JPH032559A - 超音波探傷方法 - 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、超音波を用いて構造物内の欠陥を検査する方
法に係り、特にタービンディスクダブテール部等の複雑
形状内の欠陥を検出するのに好適な超音波探傷方法に関
する。

［従来の技術］ 第３図は複雑な形状をしたタービンディスクのダブテー
ル部の断面略示図である。このような構造物内の欠陥を
検査するための従来の装置は、特開昭６１−１５５８５
６号に記載のように、探触子、掃引水平増幅器、検波回
路、ゲート発生器。

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、論理積ゲ
ー１へ、論理和ゲートから成る。以下、第１３図および
第」４図を用いて、従来の方法による測定の原理につい
て説明する。第１３図において、探触子２から被検査体
１内へ超音波を入射する。第１４図は、反射超音波の位
置と強さの関係を示す模式図である。この時、被検査体
１内に欠陥ｆ、ｇが存在すると、第１４図にて図示した
ように被検査体の加」１凸凹部ａ、ｂ、ｃからの反射波
（以下形状エコーと呼ぶ）Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃと、欠陥ｆ
１ｇからの反射波（以下欠陥エコーと呼ぶ）Ｐｆ、Ｐｇ
が受信できる。まず、形状エコーを検出するために形成
したゲートＧａ、Ｇｂ、Ｇｃ内に、形状エコーＰａ、Ｐ
ｂ、Ｐｃが得られた時に探触子２が被検査体１」−に適
切な位置に設置できたと判断する。次に、この状態て欠
陥エコーＰｆ。

Ｐｇを検出するために形成したケーｈＧｆ、Ｇｇ内の少
なくともどちらかに欠陥エコー■〕ｆ　、　Ｐ　ｇが得
られた時に欠陥が存在すると判断する。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術では、次のような課題があった。

第１４図では、欠陥ｇが存在しない場合に受信できる形
状エコーＰｄが、欠陥エコーＰｇと分離して表示されて
いる。しかし、欠陥どの位置によりＰｄとＰｇか重なる
ことがあり、また欠陥ｆ。

ｇの大きさにより、形状エコーＰｄ、Ｐｅが消えずに残
る。従来の方法ではこの点が配慮されておらず、欠陥が
ない場合でも、欠陥エコーを検出するために形成したゲ
ート内に形状エコーが受信される。そのため、欠陥がな
いときても、欠陥が存在すると誤って判断することがあ
った。

また、第１３図において、探触子２と被検査体］との接
触状態により、欠陥エコー及び形状エコーの強度が変化
する。すなわち、探触子２と被検査体１との接触状態に
より、欠陥エコー及び形状エコーが受信されないことも
ある。従来の装置ではこの点が配慮されておらず、欠陥
を見逃す可能性があるという問題があった。

本発明の目的は、タービンディスクダブテール部のよう
な複雑形状の被検査体において、欠陥エコーと形状エコ
ーが重なる場合でも欠陥を検出でき、探触子と被検査体
の接触状態をチエツクしながら、この接触状態に影響さ
れずに、欠陥を検出することができる超音波探傷方法を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 」１記課題を解決するための本発明に係る超音波探傷方
法の構成は、被検査体表面に、探触子を接触移動させな
がら、超音波を送信し、そのエコを受信してその強度を
測定することにより、被検査体内の欠陥を検査するに際
し、被検査体内の欠陥によって生ずる欠陥エコーと被検
査体の形状によって生ずる形状エコーが混在する場合に
、欠陥に遮られない形状エコーと欠陥に遮られる形状エ
コーの強度を測定し、両者の比の変化から欠陥を判定す
るようにしたものである。

［作用］ 本発明に係る超音波探傷方法の基本的な考え方について
、人容を説明すると以下のようになる。

探触子から被検査体内へ超音波を送信し、被検査体の形
状エコーと欠陥からの欠陥エコーとを受信する。ゲー１
へを設定することにより、これらのエコーのうち、欠陥
が入射超音波を遮る形状エコーと欠陥が入射超音波を遮
ることのない形状エコーとを抽出する。欠陥が入射超音
波を遮ることのない形状エコーの強度から探触子と被検
査体との接触状態をチエツクすることができる。また、
欠陥が入射超音波を遮る形状エコーと欠陥が入射超音波
を遮ることのない形状エコーとの強度比をとり、この強
度比が変化した場合に欠陥が存在すると判断する。これ
によって、探触子と被検査体との接触状態によらず欠陥
を検出することかできる。

さらに、本超音波探傷方法を、複雑な形状の構造１例え
はタービンディスクのダブテール部の欠陥検査用に使用
する場合の作用について詳細に説明する。

第１５図は、タービンディスクのダブテール部の縦断面
斜視図である。

第１５図において、１は、被検査体、２は探触子、３は
、超音波の最大強度の点（以下、音軸と云う）、ａ、ｂ
、Ｃ，ｅ、ｄは夫々被検査体加工凸凹部の位置、ｇは、
加工凸凹部の存在する欠陥の位置である。

超音波の音軸が、この欠陥ｇに入射する位置に、超音波
を送受信するための探触子２を設置する。

この探触子２の位置を、第１５図に示す様に被検査体１
−の角を基準（実際に基準はとこでもよい）としてＬと
する。この時の被検査体１内に超音波の入射状況を第１
６図に示す。音軸３は、欠陥ｇに入射している。また、
実際に超音波は空間的波がりをもち、それらを第１６図
中では二点鎖線４で示す。このことは、この二点鎖線４
が包絡する円錐体状の中に超音波が存在することを表わ
す。

そのため、第１７図に示す様な受信波形が得られる。す
なわち、加工凸凹部す、ｄ、ｅがらの形状エコーＰｂ、
Ｐｄ、Ｐｅ及び欠陥ｇからの欠陥エコーＰｇが受信てき
る。第１７図に示す様に、欠陥エコーｐｇと形状エコー
Ｐｄとの伝播時間の差が数百ｎｓ程度になり、両エコー
が時間軸」−で重なることがある。従って、この場合に
は、欠陥エコーＰｇと形状エコーＰｄとが、時間軸」二
で弁別できず、欠陥ｇがない場合でも、形状エコーＰｄ
を欠陥エコーＰｇと判断することがある。そこで、第１
７図において、形状エコーＰｅに注目すると、欠陥ｇが
存在する場合の形状エコーＰｅは、欠陥ｇが存在しない
場合の形状エコーＰｅより小さくなる。この理由は、欠
陥ｇが存在すると、形状ｅへの入射超音波の１部が欠陥
ｇて遮られ、形状ｅまで到達しないためである。この形
状エコーＰｅの大小は、欠陥ｇの有無以外に、探触子２
と被検査体］との接触状態により変化する。この探触子
２と被検査体１との接触状態の影響を取り除くため、欣
の方法を用いる。すなわち、欠陥ｇの存在に無関係に探
触子２と被検査体１との接触状態にのみ変化が依存する
形状すからの形状エコーｐｂに注目する。形状エコーＰ
ｅとＰｂとの比（Ｐｅ／Ｐｂ）をとると、この比（Ｐ　
ｅ／　Ｐｂ　）の値は。

第１８図に示すようになる。探触子２と被検査体１−と
の接触状態により形状エコーＰｂ、Ｐｅの値か変化して
も、両者の比（Ｐｅ／Ｐｂ）の値は、探触子２の設置位
置が変化しなければ同一である。

一方、欠陥ｇが存在する場合の（Ｐｅ／Ｐｂ）の値は、
健全部のその値より小さくなる。（Ｐｅ／Ｐｂ）の値が
、健全部の値（Ｐｅ／Ｐｂ）Ｉ、！！より小さい場合に
、欠陥ｇが存在すると判断てきる。

欠陥ｇとして、人］−欠陥（スリン１〜）を用いた実験
結果を第１９図（ア）に示す。横軸はスリットの長さ］
、縦軸は（Ｐ　ｅ／Ｐ　ｂ）　／　（Ｐ　ｅ／Ｐｂ）億
である。従って、第」９図（ア）において、縦軸の値が
１以下の場合に欠陥ｇが存在することになる。この結果
は、第１９図（イ）の（Ｐｅ）／（Ｐｂ）ＯＬの場合と
くらべると、データのバラツキが小さく、探触子２と被
検査体］との接触状態の影響が省かれたことかわかる。

ここでは第」５図において、欠陥ｇが形状すの上部にあ
る場合について述べたか、形状ａ、Ｏの」二部に存在す
る場合でも同様である。

［実施例］ 以下本発明に係る実施例を、第１図〜第１−２図を用い
て説明する。

第１図は、本発明の第１実施例に係る超音波探傷装置の
構成を示すブロック線図である。

第１図の構成は、２は超音波探触子、５は探触子２ヘパ
ルス電圧を印加する送信器、６は受信器、７は増幅器、
８はビデオ検波回路、９は第１ゲート設定回路、１０は
第１ケート内信号取込回路、１］はしきい値設定回路、
１２は第２ゲー１一般定回路、］４は第２ゲート内借号
取込回路、１５は波高信号検出回路（形状エコーＰｅ用
）、１３は波高値検出回路（形状エコーＰｂ用）、１６
は除算器、１７は切換器、１８は健全部の形状エコー比
（Ｐｅ／Ｐｂ）メモリ、１９は判定器、２０は表示器で
ある。

つぎに、本方法の動作について第１図、第２図を用いて
詳細に説明する。

最初に、切換器１７により、除算器］−６と健全部の値
メモリ１８とを接続する。あらかじめ、被検査体１のう
ち欠陥がないことを確認している部分（又は、欠陥のな
い標準試験体）に探触子２を設置する（設置位置は基準
位置からのＬの位置）、送信器５で探触子２ヘパルス電
圧を印加しく第２図力）、被検査体１内へ超音波を入射
する（第２図キ）。被検査体１からの形状エコーＰｂ、
Ｐｅ。

欠陥エコーＰｇ等を同じ探触子２て受信し、受信器すを
経由して増幅器７で増幅する。増幅後、ビデオ検波回路
８へ送信し、Ｒ−Ｆ信号（Ｒａｄｊｏ　Ｆｒｅｑｕｅｎ
ｃｙ）を検波する。第２図は、第１図の各段階（力〜オ
）における信号波形を模式的に表した図である。

このビデオ検波回路８からの出力信号を第２図アに示す
。一方、第１ゲート設定回路９では、送信器５からの出
力をトリガとして、少なくとも形状エコーｐｂが受信で
きる時刻にゲートを設定（第２図イ）し、第１−ゲート
内信号取込み回路１０に入力する。第１ゲート内借号取
込み回路１０では、第２図イ′に示す様に、第１ゲーＩ
〜設定回路９で設定したゲート内の信号のうち、しきい
値設定回路１１で設定したしきい仏具」二のエコーで、
時間軸上で最初に受信されるエコー（形状エコーｐｂ）
を抽出し、第２ゲート設定回路］２と波高値検出回路１
３へ送信する（第２図つ）。第２ゲート設定回路１２で
は、第１ゲート内借号取込み回路１０の出力信号をトリ
ガとして、形状エコーＰｅが受信できる時刻にゲートを
設定（第２図工）する。この第２ゲート設定回路１２で
設定したゲート内のビデオ検波信号で、しきい値設定回
路１１で設定したしきい値以上のエコー（形状エコーＰ
ｅ）を、第２ゲート内信号取込み回路１４で抽出しく第
２図才）波高値検出回路１５へ入力する。

波高値検出回路１３の出力ｐｂと波高値検出回路１５の
出力Ｐｅとの比（Ｐａ／Ｐｂ）を、除算器１６で求め、
この結果を切換器１７を経由して健全部の値メモリ］−
８へ入力する。この健全部の値メモリ］−８では、この
健全部での（ｐｅ／Ｐｂ）ｔの値を記憶する。

つぎに、除算器１６を、切換器１７により健全部の値メ
モリ１，８から切離し、判定器］９と接続する。

第１５図に示したように、基準位置からの距離りを固定
したまま、探触子２を矢印ＡＲの方向に移動する。各位
置で、送信器５から探触子２ヘパルス電圧を印加し、上
記と同様な手順で、形状エコーＰｂ、Ｐａの比（Ｐｅ／
Ｐｂ）を求め、その結果を判定器１９へ入力する。判定
器１９では、この任意の位置での結果（Ｐｅ／Ｐｂ）が
健全部の値メモリ１８に記憶していた健全部での（Ｐｅ
／　Ｐ　ｂ　）ｍの値より小さい場合に欠陥があると判
定する。その結果を第１図の表示器２０で表示する。本
実施例によれば、欠陥エコーと形状エコーが重なる場合
でも、探触子２と被検査体１との接触状態に影響を受け
ずに欠陥を検出できる。

第３図は、第１図（第１実施例）の動作の主要部を示し
たフロー線図である。

第４図は、本発明に係る第２実施例の構成を示すブロッ
ク線図である。第１図の第１実施例では、標準被検査体
もしくは、欠陥がないことを確認している被検査体の部
分をはじめに検査し、健全部の（Ｐ　ｅ　／　Ｐ　ｂ　
）の値を求めておく必要があった。

この工程を省いたのが第４図の第２実施例である。

第１図の第］一実施例との相違は、切換器１７をなくし
、あらたにＡ　Ｎ　Ｄ回路を加え、さらに、健全部の値
メモリ１８を前位置の値のメモリ２２と置き換えた点で
ある。第４図の第２実施例において、探触子２から除算
器１６までの信号の流れは第１図の第１実施例と同じで
ある。探触子２を最初に設置した位置での形状エコー比
（Ｐｅ／Ｐｂ）の値を、前位置の値のメモリ２２に記憶
する。次に探触子２を、第１５図の矢印ＡＲの方向に走
査する。あらたに加えたＡＮＤ回路では、探触子２の新
しい設置位置で形状エコーＰｅ、Ｐｂが得られると同時
に出力信号を変化させ、前位置の値のメモリ２２へ送信
する。前位置の値のメモリ２２は、ＡＮＤ回路２１から
の信号をトリガとして、記憶の内容を判定器へ送る。次
に、新しい設置位置での形状エコー比（Ｐ　ｅ　／　Ｐ
　ｂ　）　ｉを除算器１６で求め、判定器１９及び前位
置の値のメモリ２２へ送る。前位置での形状エコー比（
Ｐｅ／Ｐｂ）ｉの値が、現位置での形状エコー比（Ｐ　
ｅ　／　Ｐ　ｂ　）　Ｌの値と同し場合には、前位置に
欠陥がなく（もしくは、欠陥があり）、現位置でも欠陥
がない（もしくは、欠陥がある）場合である。一方、（
Ｐｅ／Ｐｂ）ｊ−、の値が（Ｐｅ／Ｐｂ）ｉの値と異な
る場合には、前位置に欠陥がなく（もしくは欠陥があり
）現位置では欠陥がある（もしくは、欠陥がない）場合
である。従って１判定器１９では（Ｐｅ／Ｐｂ）ｉ−、
キ（Ｐｅ／Ｐｂ）ｊの時に欠陥が存在すると判定する。

第５図は、第４図の主要段階（力、つ、オ、ケ）の信号
波形の模式図、第６図は、第４図（第２実施例）の主要
動作のフロー線図である。

第７図は、本発明の第３実施例の構成を示すブロック線
図である。

第７図（第３実施例）が第１図の第１実施例はと違う点
は、形状エコーＰｅとｐｂとの比（Ｐｅ／Ｐｂ）を計算
し、この値で欠陥を判定しないことである。第７図の第
３実施例では、欠陥の存在に無関係な形状エコーｐｂの
値が常に同一にして、その時の形状エコーＰｅの変化か
ら判定する。まず、切換器１７により、波高値検出回路
１３と健全部の形状エコーｐｂのメモリ２４とを接続し
、切換器２３により、波高値検出回路１−５と形状エコ
ーＰｅのメモリ２６とを接続する。この状態で、上記と
同様な手順により、健全部の形状エコーＰｂ、Ｐｅを求
め、各メモリ２４．２６に記憶する。

次に、切換器１−７ではメモリ２４を切り離し、比較器
２５と接続する。また、切換器２３では、メモリ２６を
切り離し、判定器１９と接続する。探触子２を、第１５
図の矢印Ａ、　Ｒの方向に走査し、各位置で送受信を実
施する。各位置で、第１ゲートにより形状エコーｐｂを
抽出し、比較器２５でメモリ２４の内容（Ｐｂ）鉋　と
比較する。その結果、両形状エコーが一致しない場合に
は、増幅器７の増幅率を変えて、両形状エコーを一致さ
せる。

もし５両形状エコーが一致した場合には、第２ゲート内
信号取込み回路１４が作動し、形状エコーＰｅを抽出す
る。この形状エコーＰｅとメモリ２６の内容（Ｐｅ）＠
、とを比較し、Ｐｅ＜（Ｐｅ）漣の場合に欠陥が存在す
ると判定する。

第８図は、第７図の主要段階（力、つ、オ、コ）の信号
波形の模式図、第９図は、第３実施例の主要動作のフロ
ー線図である。

第１０図は、本発明の第４実施例の構成を示すブロック
線図である。

第１〜３実施例では、形状エコーＰｂ、Ｐｅが受信でき
ていることが前提であった。しかし、探触子２と被検査
体１との接触状態が極端に悪い場合には形状エコーＰｂ
、ＰＣがほとんど得られないことがある。そこで、第１
０図の第４実施例では、接触状態のチエツク回路２７を
設け、欠陥の存在に無関係な形状エコーｐｂが得られる
ように、探触子２と被検査体］との接触状態を調整する
ことを特徴としている。従来の接触状態のチエツタ方法
は、欠陥を検出するための探触子以外に、接触状態をチ
エツクするための垂直探触子を設えていた。第１０図の
第４の実施例では、接触状態をチエツクするための垂直
探触子を必要とぜず、１個の探触子で得られる受信信号
を用いて接触状態をチエツクできる利点がある。

第１１図は、第１０図の主要段階（力、つ、オ、す）の
信号波形の模式図、第１２図は、第４実施例（第１０図
）の主要動作のフロー線図である。

［発明の効果コ 本発明によれば、被検査体が複雑な形状を有するために
、欠陥エコーと形状エコーか混在するような場合におい
て、形状エコーによって欠陥エコーを誤認することがな
く、信頼性の高い超音波探傷を行なうことができる。

また４本発明によれば、探触子と被検査体の接触状態に
影響されない超音波探傷を行なうことができる。

さらに、本発明によれば、探触子と被検査体の接触状態
を容易に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例に係る超音波探傷装置の
ブロック線図、第２図は、同」二の信号波形模式図、第
３図は、同上の主要動作のフロー線図、第４図は、本発
明の第２実施例に係る超音波探傷装置のブロック線図、
第５図は、同上の信号波形模式図、第６図は、同上の主
要動作のフロー線図、第７図は、本発明の第３実施例に
係る超音波探傷装置のブロック線図、第８図は、同上の
信号波形模式図、第９図は、同上の主要動作のフロー線
図、第１０図は、本発明の第４実施例に係る超音波探傷
装置のブロック線図、第１１図は、同上の信号波形模式
図、第１２図は、同上の主要動作のフロー線図、第１３
図は、複雑な形状の被検査体内の欠陥検査の説明図、第
１４図は、第１３図における反射超音波の強さと位置と
の関係を示す説明図、第１５図は、タービンのディスク
ダブテール部の縦断面斜視図、第１６図は、同」二縦断
面と被検査体内の超音波の拡がりを示す図、第１７図は
、反射超音波の強さと位置との関係図、第１８図は、本
発明の信号波形の説明図、第１９図は、形状エコーと欠
陥エコーとの関係を求めた実験結果の図である。 〈符号の説明〉 」・被検査体、２・探触子、３・・超音波の音軸、４・
・超音波の拡がり、５送信器、６　・受信器、７・増幅
器、８・・ビデオ検波回路、９・・第１ゲー１〜設定回
路、１０・・・第１ゲート内信号取込回路、↓」・　し
きい値設定回路、１２　第２ゲート設定回路、１３．１
５　　波高値検出回路、１４　・第２ゲート内信号取込
回路、１６・・除算器、１７．２３・・・切換器、１．
８，２２．２４，２６．２８　　メモリ、１９・判定器
、２０・・表示器、２１−・ＡＮＤ回路、２５・比較器
、２７・接触状態チエツク回路。 エ ％２ブー１ 第３ 図 Ｒ う ぺ か 第 ７ノ　図 第７２図 に−→− 被慢体 第 図 ｌ ３・・・超１トラａの１４４すＲ 第 ７５図 第７６図 ｆ乙Ｈ１助間 第７７ 図 Ｖ ノ［／７）ｍ〕 （ア） 寿 ７９図 長ご Ｉｔｍｍ） （イ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被検査体表面に、探触子を接触移動させながら、超
   音波を送信し、そのエコーを受信してその強度を測定す
   ることにより、被検査体内の欠陥を検査するに際し、被
   検査体内の欠陥によって生ずる欠陥エコーと被検査体の
   形状によって生ずる形状エコーが混在する場合に、欠陥
   に遮られない形状エコーと欠陥に遮られる形状エコーの
   強度を測定し、両者の比の変化から欠陥を判定するよう
   にしたことを特徴とする超音波探傷方法。 ２、予め健全部における、欠陥に遮られない形状エコー
   と欠陥に遮られる形状エコーの比を記憶し、これと、欠
   陥部における両者の比を比較して、変化があれば、欠陥
   が有りと判定することを特徴とする請求項１記載の超音
   波探傷方法。 ３、予め記憶された健全部の形状エコーの強度と、測定
   中の形状エコーの強度を一致させた状態で、欠陥によっ
   て遮られる形状エコーの強度の変化を測定し、変化があ
   れば、欠陥が有りと判定することを特徴とする請求項１
   記載の超音波探傷方法。 ４、被検査体表面に、探触子を接触移動させながら、超
   音波を送信し、そのエコーを受信してその強度を測定す
   ることにより、被検査体内の欠陥を検査するに際し、被
   検査体内の欠陥によって生ずる欠陥エコーと被検査体の
   形状によって生ずる形状エコーが混在する場合に、入射
   超音波が欠陥によって遮られないことが予め知られてい
   る形状エコーの強度を測定し、その値から探触子と被検
   査体との接触状態を判定することを特徴とする超音波探
   傷方法。 ５、超音波送信信号をトリガとしてゲートを設定し、ゲ
   ート内の信号を取出し、ゲート内の任意の信号をトリガ
   として新たなゲートを設定してエコーの強さを測定する
   ことを特徴とする請求項１および請求項４記載の超音波
   探傷方法。