JPH0326960A

JPH0326960A - 超音波検査装置

Info

Publication number: JPH0326960A
Application number: JP1160772A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Kajiyama; 梶山　茂; Masahiro Koike; 正浩小池; Hiroaki Chiba; 弘明千葉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1991-02-05
Anticipated expiration: 2012-11-19
Also published as: JP2680130B2

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〕本発明はタービンディスクなどのような円盤状の被検体
の円周に沿って複数の探触子を走査して欠陥むどを検出
をする超音波検査装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６０　−　８２８５３号公報に記
載のように、タービンディスクを挟むように二台の駆動
装置が永磁ローラによってハブの面に吸着し、ハブの外
周に沿って走行する．また、軸方向の位置決めをガイド
によって行なっている。これら二台の駆動装置に搭載し
た超音波探触子の首振り角度を決めて、超音波ビームを
送受信し，ウエブの下側に発生する欠陥を探傷する方式
となっている．〔発明が解決しようとする課題〕上記従来技術の問題点は、（１）走行面の溝を利用して
軸方向の位置決めをしているので溝がないと位置決めが
できない、またタービンの両端のディスクに適用できな
い。（２）二台の駆動装置を走行制御しているが、車軸
の滑り，制御の遅れなどにより両者の位置関係がずれる
可能性が多い．（３）送受の探触子の調整がハブ方向の
みであるので、位置，角度の最適調整ができない、など
である。

本発明は、（１）シャフトとディスクの而を利用して位
置決めするので．ｉｆＩがなくても位置決めが可能であ
る．（２）送受イａ用の一組の超音波探触子の位置をそ
れぞれ独立してＸ，Ｙ方向にＭＷＩできるとともに、超
音波の送受信方向も最適に調整できる．また、これらを
一台の台車に装着しているので、制御せずにこの状態を
確実に維持したまま全周を走査できる。これにより高精
度，短時間の検査ができる，〔！ｌ題を解決するための手段〕上記目的を達成するために、シャフト面とディスク面を
利用して検査装置を軸方向と径方向の位置決めをすると
ともに、一組の送受信用の超音波探触子の位置を、遠隔
操作で、それぞれ、独立に径方向Ｙとその直交方向Ｘに
移動できるようにし、かつ、その超音波の送受信方向φ
も、それぞれ、独立に変えられるようにして、超音波の
受信強度を最大にできるようにした。さらに、これら一
組の超音波探触子を最良の状態に保ったまま，全周Ｒを
走査して、全周の検査ができるようにした。

〔作用〕

検査装置をシャフト面とディスク面を利用して取り付け
るので、軸方向ヒ径方向の位置決めが同時にできる．ま
た、送信用探触子と受信用探触子をそれぞれ独立して藺
動することによって、それらの位直と角度を最適な状態
に調整できる。また，これらの一組の探触子を一つの台
車に装着するので、その状態を確実に維持したまま全周
を走査できる。これによって送受の探触子を，それぞれ
、最適な状態に位置決めすることができ、それらの状態
を確実に維持したまま全周の検査ができる．〔実施例〕以下、本発明の一実施例を第工図から第５図により説明
する。第２図はタービンロータ５の斜視図を示す。シャ
フト２と一体になった多段の円盤状のディスク３があり
、各ディスク３の先端にはブレード１がダブテールＩＲ
３９などにより着脱自在に取り付けられている。従って
、タービンロータ５が蒸気により高速回転すると、ディ
スク３の先端のダブテール溝３９に応力が働くため、そ
の健全性を維持するため超音波を利用した検査を実施し
ている。時に、一探触子法では欠陥からの反射波を受信
するため、欠陥の傾き、欠陥面の性状などの影響を受け
るが、二探触子法にすると欠陥が超音波を遮蔽する現象
を利用するため、欠陥の傾きや欠陥面の性状の影響を受
けずに欠陥を検出することができる。この方式をディス
ク３の１−．ζκ部の検査に適用した例である。すなわ
ち、目的のディスク間にこの方式の超音波検査装置を挿
入し、ディスク３の面とシャフト２の面を利用してこの
装置を取り付ける。この後、ディスク３の周方向Ｒ、径
方向Ｙに、この検査装置に具備した送、受信の一組の超
音波探触子を走査してディスク３の上端部付近の全周を
検査をする。この超音波検杏装置の詳細を第１図に示す
。第１図はディスク３とシャフト２に、それぞれ、磁気
車輪１１．１２と別の磁気車輪１５で吸着した状態の超
音波検査装置９の平面図である。この装置９は一つの周
同台車１０と二つの横行台車１６Ａ，１６Ｂ．及び，二
つの超音波探触子を内蔵した探触子ヘッド２０Ａ，２０
Ｂから構或される。

周回台車１０には磁気車輸１↓，１２と別の合車１４の
磁気車輪１５が取り付けてあり，移動＆Ｉｕ離検出用の
エンコーダを内蔵したモータｌ３によって磁気車輪１１
を駆動して、ディスク３の周方向に装置９全体を移動し
、その移ｔｌＪ量Ｒを先のエンコーダで検出する．この
場合，磁気車輪】、１，１２はディスク３の面に吸着し
、磁気車軸１５はシャフト２の面に吸着する。また，デ
ィスク３の径方向の長さが異なる場合があるので、これ
に対応するため周回台車１０と台車１４を接続している
アーム２８をフランジ２６で外し、目的の長さのアーム
に交換することもできる．横行台車１６Ａ，１６Ｂは，それぞれのモータ２３Ａ，
２３Ｂでねじ１９Ａ，１９［３に噛み合うナット（図示
せず）を回転させ、それぞれ、アーム１８Ａ，１８Ｂに
沿って移動させる．この場合もモータ２３Ａ，２３Ｂに
内蔵したエンコーダでそれぞれの移動量Ｘを検出する．
また、アーム１８Ａ端には磁気キャスタ２４があり，デ
ィスク３の面に吸着してアーム１８Ａ，１８Ｂの水平方
向の安定を図る．横行台車↓６Ａ，１６Ｂのそれぞれにはこれらと直交し
た方向に探触子ヘッド２０Ａ，２０Ｂを動かすための台
車２２Ａ，２２Ｂが取り付けてあり、モータ１７Ａ，１
７Ｂによってねじ２７Ａ，２７Ｂを回転させてアーム２
１Ａ，２１Ｂを伸縮させる．この場合もそれぞれのモー
タ１７Ａ，１．　７　Ｂに内蔵したエンコーダで移動距
離Ｙを検出する。探触子ヘッド２０Ａ，２０Ｂに内蔵し
た各各の超音波探触子から超音波２５Ａ，２５Ｂを送信
し、ディスク３上端面とダブテール溝３９（Ｆ点）で反
射させてこれを受信し、この部分の健全性の検査をする
．第１図の■一■矢視で表すと第３図になる．アーム１８
Ｂとねじ１９Ｂに支持された横行台車１６Ｂにさらに別
の台車２２Ｂが支持され、モータ１７Ｂによってアーム
２１Ｂが伸縮し、探触子ヘッド２０Ｂを動かす．これに
は超音波探触子２９Ｂが取り付けてあり、モータ３０Ｂ
の回転力をギヤ３１Ｂ，３２Ｂを介してこの超音波探触
子２９Ｂを旋回させ、超音波の送受信の方向を変える．
この旋回角度φはモータ３０Ｂに内蔵したエンコーダで
検出する．また，検査時はこの超音波探触子２９Ｂばば
ね３３Ｂによってディスク３の面に押し付けるとともに
超音波探触子２９Ｂとデイスク３の而の間に超音波の伝
播を良くするための探触媒質を流す。

第１図のＩＶ−ＩＶ矢視で表すと第４図になる．ディス
ク３面に吸着した磁気車輪１１．１２．磁気キャスタ２
４，及び．シャフト２面に吸着した磁気車輪１５によっ
て装置９が保持される。磁気車翰↓１．１２とモータ１
３は周回台車１０に取り付けられ，磁気車輸１５は周回
台車１０にフランジ２６．アーム２８を介して連結され
た台車１４に取り付けられている。また、磁気車翰１１
に連結したモータ１３に．よってシャフト２の外周に沿
ってディスク３而を周回する。第１図の横行台車１６Ａ
に支持された第４図に示す台車２２Ａの先端にアーム２
１Ａを介して接触子ヘッド２ＯＡが取り付けられ、さら
に、これに超音波探触子２９Ａが取り付けられている。

この接触子ヘッド２０Ａの構造は、第３図で説明した接
触子ヘッド２０Ｂの構造と同じである。以上の各駆動部
を遠隔に設置された走行制御装置（図示せず）から操作
して二つの超音波探触子を最適な位置に設定するととも
にそれぞれの超音波探触子の旋回角度も調整して、探傷
器（図示せず）を介して送受信した超音波信号を処理す
る．次に、第１図に示す超音波検査装置９でダブテール溝３
９部を検査する例について説明する。検査位［Ｆに発生
する可能性のある欠陥の方向を予め推定し，探触子ヘッ
ド２０Ａ　（第４図に示した超音波探触子２９Ａ）の位
置と超音波探触子２９Ａからの超音波の入射角度，入射
方向φ＾を，予め、計算し、走行制御装霞からモータ２
３Ａ，１７Ａ、３０Ａを駆動して探触子ヘッド２０Ａ（
送信用探触子）を目的の位置，及び、角度にする。他方
の探触子ヘッド２０Ｂ　（受信用探触子）の位置は、Ｅ
−Ｅ軸を対称軸として送信用探触子と対称の位置に設定
するため、同様に，モータ２３Ｂ，１７Ｂで駆動する．
また入射方向φＢも第３図に示すモータ３０Ｂで駆動し
て設定する。このように設定しても、実際は第１図の探
触子ヘッド２０Ａ，２０Ｂの位置，角度には誤差がでる
ので、これを探触子ヘッド２０Ｂ内の受信用探触子の位
置を受信強度が最大になるように微調整する。また、状
況によっては送信用探触子の再５１整をする。この状態
を維持してモータ１３を駆動して周回台車１０をディス
ク３に沿って一周させ、ダブテール溝３９の全周を検査
する。複数ある他のダブテール溝３９を検査する場合、
ディスク３の」二端部を検査する場合についてもまった
く同様で、二つの超音波探触子の位置と角度をそれらに
見合って設定して走査する。

第上図のように、ディスク３に沿って超音波検査装＠９
が周回する場合、その位置はモータ１３と一体になった
エンコーダで検出するが、その円周方向の基準点とする
ため、ブレード（図示せず）をダブテール溝３９に押入
するためのノツチ溝９７にある端部を探触子ヘッド２０
Ａ　（または２０Ｂ）に設けた別の探触子（図示せず）
から発した超音波９８．９９で検出する。これにより、
ディスク３の絶対位置を確認するとともに、エンコーダ
で検出した相対位置を点検する．このノツチ溝９７に合
わせて、あるいは、これに代えてデイスク３にある調圧
穴９６を超音波で検出し、これを基準位置にすることも
できる。

以上の実施例では第１図の探触子ヘッド２ＯＡ，２０Ｂ
をアーム１８Ａ，１８Ｂに対して直交する方向に動かす
ようにしたが，目的に応じて第５図のように所定の角度
に傾けて走査をするため、予め所定の角度に調整するこ
ともできる。すなわち、横行台車１６Ａに台車２２Ａを
傾けて固定すれば、モータ１７Ａによる探触子ヘッド２
０Ａの動きはアーム１８Ａに対してその角度分傾いて動
くことができる。

タービンディスクの形状は、径方向の高さが変わるだけ
でなく｛頃斜のあるもの、曲率のあるものなど多種類で
ある。また，シャフトも軸方向長さの短いもの（ディス
ク間隔の短いもの），軸方向にもｔＵ＋率があるものな
ど形状も多種類である。従って、これらの多種類の形状
に適応できる他の実施例を第６図，第７図、及び、第８
図を利用して説明する．第６図は検査面から見た装置８
の平面図であり、その■一■矢視が第７図である。第６
図の周回台ＩＪＩ４５Ａ，４５Ｂにアーム４２Ａ，４２
Ｂ，４１Ａ，４１Ｂを介してシャフト２に吸着する磁気
車輪４０Ａ．４０Ｂが取り付けられる．また、ディスク
面に吸着する磁気車輪４３Ａ，４３Ｂは第７図に示すア
ーム７２Ａ，７］．Ａを介して取り付けられる．これに
よって装置８を被検体に装着できる。第７図に示すモー
タ６２Ａで磁気車輪４０Ａを駆動して装置８をシャフト
２に沿って周回させる。第６図のアーム７５Ａ，７５Ｂ
は周回台車４．５Ａ，４５Ｂとホルダ５３によって支持
される。横行台車５２Ａ，５２Ｂは．これらのアーム７
５Ａ，７５Ｂに支持され、また、ホルダ５３に回転自在
に支持されたねじ４６Ａ，４６Ｂをモータ４４Ａ，４４
Ｂで回転させて移動する．また、別の台車４７Ａ，４７
Ｂはそれぞれのモータ５１Ａ．５１Ｂによって横行台車
５２Ａ，５２Ｂ上を移動する．この台車４７Ａ，４７Ｂ
には各二本のエアシリンダ４８Ａ，４８Ｂ、これと第７
図に示すシャフト５４Ａによって回転自在に支持された
第６図のジンバル５０Ａ，５０Ｂを介して超音波探触子
４９Ａ，４９Ｂが取り付けてある。エアシリンダ４８Ａ
，４８Ｂで超音波探触子４９Ａ，４９Ｂを被検面に押し
付け、ジンバル５０Ａ，５０Ｂで超音波探触子４９Ａ，
４９Ｂを被検面に倣わせる。第７図で説明すると、モー
タ５１Ａで横行台車５２Ａ上を台車４７Ａを移動させて
超音波探触子４９Ａを走査する。また、モータ７０Ａで
エアシリンダ４８Ａとジンバル５０Ａごと超音波探触子
４９Ａを旋回させる。第６図の超音波探触子４９Ｂも同
じ構造であり、同様に旋回することができる．また．第
７図に示す磁気車輪４０Ａ，４３Ａは，ディスク３、あ
るいは、シャフト２の接触面に傾斜や曲面がある場合に
、それらに応して、予め、その取り付け角度を変えるこ
とができる．すなわち、磁気車輪４ＯＡ，４３Ａのそれ
ぞれをシャフト６３Ａ，６６Ａを中心にして取り付け角
度を変え、各々のロックナット６１Ａ，６４Ａで固定す
る。

ディスク３の大きさ、あるいは、シャフト２の長さの異
なる被検体に適用するため第６図の台車４５Ａ，４５Ｂ
と磁気車輪４０Ａ，４０Ｂ，磁気車輪４３Ａ．４３Ｂと
の各々の間隔を変えられる構造にした。すなわち、第７
図に示すように、アーム４．　Ｌ　Ａをアーム４２Ａ内
に挿入する伸縮構造にした．これによって，長さを予め
調整し、ロックねじ６０Ａでその長さに固定する。また
、台車４５Ａと磁気車輪４３Ａとの間隔も同様にアーム
７　］．　Ａをアーム７２Ａに挿入し、その長さを調整
し、ロックねじ６５Ａで固定する。

第６図の■一■矢視で横行台車の角度を変えた実施例を
第８図に示す。モータ４４Ｂの回転力でねじ４６Ｂを回
し、シャフト７５Ｂに支持されたスライダ７９Ｂを移動
させる。このスライダ７９Ｂにシャフト７５Ｂと回転自
在に取り付けられた支持具７６Ｂの角度を変え、これに
付けられた横行台車５２Ｂを目的の角度に変え、その状
態にロックねじ６５Ｂで固定する。この状態でモータ５
１Ｂで台車４７Ｂを移動させることにより、これに連結
した超音波探触子４９Ｂを検査面に応じた走査ができる
。また、支持具７６Ｂと横行台車５２Ｂとの間隔をアー
ム７７Ｂの長さを調整し、ロックねじ７８Ｂで固定する
。

以上の実施例では磁気車輪でディスクとシャフトに吸着
し、超音波検査装置を装着したが、本発明はこの方式に
限定されるものではない。例えば、第１図の磁気車軸に
代えて第９図の方式にしても同じ目的を達成することが
できる．第１図の周回台車１０に接続する第９図のアー
ム８０，８１に別のアーム８２．８５を取り付け，さら
に、これに各々車輪８３．８４をシャフト２を挟むよう
に取り付ける。シャフ１−２の外径に応じてアーム８１
，８２．８５の長さを変えてねじ８６，８８．８７でそ
れぞれ固定する。また、第Ｊ図の磁気車輪１１．１２に
代えて第１０図の方式にすることもできる。すなわち、
隣接するディスク３を二つの車輪９０．９１を突っ張る
ように取り付け、ホルダ９２を保持する。このホルダ９
２と第１図の周回台車１０を連結する．また，ディスク
３の間隔が変わった場合はアーム９４の長さを予め調節
し、その長さにねじ９５で固定する。さらにディスク３
の間隔の若干の変化に追従させるためスプリング９３で
予圧を与えでいる。これまでの実施例ではディスク３と
シャフト２の両面を利用して検査装置を走行させる方式
について説明したが本発明はこれに限定されるものでな
く、目的に応じてディスク側面とディスク端面に磁気車
輪を吸着させて走行させることもできる。さらに同じデ
ィスクの両側面を車軸で挟むようにして走行させること
もできる。

また、本発明は探触子ヘッド２ＯＡ，２０Ｂに各々一個
の所定の入射角度の超音波探触子を配置することで説明
したがこれに限定されることなく、異なる入射角度の探
触子を複数個配置すること、また、板厚測定、あるいは
、探触子の接触状態などをｉｌｌｌ１定するために垂直
の探触子を合わせて配置することもできる。

以上の実施例によれば次のような効果がある。

（１）シャフト２の面とディスク３の面を利用して検査
装置を取り付けるので、軸方向と径方向の位置決めが同
時にできる。また、検査装置を周回させても蛇行するこ
とがない。さらに、タービンの両端のディスクにも適用
できる。

（２）二つの超音波探触子をそれぞれ独立にＸ，Ｙの二
次元の位置に駆動でき、かつ、その超音波の方向（φ）
も変えられるので，目的の検査位置に正確に超音波を当
てることができる。また、受信強度が最大となるように
微調整ができる。

（３）受信強度を最大となる状態を二つの超音波探触子
に維持させ，その状態を保って台車を全周に走査するの
で高精度の検査ができる。また，検査時間の短縮も図れ
る。

（４）この二探触子法によれば、欠陥が超音波を遮蔽す
る減少を利用しているため、欠陥の傾きや欠陥面の性状
に影響を与えずに欠陥を検出することができる。

（５）ディスク３の径方向の大きさ、取付け間隔、形状
などに応じてアームの長さ、車輪の角度を変えることが
できるので適用範囲が広い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、次のような効果がある。

シャフト面とディスク面を利用するので、超音波検査装
置の位置決めを径方向と軸方向に同時にできる．また、送，受信探触子をそれぞれ独立して位置と角度を
調整することによって，超音波の受信強度を最大になる
ように調整できるため、高精度の検査ができる。

また、その状態を維持したまま全周を走査できるので、
高精度の検査が短時間でできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超音波検査装置をタービン
ディスクに取り付けた平面図、第２図はタービンロータ
の斜視図，第３図は第１図のＩＨ　−■矢視断補図、第
４図は第１図のＩＶ−ＩＶ矢視断面図、第５図は第１図
の一部の変形例を示す平面図、第６図は別の実施例の超
音波検査装置の平面図、第７図は第６図の■−■矢視の
側面図，第８図は第６図の■−■矢視の断面図、第９図
はシャフトを利用して装置を装着する変形例の平面図、
第１０図は同じく装置を装着する別の変形例の側面図で
ある。２・・・シャフト、３・・・ディスク、９・・・超音波
検査装置，１０・・・周回台車、１１，１２．１５・・
・車輪、１３・・・モータ、１６Ａ，１６Ｂ・・・横行
台車、１８Ａ，１８Ｂ・・アーム，１９Ａ，１９Ｂ・・
・ねじ、２２Ａ，２２Ｂ・・・台車．２９Ａ，２９Ｂ・
・・超音波探触子、３１Ｂ，３２Ｂ・・・ギヤ，９６・
・・調圧穴，９７・・・ノ羊　副ｔＺ摩茶５口／７Ａ茶１２］茶乙図８Ｖｌ＋茶７口金ｒ茶９図茶８図ノ４０ｆ５メＩＯ図

Claims

【特許請求の範囲】１、シャフトを同心に設けたディスクを超音波検査する
装置において、送、受信用の二つの超音波探触子と、前記二つの探触子
を各々独立して駆動するための探触子旋回機構と、径方
向の駆動機構と、前記径方向と同一平面で交差する方向
の駆動機構とを各各設け、前記駆動機構をすべて装着し
た台車と、前記台車に装着して前記シャフトと前記ディ
スクのそれぞれに吸着する複数の車輪と、前記車輪を駆
動して前記台車を周回させる駆動機構とからなることを
特徴とする超音波検査装置。２、前記シャフトに吸着する前記車輪と前記台車との間
隔の可変機構と、前記ディスクに吸着する前記車輪と前
記台車との間隔の可変機構と、前記複数の車輪の取り付
け角度の可変機構と、前記超音波探触子と前記台車との
間隔の可変機構と、探触子走査アームの取付け角度を変
える可変機構とを具備したことを特徴とする請求項１に
記載の超音波検査装置。３、前記シャフトと前記ディスクの面に吸着する車輪が
磁気車輪であることを特徴とする請求項１に記載の超音
波検査装置。４、前記ディスクの形状を超音波で検出して前記周回台
車の位置の基準点にする手段を設けたことを特徴とする
請求項１に記載の超音波検査装置。