ダブテールの縁部破断部輪郭を検査するための方法及び装置
【課題】 本発明は、タービンブレード（２２０）を固定状態に受入れる、ディスク（２００）内に形成されたカットアウトの縁部の輪郭を検査するための方法を提供する。
【解決手段】 第１の装置（１２）は、カットアウトを含むディスク（２００）を受ける。第２の装置（１４）は、機器の移動に関連したセンサを有し、第１の装置（１２）は、ディスク（２００）をセンサに対する所定の配向に固定する。
ディスク（２００）は第１の装置（１２）に固定され、機器は、輪郭の面とほぼ平行な経路を定めるカットアウトに沿って導かれ、機器は、輪郭の面と物理的に接触した状態を保つ。センサは、移動に関連する信号をアルゴリズムに送信して、その信号を面輪郭に沿う正接（切点軸線）経路に沿った２次元位置に変換する。カットアウトの縁部輪郭の許容可能性は、２次元位置を所定の範囲の値と比較することによって判定する。
【解決手段】 第１の装置（１２）は、カットアウトを含むディスク（２００）を受ける。第２の装置（１４）は、機器の移動に関連したセンサを有し、第１の装置（１２）は、ディスク（２００）をセンサに対する所定の配向に固定する。
ディスク（２００）は第１の装置（１２）に固定され、機器は、輪郭の面とほぼ平行な経路を定めるカットアウトに沿って導かれ、機器は、輪郭の面と物理的に接触した状態を保つ。センサは、移動に関連する信号をアルゴリズムに送信して、その信号を面輪郭に沿う正接（切点軸線）経路に沿った２次元位置に変換する。カットアウトの縁部輪郭の許容可能性は、２次元位置を所定の範囲の値と比較することによって判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンエンジンを検査するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は、タービンブレードを固定状態に受入れるようにディスク内に形成されたカットアウトの縁部の面輪郭を検査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービン（ジェット）エンジンでは、空気は、エンジンの前部に吸い込まれ、シャフト支持の圧縮機によって加圧され、燃料と混合される。混合気は燃焼されて、高温排気ガスは、同一シャフト上に取付けられたタービンを通って流れる。燃焼ガスの流れは、タービンブレード及びベーンの翼形部セクションに対して衝突することによってタービンを回転させ、該タービンは、シャフトを回転させて圧縮機及びファンに動力を供給する。ガスタービンエンジンのさらに複雑な型においては、圧縮機及び高圧タービンは１つのシャフト上に取付けられ、ファン及び低圧タービンは別個のシャフト上に取付けられる。高温排気ガスは、エンジンの後部から流出してエンジン及び航空機を前方に推進する。
【０００３】
タービンは、ダブテールと呼ばれるタービンブレードの一部分を受入れるためにディスクの周辺部に沿って機械加工された複数の複雑かつ厳密な公差のスロットを有するディスクからなる。スロットの輪郭は、一般的にブローチ加工によって形成される。ブローチ加工は、通常ブローチと呼ばれるカッタを使用して、円形、方形又は不規則な断面のカットアウト又は開口を仕上げる製造法である。ブローチ加工では、ブローチ自体の動作が締付け手段として働き、加工作業を最小の時間で完了することができるようになる。切削工具又はブローチは、一般的に寸法が漸増した多くの歯を備え、前もって形成したガイド開口を通して各工具を導く時に、各歯が小さな切りくずを取り去るようになる。
【０００４】
タービンブレードのダブテールを固定するためのディスクの場合では、ブローチ加工は、ブローチを最初に導いたディスクの面に対向する面にわたって又はディスクの出口側に延びる大量のディスク材料破断部を形成する。この破断部は、一般的にブローチ加工したカットアウト又は開口のほぼ全周辺部に沿って形成されたギザギザの不連続部又はバリの形態になっている。ブローチ加工した区域に沿った材料は、低下した強度特性を含む。このブローチ加工した領域は加工作業中に高い応力を受けるので、これらの不連続部を除去して、部品寿命を著しく低下させるおそれがある応力誘起割れの可能性を回避するように、配慮しなければならない。この破断不連続部を除去するプロセスは、縁部の破断加工或いは縁部破断部又は破断縁部の形成加工と呼ばれる。一般的に、機械加工法などによってスロット周辺部から材料を除去して、ディスクの出口側に沿って小さな丸み付き縁部を形成していた。残念なことには、かなりの数のスロット周辺部の丸み付き縁部は、ブローチ加工によって形成された不連続領域を除去するには不十分な大きさであったことと、また部品寿命を維持するためには、後工程の材料除去の機械加工又はその他の方法により丸み付き縁部の半径を拡大するか又は面取りを形成することが今や必要であることとが、最近発見された。従って、多数の運転中のタービンエンジンのディスクは、この改造作業が必要な状態にあると思われる。ディスクが改造機械加工を必要とするか否かを決定するために、検査が実施される。これらのディスクの再検査は、進行中の新規製作タービンディスクを検査する必要性にも当然付加される。
【０００５】
問題をさらに複雑にしているのは、縁部破断部を検査するために通常使用する方法は、時間がかかりかつ誤差が発生しやすいことである。例えば、ワックス−トレース法は、加熱したワックスをディスクの面に人手で配置する段階と、ワックスが冷却するのを待つ段階と、ワックスを適当にすなわちワックスの痕跡を変形又は歪ませないで取外す段階と、次に機械的トレースに対して痕跡を視覚的に整列させて該痕跡の方向が輪郭の中心線に対して垂直であることを保証する段階とを含む。この方法は、各周辺部スロットに対し最大１０分を費やすだけでなく、測定値の再現性と再現精度が５０％近くであった。換言すれば、ワックス−トレース法に関連する痕跡は、たとえ正確に実施したとしても、スロットの縁部輪郭の寸法変動の全許容範囲の約１／２に対処できるに過ぎない。ワックス−トレース法の時間がかかる性質のため、縁部破断部の検査は、さらに制限され、従って欠陥を見逃す確率を増大させる可能性がある。
【特許文献１】特開２００３−１００８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
必要なものは、より迅速に実施することができかつ測定値再現性と再現精度とを改善することができる、タービンディスクを検査するのための方法及び装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、その各々がタービンブレードを固定状態に受入れるようになった、ディスク内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭を検査する方法に関する。本方法は、ディスクを受けるための第１の装置を準備する段階と、センサと該センサに関連する機器とを有し、第１の装置によってディスクを該センサに対する所定の配向に固定するようになった第２の装置を準備する段階と、ディスクを第１の装置に固定する段階と、ディスク内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトに近接させて機器を位置決めする段階と、複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部に沿った切点の上方に前記機器の先端を導き、切点における切点軸線と輪郭の縁部に対してほぼ垂直な線とによって定まる平面にほぼ一致する輪郭の面に沿った経路に先端を追従させ、輪郭の面に機器を物理的に接触させるようにする段階と、機器の移動に基づいたセンサからの信号をアルゴリズムに送信する段階と、アルゴリズムが受信した信号を経路に沿った複数の位置に変換する段階と、複数の位置を複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭の許容可能性を判定するために所定の範囲の値と比較する段階とを含む。
【０００８】
本発明の１つの利点は、本発明がタービンブレードを受入れるためのディスクスロット端部輪郭を検査するのに極めて少ない時間しか必要としないことである。
【０００９】
本発明の他の利点は、本発明が測定値再現性と再現精度を高めることである。
【００１０】
本発明の更なる利点は、本発明が容易に実施することができることである。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、実例によって本発明の原理を示した添付の図面と共になされた、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
可能な限り、図面全体を通して同一又は類似の部分を説明するのに同一の参照符号を用いる。
【００１３】
図３は、タービンディスク２００内に形成されたダブテール縁部破断部輪郭を検査するための検査装置１０の１つの実施形態を示す。図１及び図２Ａを参照すると、タービンディスク２００は、スリーブ部分２０８まで延びるディスク部分２０６を含む。ボア２０４は、タービンディスク２００を回転させるためにジェットエンジンのシャフトに係合するように、ディスク部分２０６及びスリーブ部分２０８の両方を貫通して形成される。ディスク部分２０６の周辺部は通常、根元形状２０２と呼ばれる。根元形状２０２は、複数のほぼ均等に間隔を置いた半径方向外向きに延びるポスト２１０を含む。各ポスト２１０は、該ポスト２１０の全長に沿って対向する側面上に形成された複数のダブテール突出部２１２及びダブテール陥入部２１４を含む。カットアウト又はスロット２２２は、基部２１６によって結合された隣接するポスト２１０の対向面によって形成される。カットアウト又はスロット２２２は、タービンブレード２２０のダブテール部分２１８を受入れる。
【００１４】
カットアウト又はスロット２２２は、対称軸線２２４を含むのが好ましい。基部２１６と対称軸線２２４との両方の一致点が、切点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔａｎｇｅｎｃｙ）２２６である。基部２１６は、例えば軸線２２８に沿って、ダブテール突出部及び陥入部２１２、２１４を有するスロット２２２の対向する側面との間の対称な切点２３０、２３２をもたらす湾曲した輪郭を含むのが好ましい。下記にさらに説明するように、検査装置１０は、例えば切点２２６、２３０及び２３２などにおいてスロット２２２を検査するプロセスを含むが、この検査装置１０は、スロット２２２に沿った任意の数の所望の接点を検査するのに使用できることを理解されたい。
【００１５】
元に戻って図３に参照すると、検査装置１０は、第１の装置１２と第２の装置１４とを含み、これら装置１２及び１４は、所定の水準と比較するために、相互に作用して正確に、便利にかつ迅速に実施可能な縁部破断部寸法を取得する手段を可能にする。第１の装置１２は、ほぼ平坦な表面２０を有するプレート１８を支持したテーブル１６を含むことができる。プレート１８の平坦な表面２０は、ベース部分２３を有する加工物キャリッジ２２を支持し、ベース部分２３はネック部分２９まで延びる。ベース部分２３に結合されたネック部分２９の端部の反対側に、ボールロックピンのような位置決めピン２６を受けるための開口２７を有する端部が位置する。ネック部分２９の両端部間に配置されているのはピボット２４であり、ピボット２４は、ネック部分２９及びプレート１８の両方を貫通するように配向したファスナを含みかつ回転軸線２５を有する。換言すれば、加工物キャリッジ２２は、回転軸線２５を有するピボット２４の周りでプレート１８の表面２０に沿って滑動可能に回転する。ペグ３０は、ピボット２４の周りでの加工物キャリッジ２２の回転角度範囲を制限して、加工物キャリッジ２２がプレート１８の設置面積の範囲内に完全に留まるのを保証し、これによって、好ましい実施形態では加工物キャリッジが約１８０度回転するのを可能にする。加工物キャリッジ２２を所望の位置に固定するために、ネック部分２９の開口２７をプレート１８内に形成された複数のテーブル開口２８の１つと整列させて、開口２７とテーブル開口２８との両方を貫通させて位置決めピン２６を配向する。複数のテーブル開口２８は、加工物キャリッジ２２の異なる位置決め位置を定める。プレート１８内には任意の数のテーブル開口２８を形成することができ、また隣接するテーブル開口２８間での任意の数の角度間隔又は配置を所望に応じて選択することができることを理解されたい。例えば、好ましい実施形態は、第１の位置又はホーム位置と、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を第１の位置から反時計方向に約９０度回転させることによって得られる第２の位置と、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を第２の位置から反時計方向にさらに約９０度回転させることによって得られる第３の位置とにテーブル開口２８を含むことができる。従って、第３の位置は、第１の位置から約１８０度の位置にある。
【００１６】
図で用いる基準点は、第２の装置１４のテーブル４４と対向するテーブル１６の１側に近接した位置８４である。基準点８４から見ると、ベース部分２３は、第１の位置においてピボット２４の右側まで延びて、３時の時計位置を定める。同様に、本明細書での目的のために、第２の位置は１２時の時計位置を定め、また同様に第３の位置は９時の時計位置を定める。
【００１７】
加工物キャリッジ２２がタービンディスク２００を固定するのを可能にするために、加工物キャリッジ２２は、横送りテーブル４２上に取付けられたほぼ垂直に延びるスピンドル３６を含み、横送りテーブル４２は、回転軸線２５から独立した回転軸線３８の周りで回転可能である。スピンドル３６は、表面２０と反対側の該スピンドル３６の端部の直径が、該スピンドル３６のベース部の直径よりも小さくなるのに十分な円錐要素を備えたほぼ円筒形の外形を形成しており、タービンディスク２００をスピンドル３６上に降ろした時に、タービンディスク２００のボア２０４が、実質的にほぼ垂直方向の配向に自動調心されるようになるのが好ましい。スピンドル３６は、プレート１８の表面２０に隣接するスリーブ３２の周辺部を囲んでベース部３４まで延びるスリーブ３２によって覆われるのが好ましい。スリーブ３２及びベース部３４は、タービンディスク２００と比較して相対的に軟らかい材料、例えば硬質被削性プラスチック、非金属材料又は他の傷つけない材料のいずれかなどの層からなり、タービンディスク２００をスピンドル３６上に取付けた時に、タービンディスク２００のボア２０４を損傷しないようにするのが好ましい。しかしながら、スリーブ３２及びベース部３４はまた、タービンディスク２００と加工物キャリッジ２２との間で圧縮された時に過度に弾性変形しないほど十分な剛性がある材料からなり、従って取付けた時に、再現可能なかつ一貫したタービンディスク２００の配向をもたらす。
【００１８】
タービンディスク２００をスピンドル３６上に取付けるために、タービンディスク２００を加工物キャリッジ２２の上方に位置決めして、ボア２０４の中心を回転軸線３８と整列させる。スピンドル３６とタービンディスク２００との間の整列が得られた後に、タービンディスク２００のボア２０４は、スリーブ３２及びベース部３４と接触した状態に導かれる。
【００１９】
軸線３８の周りでの回転運動を可能にすることに加えて、横送りテーブル４２により、プレート１８の表面２０に沿った２つの互いに直交する、例えばＸ及びＹ軸のような軸線方向のいずれか一方又は両方の方向への微調整を行うことができる能力が付加的に組入れられる。タービンディスク２００の大きな重量のため、加工物キャリッジ２２の下方に空気ベアリング４０を組込むのが好ましい。空気ベアリング４０は、空圧源（図示せず）とのインタフェースを含み、インタフェースは、空気ベアリング４０の下方の表面とプレート１８の表面２０との間に捕捉された圧縮空気の層を形成して、加工物キャリッジ２２とプレート１８の表面２０との間に実質的に摩擦のない相互接触をもたらす。
【００２０】
第２の装置は、ベース部４８を支持したテーブル４４を含み、ベース部４８は、該ベース部４８から延びるほぼ垂直な支柱５０を有するのが好ましい。支柱５０は、該支柱の軸線５２の周りで符号６８又は７４の方向に回転可能である。アーム５４は、支柱５０に沿って垂直方向７２及び水平方向７６に滑動可能に移動可能であり、アーム５４は、支柱５０に対して垂直方向７２に移動させる間はほぼ水平位置に保持されるのが好ましい。アーム５４の一端部には、トレーサユニット４６が固定され、トレーサユニット４６は、細棒（ｗａｎｄ）５８を有するトレーサヘッド５６を含む。タービンディスク２００のスロット面２２２のようなほぼ垂直な面から測定値を読みとるために使用する場合に、ボア２０４をスピンドル３６の軸線３８とほぼ一致した状態に位置決めする（図７）時には、細棒５８はほぼ垂直方向になった角度７８に配向するのが好ましく、一方また、細棒をその軸線６６に沿って作動させる時には、細棒５８は水平方向成分を備えるようにするのが好ましい。細棒５８は、トレーサヘッド５６から触針６０まで延び、触針６０は、細棒５８に対してほぼ垂直に延びかつ先端６２で終わるのが好ましい。先端６２を検査すべき対象物の面に接触した状態に置いて、細棒５８をその軸線６６に沿って、好ましくはトレーサヘッド５６に向かって移動するように導く時に、好ましくはトレーサヘッド５６内部に収納した一対のセンサ（図示せず）が、コンピュータプログラム（図示せず）のようなアルゴリズムに信号を提供する。センサの１方は、細棒５８のその軸線６６に沿った移動に関連し、一方、他方のセンサは、先端６２とスロット面２２２との間の接触に応答した細棒５８の軸線８０の周りでの角回転８２に関連する。アルゴリズムは、センサからの信号を、Ｘ及びＹ軸座標のようなデータポイントに変換する。次に、データポイントは、許容範囲にあると考えられる所定の範囲の値と比較することができる。任意選択的に、データポイントは、ディスプレイに転送し（図示せず）、印書し、又は将来の参考又は機械加工のために記憶装置に保管することができる。
【００２１】
制御装置又は制御パネルのマイクロプロセッサ（図示せず）によって実行される制御プログラム又はアルゴリズムを使用して、トレーサヘッド５６の動作を制御することができるのが好ましい。この運動には、その軸線６６に沿ったトレーサヘッド５６の細棒５８の移動、アーム５４の軸線７６に沿ったトレーサヘッド５６の水平移動、支柱５０の軸線５２に沿ったトレーサヘッド５６とアーム５４との組合せの垂直移動、軸線８０の周りでの細棒５８と先端６２との組合せの角回転移動８２、及び支柱５０の軸線５２の周りでのトレーサヘッド５６とアーム５４との組合せの回転移動の任意の個々又は組合せが含まれる。これに代えて、これらの運動の全ての移動又は任意の組合せは、必要に応じてオペレータによって人手で実施することができる。
【００２２】
図４は、タービンディスク２００内に形成されたダブテールの縁部破断部輪郭を検査するための本発明による検査装置１０を使用する検査プロセスを詳細に示すフローチャートである。図４の制御プロセスは、制御装置又は制御パネルのマイクロプロセッサによって実行される個別のプログラムとして実施することができ、或いは制御プロセスは、検査装置１０のための制御プログラム内にサブプログラムとして実装することができる。
【００２３】
図５〜図１５は、本発明の検査装置１０を使用してタービンディスク２００の検査を実施するプロセスのシーケンスステップを示す。プロセスは、図４に示すようにステップ１００におけるプロセス開始後、ステップ１０５における検査装置１０の初期化で始まり、この初期化は、トレーサヘッド５６及び加工物キャリッジ２２が未だそれらのホーム位置にない場合には、トレーサヘッド５６をホーム位置に移動させる段階と、加工物キャリッジ２２を３時の時計位置のようなホーム位置に移動させる段階とを含む。加工物キャリッジ２２を移動させるプロセスはオペレータによって制御することができるが、全プロセス、すなわち加工物キャリッジ２２及びトレーサヘッド５６を移動させる段階と共にタービンディスク２００を装填する／取外す段階は、完全に自動化することができることを理解されたい。検査装置１０の初期化が完了すると、ステップ１１０において、タービンディスク２００が、装填される、すなわち前に説明しかつ図５〜図７に示すように、加工物キャリッジ２２から延びるスピンドル３６上に取付けられる。
【００２４】
ステップ１１０においてタービンディスク２００を装填した後に、ステップ１１５において、図８に示すように、軸線５２の周りでのトレーサヘッド５６の回転７４、軸線７６に沿ったアーム５４の移動、軸線８０の周りでの細棒５８の回転、及び垂直軸線５２に沿った垂直移動７２の適切な組合せによって、トレーサヘッド５６が位置決めされる。先端６２が検査すべきスロット２２２の面に接触するようにトレーサヘッド５６の位置決めが完了すると、ステップ１２０において、先端６２は軸線６６に沿ってトレーサヘッド５６に向かって導かれながら、先端６２はスロット２２２の輪郭をトレースする段階を開始する。例えば、タービンディスク２００が３時の時計位置に位置決めされている場合には、先端６２は、切点２３０（図２Ａ）に沿ってスロット２２２の輪郭をトレースする。先端６２は、スロット２２２の切点２３０に対してほぼ垂直であるほぼ直線経路に沿って、該経路を定める軸線とスロット２２２の面を定める軸線との間での約＋／−３度の許容変動範囲の状態で導かれることが極めて重要である。
【００２５】
例えば、図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、３時の時計位置では、細棒５８及び先端６２は、接触点２３８においてスロット２２２と接触し、軸線６６に沿っておりかつ法線２３６に対して垂直な軸線２２８と同一平面にある移動方向８６に導かれるのが好ましく、この法線２３６は、上面２５０に対してほぼ垂直でありかつ切点２３０と一致する。切点２３０は、スロット２２２の基部２１６の端縁に沿って位置する。先端６２が方向８６に沿って導かれる時に、先端６２は、接触点２３８から切点２３０までの経路をトレースし、すなわち線２３６と一致する法線セグメント２４０をトレースし、次いでポスト２１０の上面２５０に沿って位置する終点２４６に至る。しかしながら、細棒５８及び先端６２が、移動方向８６からの偏差角９０を有する別の移動軸線８８に沿って導かれる場合には、先端６２の移動経路は異なる。接触点２３８は、両方の場合において同一であるが、細棒５８及び先端６２を方向８８に沿って導くことによって、先端６２は接触点２３８からタービンディスク２００の縁部破断部に沿った接触点２４２まで延びる経路２４４をトレースし、次いでポスト２１０の上面２５０に沿って位置する終点２４６に至るようになる。法線セグメント２４０は、切点２３０に対して垂直な線、すなわち法線２３６と一致し、タービンディスク２００の縁部破断部に沿った最短距離を定めることは明らかである。偏差セグメント２４４のような、切点２４０に対して垂直な線からのあらゆる偏差は、先端６２によって見たとき及びその移動に関連するセンサによって検知したとき、この線の長さを増大させて、縁部破断部が前述の許容公差の範囲内にあるか否かに関して、誤った情報をオペレータに与えるおそれがある。
【００２６】
上面２５０と一致する切点２３０の代わりに、切点２３０は、代わりに上面２５０と対向しておりかつ上面２５０とほぼ平行な下面２５２と一致させることができることを理解されたい。従って、直前の節での説明は、逆になる。軸線２２８、切点２３０及び終点２４６、２４８は、下面２５２と一致する。すなわち、先端６２が、接触点２３８から切点２３０に導かれ、次に上面２５０に沿って終点２４６に至る代わりに、先端６２は、接触点２３８から切点２３０に導かれ、次に下面２５２に沿って終点２４６に至る。従って、上面２５０と下面２５２との間の選択の違い以外は、動作の概念は、その他において同一である。
【００２７】
軸線６６に沿って細棒５８を導きながらスロット２２２の面輪郭をトレースするトレーサヘッド５６の場合、軸線６６に沿った細棒５８及び先端６２の移動並びに軸線８０の周りでの細棒５８及び先端６２の回転に関連するセンサはそれぞれ、ステップ１２５において、制御パネルに信号を送信し、制御パネルは次に、ステップ１３０において、前に説明したように信号をＸ、Ｙ座標のようなデータポイントに変換する。信号をデータポイントに変換した後、ステップ１３５において、このデータポイントを所定の値の範囲と比較して、許容輪郭、すなわち例えば面取り、半径又は他の円滑な面移行などがスロット２２２の縁部破断部に沿って形成されているか否かを判定する。ステップ１３５は、データポイント及び縁部破断部の許容可能性のような他の情報を記憶装置に保管する段階を含む。
【００２８】
ステップ１３５においてデータポイントの比較が完了したとき、異なる又は追加のスロット２２２の同一部分を検査するのが望ましい場合がある。ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）が追加のスロット２２２について同様なトレースを実施するように判定した場合には、タービンディスク２００を軸線３８の周りで回転させて、次の所望のスロット２２２を検査するために位置決めする。タービンディスク２００を検査のために次のスロット２２２まで回転させた後、ステップ１１５からステップ１３５までを、前に説明したのと同じ方法で実施する。
【００２９】
ステップ１３５を実施した後に、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のトレースを実施しないことにした場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０においてタービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するか否かを判定する。追加のトレースを実施することにした場合には、ステップ１５５において、タービンディスク２００は、プレート１８の表面２０に沿って１２時の時計位置のような新しい位置に移動される。タービンディスク２００を移動させる段階は、テーブル開口２８から位置決めピン２６を取外すことによって、ピボット２４と一致する軸線２５の周りでタービンディスク２００を回転させる段階と、前に説明しかつ図９及び図１０に示すように、空気ベアリング４０を起動させる段階とを含む。
【００３０】
タービンディスク２００を軸線２５の周りで回転させる段階の前に又は同時に、先端６２とタービンディスク２００との間に十分な間隔が生じるまで軸線６６に沿って先端６２を後退させるか又は軸線８０の周りで回転させて、先端６２又は細棒５８に対する損傷を回避する。タービンディスク２００を軸線２５の周りで十分に回転させ、ネック部分２９の開口２７が対応するテーブル開口２８と整列したとき、開口２７及びテーブル開口２８を貫通させて位置決めピン２６を配向して、加工物キャリッジ２２及びタービンディスク２００の両方の位置を固定する。タービンディスク２００の位置を固定する段階の後に、次に、必要に応じて、タービンディスク２００を軸線３８の周りで符号７０の方向（図１０）に回転させて、先端６２が前に検査したスロット２２２の異なる部分又は異なるスロット２２２とさえ係合するのに都合の良い配向にする。加えて、スロット２２２の異なる領域への接近を可能にするために、横送りテーブル４２によって得られるＸ、Ｙ軸調整のような微調整を行うことが必要となる場合がある。しかしながら、テーブル１６及び４４が適当に間隔を置いて配置されている場合には、アーム５４の有効長が調整され、また加工物キャリッジ２２のネック部分２９が付加的な開口を含んでおり、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を回転させることによって定まる有効回転半径もまたテーブル開口２８に対する変更を必要とせずに修正することができるような場合には、検査装置１０は、タービンディスクの全ての構成とまではいかないがその多くに適応することができると思われる。
【００３１】
ステップ１５５において、図１０に示すように、プレート１８の表面２０に沿ってタービンディスク２００を１２時の時計位置まで移動させたとき、トレーサヘッド５６をステップ１１５における位置に移動させて、先端６２がスロット２２２に接触するようにする。しかしながら、トレーサヘッド５６は、前のステップ１４５の間に移動されているので、トレーサヘッド５６は既に実質的に所望の位置にある。従って、先端６２をタービンディスク２００のスロット２２２の異なる領域と接触した状態に位置決めするためには、必要とされるべき全ては、軸線６６に沿って細棒５８を動作させるか又は軸線８０の周りで細棒５８を回転させることであるが、とはいえ、軸線７２に沿ってトレーサヘッド５６を移動させる微調整及び／又は横送りテーブル４２に対する微調整によってタービンディスク２００を加工物キャリッジ２２に対して移動させることが必要となる場合がある。トレーサヘッド５６を位置決めした後に、前に説明した方法と実質的に同一の方法でステップ１２０からステップ１３５までが行われる。ステップ１３５が完了すると、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、異なるスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。異なるスロット２２２について同一のトレースを実施することになった場合には、ステップ１４５において、前に説明した方法で軸線３８の周りでタービンディスク２００を回転させる。次に、制御は、前に説明したようなステップ１１５〜ステップ１３５に戻る。
【００３２】
ステップ１１５〜ステップ１３５を実施した後に、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、追加のスロット２２２を検査するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロットの検査を実施しないことにした場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０において、タービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するかを判定する。制御パネルが、同一のスロット２２２について追加のトレースを検査することにすると判定した場合には、ステップ１５５において、加工物キャリッジ２２は、前に説明しかつ図７に示すように、プレート１８の表面２０に沿ってピボット２４の周りで９時の時計位置に移動される。タービンディスク２００の移動が完了したとき、前に説明したのと実質的に同じ方法でステップ１１５からステップ１３５までを実施する。ステップ１３５を実施した後に、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１４０において、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロット２２２について同一のトレースを実施することになった場合には、プロセスの制御はステップ１４５に移り、次に、前に説明したようなステップ１１５からステップ１３５までに移る。ステップ１３５を実施した後に、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１４０において、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロット２２２についての同一のトレースを実施しないことになった場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０においてタービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するか否かを判定する。制御パネルが、同一のスロット２２２についての追加のトレースを検査しないことにすると判定した場合には、ステップ１６０において装置設定は初期化され、このステップ１６０で、前に説明したようにトレーサヘッド５６及び加工物キャリッジ２２をそれらのそれぞれのホーム位置に移動させのが好ましい。装置設定が初期化された後に、タービンディスク２００は、ステップ１７０においてプロセスが終了する前にステップ１６５において検査装置１０から取外される。
【００３３】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に対して種々の変更を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】タービンディスクの斜視図。
【図２】Ａは、タービンディスクの部分拡大平面図、Ｂは Ａの切面１−１に沿って取った側面図。
【図３】本発明の検査装置の斜視図。
【図４】本発明の検査方法を詳細に示すフローチャート。
【図５】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図６】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図７】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図８】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図９】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１０】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１１】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１２】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１３】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１４】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１５】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 検査装置
１２ 第１の装置
１４ 第２の装置
１６ 第１の装置のテーブル
１８ プレート
２０ 表面
２２ キャリッジ
３２ スリーブ
３４ ベース
３６ スピンドル
４４ 第２の装置のテーブル
４６ トレーサユニット
４８ ベース部
５０ 支柱
５４ アーム
５６ トレーサヘッド
５８ 細棒
６０ 触針
６２ 先端
２００ ディスク
２０４ ボア
２０６ ディスク部分
２０８ スリーブ部分
【技術分野】
【０００１】
本発明は、総括的にはタービンエンジンを検査するための方法及び装置に関する。より具体的には、本発明は、タービンブレードを固定状態に受入れるようにディスク内に形成されたカットアウトの縁部の面輪郭を検査するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機用ガスタービン（ジェット）エンジンでは、空気は、エンジンの前部に吸い込まれ、シャフト支持の圧縮機によって加圧され、燃料と混合される。混合気は燃焼されて、高温排気ガスは、同一シャフト上に取付けられたタービンを通って流れる。燃焼ガスの流れは、タービンブレード及びベーンの翼形部セクションに対して衝突することによってタービンを回転させ、該タービンは、シャフトを回転させて圧縮機及びファンに動力を供給する。ガスタービンエンジンのさらに複雑な型においては、圧縮機及び高圧タービンは１つのシャフト上に取付けられ、ファン及び低圧タービンは別個のシャフト上に取付けられる。高温排気ガスは、エンジンの後部から流出してエンジン及び航空機を前方に推進する。
【０００３】
タービンは、ダブテールと呼ばれるタービンブレードの一部分を受入れるためにディスクの周辺部に沿って機械加工された複数の複雑かつ厳密な公差のスロットを有するディスクからなる。スロットの輪郭は、一般的にブローチ加工によって形成される。ブローチ加工は、通常ブローチと呼ばれるカッタを使用して、円形、方形又は不規則な断面のカットアウト又は開口を仕上げる製造法である。ブローチ加工では、ブローチ自体の動作が締付け手段として働き、加工作業を最小の時間で完了することができるようになる。切削工具又はブローチは、一般的に寸法が漸増した多くの歯を備え、前もって形成したガイド開口を通して各工具を導く時に、各歯が小さな切りくずを取り去るようになる。
【０００４】
タービンブレードのダブテールを固定するためのディスクの場合では、ブローチ加工は、ブローチを最初に導いたディスクの面に対向する面にわたって又はディスクの出口側に延びる大量のディスク材料破断部を形成する。この破断部は、一般的にブローチ加工したカットアウト又は開口のほぼ全周辺部に沿って形成されたギザギザの不連続部又はバリの形態になっている。ブローチ加工した区域に沿った材料は、低下した強度特性を含む。このブローチ加工した領域は加工作業中に高い応力を受けるので、これらの不連続部を除去して、部品寿命を著しく低下させるおそれがある応力誘起割れの可能性を回避するように、配慮しなければならない。この破断不連続部を除去するプロセスは、縁部の破断加工或いは縁部破断部又は破断縁部の形成加工と呼ばれる。一般的に、機械加工法などによってスロット周辺部から材料を除去して、ディスクの出口側に沿って小さな丸み付き縁部を形成していた。残念なことには、かなりの数のスロット周辺部の丸み付き縁部は、ブローチ加工によって形成された不連続領域を除去するには不十分な大きさであったことと、また部品寿命を維持するためには、後工程の材料除去の機械加工又はその他の方法により丸み付き縁部の半径を拡大するか又は面取りを形成することが今や必要であることとが、最近発見された。従って、多数の運転中のタービンエンジンのディスクは、この改造作業が必要な状態にあると思われる。ディスクが改造機械加工を必要とするか否かを決定するために、検査が実施される。これらのディスクの再検査は、進行中の新規製作タービンディスクを検査する必要性にも当然付加される。
【０００５】
問題をさらに複雑にしているのは、縁部破断部を検査するために通常使用する方法は、時間がかかりかつ誤差が発生しやすいことである。例えば、ワックス−トレース法は、加熱したワックスをディスクの面に人手で配置する段階と、ワックスが冷却するのを待つ段階と、ワックスを適当にすなわちワックスの痕跡を変形又は歪ませないで取外す段階と、次に機械的トレースに対して痕跡を視覚的に整列させて該痕跡の方向が輪郭の中心線に対して垂直であることを保証する段階とを含む。この方法は、各周辺部スロットに対し最大１０分を費やすだけでなく、測定値の再現性と再現精度が５０％近くであった。換言すれば、ワックス−トレース法に関連する痕跡は、たとえ正確に実施したとしても、スロットの縁部輪郭の寸法変動の全許容範囲の約１／２に対処できるに過ぎない。ワックス−トレース法の時間がかかる性質のため、縁部破断部の検査は、さらに制限され、従って欠陥を見逃す確率を増大させる可能性がある。
【特許文献１】特開２００３−１００８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
必要なものは、より迅速に実施することができかつ測定値再現性と再現精度とを改善することができる、タービンディスクを検査するのための方法及び装置である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、その各々がタービンブレードを固定状態に受入れるようになった、ディスク内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭を検査する方法に関する。本方法は、ディスクを受けるための第１の装置を準備する段階と、センサと該センサに関連する機器とを有し、第１の装置によってディスクを該センサに対する所定の配向に固定するようになった第２の装置を準備する段階と、ディスクを第１の装置に固定する段階と、ディスク内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトに近接させて機器を位置決めする段階と、複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部に沿った切点の上方に前記機器の先端を導き、切点における切点軸線と輪郭の縁部に対してほぼ垂直な線とによって定まる平面にほぼ一致する輪郭の面に沿った経路に先端を追従させ、輪郭の面に機器を物理的に接触させるようにする段階と、機器の移動に基づいたセンサからの信号をアルゴリズムに送信する段階と、アルゴリズムが受信した信号を経路に沿った複数の位置に変換する段階と、複数の位置を複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭の許容可能性を判定するために所定の範囲の値と比較する段階とを含む。
【０００８】
本発明の１つの利点は、本発明がタービンブレードを受入れるためのディスクスロット端部輪郭を検査するのに極めて少ない時間しか必要としないことである。
【０００９】
本発明の他の利点は、本発明が測定値再現性と再現精度を高めることである。
【００１０】
本発明の更なる利点は、本発明が容易に実施することができることである。
【００１１】
本発明の他の特徴及び利点は、実例によって本発明の原理を示した添付の図面と共になされた、好ましい実施形態の以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
可能な限り、図面全体を通して同一又は類似の部分を説明するのに同一の参照符号を用いる。
【００１３】
図３は、タービンディスク２００内に形成されたダブテール縁部破断部輪郭を検査するための検査装置１０の１つの実施形態を示す。図１及び図２Ａを参照すると、タービンディスク２００は、スリーブ部分２０８まで延びるディスク部分２０６を含む。ボア２０４は、タービンディスク２００を回転させるためにジェットエンジンのシャフトに係合するように、ディスク部分２０６及びスリーブ部分２０８の両方を貫通して形成される。ディスク部分２０６の周辺部は通常、根元形状２０２と呼ばれる。根元形状２０２は、複数のほぼ均等に間隔を置いた半径方向外向きに延びるポスト２１０を含む。各ポスト２１０は、該ポスト２１０の全長に沿って対向する側面上に形成された複数のダブテール突出部２１２及びダブテール陥入部２１４を含む。カットアウト又はスロット２２２は、基部２１６によって結合された隣接するポスト２１０の対向面によって形成される。カットアウト又はスロット２２２は、タービンブレード２２０のダブテール部分２１８を受入れる。
【００１４】
カットアウト又はスロット２２２は、対称軸線２２４を含むのが好ましい。基部２１６と対称軸線２２４との両方の一致点が、切点（ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔａｎｇｅｎｃｙ）２２６である。基部２１６は、例えば軸線２２８に沿って、ダブテール突出部及び陥入部２１２、２１４を有するスロット２２２の対向する側面との間の対称な切点２３０、２３２をもたらす湾曲した輪郭を含むのが好ましい。下記にさらに説明するように、検査装置１０は、例えば切点２２６、２３０及び２３２などにおいてスロット２２２を検査するプロセスを含むが、この検査装置１０は、スロット２２２に沿った任意の数の所望の接点を検査するのに使用できることを理解されたい。
【００１５】
元に戻って図３に参照すると、検査装置１０は、第１の装置１２と第２の装置１４とを含み、これら装置１２及び１４は、所定の水準と比較するために、相互に作用して正確に、便利にかつ迅速に実施可能な縁部破断部寸法を取得する手段を可能にする。第１の装置１２は、ほぼ平坦な表面２０を有するプレート１８を支持したテーブル１６を含むことができる。プレート１８の平坦な表面２０は、ベース部分２３を有する加工物キャリッジ２２を支持し、ベース部分２３はネック部分２９まで延びる。ベース部分２３に結合されたネック部分２９の端部の反対側に、ボールロックピンのような位置決めピン２６を受けるための開口２７を有する端部が位置する。ネック部分２９の両端部間に配置されているのはピボット２４であり、ピボット２４は、ネック部分２９及びプレート１８の両方を貫通するように配向したファスナを含みかつ回転軸線２５を有する。換言すれば、加工物キャリッジ２２は、回転軸線２５を有するピボット２４の周りでプレート１８の表面２０に沿って滑動可能に回転する。ペグ３０は、ピボット２４の周りでの加工物キャリッジ２２の回転角度範囲を制限して、加工物キャリッジ２２がプレート１８の設置面積の範囲内に完全に留まるのを保証し、これによって、好ましい実施形態では加工物キャリッジが約１８０度回転するのを可能にする。加工物キャリッジ２２を所望の位置に固定するために、ネック部分２９の開口２７をプレート１８内に形成された複数のテーブル開口２８の１つと整列させて、開口２７とテーブル開口２８との両方を貫通させて位置決めピン２６を配向する。複数のテーブル開口２８は、加工物キャリッジ２２の異なる位置決め位置を定める。プレート１８内には任意の数のテーブル開口２８を形成することができ、また隣接するテーブル開口２８間での任意の数の角度間隔又は配置を所望に応じて選択することができることを理解されたい。例えば、好ましい実施形態は、第１の位置又はホーム位置と、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を第１の位置から反時計方向に約９０度回転させることによって得られる第２の位置と、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を第２の位置から反時計方向にさらに約９０度回転させることによって得られる第３の位置とにテーブル開口２８を含むことができる。従って、第３の位置は、第１の位置から約１８０度の位置にある。
【００１６】
図で用いる基準点は、第２の装置１４のテーブル４４と対向するテーブル１６の１側に近接した位置８４である。基準点８４から見ると、ベース部分２３は、第１の位置においてピボット２４の右側まで延びて、３時の時計位置を定める。同様に、本明細書での目的のために、第２の位置は１２時の時計位置を定め、また同様に第３の位置は９時の時計位置を定める。
【００１７】
加工物キャリッジ２２がタービンディスク２００を固定するのを可能にするために、加工物キャリッジ２２は、横送りテーブル４２上に取付けられたほぼ垂直に延びるスピンドル３６を含み、横送りテーブル４２は、回転軸線２５から独立した回転軸線３８の周りで回転可能である。スピンドル３６は、表面２０と反対側の該スピンドル３６の端部の直径が、該スピンドル３６のベース部の直径よりも小さくなるのに十分な円錐要素を備えたほぼ円筒形の外形を形成しており、タービンディスク２００をスピンドル３６上に降ろした時に、タービンディスク２００のボア２０４が、実質的にほぼ垂直方向の配向に自動調心されるようになるのが好ましい。スピンドル３６は、プレート１８の表面２０に隣接するスリーブ３２の周辺部を囲んでベース部３４まで延びるスリーブ３２によって覆われるのが好ましい。スリーブ３２及びベース部３４は、タービンディスク２００と比較して相対的に軟らかい材料、例えば硬質被削性プラスチック、非金属材料又は他の傷つけない材料のいずれかなどの層からなり、タービンディスク２００をスピンドル３６上に取付けた時に、タービンディスク２００のボア２０４を損傷しないようにするのが好ましい。しかしながら、スリーブ３２及びベース部３４はまた、タービンディスク２００と加工物キャリッジ２２との間で圧縮された時に過度に弾性変形しないほど十分な剛性がある材料からなり、従って取付けた時に、再現可能なかつ一貫したタービンディスク２００の配向をもたらす。
【００１８】
タービンディスク２００をスピンドル３６上に取付けるために、タービンディスク２００を加工物キャリッジ２２の上方に位置決めして、ボア２０４の中心を回転軸線３８と整列させる。スピンドル３６とタービンディスク２００との間の整列が得られた後に、タービンディスク２００のボア２０４は、スリーブ３２及びベース部３４と接触した状態に導かれる。
【００１９】
軸線３８の周りでの回転運動を可能にすることに加えて、横送りテーブル４２により、プレート１８の表面２０に沿った２つの互いに直交する、例えばＸ及びＹ軸のような軸線方向のいずれか一方又は両方の方向への微調整を行うことができる能力が付加的に組入れられる。タービンディスク２００の大きな重量のため、加工物キャリッジ２２の下方に空気ベアリング４０を組込むのが好ましい。空気ベアリング４０は、空圧源（図示せず）とのインタフェースを含み、インタフェースは、空気ベアリング４０の下方の表面とプレート１８の表面２０との間に捕捉された圧縮空気の層を形成して、加工物キャリッジ２２とプレート１８の表面２０との間に実質的に摩擦のない相互接触をもたらす。
【００２０】
第２の装置は、ベース部４８を支持したテーブル４４を含み、ベース部４８は、該ベース部４８から延びるほぼ垂直な支柱５０を有するのが好ましい。支柱５０は、該支柱の軸線５２の周りで符号６８又は７４の方向に回転可能である。アーム５４は、支柱５０に沿って垂直方向７２及び水平方向７６に滑動可能に移動可能であり、アーム５４は、支柱５０に対して垂直方向７２に移動させる間はほぼ水平位置に保持されるのが好ましい。アーム５４の一端部には、トレーサユニット４６が固定され、トレーサユニット４６は、細棒（ｗａｎｄ）５８を有するトレーサヘッド５６を含む。タービンディスク２００のスロット面２２２のようなほぼ垂直な面から測定値を読みとるために使用する場合に、ボア２０４をスピンドル３６の軸線３８とほぼ一致した状態に位置決めする（図７）時には、細棒５８はほぼ垂直方向になった角度７８に配向するのが好ましく、一方また、細棒をその軸線６６に沿って作動させる時には、細棒５８は水平方向成分を備えるようにするのが好ましい。細棒５８は、トレーサヘッド５６から触針６０まで延び、触針６０は、細棒５８に対してほぼ垂直に延びかつ先端６２で終わるのが好ましい。先端６２を検査すべき対象物の面に接触した状態に置いて、細棒５８をその軸線６６に沿って、好ましくはトレーサヘッド５６に向かって移動するように導く時に、好ましくはトレーサヘッド５６内部に収納した一対のセンサ（図示せず）が、コンピュータプログラム（図示せず）のようなアルゴリズムに信号を提供する。センサの１方は、細棒５８のその軸線６６に沿った移動に関連し、一方、他方のセンサは、先端６２とスロット面２２２との間の接触に応答した細棒５８の軸線８０の周りでの角回転８２に関連する。アルゴリズムは、センサからの信号を、Ｘ及びＹ軸座標のようなデータポイントに変換する。次に、データポイントは、許容範囲にあると考えられる所定の範囲の値と比較することができる。任意選択的に、データポイントは、ディスプレイに転送し（図示せず）、印書し、又は将来の参考又は機械加工のために記憶装置に保管することができる。
【００２１】
制御装置又は制御パネルのマイクロプロセッサ（図示せず）によって実行される制御プログラム又はアルゴリズムを使用して、トレーサヘッド５６の動作を制御することができるのが好ましい。この運動には、その軸線６６に沿ったトレーサヘッド５６の細棒５８の移動、アーム５４の軸線７６に沿ったトレーサヘッド５６の水平移動、支柱５０の軸線５２に沿ったトレーサヘッド５６とアーム５４との組合せの垂直移動、軸線８０の周りでの細棒５８と先端６２との組合せの角回転移動８２、及び支柱５０の軸線５２の周りでのトレーサヘッド５６とアーム５４との組合せの回転移動の任意の個々又は組合せが含まれる。これに代えて、これらの運動の全ての移動又は任意の組合せは、必要に応じてオペレータによって人手で実施することができる。
【００２２】
図４は、タービンディスク２００内に形成されたダブテールの縁部破断部輪郭を検査するための本発明による検査装置１０を使用する検査プロセスを詳細に示すフローチャートである。図４の制御プロセスは、制御装置又は制御パネルのマイクロプロセッサによって実行される個別のプログラムとして実施することができ、或いは制御プロセスは、検査装置１０のための制御プログラム内にサブプログラムとして実装することができる。
【００２３】
図５〜図１５は、本発明の検査装置１０を使用してタービンディスク２００の検査を実施するプロセスのシーケンスステップを示す。プロセスは、図４に示すようにステップ１００におけるプロセス開始後、ステップ１０５における検査装置１０の初期化で始まり、この初期化は、トレーサヘッド５６及び加工物キャリッジ２２が未だそれらのホーム位置にない場合には、トレーサヘッド５６をホーム位置に移動させる段階と、加工物キャリッジ２２を３時の時計位置のようなホーム位置に移動させる段階とを含む。加工物キャリッジ２２を移動させるプロセスはオペレータによって制御することができるが、全プロセス、すなわち加工物キャリッジ２２及びトレーサヘッド５６を移動させる段階と共にタービンディスク２００を装填する／取外す段階は、完全に自動化することができることを理解されたい。検査装置１０の初期化が完了すると、ステップ１１０において、タービンディスク２００が、装填される、すなわち前に説明しかつ図５〜図７に示すように、加工物キャリッジ２２から延びるスピンドル３６上に取付けられる。
【００２４】
ステップ１１０においてタービンディスク２００を装填した後に、ステップ１１５において、図８に示すように、軸線５２の周りでのトレーサヘッド５６の回転７４、軸線７６に沿ったアーム５４の移動、軸線８０の周りでの細棒５８の回転、及び垂直軸線５２に沿った垂直移動７２の適切な組合せによって、トレーサヘッド５６が位置決めされる。先端６２が検査すべきスロット２２２の面に接触するようにトレーサヘッド５６の位置決めが完了すると、ステップ１２０において、先端６２は軸線６６に沿ってトレーサヘッド５６に向かって導かれながら、先端６２はスロット２２２の輪郭をトレースする段階を開始する。例えば、タービンディスク２００が３時の時計位置に位置決めされている場合には、先端６２は、切点２３０（図２Ａ）に沿ってスロット２２２の輪郭をトレースする。先端６２は、スロット２２２の切点２３０に対してほぼ垂直であるほぼ直線経路に沿って、該経路を定める軸線とスロット２２２の面を定める軸線との間での約＋／−３度の許容変動範囲の状態で導かれることが極めて重要である。
【００２５】
例えば、図２Ａ〜図２Ｂを参照すると、３時の時計位置では、細棒５８及び先端６２は、接触点２３８においてスロット２２２と接触し、軸線６６に沿っておりかつ法線２３６に対して垂直な軸線２２８と同一平面にある移動方向８６に導かれるのが好ましく、この法線２３６は、上面２５０に対してほぼ垂直でありかつ切点２３０と一致する。切点２３０は、スロット２２２の基部２１６の端縁に沿って位置する。先端６２が方向８６に沿って導かれる時に、先端６２は、接触点２３８から切点２３０までの経路をトレースし、すなわち線２３６と一致する法線セグメント２４０をトレースし、次いでポスト２１０の上面２５０に沿って位置する終点２４６に至る。しかしながら、細棒５８及び先端６２が、移動方向８６からの偏差角９０を有する別の移動軸線８８に沿って導かれる場合には、先端６２の移動経路は異なる。接触点２３８は、両方の場合において同一であるが、細棒５８及び先端６２を方向８８に沿って導くことによって、先端６２は接触点２３８からタービンディスク２００の縁部破断部に沿った接触点２４２まで延びる経路２４４をトレースし、次いでポスト２１０の上面２５０に沿って位置する終点２４６に至るようになる。法線セグメント２４０は、切点２３０に対して垂直な線、すなわち法線２３６と一致し、タービンディスク２００の縁部破断部に沿った最短距離を定めることは明らかである。偏差セグメント２４４のような、切点２４０に対して垂直な線からのあらゆる偏差は、先端６２によって見たとき及びその移動に関連するセンサによって検知したとき、この線の長さを増大させて、縁部破断部が前述の許容公差の範囲内にあるか否かに関して、誤った情報をオペレータに与えるおそれがある。
【００２６】
上面２５０と一致する切点２３０の代わりに、切点２３０は、代わりに上面２５０と対向しておりかつ上面２５０とほぼ平行な下面２５２と一致させることができることを理解されたい。従って、直前の節での説明は、逆になる。軸線２２８、切点２３０及び終点２４６、２４８は、下面２５２と一致する。すなわち、先端６２が、接触点２３８から切点２３０に導かれ、次に上面２５０に沿って終点２４６に至る代わりに、先端６２は、接触点２３８から切点２３０に導かれ、次に下面２５２に沿って終点２４６に至る。従って、上面２５０と下面２５２との間の選択の違い以外は、動作の概念は、その他において同一である。
【００２７】
軸線６６に沿って細棒５８を導きながらスロット２２２の面輪郭をトレースするトレーサヘッド５６の場合、軸線６６に沿った細棒５８及び先端６２の移動並びに軸線８０の周りでの細棒５８及び先端６２の回転に関連するセンサはそれぞれ、ステップ１２５において、制御パネルに信号を送信し、制御パネルは次に、ステップ１３０において、前に説明したように信号をＸ、Ｙ座標のようなデータポイントに変換する。信号をデータポイントに変換した後、ステップ１３５において、このデータポイントを所定の値の範囲と比較して、許容輪郭、すなわち例えば面取り、半径又は他の円滑な面移行などがスロット２２２の縁部破断部に沿って形成されているか否かを判定する。ステップ１３５は、データポイント及び縁部破断部の許容可能性のような他の情報を記憶装置に保管する段階を含む。
【００２８】
ステップ１３５においてデータポイントの比較が完了したとき、異なる又は追加のスロット２２２の同一部分を検査するのが望ましい場合がある。ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）が追加のスロット２２２について同様なトレースを実施するように判定した場合には、タービンディスク２００を軸線３８の周りで回転させて、次の所望のスロット２２２を検査するために位置決めする。タービンディスク２００を検査のために次のスロット２２２まで回転させた後、ステップ１１５からステップ１３５までを、前に説明したのと同じ方法で実施する。
【００２９】
ステップ１３５を実施した後に、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のトレースを実施しないことにした場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０においてタービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するか否かを判定する。追加のトレースを実施することにした場合には、ステップ１５５において、タービンディスク２００は、プレート１８の表面２０に沿って１２時の時計位置のような新しい位置に移動される。タービンディスク２００を移動させる段階は、テーブル開口２８から位置決めピン２６を取外すことによって、ピボット２４と一致する軸線２５の周りでタービンディスク２００を回転させる段階と、前に説明しかつ図９及び図１０に示すように、空気ベアリング４０を起動させる段階とを含む。
【００３０】
タービンディスク２００を軸線２５の周りで回転させる段階の前に又は同時に、先端６２とタービンディスク２００との間に十分な間隔が生じるまで軸線６６に沿って先端６２を後退させるか又は軸線８０の周りで回転させて、先端６２又は細棒５８に対する損傷を回避する。タービンディスク２００を軸線２５の周りで十分に回転させ、ネック部分２９の開口２７が対応するテーブル開口２８と整列したとき、開口２７及びテーブル開口２８を貫通させて位置決めピン２６を配向して、加工物キャリッジ２２及びタービンディスク２００の両方の位置を固定する。タービンディスク２００の位置を固定する段階の後に、次に、必要に応じて、タービンディスク２００を軸線３８の周りで符号７０の方向（図１０）に回転させて、先端６２が前に検査したスロット２２２の異なる部分又は異なるスロット２２２とさえ係合するのに都合の良い配向にする。加えて、スロット２２２の異なる領域への接近を可能にするために、横送りテーブル４２によって得られるＸ、Ｙ軸調整のような微調整を行うことが必要となる場合がある。しかしながら、テーブル１６及び４４が適当に間隔を置いて配置されている場合には、アーム５４の有効長が調整され、また加工物キャリッジ２２のネック部分２９が付加的な開口を含んでおり、ピボット２４の周りで加工物キャリッジ２２を回転させることによって定まる有効回転半径もまたテーブル開口２８に対する変更を必要とせずに修正することができるような場合には、検査装置１０は、タービンディスクの全ての構成とまではいかないがその多くに適応することができると思われる。
【００３１】
ステップ１５５において、図１０に示すように、プレート１８の表面２０に沿ってタービンディスク２００を１２時の時計位置まで移動させたとき、トレーサヘッド５６をステップ１１５における位置に移動させて、先端６２がスロット２２２に接触するようにする。しかしながら、トレーサヘッド５６は、前のステップ１４５の間に移動されているので、トレーサヘッド５６は既に実質的に所望の位置にある。従って、先端６２をタービンディスク２００のスロット２２２の異なる領域と接触した状態に位置決めするためには、必要とされるべき全ては、軸線６６に沿って細棒５８を動作させるか又は軸線８０の周りで細棒５８を回転させることであるが、とはいえ、軸線７２に沿ってトレーサヘッド５６を移動させる微調整及び／又は横送りテーブル４２に対する微調整によってタービンディスク２００を加工物キャリッジ２２に対して移動させることが必要となる場合がある。トレーサヘッド５６を位置決めした後に、前に説明した方法と実質的に同一の方法でステップ１２０からステップ１３５までが行われる。ステップ１３５が完了すると、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、異なるスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。異なるスロット２２２について同一のトレースを実施することになった場合には、ステップ１４５において、前に説明した方法で軸線３８の周りでタービンディスク２００を回転させる。次に、制御は、前に説明したようなステップ１１５〜ステップ１３５に戻る。
【００３２】
ステップ１１５〜ステップ１３５を実施した後に、ステップ１４０において、制御パネル（又はオペレータ）は、追加のスロット２２２を検査するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロットの検査を実施しないことにした場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０において、タービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するかを判定する。制御パネルが、同一のスロット２２２について追加のトレースを検査することにすると判定した場合には、ステップ１５５において、加工物キャリッジ２２は、前に説明しかつ図７に示すように、プレート１８の表面２０に沿ってピボット２４の周りで９時の時計位置に移動される。タービンディスク２００の移動が完了したとき、前に説明したのと実質的に同じ方法でステップ１１５からステップ１３５までを実施する。ステップ１３５を実施した後に、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１４０において、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロット２２２について同一のトレースを実施することになった場合には、プロセスの制御はステップ１４５に移り、次に、前に説明したようなステップ１１５からステップ１３５までに移る。ステップ１３５を実施した後に、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１４０において、追加のスロット２２２について同一のトレースを実施するか否かを判定する。ステップ１４０において追加のスロット２２２についての同一のトレースを実施しないことになった場合には、プロセスの制御はステップ１５０に移り、そこで、制御パネル（又はオペレータ）は、ステップ１５０においてタービンディスク２００上の同一又は他のスロット２２２について追加のトレースを実施するか否かを判定する。制御パネルが、同一のスロット２２２についての追加のトレースを検査しないことにすると判定した場合には、ステップ１６０において装置設定は初期化され、このステップ１６０で、前に説明したようにトレーサヘッド５６及び加工物キャリッジ２２をそれらのそれぞれのホーム位置に移動させのが好ましい。装置設定が初期化された後に、タービンディスク２００は、ステップ１７０においてプロセスが終了する前にステップ１６５において検査装置１０から取外される。
【００３３】
本発明を好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の技術的範囲から逸脱することなく、本発明の要素に対して種々の変更を加えることができまた本発明の要素を均等物で置き換えることができることは、当業者には明らかであろう。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】タービンディスクの斜視図。
【図２】Ａは、タービンディスクの部分拡大平面図、Ｂは Ａの切面１−１に沿って取った側面図。
【図３】本発明の検査装置の斜視図。
【図４】本発明の検査方法を詳細に示すフローチャート。
【図５】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図６】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図７】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図８】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図９】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１０】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１１】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１２】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１３】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１４】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【図１５】本発明の検査装置を使用してタービンディスクの検査を実施するシーケンスステップを示す斜視図。
【符号の説明】
【００３５】
１０ 検査装置
１２ 第１の装置
１４ 第２の装置
１６ 第１の装置のテーブル
１８ プレート
２０ 表面
２２ キャリッジ
３２ スリーブ
３４ ベース
３６ スピンドル
４４ 第２の装置のテーブル
４６ トレーサユニット
４８ ベース部
５０ 支柱
５４ アーム
５６ トレーサヘッド
５８ 細棒
６０ 触針
６２ 先端
２００ ディスク
２０４ ボア
２０６ ディスク部分
２０８ スリーブ部分
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンブレード（２２０）を固定状態に受入れるようになった、ディスク（２００）内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭を検査する方法であって、
前記ディスク（２００）を受けるための第１の装置（１２）を準備する段階と、
少なくとも２つのセンサと該少なくとも２つのセンサに関連する機器とを有し、前記第１の装置（１２）によって前記ディスク（２００）を該センサに対する所定の配向に固定するようになった第２の装置（１４）を準備する段階と、
前記ディスク（２００）を前記第１の装置（１２）に固定する段階と、
前記ディスク（２００）内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトに近接させて前記機器を位置決めする段階と、
前記複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部に沿った切点（２２６、２３０、２３２）の上方に前記機器の先端（６２）を導き、前記切点（２２６、２３０、２３２）における切点軸線と前記輪郭の縁部に対してほぼ垂直な線とによって定まる平面にほぼ一致する前記輪郭の面に沿った経路に前記先端を追従させ、前記輪郭の面に前記機器を物理的に接触させるようにする段階と、
前記機器の移動に基づいた前記少なくとも２つのセンサからの信号をアルゴリズムに送信する段階と、
前記アルゴリズムが受信した信号を前記経路に沿った複数の位置に変換する段階と、
前記複数の位置を前記複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭の許容可能性を判定するために所定の範囲の値と比較する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の装置（１２）を準備する段階が、
表面（２０）を有するプレート（１８）と、
前記表面（２０）に沿って滑動可能に移動可能なキャリッジ（２２）と、
前記ディスク（２００）のボア（２０４）を受けるように前記キャリッジ（２２）から延びるスピンドル（３６）と、
を含む第１の装置（１２）を準備する段階を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の装置（１２）が、前記プレート（１８）の表面（２０）内に形成されたピボットの周りで該表面（２０）に沿って選択的に前記キャリッジ（２２）を滑動可能に回転させるための手段をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記キャリッジ（２２）が、２つの互いに直交する軸線に沿った調整を行うように構成された調整手段をさらに含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記キャリッジ（２２）が、前記スピンドル（３６）によって定まる軸線の周りで前記ディスク（２００）を回転させるための回転手段をさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記スピンドル（３６）を覆って取付けられたスリーブ（３２）をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記スリーブ（３２）がベース部（３４）まで延びている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記スリーブ（３２）及びベース部（３４）が、前記ディスクのボアを傷つけないほど十分に柔らかい材料からなる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１の装置が、前記表面（２０）とキャリッジ（２２）との間に実質的に摩擦のない接触面を形成する手段をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の装置（１４）を準備する段階が、
テーブル（４４）によって移動可能に支持されたトレーサヘッド（５６）を含み、
前記トレーサヘッド（５６）が前記機器を滑動可能に導きかつ回転可能に支持し、
前記少なくとも２つのセンサのうちの一方のセンサが、前記機器のほぼ軸線に沿って該機器を滑動可能に導くことに関連し、
前記少なくとも２つのセンサのうちの他方のセンサが、前記機器の回転に関連する、
第２の機器（１４）を準備する段階を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項１】
タービンブレード（２２０）を固定状態に受入れるようになった、ディスク（２００）内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭を検査する方法であって、
前記ディスク（２００）を受けるための第１の装置（１２）を準備する段階と、
少なくとも２つのセンサと該少なくとも２つのセンサに関連する機器とを有し、前記第１の装置（１２）によって前記ディスク（２００）を該センサに対する所定の配向に固定するようになった第２の装置（１４）を準備する段階と、
前記ディスク（２００）を前記第１の装置（１２）に固定する段階と、
前記ディスク（２００）内に形成された複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトに近接させて前記機器を位置決めする段階と、
前記複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部に沿った切点（２２６、２３０、２３２）の上方に前記機器の先端（６２）を導き、前記切点（２２６、２３０、２３２）における切点軸線と前記輪郭の縁部に対してほぼ垂直な線とによって定まる平面にほぼ一致する前記輪郭の面に沿った経路に前記先端を追従させ、前記輪郭の面に前記機器を物理的に接触させるようにする段階と、
前記機器の移動に基づいた前記少なくとも２つのセンサからの信号をアルゴリズムに送信する段階と、
前記アルゴリズムが受信した信号を前記経路に沿った複数の位置に変換する段階と、
前記複数の位置を前記複数のカットアウトのうちの１つのカットアウトの縁部の輪郭の許容可能性を判定するために所定の範囲の値と比較する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記第１の装置（１２）を準備する段階が、
表面（２０）を有するプレート（１８）と、
前記表面（２０）に沿って滑動可能に移動可能なキャリッジ（２２）と、
前記ディスク（２００）のボア（２０４）を受けるように前記キャリッジ（２２）から延びるスピンドル（３６）と、
を含む第１の装置（１２）を準備する段階を含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記第１の装置（１２）が、前記プレート（１８）の表面（２０）内に形成されたピボットの周りで該表面（２０）に沿って選択的に前記キャリッジ（２２）を滑動可能に回転させるための手段をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記キャリッジ（２２）が、２つの互いに直交する軸線に沿った調整を行うように構成された調整手段をさらに含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記キャリッジ（２２）が、前記スピンドル（３６）によって定まる軸線の周りで前記ディスク（２００）を回転させるための回転手段をさらに含む、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記スピンドル（３６）を覆って取付けられたスリーブ（３２）をさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項７】
前記スリーブ（３２）がベース部（３４）まで延びている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記スリーブ（３２）及びベース部（３４）が、前記ディスクのボアを傷つけないほど十分に柔らかい材料からなる、請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記第１の装置が、前記表面（２０）とキャリッジ（２２）との間に実質的に摩擦のない接触面を形成する手段をさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記第２の装置（１４）を準備する段階が、
テーブル（４４）によって移動可能に支持されたトレーサヘッド（５６）を含み、
前記トレーサヘッド（５６）が前記機器を滑動可能に導きかつ回転可能に支持し、
前記少なくとも２つのセンサのうちの一方のセンサが、前記機器のほぼ軸線に沿って該機器を滑動可能に導くことに関連し、
前記少なくとも２つのセンサのうちの他方のセンサが、前記機器の回転に関連する、
第２の機器（１４）を準備する段階を含む、
請求項１記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００６−２７７２（Ｐ２００６−２７７２Ａ）
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７４４４６（Ｐ２００５−１７４４４６）
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月５日（２００６．１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１５日（２００５．６．１５）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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