激光加工部件开口的方法和系统与流程

本发明主题大体上涉及用于在燃气涡轮发动机的陶瓷基复合材料部件中形成开口的激光加工系统和方法。

背景技术：

通常，可通过提高燃烧气体的温度，提高涡轮性能和效率。更通常地，例如陶瓷基复合(cmc)材料等非传统高温材料正用于燃气涡轮发动机内的各种部件中。例如，因为cmc材料可经受相对的极端温度，所以特别关注用cmc材料替换燃烧气体的流动路径内的部件。然而，即便cmc部件可经受比典型部件更极端的温度，但cmc部件仍需要冷却特征或降低暴露到燃烧气体，以降低提高的燃烧气体温度的负面影响的可能性，例如，材料疲劳等。一个这种冷却特征包括被配置成接收冷却流体的冷却孔。通过使冷却流体流过冷却孔，在这些cmc部件上的热应力可得以降低。以此方式，这些cmc部件的操作使用寿命可被优化。

激光系统常规上一直用来加工冷却孔。然而，常规的激光加工方法产生的冷却孔几何形状不太令人满意。例如，用于在cmc部件中形成冷却孔的常规的激光方法使激光束切除限定这些冷却孔的内部壁的侧面和边缘。即在一些实例中，在激光照射过程中，锥形激光束切除了不期望被加工的区域。当这些区域被切除时，结果通常是渐窄的冷却孔。渐窄的冷却孔可导致通过孔的不良的流体膜有效性，因此在冷却流体和cmc部件之间的热传递交换不是最佳的。而且，常规的激光加工技术局限于相对浅的穿透深度，因为随着孔深度的增大，激光束切除和孔的斜壁的倾斜角通常增大。

因此，用于在cmc部件中形成开口的改进的激光加工系统和方法将是期望的。更具体讲，用于在cmc部件中形成开口的激光制造系统和方法将是有益的。

技术实现要素：

本发明的各方面和优势将部分地在以下描述中阐述，或可从所述描述显而易见，或可通过本发明的实施而得知。

在本公开的一个示范性实施例中，提供了一种用于使用锥形激光束激光加工部件的开口的一个或多个壁的方法。所述一个或多个壁限定第一壁部分和第二壁部分。所述方法包括将部件定向在第一位置。所述方法还包括在所述部件被定向在所述第一位置时，激光照射所述第一壁部分的至少一部分。此外，所述方法包括将所述部件定向在第二位置。所述方法还包括在所述部件被定向在所述第二位置时，激光照射所述第二壁部分的至少一部分。

在本公开另一示范性实施例中，提供了一种用于将开口加工到部件中的激光系统。所述激光系统限定限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向。所述部件限定第一区段和第二区段。所述激光系统包括激光源，所述激光源被配置成用锥形激光束加工所述开口。所述激光系统还包括可调节透镜，所述可调节透镜被配置成聚焦所述激光束。所述激光系统还包括致动组件，所述致动组件用于定向所述部件。所述激光系统还包括控制器，所述控制器与所述激光源、所述可调节透镜和所述致动组件通信耦连，所述控制器被配置成：控制所述致动组件以将所述部件定向在第一位置，其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；控制所述激光源和所述可调节透镜以在所述部件被定向在所述第一位置时激光照射所述部件的第一区段；控制所述致动组件以将所述部件定向在第二位置，其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；以及控制所述激光源和所述可调节透镜以在所述部件被定向在所述第二位置时激光照射所述部件的第二区段。

在本公开的另一示范性实施例中，提供了一种用于使用锥形激光束将开口激光加工到部件中的方法。所述开口限定第一区段和与所述第一区段相对的第二区段。所述方法包括将部件定向在第一位置，其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个所述部件的倾斜。所述方法还包括在所述部件被定向在所述第一位置时，激光照射所述开口的第一区段的至少一部分。而且，所述方法还包括将所述部件定向在第二位置，其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个所述部件的倾斜。所述方法还包括在所述部件被定向在所述第二位置时，激光照射所述开口的第二区段的至少一部分。

具体地，本申请技术方案1公开了一种用于使用锥形激光束激光加工部件的开口的一个或多个壁的方法，所述一个或多个壁限定第一壁部分和第二壁部分，所述方法包括将所述部件定向在第一位置；在所述部件被定向在所述第一位置时，激光照射所述第一壁部分的至少一部分；将所述部件定向在第二位置；以及在所述部件被定向在所述第二位置时，激光照射所述第二壁部分的至少一部分。

本申请技术方案2根据技术方案1所述的方法，其中，所述第一壁部分与所述第二壁部分基本上平行。

本申请技术方案3根据技术方案1所述的方法，其中，所述部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向，并且其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜，并且其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜。

本申请技术方案4根据技术方案1所述的方法，其中，所述开口具有深度，并且其中，所述开口限定多个级，每一级限定所述深度的一部分，所述多个级包括第一级，并且其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，沿所述开口的第一级激光照射所述第一壁部分，并且其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，沿所述开口的第一级激光照射所述第二壁部分。

本申请技术方案5根据技术方案4所述的方法，其中，所述多个级包括在深度上比所述第一级更深的第二级，并且其中，在将所述部件定向在所述第一位置并沿所述开口的第一级激光照射所述第一壁部分，并且在将所述部件定向在所述第二位置并沿所述开口的第一级激光照射所述第二壁部分之后，所述方法还包括将所述部件定向在所述第一位置；在所述部件被定向在所述第一位置时，沿着所述开口的第二级沿所述第一壁部分激光照射所述第一壁部分；将所述部件定向在所述第二位置；以及在所述部件被定向在所述第二位置时，沿着所述开口的第二级沿所述第二壁部分激光照射所述第二壁部分。

本申请技术方案6根据技术方案1所述的方法，其中，所述开口具有深度，并且其中，所述开口限定多个级，每一级限定所述深度的一部分，并且其中所述方法还包括在处于所述第一位置时定向和激光照射所述第一壁部分和处于所述第二位置时定向和激光照射所述第二壁部分之间交替，直到沿所述开口的深度激光照射每一级。

本申请技术方案7根据技术方案1所述的方法，其中，所述部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向，并且其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜，并且其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜；并且其中，当所述激光束逐步地激光照射所述开口的更深的级时，所述第一倾角的向上倾斜增大，所述第二倾角的向下倾斜增大。

本申请技术方案8根据技术方案1所述的方法，其中，所述一个或多个壁限定第三壁部分和第四壁部分，所述方法还包括将所述部件定向在第三位置；在所述部件被定向在所述第三位置时，激光照射所述第三壁部分的至少一部分；将所述部件定向在第四位置；以及在所述部件被定向在所述第四位置时，激光照射所述第四壁部分的至少一部分。

本申请技术方案9根据技术方案8所述的方法，其中，所述部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向，并且其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述横向方向的向上倾斜，并且其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述横向方向的向下倾斜，并且其中，当所述部件被定向在所述第三位置时，所述部件具有第三倾角，所述第三倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向的向上倾斜，并且其中，当所述部件被定向在所述第四位置时，所述部件具有第四倾角，所述第四倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向的向下倾斜。

本申请技术方案10根据技术方案1所述的方法，其中，所述部件是用于燃气涡轮发动机的陶瓷基复合材料(cmc)部件，所述开口是冷却孔。

本申请技术方案11根据技术方案10所述的方法，其中，所述冷却孔具有在大约0.015英寸和大约0.060英寸之间的直径。

本申请技术方案12根据技术方案1所述的方法，其中，所述开口具有在大约1:1到大约10:1之间的长度直径比。

本申请技术方案13还公开了一种用于将开口加工到部件中的激光系统，所述激光系统限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向，所述部件限定第一区段和第二区段，所述激光系统包括激光源，所述激光源被配置成用锥形激光束加工所述开口；可调节透镜，所述可调节透镜被配置成聚焦所述激光束；致动组件，所述致动组件用于定向所述部件；控制器，所述控制器与所述激光源、所述可调节透镜和所述致动组件通信耦连，所述控制器被配置成控制所述致动组件以将所述部件定向在第一位置，其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；控制所述激光源和所述可调节透镜以在所述部件被定向在所述第一位置时激光照射所述部件的第一区段；控制所述致动组件以将所述部件定向在第二位置，其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；以及控制所述激光源和所述可调节透镜以在所述部件被定向在所述第二位置时激光照射所述部件的第二区段。

本申请技术方案14根据技术方案13所述的激光系统，其中，所述控制器还被配置成控制所述致动组件以沿由所述侧向方向和横向方向限定的平面平移所述部件。

本申请技术方案15根据技术方案13所述的激光系统，其中，所述开口要被加工成预定几何形状，并且其中，所述控制器还被配置成控制所述致动组件以相应地使得所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替并激光照射所述第一区段和所述第二区段，使得形成预定几何形状的开口，其中，所述控制器控制所述致动组件以使得所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替，使得所述激光束并不切除所述预定几何形状外部的部件。

本申请技术方案16根据技术方案13所述的激光系统，其中，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向的所述部件的向上倾斜，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向的所述部件的向下倾斜；并且其中，所述开口具有深度，并且其中，所述开口限定多个级，每一级限定所述深度的一部分；并且其中所述激光系统被配置成使所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替，所述第一位置使得所述第一区段内的级之一的至少一部分能够被激光照射，所述第二位置使得所述第二区段内的级之一的至少一部分能够被激光照射，并且其中，当所述激光束逐步地激光照射所述开口的更深的级时，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述第一倾角的向上倾斜增大，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述第二倾角的向下倾斜增大。

本申请技术方案17公开了一种用于使用锥形激光束将开口激光加工到部件中的方法，所述开口限定第一区段和与所述第一区段相对的第二区段，所述方法包括将部件定向在第一位置，其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；在所述部件被定向在所述第一位置时，激光照射所述开口的第一区段的至少一部分；将所述部件定向在第二位置，其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的所述部件的倾斜；以及在所述部件被定向在所述第二位置时，激光照射所述开口的第二区段的至少一部分。

本申请技术方案18根据技术方案17所述的方法，其中，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述部件具有第一倾角，所述第一倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜；并且其中，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述部件具有第二倾角，所述第二倾角指示相对于由所述侧向方向和横向方向限定的参考平面关于所述侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜。

本申请技术方案19根据技术方案18所述的方法，其中，所述开口限定深度，并且其中，当所述激光束逐步更深地激光照射所述开口的深度中时，所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替，使得所述开口的第一区段和第二区段能够被相应地激光照射，并且其中，当所述激光束逐步更深地激光照射所述开口的深度中时，当所述部件被定向在所述第一位置时，所述第一倾角的向上倾斜增大，当所述部件被定向在所述第二位置时，所述第二倾角的向下倾斜增大。

本申请技术方案10根据技术方案17所述的方法，其中，所述开口限定指示所述开口的期望形状的预定几何形状，并且其中，所述开口具有深度，并且其中，所述开口限定多个级，每一级限定所述深度的一部分，并且其中，所述方法还包括在进行到所述开口的更深级之前，在将所述部件定向在所述第一位置使得每一级的第一区段的至少一部分被激光照射和将所述部件定向在所述第二位置使得每一级的第二区段的至少一部分被激光照射之间交替；重复交替过程，直到所述开口的预定几何形状形成期望形状，其中，所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替并被激光照射，使得所述激光束并不切除所述开口的预定几何形状外部的区域中的部件。

参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入于本说明书中且构成本说明书的一部分的附图说明本发明的实施例，且连同所述描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明

本说明书中针对所属领域的技术人员来阐述本发明的完整和启发性公开内容，包括其最佳模式，本说明书参考了附图，在附图中：

图1提供根据本主题的各个实施例的示范性燃气涡轮发动机的示意性横截面图；

图2提供根据本主题的示范性实施例的涡轮喷嘴段的透视图；

图3提供根据本主题的示范性实施例的激光系统的示意图；

图4提供根据本主题的示范性实施例图3的激光系统的部件和致动组件的示意图，其描述处于第一位置的部件；

图5提供根据本主题的示范性实施例图3的激光系统的部件和致动组件的示意图，其描述处于第二位置的部件；

图6提供根据本主题的示范性实施例图3的激光系统的部件和致动组件的示意图，其描述处于第三位置的部件；

图7提供根据本主题的示范性实施例图3的激光系统的部件和致动组件的示意图，其描述处于第四位置的部件；

图8提供根据本主题的示范性实施例的图3的部件和致动组件的俯视图；

图9提供根据本主题的示范性实施例的沿图8的线9-9截取的部件的横截面图；

图10提供被定向在第一位置并被激光束沿在部件的开口的第一区段和第一级处的第一壁部分加工的图8和图9的部件的示意图；

图11提供被定向在第一位置并被激光束沿在开口的第一区段和第二级处的第一壁部分加工的图8和图9的部件的另一示意图；

图12提供被定向在第二位置并被激光束沿在部件的开口的第二区段和第一级处的第二壁部分加工的图8和图9的部件的示意图；

图13提供被定向在第二位置并被激光束沿在部件的开口的第二区段和第二级处的第二壁部分加工的图8和图9的部件的另一示意图；

图14提供根据本主题的示范性实施例的示范性部件和致动组件的俯视图；

图15提供根据本主题的示范性实施例的沿图14的线15-15截取的部件的横截面图；

图16提供被定向在第一位置并被激光束在部件的开口的第一区段和第一级加工的图14和图15的部件的示意图；

图17提供被定向在第二位置并被激光束在部件的开口的第二区段和第一级加工的图14和图15的部件的示意图；

图18提供被定向在第一位置并被激光束在部件的开口的第一区段和第二级加工的图14和图15的部件的示意图；

图19提供被定向在第二位置并被激光束在部件的开口的第二区段和第二级加工的图14和图15的部件的示意图；

图20提供根据本公开的示例性实施例的示范性方法的流程图；以及

图21提供根据本公开的示范性实施例的另一示范性方法的流程图。

具体实施方式

现将详细参考本发明的当前实施例，其中的一个或多个实例示于附图中。详细描述中使用数字和字母标号来指代图中的特征。图中和描述中使用相同或类似的标示来指代本发明的相同或类似部分。如本文所用，术语“第一”、“第二”和“第三”可互换使用以区分开一个部件与另一部件，而并非意图表示个别部件的位置或重要性。术语“上游”和“下游”是指相对于流体路径中的流体流动的相对方向。举例来说，“上游”是指流体流出的方向，而“下游”是指流体流向的方向。如本文中所使用，“基本上”表示在所述值的百分之二十(20％)之内，除非另有明确指出。如本文中所使用，“大约”表示在所述值的大约百分之十(10％)之内，除非另有明确指出。

因此，本主题涉及用于加工部件的开口的激光系统和方法。在一个示范性方面，激光系统包括用于将开口加工到部件中的特征，例如，用于燃气涡轮发动机的cmc部件的冷却孔。为了形成开口，部件可被定向在第一位置，并且当被定向在第一位置时被激光照射以形成开口的一部分。所述部件接着被定向在第二位置，并且在被定向在所述第二位置时被激光照射以形成所述开口的另一部分。所述部件在所述第一位置和所述第二位置之间交替，直到形成所述开口的预定几何形状。部件被定向在第一位置和第二位置，使得激光束在不切除不期望被加工的部件的区域的情况下加工部件。

通过将部件定向在一个或多个位置，激光束的攻角可得以调节。通过调节激光束的攻角，部件可被最佳地定位以进行激光照射。即，部件可被定向，使得锥形激光束不切除不期望被加工的开口中或开口周围的区域。以此方式，可实现开口的期望的设计意图或预定几何形状。定向部件还可降低或消除开口的斜壁。这可有效地提高开口是冷却孔时开口的膜有效性。另外，通过将部件定向在各个位置，例如，通过关于参考平面倾斜部件，激光束可进一步穿透到开口中，而不切除开口的边缘。当激光束进一步穿透到开口的深度中时，激光束的攻角可被调节。因此，可获得具有更深的深度的开口。

现参看图式，其中相同的标记贯穿各图指示相同的元件，图1是根据本公开的示范性实施例的燃气涡轮发动机的示意性横截面图。更确切地说，对于图1的实施例，燃气涡轮发动机为高旁路涡扇喷气发动机10，其在本文中被称为“涡扇发动机10”。如图1中展示，涡扇发动机10限定轴向方向a(平行于出于参考目的而提供的纵向中心线12延伸)和径向方向r。一般来说，涡扇10包括风扇区段14和安置在风扇区段14下游的核心涡轮发动机16。

所描绘的示范性核心涡轮发动机16通常包括限定环形入口20的大体上管状外壳体18。外壳体18以串联流关系包覆：压缩机区段，其包括增压器或低压(lp)压缩机22和高压(hp)压缩机24；燃烧区段26；涡轮机区段，其包括高压(hp)涡轮机28和低压(lp)涡轮机30；以及喷气排气喷嘴区段32。高压(hp)轴或转轴34将hp涡轮机28传动地连接到hp压缩机24。低压(lp)轴或转轴36将lp涡轮机30传动地连接到lp压缩机22。

对于所描绘的实施例，风扇区段14包括风扇38，风扇38具有以间隔开的方式连接到盘42的多个风扇叶片40。如所描绘，风扇叶片40从盘42大体沿着径向方向r朝外延伸。风扇叶片40和盘42可通过跨越动力齿轮箱46的lp轴36围绕纵向轴线12一起旋转。动力齿轮箱46包括多个齿轮，以用于将lp轴36的旋转速度逐步降低到更高效的旋转风扇速度。

仍参看图1的示范性实施例，盘42由可旋转的前舱体48覆盖，前舱体48具有空气动力学轮廓以促进气流穿过所述多个风扇叶片40。另外，示范性风扇区段14包括环形风扇壳体或外部舱体50，其沿圆周包围风扇38和/或核心涡轮发动机16的至少一部分。应了解，舱体50可配置成相对于核心涡轮发动机16由多个沿圆周间隔开的出口导流板52支撑。此外，舱体50的下游区段54可在核心涡轮发动机16的外部分上延伸，以便在其间限定旁路气流通道56。

在涡扇发动机10的操作期间，大量空气58穿过舱体50和/或风扇区段14的相关联入口60进入涡扇10。当大量空气58横穿风扇叶片40时，如由箭头62指示的空气58的第一部分被引导或导引到旁路气流通道56中，且如由箭头64指示的空气58的第二部分被引导或导引到lp压缩机22中。空气的第一部分62和空气的第二部分64之间的比率通常称为旁路比。在空气的第二部分64被导引通过高压(hp)压缩机24并进入燃烧区段26时，空气的第二部分64的压力接着增加，在燃烧区段26处，空气与燃料混合并燃烧以提供燃烧气体66。

燃烧气体66被导引通过hp涡轮机28，在hp涡轮机28处经由连接到外壳体18的hp涡轮定子轮叶68和连接到hp轴或转轴34的hp涡轮转子叶片70的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和/或动能的一部分，因此使hp轴或转轴34旋转，进而支持hp压缩机24的操作。燃烧气体66接着被导引通过lp涡轮机30，在lp涡轮机30处经由连接到外壳体18的lp涡轮定子轮叶72和连接到lp轴或转轴36的lp涡轮转子叶片74的顺序级提取来自燃烧气体66的热能和动能的第二部分，因此使lp轴或转轴36旋转，进而支持lp压缩机22的操作和/或风扇38的旋转。

燃烧气体66随后被导引通过核心涡轮发动机16的喷气排气喷嘴区段32以提供推进力。同时，当空气的第一部分62在从涡扇10的风扇喷嘴排气区段76排出之前被导引通过旁路气流通道56时，空气的第一部分62的压力显著增大，从而也提供推进力。hp涡轮机28、lp涡轮机30和喷气排气喷嘴区段32至少部分地限定热气体路径78，以用于将燃烧气体66导引通过核心涡轮发动机16。

在一些实施例中，涡扇发动机10的部件，尤其是热气体路径78内的部件，可包括陶瓷基质复合(cmc)材料，其为具有高温能力的非金属材料。用于此类部件的示范性cmc材料可包括碳化硅(sic)、硅、硅石或氧化铝基质材料和其组合。陶瓷纤维可嵌入基质内，例如氧化稳定的增强纤维，包括如蓝宝石和碳化硅(例如，textron的scs-6)的单丝；以及粗纱和纱线，包括碳化硅(例如，nipponcarbon的ubeindustries的和dowcorning的)、硅酸铝(例如，nextel的440和480)；以及短切的晶须和纤维(例如，nextel的440和)和任选地陶瓷颗粒(例如，si、al、zr、y以及它们的组合的氧化物)和无机填充剂(例如，叶蜡石、硅灰石、云母、滑石、蓝晶石和蒙脱石)。作为另外的实例，cmc材料还可包括碳化硅(sic)或碳纤维布。

cmc材料可用于发动机的各个部件，例如，压缩机中的涡轮喷嘴和/或翼型件和/或风扇区域。涡轮喷嘴包括在内带和外带之间延伸的定子轮叶，其以最大化在相邻的下游涡轮叶片处的提取的方式引导热燃烧气体。因此，cmc材料期望用在形成暴露于热燃烧气体的高温的涡轮喷嘴中。当然，涡轮发动机10的其它部件也可以由cmc材料形成。

图2提供根据本主题的示范性实施例的涡轮喷嘴段80的透视图。对于此实施例，涡轮喷嘴段80由cmc材料制成。在替代性实施例中，涡轮喷嘴段80可由任何其它适合的材料例如高温合金制成。涡轮喷嘴段80为数个喷嘴段中的一个，当所述喷嘴段连接在一起时，形成燃气涡轮发动机例如图1的涡扇发动机10的环状喷嘴总成。喷嘴段80由轮叶82组成，例如，图1的涡扇发动机10的定子轮叶68。每个轮叶82限定翼型件，并在外带84和内带86之间延伸。值得注意的是，轮叶82的翼型件部分限定多个冷却孔88。冷却孔88提供膜冷却以提高轮叶82的热性能。如下面将全面解释的，冷却孔，更广义讲是开口可以本文中描述的方式加工或形成到轮叶82的翼型件中。

图3提供根据本主题的示范性实施例的示范性激光系统100的示意图。更具体讲，对于此实施例，激光系统100可操作地配置成在部件200中形成开口210，所述部件200例如图2的cmc部件，燃烧器衬套，涡轮转子叶片，涡轮定子轮叶，压缩机转子叶片，压缩机定子轮叶等。如本文中使用的术语“开口”用来指示形成或加工到部件或工件中的几何形状。例如，开口可以是燃气涡轮发动机的cmc部件的冷却孔，例如，用于涡轮部件或燃烧器衬套的冷却孔。作为另外的其它实例，开口可以是形成或加工到部件或工件中的通孔、凹槽、缺口、腔、通道、槽、矩形槽、腔室、盲孔、灰、风扇、圆角矩形等。在一些实施例中，对于这些开口，相对的壁或壁的相对部分之间的距离范围从大约0.015英寸(≈0.04厘米)到0.060英寸(≈0.15厘米)。而且，在一些实施例中，这些开口的深度范围可从大约0.050英寸(≈0.13厘米)到0.300英寸(≈0.76厘米)。而且，在一些实施例中，对于这些开口，长度直径比(l/d)范围可从大约1:1到大约10:1。

如图3所示，激光系统100限定了竖直方向v、侧向方向l和横向方向t。竖直方向v、侧向方向l和横向方向t中的每一个彼此相互垂直并且形成正交方向系。对于此实施例，激光系统100包括激光源102和用于引导或聚焦从激光源102发射的激光束106的反射镜或可调节透镜104。如图3中描绘的，激光束106是锥形的。可调节透镜104是可调节的，使得激光束106的焦点108(即锥形形状的激光束106的顶点或顶端)可到处移动或扫描，使得可在工件中加工期望的开口和几何形状。

激光系统100还包括致动组件110。致动组件110可操作地配置成在各个位置之间平移、旋转、枢转、致动、调节或另外移动部件200。例如，如图3所示，致动组件110可将部件200定向在第一位置p1(在图3中以实线示出)，并且可将部件200定向在第二位置p2(图3中以虚线示出)。以此方式，如本文中将详细描述的，激光束106的攻角可被修改或调节，使得开口210可形成于部件200中，而激光束106不切除不期望被加工的部件200的区域。致动组件110可以是能够将部件200以本文中描述的方式定向的任何适合类型的致动组件110。例如，致动组件110可以是机器人臂或例如可调节夹具。

如图3中还示出的，激光系统100还包括控制器112。控制器112与激光源102、可调节透镜104和致动组件110通信耦连。控制器112可与激光源102、可调节透镜104和致动组件110通过一个或多个信号线或共享通信总线通信耦连，或者另外或替代性地，控制器112可与激光源102、可调节透镜104和致动组件110通过一个或多个无线连接通信耦连。

激光系统100的操作由控制器112控制。在一些示范性实施例中，控制器112可以包括控制面板，其可以表示通用i/o(“gpio”)装置或功能块。在一些示范性实施例中，控制面板可以包括输入部件，例如各种电气、机械或机电输入装置中的一个或多个，这些输入装置包括旋转拨号盘、按钮、触摸板和触摸屏。控制面板为用户操纵激光系统100的操作提供选择。响应于用户操纵控制面板，控制器112操作激光系统100的各个部件。

处理器112包括一个或多个存储器装置和一个或多个处理装置，例如，微处理器、cpu等等，例如，可操作以执行与激光系统100的操作关联的程序指令或微控制代码的通用或专用微处理器。存储器可代表随机存取存储器，例如dram，或者只读存储器，例如rom或flash。处理器执行存储在存储器中的程序指令。存储器可以是与处理器单独的部件，或者可包括于处理器内。替代性地，可不使用微处理器构造控制器112，例如，使用离散模拟和/或数字逻辑电路(例如开关、放大器、积分器、比较器、触发器、与门等)的组合代替依赖于软件执行控制功能。

现在参照图4到图7，将进一步描述部件200的致动。图4提供图3的激光系统100的部件200和致动组件110的示意图，其描绘处于第一位置p1的部件200；图5提供图3的激光系统100的部件200和致动组件110的示意图，其描绘处于第二位置p2的部件200；图6提供图3的激光系统100的部件200和致动组件110的示意图，其描绘处于第三位置p3的部件200；以及图7提供根据本主题的示范性实施例激光器的部件200和致动组件110的示意图。

如图4所示，致动组件110已经将部件200定向在第一位置p1。如所示的，当部件200被定向在第一位置p1时，部件200具有相对于由侧向方向l和横向方向t限定的平面的第一倾角(pitchangle)θ1。如本文中使用的第一倾角θ1指定相对于零度(0°)参考线关于部件200的横向方向t的向上倾斜(pitch)。对于此实施例，例如，从零度(0°)开始并围绕横向方向t从图4的视角以逆时针方向移动，部件200向上倾斜十度(10°)。在一些示范性实施例中，部件200向上倾斜不超过五度(5°)。在其它示范性实施例中，部件200可大致围绕横向方向t向上倾斜任何适当的角度数。

如图5所示，致动组件110已经将部件200定向在第二位置p2。如所描绘的，当部件200被定向在第二位置p2时，部件200具有关于由侧向方向l和横向方向t限定的平面的第二倾角θ2。如本文中使用的，第二倾角θ2指定相对于零度(0°)参考线关于部件200的横向方向t的向下倾斜。对于此实施例，例如，从零度(0°)开始并围绕横向方向t从图5的视角以顺时针方向移动，部件200向下倾斜十度(10°)。部件200可围绕横向方向t向下倾斜任何适当的角度数。

在一些实施例中，第二倾角θ2是与第一倾角θ1相对的角度。例如，在此实例中，相对于由侧向方向l和横向方向t限定的平面，第一倾角θ1是十度(10°)的向上倾斜，第二倾角θ2是十度(10°)的向下倾斜。在其它实施例中，第二倾角θ2不需要与第一倾角θ1相对。

如图6所示，致动组件110已经将部件200定向在第三位置p3。如所示，当部件200被定向在第三位置p3时，部件200相对于由侧向方向l和横向方向t限定的平面具有第三倾角θ3。如本文中使用的，第三倾角θ3指定相对于零度(0°)参考线关于部件200的侧向方向l的向上倾斜。对于此实施例，例如，从零度(0°)开始并围绕侧向方向l从图6的视图逆时针方向移动，部件200向上倾斜十度(10°)。

如图7所示，致动组件110已经将部件200定向在第四位置p4。如所描述的，当部件200被定向在第四位置p4时，部件200相对于由侧向方向l和横向方向t限定的平面具有第四倾角θ4。如本文中使用的，第四倾角θ4指定相对于零度(0°)参考线关于部件200的侧向方向l的向下倾斜。对于此实施例，例如，从零度(0°)开始并围绕侧向方向l从图7的视角以顺时针方向移动，部件200向下倾斜十度(10°)。部件200可关于侧向方向l向下倾斜任何适当的角度数。

在一些实施例中，第四倾角θ4是与第三倾角θ3相对的角度。例如，在此实例中，相对于由侧向方向l和横向方向t限定的平面，第三倾角θ3是十度(10°)的向上倾斜，第四倾角θ4是部件200的十度(10°)的向下倾斜。在其它实施例中，第四倾角θ4不需要与第三倾角θ3相对。

在一些实施例中，除了旋转或枢转部件200之外，致动组件110还可沿由侧向方向l和横向方向t限定的平面平移部件200。即，部件200可在侧向方向l、横向方向t或侧向方向l和横向方向t的组合上平移。另外或者替代性地，致动组件110可沿竖直方向v平移部件200。通过沿一个或多个侧向方向l、横向方向t和竖直方向v平移部件200，在一些情况下，激光束106(图3)可容易地激光照射开口210，而不切除限定开口210的一个或多个壁。

在一个示范性方面，提供了一种激光系统，其可操作地配置成加工之前在部件中形成的开口的内部壁。例如，可使用激光系统通过用激光束的钻孔过程加宽开口。举另一实例，可使用激光系统铰削、抛光或平滑化部件的冷却孔的内部壁以提高膜有效性。现在将在本文中描述可由激光系统加工开口的示范性方式。

图8和图9提供示范性部件200，其具有之前在部件200中形成的开口210。更具体讲，图8提供图3的部件200和致动组件110的俯视图，图9提供根据本主题的示范性实施例沿图8的线9-9截取的部件200和致动组件110的横截面图。对于此实施例，部件200是成形为长方体的cmc部件，开口210是已经在部件200中形成的盲孔(即并不完全延伸通过部件的孔)。

如图8和图9所示，部件200限定竖直方向v、侧向方向l和横向方向t。竖直方向v、侧向方向l和横向方向t中的每一个彼此相互垂直并且形成正交方向系。因此，部件200限定与激光系统100(图3)相同的坐标系。部件200限定沿竖直方向v在第一端212和第二端214之间延伸的开口210，在此实施例中分别是开口210的顶部和底部。更具体地，部件200的一个或多个壁216限定大致圆柱形的开口210。对于此实施例，一个或多个壁216包括关于竖直方向v周向延伸的侧壁218和在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的底壁220。第一端212和第二端214之间的距离指示为开口210的深度d1。

如图8和图9中具体所示，限定开口210的一个或多个壁216还限定第一区段s1和与第一区段s1相对的第二区段s2。如所示，第一区段s1和第二区段s2各自沿开口210(图9)的深度d1延伸。还如图9所示，开口210限定沿其深度d1的多个级st。每一级st限定如图9所示的深度d1的一部分。更具体讲，开口210限定在顶端212处或邻近顶端212的第一级st1，在深度上比第一级st1更深的第二级st2和在深度上比第二级st2更深的第三级st3。尽管在此实施例中示出三个级(行)，但要认识到，开口210可限定任何适当数目的级，例如，十(10)级、一百(100)级、一千(1000)级等。而且，尽管在此实施例中示出两个区段(列)，但要认识到，开口210可限定任何适当数目的区段，例如，四个(4)区段，六个(6)区段，八个(8)区段等。

参考图9，如所示，限定第一区段s1的一个或多个壁216包括第一壁部分222，限定第二区段s2的一个或多个壁216包括第二壁部分224。在一些实施例中，例如图9的图示实施例，第一壁部分222与第二壁部分224平行(即沿第一壁部分222的每个正切点与第二壁部分224的正切点平行，第二壁部分224与开口210另一边的第一壁部分222相对)。

现在参照图10到图13，将描述用于加工开口210的内部壁216的示范性过程。图10提供被定向在第一位置p1并由锥形激光束106在开口210的第一区段s1和第一级st1处加工的图8和图9的部件200的示意图；图11提供被定向在第一位置p1并由锥形激光束106在开口210的第一区段s1和第二级st2处加工的部件200的另一视图；图12提供被定向在第二位置p2并由锥形激光束106在开口210的第二区段s2和第一级st1处加工的部件200的另一视图；以及图13提供被定向在第二位置p2并由锥形激光束106在开口210的第二区段s2和第二级st2处加工的部件200的又一视图。

如图10所示，从激光源102(图3)发射的激光束106正来回扫描(在图10所示的实线和虚线之间)以沿第一区段s1的第一级st1加工第一壁部分222。值得注意的是，控制器112(图3)已经控制致动组件110以将部件200定向在第一位置p1。对于此实施例，第一位置p1是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向上倾斜五度(5°)的位置。因此，在图10中，第一倾角θ1是五度(5°)的向上倾斜。

通过将部件200定向在第一位置p1，调节激光束106的攻角。通过调节激光束106的攻角，位于第一区段s1内的第一壁部分222的第一级st1被最佳地定位以进行激光照射。即，部件200被定向成使得锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

如图11所示，对于此实施例，在激光束106沿第一区段s1的第一级st1加工第一壁部分222之后，激光束106可更深地穿透到开口210中，以沿第一区段s1的第二级st2激光照射第一壁部分222。如图11所示，控制器112(图3)已经控制致动组件110以将部件200的定向保持在第一位置p1。然而，为了沿第一区段s1的第二级st2更好地加工第一壁部分222，控制器112已经控制致动组件调节第一倾角θ1。具体讲，控制器112已经控制致动组件110以相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线关于横向方向t将部件200的向上倾斜从五度(5°)(图10)提高到十度(10°)。因此，在图11中，第一倾角θ1是十度(10°)的向上倾斜。

通过调节第一倾角θ1以激光照射第一壁部分222的第二级st2，激光束106的攻角被进一步调节，其又最佳地定位待被激光照射的第一壁部分222的第二级st2。而且，以此方式，部件200被定向成本使得当激光束106沿第一壁部分222的第二级st2来回扫描时，锥形激光束106并不切除不期望被加工的区域。

在激光束106沿第一区段s1的第一级st1和第二级st2加工第一壁部分222之后，尽管没有描绘，但激光束106还可更深地穿透到开口210中，以沿第一区段s1的第三级st3激光照射第一壁部分222。以此方式，可沿开口210的整个深度d1激光照射第一壁部分222。还可以与上面指出的方式相同的方式调节第一倾角θ1，使得激光束106并不切除不期望被加工的区域(即关于横向方向t部件200可再向上倾斜五度(5°)，使得第一倾角θ1是十五度(15°))。而且，在开口210包括底壁220的实施例中，第一区段s1内的底壁220可在部件200被定位在第一位置p1时被激光束106激光照射。在这些实施例中，部件200的定向可被调节，使得激光束106不切除不期望被加工的区域。

如图12所示，在激光束106沿第一区段s1内的第一级st1、第二级st2、第三级st3和底壁220激光照射第一壁部分222之后，控制器112(图3)可控制致动组件110以将部件200定向在第二位置p2，使得第二壁部分224被最佳地定位以进行激光照射。对于此实施例，第二位置p2是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向下倾斜五度(5°)的位置。因此，在图12中，第二倾角θ2是五度(5°)的向下倾斜。

通过将部件200定向在第二位置p2，调节激光束106的攻角，并且通过调节激光束106的攻角，沿第二壁部分224的第一级st1被最佳地定位以被激光照射。即，部件200被定向成使得当激光束106沿第二壁部分224的第一级st1来回扫描时(由实线和虚线示出)锥形激光束106并不切除不期望被加工的区域。

如图13所示，对于此实施例，在激光束106沿第二区段s2的第一级st1激光照射第二壁部分224之后，激光束106可更深地穿透到开口210中，以沿第二区段s2的第二级st2激光照射第二壁部分224。如图13所示，控制器112(图3)已经控制致动组件110以将部件200的定向保持在第二位置p2。然而，为了更好地沿第二区段s2的第二级st2加工第二壁部分224，控制器112已经控制致动组件110调节第二倾角θ2。具体讲，控制器112已经控制致动组件110以相对于沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线将部件200关于横向方向t的向下倾斜从五度(5°)(图12)提高到十度(10°)。因此，在图13中，第二倾角θ2是十度(10°)的向下倾斜。

通过调节第二倾角θ2以激光照射第二壁部分224的第二级st2，进一步调节激光束106的攻角，这又最佳地定位待被激光照射的第二壁部分224的第二级st2。而且，以此方式，部件200被定向成使得当激光束106沿第二壁部分224的第二级st2来回扫描时，锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

在激光束106沿第二区段s2的第一级st1和第二级st2加工第二壁部分224之后，尽管未描绘，但激光束106可进一步更深地穿透到开口210中，以沿第二区段s2的第三级st3激光照射第二壁部分224。以此方式，可沿开口210的整个深度d1激光照射第二壁部分224。以与上面指出的方式相同的方式还可进一步调节第二倾角θ2，使得激光束106不切除不期望被加工的区域(即部件200可关于横向方向t被再向下倾斜五度(5°)，使得第二倾角θ2为十五度(15°))。而且，在开口210包括底壁220的实施例中，第二区段s2内的底壁220可在部件200被定位在第二位置p2时被激光束106激光照射。在这些实施例中，部件200的定向可被调节，使得激光束106不切除不期望被加工的区域。

在替代的示范性实施例中，激光束106可被激光系统100(图3)控制，以在激光照射第一壁部分222和第二壁部分224之间交替，以在更深地穿透到开口210中以激光照射开口210的更深的级的第一壁部分222和第二壁部分224之前完全激光照射特定的级。例如，在沿第一级st1激光照射第一壁部分222之后，控制器112可控制致动组件110以将部件200定向在第二位置p2。在第二位置p2，控制器112可控制可调节透镜104(图3)以沿第二壁部分224的第一级st1扫描激光束106。之后，控制器112可控制致动组件110以将部件200定向(或重定向)在第一位置p1，使得可沿第一壁部分222激光照射第二级st2。接着，控制器112可控制致动组件110以将部件200定向在第二位置p2，使得可沿第二壁部分224激光照射第二级st2。可以与其它级相同的方式激光照射第三级st3。

在另一示范性方面，提供激光系统，其可操作地被配置成将开口激光加工到部件中，例如，将冷却孔加工到燃气涡轮发动机的cmc部件中。例如，可使用图3的激光系统100将开口激光加工到部件中。在将开口加工到部件中之前，激光系统的控制器可接收指示待形成的开口的预定几何形状的用户输入。替代性地，控制器可自动地或者作为规划加工安排的一部分确定开口的预定几何形状。预定几何形状可以是例如圆柱形通孔。开口的预定几何形状可以具有预定深度。例如，冷却孔的预定深度可以是cmc部件的壁的内表面和外表面之间的距离。

图14和图15提供期望在其中形成通孔的实例部件。将使用相同的数字指示与上面提到的相同或相似的零件。图14提供示范性部件200和致动组件110的俯视图，图15提供根据本主题的示范性实施例沿图14的线15-15截取的部件200和致动组件110的横截面图。对于此实施例，部件200是成形为长方体的cmc部件，开口的预定几何形状230是圆柱形状的通孔(即通过部件200延伸的孔)。

如图14和图15所示，部件200限定竖直方向v、侧向方向l和横向方向t。竖直方向v、侧向方向l和横向方向t中的每一个彼此相互垂直并且形成正交方向系。因此，部件200限定与激光系统100(图3)相同的坐标系。如图14和图15中还示出的，圆柱形通孔开口的预定几何形状230沿竖直方向v在第一端212和第二端214之间延伸。第一端212和第二端214之间的距离指示为开口的预定深度d2。

如在图14中具体示出的，开口的预定几何形状230限定第一区段s1和与第一区段s1相对的第二区段s2。如图15所示，第一区段s1和第二区段s2各自沿开口的预定几何形状230的预定深度d2延伸。还如图15所示，开口的预定几何形状230沿其预定深度d2限定多个级st。每一级st限定如图15所示的预定深度d2的一部分。更具体讲，如所示，开口的预定几何形状230限定在第一端212处或邻近第一端212的第一级st1，在深度上比第一级st1更深的第二级st2和在深度上比第二级st2更深的第三级st3。尽管在此实施例中示出三个级(行)，但要认识到，开口的预定几何形状230可限定任何适当数目的级，例如，十(10)级、一百(100)级、一千(1000)级等。而且，尽管在此实施例中示出两个区段(列)，但要认识到，开口的预定几何形状可限定任何适当数目的区段，例如，四个(4)区段，六个(6)区段，八个(8)区段等。

现在参照图16到图19，将描述用于将开口加工到部件中的示范性过程。图16提供被定向在第一位置p1并被锥形激光束106在第一级st1处加工的图14和图15的部件200的示意图；图17提供被定向在第二位置p2并被锥形激光束106在第一级st1处加工的部件200的另一视图；图18提供被定向在第一位置p1并被锥形激光束106在第二级st2处加工的部件200的另一视图；以及图19提供被定向在第二位置p2并被锥形激光束106在第二级st2处加工的部件200的又一视图。

如图16所示，从激光源102(图3)发射的激光束106被可调节透镜104(图3)引导以来回扫描(在图16中所示的实激光束106和虚激光束106之间)，从而激光照射主要在第一区段s1内的预定几何形状230的第一级st1。以此方式，激光束106可移除材料以便形成开口。值得注意的是，控制器112(图3)已经控制致动组件110以将部件200定向在第一位置p1。对于此实施例，第一位置p1是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向上倾斜五度(5°)的位置。因此，在图16中，第一倾角θ1是五度(5°)的向上倾斜。

通过将部件200定向在第一位置p1，调节激光束106的攻角。通过调节激光束106的攻角，第一区段s1的第一级st1被最佳地定位以被激光照射。换种方式讲，部件200被定向成使得当激光束106来回扫描时，锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

如图17所示，当第一级st1的材料的一部分已经被去除时，开口210的一部分已经形成于部件200中。更具体讲，当部件200被定向在如图16所示的第一位置p1时，第一级st1的材料的一部分被去除。对于此实施例，在部件200处于第一位置p1激光照射第一级st1之后，控制器112(图3)控制致动组件110以将部件200定向在第二位置p2，使得第二区段s2的第一级st1被最佳地定位以进行激光照射。图17描绘了被定向在第二位置p2的部件200。对于此实施例，第二位置p2是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向下倾斜五度(5°)的位置。因此，在图17中，第二倾角θ2是五度(5°)的向下倾斜。

通过将部件200定向在第二位置p2，可调节激光束106的攻角。通过调节激光束106的攻角，第二区段s2的第一级st1被最佳地定位以进行激光照射。而且，当部件200被定向在第二位置p2以激光照射第二区段s2的第一级st1时，部件200被定向成使得当激光束106来回扫描(即在实激光束106线和虚激光束106线之间)时锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

如图18所示，第一级st1的材料已经被完全去除，现在激光系统100(图3)将激光照射预定几何形状230的剩余级。对于此实施例，当部件200被定向在第二位置p2(图17)完成激光照射第一级st1之后，控制器112(图3)控制致动组件110以将部件200定向或重定向在第一位置p1。图18描绘了被定向或重定向在第一位置p1的部件200。当定向在第一位置p1时，部件200还可被定向在与曾用来在第一位置p1(图16)加工第一级st1相同的倾角，或者替代性地，第一倾角θ1可被调节以便使预定几何形状230的第二级st2可更接近激光束106。换种方式讲，第一倾角θ1可被调节，使得当激光束106激光照射第二级st2时，激光束106并不切除不期望被加工的部件200的零件或区域，例如，开口210的边缘226。

对于此实施例，第一倾角θ1一直保持与用于激光照射主要在第一区段s1内的第一级st1的情况相同。因此，对于此实施例，第一位置p1是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向上倾斜五度(5°)的位置。因此，在图18中，第一倾角θ1是五度(5°)的向上倾斜。

通过在激光照射主要在第一区段s1内的第二级st2时将部件200定向在第一位置p1，调节激光束106的攻角。通过调节激光束106的攻角，第一区段s1的第二级st2被最佳地定位以进行激光照射。换种方式讲，部件被定向成使得当激光束106来回扫描(即在图18所示的实线激光束106和虚线激光束106之间)时，锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

如图19所示，当第二级st2的材料的一部分已经被去除时，开口210已经被进一步成形到部件200中。更具体讲，在部件200被定向在第一位置p1(图18)时，第二级st2的材料的一部分被去除。对于此实施例，在部件被定向在第一位置p1时激光照射第二级st2之后，控制器112(图3)控制致动组件110以将部件200定向或重定向在第二位置p2。图19描绘了被定向或者重定向在第二位置p2的部件200。当被定向在第二位置p2时，部件200可被定向在与曾用来在第二位置p2(图17)加工第一级st1相同的倾角，或者替代性地，第二倾角θ2可被调节以便使预定几何形状230的第二区段s2内的第二级st2可更接近激光束106。换种方式讲，第二倾角θ2可被调节，使得当激光束106激光照射第二区段s2内的第二级st2时，激光束106并不切除不期望被加工的部件200的零件或区域，例如，开口210的边缘226。

对于此实施例，第二倾角θ2一直保持与用于激光照射主要在第二区段s2内的第一级st1相同。因此，对于此实施例，第二位置p2是相对于在沿侧向方向l和横向方向t的平面内延伸的零度(0°)参考线部件200关于横向方向t向下倾斜五度(5°)的位置。因此，在图19中，第二倾角θ2是五度(5°)的向下倾斜。

通过当激光照射主要在第二区段s2内的第二级st2时，将部件200定向在第二位置p2，调节激光束106的攻角。通过调节激光束106的攻角，第二区段s2的第二级st2被最佳地定位以进行激光照射。换种方式讲，部件200被定向成使得当激光束106来回扫描(即在图19所示的实线激光束106和虚线激光束106之间)时，锥形激光束106不会切除不期望被加工的区域。

在激光束106加工第一级st1和第二级st2之后，尽管没有描绘，但激光束106还可使用与上面描述的相同的交替模式进一步更深地穿透到开口210中，以激光照射第三级st3。以此方式，预定几何形状230可沿其整个预定深度d2被激光照射，使得开口210可完全形成，在此实施例中，开口是通过部件200的通孔。当激光照射第三级st3时，第一倾角θ1(当部件200被定向在第一位置p1时)和第二倾角θ2(当部件200被定向在第二位置p2时)还可以与上面指出的方式相同的方式被调节，使得当激光束106更深地穿透到开口210中时，激光束106并不切除不期望被加工的区域。

替代性地或者除了将部件定向在第一位置或第二位置之外，为了最佳地定位开口的预定几何形状的一个或多个级或部分，部件可被定向在第三位置或者也可被定向在第四位置。以与上文对于第一位置和第二位置指出的相同的方式，部件可在第三位置和第四位置之间交替。当部件被定向在第三位置(如图6所示)时，部件可相对于零度(0°)参考线关于侧向方向向上倾斜。当部件被定向在第四位置(如图7所示)时，部件可相对于零度(0°)参考线关于侧向方向向下倾斜。在一些实施例中，例如，部件可被定向在第一位置以激光照射开口的预定几何形状的一部分。接着，部件可被定向在第二位置以激光照射预定几何形状的一部分。之后，部件可被定向在第三位置以激光照射预定几何形状的另一部分。最后，部件可被定向在第四位置以激光照射预定几何形状的又一部分。部件可在这些位置之间交替，直到完全形成开口。要认识到，对于每个位置的倾角可保持相同，或者可被调节以更好地定位预定几何形状的特定部分以用于加工。而且，要认识到，部件可在所述位置之间以任何适当顺序到处移动。还要认识到，除了将部件旋转或倾斜到一个或多个位置之外，致动组件还可平移部件。另外要认识到，部件可被倾斜或平移到任何适当数目的位置，本公开不局限于出于实例目的本文中描述的许多位置。

图20提供根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图。具体讲，图20提供用于使用锥形激光束106激光加工部件的开口的一个或多个壁的方法的流程图。一个或多个壁限定第一壁部分和第二壁部分。方法(300)的一些或全部可由例如本文中图示和描述的激光系统100执行。

在(302)，方法(300)包括将部件定向在第一位置。例如，部件可以是本文中描述的部件200。部件可以是例如用于燃气涡轮发动机(例如图1的涡扇发动机10)的cmc部件(例如图2的涡轮喷嘴段80)。开口可以是例如图2的涡轮喷嘴段80的冷却孔88中的一个。在一些实施方式中，部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方法和横向方向。在这些实施方式中，当部件被定向在第一位置时，部件具有第一倾角，第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜。例如，图10中的部件被定向在第一位置。

在(304)，方法(300)包括在部件被定向在第一位置时激光照射第一壁部分的至少一部分。例如，可使用从图3的激光源102发射的并由可调节透镜104引导的激光束106激光照射第一壁部分。第一壁部分可以是例如如图9所示的第一壁部分222。图10和图11描绘了被激光束106激光照射的第一壁部分222。值得注意的是，在第一壁部分222被激光照射时，部件被定向在第一位置。通过将部件定向在第一位置，第一壁部分222被最佳地定位以进行激光照射。而且，部件200的定向调节激光的攻角，使得锥形激光束106不切除开口210的预定几何形状外部的区域。

在(306)，方法(300)包括将部件定向在第二位置。在一些实施方式中，当部件被定向在第二位置时，部件具有第二倾角，第二倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜。例如，图12和图13中描绘的部件被定向在第二位置。

在(308)，方法(300)包括在部件被定向在第二位置时，激光照射第二壁部分的至少一部分。例如，可使用从图3的激光源102发射的并通过可调节透镜104引导的激光束106激光照射第二壁部分。第二壁部分可以是例如图9所示的第二壁部分224。图12和图13描绘了被激光束106激光照射的第二壁部分224。值得注意的是，在第二壁部分224被激光照射时，部件被定向在第二位置。通过将部件定向在第二位置，第二壁部分224被最佳地定位以进行激光照射。而且，部件200的定向调节激光的攻角，使得锥形激光束106不切除开口210的预定几何形状外部的区域。在一些实施方式中，第一壁部分与第二壁部分平行。在一些实施方式中，第一壁部分与第二壁部分基本上平行。

在另外的其它实施方式中，第二倾角与第一倾角相对。例如，如果第一倾角关于参考平面(例如，沿如图4到图7所示的侧向方向和横向方向延伸的0°参考平面)是三度(3°)的向上倾斜，则第二倾角是三度(3°)的向下倾斜。

在一些实施方式中，开口具有深度。在这些实施方式中，开口限定多个级，每一级限定深度的一部分，多个级包括第一级，例如，图9所示的第一级st1。在这些实施方式中，当部件被定向在第一位置时，沿开口的第一级激光照射第一壁部分；当部件被定向在第二位置时，沿开口的第一级激光照射第二壁部分。

在另外的其它实施方式中，多个级包括在深度上比第一级更深的第二级(例如图9所示的第二级st2)，并且在将部件定向在第一位置并沿开口的第一级激光照射第一壁部分，将部件定向在第二位置并沿开口的第一级激光照射第二壁部分之后，方法(300)包括：将部件定向在第一位置；在部件被定向在第一位置时沿开口的第二级沿第一壁部分照射第一壁部分；将部件定向在第二位置；并在部件被定向在第二位置时沿开口的第二级沿着第二壁部分激光照射第二壁部分。

在一些实施方式中，开口具有深度，并且其中，开口限定多个级，每一级限定深度的一部分，并且其中，所述方法还包括：在处于第一位置时定向和激光照射第一壁部分和处于第二位置时定向和激光照射第二壁部分之间交替，直到沿开口的深度激光照射每一级。

在另外的其它实施方式中，开口限定指示开口的期望形状的预定几何形状，并且其中，当部件在第一位置和第二位置之间交替并被激光照射时，部件被定向成使得激光束不切除开口的预定几何形状外部的区域。

在另外的又一些实施方式中，部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向；并且其中，当部件被定向在第一位置时，部件具有第一倾角，第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜；并且其中，当部件被定向在第二位置时，部件具有第二倾角，第二倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜；并且其中，当激光束逐步更深地激光照射到开口的级时，第一倾角的向上倾斜增大，第二倾角的向下倾斜增大。以此方式，激光束的攻角由深度调节或改变。换种方式讲，当激光束更深地穿透到开口的深度中时，激光束的攻角可被调节(即通过关于侧向方向和横向方向中的一个或多个旋转或倾斜部件)。第一倾角的向上的倾斜可被递增地增大，或者在一些实施例中，第一倾角的向上的倾斜可被逐渐增大。同样，第二倾角的上倾斜可递增地增大，或者在一些实施例中，第一倾角的向下倾斜可逐渐地增大。

在一些实施方式中，一个或多个壁限定第三壁部分和第四壁部分。在这些实施方式中，所述方法还包括：将部件定向在第三位置；在部件被定向在第三位置时，激光照射第三壁部分的至少一部分；将部件定向在第四位置；以及在部件被定向在第四位置时，激光照射第四壁部分的至少一部分。

在另外的又一些实施方式中，部件限定相互垂直的竖直方向、侧向方向和横向方向；并且其中，当部件被定向在第一位置时，部件具有第一倾角，第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于横向方向的向上倾斜；并且其中，当部件被定向在第二位置时，部件具有第二倾角，第二倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于横向方向的向下倾斜；并且其中，当部件被定向在第三位置时，部件具有第三倾角，第三倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向的向上倾斜；并且其中，当部件被定向在第四位置时，部件具有第四倾角，第四倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向的向下倾斜。

图21提供根据本公开的示例性实施例的示例性方法的流程图。具体讲，图21提供用于使用锥形激光束将开口激光加工到部件中的方法的流程图，开口限定第一区段和与第一区段相对的第二区段。方法(400)的一些或全部可由例如本文中图示和描述的激光系统100执行。

在(402)，方法(400)包括将部件定向在第一位置，其中，当部件被定向在第一位置时，部件具有第一倾角，第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的部件的倾斜。例如，部件可以是本文中描述的部件200。部件可以是例如用于燃气涡轮发动机(例如图1的涡扇发动机10)的cmc部件(例如图2的涡轮喷嘴段80)。开口可以是例如图2的涡轮喷嘴段80的冷却孔88中的一个。举例来说，图10和图11中描绘的部件定向在第一位置。

在(404)，方法(400)包括当部件被定向在第一位置时，激光照射开口的第一区段的至少一部分。以此方式，可形成或另外加工开口的至少一部分。

在(406)，方法(400)包括将部件定向在第二位置，其中，当部件被定向在第二位置时，部件具有第二倾角，第二倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的部件的倾斜。例如，图12和图13中描绘的部件被定向在第二位置。

在(408)，方法(400)包括当所述部件被定向在第二位置时，激光照射开口的第二区段的至少一部分。以此方式，可形成或另外加工开口的至少一部分。

在一些实施方式中，当部件被定向在第一位置时，部件具有第一倾角，第一倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向上倾斜；并且其中，当部件被定向在第二位置时，部件具有第二倾角，第二倾角指示相对于由侧向方向和横向方向限定的参考平面关于侧向方向和横向方向的至少一个的向下倾斜。

在另外的其它实施方式中，开口限定深度；并且其中，当激光束逐步更深地激光照射到开口的深度中时，部件在第一位置和第二位置之间交替，使得开口的第一区段和第二区段可被相应地激光照射；并且其中，当激光束被逐步更深地激光照射到开口的深度中时，当部件被定向在第一位置时第一倾角的向上倾斜增大，当部件被定向在第二位置时第二倾角的向下倾斜增大。

在一些实施方式中，开口限定指示开口的期望形状的预定几何形状。在这些实施方式中，开口具有深度，并且其中，开口限定多个级，每一级限定深度的一部分。而且，在这些实施方式中，所述方法还包括在进行到开口的更深级之前，在将部件定向在第一位置使得每一级的第一区段的至少一部分被激光照射和将部件定向在第二位置使得每一级的第二区段的至少一部分被激光照射之间交替；并重复交替过程，直到开口的预定几何形状形成期望形状，其中，部件在第一位置和第二位置之间交替并被激光照射，使得激光束并不切除在开口的预定几何形状外部的区域。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使所属领域的技术人员能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何所并入的方法。本发明的可获专利的范围由权利要求书限定，且可包括所属领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实例包括与权利要求书的字面语言并无不同的结构元件，或如果其包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构元件，那么预期此类其它实例在权利要求书的范围内。