(57)【要約】【課題】タービン翼における翼高さ方向に沿う結晶方位を容易に取得することができる結晶方位取得方法を提供する。【解決手段】Ｘ線回折装置を用いて、翼高さ方向に結晶が成長した一方向凝固翼であるタービン翼の翼面にＸ線を照射するとともに該翼面からの回折Ｘ線を測定する測定工程Ｓ２と、検出した回折Ｘ線のピークに基づいて、翼面に交差する第一の結晶方位を取得する第一結晶方位取得工程Ｓ３と、第一の結晶方位に直交し、かつ、タービン翼の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として取得する第二結晶方位取得工程Ｓ４と、を含む。【選択図】図５
2019113397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折装置を用いて、翼高さ方向に結晶が成長した一方向凝固翼であるタービン翼の翼面にＸ線を照射するとともに該翼面からの回折Ｘ線を測定する測定工程と、
検出した前記回折Ｘ線のピークに基づいて、前記翼面に交差する第一の結晶方位を取得する第一結晶方位取得工程と、
前記第一の結晶方位に直交し、かつ、前記タービン翼の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として取得する第二結晶方位取得工程と、
を含む結晶方位取得方法。
【請求項２】
前記Ｘ線回折装置は、上下方向をｚ方向とし水平面に沿う平面をｘｙ平面とする測定座標系を有し、
前記タービン翼は、翼高さ方向をＺ方向とし、該翼高さ方向に交差する平面をＸＹ平面とした翼座標系を有し、
前記測定工程の前に、前記Ｘ線回折装置における前記測定座標系のｘ軸に、前記タービン翼における前記翼座標系のＺ軸が一致するように前記タービン翼を設置する設置工程をさらに含む請求項１に記載の結晶方位取得方法。
【請求項３】
前記第一結晶方位取得工程では、
前記第一の結晶方位を、前記測定座標系上の方向ベクトルを有する該測定座標系の[００１]方位として取得する請求項１又は２に記載の結晶方位取得方法。
【請求項４】
前記第二結晶方位取得工程では、
前記測定座標系の[００１]方位に直交する前記測定座標系の[１００]系の複数の結晶方位の方向ベクトルをそれぞれ演算し、これら複数の方向ベクトルのうち前記測定座標系のｘ方向成分が最大となる該測定座標系の結晶方位を、第二の結晶方位として取得する請求項３に記載の結晶方位取得方法。
【請求項５】
前記第二の結晶方位に基づいて、前記タービン翼の結晶方位の倒れ角及び回転角を取得する方位角度取得工程をさらに含む請求項１から４のいずれか一項に記載の結晶方位取得方法。
【請求項６】
翼高さ方向に向かって結晶が成長した一方向凝固翼であるタービン翼の翼面にＸ線を照射するとともに該翼面からの回折Ｘ線を測定するＸ線回折装置からの前記回折Ｘ線の情報を取得する回折Ｘ線情報取得部と、
取得した前記回折Ｘ線のピークに基づいて、前記翼面に交差する第一の結晶方位を取得する第一結晶方位演算部と、
前記第一の結晶方位に直交し、かつ、前記タービン翼の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として演算する第二結晶方位演算部と、
を備える結晶方位演算装置。
【請求項７】
前記Ｘ線回折装置は、上下方向をｚ方向とし水平面に沿う平面をｘｙ平面とする測定座標系を有し、
前記タービン翼は、翼高さ方向をＺ方向とし、該翼高さ方向に交差する平面をＸＹ平面とした翼座標系を有し、
前記回折Ｘ線情報は、前記Ｘ線回折装置における前記測定座標系のｘ軸に前記タービン翼における前記翼座標系のＺ軸が一致するように前記タービン翼が設置された状態で、前記Ｘ線回折装置により測定された情報である請求項６に記載の結晶方位演算装置。
【請求項８】
前記第一結晶方位演算部は、
前記第一の結晶方位を、前記測定座標系上の方向ベクトルを有する該測定座標系の[００１]方位として演算する請求項６又は７に記載の結晶方位演算装置。
【請求項９】
前記第二結晶方位演算部は、
前記測定座標系の[００１]方位に直交する前記測定座標系の[１００]系の複数の結晶方位の方向ベクトルをそれぞれ演算し、これら複数の方向ベクトルのうち前記測定座標系のｘ方向成分が最大となる該測定座標系の結晶方位を、第二の結晶方位として取得する請求項８に記載の結晶方位演算装置。
【請求項１０】
前記第二の結晶方位に基づいて、前記タービン翼の結晶方位の倒れ角及び回転角を演算する方位角度演算部をさらに備える請求項６から９のいずれか一項に記載の結晶方位演算装置。
【請求項１１】
請求項６から１０のいずれか一項に記載の結晶方位演算装置と、
前記Ｘ線回折装置と、
を備える結晶方位取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶方位取得方法、結晶方位演算装置及び結晶方位取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスタービン翼（以下、タービン翼ともいう）の材料として、高温強度の高い一方向凝固合金を使用することがある。一方向凝固合金は、結晶成長方向を一方向に揃えた柱状晶と呼ばれる細長い結晶粒の集合体から構成されており、結晶成長方向に高い強度を有する。タービン翼で一方向凝固合金を使用する場合には、タービンロータの回転時の遠心力に耐えられるように、翼高さ方向に結晶を成長させる。  
【０００３】
機械的強度は結晶成長方向によって異なるため、タービン翼の品質を管理するためには、結晶方位測定装置により結晶成長方向の結晶方位を測定して、当該結晶方位が翼高さ方向に沿ったものとなっているかを評価することが重要である。
【０００４】
例えば特許文献１には、Ｘ線回折装置を用いて、タービン翼の翼高さ方向の端面にＸ線を照射した際の回折Ｘ線を計測することにより、タービン翼の翼高さ方向に沿う結晶方位を取得する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２１０９２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、例えばタービン翼における翼高さ方向の一部分での結晶方位を取得したい場合、当該一部分でタービン翼を切断し、当該切断面を測定Ｘ線回折装置で測定する必要があった。そのため作業が煩雑となる他、一度測定を行ったタービン翼は、実機に使用できないという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、タービン翼における翼高さ方向に沿う結晶方位を容易に取得することができる結晶方位取得方法、結晶方位演算装置及び結晶方位取得システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用している。
即ち、本発明の第一態様に係る結晶方位取得方法は、Ｘ線回折装置を用いて、翼高さ方向に結晶が成長した一方向凝固翼であるタービン翼の翼面にＸ線を照射するとともに該翼面からの回折Ｘ線を測定する測定工程と、検出した前記回折Ｘ線のピークに基づいて、前記翼面に交差する第一の結晶方位を取得する第一結晶方位取得工程と、前記第一の結晶方位に直交し、かつ、前記タービン翼の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として取得する第二結晶方位取得工程と、を含む。
【０００９】
本態様によれば、タービン翼の翼面に対してＸ線を照射し、その際の回折Ｘ線を取得する構成のため、回折Ｘ線を検出するに際してタービン翼を切断等する必要はない。また、タービン翼の翼面に交差する方向の第一結晶方位は、評価対象となる翼高さ方向に沿う結晶方位、即ち、結晶成長方向の結晶方位に対して直交する結晶方位に他ならない。したがって、第一結晶方位に直交する複数の結晶方位のうち、最も翼高さ方向に近接する結晶方位である第二結晶方位こそが、評価対象となる結晶方位となる
したがって、翼面での計測により第一結晶方位を取得し、当該第一結晶方位に基づいて第二結晶方位を取得することで、結晶成長方向の結晶方位を容易に取得することができる。
【００１０】
上記態様に係る結晶方位取得方法では、前記Ｘ線回折装置は、上下方向をｚ方向とし水平面に沿う平面をｘｙ平面とする測定座標系を有し、前記タービン翼は、翼高さ方向をＺ方向とし、該翼高さ方向に交差する平面をＸＹ平面とした翼座標系を有し、前記測定工程の前に、前記Ｘ線回折装置における前記測定座標系のｘ軸に、前記タービン翼における前記翼座標系のＺ軸が一致するように前記タービン翼を設置する設置工程をさらに含む。  
【００１１】
タービン翼の翼高さ方向に沿うＺ軸をＸ線回折装置のｘ軸に一致させることで、タービン翼を横置きの姿勢とした状態でＸ線回折装置による計測を行うことができる。これにより、タービン翼を安定した状態で容易に測定を行うことができる。
【００１２】
前記第一結晶方位取得工程では、前記第一の結晶方位を、前記測定座標系上の方向ベクトルを有する該測定座標系の[００１]方位として取得してもよい。
【００１３】
Ｘ線回折装置における測定座標系の[００１]方位は、タービン翼における翼座標系の[０１０]方位又は[１００]方位に相当する。即ち、測定座標系及び翼座標系を絶対座標系に対する相対座標系とすれば、これらの結晶方位は、絶対座標系では同一の方向ベクトルを有する。
本態様のＸ線回折装置では、タービン翼の[０１０]方位又は[１００]方位をＸ線回折装置の[００１]方位と見立てて測定を行う。そして、測定座標系における[００１]方位に直交する結晶方位のうち、タービン翼の翼高さ方向（翼座標系のＺ方向、測定座標系のｘ方向）に最も近接する第二の結晶方位を求める。当該測定座標系の方向ベクトルを有する第二の結晶方位は、絶対座標系上では、翼座標系における結晶成長の方向の結晶方位である[００１]方位と同一である。
【００１４】
上記態様に係る結晶方位取得方法の前記第二結晶方位取得工程では、前記測定座標系の[００１]方位に直交する前記測定座標系の[１００]系の複数の結晶方位の方向ベクトルをそれぞれ演算し、これら複数の方向ベクトルのうち前記測定座標系のｘ方向成分が最大となる方向ベクトルを有する該測定座標系の結晶方位を、第二の結晶方位として取得する。
【００１５】
これによって、タービン翼の翼座標系における[００１]方位に相当する第二の結晶方位を容易に取得することができる。
【００１６】
上記態様に係る結晶方位取得方法では、前記第二の結晶方位に基づいて、前記タービン翼の結晶方位の倒れ角及び回転角を取得する方位角度取得工程をさらに含んでいてもよい。
【００１７】
測定座標系の方向ベクトルを有する該測定座標系の第二の結晶方位は、絶対座標系上では、翼座標系における結晶成長の方向の結晶方位である[００１]方位と同一である。よって、第二の結晶方位から、タービン翼の結晶方位の倒れ角及び回転角を容易に取得することができる。
【００１８】
本発明の一態様に係る結晶方位演算装置は、翼高さ方向に向かって結晶が成長した一方向凝固翼であるタービン翼の翼面にＸ線を照射するとともに該翼面からの回折Ｘ線を測定するＸ線回折装置からの前記回折Ｘ線の情報を取得する回折Ｘ線情報取得部と、取得した前記回折Ｘ線のピークに基づいて、前記翼面に交差する第一の結晶方位を取得する第一結晶方位演算部と、前記第一の結晶方位に直交し、かつ、前記タービン翼の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として演算する第二結晶方位演算部と、を備える。
【００１９】
上記結晶方位演算装置では、前記Ｘ線回折装置は、上下方向をｚ方向とし水平面に沿う平面をｘｙ平面とする測定座標系を有し、前記タービン翼は、翼高さ方向をＺ方向とし、該翼高さ方向に交差する平面をＸＹ平面とした翼座標系を有し、前記回折Ｘ線情報は、前記Ｘ線回折装置における前記測定座標系のｘ軸に前記タービン翼における前記翼座標系のＺ軸が一致するように前記タービン翼が設置された状態で、前記Ｘ線回折装置により測定された情報であってもよい。
【００２０】
上記結晶方位演算装置では、前記第一結晶方位演算部は、前記第一の結晶方位を、前記測定座標系上の方向ベクトルを有する該測定座標系の[００１]方位として演算してもよい。
【００２１】
上記結晶方位演算装置では、前記第二結晶方位演算部は、前記測定座標系の[００１]方位に直交する前記測定座標系の[１００]系の複数の結晶方位の方向ベクトルをそれぞれ演算し、これら複数の方向ベクトルのうち前記測定座標系のｘ方向成分が最大となる該測定座標系の結晶方位を、第二の結晶方位として取得してもよい。
【００２２】
上記結晶方位演算装置では、前記第二の結晶方位に基づいて、前記タービン翼の結晶方位の倒れ角及び回転角を演算する方位角度演算部をさらに備えてもよい。
【００２３】
本発明の一態様に係る結晶方位取得システムは、上記結晶方位演算装置と、前記Ｘ線回折装置と、を備える。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の結晶方位取得方法、結晶方位演算装置及び結晶方位取得システムによれば、タービン翼における翼高さ方向に沿う結晶方位を容易に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態に係る結晶方位取得方法、結晶方位演算装置及び結晶方位取得システムでの測定対象となるタービン翼の模式図である。
【図２】実施形態に係る結晶方位取得システムの模式図である。
【図３】実施形態に係る結晶方位演算装置のハードウェア構成を示す図である。
【図４】実施形態に係る結晶方位演算装置の機能ブロック図である。
【図５】実施形態に係る結晶方位取得方法の手順を示すフローチャートである。
【図６】実施形態に係るタービン翼がＸ線回折装置に設置された状態における測定座標系と翼座標系との関係を示す図である。なお、タービン翼の基部は記載を省略し、翼本体のみを図示している。
【図７】測定座標系における[１００]系の結晶方位及びこれら結晶方位の方向ベクトルを示す表である。
【図８】回転角を示すβを測定座標系から翼座標系に換算する際に用いる表である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。実施形態に係る結晶方位取得方法は、結晶方位の取得対象をガスタービン動翼（以下、単にタービン翼と称する。）としている。
【００２７】
[タービン翼]
図１に示すように、タービン翼１００は、基部１１０及び翼本体１２０を有している。
基部１１０は、タービン翼１００の根元の部分であって、ガスタービンのロータを構成するディスクに取り付けられる翼根１１１、及び該翼根１１１におけるロータの径方向外側に一体に設けられたプラットフォーム１１２を有している。プラットフォーム１１２は翼根１１１の径方向外側の端部から張り出している。
【００２８】
翼本体１２０は、プラットフォーム１１２からロータの径方向外側に向かって延びている。翼本体１２０の延在方向、即ち、ロータの径方向が翼高さ方向とされている。翼本体１２０は、一対の翼面を有している。これら翼面のうちの一方は圧力面１２１（腹側面）とされ、他方は負圧面１２２（背側面）とされている。圧力面１２１と負圧面１２２とは、翼本体１２０の前縁１２３及び後縁１２４で翼高さ方向全域にわたって接続されている。これら圧力面１２１と負圧面１２２とによって、翼本体１２０は翼高さ方向に直交する断面形状が翼型をなしている。
【００２９】
本実施形態のタービン翼１００は、結晶粒（柱状晶）が翼高さ方向に延びる一方向凝固合金により形成されている。即ち、タービン翼１００は、一方向凝固翼である。
ここで、タービン翼１００の翼高さ方向をＺ方向、該翼高さ方向に直交する平面をＸＹ平面とした三次元座標系を翼座標系と定義する。Ｚ方向は、翼高さ方向のうち翼本体１２０の径方向外側に位置する先端から径方向内側に位置する基端に向かう方向を正とする方向である。Ｘ方向は、負圧面１２２から圧力面１２１に向かう方向を正とする方向である。Ｙ方向は、後縁１２４から前縁１２３に向かう方向を正とする方向である。Ｘ方向に沿うＸ軸、Ｙ方向に沿うＹ軸及びＺ方向に沿うＺ軸は互いに直交している。
【００３０】
[結晶方位取得システム]
次に、本実施形態の結晶方位取得方法で使用する結晶方位取得システム３０について図２〜図４を参照して説明する。結晶方位取得システム３０は、Ｘ線回折装置１及び結晶方位演算装置１０を備える。
【００３１】
[Ｘ線回折装置]
図２に示すように、Ｘ線回折装置１は、床面に接地されるベース２と、ベース２の上面に立設され鉛直方向に延在する柱状部材３と、柱状部材３に取り付けられ、矢印Ｄ１で示すように上下方向に位置調整可能な可動体４と、可動体４に取り付けられたアーム部５と、測定ヘッド６と、ベース２に載置される回転デバイス７と、回転デバイス７に載置されるｘｙステージ８とを備えている。
【００３２】
アーム部５は、鉛直部５ａと、鉛直部５ａの上端から水平方向に張り出した水平部５ｂとからなるＬ字形状に形成されている。アーム部５は、鉛直部５ａにおいて、矢印χで示すように中心軸（以下、回転中心軸ともいう）ＣＬχを中心に縦回転（以下、χ回転ともいう）可能に可動体４に取り付けられている。アーム部５のχ回転位相は、結晶方位演算装置１０に入力される。
【００３３】
測定ヘッド６は、そのヘッド本体６ｂの上部に立設された支持部６ａが、アーム部５の水平部５ｂの先端部に上下方向に位置調整可能に挿設されている。ヘッド本体６ｂには、左右に管球６ｃと検出器６ｄとが取り付けられている。管球６ｃと検出器６ｄとは、測定ヘッド６に対して位置調整可能とされている。
【００３４】
管球６ｃは、測定対象物の測定箇所にＸ線２０を照射可能とされている。管球６ｃから照射されたＸ線２０が測定箇所で回折されると、この回折されたＸ線２０が検出器６ｄにより検出される。以下、測定箇所に到達前のＸ線２０と、測定箇所により回折された後のＸ線２０とを区別する場合には、前者のＸ線２０を照射Ｘ線２０ａと称し、後者のＸ線２０を回折Ｘ線２０ｂと称する。検出器６ｄによって検出された回折Ｘ線２０ｂの情報は、結晶方位演算装置１０に入力される。
【００３５】
回転デバイス７は、デバイス下部７ａとデバイス上部７ｂとを有し、デバイス上部７ｂはデバイス下部７ａに対して矢印φで示すように中心軸（以下、回転中心軸ともいう）ＣＬφを中心に横回転（以下、φ回転ともいう）可能に取り付けられている。デバイス上部のφ回転位相は、結晶方位演算装置１０に入力される。
χ回転の回転中心軸ＣＬχと、φ回転の回転中心軸ＣＬφとは、交点ＣＰで交差している。また、交点ＣＰを含む測定箇所にＸ線２０が照射されるようになっている。
【００３６】
ｘｙステージ８は、ベースステージ８ａと移動ステージ８ｂとを備えている。ここで、上下方向をｚ方向とし、水平面に沿う平面をｘｙ平面とする座標系を測定座標系と定義する。即ち、Ｘ線回折装置１は、測定座標系を有している。該Ｘ線回折装置１は当該測定座標系を基準として測定を行う。ｘｙ平面は、水平面から多少傾いていてもよい。
【００３７】
ベースステージ８ａは回転デバイス７に設置され、移動ステージ８ｂはベースステージ８ａに対し、図２の奥行方向に延びるｘ方向に位置調整可能とされているとともに、図２の左右方向に延びるｙ方向に位置調整可能とされている。ｘ方向は、図２の手前側から奥側に延びる方向を正とする方向である。ｙ方向は、図２の右側を正とする方向である。
ｘｙステージ８の上面には支持台９が載置されている。そして、支持台９の上面には、タービン翼１００が載置される。
【００３８】
[結晶方位演算装置]
結晶方位演算装置１０は、図３に示すように、ＣＰＵ６１（Central Processing Unit）、ＲＯＭ６２（Read Only Memory）、ＲＡＭ６３（Random Access Memory）、ＨＤＤ６４（Hard Disk Drive）、信号受信モジュール６５を備えるコンピュータである。信号受信モジュール６５は、Ｘ線回折装置１からの各種信号を受信する。
【００３９】
結晶方位演算装置１０のＣＰＵ６１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、図４に示すように、制御部７１、回折Ｘ線情報取得部７２、第一結晶方位演算部７３、第二結晶方位演算部７４、方位角度演算部７５の各構成を備える。
制御部７１は、解析装置に備えられた他の機能部を制御する。
【００４０】
回折Ｘ線情報取得部７２は、Ｘ線回折装置１から結晶方位演算装置１０に入力された回折Ｘ線情報を取得する。
第一結晶方位演算部７３は、回折Ｘ線情報取得部７２が取得した回折Ｘ線情報の回折Ｘ線のピークに基づいて、タービン翼１００の翼面に交差する第一の結晶方位を取得する。
第二結晶方位演算部７４は、第一の結晶方位に直交し、かつ、タービン翼１００の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として演算する。
方位角度演算部７５は、第二の結晶方位に基づいて、タービン翼１００の結晶方位の倒れ角及び回転角を演算する。
【００４１】
＜結晶方位取得方法＞
次に、結晶方位取得方法の手順について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。本実施形態に係る結晶方位取得方法は、設置工程Ｓ１、測定工程Ｓ２、第一結晶方位取得工程Ｓ３、第二結晶方位取得工程Ｓ４、方位角度取得工程Ｓ５の各工程を含む。
【００４２】
＜設置工程＞
設置工程Ｓ１は、Ｘ線回折装置１の測定座標系のｘ軸に、タービン翼１００における翼座標系のＺ軸が一致するように該タービン翼１００を設置する。なお、設置工程Ｓ１の前に、タービン翼１００の翼面における測定箇所に研磨、エッチング処理等を行ってもよい。
【００４３】
具体的には、図６に示すように、翼高さ方向となる翼座標系のＺ軸が、Ｘ線回折装置１のｘｙ平面におけるｘ軸と一致するように、タービン翼１００を支持台９上に設置する。本実施形態では、タービン翼１００の−Ｚ方向が、Ｘ線回折装置１のｘ方向となるようにタービン翼１００が設置される。即ち、Ｚ方向とｘ方向とは同軸かつ互いに逆向きである。
タービン翼１００のＸ軸はＸ線回折装置１のｚ軸と一致している。タービン翼１００のＸ方向とＸ線回折装置１のｚ方向とは同一方向（上方向）を向いている。
タービン翼１００のＹ軸はＸ線回折装置１のｙ軸と一致している。タービン翼１００のＹ方向とＸ線回折装置１のｙ方向とは同一方向（図６における右方向）を向いている。
本実施形態では、タービン翼１００の負圧面１２２の一部が測定箇所となるように、負圧面１２２が上方を向くようにタービン翼１００を設置する。
【００４４】
さらに、設置工程Ｓ１では、タービン翼１００の翼面の測定箇所を回転デバイス７の中心となる回転中心軸ＣＬφ上に一致させる。また、アライメント治具（図示省略）を用いて、測定ヘッド６、可動体４及びＸＹステージを調整することで、翼面の測定箇所が、適切な高さ及びＸ線の照射範囲となるように調整を行う。これにより、翼面の測定箇所となる結晶粒の表面がＸ線走査面の中心に合うように調整され、即ち、測定箇所は上記交点ＣＰに一致する。
【００４５】
＜測定工程＞
設置工程Ｓ１の後に、測定工程Ｓ２を実施する。本実施形態では、Ｘ線回折装置１で回折Ｘ線を取得する対象となる回折面は、測定座標系における[０１２]系の結晶方位を有する結晶面である。当該結晶面での回折Ｘ線を取得すべく、管球６ｃ及び検出器６ｄの位置を調整する。即ち、下記（１）式の条件を満たすように、入射角θ（＝回折角θ）を調整する。
【００４６】
【数１】
2019113397.tif 000003
ここで、λはＸ線の波長、ｄは結晶粒の格子面間隔である。 
【００４７】
次いで、Ｘ線を照射し、測定される回折Ｘ線の強度を検出しながら回転デバイス７によってタービン翼１００を回転中心軸ＣＬφ回りに３６０°だけφ回転させる。これにより回折ピークの探索を行う。
回折ピークが確認されなければ、タービン翼１００を回転中心軸ＣＬχ回りにχ回転させる。即ち、下記（２）に示す適切なステップ幅Δχだけタービン翼１００をχ回転させる。
【００４８】
【数２】
2019113397.tif 000004
ここで、Ｈは検出器６ｄの窓の高さ、Ｌはタービン翼１００の翼面の測定箇所から検出器６ｄまでの距離、θはブラッグ角である。
【００４９】
そして、χ角のステップ移動後、再度、測定される回折Ｘ線の強度を検出しながら回転デバイス７によってタービン翼１００を回転中心軸ＣＬφ回りに３６０°だけφ回転させる。これにより再度、回折ピークの探索を行う。
回折Ｘ線強度を検出しながらのタービン翼１００のφ回転及びタービン翼１００のχ回転の上記手順は、回折ピークが確認されるまで繰り返される。即ち、回折ピークが確認されるまでタービン翼１００の姿勢を変化させながら測定を行う。
【００５０】
回折ピークが確認された際には、当該タービン翼１００の姿勢でφ角、χ角を詳細にスキャンし、当該回折ピークのφ角、χ角を求める。その後、さらにピーク探索を行って４箇所のピークを求める。
【００５１】
＜第一結晶方位取得工程＞
次いで第一結晶方位取得工程Ｓ３を行う。第一結晶方位取得工程Ｓ３は、結晶方位演算装置１０の第一結晶方位演算部７３によって行われる。第一結晶方位取得工程Ｓ３では、回折Ｘ線情報取得部７２で取得した回折Ｘ線のピーク（４箇所のピーク）やφ角及びχ角に基づいて、翼面に交差する第一の結晶方位を取得する。ここでの第一の結晶方位は、測定座標系での[００１]方位である。
【００５２】
ここで、結晶方位が[００１]方位である場合には、結晶を構成する原子や分子が三次元的に配列されることから、同時に等間隔に４つの結晶方位を有することが知られている。第一結晶方位取得工程Ｓ３では、当該４つの回折ピークに基づいて、これら４つの回折ピークの方位の中心に位置する[００１]方位を演算する。
４つの回折ピークの結晶方位は、[０１２]、[０−２４]、[−２０４]及び[２０４]である。なお、通常は結晶方位中の負の数字はアッパーラインを付して示すが、本明細書では「−」を数字の前に付して表記する。
第一結晶方位取得工程Ｓ３によって、測定箇所における測定座標系での[００１]方位の方位ベクトルが取得される。当該結晶方位は、タービン翼１００の翼面（本実施形態では負圧面１２２）に交差する方位を示し、測定座標系のｚ軸に近接する方位である。
【００５３】
ここで、Ｘ線回折装置１における測定座標系の[００１]方位は、タービン翼１００における翼座標系の[０１０]方位又は[１００]方位に相当する。即ち、測定座標系及び翼座標系を絶対座標系に対する相対座標系とすれば、これらの結晶方位は、絶対座標系では同一の方向ベクトルを有する。上記測定工程Ｓ２及び第一結晶方位取得工程Ｓ３では、タービン翼１００の[０１０]方位又は[１００]方位をＸ線回折装置１の[００１]方位と見立てて測定及び演算を行っている。
特に本実施形態では、翼座標系のＸ軸を測定座標系のｚ軸に一致させているため、測定座標系の[００１]方位は、翼座標系の[１００]方位に相当する。
【００５４】
＜第二結晶方位取得工程＞
次いで第二結晶方位取得工程Ｓ４を行う。第二結晶方位取得工程Ｓ４は、結晶方位演算装置１０の第二結晶方位演算部７４によって行われる。第二結晶方位取得工程Ｓ４では、第一の結晶方位に直交し、かつ、タービン翼１００の翼高さ方向に最も近接する結晶方位を、結晶成長方向に沿う第二の結晶方位として取得する。
【００５５】
本実施形態の第二結晶方位取得工程Ｓ４では、測定座標系の[００１]方位の方位ベクトルに直交する[１００]系の複数の結晶方位の方向ベクトルをそれぞれ演算する。これにより、図７に示すように、各[１００]系の結晶方位毎の方向ベクトルが取得される。なお、図７におけるＮｏ．１は、第一結晶方位取得工程Ｓ３で演算した測定座標系における[００１]方位の方向ベクトルである。第二結晶方位取得工程Ｓ４では、当該[００１]方位の方向ベクトルを基準として、幾何学的にＮｏ．２以降の各[１００]系の結晶方位の方向ベクトルを演算する。
【００５６】
なお、測定座標系の[００１]を含む各[１００]系の結晶方位毎の方向ベクトルを、測定工程Ｓ２で取得した４つの回折ピークに基づいて、同時に演算するようにしてもよい。測定工程Ｓ２では、測定座標系の[０１２]系の４つの結晶方位が取得されるので、これに基づいて幾何学的に各[１００]系の結晶方位の全方向ベクトルを演算することができる。
【００５７】
そして、第二結晶方位取得工程Ｓ４では、演算した複数の結晶方位の方向ベクトルのうち測定座標系のｘ方向成分が最大となる該測定座標系の結晶方位を、第二の結晶方位として取得する。即ち、各結晶方位の方向ベクトルを（Ｖｘ，Ｖｙ，Ｖｚ）とした場合、｜Ｖｘ｜が最大となる方向ベクトルを有する結晶方位を第二の結晶方位とする。
【００５８】
複数の方向ベクトルのうち、測定座標系のｘ方向成分が最大となる方向ベクトルは、これら複数の方向ベクトルのうち、最もｘ軸に近接した方向ベクトルである。したがって、第二の結晶方位は、ｘ軸に最も近接した結晶方位となる。例えば本実施形態では、図７におけるＮｏ．２の結晶方位[−１００]の｜Ｖｘ｜が最大の場合、当該[−１００]方位を第二の結晶方位とする。当該第二の結晶方位は、下記（３）式に示すベクトル（図６参照）として表すことができる。
【００５９】
【数３】
2019113397.tif 000005
【００６０】
ここで、図６に示すように、第二の結晶方位は測定座標系における方向ベクトルを有する[−１００]方位であるが、当該第二の結晶方位は、翼座標系における[００１]方位に相当する。即ち、絶対座標系上では、測定座標系における[−１００]方位及びこの方向ベクトルと、翼座標系における[００１]方位及びこの方向ベクトルとは、互いに同一である。したがって、第二の結晶方位を、タービン翼１００の結晶成長方向の結晶方位である[００１]としてみなすことができる。
なおこの段階で、測定座標系における[−１００]方位の方向ベクトルを、翼座標系に座標変換することで、翼座標系における[００１]方位及び方向ベクトルを取得してもよい。
【００６１】
＜方位角度取得工程＞
次いで方位角度取得工程Ｓ５を行う。方位角度取得工程Ｓ５は、結晶方位演算装置１０の方位角度演算部７５によって行われる。方位角度取得工程Ｓ５では、第二結晶取得工程で取得した第二の結晶方位に基づいて、タービン翼１００の結晶方位の倒れ角及び回転角を取得する。
ここで、倒れ角とは、図６に示すように、タービン翼１００のＺ軸と翼座標系の[００１]方位の方向ベクトルとがなす角αである。回転角とは、図６に示すように、タービン翼１００のＺ軸と翼座標系の[００１]方位の方向ベクトルにおけるＹＺ平面投射線とがなす角βである。
【００６２】
上述した第二結晶方位取得工程Ｓ４の末尾で説明したように、翼座標系における[００１]方位及び方向ベクトルを取得した上で倒れ角及び回転角を求めてもよいが、ここでは測定座標系の[−１００]方位の方向ベクトル（上記（３）式）に基づいて、倒れ角及び回転角を演算する。即ち、測定座標系の[−１００]方位は翼座標系の[００１]方位と等価のため、測定座標系の[−１００]に基づいて幾何学的に倒れ角及び回転角を求めることができる。
【００６３】
ここで、上記（３）式のベクトルと測定座標系のｘ軸に沿う単位ベクトルとの間には、図６から幾何学的に下記（４）式の関係が成立する。測定座標系のｘ軸に沿う単位ベクトルは、翼座標系のＺ軸に沿う単位ベクトルに相当する。
【００６４】
【数４】
2019113397.tif 000006
【００６５】
そして、上記（４）式をαについて解くと、倒れ角αは下記（５）式で求めることができる。なお、（３）式のＶｘが正の場合には、（３）式のＶｘ，Ｖｙ，Ｖｚをそれぞれ−Ｖｘ，−Ｖｙ，−Ｖｚに変換して演算してもよい。これにより、翼座標系上の倒れ角としてαを取得することができる。
【００６６】
【数５】
2019113397.tif 000007
【００６７】
また、回転角βは、図６に示す幾何学的な関係から、下記（６）式で求めることができる。
【００６８】
【数６】
2019113397.tif 000008
【００６９】
そして、演算したβを図８に示す表に基づいて、測定座標系での角度から翼座標系での角度に変換する。これにより、回転角を取得することができる。
【００７０】
上記のように翼座標系でのタービン翼１００の倒れ角及び回転角を求めた後に、これら倒れ角及び回転角が予め定めた規定値以内に入っているか否かの判定を行う。
【００７１】
以上説明したように、本実施形態の結晶方位取得方法、結晶方位演算装置及び結晶方位取得システム３０によれば、タービン翼１００の翼面に対してＸ線を照射し、その際の回折Ｘ線を取得する構成のため、回折Ｘ線を検出するに際してタービン翼１００を切断等する必要はない。したがって、タービン翼１００を切断する事前準備等が必要となる他、タービン翼１００の結晶方位の検査を行った後でも該タービン翼１００を実機で使用することができる。
【００７２】
また、タービン翼１００の翼面に交差する方向の第一結晶方位は、評価対象となる翼高さ方向に沿う結晶方位、即ち、結晶成長方向の結晶方位に対して直交する結晶方位に他ならない。よって、第一結晶方位に直交する複数の結晶方位のうち、最も翼高さ方向に近接する結晶方位である第二結晶方位を求めることで、評価対象となる結晶方位を容易に取得することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば実施形態では、タービン翼１００の負圧面１２２の一部を測定箇所として、結晶方位を取得したが、タービン翼１００の圧力面１２１の一部を測定箇所としてもよい。この場合、タービン翼１００の圧力面１２１が上を向くようにＸ線回折装置１に設置される。
【符号の説明】
【００７４】
１    Ｘ線回折装置
２    ベース
３    柱状部材
４    可動体
５    アーム部
５ａ  鉛直部
５ｂ  水平部
６    測定ヘッド
６ａ  支持部
６ｂ  ヘッド本体
６ｃ  管球
６ｄ  検出器
７    回転デバイス
８    ｘｙステージ
９    支持台
１０  結晶方位演算装置
２０  Ｘ線
２０ａ       照射Ｘ線
２０ｂ       回折Ｘ線
３０  結晶方位取得システム
６１  ＣＰＵ
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
６４  ＨＤＤ
６５  信号受信モジュール
７１  制御部
７２  回折Ｘ線情報取得部
７３  第一結晶方位演算部
７４  第二結晶方位演算部
７５  方位角度演算部
１００       タービン翼
１１０       基部
１１１       翼根
１１２       プラットフォーム
１２０       翼本体
１２１       圧力面
１２２       負圧面
１２３       前縁
１２４       後縁
【図１】
2019113397.tif 000009
【図２】
2019113397.tif 000010
【図３】
2019113397.tif 000011
【図４】
2019113397.tif 000012
【図５】
2019113397.tif 000013
【図６】
2019113397.tif 000014
【図７】
2019113397.tif 000015
【図８】
2019113397.tif 000016