JP2012002525A - 超音波探傷装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】探傷結果の信頼性を向上させることができる超音波探傷装置及びその制御方法を提供する。
【解決手段】ロータシャフト１の外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝３におけるコーナ部４Ａ〜４Ｄのうち、例えばロータシャフト１の回転方向側に位置するコーナ部４Ｂ，４Ｄを検査対象とし、反対側に位置するコーナ部４Ａ，４Ｃを非検査対象とする。探触子移動制御器１０及び探傷制御器１１は、検査対象のコーナ部４Ｂ，４Ｄを検査する前に、非検査対象のコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）に超音波を照射させる。このとき、探傷制御器１１は、非検査対象のコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）による反射波を斜角探触子６で受信しなければ、照射設定のエラーを示すエラーメッセージを表示器１２に表示させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ロータシャフトの外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝に係り、このキー溝のコーナ部を斜角探触子等の超音波探触子を用いて検査する超音波探傷装置及びその制御方法に関する。

例えば蒸気タービンと発電機を備えた発電プラントにおいては、蒸気タービンのロータシャフトの端部と発電機のロータシャフトの端部を略円筒状のカップリングで連結して、蒸気タービンの回転力を発電機に伝達するようになっている。ロータシャフトとカップリングとの接続方法の一例としては、ロータシャフトの外周側に略直方体状のキー溝を形成し、カップリングの内周側に略直方体状のキーを形成し、ロータシャフトのキー溝にカップリングのキーを挿入しつつ、ロータシャフトの外周側にカップリングを焼きバメする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平１０−２３１７０５号公報

上述したロータシャフトの構造では、例えばロータシャフトの回転加速に伴い、キー溝における４つのコーナ部のうち回転方向側の２つのコーナ部に、ねじれ応力が集中する。そして、一般的に、応力集中によってキー溝のコーナ部にき裂が発生することのないように、ロータシャフトの材質や構造等が決められている。具体例の一つとして、キー溝のコーナ部は、応力集中を分散しやすいように曲面形状となっている。しかしながら、キー溝のコーナ部にき裂が万一発生していないかどうかを検査することが好ましく、初期段階のき裂を検出できることが好ましい。なお、キー溝のコーナ部に発生する初期段階のき裂は、ロータシャフトの軸方向に対して斜め方向に延在する。

ロータシャフトのキー溝のコーナ部を検査する方法としては、ロータシャフトからカップリングを取外すことが困難である等の理由から、斜角探触子等の超音波探触子を用いて探傷する超音波探傷方法が考えられる。すなわち、ロータシャフトの外周面の非カップリング領域（言い換えれば、カップリングが設けられていない領域）に超音波探触子を配置し、この超音波探触子からロータシャフトの外周面に対し斜めに超音波を入射させてキー溝のコーナ部の近傍（詳細には、き裂が存在しそうな範囲であって、コーナ部の表面から部材側に数ミリメートルの範囲）に到達させ、き裂が存在する場合はその反射波を超音波探触子で受信する方法である。

このような方法では、超音波探触子の配置が非常に重要となる。すなわち、例えばキー溝における回転方向側のコーナ部にき裂が発生する場合を想定し、このき裂に超音波を照射できるとともにその反射波が受信できるように、超音波探触子を配置する必要がある。しかし、ロータシャフト及びキー溝の寸法等に基づき超音波探触子の配置を決めたとしても、何らかの影響により、超音波の照射位置がずれる可能性がある。そのため、超音波探触子で反射波を受信しない結果が得られたとしても、き裂が発生していないことを十分に保証できず、すなわち、超音波の照射位置がずれているだけでき裂が発生している可能性を残してしまう。したがって、探傷結果の信頼性の点で改善の余地がある。

本発明の目的は、探傷結果の信頼性を向上させることができる超音波探傷装置及びその制御方法を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、ロータシャフトの外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝における複数のコーナ部のうち、前記ロータシャフトの周方向一方側に位置するコーナ部を検査対象とし、前記ロータシャフトの外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子を用いて検査する超音波探傷装置であって、前記検査対象のコーナ部を検査する前に、前記キー溝における前記複数のコーナ部のうち前記ロータシャフトの周方向他方側に位置する非検査対象のコーナ部に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第１の照射制御手段と、前記第１の照射制御手段で前記非検査対象のコーナ部に超音波を照射したときに、その反射波を前記超音波探触子で受信したか否かを判定する照射設定合否判定手段と、前記非検査対象のコーナ部による反射波を前記超音波探触子で受信しないと前記照射設定合否判定手段が判定した場合に、照射設定のエラーを報知する報知手段とを備える。

本発明においては、ロータシャフトのキー溝における複数のコーナ部のうち、例えばロータシャフトの回転方向側に位置するコーナ部を、ロータシャフトの回転加速時にねじれ応力が集中する部位なので検査対象とし、反対側に位置するコーナ部を、健全な部位であると推定して非検査対象とする。そして、検査対象のコーナ部を検査する前に、非検査対象のコーナ部に超音波を照射する。このとき、非検査対象のコーナ部による反射波が超音波探触子で受信されない場合は、照射設定のエラーが報知される。これにより、検査者は照射設定のエラーを確認することができ、超音波探触子の位置などを調整することが可能である。一方、非検査対象のコーナ部による反射波が超音波探触子で受信された場合には、照射設定のエラーが報知されないので、検査者は照射設定が正常であると判断することができる。また、その後、検査対象のコーナ部に超音波を照射して検査した場合には、その探傷結果の信頼度を高めることができる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信したと前記照射設定合否判定手段が判定した場合に、該反射波の強度Ｂ_０を演算する第１の反射波強度演算手段と、前記ロータシャフトと同材質・同構造の対比試験体を用いて予め得られた反射波強度Ａ_０を記憶する記憶手段と、前記第１の反射波強度演算手段で得られた反射波強度Ｂ_０と前記記憶手段で記憶された反射波強度Ａ_０との差分（Ｂ_０−Ａ_０）を演算し、この差分（Ｂ_０−Ａ_０）を予め設定された閾値に加算して校正する閾値校正手段と、前記検査対象のコーナ部の近傍に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第２の照射制御手段と、前記第２の照射制御手段で前記検査対象のコーナ部の近傍に超音波を照射し、その反射波を受信した場合に、該反射波の強度Ｂを演算する第２の反射波強度演算手段と、前記第２の反射波強度演算手段で得られた反射波強度Ｂが前記校正手段で校正された閾値以上である場合にき裂有りと判定するき裂有無判定手段とを備える。

（３）上記（２）において、好ましくは、前記超音波探触子を前記ロータシャフトの外周面に沿って前記ロータシャフトの周方向及び軸方向に移動させる探触子移動機構を備え、前記第２の照射制御手段は、前記探触子移動機構で前記超音波探触子を前記ロータシャフトの周方向又は軸方向に移動させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させる。

（４）上記（２）において、好ましくは、前記超音波探触子を前記ロータシャフトの外周面に沿って前記ロータシャフトの周方向及び軸方向に移動可能としかつ回転させる探触子移動機構を備え、前記第２の照射制御手段は、前記探触子移動機構で前記超音波探触子を回転させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させる。

（５）上記目的を達成するために、本発明は、ロータシャフトの外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝における複数のコーナ部のうち、前記ロータシャフトの周方向一方側に位置するコーナ部を検査対象とし、前記ロータシャフトの外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子を用いて検査する超音波探傷装置の制御方法であって、前記検査対象のコーナ部を検査する前に、前記キー溝における前記複数のコーナ部のうち前記ロータシャフトの周方向他方側に位置する非検査対象のコーナ部に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第１の手順と、前記非検査対象のコーナ部に超音波を照射したときに、その反射波を前記超音波探触子で受信したか否かを判定する第２の手順と、前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信しないと判定した場合に、照射設定のエラーを報知する第３の手順とを有する。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信したと判定した場合に、該反射波の強度Ｂ_０を演算する第４の手順と、前記第４の手順で得られた反射波強度Ｂ_０と前記ロータシャフトと同材質・同構造の対比試験体を用いて予め得られた反射波強度Ａ_０との差分（Ｂ_０−Ａ_０）を演算し、この差分（Ｂ_０−Ａ_０）を予め設定された閾値に加算して校正する第５の手順と、前記検査対象のコーナ部の近傍に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第６の手順と、前記検査対象のコーナ部の近傍に超音波を照射し、その反射波を受信した場合に、該反射波の強度Ｂを演算する第７の手順と、前記第７の手順で得られた反射波強度Ｂが前記第５の手順で校正された閾値以上である場合にき裂有りと判定する第８の手順とを有する。

（７）上記（６）において、好ましくは、前記第６の手順は、探触子移動機構で前記超音波探触子を前記ロータシャフトの周方向若しくは軸方向に移動させるか又は回転させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させる。

本発明によれば、探傷結果の信頼性を向上させることができる。

本発明の検査対象であるロータシャフトの構造を表す斜視図である。 本発明の検査対象であるロータシャフトのキー溝の構造を表すＹ−Ｚ面断面図、Ｘ−Ｙ面断面図、及びＺ−Ｘ面断面図である。 本発明の一実施形態における超音波探傷装置の構成を、ロータシャフトとともに表す概略図である。 本発明の一実施形態における超音波探触子の配置を表すＺ−Ｘ面平面図及びＸ−Ｙ面断面図であり、検査対象のコーナ部の近傍に超音波を照射する場合を示す。 本発明の一実施形態における超音波探傷装置の制御処理内容を表すフローチャートである。 本発明の一実施形態における超音波探触子の配置を表すＺ−Ｘ面平面図であり、非検査対象のコーナ部に超音波を照射する場合の一例を示す。 本発明の一実施形態における超音波探触子の配置を表すＺ−Ｘ面平面図及びＸ−Ｙ面断面図であり、非検査対象のコーナ部に超音波を照射する場合の他の例を示す。 本発明の一変形例における超音波探触子の配置を表すＺ−Ｘ面平面図であり、非検査対象のコーナ部に超音波を照射する場合を示す。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の検査対象であるロータシャフトの構造を表す斜視図である。

発電機のロータシャフト１は、その直径が数百ミリメートルである。この発電機のロータシャフト１の端部と図示しない蒸気タービンのロータシャフトの端部は、略円筒状のカップリング２（図１中、便宜上、二点鎖線で示す）で連結されている。すなわち、ロータシャフト１端部の外周側にカップリング２が焼きバメされている。

また、ロータシャフト１の端部の外周側には略直方体状のキー溝３が形成されている。なお、図１では、便宜上、キー溝３を１つだけ示しているが、周方向に２つ以上あってもよい。そして、カップリング２の内周側には略直方体状のキー（図示せず）が形成されており、このキーがロータシャフト１のキー溝３に嵌合されている。

図１に示す座標系は、ロータシャフト１の軸心をＺ軸にとっている。また、ロータシャフト１の径方向断面において、ロータシャフト１の軸心Ｏとキー溝３の幅方向中心と結ぶ直線をＹ軸にとり、ロータシャフト１の軸心Ｏを通ってＹ軸に直交する直線をＸ軸にとっている。図２（ａ）、図２（ｂ）、及び図２（ｃ）は、ロータシャフト１のキー溝３の構造を表すＹ−Ｚ面断面図、Ｘ−Ｙ面断面図、及びＺ−Ｘ面断面図である。

ロータシャフト１のキー溝３はコーナ部４Ａ〜４Ｄを有し、これらコーナ部４Ａ〜４Ｄは曲面形状となっている。キー溝３のコーナ部４Ａ〜４Ｄのうち、例えばロータシャフト１の回転方向側（図２（ｂ）中右側、図２（ｃ）中上側）に位置するコーナ部４Ｂ，４Ｄは、ロータシャフト１の回転加速時にねじれ応力が集中する部位であり、反対側（図２（ｂ）中左側、図２（ｃ）中下側）に位置するコーナ部４Ａ，４Ｃは、健全な部位であると推定する。そのため、コーナ部４Ｂ，４Ｄにき裂が万一発生していないかどうかを、後述する超音波探触装置により検査することが好ましい。なお、図示のようにコーナ部４Ｂに初期段階のき裂５が発生した場合、このき裂５はロータシャフト１の軸方向に対して斜め方向（約４５度の方向）に延在する。

図３は、本発明の一実施形態における超音波探傷装置の構成を、ロータシャフト１とともに表す概略図である。

本実施形態の超音波探傷装置は、ロータシャフト１の外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子として、斜角探触子６を用いている。この超音波探傷装置は、大別して、斜角探触子６をロータシャフト１の外周面の非カップリング領域に沿ってロータシャフト１の軸方向及び周方向に移動させる探触子移動機構と、制御系とで構成されている。探触子移動機構は、ロータシャフト１の外周側に取付けられ、ロータシャフト１の全周に亘って延在する円環状のレール７と、このレール７上に（すなわち、ロータシャフト１の周方向に）移動可能に設けられたスキャナ８と、このスキャナ８からロータシャフト１の軸方向に延在するアーム９と、このアーム９上に（すなわち、ロータシャフト１の軸方向に）移動可能に設けられ、斜角探触子６を固定保持する探触子保持部（図示せず）とを備えている。

制御系は、探触子移動制御器１０、探傷制御器１１、及び表示器（モニタ）１２を備えており、探触子移動制御器１０及び探傷制御器１１は、互いに連携して制御を行うようになっている。探触子移動制御器１０は、レール７上のスキャナ８の移動（すなわち、斜角探触子６のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動）及びアーム９上の探触子保持部の移動（すなわち、斜角探触子６のＺ軸方向移動）を制御して、斜角探触子６の位置を制御するようになっている。探傷制御器１１は、斜角探触子６における超音波の送信及びその反射波の受信を制御するとともに、探傷情報（詳細には、斜角探触子６の位置情報と斜角探触子６で受信した反射波の情報を含む）を演算処理するようになっている。表示器１２は、探触子移動制御器１０及び探傷制御器１１からの出力信号に基づき、斜角探触子６の位置や探傷結果等を表示するようになっている。

そして、探触子移動制御器１０は、例えば探触子移動機構を制御して斜角探触子６を図４（ａ）及び図４（ｂ）で示す位置に配置させ、探傷制御器１１は、斜角探触子６からロータシャフト１のキー溝３のコーナ部４Ｂの近傍（詳細には、き裂が存在しそうな範囲であって、コーナ部４Ｂの表面から部材側に数ミリメートルの範囲）に超音波を照射させる。このとき、図示のようにコーナ部４Ｂの近傍にき裂５が発生していたならば、その反射波が斜角探触子６で受信される。探傷制御器１１は、斜角探触子６で受信した反射波により、コーナ部４Ｂに生じたき裂５を検出し、その結果を表示器１２に表示させるようになっている。

斜角探触子６の配置は、予め、斜角探触子６の仕様やロータシャフト１及びキー溝３の寸法等に基づき幾何学的に決められ設定されている。具体例の一つとして、例えば図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように斜角探触子６が配置された場合、言い換えれば、図４（ｂ）に示すように斜角探触子６からロータシャフト１のキー溝３のコーナ部４Ｂへの超音波伝搬方向がＸ軸に平行である場合、超音波入射位置Ｉ（Ｉ_ｘ，Ｉ_ｙ，Ｉ_ｚ）は下記の数式１で与えられる。ｒはロータシャフト１の半径、ｈはキー溝３の深さ、ｗはキー溝３の幅（Ｘ軸方向寸法）、αはＺ−Ｘ面における超音波の照射角度（例えば約４５度）である。

また、コーナ部４Ｂの近傍の超音波照射位置をＪとし、上記の超音波入射位置ＩからＺ軸へ降ろした垂線の交点をＫとしたときの立体角∠ＪＩＫ（すなわち、超音波の照射立体角θ）は、ベクトル演算を用いて下記の数式２で与えられる。

ここで、上述したようにロータシャフト１及びキー溝３の寸法等に基づき斜角探触子６の配置を決めたとしても、何らかの影響により、超音波の照射位置がずれる可能性がある。そこで、本実施形態の超音波探傷装置においては、検査対象のコーナ部４Ｂ（又は４Ｄ）を検査する前に、非検査対象のコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）に超音波を照射して、照射位置の確認すなわち照射設定の確認が行われるようになっている。

また、本実施形態の超音波探傷装置においては、照射設定の確認と同時に、探傷感度（検出レベル）の校正も行われるようになっている。すなわち、上述した検査では、斜角探触子６からロータシャフト１のキー溝３のコーナ部４Ｂ（又は４Ｄ）の近傍のき裂５に到達して斜角探触子６に戻ってくるまでの超音波伝搬距離が比較的長く、かつ超音波の減衰特性がロータシャフト１の材質に応じて異なる可能性がある。そのため、予め、ロータシャフト１と同材質・同構造の対比試験体を用いて、検出すべき最小き裂寸法での検出レベル（すなわち、反射波強度の閾値Ａ_ｔｈ）が求められており、その値が探傷制御器１１の内部メモリに記憶されている。しかし、ロータシャフト１の外周面の状態（詳細には、付着物や摩耗）等の影響により反射波強度が変動するため、検出レベル（閾値）の校正を行うことが好ましいからである。

次に、上述した超音波探傷装置の制御手順を、図５を用いて説明する。図５は、本実施形態における超音波探傷装置の制御処理内容を表すフローチャートである。なお、この制御処理は、探触子移動制御器１０の内部メモリ及び探傷制御器１１の内部メモリに予め記憶されたプログラムに基づいて行われるものである。

まずステップ１００において、探触子移動制御器１０は、探触子移動機構を制御して斜角探触子６を例えば図６で示す位置若しくは図７（ａ）及び図７（ｂ）で示す位置に配置させ、探傷制御器１１は、斜角探触子６に送信指令を出力して斜角探触子６から非検査対象のコーナ部４Ａに超音波を照射させる。詳しく説明すると、例えば図６で示すように、上述した超音波入射位置Ｉからロータシャフト１の軸方向に移動した超音波入射位置Ｉ’となるように斜角探触子６を配置させている。超音波入射位置ＩとＩ’との間の軸方向長さはｗ・tanαである。あるいは、例えば図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、上述した超音波入射位置Ｉからロータシャフト１の周方向に移動した超音波入射位置Ｉ”となるように斜角探触子６を配置させている。超音波入射位置ＩとＩ”との間の周方向長さはｗ・ｒ／（ｒ−ｈ）である。

そして、ステップ１１０に進み、探傷制御器１１は、非検査対象のコーナ部４Ａに超音波を照射したときにその反射波を斜角探触子６で受信したか否かを判定する。例えばコーナ部４Ａによる反射波を斜角探触子６で受信しない場合は、ステップ１１０の判定が満たされず、ステップ１２０に移る。ステップ１２０では、照射設定のエラーを示すエラーメッセージを表示器１２に表示させて、本制御処理が終了となる。なお、エラーメッセージの表示後に、斜角探触子６の位置の変更などを促すメッセージを表示してもよく、その後、検査者による斜角探触子６の位置変更等の入力に応じて、前述のステップ１００に移るようにしてもよい。

一方、例えばステップ１１０にてコーナ部４Ａによる反射波を斜角探触子６で受信した場合は、その判定が満たされ、ステップ１３０に移る。ステップ１３０では、探傷制御器１１は、斜角探触子６からの信号に基づき、コーナ部４Ａによる反射波の強度Ｂ_０を演算する。ここで、予め、ロータシャフト１と同材質・同構造の対比試験体を用いて、同条件（詳細には、上述した超音波入射位置Ｉ’又はＩ”となるように斜角探触子６を配置した場合）における反射強度Ａ_０が得られており、その値が探傷制御器１１の内部メモリに記憶されている。そして、ステップ１４０に進み、探傷制御器１１は、反射波強度Ｂ_０とＡ_０との差分（Ｂ_０−Ａ_０）を演算し、この差分（Ｂ_０−Ａ_０）を閾値Ａ_ｔｈに加算して閾値Ｂ_ｔｈ（＝Ａ_ｔｈ＋Ｂ_０−Ａ_０）とし、このように校正した閾値Ｂ_ｔｈを内部メモリに記憶する。

その後、ステップ１５０に進み、探触子移動制御器１０は、探触子移動機構を制御して斜角探触子６を例えば図４で示す位置に配置させ、探傷制御器１１は、斜角探触子６に送信指令を出力して斜角探触子６から検査対象のコーナ部４Ｂに超音波を照射させる。詳しく説明すると、例えば図６及び図４で示すように、上述した超音波入射位置Ｉ’から超音波入射位置Ｉとなるように（言い換えれば、超音波の照射位置をコーナ部４Ａからコーナ部４Ｂの近傍に移行させるように）、斜角探触子６をロータシャフト１の軸方向に移動させている。あるいは、例えば図７（ａ）、図７（ｂ）、及び図４で示すように、上述した超音波入射位置Ｉ”から超音波入射位置Ｉとなるように（言い換えれば、超音波の照射位置をコーナ部４Ａからコーナ部４Ｂの近傍に移行させるように）、斜角探触子６をロータシャフト１の周方向に移動させている。

そして、ステップ１６０に進み、探傷制御器１１は、検査対象のコーナ部４Ｂに超音波を照射したときにその反射波を斜角探触子６で受信したか否かを判定する。例えばコーナ部４Ｂによる反射波を斜角探触子６で受信しない場合は、ステップ１６０の判定が満たされず、ステップ１７０に移る。ステップ１７０では、コーナ部４Ｂにき裂が発生していないと判断し、その判断結果を表示器１２に表示させて、本制御処理が終了となる。

一方、例えばステップ１６０にてコーナ部４Ｂによる反射波を斜角探触子６で受信した場合は、その判定が満たされ、ステップ１８０に移る。ステップ１８０では、探傷制御器１１は、斜角探触子６からの信号に基づき、コーナ部４Ｂによる反射波の強度Ｂを演算する。そして、ステップ１９０に進み、反射波強度Ｂが前述した閾値Ｂ_ｔｈ以上であるか否かを判定する。例えば反射波強度Ｂが閾値Ｂ_ｔｈ未満である場合は、ステップ１９０の判定が満たされず、前述のステップ１７０に移る。ステップ１７０では、コーナ部４Ｂにき裂が発生していないと判断し、その判断結果を表示器１２に表示させて、本制御処理が終了となる。

一方、例えばステップ１９０にて反射波強度Ｂが閾値Ｂ_ｔｈ以上である場合は、その判定が満たされ、ステップ２００に移る。ステップ２００では、コーナ部４Ｂにき裂が発生していると判断し、その判断結果を表示器１２に表示させて、本制御処理が終了となる。

なお、上記においては、コーナ部４Ａとコーナ部４Ｂの近傍に超音波を順次照射し、コーナ部４Ｂを検査する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばコーナ部４Ｂの検査を行った後、引き続き、コーナ部４Ｄに超音波を照射して検査を行ってもよい。詳細には、ステップ１７０又は２００の終了後、ステップ１５０に移り、探触子移動制御器１０は、探触子移動機構を制御して斜角探触子６を移動させ、探傷制御器１１は、斜角探触子６に送信指令を出力して斜角探触子６から検査対象のコーナ部４Ｄに超音波を照射させる。そして、ステップ１６０に進み、上記同様の手順が行われる。また、例えばコーナ部４Ｃとコーナ部４Ｄの近傍に超音波を順次照射し、コーナ部４Ｄを検査してもよい。

本実施形態の動作及び作用効果を説明する。

まず、例えばロータシャフト１のキー溝のコーナ部４Ｂ，４Ｄを検査することを意図して、検査者がロータシャフト１の外周面の非カップリング領域に探触子移動機構及び斜角探触子６を設置する。そして、検査者が必要な照射設定を入力し、その後、検査開始指令を入力すると、超音波探傷装置は、検査対象のコーナ部４Ｂ，４Ｄを検査する前に、非検査対象のコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）に超音波を照射する。このとき、例えばコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）による反射波が斜角探触子６で受信されない場合は、照射設定のエラーメッセージが表示器１２に表示される。これにより、検査者は照射設定のエラーを確認することができ、例えば斜角探触子の位置などを変更入力することができる。

一方、例えばコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）による反射波が斜角探触子６で受信された場合には、照射設定のエラーメッセージが表示器１２に表示されないので、検査者は照射設定が正常であると判断することができる。その後、超音波探傷装置は、検査対象のコーナ部４Ｂ，４Ｄに超音波を順次照射して検査するので、その探傷結果の信頼度を高めることができる。

また、非検査対象のコーナ部４Ａ（又は４Ｃ）に超音波を照射したときに、照射設定の確認が行われるとともに、探傷感度（検出レベル）の校正も行われている。したがって、探傷精度を向上させつつ、検査時間の短縮を図ることができる。

また、例えばコーナ部４Ｂ又は４Ｄにき裂が存在する場合は、斜角探触子６をそのまま用い端部エコー法によってき裂高さを求めてもよい。あるいは、斜角探触子６をフェーズドアレイ探触子に、探傷制御器１１をフェーズドアレイ探傷制御器に代え、フェーズドアレイ法によってき裂高さを求めてもよい。

なお、上記一実施形態においては、探触子移動機構の探触子保持部は、斜角探触子６を固定保持する場合を例にとって説明したが、これに限られず、斜角探触子６を回転可能に保持してもよい。詳細には、ロータシャフト１の外周面に対してほぼ垂直な方向を軸心とし、この軸心まわりに回転可能に斜角探触子６を保持してよい。このような場合は、例えば図８で示すように、非検査対象のコーナ部４Ａに超音波を照射するとき、上述した超音波入射位置Ｉはそのままとしつつ、Ｚ−Ｘ面における超音波の照射角度αが（α＋β）となるように斜角探触子６を回転させた姿勢とすればよい。Ｚ−Ｘ面における回転角βは下記の数式３で与えられる。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、ロータシャフト１の外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子として、斜角探触子６を用いた場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばフェーズドアレイ探触子（詳細には、超音波を送受信する振動子が多数配列されたものであり、各振動子への電気信号の時間遅延を用いて超音波の送信方向及び受信方向を制御するもの）を用いてもよい。また、例えば電磁超音波探触子（詳細には、磁石とコイルで構成されており、電磁誘導効果によるローレンツ力で検査部材中に超音波を励起し、その逆の作用により超音波を受信するもの）を用いてもよい。これらの場合も、上記同様の効果を得ることができる。

また、上記一実施形態においては、照射設定のエラーを報知する報知手段として、表示器にエラーメッセージを表示する場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、例えばエラー表示灯を点灯させたり、ブザーを吹鳴したりしてもよい。この場合も、上記同様の効果を得ることができる。

なお、以上においては、ロータシャフト１のキー溝３における回転方向側のコーナ部４Ｂ，４Ｄを、ロータシャフト１の回転加速時にねじれ応力が集中する部位なので検査対象とし、反対側のコーナ部４Ａ，４Ｃを、健全な部位であると推定して非検査対象とする場合を例にとって説明したが、これに限られない。すなわち、コーナ部４Ａ，４Ｃを検査対象とし、コーナ部４Ｂ，４Ｄを非検査対象としてもよい。なぜなら、ロータシャフト１の回転加速時にコーナ部４Ｂ，４Ｄに集中するねじれ応力よりも、ロータシャフト１の回転減速時（若しくは停止時）にコーナ部４Ａ，４Ｃに集中するねじれ応力が要因になって、初期段階のき裂が発生する可能性も少なからずあるからである。そのため、初期段階のき裂の発生要因を事前に特定して、検査対象を選択すればよい。

１ ロータシャフト
２ カップリング
３ キー溝
４Ａ，４Ｃ 検査対象のコーナ部
４Ｂ，４Ｄ 非検査対象のコーナ部
５ き裂
６ 斜角探触子
７ レール
８ スキャナ
９ アーム
１０ 探触子移動制御器（第１の照射制御手段、第２の照射制御手段）
１１ 探傷制御器（第１の照射制御手段、照射設定合否判定手段、第１の反射波強度演算手段、記憶手段、閾値校正手段、第２の照射制御手段、第２の反射波強度演算手段、き裂有無判定手段）
１２ 表示器（報知手段）

Claims (7)

1. ロータシャフトの外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝における複数のコーナ部のうち、前記ロータシャフトの回転方向側に位置するコーナ部を検査対象とし、前記ロータシャフトの外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子を用いて検査する超音波探傷装置であって、
   前記検査対象のコーナ部を検査する前に、前記キー溝における前記複数のコーナ部のうち前記ロータシャフトの回転方向とは反対側に位置する非検査対象のコーナ部に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第１の照射制御手段と、
   前記第１の照射制御手段で前記非検査対象のコーナ部に超音波を照射したときに、その反射波を前記超音波探触子で受信したか否かを判定する照射設定合否判定手段と、
   前記非検査対象のコーナ部による反射波を前記超音波探触子で受信しないと前記照射設定合否判定手段が判定した場合に、照射設定のエラーを報知する報知手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１記載の超音波探傷装置において、
   前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信したと前記照射設定合否判定手段が判定した場合に、該反射波の強度Ｂ_０を演算する第１の反射波強度演算手段と、
   前記ロータシャフトと同材質・同構造の対比試験体を用いて予め得られた反射波強度Ａ_０を記憶する記憶手段と、
   前記第１の反射波強度演算手段で得られた反射波強度Ｂ_０と前記記憶手段で記憶された反射波強度Ａ_０との差分（Ｂ_０−Ａ_０）を演算し、この差分（Ｂ_０−Ａ_０）を予め設定された閾値に加算して校正する閾値校正手段と、
   前記検査対象のコーナ部の近傍に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第２の照射制御手段と、
   前記第２の照射制御手段で前記検査対象のコーナ部の近傍に超音波を照射し、その反射波を受信した場合に、該反射波の強度Ｂを演算する第２の反射波強度演算手段と、
   前記第２の反射波強度演算手段で得られた反射波強度Ｂが前記校正手段で校正された閾値以上である場合にき裂有りと判定するき裂有無判定手段とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項２記載の超音波探傷制御装置において、前記超音波探触子を前記ロータシャフトの外周面に沿って前記ロータシャフトの周方向及び軸方向に移動させる探触子移動機構を備え、
   前記第２の照射制御手段は、前記探触子移動機構で前記超音波探触子を前記ロータシャフトの周方向又は軸方向に移動させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させることを特徴とする超音波探傷装置。
4. 請求項２記載の超音波探傷制御装置において、前記超音波探触子を前記ロータシャフトの外周面に沿って前記ロータシャフトの周方向及び軸方向に移動可能としかつ回転させる探触子移動機構を備え、
   前記第２の照射制御手段は、前記探触子移動機構で前記超音波探触子を回転させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させることを特徴とする超音波探傷装置。
5. ロータシャフトの外周側に形成されてキーが嵌合されたキー溝における複数のコーナ部のうち、前記ロータシャフトの回転方向側に位置するコーナ部を検査対象とし、前記ロータシャフトの外周面に対し斜めに超音波を入射させる超音波探触子を用いて検査する超音波探傷装置の制御方法であって、
   前記検査対象のコーナ部を検査する前に、前記キー溝における前記複数のコーナ部のうち前記ロータシャフトの回転方向とは反対側に位置する非検査対象のコーナ部に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第１の手順と、
   前記非検査対象のコーナ部に超音波を照射したときに、その反射波を前記超音波探触子で受信したか否かを判定する第２の手順と、
   前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信しないと判定した場合に、照射設定のエラーを報知する第３の手順とを有することを特徴とする超音波探傷装置の制御方法。
6. 請求項５記載の超音波探傷装置の制御方法において、
   前記超音波探触子で前記非検査対象のコーナ部による反射波を受信したと判定した場合に、該反射波の強度Ｂ_０を演算する第４の手順と、
   前記第４の手順で得られた反射波強度Ｂ_０と前記ロータシャフトと同材質・同構造の対比試験体を用いて予め得られた反射波強度Ａ_０との差分（Ｂ_０−Ａ_０）を演算し、この差分（Ｂ_０−Ａ_０）を予め設定された閾値に加算して校正する第５の手順と、
   前記検査対象のコーナ部の近傍に、前記超音波探触子を用いて超音波を照射する第６の手順と、
   前記検査対象のコーナ部の近傍に超音波を照射し、その反射波を受信した場合に、該反射波の強度Ｂを演算する第７の手順と、
   前記第７の手順で得られた反射波強度Ｂが前記第５の手順で校正された閾値以上である場合にき裂有りと判定する第８の手順とを有することを特徴とする超音波探傷装置の制御方法。
7. 請求項６記載の超音波探傷制御装置の制御方法において、
   前記第６の手順は、探触子移動機構で前記超音波探触子を前記ロータシャフトの周方向若しくは軸方向に移動させるか又は回転させることにより、超音波の照射位置を前記非検査対象のコーナ部から前記検査対象のコーナ部の近傍に移行させることを特徴とする超音波探傷装置の制御方法。

Images