自動溶射装置及びその方法
【課題】自動溶射装置及びその方法において、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制可能とする。
【解決手段】動翼２４の表面に溶射材を溶射する溶射装置５１と、動翼２４の表面形状を３次元測定可能な３次元測定器５２と、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置５４と、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設ける。
【解決手段】動翼２４の表面に溶射材を溶射する溶射装置５１と、動翼２４の表面形状を３次元測定可能な３次元測定器５２と、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置５４と、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶射物に対して溶射によりコーティングを施す自動溶射装置及びその方法に関し、特に、ガスタービンの動翼や静翼を溶射コーティングするのに好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
【０００３】
このようなガスタービンのタービンで使用される動翼や静翼は、高温にさらされることから、表面にセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）が施されている。従来は、翼の設計データに基づいた３次元形状を基準として、所定の溶射装置を用いて翼の表面に溶射を行い、セラミック遮熱コーティング層を形成している。
【０００４】
なお、従来の自動溶射装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された自動溶射システムは、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータを受け、この３次元ＣＡＤデータで示されるガスタービン部材の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定し、溶射ガンの溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求め、溶射条件データベースから溶射条件を読み出して位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとし、駆動制御装置が溶射ポイントを結ぶ経路に沿って溶射データに基づいて溶射ガン及びロボットアームを駆動制御して溶射を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−１１５８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の自動溶射システムは、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータに基づいて溶射ポイントを設定している。しかし、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータは、設計データであり、所定量の公差が設定されており、ガスタービン部材の寸法にばらつきがある。また、ガスタービンは、所定期間ごとに定期検査を行い、各種の部材の検査によりセラミック遮熱コーティング層の厚さが不十分であるとされたときには、セラミック遮熱コーティング層を剥がして再溶射を行っている。この場合、ガスタービン部材の形状が公差内で変動することが多い。
【０００７】
このようにガスタービン部材の寸法がばらついていることから、溶射範囲を少し広く設定して溶射作業を行っている。すると、ガスタービン部材におけるセラミック遮熱コーティング層の厚さがばらつき、無駄な溶射となって処理コストが増加するだけでなく、処理後の後加工が必要となり、この点でも処理コストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制可能とする自動溶射装置及びその方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の自動溶射装置は、被溶射物の表面に遮熱コーティング材を溶射する溶射装置と、前記被溶射物の表面形状を３次元測定可能な３次元測定手段と、該３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて前記溶射装置を作動して前記被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成する溶射制御装置と、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、該膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、３次元測定手段は、被溶射物の表面形状を３次元測定し、溶射制御装置は、３次元測定手段が測定した被溶射物の表面形状に基づいて溶射装置を作動して被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出手段は、溶射後に被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定手段は、膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置により被溶射物の表面に高精度な遮熱コーティング層を形成することができ、その後、遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００１１】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射前に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状と、前記溶射装置による溶射後に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状とに基づいて遮熱コーティング層の膜厚を算出することを特徴としている。
【００１２】
従って、溶射前後における被溶射物の表面形状を比較することで、遮熱コーティング層の膜厚を算出することとなり、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００１３】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器を有することを特徴としている。
【００１４】
従って、膜厚測定器により被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定することで、装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１５】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、遮熱コーティング層の平坦部膜厚と遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、前記膜厚測定器が測定した前記被溶射物における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、前記被溶射物における曲面部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を推定することを特徴としている。
【００１６】
従って、膜厚測定器が測定した被溶射物における平坦部の遮熱コーティング層の膜厚に基づいて曲面部の遮熱コーティング層の膜厚を推定することで、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００１７】
本発明の自動溶射装置では、前記３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する形状判定手段を設け、前記溶射制御装置は、前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された前記被溶射物について、前記溶射装置により遮熱コーティング層を形成することを特徴としている。
【００１８】
従って、３次元測定手段が測定した被溶射物の表面形状と設計データとを比較して被溶射物の表面形状の適正を判定することで、被溶射物の製造不良や再利用品における変形を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。
【００１９】
また、本発明の自動溶射方法は、被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定することを特徴とするものである。
【００２０】
従って、被溶射物の表面に高精度な遮熱コーティング層を形成することができ、その後、遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かを判定することで、製品の信頼性を向上することができ、その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の自動溶射装置及びその方法によれば、被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成するので、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る自動溶射装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。
【図３】図３は、ガスタービンを表す概略構成図である。
【図４】図４は、ガスタービンの動翼を表す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る自動溶射装置を表す概略構成図である。
【図６】図６は、実施例２の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る自動溶射装置及びその方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係る自動溶射装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャート、図３は、ガスタービンを表す概略構成図、図４は、ガスタービンの動翼を表す概略図である。
【００２５】
ガスタービンは、図３に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
【００２６】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。
【００２７】
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００２８】
そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
【００２９】
従って、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）が、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
【００３０】
このように構成されたガスタービンにて、動翼２４は、図４に示すように、翼根部４１と、プラットホーム４２と、翼部４３とから構成されている。翼根部４１は、ロータ３２（図３参照）と一体のロータディスクに板厚方向から嵌合して固定可能となっている。プラットホーム４２は、翼根部４１と一体となる湾曲したプレート形状をなしている。翼部４３は、基端部がこのプラットホーム４２に固定されて先端部がケーシング（図示略）の内壁面側に延出しており、所定角度（例えば、９０度程度）捩じられている。
【００３１】
そして、この動翼２４は、図３に示すように、ロータ３２の外周部に周方向に沿って一定間隔で複数並設され、基端部がロータディスク１４に固定されることで、環状に組み付けられている。
【００３２】
このように構成された動翼２４は、ガスタービンの運転時に高温にさらされることから、表面にセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施す必要がある。本実施例では、自動溶射装置を用いて動翼２４の表面に溶射を行い、セラミック遮熱コーティング層を形成している。
【００３３】
実施例１の自動溶射装置は、図１に示すように、溶射装置５１と、３次元測定器５２と、制御装置（溶射制御装置）５３とを有しており、この制御装置５３は、膜厚検出装置５４と、膜厚判定装置５５として機能する。
【００３４】
被溶射物の例としての動翼２４は、支持台５０上に載置され、図示しないロボットアームにより保持され、且つ、移動可能とすることで、位置制御可能となっている。溶射装置５１は、支持台５０上の動翼２４の外周側に配置されており、動翼２４の表面に対して溶射材（セラミックス）を溶射することで、セラミック遮熱コーティング層を形成することができる。３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定可能であり、動翼２４の場合、プラットホーム４２と翼部４３の表面形状を３次元測定する。この３次元測定器５２は、非接触式の測定器であって、例えば、レーザ式、カメラ式などがある。
【００３５】
制御装置５３は、３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状に基づいて、溶射装置５１を作動制御することで、動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する。膜厚検出装置５４は、溶射後に、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出するものである。本実施例にて、この膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射前に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状と、溶射装置５１による溶射後に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状とを比較することで、セラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出する。
【００３６】
膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定するものである。ここで、膜厚判定装置５５は、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、この動翼２４を不良品であると判断し、再溶射の指示等を溶射装置５１へ命令する。
【００３７】
また、制御装置５３は、形状判定装置５６として機能する。この形状判定装置５６は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して動翼２４の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、制御装置５３は、動翼２４の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された動翼２４について、溶射装置５１によりセラミック遮熱コーティング層を形成する。
【００３８】
ここで、実施例１の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法について説明する。
【００３９】
実施例１の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法において、図２に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ステップＳ１２にて、動翼２４の設計データ（設計図面）を読み込み、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データと設計データとを比較する。そして、ステップＳ１３にて、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データが、設計データの許容範囲内（ここでは、公差範囲内）にあるかどうかを判定する。
【００４０】
ここで、制御装置５３は、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にないと判定されたら、ステップＳ２０にて、この動翼２４を不良品（ＮＧ）と判定し、溶射作業を中止する。一方、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にあると判定されたら、制御装置５３は、ステップＳ１４にて、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データに基づいて溶射範囲を設定し、ステップＳ１５にて、溶射装置５１を作動制御して動翼２４に対する溶射作業を開始する。この場合、動翼２４の溶射範囲とは、溶射する領域と厚さである。
【００４１】
ステップＳ１６にて、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、ステップＳ１７にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ここで得られた３次元表面形状のデータは、動翼２４に加えて溶射作業により得られたセラミック遮熱コーティング層を含むものである。従って、ステップＳ１８にて、溶射前後に３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データを比較することで、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出する。
【００４２】
なお、ここでは、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、溶射前後に３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データを比較してセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出したが、この手順に限定されるものではない。即ち、溶射装置５１により動翼２４の溶射作業を実行しながら、溶射が終了した領域から３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、溶射前後の３次元表面形状データを比較してセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出してもよい。
【００４３】
ステップＳ１９にて、制御装置５３は、算出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、ステップＳ１４に戻り、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内に入るように、溶射範囲（領域と厚さ）を再設定し、その後、ステップＳ１５にて、再度、溶射装置５１による溶射を行う。
【００４４】
一方、ステップＳ１９にて、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、自動溶射作業を完了する。
【００４５】
このように実施例１の自動溶射装置にあっては、動翼２４の表面に溶射材を溶射する溶射装置５１と、動翼２４の表面形状を３次元測定可能な３次元測定器５２と、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置５４と、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設けている。
【００４６】
従って、３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定し、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出装置５４は、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置５１により動翼２４の表面に高精度なセラミック遮熱コーティング層を形成することができ、後処理などを不要とすることができる。また、セラミック遮熱コーティング層を形成した後、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かどうかを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００４７】
また、実施例１の自動溶射装置では、膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射前に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状と、溶射装置５１による溶射後に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状とに基づいてセラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出している。従って、溶射前後における動翼２４の表面形状を比較することで、セラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出することとなり、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００４８】
また、実施例１の自動溶射装置では、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して動翼２４の表面形状が設計データの公差範囲内にあるかどうかを判定する形状判定装置５６を設け、制御装置５３は、動翼２４の表面形状が設計データの公差範囲内にあると判定された動翼２４について、溶射装置５１によりセラミック遮熱コーティング層を形成している。従って、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と設計データとを比較して動翼２４の表面形状の適正を判定することで、動翼２４の製造不良を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。また、動翼２４は、タービンの定期検査時にセラミック遮熱コーティング層の良否が判定され、不良の動翼に対してセラミック遮熱コーティング層を剥離し、再度溶射を行うが、このとき、動翼２４として再利用されるものにおける変形を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。
【実施例２】
【００４９】
図５は、本発明の実施例２に係る自動溶射装置を表す概略構成図、図６は、実施例２の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
実施例２の自動溶射装置は、図５に示すように、溶射装置５１と、３次元測定器５２と、制御装置（溶射制御装置）５３とを有しており、この制御装置５３は、膜厚検出装置６２と、膜厚判定装置５５として機能する。この場合、膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器６１を有している。この膜厚測定器６１は、例えば、磁気式、渦電流式、超音波式である。
【００５１】
溶射装置５１は、支持台５０上の動翼２４の外周側に配置されており、動翼２４の表面に対して溶射材（セラミックス）を溶射することで、セラミック遮熱コーティング層を形成することができる。３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定可能であり、動翼２４の場合、プラットホーム４２と翼部４３の表面形状を３次元測定する。
【００５２】
制御装置５３は、３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状に基づいて、溶射装置５１を作動制御することで、動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する。膜厚検出装置５４は、溶射後に、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出するものである。本実施例にて、この膜厚検出装置６２は、セラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚とセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。
【００５３】
即ち、動翼２４は、３次元方向に湾曲した形状をなしており、溶射装置５１により溶射を行うと、セラミック遮熱コーティング層が形成されやすい部分、セラミック遮熱コーティング層が形成されにくい部分が発生する。この点を考慮し、過去の溶射装置５１による多数の溶射結果に基づいて、動翼２４における全ての溶射範囲における溶射厚さ比率を求め、膜厚比率マップを形成しておく。膜厚検出装置６２は、動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚に基づいて、上述した膜厚比率マップを用いて、動翼２４の曲面部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚を算出する。この場合、膜厚測定器６１は、動翼２４における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を複数の位置で測定し、膜厚比率マップを参考にして動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。
【００５４】
膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置６２が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定するものである。ここで、膜厚判定装置５５は、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、この動翼２４を不良品であるとする。
【００５５】
ここで、実施例２の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法について説明する。
【００５６】
実施例２の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法において、図６に示すように、ステップＳ３１にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ステップＳ３２にて、動翼２４の設計データ（設計図面）を読み込み、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データと設計データとを比較する。そして、ステップＳ３３にて、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データが、設計データの許容範囲内（ここでは、公差範囲内）にあるかどうかを判定する。
【００５７】
ここで、制御装置５３は、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にないと判定されたら、ステップＳ４０にて、この動翼２４を不良品（ＮＧ）と判定し、溶射作業を中止する。一方、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にあると判定されたら、制御装置５３は、ステップＳ３４にて、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データに基づいて溶射範囲を設定し、ステップＳ３５にて、溶射装置５１を作動制御して動翼２４に対する溶射作業を開始する。この場合、動翼２４の溶射範囲とは、溶射する領域と厚さである。
【００５８】
ステップＳ３６にて、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、ステップＳ３７にて、制御装置５３は、膜厚測定器６１により動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを測定する。ステップＳ３８では、ここで得られた動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚に基づいて、膜厚比率マップを用いて、動翼２４の曲面部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚を算出する。このようにして動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出する。
【００５９】
ステップＳ３９にて、制御装置５３は、算出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、ステップＳ３４に戻り、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内に入るように、溶射範囲（領域と厚さ）を再設定し、その後、ステップＳ３５にて、再度、溶射装置５１による溶射を行う。
【００６０】
一方、ステップＳ３９にて、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、自動溶射作業を完了する。
【００６１】
このように実施例２の自動溶射装置にあっては、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置６２と、膜厚検出装置６２が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設けている。
【００６２】
従って、３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定し、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出装置６２は、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置５１により動翼２４の表面に高精度なセラミック遮熱コーティング層を形成することができ、後処理などを不要とすることができる。また、セラミック遮熱コーティング層を形成した後、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かどうかを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００６３】
また、実施例２の自動溶射装置では、膜厚検出装置６２として、溶射装置５１による溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器６１を設けている。従って、膜厚測定器６１により動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定することで、装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００６４】
また、実施例２の自動溶射装置では、膜厚検出装置６２は、セラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚とセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。従って、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部のセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて曲面部のセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定することで、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００６５】
なお、上述した各実施例にて、被溶射物として、動翼２４を適用したが、静翼２３やコーティングを施すような構造部品でもよい。また、本発明の自動溶射装置をガスタービンの構成部品に適用したが、蒸気タービンや圧縮機などのいずれの回転機械にも適用することができる。更に、動翼や静翼以外に、セラミック遮熱コーティングが施工される高温部品全般についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る自動溶射装置及びその方法は、被溶射物の表面形状を３次元測定してから遮熱コーティング層を形成することで、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制可能とするものであり、いずれの種類の溶射作業にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
２４ 動翼（被溶射物）
５１ 溶射装置
５２ ３次元測定器
５３ 制御装置（溶射制御装置）
５４，６２ 膜厚検出装置
５５ 膜厚判定装置
６１ 膜厚測定器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶射物に対して溶射によりコーティングを施す自動溶射装置及びその方法に関し、特に、ガスタービンの動翼や静翼を溶射コーティングするのに好適である。
【背景技術】
【０００２】
一般的なガスタービンは、圧縮機と燃焼器とタービンにより構成されている。そして、空気取入口から取り込まれた空気が圧縮機によって圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となり、燃焼器にて、この圧縮空気に対して燃料を供給して燃焼させることで高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）を得て、この燃焼ガスによりタービンを駆動し、このタービンに連結された発電機を駆動する。
【０００３】
このようなガスタービンのタービンで使用される動翼や静翼は、高温にさらされることから、表面にセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）が施されている。従来は、翼の設計データに基づいた３次元形状を基準として、所定の溶射装置を用いて翼の表面に溶射を行い、セラミック遮熱コーティング層を形成している。
【０００４】
なお、従来の自動溶射装置としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された自動溶射システムは、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータを受け、この３次元ＣＡＤデータで示されるガスタービン部材の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定し、溶射ガンの溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求め、溶射条件データベースから溶射条件を読み出して位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとし、駆動制御装置が溶射ポイントを結ぶ経路に沿って溶射データに基づいて溶射ガン及びロボットアームを駆動制御して溶射を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２００４−１１５８４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来の自動溶射システムは、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータに基づいて溶射ポイントを設定している。しかし、ガスタービン部材を示す３次元ＣＡＤデータは、設計データであり、所定量の公差が設定されており、ガスタービン部材の寸法にばらつきがある。また、ガスタービンは、所定期間ごとに定期検査を行い、各種の部材の検査によりセラミック遮熱コーティング層の厚さが不十分であるとされたときには、セラミック遮熱コーティング層を剥がして再溶射を行っている。この場合、ガスタービン部材の形状が公差内で変動することが多い。
【０００７】
このようにガスタービン部材の寸法がばらついていることから、溶射範囲を少し広く設定して溶射作業を行っている。すると、ガスタービン部材におけるセラミック遮熱コーティング層の厚さがばらつき、無駄な溶射となって処理コストが増加するだけでなく、処理後の後加工が必要となり、この点でも処理コストが増加してしまう。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制可能とする自動溶射装置及びその方法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】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の自動溶射装置は、被溶射物の表面に遮熱コーティング材を溶射する溶射装置と、前記被溶射物の表面形状を３次元測定可能な３次元測定手段と、該３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて前記溶射装置を作動して前記被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成する溶射制御装置と、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、該膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定手段と、を備えることを特徴とするものである。
【００１０】
従って、３次元測定手段は、被溶射物の表面形状を３次元測定し、溶射制御装置は、３次元測定手段が測定した被溶射物の表面形状に基づいて溶射装置を作動して被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出手段は、溶射後に被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定手段は、膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置により被溶射物の表面に高精度な遮熱コーティング層を形成することができ、その後、遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００１１】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射前に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状と、前記溶射装置による溶射後に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状とに基づいて遮熱コーティング層の膜厚を算出することを特徴としている。
【００１２】
従って、溶射前後における被溶射物の表面形状を比較することで、遮熱コーティング層の膜厚を算出することとなり、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００１３】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器を有することを特徴としている。
【００１４】
従って、膜厚測定器により被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定することで、装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００１５】
本発明の自動溶射装置では、前記膜厚検出手段は、遮熱コーティング層の平坦部膜厚と遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、前記膜厚測定器が測定した前記被溶射物における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、前記被溶射物における曲面部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を推定することを特徴としている。
【００１６】
従って、膜厚測定器が測定した被溶射物における平坦部の遮熱コーティング層の膜厚に基づいて曲面部の遮熱コーティング層の膜厚を推定することで、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００１７】
本発明の自動溶射装置では、前記３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する形状判定手段を設け、前記溶射制御装置は、前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された前記被溶射物について、前記溶射装置により遮熱コーティング層を形成することを特徴としている。
【００１８】
従って、３次元測定手段が測定した被溶射物の表面形状と設計データとを比較して被溶射物の表面形状の適正を判定することで、被溶射物の製造不良や再利用品における変形を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。
【００１９】
また、本発明の自動溶射方法は、被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定することを特徴とするものである。
【００２０】
従って、被溶射物の表面に高精度な遮熱コーティング層を形成することができ、その後、遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かを判定することで、製品の信頼性を向上することができ、その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の自動溶射装置及びその方法によれば、被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成するので、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、本発明の実施例１に係る自動溶射装置を表す概略構成図である。
【図２】図２は、実施例１の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。
【図３】図３は、ガスタービンを表す概略構成図である。
【図４】図４は、ガスタービンの動翼を表す概略図である。
【図５】図５は、本発明の実施例２に係る自動溶射装置を表す概略構成図である。
【図６】図６は、実施例２の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に添付図面を参照して、本発明に係る自動溶射装置及びその方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１に係る自動溶射装置を表す概略構成図、図２は、実施例１の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャート、図３は、ガスタービンを表す概略構成図、図４は、ガスタービンの動翼を表す概略図である。
【００２５】
ガスタービンは、図３に示すように、圧縮機１１と燃焼器１２とタービン１３により構成されている。このガスタービンには、図示しない発電機が連結されており、発電可能となっている。
【００２６】
圧縮機１１は、空気を取り込む空気取入口２０を有し、圧縮機車室２１内に入口案内翼（ＩＧＶ：Inlet Guide Vane）２２が配設されると共に、複数の静翼２３と動翼２４が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されてなり、その外側に抽気室２５が設けられている。燃焼器１２は、圧縮機１１で圧縮された圧縮空気に対して燃料を供給し、点火することで燃焼可能となっている。タービン１３は、タービン車室２６内に複数の静翼２７と動翼２８が前後方向（後述するロータ３２の軸方向）に交互に配設されている。このタービン車室２６の下流側には、排気車室２９を介して排気室３０が配設されており、排気室３０は、タービン１３に連続する排気ディフューザ３１を有している。
【００２７】
また、圧縮機１１、燃焼器１２、タービン１３、排気室３０の中心部を貫通するようにロータ（回転軸）３２が位置している。ロータ３２は、圧縮機１１側の端部が軸受部３３により回転自在に支持される一方、排気室３０側の端部が軸受部３４により回転自在に支持されている。そして、このロータ３２は、圧縮機１１にて、各動翼２４が装着されたディスクが複数重ねられて固定され、タービン１３にて、各動翼２８が装着されたディスクが複数重ねられて固定されており、排気室３０側の端部に図示しない発電機の駆動軸が連結されている。
【００２８】
そして、このガスタービンは、圧縮機１１の圧縮機車室２１が脚部３５に支持され、タービン１３のタービン車室２６が脚部３６により支持され、排気室３０が脚部３７により支持されている。
【００２９】
従って、圧縮機１１の空気取入口２０から取り込まれた空気が、入口案内翼２２、複数の静翼２３と動翼２４を通過して圧縮されることで高温・高圧の圧縮空気となる。燃焼器１２にて、この圧縮空気に対して所定の燃料が供給され、燃焼する。そして、この燃焼器１２で生成された作動流体である高温・高圧の燃焼ガス（作動流体）が、タービン１３を構成する複数の静翼２７と動翼２８を通過することでロータ３２を駆動回転し、このロータ３２に連結された発電機を駆動する。一方、排気ガス（燃焼ガス）のエネルギは、排気室３０の排気ディフューザ３１により圧力に変換され減速されてから大気に放出される。
【００３０】
このように構成されたガスタービンにて、動翼２４は、図４に示すように、翼根部４１と、プラットホーム４２と、翼部４３とから構成されている。翼根部４１は、ロータ３２（図３参照）と一体のロータディスクに板厚方向から嵌合して固定可能となっている。プラットホーム４２は、翼根部４１と一体となる湾曲したプレート形状をなしている。翼部４３は、基端部がこのプラットホーム４２に固定されて先端部がケーシング（図示略）の内壁面側に延出しており、所定角度（例えば、９０度程度）捩じられている。
【００３１】
そして、この動翼２４は、図３に示すように、ロータ３２の外周部に周方向に沿って一定間隔で複数並設され、基端部がロータディスク１４に固定されることで、環状に組み付けられている。
【００３２】
このように構成された動翼２４は、ガスタービンの運転時に高温にさらされることから、表面にセラミック遮熱コーティング（ＴＢＣ）を施す必要がある。本実施例では、自動溶射装置を用いて動翼２４の表面に溶射を行い、セラミック遮熱コーティング層を形成している。
【００３３】
実施例１の自動溶射装置は、図１に示すように、溶射装置５１と、３次元測定器５２と、制御装置（溶射制御装置）５３とを有しており、この制御装置５３は、膜厚検出装置５４と、膜厚判定装置５５として機能する。
【００３４】
被溶射物の例としての動翼２４は、支持台５０上に載置され、図示しないロボットアームにより保持され、且つ、移動可能とすることで、位置制御可能となっている。溶射装置５１は、支持台５０上の動翼２４の外周側に配置されており、動翼２４の表面に対して溶射材（セラミックス）を溶射することで、セラミック遮熱コーティング層を形成することができる。３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定可能であり、動翼２４の場合、プラットホーム４２と翼部４３の表面形状を３次元測定する。この３次元測定器５２は、非接触式の測定器であって、例えば、レーザ式、カメラ式などがある。
【００３５】
制御装置５３は、３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状に基づいて、溶射装置５１を作動制御することで、動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する。膜厚検出装置５４は、溶射後に、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出するものである。本実施例にて、この膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射前に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状と、溶射装置５１による溶射後に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状とを比較することで、セラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出する。
【００３６】
膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定するものである。ここで、膜厚判定装置５５は、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、この動翼２４を不良品であると判断し、再溶射の指示等を溶射装置５１へ命令する。
【００３７】
また、制御装置５３は、形状判定装置５６として機能する。この形状判定装置５６は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して動翼２４の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、制御装置５３は、動翼２４の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された動翼２４について、溶射装置５１によりセラミック遮熱コーティング層を形成する。
【００３８】
ここで、実施例１の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法について説明する。
【００３９】
実施例１の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法において、図２に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ステップＳ１２にて、動翼２４の設計データ（設計図面）を読み込み、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データと設計データとを比較する。そして、ステップＳ１３にて、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データが、設計データの許容範囲内（ここでは、公差範囲内）にあるかどうかを判定する。
【００４０】
ここで、制御装置５３は、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にないと判定されたら、ステップＳ２０にて、この動翼２４を不良品（ＮＧ）と判定し、溶射作業を中止する。一方、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にあると判定されたら、制御装置５３は、ステップＳ１４にて、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データに基づいて溶射範囲を設定し、ステップＳ１５にて、溶射装置５１を作動制御して動翼２４に対する溶射作業を開始する。この場合、動翼２４の溶射範囲とは、溶射する領域と厚さである。
【００４１】
ステップＳ１６にて、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、ステップＳ１７にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ここで得られた３次元表面形状のデータは、動翼２４に加えて溶射作業により得られたセラミック遮熱コーティング層を含むものである。従って、ステップＳ１８にて、溶射前後に３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データを比較することで、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出する。
【００４２】
なお、ここでは、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、溶射前後に３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データを比較してセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出したが、この手順に限定されるものではない。即ち、溶射装置５１により動翼２４の溶射作業を実行しながら、溶射が終了した領域から３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、溶射前後の３次元表面形状データを比較してセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出してもよい。
【００４３】
ステップＳ１９にて、制御装置５３は、算出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、ステップＳ１４に戻り、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内に入るように、溶射範囲（領域と厚さ）を再設定し、その後、ステップＳ１５にて、再度、溶射装置５１による溶射を行う。
【００４４】
一方、ステップＳ１９にて、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、自動溶射作業を完了する。
【００４５】
このように実施例１の自動溶射装置にあっては、動翼２４の表面に溶射材を溶射する溶射装置５１と、動翼２４の表面形状を３次元測定可能な３次元測定器５２と、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置５４と、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設けている。
【００４６】
従って、３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定し、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出装置５４は、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置５１により動翼２４の表面に高精度なセラミック遮熱コーティング層を形成することができ、後処理などを不要とすることができる。また、セラミック遮熱コーティング層を形成した後、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かどうかを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００４７】
また、実施例１の自動溶射装置では、膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射前に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状と、溶射装置５１による溶射後に３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状とに基づいてセラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出している。従って、溶射前後における動翼２４の表面形状を比較することで、セラミック遮熱コーティング層の膜厚を算出することとなり、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００４８】
また、実施例１の自動溶射装置では、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して動翼２４の表面形状が設計データの公差範囲内にあるかどうかを判定する形状判定装置５６を設け、制御装置５３は、動翼２４の表面形状が設計データの公差範囲内にあると判定された動翼２４について、溶射装置５１によりセラミック遮熱コーティング層を形成している。従って、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状と設計データとを比較して動翼２４の表面形状の適正を判定することで、動翼２４の製造不良を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。また、動翼２４は、タービンの定期検査時にセラミック遮熱コーティング層の良否が判定され、不良の動翼に対してセラミック遮熱コーティング層を剥離し、再度溶射を行うが、このとき、動翼２４として再利用されるものにおける変形を検出することができ、溶射作業の効率化を可能とすることができる。
【実施例２】
【００４９】
図５は、本発明の実施例２に係る自動溶射装置を表す概略構成図、図６は、実施例２の自動溶射装置による自動溶射方法を表すフローチャートである。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５０】
実施例２の自動溶射装置は、図５に示すように、溶射装置５１と、３次元測定器５２と、制御装置（溶射制御装置）５３とを有しており、この制御装置５３は、膜厚検出装置６２と、膜厚判定装置５５として機能する。この場合、膜厚検出装置５４は、溶射装置５１による溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器６１を有している。この膜厚測定器６１は、例えば、磁気式、渦電流式、超音波式である。
【００５１】
溶射装置５１は、支持台５０上の動翼２４の外周側に配置されており、動翼２４の表面に対して溶射材（セラミックス）を溶射することで、セラミック遮熱コーティング層を形成することができる。３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定可能であり、動翼２４の場合、プラットホーム４２と翼部４３の表面形状を３次元測定する。
【００５２】
制御装置５３は、３次元測定器５２が３次元測定した動翼２４の表面形状に基づいて、溶射装置５１を作動制御することで、動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する。膜厚検出装置５４は、溶射後に、動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出するものである。本実施例にて、この膜厚検出装置６２は、セラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚とセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。
【００５３】
即ち、動翼２４は、３次元方向に湾曲した形状をなしており、溶射装置５１により溶射を行うと、セラミック遮熱コーティング層が形成されやすい部分、セラミック遮熱コーティング層が形成されにくい部分が発生する。この点を考慮し、過去の溶射装置５１による多数の溶射結果に基づいて、動翼２４における全ての溶射範囲における溶射厚さ比率を求め、膜厚比率マップを形成しておく。膜厚検出装置６２は、動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚に基づいて、上述した膜厚比率マップを用いて、動翼２４の曲面部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚を算出する。この場合、膜厚測定器６１は、動翼２４における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を複数の位置で測定し、膜厚比率マップを参考にして動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。
【００５４】
膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置６２が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定するものである。ここで、膜厚判定装置５５は、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、この動翼２４を不良品であるとする。
【００５５】
ここで、実施例２の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法について説明する。
【００５６】
実施例２の自動溶射装置による動翼２４の自動溶射方法において、図６に示すように、ステップＳ３１にて、制御装置５３は、３次元測定器５２により動翼２４を３次元測定し、この動翼２４における３次元表面形状のデータを得る。ステップＳ３２にて、動翼２４の設計データ（設計図面）を読み込み、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データと設計データとを比較する。そして、ステップＳ３３にて、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データが、設計データの許容範囲内（ここでは、公差範囲内）にあるかどうかを判定する。
【００５７】
ここで、制御装置５３は、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にないと判定されたら、ステップＳ４０にて、この動翼２４を不良品（ＮＧ）と判定し、溶射作業を中止する。一方、動翼２４の３次元表面形状データが設計データの公差範囲内にあると判定されたら、制御装置５３は、ステップＳ３４にて、３次元測定器５２が測定した動翼２４の３次元表面形状データに基づいて溶射範囲を設定し、ステップＳ３５にて、溶射装置５１を作動制御して動翼２４に対する溶射作業を開始する。この場合、動翼２４の溶射範囲とは、溶射する領域と厚さである。
【００５８】
ステップＳ３６にて、溶射装置５１による動翼２４の溶射作業が終了したら、ステップＳ３７にて、制御装置５３は、膜厚測定器６１により動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを測定する。ステップＳ３８では、ここで得られた動翼２４の平坦部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚に基づいて、膜厚比率マップを用いて、動翼２４の曲面部に形成されたセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚を算出する。このようにして動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の厚さを算出する。
【００５９】
ステップＳ３９にて、制御装置５３は、算出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が、所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にないと判定されたら、ステップＳ３４に戻り、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内に入るように、溶射範囲（領域と厚さ）を再設定し、その後、ステップＳ３５にて、再度、溶射装置５１による溶射を行う。
【００６０】
一方、ステップＳ３９にて、動翼２４におけるセラミック遮熱コーティング層の膜厚が所定膜厚範囲内にあると判定されたら、この動翼２４を良品であるとし、自動溶射作業を完了する。
【００６１】
このように実施例２の自動溶射装置にあっては、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成する制御装置５３と、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出装置６２と、膜厚検出装置６２が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定装置５５とを設けている。
【００６２】
従って、３次元測定器５２は、動翼２４の表面形状を３次元測定し、制御装置５３は、３次元測定器５２が測定した動翼２４の表面形状に基づいて溶射装置５１を作動して動翼２４の表面にセラミック遮熱コーティング層を形成し、膜厚検出装置６２は、溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を検出し、膜厚判定装置５５は、膜厚検出装置５４が検出したセラミック遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する。そのため、溶射装置５１により動翼２４の表面に高精度なセラミック遮熱コーティング層を形成することができ、後処理などを不要とすることができる。また、セラミック遮熱コーティング層を形成した後、セラミック遮熱コーティング層の膜厚が適正な膜厚かどうかを判定することで、製品の信頼性を向上することができる。その結果、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制することができる。
【００６３】
また、実施例２の自動溶射装置では、膜厚検出装置６２として、溶射装置５１による溶射後に動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器６１を設けている。従って、膜厚測定器６１により動翼２４の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を測定することで、装置の簡素化及び低コスト化を可能とすることができる。
【００６４】
また、実施例２の自動溶射装置では、膜厚検出装置６２は、セラミック遮熱コーティング層の平坦部膜厚とセラミック遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、動翼２４における曲面部の表面に形成されたセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定する。従って、膜厚測定器６１が測定した動翼２４における平坦部のセラミック遮熱コーティング層の膜厚に基づいて曲面部のセラミック遮熱コーティング層の膜厚を推定することで、高精度な膜厚判定を行うことができる。
【００６５】
なお、上述した各実施例にて、被溶射物として、動翼２４を適用したが、静翼２３やコーティングを施すような構造部品でもよい。また、本発明の自動溶射装置をガスタービンの構成部品に適用したが、蒸気タービンや圧縮機などのいずれの回転機械にも適用することができる。更に、動翼や静翼以外に、セラミック遮熱コーティングが施工される高温部品全般についても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明に係る自動溶射装置及びその方法は、被溶射物の表面形状を３次元測定してから遮熱コーティング層を形成することで、高精度な溶射作業を可能として処理コストの増加を抑制可能とするものであり、いずれの種類の溶射作業にも適用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
２４ 動翼（被溶射物）
５１ 溶射装置
５２ ３次元測定器
５３ 制御装置（溶射制御装置）
５４，６２ 膜厚検出装置
５５ 膜厚判定装置
６１ 膜厚測定器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶射物の表面に遮熱コーティング材を溶射する溶射装置と、
前記被溶射物の表面形状を３次元測定可能な３次元測定手段と、
該３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて前記溶射装置を作動して前記被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成する溶射制御装置と、
溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、
該膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定手段と、
を備えることを特徴とする自動溶射装置。
【請求項２】
前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射前に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状と、前記溶射装置による溶射後に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状とに基づいて遮熱コーティング層の膜厚を算出することを特徴とする請求項１に記載の自動溶射装置。
【請求項３】
前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器を有することを特徴とする請求項１に記載の自動溶射装置。
【請求項４】
前記膜厚検出手段は、遮熱コーティング層の平坦部膜厚と遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、前記膜厚測定器が測定した前記被溶射物における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、前記被溶射物における曲面部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を推定することを特徴とする請求項３に記載の自動溶射装置。
【請求項５】
前記３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する形状判定手段を設け、前記溶射制御装置は、前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された前記被溶射物について、前記溶射装置により遮熱コーティング層を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の自動溶射装置。
【請求項６】
被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定することを特徴とする自動溶射方法。
【請求項１】
被溶射物の表面に遮熱コーティング材を溶射する溶射装置と、
前記被溶射物の表面形状を３次元測定可能な３次元測定手段と、
該３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて前記溶射装置を作動して前記被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成する溶射制御装置と、
溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出する膜厚検出手段と、
該膜厚検出手段が検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定する膜厚判定手段と、
を備えることを特徴とする自動溶射装置。
【請求項２】
前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射前に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状と、前記溶射装置による溶射後に前記３次元測定手段が３次元測定した前記被溶射物の表面形状とに基づいて遮熱コーティング層の膜厚を算出することを特徴とする請求項１に記載の自動溶射装置。
【請求項３】
前記膜厚検出手段は、前記溶射装置による溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を測定する膜厚測定器を有することを特徴とする請求項１に記載の自動溶射装置。
【請求項４】
前記膜厚検出手段は、遮熱コーティング層の平坦部膜厚と遮熱コーティング層の曲面部膜厚との関係をマップとして予め設定しておき、前記膜厚測定器が測定した前記被溶射物における平坦部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚に基づいて、前記被溶射物における曲面部の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を推定することを特徴とする請求項３に記載の自動溶射装置。
【請求項５】
前記３次元測定手段が測定した前記被溶射物の表面形状と、予め設定された設計データとを比較して前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあるかどうかを判定する形状判定手段を設け、前記溶射制御装置は、前記被溶射物の表面形状が設計データの許容範囲内にあると判定された前記被溶射物について、前記溶射装置により遮熱コーティング層を形成することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の自動溶射装置。
【請求項６】
被溶射物の表面形状を３次元測定し、３次元測定した前記被溶射物の表面形状に基づいて該被溶射物の表面に遮熱コーティング層を形成し、溶射後に前記被溶射物の表面に形成された遮熱コーティング層の膜厚を検出し、検出した遮熱コーティング層の膜厚が予め設定された所定膜厚範囲内にあるかどうかを判定することを特徴とする自動溶射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−８２４５５（Ｐ２０１２−８２４５５Ａ）
【公開日】平成２４年４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２７８６０（Ｐ２０１０−２２７８６０）
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【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４月２６日（２０１２．４．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月７日（２０１０．１０．７）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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