JP2019113312A - 皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法において、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。【解決手段】動翼１０における翼部１３に形成されたガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属部材の表面に形成された皮膜の検査方法及び装置、並びに、金属部材の表面に皮膜を形成する皮膜の形成方法に関するものである。

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。圧縮機は、空気取入口から取り込まれた空気を圧縮することで高温・高圧の圧縮空気を生成し、燃焼器は、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・高圧の燃焼ガスを生成し、タービンは、この燃焼ガスにより駆動する。ガスタービンの圧縮機は、耐食性を確保するために動翼や静翼の表面に皮膜が形成されている。

従来、動翼や静翼の表面に皮膜を形成する場合、動翼や静翼の表面に耐食性の金属皮膜を形成し、この金属皮膜の表面に保護層としてのガラス皮膜を形成している。なお、このような動翼や静翼の表面に皮膜を形成する技術としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開２０１５−２０８９９７号公報

動翼や静翼は、表面に耐食性の金属皮膜が形成され、この金属皮膜の表面にガラス皮膜が形成されている。この場合、動翼や静翼は、ガラス皮膜の表面粗度が性能に影響するものであり、動翼や静翼の性能を向上させるためには、ガラス皮膜の表面粗度を低く抑える必要がある。ガラス皮膜の表面粗度を低く抑えるために、ガラス皮膜の表面を研磨することが考えられる。ところが、ガラス皮膜の表面の研磨が足りないと、ガラス皮膜の表面粗度を低く抑えることができず、ガラス皮膜の表面を研磨しすぎると、ガラス皮膜の厚さが薄くなってしまうという問題がある。ガラス皮膜の表面粗度を計測することも考えられるが、この場合、ガラス皮膜の表面に計測子を接触させる必要があり、ガラス皮膜の表面が損傷してしまうおそれがある。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するための本発明の皮膜の検査方法は、ガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、ガラス皮膜の表面に光を照射すると、ガラス皮膜の表面に光の像が映り、このとき、光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する。そのため、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

本発明の皮膜の検査方法では、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定することを特徴としている。

従って、ガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定することから、表面粗度の良否を高精度に判定することができる。

本発明の皮膜の検査方法では、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像と予め設定された判定基準とを比較して表面粗度の良否を判定することを特徴としている。

従って、ガラス皮膜の表面に映る光の像と判定基準とを比較して表面粗度の良否を判定することから、表面粗度の良否を容易に判定することができる。

本発明の皮膜の検査方法では、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度を推定し、推定した表面粗度に基づいて良否を判定することを特徴としている。

従って、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度を推定し、推定した表面粗度に基づいて良否を判定することから、所定の表面粗度が確保されるガラス皮膜を適切に良判定することができる。

本発明の皮膜の検査方法では、前記ガラス皮膜の表面に対して複数の光源から光を照射することを特徴としている。

従って、複数の光源からガラス皮膜の表面に対して光を照射することから、一度にガラス皮膜における所定の領域の良否判定を行うことができ、作業性を向上することができる。

本発明の皮膜の検査方法では、前記複数の光源は、発光ダイオードであることを特徴としている。

従って、複数の光源を発光ダイオードとすることで、ガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度を効率良く判定することができる。

また、本発明の皮膜の検査装置は、ガラス皮膜の表面に光を照射する光源と、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像するカメラと、前記カメラが撮像した画像に基づいて表面粗度の良否を判定する判定部と、を備えることを特徴とするものである。

従って、光源からガラス皮膜の表面に光を照射すると、ガラス皮膜の表面に光の像が映り、カメラがガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像し、判定部が光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する。そのため、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

また、本発明の皮膜の形成方法は、部材の表面にガラス皮膜を形成する工程と、前記ガラス皮膜の表面を研磨する工程と、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、部材の表面にガラス皮膜を形成し、ガラス皮膜の表面を研磨し、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射し、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定することから、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

本発明の皮膜の形成方法では、前記ガラス皮膜の表面粗度の判定結果が否であるとき、再度前記ガラス皮膜の表面を研磨した後、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定することを特徴としている。

従って、ガラス皮膜の表面粗度の判定結果が否であるとき、再度ガラス皮膜の表面を研磨してから表面粗度の良否を判定することから、ガラス皮膜の表面粗度を適切に所定の表面粗度以下に維持することができる。

本発明の皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法によれば、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

図１は、第１実施形態の皮膜の形成方法を表すフローチャートである。 図２は、皮膜の形成方法を説明するための概略図である。 図３は、皮膜の検査方法を説明するための概略図である。 図４は、第２実施形態の皮膜の形成装置を表す概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、複数の実施形態がある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

［第１実施形態］
第１実施形態では、本発明の皮膜の検査方法及び皮膜の形成方法を、ガスタービンを構成する圧縮機の動翼に適用して説明する。第１実施形態の皮膜の検査方法は、動翼の表面に形成されたガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有する。また、第１実施形態の皮膜の形成方法は、動翼（部材）の表面にガラス皮膜を形成する工程と、ガラス皮膜の表面を研磨する工程と、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有する。

図２は、皮膜の形成方法を説明するための概略図である。

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。圧縮機は、ケーシングに固定される複数の静翼と、ロータに固定される複数の動翼が交互に配設されて構成されている。図２に示すように、動翼１０は、翼根部１１と、プラットホーム１２と、翼部１３とから構成されている。翼根部１１は、ロータ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１２は、翼根部１１と一体となる湾曲したプレート形状をなしている。翼部１３は、基端部がこのプラットホーム１２に固定されて先端部がケーシングの内壁面側に延出している。

動翼１０の表面にガラス皮膜を形成する工程は、リン酸塩処理により形成されるものである。動翼１０の翼部１３は、表面に耐食性の金属めっき（例えば、亜鉛めっきなど）が施された後、金属めっきの表面にガラス皮膜が形成されている。ガラス皮膜は、リン酸塩処理により形成されるものであり、本実施形態では、翼部１３の表面にリン酸ガラスを焼き付け塗装するガラスコーティングにより形成される。なお、ガラス皮膜は、リン酸塩処理により形成されるものに限るものではない。

ガラス皮膜の表面を研磨する工程は、動翼１０の翼部１３の表面にガラス皮膜を形成した後、このガラス皮膜の表面を研磨するものである。ガラス皮膜の表面を研磨する研磨工具２０は、回転可能なバフ２１を有している。作業者は、翼部１３のガラス皮膜の表面に研磨液をスプレーなどにより塗布した後、研磨工具２０におけるバフ２１を回転しながら、ガラス皮膜の表面に所定の圧力で押付け、矢印方向に沿って移動することで研磨を実施する。

研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程は、ライト３０を用いて行う。ライト３０は、照射部３１を有し、照射部３１は、ガラス皮膜の表面に対して複数の光源としての発光ダイオード３２から光を照射する。照射部３１は、例えば、複数の発光ダイオード３２が格子状に配置されて構成されている。なお、本実施形態では、光源として発光ダイオード３２を用いたが、この構成に限定されるものではない。

ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程は、作業者が目視によりガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定する。この場合、事前に、または、作業開始時に、研磨後のガラス皮膜の表面粗度を計測装置（図示略）により計測し、ガラス皮膜の表面粗度を良判定される表面粗度まで研磨する。そして、この良判定されたガラス皮膜の表面に光を照射し、このときのガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度をカメラなどにより撮影して記憶し、この記憶した画像を判定基準画像とする。そして、作業者は、研磨後のガラス皮膜の表面に映る光の像と、この判定基準画像とを比較して表面粗度の良否を判定する。

図３は、皮膜の検査方法を説明するための概略図である。

研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射するとは、図３に示すように、翼部１３におけるガラス皮膜の表面に発光ダイオード３２から光４１が映る。照射部３１は、複数の発光ダイオード３２が格子状に配置されていることから、翼部１３におけるガラス皮膜の表面の所定の領域Ａに複数の発光ダイオード３２から光４１が映る。作業者は、複数の光４１の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定する。

具体的に説明すると、例えば、ガラス皮膜が形成されたときの表面粗度が０．７Ｒａであるとき、研磨後の表面粗度が０．４Ｒａ以下で良判定と規定する。即ち、判定基準画像の表面粗度が０．４Ｒａ以下となっている。なお、この表面粗度（最大高さ粗さ）Ｒａは、日本規格協会の「ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３ 製品の幾何特性仕様（ＧＰＳ）−表面性状：輪郭曲線方式−用語、定義及び表面性状パラメータ」で定義される「最大高さ粗さ」として規定される。即ち、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度を推定し、推定した表面粗度に基づいて良否を判定する。このとき、ガラス皮膜の表面粗度と膜厚は相関関係にある。ここでは、例えば、ガラス皮膜が形成されたときの表面粗度が０．７Ｒａであるとき、膜厚が５〜７μｍであり、研磨後の表面粗度が０．４Ｒａ以下であるとき、膜厚が３〜５μｍとなる。

ここで、本実施形態の皮膜の形成方法（皮膜の検査方法）について詳細に説明する。図１は、第１実施形態の皮膜の形成方法を表すフローチャートである。

図１に示すように、ステップＳ１１にて、動翼１０の翼部１３の表面にガラス皮膜を形成するコーティング処理を実行する。具体的に、翼部１３の表面に耐食性の金属めっきを施した後、金属めっきの表面にガラス皮膜を形成する。ステップＳ１２にて、動翼１０の翼部１３の表面にガラス皮膜を形成した後、このガラス皮膜の表面を研磨工具２０により研磨液を用いて研磨する。ステップＳ１３にて、研磨した動翼１０における翼部１３のガラス皮膜を洗浄液（例えば、水など）で洗浄処理する。なお、洗浄後に、動翼１０における翼部１３の表面をエアブローなどにより乾燥させる。

ステップＳ１４にて、ライト３０を用いて動翼１０における翼部１３のガラス皮膜の表面に光を照射する。すると、翼部１３におけるガラス皮膜の表面に複数の発光ダイオード３２から光４１が映る。ステップＳ１５にて、作業者は、翼部１３のガラス皮膜の表面に映った複数の光４１に基づいて表面粗度の良否を判定する。この場合、作業者は、研磨した翼部１３のガラス皮膜の表面に映った複数の光４１と、事前に用意した判定基準画像とを比較して表面粗度の良否を判定する。

ステップＳ１６にて、研磨した翼部１３のガラス皮膜の表面に映った複数の光４１の鮮明度（表面粗度）が判定基準画像の鮮明度（表面粗度）を満たしていないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ１２に戻り、動翼１０における翼部１３の表面のガラス皮膜を再度研磨する。そして、ステップＳ１３〜Ｓ１５の処理を繰り返し行う。一方、研磨した翼部１３のガラス皮膜の表面に映った複数の光４１の鮮明度（表面粗度）が判定基準画像の鮮明度（表面粗度）を満たしていると判定（Ｙｅｓ）されると、翼部１３のガラス皮膜を良判定とし、ステップＳ１７にて、完成検査を行って終了する。

このように第１実施形態の皮膜の検査方法にあっては、動翼１０における翼部１３に形成されたガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有している。

従って、ガラス皮膜の表面に光を照射すると、ガラス皮膜の表面に光４１の像が映り、このとき、光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する。そのため、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

第１実施形態の皮膜の検査方法では、ガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定する。従って、表面粗度の良否を高精度に判定することができる。

第１実施形態の皮膜の検査方法では、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像と予め設定された判定基準画像とを比較して表面粗度の良否を判定する。従って、表面粗度の良否を容易に判定することができる。

第１実施形態の皮膜の検査方法では、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度を推定し、推定した表面粗度に基づいて良否を判定する。従って、所定の表面粗度が確保されるガラス皮膜を適切に良判定することができる。

第１実施形態の皮膜の検査方法では、ガラス皮膜の表面に対して複数の発光ダイオード３２から光を照射する。従って、複数の発光ダイオード３２からガラス皮膜の表面に対して光を照射することから、一度にガラス皮膜における所定の領域Ａの良否判定を行うことができ、作業性を向上することができる。また、複数の発光ダイオード３２を用いることで、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の鮮明度を効率良く判定することができる。

また、第１実施形態の皮膜の形成方法にあっては、動翼１０における翼部１３の表面にガラス皮膜を形成する工程と、ガラス皮膜の表面を研磨する工程と、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有している。

従って、動翼１０における翼部１３の表面にガラス皮膜を形成し、ガラス皮膜の表面を研磨し、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射し、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定することから、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

第１実施形態の皮膜の形成方法では、ガラス皮膜の表面粗度の判定結果が否であるとき、再度ガラス皮膜の表面を研磨した後、ガラス皮膜の表面に映る光４１の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する。従って、ガラス皮膜の表面粗度の判定結果が否であるとき、再度ガラス皮膜の表面を研磨してから表面粗度の良否を判定することから、ガラス皮膜の表面粗度を適切に所定の表面粗度以下に維持することができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の皮膜の形成装置を表す概略図である。なお、上述した実施形態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。

第２実施形態では、本発明の皮膜の検査装置及び皮膜の形成方法を、ガスタービンを構成する圧縮機の動翼に適用して説明する。図４は、第２実施形態の皮膜の形成装置を表す概略図である。

図４に示すように、第２実施形態の皮膜の検査装置５０は、研磨装置５１と、照射装置５２と、撮影装置５３と、制御装置５４とを備えている。また、第２実施形態の皮膜の形成方法は、動翼（部材）１０の表面にガラス皮膜を形成する工程と、ガラス皮膜の表面を研磨する工程と、研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程とを有する。

研磨装置５１は、ロボットアーム６１の先端部に研磨工具６２が装着されて構成されている。研磨工具６２は、回転可能なバフを有し、ロボットアーム６１は、研磨工具６２におけるバフを回転しながら、研磨液が塗布された翼部１３のガラス皮膜の表面に所定の圧力で押付けて移動することで研磨を実施する。

照射装置５２は、ロボットアーム６３の先端部にライト６４が装着されて構成されている。ライト６４は、照射部を有し、照射部は、ガラス皮膜の表面に対して複数の光源としての発光ダイオードから光を照射する。照射部は、例えば、複数の発光ダイオードが格子状に配置されて構成されている。

撮影装置５３は、例えば、カメラ（例えば、ＣＣＤカメラ）６５を備えて構成され、翼部１３のガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像する。制御装置５４は、研磨装置５１と照射装置５２を作動制御することができると共に、撮影装置５３が撮影した画像が入力される。制御装置５４は、撮影装置５３のカメラ６５が撮像した画像に基づいて動翼１０の翼部１３の表面粗度の良否を判定する判定部６６を有している。

即ち、判定部６６は、翼部１３におけるガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定する。制御装置５４は、記憶部６７が接続されており、記憶部６７は、判定基準画像が記憶されている。この場合、事前に、または、作業開始時に、研磨後のガラス皮膜の表面粗度を計測装置（図示略）により計測し、ガラス皮膜の表面粗度を良判定される表面粗度まで研磨する。そして、この良判定されたガラス皮膜の表面に光を照射し、このときのガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度の画像を判定基準画像とする。判定部６６は、翼部１３におけるガラス皮膜の表面に映る発光ダイオードの光鮮明度と、記憶部６７に記憶されている判定基準画像とを比較し、表面粗度の良否を判定する。

第２実施形態の皮膜の検査装置にあっては、動翼１０におけるガラス皮膜の表面に光を照射する照射装置５２と、動翼１０におけるガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像するカメラ６５を有する撮影装置５３と、撮影装置５３が撮像した画像に基づいて表面粗度の良否を判定する判定部６６を有する制御装置５４とを備えている。

従って、照射装置５２からガラス皮膜の表面に光を照射すると、ガラス皮膜の表面に光の像が映り、撮影装置５３のカメラ６５がガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像し、制御装置５４の判定部６６が光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する。そのため、ガラス皮膜の表面に測定子などを接触して表面粗度を計測せずに表面粗度の良否を判定することができ、ガラス皮膜の表面を損傷させることなく表面粗度を検査することができる。

なお、上述した実施形態では、本発明の皮膜の検査方法及び装置並びに皮膜の形成方法をガスタービンにおける圧縮機の動翼１０に適用して説明したが、圧縮機の静翼やケーシングなどの部品に適用してもよい。また、ガスタービンに限らず、蒸気タービン、ターボチャージャー、ガスコンプレッサなどの軸流圧縮機の各種部品に適用してもよい。

１０ 動翼
１３ 翼部
２０ 研磨工具
２１ バフ
３０ ライト
３１ 照射部
３２ 発光ダイオード（光源）
４１ 光
５０ 皮膜の検査装置
５１ 研磨装置
５２ 照射装置
５３ 撮影装置
５４ 制御装置
６２ 研磨工具
６４ ライト
６５ カメラ
６６ 判定部
６７ 記憶部

Claims (9)

1. ガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、
   前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程と、
   を有することを特徴とする皮膜の検査方法。
2. 前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の鮮明度に基づいて表面粗度の良否を判定することを特徴とする請求項１に記載の皮膜の検査方法。
3. 前記ガラス皮膜の表面に映る光の像と予め設定された判定基準とを比較して表面粗度の良否を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の皮膜の検査方法。
4. 前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度を推定し、推定した表面粗度に基づいて良否を判定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皮膜の検査方法。
5. 前記ガラス皮膜の表面に対して複数の光源から光を照射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皮膜の検査方法。
6. 前記複数の光源は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項５に記載の皮膜の検査方法。
7. ガラス皮膜の表面に光を照射する光源と、
   前記ガラス皮膜の表面に映る光の像を撮像するカメラと、
   前記カメラが撮像した画像に基づいて表面粗度の良否を判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする皮膜の検査装置。
8. 部材の表面にガラス皮膜を形成する工程と、
   前記ガラス皮膜の表面を研磨する工程と、
   研磨後のガラス皮膜の表面に光を照射する工程と、
   前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定する工程と、
   を有することを特徴とする皮膜の形成方法。
9. 前記ガラス皮膜の表面粗度の判定結果が否であるとき、再度前記ガラス皮膜の表面を研磨した後、前記ガラス皮膜の表面に映る光の像の状態に基づいて表面粗度の良否を判定することを特徴とする請求項８に記載の皮膜の形成方法。

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