(57)【要約】      （修正有）【課題】ブレードの正確な研削を実行するための、ブレード先端とシールの両方を高速で測定する機器を提供する。【解決手段】少なくとも１台の高速カメラ２と光線エミッタ３とが対向状態で配置されたＣ形要素で構成される、ブレードロータのパラメータを測定するための測定機器と、かかる機器による測定のための測定プロセスとに関連し、かかるＣ形要素は、測定対象物であるロータ４に対する距離を調節することのできる可動支持体上に具備され、前記Ｃ形要素、前記高速カメラ２及び前記光線エミッタ３を有するユニットが、測定プロセスを制御し、入手されたデータを処理するプロセッサ８に接続される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機エンジンのロータまたは高速でエネルギーを発生するブレードロータのパラメータを測定する測定機器であって、
対向して一端に少なくとも１個の高速カメラ（２）を、他端に光線エミッタ（３）を具えたＣ形要素からなり、測定が実行されるローター（４）の反対側に位置する前記Ｃ形要素は可動支持体（５）上に配置されており、
該可動支持体（５）はパラメータが測定される前記ローター（４）のタイプに応じて前記Ｃ形要素と前記ローター（４）との間の距離調節を可能とし、
前記Ｃ形要素、前記高速カメラ（２）及び前記光線エミッタ（３）を有するユニットがプロセッサ（８）に接続されていて、該プロセッサ（８）が測定プロセスを制御するとともに、得られたデータを処理することを特徴とする測定機器。
【請求項２】
前記高速カメラ（２）が高速ラインカメラであることを特徴とする、請求項１に記載の測定機器。
【請求項３】
測定が実行される前記ロータ（４）の軸（６）に、前記プロセッサ（８）に接続されたエンコーダ（７）または回転・ターンパス検出器が設けられ、測定されるパラメータが位置する角位置が得られることを特徴とする、請求項１に記載の測定機器。
【請求項４】
前記高速カメラ（２）と前記光線エミッタ（３）の両方に前記プロセッサ（８）が接続されることを特徴とする、請求項１に記載の測定機器。
【請求項５】
測定で得られたデータを前記プロセッサ（８）へ伝達するデジタイザ（１０）と、市販されている異なるタイプのロータ（４）の実際の特徴を記憶可能なメモリ（１１）とを該プロセッサ（８）が有することを特徴とする、請求項１および４に記載の測定機器。
【請求項６】
測定される前記ロータ（４）のブレード（９）とシール（１６，１７，１８）の両方の測定が同時に実行されるように、一方が前記ロータ（４）の軸（６）に対して軸方向に配置されるとともに他方が横断方向に配向された２台の前記高速カメラ（２）と、前記光線エミッタ（３）に隣接するビームスプリッタとが具備されることを特徴とする、請求項１に記載の測定機器。
【請求項７】
前記ロータ（４）の軸（６）に対して軸方向と横断方向の両方において同時測定が実行されるように、前記高速カメラ（２）としてエリアカメラが具備されることを特徴とする、請求項１に記載の測定機器。
【請求項８】
請求項１に記載の測定機器により前記ロータ（４）のパラメータを測定するプロセスであって、
測定されるパラメータに応じて、前記測定機器を構成する前記Ｃ形要素が、測定される前記ロータ（４）の軸（６）に対して軸方向、または横断方向に配向されていることを特徴とする測定プロセス。
【請求項９】
前記測定機器の前記Ｃ形要素が前記ロータ（４）の前記軸（６）に対して横断方向に配向された時に、該ロータ（４）のブレードが測定されることを特徴とする、請求項８に記載の測定プロセス。
【請求項１０】
前記測定機器の前記Ｃ形要素が前記ロータ（４）の前記軸（６）に対して軸方向に配向された時に、該ロータ（４）のシールが測定されることを特徴とする、請求項８に記載の測定プロセス。
【請求項１１】
前記ロータ（４）のブレードを測定するため、測定される該ロータ（４）のタイプに従って、前記横断方向に配向された前記測定機器の前記Ｃ形要素の該ロータ（４）の前記軸（６）に対しての距離が調節されることを特徴とする、請求項８および９に記載の測定プロセス。
【請求項１２】
前記ロータ（４）のブレードを測定する時に、測定される該ブレード（９）の該ロータ（４）の前記軸（６）に対する最大理論半径に対応する該ブレード（９）上の点が観察されるように前記高速カメラ（２）が配置されることを特徴とする、請求項８および９に記載の測定プロセス。
【請求項１３】
前記ロータ（４）のブレードを測定する時に、前記光線エミッタ（３）が前記高速カメラ（２）に向けて光線を放射することを特徴とする、請求項８および９に記載の測定プロセス。
【請求項１４】
前記ロータ（４）のブレードを測定する時に、該ブレード（９）を通過する光線部分と該ブレード（９）の介在により通過しない光線部分とに対応する明暗像を前記高速カメラ（２）が捕捉することを特徴とする、請求項８，９，１１から１３に記載の測定プロセス。
【請求項１５】
前記高速カメラ（２）の前記捕捉像の時間展開から前記ロータ（４）のブレードを測定する時に、該ブレード（９）の移動曲線が得られ、該移動曲線は前記プロセッサ（８）に含まれるデジタイザ（１０）により前記プロセッサ（８）へ伝達されるとともに、該プロセッサ（８）の処理アルゴリズムにより該ロータ（４）の異なるブレード（９）の測定値のリストが生成され、該プロセッサ（８）のメモリに保存されたロータ（４）タイプの理論的測定値と比較されて、該ブレード（９）の研削に必要なデータが得られることを特徴とする、請求項８，９，１１から１４に記載の測定プロセス。
【請求項１６】
前記ロータ（４）のシールを測定するため、前記軸方向に配向された前記測定機器の前記Ｃ形要素の該ロータ（４）の前記軸（６）に対しての距離が前もって調節され、該Ｃ形要素のシャフトの初期位置が、前記高速カメラ（２）の測定ラインが測定対象物体を検出する半径である較正半径に対応することを特徴とする、請求項８および１０に記載の測定プロセス。
【請求項１７】
前記ロータ（４）のシールを測定するため、該シールすべてが検出される最小半径に前記測定機器の前記Ｃ形要素のシャフトを位置決めすることで測定が開始されることを特徴とする、請求項８，１０，１６に記載の測定プロセス。
【請求項１８】
前記測定機器の前記Ｃ形要素のシャフトと前記ロータ（４）の前記軸（６）との間の距離が、短い位置増分（例えば約１０μｍ）ずつ測定ごとに調節されて、前記高速カメラ（２）の測定ライン（１９）に対して前記ロータ（４）のシールが占める異なる位置に対応する異なる像が得られることを特徴とする、請求項８，１０，１６，１７に記載の測定プロセス。
【請求項１９】
前記高速カメラ（２）により前記ロータ（４）のシールを検出する時に、前記高速カメラ（２）の測定ライン（１９）より上（オーバーサイズ）、該測定ライン（１９）より下（アンダーサイズ）、該測定ライン（１９）の直上（インサイズ）で該高速カメラが該シールを検出することを特徴とする、請求項８，１０，１６から１８に記載の測定プロセス。
【請求項２０】
前記測定機器の前記Ｃ形要素のシャフトの各位置について、前記高速カメラ（２）の測定ライン（１９）に位置するシール（インサイズ）すべてのリストと、該測定ライン（１９）より下に位置するシール（アンダーサイズ）のリストと、該測定ライン（１９）より上に位置するシール（オーバーサイズ）のリストとを、前記高速カメラ（２）が前記プロセッサ（８）に含まれるデジタイザ（１０）を通して前記プロセッサ（８）へ送信することを特徴とする、請求項８，１０，１６から１９に記載の測定プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータについて制御される異なるパラメータの測定に関連し、高速デジタルカメラにより、ブレードの正確な研削を実行するためブレードの先端とシールの両方を高速で測定する機器を提案する。
【背景技術】
【０００２】
タービンの効率を向上させるには、損失の原因となる機構すべてに注目しなければならない。この点において、ステータの壁とロータ（コンプレッサ）のブレードとの間に存在する距離は、エンジンの効率を決定する主要因の一つである。
【０００３】
ブレードの寸法を向上させるために開発された様々な方法のうち、最も重要であるのは、エンジンの製造または保守における研削プロセスである。ブレードを適当な寸法に研削するため、エンジンのロータの仕様に従ってこれらのブレードが測定されなければならず、公差範囲にないブレードは交換されるか、必要な寸法にする研削プロセスを受けるためリサイクルされなければならない。
【０００４】
この点において、当該技術の現状では様々な研削方法が知られており、その中で最も古い方法はロータが停止している状態で手動研削する作業を含む。しかし、ブレードの可動性を考慮すると、ブレードはロータが停止していると実際の位置にならないことから、手動研削は多くの寸法誤差につながる。
【０００５】
この点において、特許文献１には、タービンのロータブレードの先端を測定するための方法が記載されている。
【０００６】
この装置は、レーザビームエミッタを備え、これにより回転中のロータのブレードの高さを測定する。放射されたレーザビームは偏向し、測定されるブレードの端部で反射するため、電子分析回路によりブレードの高さが決定される。
【０００７】
しかし、正確な測定のためには、ロータのブレードの停止を偏向レーザビームの放射と一致させ、またこの放射と分析回路とを一致させることが必要であり、これは非常に複雑で費用がかかる。
【０００８】
一方、特許文献２には、ストロボ制御レーザビームを用いることによりタービンのブレードを個別に測定することのできる、タービンのロータのブレードを測定するためのプロセスと装置が記載されている。
【０００９】
この機器は、ブレードの先端が少なくとも部分的にビームまで延出するようにして、回転軸に対して略垂直な方向において、タービンのロータに接線方向に延びる所定の高さを有するレーザビームを放射することを含む。
【００１０】
タービンのブレードの先端の存在により遮られていないレーザビーム部分を受け取ることができるように、光電池が、タービンのロータの反対側においてビームの領域に配置されている。この光電池は、レーザビームの光度に基づいて電気信号を発生し、これは、ブレードの高さを記録して提示する記録分析器へ送られる。
【００１１】
このプロセスはまた、各ブレードが独立して測定されるようにレーザ装置に接続されたストロボ制御手段も使用する。
【００１２】
特許文献３には、研削作業中にブレードの半径を測定するための光学システムを有する、ロータの研削のための研削機械が記載されている。
【００１３】
この機械は、基準軸に従ってロータステージおよび作動中の研削ホイールと心合わせされた光センサと、ホイールの心合わせおよび半径について得られた測定値の表示信号を制御ユニットへ送信する測定器具（例えばコンピュータなど）とを包含する。
【００１４】
光センサは、平行ビームを放射する光源と、電子光検出器とを包含し、ともに、ロータステージよりも長い外周を持つアーチ状支持体の２本の対向するアームに配置されている。アームは、研削されるロータステージを取り囲むようにして配置されている。
【００１５】
平行ビームは、回転時に光源と光検出器とを通過するブレードを完全に照射し、光検出器は、各ブレードとビームとの交差に対応する連続する光線強度の明暗の像を受け取る。この情報はコンピュータに送信され、コンピュータは、続く制御ユニットでの処理のためロータの速度の信号とこれを結合する。
【００１６】
技術背景で述べられたこれらの解決法の主な欠点は、測定システムに設けられる光センサを開発する複雑性と、得られた信号の処理に伴う複雑性であり、それにより測定システムは低速で高価になる。
【００１７】
加えて、ロータの或るパラメータの測定は、例えばステータで密閉されて経路へ空気を流入させる可動ガスケットを形成するシールであれば、シールが非常に小さく、そのため光の強度の変化が検出されないことや、ロータの速度によりこれらのシールが膨張した時にシールが測定を実行せざるを得ない旋回動作を行うことから、非常に複雑な測定である。このような理由で、ロータとステータとの間の過度の密閉が過度の接触を決定付けて過剰な熱を発生させ、さらには火災を起こすので、事前の適所への配置に加えて非常に正確な測定を必要とする。
【００１８】
【特許文献１】Ｓｉｅｍｅｎｓ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔにより１９７４年１０月７日出願されたドイツ特許第２４４８２１９号
【特許文献２】Ｓｏｃｉｅｔｅ  Ｎａｃｉｏｎａｌｅ  ｄ‘Ｅｔｕｄｅ  ｅｔ  ｄｅ  Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ  ｄｅ  Ｍｏｔｅｕｒｓ  ｄ’Ａｖｉａｔｉｏｎにより１９８４年４月１８日に出願された米国特許第４５６６２２５号
【特許文献３】本発明と同じ出願人によるスペイン特許第２２５３６９２号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明によれば、構造的および／または機能的特徴の結果として同じ用途のための従来の解決法と比較して実に好都合である、ロータのパラメータを測定するための測定機器が提案される。
【００２０】
本発明は、例えばロータのブレードまたはシールなど高速で回転している要素の寸法を測定するための測定機器で構成される。
【００２１】
測定機器は、測定装置と、プロセッサと、ロータの軸に設けられたエンコーダとにより形成される。一方、測定装置は光線エミッタと高速デジタルカメラとによって形成され、各々が、上述した測定装置の構造体のアームに設けられている。
【００２２】
この点において、ロータが移動中にロータのブレードを測定するため、エンコーダは行われたターンの数を捕捉するのに対して、光線エミッタは、ブレード通過の際に、高速デジタルカメラに放たれた輝度の変化を捕捉させて、或る頻度で順次捕捉される個々の画素ラインから像を形成させる。この各画素は、カメラに受け取られた光線についての情報を含んでいる。
【００２３】
捕捉データの時間展開から、ブレードの移動曲線が得られ、これが処理されると、各ブレードの測定値のリストを得るための信号となる。この信号は、測定されているロータの理論半径の寸法表と比較され、存在する偏差が得られる。
【００２４】
すでに指摘したように、測定されるロータの別のパラメータはシールであり、これは、ステータで密閉されて循環すべきでないエリアを空気が通過するのを防止するガスケットであり、ロータとステータとの間の密閉は完璧でなければならない。
【００２５】
シールは輪形または環状であり、研削のために通常測定される先端を有する。これらの先端は、非常に小型であることに加えて、測定を実行するにはロータが動作中でなければならず、これによりリングが旋回動作を行うことを考慮すると、測定するには複雑な形状をしている。
【００２６】
リングが旋回動作を行うため、測定装置つまり高速ラインカメラは、測定ラインより下、これより上、その真上でシールを検出し得ることから、ロータのターンごとにカメラを合わせるためにシャフトの移動が必要である。
【００２７】
ブレードの測定と同様に、測定で得られたデータはプロセッサへ伝達され、シールの測定値リストが入手され、実測値のデータと比較すると各々の偏差が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明の目的は、航空機エンジンの、またはエネルギーを発生させるためのロータのブレードおよびシールの研削に関連し、ロータが動いている状態で測定を実行するように設計されたパラメータ測定のための測定機器を提案し、その結果、構造的および機能的特徴により、従来の解決法と比較して測定の高速性と精度とが得られる。
【００２９】
本発明の対象の測定機器（１）はＣ字形状を成し、例えばラインカメラなどの高速カメラ（２）を端部の一方に、光線エミッタ（３）を他端部に対向状態で有する。
【００３０】
図１および２のように、測定機器（１）は、パラメータが測定されるロータ（４）のタイプに応じて測定機器（１）とロータ（４）との間に存在する距離を調節することができる可動支持体（５）に、測定が実行されるロータ（４）に対向して配置される。
【００３１】
図２に示されているように、測定が実行されるロータ（４）の軸（６）には、エンコーダ（７）または回転・ターンパス検出器が設けられており、それらはプロセッサ（８）に接続されて、プロセッサ（８）が測定対象のブレード（９）またはシール（１６，１７，１８）のパラメータが位置する角位置を提示する。
【００３２】
一方、プロセッサ（８）は、高速カメラ（２）と光線エミッタ（３）の両方に接続されている。
【００３３】
加えて、プロセッサ（８）は、測定機器（１）により入手されたデータ（１２）をプロセッサ（８）へ伝達するデジタイザ（１０）と、市販されている異なるタイプのロータ（４）の実際の特徴を記憶するメモリ（１１）とを有する。
【００３４】
ブレード（９）またはシール（１６，１７，１８）の測定が実行されるパラメータに従って、ロータ（４）の軸（６）に対して軸方向または横断方向に測定機器（１）が配向される。
【００３５】
この点において、ロータ（４）のブレード（９）を測定するため、測定機器（１）はロータ（４）の軸（６）に対して横断方向に配向される。
【００３６】
測定機器（１）が横断方向に配向されると、測定されるロータ（４）に対して測定機器が位置する距離が、該当のロータ（４）のタイプに従って調節され、そのためにロータが設けられた支持体（５）が動かされる。
【００３７】
光線エミッタ（３）は、ブレード（９）に対して横断方向に光線を放射する。ラインカメラ（２）は、測定されるブレード（９）のロータ（４）の軸（６）に対する最大理論半径に対応するブレード（９）上の点が観察されるように配置される。
【００３８】
カメラ（２）と光線エミッタ（３）との間にブレード（９）が配置されることから、ブレード（９）を通過する光線の一部と、ブレード（９）の介在によりこれを通過しない光線の一部とに対応する明暗像をカメラ（２）が捕捉する。
【００３９】
この捕捉像の時間展開から、ブレードの移動曲線が得られ、これはデジタイザ（１０）により、高速カメラ（２）が接続されたプロセッサ（８）へ伝達される。
【００４０】
プロセッサ（８）の処理アルゴリズムにより、カメラ（２）によって得られたデータ信号（１２）からロータ（４）の異なるブレード（９）の測定値のリスト（１３）が入手され、このリストは、上述したプロセッサ（８）のメモリ（１１）に保存された測定対象ロータ（４）タイプの理論的測定値と比較され（１４）、ブレード（９）の研削に必要なデータが得られる。
【００４１】
ロータ（４）のシール（１６，１７，１８）を測定する時には、測定機器（１）はロータ（４）の軸（６）に対して軸方向の配向で配置される。
【００４２】
すでに指摘したように、シール（１６，１７，１８）は、ステータで密閉されるロータ（４）のガスケットであり、通過すべきでないエリアを空気が通過するのを防止するロータとステータの間のジョイントとなる。
【００４３】
シール（１６，１７，１８）はリング形状であり、その機能を実行できるように非常に正確な寸法を持たなければならない先端を有する。
【００４４】
シール（１６，１７，１８）は旋回動作を行い、ゆえに測定機器（１）による検出においては、高速カメラ（２）の測定ライン（１９）より上のオーバーサイズ（１６）、測定ライン（１９）より下のアンダーサイズ（１７）、測定ライン（１９）の真上のインサイズ（１８）として検出される場合があることを考慮すると、このパラメータの測定は複雑である。
【００４５】
この点において、シール（１６，１７，１８）の測定中には、ロータ（４）の軸（６）に位置決めされたエンコーダ（７）により検出されるロータ（４）のターンごとに、測定機器（１）とロータ（４）との間の距離が調節される。
【００４６】
この距離を調節するため、測定機器（１）のシャフトの初期位置は、カメラ（２）の測定ライン（１９）が、測定対象の物体を検出して測定ライン（１９）に対するシール（１６，１７，１８）の位置を決定する明暗像を発生させる半径である較正半径に対応する。初期位置が較正されると、測定が開始される。
【００４７】
すべてのシール（１６，１７，１８）が検出される最小半径に測定機器（１）のシャフトを位置決めすることで測定が開始される。測定機器（１）のシャフトとロータ（４）の軸との間の距離は、短い位置増分（例えば約１０μｍ）ごとに各測定で調節され、カメラ（２）の測定ライン（１９）に対してシール（１６，１７，１８）が占める異なる位置に対応する異なる像が得られる。つまり、図３に示すような測定機器（１）のシャフトの位置に対応する半径よりも長い半径を持つオーバーサイズシール（１６）、図４に示すような測定機器（１）のシャフトの位置に対応する半径よりも短い半径を持つシールに対応するアンダーサイズシール（１７）、図５に示すような測定機器（１）のシャフトの位置に対応する半径を有するシールであるインサイズシール（１８）である。
【００４８】
こうしてカメラ（２）は、測定装置（１）のシャフトの各位置について、測定ライン（１９）に位置するすべてのインサイズシール（１８）のリストと、測定ライン（１９）より下に位置するアンダーサイズシール（１７）のリストと、測定ライン（１９）より上に位置するオーバサイズシール（１６）のリストとを、デジタイザ（１０）を介してプロセッサ（８）へ送信する。
【００４９】
続いて、シール（１６，１７，１８）の研削中に、測定で得られた結果に従ってこのデータは二つの研削基準に照らし合わされる。測定ライン（１９）より上のシールが存在しない最大シール、または測定ライン（１９）より下または測定ライン（１９）上のシールの数が測定ラインより上のシールの数と等しくてはならない最小シールである。
【００５０】
図示していないが、測定機器（１）の実施例では、一方が軸方向に配向されて他方が横断方向に配向されるため前者はシールを測定して二番目はブレードを測定する２台の高速カメラ（２）が具備される。この目的のため、測定対象のパラメータのタイプに従って測定機器（１）全体を再配向することはなくなり、両測定を同時に実行できるように、測定機器（１）の光線エミッタ（３）に隣接してビームスプリッタが配置される。
【００５１】
別の実施例では、ロータ（４）の軸（６）に対して軸方向と横断方向の両方において同時測定が実行されるように、高速カメラ（２）などのエリアカメラが具備される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の対象機器の概略立面図を示す。
【図２】本発明の対象機器の動作のブロック図を示す。
【図３】高速カメラにより捕捉されるオーバーサイズシールの像を示す。
【図４】高速カメラにより捕捉されるアンダーサイズシールの像を示す。
【図５】高速カメラにより捕捉されるインサイズシールの像を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１  測定機器
２  高速カメラ
３  光線エミッタ／センサ
４  ロータ
５  可動支持体
６  軸
７  エンコーダ
８  プロセッサ
９  ブレード
１０  デジタイザ
１１  メモリ
１２  データ
１３  測定値リスト
１４  比較
１６  オーバーサイズシール
１７  アンダーサイズシール
１８  インサイズシール
１９  測定ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2008275623.tif 000006
【図５】
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