JP3442057B2 - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents
超音波検査方法及び超音波検査装置Info
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
-
- G—PHYSICS
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- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
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- G01N2291/269—Various geometry objects
- G01N2291/2693—Rotor or turbine parts
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、欠陥の有無を超音
波を用いて検査する超音波検査方法とその装置に係り、
特に比較的低圧の蒸気タービンの羽根車における翼植込
部の欠陥検査に好適なタービン翼植込部検査方法及び装
置に関する。
波を用いて検査する超音波検査方法とその装置に係り、
特に比較的低圧の蒸気タービンの羽根車における翼植込
部の欠陥検査に好適なタービン翼植込部検査方法及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】構造体の内部に存在する欠陥を非破壊で
検査する装置の代表例に超音波検査装置があり、完成品
の欠陥検査に重用されている。例えば、タービン発電プ
ラントでは、稼働時、タービンホイールの周辺にある翼
植込部に大きな応力が働き、このことは、低圧タービン
側の翼植込部におけるフック部で特に著しくなるので、
定期検査時、この部分の健全性を評価する必要がある。
検査する装置の代表例に超音波検査装置があり、完成品
の欠陥検査に重用されている。例えば、タービン発電プ
ラントでは、稼働時、タービンホイールの周辺にある翼
植込部に大きな応力が働き、このことは、低圧タービン
側の翼植込部におけるフック部で特に著しくなるので、
定期検査時、この部分の健全性を評価する必要がある。
【０００３】一方、プラントの稼働率向上の観点から
は、定期検査期間の短縮が強く要求されるので、この翼
植込部の健全性評価には、検査に際してタービンホイー
ルから動翼を抜き取る必要のない超音波検査が採用され
ることが多い。ここで、図８は、一般的な蒸気タービン
ホイールの翼植込部を対象とした超音波検査装置の一例
における走査機構部の概要を示したもので、同図(a)は
動翼も含めた断面図で、同図(b)は動翼を除いて示した
平面図であり、これらの図において、１はタービンホィ
ール、２はタービンシャフト、３ｂは探触子保持具、９
は探触子、それに３０は動翼であり、破線１０はこのと
きの超音波の経路を示したものである。
は、定期検査期間の短縮が強く要求されるので、この翼
植込部の健全性評価には、検査に際してタービンホイー
ルから動翼を抜き取る必要のない超音波検査が採用され
ることが多い。ここで、図８は、一般的な蒸気タービン
ホイールの翼植込部を対象とした超音波検査装置の一例
における走査機構部の概要を示したもので、同図(a)は
動翼も含めた断面図で、同図(b)は動翼を除いて示した
平面図であり、これらの図において、１はタービンホィ
ール、２はタービンシャフト、３ｂは探触子保持具、９
は探触子、それに３０は動翼であり、破線１０はこのと
きの超音波の経路を示したものである。
【０００４】そして、この超音波検査装置では、１個、
又は２個の探触子９を探触子保持具３ｂに取付けた上で
タービンホイール１に押付け、タービンシャフト２の中
心軸Ｃから探触子９までの距離Ｚと、探触子９の首振り
角度φを一定に保ったまま探触子保持具３ｂ全体をター
ビンシャフト２の周囲に沿って移動させ、これにより探
触子９でタービンホイール１の翼植込部を走査するよう
になっている。
又は２個の探触子９を探触子保持具３ｂに取付けた上で
タービンホイール１に押付け、タービンシャフト２の中
心軸Ｃから探触子９までの距離Ｚと、探触子９の首振り
角度φを一定に保ったまま探触子保持具３ｂ全体をター
ビンシャフト２の周囲に沿って移動させ、これにより探
触子９でタービンホイール１の翼植込部を走査するよう
になっている。
【０００５】このとき、探触子９は超音波の発振子と超
音波の検出子を兼ねていて、これから所定の時間間隔で
超音波１０のパルスを発射させ、パルス発射の都度、予
め定めておいた時間ゲート内に反射波が検出されなけれ
ば、翼植込部は健全であると判断し、反射波が現われた
とき翼植込部に割れ等の欠陥が存在する可能性があると
判断するのである。
音波の検出子を兼ねていて、これから所定の時間間隔で
超音波１０のパルスを発射させ、パルス発射の都度、予
め定めておいた時間ゲート内に反射波が検出されなけれ
ば、翼植込部は健全であると判断し、反射波が現われた
とき翼植込部に割れ等の欠陥が存在する可能性があると
判断するのである。
【０００６】このような超音波検査方法の従来技術とし
ては、例えば特開平１−１６１１４５号公報、特開平７
−２４４０２４号公報の開示を挙げることができるが、
これらの方法では、タービンホイールの翼植込部に反射
波が現われた場合、タービンホイールから一旦動翼を抜
取り、目視するなどして、超音波の反射が割れ等の欠陥
によるものなのか、錆や腐食痕など欠陥以外のものによ
るものかを判断している。
ては、例えば特開平１−１６１１４５号公報、特開平７
−２４４０２４号公報の開示を挙げることができるが、
これらの方法では、タービンホイールの翼植込部に反射
波が現われた場合、タービンホイールから一旦動翼を抜
取り、目視するなどして、超音波の反射が割れ等の欠陥
によるものなのか、錆や腐食痕など欠陥以外のものによ
るものかを判断している。
【０００７】そして、このときの超音波の反射が本当の
欠陥によるもであったときは、磁粉探傷などにより、更
に詳細な検査を実施するが、錆や腐食痕など本当の欠陥
以外のものであった場合、今回の定期検査の後、次回定
期検査時まではそのまま稼働させ、次回定期検査時、更
に詳細な検査を実施するようにする場合が多い。
欠陥によるもであったときは、磁粉探傷などにより、更
に詳細な検査を実施するが、錆や腐食痕など本当の欠陥
以外のものであった場合、今回の定期検査の後、次回定
期検査時まではそのまま稼働させ、次回定期検査時、更
に詳細な検査を実施するようにする場合が多い。
【０００８】従って、これら特開平１−１６１１４５号
公報、特開平７−２４４０２４号公報等に記載のタービ
ンホイールの翼植込部の超音波検査では、被検査部に発
生した錆から反射波が得られた場合に、反射体が欠陥か
錆かを識別するために動翼を抜取る作業が必要となり検
査に時間を要する。
公報、特開平７−２４４０２４号公報等に記載のタービ
ンホイールの翼植込部の超音波検査では、被検査部に発
生した錆から反射波が得られた場合に、反射体が欠陥か
錆かを識別するために動翼を抜取る作業が必要となり検
査に時間を要する。
【０００９】そこで、例えば特開平１０−２６７９０２
号公報では、タービンホイールの翼植込部に反射波が現
われた場合でも、動翼を抜き取ることなく、反射体(超
音波を反射している物体)が割れなどの欠陥であるか、
或いは錆や腐食痕など特に欠陥と見る必要のない欠陥以
外のものによるものであるのか判断する方法について開
示しており、これが本発明における従来技術である。
号公報では、タービンホイールの翼植込部に反射波が現
われた場合でも、動翼を抜き取ることなく、反射体(超
音波を反射している物体)が割れなどの欠陥であるか、
或いは錆や腐食痕など特に欠陥と見る必要のない欠陥以
外のものによるものであるのか判断する方法について開
示しており、これが本発明における従来技術である。
【００１０】この方法は、超音波探触子が或る位置にあ
るとき所定の時間ゲート内で受信し収録した反射波の波
形と、他の位置で同じく時間ゲート内で受信し収録した
反射波の波形を相互相関処理して相関係数を算出し、こ
の相関係数が予め定めておいた所定の閾値より大きい場
合には、その翼植込部に欠陥があると判断し、閾値より
小さい場合には欠陥以外のものであると判断する方法で
ある。
るとき所定の時間ゲート内で受信し収録した反射波の波
形と、他の位置で同じく時間ゲート内で受信し収録した
反射波の波形を相互相関処理して相関係数を算出し、こ
の相関係数が予め定めておいた所定の閾値より大きい場
合には、その翼植込部に欠陥があると判断し、閾値より
小さい場合には欠陥以外のものであると判断する方法で
ある。
【００１１】また、この方法では、その具体例として、
超音波の受信波形をタービンホイール翼植込部の全周か
ら一旦収録した後で、反射体が欠陥か欠陥以外のものか
を識別する方法と、超音波の受信波形を収録しながら、
反射体が欠陥か欠陥以外のものかを識別する方法がある
が、ここで、後者の方が、検査期間が短縮できるのはい
うまでもない。
超音波の受信波形をタービンホイール翼植込部の全周か
ら一旦収録した後で、反射体が欠陥か欠陥以外のものか
を識別する方法と、超音波の受信波形を収録しながら、
反射体が欠陥か欠陥以外のものかを識別する方法がある
が、ここで、後者の方が、検査期間が短縮できるのはい
うまでもない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、検査
条件の設定を要する点について充分な配慮がされている
とは言えず、検査の高精度化と高信頼性の保持に一応の
熟練と経験が必要になるという問題があった。
条件の設定を要する点について充分な配慮がされている
とは言えず、検査の高精度化と高信頼性の保持に一応の
熟練と経験が必要になるという問題があった。
【００１３】従来技術では、特開平１０−２６７９０２
号公報に記載されているように、異なった探触子位置で
収録した波形を相互相関処理し、このとき、超音波の反
射波を収録しながら、反射体が欠陥か欠陥以外のものか
を識別する場合には、反射波があると連続して２回判定
した場合に、その２回の受信波形を相互相関処理してい
る。
号公報に記載されているように、異なった探触子位置で
収録した波形を相互相関処理し、このとき、超音波の反
射波を収録しながら、反射体が欠陥か欠陥以外のものか
を識別する場合には、反射波があると連続して２回判定
した場合に、その２回の受信波形を相互相関処理してい
る。
【００１４】従って、従来技術では、波形の収録を行う
探触子位置の始点と、連続して収録する２点の探触子位
置の間隔を予め設定しておく必要があり、しかも、この
ことが、反射体が欠陥か欠陥以外のものかを識別する場
合での重要な要素となっていて、検出精度と信頼性に大
きく影響する。
探触子位置の始点と、連続して収録する２点の探触子位
置の間隔を予め設定しておく必要があり、しかも、この
ことが、反射体が欠陥か欠陥以外のものかを識別する場
合での重要な要素となっていて、検出精度と信頼性に大
きく影響する。
【００１５】しかし、このことは、実際には、それ程容
易なことではなく、かなりの熟練と経験を必要とする。
従って、従来技術では、その設定には一応の熟練と経験
を要するという問題をもっているのである。本発明の目
的は、簡単な操作で容易に高精度と高信頼性が保持でき
るようにした超音波検査装置を提供することにある。
易なことではなく、かなりの熟練と経験を必要とする。
従って、従来技術では、その設定には一応の熟練と経験
を要するという問題をもっているのである。本発明の目
的は、簡単な操作で容易に高精度と高信頼性が保持でき
るようにした超音波検査装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、タービンシ
ャフトの周辺に沿って移動する部材に保持した探触子を
用い、当該探触子によりタービンホイールの翼植込部に
超音波を入射し、互いに異なる探触子位置で収録した２
種の反射波の受信波形を相互相関処理して相関係数を算
出し、この相関係数が予め定めたしきい値より大きい場
合には前記植込部に欠陥があるものと判断し、前記相関
係数が前記しきい値より小さい場合には前記欠陥以外の
ものであると判断する方式の超音波検査方法において、
前記相関係数を算出するために相互相関処理すべき２種
の反射波に対応する探触子位置の間隔を検査条件に基づ
いて計算する手段を用い、前記手段に検査条件を入力す
ることにより前記２種の反射波に対応する探触子位置の
間隔を自動的に計算するようにして達成される。
ャフトの周辺に沿って移動する部材に保持した探触子を
用い、当該探触子によりタービンホイールの翼植込部に
超音波を入射し、互いに異なる探触子位置で収録した２
種の反射波の受信波形を相互相関処理して相関係数を算
出し、この相関係数が予め定めたしきい値より大きい場
合には前記植込部に欠陥があるものと判断し、前記相関
係数が前記しきい値より小さい場合には前記欠陥以外の
ものであると判断する方式の超音波検査方法において、
前記相関係数を算出するために相互相関処理すべき２種
の反射波に対応する探触子位置の間隔を検査条件に基づ
いて計算する手段を用い、前記手段に検査条件を入力す
ることにより前記２種の反射波に対応する探触子位置の
間隔を自動的に計算するようにして達成される。
【００１７】また、上記目的は、タービンシャフトの周
辺に沿って移動する部材に保持した探触子を用い、当該
探触子によりタービンホイールの翼植込部に超音波を入
射し、互いに異なる探触子位置で収録した２種の反射波
の受信波形を相互相関処理して相関係数を算出し、この
相関係数が予め定めたしきい値より大きい場合には前記
植込部に欠陥があるものと判断し、前記相関係数が前記
しきい値より小さい場合には前記欠陥以外のものである
と判断する方式の超音波検査装置において、入力インタ
ーフェースを備えた相互相関処理条件設定部を設け、前
記相互相関処理条件設定部は、前記入力インターフェー
スから検査条件を入力することにより、前記相関係数を
算出するために相互相関処理すべき２種の反射波に対応
する探触子位置の間隔を自動的に計算するようにしても
達成される。
辺に沿って移動する部材に保持した探触子を用い、当該
探触子によりタービンホイールの翼植込部に超音波を入
射し、互いに異なる探触子位置で収録した２種の反射波
の受信波形を相互相関処理して相関係数を算出し、この
相関係数が予め定めたしきい値より大きい場合には前記
植込部に欠陥があるものと判断し、前記相関係数が前記
しきい値より小さい場合には前記欠陥以外のものである
と判断する方式の超音波検査装置において、入力インタ
ーフェースを備えた相互相関処理条件設定部を設け、前
記相互相関処理条件設定部は、前記入力インターフェー
スから検査条件を入力することにより、前記相関係数を
算出するために相互相関処理すべき２種の反射波に対応
する探触子位置の間隔を自動的に計算するようにしても
達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明による超音波検査方
法と超音波検査装置について、図示の実施の形態により
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態で、この
実施形態でも、上記した従来技術の場合と同様、探触子
９を探触子保持具３ｂに取付けた上でタービンホイール
１に押付け、この状態で、探触子保持具３ｂに設けられ
ている車輪４ａ、４ｂによりタービンシャフト２の外周
上を走行移動させて検査を行うように構成されている。
法と超音波検査装置について、図示の実施の形態により
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態で、この
実施形態でも、上記した従来技術の場合と同様、探触子
９を探触子保持具３ｂに取付けた上でタービンホイール
１に押付け、この状態で、探触子保持具３ｂに設けられ
ている車輪４ａ、４ｂによりタービンシャフト２の外周
上を走行移動させて検査を行うように構成されている。
【００１９】このとき、探傷器１２から探触子９にパル
ス電圧１１ａを印加してタービンホイール１の翼植込部
に超音波１０を入射し、これによる反射波を探触子９で
受信して超音波信号１１ｂを得、これを探傷器１２で増
幅する。従って、探触子保持具３ａ全体をタービンシャ
フト２の回りに移動させるだけで、タービンホイール１
の中心軸からの距離と、首振り角度を一定に保った状態
で探触子９を走査させることができ、この結果、探触子
保持具３ａを一旦取付けてしまえば、比較的簡便な操作
でタービンホイール１の翼植込部の全周を検査すること
ができる。
ス電圧１１ａを印加してタービンホイール１の翼植込部
に超音波１０を入射し、これによる反射波を探触子９で
受信して超音波信号１１ｂを得、これを探傷器１２で増
幅する。従って、探触子保持具３ａ全体をタービンシャ
フト２の回りに移動させるだけで、タービンホイール１
の中心軸からの距離と、首振り角度を一定に保った状態
で探触子９を走査させることができ、この結果、探触子
保持具３ａを一旦取付けてしまえば、比較的簡便な操作
でタービンホイール１の翼植込部の全周を検査すること
ができる。
【００２０】探触子保持具３ａにはエンコーダ５が設置
してあり、探触子９がタービンシャフト２の外周面に沿
って一定距離移動する毎にパルス信号６を発信する。そ
こで、Ａ／Ｄ変換部１５は、このパルス信号６を受信し
た直後、探傷器１２のトリガ信号１３に同期した超音波
信号１４をＡ／Ｄ変換する。このとき、トリガ信号１３
を受信した時点から変換を開始するまでの時間Ｔｓと、
変換の時間幅Ｔｗは予め設定してあり、このときの時間
Ｔｓから(Ｔｓ＋Ｔｗ)までが時間ゲートに相当する。
してあり、探触子９がタービンシャフト２の外周面に沿
って一定距離移動する毎にパルス信号６を発信する。そ
こで、Ａ／Ｄ変換部１５は、このパルス信号６を受信し
た直後、探傷器１２のトリガ信号１３に同期した超音波
信号１４をＡ／Ｄ変換する。このとき、トリガ信号１３
を受信した時点から変換を開始するまでの時間Ｔｓと、
変換の時間幅Ｔｗは予め設定してあり、このときの時間
Ｔｓから(Ｔｓ＋Ｔｗ)までが時間ゲートに相当する。
【００２１】位置読取部７では、超音波検査の開始時、
位置信号８をリセットして０にしておき、以後、パルス
信号６を受信する毎に位置信号８を１ずつ加算してい
き、位置信号８の数値とパルス信号６の積算値が等しく
なるようにする。そして、位置読取部７で読み取った位
置信号８と、Ａ／Ｄ変換部１５で変換したデジタル信号
１６を記憶部１７に転送して自動的に記憶させる。
位置信号８をリセットして０にしておき、以後、パルス
信号６を受信する毎に位置信号８を１ずつ加算してい
き、位置信号８の数値とパルス信号６の積算値が等しく
なるようにする。そして、位置読取部７で読み取った位
置信号８と、Ａ／Ｄ変換部１５で変換したデジタル信号
１６を記憶部１７に転送して自動的に記憶させる。
【００２２】このような構成とすることにより、探触子
保持具３ａの移動操作に追随して、超音波波形と探触子
位置を自動的に収録することができる。相互相関処理条
件設定部１８は、キーボードなどの入力インターフェー
スと表示画面を備え、検査に必要な各種の設定が行える
ようになっているが、詳しくは後述する。そして、ここ
では、相互相関処理間隔１９が設定されるが、後述する
ように、この相互相関処理間隔１９をｎで表わす。
保持具３ａの移動操作に追随して、超音波波形と探触子
位置を自動的に収録することができる。相互相関処理条
件設定部１８は、キーボードなどの入力インターフェー
スと表示画面を備え、検査に必要な各種の設定が行える
ようになっているが、詳しくは後述する。そして、ここ
では、相互相関処理間隔１９が設定されるが、後述する
ように、この相互相関処理間隔１９をｎで表わす。
【００２３】このとき、記憶部１７にｎ＋１番目の波形
が収録されると、記憶部１７から１番目に収録したデジ
タル信号２０とｎ＋１番目に収録したデジタル信号２１
を相互相関処理部２２に転送し、相互相関処理部２２で
デジタル信号２０、２１を演算して相関係数２３を算出
する。相関係数２３は記憶部１７に転送されて、位置信
号８、デジタル信号１６と関連づけて記憶される。反射
体識別部２４では、予め相互相関処理条件設定部１８で
設定する閾値との相間係数２３を比較することにより、
欠陥が存在するのか、欠陥以外のものが存在するかを識
別する。
が収録されると、記憶部１７から１番目に収録したデジ
タル信号２０とｎ＋１番目に収録したデジタル信号２１
を相互相関処理部２２に転送し、相互相関処理部２２で
デジタル信号２０、２１を演算して相関係数２３を算出
する。相関係数２３は記憶部１７に転送されて、位置信
号８、デジタル信号１６と関連づけて記憶される。反射
体識別部２４では、予め相互相関処理条件設定部１８で
設定する閾値との相間係数２３を比較することにより、
欠陥が存在するのか、欠陥以外のものが存在するかを識
別する。
【００２４】次に、記憶部１７にｎ＋２番目の波形が収
録されると、記憶部１７から２番目に収録したデジタル
信号２０とｎ＋２番目に収録したデジタル信号２１を、
相互相関処理部２２で演算して相関係数２３を算出し、
反射体識別部２４で、欠陥が存在するか、欠陥以外のも
のが存在するか識別する。
録されると、記憶部１７から２番目に収録したデジタル
信号２０とｎ＋２番目に収録したデジタル信号２１を、
相互相関処理部２２で演算して相関係数２３を算出し、
反射体識別部２４で、欠陥が存在するか、欠陥以外のも
のが存在するか識別する。
【００２５】この結果、探触子保持具３ａを回転走査さ
せることにより、超音波波形と探触子位置が自動収録さ
れ、これにより相互相関処理条件設定部１８で設定した
相互相関処理間隔１９で順次、相前後して取り込まれた
２種の波形を相互相関処理部２２で演算して相関係数２
３を算出し、反射体識別部２４で翼植込部に欠陥が存在
するか、欠陥以外のものが存在するかを識別することが
できる。
せることにより、超音波波形と探触子位置が自動収録さ
れ、これにより相互相関処理条件設定部１８で設定した
相互相関処理間隔１９で順次、相前後して取り込まれた
２種の波形を相互相関処理部２２で演算して相関係数２
３を算出し、反射体識別部２４で翼植込部に欠陥が存在
するか、欠陥以外のものが存在するかを識別することが
できる。
【００２６】次に、相互相関処理条件設定部１８につい
て説明する。この相互相関処理条件設定部１８では、翼
植込部に欠陥が存在する場合と、錆等の欠陥以外のもの
が存在する場合の各相関係数を識別可能にするために、
相互相関処理間隔１９、すなわちｎを設定する。
て説明する。この相互相関処理条件設定部１８では、翼
植込部に欠陥が存在する場合と、錆等の欠陥以外のもの
が存在する場合の各相関係数を識別可能にするために、
相互相関処理間隔１９、すなわちｎを設定する。
【００２７】ここで、本発明による検査の原理について
説明する。図２は、探触子９により割れ等の欠陥からの
反射波が得られた場合と、錆や腐食痕等の欠陥以外のも
のからの反射波が得られる場合の状況を模式的に示した
もので、割れ２８による場合では超音波の反射体が一箇
所で位置が明確なため、図３(a)に示すように比較的単
純な波形となる。
説明する。図２は、探触子９により割れ等の欠陥からの
反射波が得られた場合と、錆や腐食痕等の欠陥以外のも
のからの反射波が得られる場合の状況を模式的に示した
もので、割れ２８による場合では超音波の反射体が一箇
所で位置が明確なため、図３(a)に示すように比較的単
純な波形となる。
【００２８】また、この場合は、探触子９の位置をＡ１
からＡ２に変えても、路程(超音波の経路)が変化するだ
けで、受信波形に大きな変化はなく、波形が良く保存さ
れることが判る。従って、ゲートの時間幅をＴｗ、位置
Ａ１で収録した波形をＸ(t)、位置Ａ２で収録した波形
をＹ(t)としたとき、Ｘ(t)とＹ(t)を時間τずらしたと
きの相関値Ｒ(τ)は、次の(数１)で表わされ、ここで時
間τを動かし、−ＴｗからＴｗまで変化させたときの相
関値Ｒ(τ)の最大値を相関係数と呼ぶ。
からＡ２に変えても、路程(超音波の経路)が変化するだ
けで、受信波形に大きな変化はなく、波形が良く保存さ
れることが判る。従って、ゲートの時間幅をＴｗ、位置
Ａ１で収録した波形をＸ(t)、位置Ａ２で収録した波形
をＹ(t)としたとき、Ｘ(t)とＹ(t)を時間τずらしたと
きの相関値Ｒ(τ)は、次の(数１)で表わされ、ここで時
間τを動かし、−ＴｗからＴｗまで変化させたときの相
関値Ｒ(τ)の最大値を相関係数と呼ぶ。
【００２９】
【数１】
この相関係数は２波形の関連の深さを示す指標であり、
反射体が欠陥の場合には図３(a)に示すように大きな値
をとる。これに対し、錆２９では、一塊になった明確な
反射体は見られず、複数の小さな反射体がタービンホイ
ール頭頂部表面で複雑に分布しているため、図３(b)に
示すように、複数の反射波が重畳した波形となる。
反射体が欠陥の場合には図３(a)に示すように大きな値
をとる。これに対し、錆２９では、一塊になった明確な
反射体は見られず、複数の小さな反射体がタービンホイ
ール頭頂部表面で複雑に分布しているため、図３(b)に
示すように、複数の反射波が重畳した波形となる。
【００３０】また、この場合、探触子９の位置をＢ１か
らＢ２に変えると、複数の反射体からの反射波の強度比
が変化するので、受信波形も変化してしまい、波形が保
存されない。従って、位置Ｂ１で収録した波形と位置Ｂ
２で収録した波形から算出した相関係数は、図３(b)に
示すように小さな値をとる。
らＢ２に変えると、複数の反射体からの反射波の強度比
が変化するので、受信波形も変化してしまい、波形が保
存されない。従って、位置Ｂ１で収録した波形と位置Ｂ
２で収録した波形から算出した相関係数は、図３(b)に
示すように小さな値をとる。
【００３１】次に、探触子９を前記した割れ２８からの
受信波形が得られる範囲で移動させて収録した受信波形
の内、振幅が最大の波形を基準波形として、前記基準波
形と割れ２８からの受信波形が得られた範囲内の全波形
とを相互相関処理した場合における各探触子位置での相
関係数を図４(a)に示す。上述したように、割れ２８で
は波形の保存性が良いので、図４(a)に示すように、前
記基準波形の探触子位置近傍では、相関係数がほとんど
変化せず１に近い値となる。
受信波形が得られる範囲で移動させて収録した受信波形
の内、振幅が最大の波形を基準波形として、前記基準波
形と割れ２８からの受信波形が得られた範囲内の全波形
とを相互相関処理した場合における各探触子位置での相
関係数を図４(a)に示す。上述したように、割れ２８で
は波形の保存性が良いので、図４(a)に示すように、前
記基準波形の探触子位置近傍では、相関係数がほとんど
変化せず１に近い値となる。
【００３２】同様に、探触子９を前記錆２９からの受信
波形が得られる範囲で移動させて収録した受信波形の
内、振幅が最大の波形を基準波形として、前記基準波形
と錆２９からの受信波形が得られた範囲内の全波形とを
相互相関処理した場合の、各探触子位置の相関係数のグ
ラフを図４(b)に示す。錆２９の場合は、上述したよう
に、波形の保存性が良くないので、図４(b)に示すよう
に、基準波形の探触子位置近傍でも、相関係数は低下す
る。
波形が得られる範囲で移動させて収録した受信波形の
内、振幅が最大の波形を基準波形として、前記基準波形
と錆２９からの受信波形が得られた範囲内の全波形とを
相互相関処理した場合の、各探触子位置の相関係数のグ
ラフを図４(b)に示す。錆２９の場合は、上述したよう
に、波形の保存性が良くないので、図４(b)に示すよう
に、基準波形の探触子位置近傍でも、相関係数は低下す
る。
【００３３】従って、前記割れ２８と前記錆２９におけ
る、探触子を走査して得られる受信波形の保存性の違い
を利用して、相関係数が明瞭に異なるように相互相関処
理する波形同士の間隔を設定することにより、割れ等の
欠陥と錆等の欠陥以外のものを識別することができる。
る、探触子を走査して得られる受信波形の保存性の違い
を利用して、相関係数が明瞭に異なるように相互相関処
理する波形同士の間隔を設定することにより、割れ等の
欠陥と錆等の欠陥以外のものを識別することができる。
【００３４】この相関係数は、上述した様に数１で表さ
れる相関値Ｒ(τ)の最大値である。しかし、錆からは複
数の反射波が得られるために、２つの探触子位置の差に
相当する時間差とは異なる時間差で相関値Ｒ(τ)が最大
値になる可能性がある。本発明によれば、予め相互相関
処理間隔が設定されるので、その相互相関処理間隔に相
当する時間差τも決められるので、その時間差τに相当
する位置近傍での相関値Ｒ(τ)の最大値を相関関数とす
ることができる。
れる相関値Ｒ(τ)の最大値である。しかし、錆からは複
数の反射波が得られるために、２つの探触子位置の差に
相当する時間差とは異なる時間差で相関値Ｒ(τ)が最大
値になる可能性がある。本発明によれば、予め相互相関
処理間隔が設定されるので、その相互相関処理間隔に相
当する時間差τも決められるので、その時間差τに相当
する位置近傍での相関値Ｒ(τ)の最大値を相関関数とす
ることができる。
【００３５】ここで、図５(a)は、超音波１０が翼植込
部の欠陥に入射する様子を、探触子９の走査面と翼植込
部の頭頂部面からみて模式的に示した図で、図５(b)
は、探触子保持具３ａをタービンシャフト２上で走査し
ている図である。
部の欠陥に入射する様子を、探触子９の走査面と翼植込
部の頭頂部面からみて模式的に示した図で、図５(b)
は、探触子保持具３ａをタービンシャフト２上で走査し
ている図である。
【００３６】ここで、相互相関処理間隔１９は、図５
(a)、(b)に示すように、超音波の中心音軸が直接欠陥に
入射される範囲だけ探触子保持具３ａがタービンシャフ
ト２の外周上を走査した距離ｘと、エンコーダ５が発信
するパルス間隔に移動する距離との比とする。
(a)、(b)に示すように、超音波の中心音軸が直接欠陥に
入射される範囲だけ探触子保持具３ａがタービンシャフ
ト２の外周上を走査した距離ｘと、エンコーダ５が発信
するパルス間隔に移動する距離との比とする。
【００３７】また、探触子の首振り角をθ、最小欠陥深
さをｄ、翼植込部の頭頂部から探触子までの距離をＬ、
探触子走査面から翼植込部の頭頂部の下側で第１段フッ
ク部までの距離をＤとしたとき、超音波の中心音軸が直
接欠陥に入射される範囲Ｘは次の(数２)で近似的に表わ
される。 Ｘ＝(ｄ・Ｌ・tanθ)／Ｄ ……(数２)
さをｄ、翼植込部の頭頂部から探触子までの距離をＬ、
探触子走査面から翼植込部の頭頂部の下側で第１段フッ
ク部までの距離をＤとしたとき、超音波の中心音軸が直
接欠陥に入射される範囲Ｘは次の(数２)で近似的に表わ
される。 Ｘ＝(ｄ・Ｌ・tanθ)／Ｄ ……(数２)
【００３８】そして、タービンシャフト２の半径をｒ、
タービンホイール１の半径をＲとすると、このときの探
触子保持具３ａをタービンシャフト２上で走査する距離
ｘは次の(数３)で表わされる。 ｘ＝ｒ・Ｘ／Ｒ ……(数３)
タービンホイール１の半径をＲとすると、このときの探
触子保持具３ａをタービンシャフト２上で走査する距離
ｘは次の(数３)で表わされる。 ｘ＝ｒ・Ｘ／Ｒ ……(数３)
【００３９】従って、エンコーダ５のパルス信号を発信
する移動距離をａとし、相互相関処理間隔１９を、上記
したようにｎとすると、これは次の(数４)で表わせる。 ｎ＝ｘ／ａ ……(数４)
する移動距離をａとし、相互相関処理間隔１９を、上記
したようにｎとすると、これは次の(数４)で表わせる。 ｎ＝ｘ／ａ ……(数４)
【００４０】そこで、この実施形態では、この相互相関
処理間隔１９(＝ｎ)が、上記した数式に従って相互相関
処理条件設定部１８により自動的に計算されるように構
成してあり、これが、この実施形態の特徴である。
処理間隔１９(＝ｎ)が、上記した数式に従って相互相関
処理条件設定部１８により自動的に計算されるように構
成してあり、これが、この実施形態の特徴である。
【００４１】そして、このとき必要な各種の数値、すな
わち、探触子の首振り角θ、欠陥深さｄ、翼植込部の頭
頂部から探触子までの距離Ｌ、探触子走査面から翼植込
部の頭頂部の下側で第１段フック部までの距離Ｄ、ター
ビンシャフト２の半径ｒ、タービンホイール１の半径
Ｒ、それにエンコーダのパルス信号を発信する移動距離
(エンコーダピッチ)ａについては、定数として、検査員
が相互相関処理条件設定部１８に設定するようになって
いる。
わち、探触子の首振り角θ、欠陥深さｄ、翼植込部の頭
頂部から探触子までの距離Ｌ、探触子走査面から翼植込
部の頭頂部の下側で第１段フック部までの距離Ｄ、ター
ビンシャフト２の半径ｒ、タービンホイール１の半径
Ｒ、それにエンコーダのパルス信号を発信する移動距離
(エンコーダピッチ)ａについては、定数として、検査員
が相互相関処理条件設定部１８に設定するようになって
いる。
【００４２】このとき、反射体識別部２４で用いる相関
係数のしきい値２５についても、検査員が相互相関処理
条件設定部１８により設定するようになっている。図６
は、相互相関処理条件設定部１８の入力画面の一例で、
これは、例えば人為的に欠陥と錆を発生させたテストロ
ータを検査したときに、一例として設定したものであ
る。
係数のしきい値２５についても、検査員が相互相関処理
条件設定部１８により設定するようになっている。図６
は、相互相関処理条件設定部１８の入力画面の一例で、
これは、例えば人為的に欠陥と錆を発生させたテストロ
ータを検査したときに、一例として設定したものであ
る。
【００４３】図６において、画面の左半分の領域には、
相互相関処理間隔１９を設定するための各条件が表示さ
れ、これに応じて、右上半分の領域に、求められた相互
相関処理間隔１９(ｎ)を表示している。このとき、(数
４)から与えられる相互相関処理間隔ｎは４であり、小
数点以下は切り捨てられている。
相互相関処理間隔１９を設定するための各条件が表示さ
れ、これに応じて、右上半分の領域に、求められた相互
相関処理間隔１９(ｎ)を表示している。このとき、(数
４)から与えられる相互相関処理間隔ｎは４であり、小
数点以下は切り捨てられている。
【００４４】また、右下半分の領域には、反射体識別部
２４と表示部２７で用いる反射体識別条件２５、すなわ
ち相関係数のしきい値と相関係数を平均する探触子位置
の点数が表示される。相互相関処理部２２では、こうし
て設定した相互相関処理間隔ｎ(＝４)の波形同士の演算
が行われ、相関係数２３が算出される。
２４と表示部２７で用いる反射体識別条件２５、すなわ
ち相関係数のしきい値と相関係数を平均する探触子位置
の点数が表示される。相互相関処理部２２では、こうし
て設定した相互相関処理間隔ｎ(＝４)の波形同士の演算
が行われ、相関係数２３が算出される。
【００４５】そして、反射体識別部２４において、この
相関係数２３と相互相関処理条件設定部１８で設定した
しきい値との大小関係が比較され、このときの超音波の
反射体が、図２に示すような割れ２８などの欠陥か、そ
れ以外の錆２９などであるかを識別する。このとき、各
探触子位置での相関係数としきい値との比較が困難な場
合は、複数の探触子位置の相関係数の平均値をしきい値
と比較するようにしてもよい。
相関係数２３と相互相関処理条件設定部１８で設定した
しきい値との大小関係が比較され、このときの超音波の
反射体が、図２に示すような割れ２８などの欠陥か、そ
れ以外の錆２９などであるかを識別する。このとき、各
探触子位置での相関係数としきい値との比較が困難な場
合は、複数の探触子位置の相関係数の平均値をしきい値
と比較するようにしてもよい。
【００４６】更に、相関係数の平均値としきい値の比較
も困難な場合は、相互相関処理条件設定部１８で設定し
た波形の間隔ｎを１増やし、再度、相互相関処理部２２
で演算して相関係数２３を算出し、反射体識別部２４で
相関係数２３としきい値の大小を比較して、探触子位置
の反射体が欠陥か錆等のそれ以外のものかを識別しても
よい。
も困難な場合は、相互相関処理条件設定部１８で設定し
た波形の間隔ｎを１増やし、再度、相互相関処理部２２
で演算して相関係数２３を算出し、反射体識別部２４で
相関係数２３としきい値の大小を比較して、探触子位置
の反射体が欠陥か錆等のそれ以外のものかを識別しても
よい。
【００４７】図７は、表示部２６での表示の一例で、上
記した信号処理法を用いて、人為的に欠陥と錆を発生さ
せたテストロータを検査した結果の一部を表示したもの
で、この図は、探触子位置を６０番目の間隔ｎから１４
０番目まで表示した場合の一例であるが、この実施形態
の場合、この表示範囲は検査員が自由に設定でき、検査
中、画面の右端まで表示が終了すると自動的更新される
ようになっている。
記した信号処理法を用いて、人為的に欠陥と錆を発生さ
せたテストロータを検査した結果の一部を表示したもの
で、この図は、探触子位置を６０番目の間隔ｎから１４
０番目まで表示した場合の一例であるが、この実施形態
の場合、この表示範囲は検査員が自由に設定でき、検査
中、画面の右端まで表示が終了すると自動的更新される
ようになっている。
【００４８】そして、画面の上段と下段には、それぞれ
各探触子位置、各探触子位置の相関係数及びしきい値が
グラフとして表示され、それぞれの右側には、対応する
相互相関処理間隔、しきい値、相関係数の平均点数が表
示されているが、これらは、相互相関処理条件設定部１
８で設定した値である。また、この図７では、図に網目
で示してあるように、反射体識別部２４で欠陥と識別さ
れた探触子位置範囲については、色付けされた帯で表示
されるようになっている。
各探触子位置、各探触子位置の相関係数及びしきい値が
グラフとして表示され、それぞれの右側には、対応する
相互相関処理間隔、しきい値、相関係数の平均点数が表
示されているが、これらは、相互相関処理条件設定部１
８で設定した値である。また、この図７では、図に網目
で示してあるように、反射体識別部２４で欠陥と識別さ
れた探触子位置範囲については、色付けされた帯で表示
されるようになっている。
【００４９】従って、この実施形態によれば、相互相関
処理条件設定部１８の表示画面を見ながら、キーボード
などの入力インターフェースを操作し、予め定数として
知ることができる数値を設定するだけで、常に最適な値
の相互相関処理間隔が自動的に設定されることになる。
そして、この結果、この実施形態によれば、特別な熟練
と経験を要することなく、高精度で高信頼に富んだ超音
波検査を容易に実施することができ、検査時間の低減を
図ることができる。
処理条件設定部１８の表示画面を見ながら、キーボード
などの入力インターフェースを操作し、予め定数として
知ることができる数値を設定するだけで、常に最適な値
の相互相関処理間隔が自動的に設定されることになる。
そして、この結果、この実施形態によれば、特別な熟練
と経験を要することなく、高精度で高信頼に富んだ超音
波検査を容易に実施することができ、検査時間の低減を
図ることができる。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、比較的簡便な探触子走
査法による低圧蒸気タービンホイール翼植込部の超音波
検査において、動翼を抜き取ることなく超音波検査を行
いながら、超音波の反射体が欠陥であるか欠陥以外のも
のであるかを精度よく識別することができるので、検査
の工程数削減と期間短縮が可能となる。
査法による低圧蒸気タービンホイール翼植込部の超音波
検査において、動翼を抜き取ることなく超音波検査を行
いながら、超音波の反射体が欠陥であるか欠陥以外のも
のであるかを精度よく識別することができるので、検査
の工程数削減と期間短縮が可能となる。
【図１】本発明による超音波検査装置の一実施形態を示
す説明図である。
す説明図である。
【図２】タービンホイール翼植込部に超音波検査を適用
した場合の割れと錆からの超音波反射の様子を示す説明
図である。
した場合の割れと錆からの超音波反射の様子を示す説明
図である。
【図３】割れ及び錆からの超音波による反射波の一例を
示す波形図である。
示す波形図である。
【図４】超音波検査における探触子位置と相関係数の関
係を説明するための特性図である。
係を説明するための特性図である。
【図５】本発明の一実施形態における相互相関処理間隔
の設定に必要な検査条件の説明図である。
の設定に必要な検査条件の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態における検査条件入力画面
の一例を示す説明図である。
の一例を示す説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による検査結果の一表示例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図８】従来技術によるタービンホイール翼植込部の超
音波検査の概要を示す説明図である。
音波検査の概要を示す説明図である。
１ タービンホイール
２ タービンシャフト
３ａ、３ｂ 探触子保持具
４ａ、４ｂ 車輪
５ エンコーダ
６ パルス信号
７ 位置読取り部
８ 位置信号
９ 探触子
１０ 超音波(経路)
１１ａ パルス信号
１１ｂ 超音波信号
１２ 探傷器
１３ トリガ信号
１４ 超音波信号
１５ Ａ／Ｄ変換部
１６ デジタル信号
１７ 記憶部
１８ 相互相関処理条件設定部
１９ 相互相関処理間隔
２０、２１ デジタル信号
２２ 相互相関処理部
２３ 相関係数
２４ 反射体識別部
２５ 反射体識別条件
２６ 識別結果
２７ 表示部
２８ 割れ
２９ 錆
３０ 動翼
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 永島 良昭
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
研究所内
(72)発明者 河野 尚幸
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
研究所内
(72)発明者 小池 正浩
茨城県日立市大みか町七丁目２番１号
株式会社 日立製作所 電力・電機開発
研究所内
(72)発明者 千葉 弘明
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式
会社 日立製作所 火力・水力事業部内
(72)発明者 飯田 英男
神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号
東京電力株式会社 エネルギー・環境
研究所内
(72)発明者 早川 学
神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号
東京電力株式会社 エネルギー・環境
研究所内
(72)発明者 黒木 雅彦
神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号
東京電力株式会社 エネルギー・環境
研究所内
(56)参考文献 特開 平10−267902（ＪＰ，Ａ)
松井祐二他４名，「タービン翼ダブテ
イル部の非解体超音波検査」，日本機械
学会関東支部・精密工学会 茨城講演会
講演論文集，日本，社団法人 日本機械
学会 関東支部，1997年 ９月17日，第
５−６頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 29/00 - 29/28
ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (2)
- 【請求項１】 タービンシャフトの周辺に沿って移動す
る部材に保持した探触子を用い、当該探触子によりター
ビンホイールの翼植込部に超音波を入射し、互いに異な
る探触子位置で収録した２種の反射波の受信波形を相互
相関処理して相関係数を算出し、この相関係数が予め定
めたしきい値より大きい場合には前記植込部に欠陥があ
るものと判断し、前記相関係数が前記しきい値より小さ
い場合には前記欠陥以外のものであると判断する方式の
超音波検査方法において、 前記相関係数を算出するために相互相関処理すべき２種
の反射波に対応する探触子位置の間隔を検査条件に基づ
いて計算する手段を用い、 前記手段に検査条件を入力することにより前記２種の反
射波に対応する探触子位置の間隔を自動的に計算するよ
うにしたことを特徴とする超音波検査方法。 - 【請求項２】 タービンシャフトの周辺に沿って移動す
る部材に保持した探触子を用い、当該探触子によりター
ビンホイールの翼植込部に超音波を入射し、互いに異な
る探触子位置で収録した２種の反射波の受信波形を相互
相関処理して相関係数を算出し、この相関係数が予め定
めたしきい値より大きい場合には前記植込部に欠陥があ
るものと判断し、前記相関係数が前記しきい値より小さ
い場合には前記欠陥以外のものであると判断する方式の
超音波検査装置において、 入力インターフェースを備えた相互相関処理条件設定部
を設け、 前記相互相関処理条件設定部は、前記入力インターフェ
ースから検査条件を入力することにより、前記相関係数
を算出するために相互相関処理すべき２種の反射波に対
応する探触子位置の間隔を自動的に計算するように構成
されていることを特徴とする超音波検査装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118382A JP3442057B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 超音波検査方法及び超音波検査装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118382A JP3442057B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 超音波検査方法及び超音波検査装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002310999A JP2002310999A (ja) | 2002-10-23 |
| JP3442057B2 true JP3442057B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=18968781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118382A Expired - Lifetime JP3442057B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | 超音波検査方法及び超音波検査装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3442057B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009282042A (ja) * | 2009-08-31 | 2009-12-03 | Hitachi Ltd | タービンフォーク超音波探傷装置及び方法 |
| CN104458911A (zh) * | 2014-12-16 | 2015-03-25 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种风力机叶片超声检测的缺陷种类判定方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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