(57)【要約】      （修正有）【課題】コンポーネントの中に孔部を穿孔するための方法を提供する。【解決手段】方法は、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビーム６４を近位壁部６６の外側表面に向けて方向付けするために、コンポーネントの近位壁部の所定の距離の中に閉じ込めレーザドリルを位置決めするステップを含む。閉じ込めレーザビームは、液体カラムから形成されており、レーザは、液体カラムの中に位置決めされている。また、方法は、センサ８８を用いて、コンポーネントの近位壁部の外側に存在する閉じ込めレーザビームからの液体の量を感知するステップを含む。そのうえ、方法は、コンポーネントの近位壁部の外側で感知される液体の量に基づいて、近位壁部を通る閉じ込めレーザビームの貫通を決定するステップを含む。【選択図】図３
2016137520.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンポーネントの近位壁部（６６）の中に孔部（５２）を穿孔するための方法であって、
前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の所定の距離の中に閉じ込めレーザドリル（６２）を位置決めするステップと、
前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の中に孔部（５２）を穿孔するために、前記閉じ込めレーザドリル（６２）の閉じ込めレーザビーム（６４）を、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側表面に向けて方向付けするステップであって、前記閉じ込めレーザビーム（６４）は、液体カラム（８０）およびレーザを含み、前記液体カラム（８０）は、液体から構成されている、ステップと、
センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）を用いて、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの液体の量を感知するステップと、
前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側で感知される前記液体の量に基づいて、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）を通る前記閉じ込めレーザドリル（６２）の前記閉じ込めレーザビーム（６４）の貫通を決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記コンポーネントが、ガスタービンのエーロフォイル（３８）である、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、カメラを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）の前記カメラが、前記閉じ込めレーザドリル（６２）に向けられている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）の前記カメラが、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の中の前記孔部（５２）に向けられている、請求項３記載の方法。
【請求項６】
前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する液体の量を感知するステップが、前記カメラから受信される１つまたは複数の画像を、１つまたは複数の記憶された画像と比較し、存在する前記液体の量を決定することを含む、請求項３記載の方法。
【請求項７】
前記閉じ込めレーザドリル（６２）が、バックスプラッシュ領域（１０４）を画定し、前記バックスプラッシュ領域（１０４）において、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの液体は、前記閉じ込めレーザビーム（６４）が前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）を貫通する前にスプレーされ、前記方法は、
光源（１０８）からの光を前記バックスプラッシュ領域（１０４）の少なくとも一部分を通して方向付けするステップ
をさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、光学的なセンサであり、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する液体の量を感知するステップが、前記光学的なセンサを用いて、前記光源（１０８）からの光の強度を感知することを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記光源（１０８）が、レーザである、請求項７記載の方法。
【請求項１０】
前記光源（１０８）が、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）に向けられており、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、光学的なセンサであり、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する液体の量を感知するステップが、光の強度を感知することを含み、所定の閾値を超える光の強度を感知することは、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの減少された量の液体が前記コンポーネントの外側に存在していることを示す、請求項７記載の方法。
【請求項１１】
前記光源（１０８）が、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）に向けられておらず、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、光学的なセンサであり、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する液体の量を感知するステップが、光の強度を感知することを含み、所定の閾値を下回る光の強度を感知することは、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの減少された量の液体が前記コンポーネントの外側に存在していることを示す、請求項７記載の方法。
【請求項１２】
コンポーネントの近位壁部（６６）の中の孔部（５２）の閉じ込めレーザ穿孔の際に貫通を決定するためのシステムであって、
閉じ込めレーザビーム（６４）を利用する閉じ込めレーザドリル（６２）であって、前記閉じ込めレーザビーム（６４）は、レーザおよび液体カラム（８０）を含み、前記液体カラム（８０）は、液体から構成されており、前記閉じ込めレーザドリル（６２）は、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）を通して孔部（５２）を穿孔するように構成されており、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）は、前記コンポーネントによって画定されるキャビティに隣接して位置決めされている、閉じ込めレーザドリル（６２）と、
前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に位置決めされており、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の外側に存在する前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの液体の量を決定するように構成されているセンサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）と、
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）と操作可能に通信するコントローラであって、存在していると前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）によって決定された前記液体の量に基づいて、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）を通る前記閉じ込めレーザビーム（６４）の貫通を決定するように構成されているコントローラと
を含むシステム。
【請求項１３】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、カメラを含む、請求項１２記載のシステム。
【請求項１４】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）のカメラが、前記閉じ込めレーザドリル（６２）に向けられている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１５】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）のカメラが、前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）の中の前記孔部（５２）に向けられている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１６】
前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、前記カメラから受信される１つまたは複数の画像を、１つまたは複数の記憶された画像と比較し、存在する前記液体の量を決定するように構成されている、請求項１３記載のシステム。
【請求項１７】
前記閉じ込めレーザドリル（６２）から離れている光源（１０８）をさらに含み、
前記閉じ込めレーザドリル（６２）が、バックスプラッシュ領域（１０４）を画定し、前記バックスプラッシュ領域（１０４）において、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの液体は、前記閉じ込めレーザビーム（６４）が前記コンポーネントの前記近位壁部（６６）を貫通する前にスプレーされ、前記光源（１０８）は、前記バックスプラッシュ領域（１０４）の少なくとも一部分を通して光を方向付けするために、前記コンポーネントの外側に位置決めされている、請求項１２記載のシステム。
【請求項１８】
前記光源（１０８）が、レーザである、請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
前記光源（１０８）が、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）に向けられており、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、光学的なセンサであり、所定の閾値を超える光の強度を感知することは、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの減少された量の液体が前記コンポーネントの外側に存在していることを示す、請求項１７記載のシステム。
【請求項２０】
前記光源（１０８）が、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）に向けられておらず、前記センサ（８８、９８、１０２、１１０、１１２）が、光学的なセンサであり、所定の閾値を下回る光の強度を感知することは、前記閉じ込めレーザビーム（６４）からの減少された量の液体が前記コンポーネントの外側に存在していることを示す、請求項１７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、閉じ込めレーザドリル（ｃｏｎｆｉｎｅｄ  ｌａｓｅｒ  ｄｒｉｌｌ）を使用して、タービンのコンポーネントの中に１つまたは複数の孔部を穿孔するための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
タービンは、産業用および商業用の運転において幅広く使用されている。電力を発生させるために使用される典型的な商業用の蒸気タービンまたはガスタービンは、静止エーロフォイルおよび回転エーロフォイルの交互の段を含む。たとえば、静止ベーンは、タービンを取り囲むケーシングなどのような静止コンポーネントに取り付けられ得、また、回転ブレードは、タービンの軸線方向中心線に沿って位置付けされているロータに取り付けられ得る。それに限定されないが、蒸気、燃焼ガス、または空気などのような、圧縮作動流体は、タービンを通って流れ、静止ベーンは、圧縮作動流体を加速させ、圧縮作動流体を回転ブレードの後続の段の上に方向付け、回転ブレードに運動を伝え、したがって、ロータを回転させて、仕事を行う。
【０００３】
タービンの効率は、一般的に、圧縮作動流体の温度上昇とともに向上する。しかし、タービンの中の過度の温度は、タービンの中のエーロフォイルの寿命を低減させ、したがって、タービンに関連付けされる修理、メンテナンス、および供給停止期間を増加させる可能性がある。結果として、様々な設計および方法が、エーロフォイルに対して冷却を提供するために開発されてきた。たとえば、冷却媒体は、エーロフォイルの内側のキャビティに供給され、対流的におよび／または伝導的にエーロフォイルから熱を除去することが可能である。特定の実施形態では、冷却媒体は、エーロフォイルの中の冷却通路を通してキャビティから流出し、エーロフォイルの外側表面の上に膜冷却を提供することが可能である。
【０００４】
温度および／または性能の水準が向上し続けるにつれて、エーロフォイルのために使用される材料は、ますます薄くなり、エーロフォイルの信頼性の高い製造をますます困難にする。たとえば、エーロフォイルは、高合金金属から鋳造され得、遮熱コーティングは、エーロフォイルの外側表面に適用され、熱保護を強化することが可能である。ウォータジェットは、遮熱コーティングおよび外側表面を通して冷却通路を生成させるために使用され得るが、ウォータジェットは、遮熱コーティングの一部分を剥離させる可能性がある。代替的に、遮熱コーティングは、冷却通路が放電加工機（ＥＤＭ）によって生成された後に、エーロフォイルの外側表面に適用され得るが、これは、新しく形成された冷却通路を覆う任意の遮熱コーティングを除去するために追加的な処理を必要とする。そのうえ、コーティングプロセスの後に冷却孔部を再び開けるこのプロセスは、冷却孔部のサイズが減少し、冷却孔部の数が増加するときには、ますます困難になり、より多くの労働時間および技能を必要とする。
【０００５】
また、集束レーザビームを利用するレーザドリルは、遮熱コーティングを剥離させるリスクを低減させながら、エーロフォイルを通る冷却通路を生成させるために使用され得る。しかし、レーザドリルは、エーロフォイルの中のキャビティの存在に起因して、正確な制御を必要とする可能性がある。レーザドリルがエーロフォイルの近位壁部を貫通すると、従来の方法によるレーザドリルの連続動作は、キャビティの反対側部に損傷を結果として生じさせる可能性があり、潜在的に、損傷したエーロフォイルを結果として生じさせ、損傷したエーロフォイルは、改造または処分されなければならない。
【０００６】
したがって、ガスタービンのコンポーネントの中に孔部を穿孔するための改善した方法およびシステムは、有益であることとなる。より具体的には、ガスタービンのコンポーネントの中に孔部を穿孔するための、および、そのような穿孔プロセスの間の１つまたは複数の動作条件を決定するための方法およびシステムが、とりわけ有用であることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／００７６８６８号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様および利点は、以下の説明において下記に述べられており、または、説明から明らかである可能性があり、または、本発明の実施を通して学習され得る。
【０００９】
本開示の１つの例示的な態様では、コンポーネントの中に孔部を穿孔するための方法が提供される。方法は、コンポーネントの近位壁部の所定の距離の中に閉じ込めレーザドリルを位置決めするステップを含む。また、方法は、コンポーネントの近位壁部の中に孔部を穿孔するために、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームを、コンポーネントの近位壁部の外側表面に向けて方向付けするステップを含む。閉じ込めレーザビームは、液体カラムおよびレーザを含む。液体カラムは、液体から形成される。また、方法は、センサを用いて、コンポーネントの近位壁部の外側に存在する閉じ込めレーザビームからの液体の量を感知するステップを含む。また、方法は、コンポーネントの近位壁部の外側で感知される液体の量に基づいて、コンポーネントの近位壁部を通る閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームの貫通を決定するステップを含む。
【００１０】
本開示の１つの例示的な実施形態では、コンポーネントの近位壁部の中の孔部の閉じ込めレーザ穿孔の際に貫通を決定するためのシステムが提供される。システムは、閉じ込めレーザビームを利用する閉じ込めレーザドリルを含む。閉じ込めレーザビームは、レーザおよび液体カラムを含み、液体カラムは、液体から形成される。閉じ込めレーザドリルは、コンポーネントの近位壁部を通して孔部を穿孔するように構成されている。コンポーネントの近位壁部は、コンポーネントによって画定されるキャビティに隣接して位置決めされている。また、システムは、センサを含み、センサは、コンポーネントの近位壁部の外側に位置決めされており、コンポーネントの近位壁部の外側に存在する閉じ込めレーザビームからの液体の量を決定するように構成されている。また、システムは、センサと操作可能に通信するコントローラを含む。コントローラは、存在しているとセンサによって決定された液体の量に基づいて、コンポーネントの近位壁部を通る閉じ込めレーザビームの貫通を決定するように構成されている。
【００１１】
本開示のこれらの特徴、態様、および利点、ならびに、他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照して、より良好に理解されよう。添付の図面は、この明細書の一部に組み込まれ、この明細書の一部を構成しており、本開示の実施形態を図示し、本説明とともに、本開示の原理を説明するための役割を果たしている。
【００１２】
本開示の完全で実施可能な開示（当業者に対するその最良の形態を含む）は、より具体的には、添付の図の参照を含む本明細書の残りで述べられている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の様々な実施形態を組み込み得る例示的なガスタービンのタービンセクションの簡単化された断面図である。
【図２】本開示の実施形態による例示的なエーロフォイルの斜視図である。
【図３】本開示の一実施形態によるエーロフォイルを製造するためのシステムの概略図である。
【図４】閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部を貫通した後の図３の例示的なシステムの概略図である。
【図５】本開示の例示的な態様による、エーロフォイルを製造するための方法のフロー図である。
【図６】本開示の例示的な実施形態による、閉じ込めレーザドリルの動作の間の光強度測定を示すグラフである。
【図７】本開示の例示的な実施形態による、閉じ込めレーザドリルの動作の間の波長測定を示すグラフである。
【図８】本開示の例示的な実施形態による、閉じ込めレーザドリルの動作の間の光強度測定におけるノイズを示すグラフである。
【図９】本開示の別の例示的な実施形態による、エーロフォイルを製造するためのシステムの概略図である。
【図１０】閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部を貫通した後の図９の例示的なシステムの概略図である。
【図１１】本開示の別の例示的な態様による、エーロフォイルを製造するための方法のフロー図である。
【図１２】本開示のさらなる別の例示的な実施形態による、エーロフォイルを製造するためのシステムの概略図である。
【図１３】閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部を貫通した後の図１２の例示的なシステムの概略図である。
【図１４】本開示のさらなる別の例示的な実施形態による、エーロフォイルを製造するためのシステムの概略図である。
【図１５】閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部を貫通した後の図１４の例示的なシステムの概略図である。
【図１６】本開示のさらなる別の例示的な態様による、エーロフォイルを製造するための方法のフロー図である。
【図１７】本開示のさらなる別の例示的な実施形態による、エーロフォイルを製造するためのシステムの概略図である。
【図１８】本開示のさらなる別の例示的な態様による、エーロフォイルを製造するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで、本開示の実施形態を詳細に参照し、その１つまたは複数の例は、図面に図示されている。それぞれの例は、本開示の説明として提供されており、本開示の限定として提供されてはいない。実際に、本開示の範囲または精神から逸脱することなく、本開示において、様々な修正例および変形例が作製され得ることが、当業者には明らかになろう。たとえば、一実施形態の一部として図示または説明されている特徴は、一層さらなる実施形態を生み出すために、別の実施形態とともに使用され得る。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲およびそれらの均等物の範囲の中に入るものとして、そのような修正例および変形例をカバーすることが意図されている。本開示の例示的な実施形態は、全体的に、図示の目的のためにターボ機械のためのエーロフォイル３８を製造する文脈において説明されるが、本開示の実施形態は、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、他の製造品に適用され得、ターボ機械のためのエーロフォイル３８を製造するためのシステムまたは方法に限定されないことを、当業者は容易に理解するであろう。たとえば、他の例示的な実施形態では、本開示の態様は、航空機の文脈において使用するためのエーロフォイル３８を製造するために、または、ガスタービンの他のコンポーネントを製造するために使用され得る。
【００１５】
本明細書で使用されているように、「第１の」、「第２の」、および「第３の」の用語は、１つのコンポーネントを別のコンポーネントから区別するために交換可能に使用され得、個々のコンポーネントの場所または重要性を表すことを意図していない。同様に、「近位」および「遠位」の用語は、物品またはコンポーネントの相対的な位置を示すために使用され得、前記物品またはコンポーネントの任意の機能または設計を表すことを意図していない。
【００１６】
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の様々な実施形態によるガスタービンの例示的なタービンセクション１０の簡単化された側断面図を提供している。図１に示されているように、タービンセクション１０は、概して、ロータ１２およびケーシング１４を含み、ロータ１２およびケーシング１４は、タービンセクション１０を通るガス流路１６を少なくとも部分的に形成している。ロータ１２は、タービンセクション１０の軸線方向の中心線１８に概して整合させられており、発電機、圧縮機、または別の機械に接続され、仕事を作り出すことが可能である。ロータ１２は、ロータホイール２０とロータスペーサ２２の交互のセクションを含むことが可能であり、ロータホイール２０とロータスペーサ２２は、ボルト２４によって一緒に接続され、一体となって回転する。ケーシング１４は、ロータ１２の少なくとも一部分を円周方向に取り囲み、ガス流路１６を通って流れる圧縮作動流体２６を含有する。圧縮作動流体２６は、たとえば、燃焼ガス、圧縮空気、飽和蒸気、不飽和蒸気、または、それらの組み合わせを含むことが可能である。
【００１７】
図１に示されているように、タービンセクション１０は、回転ブレード３０と静止ベーン３２の交互の段をさらに含み、回転ブレード３０および静止ベーン３２は、ロータ１２とケーシング１４との間で半径方向に延在している。回転ブレード３０は、ロータ１２の周りに円周方向に配置されており、様々な手段を使用して、ロータホイール２０に接続され得る。それとは対照的に、静止ベーン３２は、ロータスペーサ２２に対向して、ケーシング１４の内側の周りに周囲方向に配置され得る。回転ブレード３０および静止ベーン３２は、一般的に、当技術分野で知られているように、凹形正圧側面、凸形負圧側面、ならびに、前縁部および後縁部を備えるエーロフォイル３８形状を有している。圧縮作動流体２６は、図１に示されているように、左から右へ、タービンセクション１０を通って、ガス流路１６に沿って流れる。圧縮作動流体２６は、回転ブレード３０の第１段を通過するときに、圧縮作動流体が膨張し、回転ブレード３０、ロータホイール２０、ロータスペーサ２２、ボルト２４、およびロータ１２を回転させる。次いで、圧縮作動流体２６は、静止ベーン３２の次の段を横切って流れ、静止ベーン３２は、圧縮作動流体２６を加速させ、回転ブレード３０の次の段へ方向付けし直し、後続の段についてプロセスが繰り返される。図１に示されている例示的な実施形態では、タービンセクション１０は、回転ブレード３０の３つの段の間に、静止ベーン３２の２つの段を有している。しかし、当業者は、特許請求の範囲に具体的に記載されない限り、回転ブレード３０および静止ベーン３２の段の数は、本開示の限定ではないことを容易に理解するであろう。
【００１８】
図２は、回転ブレード３０または静止ベーン３２の中へ組み込まれ得るような、本開示の実施形態による例示的なエーロフォイル３８の斜視図を提供している。図２に示されているように、エーロフォイル３８は、一般的に、凹形の湾曲を有する正圧側面４２と、凸形の湾曲を有する、正圧側面４２とは反対側の負圧側面４４とを含む。正圧側面４２および負圧側面４４は、互いにから分離されており、正圧側面４２と負圧側面４４との間のエーロフォイル３８の内側にキャビティ４６を画定する。冷却媒体がエーロフォイル３８の内側を流れ、エーロフォイル３８から伝導的におよび／または対流的に熱を除去するように、キャビティ４６は、蛇状の経路または蛇行した経路を提供することが可能である。加えて、正圧側面４２および負圧側面４４は、エーロフォイル３８の上流部分に前縁部４８を形成するように、および、エーロフォイル３８の下流部分に、キャビティ４６から下流に後縁部５０を形成するように、さらに接合している。正圧側面４２、負圧側面４４、前縁部４８、および／または後縁部５０における複数の冷却通路５２は、エーロフォイル３８を通るキャビティ４６との流体連通を提供し、エーロフォイル３８の外側表面３４の上に冷却媒体を供給することが可能である。図２に示されているように、たとえば、冷却通路５２は、前縁部４８および後縁部５０に、ならびに／または、正圧側面４２および負圧側面４４のいずれかもしくは両方に沿って位置付けされ得る。例示的なエーロフォイル３８は、ベースにおいて、および、エーロフォイル３８において、開口部５４をさらに画定し、ガスタービンの圧縮機セクションからの圧縮空気などのような冷却媒体が、キャビティ４６に提供され得る。
【００１９】
冷却通路５２の数および／または場所は、キャビティ４６の設計および冷却通路５２の設計に応じて、特定の実施形態にしたがって変化し得ることを、当業者は、本明細書の教示から容易に理解するであろう。したがって、本開示は、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、冷却通路５２の任意の特定の数もしくは場所、またはキャビティ４６設計に限定されない。
【００２０】
特定の例示的な実施形態では、遮熱コーティング３６は、エーロフォイル３８の金属部分４０の外側表面３４の少なくとも一部分の上に適用され（図３を参照）、エーロフォイル３８の下層の金属部分４０をカバーすることが可能である。遮熱コーティング３６は、適用される場合には、熱に関して低い放射率または高い反射率、滑らかな仕上がり、および／または、下層の外側表面３４との良好な付着を含むことが可能である。
【００２１】
同軸センシング
ここで図３および図４を参照すると、本開示の例示的なシステム６０の斜視図が提供されている。システム６０は、たとえば、ガスタービンのためのコンポーネントの製造の際に使用され得る。より具体的には、示されている実施形態に関して、システム６０は、図２を参照して上記に議論されているエーロフォイル３８などのような、ガスタービンのエーロフォイル３８の中に、１つまたは複数の孔部または冷却通路５２を製造する／穿孔するために使用される。しかし、システム６０は、エーロフォイル３８を製造する文脈において、本明細書で説明されているが、他の例示的な実施形態では、システム６０は、ガスタービンのための任意の他の適切なコンポーネントを製造する際にも使用され得ることを理解されたい。たとえば、システム６０は、トランジションピース、ノズル、燃焼ライナ、エフュージョンプレートもしくはインピンジメントプレート、静翼、シュラウド、または任意の他の適切なパーツを製造する際に使用され得る。
【００２２】
例示的なシステム６０は、一般的に、閉じ込めレーザドリル６２を含み、閉じ込めレーザドリル６２は、閉じ込めレーザビーム６４をエーロフォイル３８の近位壁部６６に向けて方向付け、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中に孔部５２を穿孔するように構成されている。閉じ込めレーザビーム６４は、ビーム軸線Ａを画定し、近位壁部６６は、キャビティ４６に隣接して位置決めされている。より具体的には、閉じ込めレーザドリル６２の様々な実施形態は、一般的に、レーザメカニズム６８、コリメータ７０、およびコントローラ７２を含むことが可能である。レーザメカニズム６８は、レーザビーム７４を発生させることができる任意のデバイスを含むことが可能である。単なる例として、特定の例示的な実施形態では、レーザメカニズム６８は、ダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザであることが可能であり、ダイオード励起Ｎｄ：ＹＡＧレーザは、おおよそ１０〜５０ｋＨｚのパルス周波数、おおよそ１マイクロメートルの波長、または、第２の高調波発生（「ＳＨＧ」）を利用する場合には５００〜５５０ナノメートルの間の波長、および、おおよそ１０〜２００Ｗの平均出力で、レーザビームを作り出すことができる。しかし、他の実施形態では、任意の他の適切なレーザメカニズム６８が利用され得る。
【００２３】
図３および図４に示されている特定の実施形態では、レーザメカニズム６８は、レーザビーム７４を、集束レンズ７５を通してコリメータ７０へ方向付けする。ビーム７４がガラス繊維または水などのような異なる媒体の中へ焦点を合わせられているときに、コリメータ７０は、ビーム７４の直径を再形成し、より良好な焦点特徴を実現する。したがって、本明細書で使用されているように、コリメータ７０は、粒子または波のビームの幅を狭くし、および／または整列させ、ビームの空間断面をより小さくする、任意のデバイスを含む。たとえば、図３および図４に示されているように、コリメータ７０は、チャンバー７６を含むことが可能であり、チャンバー７６は、脱イオン水またはろ過水などのような流体とともにレーザビーム７４を受け入れる。開口またはノズル７８は、おおよそ２０から１５０ミクロンの直径を有することが可能であり、開口またはノズル７８は、液体カラム８０の内側でレーザビーム７４をエーロフォイル３８に向けて方向付けし、閉じ込めレーザビーム６４を形成する。液体カラム８０は、おおよそ２，０００から３，０００重量ポンド毎平方インチの圧力を有することが可能である。しかし、本開示は、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、液体カラム８０に関して任意の特定の圧力に限定されず、または、ノズル７８に関して任意の特定の直径に限定されない。追加的に、本明細書で使用されているように、「約」または「おおよそ」などのような近似の用語は、１０パーセントの誤差の範囲内であることを表していることを理解されたい。
【００２４】
図３および図４の中の拡大図に示されているように、液体カラム８０は、保護ガスなどのような、空気によって取り囲まれ、レーザビーム７４のための光ガイドおよび集束メカニズムとしての役割を果たすことが可能である。したがって、液体カラム８０、および、上記に議論されているように液体カラム８０によってガイドされるレーザビーム７４は、閉じ込めレーザビーム６４を一緒に形成することが可能であり、閉じ込めレーザビーム６４は、閉じ込めレーザドリル６２によって利用され、エーロフォイル３８に向けられる。
【００２５】
述べられているように、閉じ込めレーザビーム６４は、閉じ込めレーザドリル６２によって利用され、たとえば、エーロフォイル３８を通して１つまたは複数の冷却通路５２を穿孔することが可能である。より具体的には、閉じ込めレーザビーム６４は、エーロフォイル３８の外側表面３４を切除し、エーロフォイル３８を通して所望の冷却通路５２を最終的に生成させることが可能である。特に、図３は、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を「貫通する」前のシステム６０を示し、一方、図４は、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後のシステム６０を示す。本明細書で使用されているように、「貫通」、「貫通する」、およびその同語源語の用語は、閉じ込めレーザビーム６４が、閉じ込めレーザビーム６４のビーム軸線Ａに沿って、エーロフォイル３８の近位壁部６６を形成する材料の連続的な部分を除去したときを表している。エーロフォイル３８の近位壁部６６を通る閉じ込めレーザビーム６４の任意の貫通に続いて、前記閉じ込めレーザビーム６４の少なくとも一部分は、たとえば、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中へそれを通過することが可能である。
【００２６】
引き続き図３および図４を参照すると、システム６０は、例示的なバックストライク保護メカニズム８２をさらに含む。示されている例示的なバックストライク保護メカニズム８２は、エーロフォイル３８の内側を流れるガス８４を含む。本明細書で使用されているように、「ガス」の用語は、任意のガス状の媒体を含むことが可能である。たとえば、ガス８４は、不活性ガス、真空、飽和蒸気、過熱蒸気、または、エーロフォイル３８のキャビティ４６の内側のガス状フローを形成し得る任意の他の適切なガスであることが可能である。エーロフォイル３８の内側を流れるガス８４は、液体カラム８０の液体の圧力に概ね相応する圧力、または、閉じ込めレーザビーム６４を分裂させるのに十分な任意の他の圧力を有することが可能である。より具体的には、ガス８４は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中の液体カラム８０を分裂させるのに十分な運動モーメントまたは速度を発生させるのに十分な任意の他の圧力を有することが可能である。たとえば、特定の例示的な実施形態では、エーロフォイル３８の内側を流れるガス８４は、おおよそ２５重量ポンド毎平方インチよりも大きい圧力を有し得るが、本開示は、特許請求の範囲に具体的に記載されていない限り、ガス８４に関する任意の特定の圧力に限定されない。
【００２７】
図４に最も明確に示されているように、ガス８４は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の内側の閉じ込めレーザビーム６４と交差するように整合させられ得る。特定の実施形態では、ガス８４は、液体カラム８０に対して実質的に垂直に整合させられ、一方、他の特定の実施形態では、ガス８４は、液体カラム８０および／または閉じ込めレーザビーム６４に対して斜めにまたは鋭角に整合させられ得る。ガス８４がエーロフォイル３８の内側の液体カラム８０と交差するときに、ガス８４は、液体カラム８０を分裂させ、エーロフォイル３８のキャビティ４６の内側の閉じ込めレーザビーム６４のレーザビーム７４を散乱させる。このように、ガス８４は、閉じ込めレーザビーム６４が、近位壁部６６の中に新しく形成された冷却通路５２とは反対側で、エーロフォイル３８のキャビティ４６の内側表面に衝突することを防止する。より具体的には、ガス８４は、閉じ込めレーザビーム６４が、エーロフォイル３８の遠位壁部８６に衝突することを防止する。
【００２８】
図３および図４の例示的なシステム６０は、センサ８８を追加的に含み、センサ８８は、コントローラ７２に操作可能に接続されており、それは、以下にさらに議論されている。示されている実施形態に関して、センサ８８は、光の特性を感知し、感知された光の特性を表す信号をコントローラ７２に送るように構成されている。より具体的には、センサ８８は、たとえば、冷却通路５２から反射された光および／または方向付けし直された光など、エーロフォイル３８の近位壁部６６から離れるようにビーム軸線Ａに沿って方向付けされた光の特性を感知するように位置決めされている。特定の例示的な実施形態では、センサ８８は、以下の光の特性、すなわち、光の強度、光の１つまたは複数の波長、光の量、時間に関する光パルスの形状、および、周波数に関する光パルスの形状のうちの１つまたは複数を感知するのに適切なオシロスコープセンサであることが可能である。追加的に、示されている実施形態に関して、センサ８８は、ビーム軸線Ａからオフセットされており、また、ビーム軸線Ａに沿って方向付けされた反射光の少なくとも一部分を、リダイレクションレンズ（ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎ  ｌｅｎｓ）９０を用いてセンサ８８へ方向付けし直すことによって、ビーム軸線Ａに沿って反射された光の特性を感知するように構成されている。リダイレクションレンズ９０は、ビーム軸線Ａの中に位置決めされており、すなわち、ビーム軸線Ａに対しておおよそ４５度の角度で、ビーム軸線Ａと交差する。しかし、他の例示的な実施形態では、リダイレクションレンズ９０は、ビーム軸線Ａに対して任意の他の適切な角度を画定することが可能である。追加的に、図３および図４の実施形態に関して、リダイレクションレンズ９０は、コリメータ７０の中に位置決めされているが、他の実施形態では、レンズ９０は、その代わりに、コリメータ７０と集束レンズ７５との間に、または、代替的に、集束レンズ７５とレーザメカニズム６８との間に位置決めされ得る。リダイレクションレンズ９０は、第１の側部（すなわち、エーロフォイル３８の近位壁部６６に最も近い側部）の上にコーティングを含むことが可能であり、コーティングは、ビーム軸線Ａに沿って進行する反射光の少なくとも一部分をセンサ８８へ方向付けし直す。コーティングは、「一方向」コーティングと称されるものであることが可能であり、エーロフォイル３８の近位壁部６６に向かってビーム軸線に沿って進行する光が、レンズまたはそのコーティングによって方向付けし直されることが実質的にないようになっている。たとえば、特定の実施形態では、コーティングは、電子ビームコーティング（「ＥＢＣ」）コーティングであることが可能である。
【００２９】
図３および図４の例示的なシステム６０を依然として参照すると、コントローラ７２は、任意の適切なプロセッサベースのコンピューティングデバイスであることが可能であり、また、たとえば、閉じ込めレーザドリル６２、センサ８８、およびバックストライク保護メカニズム８２と操作可能に通信することが可能である。たとえば、適切なコントローラ７２は、１つまたは複数のパーソナルコンピュータ、モバイルフォン（スマートフォンを含む）、パーソナルデジタルアシスタント、タブレット、ラップトップコンピュータ、デスクトップ、ワークステーション、ゲームコンソール、サーバ、他のコンピュータ、および／または、任意の他の適切なコンピューティングデバイスを含むことが可能である。図３および図４に示されているように、コントローラ７２は、１つまたは複数のプロセッサ９２および関連のメモリ９４を含むことが可能である。プロセッサ９２は、一般的に、当技術分野で知られている任意の適切な処理デバイスであることが可能である。同様に、メモリ９４は、一般的に、それに限定されないが、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、または他のメモリデバイスを含む、１つまたは複数の任意の適切なコンピュータ可読の媒体であることが可能である。一般的に理解されるように、メモリ９４は、プロセッサ９２によって実行され得る命令またはロジック９６を含む、プロセッサ９２によってアクセス可能な情報を記憶するように構成され得る。命令またはロジック９６は、プロセッサ９２によって実行されるときに、プロセッサ９２に所望の機能性を提供させる命令の任意のセットであることが可能である。たとえば、命令またはロジック９６は、コンピュータ可読の形態で表現されたソフトウェア命令とすることが可能である。ソフトウェアが使用させるときに、任意の適切なプログラミング、スクリプティング、もしくは他のタイプの言語、または言語の組み合わせが、本明細書に含有されている教示を実施するために使用され得る。本開示の特定の実施形態では、たとえば、命令またはロジック９６は、図５、図１１、図１６、または図１８を参照して下記に説明されている方法のうちの１つまたは複数を実施するように構成され得る。代替的に、命令は、ハードワイヤードロジック９６、または、それに限定されないが、特定用途向け回路を含む他の回路によって実施され得る。そのうえ、コントローラ７２は、センサ８８から分離されて概略的に示されているが、他の例示的な実施形態では、センサ８８およびコントローラ７２は、任意の適切な場所に位置決めされている単一のデバイスに統合され得る。
【００３０】
ここで図５を参照すると、ガスタービンのエーロフォイルを製造する例示的な方法（１２０）のフロー図が提供されている。より具体的には、図５のフロー図は、ガスタービンのエーロフォイルの中に孔部を穿孔するための例示的な方法（１２０）を図示す。図５の例示的な方法（１２０）は、図３および図４に示され、かつ上記に説明されている例示的なシステムとともに利用され得る。したがって、エーロフォイルの中に孔部を穿孔する文脈において議論されているが、例示的な方法（１２０）は、代替的に、ガスタービンの任意の他の適切なコンポーネントの中に孔部を穿孔するために使用され得る。
【００３１】
方法（１２０）は、一般的に、（１２２）において、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームをエーロフォイルの近位壁部に向けて方向付けし、エーロフォイルの近位壁部の中に孔部を穿孔することを含む。閉じ込めレーザビームは、ビーム軸線を画定し、近位壁部は、エーロフォイルの中に画定されるキャビティに隣接して位置決めされている。方法（１２０）は、（１２４）において、センサを用いて、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の特性を感知することを追加的に含む。エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光は、特定の態様では、エーロフォイルの近位壁部から反射される光を表し得る。特定の例示的な態様では、（１２４）において光の特性を感知することは、光の強度、光の１つまたは複数の波長、時間に関する光パルスの形状、および、周波数に関する光パルスの形状のうちの少なくとも１つを感知することを含むことが可能である。追加的に、センサは、ビーム軸線からオフセットされ得、（１２４）において光の特性を感知することが、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の少なくとも一部分を、レンズを用いてセンサへ方向付けし直すことをさらに含むことが可能であるようになっている。
【００３２】
図５を依然として参照すると、例示的な方法（１２０）は、（１２６）において、（１２４）においてセンサを用いて感知された光の特性に基づいて、１つまたは複数の動作条件を決定することをさらに含む。１つまたは複数の動作条件は、閉じ込めレーザドリルによって穿孔されている孔部の深さ、および、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料のうちの少なくとも１つを含む。
【００３３】
たとえば、特定の例示的な態様では、（１２４）において光の特性を感知することは、光の強度を感知することを含むことが可能である。図示の目的のために、ここで、図６をも参照し、図６は、（１２４）において感知される例示的な光強度値のグラフ１５０を提供している。例示的なグラフ１５０は、Ｙ軸に光の強度を示し、Ｘ軸に時間を示す。そのような例示的な態様では、（１２６）において１つまたは複数の動作条件を決定することは、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線Ａに沿って方向付けされた、（１２４）において感知された光の強度に基づいて、閉じ込めレーザドリルの反射パルスレート、および、閉じ込めレーザドリルの反射パルス幅（単位時間内に測定される）のうちの１つまたは両方を決定することを含むことが可能である。たとえば、図６に示されているように、穿孔する動作の間に、すなわち、閉じ込めレーザドリル６２の動作の間に、（１２４）において感知された光の強度は、ピーク１５２および谷部１５４を示す。したがって、反射パルスレートは、単位時間あたりのピーク１５２の数を数えることによって決定され得、反射パルス幅は、ピーク１５２のタイミングを決定することによって決定され得る。
【００３４】
特に、エーロフォイルに向けられる光のすべてが、吸収されることなく、または、そうでなければ変更されることなく、反射されたとすれば、反射パルスレートおよび反射パルス幅は、閉じ込めレーザドリルおよび閉じ込めレーザビームが動作している実際のパルスレートおよび実際のパルス幅を正確に反映することとなる。しかし、穿孔する動作の間に、エーロフォイルによる光吸収の量は、たとえば、孔部の深さ、孔部のアスペクト比（それは、本明細書で使用されているように、孔部直径対孔部長さの比率を表す）、および／または、閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料（すなわち、穿孔されている材料）に基づいて変化し得る。したがって、穿孔する動作の間に、例示的な方法（１２０）は、（１２６）において決定される反射パルスレートおよび反射パルス幅のうちの１つまたは両方の値を、閉じ込めレーザドリルの公知の動作条件（たとえば、閉じ込めレーザドリルの実際のパルスレートおよび／または実際のパルス幅）と比較することを含むことが可能である。そのような比較は、エラー値を示すことが可能である。次いで、エラー値は、そのようなエラー値を孔部深さに関連付けるルックアップテーブルと比較され、穿孔されている特定の材料、孔部直径、孔部幾何学形状、および、任意の他の関連要因を説明し、エーロフォイルの近位壁部の中に閉じ込めレーザドリルによって穿孔されている孔部の深さを決定することが可能である。ルックアップテーブル値は、実験的に決定され得る。
【００３５】
しかし、本開示の他の例示的な態様では、例示的な方法は、追加的にまたは代替的に、（１２４）において、ビーム軸線に沿って方向付けされる光の他の特性を感知し、（１２６）において、他の動作条件を決定することが可能であることを理解されたい。たとえば、図５を依然として参照すると、また、図７に提供されている感知された光波長値の例示的なグラフ１６０を参照すると、（１２４）において光の特性を感知することは、追加的にまたは代替的に、センサを用いて、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の波長を感知することを含むことが可能である。そのような例示的な態様では、（１２６）において決定される１つまたは複数の動作条件は、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料を含むことが可能である。追加的に、（１２６）において１つまたは複数の動作条件を決定することは、感知された光の波長を所定の値と比較することを含むことが可能である。より具体的には、異なる材料は、異なる波長で光を吸収および反射する。したがって、穿孔する動作の間にビーム軸線に沿って方向付けされる反射光は、閉じ込めレーザビームが方向付けされる材料を表す波長を画定することが可能である。たとえば、具体的には図７を参照すると、エーロフォイルの遮熱コーティングの中へ穿孔するときにビーム軸線に沿って方向付けされる光は、第１の波長１６２を画定することが可能であり、エーロフォイルの金属部分の中へ穿孔するときにビーム軸線に沿って方向付けされる光は、第２の波長１６４を画定することが可能であり、閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部を貫通した後にビーム軸線に沿って方向付けされる光は、第３の波長１６６を画定することが可能である。したがって、そのような例示的な態様では、方法（１２０）は、ビーム軸線に沿って反射された光の感知された波長に少なくとも部分的に基づいて、閉じ込めレーザビームが穿孔する層を決定することが可能である。
【００３６】
しかし、他の例示的な態様では、方法（１２０）は、複数の波長で光を感知することを含むことが可能である。たとえば、遮熱コーティングおよび金属部分の両方を通って穿孔するときにビーム軸線に沿って方向付けされる光は、第４の波長１６３を追加的に画定することが可能であり、また、金属部分を通して穿孔するときに、および、エーロフォイルの近位壁部を少なくとも部分的に貫通したときに、ビーム軸線に沿って方向付けされる光は、第５の波長１６５を追加的に画定することが可能である。そのうえ、他の例示的な実施形態では、光は、閉じ込めレーザドリルが方向付けされる材料、穿孔されている孔部の深さ、穿孔されている孔部のアスペクト比などを含む、様々な要因に基づいて、波長の任意の他の特徴的パターンを画定することが可能である。したがって、方法（１２０）は、ファジーロジック方法論を利用し、（１２６）において、たとえば、閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料を含む、１つまたは複数の動作条件を決定することを含むことが可能である。
【００３７】
そのうえ、本開示のさらなる他の例示的な態様では、例示的な方法は、追加的にまたは代替的に、（１２４）において、ビーム軸線に沿って方向付けされる光のさらなる他の特性を感知し、（１２６）において他の動作条件を決定することが可能である。たとえば、図５を依然として参照すると、また、図８に提供されている光強度値の中の感知されたノイズの例示的なグラフ１７０を参照すると、（１２４）において光の特性を感知することは、追加的に、または代替的に、センサを用いて、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の強度の中のノイズを感知することを含むことが可能である。より具体的には、図８の例示的なグラフ１７０は、ライン１７２によって、光強度の中の感知されたノイズレベルを示し、ライン１７４によって、感知された光強度を示す。そのような例示的な態様では、（１２６）において１つまたは複数の動作条件を決定することは、追加的に、または代替的に、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の強度の中のノイズレベルを感知／決定することを含むことが可能である。本明細書で使用されているように、「ノイズレベル」の用語は、センサを用いて、感知された光の強度の中の変動、または他の特性を表している。追加的に、そのような例示的な態様では、（１２６）において１つまたは複数の動作条件を決定することは、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の強度の中の決定されたノイズレベルに基づいて、穿孔されている孔部の深さを決定することをさらに含むことが可能である。より具体的には、ガスタービンの特定のエーロフォイルおよび他のコンポーネントの閉じ込めレーザ穿孔の間に、（１２４）においてビーム軸線に沿って感知された光強度の中のノイズの増加量は、穿孔されている孔部の深さ、および、穿孔されている孔部のアスペクト比などのような要因によって、引き起こされることが決定された。したがって、エーロフォイルの近位壁部から離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の強度の中のノイズレベルを感知することによって、そのようなノイズレベルを、たとえば、孔部深さを光強度の中のノイズレベルに関連付けるルックアップテーブルと比較し、特定の穿孔されている孔部、および任意の他の関連要因を考慮に入れることによって、孔部の深さが決定され得る。これらのルックアップテーブル値は、実験的に決定され得る。
【００３８】
図５を依然として参照すると、例示的な方法は、（１２８）において、ガスタービンのエーロフォイルの近位壁部を通る、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームの指示された貫通を決定することをさらに含む。また、（１２８）において指示された貫通を決定することは、（１２４）において、ビーム軸線に沿ってセンサを用いて感知される光の特性に基づくことが可能である。再び図６のグラフ１５０を参照すると、光の強度が（１２４）において感知されるとき、感知された光の強度は、孔部の穿孔の間に減少し得る。したがって、例示的な方法（１２０）は、（１２８）において、所定の閾値／貫通値を下回る感知された光の強度に基づいて、エーロフォイルの近位壁部を通る、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームの指示された貫通を決定することが可能である。たとえば、所定の閾値／貫通値がライン１５６に等しいときには、方法（１２０）は、（１２８）において、グラフ１５０の上のポイント１５８において、指示された貫通を決定することが可能である。この所定の閾値／貫通値は、実験的に、または、公知の値に基づいて決定され得る。
【００３９】
図５の方法は、（１３０）において、たとえば、（１２８）において決定される指示された貫通、および／または、（１２６）において決定される動作条件に基づいて、エーロフォイルの近位壁部６６を通る閉じ込めレーザビーム６４の貫通を決定することをさらに含む。たとえば、図５の例示的な方法（１２０）は、（１２８）において指示された貫通を決定すること、および、（１２６）において１つまたは複数の動作特性を決定することに続いて、（１３０）において閉じ込めレーザビームの貫通を決定することが可能である。より具体的には、図５の例示的な方法（１２０）は、（１２６）において決定される１つまたは複数の動作条件が所定の基準を満たすことに加えて、指示された貫通が（１２８）において決定されると、（１３０）において閉じ込めレーザビームの貫通を決定することが可能であり、所定の基準は、たとえば、孔部の深さが所定の値よりも大きいこと、または、閉じ込めレーザビームが方向付けされる材料が金属パーツまたは遮熱コーティングではないことなどである。そのような例示的な態様にしたがって孔部を穿孔するための方法は、閉じ込めレーザ穿孔の際のより正確な貫通検出を可能にし得る。
【００４０】
特に、閉じ込めレーザビームの一部分がエーロフォイルの近位壁部を貫通したかもしれないが、孔部は完成していない可能性がある。より具体的には、孔部は、孔部の全長に沿って所望の幾何学形状を未だ画定していない可能性がある。したがって、示されている例示的な態様に関して、図５の例示的な方法（１２０）は、（１３０）において閉じ込めレーザビームの貫通を決定することに続いて、（１３２）において、エーロフォイルの近位壁部に向けて閉じ込めレーザビームを方向付けし続けることをさらに含む。方法（１２０）は、光の強度、光の波長、または、光の強度の中のノイズなどのような、エーロフォイルから離れるようにビーム軸線に沿って方向付けされる光の特性を、センサを用いて感知し続けることが可能である。そのうえ、方法（１２０）は、（１３４）において、ビーム軸線に沿ってセンサを用いて感知された光の特性に基づいて、エーロフォイルの近位壁部の中の孔部の完成を決定することを含む。たとえば、（１３４）において孔部の完成を決定することは、ビーム軸線に沿って反射された光の感知された強度；ビーム軸線に沿って反射された光の反射パルスレートおよび／もしくは反射パルス幅；ビーム軸線の上の反射光の波長；ならびに／または、１つのビーム軸線に沿って反射された光の強度の中のノイズの量に基づいて、指示された完成を決定することを含むことが可能である。
【００４１】
図５の例示的な方法は、（１２６）において決定される動作条件に基づいて、（１２８）において決定される指示された貫通に基づいて、および／または、（１３０）において貫通を決定することに基づいて、（１３６）において、閉じ込めレーザドリルのパワー、閉じ込めレーザドリルのパルスレート、または、閉じ込めレーザドリルのパルス幅などのような、閉じ込めレーザドリルの動作パラメータを変更することをさらに含む。たとえば、方法（１２０）は、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームが、エーロフォイルの遮熱コーティングに対して、エーロフォイルの金属パーツの中へ方向付けされていることを決定すること；（１２８）において指示された貫通を決定すること；および／または、（１３０）において閉じ込めレーザビームの初期貫通を決定することに応答して、（１３６）において動作パラメータを変更することを含むことが可能である。
【００４２】
コンポーネントの外側に位置決めされ、コンポーネントの内側に方向付けされているセンサ
ここで図９および図１０を参照すると、本開示の別の例示的な実施形態によるシステム６０が提供されている。より具体的には、図９は、閉じ込めレーザドリル６２の閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通する前の、本開示の別の例示的な実施形態によるシステム６０の概略図を提供しており、また、図１０は、閉じ込めレーザドリル６２の閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後の、図９の例示的なシステム６０の概略図を提供している。エーロフォイル３８の文脈において議論されているが、他の実施形態では、システム６０は、ガスタービンの任意の他の適切なコンポーネントとともに使用され得る。
【００４３】
図９および図１０に示されている例示的なシステム６０は、図３および図４の例示的なシステム６０と実質的に同じ様式で構成され得、また、同じまたは同様の付番は、同じまたは同様のパーツを表すことが可能である。たとえば、システム６０は、閉じ込めレーザビーム６４を利用する閉じ込めレーザドリル６２を含み、閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中に１つもしくは複数の孔部または冷却通路５２を穿孔するように構成されている。追加的に、示されているように、エーロフォイル３８の近位壁部６６は、エーロフォイル３８によって画定されるキャビティ４６に隣接して位置決めされている。また、そのうえ、バックストライク保護メカニズム８２が設けられており、バックストライク保護メカニズム８２は、エーロフォイル３８の遠位壁部８６を保護するように構成されており、遠位壁部８６は、近位壁部６６からキャビティ４６の反対側に位置決めされている。
【００４４】
しかし、図９および図１０の実施形態に関して、センサ９８が、キャビティ４６の外側に位置決めされており、キャビティ４６の中の光の特性を感知するために、キャビティ４６の中へ方向付けされている。より詳細に以下に議論されているように、システム６０は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中で感知される光の特性に基づいて、エーロフォイル３８の近位壁部６６を通る閉じ込めレーザビーム６４の貫通を決定するように構成されている。特定の例示的な実施形態では、センサ９８は、たとえば、光学的なセンサ、オシロスコープセンサ、または、以下の光の特性、すなわち、光の量、光の強度、および光の波長のうちの１つもしくは複数を感知することができる任意の他の適切なセンサであることが可能である。
【００４５】
示されている実施形態に関して、センサ９８は、エーロフォイル３８の外側に位置決めされており、センサが、閉じ込めレーザビーム６４のビーム軸線Ａへの見通し線１００を画定するようになっている。本明細書で使用されているように、「見通し線」の用語は、まったく構造的な障害物のない１つの位置から別の位置への直線を表している。したがって、センサ９８は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の外側のどこかに位置決めされ得、それは、センサ９８がキャビティ４６の中のビーム軸線Ａへの見通し線１００を画定することを可能にする。たとえば、示されている実施形態では、センサ９８は、エーロフォイル３８の開口部５４（概略的に示されている）に隣接して位置決めされており、エーロフォイル３８の開口部５４を通してエーロフォイル３８のキャビティ４６の中へ方向付けされている。
【００４６】
典型的に、そのようなレーザビームが表面に接触していなければ（光が反射され、および／または、方向付けし直されるようになっていなければ）、または、センサがレーザビームの軸線に整合して位置決めされていなければ、レーザビームからの光を感知することは困難である。示されている実施形態に関して、バックストライク保護メカニズム８２は、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後に、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中の閉じ込めレーザビーム６４を分裂させるように構成されている。より具体的には、以前に述べられているように、閉じ込めレーザビーム６４は、液体カラム８０、および、液体カラム８０の中のレーザビーム７４を含む。とりわけ図１０を参照すると、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通したときに、バックストライク保護メカニズム８２からキャビティ４６を通って流れたガス８４が、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中の閉じ込めレーザビーム６４の液体カラム８０を分裂させ、液体カラム８０からの液体の少なくとも一部分が、ビーム軸線Ａおよびレーザビーム７４と交差するようになっている。ビーム軸線Ａと交差する液体は、キャビティ４６の中の閉じ込めレーザビーム６４のレーザビーム７４によって少なくとも部分的に照射され得る。したがって、センサ９８は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中へ方向付けされており、センサ９８は、レーザビーム７４によって照射される液体の部分から、光の強度などのような光の特性を検出することが可能である。
【００４７】
特定の実施形態では、センサ９８は、キャビティ４６の外側に位置決めされ、キャビティ４６の中へ方向付けされ得、センサ９８がエーロフォイル３８のキャビティ４６の中からの光を複数の場所で検出するように構成されるようになっている。より具体的には、センサ９８は、キャビティ４６の外側に位置決めされており、キャビティ４６の中へ方向付けされ得、センサが、第１の孔部場所において、閉じ込めレーザビーム６４のビーム軸線Ａに対して、および、第２の孔部場所において、閉じ込めレーザビーム６４の第２のビーム軸線Ａ’に対して、見通し線１００を画定するようになっている（図１０を参照）。そのような実施形態は、たとえば、ガスタービンのためのエーロフォイル３８の中の冷却孔部５２のより時間効率的で都合の良い穿孔を可能にすることが可能である。
【００４８】
ここで図１１を参照すると、ガスタービンのエーロフォイルの中に孔部を穿孔するための例示的な方法（２００）のブロック図が提供されている。図１１の例示的な方法（２００）は、図９および図１０に示されて上記に説明されている例示的なシステム６０とともに利用され得る。したがって、エーロフォイルの中に孔部を穿孔する文脈において議論されているが、例示的な方法（２００）は、代替的に、ガスタービンの任意の他の適切なコンポーネントの中に孔部を穿孔するために使用され得る。
【００４９】
示されているように、例示的な方法（２００）は、（２０２）において、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームを、エーロフォイルの近位壁部の上の第１の孔部位置に向けて方向付けすることを含む。近位壁部は、エーロフォイルの中に画定されるキャビティに隣接して位置決めされ得る。また、方法は、（２０４）において、エーロフォイルによって画定されるキャビティの外側に位置決めされているセンサを使用して、エーロフォイルによって画定されるキャビティの中の光の特性を感知することを含む。特定の例示的な態様では、センサは、エーロフォイルによって画定される開口部に隣接して位置決めされており、開口部を通してキャビティの中へ方向付けされ得る。したがって、センサは、閉じ込めレーザビームによって画定されるビーム軸線と交差しないが、エーロフォイルのキャビティの中の閉じ込めレーザビームによって画定されるビーム軸線への見通し線を画定する場所に、位置決めされ得る。
【００５０】
方法（２００）は、（２０６）において、バックストライク保護メカニズムを活性化させることをさらに含む。（２０６）においてバックストライク保護メカニズムを活性化させることは、たとえば、所定の時間の量にわたり、閉じ込めレーザドリルを動作させることに応答することが可能である。追加的に、（２０６）においてバックストライク保護メカニズムを活性化させことは、エーロフォイルのキャビティを通してガスを流すことを含むことが可能であり、ガスが、エーロフォイルのキャビティの中のビーム軸線と交差するようになっている。したがって、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームが、エーロフォイルの近位壁部を貫通すると、方法（２００）は、（２０８）において、バックストライク保護メカニズムを用いて、エーロフォイルのキャビティの中で閉じ込めレーザビームを分裂させることをさらに含む。より具体的には、（２０８）においてキャビティの中で閉じ込めレーザビームを分裂させることは、閉じ込めレーザビームの液体カラムを分裂させることを含むことが可能であり、液体カラムからの液体が、閉じ込めレーザビームのビーム軸線およびレーザビームと交差するようになっている。ビーム軸線と交差する液体は、エーロフォイルのキャビティの中で、閉じ込めレーザビームのレーザビームによって少なくとも部分的に照射され得る。
【００５１】
図１１の例示的な方法は、（２１０）において、（２０４）においてセンサを用いて感知されたキャビティの中からの光に基づいて、第１の孔部位置においてエーロフォイルの近位壁部を通る閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することをさらに含む。特定の例示的な態様では、（２０４）において、センサを用いて、キャビティの中で光の特性を感知することは、閉じ込めレーザビームのレーザによって照射される閉じ込めレーザビームの液体の一部分からの光の強度を感知することを含むことが可能である。さらに、そのような例示的な態様では、（２１０）において閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することは、閉じ込めレーザビームのレーザビームによって照射される閉じ込めレーザビームの液体の一部分から感知された光の強度に基づいて、閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することを含むことが可能である。
【００５２】
（２１０）において閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することに続いて、例示的な方法は、閉じ込めレーザドリルを遮断すること、および、第２の冷却孔部を穿孔するように閉じ込めレーザドリルを再位置決めすることを含むことが可能である。追加的に、例示的な方法は、（２１２）において、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームをエーロフォイルの近位壁部の上の第２の孔部位置に向けて方向付けすることを含む。方法（２００）は、（２１２）において閉じ込めレーザビームを第２の孔部位置に向けて方向付けすることに続いて、（２１４）において、センサを使用して、エーロフォイルによって画定されるキャビティの中の光の特性を感知することをさらに含む。さらに、図１１の方法（２００）は、（２１６）において、キャビティの中からの感知された光の特性に基づいて、エーロフォイルの近位壁部を通る閉じ込めレーザビームの第２の貫通を決定することを含む。（２１６）において閉じ込めレーザビームの第２の貫通を決定することは、（２１０）において閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することと実質的に同様の様式で行われ得る。そのうえ、示されている例示的な態様に関して、センサは、（２１０）において閉じ込めレーザビームの第１の貫通を決定することと、（２１６）において閉じ込めレーザビームの第２の貫通を決定することとの間で、静止しているままである。たとえば、センサが、複数の孔部位置（第１の孔部位置および第２の孔部位置を含む）において、閉じ込めレーザビームのビーム軸線に対して見通し線を画定するように、センサは位置決めされ得る。しかし、他の例示的な態様では、たとえば、穿孔されている冷却孔部が直線でない経路を画定する場合には、センサが、移動させられ、再位置付けされ、または再整合させられ、それに続く孔部位置への見通し線を維持し、または確立することが可能であることを理解されたい。
【００５３】
図１１の例示的な方法は、閉じ込めレーザドリルを使用して、エーロフォイルの近位壁部を通る複数の孔部のより時間効率的で都合の良い穿孔を可能にすることが可能である。
【００５４】
コンポーネントの外側の液体のセンシング
ここで図１２および図１３を参照すると、本開示のさらなる別の例示的な実施形態によるシステム６０が提供されている。より具体的には、図１２は、閉じ込めレーザドリル６２の閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通する前の、本開示の別の例示的な実施形態によるシステム６０の概略図を提供している。追加的に、図１３は、閉じ込めレーザドリル６２の閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後の、図１２の例示的なシステム６０の概略図を提供している。図１２および図１３の例示的なシステム６０はエーロフォイル３８の文脈において議論されているが、他の実施形態では、システム６０は、ガスタービンの任意の他のコンポーネントとともに使用され得ることを理解されたい。
【００５５】
図１２および図１３に示されている例示的なシステム６０は、図３および図４の例示的なシステム６０と実質的に同じ様式で構成され得、また、同じまたは同様の付番は、同じまたは同様のパーツを表すことが可能である。たとえば、図１２および図１３の例示的なシステム６０は、閉じ込めレーザビーム６４を利用する閉じ込めレーザドリル６２（簡単にするために図１２および図１３では概略的に示されている）を含む。閉じ込めレーザビーム６４は、液体から形成される液体カラム８０、および、液体カラム８０の中のレーザビーム７４を含む。閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６を通る１つもしくは複数の孔部または冷却通路５２を穿孔するように構成されている。示されている実施形態に関して、エーロフォイル３８の近位壁部６６は、エーロフォイル３８によって画定されるキャビティ４６に隣接して位置決めされている。
【００５６】
しかし、図１２および図１３の実施形態に関して、システム６０は、センサ１０２を含み、センサ１０２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６の外側に位置決めされており、エーロフォイル３８の近位壁部６６の外側に存在する閉じ込めレーザビーム６４からの液体の量を決定するように構成されている。コントローラ７２は、センサ１０２と操作可能に通信している。コントローラ７２は、センサ１０２によって存在していると決定された液体の量に基づいて、エーロフォイル３８の近位壁部６６を通る閉じ込めレーザビーム６４の貫通を決定するように構成されている。より具体的には、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通する前に、閉じ込めレーザビーム６４の液体カラム８０からの液体は、穿孔動作の間に（すなわち、閉じ込めレーザドリル６２の動作の間に）、エーロフォイル３８の近位壁部６６から離れて戻るようにスプレーされ得る。閉じ込めレーザビーム６４からの液体は、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中に穿孔されている孔部５２を取り囲む液体バックスプレーのプルーム（ｐｌｕｍｅ）１０６を形成することが可能である。プルーム１０６は、システム６０によって画定されるバックスプラッシュ領域１０４の中に位置決めされ得る。追加的に、図１２および図１３の実施形態などのような特定の例示的な実施形態では、閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６に比較的に極めて接近して位置決めされ得、閉じ込めレーザドリル６２が、バックスプラッシュ領域１０４の中に位置決めされるようになっている。たとえば、特定の実施形態では、閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６とともに、約５ミリメートル（「ｍｍ」）から約２５ｍｍの間の、たとえば、約７ｍｍから約２０ｍｍの間の、たとえば、約１０ｍｍから約１５ｍｍの間のクリアランスを画定することが可能である。しかし、他の実施形態では、閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６とともに、任意の他の適切なクリアランスを画定することが可能である。
【００５７】
対照的に、閉じ込めレーザドリル６２がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後に（図１３）、閉じ込めレーザビーム６４の液体カラム８０からの液体は、穿孔された孔部５２を通って、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中へ流れることが可能である。したがって、閉じ込めレーザビーム６４はエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した後に、閉じ込めレーザドリル６２は、バックスプラッシュ領域１０４の中に液体バックスプレーのプルーム１０６を画定しない可能性があり、または、代替的に、プルーム１０６は、より小さくなる可能性があり、または、そうでなければ、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイルの近位壁部６６を貫通する前のそのサイズおよび形状と比較して、異なる形状を画定する可能性がある。
【００５８】
図１２および図１３の実施形態に関して、センサ１０２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６の外側に存在する閉じ込めレーザビーム６４からの液体の量を決定することができる任意のセンサとして構成され得る。たとえば、特定の例示的な態様では、センサ１０２は、カメラを含むことが可能である。センサ１０２がカメラを含むときには、センサ１０２のカメラは、閉じ込めレーザドリル６２に向けられ得、または、代替的に、センサ１０２のカメラは、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中の孔部５２に向けられ得る。これらの実施形態のいずれかにおいて、センサ１０２は、所定の量の液体がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在しているかどうかを決定するために、画像認識方法を利用するように構成され得る。たとえば、センサ１０２は、センサ１０２のカメラから受信される１つまたは複数の画像を１つまたは複数の記憶された画像と比較し、存在する液体の量を決定するように構成され得る。より具体的には、センサ１０２は、カメラから受信される１つまたは複数の画像を、エーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通した閉じ込めレーザビーム６４を表す、存在する液体の量を伴う閉じ込めレーザドリル６２または孔部５２の１つまたは複数の記憶された画像と比較するように構成され得る。
【００５９】
しかし、他の例示的な実施形態では、任意の他の適切なセンサ１０２が提供され得ることを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、センサ１０２は、モーションセンサ、湿度センサ、または任意の他の適切なセンサであることが可能である。センサ１０２がモーションセンサであるときには、たとえば、センサは、液体バックスプレーのプルーム１０６がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在しているかどうかを決定することが可能である。液体バックスプレーのプルーム１０６がバックスプラッシュ領域１０４の中にもはや存在しないときに、貫通が決定され得る。
【００６０】
ここで図１４および図１５を参照すると、さらなる別の例示的な実施形態によるシステム６０が提供されている。図１４および図１５の例示的なシステム６０は、図１２および図１３の例示的なシステム６０と実質的に同じ様式で構成されている。しかし、図１４および図１５の例示的な実施形態に関して、センサ１０２は、光学的なセンサとして構成されており、システム６０は、閉じ込めレーザドリル６２から離れた光源１０８をさらに含む。光源１０８は、任意の適切な光源であることが可能である。たとえば、光源１０８は、１つまたは複数のＬＥＤ電球、１つまたは複数の白熱ランプ、１つまたは複数のエレクトロルミネセントランプ、１つまたは複数のレーザ、または、それらの組み合わせであることが可能である。
【００６１】
述べられているように、閉じ込めレーザドリル６２は、バックスプラッシュ領域１０４を画定することが可能であり、バックスプラッシュ領域１０４において、閉じ込めレーザビーム６４からの液体は、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通する前にスプレーされる。示されている実施形態に関して、光源１０８は、エーロフォイル３８の外側に位置決めされており、バックスプラッシュ領域１０４の少なくとも一部分を通して光を方向付けするように構成されている。追加的に、示されている実施形態に関して、光源１０８は、センサ１０２からバックスプラッシュ領域１０４の正反対側に位置決めされており、光源１０８は、センサ１０２に向けられており、センサ１０２は、光源１０８に向けられている。しかし、他の例示的な実施形態では、光源１０８およびセンサ１０２は、バックスプラッシュ領域１０４に対して互いからオフセットされ得、光源１０８は、センサ１０２に向けられなくてもよく、かつ／または、センサ１０２は、光源１０８に向けられなくてもよい。
【００６２】
述べられているように、示されている実施形態に関して、センサ１０２は、光源１０８に向けられており、光源１０８は、センサ１０２に向けられており、光源の軸線１１０がセンサ１０２と交差するようになっている。そのような実施形態では、所定の閾値を超える光の強度を感知することは、閉じ込めレーザビーム６４からの減少された量の液体がエーロフォイル３８の外側に存在していること、および、したがって、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通したことを示すことが可能である。より具体的には、液体がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在しているとき、そのような液体は、光源１０８からの光を分裂させ、または方向付けし直すことが可能であり、センサ１０２によって感知される光の強度は相対的に低くなるようになっている。対照的に、液体がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在していないとき、または、最小量の液体がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在しているときには、分裂の量は、光源１０８とセンサ１０２との間で限定され、相対的に高い光の強度がセンサ１０２によって感知され得るようになっている。したがって、そのような構成によって、相対的に高い光の強度を感知することは、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通したことを示すことが可能である。
【００６３】
しかし、他の例示的な実施形態では、たとえば、光源１０８がセンサ１０２に向けられておらず、かつ、センサ１０２が光源１０８に向けられていないときには、所定の閾値を下回る光の強度を感知することは、閉じ込めレーザビーム６４からの減少された量の液体が、エーロフォイル３８の外側に存在していることを示す。より具体的には、光源１０８がセンサ１０２に向けられておらず、かつ、センサ１０２が光源１０８に方向付けされていないときには、センサ１０２は、光源からの光がバックスプラッシュ領域１０４の中の液体によって方向付けし直され、反射されるときに、増加された光の強度を感知することが可能である。しかし、バックスプラッシュ領域１０４の中に存在していないとき、または、最小量の液体がバックスプラッシュ領域１０４の中に存在しているときには、光源からの光は、そのような液体によって方向付けし直されず、または反射されず、したがって、センサ１０２は、相対的に低い光の強度を感知することが可能である。したがって、そのような例示的な実施形態では、所定の閾値を下回る光の強度を感知することは、閉じ込めレーザビーム６４がエーロフォイル３８の近位壁部６６を貫通したことを示すことが可能である。
【００６４】
ここで図１６を参照すると、ガスタービンのエーロフォイルの中に孔部を穿孔するための例示的な方法（３００）のブロック図が提供されている。図１６の例示的な方法（３００）は、それぞれ上記に説明されている、図１２および図１３に示されている例示的なシステム６０、および／または、図１４および図１５に示されている例示的なシステム６０とともに利用され得る。したがって、エーロフォイルの中に孔部を穿孔する文脈において議論されているが、例示的な方法（３００）は、代替的に、ガスタービンの任意の他の適切なコンポーネントの中に孔部を穿孔するために使用され得る。
【００６５】
示されているように、例示的な方法（３００）は、（３０２）において、ガスタービンのエーロフォイルの近位壁部の所定の距離の中に閉じ込めレーザドリルを位置決めすることを含む。また、例示的な方法（３００）は、（３０４）において、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームを、エーロフォイルの近位壁部の外側表面に向けて方向付けすることを含む。閉じ込めレーザビームは、液体から形成される液体カラム、および、液体カラムの中のレーザビームを含む。また、例示的な方法（３００）は、（３０６）において、センサを用いて、閉じ込めレーザビームから、エーロフォイルの近位壁部の外側に存在する液体の量を感知することを含む。そのうえ、例示的な方法（３００）は、（３０８）において、（３０６）においてエーロフォイルの近位壁部の外側で感知された液体の量に基づいて、ガスタービンのエーロフォイルの近位壁部を通る閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームの貫通を決定することを含む。
【００６６】
センサがカメラを含む特定の例示的な態様では、（３０６）においてエーロフォイルの近位壁部の外側に存在する液体の量を感知することは、カメラから受信される１つまたは複数の画像を、１つまたは複数の記憶された画像と比較し、存在する液体の量を決定することを含むことが可能である。任意の適切なパターン認識ソフトウェアが利用され、そのような機能性を提供することが可能である。
【００６７】
複数のセンサを利用すること
ここで図１７を参照すると、本開示の別の例示的な実施形態によるシステム６０が提供されている。図１７の例示的なシステム６０はエーロフォイル３８の文脈において議論されているが、他の実施形態では、システム６０は、ガスタービンの任意の他のコンポーネントとともに使用され得ることを理解されたい。
【００６８】
図１７の例示的なシステム６０は、図３および図４の例示的なシステム６０と実質的に同じ様式で構成され得、また、同じまたは同様の付番は、同じまたは同様のパーツを表すことが可能である。たとえば、図１７の例示的なシステム６０は、閉じ込めレーザビーム６４を利用する閉じ込めレーザドリル６２を含む。閉じ込めレーザドリル６２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６を通る孔部５２を穿孔するように構成されている。示されているように、近位壁部６６は、エーロフォイル３８によって画定されるキャビティ４６に隣接して位置決めされている。また、システム６０は、コントローラ７２を含む。
【００６９】
図１７の例示的なシステム６０は、第１のセンサ１１０をさらに含み、第１のセンサ１１０は、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中の孔部５２からの第１の光の特性を感知するように構成されている。例示的なシステム６０は、第２のセンサ１１２を追加的に含み、第２のセンサ１１２は、エーロフォイル３８の孔部および近位壁部６６からの第２の光の特性を感知するように構成されている。第２の光の特性は、第１の光の特性とは異なっている。追加的に、コントローラ７２は、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２に操作可能に接続されており、また、感知された第１の光の特性および感知された第２の光の特性に基づいて、閉じ込めレーザドリル６２によって穿孔されている孔部５２の進展を決定するように構成されている。
【００７０】
図１７に示されている実施形態に関して、第１のセンサ１１０は、エーロフォイル３８の外側に位置決めされており、ビーム軸線Ａに沿って孔部５２から反射され、および／または方向付けし直される光、すなわち、エーロフォイル３８の近位壁部６６から離れるようにビーム軸線Ａに沿って方向付けされる光を感知するようにさらに位置決めされている。たとえば、第１のセンサ１１０は、図３および図４を参照して上記に説明されているセンサ８８と実質的に同じ様式で構成され得る。したがって、第１のセンサ１１０は、オシロスコープセンサまたは任意の他の適切な光学的なセンサであることが可能である。
【００７１】
そのうえ、図１７の実施形態に関して、また、第２のセンサ１１２が、エーロフォイル３８の外側に位置決めされており、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中の孔部５２に向けて方向付けされている。より具体的には、第２のセンサ１１２が孔部５２に対して見通し線１１４を画定し、見通し線１１４がビーム軸線Ａに対して非平行の方向に延在するように、第２のセンサ１１２は位置決めされている。特定の実施形態では、第２のセンサ１１２は、光の強度、光の波長、および光の量のうちの１つまたは複数を感知するように構成されている光学的なセンサであることが可能である。
【００７２】
図１８を参照して、より詳細に以下に説明されるように、特定の例示的な実施形態では、第１の光の特性は、第１の波長における光の強度であることが可能であり、第２の光の特性は、第２の波長における光の強度であることが可能である。第１の波長における光を感知することは、遮熱コーティング３６などのような、エーロフォイル３８の近位壁部６６の第１の層に衝突する閉じ込めレーザビーム６４を表すことが可能である。対照的に、第２の波長における光を感知することは、金属部分４０などのような、エーロフォイル３８の近位壁部６６の第２の層に衝突する閉じ込めレーザビーム６４を表すことが可能である。コントローラ７２は、第１のセンサ１１０によって第１の波長において感知された光の強度を、第２のセンサ１１２によって第２の波長において感知された光の強度と比較し、孔部５２の進展を決定するように構成され得る。
【００７３】
しかし、本開示の他の例示的な実施形態では、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２が、任意の他の適切な場所に位置決めされ得ることを理解されたい。たとえば、他の例示的な実施形態では、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２は、エーロフォイル３８の近位壁部６６から離れるようにビーム軸線Ａに沿って方向付けされる光を感知するようにそれぞれ位置決めされ得る。代替的に、それぞれのセンサ１１０、１１２が、エーロフォイル３８の近位壁部６６の中の孔部への見通し線を、ビーム軸線Ａに対して非平行に画定するように、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２はそれぞれ位置決めされ得る。代替的に、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２のうちの１つまたは両方は、エーロフォイル３８のキャビティ４６の外側に位置決めされており、（たとえば、図９および図１０を参照して上記に議論されているセンサ９８と同様に）エーロフォイル３８のキャビティ４６の中へ方向付けされ得、または、エーロフォイル３８のキャビティ４６の中に位置決めされ得る。代替的に、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２のうちの１つまたは両方は、エーロフォイル３８の外側に位置決めされ、かつ、周囲表面へ方向付けされ、前記周囲表面の上の孔部５２から反射された光を検出することが可能である。さらに代替的に、特定の例示的な実施形態では、第１のセンサ１１０および第２のセンサ１１２は、任意の適切な場所において、単一のセンシングデバイスへとそれぞれ統合され得る。
【００７４】
ここで図１８を参照すると、ガスタービンのエーロフォイルの中に孔部を穿孔するための例示的な方法（４００）のブロック図が提供されている。図１８の例示的な方法（４００）は、図１７に示されて上記に説明されている例示的なシステム６０とともに利用され得る。したがって、エーロフォイルの中に孔部を穿孔する文脈において議論されているが、例示的な方法は、代替的に、ガスタービンの任意の他の適切なエーロフォイルの中に孔部を穿孔するために使用され得る。
【００７５】
図１８の例示的な方法（４００）は、（４０２）において、閉じ込めレーザドリルの閉じ込めレーザビームをエーロフォイルの近位壁部に向けて方向付けすることを含む。近位壁部は、エーロフォイルの中に画定されるキャビティに隣接して位置決めされており、閉じ込めレーザビームは、ビーム軸線を画定する。例示的な方法（４００）は、（４０４）において、第１のセンサを用いて、エーロフォイルの中の孔部からの第１の光の特性を感知することを追加的に含む。特定の例示的な態様では、第１のセンサは、エーロフォイルの外側に位置決めされ得、第１の光の特性は、第１の波長における光の強度であることが可能である。第１の波長における光を感知することは、閉じ込めレーザビームが、エーロフォイルの近位壁部の第１の層に衝突しており、または、エーロフォイルの近位壁部の第１の層の中へ方向付けされていることを表すことが可能である。たとえば、第１の波長における光を感知することは、閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部の遮熱コーティングに衝突していることを表すことが可能である。
【００７６】
また、例示的な方法（４００）は、（４０６）において、第２のセンサを用いて、エーロフォイルの中の孔部からの第２の光の特性を感知することを含む。（４０６）において第２のセンサによって感知される第２の光の特性は、（４０４）において第１のセンサによって感知される第１の光の特性とは異なっている。たとえば、特定の例示的な態様では、第２の光の特性は、第２の波長における光の強度であることが可能である。第２の波長は、閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部の第２の層に衝突していることを表すことが可能である。たとえば、第２の波長における光を感知することは、閉じ込めレーザビームがエーロフォイルの近位壁部の金属部分に衝突していることを表すことが可能である。
【００７７】
方法は、（４０８）において、（４０４）において感知される第１の光の特性および（４０６）において感知される第２の光の特性に基づいて、孔部進展を決定することをさらに含む。特定の例示的な態様では、（４０４）において感知される第１の光の特性および（４０６）において感知される第２の光の特性に基づいて、（４０８）において孔部進展を決定することは、第１の波長において感知される光の強度を、第２の波長において感知される光の強度と比較することを含むことが可能である。たとえば、第１の波長において感知される光の強度と第２の波長において感知される光の強度との比は、エーロフォイルの近位壁部の第１の層を通る孔部の進展を表すことが可能である。
【００７８】
特定の例示的な態様では、（４０４）において感知される第１の光の特性および（４０６）において感知される第２の光の特性に基づいて、（４０８）において孔部進展を決定することは、孔部が、エーロフォイルの近位壁部の第１の層を、少なくとも所定の量だけ通っていることを決定することをさらに含むことが可能である。たとえば、例示的な方法は、孔部が、エーロフォイルの近位壁部の第１の層を少なくとも約９０パーセント通っていること、たとえば、エーロフォイルの近位壁部の第１の層を少なくとも約９５パーセント通っていることなど、たとえば、エーロフォイルの近位壁部の第１の層を少なくとも約９８パーセント通っていることなどを決定することを含むことが可能である。
【００７９】
追加的に、遮熱コーティングが作製されている材料のタイプなどのような、特定の要因に応じて、エーロフォイルの下層の金属部分を通すときよりも低いパワーで、エーロフォイルの近位壁部の遮熱コーティングを通して穿孔することが望ましい可能性がある。したがって、（４０８）において孔部進展を決定することに応答して、たとえば、孔部がエーロフォイルの近位壁部の第１の層を少なくとも所定の量だけ通っていることを決定することに応答して、方法（４００）は、（４１０）において、閉じ込めレーザドリルの１つまたは複数の動作パラメータを調節することをさらに含むことが可能である。たとえば、方法（４００）は、閉じ込めレーザドリルのパワーを増加させること、パルスレートを増加させること、および／または、パルス幅を増加させることを含むことが可能である。
【００８０】
しかし、他の例示的な態様では、第１の光の特性および第２の光の特性は、それぞれ、任意の他の適切な光の特性であることが可能であることを理解されたい。たとえば、他の例示的な態様では、第１のセンサは、適切な光学的なセンサであることが可能であり、第１の光の特性は、光の強度であることが可能である。そのような例示的な態様は、閉じ込めレーザドリルの反射パルス幅、および、閉じ込めレーザドリルの反射パルス周波数のうちの１つまたは両方を決定することをさらに含むことが可能である。図３から図５を参照して、より詳細に上記に議論されているものと同様に、決定された閉じ込めレーザドリルの反射パルス幅、および、決定された閉じ込めレーザドリルのパルス周波数のうちの１つまたは両方に基づいて、図１８の例示的な方法（４００）は、閉じ込めレーザドリルによって穿孔されている孔部の深さを決定することをさらに含むことが可能である。また、そのうえ、そのような例示的な態様では、第２のセンサは、光学的なセンサであることが可能であり、第２の光の特性は、光の波長であることが可能である。述べられているように、光の波長は、閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料を表すことが可能である。したがって、図１８の例示的な方法（４００）は、第２のセンサによって感知された光の波長に基づいて、閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料を決定することをさらに含むことが可能である。
【００８１】
そのような例示的な態様では、孔部の深さを決定すること、および、閉じ込めレーザビームが方向付けされている材料を決定することに応答して、図１８の例示的な方法（４００）は、閉じ込めレーザドリルの１つまたは複数の動作パラメータを調節することをさらに含むことが可能である。より具体的には、図１８の例示的な方法（４００）は、孔部がエーロフォイルの近位壁部の第１の層を通して穿孔されたことを決定すること、ならびに、閉じ込めレーザドリルのパワーを増加させること、パルスレートを増加させること、および／または、パルス幅を増加させ、エーロフォイルの近位壁部の金属部分を通して穿孔することを支援することをさらに含むことが可能である。代替的に、図１８の例示的な方法（４００）は、孔部がエーロフォイルの近位壁部の金属パーツを少なくとも所定の量だけ通っていることを決定することをさらに含むことが可能であり、また、閉じ込めレーザドリルのパワーを減少させ、パルスレートを減少させ、および／または、パルス幅を減少させ、たとえば、エーロフォイルの遠位壁部に対する不必要な損傷を防止することが可能である。
【００８２】
上記の例示的な態様のいずれにおいても、（４０４）において感知される第１の光の特性および（４０６）において感知される第２の光の特性に基づいて、（４０８）において孔部進展を決定することは、任意の適切な制御方法論を使用することを含むことが可能であることを理解されたい。たとえば、（４０８）において孔部進展を決定することは、特定の要因を考慮に入れてルックアップテーブルを利用することを含むことが可能である。これらのルックアップテーブルは、実験的に決定され得る。追加的に、または代替的に、（４０８）において孔部進展を決定することは、ファジーロジック制御方法論を利用し、（４０４）および（４０６）においてそれぞれ感知される光の感知された第１および第２の特性を分析することを含むことが可能である。
【００８３】
この書面による説明は、本発明を開示するために、また、任意の当業者が本発明を実施（任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実行することを含む）することができるように、例（最良の形態を含む）を使用している。本発明の特許の範囲は、特許請求の範囲によって画定され、当業者が考え付く他の例を含むことが可能である。そのような他の例が、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を含んでいる場合には、または、特許請求の範囲の文言とわずかに異なる、均等な構造的要素を含んでいる場合には、そのような他の例は、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００８４】
１０  タービンセクション
１２  ロータ
１４  ケーシング
１６  ガス流路
１８  中心線
２０  ロータホイール
２２  ロータスペーサ
２４  ボルト
２６  圧縮作動流体
３０  回転ブレード
３２  静止ベーン
３４  外側表面
３６  遮熱コーティング
３８  エーロフォイル
４０  金属部分
４２  正圧側面
４４  負圧側面
４６  キャビティ
４８  前縁部
５０  後縁部
５２  冷却孔部、冷却通路
５４  開口部
６０  システム
６２  閉じ込めレーザドリル
６４  閉じ込めレーザビーム
６６  近位壁部
６８  レーザメカニズム
７０  コリメータ
７２  コントローラ
７４  レーザビーム
７５  集束レンズ
７６  チャンバー
７８  ノズル
８０  液体カラム
８２  バックストライク保護メカニズム
８４  ガス
８６  遠位壁部
８８  センサ
９０  リダイレクションレンズ
９２  プロセッサ
９４  メモリ
９６  命令、ロジック
９８  センサ
１００  見通し線
１０２  センサ
１０４  バックスプラッシュ領域
１０６  プルーム
１０８  光源
１１０  第１のセンサ
１１２  第２のセンサ
１１４  見通し線
１５０  グラフ
１５２  ピーク
１５４  谷部
１５６  ライン
１５８  ポイント
１６０  グラフ
１６２  第１の波長
１６３  第４の波長
１６４  第２の波長
１６５  第５の波長
１６６  第３の波長
１７０  グラフ
１７２  ライン
１７４  ライン
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
2016137520000001.pdf