专利名称：用于调节制造操作或步骤的进行的系统和方法
技术领域：
本发明概括地涉及制造系统和制造方法，用于在制造具有三维外部结构特征的部件中通过使用积累的部件数据来调节制造操作或步骤的进行。
背景技术：
在燃气涡轮发动机(例如喷气发动机)中，空气被吸入发动机前部，通过安装在轴上的压缩机压缩且与燃料混合。混合物燃烧且热的排气经过安装在相同轴上的涡轮机。燃气流通过冲击到涡轮机的叶片和轮叶的翼片部分来转动涡轮机，这转动了轴且为压缩机提供了动力。
用在压缩机、涡轮机、轮叶和叶片整合盘等内的涡轮机叶片包括翼片。这些涡轮机翼片典型地具有相对地复杂的构造和形状，带有导致了复杂性的三维外部和内部结构特征。例如，除了涡轮机翼片的典型的弯曲的或扭曲的外部形状外，许多涡轮机翼片具有一个或多个内部冷却通道，冷却通道在翼片的外表面带有开口或孔，用作冷却空气到外部的通道以从翼片内部去除热量，且在一些情况下，在翼片外表面提供较冷的空气的边界层。为得到最大化的冷却效率，这些内部冷却通道经常接近翼片的外表面定位，与维持要求的翼片的机械特性相一致，例如在一些情况下小到大约0.020英寸(508微米)。对于非叶片整合盘结构，涡轮机叶片典型地进一步包括从翼片延伸的根部，根部具有形成在其内的燕尾榫，使得涡轮机叶片能可去除地被沿压缩机、涡轮机、轮叶等的轮毂、盘、轴等的外围定位的相应的槽所接受。
许多涡轮机叶片典型地要求每个压缩机、涡轮机、轮叶等的轮毂、盘、轴等存在于燃气涡轮机中。这能导致一致地和可重复地制造多个且特别是多样的具有这样的复杂的三维外部和内部结构特征的这样的部件及其地难以实现。当前的复杂部件的制造，例如涡轮机叶片的制造，典型地包括从具有一些但是并非全部外部和内部结构特征的铸造金属形式开始，这些结构特征例如是总的翼片形状或构造、翼片内的内部冷却通道等。该铸造形式然后在数个不同的制造操作或步骤中被处理(例如切割、钻孔、铣磨、焊接、涂覆等)，其顺序地执行，例如以形成燕尾榫、在叶片表面形成开口或孔以连接到内部冷却通道，在叶片的外部和/或内部表面涂覆保护性涂层等。此制造操作/步骤的结果是完成的或最终的涡轮机叶片，它有希望地类似于且足够地接近先前建立的叶片的规格或要求的组。
用于得到完成的或最终的例如涡轮机叶片的部件的当前的制造系统典型地具有各级数值控制。例如用于给定制造操作或步骤的工具路径能电子地从先前建立和确定的用于该部件的主模型生成。这有希望地确保每个制造操作或制造步骤(例如磨削铸造形式以形成燕尾榫、穿过翼片外表面钻孔开口或孔以连接内部冷却通道、在翼片的外部和/内部表面涂覆保护性涂层等)得到希望的结果，只要在开始时最初的铸造形式符合或接近先前建立的规格或要求，且还只要当铸造形式经过制造系统被处理时每个制造操作或步骤根据先前建立的规格或要求执行。换言之，假定为在制造系统内被处理的涡轮机叶片在每个制造操作或步骤前和后符合或满足一些目标条件，或更典型地一组来自产品规格或要求的目标条件。不幸的是在实践中，“完善的”或“理想的”典型地不发生在标准制造系统/方法中，特别是在批量生产的诸如涡轮机叶片的部件中。
作为替代，在制造系统/方法的每个制造操作或步骤前和后，在被处理的叶片中可能至少有一些与先前确定和希望的产品规格或要求的偏差或变化。这些偏差和变化的发生是因为涡轮机叶片且特别是翼片的复杂的外部和/或内部结构特征。这些偏差和变化也可能出现在提供到制造系统/方法的最初的涡轮机叶片的铸造形式中。这些偏差和变化倾向于转入到每个后续的制造操作或步骤且因此当被处理的叶片经过制造系统/方法而前进时它们积累在被处理的叶片中。任何的偏差或变化在被处理的叶片中可能不利地影响每个后续操作或步骤的进行，通常当被处理的叶片经过制造系统/方法移动时这样的偏差和变化的集中或积累导致所得到的被处理的叶片显著地偏离先前确定的最终涡轮机叶片的产品规格或要求。的确，所得到的被处理的涡轮机叶片可能与这些产品规格或要求偏离很多以至于不可用且因此被报废或丢弃。
在制造系统/方法的多种操作或步骤中，例如涡轮机叶片的被处理的部件典型地被检查、测量、检测、探测或另外分析，以确定是否被处理的部件符合先前建立的特定操作或步骤的规格或要求。这些检查或其它的分析的范围可能从视觉(人)检查开始，包括使用例如千分尺、测径规等的手工装置，直至更复杂的分析装备和/或方法，例如X射线、空气流、增压、超声波、涡流检测等。这样的分析还可能是电子控制的且能导致在制造系统/方法的给定的制造操作或步骤中，在被处理的部件上生成精确的数据。不幸的是此数据目前仅用于估计在制造系统中与给定检查或其它分析相关联的总体倾向，且用于改变制造系统/方法以修正在可接受的限定的极限外的长期趋势。
因此，希望提供制造系统和方法用于制造具有三维外部结构特征以及三维内部结构特征的部件，例如包括具有内部冷却通道的翼片的涡轮机部件，该制造系统和方法能(1)当部件经过制造系统/方法被处理时调节一个或多个制造操作/步骤的进行，即使在开始的部件形式的特征中和/或在每个制造操作/步骤如何被执行中存在偏差或变化；(2)得到所得到的完成的或最终的部件，它实现了或更接近地实现了先前确定的产品规格或要求；和/或(3)使用收集的和积累的分析数据(或其相关的部分)作为在执行不同的制造操作或步骤中的辅助。
发明内容
本发明的一个实施例概括地针对制造方法，其包括如下步骤(a)提供具有三维外部结构特征的部件；(b)提供积累的部件数据的至少相关的部分，积累的部件数据包括至少两个不同的部件数据组；以及(c)在部件上进行制造步骤以提供被处理的部件，其中积累的部件数据的至少相关部分用于调节进行制造步骤的方式。
本发明的另一个实施例概括地针对制造系统，其包括(a)多个用于处理具有三维外部结构特征的部件的制造操作；(b)至少一个分析装置，用于在进行一个或多个制造操作后分析部件的至少一个特征，以生成部件数据组；(c)至少一个数据存储装置，用于存储生成的部件数据组且用于提供积累的部件数据的至少相关部分；以及
(d)至少一个通信机构，用于传送积累的部件数据的至少相关部分到一个或多个制造操作，使得能根据积累的部件数据的被传送的部分来调节制造操作的进行。
本发明的另一个实施例概括地针对制造方法，包括如下步骤(a)提供部件形式以得到具有三维外部结构特征的被处理的部件；(b)提供部件形式数据组的至少相关部分；(c)在部件形式上进行第一制造步骤以提供被处理的部件，其中部件形式数据组的至少相关部分被用于调节进行第一制造步骤的方式；(d)分析被处理的部件以提供被处理的部件数据组；(e)将部件形式数据组与被处理的部件数据组相组合以提供积累的部件数据；(f)在被处理的部件上进行第二处理步骤，其中积累的部件数据的至少相关部分被用于调节进行第二制造步骤的方式；以及(g)一次或多次重复步骤(d)到(f)，直至得到最终制造的部件本发明的系统和方法的实施例提供了在制造具有三维外部结构特征的部件，且典型地进一步具有内部三维结构特征，例如包括具有内部冷却通道的翼片的涡轮机部件中的多个优点和好处。例如本发明的系统和方法的实施例提供了当部件经过制造系统/方法被处理时调节一个或多个制造操作/步骤的进行的能力，即使在开始的部件形式的特征中和/或在每个制造操作/步骤如何被执行中存在偏差或变化。另外，本发明的系统和方法的实施例提供了得到实现或较接近地实现先前确定的产品规格或要求的所得到的完成的或最终的部件的能力。特定地，本发明的系统和方法的实施例在调节处理部件中执行的一个或多个制造操作或步骤的进行中使用收集的和积累的分析数据(或数据的相关部分)。
图1是带有脱离部分的涡轮机叶片的透视图，以示出涡轮机叶片的内部结构。
图2是图1中沿线2-2截取的涡轮机叶片的放大截面图。
图3代表了本发明的用于制造图1中所示类型的涡轮机叶片的系统/方法的实施例的流程图。
具体实施例方式
此处所用的术语“部件”通常地指物品、物件、元件、零件、工件等，它在本发明的系统或方法的实施例中被处理以提供最终的被制造的部件。
此处所使用的术语“具有三维外部结构特征的部件”指任何具有三维外部结构特征(例如三维外部形状、构造等，例如凸外部表面、凹外部表面等)的部件。具有三维外部结构特征的部件能进一步包括三维内部结构特征(例如三维内部结构，例如一个或多个内部冷却通道等)。带三维外部和内部结构特征的部件经常在这些外部和内部结构特征的形状、构造、位置、取向等上是复杂的。具有三维外部结构特征以及三维内部结构特征的部件包括但不限制于建筑物和它们不同的组成零件(例如大梁、沟槽、构架等)、装备、机器工具、不同的其它机械和/或电动机或它的零件(例如阀等)、不同类型的车辆，例如汽车和汽车的不同组成零件，例如汽车发动机和汽车车架等、船舶和船舶的不同组成零件，例如船壳和上层结构等、飞机和飞机的不同组成零件，例如机翼、机舱和发动机等。在其制造中，本发明的系统和方法的实施例特别地是有用的部件是燃气涡轮发动机部件(后文中指为“涡轮机部件”)。具有三维外部和内部结构特征的涡轮机部件的有代表性的例子包括但是不限制于这样的涡轮机部件，包括翼片(例如涡轮机叶片、涡轮机轮叶、叶片整合盘等)、涡轮机罩、涡轮机喷嘴、燃烧器、燃气涡轮发动机的增强器硬件、排气喷嘴等。
如此处所使用，术语“被处理的部件”指经历一个或多个制造操作或制造步骤的部件。
如此处所使用，术语“部件形式”指在经历一个或多个制造操作或制造步骤的点或阶段前的部件，包括但不限制于铸造或锻造形式、铸造或锻造坯件等。
如此处所使用，术语“特征”指能通过检查、检测、测量、探测或部件的其它分析形式来确定的部件的质量、形状、构造、设计、尺寸、长度、宽度、厚度、高度、组成、特性、结构、特征、属性、布置、次序、取向等。
如此处所使用，术语“结构特征”指部件或部件的部分的那些涉及到二维且更典型地涉及到三维形状、结构等的特征。
如此处所使用，术语“外部结构特征”指部件(或部件的部分)的外部的或外在的结构特征，它是人眼典型地可见的，例如涡轮机叶片的翼片弯曲的或扭曲的形状或构造(例如凸和凹的外表面等)、涡轮机叶片的燕尾榫的形状或构造等。
如此处所使用，术语“内部结构特征”指部件(或部件的部分)内部或内在的结构特征，它是人眼典型地，但不是必须地，部分地或完全地不可见的，如涡轮机叶片的翼片的内部冷却通道的形状或结构造、这些内部冷却通道和/或限定了这些通道的内部壁的取向或定位等。
如此处所使用，术语“数据”指作为检查、测量、检测、探测或其它分析部件的结果而生成的、得到的、收集的、提供的、供给等的关于部件的一个或多个特征的任何信息。
如此处所使用，术语“数据组”指在进行特定的制造操作或制造步骤相同时间或大约相同时间和/或后生成的、得到的、收集的、提供的、供给等的关于部件的一个或多个特征的总数据。
如此处所使用，术语“不同的数据组”指在不同的制造操作或制造步骤后，在不同的时间点和/或从检查、测量、检测、探测或其它部件分析上，生成的、得到的、收集的、提供的、供给等的关于部件的一个或多个特征的数据组。
如此处所使用，术语“积累的部件数据”指来自两个或多个数据组或该数据组的部分的组合的部件数据。
如此处所使用，术语“制造操作”指在本发明的制造系统的实施例中由机器、工具、装备、设备、仪器、器具、发动机、装置、机构等执行的动作、功能等。能由机器、工具、装备、设备、仪器、器具、发动机、装置、机构等执行的制造操作包括但不限制于加工(例如机械加工、电化学加工(ECM)、电气/电极放电加工(EDM)等)、钻孔(例如机械钻孔、激光钻孔等)、镗孔、铣磨(例如机械铣磨、化学铣磨等)、磨削、铰孔、切割、精加工、装配、组装、成形、锻造、铸造、焊接、涂覆(例如涂敷保护性涂层等)、检测、评估等中的一个或多个。可通过化学地、机械地、电地或任何它们的组合来执行制造操作。
如此处所使用，术语“制造步骤”指在本发明的制造方法的实施例中执行的任何过程、处理、实践等。制造步骤包括但不限制于加工(例如机械加工、电化学加工(ECM)、电气/电极放电加工(EDM)等)、钻孔(例如机械钻孔、激光钻孔等)、镗孔、铣磨(例如机械铣磨、化学铣磨等)、磨削、铰孔、切割、精加工、装配、组装、成形、锻造、铸造、焊接、涂覆(例如涂敷保护性涂层等)、检测、评估等中的一个或多个。可通过化学地、机械地、电地或任何它们的组合来执行制造操作。
如此处所使用，术语“制造系统”指本发明的系统的实施例，包括一个或多个制造操作。
如此处所使用，术语“制造方法”指本发明的方法的实施例，包括一个或多个制造步骤。
如此处所使用，术语“制造站”指在制造系统中的给定的点、场所、位置等，在此处执行一个或多个制造操作。
如此处所使用，术语“调节”指对进行给定的或特定的制造操作或制造步骤的方式的变化、改变、调整、修改、修正、补偿等。
如此处所使用，术语“传送”、“传递”、“传达”等指提供、供给、输入或另外传送数据或数据组的任何类型、方式等。此处数据/数据组的传送典型地以电子的方式执行，包括使用有线电子方法、无线电子方法或它们的组合。电子传送能通过多种局部或远程电子传送方法来执行，例如使用基于局域网或广域网(LAN或WAN)的、基于因特网的或基于网的传送方法，使用有线电视或无线远程通信网络或使用任何其它合适的局部或远程传送方法。
如此处所使用，术语“计算机”指个人计算机(便携机或台式机)、服务器、大型计算机等。
如此处所使用，术语“包括”意为可以在本发明中结合地使用的不同的操作、步骤、数据、数据组、站等。因此术语“包括”包含了更具限制性的的术语“基本包含”和“包含”。
本发明的制造系统和制造方法的实施例基于如下发现，即在一次或多次且典型地在每个制造操作/步骤中从检查、测量、检测、探测或其它对部件形式和/或被处理的部件的分析获得的数据(或其至少相关部分)应该共同地且顺序地发送到贯穿制造系统/方法的一个或多个且典型地每个后续的制造操作/步骤。例如如果在给定的制造操作/步骤“N”后，将关于被处理的部件生成的分析数据输出、发送或另外传送到下一个制造操作/步骤(“N+1”)，则制造操作/步骤“N+1”的进行可能被改变、变化、调整、修改、修正或另外根据不同参数(例如速度、进给率、深度、工具路径、工具取向等)调节，以调节且补偿由制造操作/步骤“N”所导致的偏差或变化。(该用于制造操作/步骤“N”的分析数据也可以包括在制造系统/方法开始时关于部件形式得到的数据，例如关于初始的铸造叶片形状得到的数据。)类似地，然后可以将来自制造操作/步骤“N”和“N+1”的收集的或积累的部件数据(或数据的至少相关部分)输入、发送或另外传送到下一个制造操作/步骤(即“N+2”)，以由于已经发生在制造操作/步骤“N”和“N+1”中的变化或偏差而的调节制造操作/步骤“N+2”的进行。该积累的部件数据(或数据的至少相关部分)的输入/发送/传送积累可以重复或持续(例如为制造操作/步骤“N+3”、“N+4”)，以补偿或另外调节由较早的制造操作/步骤“N”、“N+1”和“N+2”等所导致的偏差或变化，直至得到最终制造的部件。
不幸地是，虽然这个关于部件形式/被处理的部件的分析数据已先前地传送到或另外存档于计算机处理设施(例如中央大型计算机或服务器系统)，但这个积累的部件数据以前还没有使用在一个或多个且特别地在每个后续的制造操作或制造步骤中，以补偿或另外调节发生在先前的制造操作/步骤中的偏差或变化。特别地，在制造系统或方法的开始以及一个或多个且特别地每个制造操作或步骤之后，由来自对部件形式/被处理部件的每个分析所生成和收集的积累的部件数据还没有先前发送、输入或另外传送(例如“前馈”)到一个或多个且特别地每个后续的制造操作或步骤，使得合适的改变、变化等能在后续的制造操作或步骤中完成，以补偿或另外调节在每个先前的制造操作/步骤前或后发生的偏差或变化。作为替代，该积累的部件数据已通常地只用于估计制造操作/步骤中与所进行的分析相关联的总体趋势和用于变化制造系统/方法以修正在可接受的限定的极限外的长期趋势。因此，增加了得到最终被制造部件被报废和丢弃的可能性，因为缺少对先前为部件所建立的规格或要求的一致性和可重复性，其原因是发生且积累在制造系统/方法中的偏差和变化。这在制造具有三维(例如复杂的)外部和内部结构特征的部件，例如包括具有一个或多个内部冷却通道的翼片的涡轮机叶片时特别地是如此。
根据本发明的制造系统和方法的实施例通过利用积累的部件数据(或数据的至少相关部分)解决了这些问题，该积累的部件数据(或数据的至少相关部分)从一个或多个、且典型地在每个先前的制造操作/步骤后对部件的分析生成和收集，以调节如何进行或执行一个或多个，且典型地每个后续的制造操作/步骤。该积累的部件数据能“实时”地“前馈”(例如通过计算机化的电子网络传送)，使得能充足地补偿这些后续的制造操作/步骤的一个或多个且典型地每个，或另外调节先前发生的偏差和变化，包括那些因为在制造系统/方法开始时提供的部件形式造成的变化或偏差。例如，这样的变化、改变等能包含对特定参数(例如速度、进给率、工具路径或取向等)以进行给定的制造操作/步骤的方式来修改。另外，该积累的部件数据(或数据的相关部分)能前馈、输入或另外顺序地传送到每个后续的机加工操作/步骤，以一致地且连续地补偿或另外调节在制造系统/方法全程中被处理的部件的这样的偏差和变化。这能使得生产多个和特别地多样的最终制造的部件，例如包括具有内部冷却通道的翼片的涡轮机叶片，涡轮机叶片被一致地再生产使得与先前建立的规格和要求在形式、功能、形状、构造等方面的偏差和变化被充分地最小化到不可觉察或不可探测。通过使这些最终制造的部件一致地再生产，这些部件能用在制造要求多个或多样的这样的部件的组件(例如燃气涡轮发动机的压缩机、轮叶等)中，而不用关注能导致显著的对那些与先前建立的产品规格或要求偏离或变化太多的部件的报废或丢弃的部件之间的变化。
这些在部件制造之间减小的变化提供了许多好处和优点，包括但不限于(1)减小了组装成本，例如消除了补偿部件的变化和匹配的需求；(2)减小了测试成本，例如知道制造系统/方法将在较窄的公差范围内进行；(3)制造系统/方法由具有改进的“最差情况”进行包络的进行提高；(4)基于以更有效的方式运行“最差情况”部件组装扩展了进行范围；以及(5)基于依赖受控地和电子地制造偏差和变化记录设计新部件的能力而提高了的部件提供。
一个本发明的制造方法的实施例概括地包括如下步骤(a)提供具有三维外部结构特征的部件；(b)提供包括至少两个不同的部件数据组的积累的部件数据的至少相关部分；以及(c)在部件上进行制造步骤以提供被处理的部件，其中积累的部件数据的至少相关部分被用于调节制造步骤进行的方式。步骤(a)典型地包含提供除三维外部结构特征外具有三维内部结构特征的部件，例如包括具有一个或多个内部冷却通道的翼片的涡轮机叶片或轮叶。步骤(b)典型地包含提供包括在进行任何制造步骤前得到的部件数据组，和在进行至少一个制造步骤后得到的一个或多个部件数据组的积累的部件数据的相关部分。步骤(a)到步骤(c)典型地执行多于一次，即在步骤(c)后重复步骤(a)到步骤(c)一次或多次，且更特定地步骤(a)到步骤(c)每次在步骤(c)后重复直至得到最终被制造的部件。
本发明的制造系统的一个实施例概括地包括(a)多个制造操作(例如磨削、钻孔等)，用于处理具有三维外部结构特征(且典型地进一步包括三维内部结构特征)的部件；(b)至少一个分析装置(例如探测器等)，用于在进行一个或多个制造操作后分析部件的至少一个特征，以生成部件数据组；(c)至少一个数据存储装置，用于存储生成的部件数据组和用于提供积累的部件数据的至少相关部分；以及(d)通信机构，用于传送积累的部件数据的至少相关部分到一个或多个制造操作，使得能根据积累的部件数据的所传送的部分来调节它们的运行。多个制造操作能在相同的制造站，多个制造站或任何它们的组合处顺序地执行。至少一个分析装置在每个制造操作后典型地分析了部件且典型地分析了部件的多个特征。至少一个数据存储装置典型地包括了中央计算机处理设施(例如中央大型计算机或服务器)。用于传送积累的部件数据的相关部分的通信机构典型地包括计算机化的电子网络，它连接到中央计算机处理设施、至少一个分析装置和一个或多个制造操作(且典型地连接到每个制造操作)的每个。
本发明的制造方法的另一个实施例概括地包括如下步骤(a)提供部件形式，用于得到具有三维外部结构特征(且典型地进一步包括三维内部结构特征)的被处理的部件；(b)提供部件形式数据组的至少相关部分；(c)在部件形式上进行第一制造步骤以提供被处理的部件，其中部件形式数据组的至少相关部分被用于调节第一制造步骤进行的方式；(d)分析被处理的部件以提供被处理的部件数据组；(e)将部件形式数据组和被处理的部件数据组组合以提供积累的部件数据；(f)在被处理的部件上进行第二制造步骤，其中积累的部件数据的至少相关部分被用于调节第二制造步骤进行的方式；以及(g)在步骤(f)后重复步骤(d)到(f)一次或多次，直至得到最终的被制造的部件(且典型地每次在步骤(f)后重复步骤(d)到(f))。该制造方法(和执行该方法的相应的制造系统)特定的实施例进一步通过如下的详细描述来阐述，用于得到最终的被制造的涡轮机部件。还应该理解的是本发明的制造方法和系统的该特定的实施例通过适当的修改可以用于制造其它的具有三维外部结构特征(以及进一步包括三维内部结构特征)的部件，可以包括其它制造操作/步骤，可以具有以任何希望的顺序或次序执行的制造操作/步骤等。
用于得到最终的被制造的涡轮机部件的制造方法(和相应的系统)的该特定的实施例进一步通过参考下述的附图加以阐述。参考附图，图1示出了通常地标识为10的涡轮机叶片形式的包括翼片的最终制造的燃气涡轮发动机部件。(涡轮机轮叶在相关部分具有与涡轮机叶片10类似的外观)。叶片10包括翼片12，在燃气涡轮发动机运行中，热燃气被引导向该翼片12，且因此它的表面经历高温环境。翼片12具有标识为14的“高压侧”，它凹陷地成形；还具有标识为16的吸力侧，它凸起地成形且在有些时候已知为“低压侧”或“背侧”。在燃气涡轮发动机运行中，热燃气被引导向高压侧14。叶片10以燕尾榫18锚定在涡轮机盘(未绘出)上，燕尾榫18从叶片10的平台20延伸且由沿盘的外围的槽接受。
如图1中所示，存在多个标识为22的开口或孔，它们形成在凸起地成形的低压吸力侧16上；类似的多个开口或孔22也典型地形成在凹陷地成形的高压侧14上。这些开口或孔22形成在侧16和14上以与一个或多个内部冷却通道相连接，内部冷却通道延伸经过翼片12的通常地标识为24的内部，从邻近燕尾榫18的标识为26的根端到远离燕尾榫18的标识为30的相对的远端顶端，远端顶端也可以具有连接到翼片12的内部24的开口或孔22。虽然翼片12的内部24能提供一个这样的内部冷却通道(即翼片12的内部24大体上是空的)，图1且特别地图2示出了翼片12的内部24为具有多个标识为前缘通道34、中央通道38和后缘通道42的这样的通道，它们由向前的内部壁46和向后的内部壁50而各自分开，且具有分布标识为54、58和62的内部表面。翼片12也典型地提供有保护性涂层(未绘出)，例如涂覆在侧14和16的外表面上以及内表面54、58和62上的铝化物扩散涂层。
典型地，叶片10提供为铸造翼片形式(也称为铸造叶片形式或涡轮机叶片坯件)，它具有形成在翼片12的内部24内的内部冷却通道(例如通道34、38和42)，但是没有形成在侧14和16内的多个开口或孔22，且带有从平台20延伸的坯件根部分，但是没有形成在其内的燕尾榫形状18。叶片10的铸造翼片形式也在侧14和16的外表面以及内表面54、58和62上典型地不提供保护性涂层。
通过图3中所示的流程示了用于为该铸造翼片形式提供开口或孔22、燕尾榫18和侧14或16的外表面以及内表面54、58和62上的保护性涂层以得到最终的制造的叶片10的方法和系统的特定的实施例，其中该方法/系统总地标识为100。如图3中所示，实线箭头(104、109、115、119)代表了制造系统/方法100的不同顺序的制造操作/步骤，而虚线箭头(102、106、107、111、112、113、117、121、122、123)代表了对通过在不同的制造操作/步骤前和/或后检查、测量、检测、探测或另外对部件(例如叶片10)分析所得到的数据的生成、采集、提供、输入和传送等。系统/方法100的制造操作/步骤的每个可以顺序地在相同的制造站处执行(例如铸造形式不从制造站移动到制造站，而是在相同的制造站处顺序地经历多于一个制造操作/步骤)，可以顺序地在不同的制造站处执行(例如铸造形式被处理时顺序地从制造站移动到制造站)，或它们的组合(例如多于一个制造操作/步骤在一个或多个制造站执行，而单个制造操作/步骤在一个或多个其它的制造站执行)。
如图3中所示，在该方法/系统中的标识为101的初始步骤提供了铸造翼片形式(后文中称为“铸造形式”)。如虚线箭头102所示，在被提供到系统/方法100前和/或后，检查、测量、检测、探测或另外分析铸造形式以确定它的特征(例如侧14和16的外部形状、构造、取向、尺寸、厚度等，内部通道34、38和42的位置、形状、构造等，包括内部壁46和50的位置、厚度、取向等，用于形成铸造形式的金属或金属合金的组成等。)，以生成、得到或另外提供通常地标识为103的形式数据。如在图3中所示，来自步骤101的铸造形式在系统/方法100内顺序地被移动、传递、推进或另外经历，如实线箭头104所示，到通常地如105标识的第一制造操作/步骤，以在铸造形式中形成燕尾榫形状18(后文中称为“磨削的部件”)。操作/步骤105例如可以通过磨削从翼片12延伸的铸造形式的坯件根部分来执行。在磨削操作/步骤105前或在其间，提供、供给、输入或另外传送形式数据103到磨削操作/步骤105，如虚线箭头106所标识，使得如必需则能合适地调节磨削操作/步骤105的进行，以在先前确定的规格或要求内形成燕尾榫18。
在磨削操作/步骤105中形成燕尾榫18后，检查、测量、检测、探测或另外分析磨削的部件，如虚线箭头107所标识，以确定磨削的形式的特征(例如燕尾榫的形状和构造等)以生成、得到或另外提供标识为108的数据(后文中称为“磨削数据”)。磨削的部件然后顺序地被移动、传递、推进或另外经历通常地标识为110的第二制造操作/步骤，如实线箭头109所示。在系统/方法100的该实施例中，操作/步骤110包括钻孔操作/步骤(例如激光钻孔等)。该钻孔操作/步骤100形成了多个通过侧14和16(以及顶端30)的开口或孔22，以连接到内部通道34、38和42。例如见共同转让的1997年3月11日授权的美国专利No.5,609,779(Crow等人)和2002年1月15日授权的美国专利No.6,339,208(Rockstroh等人)(它的相关的披露在这里通过参考合并)，用于执行钻孔步骤/操作110的说明性的方法和技术，该方法和技术使用激光钻孔以在包括具有一个或多个内部冷却通道的翼片的涡轮机叶片内形成开口或孔22。
如虚线箭头111所标识，提供、供给、输入或另外传送磨削数据108到钻孔步骤/操作110，使得如必需则能在钻孔开口或孔22时合适地调节钻孔步骤/操作110的进行。因为侧14和16典型地不具有铸造形式之间的准确相同的构造、形状、取向、厚度等，且特定地因为内部通道34、38和42连同相关联的壁46和50可能在位置、形状、取向、厚度等方面变化，所以也典型地将形式数据103(或数据的相关部分)作为磨削数据108的部分(通过虚线箭头111所标识的路径)，或者如虚线箭头112所标识分开地提供、供给、输入或另外传送到钻孔步骤/操作110，使得如必需能合适地考虑到形式数据103调节钻孔开口或孔22。例如形式数据103能用于确定何时每个激光钻孔的开口或孔22应该实现“贯通”(即何时开口或孔22到达翼片12的内部24，使得开口/孔22的激光钻孔能够终止)，以确保在钻孔操作/步骤110中每个开口或孔22的激光钻孔在合适的位置并以合适的取向(例如避免交叉中间壁46和/或50)等进行，等等。典型地，形式数据103和磨削数据108被收集且组合为积累的部件数据，该数据被存储在共同的或中央位置或数据库中(例如在中央计算机处理设施中)，提供、输入或另外传送它的相关部分到钻孔操作/步骤110。
在钻孔操作/步骤110中在磨削的部件内钻孔开口或孔22后，检查、测量、检测、探测或另外分析所得到的被钻孔的部件，如虚线箭头113所标识，以确定被钻孔部件的特征(例如形状、构造、宽度、长度、每个被钻孔的开口或孔22的宽度、取向、形状、构造等，等等)，以得到或另外提供标识为114的数据(后文中称为“钻孔数据”)。如实线箭头115所标识，钻孔形式顺序地被移动、传递、推进或另外经历通常地标识为116的第三制造操作/步骤。在系统/方法100的该实施例中，操作/步骤116包含对钻孔部件的进行中空气流的评估。如虚线箭头117所标识，分析进行中空气流以得到或另外提供通常地标识为118的空气流数据。
如图3中所示，在进行中空气流评估操作/步骤116之后，钻孔的部件被顺序地移动、传递、推进或另外经历通常地标识为120的第四制造操作/步骤，如实线箭头119所标识。在系统/方法100的该实施例中，操作/步骤120包含了在侧14和16的外表面以及54、58和62的内表面涂覆涂层，例如保护性铝化物扩散涂层。例如见共同转让的2001年12月25日授权的美国专利No.6,332,926(Pfaendtner等人)和2003年9月9日授权的美国专利No.6,616,969(Pfaendtner等人)(它的相关的披露在这里通过参考合并)，用于在涡轮机叶片的外表面和内表面执行涂覆步骤/操作120的说明性的方法和技术。也如图3中所示，提供、供给、输入或另外传送钻孔数据114(如虚线箭头121所标识)以及空气流数据118(如虚线箭头122所标识)到涂覆操作/步骤120，使得如必需则能合适地调节涂覆操作/步骤120的进行。另外，如虚线箭头123所标识，也可以提供、供给、输入或另外传送包括组合的形式数据103和磨削数据108(或数据的相关部分)的积累的部件数据到涂覆操作/步骤120，使得如必需则能基于该积累的部件数据合适地调节涂覆操作/步骤120的进行。形式数据103和磨削数据108又能与钻孔数据114和空气流数据118一起收集且组合为积累的部件数据，该数据存储在共同的或中央位置或数据库(例如在中央计算机处理设施中)，其相关部分提供、供给、输入或另外传送到涂覆操作/步骤120。
虽然在图3中示出了系统/方法100的说明性的实施例，应该理解的是，制造操作/步骤101、105、110、116和/或120(以及相关联的用于生成、得到、提供、传送数据103、108、114和/或118等的检查、测量、检测或另外分析)的次序/顺序如需要可以删除、变化、改变、修改等，且另外的制造操作/步骤(例如顶端30的焊接、翼片12的进一步成形等)与相关联的用于生成、得到、提供、传送数据等的检查、测量、检测或另外分析也可以包括在系统/方法100中，这些数据能收集且与其它数据组合为积累的部件数据以用在其中。如上所述，图3的系统/方法100也可以以其原样或其修改用于提供其它的最终被制造的部件。
虽然已描述了本发明的特定的实施例，但对于那些本领域技术人员是显见的，可不偏离在后附的权利要求书中所限定的本发明的精神和范围而对它进行不同的修改。
术语表10涡轮机叶片12翼片14翼片12的高压侧16翼片12的低压侧18燕尾榫20平台22开口或孔24翼片12的内部26翼片12的根端30翼片12的顶端34前缘通道38中央通道42后缘通道46向前壁50向后壁54前缘通道34的内表面58中央通道38的内表面62后缘通道42的内表面100图3中的方法/系统101提供铸造翼片形式102分析铸造形式101103形式数据104从铸造形式101到磨削操作/步骤105的顺序105磨削操作/步骤106传送形式数据103到磨削操作/步骤105107分析磨削的部件108磨削数据109从磨削操作/步骤105到钻孔操作/步骤110的顺序110钻孔操作/步骤111传送磨削数据108到钻孔操作/步骤110112传送形式数据103到钻孔操作/步骤110
113分析钻孔的部件114钻孔数据115从钻孔操作/步骤110到进行中空气流评估116的顺序116进行中空气流评估117分析进行中空气流评估116118进行中空气流数据119从进行中空气流评估116到涂覆操作/步骤120的顺序120涂覆操作/步骤121传送钻孔数据114到涂覆操作/步骤120122传送空气流数据118到涂覆操作/步骤120123从形式数据103和磨削数据108传送积累的部件数据
权利要求
1.一种制造方法(100)，其包括如下步骤(a)提供具有三维外部结构特征(14、16)的部件(10，101)；(b)提供包括至少两个不同的部件数据组(103、108、114、118)的积累的部件数据(103、108、114、118)的至少相关部分(106、111、112、121、122、123)；以及(c)在部件(10，101)上进行制造步骤(105、110、116、120)以提供被处理的部件(10)，其中积累的部件数据(103、108、114、118)的至少相关部分(106、111、112、121、122、123)用于调节制造步骤(105、110、116、120)进行的方式。
2.如权利要求1所述的方法(100)，其中部件(10，101)进一步包括三维内部结构特征(34、38、42、46、50)。
3.如权利要求1到2的任意一项所述的方法，其中部件为涡轮机部件(10，101)，它包括具有一个或多个内部冷却通道(34、38、42)的翼片(12)。
4.如权利要求1到3的任意一项所述的方法(100)，其中步骤(b)通过提供包括在进行任何制造步骤(105、110、116、120)前得到的部件数据组(103)，和在进行至少一个制造步骤(105、110、116、120)后得到的一个或多个部件数据组(108、114、118)的积累的部件数据(103、108、114、118)的相关部分(106、111、112、121、122、123)执行。
5.如权利要求1到4的任意一项所述的方法(100)，其中在步骤(c)(105、110、116、120)后重复步骤(a)到步骤(c)(101-120)一次或多次。
6.一种制造系统(100)，其包括(a)多个制造操作(105、110、116、120)，用于处理具有三维外部结构特征(14、16)的部件(101，10)；(b)至少一个分析装置，用于在进行一个或多个制造操作后分析部件的至少一个特征，以生成部件数据组(102、107、113、117)；(c)至少一个数据存储装置，用于存储生成的部件数据组(103，108，114，118)且用于提供积累的部件数据(103，108，114，118)的至少相关部分(106、111、112、121、122、123)；以及(d)通信机构，用于传送积累的部件数据的至少相关部分(106、111、112、121、122、123)到一个或多个制造操作(105、110、116、120)，使得能根据积累的部件数据(106、111、112、121、122、123)的所传送的部分(106、111、112、121、122、123)调节制造操作(105、110、116、120)的进行。
7.如权利要求6所述的系统(100)，其中多个制造操作(105、110、116、120)包括加工、钻孔、镗孔、铣磨、磨削、铰孔、切割、精加工、装配、组装、成形、锻造、铸造、焊接、涂覆或检测中的一个或多个。
8.如权利要求6到7的任意一项所述的系统(100)，其中多个制造操作(105、110、116、120)在相同的制造站、多个制造站或它们的组合处执行。
9.如权利要求6到8的任意一项所述的系统(100)，其中在进行每个制造操作(105、110、116、120)后，至少一个分析装置分析了部件(10，101)的至少一个特征。
10.如权利要求6到9的任意一项所述的系统(100)，其中至少一个数据存储装置包括中央计算机处理设施。
全文摘要
在制造有三维外部结构特征的部件中调节制造操作或步骤进行的制造系统和方法。系统包括处理有三维外部结构特征的部件的多个制造操作；在进行一个或多个制造操作后分析部件的至少一个特征以生成部件数据组的至少一个分析装置；存储生成的部件数据组且提供积累部件数据的至少相关部分的至少一个数据存储装置；传送积累部件数据的至少相关部分到一个或多个制造操作以根据积累部件数据的传送部分调节制造操作的进行的通信机构。方法包括步骤提供有三维外部结构特征的部件；提供包括至少两个不同的部件数据组的积累部件数据的至少相关部分；在部件上进行制造步骤以提供处理的部件，其中积累部件数据的至少相关部分用于调节制造步骤的进行方式。
文档编号G05B19/02GK1881118SQ20061009454
公开日2006年12月20日 申请日期2006年6月9日 优先权日2005年6月9日
发明者T·J·罗克斯特罗, J·J·霍夫曼 申请人:通用电气公司