JP2009053151A - X-ray inspection method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、16ビット以上のダイナミックレンジを備えた高解像度のX線検査装置にて被検査対象物内にセラミック質異物が残存しているか否かを検査するX線検査方法に関する。 The present invention relates to an X-ray inspection method for inspecting whether or not a ceramic foreign matter remains in an inspection object with a high-resolution X-ray inspection apparatus having a dynamic range of 16 bits or more.
ジェットエンジンのタービンブレードは、軽量化を図ると共に高速回転による温度上昇を抑えるために、内部に多数の小室を形成すると共に小室間を連通させる多数の細孔を形成して冷却材を循環させる構造を有している。このようなタービンブレードは鋳造によって製造するのであるが、その製造には小室や細孔を形成するために鋳型の該当箇所にセラミック質の中子を挿入しておき、鋳造中に溶解させて除去するようにしている。 In order to reduce the weight and suppress the temperature rise due to high speed rotation, the jet engine turbine blade has a structure in which a large number of small chambers are formed inside and a large number of pores communicating between the small chambers are formed to circulate the coolant. have. Such turbine blades are manufactured by casting, but in order to form the chambers and pores, a ceramic core is inserted into the corresponding part of the mold and dissolved during casting. Like to do.
この製造方法によって、複雑な内部構造のタービンブレードの鋳造が可能であるが、場合によってセラミック質の中子が完全に除去でないで、セラミックコアが残留することがある。このようなセラミックコアが残ったままのタービンブレードを実機に使用すると、その残留セラミックコアが細孔を塞いて冷却材の循環を阻害し、タービンブレードの冷却が十分にできなくなる問題点がある。そこで、従来、タービンブレード内にセラミックコアが残っていないかどうかを調べ、残留片が確認できた場合にはさらに溶解液を投入して溶解させる対策をとっている。 This manufacturing method enables casting of turbine blades having a complex internal structure, but in some cases, the ceramic core may remain without completely removing the ceramic core. When such a turbine blade with the ceramic core remaining is used in an actual machine, there is a problem that the residual ceramic core blocks the pores and obstructs the circulation of the coolant, and the turbine blade cannot be sufficiently cooled. Therefore, conventionally, it is examined whether or not a ceramic core remains in the turbine blade, and when a residual piece is confirmed, a solution is further introduced to dissolve it.
従来、タービンブレード内のセラミックコアの残留の有無の検査には、中性子ラジオグラフィー技術を利用していた。これは、X線検査装置では、セラミックコアをX線が透過してX線影像が造影せず、検査が困難であるとされていたためである。 Conventionally, neutron radiography technology has been used to inspect the presence or absence of ceramic cores in turbine blades. This is because in the X-ray inspection apparatus, X-rays are transmitted through the ceramic core and the X-ray image is not contrasted, which makes inspection difficult.
ところが、中性子ラジオグラフィー技術を利用するためには、大量に強力な中性子線が得られるサイクロトロンが設置されている場所まで出向く必要があり、検査設備が大がかりになると共に、検査費用が極めて高くなる問題点があった。 However, in order to use neutron radiography technology, it is necessary to go to a place where a cyclotron capable of obtaining a large amount of powerful neutron beams is installed, which leads to a large inspection facility and extremely high inspection costs. There was a point.
このため、従来から、タービンブレード内の残留セラミックコアの検査に比較的設備規模が小さくてコストもかからないX線検査技術を利用できるようにすることが望まれていた。
本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたもので、X線検査技術を利用してタービンブレード内の残留セラミックコアの検出を可能にしたX線検査方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide an X-ray inspection method that enables detection of a residual ceramic core in a turbine blade using an X-ray inspection technique. .
本発明は、X線検査装置を用いて被検査対象物にX線を照射し、16ビット以上のコントラストレンジを持つX線ディテクタに前記被検査対象物のX線透過像を結像させ、前記X線ディテクタが結像した前記被検査対象物のX線透過像をデジタル現像装置にて現像してX線影像を得、前記X線影像から前記被検査対象物内に残留するセラミック質の異物の有無を検査するX線検査方法を特徴とする。 The present invention irradiates an inspection object with X-rays using an X-ray inspection apparatus, forms an X-ray transmission image of the inspection object on an X-ray detector having a contrast range of 16 bits or more, and The X-ray transmission image of the inspection object formed by the X-ray detector is developed by a digital developing device to obtain an X-ray image, and the ceramic foreign matter remaining in the inspection object from the X-ray image It is characterized by an X-ray inspection method for inspecting for the presence or absence.
上記発明のX線検査方法において、前記X線ディテクタにはX線フラットパネルディテクタを用いることができる。 In the X-ray inspection method of the above invention, an X-ray flat panel detector can be used as the X-ray detector.
また、上記発明のX線検査方法において、X検査装置にはX線CT装置を用いることができる。 In the X-ray inspection method of the above invention, an X-ray CT apparatus can be used as the X inspection apparatus.
さらに、上記発明のX線検査方法において、前記X検査装置にはX線CT装置を用いて、前記X線ディテクタにはX線フラットパネルディテクタを用いることができる。 Furthermore, in the X-ray inspection method of the above invention, an X-ray CT apparatus can be used for the X inspection apparatus, and an X-ray flat panel detector can be used for the X-ray detector.
本発明のX線検査方法は、X線検査装置を用いて被検査対象物にX線を照射し、16ビット以上のコントラストレンジを持つX線ディテクタにX線透過像を結像させ、X線ディテクタが結像した被検査対象物のX線透過像をデジタル現像装置にて現像することで、従来X線が透過して影像を現像することができなかったタービンブレード内の残留セラミックコアを確実に現像することができる。 In the X-ray inspection method of the present invention, an X-ray inspection apparatus is used to irradiate an inspection object with X-rays, and an X-ray transmission image is formed on an X-ray detector having a contrast range of 16 bits or more. By developing an X-ray transmission image of the object to be inspected, which is imaged by the detector, with a digital developing device, the residual ceramic core in the turbine blade that has not been able to develop a shadow image due to the transmission of X-rays is ensured. Can be developed.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)本発明の第1の実施の形態のX線検査方法は、図1に示すように、X線検査装置1を用いて被検査対象物としてのタービンブレードWにX線を照射し、16ビット以上のコントラストレンジ(つまり、65536段階以上の階調)を持つX線フラットパネルディテクタ2にタービンブレードWのX線透過像3を結像させる。そして、図2に示すように、X線フラットパネルディテクタ2が結像したタービンブレードのX線透過像3を、デジタル現像装置としてのレーザビームスキャナ4にてスキャニングしてX線影像5を得、このX線影像5からタービンブレードW内に残留するセラミックコアの有無を検査することを特徴とする。 (First Embodiment) An X-ray inspection method according to a first embodiment of the present invention is applied to a turbine blade W as an object to be inspected using an X-ray inspection apparatus 1 as shown in FIG. The X-ray transmission image 3 of the turbine blade W is formed on the X-ray flat panel detector 2 having a contrast range of 16 bits or more (that is, a gradation of 65536 steps or more). Then, as shown in FIG. 2, an X-ray transmission image 3 of the turbine blade formed by the X-ray flat panel detector 2 is scanned by a laser beam scanner 4 as a digital developing device to obtain an X-ray image 5. The X-ray image 5 is inspected for the presence of a ceramic core remaining in the turbine blade W.
図2に示したレーザビームスキャナ4において、41はレーザ光源、42は光学スキャナ、43は光電子増倍管、44は電気信号増幅器、45はADコンバータであり、このADコンバータ45のデジタル出力をディスプレイに表示させ、またプリントアウトすることでタービンブレードWのX線影像5を取得する。 In the laser beam scanner 4 shown in FIG. 2, 41 is a laser light source, 42 is an optical scanner, 43 is a photomultiplier tube, 44 is an electric signal amplifier, 45 is an AD converter, and the digital output of the AD converter 45 is displayed. The X-ray image 5 of the turbine blade W is obtained by printing the image and printing it out.
X線検査装置1としては、例えば、ドイツ国YXOLN社のY.IMAGE3500−DDを用いることができる。また、X線フラットパネルディテクタ2には、例えば、Perkin Elmer社製のX線フラットパネルディテクタのように、ピクセルサイズ200μm、サイズ300mm×300mm、そしてコントラストレンジ16ビット以上の製品を用いることができる。 As the X-ray inspection apparatus 1, for example, Y.OL of German company YXOLN, IMAGE3500-DD can be used. The X-ray flat panel detector 2 may be a product having a pixel size of 200 μm, a size of 300 mm × 300 mm, and a contrast range of 16 bits or more, such as an X-ray flat panel detector manufactured by Perkin Elmer.
本実施の形態のX線検査方法では、16ビット以上のコントラストレンジを持つX線フラットパネルディテクタ2にてタービンブレードWのX線透過像を結像させることで、コントラストレンジが小さくてX線影像には現れることがなかったタービンブレードW内の残留セラミックコアをもそのX線透過像中に結像させることができる。この結果、従来であれば中性子ラジオグラフィー技術にて行っていたタービンブレードW内の0.5mm×0.5mm以下の微小な残留セラミックコアの検査をX線検査装置を用いて行うことができ、比較的設備規模を小さくして低コストでその検査が行える。 In the X-ray inspection method of the present embodiment, an X-ray transmission image of the turbine blade W is formed by the X-ray flat panel detector 2 having a contrast range of 16 bits or more, so that the contrast range is small and the X-ray image is obtained. The residual ceramic core in the turbine blade W that did not appear in can also be formed in the X-ray transmission image. As a result, it is possible to inspect a minute residual ceramic core of 0.5 mm × 0.5 mm or less in the turbine blade W, which has been conventionally performed by neutron radiography technology, using an X-ray inspection apparatus, The inspection can be performed at a low cost with a relatively small equipment scale.
(第2の実施の形態)本発明の第2の実施の形態のX線検査方法は、図3に示すように、X線検査装置としてX線CT検査装置1Aを用い、被検査対象物としてのタービンブレードWにX線を照射し、16ビット以上のコントラストレンジを有するX線ラインディテクタ2AにタービンブレードWのX線透過像3を結像させる。そして、X線ラインディテクタ2Aが結像したタービンブレードのX線透過像3を、デジタル現像装置を兼ねるコンピュータシステム4Aにて画像処理することでX線影像5を得、このX線影像5からタービンブレードW内に残留するセラミック残留片の有無を検査することを特徴とする。 (Second Embodiment) An X-ray inspection method according to a second embodiment of the present invention uses an X-ray CT inspection apparatus 1A as an X-ray inspection apparatus as shown in FIG. Are irradiated with X-rays, and an X-ray transmission image 3 of the turbine blades W is formed on an X-ray line detector 2A having a contrast range of 16 bits or more. Then, the X-ray transmission image 3 of the turbine blade formed by the X-ray line detector 2A is image-processed by a computer system 4A that also serves as a digital developing device to obtain an X-ray image 5 from the X-ray image 5. It is characterized in that the presence or absence of ceramic residue remaining in the blade W is inspected.
図3に示したX線CT検査装置1Aにおいて、11はX線源、12は被検査対象物マニピュレータであり、この被検査対象物マニピュレータ12にて被検査対象物を相対的に回転させながらX線源11からX線を被検査対象物であるタービンブレードWにX線を照射し、X線透過透過像3をX線ラインディテクタ2Aに結像させることでこのタービンブレードWのデジタル断層影像を得る。 In the X-ray CT inspection apparatus 1A shown in FIG. 3, reference numeral 11 denotes an X-ray source, and 12 denotes an inspection object manipulator, and the inspection object manipulator 12 relatively rotates the inspection object X while rotating the inspection object. A digital tomographic image of the turbine blade W is formed by irradiating the X-ray transmission transmission image 3 on the X-ray line detector 2 </ b> A by irradiating the X-ray from the radiation source 11 to the turbine blade W which is the inspection object. obtain.
コンピュータシステム4Aは、X線源11を制御するX線制御部4A1、被検査対象物マニピュレータ12を制御するマニピュレータ制御部4A2、X線ラインディテクタ2AのX線影像データを取り込むデータ取得部4A3、取り込んだ画像データを保存するデータ保存部4A4、画像データに対してノイズ除去処理を施し、2次元画像若しくは3次元画像として再構成する画像再構成処理部4A5、再構成されたX線影像に対して画像処理を施してディスプレイ4A8にX線影像5を表示出力する画像処理部4A6、そして操作コンソール4A7を備えている。 The computer system 4A includes an X-ray control unit 4A1 that controls the X-ray source 11, a manipulator control unit 4A2 that controls the inspection target manipulator 12, a data acquisition unit 4A3 that captures X-ray image data of the X-ray line detector 2A, A data storage unit 4A4 that stores image data, an image reconstruction processing unit 4A5 that performs noise removal processing on the image data and reconstructs the image data as a two-dimensional image or a three-dimensional image, and a reconstructed X-ray image An image processing unit 4A6 that performs image processing and displays the X-ray image 5 on the display 4A8, and an operation console 4A7 are provided.
本実施の形態のX線CT検査装置1Aによっても、X線ラインディテクタ2Aに16ビット以上のコントラストレンジを有するものを採用することで、タービンブレードW中に残存する残留セラミックコアの影像を現出させることができ、X線検査装置を用いたタービンブレード内の残留セラミックコアの検査が行える。 Also by the X-ray CT inspection apparatus 1A of the present embodiment, an image of the residual ceramic core remaining in the turbine blade W appears by adopting an X-ray line detector 2A having a contrast range of 16 bits or more. The residual ceramic core in the turbine blade can be inspected using an X-ray inspection apparatus.
(第3の実施の形態)本発明の第3の実施の形態のX線検査方法は、X線検査装置としてX線フラットパネルディテクタを検出器とするX線CT検査装置を用い、第2の実施の形態と同様に被検査対象物としてのタービンブレードWにX線を照射し、16ビット以上のコントラストレンジを有するX線フラットパネルディテクタにタービンブレードWのX線透過像3を結像させる。そして、X線フラットパネルディテクタが結像したタービンブレードのX線透過像を図2に示したレーザビームスキャナ4にてデジタル画像処理し、ディスプレイに表示出力させ、またプリントアウトすることで、X線影像からタービンブレードW内に残留するセラミックコアの有無を検査することを特徴とする。 (Third Embodiment) An X-ray inspection method according to a third embodiment of the present invention uses an X-ray CT inspection apparatus having an X-ray flat panel detector as a detector as the X-ray inspection apparatus, and the second embodiment. In the same manner as in the embodiment, the turbine blade W as the inspection object is irradiated with X-rays, and an X-ray transmission image 3 of the turbine blade W is formed on an X-ray flat panel detector having a contrast range of 16 bits or more. Then, the X-ray transmission image of the turbine blade imaged by the X-ray flat panel detector is digitally processed by the laser beam scanner 4 shown in FIG. 2, displayed on the display, and printed out. The presence or absence of a ceramic core remaining in the turbine blade W is inspected from the image.
本実施の形態のX線CT検査装置によっても、X線フラットパネルディテクタに16ビット以上のコントラストレンジを有するものを採用することで、タービンブレードW中に残存するセラミックコアの影像を現出させることができ、X線検査装置を用いたタービンブレード内の残留セラミックコアの検査が行える。 Also by the X-ray CT inspection apparatus of the present embodiment, an image of the ceramic core remaining in the turbine blade W can be displayed by adopting an X-ray flat panel detector having a contrast range of 16 bits or more. The residual ceramic core in the turbine blade can be inspected using an X-ray inspection apparatus.
被検査対象物として、図4の写真に示すように、タービンブレードを模擬した試験片に最小寸法0.3mm厚、0.3mm×0.3mm角のセラミックコアをセットしてX線検査を実施した。 As shown in the photograph in Fig. 4, an X-ray inspection is performed by setting a ceramic core with a minimum dimension of 0.3 mm thickness and 0.3 mm x 0.3 mm square on a test piece that simulates a turbine blade. did.
X線検査装置はドイツ国YXLON社のY.IMAGE 3500−DD、X線フラットパネルディテクタはPerkin Elmer 社製の16ビットのコントラストレンジを備えたものであった。 The X-ray inspection system is a Y.L. The IMAGE 3500-DD, X-ray flat panel detector was a 16-bit contrast range manufactured by Perkin Elmer.
X線フラットパネルディテクタの仕様:
・サイズ:300mmx300mm
・ピクセル寸法:200μm
・コントラストレンジ:16ビット(65536階調)
・画像構成時間:0.14秒/画面
X線検査装置の仕様:
X線源:MG225
・焦点寸法:0.4mm
・最大管電圧:225Kvp
・最大管電流:4mA
拡大率:3倍
・FSD:260mm
・FFD:800mm
画像処理
・積分処理:300枚(処理時間42秒)
検査結果は、図5、図6の写真に示す通りであり、4mm厚さの試験片を透過し、0.3mmのセラミックコアを検出することが可能であった。
X-ray flat panel detector specifications:
・ Size: 300mmx300mm
・ Pixel size: 200μm
-Contrast range: 16 bits (65536 gradations)
・ Image composition time: 0.14 seconds / screen X-ray inspection equipment specifications:
X-ray source: MG225
・ Focus size: 0.4mm
・ Maximum tube voltage: 225Kvp
・ Maximum tube current: 4 mA
Magnification: 3 times ・ FSD: 260mm
・ FFD: 800mm
Image processing ・ Integration processing: 300 sheets (processing time 42 seconds)
The test results are as shown in the photographs of FIGS. 5 and 6, and it was possible to detect a 0.3 mm ceramic core through a 4 mm-thick test piece.
尚、ピクセルサイズ200μmのフラットパネルディテクタを選定したのは、最終的に分解能ではなく画像評価のために問題となるノイズに注目し、現行製品で最も高いSN比が得られるのがピクセルサイズ200μmのものであったからである。 The reason why the flat panel detector with a pixel size of 200 μm was selected was to focus on the noise that is the problem for image evaluation, not the resolution, and the highest SN ratio in the current product is obtained with the pixel size of 200 μm. Because it was a thing.
X線CT装置を用いて、X線フラットパネルディテクタをX線影像検出器とするX線検査装置にて、上記と同様のタービンブレードを模した試験片に対してセラミックコアを検査した。 Using an X-ray CT apparatus, a ceramic core was inspected with respect to a test piece simulating a turbine blade similar to the above in an X-ray inspection apparatus using an X-ray flat panel detector as an X-ray image detector.
使用X線CT装置:ドイツ国YXLON社のY.CT Precision
フラットパネルディテクタ:実施例1と同様のPerkin Elmer社製のX線フラットパネルディテクタ。
X-ray CT apparatus used: Y.L. CT Precision
Flat panel detector: X-ray flat panel detector manufactured by Perkin Elmer, similar to Example 1.
X線源:225マイクロフォーカス
・焦点寸法:3μmm
・最大管電圧:225Kvp
・最大管電流:1mA
拡大率:4倍
・FSD:250mm
・FFD:1000mm
スキャニング方法:
・第三世代(回転)
・0.3度/900ms
この検査結果は、図7、図8に示すように、平面画像の結果と同様に4mmの厚さの試験片を透過し、0.3mm×0.3mm角のセラミックコアを検出することができた。
X-ray source: 225 microfocus ・ Focal size: 3 μmm
・ Maximum tube voltage: 225Kvp
・ Maximum tube current: 1 mA
Enlargement ratio: 4 times-FSD: 250mm
-FFD: 1000mm
Scanning method:
・ 3rd generation (rotation)
・ 0.3 degrees / 900ms
As shown in FIGS. 7 and 8, the inspection result is transmitted through a 4 mm-thick test piece and can detect a 0.3 mm × 0.3 mm square ceramic core as in the case of the planar image. It was.
実施例2と同じX線CT装置を用いて、X線フラットパネルディテクタをX線影像検出器とするX線検査装置にて、実タービンブレードを試験片とし、図9に示したような各種サイズのセラミックコアをタービンブレード内の各所に入れたものについてX線検査を実施した。セラミックコアは、図10の表1に示した各種サイズの9片であった。 Using the same X-ray CT apparatus as in Example 2, an X-ray inspection apparatus using an X-ray flat panel detector as an X-ray image detector, using an actual turbine blade as a test piece, various sizes as shown in FIG. X-ray inspection was performed on the ceramic cores placed in various places in the turbine blade. The ceramic core was 9 pieces of various sizes shown in Table 1 of FIG.
X線源:225マイクロフォーカス
・焦点寸法:3μmm
・最大管電圧:200Kv
・最大管電流:0.1mA
拡大率:8倍
スキャニング方法:
・第三世代(回転)
・0.3度/900ms
この検査結果として、図11〜図15の写真に示したように、タービンブレード試験片にセットした各種サイズのセラミックコアNo.1〜No.9の9片すべての明瞭なX線影像を得ることができた。これから、タービンブレード内の残留セラミックコアの残存確認がX線検査にて行えることが検証できた。
X-ray source: 225 microfocus ・ Focal size: 3 μmm
・ Maximum tube voltage: 200Kv
・ Maximum tube current: 0.1 mA
Magnification ratio: 8x Scanning method:
・ 3rd generation (rotation)
・ 0.3 degrees / 900ms
As a result of the inspection, as shown in the photographs of FIGS. 11 to 15, the ceramic core Nos. Of various sizes set on the turbine blade test piece were used. 1-No. Clear X-ray images of all nine of the nine pieces could be obtained. From this, it was verified that the residual ceramic core in the turbine blade could be confirmed by X-ray inspection.
1 X線検査装置
1A X線CT装置
2 X線フラットパネルディテクタ
3 X線透過像
4 レーザビームスキャナ
5 X線影像
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 X-ray inspection apparatus 1A X-ray CT apparatus 2 X-ray flat panel detector 3 X-ray transmission image 4 Laser beam scanner 5 X-ray image
Claims (4)
16ビット以上のコントラストレンジを持つX線ディテクタに前記被検査対象物のX線透過像を結像させ、
前記X線ディテクタが結像した前記被検査対象物のX線透過像をデジタル現像装置にて現像してX線影像を得、
前記X線影像から前記被検査対象物内に残留するセラミック質の異物の有無を検査するX線検査方法。 X-ray inspection equipment is used to irradiate the object to be inspected with X-rays,
Forming an X-ray transmission image of the inspection object on an X-ray detector having a contrast range of 16 bits or more;
An X-ray transmission image of the inspection object formed by the X-ray detector is developed with a digital developing device to obtain an X-ray image.
An X-ray inspection method for inspecting the presence or absence of ceramic foreign matter remaining in the inspection object from the X-ray image.
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