(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空内部（１６）を有する物品（１１）の壁（１５）にビームドリル加工される複数の孔（１２）を形成し且つ検査する方法であって、
（ａ）蛍光材料を有するビーム阻止材料（２４）で前記中空内部（１６）を充填し、
（ｂ）壁（１５）にそれを貫通して前記中空内部（１６）に達する孔（１２）をビームドリル加工し、
（ｃ）前記ドリル加工が完了した後に、ブラックライト（３２）の下で前記複数の孔（１２）を検査する、
ことからなる方法。
【請求項２】
前記ビームドリル加工する工程が、レーザードリル加工を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ビーム阻止材料（２４）はワックス材料を含み、且つ、前記工程（ａ）は前記中空内部（１６）を前記ワックスと蛍光材料との溶融混合物で充填することを含む請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ワックス材料はタービン動翼（１０）のインベストメント鋳造用型を作るのに使用するのに適した型ワックス材料である請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記蛍光材料は蛍光浸透剤である請求項４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】
【０００２】
【本発明の技術分野】
本願発明は、閉塞した或は欠陥のあるレーザードリル加工された冷却孔の検出に関し、特に、ビーム加工、具体的には孔のレーザードリル加工中に使用されるレザービーム阻止蛍光材料を照明するのにブラックライトを用いてガスタービンエンジン翼形の冷却孔をビーム加工及び検査する材料及び方法に関する。
【０００３】
【従来技術】
ガスタービンエンジンは中空翼形タービン動翼及び静翼を有し、これらは本願発明が関係するレーザ或は別なビームドリル加工された冷却孔を有する中空物品の代表的なものである。図１において、ガスタービンエンジン動翼１０及び具体的にはその翼形１１はレーザードリル加工によって形成された多数の冷却通路或は孔１２を有していて、エンジン運転中動翼の冷却を可能にする。冷却孔１２は動翼１０の壁１５の外面１４から動翼１０の中空内部１６或は空間にまで延在している。動翼中空内部は複数の内部壁１８或いはバッフルを含み、更に矢印２０で示す冷却空気を蛇行形状冷却通路１９に沿って向かわせ、動翼１０の内部を通り、冷却孔１２から外部へ出て矢印２２で示すように冷却空気流を生じる。冷却空気２０は動翼１０の内部１６内で、又、冷却孔１２を囲む壁から熱を吸収し、孔１２を出る冷却空気流２２は外面１４の上を流れて更に動翼を冷却する。
【０００４】
適切に機能させるために、エンジン動作中に空気流の分布は動翼の適切な冷却を達成するように制御されなければならないので、冷却孔１２は公知の形状に形成しなければならない。従って、動翼内部１６を通して且つ動翼１０の外部１４に亘って十分で且つ均一な冷却空気の分布を生じるために、冷却孔は閉塞或いは部分的にさえ閉塞されてはならない。レーザドリル加工及び他のビームドリル加工法は溶融材料を生じ、ドリル加工が終わった後で孔は閉塞されるかもしれない。ドリル加工法の誤り或は故障装置のために、配列孔内の個々の孔が完全に貫通しないか全く加工されないことがある。従って、閉塞を検出するために冷却孔１２を検査することが、そのような物品を作る方法において特に品質管理の観点から非常に重要である。孔の寸法は小さく、通常孔の直径は約１２ミル（０．３ミリメートル）なので、閉塞を検出するために冷却孔１２を検査するのは難しい。通常ワイヤ或いはピン径ゲージを用いて、閉塞に対して冷却孔を検査するが、この方法は時間がかかるし、単調であり、労働集約的である。更に、ワイヤ或いはピン径ゲージは壊れることがあり、ゲージの破片が内部空間或いは冷却孔内に捕捉されることがあり、従って孔を閉塞し、これは更に製造法に時間と費用を追加することになる。
【０００５】
赤外線サーモグラフを用いる冷却孔を検査する方法及び装置は１９８７年２月１７日に発行された米国特許第４，６４４，１６２号に開示され特許請求の範囲に記載されている。この特許には、加熱したガスを比較的冷たい冷却孔に通し、走査型赤外線放射計を用いて過渡期間の冷却孔の赤外線識別特性を測定し、測定した赤外線放射強度を基準と比較する。工作物を貫通する通路或いはガスタービンエンジンの表面を貫通する冷却孔を検査する他の方法及び装置は、米国特許第５，１１１，０４６号に開示されているが、そこでは赤外線放射計による画像を用いて加熱及び冷却サイクルの両方の期間中の動翼の一連の画像を発生する。選択したパラメータの群をＩＲ放射計によって発生した一連の画像から決定し、次いで、冷却孔内の欠陥を、加熱及び冷却サイクルの両方の期間中の冷却孔の赤外線識別特性の過渡応答のようなパラメータを解析して検出することができる。さらに、これらの方法は非常に有用であるが、本願発明で使用しようとしているような生産ラインに組み込むには非常に費用がかさみ且つ時間がかかる。
【０００６】
冷却孔の品質及び一貫性を高めるために実時間で冷却孔の寸法を監視し且つレーザ制御する方法及び装置が米国特許第４，８７３，４１４号に開示されている。この方法及び装置は孔からの反射して戻る光を監視して、レーザによってドリル加工された孔の寸法を監視し、且つ、レーザビームを制御する手段を提供する。米国特許第５，０１１，６２６号には、レーザビームから保護したい中空内部の表面の前に配置される障壁材料を開示している。その障壁材料には、レーザを分散させる材料、及び、レーザ光に曝されたときに光を放出する材料が含まれる。光放出材料は、発光材料、燐光材料、又は、蛍光材料とすることができる。これらの装置方法は、レーザドリル孔加工中の冷却孔の品質を監視する手段を提供するが、レーザ或いは他の孔ドリル加工ビームを切った後で生じる再溶融した阻害物を見つけない。
【０００７】
米国特許第５，０５４，０８７号は中空物品内の貫通孔、特に、ターボシャフト・エンジン用の中空タービン動翼の前縁或いは後縁付近の微小な貫通孔を光学的に点検する方法を開示している。その方法は、物品の一端に在る開口を通して物品の内側空洞（中空内部）を照明し、ビデオカメラによって物品の長さに亙って走査することを含む。次いで、ビデオ信号を処理し、標準の物品から導出した予定の基準の信号列と比較する。
【０００８】
このような装置は非蛇状形状の冷却回路に対しては巧くいくかも知れないが、蛇状形状の種類或いは他の隠れた空洞或いは冷却される翼形内部の冷却回路のような種類の内部空洞には及ばない。冷却孔をレーザ加工される前縁冷却室の内部空洞内に光を向ける方法がないことがある。
本願発明はこれらの欠点を克服することに関し、レーザ加工される冷却孔を検査する精確で、迅速な、費用のかからない方法を提供する。
【０００９】
本願発明の特徴及び利点は図面と共に下記の記載からさらに明らかになる。
【００１０】
【発明の概要】
ビームドリル加工される孔、特に、中空内部を有するタービン動翼或いは静翼翼形のような物品にレーザビームドリル加工される孔を形成及び検査する方法である。この方法は、（ａ）蛍光材料を有するビーム阻止材料で中空内部を充填し、（ｂ）壁を貫通して中空内部に達する孔をビームドリル加工し、そして、（ｃ）ブラックライト下で孔を検査する、ことを含む。ビームドリル加工工程（ｂ）は好ましくはレーザドリル加工を含む。ビーム阻止材料は好ましくはワックス材料を含み、且つ、工程（ａ）は中空内部をワックスと蛍光材料の溶融混合物で充填することを含む。ワックス材料は、タービン動翼インベストメント鋳造用型を作るのに使用するのに適した型ワックス材料とすることができ、そして、蛍光材料は、いくつかのものは亀裂を検出するのに一般に知られ使われている蛍光浸透剤とすることができる。
【００１１】
本発明は、又、溶融ワックス及び蛍光材料の混合物を含むここに記載したビーム阻止材料の各種の例を含む。ワックス材料は好ましくはインベストメント鋳造用型を作るのに使用するのに適した型ワックス材料であり、蛍光材料は好ましくは蛍光浸透剤である。
【００１２】
【利点】
本発明は、従来技術で開示された翼形及び他の冷却孔をビームドリル加工及び検査するものに対して多くの利点を有する。本発明は従来技術で開示された空洞を有するタービン翼形及び他の物品にレーザ及び他のビーム加工される冷却孔を形成し且つ検査する比較的経済的な方法及びビーム阻止材料を提供するものである。本発明のビーム阻止材料及び検査方法は、このような方法が行われる多くの工場で容易に利用出来るようなすぐ手に入る市販の材料で行うことができる。更に、そのような工場でブラックライト及び使用装置下で孔の検査は簡単に設定することが出来る。本発明の孔検出は操作者が肉眼を用いることによって、或いは、従来技術に開示されているような孔寸法及び他のパラメータを決めるのにより精巧な技術を用いる電子装置及び計算機によって視覚的に行うことが出来る。本発明の主な利点は、人間である操作員が、従来技術でなされたような各孔にピンを刺したり、或いは、精確に孔を照射するように複雑なレーザ装置を向け、且つ、他の装置に孔を検出させる必要をなくすものである。
【００１３】
本発明の新規と思われる特徴は、特許請求の範囲に記載され特徴づけられている。本願発明の他の目的及び利点は添付の図面と共により具体的に記載されている。
【００１４】
【発明の詳しい説明】
図面を参照すると、図１は、ガスタービンエンジン動翼１０及びエンジン運転中動翼を冷却するレーザードリル加工によって形成された多数の冷却路或は孔１２を有する翼形１１の従来技術による例が示されている。本発明のレーザードリル加工法は、図４に示すフローチャートと関連して、図２に示されている。ビームドリル加工される孔、特に、タービン静翼或は動翼の翼形１１のような蛇行形状冷却回路１９のような中空内部１６を有する物品にレーザービーム加工される孔１２を形成し、検査する方法である。この方法は、次の工程を含む；（ａ）蛍光材料を有するビーム阻止材料２４で中空内部１６（冷却回路１９）を充填し、（ｂ）好ましくは、レーザー２８及びレーザービーム３０を用いて、壁１５にそれを貫通して中空内部１６に達する孔１２をドリル加工し、そして、（ｃ）ドリル加工が完了した後で、図３に示すブラックライト発生器３４によって発生したブラックライト３２の下で孔を検査する。本発明による工程（ｃ）での孔の検出及び検査は操作員の肉眼３８によって、或は、従来技術に開示されているような孔寸法及び他のパラメータを決めるのにより精巧な技術を用いる電子装置及び計算機によって視覚的に行うことが出来る。
【００１５】
ビーム阻止材料は好ましくはワックス材料を含み、且つ、工程（ａ）は好ましくは中空内部をワックスと蛍光材料の溶融混合物で充填することを含む。ワックス材料は、タービン動翼インベストメント鋳造用型を作るのに使用するのに適した型ワックス材料とすることができ、そして、蛍光材料は、いくつかのものは亀裂を検出するのに当業界で一般に知られ使われている蛍光浸透剤とすることができる。試験したそのようなワックス材料の一例が、オハイオ州デイトン（Ｄａｙｔｏｎ）所在のキンツ−コリンツ  インク（Ｋｉｎｄｔ−Ｃｏｌｌｉｎｓ  Ｉｎｃ.）によるＳＷ−１２  型ワックスであり、これをカリフォルニア州サウスゲート（Ｓｏｕｔｈｇａｔｅ）所在のシャウイン  インク（Ｓｈｅｒｗｉｎ  Ｉｎｃ．）による商品名ＨＭ６０４ＤＯＵＢＬ−ＣＨＥＫ蛍光浸透剤と混合した。その後、従来技術で普通行われているような蛇行状冷却回路及び冷却孔を通る適正な空気流を点検する空気流点検を行うことができる。
【００１６】
又、本発明は、溶融ワックス及び蛍光材料の混合物を含むここに記載したビーム阻止材料の各種の例を含む。ワックス材料は好ましくはインベストメント鋳造用型を作るのに使用するのに適した型ワックス材料であり、蛍光材料は好ましくは蛍光浸透剤である。
本発明の前記実施例は本発明を記述し例示の目的でしたものである。余すところなく記載したものではなく、又、本発明を記載したその形式のものに限定するものでもなく、多くの変更及び改変がここに教示したことから明らかである。本発明の好適実施例を原理を説明するために十分に記載したが、特許請求の範囲に記載した本発明の技術範囲から逸脱することなく様々な変更或は改変を好適実施例にすることができることを了解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は一部分を取除いたタービン動翼の斜視図で、従来技術の普通の蛇行形状冷却通路を示す。
【図２】本発明によるビーム阻止材料を用いた図１に示すタービンの動翼の冷却孔レーザードリル加工を示す斜視図。
【図３】図２に示す本発明によるドリル加工の後、タービン動翼のレーザードリル加工された冷却孔の検査を示す斜視図。
【図４】本発明によるビーム阻止材料を用いて冷却孔をレーザードリル加工し、冷却孔の検査をする方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０：タービン動翼
１１：翼形
１２：孔
１５：壁
１６：中空内部
２４：ビーム阻止材料
３２：ブラックライト
【図１】
0004097756.tif 000002
【図２】
0004097756.tif 000003
【図３】
0004097756.tif 000004
【図４】
0004097756.tif 000005