(57)【要約】      （修正有）【課題】静止したワークピースにキャビテーションピーニングを行うための可動装置を提供する。【解決手段】キャビテーションピーニングの方法は、移動可能な水源２０を、フレキシブル導管１６，１８を通して、ポータブルノズル１２に連結することを含みうる。方法は、ノズル１２を処理面１４に隣接して位置付けることと、第２のチャネルが第１のチャネル周囲に同心に配置された状態で、ノズルの第１及び第２のチャネルを通って第１及び第２の流体流２６，２８を排出することとを含みうる。第１の流体流２６が第１の圧力を有し、第２の流体流２８が第２の圧力を有し、第１の圧力が第２の圧力より大きく、２つの流体流が組み合されて、キャビテーションバブルのクラウドを発生させうる。【選択図】図１
2019072833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャビテーションピーニングのための装置であって、
流体源と、
前記流体源から第１の流体流を受けるように構成された第１のポンプデバイスと、
前記流体源から第２の流体流を受けるように構成された第２のポンプデバイスと、
ワークピース上の静止した処理領域の上で平行移動させられるように構成されたノズルアセンブリであって、ポンプの各々が、フレキシブル導管を介してノズルに連結されており、前記ノズルが、第１及び第２のポンプから受けた流体を混合してキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように構成されている、ノズルアセンブリと
を含む装置。
【請求項２】
前記ノズルアセンブリが、前記ノズルの手動操作のために構成されたハンドルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第１のポンプデバイスが、前記第１の流体流を第１の圧力でポンピングし、前記第２のポンプデバイスが、前記第２の流体流を第２の圧力でポンピングし、前記第１の圧力が前記第２の圧力より高い、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記第１の圧力が、前記第２の圧力より１０００ｐ．ｓ．ｉ．大きい又は前記第２の圧力より２０００ｐ．ｓ．ｉ．大きいのうちの少なくとも１つである、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記第１及び第２の流体流を運ぶ前記フレキシブル導管が、少なくとも部分的に一緒に束ねられる、請求項１から４の何れか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記ノズルアセンブリが、先端、及び前記先端とワークピースの処理面との間の離間距離を検出するように構成されたレーザガイドを有する、請求項１から５の何れか一項に記載の装置。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載のキャビテーションピーニングのための流体供給システムであって、
流体流にキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように、かつ、ワークピース上の静止した処理領域にわたって手動で平行移動させられるように構成された共流ノズルアセンブリを含む前記ノズルと、
第１及び第２のフレキシブル導管を介して、前記ノズルアセンブリに連結されたポータブル流体源と
を含む流体供給システム。
【請求項８】
前記ノズルアセンブリが内側チャネル及び外側チャネルを有し、前記第１のポンプが流体を前記内側チャネルに第１の流体圧力で供給するように構成され、前記第２のポンプが流体を前記外側チャネルに第２の流体圧力で供給するように構成され、前記第１の流体圧力が前記第２の流体圧力より高い、請求項７に記載の流体供給システム。
【請求項９】
請求項１から８の何れか一項に記載のキャビテーションピーニングのための分配システムであって、
長軸、第１のチャネル、及び遠位先端部分につながる第２のチャネルを有する本体部分と、
前記本体部分に連結したハンドル部分であって、前記本体部分の長軸をワークピース上の静止した処理領域に向けるように、かつ、一定の離間距離で前記処理領域の上で平行移動させられるように構成されているハンドル部分と
を含むポータブルノズルアセンブリを含むノズル
を備える分配システム。
【請求項１０】
前記ハンドルが、前記本体部分と共にピストル形状を形成する、請求項９に記載の分配システム。
【請求項１１】
前記ハンドル部分が、前記長軸に垂直な軸の周囲をピボット可能である、請求項９又は１０に記載の分配システム。
【請求項１２】
前記ハンドル部分が、前記本体部分の反対側の側部から横方向に延びる２つの把持可能な突起を含む、請求項９から１１の何れか一項に記載の分配システム。
【請求項１３】
前記ノズルアセンブリの前記ハンドル部分に連結されるように構成されたロボットシステムであって、前記ワークピースの上の前記静止した処理領域に向けられるよう、かつ一定の離間距離で前記処理領域の上で平行移動させられるよう前記本体部分を操作するようにプログラムされたロボットシステム
を更に含む、請求項９から１２の何れか一項に記載の分配システム。
【請求項１４】
前記ノズルアセンブリが、前記離間距離又は前記第１の流体流の圧力レベルのうちの少なくとも１つを示すゲージを有する、請求項９から１３の何れか一項に記載の分配システム。
【請求項１５】
前記処理領域を処理する前に、前記ノズルアセンブリから放出されたキャビテーションクラウドを較正するように構成されたパック
を更に含む、請求項９から１４の何れか一項に記載の分配システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、キャビテーションピーニングのためのシステム及び方法に関する。より具体的には、開示される例は、静止したワークピースにキャビテーションピーニングを行うための可動装置に関する。
【０００２】
ショットピーニングは、疲労強度を高め、応力腐食割れ（ＳＣＣ）に対する耐性を高め、材料に残留圧縮応力を誘発する方法としてよく知られている。例えば、航空機の修理には、引張応力を発生させる可能性のある研削構成要素が含まれる。修理された構成要素のピーニングは、引張応力を緩和し、有益な圧縮応力で置き換えることができる。ショットピーニングでは、球形ショットは高速で推進され、材料の表面に衝突し、塑性変形を引き起こす。
【０００３】
しかしながら、ショットピーニングは、表面粗面化をもたらし、特定のショット媒体（例えば、キャストショット）については、処理された表面を汚染する可能性がある。消費可能なショットは高価になる可能性があり、また、オペレータにとっても実質的な安全上のリスクをもたらす。ウォーターキャビテーションピーニングは、低コストかつ低い操作リスクで、汚染よりむしろ洗浄する代替プロセスとして期待されている。
【０００４】
現在使用されているキャビテーションピーニングシステムは、一般に、ワークピースを水槽に沈めなければならない。ピーニング装置は、部品が製造される場所、又は修理された部品がピーニングされる場所に永久に位置する。修理を迅速化し、部品を定期的な場所又はその近くでピーニング可能にするために、現場でのピーニングができる装置が望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
キャビテーションピーニングの方法は、移動可能な水源を、フレキシブル導管を通して、ポータブルノズルに連結することを含みうる。方法は、ノズルを処理面に隣接して位置付けることと、第２のチャネルが第１のチャネル周囲に同心に配置され他状態で、ノズルの第１及び第２のチャネルを通って第１及び第２の流体流を排出することとを含みうる。第１の流体流が第１の圧力を有し、第２の流体流が第２の圧力を有し、第１の圧力が第２の圧力より大きく、２つの流体流が組み合されて、キャビテーションバブルのクラウドを発生させうる。
【０００６】
本開示は、キャビテーションピーニングに関するシステム、装置、及び方法を提示する。いくつかの例では、キャビテーションピーニングシステムは、ポータブルノズルアセンブリ及び可動流体源を含みうる。いくつかの例では、ノズルアセンブリは、キャビテーションバブルのクラウドを発生させるように構成された共流ノズルを含みうる。いくつかの例では、キャビテーションピーニングの方法は、ワークピースの上の静止した処理領域にわたって実質的に一定の離間距離で、キャビテーションバブルのクラウドを平行移動させることを含みうる。
【０００７】
特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施例において独立して達成されてもよく、又は更なる詳細が以下の説明及び図面を参照して理解できる更に別の実施例において組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】航空機着陸ストラットをピーニングするために使用されているポータブルキャビテーションピーニングシステムの概略図である。
【図２】別のポータブルキャビテーションピーニングシステムの概略図である。
【図３】例示的ノズルアセンブリの概略図である。
【図４】図３のノズルアセンブリの等角図である。
【図５Ａ】図３のノズルアセンブリの上面図である。
【図５Ｂ】例示的離間距離インジケータの概略図である。
【図５Ｃ】別の離間距離インジケータの概略図である。
【図６】図３のノズルアセンブリの概略図である。
【図７】例示的源アセンブリの概略図である。
【図８】別のポータブルキャビテーションピーニングシステムの概略図である。
【図９】キャビテーションピーニングの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】
【０００９】
ノズルアセンブリ及び流体源を有するキャビテーションピーニングのためのシステムの様々な態様及び例、並びに関連する方法は、以下に記載され、関連する図面に示される。他に特定されない限り、キャビテーションピーニング及び／又はその様々な構成要素のためのシステムは、本明細書に記載、図示、及び／又は組み込まれた構造、構成要素、機能性及び／又は変形例のうちの少なくとも１つを含みうるが、含むことが必要ではない。また更に、特に除外されない限り、本教示に関連して本明細書で説明され、例示され、及び／又は組み込まれているプロセスステップ、構造、構成要素、機能、及び／又は変形例は、他の類似のデバイス及び方法に含まれうるが、開示された実施例で交換可能であることを含む。様々な実施例における下記の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、その用途又は利用を限定することを意図するものではない。更に、以下に説明する実施例によって提供される利点は本質的に例示であり、すべての実施例が同じ利点又は同じ程度の利点を提供するわけではない。
【００１０】
定義
他に指示がない限り、以下の定義が本明細書において適用される。
【００１１】
「実質的に」とは、特徴又は構成要素が正確に一致する必要がないような、特定の寸法、範囲、形状、概念、又は用語によって修正された他の態様に多かれ少なかれ一致することを意味する。例えば、「実質的に円筒形」の物体は、物体が円筒に似ているが、真の円筒からの一又は複数の偏差を有しうることを意味する。
【００１２】
「備える（Ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、及び「有する（ｈａｖｉｎｇ）」（及びそれらの活用形）は、交換可能に使用され、限定するものではないが、付加的な列挙されていない要素又は方法ステップを除外することを意図しないオープンエンド形式の用語である。
【００１３】
「第１」、「第２」及び「第３」などの用語は、グループの様々な部材を区別又は識別するために使用され、連続的又は数値的限定を示すことを意図するものではない。
【００１４】
「結合された」とは、介在する構成要素を介して直接的であろうが間接的であろうが、永続的に又は取り外し可能に連結されていることを意味する。
概説
【００１５】
一般に、キャビテーションピーニングシステムは、フレキシブル導管によって可動流体供給源に連結されたポータブルノズルアセンブリを含みうる。キャビテーションピーニングシステムを使用する方法は、ノズルアセンブリを処理面に隣接して位置付けるステップと、流れが結合してキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように、第１の流体流及び第２の流体流を排出するステップとを含みうる。
【００１６】
例、構成要素、及び代替例
以下のセクションでは、例示的なポータブルキャビテーションピーニングシステム、ノズルアセンブリ、及び流体源、並びに関連するシステム及び／又は方法の選択された態様について説明する。これらのセクションの実施例は、例示を目的としており、本開示の範囲全体を限定するものと解釈すべきではない。各セクションは、一又は複数の個々の実施形態又は例、及び／又は文脈的又は関連する情報、機能、及び／又は構造を含みうる。
【００１７】
Ａ．  第１の例示的システム
図１は、処理面１４に方向付けられたノズルアセンブリ１２を含む、概して１０で示される例示的ポータブルキャビテーションピーニングシステムの概略図を示す。２つのフレキシブル導管１６、１８は、ノズルアセンブリに加圧流体を供給する。タンク２０は、流体を２つのポンプ、即ち、導管１６に連結された第１のポンプ２２及び導管１８に連結された第２のポンプ２４に供給する。第１のポンプ２２は、流体を第１の圧力まで加圧し、第２のポンプ２４は、流体をより低い第２の圧力まで加圧する。
【００１８】
ノズルアセンブリ１２は、第１の圧力で第１の流体流２６を排出し、第２の圧力で第２の流体流２８を排出する。２つの流体流は、同心円状に排出され、組み合されて、キャビテーションバブルのクラウドが発生する。オペレータは、ノズルアセンブリ１２を処理面１４からある距離に維持し、その距離は、クラウドの長さの２倍にほぼ等しくなりうる。ノズルアセンブリ１２は、手動で操作されてもよく、又は自動化されたシステムに接続されてもよい。
【００１９】
センサクラスタ３０は、関連するパラメータについて流体をモニタするために、タンク２０の流体に沈められる。例えば、クラスタは、温度及び酸素含有量のセンサを含みうる。センサデータは、タンクの外面上の視覚的インジケータによって表示されうる。データはまた、電子コントローラに出力されてもよく、又は視覚、聴覚、若しくは他の手段によってオペレータに伝達されてもよい。
【００２０】
Ｂ．  第２の例示的システム
図２は、使用時のポータブルキャビテーションピーニングシステム１１０の図である。オペレータ１２６は、航空機の着陸ギアを安定させるためにストラット１２８に向かってノズルアセンブリ１１２を方向付ける。ノズルアセンブリは、キャビテーションバブルのクラウドを発生させ、水流１３０をストラットに排出する。ストラット１２８は、ピーニングの間に着陸ギア上の適所にとどまり、オペレータ１２６は、リフト１３２上に立って、ノズルアセンブリ１１２をストラット１２８上の処理領域１１４に隣接させる。オペレータ１２６は、領域が十分に処理されるまでノズルアセンブリ１１２を処理領域１１４に向け、次にノズルを次の処理領域に向けて方向付けてもよい。オペレータは、ストラット１２８が完全に処理されるまで、ノズルアセンブリを新しい処理領域に平行移動させ続けてもよい。
【００２１】
ノズルアセンブリ１１２は、オペレータ１２６によって把持されるハンドル、及びスタンド１３４を含む。スタンドは、リフト１３２のレール上に載置され、オペレータ１２６が、ノズルアセンブリの重量を支持することなく、ノズルアセンブリ１１２を方向付けることを可能にする。スタンドはまた、ストラット１２８からの正しい離間距離、及び水流１３０と処置領域１１４とのとの間の正しい角度を維持する際にオペレータ１２６を支援してもよい。
【００２２】
一対のホース１１６、１１８は、ポンプ１２２、１２４からノズルアセンブリ１１２に水を供給する。ポンプ１２２は、約１０００〜５０００ポンド／平方インチ（ＰＳＩ）、好ましくは約３０００ＰＳＩ、又は任意の適切な圧力まで、水を加圧しうる。ポンプ１２４は、より低い圧力、例えば５０ＰＳＩまで水を加圧するか、又は水を大気圧にしておくか、又は任意の適切な圧力で水の層流を供給しうる。
【００２３】
ホース１１６、１１８は、別々にノズルアセンブリ１１２に連結するが、オペレータ１２６により移動しやすいように束ねられる。ホースは、間隔をおいて結束されてもよく、導管内に包囲されてもよく、そうでなければ配置されてもよい。電気、データ、又は他のケーブルもまた、ホース１１６、１１８と共に束ねられ、ノズルアセンブリ１１２に連結されてもよい。
【００２４】
ポンプ１２２、１２４は、水リザーバタンク１２０から水をポンピングする。図示された例では、タンク１２０は、第１の区画から引き出されるポンプ１２２と、第２の区画から引き出されるポンプ１２４とを有する２つの区画を有する。いくつかの例では、第１及び第２の区画は、異なる圧力若しくは温度で水を貯蔵してもよく、又は異なる流体を保持してもよい。
【００２５】
タンク１２０及びポンプ１２２、１２４は、冷却器ユニット１３８を備えた車輪付きプラットフォーム１３６に装着される。タンク１２０は、流入する水を冷却し濾過する冷却器１３８を介して充填されうる。流入する水の温度及び不純物レベルを制御することは、キャビテーションクラウド形成のためにノズルアセンブリ１１２に最適条件を提供するために望ましいことがある。水温が許容可能な動作温度を超えて上昇したときに、貯蔵された水を冷却器１３８を通って循環可能にするために、機構がタンク１２０に含まれてもよい。
【００２６】
冷却器１３８又はタンク１２０は、空港の水供給源に連結するのに適したポート又はコネクタを含みうる。タンクは、航空機の着陸ギアの近くの作業領域に移動する前に、給水で満たされている、又は作業領域で給水が利用可能である場合、ピーニング中にタンクが満たされ続けることがある。タンク１２０は、有効な処理期間に十分な水を保持する大きさでありうる。例えば、処理領域１１４のピーニングに２０分必要であり、ノズルアセンブリ１１２が毎分３ガロンの流量で水を排出する場合、タンク１２０は、少なくとも６０ガロンの容積を有しうる。
【００２７】
車輪付きプラットフォーム１３６は、キャビテーションピーニングシステム１１０の一体化された構成要素であってもよく、又は作業現場で提供される輸送手段であってもよい。例えば、空港では、システム１１０は、電動車両で輸送されてもよい。作業領域では、タンク１２０、ポンプ１２２、１２４、及び冷却器１３８は、ピーニングの間に車両にとどまり、航空機コンポーネントへのアクセスのために車両による必要に応じて移動させてもよい。そのような例では、タンク１２０、ポンプ１２２、１２４、及び冷却器１３８は、シャーシ又はフレームに取り外し可能に装着され、容易な装填及び取出しが可能になる。他の例では、タンク２０は、底面にキャスターを含み、ポンプ１２２、１２４は、タンクの上面に固定されうる。任意の有効な可動構成を使用が使用されてもよい。
【００２８】
図２に示すように、ポンプ１２２、１２４及び冷却器１３８は、別々にアクセス可能である。このような構成は、部品の現場交換を容易にすることができよう。例えば、キャビテーションピーニングシステム１１０は、苛酷な状態が摩耗を加速する可能性があり、修理のための停止時間が望ましくない遠隔地で行われる修理に有用でありうる。ポンプ１２２の内部構成要素が故障すると、適切な圧力及び流量パラメータを有する別のモデル又は種類のポンプが、ポンプ１２２が修復を受けている間に代用されうる。
【００２９】
他の例では、ポンプ１２２、１２４、及び冷却器１３８は、輸送及び取り扱いを容易にするために、タンク１２０と共に単一のユニットに封入されうる。すべての構成要素の制御と任意のセンサからのデータの表示は、単一ユニットの外部で利用可能でありうる。
【００３０】
キャビテーションピーニングシステム１１０は、ピーニングのために使用されてもよく、又は他の用途に使用されてもよい。例えば、システムは、表面を洗浄するために使用されてもよく、又は制御された変形のために使用されてもよい。キャビテーションクラウドへの研磨媒体の導入により、システムは、粗い表面を平滑にするために使用されてもよい。
【００３１】
Ｃ．  第３の例示的システム
図３は、キャビテーションピーニングのためのノズルアセンブリ２１０の概略図を示す。アセンブリは、共流ノズル２１２と、本体部分２１４と、ハンドル２１６とを含む。ノズル２１２は、キャビテーションバブルのクラウドを発生させるために、流体の内部流２２０及び外部流２２２を排出する較正パック２１８に方向付けられる。２つのフレキシブル導管は、流体をノズルアセンブリ２１０、内側流２２０のための第１の圧力での流体を有する第１の導管２２４、及び外側流２２２のための第２の圧力での流体を有する第２の導管２２６に供給する。
【００３２】
ノズルアセンブリ２１０は、制御装置２２８、ゲージ２３０、及びガイドデバイス２３２を更に含む。制御装置２２８は、共流ノズル２１２からの流体の流れを停止又は開始する。制御装置は、内側流２２０と外側流２２２に同時に影響を及ぼしてもよく、別々の制御装置が、各流れに提供されてもよい。制御装置２２８はまた、ノズルアセンブリ２１０の任意の他の機能、又はノズルアセンブリ２１０が使用されるキャビテーションピーニングシステムを含んでもよい。例えば、制御装置２２８は、オペレータが内側流２２０及び／又は外側流２２２の温度又は圧力を調節することを可能にしうる。制御装置２２８は、キャビテーションピーニングシステムの電子コントローラに動作可能に接続されうる。
【００３３】
一又は複数のセンサ２３４が、共流ノズル２１２に装着され、排出点付近の流体の特性を測定する。センサは、流体流を妨げず、共流ノズルによるキャビテーションクラウドの形成を妨げないように、又は他の方法で共流ノズルの有効性を低下させないように装着されうる。いくつかの例では、センサ２３４のいくつか又はすべてが、ノズルアセンブリ２１０の本体部分２１４内に配置されてもよい。いくつかの例では、ノズルアセンブリの外部にセンサが配置されてもよい。
【００３４】
センサ２３４は、内部流２２０、外部流２２２、及び／又は外部環境の特性を測定しうる。測定された特性には、圧力、温度、流量、溶存酸素、不純物レベル、周囲ノイズ、超音波ノイズ、又は振動が含まれうるが、これらに限定されない。各センサからの測定データは、例えばゲージ２３０によってノズルアセンブリ２１０に表示されてもよく、又は電子コントローラに伝達されてもよい。
【００３５】
較正パック２１８は、ワークピーニングのピーニング前に使用されうる。パックは、ノズルアセンブリ２１０によって生成される衝撃圧力を測定するための一又は複数のセンサ２３６を含む。センサは、ロードセル、圧電トランスデューサ、感圧フィルム、又は任意の有効なセンサを含みうる。パック２１８はまた、較正中の質量損失を制限するためにキャビテーション衝撃による侵食に対して耐性のある材料を含んでもよい。他の例では、パック２１８は、既知の材料特性を有する交換可能なインサート又は試験基板を含みうる。オペレータは、ノズルアセンブリ２１０のキャビテーション強度を測定するためにインサートに対して侵食試験を実行しうる。パック２１８はまた、ノズルアセンブリ２１０から排出される流体のキャビテーション特性又はピーニング特性を試験するのに適した任意の永久的又は交換可能な試験構成要素を含みうる。
【００３６】
オペレータ又はコントローラは、導管２２４、２２６によって供給される流体を調節するために、ノズルアセンブリ２１０からの較正パック及びセンサデータから測定されたインパルス性圧力又はキャビテーション強度を使用しうる。絶対圧、圧力比、流量、温度、又は溶存酸素レベルなどの流体パラメータを調節することにより、ノズルアセンブリ２１０で行われるピーニングは、所望の強度に最適化されうる。
【００３７】
図４は、本体部分２１４によって画定された長軸２３８を示すノズルアセンブリ２１０の等角図である。ハンドル２１６は、長軸２３８に垂直な旋回軸２４０を旋回するように本体に装着される。これにより、手動オペレータは、オペレータとハンドル２１６との間の快適な角度を維持しながら、ノズルアセンブリ２１０を処理面に対して所望の角度に方向付けることができる。ハンドル２１６の広範囲の動きはまた、オペレータが他の構成要素の下、上、又は周囲の処理領域にアクセスできるようにするために望ましいことがある。
【００３８】
ハンドル２１６はまた、効果的又は人間工学的な把持を助ける、又は長時間にわたってノズルアセンブリ２１０を使用するオペレータに対する反復的な応力傷害を防止するための特徴を含みうる。例えば、ハンドル２１６は、ハンドルを所望の旋回位置に選択的に固定するためのカムレバーを含み、又はハンドル２１６は、濡れたときに効果的な把持を提供するゴム状材料を含みうる。いくつかの例では、ハンドル２１６は、加圧流体又はキャビテーションクラウドから伝達された振動を吸収するためのパディングを含みうる。
【００３９】
図３−図５Ａでは、旋回ハンドルを備えるノズルアセンブリ２１０が示されているが、任意の有効なハンドルを使用してもよい。いくつかの例では、ハンドル２１６は、ＣＮＣアームなどのロボットシステムに接続するように構成されうる。手動操作に適した例は、本体部分２１４を有するピストル形状を形成するハンドル２１６、又は本体部分２１４の反対側に装着され、長軸２３８に対して垂直に延びる２つのハンドルを含みうる。いくつかの例では、本体部分２１４は、オペレータが処理領域からより遠くに留まることができるようにワンド形状を有していてもよい。本体部分２１４は、オペレータが特定のワークピース又は作業領域に適した長さを選択することを可能にする入れ子式構成要素を含みうる。本体２１４は、狭い空間又はアクセスしにくい領域でのノズルアセンブリの使用を容易にするためのジョイント又はフレキシブル構成要素を含みうる。三脚又は他のスタンドと噛み合うように構成されたコネクタが、本体部分２１４、又はツールベルト若しくはストラップに取り付けるためのクリップに含まれてもよい。他の有効なノズル構成が当業者に知られていることがあり、任意の構成が、ノズルアセンブリ２１０に使用されてもよい。
【００４０】
図５Ａは、ガイドデバイス２３２及びゲージ２３０をより明確に示している。ガイドデバイス２３２は、共流ノズル２１２と処理面との間の離間距離を測定するように構成されたレーザ距離センサである。ガイドデバイスは、共流ノズル２１２の先端２４２からノズルからの流体の内部流が処理面と接触する点までの距離を決定するように較正されうる。ゲージ２３０は、測定された距離を表示し、正しい又は望ましい離間距離又は距離範囲に関する情報を提供するインジケータを含みうる。
【００４１】
図５Ｂ−図５Ｃは、２つの例示的なゲージを示す。図５Ｂにおいて、円形ゲージは、良好な２４４距離、許容できるが高い２４６又は低い２４８距離のバッファ、及び許容できない２５０距離を表す６つのセクションに分割される。インジケータ矢印は、ガイドデバイスによって測定された現在の距離を示す。６つのセクションにラベルを付けることができ、色分けされていてもよい。例えば、良好２４４は緑色であり、バッファ２４６、２４８は黄色であり、許容できない２５０は赤色でありうる。図５Ｃは、インジケータ矢印を有する代替的な垂直ゲージと、良好な２４４、バッファ２４６、２４８、及び許容できない２５０も含む５つのセクションを示す。オペレータは、ノズルアセンブリ２１０を位置決めしている間にゲージ２３０を観察し、インジケータ矢印が良好なセクション２４４に位置するまでノズルを処理面に近づけたり処理面から遠ざけたりするように調節しうる。
【００４２】
いくつかの例では、離間距離を測定する又は示す他の手段が使用されてもよい。例えば、一又は複数の組のＬＥＤを、共流ノズル２１２に装着し、ノズルからの流体流の方向に平行に照射するように配向されてもよい。各組のＬＥＤは、赤、黄、緑の設定を有し、測定された離間距離に応じて設定を変更するように構成されてもよい。すなわち、ＬＥＤは、共流ノズル２１２が最適範囲内の離間距離にあるときに緑色パターンを処理面上に照射し、ノズルが許容範囲内の距離にあるときにイエローパターンを照射し、ノズルが許容範囲外の距離にあるときに赤いパターンを照射しうる。
【００４３】
離間ゲージ２３０に加えて、ノズルアセンブリ２１０は、ノズルの任意のパラメータ用のゲージ若しくはインジケータ、又はオペレータに関連するキャビテーションピーニングシステムを含みうる。例えば、アセンブリは、電子コントローラ用のディスプレイスクリーン、流体源内の流体レベルのインジケータ、温度ゲージ、又は圧力ゲージを含みうる。
【００４４】
ノズルアセンブリ２１０は、アルミニウム又はチタンなどの金属からつくられてもよく、任意の適切な材料から構成されてもよく、又は複数の材料を含んでもよい。ノズルアセンブリの一部又は全部は、プラスチック、ゴム又はシリコーンなどの保護コーティングによって覆われてもよい。保護コーティングは、衝撃吸収材料を含んでもよく、ノズルアセンブリ２１０のエッジ、コーナー、又は脆弱な領域に配置されてもよく、又はより厚くされてもよい。いくつかの例では、ノズルアセンブリ又は保護コーティングは、断熱材料を含んでもよい。気象条件、排出された流体のはね返り、又は埃とグリットが入り込むことからアセンブリを保護するのに適した材料、カバー又はコーティングが使用されてもよい。いくつかの例では、ノズルアセンブリ２１０は、過酷な現場条件で動作し、繰り返される衝撃及び泥、埃、又は汚れた環境への曝露に耐えるように構成されうる。
【００４５】
図６は、処理方向２５６において静止した処理面２５４で流体を排出する共流ノズル２１２の概略図である。ノズルは、内側流２２０用の内側チャネル２５８と、ノズルの先端２４２に通じる外側流２２２用の外側チャネル２６０とを含む。
【００４６】
共流ノズル２１２の外側壁２６２は、外側チャネル２６０を画定し、内側チャネル２５８を囲む。外側壁２６２は、図示されたように角度を付けられてもよく、平行であってもよく、又は角度をなしていてもよい。内側チャネル２５８は、キャビテータ、スペーサ、及びノズルプレートとともに示される内側ノズル２６４によって画定される。内側ノズル２６４はまた、任意の有効な形状寸法を有しうる。例えば、ノズルは、円筒形又は円錐形であってもよい。
【００４７】
図３に示されるフレキシブル導管２２４、２２６は、ノズルアセンブリ２１０を介して流体を共流ノズル２１２に供給する。導管２２６は、内側チャネル２５８に連結され、第１の圧力で流体を供給し、他方で、導管２２４は、外側チャネル２６０に連結され、第２の圧力で流体を供給する。導管２２４、２２６は、別個の流体流を内側及び外側チャネルに導くように構成されてもよい。第１の圧力は、第２の圧力よりも高く、少なくとも１０００ＰＳＩ高くてもよく、少なくとも２０００ＰＳＩ高くてもよく、又は任意の有効圧力であってもよい。
【００４８】
共流ノズル２１２は、内側流２２０の周りに同心円状に外側流２２２を排出し、その流れを処理方向２５６に沿って同軸に排出してもよい。ノズルは、流体流を混合して、キャビテーションバブルのクラウド２６６を生成しうる。
【００４９】
共流ノズル２１２は、処理面２５４から離間距離２６８に位置付けられ、処理方向２５６は、表面と角度２７０を形成する。処理面２５４が受けるキャビテーション強度は、離間距離に依存し、したがって、所与の公差内で実質的に一定の離間距離を維持することが望ましい場合がある。例えば、離間距離２６８は、６〜１０インチ以内に保たれうる。図示された例では、キャビテーション衝突がキャビテーションクラウドそれ自体を超えてより効果的でありうるので、キャビテーションクラウド２６６は、処理面２５４のほぼ中間まで延在することに留意されたい。キャビテーションクラウド２６６を処理面から３〜５インチの範囲内に保つことによって、キャビテーション強度も維持されうる。
【００５０】
オペレータは、矢印Ａで示すように、共流ノズル２１２又はノズルアセンブリを処理面２５４上に平行移動させうる。図６に示すように、処理面２５４は、湾曲しており、平面ではない。したがって、ノズル２１２が平行移動すると、オペレータはまた、矢印Ｂで示すようにノズルを回転させうる。これにより、オペレータは、角度２７０を維持しうる。角度は、約９０度又は６０度から１２０度の範囲内に維持されうる。
【００５１】
処理面２５４はまた、平面であっても、不規則であってもよく、又は複雑な構造を有していてもよい。ノズル２１２は、表面２５４の輪郭に従うようにオペレータによって操作されてもよい。すなわち、ノズルは、３次元で移動され、処理面２５４の曲率に適応するためにオペレータによって回転されてもよい。
【００５２】
Ｚ軸は、処理方向２５６が表面と合う点で処理面２５４に対して垂直に画定されうる。ｘ−ｙ平面は、この点で処理面に接し、かつｚ軸に垂直に画定されてもよい。図６に示す例では、処理方向２５６は、ｚ軸と一致し、矢印Ａは、ｘ−ｙ平面に平行である。
【００５３】
ノズル２１２は、矢印Ａに平行な表面２５４に沿って、又はｘ−ｙ平面に平行な任意の方向に、平行移動されうる。離間距離を一定に保つために、ノズル２１２はまた、ｚ軸に沿って上下に平行移動されてもよい。ノズル２１２は、矢印Ｂによって示される平面又はｚ軸を含む任意の平面内で回転されてもよい。ノズル２１２は、処理面２５４に対して正確な距離及び配向を達成するのに必要な任意の方法で、水平に、垂直に、又は回転させ移動させてもよい。
【００５４】
ノズル２１２は、手動で、又は自動システムによって操作されうる。いくつかの例では、ノズルアセンブリのハンドルを握っているオペレータは、湾率に適応するために、眼の正しい平行移動及び回転を推定しうる。他の例では、ロボットシステムは、ノズルの正しい平行移動及び回転を実行するようにプログラムされてもよい。ワークピースの構造に関する情報は、システムが、表面に垂直処理方向２５６及び実質的に一定の離間距離を維持しながら、ワークピースの全表面にわたってノズル２１２を平行移動させられるように、自動システムに入力されうる。
【００５５】
いくつかの例では、研磨媒体が、キャビテーションクラウド２６６に導入されうる。例えば、広角ノズルが、クラウドのエッジに位置付けられ、クラウドによってエネルギー供給される研磨媒体を分散させてもよい。そのような例では、処理面２５４は、平滑化され、更にピーニングされ、洗浄されてもよい。
【００５６】
Ｄ．  第４の例示的システム
図７は、ポータブルキャビテーションピーニングシステムで使用するための、概して３１０で示される流体源の概略図である。この例では、流体源３１０は水を供給する。他の例では、キャビテーションピーニングに適した任意の一又は複数の流体が供給されてもよい。流体源３１０は、輸送のために構成されてもよい。例えば、供給源は、車輪付きのプラットフォーム上に、又は持ち運びハンドルを備えたハウジング内に装着されうる。
【００５７】
図７に示すように、タンク３１２は、２つのポンプ３１４、３１６及び温度制御ユニット３１８に連結されている。第１のポンプ３１４は、フレキシブル導管３２０に沿って第１の圧力で水を供給し、第２のポンプ３１６は、フレキシブル導管３２２に沿って第２の圧力で水を供給する。ポンプ３１４、３１６は、同じでも異なっていてもよく、任意の種類のポンプであってもよい。いくつかの例では、タンク３１２は、第２の圧力で維持され、フレキシブル導管３２２は、水をタンクから直接供給してもよい。いくつかの例では、所望の第１の圧力を達成するために、第１のポンプ３１４に加えて、ブースターポンプがフレキシブル導管３２０に連結されてもよい。
【００５８】
フレキシブル導管３２０、３２２は、第１及び第２の圧力に適した任意のホース又は配管であってもよい。導管は、タンク３１２から取り付けられたノズルアセンブリを通して最適な流体温度を維持するための熱的被覆を含みうる。図７に示すように、センサ３２４が各導管に連結される。センサは、圧力、温度、又は導管内の水の任意の関連パラメータを測定しうる。いくつかの例では、導管３２０、３２２の一方又は両方が、流量制御弁又は圧力制御弁を含みうる。
【００５９】
タンク３１２は、ポート、バルブ、タップ、排水管、蓋、又は任意の有効な機構を含み得る、水の入出力のための複数のアクセス点を含む。図４に示す例では、タンク３１２は、７つのアクセス点を有するが、任意の数のアクセスポイントが含まれてもよい。タンク３１２の上部には入力バルブ３２６が含まれており、これは一般に使用されている連結規格と互換性がありうる。例えば、入力バルブ３２６は、空港で使用される給水ホースと互換性がありうる。
【００６０】
タンク３１２はまた、蓋３２８を含む。蓋は、タンクの内部に装着された流体源３１０の構成要素の洗浄又はメンテナンスのためにタンク３１２の内部へのアクセスを可能にしうる。蓋３２８はまた、タンク３１２を任意の利用可能な給水源又はホースから充填可能にしうる。タンク３１２は、排水管３３０を含む。排水管は、他の機器で使用するために、又は他の目的のために、余分な水を排水することができるように、連結規格に互換性がありうる。また排水管３３０により、ピーニング作業が完了したときに、タンク３１２を急速に空にすることができる可能性がある。排出タンク３１２は、源３１０を明るくし、容易な輸送を可能にしうる。
【００６１】
入力弁３２６、蓋３２８、及び排水管３３０は、全て密閉可能でありうる。すなわち、使用されていないときには、タンク３１２上のアクセス点は、移動による漏れ及びタンクの輸送から生じる力を防止するために、十分に密閉されうる。タンク３１２は、ポンプ３１４、３１６及び温度制御ユニット３１８に接続された状態で輸送用に密閉されてもよく、別々に輸送されるように密閉されてもよい。
【００６２】
タンク３１２は、任意の有用な能力を有しうる。例えば、毎分２ガロンの速度で流体を排出し、平均で１時間のピーニングを必要とする部品のピーニングを目的としたポータブルキャビテーションピーニングシステムと共に使用する場合、タンク３１２は、１５０ガロンの容量を有しうる。だいだい的には、タンク３１２は、７５ガロンの容量を有し、ユーザは、作業の途中でタンクを補充してもよい。好ましくは、タンク３１２は、タンクが満杯になったときに、自動車上に持ち上げることによって、台車によって、又は取り付けられた車輪上で、１人若しくは２人の作業者によって合理的にタンクを移動させることができるような容量を有しうる。
【００６３】
タンク３１２は、プラスチック、ガラス繊維、ステンレス鋼、又は任意の耐久性のある材料で構成されうる。好ましくは、タンク３１２は、タンクの重量を制限し、容易な輸送を容易にするのに適した一又は複数の材料で構成されうる。タンク３１２は、円筒状であってもよく、薄い材料の構造的完全性を改善するために隆起していてもよく、又は任意の有効な形状であってもよい。
【００６４】
温度制御ユニット３１８は、入力導管３３２及び出力導管３３４を介してタンク３１２に連結されうる。視界ガラス３３６は、出力導管３３４上に配置され、ユーザが水流を視覚的に確認できるようにする。他の例では、このような視界ガラスは、フレキシブル導管３２０若しくは３２２、又は流体供給源３１０内の任意の有用な点に含まれてもよい。温度センサ３３８が、各導管３３２、３３４に連結されている。センサはまた、導管内の水の任意の関連パラメータを測定しうる。いくつかの例では、導管３３２、３３４の一方又は両方が、流量制御弁又は圧力制御弁を含みうる。
【００６５】
水は、ユニット３１８に一体化されたポンプによって、入力導管３３２に連結されたポンプによって、タンク３１２から引き出されてもよく、重力によって供給されてもよく、又は任意の有効な機構によって移動されてもよい。水は、同様に又は異なるように、ユニット３１８からタンク３１２に戻されてもよい。温度制御ユニット３１８は、加熱素子、冷却素子、又はその両方を含みうる。いくつかの例では、温度制御ユニット３１８は、タンク３１２に装着された加熱及び／又は冷却素子を含みうる。
【００６６】
温度制御ユニット３１８は、ユニットを循環する水からミネラル、埃又は汚染物質を濾過しうるフィルタ３４０を含む。タンク３１２に貯蔵された水からの不純物を濾過することは、効果的なピーニングを容易にし、ポータブルキャビテーションピーニングシステムの構成要素の摩耗を低減しうる。濾過はまた、未知の品質を有する源からの水の安全な使用を可能にしうる。いくつかの例では、フィルタ３４０は、タンク３１２の入力バルブ３２６と一体化されてもよく、又はそうでなければ入力水を濾過するために、タンク３１２内に取り付けられてもよい。
【００６７】
貯蔵された水をモニタするために、センサクラスタ３４２がタンク３１２内に装着される。クラスタは、温度、酸素レベル、汚染物質、又は任意の関連パラメータのためのセンサを含みうる。センサクラスタ３４２、センサ３２４、及びセンサ３３８からのデータは、タンク３１２の外面又は流体源３１０のハウジング上の視覚的インジケータによって表示されうる。データはまた、コントローラモジュールに出力されてもよく、又は視覚、聴覚、若しくは他の手段によってオペレータに伝達されてもよい。
【００６８】
いくつかの例では、流体源３１０はまた、研磨媒体の源を含みうる。ホッパー又は他の容器が、タンク３１２に装着されてもよく、フレキシブル導管によってポータブルキャビテーションピーニングアセンブリのノズルアセンブリに連結されてもよい。研磨媒体導管は、導管３２０、３２２に束ねられてもよい。
【００６９】
Ｅ．  第５の例示的システム
図８は、一般に４１０で示されるポータブルキャビテーションピーニングシステムの概略図である。このシステムは、ノズルアセンブリ４１２と、流体タンク４２０を有する流体源と、２つのポンプ４２２、４２４とを含む。流体源は、フレキシブル導管４１６、４１８によってノズルアセンブリ４１２に連結され、タンク４２０は、温度制御ユニット４２６に連結される。センサクラスタ４２８が、ノズルアセンブリ４１２内に装着され、別のクラスタ４３０がタンク４２０内に装着される。
【００７０】
ポータブルキャビテーションピーニングシステム４１０はまた、システムの残りの部分と有線又は無線通信する電子コントローラ４３２を含む。コントローラは、プロセッサ及びメモリ、並びに制御スクリーン４３４を含む。メモリは、プロセッサによって実行されるプログラムされた命令を含みうる。任意の種類のコントローラが使用されてもよく、いくつかの例では、コントローラは、プロセッサ又はメモリのないアナログであってもよい。
【００７１】
コントローラ４３２は、クラスタ４２８、４３０及び温度センサ４３６のセンサからリアルタイムのセンサデータを受信する。データは、流体温度、流体圧力、流体酸素含有量、流体源レベル、周囲温度、振動、超音波ノイズ、又は任意の有用なパラメータを含み得る。いくつかの例では、センサデータは、規則的な間隔で、又はコントローラによる要求によって通信されうる。レーザガイド装置は、ノズルアセンブリ４１２から処理領域４１４までの離間距離の測定値をコントローラ４３２に伝えうる。いずれの種類のセンサも、データを収集するのに適したシステム４１０の任意の点に装着されうる。いくつかの例では、追加のセンサは、ワークピース上の処理領域に近接して配置されうる。
【００７２】
制御スクリーン４３４は、受信したセンサデータを表示しうる。いくつかの例では、コントローラ４３２は、収集されたデータの数学的又は統計的分析を行い、分析結果を制御スクリーン４３４に表示しうる。例えば、制御スクリーン４３４は、ノズルアセンブリ４１２で測定された温度及び圧力、並びに処理領域４１４までの離間距離を表示しうる。制御スクリーンは、測定された温度、圧力、及び離間距離に基づいて計算されたキャビテーション強度推定値を更に表示しうる。
【００７３】
コントローラメモリは、キャビテーションピーニングシステムのための許容可能な動作範囲を含みうる。例えば、許容可能な作動流体源レベルは、２０ガロンから１５０ガロンまでの間でありうる。制御スクリーン４３４は、受け入れ可能な動作範囲を表示してもよく、又は受信したセンサデータが許容動作範囲外にあるときに警告を動的に表示してもよい。例えば、流体レベルが１９ガロンで測定されるとき、流体レベルインジケータは赤色で示されうる。コントローラ４３２はまた、可聴警報若しくは警報、ノズルアセンブリ４１２に装着された照明若しくはインジケータ、又はシステム４１０のオペレータに警告を伝える任意の他の有効な手段を使用してもよい。制御スクリーン４３４は、オペレータが許容可能な動作範囲を入力できるように構成されてもよい。オペレータは、測定量又は計算量の許容レベルを指定してもよい。
【００７４】
コントローラ４３２は、ポンプ４２２、４２４及び温度制御ユニット４２６に動作可能に連結される。コントローラは、ポンプを作動及び停止させ、圧力を調節し、温度制御ユニットを通して水を循環させ、ユニットの加熱又は冷却素子を活性化又は非活性化するように構成される。ノズルアセンブリ４１２は、コントローラ４３２と通信しうるシステム４１０用の制御装置を含みうる。コントローラ４３２はまた、データの送信又は受信、制御装置の起動又は停止、又は任意の適切な機能の実行のために、ポータブルキャビテーションピーニングシステム４１０の任意のシステムと一体化されてもよい。いくつかの例では、コントローラ４３２は、ノズルアセンブリへの研磨媒体の供給を作動させうる。
【００７５】
コントローラ４３２は、ポータブルキャビテーションピーニングシステム４１０のパラメータを許容可能な動作範囲内に維持するように構成されうる。例えば、流体温度が許容可能な温度より高く測定される場合、コントローラは、温度制御ユニット４２６の冷却素子を作動させ、ユニットを通してタンク４２０の水を循環させうる。別の例では、ノズルアセンブリ４１２の内部流の圧力が許容可能な圧力よりも低く測定されると、コントローラは、ポンプ４２２の圧力設定を調節しうる。コントローラ４３２はまた、計算された量を最適レベルに維持するように構成されてもよい。例えば、ユーザは、最適なキャビテーション強度を制御スクリーン４３４に入力し、コントローラ４３２は、入力強度を維持するために必要なシステムのパラメータを調節しうる。
【００７６】
いくつかの例では、コントローラ４３２は、処理表面特性に基づいて、測定量又は計算量の最適レベルを決定するように構成されうる。オペレータは、処理対象のワークピースの特性を制御スクリーン４３４に入力してもよく、又はワークピースのデータベース及びコントローラのメモリに格納された関連する特性からワークピースを選択してもよい。続いて、ワークピースの処理全体を通して、コントローラ４３２は、決定された一又は複数の最適レベルを維持するために必要な流体排出パラメータを変更しうる。
【００７７】
Ｆ．  例示的方法
このセクションは、キャビテーションピーニングのための例示的な方法のステップを記載する（図９を参照。）ポータブルキャビテーションピーニングシステム、ノズルアセンブリ、及び流体源の態様は、以下に記載される方法ステップにおいて利用されうる。必要に応じて、各ステップを実行する際に使用される構成要素及びシステムが参照されうる。これらの参照は説明のためのものであり、本方法の任意の特定のステップを実行する可能な方法を限定することを意図していない。
【００７８】
図９は、例示的な方法で実行されるステップを示すフローチャートであり、この方法の完全なプロセス又はすべてのステップを列挙しているわけではない。方法５００の様々なステップを以下に説明し、図９に示すが、ステップは必ずしもすべて実行される必要はなく、ある場合には、図示された順序と同時に又は異なる順序で実行されてもよい。
【００７９】
ステップ５０２において、方法は、移動可能な水源をポータブルノズルに連結するステップを含む。水源は、タンク及び２つのポンプを含み、一方、ノズルは、ノズル本体の遠位端の共流ノズルでありうる。ノズルは、一対のフレキシブル導管によって水源に連結されうる。水源、ノズル、及び導管は共に、電子コントローラ及び温度制御ユニットなどの他の構成要素を更に含みうるポータブルキャビテーションピーニングシステムを形成しうる。ノズルは、作業現場に輸送する前に水源に連結されてもよく、又は処理を開始する前に作業現場に連結されてもよい。
【００８０】
この方法のステップ５０４は、ノズルを静止した表面に隣接して位置付けるステップを含む。ノズル本体はハンドルを含み、オペレータは、ノズルを表面に隣接させるために、ハンドルを使用しうる。オペレータはまた、ノズルが処理の必要な表面のすべての領域に到達するように、表面近くに可動式水源を位置付けてもよい。この目的のために、水源は、車輪を含んでもよく、車輪付きカートに載置されてもよい。一対のフレキシブル導管は、移動可能な水源が適切な距離に位置付けられている間に、ノズルが処理領域に到達可能となる十分な長さでありうる。
【００８１】
例えば、航空機の着陸ギアのストラットを処理するために、オペレータは、リフトの横のタールマックに水源を位置付けてもよい。オペレータは、リフトの上に立って、ノズルをハンドルによってストラットまで保持する。フレキシブル導管は、水源から、リフトまで、及びノズルまで延びうる。システムはまた、束ねられたフレキシブル導管又は水源車輪上のブレーキのような位置決めプロセスを容易にする特徴を含みうる。
【００８２】
ステップ５０６において、方法は、ノズルを通る第１及び第２の流体流を排出することを含む。共流ノズルは、第１のチャネル及び第２のチャネルを含み、第１のチャネルは、第１の一対のフレキシブル導管に連結され、第２のチャネルは、第２の一対のフレキシブル導管に連結されうる。
【００８３】
第１の流体流が第１の圧力で排出され、第２の流体流が第２の圧力で排出されるように、水源の第１のポンプは、第１の圧力で水を供給し、第２のポンプは、第２の圧力で水を供給しうる。第１の圧力は、第２の圧力よりも高くてもよい。
【００８４】
共流ノズルは、第１の流体流が第２の流体流と同心円状に排出されるように構成されうる。すなわち、第１の流体流は、第２の流体流によって取り囲まれうる。２つの流れは、処理方向に沿って同軸に排出され、混合又は結合されてキャビテーションバブルのクラウドが生成されうる。
【００８５】
オペレータは、ノズル本体に装着された制御装置を使用することによって、流体流を開始しうる。内側流及び外側流は、単一の制御によって作動されてもよく、別々に開始されてもよい。制御装置は、流体の移動を開始するためにポンプと直接通信してもよく、又は制御装置は、複数のステップを含む始動シーケンスを実行する電子制御コントローラに接続されてもよい。
【００８６】
処置を続ける前に、オペレータは、排出された流体、水源、又はシステムの他の構成要素の状態を評価しうる。水源、導管、及びノズルは各々、システム内の流体をモニタするセンサを含みうる。ノズルは、周囲条件、又は振動若しくは超音波ノイズのようなキャビテーションによって引き起こされる効果を測定するためのセンサを更に含みうる。オペレータは、電子コントローラの制御スクリーンを見ることによって、又はセンサに直接接続されたインジケータを見ることによって、センサからのデータにアクセスしうる。
【００８７】
処理プロセスは、特定のキャビテーション強度又は強度の範囲を必要としうる。流体圧力、温度、溶存ガスなどの要因は、ポータブルキャビテーションピーニングシステムによって達成されるキャビテーション強度に影響を与えうる。キャビテーション強度を最適化するために、オペレータは、温度制御ユニットを作動させ、フィルタを通して流体を循環させ、ポンプを調節し、又はシステムに対する他の変更によってセンサからのデータを評価し、流体の状態を調節しうる。いくつかの例では、オペレータは、センサデータを受信し流体状態を調節するように構成された電子コントローラに所望の強度を入力しうる。
【００８８】
いくつかの例では、オペレータは、較正パックを使用することによって、ポータブルキャビテーションユニットの有効なキャビテーション強度又は衝撃圧力を評価しうる。キャビテーション衝撃による侵食に対して耐性のある材料で作られたパックは、パックが受けた衝撃を報告するための一又は複数のセンサを含みうる。オペレータは、パックにおいてノズルによって排出された流体を方向付け、キャビテーションピーニングシステムのキャビテーションクラウドを所望の強度に較正するために、収集したデータを使用しうる。
【００８９】
ステップ５０８は、表面に垂直な流体流の処理方向を手動で方向付けることを含む。オペレータは、流体が約９０度、又は６０度から１２０度の範囲で表面に接触するように、ノズルを回転させる又は角度付けるために、ノズルのハンドルを使用しうる。オペレータは、目で角度を推定してもよく、又は角度を計算するために測定デバイスを使用してもよい。
【００９０】
ステップ５１０において、方法は、レーザガイドを表面に方向付けることを含む。レーザガイドは、ノズルに装着されてもよく、ノズルを表面に方向付けることはまた、レーザガイドを効果的に方向付けうる。ガイドは、ノズルの先端から表面までの距離を計算するように構成されうる。この離間距離は、ノズル本体上のゲージによって報告されてもよく、又は電子コントローラに伝達されてもよい。
【００９１】
オペレータは、ノズルの位置を調節することがあり、離間距離が許容範囲内になるまで、ノズル先端を表面に近づけたり、後退させたりする。オペレータは、正しい離間距離を見つけるために、ノズル本体上のゲージの色分けされたガイドを使用し、正しい離間距離について訓練され、電子コントローラから視覚又は聴覚のガイダンスを受信しうる。
【００９２】
いくつかの例では、オペレータは、ノズルから流体を排出する前に、ノズルを正しい離間距離に調節しうる。いくつかの例では、オペレータは、高圧流体の内側の第１の流れを開始させてキャビテーションバブルのクラウドを発生させる前に、低圧流体の外側の第２の流れを開始し、ステップ５０８及び５１０を実行しうる。キャビテーションバブルのクラウドを発生させる前にノズルを正しく位置付けることにより、表面の開始領域に必要な処理時間をより正確に計算することが可能になりうる。
【００９３】
ステップ５１２は、表面を横切ってノズルを手動で平行移動することを含む。オペレータは、ノズルを第１の処理領域に隣接して位置付け、次にノズルを次の処理領域に平行移動しうる。いくつかの例では、オペレータは、一定速度で表面領域にわたってノズルを走査しうる。他の例では、オペレータは、ノズルを第１の領域に保持し、ノズルを第２の領域に隣接するように移動させ、ノズルを再び静止させて保持しうる。任意の有効な処理のパターン又はタイミングが使用されうる。
【００９４】
ステップ５１４は、離間距離をモニタすることを含み、ステップ５１６は、離間距離を約８インチに維持することを含む。オペレータがノズルを表面上で平行移動させると、レーザガイドは、処理面に方向付けられたまま、離間距離を測定し続けうる。オペレータは、ガイドによって報告された距離をモニタし、ノズルを実質的に一定の離間距離に保持しうる。
【００９５】
距離は公差内で一定でありうることに留意されたい。すなわち、オペレータが意図せずに離間距離を変化させ、その後、そのばらつきが予め定められた許容値内であれば、ノズルを正しい距離に戻すように調節すると、オペレータは、更なる正しい行為を行わなくても処理を進めることができる。
【００９６】
ステップ５１８において、方法は、流体の第１の流れの圧力をモニタすることを含む。流体圧力を測定するために、ノズルの第１のチャネルにセンサが装着されうる。ステップ５２０は、圧力データをコントローラに伝達することを含む。コントローラは、流体源における流体圧力を調節するように構成されうる。すなわち、コントローラは、第１ポンプに動作可能に連結され、第１流体の正確な圧力を維持するために必要に応じてポンプを調節しうる。
【００９７】
オペレータはまた、流体流の処理方向の表面との角度をモニタし、処理方向を表面に対して垂直に維持しうる。オペレータは、他のセンサデータを更にモニタし、必要に応じて流体状態を調節して、キャビテーションピーニングシステムが処理によって最適強度で動作することを保証しうる。
【００９８】
いくつかの例では、電子コントローラは、センサデータをモニタしうる。このような例では、コントローラは、許容可能な流体パラメータでプログラムされてもよい。測定された条件が許容可能なレベルを超えて変化する場合、コントローラは、流体パラメータを調節する、オペレータに警告する、又はその両方を行いうる。例えば、電子コントローラは、排出される流体の温度をモニタしうる。流体温度が許容レベル以上に上昇すると、コントローラは、水源内のチラーユニットを作動させ、オペレータに聴覚的な警告音を発しうる。
【００９９】
いくつかの例では、オペレータは、研磨媒体の供給を作動させるために、ノズルの制御装置を使用しうる。ノズルは、キャビテーションバブルのクラウドのエッジに近接して、排出された流体流に研磨媒体を注入しうる。オペレータは、ピーニング処理中に研磨媒体を追加してもよく、又は一旦ピーニング処理が完了したら、表面平滑化又は更なる洗浄を行うために、キャビテーションピーニングシステムを研磨媒体と共に使用してもよい。
【０１００】
Ｇ．  追加の実施例及び例示的組み合わせ
このセクションは、一連の段落として限定されずに提示されたポータブルキャビテーションピーニングシステム及び方法の追加的な態様及び特徴を記載し、その一部又は全部は、英数字で明瞭かつ効率的に指定されうる。これらの段落の各々は、一又は複数の他の段落と、及び／又は任意の適した方法における、関連出願参照により組み込まれる材料を含む本出願の他の部分からの開示と、組み合わせることができる。以下の段落の幾つかは、適した組み合わせの幾つか例を限定しないで、明確に他の段落に言及し、更に他の段落を限定する。
【０１０１】
Ａ．  キャビテーションピーニングの方法であって、
可動流体源をフレキシブル導管を通して、第１のチャネル及び第２のチャネルを有するポータブルノズルに連結することと、
ノズルをワークピースの処理面に隣接して位置付けることと、
第１のチャネルを通して第１の流体流を、及び第２のチャネルを通して第２の流体流を、処理面に向かって排出することであって、第２のチャネルが第１のチャネル周囲に同心円状に位置付けられ、第１の流体流が第１の流体圧力を有し、第２の流体流が第２の流体圧力を有し、第１の流体圧力が第２の流体圧力より大きく、第１及び第２の流体流を組み合わせてキャビテーションバブルのクラウドを発生させる、排出することと
を含む方法。
【０１０２】
Ａ１．  処理面にわたって一定の離間距離でノズルを平行移動することと
を更に含む、Ａに記載の方法。
【０１０３】
Ａ２．  処理面に垂直なＺ−軸に沿ってノズルを平行移動すること
を更に含む、Ａ１に記載の方法。
【０１０４】
Ａ３．  処理面の曲率に適応するためにノズルを回転させること
を更に含む、Ａに記載の方法。
【０１０５】
Ａ４．  位置付けるステップが手動で実行される、Ａに記載の方法。
【０１０６】
Ａ５．  位置付けるステップがロボットにより実行される、Ａに記載の方法。
【０１０７】
Ａ６．  ノズルが、第１及び第２の流体流を処理面に向かって処理方向に方向付ける、Ａに記載の方法。
【０１０８】
Ａ７．  位置付けるステップが、６０度から１２０度の範囲で処理面との角度を形成するために、流体流の処理方向を手動で配向することを含む、Ａ６に記載の方法。
【０１０９】
Ａ８．  ノズルが先端部分を有し、位置付けるステップが、ノズルの先端を６インチから１０インチの範囲の処理面からの離間距離を維持することを含む、Ａに記載の方法。
【０１１０】
Ａ９．  位置付けるステップが、キャビテーションバブルのクラウドを３インチから５インチの範囲の処理面からの距離に維持することを含む、Ａに記載の方法。
【０１１１】
Ａ１０．  ノズルが、レーザガイドデバイスを有し、位置付けるステップが、レーザガイドデバイスを処理面に向けることと、ノズルの先端と処理面との間の離間距離を決定することとを含む、Ａに記載の方法。
【０１１２】
Ａ１１．  排出するステップが、ノズルを通過する第１の流体流の第１の流体圧力をモニタすることを含む、Ａに記載の方法。
【０１１３】
Ａ１２．  ノズル内で感知した圧力データをコントローラに伝達することを更に含み、コントローラが、流体源で流体圧力を調節するようにプログラムされている、Ａ１１に記載の方法。
【０１１４】
Ａ１３．  モニタリングするステップが、ノズルに連結されたゲージ上の第１の流体圧力を表示することを含む、Ａ１１に記載の方法。
【０１１５】
Ａ１４．  ノズルを通過する流体の温度をモニタすることを更に含む、Ａに記載の方法。
【０１１６】
Ａ１５．  ノズル内で感知した流体温度データをコントローラに伝達することを更に含み、コントローラが流体源で流体圧力を調節するようにプログラムされている、Ａ１４に記載の方法。
【０１１７】
Ｂ．  キャビテーションピーニングのための装置であって、
流体源と、
流体源から第１の流体流を受けるように構成された第１のポンプデバイスと、
流体源から第２の流体流を受けるように構成された第２のポンプデバイスと、
ワークピース上の静止した処理領域の上で平行移動させられるように構成されたノズルアセンブリであって、ポンプの各々が、フレキシブル導管を介してノズルに連結されており、ノズルが、第1及び第2のポンプから受けた流体を混合してキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように構成されている、ノズルアセンブリと
を含む装置。
【０１１８】
Ｂ１．  ノズルアセンブリが、ノズルの手動操作のために構成されたハンドルを含む、Ｂに記載の装置。
【０１１９】
Ｂ２．  第１のポンプデバイスが、第１の流体流を第１の圧力でポンピングし、第２のポンプデバイスが、第２の流体流を第２の圧力でポンピングし、第１の圧力が第２の圧力より高い、Ｂに記載の装置。
【０１２０】
Ｂ３．  第１の圧力が第２の圧力より少なくとも１０００ｐ．ｓ．ｉ．大きい、Ｂに記載の装置。
【０１２１】
Ｂ４．  第１の圧力が第２の圧力より少なくとも２０００ｐ．ｓ．ｉ．大きい、Ｂに記載の装置。
【０１２２】
Ｂ５．  ノズルアセンブリが、第１の流体流からの流体の周囲で同心円状に第２の流体流からの流体を排出するように構成されている、Ｂに記載の装置。
【０１２３】
Ｂ６．  第１及び第２の流体流を運ぶフレキシブル導管が、少なくとも部分的に一緒に束ねられる、Ｂに記載の装置。
【０１２４】
Ｂ７．  ノズルアセンブリが、先端、及び先端とワークピースの処理面との間の離間距離を検出するように構成されたレーザガイドを有する、Ｂに記載の装置。
【０１２５】
Ｂ８．  ノズルアセンブリが、離間距離を示すゲージを有する、Ｂに記載の装置。
【０１２６】
Ｂ９．  ノズルアセンブリが、第１の流体流の圧力レベルを示すゲージを有する、Ｂに記載の装置。
【０１２７】
Ｂ１０．  ノズルアセンブリが、長軸を有する本体部分を含む、Ｂに記載の装置。
【０１２８】
Ｂ１１．  ハンドルが、本体部分と共にピストル形状を形成する、Ｂ１０に記載の装置。
【０１２９】
Ｂ１２．  ハンドルが、長軸に垂直な軸の周囲をピボット可能である、Ｂ１０に記載の装置。
【０１３０】
Ｂ１３．  ハンドルが、本体部分の反対側の側部から横方向に延びる２つの把持可能な突起を含む、Ｂ１０に記載の装置。
【０１３１】
Ｃ．  キャビテーションピーニングのための流体供給システムであって、
流体流にキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように、かつワークピース上の静止した処理領域にわたって手動で平行移動させられるように構成された共流ノズルアセンブリと、
第１及び第２のフレキシブル導管を介して、ノズルアセンブリに連結されたポータブル流体源と
を含む、流体供給システム。
【０１３２】
Ｃ１．  流体源が、第１のフレキシブル導管に連結された第１のポンプと、第２のフレキシブル導管に連結された第２のポンプとを含み、ノズルアセンブリが内側チャネル及び外側チャネルを有し、第１のポンプが流体を内側チャネルに第１の圧力で供給するように構成され、第２のポンプが流体を外側チャネルに第２の流体圧力で供給するように構成され、第１の流体圧力が第２の流体圧力より高い、Ｃに記載の流体供給システム。
【０１３３】
Ｄ．  ワークピースを処理する方法であって、
ワークピースの上の静止した処理領域にわたって実質的に一定の離間距離で、キャビテーションバブルのクラウドを手動で平行移動させること
を含む方法。
【０１３４】
Ｄ１．  ポータブルノズルアセンブリを通して、第１の流体流及び第２の流体流を排出すること
を更に含む、Ｄに記載の方法。
【０１３５】
Ｄ２．  第１の流体流が第２の流体流より高い圧力で排出される、Ｄ１に記載の方法。
【０１３６】
Ｄ３．  第１の流体流の温度及び圧力をモニタすること
を更に含む、Ｄ２に記載の方法。
【０１３７】
Ｅ．  キャビテーションピーニングのための分配システムであって、
長軸、第１のチャネル、及び遠位先端部分につながる第２のチャネルを有する本体部分と、
本体部分に連結したハンドル部分であって、本体部分の長軸をワークピース上の静止した処理領域に向け、一定の離間距離で処理領域の上で平行移動させられるように構成されているハンドル部分と
を含むポータブルノズルアセンブリを含むノズル
を備える分配システム。
【０１３８】
Ｅ１．  第２のチャネルが先端部分で第１のチャネルを取り囲み、チャネルが処理領域をピーニングするためにキャビテーションバブルのクラウドを発生させるように構成されている、Ｅに記載の分配システム。
【０１３９】
Ｅ２．  ハンドルが、作業人員による手動操作のために構成されている、Ｅに記載の分配システム。
【０１４０】
Ｅ３．  ハンドルが本体部分と共にピストル形状を形成する、Ｅ２に記載の分配システム。
【０１４１】
Ｅ４．  ハンドル部分が、長軸に垂直な軸の周囲をピボット可能である、Ｅ２に記載の分配システム。
【０１４２】
Ｅ５．  ハンドル部分が、本体部分の反対側の側部から横方向に延びる２つの把持可能な突起を含む、Ｅ２に記載の分配システム。
【０１４３】
Ｅ６．  ノズルアセンブリのハンドル部分に連結されるように構成されたロボットシステムであって、ワークピースの上の静止した処理領域に向けられるよう、かつ一定の離間距離で処理領域の上で平行移動させられるよう本体部分を操作するようにプログラムされたロボットシステム
を更に含む、Ｅに記載の分配システム。
【０１４４】
Ｅ７．  ノズルアセンブリが、本体部分に連結され、かつ先端部分と処理面との間の離間距離を検出するように構成された、レーザガイドを有する、Ｅに記載の分配システム。
【０１４５】
Ｅ８．  ノズルアセンブリが、離間距離を示すゲージを有する、Ｅに記載の分配システム。
【０１４６】
Ｅ９．  ノズルアセンブリが、第１の流体流の圧力レベルを示すゲージを有する、Ｅに記載の分配システム。
【０１４７】
Ｅ１０．  処理領域を処理する前に、ノズルアセンブリから放出されたキャビテーションクラウドを較正するように構成されたパック
を更に含む、Ｅに記載の分配システム。
【０１４８】
Ｅ１１．  第１のチャネルに連結された第１のフレキシブル導管と、第２のチャネルに連結された第２のフレキシブル導管と
を更に含み、導管が、分離した流体流を第１及び第２のチャネルにチャネリングするように構成されている、Ｅ１０に記載の分配システム。
【０１４９】
Ｆ．  ポータブル流体供給装置であって、
搬送のために構成されたベースと、
ベースによって支持される流体リザーバと、
リザーバに含まれる流体の所望の温度を維持するための温度制御デバイスと、
リザーバから流体を受け、その流体を第１の流体圧力で第１のフレキシブル導管内にポンピングするように構成された第１のポンプデバイス、及びリザーバから流体を受け、その流体を第２の流体圧力で第２のフレキシブル導管内にポンピングするように構成された第２のポンプデバイスであって、第１の流体圧力が第２の流体圧力より高く、キャビテーションバブルクラウドが、第１及び第２のフレキシブル導管の遠位端に連結された共流ノズルアセンブリを通して生成されることになる、第１のポンプデバイス及び第２のポンプデバイスと、
フレキシブル導管によって運ばれる流体の所望の温度及び圧力を維持するようにプログラムされたコントローラと
を含むポータブル流体供給装置。
【０１５０】
Ｆ１．  ベースには、場所と場所の間で装置を移動させるための車輪が備え付けられている、Ｆに記載の装置。
【０１５１】
Ｆ２．  コントローラが、ノズルアセンブリ内で感知した温度データを受信する、Ｆに記載の装置。
【０１５２】
Ｆ３．  コントローラが、ノズルアセンブリ内で感知した圧力データを受信する、Ｆに記載の装置。
【０１５３】
Ｆ４．  コントローラが、処理されているワークピースの特性の識別に基づき、少なくとも部分的に流体排出パラメータを変更するようにプログラムされている、Ｆに記載の装置。
【０１５４】
利点、特徴、利益
本明細書に記載のポータブルキャビテーションピーニングのシステム及び方法の異なる実施形態及び実施例は、ピーニングのための既知の解決策を上回るいくつかの利点を提供する。例えば、本明細書に記載の例示的実施形態及び実施例により、ワークピースを単一のプロセスでピーニングし洗浄することが可能である。
【０１５５】
加えて、他の利益の間で、本明細書に記載の例示的実施形態及び実施例により、構成要素を現場でかつ適所でピーニングすることが可能になる。
【０１５６】
更に、他の利益の間で、本明細書に記載された例示的実施形態及び実施例は、浪費する可能性のあるコストを削減し、オペレータの安全性を向上させる。
【０１５７】
既知のシステム又はデバイスで、特にフィールド条件においてこれらの機能を実行できるものはない。したがって、本明細書に記載される例示的な実施形態及び実施例は、修復のピーニングに特に有用である。しかしながら、ここに記載された全ての実施形態及び実施例が、同じ利点又は同じ程度の利点を提供するとは限らない。
【０１５８】
結論
上記の開示は、個別の有用性を備えた複数の個々の例を包括しうる。これらの各々は、その好ましい形態で開示されているが、本明細書で開示され、例示されている、それらの特定の実施形態は、数多くの変形例が可能であることから、限定的な意味で捉えるべきものではない。本開示内で使用される限り、そのようなセクションの見出しは、構成上の目的に過ぎない。本開示の主題は、本明細書で開示されている様々な要素、特徴、機能、及び／又は特性の、新規的かつ進歩的な組み合わせ及び部分的組み合わせの全てを含む。下記の特許請求の範囲は、新規的かつ進歩的であると見なされる、ある組み合わせ及び部分的組み合わせを特に指し示すものである。特徴、機能、要素、及び／又は特性のその他の組み合わせ及び部分的組み合わせは、本出願又は関連出願からの優先権を主張する出願において特許請求されうる。そのような特許請求の範囲は、より広い、より狭い、等しい、又は原クレームの範囲内であるかどうかにかかわらず、本開示の主題内に含まれるとみなされる。
【図１】
2019072833.tif 000003
【図２】
2019072833.tif 000004
【図３】
2019072833.tif 000005
【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2019072833.tif 000008
【図５Ｃ】
2019072833.tif 000009
【図６】
2019072833.tif 000010
【図７】
2019072833.tif 000011
【図８】
2019072833.tif 000012
【図９】
2019072833.tif 000013
【外国語明細書】
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2019072833000002.pdf
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