JP4723209B2 - 温度測定方法およびその方法を実施する装置 - Google Patents

Description

本発明は、機体に内蔵され、運転中に高温状態に曝される測定対象部材の表面温度分布を測定するために用いられる温度測定方法およびその方法を実施する装置に関し、特にガスタービンの動翼、静翼の表面温度分布を測定するために用いられる温度測定方法およびその方法を実施する装置に関する。

従来より、ガスタービンの動翼および静翼（以下ブレードという）など高温環境で使用される測定対象部材の耐久性、メンテナンスの要否、改良などを検討するために、測定対象部材の表面温度分布が測定されている。しかしながらこのような温度測定においては、測定対象部材が内蔵されており、しかも測定対象部材が運転中に高温状態に曝され、また前記動翼のように動くものもあるため、通常、一般的な温度素子（例えば、熱電対）は使用されておらず、以下のような温度測定方法が用いられている。

例えばガスタービンの場合、ガスタービンのブレードの表面に、曝された温度に対応して特有の色に変色する示温塗料を塗布し、当該ブレードをガスタービン内部に装着している。そしてガスタービンの運転終了後、ガスタービンを解体しブレードを取り出して、目視により予め用意された後述の複数の色見本の中からブレード上の示温塗料と色が一致する色見本を選び、その色見本の色に対応する温度からブレードの表面温度分布を決定している。

ここで、上記色見本は、正確に温度管理することが可能な電気炉などを用いて製作される。より具体的には、例えばブレードと同等の材料の試験片を製作し、その試験片の表面上に示温塗料を塗布する。この試験片を電気炉内に設置し、炉内温度を所定温度（例えば、１０００℃）まで上昇させる。この試験片を、当該所定温度に所定時間（例えば、１０分間）維持したあと、炉内温度を常温まで下げ、炉内より取り出す。このようにして所定温度の色見本が製作される。同様の方法により、所望の複数の温度（例えば、４２０、５００、５７５…℃）に対応する色見本が製作される。

また別の特許文献１に開示された「エンジンのピストン外周温度測定方法」では、所定量の不可逆性示温塗料を含んだ樹脂をピストンの外周面に塗布して一定の厚さの皮膜を形成し、その後一定時間ピストンを作動させたあとエンジンを解体し、ピストンを取り出してピストン外周面の各部分の色度を光学機器で測定し、色見本の色と比較することによって、ピストン外周面の表面温度分布を決定している。

以上のように、いずれの方法もブレードまたはピストンの表面温度分布を測定するためにガスタービンまたはエンジンを解体してブレードまたはピストンを取り出している。これは、目視または光学機器によるブレードまたはピストンの表面の温度測定が容易であるからである。しかしながらそのためこれらの測定対象部材の温度測定には、時間がかかりまたそれに伴う追加費用も発生する。
特開平２−８１９４４号公報 （第２頁、第１図）

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、機体内から測定対象部材を取り出すことなくこの測定対象部材の表面温度分布を簡単かつ迅速に測定することができる温度測定方法およびその方法を実施する装置を提供することを目的とする。

本発明に係る温度測定方法は、一または複数の色見本から得られた第１色見本情報を記憶する第１記憶工程と、機体に内蔵される測定対象部材の表面上に、曝された温度に対応して特有の色に変色する示温塗料を塗布する塗布工程と、前記測定対象部材が所定温度に曝された後、当該測定対象部材の表面上に光を照射して、当該測定対象部材の表面に関する画像情報を取得する画像取得工程と、当該画像情報に基づいて前記測定対象部材の画像を生成する画像生成工程と、当該画像に基づいて、変色した示温塗料の色情報を算出する第１算出工程と、当該色情報と前記第１色見本情報とを比較して、測定対象部材の表面温度分布を算出する第２算出工程とを有する。

この温度測定方法を実施するための温度測定装置は、一または複数の色見本から得られた第１色見本情報を記憶する第１記憶手段と、曝された温度に対応して特有の色に変色する示温塗料が塗布された、機体内に内蔵された測定対象部材の表面上に、光を照射して当該測定対象部材の表面に関する画像情報を取得する画像取得手段と、当該画像情報に基づいて前記測定対象部材の画像を生成する画像生成手段と、当該画像に基づいて、変色した示温塗料の色情報を算出する第１算出手段と、当該色情報と前記第１色見本情報とを比較して、測定対象部材の表面温度分布を算出する第２算出手段とを備える。

この構成では、機体内の測定対象部材の表面上に光を照射し、当該表面から反射した反射光を受け付けて、当該反射光に基づいて測定対象部材の表面の画像に関する画像情報を取得する。より具体的には前記反射光を電気信号などに変換し、この電気信号を画像情報とする。そしてこの画像情報に基づいて当該測定対象部材の表面の画像を生成する。これにより、機体内から測定対象部材を取り出すことなくこの測定対象部材の表面温度分布を簡単に測定することが可能となる。

また上記のとおり一または複数の色見本から得られた第１色見本情報が記憶されているので、一旦この第１色見本情報が設定・記憶されると、２回目以降の温度測定においては第１色見本情報を一々設定・記憶しなくても良い。その結果、測定対象部材の表面温度分布の測定を迅速に行うことが可能となる。

前記画像取得手段は機体に着脱可能に取り付けられており、測定対象部材の表面上に光を照射する照射部分と測定対象部材の表面から反射する反射光を受け付ける受光部分とを備えており、当該照射部分および受光部分が、機体内にそれぞれ内挿されて、当該照射部分から光が照射されて前記測定対象部材の表面で反射した反射光を当該受光部分が受け付け可能な位置に配置されるように構成されていることが望ましい。前記画像取得手段がボアスコープであることが望ましい。これにより、機体内から測定対象部材を取り出すことなくこの測定対象部材の表面温度分布を簡単に測定することができる。なお、前記照射部分および受光部分は、画像取得手段が取り付けられる状態に応じて、一体または別体に形成されうる。

前記第２算出工程において、前記色情報の前記各第１色見本情報に対する偏差を評価する評価関数を用いて当該評価関数の値が最小になるという条件を満たす前記第１色見本情報を選択し、当該第１色見本情報に基づいて測定対象部材の表面温度分布を算出してもよい。前記第２算出手段は、前記色情報の前記各第１色見本情報に対する偏差を評価する評価関数を用いて当該評価関数の値が最小になるという条件を満たす前記第１色見本情報を選択し、当該第１色見本情報に基づいて測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されることが望ましい。このような評価関数を用いることにより、測定対象部材の表面温度分布を簡単にかつ精度良く求めることが可能となる。

前記画像取得工程が、動かされている一または複数の測定対象部材の画像情報を連続的に取得する場合において、前記画像生成工程は、前記画像情報に基づいて連続的に生成される画像の中から前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択すべく、連続的に生成される画像の前記各測定対象部材の表面に対応する部分にウィンドウ枠を設定し、当該設定されたウィンドウ枠内の画像の画素の輝度を算出し、当該輝度の分散値と所定の輝度を超える画素数とに基づいて前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択する第１選択工程を有することが望ましい。

前記画像取得手段が、動かされている一または複数の測定対象部材の画像情報を連続的に取得する場合において、前記画像生成手段は、前記画像情報に基づいて連続的に生成される画像の中から前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択すべく、連続的に生成される画像の前記各測定対象部材の表面に対応する部分にウィンドウ枠を設定し、当該設定されたウィンドウ枠内の画像の画素の輝度を算出し、当該輝度の分散値と所定の輝度を超える画素数とに基づいて前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択する第１選択手段を備えることが望ましい。

一般的に、動かされている一または複数の測定対象部材（例えば、ガスタービンの動翼のような被駆動軸の回転に伴い回転するような測定対象部材）の画像を連続的に取得する場合、測定対象部材の表面に対する鮮明な画像を得ることができない場合がある。すなわち、測定対象部材が所定位置にきたときに、測定対象部材の表面に対する鮮明な画像を得ることができるが、その他の位置では測定対象部材の表面への光の当たり具合により、画像が全体的にまたは部分的に暗くなり鮮明な画像を得ることができない。そこで本発明では、連続的に生成される画像の前記各測定対象部材の表面に対応する部分にウィンドウ枠を設定し、当該ウィンドウ枠内の画像の画素の輝度を算出して、当該輝度の分散値と所定の輝度を超える画素数とに基づいて連続的に生成された画像の中から前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択している。もちろん、照射手段および画像取得手段は、一または複数の測定対象部材の表面を捉えることが可能な位置に設置されている。これにより、一様でかつ鮮明な画像を選択することができるとともに不要な画像を処理する必要がなくなる。その結果、測定対象部材の表面温度分布を迅速にかつ精度良く算出することが可能となる。もちろん、前記画像取得手段の画像情報を取り込むタイミングを、測定対象部材の表面の鮮明な画像を得ることができるように調整しても構わない。ただこの場合、前記タイミングを調整するための調整手段を、測定対象部材を駆動させる装置および温度測定装置に設ける必要がある。

また本発明に係る別の方法は、前記測定対象部材の表面上に塗布された示温塗料の種類を設定する第１設定工程と、当該示温塗料の種類に基づいて前記第１色見本情報の中から対応する第２色見本情報を選択する第２選択工程と、当該第２色見本情報の中から前記色情報と適合する第３色見本情報を選択する第３選択工程とをさらに有しており、前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第３色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出することが望ましい。

当該方法を実施する温度測定装置は、前記測定対象部材の表面上に塗布された示温塗料の種類を設定する第１設定手段と、当該示温塗料の種類に基づいて前記第１色見本情報の中から対応する第２色見本情報を選択する第２選択手段と、当該第２色見本情報の中から前記色情報と適合する第３色見本情報を選択する第３選択手段とをさらに有しており、前記第２算出手段は、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第３色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されていることが望ましい。

この構成では、測定対象部材の表面上に塗布した示温塗料の種類を設定することにより、多くの第１色見本情報の中から当該示温塗料に対応する第２色見本情報だけを選択し、この第２色見本情報の中から前記色情報に適合する第２色見本情報を選択すればよい。すなわち色情報をすべての第１色見本情報と比較する必要がなくなる。従って、測定対象部材の表面温度分布を迅速に測定することが可能となる。また前記色情報との比較対象を適切に絞り込むことにより、温度測定の精度を向上させることも可能となる。

また本発明に係る別の方法は、前記第１色見本情報を、前記色見本の表面温度測定をして当該第１色見本情報を得たときの前記光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第１温度測定条件と関連付けて記憶する第２記憶工程と、前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの、光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第２温度測定条件を設定する第２設定工程と、前記第１温度測定条件と前記第２温度測定条件とを比較して、前記第１色見本情報の中から両条件が略一致する第４色見本情報を選択する第４選択工程とをさらに有しており、前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第４色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出することが望ましい。

当該方法を実施する温度測定装置は、前記第１色見本情報を、前記色見本の表面温度測定をして当該第１色見本情報を得たときの前記光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第１温度測定条件と関連付けて記憶する第２記憶手段と、前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの、光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第２温度測定条件を設定する第２設定手段と、前記第１温度測定条件と前記第２温度測定条件とを比較して、前記第１色見本情報の中から両条件が略一致する第４色見本情報を選択する第４選択手段とをさらに備えており、前記第２算出手段が、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第４色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されていることが望ましい。

この構成では、第２色見本情報のうちから、測定対象部材の表面温度分布を測定するときの条件（前記第２温度測定条件）とほぼ同じ条件で色見本の表面温度測定をして得られたもの（第４色見本情報）を選択して、この第４色見本情報と前記色情報と比較する。このように第２色見本情報を適切に絞り込むことにより、測定対象部材の表面温度分布を迅速に測定することが可能となる。同時に温度測定の精度を向上させることも可能となる。

また本発明の別の方法は、前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの温度測定範囲が経験的に予測されうる場合、当該温度測定範囲を、当該測定対象部材に関連付けて第１先見的知識として記憶する第３記憶工程と、表面温度分布を測定する測定対象部材を指定する指定情報を設定する第３設定工程と、前記指定情報に基づいて前記第１先見的知識の中に前記表面温度分布を測定しようとする測定対象部材に対応する第２先見的知識があるか否かを判定し、当該第２先見的知識があると判定した場合に当該第２先見的知識に基づいて前記第１色見本情報の中から当該第２先見的知識に対応する第５色見本情報を選択する第５選択工程とをさらに有しており、前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第５色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出することが望ましい。

当該方法を実施する温度測定装置は、前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの温度測定範囲が経験的に予測されうる場合、当該温度測定範囲を、当該測定対象部材に関連付けて第１先見的知識として記憶する第３記憶手段と、表面温度分布を測定する測定対象部材を指定する指定情報を設定する第３設定手段と、前記指定情報に基づいて前記第１先見的知識の中に前記表面温度分布を測定しようとする測定対象部材に対応する第２先見的知識があるか否かを判定し、当該第２先見的知識があると判定した場合に当該第２先見的知識に基づいて前記第１色見本情報の中から当該第２先見的知識に対応する第５色見本情報を選択する第５選択手段とをさらに備えており、前記第２算出手段において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第５色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されていることが望ましい。

この構成では、前記第１先見的知識のなかに被測定対象である測定対象部材に対応する第２先見的知識がある場合に、前記第２色見本情報の中から、第１先見的知識に対応するもの（第５色見本情報）を選択する。この第１先見的知識は、例えば、被測定対象である測定対象部材の温度は○○℃以下というような情報からなる。このように第２色見本情報を適切に絞り込むことにより、測定対象部材の表面温度分布を迅速に測定することが可能となる。同時に温度測定の精度を向上させることも可能となる。

前記色情報および第１〜第５色見本情報は、赤、緑、青、色相、彩度および明度の各成分を数値化した数値データからなることが望ましい。これらの成分はいずれも色を適切に表現する情報である。このようにこれらの成分を数値データで表現することにより、色情報および第１〜第５色見本情報を客観的に比較することができる。これにより、第１〜第５色見本情報の中から色情報に適合するものを簡単にかつ精度良く選択することが可能となる。その結果、測定対象部材の表面温度分布を迅速かつ精度良く算出することが可能となる。また色相、彩度および明度は人間の色覚に近い情報を用いることで、人間の視覚による判定（色情報がどの第１〜第５色見本情報と同じであるかの判定）と同等以上の結果を得ることも可能となる。

本発明に係る温度測定方法および温度測定装置によれば、機体内から測定対象部材を取り出すことなくこの測定対象部材の表面温度分布を簡単にかつ迅速に測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、ガスタービンの動翼などの表面温度測定に適用される本発明の実施の形態に係る温度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。なお、図中、ガスタービン２は、軸方向に垂直な所定断面を軸方向から視た模式図で表現されている。このガスタービン２は、公知のガスタービンであり、シャフト２ａと、このシャフト２ａの外周面に周方向に等間隔で取り付けられた複数の動翼（以下、ブレードという）２ｂと、これらを収容するケーシング２ｃとを備える。このケーシング２ｃの外周部には、ケーシング２ｃの内部状態を点検する点検ノズル２ｄが立設されている。全てのまたは一部のブレード２ｂの表面上には、曝された温度に対応して特有の色に変色する一または複数の第１示温塗料が予め塗布されている。

本発明の実施の形態に係る温度測定装置１は、ケーシング２ｃ内にブレード２ｂを内蔵したまま、前記第１示温塗料の所定温度に曝された結果得られた色に基づいて、ブレード２ｂの表面温度を測定するように構成されている。

図１に示すようにこの温度測定装置１は、ブレード２ｂの表面の画像情報を取得する画像取得装置３と、この画像取得装置３と通信可能に接続され画像取得装置３から得た画像情報を処理してブレード２ｂの表面温度を求めるコンピュータ４とを備える。詳細は後述する。

前記画像取得装置３は、例えば可撓管状に形成されており、先端部分が点検ノズル２ｄ内に内挿された状態で前記点検ノズル２ｄの入口部分に着脱可能に取り付けられている。この画像取得装置３の先端部分には、前記ブレード２ｂの表面上に光を照射する照射部分３ａと、当該ブレード２ｂの表面から反射した反射光を受け付ける受光部分３ｂとが設けられている。そしてこの照射部分３ａおよび受光部分３ｂは、照射部分３ａが測定対象のブレード２ｂの表面に光を照射したときに受光部分３ｂが当該ブレード２ｂの表面で反射した反射光を受け付け可能なように配置されている。しかもこの照射部分３ａおよび受光部分３ｂは、ブレード２ｂの表面が大きく見え、かつ、シャフト２ａを回転させても各ブレード２ｂの表面部分が同様に見える位置に固定される。そしてこの画像取得装置３は、受光部分３ｂが受け付けた反射光を電気信号（画像情報）に変換するように構成されている。このような画像取得装置３としては、例えば公知のボアスコープを用いることができる。

なお、ここでは、照射部分３ａと受光部分３ｂとが一体的に形成されているが、別体に形成されても構わない。また照射部分３ａの点検ノズル２ｄに対する取付角度および照射部分３ａから照射する光の照射角度、光度など照射条件、および、受光部分３ｂの取付角度など反射光の受付に影響を与える受付条件を含む温度測定条件は、被測定部材に応じて適宜設定される。この設定をさらに容易にするため、画像取得装置３の先端部分を、種々の方向に動かすことができるように構成してもよい。

前記コンピュータ４は、入力装置５、表示装置６、記憶装置７、および中央処理装置８を備えており、それぞれが通信可能に接続されている。

前記入力装置５は、公知のキーボード、マウス、タッチパネルなどからなり、中央処理装置８の画像処理に必要なプログラムやデータ（情報）などを入力するための装置である。

前記表示装置６は、公知のＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）、プラズマディスプレイなどからなり、中央処理装置８での画像処理結果を文字、画像などの形式で出力するものである。

前記記憶装置７は、ＲＡＭ、ＲＯＭなどからなり、上述した中央処理装置８の画像処理に必要なプログラムやデータ、画像取得装置３から得た画像情報などを記憶するものである。

前記中央処理装置８は、主に画像取得装置３から得た画像情報を処理するものであり、入力インターフェース部（以下、入力Ｉ／Ｆ部）９、制御部１０、演算部１１、および出力インターフェース部（以下、出力Ｉ／Ｆ部）１２を備える。

前記入力Ｉ／Ｆ部９は、画像取得装置３、入力装置５、および制御部１０とそれぞれ通信可能に接続されている。

前記制御部１０は、コンピュータ４の動作を制御するものであり、前記入力Ｉ／Ｆ部９、演算部１１、出力Ｉ／Ｆ部１２、および記憶装置７とそれぞれ通信可能に接続されている。制御部１０は、例えば前記プログラムやデータの入力装置５から記憶装置７への読み込み、記憶装置７内の前記プログラムの実行、記憶装置７内の前記データの演算部１１による演算、および記憶装置７内の前記データの表示装置６への出力などの制御を行う。

前記演算部１１は、記憶装置７から前記データを読み込み、画像処理するための算術演算（四則演算）や論理演算などを行い、その結果を記憶装置７に返すものである。詳細は後述する。

前記出力Ｉ／Ｆ部１２は、制御部１０および表示装置６とそれぞれ通信可能に接続されている。

図２は、入力装置５、記憶装置７、演算部１１の機能を説明するためのブロック図である。

図２に示すように記憶装置７には、一または複数の色見本から得られる第１色見本情報１３が記憶されている。

ここで、この色見本は、正確に温度管理することが可能な電気炉（図示せず）などを用いて製作される。より具体的には、例えばブレード２ｂと同等の材料の試験片を製作し、その試験片の表面上に、曝された温度に対応して特有の色に変色する第２示温塗料を塗布する。この試験片を電気炉内に設置し、炉内温度を所定温度（例えば、８０５℃）まで上昇させる。この試験片を、当該所定温度に所定時間（例えば、１０分間）維持したあと、炉内温度を常温まで下げ、炉内より取り出す。これにより所定温度の色見本が製作される。同様の方法により、所望の複数の温度（例えば、８５０、９００、９２０……℃）に対応する色見本が製作される。なお、上記第２示温塗料は、本実施形態に係る温度測定装置の温度測定範囲に応じて複数種類用意される。

前記第１色見本情報は、本実施形態に係る温度測定装置１を用いて前記色見本から生成される。この第１色見本情報１３は、赤、緑、および青（ＲＧＢ）、並びに、人間の色覚に近い色相、彩度および明度（ＨＳＩ）の各成分を数値化した数値データから構成される。例えば、図３に示すように、８ビットの場合、第２示温塗料のＲＧＢおよびＨＳＩの各値は０〜２５５の数値でそれぞれ表現される。このように数値化することにより、第２示温塗料の色を客観的に把握することが可能となる。そしてこの第１色見本情報１３は、色見本が曝された温度に関連付けて設定されている。なお、ここでは、数値データを用いているが、これに限定するものではない。すなわち、前記第１色見本情報を適切に表現できるものであれば、非数値データ（文字、論理値など）を用いても構わない。

前記記憶装置７には、上述した照射条件１４ａおよび反射光の受付条件１４ｂを含む第１温度測定条件１４が記憶されている。この第１温度測定条件１４は、前記色見本の表面温度測定をして前記第１色見本情報１３を得たときの前記光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む温度測定条件であり、第１色見本情報１３と関連付けられて記憶装置７に記憶されている。この第１温度測定条件を用いることにより、ブレード２ｂの表面温度測定に用いる第１色見本情報１３の候補を絞り込むことが可能となる。

さらに記憶装置７には、被測定部材（ガスタービンのブレードなど）の指定情報（図示せず）と関連付けらた第１先見的知識１５が記憶されている。

ここで指定情報とは、被測定部材に対応して符号化されたデータをいう。例えば、ガスタービンＡを符号Ａとし、入力装置５からこの符号が入力されれば、ガスタービンＡを認識し得る。

また前記第１先見的知識１５とは、経験的に予測され得る、被測定部材の表面温度を測定するときの温度測定範囲である。この第１先見的知識１５は、例えば「ガスタービンＡの運転時には、ブレードＢの温度は８００℃以下である」などの情報から構成される。この第１先見的知識１５を用いることにより、ブレード２ｂの表面温度測定に用いる第１色見本情報１３の候補を絞り込むことが可能となる。

本実施形態では、前記入力装置６を用いて、ブレード２ｂの表面温度を測定する際の照射条件（図示せず）および反射光の受付条件（図示せず）を含む第２温度測定条件１６、被測定部材の指定情報１７、および第１示温塗料の種類１８などが設定されるようになっている。

前記演算部１１は、画像生成部１９、第１、２算出部２０、２１、および第１〜第５選択部２２〜２６を備える。

前記画像生成部１９は、画像取得装置３から得た画像情報（カラー画像情報）に基づいてブレード２ｂの画像（カラー画像）を生成するためのものである。例えば、図４に示すようなブレード２ｂの画像２７ａを含む画像２７が生成される。なお、ここでは、説明を簡単にするため、ブレード２ｂ以外の画像を省略している。

前記第２選択部２３は、前記記憶装置７内に記憶されている第１色見本情報１３の中から前記第１示温塗料の種類１８に対応する第２色見本情報を選択するように構成されている。これにより、ブレード２ｂの表面温度測定に用いる第１色見本情報１３の候補を絞り込むことが可能となる。

第１選択部２２は、シャフト２ａを手動、半自動または自動で所定速度で回転させることによって連続的に得られた前記画像２７の中から各ブレード２ｂの表面に対応する画像２８を選択するように構成されている。

具体的には第１選択部２２では、前記画像２７に対してのブレード２ｂの表面に対応する部分にウィンドウ枠２８ａを設定し、このウィンドウ枠２８ａ内のカラー画像を白黒の濃淡画像に変換する。そしてこのウィンドウ枠２８ａ内のすべての画素の輝度の平均値を算出する。また第１選択部２２では、予め設定された輝度の閾値を用いて、それぞれの画素の輝度が前記平均値より大きくかつ前記閾値より大きい画素数Ｐを求める。同時にウィンドウ枠２８ａ内の輝度の分散値Ｖを算出する。すると図５に示すように、このＰ／Ｖの値はブレード２ｂの数に対応して周期的に変化する。第１選択部２２では、図中の頂点部分でのＰ／Ｖの値に対応する画像を各ブレード２ｂの表面を表す代表画像２８として選択する。なお、図４はこの代表画像２８を示している。また画像取得装置３は、当然に、このような代表画像２８が得られるように前記ガスタービン２の点検ノズル２ｄに取り付けられている。

以上の構成により第１選択部２２は、連続的に取得した前記画像２７の中からブレード２ｂの表面の全体的に一様でかつ明るい代表画像２８を選択することが可能となる。その結果、代表画像２８以外の画像を処理する必要がなくなる。これにより、画像処理を迅速に行うことができる。

図２に示す第４選択部２５は、前記第１温度測定条件１４と前記第２温度測定条件１６とを比較し、前記第２色見本情報の中から両条件が略一致する第４色見本情報を選択して、当該第４色見本情報を新たな第２見本情報とするように構成されている。これにより、第２色見本情報を適切に絞り込むことが可能となる。

第５選択部２６は、前記指定情報１７に基づいて前記第１先見的知識１５の中に表面温度を測定しようとするブレード２ｂに対応する第２先見的知識（図示せず）があるか否かを判定し、当該第２先見的知識があると判定した場合に当該第２先見的知識に基づいて前記第２色見本情報の中から当該第２先見的知識に対応する第５色見本情報を選択して、当該第５色見本情報を新たな第２見本情報とするように構成されている。これにより、第２色見本情報を適切に絞り込むことが可能となる。

第１算出部２０は、前記第１選択部２２で選択された代表画像２８に基づいて、ブレード２ｂの表面上の第１示温塗料の色に関する色情報を算出するように構成されている。この色情報も、上述した第１色見本情報１３と同様に、赤、緑、および青（ＲＧＢ）、並びに、人間の色覚に近い色相、彩度および明度（ＨＳＩ）の各成分を数値化した数値データから構成される。

第３選択部２４は、当該色情報と前記第２色見本情報とを比較して、当該第２色見本情報の中から前記色情報と適合する第３色見本情報を選択するように構成されている。具体的には、第３選択部２４は、（数式１）〜（数式３）で示すいずれかの評価関数を用いてこの評価関数の値（評価値）Ｐiが最小になるという条件を満たす前記第３色見本情報を選択することが好ましい。すなわち色情報と第２色見本情報との偏差が最小になる点を算出して、その第２色見本情報を第３色見本情報としている。

ここで、Ｒ、Ｇ、Ｂ、Ｈ、Ｓ、Ｉ値は、第１算出部２０によって算出されたものであり、Ｒi、Ｇi、Ｂi、Ｈi、Ｓi、Ｉi値は、第１示温塗料の各温度（例えばｉ＝１のとき４２０℃）に対応して予め記憶装置７に記憶されたＲ、Ｇ、Ｂ、Ｈ、Ｓ、Ｉ値である。もちろんこのＲi、Ｇi、Ｂi、Ｈi、Ｓi、Ｉi値は、上述した第２選択部２３、第４選択部２５および第５選択部２６において選択された第５色見本情報に対応するものである。またＷ1〜Ｗ10は（数式２）の各成分に対する重みである。

これらの（数式１）〜（数式３）を用いることにより、ブレード２ｂの表面の色を精度良く算出することが可能となる。しかも色情報および第３色見本情報はいずれも数値データであるので、従来の目視による識別に比べて客観的に識別することが可能となる。これにより第３選択部２４の処理を迅速に行うことが可能となる。

第２算出部２１は、前記第３色見本情報に基づいてブレード２ｂの表面温度を算出するように構成されている。すなわち第３色見本情報に対応する温度を算出して、その温度をブレード２ｂの表面温度とする。

以上のように構成される温度測定装置の処理について図６の処理フローを用いて説明する。

まず第２温度測定条件１６、被測定部材の指定情報１７、第１示温塗料の種類１８を設定する（ステップＳ１）。画像取得装置３がブレード２ｂの表面の画像情報を取得する（ステップＳ２）。画像生成部が画像情報に基づいてブレード２ｂの画像２７を生成する（ステップＳ３）。この画像２７からブレード２ｂの表面に対応する画像２８を選択する（ステップＳ４）。この画像２８に基づいてブレード２ｂの表面の色情報を算出する（ステップＳ５）。

以上のステップＳ２〜Ｓ４の処理と並行して、記憶装置７に予め記憶されている第１色見本情報１３の中から第１示温塗料の種類１８に対応する第２色見本情報を選択する（ステップＳ６）。その後この第２色見本情報の中から第２温度測定条件に対応する第４色見本情報を選択して、新たな第２色見本情報とする（ステップＳ７）。さらにこの第２色見本情報の中から被測定部材の指定情報に対応する第５色見本情報を選択して、新たな第２色見本情報とする（ステップＳ８）。ステップＳ８において被測定部材の指定情報に対応する第５色見本情報がない場合、または、ステップＳ１において被測定部材の指定情報が設定されない場合には、このステップＳ８の処理は実行されることなく、ステップＳ７の処理の後、後述のステップＳ９の処理を実行する。

その後、前記色情報と複数の曝された温度（例えばi＝８５０、９００、９２０……℃）に対応する第２色見本情報とを比較して、上述した評価関数（数式１〜３のいずれか１つの評価関数）の評価値Ｐiを算出する（ステップＳ９）。評価値Ｐiが最小であるときの温度を算出して、この温度をブレード２ｂの表面温度とする（ステップＳ１０）。

ところで、ブレード２ｂの表面全体の平均温度を求める場合には、ステップＳ６においてブレード２ｂの表面に対応する画像２８の画素ごとに求められた色情報を平均してこの色情報に基づいてステップＳ９以降の処理を行えばよい。これにより処理速度を向上させることが可能となる。

またブレード２ｂの表面温度分布を求める場合には、ステップＳ６においてブレード２ｂの表面に対応する画像２８の画素ごとに求められた色情報に基づいてステップＳ９以降の処理を行えばよい。これによりブレード２ｂの表面の詳しい温度分布を知ることができる。例えば、ブレードの上部と下部とで曝された温度の違う境界がある場合でも、１画素ごとに処理することで、境界の判別が可能となる。

また上記のようにして各ブレード２ｂの表面温度が求まると、ガスタービン２のシャフト２ａ周りの温度分布を推定することも可能となる。

なお、上述した実施形態は一例であり、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。

ガスタービンの動翼などの表面温度測定に適用される本発明の実施の形態に係る温度測定装置の構成の一例を示すブロック図である。 入力装置、記憶装置、演算部の機能を説明するためのブロック図である。 本発明の実施の形態に係る温度測定装置が撮影した画像の一例である。 示温塗料のＲＧＢ値およびＨＳＩ値の一例を示す図表である。 Ｐ／Ｖの値の時間変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る温度測定装置の処理フロー図である。

符号の説明

１…温度測定装置
２…ガスタービン
３…画像取得装置
４…コンピュータ
５…入力装置
６…表示装置
７…記憶装置
８…中央処理装置
９…入力インターフェース部
１０…制御部
１１…演算部
１２…出力インタフェース部
１３…第１色見本情報
１４…第１温度測定条件
１５…第１先見的知識
１６…第２温度測定条件
１７…被測定部材の指定情報
１８…第１示温塗料の種類
１９…画像生成部
２０…第１算出部
２１…第２算出部
２２…第１選択部
２３…第２選択部
２４…第３選択部
２５…第４選択部
２６…第５選択部
２７…画像
２７ａ…ブレードの画像
２８…ブレードの表面に対応する画像
２８ａ…ウィンドウ枠
Ｓ１〜Ｓ１０…ステップ

Claims (17)

1. 一または複数の色見本から得られた第１色見本情報を記憶する第１記憶工程と、
   機体に内蔵される回転部品を構成する測定対象部材の表面上に、曝された温度に対応して特有の色に変色する示温塗料を塗布する塗布工程と、
   前記測定対象部材が所定温度に曝された後、前記回転部品を回転させつつ、当該測定対象部材の表面上に光を照射して、当該測定対象部材の表面に関する画像情報を連続的に取得する画像取得工程と、
   当該連続的に取得した画像情報に基づいて前記測定対象部材の画像を連続的に生成する画像生成工程と、
   前記画像情報が変化する周期の予め定める位相に対応する点をとらえて、これに対応する画像を代表画像として選択する第１選択工程と、
   当該代表画像に基づいて、変色した示温塗料の色情報を算出する第１算出工程と、
   当該色情報と前記第１色見本情報とを比較して、測定対象部材の表面温度分布を算出する第２算出工程とを有する、温度測定方法。
2. 前記第２算出工程において、前記色情報の前記各第１色見本情報に対する偏差を評価する評価関数を用いて当該評価関数の値が最小になるという条件を満たす前記第１色見本情報を選択し、当該第１色見本情報に基づいて測定対象部材の表面温度分布を算出する、請求項１記載の温度測定方法。
3. 前記第１選択工程は、前記画像情報に基づいて連続的に生成される画像の中から前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択すべく、連続的に生成される画像の前記各測定対象部材の表面に対応する部分にウィンドウ枠を設定し、当該設定されたウィンドウ枠内の画像の画素の輝度を算出し、当該輝度の分散値と所定の輝度を超える画素数とに基づいて前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択する、請求項１または２記載の温度測定方法。
4. 前記測定対象部材の表面上に塗布された示温塗料の種類を設定する第１設定工程と、
   当該示温塗料の種類に基づいて前記第１色見本情報の中から対応する第２色見本情報を選択する第２選択工程と、
   当該第２色見本情報の中から前記色情報と適合する第３色見本情報を選択する第３選択工程とをさらに有しており、
   前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第３色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出する、請求項１ないし３のいずれかに記載の温度測定方法。
5. 前記第１色見本情報を、前記色見本の表面温度測定をして当該第１色見本情報を得たときの前記光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第１温度測定条件と関連付けて記憶する第２記憶工程と、
   前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの、光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第２温度測定条件を設定する第２設定工程と、
   前記第１温度測定条件と前記第２温度測定条件とを比較して、前記第１色見本情報の中から両条件が略一致する第４色見本情報を選択する第４選択工程とをさらに有しており、
   前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第４色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出する、請求項１ないし３のいずれかに記載の温度測定方法。
6. 前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの温度測定範囲が経験的に予測されうる場合、当該温度測定範囲を、当該測定対象部材に関連付けて第１先見的知識として記憶する第３記憶工程と、
   表面温度分布を測定する測定対象部材を指定する指定情報を設定する第３設定工程と、
   前記指定情報に基づいて前記第１先見的知識の中に前記表面温度分布を測定しようとする測定対象部材に対応する第２先見的知識があるか否かを判定し、当該第２先見的知識があると判定した場合に当該第２先見的知識に基づいて前記第１色見本情報の中から当該第２先見的知識に対応する第５色見本情報を選択する第５選択工程とをさらに有しており、
   前記第２算出工程において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第５色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出する、請求項１ないし３のいずれかに記載の温度測定方法。
7. 前記色情報および第１〜第５色見本情報は、赤、緑、青、色相、彩度および明度の各成分を数値化した数値データからなる、請求項１ないし６のいずれかに記載の温度測定方法。
8. 一または複数の色見本から得られた第１色見本情報を記憶する第１記憶手段と、
   曝された温度に対応して特有の色に変色する示温塗料が塗布された、機体内に内蔵された回転部品を構成する測定対象部材の表面上に、光を照射して前記回転部品を回転させつつ当該測定対象部材の表面に関する画像情報を連続的に取得する画像取得手段と、
   当該連続的に取得した画像情報に基づいて前記測定対象部材の画像を連続的に生成する画像生成手段と、
   前記画像情報が変化する周期の予め定める位相に対応する点をとらえて、これに対応する画像を代表画像として選択する第１選択手段と、
   当該代表画像に基づいて、変色した示温塗料の色情報を算出する第１算出手段と、
   当該色情報と前記第１色見本情報とを比較して、測定対象部材の表面温度分布を算出する第２算出手段とを備える、温度測定装置。
9. 前記画像取得手段は機体に着脱可能に取り付けられており、測定対象部材の表面上に光を照射する照射部分と測定対象部材の表面から反射する反射光を受け付ける受光部分とを備えており、
   当該照射部分および受光部分が、機体内にそれぞれ内挿されて、当該照射部分から光が照射されて前記測定対象部材の表面で反射した反射光を当該受光部分が受け付け可能な位置に配置されるように構成されている、請求項８記載の温度測定装置。
10. 前記画像取得手段がボアスコープである、請求項９記載の温度測定装置。
11. 前記第２算出手段は、前記色情報の前記各第１色見本情報に対する偏差を評価する評価関数を用いて当該評価関数の値が最小になるという条件を満たす前記第１色見本情報を選択し、当該第１色見本情報に基づいて測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されている、請求項８ないし１０のいずれかに記載の温度測定装置。
12. 前記第１選択手段は、前記画像情報に基づいて連続的に生成される画像の中から前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択すべく、連続的に生成される画像の前記各測定対象部材の表面に対応する部分にウィンドウ枠を設定し、当該設定されたウィンドウ枠内の画像の画素の輝度を算出し、当該輝度の分散値と所定の輝度を超える画素数とに基づいて前記各測定対象部材の表面に対応する画像を選択する、請求項８ないし１１のいずれかに記載の温度測定装置。
13. 前記測定対象部材の表面上に塗布された示温塗料の種類を設定する第１設定手段と、
    当該示温塗料の種類に基づいて前記第１色見本情報の中から対応する第２色見本情報を選択する第２選択手段と、
    当該第２色見本情報の中から前記色情報と適合する第３色見本情報を選択する第３選択手段とをさらに有しており、
    前記第２算出手段は、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第３色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されている、請求項８ないし１２のいずれかに記載の温度測定装置。
14. 前記第１色見本情報を、前記色見本の表面温度測定をして当該第１色見本情報を得たときの前記光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第１温度測定条件と関連付けて記憶する第２記憶手段と、
    前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの、光の照射条件および前記反射光の受付条件を含む第２温度測定条件を設定する第２設定手段と、
    前記第１温度測定条件と前記第２温度測定条件とを比較して、前記第１色見本情報の中から両条件が略一致する第４色見本情報を選択する第４選択手段とをさらに備えており、
    前記第２算出手段が、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第４色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されている、請求項８ないし１２のいずれかに記載の温度測定装置。
15. 前記測定対象部材の表面温度分布を測定するときの温度測定範囲が経験的に予測されうる場合、当該温度測定範囲を、当該測定対象部材に関連付けて第１先見的知識として記憶する第３記憶手段と、
    表面温度分布を測定する測定対象部材を指定する指定情報を設定する第３設定手段と、
    前記指定情報に基づいて前記第１先見的知識の中に前記表面温度分布を測定しようとする測定対象部材に対応する第２先見的知識があるか否かを判定し、当該第２先見的知識があると判定した場合に当該第２先見的知識に基づいて前記第１色見本情報の中から当該第２先見的知識に対応する第５色見本情報を選択する第５選択手段とをさらに備えており、
    前記第２算出手段において、前記色情報を、前記第１色見本情報に代えて前記第５色見本情報と比較して、前記測定対象部材の表面温度分布を算出するように構成されている、請求項８ないし１２のいずれかに記載の温度測定装置。
16. 前記色情報および第１〜第５色見本情報は、赤、緑、青、色相、彩度および明度の各成分を数値化した数値データからなる、請求項８ないし１５のいずれかに記載の温度測定装置。
17. タービンを構成する複数のブレードの表面に塗布した示温塗料の変色に基づいて、タービンの運転時におけるブレードの表面温度をタービンの運転後に取得する温度測定方法であて、
    タービンを運転後に所定速度で回転させながらブレードの表面の画像の情報を連続的に取得し、
    前記画像の情報が変化する周期の予め定める位相に対応する点をとらえて、これに対応する画像を代表画像として選択し、
    前記代表画像の情報に基づいてタービンの運転時におけるブレードの表面温度を取得する温度測定方法。

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