JP2001286798A

JP2001286798A - 被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システム

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Publication number: JP2001286798A
Application number: JP2000108098A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Wada; 国彦和田; Masayuki Ito; 昌行伊藤; Masashi Takahashi; 雅士高橋; Masahiro Saito; 正弘齋藤; Kazuhide Matsumoto; 一秀松本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2000-04-10
Filing date: 2000-04-10
Publication date: 2001-10-16
Anticipated expiration: 2020-04-10
Also published as: JP4330759B2

Abstract

(57)【要約】【課題】数少ない基礎的な試験データから、複雑形状部
品の膜厚ならびに膜質の予測を精度良く行なうことにあ
る。【解決手段】ガンにより溶射や吹き付け塗装などの粒子
を吹き付けて被加工物表面に成膜を形成する施工プロセ
スにおいて、実際の付着粒子の飛行軌跡の分布データを
入力する入力手段１と、この入力手段より入力される分
布データに基づいて仮想的に発生させた粒子の軌跡を計
算する第１の計算手段２と、この第１の計算手段により
求められた個々の仮想粒子の軌跡と被加工物表面との幾
何学的関係に基づいて付着量を推定する第２の計算手段
３と、この第２の計算手段で求められた付着量をもとに
膜圧・膜質を予測して出力する出力手段６とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶射、あるいは吹
付け塗装施工における膜厚管理や付着効率の予測を行な
う被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の吹付け塗装や溶射における膜厚予
測ソフトウェアでは、定点に吹付け・溶射用のガンを静
止したときにできる塗装や溶射膜厚パターンをガウス分
布あるいはβ分布とし、この形状を部品表面に投影する
ことによって部品全体の膜厚を予測している。これによ
り、製造ラインを止めることなく、施工ロボットのプロ
グラミングを行ない、装置稼働率を向上させることを実
現した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
膜厚推定方法は主にロボットの自動プログラム開発を目
的としていることから、計算速度は速いものの、（１）
基本的には塗料や溶射材料を吹付けるガンを加工物に対
して一定距離で、かつ直角に保持していることを前提と
し、ガンと被加工物との距離や角度による溶射膜厚パタ
ーンの変化を取り込むためには、それぞれの施工条件に
応じた膨大な試験データが必要であること、（２）部品
全体の溶射効率を推定することができないこと、などの
問題点があり、実際の施工に要求される広範な施工条件
の検討を行なうには適していない。

【０００４】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、数少ない基礎的な試験データから、複雑形状
部品の膜厚ならびに膜質の予測を精度良く行なうことが
できる被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システムを提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により被加工物表面の膜厚
・膜質予測管理システムを構成する。

【０００６】請求項１に対応する発明は、ガンにより溶
射や吹き付け塗装などの粒子を吹き付けて被加工物表面
に成膜を形成する施工プロセスにおいて、実際の付着粒
子の飛行軌跡の分布データを入力する入力手段と、この
入力手段より入力される分布データに基づいて仮想的に
発生させた粒子の軌跡を計算する第１の計算手段と、こ
の第１の計算手段により求められた個々の仮想粒子の軌
跡と被加工物表面との幾何学的関係に基づいて付着量を
推定する第２の計算手段と、この第２の計算手段で求め
られた付着量をもとに膜圧・膜質を予測して出力する出
力手段とを備える。

【０００７】請求項２に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、第１の計算手段は、粒子の飛行軌跡の分布
をレーザストロボ等によってその場測定した飛行粒子の
分布に基づいて推定する機能を有する。

【０００８】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、第１の計算手段は、粒子の飛行軌跡の分布
を、試験により実測した膜厚パターンに基づいて推定す
る機能を有する。

【０００９】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、被加工物の形状を２次元ＣＡＤデータ、ま
たは３次元ＣＡＤデータによって入力するインターフェ
ースを有する。

【００１０】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、第２の計算手段は、被加工物への飛行粒子
の付着判断を、実測したガン角度と付着効率との関係か
ら確率的に算出する計算手段を有する。

【００１１】請求項６に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、被加工物への飛行粒子の付着判断を、ガン
−被加工物間距離と付着率との関係から確率的に算出す
る計算手段を有する。

【００１２】請求項７に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、単位面積あたりの仮想粒子の付着個数か
ら、複雑形状部品の膜厚分布を推測する計算手段を有す
る。

【００１３】請求項８に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、仮想粒子の積層状態から実施工プロセス皮
膜の積層状態を推測する計算手段を有する。

【００１４】請求項９に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ムにおいて、仮想粒子の付着個数と非付着個数から、複
雑形状部品全体での付着効率を推測する計算手段を有す
る。

【００１５】請求項１０に対応する発明は、請求項１か
ら請求項８のいずれかに対応する発明の被加工物表面の
膜厚・膜質予測管理システムにおいて、仮想粒子の付着
状態に基づいて溶射や吹付け塗装用のガン移動経路や施
工条件の最適化を行う計算手段を有する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１７】図１は本発明による被加工物表面の膜厚・
膜厚予測管理システムの全体の概略を示す全体構成図で
ある。

【００１８】図１において、１は入力手段で、この入力
手段１は材料、施工条件に対して、実際の付着粒子の飛
行軌跡の分布を実験によって予め測定し、これらのデー
タを初期条件として計算機内の記憶部に入力するもので
ある。

【００１９】また、２はこの記憶部に蓄積されたデータ
を取込み、この分布にしたがった頻度で計算機内で仮想
的に粒子を発生させて粒子飛行モデルを作る第１の計算
手段、３は被加工物の表面形状モデル４を用いて、個々
の粒子が被加工物表面に衝突した時の角度や距離を演算
し、実際の施工における付着確率に基づいて付着または
非付着の判断を行なうための粒子の付着予測モデルを作
る第２の計算手段である。

【００２０】これら第１の計算手段２および第２の計算
手段３で作られる付着予測モデルとしては、流れ場の解
析や有限要素法による構造解析等の物理モデルを利用し
てもよいが、これらの計算は極めて複雑であり、高速な
計算には適さないことから、計算機内の乱数を利用した
確率統計的な計算モデルを用いることが、高速、且つ精
度よく現象を再現する上で好ましい。

【００２１】これらのモデルに基づいて得られた結果を
膜厚・層構造の予測モデル５を用いて、最終的な膜厚分
布や気孔率の分布等を出力手段６より出力する。

【００２２】ここで、第１の計算手段２には、予測する
施工装置や材料、施工条件における実測データを計算機
内に蓄積することが不可欠である。このデータの取得方
法としては、レーザストロボやＣＣＤカメラを利用し
て、直接飛行粒子の速度や方向の分布を測定する方法が
考えられる。この方法は施工しながら測定することが可
能であることから、施工装置や材料、施工条件の変化に
すぐに対応でき、計算結果をガンの制御にフィードバッ
クすることにより、知能的な施工システムの構築が可能
である。しかし、その反面、装置が大規模で、かつ高価
となることなどの問題点もある。

【００２３】また、他の方法としては、予め施工を行な
う条件で平板等の単純形状の試験体上に形成された成膜
パターンを測定し、このデータから飛行中の粒子の軌跡
の分布を推定する手法がある。

【００２４】この方法は、事前に試験が必要になるが、
上記の方法に比べて特別な測定装置を必要とすることな
く、安価に必要なデータを取得することが可能である。

【００２５】一方、第２の計算手段３で被加工物表面の
付着量を推定するには、飛行粒子と被加工物表面との幾
何学的関係が重要であることから、被加工物表面を構成
する接点と面の情報が必要である。そこで、被加工物の
形状データとして２次元ＣＡＤデータ、又は３次元ＣＡ
Ｄデータを入力するインターフェースが設けられる。

【００２６】このデータ形式としては、接点座標デー
タ、面データともに独自のデータ形式を利用することも
可能であるが、ＤＸＦやＩＧＥＳなどの標準的なＣＡＤ
データ、あるいは汎用の応力解析ソフトの入力データ形
式を利用すると、設計や熱応力解析とのシームレス化が
可能である。

【００２７】また、第２の計算手段３において、被加工
物表面の付着量を求めるには、予め実測したガン角度
（溶射角度）と付着効率との関係から被加工物への粒子
付着量を求めるか、ガン及び被加工物間距離と付着率と
の関係から被加工物への粒子付着量を求める。

【００２８】即ち、第１の計算手段２によって粒子の軌
跡の計算を行ない、部品を構成する表面との交点を算出
すれば、この交点が考慮している粒子の付着点となる
が、吹付け塗装や溶射施工の場合には、粒子の衝突角度
や飛行距離に応じて付着しないで跳ね返される粒子が必
ず発生し、一般的には直角に衝突した場合が最も付着す
る効率が高い。

【００２９】そこで、平板等の単純形状の試験体によっ
て予めガン角度と付着効率の関係を実測しておき、計算
している粒子の飛行方向と被加工物表面との角度から、
この角度に見合った付着効率に相当する確率で付着が生
じるものとして計算を行なうことで、実際の施工プロセ
スを模擬するシミュレーションが可能となる。また、吹
付けと溶射距離も同様であり、吹付け及び溶射距離と付
着効率の実測データを利用して、仮想粒子の付着可否を
判定することが、精度良く膜厚を予測する場合、不可欠
である。

【００３０】図２は上記のような被加工物表面の膜厚・
膜厚予測管理システムの一例を示すものである。なお、
本発明は、粒子状の物質が飛行過程を経て被加工物表面
に付着して積層するような吹付け加工プロセスであれ
ば、どのようなプロセスでもシミュレート可能である
が、本例では溶射プロセスを用いて説明する。

【００３１】図２において、７は材料、粉末、溶射装
置、施工条件等の溶射条件を計算機に入力する入力手
段、８は入力手段７より入力される溶接条件として溶射
パターン、付着効率と溶射角度との関係、付着効率と溶
射距離との関係を示す実験データを記憶するデータベー
スである。

【００３２】また、１０は溶射ガンのターン点座標、移
動速度、方向ベクトル、移動データを有するガン移動デ
ータ入力手段、１１は節点データ、要素データを有する
形状データ入力手段である。

【００３３】さらに、９は計算機で、この計算機９はガ
ン移動データ入力手段１０からのデータを取込んでガン
座標を演算する座標演算部、データベース８より溶射パ
ターンを取込んで乱数による仮想粒子を発生させる仮想
粒子発生部、この仮想粒子発生部で発生した仮想粒子の
軌跡を求める粒子軌跡演算部、この粒子軌跡演算部で求
められた仮想粒子の軌跡と形状データ入力手段１１から
取込んだ形状データに基づいて粒子の付着点を演算する
粒子付着点演算部、この粒子付着点演算部で求められた
粒子の付着点とデータベース８から読出した付着効率と
溶射角度の関係および付着効率と溶射距離の関係を示す
データを基に乱数による付着可否を判断する付着可否判
定部、この付着可否判定部で判断された付着数が必要個
数あるか否かを判定し、必要個数なければ仮想粒子発生
部にて仮想粒子を発生させる必要個数判定部、この必要
個数判定部での判定結果と終了時間とから溶射ガンの位
置が最終地点に到達したか否かを判定し、最終地点に到
達した時点でシミュレーションを終了する終了時間判定
部および膜厚分布・層構造を計算により求めて解析デー
タ出力部１２に出力する計算部から構成されている。

【００３４】次に上記のように構成された被加工物表面
の膜厚・膜厚予測管理システムの作用を説明する。

【００３５】まず、座標演算部にてガンの座標と向きの
ベクトル、移動速度のデータを有するガン移動データ入
力モジュール１０のデータを用いて任意の時間でのガン
の座標を求める。

【００３６】その後、仮想粒子発生部にて実際の粒子の
飛行経路の確率にしたがって仮想的に粒子を発生させ
る。この場合、実粒子の飛行経路の確率を求める手法と
しては、レーザストロボ、ＣＣＤカメラなどその場で観
察した飛行粒子の経路を実測する方法と、予め予想され
る施工条件を用いて平板の上に直角に溶射施工したとき
の溶射の中心からの距離と膜厚との関係からなる溶射パ
ターンのデータから求める方法が考えられる。

【００３７】ここでは、実測した溶射パターンのデータ
から粒子の飛行経路の確率を算出する方法について述べ
る。

【００３８】図３に示すように元になる実験データの溶
射ガン１３と平板試験体との距離と同じ距離１５の位置
にガンの向き１４に対して直交するような平面１７を仮
想する。

【００３９】一方、実験データから得られた溶射膜厚の
パターンは、図４に示すようなものである。図４におい
て、２３は溶射中心、２４は中心からの距離、２５は付
着粒子、２６は膜厚パターンである。

【００４０】いま、基板上に付着する粒子が均一粒径
で、付着時の偏平率が等しいと仮定すれば、図４から明
かなように実験で得られた膜厚分布と、任意の位置に堆
積している付着粒子の数は比例関係にあると考えてよ
い。さらに、この平板上の付着粒子の分布は図３に示し
た仮想平面１７上の任意の位置を粒子が通過する個数の
分布と等しいものと考えられる。

【００４１】ここで、溶射パターンの膜厚分布を示す関
数を付着粒子個数の度数分布と考え、さらにこの度数分
布の累積度数関数を求めた後、この関数の逆変換関数を
求める。そして、計算機中で〔０，１〕の区間で一様に
分布する乱数を発生させて、この乱数を、求めてきた粒
子個数の累積分布関数の逆変換の関数に代入すると、得
られた値は実際の粒子の分布にしたがった乱数分布を持
つ。

【００４２】図５はこのようにして発生させた５０００
個の乱数の度数分布と、実測した膜厚測定データとを比
較したもので、２３は溶射中心、２６は膜厚パターン、
２７は発生した乱数の度数を示している。図５から分る
ように、乱数を用いて、実測した分布に従う仮想粒子を
発生させることが可能であり、データ離散化の点数にも
依存するが、１つのポイントで数千個の粒子を発生させ
れば、十分膜厚パターンを再現することができることが
分る。

【００４３】したがって、上記の演算から得られた乱数
を用いて、仮想平面上の座標を投影すれば、この点は図
３に示す仮想平面上を通過する粒子の通過点と考えられ
る。

【００４４】次に粒子軌跡を表現する方程式を直線、又
は２次方程式などの適切な多項式で近似し、すでに述べ
た演算の結果から得られた仮想平面上の座標と、溶射ガ
ンの座標とを結ぶ曲線を決定すれば、これが個々の飛行
粒子の軌跡２０を表現している。

【００４５】その後、この飛行粒子の軌跡を示す式と、
被加工物の表面形状を構成する接点の座標データと、複
数個の接点データの組からなる要素のデータを用いて、
粒子の軌跡と被加工物表面との交点を求めれば、この座
標が粒子付着の候補点２１と考えられる。

【００４６】しかしながら、飛行粒子の付着、非付着の
確率は、個々の粒子と被加工物表面との角度や飛行距離
によって変化する。そこで、実際の溶射条件を想定した
実験から、付着効率と溶射角度との関係、付着効率と溶
射距離との関係をそれぞれ求めておく。このデータを用
いて、再度計算機内で乱数（区間〔０，１〕）を発生さ
せて、この乱数値が計算される個々の粒子の角度や距離
から求められる付着効率（区間〔０，１〕）より小さい
場合には粒子が付着、大きい場合には付着しないという
判断を行なえば、付着効率に等しい確率で粒子をピック
アップすることが可能になる。

【００４７】計算機内で仮想的に発生させた１つの粒子
の計算が終了した後、溶射パターンを表現するのに十分
な個数の粒子を発生したかどうかの判断を行なう。発生
個数が少な過ぎると実際の溶射パターンを表現できず誤
差が大きくなり、逆に多過ぎると多くの計算時間を要し
てしまうことから、最適な個数が存在する。この判断に
よって、数が満たない場合には、新たな粒子を発生さ
せ、数が十分な場合には、溶射ガンの位置を僅かに移動
してから、粒子の計算を行なう。

【００４８】そして、最後に溶射ガンの位置が最終地点
に到達したかどうかを判断し、到達した時点でシミュレ
ーションを終了する。

【００４９】ここで、図６に示すようにガン角度を変化
させて、平板基材上に施工した場合について考察する。

【００５０】図６において、平板基材３１に対して溶射
距離２８を存して配置された溶射ガン１３を溶射中心軌
跡３０を中心にガン方向ベクトル１４をもって、溶射中
心角度２９の範囲で変化させる。

【００５１】図７はガン角度を変化させて平板基材上に
溶射を行なった場合の膜厚分布の変化を示すものであ
る。

【００５２】このように溶射角度が９０°から浅くなる
につれ、膜厚が徐々に薄くなり、４５°より浅くなる
（３０°）と、良好なパターンが得られなくなる様子が
良く分る。

【００５３】また、ガンの角度と付着効率との関係は、
図８に示すように計算結果と実測値とは大変良好な一致
を示しており、本手法が付着効率の推定に極めて有効で
あることが確かめられた。

【００５４】次にガンの角度を直角として、図９に示す
ようにガンの移動パスの重なりを変化させた条件での積
層構造の変化の計算結果の一例を図１０に示す。

【００５５】図９において、平板基材３１に対してガン
方向ベクトル１４を一定にして溶射ガンを溶射ピッチ３
３でガン軌跡３２に沿って移動させる。

【００５６】図１０はこのような溶射ガンの移動経路
で、且つ溶射ピッチを小、中、大にして溶射を行なった
ときの被膜構造の状態を示すもので、３４はコーティン
グ層、３５は基材である。

【００５７】このようにパスの重なりが不足した場合に
は、表面に大きな凹凸が生じ、膜厚の不足する領域が周
期的に生まれることが明かである。したがって、本手法
は溶射施工パスの重なりや、層内の組織構造を検討する
のに好都合であることがわかる。

【００５８】最後に実際のタービン翼背側へ平面的な溶
射ガンの移動による溶射施工をシミュレートした例につ
いて述べる。

【００５９】近年のガスタービン翼は、その流体性能の
向上を目的として、半径方向にねじれが加えられてい
る。このような形状の翼の場合には、単純に２次元平面
的なガンの移動では、均一な膜厚が得られないことが知
られている。

【００６０】本手法を用いたシミュレーション結果から
も、図１１に示すように平面的な施工では翼の前縁部３
７と後縁部３８には全く付着していないことや、前縁側
の先端部分と後縁側の根元部分にかけて膜厚が徐々に薄
くなり、最大膜厚部の約半分ほどの厚さになることが分
かった。

【００６１】上記構成の膜厚予測システムでは、単位面
積当たりの仮想粒子の付着個数が最終的に得られるが、
実際の使用に際しては、この値を膜厚に換算する計算手
段が必要にとなる。以下に最も単純な変換の例を考えて
みる。すべての粒子の粒径と衝突時の偏平率が等しいと
仮定した場合、単位面積当たりの粒子の付着個数と膜厚
は１対１に対応すると考えられる。そこで、膜厚分布を
表現するのに十分な数の仮想粒子を発生し、角要素に付
着した粒子の数をカウントして、角要素の面積で除する
ことによつて、単位面積当たりの粒子付着数を求めるこ
とができる。したがって、この値に１個の粒子の厚さを
掛け合わせれば、粒子の付着個数を膜厚に換算すること
で実現できる。

【００６２】このように複雑形状部品の膜厚分布の予測
と、ロボットプログラムの製作に極めて有益なツールと
なることは明らかである。

【００６３】上記実施の形態において、次のような手段
を導入することでにより、信頼性の高い皮膜形成のため
の施工条件の検討や、ロボットの移動方法の検討に極め
て有益な情報を得ることができる。

【００６４】（１）仮想粒子の積層状態から、実施工プ
ロセス皮膜の施工状態を推測する計算手段を組込む。

【００６５】スプレーパターンに比して十分細かい要素
を考え、ガンの移動スキャン毎の膜厚分布の変化を求め
ると、積層内に存在するすきゃく毎の重なりを再現する
ことができる。この重なり部分は、特に欠陥が多く存在
する部分であることが知られている。したがって、得ら
れる積層構造データから、皮膜内の気孔率の分布等の予
測が可能となるので、本シミュレーションに積層状態を
推定する計算手段を組み込むことにより、実用上極めて
有益な情報を入手することができる。

【００６６】（２）仮想粒子の付着個数と非付着個数か
ら、複雑形状部品全体での付着効率を推測する計算手段
を組込む。

【００６７】部品全体の施工における付着効率のデータ
は、施工コストや施工時間を見積もる上で極めて重要な
値である。しかしながら、従来の溶射パターン形状を投
影するシミュレーションでは、付着効率の見積もりは全
く不可能であった。これに対して、本手法では、非付着
粒子の個数も同時にカウントしていることから、付着効
率も容易に、且つ十分な精度で予測することが可能であ
る。

【００６８】（３）仮想粒子の付着状態に基づいてガン
移動経路や施工条件の最適化を行なう計算手段を組込
む。

【００６９】上記実施の形態で述べた計算手段で得られ
た膜厚や膜構造の予測を用いて、ガンの移動経路の最適
化を検討することも可能である。ガンの移動経路や、施
工条件を入力としし、膜厚や付着効率、積層構造等を最
適化を目指す目的関数として、最急降下法やニューラル
ネットワーク法、遺伝アルゴリズムなどの最適化法を用
いれば、ガン移動経路の最適化や、施工条件の最適化を
簡単に行なうことができる。

【００７０】（４）本システムの計算手法による計算結
果に基づいてガンの制御を行なう数値制御皮膜形成装置
を構成する。

【００７１】本システムから得られたガン移動経路をＣ
ＡＭデータとしてガン移動ロボットの制御に用いれば、
本システムを用いた統合的な加工システムを構築するこ
とが可能である。また、リアルタイムで粒子分布データ
を取込み、ガン移動を制御すれば、逐次加工も実現でき
る。

【００７２】（５）本システムの計算手法によって溶射
や吹付け塗装による膜の膜厚や積層構造を予測するプロ
グラムを記録媒体に記録する。

【００７３】以上述べた発明は、施工装置に直接組込ま
れるだけでなく、ソフトウェアとして提供されれば、汎
用のコンピュータ上で膜厚・膜質予測管理システムの構
築が可能である。したがって、本ソフトウェアを媒体上
に記録し、配付すれば容易且つ安価に本システムを提供
できる。

【００７４】

【発明の効果】以上述べたように本発明による被加工物
表面の膜厚・膜質予測管理システムによれば、吹付け塗
装や、溶射プロセスにおける皮膜厚さや、付着効率、組
織構造などを十分な精度で予測することが可能であり、
信頼性の高い皮膜形成のための施工条件の検討や、ロボ
ットの移動方法の検討に極めて有益な情報を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による被加工物表面の膜厚・膜厚予測管
理システムの全体の概略を示す全体構成図。

【図２】本発明による被加工物表面の膜厚・膜厚予測管
理システムの実施の形態の一例を示す構成図。

【図３】同実施の形態において、溶射施工における被加
工物とガンとの幾何的関係の説明図。

【図４】同実施の形態において、溶射膜厚パターンと付
着粒子の個数との関係を示す概念図。

【図５】同実施の形態において、計算機によって発生さ
せた乱数の度数分布と膜厚パターンとの比較図。

【図６】同実施の形態において、溶射角度を変化させた
平板基板上への施工の模式図。

【図７】同実施の形態において、溶射角度を変化させた
時の膜厚パターンの予測結果を記す図。

【図８】同実施の形態において、溶射角度を変化させた
時の付着効率の予測値と実測値との比較図。

【図９】同実施の形態において、溶射ガンの移動経路の
説明図。

【図１０】同実施の形態において、パスの重なりを変化
させた時の皮膜構造の変化状態を示す図。

【図１１】ガスタービン翼背側における膜厚の予測結果
を示す図。

【符号の説明】

１…入力手段２…第１の計算手段３…第２の計算手段４…表面形状モデル５…膜厚・層構造予測モデル６…出力手段７…入力手段８…データベース９…計算機１０…移動データ入力手段１１…形状データ入力手段１２…解析データ出力部１３…溶射ガン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高橋雅士神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者齋藤正弘神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者松本一秀神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地株式会社東芝京浜事業所内Ｆターム(参考） 2F069 AA47 CC10 DD15 DD16 DD30 GG04 GG07 GG73 NN00 QQ01 4D075 AA01 AA17 AA82 4F035 AA04 BB03 BB21 4F042 BA25 DH09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガンにより溶射や吹き付け塗装などの粒
子を吹き付けて被加工物表面に成膜を形成する施工プロ
セスにおいて、実際の付着粒子の飛行軌跡の分布データ
を入力する入力手段と、この入力手段より入力される分
布データに基づいて仮想的に発生させた粒子の軌跡を計
算する第１の計算手段と、この第１の計算手段により求
められた個々の仮想粒子の軌跡と被加工物表面との幾何
学的関係に基づいて付着量を推定する第２の計算手段
と、この第２の計算手段で求められた付着量をもとに膜
圧・膜質を予測して出力する出力手段とを備えたことを
特徴とする被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システ
ム。
【請求項２】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、第１の計算手段は、粒子
の飛行軌跡の分布をレーザストロボ等によってその場で
測定した飛行粒子の分布に基づいて推定する機能を有す
ることを特徴とする被加工物表面の膜厚・膜質予測管理
システム。
【請求項３】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、第１の計算手段は、粒子
の飛行軌跡の分布を試験により実測した膜厚パターンに
基づいて推定する機能を有することを特徴とする被加工
物表面の膜厚・膜質予測管理システム。
【請求項４】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、被加工物の形状を２次元
ＣＡＤデータ、又は３次元ＣＡＤデータによって入力す
るインターフェースを有することを特徴とする被加工物
表面の膜厚・膜質予測管理システム。
【請求項５】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、第２の計算手段は、被加
工物への飛行粒子の付着判断を実測したガン角度と付着
効率との関係から確率的に算出する計算機能を有するこ
とを特徴とする被加工物表面の膜厚・膜質予測管理シス
テム。
【請求項６】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、被加工物への飛行粒子の
付着判断をガン及び被加工物間距離と付着率との関係か
ら確率的に算出する計算機能を有することを特徴とする
被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システム。
【請求項７】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、単位面積あたりの仮想粒
子の付着個数から複雑形状部品の膜厚分布を推測する計
算手段を設けたことを特徴とする被加工物表面の膜厚・
膜質予測管理システム。
【請求項８】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、仮想粒子の積層状態から
施工プロセス皮膜の積層状態を推測する計算手段を設け
たことを特徴とする被加工物表面の膜厚・膜質予測管理
システム。
【請求項９】請求項１記載の被加工物表面の膜厚・膜
質予測管理システムにおいて、仮想粒子の付着個数と非
付着個数から複雑形状部品全体での付着効率を推測する
計算手段を設けたことを特徴とする被加工物表面の膜厚
・膜質予測管理システム。
【請求項１０】請求項１から請求項８のいずれかに記
載の被加工物表面の膜厚・膜質予測管理システムにおい
て、仮想粒子の付着状態に基づいて溶射や吹付け塗装用
のガン移動経路や施工条件の最適化を行う計算手段を設
けたことを特徴とする被加工物表面の膜厚・膜質予測管
理システム。