JP3007474B2 - 超音波探傷検査方法および装置 - Google Patents

超音波探傷検査方法および装置

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JP3007474B2
JP3007474B2 JP4143106A JP14310692A JP3007474B2 JP 3007474 B2 JP3007474 B2 JP 3007474B2 JP 4143106 A JP4143106 A JP 4143106A JP 14310692 A JP14310692 A JP 14310692A JP 3007474 B2 JP3007474 B2 JP 3007474B2
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英幸 平澤
隆也 三隅
澄広 上田
修武 三木
博雄 大脇
治孝 古池
雄二 杉田
勝弘 恩田
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26Scanned objects
    • G01N2291/269Various geometry objects
    • G01N2291/2693Rotor or turbine parts

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】開示技術は、超音波を用いた機械
装置類に対する探傷検査方法、及び、装置の技術に関す
るものであり、特に複雑な3次元的自由曲面形状を有す
る部分の超音波探傷検査方法、及び、装置の技術に係る
ものである。
【0002】
【従来の技術】周知の如く、市民社会の隆盛に伴い、産
業は高度に発達し、更なる開発機運はとどまるところを
知らないものである。
【0003】これらの市民社会の隆盛や産業経済の発達
を支持している各種の機器装置の類いは、その本来的な
機能が新規設置時は勿論のこと、長期にわたる経時的使
用期間中も確実に維持することが求められるものであ
る。
【0004】ところで、通常多くの機器装置類は科学技
術の進展に伴い、多くの複雑な機能を果すべく複数の機
構部品から成り立っている場合が殆どであり、したがっ
て、組立て構造も立体的に複雑になり、当該機能を充分
維持するためには新規設置時は勿論のこと、稼動時にあ
っても定期,不定期の機能検査が不可欠であり、実状で
は所定の機器装置類については定期検査について法的規
制が義務付けられている場合さえもある。
【0005】これらの機器装置類は新規設置時は勿論の
こと、稼動中の定期,不定期の機能検査時には本来的に
は分解して個々の部品または部品ユニット(以下総称し
て「部品」と呼ぶ)ごとに保守整備をかねて点検するこ
とが望まれるものではある。
【0006】しかしながら、複雑な組付け,係合の機構
構造を有する部品においてはその分解による検査が極め
て煩瑣で、又、経済的に見合わず、稼動効率を低下さ
せ、又、結果的に、場合によると、分解検査によること
自体が部品の機能を損う場合もあることから非破壊的な
検査が広く用いられるようになっている。
【0007】そして、近時多くの機器装置類が金属製品
等であること等と相俟って、例えば、特開昭53−14
3293号公報,特開昭57−27691号公報,特開
昭62−21014号公報発明に開示されているような
超音波による非破壊検査法が重用されるようになってき
ている。
【0008】而して、機器装置類の部品が単純な平面を
有する態様やパイプ等の曲面形状の態様の場合にはかか
る超音波による探傷等の検査システムもシンプルで熟練
を要することも少かったが、近時自動車,船舶,航空
機、発電設備等の機器装置類には、例えば、タービンブ
レード,ポンプケーシング,主蒸気管継手,大型弁,管
台等の複雑な3次元的自由曲面を有する形状の態様が広
く用いられており、就中、原子力施設,医療施設,諸学
術研究所等において使用される機器装置類にあっては、
これらの複雑形状の部品の可及的に完全に近い経年的機
能維持が強く求められるものである。
【0009】したがって、これらの部品等に対しては、
容易には分解検査が行えない事情等から、当該複雑な3
次元自由曲面の形状を有する部品の超音波探傷技術が求
められ、しかも、当該探傷データを当該機器装置類の後
期使用時の、或いは、他の同一,類似装置類等の延命化
の研究目的のためバックアップデータとして記録保持さ
れることも求められてきている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
複雑な3次元自由曲面の形状を有する部品に対する超音
波探傷技術は、前述の単純な平面や曲面の部品に対する
既に確立されて実用化されている超音波探傷システムで
は対応出来ない本質的な欠点があった。
【0011】蓋し、該種在来態様の超音波探傷システム
では装置類の部品、即ち、被検査対象物の形状を示す検
査装置の画面に当該部品の内外部の欠陥像を画像として
重ね合わせて表示出来ないために検査対象物の形状から
反射してきたエコーと欠陥部分からのエコーとが識別出
来ず、即ち、被検査対象物の画像が無い場合、或いは、
その画像があっても、外面腐食がある場合や表示画像通
りに検査対象部品が製作されていない場合には、当該部
品の内外面の形状を把握しないと、最適な探傷条件が決
定出来なかったり、超音波を使って探傷した結果、得ら
れたエコーが検査対象物の内面からのエコーか、欠陥部
分からのエコーかが定かに判別出来なかったからであ
る。
【0012】尚、ここで、上記探傷条件としては、具体
的には、例えば、探傷アプローチ位置、スキャニング方
向、探触子の屈折角、探触子の使用周波数、振動寸法、
向きおよびスキャニング速度がある。
【0013】そこで、これらのニーズに応えてコンピュ
ータ技術を駆使し、併せてレーザ技術、距離計測技術を
利用した3次元自由曲面形状の部品に対する超音波探傷
システムが開発されてはいるが、技術上周知の如く本来
的なニーズに充分応えられないという不具合があった。
【0014】即ち、図3,図4には例えば、タービンブ
レードのような複雑な3次元的自由曲面の形状を有する
被検査対象物の部品1の深い肉厚内部に在る気泡や剥離
等の欠陥部分a、,b、及び、cに対する超音波探傷を
行うシステム2が、検査する態様として示されており、
当該図3に示す様に、先ず、レーザ距離計測装置を探触
子3としてロボットハンド4に取付けて検査対象物の部
品1に対し空中にてその表面形状の計測を行うが、該ロ
ボットハンド4は6軸同期駆動装置5により駆動され、
パソコン6により制御されて、被検査対象物の部品1の
外面形状が計測され、その計測データをミニコン7でデ
ータ処理するようにされてはいる。
【0015】次に、超音波探傷装置8を介し水中にて被
検査対象物の部品1に対する欠陥部分a,b,cの超音
波探傷を行う。
【0016】その際、探触子3の動作については上記レ
ーザ計測装置としての該探触子3によって得られた検査
対象物の部品1の外形形状の計測データに基づく計算を
介して移動径路をミニコン7により制御操作する。
【0017】したがって、図4に示す様に、被検査対象
物の部品1の上半面の外形形状をミニコン7の画面10
に矩形状の2次元画像10´ として表示するようにさ
れ、当該図4の画像10´ には欠陥部分a,b,cに
それぞれ対応する欠陥画像a´ ,b´ ,c´ が一応
示されはする。
【0018】尚、図3に於て9は超音波探傷装置8から
のデータと同期駆動装置5からのデータとに基づいて画
像解析を行う画像解析装置である。
【0019】しかしながら、上述在来システムによる3
次元自由曲面の形状を有する被検査対象物の部品1の肉
厚部の内部欠陥部分a,b,cに対する超音波探傷方法
にあっては、該被検査対象物の部品1の肉厚内部の欠陥
部分a,b,cに対する3次元的な探傷といっても、基
本的には被検査対象物の部品1の外側の自由曲面の形状
計測に基づいて行われる探触子3によるスキャニングで
あり、したがって、実際には、図4に示す様な被検査対
象物の表示画面10´ には肉厚内部の様子は表示され
ない2次元的平面表示であって、3次元的表示とはなら
ない。
【0020】したがって、該被検査対象物の部品1の3
次元的全体形状に関する肉厚内部の欠陥部分a,b,c
の相対的な位置、傾きおよびサイズの計測、及び、探触
子3によるデータ解析が出来ないという欠点があり、
又、画像10´ もモノクローム表示であることから、
識別性能に劣るという不具合がある。
【0021】そして、探傷結果の画像10´ の表示は
当該図4に示す様に、矩形方式の展開図的な2次元画像
であることから、被検査対象物の部品1の立体的な内外
部を含む全体形状が表示されないし、又、外側表面はと
もかくとして、欠陥部a,b,cの在る重要な内面,裏
面形状の計測が行われないという不都合さもあった。
【0022】そして、形状計測は空中で行い、欠陥部の
探傷は水中で行われるという二元的操作性の点から、形
状計測時と探傷時では作業環境が変化し、被検査対象物
の部品1の取り付け,取り外しが著しく煩瑣であり、そ
の際の不可欠の調整が繁雑で不便であり、非能率的であ
るというマイナス点があった。
【0023】又、被検査対象物の部品1の水中での浸漬
状態が探傷に好ましくなく、又、該被検査対象物の部品
1の前後における水ジェットの吹付けも好ましくないよ
うな場合には、代替処理が著しく難しいという難点があ
る。
【0024】そして、上述在来態様においては被検査対
象物の部品1の超音波探傷を水中にて浸漬態様で行うた
めに、容器との取合い関係において被検査対象部品がセ
ラミックス製品や小物製品に限定されるという取扱いの
自由度の低さがある不都合さがあった。
【0025】又、該被検査対象物の部品1の内外面に形
状計測を行わないために、画面10上の2次元的な画像
10´ の表示が3次元的になされないこと共に相俟っ
て超音波伝播径路が検討出来ないことから、被検査対象
物の部品1の3次元形状に適した探傷条件の検討が即座
に出来ないというネックがあった。
【0026】更に、計測結果のデータをリアルタイムで
画面10上に表示出来ないがために、欠陥部分a,b,
cの識別も容易で無く、処理作業が効率的で無いという
デメリットがあった。
【0027】又、欠陥部分a,b,cの探傷に際して前
述した如く検査対象物の部品1の内面形状や裏面形状か
らのエコーと本来的な欠陥部分a,b,cからのエコー
との識別が困難であるという好ましくないネックがあっ
た。
【0028】更に、レーザによる形状計測や超音波探触
子3による探傷を行うに際してのビーム照射がスポット
的な座標抽出によって行われることから、ビーム寸法の
関係上、全領域を同時的にカバー出来ないマイナス点が
あり、被検査対象物の部品1に細い凹凸がある場合には
レーザにより計測した形状と超音波探傷上必要な形状と
が一致せず、探触子3の位置や方向が定まらない不都合
さがあり、スポット的な座標抽出に加えて得られたエコ
ーの値に補正をかけねばならず、結果的により正確な処
理が出来ないという不具合があった。
【0029】更に、駆動装置5について6軸同期駆動装
置を用いることにより探触子3のスキャンニングの自由
度やスキャンニングエリヤの自由度が小さくなるという
ネックもあった。
【0030】そして、これらのことは前述した如く被検
査対象物の部品1に関して画面10に矩形状の画像10
´ の表示を2次元的表示として行うことで、探傷用の
超音波エコーの立体的な識別や把握が出来ないことにつ
ながるというマイナス点もあった。
【0031】
【発明の目的】この出願の発明の第一の目的は、上述従
来技術に基づく複雑な3次元自由曲面を有する被検査対
象物の部品に対する超音波探傷の問題点を解決すべき技
術的課題とし、を超音波で当該部品を探傷する場合で
も、欠陥部分が正確に把握出来るようにして機械装置産
業等に於ける機能維持技術利用分野に益する優れた超音
波探傷検査方法、及び、該方法に直接使用する装置を提
供せんとするものである。
【0032】又、この出願の発明の他の目的は、該複雑
な3次元自由曲面を有する検査対象物の部品の欠陥部分
が立体的に2次元画面に3次元的に表示可能な超音波探
傷検査方法、及び、装置を提供することにある。
【0033】そして更なるこの出願の発明の他の目的
は、当該欠陥部分がリアルタイムで表示可能な超音波探
傷検査方法、及び、装置を提供することにもある。
【0034】この出願の発明の更なる別の目的は、被検
査対象物の部品の取扱いが容易な超音波探傷検査方法、
及び、装置を提供することにある。
【0035】
【課題を解決するための手段】上述目的に沿い先述特許
請求の範囲を要旨とするこの出願の発明の構成は、前述
課題を解決するために、原子力施設や各種機械製造工場
等に用いられている機器装置類に組込まれている複雑な
3次元的自由曲面の形状を有する部品(ユニット部品を
含む)に於ける気泡,亀裂,剥離等の経時的に当該機器
装置類の機能に障害を与える虞のある肉厚部内の欠陥部
分に対する超音波探傷を3次元的に把握して行うに好適
であり、その際、複雑な3次元的自由曲面を有する被検
査対象物の超音波探傷検査方法であって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
載した走査子によって、上記被検査対象物の外面を走査
するステップと、 (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
(PSDカメラまたはCCDカメラ)によって上記被検
査対象物の外形を検出することにより、該被検査対象物
の3次元形状を計測してその形状を表す形状データを得
るステップと、 (c)上記ステップで得られた形状データに基づいて、
探傷方法を決定するようにすることを基幹とし、その
際、複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象物の超音
波探傷検査方法であって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
載した走査子によって、上記被検査対象物を走査するス
テップと、 (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
(PSDカメラまたはCCDカメラ)によって上記対象
物の外形を検出することにより、該検査対象物の3次元
形状を計測してその形状を表す形状データを得るステッ
プと、 (c)上記走査子の上記超音波探触子を用いて上記被検
査対象物の欠陥部を探傷することにより、その探傷結果
を表す探傷データを得るステップと、 (d)上記形状データ、及び、上記探傷データに基づい
て、上記検査対象物内の欠陥部分をリアルタイムで3次
元グラフィック画像として表示するステップの各ステッ
プを含むようにしたことを他の基幹とし、而して、上記
ステップ(d)で求めた上記被検査対象物と上記欠陥部
分との3次元的な位置関係を表示画面上に2次元画面へ
の投射画像として3次元グラフィック画像表示するよう
にし、又、複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象物
の超音波探傷検査方法であって、 (a)該被検査対象物の3次元形状を表す形状データを
記憶装置から入力するステップを有すると共に、 (b)超音波探触子を用いて該被検査対象物を探傷する
ことにより、その欠陥部に対する探傷結果を表す探傷デ
ータを得るステップを有し、該ステップは更に (b1)上記超音波探触子に少なくとも3つ以上のLE
Dを搭載した走査子によって、前記被検査対象物の3次
元形状の外面を走査するサブステップと、 (b2)該走査子の前記LEDからの投射光を位置検知
装置(PSDカメラまたはCCDカメラ)で検出するこ
とにより、前記探触子の先端の位置、及び、姿勢を検出
して、前記入力した形状データにおける前記走査子の位
置を得るサブステップと (b3)前記欠陥部に対する探傷データを前記走査子の
前記被検査対象物の画面上の画像位置に関連させて立体
的にリアルタイムで3次元グラフィック画像として表示
させるサブステップを有し、更に又 (c)上記形状データおよび該探傷データに基づいて、
前記被検査対象物内の欠陥部を3次元的にリアルタイム
で求めるステップの各ステップを含むようにするように
したことを更なる他の基幹とし、而して、複雑な3次元
自由曲面を有する被検査対象物の超音波探傷検査装置で
あって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
載した走査子によって、上記被検査対象物の外面のみ、
又は、外面、及び、内面を走査する手段と (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
(PSDカメラ、又は、CCDカメラ)によって、上記
被検査対象物の外形を検出することにより、該被検査対
象物の3次元形状を計測してその形状を表す形状データ
を得る手段と、 (c)上記手段で得られた形状データに基づいて、探傷
方法を決定するようにすることを別の基幹とし、而し
て、複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象物の超音
波探傷検査装置であって、超音波探触子に少なくとも3
つ以上のLEDを搭載した走査子と、該走査子で上記被
検査対象物を走査する手段と、該走査子で上記3つ以上
のLEDからの投射光を検出する手段と、該検出手段か
らの出力に基づいて、前記被検査対象物の3次元的外面
を計測してその形状を表す形状データを得る画像表示手
段と、上記走査子の上記超音波探触子を用いて上記被検
査対象物の欠陥部を探傷することにより、その探傷結果
を表す探傷データを得る画像表示手段と上記形状デー
タ、及び、前記探傷データに基づいて、前記被検査対象
物内の欠陥部を3次元的にリアルタイムで求める手段
と、を含むことを特徴とする別の基幹とし、更に、上記
形状データと探傷データの画像表示を求める手段からの
出力に応答して、上記被検査対象物と上記欠陥部分との
3次元的な位置関係を表示画面上に両者の原点座標及び
座標各軸の方向を一致させて2次元画面への投射による
3次元グラフィック画像表示する表示手段を含むように
し、又、複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象物の
超音波探傷検査装置であって、該被検査対象物の3次元
形状を表す形状データを記憶する装置と、超音波探触子
と、該超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
載して構成した走査子と、該走査子によって、上記被検
査対象物の3次元形状の外面を走査する手段と、上記走
査子の前記LEDからの投射光を検出する手段と、上記
探触子の先端の位置、及び、姿勢を検出して、上記入力
した形状データにおける上記走査子の位置を得る手段
と、上記超音波探触子を用いて上記被検査対象物を探傷
することにより、その欠陥部の探傷結果を表す探傷デー
タを得る手段と、上記形状データ、及び、上記探傷デー
タに基づいて、上記被検査対象物内の欠陥部分を3次元
的にリアルタイムで求める手段と、上記欠陥部に対する
探傷データを上記走査子の前記被検査対象物の画像上の
位置に関連させて立体的にリアルタイムで表示させる手
段とを含むことを他の基幹とした技術的手段を講じたも
のである。
【0036】
【作用】上述手段によれば、各種生産設備等にあって広
く用いられている立体的な3次元自由曲面を有する各種
機器装置の部品等の新規設置時や経時的稼動中に、機能
障害に及ぼす影響が大なる複雑部位に於ける気泡,亀
裂,剥離等の内部の欠陥部分に対する非破壊的な超音波
探傷のシステムの問題点が解決され、超音波探傷の利点
を充分に生かしながら、当該探傷対象の部品の複雑な3
次元自由曲面を有する立体形状に対する欠陥部分の相互
位置関係を3次元的に把握出来、しかも、超音波探傷条
件をも充分に検討出来、立体的探傷が正確に行え、その
うえ、探傷検査全体にわたっての検査環境に変化を与え
ず、処理手段が著しくスムーズにとれるようにし、探傷
検査結果の状況もリアルタイムで計測は勿論のこと、視
覚的にも認識出来、操作が極めて行い易く、又、探傷検
査結果のデータは、後段のメンテナンス、或いは、他の
類似の探傷の参考データとしても充分に利用することが
出来るようにしたものである。
【0037】
【実施例】次に、この出願の発明の実施しようとする形
態を実施例の態様として図1,図2、及び、図5,図
6,図7を参照して説明すれば以下の通りである。
【0038】尚、図3,図4と同一態様部分は同一符号
を用いて説明するものとする。
【0039】図1に示すものはこの出願の発明に用いる
超音波探傷システムであり、図2に示す管台のような複
雑な3次元曲面を有する立体的複雑形状の被検査対象物
の被検査部品1´ の肉厚部内1´´、又は、1´´´
に於る気泡,クラック,剥離等の欠陥部分の超音波探傷
に用いられる態様である。
【0040】尚、図1において、被検査対象物の部品1
´ と各種計測機器等のサイズは図示の都合上、模式的
にデフォルメされている。
【0041】而して、該被検査対象物の部品1´ の複
雑な3次元的自由曲面の外面形状が在来態様同様にレー
ザビーム、或いは、超音波探触子4´ にLED11を
所定数複数(当該実施例においては3つ)配し、その位
置姿勢を検出して計測するようにし、該LED11に対
し位置検知装置(PSDカメラ、或いは、CCDカメ
ラ)12が対向して臨まされ、該LED11の位置姿勢
を検出し、計測記録装置16(センサプロセッサ)に被
検査対象物の部品1´ の肉厚計測、及び、内面計測を
行ってそのデータを取込み記録するようにするが、3個
以上のLED11を超音波探触子4´ に搭載して走査
子18を構成する。
【0042】而して、3個以上の該LED11の位置デ
ータを取り込むことにより走査子18の該超音波探触子
4´ の先端位置、及び、姿勢を検出して、該超音波探
触子4´ の超音波の入射点位置を算出する。
【0043】尚、かかるLED11、及び、位置検知装
置(PSDカメラ、或いは、CCDカメラ)12による
LED11の位置姿勢の検出態様はエンコーダ等を付設
した機械治具を操作することによる形状計測も可能では
あるが、スキャンニングの自由度、及び、スキャンニン
グ範囲の自由度からして該LED11を用いた計測の方
がはるかに精細度等の点で好ましいものである。
【0044】而して、この出願の発明の特徴の1つは、
被検査対象物の部品1´ の外面形状を計測するための
3個以上のLED11を超音波探触子4´ に取付けて
一体として走査子18を構成した点にあり、該走査子1
8で被検査対象物の部品1´を走査することにより、超
音波探触子4´ の計測値と該超音波探触子4´ の被検
査対象物の部品1´ 上の位置、及び、姿勢との関係が
正確に求められる。
【0045】又、超音波探触子4´ の距離計測機能を
用いれば、3個以上のLED11を用いて被検査対象物
の部品1´ の外面形状を計測している時に同時に該超
音波探触子4´ を用いて該検査対象物の部品1´ の内
面の形状をも求めることが出来る。
【0046】そして、超音波探触子4´ の探傷機能を
使う場合には、3個以上のLED11を用いて該被検査
対象物の部品1´ の内外面形状を計測している時に同
時に超音波探触子4´ を用いて検査対象物の部品1´
の欠陥部の探傷を行うことも出来る。
【0047】この間、或いは、これに伴って図2に示す
様な該被検査対象物の部品1´ の欠陥発生部分1´
´,1´´´ を既に構築された過去の検査の欠陥デー
タや作業員の経験判断に基づくデータや応力集中解析等
の予測から判断される重要な検査探傷部分の記憶相当部
分として決定してコンピュータ15に入力する。
【0048】該コンピュータ15によって計測記憶装置
14に入力されている被検査対象物の部品1´ の外面
形状、及び、肉厚,裏面(内面)形状等の3次元の自由
曲面形状に基づいて、次段の超音波探傷における超音波
の伝播経路,探傷領域等、当該探傷部分の欠陥発生部分
1´´,1´´´ に対する機械的探傷条件(方法)を
図示しない装置により入力して決定し、超音波探触子4
´ を被検査対象物の部品1´ の外面に設定押付力で押
し付け該超音波探触子4´ をタッチセンサとしてのス
キャンニングを行う。
【0049】該スキャンニングの動作は手動、或いは、
ロボットによる動作が可能であり、該ロボットによる動
作では、超音波探触子4´ は常に設定押付力でスキャ
ンニングされるために、当該押圧力のバラツキによる押
付けデータのバラツキは避けられ、又、超音波探触子4
´ の被検査対象物の部品1´ の外面に対する直接接触
法を用いることによりサイズフリーで大型の該被検査対
象物の部品1´ に対する探傷も行え、狭隘な現場に於
いても搬入したシステムを用いて現場探傷が可能とな
る。
【0050】このようにして組込んだ被検査対象物の部
品1´ の肉厚を含む外面、及び、内面の形状計測デー
タに基づいてコンピュータ15により超音波探傷条件
(方法)を決め、それに従って、手動による、或いは、
ロボット制御を介して、超音波探触子4´ による被検
査対象物の部品1´ の超音波探傷を行う。
【0051】この場合、該コンピュータ15には音響理
論,弾性波解析、及び、モデル実験等のデータベースに
よる最適探傷条件や決定手法等を予め入力しておくこと
が出来る。
【0052】そして、コンピュータ15による被検査対
象物の部品1´ の外形形状の画面17に投影された2
次元画面への重ねて投影された3次元グラフィック画像
表示により単なる外観像の表示とは異なり、立体的に図
1に示すコンピュータ15の画面17に検査対象物の部
品1´ の図7に示す3次元的外面形状17´ を画像表
示すると共に超音波探触子4´ により超音波探傷され
た欠陥部分17´´´を重ねて多色式画像表示するが、
この重ね合せは、被検査対象物の部品1´ の外形形状
の原点座標および座標各軸の方向を探傷時のそれらと一
致させることにより実現される。
【0053】この場合、コンピュータ15の2次元画面
17に3次元的グラフィック画像表示することにより被
検査対象物の部品1´ の外形形状と欠陥部分17´´
´ の画像表示を位置座標の対応付けをすると共に色分
けして多色表示することが出来るために、該被検査対象
物の部品1´ の外形形状と該欠陥部分17´´´ の相
対位置、及び、サイズ等を明瞭に立体的に識別すること
が出来る。
【0054】勿論、この場合、組込んだ被検査対象物の
部品1´ 、及び、欠陥部分17´´´ の両者を別々
に、或いは、両方とも重ねて表示,記録し、次回の被検
査対象物の部品の欠陥探傷や類似被検査対象物の部品に
対する超音波探傷のための参考データとすることが出来
る。
【0055】また、超音波探傷と被検査対象物の部品1
´ の形状の計測とも、共に空中で行うことにより計
測,探傷の環境変化を避け、水中での計測を嫌う部品に
対する空中での計測,探傷を行うことも出来る。
【0056】そして、超音波探傷条件が前述した如く予
め決められているために、又、リアルタイムで多色式な
3次元グラフィック画像表示が出来るために、被検査対
象物の部品1´ の内部を隈なく探傷出来、したがっ
て、該被検査対象物の部品1´の外形形状に基づくエコ
ーと欠陥部分17´´´ のエコーとが明瞭に識別出
来、もれなく、隈なく、且つ、探傷することが出来る。
【0057】次に、この出願の発明の超音波探傷方法の
一実施態様についてその動作を図5、及び、図6に示す
フローチャートを参照して説明する。
【0058】先ず、図5、及び、図6に於て、ステップ
20で被検査対象物の部品1´ を決定する。次に、ス
テップ21で決定された該被検査対象物の部品1´ の
3次元形状の計測を以前行ったことがあるかどうか計測
記憶装置14またはコンピュータ15に記憶されたデー
タベースを検索することにより図示しないステップで判
定するが、該被検査対象物の部品1´ の形状の計測デ
ータがあれば、ステップ22に進み、超音波を用いて被
検査対象物の部品1´ の探傷を行い、探傷検査が終了
すると、ステップ23で、当該被検査対象物の部品1´
の形状データと探傷データとを合成して画面17に欠
陥部分17´´´ を3次元形状の被検査対象物の部品
1´ の外形の表示17´ ,17´ に重ね合せて3次
元グラフィック画像として表示する。
【0059】この際、形状データ、及び、探傷データの
各々、及び、又は、合成されたデータは、ステップ24
で所定のファイル形式でデータファイルにされ、ステッ
プ25で図示しない外部記憶装置に検査記録として記憶
され、該検査記録は必要に応じて、ステップ26で欠陥
部分17´´´ の有害度評価および合否判定に使用さ
れる。
【0060】そして、ステップ21で、被検査対象物の
部品1´ の形状の計測データがなかった場合、ステッ
プ27に進み、該ステップ27では該被検査対象物の部
品1´ の形状を、例えば、CADシステムを用いるこ
とにより肉厚等が正確に得られるデータとして保存され
るているかどうかを判定し、その判定の結果、正確な形
状を示すデータがある場合は、パターンAのステップ2
8へ進むが、該ステップ28で正確な形状を示す形状デ
ータをコンピュータ15へ入力してステップ29で入力
された形状データに基いて、被検査対象物の部品1´
の探傷検査すべき重要検査部の欠陥発生部分1´´,1
´´´ を決定する。
【0061】次いで、ステップ30で、探傷検査時に探
傷可能アプローチ領域の評価をコンピュータ15を用い
て検討し、ステップ31で、超音波探触子4´ を用い
た最適な探傷条件(方法)を決定し、探傷条件が決定さ
れると、ステップ22へ進み、以後前述したステップを
実行する。
【0062】一方、ステップ27で、被検査対象物の部
品1´ の形状に関する正確なデータがないと判定され
た場合は、ステップ32に進み、該ステップ32で検査
対象物の部品1´ の外形図程度の形状データは得られ
るかどうかを判定するが、このような程度の形状データ
も得られない場合は、パターンBのステップ33へ進
み、機械的な簡易計測を行った上でステップ34からス
テップ37までを実行する。
【0063】ステップ32で、被検査対象物の部品1´
の外形図程度の形状データが得られる場合は、該形状
データに基いてパターンBのステップ34〜ステップ3
7までを実行する。
【0064】尚、該ステップ34〜ステップ37は、上
述パターンAのそれぞれステップ28〜ステップ31と
ほとんど同じである。
【0065】而して、ステップ37で、探傷条件(方
法)が決定されると、ステップ38へ進み、該ステップ
38では探傷に必要な装置(構造物)の条件(範囲)を
決定し、次に、ステップ39で、被検査対象物の部品1
´ の内面形状の計測方法を決定し、ステップ40でL
EDターゲット付超音波探触子4´ を用いて被検査対
象物の部品1´ の内外面形状を示す正確な形状データ
を得、次に、ステップ41で、この得られた形状データ
を用いて、該被検査対象物の部品1´ を画面17に3
次元グラフィック画像を2次元的に投射表示し、探傷位
置を詳細に決定し、その後、ステップ22へ進み、上述
したステップ22〜26の操作を実行する。
【0066】尚、この出願の発明の実施態様は上述実施
例に限るものでないことは勿論であり、例えば、対象と
するワーク部品は管台に限るものではなく、例えば、ポ
ンプケーシング,主蒸気管継手,大型弁等種々のワーク
部品に適用可能である。
【0067】又、設計変更的には被検査対象物の部品に
対する超音波探触子を直接接触式に代えて非接触式にす
る等種々の態様が採用可能である。
【0068】
【発明の効果】以上、この出願の発明によれば、航空
機,船舶,自動車、更には、原子力施設等の各種複雑な
機器装置類に用いられるユニット機器の3次元の複雑な
自由曲面を有する形状の構造物部品に対する非破壊検査
での超音波探傷において、その形状と内部の計測を計測
データに基づいて両者を合成して多色式に3次元形状の
2次元画面への投射を介して三次元的グラフィック画像
表示することにより被検査対象物の部品の外面形状は勿
論のこと、内外面形状に対する欠陥部分の相対位置姿
勢,サイズを共々画像表示し、しかも、両者を色別表示
することにより全体把握は勿論のこと、全体に対する欠
格部の相対識別をクリアーに、しかも、リアルタイムで
計測出来るという優れた効果が奏される。
【0069】したがって、超音波探傷において、当該被
検査対象物の部品における欠陥部分の3次元的な位置把
握が出来、確実な探傷を行えるという優れた効果が奏さ
れる。
【0070】又、探傷中においても、超音波の伝播経路
を測定することが可能であることにより、当該被検査対
象物の部品に対する最適超音波探傷条件や方法を決定す
ることが出来、この点からも最適探傷が正確に設定通り
に行えるという優れた効果が奏される。
【0071】しかも、データについて即時記録すること
により後段のメンテナンス時の探傷や類似部品に対する
超音波探傷の強力なバックアップデータとして参考に供
することが出来るという効果も奏される。
【0072】而して、レーザ、或いは、LEDが取り付
けられた超音波探触子と位置検知装置(CCDカメラ,
PSDカメラ)の組合せた形状計測装置による外形計測
に併せて、超音波肉厚計測により被検査対象物の外面形
状は勿論のこと、肉厚、及び、内面の形状をも計測する
ことが出来、上記3次元グラフィック画像表示において
欠陥部分の相対表示が行え、作業者の走査,操作が直
接、且つ、正確に行え得るという優れた効果もある。
【0073】そして、外形計測と超音波探傷とを空中、
及び、水中と異なる環境でなく、単一の環境下で行うこ
とが出来るために、環境対応の被検査対象物の適用条件
等を選択せず、探傷の自由度が著しく高まるという利点
もある。
【0074】したがって、該被検査対象物のサイズ形状
等に捕らわれずに簡易探傷することが出来るという弾力
性を向上させる効果もある。
【0075】又、被検査対象物の部品の形状計測を行っ
たデータに対し超音波探傷データを補正して上記3次元
グラフィック画像表示、及び、その記録が取れることか
ら超音波探触子自体の位置姿勢をも測定することが出
来、それにより超音波の入射方向が明確になり、従来の
2次元表示等による入射方向の補正等をしなくても済む
という効果もある。
【0076】又、この出願の発明によれば、原子力施
設、医療施設および研究所における機器を構成する部品
だけでなく、あらゆる産業分野における複雑な3次元自
由曲面を有する部品に対して正確な探傷を行えるという
効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この出願の発明の超音波探傷検査システムの1
実施例の模式斜視図である。
【図2】適用対象の検査対象物の部品の部分断面構造図
である。
【図3】従来技術に基づく画像表示の検査対象物1´
の部品の超音波探傷のシステム模式図である。
【図4】図3図示のシステムによる欠陥表示の模式図で
ある。
【図5】図1図示のシステムの探傷検査方法を示すフロ
ーチャートである。
【図6】図1図示のシステムの探傷検査方法を示すフロ
ーチャートである。
【図7】この出願の発明の1実施例の概略斜視図であ
る。
【符号の説明】
1´ 被検査対象物の部品 4´ 超音波探触子(タッチセンサ) 17 画面 a,b,c 欠陥部 11 LED 18 走査子 12 PCDカメラまたはCCDカメラ 17´´´ 欠陥部 14´´ 記憶装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 隆昌 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 平澤 英幸 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社 神戸工場内 (72)発明者 三隅 隆也 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 上田 澄広 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 三木 修武 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 大脇 博雄 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 古池 治孝 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (72)発明者 杉田 雄二 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所 機械研究室内 (72)発明者 恩田 勝弘 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所 機械研究室内 (72)発明者 奥村 孝章 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番 地の1 中部電力株式会社 電力技術研 究所 機械研究室内 (56)参考文献 特開 平2−309251(JP,A) 特開 昭63−9850(JP,A) 特開 昭63−134951(JP,A) 特開 平3−77057(JP,A) 特開 昭61−286747(JP,A) 特開 平1−140057(JP,A) 特開 昭61−259169(JP,A) 特開 平1−292248(JP,A) 特開 昭63−309852(JP,A) 特開 昭63−309853(JP,A)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複雑な3次元的自由曲面を有する被検査対
    象物の超音波探傷検査方法であって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
    載した走査子によって、上記被検査対象物の外面を走査
    するステップと、 (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
    (PSDカメラまたはCCDカメラ)によって上記被検
    査対象物の外形を検出することにより、該被検査対象物
    の3次元形状を計測してその形状を表す形状データを得
    るステップと、 (c)上記ステップで得られた形状データに基づいて探
    傷方法を決定するようにすることを特徴とする超音波探
    傷検査方法。
  2. 【請求項2】複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象
    物の超音波探傷検査方法であって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
    載した走査子によって、上記被検査対象物を走査するス
    テップと、 (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
    (PSDカメラまたはCCDカメラ)によって上記対象
    物の外形を検出することにより、該検査対象物の外面の
    3次元形状を計測してその外面形状を表す形状データを
    得るステップと、 (c)上記走査子の上記超音波探触子を用いて上記被検
    査対象物の欠陥部を探傷することにより、その探傷結果
    を表す探傷データを得るステップと、 (d)上記形状データ、及び、上記探傷データに基づい
    て、上記検査対象物内の欠陥部分をリアルタイムで3次
    元グラフィック画像として表示するステップの各ステッ
    プを含むことを特徴とする超音波探傷検査方法。
  3. 【請求項3】上記ステップ(d)で求めた上記被検査対
    象物と上記欠陥部分との3次元的な位置関係を表示画面
    上に2次元画面への投射画像として3次元グラフィック
    画像表示するようにすることを特徴とする特許請求の範
    囲第2項記載の超音波探傷検査方法。
  4. 【請求項4】複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象
    物の超音波探傷検査方法であって、 (a)該被検査対象物の3次元形状を表す形状データを
    記憶装置から入力するステップを有すると共に、 (b)超音波探触子を用いて該被検査対象物を探傷する
    ことにより、その欠陥部に対する探傷結果を表す探傷デ
    ータを得るステップを有し、該ステップは更に (b1)上記超音波探触子に少なくとも3つ以上のLE
    Dを搭載した走査子によって、前記被検査対象物の3次
    元形状の外面を走査するサブステップと、 (b2)該走査子の前記LEDからの投射光を位置検知
    装置(PSDカメラまたはCCDカメラ)で検出するこ
    とにより、前記探触子の先端の位置、及び、姿勢を検出
    して、前記入力した形状データにおける前記走査子の位
    置を得るサブステップと (b3)前記欠陥部に対する探傷データを前記走査子の
    前記被検査対象物の画面上の画像位置に関連させて立体
    的にリアルタイムで3次元グラフィック画像として表示
    させるサブステップを有し、更に又 (c)上記形状データ、及び、該探傷データに基づい
    て、前記被検査対象物内の欠陥部を3次元的にリアルタ
    イムで求めるステップの各ステップを含むようにするこ
    とを特徴とする超音波探傷検査方法。
  5. 【請求項5】複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象
    物の超音波探傷検査装置であって、 (a)超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭
    載した走査子によって、上記被検査対象物の外面を走査
    する手段と、 (b)該走査子の上記3つ以上のLEDを位置検知装置
    (PSDカメラ、又は、CCDカメラ)によって、上記
    被検査対象物の外形を検出することにより、該被検査対
    象物の3次元形状を計測してその形状を表す形状データ
    を得る手段と、 (c)上記手段で得られた形状データに基づいて、探傷
    方法を決定する手段とを有することを特徴とする超音波
    探傷検査装置。
  6. 【請求項6】複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象
    物の超音波探傷検査装置であって、 超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭載した
    走査子と、 該走査子で上記被検査対象物を走査する手段と、 該走査子で上記3つ以上のLEDからの投射光を検出す
    る手段と、 該検出手段からの出力に基づいて、前記被検査対象物の
    外面形状を計測してその形状を表す形状データを得る画
    像表示手段と、 上記走査子の上記超音波探触子を用いて上記被検査対象
    物の欠陥部を探傷することにより、その探傷結果を表す
    探傷データを得る画像表示手段と 上記形状データ、及び、前記探傷データに基づいて、前
    記被検査対象物内の欠陥部を3次元的にリアルタイムで
    求める手段と、 を含むことを特徴とする超音波探傷検査装置。
  7. 【請求項7】更に、上記形状データと探傷データの画像
    表示を求める手段からの出力に応答して、上記被検査対
    象物と上記欠陥部分との3次元的な位置関係を表示画面
    上に両者の原点座標及び座標各軸の方向を一致させて2
    次元画面への投射による3次元グラフィック画像表示す
    る表示手段を含むことを特徴とする特許請求の範囲第6
    項記載の超音波探傷検査装置。
  8. 【請求項8】複雑な3次元自由曲面を有する被検査対象
    物の超音波探傷検査装置であって、 該被検査対象物の3次元形状を表す形状データを記憶す
    る装置と、 超音波探触子と、 該超音波探触子に少なくとも3つ以上のLEDを搭載し
    て構成した走査子と、 該走査子によって、上記被検査対象物の3次元形状の外
    面を走査する手段と、 上記走査子の前記LEDからの投射光を検出する手段
    と、 上記探触子の先端の位置および姿勢を検出して、上記入
    力した形状データにおける上記走査子の位置を得る手段
    と、 上記超音波探触子を用いて上記被検査対象物を探傷する
    ことにより、その欠陥部の探傷結果を表す探傷データを
    得る手段と、 上記形状データ、及び、上記探傷データに基づいて、上
    記被検査対象物内の欠陥部分を3次元的にリアルタイム
    で求める手段と、 上記欠陥部に対する探傷データを上記走査子の前記被検
    査対象物の画像上の位置に関連させて立体的にリアルタ
    イムで表示させる手段とを含むことを特徴とする超音波
    探傷検査装置。
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