(57)【要約】【課題】機械構成要素を測定するのに使用する測定装置を組立てる方法を提供する。【解決手段】本方法は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）を準備するステップを含む。本方法はまた、超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せて検査プローブを形成するステップを含む。検査プローブは、該検査プローブがＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時にＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するようにＣＭＭ上に取付けられる。【選択図】      図２
2011509402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械構成要素を測定するのに使用する測定装置を組立てる方法であって、
三次元座標測定機（ＣＭＭ）を準備するステップと、
超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せて検査プローブを形成するステップと、
前記検査プローブが前記ＣＭＭ機能を使用して前記機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時に前記ＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するように前記ＣＭＭ上に前記検査プローブを取付けるステップと、を含む、
方法。
【請求項２】
前記ＵＴ機能を使用して前記機械構成要素内における少なくとも１つの内部欠陥の位置を測定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ＣＭＭ機能を使用して前記検査プローブの座標を決定するステップと、
前記決定した座標を使用して前記少なくとも１つの内部欠陥の位置を表すステップと、
をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記検査プローブを使用してロータブレードのジオメトリを測定するステップをさらに含む、請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記機械構成要素の測定予定の少なくとも２つの側面の１つと接触状態で前記検査プローブを配置することによって、該少なくとも２つの側面のジオメトリを測定するステップをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記検査プローブを使用して、前記機械構成要素に対してほぼ垂直である表面を測定するステップをさらに含む、請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記機械構成要素の測定値を表示するステップをさらに含む、請求項１乃至６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
測定装置であって、
三次元座標測定機（ＣＭＭ）と、
超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せた検査プローブと、を含み、
前記検査プローブが、該検査プローブが前記ＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時に前記ＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するように前記ＣＭＭ上に取付けられる、
測定装置。
【請求項９】
前記機械構成要素内における少なくとも１つの内部欠陥の位置が、前記ＵＴ機能を使用して測定される、請求項８記載の測定装置。
【請求項１０】
前記検査プローブの座標が、前記ＣＭＭ機能を使用して決定され、
前記少なくとも１つの内部欠陥の位置が、前記決定した座標を使用して表される、
請求項９記載の測定装置。
【請求項１１】
前記検査プローブが、ロータブレードのジオメトリを測定するように構成される、請求項８乃至１０のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１２】
前記検査プローブが、前記機械構成要素の２つの側面の１つと接触状態で配置された時に該少なくとも２つの側面のジオメトリを測定するように構成される、請求項８乃至１１のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１３】
前記検査プローブが、前記機械構成要素に対してほぼ垂直である表面を測定するように構成される、請求項８乃至１２のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１４】
該測定装置が、ディスプレイに結合されて前記機械構成要素の測定値を表示するのを可能にする、請求項８乃至１３のいずれか１項記載の測定装置。
【請求項１５】
機械構成要素を測定するためのシステムであって、
測定装置を含み、前記測定装置が、
三次元座標測定機（ＣＭＭ）と、
超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せた検査プローブと、を含み、
前記検査プローブが、該検査プローブが前記ＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時に前記ＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するように前記ＣＭＭ上に取付けられ、
該システムが、前記測定装置に結合されて前記機械構成要素の測定値を表示するのを可能にするディスプレイをさらに含む、
システム。
【請求項１６】
前記機械構成要素内における少なくとも１つの内部欠陥の位置が、前記ＵＴ機能を使用して測定される、請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記検査プローブの座標が、前記ＣＭＭ機能を使用して決定され、
前記少なくとも１つの内部欠陥の位置が、前記決定した座標を使用して表される、
請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記検査プローブが、ロータブレードのジオメトリを測定するように構成される、請求項１５乃至１７のいずれか１項記載のシステム。
【請求項１９】
前記検査プローブが、前記機械構成要素の２つの側面の１つと接触状態で配置された時に該少なくとも２つの側面のジオメトリを測定するように構成される、請求項１５乃至１８のいずれか１項記載のシステム。
【請求項２０】
前記検査プローブが、前記機械構成要素に対してほぼ垂直である表面を測定するように構成される、請求項１５乃至１９のいずれか１項記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術領域は、総括的には測定プローブに関し、より具体的には、機械構成要素を測定するのに使用する測定プローブを組立てる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
実使用に配置するのに先立って、内部ジオメトリ又は狭い開口部を備えた少なくとも幾つかの公知のロータブレード又はその他の部品は、該ブレードがタービンエンジン内での使用に適した寸法を有することを保証するために、測定プローブを使用して測定される。多くの場合、公知のブレードは非破壊検査法により検査して、各ブレードが肉眼で見ることができない内部欠陥及び／又は割れを含まないことを保証される。従って、一般的にブレードの外部及び内部ジオメトリの両方を測定することが重要である。
【０００３】
ブレードを測定する公知の方法は、該ブレードの外部及び内部ジオメトリの両方を検査するために２つの別個のプロセスを必要とする。第１に少なくとも幾つかの公知のブレードは、該ブレードの内部ジオメトリを調べるコンピュータ断層撮影（ＣＴ）及び／又は超音波断層撮影（ＵＴ）の１つを使用して検査される。次に、三次元座標測定機（ＣＭＭ）プローブを利用して、ブレードの外部ジオメトリを検査する。従って、ＣＴ、ＣＭＭ及びＵＴの各個々のプロセスについて設定及び検査プロセスを完了するためには、極めて大きな時間を必要とする。さらに、現在ではＵＴ検査は、ロボットアームを必要とし、従ってブレードの輪郭に正確に沿ってアームを移動させるようにプログラムする予備検査プロセスを必要とする。
【０００４】
従って、公知の方法は一般的に、時間が掛かり、現場での検査に適しておらずかつ／又は費用が掛かる。さらに、ＣＭＭの場合には、深くかつ狭い開口部又は空洞を有する構成要素のような複雑なブレードジオメトリは、空洞ジオメトリを測定するためにＣＭＭプローブの複雑な設定及び／又は曲げを必要とする。さらに、圧縮機ブレードの場合には、ＣＭＭプローブは、該ブレードの正圧及び負圧側面の両方にわたって移動させる必要がある。加えて、ＣＭＭプローブは、ＣＡＤモデルを補正しかつ／又はポイント測定値を密にする必要がある。しかしながら、プローブ補正は一般的に、計算的に複雑なプロセスである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際特許出願第２００７／０２８９４１号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの態様では、機械構成要素を測定するのに使用する測定装置を組立てる方法を提供する。本方法は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）を準備するステップを含む。本方法はまた、超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せて検査プローブを形成するステップを含む。検査プローブは、該検査プローブがＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時にＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するようにＣＭＭ上に取付けられる。
【０００７】
別の態様では、測定装置を提供する。本測定装置は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）と、超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せた検査プローブとを含む。検査プローブは、該検査プローブがＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時にＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するようにＣＭＭ上に取付けられる。
【０００８】
さらに別の態様では、機械構成要素を測定するためのシステムを提供する。本システムは、測定装置を含み、測定装置は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）と、超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せた検査プローブとを含む。検査プローブは、該検査プローブがＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時にＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するようにＣＭＭ上に取付けられる。本システムはまた、測定装置に結合されて機械構成要素の測定値を表示するのを可能にするディスプレイを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】タービンエンジンロータブレードの例示的な実施形態を示す図。
【図２】図１に示すロータブレードを測定するために使用することができる例示的なシステムを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の例示的な実施形態は、それに限定されないがブレードのような機械構成要素を測定するためのシステムを提供する。本システムは、機械構成要素を測定するようになった測定プローブと、機械構成要素の測定値を表示するようになったディスプレイとを含む。
測定プローブは、超音波プローブに結合された三次元座標測定機（ＣＭＭ）プローブを含む。超音波プローブは、機械構成要素内における少なくとも１つの割れのような内部欠陥の位置を測定し、かつＣＭＭプローブによって決定した座標で各内部欠陥の位置を表す。別の実施形態では、測定プローブは、ＣＭＭ機械上に取付けられかつ超音波機能及びＣＭＭ機能の両方を有する超音波プローブを備えた特注検査プローブとすることができる。そのような実施形態では、超音波プローブは、ＣＭＭプローブに対して物理的には結合されない。いずれの実施形態でも、測定プローブは、超音波検査及びＣＭＭ検査の機能を組合せている。
【００１１】
１つの実施形態では、測定プローブは、機械構成要素の少なくとも２つの側面の１つと接触状態で該測定プローブを配置することによって、該少なくとも２つの側面のジオメトリを同時に測定するように構成される。別の実施形態では、特注超音波プローブは、機械構成要素に対してほぼ垂直である表面を測定するように構成される。この例示的な実施形態では、測定プローブは、ロータブレードのジオメトリを測定するように構成される。
【００１２】
ロータブレードに関して本発明を説明しているが、本発明はロータブレードで使用することのみに限定されるものではないことを当業者には理解されたいことを注記しておきたい。むしろ、本発明は、あらゆる機械構成要素を測定するために使用することができる。
【００１３】
図１は、タービンエンジンロータブレード１００の例示的な実施形態である。ブレード１００は、翼形部１０２と、該ブレード１００をロータ（図示せず）に取付けるために使用する一体形のダブテール１０４とを含む。ブレード１００は、第１の輪郭側壁１０６と第２の輪郭側壁１０８とを含む。この例示的な実施形態では、第１の側壁１０６は、凸面形でありかつブレード１００の負圧側面１１０を形成し、また第２の側壁１０８は、凹面形でありかつブレード１００の正圧側面１１２を形成する。側壁１０６及び１０８は、レード１００の前縁１１４及び軸方向に間隔を置いた後縁１１６において互いに接合される。より具体的には、翼形部後縁１１６は、翼形部前縁１１４から翼弦方向にかつ下流に間隔を置いて配置される。第１及び第２の側壁１０６及び１０８はそれぞれ、ダブテール１０４に隣接して配置されたブレード根元１１８から翼形部又はブレード先端１２０までスパンにわたって長手方向又は半径方向外向きに延びる。ダブテールプラットフォーム１２２は、ブレード根元１１８に配置されかつそれぞれ第１及び第２の側壁１０６及び１０８から軸方向外向きに延びる。ブレード１００は単なる例示であり、またブレード１００の一般的な構成は、プラットフォーム１２２又はダブテール１０４を備えた状態で或いはそれらを備えていない状態でのあらゆる従来型の形態を取ることができることに注目されたい。例えば、ブレード１００は、ダブテール１０４を備えていないブリスクタイプの構成のディスクと一体形に形成することができる。
【００１４】
エンジン（図示せず）内にブレード１００を取付けるのに先立って及び／又はエンジンの保守整備の間に、ブレード１００は一般的に、測定プローブ（図１には図示せず）を使用して検査して、ブレード１００がエンジン内で使用するための適正な寸法に製作されかつそのような適正な寸法を備えることを保証する。さらに、ブレード１００は、該ブレード１００が内部及び／又は外部欠陥を含まないことを保証するために検査される。従って、この検査の間に、ブレードの外部及び内部ジオメトリの両方を測定することが重要である。
【００１５】
図２は、ブレード１００を測定するために使用することができる例示的なシステム２００を示す図である。この例示的な実施形態では、システム２００は、測定プローブ２０２、ディスプレイ２０４及び超音波パルス受信機２０６を含む。さらに、この例示的な実施形態では、測定プローブ２０２は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）２１０と超音波プローブ２１２とを含む。超音波プローブ２１２は、ＣＭＭプローブ２１４及び該超音波プローブ２１２がブレード１００に対するそれらの位置又はほぼそれらの位置をほぼ同時に測定することができるようにＣＭＭプローブ２１４に結合される。この例示的な実施形態は、ＣＭＭプローブ２１４に結合された超音波プローブ２１２を含む測定プローブ２０２に関して説明しているが、別の実施形態では、測定プローブ２０２は、ＣＭＭ機械２１０上に取付けられかつＣＭＭプローブ２１４に対して超音波プローブ２１２を物理的に結合しないで超音波機能及びＣＭＭ機能の両方を有する超音波プローブを備えた特注検査プローブとすることができる。いずれの実施形態でも、測定プローブ２０２は、超音波検査及びＣＭＭ検査の機能を組合せている。さらに、この例示的な実施形態では、システム１００の各構成要素は、コンピュータ（図示せず）及び／又はプロセッサ（図示せず）に電気的に結合される。
【００１６】
超音波プローブ２１２は、超音波パルス受信機２０６に電気的に結合され、超音波パルス受信機２０６はディスプレイ２０４に電気的に結合される。１つの実施形態では、超音波プローブ２１２はまた、信号ディジタイザ（図示せず）に結合される。ＣＭＭ２１０はまた、ディスプレイ２０４に電気的に結合される。従って、ＣＭＭプローブ２１４及び超音波プローブ２１２の両方並びに／或いは特注検査プローブが受信した測定値は、ディスプレイ２０４上にほぼ同時に表示することができる。
【００１７】
作動時に、測定プローブ２０２を使用して、ＣＭＭ機械２１０及び超音波プローブ２１２からほぼ同時に測定値を受信することによってブレード１００を検査する。検査の間に
ＣＭＭ機械２１０を使用して、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標に関して超音波プローブ２１２の位置を決定する。ほぼ同時に、超音波プローブ２１２を使用して、超音波パルス受信機２０６に対して超音波パルスを送信することによってブレード１００の厚さ及び／又はブレード１００内のあらゆる内部欠陥の位置を決定する。この例示的な実施形態では、ブレードの厚さは、それに限定されないがブレード１００の負圧側面１１０（図１に示す）と正圧側面１１２（図１に示す）との間の距離及び／又はブレード１００の前縁１１４（図１に示す）と後縁１１６（図１に示す）との間の距離を含む。従って、この例示的な実施形態では、超音波プローブ２１２によって測定した厚さ及び／又は位置は、ＣＭＭプローブ２１４によって決定したＸ、Ｙ、Ｚ座標上方と組合される。従って、ブレード１００の外部境界及び寸法、該ブレード１００の内部境界及び該ブレード１００内のあらゆる内部欠陥が、検査プロセスの間にディスプレイ２０４上にリアルタイムに表示される。１つの実施形態では、境界、寸法及び欠陥は、リアルタイムの三次元画像として表示される。
【００１８】
作動時に、システム２００は、ブレード１００の深くかつ狭い空洞内にＣＭＭプローブ２１４を配置する必要性を排除する。むしろ、空洞ジオメトリは、測定プローブ２０２を使用してプローブ１００の外部表面から測定される。さらに、この例示的な実施形態では、測定プローブ２０２は、ブレード１００の正圧側面１１２又は負圧側面１１０のいずれかに沿って移動して両側面の完全なブレードジオメトリを測定することを必要とするのみである。従って、測定に必要な時間量が減少する。さらに、超音波プローブ２１２による信号は、垂直な表面に対して敏感である。従って、超音波プローブ２１２によって測定される垂直な表面は、ＣＭＭプローブ２１４における表面垂直度の基準として使用することができる。
【００１９】
１つの実施形態では、機械構成要素を測定するのに使用する測定装置を組立てる方法を提供する。本方法は、三次元座標測定機（ＣＭＭ）を準備するステップを含む。本方法はまた、超音波検査（ＵＴ）機能及びＣＭＭ機能を組合せて検査プローブを形成するステップを含む。検査プローブは、該検査プローブがＣＭＭ機能を使用して機械構成要素の外部境界を測定しかつほぼ同時にＵＴ機能を使用して該機械構成要素の内部境界を測定するようにＣＭＭ上に取付けられる。この例示的な実施形態では、測定プローブは、ディスプレイに結合されて機械構成要素の測定値を表示するのを可能にする。
【００２０】
１つの実施形態では、検査プローブは、ＵＴ機能を使用して機械構成要素内における少なくとも１つの内部欠陥の位置を測定するように構成される。別の実施形態では、検査プローブは、ＣＭＭ機能を使用して該検査プローブの座標を決定しかつ決定した座標を使用して少なくとも１つの内部欠陥の位置を表すように構成される。１つの実施形態では、検査プローブは、機械構成要素の２つの側面の１つと接触状態で該検査プローブを配置することによって該少なくとも２つの側面のジオメトリを測定するように構成される。別の実施形態では、検査プローブは、機械構成要素に対してほぼ垂直である表面を測定するように構成される。この例示的な実施形態では、検査プローブは、ロータブレードのジオメトリを測定するように構成される。
【００２１】
上記のシステム及び方法は、機械構成要素の外部及び内部構造の両方のより適宜かつ正確な検査を行なうことを可能にする。上記のシステム及び方法はまた、機械構成要素のリアルタイムの三次元画像の作成及び欠陥情報の正確な取得を可能にする。従って、特に複雑なジオメトリを測定する場合に、ＣＭＭ生成力が向上する。さらに、上記のシステム及び方法は、超音波センサを使用してＣＭＭにおける簡単なプローブ補正を得るのを可能にする。従って、ＣＭＭは、内部測定を行なう大きな能力を有する。
【００２２】
本明細書で使用する場合に、前に数詞を付していない状態で記載した要素又はステップは、そうでないことを明確に断らない限り、複数のそのような要素又はステップを除外するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の「１つの実施形態」という表現は、記載した特徴を同様に組入れた付加的な実施形態の存在を除外することを意図するものではない。
【００２３】
以上、測定プローブを組立てるためのシステム及び方法の例示的な実施形態について、詳細に説明している。本図示したシステム及び方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ本システムの構成要素は、本明細書に記載したその他の構成要素から独立してかつ別個に利用することがでる。さらに、本方法に説明したステップは、本明細書に記載したその他の構成要素から独立してかつ別個に利用することがでる。
【００２４】
様々な特定の実施形態に関して本発明を説明してきたが、本発明は、特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲内の変更で実施することができることが分かるであろう。
【符号の説明】
【００２５】
１００  ロータブレード
１０２  翼形部
１０４  ダブテール
１０６  第１の側壁
１０８  第２の側壁
１１０  負圧側面
１１２  正圧側面
１１４  前縁
１１６  後縁
１１８  ブレード根元
１２０  ブレード先端
１２２  プラットフォーム
２００  システム
２０２  測定プローブ
２０４  ディスプレイ
２０６  超音波パルス受信機
２１０  三次元座標測定機（ＣＭＭ）
２１２  超音波プローブ
２１４  ＣＭＭプローブ
【図１】
2011509402.tif 000003
【図２】
2011509402.tif 000004
【国際調査報告】
2011509402.tif 000005
2011509402.tif 000006