(57)【要約】      （修正有）【課題】タービン軸の溶接部の検査を短時間に行う機能を低コストな構成で実現する溶接検査装置を提供する。【解決手段】溶接検査装置は、シャフトＳの一端にタービンインペラＴが溶接されたタービン軸ＴＳを、タービン軸ＴＳの軸周りに回転させる回転部と、シャフトＳとインペラＴとの溶接部Ｂに対して、シャフトＳの径方向外方に配された測定素子３ａ、３ｂを有し、タービン軸ＴＳの回転中、測定素子３ａ、３ｂから溶接部Ｂまでの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行する変位計３と、距離測定処理の結果に基づいて、シャフトＳとインペラＴが適正に溶接されているか否かを判定する判定部と、を備える。【選択図】図４
2015014534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの一端にインペラが溶接されたタービン軸を、該タービン軸の軸周りに回転させる回転部と、
前記シャフトと前記インペラとの溶接部に対して、該シャフトの径方向外方に配された測定素子を有し、前記タービン軸の回転中、該測定素子から該溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行する測定部と、
前記距離測定処理の結果に基づいて、前記シャフトと前記インペラが適正に溶接されているか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするタービン軸の溶接検査装置。
【請求項２】
前記測定部は、レーザ変位計で構成される第１変位計を備えるとともに、前記溶接部を挟んで対向配置された前記第１変位計の２つの測定素子それぞれから、該溶接部までの距離を測定する第１距離測定処理を遂行し、
前記判定部は、第１変位計が測定した、前記２つの測定素子それぞれから前記溶接部までの距離の和が第１許可範囲外であると、前記シャフトと前記インペラの溶接が不適正であると判定することを特徴とする請求項１に記載のタービン軸の溶接検査装置。
【請求項３】
前記測定部は、非接触静電容量型の変位計で構成される第２変位計を備えるとともに、該第２変位計から前記溶接部までの距離を測定する第２距離測定処理を遂行し、
前記判定部は、該第２変位計が測定した距離が第２許可範囲外であると、前記シャフトと前記インペラの溶接が不適正であると判定することを特徴とする請求項１または２に記載のタービン軸の溶接検査装置。
【請求項４】
前記測定部は、レーザ変位計で構成される第１変位計と、非接触静電容量型の変位計で構成される第２変位計と、を備え、前記溶接部を挟んで対向配置された前記第１変位計の２つの測定素子それぞれから、該溶接部までの距離を測定する第１距離測定処理を遂行するとともに、前記判定部によって、該第１変位計が測定した２つの測定素子それぞれから前記溶接部までの距離の和が第１許可範囲内であると判定されると、該第２変位計の測定素子から該溶接部までの距離を測定する第２距離測定処理を遂行し、
前記判定部は、前記第１変位計が測定した、前記２つの測定素子それぞれから該溶接部までの距離の和が前記第１許可範囲外である場合、および、前記第２変位計が測定した距離が第２許可範囲外である場合に、前記シャフトと前記インペラの溶接が不適正であると判定することを特徴とする請求項１に記載のタービン軸の溶接検査装置。
【請求項５】
前記測定部は、前記タービン軸の回転中、該タービン軸の外周面のうち、前記溶接部以外の平面部までの距離を、複数回測定して、芯ブレ量を測定する補正量測定処理を遂行して補正データを生成し、
前記判定部は、前記補正データと、前記溶接部に対する前記距離測定処理の結果とに基づいて、前記シャフトと前記インペラが適正に溶接されているか否かを判定することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のタービン軸の溶接検査装置。
【請求項６】
シャフトの一端にインペラを溶接してタービン軸を形成する接合部と、
前記タービン軸を、該タービン軸の軸周りに回転させる回転部と、
前記シャフトと前記インペラとの溶接部に対して、該シャフトの径方向外方に配された測定素子を有し、前記タービン軸の回転中、該測定素子から該溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行する測定部と、
前記距離測定処理の結果に基づいて、前記シャフトと前記インペラが適正に溶接されているか否かを判定する判定部と、
を備えることを特徴とするタービン軸の溶接装置。
【請求項７】
シャフトの一端にインペラが溶接されたタービン軸を、該タービン軸の軸周りに回転させ、
前記タービン軸の回転中、前記シャフトと前記インペラとの溶接部に対して該シャフトの径方向外方に配された測定素子から該溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行し、
前記距離測定処理の結果に基づいて、前記シャフトと前記インペラが適正に溶接されているか否かを判定することを特徴とするタービン軸の溶接検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトとインペラの溶接部を検査するタービン軸の溶接検査装置、溶接装置、および溶接検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一端にタービンインペラが設けられ他端にコンプレッサインペラが設けられたシャフトが、ベアリングハウジングに回転自在に軸支された過給機が知られている。こうした過給機をエンジンに接続し、エンジンから排出される排気ガスによってタービンインペラを回転させるとともに、このタービンインペラの回転によって、シャフトを介してコンプレッサインペラを回転させる。こうして、過給機は、コンプレッサインペラの回転に伴い空気を圧縮してエンジンに送出する。
【０００３】
タービン軸は、シャフトとタービンインペラを溶接して構成される。このタービン軸におけるシャフトとタービンインペラの溶接部に対して、溶接が適正に行われたかの検査を行う場合、作業者が目視するか、特許文献１に示すように、Ｘ線によって溶接部の内部を画像化して検査する構成が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１０８８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
タービン軸の溶接部に対し、目視による検査を行うと、作業時間が長くなるばかりか、１回の検査では溶接の不具合を見落としてしまうおそれがあるため、検査を複数回行う必要があった。また、Ｘ線による画像診断を行う構成は、装置が大掛かりとなってコストが高くなってしまう。
【０００６】
本発明の目的は、タービン軸の溶接部の検査を短時間に、かつ、正確に行う機能を、低コストな構成で実現することが可能なタービン軸の溶接検査装置、溶接装置、および溶接検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のタービン軸の溶接検査装置は、シャフトの一端にインペラが溶接されたタービン軸を、タービン軸の軸周りに回転させる回転部と、シャフトとインペラとの溶接部に対して、シャフトの径方向外方に配された測定素子を有し、タービン軸の回転中、測定素子から溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行する測定部と、距離測定処理の結果に基づいて、シャフトとインペラが適正に溶接されているか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
測定部は、レーザ変位計で構成される第１変位計を備えるとともに、溶接部を挟んで対向配置された第１変位計の２つの測定素子それぞれから、溶接部までの距離を測定する第１距離測定処理を遂行し、判定部は、第１変位計が測定した、２つの測定素子それぞれから溶接部までの距離の和が第１許可範囲外であると、シャフトとインペラの溶接が不適正であると判定してもよい。
【０００９】
測定部は、非接触静電容量型の変位計で構成される第２変位計を備えるとともに、第２変位計から溶接部までの距離を測定する第２距離測定処理を遂行し、判定部は、第２変位計が測定した距離が第２許可範囲外であると、シャフトとインペラの溶接が不適正であると判定してもよい。
【００１０】
測定部は、レーザ変位計で構成される第１変位計と、非接触静電容量型の変位計で構成される第２変位計と、を備え、溶接部を挟んで対向配置された第１変位計の２つの測定素子それぞれから、溶接部までの距離を測定する第１距離測定処理を遂行するとともに、判定部によって、第１変位計が測定した２つの測定素子それぞれから溶接部までの距離の和が第１許可範囲内であると判定されると、第２変位計の測定素子から溶接部までの距離を測定する第２距離測定処理を遂行し、判定部は、第１変位計が測定した、２つの測定素子それぞれから溶接部までの距離の和が第１許可範囲外である場合、および、第２変位計が測定した距離が第２許可範囲外である場合に、シャフトとインペラの溶接が不適正であると判定してもよい。
【００１１】
測定部は、タービン軸の回転中、タービン軸の外周面のうち、溶接部以外の平面部までの距離を、複数回測定して、芯ブレ量を測定する補正量測定処理を遂行して補正データを生成し、判定部は、補正データと、溶接部に対する距離測定処理の結果とに基づいて、シャフトとインペラが適正に溶接されているか否かを判定してもよい。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明のタービン軸の溶接装置は、シャフトの一端にインペラを溶接してタービン軸を形成する接合部と、タービン軸を、タービン軸の軸周りに回転させる回転部と、シャフトとインペラとの溶接部に対して、シャフトの径方向外方に配された測定素子を有し、タービン軸の回転中、測定素子から溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行する測定部と、距離測定処理の結果に基づいて、シャフトとインペラが適正に溶接されているか否かを判定する判定部と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のタービン軸の溶接検査方法は、シャフトの一端にインペラが溶接されたタービン軸を、タービン軸の軸周りに回転させ、タービン軸の回転中、シャフトとインペラとの溶接部に対してシャフトの径方向外方に配された測定素子から溶接部までの距離を、複数回測定する距離測定処理を遂行し、距離測定処理の結果に基づいて、シャフトとインペラが適正に溶接されているか否かを判定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タービン軸の溶接部の検査を短時間に、かつ、正確に行う機能を低コストな構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】タービン軸の概略図である。
【図２】溶接装置の概略的な構成を示した機能ブロック図である。
【図３】接合部を説明するための説明図である。
【図４】第１変位計による第１測定処理を説明するための説明図である。
【図５】第２変位計による第２測定処理を説明するための説明図である。
【図６】補正部による補正量測定処理を説明するための説明図である。
【図７】溶接方法を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１７】
図１は、タービン軸ＴＳの概略図であり、図１（ａ）には、タービンインペラＴ（インペラ）とシャフトＳが溶接される前の側面図を示し、図１（ｂ）には、タービンインペラＴとシャフトＳが溶接されたタービン軸ＴＳの側面図を示す。
【００１８】
図１（ａ）に示すように、タービンインペラＴは、ハブＴａの外周面に複数の羽根Ｔｂが配されて構成される。ハブＴａの底面Ｔｃには、ハブＴａの軸方向に窪んだ窪みＴｄが形成される。また、シャフトＳは、一端面Ｓａにおいて、シャフトＳの軸方向に突出する突出部Ｓｂが形成されている。シャフトＳの突出部Ｓｂは、タービンインペラＴの窪みＴｄに挿入でき、突出部Ｓｂを窪みＴｄの奥まで挿入しても窪みＴｄの底面Ｔｅには当接せず、突出部Ｓｂと底面Ｔｅとの間に空隙が形成される寸法関係となっている。
【００１９】
図１（ｂ）に示すように、シャフトＳの突出部ＳｂをタービンインペラＴの窪みＴｄに挿入し、シャフトＳの一端面ＳａとタービンインペラＴの底面Ｔｃとを当接させる。その当接面の外周に電子ビームを照射して溶接することでタービン軸ＴＳを製造している。以下、タービンインペラＴとシャフトＳを溶接し、さらに、溶接が適正に行われたかを判定する溶接装置について説明する。
【００２０】
図２は、溶接装置１の概略的な構成を示した機能ブロック図である。図１に示すように、溶接装置１は、接合部２と、第１変位計３（測定部）と、第２変位計４（測定部）と、駆動部５（回転部）と、制御部６とを備える。
【００２１】
接合部２は、減圧部２ａと、電子銃２ｂとを含んで構成され、シャフトＳとタービンインペラＴとを電子ビーム溶接する。減圧部２ａは、例えば、真空ポンプなどで構成され、溶接処理を行う雰囲気から空気を排出して減圧する。電子銃２ｂは、陰極部が発生した電子ビームを陽極部が加速し、加速した電子ビームをレンズで収束させて、溶接対象となる部位に照射する。
【００２２】
図３は、接合部２を説明するための説明図である。図３に示すように、チャック部７ａはシャフトＳを固定し、チャック部７ａの上方に配されたチャック部２ｃはタービンインペラＴを固定している。チャック部７ａは、不図示の回転機構（回転部）によって、シャフトＳの軸周りに回転するとともに、不図示の昇降機構によってシャフトＳの軸方向に移動する。チャック部７ａの回転（移動）に伴って、シャフトＳおよびタービンインペラＴも回転（移動）する。
【００２３】
シャフトＳとタービンインペラＴとの溶接対象部位の径方向外方には、当該溶接対象部位を挟んで２つの電子銃２ｂがそれぞれ配されている。シャフトＳとタービンインペラＴは、ケーシング２ｄ内に収容されており、ケーシング２ｄの内部は、ケーシング２ｄの外部に配された減圧部２ａと連通している。
【００２４】
まず、昇降機構によってシャフトＳとタービンインペラＴの当接面の径方向外方に、電子銃２ｂの照準を合わせる。そして、減圧部２ａがケーシング２ｄの内部の空気を排出すると、ケーシング２ｄと減圧部２ａとの連通部に配されたバルブ２ｅが閉じ、ケーシング２ｄの内部の減圧状態が保たれる。
【００２５】
その後、電子銃２ｂが溶接対象部位に電子ビームを照射し、回転機構によって、チャック部７ａとともにシャフトＳとタービンインペラＴが１８０度回転し、シャフトＳとタービンインペラＴの当接面の外周が全周に亘って溶接される。
【００２６】
また、図２に示す第１変位計３は、レーザ変位計であって、測定素子３ａ、３ｂと、アンプ３ｃと、解析部３ｄとを含んで構成される。測定素子３ａ、３ｂは、発光素子が発光したレーザ光を、レンズを介して集光し、測定対象に投射する。そして、受光素子が測定対象からの反射光を検知する。受光素子が反射光を検知したことで生じる信号をアンプ３ｃが増幅し、解析部３ｄが増幅された信号に基づいて、測定対象までの距離を導出する。
【００２７】
図４は、第１変位計３による第１測定処理を説明するための説明図である。接合部２による電子ビーム溶接処理の間、測定素子３ａ、３ｂは、接合部２と干渉しない位置に退避している。そして、接合部２が退避位置に移動した後、第１測定処理を行うとき、測定素子３ａ、３ｂは、不図示の移動機構によって、図４（ａ）に示すように、タービン軸ＴＳの溶接部Ｂの径方向外方であって、互いにタービン軸ＴＳの軸中心に対して線対象な位置に移動する。タービン軸ＴＳのシャフトＳは、チャック部７ａに固定されたままとなっている。
【００２８】
そして、不図示の回転機構によって、チャック部７ａとともにタービン軸ＴＳが回転すると、第１変位計３は、タービン軸ＴＳの回転中、測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離を、タービン軸ＴＳの回転位置（回転角度）を異ならせて複数回測定する第１測定処理（距離測定処理）を遂行する。
【００２９】
図４（ｂ）、（ｃ）には、タービン軸ＴＳの溶接部Ｂと測定素子３ａ、３ｂを抽出して示す。理解を容易とするため、図４（ｂ）、（ｃ）においては、タービン軸ＴＳにおける溶接部Ｂ近傍を抽出し、また、測定素子３ａ、３ｂは簡略化して示す。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、２つの測定素子３ａ、３ｂ間の距離Ａから、測定素子３ａ、３ｂから溶接部Ｂまでの距離ａの和を減算すれば、溶接部Ｂの外径が算出できる。この外径が第１許可範囲内に含まれていれば、溶接は適正であると判定される。
【００３１】
溶接工程では、溶接部Ｂに溶接ビードが形成されるが、溶接部Ｂの溶接ビードが窪んでいる部分では外径が小さくなり、逆に、溶接部Ｂの溶接ビードが突出している部分では外径が大きくなる。第１許可範囲は、溶接が適正に行われた場合に想定される溶接部Ｂの外径の範囲において、第１測定処理で測定される値の範囲として予め設定されており、溶接部Ｂの外径が第１許可範囲外であると、溶接は不適正であると判定される。
【００３２】
図４（ｃ）に示すように、タービン軸ＴＳの軸中心が測定素子３ａ、３ｂの中間位置からずれている場合、測定素子３ａから溶接部Ｂまでの距離ｂと、測定素子３ｂから溶接部Ｂまでの距離ｃは異なる。しかし、２つの測定素子３ａ、３ｂ間の距離Ａから、両距離ｂ、ｃの和を減算すれば、溶接部Ｂの外径を算出できる。このように、第１変位計３は、タービン軸ＴＳの軸中心と、測定素子３ａ、３ｂの中間位置とのずれに影響を受けない構成となっている。
【００３３】
また、図２に示す第２変位計４は、非接触静電容量型の変位計であって、測定素子４ａと、アンプ４ｂ、解析部４ｃとを含んで構成される。測定素子４ａは、プローブで構成され、測定対象との距離に応じて静電容量が変化する。アンプ４ｂは、この静電容量によって変化する出力を増幅する。アンプ４ｂからの出力と、測定素子４ａから測定対象までの距離は、近似式によって対応付けられており、解析部４ｃは、この近似式を用いて測定対象までの距離を導出する。
【００３４】
図５は、第２変位計４による第２測定処理を説明するための説明図である。図５（ａ）に示すように、タービン軸ＴＳは、シャフトＳがチャック部７ａに固定されており、タービン軸ＴＳの溶接部Ｂの径方向外方に測定素子４ａが配されている。
【００３５】
測定素子４ａは、ステージ１ｂに固定されており、ステージ１ｂは、移動軸５ａによって支持されている。移動軸５ａは、軸方向がタービン軸ＴＳの径方向に向けて配されており、モータ５ｂの回転動力によって、ステージ１ｂおよび測定素子４ａを、タービン軸ＴＳの径方向（図５（ａ）中、左右方向）に移動させる。ここで、モータ５ｂは、ステッピングモータで構成されており振動が少なく誤差が生じにくい。
【００３６】
接合部２による電子ビーム溶接処理の間、および、第１変位計３による第１測定処理の間、測定素子４ａは、ステージ１ｂとともに、溶接部Ｂの径方向外方であって、接合部２および第１変位計３と干渉しない程度に溶接部Ｂから離隔した位置で待機している。そして、第１測定処理が終わって測定素子３ａ、３ｂが退避位置に移動した後、第２測定処理を行う場合、移動軸５ａおよびモータ５ｂは、測定素子４ａを溶接部Ｂに近づける。
【００３７】
図５（ｂ）には、タービン軸ＴＳの溶接部Ｂと測定素子４ａを抽出して示す。理解を容易とするため、図５（ｂ）においては、タービン軸ＴＳおよび測定素子４ａにおける溶接部Ｂ近傍を抽出して示す。
【００３８】
図５（ｂ）に示すように、まず、測定素子４ａとタービン軸ＴＳの軸中心との距離が、基準距離Ｌとなる位置まで測定素子４ａが移動する。そして、不図示の回転機構によって、チャック部７ａとともにタービン軸ＴＳが回転すると、第２変位計４は、タービン軸ＴＳの回転中、測定素子４ａから溶接部Ｂまでの距離ｌを、タービン軸ＴＳの回転位置を異ならせて複数回測定する第２測定処理（距離測定処理）を遂行する。
【００３９】
基準距離Ｌから、測定素子４ａから溶接部Ｂまでの距離ｌを減算すると、溶接部Ｂの半径が算出できる。この半径が第２許可範囲内に含まれていれば、溶接は適正であると判定される。
【００４０】
溶接部Ｂの溶接ビードが窪んでいると半径が小さくなり、逆に、溶接部Ｂの溶接ビードが突出していると半径が大きくなる。第２許可範囲は、溶接が適正に行われた場合に想定される溶接部Ｂの半径の範囲において、第２測定処理で測定される値の範囲として予め設定されており、溶接部Ｂの半径が第２許可範囲外であると、溶接は不適正であると判定される。
【００４１】
また、図２に示す駆動部５は、上記の回転機構、昇降機構、移動機構、移動軸５ａ、および、モータ５ｂなどを含んで構成され、制御部６の制御に応じて、上記のように動作する。
【００４２】
制御部６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成され、溶接装置１全体を制御して、電子ビーム溶接処理、第１測定処理、および、第２測定処理を遂行させる。また、制御部６は、判定部６ａ、補正部６ｂとしても機能する。
【００４３】
判定部６ａは、第１変位計３による第１測定処理の結果、第１変位計３が測定した、２つの測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離の和が第１許可範囲外であると、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が不適正であると判定する。また、判定部６ａは、２つの測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離の和が第１許可範囲内であると、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が適正であると判定する。
【００４４】
補正部６ｂは、２つの測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離の和が第１許可範囲内であり、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が適正であると判定されると、第２変位計４に補正量測定処理を遂行させる。
【００４５】
図６は、補正部６ｂによる補正量測定処理を説明するための説明図である。図６（ａ）に示すように、補正部６ｂは、昇降機構によって、チャック部７ａとともにタービン軸ＴＳの軸方向の位置を移動させ、第２変位計４の測定素子４ａが、タービン軸ＴＳの外周面のうち、溶接部Ｂ以外の平面部ＴＳａの径方向外方に位置するように調整する。
【００４６】
そして、不図示の回転機構によって、チャック部７ａとともにタービン軸ＴＳが回転すると、第２変位計４は、タービン軸ＴＳの回転中、測定素子４ａから平面部ＴＳａまでの距離を、タービン軸ＴＳの回転位置を異ならせて複数回測定して、芯ブレ量を測定する補正量測定処理を遂行して補正データを生成する。
【００４７】
図６（ｂ）には、補正量測定処理の結果、生成された補正データの一例を示す。平面部ＴＳａは、溶接部Ｂのように溶接ビードによる突起や窪みはないため、本来であれば、タービン軸ＴＳの回転位置（位相）によらず距離は一定となる。しかし、回転機構による回転中心とシャフトＳの軸中心とがずれているなどして、シャフトＳに芯ブレが生じると、補正データは、図６（ｂ）に示すような形状を示す。
【００４８】
その後、図６（ｃ）に示すように、補正部６ｂは、昇降機構によって、チャック部７ａとともにタービン軸ＴＳの軸方向の位置を移動させ、第２変位計４の測定素子４ａが溶接部Ｂの径方向外方に位置するように調整する。
【００４９】
そして、第２変位計４が第２測定処理を行うと、測定結果には、図６（ｄ）に示すように、シャフトＳの芯ブレの影響が反映される。このとき、シャフトＳの芯ブレ量が大きいと、溶接ビードの突起や窪みを適正に評価することができないおそれがある。
【００５０】
そこで、判定部６ａは、補正部６ｂが生成した補正データによって、第２測定処理の結果を補正した後、シャフトＳとタービンインペラＴが適正に溶接されているか否かを判定する。具体的には、図６（ｅ）に示すように、第２測定処理の結果のデータから、各位相における距離を減算して芯ブレの影響を除外し、減算後の距離が第２許可範囲外であると、判定部６ａは、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が不適正であると判定する。また、判定部６ａは、第２許可範囲内であると、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が適正であると判定する。ここで、第２測定処理の結果のデータに対して、補正データによる補正を行う場合、第２許可範囲の上限値と下限値は、平面部ＴＳａの半径分、減算して用いられる。
【００５１】
このように、溶接装置１においては、第１変位計３や第２変位計４によって、溶接部Ｂの外径や半径を測定することで、溶接部Ｂの不良を容易に検出する。そのため、溶接部Ｂの検査を短時間で遂行する機能を、低コストな構成で実現することが可能となる。
【００５２】
第１変位計３は測定素子３ａ、３ｂを溶接部Ｂからある程度離隔した状態での測定が可能となる。また、第２変位計４は高精度に測定が可能となる。ただし、第２変位計４は、非接触静電容量型の特性上、溶接部Ｂと測定素子３ａ、３ｂとの距離よりも、測定素子４ａを溶接部Ｂに近づけなければならない。そのため、予備測定をせずに第２変位計４による測定を行うと、溶接部Ｂの溶接ビードが突出していて、測定素子４ａと接触し、測定素子４ａが破損してしまうおそれがある。
【００５３】
そこで、初めに第１変位計３による第１測定処理を行い、溶接部Ｂの溶接ビードが測定素子４ａに接触しないと確認されたタービン軸ＴＳに対して、第２変位計４による第２測定処理を行う。そのため、第２変位計４の測定素子４ａが損傷することなく、高精度な測定を遂行することが可能となる。
【００５４】
（検査方法）
続いて、溶接装置１を用いたタービン軸ＴＳの溶接方法について説明する。図７は、本実施形態の溶接方法を説明するためのフローチャートである。まず、第２測定処理に用いられる移動軸５ａの校正処理が行われる（Ｓ１００）。
【００５５】
校正処理では、チャック部７ａに、シャフトＳの代わりに、外径が既知の校正治具を装着した状態で、移動軸５ａによって測定素子４ａを、校正治具から所定距離離れた位置まで移動させる。このとき、校正治具から測定素子４ａまでの距離は、第２変位計４によって特定される。そして、校正治具の半径と所定距離との和が上記の基準距離Ｌとなり、制御部６は、この位置における移動軸５ａの座標を、基準距離Ｌに対応付けておく。第２測定処理において、測定素子４ａをタービン軸ＴＳの中心軸から基準距離Ｌの位置に移動させる場合、移動軸５ａをこの座標の位置まで移動させることとなる。
【００５６】
続いて、チャック部７ａにシャフトＳを装着し、タービンインペラＴをシャフトＳに取り付け、タービンインペラＴをチャック部２ｃで固定して、電子銃２ｂやケーシング２ｄを図３に示すように配置させ、昇降機構による位置調整をした後、減圧部２ａがケーシング２ｄ内を減圧する（Ｓ１０２）。
【００５７】
そして、電子銃２ｂが電子ビームを照射して、シャフトＳとタービンインペラＴを溶接する（Ｓ１０４）。その後、電子銃２ｂやケーシング２ｄを退避させ、測定素子３ａ、３ｂを図４に示すように配置する。回転機構がタービン軸ＴＳを、タービン軸ＴＳの軸周りに回転させ、第１測定処理を遂行する（Ｓ１０６）。
【００５８】
判定部６ａは、第１変位計３による第１測定処理の結果、第１変位計３が測定した、２つの測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離の和が第１許可範囲外であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。第１許可範囲外であると（Ｓ１０８におけるＹＥＳ）、判定部６ａは、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が不適正であると判定する（Ｓ１１０）。
【００５９】
また、２つの測定素子３ａ、３ｂそれぞれから溶接部Ｂまでの距離の和が第１許可範囲内であると（Ｓ１０８におけるＮＯ）、補正部６ｂは、補正量測定処理を遂行する（Ｓ１１２）。そして、第２変位計４は、第２測定処理を行う（Ｓ１１４）。
【００６０】
ここでは、溶接部Ｂにおけるタービン軸ＴＳの軸方向の長さが、第２変位計４が１回で測定できるタービン軸ＴＳの軸方向の幅よりも長いものとする。そのため、まず、溶接部Ｂのうち、タービンインペラＴ側（図５中、上側）の部位に対して第２測定処理が行われる。
【００６１】
そして、判定部６ａは、第２変位計４が測定した距離を補正データで補正し、補正後の距離が第２許可範囲外であるか否かを判定する（Ｓ１１６）。第２許可範囲外であると（Ｓ１１６におけるＹＥＳ）、判定部６ａは、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が不適正であると判定する（Ｓ１１０）。
【００６２】
また、第２許可範囲内であると（Ｓ１１６におけるＮＯ）、溶接部Ｂのうち、未測定の部位であるシャフトＳ側（図５中、下側）の部位に対して第２測定処理が行われる（Ｓ１１８）。そして、判定部６ａは、第２変位計４が測定した距離を補正データで補正し、補正後の距離が第２許可範囲外であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。第２許可範囲外であると（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、判定部６ａは、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が不適正であると判定する（Ｓ１１０）。また、第２許可範囲内であると（Ｓ１２０におけるＮＯ）、判定部６ａは、シャフトＳとタービンインペラＴの溶接が適正であると判定する（Ｓ１２２）。
【００６３】
適正判定ステップＳ１２２の後、適正と判定されたタービン軸ＴＳは、次の製造工程に移行される（Ｓ１２４）。また、不適正判定ステップＳ１１０の後、不適正と判定されたタービン軸ＴＳは、溶接装置１から取り出された後、製造ラインから除外される（Ｓ１２６）。
【００６４】
その後、作業者による作業終了の指示入力がなされたり、対象のシャフトＳおよびタービンインペラＴがなくなったりするまで、タービン軸ＴＳを入れ替えて、減圧処理ステップＳ１０２からの処理を繰り返す。
【００６５】
ここでは、校正処理ステップＳ１００は、当該溶接方法の開始時に行われる場合について説明したが、例えば、１日に１回など、定期的に行われることとしてもよい。
【００６６】
また、上述した実施形態では、溶接装置１を例に挙げて説明したが、例えば、溶接装置１のうち、接合部２を含まない、第１変位計３、第２変位計４、駆動部５（回転部）、制御部６（判定部６ａ、補正部６ｂ）を備える溶接検査装置も提供される。
【００６７】
また、上述した実施形態では、溶接装置１による溶接方法について説明したが、例えば、減圧処理ステップＳ１０２、および、溶接処理ステップＳ１０４を含まない、タービン軸ＴＳの溶接部Ｂの溶接検査方法も提供される。
【００６８】
また、上述した実施形態では、溶接装置１は、第１変位計３、および、第２変位計４の両方を備える場合について説明したが、第１変位計３、または、第２変位計４のいずれか一方のみを備えてもよい。また、溶接装置１は、補正部６ｂを備えずともよい。
【００６９】
また、上述した実施形態では、第１変位計３による第１測定処理の結果、溶接部Ｂが適正に溶接されていると判定された場合のみ、第２変位計４による第２測定処理を遂行する場合について説明したが、第２変位計４の測定素子４ａが、溶接部Ｂの溶接ビードの突起に接触しない程度に離隔した位置から測定できれば、すべてのタービン軸ＴＳについて、第２変位計４による第２測定処理を遂行してもよい。
【００７０】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００７１】
なお、本明細書の溶接方法における各工程は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はない。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明は、シャフトとインペラの溶接部を検査するタービン軸の溶接検査装置、溶接装置、および溶接検査方法に利用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
Ｂ  溶接部
Ｓ  シャフト
Ｔ  タービンインペラ（インペラ）
ＴＳ  タービン軸
１  溶接装置（溶接検査装置）
２  接合部
３  第１変位計（測定部）
３ａ、３ｂ  測定素子
４  第２変位計（測定部）
４ａ  測定素子
５  駆動部（回転部）
６ａ  判定部
６ｂ  補正部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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