(57)【要約】      （修正有）【課題】基材から多層被膜を除去するのに使用するシステムが提供される。【解決手段】多層被膜は、基材に適用された第１の被膜１２４と、第１の被膜の上に適用された第２の被膜１２６とを含む。第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成される。システムは、基材から多層被膜を除去するように構成された研削機構と、研削機構と通信するように接続されたコントローラとを含む。コントローラは、多層被膜に対して研削機構を配置し、基材を横切って通過することを研削機構に指示する第１の除去モード１１０を開始し、第１の除去モード中に研削機構の可変の動作指標を監視し、可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、第２の被膜が基材から除去されたかを判定するように構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材（１１８）から多層被膜（１１６）を除去するのに使用するシステム（１００）であって、前記多層被膜が、前記基材に適用された第１の被膜（１２４）の少なくとも１つの層と、前記第１の被膜の上に適用された第２の被膜（１２６）の少なくとも１つの層とを含み、前記第１の被膜が第１の材料から形成され、前記第２の被膜が、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成され、前記システムが、
前記基材から前記多層被膜を除去するように構成された研削機構（１０２）と、
前記研削機構と通信するように接続されたコントローラ（１０４）であって、
前記多層被膜に対して前記研削機構を配置し、
前記基材を横切って通過することを前記研削機構に指示する第１の除去モード（１１０）を開始し、
前記第１の除去モード中に前記研削機構の可変の動作指標を監視し、
前記可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、前記第２の被膜が前記基材から除去されたかを判定する、
ように構成されたコントローラ（１０４）と、
を備えるシステム（１００）。
【請求項２】
前記コントローラ（１０４）が、前記第２の被膜（１２６）の厚さよりも小さい深さで前記第２の被膜内を研削することを前記研削機構（１０２）に指示する、前記第１の除去モード（１１０）を開始するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記コントローラ（１０４）が、前記可変の動作指標の前記値が前記所定の閾値から外れるまで、それぞれに前記第２の被膜（１２６）の厚さよりも小さい前記深さで前記多層被膜（１１６）内を研削する複数のパスで、前記基材（１１８）を横切って通過することを前記研削機構（１０２）に指示する、前記第１の除去モード（１１０）を開始するようにさらに構成される、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記コントローラ（１０４）が、前記研削機構（１０２）の通過経路に沿って前記可変の動作指標を実質的に連続して監視するようにさらに構成され、前記第１の除去モード（１１０）が、前記通過経路に沿う前記可変の動作指標の値がそれぞれ前記所定の閾値から外れるまで、前記複数のパスのうちの別のパスを開始する、請求項３に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記コントローラ（１０４）が、
前記研削機構（１０２）の少なくとも１つの不変の動作指標を指定し、
前記少なくとも１つの不変の動作指標の値を維持することを促すように動的に選択される前記可変の動作指標の前記値で動作することを前記研削機構に指示するようにさらに構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記コントローラ（１０４）が、前記第２の被膜（１２６）が除去されたと判定された後に、第２の除去モード（１１２）を開始するようにさらに構成され、前記第２の除去モードが、前記基材（１１８）から前記第１の被膜を除去することを前記研削機構（１０２）に指示するように構成される、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
前記コントローラ（１０４）が、所定の研削深さに達するまで少なくとも前記第１の被膜（１２４）内を研削することを前記研削機構（１０２）に指示する、前記第２の除去モード（１１２）を開始するようにさらに構成される、請求項６に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
非一時的なコンピュータ読取可能媒体（１０６）であって、基材（１１８）から多層被膜（１１６）を除去するのに使用するための、前記媒体上に具現化されたコンピュータ実行可能命令を有し、前記多層被膜が、前記基材に適用された第１の被膜（１２４）の少なくとも１つの層と、前記第１の被膜の上に適用された第２の被膜（１２６）の少なくとも１つの層とを含み、前記第１の被膜が第１の材料から形成され、前記第２の被膜が、前記第１の材料とは異なる第２の材料から形成され、
前記コンピュータ実行可能命令が、コントローラにより実行されると、前記コントローラに、
前記多層被膜に対して研削機構（１０２）を配置させ、
前記基材を横切って通過することを前記研削機構に指示する第１の除去モード（１１０）を開始させ、
前記第１の除去モード中に前記研削機構の可変の動作指標を監視させ、
前記可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、前記第２の被膜が前記基材から除去されたかを判定させる、非一時的なコンピュータ読取可能媒体（１０６）。
【請求項９】
前記コントローラに、
前記研削機構（１０２）の少なくとも１つの不変の動作指標を指定させ、
前記少なくとも１つの不変の動作指標の値を維持することを促すように動的に選択される前記可変の動作指標の前記値で動作することを前記研削機構（１０２）に指示させる、コンピュータ実行可能命令をさらに含む、請求項８に記載の非一時的なコンピュータ読取可能媒体（１０６）。
【請求項１０】
前記コントローラに、
前記第２の被膜（１２６）が除去されたと判定された後に、第２の除去モード（１１２）を開始させ、前記第２の除去モードが、前記基材（１１８）から前記第１の被膜（１２４）を除去することを前記研削機構（１０２）に指示させる、コンピュータ実行可能命令をさらに含む、請求項８に記載の非一時的なコンピュータ読取可能媒体（１０６）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、被膜が適用されたタービン構成要素に関し、より詳細には、タービン構成要素から被膜を自動除去するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最新型のガスタービンエンジンは、高温環境において動作する。ガスタービンエンジンの構成要素（例えば、タービンバケット、ノズル、翼およびシュラウド）は、構成要素を保護し、より高温でより効率的に動作することをエンジンに可能にさせる遮熱被膜（ＴＢＣ）系をしばしば含む。既知のＴＢＣ系は、熱伝導性が低くなければならず、構成要素に強力に付着しなければならず、多くの加熱および冷却サイクルを通じて付着し続けなければならない。よって、ＴＢＣ系は、構成要素に対する断熱性セラミック被膜の付着を促す金属ボンド被膜を一般に含む。断熱性セラミック被膜は、イットリア（Ｙ2Ｏ3）により部分的もしくは完全に安定化されたジルコニア（ＺｒＯ2）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）または他の酸化物等の金属酸化物から一般に形成され、金属ボンド被膜は、拡散アルミナイドもしくはプラチナアルミナイド、またはＭＣｒＡｌＹ（Ｍは、鉄、コバルトおよび／またはニッケルである。）等の耐酸化合金から一般に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８６２２７８４号明細書
【発明の概要】
【０００４】
少なくとも一部の既知のガスタービンエンジン構成要素は、所定の耐用年数を有する。しかし、構成要素は、残りのＴＢＣ系を構成要素から除去することによって、および、新しいＴＢＣ系を構成要素に適用することによって、改装され得る。幾つかの既知のプロセスは、タービン構成要素から残りのＴＢＣ系を除去するために一般に使用される。例示的なプロセスは、非限定的に、機械的研削、酸除去および水ジェットブラスティングを含む。しかし、残りのＴＢＣ系の正確な厚さを知らなければ、基材材料の除去も低減させながら除去プロセスを適用する期間を決定することは困難となり得る。また、そのような既知のプロセスは、一般に監視されなければならず、構成要素は、除去プロセスを継続すべきか手動で検査されなければならない。
【０００５】
一態様において、基材から多層被膜を除去するのに使用するシステムが提供される。多層被膜は、基材に適用された第１の被膜の少なくとも１つの層と、第１の被膜の上に適用された第２の被膜の少なくとも１つの層とを含む。第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成される。システムは、基材から多層被膜を除去するように構成された研削機構と、研削機構と通信するように接続されたコントローラとを含む。コントローラは、多層被膜に対して研削機構を配置し、基材を横切って通過することを研削機構に指示する第１の除去モードを開始し、第１の除去モード中に研削機構の可変の動作指標を監視し、可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、第２の被膜が基材から除去されたかを判定するように構成される。
【０００６】
別の態様において、基材から多層被膜を除去する方法が提供される。多層被膜は、基材に適用された第１の被膜の少なくとも１つの層と、第１の被膜の上に適用された第２の被膜の少なくとも１つの層とを含む。第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成される。方法は、基材から多層被膜を除去するように構成された研削機構を多層被膜に対して配置し、基材を横切って通過することを研削機構に指示する第１の除去モードを開始し、第１の除去モード中に研削機構の可変の動作指標を監視し、可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、第２の被膜が基材から除去されたかを判定することを含む。
【０００７】
さらに別の態様において、基材から多層被膜を除去するのに使用するための、媒体上に具現化されたコンピュータ実行可能命令を有する、非一時的なコンピュータ読取可能媒体が提供される。多層被膜は、基材に適用された第１の被膜の少なくとも１つの層と、第１の被膜の上に適用された第２の被膜の少なくとも１つの層とを含む。第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成される。コントローラにより実行されると、コンピュータ実行可能命令は、コントローラに、多層被膜に対して研削機構を配置させ、基材を横切って通過することを研削機構に指示する第１の除去モードを開始させ、第１の除去モード中に研削機構の可変の動作指標を監視させ、可変の動作指標の値を所定の閾値に対して評価して、第２の被膜が基材から除去されたかを判定させる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】例示的な被膜除去システムのブロック図である。
【図２】第１の除去モードにおける、図１に示す被膜除去システムの模式図である。
【図３】第２の除去モードにおける、図１に示す被膜除去システムの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施形態は、基材から多層被膜を除去するシステムおよび方法に関する。より詳細には、本明細書に記述するシステムおよび方法は、研削機構が多層被膜を除去するときに研削機構の可変の動作指標を連続して監視することによって、被膜材の層が基材から除去されたときを検出することを促す。例示的な実施形態において、多層被膜は、第１の被膜の少なくとも１つの層および第２の被膜の少なくとも１つの層から形成される。第１および第２の被膜は、研削機構が多層被膜を除去するときに、可変の動作指標の値に基づいて、各層が研削機構により係合されるときの評価が判定されるように、異なる材料から形成される。よって、本明細書に記述するシステムおよび方法の技術的効果は、基材からの被膜除去の精度を高めることを促す自動被膜除去を含む。
【００１０】
図１は、例示的な被膜除去システム１００のブロック図である。例示的な実施形態において、被膜除去システム１００は、研削機構１０２と、研削機構１０２と通信するように接続されたコントローラ１０４とを含む。研削機構１０２は、基材から多層被膜を機械的に除去するように動作可能である（図１にはそれぞれが示されていない。）。一部の実施形態において、基材は、非限定的に、バケット、ノズル、翼および／またはシュラウドタイル等のガスタービンエンジン構成要素である。
【００１１】
コントローラ１０４は、メモリ１０６（すなわち、非一時的なコンピュータ読取可能媒体）と、メモリ１０６に接続され、プログラミングされた命令を実行するためのプロセッサ１０８とを含む。プロセッサ１０８は、１つ以上の処理ユニット（例えばマルチコア構成の）を含み得、および／または暗号アクセラレータ（不図示）を含み得る。コントローラ１０４は、メモリ１０６および／またはプロセッサ１０８のプログラミングによって、本明細書に記述する１つ以上の動作を実施するようにプログラミング可能である。例えば、プロセッサ１０８は、動作を実行可能命令としてコード化するとともに実行可能命令をメモリ１０６に提供することによって、プログラミングされ得る。
【００１２】
プロセッサ１０８は、非限定的に、汎用の中央処理装置（ＣＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、オープンメディアアプリケーションプラットフォーム（ＯＭＡＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、および／または、本明細書に記述する機能を実行可能な任意の他の回路もしくはプロセッサを含み得る。本明細書に記述する方法は、非限定的に、記憶デバイスおよび／またはメモリデバイス等のコンピュータ読取可能媒体内に具現化される実行可能命令としてコード化され得る。そのような命令は、プロセッサ１０８により実行されると、本明細書に記述する機能の少なくとも一部をプロセッサ１０８に実施させる。上記説明は、例示にすぎず、よって、用語プロセッサの定義および／または意味を如何なる方法でも限定することを意図していない。
【００１３】
メモリ１０６は、実行可能命令および／または他のデータ等の情報が記憶され読み出されることを可能にする１つ以上のデバイスである。メモリ１０６は、非限定的に、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ（ＳＤＲＡＭ）、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ソリッドステートディスクおよび／またはハードディスク等の１つ以上のコンピュータ読取可能媒体を含み得る。メモリ１０６は、非限定的に、実行可能命令、オペレーティングシステム、アプリケーション、リソース、インストールスクリプト、および／または、本明細書に記述する方法およびシステムに使用するのに適した任意の他の種類のデータを記憶するように構成され得る。
【００１４】
オペレーティングシステムおよびアプリケーションの命令は、プロセッサ１０８により実行されて、本明細書に記述する１つ以上のプロセスを実施するために、非一時的なメモリ１０６上に機能形式で配置される。様々な実装のこれらの命令は、メモリ１０６、または、フラッシュドライブおよび／またはサムドライブを非限定的に含み得るコンピュータ読取可能媒体（不図示）等の別のメモリ等、様々な物理的または一時的なコンピュータ読取可能媒体上に具現化され得る。さらに、命令は、スマートメディア（ＳＭ）メモリ、コンパクトフラッシュ（ＣＦ）メモリ、セキュアデジタル（ＳＤ）メモリ、メモリスティック（ＭＳ）メモリ、マルチメディアカード（ＭＭＣ）メモリ、埋込型マルチメディアカード（ｅ−ＭＭＣ）メモリ、およびマイクロドライブメモリ等を非限定的に含み得る非一時的なコンピュータ読取可能媒体上に機能形式で配置され得る。コンピュータ読取可能媒体は、プロセッサ１０８によるアクセスおよび／または実行を可能にするために、コントローラ１０４に対して選択的に挿入可能および／または取り出し可能であり得る。代替的な実装において、コンピュータ読取可能媒体は、取り外し可能でない。
【００１５】
図２は、第１の除去モード１１０における被膜除去システム１００の模式図であり、図３は、第２の除去モード１１２における被膜除去システム１００の模式図である。例示的な実施形態において、研削機構１０２は、多層被膜１１６に対して配置され、基材１１８から多層被膜１１６を機械的に除去するように動作可能な研削ホイール１１４を含む。研削ホイール１１４は、略円形の形状であり、その中央軸線１２０の周りに回転して、多層被膜１１６と擦れ合い、基材１１８から多層被膜１１６を除去する。詳細には、研削ホイール１１４は、多層被膜１１６に接触する外側面１２２を含む。外側面１２２は、非限定的に、ビトリファイドボンド砥粒材（すなわち、酸化アルミニウムおよび炭化ケイ素）、ビトリファイドボンド立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）、ダイレクトめっき超砥粒材およびレジンボンド砥粒材等の砥粒材から形成され得る。代替的な実施形態において、研削機構１０２は、本明細書に記述するように機能することを被膜除去システム１００に可能にさせる任意の機械除去機構であり得る。
【００１６】
多層被膜１１６は、基材１１８に適用された第１の被膜の少なくとも１つの層１２４と、第１の被膜に適用された第２の被膜の少なくとも１つの層１２６とを含む。第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第１の材料とは異なる第２の材料から形成される。例示的な実施形態において、第１の被膜は、金属ボンド被膜材から形成され、第２の被膜は、断熱性セラミック材から形成される。
【００１７】
一部の実施形態において、研削機構１０２およびコントローラ１０４（図１に示す）は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）マシン（不図示）に含まれる。上述したように、コンピュータ実行可能命令は、メモリ１０６（図１に示す）に記憶されており、コントローラ１０４により実行されると、コンピュータ実行可能命令は、コントローラ１０４に各種の機能を実施させる。例えば、コンピュータ実行可能命令は、コントローラ１０４に、多層被膜１１６に対して研削機構１０２を配置させること、第１の除去モード１１０を開始させること、第１の除去モード１１０中に研削機構１０２の少なくとも１つの動作指標（例えば、電力、ホイールスピード、および／またはホイール通過速度）を監視させること、所定の閾値に対して動作指標の少なくとも１つの値を評価させて第２の被膜層１２６が除去されたかを判定させること、および／または、第２の被膜層１２６が除去された後に第２の除去モード１１２を開始させることのうちの少なくとも１つを実施させる。
【００１８】
図２を参照すると、動作中、研削機構１０２は、第１の除去モード１１０で基材１１８から第２の被膜層１２６の除去を促すように動作可能である。第１の除去モード１１０において、コントローラ１０４は、研削機構１０２のための少なくとも１つの不変の動作指標および可変の動作指標を指定する。研削機構１０２が基材１１８を通過するときに、コントローラ１０４は、可変の動作指標を監視して、第２の被膜層１２６が基材１１８から除去されたときを判定する。上述したように、第１の被膜は、第１の材料から形成され、第２の被膜は、第２の材料から形成される。第１および第２の被膜が異なる材料から形成されるため、可変の動作指標の値は、研削機構１０２が第１の被膜または第２の被膜と係合されるときに変化する。
【００１９】
例えば、例示的な実施形態において、コントローラ１０４は、研削ホイールスピード（すなわち毎分当たりの回転数）および基材１１８を横切って通過する研削ホイールの通過速度を不変の動作指標として指定し、研削機構１０２に供給される電力を可変の動作指標として指定する。コントローラ１０４は、次いで、不変および可変の動作指標によって動作することを研削機構１０２に指示する。可変の動作指標の値は、不変の動作指標の値を維持することを促すように動的に選択される。コントローラ１０４は、次いで、所定の閾値に対して可変の動作指標の値を評価して、第２の被膜層１２６が基材１１８から除去されたかを判定する。例えば、例示的な実施形態において、ホイールスピードおよび／または通過速度を維持するのに必要な電力は、研削機構１０２が第２の被膜層１２６に係合するときに第１の値であり、研削機構１０２が第１の被膜層１２４に係合するときに第２の値である。第１の値は、一般に第２の値よりも大きい。よって、コントローラ１０４は、電力値が所定の閾値よりも小さいときに、第２の被膜層１２６が除去されたと判断し得る。
【００２０】
また、動作中、第１の除去モード１１０は、第２の被膜層１２６の厚さＴよりも小さい第１の深さＤ1で第２の被膜層１２６と擦り合うことを研削機構１０２に指示する。詳細には、第１の除去モード１１０は、第２の被膜層１２６が除去されるまで、それぞれ深さＤ1で多層被膜１１６内を研削する複数のパスで基材１１８を横切って通過することを研削機構１０２に指示する。代替的に、各パスは、第２の被膜層１２６の厚さＴよりも小さい任意の深さで多層被膜内を研削し得る。パスの数は、コントローラ１０４により監視される可変の動作指標に応じて選択される。例えば、例示的な実施形態において、コントローラ１０４は、各パス中に研削機構１０２に供給される電力を実質的に連続して監視する。単一のパス中に研削機構１０２の通過経路に沿う各点での電力値が所定の閾値よりも大きい場合、第１の除去モード１１０は、別のパスを行うことを研削機構に指示する。単一のパス中に研削機構１０２の通過経路に沿う点での電力値が所定の閾値よりも大きいかまたは小さい場合、第１の除去モード１１０は、別のパスを行うことを研削機構１０２に指示する。単一のパス中に研削機構１０２の通過経路に沿う各点での電力値が所定の閾値よりも小さい場合、コントローラ１０４は、第１の除去モード１１０を離脱し、第２の除去モード１１２を開始する。
【００２１】
図３を参照すると、動作中、研削機構１０２は、基材１１８からの第１の被膜層１２４の除去を促す第２の除去モード１１２で動作可能である。第２の除去モード１１２は、第２の被膜層１２６（図２に示す）が基材１１８から除去されたと判定された後に開始される。第２の除去モード１１２は、所定の第２の研削深さＤ2に達するまで第１の被膜層１２４内および基材１１８の少なくとも一部内を研削することを研削機構１０２に指示する。第１の被膜層１２４の少なくとも一部が基材１１８内に時間とともに拡散するため、所定の第２の研削深さＤ2は、第１の被膜層１２４が基材１１８から実質的に完全に除去されることを確実にするように選択される。一部の実施形態において、第２の除去モード１１２は、複数のパスで基材１１８を横切って通過することを研削機構１０２に指示する。
【００２２】
本明細書に記述するシステムおよび方法は、基材からの多層被膜の正確な除去を促す。多層被膜は、研削機構が多層被膜を除去するときに、各層が研削機構により係合されるときの評価が、研削機構の可変の動作指標に基づいて判定されるように、異なる物理特性を有する異なる被膜材料の描写された層から形成される。より詳細には、可変の動作指標の値は、研削機構の不変の動作指標の値を維持することを促すように動的に選択される。可変の動作指標の値は、次いで、被膜除去プロセスの進行を連続して判定するように、所定の閾値に対して評価される。よって、本明細書に記述するシステムおよび方法は、基材材料の除去の低減を促すように加工パスの正確な数を判定することを促し、よって関連する構成要素の耐用年数を延ばすことを促す。
【００２３】
この明細書は、ベストモードを含めて本開示の実施形態を開示するために、また、任意のデバイスもしくはシステムの製作および使用、組み込まれた任意の方法の実施を含めて本開示の実施形態を実践することを任意の当業者に可能にさせるために、例を使用している。本明細書に記述する実施形態の特許可能な範囲は、請求項によって規定され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、請求項の文言とは相違しない構成要素を有する場合、または、請求項の文言とは実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、請求項の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００２４】
１００  被膜除去システム
１０２  研削機構
１０４  コントローラ
１０６  メモリ
１０８  プロセッサ
１１０  第１の除去モード
１１２  第２の除去モード
１１４  研削ホイール
１１６  多層被膜
１１８  基材
１２０  中央軸線
１２２  外側面
１２４  第１の被膜層
１２６  第２の被膜層
【図１】
2015203415.tif 000003
【図２】
2015203415.tif 000004
【図３】
2015203415.tif 000005
【外国語明細書】
2015203415000001.pdf