特許 7331015 積層造形を使用したターボ機械の修理

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-14

(45)【発行日】2023-08-22

(54)【発明の名称】積層造形を使用したターボ機械の修理

(51)【国際特許分類】

   B22F 10/80 20210101AFI20230815BHJP

   B29C 64/245 20170101ALI20230815BHJP

   B29C 64/393 20170101ALI20230815BHJP

   B33Y 10/00 20150101ALI20230815BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20230815BHJP

   B33Y 50/02 20150101ALI20230815BHJP

   B22F 10/28 20210101ALI20230815BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20230815BHJP

   B22F 5/04 20060101ALN20230815BHJP

【ＦＩ】

B22F10/80

B29C64/245

B29C64/393

B33Y10/00

B33Y30/00

B33Y50/02

B22F10/28

G01B11/24 A

B22F5/04

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020561881

(86)(22)【出願日】2019-05-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2021-09-24

(86)【国際出願番号】 US2019033468

(87)【国際公開番号】W WO2019231785

(87)【国際公開日】2019-12-05

【審査請求日】2022-05-16

(31)【優先権主張番号】15/993,853

(32)【優先日】2018-05-31

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(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】100129779

【弁理士】

【氏名又は名称】黒川 俊久

(72)【発明者】

【氏名】オストルク、ユスフェレン

(72)【発明者】

【氏名】ウッズ、スティーブン チャールズ

(72)【発明者】

【氏名】オンダー、オヌル

(72)【発明者】

【氏名】ユバラクリオグル、ムスタファ

(72)【発明者】

【氏名】トゥラン、ビロル

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１７－５０４５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第０３１５９０８０（ＥＰ，Ａ１）

【文献】特表２０１５－５３５７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１７９４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２２Ｆ １０／００－１２／９０

Ｂ２９Ｃ ６４／００－６４／４０

Ｂ３３Ｙ １０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の参照部材（２１２）を有する取付プレート（２１０）と、
プロファイラデバイス（２３０）を有する検査システム（１３０）と、
前記検査システム（１３０）と動作可能に結合された積層造形機（１４０）であって、構築チャンバを含む積層造形機（１４０）と、
コンピューティングデバイス（１０２）と
を備えるシステム（１００）であって、前記コンピューティングデバイス（１０２）が、
前記取付プレート（２１０）上に配置された前記参照部材（２１２）の位置及び向き並びに部品（２１１）の位置及び上面プロファイルデータを取得するために、前記プロファイラデバイス（２３０）を用いて、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの外部で前記取付プレート（２１０）をスキャンするステップ（５３０）、
前記参照部材（２１２）の前記位置及び向き並びに前記部品（２１１）の前記位置及び上面プロファイルデータを前記積層造形機（１４０）に送信するステップ（５４０）、
前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部に前記取付プレートを移動した後で前記取付プレート（２１０）の向き及び位置を検出するステップ（５６０）、
前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部で得られた前記取付プレート（２１０）の前記向き及び位置と、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの外部で得られた前記部品（２１１）の前記位置及び上面プロファイルデータとを組み合わせて（５７０）、前記積層造形機（１４０）の構築経路プログラムを計算するステップ（５８０）、及び
前記部品（２１１）を修理するために、前記構築経路プログラムを使用して、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部で構築プロセスを実行するステップ（５９０）
を実行するように構成されている、システム（１００）。

【請求項2】

前記参照部材（２１２）が、前記取付プレート（２１０）上に非対称パターンで配置されている、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項3】

前記参照部材（２１２）が、所定の高さを有する複数のポストを含む、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項4】

前記取付プレート（２１０）が、前記部品（２１１）を取り付けて保持するための複数の取付領域（２１３）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項5】

前記プロファイラデバイス（２３０）が、２次元ステージに取り付けられた２次元プロファイラデバイスであり、前記２次元ステージが、前記２次元プロファイラデバイスを、２つの直交する次元で前記取付プレート（２１０）上方を移動させるように構成されている、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項6】

前記２次元プロファイラデバイス（２３０）が、レーザープロファイラ、又は構造化光プロファイラのうちの１つである、請求項５に記載のシステム（１００）。

【請求項7】

前記積層造形機（１４０）が、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部の前記取付プレート（２１０）の前記位置及び前記向きを検出するための複数の線形変位センサ（４４０）を備える、請求項１に記載のシステム（１００）。

【請求項8】

前記取付プレート（２１０）の前記位置が６自由度で得られるように、少なくとも３つの線形変位センサ（４４０）が存在する、請求項７に記載のシステム（１００）。

【請求項9】

複数の部品（２１１）を修理するための方法であって、当該方法が、コンピューティングデバイス（１０２）によって実行される以下のステップ：
取付プレート（２１０）の位置及び向き並びに部品（２１１）の位置及び上面プロファイルデータを取得するために、プロファイラデバイス（２３０）を用いて、積層造形機（１４０）の構築チャンバの外部で前記取付プレート（２１０）及びその上の前記複数の部品（２１１）をスキャンするステップ（５３０）、
前記位置、前記向き、及び前記上面プロファイルデータを前記積層造形機（１４０）に送信するステップ（５４０）、
前記取付プレート（２１０）及び前記部品（２１１）を前記積層造形機（１４０）の構築チャンバの内部に挿入するステップ（５５０）、
前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部に前記取付プレートを移動した後で前記取付プレート（２１０）の向き及び位置を検出するステップ（５６０）、
前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部で得られた前記取付プレート（２１０）の前記向き及び位置と、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの外部で得られた前記部品（２１１）の前記位置及び上面プロファイルデータとを組み合わせて（５７０）、前記積層造形機（１４０）の構築経路プログラムを計算するステップ（５８０）、及び
前記部品（２１１）を修理するために、前記構築経路プログラムを使用して、前記積層造形機（１４０）の前記構築チャンバの内部で構築プロセスを実行するステップ（５９０）
を含む、方法（５００）。

【請求項10】

前記取付プレート（２１０）が、前記取付プレート（２１０）上に非対称パターンで配置された複数の参照部材（２１２）を備え、前記スキャンステップ（５３０）が、前記参照部材（２１２）をスキャンすることによって、前記取付プレート（２１０）の前記位置及び前記向きを決定する、請求項９に記載の方法（５００）。

【請求項11】

前記参照部材（２１２）が、所定の高さを有する、請求項１０に記載の方法（５００）。

【請求項12】

前記取付プレート（２１０）が、前記部品（２１１）を取り付けて保持するための複数の取付領域（２１３）をさらに備える、請求項１０に記載の方法（５００）。

【請求項13】

前記プロファイラデバイス（２３０）が、２次元ステージに取り付けられた２次元プロファイラデバイスであり、前記２次元ステージが、前記２次元プロファイラを、２つの直交する次元で前記取付プレート（２１０）上方を移動させる、請求項１０に記載の方法（５００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に積層造形に関し、より具体的には、プロファイルスキャン又は位置データキャプチャを使用して識別された欠陥に基づく、積層造形を使用して機械部品を修理する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

積層造形（ＡＭ）は、材料の除去ではなく、材料の連続的な層形成により対象物を製造する多種多様なプロセスを含む。このように、積層造形は、いかなる種類の工具、鋳型又は固定具も使用せずに、かつ廃棄材料をほとんど又は全く伴わずに複雑な形状を作成することができる。大部分が切り取られて廃棄される、材料の固体ビレットから対象物を機械加工する代わりに、積層造形に使用される唯一の材料は対象物を成形するために必要な材料である。

【0003】

積層造形技術は、通常、対象物の目的の３次元（３Ｄ）モデル又はレンダリングを含む、形成される対象物の３次元コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）ファイルを取得することを含む。目的の３Ｄモデルは、ＣＡＤシステムで作成することができるか、又は、目的の３Ｄモデルは、積層造形によって対象物のコピーを作成するために使用される、若しくは補助的対象物（例えば、歯の成形からのマウスガード）を作成するために使用される、対象物の原型のイメージング（例えば、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャン）から形成することができる。いずれにせよ、目的の３Ｄモデルは、例えば１５～１００マイクロメートルの厚さの層に電子的にスライスされ、各層の２次元画像を含むファイルが作成される。次いで、対象物を異なるタイプの積層造形システムによって構築することができるように、ファイルを解釈する準備ソフトウェアシステムにこのファイルをロードしてもよい。３Ｄ印刷、ラピッドプロトタイピング（ＲＰ）、及び直接デジタル製造（ＤＤＭ）の積層造形形式では、材料層を選択的に分配して対象物を作成する。

【0004】

選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）及び直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）などの金属粉末積層造形技術では、金属粉末層が連続的に溶融して対象物を形成する。より具体的には、金属粉末床上のアプリケータを使用して微細な金属粉末層を均一に分与した後、これらを連続的に溶融させる。金属粉末床は、垂直軸線に沿って移動させることができる。このプロセスは、不活性ガス、例えばアルゴン又は窒素の精密に制御された雰囲気を有する処理チャンバ内で行われる。いったん各層が作成されると、金属粉末を選択的に溶融することによって、対象物の形状の各２次元スライスを融着させることができる。溶融は、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するために、１００ワットのイッテルビウムレーザーなどの高出力レーザーによって実行することができる。レーザーはスキャンミラーを使用してＸ－Ｙ方向に移動し、金属粉末を完全に溶接（溶融）して固体金属を形成するのに十分な強度を有する。後続の２次元層ごとに金属粉末床を下げ、３次元対象物が完全に形成されるまでプロセスを繰り返す。

【0005】

多くの積層造形技術では、層は目的の３Ｄモデルで提供される指示に従って作成され、溶融形態又は溶融して溶融プールを作成する形態の材料を使用する。各層は最終的に冷却され、固体対象物を形成する。同様のプロセスを使用して部品を修理することができる。部品がスキャンされ、修理計画が計算される。しかしながら、高精度スキャナを積層造形機の内部に組み込むことは（スペースの制約のため）困難であり、積層造形機の外側でスキャンすると、部品が積層造形機の内部に移動するときに、部品の位置及び／又は向きが変化する可能性が高いため、問題が生じる。部品の位置のわずかな変化によって、修理された新しい層が部品の修理されていない部分と整列しないため、修理プロセスが不十分になる可能性がある。さらに、一度に修理できる部品は１つだけであるため、修理プロセスは非常に遅く、時間がかかる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】欧州特許出願公開第３１５９０８０Ａ１号

【発明の概要】

【0007】

第１の態様では、システムは、複数の参照部材を有する取付プレートと、プロファイラデバイスを有する検査システムと、検査システムと動作可能に結合された積層造形機とを含む。コンピューティングデバイスは、プロファイラデバイスを用いて取付プレートをスキャンして、取付プレート上に配置された参照部材の位置及び向き、並びに任意の部品の位置及び上面プロファイルデータを取得するステップを実行するように構成される。送信ステップは、参照部材の位置及び向き、並びに部品の位置及び上面プロファイルデータを、積層造形機に送信する。検出ステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置を検出する。組み合わせステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置と、部品の位置及び上面プロファイルデータとを組み合わせて、積層造形機の構築経路プログラムを計算する。実行ステップは、構築経路プログラムを使用して構築プロセスを実行し、部品を修理する。

【0008】

第２の態様では、コンピュータ実装方法は、取付プレート及びその上の複数の部品をプロファイラデバイスでスキャンして、取付プレートの位置及び向き、並びに部品の位置及び上面プロファイルデータを取得するスキャンステップを含む。送信ステップは、位置、向き、及び上面プロファイルデータを、積層造形機に送信する。挿入ステップは、取付プレート及び部品を１回の動作で積層造形機に挿入する。検出ステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置を検出する。組み合わせステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置と、部品の位置及び上面プロファイルデータとを組み合わせて、積層造形機の構築経路プログラムを計算する。続いて、構築経路プログラムを使用して構築プロセスが実行され、部品が修理される。

【0009】

第３の態様では、非一時的なコンピュータ可読媒体は、コンピュータプロセッサに以下のステップを実行させるためにそこに格納されたコンピュータ命令を含む。取付プレート及びその上の複数の部品をプロファイラデバイスでスキャンして、取付プレートの位置及び向き、並びに部品の位置及び上面プロファイルデータを取得する、スキャンステップ。取付プレートの位置及び向き、並びに部品の位置及び上面プロファイルデータを、積層造形機に送信する、送信ステップ。検出ステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置を検出する。組み合わせステップは、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置と、部品の位置及び上面プロファイルデータとを組み合わせて、積層造形機の構築経路プログラムを計算する。実行ステップは、構築経路プログラムを使用して構築プロセスを実行し、部品を修理する。

【0010】

本開示の例示的な態様は、本明細書で説明される問題及び／又は検討されていない他の問題を解決するように設計されている。

【0011】

本開示のこれら及び他の特徴は、本開示の様々な実施形態を示す添付の図面と併せて、本開示の様々な態様の以下の詳細な説明からより容易に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態によるターボ機械翼形部侵食決定のためのシステムの概略図を示す。

【図2】本発明の実施形態による、図１のシステムのレーザープロファイラの斜視図を示す。

【図3】複数の部品が取り付けられた取付プレートの斜視図を示す。

【図4】積層造形機に配置された取付プレート及び部品の斜視図を示す。

【図5】積層造形を使用したターボ機械部品修理のためのコンピュータ実装方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本開示の図面は、原寸に比例して示されていないことに留意されたい。図面は、本開示の典型的な態様だけを図示することを意図しており、したがって、本開示の範囲を限定するものと考えるべきではない。図面では、類似する符号は、図面間で類似する要素を表す。

【0014】

上に示したように、本開示は、機械部品又はターボ機械部品（例えば、ブレード、バケット、ノズル、ベーンなど）の修理を提供する。本発明の教示は、圧縮機、ガスタービン、蒸気タービン、ジェットエンジンなどを含むがこれらに限定されない任意の様々な機械又はターボ機械に適用することができる。一般的に、本開示の実施形態によるシステム、方法、又はプログラム製品は、例えば、レーザープロファイラを使用することによって、部品上の指定された半径方向（又は垂直）位置で部品の２次元又は３次元プロファイルを達成する。取付プレートの向きと併せて、取付プレート上の部品（又は複数の部品）の位置も、積層造形機の構築チャンバの外側で検出される。部品を載せた取付プレートは、積層造形機の構築チャンバに配置される。部品プロファイル及び取付プレートの向きのデータがプロセッサに送信され、部品プロファイルデータが所望の部品プロファイルデータと比較され、構築経路プログラムが計算される。積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置が検出され、構築経路プログラムと組み合わされて、最終的な構築経路プログラムが取得される。その後、構築プロセスが開始され、１つの構築サイクルで複数の部品を一緒に修理又は構築することができる。

【0015】

当業者によって理解されるように、本発明は、システム、方法、又はコンピュータプログラム製品として具現化されてもよい。したがって、本発明は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態（ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどを含む）、又は、本明細書において「回路」、「モジュール」、若しくは「システム」とすべて一般的に呼ぶことができるソフトウェア及びハードウェア態様を組み合わせた実施形態の形式をとることができる。さらに、本発明は、媒体内に具現化したコンピュータ使用可能プログラムコードを有する表現の任意の有形な媒体で具現化されるコンピュータプログラム製品の形態をとることができる。

【0016】

１つ以上のコンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体の任意の組み合わせが利用されてもよい。コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、例えば、これらに限定されないが、電子、磁気、光学、電磁気、赤外線、又は半導体システム、装置、デバイス、又は伝搬媒体とすることができる。コンピュータ可読媒体のより具体的な例（非包括的リスト）には、１つ以上の配線を有する電気接続、ポータブルコンピュータディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、光ファイバ、ポータブルコンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、光学ストレージデバイス、インターネット若しくはイントラネットなどをサポートする媒体などの伝送媒体、又は磁気ストレージデバイスが含まれる。コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、プログラムを印刷した紙又は別の適切な媒体でもよく、プログラムは、例えば、その紙又は他の媒体の光学スキャンを介して電子的に取り込むことができ、その後、必要に応じて、適切な様式で編集、解釈、又は処理することができ、その後、コンピュータメモリに格納することができることに留意されたい。本明細書の文脈では、コンピュータ使用可能媒体又はコンピュータ可読媒体は、命令実行システム、装置、若しくはデバイスによって、又はそれと併せて使用されるプログラムを包含、格納、通信、伝搬、又は輸送することができる任意の媒体であってもよい。コンピュータ使用可能媒体は、ベースバンドに又は搬送波の一部として具現化されたコンピュータ使用可能プログラムコードを有する伝搬されたデータ信号を含んでもよい。コンピュータ使用可能プログラムコードは、無線、有線、光ファイバケーブル、ＲＦなどを含むがこれらに限定されない任意の適切な媒体を使用して送信することができる。

【0017】

本発明の動作を実行するためのコンピュータプログラムコードは、Ｊａｖａ、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、又はＣ＋＋などのオブジェクト指向プログラミング言語及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語などの従来の手続き型プログラミング言語を含む１つ以上のプログラミング言語の組み合わせで記述されてもよい。プログラムコードは、完全にユーザのコンピュータで、部分的にユーザのコンピュータで、独立したソフトウェアパッケージとして、部分的にユーザのコンピュータで、部分的にリモートコンピュータで、又は、完全にリモートコンピュータ若しくはサーバで実行することができる。後者のシナリオでは、リモートコンピュータは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）又は広域ネットワーク（ＷＡＮ）を含む任意のタイプのネットワークを介してユーザのコンピュータに接続されてもよく、あるいは、外部コンピュータに（例えば、インターネットサービスプロバイダを使用したインターネットを介して）接続されてもよい。

【0018】

本発明は、本発明の実施形態による、方法、装置（システム）、及びコンピュータプログラム製品のフローチャート図及び／又はブロック図を参照して以下で説明されている。フローチャート図及び／又はブロック図の各ブロック並びにフローチャート図及び／又はブロック図のブロックの組み合わせは、コンピュータプログラム命令によって実施され得ることが理解されよう。これらのコンピュータプログラム命令は、機械を製造するために汎用コンピュータ、専用コンピュータ、又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサに供給されてもよく、これにより、コンピュータ又は他のプログラム可能データ処理装置のプロセッサによって実行されるこれらの命令は、フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックで指定された機能／動作を実施するための手段をもたらす。これらのコンピュータプログラム命令は、コンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置に対して特定の様式で機能するように指示することができるコンピュータ可読媒体に格納することもでき、これにより、コンピュータ可読媒体に格納された命令は、フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックで指定される機能／動作を実施する命令手段を含む製品を製造する。

【0019】

コンピュータ又は他のプログラム可能な装置で一連の動作ステップを実行させてコンピュータ実行処理を生成するために、コンピュータプログラム命令をコンピュータ又は他のプログラム可能なデータ処理装置にロードすることもでき、それにより、コンピュータ又は他のプログラム可能な装置で実行される命令は、フローチャート及び／又はブロック図のブロック又は複数のブロックで指定される機能／動作を実施するためのプロセスを提供する。

【0020】

図１は、積層造形を使用したターボ機械部品の修理のためのコンピュータシステム１００の概略図を示す。コンピュータシステム１００は、ターボ機械部品の修理のために本明細書で説明される様々なプロセスステップを実行する。特に、コンピューティングデバイス１０２は、メモリ１０４、プロセッサ（ＰＵ）１０６、入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース１０８、及びバス１１０を含む。制御システム１１２は、コンピュータプログラムコードとしてコンピューティングデバイス１０２に実装されて示され、制御システム１１２は、コード１１４を実行する。さらに、コンピューティングデバイス１０２は、外部Ｉ／Ｏデバイス／リソース１２０及びストレージシステム１２２と通信するように示されている。当技術分野で知られているように、一般に、プロセッサ１０６は、メモリ１０４及び／又はストレージシステム１２２に格納されているコンピュータプログラムコードを実行する。コンピュータプログラムコードを実行している間、プロセッサ１０６は、取付プレートの位置及び／又は向き、並びに部品プロファイルデータなどのデータを、メモリ１０４、ストレージシステム１２２、及び／又はＩ／Ｏデバイス１２０との間で読み書きすることができる。バス１１０は、コンピューティングデバイス１０２の構成要素の各々の間の通信リンクを提供する。Ｉ／Ｏデバイス１２０は、ユーザがコンピューティングデバイス１０２と対話することを可能にする任意のデバイス、又はコンピューティングデバイス１０２が１つ以上の他のコンピューティングデバイスと通信することを可能にする任意のデバイスを含むことができる。入力／出力デバイス（キーボード、ディスプレイ、ポインティングデバイスなどを含むが、これらに限定されない）は、直接又は介在するＩ／Ｏコントローラを介してシステムに結合することができる。

【0021】

コンピューティングデバイス１０２は、ユーザがインストールしたコンピュータプログラムコードを実行することができる任意の汎用コンピューティング製品（例えば、パーソナルコンピュータ、サーバ、ハンドヘルドデバイスなど）を備えてもよい。しかしながら、コンピューティングデバイス１０２は、本開示の様々なプロセスステップを実行し得る、考えられる様々な同等のコンピューティングデバイスの代表的なものに過ぎないことが理解される。この点において、他の実施形態では、コンピューティングデバイス１０２は、特定の機能を実行するためのハードウェア及び／又はコンピュータプログラムコードを含む任意の特定用途向けコンピューティング製品、又は特定用途向け及び汎用のハードウェア／ソフトウェアの組み合わせを含む任意のコンピューティング製品などを備えてもよい。いずれの場合も、プログラムコード及びハードウェアは、それぞれ標準的なプログラミング技術及びエンジニアリング技術を使用して作成することができる。

【0022】

本開示の様々なプロセスステップを実行するために、システム１００は、ネットワーク、又は共有メモリなどの任意のタイプの有線及び／又は無線の通信リンクを介して通信する２つ以上のコンピューティングデバイス（例えば、サーバクラスタ）を備えてもよい。通信リンクがネットワークを含む場合には、ネットワークは、１つ以上のタイプのネットワーク（例えば、インターネット、広域ネットワーク、ローカルエリアネットワーク、仮想専用ネットワークなど）の任意の組み合わせを含むことができる。またネットワークアダプタも、介在する専用ネットワーク又は公衆ネットワークを介して、データ処理システムが他のデータ処理システム又はリモートプリンタ若しくはストレージデバイスに結合できるように、システムに結合することができる。モデム、ケーブルモデム、及びイーサネットカードは、現在利用可能なタイプのネットワークアダプタのごく一部である。だが、コンピューティングデバイス間の通信は、様々なタイプの伝送技術の任意の組み合わせを利用することができる。

【0023】

図１に示されるように、システム１００はまた、検査システム１３０及び積層造形機１４０を含む。検査システム１３０は、部品（例えば、ブレード、バケット、ノズル、ベーンなどのターボ機械部品）の上面又は外面プロファイルを取得するプロファイラデバイス２３０（図２に示される）を含む。プロファイラデバイス２３０は、レーザープロファイラ又は構造化光プロファイラデバイスであり得る。レーザープロファイラデバイスは、部品の２次元又は３次元プロファイルを測定することができる任意のレーザー測定デバイス、又は対象物／部品に関する２次元又は３次元データを取り込む触覚プロファイラデバイス又は任意の視覚ベースのプロファイリングデバイスを含み得る。構造化光プロファイラは、１次元又は２次元の光パターン（例えば、青色光又は白色光）を部品の表面に投影し、光パターンの歪みを使用して部品表面の表面プロファイルを検出する。レーザープロファイラの例には、Ｃｏｇｎｅｘ社のモデルＤＳ１３００又はＫｅｙｅｎｃｅ社のモデルＬＪ－Ｇ２００が含まれ得るが、他のレーザープロファイラを使用してもよい。検査システム１３０は、積層造形機１４０の外部、又は積層造形機の内部に配置することができる。

【0024】

図２は、検査システム１３０の取付プレート２１０、ステージ２２０、及びプロファイラデバイス２３０の簡略斜視図を示す。図３は、複数の部品を備えた取付プレート２１０の斜視図を示す。取付プレート２１０は、部品２１１を支持し、複数の参照部材２１２を含む。取付プレートは、部品２１１の各々を取り付けて確実に保持する複数の取付領域２１３を含むことができる。各取付領域２１３（そのうちの１つのみが図２に示される）は、取付プレートに形成された凹部（図示されている）であってもよく、又は部品２１１の底部周辺に隣接する隆起部のパターンであってもよい。部品２１１はまた、適切な接着剤又は磁気取付構成を介して取付プレート２１０に固定され得る。参照部材２１２は、取付プレート２１０上に非対称パターンで配置又は配設され、これにより、検査システム１３０及び積層造形機１４０の両方のセンサ／検出器による取付プレートの向き（及び位置）の検出が容易になる。図示の例では、柱状（ピラー又はポスト）に構成された３つの参照部材２１２が存在する。各部材２１２は、その上部に取り付けられたターゲット２１４を有することができる。プロファイラデバイス２３０を使用して、参照部材２１２の位置を検出することができ、これらの位置を使用して、取付プレート２１０の向きを計算する。参照部材２１２の非対称パターンは、取付プレートの任意の回転（例えば、９０度又は１８０度）を容易に検出することを可能にするという点で重要である。しかしながら、参照部材の一部又はすべてが異なる高さを有する場合、参照部材２１２は対称的なパターンで配置してもよい。例えば、取付プレートの左側にある２つの参照部材が、取付プレートの右側にある２つの参照部材よりも長い場合、取付プレートの向きを検出することができる。あるいは、各参照部材は、異なる高さを有してもよい。しかしながら、奇数個の非対称に配置された参照ポスト２１２（各々が所定の高さを有する）を有することが、取付プレート２１０の向き及び位置を検出するための最も洗練された解決策であると考えられる。参照部材２１２は、取付プレートの位置及び向きが６自由度（ｘ、ｙ、ｚ及びｘ、ｙ、ｚ周りの回転）得られるように配置される。一部のアプリケーションでは、３つの別個の正確な参照部材があれば、参照部材の既知のサイズ、形状、及び位置を使用して、取付プレートの位置及び向きを６自由度で検出するのに十分である。

【0025】

ステージ２２０は、１次元、２次元、又は３次元のステージであってもよく、２次元のステージが図２に示されている。２次元ステージは、Ｘステージ２２１及びＹステージ２２２を含み、Ｘ及びＹ方向／次元／軸は、同一平面上にあり、互いに直交している。プロファイラデバイス２３０は、Ｘステージ２２１に取り付けられているが、ＹステージがＸステージ２２１の下に配置されている場合、プロファイラデバイス２３０はＹステージ２２２に取り付けられてもよい。Ｘステージ２２１は、プロファイラデバイスをＸ軸／次元に沿って前後に移動する。図２に示されるように、Ｘステージは、取付プレートの右端に配置されたプロファイラデバイスを有する。次に、Ｘステージ２２１は、プロファイラデバイス２３０を左に移動させ、その結果、プロファイラデバイス２３０は、部品２１１の第１の行、並びに２つの参照ポスト２１２をスキャンする。続いて、Ｙステージ２２０は、Ｘステージ２２１及びプロファイラデバイス２３０が部品の第２の行と整列するまでＹ軸／次元に沿って移動させ、Ｘステージは、再び作動されて部品の次の列をスキャンする。このようにして、２つのステージ２２１、２２２を使用して、部品の各行とすべての参照ポストとをスキャンする。前述のように、プロファイラデバイス２３０は、部品の２次元又は３次元プロファイルを測定することができるレーザープロファイラであり得る。構造化光プロファイラは、１次元又は２次元の光パターン（例えば、青色光又は白色光）を部品の表面に投影し、光パターンの歪みを使用して部品表面の表面プロファイルを検出する。プロファイラデバイス２３０はまた、プロファイラデバイスが十分に広い視野を有する場合、取付プレート２１０全体及びその上のすべての部品２１１をスキャンするように構成され得る。一態様では、検査システム１３０は、積層造形機１４０の外部に配置される。球座標系を使用して、位置及び向きを特定することもできる。ロボットアーム（図示せず）を使用して、プロファイラデバイス２３０を移動及び操作してもよく、ロボットアームは、６軸ロボット、選択的コンプライアンス関節式ロボットアームロボット、デルタロボット、又は別のタイプの平行運動デバイスであり得る。

【0026】

図４は、積層造形機１４０に配置された取付プレート２１０及び部品２１１の斜視図を示す。積層造形機１４０は、金属粉末層を連続的に溶融して対象物を形成する選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）機若しくは直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）機、又はその他の適切な３Ｄ印刷若しくは積層造形機である。積層造形機１４０は、取付プレートが積層造形機１４０の構築チャンバに挿入されたときに、参照部材２１２の位置及び場所を検出する（及びそれにより取付プレートの位置及び向きを検出／計算することができる）複数のセンサ４４０を含む。一態様では、センサ４４０は、既知の位置から参照部材２１２までの距離を検出する１次元又は線形変位センサである。図４に示される例では、３つの線形変位センサ４４０が、予想される各参照部材２１２の位置の上に取り付けられ、これらのセンサは、各センサ４４０とそれぞれの参照部材２１２との間の（Ｚ軸に沿った）垂直距離を検出する。これらの距離が所定の閾値と異なる場合、取付プレートが予想される向きにないことを確認することができる。単に一例として、垂直方向に離間したセンサのうちの２つが１００ｃｍの距離を検出し、第３のセンサが７０ｃｍの距離を検出した場合、第３のセンサは参照部材２１２の上になかったと決定される。次に、補正処理を行って、取付プレートを所望の向きに再配置することができる。２つのセンサ４４０は、取付プレートからＹ方向に離間されており、これらのセンサは、Ｙ軸に沿った各参照部材までの距離を検出する。別のセンサは、参照部材からＸ方向に離間されており、このセンサは、Ｘ軸に沿った参照ポストまでの距離を検出する。この例では、６つのセンサ４４０が、取付プレートの位置、同様に取付プレートの現在の向きが６自由度で得られるように配置されている。取付プレートが積層造形機の構築チャンバ内に配置されているため、取付プレートの現在の向きは、２つの方策で使用することができる。第１に、現在の位置／向きが所望の位置／向きではないと判断された場合、取付プレート２１０を所望の位置に移動又は回転させることができる。第２に、取付プレート２１０及びその上に配置された部品２１１の現在の位置／向きは、積層造形機１４０の構築経路プログラムを調整するためにプロセッサによって使用される。一部のアプリケーションでは、所望の程度の位置精度を得るために、３つのセンサ４４０で十分であり得る。例えば、構築チャンバの上部からの視野を得るように配置されたキャリブレーションされたカメラは、表面のパターンから画像データを収集し、位置及び向きを計算することができる。また、使用する特定の方法に基づいて、センサ及び様々な機器デバイスの数は異なる。

【0027】

図５は、積層造形を使用したターボ機械部品の修理のためのコンピュータ実装方法５００のフローチャートである。配置ステップ５１０は、部品２１１を取付プレート２１０上に配置し、この配置ステップは、手動で又はロボット手段によって実行され得る。挿入ステップ５２０は、取付プレート２１０及びその上に配置された部品２１１を検査システム１３０に挿入し、この挿入ステップも、手動又はロボット手段によって実行され得る。スキャンステップ５３０は、プロファイラデバイス２３０を用いて取付プレート２１０及び部品２１１をスキャンして、各部品の上面プロファイルデータに対する取付プレートの位置及び向きを取得する。このステップでは、取付プレートの位置及び向きは、複数の参照部材２１２をスキャンすることによって検出される。参照部材２１２は、所定の高さを有する複数のポストであり得る。好ましい態様では、複数の部品が取付プレート上に配置され、複数の部品が単一のスキャン動作でスキャンされるが、この方法は単一の部品にも使用することができる。スキャンステップ５３０は、コンピュータ又はプロセッサによって制御又は実施される。送信ステップ５４０は、取付プレートの位置及び向きのデータ、並びに部品の上面プロファイルデータを、積層造形機又はコンピュータ若しくはプロセッサに送信する。移動ステップ５５０は、取付プレート２１０及び部品２１１を移動させ、両方を積層造形機１４０に挿入し、部品２１１は、好ましくは、取付プレート上のそれらの元の位置から移動されない。この移動ステップ５５０は、手動又はロボット手段によって実行され得る。ステップ５６０において、積層造形機内部の取付プレートの向き及び位置が検出され、これは、複数のセンサ４４０を用いて達成される。取付プレートの位置／向きと部品の位置及び上面プロファイルとの間の関係はステップ５３０ですでに確立されているので、部品の位置が取付プレートに対して変化しないことが重要である。ステップ５７０において、取付プレートの位置及び向き、並びに部品の位置及び上面プロファイルは、積層造形機の内部で組み合わされて、積層造形機の構築経路プログラムが計算される。構築経路プログラムは、個々の部品の損傷を修理するために、各部品を材料で構築する方法を指定する。ほとんどの場合、各部品には異なる損傷があり、異なる修理が必要になる。取付プレート、その上に配置された部品、及び積層造形機の構築チャンバ内の取付プレートの位置／向きのスキャン、検出、及び計算はすべて、プロセッサ／コンピュータが個々の各部品の構築経路プログラムをカスタマイズするために使用される。構築経路の計算又はカスタマイズに加えて、プロセッサ／コンピュータは、既存の構築経路を部品の検出された位置にオフセットして、積層造形の第１の層を部品の上面に一致させることができる。ステップ５９０において、構築経路プログラム又はプロセスが実行されて、部品が修理される。この方法の利点は、積層造形機の同じ構築サイクルで、複数の部品（各々に異なるタイプの損傷がある）を同時に修理できることである。

【0028】

本明細書に記載のシステム及び方法は、コンピュータ技術、コンピュータ機能、及び／又は付加的な機械の機能及び効率を改善するという技術的利点を提供する。複数の部品をスキャンすることができ、位置及びプロファイルデータが１回のスキャン動作で取得される。部品の位置及びプロファイルデータは、部品が配置されている取付プレートの位置及び向きに一致する。このスキャン動作は、積層造形機の外側（又は外部）で実行されるため、現在利用可能な積層造形機を、本明細書に記載のシステム及び方法で使用することができる。積層造形機の構築チャンバの容積も、スキャン構成要素のために減少することはない。スキャン後、取付プレート及びその上に配置された部品は移動され、積層造形機の構築チャンバに挿入される。取付プレートに対する部品の相対位置は変化しない。積層造形機は、取付プレートの位置及び向きを検出するだけで、各部品の特定の構築経路プログラムを計算することができる。その結果、複数の部品を同時に修理できるため、付加的な機械部品の出力及び効率が向上及び改善される。

【0029】

本明細書で使用される場合、様々なシステム及び構成要素は、データ（例えば、ターボ機械部品の２次元プロファイルなど）を「受信する」、「取得する」、又は「送信する」と説明される。対応するデータは任意の解決策を使用して取得又は送信することができることが理解される。例えば、対応するシステム／構成要素は、データを生成及び／又はデータ生成のために使用することができ、１つ以上のデータストア（例えば、データベース）又は測定デバイス（例えば、プロファイラデバイス２３０）からデータを取得する、別のシステム／構成要素からデータを受信する、及び／又は別のシステム／構成要素にデータを送信することなどができる。特定のシステム／構成要素によってデータが生成されない場合、図示のシステム／構成要素とは別に、データを生成してシステム／構成要素に提供する、及び／又はシステム／構成要素によるアクセスのためにデータを格納する、別のシステム／構成要素を実装することができることが理解される。

【0030】

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明することだけを目的とし、本開示を限定することを意図するものではない。本明細書で使用される場合、文脈で別段に明確に指示しない限り、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」及び「前記（ｔｈｅ）」は複数形も含むことが意図される。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」及び／又は「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、本明細書で使用される場合、記載した特徴、整数、ステップ、動作、要素、及び／又は構成部品の存在を示すが、１つ以上の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成部品、及び／又はこれらのグループの存在若しくは追加を排除するものではないことがさらに理解されるであろう。

【0031】

以下の特許請求の範囲におけるミーンズプラスファンクション又はステッププラスファンクションの要素すべての、対応する構造、材料、動作、及び均等物は、具体的に請求された他の請求要素と組み合わせてその機能を遂行するための、一切の構造、材料、又は動作を包含することを意図している。本開示の記述は、例示及び説明の目的で提示されており、網羅的であることも、又は本開示を開示した形態に限定することも意図していない。当業者には、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく多くの修正及び変形が明らかであろう。本開示の原理及び実際の用途を最良に説明し、想定される特定の使用に適するように様々な修正を伴う様々な実施形態の本開示を他の当業者が理解することができるようにするために、本実施形態を選択し、かつ説明した。

【符号の説明】

【0032】

１００ コンピュータシステム
１０２ コンピューティングデバイス
１０４ メモリ
１０６ プロセッサ（ＰＵ）
１０８ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース
１１０ バス
１１２ 制御システム
１１４ コード
１２０ 外部Ｉ／Ｏデバイス、リソース
１２２ ストレージシステム
１３０ 検査システム
１４０ 積層造形機
２１０ 取付プレート
２１１ 部品
２１２ 参照部材、参照ポスト
２１３ 取付領域
２１４ ターゲット
２２０ Ｙステージ
２２１ Ｘステージ
２２２ Ｙステージ
２３０ プロファイラデバイス
４４０ 線形変位センサ
５００ コンピュータ実装方法
５１０ 配置ステップ
５２０ 挿入ステップ
５３０ スキャンステップ
５４０ 送信ステップ
５５０ 移動ステップ
５６０ ステップ
５７０ ステップ
５８０ ステップ
５９０ ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】