JPH03170050A - 超音波検査装置及び超音波検査装置の探触子の設定方法 - Google Patents

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装置に係り
、特に、タービンディスクタブテール部等の複雑形状部
分に発生する欠陥を検出するのに好適な超音波検査装置
に関する． 〔従来の技術〕 第２図に示すような複雑形状のタービンディスクタブテ
ール部２を検査するための従来装置は、特開昭６２−３
１９５４９号公報に記載のような超音波検査装置である
。第２図に示すように、径方向欠陥３を検出するために
は、ダブテール部２フツク上面で反射させた超音波４を
欠陥に対し，斜め方向から入射する位置（ｒ，Ｑ，Ｚ）
，角度（α）に探触子Ｉ，■５，６を設置する。探触子
Ｉ５では欠陥からの反射波を受信し，探触子■６では、
フック底面からの反射波を受信する。探触子１，１５．
６での健全部、欠陥部における受信波形を第３図に示す
。探触子■６での受信波■から探触子Ｉ５での受信波■
を差引いた波形■で欠陥の有無を判定する．すなわち，
健全部の波形■の強度Ｐをしきい値とし，任意の位置で
の波形■の強度Ｐ′がｐ’　＜ｐの場合には欠陥が存在
すると判定する。

従って，しきい値Ｐを得るために，あらかじめ被検査体
１で欠陥がないことを確認している部分（または、欠陥
がないことを確認している標準試験体）を検査する必要
がある． 〔発明が解決しようとする課題】 実機を検査する場合には、ダブテール部にブレードが取
付けられており、超音波がダブテール部のどこに達して
いるかの確認やあらかじめ欠陥のない部分を確認するこ
とは困難である．上記従来技術は、これらの確認方法に
ついて考慮されておらず，探触子１，Ｉ［５６所定の位
置角度に設定されているかどうかを確認できない問題と
健全部での探触子Ｉ，１１５，６の受信強度を得るのが
困難な問題があった。さらに、実際の検査時における受
信波の信号増幅率について考慮されておらず、超音波が
受信できない等の問題があった。

本発明の目的は、被検査体１の内部の形状（加工凹凸部
）からの反射波を利用して、探触子Ｉ，■５，６の位置
・角度等の設定条件を確認し、健全部での受信強度を得
ることにある．本発明の他の目的は、健全部での受信強
度から受信波の信号増幅率を設定することにある． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するために、本発明ではダブテール部に
設けてあるブレード挿入部（以下ノツチ部という）から
の反射波の強度が最大となるように探触子１，［５，６
を設置するようにしたものである． また、健全部の受信強度を得るためには，ダブテール部
のあ′る領域を検査し、その平均値を健全景の受信強度
とすることにしたものである．さらに，検査時の信号増
幅率は，健全部における探触子１，１１５．６の受信強
度が，あらかじめ設定した値となるように調節するよう
にしたものである． 〔作用〕 ダブテール部のノッチ部は、フックを貫通している欠陥
とみなすことができるため，探触子Ｉ５でも探触子■６
でも一探触子法により．ノッチ部からの反射波が受信で
きる。探触子設定位置決定器では，探触子ｆ，Ｉ［５，
６を走査しながら、このノツチ部からの反射波の強度が
最大となる位置を求め、その位置に探触子１，１１５．
６をＨ置する．これによって，欠陥が存在した場合には
探触子Ｉ５では，欠陥からの反射波が最大の強度で受信
でき、探触子■６では、フック底面からの反射波が欠陥
で遮へいされるので最低の強度で受信できる。

また、健全部での受信強度決定器では、ある領域を検査
し，その平均値を求め、（平均値士許容範囲）以外のデ
ータを除いて，再び、平均しその平均値を健全部の受信
強度とする。さらに、検査時の信号増幅率決定器では、
健全部の受信強度があらかじめ設定した値となるための
増幅率を決定する。欠陥検出器では、健全部での受信強
度との大小関係から欠陥の有無を判定する。

以上によって、欠陥検出に最適な位置，角度に探触子を
設定でき、被検査体を用いて健全部での受信強度を求め
ることができ、そして、信号増幅率を決定できるので、
欠陥を容易に検出できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図により説明する。

本装置は、超音波を送・受信するための探触子Ｉ，■５
，６、送信用探触子にパルス電圧を印加するための送信
器７、切換器１８．８’，受信波の電圧を増幅するため
の増幅器９、その増幅した受信波から探触子１，［５，
６の設定位置・角度等の設定条件を決めるための探触子
設定条件決定器１０．複数個の受信波から健全部の受信
強度を求めるための健全部受信強度決定器１１、求めた
健全部での受信強度がある値となるように増幅器９の増
幅率を決める信珍増幅率決定器１２，任意の位置での受
信波から欠陥の有無を決定するための欠陥検出器１３、
そして，探触子■，■５，６を走査するための走査装置
１４から戊る。

本装置を用いた検査手順の流れを第４図の流れ図に示す
。まず，探触子１，ｎ５，６の位置・角度等の設定条件
を決めねばならない。この場合、ブレードを挿入するた
めのダブテール部２に設けたノツチ部１６からの反射波
を用いて（第５図）決める。ノツチ部１６は、ブレード
の厚みに相当する幅を持つため、探触子■５ではノツチ
部１６ａからの反射波を、探触子■６ではノツチ部↓６
ｂからの反射波を受信する。これらの受信波の強度から
探触子１，ＩＩ５，６の設定条件を決める。この探触子
設定条件決定器１０の具体的な回路構或を、第７図に示
す。

はじめに、探触子設定条件決定器１０の探触子設定位置
算出器１０１でダブテール部の形状、探触子の屈折角等
を入力として、探触子の設定位置・角度を求め、走査装
置１４によりその位置・角度に探触子１，１１５．６を
設定する。切換器」８，８′により，探触子■５と送信
器７及び増幅器９とを接続する。送信器７よりパルス電
圧を探触子■５に印加し、被検査体１内へ超音波を入射
する。

超音波は、第５図に示すように，フック上面一ノツチ部
１６ａ−フック上面と反射し、再び、探触子■５に戻り
受信される。受信波は、切換器１８’を通り、増幅器９
で増幅された後、探触子設定条件決定器１０の検波器１
０３で検波され、ピーク検出器１０４に入る．一方，ゲ
ート発生器１０２では、送信器７の出力をトリガとして
，ノツチ部１６ａからの反射波が受信できる時刻にゲー
トを設定し、ピーク検出器１０４に入る。ピーク検出１
１０４では、ゲート検出器Ｉ　１０２で設定したゲート
内の受信波を抽出し、ピーク値を求める。

このピーク値Ｐ＋　は、最大受信強度条件決定器１０５
に入力され、走査装置からの探触子【５の位置・角度等
の情報とともに記憶される。次に、探触子Ｉ５の移動し
，上記手順を実施し，その位置・角度でのピーク値Ｐ　
＋＋ｔ　を求める。これを数回実施し受信波のピーク値
が最大となる位置・角度を求め、走査装置１４により、
その位置・角度に探触子Ｉ５を設定する。この時の手順
を第７図（ｂ）の流れ図に示す。次に切換器Ｉ８，８’
により、探触子■６と送信器７，増幅器９とを接続する
。探触子Ｉ５と同様な手順でノツチ部１６ｂからの反射
波の強度が最大となる位置・角度に探触子■６を設定す
る。ここでは、自動で設定するように記したが，検波後
の波形をシンクロ等の表示装置でみながら手動で設定し
てもよい。設定終了後の状態は、第６図（ａ）に示す通
りである。しかし、実際の欠陥の幅は数十μｍ程度であ
るのに対し、ノツチ部の幅は数十鴫である。したがって
，第６図（ｂ）のようにノツチ部１６を離れた位置で、
探触子■６を探触子Ｉ５の方に近づける。この時、切換
器１８により、送信器７と探触子１５とを接続し、切換
器１８’　により探触子■６と増幅器９とを接続してお
く。従って、探触子！５で送信した超音波を探触子■６
で受信することになる。探触子■６は受信波の強度が最
大となる位置まで移動し、その位置に設定する．これで
，探触子■，■５，６を最適む位置・角度に設定できた
ことになる。ここでは探触子■６を移動させ，探触子Ｉ
５を送信、探触子■６を受信としたが、その逆でもよい
。

次に、健全部での受信強度を求める動作は次の通りであ
る（第８図）。健全部受信強度決定器１１内の切換器［
２０１により、探触子設定条件決定器ＩＯ内のピーク検
出器１０４とメモリ２０２とを接続する．切換器［８，
８’　により、探触子Ｉ５と送信器７，増幅器９とを接
続し，探触子Ｉ５を送・受信の状態にする．この状態で
超音波を送・受信し、受信波のピーク値及び検査点の位
置をメモリ２０２に記憶する．次に、切換器■８′によ
り探触子川６と増幅器９とを接続し．探触子■５が送信
，探触子■６が受信の状態にする。この状態で超音波を
送・受信し、受信波のピーク値と検査点の位置とをメモ
リ２０２に記憶する。次に第９図に示すように、探触子
１，［１５，６を矢印ＡＲの方向に移動させ、検査点を
変える。新たむ検査点位置で、超音波の送・受信を行い
、探触子Ｉ５及び■６でのピーク値と検査点位置とをメ
モリ２０２に記憶する。走査装置１４にあらかじめ設定
した領域を走査し、各検査点での探触子■，■５，６で
のピーク値をメモリ２０２に記憶する。

走査終了後、平均値算出器２０３で各検査点ｉにおける
探触子１，Ｉｌ５，６でのピーク値の差をとりＰＬとし
Ｐ＋　の平均値一ｐ一を求める。この平均値Ｐを健全部
の受信強度としてもよい。しかし，より正確な値とする
ため次のようにする。ダブテール部２で欠陥が発生する
可能性が高いのは、ブレード群とブレード群との間であ
るのでデイスクー周あたり２０〜３０箇所であり、全体
の領域からわずかである。したがって、あらかじめ設定
した領域内に欠陥が存在したとしても、欠陥存在部分の
Ｐ１は平均値Ｐよりはるかに小さい値となる（第３図■
参照）．そこで，欠陥の存在のために、平均値丁が小さ
くなっているのを省き、より正確な値とするため、 Ｐ五＜（Ｐ＋ΔＰ）　　　　　　　　・・・（１）とな
るＰｔ　を除いて再び平均値算出器２０６でＰＬの平均
を求める．ここでΔＰは、あらかじめ許容範囲メモリに
設定した値である。ΔＰとしてはあらかじめ設定せず、
標準偏差σ等を計算し用いてもよい。この平均値算出器
２０６で求めた平均値Ｐを健全部の受信強度として健全
部メモリ２０７に記憶する．この時の手順を第８図（ｂ
）の流れ図に示す。

ここでは、はじめに探触子■５と■６での受信波のピー
ク値の差を求めから、平均値を求めていた．しかし，平
均値算出器２０６ではじめに探触子１５，ＩＩ６でのピ
ーク値の平均を求めてから、両者の差を求めて、健全部
の受信強度としてもよい．この場合には、第３図■，■
に示すように，欠陥が存在すると、探触子ｉ５のピーク
値は平均値（丁）工より大きく、探触子■６のピーク値
は平均値（Ｐ）］Ｉより小さくなる。従って，（１）式
の代わりに となる。（Ｐ　ｔ）ｙ−ｙ　（Ｐ　ｔ）■を除いて平均
値（Ｐ）工，（Ｐ）■を求める。

次に゛，増幅器９の増幅率を決定する動作は次の通りで
ある（第１０図）。健全部での探触子Ｉ，■５．６での
受信波形は第３図に示す通りであり、各々の受信強度は
探触子ｉ５では最少，探触子■６では最大となる。そこ
で、まず，切換器１８．８′により探触子■５を送・受
信の状態にし、超音波の送・受信を行う．探触子Ｉ５の
ピーク値があらかじめ電圧メモリ３０２に設定し、電圧
（例えば、ＣＲＴ上１０％）となるよう増幅率を決める
．次に，切換器１８．８’により探触子Ｉ５を送信、探
触子■を受信の状態にし、超音波の送・受信を行う．探
触子■６のピーク値が電圧メモリ３０２に設定した電圧
（例えばＣＲＴ上８０％）となるよう増幅率を決める．
以下、実際の検査時には探触子■５が受信の時は前者の
増幅率、探触子■６が受信の時は後者の増幅率とする。

以上で探触子１，Ｈ５，６の設定、健全部の受｛ｉ強度
の設定そして増幅器９の増幅率の設定が終了し、この後
はダブテール部全領域の検査である。

切換器■２０１により，ピーク検出器１０４と切換器ｎ
Ｉ　４　０　１とを接続し、受信波のピーク値を欠陥検
出器１３に入力する（第１１図）。切換滞１８．８’　
により探触子Ｉ５を送・受信状態にし，切換＋ａ［４０
１によりピーク値が一旦メモリ４０２に入力するように
する。この状態で超音波を送・受信し、探触子■５での
受信波のピーク値を一旦メモリ４０２に記憶する。次に
、切換器Ｉ８により、探触子ｌ５送信、探触子■６受信
の状態にし、切換器＋１１４０１によりピーク値が二探
メモリ４０３に人力するようにする。この状態で超音波
を送・受信し、探触子■６での受信波のピーク値を二探
メモリ４０３に記憶する．差分１４０４では二探メモリ
４０２の内容と一探メモリ４０３の内容との差ｐ′を求
め、比較・判定器４０５に入力する。

比較・判定器４．　０　５では、健全部メモリ２０７の
内容Ｐとを比較し ｐ’　＜ｐ の場合に欠陥があると判定する。その結果を表示器４０
６に表示する。

探触子１，ＩＩ５，６の相対位置関係を保持したまま、
第９図矢印（ＡＲ）方向に移動させることでダブテール
部全領域を検査する。

本実施例によれば、被検査体１内の形状（加工凹凸部）
からの反射波から、探触子Ｉ，［５，６の設定状態が把
握できる。また、ダブテール部にブレードを取付けた状
態で健全部の受信強度を得ることができ、さらに検査に
最適な受信波の増幅率を決定することができる。

探触子設定条件決定器１０の他の実施例を第１３図に示
す。第１０図の実施例と異なる点は、探触子設定位置算
出滞１０１を省いて，ｒ方向の初期位置も被検査体ｌ内
の形状からの反射波を利用して設定するような！Ｒ戊と
したことである。まず、探触子■５又は■６を第ｌ２図
のように設定し、探触子Ｉ５又は■６で送受信する。探
触子ではフック部からの反射波Ｒａ．Ｒｈが受信できる
。

このＲａ，Ｒｈの伝播時間から探触子のｒ方向位置を決
めることができる。それは、探触子のｒ方向位置が決ま
れば，探触子からフック部までの距離が一義的に決まる
からである。

ゲート発生器［Ｉ１０６では、送信器７のパルス電圧を
トリガとして、探触子のｒ方向設定位置に対応して反射
波Ｒａ，Ｒｈが得られる時刻にゲートを設定する（第１
３図（ｂ）イ），検波後の受信波（第１３図（ｂ）ア）
は、切換器■１１０を経由して時間差測定器１０７に入
力する。時間差測定器１０７では，ゲート内信号Ｒａ，
Ｒｈの時間差を測定し，その結果を比較器１０８に出力
する。比較器１０８では、探触子が目的とする位置に設
定された時の反射波Ｒａ，Ｒｈとの時間差（時間メモリ
１０９の内容）と測定結果とを比較し、両者が一致した
時に探触子が目的の位置に設定されたとする。その後，
切換器ＩＶＩＩＯにより、検波後の受信波がピーク検出
器１０４に入力するように接続する。ゲー１・発生器ｒ
ｌ０２，ピーク検出器１０４及び最大受信強度位置決定
器１０５の動作は第７図の実施例と同じである。本実施
例では、探触子のｒ方向の初期位置も被検査体１内の形
状（加工凹凸部）からの反射波を利用して設定するため
，より正確に設定することができる。

探触子設定条件決定器１０の他の実施例を第１４図に示
す。第１３図の実施例と異なる点は、反射波Ｒａ，Ｒｈ
の伝播時間差を測定する代りに、二個のゲートを設ける
ようにしたことである。ゲート発生器１１Ｉ１１Ｌ，Ｉ
ＶＩ↓２では、送信器７のパルス電圧をトリガとして、
探触子のｒ方向設定位置に対応して反射波Ｒａ，Ｒｈが
得られる時刻にゲートを設定する（第１４図（ｂ）イ，
ウ）。検波後の受信波（第１４図（ｂ）ア）は，切換器
Ｖ　．Ｌ　１　３を経由してＡＮＤＩ１１４，　■↓１
５に入るＡＮＤ１１１４，ＩＩ１１５では、設定したゲ
ー１一内に受信波が得られた出力信号を“１″としＡＮ
Ｄｍ１１６に送る。

従って、探触子が目的に位置に設定されると反射波Ｒａ
＝Ｒｈともゲート内で受信できＡＮＤＩｎ１１６の出力
は“１”となり、ｒ方向の探触子設定が終了する。この
後、検波器１０３の出力をピーク検出器１０４に入力す
る。本実施例では、伝播時間の測定がいらなくなるため
，回路が簡単になる効果がある。本実施例では、・反射
波Ｒａ，Ｒｈを用いたが，どちらか片方を用いるだけで
もよいし、他の加工凹凸部（例えば、第２段フック）か
らの反射波が得られる場合には，その反射波を利用して
もよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、被検査体１内の形状（加工凹凸部）か
らの反射波の強度が最大となるように探触子を設定する
ことで探触子を所定の位置・角度等の条件に確実に設定
できる効果がある．また、複数個の検査点の平均から健
全部の受信強度を設定するので、タブテール部にブレー
ドを取付けた状態で，かつ，あらかじめ欠陥がない部分
を確認せずに健全部の受信強度を設定できる．さらに、
健全部での受信強度から受信波の増幅率を決めるので，
受信波が大きく，又は，小さくなりすぎることはなく、
最適な増幅率にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の系統図、第２図は探触子の設
定状態を示す説明図，第３図は欠陥検出方法の説明図、
第４図は本発明の処理手順のフローチャート，第５図，
第６図は探触子の設定方法の説明図、第７図は探触子設
定位置決定器の実施例のフローチャート，第８図は健全
部受信強度決定器の実施例のフローチャート、第９図は
健全部の受信強度決定方法の説明図、第１０図は増幅率
決定器の実施例のブロック図，第１１図は欠陥検出器の
実施例のブロック図、第１２図は探触子の半径方向位置
決定方法の説明図、第１３図，第１４図は探触子設定位
置決定器の他の実施例のフローチャートである． １・・・被検査体、２・・・ダブテール部、４・・・超
音波、５，６・・・探触子，７・・・送信器．９・・・
増幅器．１０・・・探触子設定位置決定器、１１・・・
健全部受信強度決定器，１２・・・増幅率決定器，１３
・・・欠陥検出を１４・・・走査装置、１６・・・ノッ
チ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査体へ設置した探触子から被検査体内部へ超音
   波を送信し、内部からの反射波を受信して前記被検査体
   の内部の欠陥を検出する超音波検査装置において、 前記被検査体の内部の加工凸凹部からの反射波を利用し
   た探触子の設定位置の決定手段と、健全部での受信強度
   決定手段と、検査時の信号増幅率の決定手段とを備えた
   ことを特徴とする超音波検査装置。 ２、請求項１において、数値計算結果に基づいて前記探
   触子の粗い設定を行い前記被検査体であるタービンディ
   スクタブテール部のブレード挿入部からの反射波強度が
   最大となるように探触子の精密な設定を行なう手段を備
   えたことを特徴とする超音波検査装置。 ３、請求項１において、前記検査体であるタービンディ
   スクタブテール部の円周方向Ｎ点で超音波を送・受信し
   、Ｎ個の受信強度Ｐ＿１の平均＠Ｐ＠を求め、許容範囲
   ΔＰをあらかじめ設定し、Ｎ個の受信強度Ｐ＿１のうち
   、｜Ｐ＿１｜＜＠Ｐ＠＋ΔＰとなるｎ個の受信強度Ｐ＿
   １を省き、残り（Ｎ−ｎ）個の受信強度Ｐ＿１の平均＠
   Ｐ＠を健全部の受信強度とする手段を備えた超音波検査
   装置。 ４、請求項１において、健全部の受信強度があらかじめ
   設定した値となるように、検査時の信号増幅率を設定す
   る手段を備えた超音波検査装置。 ５、請求項１において、 前記被検査体であるタービンディスクタブテール部のフ
   ック隅部からの複数個の反射波から、探触子の半径方向
   の位置決めを行ない、ノッチ部からの反射波強度が最大
   となるように探触子を設定する手段を備えた超音波検査
   装置。 ６、請求項５において、探触子の半径方向の位置を複数
   個の受信波の伝播時間差から決める手段を備えた超音波
   検査装置。 ７、請求項５において、複数個の設定ゲート内に同時に
   受信波が得られた場合に、目的とする半径方向の位置に
   探触子が設定できたとする手段を備えた超音波検査装置
   。 ８、請求項２において、探触子二個を用いる二探触子法
   の場合、ノッチ部からの反射波の強度が最大となるよう
   に各々の探触子の設定条件を決めた後、ノッチ部以外の
   部分を用いて一方の探触子を固定し、他方の探触子を移
   動して、受信強度が最大となる位置に探触子を設定する
   超音波検査装置。