JP2680130B2

JP2680130B2 - 超音波検査装置

Info

Publication number: JP2680130B2
Application number: JP1160772A
Authority: JP
Inventors: 茂梶山; 正浩小池; 弘明千葉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1997-11-19
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JPH0326960A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はタービンデイスクなどのような円盤状の被検
体の円周に沿つて複数の探触子を走査して欠陥などを検
出する超音波検査装置に関する。

〔従来の技術〕従来の装置は、特開昭60−82853号公報に記載のよう
に、タービンデイスクを挟むように二台の駆動装置が永
磁ローラによつてハブの面に吸着し、ハブの外周に沿つ
て走行する。また、軸方向の位置決めをガイドによつて
行なつている。これら二台の駆動装置に搭載した超音波
探触子の首振り角度を決めて、超音波ビームを送受信
し、ウエブの下側に発生する欠陥を探傷する方式となつ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の問題点は、（１）走行面の溝を利用し
て軸方向の位置決めをしているので溝がないと位置決め
ができない、またタービンの両端のデイスクに適用でき
ない。（２）二台の駆動装置を走行制御しているが、車
輪の滑り、制御の遅れなどにより両者の位置関係がずれ
る可能性が多い。（３）送受の探触子の調整がハブ方向
のみであるので、位置，角度の最適調整ができない、な
どである。

本発明は、（１）シヤフトとデイスクの面を利用して
位置決めするので、溝がなくても位置決めが可能であ
る。（２）送受信用の一組の超音波探触子の位置をそれ
ぞれ独立してX,Y方向に調整できるとともに、超音波の
送受信方向も最適に調整できる。また、これらを一台の
台車に装着しているので、制御せずにこの状態を確実に
維持したまま全周を走査できる。これにより高精度，短
時間の検査ができる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、シヤフト面とデイスク面
を利用して検査装置を軸方向と径方向の位置決めをする
とともに、一組の送受信用の超音波探触子の位置を、遠
隔操作で、それぞれ、独立に径方向Ｙとその直行方向Ｘ
に移動できるようにし、かつ、その超音波の送受信方向
φも、それぞれ、独立に変えられるようにして、超音波
の受信強度を最大にできるようにした。さらに、これら
一組の超音波探触子を最良の状態に保つたまま、全周Ｒ
を走査して、全周の走査ができるようにした。

〔作用〕

検査装置をシヤフト面とデイスム面を利用して取り付
けるので、軸方向と径方向の位置決めが同時にできる。
また、送信用探触子と受信用探触子をそれぞれ独立して
駆動することによつて、それらの位置と角度を最適な状
態に調整できる。また、これらの一組の探触子を一つの
台車に装着するので、その状態を確実に維持したまま全
周を走査できる。これによつて送受の探触子を、それぞ
れ、最適な状態に位置決めすることができ、それらの状
態を確実に維持したまま全周の検査ができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第５図により説
明する。第２図はタービンロータ５の斜視図を示す。シ
ヤフト２と一体になつた多段の円盤状のデイスク３があ
り、各デイスク３の先端にはブレード１がダブテープ溝
39などにより着脱自在に取り付けられている。従つて、
タービンロータ５が蒸気により高速回転すると、デイス
ク３の先端のダブテール溝39に応力が働くため、その健
全性を維持するため超音波を利用した検査を実施してい
る。時に、一探触子法では欠陥からの反射波を受信する
ため、欠陥の傾き、欠陥面の性状などの影響を受ける
が、二探触子法にすると欠陥が超音波を遮蔽する現象を
利用するため、欠陥の傾きや欠陥面の性状の影響を受け
ずに欠陥を検出することができる。この方式をデイスク
３の上端部の検査に適用した例である。すなわち、目的
のデイスク間にこの方式の超音波検査装置を挿入し、デ
イスク３の面とシヤフト２の面を利用してこの装置を取
り付ける。この後、デイスク３の周方向Ｒ、径方向Ｙ
に、この検査装置に具備した送、受信の一組の超音波探
触子を走査してデイスク３の上端部付近の全周を検査す
る。この超音波検査装置の詳細を第１図に示す。第１図
はデイスク３とシヤフト２に、それぞれ、磁気車輪11,1
2と別の磁気車輪15で吸着した状態の超音波検査装置９
の平面図である。この装置９は一つの周回台車10と二つ
の横行台車16A,16B、及び、二つの超音波探触子を内蔵
した探触子ヘツド20A,20Bから構成される。

周回台車10には磁気車輪11,12と別の台車14の磁気車
輪15が取り付けてあり、移動距離検出用のエンコーダを
内蔵したモータ13によつて磁気車輪11を駆動して、デイ
スク３の周方向に装置９全体を移動し、その移動量Ｒを
先のエンコーダで検出する。この場合、磁気車輪11,12
はデイスク３の面に吸着し、磁気車輪15はシヤフト２の
面に吸着する。また、デイスク３の径方向の長さが異な
る場合があるので、これに対応するため周回台車10と台
車14を接続しているアーム28をフランジ26で外し、目的
の長さアームに交換することもできる。

横行台車16A,16Bは、それぞれのモータ23A,23Bでねじ
19A,19Bに噛み合うナツト（図示せず）を回転させ、そ
れぞれ、アーム18A,18Bに沿つて移動させる。この場合
もモータ23A,23Bに内蔵したエンコーダでそれぞれの移
動量Ｘを検出する。また、アーム18A端には磁気キヤス
タ24があり、デイスク３の面に吸着してアーム18A,18B
の水平方向の安定を図る。

横行台車16A,16Bのそれぞれにはこれらと直交した方
向に探触子ヘツド20A,20Bを動かすための台車22A,22Bが
取り付けてあり、モータ17A,17Bによつてねじ27A,27Bを
回転させてアーム21A,21Bを伸縮させる。この場合もそ
れぞれのモータ17A,17Bに内蔵したエンコーダで移動距
離Ｙを検出する。探触子ヘツド20A,20Bに内蔵した各各
の超音波探触子から超音波25A,25Bを送信し、デイスク
３上端面とダブテール溝39（Ｆ点）で反射させてこれを
受信し、この部分を健全性の検査をする。

第１図のIII−III矢視で表すと第３図になる。アーム
18Bとねじ19Bに支持された横行台車16Bにさらに米の台
車22Bが支持され、モータ17Bによつてアーム21Bが伸縮
し、探触子ヘツド20Bを動かす。これには超音波探触子2
9Bが取り付けてあり、モータ30Bの回転力をギヤ31B,32B
を介してこの超音波探触子29Bを旋回させ、超音波の送
受信の方向を変える。この旋回角度φはモータ30Bに内
蔵したエンコーダで検出する。また、検査時はこの超音
波探触子29Bはばね33Bによつてデイスク３の面に押し付
けるとともに超音波探触子29Bとデイスク３の面の間に
超音波の伝播を良くするための探触媒質を流す。

第１図のIV−IV矢視で表すと第４図になる。デイスク
３面に吸着した磁気車輪11,12、磁気キヤスタ24、及
び、シヤフト２面に吸着した磁気車輪15によつて装置９
が保持される。磁気車輪11,12とモータ13は周回台車10
に取り付けられ、磁気車輪15は周回台車10にフランジ2
6,アーム28を介して連結された台車14に取り付けられて
いる。また、磁気車輪11に連結したモータ13によつてシ
ヤフト２の外周に沿つてデイスク３面を周回する。第１
図の横行台車16Aに支持された第４図に示す台車22Aの先
端にアーム21Aを介して接触子ヘツド20Aが取り付けら
れ、さらに、これに超音波探触子29Aが取り付けられて
いる。この接触子ヘツド20Aの構造は、第３図で説明し
た接触子ヘツド20Bの構造と同じである。以上の各駆動
部を遠隔に設置された走行制御装置（図示せず）から操
作して二つの超音波探触子を最適な位置に設定するとと
もにそれぞれの超音波探触子の旋回角度も調整して、探
傷器（図示せず）を介して送受信した超音波信号を処理
する。

次に、第１図に示す超音波検査装置９でダブテール溝
39部を検査する例について説明する。検査位置Ｆに発生
する可能性のある欠陥の方向を予め推定し、探触子ヘツ
ド20A（第４図に示した超音波探触子29A）の位置と超音
波探触子29Aからの超音波の入射角度，入射方向φ
_Ａを、予め、計算し、走行制御装置からモータ23A,17
A、30Aを駆動して探触子ヘツド20A（送信用探触子）を
目的の位置、及び、角度にする。他方の探触子ヘツド20
B（受信用探触子）の位置は、Ｅ〜Ｅ軸を対称軸として
送信用探触子と対称の位置に設定するため、同様に、モ
ータ23B,17Bで駆動する。また入射方向φ_Ｂも第３図に
示すモータ30Bで駆動して設定する。このように設定し
ても、実際は第１図の探触子ヘツド20A,20Bの位置，角
度には誤差がでるので、これを探触子ヘツド20B内の受
信用探触子の位置を受信強度に最大になるように微調整
する。また、状況によつては送信用探触子の再調整をす
る。この状態を維持してモータ13を駆動して周回台車10
をデイスク３に沿つて一周させ、ダブテール溝39の全周
を検査する。複数ある他のダブテール溝39を検査する場
合、デイスク３の上端部を検査する場合についてもまつ
たく同様で、二つの超音波探触子の位置と角度をそれら
に見合つて設定して走査する。

第１図のように、デイスク３に沿つて超音波検査装置
９が周回する場合、その位置はモータ13と一体になつた
エンコーダで検出するが、その円周方向の基準点とする
ため、ブレード（図示せず）をダブテール溝39に挿入す
るためのノツチ溝97にある端部を探触子ヘツド20A（ま
たは20B）に設けた別の探触子（図示せず）から発した
超音波98,99で検出する。これにより、デイスク３の絶
対位置を確認するとともに、エンコーダで検出した相対
位置を点検する。このノツチ溝97に合わせて、あるい
は、これに代えてデイスク３にある調圧穴96を超音波で
検出し、これを基準位置にすることもできる。

以上の実施例では第１図の探触子ヘツド20A,20Bをア
ーム18A,18Bに対して直交する方向に動かすようにした
が、目的に応じて第５図のように所定の角度に傾けて走
査をするため、予め所定の角度に調整することもでき
る。すなわち、横行台車16Aに台車22Aを傾けて固定すれ
ば、モータ17Aによる探触子ヘツド20Aの動きはアーム18
Aに対してその角度分傾いて動くことができる。

タービンデイスクの形状は、径方向の高さが変わるだ
けでなく傾斜のあるもの、曲率のあるものなど多種類で
ある。また、シヤフトも軸方向長さの短いもの（デイス
ク間隔の短いもの）、軸方向にも曲率があるものなど形
状も多種類である。従つて、これらの多種類の形状に適
応できる他の実施例を第６図，第７図、及び第８図を利
用して説明する。第６図は検査面から見た装置８の平面
図であり、そのVII−VII矢視が第７図である。第６図の
周回台車45A,45Bにアーム42A,42B,41A,41Bを介してシヤ
フト２に吸着する磁気車輪40A,40Bが取り付けられる。
また、デイスク面に吸着する磁気車輪43A,43Bは第７図
に示すアーム72A,71Aを介して取り付けられる。これに
よつて装置８を被検体に装着できる。第７図に示すモー
タ62Aで磁気車輪40Aを駆動して装置８をシヤフト２に沿
つて周回させる。第６図のアーム75A,75Bは周回台車45
A,45Bとホルダ53によつて支持される。横行台車52A,52B
は、これらのアーム75A,75Bに支持され、また、ホルダ5
3に回転自在に支持されたねじ46A,46Bをモータ44A,44B
で回転させて移動する。また、別の台車47A,47Bはそれ
ぞれのモータ51A,51Bによつて横行台車52A,52B上を移動
する。この台車47A,47Bには各二本のエアシリンダ48A,4
8B、これと第７図に示すシヤフト54Aによつて回転自在
に支持された第６図のジンバル50A,50Bを介して超音波
探触子49A,49Bが取り付けてある。エアシリンダ48A,48B
で超音波探触子49A,49Bを被検面に押し付け、ジンバル5
0A,50Bで超音波探触子49A,49Bを被検面に倣わせる。第
７図で説明すると、モータ51Aで横行台車52A上を台車47
Aを移動させて超音波探触子49Aを走査する。また、モー
タ70Aでエアシリンダ48Aとシンバル50Aごと超音波探触
子49Aを旋回させる。第６図の超音波探触子49Bも同じ構
造であり、同様に旋回することができる。また、第７図
に示す磁気車輪40A,43Aは、デイスク３、あるいは、シ
ヤフト２の接触面に傾斜や曲面がある場合に、それらに
応じて、予め、その取り付け角度を変えることができ
る。すなわち、磁気車輪40A,43Aのそれぞれをシヤフト6
3A,66Aを中心にして取り付け角度を変え、各々のロツク
ナツト61A,64Aで固定する。

デイスク３の大きさ、あるいは、シヤフト２の長さの
異なる被検体に適用するため第６図の台車45A,45Bと磁
気車輪40A,40B,磁気車輪43A,43Bとの各々の間隔を変え
られる構造にした。すなわち、第７図に示すように、ア
ーム41Aをアーム42A内に挿入する伸縮構造にした。これ
によつて、長さを予め調整し、ロツクねじ60Aでその長
さに固定する。また、台車45Aと磁気車輪43Aとの間隔も
同様にアーム71Aとアーム72Aに挿入し、その長さを調整
し、ロツクねじ65Aで固定する。

第６図のVIII−VIII矢視で横行台車の角度を変えた実
施例を第８図に示す。モータ44Bの回転力でねじ46Bを回
し、シヤフト75Bに支持されたスライダ79Bを移動させ
る。このスライダ79Bにシヤフト75Bと回転自在に取り付
けられた支持具76Bの角度を変え、これに付けられた横
行台車52Bを目的の角度に変え、その状態にロツクねじ6
5Bで固定する。この状態でモータ51Bで台車47Bを移動さ
せることにより、これに連結した超音波探触子49Bを検
査面に応じた走査ができる。また、支持具76Bと横行台
車52Bとの間隔をアーム77Bの長さを調整し、ロツクねじ
78Bで固定する。

以上の実施例では磁気車輪でデイスクとシヤフトに吸
着し、超音波検査装置を装着したが、本発明はこの方式
に限定されるものではない。例えば、第１図の磁気車輪
に代えて第９図の方式にしても同じ目的を達成すること
ができる。第１図の周面台車10に接続する第９図のアー
ム80,81に別のアーム82,85を取り付け、さらに、これに
各々車輪83,84をシヤフト２を挟むように取り付ける。
シヤフト２の外径に応じてアーム81,82,85の長さを変え
てねじ86,88,87でそれぞれ固定する。また、第１図の磁
気車輪11,12に代えて第10図の方式にすることもでき
る。すなわち、隣接するデイスク３を二つの車輪90,91
を突つ張るように取り付け、ホルダ92を保持する。この
ホルダ92と第１図の周回台車10を連結する。また、デイ
スク３の間隔が変わつた場合はアーム94の長さを予め調
節し、その長さにねじ95で固定する。さらにデイスク３
の間隔の若干の変化に追従させるためスプリング93で予
圧を与えている。これまでの実施例ではデイスク３とシ
ヤフト２の両面を利用して検査装置を走行させる方式に
ついて説明したが本発明はこれに限定されるものでな
く、目的に応じてデイスク側面とデイスク端面に磁気車
輪を吸着させて走行させることもできる。さらに同じデ
イスクの両側面を車輪で挟むようにして走行させること
もできる。

また、本発明は探触子ヘツド20A,20Bに各々一個の所
定の入射角度の超音波探触子を配置することで説明した
がこれに限定されることなく、異なる入射角度の探触子
を複数個配置すること、また、板厚測定、あるいは、探
触子の接触状態などを測定するために垂直の探触子を合
わせて配置することもできる。

以上の実施例によれば次のような効果がある。

（１）シヤフト２の面とデイスク３の面を利用して検査
装置を取り付けるので、軸方向と径方向の位置決めが同
時にできる。また、検査装置を周回させても蛇行するこ
とがない。さらに、タービンの両端のデイスクにも適用
できる。

（２）二つの超音波探触子をそれぞれ独立にX,Yの二次
元の位置に駆動でき、かつ、その超音波の方向（φ）も
変えられるので、目的の検査位置に正確に超音波を当て
ることができる。また、受信強度が最大となるように微
調整ができる。

（３）受信強度を最大となる状態を二つの超音波探触子
に維持させ、その状態を保つて台車を全周に走査するの
で高精度の検査ができる。また、検査時間の短縮も図れ
る。

（４）この二探触子法によれば、欠陥が超音波を遮蔽す
る減少を利用しているため、欠陥の傾きや欠陥面の性状
に影響を与えずに欠陥を検出することができる。

（５）デイスク３の径方向の大きさ、取付け間隔、形状
などに応じてアームの長さ、車輪の角度を変えることが
できるので適用範囲が広い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような効果がある。

シヤフト面とデイスク面を利用するので、超音波検査
装置の位置決めを径方向と軸方向に同時にできる。

また、送，受信探触子をそれぞれ独立して位置と角度
を調整することによつて，超音波の受信強度を最大にな
るように調整できるため、高精度の検査ができる。

また、その状態を維持したまま全周を走査できるの
で、高精度の検査が短時間でできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超音波検査装置をタービン
デイスクに取り付けた平面図、第２図はタービンロータ
の斜視図、第３図は第１図のIII−III矢視断面図、第４
図は第１図のIV−IV矢視断面図、第５図は第１図の一部
の変形例を示す平面図、第６図は別の実施例の超音波検
査装置の平面図、第７図は第６図のVII−VII矢視の側面
図、第８図は第６図のVIII−VIII矢視の断面図、第９図
はシヤフトを利用して装置を装着する変形例の平面図、
第10図は同じく装置を装着する別の変形例の側面図であ
る。２……シヤフト、３……デイスク、９……超音波検査装
置、10……周回台車、11,12,15……車輪、13……モー
タ、16A,16B……横行台車、18A,18B……アーム、19A,19
B……ねじ、22A,22B……台車、29A,29B……超音波探触
子、31B,32B……ギヤ、96……調圧穴、97……ノツチ
溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−176667（ＪＰ，Ａ) 特開平１−119759（ＪＰ，Ａ) 実開昭61−114357（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−39681（ＪＰ，Ｕ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】シヤフトを同心に設けたデイスクを超音波
検査する装置において、送，受信用の二つの超音波探触子と、前記二つの探触子
を各々独立して駆動するための探触子旋回機構と、径方
向の駆動機構と、前記径方向と同一平面で交差する方向
の駆動機構とを各各設け、前記駆動機構をすべて装着し
た台車と、前記台車に装着して前記シヤフトと前記デイ
スクのそれぞれに吸着する複数の車輪と、前記車輪を駆
動して前記台車を周回させる駆動機構とからなることを
特徴とする超音波検査装置。
【請求項２】前記シヤフトに吸着する前記車輪と前記台
車との間隔の可変機構と、前記デイスクに吸着する前記
車輪と前記台車との間隔の可変機構と、前記複数の車輪
の取り付け角度の可変機構と、前記超音波探触子と前記
台車との間隔の可変機構と、探触子走査アームの取付け
角度を変える可変機構とを具備したことを特徴とする請
求項１に記載の超音波検査装置。
【請求項３】前記シヤフトと前記デイスクの面に吸着す
る車輪が磁気車輪であることを特徴とする請求項１に記
載の超音波検査装置。
【請求項４】前記デイスクの形状を超音波で検出して前
記周回台車の位置の基準点にする手段を設けたことを特
徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。