(57)【要約】【課題】検査対象物を分解あるいは移動することなくより安価に欠陥を検査することができる赤外線映像検査装置である。【解決手段】赤外線映像検査装置１０は、加熱源１１と、赤外線反射面を有する遮蔽体１６と、赤外線カメラ１２と、赤外線カメラ１２に信号ケーブル１４を介して接続した赤外線映像信号処理部２２を有する信号処理系１３とを具備する。そして、検査対象物２０に前記赤外線反射面を向けて遮蔽体１６を位置決めし、加熱源１１は検査対象物２０を加熱する一方、赤外線カメラ１２は加熱された検査対象物２０から放射され遮蔽体１６の赤外線反射面で反射した赤外線の強度を撮影して信号として赤外線映像信号処理部２２に送信する。さらにこの赤外線映像信号処理部２２において赤外線の信号を入力して解析することにより検査対象物２０の温度分布を求め、この温度分布に基づいて検査対象物２０の欠陥の有無並びに大きさを検出するように構成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱源と、赤外線反射面を有する遮蔽体と、赤外線カメラと、この赤外線カメラに信号ケーブルを介して接続した赤外線映像信号処理部を有する信号処理系とを具備し、検査対象物に前記赤外線反射面を向けて前記遮蔽体を位置決めし、前記加熱源は前記検査対象物を加熱する一方、前記赤外線カメラは加熱された前記検査対象物から放射され前記遮蔽体の赤外線反射面で反射した赤外線の強度を撮影して信号として前記赤外線映像信号処理部に送信し、さらにこの赤外線映像信号処理部において赤外線の信号を入力して解析することにより前記検査対象物の温度分布を求め、この温度分布に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無並びに大きさを検出するように構成したことを特徴とする赤外線映像検査装置。
【請求項２】
前記遮蔽体は、遮蔽体固定治具を介して前記赤外線カメラに固定される一方、前記加熱源は前記赤外線カメラに固定され、三者一体に構成されることを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項３】
前記信号処理系に欠陥面積算出部を設け、この欠陥面積算出部は、前記赤外線映像信号処理部から前記検査対象物の温度分布を得て、この温度分布に基づいて、前記検査対象物の欠陥の射影面積を計算するように構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項４】
前記信号処理系に欠陥面積算出部を設け、この欠陥面積算出部には予め前記検査対象物の各部位の実際の表面積と前記赤外線カメラで撮影した写影の面積との伸縮比が記憶される一方、前記赤外線映像信号処理部から前記検査対象物の温度分布を得て、この温度分布と前記検査対象物の各部位の表面積の伸縮比に基づいて、前記検査対象物の欠陥の射影面積を補正して計算するように構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項５】
前記信号処理系に欠陥面積算出部と欠陥進展予測部とを設け、前記欠陥面積算出部は前記赤外線映像信号処理部から前記検査対象物の温度分布を得て、この温度分布に基づいて、前記検査対象物の欠陥の射影面積を計算する一方、前記欠陥進展予測部は、前記検査対象物の温度応力解析を行い、得られた温度応力解析結果と前記検査対象物の欠陥の射影面積とを比較して、前記検査対象物の欠陥の射影面積の進展速度を計算するように構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項６】
前記信号処理系に欠陥面積算出部と欠陥進展予測部とを設け、前記欠陥面積算出部は前記赤外線映像信号処理部から前記検査対象物の温度分布を得て、この温度分布に基づいて、前記検査対象物の欠陥の射影面積を計算する一方、前記欠陥進展予測部には予め剥離進展予測支援データが記憶され、前記検査対象物の温度応力解析を行って得られた温度応力解析結果と前記検査対象物の欠陥の射影面積とを比較して、前記検査対象物の欠陥の射影面積の進展速度を計算し、さらに前記剥離進展予測支援データを参照して、前記検査対象物の欠陥の射影面積の進展速度から所定時間経過後の前記検査対象物の欠陥の射影面積を予測するように構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項７】
前記信号処理系にコントローラを設け、このコントローラにより前記加熱源が発生する熱量あるいは前記赤外線カメラの位置のうち少なくとも一方を制御可能に構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項８】
前記検査対象物は、被膜で覆われた基材であり前記欠陥は被膜の剥離であることを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項９】
前記検査対象物は、被膜で覆われた基材であり、また前記欠陥は被膜の剥離であり、さらに赤外線カメラにカットフィルタを設け、前記被膜と前記基材との界面から放射する赤外線の撮影をして、前記界面に形成された第三成分層の厚さを算出することができるように構成したことを特徴とする請求項１記載の赤外線映像検査装置。
【請求項１０】
加熱源と、赤外線反射面を有する遮蔽体と、赤外線カメラと、この赤外線カメラに信号ケーブルを介して接続した赤外線映像信号処理部を有する信号処理系とを設け、検査対象物に前記赤外線反射面を向けて前記遮蔽体を位置決めするステップと、前記加熱源により前記検査対象物を加熱するステップと、前記赤外線カメラで、加熱された前記検査対象物から放射され前記遮蔽体の赤外線反射面で反射した赤外線の強度を撮影して信号として前記赤外線映像信号処理部に送信するステップと、さらにこの赤外線映像信号処理部において赤外線の信号を入力して解析することにより前記検査対象物の温度分布を求め、この温度分布に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無並びに大きさを検出するステップとを有することを特徴とする赤外線映像検査方法。
【請求項１１】
前記遮蔽体は、遮蔽体固定治具を介して前記赤外線カメラに固定される一方、前記加熱源は前記赤外線カメラに固定され、三者一体に構成されることを特徴とする請求項１０記載の赤外線映像検査方法。
【請求項１２】
前記信号処理系に欠陥面積算出部を設け、この欠陥面積算出部で、前記赤外線映像信号処理部から前記検査対象物の温度分布を得て、この温度分布に基づいて、前記検査対象物の欠陥の大きさを計算することを特徴とする請求項１０記載の赤外線映像検査方法。
【請求項１３】
前記検査対象物は、被膜で覆われた基材であり、また前記欠陥は被膜の剥離であり、さらに赤外線カメラにカットフィルタを設け、前記被膜と前記基材との界面から放射する赤外線の撮影をして、前記界面に形成された第三成分層の厚さを算出することを特徴とする請求項１０記載の赤外線映像検査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンのタービン翼等の複雑な形状の検査対象物を加熱して放射される赤外線の映像を分析することにより被膜剥離等の欠陥の有無を検査する赤外線映像検査装置および赤外線映像検査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複雑な形状の検査対象物を加熱して放射される赤外線の映像を分析することにより欠陥の有無を検査する装置として図４に示す赤外線映像検査装置１がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の赤外線映像検査装置１は、検査対象物２を設置するための駆動可能な設置台３、検査対象物２を加熱する複数の加熱器４、４、加熱された検査対象物２が放射する赤外線を撮影する赤外線カメラ５、この赤外線カメラ５で撮影した赤外線の強度を画像表示し分析するための赤外線映像信号処理器６および赤外線カメラ５と検査対象物２との距離を測定する距離測定センサ７がコントローラ８に制御可能に接続された構成である。設置台３はコントローラ８で回転、傾斜角度、平行移動の制御が可能に構成される。
【０００４】
赤外線映像検査装置１においては、設置台３に設置された検査対象物２は、距離測定センサ７、７の計測値を参照しつつコントローラ８で検査に最適な位置に配置される。さらに、加熱器４，４で検査対象物２を加熱し、加熱された検査対象物２から放射される赤外線を赤外線カメラ５で撮影し、信号として赤外線映像信号処理器６に送信する。
【０００５】
ここで、検査対象物２の被膜下に剥離９が存在すると空気層が形成されて熱伝導率が小さくなるため、剥離９部においては健全な部位よりも高温となる。この高温部を赤外線映像信号処理器６において検出することにより、検査対象物２の被膜の剥離９の有無を検査する構成である。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１６６９１０号公報（第４頁−第６頁、図１）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の赤外線映像検査装置１においては、検査対象物２を設置台３上に運ぶ必要があり、タービンと一体化したタービン翼等の移動あるいは輸送が困難な検査対象物２の場合には分解作業が発生する一方、設置台３は位置制御機構の上に検査対象物２を設置する構造であるため、タービン翼等の大型で重量が重い検査対象物２を検査するために設置台３の耐荷重を大きくする必要が発生する。このため、製造コストおよび運転コストの増加に繋がる。
【０００８】
さらに、加熱器４，４の位置を制御することができないため、検査に最適な加熱条件を設定するのに多大な時間を要する。
【０００９】
また、赤外線で計測した検査対象物２の被膜の剥離９のデータから、被膜の寿命を有効に推定する機能および手順が必要である。
【００１０】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、検査対象物を分解あるいは移動することなくより安価に欠陥を検査することができる赤外線映像検査装置および赤外線映像検査方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、より容易に検査対象物の加熱条件を設定することができる赤外線映像検査装置および赤外線映像検査方法を提供することである。
【００１２】
また、本発明の他の目的は、検査対象物の欠陥の検査に加え、その後の欠陥の進展量を予測可能な赤外線映像検査装置および赤外線映像検査方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る赤外線映像検査装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、加熱源と、赤外線反射面を有する遮蔽体と、赤外線カメラと、この赤外線カメラに信号ケーブルを介して接続した赤外線映像信号処理部を有する信号処理系とを具備し、検査対象物に前記赤外線反射面を向けて前記遮蔽体を位置決めし、前記加熱源は前記検査対象物を加熱する一方、前記赤外線カメラは加熱された前記検査対象物から放射され前記遮蔽体の赤外線反射面で反射した赤外線の強度を撮影して信号として前記赤外線映像信号処理部に送信し、さらにこの赤外線映像信号処理部において赤外線の信号を入力して解析することにより前記検査対象物の温度分布を求め、この温度分布に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無並びに大きさを検出するように構成したことを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明に係る赤外線映像検査方法は、上述の目的を達成するために、請求項１０に記載したように、加熱源と、赤外線反射面を有する遮蔽体と、赤外線カメラと、この赤外線カメラに信号ケーブルを介して接続した赤外線映像信号処理部を有する信号処理系とを設け、検査対象物に赤外線反射面を向けて前記遮蔽体を位置決めするステップと、前記加熱源により前記検査対象物を加熱するステップと、前記赤外線カメラで、加熱された前記検査対象物から放射され前記遮蔽体の赤外線反射面で反射した赤外線の強度を撮影して信号として前記赤外線映像信号処理部に送信するステップと、さらにこの赤外線映像信号処理部において赤外線の信号を入力して解析することにより前記検査対象物の温度分布を求め、この温度分布に基づいて前記検査対象物の欠陥の有無並びに大きさを検出するステップとを有することを特徴とする方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る赤外線映像検査装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る赤外線映像検査装置１０の第１の実施形態を示す構成図である。
【００１７】
赤外線映像検査装置１０は、加熱源１１を設けた赤外線カメラ１２に信号処理系１３を信号ケーブル１４を介して接続した構成である。
【００１８】
加熱源１１は、赤外線カメラ１２のレンズ近傍に設けられ、さらにこの加熱源１１には、例えば４本の支持脚を有する支持脚構造の遮蔽体固定治具１５を介して遮蔽体１６が設けられる。この遮蔽体固定治具１５により、赤外線カメラ１３、加熱源１１および遮蔽体１６の各距離および位置関係が常に一定の位置関係、配置関係を有するように調整されて固定される。
【００１９】
遮蔽体１６は錐体筒状、例えば角筒状に形成され一方の開口部の大きさは他方の開口部よりも小さい形状に構成される。そして、遮蔽体１６は大きい側の開口部が赤外線カメラ１２側を向くように設置される。
【００２０】
一方、赤外線映像検査装置１０の検査対象物であるタービン翼１７は、タービン軸１８の周方向に沿って整列して植設される。各タービン翼１７は、翼表面となる凹面状の腹側１９と凸面状の背側２０とをそれぞれ有する。さらに、各タービン翼１７の腹側１９と背側２０の全面には、被膜２１が被覆される。
【００２１】
すなわち、赤外線映像検査装置１０の検査対象物は被膜２１により被覆されたタービン翼１７であり、検査対象となる欠陥は、被膜２１の剥離である。
【００２２】
そして、赤外線映像検査装置１０は、赤外線カメラ１２、加熱源１１および遮蔽体１６が遮蔽体固定治具１５により一体構造物に構成され、遮蔽体１６はタービン翼１７を覆う位置に配置される。すなわち、角筒状の遮蔽体１６は小さい開口部側がタービン翼１７の根元側であるタービン軸１８側に、大きい開口部側がタービン翼１７の先端側になる向きとされて、遮蔽体１６の角筒状内部にタービン翼１７が収納される位置とされる。
【００２３】
また、赤外線カメラ１２に設けられる加熱源１１は、タービン翼１７に熱を与えて加熱し、加熱されたタービン翼１７から赤外線を発生させる機能を有する。タービン翼１７を加熱する方法としては、加熱源１１から強制的に高温空気をタービン翼１７に吹き付ける方法、加熱源１１の温度が上昇して空気の自然対流による熱伝達を利用する方法あるいは電磁波をタービン翼１７に照射して加熱する方法等の方法があるがタービン翼１７の加熱が可能であれば方法は任意である。
【００２４】
一方、角筒状の遮蔽体１６の各内面はアルミニウム合金により形成されて赤外線反射面１６ａとされ、この赤外線反射面１６ａにより、タービン翼１７が発生した赤外線を効果的に赤外線カメラ１２に向けて、反射させるように構成される。
【００２５】
次に赤外線カメラ１２に接続される信号処理系１３の構成について説明する。
【００２６】
信号処理系１３は、赤外線映像信号処理部２２と、欠陥面積算出部の一例である剥離面積算出部２３と、欠陥進展予測部の一例である剥離進展予測部２４とが直列に信号ケーブル１４を介して接続され、さらに赤外線映像信号処理部２２に信号ケーブル１４を介してコントローラ２５を接続した構成である。
【００２７】
そして、赤外線カメラ１２は信号処理系１３の赤外線映像信号処理部２２に信号ケーブル１４を介して接続される。
【００２８】
この赤外線映像信号処理部２２は、赤外線カメラ１２からの信号に基づき、赤外線の強度からタービン翼１７表面に施された被膜２１の温度分布を求めて画像表示する機能を有する。
【００２９】
一方、信号処理系１３の剥離面積算出部２３は、赤外線映像信号処理部２２が求めたタービン翼１７表面の被膜２１の温度分布に基づいて、検査対象物の欠陥の射影面積である剥離面積を算出する機能を有する。
【００３０】
さらに、信号処理系１３の剥離進展予測部２４は、予め計算したタービン翼１７表面の被膜２１の温度応力解析結果と、剥離面積算出部２３が算出したタービン翼１７表面の被膜２１の剥離面積とを比較して被膜２１の脱落面積進展速度を計算し、次にタービン翼１７表面の被膜２１を検査するまでの間の剥離進展量を予測する機能を有する。
【００３１】
また、コントローラ２５からは、赤外線映像信号処理部２２を介して加熱源１１から発生する熱量および赤外線カメラ１２と一体となった加熱源１１および遮蔽体１６の位置を制御することができる。
【００３２】
次に、赤外線映像検査装置１０の作用について説明する。
【００３３】
まず、加熱源１１からの加熱作用により遮蔽体１６内に熱が放射され、タービン翼１７とともにタービン翼１７表面の被膜２１が加熱される。
【００３４】
タービン翼１７に被膜２１の剥離部位が存在すると、この剥離部位においては被膜２１とタービン翼１７との間に空気の層が形成される。空気の熱伝導率は、タービン翼１７および被膜２１の熱伝導率よりも小さいため、空気層においては熱の伝導速度がタービン翼１７および被膜２１における伝導速度よりも遅くなる。
【００３５】
このため、加熱源１１からタービン翼１７および被膜２１に照射された熱は、被膜２１からタービン翼１７内部に向かって熱伝導するが、空気層が被膜２１とタービン翼１７との間に介在する剥離部位では、剥離していない健全な部位に比べて熱の移動速度が遅く温度が高くなる。
【００３６】
従って、タービン翼１７の表面の被膜２１を均一に加熱すると、タービン翼１７から被膜２１の剥離が存在する部位の温度は、剥離が存在しない部位よりも高くなる。このため、タービン翼１７の被膜２１から、その温度に応じた強度で赤外線が発生し、放射される。発生した赤外線を赤外線カメラ１２により検出することによりタービン翼１７の被膜２１の温度分布を得ることができ、得られたタービン翼１７の被膜２１の温度分布を解析することによりタービン翼１７の被膜２１の剥離の有無を検査することができる。
【００３７】
すなわち、タービン翼１７の被膜２１の温度分布において高温となる部位に剥離が存在することになり、この高温部位の広がり程度からタービン翼１７の被膜２１の剥離の有無および大きさを検出することができる。
【００３８】
そして、加熱源１１により加熱されたタービン翼１７の被膜２１からは、赤外線が発生する。この赤外線は、角筒状の遮蔽体１６内部の赤外線反射面１６ａで反射して赤外線カメラ１２で検出される。さらに、この赤外線カメラ１２において得られた赤外線は電気信号として赤外線映像信号処理部２２に送信される。
【００３９】
赤外線映像信号処理部２２では、タービン翼１７の被膜２１から放射された赤外線の強度が画像表示される。
【００４０】
図２は、図１に示す信号処理系１３の赤外線映像信号処理部２２において画像表示される赤外線カメラ１２で撮影したタービン翼１７の被膜２１から放射される赤外線の写影を示す模式図である。
【００４１】
図２に示すように中央付近には、タービン翼１７のタービン軸１８の周方向を向く翼形状の側面から放射される赤外線の写影が赤外線映像信号処理部２２において画像表示される。
【００４２】
ところで、遮蔽体１６は角筒状であるため、遮蔽体１６内に照射された赤外線は遮蔽体１６内部（内表面）の各赤外線反射面１６ａから反射される。従って、タービン翼１７表面の被膜２１から放射される赤外線は遮蔽体１６内部の各赤外線反射面１６ａから反射した赤外線の写影３０となってそれぞれ画像表示される。
【００４３】
例えば、図２に示すようにタービン翼１７の背側２０から放射された赤外線は遮蔽体１６内部の３つの面で反射し、各赤外線の写影３０はタービン翼１７の周囲にそれぞれ画像表示される。すなわち、タービン翼１７の背側２０は３つの部位に分割されて各赤外線の写影３０が得られる。
【００４４】
ここで、赤外線映像信号処理部２２において画像表示された赤外線の写影３０は、温度に依存して変化するため、温度分布の画像表示と同等である。そして、タービン翼１７から被膜２１が剥離している部位が存在すると、この部位は他の部位よりも高温として表示される。
【００４５】
従って、タービン翼１７の表面の温度分布から高温部を検出することで剥離の有無および大きさを判定することができる。さらに、タービン翼１７の表面の温度分布に高温部が存在するときは、高温部位の面積を求めることで被膜２１の剥離面積を求めることができる。
【００４６】
そこで、赤外線映像信号処理部２２において赤外線の写影３０として画像表示されたタービン翼１７の表面の温度分布は、電気信号として剥離面積算出部２３に送られる。そして、この剥離面積算出部２３において、タービン翼１７の表面の温度分布から高温部を検出して被膜２１の剥離の有無を検出し、さらに検出した高温部の面積を求めることで被膜２１の剥離面積が求められる。
【００４７】
この際、タービン翼１７の表面の高温部は画像処理されて表示される。この画像処理の方法としては、タービン翼１７の被膜２１の温度勾配を求め、画像上において被膜２１の剥離と判断される温度のエッジを抽出して実施される。すなわち、剥離面積算出部２３において剥離面積を算出するために、高温部はより高精度化されて画像表示され剥離の検査が実施される。
【００４８】
ただし、このタービン翼１７の表面の温度分布は、タービン翼１７の根元付近３１と先端付近３２とでは画像表示される面積が異なる。すなわち、タービン翼１７の検査面である腹側１９および背側２０は曲面形状であり、かつ遮蔽体１６内部の平面からタービン翼１７の表面上の各部位までの距離が一定でないため、タービン翼１７から放射される赤外線の写影３０は曲面の曲率に応じて拡大あるいは縮小される。
【００４９】
しかし、一体に固定された赤外線カメラ１２、加熱源１１、遮蔽体１６の位置関係が一定とし、加熱条件、赤外線の反射条件等の条件を常に同一とすれば、検査対象となるタービン翼１７が異なっても同じ条件で検査が可能となる。
【００５０】
このため、予め実際のタービン翼１７の表面積である被膜２１の面積と、赤外線映像信号処理部２２において画像表示された写影３０の面積との伸縮比である拡大率あるいは縮小率がデータベース化され剥離面積算出部２３に記憶される。そして、剥離面積算出部２３におけるタービン翼１７の表面の温度分布の画像処理の結果、高温部が存在するときはその面積が求められ、データベースに基づいて高温部の面積が補正されて実際のタービン翼１７の高温部である被膜２１の剥離面積が求められるように構成される。
【００５１】
さらに、剥離面積算出部２３で得られたタービン翼１７の被膜剥離面積は、剥離進展予測部２４に送信される。この剥離進展予測部２４では、剥離面積算出部２３から受信したタービン翼１７の被膜剥離面積と、あらかじめ計算して得られたタービン翼１７の被膜２１の温度応力解析結果とが照合される。そして、被検査部であるタービン翼１７の被膜剥離面積の温度応力による増加速度が計算され、次回の検査までの期間における剥離面積の増加量すなわち剥離面積の進展量が予測される。
【００５２】
このために、剥離進展予測部２４は被膜損傷データベースを具備する。この被膜損傷データベースには、剥離進展予測支援データが保存される。この剥離進展予測支援データは、過去の検査から得られた実際のタービン翼１７の被膜２１の剥離による損傷状態の検査記録あるいは遮熱コーティング等の被膜２１を施工した試験片を使用した熱機械疲労試験、熱サイクル試験、酸化試験の試験データ等の剥離進展予測に必要な情報により構成される。
【００５３】
過去のタービン翼１７の損傷状態の検査記録は、プラント運転環境の損傷状態を把握するために定期的に蓄積され保存される記録である。
【００５４】
また、熱機械疲労試験の試験データから、一定の温度応力条件下での被膜２１の剥離面積の進展量や損傷挙動を把握することができる。
【００５５】
そして、剥離進展予測部２４において、この被膜損傷データベースを参照して一定の温度応力条件下における遮熱コーティング等の被膜２１の剥離面積の進展量をより高精度に計算して予測することができる。
【００５６】
ところで、タービン翼１７の被膜２１の表面には施工時には引張応力が残留しているが、タービンの運転による熱履歴に伴い応力緩和が起こるため、被膜２１の表面残留応力は徐々に低下する傾向を示す。さらに、耐食合金層上に形成される酸化層も被膜２１の表面残留応力を低下させる。従って、タービンの運転時間および起動停止回数の増加とともに、タービン翼１７の被膜２１の表面残留応力は低下する。
【００５７】
このため、タービン翼１７の被膜２１の表面残留応力の変化に伴い剥離進展予測部２４において予測する剥離面積の進展量に誤差が発生する。
【００５８】
そこで、剥離進展予測部２４では、タービン翼１７の検査部位の残留応力による誤差が補正される。まずタービン翼１７において被膜２１の剥離が検出された部位の被膜２１の表面残留応力を計測する。この表面残留応力の計測方法としてはＸ線を用いた手法が有効である。
【００５９】
次に、計測された被膜２１の表面残留応力値から、被膜２１とタービン翼１７の基材との界面に作用する界面応力を推定する。耐酸化または耐熱被膜２１内の残留応力は表面で最も高く、タービン翼１７の基材との界面で最も低くなる応力勾配が存在する。
【００６０】
そこで、被膜２１内の界面応力の応力勾配は、あらかじめ実験および製造シミュレーションによる解析により求められて剥離進展予測部２４に保存され、被膜２１の表面残留応力から被膜２１とタービン翼１７の基材との界面応力を推定できるように構成される。
【００６１】
そして、推定された被膜２１とタービン翼１７の基材との界面応力に基づいて、被膜剥離面積の進展量が予測される。被膜２１とタービン翼１７の基材との界面応力は被膜剥離と密接な相関があるため、この界面応力が明らかになれば被膜剥離面積の進展量をより精度よく予測することが可能となる。
【００６２】
すなわち、赤外線映像検査装置１０は、検査対象であるタービン翼１７をタービン軸１８に植設した状態で、加熱源１１からタービン翼１７に熱を与え、タービン翼１７の表面の被膜２１から発生する赤外線の写影３０から温度分布を求めて被膜２１の剥離の有無および剥離面積を計測して検査する構成である。
【００６３】
また、剥離進展予測部２４において、タービン翼１７の被膜剥離面積とあらかじめ計算して得られたタービン翼１７の被膜２１の温度応力解析結果とが照合されて剥離増加速度が計算され、さらにこの剥離増加速度と過去の検査記録、熱機械疲労試験の試験データおよび被膜２１内の界面応力を参照して剥離の進展量を予測する構成である。
【００６４】
従来の赤外線映像検査装置１においては、複雑な形状の検査対象物２の被膜剥離９等の欠陥を検査するために、検査対象物２と赤外線カメラ５との距離を計測する距離測定センサ７、７を設け、さらに検査対象物２を設置する設置台３を回転、傾斜角度、平行移動の制御が可能となるように構成した。
【００６５】
しかし、従来の赤外線映像検査装置１においては、検査対象物２を設置台３上に移動して運ぶ必要がある。このため、タービン翼１７等のように重量物と一体化された検査対象物２については、分解作業が必要となり適用が困難であった。
【００６６】
さらに、タービン翼１７を分解したとしても、重量およびサイズが大きく検査対象物２の設置台３を移動制御可能に構成しかつ耐荷重とともにサイズを大きくする必要が生じた。このため、赤外線映像検査装置１の製造コストおよび運転コストの増加に繋がるという問題があった。
【００６７】
また、従来の赤外線映像検査装置１においては、加熱器４、４は移動及び制御可能な構成とされていなかった。このため、検査対象物２の検査に最適な加熱条件の設定が困難であり、多大な時間を要した。さらに、検査対象物２から放射される赤外線により被膜剥離の有無および大きさを検査することができるが、被膜２１の寿命を推定することはできなかった。
【００６８】
しかし、赤外線映像検査装置１０では、タービン翼１７等の大型で重量が大きい検査対象物であっても、赤外線カメラ５とともに加熱源１１が移動して位置決めされるため、検査対象物を分解あるいは移動させることなく被膜剥離を検査することができる。さらに、設置台３が不要となりより安価に赤外線映像検査装置１０を構成することができる。
【００６９】
また、赤外線映像検査装置１０では、赤外線を照射して撮影するための赤外線カメラ１２、加熱源１１および遮蔽体１６の位置関係が一定であるため、加熱条件が発生熱量を除いて常に同一となり剥離判定の精度および剥離面積の算出精度を向上させることができる。
【００７０】
さらに、赤外線映像検査装置１０では、検査対象物であるタービン翼１７の被膜剥離面積とあらかじめ計算して得られた被膜２１の温度応力解析結果とを照合することで剥離増加速度を計算することができる。そして、この剥離増加速度と過去の被膜２１の剥離に関する検査記録、熱機械疲労試験の試験データおよび被膜２１内の界面応力を参照して剥離の進展量すなわち被膜２１の寿命を予測することができる。
【００７１】
尚、遮蔽体１６は、袋状に形成してタービン翼１７を覆いかつ赤外線カメラ１２に向けて適宜開口部を設ける構成、断面矩形の板状あるいは平板に構成しても良く、赤外線反射面を具備し、赤外線を反射させることが可能となる形状であればよい。
【００７２】
さらに、遮蔽体１６および加熱源１１は赤外線カメラ１２と一体に構成せずに個別に設け、各構成ごとに位置決めを行うように構成してもよい。
【００７３】
また、遮蔽体１６の材質はアルミニウム合金に限らずセラミックス、金属箔を接着したガラス等の所要の強度を有し、かつ赤外線を反射することが可能な材料により構成してもよい。
【００７４】
また、信号処理系１３の赤外線映像信号処理部２２、剥離面積算出部２３、剥離進展予測部２４およびコントローラ２５は一体に構成してもよく、必要がない構成は具備しなくてもよい。
【００７５】
図３は本発明に係る赤外線映像検査装置の第２の実施形態を説明するためのタービン翼１７の被膜２１近傍の断面拡大図である。
【００７６】
図３に示す赤外線映像検査装置１０Ａの構成は図１に示す赤外線映像検査装置１０に対し、赤外線カメラ１２のレンズ先端にカットフィルタを設けた構成が相違する。その他の構成および機能については同等であるため図示を省略する。
【００７７】
赤外線映像検査装置１０Ａの検査対象であるタービン翼１７は、基材４０の表面を被膜２１で覆う構成である。
【００７８】
ここで、タービン翼１７から放射される赤外線には、タービン翼１７の被膜２１表面から放射される赤外線Ｘ１に限らず、タービン翼１７の基材４０と被膜２１との界面４１から放射される赤外線Ｘ２も存在する。この界面から放射される赤外線Ｘ２は、被膜２１表面から放射される赤外線Ｘ１と波長が異なる。
【００７９】
また、タービン翼１７の基材４０と被膜２１との界面から放射される赤外線Ｘ２は、界面に酸化層が形成されると放射量が変わる。このため、この界面から放射される赤外線Ｘ２を赤外線カメラ１２で計測することにより、界面に形成された酸化層の厚さを推定することができる。
【００８０】
そこで、赤外線映像検査装置１０Ａにおいては、赤外線カメラ１２のレンズ先端にカットフィルタが取り付けられる。このカットフィルタの作用により、タービン翼１７の被膜２１表面から放射される赤外線Ｘ１と波長が異なる界面からの赤外線Ｘ２を計測することが可能となる。
【００８１】
タービン翼１７の基材４０と被膜２１との界面４１に形成された酸化層の厚さの計測は、被膜２１の表面にコイルを置いて交流電流を流し、このコイルのインピーダンスの変化量を計測して算出される。ただし、試験により予め界面からの赤外線Ｘ２の放射量と酸化層の厚さとの関係を求めて酸化層の厚さを計算する方法や熱伝導率等の物性値の変化に基づいて理論的に酸化層の厚さを予測する方法としてもよい。
【００８２】
すなわち、赤外線映像検査装置１０Ａは図１に示す赤外線映像検査装置１０の赤外線カメラ１２のレンズ先端にカットフィルタを取り付け、タービン翼１７の基材４０と被膜２１との界面４１から放射される赤外線Ｘ２を計測することで、界面に形成された酸化層の厚さを推定する構成である。
【００８３】
タービン翼１７の基材４０と被膜２１との界面４１に形成された酸化層は、体積変化を伴うため、被膜２１と基材４０との界面４１の内部応力を変化させて被膜剥離の進展に影響を及ぼす。従って、この酸化層の厚さを定量化することにより、剥離進展予測部２４で推定する被膜剥離面積の進展量を補正して高精度化することができる。
【００８４】
尚、赤外線映像検査装置１０、１０Ａにおいては、検査対象物をタービン翼１７としたが、その他の複雑な形状である検査対象物としてもよい。
【００８５】
また、赤外線映像検査装置１０、１０Ａにおいては、検査対象をタービン翼１７の基材４０と被膜２１との剥離としたが、剥離に限らず空孔、空洞、割れ等の検査対象物内部の欠陥を検査して、欠陥の射影面積を測定することも可能である。
【００８６】
【発明の効果】
本発明に係る赤外線映像検査装置および赤外線映像検査方法においては、加熱源と、赤外線カメラを位置決めし、かつ遮蔽体の赤外線反射面により検査対象物から放射される赤外線を効果的に赤外線カメラに向けて反射する構成であるため、検査対象物を分解あるいは移動することなくより安価に欠陥を検査することができる。
【００８７】
また、加熱源と遮蔽体とを赤外線カメラに固定し、一体に構成することにより容易に検査対象物の加熱条件を設定することができる。
【００８８】
また、剥離進展予測部を設けることにより、検査対象物の欠陥の検査に加え、剥離進展予測支援データを参照して、所定時間経過後の欠陥の進展量を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る赤外線映像検査装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】図１に示す信号処理系の赤外線映像信号処理部において画像表示される赤外線カメラで撮影したタービン翼の被膜から放射される赤外線の写影を示す模式図。
【図３】本発明に係る赤外線映像検査装置の第２の実施形態を説明するためのタービン翼の被膜近傍の断面拡大図。
【図４】従来の赤外線映像検査装置の構成図。
【符号の説明】
１０，１０Ａ…赤外線映像検査装置、１１…加熱源、１２…赤外線カメラ、１３…信号処理系、１４…信号ケーブル、１５…遮蔽体固定治具、１６…遮蔽体、１６ａ…赤外線反射面、１７…タービン翼、１８…タービン軸、１９…腹側、２０…背側、２１…被膜、２２…赤外線映像信号処理部、２３…剥離面積算出部、２４…剥離進展予測部、２５…コントローラ、３０…写影、３１…根元付近、３２…先端付近、４０…基材、４１…界面、Ｘ１、Ｘ２…赤外線。
【図１】
2004325408.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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