(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
物品にデュアルレーザ衝撃ピーニングを加えるための方法であって、
ピーニングを加えるべき物品の第１表面上に、複数のスポットを含むスポットパターンを定める段階（１０４）と、
ピーニングを加えるべき前記物品の第２表面上に、複数のスポットを含むスポットパターンを定める段階（１０６）と
を含み、
前記第１及び第２表面は、互いに対して相互に相対する表面を含み、前記第２表面上の前記それぞれのスポットの各１つは、前記第１表面上のそれぞれのスポットに対応するように配列され、複数の組合わされたスポット対を構成し、そして各々のそれぞれ組合わされたスポット対に、同時に衝突するようにそれぞれ位置合わせされているデュアルレーザビームを発生する段階（１０８）、を含み、
前記物品に対する前記デュアルレーザビームの三次元的な位置合わせは、
物品位置合わせベクトルと該物品位置合わせベクトルが沿って位置する部品加工平面とを定める段階と、
レーザ位置合わせベクトルと該レーザ位置合わせベクトルが沿って位置するレーザ加工平面とを定める段階と、
前記部品加工平面と前記レーザ加工平面との間で相対的回転を行ない、前記部品加工平面とレーザ加工平面との間で平行な位置合わせを提供する段階と、
前記レーザビームの一方が前記部品の前記第１表面上のスポット中心に一致し、前記レーザビームの他方が前記第２表面上のスポット中心に一致するように、前記部品及び前記デュアルレーザビーム間で相対的並進移動を行う段階と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記第１表面は、凸状の表面を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１表面上の前記スポットパターンは、複数の部分的に重なり合うスポットを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
隣接するスポット間の部分的に重なり合う度合を選択的に制御する段階（１１６）をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第２表面は、凹状の表面を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
物品にデュアルレーザ衝撃ピーニングを加えるための装置（１）であって、
ピーニングを加えるべき物品の第１表面（４６）上に複数のスポットを含むスポットパターンを定めるためのスポットパターン生成装置（９０）を含み、前記パターン生成装置はさらに、ピーニングを加えるべき前記物品の第２表面（４８）上に複数のスポットを含むスポットパターンを定め、前記第１及び第２表面は互いに対して相互に相対する表面を含み、前記第２表面上のそれぞれのスポットの各１つは、前記第１表面上のそれぞれのスポットに対応するように配列され、複数の組合わされたスポット対を構成し、そして
各々のそれぞれ組合わされたスポット対に同時に衝突するようにそれぞれ位置合わせされているデュアルレーザビームを発生するためのレーザユニット（３１）を含み、
プロセッサによって実行される前記物品に対する前記デュアルレーザビームの三次元的な位置合わせが、
物品位置合わせベクトルと該物品位置合わせベクトルが沿って位置する部品加工平面とを定める段階と、
レーザ位置合わせベクトルと該レーザ位置合わせベクトルが沿って位置するレーザ加工平面とを定める段階と、
前記部品加工平面と前記レーザ加工平面との間で相対的回転を行ない、前記部品加工平面とレーザ加工平面との間で平行な位置合わせを提供する段階と、
前記レーザビームの一方が前記部品の前記第１表面上のスポット中心に一致し、前記レーザビームの他方が前記第２表面上のスポット中心に一致するように、前記部品及び前記デュアルレーザビーム間で相対的並進移動を行う段階と
を含むことを特徴とする装置。
【請求項７】
隣接するスポット間の部分的に重なり合う度合を選択的に制御する（１１６）ための重なり合い制御モジュールを更に含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にレーザ衝撃ピーニングに関し、より具体的には、部品のデュアルレーザ衝撃ピーニングを制御するための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンエンジン、特に航空機用ガスタービンエンジンのロータは、高い回転速度で運転され、このことがブレード内に高い張力及び振動応力の場を生じ、またファンブレードに異物損傷（ＦＯＤ）を受け易くする。また、振動は、羽根伴流及び入口圧力の歪み並びに他の空気力学的現象によっても起こる可能性がある。このＦＯＤが、ファンブレード翼形部の前縁及び後縁に刻み目及び裂け目を生じ、従って応力集中を引き起こす。この刻み目及び裂け目が、高い応力集中あるいは応力上昇の源になり、振動応力による高サイクル疲労（ＨＣＦ）のためにこれらブレードの寿命を著しく制限する。
【０００３】
従って、今日の部品よりも、低サイクル及び高サイクル疲労の両方に一層よく耐えることができ、また亀裂を一層よく抑止することができるような、他の硬質金属部品同様に長持ちするファン及び圧縮機ブレードを設計し構成することは非常にに望ましい。以下に引用した米国特許出願もしくは米国特許は、この目的を指向しており、それらは、係属中の米国特許出願第０８／９９３，１９４号、発明の名称「低エネルギレーザを使用するレーザ衝撃ピーニング」；１９９４年１２月２２日出願され現在は放棄されている同第０８／３６２，３６２号、発明の名称「オンザフライレーザ衝撃ピーニング」；及び米国特許第５，５９１，００９号、発明の名称「レーザ衝撃ピーニングを加えたガスタービンエンジンのファンブレード端縁」；米国特許第５，５６９，０１８号、発明の名称「クラックの防止もしくは転換技法」；米国特許第５，５３１，５７０号、発明の名称「レーザ衝撃ピーニングを加えたガスタービンエンジンの圧縮機ブレード端縁に対する歪み制御」；米国特許第５，４９２，４４７号、発明の名称「ターボ機械用のレーザ衝撃ピーニングを加えたロータ部品」；米国特許第５，６７４，３２９号、発明の名称「接着テープで被覆されたレーザ衝撃ピーニング」；及び米国特許第５，６７４，３２８号、発明の名称「乾式テープで被覆されたレーザ衝撃ピーニング」であり、これらの全ては本発明の出願人に対して譲渡されている。それらは、ファンブレードなどの部品のレーザ衝撃ピーニングを加えた表面の少なくとも内部に向って延びる部分にわたって、レーザ衝撃ピーニングによって与えられた深い残留圧縮応力の連続したもしくは容積がある領域を有するファンブレードの翼形部を得ることを教示している。これらの領域は、部分的に重なり合うレーザ衝撃ピーニングを加えた円もしくはスポットから内部に向って延びる、レーザ衝撃ピーニングによって与えられた残留圧縮応力の多数の部分的に重なり合う突入部によって形成される。
【０００４】
本発明のレーザ衝撃ピーニングによって与えられた深い残留圧縮応力は、米国特許第５，２３５，８３８号、発明の名称「本物の被加工物を形直しもしくは矯正するための方法及び装置」に開示されているように、被加工物を局部的に加熱して硬化させるためにレーザビームを用いた硬質化作業によって引き起こされる、局部的に区切られた残留圧縮応力を持つ被加工物の表面層区域と混同してはならない。この従来技術の教示によれば、高エネルギのパルスレーザからの多数の放射パルスと約１ｃｍの大きなレーザスポット径を使用して、上で引用した米国特許出願及び米国特許第３，８５０，６９８号、発明の名称「材料特性の変更」；米国特許第４，４０１，４７７号、発明の名称「レーザ衝撃処理」；及び米国特許第５，１３１，９５７号、発明の名称「材料特性」と同様に、被加工物の表面に衝撃波を発生する。当技術で理解されている、また本明細書で使用されるレーザ衝撃ピーニングは、レーザビーム源からのレーザビームを利用して、表面の一部分の連続領域に、強力な残留圧縮応力の連続領域を生成することを意味する。この領域は容積があり、また部分的に重なり合うレーザ衝撃ピーニングを加えた円形部もしくはスポットから内部に向って延びる個々の突入部の合体によって生成される。レーザピーニングは、被加工物の外側表面に圧縮応力を加えた保護層を作り出すために利用されており、その保護層は、米国特許第４，９３７，４２１号、発明の名称「レーザピーニング装置及び方法」に開示されるように、疲労破壊に対する被加工物の抵抗力を著しく増大させることが知られている。レーザ衝撃ピーニングプロセスの製造コストは、立ち上げ及び作業コストが極めて高価になる可能性があることから、極めて重要な領域である。上述の米国特許出願第０８／３６２，３６２号において開示される所謂「オンザフライ」レーザ衝撃ピーニングプロセスは、本発明がそうであるように、レーザ衝撃ピーニングに対するコスト節約の方法をもたらすように設計されている。この従来技術は、直径１ｃｍあるいはそれ以上のレベルの大きなレーザスポット、及び高エネルギレーザの使用を教示している。製造業者は、時間、コスト及びこのようなプロセスの複雑性が低減する方法を絶えず追い求めている。３〜１０ジュールのレベル、好ましい範囲としては３〜７ジュールの低エネルギレーザビーム、及び約１ｍｍの直径を有するレーザビームスポットを使用するレーザ衝撃ピーニング法が、出願中の米国特許出願第０８／９９３，１９４号、発明の名称「低エネルギレーザを使用するレーザ衝撃ピーニング」に開示されており、その方法は、時間、コスト及びレーザ衝撃ピーニングの複雑性を低減させようとしている。それらの低減をもたらす設計技法に対する要求が常に存在し、この目的に対して本発明は向けられている。
【０００５】
上で述べたように、既知の従来技術のレーザピーニング技法は、単一レーザビームを使用して、ピーニングを加えるべき表面に指定の位置で指定の角度で衝突させることのみに関心があった。レーザ衝撃ピーニング技術における最近の進歩によって、２つの衝突するレーザビームによって発生するそれぞれの衝撃波が、相互に相対する表面の中心でぶっつかるように、部品が相互に相対する表面上で同時に衝突を受けるようにすることが必要になってきた。本発明と同一の出願人に付与され、本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６，００５，２１９号を参照されたい。このデュアルレーザ技法を製造で使用するには、デュアルレーザピーニングプロセスを正確に、信頼性をもたせて、また安価に制御することを可能にする、数値制御（ＮＣ）ツールのようなプログラム可能なツールの開発がどうしても必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、現在利用可能であるＮＣ部品位置決め技術を使用して、デュアルレーザ衝撃ピーニング装置の制御を行うための制御指令を発する自動化プロセスを提供できれば望ましい。さらに、各レーザビームが、相互に相対する表面の両方に位置するそれぞれのスポット上に同時に衝突するように、部品をデュアルレーザビームに対して正確にかつ迅速に位置決めできれば望ましい。２つのレーザビームが同時に衝突するそれぞれのスポットは、部品の相互に相対する表面上に互いに向かい合って位置しているので、所望の表面適用範囲で強力な残留圧縮応力を得るようにビームが部品に衝突すべきスポットの正確な場所を定めることができればまた望ましい。上で述べたように、適切な適用範囲を達成する空間的位置に部品を三次元的に位置合わせするために、部品位置決め装置中にプログラムされるべき例えばＮＣの制御指令のような制御指令体系を定めることできればまた望ましい。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
一般的に言って、本発明は、物品（部品）にデュアルレーザ衝撃ピーニングを加えるための方法を提供することによって、前述の要求を満たすものである。この方法は、ピーニングを加えるべき部品の第１表面上に複数のスポットを含むスポットパターンを定めることを可能にする。この方法はさらに、ピーニングを加えるべき部品の第２表面上に複数のスポットを含むスポットパターンを定めることを可能にする。第１及び第２表面は、互いに対して相互に相対する表面を含む。第２表面上にあるそれぞれのスポットの各１つは、第１表面上にあるそれぞれのスポットに対応するように配列され、複数の組合わされたスポット対を構成する。発生する段階は、各々のそれぞれ組合わされたスポット対に同時に衝突するようにそれぞれ位置合わせされるデュアルレーザビームの発生を可能にする。
【０００８】
本発明の別の形態にあっては、部品にデュアルレーザ衝撃ピーニングを加えるための装置を提供することによって、前述の要求がさらに満たされる。この装置はスポットパターン生成装置を含み、ピーニングを加えるべき部品の第１表面上に複数のスポットを含むスポットパターンを定める。このパターン生成装置はさらに、ピーニングを加えるべき部品の第２表面上に複数のスポットを含むスポットパターンを定める。第１及び第２表面は、互いに対して相互に相対する表面を含む。さらに、第２表面上にあるそれぞれのスポットの各１つは、第１表面上にあるそれぞれのスポットに対応するように配列され、複数の組合わされたスポット対を構成する。レーザユニットは、各々のそれぞれ組合わされたスポット対に同時に衝突するようにそれぞれ位置合わせされるデュアルレーザビームの発生を可能にする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴及び利点は、付随の図面と共に読取るとき、以下の本発明の詳細説明から明確になるであろう。
【００１０】
図１、図２及び図３に示されるのは、ファンブレード８であって、ブレードのプラットフォーム３６からブレード先端３８まで半径方向外向きに延びるチタン合金製の翼形部３４を有する。これは、本発明の方法及び装置はそのために開発されたのであるが、硬質金属部品及び材料のタイプの代表的なものである。ファンブレード８は、プラットフォーム３６から根元部分４０の半径方向内側の端部３７まで半径方向内向きに延びる根元部分４０を含む。根元部分４０の半径方向内側の端部３７には、ブレードの根元４２があり、これがブレードのシャンク４４によってプラットフォーム３６に接続される。翼形部３４は、翼形部の前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間で弦方向に延びる。翼形部３４の弦Ｃは、図２に示すように、ブレードの各断面における前縁ＬＥと後縁ＴＥとの間の線である。翼形部３４の圧力側４８は、矢印で示す全体の回転方向に向いており、負圧側４６は翼形部の反対側であり、翼形中心線ＭＬは概して弦方向に２つの面の中間に位置する。
【００１１】
ファンブレード８は前縁部分５０を有し、それは翼形部３４の前縁ＬＥに沿って、ブレードのプラットフォーム３６からブレード先端３８まで延びる。前縁部５０は、予め定められた第１の幅Ｗ１を有し、前縁部分５０が、翼形部３４の前縁に沿って発生する可能性がある刻み目及び裂け目５２を取囲む。翼形部３４は、エンジン運転中に回転するファンブレード８によって発生される遠心力により、著しい引張応力の場にさらされる可能性がある。翼形部３４はまた、エンジン運転中に発生される振動にさらされる可能性があり、刻み目５２及び裂け目が高サイクル疲労応力上昇源として作用し、それらの周りに追加の応力集中を生じさせる。
【００１２】
初期亀裂又は微小亀裂、刻み目及び裂け目から生じ広がる可能性のある、発生する可能性のある亀裂線に沿ったブレード部分の疲労破壊に対抗するため、負圧側４６及び圧力側４８などの部品の相互に相対する第１及び第２表面もしくは側部は、それぞれレーザ衝撃ピーニングを加えた表面領域５４を有し、この表面領域５４は、本発明のデュアルレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）の方法及び装置によって与えられた深い圧縮残留応力を持つ予め応力がかけられた容積的に部分的に重なり合うレーザ衝撃ピーニングを加えた突入部もしくはスポットの配列５６を備えている。
【００１３】
図４は、本発明の方法１００の例示的な実施形態のフローチャートを示し、それぞれのデュアルビームがレーザ衝撃ピーニング（ＬＳＰ）を加えるべき部品の相互に相対する表面に衝突する必要のあるスポットの正確な位置を定めることを可能にする。開始段階１０２に続いて、段階１０４では、衝突するレーザビームに対する、部品の第１表面、例えば凸状の表面上の複数のスポットを含むスポットパターンを定めることができるようにする。段階１０６では、もう一方の衝突するレーザビームに対する、部品の第２表面、例えば凹状の表面上の複数のスポットを含むスポットパターンを定めることができるようにする。上に述べたように、第１及び第２表面（例えば、表面４６及び４８（図１））は、互いに対して相互に相対する表面を含む。さらに、第２表面上のスポットの各一つは、複数の組合わされたスポット対を構成するように、第１表面上のそれぞれのスポットに対応して配列される。戻り段階１１０に先立ち、段階１０８では、組合わされたスポット対のそれぞれの上に同時に衝突するようにそれぞれ位置合わせされるデュアルレーザビームを発生できるようにする。
【００１４】
図５は、方法１００によって生成できるスポットパターンとの関連でさらに詳細を示しているフローチャートを示す。開始段階１１２に続いて、段階１１４では、複数の部分的に重なり合うスポットで構成される第１表面上のスポットパターンを提供できるようにする。そのような部分的に重なり合うスポットパターンの例は、図８に示される。段階１１６では、隣接するスポット間で部分的に重なり合う度合を選択的に制御することができるようにする。ブロック１１８で述べ、また図９に示すように、各組合わされたスポット対は、第１表面（例えば、表面４８）上のスポットに対して直角に延びる線が第２表面（例えば、表面４６）上のスポットに対して直角に延びる線に交差するように、互いに対して位置を定められる。この２つの直角をなす線の交差は、それぞれのスポットから等距離の点（例えば、点ｏ）で起きる。上述の幾何学的配置は、図９で最もよく理解され、そこでは、レーザビーム経路Ａａ及びＢｂは、同一平面上にあると仮定され、また、そのような経路は、それぞれの組合わされたスポット対に同時に衝突を受けている間、一定の位置及び一定の角度に保持されるということがさらに仮定される。点ａ及びｂそれぞれは、レーザビームが部品表面に衝突することになる部品上のスポット位置に対応する。より具体的には、点ａ及びｂは、ＬＳＰを加えるべき部品の、それぞれの相互に相対する表面上に位置するそれぞれのスポットの中心に対応する。従って、図９に示すように、線分ａｏ及び線分ｂｏの距離は互いに等しい。さらに、線分ａｏは、部品５４の第１表面４６上のスポット中心に対して直角をなす。同じく、線分ｂｏは、部品５４の第２表面４８上のスポット中心に対して直角をなす。
【００１５】
図６は、方法１００の別の実施形態に関するさらに詳細を示すフローチャートであり、複数の組合わされたスポット対がＬＳＰを加える必要がある表面を完全に覆い尽くすことを確実なものとする。開始段階１２２に引き続き、段階１２４では、それぞれ、部品の第１表面４６例えば凸状の表面を横切りかつ部品の長手方向軸線（例えば、軸線６０（図１０））に対して概して直角をなす、図１０における曲線５９のような複数の曲線を定めることができるようにする。段階１２６では、長手方向軸線に沿った隣接するスポット間の所望の中心間の間隔よりも長くならないように、隣接する曲線間の離間距離を選択できるようにする。戻り段階１３０に先立ち、またブロック１２８に示すように、隣接する曲線間の選択された離間距離は、長手方向軸線に沿ったスポットが部分的に重なり合う度合を定め、また図１０において垂直の矢印６４で示される。
【００１６】
図７は、部品の長手方向軸線に対して概して直角をなす軸線（例えば、図１０における軸線６２）に沿ってスポットが部分的に重なり合う度合を選択できるようにするフローチャートを示す。開始段階１３２に続き、段階１３４では、それぞれの曲線各々に沿った複数の点、例えば図１０における点６６を定めることができるようにする。隣接する点間の離間距離は、部品の長手方向軸線に対して概して直角をなす軸線に沿った隣接する点間の所望の中心間の間隔よりも長くならないように選択される。戻り段階１３８に先立ち、ブロック１３６に示すように、隣接する点間の選択された離間距離は、部品の長手方向軸線に対して概して直角をなす軸線に沿ってスポットが部分的に重なり合う度合を定め、また、そのような点の離間距離は図１０において水平の矢印６８で示される。
【００１７】
図１１は、デュアルレーザビーム及び各々のそれぞれ組合わされたスポット対の間で三次元的位置合せを達成するために、ＬＳＰを加えるべき部品を正確な位置に順次移動させるように部品位置決め装置中にプログラムされるＮＣ制御指令を定めることができるようにするフローチャートを示す。開始段階１４０に続き、段階１４２では、部品位置合わせベクトル、及び部品位置合わせベクトルが沿って位置している部品加工平面を定めることができるようにする。この部品位置合わせベクトル及び部品加工平面は、図１２に示すように、部品５４の適切なコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）モデル中で定めることができる。例であって、これに限定するものではないが、２つの部品スポット点ａ及びｂ間の線分が先ず定められる。この線分の中心点、例えば点ａ及びｂから等距離にある中心点ｃが、次いで定められる。ベクトルｃｄは、ベクトルｃｄが線分ａｂに対して直角をなすように、点ｃから延びる。この図においては、ベクトルｃｄは、部品位置合わせベクトルであり、点ａ、ｂ及び部品位置合わせベクトルｃｄは、部品加工平面を定める。
【００１８】
段階１４４では、レーザ位置合わせベクトル、及びレーザ位置合わせベクトルが沿って位置するレーザ加工平面を定めることができるようにする。レーザ位置合わせベクトル及びレーザ加工平面を定めるため、ここでは、図１３に示するように、一定のデュアルレーザビーム配列を仮定する。さらに、このデュアルレーザビームＡ及びＢは、既知の一定角度ｑｐｓで既知の点ｐで交差すると仮定する。レーザ位置合わせベクトルを定めるために、角度ｑｐｓを二等分する線分ｐｒを、デュアルレーザビームＡ及びＢ間に引く。この場合、線分ｐｒは、レーザ位置合わせベクトルであり、また、レーザ加工平面は、デュアルレーザビームＡ及びＢにより共有される共通の平面並びにレーザ位置合わせベクトルｐｒによって定められる。
【００１９】
段階１４６では、部品加工平面とレーザ加工平面との間で平行な位置合わせを提供するために、部品加工平面とレーザ加工平面との間で相対的回転を行なうことができるようにする。段階１４８では、部品位置合わせベクトルとレーザ位置合わせベクトルとの間で、それらのベクトル間で平行な位置合わせを提供するために、相対的回転ができるようにする。戻り段階１５２に先立ち、接続ノードＡによって到達する段階１５０では、レーザビームの一方が部品の第１表面上のスポット中心に一致し、もう一方のレーザビームがＬＳＰを加えるべき第２表面上のスポット中心に一致するように、部品及びデュアルレーザビーム間で相対的並進移動を行なうことができるようにする。
【００２０】
当業者は、伝統的なＮＣ制御技法では、部品位置合わせベクトルを単一の工具軸線位置合わせベクトルに位置合わせすることを必要とするだけだと理解するだろう。しかしながら、そのような伝統的な技法は、デュアルレーザビームの同時制御を必要とする場合にはうまくいかないことをさらに理解するだろう。従って、本発明は、追加的な位置合わせ、即ち、部品加工平面とレーザ加工平面との間の位置合わせを行なうことの必要性を認識している。上述の位置合わせ装置が、図１５に示してあり、そこでは、レーザ位置合わせベクトルと部品位置合わせベクトルとは、デュアルレーザビームＡ及びＢの中心線がそれぞれに、ＬＳＰを加えるべき相互に相対する表面上のスポットの中心に対応する点ａ及びｂを通過するように、共通の加工平面を共有するように位置合わせされる。
【００２１】
図１５及び図１６を参照すると、深い圧縮残留応力を誘起したレーザビーム衝撃は、繰返し発射する二つのレーザビーム２によって作り出され、その各々は、あらゆる適切な削摩性の被覆５５で覆うことができる前縁ＬＥの両側上の表面５４に対して、プラス／マイナス数ミルだけ焦点をずらされる。レーザビームは、被覆されたレーザ衝撃ピーニングを加える表面５４上に流される流水のカーテンを介して発射されるのが好ましい。塗料、テープ、もしくは他の削摩性の被覆５５は、削摩されてプラズマを発生し、それは結果として材料表面上に衝撃波を生じる。他の削摩性の材料を用いて、塗料に代わる適切なものとして表面を被覆することができる。これらの被覆材料は、米国特許第５，６７４，３２９号及び第５，６７４，３２８号に開示されているような、金属フォイルもしくは接着性プラスチックテープを含む。これらの衝撃波は、被覆された表面に向けて流水のカーテンによって向け直され、被覆された表面の下にある材料中を進行する衝撃波（圧力波）を発生する。この衝撃波の振幅及び量が、圧縮応力の深さ及び強度を決定する。削摩性の被覆を用いて、標的表面を保護し、またプラズマを発生させる。
【００２２】
図１５及び図１６に示すのは、従来公知のロボット腕２７にブレード８が装着されている装置１であり、本発明の一実施形態により、ロボット腕２７を用いてブレードを連続的に移動させ、また位置決めして「オンザフライ」レーザ衝撃ピーニングを行なう。ロボット腕２７は、例えばＮＣ装置などの制御装置９２からの適切な制御指令に順番に応答する適切なサーボモータ９４によって与えられる回転及び／または線形動作に対して応答し、また制御装置９２は図１１から図１４のところで説明した位置合わせ段階を実行するようにプログラムすることができる。スポットパターン生成装置９０は、図４から図１０のところで説明したスポットパターンを定める段階を実行するように、さらにプログラムできる。言うまでもなく、上記のプログラミングは、当業者によく知られ、また、充分に理解されているプログラミング技法を使用して実行することができる。
【００２３】
それぞれ前縁ＬＥにある、圧力及び負圧側４６及び４８両方のレーザ衝撃ピーニングを加えた表面５４は、削摩性の被覆５５で被覆される。次いでブレード８は、固定レーザビーム２が表面５４上の流水のカーテン２１を介して連続的に発射され、制御可能に部分的に重なり合うレーザ衝撃ピーニングを加えた円形のスポット５８を形成しながら、連続的に移動させられる。図示される水のカーテン２１は、通常の給水管１９の端部で通常の水ノズル２３によって供給される。レーザ衝撃ピーニング装置１は、発振器３３及び前置増幅器３９Ａおよび予め増幅されたレーザビームを各々が第１及び第２増幅器３９及び４１それぞれを持つ２つのビーム光学伝送回路に供給するビーム分割器４３を備える通常の発生装置３１と、レーザビーム２をレーザ衝撃ピーニングを加える表面５４上に伝送し焦点を結ばせる光学要素を備える光学装置３５とを含む。制御装置２４は、レーザビーム装置１を調整し、制御するために使用することができ、レーザビーム２をレーザ衝撃ピーニングを加える表面５４上に制御された状態で発射する。削摩された被覆材料は、流水のカーテンで洗い落とされる。
【００２４】
レーザは、図１５及び図１６に示すように、レーザ衝撃ピーニングを加える表面５４が、ブレード８の翼形部３４とレーザビーム２との間で連続的な移動を行ないながら、表面を被覆し次いで表面にレーザ衝撃ピーニングを加える１回あるいはそれ以上のシーケンスで、レーザ衝撃ピーニングを加えるように、連続的に「オンザフライ」で発射することができる。明細書中の例示的な実施形態にあっては、翼形部３４は、それぞれ組合わされた円形スポット対がデュアルレーザビームによって同時に衝突を受けるように、レーザビーム２を表面５４上に連続的に発射しながら、移動させられる。被覆しレーザ衝撃ピーニングを加えるシーケンスを数回繰返すことで、所望の圧縮残留応力強度及びレーザ衝撃ピーニングを加えた突入部５３の深さを得ることができる。
【００２５】
当業者により理解されることであろうが、本発明は、翼形部の表面上に如何なる感知されるほどの影響もしくは損傷をも残すことなく、未使用もしくは未使用に近い被覆のみが削摩されるようにすることができる。これは、放置しておいたならばブレードの運転において望ましくない空気力学的な影響を引き起こす可能性のある、レーザに起因する一寸した傷つきもしくは再溶解さえも予防するためのものである。全パターンを完全に行なうためには、数回のシーケンスを必要とする可能性があり、またレーザ衝撃ピーニングを加える表面５４の再被覆は、各スポット対が数回衝撃されるレーザ発射の各シーケンスの間になされる。レーザ発射は、しばしば「レップ」と称される発射間の時間間隔を持つ多数のレーザ発射あるいはパルスを有する。このレップ間に、次のパルスが次のレーザ衝撃ピーニングを加える円形スポット対の位置において発生するように、部品が移動させられる。好ましくは、部品は連続的に移動させられ、レーザビームのパルスあるいは発射のとき適切な位置にあるように移動速さが調整される。シーケンスを１回あるいはそれ以上繰り返して使用して、各レーザ衝撃ピーニングを加える円形スポット対を１回以上衝撃することができる。このことはまた、各発射あるいはレーザパルスで使用するレーザエネルギをより小さくすることを可能にする。
【００２６】
本明細書では本発明の好ましい実施形態を示し説明してきたが、そのような実施形態は例としての目的でのみ提供されているのは明らかであろう。多くの変形、変更及び置換が、本明細書における発明から逸脱することなく、当業者にはなされるであろう。従って、本発明は、特許請求の範囲の技術思想と技術的範囲によってのみ限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法及び装置を用いてレーザ衝撃ピーニングを加えることができる例示的な部品、即ち航空機用ガスタービンエンジンのファンブレードの斜視図。
【図２】  本発明の方法及び装置を用いてレーザ衝撃ピーニングを加えることができる別の例示的な航空機用ガスタービンエンジンのファンブレードの斜視図。
【図３】  図２に示される線３−３に沿うファンブレードの断面図。
【図４】  それぞれのデュアルレーザビームがレーザ衝撃ピーニングを加えるべき部品の相互に相対する表面に衝突するスポットの位置を決定できるようにする、本発明の方法の例示的な実施形態のフローチャート。
【図５】  本発明の方法によって生成することのできる例示的なスポットパターン、例えば、部分的に重なり合うスポットに関するさらに詳細を示しているフローチャート。
【図６】  レーザ衝撃ピーニングを加えるべき部品の適切な表面適用範囲を確実なものにするための段階を示しているフローチャート。
【図７】  隣接するスポット間の部分的に重なり合う度合を制御可能に選択する段階の詳細を示すフローチャート。
【図８】  本発明の方法によって生成できる例示的なスポットパターンの平面図。
【図９】  デュアルレーザビームによって衝突されるべき組合わされたスポット対の間の幾何学的な関係を示す、レーザ衝撃ピーニングを加えるべき部品の平面図。
【図１０】  隣接するスポット間の部分的に重なり合う度合を制御可能に選択することに対する幾何学的な関係を示す斜視図。
【図１１】  デュアルレーザビームに対し部品の三次元的な位置合わせができるようにする段階を示すために使用されるフローチャート。
【図１２】  部品位置決めベクトル、及び部品加工平面を定めるための幾何学的な関係を示す、レーザ衝撃ピーニングを加えるべき部品の平面図。
【図１３】  レーザ位置決めベクトル、及びレーザ加工平面を定めるための幾何学的な関係を示す、例示的なデュアルレーザビームの配列図。
【図１４】  互いに対しての三次元的位置合わせに基づき、図１２及び図１３の組合せから結果として得られる平面図。
【図１５】  本発明の方法を実行するためのレーザ衝撃ピーニング装置において被覆され装着された、図１のブレードの概略斜視図。
【図１６】  図１５の構成の一部断面一部概略図。
【符号の説明】
１  装置
２  レーザビーム
８  ファンブレード
３４  翼形部
３６  ブレードプラットフォーム
３８  ブレード先端
４０  根元部分
４２  ブレード根元
４６  第１表面
４８  第２表面
５２  刻み目及び裂け目
５４  部品
５６  突入部
５８  円形スポット
Ｃ    弦
ＭＬ  翼形中心線
Ｗ１  第１幅
ＬＥ  前縁
ＴＥ  後縁
【図１】
0004656735.tif 000002
【図２】
0004656735.tif 000003
【図３】
0004656735.tif 000004
【図４】
0004656735.tif 000005
【図５】
0004656735.tif 000006
【図６】
0004656735.tif 000007
【図７】
0004656735.tif 000008
【図８】
0004656735.tif 000009
【図９】
0004656735.tif 000010
【図１０】
0004656735.tif 000011
【図１１】
0004656735.tif 000012
【図１２】
0004656735.tif 000013
【図１３】
0004656735.tif 000014
【図１４】
0004656735.tif 000015
【図１５】
0004656735.tif 000016
【図１６】
0004656735.tif 000017