(57)【要約】【課題】複雑な形状を有するガスタービン部材を溶射・コーティングする際、その形状に応じた溶射を行って均一な膜厚とする。【解決手段】ガスタービン部材２１を示す３次元ＣＡＤデータを受け、ＣＰＵ１１は３次元ＣＡＤデータで示されるガスタービン部材の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、溶射ガン１７ａの溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める。ＣＰＵはガスタービン部材を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベース１１ａから溶射条件を読み出して位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとする。そして、駆動制御装置１５は溶射ポイントを結ぶ経路に沿って、溶射データに基づいて溶射ガン及びロボットアーム１７ｂを駆動制御して溶射を行う。【選択図】　　　図１
2004115846.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶射物の表面に溶射装置によって、遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成する際に用いられる自動溶射装置であって、前記被溶射物の形状を示す３次元ＣＡＤデータを受け、前記３次元ＣＡＤデータで示される前記被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、前記溶射装置の溶射軸と前記溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める位置データ算出手段と、
前記被溶射物を構成する各部分毎に、その溶射条件が規定された溶射条件データベースから前記溶射条件を読み出して前記位置データと前記溶射条件とを対応づけて溶射データとする溶射データ算出手段と、
前記溶射ポイントを結ぶ経路に沿って、前記溶射データに基づいて前記溶射装置を駆動制御して溶射を行う溶射制御手段とを有し、
前記被溶射物の表面形状に応じて前記遮熱コーティング層を前記被溶射物の表面に形成するようにしたことを特徴とする自動溶射システム。
【請求項２】
さらに、前記被溶射物の全面にわたって前記遮熱コーティング層の膜厚を計測する膜厚計測手段と、
該膜厚計測手段によって計測された膜厚と当該部位の目標膜厚とを比較して次工程の溶射施工を指示する施工指示手段と、
該膜厚手段によって計測された膜厚を予め設定された膜厚間隔毎に色分して膜厚分布図を表示する表示制御手段とを有し、
前記膜厚分布図に応じて前記被溶射物の表面に形成された前記遮熱コーティング層の膜厚の把握を行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の自動溶射システム。
【請求項３】
前記溶射装置は、ロボットアームに取り付けられており、さらに、前記膜厚計測手段としてレーザ変位センサが用いられ、前記ロボットアームには相対的位置関係が既知の前記レーザ変位センサが少なくとも２個取り付けられており、
前記レーザ変位センサの一方で所定の位置に固定された基準位置との距離を計測し、前記レーザ変位センサの他方で被溶射物までの任意の位置での距離を計測しており、
基準位置計測結果に応じて前記ロボットアームの位置決め補正を行う位置補正手段を有することを特徴とする請求項２に記載の自動溶射システム。
【請求項４】
前記レーザ変位センサには、溶射による遮熱コーティング材の付着を防止するための防止機構が備えられていることを特徴とする請求項３に記載の自動溶射システム。
【請求項５】
前記溶射装置は、ロボットアームに取り付けられており、さらに、前記膜厚計測手段としてＥＣＴセンサを用いることを特徴とする請求項２に記載の自動溶射システム。
【請求項６】
前記ＥＣＴセンサには、溶射による遮熱コーティング材の付着を防止するための防止機構が備えられていることを特徴とする請求項５に記載の自動溶射システム。
【請求項７】
前記膜厚計測手段によって計測された膜厚データに応じて前記被溶射物の各部分毎に予め設定された目標膜厚との膜厚ずれを求め、
追加成膜、プログラム改良を行う際、前記３次元ＣＡＤデータから得られた前記各部分の曲率等の形状データと、そこで採用していた前記溶射条件とに応じて、事前に準備したデータベースに基づいて一定の補正係数を掛けて追加成膜条件、プログラム改良を行うようにしたことを特徴とする請求項２に記載の自動溶射システム。
【請求項８】
被溶射物の表面に溶射装置によって、遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成する際に用いられる自動溶射方法であって、前記被溶射物の形状を示す３次元ＣＡＤデータで示される前記被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、前記溶射装置の溶射軸と前記溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める位置データ算出ステップと、
前記被溶射物を構成する各部分毎に、その溶射条件が規定された溶射条件データベースから前記溶射条件を読み出して前記位置データと前記溶射条件とを対応づけて溶射データとする溶射データ算出ステップと、
前記溶射ポイントを結ぶ経路に沿って、前記溶射データに基づいて前記溶射装置を駆動制御して溶射を行う溶射制御ステップと有し、
前記被溶射物の表面形状に応じて前記遮熱コーティング層を前記被溶射物の表面に形成するようにしたことを特徴とする自動溶射方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被溶射物に対して溶射によってコーティングを施す際に用いられる自動溶射システム及び自動溶射方法に関し、特に、ガスタービンの動翼を溶射・コーティングする際に用いられる自動溶射システム及び自動溶射方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ガスタービンは、例えば、９００℃以上の高温で用いられると、動翼等の部材（以下単にガスタービン部材という）の酸化が激しい。高温下での使用に耐えるようにするため、ガスタービン部材には溶射によってコーティングを施す必要がある。例えば、ガスタービン入口温度の高温化に対処するため、ガスタービン部材の表面を溶射によって熱伝導率の小さいセラミックス系材料（例えば、ジルコニア）を遮熱コーティング材として用いてコーティングすることが行われている。
【０００３】
このようなコーティングはサーマルバリアコーティング（Ｔｈｅｒｍａｌ　Ｂａｒｒｉｅｒ　Ｃｏａｔｉｎｇ（ＴＢＣ））と呼ばれており、ＴＢＣを施すと、ガスタービン部材自体を遮熱する効果がある。
【０００４】
ところで、ガスタービン部材にＴＢＣを施す際には、コーティング材とガスタービン部材との物性値が異なる関係上、ガスタービン部材からコーティング層が剥離することがあり、特に、コーティング層の厚さが均一でなかったり、厚すぎたりするとその傾向が大きくなる。
【０００５】
従来、ガスタービン部材に溶射コーティングを行う際には、ガスタービン部材上に所定の間隔でティーチングポイント（溶射ポイント）が規定された溶射経路に沿って、前述の所定の間隔を溶射ピッチとして溶射ガンからガスタービン部材に向けて溶射を行っているが、ガスタービン部材の形状は複雑であり（つまり、ガスタービン部材は３次元的な曲面を有しているため）、その形状に応じて、溶射速度や回数等を調整しないと、治具とガンとの干渉等によって、必ずしも、溶射ポイント（溶射部）に対して、溶射軸を垂直に設定できず、さらに、部品の形状によっては、必ずしも、一筆書き的な施工が行えず、溶射施工の重なりが生ずる場合がある。また、溶射部そのものに一定の大きさや膜厚分布があり、形状によっては、溶射特有の吹き溜まり等による局所的ばらつきが生じる可能性もある。そして、溶射装置側にも、電極の磨耗等成膜効率にばらつきを生じさせる因子がある。これらの関係上均質なコーティングを行うことが難しい。
【０００６】
つまり、溶射ガンとガスタービン部材表面との角度や該当部の形状に応じて溶射速度、回数等を調整しないと、均質なコーティングを行うことが難しい。このため、オペレータ等が溶射ガンとティーチングポイントとの位置関係を観察したり、成膜後の膜厚調査結果を参考にして、溶射速度を調整するようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前述のように、動翼等のガスタービン部材においてはその形状が複雑であるため、オペレータ等が溶射ガンとガスタービン部材表面との角度や形状に応じて、前述のような現象を考慮し、溶射速度や回数等を調整することは、限られた生産時間を考えると、事実上困難で、この結果、遮熱コーティング層の膜厚精度が悪くなってしまうばかりでなく、人手による溶射速度等の調整では、作業効率が悪いという課題がある。
【０００８】
特に、動翼等その形状が複雑なガスタービン部材では、オペレータが形状に応じて溶射速度を調整することは極めて難しく、その結果、コーティング膜厚を均一することことができないという課題がある。
【０００９】
さらに、前述のようにして、溶射を行った後、遮熱コーティング層の膜厚が所定の膜厚であるかを測定して、その測定結果に応じて膜厚を修正する必要がある。このため、従来では、人手によってＥＣＴ装置を用いて渦電流損に応じてコーティング層の膜厚を計測するなどの手法で、対症療法的に膜厚を管理することを行っていた。しかしながら、従来の手法では、次のような課題があった。
ＥＣＴは、被溶射物が冷えてからでないと、使用できず、オンラインのフィードバック制御には使用できなかった。
手動計測結果をもとに、手動でプログラム修正を行うため、試行錯誤回数が多く、非常に効率が悪かった。
後工程の研磨工程も、ばらつきを発生させる工程であり、溶射、研磨、計測と、全てにばらつき要因があるので、ばらつきか助長される形となって、全体的な作業能率が悪かった。
【００１０】
本発明の目的は、動翼等の複雑な形状を有する被溶射物を溶射・コーティングする際、その形状に応じた溶射を行って均一な膜厚とすることができる自動溶射システム及び自動溶射方法を提供することにある。
【００１１】
本発明の他の目的は溶射コーティング層の膜厚を自動的に測定してその測定結果に応じて、オンラインで追加施工及びプログラムの修正を行うことができ、しかも膜厚分布をオペレータや技術者に分かりやすいようにビジュアルに表示することのできる自動溶射システム及び自動溶射方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、被溶射物の表面に溶射装置によって遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成する際に用いられる自動溶射装置であって、前記被溶射物の形状を示す３次元ＣＡＤデータを受け、前記３次元ＣＡＤデータで示される前記被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、前記溶射装置の溶射軸と前記溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める位置データ算出手段と、前記被溶射物を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベースから前記溶射条件を読み出して前記位置データと前記溶射条件とを対応づけて溶射データとする溶射データ算出手段と、前記溶射ポイントを結ぶ経路に沿って前記溶射データに基づいて前記溶射装置を駆動制御して溶射を行う溶射制御手段とを有し、前記被溶射物の表面形状に応じて前記遮熱コーティング層を前記被溶射物の表面に形成するようにしたことを特徴とする自動溶射システムが得られる。前記被溶射物は、例えば、ガスタービンを構成するガスタービン部材である。
【００１３】
このようにして、被溶射物（例えば、ガスタービン部材）の形状を示す３次元ＣＡＤデータで示される被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、溶射装置の溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求めて、被溶射物を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベースから溶射条件を読み出して、位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとし、溶射ポイントを結ぶ経路に沿って溶射データに基づいて溶射装置を駆動制御して溶射を行うようにすれば、動翼等の複雑な形状を有する被溶射物であっても、その形状に応じた溶射を行って均一な膜厚とすることができる。
【００１４】
さらに、本発明では、前記被溶射物の全面にわたって前記遮熱コーティング層の膜厚を計測する膜厚計測手段を有している。よって、仮に電極の磨耗等、他の非制御要因にて、ばらつきが生じた場合でも、膜厚計測手段による計測データと、前記溶射システムをリンクさせることにより、追加施工、あるいはプログラム改善などの改善措置を行える。また、膜厚計測手段によって計測された膜厚を予め設定された膜厚間隔毎に色分して膜厚分布図を表示する表示制御手段とを有しているので、前記膜厚分布図に応じて前記被溶射物の表面に形成された前記遮熱コーティング層の膜厚の把握を容易に行え、例えば、後工程の研磨工程において、膜厚調整のバックアップを図ったり、オペレータ、技術者、あるいは設計者間で、膜厚許容度等の協議を行う際、情報共有化の容易さの点で、優れている。
【００１５】
また、本発明では、前記溶射装置はロボットアームに取り付けられており、さらに、前記膜厚計測手段としてレーザ変位センサが用いられ、前記ロボットアームには前記レーザ変位センサが一対取り付けられており、前記レーザ変位センサの一方で所定の位置に固定された基準位置との距離を計測し、前記レーザ変位センサの他方で被溶射物までの距離を計測している（このような計測を、溶射前後で、同一位置で行うことにより、遮熱コーティング層の膜厚を計測している）。即ち、基準位置計測結果に応じて前記ロボットアームの位置決め補正を行う位置補正手段を有しながら、距離計測（結果的には、膜厚計測）を行っている。このような、位置補正手段をとるのは、溶射前後におけるロボット等センサを把持しているマニピュレータの位置決め精度を補償するためであり、このようにすれば、産業用ロボットのような、比較的絶対位置決め精度の良くない（しかし繰り返し位置決め精度は十分ある）機器を用いても、精度よく膜厚を計測できることになるので、精度向上とコスト低減を両立することができ、産業上極めて有益となる。なお、上述のように、膜厚センサには、ＥＣＴを用いてもよく、この場合には、センサを被溶射物に直接当てて計測を行うため、絶対位置決め精度はあまり問題とならない。このため、レーザ変位センサを用いる際の位置決め補正機構は不要である。レーザ変位センサは、ＥＣＴに比べて、非接触で計測でき、計測時間が短い利点を有する反面、厳しい位置決め精度が要求されるので、ニーズに応じて、両者の得失を鑑みて、選択することが推奨される。
【００１６】
なお、前記レーザ変位センサには溶射による遮熱コーティング材の付着を防止するための防止機構を備えることが望ましい。このようにすれば、レーザ変位センサ自体に遮熱コーティング材が付着することを防止でき、その結果、レーザ変位センサの性能が低下することがない。ＥＣＴの場合には、上記のレーザ変位センサと同様な対策を取っても良いし、位置決め精度がそれほど厳格でない特徴を生かして、計測の時にロボットアームに取り付ける着脱式としても良い。
【００１７】
本発明では、さらに、前記膜厚計測手段によって計測された膜厚データに応じて前記被溶射物の各部分毎に予め設定された設定膜厚との膜厚ずれを求め、前記溶射条件及び前記３次元ＣＡＤデータ（例えば、当該箇所の曲率等）と関連付けた形で前記各部分の曲率と前記膜厚ずれとの関係を求める膜厚ずれ算出手段とを有している。このようにすれば、各部分に応じて、どのように溶射条件を設定すれば、膜厚ずれを最も少なくすることができるか分かることになる。
そして、本システムは、この計測データの使用手法を３つ有している。
上記の膜厚結果を利用して、理想膜厚に近づけるべく、追加成膜を行う（計測翼そのものを改善する）。
上記の膜厚結果を利用して、計測で使用していたプログラムを改善する（例えば、薄い部分の溶射回数を増やす。溶射速度を下げる等。この改善は、上記のように、施工箇所に応じて決定される。この策は、計測翼以降の翼の成膜を改善することになる）。
上記の膜厚ずれを色分け等、ビジュアルに画像、印刷等により表示する（本オプションは、成膜と直接リンクしない。例えば、研磨工程等との調整を行う際には、技術者間、あるいは現場オペレータと技術者間等の情報伝達を間違いなく、かつ迅速に行えるようにする意図がある）。
【００１８】
本発明によれば、被溶射物の表面に溶射装置によって遮熱コーティング材を溶射して遮熱コーティング層を形成する際に用いられる自動溶射方法であって、前記被溶射物の形状を示す３次元ＣＡＤデータで示される前記被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、前記溶射装置の溶射軸と前記溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める位置データ算出ステップと、前記被溶射物を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベースから前記溶射条件を読み出して前記位置データと前記溶射条件とを対応づけて溶射データとする溶射データ算出ステップと、前記溶射ポイントを結ぶ経路に沿って前記溶射データに基づいて前記溶射装置を駆動制御して溶射を行う溶射制御ステップと有し、前記被溶射物の表面形状に応じて前記遮熱コーティング層を前記被溶射物の表面に形成するようにしたことを特徴とする自動溶射方法が得られる。また、併設の自動膜厚計測システム情報とのリンクにより、成膜結果を自ら判断して、追加施工、プログラム改善、膜厚分布等の情報提供を自動的に行えることを特徴とした自動溶射方法が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明について図面を参照して説明する。なお、図示の例における構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
まず、図１を参照して、本発明による自動溶射システムは、例えば、被溶射物である動翼等のガスタービン部材に溶射によってコーティングを行う際に用いられる。図示の自動溶射装置は、情報処理装置（以下単にＣＰＵと呼ぶ）１１を備えており、このＣＰＵ１１にはキーボード等の入力装置１２が接続されるとともに、ディスプレイ等の出力装置１３が接続されている。そして、ＣＰＵ１１には、後述する溶射条件データが設定された溶射条件データベース１１ａが接続されている。さらに、ＣＰＵ１１には後述するＣＡＤシステム１４が接続されており、ＣＰＵ１１にはＣＡＤシステム１４からガスタービン部材に関する３次元ＣＡＤデータ（３Ｄ−ＣＡＤデータ）が与えられる。
【００２１】
また、ＣＰＵ１１には駆動制御装置１５が接続され、この駆動制御装置１５によって後述する溶射ロボット１６が駆動制御される（なお、この駆動制御装置１５は溶射ロボット１６自体に備えるようにしてもよい）。この溶射ロボット１６は溶射ガン１７ａを有しており、溶射ガン１７ａは、被溶射物であるガスタービン部材２１に対して溶射を行う。この溶射ガン１７ａはアーム部（ロボットアーム）１７ｂに保持され、アーム部１７ｂは駆動制御装置１５によって３軸方向（つまり、３次元的）に駆動制御される。つまり、溶射ガン１７ａは、駆動制御装置１５の制御下で、図中上下及び左右方向への移動と回転運動とが可能となっている。なお、溶射ガン１７ａ及びアーム部１７ｂによって溶射装置が構成される。
【００２２】
さらに、前述のアーム部１７ｂの先端部には、一対のレーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂが取り付けられて、後述するようにして、レーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂによって、ＣＰＵ１１はガスタービン部材２１上に形成された遮熱コーティング層（ＴＢＣ層）の膜厚を計測する。ガスタービン部材２１を溶射する際には、ガスタービン部材２１は基台２２上に載置される。この基台２２はガスタービン部材２１を図１に示す軸ｐを中心として回転させることができる。
【００２３】
前述のＣＡＤシステム１４には、ガスタービン部材２１に関する３次元図面データがＣＡＤデータとして格納されており、溶射を行う際には、ＣＡＤシステム１４からＣＰＵ１１に該当するガスタービン部材２１のＣＡＤデータが与えられる。
【００２４】
ここで、図２を参照して、ＣＰＵ１１では、ＣＡＤデータに基づいてガスタービン部材の３次元的形状を把握する（ステップＳ１）。いま、ガスタービン部材２１が翼であるとすると、前述のように、翼は基台２２に載置されており、基台２２上への翼の載置状態は、ＣＰＵ１１がＣＡＤシステム１４から読み込んだＣＡＤデータと同一となっている。ＣＰＵ１１はＣＡＤデータから得られた翼上に所定の間隔でティーチングポイント（溶射ポイント：インデックス）を設定して、各ティーチングポイントに対して溶射ガン１７ａを垂直状態に位置決めする位置データを求める（ステップＳ２）。このティーチングポイントは予め入力装置１２からＣＰＵ１１に入力される。
【００２５】
さらに、ＣＰＵ１１は翼を示すＣＡＤデータに基づいて翼の背面、腹面、リーディングエッジ、及びフィレット部等を認識して、これら各面部に対する溶射条件を溶射条件データベース１１ａから読み出す（ステップＳ３）。溶射条件データベース１１ａには前記各面部毎に溶射速度が溶射速度データとして設定されており、ＣＰＵ１１はこの溶射速度データを溶射条件とする。そして、ＣＰＵ１１は各ティーチングポイントが面部のいずれであるかを判定して、前述の位置データと溶射速度とを対応付けて、溶射データとする（ステップＳ４）。
【００２６】
このようにして、溶射データを決定した後、ＣＰＵ１１は各ティーチングポイントを結ぶ経路のうち最適な経路を自動パスとして設定する（ステップＳ５）。そして、この自動パスは前述の溶射データとともに、駆動制御装置１５に与えられる（ステップＳ６）。
【００２７】
後述するように、レーザ変位センサを膜厚計測に用いる際には、溶射前の段階で、所定位置におけるセンサ−被溶射物間距離（溶射前）を被溶射物の所定の箇所で計測して、計測データをメモリ（図示せず）に格納する（溶射前計測：ステップＳ７、この計測値をＬ１とする。その後、駆動制御装置１５では、自動パスに基づいてアーム部１７ｂを駆動制御しつつ、溶射データに応じて溶射ガン１７ａから溶射を行う（ステップＳ８）。この際、溶射データ中の位置データに応じてアーム部１７ｂが駆動制御装置１５によって制御され、各ティーチングポイントにおいて溶射ガン１７ｂが翼に対して垂直に位置づけられ、さらに、溶射データ中の溶射速度で溶射ガン１７ｂから溶射を行う。
【００２８】
上述のようにして、翼の溶射が完了すると（ステップＳ９）、つまり、翼に遮熱コーティング層（ＴＢＣ層）を形成した後、後述するようにして、所定位置におけるセンサ−被溶射物間距離（溶射後）を被溶射物の所定の箇所で計測して（ステップＳ１０）、計測データをメモリ（図示せず）に格納する。その後、ＣＰＵ１１はＴＢＣ層膜厚算出を行う（ステップＳ１１）。この膜厚算出に当たっては、この計測データをＬ２とすると、ＣＰＵ１１は、（Ｌ１−Ｌ２）を行って、ＴＢＣ層膜厚を得る。このようにして、レーザ変位センサを用いた際には、溶射前計測と同一位置で溶射後の距離計測を行い、溶射前及び溶射後の計測データを用いて所定の箇所における膜厚を算出する。レーザ変位センサを用いた計測においては、所定の成膜回数に至る途中で、膜厚の途中経過を知ることもできる。
【００２９】
図３及び図４は、レーザ変位センサを利用した際の膜厚計測を説明するための図である。まず、図３を参照して、前述のように、アーム部１７ｂにはレーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂが取り付けられており、このレーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂを用いて、ＣＰＵ１１は膜厚の計測を行う。なお、レーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂはそれぞれ発光部及び受光部を有している。また、図３では、溶射ガン１７ａは省略されている。
【００３０】
図３に示すように、基台２２の近傍には、基準板２２ａが固定されており、前述の溶射を行う前段階において、レーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂからそれぞれ翼２１及び基準板２２ａに対してレーザ光を照射して、翼２１及び基準板２２ａからの反射光を受光する。基準板２２ａは固定されているから、ＣＰＵ１１はレーザ変位センサ１８ｂから得られた基準板２２ａまでの距離が予め規定された距離となっているか否かを判定して、アーム部１７ｂと基準板２２ａまでの距離を予め規定された距離に修正する（つまり、ロボットアーム位置決めを補正する）。これによって、アーム部１７ｂと翼２１との所定の位置関係に精度よく位置決めすることができる。
【００３１】
一方、ＣＰＵ１１はレーザ変位センサ１８ａから得られた測定結果に応じてアーム部１７ｂと翼２１までの距離（溶射前距離）を計測することになる。この際、基台２２はＣＰＵ１１の制御下で予め設定された順序で駆動制御され、翼２１全体にわたって溶射前距離が計測される。
【００３２】
その後、前述のようにして、溶射が行われ、翼２１にＴＢＣ層を形成した後、再び、レーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂからそれぞれ翼２１及び基準板２２ａに対してレーザ光を照射して、翼２１及び基準板２２ａからの反射光を受光する。これによって、ＣＰＵ１１はアーム部１７ｂを位置決めしつつ、アーム部１７ｂと翼２１までの距離（溶射後距離）を計測することになる。この際、基台２２はＣＰＵ１１の制御下で予め設定された順序で駆動制御され、翼２１全体にわたって溶射前距離が計測される。
【００３３】
なお、溶射時におけるコーティング材の付着を防止するため、レーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂには、シャッター等のコーティング材付着防止機構が備えられている。
【００３４】
上述のようにして、溶射前距離及び溶射後距離を翼全体にわたって計測した後、ＣＰＵ１１は（溶射後距離）−（溶射前距離）を演算して、これをＴＢＣ層膜厚データとする。このようにして求められたＴＢＣ層膜データは、ＣＰＵ１１によってデータ格納メモリ（図示せず）に送付されるとともに出力装置１３に表示される。
【００３５】
次に、ＣＰＵ１１では、前述のようにして得られたＴＢＣ層膜厚データを用いてどのような処理手法を選択するかを出力装置１３に表示する（ステップＳ１２）。この表示に応じてオペレータ等は処理手法を選択することになる。いま、オペレータ等が膜厚分布表示を選択して、その旨入力装置から入力すると、ＣＰＵ１１は膜厚分布表示処理に移行する（ステップＳ１３）。この膜厚分布表示処理では、ＣＰＵ１１は規定膜厚（設定膜厚）を基準として、所定の値毎にＴＢＣ層膜厚データを区分して表示を行うことになる。例えば、ＣＰＵ１１は出力装置１３上に翼２１を表示するとともに、翼２１においてＴＢＣ層膜厚が同一である部分を同一の色で着色して表示する（つまり、ＣＰＵ１１は計測したＴＢＣ層膜厚に応じた等高線色表示を行うことになる）。このようにすれば、一目でＴＢＣ層膜厚分布を把握することができることになる。なお、オペレータ等がＴＢＣ層膜厚データを参照して追加成膜を選択して、その旨入力装置から入力すると、ＣＰＵ１１は追加成膜処理に移行する（ステップＳ１４）。また、施工プログラム改良を選択すると、ＣＰＵ１１は施工プログラム改良処理に移行する（ステップＳ１５）。追加成膜処理では、ＴＢＣ層膜厚データに応じて追加成膜施工が行われ、前述のようにして追加成膜後の膜厚が計測される。つまり、各翼場所毎の膜厚ずれを利用して、成膜を行う（例えば、計測された膜厚が目標に足らない場合には、それまでの施工回数、溶射速度と、膜厚結果の関係を、溶射箇所毎に把握して、追加による膜厚増分を予測して施工が行われることになる）。一方、施工プログラム改良処理で、ＴＢＣ層膜厚データに応じて施工プログラムを改良することになる。つまり、施工回数、溶射速度と、膜厚結果の関係を、溶射箇所毎に把握して、理想膜厚に近づけるように溶射速度、施工回数等のプログラム改良を行う。このプログラム改良は、例えば、データ格納メモリに格納された膜厚計測データに応じてＣＰＵ１１内の膜厚調整アルゴリズムによって実行される。
【００３６】
次に、上述のようにして求められたＴＢＣ層膜厚データ及びＴＢＣ層膜厚分布に応じて、ＣＰＵ１１は、翼２１の各面部毎に設定膜厚との膜厚ずれを求め、溶射速度及び溶射ピッチ（ティーチングポイントピッチ）と翼の位置や、その場所での翼曲率（ＣＡＤデータから得られる）との関係を溶射条件データベース１１ａに格納する（ステップＳ１６）。このようにして、膜厚ずれと溶射速度及び溶射ピッチと翼の位置・翼曲率の関係が溶射を行う都度、溶射条件データベース１１ａに格納されていくことになり、溶射を行う際、翼の位置・翼曲率に応じて、つまり、各面部に応じて、どのように溶射速度及び溶射ピッチを設定すれば、膜厚ずれを最も少なくすることができるか分かることになる。そして、このようにして溶射条件データベース１１ａに格納された溶射条件に応じて溶射を行えば、膜厚ずれを極めて少なくすることができる。
【００３７】
上述の説明から明らかなように、ＣＰＵ１１が、翼の形状を示す３次元ＣＡＤデータを受け、３次元ＣＡＤデータで示される翼の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、溶射ガンの溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求める位置データ算出手段として機能するとともに、翼を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベースから溶射条件を読み出して位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとする溶射データ算出手段として機能し、ＣＰＵ１１及び駆動制御装置１５が溶射ポイントを結ぶ経路に沿って溶射データに基づいて溶射ガンを駆動制御して溶射を行う溶射制御手段として機能することになる。
【００３８】
さらに、ＣＰＵ１１は計測された遮熱コーティング層の膜厚を予め設定された膜厚間隔毎に、計測膜厚と理想膜厚との差異を算出、データ格納できる機能を有しており、これを用いて、追加施工を実施したり、あるいは、以降の部品の膜厚分布を良好にするように、施工プログラムの改良を行う機能を有する。また、膜厚分布データを色分して膜厚分布図を表示する表示制御手段としても機能し、基準位置計測結果に応じてロボットアーム（アーム部）の位置決め補正を行う位置補正手段として機能する。そして、ＣＰＵ１１は計測された膜厚データに応じて翼の各部分毎に予め設定された設定膜厚との膜厚ずれを求め、溶射条件及び３次元ＣＡＤデータから得られた各位置及びそこの曲率と膜厚ずれとの関係を求める膜厚ずれ算出手段としても機能する。
【００３９】
なお、溶射を行いつつ、膜厚を計測するようにすれば、計測膜厚に応じて膜厚ずれを修正するため再度溶射を行うことができる。つまり、これは、上記に追加成膜という形で示してきたもので、溶射を行いつつ、膜厚を計測するようにすれば、ＴＢＣ層が冷却される前に（つまり、ＴＢＣ層がまだ熱いから）、溶射によって膜厚ずれを修正することができる。
【００４０】
さらに、前述の例では、ＴＢＣ層膜厚を計測する際、アーム部１７ｂにレーザ変位センサ１８ａ及び１８ｂを取り付けたが、溶射ロボットとは別に計測装置を用いるようにしてもよい。例えば、図４に示すように、所定の方向に延びる第１のフレーム３１上に第１のフレーム３１に対して垂直方向に延びる第２のフレーム３２を固定して、第２のフレーム３２に移動フレーム３３を取付けて、この移動フレームにレーザ変位センサ１８ａを取り付けるようにしてもよい。
【００４１】
この際には、第１のフレーム３１は所定の方向（Ｘ軸方向）に移動可能であり、移動フレーム３３は第２のフレーム３２に沿って（Ｙ軸方向）移動可能である（つまり、第１のフレーム３１に対して垂直方向に移動可能である）。このようにして、レーザ変位センサ１８ａをＸ軸方向、Ｙ軸方向に移動させるとともに、基台２２を回転させて、レーザ変位センサ１８ａによって、前述のようにして、溶射前及び溶射後のレーザ変位センサ１８ａと翼２１との距離を計測して、膜厚を求めるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、図示はしないが、ロボットアーム部１７ａの先端にＥＣＴセンサを備えて、溶射終了の後、例えば、エアシリンダー等を駆動して、アーム部１７ａを伸長させて、ＥＣＴセンサを翼に接触させて、溶射前及び溶射後の渦電流損の相違によって膜厚を計測するようにしてもよい。ＥＣＴセンサを用いる際には、図２に示すステップＳ７は必要なく、ステップＳ１０及びＳ１１の代わりに、ＥＣＴセンサによってＴＢＣ膜厚が計測されることになる。ＥＣＴセンサを用いる際には、溶射が完全に終了して、被溶射物が所定の温度に冷えた後、計測が行われる。
【００４３】
また、上述の例では、ガスタービン部材として翼を溶射によってコーティングする例について説明したが、他のガスタービン部材についても同様にして溶射によってコーティングすることができるばかりでなく、高熱下に晒される部材（被溶射物）を同様にしてコーティングするようにしてもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、被溶射物（例えば、ガスタービン部材）の形状を示す３次元ＣＡＤデータで示される被溶射物の表面上に所定の間隔で溶射ポイントを設定して、溶射装置の溶射軸と溶射ポイントとを垂直状態に位置決めする位置データを求めて、被溶射物を構成する各部分毎にその溶射条件が規定された溶射条件データベースから溶射条件を読み出して、位置データと溶射条件とを対応づけて溶射データとし、溶射ポイントを結ぶ経路に沿って溶射データに基づいて溶射装置を駆動制御して溶射を行って、被溶射物の表面形状に応じて遮熱コーティング層を被溶射物の表面に形成するようにしたから、動翼等の複雑な形状を有する被溶射物であっても、その形状に応じた溶射を行って均一な膜厚とすることができるという効果がある。
【００４５】
さらに、本発明では、被溶射物の全面にわたって遮熱コーティング層の膜厚を計測して、計測された膜厚を予め設定された膜厚間隔毎に色分して膜厚分布図を表示するようにしたから、膜厚分布図を見れば、膜厚分布を容易に把握できるという効果がある。また、このような膜厚分布データを、理想膜厚と比較することによって、追加成膜を実施したり、プログラム改良を行うことができ、計測された被溶射物及びそれ以降の被溶射物の膜厚分布を改善できるという効果がある。
【００４６】
本発明では、膜厚を計測する際、一対のレーザ変位センサを用いて、レーザ変位センサの一方で所定の位置に固定された基準位置との距離を計測し、レーザ変位センサの他方で遮熱コーティング層の膜厚を計測して、基準位置計測結果に応じてロボットアームの位置決め補正を行うようにしたから、精度よく膜厚を計測できるという効果がある。
【００４７】
本発明では、レーザ変位センサに、溶射による遮熱コーティング材の付着を防止するための防止機構を備えるようにしたから、レーザ変位センサ自体に遮熱コーティング材が付着することを防止でき、その結果、レーザ変位センサの性能が低下することがないという効果がある。
【００４８】
本発明では、計測された膜厚データに応じて前記被溶射物の各部分毎に予め設定された設定膜厚との膜厚ずれを求め、溶射条件及び３次元ＣＡＤデータから得られた被溶射物の各部分の曲率と膜厚ずれとの関係を求めるようにしたから、各部分に応じて、どのように溶射条件を設定すれば、膜厚ずれを最も少なくすることができるか分かるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による自動溶射システムの一例を示すブロック図である。
【図２】レーザ変位センサを用いた際の図１に示す自動溶射システムの動作を説明するためのフロー図である。
【図３】図１に示す自動溶射システムにおいて溶射膜厚の計測を行う際の一例を示す斜視図である。
【図４】図１に示す自動溶射システムにおいて溶射膜厚の計測を行う際の他の例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１　情報処理装置（ＣＰＵ）
１１ａ　溶射条件データベース
１２　入力装置
１３　出力装置
１４　ＣＡＤシステム
１５　駆動制御装置
１６　溶射ロボット
１７ａ　溶射ガン（溶射装置）
１７ｂ　アーム部（ロボットアーム）
２１　ガスタービン部材
２２　基台
【図１】
2004115846.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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