JPH01158348A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば、タービンディスクのような被探傷体
を非破壊検査するのに使用される超音波探傷装置に関す
る。

（従来の技術） 既に提案されているこの種の超音波探傷装置は、第１２
図及び第１３図に示されるように構成されている。

即ち、第１２図及び第１３図において、被探傷体Ｗとし
てのタービンロータは、タービンシャフトａに軸装され
ている。つまり、タービンディスクＷ　はハブＷ２とウ
ェブＷ３とで形成されておリ、このハブＷ２に形成され
たキー溝Ｗ４には、キーＷ５が上記タービンシャフトａ
とを一体的に固定している。

従って、上記被探傷体Ｗとしての上記キー溝Ｗ４に発生
する欠陥部（亀裂部）Ｗ６を非破壊検査による超音波探
傷による検査するとき、上記ハブ部Ｗ２の外周面に超音
波探触子すを接触配置して行われる。

即ち、上記超音波探触子すから超音波ビームＢを上記キ
ー溝Ｗ４へ出射することにより、上記欠陥部Ｗ６の先端
部及びキー溝Ｗ４の形状による反射波（反射エコー）を
上記超音波探触子すの受信部で受信する。

すると、第１３図のグラフに示されるように、上記超音
波探触子すは欠陥部Ｗ６をエコーレベルｂ１を検出し、
他方、キー溝Ｗ４の形状はビーム路程差Δｇだけずれた
位置にエコーレベルｂ２を検出する。又、上記エコーレ
ベルｂｌとエコーレベルｂ２のビーム路程差Δｇにより
、通常、欠陥深さｄ−６ｇとして測定している。

他方、上記被探傷体ＷのウェブＷ３の直下に位置する上
記キー溝Ｗ　に発生する欠陥部Ｗ６の超音波探傷による
検査をするとき、第１４図及び第１５図に示されるよう
にして行われる。

即ち、上記ウェブＷ３の両側に位置するハブ部Ｗ２の外
周に発信用（送信用）斜角探触子Ｃと受信用探触子ｄを
並べて設ける。

次に、上記発信用斜角探触子Ｃから角度βで超音波ビー
ムＢを発信することより、この超音波ビームＢは、上記
欠陥部Ｗ６の先端部への入射角γ略４５″程度になるよ
うな探触子屈折角βになるようにしている。すると、上
記欠陥部Ｗ６の先端部における反射エコーは上記受信用
探触子ｄで受信される。さらに、上記発信用探触子Ｃと
受信用探触子ｄを同期して上記ハブ部Ｗ２の外周を円周
方向へ移動しながら検査する。

このようにして、上記発信用探触子Ｃと受信用探触子ｄ
とを同期して円周方向へ移動することによって、上記キ
ー溝Ｗ４を全体に亘って探傷する。

しかして、上記発信用探触子Ｃと受信用探触子ｄの超音
波ビームＢで得られた超音波波形データは、ＡＬＯＫ法
と称せられるアルゴリズムをもった信号処理法を用いて
、欠陥部Ｗ６やその寸法を測定するようになっている。

特に、第１４図に示されるように、キー溝Ｗ４に嵌合さ
れたキーＷ５が円周方向の応力でキー溝Ｗ４に押付けら
れることにより、キーＷ５とキー溝Ｗ４に存在したスケ
ールの影響により、キーコーナー（キー角隅部）Ｃ１，
Ｃ２から疑似エコーが検出されるときがあり、この疑似
エコーの状態で探傷された超音波波形情報の信号処理後
の“標定結果°　（測定結果ともいう）は、第１５図に
示されるように、各キーコーナーＣＩ、Ｃ２に相当する
位置にインディケーションとして標定される。

又、上記欠陥部Ｗ６がないときも、上述したような疑似
エコーによる各インディケーションＣ＋　。

Ｃ２を標定することなので、欠陥が存在しないときでも
、あたかも欠陥部があるように、誤って検出するおそれ
がある。

（発明が解決しようとする問題点） このように、上述した超音波探傷手段は、被探傷体Ｗと
してのタービンディスクにおけるキー溝Ｗ　の欠陥検査
時、キー溝Ｗ　やキーＷ５若しくはスケール等による影
響を受ける疑似エコーを検出するおそれがあり、この疑
似エコーを誤って欠陥部と判定して誤認する等の問題が
ある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって
、被探傷体を非破壊探傷検査する超音波探傷装置におい
て、発信用マルチ超音波探触器の各探触子と受信用マル
チ超音波探触器の各探触子の各屈折角度を異にして送受
信して、欠陥部で検出される欠陥エコーと疑似エコーと
を識別したり、若しくは疑似エコーを除去して、欠陥部
を高精度に検出すると共に、欠陥部の大きさを測定する
ようにした超音波探傷装置を提供することを目的とする
。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段及びその作用）本発明は
、被探傷体を非破壊探傷検査する超音波探傷装置におい
て、上記被探傷体の外周に一対のスキャナーを同期して
走行自在に設け、この−方のスキャナーに第１発信用探
触子と第２発信用探触子とを備えた発信用マルチ超音波
探触器を設け、他方の上記スキャナーに第１受信用探触
子と第２受信用探触子とを備えた受信用マルチ超音波探
触器を設け、上記発信用マルチ超音波探触器と受信用マ
ルチ超音波探触器の送受信によって得られた信号を中央
演算処理装置、Ａ／Ｄ変換器及び信号処理器を通して表
示器に表示するように上記第１発信用探触子と第２発信
用探触子の発信ビームを切換えることにより、被探傷体
の欠陥部を高精度に検出すると共に、欠陥部の大きさを
７１ｇｊ定するようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明をタービンディスクとロータ軸との嵌合面
やキー溝の欠陥検査に適用した図示の一実施例について
説明する。

なお、本発明は、上述した具体例と同一構成部材には同
じ符号を付して説明する。

第１図において、符号１，２は、被探傷体ＷのハブＷ　
の外周にウェブＷ３を挟み込むようにして走行自在に設
けられた一対のスキャナーであって、この一方のスキャ
ナー１には、発信用マルチ超音波探触器３が設けられて
いる。又、この発信用マルチ超音波探触器３内には、約
４０乃至５０度程度の探触子屈折角βｉ　（γｉ）の傾
斜角で超音波発信する第１発信用探触子３ａと約６５乃
至７５度程度の探触子屈折角βｉ　（γｉ）の傾斜角で
超音波を発信する第２発信用探触子３ｂ。

３Ｃとが設けられており、上記他方のスキャナー２には
、受信用マルチ超音波探触器４が設けられている。さら
に、この受信用マルチ超音波探触器４内には、約４０乃
至５０度程度の探触子屈折角βｉ　（γｉ）の傾斜角で
超音波受信する第１受信用探触子４ａと約６５乃至７５
度程度の探触子屈折角βｉ　（γｉ）の傾斜角で超音波
受信する第２受信用探触子４ｂ、４ｃとが設けられてい
る。

一方、上記両スキャナー１と２とは、スキャナーコント
ローラ５が各リード線６ａ、６ｂ介して接続されており
、このスキャナーコントローラ５には、中央演算処理装
置（Ｃ，Ｐ、　Ｕ）　７及び位置検出器８が接続されて
いる。又、上記発信用マルチ超音波探触器３と上記受信
用マルチ超音波探触器４とは、多チヤンネルパルサーレ
シーバ群９が各リード線１０ａ、１０ｂを介して接続さ
れており、この多チヤンネルパルサーレシーバ群９には
、上記中央演算処理装置（Ｃ，Ｐ、　Ｕ）　７及びＡ／
Ｄ変換器１１が接続されている。さらに、この中央演算
処理装置７とＡ／Ｄ変換器１１には、デジタル値に変換
された超音波波形データと上記位置検出器８で検出した
探触子位置情報をＡＬＯＫ法と称するアルゴリズムをソ
フトウェアとして内蔵している信号処理器１２が接続さ
れており、この信号処理器１２には、信号処理した結果
を表示する表示器１３が接続されている。

特に、上記第１発信用探触子３ａと第１受信用探触子４
ａの超音波ビームＢの入射角、つまり、探触子屈折角β
ｉ　（γｉ）が、例えば、４５度では、実験的に最大の
感度になり、第３図のグラフに示されるエコーレベルを
示すことが確認されており、この超音波ビームＢの入射
角γｉが４５度では、疑似エコーが明瞭に検出されるが
、入射角γｉが７０度の探傷条件では、疑似エコーが検
出されないことが、実験的に確認されたことである。

又、第３図のグラフからも明らかなように、欠陥部Ｗ６
からの反射エコーレベルの変化は、入射角７１句４５°
〜６０＠では、高いエコーレベルで一定となるが、入射
角γｉζ６０度で急減し、入射角γ１−６０度を越える
と、反射エコーが徐々に増加し、γｉζ７０°近傍では
充分なエコーレベルで反射エコーを検出することが確め
られている。

このように、入射角γｉＬニア０”では、第５図のグラ
フに示されるように、欠陥探傷を行い、欠陥エコーが検
出できるが、疑似エコーは検出しないため、入射角γｉ
！？７０″になる探触子屈折角βｉを有する探触子は、
疑似エコーと欠陥エコーの識別用探触子として使用する
ことができる。

次に、上記発信用マルチ超音波探触器３と上記受信用マ
ルチ超音波探触器４が、第６図及び第７図に示されるよ
うに、各スキャナー１と２とによってハブＷ２の外周面
を同期して移動すると、第６図に示されるように、被探
傷体Ｗに欠陥部Ｗ６があるとき、第７図に示されるよう
に、被探傷体Ｗに欠陥部Ｗ６のないとき、上記発信用マ
ルチ超音波探触器３の各発信用探触子３ｂ、３ｃと上記
受信用マルチ超音波探触器４の各受信用探触子４ｂ、４
ｃを超音波ビームＢを発信してこれを受信して探傷する
と、例えば、キー溝Ｗ４全体を探傷するとき、上記各発
信用探触子３ｂ、３ｃと各受信用探触子１ｂ、４ｃの位
置と超音波ビームＢの路程の関係では、第８図（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）に示される結果が得られた。

即ち、第８図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、キー溝
Ｗ　に欠陥部Ｗ８−があるときの探傷結果は、上記発信
用探触子３ｃと受信用探触子４ｃによる探傷の場合、欠
陥コーナーエコー、欠陥端部エコー及び形状エコーの他
に疑似エコーが検出される。

又、疑似エコー識別用としての発信用探触子３ｂと受信
用探触子４ｂによる探傷の場合、欠陥コーナーエコー及
び形状エコーは検出されるが、疑似エコー及び欠陥端部
エコーは検出されないため、これら２つの探傷データを
もとのＡＬＯＫ法と称するアルゴリズムを用いて信号処
理した最終標定結果は、第８図（Ｃ）に示されるように
、欠陥寸法ｄが求められる。

他方、第７図に示されるように、キー溝Ｗ４に欠陥部Ｗ
６が無い場合の探傷結果は、欠陥寸法測定用としての発
信用探触子３Ｃと受信用探触子４Ｃで検出され、疑似エ
コーは疑似エコー識別用としての発信用探触子３ｂと受
信用探触子４ｂを使用して探傷することにより検出され
ず、このときは、形状エコーのみが検出されるため、前
述したように、信号処理器１２で信号処理して第８図（
Ｃ）に示されるように、“標定結果”を得ることができ
る。

このように、種々な条件でキー溝Ｗ４に接触若しくは押
付けられた状態で欠陥検査をする場合、入射角γｉζ７
０″近傍になる探傷条件を有する第２発信用探触子３ｃ
と第２受信用探触子４ｂを用いて探傷すれば、欠陥エコ
ーは検出されるが、。

疑似エコーは検出されない。又、欠陥端部エコーを高感
度に検出する第１発信用探触子３ａ及び第１受信用探触
子４ａの入射角γｉ　’−４５’と上記第２発信用探触
子３ｂ及び第２受信用探触子４ｂとを組合せて使用する
ことにより、高精度な欠陥寸法の測定をすることができ
るため、適当な欠陥検査をすることができる。

従って、今、第１図に示されるように、一対のスキャナ
ー１と２をハブＷ２の外周に沿って設置し同期して移送
することにより、上記一方のスキャナー１の発信用マル
チ超音波探触器３の第１発信用探触子３ａから屈折角４
５°の超音波ビームＢを発信することにより、この超音
波ビームＢは欠陥部Ｗ６を検出し、欠陥エコーを他方の
スキャナー２の第１受信用探触子４ａで受信し、これを
多チヤンネルパルサーレシーバ群９−Ａ／Ｄ変換器１１
−信号処理器１２を介して表示器１３に表示する。

他方、上記発信用マルチ超音波探触器３の第２発信用探
触子３ｂ、３ｃに切換えて、この第２発信用探触子３ｂ
、３ｃから屈折角７０″の超音波ビームＢを発信するこ
とにより、この超音波ビームＢは欠陥部Ｗ６を検出し、
欠陥エコーを他方のスキャナー２の第２受信用探触子４
ｂ、４ｃで受信シ、これを多チヤンネルパルサーレシー
バ群９−Ａ／Ｄ変換器１１−信号処理器１２を介して表
示器１３に表示する。このとき、これらの表示は、前述
したように、第８図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように表
示される。

次に、第９図及び第１１図は、本発明の他の実施例であ
って、発信用マルチ超音波探触器３や受信用マルチ超音
波探触器４の代りに、アレイ型探触子にしたものである
。

即ち、上記ハブ部Ｗ２上に各シュー１４．１５を接触し
て、しかも同期して移動するように設け、この各シュー
１４．１５に多数の発信用振動子１６ａを有する発信用
アレイ探触子１６と多数の受信用振動子１７ａを有する
受信用アレイ探触子１７で構成したものであって、上記
各振動子１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂに屈折角を４
５°と７０°になるように設定することにより、高精度
な欠陥検査をすることができる。

なお、上記アレイ探触子の各振動子１６ａ。

１６ｂ及び１７ａ、１７ｂはハブ部Ｗ２の円周方向に示
しているけれども、本発明の要旨を変更しない範囲内で
、例えば、軸方向に並設してもよいこと勿論である。

又一方、本発明は、第１０図に示されるように、被探傷
体Ｗを２つの構造物Ｗ７．Ｗ８に適用することができる
し、このような被探傷体Ｗにおいても、第１１図（ａ）
、（ｂ）、（ｃ）のグラフに示されるように、欠陥部を
探傷することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、被探傷体Ｗを非破壊
探傷検査する超音波探傷装置において、上記被探傷体Ｗ
の外周に一対のスキャナー１，２を同期して走行自在に
設け、この一方のスキャナー１に第１発信用探触子３ａ
と第２発信用探触子３ｂ、３ｃとを備えた発信用マルチ
超音波探触器３を設け、他方の上記スキャナー２に第１
受信用探触子４ａと第２受信用探触子４ｂ、４ｃとを備
えた受信用マルチ超音波探触器４を設け、上記発信用マ
ルチ超音波探触器３と受信用マルチ超音波探触器４の送
受信によって得られた信号を中央演算処理装置７、Ａ／
Ｄ変換器１１及び信号処理器１２を通して表示器１３に
表示するようにしであるので、高精度な測定ができるば
かりでなく、欠陥寸法測定もできるから、信頼性の向上
を図ることができる等の優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の超音波探傷装置を示す線図、第２図
乃至第８図は本発明の詳細な説明するための各図、第９
図乃至第１１図（ａ）、（ｂ）・（ｃ）は、本発明の他
の実施例を示す各図、第１２図乃至第１５図は、既に提
案されている超音波探傷装置を示す各線図である。 １．２・・・スキャナー、３・・・発信用マルチ超音波
探触器、３ａ・・・第１発信用探触子、３ｂ、３ｃ・・
・第２発信用探触子、４・・・受信用マルチ超音波探触
゛器、４ａ・・・第１受信用探触子、４ｂ、４ｃ・・・
第２受信用探触子。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄 第６図 第７図 第１０図 （ａ）３ｃによるり傷　　　　　（ｂ）３ｂによる深間
　　　　　（Ｃ）検定結果第１Ｉ図 第１５図 第１４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被探傷体を非破壊探傷検査する超音波探傷装置にお
   いて、上記被探傷体の外周に一対のスキャナーを同期し
   て走行自在に設け、この一方のスキャナーに第１発信用
   探触子と第２発信用探触子とを備えた発信用マルチ超音
   波探触器を設け、他方の上記スキャナーに第１受信用探
   触子と第２受信用探触子とを備えた受信用マルチ超音波
   探触器を設け、上記発信用マルチ超音波探触器と受信用
   マルチ超音波探触器の送受信によって得られた信号を中
   央演算処理装置、Ａ／Ｄ変換器及び信号処理器を通して
   表示器に表示するようにしたことを特徴とする超音波探
   傷装置。 ２、第１発信用探触子と第１受信用探触子とは約４０乃
   至５０度程度の探触子屈折角度を有し、第２発信用探触
   子と第２受信用探触子とは約６５乃至７５度程度の探触
   子屈折角度を有するするようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超音波探傷装置。