JP2003344360A - ３次元形状物検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 走査距離および操作時間を短縮することによ
りプローブと３次元形状物の表面との間のリフトオフが
変化するのを抑えてノイズを軽減させる。 【解決手段】 例えばガスタービン動翼といった３次元
形状物２の表面の曲率変化に追従して撓む柔軟性のある
基板３と、この基板３上に規則的に配列された複数のセ
ンサコイル４と、これらセンサコイル４を３次元形状物
２の表面に押し付け各センサコイル４と３次元形状物表
面との間の間隔を一定に保持する押圧手段５とを備えた
フレキシブルアレイプローブ１を有し、該フレキシブル
アレイプローブ１を３次元形状物２の表面に沿って移動
させたときのセンサコイル４の検出信号の変化に基づき
３次元形状物２に生じているき裂を検出しあるいはき裂
深さを推定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は３次元形状物検査装
置に関する。さらに詳述すると、本発明は、例えばガス
タービン動翼などのように表明の曲率が連続的に変化す
る複雑形状の対象物（本明細書ではこれを「３次元形状
物」と呼ぶ）に生じているき裂を渦電流試験法により非
破壊で検出しあるいはき裂深さを推定する３次元形状物
検査装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】高温環境下で使用される発電用ガスター
ビンの主要高温部品は過酷な温度および応力状態に晒さ
れるため寿命評価等の保守管理に最善の注意が払われる
必要があり、とりわけ高速回転体である初段動翼はき裂
が生じていることが許容されない。

【０００３】従来、ガスタービン動翼の基材に発生した
き裂や基材に達していない耐食コーティング内のき裂を
再現性よく検出し、あるいはき裂深さを推定するための
非破壊検査技術として、渦電流を利用して動翼表面およ
び耐食コーティング下の内在き裂を検出する渦電流試験
法（Eddy Current Testing, ＥＣＴ）が提案されてい
る。渦電流試験法は、交流電流を流したセンサコイルを
導体に近づけると導体に渦電流が生じ、渦電流流路内に
存在するき裂によってこの渦電流が乱され磁束が変化す
る特性を利用してこの変化をセンサコイルのインピーダ
ンス変化として観測する手法であり、センサコイルを備
えたプローブで動翼の表面を走査しき裂を検出するもの
である。

【０００４】このような渦電流試験法によれば、得られ
た出力結果からき裂の深さを定量的に評価することが可
能であるが、センサコイルと動翼表面との間隔（リフト
オフ）が変化した場合の影響が大きいことから走査中こ
のリフトオフを一定に保ちつつプローブを機械的に走査
させる必要がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プロー
ブによる走査中、振動等によりリフトオフが変化しこの
変化に起因してノイズが生じることがあるという問題が
ある。この場合、リフトオフ変化によるノイズにき裂検
出信号が重畳し、検査結果からき裂の存在を認識するこ
とが困難となるおそれがある。また、このようなノイズ
の問題は特に走査距離や走査時間が長い場合に顕著にな
りやすいことから、走査距離あるいは走査時間の短縮化
が望まれる。

【０００６】そこで、本発明は、走査距離および操作時
間を短縮することによりプローブと３次元形状物（例え
ば動翼）の表面との間のリフトオフが変化するのを抑え
てノイズを軽減させる３次元形状物検査装置を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め本願発明者は種々の検討と実験を行い、複数のセンサ
コイルを規則的に配列し、これら複数のセンサコイルか
らなるアレイプローブを３次元形状物（例えば動翼）の
表面に沿って移動させる手法に着目した。複数のセンサ
コイルを同時に移動させて走査する場合、一度に走査可
能な領域が広くなることからその分だけ機械走査量が少
なくなり、振動に伴う機械ノイズの影響を受けにくくな
る。

【０００８】ただし、上述したように、渦電流試験法を
利用したき裂検査においてはセンサコイルと３次元形状
物表面との間隔（本明細書ではこの間隔を「リフトオ
フ」と呼んでいる）がセンサ出力に及ぼす影響が大きい
ことから、検査中において如何にこのリフトオフを一定
に保つかが問題となる。すなわち、例えば初段動翼の基
材に達していないコーティング内のき裂といった微小き
裂を再現性よく検出するには、プローブを検査部位に適
正圧力で押し付け、基部から突端部（あるいはその逆）
へ進むに従い曲率が連続的に変化する複雑形状の対象物
の表面と各センサコイルとの間隔を一定に保ちながらア
レイプローブを移動させなければならない。本発明者は
これについて種々の検討を行い、その結果、アレイプロ
ーブの各センサコイルと３次元形状物の表面との間隔を
保つのに好適な構造を知見するに至った。

【０００９】本発明はかかる知見に基づくものであり、
請求項１記載の発明は、３次元形状物に生じているき裂
を渦電流試験法により非破壊で検出しあるいはき裂深さ
を推定する３次元形状物検査装置において、３次元形状
物の表面の曲率変化に追従して撓む柔軟性のある基板
と、この基板上に規則的に配列された複数のセンサコイ
ルと、これらセンサコイルを３次元形状物の表面に押し
付け各センサコイルと３次元形状物表面との間の間隔を
一定に保持する押圧手段とを備えたフレキシブルアレイ
プローブを有し、該フレキシブルアレイプローブを３次
元形状物の表面に沿って移動させたときのセンサコイル
の検出信号の変化に基づき３次元形状物に生じているき
裂を検出しあるいはき裂深さを推定することを特徴とす
るものである。

【００１０】この３次元形状物検査装置は、複数のセン
サコイルを備えたアレイプローブを有していることから
広い領域を一度に走査することが可能であり、その分だ
け機械走査量が少なくなり振動に伴う機械ノイズの影響
を受けにくい。しかも、柔軟性のある可撓性の基板によ
って各センサコイルを保持するとともに、押圧手段によ
って各センサコイルを３次元形状物の表面に押し付けて
いることから、３次元的に変化する対象物の表面形状に
沿って走査するときのリフトオフのばらつきが抑えら
れ、リフトオフの変化に伴うノイズの発生が抑えられ
る。

【００１１】請求項２記載の発明は、複数のセンサコイ
ルに対する検出信号を高周波数で切り換えるようにした
ものである。この場合、センサコイルを順次動作させる
ことによって各センサコイルの動作タイミングを異なら
せることができ、しかもフレキシブルアレイプローブの
走査速度（移動速度）に比較して十分に速い切換速度で
切り換えることによって走査中あたかも全センサコイル
がアクティブ（通電状態）となっているかのように動作
させることができる。また、検出信号を切り換えること
により、渦電流探傷器の物理チャンネルが１つのみであ
る場合にも対応することが可能となる。

【００１２】また、請求項３記載のように、押圧手段
は、空気圧によってセンサコイルを均一な圧力で押し付
けるものであることが好ましい。こうした場合、センサ
コイルが３次元形状物の表面に押し付けられる際の押圧
力の偏りが少ない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の構成を図面に示す
実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

【００１４】図１に本発明をガスタービン動翼検査装置
に適用した一実施形態を示す。ガスタービン動翼検査装
置は、３次元形状物である動翼２の表面の曲率変化に追
従して撓む柔軟性のある基板３と、この基板３上に規則
的に配列された複数のセンサコイル４と、これらセンサ
コイル４を動翼２の表面に押し付け各センサコイル４と
動翼２の表面との間の間隔を一定に保持する押圧手段５
とを備えたフレキシブルアレイプローブ１を有し、該フ
レキシブルアレイプローブ１を動翼２の表面に沿って移
動させたときのセンサコイル４の検出信号の変化に基づ
き動翼２に生じているき裂を検出しあるいはき裂深さを
推定するものである。

【００１５】基板３は柔軟性のある可撓性の材質からな
り、複数のセンサコイル４を保持した状態で撓むことに
よってこれら各センサコイル４と動翼２の表面との間隔
を一定に保つことを可能としている。例えば本実施形態
では、可撓性のあるプリント基板を採用し、このプリン
ト基板にセンサコイル４を埋め込みウレタンでカバーす
るようにしてフレキシブルアレイプローブ１を形成して
いる。

【００１６】センサコイル４は交流電流が流された状態
で検査対象物たる動翼２の表面に近接し渦電流を生じさ
せるコイルであり、き裂があるときの磁束変化をコイル
のインピーダンス変化として観測することによりき裂の
検出あるいはき裂深さの推定が可能なものである。本実
施形態で用いられるセンサコイル４は渦電流試験法にお
いて従来用いられている公知のもので構わない。本実施
形態のフレキシブルアレイプローブ１においては、複数
のセンサコイル４（例えば３２個のセンサコイル４）が
基板２に規則的に配列されてフレキシブルアレイプロー
ブ１を構成している。規則的な配列の一例としては例え
ばジグザグ状の配列があるが、この他、平行配列あるい
は千鳥状配列などとしてよい。

【００１７】センサコイル４を構成するコイルとしては
例えば巻線コイルとフォトリソグラフィによるプリント
コイルとがあり、前者の巻線コイルは巻線を多く巻ける
ため大きな渦電流信号が得られる反面、同じ形状・巻数
のコイルにおいてインピーダンスにばらつきがあり、後
者のフォトリソグラフィによるプリントコイルは、歩留
まりがよい反面、巻数を多くすることができずインダク
タンスが小さいため大きな渦電流信号を得るためには高
周波励磁が必要となり、チルト（傾き）やリフトオフの
変化によるノイズが大きくなってしまうというように一
長一短がある。本実施形態では、このようなフレキシブ
ルアレイプローブ１用のセンサコイル４として高周波励
磁を必要としない巻線コイルを採用している。

【００１８】押圧手段５はこれら複数のセンサコイル４
のそれぞれを動翼２側に押し付け各センサコイル４と動
翼２の表面との間の間隔（リフトオフ）を一定に保持す
る手段であり、例えば空気圧などによってセンサコイル
４を均一な圧力で押し付けるものであることが好まし
い。均一圧力で押し付けるようにした場合、押圧力の偏
りが少なくなり、フレキシブルアレイプローブ１のセン
サコイル４を動翼２の表面に沿って移動させやすい。空
気圧を利用した押圧手段５としては、例えばエアパッキ
ンのように袋状物体に閉じこめられた気体の内圧を利用
して各センサコイル４を万遍なく押圧することが可能な
部材を利用することができ、この場合、各センサコイル
４の頭部に宛うという比較的簡単な構成でリフトオフが
変化するのを確実に防止することができる。また、空気
圧を利用するもの以外としては、例えば板ばねなどのよ
うに弾性を利用してセンサコイル４を押圧する部材など
を利用することができる。

【００１９】また本実施形態では各センサコイル４に対
する検出信号を高周波数で順次切り換えることによって
各センサコイル４の動作タイミングを異ならせるように
している。この場合の「高周波数」は、フレキシブルア
レイプローブ１の走査速度（移動速度）に比較して十分
に速い切換速度であって、フレキシブルアレイプローブ
１の走査中あたかも全センサコイル４がアクティブ（通
電状態）となっているかのような程度の周波数であり、
全センサコイル４を個別に動作させたときと同様の検出
結果を得られるものである。こうした場合、複数のセン
サコイル４のそれぞれに個別の渦電流探傷器を設ける必
要がなくなるため装置の大型化とコスト高を回避しうる
点で好適である。

【００２０】

【実施例】図２〜図２０にガスタービン動翼検査装置に
適用した本発明の一実施例を説明する。

【００２１】１．アレイプローブの試作 （１）センサコイルについて センサコイル４が複数配置されたアレイプローブの検討
のため、円筒形の試験片用のアレイプローブを試作し
た。このアレイプローブに用いるセンサコイル４として
以下のような仕様の巻線コイルを選んだ。 ・外径：１ｍｍ ・内径：０．４ｍｍ ・高さ：０．５ｍｍ ・巻数：１３０回 ・巻線の導体径：０．０３２ｍｍ （ＡＷＧ＃４８） ・インダクタンス：６μＨ ・共振周波数：約５ＭＨｚ ・ケーブルの抵抗：５０Ｗ ・ケーブルの静電容量：９５ｐＦ／ｍ ・プローブ面からコイルまでの距離：０．１８ｍｍ

【００２２】（２）励磁検出方式について 続いて、動翼検査用プローブの設計指針を立てる上で、
アレイプローブを試作した。プローブの励磁検出方式と
しては、１つのコイルで励磁および検出の両方を行う絶
対値方式と、１つのコイルで励磁し他のコイルで検出を
行う送受信方式とが多く採用されている。送受信方式は
絶対値方式に比べリフトオフ変化によるノイズに対して
Ｓ／Ｎ比が高いが、き裂の長さ方向に対して感度異方向
性が存在することが知られている。そこで、丸棒試験片
用のアレイプローブを試作し、絶対値方式および送受信
方式の検出特性を実験的に比較することとした。丸棒試
験片として１０ｍｍφ〜１１ｍｍφの範囲で径の異なる
幾つかの試験片を用意した。また、アレイプローブは、
図２に示すように試験片の軸方向に７個のセンサコイル
４（図中の丸）からなる列を平行に４段並べた構造とし
た。また、個々のセンサコイル４の動作に対して時間遅
延を持たせる回路としてマルチプレクサ（図示省略）を
設け、このマルチプレクサにより試験片の軸方向への電
子的な走査、ならびに励磁検出方式の切換を可能とし
た。電子的走査を行った場合、機械走査に伴うノイズが
抑制された。また、同一のセンサコイル４により絶対値
方式および送受信方式の検出特性を評価することができ
た。

【００２３】ここで、励磁検出方式および電子走査のた
めの制御方法を示す（図２、図３参照）。絶対値方式
（図２参照）においては、２段目および３段目のセンサ
コイル４を絶対値方式で用い、図中の破線の矢印で示す
ように軸方向に動作させるセンサコイル４をジグザグ状
に切り換えるようにした。一方、送受信方式（図３参
照）においては、１段目と２段目、または３段目と４段
目のセンサコイル４を励磁コイル（符号４ａで示す）お
よび検出コイル（符号４ｂで示す）として機能させ、絶
対値方式と同様にジグザグに電子走査を行えるようにし
た。なお、図２中の太い矢印は２段目および３段目のセ
ンサコイル４が励磁と検出を行う様子を表し、図３中の
太い矢印は２段目（３段目）の励磁コイル４ａを１段目
（４段目）の検出コイル４ｂで検出する様子を表してい
る。

【００２４】上述のアレイプローブを用いて動作確認を
した。図４に示すように、６つの放電加工（Electric d
ischarged marching：ＥＤＭ）によるノッチ６（長さ２
ｍｍで深さ0.1ｍｍ、0.2ｍｍ、0.3ｍｍ、0.4ｍｍの４つ
のノッチ、および長さ８ｍｍで深さ0.1ｍｍ、0.2ｍｍの
２つのノッチの計６つで、いずれもノッチ幅は0.5ｍ
ｍ。図中の数値は長さ（ｍｍ）、Ｌはき裂長さ、Ｄはき
裂深さを示す。）を有する丸棒試験片（10.4ｍｍφ）を
それぞれ絶対値方式および送受信方式で測定した結果、
Ｃスキャン（２次元走査）による像（周波数：1.5ＭＨ
ｚ、垂直成分）が得られた。このＣスキャン像（図示省
略）から、各励磁検出方式においてもそれぞれのＥＤＭ
ノッチ６に対する明瞭な指示が得られることを確認する
ことができた。また、両方式を比較すると、送受信方式
の方が鮮明な像が得られ、かつ高いＳ／Ｎ比を有するこ
とが判った。

【００２５】以上のことから、センサコイル４をアレイ
化し、適切な励磁検出方式を選択し、さらに、３次元複
雑形状を有する初段動翼２の検査面の曲率変化に順応す
る柔軟なフレキシブルアレイプローブ１を製作すること
により、動翼２のき裂に対する検査精度の向上が図れる
ことが確認できた。

【００２６】２．フレキシブルアレイプローブの製作 （１）数値解析に基づくプローブの設計 続いて、ガスタービン動翼検査装置用のフレキシブルア
レイプローブ１を製作するため、コイル配置を数値解析
結果から決定し、また、検査結果の評価時に把握してい
ることが推奨されるフレキシブルアレイプローブ１の検
出感度における異方向性および探傷領域について数値解
析により評価した。

【００２７】(i)センサコイルの配置について 送受信方式の励磁コイル４ａと検出コイル４ｂ（ともに
外径２ｍｍφ）の間隔（以下「スリット」といい、符号
ｄで表す）を変化させた場合の信号およびＳ／Ｎ比を調
べた。図５に示すように、送受信型のセンサコイル４を
ノッチ６（長さ８ｍｍ、幅0.2ｍｍ、深さ0.2ｍｍ）の長
さ方向（図中矢示する方向）に走査した場合のスリット
ｄによる信号の数値解析結果を図６に、そのときのＳ／
Ｎ比（ノッチ６の最大信号とリフトオフ信号の比）を図
７に示す。スリットｄの減少に伴い最大信号振幅が大き
くなり、Ｓ／Ｎ比が向上することが判った。なお、試験
周波数を高くするとＳ／Ｎ比は減少するが実際には問題
にならない程度である。

【００２８】(ii)検出感度の異方向性について 送受信型のセンサコイル４はき裂検出において異方向性
があることが知られている。図８に示すようにノッチ６
（長さ８ｍｍ）の長さ方向と励磁コイル４ａから検出コ
イル４ｂに向かう方向とが角αを成すときのＣスキャン
像を送受信型のセンサコイル４と比較した。このときの
スリットｄに対する最大信号振幅を図９〜図１１に示
す。Ｃスキャン像（図示省略）から、絶対値方式の場
合、最大信号振幅はスリット長さ方向に依存しないが、
送受信方式では異方向性が観測された。

【００２９】(iii)探傷領域について 図９および図１０に示すように、最大信号振幅が飽和す
るスリットｄの長さを探傷領域の大きさl_cと定義する。
絶対値方式の場合、この探傷領域（図１２と図１３にお
いて符号ＤＲで示す）の大きさl_cはパンケーキコイルの
外径の２〜３倍程度であることが示された。また、隣接
するき裂を個々に識別して検出できるき裂間隔がl_c以上
であることが読み取れた。一方、送受信方式の探傷領域
の大きさは、絶対値方式の４ｍｍ程度に対して、図１０
から２ｍｍ程度であることが判った。同形状のコイルを
使用しているにもかかわらず探傷領域の大きさに差異が
生じるのは、図１２および図１３に示すように、送受信
方式の場合、渦電流による検出コイル４ｂの電圧は絶対
値方式と異なり、検出コイル４ｂに近い極一部の渦電流
にのみ寄与するからである。このことはビオ・サバール
則により予測できる。

【００３０】（２）プローブの製作 上述したコイル配置とスリットｄに対する検出信号に関
する数値解析結果に基づき、フレキシブルアレイプロー
ブ１のセンサコイル４の配置を図１４に示すように決定
した。コイル間隔は0.5ｍｍとした。ここで、本実施例
において使用する渦電流探傷器の論理チャンネル（セン
サ数×試験周波数の数）の上限が３２チャンネルである
こと、また、動翼２の背部２ｂおよび腹部２ｃの探傷
（図１６参照）において１回の翼高さ方向（動翼２をロ
ータ１２に取り付けた際の径方向高さのことであり、図
１における矢印の方向と一致する）への１次元走査で翼
回り方向に幅３０ｍｍ以上の探傷データを取得できるよ
うにすることから、３２個の外径２ｍｍのセンサコイル
４を用いることにした。動翼の前縁部２ａに関しては、
翼回り方向に幅１０ｍｍ以上の探傷データを取得するた
め、１２個の外径２ｍｍのセンサコイル４を用いること
にした。センサコイル４の仕様を以下に示す。

【００３１】・外径：２ｍｍ ・内径：０．３８ｍｍ ・高さ：０．５ｍｍ ・巻数：１０４回 ・巻線の導体径：０．０５６ｍｍ（ＡＷＧ＃４３） ・インダクタンス：７．９μＨ ・共振周波数：約５ＭＨｚ ・ケーブルの抵抗：５０Ω ・ケーブルの静電容量：９５ｐＦ／ｍ ・プローブ面からコイルまでの距離：０．７６ｍｍ

【００３２】また、動翼２の前縁部２ａ、背部２ｂおよ
び腹部２ｃを探傷する際、フレキシブルアレイプローブ
１の走査時に刻々と変わる曲率に対しフレキシブルアレ
イプローブ１のリフトオフを一定に保つため、弾性変形
するフレキシブルアレイプローブ１として、センサコイ
ル４をプリント基板３に接着した後ポリウレタンに埋め
込み、曲率の変化に追従可能なフレキシブルアレイプロ
ーブ１を製作した。前縁部２ａ用のプローブは、翼高さ
方向の走査時に曲率変化が少ないため、前縁部２ａの曲
率に合うようにプリント基板３を成型した。センサコイ
ル４の引き出し線は導体径が0.056ｍｍと非常に細く、
フレキシブルアレイプローブ１の繰り返し変形による断
線が危惧されたため、引き出し線とプローブ端部のケー
ブルを直接接続せずに、センサコイル４の接着部からケ
ーブルまではプリント配線とし、引き出し線を短くし
た。

【００３３】また、これらのフレキシブルアレイプロー
ブ１と合わせて、センサコイル４を図１５に示すように
絶対値方式および２種類の送受信方式で用いるために、
最大３２チャンネルのマルチプレクサも製作した。この
マルチプレクサにより試作したフレキシブルアレイプロ
ーブ１と同様にセンサコイル４が並んでいる方向にジグ
ザグに電子走査が可能となった。ただし、送受信方式の
選択の際、き裂の長さ方向に対して検出感度に異方向性
があるため、き裂の長さ方向、プローブ走査方向および
プローブ配置を考慮する必要がある。

【００３４】図１７に示す３つのノッチ６と１つの丸孔
７を有する試験片８に対して、製作した背部２ｂまたは
腹部２ｃ用のフレキシブルアレイプローブ１を１次元走
査して信号を取得した。試験片８の材質はSUS316であ
り、寸法は80mm×86mm×15mmtである。ノッチ６および
丸孔７の寸法は図１７に示した通りである。試験周波数
は800kHzのときの信号分布を得た。この結果から浅いノ
ッチ６（深さ0.07mm、幅0.1mm）に関しても明瞭な指示
が得られていることが判った。また、従来のプローブで
は２次元走査しなければ得られない２次元の空間情報を
フレキシブルアレイプローブ１は１次元走査で得られ
た。今回開発したフレキシブルアレイプローブ１を用い
て、前縁部２ａ、背部２ｂおよび腹部２ｃにおいてそれ
ぞれ１回ずつの計３回の一次元走査を行うことによって
得られる空間情報を一般的な単一コイルからなるプロー
ブを用いて得ようとすると７６回（フレキシブルアレイ
プローブ１のコイル数１２＋３２＋３２）の走査が必要
となる。このことからフレキシブルアレイプローブ１の
使用により検査時間の大半を要する機械走査に伴う測定
時間を３／７６（≒１／２５）に短縮でき、機械ノイズ
を軽減できた。

【００３５】３．初段動翼非破壊き裂検出装置の製作 （１）き裂検出装置の構成 上述のフレキシブルアレイプローブ１を用いて初段動翼
２におけるき裂を検出するためのガスタービン動翼検査
装置を製作した。本装置では、ガスタービンが開放さ
れ、図１８のように初段動翼２がロータ１２に装着され
たままの状態、または特に図示していないが初段動翼２
がロータ１２から外された状態で、この初段動翼２の前
縁部２ａ、背部２ｂおよび腹部２ｃの探傷試験を行い、
得られた検査信号をコンピュータにより分析することが
可能である。

【００３６】（２）スキャナ フレキシブルアレイプローブ１を動翼２の検査部位で走
査するためのスキャナ９を製作した。このスキャナ９
は、図１８に示すように動翼２のエンジェルウイングに
取り付けられており、フレキシブルアレイプローブ１を
検査部位に押し付けるためのプローブホルダ１４を装着
する部分（以下「ホルダ装着部」といい、符号１１で表
す）をステッピングモータ１０により翼高さ方向に上下
動させることができる。ホルダ装着部１１の駆動方向お
よび速度はコントローラ（図示省略）により制御され、
移動に伴い図示しないロータリーエンコーダからホルダ
装着部１１の位置に応じたパルス信号が出力されるよう
にした。ロータリーエンコーダの空間分解能は0.1mmで
ある。なお、符号１３はスキャナホルダを示す。

【００３７】（３）プローブホルダ フレキシブルアレイプローブ１を保持するプローブホル
ダ１４を製作した（図１９、図２０参照）。プローブホ
ルダ１４は定トルクばねによりフレキシブルアレイプロ
ーブ１を動翼２の検査面に押し付けるようにしたもの
で、２つの回転軸で可動する可動部１５を設けた。ま
た、これらの可動部１５とフレキシブルアレイプローブ
１との間に緩衝材（図示省略）を挿入することにより、
動翼２の前縁部２ａおよび背部２ｂおよび腹部２ｃにお
ける検査面の曲率変化もしくは捻れに対してフレキシブ
ルアレイプローブ１の各センサコイル４を検査面と一定
のリフトオフを保ち、探傷試験を行うことができるよう
にした。

【００３８】（４）渦電流探傷器 さらに、フレキシブルアレイプローブ１の位置情報に関
するロータリーエンコーダからのパルス信号を受信し、
位置情報に変換するためのデコーダをガスタービン動翼
検査装置に増設した。また、検査信号および位置情報を
同時に双方向のイーサケーブルでコンピュータに高速に
転送することができるようにした。このコンピュータで
は、励磁検出方式や試験周波数などの検査条件の選択と
いった探傷器の制御、また、得られた信号に対して、多
重周波数演算やリフトオフ変化に起因するノイズの影響
を軽減するための各種フィルタによる信号処理を施すこ
とができ、検査信号のストリップチャートや２次元分布
に対する等高線図を作成することを可能とした。なお、
検出信号の感度を調整することによりリフトオフの若干
のばらつきを吸収することが可能である。

【００３９】上述したように、本実施例においては、検
査時間の短縮のためにセンサコイル４のアレイ化を図
り、ノイズ軽減のために３次元複雑形状を有する初段動
翼２の検査面の曲率変化に順応する柔軟なフレキシブル
アレイプローブ１を製作した。また、本装置を用いるこ
とにより初段動翼をロータ１２から取り外すことなくタ
ービンケーシングを外すだけで検査することができた。
また、従来のＥＣＴプローブを用いた検査に比べて検査
時間を約１／２５に短縮することができることが確認さ
れた。

【００４０】なお、上述の実施形態は本発明の好適な実
施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。例えば、上述した実施形態および実施例では本発
明を３次元形状物であるガスタービン動翼のき裂を検査
するための装置に適用した一例を示したが、ガスタービ
ン動翼以外の３次元形状物であってガスタービン動翼と
同様に表面あるいはあるいは内在するき裂が発生するこ
とのある対象物に対してもこの発明を適用することが可
能であることはいうまでもない。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、請求項
１記載の３次元形状物検査装置によると、複数のセンサ
コイルを備えたアレイプローブを有していることから広
い領域を一度に走査することが可能であり、その分だけ
機械走査量を少なくすることにより検査時間の大半を占
めるプローブ走査時間を短くできる。しかも、柔軟性の
ある可撓性の基板によって各センサコイルを保持すると
ともに押圧手段によって各センサコイルを３次元形状物
の表面に押し付けていることから、３次元的に変化する
対象物の表面に沿って走査するときのリフトオフのばら
つきが抑えられ、リフトオフの変化に伴うノイズの発生
が抑えられる。したがって、ガスタービン動翼等のき裂
の測定・検査に使用した場合には、高精度な検出あるい
は深さ推定が可能となり的確な評価が可能となることか
ら、例えばガスタービン動翼とくに初段動翼の継続使用
または再処理時期を的確に判断できるようになり、この
ようなガスタービン動翼をはじめとする３次元形状物の
保守のコストダウン及びより信頼性の高い健全性確保が
可能となる。

【００４２】また請求項２記載の３次元形状物検査装置
によれば、複数のセンサコイルのそれぞれに個別の渦電
流探傷器を設ける必要がなくなるため装置の大型化とコ
スト高を回避することができる。

【００４３】さらに請求項３記載の３次元形状物検査装
置によると、センサコイルを３次元形状物の表面に押し
付ける際の押圧力の偏りを少なくし、フレキシブルアレ
イプローブを３次元形状物の表面に沿って移動させやす
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すガスタービン動翼お
よびフレキシブルアレイプローブの部分斜視図である。

【図２】絶対値方式のアレイプローブの励磁・検出方式
を示す図である。

【図３】送受信方式のアレイプローブの励磁・検出方式
を示す図である。

【図４】ＥＤＭノッチの配置例を示す図である。

【図５】ノッチの検出信号評価のための数値解析モデル
を示す図である。

【図６】Ｂスキャン（１次元走査）により得られたノッ
チに対する信号を示すグラフである。

【図７】ノッチに対する信号とリフトオフ信号によるＳ
／Ｎ比を示すグラフである。

【図８】傾いたノッチの検出信号評価のための数値解析
モデルを示す図である。

【図９】絶対値方式の場合における最大信号振幅の異方
向性を示すグラフである。

【図１０】送受信方式の場合における最大信号振幅の異
方向性を示すグラフである。

【図１１】絶対値方式と送受信方式の比較結果を両者の
比で示すグラフである。

【図１２】絶対値方式における探傷領域の一例を示す図
である。

【図１３】送受信方式における探傷領域の一例を示す図
である。

【図１４】フレキシブルアレイプローブにおけるセンサ
コイルの配置例を示す図である。

【図１５】各方式による検出形態の例を示す概略図であ
り、（ａ）は絶対値方式、（ｂ）は送受信方式、（ｃ）
は（ｂ）とは異なる送受信方式を示す。

【図１６】動翼の前縁部、背部および腹部を示す図であ
る。

【図１７】試験片におけるノッチと丸孔の配置例と走査
方向を示す図である。

【図１８】初段動翼に取り付けられたスキャナを示す斜
視図である。

【図１９】前縁部用のプローブホルダを示す図である。

【図２０】腹部および背部用のプローブホルダを示す図
である。

【符号の説明】

１ フレキシブルアレイプローブ ２ 動翼（３次元形状物） ３ 基板 ４ センサコイル ５ 押圧手段

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G053 AA11 AB21 BA11 BA24 BB11 BC02 BC14 CA03 CA17 DA01 DB03

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３次元形状物に生じているき裂を渦電流
   試験法により非破壊で検出しあるいはき裂深さを推定す
   る３次元形状物検査装置において、前記３次元形状物の
   表面の曲率変化に追従して撓む柔軟性のある基板と、こ
   の基板上に規則的に配列された複数のセンサコイルと、
   これらセンサコイルを前記３次元形状物の表面に押し付
   け各センサコイルと３次元形状物表面との間の間隔を一
   定に保持する押圧手段とを備えたフレキシブルアレイプ
   ローブを有し、該フレキシブルアレイプローブを前記３
   次元形状物の表面に沿って移動させたときの前記センサ
   コイルの検出信号の変化に基づき前記３次元形状物に生
   じているき裂を検出しあるいはき裂深さを推定すること
   を特徴とする３次元形状物検査装置。
2. 【請求項２】 前記複数のセンサコイルに対する検出信
   号を高周波数で切り換えることを特徴とする請求項１記
   載の３次元形状物検査装置。
3. 【請求項３】 前記押圧手段は、空気圧によって前記セ
   ンサコイルを均一な圧力で押し付けるものであることを
   特徴とすることを特徴とする請求項１または２記載の３
   次元形状物検査装置。