JPS6130762A - 超音波探傷方法及びその装置 - 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おける口−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
するための超音波探傷方法及びその装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、第８図に示すような被検体どしてタービンディス
クおレプ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、ターどンディスク１の外部
からウェアを挟んだ両側に伸びた探触子駆動装置７Ａ、
７Ｂの先端に斜角探触子６Ａ、６Ｂを取付け、超音波ビ
ーム８Ａをタービンディスク１のキー溝部４に入射させ
、欠陥５からの反射エコー８Ｂを検出して、欠陥先端反
則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。

しかし乍、上述した手法では、欠陥５までの入射ビーム
８Ａ及び反射エコー８Ｂのビーム路程全長が長くなって
しまうため、ターごンディスク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、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方法及びその装置を
提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明による超音波探傷装置は、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及びこの伸長方向に対して直角
方向に移動させる探触子移動部と、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し、上記ベース部の両側上面
の多方向から上記鍔部付根部位に対し超音波送受信を行
なうことにより超音波エコー情報を得、この超音波エコ
ー情報と上記多方向から超音波送受信を行なう際の送受
信点位置情報とを知って上記鍔部付根部位を超音波探傷
するようにした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参照して説明する。第１
図は本実施例の超音波探傷装置を示すブロック図である
。第２図（ａ＞（ｂ）は夫々本実施例の超音波探触子、
探触子移動部、探触子位置検出部等をタービンディスク
１のウェブ２を挟んだハブ３上の同一軸上に配置した場
合の軸方向断面図、上方から見た図である。

第１図及び第２図（ａ）（ｂ）において、１０はモータ
等よりなる第１．第２の駆動手段１１Ａ。

１１Ｂを有し且つハブ３上に配置された探触子移動部で
あり、第１の駆動手段１１Ａによりハブ３上の周方向Ｓ
に移動可能に構成されている。１２Ａ、１２Ｂは夫々探
触子移動部１０に設けられた第１．第２のエンコーダで
あり、第１のエンコーダ１２Ａによりこの探触子移動部
１０の位置検出を行なっている。１３は探触子移動部１
０に設けられ、第２の駆動手段１１Ｂによりこの探触子
移動部１０上でのハブ３の軸方向Ａに移動可能な送信用
の超音波探触子である。この超音波探触子１３は第２の
エンコーダ１２Ｂによりその位置検出が行なわれている
。１４Ａ、１４Ｂは夫々探触子移動部１０に設けられ、
超音波探触子１３の移動時に原点の設定を行なうリミッ
トスイッチである。

ここで、超音波探触子１３は一対の超音波振動子１３Ａ
、１３Ｂを有し、これら一対の超音波振動子１３Ａ、１
３Ｂは首振り角θ及び屈折角βが一定値になるように構
成されている。また、超音波探触子１３は高精度の探傷
を図るため、探触子移動部１０によりハブ３に対して一
定押圧力で保持されつつ移動可能になっている。

１５はモータ等よりなる第１．第２の駆動手段１６Ａ、
１６Ｂを有し且つハブ３上の上記探触子移動部１０と同
一軸上に配置された探触子移動部であり、第１の駆動手
段１６−Ａによりハブ３上の周方向Ｓに移動可能に構成
されている。１７Ａ。

１７Ｂは夫々探触子移動部１５に設けられた第１゜第２
のエンコーダであり、第１のエンコーダ１７Ａによりこ
の探触子移動部１５の位置検出を行なっている。１８は
探触子移動部１５に設けられ、第２の駆動手段１６Ｂに
よりこの探触子移動部１５上でのハブ３の軸方向へに移
動可能な送信用の超音波探触子である。この超音波探触
子１８は第２のエンコーダ１７Ｂにより位置検出が行な
われている。１９Ａ、１９Ｂは夫々探触子移動部１５に
設けられ、超音波探触子１８の移動時に原点の設定を行
なうリミットスイッチである。ここで、超音波探触子１
８は一対の超音波振動子１８Ａ。

１８Ｂを有し、これら一対の超音波振動子１８Ａ。

１８Ｂは、首振り角θ及び屈折角βが一定値になるよう
に構成されている。また、超音波探触子１８は高精度の
探傷を図るため、探触子移動部１５により、ハブ３に対
して一定押圧力で保持されっつ移動可能になっている。

２０は超音波探触子１３の各超音波振動子１３Ａ、１３
Ｂに選択的に送信用の高電圧パルスを与える送信器であ
る。２１は超音波探触子１８の各超音波振動子１８Ａ、
１’８Ｂから選択的に得られた反射エコー信号を受信し
、所定の信号レベルまで増幅する受信器である。２２は
受信器２１からの反射エコー信号に基いて、そのピーク
値及びそのビーム路程を算出し、デジタル信号化する信
号処理器である。

２３は送信器２０に超音波励振タイミングを制御する信
号を与えるマイクロコンピュータである。

２４はマイクロコンピュータ２３からの超音波励振タイ
ミングを制御する信号を制御器２５を介して取込み、予
め記憶されている上記探触子移動部１０．１５の周方向
＄１及び軸方向Ａの移動パターン〈走査方法）を選択し
、その選択された移動パターン（走査方法）を示す指令
を、探触子移動部１０．１５の各第１．第２の駆動手段
１１Ａ。

１１Ｂ、１６Ａ、１６Ｂに与える走査方法記憶回路であ
る。この走査方法記憶回路２４は、例えばジグザグ走査
として軸方向ピッチ及び周方向ピッチが予め複数に設定
された第３図（ａ）に示す軸方向ＡのビッヂＸ１　、Ｘ
２である移動パターン（走査方法）を示す指令、第３図
（ｂ）に示す周方向ＳのピッチＹ１．Ｙ２の移動パター
ン（走査方法）を示す指令を記憶している。

２６は探触子移動部１０．１５の各第１．第２のエンコ
ーダ１２Ａ、１２Ｂ、１７Ａ、１７Ｂ及びリミットスイ
ッチ１４Ａ、１４Ｂ、１９Ａ、１　　　　　’９Ｂから
信号を取込み、超音波探触子１３．１．８位置信号を検
出する探触子位置検出部である。

２７はマイクロコンピュータ２３からの超音波励振タイ
ミングを制御する信号に基いて、探触子位置検出部２６
からの位置データとこの位置データに対応した信号処理
器２２からのピーク値データ及びビーム路程データとを
測定データ群として記憶するメモリである。２８はメモ
リ２７からの測定データ群に基いて欠陥５をＢスコープ
像、Ｃスコープ像にて映像表示するＣＲＴ　（陰極線管
）である。２９はメモリ２７からの測定データ群を数値
表示する表示器である。３０はＣＲＴ２８、表示器２つ
で表示された映像表示及び数値表示を紙等に記録するハ
ードコピーである。

次ぎ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、第２図（ａ）（ｂ）に示すように、超音
波探触子１３．１８が夫々キー溝４のウェブ２の中央部
から距離λＡｔ、ｊ２ｅ工である軸方向位置ＰＡ１、Ｐ
Ｂｌで、周方向位置ＱＡｌ、ＱＢＬに在るとし、マイク
ロコンピュータ２３からの超音波励振タイミングを制御
する信号により、送信器２０は超音波探触子１３の超音
波振動子１３Ａに高電圧パルスを印加し、超音波ビーム
ＢＡＩをキー溝４に放射する。これにより、欠陥５から
の反射ビームＢＢＩは超音波探触子１８の超音波振動子
１８Ａにより受信され、受信器２１を介して信号処理器
２２に取込まれる。このように軸方向位置ＰＡＩ、ＰＢ
Ｉで超音波送受信すると、この位置でのウェブ２の探傷
測定位置は（２Ａ１＋２Ｂ１　）／２となり、この探傷
の結果によりメモリ２７には、探触子位置検出部２６カ
）らの位置データ（βＡ　工＋ｆ；ＩＢ１　）／、２と
、信号処理器２２からのピーク値データ及びビーム路程
データとが測定データ群として記憶される。

次ぎに、マイクロコンピュータ２３は、その超音波励振
タイミングを制御する信号に基き制御器２５を介して操
作方法記憶回路２４を動作さぜ、探触子移動部１０．１
５の第２の駆動手段１１Ｂ。

１６Ｂを所定のピッチだけ軸方向Ａに駆動し、超音波探
触子１３．１８夫々をキー溝４のウェブ２の中央部から
距ｔｌｉＱＡ２、λＢ２である軸方向位置ＰＡｚ、Ｐａ
２に移動させる。そして上記と同様に送信器２０により
超音波探触子１３の超音波振動子１３Ａに高電圧パルス
を印加し、超音波ど一ムＢＡ２をキー溝４に放射する。

これにより、欠陥５からの反射ビームＢＢ２は、超音波
探触子１８の超音波振動子１８Ａにより受信され、受信
器２１を介して信号処理器２２に取込まれ、探触子位置
検出部２６からの位置データ（βＡ２＋２８２　）／２
と、信号処理器２２からのピーク値データ及びビーム路
程データとが測定データ群としてメモリ２７に記憶され
る。

上述した動作を繰返すこと、即ち、超音波探触子１３．
１８夫々をキー溝４のウェブ２の中央部から距離ＰＡＩ
→ＰＡａ、Ｐａｔ→ＰＢｒＬへ（移動させて、超音波ビ
ームＢＡＩ　、８Ａ２、〜、ＢＡｎとし、反射エコーＢ
ＢＩ　、ＢＢ２、〜、Ｂｓｎとして、位置データ（Ｊ２
Ａ　＋　＋ｊ２ｅ　＋　）／２、（＋　＝１．２．〜．
ｎ）におけるピーク値データ及びビーム路程データと共
に測定データ群としてメモリ２７に記憶し、次ぎにマイ
クロコンピュータ２３は、その超音波励振タイミングを
制御する信号に基き制御器２５を介して操作方法記憶回
路２４を動作させ、探触子移動部’ｔｏ、１５の第１の
駆動手段１１Ａ、１６Ａを所定のピッチだけ周方向Ｓに
駆動し、上記と同様に軸方向Ａに超音波探触子１３．１
８を移動させつつ超音波送受信を行なう。そして、探触
子移動部１０．１５（超音波探触子１３．１８）を周方
向にＱＡＩ→Ｑ　Ａ　ｎ　％ＱＢＩ→ＱＢｎへと移動さ
せ、所謂、ジグザグ走査を行なって超音波送受信を行な
う。ここで、超音波探触子”１３．１８がキー溝４の中
央部を通過したならば、探傷の分解能を向上させるため
に超音波振動子１３Ａ、１８Ａに代えて超音波ビーム方
向が反対となる超音波振動子１３Ｂ、１８Ｂを用いて超
音波送受信を行なう。

上述したジグザグ走査を行ないつつ超音波送受信を行な
赤うことにより、ＣＲＴ２８では、例えば、第４図に示
すように、探触子位置に対応して反射エコーのピーク値
、及びビーム路程が表示されることになる。また、ＣＲ
Ｔ２８では、第５図（ａ）に示すようにキー溝２の部位
の円周方向断面におけるのＢスコープ像表示、第５図（
ｂ）に示すようにキー溝２の部位の軸方向断面における
Ｂスコープ像表示を行なうことが可能となる。更に、Ｃ
ＲＴ２Ｂでは、第６図に示すように、キー溝２の部位の
Ｃスコープ像表示を行なうことが可能となる。また、表
示器２９では、信号処理によって得られた欠陥５の数値
データが表示される。

以上述べたように、本実施例によれば、キー溝２の部位
に対して超音波探触子１３．１８をマイクロコンピュー
タ２３の管理下にてジグザグ走査を行ないつつ超音波送
受信を行ない、Ｂスコープ像、Ｃスコープ像、数値デー
タを表示するようにしたので、キー溝２の部位に存在す
る欠陥５の有無、欠陥５の寸法、その形状等を短時間且
つ高精度に検査することが可能となる。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば
、第７図に示すように、キー溝４を包含するような探触
子移動部１０Ａ、１５Ａを用い、探触子移動部１０Ａ、
１５Ａ上で超音波探触子１３゜１８を互いに同期をとっ
てジグザグ走査Ｇを行なうことにより、第２図に示すよ
うな探触子移動部１０．１５のウェブ３上での移動を無
くするようにして、このウェブ３上での移動に伴う探傷
誤差を低減するようにしてもよい。

また、本実施例では、被検体としてタービンディスクで
あって、このタービンディスクおけるロータシャフトと
の嵌合面のキー溝部について説明したが、被検体として
はこれに限定されることなく、ベース部の上面の略中央
部に鍔部が突設されたものであって、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場合に適用され
るものである。上記以外に本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、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〜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及びこの伸長方向に対して直
角方向に移動させる探触子移動部と、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べ、−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、上記ベース部の両側上面の多方向から
上記鍔部付根部位に対し超音波送受信を行なうことによ
り超音波エコー情報を得、この超音波エコー情報と上記
多方向から超音波送受信を行なう際の送受信点位置情報
とを知って上記鍔部付根部位を超音波探傷するようにし
たので、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方法及びその装置を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は同実
施例の要部を示す図、第３図は同実施例における走査方
法記憶回路を説明するためのパターン図、第４図乃至第
６図は夫々同実施例の作用を説明するための図、第７図
は本発明の他の実施例を説明するための図、第８図は従
来の超音波探傷方法を説明するための斜視図である。 １０．１５．１０Ａ、１５Ａ・・・探触子移動部、１１
Ａ、１１Ｂ、１６Ａ、１６Ｂ・・・駆動手段、１２Ａ、
１２Ｂ、Ｉ　７Ａ、１７Ｂ・・・エンコーダ、１３．１
８・・・超音波探触子、１３Ａ、１３Ｂ、１８Ａ、１８
Ｂ・・・超音波振動子、１４Ａ、１４８．１９Ａ、１９
Ｂ・・・リミットスイッチ、２ｏ・・・送信器、２１・
・・受信器、２２・・・信号処理器、２３・・・マイク
ロコンピュータ、２４・・・走査方法記憶回路、２５・
・・制御器、２６・・・探触子位置検出部、２７・・・
メモリ、２８・・・ＣＡＲ丁、２９・・・表示器、３ｏ
・・・ハードコピー。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第６図 第７図 第８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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方法において、上記ベース部の両側
   上面の多方向から上記鍔部付根部位に対し超音波送受信
   を行なうことにより超音波エコー情報を得、この超音波
   エコー情報と上記多方向から超音波送受信を行なう際の
   送受信点位置情報とを知って上記鍔部付根部位を超音波
   探傷する超音波探傷方法。
2. （２）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及
   びこの伸長方向に対して直角方向に移動させる探触子移
   動部と、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。