欠損部の補修方法及び欠損部の補修システム
【課題】複雑な形状の部品であっても適切に補修することができるとともに、補修作業の低コスト化を図ることが可能な欠損部の補修方法及び、この欠損部の補修方法に適した欠損部の補修システムを提供する。
【解決手段】部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程Ｓ１、Ｓ２と、前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程Ｓ４、Ｓ５と、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程Ｓ６、Ｓ７と、この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程Ｓ８と、を備えていることを特徴とする。
【解決手段】部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程Ｓ１、Ｓ２と、前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程Ｓ４、Ｓ５と、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程Ｓ６、Ｓ７と、この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程Ｓ８と、を備えていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法及び補修システムであって、特に、複雑な形状をなす部品の補修に適した欠損部の補修方法及び補修システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ジェットエンジン部品等の高温・高圧条件下で使用される部品においては、部品の一部が焼損して欠損部が生じることがある。このように欠損部が生じた場合には、部品を交換する必要があるが、部品の一部分に欠損部が生じたために部品全体を交換すると、メンテナンス費用が大幅に増大してしまうことになる。また、高温・高圧条件下で使用される部品は、使用によって変形しやすいため、新規の部品と交換すると隣接する他の部品との接合する際に精度良く位置合わせができないことがあった。
【０００３】
そこで、欠損部が生じた部分を補修することによって、現状の部品を継続して使用することが求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、欠損部を含む部品の一部を切り出すとともに、この切り出した部分に対応する補修部材を製作し、この補修部材を切り出した部分に溶接等によって接合して補修する方法が開示されている。
【特許文献１】特表２００６−５２４５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のジェットエンジン部品としては、複雑な形状を有するものが多数存在する。例えば、燃焼器のライナセグメントでは、その背面に多数の冷却用ピンが立設された形状とされている。また、タービンのシュラウド部におけるシール部材としてハニカム構造体が使用されている。このような複雑形状をなす部品においては、特許文献１に記載されたように、補修部材を溶接によって接合して補修することは困難であった。特に、ハニカム構造体では、その肉厚が薄いために補修部材を溶接によって接合することは非常に困難であって、事実上、補修ができず、新規部品に交換せざるを得なかった。
【０００６】
また、特許文献１に記載された方法では、欠損部を含む部品の一部を切り出して補修部品に交換しているので、部品の形状によっては必要以上に大きな部分を補修することになり、補修に掛かるコストが上昇してしまうといった問題があった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、複雑な形状の部品であっても適切に補修することができるとともに、補修作業の低コスト化を図ることが可能な欠損部の補修方法及び、この欠損部の補修方法に適した欠損部の補修システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明に係る欠損部の補修方法は、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程と、前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程と、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程と、この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の欠損部の補修方法によれば、部品の基準３次元モデルと、補修対象となる部品の対象３次元モデルとを比較することによって、欠損部の形状が差分モデルとして正確に把握され、この差分モデルに基づいて肉盛加工が行われるので、欠損部を元の形状に補修することが可能となる。さらに、欠損部のみを補修することになるので、補修に掛かるコストを大幅に削減することができる。
【００１０】
ここで、前記肉盛加工工程では、原料粉末を前記欠損部に供給するとともに、供給された原料粉末にレーザ光を照射して溶融することによって欠損部の形状を復元する構成とすることが好ましい。
この場合、肉盛加工が原料粉末の供給とレーザ光の照射によって行われるので、複雑な形状の部品であっても肉盛加工によって欠損部を元の形状に復元することができる。よって、従来、補修が困難であったハニカム構造体であっても欠損部を補修して使用することが可能となる。
【００１１】
また、前記肉盛加工工程では、補修対象となる前記部品に対する原料粉末の供給位置が、前記差分モデルに基く数値制御によって制御される構成を採用することが好ましい。
この場合、差分モデルに基く数値制御によって補修される部品の位置が制御されるので、欠損部の元の形状を肉盛加工によって正確に復元することができる。
【００１２】
さらに、前記差分モデル作成工程では、差分をとる前に、対象３次元モデルのうち前記欠損部が生じていない部分における特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの複数の点とを一致させ、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整する構成とすることが好ましい。
この場合、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの比較する際の位置精度が向上することになり、欠損部の形状を差分モデルとしてさらに正確に把握することができ、補修後の部品の寸法精度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
また、基準３次元モデル作成工程では、前記部品の設計データ又は前記部品の使用前における形状の測定データのいずれかに基づいて前記基準３次元モデルを作成する構成を採用することが好ましい。
この場合、基準３次元モデルが設計データ若しくは前記部品の使用前における形状の測定データに基づいて作成されるので、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの差分をとって作成された差分モデルが欠損部の形状と正確に一致することになる。
【００１４】
本発明に係る欠損部の補修システムは、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修システムであって、前記部品の使用前における形状の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル装置と、補修対象となる前記部品の形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置と、前記基準３次元モデル及び前記３次元モデルを記憶する記憶装置と、前記記憶装置から読み込んだ前記基準３次元モデルと前記３次元モデルとを比較して差分モデルを作成する差分モデル作成装置と、原料粉末の供給部とレーザ照射部と部品支持部とを有し、前記差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置と、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
この構成の欠損部の補修システムによれば、前述の欠損部の補修方法を適切に行うことができ、複雑な形状の部品の補修を寸法精度良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、複雑な形状の部品であっても適切に補修することができるとともに、補修作業の低コスト化を図ることが可能な欠損部の補修方法及び、この欠損部の補修方法に適した欠損部の補修システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態は、ジェットエンジン部品である燃焼器のライナセグメントに生じた欠損部の補修を行う欠損部の補修方法及び欠損部の補修システムに関するものである。
【００１９】
まず、本実施形態において補修対象となるライナセグメント１０について説明する。
ライナセグメント１０は、例えば、Ｎｉ基耐熱合金からなり、図１に示すように、概略板状をなす本体部１１と、この本体部１１の一面に立設された複数の冷却用ピン１２とを備えている。
【００２０】
このライナセグメント１０は、高温・高圧条件下で使用されるものであるので、その一部が焼損することがある。これにより、ライナセグメント１０には、図２に示すように、欠損部１５が生じることになる。欠損部１５は、本体部１１の一部と幾つかの冷却用ピン１２とを含んでおり、複雑な形状をなしている。
【００２１】
次に、本実施形態である欠損部１５の補修システムについて図３を参照して説明する。
この欠損部１５の補修システム２０は、部品の３次元形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置２１と、作成された３次元モデルを記憶する記憶装置２２と、２つの３次元モデルを比較してその差分をとり、差分モデルを作成する差分モデル作成装置２３と、作成された差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置２４と、を備えている。
【００２２】
３次元モデル作成装置２１は、レーザ計測又は光学計測によって部品の表面の３次元点群データを得る３次元形状測定部２１Ａと、得られた３次元点群データから３次元モデルを構築するモデル作成部２１Ｂと、を備えている。
【００２３】
この３次元モデル作成装置２１は、記憶装置２２及び差分モデル作成装置２３に接続されており、作成された３次元モデルが記憶装置２２又は差分モデル作成装置２３へと転送されるように構成されている。
【００２４】
差分モデル作成装置２３は、記録装置２２及び３次元モデル作成装置２１から転送された２つの３次元モデルを比較し、その差分を３次元モデルとして作成するものである。なお、本実施形態では、３次元モデル作成装置２１及び記憶装置２２に接続された情報端末装置によって差分モデルを作成することになる。
【００２５】
肉盛加工装置２４は、補修対象となる部品（本実施形態では、ライナセグメント１０）を保持する部品保持部２４Ａと、保持された部品に対して原料粉末を供給する供給ノズル２４Ｂと、部品の表面に供給された原料粉末にレーザ光を照射するレーザ照射部２４Ｃと、部品保持部２４Ａの動作を制御する制御部２４Ｄと、を備えている。ここで、本実施形態では、部品保持部２４Ａは、直交する３軸方向に移動可能であるとともに直交する３軸を回転中心として回動可能な構成とされている。なお、この部品保持部２４Ａの動作は、前述の差分モデルに基づいて数値制御される。
【００２６】
次に、この欠損部１５の補修システム２０を用いた欠損部１５の補修方法について図４のフロー図を参照して説明する。
【００２７】
まず、３次元モデル作成装置２１の３次元形状測定部２１Ａによって、使用前の部品、つまり、図１に示すライナセグメント１０の３次元形状を測定し（基準３次元形状測定工程Ｓ１）、モデル作成部２１Ｂにおいて、得られた３次元点群データから３次元モデルを構築するための形状パラメータを算出する（演算処理工程Ｓ２）。このとき、ライナセグメント１０の特徴的な複数の点を認識し、これら複数の点の相互距離の平均値等を３次元モデル作成のための形状パラメータとして算出することになる。算出された形状パラメータは記憶装置２２に伝送され、記憶装置２２内においてデータベース化される。その後、記憶装置２２に保持された形状パラメータに基づいて３次元モデルが作成され、この３次元モデルが基準３次元モデルとされる（基準３次元モデル作成工程Ｓ３）。作成された基準３次元モデルは、記憶装置２２に伝送されて記憶装置２２に記憶される。
【００２８】
ここで、上記の基準３次元モデルの作成工程について、図面を参照してさらに詳細に説明する。図５から図７は、基準３次元モデル作成工程Ｓ２の説明図である。図８（ａ）は、本工程で作成される基準３次元モデルＭ１を示す図である。
以下では、３次元モデル作成の原理について説明するために、ライナセグメント１０を、図８（ａ）に示す湾曲した柱状体に簡略化して示し、さらに説明の簡単のために、図５及び図７に示すように、測定された部品形状を２次元形状として説明する。
【００２９】
まず、基準３次元形状測定工程Ｓ１において、３次元形状測定部２１Ａによって、例えば図５（ａ）に示すような概略扇形の部品形状が測定される。図５では、測定された部品形状が２次元形状であるとしているが、実際の基準３次元形状測定工程Ｓ１では、例えば図８（ａ）に示すような湾曲した柱状の部品の３次元形状が測定される。
【００３０】
次に、演算処理工程Ｓ２では、モデル作成部２１Ｂにおいて、図５（ａ）に示すように、３次元点群データにおける特定位置が特徴点Ａ〜Ｄとして設定される。図５（ａ）では、外形の角部が特徴点として設定されている。特徴点の設定方法は、３次元点群により構成された部品形状における特徴的な点（角部、辺端部の変曲点、凸部、凹部、モデルの中心点など）をコンピュータによる演算処理によって自動抽出することができる。あるいは、モデル作成部２１Ｂに接続されたモニタに、測定した３次元点群を表示させ、表示された図形に対してユーザーに特徴点を設定させてもよい。
【００３１】
特徴点Ａ〜Ｄが設定されたならば、モデル作成部２１Ｂにおいて、測定された部品形状を特徴づける形状パラメータが算出される。本例の場合、特徴点Ａ〜Ｄは空間に配置された４点であるから、図５（ｂ）に示すように、各特徴点Ａ〜Ｄ間の距離Ｌｎ（ｎ＝１〜６）と、湾曲した２辺（線分ＡＢ及び線分ＣＤ）の曲率Ｒｎ（ｎ＝１，２）を、形状パラメータとして算出する。これにより、測定した部品についての３次元モデル化のための形状パラメータが得られる。
【００３２】
以上の３次元形状の測定と、測定結果に基づく形状パラメータの算出を、複数の部品（ライナセグメント１０）について実施する。すなわち、複数の部品について、基準３次元形状測定工程Ｓ１と基準３次元モデル作成工程Ｓ２とを繰り返し実行する。これにより、複数の部品についての形状パラメータ（特徴点間の距離Ｌｎ、曲率Ｒｎ）を取得する。取得された形状パラメータは、モデル作成部２１Ｂから参照可能な状態で記憶装置２２に記憶される。
【００３３】
取得された複数の形状パラメータは、例えば図６に示す分布図として表すことができる。上記では同種の部品の３次元形状を測定しているため、形状パラメータの分布図は、部品間の寸法バラツキが反映されたものとなる。この形状パラメータの分布から、特徴点間の距離Ｌｎ及び曲率Ｒｎについての平均値Ｌｎｂ（ｎ＝１〜６）、Ｒｎｂ（ｎ＝１，２）、及びこれらの分布における標準偏差（σ）を算出することができる。
算出された平均値Ｌｎｂ、Ｒｎｂにより、複数の部品における平均の形状パラメータが得られる。また、標準偏差σからは、測定した部品が安定した工程で製造されたものであるとしたときの公差を推定することができる。
【００３４】
その後、基準３次元モデル作成工程Ｓ３では、モデル作成部２１Ｂにおいて、図７（ａ）に示すように、演算処理工程Ｓ２で得られた特徴点間の距離の平均値Ｌ１ｂ〜Ｌ６ｂ、及び２辺の曲率の平均値Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂを形状パラメータとして有する３次元モデルが構築される。これにより、図７（ｂ）に示すように、複数の部品に平均的な形状を有する３次元モデル（基準３次元モデル）が作成される。
【００３５】
なお、図７（ｂ）に示すモデルは略扇形の２次元形状であるが、実際に構築される基準３次元モデルは、図８（ａ）に示す湾曲した柱状の部品（すなわち図１に示したライナセグメント１０）の３次元モデルである。実際の３次元モデル作成に際しては、３次元形状測定工程Ｓ１において測定された３次元点群について、さらに多くの特徴点を設定することとなる。そして、これらの特徴点から導出される形状パラメータＬｎ、Ｒｎの平均値Ｌｎｂ、Ｒｎｂを算出し、これらの平均値を用いて基準３次元モデルを作成する。
【００３６】
以上により作成された基準３次元モデルは記憶装置２２に伝送され、差分モデル作成装置２３から参照可能な状態で記憶される。
なお、上記では実際の部品（ライナセグメント１０）を３次元形状測定部２１Ａにより測定して基準３次元モデルを構築する場合について説明したが、ライナセグメント１０の設計データが存在する場合には、この設計データを用いて基準３次元モデルを作成すればよい。
【００３７】
以上の工程Ｓ１〜Ｓ３により基準３次元モデルが作成されたならば、次に、補修対象となるライナセグメント１０の３次元モデルを構築する工程に移行する。
【００３８】
図１に示した健全なライナセグメント１０を実際に使用すると、図２に示すように、焼損による欠損部１５が生じることになる。この欠損部１５が生じた補修対象となるライナセグメント１０の３次元形状を３次元モデル作成装置２１の３次元形状測定部２１Ａによって測定し（部品形状測定工程Ｓ４）、モデル作成部２１Ｂにおいて、得られた３次元点群データから対象３次元モデルを作成する（対象３次元モデル測定工程Ｓ５）。作成された対象３次元モデルは記憶装置２２に伝送され、差分モデル作成装置２３から参照可能な状態で記憶装置２２に記憶される。
【００３９】
そして、差分モデル作成装置２３において、記憶装置２２から基準３次元モデルを読み込むとともに、３次元モデル作成装置２１によって作成された対象３次元モデルを読み込み、これら基準３次元モデルと対象３次元モデルとを比較する（比較工程Ｓ６）。ここで、対象３次元モデルにおける特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの点とを一致させ、対象３次元モデルと基準３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整した上で、差分をとって差分モデルが作成される（差分モデル作成工程Ｓ７）。この差分モデルは、図２において点線で示す欠損部１５の形状に相当するものである。
【００４０】
ここで、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７について、図８及び図９を参照してさらに詳細に説明する。
図８（ａ）は、基準３次元モデル作成工程Ｓ３で作成された基準３次元モデルＭ１を示す図であり、図８（ｂ）は、対象３次元モデル作成工程Ｓ５で作成された対象３次元モデルＭ２を示す図である。図９は、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７における差分モデルの作成手順を示す図である。
なお、図８、９では、差分モデル作成の原理について説明するために、対象部品であるライナセグメント１０を湾曲した柱状体に簡略化して表示している。
【００４１】
比較工程Ｓ６において、差分モデル作成装置２３に読み込まれた３次元モデルＭ１、Ｍ２には、それぞれ特徴点が設定されている。上述した工程Ｓ１〜Ｓ３により作成された基準３次元モデルＭ１には、図８（ａ）に示すように、特徴点Ａ〜Ｄが設定されている。また、工程Ｓ４、Ｓ５により作成された対象３次元モデルＭ２には、図８（ｂ）に示すように、特徴点Ａ’〜Ｄ’が設定されている。特徴点Ａ〜Ｄと特徴点Ａ’〜Ｄ’は、各々対応する特徴点であり、本実施形態の場合には、湾曲した柱状の部品の上面における角部に設定されている。また、図８（ｂ）に示すように、対象３次元モデルＭ２には、図２に示した欠損部１５に対応するモデル上の欠損部１５Ａが含まれている。
【００４２】
なお、本実施形態では説明の簡単のために４つの特徴点Ａ〜Ｄと、それらに対応する４つの特徴点Ａ’〜Ｄ’とを設定しているが、実際の３次元モデルの比較においては、さらに多くの特徴点が設定される。図８に示す形状の場合では、図示上面の角部に設定された特徴点Ａ〜Ｄに加えて、例えば図示下面の４つの角部にもそれぞれ特徴点が設定される。また、図１に示した冷却用ピン１２等が存在する場合には、それらの先端部等にも特徴点を設定することができる。
【００４３】
図８に示す基準３次元モデルＭ１及び対象３次元モデルＭ２を読み込んだならば、差分モデル作成装置２３は、両者を比較するために、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせを実行する。
具体的には、図９（ａ）に示すように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とを重ね合わせ、基準３次元モデルＭ１に設定された特徴点Ａ〜Ｄに対して、対象３次元モデルＭ２に設定された特徴点Ａ’〜Ｄ’とを可能な限り一致させるように位置合わせを行う。
【００４４】
すなわち、特徴点Ａとそれに対応する特徴点Ａ’との距離（偏差）、及び他の特徴点Ｂ〜Ｄとそれらに対応する特徴点Ｂ’〜Ｄ’との距離（偏差）が最小となるように、基準３次元モデルＭ１又は対象３次元モデルＭ２を移動させる。位置合わせに際しては、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における平行移動や、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの回転移動により上記の偏差を最小にする。
【００４５】
上記の位置合わせを実行することで、図９（ｂ）に示すように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とがほぼ重ね合わされた状態とすることができる。
その後、差分モデル作成工程Ｓ７において、差分モデル作成装置２３により基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分の演算が実行される。これにより、対象３次元モデルＭ２における欠損部１５Ａを含む差分モデルを作成することができる。
【００４６】
ところで、基準３次元モデルＭ１は、先に記載のように、複数の同一部品の平均的形状をモデル化したものであるため、補修対象となる個々の部品の対象３次元モデルＭ２と完全一致することはない。そのため、単純に基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分をとって差分モデルを作成すると、図９（ｂ）に示すように、欠損部１５Ａの部分だけではなく、他の部分を含んだ差分モデルが作成される。これは、対象３次元モデルＭ２の正常部分であっても、製造ばらつきなどに起因して、部品の平均的形状を表す基準３次元モデルＭ１とは異なる形状となるためである。
【００４７】
そして、このような差分モデルに基づいて肉盛加工を行うと、補修が不要な部分にまで肉盛することとなり、材料や加工時間に無駄が生じるおそれがある。そこで、後段の肉盛加工工程Ｓ８において、欠損部１５にのみ肉盛加工を行えるように、欠損部１５Ａのみ、あるいは欠損部１５Ａとその近傍の部位のみからなる差分モデルを作成することが好ましい。そこで、欠損部１５Ａ周辺の部位のみからなる差分モデルを作成する方法について、図１０を参照しつつ以下に説明する。
【００４８】
図１０（ａ）は、対象３次元モデルＭ２の欠損部１５Ａ周辺の部位を拡大して示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に対応する位置の基準３次元モデルＭ１を拡大して示す図である。図１０（ｃ）は、差分モデルを示す図である。図１０では、基準３次元モデルＭ１及び対象３次元モデルＭ２の図示上面に、ライナセグメント１０に形成された複数の冷却用ピン１２に対応するモデル上の冷却用ピン１２Ａを、省略せずに表示している。
【００４９】
欠損部１５Ａ周辺の部位のみからなる差分モデルを作成する場合、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２の全体から差分モデルを作成する場合と異なり、欠損部１５Ａの周辺部位における基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせの正確性が重要となる。補修対象のライナセグメント１０が局所的に補修されるため、位置合わせが正確でない場合、補修部位の形状と全体形状との整合性が失われるおそれがあるからである。
【００５０】
そこで、欠損部１５Ａ周辺の部位のみから差分モデルを作成する場合、図９（ｂ）に示した位置合わせの後に、さらに局所的な位置合わせを実行することが好ましい。
具体的には、まず、図９（ｂ）に示した位置合わせにより欠損部１５Ａの位置を特定する。欠損部１５Ａの位置は、ソフトウェアによる自動検出を行う場合には、例えば、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分の体積が所定値以上である部位や、基準３次元モデルＭ１の縁端における曲率に対して不整合となる部位（形状の不整合部位）として特定することができる。一方、ユーザーに欠損部１５Ａの位置を指示させる場合には、例えば、図９（ｂ）に示したような基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とを重ね合わせた図形を差分モデル作成装置２３に接続されたモニタに表示させ、表示された図形に対してユーザーが欠損部１５Ａを設定できるようにする。
【００５１】
対象３次元モデルＭ２における欠損部１５Ａの位置が特定されたならば、次に、図１０（ａ）に示すように、対象３次元モデルＭ２において、欠損部１５Ａの近傍に存在する特徴的な形状の部位に、位置合わせ用の特徴点を設定する。本実施形態のライナセグメント１０では、表面に多数の冷却用ピン１２が存在するので、例えば、図１０（ａ）に示すように、対象３次元モデルＭ２において欠損部１５Ａに隣接して配置された冷却用ピン１２Ａの上面に、特徴点ａ’〜ｆ’を設定する。
【００５２】
対象３次元モデルＭ２に特徴点ａ’〜ｆ’を設定したならば、次に、図１０（ｂ）に示すように、基準３次元モデルＭ１に特徴点ａ〜ｆを設定する。具体的には、対象３次元モデルＭ２において特徴点ａ’〜ｆ’を設定された冷却用ピン１２Ａに対応する基準３次元モデルＭ１上の冷却用ピン１２Ａに特徴点ａ〜ｆを設定する。
【００５３】
以上により特徴点ａ〜ｆ及び特徴点ａ’〜ｆ’が設定されたならば、図９を参照して先に説明した比較工程Ｓ６と同様に、特徴点ａと特徴点ａ’との距離（偏差）、及び他の特徴点ｂ〜ｆとそれらに対応する特徴点ｂ’〜ｆ’との距離（偏差）が最小となるように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせを実行する。これにより、図９（ｂ）に示したモデル全体での位置合わせ結果よりも高精度に欠損部１５Ａ周辺が位置合わせされる。
【００５４】
そして、上記の位置合わせ後に、欠損部１５Ａ周辺における基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分を演算することで、図１０（ｃ）に示す欠損部１５の差分モデル１５Ｂを得ることができる。
なお、差分モデル１５Ｂの作成に際して、差分モデル１５Ｂの形状補正を行ってもよい。例えば、図１０に示した位置合わせ動作において、作成される差分モデル１５Ｂと基準３次元モデルＭ２との境界における両者の厚さが異なっている場合には、差分モデル１５Ｂの厚さを補正することが好ましい。これにより、肉盛加工により補修された部位と、補修対象のライナセグメント１０とが滑らかに接続された形状を得ることができ、さらに高品質の補修が可能になる。
【００５５】
以上により差分モデル１５Ｂが作成されたならば、肉盛加工工程Ｓ８に移行する。
肉盛加工工程Ｓ８では、まず、肉盛加工装置２４の部品保持部２４Ａに補修対象となるライナセグメント１０を保持させる。そして、ライナセグメント１０の欠損部１５に、原料粉末を供給ノズル２４Ｂから供給し、レーザ照射部２４Ｃからレーザを原料粉末に照射して原料粉末を溶融することによってライナセグメント１０に肉盛加工が施される。
ここで、部品保持部２４Ａの動作は制御部２４Ｄによって差分モデルに基づいて数値制御されており、欠損部１５の形状を復元するように肉盛加工が行われることになる。このようにして、欠損部１５が生じたライナセグメント１０が使用前の形状へと補修される。
【００５６】
以上のような構成とされた本実施形態である欠損部１５の補修方法及び欠損部１５の補修システム２０によれば、ライナセグメント１０の使用前の３次元形状を測定して得られた３次元点群データから基準３次元モデルが作成されるとともに、欠損部１５を生じた補修対象となるライナセグメント１０の３次元形状が測定されて対象３次元モデルが作成され、これら基準３次元モデルと対象３次元モデルを比較して差分をとっているので、欠損部１５の形状を差分モデルとして正確に把握することができる。そして、この差分モデルに基づいて肉盛加工が行われるので、欠損部１５を元の形状に補修することが可能となる。
【００５７】
したがって、ライナセグメント１０に生じた欠損部１５のみを補修することによって、ライナセグメント１０を使用前の形状に復元することが可能となり、補修に掛かるコストを大幅に削減することができる。
【００５８】
また、肉盛加工工程Ｓ８（肉盛加工装置２４）では、供給ノズル２４Ｂによる原料粉末の供給とレーザ照射部２４Ｃによるレーザ光とによって肉盛加工が行われるので、複雑な形状の部品であっても肉盛加工によって欠損部１５を元の形状に復元することができる。さらに、補修されるライナセグメント１０を保持する部品保持部２４Ａの位置が、差分モデルに基く数値制御によって制御される構成とされているので、欠損部１５の元の形状を肉盛加工によって正確に復元することができる。
【００５９】
また、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７（差分モデル作成装置２３）においては、対象３次元モデルにおける特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの点との距離が最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整した上で、差分をとって差分モデルを作成しているので、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの比較する際の位置精度が向上することになり、欠損部１５の形状を差分モデルとしてさらに正確に把握することができ、補修後の部品の寸法精度を大幅に向上させることができる。
【００６０】
さらに、基準３次元モデル作成工程Ｓ２によって、使用前のライナセグメント１０の３次元形状が測定されて基準３次元モデルが作成され、この基準３次元モデルが記憶装置２２によって記憶されるとともにデータベース化されているので、当該ライナセグメント１０を使用したことによって欠損部１５が生じた場合にも基準３次元モデルに基づいて補修することで、使用前の形状に正確に復元することが可能となる。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態である欠損部の補修方法及び欠損部の補修システムについて説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６２】
本実施形態では、ジェットエンジン部品である燃焼器のライナセグメントを補修対象部品として説明したが、これに限定されることはなく、例えば図１１に示すように、ハニカム構造体３０に生じた欠損部を補修するものであってもよい。さらには、その他の形状の部品を補修するものであってもよい。
【００６３】
また、３次元モデル作成装置、差分モデル作成装置、肉盛加工装置は、図３に示す構成のものに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態における補修対象部品であるライナセグメントの概略斜視図である。
【図２】欠損部が生じたライナセグメントの概略斜視図である。
【図３】本実施形態である欠損部の補修システムの概略説明図である。
【図４】本実施形態である欠損部の補修方法のフロー図である。
【図５】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図６】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図７】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図８】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図９】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図１０】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図１１】他の補修対象部品としてのハニカム構造体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ライナセグメント（部品）
１５ 欠損部
２０ 欠損部の補修システム
２１ ３次元モデル作成装置
２２ 記憶装置
２３ 差分モデル作成装置
２４ 肉盛加工装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法及び補修システムであって、特に、複雑な形状をなす部品の補修に適した欠損部の補修方法及び補修システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ジェットエンジン部品等の高温・高圧条件下で使用される部品においては、部品の一部が焼損して欠損部が生じることがある。このように欠損部が生じた場合には、部品を交換する必要があるが、部品の一部分に欠損部が生じたために部品全体を交換すると、メンテナンス費用が大幅に増大してしまうことになる。また、高温・高圧条件下で使用される部品は、使用によって変形しやすいため、新規の部品と交換すると隣接する他の部品との接合する際に精度良く位置合わせができないことがあった。
【０００３】
そこで、欠損部が生じた部分を補修することによって、現状の部品を継続して使用することが求められている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、欠損部を含む部品の一部を切り出すとともに、この切り出した部分に対応する補修部材を製作し、この補修部材を切り出した部分に溶接等によって接合して補修する方法が開示されている。
【特許文献１】特表２００６−５２４５７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前述のジェットエンジン部品としては、複雑な形状を有するものが多数存在する。例えば、燃焼器のライナセグメントでは、その背面に多数の冷却用ピンが立設された形状とされている。また、タービンのシュラウド部におけるシール部材としてハニカム構造体が使用されている。このような複雑形状をなす部品においては、特許文献１に記載されたように、補修部材を溶接によって接合して補修することは困難であった。特に、ハニカム構造体では、その肉厚が薄いために補修部材を溶接によって接合することは非常に困難であって、事実上、補修ができず、新規部品に交換せざるを得なかった。
【０００６】
また、特許文献１に記載された方法では、欠損部を含む部品の一部を切り出して補修部品に交換しているので、部品の形状によっては必要以上に大きな部分を補修することになり、補修に掛かるコストが上昇してしまうといった問題があった。
【０００７】
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、複雑な形状の部品であっても適切に補修することができるとともに、補修作業の低コスト化を図ることが可能な欠損部の補修方法及び、この欠損部の補修方法に適した欠損部の補修システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明に係る欠損部の補修方法は、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程と、前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程と、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程と、この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程と、を備えていることを特徴としている。
【０００９】
この構成の欠損部の補修方法によれば、部品の基準３次元モデルと、補修対象となる部品の対象３次元モデルとを比較することによって、欠損部の形状が差分モデルとして正確に把握され、この差分モデルに基づいて肉盛加工が行われるので、欠損部を元の形状に補修することが可能となる。さらに、欠損部のみを補修することになるので、補修に掛かるコストを大幅に削減することができる。
【００１０】
ここで、前記肉盛加工工程では、原料粉末を前記欠損部に供給するとともに、供給された原料粉末にレーザ光を照射して溶融することによって欠損部の形状を復元する構成とすることが好ましい。
この場合、肉盛加工が原料粉末の供給とレーザ光の照射によって行われるので、複雑な形状の部品であっても肉盛加工によって欠損部を元の形状に復元することができる。よって、従来、補修が困難であったハニカム構造体であっても欠損部を補修して使用することが可能となる。
【００１１】
また、前記肉盛加工工程では、補修対象となる前記部品に対する原料粉末の供給位置が、前記差分モデルに基く数値制御によって制御される構成を採用することが好ましい。
この場合、差分モデルに基く数値制御によって補修される部品の位置が制御されるので、欠損部の元の形状を肉盛加工によって正確に復元することができる。
【００１２】
さらに、前記差分モデル作成工程では、差分をとる前に、対象３次元モデルのうち前記欠損部が生じていない部分における特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの複数の点とを一致させ、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整する構成とすることが好ましい。
この場合、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの比較する際の位置精度が向上することになり、欠損部の形状を差分モデルとしてさらに正確に把握することができ、補修後の部品の寸法精度を大幅に向上させることができる。
【００１３】
また、基準３次元モデル作成工程では、前記部品の設計データ又は前記部品の使用前における形状の測定データのいずれかに基づいて前記基準３次元モデルを作成する構成を採用することが好ましい。
この場合、基準３次元モデルが設計データ若しくは前記部品の使用前における形状の測定データに基づいて作成されるので、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの差分をとって作成された差分モデルが欠損部の形状と正確に一致することになる。
【００１４】
本発明に係る欠損部の補修システムは、部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修システムであって、前記部品の使用前における形状の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル装置と、補修対象となる前記部品の形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置と、前記基準３次元モデル及び前記３次元モデルを記憶する記憶装置と、前記記憶装置から読み込んだ前記基準３次元モデルと前記３次元モデルとを比較して差分モデルを作成する差分モデル作成装置と、原料粉末の供給部とレーザ照射部と部品支持部とを有し、前記差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置と、を備えていることを特徴としている。
【００１５】
この構成の欠損部の補修システムによれば、前述の欠損部の補修方法を適切に行うことができ、複雑な形状の部品の補修を寸法精度良く行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、複雑な形状の部品であっても適切に補修することができるとともに、補修作業の低コスト化を図ることが可能な欠損部の補修方法及び、この欠損部の補修方法に適した欠損部の補修システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施の形態について添付した図面を参照して説明する。
【００１８】
本実施形態は、ジェットエンジン部品である燃焼器のライナセグメントに生じた欠損部の補修を行う欠損部の補修方法及び欠損部の補修システムに関するものである。
【００１９】
まず、本実施形態において補修対象となるライナセグメント１０について説明する。
ライナセグメント１０は、例えば、Ｎｉ基耐熱合金からなり、図１に示すように、概略板状をなす本体部１１と、この本体部１１の一面に立設された複数の冷却用ピン１２とを備えている。
【００２０】
このライナセグメント１０は、高温・高圧条件下で使用されるものであるので、その一部が焼損することがある。これにより、ライナセグメント１０には、図２に示すように、欠損部１５が生じることになる。欠損部１５は、本体部１１の一部と幾つかの冷却用ピン１２とを含んでおり、複雑な形状をなしている。
【００２１】
次に、本実施形態である欠損部１５の補修システムについて図３を参照して説明する。
この欠損部１５の補修システム２０は、部品の３次元形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置２１と、作成された３次元モデルを記憶する記憶装置２２と、２つの３次元モデルを比較してその差分をとり、差分モデルを作成する差分モデル作成装置２３と、作成された差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置２４と、を備えている。
【００２２】
３次元モデル作成装置２１は、レーザ計測又は光学計測によって部品の表面の３次元点群データを得る３次元形状測定部２１Ａと、得られた３次元点群データから３次元モデルを構築するモデル作成部２１Ｂと、を備えている。
【００２３】
この３次元モデル作成装置２１は、記憶装置２２及び差分モデル作成装置２３に接続されており、作成された３次元モデルが記憶装置２２又は差分モデル作成装置２３へと転送されるように構成されている。
【００２４】
差分モデル作成装置２３は、記録装置２２及び３次元モデル作成装置２１から転送された２つの３次元モデルを比較し、その差分を３次元モデルとして作成するものである。なお、本実施形態では、３次元モデル作成装置２１及び記憶装置２２に接続された情報端末装置によって差分モデルを作成することになる。
【００２５】
肉盛加工装置２４は、補修対象となる部品（本実施形態では、ライナセグメント１０）を保持する部品保持部２４Ａと、保持された部品に対して原料粉末を供給する供給ノズル２４Ｂと、部品の表面に供給された原料粉末にレーザ光を照射するレーザ照射部２４Ｃと、部品保持部２４Ａの動作を制御する制御部２４Ｄと、を備えている。ここで、本実施形態では、部品保持部２４Ａは、直交する３軸方向に移動可能であるとともに直交する３軸を回転中心として回動可能な構成とされている。なお、この部品保持部２４Ａの動作は、前述の差分モデルに基づいて数値制御される。
【００２６】
次に、この欠損部１５の補修システム２０を用いた欠損部１５の補修方法について図４のフロー図を参照して説明する。
【００２７】
まず、３次元モデル作成装置２１の３次元形状測定部２１Ａによって、使用前の部品、つまり、図１に示すライナセグメント１０の３次元形状を測定し（基準３次元形状測定工程Ｓ１）、モデル作成部２１Ｂにおいて、得られた３次元点群データから３次元モデルを構築するための形状パラメータを算出する（演算処理工程Ｓ２）。このとき、ライナセグメント１０の特徴的な複数の点を認識し、これら複数の点の相互距離の平均値等を３次元モデル作成のための形状パラメータとして算出することになる。算出された形状パラメータは記憶装置２２に伝送され、記憶装置２２内においてデータベース化される。その後、記憶装置２２に保持された形状パラメータに基づいて３次元モデルが作成され、この３次元モデルが基準３次元モデルとされる（基準３次元モデル作成工程Ｓ３）。作成された基準３次元モデルは、記憶装置２２に伝送されて記憶装置２２に記憶される。
【００２８】
ここで、上記の基準３次元モデルの作成工程について、図面を参照してさらに詳細に説明する。図５から図７は、基準３次元モデル作成工程Ｓ２の説明図である。図８（ａ）は、本工程で作成される基準３次元モデルＭ１を示す図である。
以下では、３次元モデル作成の原理について説明するために、ライナセグメント１０を、図８（ａ）に示す湾曲した柱状体に簡略化して示し、さらに説明の簡単のために、図５及び図７に示すように、測定された部品形状を２次元形状として説明する。
【００２９】
まず、基準３次元形状測定工程Ｓ１において、３次元形状測定部２１Ａによって、例えば図５（ａ）に示すような概略扇形の部品形状が測定される。図５では、測定された部品形状が２次元形状であるとしているが、実際の基準３次元形状測定工程Ｓ１では、例えば図８（ａ）に示すような湾曲した柱状の部品の３次元形状が測定される。
【００３０】
次に、演算処理工程Ｓ２では、モデル作成部２１Ｂにおいて、図５（ａ）に示すように、３次元点群データにおける特定位置が特徴点Ａ〜Ｄとして設定される。図５（ａ）では、外形の角部が特徴点として設定されている。特徴点の設定方法は、３次元点群により構成された部品形状における特徴的な点（角部、辺端部の変曲点、凸部、凹部、モデルの中心点など）をコンピュータによる演算処理によって自動抽出することができる。あるいは、モデル作成部２１Ｂに接続されたモニタに、測定した３次元点群を表示させ、表示された図形に対してユーザーに特徴点を設定させてもよい。
【００３１】
特徴点Ａ〜Ｄが設定されたならば、モデル作成部２１Ｂにおいて、測定された部品形状を特徴づける形状パラメータが算出される。本例の場合、特徴点Ａ〜Ｄは空間に配置された４点であるから、図５（ｂ）に示すように、各特徴点Ａ〜Ｄ間の距離Ｌｎ（ｎ＝１〜６）と、湾曲した２辺（線分ＡＢ及び線分ＣＤ）の曲率Ｒｎ（ｎ＝１，２）を、形状パラメータとして算出する。これにより、測定した部品についての３次元モデル化のための形状パラメータが得られる。
【００３２】
以上の３次元形状の測定と、測定結果に基づく形状パラメータの算出を、複数の部品（ライナセグメント１０）について実施する。すなわち、複数の部品について、基準３次元形状測定工程Ｓ１と基準３次元モデル作成工程Ｓ２とを繰り返し実行する。これにより、複数の部品についての形状パラメータ（特徴点間の距離Ｌｎ、曲率Ｒｎ）を取得する。取得された形状パラメータは、モデル作成部２１Ｂから参照可能な状態で記憶装置２２に記憶される。
【００３３】
取得された複数の形状パラメータは、例えば図６に示す分布図として表すことができる。上記では同種の部品の３次元形状を測定しているため、形状パラメータの分布図は、部品間の寸法バラツキが反映されたものとなる。この形状パラメータの分布から、特徴点間の距離Ｌｎ及び曲率Ｒｎについての平均値Ｌｎｂ（ｎ＝１〜６）、Ｒｎｂ（ｎ＝１，２）、及びこれらの分布における標準偏差（σ）を算出することができる。
算出された平均値Ｌｎｂ、Ｒｎｂにより、複数の部品における平均の形状パラメータが得られる。また、標準偏差σからは、測定した部品が安定した工程で製造されたものであるとしたときの公差を推定することができる。
【００３４】
その後、基準３次元モデル作成工程Ｓ３では、モデル作成部２１Ｂにおいて、図７（ａ）に示すように、演算処理工程Ｓ２で得られた特徴点間の距離の平均値Ｌ１ｂ〜Ｌ６ｂ、及び２辺の曲率の平均値Ｒ１ｂ、Ｒ２ｂを形状パラメータとして有する３次元モデルが構築される。これにより、図７（ｂ）に示すように、複数の部品に平均的な形状を有する３次元モデル（基準３次元モデル）が作成される。
【００３５】
なお、図７（ｂ）に示すモデルは略扇形の２次元形状であるが、実際に構築される基準３次元モデルは、図８（ａ）に示す湾曲した柱状の部品（すなわち図１に示したライナセグメント１０）の３次元モデルである。実際の３次元モデル作成に際しては、３次元形状測定工程Ｓ１において測定された３次元点群について、さらに多くの特徴点を設定することとなる。そして、これらの特徴点から導出される形状パラメータＬｎ、Ｒｎの平均値Ｌｎｂ、Ｒｎｂを算出し、これらの平均値を用いて基準３次元モデルを作成する。
【００３６】
以上により作成された基準３次元モデルは記憶装置２２に伝送され、差分モデル作成装置２３から参照可能な状態で記憶される。
なお、上記では実際の部品（ライナセグメント１０）を３次元形状測定部２１Ａにより測定して基準３次元モデルを構築する場合について説明したが、ライナセグメント１０の設計データが存在する場合には、この設計データを用いて基準３次元モデルを作成すればよい。
【００３７】
以上の工程Ｓ１〜Ｓ３により基準３次元モデルが作成されたならば、次に、補修対象となるライナセグメント１０の３次元モデルを構築する工程に移行する。
【００３８】
図１に示した健全なライナセグメント１０を実際に使用すると、図２に示すように、焼損による欠損部１５が生じることになる。この欠損部１５が生じた補修対象となるライナセグメント１０の３次元形状を３次元モデル作成装置２１の３次元形状測定部２１Ａによって測定し（部品形状測定工程Ｓ４）、モデル作成部２１Ｂにおいて、得られた３次元点群データから対象３次元モデルを作成する（対象３次元モデル測定工程Ｓ５）。作成された対象３次元モデルは記憶装置２２に伝送され、差分モデル作成装置２３から参照可能な状態で記憶装置２２に記憶される。
【００３９】
そして、差分モデル作成装置２３において、記憶装置２２から基準３次元モデルを読み込むとともに、３次元モデル作成装置２１によって作成された対象３次元モデルを読み込み、これら基準３次元モデルと対象３次元モデルとを比較する（比較工程Ｓ６）。ここで、対象３次元モデルにおける特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの点とを一致させ、対象３次元モデルと基準３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整した上で、差分をとって差分モデルが作成される（差分モデル作成工程Ｓ７）。この差分モデルは、図２において点線で示す欠損部１５の形状に相当するものである。
【００４０】
ここで、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７について、図８及び図９を参照してさらに詳細に説明する。
図８（ａ）は、基準３次元モデル作成工程Ｓ３で作成された基準３次元モデルＭ１を示す図であり、図８（ｂ）は、対象３次元モデル作成工程Ｓ５で作成された対象３次元モデルＭ２を示す図である。図９は、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７における差分モデルの作成手順を示す図である。
なお、図８、９では、差分モデル作成の原理について説明するために、対象部品であるライナセグメント１０を湾曲した柱状体に簡略化して表示している。
【００４１】
比較工程Ｓ６において、差分モデル作成装置２３に読み込まれた３次元モデルＭ１、Ｍ２には、それぞれ特徴点が設定されている。上述した工程Ｓ１〜Ｓ３により作成された基準３次元モデルＭ１には、図８（ａ）に示すように、特徴点Ａ〜Ｄが設定されている。また、工程Ｓ４、Ｓ５により作成された対象３次元モデルＭ２には、図８（ｂ）に示すように、特徴点Ａ’〜Ｄ’が設定されている。特徴点Ａ〜Ｄと特徴点Ａ’〜Ｄ’は、各々対応する特徴点であり、本実施形態の場合には、湾曲した柱状の部品の上面における角部に設定されている。また、図８（ｂ）に示すように、対象３次元モデルＭ２には、図２に示した欠損部１５に対応するモデル上の欠損部１５Ａが含まれている。
【００４２】
なお、本実施形態では説明の簡単のために４つの特徴点Ａ〜Ｄと、それらに対応する４つの特徴点Ａ’〜Ｄ’とを設定しているが、実際の３次元モデルの比較においては、さらに多くの特徴点が設定される。図８に示す形状の場合では、図示上面の角部に設定された特徴点Ａ〜Ｄに加えて、例えば図示下面の４つの角部にもそれぞれ特徴点が設定される。また、図１に示した冷却用ピン１２等が存在する場合には、それらの先端部等にも特徴点を設定することができる。
【００４３】
図８に示す基準３次元モデルＭ１及び対象３次元モデルＭ２を読み込んだならば、差分モデル作成装置２３は、両者を比較するために、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせを実行する。
具体的には、図９（ａ）に示すように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とを重ね合わせ、基準３次元モデルＭ１に設定された特徴点Ａ〜Ｄに対して、対象３次元モデルＭ２に設定された特徴点Ａ’〜Ｄ’とを可能な限り一致させるように位置合わせを行う。
【００４４】
すなわち、特徴点Ａとそれに対応する特徴点Ａ’との距離（偏差）、及び他の特徴点Ｂ〜Ｄとそれらに対応する特徴点Ｂ’〜Ｄ’との距離（偏差）が最小となるように、基準３次元モデルＭ１又は対象３次元モデルＭ２を移動させる。位置合わせに際しては、ＸＹＺ直交座標系のＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向における平行移動や、Ｘ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの回転移動により上記の偏差を最小にする。
【００４５】
上記の位置合わせを実行することで、図９（ｂ）に示すように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とがほぼ重ね合わされた状態とすることができる。
その後、差分モデル作成工程Ｓ７において、差分モデル作成装置２３により基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分の演算が実行される。これにより、対象３次元モデルＭ２における欠損部１５Ａを含む差分モデルを作成することができる。
【００４６】
ところで、基準３次元モデルＭ１は、先に記載のように、複数の同一部品の平均的形状をモデル化したものであるため、補修対象となる個々の部品の対象３次元モデルＭ２と完全一致することはない。そのため、単純に基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分をとって差分モデルを作成すると、図９（ｂ）に示すように、欠損部１５Ａの部分だけではなく、他の部分を含んだ差分モデルが作成される。これは、対象３次元モデルＭ２の正常部分であっても、製造ばらつきなどに起因して、部品の平均的形状を表す基準３次元モデルＭ１とは異なる形状となるためである。
【００４７】
そして、このような差分モデルに基づいて肉盛加工を行うと、補修が不要な部分にまで肉盛することとなり、材料や加工時間に無駄が生じるおそれがある。そこで、後段の肉盛加工工程Ｓ８において、欠損部１５にのみ肉盛加工を行えるように、欠損部１５Ａのみ、あるいは欠損部１５Ａとその近傍の部位のみからなる差分モデルを作成することが好ましい。そこで、欠損部１５Ａ周辺の部位のみからなる差分モデルを作成する方法について、図１０を参照しつつ以下に説明する。
【００４８】
図１０（ａ）は、対象３次元モデルＭ２の欠損部１５Ａ周辺の部位を拡大して示す図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に対応する位置の基準３次元モデルＭ１を拡大して示す図である。図１０（ｃ）は、差分モデルを示す図である。図１０では、基準３次元モデルＭ１及び対象３次元モデルＭ２の図示上面に、ライナセグメント１０に形成された複数の冷却用ピン１２に対応するモデル上の冷却用ピン１２Ａを、省略せずに表示している。
【００４９】
欠損部１５Ａ周辺の部位のみからなる差分モデルを作成する場合、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２の全体から差分モデルを作成する場合と異なり、欠損部１５Ａの周辺部位における基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせの正確性が重要となる。補修対象のライナセグメント１０が局所的に補修されるため、位置合わせが正確でない場合、補修部位の形状と全体形状との整合性が失われるおそれがあるからである。
【００５０】
そこで、欠損部１５Ａ周辺の部位のみから差分モデルを作成する場合、図９（ｂ）に示した位置合わせの後に、さらに局所的な位置合わせを実行することが好ましい。
具体的には、まず、図９（ｂ）に示した位置合わせにより欠損部１５Ａの位置を特定する。欠損部１５Ａの位置は、ソフトウェアによる自動検出を行う場合には、例えば、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分の体積が所定値以上である部位や、基準３次元モデルＭ１の縁端における曲率に対して不整合となる部位（形状の不整合部位）として特定することができる。一方、ユーザーに欠損部１５Ａの位置を指示させる場合には、例えば、図９（ｂ）に示したような基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２とを重ね合わせた図形を差分モデル作成装置２３に接続されたモニタに表示させ、表示された図形に対してユーザーが欠損部１５Ａを設定できるようにする。
【００５１】
対象３次元モデルＭ２における欠損部１５Ａの位置が特定されたならば、次に、図１０（ａ）に示すように、対象３次元モデルＭ２において、欠損部１５Ａの近傍に存在する特徴的な形状の部位に、位置合わせ用の特徴点を設定する。本実施形態のライナセグメント１０では、表面に多数の冷却用ピン１２が存在するので、例えば、図１０（ａ）に示すように、対象３次元モデルＭ２において欠損部１５Ａに隣接して配置された冷却用ピン１２Ａの上面に、特徴点ａ’〜ｆ’を設定する。
【００５２】
対象３次元モデルＭ２に特徴点ａ’〜ｆ’を設定したならば、次に、図１０（ｂ）に示すように、基準３次元モデルＭ１に特徴点ａ〜ｆを設定する。具体的には、対象３次元モデルＭ２において特徴点ａ’〜ｆ’を設定された冷却用ピン１２Ａに対応する基準３次元モデルＭ１上の冷却用ピン１２Ａに特徴点ａ〜ｆを設定する。
【００５３】
以上により特徴点ａ〜ｆ及び特徴点ａ’〜ｆ’が設定されたならば、図９を参照して先に説明した比較工程Ｓ６と同様に、特徴点ａと特徴点ａ’との距離（偏差）、及び他の特徴点ｂ〜ｆとそれらに対応する特徴点ｂ’〜ｆ’との距離（偏差）が最小となるように、基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との位置合わせを実行する。これにより、図９（ｂ）に示したモデル全体での位置合わせ結果よりも高精度に欠損部１５Ａ周辺が位置合わせされる。
【００５４】
そして、上記の位置合わせ後に、欠損部１５Ａ周辺における基準３次元モデルＭ１と対象３次元モデルＭ２との差分を演算することで、図１０（ｃ）に示す欠損部１５の差分モデル１５Ｂを得ることができる。
なお、差分モデル１５Ｂの作成に際して、差分モデル１５Ｂの形状補正を行ってもよい。例えば、図１０に示した位置合わせ動作において、作成される差分モデル１５Ｂと基準３次元モデルＭ２との境界における両者の厚さが異なっている場合には、差分モデル１５Ｂの厚さを補正することが好ましい。これにより、肉盛加工により補修された部位と、補修対象のライナセグメント１０とが滑らかに接続された形状を得ることができ、さらに高品質の補修が可能になる。
【００５５】
以上により差分モデル１５Ｂが作成されたならば、肉盛加工工程Ｓ８に移行する。
肉盛加工工程Ｓ８では、まず、肉盛加工装置２４の部品保持部２４Ａに補修対象となるライナセグメント１０を保持させる。そして、ライナセグメント１０の欠損部１５に、原料粉末を供給ノズル２４Ｂから供給し、レーザ照射部２４Ｃからレーザを原料粉末に照射して原料粉末を溶融することによってライナセグメント１０に肉盛加工が施される。
ここで、部品保持部２４Ａの動作は制御部２４Ｄによって差分モデルに基づいて数値制御されており、欠損部１５の形状を復元するように肉盛加工が行われることになる。このようにして、欠損部１５が生じたライナセグメント１０が使用前の形状へと補修される。
【００５６】
以上のような構成とされた本実施形態である欠損部１５の補修方法及び欠損部１５の補修システム２０によれば、ライナセグメント１０の使用前の３次元形状を測定して得られた３次元点群データから基準３次元モデルが作成されるとともに、欠損部１５を生じた補修対象となるライナセグメント１０の３次元形状が測定されて対象３次元モデルが作成され、これら基準３次元モデルと対象３次元モデルを比較して差分をとっているので、欠損部１５の形状を差分モデルとして正確に把握することができる。そして、この差分モデルに基づいて肉盛加工が行われるので、欠損部１５を元の形状に補修することが可能となる。
【００５７】
したがって、ライナセグメント１０に生じた欠損部１５のみを補修することによって、ライナセグメント１０を使用前の形状に復元することが可能となり、補修に掛かるコストを大幅に削減することができる。
【００５８】
また、肉盛加工工程Ｓ８（肉盛加工装置２４）では、供給ノズル２４Ｂによる原料粉末の供給とレーザ照射部２４Ｃによるレーザ光とによって肉盛加工が行われるので、複雑な形状の部品であっても肉盛加工によって欠損部１５を元の形状に復元することができる。さらに、補修されるライナセグメント１０を保持する部品保持部２４Ａの位置が、差分モデルに基く数値制御によって制御される構成とされているので、欠損部１５の元の形状を肉盛加工によって正確に復元することができる。
【００５９】
また、比較工程Ｓ６及び差分モデル作成工程Ｓ７（差分モデル作成装置２３）においては、対象３次元モデルにおける特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの点との距離が最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整した上で、差分をとって差分モデルを作成しているので、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの比較する際の位置精度が向上することになり、欠損部１５の形状を差分モデルとしてさらに正確に把握することができ、補修後の部品の寸法精度を大幅に向上させることができる。
【００６０】
さらに、基準３次元モデル作成工程Ｓ２によって、使用前のライナセグメント１０の３次元形状が測定されて基準３次元モデルが作成され、この基準３次元モデルが記憶装置２２によって記憶されるとともにデータベース化されているので、当該ライナセグメント１０を使用したことによって欠損部１５が生じた場合にも基準３次元モデルに基づいて補修することで、使用前の形状に正確に復元することが可能となる。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態である欠損部の補修方法及び欠損部の補修システムについて説明したが、本発明の技術的範囲はこれに限定されることはなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００６２】
本実施形態では、ジェットエンジン部品である燃焼器のライナセグメントを補修対象部品として説明したが、これに限定されることはなく、例えば図１１に示すように、ハニカム構造体３０に生じた欠損部を補修するものであってもよい。さらには、その他の形状の部品を補修するものであってもよい。
【００６３】
また、３次元モデル作成装置、差分モデル作成装置、肉盛加工装置は、図３に示す構成のものに限定されることはない。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本実施形態における補修対象部品であるライナセグメントの概略斜視図である。
【図２】欠損部が生じたライナセグメントの概略斜視図である。
【図３】本実施形態である欠損部の補修システムの概略説明図である。
【図４】本実施形態である欠損部の補修方法のフロー図である。
【図５】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図６】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図７】基準３次元モデルを作成する工程の説明図。
【図８】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図９】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図１０】差分モデルを作成する工程の説明図。
【図１１】他の補修対象部品としてのハニカム構造体を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ ライナセグメント（部品）
１５ 欠損部
２０ 欠損部の補修システム
２１ ３次元モデル作成装置
２２ 記憶装置
２３ 差分モデル作成装置
２４ 肉盛加工装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、
前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程と、
前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程と、
前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程と、
この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程と、
を備えていることを特徴とする欠損部の補修方法。
【請求項２】
前記肉盛加工工程では、原料粉末を前記欠損部に供給するとともに、供給された原料粉末にレーザ光を照射して溶融することによって、欠損部の形状を復元することを特徴とする請求項１に記載の欠損部の補修方法。
【請求項３】
前記肉盛加工工程では、補修対象となる前記部品に対する原料粉末の供給位置が、前記差分モデルに基く数値制御によって制御されることを特徴とする請求項２に記載の欠損部の補修方法。
【請求項４】
前記差分モデル作成工程では、差分をとる前に、対象３次元モデルのうち前記欠損部が生じていない部分における特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの複数の点とを一致させ、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の欠損部の補修方法。
【請求項５】
基準３次元モデル作成工程では、前記部品の設計データ又は前記部品の使用前における形状の測定データのいずれかに基づいて前記基準３次元モデルを作成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の欠損部の補修方法。
【請求項６】
部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修システムであって、
前記部品の使用前における形状の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル装置と、
補修対象となる前記部品の形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置と、
前記基準３次元モデル及び前記３次元モデルを記憶する記憶装置と、
前記記憶装置から読み込んだ前記基準３次元モデルと前記３次元モデルとを比較して差分モデルを作成する差分モデル作成装置と、
原料粉末の供給部とレーザ照射部と部品支持部とを有し、前記差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置と、
を備えていることを特徴とする欠損部の補修システム。
【請求項１】
部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修方法であって、
前記部品の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル作成工程と、
前記欠損部を有する前記部品の形状を測定して補修対象となる部品の３次元モデルを作成する対象３次元モデル作成工程と、
前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの差分をとって、差分モデルを作成する差分モデル作成工程と、
この差分モデルに基づいて肉盛加工を行って欠損部の形状を復元する肉盛加工工程と、
を備えていることを特徴とする欠損部の補修方法。
【請求項２】
前記肉盛加工工程では、原料粉末を前記欠損部に供給するとともに、供給された原料粉末にレーザ光を照射して溶融することによって、欠損部の形状を復元することを特徴とする請求項１に記載の欠損部の補修方法。
【請求項３】
前記肉盛加工工程では、補修対象となる前記部品に対する原料粉末の供給位置が、前記差分モデルに基く数値制御によって制御されることを特徴とする請求項２に記載の欠損部の補修方法。
【請求項４】
前記差分モデル作成工程では、差分をとる前に、対象３次元モデルのうち前記欠損部が生じていない部分における特徴的な複数の点と、これに対応する基準３次元モデルの複数の点とを一致させ、前記基準３次元モデルと前記対象３次元モデルとの相対ズレが最小となるように、基準３次元モデルと対象３次元モデルとの相対位置を調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の欠損部の補修方法。
【請求項５】
基準３次元モデル作成工程では、前記部品の設計データ又は前記部品の使用前における形状の測定データのいずれかに基づいて前記基準３次元モデルを作成することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の欠損部の補修方法。
【請求項６】
部品に生じた欠損部を肉盛加工によって補修する欠損部の補修システムであって、
前記部品の使用前における形状の基準３次元モデルを作成する基準３次元モデル装置と、
補修対象となる前記部品の形状を測定して３次元モデルを作成する３次元モデル作成装置と、
前記基準３次元モデル及び前記３次元モデルを記憶する記憶装置と、
前記記憶装置から読み込んだ前記基準３次元モデルと前記３次元モデルとを比較して差分モデルを作成する差分モデル作成装置と、
原料粉末の供給部とレーザ照射部と部品支持部とを有し、前記差分モデルに基づいて肉盛加工を行う肉盛加工装置と、
を備えていることを特徴とする欠損部の補修システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１２０１０４（Ｐ２０１０−１２０１０４Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９４６２０（Ｐ２００８−２９４６２０）
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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