JPS61275650A - 超音波探傷装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、被検体がベース部の上面の略中央部に鍔部が
突設されたものとして例えばタービンディスクであって
、このタービンディスクにおけるロータシャフトとの嵌
合面のキー溝部（上記ベース部における上記鍔部付根部
位に相当する）に、ロータシャフト軸方向に沿って面上
に発生した欠陥の検出、及びこの面状欠陥先端のロータ
軸方向に沿っての位置変化、即ち、面状欠陥の形状を測
定する超音波探傷装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 従来、第１０図に示すような被検体としてタービンディ
スクにおけるロータシャフトとの嵌合面のキー溝部を探
傷する場合、図に示すように、タービンディスク１の外
部からウェブ２を挾んだ両側に伸びた探傷治具２０，２
０’の先端に斜角探触子２０．２０’を取付け、超音波
ビーム２２をタービンディスク１のキー溝部９に入射さ
せ、欠陥５からの反射エコー２２′を検出して、欠陥先
端反射エコーとキー溝天井部からの反射エコーのビーム
路程より欠陥５の深さを測定することが行なわれている
。即ち、第１１図は上記手法で探触した結果（表示例）
を示しており、欠陥先端の反射エコーａとキー溝底面エ
コーｂのビーム路程差Δ１を利用して、欠陥深さを測定
している。

しかし乍、上述した手法では、欠陥５までの入射ビーム
２２及び反射エコー２２′のビーム路程全長が長くなっ
てしまうため、タービンディスク１の材料に起因するノ
イズエコー等が増加し、キー溝ウェブ部における浅い欠
陥を検出することは困難であった。

また、上記の如くの探触子駆動装置７Ａ、７Ｂを用いた
場合にあっては、タービンディスク１のキー溝４の円周
方向のどの部分を探傷しているのかが不明瞭である。

更に、ウェブ２下の欠陥深さを測定できる範囲は、ウェ
ブ２の厚さ、或いはハブ３の内外径寸法によりウェブ２
の中央部近傍に限られてしまうため、ウェブ２の欠陥位
置の変化、即ち欠陥形状を測定することは困難であった
。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に基づいてなされたもので、その目
的とするところは、ベース部の上面の略中央部に鍔部が
突設された被検体の上記ベース部における上記鍔部付根
部位に存在する面状欠陥の有無、及び形状測定を容易且
つ高精度に探傷可能とした超音波探傷装置を提供するこ
とにある。

［発明の概要］ かかる目的を達成するために本発明による超音波探傷装
置は、鍔部を挾んで対向配置される一対の超音波探触子
の位置検出を以下の如くして行うことを特徴とする。即
ち、一方の超音波探触子から延出した延出部材の端部に
よって他方の超音波探触子に設けた光送受手段による光
を通光、しヤ光することにより高精度の位置検出を行な
うことを特徴として、いる。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例を図を用いて説明する。

第１図において、タービンディスク１のウェブ２を挾ん
だハブ３上には、キー４がほぼ中央になるようにしてス
キャナー６および７が固定設定される。スキャナー６．
７、ハブ３間に形成された溝にスキャナーガイド板６ｂ
、７ｂが挿入され、両スキャナー６．７が平行に設置さ
れるように構成されている。スキャナー６．７内には、
マルチプローブ５ｃ、７ｃが設けられ、このマルチプロ
ーブ６Ｃ２，７０は軸方向および円周方向に移動可能な
駆動機構５ｅ、７ｅが設けられたプローブホルダー６ｆ
、７１を介しプローブハウジング６ｂ。

７ｂ内に収納されている。このプローブハウジング６ｂ
、７ｂには垂直方向に延びた治具６　Ｑ、　７　Ｑが取
り付けられ、治具６ｇの先端部にスキャナー７の方向へ
向いた微小幅の位置検出用治具６１が、前記治具６ｇと
直角に設置されている。一方、治具７ｇの先端には発光
素子（例えば赤外線発光ダイオード）７にとこれに位置
検出用治具６１を挾んで対向している受光素子（例えば
フォトセンサー）７１とを保持している治具７ｊが設置
゛されている。

ここで第２図（ａ　）の上面図、第２図（ｂ）の側面図
を参照して、上記位置検出部の構成について詳説する。

即ち、第２図において、発光素子７には図示しない主電
源部のスイッチオンにより、常に発光し、受光素子７１
で受光するようになっている。さて、プローブハウジン
グ６ｂを固定し、同ハウジング７ｂを円周方向（紙面垂
直方向）に移動させると、位置検出用治具６１が、治具
７ｊ内を通過するときの受光素子７１の受光量と、ハウ
ジング７ｂの位置（通過時間）との関係は第３図に示す
ように、中心位置Ｏで受光量が最小となり、そのときの
中心位ｌｔＯは、位置検出器にて自動的に計測されるよ
うに構成されている。

ここで、第４図＜ａ　）の側面図、第４図（ｂ）の１断
面図を参照して上記マルチプローブ６Ｃの周辺構成につ
いて詳説する。第４図においてマルチプローブ６Ｃを収
納しているハウジング６ｂはその前面に発光素子（例え
ば赤外線発光ダイオード又はレーザー）６ｊが設置され
ており、タービンディスク１の円周方向に前記プローブ
ハウジング６ｂをプローブ駆動機構６８により移動しな
がら発光させ、そのとき、スキャナー６の内側に設置さ
れている受光素子群（例えばリニアセンサー）６ｋにて
受光検出することにより、マルチプローブ６Ｃのスキャ
ナー６内での位置が検出可能となる。

尚、第１図乃至第４図においてマルチプローブ、発光部
、受光部および給油等については信号ケーブル、給油ホ
ース集合体６ｄ、７ｄにて外部に取り出され、かつ外部
制御が可能となっている。

次に第１図乃至第４図に示したスキャナ一部を含めて本
装置の回路の構成を第５図を用いて説明する。

各発光素子６ｊ、７には発光電源部１４に接続され、発
光のオン、オフはＣＰＵ（中央演算処理装置）１３によ
り制御可能となっている。また、発光素子６ｊ、７ｋか
らの光を受光する受光素子７ＪＬおよび受光素子群６に
は受光電圧検出部１５を介して位置検出器１６に接続さ
れており、位置検出器１６には受光量とプＯ−プ位置の
分布より指定のプローブ位置を計算する演算処理機能を
有している。

またスキャナー６．７に内蔵されているマルチプローブ
６ｃ、７ｃは駆動機構６ｅ、７ｅによりタービンディス
ク１の軸方向および円周方向への駆動が可能であり、こ
の駆動はＣＰＵ１３からスキャナーコントローラー１７
を介して制御されており、プローブの位置情報は、位置
検出器１６へ送られるように構成されている。

前記プローブ位置情報と、（ｉ号処理されたピーク値お
よびビーム路程値はＣＰＵ１３内の演算部により後述す
るＡＬＯＫ法を用いて演算され、欠陥の位置標定を画像
表示器１８に表示する。

タービンディスク１のウェブ２を挾んだハブ３上の同一
軸上に設置されたマルチプローブ５ｃ。

７Ｃにおいては、マルチプローブ６Ｃが超音波送信器１
０により超音波送信がなされ、対向したマルチプローブ
７Ｃからの信号を超音波受信器１１で受信し、この受信
信号を信号処理器１２で処理後、ＣＰＵ１３内介して画
像表示器１８に表示される。このマルチプローブ６ｃ、
７ｃでは第６図に示すように各々のプローブ内に偏向角
θ、屈折角βが等しく、対象の位置に設置されているプ
ローブ５ｃ１．６Ｃ２および７Ｃ１，７Ｃ２を有し、探
傷時には、６Ｃｔ→７Ｃ１，６Ｇ２→７Ｃ２の対で使用
できるようにＣＰＵ１３で制御されるように構成されて
いる。

次に上記の如く構成された本実施例の作用について説明
する。

即ち、キー溝９中央を測定系の座標原点とする。

そのために、その位置を検出゛する必要があり、第７図
（ａ　）の断面図、第７図（ｂ）の平面図に示すように
マルチプローブ６　ｃ、　７　ｃを設置しプローブ位置
Ｑ１→Ｐｎへと移動させる。このときマルチプローブは
ＣＰＵ１３内 ７０２が選択され、プローブ６（ｊ２は超音波送信器１
０からの高電圧パルスにより励振され、超音波ビームが
送信される。

両ブＯ−ブは同一軸上に設置されるように保持された状
態で、超音波送受信を行ないながら、位置Ｑ工→Ｑｎへ
と移動させ、位置Ｐ１近傍にて使用するブＯ−ブを６０
ｔ→７’Ｏｓに選択し、同様にＰ’ｓ→ｐｎへと探傷を
行なう。このときのプローブ位置とエコー高さの関係は
第８図のように画像表示器１８上に示され、タービンデ
ィスク１のキー溝エツジにの反射エコーが著しく検出さ
れるため、２つのエコー分布をもち、各エコー分布の中
央値０１，０２　（７）中央（ｉｌＯ−Ｏｉ　＋０２　
／２カキー溝９の中央として標定される。

さて、本実施例では、第９図＜ａ　＞に示すような欠陥
ｄｉ、ｄ２を探傷する場合には、プローブ位置およびプ
ローブ位置における欠陥端部までのビーム路程の情報を
用いて、欠陥位置を算出するＡＬＯＫ法により寸法測定
を行なう。

ここでＡＬＯＫ法について簡単に説明する。第９図にお
いて、プローブ位置５ｘ（Ｘｓ、Ｖｔ。

Ｚｌ）、Ｓ２　　（Ｘ２．Ｖ２．Ｚ２）から超音波ビー
ムを入射し、欠陥ｄ１の先端からの端部エコーを検出し
、そのビーム路程Ｊ、ｔ　、　Ｊｌ、２を測定する。

このとき欠陥先端座標Ｆ（Ｘａ、Ｚ＠）は下記（１）式
により求められる。

・・・（１） ここでＶｘ−Ｖｚ−Ａ（両プＯ−プの軸方向距離の１／
２） ざらにプローブ位置をＳ３→３ｎと移動させ、そのとき
測定されたビーム路程ＪＬｓ→Ｊ、ｎのうち、任意の２
つのプローブ位置での測定値（プローブ位置とそのとき
のビーム路程）を（１）式に代入して欠陥先端位置を算
出する。

次に欠陥に対して反射方向からプローブ位置Ｔ１→Ｔ１
１と移動させながら欠陥情報を測定し、前記同様、欠陥
先端位置を算出すると第９図（ｂ　）に示すように画像
表示器１８に表示され、各測定点の交点が欠陥先端位置
として標定されることになる。尚、ＣＰＵ１３には、内
部に演算部を有しており、ＡＬＯＫ方法を用いた演算が
可能となる機能を有しているものである。

以上説明したように、本実施例によれば、タービンディ
スク１のキー溝ウェブ２の中央部に発生した軸方向に沿
う面状欠陥の検出あるいは欠陥深さ測定において、ター
ビンディスク１のウェブ２を挾んだハブ３面上に一方を
送信探触子群、他方を受信探触子詳とするマルチプロー
ブ６ｃ、７ｃを設置し、ハブ３の円周方向に移動させる
。このとき、一方の探触子前面部に取り付けられた発光
素子６Ｊ、７にと同探触子のスキャナー内に取り付けら
れた受光素子群６に、７１により、探触子の移動量が高
精度に検出されるとともに、一方の探触子上部に取り付
けられたセンサー（発光素子と受光素子で構成されてい
る）内を他方の探触子上部に取り付けられた治具が通過
することにより、そのときの受光最の分布で、同探触子
を同一軸上に設置できる機構を保持することにより、探
触子の位置精度が大幅に向上し、探傷精度もそれにより
、大幅に向上することになる。

また、同一偏向角および同一屈折角を有する探触子２［
１を有するマルチプローブ６ｃ、７ｃを２個用い、探触
子の切換えにより、キー溝エツジ部の検出により測定系
の座標原点即ちキー溝中央を検出し、ざらに同探触子を
用いてキー溝部を一定のピッチごとに探傷し、得られた
端部エコーの信号処理とそのときの探触子位置により欠
陥先端部を算出し、キー溝部を一回の探傷で、欠陥寸法
測定が可能となる。

従って、上記探触子と探触子位置検出用センサーおよび
駆動機構を用いることにより、探触子の位置精度が大幅
に向上し、ざらに両探肢子を相対位置寸法を保持したま
ま、軸方向に移動させて円周方向を探傷することも可能
であり、キー溝ウェブ部を広範囲にわたって探傷できる
ため欠陥形状測定可能であり、タービンディスクの保守
点検における信頼性が著しく向上するという効果がある
。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明では、送受信探触子の位置を
光学的手段を用いて検出していることがら高精度の位置
情報が得られ、これと超音波送受信情報とにより欠陥の
有無並びに欠陥の寸法等が高精度に探傷できる超音波探
傷装置が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明による超音波探傷装置の一実
施例を説明するためのもので第１図はタービンディスク
上でのブＯ−ブ配置を示す図、第２図及び第３図は光学
的位置を説明するための図、第４図はブＯ−ブの移動を
示す図、第５図は電気回路の構成を示すブロック図、第
６図は超音波送受信における送波角度・受渡角度の関係
を説明するための図、第７図はタービンディスク上での
プローブの位置及び送受信の関係を説明するための図、
第８図はプ０−プ位置とエコー高さとの関係を示す特性
図、第９図は探傷条件と画像表示との関係を示す図、第
１０図及び第１１図は従来の例６を説明するための因で
ある。 １・・・タービンディスク、２・・・ウェア、３・・・
ハブ、４・・・キー、５・・・欠陥、６ａ、７ａ・・・
ハウジング、６ｂ、７ｔｌ−・・プローブハウジング、
６ｃ、７ｃ・・・マルチプローブ、６ｄ、７ｄ・・・信
号ケーブル・給油ケーブル集合体、６ｅ、７ｅ・・・プ
ローブ駆動部、６ｆ　、７ｆ・・・プローブホルダー、
６　ａ、　７　ａ、　７　Ｊ・・・治具、６ｔｌ、７ｈ
・・・スキャナーガイド板、５ｉ−・・位置検出用治具
、６ｊ　、７ｋ・・・発光素子、６ｋ。 ７ｊ・・・受光素子、９・・・キー溝、１０−・・超音
波送信器、１１・・・超音波受信器、１２・・・信号処
理器、１３・・−ＣＰＵ、１４・・・発光電源部、１５
・・・受光電圧検出部、１６・・・位置検出器、１７・
・・スキャナーコントローラ、１８・・・画像表示器、
Ｋ、に’・・・キー溝エツジ、２０．２０’　・・・探
傷治具、２１゜２１′・・・斜角探触子、２２．２２’
・・・超音波ビーム。 出願人　代理人　弁理士　鈴江武彦 第１５１ 第　２ｊ！！！ｌ ６　　　　　時間（ａ置） 隼３図 ７°）ブ科動ろ向 第７図 アロープ４を置 第８５１１ 第９［ 第１０図 ビームエ番拳ｉ 第１１１ｉｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ベース部の上面の略中央部に鍔部が突設された被検体の
   上記ベース部における上記鍔部付根部位を超音波探傷す
   る超音波探傷装置において、上記ベース部の上面の略中
   央部に鍔部が突設された被検体の上記ベース部の両側上
   面夫々に配置されるものであって超音波送受波方向が左
   右対称且つ同一の屈折角を有する一対の超音波振動子を
   備えた送信用及び受信用超音波探触子と、この送信用及
   び受信用超音波探触子夫々を上記被検体のベース部の上
   記鍔部に沿った伸長方向に移動させる探触子移動部と、
   ものであって上記一方の超音波探触子から他方の超音波
   探触子へ延出する延出治具とこの治具の端部を挾んだ送
   受光手段を用いて上記送信用及び受信用超音波探触子夫
   々の位置を検出する探触子位置検出部と、上記送信用及
   び受信用超音波探触子夫々の一方の超音波振動子を用い
   て上記ベース部における上記鍔部付根部位に対して上記
   伸長方向の右（又は左）から超音波送受信を行なうと共
   に上記送信用及び受信用超音波探触子夫々の他方の超音
   波振動子を用いて上記鍔部付根部位に対して伸長方向の
   左（又は右）から超音波送受信を行なって超音波エコー
   情報を得この超音波エコー情報と上記探触子位置検出部
   からの探触子位置情報とに基づいて上記ベース部におけ
   る上記鍔部付根部位に存在する欠陥の位置情報及び形状
   情報を求めてこれを表示する本体部とから構成されたこ
   とを特徴とする超音波探傷装置。