特開 2024-169327 物品に穴をあける方法および装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024169327

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】物品に穴をあける方法および装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/382 20140101AFI20241128BHJP

   B23K 26/082 20140101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

B23K26/382

B23K26/08 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024073234

(22)【出願日】2024-04-26

(31)【優先権主張番号】18/201,505

(32)【優先日】2023-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】515322297

【氏名又は名称】ゼネラル エレクトリック テクノロジー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング

【氏名又は名称原語表記】Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｏｗｎ Ｂｏｖｅｒｉ Ｓｔｒａｓｓｅ ８， ５４００ Ｂａｄｅｎ， Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】110002848

【氏名又は名称】弁理士法人ＮＩＰ＆ＳＢＰＪ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】レグラー、ホルガー ベンジャミン

(72)【発明者】

【氏名】シンプソン、スタンリー フランク

(72)【発明者】

【氏名】ホーベル、マティアス

(72)【発明者】

【氏名】ロマス、ジョナサン

【テーマコード（参考）】

4E168

【Ｆターム（参考）】

4E168AD11

4E168AD18

4E168CA06

4E168CB04

4E168CB07

4E168DA32

4E168DA46

4E168EA15

4E168JA03

4E168JA15

4E168KA07

(57)【要約】

【課題】物品に穴をあける方法および装置を提供する。
【解決手段】レーザ（２２）を用いて物品（１０）の１つ以上の穴（１４）をアブレーションする方法（６００）が提供される。方法（６００）は、アブレーション特性を確立する確立ステップ（６０２）を含む。アブレーション特性は、同期した機械運動特性を含む。アブレーションステップ（６０８）は、同期化された機械運動特性に基づいてレーザ（２２）で１つ以上の穴（１４）をアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザ（２２）から放出されるレーザビーム（８３０）を１つ以上の穴（１４）の位置に同期させる。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

物品（１０）の１つ以上の穴（１４）をレーザ（２２）でアブレーションする方法（６００）であって、
アブレーション特性を確立する（６０２）ステップであって、アブレーション特性は同期化された機械運動特性を含む、前記ステップと、
同期化された機械運動特性に基づいて、レーザ（２２）で１つまたは複数の穴（１４）をアブレーション（６０８）するステップと、
を含み、
同期化された機械運動特性は、レーザ（２２）から放出されたレーザビーム（８３０）を１つ以上の穴（１４）の位置に同期させる、方法。

【請求項2】

アブレーションステップ（６０８）がさらに、アブレーションステップの間、物品（１０）とレーザ（２２）の少なくとも一方を移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

アブレーションステップ（６０８）がさらに、アブレーションステップ中に物品（１０）を移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

アブレーションステップ（６０８）がさらに、アブレーションステップ中にレーザ（２２）を移動させるステップを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

アブレーション特性は、レーザパルス幅（３０）またはパルス時間、レーザ周波数、レーザパルスピークパワー、波長、平均レーザパワー、レーザビーム品質、繰り返し率、パルスエネルギー、レーザスポット径、焦点距離の少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

レーザパルス幅（３０）が、ピコ秒の範囲内、又は１ピコ秒～１，０００ピコ秒の範囲内、又は１ピコ秒～１５ピコ秒の範囲内である、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

レーザの動作パラメータは、繰り返し周波数は１０ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲である、平均レーザ出力は２５Ｗから２５０Ｗの範囲であるの内の少なくとも１つである、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

同期された機械運動特性は、直線加速度および回転加速度、直線速度および回転速度、ならびに視野（１５）のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

第１の作業ゾーンから第２の作業ゾーンに移行する際に、レーザ（２２）及び物品（１０）の少なくとも一方を移動させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

物品（１０）の１つ以上の穴（１４）をレーザ（２２）でアブレーションするためのシステム（８００）であって、
機械運動同期データのセットを記憶するメモリ（７０６）と、
少なくとも１つのプロセッサ（７０４）であって、
アブレーション特性を確立する（６０２）ステップであって、アブレーション特性は同期化された機械運動特性を含む、前記ステップと、
同期化された機械運動特性に基づいて、レーザ（２２）で１つまたは複数の穴（１４）をアブレーション（６０８）するステップと、
を実行させる命令を実行する少なくとも１つのプロセッサと、を含み、
同期化された機械運動特性は、レーザ（２２）から放出されたレーザビーム（８３０）を１つ以上の穴（１４）の位置に同期させる、システム。

【請求項11】

アブレーションステップ（６０８）は、さらに、アブレーションステップの間、物品（１０）とレーザ（２２）の少なくとも一方を移動させるステップを含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

アブレーションステップ（６０８）は、さらに、アブレーションステップ中に物品を移動させるステップまたは、アブレーションステップ中にレーザ（２２）を移動させるステップを含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

アブレーション特性は、レーザパルスピークパワー、レーザパルス幅、レーザ周波数、平均レーザパワー、中心波長、平均出力パワー、パルスエネルギー、出力ピークパワー、レーザスポット径、焦点距離の少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のシステム。

【請求項14】

レーザ動作パラメータは、
レーザパルス幅が、ピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１，０００ピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１５ピコ秒の範囲内である、
繰り返し周波数が、１０ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲である、
平均レーザ出力が、２５Ｗから２５０Ｗの範囲である、
の少なくとも１つである、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

同期された機械運動特性は、直線加速度および回転加速度、直線速度および回転速度、ならびに視野のうちの少なくとも１つを含む、請求項１０に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示の実施形態は、一般にガスタービンに関し、より具体的には、ガスタービン組立体の物品（an article of a gas turbine assembly）の穴を切除または除去（ablates or clears）する方法および装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスタービンのような回転機械には、製造や保守の一環として表面処理やコーティングが必要な部品が数多くある。このような部品の再表面処理やコーティングを行うと、部品内の穴や開口部がコーティングによって覆われたり、他の方法で塞がれたりする状況がしばしば発生する。穴は、多くの場合、物品や回転機械の他の部分に冷却を提供する。その結果、穴は、残されたコーティングや余分なコーティングという形で、すべての付着物（all debris：全てのデブリ／破片）を取り除かなければならない。

【0003】

一般に、コンピュータ制御の切断装置（例えば、レーザ）は、多数の穴から破片を除去する（clear debris from the numerous holes）ように構成されている。しかし、多数の穴を部品の様々な複雑な輪郭の表面上で除去しなければならない場合、このプロセスは困難で時間がかかり、各穴に対してレーザの移動と方向の変更（movement and reorientation）を必要とする。

【0004】

ガスタービン部品には、コーティング作業後に除去しなければならない冷却孔が多数存在することが多いため、工程時間を最小化し、部品のスループットを最大化するためには、穴の除去作業をできるだけ効率的な方法で行うことが重要になる。次の工程に備えて切断装置または部品自体を物理的に移動させることは、通常、工程のこの部分では切断装置が動作しないため、工程全体の非効率性を高めることが多い。

【0005】

その結果、多大な時間と労力を必要とせず、部品やその上のコーティングに悪影響を与えない、部品の多数の穴から破片や障害物を除去（cleaning debris and obstructions）する装置と方法が必要とされている。

【発明の概要】

【0006】

以下では、本明細書に記載される様々な実施形態のいくつかの態様の基本的な理解を提供するために、開示される主題の簡略化された要約を示す。この要約は、様々な実施形態の広範な概要ではない。また、特許請求の範囲に記載される特許請求される主題の主要な特徴または本質的な特徴を排他的に特定することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として意図するものでもない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前段階として、合理的な形式で本開示のいくつかの概念を提示することである。

【0007】

一実施形態によれば、レーザで物品の１つ以上の穴をアブレーションする方法が提供される。本方法は、アブレーション特性を確立する確立ステップ（an establishing step that establishes an ablation characteristic）を含む。アブレーション特性は、同期した機械運動特性（a synchronized machine motion characteristic）を含む。アブレーションステップは、同期化された機械運動特性に基づいてレーザで１つ以上の穴をアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。

【0008】

別の実施形態によれば、レーザで物品の１つ以上の穴をアブレーションするシステムが提供される。このシステムは、機械運動同期データのセットを記憶するメモリと、少なくとも１つのプロセッサに複数のステップを実行させる命令を実行する少なくとも１つのプロセッサとを備える。確立ステップは、アブレーション特性を確立する。アブレーション特性は、同期された機械運動特性を含む。アブレーションステップは、同期化された機械運動特性に基づいて、１つ以上の穴をレーザでアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。

【0009】

代替の実施形態に従って、非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体は、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに複数のステップを実行させる命令を記憶する。確立ステップは、アブレーション特性を確立し、アブレーション特性は、同期された機械運動特性を含む。アブレーションステップは、同期化された機械運動特性に基づいてレーザで１つ以上の穴をアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

本発明は、添付図面を参照しながら、以下の非限定的な実施形態の説明を読むことにより、より良く理解されるであろう。

【図1】実施形態による、本明細書に開示されるレーザブレーションシステムに適合する例示的な物品を示す。

【図2】実施形態によるレーザブレーションシステムの一実施形態を示す概略図である。

【図3】実施形態による、本明細書に開示されたレーザブレーションシステム及びレーザブレーション方法に適合する物品、並びにレーザブレーション方法のアブレーションパターンを示す。

【図4】実施形態による、複数の冷却孔を有し、再コーティング工程後のトップコートおよびボンドコートを有する物品を示す。

【図5A】実施形態による、図２のレーザブレーションシステムのレーザ動作パラメータの一実施形態のパルス幅を示す。

【図5B】実施形態による、図２のレーザブレーションシステムのレーザ動作パラメータの第２の実施形態のパルス幅を示す。

【図6】一実施形態による、図２に示す例示的な装置のような、物品の１つ以上の穴を除去するためのレーザブレーションの方法のフロー図である。

【図7】一実施形態による、例示的なコンピューティングシステムを示す。

【図8】実施形態によるレーザブレーションシステムの一例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本方法およびシステムの例示的な実施形態について、添付の図面を参照してより詳細に説明するが、この図面には、すべての実施形態が示されているわけではないが、いくつかの実施形態が示されている。実際、本方法およびシステムは、多くの異なる形態で具現化され得、本明細書に記載される実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、本開示が適用される法的要件を満たすように提供される。同様の番号は、全体を通して同様の要素を指す場合がある。

【0012】

本明細書で使用される「アブレート：ablate」または「アブレーション： ablation」という用語は、材料の除去（removal of material）を意味する。これは、工具または切断装置（tool or cutting device）を用いて材料を除去することによって達成される。本明細書で開示する方法とシステムは、レーザパルスを放出する切断装置を用いて一連の穴から材料を除去することを論じている。本明細書で開示する方法およびシステムは、エッジ、表面、および／または穴（edges, surfaces, and/or holes）からの材料の切除を含む他の方法に適用することができる。

【0013】

ここで図に目を向けると、図１はタービンブレードの形をした物品１０を示している。しかしながら、物品１０は、ノズル、ベーン、ディフューザ、シュラウド、または他の任意の適切なガスタービン部品（a nozzle, vane, diffuser, shroud or any other suitable gas turbine part）である可能性もある。物品１０の輪郭のある外面（contoured exterior surface）１２は、冷却孔の形をした多数の穴（holes：孔）１４を有している。穴１４は、外面１２上の位置に基づいて、大きさ及び／又は向きが異なる場合がある。物品１０の製造及び改修の両方において、物品は通常表面コーティングで被覆され、物品１０及びその中の冷却流路の適切な機能を確保するために、詰まった又は部分的に詰まった穴（clogged or partially clogged holes）１４は、この表面コーティングから取り除かれなければならない。穴１４及び関連する冷却流路の適切な機能を可能にするために除去されなければならない様々な表面コーティング及び／又は基材が、外面１２に加えられる可能性がある。本開示は、一般に、物品１０の一連の穴１４をアブレーションするための方法及びシステムに関する。

【0014】

図２を参照すると、レーザブレーションシステムが一般に参照数字２０で指定されている。レーザブレーションシステム２０は、レーザ２２及び制御システム２４の形態のアブレーション装置（ablating device）を含む。レーザ２２は、レーザの物理的な並進を伴わずに、物品１０の穴のバッチ内（in a batch of holes）の各穴１４にレーザビームパルスを出力するように構成され得る。用語「レーザ：laser」は、レーザハードウエアシステムとして定義され、レーザビーム発生器、関連するレンズ及びビームをステアリングするための手段を含む。「レーザビーム：laser beam」とは、レーザまたはレーザブレーションシステム２０によって放出されるビームのことである。言い換えれば、穴のバッチは、レーザ２２の視野内のすべての穴である。レーザの視野（field of view）１５は、図２において破線の長方形で示されている。レーザ２２のステアリング機構（例えば、ガルバノスキャナ：Galvano scanner）は、レーザ又は物品の物理的な並進を必要とせずに、レーザビームが視野１５内の各穴に到達することを可能にする。レーザブレーションシステム２０は、レーザ２２の物理的な移動なしに、物品１０に対して様々な角度でレーザビームのパルスを放出することができる単一のレーザ２２を含むことができる。制御システム２４は、レーザ動作パラメータを含むレーザブレーション特性、及び／又は穴のバッチ毎のアブレーションパターンを確立し、レーザ特性に基づいて穴のバッチ内の穴をアブレーションする。以下の方法６００を参照して説明するようないくつかの実施形態では、制御システム２４は、レーザ特性、作業ゾーン特性、冷却孔特性、及び／又は同期化された機械運動特性（a laser characteristic, a working zone characteristic, a cooling hole characteristic, and/or a synchronized machine motion characteristic）を確立し、確立されたレーザブレーション特性に基づいて穴をアブレーションする。言い換えれば、制御システム２４は、確立されたレーザブレーション特性を使用して、アブレーションする（すなわち、破片／障害物を除去する：clear of debris/obstructions）穴１４（または穴のバッチ：batch of holes）、および穴１４をどのようにアブレーションするか（例えば、レーザパルスをどのような角度に向けるか、レーザパルスの振幅／周波数、レーザ出力、アブレーションされた穴の特定のパターンなど）を決定する。制御システム２４は、物品１０自体の材料特性の両方を考慮し、同じ又は類似の物品に対するレーザブレーションシステム２０の以前の適用（previous applications）から学んだ知識を含むがこれに限定されない外部の知識を取り入れることができる。最終的に、制御システム２４は、物品１０への損傷を最小にするために確立されたアブレーション特性を使用する。物品１０への損傷は、コーティングの剥離、孔食、又は基材への他の物理的損傷（spallation of the coating, pitting or other physical damage to the substrate）を含むが、これらに限定されない様々な形態で発生する。

【0015】

図３を参照すると、一実施形態では、制御システム２４は、それぞれ６個の穴からなる４つの特定のバッチ（１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ）を識別する。図３に描かれ、第１のアブレーションパターンに従った実施形態では、穴の第１のバッチ１６ａは左上の６つの穴１４であり、穴の第２のバッチ１６ｂは右下の６つの穴１４であり、穴の第３のバッチ１６ｃは左下の穴１４であり、穴の第４のバッチ１６ｄは右上の穴１４である。いくつかの実施形態では、制御システム２４は、アブレーション特性を変更し、変更されたアブレーション特性に基づいて穴の各バッチ内の個々の冷却孔１４をアブレーションするように構成される。いくつかの実施形態では、制御システム２４は、同じアブレーション特性に従って穴１４の連続するバッチをアブレーションするように構成され、アブレーション特性を変更して穴１４の全てのバッチを再びアブレーションしてもよい。

【0016】

図４は、冷却孔１４を有する物品１２の一部を示している。物品１２は、冷却孔１４を有する基材（substrate）１３によって構成されている。冷却孔１４は、ディフューザ部（diffuser sections）１９を含むこともある。物品がコーティング又は再コーティングされた後、ボンドコート（bond coat）１７及びトップコート（top coat）１８が穴１４及びディフューザ部１９を妨害することがある。一例として、ボンドコート１７はＭＣｒＡｌＹ合金であり、トップコートはイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ：yttria stabilized zirconia）セラミックである。ボンドコート１７とトップコート１８は、一緒になって遮熱コーティング（ＴＢＣ：thermal barrier coating）を形成する。物品の適切な機能を可能にするために、穴１４とディフューザ部１９は、残滓や余分なコーティングの形態の全ての破片や障害物（all debris and obstructions in the form of any leftover or excess coatings）を取り除かなければならない。

【0017】

図３に戻ると、第１のアブレーションパターンを用いてトップコート１８をアブレーションし、第２のアブレーションパターンを用いてトップコート１８の下にあるボンドコート１７をアブレーションすることができる。第２のアブレーションパターンは第１のアブレーションパターンと異なっていてもよい。例えば、第２のアブレーションパターンは、各列の左から右へ順次（in series from left to right in each row）穴１４ａをアブレーションし、すべての穴１４ａがアブレーションされた後、レーザは各列の穴１４ｂをアブレーションする。この穴の「飛ばし：skipping、スキップ」によって、次のアブレーションパスの前に、局所的な基材と穴の領域が冷却される。このようにして、基材への不要な熱損傷が最小限に抑えられる。さらなる例として、基材１３に悪影響を及ぼすことなく隣接する穴をアブレーションできるように、第１のアブレーションパターンで使用するレーザ出力を低くすることができる。第２のアブレーションパターンでは、より高いレーザ出力を使用し、各アブレーションホールを前にアブレーションされた穴から間隔を空け、基材の損傷を避けるために冷却するのに十分な時間を確保する。

【0018】

レーザブレーション特性は、アブレーションされる特定の領域に基づいて変化することもある。例えば、第１のレーザブレーション特性は、穴１４（図４を参照）の領域をアブレーションするために使用されてもよく、第２のレーザブレーション特性は、ディフューザ部１９上の領域をアブレーションするために使用されてもよい。一例として、第１のレーザパルス幅が穴１４上の領域をアブレーションするために使用され、第２のレーザパルス幅（第１のパルス幅とは異なる）がディフューザ部１９をアブレーションするために使用されてもよい。特定のレーザ特性は、基材１３および近傍のコーティング１７および１８への熱損傷を低減するように選択される。

【0019】

図５Ａと図５Ｂを参照すると、レーザ特性は、レーザパルス幅３０（またはパルス持続時間）、レーザ周波数、レーザパルスピーク出力、波長、平均レーザ出力、レーザビーム品質、繰り返し率、パルスエネルギー、出力ピーク出力、レーザスポット径、エネルギー密度、焦点距離（a laser pulse width 30 (or pulse duration), a laser frequency, laser pulse peak power, wavelength, average laser power, laser beam quality, repetition rate, pulse energy, output peak power, laser spot size, energy density, and focal distance）などのレーザ動作パラメータを含む。一部の実施形態では、レーザ動作パラメータの例として、平均レーザ出力が約２５Ｗ～約２５０Ｗ、レーザビーム品質（Ｍ^２）が３未満、または１～３、または１～２、繰り返し周波数が約１０ｋＨｚ～約１０ＭＨｚ、レーザスポット径が約０．０５ｍｍ～約０．５ｍｍ、パルス幅／長さが約１５ピコ秒未満のうちの１つ以上を挙げることができる。レーザスポットサイズは、焦点面におけるレーザビームの最小直径として定義される。制御システム２４は、残りの材料と基材１３を保護しながら、物品１０から余分な材料を最大限に除去するようにレーザブレーション特性を制御することができる。レーザ２２は、ＯＮ構成（ON configuration）３２で高いピークパワーの短いレーザパルス幅３０を供給するように構成され、第１の作業ゾーンと第２の作業ゾーンをアブレーションするステップは、レーザがＯＦＦ構成（OFF configuration）３４にある時間を最小限にする。短い」という用語は、レーザパルスがフェムト秒またはピコ秒の範囲にあるものとして定義される。レーザ２２がオフ構成３４にある時間を最小化することは、物品１０の処理能力を著しく改善し、より速く、より効率的な破片／障害物の除去を提供する。

【0020】

幾つかの実施形態では、制御システム２４は、物品１０の損傷を最小化するために物品１０の材料の熱的能力を評価するように構成された冷却孔特性を確立する。冷却孔特性は、穴１４の寸法、物品１０の材料の熱応答、所望の冷却孔１４の全体的な三次元形状、セラミック充填物、金属充填物、及び／又は、仕上げられた穴、部分的にアブレーションされた穴、及び完全にコーティングされた穴を含む冷却孔の熱特性を含む（a dimension of a hole 14, a thermal response of a material of the article 10, an overall three-dimensional shape of a desired cooling hole 14, a ceramic fill, a metallic fill, and/or thermal characteristics of a cooling hole including finished, partially ablated, and fully coated holes）。制御システム２４はまた、レーザ２２によって引き起こされる損傷を最小化するために、物品１０の外面１２に加えられるあらゆる表面コーティング及び／又は基材の材料特性を評価することができる。物品１０への損傷を防ぐために制御システム２４が特性を変更する一例は、アブレーションパターンが、穴のバッチ内の第１の穴１４を熱閾値までアブレーションし、その後、第１の穴１４が冷却する間に穴のバッチ内の第２の穴１４をアブレーションすることを指示する場合である。いくつかの実施形態では、一度に複数の異なるバッチから材料を効率的に除去し、物品１０への熱的影響を最小にするために、各バッチから特定の穴１４が対象とされる。換言すれば、特に図３を参照すると、一実施形態では、制御システム２４は、複数の（そして異なる）アブレーションパターンを用いて穴をアブレーションする。例えば、第１のアブレーションパターンは、バッチ１６ａの連続する隣接する穴をアブレーションし、次に列を飛ば（skip：スキップ）して第２のバッチ１６ｂへ、といった具合である。第２のアブレーションパターンは、第１のアブレーションパターンが完了した後に使用されてもよく、第２のアブレーションパターンは、基材１３への負の熱影響を最小限に抑えるために、１つおきの穴をアブレーションしてもよく、穴のアブレーションの間に２つ、３つ、または４つの穴を飛ば（skip：スキップ）してもよい。

【0021】

物品１０の一連の穴１４の修復のためのレーザブレーションの方法６００の例示的な実施形態が、図６のフロー図に示されている。図１～図５を参照すると、方法６００は、レーザ特性、作業ゾーン特性、冷却孔特性、及び／又は同期化された機械運動特性（a laser characteristic, a working zone characteristic, a cooling hole characteristic, and/or a synchronized machine motion characteristic）を確立する６０２ステップと、確立された特性に基づいてレーザのためのレーザ経路計画（例えば、アブレーションパターン）を作成する６０４ステップと、確立された特性に基づいてレーザのためのレーザ経路計画（例えば、アブレーションパターン）を作成すること６０５、物品１０の第１の作業ゾーン（working zone：加工区域）及び第２の作業ゾーンのために、確立された特性に基づいてレーザのためのレーザ経路計画（例えば、アブレーションパターン：ablation pattern）を作成するステップと、レーザ２２から放出されたレーザビームの位置及び／又は物品１０の互いに対する位置を制御するための同期ルーチン（synchronization routine）を実行する６０６ステップと、第１の作業ゾーンをアブレーションする６０８ステップ及び／又は第２の作業ゾーンをアブレーションするステップ６１０と、を含む。第１の作業ゾーン及び第２の作業ゾーンをアブレーションするステップ６０８、６１０は、連続的な動作であってもよい。言い換えれば、レーザ２２は連続周波数でパルス発振（pulsing at a continuous frequency）しているが、少なくとも２つの作業ゾーンに連続的に（in a consecutive manner）作用している。第１の作業ゾーン及び第２の作業ゾーンは、各々、単一の穴１４内にあってもよく、２つの別個の穴１４であってもよく、穴１４及びそれに関連するディフューザ１９であってもよく、又は、各々、穴１４のバッチ全体を構成してもよく、又は、上述のように、異なる行又は列の穴のバッチであってもよい。アブレーションを連続的に行うことで、アセンブリの部品が最も摩耗する時間であるアセンブリ内での開始と停止の動作をなくすことができる。

【0022】

方法６００は、物品１０及び／又はレーザ２２を初期位置から後続位置へ（from an initial position to a following position）、又はその逆に移動させるステップ６１２を任意に含み、アブレーション６０８、６１０及び物品１０を移動させるステップ６１２を繰り返す。いくつかの実施形態において、本方法は、少なくとも１つの作業ゾーンをアブレーションするステップ６０８、６１０の間に、レーザ２２及び／又は物品１０を移動させることを含む。確立されたアブレーション特性は、上述のように、制御システム２４によって変更６１４され得、方法６００は、レーザ２２の移動を必要とすることなく、変更されたアブレーション特性に従ってレーザ経路計画６０４を作成する。例えば、ステップ６０４において、第１のアブレーションパターンが使用されてもよく、方法はステップ６０６～６１０、６１４を経て進み、ステップ６１４において第２のアブレーションパターン（第１のアブレーションパターンとは異なる）が選択され、第２のアブレーションパターンがステップ６０４～６１０において、又はステップ６１０においてのみ使用される。レーザブレーション特性は、ステップ６０８と６１０の間で変更することもでき、第１の作業ゾーンをアブレーションする際には第１のレーザブレーション特性を使用し、第２の作業ゾーンをアブレーションする際には異なる第２のレーザブレーション特性を使用する。

【0023】

レーザ経路計画は、レーザ特性（laser characteristic）、作業ゾーン特性（working zone characteristic）、冷却孔特性（cooling hole characteristic）、及び第１の作業ゾーンと少なくとも１つの第２の作業ゾーンに対する物品１０の同期機械運動特性（synchronized machine motion characteristic）の関数である。レーザ経路計画は、多数の後続作業ゾーン及び多数の後続位置をカバーする（accommodates a number of following working zones and a number of following positions）。レーザ経路計画は、レーザ２２の動作のための適切な又は効率的な時間スケールを決定するために、レーザ２２の能力を評価することができる。

【0024】

方法６００は、レーザ２２及び／又は物品１０の直線加速度及び回転加速度（linear and rotational acceleration）、レーザ２２及び／又は物品１０の直線速度及び回転速度（linear and rotational speed）、再現性及び精度（repeatability and accuracy）、並びに作業ゾーン及び有効作業ゾーン（effective working zone）に関連する任意の追加特性（例えば、レーザ入力、視野、最小及び／又は最大作業距離、最小及び／又は最大有効作業距離、スポットサイズの変化、エネルギー効率（laser inputs, field of view, a minimum and/or a maximum working distance, a minimum and/or a maximum effective working distance, spot size variation, energy efficiency）等）を含むがこれらに限定されない特性を考慮することによって、レーザ及び／又は物品１０の互いに対する運動を同期させる。同期された機械運動特性は、レーザ２２及び／又は物品１０のグローバル及びローカル位置同期（global and local position synchronization）、加速及び／又は減速通知（acceleration and/or deceleration notification）の形の運動及びレーザデータ（motion and laser data）を含むが、これに限定されず、物品及び／又はレーザの運動に対する制御システムの待ち時間を含む。方法６００は、穴１４及び／又はディフューザ部１９から破片又は障害物を効率的に除去するために、レーザ２２と物品１０との間の動的な関係を可能にする。同期化された機械運動特性は、装置の登録穴又は他のゼロ設定を必要とせずに（without the need for registration holes or other zeroing of the device）、レーザ２２と物品１０の位置の追跡及び監視を可能にする。しかしながら、方法６００の途中及び／又は完了後に、登録穴を取り入れたり、レーザ２２をゼロ設定したりする（incorporating of registration holes or zeroing the laser 22）ことは、本明細書に開示した発明から逸脱するものではない。

【0025】

いくつかの実施形態では、レーザ経路計画６０４を作成するステップは、基材への熱誘導損傷（thermally induced damage）を低減することによって非最適作業ゾーン（non-optimal working zone）でのアブレーションを可能にするような方法で、低熱伝導率ゾーンにおける冷却孔１４のアブレーションを対象とする。レーザ経路計画を作成するステップ６０４は、冷却孔への移行及び冷却孔からの移行を滑らかにするために、冷却孔の端部が不規則であるアブレーションを対象としてもよい（The step of creating 604 a laser path plan may target ablation where an extremity of the cooling hole is irregular to smooth the transition into and out of the cooling hole.）。いくつかの実施形態では、レーザ経路計画は、領域、ゾーン、及び／又は層がレーザ送達システム２０のピーク有効アブレーションゾーンにある間に、既知のデータ領域及び困難なアブレーションゾーン及び層をターゲットとする。いくつかの実施形態では、レーザ経路計画を作成するステップは、物品１０が動いている間に物品１０を横切って移動する作業ゾーンに最適化されたレーザ経路を確立する。レーザ経路計画はまた、レーザ２２が各穴１４をアブレーションするときに生じる破片雲（debris cloud：デブリの煙）を考慮し、物品１０への損傷を減少させるか又は除去するために、破片雲を最小化するか又は他の方法で制御することができる。

【0026】

レーザ経路計画は、アブレーション効率を生成するためにプラズマが形成される時間よりも短い時間スケールで動作することが可能である。このアブレーション効率は、アブレーション閾値より上及び／又は下に評価及び維持され得る（can be evaluated and maintained above and/or below an ablation threshold）。いくつかの実施形態では、レーザ経路計画は、フェムト秒またはピコ秒時間領域の時間スケールで動作する。ここで、フェムト秒時間領域は、１フェムト秒から１０００フェムト秒の間として定義される。ピコ秒時間領域は、１ピコ秒から１，０００ピコ秒の間と定義される。ナノ秒時間領域は、１ナノ秒から１，０００ナノ秒の間と定義される。マイクロ秒時間領域は、１マイクロ秒から１，０００マイクロ秒の間で定義される。

【0027】

図７は、制御システム２４の例示的な実施形態に従った例示的なコンピューティングシステム７００を提供する。本明細書で説明されるコンピューティングシステム７００は、様々な構成要素を含むことができ、レーザ２２の制御システム２４と関連して、以下に説明されるコンピューティングシステム７００の１つ以上のコンピューティング装置７０２を用いて様々な機能を実行することができる。

【0028】

図７に示すように、コンピューティングシステム７００は、１つまたは複数のコンピューティング装置７０２を含み得る。１つまたは複数のコンピューティング装置７０２は、１つまたは複数のプロセッサ７０４および１つまたは複数のメモリデバイス７０６を含むことができる。１つまたは複数のプロセッサ７０４は、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、集積回路、論理デバイス、および／または他の適切な処理デバイスなどの任意の適切な処理デバイスを含み得る。１つまたは複数のメモリデバイス７０６は、非一過性のコンピュータ可読媒体、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードドライブ、フラッシュドライブ、および／または他のメモリデバイスを含むが、これらに限定されない、１つまたは複数のコンピュータ可読媒体を含むことができる。

【0029】

１つまたは複数のメモリデバイス７０６は、１つまたは複数のプロセッサ７０４によって実行可能なコンピュータ可読命令７０８を含む、１つまたは複数のプロセッサ７０４によってアクセス可能な情報を記憶することができる。命令７０８は、１つまたは複数のプロセッサ７０４によって実行されると、１つまたは複数のプロセッサ７０４に、本明細書で説明される動作のいずれかなどの動作を実行させる命令の任意のセットであり得る。例えば、本明細書で提供される方法は、コンピューティングシステム７００によって全体的または部分的に実施され得る。命令７０８は、任意の適切なプログラミング言語で記述されたソフトウェアとすることができ、またはハードウェアに実装することができる。さらに、および／または代替的に、命令７０８は、１つまたは複数のプロセッサ７０４上の論理的および／または仮想的に分離されたスレッドで実行され得る。１つまたは複数のメモリデバイス７０６は、１つまたは複数のプロセッサ７０４によってアクセスされ得るデータ７１０をさらに記憶し得る。例えば、データ７１０は、モデル、データベース、機械運動同期データなどを含むことができる。

【0030】

１つまたは複数のコンピューティング装置７０２はまた、例えば、レーザシステム２０の他の構成要素と（例えば、ネットワークを介して）通信するために使用されるネットワーク（または通信）インターフェース７１２を含むことができる。ネットワークインターフェース７１２は、例えば、トランスミッタ、レシーバ、ポート、アンテナ、および／または他の適切な構成要素を含む、１つまたは複数のネットワークとインターフェースするための任意の適切な構成要素を含むことができる。

【0031】

本明細書で説明する技術は、コンピュータベースのシステムと、コンピュータベースのシステムによって実行されるアクションと、コンピュータベースのシステムとの間で送受信される情報とを参照している。当業者であれば、コンピュータベースシステム固有の柔軟性により、構成要素間および構成要素間のタスクおよび機能の多種多様な可能な構成、組み合わせ、および分割が可能であることを認識するであろう。例えば、本明細書で議論されるプロセスは、単一のコンピューティング装置または組み合わせて動作する複数のコンピューティング装置を使用して実装することができる。データベース、メモリ、命令、およびアプリケーションは、単一のシステムで実装することも、複数のシステムに分散して実装することもできる。分散された構成要素は、順次または並列に動作することができる。

【0032】

図８は、実施形態による、機械の動きを同期させるために使用されるシステム８００を示す。アブレーションされる物品１０は、レーザ２２によって照射される。ガルバノスキャナミラー８２０は、レーザビーム８３０を所望のパターンで、又は物品１０の所望の位置に移動させる。ガルバノスキャナミラー（Galvano scanner mirror）は、スキャナコントローラ８１０によって制御される。レーザ２２は、コンピューティングシステム７００からオン／オフ信号を受信するコリメーターレンズやディフューザのようなビーム整形光学系を含むことができる。カメラ８４０は、ビームスプリッタ８５０を介して視野８４２内の物品１０の画像を検出する。このカメラは、独立した画像取得と画像転送を可能にするインターラインセンサ、ＣＣＤ－またはＣＭＯＳ－チップを用いて画像を取得する。しかし、標準的なビデオカメラや高速度カメラなど、他の種類のカメラを使用することも可能である。画像取得の開始は、コンピューティングシステム７００内の同期制御ルーチンによって制御される。画像取得後、画像はトラッキングシステム８６０に転送され、トラッキングシステム８６０は物品１０上の目標作業ゾーンを決定する。スキャナコントローラ８１０は、次に測定された座標（ｘ／ｙ／ｚ）を供給され、この座標は、アブレーションレーザビーム８３０を物品１０上の意図された位置に向けるためにスキャナミラー８２０が移動するための角度に変換される。同期制御ルーチンから同期信号を受信した後、レーザはアブレーションレーザパルスを物品１０に照射する。画像取得、画像処理、レーザ位置制御、レーザ発射のタイミング関係は、同期化された機械運動特性を得るために、計算システム７００の同期化制御ルーチンによって制御される。トラッキングシステム８６０は、アブレーションプロセス中に物品１０が移動しても、加工中の視野と穴のターゲットグループを追跡する。例えば、物品１０は、アブレーションプロセスが物品１０上の全ての所望の穴または作業ゾーンに対して中断されることなく進行するように、アブレーション中に移動または回転することができる。あるいは、レーザ２２はアブレーションプロセス中に移動してもよいし、レーザと物品の両方がアブレーションプロセス中に移動してもよく、トラッキングシステムは、レーザが常にアブレーションのための正しい穴に照準を合わせていることを保証する。

【0033】

要旨に記載されたものを含む、主題の開示の例示された実施形態の上記の説明は、網羅的であること、または開示された実施形態を開示された正確な形態に限定することを意図するものではない。具体的な実施形態および例が例示目的で本明細書に記載されているが、関連技術の当業者であれば認識できるように、そのような実施形態および例の範囲内とみなされる様々な変更が可能である。例えば、異なる実施形態からの部分、構成要素、ステップ、および態様は、本開示に記載されていないか、または図に描かれていなくても、他の実施形態で使用するために組み合わされるか、または適している可能性がある。したがって、本明細書に関わる発明の精神および範囲から逸脱することなく、上述の発明において特定の変更を加えることができるため、添付図面に示される上述の説明の主題の全ては、単に本明細書における発明概念を例示する例として解釈され、本発明を限定するものとして解釈されないことが意図される。

【0034】

この点に関して、開示された主題は、該当する場合、様々な実施形態および対応する図に関連して説明されてきたが、そこから逸脱することなく、開示された主題の同一、類似、代替、または代替の機能を実行するために、他の類似の実施形態を使用することができ、または説明された実施形態に修正および追加を行うことができることを理解されたい。したがって、開示された主題は、本明細書に記載された任意の単一の実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、以下の添付の特許請求の範囲に従って、広さおよび範囲において解釈されるべきである。例えば、本発明の「一実施形態」への言及は、言及された特徴も組み込んだ追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図するものではない。

【0035】

添付の特許請求の範囲において、用語「含む」及び「その中に」は、それぞれの用語「含む」及び「その中に」の平易な英語での等価物として使用される。さらに、以下の特許請求の範囲において、「第１」、「第２」、「第３」、「上」、「下」、「底」、「頂」などの用語は、単にラベルとして使用されており、その対象に数値的または位置的な要件を課すことを意図していない。用語「実質的に」、「一般的に」、および「約」は、部品またはアセンブリの機能目的を達成するのに適した理想的な所望の条件に対して、合理的に達成可能な製造公差および組立公差内の条件を示す。さらに、以下の特許請求の範囲の限定は、ｍｅａｎｓ－ｐｌｕｓ－ｆｕｎｃｔｉｏｎ形式で記述されておらず、そのような特許請求の範囲の限定が明示的に「ｍｅａｎｓ ｆｏｒ」という語句を使用し、その後にさらなる構造を伴わない機能の記述が続く限り、そのように解釈されることを意図していない。

【0036】

上述したものには、開示された主題を例示するシステムおよび方法の例が含まれる。もちろん、構成要素または方法論のすべての組み合わせをここで説明することは不可能である。当業者であれば、特許請求される主題の多くのさらなる組み合わせおよび順列が可能であることを認識し得る。さらに、詳細な説明、特許請求の範囲、付録および図面において、「含む」、「備える」、「有する」などの用語が使用される範囲において、このような用語は、特許請求の範囲において経過的な単語として採用される場合に解釈される「含む」という用語と同様の方法で包括的であることを意図している。すなわち、反対のことが明示されていない限り、特定の特性を有する要素または複数の要素を「含む」、「備える」、または「有する」実施形態は、その特性を有しない追加のそのような要素を含むことができる。さらに、本明細書および付属図面で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、別段の指定がない限り、または文脈から単数形に向けられることが明らかでない限り、一般に「１つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。

【0037】

本明細書は、実施例を用いて、最良の態様を含む本発明のいくつかの実施形態を開示し、また、当業者であれば、任意の装置またはシステムの製造および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含む、本発明の実施形態を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者に生じる他の例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。

【0038】

本発明のさらなる態様は、以下の条項の主題によって提供される。
［実施形態１］
レーザで物品の１つ以上の穴をアブレーションする方法が提供される。この方法は、アブレーション特性を確立する確立ステップを含む。アブレーション特性は、同期した機械運動特性を含む。アブレーションステップは、同期化された機械運動特性に基づいてレーザで１つ以上の穴をアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。
［実施形態２］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記物品及び前記レーザの少なくとも一方を移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態３］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に物品を移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態４］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記レーザを移動させるステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態５］
前記アブレーション特性が、レーザパルス幅またはパルス持続時間、レーザ周波数、レーザパルスピークパワー、波長、平均レーザパワー、レーザビーム品質、繰り返し率、パルスエネルギー、レーザスポット径、および焦点距離のうちの少なくとも１つも含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態６］
前記レーザパルス幅がピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１，０００ピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１５ピコ秒の範囲内である、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態７］
前記レーザの動作パラメータが、繰り返し周波数が１０ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲であること、平均レーザ出力が２５Ｗから２５０Ｗの範囲であること、の少なくとも１つである、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態８］
前記同期化された機械運動特性は、直線加速度および回転加速度、直線速度および回転速度、ならびに視野のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態９］
第１の作業ゾーンから第２の作業ゾーンに移行する際に、前記レーザ及び前記物品の少なくとも一方を移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載の方法。
［実施形態１０］
物品内の１つ以上の穴をレーザでアブレーションするシステムは、機械運動同期データのセットを記憶するメモリと、少なくとも１つのプロセッサに一連のステップを実行させる命令を実行する少なくとも１つのプロセッサと、を備える。前記一連のステップの確立ステップは、アブレーション特性を確立し、アブレーション特性は、同期化された機械運動特性を含む。前記一連のステップのアブレーションステップは、同期化された機械運動特性に基づいてレーザで１つ以上の穴をアブレーションする。同期化された機械運動特性は、レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。
［実施形態１１］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記物品及び前記レーザの少なくとも一方を移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１２］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記物品を移動させるステップ、又は前記アブレーションステップ中に前記レーザを移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１３］
前記アブレーション特性は、レーザパルスピークパワー、レーザパルス幅、レーザ周波数、平均レーザパワー、中心波長、平均出力パワー、パルスエネルギー、出力ピークパワー、レーザスポット径、焦点距離のうちの少なくとも１つも含む、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１４］
前記レーザの動作パラメータが、前記レーザパルス幅がピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１，０００ピコ秒の範囲内、または１ピコ秒から１５ピコ秒の範囲内、繰り返し周波数が１０ｋＨｚから１０ＭＨｚの範囲内、平均レーザ出力が２５Ｗから２５０Ｗの範囲内の少なくとも１つである、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１５］
前記同期化された機械運動特性は、直線加速度および回転加速度、直線速度および回転速度、ならびに視野のうちの少なくとも１つを含む、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１６］
第１の作業ゾーンから第２の作業ゾーンに移行する際に、前記レーザ及び前記物品の少なくとも一方を移動させることを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載のシステム。
［実施形態１７］
少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに複数のステップを実行させる命令を記憶した非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体。前記複数のステップの確立ステップは、アブレーション特性を確立し、前記アブレーション特性は、同期された機械運動特性を含む。前記複数のステップのアブレーションステップは、前記同期化された機械運動特性に基づいて前記レーザで１つ以上の穴をアブレーションする。前記同期化された機械運動特性は、前記レーザから放出されるレーザビームを１つ以上の穴の位置に同期させる。
［実施形態１８］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記物品及び前記レーザの少なくとも一方を移動させるステップを更に含む、先行する実施形態のいずれかに記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能な媒体。
［実施形態１９］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記物品を移動させるステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能媒体。
［実施形態２０］
前記アブレーションステップが、前記アブレーションステップ中に前記レーザを移動させるステップをさらに含む、先行する実施形態のいずれかに記載の非一過性のコンピュータ読み取り可能媒体。

【符号の説明】

【0039】

１０：物品 １２：外面 １３：基材 １４：穴 １５：視野 １６ａ－ｄ：バッチ穴 １７：ボンドコート １８：トップコート １９：ディフューザーセクション ２０：レーザアブレーションシステム ２２：レーザ ２４：制御システム ３０：レーザパルス幅 ３２：ＯＮ設定 ３４：ＯＦＦ設定 ７００：コンピューティングシステム ７０２：コンピューティング装置 ７０４：プロセッサ ７０６：メモリデバイス ７０８：コンピュータ可読命令 ７１０：データ ７１２：ネットワークインターフェース ８００：システム ８１０：スキャナコントローラ ８２０：ガルバノスキャナーミラー ８３０：レーザビーム ８４０：カメラ ８４２：視野 ８５０：ビームスプリッタ ８６０：トラッキングシステム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【外国語明細書】