JPH0394154A - 超音波探傷方法およびその装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分！ｌ！Ｆ） 本発明は、タービン翼のダブティール部などの謀雑形状
部山の欠陥を検出するのに用いられる超音波探傷方法お
よびその装置に関する。

（従来の技術） 従来、被検体としてタービン翼のダブティール部の組立
て状態の欠陥検査には、ダブティール部外表面からのＡ
スコープによる超音波探傷法が用いられていた。しかし
、Ａスコープ探傷法は、ダブティール部のように形状か
複雑になると、形状部からのエコーと欠陥部からのエコ
ーを判別するのが難しくなるため、このような形状複雑
部の欠陥検出にはＢスコープ（断面象表示）による超音
波探傷法が採用される傾向にある。

しかして、促来、このようなＢスコープによる超音波探
傷法として、特開昭５７−１２０８５８号公報に開示さ
れたものがある。すなわち、このものは第１０図に示す
ように、タービンロータ１とタービン翼２の間に介在さ
れるダブティール部３に発生ずる欠陥部、ここでは亀裂
部４を検出するためのもので、ダブティール部３の外表
面８に多数の超音波振動子６を脊する超音波探触子５を
配置し、超音波振動子６にパルス信号を順次切替えて与
えることにより、超音波ビーム７をダブティール部３内
部に扇形に走査させ、ダブティール部３内面および亀裂
部４から反射されてくる超音波を超音波探触子６により
受信する。そして、この状態で超音波探触子５をダブテ
ィール部３の外表面８の探触子走査線９に沿って移動さ
せ、Ｘ方向位置１０，Ｙ方向位置１１および探触子５の
傾き角度１２の各々の位置信号を検出し、これら操触子
位置信号と上記超音波ビーム７の反ａ＝１信号を図示し
ない演算部に与え演算処理して、第１１図に示すように
表示部１３上に探傷部の断面映像であるＢスコープを表
示させ、腹雑なダブティール部３の形状と亀裂４の判別
を可能にしている。

（発明が角ｑ訣しようとする課題） このようなＢスコープによる超音波探傷法によると、趣
音波探触子５をダブティール部３の外表面８に沿って正
確に移動させ、しかも、この時の超音波探触子５の位置
検出を正確に行わなければならないため、超音波探触子
５を走査させるのに高精度の探触子走査具を必要とする
。しかし、このようなｉ＋％　猜度の操触子走査具を必
要とすることは、タービン翼２、ダブティール部３の外
形形状がタービンロータの段落毎に種々異なり、夕一ビ
ンロータ自身によっても異なることから全てのダブティ
ール部３に対して探触子走査具の位置検出猜度を維持し
ようとすると、その１１−シ成が複雑となり、かえって
撮作性および検査効串が悪化するおそれがあった。特に
、このような探触子走査具の操作性および検査効率の良
し悪しは、タービン翼は１段落に１００本前後組み立て
られ、しかも夕−ビンロータ１本に数段落があることか
ら、これらタービン翼２およびダブティール部３を１本
毎Ｃこ全数にわたって検査しなければならないことから
も挑めて重要なことである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高精度の探
触子走査具を必要とせず操作性および検査効率の低下を
拓くことなく複雑形状部の形状エコーおよび欠陥エコー
の判別を確実に行うことができる超ｇ波探傷方法および
その装置を堤供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、被検体として、例えばタービン翼ダブティー
ル部などの形状は、その制作図面から予め知る得ること
が容易であり、それによって概略の探触子位置が分かれ
ば超音波探傷時の特定形状部からのエコーを特定するた
めの超音波のビー５ ム方向、ビーム路程が予想できることに着目したもので
あり、このような１ノコ部断面形状が既知の肢検体の少
なくとも２つ以上の特定形状部からの反射超音波を検出
し、この反射超音波のビーム方向とビーム路程から超音
波反ｎ・ｔ源を特定するとともに超音波ビームの入射点
を決定し、この超音波ビームの入射点を延準にして上記
彼検体の断面形状とＢスコープを重ね合わせて表示する
ようにしている。

また、本発明は、被検体に対する超音波探傷時のＢスコ
ープ画像データを記憶する記憶手段と、予め上記被検体
の断面形状データを記憶した形状記憶手段を有し、被検
体に対する超音波探傷時の超音波受信号波形から複数の
特定形状エコーを抽出しそれぞれのエコーの超音波ビー
ム方向とビーム路程を検出するとともに、この検出され
た超音波ビーム方向とビーム路程により超音波反射諒位
置と紐音波ビーム入射位置を演算し、この演算された超
音波反射源位置と超音波ビーム入射位置を基準にして上
記形状記憶手段の被検体の断面形状６ と上記記憶手段のＢスコープを重ね合わせ処理し、この
処理結果を表示するようになっている。

（作用） 本発明は、被検体に対して扇形に走査して得られた多数
のエコーの中から予想される特定形状からのエコーのビ
ーム方向とビーム路程に相当すルエコーヲ抽出すること
で、これらエコーのビーム方向とビーム路程から実際の
探触子位置を求めるようにしている。そして、こうして
求めた探触子位置を基準として予め用意された被検体の
断面形状とＢスコープを重ね合わせて表示することによ
って被検体の形状をＢスコープ上で表示することができ
、探触子の走査を不要とするとともに、情度のよい欠陥
検出が可能となる。

（実胞例） 以下、本発明の一実施例を図面にしたがい説明する。

まず、本発明の超音波深傷方法について説明する。この
場合、第１図に示すように被検体としてのタービン翼ダ
ブティール部２１を用意し、このタービン翼ダブティー
ル部の外表面２２に多数の超音波振動子２３を有する超
音波探触子２４を配置する。そして、超音波振動子２３
にパルス信号を順次切替えて与えることにより、超音波
ビーム２５をダブティール部２１内部に扇形に走査（以
下、・セクタ走査と称する。）させ、ダブティール部２
１内面から反躬されてくる超音波を超音波探触子２４に
より受信する。この粘果として、第２図に示すように表
示部２７上に彼検体の断面像であるＢスコープが表示さ
れる。ここで、Ｂｌ’、Ｂ２゜、Ｂ３゜は形状エコー　
Ｃは欠陥エコー、ρ２は形状エコーＢ２゜までのビーム
路捏、θ２はビーム路ｆｆｆｌｉＪ２の方向を示してい
る。

この場合、Ｂスコープに表示されるエコーはダブティー
ル部２１の一部のみであり、このため超音波探触子２４
の正確な位置Ｐが判らないとＢスコーフに表示されてい
る形状エコーＢＬ’、Ｂ２゜、Ｂ３゜とダブティール部
２１の形状部Ｂｌ　、Ｂ２、Ｂ３の対応は不明である。

そこで、いま、Ｂスコープに表示されている形状エコー
Ｂ２゜について注目し、この形状エコーＢ２’のエコー
源として第３図に示すダブティール部２１の凸部形状部
Ｂ２を仮定すると、この形状部Ｂ２の形状に沿ってビー
ム路程ρ２だけ離れた点の軌跡Ｔ２が形状部Ｂ２のＲ部
分の中心ｒ２、ｒ２’より円弧を形或することにより得
られるが、この軌跡Ｔ２上に探触子位置（超音波ビーム
の入射点に相当）Ｐが存在することになる。ここでは、
軌跡Ｔとダブティール部２１の外表面２２との交点Ｐ１
Ｐ−のいずれかになるが、これら交点Ｐ，Ｐ一における
軌跡Ｔ２の法線と外表面２２の法線がなす角度が、第２
図に示したＢスフープにおけるビーム方向θ２と一致す
る方が実際の超音波ビームの人躬点、すなわち探触子位
置として特定されることになる。

なお、ここまでの説明ではＢスコープに表示されたエコ
ーＢ２゜が形状部Ｂ２と対応していると仮定したが、必
ずしも仮定が正しいとは限らない。

このような場合は、予惣される超音波ビーム入射点の軌
跡Ｔとダブティール部２１の外表面２２との交点が存在
しないか、またはＢスコープに表示９ されたエコーのビーム方向と交点における軌跡Ｔ２の法
線と外表西２２の法線のなす角度とが一致しないことか
ら容易に判断できる。

したがって、このような操作を行うことにより、Ｂスコ
ープに表示された形状部Ｂｌ、Ｂ２、Ｂ３に対応する形
状エコーＢｌ’、Ｂ２゜、Ｂ３゜の超音波ビームの入射
点、すなわち探触子位置Ｐが特定されるようになる。こ
の場合、これらにより求められた超音波ビームの入射点
は第４図に示すようにダブティール部２１の外表面２２
の特定位置に集中されることから、この位置を探触子位
置Ｐとして決定することができる。

そして、このような探触子位置Ｐを越準として第５図に
示すように表示器２７にタービン翼ダブティール部２１
の外形形状図とＢスコープを重ね合わせて表示すること
によりＢスコープに表示された形状エコーＢｌ’、Ｂ２
゜、Ｂ３’と対応ずる形状部Ｂｌ、Ｂ２、Ｂ３の位置関
係が明確となり、欠陥２６の１′リ定を簡１１１にでき
るようになる。

次に、このような超音波探傷方法を適用した超１　０ 音波探傷装置の一例を第６図にしたがい説明する。

図において、３１はタービン翼ダブティール部で代表さ
れる被検体で、この彼検体３１にはアレイ探触子３２を
設けている。このアレイ探触子３２は多数の超音波振動
子３３を配列してなるもので、被検体３１内部に扇形に
超音波ビーム３４を走査（セクタ走査）するようにして
いる。この場合、アレイ探触子３２の多数の超音波振動
子３３は、電子走査方式の超音波送受信器３５により超
音波ビーム３４の送受信のタイミングが制御されている
。そして、超音波送受信器３５により受信される超音波
ビームの走査方向毎の超音波受信波形は、Ａ／Ｄ変換器
３６を介して画像記憶装置３７およびピーク検出器３８
に取り込まれる。ここで、ピーク検出器３８はゲー１・
発生器３つで設定されるゲー１・信号の範囲で受信した
超音波信号のピーク値とそのビーム路程を検出するよう
にしている。また、Ａ／Ｄ変換器３６およびゲート発生
器３つは、電子走査方式の超音波送受信器３５の超音波
送信のタイミングに同期した信号が入力さ１１ れ、これを址準として動作するようになっている。

画像記憶装置３７に取り込まれた被検体３１に幻するセ
クタ走査による超音波受信波形群は、表示器２７に送ら
れる。この場合、表示器２７は、彼検体３１の断面像で
あるＢスコープを表示するようにしている。

なお、これらの電子走査方式の超音波送受信器３５、画
像記憶装置３７、ピーク検出器３８、ゲ−ｌ・発生器３
９は、形状記憶装置４１とともにインターフェイス４２
を介して計算機４３に接続され、この÷１算機４３の指
令に越づいて動作するようになっている。ここで、上記
形状記憶装置４１は、予め被検体３１の断面形状データ
を記憶したもので、ハードディスクやフロッピーディス
クなどにより構成さている。

次に、このような超音波探傷装置を用いて、被検体３１
の探偽を丈行ずる場合を第７図のフローチャートにした
がい説明する。この場合、被検体３１であるタービン翼
ダブティール部の断面形状データは、形状記憶装置４１
に記憶されているも１２ のとする。

まず、ステップＡ１において探傷条件の設定を行う。こ
の場合、電子走査方式の超音波送受信器３５に対してセ
クタ走査時の超音波ビーム偏向開始角度、終了角度、偏
向角度ピッチに基づく超音波゛送受信制御データを設定
する。これによって、超音波送受信器３５はアレイ探触
子３２のそれぞれの超音波振動子３３に対し超音波ビー
ムを発振および受信ずるタイミングを制御して被検体３
１内部の所定角度方向の探傷を可能にする。一方、計算
機４３はゲー１・発生器３つに対し超音波ビームのセク
タ走査時にタービン翼のダブティール部の形状エコーの
検出可能なビーム路程範囲を超音波ビームの偏向走査角
度毎にダブティール部形状データより求めてゲート位置
を設定する。

この状態からステップＡ２に進む。このステップＡ２で
は、計算機４３は電子走査方式超音波送受信器３５に対
して超音波ビーム偏向開始角度での探傷を指令する。こ
の時、超音波送受信器３５は、Ａ／Ｄ変換器３６、ゲー
ト発生器３９に対し１３ て超音波送信１１，ｌｒ点に同期した同期信号を出力す
る。

これにより、この同期信号を基準としてアレイ探触子３
２より出力された超音波ビーム方向からの受信号波形が
、アナログデジタル変換され、画像記憶装置３７の所定
位置に記憶される。また、Ａ／Ｄ変換器３６からのデジ
タル受信号波形はピーク検出器３８にも与えられ、ゲー
ト発生器３９のゲー１・信号の範囲でのピーク値と、そ
のビーム路程が検出され、計算機４３に取り込まれる。

以下、同様にして超音波ビームの偏向角度を偏向終了角
度まで順次変更しながら上述のステップＡ２の動作を繰
り返し実行し、その後、セクタ走査終了が判断されると
、ステップＡ３でそのループを抜ける。これにより被検
体３１の一連のセクタ走査による探傷が終了し、画像記
憶装置３７には、被検体３１山部のＢスコープの画像デ
ータが記憶され、計算機４３には、超音波ビーム偏向角
度毎のタービン翼ダブティール部の形状エコーのピーク
値とそのビーム路程が取り込まれるようになる。

］　４ 次に、ステップＡ４に進む。ステップＡ４ては、特定エ
コーを抽１１−１する。この場合、形状エコーのピーク
データを超音波ビーム偏向角度に対するピーク値の関係
で求めると複数の極大値が得られることから、この極大
値を示すエコーの超音波ビム偏向角とビーム路程を検索
することにより特定形状部からのエコーが抽出される。

そして、ステップＡ５に進む。このステップＡ５では、
第３図および第４図で述べたように、抽出した曳数の形
状エコーＢ１゜、Ｂ２゜、Ｂ３’の超音波ビーム偏向角
とビーム路捏からダブティール部の凸部形状部Ｂｌ、Ｂ
２、Ｂ３をそのエコー源として仮定した場合の予想され
る超音波ビーム入射点の軌跡Ｔとダブティール部外表面
２２との交点Ｐを求め、そのＰ点における予想超音波ビ
ーム入射点の軌跡Ｔの法線外表面２２との法線とがなす
角度が、上述した抽出エコーの超音波ビーム偏向角とほ
ぼ等しいことを検定し、対応ずる形状部位置の特定とそ
の時の入射点位置を記憶する。

このような動作により仙川した複数のエコーに１５ 対し、ステップＡ５を繰り返して尖行し、その後、ステ
ップＡ６での抽出エコーの処理終了の判定をまってりス
テップＡ７に進む。

ステップＡ７では、ステップＡ５で求めた扱数抽出エコ
ーの人８・１点位置がダブティール部外表面の特定位置
に集合しているかを判断するものであり、入射点位置が
分散している場合あるいは入剃点位置が一つも無い場合
は、正確な探触子位置が得られなかったものとして警告
を発して一辿の動作を終了する。一方、入射点位置が果
合している場合は、ステップＡ８に進む。

ステップＡ８では、複数の入射点位置の平均を取り、ｉ
．１′Ｌ一の探触子位置として訣定し、これを基準とし
て画像記憶装置３７に記憶されている被検体のＢスコー
プ画像データと、形状記憶装置４１に予め記憶されてい
る該当ダブティール１析面形状データから画像記憶部３
７上でＢスコープと形状図の重ね合わせ処理を行い、そ
の結果を第４図に示すように表示器２７に表示させて一
連の動作を終了する。

１　６ したがって、このようにすれば探触子の位置検出器を用
いことなく、彼険体のＢスコープとその断面形状図を正
確に重ね合わせることができるので、ダブティール溝部
の複雑形状部からのエコーは、その断面形状図に沿って
表示されるとともに、欠陥は予想されている発生位置の
近傍で断面形状図から外れて表示されるようになるので
、欠陥の”Ｉ’ｌ１定を容易に行うことができる。

また、ダブティール部のＢスコープと断面形状図を正確
に重ね合わせて表示するようにしたので、探触子を外表
面上に沿って機械的に走査させてダブティール満部の複
雑な形状を忠実にＢスコープに表示させるものに比べ、
高猜度の探触子走査具および探触子位置検出器を不要に
できるとともに、検査の効率も格段に向上させことがで
きる。

なお、ここまでの説明では、ダブティール部探傷時の一
つのＢスコープとその外形形状を重ね合わせて表示する
ものについて述べたが、一般にタービン翼ダブティール
部の溝部は２〜３箇所あり、欠陥の発生が予想される位
置も経験的に、あるい１７ は力学的に知られている。一方、複数のダブティール部
の欠陥を一箇所の探触子位置から探傷したとしても欠陥
の方向住などによって必ずしも全ての欠陥を安定に検出
することは難しい。そこで、第８図（ａ）（ｂ）に示す
ように複数のダブテイール部毎に探触子位置をＰＬ，Ｐ
２、Ｐ３に変えて探傷するようにしてもよい。この場合
、第１図および第５図と同一部分には同？コ号を｛ｔ　
シて示している。このようにすれば、Ｂスコープ画像デ
ータを格納する画像記憶装置３７の容量を拡張して、そ
れぞれの探触子位置Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３毎のＢスコープ画
像データを記憶するようにしておき、且つそれぞれの探
触子位置ＰＬ、Ｐ２、Ｐ３毎に第７図で述べたフローチ
ャ−１・にしたがい探触子位置の決定を行い、ダブティ
ール部断面形状にそれぞれのＢスコープを重ね合わせて
表示するようにすればよく、上述した実施例の４１．７
成を何等変えることなく実現でき、これによってダブテ
ィール部全体の欠陥の判定を一度にてきるようになる。

一方、これまではダブティール部のＢスコープ１８ ？像から欠陥の判定を行うようにしているが、本発明で
は探触子位置検出器がなくとも正確な探触子位置検出を
行うことができる。つまり、第９図に示すように被検体
５１の外表面５２上の探触子敵置Ｐからダブティール満
部の欠陥５３の予想される位置を事前に知ることができ
ることから、その欠陥５３からのエコーが検出可能な超
音波ビームの偏向角度θ。およびそのビーム路提ρＤを
幾何学的に容易に求められ、さらに探触子位置Ｐから検
出可能な特定形状部ＢＬ、Ｂ２の超音波ビーム偏向角度
θ２，、θＭ２およびビーム路程ρＭ１、ｇ旧をも容易
に求められる。このことから、被検体５１内部をセクタ
走査して第７図で述べたフローチャ−１・にしたがい探
触子位置の決定した後、前述の特足形状部ＢＩＳＢ２お
よび欠陥５３の予想される位置に対応する超音波ビーム
偏向角度θ１、θ３■、θ０およびビーム路程．Ｑ　Ｍ
ｌ、ｉ’　Ｍ２、Ｉ）ｏに基づいて、上述のゲート発生
器３９のゲート制御データを再設定し、最適な条件で特
定形状部Ｂ１、Ｂ２からのエコーおよび欠陥５３からの
エコーを１９ 検出し、そのエコー高さから欠陥判定を定員的に行うこ
とができる。この時、特定形状部Ｂｌ，Ｂ２からのエコ
ーの高さから探触子の被検体との接触状態を判定させ、
欠陥５３からのエコー高さによる”Ｉ’ｌ１定をより信
頼できるしのにすることか可ｆｊシになる。

この粘果、探触子位置が予定していた位置と異なる場合
であっても、超音波探伽装置自体が自ら補正して欠陥検
出に最適な超音波ビームて探傷できるため安定に精度よ
く欠陥検出して判定できるようになる。

さらに、これまでの実施例では、探触子位置が全くわか
らない時の、探触子位置を決定する手段について説明し
たが、もし１既略の探触子位置が検出できるか、あるい
は人力できるならば、その探触子の正確な位置はより簡
１１１に決定できる。すなわち、概略の探触子位置から
検出可能な特定形状部は幾何学的に容易に知り得るから
、その超音波ビーム方向とビーム路程を予測して、これ
に最も近いエコーのピークデータ（第７図のフローチャ
２０ −１・のステップＡ２によるゲート内エコーのピーク検
出紀果）を検索するように第７図のフローチャートのス
テップＡ４を変更し、且つステップＡ５の抽出エコーに
対応する形状部の同定における特定形状部の最初の仮定
に当てはめればよく、簡１１１な探傷手順の変更で実施
できるようになる。

［発明の効果］ 本発明によれば、被検体の複雑形状部の形状エコーを仙
出して、その反射源位置を特定するとともに、探触子位
置を決定し、被検体の外形形状図とＢスコープを重ね合
わせて表示するようにしたので、高精度の探触子走査具
や探触子位置検出器を必要とすることなく複雑形状部の
形状エコーと欠陥エコーを容易に、且つ高精度に判定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

拍１図乃至第５図は、本発明の超音波探傷方法の一丈施
例を説明するための図、第６図は、本発明の超音波探傷
装置の一実施例を示すブロック図、第７図は、同超音波
探傷装置の動作を説明するた２１ めのフローチャート、第８図および第９図は本発明の他
の実施例を説明するための図、第１０図および第１１図
は従来の一例を説明するための図である。 ２１・・・タービン翼ダブティール部、２２・・・外表
面、２３・・・超音波振動子、２４・・・超音波探触子
、２５・・・超音波ビーム、２６・・・欠陥、２７・・
・表示器、３１・・・被検体、３２・・・アレイ探触子
、３３・・・超音波振動子、３４・・・超音波ビーム、
３５・・・超音波送受信器、３６・・・Ａ／Ｄ変換器、
３７・・・画像記憶装置、３８・・・ピーク検出器、３
９・・・ゲー１・発生器、４１・・・形状記憶装置、４
３・・・計算機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内部断面形状が既知の被検体の少なくとも２つ以
   上の特定形状部からの反射超音波を検出し、この反射超
   音波のビーム方向とビーム路程から超音波反射源を特定
   するとともに、超音波ビームの入射点を決定し、この超
   音波ビームの入射点を基準にして上記被検体の断面形状
   とＢスコープを重ね合わせて表示するようにしたことを
   特徴とする超音波探傷方法。
2. （２）被検体に対する超音波探傷時のＢスコープ画像デ
   ータを記憶する記憶手段と、予め上記被検体の断面形状
   データを記憶した形状記憶手段と、上記被検体に対する
   超音波探傷時の超音波受信号波形から複数の特定形状エ
   コーを抽出しそれぞれのエコーの超音波ビーム方向とビ
   ーム路程を検出する検出手段と、この検出手段により検
   出された超音波ビーム方向とビーム路程により超音波反
   射源位置と超音波ビーム入射位置を演算する演算手段と
   、この演算手段により演算された超音波反射源位置と超
   音波ビーム入射位置を基準にして上記形状記憶手段の被
   検体の断面形状と上記記憶手段のＢスコープを重ね合わ
   せ処理する処理手段と、この処理手段で重ね合わせ処理
   されたデータを表示する表示手段とを具備したことを特
   徴とする超音波探傷装置。