークスルーを示し、検出された空気変化に基づいて、第１の冷却孔の穿孔を停止するようにレーザ装置を動作させる。
【０００５】
別の態様では、部品の外面に位置する少なくとも１つの冷却孔の裏面を通るレーザ穿孔のブレークスルーを検出する方法が提供される。この方法は、部品の外面に少なくとも１つの冷却孔を穿孔するためにレーザ装置を動作させることを含み、レーザ装置は動作中に多数のレーザビームパルスを放出する。本方法はまた、少なくとも１つのセンサによって、少なくとも１つのセンサから受信したデータに基づいて、空気供給システムから少なくとも１つの冷却孔に近接する空気中の空気変化を検出することであって、空気変化は、少なくとも１つの冷却孔の裏面の穿孔ブレークスルーを示す、検出することと、検出された空気変化に基づいて、少なくとも１つの冷却孔の穿孔を停止するようにレーザ装置を動作させることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
タービンエンジン部品の概略図である。
図１のタービンエンジン部品の概略正面図である。
図１のタービンエンジン部品の概略側断面図である。
図１のタービンエンジン部品の分析に使用する例示的な検出システムの概略図である。
レーザ光ビームと図１のタービンエンジン部品の概略側面断面図である。
レーザ光ビームと図１のタービンエンジン部品の概略側面断面図である。
図５Ａのタービンエンジン部品の別の概略側断面図である。
タービンエンジン部品を分析するための例示的な方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書で説明する実施形態は、冷却孔穿孔の効率を改善することを容易にし、部品の外面の下にある部品の特徴に対するレーザ穿孔の損傷を低減することを容易にするために、部品に冷却孔を穿孔する際に部品の外面を通るレーザのブレークスルー（突破）を検出することに使用するためのシステム及び方法に関する。
【０００８】
本明細書に記載のシステム及び方法は、部品の外面に穿孔された冷却孔の裏面を介したレーザ穿孔ブレークスルーの検出を容易にする。本明細書に記載のシステム及び方法の利点には、少なくとも、（ｉ）冷却孔の裏面を介したレーザ穿孔ブレークスルーの検知による冷却孔レーザ穿孔の効率の向上、（ｉｉ）冷却孔内及び／又は冷却孔に近接する空気圧、空気流量、及び／又は空気温度の測定によるレーザ穿孔ブレークスルーの精度及び費用対効果の向上、ならびに（ｉｉｉ）冷却孔に近接するタービンエンジン部品の外面の下にある部品の特徴の保護の向上が含まれる。
【０００９】
本明細書で開示される様々な実施形態の要素を紹介する場合、冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、及び「ｓａｉｄ」は、要素が１つ以上存在することを意味することが意図される。「含む：ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「包含する：ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「有する：ｈａｖｉｎｇ」という用語は、包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素が存在し得ることを意味する。
【００１０】
本明細書で使用される「一般的に」、「実質的に」、及び「約」のような近似語は、別段の指示がない限り、そのように修正された用語が、絶対的又は完全な程度ではなく、当業者に認識されるような近似的な程度にのみ適用され得ることを示す。したがって、「約：about」、「およそ：approximately」、「実質的に：substantially」などの用語によって修正された値は、指定された正確な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似的な表現は、値を測定するための計器の精度に対応することがある。さらに、別段の指示がない限り、「第１」、「第２」などの用語は、本明細書では単にラベルとして使用され、これらの用語が指す項目に序列的、位置的、又は階層的な要件を課すことを意図するものではない。さらに、例えば「第２」の項目への言及は、例えば「第１」又はそれ以下の番号の項目、あるいは「第３」又はそれ以上の番号の項目の存在を必要とするものでも排除するものでもない。
（【００１１】以降は省略されています）

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