(57)【要約】【課題】動翼全体の形状を定量的に検査する。【解決手段】実施形態によれば、動翼測定装置は、対象動翼１２を搭載し回転軸まわりを回転可能な第１の搭載部１１０、対象動翼１２の形状を計測する測定ユニット１２０、測定ユニット１２０を回転軸に平行な方向および回転軸に垂直な平面内の半径方向に移動させる測定ユニット駆動部１３０、測定ユニット駆動部１３０を搭載する第２の搭載部１４０、および測定データに基づいて対象動翼１２の３次元形状を算出する演算部４２を備える。測定ユニット１２０は、第２の搭載部１４０に固定されて対象動翼１２にレーザを照射するレーザユニット２６と対象動翼１２を撮影し対象動翼１２の各部分の３次元的位置情報を取得する３次元カメラ２８を有する。【選択図】図１
2014202534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象である対象動翼の外形形状の測定を行う動翼測定装置において、
前記対象動翼を固定して搭載し回転軸まわりを回転可能な第１の搭載部と、
前記対象動翼の形状を計測して測定データを出力する測定ユニットと、
前記測定ユニットを前記回転軸に平行な方向および前記回転軸に垂直な平面内を前記回転軸を中心に半径方向に移動させる駆動部と、
前記駆動部を固定して搭載する第２の搭載部と、
前記測定ユニットから出力された測定データに基づいて前記対象動翼の３次元形状を算出する演算部と、
を備え、
前記測定ユニットは、
前記第２の搭載部に固定されて前記対象動翼にレーザを照射するレーザユニットと、
前記第２の搭載部に固定されて前記対象動翼を撮影し前記対象動翼の各部分の３次元的位置情報を取得する３次元カメラと、
を有し、
前記第１の搭載部と前記第２の搭載部の相対的位置は、相対的に前記対象動翼の周囲を前記測定ユニットが回転する回転運動をもたらすように変化する、
ことを特徴とする動翼測定装置。
【請求項２】
前記回転軸は鉛直方向であり、
前記対象動翼は前記回転軸方向に延びた状態で前記第１の搭載部に固定される、
ことを特徴とする請求項１に記載の動翼測定装置。
【請求項３】
前記駆動部は、前記回転軸に平行な方向への駆動およびこの軸方向移動情報の出力を行う軸方向駆動部と、前記回転軸に垂直な平面内の前記回転軸を中心とする半径方向への駆動およびこの平面移動情報の出力を行う平面駆動部と、を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の動翼測定装置。
【請求項４】
前記回転運動は、前記第２の搭載部が不動の状態において、前記第１の搭載部が前記回転軸を中心に回転運動を行うことによりもたらされることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項５】
前記回転運動は、前記第１の搭載部が不動の状態において、前記第２の搭載部が前記回転軸を中心に前記第１の搭載部の周囲を周方向に移動することによりもたらされることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記第１の搭載部および前記第２の搭載部からの移動情報と前記３次元的位置情報を合成して位置補正を行うことにより３次元形状データを算出する情報補正合成部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項７】
前記対象動翼の外観形状測定データを受け入れる入力部をさらに備え、
前記演算部は、前記入力部で受け入れた前記外観形状データに基づいて、前記駆動部に目標位置指令を出力する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項８】
前記演算部により算出された前記３次元形状データを表示する表示部と、
これまでに計測された他の動翼についてのそれぞれの３次元形状データおよびこれらの３次元形状データから算出された基準形状データを格納する３次元形状データベースと、
をさらに備え、
前記演算部は、前記対象動翼についての前記３次元形状データと前記基準形状データとの差を計算して所定のしきい値を超える部分があるか否かを判定し、前記所定のしきい値を超える部分がある場合はその部分の情報を前記表示部に出力するとともに、前記３次元形状データベースに追加するために当該３次元形状データを出力する判定部を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項９】
前記演算部は、前記対象動翼の基準面の位置情報に基づいて前記測定時の前記対象動翼の評価軸と前記回転軸との傾きを算出して、前記傾きに基づいて前記３次元形状データを補正することを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項１０】
前記演算部は、前記３次元形状データのノイズ除去部およびフィルタリング部を有していることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項１１】
前記対象動翼、前記第１の搭載部および前記第２の搭載部を収納して外乱光を遮へいする扉を有する筐体をさらに備え、
前記演算部は、前記扉の開いている場合は前記測定ユニットによる前記計測を不許可とし、前記扉の閉じている場合にのみ前記測定ユニットによる前記計測を許可するインターロック機能を有する、
ことを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか一項に記載の動翼測定装置。
【請求項１２】
測定対象である対象動翼の外形形状の測定を行う動翼測定方法であって、
前記対象動翼を固定する固定ステップと、
前記固定ステップの後に、測定ユニットを用いて、前記対象動翼の同一側面での動翼軸方向の各高さにおける動翼軸垂直平面での測定を行う同一側面測定ステップと、
前記同一側面測定ステップの後に、すべての側面の計測を終了したか否かを判定する側面判定ステップと、
前記側面判定ステップで終了していないと判定された場合に、第１の搭載部と第２の搭載部の相対的な位置を周方向に所定の角度分回転させて前記同一側面測定ステップを繰り返す回転ステップと、
を有することを特徴とする動翼測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、動翼測定装置と動翼測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
軸流タービンは、ロータ表面の軸方向に間隔をあけて周方向に多数本植設された動翼と、タービンケーシングの内側の軸方向に間隔をあけて周方向に多数本固定された静翼とを有する。この軸方向に同一位置の静翼と下流側に隣接する軸方向に同一位置の動翼との１対の組合せによりタービン段落が形成され、この段落を複数段並べることで軸流タービンが形成されている。
【０００３】
この段落内に導入される作動流体である高圧蒸気が、各段落を通過する際に徐々に膨張し、そのエネルギが動翼の回転エネルギに変換されることでロータが回転駆動される。
【０００４】
タービン動翼の植込み構造としては、鞍形構造、クリスマスツリー形構造、Ｔ形構造およびフォーク形構造などが用いられ、植込み部に要求される強度および製造性に配慮して、その構造が選択されている。
【０００５】
このうち鞍形構造、クリスマスツリー形構造およびＴ形構造の動翼は主に高圧および中圧の蒸気タービンで用いられ、高速回転により大きな遠心力に耐え得るような設計がなされている。
【０００６】
ロータは高速（たとえば定格速度３６００回転／毎分）で回転するため振動が発生しないように、蒸気通路部の形状が一様でありかつ製品寸法上の誤差が少ないことが重要となる。
【０００７】
従来の動翼目視検査は、たとえば、動翼をロータに植え込む植込み部のフック面を架台に取り付けられた基準ブロックに複数吊り下げて、複数の動翼を一方から通して外観を確認して動翼どうしの外観形状に製作誤差等による不揃いが無いことを目視で検査する方法がある。
【０００８】
この方法による目視検査は、検査員の技量により検査結果に差が生ずるおそれがある。また複数の動翼を同時にぶら下げて検査するため、奥の方の動翼については、形状の出っ張りがある場合は異常が確認できるがへこんでいる場合は異常確認が困難である。また１方向からの確認では動翼自体が３次元的にどの様な誤差を持つか把握できない。また数値的なエビデンスが残らず検査員の判断に依存した計測方法であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平６−２５８１９０号公報
【特許文献２】特表２０１０−５２７４３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
動翼の先端部や動翼内の接合部を部分的に検査する技術は知られているが、これらは動翼全体の検査に関する技術ではない。このため、動翼全体の形状を定量的かつ効率的に検査する技術が望まれていた。
【００１１】
そこで、本発明の実施形態は、動翼全体の形状を定量的に検査できることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の目的を達成するため、本発明の実施形態は、測定対象である対象動翼の外形形状の測定を行う動翼測定装置において、前記対象動翼を固定して搭載し回転軸まわりを回転可能な第１の搭載部と、前記対象動翼の形状を計測して測定データを出力する測定ユニットと、前記測定ユニットを前記回転軸に平行な方向および前記回転軸に垂直な平面内を前記回転軸を中心に半径方向に移動させる駆動部と、前記駆動部を固定して搭載する第２の搭載部と、前記測定ユニットから出力された測定データに基づいて前記対象動翼の３次元形状を算出する演算部と、を備え、前記測定ユニットは、前記第２の搭載部に固定されて前記対象動翼にレーザを照射するレーザユニットと、前記第２の搭載部に固定されて前記対象動翼を撮影し前記対象動翼の各部分の３次元的位置情報を取得する３次元カメラと、
を有し、前記第１の搭載部と前記第２の搭載部の相対的位置は、相対的に前記対象動翼の周囲を前記測定ユニットが回転する回転運動をもたらすように変化する、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の実施形態は、測定対象である対象動翼の外形形状の測定を行う動翼測定方法であって、前記対象動翼を固定する固定ステップと、前記固定ステップの後に、測定ユニットを用いて、前記対象動翼の同一側面での動翼軸方向の各高さにおける動翼軸垂直平面での測定を行う同一側面測定ステップと、前記同一側面測定ステップの後に、すべての側面の計測を終了したか否かを判定する側面判定ステップと、前記側面判定ステップで終了していないと判定された場合に、第１の搭載部と第２の搭載部の相対的な位置を周方向に所定の角度分回転させて前記同一側面測定ステップを繰り返す回転ステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施形態によれば、動翼全体の形状を定量的に検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のダイレクトドライブモータを示す鳥瞰図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のエアーチャックシリンダを示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のＲ軸短軸ロボットを示す鳥瞰図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のＺ軸短軸ロボットを示す立断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法のステップを示すフロー図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法の同一側面測定ステップ内の各ステップを示すフロー図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の仕組みを説明する正面図である。
【図９】図８のＩＸ部の拡大図である。
【図１０】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の表示処理内容を示すフロー図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の誤差記録の例を示す表である。
【図１２】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測位置補正演算の処理を説明するための関係図である。
【図１３】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測形状データの第１の補正方法を説明するための概念的フロー図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正途中、（ｃ）は補正後を示す。
【図１４】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測形状データの第２の補正方法を説明するための概念的フロー図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。
【図１５】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データに段差のある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。
【図１６】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データにノイズデータのある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。
【図１７】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データにぎざぎざのある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。
【図１８】本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの自動補正のステップを説明するためのフロー図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【図２１】本発明の第４の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【図２２】本発明の第４の実施形態に係る動翼測定装置におけるインターロックの内容を示すブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る動翼測定装置と動翼測定方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１７】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【００１８】
測定対象である対象動翼１２の外形形状の測定を行う動翼測定装置１００は、第１の搭載部１１０、測定ユニット１２０、第２の搭載部１４０、制御盤３７、演算部４２、入力部１５１および出力部１５２を有する。
【００１９】
第１の搭載部１１０および第２の搭載部１４０は、上面に水平面が形成された定盤１３上に載置されている。測定ユニット１２０は、第２の搭載部１４０に取り付けられている。定盤１３に隣接して制御盤３７が設けられている。制御盤３７上には、演算部４２、入力部１５１および出力部１５２が設置されている。演算部４２、入力部１５１および出力部１５２は、たとえば図１に示すようにコンピュータである。第１の搭載部１１０上に、測定対象である対象動翼１２がその軸を鉛直になるように設置される。
【００２０】
第１の搭載部１１０は、対象動翼１２を搭載し、固定して、回転軸まわりを回転可能に形成されている。第１の搭載部１１０は、ステージ１４、ダイレクトドライブモータ１５および動翼固定治具１６を有する。ステージ１４は、定盤１３上に設けられ、定盤１３上で、上面に水平面が形成されている。ステージ１４上には、ダイレクトドライブモータ１５が設置されている。ダイレクトドライブモータ１５上に動翼固定治具１６が取り付けられている。
【００２１】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のダイレクトドライブモータを示す鳥瞰図である。ダイレクトドライブモータ１５は、ＡＣ（交流）サーボモータの一種で、扁平形状であり高トルクかつ高分解能で精密回転位置出しに用いられる。ダイレクトドライブモータ１５は、固定部１５ｂと、固定部１５ｂ上に搭載されている回転部１５ａとを有する。固定部１５ｂは、ステージ１４上に取り付けられている。回転部１５ａは、固定部１５ｂ上への回転部１５ａの搭載方向の軸を中心に固定部１５ｂに回転自在に支持されている。また、回転部１５ａ上のケーブル配線なども、回転自在な状態で電気的に接続される。ダイレクトドライブモータ１５の回転部１５ａ上には、動翼固定治具１６（図１参照）の一部であるベース１８が取り付けられている。
【００２２】
図３は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のエアーチャックシリンダを示す平面図である。動翼固定治具１６は、図１に示したベース１８とベース１８上に固定されたエアーチャックシリンダ１７を有する。
【００２３】
エアーチャックシリンダ１７は、図示しない操作バルブによってエアーの供給路を開閉することにより、両側にある爪２０を開閉する。爪２０にはクランプブロック２１が取り付けられている。対象動翼１２（図１）の植込み幅の大小によりクランプブロック２１を交換することにより、様々な動翼植込み部の固定が可能となる。
【００２４】
動翼固定治具１６のエアー配管は回転するため捻られることがないように、動翼固定治具１６のベース１８の下面にはロータリージョイント（図示しない）が設置されている。これによって、何度回転してもエアー配線が捻られることなくエアーを供給することができる。ここで、ロータリージョイントは、固定部１５ｂ（図２）側より供給した空気を回転部１５ａ（図２）側に漏れ無く伝達し、エアー配線の捻れを生じない。
【００２５】
測定ユニット１２０は、対象動翼１２の形状を計測して測定データを出力する。測定ユニット１２０は、図１に示すように帯状レーザ発振器２６および３Ｄカメラ２８を有する。
【００２６】
帯状レーザ発振器２６は、レーザ発振器ブラケット（図示しない）によって計測ユニットベース３５ｃ（図５参照）に固定支持されている。帯状レーザ発振器２６は、水平に所定の角度幅をもってレーザ光を発信する。帯状レーザ発振器２６には、大気中での減衰が少ない波長８００ｎｍ程度の赤外線レーザを用いる。
【００２７】
３Ｄカメラ２８は、帯状レーザ発振器２６から発せられたレーザ光が動翼１２に投影された部位の位置を測定する。３Ｄカメラ２８は、カメラブラケット（図示しない）で計測ユニットベース３５ｃに固定支持されている。３Ｄカメラ２８には２０００万画素程度の高精度３Ｄカメラを用いる。
【００２８】
図１に示すように、第２の搭載部１４０は、ベース１４１およびベース１４１上に搭載された測定ユニット駆動部１３０を有する。測定ユニット駆動部１３０は、測定ユニット１２０を２つの方向に駆動して移動させる。第１の方向は、第１の搭載部１１０の回転軸（以下、回転軸）に平行な方向すなわち鉛直方向である。第２の方向は、回転軸に垂直な平面内であって、回転軸を中心にした半径方向である。なお本実施形態では第２の搭載部１４０がベース１４１を有する場合を示したが、これに限定されない。第２の搭載部１４０にベース１４１が無くＲ軸単軸ロボット３４が直接定盤１３上に設けられていてもよい。ここで、Ｒ軸とは、第１の搭載部１１０上に鉛直に搭載された対象動翼１２の４つの側面のうちのある一つの面に向かう領域であって、回転軸から径方向の線上を指すものとする。
【００２９】
動翼は８０〜１３００ｍｍ程度の長尺構造物であるため、対象動翼１２に対して測定ユニット１２０を固定して測定すると、対象動翼１２の部位によって３Ｄカメラ２８との距離が異なるため、解像度の低下を招き、計測誤差が大きくなってしまう。このため、測定ユニット１２０と対象動翼１２との距離を一定として測定するために、測定ユニット１２０を移動可能なように測定ユニット駆動部１３０が設けられている。測定ユニット駆動部１３０は、Ｒ軸単軸ロボット３４およびＺ軸短軸ロボット３５を有する。ここでＺ軸とは、回転軸に平行な方向、すなわち延長方向の軸を指すものとする。
【００３０】
図４は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のＲ軸短軸ロボットを示す鳥瞰図である。測定ユニット１２０を対象動翼１２との距離を一定にして移動するために、ダイレクトドライブモータ１５（図２）の回転中心とを結ぶ径方向に、測定ユニット１２０を移動させるＲ軸単軸ロボット３４が設けられている。ここで、一般的に単軸ロボットは、たとえば１軸の送り装置であり、内部にはボールねじと直動ガイドと連結された移動ステージが搭載され、これを駆動するＡＣサーボモータを有する。単軸ロボットとしては１μｍ以下の繰り返し精度を有するものも利用可能である。
【００３１】
Ｒ軸単軸ロボット３４は、図１に示すように定盤１３上に設置されている。Ｒ軸単軸ロボット３４は、Ｒ軸単軸ロボット筐体３４ａ、Ｒ軸単軸ロボット駆動部３４ｂおよびＲ軸単軸ロボット移動ステージ３４ｃを有する。Ｒ軸単軸ロボット筐体３４ａはその長手方向が、第１の搭載部１１０（図１）のダイレクトドライブモータ１５の回転部１５ａ（図２）の回転中心から半径方向に沿うように、定盤１３（図１）上に設置されている。Ｒ軸単軸ロボット移動ステージ３４ｃは、Ｒ軸単軸ロボット駆動部３４ｂによりＲ軸単軸ロボット筐体３４ａの長手方向、すなわち水平方向、すなわちＲ軸方向に沿って移動する。
【００３２】
図５は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定装置のＺ軸短軸ロボットを示す立断面図である。Ｚ軸短軸ロボット３５は、Ｚ軸短軸ロボット筐体３５ａ、Ｚ軸単軸ロボット駆動部３５ｂおよび計測ユニットベース３５ｃを有する。計測ユニットベース３５ｃは、Ｚ軸単軸ロボット駆動部３５ｂによりＺ軸短軸ロボット筐体３５ａの長手方向、すなわち上下方向を移動する。
【００３３】
Ｚ軸短軸ロボット筐体３５ａは、Ｒ軸単軸ロボット移動ステージ３４ｃ（図４）上に、Ｚ軸短軸ロボット筐体３５ａの長手方向が鉛直となるように、また、計測ユニットベース３５ｃが、ダイレクトドライブモータ１５（図２）の回転部１５ａの回転中心に向くように取り付けられている。
【００３４】
計測ユニットベース３５ｃ上には、測定ユニット１２０（図１）の帯状レーザ発振器２６（図１）がレーザ発振器ブラケット（図示しない）を介して取り付けられている。また計測ユニットベース３５ｃ上には、３Ｄカメラ２８（図１）が、カメラブラケット（図示しない）を介して取り付けられている。帯状レーザ発振器２６および３Ｄカメラ２８は、ダイレクトドライブモータ１５の回転部１５ａの回転中心方向を含む範囲の、対象動翼１２（図１）を測定可能な方向に取り付けられている。
【００３５】
図１に示すように、制御盤３７は、ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー３８、Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー３９、Ｚ軸単軸ロボット駆動用ドライバー４０および電源（図示しない）やブレーカ（図示しない）等を有する。
【００３６】
ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー３８は、ダイレクトドライブモータ１５を駆動するとともにダイレクトドライブモータ１５の回転角度信号を演算部４２に出力する。
【００３７】
Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー３９は、Ｒ軸単軸ロボット駆動部３４ｂ（図４）を駆動するとともにＲ軸単軸ロボット駆動部３４ｂによるＲ軸短軸ロボット移動ステージ３４ｃ（図４）の移動距離信号を演算部４２に出力する。
【００３８】
Ｚ軸単軸ロボット駆動用ドライバー４０は、Ｚ軸単軸ロボット駆動部３５ｂ（図５）を駆動するとともにＺ軸単軸ロボット駆動部３５ｂによる計測ユニットベース３５ｃの移動距離信号を演算部４２に出力する。
【００３９】
演算部４２は、ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー３８からの回転角度信号、Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー３９からの移動距離信号およびＺ軸単軸ロボット駆動用ドライバー４０からの移動距離信号を受信する。演算部４２は、これらの信号に基づいて、ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー３８、Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー３９、Ｚ軸単軸ロボット駆動用ドライバー４０各々の行うべき動作を算出してこれらに指令信号を出力する。また、演算部４２は、データベースを有している。
【００４０】
入力部１５１は、外部からのデータ入力を受け入れる。出力部１５２は、演算部４２による演算結果等を出力しあるいは表示する。
【００４１】
図６は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法のステップを示すフロー図である。
【００４２】
まず、対象動翼１２の軸方向すなわち鉛直方向についての測定ユニット１２０の測定間隔、すなわち測定ユニット１２０の軸方向の移動間隔ΔＺ幅を設定する（ステップＳ１０）。また、対象動翼１２を動翼固定治具１６に固定する（ステップＳ２０）。ステップＳ１０およびステップＳ２０の後に、対象動翼１２の４つの面のうちの１つの面についての測定を実施する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の後に、対象動翼１２の４つの面の全ての測定を行ったか否かを判定する（ステップＳ４０）。全ての測定を終わったと判定されなかった場合（ステップＳ４０  ＮＯ）には、第１の搭載部１１０を９０°回転させる（ステップＳ５０）。この後に、ステップＳ３０以降を繰り返す。全てのステップが終わったと判定された場合（ステップＳ４０  ＹＥＳ）には終了する。
【００４３】
図７は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法の同一側面測定ステップ内の各ステップを示すフロー図である。すなわち、ステップＳ３０内の詳細なステップを示す。
【００４４】
ステップＳ３０としては、まず、測定ユニット１２０の位置における形状測定を行う。すなわち、帯状レーザ発振器２６から対象動翼１２に向けてレーザ光を発し、３Ｄカメラ２８により３次元映像をとり対象動翼１２においてレーザ光を反射する代表部分の３次元データを採取する（ステップＳ３１）。
【００４５】
第１の搭載部１１０の回転部１５ａの回転軸に垂直方向、すなわち、水平方向のデータ採取が終了したか否かを判定する（ステップＳ３２）。終了していないと判定された場合（ステップＳ３２  ＮＯ）には、ステップＳ３１に戻り、さらに同一水平面内のデータ採取を行う。
【００４６】
ステップＳ３２において終了していると判定された場合（ステップＳ３２  ＹＥＳ）は、全高、すなわち、鉛直方向の測定幅の測定を終了したか否かを判定する（ステップＳ３３）。終了していないと判定された場合（ステップＳ３３  ＮＯ）には、測定ユニット１２０の高さをΔＺ移動させる（ステップＳ３４）。この後、ステップＳ３１以下を繰り返す。終了したと判定された場合（ステップＳ３３  ＹＥＳ）は、全側面の測定を終了したか否かの判定（ステップＳ４０）に移る。
【００４７】
図８は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の仕組みを説明する正面図である。また、図９は、図８のＩＸ部の拡大図である。
【００４８】
演算部４２が有するデータベースは、動翼に関する情報を格納したデータベースである。具体的には、これまでに計測を行った動翼の３次元データから算出したマスターデータＡ、および対象動翼１２に関する製造時の記録である製品３次元データを格納している。マスターデータＡは、たとえば、これまでに計測を行った動翼の３次元データにおける各部の値の平均値あるいは、製造ロット、製造時期などで重み付けを行った平均値である。図８に示すように、マスターデータＡから平均的な動翼の形状が導かれる。
【００４９】
対象動翼１２の３次元データは対象動翼１２についての測定結果から導かれた対象動翼１２の３次元形状データＢである。対象動翼１２の中心軸に垂直な、計測ポイントとなった各水平面での代表点で評価する。評価は、図９に示すように、マスターデータＡとの比較を行い、これらとの差を誤差として求めることによって行う。なお、マスターデータＡの代わりに対象動翼１２の製品３次元データを用いてもよい。差は、ぞれぞれの評価点についての対象動翼１２の３次元形状データＢの値からマスターデータＡの値を減じたものであり、正負の値をとり得る。
【００５０】
図１０は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の表示処理内容を示すフロー図である。対象動翼１２の各部の誤差の値を求めても、判定値を満足しない箇所を見逃す可能性があるため、視覚的に確実に確認できる必要がある。このために、たとえば色別で表示すると分かりやすい。ここで、誤差は、計測値から製品３次元データまたはマスターデータＡの値を減じた値である。なお、誤差としては、計測値から製品３次元データまたはマスターデータＡの値を減じた値を製品３次元データまたはマスターデータＡの値で除した値としてもよい。
【００５１】
すなわち、誤差が第１の判定値より大きいか否かを判定する（ステップＳ４１）。ここで、第１の判定値は正の値をもつ。誤差が第１の判定値よりも大きいと判定されたら（ステップＳ４１  Ｙｅｓ）、異状ありとして該当部分を赤色で表示する（ステップＳ４４）。誤差が第１の判定値よりも大きくないと判定されたら（ステップＳ４１  Ｎｏ）、誤差が第２の判定値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ４２）。ここで、第２の判定値は負の値をもつ。誤差が第２の判定値よりも小さいと判定されたら（ステップＳ４２  Ｙｅｓ）、異状ありとして該当部分を赤色で表示する（ステップＳ４４）。誤差が第２の判定値よりも小さくないと判定されたら（ステップＳ４２  Ｎｏ）、異常なしとして該当部分を青色で表示する（ステップＳ４３）。なお、表示の区分の色は、赤色と青色以外でもよい。また、誤差の大小を把握できるように色別ではなく、たとえば該当部分を点滅表示することでもよい。
【００５２】
図１１は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの誤差判定の誤差記録の例を示す表である。計測誤差判定は数値化されているため、この数値を、図１１のように、たとえば、測定高さ１００．００においての、測定点Ｘの測定値、測定点Ｙの測定値、マスターデータＡの値との差、判定結果のように整理することにより計測記録を作成することができる。なお、図１１は一例であって、所定の計測記録の様式に沿って出力すればよい。
【００５３】
図１２は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測位置補正演算の処理を説明するための関係図である。対象動翼１２の形状測定を高精度で行うには、対象動翼１２と３Ｄカメラ２８間の距離を一定に保つことが望ましい。距離を一定に保ち、画角差が少ないほど、小さな誤差で計測できる。
【００５４】
このため、対象動翼１２の形状パラメータの一部を外部から入力するか、製品３次元データに基づいて演算部４２において形状パラメータを抽出する。演算部４２は、この形状パラメータに基づいて、ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー３８、Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー３９およびＺ軸単軸ロボット駆動用ドライバー４０に指令することにより一定距離に位置決めすることができる。
【００５５】
製品３次元データから計測位置を自動演算することが理想であるが、手動入力により製品情報（たとえば、対象動翼１２の軸方向寸法Ｔ１〜Ｔ３、幅方向寸法Ｘ１〜Ｘ４）を入力する場合は、図８に示した計測位置補正演算処理方法の例のように、製品情報のうちの一部の代表的な寸法のみを入力とし、その間の位置情報は直線補間等の処理により位置情報を取得する方法がある。この場合には、３Ｄカメラ２８の特性として対象動翼１２との距離関係による誤差を評価し、計測精度が低下を招かない様に数値入力ピッチを決めるとよい。
【００５６】
図１３は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測形状データの第１の補正方法を説明するための概念的フロー図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正途中、（ｃ）は補正後を示す。多数ある対象動翼１２の計測作業をスムースに進めるには、対象動翼１２を動翼固定治具１６に簡易に設置可能なことが求められるため、ある程度ラフな位置決めによっても小さな誤差で測定できることが望ましい。
【００５７】
いま、水平面にｘ軸とｙ軸をとり、ｙ軸方向は、第２の搭載部１４０のＲ軸単軸ロボット３４（図１参照）の軸方向とし、Ｒ軸単軸ロボット３４からダイレクトドライブモータ１５の回転中心に向かって正方向とする。また、ｙ軸に垂直な方向をｘ軸方向とする。図１３は、対象動翼１２を上から見た図であり、図の下側が測定ユニット１２０側である。
【００５８】
測定は対象動翼１２の各側面を正面として行うが、必ずしも、対象動翼１２の側面はｘ軸、ｙ軸に平行な方向となっているとは限らない。このため、対象動翼１２の測定ユニット１２０の正面となっている側面の両側のｙ軸方向の位置データから対象動翼１２の平面状の回転方向のずれｙ１を算出する（図１３（ａ））。これを左右のずれが等しくなるようにｙ２に揃える（図１３（ｂ））。その後に、原点方向に平行移動する（図１３（ｃ））。すなわち、対象動翼１２が対象動翼１２の軸を中心に回転して設置された場合には、対象動翼１２の側面が平行になるように３次元データを回転して新たな３次元データとする。また、こうすることにより、３次元形状データとマスターデータの照合がしやすくなるとともに、視覚的にも３次元形状を把握しやすくなる。
【００５９】
図１４は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測形状データの第２の補正方法を説明するための概念的フロー図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。対象動翼１２の植込み部の基準面すなわちフック面４７との対応関係に基づいて計測データを処する方法を使用する。
【００６０】
すなわち、対象動翼１２のなかで植込み部、特に植込み部のフック面４７が最も精度よく加工されている。このため、植込み部のフック面４７を基準面として位置補正処理を行う。すなわち、対象動翼１２が傾いた状態で設置された場合には、両側のフック面４７の鉛直方向の高さＺ１およびＺ２を算出する（図１４（ａ））。その後、Ｚ１とＺ２が等しくＺ３となるように３次元データを回転させる（図１４（ｂ））。すなわち、植込み部のフック面４７のレベルが定盤１３に対して平行な位置になるように３次元データを回転させる。このようにして得られた結果を新たな３次元データとする。
【００６１】
以上のような処理を行うことにより、ある程度ラフな対象動翼１２の位置決めであっても、また動翼固定治具１６と対象動翼１２間に異物が混入して測定されても、小さな誤差で測定することができる。
【００６２】
一般に画像計測装置においては、光源や露出などを調整する、あるいは計測データを人手でノイズ除去する等の編集処理を行うものが多い。この実施形態では、測定を自動化し安定した測定結果を得るため、演算部４２は、図１５ないし図１７に示す計測データの自動補正機能を有する。
【００６３】
図１５は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データに段差のある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。図１５の（ａ）は、対象動翼１２の表面に実際には存在しない段差がある場合を示す。このような場合に、３次元データにおいて段差の前後で平均化処理を行うなどにより、図１５（ｂ）に示すように正常な３次元データが得られる。
【００６４】
図１６は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データにノイズデータのある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。計測結果の生データには、局部的に乱反射等で生じたノイズデータがある場合がある（図１６（ａ））が、これは周囲のデータの有無により自動的に検出することが可能である。周囲にデータを持たないデータをノイズと判断することで、自動的に３次元データのノイズを除去することができる（図１６（ｂ））。
【００６５】
図１７は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データにぎざぎざのある場合の補正を説明するための概念図であり、（ａ）は補正前、（ｂ）は補正後を示す。対象動翼１２の表面は機械加工や研磨仕上げが施されており、基本的に表面性状は非常に良く画像は滑らかに採取できる筈である。しかし３次元測定データは、外部振動、デジタルデータに変換される際に数ピクセルずれることがあり、動翼表面に実際存在しないギザギザの画像（図１７（ａ））が取得されることがある。このため測定値の生データを平均化することにより滑らかなデータに変換され、実物に近いデータを取得することが可能になる（図１７（ｂ））。
【００６６】
図１８は、本発明の第１の実施形態に係る動翼測定方法における計測データの自動補正のステップを説明するためのフロー図である。演算部４２は、測定点のデータを読み込む（ステップＳ５１）。さらに、演算部４２は、読み込んだ測定点のデータと隣接する測定点のデータ間の距離を座標から算出して、算出した距離が判定値未満であるか否かを判定する（ステップＳ５２）。判定値未満ではないと判定（ステップＳ５２  Ｎｏ）した場合、演算部４２は、当該評価点のデータを削除し（ステップＳ５３）、当該評価点と同じ高さの周囲の評価点の平均値を当該評価点の値に変更する（ステップＳ５４）。判定値未満であると判定（ステップＳ５２  Ｙｅｓ）と判定した場合は、全データについて実施したか否かを判定する（ステップＳ５５）。全データについて実施したのではない（ステップＳ５５  Ｎｏ）場合は、ステップＳ５１以下を繰り返し、全データについて実施した場合（ステップＳ５５  Ｙｅｓ）は終了する。
【００６７】
以上のように構成された本実施形態によれば、多数の対象動翼１２の外形の３次元的計測を行う際に、対象動翼１２を動翼固定治具１６に簡易に設定した場合でも、対象動翼１２全体の形状を定量的に検査することができる。
【００６８】
［第２の実施形態］
図１９は、本発明の第２の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。
【００６９】
本実施形態は第１の実施形態の変形である。本実施形態における第２の搭載部１４０は、旋回ベース１４２、測定ユニット駆動部１３０を有する。
【００７０】
旋回ベース１４２は、外形が円板状であって中央に円形の開口１４２ａを有する。旋回ベース１４２の中央の開口１４２ａは、第１の搭載部１１０におけるダイレクトドライブモータ１５の回転部１５ａの回転中心と同一中心となるように形成されている。
【００７１】
旋回ベース１４２は、回転部１５ａの回転中心周りを旋回するように図示しない旋回ベース駆動部によって駆動される。旋回ベース１４２上には、測定ユニット１２０が、回転中心を向くような方向に測定ユニット駆動部１３０が搭載されている。
【００７２】
第１の実施形態においては、第１の搭載部１１０が対象動翼１２の回転軸まわりを回転する機能を有するが、本実施形態では第２の搭載部１４０が第１の搭載部１１０の周囲を旋回する。すなわち、本実施形態では第２の搭載部１４０が旋回することによって、相対的に対象動翼１２の周囲を測定ユニット１２０が回転する回転運動をもたらし、対象動翼１２と測定ユニット１２０との関係は第１の実施形態と同様となる。したがって、本実施形態における動翼測定装置１００によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
［第３の実施形態］
図２０は、本発明の第３の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。本実施形態は、第１の実施形態の変形である。本実施形態における動翼測定装置１００は、測定ユニット１２０および第２の搭載部１４０の組を２組有している。
【００７４】
測定ユニット１２０および第２の搭載部１４０の第１の組の回転部１５ａの回転中心からの周方向の角度と、測定ユニット１２０および第２の搭載部１４０の第２の組の回転部１５ａの回転中心からの周方向の角度とは、９０°ずれるように配置されている。
【００７５】
演算部４２は、測定ユニット１２０および第２の搭載部１４０の第１の組、測定ユニット１２０および第２の搭載部１４０の第２の組のそれぞれについて、各駆動部の状況に関する信号の受信、それぞれの駆動部がとるべき位置等の演算を並行して処理する機能を有する。
【００７６】
以上のように構成された本実施形態による動翼測定装置１００においては、２組の測定ユニット１２０が並行して対象動翼１２の２つの側面の計測を実施できる。２つの面についての計測の終了の後は、第１の搭載部１１０において対象動翼１２を回転中心まわりに１８０°回転し、対象動翼１２の残りの２つの側面についての測定を並行して実施することができる。このようにして、本実施形態では、１つの対象動翼１２についての測定が第１の実施形態の場合に比べて、約半分の時間で実施でき、測定時間が大幅に短縮できる。
【００７７】
なお、本実施形態では９０°ずれている場合を示したが、これに限定されない。２つの組のそれぞれの周方向の角度が、１８０°ずれている、すなわち、回転部１５ａの回転中心を挟んで互いに反対側にある場合でもよい。この場合は、最初の２つの側面についての測定が終了した後は、対象動翼１２を回転中心まわりに１８０°回転し、対象動翼１２の残りの２つの側面についての測定を並行して実施することができる。この場合も、１つの対象動翼１２についての測定が第１の実施形態の場合に比べて測定時間が約半分となる。
【００７８】
［第４の実施形態］
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る動翼測定装置の構成を示す鳥瞰図である。第１の搭載部１１０、第２の搭載部１４０および測定ユニット１２０は、定盤１３上に設置されている。第１の搭載部１１０、第２の搭載部１４０、測定ユニット１２０および定盤１３は、筐体５６内に収納されている。なお、演算部４２（図１参照）、入力部１５１および出力部１５２（図１参照）は筐体５６の外側に設置されている。
【００７９】
筐体５６の前面には、扉５７が設けられている。扉５７には、突起５７ａが設けられている。筐体５６には、扉５７の突起５７ａに対応する位置にリミットスイッチ５８が設けられている。リミットスイッチ５８からの信号は、演算部４２に出力されている。
【００８０】
図２２は、本発明の第４の実施形態に係る動翼測定装置におけるインターロックの内容を示すブロック線図である。演算部４２において、リミットスイッチ５８からの信号により扉５７が閉鎖状態か否かが判定される（ステップＳ６１）。扉５７が閉鎖状態ではなく開状態と判定された場合（ステップＳ６１  Ｎｏ）は、測定が禁止される（ステップＳ６５）。扉５７が閉鎖状態と判定された場合（ステップＳ６１  Ｙｅｓ）は、測定ユニット１２０の最初の位置決めがなされる（ステップＳ６２）。ステップＳ６２の後に、扉５７が閉鎖状態か否かが判定される（ステップＳ６３）。扉５７が閉鎖状態ではなく開状態と判定された場合（ステップＳ６３  Ｎｏ）は、測定が禁止される（ステップＳ６５）。扉５７が閉鎖状態と判定された場合（ステップＳ６３  Ｙｅｓ）は、測定が許可される（ステップＳ６４）。測定が許可され一連の測定が開始される。
【００８１】
動翼測定装置１００による測定においては、対象動翼１２が湾曲して捻れる等による帯状レーザ光の乱反射や外乱光による反射の可能性がある。本実施形態における動翼測定装置１００においては、対象動翼１２および測定ユニット１２０全体を筐体５６および扉５７で覆い測定する。筐体５６および扉５７で覆うことにより、レーザ光源やカメラの露出設定なども最適な条件に固定することが可能になりより安定した計測データを得ることができる。また測定中に計測部全体を覆う扉が誤って開放された場合には、正確な測定が出来ない可能性があるため、外乱の影響を防止するインターロックが設けられていることにより計測が正常に行われない状態を排除することができる。
【００８２】
［その他の実施形態］
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態において、動翼測定装置１００は、上面が水平に形成されている定盤１３上に設けられている場合を示したが、これに限定されない。たとえば、水平面上ではなくとも、全体が傾斜している場合でも本発明は適用できる。
【００８３】
また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。たとえば、第２の実施形態の特徴である第２の搭載部１４０が第１の搭載部１１０の周囲を移動する特徴と、第３の実施形態の特徴である複数の測定ユニットを設ける特徴とを組み合わせてもよい。また、これらと、第４の実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【００８４】
さらに、これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００８５】
これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００８６】
１０…フック面、１２…動翼（対象動翼）、１３…定盤、１４…ステージ、１５…ダイレクトドライブモータ、１５ａ…回転部、１５ｂ…固定部、１６…動翼固定治具、１７…エアーチャックシリンダ、１８…ベース、２０…爪、２１…クランプブロック、２６…帯状レーザ発振器（レーザユニット）、２８…３Ｄカメラ（３次元カメラ）、３４…Ｒ軸単軸ロボット、３４ａ…Ｒ軸単軸ロボット筐体、３４ｂ…Ｒ軸単軸ロボット駆動部（平面駆動部）、３４ｃ…Ｒ軸単軸ロボット移動ステージ、３５…Ｚ軸単軸ロボット、３５ａ…Ｚ軸単軸ロボット筐体、３５ｂ…Ｚ軸単軸ロボット駆動部（軸方向駆動部）、３５ｃ…計測ユニットベース、３７…制御盤、３８…ダイレクトドライブモータ駆動用ドライバー、３９…Ｒ軸単軸ロボット駆動用ドライバー、４０…Ｚ軸単軸ロボット駆動用ドライバー、４２…演算部、４７…フック面（基準面）、５６…筐体、５７…扉、５７ａ…突起、５８…リミットスイッチ、１００…動翼測定装置、１１０…第１の搭載部、１２０…測定ユニット、１３０…測定ユニット駆動部（駆動部）、１４０…第２の搭載部、１４１…ベース、１４２…旋回ベース、１４２ａ…開口、１５１…入力部、１５２…出力部
【図１】
2014202534.tif 000003
【図２】
2014202534.tif 000004
【図３】
2014202534.tif 000005
【図４】
2014202534.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2014202534.tif 000009
【図８】
2014202534.tif 000010
【図９】
2014202534.tif 000011
【図１０】
2014202534.tif 000012
【図１１】
2014202534.tif 000013
【図１２】
2014202534.tif 000014
【図１３】
2014202534.tif 000015
【図１４】
2014202534.tif 000016
【図１５】
2014202534.tif 000017
【図１６】
2014202534.tif 000018
【図１７】
2014202534.tif 000019
【図１８】
2014202534.tif 000020
【図１９】
2014202534.tif 000021
【図２０】
2014202534.tif 000022
【図２１】
2014202534.tif 000023
【図２２】
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