(57)【要約】【課題】鍛造品（例えば、鍛造ブレード）の歪を除去する際の作業を効率的に行うことができるようにする。【解決手段】この支援システムは鍛造品に生じた歪を取り除く歪取り作業を支援する際に用いられる。支援データベース１２には、鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納されており、３Ｄ計測装置１３で鍛造品の表面形状を計測して計測３次元形状データを得る。支援装置１１では、鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データと計測３次元形状データとを比較して鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る。そして、支援装置では、歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する歪取り条件データを支援データベースから読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する。【選択図】　　　図１
2004077138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鍛造品に生じた歪を取り除く歪取り作業を支援するための歪取り支援システムであって、
鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースと、
前記鍛造品の表面形状を計測して計測３次元形状データとして出力する３次元形状計測手段と、
前記鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データを受け、前記計測３次元形状データと前記設計３次元形状データとを比較して、前記鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る歪パターン算出手段と、
前記歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する前記歪取り条件データを、前記支援データベースから読みだして、当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する表示手段とを有し、
前記ガイダンス情報に応じて前記歪取り作業について教示及び支援を行うようにしたことを特徴とする鍛造品歪取り支援システム。
【請求項２】
前記歪取り条件データには、少なくとも歪取りを行う際に用いる基台及び押圧部材の種類、該押圧部材を押しつける押しつけ圧力、及び該押しつけ圧力の方向が示されていることを特徴とする請求項１に記載の鍛造品歪取り支援システム。
【請求項３】
前記設計３次元形状データは前記設計データを示すＣＡＤデータとして与えられるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の鍛造品歪取り支援システム。
【請求項４】
鍛造品に生じた歪を取り除く歪取り作業を支援するための歪取り支援方法であって、
前記鍛造品の表面形状を計測して計測３次元形状データを得る３次元形状計測ステップと、
前記鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データと前記計測３次元形状データとを比較して、前記鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る歪パターン算出ステップと、
鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースから、前記歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する前記歪取り条件データを読みだして、当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する表示ステップとを有し、
前記ガイダンス情報に応じて前記歪取り作業について教示及び支援を行うようにしたことを特徴とする鍛造品歪取り支援方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鍛造品等に生じた歪を取り除く際の作業を支援するための鍛造品歪取り支援システム及び鍛造品歪取り支援方法に関し、特に、蒸気タービン等に用いられる鍛造ブレード（鍛造翼）に生じた歪を取り除く際に用いられる鍛造翼歪取り支援システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、蒸気タービン等で用いられるブレード（翼：羽根）は、鍛造によって製造されており、鍛造においては、金属を加熱してハンマー又は水圧機で打ち延ばし、所要の形状とした後、冷却して鍛造ブレードとしている。
【０００３】
ところが、冷却の際、不可避的に鍛造ブレードに歪が発生してしまい、鍛造ブレードの形状が、設計形状と異なってしまう。このため、従来、歪を取り除くため、鍛造ブレードをハンマー等で押して歪を取り除いている。
【０００４】
つまり、鍛造ブレードの歪を除去する際には、先ず、歪ゲージ等で鍛造ブレードの歪を計測して、歪が発生している箇所をハンマー等で押して歪を除去する（なお、歪には、例えば、反り及びねじれ等があり、反りの際には、ハンマーで押すことになるが、ねじれの場合には、ねじれと逆方向にねじることになる）。
【０００５】
そして、歪を修正した後、再び歪ゲージ等で鍛造ブレードの歪を計測して、鍛造ブレードをハンマー等で押して歪を除去する。このようにして、歪ゲージ等による計測及び計測された歪の除去を繰り返して行い、最終的に極めて微量の歪（例えば、０．４ｍｍ程度）が残った状態で、切削等によって鍛造ブレードを削って設計形状とする。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、鍛造ブレードの歪を除去する際には、歪ゲージ等による計測及び計測された歪の除去を繰り返して行う必要があり、しかも、計測された歪について、鍛造ブレードのどの部分を押せば歪が除去されるか一概に判定することが難しく、試行錯誤で鍛造ブレードを押す必要がある。つまり、鍛造ブレードの歪除去においては、作業者の熟練度が大きく作用し、作業者によって歪除去の程度及び作業時間が大きく異なることになる。
【０００７】
このように、鍛造ブレードの歪を除去する作業を行う際には、その技術取得に相当の期間を要するばかりでなく、技術を取得したとしても（つまり、ある程度熟練したとしても）、歪取り作業においては、その作業時間が大幅にかかり、極めて作業効率が悪いという課題がある。
【０００８】
加えて、歪取り作業においては、鍛造ブレードのどの部分を叩けば、歪を最も効果的に除去することができるかは、作業者のノウハウとなっており、作業者個人によってその手法が異なることも多く、作業手法が標準化されていないため、非熟練者が技術を取得することが難しい。
【０００９】
いずれにしても、鍛造ブレードの歪を除去する際には、歪ゲージ等で歪を計測した後、計測された歪について、鍛造ブレードのどの部分を押せば最も効率的に歪が除去されるか判別することが難しく、しかも、歪ゲージによる歪測定にも、時間がかかってしまう。つまり、従来、鍛造ブレードの歪を除去する際には、歪箇所に応じた作業手順が明確でなく、その結果、作業効率が極めて悪く、大幅な作業時間を要してしまうという課題がある。
【００１０】
本発明の目的は、鍛造品の歪を除去する際の作業を効率的に行うことのできる鍛造品歪取り支援システム及び鍛造品歪取り支援方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、鍛造品に生じた歪を取り除く歪取り作業を支援するための歪取り支援システムであって、鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースと、前記鍛造品の表面形状を計測して計測３次元形状データとして出力する３次元形状計測手段と、前記鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データを受け前記計測３次元形状データと前記設計３次元形状データとを比較して前記鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る歪パターン算出手段と、前記歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する前記歪取り条件データを前記支援データベースから読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する表示手段とを有し前記ガイダンス情報に応じて前記歪取り作業について教示及び支援を行うようにしたことを特徴とする鍛造品歪取り支援システムが得られる。
【００１２】
このようにして、鍛造品（例えば、鍛造ブレード）の表面形状を計測して計測３次元形状データを得て、鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データと計測３次元形状データとを比較して鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得た後、鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースから歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する歪取り条件データを読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示するようにすれば、鍛造品の歪を除去する際の作業を効率的に行うことができることになる。
【００１３】例えば、前記歪取り条件データには、少なくとも歪取りを行う際に用いる基台及び押圧部材の種類、該押圧部材を押しつける押しつけ圧力、及び該押しつけ圧力の方向が示されており、前記設計３次元形状データは前記設計データを示すＣＡＤデータとして与えられる。このようにすれば、作業者は容易に歪取り作業を行うことができるばかりでなく、簡単に設計３次元形状データを得ることができることになる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、鍛造品に生じた歪を取り除く歪取り作業を支援するための歪取り支援方法であって、前記鍛造品の表面形状を計測して計測３次元形状データを得る３次元形状計測ステップと、前記鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データと前記計測３次元形状データとを比較して前記鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る歪パターン算出ステップと、鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースから前記歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する前記歪取り条件データを読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する表示ステップとを有し、前記ガイダンス情報に応じて前記歪取り作業について教示及び支援を行うようにしたことを特徴とする鍛造品歪取り支援方法が得られる。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１を参照して、図示の鍛造品歪取り支援システム（以下単に支援システムと呼ぶ）は、例えば、鍛造品の歪取り作業を行う際の支援に用いられ、特に、蒸気タービン等に用いられる鍛造ブレード（鍛造翼）の歪取り作業を行う際に用いられる。この支援システムは、支援装置（例えば、パソコン）１１を備えており、支援装置１１には、キーボード等の入力装置１１ａ及びディスプレイ等の出力装置１１ｂが備えられている。そして、この支援装置１１には、支援データベース（以下単にＤＢという）１２が接続されており、ＤＢ１２には、後述するように、鍛造ブレードの歪（設計データとの誤差）に応じた作業パターンが格納されている。また、支援装置１１には、鍛造ブレードの設計データである３次元ＣＡＤデータ（３次元形状）が格納されたＣＡＤデータベース（以下単にＣＡＤと呼ぶ）１２ａが接続されている。
【００１７】
さらに、支援装置１１には、３次元形状（３Ｄ）計測装置１３が接続され、後述するようにして、３Ｄ計測装置１３で、鍛造ブレードの３次元形状を計測して、計測３次元形状データとして支援装置１１に与える。そして、支援装置１１では、後述するようにして、計測３次元形状データに応じて、ＣＡＤ１２ａから検索した鍛造ブレードの設計データ（設計３次元形状データ）との誤差（歪）を求めて、歪に応じた歪パターン分けを行って、歪取り作業のガイダンスを行う。
【００１８】
ここで、鍛造ブレードの歪には、例えば、反り、ねじれ、及び断面変形等があり、反り、ねじれ、及び断面変形の程度（量及び方向）及び位置に応じて、歪取りを行う際に用いる基台及び押圧部材（以下受け駒と呼ぶ）が異なり、さらに、受け駒による押圧位置が異なることになる。例えば、図２（ａ）に示すように、鍛造ブレード２１に歪が発生した場合には、ゲージ２２を用いて、歪量及び方向を計測する。そして、この計測結果に適した基台２３及び受け駒２４を用いて、例えば、図２（ｂ）に示すように、基台２３と受け駒２４との間に鍛造ブレード２１を挟んで、歪量に応じた押しつけ圧力で、受け駒２４を押圧することになる。
【００１９】
一方、図２（ｃ）に示すように、鍛造ブレード２１に歪が発生した場合には、ゲージ２５を用いて、歪量及び方向を計測する。そして、この計測結果に適した基台２６及び受け駒２７を用いて、例えば、図２（ｄ）に示すように、基台２６と受け駒２７との間に鍛造ブレード２１を挟んで、歪量に応じた押しつけ圧力で受け駒２７を押圧することになる。
【００２０】
このようにして、種々の歪（反り、ねじれ、断面変形等）に応じて、その歪量、歪方向、歪位置等に応じて使用する基台及び受け駒、そして、受け駒に加える押しつけ圧力が決定されることになる。言い換えると、鍛造ブレードの歪パターンに応じて、使用する基台及び受け駒、押しつけ圧力が決定され、これら使用する基台及び受け駒、押しつけ圧力を歪取り条件データとして歪パターン毎にデータ収集を行うことなる。
【００２１】
なお、ここでいう歪パターンとは、鍛造ブレードの歪位置、歪量、及び歪方向を示すものであり、歪取り条件データとは、使用する基台及び受け駒、押しつけ圧力の他に、基台に鍛造ブレードを載置する方向（つまり、基台に鍛造ブレードが当接する面がいずれの面であるかを示す情報も含むものとする）。
【００２２】
上述のようにして、収集された歪パターン及び歪取り条件データは、入力装置１１ａから支援装置１１に入力され、支援装置１１は、歪パターンと歪取り条件データとを対応付けて歪取り支援データ（作業データ）としてＤＢ１２に格納することになる。上述のデータ収集は鍛造ブレードの歪取りを行う都度収集されて、ＤＢ１２に蓄積されることになり、この結果、鍛造ブレードの歪取り作業を行う都度ＤＢ１２に蓄積される歪取り支援データは増加することになる。
【００２３】
ここで、図１に示す支援システムを用いた歪取り作業について説明する。鍛造ブレードを水圧機（プレス機）で鍛造した後には、まず、鍛造ブレードの３次元形状を計測して、鍛造ブレードの３次元形状データを得る。
【００２４】
図３を参照して、３Ｄ計測装置１３は、センサ部１４及び演算部１５を有しており、センサ部１４には、半導体レーザ（例えば、Ｈｅ−Ｎｅレーザ）１４ａ、証明レンズ１４ｂ、結像レンズ１４ｃ、及び光検出素子１４ｄが備えられている。
【００２５】
また、演算部１５には、位置検出器１５ａ、光量検出器１５ｂ、及び補正部１５ｃが備えられている。鍛造ブレード２１の３次元形状を計測する際には、半導体レーザ１４ａから、レーザ光（レーザビーム）が出力され、照明レンズ１４ｂによってレーザ光が絞られる。そして、照明レンズ１４ｂからのレーザ光を鍛造ブレード２１の表面に照射する。この際、センサ部１４は、予め規定された速度（測定速度）で鍛造ブレード２１に沿って移動する（例えば、２０００ｍｍ／ｍｉｎ）。
【００２６】
照射されたレーザ光は、鍛造ブレード２１の表面状態に応じて、反射・散乱することになるが、反射光の一部が結像レンズ１４ｃを介して、光検出素子１４ｄに入力される。光検出素子１４ｃは所定の面積を有する受光面を備えており、受光面上の反射光が入射した位置を示すとともに、受光量を示す電気信号を出力する。つまり、反射光が受光面上のどの位置に入射しているかを示すとともに、受光量を示す電気信号を出力する。
【００２７】
この電気信号は、位置検出器１５ａ及び光量検出器１５ｂに与えられ、位置検出器１５ａでは電気信号が示す入射位置に応じて、鍛造ブレード２１表面の変位を表す変位信号を出力する。つまり、鍛造ブレード２１の表面が変位すると、結像レンズ１４ｃからみた光の反射点は横方向に移動するように見えることになり、その移動量は変位に比例するから、電気信号が示す入射位置から鍛造ブレード２１表面の変位を検出することができる。
【００２８】
一方、光量検出器１５ｂでは、電気信号が示す受光量に応じて、光量を検出して検出光量を示す光量検知信号を送出する。そして、これら変位信号及び光量検出信号は補正部１５ｃに与えられる。補正部１５ｃでは光量検出信号に基づいて、変位信号を補正する。これによって、補正部１５ｃでは、鍛造ブレード２１の表面反射率に無関係に鍛造ブレード２１の表面変位を得て、補正変位信号として支援装置１１に与える。
【００２９】
ここで、図１及び図４を参照して、支援装置１１には、例えば、３Ｄ形状認識部３１、ＤＢアクセス部３２、歪判定部３３、及びガイダンス表示制御部３４が備えられており、前述のようにして、鍛造ブレード２１の表面形状（つまり、３Ｄ形状）が測定されて（ステップＳ１）、補正変位信号が３Ｄ形状認識部３１に与えられると、３Ｄ形状認識部３１は補正変位信号に応じて鍛造ブレード２１の３Ｄ形状を認識する（ステップＳ２）。そして、この計測３次元形状データは歪判定部３３に与えられる。なお、この３Ｄ形状は不可避的に鍛造による歪を有している。
【００３０】
オペレータが、入力装置１１ａから鍛造ブレード２１の製品番号及び／又は図面番号等をブレードコードとして入力すると（ステップＳ３）、ＤＢアクセス部３２は、ブレードコードに基づいてＣＡＤ１２ａをアクセスして、該当する設計３次元形状データを読みだして、歪判定部３３に渡す（ステップＳ４）。
【００３１】
歪判定部３３では、設計３次元形状データ及び計測３次元形状データとを比較して、つまり、設計３次元形状と計測３次元形状とを比較して、設計３次元形状と計測３次元形状との歪を調べる（ステップＳ５）。歪を調べるに当たっては、歪の方向及び量、そして、歪位置を求めることになる。そして、これら歪の方向、歪量、及び歪の位置は歪パターンデータとされる。
【００３２】
前述したように、ＤＢ１２には、鍛造ブレードの歪パターンに応じて歪取り条件データが格納されており、ＤＢアクセス部３２では、前述のようにして、歪判定部３３で得られた歪パターンデータに基づいてＤＢ１２をアクセスして、歪パターンデータに最も近い歪パターンに対応する歪取り条件データを読みだして、ガイダンス表示制御部３４に渡す（ステップＳ６）。
【００３３】
ガイダンス表示制御部３４では、歪取り条件データに基づいて歪取り作業の手順が歪取り作業ガイダンスとして出力装置１１ｂに表示する（ステップＳ７）。そして、作業者は歪取りガイダンスに応じて歪取り作業を実行することになる。つまり、歪取り条件データには、歪パターンに応じて使用する基台及び受け駒、押しつけ圧力等を示しているから、ガイダンス表示制御部３４では、前述のようにして得られた歪パターンデータに最適な基台及び受け駒、押しつけ圧力、及び押しつけ方向とをガイダンスとして教示することになる。
【００３４】
このようにして、鍛造ブレードの歪取りの際、支援システムが鍛造ブレードを計測した結果得られた歪パターンデータに最適な基台及び受け駒、押しつけ圧力、及び押しつけ方向とをガイダンスとして教示するようにしたから、作業者らは容易に歪取り作業を行うことができることになる。つまり、鍛造品の歪を除去する際の作業を効率的に行うことができることになる。
【００３５】
ところで、上述の例では、鍛造ブレードの３次元形状を計測する際、図３に示す３Ｄ計測装置を用いたが、所謂多点デジタルスケールによって鍛造ブレードの３次元形状を計測するようにしてもよい。
【００３６】
例えば、この３Ｄ計測装置は、図５に示すように、基台４１上に、所定の方向に延びるレール４２ａが形成された第１のフレーム部４２が取り付けられ、第１のフレーム部４２上にレール４２ａに沿って移動可能に複数の第２のフレーム部４３が配置されている。各第２のフレーム部４３にはレール４２ａ上を走行する走行部４３ａと走行部４３ａに垂直に支持された一対の支持部４３ｂとが備えられており、支持部４３ａには計測センサ体４４が支持部４３ａに沿って移動可能に配置されている。
【００３７】
計測センサ体４４には複数のプローブ４４ａが備えられており、このプローブ４４ａと鍛造ブレード表面との接触によって、後述するようにして、鍛造ブレードの３次元形状が求められる。
【００３８】
いま、第２のフレーム部４３をレール４２ａに沿って移動させ、所定の位置に各第２のフレーム部４３を位置づける。その後、鍛造ブレードを支持部４３ｂに渡って載置する。そして、計測センサ体４４を基準位置から図中上方に支持部４３ｂに沿って移動させて、プローブ４４ａを鍛造ブレード表面に接触させる。
【００３９】
この際、基準位置からプローブ４４ａが接触するまで、計測センサ体４４が移動した距離が移動距離として各計測センサ体４４からインターフェース４５を介して演算部（例えば、パソコン）４６に与えられる。
【００４０】
演算部４６では、基準位置からの移動距離に応じて鍛造ブレードの表面位置を知り、この表面位置を連結して計測３次元形状とする（なお、計測点以外の表面位置は、例えば、補間法によって求めることになるが、精度を向上させるためには、計測点を多くする必要がある）。このようにして求められた計測３次元形状は支援装置１１に与えられることになる。
【００４１】
なお、レーザスリット光センサを用いて３次元形状を計測してもよいが、ここでは、詳細な説明は省略する。
【００４２】
上述の説明から明らかなように、ここでは、歪判定部３３が鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データを受け計測３次元形状データと設計３次元形状データとを比較して、鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得る歪パターン算出手段として機能し、ＤＢアクセス部３２及びガイダンス表示制御部３４が歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する歪取り条件データを支援データベースから読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示する表示手段として機能することになる。
【００４３】
また、上述の例では、蒸気タービン等に用いられる鍛造ブレードを例に挙げて説明したが、他の鍛造品について、歪を取り除く作業を行う際においても、本発明による支援システムを用いれば、効率的に歪除去作業を行うことができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、鍛造品（例えば、鍛造ブレード）の表面形状を計測して計測３次元形状データを得て、鍛造品の設計データである３次元形状を表す設計３次元形状データと計測３次元形状データとを比較して鍛造品の歪パターンを調べて歪パターンデータを得た後、鍛造品毎に少なくともその歪量、歪方向、及び歪位置を示す歪パターンに応じた歪取りの条件を示す歪取り条件データが格納された支援データベースから歪パターンデータに最も近似する歪パターンに対応する歪取り条件データを読みだして当該歪取り条件データをガイダンス情報として表示して、ガイダンス情報に応じて歪取り作業について教示及び支援を行うようにしたから、鍛造品の歪を除去する際の作業を効率的に行うことができるという効果がある。
【００４５】
本発明では、歪取り条件データには、少なくとも歪取りを行う際に用いる基台及び押圧部材の種類、押圧部材を押しつける押しつけ圧力、及び押しつけ圧力の方向が示されているから、作業者は容易に歪取り作業を行うことができるという効果がある。
【００４６】
本発明では、設計３次元形状データとして設計データを示すＣＡＤデータを用いるようにしたから、簡単に設計３次元形状データを得ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による歪取り支援システムの一例を示すブロック図である。
【図２】鍛造ブレードの歪取りを行う際の手順を説明するための図である。
【図３】図１に示す歪取り支援システムで用いられる３Ｄ計測装置の一例を示すブロック図である。
【図４】図１に示す歪取り支援システムの動作を説明するためのフロー図である。
【図５】図１に示す歪取り支援システムで用いられる３Ｄ計測装置の他の例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１１　支援装置
１２　支援データベース（ＤＢ）
１３　３Ｄ計測装置
２１　鍛造ブレード
２２，２５　ゲージ
２３，２６　基台
２４，２７　受け駒
３１　３Ｄ形状認識部
３２　ＤＢアクセス部
３３　歪判定部
３４　ガイダンス表示制御部
【図１】
2004077138.tif 000003
【図２】
2004077138.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004077138.tif 000006
【図５】
2004077138.tif 000007