JP6128635B2

JP6128635B2 - 加工孔の位置測定装置

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Publication number: JP6128635B2
Application number: JP2012240847A
Authority: JP
Inventors: 章浩切東; 川浪　精一; 精一川浪; 是木村; 河野　雄一; 雄一河野
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2017-05-17
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2014092363A

Description

本発明は、被加工物に加工されている加工孔の位置を測定する加工孔の位置測定装置に関する。

ガスタービンや蒸気タービンのタービン翼面は、複雑な３次元形状に形成されており、更に、その内部にはタービン翼を冷却する冷媒を流通させる冷却孔が複数穿孔加工されて、形成されている。形成された冷却孔の位置を測定するため、ＵＴ（Ultrasonic Transducer;超音波トランスデューサ）探触子を用いた探傷法が使用されている。

特開平１０−２８２０６９号公報特開２００６−３０８５６６号公報

ＵＴ探触子を用いた探傷法では、タービン翼面にＵＴ探触子を倣わせる必要があるが、タービン翼面が複雑な３次元形状であるため、ＵＴ探触子を自動で走査することが難しく、手動で行われていた。このため、タービン翼の冷却孔の加工時に、リアルタイムで冷却孔の位置を測定することができなかった。

又、翼面の表面に近い冷却孔の位置を検出しようとする場合、１つの振動子を用いるＵＴ探触子では不感帯が広いため、その不感帯と冷却孔の検出信号が重なると、検出が困難になったり、検出できたとしても、冷却孔の位置の測定精度が悪くなったりすることがあった。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、被加工物の表面への倣い性が高く、加工孔の位置の測定精度の向上を図ることができる加工孔の位置測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る加工孔の位置測定装置は、
被加工物の内部に加工された加工孔又は被加工物の内部に加工中の加工孔の位置を測定する加工孔の位置測定装置において、
超音波を送信する振動子と前記超音波を受信する他の振動子を有し、前記被加工物の表面に接触面を接触させる探触子と、
前記探触子を保持すると共に、前記被加工物の表面に倣って、前記探触子の角度を変更させて、前記探触子の前記接触面を接触させる倣い機構と、
前記倣い機構を保持すると共に、前記探触子を前記被加工物の表面に沿って移動させる走査機構と、
前記倣い機構及び前記走査機構から前記探触子の位置を取得し、前記探触子から前記超音波の反射信号を取得して、前記加工孔の位置を検出する測定制御手段とを備え、
前記倣い機構は、所定方向に前記探触子を回転させる第１の回転軸と前記所定方向と直交する方向に前記探触子を回転させる第２の回転軸の少なくとも２つの回転軸と、前記探触子の前記接触面と共に前記被加工物の表面に接触するローラと、前記探触子の前記接触面と前記ローラの間に設けられ、前記走査機構に保持される支持部材とを有することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る加工孔の位置測定装置は、
上記第１の発明に記載の加工孔の位置測定装置において、
前記被加工物に対し、所定の表面側に前記探触子、前記倣い機構及び前記走査機構を配置すると共に、前記所定の表面側と反対の表面側に他の前記探触子、他の前記倣い機構及び他の前記走査機構を配置することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る加工孔の位置測定装置は、
上記第１、第２の発明に記載の加工孔の位置測定装置において、
前記探触子の前記接触面の大きさを、５ｍｍ角以下又は直径５ｍｍ以下とすることを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る加工孔の位置測定装置は、
上記第１〜第３のいずれか１つの発明に記載の加工孔の位置測定装置において、
前記測定制御手段は、前記走査機構を用いて、特定の前記加工孔の設計経路範囲内を前記探触子で走査し、前記設計経路範囲内から前記超音波の反射信号が得られない場合には、前記加工孔の位置がずれていると判定することを特徴とする。

本発明によれば、探触子を保持する倣い機構、又は、弾性変形可能な探触子及び変形部材を用いるので、被加工物の表面への倣い性が高く、加工孔の位置の測定精度の向上を図ることができる。その結果、被加工物の表面での自動走査が可能となり、加工中においても、加工孔の位置をリアルタイムで測定することができる。

又、超音波を送信する振動子と反射した超音波を受信する他の振動子を有する探触子を用いるので、その不感帯を低減し、被加工物の表面に近い加工孔を検出することができる。

又、被加工物に対し、所定の表面側にだけでなく、所定の表面側と反対の表面側にも探触子を配置する場合には、被加工物の内部の加工孔に対して、所定の表面側からだけでなく、その反対側の表面側からも位置を検出するので、被加工物の表面に近い加工孔の検出性を更に向上させることができる。

本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態の一例（実施例１）を示す概略構成図である。図１に示した加工孔の位置測定装置で用いるＵＴ探触子を説明する概略構成図である。図２に示したＵＴ探触子を保持すると共に、ＵＴ探触子の接触面をタービン翼面に倣わせる倣い機構を説明する斜視図である。図３に示した倣い機構を保持すると共に、ＵＴ探触子を走査方向に移動させる走査機構を説明する概略構成図である。図１に示した加工孔の位置測定装置におけるＵＴ探触子の走査を説明する図である。図５に示したＵＴ探触子の走査を説明する拡大図である。本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態の他の一例（実施例２）として、ＵＴ探触子をタービン翼面の両面に配置した構成における測定を説明する図である。本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態の他の一例（実施例３）として、タービン翼面におけるＵＴ探触子の走査を説明する図である。本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態の参考例（参考例１）を示す概略構成図である。図９に示した加工孔の位置測定装置におけるフレキシブルアレイ探触子の走査を説明する図である。図９に示した加工孔の位置測定装置におけるフレキシブルアレイ探触子をタービン翼面の両面に配置した構成を説明する図である。本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態の他の参考例（参考例２）を説明する図である。

以下、図１〜図１２を参照して、本発明に係る加工孔の位置測定装置の実施形態を説明する。なお、以降の説明では、被加工物としてタービン翼を例示して説明を行うが、加工孔が内部に穿孔加工される被加工物であれば、他のものでもよい。又、加工済みの加工孔を測定対象としてもよいし、加工中の加工孔を測定対象としてもよい。

（実施例１）
図１は、本実施例の加工孔の位置測定装置を示す概略構成図であり、図２は、図１に示した加工孔の位置測定装置で用いるＵＴ探触子を説明する概略構成図であり、図３は、図２に示したＵＴ探触子を保持すると共に、ＵＴ探触子の接触面をタービン翼面に倣わせる倣い機構を説明する斜視図であり、図４は、図３に示した倣い機構を保持すると共に、ＵＴ探触子を走査方向に移動させる走査機構を説明する概略構成図である。まず、図１〜図４を参照して、本実施例の加工孔の位置測定装置の構成を説明する。

本実施例の加工孔の位置測定装置１０は、２つの振動子を用いるＵＴ探触子２０と、ＵＴ探触子２０を保持すると共に、ＵＴ探触子２０の接触面をタービン翼６０の翼面に倣わせる倣い機構３０と、倣い機構３０を保持すると共に、倣い機構３０と共にＵＴ探触子２０を走査方向に移動させる走査機構４０と、走査機構４０を制御すると共に、ＵＴ探触子２０の位置の位置データやＵＴ探触子２０を用いて測定した超音波データを取得する測定制御部５０とを備えている。

ＵＴ探触子２０は、図２に示すように、超音波を送信する振動子２１と反射した超音波を受信する他の振動子２２の２つを筐体２３の内部に設けており、振動子２１と振動子２２の間には、送信用の振動子２１からの渡り込み信号２４の混入を防止する音響隔離板２５が設けられている。ＵＴ探触子２０の接触面２６をタービン翼６０の表面に接触させ、振動子２１で超音波を発生させると、この超音波が、タービン翼６０の内部に形成された冷却孔６１で反射し、振動子２２で受信されて、冷却孔６１の位置を測定することになる。ＵＴ探触子２０の接触面２６は、例えば、５ｍｍ角程度以下又は直径５ｍｍ程度以下の大きさが望ましい。

２つの振動子２１、２２を有するＵＴ探触子２０を用いることにより、超音波の焦点位置を浅く調整することができ、これにより、表面近傍の不感帯を小さくして、表面近傍の冷却孔６１からの反射信号を得ることができ、翼面表面に近い冷却孔６１の検出が可能となる。又、タービン翼６０は複雑な３次元曲面形状であるため、場所によって曲率が異なるが、ＵＴ探触子２０の接触面２６を５ｍｍ角程度以下又は直径５ｍｍ程度以下の大きさとすることにより、曲率の影響を受けずに、タービン翼６０の翼面に接触面２６を接触させることができ、複雑な３次元形状のタービン翼６０の翼面に倣うように、ＵＴ探触子２０を走査することができる。

上述したＵＴ探触子２０は、図３に示す倣い機構３０に保持されている。倣い機構３０は、図３に示すように、ＵＴ探触子２０の筐体２３の周囲を保持するホルダ３１と、翼長方向Ｌの方向に回転可能な第１の回転軸３２と、ＵＴ探触子２０と共にホルダ３１を第１の回転軸３２により回転可能に支持する第１の回転支持部材３３と、翼長方向Ｌと直交する翼幅方向Ｗの方向に回転可能な第２の回転軸３４と、第１の回転支持部材３３を第２の回転軸３４により回転可能に支持する第２の回転支持部材３５と、第２の回転軸３４に同軸に設けられると共に、第２の回転支持部材３５を挟んで、ＵＴ探触子２０とは反対側に設けられ、ＵＴ探触子２０の接触面２６と共に、タービン翼６０の翼面と接触する支点となるローラ３６と、翼長方向Ｌの方向に回転可能な第３の回転軸３７と、第２の回転支持部材３５を第３の回転軸３７により回転可能に支持する第３の回転支持部材３８とを備えている。

回転軸３２、３４、３７の近傍には、被支持部材側（例えば、第１の回転軸３２では、ＵＴ探触子２０及びホルダ３１側、第２の回転軸３４では、第１の回転支持部材３３側、第３の回転軸３７では、第２の回転支持部材３５側）が初期位置から回転すると、回転方向とは逆方向に付勢力を付与するバネ等の弾性部材（図示省略）が各々設けられている。又、角度センサ（図示省略）を各々設けることにより、これらの角度センサにより、ＵＴ探触子２０の角度を検出し、冷却孔位置測定に用いることもできる。

上述した倣い機構３０は、所謂、複数の回転軸３２、３４、３７を有するジンバル機構であり、これにより、タービン翼６０の翼面の形状に対応して、ＵＴ探触子２０の角度を変更させて、ＵＴ探触子２０の接触面２６をタービン翼６０の翼面に接触させており、小型のＵＴ探触子２０の接触面２６のタービン翼６０の翼面への追従性（倣い性）を確保することができる。特に、倣い機構３０は、翼長方向Ｌの方向に回転可能な２つの回転軸３２、３７を備えており、この２つの回転軸３２、３７により、タービン翼６０の倒れ（翼長方向Ｌの傾き）に対応して、その追従性（倣い性）を向上させている。

又、第２の回転軸３４に設けたローラ３６が、タービン翼６０の翼面に接触する１つの支点となり、ＵＴ探触子２０の接触面２６の側端部の少なくとも２ヶ所が、タービン翼６０の翼面に接触する２つの支点となるので、少なくとも３ヶ所でタービン翼６０の翼面に接触して、接触面２６をタービン翼６０の翼面に安定して接触させることができる。

又、第２の回転支持部材３５及び第３の回転支持部材３８は、ＵＴ探触子２０の接触面２６とローラ３６の中央部分に、つまり、上述した３つの支点の中央部分に配置されており、これにより、接触面２６をタービン翼６０の翼面に安定して接触させることができる。

このような倣い機構３０を用いることにより、不安定な小型のＵＴ探触子２０を、タービン翼６０の翼面に安定して接触させて、走査させることができる。又、このような倣い機構３０を用い、後述する走査機構４０で走査することにより、タービン翼６０の翼面を自動で走査することが可能となり、更には、冷却孔６１の加工時において、リアルタイムで冷却孔６１の位置測定も可能となる。

例えば、図４には、先端側から見たタービン翼６０における各位置でのＵＴ探触子２０及び倣い機構３０の状態を示している。図４中の翼幅方向Ｗの右側の位置においては、タービン翼６０の翼面の傾きに追従して、ＵＴ探触子２０と共に倣い機構３０の第１の回転支持部材３３が翼幅方向Ｗの右側に傾いている。一方、図４中の翼幅方向Ｗの左側の位置においては、タービン翼６０の翼面の傾きに追従して、ＵＴ探触子２０と共に倣い機構３０の第１の回転支持部材３３が翼幅方向Ｗの左側に傾いている。又、図４中の翼幅方向Ｗの中央付近においては、タービン翼６０の翼面がＺ方向に略垂直であるので、その状態に追従して、ＵＴ探触子２０と共に倣い機構３０の第１の回転支持部材３３は、Ｚ方向に略垂直となっている。

上述した倣い機構３０は、図４に示す走査機構４０に保持されている。走査機構４０は、図４に示すように、倣い機構３０の第３の回転支持部材３８を固定する第１のガイドブロック４１及び第１のガイドブロック４１をＺ方向に移動可能に支持する第１のガイドレール４２からなる第１のリニアガイド４３と、第１のガイドレール４２を固定する第２のガイドブロック４４及び第２のガイドブロック４４をＹ方向に移動可能に支持する第２のガイドレール４５からなる第２のリニアガイド４６と、第２のガイドレール４５を固定する第３のガイドブロック（図示省略）及び第３のガイドブロックをＸ方向に移動可能に支持する第３のガイドレール（図示省略）からなる第３のリニアガイド４７とを備えている。

又、第１のリニアガイド４３、第２のリニアガイド４６、第３のリニアガイド４７には、各々モータやエンコーダが設けられており、これらのエンコーダにより、ＵＴ探触子２０の位置が検出できるようになっている。このような走査機構４０を用いて、ＵＴ探触子２０をタービン翼６０の表面に沿って移動させている。

そして、測定制御部５０（測定制御手段）は、走査機構４０を制御して、タービン翼６０の翼面表面に沿って、ＵＴ探触子２０を走査させ、走査機構４０からの位置信号（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向エンコーダ信号）の位置データを取得すると共に、ＵＴ探触子２０を用いて測定した超音波反射信号の超音波データを取得して、タービン翼６０内部の冷却孔６１の位置を測定することになる。

次に、本実施例の加工孔の位置測定装置１０におけるＵＴ探触子２０の走査について、図５、図６を参照して説明を行う。ここで、図５は、本実施例におけるＵＴ探触子２０の走査を説明する図であり、図６は、図５に示したＵＴ探触子の走査を説明する図であり、領域Ａの拡大図である。

タービン翼６０には、その内部に複数の冷却孔が形成されているが、中でも、翼長方向Ｌに沿って形成されている複数の冷却孔６１は、それらの冷却効率を高めるためには、それらを形成した位置が重要である。そこで、本実施例では、図６に示すように、複数の冷却孔６１を走査対象とし、まず、両端部の冷却孔６１の間を翼幅方向Ｗ（走査機構４０のＹ方向）の方向にＵＴ探触子２０を走査し、その後、翼長方向Ｌ（走査機構４０のＸ方向）の方向にＵＴ探触子２０を移動し、その後、同じく、両端部の冷却孔６１の間を翼幅方向Ｗの方向にＵＴ探触子２０を走査しており、このような走査手順を、タービン翼６０の先端側（Ｘ方向の上方側）から基部６０ａ側（Ｘ方向の下方側）まで繰り返し行っている。

このような操作手順を、測定制御部５０を用いて行うことにより、複雑な３次元形状のタービン翼６０の内部に形成された複数の冷却孔６１の位置を自動的に測定することができる。更に、本実施例の加工孔の位置測定装置１０は、冷却孔６１の加工中に使用することも可能であり、例えば、測定制御部５０で取得した冷却孔６１の位置を、冷却孔６１を加工する加工制御装置にフィードバックし、目標位置と位置ズレを校正することにより、リアルタイムでの冷却孔６１の位置の測定及び加工が可能となる。

（実施例２）
本実施例の加工孔の位置測定装置は、実施例１において説明した加工孔の位置測定装置１０と基本的に同じ構成を有しているが、実施例１では、ＵＴ探触子２０をタービン翼６０の一方の翼面側でのみ走査可能な構成であるのに対して、本実施例では、タービン翼６０の他方（反対側）の翼面側でも走査可能な構成としている。

具体的には、ＵＴ探触子２０、倣い機構３０及び走査機構４０を、タービン翼６０の一方の翼面側だけでなく、その反対側の他方の翼面側にも配置している。そして、両翼面に対するＵＴ探触子２０、倣い機構３０及び走査機構４０を、測定制御部５０が全て制御して、測定データを取得している。なお、測定制御部５０は１つでもよいが、翼面毎に個別に設けてもよい。

図７を参照して本実施例の説明を行う。ここで、図７は、本実施例におけるＵＴ探触子２０の測定を説明する図である。本発明では、２つの振動子２１、２２を有するＵＴ探触子２０を用いているので、不感帯が小さく、翼面の表面近傍の冷却孔６１も、ある程度の近さまでは測定可能である。しかしながら、ＵＴ探触子２０でも不感帯が全く無くなる訳ではないので、翼面の表面の極近傍の冷却孔６１は、表面に近すぎるため、測定が困難なことがある。例えば、図７において、冷却孔６１_P1を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ａ_P1、冷却孔６１_P2を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ａ_P2は、冷却孔６１_P1、冷却孔６１_P2の翼面表面からの距離がある程度長いため、それらの位置の測定は可能であるが、冷却孔６１_P3を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ａ_P3は、冷却孔６１_P3の翼面表面からの距離が短いため、その測定が困難であった。

そこで、本実施例では、一方の翼面側だけでなく、その反対側の翼面側にも、同様のＵＴ探触子２０ｂを配置している。この場合、例えば、図７において、冷却孔６１_P1を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ｂ_P1、冷却孔６１_P2を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ｂ_P2は、冷却孔６１_P1、冷却孔６１_P2の翼面表面からの距離がある程度長いため、それらの位置の測定は可能であり、冷却孔６１_P3を測定する位置にあるＵＴ探触子２０ｂ_P3も、冷却孔６１_P3の翼面表面からの距離がある程度長いため、その測定が可能となる。つまり、両翼面側から冷却孔６１の位置を測定することにより、翼面の表面の極近傍の冷却孔６１を検出可能となり、測定可能エリアを増大することができる。

（実施例３）
本実施例の加工孔の位置測定装置は、実施例１において説明した加工孔の位置測定装置１０と同じ構成であるが、実施例１では、複数の冷却孔６１を対象として、ＵＴ探触子２０を走査するのに対して、本実施例では、特定の１つの冷却孔６１を対象とし、当該冷却孔６１の設計経路範囲内を走査するようにしている。

図８を参照して本実施例の説明を行う。ここで、図８は、本実施例におけるＵＴ探触子の走査を説明する図であり、図５の領域Ａの拡大図に該当する。実施例１においては、複数の冷却孔６１を走査対象としたが、本実施例では、特定の１つの冷却孔６１に着目し、着目した冷却孔６１の設計経路の範囲内でＵＴ探触子２０を走査させる。例えば、走査範囲Ｓを１０ｍｍ程度以下の範囲に限定すれば、走査の簡略化、測定時間の短縮が可能となり、特に、加工中にリアルタイムで測定し、フィードバック制御を行う場合に、特に有効である。又、走査範囲内から反射信号（反射エコー）が得られない場合には、加工した冷却孔６１の位置がずれていることを簡便に判定することができる。

（参考例１）
図９は、本参考例の加工孔の位置測定装置を示す概略構成図であり、図１０は、本参考例におけるフレキシブルアレイ探触子の走査を説明する図である。まず、図９を参照して、本参考例の加工孔の位置測定装置の構成を説明する。

本参考例の加工孔の位置測定装置７０は、弾性変形可能な材料から形成され、多数の振動子が長手方向に配置されたフレキシブルアレイ探触子（以降、ＦＡ探触子と呼ぶ。）７１と、ＦＡ探触子７１を表面に保持すると共に、弾性変形可能な材料（ゴム等）から形成された変形部材７２と、変形部材７２に取り付けられ、ＦＡ探触子７１と共に変形部材７２をタービン翼６０の翼面に押し付ける押付機構７３と、押付機構７３を保持すると共に、押付機構７３と共にＦＡ探触子７１及び変形部材７２を走査方向に移動させる走査機構７４と、走査機構４７を制御すると共に、ＦＡ探触子７１の位置データやＦＡ探触子７１を用いて測定した超音波データを取得する測定制御部７５とを備えている。

ＦＡ探触子７１は、超音波を送信する振動子と反射した超音波を受信する他の振動子を多数有しており、例えば、振動子となる圧電素子を樹脂等からなる弾性変形可能なフレキシブル基板の長手方向に多数配置して、形成している。このＦＡ探触子７１において、冷却孔６１の位置の検出は、冷却孔６１からの反射信号を得た振動子の位置から算出することができる。

そして、押付機構７３を用いて、ＦＡ探触子７１及び変形部材７２をタービン翼６０の翼面に押し付けることにより、ＦＡ探触子７１及び変形部材７２がタービン翼６０の翼面の曲面へ倣って共に変形し、ＦＡ探触子７１の接触面がタービン翼６０の翼面の曲面へ倣うように接触することになる。

又、走査機構７４は、実施例１で説明した走査機構４０と略同等の構成、機能を有するものであるが、少なくとも、Ｘ方向及びＹ方向にＦＡ探触子７１を移動し、Ｘ方向及びＹ方向の位置信号を取得可能であればよい。特に、本参考例の場合、１つのＦＡ探触子７１で複数の冷却孔６１を測定可能であるので、１方向のみの走査、例えば、図１０に示すように、翼長方向Ｌ（Ｘ方向）のみの走査を行うようにしてもよい。この場合、ＦＡ探触子７１の走査は、１方向のみであるので、走査が簡便になる。

従って、測定制御部７５は、走査機構７４を制御して、タービン翼６０の翼面表面に沿って、ＦＡ探触子７１を走査させ、走査機構７４からの位置信号（Ｘ、Ｙ方向エンコーダ信号）の位置データを取得すると共に、ＦＡ探触子７１を用いて測定した超音波反射信号の超音波データ及び振動子の位置データを取得して、タービン翼６０内部の冷却孔６１の位置を測定することになる。

本参考例の加工孔の位置測定装置７０を用いることにより、複雑な３次元形状のタービン翼６０の内部に形成された複数の冷却孔６１の位置を自動的に測定することができる。更に、本参考例の加工孔の位置測定装置７０も、冷却孔６１の加工中に使用することが可能であり、例えば、測定制御部７５で取得した冷却孔６１の位置を、冷却孔６１を加工する加工制御装置にフィードバックし、目標位置と位置ズレを校正することにより、リアルタイムでの冷却孔６１の位置の測定及び加工が可能となる。加えて、１つのＦＡ探触子７１で複数の冷却孔６１を測定可能であるので、１方向のみの走査でもよく、走査が簡便になり、測定時間の短縮を図ることもできる。

なお、図９、図１０では、ＦＡ探触子７１をタービン翼６０の一方の翼面側でのみ走査可能な構成であるが、図１１に示すように、タービン翼６０の他方の翼面側でも走査可能としてもよい。具体的には、ＦＡ探触子７１、変形部材７２、押付機構７３及び走査機構７４を、タービン翼６０の一方の翼面側だけでなく、その反対側の他方の翼面側にも配置する。そして、両翼面に対するＦＡ探触子７１、変形部材７２、押付機構７３及び走査機構７４を、測定制御部７５が全て制御して、測定データを取得している。なお、測定制御部７５は１つでもよいが、翼面毎に個別に設けてもよい。

このように、タービン翼６０の両翼面側から冷却孔６１からの反射信号を検出することにより、不感帯を低減した測定が可能となる。又、ＦＡ探触子７１の一方の翼面側を送信側とし、他方の翼面側を受信側とし、超音波の反射波ではなく、透過波を検出することにより、冷却孔６１の位置を特定することもできる。

（参考例２）
本参考例の加工孔の位置測定装置は、参考例１において説明した加工孔の位置測定装置７０と基本的に同じ構成を有しているが、参考例１では、多数の振動子を長手方向に配置したフレキシブルアレイ探触子７１を用いているのに対して、本参考例では、図１２に示すように、多数の振動子を格子状に配列したフレキシブルマトリクスアレイ探触子（以降、ＦＭＡ探触子と呼ぶ。）８１を用いている。

具体的には、本参考例の加工孔の位置測定装置は、弾性変形可能な材料から形成され、多数の振動子が格子状に配列されたＦＭＡ探触子８１と、上述した変形部材７２、押付機構７３、走査機構７４及び測定制御部７５とを備えている。

本参考例の加工孔の位置測定装置において、ＦＭＡ探触子８１は、超音波を送信する振動子と反射した超音波を受信する他の振動子を多数有しており、例えば、振動子となる圧電素子を樹脂等からなるフレキシブル基板に格子状に多数配列して、形成している。このＦＭＡ探触子８１においても、冷却孔６１の位置の検出は、冷却孔６１からの反射信号を得た振動子の位置から算出することができる。なお、このＦＭＡ探触子８１が上述した変形部材７２の表面に保持されため、変形部材７２は、ＦＭＡ探触子８１に対応する大きさとなっている。

そして、押付機構７３を用いて、ＦＭＡ探触子８１及び変形部材７２をタービン翼６０の翼面に押し付けることにより、ＦＭＡ探触子８１及び変形部材７２がタービン翼６０の翼面の曲面へ倣って共に変形し、ＦＭＡ探触子８１の接触面がタービン翼６０の翼面の曲面へ倣うように接触することになる。

又、走査機構７４は、実施例１で説明した走査機構４０と略同等の構成、機能を有するものであるが、少なくとも、Ｘ方向及びＹ方向にＦＭＡ探触子８１を移動し、Ｘ方向及びＹ方向の位置信号を取得可能であればよい。特に、本参考例の場合、１つのＦＭＡ探触子８１で複数の冷却孔６１を広い範囲において測定可能であるので、例えば、図１２に示すように、走査を行わずに測定を行うようにしてもよい。

従って、測定制御部７５は、走査機構７４からの位置信号（Ｘ、Ｙ方向エンコーダ信号）の位置データを取得すると共に、ＦＭＡ探触子８１を用いて測定した超音波反射信号の超音波データ及び振動子の位置データを取得して、タービン翼６０内部の冷却孔６１の位置を測定することになる。

本参考例の加工孔の位置測定装置を用いることにより、複雑な３次元形状のタービン翼６０の内部に形成された複数の冷却孔６１の位置を自動的に測定することができる。更に、本参考例の加工孔の位置測定装置も、冷却孔６１の加工中に使用することが可能であり、例えば、測定制御部７５で取得した冷却孔６１の位置を、冷却孔６１を加工する加工制御装置にフィードバックし、目標位置と位置ズレを校正することにより、リアルタイムでの冷却孔６１の位置の測定及び加工が可能となる。加えて、１つのＦＭＡ探触子８１で複数の冷却孔６１を広い範囲で測定可能であるので、測定時間の短縮を図ることもできる。

なお、図１２では、ＦＭＡ探触子８１をタービン翼６０の一方の翼面側に配置しているが、タービン翼６０の他方（反対側）の翼面側にも配置した構成としてもよい。具体的には、ＦＭＡ探触子８１、変形部材７２、押付機構７３及び走査機構７４を、タービン翼６０の一方の翼面側だけでなく、その反対側の他方の翼面側にも配置する。そして、両翼面に対するＦＭＡ探触子８１、変形部材７２、押付機構７３及び走査機構７４を、測定制御部７５が全て制御して、測定データを取得している。なお、測定制御部７５は１つでもよいが、翼面毎に個別に設けてもよい。

このように、タービン翼６０の両翼面側から冷却孔６１からの反射信号を検出することにより、不感帯を低減した測定が可能となる。又、ＦＭＡ探触子８１の一方の翼面側を送信側とし、他方の翼面側を受信側とし、超音波の反射波ではなく、透過波を検出することにより、冷却孔６１の位置を特定することもできる。

本発明は、被加工物に加工された加工孔の位置の測定に適用するものであるが、特に、複雑な３次元形状を有するタービン翼に加工された冷却孔の位置測定に好適である。

１０、７０加工孔の位置測定装置
２０ＵＴ探触子
２１、２２振動子
２６接触面
３０倣い機構
３２第１の回転軸
３３第１の回転支持部材
３４第２の回転軸
３５第２の回転支持部材
３６ローラ
３７第３の回転軸
３８第３の回転支持部材
４０、７４走査機構
４３第１のリニアガイド
４６第２のリニアガイド
４７第３のリニアガイド
５０、７５測定制御部（測定制御手段）
６０タービン翼
６１冷却孔
７１フレキシブルアレイ探触子
７２変形部材
７３押付機構
８１フレキシブルマトリクスアレイ探触子

Claims

被加工物の内部に加工された加工孔又は被加工物の内部に加工中の加工孔の位置を測定する加工孔の位置測定装置において、
超音波を送信する振動子と前記超音波を受信する他の振動子を有し、前記被加工物の表面に接触面を接触させる探触子と、
前記探触子を保持すると共に、前記被加工物の表面に倣って、前記探触子の角度を変更させて、前記探触子の前記接触面を接触させる倣い機構と、
前記倣い機構を保持すると共に、前記探触子を前記被加工物の表面に沿って移動させる走査機構と、
前記倣い機構及び前記走査機構から前記探触子の位置を取得し、前記探触子から前記超音波の反射信号を取得して、前記加工孔の位置を検出する測定制御手段とを備え、
前記倣い機構は、所定方向に前記探触子を回転させる第１の回転軸と前記所定方向と直交する方向に前記探触子を回転させる第２の回転軸の少なくとも２つの回転軸と、前記探触子の前記接触面と共に前記被加工物の表面に接触するローラと、前記探触子の前記接触面と前記ローラの間に設けられ、前記走査機構に保持される支持部材とを有することを特徴とする加工孔の位置測定装置。
請求項１に記載の加工孔の位置測定装置において、
前記被加工物に対し、所定の表面側に前記探触子、前記倣い機構及び前記走査機構を配置すると共に、前記所定の表面側と反対の表面側に他の前記探触子、他の前記倣い機構及び他の前記走査機構を配置することを特徴とする加工孔の位置測定装置。
請求項１又は請求項２に記載の加工孔の位置測定装置において、
前記探触子の前記接触面の大きさを、５ｍｍ角以下又は直径５ｍｍ以下とすることを特徴とする加工孔の位置測定装置。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の加工孔の位置測定装置において、
前記測定制御手段は、前記走査機構を用いて、特定の前記加工孔の設計経路範囲内を前記探触子で走査し、前記設計経路範囲内から前記超音波の反射信号が得られない場合には、前記加工孔の位置がずれていると判定することを特徴とする加工孔の位置測定装置。