(57)【要約】【課題】エーロフォイルに冷却媒体が流れる冷却通路を形成するためにより改善された穴開け方法を提供する。【解決手段】エーロフォイルを作製するための方法が提供されており、方法は、レーザドリルを使用してエーロフォイルの近くの壁に穴を開けるステップと、エーロフォイルの空洞内でバックストライク保護を始動するステップとを含む。方法は付加的に、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルからのレーザの貫通を検知するステップと、その後穴開けサブルーチンを開始するステップとを含み、この穴開けサブルーチンは、レーザドリルの連続作動を含んでいる。このような方法は、冷却通路などの改善された穴をエーロフォイル内に設けることができる。【選択図】図１
2015140805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エーロフォイル（３８）に穴開けするための方法であって、
エーロフォイル（３８）の近くの壁（７２）に向けてレーザドリル（４１）を誘導するステップであって、前記近くの壁（７２）が前記エーロフォイル（３８）内に画定された空洞（４６）に隣接して位置決めされ、前記レーザドリル（４１）がレーザを利用するステップと、
前記エーロフォイル（３８）の前記空洞（４６）内でバックストライク保護（８４）を始動するステップと、
前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）を通り抜ける前記レーザドリル（４１）のレーザの貫通を検知するステップと、
前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）を通り抜ける前記レーザの前記貫通を検知した後に穴開けサブルーチンを開始するステップであって、前記穴開けサブルーチンが前記レーザドリル（４１）の連続作動を含むステップとを含む方法。
【請求項２】
前記穴開けサブルーチンを利用して前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）における最初の穴の穴開け作業を完了するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記バックストライク保護（８４）が、前記エーロフォイル（３８）の前記空洞（４６）を通るように流体を流すことで前記レーザを中断させる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザが閉じ込められたレーザビーム（６０）である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記穴開けサブルーチンが、前記閉じ込められたレーザビーム（６０）の１つまたは複数のパラメータを調節するステップを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記閉じ込められたレーザビーム（６０）の前記１つまたは複数のパラメータが、パルスレート、周波数、流体圧力またはそれらの組み合わせを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）に向かって前記レーザドリル（４１）を誘導するステップが、特定の穴開け角度で前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）に向かって前記レーザドリル（４１）を誘導するステップを含み、前記穴開けサブルーチンが、前記レーザドリル（４１）が前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）に向かって誘導される前記穴開け角度を調節するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）に向かって前記レーザドリル（４１）を誘導するステップが、最初の位置において前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）に向かって前記レーザドリル（４１）を誘導するステップを含み、前記穴開けサブルーチンが前記穴の幾何学形状を成形するために前記レーザドリル（４１）を第２の位置に移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記穴開けサブルーチンが、所定の時間にわたって前記レーザドリル（４１）を作動するステップを含み、前記所定の時間が前記最初の穴をほぼ完成するのに前記レーザドリル（４１）にとって十分なものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記穴が前記エーロフォイル（３８）内の冷却通路（５２）であり、前記エーロフォイル（３８）がターボ機械のためのものである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記エーロフォイル（３８）に対して特定のパターンで前記レーザドリル（４１）を移動させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記エーロフォイル（３８）の前記空洞（４６）内で前記バックストライク保護（８４）を保証するステップが、予想される貫通より前に所定の時間の範囲内で前記エーロフォイル（３８）の前記空洞（４６）内で前記バックストライク保護（８４）を保証するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
貫通チェックプログラムを保証することで、所定の時間の範囲内で貫通が検知されることを確実にするステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記エーロフォイル（３８）の最初の層がサーマルバリアコーティング（３６）であり、前記方法がさらに、前記サーマルバリアコーティング（３６）を通り抜けて穴開けした後、前記レーザドリル（４１）の１つまたは複数のパラメータを調節するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
中に空洞（４６）が画定されたエーロフォイル（３８）を作製する方法であって、
レーザドリル（４１）を使用して前記エーロフォイル（３８）の近くの壁（７２）に最初の穴を開けるステップであって、前記近くの壁（７２）が前記空洞（４６）に隣接して位置決めされ、前記レーザドリル（４１）がレーザを利用するステップと、
前記前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）を通り抜ける前記レーザドリル（４１）の前記レーザの最初の貫通を検知するステップと、
前記最初の貫通の前記検知の後に穴開けサブルーチンを開始するステップであって、前記穴開けサブルーチンが前記レーザドリル（４１）の連続作動を含むステップと、
前記穴開けサブルーチンを利用して前記エーロフォイル（３８）の前記近くの壁（７２）における前記最初の穴の穴開け作業を完了するステップとを含む方法。
【請求項１６】
前記エーロフォイル（３８）に対して特定のパターンで前記レーザドリル（４１）を移動させるステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エーロフォイル（３８）の前記空洞（４６）内でバックストライク保護（８４）を始動するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記レーザが閉じ込められたレーザビーム（６０）である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記穴開けサブルーチンが、前記閉じ込められたレーザビーム（６０）の１つまたは複数のパラメータを調節するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記穴開けサブルーチンが、所定の時間にわたる前記最初の穴の穴開け作業におけるレーザドリル（４１）の連続作動を含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、レーザドリルを使用してエーロフォイルに穴開けするための統合された方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、工業および商業施設において広く利用されている。電気を生成するのに使用される典型的な商業的な蒸気タービンまたはガスタービンは、固定エーロフォイルと回転エーロフォイルの交互の段を含んでいる。例えば静翼は、例えばタービンを囲むケーシングなどの固定構成要素に装着されてよく、動翼は、タービンの軸方向の中心線に沿って位置するロータに装着されてよい。圧縮された作用流体、例えばこれに限定するものではないが蒸気、燃焼ガスまたは空気がタービン内を通って流れ、静翼が加速させ、圧縮作用流体を動翼の後続の段へと誘導することで動翼に運動を与え、これによりロータを回転させ仕事を実施する。
【０００３】
タービンの効率は一般に、圧縮作用流体の温度の上昇に伴って上昇する。しかしながらタービン内の過剰な温度は、タービン内のエーロフォイルの寿命を縮ませ、これによりタービンに関連する修理、メンテナンスおよび機能停止が増えることになる。結果として、エーロフォイルに対する冷却作用を実現するために種々の設計および方法が開発されてきた。例えばエーロフォイルの内部の空洞に冷却媒体が供給されることで、対流式におよび／または伝導的にエーロフォイルからに熱を除去する場合がある。特定の実施形態では、冷却媒体は、エーロフォイル内の冷却通路を通って空洞から流れ出てエーロフォイルの外側表面にわたってフィルム冷却を行なうことができる。
【０００４】
温度および／または性能の標準規格は上がり続けるため、エーロフォイルに使用される材料は、ますます薄くなり、確実なエーロフォイルの作製を行なうことは次第に難しくなっている。例えばエーロフォイルが高合金から鋳造される場合がある、およびサーマルバリアコーティングがエーロフォイルの外側表面に塗布されることで、熱保護を強化することができる。水噴射を利用してサーマルバリアコーティングおよび外側表面を通る冷却通路を形成する場合もあるが、水噴射は、サーマルバリアコーティングの一部を削り取ってしまう可能性がある。あるいは水噴射によってまたは放電機械（ＥＤＭ）によって冷却通路が形成された後サーマルバリアコーティングがエーロフォイルの外側表面に塗布される場合もあるが、これは、新たに形成された冷却通路を覆ういずれのサーマルバリアコーティングも除去するために追加の処理を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／０２０６７３９号明細書
【発明の概要】
【０００６】
集光レーザビームを利用するレーザドリルもまた、エーロフォイルを通り抜ける冷却通路を形成するのに使用されてよく、これはサーマルバリアコーティングを削り取るリスクが低い。しかしながらレーザドリルは、エーロフォイル内に空洞があることによって精密な制御を必要とする可能性がある。レーザドリルがひとたびエーロフォイルの近くの壁を突き破ったとき、従来の方法によるレーザドリルの連続作動は、空洞の反対側に損傷を与えることになる恐れがあり、場合によっては修繕または廃棄しなければならないエーロフォイルの損傷につながる場合もある。したがって現行の手順は一般に、近くの壁の最初の貫通を検知したらすぐにレーザドリルの作動を中止させている。しかしながらこのような手順では冷却通路のための穴が不完全なままになり、中を通る冷却媒体の流体流れに対して有害な影響を及ぼす。したがってエーロフォイルに穴開けするための改善された方法が有益であろう。より具体的にはエーロフォイルにより完全な穴を開けるための方法が特に有効であろう。
【０００７】
本発明の態様および利点は、次に続く記載において以下で説明される、または記載から明白になり得る、または本発明の実施を通して習得される場合もある。
【０００８】
本開示の例示の一態様において、エーロフォイルに穴開けするための方法が提供されており、方法は、エーロフォイルの近くの壁に向けてレーザドリルを誘導するステップを含む。近くの壁は、エーロフォイル内に画定された空洞に隣接して位置決めされ、レーザドリルはレーザを利用する。方法はまた、エーロフォイルの空洞内でバックストライク保護を始動するステップと、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルのレーザの貫通を検知するステップと、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザの貫通を検知した後に穴開けサブルーチンを開始するステップとを含む。穴開けサブルーチンは、レーザドリルの連続作動を含む。
【０００９】
本開示の別の例示の態様において、空洞が中に画定されたエーロフォイルを作製するための方法が提供される。方法は、レーザドリルを使用してエーロフォイルの近くの壁に最初の穴を穴開けするステップを含む。近くの壁は、空洞に隣接して位置決めされ、レーザドリルはレーザを利用する。方法はまた、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルのレーザの最初の貫通を検知するステップと、最初の貫通を検知した後に穴開けサブルーチンを開始するステップとを含む。穴開けサブルーチンは、レーザドリルの連続作動を含む。追加として、方法は、穴開けサブルーチンを利用してエーロフォイルの近くの壁における最初の穴の穴開け作業を完了するステップを含む。
【００１０】
本開示のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の記載および添付の特許請求の範囲を参照してより適切に理解されることになるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれその一部を構成するものであり、記載と併せて本開示の実施形態を例示することで本開示の原理を説明している。
【００１１】
本開示の完全なおよび可能な開示は、当業者にとってその最適な態様を含んでおり、明細書の残りの部分においてより具体的に説明されており、これには添付の図面を参照することも含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の種々の実施形態を組み込むことができる一例のタービンの簡素化された断面図である。
【図２】本開示の一実施形態による一例のエーロフォイルの斜視図である。
【図３】本開示の一実施形態による図２に示すエーロフォイルを作製するためのシステムの斜視図である。
【図４】閉じ込められたレーザビームがエーロフォイルの近くの壁を突き破った後の図３のシステムの斜視図である。
【図５】本開示の一例の態様によるエーロフォイルを作製するための方法を例示するブロック図である。
【図６】本開示の一例の実施形態によるエーロフォイルの近くの壁に開けられた穴の側部断面図である。
【図７】本開示の一例の態様によるレーザドリルのための穴開けパターンの上から見た図である。
【図８ａ】穴が開けられており、レーザが突き破る前のエーロフォイルの近くの壁にある一例の穴の側部断面図である。
【図８ｂ】レーザの最初の貫通の後であるが、穴が完成する前の図８（ａ）の一例の穴の側部断面図である。
【図８ｃ】完成された後の図８（ａ）の例示の穴の側部断面図である。
【図９】本開示の一例の態様によるエーロフォイルの近くの壁においてレーザドリルからのレーザの貫通を判定するための方法を例示するブロック図である。
【図１０】本開示の一例の態様によるエーロフォイル内の最初の穴の穴開けが完了したことを判定するための方法を例示するブロック図である。
【図１１】本開示の一例の態様によるエーロフォイルの近くの壁において最初の穴を穴開けする間の感知した作業条件の値を示すグラフである。
【図１２】本開示の一例の態様によるエーロフォイル内の最初の穴の穴開けが完了したことを判定するための別の方法を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
次に本開示の実施形態を詳細に参照すると、そのうちの１つまたは複数が図面に例示されている。各々の例は、本開示の説明することを目的としており、本開示を限定するものではない。実際、本開示の範囲または精神から逸脱することなく本開示に種々の修正および変更を行なうことができることは当業者には明らかであろう。例えば、１つの実施形態の一部として例示または記載される特徴は、別の実施形態と共に使用されることで、さらに別の実施形態を生み出すことができる。よって本開示は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の範囲にある場合、このような修正形態および変更形態を網羅することが意図されている。本開示の例示の実施形態は、例示の目的でターボ機械のためのエーロフォイルの作製の文脈で概ね記載されているが、当業者は、本開示の実施形態が、他の物品の製造にも適用されてよく、特許請求の範囲において具体的に列記されなければ、ターボ機械のためのエーロフォイルを作製するための方法に限定されるものではないことを容易に理解するであろう。例えば他の例示の実施形態では、本開示の態様を利用して航空機産業の文脈で利用するためのエーロフォイルを作製する場合もある。
【００１４】
本明細書で使用される用語「第１の」、「第２の」および「第３の」は、１つの構成要素を別のものと区別するために相互に交換可能に使用されてよく、個々の構成要素の場所や重要性を表すことは意図されていない。同様に用語「付近の」および「遠くの」は、特定の物品または構成要素の相対的な位置を示すのに使用されてよく、前記物品または構成要素のいずれの機能または設計も表すことは意図されていない。
【００１５】
次に図面を参照すると、図１は、本開示の種々の実施形態による一例のタービン１０の簡素化された側部断面図を提供している。図１に示されるように、タービン１０は一般に、ロータ１２と、タービン１０を通るガス路１６を少なくとも部分的に画定するケーシング１４とを含む。ロータ１２は概ね、タービン１０の軸方向の中心線１８と位置合わせされ、発電機、圧縮器または別の機械に接続されることで仕事を生み出すことができる。ロータ１２は、揃って回転するようにボルト２４によって一緒に接続されたロータホイール２０とロータスペーサ２２の交互のセクションを含む。ケーシング１４は、ロータ１２の少なくとも一部を円周方向に囲むことで、ガス路１６を通って流れる圧縮作用流体２６を中に含む。圧縮作用流体２６は、例えば燃焼ガス、圧縮空気、飽和蒸気、不飽和蒸気またはそれらの組み合わせを含む場合がある。
【００１６】
図１に示されるように、タービン１０はさらに、ロータ１２とケーシング１４の間に半径方向に延在する動翼３０と静翼３２の交互の段を含む。動翼３０は、ロータ１２の周りに円周方向に配置され、種々の手段を使用してロータホイール２０に接続されてよい。対照的に静翼３２は、ロータスペーサ２２から向かい合わせのケーシング１４の内側を囲むように周辺部に配置されてよい。動翼３０および静翼３２は一般にエーロフォイル形状を有し、当分野で知られるように凹面の加圧側と、凸面の吸引側と、前縁および後縁とを備える。圧縮作用流体２６は、図１に示されるようにガス路１６に沿って左から右にタービン１０内を通って流れる。圧縮作用流体２６が、動翼３０の第１の段を通過する際、圧縮作用流体が膨張し、動翼３０、ロータホイール２０、ロータスペーサ２２、ボルト２４およびロータ１２を回転させる。圧縮作用流体２６はその後、静翼３２の次の段を横切るように流れ、この静翼が圧縮作用流体２６を加速させ動翼３０の次の段に再度誘導し、次に続く段に対してこの工程が繰り返される。図１に示される例示の実施形態では、タービン１０は、動翼３０の３つの段の間に静翼３２の２つの段を有するが、当業者は、特許請求の範囲に特に列記されない限り動翼３０および静翼３２の段の数は、本開示に限定されないことを容易に理解するであろう。
【００１７】
図２は、本開示によって動翼３０または静翼３２に採用することができるような一例のエーロフォイル３８の斜視図を提供している。図２に示されるように、エーロフォイル３８は一般に凹面曲率を有する加圧側４２と、凸面曲率を有し加圧側４２と対向する吸引側４４とを含む。加圧側および吸引側４２、４４は、互いから隔てられることで、加圧側４２と吸引側４４の間でエーロフォイル３８の内部に空洞４６を画定する。空洞４６は、冷却媒体がエーロフォイル３８の内部を流れるための蛇行するまたは曲がりくねった経路を提供することで、エーロフォイル３８から伝導的におよび／または対流式に熱を除去することができる。加えて、加圧側および吸引側４２、４４はさらに結合することで、エーロフォイル３８の上流部分に前縁４８を形成し、エーロフォイル３８の下流部分に空洞４６から下流の後縁５０を形成する。加圧側４２、吸引側４４、前縁４８および／または後縁５０における複数の冷却通路５２が、エーロフォイル３８内を通り抜ける空洞４６からの体連通を実現することでエーロフォイル３８の外側表面にわたって冷却媒体を提供することができる。図２に示されるように、例えば冷却通路５２は、前縁および後縁４８、５０に、ならびに／あるいは加圧側および吸引側４２、４４のいずれかまたは両方に沿って配置されてよい。当業者は、冷却通路５２の数および／または位置は、特定の実施形態によって変わる可能性があり、空洞４６の設計によっても変わる可能性があることを容易に理解するであろう。したがって本開示は、特許請求の範囲に特に列記されなければ、冷却通路５２の任意の特定の数または位置あるいは空洞４６の設計に限定されるものではない。特定の例示の実施形態において、サーマルバリアコーティング３６が、エーロフォイル３８の外側表面３４の少なくとも一部にわたって塗布される場合がある（図３および図４を参照）。サーマルバリアコーティング３６は、塗布される場合、熱に対する低い放射率または高い反射率、滑らかな仕上げおよび／または下にある外側表面３４に対する優れた密着性を含んでよい。
【００１８】
次に図３および図４を参照すると、本開示の一例のシステム４０の斜視図が提供されている。図５から図１２を通して参照して以下により詳細に考察するように、システム４０は、例えばエーロフォイル３８の作製において、より具体的にはエーロフォイル３８における１つまたは複数の穴または冷却通路５２の穴開け作業において使用されてよい。
【００１９】
例示のシステム４０は、閉じ込められたレーザビーム６０をエーロフォイル３８の近くの壁７２に向けて誘導するように構成されたレーザドリル４１を含んでよく、閉じ込められたレーザビーム６０は、軸方向ＡLを画定している。より具体的にはレーザドリル４１の種々の実施形態は一般に、レーザ４２と、コリメータ４４と、制御装置４５とを含むことができる。レーザ４２は、レーザビーム４８を生成することが可能な任意の装置を含むことができる。単なる一例という目的で、特定の例示の実施形態において、レーザ４２は、おおよそ１０〜５０ｋＨｚのパルス周波数、おおよそ５００〜５５０ｎｍの波長、おおよそ１０〜１００Ｗの平均出力で集束レーザビームを生成することが可能な光励起形のＮｄ：ＹＡＧレーザであってよい。
【００２０】
図３および図４に示される特定の実施形態において、レーザ４２は、レンズ５０を介してコリメータ４４までレーザビーム４８を誘導する。本明細書で使用されるようにコリメータ４４は、粒子または波のビームを絞るおよび／または一列に揃えることで、ビームの空間断面が小さくなるようにする任意の装置を含む。例えば図３および図４に示されるように、コリメータ４４は、レーザビーム４８を例えば脱イオン化した水または濾過水などの流体５４と共に収容するチャンバ５１を含む場合がある。おおよそ２０〜１５０ミクロンの直径を有する開口またはノズル５６が、流体コラム５８内のレーザビーム４８をエーロフォイル３８に向けて誘導する。流体コラム５８は、平方インチ当たりおおよそ７００〜１，５００ポンドの圧力を有することができる。しかしながら本開示は、特許請求の範囲において特に列記されなければ流体コラム５８に関する任意の特定の圧力またはノズル５６に関する直径に限定されるものではない。
【００２１】
図３および図４における拡大図に示されるように、流体コラム５８は、空気によって周囲を囲まれ、レーザビーム４８のために光ガイドとして作用することで、エーロフォイル３８に誘導される集光されたまたは閉じ込められたレーザビーム６０を形成することができる。本開示の特定の例示の実施形態において、閉じ込められたレーザビーム６０は、水誘導レーザビームであってよく、レーザドリル４１は、水誘導レーザビームドリルであってよい。閉じ込められたレーザビーム６０は、エーロフォイル３８の外側表面３４を研磨し、最終的にはエーロフォイル３８を通り抜ける所望の冷却通路５２を形成することができる。とりわけ図３は、レーザビーム６０がエーロフォイル３８の近くの壁７２を「突き破る」前のシステム４０を描いており、その一方で図４はレーザビーム６０がエーロフォイル３８の近くの壁７２を突き破った後のシステム４０を描いている。
【００２２】
本明細書で使用されるように、用語「突き破る（貫通する）」「突き破っている（貫通している）およびそれと同種の用語は、レーザ６０が、レーザ６０の軸ＡLに沿って存在するエーロフォイル３８の近くの壁７２を構成する材料の連続する部分を除去する際、前記レーザ６０の少なくとも一部が、例えばエーロフォイル３８の空洞４６を貫通するように通過することができることを指している。さらに貫通は、近くの壁７２の最後の部分を除去し、近くの壁７２を最初に通過するレーザの作用を表す、あるいはレーザがエーロフォイル３８の近くの壁７２を通過している任意の連続する時間を表すのに使用される場合がある。
【００２３】
図３および図４を連続して参照すると、システム４０は、一例のバックストライク保護システム８４をさらに含んでいる。例示のバックストライク保護システム８４は、エーロフォイル３８の内部を流れるガス８０を含む。本明細書で使用されるように用語「ガス」は、いずれの気体媒体も含むことができる。例えばガス８０は、不活性ガス、真空状態、飽和蒸気、過熱蒸気またはエーロフォイル３８の空洞４６の内部でガスコラム８２を形成することができる任意の他の好適なガスであってよい。エーロフォイル３８の内部を流れるガス８０は、流体コラム５８内のガスまたは液体の圧力とおおよそ見合った、かつエーロフォイル３８の空洞４６内の流体コラム５８を中断するのに十分な圧力を有することができる。例えば特定の例示の実施形態において、エーロフォイル３８内を流れるガス８０は、おおよそ平方インチ当たり２５ポンドを超える圧力を有し得るが、本開示は、特許請求の範囲において特に列記されなければガス８０に関して任意の特定の圧力に限定されるものではない。
【００２４】
図４に最も明確に示されるように、ガス８０は、一列に揃えることで流体コラム５８および／またはエーロフォイル３８内の空洞４６の内部に閉じ込められたレーザビーム６０と交差することができる。特定の実施形態において、ガス８０は、流体コラム５８とほぼ直交するように揃えられてよく、その一方で他の特定の実施形態ではガス８０は、流体コラム５８および／または閉じ込められたレーザビーム６０に対して斜角でまたは鋭角で揃えられる場合もある。ガス８０がエーロフォイル３８の内部の流体コラム５８と交差する際、ガス８０は、流体コラム５８を中断するおよび／またはエーロフォイル３８の空洞４６内の閉じ込められたレーザビーム６０を散乱させる。この方法において、ガス８０は、閉じ込められたレーザビーム６０が近くの壁７２において新たに形成された冷却通路５２と対向するエーロフォイル３８の空洞４６の内側表面にぶつかるのを阻止する。
【００２５】
図３および図４の例示のシステム４０は付加的に、制御装置４５に作動可能に接続され、制御装置４５に信号６８を送信するように構成されたセンサ６６と、センサ６７とを含む。特定の例示の実施形態において、センサ６６、６７は、カメラ、マイクロフォン、フォトダイオード、流体センサまたはレーザドリル４１の作業条件を監視するのに適した任意の他のセンサであってよい。例えば１つまたは複数のセンサ６６、６７がカメラである場合、１つまたは複数のセンサ６６、６７は、穴開け地点からすなわちレーザビーム６０によって画定される軸ＡLがエーロフォイル３８の近くの壁７２と交差する場所から発する光の量、光の強度、またはその両方を検知することができる。より詳細には、このような一実施形態において、センサ６６は、穴開け地点から直接発する光を検知することができるのに対して、センサ６７は、穴開け地点から反射された周囲の表面７６における光を検知することができる。本明細書で使用されるように、周囲の表面は、穴開け地点に対する見通し線を有するシステム４０の環境における任意の表面を指す。さらにこのような一例の実施形態において、カメラは、１秒当たり１００フレーム以下のシャッター速度を有することができる、あるいは１秒当たり８０フレーム以下のシャッター速度、１秒当たり４０フレーム以下のシャッター速度または１秒当たり２０フレーム以下のシャッター速度を有する場合がある。しかしながら本開示は、特許請求の範囲において特に限定されなければ、任意の特定のセンサタイプまたはカメラのシャッター速度に限定されるものではない。
【００２６】
付加的に、本開示の他の例示の実施形態においてシステム４０は、上記に記載したいずれかの場所にあるいはシステム４０の作業条件を監視する任意の他の好適な場所に位置決めされた１つのセンサを含むだけの場合もあることを理解されたい。例えば他の実施形態において、単一のセンサが、エーロフォイルの空洞４６内に配置され、光、流体または任意の他の条件を検知するように構成される場合もある。
【００２７】
図３および図４の例示のシステム４０をさらに参照すると、制御装置４５は、任意の好適なプロセッサベースの計算デバイスであってよく、レーザドリル４１、センサ６６、６７およびバックストライク保護システム８４と作動可能に通信することができる。例えば好適な制御装置４５には、パーソナルコンピュータ、携帯電話（スマートフォンを含めた）、パーソナルデジタルアシスタント、タブレット、ラップトップ、デスクトップ、ワークステーション、ゲームコンソール、サーバー、他のコンピュータおよび／または任意の他の好適な計算デバイスが含まれてよい。図３および図４に示されるように、制御装置４５は、１つまたは複数のプロセッサ６２と、関連するメモリ６４とを含むことができる。プロセッサ６２は一般に、当分野で既知の任意の好適な処理デバイスであってよい。同様にメモリ６４は一般に、任意の好適なコンピュータ読み取り可能媒体またはメディアであってよく、これに限定するものではないがＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブまたは他のメモリデバイスが含まれる。一般的に理解されるように、メモリ６４は、プロセッサ６２によってアクセス可能な情報を記憶するように構成されてよく、これにはプロセッサ６２によって実行することができる指示または論理７０が含まれる。指示または論理７０は、プロセッサ６２によって実行される際、プロセッサ６２が所望の機能性を実行させる任意のセットの指示であってよい。例えば、指示または論理７０は、コンピュータ読み取り可能形式で与えられるソフトウェア指示の場合がある。ソフトウェアが使用される際、任意の好適なプログラミング言語、スクリプト言語または他のタイプの言語または言語の組み合わせが使用されることで本明細書に含まれる教示を実施することができる。本開示の特定の実施形態において、例えば指示または論理７０は、図５、図９、図１０および図１２を参照して以下に記載される１つまたは複数の方法を実施するように構成されてよい。あるいは指示は、配線論理７０またはこれに限定するものではないが特定用途向け回路を含めた他の回路によって実施される場合もある。
【００２８】
次に図５を参照すると、エーロフォイルを作製する一例の方法のフロー図が提供されている。より詳細には、図５のフロー図は、エーロフォイルに穴開けするための一例の方法１００を例示している。
【００２９】
１０２における方法は、エーロフォイルの近くの壁に向けてレーザドリルを誘導して最初の穴を開け始めるステップを含む。１０２における方法はさらに、レーザドリルを始動しエーロフォイルの近くの壁に穴開けするステップを含むことができる。レーザドリルは、エーロフォイルに対する開始位置と、レーザの軸とエーロフォイルの近くの壁の間の穴開け角度とを画定することができる。最初の穴は、エーロフォイルの近くの壁における冷却通路であってよく、エーロフォイルは、ターボ機械のタービンにおいて使用するように構成されてよい。近くの壁は、エーロフォイル内に画定された空洞に隣接するように位置決めされてよく、エーロフォイルは付加的に、近くの壁から空洞の反対側に位置決めされた遠くの壁を含むことができる。レーザドリルは、レーザを利用する任意の好適なレーザドリルであってよい。例えば本開示の特定の例示の態様において、１０２においてエーロフォイルの近くの壁に向けて誘導されるレーザドリルは、図３および図４を参照して上記に記載したレーザドリルであってよく、これはパルスレーザと、閉じ込められたレーザビームとを利用する。
【００３０】
例示の方法１００はさらに、１０４においてエーロフォイルのサーマルバリアコーティングを通り抜けるように穴開けするステップと、１０６におけるエーロフォイルの下層の金属層を通り抜けるように穴開けするためにレーザを調節するステップとを含む。１０６におけるレーザの調節ステップは、レーザの１つまたは複数のパラメータを調節するステップを含む場合があり、例えば出力、パルスレート、周波数、流体圧力、波長などである。同様に他のパラメータも調節することが望ましい場合もある。レーザドリルは、最初の穴を開け作業の開始から所定の時間の後の金属層を通り抜ける穴開け作業に備えて調節されてよい、あるいはレーザドリルは、レーザドリルがサーマルバリアコーティングを通り抜けて穴開けしたことを示す１つまたは複数のセンサから感知された作業条件に基づいて調節される場合もある。しかしながら本開示の他の例示の態様において、方法１００が、１０４および／または１０６を含まない場合もあることを理解されたい。例えば、特定の例示の実施形態において、エーロフォイルがサーマルバリアコーティングを含まない場合もある、あるいはレーザに関する同様の設定がサーマルバリアコーティングおよび下層を通り抜ける穴開け作業に利用される場合もある。
【００３１】
続けて図５を参照すると、方法１００はさらに、１０８において最初の穴のための貫通チェックを始動するステップと、１１０におけるエーロフォイルの空洞内でバックストライク保護を始動するステップと、１１１におけるエーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルのレーザの最初の貫通を判定するステップとを含む。
【００３２】
１０８における貫通チェックは、最初の穴の穴開け作業の開始から、あるいはエーロフォイルの下層の金属層を通り抜ける穴開け作業の開始から所定の時間の範囲内で１１１において最初の貫通が判定されることを保証することができる。同様に以下で考察するように、１０８における貫通チェックは、穴の完成が１１９において所定の時間の範囲内で判定されることを保証することができる。これらの事象のそれぞれに関する所定の時間は、例えば開けられる穴、エーロフォイル、エーロフォイルにおける穴の場所、それらの組み合わせに左右される可能性がある。一般に、所定の時間は、その事象に関する予測される時間を超えることになるであろう。例えば特定の例示の実施形態において、所定の時間は、予測される貫通または完成の後の固定された時間であり得る（例えば５秒長い、または１０秒長い）、あるいは予測される時間の特定の割合であり得る（例えば２０パーセント（％）長い、または３０パーセント（％）長い）。貫通および／または穴の完成が、１１１または１１９においてそれぞれ所定の時間の範囲内で判定されない場合、このとき方法１００は、レーザドリルを停止する、および／またはセンサ、レーザドリル、またはその両方に問題が生じている可能性があることを操作者に伝えることができる。あるいは方法１００は、問題を診断するように自動的に試み、例えばレーザドリルを停止する前に閉じ込められたレーザビームに関する流体ストリームをパージすることによって問題を改善するステップを含む場合もある。
【００３３】
１１０において始動されるバックストライク保護は、レーザドリルからのレーザからエーロフォイルの空洞を保護するように構成された任意の好適なバックストライク保護方法または機構であってよい。１つの例示の態様において、例えば１１０において始動されるバックストライク保護は、図３および図４を参照して上記に記載したバックストライク保護システム８４であってよい。このような一例の実施形態において、１１０においてバックストライク保護を始動するステップは、エーロフォイルの空洞を通るように流体を流すことで流体コラムおよび／またはレーザドリルからの閉じ込められたレーザビームを中断することができる。付加的にバックストライク保護は、感知された作業条件に基づいて１１０において始動されてよい、あるいは例えば最初の穴の穴開け作業の開始から、またはエーロフォイルの下層の金属層を通り抜ける穴開け作業の開始から所定の時間の後に自動的に始動される場合もある。１０８における貫通チェックと同様に、１１０においてバックストライク保護を始動するための所定の時間は、例えば開けられる穴、エーロフォイル、エーロフォイルにおける穴の場所またはそれらの組み合わせに左右される可能性がある。例えば特定の例示の実施形態において、所定の時間は、予測される貫通に対して固定された時間であり得る（例えば５秒短い、または１０秒短い）、あるいは予測される時間の特定の割合であり得る（例えば２０パーセント（％）短い、または３０パーセント（％）短い）。
【００３４】
述べたように、例示の方法１００はさらに、１１１においてエーロフォイルの近くの壁を貫通するレーザの最初の貫通を判定するステップを含む。例示の方法１００は、１１１における最初の貫通を判定するために任意の好適な方法またはシステムを利用する場合がある。例えば特定の例示の実施形態において、方法１００は、図９を参照して以下により詳細に記載されるように穴開け作業の進行を判定するために１１１において１つまたは複数の方法１５０の態様を利用する場合がある。
【００３５】
さらに図５を参照すると、１１１におけるエーロフォイルの近くの壁を貫通するレーザドリルの貫通の判定ステップの後に、方法１００は１１２において穴開けサブルーチンを開始するステップを含む。穴開けサブルーチンは、レーザドリルの連続作動を含む、またはより詳細には、最初の穴を穴開けする際のレーザドリルの連続作動を含むことができる。そういうものとして方法１００は、穴開けサブルーチンを利用してエーロフォイルの近くの壁に最初の穴を開ける作業を完了するステップを含む場合がある。このような工程によってより完璧な穴、すなわち冷却通路がエーロフォイル内に完成することになり、例えばターボ機械のタービンにおけるエーロフォイルの利用に際してそこを通る冷却媒体の改善された流体流れを可能にすることができる。
【００３６】
図５の例示の方法１００に関して、１１２において穴開けサブルーチンを開始するステップは、１１４においてレーザの１つまたは複数のパラメータを調節するステップを含む場合がある。レーザの１つまたは複数のパラメータには、例えばパルスレート、周波数、流体圧力、波長、出力またはそれらの組み合わせが含まれてよい。例えばレーザの出力およびパルスレートを下げることによって、穴の完成に近いとき、レーザドリルが利用するレーザの強度を低下させることが望ましい場合がある。さらにレーザが閉じ込められたレーザビームである場合、流体コラムの流体圧力をこれに対応させて低下させることが望ましい場合がある。このような低下は、レーザが近くの壁を突き破った後、但し最初の穴が完成する前にエーロフォイルの空洞に対する損傷のリスクを軽減させる可能性がある。
【００３７】
付加的にまたは代替として、１１２における穴開けサブルーチンを開始するステップは、レーザドリルの位置、レーザドリルの角度またはその両方を１１６において調節するステップを含む場合がある。より詳細には、穴開けサブルーチンは１１６において、最初の穴の幾何学形状を成形するためにレーザドリルを開始位置すなわち最初の位置から第２の位置に移動させるステップを含む場合がある。穴開けサブルーチンはまた１１６において、レーザドリルの穴開け角度（すなわちレーザの軸と、エーロフォイルの近くの壁の表面の間に画定される角度）を調節するステップを含む場合がある。エーロフォイルに対するレーザドリルの角度、エーロフォイルに対するレーザドリルの位置またはその両方を調節することによって、最初の穴の幾何学形状が最適になり、そこを通る冷却媒体の流体流れを改善することを可能にする。例えばエーロフォイルに対するレーザドリルの角度、エーロフォイルに対するレーザドリルの位置またはその両方を調節することによって、図６に描かれるものなどの切頭円錐形状の穴が穴開けされる場合がある。図６の例示の実施形態に関して、ＡLは、レーザドリルが作動し得る種々の位置および角度を表している。とりわけこのような一例の実施形態において、レーザドリルは、前方、後方、左、右、上、下およびエーロフォイルに対して角度を成して移動することが可能であり得る。
【００３８】
さらに１１２における穴開けサブルーチンを開始するステップは、１１８において所定の時間にわたってレーザドリルを作動させるステップを含む場合がる。所定の時間は、最初の穴をほぼ完成させるのにレーザドリルにとって十分であると特定された任意の時間であってよく、例えばエーロフォイル、エーロフォイルにおける穴の場所、穴開けされる特定の穴などに左右される可能性がある。本明細書で使用されるように、「ほぼ完成した」とは、所望の幾何学形状を有する穴または冷却通路を指している。例えば穴は、例えば図４において近くの壁に描かれる穴のように穴が円筒形状を有するとほぼ完成しており、あるいは図６に描かれる穴のように切頭円錐形状を有するときにほぼ完成している。
【００３９】
しかしながら例示の方法１００は、１１２において、１１４、１１６および１１８の任意の組み合わせを含む場合もあることを理解されたい。例えば例示の方法１００は、１１４、１１６および１１８を連続して、同時に、または任意の他の順番で含む場合がある。さらに本開示の他の例示の態様において、例示の方法１００は付加的にまたは代替として、１１２において任意の他の適切な穴開けサブルーチンを開始するステップを含む場合もあることを理解されたい。例えば、方法１００は、レーザドリルの連続作動を命じることによってエーロフォイルの近くの壁における最初の穴開け作業の完成をもたらすように構成された１１２における任意の他の穴開けサブルーチンを含む場合がある。付加的に方法１００の他の例示の態様において、１１２において開始される穴開けサブルーチンは、例えばバックストライク保護を始動するまたはその流体圧力を調節することなど、システムの他の特徴を開始するまたは調節するステップを含む場合がある。このような一例の態様において、例示の方法１００は、必ずしも１１０を含むものではない。
【００４０】
本開示の他の例示の態様において、例示の方法１００は、任意の好適な順序でおよび／または互いと同時に上記のステップを含む場合があることも理解されたい。さらに例示の方法１００は、適切ならば追加のステップを含む場合もある。例えば本開示の他の例示の態様において、例示の方法１００は付加的に、最初の穴を穴開け作業の間エーロフォイルに対して特定のパターンでレーザドリルを移動させるステップを含む場合がある。このパターンは、図７に描かれるパターンなど渦巻きパターン２００であってよい。このような一実施形態において、レーザドリルは、中心位置２０２から渦巻き線２０４に沿ってそれが終端地点２０６に達するまで移動することができる。レーザドリルがひとたび終端地点２０６に達すると、レーザドリルは渦巻き線２０４に沿って中心２０２に戻るように移動することができる、中心２０２に向かって後ずさりすることができる、あるいは図７に描かれるものとは逆に渦巻き状の経路に沿って中心２０２に向かって戻るように移動することができる。レーザドリルをエーロフォイルに対して渦巻き状のパターン２００で移動させることによって、レーザドリルは、より低いアスペクト比（すなわち穴の高さと幅の比率）でエーロフォイルの近くの壁に穴を開けることができ、その一方で壁の一部が空洞に落下してエーロフォイルに損傷させる可能性を最小限にすることができる。渦巻き状の穴開けパターンで穴開けする作業は、穴開け工程を通して図８（ａ）、８（ｂ）および８（ｃ）に示される断面を有する穴を形成することができる。より詳細には、穴は、レーザが近くの壁を突き破る前は図８（ａ）の断面を有し、レーザが近くの壁を最初に突き破った後は図８（ｂ）の断面を有し、穴が完成した後は図８（ｃ）の断面を有することができる。よってこのような例示の態様において、方法１００はさらに、１１１において複数の貫通を判定するステップと、１１２において前記貫通の１つまたは複数の後穴開けサブルーチンを開始するステップとを含む場合がある。さらにこのような一例の態様はさらに、例えば図３および図４に描かれるセンサ６６などのセンサを移動させてレーザドリルの移動に対応させるステップを含む場合がある。
【００４１】
続けて図５を参照すると、例示の方法１００はさらに、１１９における最初の穴が完成したことを判定し最初の穴のレーザ穴開け作業を終えるステップと、１２０におけるレーザドリルをエーロフォイルに対して第２の穴へと移動させるステップとを含む。方法１００は、１１９において穴が完成したことを判定するための適切な手段を利用する場合がある。例えば本開示の特定の例示の態様において、方法１００は、図１０を参照して以下に記載した方法１８０の１つまたは複数の態様、あるいは図１２を参照して以下に記載される方法１９０の１つまたは複数の態様を利用する場合がある。しかしながら本開示の例示の態様において、方法１００は１１９および／または１２０を含まない場合もあることを理解されたい。
【００４２】
次に図９を参照すると、穴開け作業の進行を判定するための例示の方法１５０のフロー図が提供されている。より詳細には、図９のフロー図は、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザの貫通を判定するための一例の方法１５０を例示している。
【００４３】
例示の方法１５０は、１５２においてレーザドリルの作動中の作業条件を感知するステップを含む。感知された作業条件は、エーロフォイルの近くの壁における穴開け作業の進行または状況を示す任意の測定可能な条件であってよい。例えば作業条件は、光の量、光の強度またはその両方であってよい。レーザドリルの作動中、レーザがエーロフォイルに接触しこれを研磨するところにプラズマが形成されてよい。プラズマは、穴が近くの壁に開けられる開始点で開口の周辺にまたは開口から直接比較的強い大量の光を放出することができる。しかしながらレーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破る際、穴から出てくる光の量および／または強度が、所定の閾値を下回るまで低下する場合があり、これはレーザドリルがエーロフォイルの最初の壁を突き破ったことを示している。とりわけ感知された作業条件が、光の量、光の強度またはその両方である場合、作業条件は、例えば図３および図４を参照して上記に記載され、穴開け地点（すなわちプラズマが形成される場所または穴が開けられる開始点において）から、あるいは周辺の場所から作業条件を感知するように構成されたセンサを使用して感知することができる。
【００４４】
しかしながら本開示の他の例示の態様において、作業条件は、レーザドリルの作動中レーザによって生成される衝撃波の周波数である場合もある。付加的にまたは代替として、作業条件は、ドリルの作動中レーザによって生成される衝撃波の波長である場合もある。衝撃波は、エーロフォイルの近くの壁に開けられる穴から反射され、穴に近接して位置決めされた１つまたは複数のセンサを使用して検知されてよい。例えば１つまたは複数のセンサは、図３および図４に描かれるセンサ６６など穴に向けて誘導されるマイクロフォンであってよい。しかしながら他の例示の態様では、レーザ穴開け作業の進行または状況を示す任意の他の作業条件が感知される場合もある。例えば他の例示の実施形態では、方法１５０は、エーロフォイルにおける超音波、周辺空気中の超音波、またはその両方を感知する場合もある。
【００４５】
図９をさらに参照すると、方法１５０は付加的に１５４において、エーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザの貫通を示す作業条件の変化を感知するステップを含む。１５４における作業条件の感知された変化は、所定の閾値をはるかに超える変化である場合もあり、この場合所定の閾値は、作業条件、開けられる穴のタイプ、エーロフォイルにおける穴の場所および／または任意の他の好適なパラメータに固有である。さらに所定の閾値は、感知された作業条件におけるいずれの予測されるノイズまたは他の偏差を上回る可能性もある。
【００４６】
例示の方法１５０は付加的に１５６において、追加のデータを収集するために作業条件において感知された変化の後の一定の時間にわたって作業条件を感知するステップを含む。１５４における作業条件の感知された変化の後に１５６において作業条件を感知することによって、例示の方法１５０は、レーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破ったことを１５８においてより正確に判定することができる。より詳細には１５４における作業条件の感知された変化の後に１５６において作業条件を感知することによって、１５４における作業条件の感知された変化の後に収集されたデータが同様に処理され考慮されるため、１５８において判定を行なう際に増大したデータ量を考慮することができる。例えばこのような一例の態様において、データは、種々の形態の論理を利用して分析および／または処理されることで、１５８における判定の精度および精密度を上げることができる。より具体的にはこのような一例の態様において、方法１５０は、例えばＰＩＤ（比例積分偏差）制御論理、ニューラル制御論理、ファジー制御論理、スクエア制御論理などを利用する場合がある。よってこのような方法は、感知されたデータにおけるノイズによって影響される単一のまたは少数のデータポイントに基づいた、あるいは例えばレーザのパルス間で感知されたデータポイントに基づいた不正確な判定を行なうリスクを抑えることができる。
【００４７】
したがって例示の方法１５０は、レーザドリルが利用するレーザのパルスレートよりずっと小さい周波数で１５２において作業条件を感知することができ、このようなステップを含むことができ、その一方で１５８において正確な判定をさらに可能にすることができる。例えば図３および図４を参照して上記で考察したように、作業条件が光の量である場合、１秒当たり約２０フレームのシャッター速度を有するカメラを使用して作業条件を感知し、レーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破るときを正確に判定することができる。
【００４８】
例示の方法１５０をさらに参照すると、特定の例示の態様において、１５４における作業条件の変化を感知した後に１５６において作業条件が感知される時間は、固定された時間であってよい。例えばその時間は、０．２５秒、０．５秒、１秒、１．５秒、２秒またはそれ以上であってよい。あるいはこの時間は、作業条件が感知されたときの周波数に基づく場合もある。例えば１５６におけるこの時間は、追加の１０データポイント、追加の２５データポイント、追加の５０データポイントまたはそれ以上を収集するのにセンサにとって十分な時間であってよい。しかしながら他の例示の態様では、１５６において作業条件が感知される時間は、０．２５秒未満である場合もある、あるいはその時間は、追加の１０データポイントを収集するのに必要とされるものより少ない場合もある。あるいは他の例示の態様では、任意の他の好適な基準を利用して適切な時間を判定する場合もある。例えばこの時間は、レーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破ったことを確認する追加の１０データポイントを収集するのにセンサにとって必要な可変の時間であてよい。
【００４９】
付加的に、例示の方法１５０は、図５を参照して上記に記載した例示の方法１００に組み込まれる場合もある。これにより本開示の他の例示の態様では、例示の方法１５０は、エーロフォイルの空洞においてバックストライク保護を始動するステップ、１５４において作業条件の変化を感知した後エーロフォイルの近くの壁に穴を開け続けるステップなどを含む場合がある。さらに例示の方法１５０を使用してレーザドリルからのレーザの最初の貫通を判定することができる、あるいは他の例示に態様では例えばレーザドリルのレーザの貫通の後にレーザドリルがエーロフォイルに対して特定のパターンで移動する場合その後の貫通を判定する場合があることを理解されたい。付加的にまたは代替として、例示の方法１５０は他の例示の態様において、レーザドリルのレーザがもはや貫通しておらず、エーロフォイルの近くの壁に再度穴開け作業を開始したことを判定するのに使用される場合もある。このようなケースは、レーザドリルが図７に描かれた渦巻き状のパターンで移動するケースであってよく、エーロフォイルの近くの壁における穴はだ完全に完成されていない（図８（ｂ）に描かれるように）。
【００５０】
次に図１０を参照すると、エーロフォイルに穴開けする一例の方法が提供されており、あるいはより詳細にはエーロフォイルに最初の穴を開ける作業が完了したことを判定する一例の方法１８０が提供されている。例示の方法１８０は、１８２における最初の穴に関する貫通の検知を始動するステップと、１８４におけるレーザドリルがエーロフォイルの近くの壁を突き破ったことを判定するステップとを含む。図１０の例示の方法１８０の場合、任意の好適な貫通検知が利用されてよく、レーザドリルが貫通したことを判定するための任意の好適な方法が利用されてよい。例えば特定の例示の実施形態では、１８２において始動される貫通検知および１８４においてレーザドリルからのレーザが突き破ったことを判定するステップが、図９を参照して上記で考察した例示の方法１５０の１つまたは複数の態様を組み込む、あるいはそうでなければそれを利用する場合もある。
【００５１】
例示の方法１８０はさらに１８６において、１８４においてレーザドリルがエーロフォイルの近くの壁を突き破ったことを判定してからの時間の長さを計算するステップと、１８８において計算された時間の長さに基づいてエーロフォイルの近くの壁における穴が完成したことを判定するステップとを含む。１８６において計算された時間の長さは、１８４において貫通が判定されるとすぐに始まり、１８８において穴が完成したことが判定されるまで、あるいはレーザがもはやエーロフォイルの近くの壁を貫通しなくなるまで継続してよい。付加的に、１８８において穴が完成したことを判定するステップは、この時間の長さを所定の時間と比較するステップを含んでよく、この場合所定の時間は、例えば穴のタイプまたは開けられる穴のパターン、エーロフォイル、エーロフォイルにおける穴の場所またはそれらの組み合わせに左右される。しかしながら他の例示の態様では、所定の時間は、最初の穴の穴開け作業をほぼ完成するのにレーザドリルにとって十分な任意の他の固定されたまたは可変の時間である場合もある。
【００５２】
特定の例示の態様において、レーザドリルは、図７に描かれる渦巻き状のパターンのようにエーロフォイルに対して特定のパターンで移動する場合がある。このような一例の態様において、方法１８０はさらに、１８４においてエーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルからのレーザの複数の貫通を判定するステップと、１８６におけるレーザが最も最近エーロフォイルの近くの壁を突き破ったときからの時間の長さを計算するステップとを含む場合がある。付加的にこのような一例の態様において、１８８において穴が完成したことを判定するステップが、この時間の長さをこのパターンに対応する所定の時間と比較するステップを含む場合がある。このパターンに対応する所定の時間は、例えばレーザドリルがパターンの完全なサイクルを完了する時間であってよい。さらに上記の例示の態様において、１８６において計算された時間の長さは、レーザが突き破った時間のみを指す場合があり、レーザドリルがエーロフォイルの近くの壁に再び穴開けすることが判定された際に中断することができる。
【００５３】
このような一例の態様の例示は、図１１のグラフ２２０に描かれており、この場合Ｘ軸は、エーロフォイルの近くの壁における穴の穴開け時間であり、Ｙ軸は、光の強度などの作業条件である。示されるように作業条件が２２２において貫通閾値ＢTを下回るまで低下する際、最初の貫通が判定される。２２４および２２６においてその後の貫通が判定される。最後の貫通からの時間の長さが所定の時間を超えたとき、最初の穴が完成したことが判定される。例えば穴は、２２８において完成したことが判定されてよい。この例示の実施形態の場合、時間の長さは、２２５においてレーザドリルがエーロフォイルの近くの壁に穴開けしたことが判定される際に「リセット」され、その後ゼロに向かって戻る、あるいはもっと正確に言えば第３の貫通が２２６において判定されたときゼロから再度カウントする。
【００５４】
とりわけ例示のグラフ２２０は、特定の量のノイズ２３２を含んでいる。しかしながら本開示の特定の例示の態様において、図１０の例示の方法１８０における１８４においてレーザが突き破ったことを判定するステップは、図９に関して上記に記載した例示の方法１５０の１つまたは複数の態様を含む場合がある。よって誤ってノイズ２３２を貫通とみなすリスクを最小限にすることができる。
【００５５】
次に図１２を参照すると、エーロフォイルに穴開けする別の例示の方法が提供されており、あるいはより詳細にはエーロフォイルに最初の穴開け作業が完了したことを判定する別の例示の方法１９０が提供されている。例示の方法１９０は、例えばレーザドリルがエーロフォイルに最初の穴を開ける際、エーロフォイルに対して特定のパターンで移動する際に利用されてよい。特定の例示の態様において、このパターンは図７によって描かれる渦巻き状のパターンであってよい。
【００５６】
方法１９０は、１９２における最初の穴のための貫通検知を始動するステップと、１９４における近くの壁を通り抜けるレーザドリルの複数の貫通を判定するステップと、１９６におけるエーロフォイルの近くの壁を通り抜けるレーザドリルの連続する貫通の間の時間の長さを計算するステップとを含む。付加的に方法１９０は、１９８において連続する貫通の間の時間の長さに基づいて近くの壁を通り抜ける穴が完成したことを判定するステップを含む。この時間の長さは、レーザドリルからのレーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破る時間のみを含む場合がある。より詳細には、この時間の長さは、１９４においてレーザがエーロフォイルの近くの壁を突き破ったことを判定すると始まり、レーザドリルが再度エーロフォイルの近くの壁に穴開けすることを判定すると中断してよい。
【００５７】
本開示の特定の例示の態様において、穴が完成したことを判定するステップは、計算した時間の長さを所定の時間と比較するステップを含む。所定の時間は、例えば開けられる穴、エーロフォイル、エーロフォイルにおける穴の場所、それらの組み合わせに左右される場合がある。付加的にまたは代替として所定の時間はレーザドリルがエーロフォイルに対して移動するパターンに対応する場合もある。例えば所定の時間は、レーザドリルが、それが移動するパターンの１つのサイクルを完了する時間であってよい。それとは関係なく、所定の時間は、最初の穴の穴開け作業を完了するのにレーザドリルにとって十分であるように判断された時間であってよい。
【００５８】
方法１９０を使用する図１１の例示のグラフ２２０を参照すると、第２の貫通２２４と、レーザドリルが２２５において再度エーロフォイルの近くの壁への穴開け作業を開始する際との時間の長さが、開けられる穴に関する所定の時間を超える場合、穴は方法１９０の１９８において完成するように判定されてよい。このような一例の態様において、穴は、図１１に描かれる地点２２５において完成するように判定されてよい。
【００５９】
この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他および複数の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。
【符号の説明】
【００６０】
１０  タービン
１２  ロータ
１４  ケーシング
１６  ガス路
１８  軸方向の中心線
２０  ロータホイール
２２  ロータスペーサ
２４  ボルト
２６  圧縮作用流体
３０  動翼
３２  静翼
３４  外側表面
３６  サーマルバリアコーティング
３８  エーロフォイル
４０  システム
４１  レーザドリル
４２  加圧側、レーザ
４４  吸引側、コメリータ
４５  制御装置
４６  空洞
４８  前縁、レーザビーム
５０  後縁、レンズ
５１  チャンバ
５２  冷却通路
５４  流体
５６  ノズル
５８  流体コラム
６０  レーザ、レーザビーム
６２  プロセッサ
６４  メモリ
６６  センサ
６７  センサ
６８  信号
７０  配線論理
７２  近くの壁
７４  遠くの壁
ＡL  レーザの軸
７６  周囲の表面
８０  ガス
８２  ガスコラム
８４  バックストライク保護システム
１００  方法
１０２  ドリルを始動するステップ
１０４  ＴＢＣを通り抜けるように穴開けするステップ
１０６  レーザを調節するステップ
１０８  貫通チェックを始動するステップ
１１０  バックストライク保護を始動するステップ
１１１  最初の貫通を判定するステップ
１１２  レーザサブルーチンを開始するステップ
１１４  パラメータを調節するステップ
１１６  レーザドリルの位置／角度を調節するステップ
１１８  レーザドリルにおける連続作動
１１９  最初の穴が完成したことを判定するステップ
１２０  レーザドリルを移動させるステップ
１５０  穴開け作業を判定するための方法
１５２  作業条件を感知するステップ
１５４  作業条件における変化を感知するステップ
１５６  作業条件の感知を続けるステップ
１５８  レーザが突き破ったことを判定するステップ
１８０  穴の完成を判定するための方法
１８２  貫通検知を始動するステップ
１８４  レーザが突き破ったことを判定するステップ
１８６  特定の時間の長さを計算するステップ
１８８  穴が完成したことを判定するステップ
１９０  最初の穴が完成したことを判定するための方法
１９２  貫通検知を始動するステップ
１９４  複数の貫通を判定するステップ
１９６  特定の時間の長さを計算するステップ
１９８  穴が完成したことを判定するステップ
２００  渦巻きパターン、パターン
２０２  中心、中心位置
２０４  渦巻き線
２０６  終端地点
２２０  グラフ
２２２  第２の貫通
２２４  その後の貫通
２２５  レーザが新たな壁に穴開けすることを判定する
２２６  第３の貫通
２２８  穴が完成したことを判定する
２３２  ノイズ
ＢT  貫通閾値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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