JP2006201164A - 加工された構成要素の検査方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】構成要素（２９）を検査する方法および装置を提供する。
【解決手段】この方法は、構成要素の形状を定義する複数のデータ点を受け取るステップ（４０８）と、受け取られたデータ点を、あらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線に当てはめるステップ（４１０）と、構成要素の切断半径を決定するために、受け取られたデータ点をあらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線と比較するステップ（４１２）とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に非破壊検査に関し、より詳細には加工された構成要素の寸法検査に関する。

寸法検査の技術は、加工物または構成要素の非破壊評価（ＮＤＥ）が望ましい、多くの用途に使用される。少なくともいくつかの知られた検査技術には、構成要素の使用条件を決定するのを促進する外観、または人の手による検査が含まれる。精通し熟練した技術者は、外観または人の手による検査を使用して、特定の構成要素が交換に値するかを確定できるかもしれないが、外観または人の手による検査は、最新式の構成要素に対して十分に正確になり得ないだけでなく、品質検証の目的で繰り返し行うのにも適さない可能性がある。たとえば、圧縮機動翼のダブテール（ｄｏｖｅｔａｉｌ）外縁部の切断（ｂｒｅａｋ）半径は小さく、わずかな弧度に広がるに過ぎないことがあり、それは、実際の半径を決定するために比較的正確な比較測定を必要とする可能性がある。
２００２年６月１１日公告の米国特許第６，４０１，３４９号 １９９８年４月２１日公告の米国特許第５，７４０，６１６号 １９９１年２月５日公告の米国特許第４，９８９，３３８号

精度の高い検査を提供する

１つの実施形態では、構成要素を検査する方法が提供される。この方法は、構成要素の形状を定義する複数のデータ点を受け取るステップと、受け取られたデータ点を、あらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線に当てはめるステップと、受け取られたデータ点を、構成要素の切断半径を決定するためのあらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線と比較するステップとを含む。

別の実施形態では、寸法検査システムが提供される。この検査システムは、構成要素の走査中に構成要素をあらかじめ定められた固定位置に維持するように構成された固定具と、構成要素の輪郭をトレースするように構成されたプロフィレオメータ（ｐｒｏｆｉｌｅｏｍｅｔｅｒ）と、プロフィレオメータに通信的に結合された制御装置とを備え、制御装置は、トレースされた輪郭の切断半径が構成要素のあらかじめ定められた許容可能な切断半径に実質的に等しいかどうか決定するために、トレースされた輪郭をあらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線と比較するように構成される。

別の実施形態では、コンピュータ読み取り可能媒体上に実施されるコンピュータプログラムが提供される。このコンピュータプログラムは、使用者にあらかじめ定められた輪郭仕様を選択することを促し、次いでトレーシングシャフトおよび測定ユニットの少なくとも１つの開始位置を決定し、構成要素の輪郭を定義する複数のデータ点を受け取り、あらかじめ定められた輪郭仕様と複数の受け取られたデータ点を使用して、構成要素の輪郭があらかじめ定められた輪郭仕様に実質的に等しいかどうか決定し、決定の表示を表示装置およびコンピュータ読み取り可能なファイルの少なくとも１つに転送するコードセグメントを含む。

本明細書で使用される用語「構成要素」は、ガスタービンエンジン内で結合されるように構成された任意の構成要素を含むことができ、その構成要素は、構成要素の摩耗および／または破損を示す寸法特性を有する可能性がある。図示のタービン動翼のダブテールは、例示のためのものに過ぎず、したがって、用語「構成要素」の定義および／または意味をどのようにも制限するものではない。さらに、本発明は、本明細書中にガスタービンエンジンと関連して、さらに具体的には、ガスタービンエンジン用のロータと共に使用するためのガスタービンエンジンと関連して説明されるが、本発明はガスタービンエンジンの静止構成要素およびガスタービンエンジン以外の機械と関連した構成要素などのその他の構成要素に適用できることを理解されたい。したがって、本発明の実施は、ガスタービンエンジンに限定されない。

図１は、輪郭測定ゲージシステム１０の例示の実施形態の概略図である。システム１０は、コラム１４を支持するベース１２を備える。主ハウジング１６が、矢印１８によって示す第１の方向に、また矢印２０によって示す反対の方向に実質的に垂直に移動できるようにコラム１４に結合されている。主ハウジング１６は、ゲージシステム１０の動作の制御およびデータの前処理を促進する電子回路を備える。支持アーム２２が、長手軸２４に沿って水平に移動できるように主ハウジング１６に摺動的に結合されている。支持アーム２２に結合された触針２６が、触針２６および表面２８が相対的に移動中に、触針２６の先端２７が加工物または構成要素２９の表面２８をトレース可能にするために枢動できるように装着できる。

触針２６が表面２８をなぞるときの触針２６の変位は、変換器３０を使用して検出され、変換器の出力は、ケーブル３４、または光学およびワイアレス通信デバイスを含むその他の通信リンクを介してデータロギング、および処理装置３２（たとえばパーソナルコンピュータ）に転送される。構成要素２９に沿った触針２６の先端２７の相対位置を示すデータは、また、構成要素２９の表面の輪郭または形状の測定値を示すデータを提供するためデータロギングおよび処理装置３２に転送することもできる。触針２６、表面２８、またはその両方は、２または３次元の表面マップ（ｓｕｒｆａｃｅ ｍａｐ）が形成できるようにその他の部材に対して移動でき、その表面マップは、視覚表示ユニット３６上に表示でき、またはハードコピーとして印刷できる。例示の実施形態では、先端２７が構成要素２９の表面２８をトレースするときの先端２７の位置を検出するように、線形可変差動変換器（ＬＶＤＴ）が触針２６と組み合わせて使用される。

構成要素２９を支持するための高精度の空気軸受けスピンドル上のターンテーブル３８は、ベース１２に直接結合でき、または作業台４０などの共通の支持物に結合できる。ターンテーブル３８は、触針２６に対して固定された位置に構成要素２９を固定するために使用できる締め付けデバイス、または保持部材を組み込むことができる。

支持アーム２２は、それが作業台４０に平行な方向に延びる軸２３の周りで枢動可能なように主ハウジング１６内で枢動可能に装着できる。たとえば、一実施形態では、支持アーム２２はほぼ水平に、したがって実質的に軸２４に垂直に枢動可能である。

動作の際には、輪郭が測定される表面２８を含む構成要素２９がターンテーブル３８に装着されている。例示の実施形態では、構成要素２９は、ダブテール外側の切断縁部を有するガスタービンエンジンの圧縮機動翼である。切断縁部の半径は、比較的小さく、わずかな弧度に広がるに過ぎない可能性がある。構成要素２９は、ターンテーブル３８に装着でき、あらかじめ定められた高さで、先端２７が接触する表面２８に配置できる距離で、それが定位置に保持されるように固定できる。走査中に、支持アーム２２は、先端２７の開始位置も定義する第１の開始位置から軸方向に後退できる。支持アーム２２の後退中に、先端２７は、表面２８の外郭線をトレースする。先端２７と表面２８の接触は、たとえば、重力、ばね、またはその他の任意の適切なバイアス部材（図示せず）などのバイアス機構によって助長されて維持されることになる。先端２７の開始位置からの変位は、変換器３０によって検出され、対応する出力が生成される。

図２は、クオリティインジケータゲージ（ｑｕａｌｉｔｙ ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｇａｕｇｅ）（図示せず）を測定することに応答して輪郭測定ゲージシステム１０によって生成できる出力の例示のスクリーンショット２００である。クオリティインジケータゲージは、輪郭測定ゲージシステム１０の較正および／または性能検査のための基準として使用できる。例示の実施形態では、クオリティインジケータゲージは、それぞれが互いのローブに対して異なる半径を有する４つのローブを備える。スクリーンショット２００は、表示領域２０２および制御パネル２０４を備える。制御パネル２０４は、表示領域２０２内のデータの表示を制御するために使用できる。

例示の実施形態では、表示領域２０２は、輪郭測定ゲージシステム１０によって収集されたクオリティインジケータゲージのデータポイントの曲線２０６を示す。曲線２０６の第１部分２０８は、クオリティインジケータゲージの第１のローブから収集されたデータに応答して形成される。第１の部分２０８の半径は線２１０によって表示され、半径の値は表示領域２０２内に表示できる。曲線２０６の第２の部分２１２は、クオリティインジケータゲージの第２のローブから収集されたデータに応答して形成される。第２の部分２１２の半径は線２１４によって示され、半径の値は表示領域２０２内に表示できる。曲線２０６の第３の部分２１６は、クオリティインジケータゲージの第３のローブから収集されたデータに応答して形成される。第３の部分２１６の半径は線２１８によって表示され、半径の値は表示領域２０２内に表示できる。曲線２０６の第４の部分２２０は、クオリティインジケータゲージの第４のローブから収集されたデータに応答して形成される。第４の部分２２０の半径は線２２２によって表示され、半径の値は表示領域２０２内に表示できる。

図３は、測定構成要素２９に応答して輪郭測定ゲージシステム１０によって形成できる出力の例示のスクリーンショット３００である。例示の実施形態では、構成要素２９は、ガスタービンエンジンの動翼のダブテール部分である。別の実施形態では、構成要素２９は、使用者が寸法の情報を得るため測定を望む任意の構成要素、または構成要素の部分であることができる。スクリーンショット３００は、輪郭測定ゲージシステム１０によって利用される曲線当てはめアルゴリズム（ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）の演算に関する情報を表示する表示領域３０２を備える。様々な実施形態で、曲線当てはめアルゴリズムは、ネットワーク、通信媒体、データ記憶媒体、またはその他のデータ通信デバイスを介して輪郭測定ゲージシステム１０からアクセス可能なデータを使用する別の機械によって実行できる。第１のＣＡＤ曲線３０４が輪郭測定ゲージシステム１０によってトレースされた構成要素２９の形状に関する仕様輪郭を定義する。ＣＡＤ曲線３０４は、輪郭測定ゲージシステム１０によって測定された輪郭に対する仕様など、構成要素２９に関連したデータを含むデータベースに記憶される。限界曲線（ｌｉｍｉｔ ｃｕｒｖｅ）３０６は、輪郭測定ゲージシステム１０によってトレースされた構成要素２９の外郭線に関する最大半径についての限界を定義する。例示の実施形態では、最大半径は、約０．３８０ｍｍ（約０．０１５インチ）になるように選択される。

曲線３０８は、構成要素２９の走査中に輪郭測定ゲージシステム１０によって受け取られるデータを表示する。曲線３０８は、先端２７が構成要素２９の表面２８をトレースするとき、輪郭測定ゲージシステム１０によってサンプリングされた複数の離散的なデータ点を含む。例示の実施形態では、曲線当てはめアルゴリズムを繰り返すことで、ＣＡＤ曲線３０４に「最適に当てはまる」ように、選択された中点の両側に４０点など、複数の離散的なデータ点の一部が選択される。選択された各中点に関する切断半径が計算でき、次いで、計算された中点の切断半径の値は、たとえば、出力を生成するために、選択可能な個数の、計算された中点の破断半径の値を平均化することによって結合される。

図４は、構成要素２９（図１に示す）などの構成要素の半径を評価する例示の方法４００の流れ図である。方法４００は、少なくとも部分的に構成要素２９の部品番号に基づいた、検査される構成要素に対する検査計画を決定４０２することを含む。構成要素２９の各形状に関する検査計画は、測定値を生成するために使用される。走査計画は、たとえば前縁タブテール面上の中心で１箇所、中心の両側で１箇所ずつの３箇所で走査するように、タブテールの前縁面を横切って複数の場所で走査が行われるようにシステム１０を制御するために使用できる。決定された走査計画は、たとえばダブテールの後縁面の中心で１箇所、両側で１箇所ずつなど３箇所で、ダブテールの後縁面上の複数の場所で走査が行われるようにシステム１０を制御してもよい。

検査される構成要素に応じて、システム１０のセットアップ４０４は、システム１０の較正検査を実施するためにクオリティインジケータゲージまたはゲージマスタ（ｇａｕｇｅ ｍａｓｔｅｒ）を使用するチェックスキャン（ｃｈｅｃｋ ｓｃａｎ）を含むことができる。ゲージマスタは、固定具３７がタブテールに実質的に垂直な両側面でゲージマスタを把持するようにゲージマスタのタブテールの表面がほぼ水平に向いて、固定具３７に位置決めできる。例示の実施形態では、走査Ｘ−０がゲージマスタのダブテールバレー（ｄｏｖｅｔａｉｌ ｖａｌｌｅｙ）からほぼ０．７６０ｍｍ（０．０３０インチ）で開始される。走査Ｚ−０は、ダブテールバレーのほぼ最下点で開始される。Ｘ走査の増分値は、たとえば、０．３８μｍ（１５マイクロインチ）など、あらかじめ定められた値になるように選択できる。ゲージマスタが走査された後、システム１０または別のプロセッサによって評価マクロが処理される。例示の実施形態では、受入れ可能な走査に関して、半径の計測値が前回の計測値のほぼ０．０５０ｍｍ（０．００２インチ）以内になることが確かにできる。

構成要素２９は、固定具３７の中でたとえばシステム１０のＹ軸に沿った向きにできる。構成要素２９は、たとえば固定具３７を使用してダブテールの面に沿って締め付けまたは結合できる。検査されるダブテールがほぼ水平に向けられるようにダブテールを位置決めするのを容易にするために、ロケータ（図示せず）、たとえばノッチが使用できる。

システム２９が較正の目的で検査された後、インスペクションスキャン（ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｓｃａｎ）４０８が実施される。先端２７が表面２８と接触を保ちながら、アーム２２が軸方向に後退するように走査計画が開始される。先端２７がバイアスされて表面２８と接触を維持する。アーム２２のＸ値およびＺ値がシステム１０によって測定され前処理される。インスペクションスキャンの評価４１０が、ＵｌｔｒａＣｏｎｔｏｕｒ Ｓｏｆｔｗａｒｅなどのソフトウェアのアルゴリズムを使用して実施される。評価４１０は、インスペクションスキャン４０８中に先端２７によってトレースされた外郭線の縁部半径を形成するために使用される。評価４１０の間、ＣＡＤデータが構成要素２９の外郭線から抽出される。ＣＡＤデータが走査データの選択可能な長さに適合するように切り取られる。走査データは、最大縁部半径の領域を含む。

走査データは、最大縁部半径でほぼ０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）の手前から、トレースされた長手方向に沿った半径でほぼ２．５４０ｍｍ（０．１００インチ）を超えたところまで得られる。評価４１０は、ＣＡＤデータおよび走査データ内の読み取りを行う。構成要素２９に行われたそれぞれの走査に対して、走査データが、たとえば１０回繰り返すことによってＣＡＤデータに当てはめられる。次いで、ＣＡＤデータが削除される。弧が、最大縁部半径の始点（ｓｔａｒｔ）と終点（ｅｎｄ）の間で走査データに当てはめられる。当てはめられた弧は、寸法を示され、最大縁部半径の値が報告される。例示の実施形態では、６回の測定（動翼の各面上に３回ずつ）がなされ、平均測定値が動翼の値として報告される４１２。各構成要素２９に対する通過基準には、たとえば６つの縁部半径の平均があらかじめ定められた値を超えることができ、平均半径が図面仕様の１００％を超えないことができ、および／または報告された値が図面の最大縁部破断の２００％を超えるものが１つもないようにできることが含まれる。

本明細書に記載されたシステムおよび方法の様々な実施形態の技術的な効果には、少なくとも１つの構成要素の寸法を正確に繰り返し可能に決定すること、および様々な構成要素の検査および保守を容易にするためそうした寸法をあらかじめ定められた仕様と比較することが含まれる。

上記に記載された方法および装置は、構成要素の最小破断半径などの寸法を決定することに関してコスト効果があり信頼性が高い。方法および装置は、収集された走査データを仕様曲線に当てはめ、走査されたデータがあらかじめ定められた仕様基準を満たすかどうか決定するプロフィレオメータを使用して繰り返し可能なデータセットを表示する。上記に説明された方法および装置は、コスト効果があり信頼性があるように、構成要素の加工、組立ておよび、メンテナンスサイクルの回数を減らすことを助長する。

構成要素の検査システムの例示の実施形態は、上記に詳細に説明されている。例示のシステムは、本明細書に記載された特定の実施形態に限定されず、むしろそれぞれの構成要素は本明細書に記載されたその他の構成要素と独立に分離して利用できる。

本発明を様々な特定の実施形態によって説明してきたが、本発明は、特許請求の趣旨および範囲内にある変更形態によって実施可能であることを当分野の技術者は理解するであろう。

輪郭測定ゲージシステムの例示の実施形態の概略図である。 クオリティインジケータゲージの測定に応答して、図１に示す輪郭測定ゲージシステムによって生成可能な出力の例示のスクリーンショットの図である。 構成要素の外郭線の測定に応答して、図１に示す輪郭測定ゲージシステムによって生成可能な出力の例示のスクリーンショットの図である。 図１に示す構成要素の半径を評価する例示の方法を示す流れ図である。

符号の説明

１０ 輪郭測定ゲージシステム
１２ 基部
１４ コラム
１６ 主ハウジング
１８ 矢印
２０ 矢印
２２ 支持アーム
２３ 軸
２４ 長手方向軸
２６ 触針
２７ 先端
２８ 表面
２９ 構成要素
３０ 変換器
３２ 処理装置
３４ ケーブル
３６ 視覚表示ユニット
３７ 固定具
３８ ターンテーブル
４０ 作業台
２００ スクリーンショット
２０２ 表示領域
２０４ 制御パネル
２０６ 曲線
２０８ 第１部分
２１０ 線
２１２ 第２の部分
２１４ 線
２１６ 第３の部分
２１８ 線
２２０ 第４の部分
２２２ 線
３００ スクリーンショット
３０２ 表示領域
３０４ 第１のＣＡＤ曲線
３０６ 限界曲線
３０８ 曲線
４００ 方法
４０２ 検査計画を決定
４０４ セットアップ
４０８ インスペクションスキャン
４１０ インスペクションスキャンの評価
４１２ ブレードの値として報告

Claims (10)

1. 構成要素の形状を定義する複数のデータ点を受け取るステップ（４０８）と、
   前記受け取られたデータ点をあらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線に当てはめるステップ（４１０）と、
   前記構成要素の破断半径を決定するために、前記受け取られたデータ点を前記あらかじめ定められたモデル形状を定義する前記曲線と比較するステップ（４１２）とを含む、構成要素（２９）を検査する方法（４００）。
2. 複数のデータ点を受け取るステップが、前記構成要素（２９）の外側の破断縁部半径を定義する複数のデータ点を受け取るステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 複数のデータ点を受け取るステップが、接触式のプロフィレオメータ（３０）を使用した前記構成要素の走査から複数のデータ点を受け取るステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 前記受け取られたデータ点をあらかじめ定められたモデル形状に当てはめるステップが、
   前記構成要素の所望の輪郭を定義する仕様データ点を有する前記あらかじめ定められたモデル形状を選択するステップと、
   前記受け取られたデータ点によって定義された前記曲線を前記仕様データ点に当てはめるステップとを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 前記受け取られたデータ点をあらかじめ定められたモデル形状に当てはめるステップが、
   前記受け取られたデータ点の最大縁部半径を決定するステップと、
   前記最大縁部半径の始点と前記最大縁部半径の終点の間で、前記受け取られたデータ点に弧を当てはめるステップとをさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 前記構成要素の破断半径を決定するステップが、前記当てはめられた弧の切断半径を決定するステップを含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
7. 前記切断半径を表示装置（３６）およびコンピュータ読み取り可能なファイルの少なくとも１つに出力するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 前記構成要素の走査中に、あらかじめ定められた固定位置に構成要素（２９）を維持するように構成された固定具（３７）と、
   前記構成要素の輪郭をトレースするように構成されたプロフィレオメータ（３０）と、
   前記トレースされた輪郭の切断半径が前記構成要素のあらかじめ定められた許容可能な切断半径に実質的に等しいかどうか決定するために、前記トレースされた輪郭をあらかじめ定められたモデル形状を定義する曲線（３０４）と比較するように構成された、前記プロフィレオメータに通信的に結合された制御装置（３２）とを備える寸法検査システム（１０）。
9. 前記プロフィレオメータが、
   前記構成要素（２９）の表面（２８）に沿って接触を維持するように構成された接触ピン（２７）と、
   前記接触ピンに結合された遠位端、および枢動端を備え、前記枢動端の枢動軸（２３）の周りで枢動するように構成されたトレーシングシャフト（２６）と、
   前記トレーシングシャフトの回転量を示す出力信号を発生するように構成され、前記枢動軸を前記トレーシングシャフトの回転平面の方向に移動させるように構成される、前記枢動軸に回転可能に結合された測定ユニット（３０）とを備えることを特徴とする請求項８記載の寸法検査システム。
10. 前記制御装置が、走査中に前記枢動軸の移動を制御するようにプログラムされたプロセッサ（３２）を備えることを特徴とする請求項８記載の寸法検査システム。

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