JP5611757B2 - 加熱補修装置および加熱補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスタービン動翼のチップスキーラ部（先端縁部）の加熱補修装置および加熱補修方法に関する。

チップスキーラ部は、ガスタービン動翼の運転時に高温ガスのシール性を高めるため、シュラウドセグメントと摺動しながら使用されるので、摩耗による損耗および高温ガスによる酸化やエロージョンによって劣化が生じる。また、ガスタービン動翼は、高価であり、繰り返し使用することが望まれていた。
そこで、従来、ガスタービン動翼全体を不活性ガス雰囲気のチャンバー内に収納し、高周波加熱炉あるいは抵抗加熱装置等で翼面を加熱し、溶接等でチップスキーラ部を補修する手法が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特表２００３−５２４５２６号公報

しかしながら、上記した先行技術には、高周波加熱コイルの形状によって予熱温度にむらが生じたり、ガスタービン動翼全体を不活性ガス雰囲気とするために補修作業に時間がかかるという問題がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、チップスキーラ部の予熱温度の変動を抑えるとともに、効率的に予熱することができる加熱補修装置および加熱補修方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本発明の加熱補修装置は、ガスタービン翼の補修部位に第１スポット光を照射し、この補修部位を局所的に加熱する第１レーザ照射部と、前記照射された第１スポット光が前記補修部位の外側面の予め設定された経路に沿って移動するように、前記第１レーザ照射部を移動制御する第１移動制御部と、前記加熱された補修部位の温度を検出する検出部と、前記検出された補修部位の温度に基づいて、前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御する制御部と、前記加熱されたガスタービン翼の補修部位に第２スポット光を照射し、この補修部位に供給された補修材料を溶解してこの補修部位を肉盛補修する第２レーザ照射部と、前記第１スポット光が移動する前記経路に対応して、前記照射された第２スポット光が移動するとともに、前記照射される第２スポット光の光軸の方向が鉛直方向になるように、前記第２レーザ照射部を移動制御する第２移動制御部と、前記照射する第２スポット光の光軸が、前記第１スポット光の光軸に直交するように、前記第１レーザ照射部と前記第２レーザ照射部とを接続する接続部材と、を具備することを特徴とする。

また、本発明の加熱補修方法は、第１レーザ照射部が、ガスタービン翼の補修部位に第１スポット光を照射し、この補修部位を局所的に加熱するステップと、第１移動制御部が、前記照射された第１スポット光が前記補修部位の外側面の予め設定された経路に沿って移動するように、前記第１レーザ照射部を移動制御するステップと、前記加熱された補修部位の温度を検出部が検出するステップと、前記検出された補修部位の温度に基づいて、制御部が前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御するステップと、第２レーザ照射部が、前記加熱されたガスタービン翼の補修部位に第２スポット光を照射し、前記第１スポット光の光軸に直交するように設定された前記第２スポット光の光軸の方向が、鉛直方向になるように、前記第２レーザ照射部を移動制御し、この補修部位に供給された補修材料を溶解してこの補修部位を肉盛補修するステップと、第２移動制御部が、前記第１スポット光が移動する前記経路に対応させて、前記照射された第２スポット光が移動するように、前記第２レーザ照射部を移動制御するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、ガスタービン動翼におけるチップスキーラ部の予熱温度の変動を抑えるとともに、効率的に予熱することができる。

本発明の一実施形態の加熱補修装置の構成を示す図である。 チップスキーラ部の概略上面図である。 実施形態１におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。 加熱補修装置の補修動作を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態２の加熱補修装置の構成を示す図である。 実施形態２におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。 本発明の実施形態３の加熱補修装置の構成を示す図である。 実施形態３におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。 本発明の実施形態４の加熱補修装置の構成を示す図である。

（実施形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施形態の加熱補修装置１０の構成を示す図である。

図１に示すように、この加熱補修装置１０は、ガスタービン動翼２０の先端縁部であるチップスキーラ部２１の劣化した補修領域（以下、「補修面」という）を予め加熱する予熱用レーザと、この加熱されたチップスキーラ部２１の補修面にスポット光を照射し、供給される補修材料（図示せず）を溶解して肉盛補修する溶接用レーザを備える。

予熱用レーザは、予熱用トーチ１１、光ファイバ１３および発振器１５を有し、予熱用トーチ１１が光ファイバ１３を介して発振器１５と接続されている。
予熱用トーチ１１は、発振器１５から発振されるレーザ光に基づいて生成したスポット光Ｓ１を、光軸を鉛直にしてチップスキーラ部２１の補修面に照射し、この補修面を予め局所的に加熱する。予熱用トーチ１１は、ガスタービン翼の補修部位に第１スポット光を照射し、この補修部位を予め局所的に加熱する第１レーザ照射部として機能する。

溶接用レーザは、溶接用トーチ１２、光ファイバ１４および発振器１６を有し、溶接用トーチ１２が光ファイバ１４を介して発振器１６と接続されている。溶接用トーチ１２は、発振器１６から発振されるレーザ光に基づいて生成したスポット光を、光軸を鉛直にして加熱されたチップスキーラ部２１の補修面に照射し、供給される粉末またはワイヤー等の補修材料を溶解して、補修面を肉盛補修する。溶接用トーチ１２は、前記加熱された補修部位に第２スポット光を照射し、この補修部位に供給された補修材料を溶解してこの補修部位を肉盛補修する第２レーザ照射部として機能する。

なお、チップスキーラ部２１は、主に折出強化型Ｎｉ基超合金からなっており、補修材料は、チップスキーラ部２１と同一材料あるいは類似組成の材料からなっている。発振器１６は、溶接用トーチ１２からのスポット光が、補修材料を溶解可能とする温度、たとえば１６００［℃］に達するような発振出力のレーザ光を溶接用トーチ１２に供給する。また、補修材料の供給は、図示しない供給装置が行い、この供給装置は、たとえば後述する駆動制御部３０によって駆動制御されている。

また、加熱補修装置１０は、放射温度計１７を備える。この放射温度計１７は、予熱用トーチ１１からのスポット光が照射されるチップスキーラ部２１の予熱温度を測定する。この放射温度計１７は、発振器１５の制御部１５ｂとケーブル１９を介して接続され、測定した予熱温度（以下、「測定温度」という）の情報を制御部１５ｂに出力する。放射温度計１７は、加熱された補修部位の温度を検出する検出部として機能する。

制御部１５ｂは、放射温度計１７から入力する測定温度を、予め設定された所定温度（以下、「設定温度」という）、たとえば１０００［℃］と比較して、発振部１５ａのレーザ光の発振出力を調整制御する。すなわち、制御部１５ｂは、入力する測定温度が設定温度より低いときには、発振出力を高くするように発振部１５ａを制御し、入力する測定温度が設定温度より高いときには、発振出力を低くするように発振部１５ａを制御する。このように、制御部１５ｂは、前記検出された補修部位の温度に基づいて、前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を変更制御する機能を有する。

また、制御部１５ｂは、駆動制御部３０から入力する各種情報または予め設定された情報から、補修を行うチップスキーラ部２１の位置や補修の必要な高さ等を認識することも可能である。このため、制御部１５ｂは、この認識に基づいて、発振部１５ａのオン・オフ制御や発振の時間制御等も行うこともできる。

チップスキーラ部２１を含むガスタービン動翼２０の先端部は、部分雰囲気置換用カバー１８によって覆われている。この部分雰囲気置換用カバー１８内には、図示しないガス供給装置によってアルゴンガスが充填される。

また、予熱用トーチ１１、溶接用トーチ１２および放射温度計１７は、部分雰囲気置換用カバー１８内に移動可能に配置され、駆動制御部３０によって駆動制御される。駆動制御部３０は、補修情報および補修プログラムを記憶している。この補修情報には、たとえば予め計測されたチップスキーラ部２１の形状、このチップスキーラ部２１の補修面を移動するスポット光の経路情報が含まれる。また、この補修情報には、補修される一回の肉盛の長さ、厚さ、幅等の肉盛情報も含まれる。

図２はチップスキーラ部２１の概略上面図である。図２に示すように、経路情報は、チップスキーラ部２１の補修面を、たとえば等間隔にプロットしたｘ，ｙ，ｚ方向の３次元の座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７を有する。ここで、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７はたとえば（ｘ０，ｙ０，ｚ０）〜（ｘ１７，ｙ１７，ｚ１７）で表され、スポット光Ｓ１，Ｓ２が移動する経路の構築を可能にする。また、座標位置情報Ｐ０は、スポット光Ｓ１の加熱開始位置、加熱終了位置に、さらにスポット光Ｓ２の溶接開始位置、溶接終了位置に設定される。なお、この実施形態では、加熱開始位置と溶接開始位置、加熱終了位置および溶接終了位置をそれぞれ同一座標位置としたが、異なる座標位置でもよい。

図３は、実施形態１におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。図３に示すように、経路情報は、この他に予熱用トーチ１１と溶接用トーチ１２の移動速度Ｓ（図２参照）、予熱用トーチ１１のスポット光Ｓ１と溶接用トーチ１２のスポット光Ｓ２間の距離Ｄ、チップスキーラ部２１からの予熱用トーチ１１のスポット光Ｓ１と溶接用トーチ１２のスポット光Ｓ２の長さＨの情報を有する。ここで、予熱用トーチ１１と溶接用トーチ１２の移動速度Ｓは同一で、かつ一定である。スポット光Ｓ１とスポット光Ｓ２間の距離Ｄは一定である。また、スポット光Ｓ１とスポット光Ｓ２の長さＨは、同一で、かつ一定である。

駆動制御部３０は、経路情報および制御プログラムに基づいて、予熱用トーチ１１の図示しない駆動部（たとえばロボットアーム）を駆動制御する。すなわち、駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、移動速度Ｓ等の補修情報に基づいて、スポット光Ｓ１の現在位置を認識し、このスポット光Ｓ１を一定の移動速度Ｓで、この経路に沿ってＰ０→Ｐ１→Ｐ３→…→Ｐ１６→Ｐ１７→Ｐ０と移動させるように、予熱用トーチ１１を移動制御する。なお、この座標位置情報間は、制御プログラムによって予め経路が補完されており、これにより駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の補修面におけるスポット光Ｓ１の現在位置を常時認識することができる。

さらに、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、長さＨの情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１の補修面からの予熱用トーチ１１の高さを調整することができる。すなわち、予熱用トーチ１１は、チップスキーラ部２１上に配置され、このチップスキーラ部２１は摩耗などによって表面が凹凸に変形している。一方、スポット光Ｓ１の長さＨは、常に一定に設定されている。また、駆動制御部３０は、照射するスポット光Ｓ１の光軸を鉛直にし、経路に沿ってスポット光Ｓ１を移動させるように、予熱用トーチ１１を移動制御する。

そこで、駆動制御部３０は、座標位置情報に基づいて認識されたチップスキーラ部２１におけるスポット光Ｓ１の現在位置を認識し、この現在位置の座標のうちのｙ値に、スポット光Ｓ１の長さＨを加えた値が、予熱用トーチ１１の位置（スポット光Ｓ１の出射位置）になるように、予熱用トーチ１１を移動制御する。

この駆動制御により、予熱用トーチ１１は、加熱開始位置（座標位置Ｐ０）からチップスキーラ部２１の補修面に対して、常に一定の長さで光軸が鉛直のスポット光Ｓ１を照射するとともに、スポット光Ｓ１を上記経路に沿って移動させることができる。この結果、このスポット光Ｓ１によってチップスキーラ部２１の補修面を局所的に加熱することができる。なお、駆動制御部３０は、補修情報および補修プログラムに基づいて、発振器１５，１６をオン、オフ制御することも可能である。

また、駆動制御部３０は、補修情報および補修プログラムに基づいて、溶接用トーチ１２の図示しない駆動部（たとえばロボットアーム）を移動制御する。すなわち、駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、移動速度Ｓ、距離Ｄの情報等の補修情報に基づいて、スポット光Ｓ１から距離Ｄ遅れたスポット光Ｓ２の現在位置を認識する。そして、このスポット光Ｓ２を一定の移動速度Ｓで、この経路に沿ってＰ０→Ｐ１→Ｐ３→…→Ｐ１６→Ｐ１７→Ｐ０と移動させるように、溶接用トーチ１２を移動制御する。この移動制御では、スポット光Ｓ１とＳ２間の距離がDに設定されるので、スポット光Ｓ２が、移動するスポット光Ｓ１にこの距離Ｄ遅れて追従し、スポット光Ｓ１の通過した経路に沿って移動することが可能となる。

さらに、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、長さＨの情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１からの溶接用トーチ１２の高さを調整する。また、駆動制御部３０は、照射するスポット光Ｓ２の光軸を鉛直にし、経路に沿ってスポット光Ｓ２を移動させるように、溶接用トーチ１２を移動制御する。

この移動制御は、予熱用トーチ１１の移動制御の場合と同様で、駆動制御部３０は、座標位置情報に基づいて認識されたチップスキーラ部２１におけるスポット光Ｓ２の現在位置を認識し、この現在位置の座標のうちのｙ値に、スポット光Ｓ２の長さＨを加えた値が、溶接用トーチ１２の位置（スポット光Ｓ２の出射位置）になるように、溶接用トーチ１２を移動制御する。

この移動制御により、溶接用トーチ１２は、溶接開始位置（座標位置Ｐ０）からチップスキーラ部２１に対して光軸がスポット光Ｓ１の光軸と同じ一定の長さで、かつ同じ鉛直方向を向くスポット光Ｓ２を、チップスキーラ部２１の補修面に照射するとともに、先行するスポット光Ｓ１に一定距離Ｄ遅れて追従させながら経路に沿って移動させることができる。この結果、補修面には、常に同じ口径のスポット光が照射され、補修面を一定温度（１６００［℃］）に加熱することができ、このスポット光Ｓ２によって、この補修面に供給された補修材料を溶解して補修面を肉盛補修することができる。この駆動制御部３０は、第１レーザ照射部を移動制御する第１移動制御部および第２レーザ照射部を移動制御する第２移動制御部として機能する。なお、この肉盛補修では、補修の必要な補修面の高さに応じて、補修面の溶接を階層的に行ってこの補修面を肉盛させることができる。

放射温度計１７は、予熱用トーチ１１と連動するように、図示しない接続部材によって予熱用トーチと連結されている。これにより、放射温度計１７は、予熱用トーチ１１によって加熱されたチップスキーラ部２１の補修面の温度を常に非接触で検出することが可能となる。

（加熱補修装置の動作）
以下、図４を参照してこの加熱補修装置１０の動作を説明する。図４は、加熱補修装置１０の補修動作を説明するためのフローチャートである。
まず、この加熱補修装置１０では、電源をオンにすると駆動制御部３０が記憶されている補修情報に基づいて初期設定を行う（ステップＳ１０１）。ここでは、経路情報、加熱開始位置および溶接開始位置等の設定の他に、たとえば溶接の最終層の設定や最初の層の溶接を示す情報を設定してもよい。

次に、部分雰囲気置換用カバー１８を、チップスキーラ部２１を含むガスタービン動翼２０の先端部に被せ、図示しないガス供給装置によってアルゴンガスをこのカバー１８内に充填する（ステップＳ１０２）。さらに、駆動制御部３０は、溶接のシーケンスに基づいて予熱用トーチ１１を駆動制御して予熱を開始させる（ステップＳ１０３）。

ここでは、まず予熱用トーチ１１の位置座標を予め設定した零地点に到るように、図示しないロボットアームを移動させ、その零地点から加熱開始位置に移動させる。
予熱用トーチ１１が加熱開始位置に移動したら、予熱用トーチ１１の高さを調整して、このトーチ１１からスポット光Ｓ１をチップスキーラ部２１の補修面（座標位置Ｐ０）に照射させて、予熱を開始する。

次に、放射温度計１７によって補修面の温度を測定し（ステップＳ１０４）、制御部１５ｂが、放射温度計１７による測定温度が設定温度か否か判断する（ステップＳ１０５）。
ここで、制御部１５ｂは、測定温度が設定温度の場合（ステップＳ１０５のＹｅｓの場合）は、現状の予熱用トーチ１１の発振出力を維持させる（ステップＳ１０６）。

また、制御部１５ｂは、測定温度が設定温度でない場合（ステップＳ１０５のＮｏの場合）は、発振部１５ａを制御して予熱用トーチ１１の発振出力を調整する（ステップＳ１０７）。なお、このステップＳ１０７の調整において、制御部１５ｂは、測定温度が設定温度より低いときには、発振部１５ａから発振されるレーザ光の発振出力を高く制御し、また測定温度が設定温度より高いときには、発振部１５ａから発振されるレーザ光の発振出力を低く制御する。

次に、駆動制御部３０は、溶接のシーケンスに基づいて溶接用トーチ１２を駆動制御して溶接を開始させる（ステップＳ１０８）。ここでは、溶接用トーチ１２を溶接開始位置の座標に移動させる。
溶接用トーチ１２が溶接開始位置に移動したら、溶接用トーチ１２の高さを調整して、この溶接用トーチ１２からスポット光Ｓ２をチップスキーラ部２１の補修面（座標位置Ｐ０）に照射させて、この補修面に供給される補修材料を溶接してこの補修面を肉盛補修する。

次に、駆動制御部３０は、予熱用トーチ１１が加熱終了位置に到ったか否か判断する（ステップＳ１０９）。このステップＳ１０９では、駆動制御部３０は、図示しないロボットアームを移動させ、予熱用トーチ１１のスポット光Ｓ１が加熱終了位置（座標位置Ｐ０）の座標まで移動したか否か判断する。

ここで、予熱用トーチ１１が加熱終了位置に到っていない場合（ステップＳ１０９のＮｏの場合）は、ステップＳ１０５に戻って、発振部１５ａの制御を行う。また、予熱用トーチ１１が溶接終了位置に到った場合（ステップＳ１０９のＹｅｓの場合）は、駆動制御部３０は、発振器１５を停止させるとともに予熱用トーチ１１の駆動を停止させて予熱動作を終了する（ステップＳ１１０）。

さらに、駆動制御部３０は、溶接用トーチ１２を距離Ｄだけ移動制御した後、発振器１６を停止させるとともに溶接用トーチ１２を停止させて溶接動作を終了させて（ステップＳ１１１）、上記動作を終了する。なお、発振器１５，１６の可動、停止（ステップＳ１０３、Ｓ１０８、Ｓ１１０、Ｓ１１１）は、この実施形態のように駆動制御部３０の制御によって行ってもよいし、ユーザが手動で行ってもよい。

このように、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、チップスキーラ部２１の予熱温度を測定し、この測定結果に基づいて予熱用レーザの発振出力を調整するので、ガスタービン動翼におけるチップスキーラ部２１の予熱温度の変動を抑えるとともに、効率的に予熱することができる。

また、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、予熱用トーチ１１はスポット光を照射して局所的に予熱することができるので、チップスキーラ部２１のうちで補修の必要な部分のみを予熱することができる。この結果、その他の部分への入熱が少なくなり、熱による影響、たとえば歪等を防ぐことができる。

さらに、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、溶接用トーチ１２のスポット光Ｓ２の光軸が予熱用トーチ１１のスポット光Ｓ１の光軸と同一方向を向き、スポット光Ｓ２が、移動するスポット光Ｓ１に所定距離遅れて追従し、経路に沿って移動するように、溶接用トーチ１２を移動制御するので、加熱されたチップスキーラ部２１の補修面の熱損失を低減することができる。

（実施形態２）
図５は、本発明の実施形態２の加熱補修装置１０の構成を示す図である。
図５に示すように、この実施形態では、溶接用トーチ１２から照射されるスポット光Ｓ２の光軸が、予熱用トーチ１１から照射されるスポット光Ｓ１の光軸に直交するように、予熱用トーチ１１と溶接用トーチ１２とを接続するＬ字形の接続部材２５を備える。この接続部材２５によって、光軸が交わる位置までのスポット光Ｓ１，Ｓ２の長さＨを、一定に設定する。

駆動制御部３０は、予熱用トーチ１１がチップスキーラ部２１の外側面にスポット光Ｓ１を照射し、溶接用トーチ１２がチップスキーラ部２１の補修面にスポット光Ｓ２を照射するように、移動制御する。この移動制御により、予熱用トーチ１１は、チップスキーラ部２１の外側面にスポット光Ｓ１を照射することができるので、この結果、チップスキーラ部２１の外側面および外側面近傍の補修面を加熱することができる。

図６は、実施形態２におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。図６に示すように、この実施形態における経路情報は、実施形態１に示した座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７の他に、チップスキーラ部２１の外側面を、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７と同様に、たとえば等間隔にプロットしたｘ，ｙ，ｚ方向の３次元の座標位置情報Ｑ０〜Ｑ１７を有する。ここで、座標位置情報Ｑ０〜Ｑ１７はたとえば（ｘ０，ｙａ，ｚ０）〜（ｘ１７，ｙｑ，ｚ１７）で表され、スポット光Ｓ１が移動する経路の構築を可能にする。また、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７は、スポット光Ｓ２が移動する経路の構築を可能にする。さらに、座標位置情報Ｐ０は溶接開始位置および溶接終了位置に、座標位置情報Ｑ０は加熱開始位置および加熱終了位置に設定される。なお、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７と座標位置情報Ｑ０〜Ｑ１７は、座標位置のうちの高さ方向ｙが異なるのみで、横方向ｘと幅方向ｚとは互いに同一で対応している。ａ〜ｑは、プロットしたｙ方向の数を示す。

駆動制御部３０は、経路情報および制御プログラムに基づいて、予熱用トーチ１１の図示しないロボットアームを駆動制御する。すなわち、駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１外側面の座標位置情報Ｑ０〜Ｑ１７、移動速度Ｓ等の補修情報に基づいて、スポット光Ｓ１の現在位置を認識し、スポット光Ｓ１を一定の移動速度Ｓで、Ｑ０→Ｑ１→Ｑ３→…→Ｑ１６→Ｑ１７→Ｑ０と移動させるように、予熱用トーチ１１を移動制御する。なお、この座標位置情報間は、制御プログラムによって予め経路が補完されており、これにより駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の外側面におけるスポット光Ｓ１の現在位置を認識することができる。

また、駆動制御部３０は、照射されるスポット光Ｓ１の光軸を、チップスキーラ部２１の外側面と直交するように、予熱用トーチ１１を移動制御する。この制御では、座標位置情報Ｑ０〜Ｑ１７に基づいて外側面の形状（たとえば図２に示したチップスキーラ部２１の形状と同様の形状）を認識し、この形状から直交するスポット光Ｓ１の出射位置（予熱用トーチ１１の位置）を決定する。そして、この出射位置に基づいて、照射されるスポット光Ｓ１の光軸がチップスキーラ部２１外側面に直交するように、予熱用トーチ１１を移動制御する。これにより、予熱用トーチ１１は、加熱開始位置（座標位置Ｑ０）からチップスキーラ部２１の外側面に対して一定の長さＨのスポット光Ｓ１を照射するとともに、上記経路に沿って移動させることができる。この結果、このスポット光Ｓ１によってチップスキーラ部２１の外側面とともに、その外周面近傍の補修面を局所的に加熱することができる。

また、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、長さＨの情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１からの溶接用トーチ１２の高さを調整およびスポット光Ｓ２の光軸を鉛直に駆動制御することができる。この高さ調整や駆動制御は、実施形態１の溶接用トーチ１２の制御と同様なので、ここでは説明を省略する。

これにより、溶接用トーチ１２は、溶接開始位置（座標位置Ｐ０）から光軸がスポット光Ｓ１の光軸に直行し、かつチップスキーラ部２１に対して鉛直方向を向くスポット光Ｓ２を、チップスキーラ部２１の補修面に照射するとともに、経路に沿って移動させることができる。この結果、溶接用トーチ１２は、加熱されたチップスキーラ部２１の補修面に、スポット光Ｓ１による加熱とスポット光Ｓ２を照射を同時に行うことができ、このスポット光Ｓ２によって補修面に供給される補修材料を溶解してこの補修面を肉盛補修することができる。

このように、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、スポット光Ｓ１がチップスキーラ部２１の外側面の予め設定された経路に沿って移動するように、予熱用トーチ１１を移動制御し、スポット光Ｓ２がチップスキーラ部２１の補修面の予め設定された経路に沿って移動するように、溶接用トーチ１２を移動制御する。この結果、スポット光Ｓ１によって加熱された補修面に同時に、スポット光Ｓ２を照射することができるので、予熱温度の変動を考慮することなく、予熱用レーザの発振出力を制御することができ、この発振出力の制御が容易になる。

なお、この実施形態はこれに限らず、予熱用トーチ１１の光軸位置よりも溶接用トーチ１２の光軸の位置を若干後方にし、予熱用トーチ１１からのスポット光の照射位置と、溶接用トーチ１２からのスポット光の照射位置とをずらした状態にすることも可能である。この場合には、予熱と溶接をほぼ同時に行うことができ、実施形態２と同様に、予熱温度の変動がほとんど生じない状態で補修面を肉盛補修することができる。

（実施形態３）
図７は、本発明の実施形態３の加熱補修装置１０の構成を示す図である。図７に示すように、この実施形態では、スポット光Ｓ１の光軸とスポット光Ｓ２の光軸のなす内角θ（後述する図８参照）が鋭角になるように、予熱用トーチ１１と溶接用トーチ１２とを接続する接続部材２５を備える。そして、駆動制御部３０は、スポット光Ｓ２がスポット光Ｓ１によるチップスキーラ部２１の補修面の照射位置とほぼ同一位置をほぼ同時に照射するように、前記第２レーザ照射部を移動制御する。

図８は、実施形態３におけるガスタービン動翼の概略斜視図である。図８に示すように、この実施形態における補修情報は、上記内角θ、スポット光Ｓ１と補修面（紙面と水平の方向）のなす角度ω＝９０°−θ（一定）、補修面からのスポット光Ｓ１の高さＨ１＝Ｈｓｉｎω（一定）の情報を含む。ここで、Ｈは、実施形態１に示したチップスキーラ部２１からの予熱用トーチ１１のスポット光Ｓ１と溶接用トーチ１２のスポット光Ｓ２の長さである。

駆動制御部３０は、経路情報および制御プログラムに基づいて、予熱用トーチ１１の駆動部（たとえば図示しないロボットアーム）を駆動制御する。すなわち、駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、移動速度Ｓ等の補修情報に基づいて、スポット光Ｓ１の現在位置を認識し、このスポット光Ｓ１を一定の移動速度Ｓで、この経路に沿ってＰ０→Ｐ１→Ｐ３→…→Ｐ１６→Ｐ１７→Ｐ０と移動させるように、予熱用トーチ１１を移動制御する。なお、この実施形態でも、実施形態１，２と同様に、座標位置情報間は、制御プログラムによって予め経路が補完されており、これにより駆動制御部３０は、スポット光Ｓ１の現在位置を認識することができる。

さらに、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、角度ω、長さＨ、高さＨ１の情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１からの予熱用トーチ１１の高さを調整することができる。この角度ωと高さＨ１は、常に一定に設定されている。そこで、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、移動速度Ｓ等の補修情報に基づいて認識されたチップスキーラ部２１におけるスポット光Ｓ１の現在位置を認識し、この現在位置（座標位置のうちの高さ方向ｙ）、角度ω、長さＨ、高さＨ１によって、予熱用トーチ１１の高さを調整し、補修面から予熱用トーチ１１までの距離を一定にすることが可能となる。

この駆動制御により、予熱用トーチ１１は、加熱開始位置（座標位置Ｐ０）からチップスキーラ部２１に対して常に一定の長さのスポット光Ｓ１をチップスキーラ部２１の補修面に照射するとともに、上記経路に沿って移動させることができる。この結果、このスポット光Ｓ１によってチップスキーラ部２１の補修面を局所的に加熱することができる。

また、駆動制御部３０は、溶接用トーチ１２からのスポット光Ｓ２の光軸の方向を鉛直方向に設定する。駆動制御部３０は、補修情報および補修プログラムに基づいて、溶接用トーチ１２の図示しないロボットアームを駆動制御する。さらに、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、長さＨの情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１からの溶接用トーチ１２の高さを調整することができる。この駆動制御や高さ調整は、実施形態１と同様なので、ここでは説明を省略する。

また、駆動制御部３０は、スポット光Ｓ２がスポット光Ｓ１によるチップスキーラ部２１の補修面の照射位置とほぼ同一位置をほぼ同時に照射するように、前記第２レーザ照射部を移動制御する。すなわち、駆動制御部３０は、チップスキーラ部２１の座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、移動速度Ｓの情報等に基づいて、スポット光Ｓ１の現在の照射位置を認識し、この照射位置を常にスポット光Ｓ２が照射し、かつこのスポット光が経路に沿って移動するように、溶接用トーチ１２を移動制御する。

また、駆動制御部３０は、座標位置情報Ｐ０〜Ｐ１７、長さＨの情報等の補修情報に基づいて、チップスキーラ部２１からの溶接用トーチ１２の高さの調整およびスポット光Ｓ２の光軸を鉛直に駆動制御することができる。この高さ調整や駆動制御は、実施形態１の溶接用トーチ１２の制御と同様なので、ここでは説明を省略する。

この移動制御により、溶接用トーチ１２は、溶接開始位置（座標位置Ｐ０）からチップスキーラ部２１に対して常に一定の長さのスポット光Ｓ２をチップスキーラ部２１の補修面に照射するとともに、スポット光Ｓ１の照射位置と同一位置を同時に照射することができる。

このように、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、両トーチ１１，１２のスポット光の光軸を所定角度ずらして配置し、両トーチ１１，１２からのスポット光を、チップスキーラ部２１の補修面の同一の照射位置にオーバーラップするように照射する。この結果、予熱温度の変動が全くなくなり、この変動を考慮することなく、予熱用レーザの発振出力を制御することができ、この発振出力の制御がさらに容易になる。

（実施形態４）
図９は、本発明の実施形態４の加熱補修装置１０の構成を示す図である。
図９に示すように、この実施形態では、発振器１６から発振されるレーザ光の光軸上にレンズ群４０を配置して、このレーザ光を分割し、分割されたレーザ光を両トーチ１１，１２にそれぞれ供給する。なお、両トーチ１１，１２は、実施形態３と同様に接続され、実施形態３と同様に予熱用トーチ１１および溶接用トーチ１２を駆動制御している。

レンズ群４０は、コリメートレンズ４１、集光レンズ４２、プリズム４３を備える。コリメートレンズ４１は、発振器１６から発振されたレーザ光を平行光に変更する。集光レンズ４２は、この平行光の束のうちのほぼ半分の束を集光して光ファイバ１４を介して溶接用トーチ１２に供給することで、溶接用トーチ１２から１６００［℃］に達するような発振出力のスポット光の出力を可能にする。

また、コリメートレンズ４１と集光レンズ４２間で残りのほぼ半分の平行光の束を遮る位置にプリズム４３を配置する。プリズム４３は、この残りの平行光の束を角度を変えて分光し、集光レンズ４２に入射させる。集光レンズ４２は、プリズム４３から入射した平行光の束を集光して光ファイバ１３を介して予熱用トーチ１１に予熱用トーチ１１に供給することで、１０００［℃］に達するような発振出力のスポット光の出力を可能にする。

また、この実施形態の加熱補修装置１０は、放射温度計１７で測定されたチップスキーラ部２１の測定温度に基づいて、プリズム４３の配置位置を移動制御する駆動制御部３１を備える。すなわち、この駆動制御部３１は、プリズム４３の配置位置を移動させて、集光レンズ４２を介して光ファイバ１３に入射するレーザ光のエネルギー密度を変化させる。

たとえば、駆動制御部３１は、入力する測定温度が設定温度より低いときには、プリズム４３を図中の集光レンズ４２側に移動させることで、集光レンズ４２を介して光ファイバ１３に入射するレーザ光のエネルギー密度を高く変化させる。これにより、予熱用トーチ１１から照射されるスポット光の温度上昇を図ることができる。また、駆動制御部３１は、入力する測定温度が設定温度より高いときには、プリズム４３を図中のコリメートレンズ４１側に移動させることで、集光レンズ４２を介して光ファイバ１３に入射するレーザ光のエネルギー密度を低く変化させる。これにより、予熱用トーチ１１から照射されるスポット光の温度下降を図ることができる。

なお、この実施形態における予熱用トーチ１１および溶接用トーチ１２の移動制御は、実施形態３と同様の制御方法を用いて行うので、ここでは説明を省略する。

このように、この実施形態の加熱補修装置１０によれば、実施形態３と同様の効果が得られるとともに、分割したレーザ光を予熱用トーチ１１と溶接用トーチ１２とにそれぞれ供給し、かつレンズ群４０のプリズム４３を移動制御して予熱用トーチ１１に供給されるレーザ光のエネルギー密度を変化させる。この結果、高価な発振器の部品点数を削減できるとともに、プリズム４３の物理的な移動のみで容易に予熱用トーチ１１から照射されるスポット光の温度を変化することができる。

なお、この実施形態では、予熱用トーチ１１および溶接用トーチ１２の駆動制御を実施形態３の制御方法で行ったが、本発明はこれに限らず、両トーチ１１，１２を実施形態１，２のように駆動制御することも可能である。この場合には、実施形態１，２と同様の効果も得られる。

なお、本願発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１０…加熱補修装置、１１…予熱用トーチ、１２…溶接用トーチ、１３，１４…光ファイバ、１５，１６…発振器、１５ａ…発振部、１５ｂ…制御部、１７…放射温度計、１８…部分雰囲気置換用カバー、１９…ケーブル、２０…ガスタービン動翼、２１…チップスキーラ部、２５…接続部材、３０，３１…駆動制御部、４０…レンズ群、４１…コリメートレンズ、４２…集光レンズ、４３…プリズム。

Claims (7)

1. ガスタービン翼の補修部位に第１スポット光を照射し、この補修部位を局所的に加熱する第１レーザ照射部と、
   前記照射された第１スポット光が前記補修部位の外側面の予め設定された経路に沿って移動するように、前記第１レーザ照射部を移動制御する第１移動制御部と、
   前記加熱された補修部位の温度を検出する検出部と、
   前記検出された補修部位の温度に基づいて、前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御する制御部と、
   前記加熱されたガスタービン翼の補修部位に第２スポット光を照射し、この補修部位に供給された補修材料を溶解してこの補修部位を肉盛補修する第２レーザ照射部と、
   前記第１スポット光が移動する前記経路に対応して、前記照射された第２スポット光が移動するとともに、前記照射される第２スポット光の光軸の方向が鉛直方向になるように、前記第２レーザ照射部を移動制御する第２移動制御部と、
   前記照射する第２スポット光の光軸が、前記第１スポット光の光軸に直交するように、前記第１レーザ照射部と前記第２レーザ照射部とを接続する接続部材と、
   を具備することを特徴とする加熱補修装置。
2. 前記第２移動制御部は、前記第２スポット光が前記第１スポット光による前記補修部位の照射位置とほぼ同一位置をほぼ同時に照射するように、前記第２レーザ照射部を移動制御する
   ことを特徴とする請求項１記載の加熱補修装置。
3. レーザ光を発振して前記第１レーザ照射部に供給する第１レーザ光源と、
   レーザ光を発振して前記第２レーザ照射部に供給する第２レーザ光源と、
   をさらに具備し、前記制御部は、前記検出された補修部位の温度に基づいて、前記第１レーザ光源から発振するレーザ光の発振出力を変更することで、前記第１スポット光のエネルギー密度を制御する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の加熱補修装置。
4. 複数のレンズを有し、発振されたレーザ光を分割して前記第１レーザ照射部および第２レーザ照射部にそれぞれ供給するレンズ群と、
   前記検出部で検出された補修部位の温度に基づいて、前記レンズ群のレンズの配置位置を移動させて、前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御するレンズ移動制御部と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または２記載の加熱補修装置。
5. 第１レーザ照射部が、ガスタービン翼の補修部位に第１スポット光を照射し、この補修部位を局所的に加熱するステップと、
   第１移動制御部が、前記照射された第１スポット光が前記補修部位の外側面の予め設定された経路に沿って移動するように、前記第１レーザ照射部を移動制御するステップと、
   前記加熱された補修部位の温度を検出部が検出するステップと、
   前記検出された補修部位の温度に基づいて、制御部が前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御するステップと、
   第２レーザ照射部が、前記加熱されたガスタービン翼の補修部位に第２スポット光を照射し、前記第１スポット光の光軸に直交するように設定された前記第２スポット光の光軸の方向が、鉛直方向になるように、前記第２レーザ照射部を移動制御し、この補修部位に供給された補修材料を溶解してこの補修部位を肉盛補修するステップと、
   第２移動制御部が、前記第１スポット光が移動する前記経路に対応させて、前記照射された第２スポット光が移動するように、前記第２レーザ照射部を移動制御するステップと、
   を含むことを特徴とする加熱補修方法。
6. 前記肉盛補修するステップでは、前記第２スポット光が前記第１スポット光による前記補修部位の照射位置とほぼ同一位置をほぼ同時に照射するように、前記第２レーザ照射部を移動制御する
   ことを特徴とする請求項５記載の加熱補修方法。
7. 複数のレンズを有するレンズ群が、レーザ光源から発振されたレーザ光を分割して前記第１レーザ照射部および第２レーザ照射部にそれぞれ供給するステップを
   さらに含み、前記制御するステップでは、前記検出部で検出された補修部位の温度に基づいて、前記レンズ群のレンズの配置位置を移動させて、前記照射される第１スポット光のエネルギー密度を制御する
   ことを特徴とする請求項５または６記載の加熱補修方法。

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