(57)【要約】      （修正有）【課題】ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するためのシステムが提供される。【解決手段】システムはターボ機械に使用した後のシュラウドの３Ｄモデルから幾何学的位置データを抽出するように構成されたモジュールを含むコンピュータシステムを含むことができ３Ｄモデルはデジタル化装置を用いてデジタル化により生成される。幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝されるシュラウドのハードフェース面のターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されないハードフェース面に隣接する非摩耗面の幾何学的位置データを含む。３次元モデルからの非摩耗面の幾何学的位置データをブレードの製造モデルと比較することにより、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面の位置の変化を決定する。位置の変化は、ハードフェース面を修復するための機械加工装置によって使用される機械加工命令を修正するために用いられる。【選択図】図１
2017040257.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボ機械で使用されるブレード（１４０）のシュラウド（１３４）を適応的に機械加工するコンピュータ化された方法であって、
コンピュータシステムにおいて、
前記ターボ機械で使用した後の前記シュラウド（１３４）の３次元モデル（１３２）から幾何学的位置データを抽出するステップであって、前記３次元モデル（１３２）はデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、前記幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝される前記シュラウド（１３４）のハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する非摩耗面（１３６，１３８）の幾何学的位置データを含む、ステップと、
前記ターボ機械で前記ブレード（１４０）を使用することによる前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を決定するために、前記３次元モデル（１３２）からの前記非摩耗面（１３６，１３８）の前記幾何学的位置データを前記ブレード（１４０）の製造モデル（１５０）と比較するステップと、
前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するための機械加工装置（１１１）によって使用される機械加工命令を修正するために、前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を用いるステップと、を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記位置の変化は、前記ターボ機械の軸に対する径方向変位、および前記ターボ機械の前記軸の周りの周方向変位を含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記非摩耗面（１３６，１３８）は、前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する半径を有する、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記位置の変化は、複数のブレード（１４０）を横切る複数の半径の複数の位置の変化の平均を含み、前記機械加工命令は、前記複数の半径の前記位置の変化の前記平均に基づく、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、ブレード（１４０）のシュラウド（１３４）の一対のハード面（１４２，１４６）ごとに、前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含む方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、複数のブレード（１４０）について前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含む方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ハード面（１４２，１４６）の前記修復は、前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、かつ、アディティブ法およびサブトラクティブ法の少なくとも一方により前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するように構成された少なくとも１つの機械加工装置（１１１）を使用するステップを含む、方法。
【請求項８】
ターボ機械で使用されるブレード（１４０）のシュラウド（１３４）を適応的に機械加工するためのシステムであって、
少なくとも１つのモジュール（１２４）を含むコンピュータシステムを含み、前記少なくとも１つのモジュール（１２４）は、前記ターボ機械で使用した後の前記シュラウド（１３４）の３次元モデル（１３２）から幾何学的位置データを抽出するステップであって、前記３次元モデル（１３２）はデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、前記幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝される前記シュラウド（１３４）のハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する非摩耗面（１３６，１３８）の幾何学的位置データを含む、ステップと、
前記ターボ機械で前記ブレード（１４０）を使用することによる前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を決定するために、前記３次元モデル（１３２）からの前記非摩耗面（１３６，１３８）の前記幾何学的位置データを前記ブレード（１４０）の製造モデル（１５０）と比較するステップと、
前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するための機械加工装置（１１１）によって使用される機械加工命令を修正するために、前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を用いるステップと、を実行するように構成される、システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムであって、前記位置の変化は、前記ターボ機械の軸に対する径方向変位、および前記ターボ機械の前記軸の周りの周方向変位を含む、システム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムであって、前記非摩耗面（１３６，１３８）は、前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する半径を有する、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には機械加工に関し、より具体的には、ターボ機械のブレードのシュラウドのハード面の適応的機械加工に関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボ機械では、ブレードは、作動流体の流れから動力を生成するために使用される。具体的には、いくつかのブレードは、ロータに結合され、ブレード上の作動流体の流れからロータに回転運動を与えることができる。ターボ機械のブレードは、最初に、高効率なブレードを作製する理想的な製造モデルに基づいて成形される。各ターボ機械のブレードは、ブレードがそれらの機能を集合的に実行することができるように、いくつかの複雑なターンおよび嵌合する面を含む。たとえば、各ブレードは、その外端部にシュラウドを含むことができ、シュラウドは、隣接するブレードのシュラウドの嵌合するハード面と係合するハード面を含む。ハード面は、摩耗材料を含み、動作中に振動を減衰させるように接触するシュラウドの部品である。タービンエンジンの動作中には、シュラウド付きタービンブレードは多量の歪みおよびねじれを受ける。２つの隣接するブレード間の接触ギャップは、ターボ機械の動作中にバケットの係合を確実にするために重要である。ターボ機械のブレードが摩耗するにつれて、隣接する２つのブレード間の接触ギャップが大きくなり、不適切なブレードの係合が生じる。したがって、ターボ機械のブレードのハード面は、多くの場合、定期的な修復処理において修復を必要とする。
【０００３】
修復処理において、ブレードは、通常、公称条件（時には「ダブテール基準構造」と呼ばれる）を表す製造モデルにブレードを戻そうとして機械加工される。ブレードをモデル化された状態に復元する際の課題は、大きな歪みおよびねじれの組み合わせによってハード面がもはや公称モデルが予測する位置にないということである。公称部品寸法に基づいてブレード上のハード面を機械加工することは、シュラウドの１つのハード面の不必要な機械加工除去および／または高度に歪んだ部品のシュラウドの別のハード面に不必要な材料の追加を要求する可能性があるので、不適当である。結果として得られた不正確な機械加工は、部品寿命に影響を及ぼすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０００３９４８号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本開示の第１の態様は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するコンピュータ化された方法を提供し、本方法は、コンピュータシステムにおいて、ターボ機械で使用した後のシュラウドの３次元モデルから幾何学的位置データを抽出するステップであって、３次元モデルはデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝されるシュラウドのハードフェース面の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されないハードフェース面に隣接する非摩耗面の幾何学的位置データを含む、ステップと、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面の位置の変化を決定するために、３次元モデルからの非摩耗面の幾何学的位置データをブレードの製造モデルと比較するステップと、ハードフェース面を修復するための機械加工装置によって使用される機械加工命令を修正するために、非摩耗面の位置の変化を用いるステップと、を含む。
【０００６】
本開示の第２の態様は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するためのシステムを提供し、本システムは、少なくとも１つのモジュールを含むコンピュータシステムを含み、少なくとも１つのモジュールは、ターボ機械で使用した後のシュラウドの３次元モデルから幾何学的位置データを抽出するステップであって、３次元モデルはデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝されるシュラウドのハードフェース面の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されないハードフェース面に隣接する非摩耗面の幾何学的位置データを含む、ステップと、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面の位置の変化を決定するために、３次元モデルからの非摩耗面の幾何学的位置データをブレードの製造モデルと比較するステップと、ハードフェース面を修復するための機械加工装置によって使用される機械加工命令を修正するために、非摩耗面の位置の変化を用いるステップと、を実行するように構成される。
【０００７】
本開示の第３の態様は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するための機械加工システムを提供し、本システムは、少なくとも１つのモジュールを含むコンピュータシステムを含み、少なくとも１つのモジュールは、ターボ機械で使用した後のシュラウドの３次元モデルから幾何学的位置データを抽出するステップであって、３次元モデルはデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝されるシュラウドのハードフェース面の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されないハードフェース面に隣接する非摩耗面の幾何学的位置データを含む、ステップと、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面の位置の変化を決定するために、３次元モデルからの非摩耗面の幾何学的位置データをブレードの製造モデルと比較するステップと、ハードフェース面を修復するための機械加工装置によって使用される機械加工命令を修正するために、非摩耗面の位置の変化を用いるステップと、を実行するように構成される、コンピュータシステムと、コンピュータシステムに動作可能に結合され、かつ、アディティブ法およびサブトラクティブ法の少なくとも一方によりハードフェース面を修復するように構成された少なくとも１つの機械加工装置と、を含む。
【０００８】
本開示の例示的な態様は、本明細書に記載された問題および／または論じられていない他の問題を解決するように構成される。
【０００９】
本開示のこれらのおよび他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の実施形態による、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するための例示的な環境のブロック図である。
【図２】本開示の実施形態による、ブレードのシュラウドの例示的な３次元モデルを示す図である。
【図３】本開示の実施形態による、製造モデルが重畳された図２の例示的な３Ｄモデルを示す図である。
【図４】本開示の実施形態による、製造モデルが重畳された図２の例示的な３Ｄモデルを示す図である。
【図５】本開示の実施形態によるサブトラクティブ機械加工の拡大した概略図である。
【図６】本開示の実施形態によるアディティブ機械加工の拡大した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本開示の図面は原寸に比例していないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを示すことを目的としており、したがって、本開示の範囲を限定するものとみなすべきではない。図面においては、図面間で類似する符号は類似する要素を示す。
【００１２】
上に示したように、本開示は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウド、特に、シュラウドのハード面を適応的に機械加工することを提供する。本発明の実施形態は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するためのコンピュータ化された方法およびシステム、ならびにこのようなシステムを含む機械加工システムを含むことができる。説明されるように、適応的機械加工は、ターボ機械で使用した後のシュラウドの３次元モデルからハードフェース面に隣接する少なくとも非摩耗面の幾何学的位置データを抽出することと、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面の位置の変化を決定するために、３次元モデルからの非摩耗面の幾何学的位置データをブレードの製造モデルと比較することと、を含む。非摩耗面の位置の変化は、ハードフェース面を修復するための機械加工装置によって使用される機械加工命令を修正するために用いられる。このようにして、摩耗を受けないハードフェース面に隣接する非摩耗面などの構造の位置の変化は、ハードフェース面の位置の変化をより正確に決定するために使用することができ、そのハードフェース面の位置の変化はハードフェース面をより正確に修復するために使用することができる。
【００１３】
ここで図１を参照すると、本開示の実施形態による、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するための例示的な環境１００のブロック図が示されている。この点で、環境１００は、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工するための、本明細書に記載した様々な処理ステップを実行することができるコンピュータインフラストラクチャ１０２を含む。詳細には、コンピュータインフラストラクチャ１０２は、適応的機械加工システム１０６を含むコンピューティングデバイスまたはシステム１０４を含むように示されており、適応的機械加工システム１０６は、コンピューティングデバイス１０４が、本開示の処理ステップを実行することにより機械加工装置１１１と併せて、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工することを可能にする。
【００１４】
コンピューティングデバイス１０４は、メモリ１１２、プロセッサ（ＰＵ）１１４、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１１６、およびバス１１８を含むように示されている。さらに、コンピューティングデバイス１０４は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース１２０および記憶システム１２２と通信するように示されている。当技術分野で知られているように、一般に、プロセッサ１１４は、メモリ１１２および／または記憶システム１２２に格納された、適応的機械加工システム１０６などの、コンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードを実行している間に、プロセッサ１１４は、メモリ１１２、記憶システム１２２、および／またはＩ／Ｏインターフェース１１６へ／から、ターボ機械のブレードのシュラウドのデジタル化された３次元モデル１３２などのデータを読み出しおよび／または書き込むことができる。バス１１８は、コンピューティングデバイス１０４の構成要素の各々の間の通信リンクを提供する。Ｉ／Ｏデバイス１２０は、ユーザがコンピューティングデバイス１０４と対話することを可能にする任意のデバイス、またはコンピューティングデバイス１０４が１つもしくは複数の他のコンピューティングデバイスと通信することを可能にする任意のデバイスを含むことができる。入力／出力デバイス（キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含むが、これらに限らない）を直接または介在するＩ／Ｏコントローラを通してシステムに結合することができる。
【００１５】
いずれにしても、コンピューティングデバイス１０４は、ユーザがインストールしたコンピュータプログラムコードを実行することができる任意の汎用コンピューティング製品（たとえば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ハンドヘルドデバイスなど）を含むことができる。しかし、コンピューティングデバイス１０４および適応的機械加工システム１０６は、本開示の様々な処理ステップを実行することができる様々な可能な同等のコンピューティングデバイスのうちの代表的なものにすぎない。この点で、他の実施形態では、コンピューティングデバイス１０４は、特定の機能を実行するためのハードウェアおよび／またはコンピュータプログラムコードを含む任意の特定用途コンピュータ製品、特定用途および汎用ハードウェア／ソフトウェアの組み合わせを含む任意のコンピュータ製品などを含むことができる。各々の場合において、プログラムコードおよびハードウェアは、標準的なプログラミングおよびエンジニアリング技術をそれぞれ使用して作成することができる。
【００１６】
同様に、コンピュータインフラストラクチャ１０２は、本開示を実施するための様々なタイプのコンピュータインフラストラクチャの例示にすぎない。たとえば、一実施形態では、本開示の様々な処理ステップを実行するために、コンピュータインフラストラクチャ１０２は、ネットワーク、共有メモリなどの任意のタイプの有線および／または無線の通信リンクを介して通信する２つ以上のコンピューティングデバイス（たとえば、サーバクラスタ）を含むことができる。通信リンクがネットワークを含む場合には、ネットワークは、１つまたは複数のタイプのネットワーク（たとえば、インターネット、広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、仮想専用ネットワークなど）の任意の組み合わせを含むことができる。またネットワークアダプタも、介在する専用ネットワークまたは公衆ネットワークを介して、データ処理システムが他のデータ処理システムまたはリモートプリンタもしくは記憶装置に結合できるように、システムに結合することができる。モデム、ケーブルモデム、およびイーサネット（登録商標）カードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタのごく一部である。とにかく、コンピューティングデバイス間の通信は、様々なタイプの伝送技術の任意の組み合わせを利用することができる。
【００１７】
前述し、以下でさらに説明するように、適応的機械加工システム１０６は、コンピュータインフラストラクチャ１０２が、機械加工装置１１１と共に、ターボ機械で使用されるブレードのシュラウドを適応的に機械加工することを可能にする。この点で、適応的機械加工システム１０６は、いくつかのモジュール１２４を含むように示されている。これらのモジュールの各々の動作については、本明細書で一般的に説明する。しかし、図１に示す様々なシステムのいくつかは、独立に実装され、組み合わされ、および／または、コンピュータインフラストラクチャ１０２に含まれる１つもしくは複数の別々のコンピューティングデバイスのためのメモリに格納され得ることが理解される。特に、適応的機械加工システム１０６が機械加工装置１１１から離れて示されているが、機械加工装置１１１の制御システムの一部であってもよい。さらに、システムおよび／または機能のいくつかは、実施されなくてもよく、あるいは追加のシステムおよび／または機能が環境１００の一部として含まれてもよい。
【００１８】
環境１００はまた、たとえばブレード段の１つまたは複数のブレードのシュラウド１３４の３次元（３Ｄ）モデル１３２（記憶システム１２２に示す）をデジタル化によって作成するためのデジタル化装置１３０を含むことができる。本明細書で用いられるように、「デジタル化」は、部品の少なくとも一部分の３次元座標を作成する任意の現在公知のまたは後に開発される方法を含む。デジタル化装置１３０は、トレースチップを使用するような機械的装置を含むことができ、あるいはレーザスキャナまたは他の構造化された光を使用するような光学システムを含むことができる。いずれの場合でも、デジタル化は、３Ｄモデル１３２がディスプレイ上のメッシュの形態をとるように３次元空間内の多くの座標を生成する。各シュラウド１３４は、それぞれのロータホイールから離れて、他のシュラウドから独立して、分解された状態でデジタル化することができる。デジタル化の際に各シュラウドを均一な方法で支持および保持するために、任意の適切な固定具を使用することができる。図１では、シュラウド１３４をデジタル化するためにデジタル化装置１３０を含むように示しているが、本発明の実施形態は、デジタル化装置を用いてデジタル化により生成されるブレード段の各ブレードのシュラウドの３Ｄモデル１３２を「取得すること」を含んでもよいことが理解される。したがって、本方法の実施形態は、直接生成しないが、デジタル化を行う第三者から取得した３Ｄモデル１３２を用いてもよいことが理解される。データがデジタル化装置１３０により直接生成されない場合には、図示したシステム／構成要素から離れて別のシステム／構成要素を実装することができ、それが３Ｄモデル１３２を生成し、それを適応的機械加工システム１０６に提供するか、またはシステムによるアクセスのためにデータを格納することができることが理解される。これに関連して、記載された様々なシステムおよび構成要素は、シュラウドの３Ｄモデル１３２などのデータを「取得する」ことができる。対応するデータは任意の解決策を使用して取得することができることが理解される。たとえば、対応するシステム／構成要素は、１つまたは複数のデータストア（たとえば、データベース）からデータを検索すること、あるいは別のシステム／構成要素からデータを受信することなどができる。
【００１９】
図２を参照すると、ブレード１４０のシュラウド１３４の例示的な３Ｄモデル１３２が示されている。３Ｄモデル１３２は、シュラウド１３４の第１の外周端部１４４のハード面１４２の第１のハードフェース面Ｄ１、および反対側の第２の外周端部１４８の第２のハード面１４６の第２のハードフェース面Ｄ２を示している。当技術分野で知られているように、ブレード１４０は、ロータ軸（図示せず）に平行な軸方向ｘにロータホイール内に摺動され、隣接するブレード１４０は、ハード面１４２および１４６に沿って嵌合する。３Ｄモデル１３２は、上述したように、トレースチップを用いるような機械装置を含むことができ、あるいは、レーザスキャナまたは他の構造化された光を用いるような光学システムを含むことができるデジタル化装置１３０（図１）を用いて取得することができる。図２は、３Ｄ光スキャナにより作成された構造化光デバイスの形態のデジタル化装置による描画を示し、３Ｄ光スキャナは、たとえば、これらに限らないが、ＧＯＭ  ｍｂＨから市販されているＡＴＯＳ工業用３Ｄスキャナ、またはＱ−Ｐｌｕｓ  Ｌａｂｓから市販されているＳｔｅｉｎｂｉｃｈｌｅｒ  ＣＯＭＥＴ  Ｌ３Ｄスキャナなどがある。
【００２０】
引き続き図２を参照すると、適応的機械加工システム１０６（図１）は、ターボ機械で使用した後のシュラウド１３４の３Ｄモデル１３２から幾何学的位置データを抽出する。幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝されたシュラウド１３４のハードフェース面Ｄ１、Ｄ２のデータ、およびハードフェース面Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ隣接する非摩耗面１３６、１３８のデータを含むことができる。「非摩耗面」１３６、１３８は、ハードフェース面のように面対面の摩耗に曝されず、最初にハードフェース面Ｄ１、Ｄ２と同様に高い公差、たとえば、±０．０１５ミリメートル（０．０００６インチ）で機械加工された、ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２に隣接する（隣の、またはその近傍の）任意の面を含むことができる。各非摩耗面１３６、１３８は、たとえば、０．１２７〜０．５０８ミリメートル（０．００５〜０．０２０インチ）摩耗することがあるハードフェース面Ｄ１、Ｄ２と比較して、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない。すなわち、各非摩耗面１３６、１３８は、シュラウド１３４の一般的な歪、ねじれ、および環境摩耗を経験するが、ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２のような他の構造物との直接接触は存在しない。一実施形態では、非摩耗面１３６、１３８は、ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２にそれぞれ隣接する半径１３６Ｒおよび／または１３８Ｒを含むことができる。各半径１３６Ｒ、１３８Ｒは、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されないが、シュラウド１３４の一般的な歪、ねじれ、および環境摩耗を経験する。各半径１３６Ｒ、１３８Ｒは、ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２のような他の構造物との直接接触はない。他の実施形態では、半径１３６Ｒ、１３８Ｒから離れた面１３６、１３８を用いることができる。（図２の最も左の面１３６は、ページの外に延在してもよい）。幾何学的位置データの抽出は、たとえば、空間内の各非摩耗面１３６、１３８およびハードフェース面Ｄ１、Ｄ２のｘ、ｙ、およびｚ座標を特定することを含むことができる。すなわち、抽出は、現在知られているまたは後に開発された３Ｄデータ解析手法を用いて、シュラウド１３４の局所的な最良の適合を算出することを含むことができる。図２では、ｘ軸はロータ軸（図示せず）に平行であり、ｙ軸はロータ軸から横方向に第１の径方向に延び、ｚ軸はロータ軸から垂直方向に第２の径方向に延びている。したがって、各非摩耗面１３６、１３８およびハードフェース面Ｄ１、Ｄ２は、最良の適合面が確定され得るように、３次元空間内のいくつかのデータ点を含む。各ブレード１３４は、デジタル化の際にすべての他のブレードに対して同じ方法でホルダまたは支持体に固定されているので、ｘ、ｙ、ｚ座標は共通の原点を基準として共有する。抽出はまた、空間内の各ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２の合成角度方位α（１つのみ図示）を特定することを含む。このように、抽出は共通の基準点に対する各摩耗面１３６、１３８および各ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２の幾何学的位置データを提供する。
【００２１】
適応的機械加工システム１０６（図１）は、３Ｄモデル１３２（図２）からの非摩耗面１３６および／または１３８の幾何学的位置データをブレードの製造モデル１５０と比較して、ターボ機械でブレードを使用することによる非摩耗面１３６および／または１３８の位置の変化を決定する。比較を説明するために、図３および図４は、ブレードの使用後に作成された３Ｄモデル１３２（すべてを示していない、モデル１５０からのオフセットラインを参照）における第２の変化した位置に摩耗面１３６’、１３８’（特に半径１３８Ｒ’）を重畳して、製造（３Ｄ）モデル１５０からの非摩耗面１３６、１３８（および特に半径１３８Ｒ）を最初の製造された位置に示す。図３は単純な軸方向変位（ｙ軸方向）を示しており、図４は多くのｘ、ｙおよび／またはｚ軸方向のより複雑な位置の変化を示している。図３および図４は、いくつかの例を示しているが、比較により適応的機械加工システム１０６により決定された位置の変化は、任意の幾何学的変化、たとえば、径方向変位ＲＤ（ターボ機械軸から内向き／外向きの径方向）、周方向横変位ＣＬＤ（ターボ機械軸の周り）、軸方向変位ＡＤ（ターボ機械軸に沿って）、および／または図２の合成角αなどの任意の角変位を実際に含むことができる。一実施形態では、位置の変化は、ターボ機械の軸に対する径方向変位ＲＤ、およびターボ機械の軸の周りの周方向変位ＣＤを含むことができる。さらに、位置の変化の決定は、各非摩耗面１３６、１３８のそれぞれの初期位置に対する位置の変化について行うことができるので、各ハードフェース面Ｄ１、Ｄ２について非常に精密な機械加工命令を提供することができる。別の実施形態で、このような精度が必要ない場合には、位置の変化は、複数のブレードを横切る複数の半径の複数の位置の変化の平均に基づいてもよい。このように、すべてのシュラウド１３４をデジタル化する必要があるわけではない。ここで、機械加工命令は、複数の半径の位置の変化の平均に基づいてもよい。図３および図４は、２つの３Ｄモデルの重ね合わせを示しているが、適応的機械加工システム１０６は、このような画像を作成する必要はなく、共通の位置成分、たとえば、非摩耗面１３６、１３８上の特定の点の２組のｘ、ｙ、ｚ位置の差分を算出することにより、単純に変位を算出することができることを強調しておく。
【００２２】
非摩耗面１３６および／または１３８の位置の変化が決定されると、適応的機械加工システム１０６は、非摩耗面の位置の変化を用いて、ハードフェース面Ｄ１および／またはＤ２を修復するために機械加工装置１１１によって使用される機械加工命令を修正することができる。当技術分野で理解されているように、機械加工装置１１１には、修理中にブレードのハードフェース面Ｄ１、Ｄ２を精密に機械加工するための多くの命令（「ｇコード」と呼ばれる）が提供される。この命令は、図５に示すように、研削などの従来の機械加工技術により材料を取り除き、および／または図６に示すように、堆積、溶接などにより材料を付加するために、機械加工装置１１１に指示を提供する。機械加工装置１１１は、コンピュータ制御のアディティブおよび／またはサブトラククティブ機械加工処理が可能な任意の現在知られているまたは今後開発される装置を含むことができ、たとえば、これらに限らないが、アディティブ機械加工としては熱スプレー、コールドスプレー、および／またはレーザクラッド／溶接などがあり、サブトラクティブ機械加工としてはフライス加工、研削、ＥＤＭ、および／または湿式噴射などがある。
【００２３】
上記の処理は、ブレードのシュラウド１３４上の一対のハード面Ｄ１、Ｄ２の各々について繰り返すことができる。また、これらの処理は、ブレード段内のいくつかのハードフェース面をより正確に修復できるように、複数のブレードについて繰り返すことができる。
【００２４】
適応的機械加工システム１０６は、一意的にまたは設定された平均に基づいて各構成要素を機械加工することを提供する。いずれにしても、位置の変化の決定を通して取得できる種々の変位に基づいて、より正確な修復を行うことができる。システム１０６は、エンジン運転条件に起因する歪みを受けるすべてのシュラウド付きターボ機械のブレードに適用可能であり、部品寿命を短くするおそれのある部分、たとえば、ｚ型フィレット半径に対する機械加工の懸念を低減および／または除去することができる。さらに、システム１０６は、クリープおよび／またはクラックに起因する付加的な脱落にあう部品のリスクを低減し、公称モデルの状態に部品を機械加工することにより生じる不要なスクラップおよび再加工を排除することにより、修復コストを低減する。
【００２５】
当業者には明らかなように、本発明の実施形態は、システム、方法、またはコンピュータプログラム製品として具現化することができる。したがって、本発明は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコード等を含む）、または、本明細書において「回路」、「モジュール」、および／もしくは「システム」とすべて一般的に呼ぶことができるソフトウェアおよびハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式をとることができる。さらに、本発明は、媒体内に具現化したコンピュータ使用可能プログラムコードを有する表現の任意の有形な媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。
【００２６】
１つまたは複数のコンピュータ使用可能または可読媒体の任意の組み合わせを用いることができる。コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、たとえば、これに限定されないが、電子的、磁気的、光学的、電磁気的、赤外線、または半導体のシステム、装置、デバイス、または伝搬媒体であってもよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（包括的でないリスト）として以下のものが挙げられる。すなわち、１つもしくは複数のワイヤを有する電気的接続、携帯用コンピュータフロッピーディスク、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、消去可能なプログラム可能読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭもしくはフラッシュメモリ）、光ファイバ、携帯型コンパクトディスク読み取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光学記憶デバイス、インターネットもしくはイントラネットをサポートするような伝送媒体、または磁気記憶デバイスなどである。なお、プログラムは、たとえば紙または他の媒体の光学的走査によって電子的に取り込まれ、次いでコンパイルされ、解釈され、あるいは、必要であれば適切な方法で処理されて、コンピュータメモリに記憶することが可能であるから、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、プログラムが印字された紙または別の適切な媒体であってもよい。本明細書の文脈では、コンピュータ使用可能またはコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、またはそれと併せて使用されるプログラムを格納し、記憶し、通信し、伝搬し、または輸送することができる任意の媒体であってもよい。コンピュータ使用可能媒体は、ベースバンドにまたは搬送波の一部として具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードを有する伝搬されたデータ信号を含んでもよい。コンピュータ使用可能プログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなどを含むがこれらに限らない任意の適切な媒体を用いて送信することができる。
【００２７】
本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、１つまたは複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで書き込むことができ、これらのプログラミング言語としては、Ｊａｖａ（登録商標）、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、Ｃ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語もしくは類似のプログラミング言語などの従来の手続きプログラミング言語が挙げられる。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、独立したソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータで部分的にリモートコンピュータで、または、完全にリモートコンピュータもしくはサーバで実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）または広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを通してユーザのコンピュータに接続することができ、あるいは、外部コンピュータに（たとえば、インターネットサービスプロバイダを用いてインターネットを通して）接続されてもよい。
【００２８】
本発明は、本発明の実施形態による、方法、装置（システム）、およびコンピュータプログラム製品のフローチャートおよび／またはブロック図を参照して本明細書に記載されている。フローチャートおよび／またはブロック図の各ブロック、ならびにフローチャートおよび／またはブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施することができることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、または機械を生産するための他のプログラム可能なデータ処理構成要素のプロセッサに提供することができ、そのようにして、これらの命令がコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理構成要素のプロセッサを介して実行されて、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行するための手段を生成する。
【００２９】
これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置に対して特定の方法で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納することもでき、そのようにして、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行する命令手段を含む製造物を生成する。
【００３０】
コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で一連の動作ステップを実行させてコンピュータ実行処理を生成するために、コンピュータプログラム命令をコンピュータまたは他のプログラム可能なデータ処理装置にロードすることもでき、そのようにして、コンピュータまたは他のプログラム可能な装置で実行される命令は、フローチャートおよび／またはブロック図の１つもしくは複数のブロックで指定される機能／動作を実行するための処理を提供する。
【００３１】
図面のブロック図は、本発明の様々な実施形態による、システム、方法、およびコンピュータプログラム製品の可能な実施のアーキテクチャ、機能、および動作を示す。これに関して、ブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、またはコードの一部を表すことができ、それは、指定された論理機能を実現するための１つまたは複数の実行可能命令を含む。また留意すべきことは、いくつかの代替的な実施では、説明した機能は説明した順序と異なる順序で行われてもよい。たとえば、機能は実質的に同時に実行されてもよいし、あるいは、含まれる機能に応じて、時には逆の順序で実行されてもよい。ブロック図の各ブロック、およびブロック図のブロックの組み合わせが、指定された機能もしくは動作を実行する専用のハードウェアベースのコンピュータシステム、あるいは専用ハードウェアおよびコンピュータ命令の組み合わせによって実現することができることもまた留意されたい。
【００３２】
上記の図面は、本開示のいくつかの実施形態による関連する処理のいくつかを示す。これに関連して、図面のフロー内の各図面は、記載した方法の実施形態に関連する処理を表している。いくつかの代替的な実施では、図面またはブロックで説明した動作は、図面で示した順序から外れて生じてもよいし、あるいは、たとえば、関連する動作に応じて、実際には実質的に同時に、または逆の順序で実行されてもよいことにも留意されたい。また、当業者であれば、処理を説明する付加的なブロックを追加することができることを認識するであろう。
【００３３】
本明細書で用いる用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを目的とするものではない。本明細書で用いられるように、文脈で別途明確に指示しない限り、単数形「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」および「前記（ｔｈｅ）」は複数形も含むものとする。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」および／または「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合に、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を示すが、１つもしくは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはこれらのグループの存在もしくは追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。
【００３４】
特許請求の範囲のすべてのミーンズまたはステッププラスファンクション要素の対応する構造、材料、動作、および均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせて機能を実行するための任意の構造、材料、または動作を含むものとする。本開示の記載は、例示および説明の目的で提示されているが、網羅的であることを意図するものではなく、あるいは開示した形式における開示に限定されるものではない。多くの変更および変形は、本開示の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者には明らかであろう。本開示の原理および実際の応用を最もよく説明し、想定される特定の使用に適するように様々な変更を伴う様々な実施形態の開示を他の当業者が理解できるようにするために、実施形態を選択し説明した。
［実施態様１］
ターボ機械で使用されるブレード（１４０）のシュラウド（１３４）を適応的に機械加工するコンピュータ化された方法であって、
コンピュータシステムにおいて、
前記ターボ機械で使用した後の前記シュラウド（１３４）の３次元モデル（１３２）から幾何学的位置データを抽出するステップであって、前記３次元モデル（１３２）はデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、前記幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝される前記シュラウド（１３４）のハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する非摩耗面（１３６，１３８）の幾何学的位置データを含む、ステップと、
前記ターボ機械で前記ブレード（１４０）を使用することによる前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を決定するために、前記３次元モデル（１３２）からの前記非摩耗面（１３６，１３８）の前記幾何学的位置データを前記ブレード（１４０）の製造モデル（１５０）と比較するステップと、
前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するための機械加工装置（１１１）によって使用される機械加工命令を修正するために、前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を用いるステップと、を含む方法。
［実施態様２］
実施態様１に記載の方法であって、前記位置の変化は、前記ターボ機械の軸に対する径方向変位、および前記ターボ機械の前記軸の周りの周方向変位を含む、方法。
［実施態様３］
実施態様１に記載の方法であって、前記非摩耗面（１３６，１３８）は、前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する半径を有する、方法。
［実施態様４］
実施態様１に記載の方法であって、前記位置の変化は、複数のブレード（１４０）を横切る複数の半径の複数の位置の変化の平均を含み、前記機械加工命令は、前記複数の半径の前記位置の変化の前記平均に基づく、方法。
［実施態様５］
実施態様１に記載の方法であって、ブレード（１４０）のシュラウド（１３４）の一対のハード面（１４２，１４６）ごとに、前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含む方法。
［実施態様６］
実施態様１に記載の方法であって、複数のブレード（１４０）について前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含む方法。
［実施態様７］
実施態様１に記載の方法であって、前記ハード面（１４２，１４６）の前記修復は、前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、かつ、アディティブ法およびサブトラクティブ法の少なくとも一方により前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するように構成された少なくとも１つの機械加工装置（１１１）を使用するステップを含む、方法。
［実施態様８］
ターボ機械で使用されるブレード（１４０）のシュラウド（１３４）を適応的に機械加工するためのシステムであって、
少なくとも１つのモジュール（１２４）を含むコンピュータシステムを含み、前記少なくとも１つのモジュール（１２４）は、前記ターボ機械で使用した後の前記シュラウド（１３４）の３次元モデル（１３２）から幾何学的位置データを抽出するステップであって、前記３次元モデル（１３２）はデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、前記幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝される前記シュラウド（１３４）のハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する非摩耗面（１３６，１３８）の幾何学的位置データを含む、ステップと、
前記ターボ機械で前記ブレード（１４０）を使用することによる前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を決定するために、前記３次元モデル（１３２）からの前記非摩耗面（１３６，１３８）の前記幾何学的位置データを前記ブレード（１４０）の製造モデル（１５０）と比較するステップと、
前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するための機械加工装置（１１１）によって使用される機械加工命令を修正するために、前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を用いるステップと、を実行するように構成される、システム。
［実施態様９］
実施態様８に記載のシステムであって、前記位置の変化は、前記ターボ機械の軸に対する径方向変位、および前記ターボ機械の前記軸の周りの周方向変位を含む、システム。
［実施態様１０］
実施態様８に記載のシステムであって、前記非摩耗面（１３６，１３８）は、前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する半径を有する、システム。
［実施態様１１］
実施態様８に記載のシステムであって、前記位置の変化は、複数のブレード（１４０）を横切る複数の半径の複数の位置の変化の平均を含み、前記機械加工命令は、前記複数の半径の前記位置の変化の前記平均に基づく、システム。
［実施態様１２］
実施態様８に記載のシステムであって、ブレード（１４０）のシュラウド（１３４）の一対のハード面（１４２，１４６）ごとに、前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含むシステム。
［実施態様１３］
実施態様８に記載のシステムであって、複数のブレード（１４０）について前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含むシステム。
［実施態様１４］
実施態様８に記載のシステムであって、前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、かつ、アディティブ法およびサブトラクティブ法の少なくとも一方により前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するように構成された少なくとも１つの機械加工装置（１１１）をさらに含むシステム。
［実施態様１５］
ターボ機械で使用されるブレード（１４０）のシュラウド（１３４）を適応的に機械加工するための機械加工システムであって、
少なくとも１つのモジュール（１２４）を含むコンピュータシステムであって、前記少なくとも１つのモジュール（１２４）は、前記ターボ機械で使用した後の前記シュラウド（１３４）の３次元モデル（１３２）から幾何学的位置データを抽出するステップであって、前記３次元モデル（１３２）はデジタル化装置を用いたデジタル化により生成され、前記幾何学的位置データは、ターボ機械の動作中に摩耗に曝される前記シュラウド（１３４）のハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）の、および、ターボ機械の動作中に実質的に摩耗に曝されない前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する非摩耗面（１３６，１３８）の幾何学的位置データを含む、ステップと、
前記ターボ機械で前記ブレード（１４０）を使用することによる前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を決定するために、前記３次元モデル（１３２）からの前記非摩耗面（１３６，１３８）の前記幾何学的位置データを前記ブレード（１４０）の製造モデル（１５０）と比較するステップと、
前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するための機械加工装置（１１１）によって使用される機械加工命令を修正するために、前記非摩耗面（１３６，１３８）の位置の変化を用いるステップと、を実行するように構成される、コンピュータシステムと、
前記コンピュータシステムに動作可能に結合され、かつ、アディティブ法およびサブトラクティブ法の少なくとも一方により前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）を修復するように構成された少なくとも１つの機械加工装置（１１１）と、を含む機械加工システム（１０６）。
［実施態様１６］
実施態様１５に記載のシステムであって、前記位置の変化は、前記ターボ機械の軸に対する径方向変位、および前記ターボ機械の前記軸の周りの周方向変位を含む、方法。
［実施態様１７］
実施態様１５に記載のシステムであって、前記非摩耗面（１３６，１３８）は、前記ハードフェース面（Ｄ１，Ｄ２）に隣接する半径を有する、方法。
［実施態様１８］
実施態様１５に記載のシステムであって、前記位置の変化は、複数のブレード（１４０）を横切る複数の半径の複数の位置の変化の平均を含み、前記機械加工命令は、前記複数の半径の前記位置の変化の前記平均に基づく、方法。
［実施態様１９］
実施態様１５に記載のシステム（１０６）であって、ブレード（１４０）のシュラウド（１３４）の一対のハード面（Ｄ１，Ｄ２）ごとに、前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含むシステム。
［実施態様２０］
実施態様１５に記載のシステム（１０６）であって、複数のブレード（１４０）について前記抽出するステップ、前記比較するステップ、および前記用いるステップを繰り返すステップをさらに含むシステム。
【符号の説明】
【００３５】
１００  例示的な環境
１０２  コンピュータインフラストラクチャ
１０４  コンピューティングデバイス
１０６  適応的機械加工システム
１１１  機械加工装置
１１２  メモリ
１１４  プロセッサ（ＰＵ）
１１６  入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
１１８  バス
１２０  外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース
１２２  記憶システム
１２４  モジュール
１３０  デジタル化装置
１３２  ３次元（３Ｄ）モデル
１３４  シュラウド
１３６，１３８  非摩耗面
１３６’，１３８’  摩耗面
１３６Ｒ，１３８Ｒ  半径
１４０  ブレード
１４２，１４６  ハード面
１４４  第１の外周端部
１４８  第２の外周端部
１５０  製造モデル
Ｄ１  第１のハードフェース面
Ｄ２  第２のハードフェース面
【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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【外国語明細書】
2017040257000001.pdf