(57)【要約】  一形態において、保守デバイスは、ガスタービンエンジンまたはガスタービンエンジンのブレードなどの加工物の検査ポートを通って挿入されるように大きさを調整された検査端部を備える可撓性部材を含む。保守デバイスは、一形態において、ダブルパルスレーザを生成するように構成されたエネルギー誘導部材を含み、パルスのうちの第１のパルスとパルスのうちの第２のパルスとの間の時間間隔は、パルスのうちの第１のパルスまたはパルスのうちの第２のパルスのいずれかの時間よりも大きい。パルスのうちの第１のパルスは、加工物に照射したときにある量のデブリを生成するのに十分に強力である。パルスのうちの第１のパルスから生成されたデブリは、パルスのうちの第２のパルスよって蒸発させられて、加工物上の改鋳層をなくす、かつ／または低減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
修理されるべき組立体の検査開口を通って挿入されるように大きさを調整された検査端部を含む、可撓性伸長部を有する検査デバイスと、
放電時にレーザパルスを放射するように動作可能なパルスレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスであって、前記検査デバイスの前記可撓性伸長部に結合し、前記組立体の前記検査開口を通って挿入されるように動作可能な、コヒーレント電磁エネルギーデバイスと
を備える、電磁エネルギーを放射するための装置。
【請求項２】
前記検査デバイスが、前記可撓性伸長部に結合するボアスコープを含み、前記ボアスコープが検査画像を提供するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
損傷した構成部品を含むガスタービンエンジンを内部に位置させた組立体空間をさらに含み、前記検査開口が前記ガスタービンエンジンの一部の内部に形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記コヒーレント電磁エネルギーデバイスがレーザパルスの連続した対を放射するように動作可能なダブルパルスレーザである、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記コヒーレント電磁エネルギーデバイスが１次および２次のレーザパルスを放射するように動作可能である、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記１次および２次のレーザパルスがそれぞれ、約３ｎｓの持続時間を有する、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
１対の限定された持続時間のレーザパルスが、３０ｎｓ〜１５０ｎｓのパルス間隔時間を有する、請求項４に記載の装置。
【請求項８】
限定された持続時間のレーザパルスの第１の対と限定された持続時間のレーザパルスの第２の対との間の時間が、前記第１の対または前記第２の対のいずれかの前記パルス間の時間よりも大きい、請求項４に記載の装置。
【請求項９】
処置を施すべき構成部品の画像を取り込むことができる可撓性ボアスコープと、レーザエネルギーパルスの連続した対を放射するように前記可撓性ボアスコープの端部に近接して位置付けられたレーザとを有する、ガスタービンエンジン施工デバイスを備え、対の第１のパルスが前記構成部品から放出物を生成するように動作可能であり、前記対の第２のパルスが前記放出物を分散させて材料処理特性を改善するように動作可能である、
装置。
【請求項１０】
前記可撓性ボアスコープを受け入れるように大きさを調整された開口を有するガスタービンエンジンをさらに含み、前記ガスタービンエンジンが、前記処置を施すべき構成部品を含み、さらに、前記構成部品が金属製である、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記可撓性ボアスコープが、前記可撓性ボアスコープの長さに沿って約１ｃｍ未満の断面寸法を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記レーザがファイバーを主体としたレーザであり、１ｋＷを超える平均出力パワーおよび５０ｋＷよりも大きなピークパワーを提供することができる、請求項９に記載の装置。
【請求項１３】
レーザエネルギーパルスの連続した対の間の時間が１００μｓ〜１００ｍｓである、請求項９に記載の装置。
【請求項１４】
前記対の前記第２のパルスが改鋳層を蒸発させる、請求項９に記載の装置。
【請求項１５】
前記対の前記第２のパルスが前記構成部品の改鋳層の形成を妨げる、請求項９に記載の装置。
【請求項１６】
ボアスコープおよびレーザを搬送するように構成された可撓性部分を有する検査および修理デバイスを備え、前記レーザは、レーザエネルギーが修理構成部品に照射されたときに改鋳層を妨げる手段を含む、
装置。
【請求項１７】
ガスタービンエンジンの検査ポートを通ってボアスコープ検査デバイスの可撓性部分を挿入するステップであって、前記可撓性部分がダブルパルスレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスと結合する端部を有する、ステップと、
前記ガスタービンエンジンの一部の物理的状態の変化に影響を及ぼすように、前記コヒーレント電磁エネルギーデバイスから１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するステップと、
前記ダブルパルスレーザの第１のパルスが前記ガスタービンエンジンを照射する結果として、前記ガスタービンエンジンの前記一部からある量のデブリを生成するステップと、
前記ダブルパルスレーザの第２のパルスを用いて前記ある量のデブリを加熱するステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記箇所が修理箇所であって、前記方法が、前記ボアスコープ検査デバイスを用いて前記修理箇所を撮像するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記生成するステップがガスタービンエンジン翼の損傷部分を除去するステップを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
作動流体を用いて前記ガスタービンエンジンの前記修理箇所を洗い流すステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記加熱するステップが前記ある量のデブリを過熱するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記加熱するステップが前記ガスタービンエンジンの改鋳層を妨げるステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１のパルスまたは前記第２のパルスの持続時間よりも長い前記第１のパルスと前記第２のパルスとの間の時間で、滞留するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記滞留するステップが約３０ｎｓ〜１５０ｎｓの持続時間で生じる、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記１対の限定された持続時間のレーザパルスの後に別の対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するステップをさらに含み、前記別の対と前記１対との間の時間が前記滞留よりも長い、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記１対の限定された持続時間のレーザパルスの後に別の対の限定された持続時間のレーザパルスを放射する前記ステップが１００μｓ〜１００ｍｓである、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記照射が約３ｎｓのレーザパルスの放射を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記ガスタービンエンジンの前記一部から材料を除去するステップ、前記ガスタービンエンジンの前記一部に材料を追加するステップ、前記ガスタービンエンジンの前記一部に構成部品を接合するステップ、および前記ガスタービンエンジンの前記一部に処理を施すステップのうちの１つを実行するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記除去するステップが切断するステップおよび穿孔加工するステップのうちの１つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記追加するステップが金属を追加するステップを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記接合するステップが蝋付けするステップ、溶接するステップ、およびボンディングするステップのうちの１つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３２】
前記処理を施すステップが、加熱処理を施すステップ、ピーニングするステップ、再表面仕上げするステップ、および表面清浄するステップのうちの１つを含む、請求項２８に記載の方法。
【請求項３３】
加工物内で柔軟に経路をたどることができる細長い部材であって、挿入端部近くに配置された撮像装置を有し、前記撮像装置は、加工物の内部から電磁エネルギーを取り込むことができる、細長い部材と、
前記細長い部材と結合し、前記加工物の作業領域に供給原料を送出するように動作可能な供給原料運搬装置であって、前記作業領域が作業前形状および所望の作業後形状を有する、供給原料運搬装置と、
前記細長い部材の前記挿入端部近くに配置され、前記加工物にレーザ光線を当てることができるレーザとを備え、
前記レーザが前記修理領域において前記供給原料と相互作用し、前記加工物のニアネットシェイプの修理された構成部品を生成するように、レーザと供給原料の両方が前記撮像装置からの情報を使用して操作される、
検査および修理装置。
【請求項３４】
前記供給原料が粉末、ガス、およびワイヤーのうちの１つである、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記加工物がガスタービンエンジンであり、前記構成部品が前記ガスタービンエンジンの翼部材である、請求項３３に記載の方法。
【請求項３６】
検査および修理装置であって、
撮像および修理動作が行われる場所間で移送させることができる持ち運び可能な撮像および修理システムであり、処置を施すべき構成部品からの電磁波を取り込むことができる撮像装置を有する、可撓性の細長いボアスコープと、オペレータに前記電磁波の情報を提供することができる、前記撮像装置と通信するディスプレイとを含み、前記構成部品に関連づけられた材料の状態を変更することができるレーザも含む、システムを備え、
前記レーザ、ディスプレイ、および撮像装置は、前記持ち運び可能な撮像および修理システムが第１の場所から第２の場所に容易に移動することが可能になるような構成で配置されることができる、
検査および修理装置。
【請求項３７】
前記構成が、前記持ち運び可能な撮像および修理システムから切り離されている前記レーザ、ディスプレイ、および撮像装置のうちの少なくとも１つを有することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
前記レーザが前記構成部品から材料を除去するのに十分なエネルギーを放射することができる、請求項３６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にボアスコープを使用するデバイスの保守に関し、より詳細には、レーザを組み込むボアスコープ保守に関するが、これには限定されない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
ボアスコープを使用して、保守を行うことは依然として関心領域にとどまっている。一部の既存のシステムは、ある用途に対して様々な不備を有する。したがって、この技術領域においてさらなる寄与の必要性が依然として存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明の一実施形態は、独特の修理装置および方法である。他の実施形態は、損傷したガスタービンエンジンの構成部品を修理するための装置、システム、デバイス、ハードウェア、方法および組合せを含む。本出願のさらなる実施形態、形態、特徴、態様、恩恵、および利点は、本明細書で提供される説明および図から明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本出願の一実施形態を示す図である。
【図２】本出願の一実施形態の流れ図である。
【図３】Ｉｎｃｏ７１８ブレードの写真である。
【図４】本出願の実施形態により作製されたブレード先端の後縁を直線切断した後のＩｎｃｏ７１８ブレード、および本出願の実施形態により作製されたブレードの前縁を扇形切断した後のＩｎｃｏ７１８ブレードの写真である。
【図５】Ｔｉ６７９ブレードの写真である。
【図６】本出願の実施形態により作製されたブレード先端の前縁を直線切断した後のＴｉ６７９ブレードの写真である。
【図７】本出願の実施形態により作製されたブレードの後縁を扇形切断し、かつブレードの前縁を扇形切断した後のＴｉ６７９ブレードの写真である。
【図８】１．０μｍの孤立した改鋳スポットを示すＩｎｃｏ７１８ブレードの写真である。
【図９】０．５μｍの孤立した改鋳スポットを示すＴｉ６７９ブレードの写真である。
【図１０】レーザ切断された縁部を示すＩｎｃｏ７１８ブレードの写真である。
【図１１】レーザ切断された縁部を示すＴｉ６７９ブレードの写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明の原理についての理解を促す目的で、ここで、図面に示す実施形態を参照し、本発明の原理を説明するために特定の文言を使用する。しかしながら、発明の範囲がそれらによって限定されることは意図されていないことが理解されるであろう。記載される実施形態におけるいかなる代替形態およびさらなる変更形態、ならびに本明細書に記載されるような本発明の原理のさらなる適用例のいずれも、本発明が関係する当業者にとって通常思いつくであろうと考えられる。
【０００６】
図１を参照すると、保守デバイス５０が、加工物５２に近接して描かれている。さらに以下で説明するように、生産または現場の要員が、他の可能性のなかでもとりわけ、加工物５２を補修するために、保守デバイス５０を使用することができる。保守デバイス５０は、ボアスコープ５６およびエネルギー誘導部材５８を有する可撓性部材５４を含む。可撓性部材５４により、アクセスすることが潜在的に不可能な加工物５２の領域に、加工物５２を分解または解体することなく、ボアスコープ５６およびエネルギー誘導部材５８を送出することが可能になる。例えば、可撓性部材５４を加工物５２へ挿入し、そうでない場合は、加工物５２の一部への視線を遮る障害物のまわりで操作することができる。可撓性部材５４は、柔軟な動きを可能にする任意の適切な構造、材料、および／または組成であってもよい。一部の形態において、可撓性部材５４は、情報または材料を通過させることが可能な内部開口を有することができる。
【０００７】
ボアスコープ５６は、対象とする領域が１つまたは複数の障害物によって、都合のよい視界から隠されているかどうかにかかわらず、加工物５２における対象とする領域の画像または他の有用な情報を提供するために使用されうる。追加として、および／または代替として、ボアスコープ５６は、対象とする領域へ材料を送出する、かつ／または加工物５２の対象を操作するために有用なデバイスと結合することができ、あるいはそうでない場合は、そうしたデバイスを含むことができる。ボアスコープ５６によって提供される画像または機能は、可撓性部材５４の端部の近くでまたは近接して生じる可能性がある。一部の用途において、ボアスコープ５６、またはその一部は、可撓性部材５４に対して内部に位置することができる。
【０００８】
エネルギー誘導部材５８は、加工物５２に処置を施すように用いられ、可撓性部材５４に対して内部で、または外部で結合することができる。一部の用途において、エネルギー誘導部材５８は、加工物５２を切断および／または加熱する、加工物５２の各部分をつなぎ合わせる、あるいは修理および保守などの他の施工処理を行うために使用することができる。一部のさらなる非限定的な処理には、溶接、蝋付け、ボンディング、穿孔加工、ピーニング、金属肉付けもしくは金属添加、肉付け、再表面仕上げ、表面清浄、成形加工、熱処理、および材料除去が含まれる。ピーニングの例では、表面の輪郭に悪影響が全くないピーニングされた表面、および残留応力の正確で特有の分布を生成することが可能である。合わせ込まれた（tailored）微細構造、幾何学的特徴、表面仕上げ、および残留応力の生成が必要な材料および処理のために、エネルギー誘導部材５８によって送出されるエネルギーを使用することができる。
【０００９】
また、可撓性部材５４は、ガス、粉末、および／またはワイヤーの送出を可能にするような他のデバイスと結合することもできる。一部の実施形態において、保守デバイス５０は、ボアスコープ５６および／またはエネルギー誘導部材５８に対する移動、目標合わせ、位置決め制御を含むことができる。また、保守デバイス５０は、材料除去溝を含むことができる。
【００１０】
保守デバイス５０は、エネルギー誘導部材５８と併せて可撓性部材５４を使用して様々なタスクを行うことができる。非限定的な一実施形態において、保守デバイス５０は、エネルギー誘導部材５８を使用して、加工物５２から材料を除去するために使用することができる。また、デバイス５０は、ガス、粉末および／またはワイヤーの送出を可能にするようなデバイスと併せてエネルギー誘導部材５８を使用して、加工物５２上に材料を肉付けするために使用することもできる。材料を除去、または材料を追加するときに、ボアスコープ５６などのデバイス５０を移動、目標合わせ、位置付けするための制御を使用することができる。
【００１１】
エネルギー誘導部材５８は、レーザの形態をとることができ、このレーザは、連続したパルスで、またはレーザパルスのグルーピングでなど、これらには限定されない様々な方法で、対象をレーザ照射するように設計されることができる。非限定的な一形態において、パルスのグルーピングは、対として形成される。１対のパルスにおける各パルスは、他方のパルスと同じでなくてもよい持続時間（duration）を有することができるが、一部の用途では、パルスは同じ持続時間を有することができる。さらに、１つの対におけるいずれかのパルス、または両方のパルスの持続時間は、別の対におけるいずれかのパルス、または両方のパルスの持続時間と同じであっても、または異なってもよい。一実施形態において、パルスは、約３ナノ秒（ｎｓ）の持続時間を有することができる。パルス間の時間間隔は、約１００ｎｓであってもよいが、一部の用途では、この時間間隔は、３０ｎｓ〜１５０ｎｓの範囲にあってもよい。パルスの対の間の時間は、１００マイクロ秒（μｓ）〜１００ミリ秒（ｍｓ）の範囲にあってもよい。１つの対内の個別のパルスに対する上記のパルス持続時間と同様に、パルス間の時間間隔およびパルス対の間の時間は、レーザが連続したパルス対の生成を行うときに、時間とともに変わってもよい。要するに、エネルギー誘導部材５８を用いて、パルス対の間の種々様々の持続時間、時間間隔、および時間を実施することができる。
【００１２】
レーザの実施形態は、様々な形態をとり、様々な特性を有することができる。レーザは、Ｎｄ：ＹＡＧ、ＣＯ２、ディスク、またはファイバーのうちの１つであってもよい。加えて、一部の非限定的な形態において、各レーザパルスのピークパワー、例えば３ｎｓのパルスのピークパワーは、７５０ｋＷに達し、全エネルギーが２．４ミリジュール（ｍＪ）、強度が１平方センチメートル当たり４ｘ１０１０ワット（Ｗ／ｃｍ２）になる可能性がある。一部の形態では、およそ１ミリメートル（ｍｍ）の直径を有するレーザファイバーは、最大８キロワット（ｋＷ）の平均出力パワーを送出することができる。ある用途では、Ｑスイッチファイバーレーザは、５０キロワット（ｋＷ）を超えるピークパワーで、１パルス当たり最大２ｍＪのエネルギーを提供することができる。さらに、レーザのいかなる所与のパルスも、固有のパワー、エネルギーおよび強度を有することができる。また、パワー、エネルギー、および強度の繰り返しパターンを有することも可能である。要するに、パルスの対間の持続時間、時間間隔および時間に関して上記したバリエーションと同様、パルスもまたそのパワー、エネルギー、および強度においてバリエーションを有することができる。
【００１３】
エネルギー誘導部材５８は、加工物５２に対する切断、または他の手順に影響を及ぼすように様々な速さで移動させることができる。エネルギー誘導部材５８を移動させる速さは、他の属性および／または基準のなかでもとりわけ、厚さおよび材料の組成に依存する可能性がある。一部の用途では、エネルギー誘導部材５８を、毎分０．２ｍｍから毎分１．０ｍｍの範囲で移動させることができる。
【００１４】
材料の改鋳（recast）、応力集中部分、熱影響域、微小クラック、再堆積、および再固化のうちの少なくとも１つが形成されるのを抑えるように、加工物５２に対してパルスの相対的なタイミングおよびグルーピングを使用することができる。上記したパルスのグルーピングにおいて、パルスのうち第１のパルスは、デブリ（debris）を生成することがあり、ある場合には、追加として、または代替として高速で動くプラズマを生成することがある。このプラズマは、パルスのうち第１のパルスを印加した後、消失する可能性があるが、他のデブリは、パルスの第１のパルスとパルスの第２のパルスとの間の遅延期間中に、対象とする領域上に残留する可能性がある。パルスの第２のパルスは、限定されないが、蒸発などによってデブリを消失させるために使用することができる。一部の形態では、第２のパルスはデブリを過熱するために使用することができる。一部の用途では、デブリを完全に消失することができるが、他の用途では、デブリを単に部分的に消失させることができる。
【００１５】
本出願の保守デバイス５０によるエネルギー誘導部材５８は、作動流体が存在する状態で適用することができ、この作動流体としては、一形態では、空気であるが、他の作動流体も考えられる。一部の用途では、保守デバイス５０は、対象とする領域上へのエアーフラッシュの支援を受けることができ、これによってデブリの低減を促進することができる。
【００１６】
一実施形態において、加工物５２は、ガスタービンエンジン検査開口６２を含むガスタービンエンジン６０である。開口６２は、目的に合うように設計されたアクセス孔、またはパネルもしくはドアを取り除くことによって形成される開口、あるいは可撓性部材５４が通過することができる任意の他のそうした孔であってよい。一形態において、開口６２は、ボアスコープ検査ポートである。開口６２は、正方形および円に限定されない様々な形状を呈することができ、一部の形態においては、例えば直径が４ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある寸法を有することができる。可撓性部材５４は、開口６２へ挿入され、上記したような処理を促進するように可撓性部材５４に結合されたボアスコープ５６、エネルギー誘導部材５８、または他のデバイスによって処置が施されるガスタービンエンジン６０の領域に誘導されることができる。ガスタービンエンジン６０は、数ある機能のなかでもとりわけ、コンプレッサ６４、燃焼器６６、およびタービン６８を含むことができる。非限定的な一例において、エネルギー誘導部材５８は、コンプレッサ６４のブレードに適用することができ、異物による損傷の修理に影響を及ぼすことができる。一部の実施形態において、加工物５２は、ガスタービンエンジン６０を有する航空機（図示せず）を含むことができ、保守デバイス５０を、上記した処理などの処理に影響を及ぼすいずれかに対して配置することができる。
【００１７】
ここで、図２を参照すると、本出願の一実施形態を手順１００に示す。手順１００は、保守デバイス５０を動作させる方法の非限定的な例である。本出願のすべての実施形態においてすべての動作が必要とは限らず、ある場合には、代替のおよび／または追加の動作を含むことができる。さらに、以下に記載する一部の動作は、特定の用途に適合するように、変更するか、修正することができる。手順１００は、動作１１０における評価で開始する。手順１１０に記載する評価は、航空機のガスタービンエンジンなどの構成部品または構造向けであってもよい。評価は、構成部品を見る視覚的な評価であってもよく、ごくわずかな非限定的な例を挙げると、保守記録、または信号が潜在的な問題を示す構成部品診断システムに基づく手続き的な評価であってもよい。
【００１８】
動作１１０において評価が行われると、条件文１１５において修理を予定すべきかどうかが判断される。修理が予定されない場合は、手順１００は、開始に戻る。条件文１１５に対して肯定応答されると、手順１００は、動作１２０へと続き、保守デバイス５０の一実施形態が、修理現場で必要とされる場所へ移送される。そうした実施形態は、上で論じた変形形態のいずれかを有する十分に可撓性のあるファイバーを主体とするレーザボアスコープシステムであってもよい。保守デバイス５０は、移動可能であって、エンジンがまだ航空機の機体に組み立てられている間に、エネルギー誘導部材５８を修理現場で動作させて構成部品に対する修理を行うようにすることができる。
【００１９】
保守デバイス５０が動作１２０において移送され、立上げの準備ができた後、動作１３０は、エネルギー誘導部材５８、ボアスコープ５６、および必要と思われる任意のさらなる処理デバイスを含む可撓性部材５４を修理が行われる加工物５２のアクセス孔内へ挿入するステップを続ける。可撓性部材５４が挿入されると、エネルギー誘導部材は所望の修理箇所に到達するように障害物のまわりで曲げられ、屈曲させられる。保守デバイス５０のボアスコープ部分は、エネルギー誘導部材５８の配置を支援することができる。
【００２０】
修理箇所の画像は、動作１４０において取得される。次に、動作１５０において、画像を解析して修理の予定を決定する。修理の予定は、２〜３の例を挙げると、レーザタイプ、レーザパワー、またはレーザスピードの選択を含むことができる。また、修理の予定は、所望の修理を施すのに必要なレーザの位置および経路、ならびに任意の他の要因を決定することができる。
【００２１】
動作１６０は、特定の持続時間、特定の強度でパルスのグルーピングの第１のレーザパルスを放射することによって、レーザ処理を開始する。動作１６０の後に、パルス間間隔とも呼ばれるパルス間の滞留時間（dwell time;換言すれば、ドウェル時間または休止時間）をともなう動作１６２が続く。パルス間間隔に続いて、動作１６４で、第２のパルスに対する強度および持続時間で第２のレーザパルスを放射する。動作１６４の後に、対間間隔とも呼ばれるパルスのグルーピング間の滞留時間をともなう動作１６６が続く。動作１６６中に、動作１７０を開始して修理の進捗を評価することができる。条件文１８０は、動作１６０〜１７０を繰り返すことによってレーザ処理を継続すべきか、停止して、したがって修理が完了したことを知らせるべきかを判定する。
【００２２】
ガスタービンエンジンのインシチュ（in-situ）での翼上修理など、レーザの修理への適用可能性を実証するために、ＴｉおよびＮｉ合金のＨＰＣブレードに対してレーザ切断試験を行った。一実施形態において、翼上での適用可能性に対する技術的要求事項は、レーザ切断処理による改鋳層および金属飛散が含まれないことであった。
例１：レーザ切断試験
可撓性のファイバーを主体とするレーザボアスコープシステムを使用するダブルナノ秒パルスレーザ処理を用いて、翼上での手入れ／修理への適用可能性を代表して高圧圧縮機（ＨＰＣ）Ｔｉ６７９ブレードおよびＨＰＣ  Ｉｎｃｏ７１８ブレードを切断した。本実施形態は、ダブルナノ秒パルス装置を有するプロトタイプのＮｄ：ＹＡＧレーザシステムを使用した。ＨＰＣブレードに対するレーザ切断速度は、厚さおよび材料に応じて、０．２ｍｍ／分〜１．０ｍｍ／分の範囲であった。
【００２３】
図３および図４は、エンジン運転用ＨＰＣ  Ｉｎｃｏ７１８ブレードの１つを示す。図３は、切断されていないブレードを示し、図４は、ブレード切断の例を示す。２つのＨＰＣ  Ｉｎｃｏ７１８ブレードをレーザ切断試験に使用した。一方のサンプルは、ブレード先端において本出願のダブルパルスレーザシステムの実施形態および方法を使用して切断され、もう一方のサンプルは、図３に示すブレードの前縁（Ｌ／Ｅ）において切断された。ブレードＬ／Ｅの円弧（８．０ｍｍの弦ｘ５ｍｍの半径）状の輪郭部分が、１．０ｍｍ／分の切断速度で除去された。ブレードＬ／Ｅにおける円弧状の輪郭部分を切断するのに８分未満が必要であった。ブレード先端における切断速度は、０．５ｍｍ／分であり、ブレード先端において１７ｍｍの長さの直線を切断するのにおよそ１７分が必要であった。
【００２４】
図５、図６、および図７は、エンジン運転用ＨＰＣ  Ｔｉ６７９ブレードの１つを示す。図５は、切断されてないブレードを示し、図６および図７は、ブレード切断の例を示す。レーザ切断試験のために２つのブレードを使用した。図６に示すように、ブレード先端において厚さが厚くなっている（２．５ｍｍ）ため、ブレード先端において０．２ｍｍ／分の切断速度でダブルパルスレーザシステムおよび方法によって１つのブレードをレーザ切断した。ブレード先端において長さ１４ｍｍの直線を切断するのにおよそ７０分を要した。図７は、ブレードＬ／Ｅおよび後縁（Ｔ／Ｅ）においてレーザ切断した後のＴｉブレードを示す。切断速度は、０．５ｍｍ／分であった。Ｔ／Ｅにおける小さな部分を除去するのにおよそ１０分を要し、円弧状輪郭を有するＬ／Ｅにおける大きな部分の切断を完了するのに約２５分を要した。
【００２５】
レーザ切断処理中に、材料は沸点をはるかに越える温度に加熱され、したがって、金属の溶滴移行は極めて限定され、再堆積または飛散が生じなかった。Ｉｎｃｏ７１８およびＴｉ６７９ブレードの両方ともレーザ切断縁部上にある変色が観察された。
改鋳層の金属組織評価
先に示したサンプルに対する切断縁部の金属組織評価を行った。結果は、Ｉｎｃｏ７１８およびＴｉ６７９ブレードの両方のレーザ切断縁部において連続的な改鋳層が存在しないことを示した。図８および図９にそれぞれ示すように、Ｔｉ６７９ブレードに対しては約０．５μｍ（０．０２ミル）、およびＩｎｃｏ７１８ブレードに対しては約１．０μｍ（０．０４ミル）の寸法を有するいくつかの孤立した改鋳スポットがある可能性がある。図８は、レーザ切断した後のＩｎｃｏ７１８ブレード先端の断面の金属組織画像を示す。連続的な改鋳層は、見当たらなかった。最大の孤立した改鋳スポットは、約１．０μｍ（０．０４ミル）の厚さであった。図９は、レーザ切断した後のＨＰＣ  Ｔｉ６７９ブレード先端の断面の金属組織画像を示す。連続的な改鋳層は、見当たらなかった。最大の孤立した改鋳スポットは、約０．５μｍ（０．０２ミル）の厚さであった。
【００２６】
デュアルパルスレーザ技法に対する改鋳層は、従来のレーザ切断処理によって生じる改鋳層と比べて著しく小さい。図１０および図１１は、それぞれの材料に対するレーザ切断縁部の許容可能な表面仕上げを示す。ダブルパルスレーザ切断処理後のブレードの切断表面上の有害な改鋳物を取り除くために、レーザ切断後の表面洗浄処理（機械的または化学的方法）は、必要ないであろうと考えられる。最大の孤立した改鋳スポットは、図１０におけるＴｉ６７９ブレードに対しては約０．５μｍ（０．０２ミル）の厚さ、および図１１におけるＩｎｃｏ７１８のブレードに対しては１．０μｍ（０．０４ミル）の厚さであった。
【００２７】
本出願の一態様は、航空機の構造体に位置する可能性のあるガスタービンエンジンのボアスコープ検査ポートを通って挿入されるように大きさを調整された検査端部を含む、可撓性チューブ（換言すれば、管状部材）を有するボアスコープ検査デバイスと、１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するように動作可能なダブルパルスレーザおよび場合により少なくとも１つの十分に可撓性のあるファイバーを主体とするレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスとを含む装置である。コヒーレント電磁エネルギーデバイスは、ボアスコープ検査デバイスと結合し、ボアスコープ検査デバイスの可撓性チューブに近接するボアスコープ検査ポートを通って挿入されるように動作可能である。
【００２８】
さらなる特徴は、ガスタービンエンジンの修理箇所において修理にさらに影響を及ぼすことができる、１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するように動作可能なダブルパルスレーザを含む。ダブルパルスレーザは、第１のパルスまたは第２のパルスのいずれかのパルス持続時間よりも大きな、第１のパルスと第２のパルス間のパルス間時間間隔で動作することができる。動作において、レーザは、ガスタービンエンジンの修理箇所からある量のデブリを生成することがあり、このデブリは、その後、過熱されて、ガスタービンエンジンの修理箇所の改鋳層が低減され、および／またはなくなる。また、このことは、連続的な改鋳層を生成せずに、ガスタービンエンジンの修理箇所の表面仕上げしきい値を満足させる表面仕上げの提供を含むことができる。
【００２９】
パルス間時間間隔は、３０ｎｓと１５０ｎｓの範囲内にあってもよく、対間の時間間隔は１００μｓから１００ｍｓの範囲にある。また、ガスタービンエンジン上の修理箇所において修理に影響を及ぼすコヒーレント電磁エネルギーデバイスを支援することができる処理デバイスが含まれてもよく、コヒーレント電磁エネルギーデバイスおよび処理デバイスが、ボアスコープ検査デバイスと結合し、ボアスコープ検査デバイスの可撓性チューブに近接するボアスコープ検査ポートを通って挿入されるように動作可能である。コヒーレントの電磁エネルギーデバイスは、最大８キロワットの平均出力パワーを供給する直径１．０ｍｍのレーザ送出ファイバーを含むことができる。
【００３０】
本出願の別の実施形態は、航空機の機体に位置する可能性のあるガスタービンエンジンのボアスコープ検査ポートを通って挿入されるように大きさを調整された検査端部を含む、可撓性チューブを有するボアスコープ検査デバイスと、最大８キロワットの平均出力パワーを供給する直径１．０ｍｍを有する少なくとも１つの十分に可撓性のあるファイバーを主体とするレーザを含むことができるダブルパルスレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスとを含む装置である。コヒーレント電磁エネルギーデバイスは、ボアスコープ検査デバイスと結合し、ガスタービンエンジンの検査ポートを通ってボアスコープ検査デバイスの可撓性チューブを挿入するように動作可能である。ボアスコープ検査デバイスは、ガスタービンエンジン構成部品の修理箇所を撮像することができ、コヒーレント電磁エネルギーデバイスは、修理箇所において修理に影響を及ぼすように１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射することができる。ダブルパルスレーザシステムは、第１のパルスまたは第２のパルスのいずれかの持続時間よりも大きな、第１のパルスと第２のパルス間の時間間隔を含むことができ、ガスタービンエンジン構成部品の修理箇所からある量のデブリを生成することがある。このデブリは、過熱されて、ガスタービンエンジン構成部品の改鋳層をなくすことができる。
【００３１】
さらなる別の実施形態は、ガスタービンエンジンの検査ポートを通ってボアスコープ検査デバイスの可撓性チューブを挿入するステップであって、この可撓性チューブがダブルパルスレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスに適合する端部を有するステップと、ボアスコープ検査デバイスを用いてガスタービンエンジン構成部品の修理箇所を撮像するステップと、修理箇所において修理に影響を及ぼすように、コヒーレント電磁エネルギーデバイスから１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するステップであって、ダブルパルスレーザが、第１のパルスまたは第２のパルスのいずれかのパルス持続時間よりも大きな、第１のパルスと第２のパルス間の時間間隔を有するステップと、ガスタービンエンジン構成部品の修理箇所からある量のデブリを生成するステップと、ある量のデブリを過熱して、ガスタービンエンジン構成部品の改鋳層をなくすステップとを含む方法に対してである。検査ポートは、第１のエンジン段（stage）のための開口をさらに含むことができ、可撓性チューブを挿入するステップが、第１段の検査ポートを介して第２のエンジン段にアクセスするステップをさらに含む。改鋳層の除去は、連続的な改鋳層の形成を行わないステップと、ガスタービンエンジンの修理箇所に対して表面仕上げを行うステップとをさらに含む。１対の限定された持続時間のレーザパルスの放射は、空気中で、またはエアーフラッシュとともに行われてもよい。
【００３２】
別の態様において、本出願は、構成部品を修理するために、放射端部を介して電磁エネルギーを放射するための装置を提供し、この装置は、修理されるべき組立体の検査開口を通って挿入されるように大きさを調整された検査端部を含む可撓性伸長部と、限定された持続時間のレーザパルスの連続した対を放射するように構成されたダブルパルスレーザを含み、検査デバイスの可撓性伸長部と結合し組立体の検査ポートを通って挿入されるように動作可能なコヒーレント電磁エネルギーデバイスとを有する検査デバイスを備える。
【００３３】
さらなる態様において、本出願は、処置を施すべき構成部品の画像を取り込むことができる可撓性ボアスコープと、レーザエネルギーパルスの連続した対を放射するように可撓性ボアスコープの端部に近接して位置するレーザとを有するガスタービンエンジン施工（construction）デバイスを備え、対の第１のパルスが構成部品から放出物を生成するように動作可能であり、対の第２のパルスが放出物を分散させて材料処理特性を改善するように動作可能な、装置を提供する。
【００３４】
さらなる態様において、本出願は、ボアスコープおよびレーザを搬送するように構成された可撓性部分を有する検査および修理デバイスを備える装置を提供し、このレーザは、レーザエネルギーが修理構成部品上に照射されたときに改鋳層を妨げる手段を含む。
【００３５】
さらに別の態様において、本出願は、ガスタービンエンジンの検査ポートを通ってボアスコープ検査デバイスの可撓性部分を挿入するステップであって、この可撓性部分がダブルパルスレーザを含むコヒーレント電磁エネルギーデバイスと結合する端部を有する、ステップと、ガスタービンエンジンの一部の物理的状態の変化に影響を及ぼすようにコヒーレント電磁エネルギーデバイスから１対の限定された持続時間のレーザパルスを放射するステップと、ダブルパルスレーザの第１のパルスがガスタービンエンジンを照射する結果としてガスタービンエンジン構成部品の場所からある量のデブリを生成するステップと、ダブルパルスレーザの第２のパルスを用いてある量のデブリを加熱するステップとを含む方法を提供する。
【００３６】
図面および前述の説明において本発明を詳細に示し、説明したが、本発明は、例示的であって文字において制限されないものとして考えられるべきであり、好ましい実施形態を示し説明したに過ぎず、本発明の趣旨の範囲内に収まる変更形態および修正形態はすべて、保護されることが望まれていることが理解される。上記の説明において利用された、好ましい、好ましく、好まれている、またはより好まれているなどの言葉の使用は、そのように説明された特徴がより望ましい場合があることを示しているが、それにもかかわらずそうした言葉の使用が必要でない場合もあり、そうした言葉の使用がない実施形態も本発明の範囲内にあるとして考えられてもよく、この範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定されることを理解されたい。特許請求の範囲を読む際に、「１つの、ある」（「ａ」、「ａｎ」）、「少なくとも１つの」（「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ」）、または「少なくとも１つの部分」（「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ」）などの言葉が用いられる場合、クレームにおいてそれとは反対に具体的に述べられていなければ、そのクレームを唯一の項目に限定する意図はない。「少なくとも１つの部分」（「ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ  ｐｏｒｔｉｏｎ」）および／または「部分」（「ａ  ｐｏｒｔｉｏｎ」）という文言が用いられる場合、その項目は、それとは反対に具体的に述べられていなければ、部分および／または項目全体を含むことができる。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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