JPH01161145A

JPH01161145A - 超音波検査方法及び装置

Info

Publication number: JPH01161145A
Application number: JP62319549A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Koike; 正浩小池; Fuminobu Takahashi; 高橋　文信; Toshiyuki Furukawa; 俊行古川; Yuji Ichinose; 祐治一ノ瀬
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-12-17
Filing date: 1987-12-17
Publication date: 1989-06-23

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、超音波により構造物等を検査する超音波検査
方法及び装置に係り、特にタービンディスクタブゾール
講のような複雑形状の被検査体内部の欠陥を検出するの
に好適な超音波検査方法及ひ装置に関する。

〔従来の技術〕

タービンディスクタブテール溝のような複雑形状の被検
査体内部の欠陥を検出するための従来の超音波検査方法
及び装置には、特開昭６１１５５８５６号に記載のもの
、及び特開昭６１１５５８５５号に記載のものがある。

特開昭６１１５５８５６号に記載の超音波検査装置は、
探触子、掃引水平増幅器、検波回路、ター１〜発生器、
レベル弁別器、形状エコーを検出するためのゲート回路
、欠陥エコーを検出するためのグー１〜回路、論理積ク
ー１−１論理和ゲー１〜から成る。この装置による検査
方法の内容を第９図及び第１０図を参照して説明する。

第９図は、複雑形状の被検査体の典型例であるタービン
ディスクタブテール溝の検査状況を示し、第１０図はそ
のときの受信波の波形を示す。

第９図に示すように、探触子１００から被検査体１０１
の内部に超音波を入射し、被検査体内部からの反射波を
受信する。その場合、欠陥ｆ、ｇが存在すると、第１０
図に示すように、被検査体形状面の加工凹凸部ａ、ｂ、
ｃからの反射波（以下形状ｘ−を−と呼ぶ）ｐａ　、Ｐ
ｂ　、Ｐｃと、欠陥ｆ。

ｇからの反射波（以下欠陥エコーと呼ぶ）Ｐｆ。

Ｐｇが受信できる。形状エコーを検出するために形成し
たゲー１−Ｇａ　、Ｇｂ　、Ｇｃ内に、形状エコーＰａ
　、Ｐｂ　、Ｐｃが得られた時、探触子１００が被検査
体１０１上の適切な位置に設置てきたと判断する。この
状態で、欠陥エコーＰｆ　、Ｐ（］を検出するために形
成したゲー１〜Ｇ　ｆ、　ＧＣｌ内の少なくともどちら
かに欠陥エコーＰｆ　、ＰＧか得られた時に欠陥が存在
すると判断する。しかしながら、欠陥ｇの位置により、
欠陥エコーＰ（＋が形状エコーＰＣＩと重なるため、間
違った判断をすることがある。

そこで特開昭６１−１５５８５５号記載の超音波探出装
置ては、アレイ探触子を用い、探触子からの送受信が所
望の指向性及び集束距離を持つように各振動子を位相制
御している。このようにこの装置ては集束した超音波を
用いているため、欠陥ｇからの反射波か得られる時には
形状ｄがらの反射波が得られない。従って、欠陥エコー
Ｐｇと形状エコーＰｄとが重なることはない。

〔発明か解決しようとする問題点〕

ところで被検査体の欠陥には、第１１図に示すように、
探触子を欠陥の真上の位置に設置した場合、欠陥面が探
触子からの超音波に対してほぼ直交するタイプ■の欠陥
（以下周方向欠陥と呼ぶ）と、欠陥面が探触子からの超
音波とほぼ平行するタイプ■の欠陥（以下径方向欠陥と
呼ぶ）と、両者の中間の欠陥とがある。

上記従来の装置では、タイプ■の周方向欠陥は検出でき
る。しかしながら、タイプ■の径方向欠陥またはタイプ
■に近い中間型の欠陥の場合には、超音波に対する欠陥
の反射面積が小さいため、反射波が小さくなり、検出が
困難であるという問題があった。

本発明の目的は、タービンティスフタブタール講のよう
な複雑形状の被検査体の径方向欠陥を検出することので
きる超音波検査方法及び装置を提１共することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、被検査体内部に送信された超音波を被検査
体内部の被検査体形状面で反射させ、この反射した超音
波を欠陥に対し斜め方向から入射させることにより欠陥
の有無を検出することを特徴とする超音波検査方法によ
って達成される。

また上記目的は、被検査体内部へ超音波を送信すると共
に、被検査体内部の欠陥からの反射波を受信する送受信
用探触子と、この送受信用探触子がら送信された超音波
による被検査体形状面からの反射波を受信する受信用探
触子と、送受信用探触子及び受信用探触子の両受倍波か
ら欠陥の有無を判定する処理手段とを設けたことを特徴
とする超音波検査装置によって達成される。

〔作用〕

本発明の超音波検査方法においては、被検査体形状面て
反射させた超音波を利用して欠陥に斜め方向から入射さ
せているため、超音波に対する径方向欠陥の反射面積が
大きくなる。このため怪力白欠陥であっても超音波から
の強い反射波を得ることができ、径方向欠陥の有無を検
出することができる。

本発明の超音波検査装置においては、欠陥からの反射波
を一探触子法により送受信用探触子て受信し、被検査体
形状面からの反射波の欠陥の遮蔽による変化を二探触了
法により受信用探触子て受ＩＪ：する。径方向欠陥がな
い場合には、−探触子法では欠陥からの反射波か受信で
きず、二探触子法ては被検査体形状面からの反射波がそ
のまま受信てき、両者の受信波の差１８号は被検査体形
状面からの反射波に等しいほぼ一定値となる。径方向欠
陥が存在すると、−探触子法ては欠陥からの反射波が受
信てき、二探触子法では欠陥の遮蔽により受信波が小さ
くなり、両者の受信波の差信号は前記一定値より小さく
なる。そこで、この差ｆハ号が変化する場合に、欠陥が
存在すると判断する。これによって、径方向欠陥を確実
に検出することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

まず、本発明の超音波検査方法の欠陥検出の原理を第１
図ないし第５図を参照して説明する。

第１図において、検査対象としては、複雑形状の被検査
体の典型例であるタービンディスクタブテール溝１を考
え、その欠陥の有無の検査に本発明の超音波検査方法を
適用する。第１図（ａ）はタービンディスクタブテール
溝１を備えたタービンディスク及びブレードの全体を示
し、タービンディスクタブテール溝１の第２段フックに
は、第１図（１））及び（ｃ）に示すような深さｄ、長
さ（の人］−的な径方向欠陥Ｆが設けである。まず、第
１図（ｃ）に示すように、人工欠陥Ｆに対し斜め方向か
ら超音波を入射し、被検査体形状面であるフック上面て
１回反射させ、この反射した超音波を人工欠陥Ｆに対し
て斜め方向から入射させ、その超音波強度が剋犬となる
部分即ち音軸が人工欠陥Ｙパにあなる位置に、送受信用
探触子２を設置する。次いで、人工欠陥Ｆを対称軸とし
て、送受信用探触子２と対称に受信用探触子３を設置す
る。

このとき、第１図（ｂ）に示すように、被検査体１の任
意の位置を基準とし、この基準から送受信用探触子２及
び受信用探触子３までの距離をＩ−とする。

次に、Ｉ７を固定し、送受信用探触子２と受信用探触子
３の位置関係を保持したまま、測探触子２゜３を第１図
の矢印ＡＲ力方向走査し、人工欠陥Ｆのないところに探
触子２，３を位置決めする。このときの送受信用探触子
２ての受信波形を第２図（ａ）に、受信用探触子−３て
の受信波形を第３図（ａ）に示す。第２図（ａ）では、
送信波のみて受信波即ち欠陥Ｆからの反射波が得られな
い。これは、欠陥Ｆがない場合、フック上面て反射させ
た超音波を斜め方向から入射しているため、超音波がフ
ック底面で反射後反対方向（受信用探触子３の方向）へ
伝播し、送受信用探触子２の方向に戻らないことによる
。従って、受信用探触子３てはフック底面で反射した趙
η波が受信できるため、第３図（ａ）に示すような波形
が得られる。

次に、■、を固定し測探触子２，３の位置関係を固定し
たまま走査し、人工欠陥Ｆのある位置に測探触子２．３
を位置決めする。このときの受信波形を第２図（ｂ）（
送受ｆΔ用探触子２）と第３図（ｂ）（受信用探触子３
）に示す。

ここて、欠陥のある場合の受信波形と欠陥のない場合の
受信波形と比較すると、送受信用探触子２の受信波形は
、第２図（２Ｌ）及び（１））から分かるように、欠陥
が存在した場合にのみ、欠陥からの反射波が得られる（
−探触子法）。また、受信探触子３の受ｆス波形ては、
第３図（ａ）及び（ｂ）から分かるように、欠陥がある
場合の受信波の強度は、欠陥がない場合の受信強度より
小さくなる（−探触子法）。これは、欠陥が存在すると
、フック底面で反射し受信探触子３に到達すべき超ｎ波
の一部が欠陥に遮蔽され、受信用探触子３に到達しない
ためである。

このように、被検査体形状面て反射さぜな超音波を利用
して欠陥に斜め方向から入射させることとにより、超音
波に対する径方向欠陥の反射面積を大きくし、−探触子
法まなは二探触予洗により径方向欠陥の有無を検出する
ことができる。

以上は、径方向欠陥が垂直な場合であるが、第４図に示
すように、欠陥が傾いている場合、即ち前述した径方向
欠陥と周方向欠陥との中間型の欠陥の場合を考える。欠
陥の傾きの角度θが大きくなると、超音波の入射方向に
対する欠陥の投影面積が小さくなるため、欠陥Ｆで反射
した超音波のうち、送受信用探触子２に戻る割合が減少
し、第５図（ａ＞に示すように、受信波■の強度が小さ
くなる。また、受信探触子３では、欠陥の投影面積が小
さくなり超音波を遮る面積が小さくなるため、第５図（
ｂ）に示すように、受信波■の強度が大きくなる。従っ
て、−探触子法及び二探触予洗でも欠陥がない場合との
差は小さくなる。

このように、欠陥が傾いている場合には、−探触子法及
び二探触予洗でも欠陥がない場合との差は小さくなるが
、差があることには変わりがないので、基本的にはその
差を検出することにより、垂直な径方向欠陥と同様、−
探触子法又は二探触予洗で欠陥の有無を検出することが
できる。しかしながら、差が小さくなっても確実に欠陥
を検出できるようにするため、好ましくはさらに次の概
念を導入する。即ち、第５図（ｃ）に示すように、二探
触予洗での受信波■がら一探触予洗での受信波■を差引
いた波形■を求め、欠陥のない場合の波形■の強度Ｐｏ
をスレッシュホールドレベルとし、任意の位置ての波形
■の強度Ｐが、Ｐ　＜　Ｐ　。

の場合に欠陥が存在すると判断するものである。

このようにすることにより、欠陥がある場合の差の波形
の強度Ｐが差を取らない場合の波形の強度よりも小さく
なるので、比較が容易となり、欠陥の検出が容易となる
。

次に、上記方法を実施するだめの超音波検査装置を第６
図ないし第８図を参照して説明する。

第６図は本発明の第１の実施例による超音波検査装置を
示すもので、この超音波検査装置は、送受信用探触子２
、受信用探触子３、送信パルサ４、ゲート発生回路５、
第１の切換器６Ａ、増幅器７、ＡＮＤ凹ｉ？＠　８、ピ
ーク検出器９、第２の切換器６Ｂ、制御器１０、第１の
メモリ１１、第２のメモリ１２、差分器１３、第３の切
換器１４、第３のメモリ１５、比較器１６、欠陥の有無
判定回路１７、表示器１８から成る。

はじめ、制御器１０からの指令により、第１の切換器６
Ａを送受信用探触子２と増幅器７を接続する位置に、第
２の切替器６Ｂをピーク検出器つと第１のメモリ１１を
接続する位置に切換え、第３の切換器１４を、差分器１
３と第３のメモリ１５と接続する位置に切り換える。こ
のとき予め、送受信装置２は、被検査体で欠陥かないこ
とを確認している部分（又は、欠陥がないことを確認し
ている標準試験体）を検査するための前述した位置、即
ち、斜め方向から入射しフック上面で反射させた超音波
の音軸が上記部分に達する位置に設置し、その対称の位
置に受信用探触子３を設置しておく。

次いで、送信パルサ４から送受信用探触子２ヘパルス電
圧を印加し、被検査体１中へ超音波を入射する。入射し
た超音波は、フック上面で反射し、所定の位置に達する
。被検査体１からの反射波を同じ探触子２で受信し７、
増幅器７で増幅した後、ＡＮＤ回路８に入れる。一方、
グー１−発生器５では、送信パルサ４からの出力をトリ
ガとして、欠陥があった場合に欠陥からの反射波が受信
できる時刻にゲー１へを設定し、ＡＮＤ回路８に入力す
る。

Ａ、　Ｎ　Ｄ回路８ては、ゲート発生器５で設定したク
ー１〜内の受信波を抽出し、ピーク検出器９へ出力する
。ピーク検出器９では、入力した受信波のピークを検出
する。このピーク値は第２の切換器６Ｂを経由して、第
１のメモリ１１に記憶される。

これにより第５図（ａ）に示す欠陥なしの波形■を得る
。

次に、制御器１０からの指令により、第１の切換器６Ａ
を受信用探触子３と増幅器７を接続する位置に、第２の
切換器６Ｂをピーク検出器つと第２のメモリ１２を接続
する位置に切換える。上記と同様に、送信パルサ４を用
いて送受信用探触子２から、被検査体１中へ超音波を入
射し、被検査体１中からの反射波を受信用探触子３て受
信する。

−１，４− この受信波は、増幅器７を経てＡＮＤ回路８に入力する
。グー１へ発生器５では、制御器１０からの指令により
、グー１−の時刻をフック底面からの反射波が受信でき
る時刻に変更し、変更後のゲートをＡＮＤ回路８へ出力
する。Ａ　Ｎ　Ｄ　ｌ”回路８ては、グー）〜内の受信
波を抽出し、ピーク検出器８でその抽出した受信波のピ
ーク値を検出する。このピーク値は、第２の切換器６Ｂ
を経由して第２のメモリ１２に記憶される。これにより
第５図（Ｉ））に示す欠陥なしの波形■を得る。

このように第１及び第２のメモリ１１．１．２に受信波
のピーク値を記憶した後、制御器１０の指令により差分
器１３をＭ動し、第２のメモリ１２の内容と第１のメモ
リ１１の内容の差を求め、その結果を第３の切換器１４
を経て第３のメモリ１５で記憶する。これにより第５図
（ｃ）に示すスレッシュボールドレベルとなるべき強度
ＰＯの波形■を得る。

次に、送受信用探触子２及び受信用探触子３を、第１図
に示すように基準位置からＩ−離れた被検査−１，５−
一体ｉｆ−の１ケ置にを設置する。制御器１０からの指令
により、第３の切換器１４を、差分器１３と第３のメモ
リ１５との接続を切り離し、差分器１３を比較器１６に
接続する位置に切換える。また上記と同様の手順で、制
御器１０からの指令により、第１の切換器６Ａを送受信
用探触子２と増幅器７とを接続する位置に、第２のＩＪ
Ｊ換器６Ｂをピーク検出器つと第１のメモリ１１とを接
続する位置に切換え、送受信用探触子２ての受信波のピ
ーク値を第１のメモリ１１に記憶する。次に、やはり上
記と同様に、制御器１０からの指令により第１の切換器
６Ａ及び第２の切換器６）３の接続を切換え、受信用探
触′：１′−３での受信波のピーク値を第２のメモリ１
２に記憶する。両受倍波のピーク値が記憶さ２しるど、
制御器１０は差分器１３を駆動し、第２のメモリ】２の
内容と第１のメモリ１１の内容との差を求める。これに
より第５［ｆｆ１（Ｃ〉に示す強度Ｐの差の波形を得る
。その結果は比較器１６へ出力され、比較器１６では、
差分器１３からの値１〕と第３のメモリ１５の内容であ
る欠陥がない場合の値ＰＯとを比較する６欠陥の有無判
定回路１７ては、Ｐ＜Ｐｏの場合には、欠陥が存在する
と判定する。被検査体１の位置とその位置での欠陥の有
無の結果等を表示器１８に表示する。

第１−図に示す如く、基準位置からの距離Ｉ−を固定し
、測探触子２，３の位置関係を保持したまま探触子２，
３を矢印ＡＲの方向に移動させることて、被検査体１の
全体を検査できる。

本発明の第２の実施例による超音波検査装置を第７図を
参照して説明する。第６図の実施例では、増幅器７及び
ＡＮＤ回路８が各々１個であったため、第１及び第２の
切換器６Ａ、６Ｂ、第１及び第２のメモリ１１．．１２
を必要とした。第７図の実施例では、送受信用探触子２
及び受信用探触子３に、それぞれ増幅器７Ａ、７Ｂ、Ａ
ＮＤ回路８Ａ、８Ｂ及びピーク検出器９Ａ、９Ｂを設け
ることにより、■−記切切換器びメモリを省いた。これ
により、超音波を１回送信するたけで、差分器１３にお
いて、受信用探触子３（二探触予洗）での受信波のピー
ク値と送受信用探触子２（−探触子法）での受信波のピ
ーク値との差を求めることがてき、検査時間を短ぐする
効果かある。

なお受信波のピーク検出の際、−探触子法と二探触予洗
てのピーク検出に時間差が生じる可能性がある。そのた
め、両ピーク検出器９からの検出終了の信号をＡ　Ｎ　
ｌ）回路１つに入力し、このＡＮＩ）回ｉｌ！８１９か
らの出力信号を１〜リカとして、差分器１３を動作させ
る。これにより、両法でのピーク検出終了後に差分器１
３を動作でき、ピーク値の差を確実に求めることができ
る。

第７図の実施例において、欠陥のない部分の差分器１３
の結果を第３のメモリ１５に記憶し、その値との比較か
ら欠陥の有無を判定する動作は、第１図の実施例と同し
である。

本発明装置のさらに曲の実施例を第８図を参照して説明
する。第７図及び第８図に示した実施例ては、探触子２
，３か１組であったため、切換器１４及び第３のメモリ
１５か必要であった。この切換器１４及び第３のメモリ
１５をなくし、欠陥のない被検査体１の部分ＬＬ＜に、
標準試験体ての検査をなくしたのが第８図の実施例であ
る。

即ちこの実施例では、送受信用探触子２、受信用探触子
３、増幅器７Ａ、７Ｂ、ＡＮＤ回路８Ａ。

８Ｂ、ピーク検出器９Ａ、９Ｂ、差分器１３、及びＡＮ
Ｄ回路１つをもう１組用意する。これらも右１．４の部
材には参照符号に゛を付して示しである。探触子２“、
３°を探触子２，３に対して、第１図に示す矢印Ａ　Ｒ
の方向に、超音波が干渉しあわない程度離して設置する
。差分器１３．１３゛までの動作は前述の実施例と同し
である。送受信用探触子２と受信用探触子３との対が検
査している部分の差分器１３の結果と、探触子２°、３
゛の対が検査している部分の差分器１３′の結果とを、
比較器１６で比教する。両者の結果に差がある場合には
、どちらかの部分に欠陥が存在すると判定する。これに
より、直接被検査体を検査して欠陥の有無を検出するこ
とができるので、検査時間を短縮することができる。

〔発明の効果〕

以」二明らかなように、本発明によれば、被検査体形状
面で反射し、欠陥に斜め方向から入射する超音波を利用
するようにしたので、径方向欠陥を確実に検出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、第１図（＋）　）　、第１図（ｃ）は本
発明の超音波検査方法の欠陥検出原理を示す概略図であ
り、第２図（ａ）は送受信用探触子の欠陥なしのときの
受信波形を示す図てあり、第２図（ｂ）は送受信用探触
子の欠陥ありのときの受信波形を示す図てあり、第３図
（ａ＞は受信用探触子の欠陥なしのときの受信波形を示
す図であり、第３図（１〕）は受信用探触子の欠陥あり
のときの受信波形を示す図てあり、第４図（ａ）及び（
１））は径方向欠陥の周方向Ｉ＼の傾きを示す概略図で
あり、第５図（ａ）は送受信探触子ての検査部位の受信
波を示す図てあり、第５図（１））は受信用探触子ての
検査部位の受信波を示す図であり、第５図（ｃ）は両者
の差の波形を示す図てあり、第６図は本発明の一実施例
による超音波検査装置の概略図であり、第７図は本発明
の他の実施例による超音波検査装置の概略図であり、第
８図は本発明のさらに他の実施例による超音波検査装置
の概略図であり、第９図は従来の超音波検査装置の動作
を説明するための説明図であり、第１０図はその超音波
検査装置により受信される受信波を示す図であり、第１
１図（ａ）及び第１１図（ｂ）は被検査体に発生ずる欠
陥のタイプを説明するだめの説明図である。符号の説明１・・・被検査体　　　　　２・・・送受信用探触子３
・・・受信用探触子　　　５・・・ゲート発生器９・・
・ピーク検出器　　　１３・・・差分器１６・・・比較
器　　　　　１７・・・判定回路出願人　　株式会社　
日立製作所代理人　　弁理士　春　日　　譲玉り号否玉與星菩玉１期壱〇王門鏝釡 ○　　ＯＯ（ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）″′５’）ｈ−
＼［−昔７．−８てＱτ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）被検体に設置した探触子から被検査体内部へ超音
波を送信し、被検査体内部からの反射波を受信して被検
査体内部の欠陥を検出する超音波検査方法において、被検査体内部に送信された超音波を被検査体内部の被検
査体形状面で反射させ、この反射した超音波を欠陥に対
し斜め方向から入射させることにより欠陥の有無を検出
することを特徴とする超音波検査方法。
（２）被検査体内部へ超音波を送信し、被検査体内部か
らの反射波を受信して被検査体内部の欠陥を検出する超
音波検査装置において、被検査体内部へ超音波を送信すると共に、被検査体内部
の欠陥からの反射波を受信する送受信用探触子と、この
送受信用探触子から送信された超音波による被検査体形
状面からの反射波を受信する受信用探触子と、送受信用
探触子及び受信用探触子の両受信波から欠陥の有無を判
定する処理手段とを設けたことを特徴とする超音波検査
装置。
（３）前記処理手段が、前記送受信用探触子からの超音
波の送信のタイミングに従って、欠陥からの反射波が受
信できる時刻及び被検査体形状面からの反射波が受信で
きる時刻にゲート信号を出力するゲート発生手段と、前
記両反射波それぞれのピーク値を求めるピーク検出手段
と、前記両反射波のピーク値の差を求める差分手段と、
このピーク値の差を欠陥のない部分でのピーク値の差と
比較し、欠陥の有無を判定する判定手段とからなること
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の超音波検査装
置。