(57)【要約】 【課題】  熱成形のための方法を提供する。【解決手段】  本発明の熱成形のための方法は、加工物（１０４）の少なくとも表面を計測する段階と、前記加工物（１０４）の少なくとも表面の前記計測する段階に少なくとも部分的に基づいて歪場を決定する段階と、前記加工物（１０４）の所望の形状及び／又は微細構造を得るために、前記歪場を決定する段階に少なくとも部分的に基づいて前記加工物（１０４）に対する１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する段階と、を含む。【選択図】図１
2007030040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工物（１０４）の少なくとも表面を計測する段階と、
前記加工物（１０４）の少なくとも表面を計測する前記段階に少なくとも部分的に基づいて歪場を決定する段階と、
前記加工物（１０４）の所望の形状及び／又は微細構造を得るために、前記歪場を決定する段階に少なくとも部分的に基づいて前記加工物（１０４）に対する１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記歪場を決定する段階が、前記加工物（１０４）の初期形状を前記加工物（１０４）の所望の形状と比較する段階に少なくとも部分的に基づくことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記歪場に少なくとも部分的に基づいて最大圧縮歪の位置を求める段階を更に含む請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、前記最大圧縮歪の位置に少なくとも部分的に基づいて熱走査軌道における開始位置を設定する段階を含む請求項３に記載の方法。
【請求項５】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、前記最大圧縮歪の位置に少なくとも部分的に基づいて熱走査軌道における開始方向を設定する段階を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、等価基準を用いる段階を含み、
前記等価基準は、等価曲率、等価曲げ角、等価局所歪、又は等価影響区域間隔、或いはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、該予測する段階の間に前記等価基準を操作する段階を更に含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度、又は走査経路、或いはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を、推定した等価影響区域間隔に少なくとも部分的に基づいて計算する段階を更に含むことを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測する前記段階が、影響区域間隔、熱走査軌道、又は加熱条件、或いはこれらの組合せの２つ又はそれ以上を同時に計算する段階を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記加工物（１０４）の少なくとも表面を計測する前記段階の前に、少なくとも１つの加工物（１０４）に対し熱成形処理を行う段階を更に含み、前記歪場を決定する前記段階が経験的歪場をもたらすことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
レーザエネルギーを用いた構成部品の熱成形は、高容積自動車部品製造、マイクロ電子工学デバイス加工、及び形状最適化ターボ機械エーロフォイル等の多様な領域に及ぶ商業用途で実行可能な製造技術へと発展している。
【０００２】
熱成形は、加工物に対し熱を適切に加えることにより非接触の成形又は金型を必要としない成形を可能にする。加工物の変形は、永続的又は「可塑的」であり、後続の熱処理の後でも保持することができる。熱成形技術使用の可能性は、金型による成形が扱いにくい、高コスト、不適切、及び／又は時間がかかるといった場合の状況を考慮する際により明確になる。熱成形は、金型使用がこれらの欠点のうちの１つ又はそれ以上存在する場合に妥当な代替案とすることができる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本発明は特許請求の範囲において具体的に指摘され明瞭に請求される。しかしながらその目的、特徴及び利点と共に、操作の構成並びに方法の双方に関する請求項に記載された対象は、添付の図面を読むと共に以下の詳細な説明を参照することにより最も良く理解することができる。
【０００４】
本発明のひとつは、熱成形のための方法であって、加工物の少なくとも表面を計測するステップと、前記加工物の少なくとも表面の前記計測するステップに少なくとも部分的に基づいて歪場を決定するステップと、前記加工物の所望の形状及び／又は微細構造を得るために、前記歪場を決定するステップに少なくとも部分的に基づいて前記加工物に対する１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測するステップと、を含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
以下の詳細な説明において、請求項に記載された対象の完全な理解を可能にするために多くの具体的な詳細を説明する。しかしながら、請求項に記載された対象はこれらの具体的な詳細が無くとも実施可能であることは当業者には理解されるであろう。他の場合では、該請求項に記載された対象をあいまいにすることのないように、公知の方法、手順、構成要素及び／又は回路については詳細に説明をしていない。
【０００６】
加えて、以下の詳細な説明において本明細書の一部を形成する添付図面が参照され、全体を通じて同じ参照符号が同じ要素を示すことができ、実施可能な特定の実施形態が例証として示されている。他の実施形態を利用してもよく、更に請求項に記載された対象の範囲から逸脱すること無く構造的及び／又は論理的変更を行うことができる点を理解されたい。また、例えば、上、下、頂部、底部などの方向及び基準は、図面の検討を容易にするために用いることができ、請求項に記載された対象の適用を制限するものではない点に留意されたい。従って、以下の詳細な説明は、限定の意味にとるべきではなく、請求項に記載された対象の範囲は添付の請求項及びこれらの均等物によって定義される。
【０００７】
本明細書の全体にわたって「１つの実施形態」又は「ある実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、請求項に記載された対象の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体にわたる種々の箇所で語句「１つの実施形態では」又は「ある実施形態では」が出てくる場合、必ずしも全て同じ実施形態を指す必要はない。更に、特定の特徴、構造、又は特性は、１つ又はそれ以上の実施形態において、あらゆる適切な手法によって組合せることができる。
【０００８】
図１を参照すると、ブロック図は１つ又はそれ以上の実施形態による熱成形システム１００を示しているが、請求項に記載された対象は、この点において範囲が限定されるものではない。熱成形システム１００は、図１に示しているものよりも多くの構成要素を含むことができる。しかしながら一般に従来の構成要素は図示せずともよい。図１に示すように、熱成形システム１００は計測デバイス１０２を含むことができる。計測デバイス１０２は、加工物１０４と動作可能に関連付けることができる。加工物１０４は、特定の用途に従って、熱成形処理により修正可能な何らかの好適な加工物とすることができる。好適な加工物１０４の例は、エーロフォイルブレード又は同様のものを含むことができるが、これらに限定されず、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。
【０００９】
計測デバイス１０２は、加工物１０４の空間位置データを取得するために、特定の用途に従って加工物１０４の少なくとも表面を計測するのに適したどのようなデバイスであってもよい。例えば計測デバイス１０２は、加工物１０４の３次元モデルの構築を可能にする加工物１０４の計測を行うことができる。この３次元モデルは、加工物１０４の完全なモデルであってもよく、又は加工物１０４の特定の表面のモデルであってもよい。計測デバイス１０２は固定具１０６を含むことができる。固定具１０６は、複数の加工物１０４に対して実質的に同様である固定された基準フレームに対して計測を行えるように、加工物１０４を配置することができる。
【００１０】
計測デバイス１０２は、画像処理センサ１０８を含むことができる。画像処理センサ１０８は、特定の用途に従って計測のため加工物１０４の少なくとも表面を感知するのに適したどのようなデバイスであってもよい。適切な画像処理センサ１０８の例は、光学ベースの計測システム、レーザベースの点測定法、座標計測機（ＣＭＭ）を用いた自動機械計測、簡単な手動計測、又は同様のものを含むことができるが、これらに限定されず、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。
【００１１】
熱成形システム１００は、再加工デバイス１１０を含むことができる。再加工デバイス１１０は、計測デバイス１０２と共通部品を共用することができ、或いは別個のユニットであってもよい。再加工デバイス１１０は、加工物１０４に１つ又はそれ以上の熱成形処理を加えるのに適したどのようなデバイスであってもよい。適切な再加工デバイス１１０の例は、レーザ成形デバイス、レーザ衝撃ピーニングデバイス、又は同様のものを含むことができるが、これらに限定されず、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。再加工デバイス１１０は、固定具１１２を含むことができる。固定具１１２は、加工物１０４への１つ又はそれ以上の熱成形処理中に熱源１１４に対して加工物１０４を保持することができる。熱源１１４は、偏差領域を補正するために加工物１０４上の偏差領域を加熱することができる。
【００１２】
熱成形システム１００、計測デバイス１０２及び／又は再加工デバイス１１０は、コントローラ１１６によって少なくとも部分的に制御することができる。コントローラ１１６は、１つ又はそれ以上の演算プラットフォーム１１８を含むことができる。演算プラットフォーム１１８は、計測デバイス１０２及び／又は再加工デバイス１１０と接続することができる。演算プラットフォーム１１８は、例えばコントローラ１１６の１つ又はそれ以上の構成部品と電子データを交換することができるが、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。熱成形システム１００は、演算プラットフォーム１１８上で実行するソフトウェアを含むことができるが、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。
【００１３】
動作中、熱成形システム１００は、加工物１０４の初期形状の少なくとも一部を計測することができる。この計測された初期形状を所望の形状と比較して、偏差を計算することができる。次に、シミュレーションによって、加工物１０４における所望の形状及び／又は微細構造を得るための予測される熱成形処理を得ることができる。予測された熱成形処理は、適合性について調べることができる。再加工デバイス１１０は、加工物１０４に対して予測された熱成形処理を行うように指示することができる。代替的に、或いはこれに加えて、計測及び処理の反復プロセスを用いて、品質の維持、すなわち微細構造変化及び幾何学的変化に対する影響の受け易さを低減することができる。
【００１４】
ここで図２を参照すると、１つ又はそれ以上の実施形態による熱成形の例示的な手順がフローチャートで示されているが、請求項に記載された対象はこの点において範囲が限定されない。図２に示されているフローチャートは、例えば図１のシステム１００のような熱成形システム１００において１つ又はそれ以上の熱成形作業を実際に行うのに用いることができるが、請求項に記載された対象はこの点において限定されない。加えて、ブロックが提示されている順序によって、請求項に記載された対象が必ずしもどのような特定の順序にも限定されるものではない。同様に、請求項に記載された対象の範囲から逸脱することなく、図示されていない追加ブロックをフロー中に介在させた構成としてもよい。
【００１５】
図２に描かれているフローチャートは、別の実施形態ではソフトウェア、ハードウェア及び／又はファームウェア内に実装することができ、ブロック１２０において始まる離散的なオペレーションを含むことができ、例えば、図１の演算プラットフォーム１１８によって少なくとも部分的に実行することができる。ブロック１２２で、少なくとも１つの試験加工物に対して熱成形処理を行うことができる。ブロック１２４で、行われた熱成形処理による当該加工物の変形した形状を得るために、当該加工物の少なくとも表面を計測することができる。ブロック１２６で、当該試験加工物の未処理の形状を該試験加工物の変形した形状と比較することに少なくとも部分的に基づいて歪場を求めることができる。ブロック１２８では、求められた経験的歪場を利用して、経験的伝達関数を形成することができる。経験的伝達関数は、当該経験的歪場に少なくとも部分的に基づいて１つ又はそれ以上のプロセス入力を曲げ角に関係付けることができる。プロセス入力は、以下のもの：すなわち、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度、走査経路、加工物の厚さ、又は影響区域間隔（アフェクテット゛ソ゛ーン スヘ゜ーシンク゛）、或いはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を含むことができるが、これらに限定されない。経験的歪場及び／又は経験的伝達関数は、逆モデルで利用することができ、この場合逆モデルは、所望の加工物形状及び／又は微細構造を得ることが可能な１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測することができる。以下で説明するように、１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、当該経験的伝達関数に少なくとも部分的に基づいて、以下のもの：すなわち、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度、走査経路、又は影響区域間隔、或いはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を計算する段階を含むことができる。
【００１６】
かかる逆モデルの一例は、ブロック１３０で加工物の所望の形状を入力する段階を含むことができる。ブロック１３２で、加工物の初期形状を得るために当該加工物の少なくとも表面を計測することができる。ブロック１３４で、当該加工物の初期形状を当該加工物の所望の形状と比較する段階に少なくとも部分的に基づいて歪場を求めることができる。ブロック１３６で、熱成形処理における開始位置及び／又は開始方向を設定することができる。例えば、最大圧縮歪の位置は、歪場に少なくとも部分的に基づいて求めることができる。熱走査軌道における開始位置は、最大圧縮歪の位置に少なくとも部分的に基づくことができる。加えて、又は代替的に、熱走査軌道における開始方向は、最大圧縮歪の位置に少なくとも部分的に基づくことができる。
【００１７】
ブロック１３８で、等価影響区域間隔は、１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測中に操作することができる。例えば、１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、等価基準を使用する段階を含むことができ、該等価基準は、以下のもの：すなわち、等価曲率、等価曲げ角、等価局所歪、又は等価影響区域間隔、もしくはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を含むことができる。かかる等価基準は、１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測中に操作することができる。１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、推測される等価影響区域間隔に少なくとも部分的に基づいて、以下のもの：すなわち、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度、走査経路、又は影響区域間隔、或いはこれらの組合せの１つ又はそれ以上を計算する段階を含むことができる。
【００１８】
ブロック１４０で、ブロック１３４から求められた歪場に少なくとも部分的に基づいて、加工物の所望の形状及び／又は微細構造を得るために加工物に対して１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測することができる。加えて又は代替的に、ブロック１２６から求められた経験的歪場及び／又はブロック１２８による経験的伝達関数に少なくとも部分的に基づいて、加工物における所望の形状及び／又は微細構造を得るために加工物に対して１つ又はそれ以上の熱成形処理を予測することができる。更に１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、以下のもの：すなわち、影響区域間隔、熱走査軌道、又は加熱条件、或いはこれらの組合せの２又はそれ以上を同時に計算する段階を含むことができる。
【００１９】
ブロック１４２では、予測された熱成形処理を分析して、特定の熱成形処理が一定の許容範囲内にあるかどうかを判定することができる。予測された熱成形処理が一定の許容範囲内にない場合には、ブロック１３８で、等価影響区域間隔を操作することができ、且つ／又はブロック１４０で、新しい熱成形処理を予測することができる。予測された熱成形処理が一定の許容範囲内にある場合には、ブロック１４４で、予測された熱成形処理を利用して加工物を再加工することができる。プロセスはブロック１４６で終了することができる。
【００２０】
熱成形によって誘起された歪場を求める一般化経験的−数値的手法は、航空宇宙応用分野において広く用いられる合金であるニッケルベース合金７１８を用いた結果例を含み、以下に概説する。結果として得られる経験的伝達関数は、加工物を成形するための経路設計方策等の熱成形処理を考案する際に用いることができる。
【００２１】
上記で検討したように、熱エネルギーは、幾つかの発生源により与えることができる。熱エネルギーは、橋、機体、又は同様のもの等の大きな構造体、及び／又はマイクロ電子工学デバイス加工で見られるような小さなマイクロ構成部品、又は同様のもの等を含むが、これらには限定されない様々な加工物に対して適用することができる。熱エネルギーは、ロボット工学及び／又は電流測定ベースのシステムによって予測した通りに且つ繰返し供給することができ、堅牢な金型を簡単な保持固定具にまで小さくすることができる。代替的に、又はこれに加えて、光学計測システムを用いて、更に結果を監視するために熱成形処理の前、途中、及び後に部品構成を決定及び監視することができる。
【００２２】
１つの例示的な加工物は、コンプレッサブレードとすることができる。これらのブレードでは、既存の製造環境で所定位置での最新のシックスシグマ管理を用いても、最後の関門におけるプロセス変化が許容限界を超える場合があり、仕様を満たすためにブレードを手作業で「調整」することができる。熱成形処理を用いて、これらのブレードに対し形状調節を行うことができる。
【００２３】
上記で検討したように、１つ又はそれ以上の熱成形処理は、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度、走査経路、加工物の厚さ、又は影響区域間隔、或いはこれらの組合せ等を含むプロセス入力と、限定ではないが、微細構造発達及び変形特性を含むプロセス出力との間の定量化された経験的関係に少なくとも部分的に基づいて予測することができる。加えて、又は代替的に、１つ又はそれ以上の熱成形処理は、形状の所望の結果を得るために予測することができる。幾つかの方法論を用いて、プロセス入力と形状変化との間の関係を定量化することができる。結果は、曲げ角及び歪分布によって定量化された結果として得られる加工物の形状とすることができる。方法論は、以下に説明される実施例において論じるように、計画実験（ＤＯＥ）において試験クーポンに関して行われる経験的‐数値的組合せ手法を含むことができる。
【００２４】
以下の実施例では、試験加工物１０４は、圧延ストック（すなわち、熱処理された後に研磨媒体中でタンブル加工されて、鍛造／成形ブレードに似た開始時の微細構造及び表面仕上げを得たもの）からカットされた合金７１８クーポンを含む。クーポン寸法は、2.2×1.0インチで厚さが0.100、0.064、0.025インチのうちの１つであった。この実施例では、熱源１１４を、最大出力２ｋＷのＮｄ：ＹＡＧレーザアルゴンガスレーザで構成した。ブロック１２２における加工物への熱成形処理を実行する段階は、下記の表１に記載された５０のＤＯＥ条件下でアルゴンガス適用範囲でクーポンをレーザ処理する段階を含んだ。
【００２５】
【表１】
2007030040.tif 000003
【表２】
2007030040.tif 000004
レーザ処理方向は、1.0インチの寸法に沿ったものであり、クーポン毎に１回の走査が行われた。この実施例では、ブロック１２４での試験加工物の形状の計測する段階に、非接触計測システムを含む計測デバイス１０２によって結果として得られた熱形成表面の輪郭を計測する段階を含めた。計測する段階では、レーザ処理された側のクーポン表面上に順序付けられた点集合を生成する。計測データは、1.0インチの寸法に中心を置く0.591インチ（15.0ｍｍ）幅の範囲を取込むために、レーザ処理方向と直交する0.197インチ（5.0ｍｍ）間隔の４つの別個の走査において取込まれており、従って、走査は、クーポンの縁部から約0.2インチだけオフセットされた。走査は0.786インチ長さであった。初期の幾何形状は計測されておらず、平面と仮定されたが、本方法では非平面の初期幾何形状にも対処することができる。クーポンは、レーザ処理及び計測中固定具に対し所定位置にピン留めされた。幾つかの計測技術のいずれかを用いて、結果として得られる表面の幾何形状を求めることができ、これらの技術及び結果は、選ばれた光学システムに制限されるものではない。
【００２６】
この実験では、ブロック１２６での経験的歪場を求める段階に、表１に見られる結果に基づいて、最小二乗の方向で区分的３次多項式面を各クーポンについての計測点集合出力に当てはめる段階を含めた。この表面は、最初の形状（この事例では平坦）からレーザ処理後の静止位置までのクーポン表面の変位を定量化するのに用いられた。結果として得られた関数は、モデルクーポン（０．５９１×０．７８６で厚さが０．１００、０．０６４、０．０２５のうちの１つ）を最初の形状から最終の計測された形状までワンステップで変形させるための線形弾性有限要素分析（ＦＥＡ）モデルにおいて用いられる境界条件を構築するのに用いられた。結果として得られた平衡モデルは、主歪方向、大きさ、及びレーザ処理と交差方向での歪等の表面歪量について精査された。これらの表面歪量は、第２（最も低位の又は最も圧縮された）主歪成分及び局所第２主歪の方向を示すベクトル場を含むことができる。その結果は、熱成形処理の入口側から出口側まで度合が増大する歪の発達を示した。
【００２７】
熱成形処理に沿った所与の位置において更に詳細に歪分布を調べることにより、熱成形の局所効果の詳細が得られることになる。試験の詳細な歪のプロットは、第１及び第２のそれぞれの主歪成分、及びレーザ処理に対して直角な方向にある、本明細書でε１１と呼ばれるクーポン表面上の歪の［１、１］成分を追跡する。ε１１歪は、熱処理による加工物において支配的な曲率変化を取込むことができる。更にピークの曲がりは、レーザ処理領域の中心で発生しない場合があるが、レーザ処理／非レーザ処理領域の境界付近で最大曲がりを有する二峰性応答が存在する可能性がある。加えて、正の表面歪によって表される僅かな逆方向の曲がり領域がまた、レーザ接触区域の直ぐ外側に生じる場合もある。
【００２８】
表面のε１１歪は、一般的な計量値である曲げ角を定量化するのに有用とすることができる。歪と曲げ角の間のこの関係は、曲げ平面において計測される弧の長さを考慮することにより導くことができ、これらの歪が十分に小さいことが観測される状態では非常に簡単な関係が生じることになる。この実験では、ブロック１２８における経験的伝達関数の決定は、レーザ処理方向に直角な経路に沿った変形の局所量として歪を積分する段階を含み、以下のような曲げ角が生じる。
【００２９】
【数１】
2007030040.tif 000005
ここでｌは影響区域の長さ、ｚは厚さ（表面における）の１／２、θはラジアン単位の曲げ角である。この量は、上記で検討されたＦＥＡモデルの出力から計算することができる。例えば、この被積分関数は、直接計測された曲げ角に対してプロットされた走査／モデル化歪から計算することができる。かかる被積分関数の計算は、優れた相関結果を有して、曲げ角と被積分関数との間に実質的にリニアな関係をもたらすことができる。例えば、99.27％のＲ２調整値を有する相関関係が、本明細書で検討された実験で得られた。
【００３０】
更に、シックスシグマ設計（ＤＦＳＳ）ツールを用いて式１の被積分関数を予測するために、３次回帰モデルをＤＯＥプロセスデータに当てはめることができる。３次回帰モデルは次の形のものとすることができる。
被積分関数＝θ＝ｆ（厚さ、スポット、出力、速度）      （２）
ここで、結果とモデル係数は下記の表２に記載されており、94.99％のＲ２調整値を示している。
【００３１】
【表３】
2007030040.tif 000006
これらのデータを用いて、ＤＯＥにおいて明確に試験されないプロセスの空間を調査することができる。これらのデータを用いてＤＯＥにおいて明確に試験されないプロセスの空間を調査される場合には、これらのデータに基づく補間を用いることができる。
【００３２】
この実施例では、上記で検討された経験的−数値的に導出された歪分布を用いて、所望の形状結果を得るために利用可能な熱成形処理を予測することができる。従って、逆形式のモデルは、加工物において所与の所望の幾何形状、微細構造、及び／又は特性を得るために利用可能な熱成形処理のための経路及び条件を予測することができる。次の例では、ブロック１４０における１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、以下の関数として一般的に表わされる逆形式モデルを含むことができる。
【００３３】
【数２】
2007030040.tif 000007
ここでX０及びX１は、それぞれ初期及び最終の幾何形状であり、Ψ１及びΘ１はそれぞれ結果として得られる微細構造及び特性である。上述の経験的−数値的歪の結果は、曲げ角に関して通常計測される実験データと、通常歪に関して割当てられるモデル化データとの間のブリッジを提供することができる。歪データを用いて、表２の多項式伝達関数の逆関数により熱成形プロセスパラメータを変形場に直接マッピングすることができる。熱成形処理の経路及び加熱条件の決定は、離散的動作として行うことができる。離散的動作の歪場は、経路決定のために主歪の方向のみを考慮にして精査することができ、いったん経路が満足に決定されると、次いで加熱条件を計算することができる。或いは、熱成形処理の走査経路及び加熱条件の離散的決定ではなく、連結された又は同時決定を行うことができる。
【００３４】
例示的な熱成形処理の間に、加工物の現在の形状構成を取得することができる。次の実施例では、ブロック１３２で加工物の初期形状の計測段階は、計測デバイス１０２などのレーザ光学スキャナを用いて表面の密の点の集合を取得する段階を含むことができる。この実施例では、ブロック１３４における歪場の決定は、計測された初期形状から所望の形状までワンステップでの弾性ＦＥＡ分析を行うのに用いることができる表面境界条件を求めるための表面形状構成を精査する段階を含むことができる。ＦＥＡ境界条件は、ワンステップでのマッピングが通常形状から変形形状へ向かうように、すなわち結果として得られる歪解を逆にして修正することができるＣＡＤ型のマッピングの逆向きとなるようにすることができる。
【００３５】
マッピングされた歪は、外部表面及び中央表面において精査することができ、歪の方向及び値の両方の主成分に分解することができる。この実施例では、ブロック１３６での開始位置及び／又は開始方向の設定段階は、最大圧縮歪の識別された位置を開始位置として用いて表面に沿った熱走査軌道を決定する段階を含むことができ、加えて又は代替的に、加工物の熱成形処理は、最大圧縮歪の位置を通って歪の第２の主方向と直角に横断することができる。
【００３６】
この実施例では、ブロック１３８における等価影響区域間隔の操作は、熱走査軌道に沿った各位置における初期等価影響区域間隔ｌ’を推測する段階及び／又はパラメータｌ’を調整して１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測段階を支援する段階を含むことができる。このパラメータｌ’は、曲げの影響を受ける区域の幅（又は走査方向と直角の長さ）を定量化する、式１のパラメータｌに密接に関係している。熱成形処理の最終結果は、全体の形状変化をもたらすものとなり、この形状変化は通常、曲げの影響を受ける区域の領域よりもはるかに大きい領域にわたって実現する必要があるので、多くの別の影響区域間隔は、同一の又は実質的に同様の曲率変化をもたらすことができる。例えば、式１は表２のＤＯＥ伝達関数（又は逆関数）の結果と組合せることができる。関心のある領域にわたって、式１から次の式を得る。
【００３７】
【数３】
2007030040.tif 000008
これは、ε１１及びｌと同じ結果を得ることになる別の歪ε’１１及びｌ’が存在し、すなわち、小領域にわたるより鋭い曲げ、又は大きな領域にわたる浅い曲げが実質的に等価とすることができることを述べている。上述の式２の逆関数と組合せることにより、等価性は（関心領域にわたって）プロセスパラメータの等価性となる。
｛出力、スポットサイズ、速度、ｌ｝≡｛出力’、スポットサイズ’、速度’、ｌ’｝  (５)
ここで、加工物における所望の形状変化に影響を与えるために、多様なプロセスパラメータが選出して利用可能である。微細構造及び幾何形状のデータベース情報は、所望の曲率を得るために極めて厳しい加熱スケジュール、すなわち微細構造の損傷を招く高い確率を有する可能性のあるものが必要とされることを示す場合がある。より好ましい加熱条件は、等価影響区域間隔を変更し、推定結果に対して逆関数を再照会することにより見出すことができる。従って、より小さい（場合によってはより大きい）間隔ｌ’によって与えられるより好ましい条件下で所望の曲率を得る可能性もある。また、等価影響区域間隔の操作を用いて、曲げ角の変動を最小化するような関心のある他の態様を最適化することもできる。また、様々な微細構造及びシステム制約に対応するために、次のもの：すなわち、影響区域間隔、熱走査軌道、又は加熱条件、或いはこれらの組合せの２つ又はそれ以上を同時に計算することにより柔軟性を与えることができる。
【００３８】
開始位置及び経路が決定されると特定の加熱条件も決定することができる。検討したように、特定の加熱条件について複数の解が存在する場合もあり、解が存在しない場合もある。この実施例では、ブロック１４０における１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、用いられるシステム構成部品の性能に基づいて熱走査速度に対する制限を設定する段階を含むことができる。例えば、熱走査速度の制限は140〜200ｍｍ／ｓに設定することができ、ここで、レーザの経路にわたり加工物を運搬するロボットは200ｍｍ／ｓより低い最高性能を有するので、上限を設定することができる。更に、ＤＯＥ表面及び微細構造の評価は、下限を例えば140ｍｍ／に制限することができる。レーザパワーは、軌道に沿ったレーザ出力の調整の困難さを回避するために固定にすることができるが、請求項に記載された対象の範囲はこの点において限定されない。
【００３９】
この実施例では、ブロック１４０での１つ又はそれ以上の熱成形処理の予測は、横方向における歪を積分する段階を含むことができる。例えば、ガウス積分を用いてもよい。ガウス積分が５点求積法のケースに用いられる場合には、１／２ｌ’の約±0.91、±0.54、及び0のガウス位置において表面を見出すことができる。次に、ルンゲ・クッタ積分をほぼ非平面の表面に沿って用いることができる。第２の主要な歪（第２主歪）への寄与は下記の式（６）において計算される。
【００４０】
【数４】
2007030040.tif 000009
ここでｔは横断方向の単位ベクトル、ε２ｉ及びε２ｉはｉ番目の求積点に対する第２主歪のそれぞれ方向及び値であり、ｗｉは重みである。本明細書にて考慮される歪は、外側表面及び対応する中央表面の値を評価することによる曲げ又は平面内のものとすることができる。積分領域における平均厚みを計算することができる。例えば、積算歪（accumulated strain）に対する積分体系と同様なガウス積分体系を用いることができる。可能な拘束条件が与えられた場合、熱成形処理は、解が得られた熱出力、熱スポットサイズ、又は熱走査速度、或いはこれらの組合せによって予測することができる。例えば、ニュートン・ラフソン反復法は、予測される熱出力、熱スポットサイズ、又は熱走査速度、或いはこれらの組合せの解を得るために用いることができる。目標歪は式（６）で計算することができ、ここでＦ（熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度）＝０は、Ｆ＝ｆ（加工物の厚さ、熱出力、熱スポットサイズ、熱走査速度）−目標歪となる場合に求めることができる。
【００４１】
この実施例では、ブロック１４２で熱成形処理が許容範囲内にあるかどうかを判定する段階は、解が所与の許容範囲内に見出された場合には軌道に沿って計算を継続する段階を含むことができ、加えて又は或いは代替的に、解が見出されなかった場合には、再計算の前に等価影響区域間隔ｌ’に対する操作を行うことができる。この実施例では、ブロック１３８での等価影響区域間隔の操作は、ＤＯＥデータを用いて等価影響区域間隔ｌ’の次の推測を誘導する段階を含むことができる。目標積算歪は、ＤＯＥにおいて構築された歪範囲内にあるものとすることができるが、積算歪は等価長さが求められたときに取得することができるので、本明細書に見られるような反復方式を使用してもよい。
【００４２】
前述の開示に少なくとも部分的に基づいて、上述のオペレーションの１つ又はそれ以上を実行可能なソフトウェアを作成することができる。特定の実施形態を説明してきたが、請求項に記載された対象は特定の実施形態又は実装に対して範囲が限定されるものではない点も理解されたい。例えば、１つの実施形態は、前述のようにデバイス又はデバイスの組合せ上で動作するように実装される等のハードウェア内にあるものとすることができ、例えば、他方、別の実施形態ではソフトウェア内にあってもよい。同様に、ある実施形態では、例えばファームウェア内に実装するか、又はハードウェア、ソフトウェア、及び／又はファームウェアのあらゆる組合せとして実装することができる。同様に、請求項に記載された対象は、この点において範囲が限定されてはいないが、１つの実施形態では、１つの記憶媒体又は複数の記憶媒体等といった１つ又はそれ以上の物品を含むことができる。１つ又はそれ以上のＣＤ−ＲＯＭ及び／又はディスク等のこの記憶媒体は、例えば、これ自体に命令を格納しておくことができ、コンピュータシステム、演算プラットフォーム、又は他のシステムなどのシステムによって実行されたときには、例えば、前述の実施形態の１つのように、例えば請求項に記載された対象に従う方法のある実施形態が実行されるようになることができる。１つの可能性のある実施例として、演算プラットフォームは、１つ又はそれ以上の処理ユニット又はプロセッサと、ディスプレイ、キーボード、及び／又はマウス等の１つ又はそれ以上の入力／出力デバイス、及び／又はスタティックランダムアクセスメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ、フラッシュメモリ、及び／又はハードドライブ等の１つ又はそれ以上のメモリを含むことができるが、この場合もやはり、請求項に記載された対象はこの実施例に対し範囲が限定されない。
【００４３】
上述の説明では、請求項に記載された対象の様々な態様が説明されてきた。請求項に記載された対象の完全な理解を提供するために、説明の目的で特定の数、システム及び／又は構成が説明された。しかしながら、請求項に記載された対象はこれらの特定の詳細がなくとも実施できることは、本開示の恩恵を得る当業者であれば明らかなはずである。他の点では、請求項に記載された対象をあいまいにすることのないように、公知の特徴は省略及び／又は簡略化された。本明細書において特定の特徴を例示し及び／又は説明してきたが、多くの修正、置換え、変更及び／又は等価物が当業者には想起されるであろう。従って、添付の請求項のは、請求項に記載された対象の真の精神の範囲内に納まる全てのかかる修正及び／又は変更を保護するものである点を理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】１つ又はそれ以上の実施形態による例示的な熱成形システムを示すブロック図。
【図２】１つ又はそれ以上の実施形態による熱成形のための例示的な手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００４５】
１００  熱成形システム
１０２  計測デバイス
１０４  加工物
１０６  固定具
１０８  画像処理センサ
１１０  再加工デバイス
１１２  固定具
１１４  熱源
１１６  コントローラ
１１８  演算プラットフォーム
１２０、１２２、１２４、１２６、１２８、１３０、１３２、１３４、１３６、１３８、１４０、１４２、１４４、１４６  ブロック
【図１】
2007030040.tif 000010
【図２】
2007030040.tif 000011