用于自动定位及清理的修理方法、系统.pdf

本发明涉及用于自动定位及清理的修理方法、系统。本发明提供了一种修理方法，并且其包括：从部件的模型导出分别与部件的流体流路相关的钻孔向量；至少部分地从除模型之外的来源获得每个流体流路的位置数据；以及根据每个流体流路的导出的钻孔向量和获得的位置数据来定位工具，其构造成修改每个流体流路。

权利要求书
1.   一种修理方法，其特征在于，包括：
从部件的模型导出分别与所述部件的流体流路相关的钻孔向量；
至少部分地从除所述模型之外的来源获得每个所述流体流路的位置数据；以及
根据每个所述流体流路的导出的钻孔向量以及获得的位置数据来定位工具，该工具构造成修改每个所述流体流路。

2.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述方法能够用于所述部件的流体流路的全部或一部分。

3.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述位置数据的获得包括电磁地定位所述流体流路。

4.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述位置数据的获得包括使用基于光学的测量法来定位所述流体流路。

5.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述位置数据的获得包括从所述部件的一部分获得所述位置数据，以及插入所述部件的剩余部分的位置数据。

6.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述位置数据的获得包括下列中至少一个：当所述部件在服务状态下获得所述位置数据；在中期修理过程期间获得所述位置数据；在重涂过程后获得所述位置数据；以及经由原始设备生产商扫描获得所述位置数据。

7.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述根据包括使每个所述流体流路的导出的钻孔向量以及获得的位置数据与下列中至少一个相关：传统部分数据、在所述部件上的外部数据、以及所述部件的流体流路。

8.   根据权利要求1所述的修理方法，其特征在于，所述工具构造成自动清理并重建每个所述流体流路。

9.   一种用于包括流体流路的部件的修理方法，其特征在于，所述方法包括：
从所述部件的模型导出分别与所述流体流路相关的钻孔向量；
假设所述导出的钻孔向量是精确的；
至少部分地从除所述模型之外的来源获得用于所述流体流路的位置数据；以及
定位工具，其构造成根据所述导出的钻孔向量以及所述获得的位置数据来修改每个所述流体流路。

10.   根据权利要求9所述的修理方法，其特征在于，所述方法能够用于所述部件的流体流路的一部分。

说明书用于自动定位及清理的修理方法、系统
技术领域
在本文中公开的主题涉及用于涡轮修理的系统和方法，并且更具体地，涉及用于通过涡轮通路的自动位置和清理或者自动位置和修改的涡轮修理的系统和方法。
背景技术
燃气涡轮发动机包括数个反复地暴露于高温和高压流体的部件。这些部件包括，例如：涡轮级的喷嘴，其布置在涡轮级中以朝向动叶级引导流体的流。每个喷嘴可包括内侧平台区段、端壁区段以及插入在内侧平台区段与端壁区段之间的翼形件区段。翼形件区段具有前缘和后缘，它们限定为相对穿过涡轮级的流的主要方向并且与在前缘和后缘之间延伸的压力侧和吸力侧对置。
每个喷嘴可由金属基质材料制成，该材料涂有热或环境屏蔽涂层(TBC或EBC)。提供涂层以保护下层的金属基质材料不受损坏，该损坏与金属基质材料向高温和高压流体的暴露相关。每个喷嘴还形成为限定流体流路，例如在压力侧和吸力侧中的一者或两者上的薄膜流体流路或扩散孔。这些流体流路允许冷却剂朝向喷嘴的各种区域引导以降低由于向流体的暴露而导致的损坏的风险。
在原始部分加工期间，喷嘴的流体流路通常在施加涂层后形成。但是，在修理过程期间，涂层可剥除，后来重涂金属基质材料。在这些情况下，在涂层被剥除且金属基质材料被重涂之后的流体流路的清洁和修复产生显著的变化。这种变化由以下事实产生：流体流路向它们的原始几何结构的修复与从它们的相应的通路移除涂层碎片对于修理的质量很重要。此外，流体流路的数量可很多(即，可存在数百的流体流路)。
发明内容
根据本发明的一方面，提供一种修理方法，并且包括：从部件的模型导出分别与部件的流体流路相关的钻孔向量；至少部分地从除模型外的来源获得每个流体流路的位置数据；以及根据导出的钻孔向量和获得的每个流体流路的位置数据来定位构造成修改流体流路的工具。
根据本发明的另一方面，提供用于包括流体流路的部件的修理方法。该方法包括：从部件的模型导出分别与流体流路相关的钻孔向量；假设导出的钻孔向量是精确的，至少部分地从除模型外的来源获得用于流体流路的位置数据；以及根据导出的钻孔向量和获得的位置数据来定位构造成修改每个流体流路的工具。
根据本发明的另一方面，提供用于自动定位且清理部件的流体流路的系统。该工具包括记忆单元，在其中存储有部件的模型，该模型包括：分别与每个流体流路相关的钻孔向量；扫描单元，其布置为根据部件的扫描产生每个流体流路的位置数据；修理单元，其构造成自动地清理和重建每个流体流路；以及处理单元，其布置为接近记忆单元和扫描单元并且根据钻孔向量和位置数据定位修理单元。
根据本发明的另一方面，提供自动通路定位和修改工具并且包括自动操纵器，第一以及第二头部，它们分别构造成联接至自动操纵器，第一头部构造成扫描部件的至少一部分，而第二头部构造成相对部件分配材料，而控制器构造成相对部件定位第一和第二头部。至少第二头部的定位是根据从部件的模型导出的流体流路的钻孔向量和通过第一头部的部件的扫描的结果作出的。
方案1：一种修理方法，其中，包括：
从部件的模型导出分别与部件的流体流路相关的钻孔向量；
至少部分地从除模型之外的来源获得每个流体流路的位置数据；以及
根据每个流体流路的导出的钻孔向量以及获得的位置数据来定位工具，该工具构造成修改每个流体流路。
方案2：根据方案1的修理方法，其中，方法能够用于部件的流体流路的全部或一部分。
方案3：根据方案1的修理方法，其中，位置数据的获得包括电磁地定位流体流路。
方案4：根据方案1的修理方法，其中，位置数据的获得包括使用基于光学的测量法来定位流体流路。
方案5：根据方案1的修理方法，其中，位置数据的获得包括从部件的一部分获得位置数据，以及插入部件的剩余部分的位置数据。
方案6：根据方案1的修理方法，其中，位置数据的获得包括下列中至少一个：当部件在服务状态下获得位置数据；在中期修理过程期间获得位置数据；在重涂过程后获得位置数据；以及经由原始设备生产商扫描获得位置数据。
方案7：根据方案1的修理方法，其中，根据包括使每个流体流路的导出的钻孔向量以及获得的位置数据与下列中至少一个相关：传统部分数据、在部件上的外部数据、以及部件的流体流路。
方案8：根据方案1的修理方法，其中，工具构造成自动清理并重建每个流体流路。
方案9：一种用于包括流体流路的部件的修理方法，其中，方法包括：
从部件的模型导出分别与流体流路相关的钻孔向量；
假设导出的钻孔向量是精确的；
至少部分地从除模型之外的来源获得用于流体流路的位置数据；以及
定位工具，其构造成根据导出的钻孔向量以及获得的位置数据来修改每个流体流路。
方案10：根据方案9的修理方法，其中，方法能够用于部件的流体流路的一部分。
方案11：根据方案9的修理方法，其中，位置数据的获得包括电磁地定位流体流路。
方案12：根据方案9的修理方法，其中，位置数据的获得包括使用基于光学的测量法来定位流体流路。
方案13：根据方案9的修理方法，其中，位置数据的获得包括从部件的一部分获得位置数据。
方案14：根据方案9的修理方法，其中，位置数据的获得包括下列中至少一个：当部件在服务状态下获得位置数据；在中期修理过程期间获得位置数据；或者在重涂过程后获得位置数据。
方案15：根据方案9的修理方法，其中，根据包括使每个流体流路的导出的钻孔向量以及获得的位置数据与下列中至少一个相关：传统部分数据、在部件上的外部数据、以及部件的流体流路。
方案16：一种用于自动定位及清理部件的流体流路的系统，其中，工具包括：
记忆单元，在其中存储有部件的模型，模型包括分别与每个流体流路相关的钻孔向量；
扫描单元，其布置为根据部件的扫描产生每个流体流路的位置数据；
修理单元，其构造成自动地清理及重建每个流体流路；以及
处理单元，其构造成接近记忆单元以及扫描单元，并且根据钻孔向量以及位置数据定位修理单元。
方案17：根据方案16的系统，其中，模型包括原始设备生产商(OEM)计算机辅助设计(CAD)模型。
方案18：根据方案16的系统，其中，模型还包括原始位置数据，并且扫描单元根据部件的扫描以及原始位置数据产生位置数据。
方案19：根据方案16的系统，其中，扫描单元根据部件的一部分的扫描产生位置数据。
方案20：根据方案16的系统，其中，扫描单元构造成电磁地、摄影地或使用基于光学测量法来扫描部件。
方案21：根据方案16的系统，其中，修理单元包括激光、水射，喷磨，电动加工工具，电化学加工工具以及加工工具中的至少一种。
方案22：一种自动通道定位和修改工具，其中，包括：
自动操纵器；
第一以及第二头部，它们分别构造成联接至自动操纵器，第一头部构造成扫描部件的至少一部分，且第二头部构造成相对部件分配材料；以及
控制器，其构造成相对部件定位第一以及第二头部，至少第二头部的定位是根据从部件的模型导出的流体流路的钻孔向量以及由第一头部进行的部件的扫描的结果作出的。
方案23：根据方案22的自动通道定位和修改工具，其中，还包括：
定位器，在其上可布置部件；以及
基座，其能够布置为接近定位器并且构造成支撑自动操纵器。
方案24：根据方案22的自动通道定位和修改工具，其中，第二头部构造成将材料分配至部件的流体流路中。
方案25：根据方案22的自动通道定位和修改工具，其中，扫描包括部件的全部或至少一部分的图像形成。
方案26：根据方案22的自动通道定位和修改工具，其中，第二头部包括预混合遮蔽材料的供应。
方案27：根据方案22的自动通道定位和修改工具，其中，第二头部包括填充材料的供应。
方案28：根据方案27的自动通道定位和修改工具，其中，填充材料的供应能够在第二头部中混合。
从结合附图的下列描述中，这些和其他优点和特征将变得更加显而易见。
附图说明
被认为是本发明的主题在说明书的结论处的权利要求中被特别地指出并且清楚地主张权利。本发明的前述和其他的特征和优点从结合附图进行的下列详细描述中是显而易见的，其中：
图1是部件的示意图；
图2是在部件的表面原始加工后的部件的表面的横截面图；
图3是剥除和重涂过程后的部件的表面的横截面图；
图4是流体流路位置数据的偏移的图；
图5是根据实施例用于自动定位和清理图1至3的部件的流体流路的工具的示意图；
图6是示出根据实施例自动定位和清理图1至3的部件的流体流路的方法的流程图；
图7是根据实施例用于自动定位和修改的工具的透视图；
图8是根据备选实施例的图7的工具的头部的侧示意图；以及
图9是根据备选实施例的图7的工具的头部的侧示意图。
详细的描述参照附图经由实例说明本发明的实施例以及优点和特征。
附图标记
部件 10
内侧平台区段 11
端壁区段 12
翼形件区段 13
前缘 14
后缘 15
压力侧 16
吸力侧 17
基质材料 20
TBC/EBC 21
新涂层 21
流体流路 22
定向数据 220
位移 221
相似角 222
碎片 23
粘合层 24
工具 30
自动通道定位和修改工具 300
基座 301
自动操纵器 302
定位器单元 303
第一头部 304
第二头部 305
预混合遮蔽材料 3051
粘合剂材料 3052
填充材料 3053
控制器 306
挤压尖端 307
活塞 308
挡板 309
记忆单元 31
模型 310
钻孔向量 311
OEM CAD位置数据 312
扫描单元 32
实际位置数据 320
电磁探测器 321
光学扫描器 322
修理单元 33
工具部分 330
驱动部分 331
控制部分 332
处理单元 34
导出钻孔向量 操作40
假设精确性 操作41
获得实际位置数据 操作42
定位工具 操作43。
具体实施方式
参照图1，提供部件10。部件10可为例如：涡轮部件(例如燃气涡轮发动机的涡轮级的护罩、衬套、喷嘴或动叶)，但是应当理解的是，部件10可以是任何装置的任何部件。其中，部件10是燃气涡轮发动机的涡轮级的喷嘴，例如，如图1所示，部件10可包括内侧平台区段11、与内侧平台区段11对置的端壁区段12以及翼形件区段13。翼形件区段13径向地插入在内侧平台区段11和端壁区段12之间。翼形件区段13具有前缘14和后缘15，它们限定为相对穿过涡轮级、压力侧16以及对置的吸力侧17的流的主要方向。压力侧和吸力侧16和17在前缘和后缘14与15之间延伸。
参照图2和图3，部件10可由金属基质材料20制成，该金属基质材料20涂有粘合层24和热或环境屏蔽涂层(TBC或EBC)21。提供涂层21以保护下层的金属基质材料20不受损坏，该损坏与金属基质材料20向高温和高压流体的暴露有关。部件10还形成为限定流体流路22，例如在压力侧和吸力侧16与17中的一者或两者处的薄膜流体流路和扩散孔。这些流体流路22可形成为从部件10的内部延伸穿过金属基质材料20、粘合层24以及涂层21的通路220。流体流路22因此允许冷却剂从部件10内部朝向部件10的各种区域引导以降低因向流体的暴露所导致的损坏的风险。每个部件10可具有大量的流体流路22，并且可存在配置在给出的燃气涡轮发动机中的类似大量的部件10。
在原始部分加工期间，流体流路22通常在施加粘合层24和涂层21后形成。但是，在修理过程期间，涂层21可剥除，随后以新涂层21'重涂金属基质材料和粘合层24。在这些情况下，剥除和重涂过程通常导致碎片23(见图3)剩余在流体流路22，该流路22必须被清理以便部件10正确地运行。对于每个部件10和涉及的潜在的大量的部件10需清理大量的流体流路22，所以每个流体通路22的清理必须迅速且有效地完成。为此目的，在下面提供的描述涉及流体流路22的自动定位和清理。
参照图4，应当理解的是，用于清理过程的流体流路22的完整定义需要相应的通路220的位置数据和定向数据被知道。如图4所示，通路220的位置数据可与在部件10的原始设备生产商(OEM)计算机辅助设计(CAD)模型中限定的期望位置显著地不同。该不同在图4中由与标号221相关的位移确定。另一方面，与原本用于限定通路220的钻孔向量相应的通路220的定向数据可在OEM CAD模型和实际部件10之间充分地精确。在OEM CAD模型和实际部件10之间的定向数据(或钻孔向量)的精确性在图4中由与标号222相关的相似角度确定。
理解：通路220的位置数据可与在部件10的原始设备生产商(OEM)计算机辅助设计(CAD)模型中限定的期望位置显著地不同，但是通路220的定向数据可在OEM CAD模型与实际部件10之间充分精确，提供系统或工具30以自动地定位和修改(或清理)部件10的流体流路22。参照图5，工具30包括记忆单元31、扫描单元32、修理单元33以及处理单元34。
记忆单元31可以是任意类型的计算机可读存储介质并且具有存储在其上的部件10的模型310。模型310包括钻孔向量311，其分别地与每个流体流路22相关。模型310可还包括每个流体流路的原始OEM CAD位置数据312。这种OEM CAD位置数据312可采用作为参照以粗略地定位工具30(或修理单元33)或者作为将部件10的扫描部分限制为仅为包括流体流路22的那些区域或仅为与流体流路22的一些或预定部分相关的那些区域。
扫描单元22可布置为根据部件10的扫描产生每个流体流路22的至少实际位置数据320，或者在局部扫描的情况下，从局部扫描和从由局部扫描导出的位置数据的计算产生实际位置数据320。产生的实际位置数据320可存储在扫描单元32或记忆单元31中。根据实施例，该扫描可由扫描单元32相对部件10的仅仅一部分(例如流体流路22的列223(见图1))执行。在这种情况下，根据局部扫描插入用于部件10的剩余部分(即，未扫描部分)的位置数据320。
根据又一备选实施例，扫描单元32可构造成电磁地、摄影地或使用基于光学测量法以扫描部件10。在电磁扫描的情况下，扫描单元32可包括电磁探测器321(例如涡流探测器)，其响应于空流体流路22或布置于或插入待扫描的流体流路22中的永磁材料。在摄影或基于光学测量法扫描的情况下，扫描单元32可包括光学扫描器322、红外线扫描器、黑光元件等，并且任何情况下均构造成摄影地或使用基于光学测量法以从多个角度扫描流体流路22。又根据另一备选实施例，扫描单元32在部件10处于以下服务状态中的至少一个时可执行扫描：在涂层21剥除之前、在涂层21剥除之后的中期修理过程期间、在部件10的重涂之后的后处理期间、以及经由OEM扫描时。
扫描还可使用结合机器视觉和激光位移传感器来实施。在这种情况下，从对部件10作出的照片加工二维图像，并且从激光位移传感器的使用导出三维数据。在一些情况下，激光位移传感器可替换或代替为结构激光隙束。
原始OEM CAD位置数据312和/或实际位置数据320可相对各种参考点限定。例如，原始OEM CAD位置数据312和/或实际位置数据320可相对传统部件10数据、相对在部件10上的外部数据或者相对在部件10上的流体流路22数据限定。
修理单元33构造成自动地清理和重建每个流体流路22。为此目的，修理单元33可定位为处于相对部件10的各种位置处并且处于各种定向。当清理过程从一个流体流路22进行至另一个流体流路22时，修理单元33的初始位置可手动地或自动地可调整。因此，修理单元33可包括：工具部分330，其实施清理过程；驱动部分331，其从一个流体流路22将工具部分330操纵至另一个流体流路22；以及控制部分332，其控制工具部分330和驱动部分331两者的操作。根据实施例，工具部分330可包括激光、水射、喷磨、电动加工工具、电化学加工工具以及加工工具中的至少一种。
控制部分332可包括联接至驱动部分331的伺服元件，而处理单元34可以是控制部分332的部件或独立特征。在任一情况下，处理单元34布置为接近记忆单元31和扫描单元32并且通过向控制部分332的伺服元件发出适当的命令来定位修理单元33。更具体地，处理单元34接近至少记忆单元31的钻孔向量311，并且从扫描单元32接受实际位置数据320。
处理单元34因此能够完全地限定待清理的流体流路22的通路220的三维坐标，并且构造成根据钻孔向量311和实际位置数据320定位修理单元33。即，标称模型310通过流体流路22的位置数据的偏移来转换为实际模型以反映它们的实际位置，从标称模型310至实际模型不带有流体流路22的定向(即，钻孔向量)的实际改变。根据又一实施例，处理单元34还可接近记忆单元31的原始OEM CAD位置数据312，并且使用该数据以验证并校验实际位置数据320。
根据本发明的又一方面，并且参照图6，提供用于部件10的修理方法。该方法包括从部件10的模型310导出分别与流体流路22相关的钻孔向量311(操作40)。该方法还包括根据上面所提供的该假设精确性的说明假设导出的钻孔向量311是精确的(操作41)，并且至少部分地从除模型310外的来源(例如扫描单元32)获得用于流体流路22的实际位置数据320(操作42)。此时，该方法包括根据导出的钻孔向量311和获得的实际位置数据320定位工具30，其构造成清理每个流体流路22(操作43)。
参照图7，提供如上面所述的系统或工具30的实施例。如图7所示，工具30可提供作为自动通道定位和修改工具(以下，称为“自动工具”)300。可使用(但是不是被需要的)自动工具300用于为填缝操作准备部件10并且执行填缝操作。在填缝操作中，将钎焊材料(即，金属粉末)钎焊至部件10以填充蔓延穿过部件10的裂缝。在一些情况下，这些裂缝在流体流路22处蔓延，使得填缝操作需要相对流体流路22执行。但是在其它情况下，流体流路22不遭受裂缝并且需要填充材料(例如遮蔽材料等)以阻止钎焊材料进入并可能地阻碍流体流路22。
自动工具300包括基座301；自动操纵器(例如机械臂)302，其被支撑在基座301上；单轴线或多轴线定位器单元303，其布置为紧接基座301并且部件10可布置在其上；第一和第二头部304与305，其可永久地联接至自动操纵器302的远端或者在自动操纵器302的远端处可替换；以及控制器306。第一头部304可提供作为如上面所述的扫描单元32，而自动操纵器302和控制器306可包括工具30的其它元件(即记忆单元31和处理单元34)。因此，可采用控制器306以导出部件10的钻孔向量311，并且可采用第一头部304以获得部件10的所有流体流路22、流体流路22的预定部分或不需要填缝操作的流体流路22的部分的实际位置数据320。
根据实施例，在导出钻孔向量311和获得实际位置数据320的情况下，第一头部304可由第二头部305代替或替换，且自动操纵器302可由控制器306控制以相对部件10定位第二头部305(反之亦然)。更具体地，自动操纵器302可由控制器306控制以定位第二头部305来执行材料向部件10的那些流体流路22内的分配，该流体流路22不需要填缝操作，使得钎焊材料不被允许进入这些流体流路22。
根据本发明的另一备选实施例，并且参照图8和图9，第二头部305可构造成带有存储在其中的预混合遮蔽材料3051的供应(见图8)，或者带有粘合剂材料3052和填充材料3053的相应供应(见图9)。在后一种情况下，应当理解的是，遮蔽材料3051具有保质期，并且在第二头部305中混合粘合剂材料3052和填充材料3053的能力可增加第二头部305的多功能性。
如图8所示，第二头部305包括挤压尖端307和活塞308。当活塞308朝向挤压尖端307移动时，遮蔽材料3051被迫向外穿过挤压尖端307。如图9所示，活塞308朝向挤压尖端307的移动引起粘合剂材料3052和填充材料3053在挡板309的下游混合以形成遮蔽材料3051，其继而被迫向外穿过挤压尖端307。
虽然本发明已经仅结合有限数量的实施例而详细描述，但是应该容易地明白，本发明不限于此种公开实施例。相反，本发明可被修改以并入至今未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、改造、代替或等同配置。此外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应该理解本发明的方面可以仅包括已描述实施例中的某些。因此，本发明不被看作由前述描述所限制，而是仅被所附权利要求的范围限制。