(57)【要約】  放電加工電極（１１）の幾何形状を点検するための方法が説明される。方法は、・放電加工電極のネイティブ３Ｄモデル（２１）を含むファイルを用意するステップと、・ネイティブ３Ｄモデルに基づいて、製造された放電加工電極（１１）を用意するステップと、・製造された放電加工電極の画像の組を異なる位置で走査するステップと、それとともに、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデル（２３）を生成するステップと、ネイティブ３Ｄモデル（２１）と走査された３Ｄモデル（２３）とを比較するステップと、放電加工の間に電極経路を補正するために放電加工装置の電極補償座標を生成するステップとを含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電加工電極（１１）の幾何形状を点検するための方法であって、
前記放電加工電極（１１）のネイティブ３Ｄモデル（２１）を含むファイルを用意するステップと、
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）に基づいて、製造された放電加工電極（１１）を用意するステップと、
前記製造された放電加工電極（１１）の画像の組を異なる位置で走査するステップと、それとともに、前記製造された放電加工電極（１１）の走査された３Ｄモデル（２３）を生成するステップと、
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）と前記走査された３Ｄモデル（２３）とを比較するステップと、放電加工の間に電極経路を補正するために放電加工装置の電極補償座標を生成するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記放電加工電極（１１）の表面上の点の組を前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）において画定するステップと、
前記点を中心とする幾何学的要素の組を前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）において生成するステップと、
前記点の組を前記放電加工電極（１１）の表面上に、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）において投影するステップと、
前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）の表面上に投影された前記点を中心とする幾何学的要素の組を適用するステップと、
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）上の前記幾何学的要素と前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）上の前記幾何学的要素との間の距離を最小にするために、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）に対して、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）を変位させるステップとをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記幾何学的要素が球体（３７）であり、各球体（３７）が前記点の組のうちの対応する１つを中心とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）に対して、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）を変位させる前記ステップが、
前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）を回転軸（Ａ）を中心として回転させるステップと、
前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）を少なくとも第１の平行移動軸に沿って平行移動させるステップとを含む、請求項２または３記載の方法。
【請求項５】
前記第１の平行移動軸と前記回転軸（Ａ）とが相互に直角である、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）に対して、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）を回転させる前記ステップと平行移動させる前記ステップとが、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）上と前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）上との前記幾何学的要素の間の距離が最小になるまで、反復して繰り返される、請求項１乃至５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記走査された放電加工電極（１１）を放電加工装置上に取り付けるステップをさらに含み、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）の前記変位を画定するパラメータが、前記放電加工装置に提供され、前記放電加工装置上に取り付けられた前記放電加工電極（１１）を制御するためのオフセット値として前記放電加工装置によって使用される、請求項２乃至６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記回転軸（Ａ）を中心とした前記回転変位、前記第１の平行移動軸に沿った前記第１の平行移動変位および第２の平行移動軸に沿った第２の平行移動変位が、前記放電加工電極（１１）が装備された前記放電加工装置においてオフセット値として使用される、請求項５または６記載の方法。
【請求項９】
前記放電加工電極（１１）が、前記放電加工電極（１１）を取付け支持体（１３）に接続することが意図されたホルダー領域と、機械加工される被加工物と共同作業することが意図された作業領域とを備え、前記作業領域が、ターボ機械の羽根車ベーンの吸気表面（７Ｓ）と圧力表面（７Ｐ）とを機械加工するように構成された吸気表面（７Ｓ）と圧力表面（７Ｐ）とを備え、前記羽根車ベーンのシュラウド表面とハブ表面（７Ｈ）とを機械加工するように構成されたシュラウド表面とハブ表面（７Ｈ）とをさらに備え、前記幾何学的要素が、前記吸気表面（７Ｓ）上と前記圧力表面（７Ｐ）上とに配置されているが、前記シュラウド表面上と前記ハブ表面（７Ｈ）上とに配置されていない点上に適用される、請求項２乃至８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記製造された放電加工電極（１１）の画像の組を走査する前記ステップが、前記製造された放電加工電極（１１）を回転軸（Ａ）を中心としておよび傾斜軸を中心として回転させ、傾斜させ、前記製造された放電加工電極（１１）の画像をそれらの複数の位置で走査するステップを含む、請求項１乃至９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記製造された放電加工電極（１１）の前記画像の組を走査する前記ステップが、前記製造された放電加工電極（１１）と一体に移動する複数の要素の画像を走査するステップを含み、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）が、前記要素を含み、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）と前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）とを比較する前記ステップが、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）および走査された３Ｄモデル（２３）を、前記要素を使用する同じ機械座標系において互いに対して方向を合わせ、位置決めする予備ステップを含む、請求項１乃至１０のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記要素が球体（３７）である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）が、前記製造された放電加工電極（１１）が合致しなければならない幾何公差範囲に関する情報を含み、前記方法が、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）が前記公差範囲に合致するかどうかを点検するステップをさらに含む、請求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
異なる公差範囲が、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）において、前記製造された放電加工電極（１１）の異なる部分に適用される、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）と、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）との自由最良適合が、前記走査された３Ｄモデル（２３）が前記公差範囲に合致するかどうかを点検する前に実施される、請求項１３または１４記載の方法。
【請求項１６】
前記自由最良適合が、前記ネイティブ３Ｄモデル（２１）上の複数の点と、前記製造された放電加工電極（１１）の前記走査された３Ｄモデル（２３）上の対応する点とを使用して実施される、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記製造された放電加工電極（１１）が、ホルダー領域と作業領域とを備え、前記作業領域が、機械加工される被加工物と共同作業するように構成され、配列され、前記ホルダー領域が、前記製造された放電加工電極（１１）を取付け支持体（１３）上に接続するように構成され、配列され、前記複数の点が、前記作業領域上に配列されるが、前記ホルダー領域上に配列されない、請求項１６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は放電加工に関する。より詳細には、本発明は、遠心力ポンプおよび遠心圧縮機などの、ただしそれらに限定されないターボ機械の羽根車を機械加工するのに使用される電極または工具の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心ターボ機械の羽根車は、通常、ディスクまたはハブから延び、複数のベーンを画定する複数のブレードを有するディスクまたはハブを備え、ベーンを通って、ターボ機械によって処理された流体が流れる。いくつかの実施形態において、羽根車は、さらにシュラウドから構成され、シュラウドは、ディスクとシュラウドとの間に配列されたブレードによってディスクに接続される。
【０００３】
ある公知の方法によれば、遠心羽根車は、放電加工（以下ＥＤＭとも略称する）によって製造される。ＥＤＭとは、誘電液体の存在下で放電加工工具または電極と導電性被加工物との間の一連の繰り返し起こる放電によって金属が除去される熱浸食法のことである。放電は、電極と被加工物との間の電圧ギャップで起こる。放電によって発生した熱は、被加工物材料の粒子を蒸発させる。これらの粒子は、連続的に洗浄する誘電液体によってギャップから洗い落される。
【０００４】
ＥＤＭが使用されるとき、開始としての、鋼鉄または他の適切な材料製の円盤状の被加工物が、一連の放電加工工具または電極の反復動作を受ける。異なる形状の電極または工具が順々に使用される。第１の電極を有する第１の工具が、被加工物における空洞の機械加工を開始するのに使用される。次いで、異なる形状の工具が、完全なダクトが羽根車のディスクとシュラウドとの間に配列された連続的なブレードの間に形成されるまで順次使用される。
【０００５】
ブレード表面ならびに内部ディスクおよびシュラウド表面の形状および寸法は、流体力学および構造設計の検討に基づいて、正確でなければならず、羽根車のネイティブ３Ｄモデル（すなわち、ＣＡＤ  ３Ｄモデル）に対応しなければならない。ターボ機械の効率は、ターボ機械羽根車の機械加工精度に大きく依存する。
【０００６】
次いで、ＥＤＭ電極は、銅または黒鉛などの、高い導電性および高い溶解温度を有する材料を使用するチップ除去によって製造される。ＥＤＭ工具は、概して、電極と、電極が取り付けられた取付け支持体とから構成される。次いで、工具がＥＤＭ装置のラムまたは工具ホルダー上に取り付けられる。ＥＤＭ装置のＣＮＣ制御軸が、ＥＤＭ電極の形状に対応する形状を有する機械加工表面を作り出すために、被加工物に対して工具を移動させる。ＥＤＭ電極の製造の間に発生した幾何学的誤差ならびに電極と取付け支持体との間の間違った結合による不整合は、結果として被加工物の不正確な機械加工となる。次いで、ターボ機械羽根車の場合、これは結果としてターボ機械の効率の悪さとなることがある。場合により、機械加工された羽根車は、厳格な設計許容差を満たさないので廃棄しなければならないことがある。
【０００７】
現在の技術によれば、ＥＤＭ電極の幾何形状の精度は、ＣＭＭ技術を使用して点検される。機械的プローブが、電極に対して所定の点の組で移動される。専用ソフトウェアがこれらの点の実際の位置が設計許容差を満たすかどうかを点検する。このＥＤＭ電極を点検する公知の方法は、特に、ＣＭＭが各ＥＤＭ電極を点検するのに専用の部品プログラムが必要とされるので、高価であり、時間がかかる。さらに、公知のシステムの精度は満足のいくものでない。
【０００８】
したがって、ＥＤＭ電極および工具の精度を点検するための、より効率の良い、より正確な、およびより時間のかからない方法が必要とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】独国特許出願公開第４３３１２５３号明細書
【発明の概要】
【００１０】
ＥＤＭ電極をより効率的に点検する、放電加工電極の幾何形状を点検するための方法が本明細書に開示される。本明細書に開示される主題の実施形態によれば、方法は、
放電加工電極のネイティブ３Ｄモデルを含むファイルを用意するステップと、
ネイティブ３Ｄモデルに基づいて、製造された放電加工電極を用意するステップと、
製造された放電加工電極の画像の組を異なる位置で光走査するステップと、それとともに、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルを生成するステップと、
ネイティブ３Ｄモデルと、走査された３Ｄモデルとを比較するステップと、放電加工の間に電極経路を補正するために放電加工装置の電極補償座標を生成するステップとを含む。
【００１１】
いくつかの実施形態によれば、方法は、
放電加工電極の表面上の点の組をネイティブ３Ｄモデルにおいて画定するステップと、
前記点を中心とする幾何学的要素の組、例えば球体をネイティブ３Ｄモデルにおいて生成するステップと、
前記点の組を放電加工電極の表面上に、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルにおいて投影するステップと、
製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルの表面上に投影された前記点を中心とした幾何学的要素の組、例えば小球体を適用するステップと、
ネイティブ３Ｄモデル上の幾何学的要素と、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデル上の幾何学的要素との間の距離を最小にするために、ネイティブ３Ｄモデルに対して、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルを変位させるステップとをさらに含むことができる。
【００１２】
いくつかの実施形態によれば、ネイティブ３Ｄモデルに対して、製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルを変位させるステップは、
製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルを回転軸を中心として回転させるステップと、
製造された放電加工電極の走査された３Ｄモデルを少なくとも１つの平行移動軸に沿って平行移動させるステップとを含む。
【００１３】
特徴および実施形態が本明細書において以下に開示され、本説明の一体部分を形成する添付の特許請求の範囲にさらに記載される。上記の簡単な説明は、後に続く詳細な説明をより良く理解することができるようにするために、および技術への本寄与をより良く認識することができるようにするために、本発明の様々な実施形態の特徴を記載する。もちろん、以下に説明され、添付の特許請求の範囲に記載される本発明の他の特徴がある。この点において、本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明する前に、本発明の様々な実施形態がそれらの適用において構成の詳細および以下の説明に記載されるまたは図面に例示される構成部品の配列に限定されないことが理解される。本発明は、他の実施形態が可能であり、様々なやり方で実施しおよび実行することができる。また、本明細書に採用された述語および用語は、説明のためであり、制限的であるとみなしてはならないことを理解されたい。
【００１４】
したがって、本開示が基づく概念は、本発明のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、および／またはシステムを設計するための基盤として容易に利用することができることを当業者は理解するであろう。したがって、特許請求の範囲はそのような同等の構成をそれらが本発明の精神および範囲から逸脱しない限り含むものとみなされることが重要である。
【００１５】
開示される本発明の実施形態およびそれらの付随する利点の多くのより完全な認識は、同じものが添付の図面に関連して検討されたとき以下の詳細な説明を参照してより良く理解されることになるので、容易に得られるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】放電加工を用いて機械加工されるターボ機械羽根車を概略的に示す図である。
【図２】放電加工を用いて機械加工されるターボ機械羽根車を概略的に示す図である。
【図３】放電加工工具を形成する、それぞれの支持体上に取り付けられた放電加工電極のネイティブ３Ｄモデルを示す図である。
【図４】本開示の方法を要約する概略図である。
【図５】放電加工電極の画像を走査するステップを概略的に示す図である。
【図６Ａ】光走査配列またはデバイスの傾斜および回転台を示す図である。
【図６Ｂ】光走査配列またはデバイスの傾斜および回転台を示す図である。
【図７】光走査配列またはデバイスの設定ステップの間に得られた基準球および適格立方体の走査画像を示す図である。
【図８】図５、６Ａおよび６Ｂの光走査デバイスにより電極を光走査する異なるステップを示す図である。
【図９】電極群の例示的な実施形態を示す図である。
【図１０】それぞれ、ネイティブ３Ｄモデルの表面上のおよび製造されたＥＤＭ電極の走査された３Ｄモデルの表面上の球体の生成を示す図である。
【図１１Ａ】方法の流れ図である。
【図１１Ｂ】方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面における同じ参照符号は、同じまたは同様の要素を識別する。さらに、図面は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。また、以下の詳細な説明は、本発明を限定しない。その代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義される。
【００１８】
本明細書全体を通して「一実施形態」または「ある実施形態」または「いくつかの実施形態」への参照は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体を通して様々な場所における「１つの実施形態において」または「ある実施形態において」または「いくつかの実施形態において」という語句の出現は、必ずしも同じ実施形態を参照していない。さらに、特定の特徴、構造または特性は、１つまたは複数の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせることができる。
【００１９】
図１および２は、遠心圧縮機または遠心力ポンプの羽根車を製造するためのＥＤＭ（放電加工）工具の使用を概略的に示す。より詳細には、図１は、被加工物１の正面図を示し、被加工物１は、複数のブレード５の間のフローベーン７を画定する複数のブレード５を用いて羽根車３を得るために順々に使用される、異なる形状の１つまたは複数のＥＤＭ工具により機械加工される。
【００２０】
図２は、いったんブレード５が羽根車において機械加工された、羽根車の断面図を示す。参照符号９は、羽根車３を機械加工するために使用される複数のＥＤＭ工具のうちの１つを示す。
【００２１】
参照符号７Ｓ、７Ｐおよび７Ｈは、それぞれ、ベーン７の吸気表面、圧力表面およびハブ表面を示す。各ベーンは、図面に示していないが、ハブ表面７Ｈに対向するシュラウド表面をさらに備える。ＥＤＭ工具９は、それに応じて、ベーン７の吸気表面、圧力表面、ハブ表面およびシュラウド表面を機械加工する表面を有する。
【００２２】
当業者に知られているように、羽根車の完全な機械加工は、通常、順々に異なる工具を使用することを必要とし、工具はブレード５およびフローベーン７を次第にそれらの最終形状に作り出す。遠心ターボ機械の羽根車のＥＤＭ製造は、当技術分野でよく知られており、本明細書では、より詳細に説明しない。
【００２３】
図３は、羽根車３を機械加工するのに使用することができる例示的なＥＤＭ工具の不等角投影図を示す。図３のＥＤＭ工具は、この場合も９と表示され、電極１１と取付け支持体１３とから構成することができる。電極１１は、取付け支持体１３上に取り付けられ、取付け支持体１３に拘束される。いくつかの例示的な実施形態において、取付け支持体１３は、第１の部分１３Ａと第２の部分１３Ｂとから構成することができる。次いで、取付け支持体１３は、図示していないが、ＥＤＭ装置の工具ホルダーまたはラムに接続するように構成される。
【００２４】
ＥＤＭ電極１１は、例えば、ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデル、すなわち、ＥＤＭ電極１１のＣＮＣ  ３Ｄモデルに基づいてＣＮＣ工作機械などを使用するチップ除去によって製造される。取付け支持体１３も、ネイティブ３Ｄモデルに基づいて製造される。同じ支持体１３を異なるＥＤＭ電極１１に使用することができる。
【００２５】
電極１１が製造され、取付け支持体１３に組み付けられて、最終ＥＤＭ工具９を形成すると、工具９の精度を点検しなければならない。ＥＤＭ工具９は、一方において、幾何公差を満たさなければならず、すなわち、実際の製造されたＥＤＭ電極の幾何学的形状および寸法は、ネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的表面から所定の公差より大きくずれてはならない。
【００２６】
いくつかの実施形態によれば、すべての工具部分または表面が同じ程度の精度を満たす必要はない。一般的には、電極のいくつかの表面部分は、より厳格な公差、すなわち、ネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的形状からの制限されたずれを満足しなければならない。これらの表面部分は、通常、被加工物に機械加工された表面の最終形状に影響するものである。ＥＤＭ電極１１の他の表面部分は、被加工物に対して直接作用しないし、ネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的形状からの潜在的なずれが最終のＥＤＭ機械加工の結果に悪影響を与えないので、あまり重要ではない。いくつかの実施形態において、２つの具体的に異なる領域が、ＥＤＭ電極１１上に画定される。これらの領域は、それぞれ、指定された作業領域およびホルダー領域であり得る。作業領域は、被加工物に対して直接作用し、その表面が電極１１を用いて機械加工される羽根車または他の製品の最終形状を直接決定するものである。ホルダー領域は、例えば、ＥＤＭ電極１１を取付け支持体上に取り付けるために使用される残りの領域である。
【００２７】
ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルは、ＥＤＭ電極１１の各部分によって、すなわち、それぞれ、作業領域およびホルダー領域によって満たされる公差に関する情報を含むことができる。ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルは、生成されたすべての異なるネイティブ３Ｄモデルの公差管理規則の再現性を保証するＮＸ  ＣＡＤ自動化工具によって生産される。
【００２８】
ＥＤＭ工具１１が遠心ターボ機械羽根車の隣接したブレード間のベーンを製造するのに使用されるとき、作業領域は、ベーンの吸気表面および圧力表面を機械加工する動作電極表面を含む。追加の電極表面は、ベーンのシュラウド表面およびハブ表面を機械加工する。ＣＡＤ自動化工具は、後でより詳細に説明されるように、製造されたＥＤＭ電極のその後の品質点検に使用されるホルダー領域および作業領域上の複数の点を自動的に画定することができる。
【００２９】
ＥＤＭ装置に使用されるＥＤＭ電極１１に関しては、ＥＤＭ電極１１を取付け支持体１３上に正確に取り付けなければならない。取付け支持体１３は、ＥＤＭ装置の工具ホルダー上に工具の最終位置を画定する基準表面を有する。取付け支持体１３上にＥＤＭ電極１１を間違って位置決めすることにより、被加工物の不正確な機械加工が生じ、結局は、例えばターボ機械羽根車のブレード表面設計からのずれなどの誤差が最終製品の形状に生じる。
【００３０】
電極の精度を点検するための本明細書に開示される方法は、図４を参照して、以下のように要約されるが、追加のより詳細な情報が後で提供される。
【００３１】
ＥＤＭ電極１１は、それのネイティブ３Ｄモデルに基づいて製造されると、取付け支持体１３上に取り付けられる。取付け支持体１３およびそれの上に取り付けられたＥＤＭ電極１１によって形成された工具は、光走査工程を受け、様々な位置における工具９の複数の画像が、光走査装置を用いて走査される。製造されたＥＤＭ電極１１の３Ｄモデルが走査画像に基づいて生成される。製造されたＥＤＭ電極１１の３Ｄモデルは、本明細書において以下に「走査された３Ｄモデル」として参照される。
【００３２】
光走査は、物体の３Ｄ形状を捕捉するためのよく知られた方法である。この方法を実装するデバイスは、通常、プロジェクタとカメラとを備える。プロジェクタ、典型的にはＬＣＤプロジェクタまたは他の安定した光源は、光のパターンを被写体上に投影する。パターンプロジェクタからわずかにオフセットされたカメラは、被写体上のパターンの変形を捉え、視野におけるあらゆる点の距離を計算する。一度に１つの点を走査する代わりにこの方法を用いて、構造化光スキャナは、複数の点または視野全体を一挙に走査する。１秒の何分の１かで視野全体を走査することにより、運動による歪みの問題が低減しまたはなくなる。
【００３３】
光走査によって得られた、製造された電極１１の走査された３Ｄモデルの目的は、
・  ＥＤＭ電極１１が幾何公差により機械加工されているかどうかを点検すること、
・  組立て規則が順守されているかどうか、すなわち、ＥＤＭ電極１１が取付け支持体１３上に正しく位置決めされ、正しく方向が合わされているかどうかを点検することの２要素からなる。
【００３４】
ネイティブ３Ｄモデルと、製造された実際のＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルとを使用することによって、工作機械のオフセットが、組立て合わせ表面公差による誤りを正常な状態に戻すために作られ、品質および製造の使用者への報告書が生成される。
【００３５】
図４の概略図において、ネイティブ３Ｄモデルは、２１に概略的に示され、走査された３Ｄモデルは２３に概略的に示される。２つの３Ｄモデルは、例えば、コンピュータ２５を用いて比較され、報告書２７が生成される。報告書は工具補償２９のオフセット値を含み、オフセット値は、経路を補正するためにＥＤＭ装置に提供され、経路に沿ってＥＤＭ工具９が取付け支持体１３上のＥＤＭ電極１１の位置決め誤差の可能性を補償するために被加工物の機械加工の間に移動される。報告書は、ＥＤＭ電極１１がネイティブ３Ｄモデルによって提供された公差を満足するか否に関する指示を含む、製造されたＥＤＭ電極１１とネイティブ３Ｄモデルとの実際の寸法および形状の相違に関する情報も含む。ＥＤＭ電極１１が公差の範囲を満足しない場合、電極は廃棄される。
【００３６】
走査された３Ｄモデルの生成のために、いくつかの実施形態によれば、光走査配列またはデバイス３０が提供され、図５に概略的に示すカメラ３１などの少なくとも１つの光走査センサと、上にＥＤＭ電極１１および関連した取付け支持体１３が取り付けられた可動台３３とを含む。可動台３３は、図６Ａ、６Ｂに詳細に示される。いくつかの実施形態において、可動台３３は、回転軸Ａおよび傾斜軸Ｂを中心として可動であるチャック３５が備えられた回転および傾斜台であり得る。回転軸Ａおよび傾斜軸Ｂは、相互に直角であり得る。ＥＤＭ電極１１およびその取付け支持体１３が可動台３３上に取り付けられると、様々な位置１１においてＥＤＭ電極の複数の画像を撮影することができる。走査画像の数は、走査された３Ｄモデルを生成するのに十分である。いくつかの実施形態によれば、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルは、ＳＴＬ形式のファイルであり得る。画像の数、および画像が撮影されるＥＤＭ電極１１の位置は、ＥＤＭ電極１１の形状に依存する。
【００３７】
実際の製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルを生成するのに光走査配列３０を使用することができるまでに、機械座標系（ＭＣＳ：ｍａｃｈｉｎｅ  ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ  ｓｙｓｔｅｍ）を生成しなければならず、機械座標系（ＭＣＳ）は、それに続いて、走査された３Ｄモデルを同じ電極１１のネイティブ３Ｄモデルの座標系に対して正しい空間位置に位置決めするのに使用される。
【００３８】
本明細書に開示される方法の例示的な実施形態によれば、ＭＣＳを生成するために、既知の形および寸法の複数の３次元物体を可動台３３上に剛体的に取り付ける。いくつかの実施形態において、固体は既知の半径の球体である。添付の図面に示すように、例えば、図６Ａ、６Ｂを参照すると、例えば、８つの球体３７が設けられる。これらの球体３７は、チャック３５からある距離を置いて可動台３３に剛体的に拘束され、可動台３３が軸ＡおよびＢを中心として回転され、傾斜されたときそれと一体に移動する。
【００３９】
いくつかの実施形態によれば、ＭＣＳを生成するために以下の手順が適用される。適格物体が、可動台３３のチャック３５に、点検される工具９がそれに続いて取り付けられる位置に対応する位置において取り付けられる。本明細書において理解されるように適格物体とは、既知の幾何学的形状および寸法を有する物体である。適格物体の寸法および形状特性は、ソフトウェアでマッピングされる。チャック３５に対する適格物体の中心の位置は、適格物体がチャック上に取り付けられると、既知である。適格物体は、予備走査工程の対象として使用される。いくつかの実施形態において、適格物体は適格立方体である。
【００４０】
適格物体がチャック３５上に固定されると、適格物体の複数の画像が光走査配列またはデバイス３０のカメラ３１を用いて走査される。各画像は、適格物体または立方体の一部分および基準球３７の少なくとも一部を含む。こうして走査された画像は、光走査ソフトウェアを使用して適格物体または立方体および基準球３７の走査された３Ｄモデルを生成するのに使用される。図７は、走査ソフトウェアによって生成された３２と表示された適格物体または立方体および球体３７の３Ｄモデルを概略的に示す。
【００４１】
適格物体３２および関連した球体３７の走査された３Ｄモデルが作られると、光走査デバイスまたは配列３０のカスタム機能により、走査された３Ｄモデルがデフォルト位置／方向からチャックと中心を合わせた光走査配列の座標基準系上の位置／方向に移動する。これは、適格物体または立方体の点および表面が走査デバイスのソフトウェアでマッピングされ、座標基準系の原点またはゼロ点であるチャックの中心を基準とするので、可能とされる。したがって、チャックと中心を合わせた座標基準系の中心に対して球体の正確な位置および位置合せを決定することが可能である。
【００４２】
走査された３Ｄモデルが回転平行移動され、チャックの中心と中心を合わされると、光走査配列の基準系に対するすべての球体３７の中心の位置が決定される。球体３７の中心の位置は、本明細書において以下に説明するように、電極走査工程の間に使用される。
【００４３】
上記のように光走査配列３０が設定されると、ＥＤＭ電極１１の走査工程を実施することができる。
【００４４】
電極走査工程は、電極１１と取付け支持体１３とから構成されたＥＤＭ工具９をチャック３５上に固定することによって開始される。図８は、可動台３３の複数の位置においてチャック３５上に取り付けられたＥＤＭ工具９を示す。ＥＤＭ電極１１は、球体３７の近くに、好ましくは、８つの球体３７の組の内側の容積内に取り付けられる。ＥＤＭ工具９（ＥＤＭ電極１１および取付け支持体１３）によって形成されたシステムのおよび球体３７の複数の画像が、製造された電極１１の走査された３Ｄモデルを生成するために走査され、記憶される。
【００４５】
異なる形状および寸法の多数の電極１１は、同じまたは異なる羽根車を製造するのに使用することができる。走査工程を最適化するために、ＥＤＭ電極１１は、電極群により分類することができる。同じ群に属するＥＤＭ電極１１は、同様の幾何学的形状および寸法を有する。
【００４６】
走査される同様のＥＤＭ電極１１の所与の群に関しては、異なる所定のフレームの組、すなわち、ＥＤＭ電極１１の画像が提供される。フレームの各組は、各々がチャック３５の所与の空間位置に対応する複数の画像を含む。このようにして、ＥＤＭ電極１１ごとの最適化された最小数の画像が画定される。所与のＥＤＭ電極１１の満足のいく光走査を得るのに必要なフレームの、すなわち、画像の数は、電極形状の複雑性に依存する。
【００４７】
所与のＥＤＭ電極１１の各フレーム、すなわち、各画像は、ＥＤＭ電極１１の少なくとも一部分と、ある数の球体３７とを含む。いくつかの実施形態において、少なくとも３つの球体３７が、各走査画像において目に見える。
【００４８】
ＥＤＭ電極１１のすべてのフレーム、すなわち、すべての画像が走査されると、光走査ソフトウェアは、それらから、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルを生成し、それは球体３７の３Ｄモデルも含む。
【００４９】
こうして生成された、走査された３Ｄモデルは、無作為に位置決めされ、方向が合わされる。方法の次のステップには、ＭＣＳに対して、製造されたＥＤＭ電極１１および球体３７の走査された３Ｄモデルを正しく位置決めすることが関与する。標準ソフトウェア機能は、走査された３Ｄモデルにおける球体３７の各々の１つの中心を決定する。回転平行移動行列を用いて、走査された３Ｄモデルは、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルの球体３７の中心が、上記のように、光走査配列３０の設定ステップの間に生成された走査された３Ｄモデルにおいて同じ球体３７の中心の位置に一致するまで方向が合わせ直され、位置決めし直される。
【００５０】
上記の手順の結果として、走査された３Ｄモデルは、ＭＣＳにおいて中心に置かれ、方向が合わされる。この基準系は、同じＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルの同じ基準系である。
【００５１】
ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルの方向および位置は、理論的に、走査された３Ｄモデルの方向および位置と同じである。しかし、取付け支持体１３の公差および機械加工動作により、ならびに取付け誤差の可能性により、光走査デバイス３０によって生成された走査された３Ｄモデルの実際の位置および方向は、同じＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的位置および方向からわずかにずれることがある。
【００５２】
本明細書に開示される方法の次の手順では、これらのずれを工具のオフセットによって補償することができるか否かを決定する。
【００５３】
上述のように、複数の点は、ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルのホルダー領域および作業領域上のＣＡＤ自動化工具によって画定されている。これらの点は、実際のＥＤＭ工具９とネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的ＥＤＭ工具９との位置および方向の不一致を補償するのに必要な工具オフセット値を決定するのに使用される。
【００５４】
図８Ａにおいて、ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデル上に適用される例示的な点４１の組が示される。
【００５５】
ＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルの表面上のそのような点４１の数および位置は、電極の形状ならびに関与する表面の臨界の高低により異なることがある。正しい機械加工に、より重要である表面が、より多数のそのような点により設けられる。いくつかの実施形態において、方法のこの段階で使用される点４１は、ＥＤＭ電極１１の吸気側表面および圧力側表面上に配置される。
【００５６】
それに続くステップにおいて、複数の幾何学的要素が、ネイティブ３Ｄモデル上に、選択された点４１において適用される。いくつかの実施形態において、これらの幾何学的要素は、小球体である。各々の小球体は、前記点４１のうちのそれぞれの１つを中心とすることができる。図８Ｂにおいて、複数の前記小球体が、４３において示される。各々の小球体は、識別番号ＩＤが与えられ、直径を有する。いくつかの実施形態において、すべての小球体４３は、同じ直径を有する。
【００５７】
光走査ソフトウェアにインポートされたＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルにおける点４１は、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルの表面上に投影される。投影は、選択された点４１を通過し、走査された３Ｄモデルの表面と交わる直線（ＣＡＤ表面に直角の）を生成することによって得られる。２つの３Ｄモデルが同一であり、完全に重なり合うとすると、ネイティブ３Ｄモデル上の点４１は、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデル上に投影された点４１に一致するはずである。上述の相違および位置決め誤差の可能性により、ネイティブ３Ｄモデル上の点４１のうちの少なくともいくつかが、走査された３Ｄモデル上に投影された対応する点と一致しない。
【００５８】
次のステップにおいて、光走査ソフトウェアは、各々が、投影された点４１を中心とする、ネイティブ３Ｄモデルにおいて生成された小球体４３のうちの１つに対応する、複数の小球体４３を生成する。こうして光走査ソフトウェアによって、走査された３Ｄモデル上に生成された各々の小球体は、ネイティブ３Ｄモデルの対応する小球体と同じ直径を有する。実際の製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデル上の小球体は、上述の不一致により、ネイティブ３Ｄモデル上の小球体と一致しない。
【００５９】
ネイティブ３Ｄモデルと、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルとの不一致をオフセットする回転平行移動行列を生成するために、走査された３Ｄモデルは、ネイティブ３Ｄモデルに対して変位されて、小球体４３の２つの組の間の距離を最小にする。変位は、通常、ＥＤＭ装置の数値制御される軸に対応する軸に沿ってである。
【００６０】
いくつかの実施形態において、変位は、回転軸Ｚを中心とした回転と、２つの相互に直角の平行移動軸ＸおよびＹに沿った平行移動とを含むことができる。Ｚ軸は、ＥＤＭ装置のチャック軸に対して平行であり、平行移動軸Ｘ、Ｙは、ＥＤＭ装置の平行移動軸に対応することができる。
【００６１】
２つの３Ｄモデルの互いに対する回転および平行移動は、同時にまたは順次実施することができる。
【００６２】
ネイティブ３Ｄモデルに対する走査された３Ｄモデルの新たな相互の位置が達成されると、工程は１回または複数回方向を合わせ直すことができ、工程は２つの３Ｄモデルの最終相互位置に向かって収斂するが、小球体の距離のそれ以上の最小化を得ることはできない。
【００６３】
回転軸Ｚおよび２つの平行移動軸ＸおよびＹによる全変位が、ＥＤＭ装置におけるＥＤＭ工具９の経路を補正するオフセット値として使用される。事実、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルの軸を画定する行列は、ネイティブ３Ｄモデルによって画定された理論的行列と比較される。比較の結果は、Ｚ軸を中心とした回転およびＸおよびＹ軸に沿った平行移動である。これらの値は、ＥＤＭ装置上にいったん取り付けられたＥＤＭ工具の軌道を補正するＥＤＭ装置の出力オフセット値として提供される。オフセット値は、ネイティブ３Ｄモデルによって画定されたその理論的位置に対する電極の不一致の可能性を補償する。
【００６４】
Ｘ、ＹおよびＺ軸による回転および平行移動は、データ処理（図４参照）からの出力として提供され、分析されるＥＤＭ電極１１に関連付けられた品質報告書の一部であり得る。
【００６５】
すでに述べたように、ＥＤＭ電極１１の形状および寸法公差も点検しなければならない。これは、小球体４３がＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデルおよび走査された３Ｄモデル上を中心としている同じ点を使用する標準自由最良適合工程を使用して行われる。オフセット回転平行移動行列を計算する際に使用される小球体４３の中心がＥＤＭ電極１１の吸気側および圧力側表面上だけに適用された場合、追加の点４１がＥＤＭ電極１１のハブ側およびシュラウド側表面上に設けられる。
【００６６】
いくつかの実施形態によれば、走査ソフトウェアの自由最良適合機能は、ＥＤＭ電極１１の作業領域上に配置された点４１を使用し、ホルダー領域上の点４１は無視する。自由最良適合は、走査された３Ｄモデルの点４１が同じＥＤＭ電極１１のネイティブ３Ｄモデル上の対応する点４１に合致するまで、製造されたＥＤＭ電極１１の走査された３Ｄモデルの位置および方向を変更する。
【００６７】
２つの３Ｄモデルが最良適合されると、走査ソフトウェアの標準ソフトウェアルーチンが２つの３Ｄモデルを比較し、ネイティブ３Ｄモデル上に提供された製品製造情報を使用して、着色されたＥＤＭ電極１１の描写を生成することができる。色の差異は表面誤差マップを示す。表面誤差マップは、例えば、ＰＤＦファイルなどのファイルの形で出力することができる。ファイルは、ＥＤＭ電極１１の作業領域上およびホルダー領域上で発見された最大誤差など、追加の情報を含むことができる。例えば，緑または赤色を発見された最大誤差を示すのに使用することができる。
【００６８】
図１１Ａ、１１Ｂは、本明細書において上記に開示された方法の主要ステップを要約する流れ図を示す。
【００６９】
本明細書に説明した主題の開示された実施形態をいくつかの例示的な実施形態に関連して図面で示し、事細かくおよび詳細に上記に十分に説明してきたが、本明細書に記載した新規の教示、原理および概念ならびに添付の特許請求の範囲に列挙された主題の利点から実質的に逸脱することなく多くの修正、変更、および省略が可能であることが当業者には明らかであろう。したがって、開示された革新の適正な範囲は、すべてのそのような修正、変更、および省略を包含するように添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定すべきである。さらに、任意の工程または方法ステップの順序または並びは、代替実施形態により変更しまたは並べ直すことができる。
【符号の説明】
【００７０】
１  被加工物
３  羽根車
５  ブレード
７  フローベーン
７Ｈ  ハブ表面
７Ｐ  圧力表面
７Ｓ  吸気表面
９  ＥＤＭ工具
１１  ＥＤＭ電極
１３  取付け支持体
２１  ネイティブ３Ｄモデル
２３  走査された３Ｄモデル
２５  コンピュータ
２７  報告書
２９  工具補償
３１  カメラ
３２  適格物体または立方体
３３  可動台
３５  チャック
３７  球体、基準球
４１  点
４３  小球体
Ａ  回転軸
Ｂ  傾斜軸
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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