JP4090938B2

JP4090938B2 - Infrared image inspection apparatus and infrared image inspection method

Info

Publication number: JP4090938B2
Application number: JP2003124274A
Authority: JP
Inventors: 貴博久保; 圭介高木; 隆夫犬飼; 一成藤山; 泰治平澤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-04-28
Filing date: 2003-04-28
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2023-04-28
Also published as: JP2004325408A

Description

【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され、少なくとも赤外線映像信号処理部、剥離面積算出部およびコントローラ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、前記コントローラは、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するとともに、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、前記剥離面積算出部は、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、前記温度分布と前記剥離の射影面積に基づいてこの温度分布に基づいて前記検査対象物の剥離の射影面積を計算し、前記温度分布と前記剥離の射影面積に基づいて前記検査対象物の剥離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において、前記信号処理系はさらに剥離進展予測部を有するとともに、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剥離の射影面積とを比較して、前記検査対象物の剥離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４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され、少なくとも赤外線映像信号処理部、剥離面積算出部および剥離進展予測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るステップと、前記剥離面積算出部が、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るステップと、この温度分布に基づいて、前記剥離面積算出部が前記検査対象物の剥離の射影面積を計算するステップと、前記温度分布と前記剥離の射影面積とに基づいて前記検査対象物の剥離の有無並びに大きさを検出するステップと、前記検査対象物の温度応力解析を行なうステップと、得られた温度応力解析結果と前記検査対象物の剥離の射影面積とを比較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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an infrared image inspection apparatus and an infrared image for inspecting for the presence or absence of defects such as film peeling by analyzing an infrared image emitted by heating an object having a complicated shape such as a turbine blade of a gas turbine. It relates to the inspection method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, there is an infrared image inspection apparatus 1 shown in FIG. 4 as an apparatus for inspecting the presence or absence of defects by analyzing an infrared image emitted by heating an inspection object having a complicated shape (see, for example, Patent Document 1). ).
[0003]
A conventional infrared image inspection apparatus 1 emits a drivable installation base 3 for installing an inspection object 2, a plurality of heaters 4 and 4 for heating the inspection object 2, and the heated inspection object 2. An infrared camera 5 for photographing infrared rays, an infrared video signal processor 6 for displaying and analyzing the intensity of infrared rays photographed by the infrared camera 5, and a distance measuring sensor for measuring the distance between the infrared camera 5 and the inspection object 2 Reference numeral 7 denotes a configuration in which the controller 8 is controllably connected. The installation table 3 is configured to be able to control rotation, inclination angle, and parallel movement by a controller 8.
[0004]
In the infrared image inspection apparatus 1, the inspection object 2 installed on the installation table 3 is arranged at a position optimal for inspection by the controller 8 while referring to the measurement values of the distance measuring sensors 7 and 7. Further, the inspection object 2 is heated by the heaters 4 and 4, and infrared rays emitted from the heated inspection object 2 are photographed by the infrared camera 5 and transmitted to the infrared video signal processor 6 as a signal.
[0005]
Here, if the peeling 9 exists under the coating of the inspection object 2, an air layer is formed and the thermal conductivity is reduced, so that the peeling 9 part has a higher temperature than a healthy part. By detecting this high temperature part in the infrared video signal processor 6, it is the structure which test | inspects the presence or absence of peeling 9 of the film of the test object 2. FIG.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-11-166910 (pages 4-6, FIG. 1)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional infrared image inspection apparatus 1, it is necessary to carry the inspection object 2 onto the installation table 3, and in the case of the inspection object 2 that is difficult to move or transport, such as a turbine blade integrated with the turbine, disassembly work However, since the installation table 3 has a structure in which the inspection object 2 is installed on the position control mechanism, the installation table 3 has a resistance to inspecting a large and heavy inspection object 2 such as a turbine blade. It is necessary to increase the load. For this reason, it leads to the increase in manufacturing cost and operation cost.
[0008]
Furthermore, since the positions of the heaters 4 and 4 cannot be controlled, it takes a lot of time to set the heating conditions optimal for the inspection.
[0009]
Moreover, the function and procedure which estimate the lifetime of a film effectively from the data of the peeling 9 of the film of the test object 2 measured with infrared rays are required.
[0010]
The present invention has been made to cope with such a conventional situation, and provides an infrared image inspection apparatus and an infrared image inspection method capable of inspecting defects at a lower cost without disassembling or moving an inspection object. For the purpose.
[0011]
Another object of the present invention is to provide an infrared image inspection apparatus and an infrared image inspection method capable of more easily setting the heating condition of the inspection object.
[0012]
Another object of the present invention is to provide an infrared image inspection apparatus and an infrared image inspection method capable of predicting the subsequent progress of defects in addition to the inspection of defects on the inspection object.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an infrared image inspection apparatus according to the present invention includes a heating source, a shield having an infrared reflecting surface, an infrared camera, and a signal to the infrared camera. Connect via cable And at least Infrared video signal processor , Peeling area calculator and controller And positioning the shield with the infrared reflecting surface facing the inspection object, The controller controls at least one of the amount of heat generated by the heating source or the position of the infrared camera, The heating source heats the inspection object, while the infrared camera shoots the intensity of infrared rays radiated from the heated inspection object and reflected by the infrared reflecting surface of the shield, and uses the infrared video signal as a signal. Transmitting to the processing unit, further obtaining the temperature distribution of the inspection object by inputting and analyzing the infrared signal in this infrared video signal processing unit, The peeling area calculation unit obtains a temperature distribution of the inspection object from the infrared video signal processing unit, and based on the temperature distribution and the projected area of the peeling. Based on this temperature distribution Calculate the projected area of the peel of the inspection object, based on the temperature distribution and the projected area of the peel Of the inspection object Peeling It is configured to detect the presence and size of In the infrared image inspection apparatus, the signal processing system further includes a separation progress prediction unit, performs a temperature stress analysis of the inspection object, and obtains the obtained temperature stress analysis result and a projection area of the separation of the inspection object. In comparison, it is configured to calculate the progress rate of the projected area of peeling of the inspection object Is.
[0014]
In addition, an infrared image inspection method according to the present invention is claimed in order to achieve the above-mentioned object. 4 As described in, a heating source, a shield having an infrared reflecting surface, an infrared camera, and a connection to the infrared camera via a signal cable And at least Infrared video signal processor , Peeling area calculation section and peeling progress prediction section A signal processing system including: a step of positioning the shield with an infrared reflecting surface facing an inspection object; a step of heating the inspection object by the heating source; and heating by the infrared camera Photographing the intensity of infrared rays emitted from the object to be inspected and reflected by the infrared reflecting surface of the shield, and transmitting the infrared signal as a signal to the infrared video signal processing unit; Obtain the temperature distribution of the inspection object by inputting and analyzing Step and , The peeling area calculation unit obtains a temperature distribution of the inspection object from the infrared video signal processing unit, and the peeling area calculation unit calculates a projection area of the peeling of the inspection object based on the temperature distribution And the step of Temperature distribution And the projected area of the peeling Based on the inspection object Peeling Detecting the presence and size of Performing a temperature stress analysis of the inspection object; and comparing the obtained temperature stress analysis result with a projected area of peeling of the inspection object; It is the method characterized by having.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of an infrared image inspection apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of an infrared image inspection apparatus 10 according to the present invention.
[0017]
The infrared image inspection apparatus 10 has a configuration in which a signal processing system 13 is connected via a signal cable 14 to an infrared camera 12 provided with a heating source 11.
[0018]
The heating source 11 is provided in the vicinity of the lens of the infrared camera 12, and the heating source 11 is further provided with a shield 16 via a shield fixing jig 15 having a support leg structure having, for example, four support legs. . The shield fixing jig 15 adjusts and fixes each distance and positional relationship of the infrared camera 13, the heating source 11, and the shield 16 so as to always have a fixed positional relationship and arrangement relationship.
[0019]
The shield 16 is formed in a conical cylinder shape, for example, a square tube shape, and is configured such that the size of one opening is smaller than that of the other opening. The shield 16 is installed so that the opening on the large side faces the infrared camera 12 side.
[0020]
On the other hand, the turbine blades 17 that are inspection objects of the infrared image inspection apparatus 10 are aligned and planted along the circumferential direction of the turbine shaft 18. Each turbine blade 17 has a concave ventral side 19 and a convex dorsal side 20 serving as blade surfaces. Furthermore, a coating 21 is coated on the entire surface of the ventral side 19 and the back side 20 of each turbine blade 17.
[0021]
That is, the inspection object of the infrared image inspection apparatus 10 is the turbine blade 17 covered with the coating 21, and the defect to be inspected is peeling of the coating 21.
[0022]
In the infrared image inspection apparatus 10, the infrared camera 12, the heating source 11, and the shield 16 are configured as an integral structure by the shield fixing jig 15, and the shield 16 is disposed at a position that covers the turbine blades 17. In other words, the rectangular cylindrical shield 16 is such that the small opening side is directed to the turbine shaft 18 side, which is the base side of the turbine blade 17, and the large opening side is directed to the tip side of the turbine blade 17. It is a position where the turbine blades 17 are accommodated in the cylindrical shape.
[0023]
The heating source 11 provided in the infrared camera 12 has a function of generating heat from the heated turbine blades 17 by applying heat to the turbine blades 17 to heat the turbine blades 17. As a method for heating the turbine blade 17, a method in which high-temperature air is forcibly blown from the heating source 11 to the turbine blade 17, a method in which the temperature of the heating source 11 rises and heat transfer by natural convection of air is used, or electromagnetic waves are used. There are methods such as a method of irradiating and heating the turbine blades 17, but the method is arbitrary as long as the turbine blades 17 can be heated.
[0024]
On the other hand, each inner surface of the rectangular tube-shaped shield 16 is formed of an aluminum alloy to form an infrared reflecting surface 16a, and the infrared reflecting surface 16a effectively directs infrared rays generated by the turbine blades 17 toward the infrared camera 12. Configured to reflect.
[0025]
Next, the configuration of the signal processing system 13 connected to the infrared camera 12 will be described.
[0026]
The signal processing system 13 includes an infrared video signal processing unit 22, a peeling area calculation unit 23 that is an example of a defect area calculation unit, and a peeling progress prediction unit 24 that is an example of a defect progress prediction unit. Further, the controller 25 is connected to the infrared video signal processing unit 22 via the signal cable 14.
[0027]
The infrared camera 12 is connected to the infrared video signal processing unit 22 of the signal processing system 13 via the signal cable 14.
[0028]
The infrared video signal processing unit 22 has a function of obtaining an image by obtaining the temperature distribution of the coating 21 applied to the surface of the turbine blade 17 from the intensity of infrared rays based on a signal from the infrared camera 12.
[0029]
On the other hand, the peeling area calculation unit 23 of the signal processing system 13 calculates the peeling area that is the projected area of the defect of the inspection object based on the temperature distribution of the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 obtained by the infrared video signal processing unit 22. Has a function to calculate.
[0030]
Further, the separation progress prediction unit 24 of the signal processing system 13 includes the temperature stress analysis result of the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 calculated in advance, and the separation area of the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 calculated by the separation area calculation unit 23. Are compared, the falling area progressing speed of the coating 21 is calculated, and then the amount of peeling progress until the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 is inspected is predicted.
[0031]
Further, the controller 25 can control the amount of heat generated from the heating source 11 and the positions of the heating source 11 and the shield 16 integrated with the infrared camera 12 via the infrared video signal processing unit 22.
[0032]
Next, the operation of the infrared image inspection apparatus 10 will be described.
[0033]
First, heat is radiated into the shield 16 by the heating action from the heating source 11, and the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 is heated together with the turbine blade 17.
[0034]
When the peeling part of the coating film 21 exists in the turbine blade 17, an air layer is formed between the coating film 21 and the turbine blade 17 in the peeling part. Since the thermal conductivity of air is smaller than the thermal conductivity of the turbine blade 17 and the coating 21, the heat conduction rate in the air layer is slower than that in the turbine blade 17 and the coating 21.
[0035]
For this reason, the heat applied to the turbine blade 17 and the coating 21 from the heating source 11 conducts heat from the coating 21 toward the inside of the turbine blade 17, but an air layer is interposed between the coating 21 and the turbine blade 17. In the exfoliation part, compared with the healthy part which has not exfoliated, the movement speed of heat is slow and temperature rises.
[0036]
Therefore, when the coating film 21 on the surface of the turbine blade 17 is uniformly heated, the temperature of the portion where the peeling of the coating film 21 from the turbine blade 17 exists becomes higher than the temperature where the peeling does not exist. For this reason, infrared rays are generated and emitted from the coating 21 of the turbine blade 17 with an intensity corresponding to the temperature. By detecting the generated infrared rays with the infrared camera 12, the temperature distribution of the coating 21 of the turbine blade 17 can be obtained, and by analyzing the temperature distribution of the coating 21 of the turbine blade 17 obtained, the coating 21 of the turbine blade 17 The presence or absence of peeling can be inspected.
[0037]
That is, peeling occurs at a portion where the temperature is high in the coating 21 of the turbine blade 17, and the presence and size of the coating 21 on the turbine blade 17 can be detected from the extent of the spread of the high temperature portion. it can.
[0038]
Then, infrared rays are generated from the coating 21 of the turbine blade 17 heated by the heating source 11. This infrared ray is reflected by the infrared reflecting surface 16 a inside the rectangular tube-shaped shield 16 and detected by the infrared camera 12. Further, the infrared light obtained by the infrared camera 12 is transmitted as an electrical signal to the infrared video signal processing unit 22.
[0039]
The infrared video signal processing unit 22 displays an image of the intensity of infrared rays emitted from the coating 21 of the turbine blade 17.
[0040]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a mapping of infrared rays emitted from the coating 21 of the turbine blade 17 taken by the infrared camera 12 displayed as an image in the infrared video signal processing unit 22 of the signal processing system 13 shown in FIG. .
[0041]
As shown in FIG. 2, near the center, an infrared image signal processing unit 22 displays an image of infrared radiation radiated from the side surface of the blade shape facing the circumferential direction of the turbine shaft 18 of the turbine blade 17.
[0042]
By the way, since the shield 16 has a rectangular tube shape, the infrared rays irradiated into the shield 16 are reflected from the respective infrared reflecting surfaces 16a inside the shield 16 (inner surface). Accordingly, the infrared rays radiated from the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 are displayed as images of infrared projections 30 reflected from the respective infrared reflecting surfaces 16a inside the shield 16.
[0043]
For example, as shown in FIG. 2, infrared rays radiated from the back side 20 of the turbine blade 17 are reflected by three surfaces inside the shield 16, and each infrared projection 30 is displayed as an image around the turbine blade 17. The That is, the back side 20 of the turbine blade 17 is divided into three parts, and each infrared projection 30 is obtained.
[0044]
Here, since the infrared projection 30 displayed as an image in the infrared video signal processing unit 22 changes depending on the temperature, it is equivalent to the temperature distribution image display. And if the site | part from which the film 21 has peeled from the turbine blade 17 exists, this site | part will be displayed as high temperature rather than another site | part.
[0045]
Therefore, by detecting the high temperature part from the temperature distribution on the surface of the turbine blade 17, it is possible to determine the presence / absence and size of separation. Furthermore, when a high temperature portion exists in the temperature distribution on the surface of the turbine blade 17, the peeling area of the coating 21 can be obtained by obtaining the area of the high temperature portion.
[0046]
Therefore, the temperature distribution on the surface of the turbine blade 17 displayed as an infrared projection 30 in the infrared video signal processing unit 22 is sent to the peeling area calculation unit 23 as an electrical signal. And in this peeling area calculation part 23, the high temperature part is detected from the temperature distribution of the surface of the turbine blade 17, the presence or absence of peeling of the film 21 is detected, and further, the peeling of the film 21 is obtained by obtaining the detected area of the high temperature part. Area is required.
[0047]
At this time, the high temperature portion on the surface of the turbine blade 17 is displayed after image processing. This image processing method is carried out by obtaining a temperature gradient of the coating 21 of the turbine blade 17 and extracting an edge of a temperature determined to be peeling of the coating 21 on the image. That is, in order to calculate the peel area in the peel area calculation unit 23, the high temperature part is displayed with higher accuracy and an image is displayed and a peel inspection is performed.
[0048]
However, the temperature distribution on the surface of the turbine blade 17 has different image display areas near the root 31 and the tip 32 of the turbine blade 17. That is, the abdominal side 19 and the back side 20 which are inspection surfaces of the turbine blade 17 are curved and the distance from the plane inside the shield 16 to each part on the surface of the turbine blade 17 is not constant. The infrared projection 30 emitted from 17 is enlarged or reduced according to the curvature of the curved surface.
[0049]
However, if the positional relationship among the integrally fixed infrared camera 12, the heating source 11, and the shield 16 is constant and the conditions such as the heating condition and the infrared reflection condition are always the same, the turbine blade 17 to be inspected can be obtained. Even if they are different, the inspection can be performed under the same conditions.
[0050]
For this reason, an enlargement ratio or reduction ratio, which is an expansion / contraction ratio between the area of the coating 21 that is the actual surface area of the turbine blade 17 and the area of the projection 30 that is displayed as an image in the infrared video signal processing unit 22, is databased. It is stored in the peeling area calculation unit 23. Then, as a result of the image processing of the temperature distribution on the surface of the turbine blade 17 in the separation area calculation unit 23, when the high temperature part exists, the area is obtained, and the area of the high temperature part is corrected based on the database, and the actual turbine is obtained. The peeling area of the coating 21 which is the high temperature part of the blade 17 is determined.
[0051]
Further, the coating film peeling area of the turbine blade 17 obtained by the peeling area calculation unit 23 is transmitted to the peeling progress prediction unit 24. The peeling progress prediction unit 24 collates the coating film peeling area of the turbine blade 17 received from the peeling area calculation unit 23 with the temperature stress analysis result of the coating film 21 of the turbine blade 17 obtained in advance. Then, the rate of increase due to the temperature stress of the coating peeling area of the turbine blade 17 that is the part to be inspected is calculated, and the increase amount of the peeling area, that is, the progress amount of the peeling area in the period until the next inspection is predicted.
[0052]
For this purpose, the peeling progress prediction unit 24 includes a film damage database. In this film damage database, peeling progress prediction support data is stored. This peeling progress prediction support data is a thermomechanical fatigue using a test piece on which a coating 21 such as a thermal damage coating is recorded or an inspection record of a damage state due to peeling of a coating 21 on an actual turbine blade 17 obtained from a past inspection. Consists of information necessary for predicting delamination progress, such as test data for tests, thermal cycle tests and oxidation tests.
[0053]
The past inspection record of the damaged state of the turbine blade 17 is a record that is periodically accumulated and stored in order to grasp the damaged state of the plant operating environment.
[0054]
Further, from the test data of the thermomechanical fatigue test, it is possible to grasp the progress amount and the damage behavior of the peeled area of the coating film 21 under a certain temperature stress condition.
[0055]
Then, the peeling progress prediction unit 24 can calculate and predict the progress of the peeling area of the coating 21 such as the thermal barrier coating under a certain temperature stress condition with higher accuracy by referring to the coating damage database. .
[0056]
By the way, although the tensile stress remains on the surface of the coating 21 of the turbine blade 17 at the time of construction, since the stress relaxation occurs with the thermal history due to the operation of the turbine, the surface residual stress of the coating 21 tends to gradually decrease. Show. Further, the oxide layer formed on the corrosion resistant alloy layer also reduces the surface residual stress of the coating 21. Therefore, the surface residual stress of the coating 21 of the turbine blade 17 decreases as the turbine operating time and the number of start / stop operations increase.
[0057]
For this reason, an error occurs in the amount of progress of the peel area predicted by the peel progress prediction unit 24 with the change in the surface residual stress of the coating 21 of the turbine blade 17.
[0058]
Therefore, the peeling progress prediction unit 24 corrects the error due to the residual stress at the inspection site of the turbine blade 17. First, the surface residual stress of the coating film 21 at the site where peeling of the coating film 21 is detected in the turbine blade 17 is measured. A method using X-rays is effective as a method for measuring the surface residual stress.
[0059]
Next, the interfacial stress acting on the interface between the coating 21 and the turbine blade 17 is estimated from the measured surface residual stress value of the coating 21. The residual stress in the oxidation-resistant or heat-resistant coating 21 is the highest on the surface, and there is a stress gradient that becomes the lowest at the interface of the turbine blade 17 with the base material.
[0060]
Therefore, the stress gradient of the interfacial stress in the coating 21 is obtained in advance by experiments and analysis by manufacturing simulation, and is stored in the delamination progress prediction unit 24. From the surface residual stress of the coating 21, the coating 21 and the turbine blade 17 base material It is comprised so that the interface stress of can be estimated.
[0061]
Based on the estimated interfacial stress between the coating 21 and the base material of the turbine blade 17, the progress of the coating peeling area is predicted. Since the interfacial stress between the coating 21 and the base material of the turbine blade 17 has a close correlation with coating peeling, if the interface stress becomes clear, the progress of the coating peeling area can be predicted more accurately.
[0062]
That is, the infrared image inspection apparatus 10 generates heat from the coating 21 on the surface of the turbine blade 17 by applying heat to the turbine blade 17 from the heating source 11 in a state where the turbine blade 17 to be inspected is implanted in the turbine shaft 18. In this configuration, the temperature distribution is obtained from the infrared projection 30 and the presence / absence of peeling of the coating 21 and the peeling area are measured and inspected.
[0063]
Further, the peeling progress prediction unit 24 compares the coating peeling area of the turbine blade 17 with the temperature stress analysis result of the coating 21 of the turbine blade 17 obtained in advance to calculate the peeling increase rate. This is a configuration for predicting the amount of progress of delamination by referring to the increase rate, past inspection records, test data of a thermomechanical fatigue test, and interface stress in the coating 21.
[0064]
In the conventional infrared image inspection apparatus 1, a distance measuring sensor 7 that measures the distance between the inspection object 2 and the infrared camera 5 in order to inspect defects such as the film peeling 9 of the inspection object 2 having a complicated shape, 7 and the installation table 3 on which the inspection object 2 is installed is configured to be able to control rotation, inclination angle, and parallel movement.
[0065]
However, in the conventional infrared image inspection apparatus 1, the inspection object 2 needs to be moved and carried on the installation table 3. For this reason, the inspection object 2 integrated with a heavy object such as the turbine blade 17 is required to be disassembled and difficult to apply.
[0066]
Furthermore, even if the turbine blades 17 are disassembled, the weight and size are large, and it is necessary to configure the installation base 3 of the inspection object 2 so that it can be moved and to increase the size together with the load resistance. For this reason, there existed a problem of leading to the increase in the manufacturing cost and operating cost of the infrared image inspection apparatus 1.
[0067]
Further, in the conventional infrared image inspection apparatus 1, the heaters 4 and 4 are not configured to be movable and controllable. For this reason, it is difficult to set the heating conditions optimal for the inspection of the inspection object 2, and it takes a lot of time. Furthermore, although the presence or absence and the magnitude | size of a film peeling can be test | inspected with the infrared rays radiated | emitted from the test target object 2, the lifetime of the film 21 was not able to be estimated.
[0068]
However, in the infrared image inspection apparatus 10, even if the inspection object is large and heavy, such as the turbine blade 17, the heating source 11 is moved and positioned together with the infrared camera 5, so that the inspection object is disassembled or moved. The film peeling can be inspected without causing it. Further, the installation table 3 is not required, and the infrared image inspection apparatus 10 can be configured at a lower cost.
[0069]
Moreover, in the infrared image inspection apparatus 10, since the positional relationship among the infrared camera 12, the heating source 11, and the shield 16 for irradiating and photographing infrared rays is constant, the heating conditions are always the same except for the amount of generated heat, and the peeling is performed. The accuracy of determination and the accuracy of calculating the peeled area can be improved.
[0070]
Furthermore, in the infrared image inspection apparatus 10, it is possible to calculate the rate of increase in peeling by collating the coating film peeling area of the turbine blade 17 that is the inspection object with the temperature stress analysis result of the coating film 21 obtained in advance. it can. The amount of progress of peeling, that is, the life of the coating film 21 can be predicted by referring to the increase rate of peeling, the inspection record relating to the past peeling of the coating film 21, the test data of the thermomechanical fatigue test, and the interface stress in the coating film 21. .
[0071]
The shield 16 may be formed in a bag shape so as to cover the turbine blade 17 and provide an appropriate opening toward the infrared camera 12, and may be formed in a plate shape or a flat plate with a rectangular cross section. Any shape may be used as long as it is provided and can reflect infrared rays.
[0072]
Further, the shield 16 and the heat source 11 may be provided separately without being configured integrally with the infrared camera 12, and may be configured to perform positioning for each configuration.
[0073]
The material of the shield 16 is not limited to an aluminum alloy, and may be made of a material having a required strength such as ceramics or glass with a metal foil bonded thereto and capable of reflecting infrared rays.
[0074]
In addition, the infrared video signal processing unit 22, the peeling area calculation unit 23, the peeling progress prediction unit 24, and the controller 25 of the signal processing system 13 may be integrated, or may not be provided with an unnecessary configuration.
[0075]
FIG. 3 is an enlarged sectional view of the vicinity of the coating 21 of the turbine blade 17 for explaining the second embodiment of the infrared image inspection apparatus according to the present invention.
[0076]
3 is different from the infrared image inspection apparatus 10 shown in FIG. 1 in that a cut filter is provided at the lens tip of the infrared camera 12. Since other configurations and functions are the same, illustration is omitted.
[0077]
The turbine blade 17 that is the inspection target of the infrared image inspection apparatus 10 </ b> A is configured to cover the surface of the base material 40 with the coating 21.
[0078]
Here, the infrared rays radiated from the turbine blade 17 are not limited to the infrared rays X1 emitted from the surface of the coating 21 of the turbine blade 17, but the infrared rays radiated from the interface 41 between the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17. X2 is also present. The infrared ray X2 emitted from the interface has a wavelength different from that of the infrared ray X1 emitted from the surface of the coating 21.
[0079]
Further, the amount of radiation of the infrared ray X2 emitted from the interface between the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17 changes when an oxide layer is formed at the interface. For this reason, the thickness of the oxide layer formed on the interface can be estimated by measuring the infrared ray X2 emitted from the interface with the infrared camera 12.
[0080]
Therefore, in the infrared video inspection apparatus 10A, a cut filter is attached to the lens tip of the infrared camera 12. By the action of this cut filter, it is possible to measure infrared X2 from an interface having a wavelength different from that of infrared X1 emitted from the surface of the coating 21 of the turbine blade 17.
[0081]
The thickness of the oxide layer formed on the interface 41 between the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17 is measured by placing a coil on the surface of the coating 21 and passing an alternating current and measuring the amount of change in the impedance of this coil. Is calculated. However, it is theoretically oxidized based on the method of calculating the thickness of the oxide layer by obtaining the relationship between the radiation amount of the infrared X2 from the interface and the thickness of the oxide layer in advance by the test and the change in physical property values such as thermal conductivity. It is good also as a method of estimating the thickness of a layer.
[0082]
That is, the infrared image inspection apparatus 10A attaches a cut filter to the lens tip of the infrared camera 12 of the infrared image inspection apparatus 10 shown in FIG. 1, and emits infrared X2 emitted from the interface 41 between the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17. In this configuration, the thickness of the oxide layer formed at the interface is estimated.
[0083]
Since the oxide layer formed at the interface 41 between the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17 is accompanied by a change in volume, the internal stress at the interface 41 between the coating 21 and the base 40 is changed to promote the peeling of the coating. affect. Therefore, by quantifying the thickness of the oxide layer, the amount of progress of the coating peeling area estimated by the peeling progress prediction unit 24 can be corrected and the accuracy can be improved.
[0084]
In the infrared image inspection apparatuses 10 and 10A, the inspection object is the turbine blade 17, but the inspection object may have another complicated shape.
[0085]
Further, in the infrared image inspection apparatuses 10 and 10A, the inspection object is the separation of the base material 40 and the coating 21 of the turbine blade 17, but the defects inside the inspection object such as holes, cavities, and cracks are not limited to the separation. It is also possible to measure the projected area of the defect.
[0086]
【The invention's effect】
In the infrared image inspection apparatus and the infrared image inspection method according to the present invention, the heating source and the infrared camera are positioned, and the infrared rays emitted from the inspection object by the infrared reflecting surface of the shield are effectively directed to the infrared camera. Therefore, the defect can be inspected at a lower cost without disassembling or moving the inspection object.
[0087]
Further, the heating condition of the inspection object can be easily set by fixing the heating source and the shield to the infrared camera and configuring them integrally.
[0088]
Further, by providing the delamination progress prediction unit, it is possible to predict the progress of defects after a predetermined time by referring to the delamination progress prediction support data in addition to the inspection of the defect of the inspection object.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an infrared image inspection apparatus according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing a projection of infrared rays emitted from a coating of a turbine blade taken by an infrared camera displayed as an image in the infrared video signal processing unit of the signal processing system shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the vicinity of a coating film of a turbine blade for explaining a second embodiment of the infrared image inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional infrared image inspection apparatus.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,10A ... Infrared image inspection apparatus, 11 ... Heat source, 12 ... Infrared camera, 13 ... Signal processing system, 14 ... Signal cable, 15 ... Shield fixing jig, 16 ... Shield, 16a ... Infrared reflective surface, 17 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Turbine blade, 18 ... Turbine shaft, 19 ... Ventral side, 20 ... Dorsal side, 21 ... Coating, 22 ... Infrared image signal processing part, 23 ... Peeling area calculation part, 24 ... Peeling progress prediction part, 25 ... Controller, 30 ... Projection, 31 ... Near root, 32 ... Near tip, 40 ... Base material, 41 ... Interface, X1, X2 ... Infrared.

Claims

A heating source ;
A shield having an infrared reflecting surface ;
An infrared camera ,
A signal processing system connected to the infrared camera via a signal cable and having at least an infrared video signal processing unit , a peeling area calculation unit, and a controller ,
Positioning the shield with the infrared reflecting surface facing the inspection object ,
The controller controls at least one of the amount of heat generated by the heating source or the position of the infrared camera,
While the heating source heats the inspection object ,
The infrared camera shoots the intensity of infrared rays emitted from the heated inspection object and reflected by the infrared reflecting surface of the shield, and transmits the signal to the infrared video signal processing unit as a signal ,
Furthermore, the temperature distribution of the inspection object is obtained by inputting and analyzing the infrared signal in this infrared video signal processing unit ,
The peeling area calculation unit obtains a temperature distribution of the inspection object from the infrared video signal processing unit , and calculates a projection area of peeling of the inspection object based on the temperature distribution ,
Infrared image inspection apparatus , which is configured to detect the presence or absence and size of the inspection object based on the temperature distribution and the projected area of the separation ,
The signal processing system further includes a peeling progress prediction unit, performs a temperature stress analysis of the inspection object, compares the obtained temperature stress analysis result with a projected area of the peeling of the inspection object, and performs the inspection. An infrared image inspection apparatus configured to calculate a progress rate of a projected area of peeling of an object .

The said shield is fixed to the said infrared camera via a shield fixing jig, The said heat source is fixed to the said infrared camera, and it is comprised by three persons integrally. Infrared image inspection device.

The release in the growth prediction unit is further previously peeled growth prediction assistance data storage, with reference to the peeling growth prediction assistance data from the propagation rate of the projection area of the release of the calculated the inspection object after a predetermined time The infrared image inspection apparatus according to claim 1, wherein the projected area of the inspection object peeling is predicted.

A heating source ;
A shield having an infrared reflecting surface ;
An infrared camera ,
A signal processing system connected to the infrared camera via a signal cable and having at least an infrared video signal processing unit , a peeling area calculation unit, and a peeling progress prediction unit ,
Positioning the shield with the infrared reflecting surface facing the inspection object ;
Heating the inspection object by the heating source ;
With the infrared camera, photographing the intensity of infrared rays emitted from the heated inspection object and reflected by the infrared reflecting surface of the shield, and transmitting as a signal to the infrared video signal processing unit ;
Further steps asking you to temperature distribution of the test object by analyzing enter the infrared signal in the infrared image signal processing unit,
The peeling area calculation unit obtains the temperature distribution of the inspection object from the infrared video signal processing unit;
Based on the temperature distribution, the peeling area calculation unit calculates a projected area of peeling of the inspection object; and
Detecting the presence or absence and magnitude of the release of the inspection object based on the projection area of the release and the temperature distribution,
Performing a temperature stress analysis of the inspection object;
Comparing the obtained thermal stress analysis results and the projected area of the peeling of the inspection object;
Calculating the rate of progress of the projected area of separation of the test object based on this comparison; and
An infrared image inspection method comprising:

The shield, while being fixed to the infrared camera via the shield fixing jig, the heating source is fixed to the infrared camera, the three parties, according to claim 4, characterized in that it is integrally formed Infrared image inspection method.