噴射装置の付着位置補正方法、溶射方法、タービン翼の製造方法、及び加工方法
【課題】ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、作業者の力量や噴射装置を動作させるプログラムの違いによらず、短時間且つ高い精度でその付着位置を補正する手段を提供する。
【解決手段】本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、ターゲットプレート及び溶射ガン１２の一方を他方に対して相対移動させることにより対向させる工程と、目標位置２２に向かって溶射ガン１２から噴射材を吹き付ける工程と、付着位置２３から目標位置２２までの射芯ズレ量を計測する工程と、射芯ズレ量及び離間距離に基づいて、ターゲットプレートに対して噴射材が垂直に吹き付けられるように溶射ガン１２の角度補正量θを算出する工程と、溶射ガン１２とターゲットプレートとの相対的な位置関係を、角度補正量θ及び射芯ズレ量の分だけ変更する工程と、を含むものである。
【解決手段】本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、ターゲットプレート及び溶射ガン１２の一方を他方に対して相対移動させることにより対向させる工程と、目標位置２２に向かって溶射ガン１２から噴射材を吹き付ける工程と、付着位置２３から目標位置２２までの射芯ズレ量を計測する工程と、射芯ズレ量及び離間距離に基づいて、ターゲットプレートに対して噴射材が垂直に吹き付けられるように溶射ガン１２の角度補正量θを算出する工程と、溶射ガン１２とターゲットプレートとの相対的な位置関係を、角度補正量θ及び射芯ズレ量の分だけ変更する工程と、を含むものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、その付着位置のズレを補正する方法、補正方法を使用した溶射ガンによる溶射方法、その溶射方法を用いたタービン翼の製造方法、及び加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンを構成するタービン動翼やタービン静翼等の翼体は、高温の作動流体に曝される。従って、翼体の製造に際しては、遮熱性や耐食性を確保すべく、その表面に金属もしくはセラミックスの皮膜を形成する。ここで、この皮膜を形成する手段としては、溶射と呼ばれる方法が広く用いられている。この溶射とは、噴射材と呼ばれる金属もしくはセラミックスの粉末を高温且つ高速のガス流に乗せて翼体の表面に吹き付けることによってその表面に皮膜を形成する手法である。そして、この溶射を行う際には、ガス流に乗せて噴射材を噴射する溶射ガンを産業用ロボットのアーム先端に取り付け、産業用ロボットを予め定めたプログラムに従って動作させることにより、翼体上の目標位置に向かって溶射ガンから噴射材を吹き付ける。
【０００３】
ここで、本来噴射材を吹き付けたい翼体表面の位置を「目標位置」、噴射材が実際に吹き付けられる翼体表面の位置を「付着位置」と呼ぶこととすると、付着位置は目標位置から位置ズレする場合がある。溶射ガンが幾何学的に指向する翼体表面の位置を「指向位置」と呼ぶこととすると、この位置ズレは、大別して指向位置が目標位置からズレることと、付着位置が指向位置からズレることにより生ずる。目標位置に対する指向位置の位置ズレは、溶射ガン自体やその構成部品である電極等の脱着や、産業用ロボットの基準合わせの不十分さに起因して生じる。一方、指向位置に対する付着位置の位置ズレは、溶射ガンの特性に起因して生じる。より詳細に説明すると、溶射ガンでは、その噴射口から噴射される高速のガス流に対して外部から噴射材が投入されるため、噴射材はガス流の流れ方向と交差する方向への速度成分を有している。従って、噴射材が翼体に吹き付けられる位置は、ガス流が翼体に吹き付けられる位置から若干離間した位置となる。これにより、目標位置に対する付着位置の位置ズレが生じる。
【０００４】
従って、噴射材を翼体上の目標位置に対して正確に吹き付けるためには、付着位置の位置ズレを補正する必要がある。そして、この補正作業は従来次のような手順で行われてきた。すなわち作業者は、例えば溶射ガンを産業用ロボットから脱着する作業が完了すると、産業用ロボットを予め定めた姿勢とした状態で溶射ガンから検査用の対象物に対して噴射材を吹き付けることにより、対象物の表面に射芯と呼ばれる噴射材の小さな山を形成する。次に作業者は、溶射ガンの先端に、射芯の中心を指すようにしてレーザポインタを取り付ける。そして作業者は、複数の教示点が表示された教示翼を前記対象物に代えてセットした上で、産業用ロボットを予め定めたプログラムに従って動作させながら、レーザポインタの指す位置が教示点に一致するように産業用ロボットを補正する。そして、この作業を全ての教示点について繰り返し行うことにより、付着位置の位置ズレを補正する。このような産業用ロボットの教示方法は、溶射ガンの付着位置の補正に限られず、塗装作業における塗装ガンの付着位置の補正においても同様に用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０１５８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、溶射ガンや塗装ガンといった噴射装置についてその付着位置を補正する従来の方法によれば、全ての教示点について付着位置の位置ズレを補正する作業を作業者が手作業で繰り返し行う必要があるため、作業者の力量や産業用ロボットを動作させるプログラムによって作業時間や補正の精度にバラツキが生じるという問題があった。また、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減するためには、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させる必要がある。しかし、このように教示点の数を増やすと、その分だけ付着位置の補正に要する時間が長くなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、作業者の力量や噴射装置を動作させるプログラムの違いによらず、短時間且つ高い精度でその付着位置を補正する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、噴射材の皮膜を形成すべきターゲット部材、及び前記ターゲット部材に向かって噴射材を吹き付ける噴射装置の一方を他方に対して相対移動させる移動機構を操作することにより、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、前記ターゲット部材に吹き付けられた噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までのズレ量を計測する工程と、前記ズレ量、及び前記噴射装置から前記目標位置までの距離に基づいて、記噴射装置の指向方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を算出する工程と、前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を、前記角度の分だけ変更する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、噴射装置の付着位置を補正するために作業者が行うべき作業は、付着位置から目標位置までのズレ量を計測する作業と、噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係が変化するように移動機構を操作する作業のみである。従って、教示翼の全ての教示点について付着位置の位置ズレを補正する作業を作業者が手作業で繰り返し行う場合と比較すると、短時間且つ高い精度で付着位置の補正を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置が、噴射口からガス流を噴射するガン本体部と、前記噴射口の近傍に設けられて前記ガス流に対して外部から噴射材を投入する噴射材投入部と、を備える溶射ガンであることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、ガス流に投入される噴射材がガス流の流れ方向と交差する方向への速度成分を有しているため、噴射材がターゲット部材に吹き付けられる位置は、ガス流が吹き付けられる位置から若干離間した位置となる。ここで、溶射ガンはその個体や電極状態などによって使用時ごとに離間距離が異なる。よって、目標位置に対する付着位置の位置ズレが生じやすい溶射ガンに付着位置の補正を適用すれば、補正作業にかかる時間をより有効に低減できる。
【００１２】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記移動機構が、前記噴射装置又は前記ターゲット部材を保持するロボットであることを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、ロボットの噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係を、容易な操作によって且つ精度良く変化させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を変更する工程は、前記付着位置を支点として前記角度補正量の分だけ前記噴射装置を回動させるとともに、前記付着位置と前記目標位置とを結ぶ線分に平行して前記ズレ量の分だけ前記噴射装置を移動させることにより行うことを特徴とする。
【００１５】
このような方法によれば、作業者は角度補正量とズレ量とを入力してロボットを操作するだけの簡略な作業により、噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係を変化させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置を前記ターゲット部材に対向させる工程に先立ち、予め定められたプログラムに従って既定の位置へ移動するよう前記噴射装置を補正することを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、目標位置に対する付着位置の位置ズレを補正するに先立って、目標位置自体の位置ズレを補正するので、付着位置の位置ズレを一層正確に補正することができる。
【００１８】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記ズレ量が、レーザポインタを使用して計測されることを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、ターゲット部材を傷付けることなく、目標位置に対する付着位置のズレ量を計測することができる。
【００２０】
また、本発明に係る溶射方法は、噴射装置の付着位置補正方法によって補正された溶射ガンを使用して、対象物の表面に噴射材を溶射することを特徴とする。
【００２１】
このような方法によれば、溶射ガンを使用してターゲット部材の目標位置に対して正確に噴射材を吹き付けることができるので、ターゲット部材の表面に噴射材からなる皮膜を均一に形成することができる。
【００２２】
また、本発明に係るタービン翼の製造方法は、溶射方法を使用して、タービンを構成する翼体の表面に噴射材の皮膜を形成することを特徴とする。
【００２３】
このような製造方法によれば、翼体の表面に噴射材からなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐食性に優れた翼体を製造することができる。
【００２４】
また、本発明に係る加工方法は、請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された噴射装置を使用して、予め定められた加工動作に基づいて被加工部材を加工する加工方法であって、前記移動機構に、前記ターゲット部材に代えて前記被加工部材を設置する工程と、前記噴射装置から前記被加工部材の表面に噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
このような方法によれば、実際に被加工部材を加工するのに先立って、仮設のターゲット部材を用いて噴射装置の指向方向と実際に噴射材が噴出される方向のズレ角度を算出し、これに基づく補正を施しながら被加工部材の加工を行うことができる。すなわち、噴射装置の部品交換などを行うことで前記ズレ角度が変わったとしても、付着位置の補正のために多数の教示点の教示を行う必要がない。よって多数の教示点を教示するためにかかる作業時間を短縮するために教示点の点数を減らす必要がなく、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させることが可能となる。これによって、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る加工方法は、予め定められた加工動作に基づいて、噴射装置から噴射材を吹き付けて被加工部材を加工する加工方法であって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともに、それらの位置関係を変更する支持機構にターゲット部材を設置する工程と、前記支持機構を操作し、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、前記噴射装置の指向する方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を、前記ターゲット部材に吹き付けられた前記噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までの第一距離、及び前記噴射装置から前記目標位置までの第二距離、に基づいて算出する工程と、前記支持機構から前記ターゲット部材を取り外して被加工部材を取り付ける工程と、噴射装置から噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程であって、保持された前記角度だけ前記予め定められた加工動作を補正した加工動作によって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともにそれらの位置関係を変更しながら、加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
このような方法によれば、実際に被加工部材を加工するのに先立って、仮設のターゲット部材を用いて噴射装置の指向方向と実際に噴射材が噴出される方向のズレ角度を算出し、これに基づく補正を施しながら被加工部材の加工を行うことができる。すなわち、噴射装置の部品交換などを行うことで前記ズレ角度が変わったとしても、付着位置の補正のために多数の教示点の教示を行う必要がない。よって多数の教示点を教示するためにかかる作業時間を短縮するために教示点の点数を減らす必要がなく、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させることが可能となる。これによって、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法によれば、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、作業者の力量や噴射装置を動作させるプログラムの違いによらず、短時間且つ高い精度でその付着位置を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る付着位置補正ユニットの外観を示す概略側面図である。
【図２】溶射ガンの構成を示す概略断面図である。
【図３】溶射ガンの先端部にアタッチメントを取り付けた状態を示す概略断面図である。
【図４】ターゲット台の構成を示す概略斜視図である。
【図５】溶射ガンの基準補正の手順を示す図である。
【図６】教示翼の構成を示す概略斜視図である。
【図７】溶射ガンの射芯補正の手順を示す図である。
【図８】溶射ガンの射芯補正の手順を示す図である。
【図９】補正後の溶射ガンを用いた翼体の製造を説明する概略側面図である。
【図１０】移動機構の第一変形例を示す概略側面図である。
【図１１】移動機構の第二変形例を示す概略側面図である。
【図１２】移動機構の第三変形例を示す概略側面図である。
【図１３】移動機構の第四変形例を示す概略側面図である。
【図１４】移動機構の第五変形例を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る溶射ガンの付着位置補正方法に使用する付着位置補正ユニットの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る付着位置補正ユニット１０の外観を示す概略側面図である。付着位置補正ユニット１０は、アームを有する６軸ロボット１１（移動機構）と、この６軸ロボット１１のアームの先端に保持された溶射ガン１２（噴射装置）と、６軸ロボット１１と対向して配置されたターゲット台１３と、を備えるものである。
【００３１】
６軸ロボット１１は、溶射ガン１２の位置及び姿勢を制御する役割を果たすものである。この６軸ロボット１１は、図１に示すように、固定して設置された基部１１１と、この基部１１１に取り付けられて６つの軸の回りに回動可能に設けられたアーム部１１２と、このアーム部１１２の先端に設けられたガン保持部１１３と、を有している。尚、６つの自由度を有する６軸ロボット１１に代えて、所定数の軸回りに回動可能ないわゆる多関節型ロボットを用いてもよい。
【００３２】
溶射ガン１２は、ターゲット台１３に向かって噴射材を吹き付ける役割を果たすものである。ここで、図２は、溶射ガン１２の構成を示す概略断面図である。溶射ガン１２は、先端に噴射口が設けられたガン本体部１２１と、ガン本体部１２１の内部に相対向して設けられた一対の電極部１２２と、ガン本体部１２１の内部に通じるガス供給部１２３と、噴射口の外側に設けられた噴射材投入部１２４と、ガン本体を６軸ロボット１１のガン保持部１１３に取り付けるための取付部１２５と、を有している。このように構成される溶射ガン１２は、ガン本体部１２１の噴射口をターゲット台１３の側に向けるようにして、その取付部１２５が６軸ロボット１１のガン保持部１１３に取り付けられている。
【００３３】
このように構成される溶射ガン１２によれば、一対の電極部１２２の間に電圧を印加することで直流アークを発生させると、ガス供給部１２３から供給されるアルゴン等の作動ガスＳＧが電離することにより、プラズマジェットＰＪが発生する。そして、噴射口から噴射されるプラズマジェットＰＪに対し、金属材料からなる噴射材Ｆが噴射材投入部１２４から投入される。これにより、噴射材Ｆは、プラズマジェットＰＪに乗って加熱された状態で、図１に示すターゲット台１３に対して吹き付けられる。そしてこの時、噴射材Ｆの投入方向は、プラズマジェットＰＪの流れ方向に対して略直交する方向となっている。従って、プラズマジェットＰＪに乗った噴射材Ｆは、図２に示すように、プラズマジェットＰＪの流れ方向と交差する方向への速度成分Ｆａを有している。
【００３４】
また、溶射ガン１２は、その先端部に所定のアタッチメントを取り付け可能となっている。図３は、溶射ガン１２の先端部にアタッチメントを取り付けた状態を示す概略断面図である。溶射ガン１２には、図３（ａ）に示すセンターツール１４と、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５が取り付け可能となっている。センターツール１４は、後述する基準補正の工程で使用するものである。このセンターツール１４は、金属等からなる長尺な棒状の部材であって、その先端部が先鋭に形成されている。このように構成されるセンターツール１４は、図３（ａ）に示すように、その軸線を噴射口の中心に合わせるようにして、固定治具１６を介して溶射ガン１２の先端部に取り付けられている。
【００３５】
一方、レーザポインタ１５は、後述する射芯補正の工程で使用するものであって、その先端部からレーザ光線を射出する。このレーザポインタ１５は、図３（ｂ）に示すように、支持治具１７を介して溶射ガン１２の先端部に回動可能に取り付けられている。これにより、図３（ｂ）に破線で示すようにレーザポインタ１５の取り付け角度を調節することにより、レーザ光線Ｒの射出方向を任意に調節することが可能となっている。
【００３６】
ターゲット台１３は、噴射材Ｆを吹き付ける対象物としての役割を果たすものである。ここで、図４は、ターゲット台１３の構成を示す概略斜視図である。ターゲット台１３は、相対向する一対の嵌合溝１８１が形成された本体部１８と、この本体部１８の表面に突出して設けられた左右一対の基準ピン１９と、本体部１８の嵌合溝１８１に嵌合して着脱可能に取り付けられたターゲットプレート２０と、を有している。ここで、ターゲットプレート２０は、溶射ガン１２から高熱の噴射材Ｆが吹き付けられるため、耐熱性に優れた素材で形成されている。
【００３７】
次に、本発明の実施形態に係る溶射ガン１２の付着位置補正方法の手順、及びその作用効果について説明する。尚、この溶射ガン１２の付着位置補正は、溶射ガン１２を交換した場合や、溶射ガン１２を構成する電極部１２２を交換した場合や、溶射ガン１２が取り付けられる６軸ロボット１１のガン保持部１１３を交換した場合等に実行されるものである。
【００３８】
溶射ガン１２の付着位置を補正しようとする作業者は、まず溶射ガン１２の基準補正を行う。この基準補正とは、溶射ガン１２等の着脱に起因して生じる目標位置自体の位置ズレを補正することを意味する。ここで、図５は、溶射ガン１２の基準補正の手順を示す図である。まず作業者は、図３（ａ）に示すように、溶射ガン１２の先端部にセンターツール１４を装着する。そして作業者は、図５（ａ）に示すようにセンターツール１４がターゲット台１３の基準ピン１９から遠く離れた状態から、予め定めたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、センターツール１４の先端を基準ピン１９の先端に接触させる。
【００３９】
しかし、溶射ガン１２や電極部１２２やガン保持部１１３を脱着したことに起因して、図５（ｂ）に示すように、センターツール１４の先端と基準ピン１９の先端との間には若干の位置ズレが生じる。そこで作業者は、定規等の計測器具（不図示）を用いて両者の間の基準ズレ量ｄ１を計測する。そして作業者は、この基準ズレ量ｄ１の分だけ６軸ロボット１１を移動させることにより、図５（ｃ）に示すように、センターツール１４の先端と基準ピン１９の先端とを接触させる。この作業により基準ズレ量ｄ１を６軸ロボット１１に電磁的に保持させることで、溶射ガン１２の基準補正が完了する。これ以降、６軸ロボット１１は、ある目標位置を指向するように命令された場合、前記基準ズレ量ｄ１を相殺する方向にオフセットするよう６軸ロボット１１自身の動作を制御することにより、正確に前記目標位置を指向することができる。尚、図５（ｂ）では、センターツール１４の基準ピン１９に対する位置ズレが、図５の紙面上下方向であるＹ軸方向にのみ生じた場合を示した。しかし、両者の間の位置ズレは、図５の紙面奥行き方向であるＸ軸方向や、図５の紙面左右方向であるＺ軸方向にも発生し得るものである。また、６軸ロボット１１が基準ズレ量ｄ１を入力するだけで基準補正する機能を有している場合は、必ずしもセンターツール１４の先端と基準ピン１９の先端とを接触させなくてもよく、６軸ロボット１１に基準ズレ量ｄ１を入力すれば足りる。
【００４０】
次に作業者は、基準補正が正しく行われたか否かを確認する。まず作業者は、前述のセンターツール１４に代えて、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５を溶射ガン１２の先端部に装着する。そして、ターゲットプレート２０の上に設けられている目標位置２２に対して溶射ガン１２が垂直に正対する姿勢となるよう、６軸ロボット１１を移動させる。その後、作業者は、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒが溶射ガン１２の指向方向にある目標位置２２を照射するように、すなわち図３（ｂ）に実線で示す状態で、レーザポインタ１５の取り付け角度を固定する。
【００４１】
次に作業者は、図６に示す教示翼２１を、図５に示すターゲット台１３に代えて６軸ロボット１１と対向する位置に配置する。そして作業者は、予め定められたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒを、図６に示すように教示翼２１の表面に表示された複数の教示点２１１に沿って移動させる。その結果、図６に破線で示すようにレーザ光線Ｒが教示点２１１に沿って移動する時は、作業者は基準補正が正しく行われたものと判断する。一方、図６に詳細は示さないが、レーザ光線Ｒが教示点２１１から外れた位置を移動する時は、作業者は基準補正が不完全なものと判断し、基準補正のやり直し等の対処策を講じる。
【００４２】
次に作業者は、溶射ガン１２の射芯補正を行う。この射芯補正とは、前述のような溶射ガン１２の特性に起因して生じる指向位置に対する付着位置の位置ズレを補正することを意味する。ここで、図７及び図８は、溶射ガン１２の射芯補正の手順を示す図である。尚、図７及び図８では、図面の見易さを考慮して、６軸ロボット１１及びターゲット台１３の本体部１８については図示を省略している。
【００４３】
まず作業者は、図３（ｂ）に示すように溶射ガン１２の先端部に装着された状態のレーザポインタ１５を溶射ガン１２から取り外す。これにより、溶射ガン１２はその先端部から噴射材Ｆを噴射可能な状態となる。また作業者は、６軸ロボット１１を操作して、溶射ガン１２を、図４に示すようにターゲット台１３に取り付けられたターゲットプレート２０上の目標位置２２に垂直に対向させる。この操作により、溶射ガン１２が指向するターゲットプレート２０上の位置である指向位置は、目標位置２２と一致する。
【００４４】
次に作業者は、図７（ａ）に示すように、ターゲットプレート２０の目標位置２２に向かって溶射ガン１２から噴射材Ｆを吹き付ける。この時、前述のように噴射材ＦはプラズマジェットＰＪの流れ方向と交差する方向への速度成分Ｆａを有している。そのため、溶射ガン１２は正しく目標位置２２を指向しているにもかかわらず、付着位置２３すなわちドーム状に吹き付けられた噴射材Ｆの中心位置は、目標位置２２から若干位置ズレする。本実施形態では、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレが、図７の紙面上下方向であるＹ軸方向にのみ生じた場合を示している。尚、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレは、Ｙ軸方向だけに限られず、図７の紙面奥行き方向であるＸ軸方向にも発生し得るものである。
【００４５】
次に作業者は、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５を溶射ガン１２の先端部に装着する。この時、作業者は、図７（ｂ）に示すようにレーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒが付着位置２３を指すようにして、すなわち図３（ｂ）に破線で示す状態で、レーザポインタ１５の取り付け角度を固定する。
【００４６】
更に作業者は、図７（ｂ）に示すターゲットプレート２０を図７（ｃ）に示す基準プレート２４に交換する。すなわち作業者は、ターゲット台１３の嵌合溝１８１からターゲットプレート２０を取り外した後、その嵌合溝１８１に基準プレート２４を嵌合させて取り付ける。ここで、この基準プレート２４は、ターゲットプレート２０と略等しい形状を有し、ターゲットプレート２０と同じ位置に目標位置２２が表示されている。また図に詳細は示さないが、この基準プレート２４には、目標位置２２からの距離を計測しやすいように、目標位置２２を通ってＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延びるようにして、罫書き線がそれぞれ引かれている。そして、このようにターゲットプレート２０を基準プレート２４に交換することにより、基準プレート２４の表面には、溶射ガン１２の先端部に装着したレーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒによって、付着位置２３が指し示される。
【００４７】
次に作業者は、定規等の計測器具（不図示）を用いることにより、図７（ｃ）における目標位置２２に対する付着位置２３の射芯ズレ量ｄ２を計測する。尚、本実施形態における射芯ズレ量ｄ２の計測は、目標位置２２と付着位置２３とのＹ軸方向への離間距離を計測することによって行った。しかし、前述のように目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向にも生じる場合には、Ｘ軸方向に沿っても目標位置２２と付着位置２３との離間距離をそれぞれ計測すればよい。尚、本実施形態では、射芯ズレ量ｄ２を容易に計測できるように、溶射ガン１２にレーザポインタ１５を装着するとともにターゲットプレート２０に代えて基準プレート２４を設置したが、図７（ａ）に示す状態において目標位置２２と付着位置２３との射芯ズレ量ｄ２を計測してもよい。
【００４８】
そして作業者は、図に詳細は示さないが、計測した射芯ズレ量ｄ２を、６軸ロボット１１を操作するための操作パネルに入力する。そうすると、６軸ロボット１１の動作を制御する制御部が、図７（ｃ）に示す溶射ガン１２から目標位置２２までの離間距離Ｌと入力された射芯ズレ量ｄ２とに基づく幾何学的関係から、溶射ガン１２の角度補正量θを算出する。この角度補正量θは、図７（ｃ）に示すように、溶射ガン１２から目標位置２２へ延びる線分Ｓ１と、溶射ガン１２から付着位置２３へ延びる線分Ｓ２とのなす角度を意味している。
【００４９】
そして作業者は、図に詳細は示さないが、計測した射芯ズレ量ｄ２を、６軸ロボット１１を操作するための操作パネルに入力する。そうすると、６軸ロボット１１の動作を制御する制御部が、図７（ｃ）に示す溶射ガン１２から目標位置２２までの離間距離Ｌと入力された射芯ズレ量ｄ２とに基づく幾何学的関係から、溶射ガン１２の角度補正量θを算出する。この角度補正量θは、図７（ｃ）に示すように、溶射ガン１２から目標位置２２へ延びる線分Ｓ１と、溶射ガン１２から付着位置２３へ延びる線分Ｓ２とのなす角度を意味している。なお、６軸ロボット１１に角度補正量θを算出する機能がない場合であっても、電卓などを用いて直接に角度補正量θを算出することで同様の操作を行うことができる。
【００５０】
そして作業者は、角度補正量θ及び射芯ズレ量ｄ２に基づいて、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更する。すなわち作業者は、図８（ａ）に示すように、まず付着位置２３を支点として溶射ガン１２を反時計回りに角度補正量θだけ回動させる。これにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒ、すなわち溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋが、基準プレート２４に対して略垂直となる。尚、図８（ａ）では回動前の溶射ガン１２の位置を破線で、回動後の溶射ガン１２の位置を実線でそれぞれ示している。
【００５１】
次に作業者は、図８（ｂ）に示すように、溶射ガン１２を上方へ平行移動させる。すなわち作業者は、目標位置２２と付着位置２３とを結ぶ線分Ｓ３に略平行する方向へ、射芯ズレ量ｄ２だけ溶射ガン１２を移動させる。これにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒ、すなわち溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋは、基準プレート２４に対して略垂直であって且つ目標位置２２に向いた状態となる。この作業により角度補正量θと射芯ズレ量ｄ２を６軸ロボット１１に電磁的に保持させることで、溶射ガン１２の射芯補正が完了する。これ以降、６軸ロボット１１は、ある目標位置に対して溶射を行うように命令された場合、前記角度補正量θと射芯ズレ量ｄ２を相殺する方向にオフセットするよう６軸ロボット１１自身の動作を制御することにより、正確に目標位置に噴射材Ｆを付着させことができる。尚、図８（ｂ）では平行移動前の溶射ガン１２の位置を破線で、平行移動後の溶射ガン１２の位置を実線でそれぞれ示している。
【００５２】
尚、前述のように目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向に生じる場合には、溶射ガン１２をＸ軸方向に平行移動させればよい。また、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に生じる場合には、溶射ガン１２をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ平行移動させればよい。また、本実施形態では付着位置２３を中心として溶射ガン１２を回転させたが、例えば溶射ガン１２をその場で反時計回りに角度補正量θだけ回転させてもよい。すなわち、最終的に溶射ガン１２と基準プレート２４の位置関係が図８（ｂ）に示す位置関係となるように、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更すればよい。
【００５３】
最後に作業者は、射芯補正が正しく行われたか否かを確認する。まず作業者は、図６に示す教示翼２１を、図８に示す基準プレート２４に代えて６軸ロボット１１と対向する位置に配置する。そして作業者は、予め定められたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒを、図６に示すように教示翼２１の表面に表示された複数の教示点２１１に沿って移動させる。その結果、図６に破線で示すようにレーザ光線Ｒが教示点２１１に沿って移動する時は、作業者は射芯補正が正しく行われたものと判断する。一方、図６に詳細は示さないが、レーザ光線Ｒが教示点２１１から外れた位置を移動する時は、作業者は射芯補正が不完全なものと判断し、射芯補正のやり直し等の対処策を講じる。
【００５４】
以上により、基準補正及び射芯補正の両方が完了することにより、溶射ガン１２の付着位置２３の補正作業が終了する。
【００５５】
その後作業者は、付着位置２３の補正が完了した溶射ガン１２を使用することにより、タービン動翼やタービン静翼等の翼体を製造する。図９は、補正後の溶射ガン１２を用いた翼体２５の製造を説明する概略側面図である。作業者は、補正後の溶射ガン１２から翼体２５の目標位置２２を狙って噴射材Ｆを溶射する。この時、溶射ガン１２の付着位置２３が補正されているため、溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋが、プラズマジェットＰＪの噴射方向に対して角度補正量θの角度をなす方向となり、噴射材Ｆは目標位置２２に吹き付けられる。このように、翼体２５の狙い通りの位置に噴射材Ｆを吹き付けることができるので、翼体２５の表面に噴射材Ｆからなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐熱性に優れた翼体２５を製造することができる。
【００５６】
尚、以上説明した本実施形態では、本発明に係る「噴射装置」として溶射ガン１２を例に説明したが、噴射装置はターゲット部材に何らかの噴射材Ｆを吹き付けるものであれば足り、溶射ガン１２以外に例えばターゲット部材に塗装材を吹き付ける塗装ガンや、ショットブラストの噴射ノズルに対しても、本補正方法を適用することができる。なお、本願発明をショットブラストの噴射ノズルなどの噴射材Ｆがターゲット部材に付着しない構成に用いる場合、本願明細書及び特許請求の範囲における「付着位置」との語は、ショットブラストのグリッドがターゲット部材に衝突する位置であると理解すべきものである。
【００５７】
また本実施形態では、溶射ガン１２を移動させる手段すなわち本発明に係る「移動機構」として６軸ロボット１１を用いたが、移動機構としては６軸ロボット１１に限られず他の構成を採用することも可能である。図１０及び図１１は、移動機構の変形例を示す概略側面図である。
【００５８】
図１０は、移動機構の第一変形例を示す概略側面図である。この第一変形例では、溶射ガン１２を移動させる移動機構が、６軸ロボット１１のガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することが可能な姿勢調整部３０として構成されている。この第一変形例では、溶射ガン１２を下方から支持する複数のネジ３１が設けられ、これらネジ３１を回してガン保持部１１３からの突出高さを変化させることによって溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することができる。そして、このようにガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することにより、６軸ロボット１１を動作させることなく、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更することができる。また本変形例によれば、ガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することによって、基準ズレ量ｄ１や角度補正量θを姿勢調整部３０に機械的に保持することができる。よって、６軸ロボット１１が、予めプログラムにより定められた姿勢から所定量の変位や角度だけオフセットして動作する機能を備えていない場合であっても、基準補正および射芯補正を適用して翼体２５の加工を行うことができる。尚、姿勢調整部３０の構成は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００５９】
図１１は、移動機構の第二変形例を示す概略側面図である。この第二変形例では、溶射ガン１２を移動させる移動機構が、圧電素子（不図示）によって３軸方向に移動可能に設けられた可動台４０と、この可動台４０に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を３軸回りに調整可能な姿勢調整部４１とを有している。このように構成される移動機構によれば、可動台４０を動作させることによって溶射ガン１２をＸＹＺ軸方向に移動させるとともに、姿勢調整部４１を調整することによって溶射ガン１２をＸＹＺ軸回り方向に移動させることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更する手段として、溶射ガン１２を移動させる移動機構を用いたが、これに代えてまたはこれと共に、基準プレート２４を移動させる移動機構を採用することも可能である。図１２から図１４は、移動機構の変形例を示す概略側面図である。
【００６１】
図１２は、移動機構の第三変形例を示す概略側面図である。この第三変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が６軸ロボット１１として構成され、そのガン保持部１１３に、基準プレート２４がその基準ピン１９を溶射ガン１２の側に向けた状態で固定されている。一方、溶射ガン１２は、この６軸ロボット１１に対向する位置に固定して設置されている。このように構成される移動機構によれば、６軸ロボット１１を動作させて基準プレート２４を移動させることにより、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更することができる。この場合、図１２に示す状態で基準補正および射芯補正を行った後に、６軸ロボット１１から基準プレート２４を取り外して翼体２５を取り付け、溶射ガン１２から翼体２５に向けて噴射材Ｆを噴射する。これにより、翼体２５の狙い通りの位置に噴射材Ｆを吹き付けることができ、翼体２５の表面に噴射材Ｆからなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐熱性に優れた翼体２５を製造することができる。
【００６２】
図１３は、移動機構の第四変形例を示す概略側面図である。この第四変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が、６軸ロボット１１のガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することが可能な姿勢調整部５０として構成されている。一方、溶射ガン１２は、この６軸ロボット１１に対向する位置に固定して設置されている。この第四変形例では、基準プレート２４を下方から支持する複数のネジ５１が設けられ、これらネジ５１を回してガン保持部１１３からの突出高さを調整することによって基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することができる。そして、このようにガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することにより、６軸ロボット１１を動作させることなく、基準プレート２４と溶射ガン１２との相対的な位置関係を変更することができる。また本変形例によれば、ガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することによって、基準ズレ量ｄ１や角度補正量θを姿勢調整部５０に機械的に保持することができる。よって、６軸ロボット１１が、予めプログラムにより定められた姿勢から所定量の変位や角度だけオフセットして動作する機能を備えていない場合であっても、基準補正および射芯補正を適用して翼体２５の加工を行うことができる。尚、姿勢調整部５０の構成は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００６３】
図１４は、移動機構の第五変形例を示す概略側面図である。この第五変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が、圧電素子（不図示）によって３軸方向に移動可能に設けられた可動台６０と、この可動台６０に対する基準プレート２４の取り付け姿勢をＸＹＺ軸回り調整可能な姿勢調整部６１とを有している。一方、溶射ガン１２は、この可動台６０に対向する位置に固定して設置されている。このように構成される移動機構によれば、可動台６０を動作させることによって基準プレート２４をＸＹＺ軸方向に移動させるとともに、姿勢調整部６１を調整することによって基準プレート２４をＸＹＺ軸回り方向に移動させることができる。
【００６４】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 付着位置補正ユニット
１１ ６軸ロボット
１２ 溶射ガン
１３ ターゲット台
１４ センターツール
１５ レーザポインタ
１６ 固定治具
１７ 支持治具
１８ 本体部
１９ 基準ピン
２０ ターゲットプレート
２１ 教示翼
２２ 目標位置
２３ 付着位置
２４ 基準プレート
２５ 翼体
３０ 姿勢調整部
３１ ネジ
４０ 可動台
４１ 姿勢調整部
５０ 姿勢調整部
５１ ネジ
６０ 可動台
６１ 姿勢調整部
１１１ 基部
１１２ アーム部
１１３ ガン保持部
１２１ ガン本体部
１２２ 電極部
１２３ ガス供給部
１２４ 噴射材投入部
１２５ 取付部
１８１ 嵌合溝
２１１ 教示点
ｄ１ 基準ズレ量
ｄ２ 射芯ズレ量
Ｆ 噴射材
Ｆａ 速度成分
Ｋ 移動軌跡
Ｌ 離間距離
ＰＪ プラズマジェット
Ｒ レーザ光線
Ｓ１ 線分
Ｓ２ 線分
Ｓ３ 線分
ＳＧ 作動ガス
θ 角度補正量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、その付着位置のズレを補正する方法、補正方法を使用した溶射ガンによる溶射方法、その溶射方法を用いたタービン翼の製造方法、及び加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蒸気タービンやガスタービンを構成するタービン動翼やタービン静翼等の翼体は、高温の作動流体に曝される。従って、翼体の製造に際しては、遮熱性や耐食性を確保すべく、その表面に金属もしくはセラミックスの皮膜を形成する。ここで、この皮膜を形成する手段としては、溶射と呼ばれる方法が広く用いられている。この溶射とは、噴射材と呼ばれる金属もしくはセラミックスの粉末を高温且つ高速のガス流に乗せて翼体の表面に吹き付けることによってその表面に皮膜を形成する手法である。そして、この溶射を行う際には、ガス流に乗せて噴射材を噴射する溶射ガンを産業用ロボットのアーム先端に取り付け、産業用ロボットを予め定めたプログラムに従って動作させることにより、翼体上の目標位置に向かって溶射ガンから噴射材を吹き付ける。
【０００３】
ここで、本来噴射材を吹き付けたい翼体表面の位置を「目標位置」、噴射材が実際に吹き付けられる翼体表面の位置を「付着位置」と呼ぶこととすると、付着位置は目標位置から位置ズレする場合がある。溶射ガンが幾何学的に指向する翼体表面の位置を「指向位置」と呼ぶこととすると、この位置ズレは、大別して指向位置が目標位置からズレることと、付着位置が指向位置からズレることにより生ずる。目標位置に対する指向位置の位置ズレは、溶射ガン自体やその構成部品である電極等の脱着や、産業用ロボットの基準合わせの不十分さに起因して生じる。一方、指向位置に対する付着位置の位置ズレは、溶射ガンの特性に起因して生じる。より詳細に説明すると、溶射ガンでは、その噴射口から噴射される高速のガス流に対して外部から噴射材が投入されるため、噴射材はガス流の流れ方向と交差する方向への速度成分を有している。従って、噴射材が翼体に吹き付けられる位置は、ガス流が翼体に吹き付けられる位置から若干離間した位置となる。これにより、目標位置に対する付着位置の位置ズレが生じる。
【０００４】
従って、噴射材を翼体上の目標位置に対して正確に吹き付けるためには、付着位置の位置ズレを補正する必要がある。そして、この補正作業は従来次のような手順で行われてきた。すなわち作業者は、例えば溶射ガンを産業用ロボットから脱着する作業が完了すると、産業用ロボットを予め定めた姿勢とした状態で溶射ガンから検査用の対象物に対して噴射材を吹き付けることにより、対象物の表面に射芯と呼ばれる噴射材の小さな山を形成する。次に作業者は、溶射ガンの先端に、射芯の中心を指すようにしてレーザポインタを取り付ける。そして作業者は、複数の教示点が表示された教示翼を前記対象物に代えてセットした上で、産業用ロボットを予め定めたプログラムに従って動作させながら、レーザポインタの指す位置が教示点に一致するように産業用ロボットを補正する。そして、この作業を全ての教示点について繰り返し行うことにより、付着位置の位置ズレを補正する。このような産業用ロボットの教示方法は、溶射ガンの付着位置の補正に限られず、塗装作業における塗装ガンの付着位置の補正においても同様に用いられている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−０１５８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、溶射ガンや塗装ガンといった噴射装置についてその付着位置を補正する従来の方法によれば、全ての教示点について付着位置の位置ズレを補正する作業を作業者が手作業で繰り返し行う必要があるため、作業者の力量や産業用ロボットを動作させるプログラムによって作業時間や補正の精度にバラツキが生じるという問題があった。また、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減するためには、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させる必要がある。しかし、このように教示点の数を増やすと、その分だけ付着位置の補正に要する時間が長くなるという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、作業者の力量や噴射装置を動作させるプログラムの違いによらず、短時間且つ高い精度でその付着位置を補正する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、噴射材の皮膜を形成すべきターゲット部材、及び前記ターゲット部材に向かって噴射材を吹き付ける噴射装置の一方を他方に対して相対移動させる移動機構を操作することにより、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、前記ターゲット部材に吹き付けられた噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までのズレ量を計測する工程と、前記ズレ量、及び前記噴射装置から前記目標位置までの距離に基づいて、記噴射装置の指向方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を算出する工程と、前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を、前記角度の分だけ変更する工程と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、噴射装置の付着位置を補正するために作業者が行うべき作業は、付着位置から目標位置までのズレ量を計測する作業と、噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係が変化するように移動機構を操作する作業のみである。従って、教示翼の全ての教示点について付着位置の位置ズレを補正する作業を作業者が手作業で繰り返し行う場合と比較すると、短時間且つ高い精度で付着位置の補正を行うことができる。
【００１０】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置が、噴射口からガス流を噴射するガン本体部と、前記噴射口の近傍に設けられて前記ガス流に対して外部から噴射材を投入する噴射材投入部と、を備える溶射ガンであることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、ガス流に投入される噴射材がガス流の流れ方向と交差する方向への速度成分を有しているため、噴射材がターゲット部材に吹き付けられる位置は、ガス流が吹き付けられる位置から若干離間した位置となる。ここで、溶射ガンはその個体や電極状態などによって使用時ごとに離間距離が異なる。よって、目標位置に対する付着位置の位置ズレが生じやすい溶射ガンに付着位置の補正を適用すれば、補正作業にかかる時間をより有効に低減できる。
【００１２】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記移動機構が、前記噴射装置又は前記ターゲット部材を保持するロボットであることを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、ロボットの噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係を、容易な操作によって且つ精度良く変化させることができる。
【００１４】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を変更する工程は、前記付着位置を支点として前記角度補正量の分だけ前記噴射装置を回動させるとともに、前記付着位置と前記目標位置とを結ぶ線分に平行して前記ズレ量の分だけ前記噴射装置を移動させることにより行うことを特徴とする。
【００１５】
このような方法によれば、作業者は角度補正量とズレ量とを入力してロボットを操作するだけの簡略な作業により、噴射装置とターゲット部材との相対的な位置関係を変化させることができる。
【００１６】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記噴射装置を前記ターゲット部材に対向させる工程に先立ち、予め定められたプログラムに従って既定の位置へ移動するよう前記噴射装置を補正することを特徴とする。
【００１７】
このような方法によれば、目標位置に対する付着位置の位置ズレを補正するに先立って、目標位置自体の位置ズレを補正するので、付着位置の位置ズレを一層正確に補正することができる。
【００１８】
また、本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法は、前記ズレ量が、レーザポインタを使用して計測されることを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、ターゲット部材を傷付けることなく、目標位置に対する付着位置のズレ量を計測することができる。
【００２０】
また、本発明に係る溶射方法は、噴射装置の付着位置補正方法によって補正された溶射ガンを使用して、対象物の表面に噴射材を溶射することを特徴とする。
【００２１】
このような方法によれば、溶射ガンを使用してターゲット部材の目標位置に対して正確に噴射材を吹き付けることができるので、ターゲット部材の表面に噴射材からなる皮膜を均一に形成することができる。
【００２２】
また、本発明に係るタービン翼の製造方法は、溶射方法を使用して、タービンを構成する翼体の表面に噴射材の皮膜を形成することを特徴とする。
【００２３】
このような製造方法によれば、翼体の表面に噴射材からなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐食性に優れた翼体を製造することができる。
【００２４】
また、本発明に係る加工方法は、請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された噴射装置を使用して、予め定められた加工動作に基づいて被加工部材を加工する加工方法であって、前記移動機構に、前記ターゲット部材に代えて前記被加工部材を設置する工程と、前記噴射装置から前記被加工部材の表面に噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２５】
このような方法によれば、実際に被加工部材を加工するのに先立って、仮設のターゲット部材を用いて噴射装置の指向方向と実際に噴射材が噴出される方向のズレ角度を算出し、これに基づく補正を施しながら被加工部材の加工を行うことができる。すなわち、噴射装置の部品交換などを行うことで前記ズレ角度が変わったとしても、付着位置の補正のために多数の教示点の教示を行う必要がない。よって多数の教示点を教示するためにかかる作業時間を短縮するために教示点の点数を減らす必要がなく、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させることが可能となる。これによって、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る加工方法は、予め定められた加工動作に基づいて、噴射装置から噴射材を吹き付けて被加工部材を加工する加工方法であって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともに、それらの位置関係を変更する支持機構にターゲット部材を設置する工程と、前記支持機構を操作し、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、前記噴射装置の指向する方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を、前記ターゲット部材に吹き付けられた前記噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までの第一距離、及び前記噴射装置から前記目標位置までの第二距離、に基づいて算出する工程と、前記支持機構から前記ターゲット部材を取り外して被加工部材を取り付ける工程と、噴射装置から噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程であって、保持された前記角度だけ前記予め定められた加工動作を補正した加工動作によって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともにそれらの位置関係を変更しながら、加工する工程と、を含むことを特徴とする。
【００２７】
このような方法によれば、実際に被加工部材を加工するのに先立って、仮設のターゲット部材を用いて噴射装置の指向方向と実際に噴射材が噴出される方向のズレ角度を算出し、これに基づく補正を施しながら被加工部材の加工を行うことができる。すなわち、噴射装置の部品交換などを行うことで前記ズレ角度が変わったとしても、付着位置の補正のために多数の教示点の教示を行う必要がない。よって多数の教示点を教示するためにかかる作業時間を短縮するために教示点の点数を減らす必要がなく、教示翼に多くの教示点を設けて産業用ロボットを細かく動作させることが可能となる。これによって、翼体から外れた位置に噴射材が噴射されることによって噴射材の無駄が発生するのを低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る噴射装置の付着位置補正方法によれば、ターゲット部材に対して噴射材を吹き付ける噴射装置について、作業者の力量や噴射装置を動作させるプログラムの違いによらず、短時間且つ高い精度でその付着位置を補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係る付着位置補正ユニットの外観を示す概略側面図である。
【図２】溶射ガンの構成を示す概略断面図である。
【図３】溶射ガンの先端部にアタッチメントを取り付けた状態を示す概略断面図である。
【図４】ターゲット台の構成を示す概略斜視図である。
【図５】溶射ガンの基準補正の手順を示す図である。
【図６】教示翼の構成を示す概略斜視図である。
【図７】溶射ガンの射芯補正の手順を示す図である。
【図８】溶射ガンの射芯補正の手順を示す図である。
【図９】補正後の溶射ガンを用いた翼体の製造を説明する概略側面図である。
【図１０】移動機構の第一変形例を示す概略側面図である。
【図１１】移動機構の第二変形例を示す概略側面図である。
【図１２】移動機構の第三変形例を示す概略側面図である。
【図１３】移動機構の第四変形例を示す概略側面図である。
【図１４】移動機構の第五変形例を示す概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の実施形態に係る溶射ガンの付着位置補正方法に使用する付着位置補正ユニットの構成について説明する。図１は、本実施形態に係る付着位置補正ユニット１０の外観を示す概略側面図である。付着位置補正ユニット１０は、アームを有する６軸ロボット１１（移動機構）と、この６軸ロボット１１のアームの先端に保持された溶射ガン１２（噴射装置）と、６軸ロボット１１と対向して配置されたターゲット台１３と、を備えるものである。
【００３１】
６軸ロボット１１は、溶射ガン１２の位置及び姿勢を制御する役割を果たすものである。この６軸ロボット１１は、図１に示すように、固定して設置された基部１１１と、この基部１１１に取り付けられて６つの軸の回りに回動可能に設けられたアーム部１１２と、このアーム部１１２の先端に設けられたガン保持部１１３と、を有している。尚、６つの自由度を有する６軸ロボット１１に代えて、所定数の軸回りに回動可能ないわゆる多関節型ロボットを用いてもよい。
【００３２】
溶射ガン１２は、ターゲット台１３に向かって噴射材を吹き付ける役割を果たすものである。ここで、図２は、溶射ガン１２の構成を示す概略断面図である。溶射ガン１２は、先端に噴射口が設けられたガン本体部１２１と、ガン本体部１２１の内部に相対向して設けられた一対の電極部１２２と、ガン本体部１２１の内部に通じるガス供給部１２３と、噴射口の外側に設けられた噴射材投入部１２４と、ガン本体を６軸ロボット１１のガン保持部１１３に取り付けるための取付部１２５と、を有している。このように構成される溶射ガン１２は、ガン本体部１２１の噴射口をターゲット台１３の側に向けるようにして、その取付部１２５が６軸ロボット１１のガン保持部１１３に取り付けられている。
【００３３】
このように構成される溶射ガン１２によれば、一対の電極部１２２の間に電圧を印加することで直流アークを発生させると、ガス供給部１２３から供給されるアルゴン等の作動ガスＳＧが電離することにより、プラズマジェットＰＪが発生する。そして、噴射口から噴射されるプラズマジェットＰＪに対し、金属材料からなる噴射材Ｆが噴射材投入部１２４から投入される。これにより、噴射材Ｆは、プラズマジェットＰＪに乗って加熱された状態で、図１に示すターゲット台１３に対して吹き付けられる。そしてこの時、噴射材Ｆの投入方向は、プラズマジェットＰＪの流れ方向に対して略直交する方向となっている。従って、プラズマジェットＰＪに乗った噴射材Ｆは、図２に示すように、プラズマジェットＰＪの流れ方向と交差する方向への速度成分Ｆａを有している。
【００３４】
また、溶射ガン１２は、その先端部に所定のアタッチメントを取り付け可能となっている。図３は、溶射ガン１２の先端部にアタッチメントを取り付けた状態を示す概略断面図である。溶射ガン１２には、図３（ａ）に示すセンターツール１４と、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５が取り付け可能となっている。センターツール１４は、後述する基準補正の工程で使用するものである。このセンターツール１４は、金属等からなる長尺な棒状の部材であって、その先端部が先鋭に形成されている。このように構成されるセンターツール１４は、図３（ａ）に示すように、その軸線を噴射口の中心に合わせるようにして、固定治具１６を介して溶射ガン１２の先端部に取り付けられている。
【００３５】
一方、レーザポインタ１５は、後述する射芯補正の工程で使用するものであって、その先端部からレーザ光線を射出する。このレーザポインタ１５は、図３（ｂ）に示すように、支持治具１７を介して溶射ガン１２の先端部に回動可能に取り付けられている。これにより、図３（ｂ）に破線で示すようにレーザポインタ１５の取り付け角度を調節することにより、レーザ光線Ｒの射出方向を任意に調節することが可能となっている。
【００３６】
ターゲット台１３は、噴射材Ｆを吹き付ける対象物としての役割を果たすものである。ここで、図４は、ターゲット台１３の構成を示す概略斜視図である。ターゲット台１３は、相対向する一対の嵌合溝１８１が形成された本体部１８と、この本体部１８の表面に突出して設けられた左右一対の基準ピン１９と、本体部１８の嵌合溝１８１に嵌合して着脱可能に取り付けられたターゲットプレート２０と、を有している。ここで、ターゲットプレート２０は、溶射ガン１２から高熱の噴射材Ｆが吹き付けられるため、耐熱性に優れた素材で形成されている。
【００３７】
次に、本発明の実施形態に係る溶射ガン１２の付着位置補正方法の手順、及びその作用効果について説明する。尚、この溶射ガン１２の付着位置補正は、溶射ガン１２を交換した場合や、溶射ガン１２を構成する電極部１２２を交換した場合や、溶射ガン１２が取り付けられる６軸ロボット１１のガン保持部１１３を交換した場合等に実行されるものである。
【００３８】
溶射ガン１２の付着位置を補正しようとする作業者は、まず溶射ガン１２の基準補正を行う。この基準補正とは、溶射ガン１２等の着脱に起因して生じる目標位置自体の位置ズレを補正することを意味する。ここで、図５は、溶射ガン１２の基準補正の手順を示す図である。まず作業者は、図３（ａ）に示すように、溶射ガン１２の先端部にセンターツール１４を装着する。そして作業者は、図５（ａ）に示すようにセンターツール１４がターゲット台１３の基準ピン１９から遠く離れた状態から、予め定めたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、センターツール１４の先端を基準ピン１９の先端に接触させる。
【００３９】
しかし、溶射ガン１２や電極部１２２やガン保持部１１３を脱着したことに起因して、図５（ｂ）に示すように、センターツール１４の先端と基準ピン１９の先端との間には若干の位置ズレが生じる。そこで作業者は、定規等の計測器具（不図示）を用いて両者の間の基準ズレ量ｄ１を計測する。そして作業者は、この基準ズレ量ｄ１の分だけ６軸ロボット１１を移動させることにより、図５（ｃ）に示すように、センターツール１４の先端と基準ピン１９の先端とを接触させる。この作業により基準ズレ量ｄ１を６軸ロボット１１に電磁的に保持させることで、溶射ガン１２の基準補正が完了する。これ以降、６軸ロボット１１は、ある目標位置を指向するように命令された場合、前記基準ズレ量ｄ１を相殺する方向にオフセットするよう６軸ロボット１１自身の動作を制御することにより、正確に前記目標位置を指向することができる。尚、図５（ｂ）では、センターツール１４の基準ピン１９に対する位置ズレが、図５の紙面上下方向であるＹ軸方向にのみ生じた場合を示した。しかし、両者の間の位置ズレは、図５の紙面奥行き方向であるＸ軸方向や、図５の紙面左右方向であるＺ軸方向にも発生し得るものである。また、６軸ロボット１１が基準ズレ量ｄ１を入力するだけで基準補正する機能を有している場合は、必ずしもセンターツール１４の先端と基準ピン１９の先端とを接触させなくてもよく、６軸ロボット１１に基準ズレ量ｄ１を入力すれば足りる。
【００４０】
次に作業者は、基準補正が正しく行われたか否かを確認する。まず作業者は、前述のセンターツール１４に代えて、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５を溶射ガン１２の先端部に装着する。そして、ターゲットプレート２０の上に設けられている目標位置２２に対して溶射ガン１２が垂直に正対する姿勢となるよう、６軸ロボット１１を移動させる。その後、作業者は、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒが溶射ガン１２の指向方向にある目標位置２２を照射するように、すなわち図３（ｂ）に実線で示す状態で、レーザポインタ１５の取り付け角度を固定する。
【００４１】
次に作業者は、図６に示す教示翼２１を、図５に示すターゲット台１３に代えて６軸ロボット１１と対向する位置に配置する。そして作業者は、予め定められたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒを、図６に示すように教示翼２１の表面に表示された複数の教示点２１１に沿って移動させる。その結果、図６に破線で示すようにレーザ光線Ｒが教示点２１１に沿って移動する時は、作業者は基準補正が正しく行われたものと判断する。一方、図６に詳細は示さないが、レーザ光線Ｒが教示点２１１から外れた位置を移動する時は、作業者は基準補正が不完全なものと判断し、基準補正のやり直し等の対処策を講じる。
【００４２】
次に作業者は、溶射ガン１２の射芯補正を行う。この射芯補正とは、前述のような溶射ガン１２の特性に起因して生じる指向位置に対する付着位置の位置ズレを補正することを意味する。ここで、図７及び図８は、溶射ガン１２の射芯補正の手順を示す図である。尚、図７及び図８では、図面の見易さを考慮して、６軸ロボット１１及びターゲット台１３の本体部１８については図示を省略している。
【００４３】
まず作業者は、図３（ｂ）に示すように溶射ガン１２の先端部に装着された状態のレーザポインタ１５を溶射ガン１２から取り外す。これにより、溶射ガン１２はその先端部から噴射材Ｆを噴射可能な状態となる。また作業者は、６軸ロボット１１を操作して、溶射ガン１２を、図４に示すようにターゲット台１３に取り付けられたターゲットプレート２０上の目標位置２２に垂直に対向させる。この操作により、溶射ガン１２が指向するターゲットプレート２０上の位置である指向位置は、目標位置２２と一致する。
【００４４】
次に作業者は、図７（ａ）に示すように、ターゲットプレート２０の目標位置２２に向かって溶射ガン１２から噴射材Ｆを吹き付ける。この時、前述のように噴射材ＦはプラズマジェットＰＪの流れ方向と交差する方向への速度成分Ｆａを有している。そのため、溶射ガン１２は正しく目標位置２２を指向しているにもかかわらず、付着位置２３すなわちドーム状に吹き付けられた噴射材Ｆの中心位置は、目標位置２２から若干位置ズレする。本実施形態では、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレが、図７の紙面上下方向であるＹ軸方向にのみ生じた場合を示している。尚、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレは、Ｙ軸方向だけに限られず、図７の紙面奥行き方向であるＸ軸方向にも発生し得るものである。
【００４５】
次に作業者は、図３（ｂ）に示すレーザポインタ１５を溶射ガン１２の先端部に装着する。この時、作業者は、図７（ｂ）に示すようにレーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒが付着位置２３を指すようにして、すなわち図３（ｂ）に破線で示す状態で、レーザポインタ１５の取り付け角度を固定する。
【００４６】
更に作業者は、図７（ｂ）に示すターゲットプレート２０を図７（ｃ）に示す基準プレート２４に交換する。すなわち作業者は、ターゲット台１３の嵌合溝１８１からターゲットプレート２０を取り外した後、その嵌合溝１８１に基準プレート２４を嵌合させて取り付ける。ここで、この基準プレート２４は、ターゲットプレート２０と略等しい形状を有し、ターゲットプレート２０と同じ位置に目標位置２２が表示されている。また図に詳細は示さないが、この基準プレート２４には、目標位置２２からの距離を計測しやすいように、目標位置２２を通ってＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ延びるようにして、罫書き線がそれぞれ引かれている。そして、このようにターゲットプレート２０を基準プレート２４に交換することにより、基準プレート２４の表面には、溶射ガン１２の先端部に装着したレーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒによって、付着位置２３が指し示される。
【００４７】
次に作業者は、定規等の計測器具（不図示）を用いることにより、図７（ｃ）における目標位置２２に対する付着位置２３の射芯ズレ量ｄ２を計測する。尚、本実施形態における射芯ズレ量ｄ２の計測は、目標位置２２と付着位置２３とのＹ軸方向への離間距離を計測することによって行った。しかし、前述のように目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向にも生じる場合には、Ｘ軸方向に沿っても目標位置２２と付着位置２３との離間距離をそれぞれ計測すればよい。尚、本実施形態では、射芯ズレ量ｄ２を容易に計測できるように、溶射ガン１２にレーザポインタ１５を装着するとともにターゲットプレート２０に代えて基準プレート２４を設置したが、図７（ａ）に示す状態において目標位置２２と付着位置２３との射芯ズレ量ｄ２を計測してもよい。
【００４８】
そして作業者は、図に詳細は示さないが、計測した射芯ズレ量ｄ２を、６軸ロボット１１を操作するための操作パネルに入力する。そうすると、６軸ロボット１１の動作を制御する制御部が、図７（ｃ）に示す溶射ガン１２から目標位置２２までの離間距離Ｌと入力された射芯ズレ量ｄ２とに基づく幾何学的関係から、溶射ガン１２の角度補正量θを算出する。この角度補正量θは、図７（ｃ）に示すように、溶射ガン１２から目標位置２２へ延びる線分Ｓ１と、溶射ガン１２から付着位置２３へ延びる線分Ｓ２とのなす角度を意味している。
【００４９】
そして作業者は、図に詳細は示さないが、計測した射芯ズレ量ｄ２を、６軸ロボット１１を操作するための操作パネルに入力する。そうすると、６軸ロボット１１の動作を制御する制御部が、図７（ｃ）に示す溶射ガン１２から目標位置２２までの離間距離Ｌと入力された射芯ズレ量ｄ２とに基づく幾何学的関係から、溶射ガン１２の角度補正量θを算出する。この角度補正量θは、図７（ｃ）に示すように、溶射ガン１２から目標位置２２へ延びる線分Ｓ１と、溶射ガン１２から付着位置２３へ延びる線分Ｓ２とのなす角度を意味している。なお、６軸ロボット１１に角度補正量θを算出する機能がない場合であっても、電卓などを用いて直接に角度補正量θを算出することで同様の操作を行うことができる。
【００５０】
そして作業者は、角度補正量θ及び射芯ズレ量ｄ２に基づいて、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更する。すなわち作業者は、図８（ａ）に示すように、まず付着位置２３を支点として溶射ガン１２を反時計回りに角度補正量θだけ回動させる。これにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒ、すなわち溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋが、基準プレート２４に対して略垂直となる。尚、図８（ａ）では回動前の溶射ガン１２の位置を破線で、回動後の溶射ガン１２の位置を実線でそれぞれ示している。
【００５１】
次に作業者は、図８（ｂ）に示すように、溶射ガン１２を上方へ平行移動させる。すなわち作業者は、目標位置２２と付着位置２３とを結ぶ線分Ｓ３に略平行する方向へ、射芯ズレ量ｄ２だけ溶射ガン１２を移動させる。これにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒ、すなわち溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋは、基準プレート２４に対して略垂直であって且つ目標位置２２に向いた状態となる。この作業により角度補正量θと射芯ズレ量ｄ２を６軸ロボット１１に電磁的に保持させることで、溶射ガン１２の射芯補正が完了する。これ以降、６軸ロボット１１は、ある目標位置に対して溶射を行うように命令された場合、前記角度補正量θと射芯ズレ量ｄ２を相殺する方向にオフセットするよう６軸ロボット１１自身の動作を制御することにより、正確に目標位置に噴射材Ｆを付着させことができる。尚、図８（ｂ）では平行移動前の溶射ガン１２の位置を破線で、平行移動後の溶射ガン１２の位置を実線でそれぞれ示している。
【００５２】
尚、前述のように目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向に生じる場合には、溶射ガン１２をＸ軸方向に平行移動させればよい。また、目標位置２２に対する付着位置２３の位置ズレがＸ軸方向及びＹ軸方向の両方に生じる場合には、溶射ガン１２をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ平行移動させればよい。また、本実施形態では付着位置２３を中心として溶射ガン１２を回転させたが、例えば溶射ガン１２をその場で反時計回りに角度補正量θだけ回転させてもよい。すなわち、最終的に溶射ガン１２と基準プレート２４の位置関係が図８（ｂ）に示す位置関係となるように、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更すればよい。
【００５３】
最後に作業者は、射芯補正が正しく行われたか否かを確認する。まず作業者は、図６に示す教示翼２１を、図８に示す基準プレート２４に代えて６軸ロボット１１と対向する位置に配置する。そして作業者は、予め定められたプログラムに従って６軸ロボット１１を動作させることにより、レーザポインタ１５から射出されるレーザ光線Ｒを、図６に示すように教示翼２１の表面に表示された複数の教示点２１１に沿って移動させる。その結果、図６に破線で示すようにレーザ光線Ｒが教示点２１１に沿って移動する時は、作業者は射芯補正が正しく行われたものと判断する。一方、図６に詳細は示さないが、レーザ光線Ｒが教示点２１１から外れた位置を移動する時は、作業者は射芯補正が不完全なものと判断し、射芯補正のやり直し等の対処策を講じる。
【００５４】
以上により、基準補正及び射芯補正の両方が完了することにより、溶射ガン１２の付着位置２３の補正作業が終了する。
【００５５】
その後作業者は、付着位置２３の補正が完了した溶射ガン１２を使用することにより、タービン動翼やタービン静翼等の翼体を製造する。図９は、補正後の溶射ガン１２を用いた翼体２５の製造を説明する概略側面図である。作業者は、補正後の溶射ガン１２から翼体２５の目標位置２２を狙って噴射材Ｆを溶射する。この時、溶射ガン１２の付着位置２３が補正されているため、溶射ガン１２から噴射される噴射材Ｆの移動軌跡Ｋが、プラズマジェットＰＪの噴射方向に対して角度補正量θの角度をなす方向となり、噴射材Ｆは目標位置２２に吹き付けられる。このように、翼体２５の狙い通りの位置に噴射材Ｆを吹き付けることができるので、翼体２５の表面に噴射材Ｆからなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐熱性に優れた翼体２５を製造することができる。
【００５６】
尚、以上説明した本実施形態では、本発明に係る「噴射装置」として溶射ガン１２を例に説明したが、噴射装置はターゲット部材に何らかの噴射材Ｆを吹き付けるものであれば足り、溶射ガン１２以外に例えばターゲット部材に塗装材を吹き付ける塗装ガンや、ショットブラストの噴射ノズルに対しても、本補正方法を適用することができる。なお、本願発明をショットブラストの噴射ノズルなどの噴射材Ｆがターゲット部材に付着しない構成に用いる場合、本願明細書及び特許請求の範囲における「付着位置」との語は、ショットブラストのグリッドがターゲット部材に衝突する位置であると理解すべきものである。
【００５７】
また本実施形態では、溶射ガン１２を移動させる手段すなわち本発明に係る「移動機構」として６軸ロボット１１を用いたが、移動機構としては６軸ロボット１１に限られず他の構成を採用することも可能である。図１０及び図１１は、移動機構の変形例を示す概略側面図である。
【００５８】
図１０は、移動機構の第一変形例を示す概略側面図である。この第一変形例では、溶射ガン１２を移動させる移動機構が、６軸ロボット１１のガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することが可能な姿勢調整部３０として構成されている。この第一変形例では、溶射ガン１２を下方から支持する複数のネジ３１が設けられ、これらネジ３１を回してガン保持部１１３からの突出高さを変化させることによって溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することができる。そして、このようにガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することにより、６軸ロボット１１を動作させることなく、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更することができる。また本変形例によれば、ガン保持部１１３に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を調整することによって、基準ズレ量ｄ１や角度補正量θを姿勢調整部３０に機械的に保持することができる。よって、６軸ロボット１１が、予めプログラムにより定められた姿勢から所定量の変位や角度だけオフセットして動作する機能を備えていない場合であっても、基準補正および射芯補正を適用して翼体２５の加工を行うことができる。尚、姿勢調整部３０の構成は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００５９】
図１１は、移動機構の第二変形例を示す概略側面図である。この第二変形例では、溶射ガン１２を移動させる移動機構が、圧電素子（不図示）によって３軸方向に移動可能に設けられた可動台４０と、この可動台４０に対する溶射ガン１２の取り付け姿勢を３軸回りに調整可能な姿勢調整部４１とを有している。このように構成される移動機構によれば、可動台４０を動作させることによって溶射ガン１２をＸＹＺ軸方向に移動させるとともに、姿勢調整部４１を調整することによって溶射ガン１２をＸＹＺ軸回り方向に移動させることができる。
【００６０】
また、本実施形態では、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更する手段として、溶射ガン１２を移動させる移動機構を用いたが、これに代えてまたはこれと共に、基準プレート２４を移動させる移動機構を採用することも可能である。図１２から図１４は、移動機構の変形例を示す概略側面図である。
【００６１】
図１２は、移動機構の第三変形例を示す概略側面図である。この第三変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が６軸ロボット１１として構成され、そのガン保持部１１３に、基準プレート２４がその基準ピン１９を溶射ガン１２の側に向けた状態で固定されている。一方、溶射ガン１２は、この６軸ロボット１１に対向する位置に固定して設置されている。このように構成される移動機構によれば、６軸ロボット１１を動作させて基準プレート２４を移動させることにより、溶射ガン１２と基準プレート２４との相対的な位置関係を変更することができる。この場合、図１２に示す状態で基準補正および射芯補正を行った後に、６軸ロボット１１から基準プレート２４を取り外して翼体２５を取り付け、溶射ガン１２から翼体２５に向けて噴射材Ｆを噴射する。これにより、翼体２５の狙い通りの位置に噴射材Ｆを吹き付けることができ、翼体２５の表面に噴射材Ｆからなる皮膜を均一に形成することにより、遮熱性や耐熱性に優れた翼体２５を製造することができる。
【００６２】
図１３は、移動機構の第四変形例を示す概略側面図である。この第四変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が、６軸ロボット１１のガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することが可能な姿勢調整部５０として構成されている。一方、溶射ガン１２は、この６軸ロボット１１に対向する位置に固定して設置されている。この第四変形例では、基準プレート２４を下方から支持する複数のネジ５１が設けられ、これらネジ５１を回してガン保持部１１３からの突出高さを調整することによって基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することができる。そして、このようにガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することにより、６軸ロボット１１を動作させることなく、基準プレート２４と溶射ガン１２との相対的な位置関係を変更することができる。また本変形例によれば、ガン保持部１１３に対する基準プレート２４の取り付け姿勢を調整することによって、基準ズレ量ｄ１や角度補正量θを姿勢調整部５０に機械的に保持することができる。よって、６軸ロボット１１が、予めプログラムにより定められた姿勢から所定量の変位や角度だけオフセットして動作する機能を備えていない場合であっても、基準補正および射芯補正を適用して翼体２５の加工を行うことができる。尚、姿勢調整部５０の構成は本実施形態に限定されず、適宜設計変更が可能である。
【００６３】
図１４は、移動機構の第五変形例を示す概略側面図である。この第五変形例では、基準プレート２４を移動させる移動機構が、圧電素子（不図示）によって３軸方向に移動可能に設けられた可動台６０と、この可動台６０に対する基準プレート２４の取り付け姿勢をＸＹＺ軸回り調整可能な姿勢調整部６１とを有している。一方、溶射ガン１２は、この可動台６０に対向する位置に固定して設置されている。このように構成される移動機構によれば、可動台６０を動作させることによって基準プレート２４をＸＹＺ軸方向に移動させるとともに、姿勢調整部６１を調整することによって基準プレート２４をＸＹＺ軸回り方向に移動させることができる。
【００６４】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 付着位置補正ユニット
１１ ６軸ロボット
１２ 溶射ガン
１３ ターゲット台
１４ センターツール
１５ レーザポインタ
１６ 固定治具
１７ 支持治具
１８ 本体部
１９ 基準ピン
２０ ターゲットプレート
２１ 教示翼
２２ 目標位置
２３ 付着位置
２４ 基準プレート
２５ 翼体
３０ 姿勢調整部
３１ ネジ
４０ 可動台
４１ 姿勢調整部
５０ 姿勢調整部
５１ ネジ
６０ 可動台
６１ 姿勢調整部
１１１ 基部
１１２ アーム部
１１３ ガン保持部
１２１ ガン本体部
１２２ 電極部
１２３ ガス供給部
１２４ 噴射材投入部
１２５ 取付部
１８１ 嵌合溝
２１１ 教示点
ｄ１ 基準ズレ量
ｄ２ 射芯ズレ量
Ｆ 噴射材
Ｆａ 速度成分
Ｋ 移動軌跡
Ｌ 離間距離
ＰＪ プラズマジェット
Ｒ レーザ光線
Ｓ１ 線分
Ｓ２ 線分
Ｓ３ 線分
ＳＧ 作動ガス
θ 角度補正量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターゲット部材、及び前記ターゲット部材に向かって噴射材を吹き付ける噴射装置の一方を他方に対して相対移動させる移動機構を操作することにより、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、
前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、
前記ターゲット部材に吹き付けられた噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までのズレ量を計測する工程と、
前記ズレ量、及び前記噴射装置から前記目標位置までの距離に基づいて、前記噴射装置の指向方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を算出する工程と、
前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を、前記角度の分だけ変更する工程と、
を含むことを特徴とする噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項２】
前記噴射装置が、噴射口からガス流を噴射するガン本体部と、前記噴射口の近傍に設けられて前記ガス流に交差する方向から噴射材を投入する噴射材投入部と、を備える溶射ガンであることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項３】
前記移動機構が、前記噴射装置又は前記ターゲット部材を保持するロボットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項４】
前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を変更する工程は、前記付着位置を支点として前記角度補正量の分だけ前記噴射装置を回動させるとともに、前記付着位置と前記目標位置とを結ぶ線分に平行して前記ズレ量の分だけ前記噴射装置を移動させることにより行うことを特徴とする請求項３に記載の噴射装置の噴射位置補正方法。
【請求項５】
前記噴射装置を前記ターゲット部材に対向させる工程に先立ち、予め定められたプログラムに従って既定の位置へ移動するよう前記噴射装置を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項６】
前記ズレ量が、レーザポインタを使用して計測されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された溶射ガンを使用して、対象物の表面に噴射材を溶射することを特徴とする溶射方法。
【請求項８】
請求項７に記載の溶射方法を使用して、タービンを構成する翼体の表面に噴射材の皮膜を形成することを特徴とするタービン翼の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された噴射装置を使用して、予め定められた加工動作に基づいて被加工部材を加工する加工方法であって、
前記移動機構に、前記ターゲット部材に代えて前記被加工部材を設置する工程と、
前記噴射装置から前記被加工部材の表面に噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程と、
を含むことを特徴とする加工方法。
【請求項１０】
予め定められた加工動作に基づいて、噴射装置から噴射材を吹き付けて被加工部材を加工する加工方法であって、
前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともに、それらの位置関係を変更する支持機構にターゲット部材を設置する工程と、
前記支持機構を操作し、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、
前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、
前記噴射装置の指向する方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を、前記ターゲット部材に吹き付けられた前記噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までの第一距離、及び前記噴射装置から前記目標位置までの第二距離、に基づいて算出する工程と、
前記支持機構から前記ターゲット部材を取り外して被加工部材を取り付ける工程と、
噴射装置から噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程であって、保持された前記角度だけ前記予め定められた加工動作を補正した加工動作によって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともにそれらの位置関係を変更しながら、加工する工程と、
を含むことを特徴とする噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項１】
ターゲット部材、及び前記ターゲット部材に向かって噴射材を吹き付ける噴射装置の一方を他方に対して相対移動させる移動機構を操作することにより、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、
前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、
前記ターゲット部材に吹き付けられた噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までのズレ量を計測する工程と、
前記ズレ量、及び前記噴射装置から前記目標位置までの距離に基づいて、前記噴射装置の指向方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を算出する工程と、
前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を、前記角度の分だけ変更する工程と、
を含むことを特徴とする噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項２】
前記噴射装置が、噴射口からガス流を噴射するガン本体部と、前記噴射口の近傍に設けられて前記ガス流に交差する方向から噴射材を投入する噴射材投入部と、を備える溶射ガンであることを特徴とする請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項３】
前記移動機構が、前記噴射装置又は前記ターゲット部材を保持するロボットであることを特徴とする請求項１又は２に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項４】
前記噴射装置と前記ターゲット部材との相対的な位置関係を変更する工程は、前記付着位置を支点として前記角度補正量の分だけ前記噴射装置を回動させるとともに、前記付着位置と前記目標位置とを結ぶ線分に平行して前記ズレ量の分だけ前記噴射装置を移動させることにより行うことを特徴とする請求項３に記載の噴射装置の噴射位置補正方法。
【請求項５】
前記噴射装置を前記ターゲット部材に対向させる工程に先立ち、予め定められたプログラムに従って既定の位置へ移動するよう前記噴射装置を補正することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項６】
前記ズレ量が、レーザポインタを使用して計測されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法。
【請求項７】
請求項２から６のいずれか１項に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された溶射ガンを使用して、対象物の表面に噴射材を溶射することを特徴とする溶射方法。
【請求項８】
請求項７に記載の溶射方法を使用して、タービンを構成する翼体の表面に噴射材の皮膜を形成することを特徴とするタービン翼の製造方法。
【請求項９】
請求項１に記載の噴射装置の付着位置補正方法によって補正された噴射装置を使用して、予め定められた加工動作に基づいて被加工部材を加工する加工方法であって、
前記移動機構に、前記ターゲット部材に代えて前記被加工部材を設置する工程と、
前記噴射装置から前記被加工部材の表面に噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程と、
を含むことを特徴とする加工方法。
【請求項１０】
予め定められた加工動作に基づいて、噴射装置から噴射材を吹き付けて被加工部材を加工する加工方法であって、
前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともに、それらの位置関係を変更する支持機構にターゲット部材を設置する工程と、
前記支持機構を操作し、前記噴射装置を前記ターゲット部材上の目標位置に指向させる工程と、
前記目標位置に向かって前記噴射装置から噴射材を吹き付ける工程と、
前記噴射装置の指向する方向と、前記噴射装置と前記付着位置とを結ぶ直線とがなす角度を、前記ターゲット部材に吹き付けられた前記噴射材の中心位置である付着位置から前記目標位置までの第一距離、及び前記噴射装置から前記目標位置までの第二距離、に基づいて算出する工程と、
前記支持機構から前記ターゲット部材を取り外して被加工部材を取り付ける工程と、
噴射装置から噴射材を吹き付けて前記被加工部材を加工する工程であって、保持された前記角度だけ前記予め定められた加工動作を補正した加工動作によって、前記被加工部材と前記噴射装置を支持するとともにそれらの位置関係を変更しながら、加工する工程と、
を含むことを特徴とする噴射装置の付着位置補正方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−２２４９３４（Ｐ２０１２−２２４９３４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９５９９４（Ｐ２０１１−９５９９４）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]