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JPH03100406A - 物体の外形を測定する超音波システム - Google Patents

物体の外形を測定する超音波システム

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Publication number
JPH03100406A
JPH03100406A JP2236919A JP23691990A JPH03100406A JP H03100406 A JPH03100406 A JP H03100406A JP 2236919 A JP2236919 A JP 2236919A JP 23691990 A JP23691990 A JP 23691990A JP H03100406 A JPH03100406 A JP H03100406A
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JP
Japan
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carriage
electromagnetic wave
energy
reference surface
opposite surfaces
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JP2236919A
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Michael J Metala
マイケル・ジョセフ・メタラ
Lee W Burtner
リー・ウェイン・バートナー
Michael F Fair
マイケル・フランシス・フェア
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of JPH03100406A publication Critical patent/JPH03100406A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2866864B2 publication Critical patent/JP2866864B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04—Wave modes and trajectories
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  • Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

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】 本発明は発電機の保持リングのような中実物体の検査に
関し、さらに詳細には、所与の軸線に沿うかかる物体の
外形を間接的に測定する装置および方法に関する。
産業上、磨耗或いは他の原因で故障しやすい機械部品の
検査がしばしば必要になることがある。
例えば、発電機の軸保持リングは巻線を定位置に保持す
るために発電機の軸端に取り付けられるが、傷があるか
否かをチエツクするために定期的な検査が必要である。
大型発電機の寿命は保持リングの状態に左右されること
があるので、かかるリングの検査が益々重要になってい
る。通常、リングの表面の発電機の巻線と接触するとこ
ろに割れが発生し、これらの割れはリングの内径が変化
する場所で始まることが多い。かかる割れの大きさが臨
界的な値になると、そのリングが破壊され発電機および
その周りの装置に広範な損傷を与える恐れがある。
かかる事態の発生を未然に防ぐために、電力会社の多く
は発電機の保持リングの定期的な点検を行っている。最
もありふれた点検方法は、高周波の超音波信号をリング
の外周面から内周面の方へ半径方向に向ける超音波検査
である。超音波エネルギーの走行時間をリングの外形に
ついての正確な情報に基づきモニターすることにより、
リングの内周面から始まった小さな割れを発見すること
が可能である。
かかる方法がうまくいくかがどうかは、リングの外形に
ついての正確な情報の有無に左右されるが、かかる情報
は発電機の設置場所に常にあるというわけではない。リ
ングを取り外してその外形を測定することは経済的な理
由で妥当でなく、リングの設計図面も普通手に入らない
ことが多い。
本発明の主要目的は、発電機保持リングのような物体の
外形を測定するにあたりその物体をその通常位置から取
り外す必要なしに行える方法および装置を提供すること
にある。
本発明の別の目的は、外形を測定する物体の１つの表面
を横断する方向に超音波変換器を移動することによりか
かる外形情報を迅速且つ簡単な方法で得ることにある。
上述のそして他の目的は、本発明による、２つの互いに
反対の表面を有する物体の横断面の外形を測定する装置
であって、基準表面を有し前記基準表面を介して超音波
エネルギーの送受信を行う超音波変換器手段と、変換器
手段に接続されて、該変換器手段が基準表面を介して超
音波エネルギーを送信し基準表面を介して変換器手段が
受信した反射超音波エネルギーを検出することにより基
準表面と前記基準表面に対向する超音波エネルギー反射
表面との間の距離を求める厚さ測定手段と、前記変換器
手段を支持するキャリジと、基準点を有する直線走行路
を画定し前記キャリッジが前記走行路に沿って移動自在
なように支持する案内手段と、前記キャリッジと作動的
に関連して、前記基準点に対する前記走行路に沿うキャ
リッジの位置を求める位置測定手段と、前記直線走行路
が前記２つの互いに反対の表面の一方に沿って延びるよ
うに前記案内手段を前記物体に固定する手段と、前記厚
さ測定手段と前記位置測定手段とに結合されて前記基準
表面が２つの互いに反対の表面の一方と接触状態にある
時前記基準点に対するキャリッジの位置と相関させた物
体の互いに反対の表面間の距離の表示を発生する信号処
理手段とよりなることを特徴とする測定装置により達成
される。
本発明の上記目的はさらに、上述の装置を用いて２つの
互いに反対の表面を有する物体の外形を測定する方法で
あって、前記直線走行路が物体の互いに反対の表面の一
方と平行に延びるように前記固定手段を前記物体に接続
し、前記基準表面を互いに反対の表面の一方と接触状態
において前記厚さ測定手段と前記位置測定手段とを作動
させながら前記キャリッジを前記走行路に沿って移動し
、前記信号処理手段を作動して前記走行路に沿う互いに
反対の表面間の距離の表示を発生させるステップよりな
ることを特徴とする方法により達成される。
以下、添付図面を参照して本発明を実施例につき詳細に
説明する。
第１図に示した組立体は、本質的に軸受６により案内管
４上に枢動自在に取り付けられたキャリッジ２よりなる
。キャリッジ２は本質的に２つのアーム８よりなり、各
アームはそれぞれの軸受６上に取り付けられて関連のス
ペーサ１０を有する。スペーサ１０間には磁気ターゲッ
ト１２が固定されるが、この作用については後で詳しく
説明する。
アーム８の自由端が変換器ホルダー１４を支持する。こ
の変換器ホルダー１４は案内管４の軸線と平行な軸線を
中心として枢動できるが、その枢動軸の方向においてア
ーム８に関し定位置に固定されるようにアーム８に取り
付けられている。
ホルダー１４は、超音波変換器１６がホルダー１４の枢
動軸に対して直角に延びる軸線１８を中心としてホルダ
ー１４に関し枢動できるようにその変換器１６を支持す
る。
変換器１６は、外形を測定すべき物体の１つの表面と接
触状態に維持される基準表面２０を有する。
案内管４の内部には、電磁波エネルギーが伝ぱんできる
電磁波導波管２２が設けられている。
磁気ターゲット１２は、かかる電磁波エネルギーの少な
くとも一部を導波管２２の入力端へ反射する作用を有し
、導波管２２に沿う電磁波の走行時間の測定値が案内管
４に沿うキャリッジ２の位置を与える。
キャリッジ組立体２を組み込んだ本発明の測定装置を、
第２図において、外形を測定すべき物体を画定する２つ
の互いに反対の表面２６．２８を有する物体２４と共に
示す。
第２図に示した物体は、上述した特性を有する発電機保
持リングである。しかしながら、本発明の装置はパイプ
、シリンダ、プレート等を含む（これらに限定されない
）各種の物体の外形測定に利用できることが解るであろ
う。
第２図に示す装置は、各々が物体２４の軸端に取り付け
られる２つの支持ユニット３２．３４を有する。
支持ユニット３２は、取り付はプレート３６とそのプレ
ート３６に固定されたブラケット３８とを有する。ブラ
ケット３８は、ピンまたはボルト４０により物体２４に
設けた孔部に固定することができる。プレート３６には
支持プラットホーム４２が固定され、このプラットホー
ムは案内、管の一端と導波管２２（第２図では見えない
）に作動的に結合された位置変換器４４とを支持する。
プラットホーム４２はさらに、厚さが正確に決められた
少なくとも２つの領域を有する較正ブロック４６を支持
する。
支持ユニット３４は、表面２６および物体２４の関連の
軸端と接触し、案内管４のもう一方の端部をナツトまた
は保持リング５４の助けにより支持する支持部材５０を
有する。
典型的な発電機保持リングである第２図に示した物体２
４は、円筒形の外表面２６と、直径が変化する多数の部
分５６を有する段付き内側表面２８とを有する。
本発明による外形情報を求める回路を第３図に示すが、
この回路は変換器１６へ信号を供給しその変換器から信
号を受は取るように結合された超音波変換器回路６０と
、位置変換器４４に関して同じような作用を有する位置
変換器回路６２とを有する。
回路６０は公知の態様で物体２４の表面２６と２８との
間の距離、すなわち物体２４の壁厚を表す信号を、超音
波エネルギーの表面２８へのそしてその表面から表面２
６への反射エネルギーの走行時間に基づいて取り出す一
方、回路６２は変換器４４とターゲット１２との間の管
４に沿う距離を表す出力信号を発生する。かくして、回
路６０の出力において任意の時間に発生する厚さ信号は
、回路６２により発生される信号が指示する点における
物体２４の厚さを表す。
回路６０及び６２によって発生された測定信号は、関連
の位置信号と共に、次々に得られる厚さ信号を保存する
データプロセッサー６４へ供給される。
その結果得られた情報は、従来の方法で処理され表示装
置６６又はプロッター６８のいづれかへ供給されて物体
２４の外形が表示される。
本発明の装置を用いて外形を作成するためには、この装
置を第２図に示すように外形を測定する物体２４に取り
付ける。次いで、信号が超音波変換器１６及び位置変換
器４４へ供給されまたそれらから受信される状態で、変
換器１６を較正ブロック４６に沿って移動させる。その
ブロックの両方の領域から読みが得られ、回路６０が正
しい厚さの値を表示するように調整される。そして、ブ
ロック４６からプレート３６への変化を基準として用い
、プレート３６の厚さを考慮して、キャリッジ２を管４
に沿って移動させると共に厚さの読みをとる。基準表面
２０は、ホルダー１４と変換器１６を保持すると共にキ
ャリッジ２を管４に沿って手で動かすオペレータにより
、外側表面２６と同一平面に維持される。
回路６０が厚さの変化が生じたことを指示すると、オペ
レータはキャリッジ２のさらに先への移動を停止させ、
変換器をその変化点を横切るように移動させて、変化点
の各側における厚さ及びその距離の指示を得る。
この操作は物体２４の全長をカバーするまで継続する。
かかる操作の終期において得られたデータを集めること
により、物体の外形を表示又はプロットすることができ
る。
現在において考えられる装置は手動により操作するもの
であるが、本発明をキャリッジ２が管４に沿ってモータ
により移動しホルダー１４が基準表面２０を物体の表面
に自動的に維持するように構成された自動化装置により
実現することも可能であることが解る。この構成では、
厚さと位置の読みを規則正しいインターバルで得るよう
にする必要があるだけである。
その結果得られた外形は、その後物体の表面を超音波に
より検査して割れの発生を突き止める位置を確定するた
めに用いられる。
本発明をその特定の実施例につき詳しく説明したが、本
発明の精神から逸脱することなく多くの変形例及び設計
変更が考えられることが明らかである。特に、適当な距
離測定装置を用いて管４に沿うキャリッジ組立体２の位
置を指示させることができる。頭書の特許請求の範囲は
本発明の真の範囲及び精神内に含まれるかかる変形例を
含むものと意図されている。
従って、ここに示した実施例は全ての点において例示の
目的を有するのみで限定的な目的を持たず、本発明の範
囲は本明細書の記載ではなくて頭書の特許請求の範囲に
より画定されるべきであり、特許請求の範囲の均等物の
範囲に入る全ての変更は本発明の範囲に入るものと理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の好ましい実施例による厚さモニター
用変換器組立体の斜視図である。 第２図は、第１図の変換器組立体を含む本発明の測定装
置の側横断面図である。 第３図は、本発明の測定装置の回路要素を示すブロック
図である。 ２・・キャリッジ ４・・案内管 ６・・軸受 ８・・アーム １０・・スペーサ １２・・磁気ターゲット １４・・ホルダー １６・・変換器 ２０◆・基準表面 ２２・・電磁導波管 ２４・・物体 ３２．３４・・支持ユニット ３６・・取り付はプレート ３８・・ブラケット ４０・・ボルト ４２・・支持プラットフォーム ４４・・位置変換器 ５０・・支持部材 ６０・・超音波変換器回路 ６２・・位置変換器回路 ６４・φデータプロセッサ ６６・・表示装置 ８８・−プロッター

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）２つの互いに反対の表面を有する物体の横断面の
    外形を測定する装置であって、基準表面を有し前記基準
    表面を介して超音波エネルギーの送受信を行う超音波変
    換器手段と、変換器手段に接続されて、該変換器手段が
    基準表面を介して超音波エネルギーを送信し基準表面を
    介して変換器手段が受信した反射超音波エネルギーを検
    出することにより基準表面と前記基準表面に対向する超
    音波エネルギー反射表面との間の距離を求める厚さ測定
    手段と、前記変換器手段を支持するキャリジと、基準点
    を有する直線走行路を画定し前記キャリッジが前記走行
    路に沿って移動自在なように支持する案内手段と、前記
    キャリッジと作動的に関連して、前記基準点に対する前
    記走行路に沿うキャリッジの位置を求める位置測定手段
    と、前記直線走行路が前記２つの互いに反対の表面の一
    方に沿って延びるように前記案内手段を前記物体に固定
    する手段と、前記厚さ測定手段と前記位置測定手段とに
    結合されて前記基準表面が２つの互いに反対の表面の一
    方と接触状態にある時前記基準点に対するキャリッジの
    位置と相関させた物体の互いに反対の表面間の距離の表
    示を発生する信号処理手段とよりなることを特徴とする
    測定装置。
  2. （２）前記信号処理手段が、２つの互いに反対の表面間
    の前記物体の外形を前記直線走行路の方向で表示するグ
    ラフィック表示手段よりなることを特徴とする請求項第
    １項に記載の装置。
  3. （３）前記位置測定手段が、電磁波エネル ギーを送受信する電磁波変換器と、電磁波変換器に結合
    されて直線走行路に沿い電磁波エネルギーを伝ぱんさせ
    る電磁波伝ぱん手段と、前記キャリッジに取り付けられ
    前記電磁波伝ぱん手段と作動的に関連し前記電磁波変換
    器手段により送信されたエネルギーを前記電磁波変換器
    の方へ反射するエネルギー反射手段とよりなり、前記電
    磁波変換器から前記反射手段への電磁波エネルギーの伝
    ぱん時間が前記基準点からのキャリッジの距離と比例す
    ることを特徴とする請求項第１項に記載の装置。
  4. （４）前記電磁波伝ぱん手段が、導波管よりなり、前記
    エネルギー反射手段が導波管内を伝ぱんするエネルギー
    に対して反射効果を有する磁界を発生することを特徴と
    する請求項第３項に記載の装置。
  5. （５）キャリッジと前記超音波変換器手段との間に接続
    されて、前記案内手段が前記物体に固定されると前記基
    準表面が物体の一方の表面と平行に維持されるようにす
    る配向手段をさらに含んでなることを特徴とする請求項
    第１項に記載の装置。
  6. （６）前記案内手段が、キャリッジが前記直線走行路に
    沿って延びる第１の軸線を中心として枢動できるように
    前記キャリッジを支持し、前記配向手段が前記超音波変
    換器手段が前記第１の軸線と平行な第２の軸線および前
    記第２の軸線を横断する第３の軸線を中心として枢動す
    るできるようにする機構よりなることを特徴とする請求
    項第５項に記載の装置。
  7. （７）前記超音波変換器手段と協働して前記厚さ測定手
    段の較正を可能にするように配設された較正ブロックを
    さらに含んでなることを特徴とする請求項第１項に記載
    の装置。
  8. （８）２つの互いに反対の表面を有する物体の横断面の
    外形を測定する装置であって、基準表面を有し前記基準
    表面を介して超音波エネルギーを送受信する超音波変換
    器手段と、前記変換器手段と接続されて、変換器手段が
    前記基準表面を介して超音波エネルギーを送信するとと
    もに前記基準表面を介して前記変換器手段により受信さ
    れた反射超音波エネルギーを検出することにより前記基
    準表面と基準表面に対向する超音波エネルギー反射表面
    との間の距離を求める厚さ測定手段と、前記変換器手段
    を支持するキャリッジと、基準点を有する直線走行路を
    画定し、前記キャリッジが前記直線走行路に沿って延び
    る第１の軸線を中心として枢動すると共に前記直線走行
    路に沿って移動自在なように前記キャリッジを支持する
    案内手段と、電磁波エネルギーを送受信する電磁波変換
    器、電磁波変換器と結合されて直線走行路に沿って電磁
    波エネルギーを伝ぱんさせる電磁波導波管、前記キャリ
    ッジに取り付けられ前記導波管と作動的に関連して前記
    電磁波変換器により送信された電磁波エネルギーを前記
    電磁波変換器の方へ反射する電磁波エネルギー反射手段
    よりなり、前記電磁波エネルギー反射手段が前記導波管
    内を伝ぱんする電磁波エネルギーに対して反射効果を有
    する磁界を発生し、前記電磁波変換器から前記反射手段
    への電磁波エネルギーの走行時間が前記基準点からのキ
    ャリッジの距離と比例するようにした、前記キャリッジ
    と作動的に関連して前記基準点に対する前記走行路に沿
    うキャリッジの位置を求める位置測定手段と、前記直線
    走行路が２つの互いに反対の一方に沿って延びるように
    前記案内手段を前記物体に固定する手段と、前記キャリ
    ッジと前記超音波変換器手段との間に接続されて前記案
    内手段が前記物体に固定されると前記基準表面が物体の
    一方の表面と平行に維持されるようにし、さらに前記超
    音波変換器手段が前記第１の軸線と平行な第２の軸線お
    よび前記第２の軸線を横断する方向の第３の軸線を中心
    として枢動できるようにする機構を備えた配向手段と、
    前記厚さ測定手段と前記位置測定手段とに結合されて前
    記基準表面が２つの互いに反対の表面の一方と接触状態
    にあるとき前記基準点に対するキャリッジの位置と相関
    させた前記物体の互いに反対の表面間の距離の表示を発
    生する信号処理手段とよりなり、前記信号処理手段が２
    つの互いに反対の表面間の物体の、直線走行路の方向に
    おける外形の表示を発生するグラフィック表示手段を含
    むことを特徴とする装置。
  9. （９）請求項第１項に記載した装置を用いて２つの互い
    に反対の表面を有する物体の外形を測定する方法であっ
    て、前記直線走行路が物体の互いに反対の表面の一方と
    平行に延びるように前記固定手段を前記物体に接続し、
    前記基準表面を互いに反対の表面の一方と接触状態にお
    いて前記厚さ測定手段と前記位置測定手段とを作動させ
    ながら前記キャリッジを前記走行路に沿って移動し、前
    記信号処理手段を作動して前記走行路に沿う互いに反対
    の表面間の距離の表示を発生させるステップよりなるこ
    とを特徴とする方法。
  10. （１０）前記移動ステップが手動により行われることを
    特徴とする請求項第９項に記載の方法。
  11. （１１）前記移動ステップが、前記厚さ測定手段が２つ
    の互いに反対の表面間の距離の変化を指示するたびごと
    に前記キャリッジを停止させ、２つの互いに反対の表面
    間の距離をその変化点の両側で求めるステップよりなる
    ことを特徴とする請求項第１０項に記載の方法。
JP2236919A 1989-09-07 1990-09-05 物体の外形を測定する超音波システム Expired - Lifetime JP2866864B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US404,136 1989-09-07
US07/404,136 US5029476A (en) 1989-09-07 1989-09-07 Ultrasonic system for determining the profile of solid bodies

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Publication Number Publication Date
JPH03100406A true JPH03100406A (ja) 1991-04-25
JP2866864B2 JP2866864B2 (ja) 1999-03-08

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CN (1) CN1024945C (ja)
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