阅读说明：本技术 机器人激光器和为了环境收益的真空清洁 (Robotic laser and vacuum cleaning for environmental benefits ) 是由 J·A·波顿 K·D·洪费尔德 于 2020-01-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及机器人激光器和为了环境收益的真空清洁。公开了用于选择性且受控制地从基板外表面(包括基板外表面涂层)的特定区域去除碎屑而对基板外表面没有不利影响并且通过实时将预定轮廓的库与实际基板外表面轮廓进行比较来使包含附连碎屑的实际基板外表面轮廓复原成预定基板外表面轮廓的方法、系统和设备。(The invention relates to a robot laser and vacuum cleaning for environmental benefits. Methods, systems, and apparatus are disclosed for selectively and controllably removing debris from specific areas of a substrate outer surface (including substrate outer surface coatings) without adversely affecting the substrate outer surface and restoring the actual substrate outer surface profile containing the attached debris to the predetermined substrate outer surface profile by comparing a library of predetermined profiles to the actual substrate outer surface profile in real time.)

机器人激光器和为了环境收益的真空清洁

技术领域

本公开总体上涉及将表面轮廓恢复为原始轮廓的领域。更具体地，本公开涉及通过恢复基板表面轮廓的性能(包括从基板表面去除碎屑)来恢复基板表面的性能。

背景技术

创建某些基板表面，以提供具有能够将预定特性赋予基板表面(诸如，另一材料在基板表面上方的层流)的经设计轮廓的基板表面。在减少基板表面上的阻力量并且以其他方式确立物质可接触并且绕过基板表面的效率的方面，层流对于基板表面是重要的。诸如例如气流中存在的空气这样的物质会不利地影响被设计成移动通过空气的大物体的效率。例如，当诸如例如飞机这样的大物体包括具有显著大外表面面积的外表面时，从原始的(例如，新或“原样制造的”)或“干净”外表面基板轮廓到“脏”外基板表面轮廓的任何变化会导致飞机性能和/或可操纵性下降，并且还会影响诸如例如飞机燃油效率这样的因素。

飞机基板表面的原始轮廓的偏差可以是由使用期间的因素引起的，这些因素包括例如飞行期间物体撞击造成的损坏以及可积聚在外基板表面上的甚至少量的大气碎片(例如，灰尘、污垢等)。另外，已采用混合层流控制(HLFC)技术通过有利地改变或改善飞机的层流表面来提高燃料效率。诸如例如飞机机翼的前部(例如，前缘区域等)这样的HLFC表面可包括被大量(例如，多达并包括数百万个等)具有微米级直径的微穿孔或“孔”穿透的表面。这种表面上方的气流的预定部分穿过穿孔，使得可控制表面(例如，机翼表面等)上方的气流成为层流而非湍流。在服役期间，随着时间发展，此类微孔可能会充满碎屑或者以其他方式阻塞。这些穿孔还可有益地利用在起飞之前、起飞期间以及着陆期间通过这种穿孔吹出的热空气(例如，来自发动机操作等)，从而有可能减少天气寒冷时对手动防冰作业的需要。

为了提高飞机效率，经常以随机或定期的间隔清洁或以其他方式维护飞机的外基板表面，所述外基板表面包括可包括穿孔的HLFC表面。这种清洁方法包括施加大量的液体，所述液体包括水、溶剂以及与一定量溶剂混合的水。这种方法费时且效率低下；例如，产生了大量废水和其他废物。

另外，传统的清洁方法还无法可靠地从基板表面尤其是包含相对小凹陷的表面(所述表面包括可包括穿孔的HLFC表面)上去除碎屑。也就是说，虽然飞机的外部基板表面在经过经设计用于实现更清洁层状表面的清洁方案后可能看起来“干净”，但是这种飞机外表面可能保留一定数量的粘附碎屑，这些碎屑可能是或不是肉眼可见的，并且仍然可对例如飞机的外基板表面处的理想层流有不利影响。

发明内容

根据本发明的一方面，公开了一种用于从基板外表面去除碎屑而没有对所述基板外表面产生不利影响的系统，该系统包括：检测器，该检测器用于评估基板的实际基板外表面上的指定位置处的所述实际基板外表面的特性；存储器，该存储器包括预定基板外表面的特性；处理器，该处理器用于从所述存储器获取预定基板的预定基板外表面的特性，其中，所述检测器与所述处理器通信，并且其中，所述处理器被配置为将所述实际基板外表面的特性与所述预定基板外表面的特性进行比较。

所述系统还包括至少一个控制器，其中，所述控制器与所述处理器和所述存储器通信。定位机构与所述控制器通信，并且能量源与所述控制器通信。所述系统还包括与所述控制器通信的真空器，其中所述系统从所述实际基板外表面无损地去除碎屑。

根据另一方面，公开了一种方法，该包括以下步骤：确定基板外表面上的特定基板外表面位置处存在一定量的碎屑；确定使所述碎屑从所述基板外表面的所述特定基板表面位置脱落所需的一定量的能量；启动能量源；将来自所述能量源的所述一定量的能量引导到所述特定基板外表面位置处的所述碎屑；以及使所述碎屑从所述基板外表面的所述特定基板外表面位置脱落，以形成一定量的脱落碎屑。

在另一方面，公开了一种方法，该方法还包括以下步骤：获取预定基板外表面轮廓；读取所述特定基板外表面位置的实际基板外表面轮廓；并且将所述特定基板外表面位置的所述预定基板外表面轮廓与所述特定基板外表面位置的所述实际基板外表面轮廓进行比较。

在另一方面，一种方法还包括从所述基板外表面去除脱落碎屑。

在其他方面，一种方法还包括从所述基板外表面抽吸所述脱落碎屑。

在另一方面，一种方法还包括处理所述实际基板外表面轮廓，以使所述实际基板外表面轮廓复原从而十分接近所述预定基板外表面轮廓。

在另一方面，本申请公开了一种从基板外表面涂层去除碎屑的方法，该方法包括实施这种去除而没有对所述基板外表面涂层产生不利影响，所述方法包括以下步骤：从基板外表面轮廓存储器获取预定基板外表面轮廓；读取特定基板外表面位置的实际基板外表面轮廓；将所述特定基板外表面位置的所述预定基板外表面轮廓与所述特定基板外表面位置的所述实际基板外表面轮廓进行比较；确定基板外表面涂层上的特定基板外表面位置处存在碎屑，其中，所述基板外表面涂层包括外表面涂层厚度；确定从所述基板外表面涂层的所述特定基板外表面位置处去除所述碎屑所需的一定量的能量；启动能量源；将来自所述能量源的所述一定量的能量引导到所述特定基板外表面位置处的所述碎屑；使所述碎屑从所述基板外表面涂层的所述特定基板外表面位置处脱落，以形成一定量的脱落碎屑；以及从所述基板外表面涂层去除所述颗粒碎屑。

已讨论的特征、功能和优点可在各种方面独立地实现或者可在其他方面组合，可参照以下描述和附图发现这些方面的其他细节。

附图说明

在通过由此概括地描述本公开的所描述变形形式之后，现在将参照附图，附图不一定按比例绘制，并且其中：

图1是例示了本公开的一方面的框图；

图2是本公开的一方面的例示；

图3是本公开的一方面的例示；

图4是本公开的一方面的例示；

图5A、图5B和图5C是根据本公开的各方面的正经逐步处理的基板外表面的剖视例示；

图5D是图5A、图5B和图5C中示出的基板外表面的放大剖视图；

图6A、图6B和图6C是根据本公开的各方面的正经逐步处理的基板外表面的例示；

图6D、图6E和图6F是图6A、图6B和图6C中示出的基板的放大例示；

图6G是至少在图6F中示出的基板外表面的放大剖视图的例示；

图7是概述了根据本公开的一些方面的方法的框图；

图8是概述了根据本公开的一些方面的方法的框图；以及

图9是概述了根据本公开的一些方面的方法的框图。

具体实施方式

根据本发明的一些方面，公开了用于准确检测基板外表面上的特定位置和预定位置处存在一定量的碎屑，确定去除碎屑所需的能量并且当在基板外表面上的精确位置和特定位置检测到存在碎屑时从基板外表面的这些位置去除检测到的这些碎屑的系统、方法和设备。根据本公开，基板外表面可以是对于层流而言重要的表面。预料到的外基板表面具有原始的、制造的基板外表面轮廓(在本文中等同地被称为“预定基板外表面轮廓”或“预定轮廓”)，这些轮廓对具体零件或具体部件上的具体位置而言是特定的。所公开的方法、系统和设备评估沿着零件或部件外表面的特定位置处的实际基板外表面轮廓的状况。

从库(等同地被称为“内存”或“存储器”)获取零件或部件外表面的对应区域的预定基板外表面轮廓，并且然后将获取到的预定基板外表面轮廓与实际基板外表面轮廓进行比较。当本发明的系统和设备检测到实际基板外表面轮廓与理想的基板外表面轮廓之间的差异时，检测到的此差异表明，实际基板外表面在基板外表面上的精确位置处包含大量碎屑。根据本发明的一些方面，本发明的方法、系统和设备检测碎屑的存在、检测到的碎屑量以及要从基板外表面的特定区域去除的检测到的碎屑的特定位置。

根据其他方面，本发明的方法、系统和设备还确定需要施加到基板外表面以使碎屑从实际基板外表面脱落的能量。本发明的系统和设备包括被启动的能量源。集成的控制器控制和/或引导从能量源到达基板外表面的含检测到的碎屑的区域的预定能量(本发明的系统和设备为了去除检测到的碎屑或使检测到的碎屑脱落而确定的能量)。当来自能量源的预定能量被碎屑吸收时，碎屑从基板外表面脱落。

根据本发明的一些方面，基板外表面可包括一个或更多个外表面涂层，例如，这些涂层可包括外涂层。在这些情形下，根据本发明的一些方面，存在于基板上的一个涂层或多个涂层连同基板一起形成基板外表面轮廓的基础。本发明的方法、系统和设备选择性使在最外侧基板表面上存在的碎屑脱落，以使实际基板外表面轮廓复原为预定基板外表面轮廓。即，当在外基板表面上存在外涂层或其他涂层时，在本文中描述的方法、系统和设备中，在从存储器获取已知和预定的基板外表面轮廓的过程中，本发明的系统、方法和设备识别并说明涂层的存在，使得只有碎屑从基板外表面脱落和去除(没有涂层被干扰或去除)。

在基板外表面上存在HLFC表面和HLFC特征部(例如，HLFC特征部包括凹口、凹陷、孔等)的情形下，根据本发明的一些方面，术语“基板外表面”和“基板外表面轮廓”包括这些HLFC特征部，这包括HLFC特征部在基板外表面中延伸一定距离或深度的情形。在期望从存在于基板外表面上的HLFC特征部去除碎屑的这种情形下，零件或部件外表面的对应区域的预定基板外表面轮廓包括存储器中存储的轮廓中的HLFC特征部，根据本发明的系统、方法和设备，获取存储器中存储的轮廓。然后，将获取到的预定基板外表面轮廓与实际基板外表面轮廓进行比较。目前认识到，从HLFC特征部(例如，HLFC“孔”)去除碎屑可需要向HLFC特征部施加不同量和强度的能量，以使碎屑从这些HLFC特征部脱落。根据本发明的一些方面，本发明的系统检测HLFC特征部的位置处的碎屑，并且使碎屑从HLFC特征部脱落所需的能量被引导到HLFC特征部，以使检测到的碎屑脱落，从而使实际基板外表面轮廓复原以与预定基板外表面轮廓紧密匹配，而对可包括外涂层或其他涂层的基板外表面没有不利影响。

根据本发明的系统、设备和方法，术语“将实际基板外表面轮廓复原为预定基板外表面轮廓”意味着预定基板外表面轮廓和实际基板外表面轮廓相同，基本相同，或在测量容差内足够接近，使得实际状态下的实际基板外表面上方的层流(实际层流)非常接近预定基板外表面上方的层流(预定层流)。更具体地，尽管不受特定理论的束缚，但是根据本发明的一些方面，当重新确立识别到的理想基板表面公差时，出现从基板“完全”或“基本上完全”去除碎屑。这种表面公差可包括实际基板表面轮廓在约+/-0.030英寸内复原为预定基板表面轮廓。在重新确立了通向经处理基板表面的理想层流的情况下，根据本发明的一些方面，据称，当从HLFC特征部(例如，HLFC开口、凹陷、凹口、孔等)中的至少约85％去除了检测到的碎屑时，本发明的碎屑去除系统、方法和设备从HLFC特征部“完全”或“基本上完全”去除碎屑。

本发明的设备、系统和方法通过利用物体外表面特性(包括物体的基板外表面轮廓)的已知的且存储的参数和示意图，通过获取所存储的关于特定零件或部件上的特定表面位置的信息并且将此信息转送到传感器、控制器和/或其他系统部件以便优选地实时地将所存储的这种表面特性信息与同一零件类型或同一部件类型上的同一位置的所估计的实际基板外表面轮廓进行比较来检测零件表面上的异常。所检测到的在预定外表面特性和实际外表面特性之间的差异(例如，偏差等)相当于碎屑的存在，所述碎屑附接到、附连到HLFC特征部(例如，HLFC孔/开口、凹陷、凹口、孔等)，容纳在HLFC特征部中或者以其他方式存在和出现于实际零件外表面上。然后，包括检测到的碎屑的这种零件外表面被本发明的设备、系统和方法实时地识别为需要处理和碎屑去除以恢复零件表面的最佳外表面轮廓(例如，使得零件的经处理区域——零件的基板外表面——将再次紧密匹配正在基板外表面上评估的每个特定位置处正评估的该具体零件的预定基板外表面轮廓等)。

本发明的一些方面料想到相对于特定基板类型上的实际特定位置将所公开的检测系统和设备精确定位在特定位置(例如，特定零件或部件上的特定位置)处以及能够根据实际基板外表面上精确位置处的实际特定基板外表面的特性的需求和反馈进行实时图像处理。根据本发明的系统和设备的相互通信的处理器和存储器基本上同时(例如，实时地)估计和转送关于与预定基板上的同一位置对应的预定的或“存储的”特定基板类型的表面特性的信息(例如，值)。关于特性和值的此信息对应于未使用的、“新的”进而处于“干净”(将是“无碎屑”)状态的零件和零件表面。

本发明的系统和设备将实际基板外表面和预定基板外表面二者上的同一位置处的表面特性值进行比较。如果值不同，则确定在实际基板外表面上存在碎屑。在精确定位、实时的理想值或预定值与实际值的比较以及碎屑检测之后是自动选择随后从集成能量源发射并被引导到驻留在基板外表面的能量的强度、波长和停留时间。也就是说，根据本发明的一些方面，本发明的系统、方法和设备还实时地确定自能量源引导的并被引导到基板表面(例如，包括位于所评估的基板外表面上的HLFC特征部)所需的一定量的能量，以便从基板外表面去除检测到的碎屑。

图1例示了根据本公开的一方面的系统的非限制表现。如图1中所示，用于从基板外表面去除碎屑的系统10包括与定位机构11通信的碎屑去除装置12。定位机构11可以是对来自定位程序的信号作出响应的自动化和/或机器人机构，该定位程序可被编程以使碎屑去除装置12以及系统10相对于具有基板外表面的基板移动。系统10可包括用于容纳和定位碎屑去除装置12的壳体或其他结构(未示出)。

碎屑去除装置12包括能够发射预定能量的能量源14。能量源14可以是激光器或发射诸如(图5A至图5C、图6A和图6B中示出的)能量束42这样的能量束的其他能量源，能量束可从能量源被引导到诸如例如基板外表面(诸如图5A至图6C中示出的上翼外表面38b)这样的目标。本发明的一些方面料想到能够生成、发射并将强度在约9W至约2kW(2000W)的范围内的能量束引导到基板外表面的各种激光器和激光器组件。选择该范围内的能量束并且将其引导到基板外表面上的大量碎屑，以便升华、烧蚀和/或以其他方式去除此基板外表面中的预定量的碎屑。根据其他方面，如果所选择的能量没有完全使检测到的一定量的碎屑脱落，则能量可增加，或者碎屑去除装置可按需要重复引导到碎屑上方，以实现碎屑去除。

根据其他方面，选择所提供能量的量(例如，与所发射的能量束和发射的能量的持续时间或“停留时间”相呼应的所发射能量束的强度等)，以使在基板外表面上存在的所发现的一定量碎屑脱落和/或去除，而对基板外表面(包括在基板外表面上可能存在的任何基板外表面涂层)没有不利影响。碎屑去除装置12还包括与能量源14和定位机构11通信的至少一个控制器16。控制器16可控制能量源14的启动，并且控制器16还可控制从能量源14发射的能量束的移动和强度。控制器16可被手动操作，或者可被远程发信号通知以借助单元(未示出)进行操作，其中该单元能够经由例如无线通信链路等将来自该单元的信号发送到控制器16。

碎屑去除装置12还包括至少一个检测器18，检测器18能够检测在基板外表面上出现的碎屑的量和位置。检测器18可与计算机(未示出)通信，或者本身可包含微处理器(例如，存储器中具有预定基板外表面特性或者与存储器通信的微处理器等)并且估计碎屑的存在，并且可借助相机或其他摄影装置、X射线装置等估计基板外表面实际轮廓，并且可形成可以是基板外表面实际轮廓的3D图像的数字或数字化图像。在特定实施方式中，检测器18包括至少一个相机。检测器18还能够记录、构造具有基板外表面实际轮廓值的估计的基板外表面实际轮廓，或者将估计的基板外表面实际轮廓发送到存储器20或其他信息存储装置以便将估计的基板外表面实际轮廓和实际基板外表面轮廓值与能从存储器20(例如，库、电子目录、电子存储器等)获取的预定的或“存储的”基板外表面轮廓进行比较；其中存储器20提供了这些基板外表面上的已知预定位置的已知的且特定的预定基板外表面轮廓，并且其中这些预定基板外表面轮廓具有预定基板外表面轮廓值。在一个或更多个实施方式中，预定基板外表面的轮廓包括在预定基板外表面的轮廓中的至少一个凹陷。

在其他方面，系统10还包括处理器21，处理器21单独地或与存储器20一起也可远离系统10定位。存储器20本身可包括处理器，或者如图1所示，处理器21和存储器20可与系统10通信并被集成在系统10中。总之，检测器18、处理器21、存储器20和控制器16可通信，以便发送和/或接收关于实际基板表面轮廓、读取或获取的预定基板表面轮廓、实际基板表面轮廓与预定基板表面轮廓之间的差异等，还确定使碎屑脱落所需的能量的总量，能量的总量包括使碎屑从基板外表面上的位置脱落所需的能量的量(例如，“总能量”包括从能量源14释放并被引导到基板表面的一定量和强度的能量并结合碎屑去除装置12和引导到具体基板外表面的来自能量源14的能量束的停留时间)。

根据其他方面，当检测器18感知并以其他方式估计基板外表面实际轮廓并且处理器21和存储器20确定(例如，检测、感测等)实际基板表面外轮廓与基板外表面预定轮廓之间的差异时，发信号通知控制器16，以便基本实时地并按需求启动和控制能量源14。如图1所示，系统10还可选地包括集成的真空器22，但是根据替代方面，真空器22可远离系统10定位并且独立于系统10操作。术语“真空”和动作“抽吸”包括能够在基板外表面处创建压力梯度以便从基板外表面去除碎屑和碎屑颗粒的任何装置和该装置的定位。

图2、图3和图4示出了用于使碎屑从物体脱落和去除以便检测基板外表面实际轮廓上的碎屑并随后使此碎屑脱落并去除以使基板外表面恢复从而更靠近地接近或事实上匹配基板外表面轮廓预定轮廓的本发明的设备、方法和系统。如所示出的，以非限制方式，在图2中，物体是具有机身部分31的飞机30。示出了多个碎屑去除装置32，其中每个碎屑去除装置32附接到机械臂34或者以其他方式与机械臂34连通，其中机械臂34和碎屑去除装置二者与电源线35连通。碎屑去除装置32是碎屑去除装置12(图1中示出)的示例，并且机械臂34是定位机构11(图1中示出)的示例。

如图2所示，机械臂34包括可延伸或回缩的部分等。机械臂34可以是如下的任何机械装置，该机械装置响应于对所述机械装置的致动而能移动。根据本发明的一些方面，方法、系统和设备可以是自动化的，使得机械臂34的控制和移动可是自动的，使得例如机械臂34包括而不限于机器人的“臂”、机器人的“手”等。另外，可借助包含的机器人和机器人装置自动地控制碎屑去除装置本身和能量源本身。

如图2进一步示出的，操作员室33被确定尺寸以容纳操作员，并且进一步与碎屑去除装置32通信并且可进行操作以引导碎屑去除装置32相对于飞机30上存在的基板外表面36的移动和位置。图2还示出了真空软管37，当碎屑去除装置32被引导到靠近基板外表面36的位置时，真空软管37靠近碎屑去除装置32并且靠近基板外表面36。真空软管37是真空器22(图1中示出)的示例。如图2所示，碎屑去除装置32被示出为附接到固定位置机械装置，该固定位置机械装置可被手动操作或自动操作甚至是被远程操作，以便将碎屑去除装置32定位在靠近沿着机身部分31的各种区域的位置。图2中示出的系统和设备可实现图1中示出的系统和设备。

根据本发明的一些方面，尽管未在图2中示出，但是可通过能够将碎屑去除装置精确设置并精确定位在特定位置的任何机械定位装置将碎屑去除装置相对于或靠近基板表面外表面定位，以便扫描基板外表面来检测基板外表面上是否存在碎屑。根据其他方面，用于移动并精确定位整体设备的定位机构以及用于相对于基板外表面精确地操纵并定位碎屑去除装置的装置可包括而不限于机器人和其他自动化装置，可原地控制或者可利用例如无线技术和其他技术远程控制这些自动化装置，这些其他技术包括使用操作定位机构所需的硬件和软件。

这种机械定位装置还可包括例如无机人或其他物体，可将它们以所需的精度量引导到特定位置并且可远程和/或自动化地操作它们，并且可使用机器人(例如，完全自动化的系统)来操作和引导它们。这些物体可包含例如与定位器协同操作的一个或更多个全球定位系统(GPS)，定位器可例如被装入物体中的作为碎屑去除目标的区域中。

如本文中所述的，为了使实际基板外表面轮廓复原为所期望的预定基板外表面轮廓，首先扫描基板外表面，以估计并确认被扫描的基板外表面轮廓是否匹配或充分近似于已知被存储的基板外表面预定轮廓。本公开的碎屑去除装置包含扫描、感测等功能，所述功能将实际基板外表面轮廓与预定基板外表面轮廓进行计较。如果检测到实际轮廓与预定轮廓之间的差异，则该差异确认在基板外表面上存在不需要的碎屑。如果在基板外表面上检测到碎屑，则接合或启动集成到碎屑去除装置中或者位置靠近碎屑去除装置并与其通信的能量源，并且预定量的能量以足以使检测到的碎屑从基板外表面脱落的预定量从能量源引导到基板外表面。

根据本发明的一方面，集成的真空组件可包括产生负压所需的部件，所述部件包括例如通常参与真空组件的电机、软管、泵壳体、组件等。在使碎屑脱落/去除处理期间启动真空组件(诸如图1中示出的真空器22和/或图2至图4中示出的真空软管)，以提供与其中检测到碎屑的基板外表面相邻的负压区域。当使碎屑从基板外表面脱落/去除时，碎屑将以颗粒碎屑形式、剥落的碎屑形式(在本文中被等价地统称为“颗粒碎屑”或“颗粒”)等离开基板外表面然后，在由真空器的负压产生的真空的作用下，颗粒碎屑被吸入气流中(该气流在一个方向上移动进入真空软管的敞口端)。颗粒碎屑被引导到真空软管37中，离开基板外表面和周围环境(例如，包括紧邻基板外表面的区域和环境等)二者。根据本发明的一些方面，将真空器包含在本发明的系统、设备和方法中确保了从基板外表面脱落(例如，通过施加来自能量源的预定量的能量等)的不希望的碎屑将不重新沉降或者以其他方式变得重新沉积在基板外表面上。

本发明的系统、设备和方法高效并选择性从大物体和交通工具(例如，飞机、航天器、旋翼机等)的外表面的基板外表面的特定区域去除预定量的碎屑。根据本发明的一些方面，尤其期望的是避免碎屑重新沉积在包括例如飞机的层状表面的基板外表面上的能力。另外，通过在去除碎屑的区域中施加真空，本发明的一些方面避免了将脱落的碎屑以及颗粒碎屑重新沉积在基板外表面凹陷(例如，皮托管的孔、接缝、下陷、HLFC特征部等)中。因此，当前公开的方法和系统有助于避免原本在从干净表面脱落的碎屑重新沉积在重要仪器的里面或上面的情况下会出现的问题，该问题会影响例如飞行的飞机的正确空速读数(例如，所述读数来自阻塞或堵塞的皮托管、阻塞或堵塞的静压孔等)。

另外，根据本发明的一些方面，在HLFC特征部影响表面上的层流的建立或改善的情况下，将从与基板外表面的区域靠近的区域脱落的颗粒碎屑的存在消除(碎屑已从基板外表面脱落和去除)，这消除或改良了颗粒碎屑重新沉降或者以其他方式变得沉积在表面结构的上面和里面(这会污染或重新堵塞HLFC特征部(例如，HLFC孔)并妨碍部件和零件的性能)的风险，这些部件和零件例如包括基板外表面中的HLFC特征部。

图3和图4示出飞机30的另一部分，示出了附接到机身部分31的机翼38。如图3所示，以非限制方式，碎屑去除装置32此时附接到与机械臂34连通的单元39。示出电源线35与碎屑去除装置32和单元39连通，并且包括真空软管37的真空组件被集成到单元39中。根据其他方面，即使与单元39分开地将真空系统提供给整体碎屑去除系统，也可将包括真空软管37的真空组件提供给碎屑去除系统并且可将该真空组件看作碎屑去除系统的一部分。在图3中，示出了被定位成靠近下机翼外表面38a的部分或区域的碎屑去除装置32。

图4示出了机械臂34此时从单元39延伸到某个位置，以有利于将碎屑去除装置32设置和定位成靠近上机翼外表面38b的部分或区域。图1和图2中示出的系统和设备可实现图3和图4中示出的系统和设备。

图5A、图5B和图5C示出了(图3和图4中示出的)机翼38的上机翼外表面38b的非限制性剖视图。图5A、图5B和图5C示出了包括机翼基板40a的上机翼外表面，在机翼基板40a上沉积有机翼涂层40b。图5D示出了上机翼外表面38b的上机翼外表面区域40(图5A中示出)的放大剖视图。根据本发明的一些方面，如图5D中详细示出的，机翼涂层40b与机翼基板40a一起形成上机翼外表面38b。

图5A示出了在上机翼外表面38b的前缘附近存在的一定量的碎屑44。根据本发明的一些方面，采用本发明的系统、方法和设备扫描(未示出)上机翼外表面并且确定碎屑44的存在，其中碎屑44有可能对人眼是不可见的。然而，在上机翼外表面上存在并被本发明的系统和方法检测到的不可见的碎屑量可能不利地影响层流(例如，就增加“阻力”和增加飞行中的飞机燃料消耗等而言)。在碎屑去除装置32内部或与碎屑去除装置32连通的能量源(诸如，图1中示出的能量源14)已被启动，并且从碎屑去除装置32以预定强度发射预定量的能量并且将该能量引导到其上附接有一定量的碎屑44的上机翼外表面38b。用从碎屑去除装置32向上机翼外表面38b延伸的一系列虚线将所发射能量示出为能量束42。示出真空软管37靠近碎屑去除装置32和上机翼外表面38b和附接到上机翼外表面38b的一定量的碎屑44定位。

如图5B所示，足够的能量已被引导到附接到上机翼外表面38b的碎屑44，以形成碎屑颗粒44a。当碎屑颗粒变为从上机翼外表面38b脱落时，所形成的碎屑颗粒44a离开上机翼外表面38b或者被松动达到被视为已从上机翼外表面38b“脱落”或“脱离”而没有妨碍上机翼外表面的整体或理想轮廓的程度。如图5B所示，随着碎屑颗粒脱落(或者，如果期望，在碎屑颗粒脱落之前)，本发明的系统启动真空器，以在从上机翼外表面脱落的碎屑颗粒44a的附近形成压力梯度，使得碎屑颗粒被朝向真空软管37引导并且将其引导到真空软管37中。该过程一直持续，直到如图5C中所示，没有碎屑44或碎屑颗粒44a保留在上机翼外表面38b附近。在碎屑去除过程完成时，因为碎屑被完全去除，上机翼外表面的实际轮廓已复原为非常紧密或完全匹配上机翼外表面的预定轮廓。根据本发明的一些方面，可对经处理的上机翼外表面进行后处理扫描，以确保碎屑被去除，而不会对上机翼外表面(例如，基板外表面)产生任何不希望的影响或损坏。

尽管在图5A、图5B和图5C中不可见，但上机翼外表面38b包括从上机翼外表面38b延伸并且贯穿基板(例如，上机翼外表面38b)的多个HLFC孔(在图6D、图6E、图6F、图6G的放大图中示出为HLFC孔50)，其中这些孔由基板限定边界使得基板形成HLFC孔的壁。图5A、图5B、图5C和图5D中示出的系统和设备可实现图3和图4中示出的系统和设备。

图6A、图6B和图6C示出了上机翼外表面38b的非限制性俯视图，并且还分别例示了图5A、图5B和图5C中执行和示出的逐步过程。如图6A、图6B和图6C中所示，根据本发明的一些方面，碎屑去除装置32可响应于从例如控制器发送到碎屑去除装置的信号而在发射能量过程期间和整个过程中移动到多个位置和地点(例如，在由图6A中的箭头“A”所指示的方向上)。也就是说，当在基板外表面上的特定位置处检测到碎屑时，能量源被启动以释放并引导使被检测到的碎屑脱落而需要的预定量的能量。在释放该能量期间，碎屑去除装置本身可以在能量释放期间移动或者可保持静止，并且所发射能量束可被引导以移动到所期望的特定位置，只要足够量的能量(由系统计算出以使碎屑脱落)被施用到碎屑以便其脱落或去除即可。

基板外表面38b的轮廓被配置为促成基板外表面38b上方的层流。图6D、图6E和图6F是图6A、图6B和图6C中示出的上机翼外表面38b的放大视图。如图6D所示，上机翼外表面38b包括混合层流控制表面。混合层流控制表面包括多个微孔50。在此实施方式中，上机翼外表面38b包括多个HLFC孔50，这些HLFC孔50从上机翼外表面38b延伸所期望距离进入机翼38中，并且如有需要，贯穿机翼38的基板材料。HLFC孔50(在本文中也等效地称为“微孔”或“HLFC微孔”)可贯穿基板材料(例如，机翼基板材料)延伸，其中HLFC孔50由机翼基板材料限定边界。

图6G是上机翼外表面38b的放大剖视图。图6G示出了如图6F中示出的并且跨线6G-6G截取的上机翼外表面38b的放大剖视图。根据本发明的一些方面，如图6G中详细示出的，机翼涂层40b与机翼基板40a一起形成上机翼外表面38b。

如图6G所示，HLFC孔50包括在上机翼外表面38b处的第一开口50a和在机翼基板40a的内表面处的第二开口50b，其中该孔从第一开口50a“隧穿”通过基板通向第二开口50b(例如，从第一开口延伸到第二开口，并且其中基板用作限定“隧穿”孔的边界的壁等)。HLFC孔的直径可在约50μm至约100μm的范围内。如图6D所示，HLFC孔50可积聚或者以其他方式容纳和/或收集一定量的碎屑44，其中碎屑44被示出为“堵塞”上机翼外表面38b处的HLFC孔50的开口。

如图6D、图6E和图6F所示，基板外表面被例示为代表性的上机翼外表面38b。通过诸如检测器18(图1中示出)这样的检测器实现碎屑的检测，该检测器将来自实际上机翼表面轮廓上的特定位置的反馈与同一机翼部件“类型”的预定基板外表面轮廓值进行比较，这些预定基板外表面轮廓值是从容纳这些分类的预定基板外表面轮廓的存储器获取的。一旦将碎屑的存在确认为存在于HLFC孔处或存在于HLFC孔内部，就启动在碎屑去除装置32(例如，如图6A和图6B中所示)内或者与碎屑去除装置32连通的能量源14(图1中示出)，并且从碎屑去除装置32以预定强度发射预定量的能量并且将该能量引导到上机翼外表面38b，一定量的碎屑44附接到上机翼外表面38b上的HLFC孔50所处的位置处。如以上描述和图6A和图6B中示出的，用从碎屑去除装置32到上机翼外表面38b延伸的一系列虚线将所发射的能量示出为能量束42。示出真空软管37靠近碎屑去除装置32和上机翼外表面38b和一定量的附接碎屑44定位。

如图6E所示，足够的能量已被引导到上机翼外表面38b上的位于HLFC孔50处的碎屑44，以形成已从HLFC孔50脱落的碎屑颗粒44a。随着碎屑颗粒44a变为从上机翼外表面38b中的HLFC孔50脱落，碎屑颗粒44a离开上机翼外表面38b中的HLFC孔50，或者被松动达到被视为从上机翼外表面38b“脱落”或“脱离”而没有妨碍上机翼外表面38b的整体或理想轮廓的程度。如图6E所示，随着碎屑颗粒变为脱落(或者，如有需要，在碎屑颗粒变为脱落之前)，本发明的系统启动真空器，以在脱落的碎屑颗粒44a附近形成压力梯度。如图6F所示，碎屑颗粒44a离开上机翼外表面38b的表面，并且不再存在已从上机翼外表面38b的HLFC孔50去除并朝向真空软管37引导进入真空软管37中的碎屑颗粒44a。图6A至图6F可实现图1、图2、图3、图4、图5A、图5B、图5C和图5D中示出的系统、方法和设备。

根据其他方面，可在能量释放期间实时地监视基板外表面，并且一旦碎屑脱落，就可终止从碎屑去除装置发射能量。碎屑去除装置32可保持在基本固定的位置处，或者在其移动到相对于基板外表面的新位置的同时，可移动到距离基板外表面的所期望距离(例如，响应于从处理器到与碎屑去除装置通信的控制器等的信号，以类扫描方式)。可计算碎屑去除装置的移动控制和特定基材外表面位置上的“停留时间”控制(与从碎屑去除装置释放的一定量的能量相配合)，以传送使不希望的碎屑从特定基板外表面位置脱落所需的一定量的能量，而没有对基板外表面产生任何不希望的影响或者使基板外表面毁坏。也就是说，根据本发明的一些方面，仅当检测到碎屑时才可启动系统并且促发能量释放。换句话说，根据本发明的一些方面，在不存在检测到的碎屑的情况下，本发明的系统将不启动。另外，一旦出现碎屑被去除，就可终止能量释放。当在基板外表面的被检查区域上没有检测到其他碎屑时，没有从系统释放进一步的能量或者没有将能量施加到基板外表面。

图7是例示了根据本发明的方面的非限制方法的流程图。如图7所示，概述了例示性方法100，方法100包括确定102在基板外表面上存在碎屑，之后确定103使检测到的碎屑脱落所需的能量的量并且启动104能量源。方法100还包括将来自能量源的一定量的能量向基板外表面引导105，之后使检测到的碎屑从基板外表面脱落106。概述的方法100还包括可选地抽吸107从基板外表面脱落的碎屑。

图8是例示了根据本发明的方面的非限制方法的流程图。如图8所示，根据本发明的一些方面，代表性方法110进一步描述了确定基板外表面上是否存在碎屑的过程。方法110包括获取111预定基板外表面轮廓(例如，从内存、存储器、库等获取，它们包含或促成获取对应于具体零件外表面轮廓或具体部件外表面轮廓的这种预定基板外表面轮廓)，读取112具体零件或部件外表面的实际基板外表面轮廓。方法110还包括将预定基板外表面轮廓(例如，预定轮廓值等)与实际基板外表面轮廓(例如，实际轮廓值等)进行比较113。

图9是例示了根据本发明的方面的非限制方法的流程图。如图9所示，例示性方法120包括获取111预定基板外表面轮廓(例如，从内存、存储器、库等获取，它们包含或促成获取对应于具体零件外表面或部件外表面轮廓的这种预定基板外表面轮廓)，读取112具体零件或部件外表面的实际基板外表面轮廓。方法120还包括将预定基板外表面轮廓(例如，理想轮廓值等)与实际基板外表面轮廓(例如，实际轮廓值等)进行比较113。所概述的方法120还包括确定114在基板外表面涂层上存在碎屑，之后确定103使检测到的碎屑脱落所需的能量的量并且启动104能量源。方法120还包括将来自能量源的一定量的能量引导115到基板外表面涂层，之后使检测到的碎屑从基板外表面涂层脱落118，从基板外表面涂层去除122碎屑，并且可选地将实际基板外表面轮廓复原124成预定基板外表面轮廓。图7、图8和图9中概述的方法可实现图1、图2、图3、图4、图5A、图5B、图5C、图5D、图6A、图6B和图6C中示出的系统和设备。

根据本发明的系统、设备和方法，诸如能量源14(图1中示出)这样的预料到的能量源包括例如激光系统，这些激光系统可适于产生一束激光束或多束激光束作为能量束42(图5A至图5C、图6A和图6B)，其中功率在约9W至2kW的范围内并且特别地在约60W至约2kW的范围内并且进一步特别地在约9W至约95W的范围内。发射状态范围内的能量的激光器包括例如气体激光器、固态激光器、半导体激光器等。能量源还可包括波长调节器，波长调节器允许将波长实时调节或“调谐”成所期望的波长。通过与实时监视正在处理的基板外表面相结合地调节波长，根据本发明的系统和方法，可使碎屑从基板外表面脱落，而没有对基板外表面和任何基板外表面涂层(例如，油漆层、底漆层、外涂层)产生不利影响。

本发明的系统、方法和设备可采用软件，该软件可包括确定针对预定基板外表面选择的并接着施加到对应的实际基板外表面的最大和/或最小能量功率的算法。根据本发明的方面，基于基板外表面的组成的涂覆，待处理基板外表面的具体区域可能不像另一区域一样能耐受所施加能量的具体能量强度，或者可能需要用更多的能量致使从实际基板外表面按所期望程度地去除(例如，完全去除等)碎屑。同样，如本文中说明的，可能需要更多的能量并传递更多的能量，以从混合层流控制(HLFC)凹陷(包括例如HLFC孔等)的区域去除被包含在所述区域中的碎屑。

根据其他方面，用于移动整个设备的定位机构以及用于相对于基板外表面操纵并定位碎屑去除装置的装置可包括而不限于机器人和其他自动化装置，可原地控制或者可利用例如无线技术和其他技术远程控制这些自动化装置，这些其他技术包括使用操作定位机构所需的硬件和软件。

根据其他方面，可包括将通过本发明的方法、系统和设备处理的实际基板外表面的这些较大结构和物体还可包括例如而不限于载人和无人航天器、载人和无人航空器、载人和无人气垫船、载人和无人旋翼机、载人和无人陆地车辆、载人和无人水面船只、载人和无人水下船只、载人和无人卫星等及其组合。

另外，本公开包括根据以下条款的示例：

条款1.一种系统，该系统包括：检测器，该检测器被配置为评估实际基板的实际基板外表面的指定位置处的所述实际基板外表面的特性；存储器，该存储器包括预定基板外表面的特性，所述存储器与所述检测器通信；处理器，该处理器被配置为从所述存储器获取预定基板的预定基板外表面的特性，所述处理器与所述检测器通信，并且所述处理器与所述存储器通信；至少一个控制器，所述控制器与所述处理器通信，并且所述控制器与所述存储器通信；定位机构，该定位机构与所述控制器通信；能量源，该能量源与所述控制器通信；真空器，该真空器与所述控制器通信；并且其中，所述系统被配置为在保持所述实际基板外表面完好的同时从所述实际基板外表面去除碎屑。

条款2.根据条款1所述的系统，其中，所述检测器被配置为检测位于所述实际基板外表面上的碎屑。

条款3.根据条款1或2所述的系统，其中，所述实际基板外表面还包括实际基板外表面涂层。

条款4.根据条款1至3中任一项所述的系统，其中，所述能量源包括激光器。

条款5.根据条款1至4中任一项所述的系统，其中，所述控制器被配置为控制在预定持续时间内从所述能量源释放预定量的能量；并且其中，所述控制器还被配置为控制所述定位机构的移动。

条款6.根据条款1至5中任一项所述的系统，其中，所述系统被配置为将预定量的能量引导到所述实际基板外表面上的预定位置。

条款7.根据条款5或6所述的系统，其中，所述预定量的能量在约9W至约2kW的范围内。

条款8.根据条款1至7中任一项所述的系统，其中，所述检测器包括至少一个相机。

条款9.根据条款1至8中任一项所述的系统，其中，所述处理器被配置为将所述实际基板外表面的特性与所述预定基板外表面的特性进行比较。

条款10.根据条款1至9中任一项所述的系统，其中，所述实际基板外表面包括混合层流控制表面，所述混合层流控制表面包括多个微孔。

条款11.根据条款1至10中任一项所述的系统，其中，所述实际基板外表面的轮廓被配置为促成所述实际基板外表面上方的层流。

条款12.根据条款1至12中任一项所述的系统，其中，所述预定基板外表面的轮廓包括在所述预定基板外表面轮廓中的至少一个凹陷。

条款13.一种方法，该方法包括以下步骤：确定基板外表面上的特定基板外表面位置处的一定量的碎屑；确定使所述碎屑从所述基板外表面上的特定基板外表面位置脱落所需的一定量的能量；启动能量源；将来自所述能量源的所述一定量的能量引导到所述特定基板外表面位置处的所述一定量的碎屑；并且使所述一定量的碎屑从所述基板外表面的所述特定基板外表面位置脱落，以形成一定量的脱落碎屑。

条款14.根据条款13所述的方法，确定基板外表面上的一定量的碎屑的步骤还包括以下步骤：获取预定基板外表面轮廓；读取所述特定基板外表面位置的实际基板外表面轮廓；并且将所述特定基板外表面位置的所述预定基板外表面轮廓与所述特定基板外表面位置的所述实际基板外表面轮廓进行比较。

条款15.根据条款13或14所述的方法，在使所述一定量的碎屑从所述基板外表面脱落的步骤之后，该方法还包括以下步骤：从所述基板外表面抽吸所述脱落碎屑。

条款16.根据条款13至15中任一项所述的方法，所述基板外表面包括基板外表面涂层。

条款17.根据条款13至16中任一项所述的方法，所述方法还包括以下步骤：从所述能量源发射一定量的能量，所述一定量的能量在约9W至2kW的范围内。

条款18.根据条款14所述的方法，所述方法还包括以下步骤：确定基板外表面涂层上的特定基板外表面位置处存在碎屑；将来自所述能量源的所述一定量的能量引导到所述特定基板外面位置处的所述碎屑；从使所述碎屑从所述特定基板外表面位置处的所述基板外表面涂层脱落；并且从所述基板外表面涂层去除所述一定量的颗粒碎屑。

条款19.根据条款14或18所述的方法，将所述预定基板外表面轮廓与所述实际基板外表面轮廓进行比较的步骤还包括以下步骤：确定所述实际基板外表面轮廓与所述预定基板外表面轮廓之间的差异。

条款20.根据条款18或19所述的方法，其中，在从所述基板外表面涂层去除所述一定量的颗粒碎屑的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：使所述实际基板外表面轮廓复原成与预定基板外表面轮廓值基本上等同的实际基板外表面轮廓值。

条款21.根据条款18至20中任一项所述的方法，其中，所述基板外表面涂层包括基板外表面涂层厚度，并且其中，在使所述碎屑从所述基板外表面涂层脱落的步骤之前，所述基板外表面涂层厚度保持基本上等于使所述碎屑从所述基板外表面涂层脱落的步骤之后的所述基板外表面涂层厚度。

条款22.一种方法，该方法包括以下步骤：从所存储的预定基板外表面轮廓获取预定基板外表面轮廓；读取特定基板外表面位置的实际基板外表面轮廓；将所述特定基板外表面位置的所述预定基板外表面轮廓与所述特定基板外表面位置的所述实际基板外表面轮廓进行比较；确定基板外表面涂层上的特定基板外表面位置处的存在碎屑；确定使所述碎屑从所述特定基板外表面位置处的所述基板外表面涂层脱落所需的一定量的能量；启动能量源以发射一定量的能量；将来自所述能量源的所述一定量的能量引导到所述特定基板外表面位置处的所述碎屑；使所述碎屑从所述特定基板外表面位置处的所述基板外表面涂层脱落，以形成一定量的颗粒碎屑；并且从所述基板外表面涂层去除所述一定量的颗粒碎屑。

条款23.根据条款22所述的方法，将所述预定基板外表面轮廓与所述实际基板外表面轮廓进行比较的步骤还包括以下步骤：确定所述实际基板外表面轮廓与所述预定基板外表面轮廓之间的差异。

条款24.根据条款22或23所述的方法，其中，在从所述基板外表面涂层去除所述一定量的颗粒碎屑的步骤之后，所述方法还包括以下步骤：使所述实际基板外表面轮廓复原成与预定基板外表面轮廓值基本上等同的实际基板外表面轮廓值。

条款25.根据条款22至24中任一项所述的方法，所述基板外表面涂层包括基板外表面涂层厚度；并且其中，在使所述碎屑从所述基板外表面涂层脱落的步骤之前，所述基板外表面涂层厚度保持基本上等于使所述碎屑从所述基板外表面涂层脱落的步骤之后的所述基板外表面涂层厚度。

条款26.根据条款22至25中任一项所述的方法，其中，所述实际基板外表面轮廓被配置为促成所述实际基板外表面上方的层流。

条款27.根据条款22至26中任一项所述的方法，所述预定基板外表面轮廓包括在所述预定基板外表面轮廓中的至少一个凹陷。

条款28.根据条款27所述的方法，其中，所述预定基板外表面包括混合层流控制表面，所述混合层流控制表面包括多个微孔。

所描绘的不同方面中的的流程图和框图例示了例示性方面的设备、系统和方法的一些可能实现方式的架构、功能和操作。就此而言，流程图或框图中的每个框可代表模块、分段函数和/或操作或步骤的一部分。例如，框中的一个或更多个可被实现为程序代码、用硬件实现或程序代码与硬件的组合。当用硬件实现时，硬件可例如采用集成电路的形式，这些集成电路被制造或配置为执行流程图或框图中的一个或更多个操作。

在例示性方面的一些替代实现方式中，在流程图或框图的框中指出的一个功能或多个功能可不按附图中指出的顺序发生。例如，在一些情况下，可根据所涉及的功能，基本上同时执行连续示出的两个框。可在流程图或框图中例示的框中添加其他框。

当然，在不脱离本发明的本质特征的情况下，可按不同于本文中具体阐述的方式的其他方式来执行本发明的各方面。本发明的一些方面在所有方面都应被认为是例示性而非限制性的，并且落入所附权利要求书的含义和等同范围内的所有改变均旨在包含在其中。