JP2014163898A - 施工対象物の孔位置取得方法、及びこれを用いた遮熱コーティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の施工対象物の孔位置取得方法は、施工対象物に設けられた孔部の位置を正確に取得することが可能とすることを目的とする。
【解決手段】表面に孔部が形成された施工対象物の該表面を、レーザ光によって走査して該施工対象物の表面形状を取得する取得工程Ｓ２１と、取得した前記表面形状に基づいて、前記施工対象物の基準位置からの前記孔部の中心位置を演算する演算工程Ｓ２２と、撮像部の光軸が前記中心位置に一致するように該撮像部を案内して、該撮像部によって前記孔部の画像を撮像する撮像工程Ｓ２３と、前記孔部の画像に基づいて、前記孔部の中心位置を補正する補正工程Ｓ２４と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、施工対象物の孔位置取得方法、及びこれを用いた遮熱コーティング方法に関する。

ガスタービンでは、その効率を向上させるために、使用するガスの温度を高く設定している。このような高温のガスに晒されるタービン翼（動翼、静翼など）には、多数の冷却孔が設けられており、内部に冷却媒体を流通させたり、冷却媒体を放出しタービン翼の表面に冷却層を設けたりしてタービン翼を冷却している。そして、ガスタービン翼の表面には、遮熱コーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ Ｂａｒｒｉｅｒ Ｃｏａｔｉｎｇ：ＴＢＣ）が施されている。ＴＢＣとは、被溶射物であるタービン翼の表面に、溶射により熱伝導率の小さい溶射材（例えば、熱伝導率の小さいセラミックス系材料）を被覆したものであり、タービン翼の遮熱性及び耐久性を向上させている。

タービン翼への遮熱コーティングの施工方法は、タービン翼をテーブル上に固定し、タービン翼の表面全体に対して、ロボットのアームに取り付けられた溶射ガンにより溶射材を溶射することで行われる。これにより、タービン翼の表面に溶射材による遮熱層を形成している。

ところが、遮熱層は溶射ガンによってタービン翼の表面全体をコーティングするように形成されるため、タービン翼の全域にわたって形成されている冷却孔を塞いでしまう。そのため、溶射材を表面に溶射した後に、作業者が溶射材で塞がれた冷却孔をタービン翼の設計データ等によって確認して探しながら、冷却孔を塞いでいる溶射材を工具によって除去する穴あけ作業を行う必要がある。この穴あけ作業は、タービン翼に冷却孔が数百個と多数あるため、作業を完了させるまでに多大な時間を要する。さらに、溶射材で厚く塞がれた冷却孔の位置は判別が難しく、冷却孔の無い箇所を誤って工具で削り遮熱層の一部を剥がしてしまうおそれがある。

このような問題を改善する方法として、例えば、特許文献１に記載の遮熱コーティング施工装置では、ロボットアームが溶射装置である溶射ガンと、冷却孔を塞いでいる溶射材を除去するドリルとを有していることで、タービン翼を脱着することなく遮熱コーティングとその後の冷却孔の穴あけ作業を行うことができる。そのため、遮熱コーティングの施工前に作業者がドリルの先端を冷却孔の中心位置に合わせることで、ロボットアームに冷却孔の位置を教示しておき、遮熱コーティング施工後にロボットアームが教示された位置にドリルを案内することで自動的に冷却孔の穴あけ作業を行うことができる。これにより、作業性を向上させ、作業時間を短縮している。

また、特許文献２に記載の遮熱コーティング施工装置では、カメラを用いてタービン翼を撮影し、撮影した画像を処理することでタービン翼の表面上の目印及び冷却孔の位置を算出している。そして、タービン翼の目印の位置を検出して、この目印の位置を基準に冷却孔の位置データから冷却孔の位置を推定し、マーカー装置でマーキングを行っている。これにより、作業者はマーキングされた位置にドリルで穴あけ作業を行うことができ、冷却孔の無い箇所を誤って工具で削ってしまうことを防いでいる。

さらに、特許文献３に記載の孔位置の特定方法では、レーザセンサと直交型ロボットとを組み合わせた非接触型の３次元計測器を使って，ステージ上に設置したタービン翼の形状を計測する。そして、３次元計測機から出力される点群データを基に、タービン翼の表面である翼曲面を計算し，その面上にない点を冷却穴の開口形状として切り出すことで，溶射前にタービン翼の冷却孔の位置を推定している。これにより、冷却孔の位置を正確に算出することができる。

特開２０１２−１０２３８８号公報 特開２０１２−１２２４３２号公報 特開２００７−００９９０８号公報

特許文献１から３の方法は、冷却孔の位置を取得する際に、いずれもタービン翼の表面にある冷却孔の開口形状を利用している。そのため、表面での開口形状と内部での孔形状とが異なる複雑な断面形状を冷却孔がなしていると、正確に冷却孔の位置を取得することが難しい。

ところで、タービン翼に設けられる冷却孔には、内部に冷却媒体を流通させるための円形断面をなす円形冷却孔と、タービン翼の表面に冷却層を形成するために間口の形状が広げられたシェイプト孔との二種類が設けられている。特に、シェイプト孔は、内部では円形状の断面をなしているが、タービン翼の表面における開口形状では間口が放射状に広がった形状をなしており、複雑な断面形状をしている。そして、これらの冷却孔は非常に小さいため、冷却孔の位置をとらえて穴あけ作業を実施するには非常に高い精度が必要となっており、わずかなずれでも冷却孔の周りの遮熱層を削ってしまい、傷をつけてしまうおそれがある。

しかしながら、特許文献１から３に記載の方法は、タービン翼の表面における開口形状から冷却孔の位置を取得する方法であるために、シェイプト孔のようにタービン翼の表面における開口形状が内部の断面形状と異なっているような複雑な孔形状をなしている場合、冷却孔の中心位置を開口形状だけでは正確に取得することができない。そのため、冷却孔の位置を正確に取得することが困難であるという問題を有している。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、施工対象物に設けられた孔部の位置を正確に取得することが可能な施工対象物の孔位置取得方法、及びこれを用いた遮熱コーティング方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明の一態様に係る施工対象物の孔位置取得方法は、表面に孔部が形成された施工対象物の該表面を、レーザ光によって走査して該施工対象物の表面形状を取得する取得工程と、取得した前記表面形状に基づいて、前記施工対象物の基準位置からの前記孔部の中心位置を演算する演算工程と、撮像部の光軸が前記中心位置に一致するように該撮像部を案内して、該撮像部によって前記孔部の画像を撮像する撮像工程と、前記孔部の画像に基づいて、前記孔部の中心位置を補正する補正工程と、を備えることを特徴とする。

このような工程の施工対象物の孔位置取得方法よれば、取得工程で施工対象物の表面形状を取得し、演算工程で取得した表面形状に基づいて孔部の中心位置を演算することができる。そして、撮像工程によって演算した冷却孔の中心位置に一致するよう撮像部を案内して孔部の画像を撮像し、撮像した画像に基づいて補正工程で中心位置を補正することで正確な孔部の中心位置を求めることができる。これにより、施工対象物に設けられた孔部の位置を正確に取得することが可能となる。

また、本発明の他の態様に係る施工対象物の孔位置取得方法は、前記演算工程は、前記表面形状に基づいて前記孔部の開口形状を算出し、該開口形状と前記孔部の設計データとを比較することで前記中心位置を算出することを特徴とする。

このような工程の施工対象物の孔位置取得方法よれば、演算工程で取得した表面形状に基づいて孔部の開口形状を求め、設計データと比較して合わせることで、開口形状から冷却孔の大まかな中心位置を容易に演算して求めることができる。

さらに、本発明の他の態様に係る施工対象物の孔位置取得方法は、前記撮像工程は、前記表面に対して予め定めた角度だけ前記光軸を傾けて、前記中心位置に一致するように案内することを特徴とする。

このような工程の施工対象物の孔位置取得方法によれば、施工対象物の表面に対して予め定めた角度だけ撮像部の光軸を傾けて、画像を撮像することで孔部の内部の断面形状も撮像することができる。これにより、施工対象物の表面での孔部の開口形状だけでなく、施工対象物の内部の断面形状からも中心位置を求めることができ、施工対象物に設けられた孔部の位置をより正確に取得することが可能となる。

また、本発明の他の態様に係る施工対象物の孔位置取得方法は、前記施工対象物の孔位置取得方法において取得した複数の孔部の位置に基づいて、前記施工対象物を作製時の設計データから他の孔部の位置を算出する設計データ比較算出工程を有することを特徴とする。

このような工程の施工対象物の孔位置取得方法によれば、取得する孔部の数を減らしながら、他の孔部の位置を設計データによって得ることができる。これにより、作業を伴って取得しなければならない孔部の数を必要最低限とすることができ、作業時間を大幅に短縮することができる。

また、本発明の一の態様に係る遮熱コーティング方法は、前記施工対象物の孔位置取得方法を用いた遮熱コーティング方法であって、前記施工対象物の孔位置取得方法の後に、前記施工対象物に遮熱コーティングを施す溶射工程と、前記施工対象物の孔位置取得方法で得た孔部の位置に基づいて、前記溶射工程で塞がれた前記孔部を開口させる穴あけ工程とを備えることを特徴とする。

このような工程の遮熱コーティング方法によれば、溶射工程によって溶射材を施工対象物での表面に溶射することで孔部が塞がれてしまい位置が確認できなくなっても、孔位置取得方法で孔部の位置を正確に取得しているため、穴あけ工程で正確に孔部を開口させることができる。これにより、溶射工程で塞がれた孔部の周りを傷つけて遮熱層を剥離させてしまうことなく、孔部を塞いでいる溶射材だけを確実に除去することができる。

さらに、本発明の他の態様に係る遮熱コーティング方法は、前記穴あけ工程を実施前に、前記溶射工程後の前記施工対象物の位置が前記孔位置取得方法を実施中の位置となるよう補正する位置補正工程を有していることを特徴とする。

このような工程の遮熱コーティング方法によれば、溶射工程後の施工対象物の位置が、孔位置取得方法を実施中の位置に補正されることで、孔位置取得方法後に施工対象物の位置がずれた場合であっても、孔位置取得方法を実施した時の施工対象物の位置と穴あけ工程を実施する施工対象物の位置とを同じ位置関係にすることができ、取得した位置を用いることができる。即ち、溶射工程によって施工対象物の孔部の位置が確認できない状態で施工対象物の位置がずれてしまっても、正確に孔部の位置を把握できる。これにより、施工対象物に施した遮熱層を傷つけることなく孔部を塞いでいる溶射材だけを確実に除去することができる。

さらに、本発明の他の態様に係る遮熱コーティング方法は、前記位置補正工程は、前記基準位置に基づいて前記施工対象物の位置を前記溶射工程前の位置に補正することを特徴とする。

このような工程の遮熱コーティング方法によれば、位置補正工程が孔部の位置を取得する取得工程で取得した基準位置を利用して、同じ位置の後基準位置と比較して合わせることで、施工対象物の形状によらず容易に位置を合わせることができる。これにより、作業時間を短縮することが可能となる。

本発明の施工対象物の孔位置取得工程によれば、施工対象物の孔部の中心位置を開口形状だけでなく孔部の内部の断面形状の画像からも取得することで、孔部の中心位置を正確に取得することができ、施工対象物に設けられた孔部の位置を正確に取得することが可能となる。

本発明の第一実施形態に係る遮熱コーティング方法の工程図である。 本発明の第一実施形態に係る孔位置取得方法の取得工程を説明する模式図である。 本発明の第一実施形態に係る孔位置取得方法の演算工程を説明する模式図で、同図（ａ）はレーザセンサによって点群データを取得している状態を説明する模式図、同図（ｂ）は円形冷却孔の開口形状を取得した様子を説明する模式図、同図（ｃ）はシェイプト孔の開口形状を取得して孔部テンプレートと比較した様子を説明する模式図である。 本発明の第一実施形態に係る孔位置取得方法の撮像工程を説明する模式図である。 本発明の第一実施形態に係る孔位置取得方法の補正工程を説明する模式図である。 本発明の第二実施形態に係る遮熱コーティング方法の工程図である。

以下、本発明に係る第一実施形態について図１から図５を参照して説明する。
図１に示すように、第一本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１は、施工対象物であるタービン翼１に遮熱コーティングを行い、タービン翼１の表面に遮熱層を形成している。本実施形態で用いられる施工対象物は、タービン翼１であり、図２に示すように、表面に多数の冷却孔１０が孔部として設けられている。
孔部である冷却孔１０は、断面が円形状をなす円形冷却孔１１と、施工対象物の表面における開口形状が放射状に広げられたシェイプト孔１２とを有している。
円形冷却孔１１は、施工対象物であるタービン翼１の表面に対して一定の角度で傾斜するよう形成され、タービン翼１の表面から内部まで同一の円形断面をなしている。
シェイプト孔１２は、円形冷却孔１１と同様に、タービン翼１の表面に対して一定の角度で傾斜するように形成され、タービン翼１の内部では円形断面をなしており、タービン翼１の表面では放射状に広がるような形状をなしている。即ち、シェイプト孔１２は、タービン翼１の表面における開口形状は放射状をなし、タービン翼１の内部における断面形状は円形をなすように、開口形状と断面形状とが異なる形状で形成されている。

第一実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１には、タービン翼１に遮熱コーティングを行う遮熱コーティング施工装置と、タービン翼１の冷却孔１０の中心位置１０１を取得する冷却孔計測装置と、冷却孔１０を塞ぐ溶射材を取り除く冷却孔穴あけ装置との図示しない三つの装置が用いられる。
遮熱コーティング施工装置は、溶射材を溶射する溶射ガンを先端に有する溶射アームと、溶射アームの位置を調整する溶射ロボットと、施工対象物であるタービン翼１を固定する溶射固定台とを備えている。遮熱コーティング施工装置は、溶射固定台に固定されるタービン翼１の表面まで溶射ロボットが溶射アームを案内し、溶射アームの先端の位置を調整して溶射ガンで溶射材を溶射することによって、遮熱コーティングを行いタービン翼１の表面に遮熱層を形成している。

冷却孔計測装置は、レーザセンサ２とカメラ３とを先端に有するアームと、アームの位置を調整するコントローラと、固定架台を介して施工対象物であるタービン翼１を固定する旋回テーブルとを備えている。冷却孔計測装置は、旋回テーブルに固定されたタービン翼１の表面の指定位置までコントローラでアームを案内して、アームの先端のレーザセンサ２やカメラ３をタービン翼１の表面に向けて計測している。
冷却孔穴あけ装置は、エアモータによって駆動するドリルを先端に有するアームと、アームの位置を調整するコントローラと、ドリルを駆動させるエアモータに空気を供給する空気供給源とを備えている。冷却孔穴あけ装置は、冷却孔計測装置の旋回テーブルに固定されたタービン翼１の表面の指定位置までコントローラでアームを案内して、タービン翼１の表面の冷却孔１０に対してドリルを当て穴あけ加工を実施している。

第一実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１は、図１に示すように、孔位置取得方法Ｓ２を実施後に、施工対象物であるタービン翼１の表面に溶射材を溶射して遮熱層を形成する溶射工程Ｓ１１と、溶射工程Ｓ１１を実施前後のタービン翼１の位置を補正して一致させる位置補正工程Ｓ１２と、溶射工程Ｓ１１にてタービン翼１の冷却孔１０を塞いでいる溶射材を除去する穴あけ工程Ｓ１３とを備えている。

施工対象物の孔位置取得方法Ｓ２は、冷却孔計測装置のレーザセンサ２及びカメラ３を用いて実施される。孔位置取得方法Ｓ２は、図１に示すように、レーザセンサ２のレーザ光によって走査して施工対象物であるタービン翼１の表面形状を取得する取得工程Ｓ２１と、取得したタービン翼１の表面形状から孔部である冷却孔１０の暫定中心位置１００を演算する演算工程Ｓ２２と、演算した暫定中心位置１００と撮像部であるカメラ３の光軸とが一致するように冷却孔１０を撮像する撮像工程Ｓ２３と、撮像した冷却孔１０の画像に基づいて暫定中心位置１００を補正して中心位置１０１の位置データを取得する補正工程Ｓ２４とを備えている。孔位置取得方法Ｓ２は、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを、施工対象物であるタービン翼１の表面に形成された孔部である冷却孔１０の数だけ繰り返し実施することで、全ての冷却孔１０の中心位置１０１の位置データを取得する。

取得工程Ｓ２１は、図２に示すように、施工対象物であるタービン翼１を図示しない旋回テーブルに固定し、レーザセンサ２を有したアームをタービン翼１の冷却孔１０が形成されている表面に対して垂直に案内する。タービン翼１の表面に案内されたレーザセンサ２は、タービン翼１の表面をレーザ光によって走査して施工対象物であるタービン翼１の表面形状を点群データとして取得する。また、取得工程Ｓ２１は、予め定めておいた基準位置５０となる点の位置データも合わせて取得する。
基準位置５０は、予め定めておいた施工対象物であるタービン翼１の表面上の任意の点であり、目視で容易に判別できる点が好ましい。例えば、冷却孔１０を有していないタービン翼１のシュラウド部や翼根部の角部を設定しても良く、任意の冷却孔１０を設定しても良い。基準位置５０は、任意の一点だけでも良いが、複数点とすることが好ましく、複数点とすることで複雑な立体形状をなす施工対象物であるタービン翼１であっても、冷却孔１０の中心位置１０１の位置データの精度を向上させることができる。

演算工程Ｓ２２は、図３（ａ）に示すように、取得工程Ｓ２１で取得した表面形状の点群データを最小二乗法で平面近似してタービン翼１の基準翼面５１を算出する。算出した平面であるタービン翼１の基準翼面５１と、点群データの各点との距離の大きさを算出し、算出した距離が予め定めた閾値以上となっている点群データを開口部５２として点群データから抜き出し、冷却孔１０のタービン翼１の表面における開口形状を算出し点群データとして取得する。
閾値は、施工対象物であるタービン翼を作製時の設計データに基づいて算出され、設計データにおけるタービン翼１の基準翼面５１及びタービン翼１に形成した冷却孔１０の表面からの深さより予め定めておく。
開口部５２は、取得工程Ｓ２１で取得した点群データの中で基準翼面５１との距離の大きさが閾値を超えた点群データであり、タービン翼１の基準翼面５１の中で他の面よりも閾値以上くぼんでいる領域内の点群データである。開口部５２となっている点群データが集まることで、タービン翼１の表面における冷却孔１０の開口形状を示す点群データとなる。

そして、図３（ｂ）に示すように、取得した冷却孔１０の開口形状の点群データである開口部５２が楕円形状をなしている場合、冷却孔１０は円形冷却孔１１であるため、楕円形状の中心を中心位置１０１として取得する。
一方、図３（ｃ）に示すように、取得した冷却孔１０の開口形状の点群データである開口部５２が台形形状をなしている場合、冷却孔１０はシェイプト孔１２であり、開口部５２が楕円形状をなしておらず台形形状からでは中心位置１０１を取得することができない。そこで、シェイプト孔１２の設計データより予め定めた孔部テンプレートＡと比較し合わせることで、孔部である冷却孔１０の暫定中心位置１００を求める。そして、基準位置５０から冷却孔１０の暫定中心位置１００までを演算し、基準位置５０から暫定中心位置１００までの位置データを取得する。
孔部テンプレートＡは、シェイプト孔１２の設計データに基づいて算出され、設計データにおけるタービン翼１の表面での冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の開口形状より予め定めておく。

撮像工程Ｓ２３は、図４に示すように、撮像部であるカメラ３を有したアームを冷却孔１０のシェイプト孔１２が形成されているタービン翼１の表面に案内する。そして、撮像工程Ｓ２３は、タービン翼１の表面に案内された撮像部であるカメラ３の光軸を、タービン翼１の表面に対して予め定めた角度である規定傾斜角αだけ傾けて、演算工程Ｓ２２で求めた暫定中心位置１００と一致しシェイプト孔１２の開口形状がすべて収まる位置までカメラ３を案内し撮像する。カメラ３は、傾斜された状態で開口形状がすべて収まるように孔部であるシェイプト孔１２の画像を撮像することで、シェイプト孔１２の内部の断面形状も撮像する。
規定傾斜角αは、設計データに基づいて算出され、設計データにおけるタービン翼１に形成した冷却孔１０の傾斜角より予め定めておく。

補正工程Ｓ２４は、図５に示すように、撮像工程Ｓ２３で撮像した孔部である冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の断面形状の画像に基づいて画像処理を行い、孔部である冷却孔１０の中心位置１０１を算出することで、演算工程Ｓ２２で演算した暫定中心位置１００を補正する。つまり、補正工程Ｓ２４は、撮像工程Ｓ２３で撮像したシェイプト孔１２の内部の断面形状の画像から、シェイプト孔１２の内部での断面形状の端部を検出する。そして、補正工程Ｓ２４では、検出した端部から最小二乗近似でシェイプト孔１２の断面形状の外形を求め、外形から断面形状の中心位置１０１を算出する。その後、補正工程Ｓ２４は、算出したシェイプト孔１２の断面形状の中心位置１０１へ演算工程Ｓ２２で算出していた暫定中心位置１００を合わせるよう補正し、孔部である冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の中心位置１０１の位置データを取得している。

溶射工程Ｓ１１は、孔位置取得方法Ｓ２の終了後に実施され、施工対象物であるタービン翼１を孔位置測定装置の取得固定台から取り外し、遮熱コーティング施工装置の溶射固定台に固定し取り付ける。溶射固定台に取り付けられたタービン翼１の表面に対して、溶射アームを案内し、溶射ガンにて溶射材を溶射することでタービン翼１の表面に遮熱層を形成する。また、溶射工程Ｓ１１が実施された施工対象物であるタービン翼１の冷却孔１０は、溶射材によって塞がれている。

位置補正工程Ｓ１２は、溶射工程Ｓ１１後の施工対象物であるタービン翼１の位置が孔位置取得方法Ｓ２の取得工程Ｓ２１を実施中の位置となるよう補正する。即ち、位置補正工程Ｓ１２は、まず、溶射工程Ｓ１１が実施された後のタービン翼１を遮熱コーティング施工装置の溶射固定台から外し、再び冷却孔取得装置の旋回テーブルに載せ換えて固定する。そして、位置補正工程Ｓ１２では、取得工程Ｓ２１で取得したタービン翼１の表面の基準位置５０と同じ位置にアームを案内し、基準位置５０の位置データをレーザセンサ２によって再び取得する。ここで、取得した基準位置５０の位置データを後基準位置とする。取得した後基準位置と基準位置５０との位置データを比較し、同次変換行列によって座標変換を実施することで回転量及び平行移動量を補正し、後基準位置の位置データと基準位置５０の位置データとが合うように補正する。そして、後基準位置の位置データに基準位置５０の位置データを合わせた際の座標変換を他の冷却孔１０の中心位置１０１の位置データにも施すことで他の冷却孔１０の中心位置１０１の位置データも補正し、タービン翼１を載せ替えた後の全ての冷却孔１０の中心位置１０１の位置データを取得する。

穴あけ工程Ｓ１３は、施工対象物の孔位置取得方法Ｓ２で得た孔部の中心位置１０１を位置補正工程Ｓ１２で補正した冷却孔１０の中心位置１０１の位置データに基づいて、冷却孔穴あけ装置のドリルを冷却孔１０の中心位置１０１に案内し、溶射工程Ｓ１１で塞がれた冷却孔１０を開口させる。

次に、上記構成の第一実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１及び孔位置取得方法Ｓ２の作用について説明する。
上記のような第一実施形態の孔位置取得方法Ｓ２によれば、取得工程Ｓ２１で施工対象物であるタービン翼１の表面形状を取得し、演算工程Ｓ２２で取得した表面形状に基づいて孔部である冷却孔１０の大まかな中心位置１０１である暫定中心位置１００の位置データを演算して求めることができる。そして、撮像工程Ｓ２３によって演算した冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の暫定中心位置１００に一致するよう撮像部であるカメラ３を案内して孔部である冷却孔１０の断面形状の画像を撮像し、断面形状を撮像した画像に基づいて補正工程Ｓ２４で暫定中心位置１００を補正することで非常に正確な孔部であるシェイプト孔１２の中心位置１０１を求めることができる。これにより、施工対象物であるタービン翼１に設けられた孔部であるシェイプト孔１２の位置を正確に取得することが可能となる。

また、演算工程Ｓ２２で取得した表面形状に基づいて孔部である冷却孔１０の開口形状を求め、設計データである孔部テンプレートＡと比較して合わせることで、開口形状から冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の大まかな中心位置１０１である暫定中心位置１００を容易に演算して求めることができる。

さらに、施工対象物であるタービン翼１の表面に対して予め定めた角度である規定傾斜角αだけ撮像部であるカメラ３の光軸を傾けて、孔部であるシェイプト孔１２の開口形状がすべて収まるよう画像を撮像することでシェイプト孔１２の内部の断面形状も撮像することができる。これにより、タービン翼１の表面での冷却孔１０の一つであるシェイプト孔１２の開口形状だけでなく、タービン翼１の内部の断面形状からも中心位置１０１を求めることができ、施工対象物であるタービン翼１に設けられた孔部であるシェイプト孔１２の位置をより正確に取得することが可能となる。

また、孔部である冷却孔１０がシェイプト孔１２のように開口形状と断面形状とが異なる形状で形成されていても、表面における開口形状で暫定中心位置１００を演算した後で、断面形状における中心位置１０１を算出し補正することで、孔部であるシェイプト孔１２の位置を正確に求めることができる。即ち、複雑な形状をなす冷却孔１０であっても正確に孔部の中心位置１０１を特定し、冷却孔１０の開口部５２の形状によらず正確に位置を取得することができる。

そして、上記のような第一実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１によれば、溶射工程Ｓ１１によって溶射材をタービン翼１の表面に溶射することで遮熱層によって孔部である冷却孔１０が塞がれてしまい位置が確認できなくなっても、孔位置取得方法Ｓ２で冷却孔１０の位置を正確に取得しているため、穴あけ工程Ｓ１３でドリルを正確に冷却孔の位置に案内し冷却孔１０を塞いでいる溶射材だけを除去することができる。これにより、溶射工程Ｓ１１で塞がれた孔部である冷却孔１０の周りを傷つけて遮熱層を剥離させてしまうことなく、冷却孔１０を塞いでいる溶射材だけを確実に除去することができる。

また、位置補正工程Ｓ１２によって、溶射工程Ｓ１１後の施工対象物であるタービン翼１の位置が、孔位置取得方法Ｓ２の取得工程Ｓ２１を実施中の位置に補正されることで、孔位置取得方法Ｓ２後に施工対象物であるタービン翼１の位置が固定台等からの着脱などによってずれた場合であっても、孔位置取得方法Ｓ２の取得工程Ｓ２１を実施した時のタービン翼１の位置と穴あけ工程Ｓ１３を実施するタービン翼１の位置とを同じ位置関係にすることができ、取得した位置を用いることができる。即ち、溶射工程Ｓ１１によって施工対象物であるタービン翼１の冷却孔１０が塞がれており冷却孔の位置が確認できない状態でタービン翼１の位置がずれてしまっても、正確に冷却孔１０の位置を把握できる。これにより、タービン翼１に施した遮熱層を傷つけることなく冷却孔１０を塞いでいる溶射材だけを確実に除去することができる。

さらに、位置補正工程Ｓ１２が孔部である冷却孔１０の位置を取得する取得工程Ｓ２１で取得した基準位置５０を利用して、同じ位置の後基準位置と位置データを比較して補正することで、施工対象物であるタービン翼１の形状によらず容易に位置を合わせることができる。これにより、作業性を向上させて作業時間を短縮することが可能なる。

次に、図６を参照して第二実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１について説明する。
第二実施形態においては第一実施形態と同様の構成要素には同一の符号を伏して詳細な説明を省略する。この第二実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１は、数カ所の冷却孔１０の位置から全体の冷却孔１０の位置を算出する点について、第一実施形態と相違する。

即ち、第二実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１は、第一実施形態と同様の孔位置取得方法Ｓ２である取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを任意の数の冷却孔１０に実施した後に、取得した数カ所の冷却孔１０の位置データと冷却孔１０の設計データとを比較し合わせることで他の冷却孔１０の位置データを取得する設計データ比較算出工程Ｓ３０を有している。

設計データ比較算出工程Ｓ３０は、予め定めた任意の数の冷却孔１０に対して取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを実施し、数カ所の孔部である冷却孔１０の中心位置１０１の位置データを取得し孔基準位置とする。そして、設計データ比較算出工程Ｓ３０は、孔基準位置の位置データを取得した後に、孔基準位置の位置データと設計データとを比較し、同次変換行列によって座標変換を実施することでずれている回転量及び平行移動量を補正し、孔基準位置の位置データと孔基準位置とした冷却孔１０の設計データとを合わせる。そして、孔基準位置の位置データと設計データとを合わせた後に、孔基準位置とした冷却孔１０以外の冷却孔の設計データを他の冷却孔の位置データとして算出する。

上記のような孔位置取得方法Ｓ２によれば、設計データ比較算出工程Ｓ３０を実施するまでに取得した孔基準位置である冷却孔１０の位置データと設計データとを用いて他のすべての冷却孔１０の位置を算出することができる。即ち、タービン翼１に設けられた孔基準位置である冷却孔１０の位置データに対して、設計データにおける冷却孔１０同士の相対位置を合わせることですべての冷却孔１０の位置を算出することができる。通常、孔部である冷却孔１０の設計データと実際にタービン翼１に設けられた冷却孔１０の位置は、タービン翼１に冷却孔１０を加工する際にずれてしまう。しかし、これは加工時のタービン翼１の設置位置がずれているために生じており、各冷却孔１０同士の相対位置は、設計データに基づいて機械で自動的にあけられているためにほとんどずれていない。そのため、複数の冷却孔１０の位置を孔基準位置として、実際のタービン翼１上の位置と設計データ上の位置とを比較し補正した後に、設計データを照らし合わせることで、取得していない他の孔部である冷却孔１０の位置を算出することができる。
したがって、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを繰り返すことで取得する孔部である冷却孔１０の数を孔基準位置として必要な数に減らしながらも、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを実施していない他の孔部である冷却孔１０の位置を設計データによって算出することができる。これにより、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までの作業を伴って取得する冷却孔１０の数を必要最低限とすることができ、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを実施する回数を減らして作業時間を大幅に短縮することができる。

なお、設計データ比較算出工程Ｓ３０を実施するまでに、取得工程Ｓ２１から補正工程Ｓ２４までを実施することで取得しておく孔基準位置である冷却孔１０の数は、施工対象物であるタービン翼１の形状に合わせて適宜選択されれば良い。即ち、タービン翼１の形状が複雑な場合、取得しておく孔基準位置である冷却孔１０の位置を増やすことで、算出する他の冷却孔１０の位置の精度を向上させることができる。逆に、タービン翼１の形状が単純であり高い精度が要求されない場合は、取得しておく孔基準位置である冷却孔１０の位置を減らすことで、作業時間をさらに短縮することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはなく、クレームの範囲によってのみ限定される。

なお、本実施形態の孔位置取得方法Ｓ２が用いられる施工対象物は、タービン翼１に限定されるものでなく、表面に孔部を有する構造物であれば良い。
また、位置補正工程Ｓ１２は、データ上でタービン翼１の位置を補正するだけに限定されるものではなく、例えば、直接溶射固定台を動かすことでタービン翼１の位置を補正しても良い。
さらに、本実施形態の遮熱コーティング方法Ｓ１は、遮熱コーティング施工装置と冷却孔取得装置と冷却孔穴あけ装置とのように別の装置で実施されることに限定されるものではなく、一体の装置によって実施されていても良く、逆に、さらに多くの装置によって実施されていても良い。
また、本実施形態で撮像工程Ｓ２３や補正工程Ｓ２４が実施される孔部である冷却孔１０は、シェイプト孔１２に限定されるものではなく、円形冷却孔１１に対して実施しても良い。

１…タービン翼 １０…冷却孔 １１…円形冷却孔 １２…シェイプト孔 ２…レーザセンサ ５０…基準位置 ５１…基準翼面 ５２…開口部 Ａ…孔部テンプレート １００…暫定中心位置 ３…カメラ α…規定傾斜角 １０１…中心位置 Ｓ１…遮熱コーティング方法 Ｓ２…孔位置取得方法 Ｓ２１…取得工程 Ｓ２２…演算工程 Ｓ２３…撮像工程 Ｓ２４…補正工程 Ｓ１１…溶射工程 Ｓ１２…位置補正工程 Ｓ１３…穴あけ工程 Ｓ３０…設計データ比較算出工程

Claims (7)

1. 表面に孔部が形成された施工対象物の該表面を、レーザ光によって走査して該施工対象物の表面形状を取得する取得工程と、
   取得した前記表面形状に基づいて、前記施工対象物の基準位置からの前記孔部の中心位置を演算する演算工程と、
   撮像部の光軸が前記中心位置に一致するように該撮像部を案内して、該撮像部によって前記孔部の画像を撮像する撮像工程と、
   前記孔部の画像に基づいて、前記孔部の中心位置を補正する補正工程と、
   を備えることを特徴とする施工対象物の孔位置取得方法。
2. 前記演算工程は、前記表面形状に基づいて前記孔部の開口形状を算出し、該開口形状と前記孔部の設計データとを比較することで前記中心位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の施工対象物の孔位置取得方法。
3. 前記撮像工程は、前記表面に対して予め定めた角度だけ前記光軸を傾けて、前記中心位置に一致するように案内することを特徴とする請求項１又は２に記載の施工対象物の孔位置取得方法。
4. 前記施工対象物の孔位置取得方法において取得した複数の孔部の位置に基づいて、
   前記施工対象物を作製時の設計データから他の孔部の位置を算出する設計データ比較算出工程を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の施工対象物の孔位置取得方法。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の施工対象物の孔位置取得方法を用いた遮熱コーティング方法であって、
   前記施工対象物の孔位置取得方法の後に、前記施工対象物に遮熱コーティングを施す溶射工程と、
   前記施工対象物の孔位置取得方法で得た孔部の位置に基づいて、前記溶射工程で塞がれた前記孔部を開口させる穴あけ工程とを備えることを特徴とする遮熱コーティング方法。
6. 前記穴あけ工程を実施前に、前記溶射工程後の前記施工対象物の位置が前記孔位置取得方法を実施中の位置となるよう補正する位置補正工程を有していることを特徴とする請求項５に記載の遮熱コーティング方法。
7. 前記位置補正工程は、前記基準位置に基づいて前記施工対象物の位置を前記溶射工程前の位置に補正することを特徴とする請求項６に記載の遮熱コーティング方法。

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