タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法
【課題】タービン動翼フォークの応力部をくまなく超音波探傷するとともに、探傷検査時間を短縮する３次元超音波探傷方法を提供する。
【解決手段】円弧状に屈折角を走査するセクタ走査面を回転走査するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、ピン穴を検出するステップを設けてピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度を回転走査の開始点とし、セクタ走査面を２．７°未満の角度ピッチで３次元回転走査し、段差を検出するステップを設けて段差を検出したセクタ走査面の回転角度を回転走査の終了点とする。
【解決手段】円弧状に屈折角を走査するセクタ走査面を回転走査するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、ピン穴を検出するステップを設けてピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度を回転走査の開始点とし、セクタ走査面を２．７°未満の角度ピッチで３次元回転走査し、段差を検出するステップを設けて段差を検出したセクタ走査面の回転角度を回転走査の終了点とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼フォークの超音波探傷方法に係り、特に探傷精度を高く保ちつつ探傷時間を短縮できる超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１、図１２に示すように、発電プラントのタービンは製作性と整備性の向上のため回転軸４と動翼２を別々に製作し、回転軸４上のディスク３と段差８のあるタービン動翼フォーク（以下フォークという）を組み合わせ、ディスク３とフォーク５のピン穴６にピン７を挿入して両者を固定している。
【０００３】
図１３に示すように、タービンの回転に伴いピン穴６の１００の位置に応力が発生する。このため応力部１００の健全性を超音波探傷法（Ultrasonic Testing：ＵＴ）により検査している。ＵＴは検査対象内に超音波を送信し欠陥からの反射波（エコー）を受信する検査方法であり、エコーの有無が欠陥の有無に対応する。
【０００４】
従来のピン穴応力部のＵＴでは、図１４に示すようにタービンの回転軸と垂直で回転方向と平行に設けたフォーク５の側面平面部であるセンサ設置面１０１に超音波センサ（ＵＴセンサ）１を設置し、ＵＴセンサ１を回転・平行移動させながら応力部１００に超音波を入射させていた（特許文献１）。この探傷方法では、図１５Ａの基準サンプル探傷例に示すようにピン穴周辺の形状信号を基準信号として検出する。図１５Ａと対比すると、図１５Ｂの探傷例に示すように欠陥信号が形状信号近辺に検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４４７４３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、手動あるいはアクチュエータにより機械的にＵＴセンサを移動させるため、センサ方向のずれによって超音波が送受信されない領域が生じる可能性がある。また、機械的にＵＴセンサを移動させるため、検査に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、探傷検査時間を短縮してフォークの応力部をくまなく探傷可能な３次元超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークのピン穴を検出するピン穴検出ステップと、前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、前記フォークの段差を検出する段差検出ステップを有し、前記ピン穴検出ステップは、前記フォークの前記ピン穴エコーを検出するピン穴エコー検出確認ステップを有し、前記超音波探傷ステップは、前記フォークに対し前記セクタ走査面を回転走査する角度ピッチを２．７°未満に決定する走査回転角ピッチ決定ステップを有し、前記段差検出ステップは、前記フォークの段差エコーを検出する段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とする。
【０００９】
また、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで、前記ピン穴エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とする。
【００１０】
またタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記段差エコー検出確認ステップで、前記段差エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００１１】
またタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで前記ピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、前記段差エコー検出確認ステップで前記段差を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００１２】
また、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴検出ステップは、ＵＴセンサ設置ステップと、測定開始信号入力ステップと、ピン穴エコー検出確認ステップと、探傷開始点決定ステップを有し、前記超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、遅延時間決定ステップと、超音波探傷ステップを有し、前記段差検出ステップは、超音波探傷結果処理・表示ステップと、段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、フォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置と制御装置によりセクタ走査面を回転走査して前記フォークを探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するフォーク形状データ入力ステップと、前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、前記センサ位置測定ステップはさらに、前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査するセクタ走査回転角ピッチ決定ステップと、
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角範囲を決定し、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満の範囲で決定するセクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、超音波の遅延時間決定ステップと前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴のうち二つのピン穴と前記超音波センサとの距離を測定して前記超音波センサが存在するエリアを決定することを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記フォークの前記段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記エリア内で前記超音波センサの存在する第１の曲線を決定することを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記段差と異なる位置の段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記超音波センサの存在する第２の曲線を決定し、前記第１の曲線と第２の曲線の交点を前記超音波センサ位置とすることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記ピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記段差が検出されるセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記超音波センサの設置位置を評価するステップで測定されたピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、段差を検出したセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピン穴と段差を有するフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により超音波のセクタ走査面を回転走査するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、ピン穴検出ステップと、３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、段差検出ステップを有し、ピン穴検出ステップは、フォークのピン穴を検出するピン穴検出確認ステップを有し、超音波探傷ステップはフォークに対し超音波のセクタ走査面を２．７°未満の回転角ピッチとして決定する走査回転角ピッチ決定ステップを有し、段差検出ステップは、フォークの段差を検出する段差検出確認ステップを有することにより、
フォーク穴部の応力範囲を所定値以下の角度ピッチで探傷できるので、３次元超音波探傷の確実性が向上する。また、フォークの超音波探傷走査を電気的制御により実行するため、機械的にＵＴセンサを移動させる従来の超音波探傷方法よりも検査時間を低減し、正確な走査範囲の設定によりデータ処理量を削減して検査時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の超音波探傷システムを示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１の超音波センサの構造を示す模式図。
【図３】本発明の実施例１の３次元超音波探傷方法を示す模式図。
【図４】本発明の実施例１の遅延時間の評価例を示すグラフ。
【図５Ａ】本発明の実施例１の超音波３次元走査方法を示す説明図。
【図５Ｂ】本発明の実施例１の超音波３次元走査方法を示す説明図。
【図６】本発明の実施例１の超音波探傷方法を示すフローチャート。
【図７Ａ】本発明の実施例１の受信強度のセクタ走査面回転角を示す模式図。
【図７Ｂ】本発明の実施例１の受信強度のセクタ走査面回転角依存性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例２の超音波探傷方法を示すフローチャート。
【図９】本発明の実施例２のセンサ位置測定ステップにおけるセクタ走査面回転走査ピッチ決定方法を示す説明図。
【図１０Ａ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｂ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｃ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｄ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１１】従来例のタービンを示す説明図。
【図１２】従来例のタービン動翼フォークを示す斜視図。
【図１３】従来例のタービン動翼フォークの応力部を示す斜視図。
【図１４】従来例のタービン動翼フォークの超音波探傷方法を示す模式図。
【図１５Ａ】従来例のタービン動翼フォークの健全部の超音波探傷例を示す説明図。
【図１５Ｂ】従来例のタービン動翼フォークの欠陥部の超音波探傷例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、実施例につき図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、実施例１における超音波探傷システムを示すブロック図である。実施例１における超音波探傷システムは、フェーズドアレイ超音波センサからなるＵＴセンサ１、超音波探傷装置１０、データ処理装置および超音波探傷条件を決定する制御装置としてのパソコン９およびこれに用いられる各種コンピュータプログラムより構成される。
【００２５】
ここで、パソコン９は、ＣＰＵ２１に接続されたＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４を備え、ＣＰＵ２１とキーボード２６、記録メディア２７、モニタ２８がＩ／Ｏポート２５ａを介して超音波探傷装置１０と接続される。また、超音波探傷装置１０は、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａと接続されたＩ／Ｏポート２５ｂと、これに接続されたＡ／Ｄコンバータ２９及びＤ／Ａコンバータ３０を有し、超音波探傷装置１０はＵＴセンサ１と接続されている。
【００２６】
このうち、ＵＴセンサ１は、図２に示すように、直方体の超音波素子３１を２方向に配列して保護ケース３４に収納している。ＵＴセンサ１を構成する個々の超音波素子３１は、検査対象に対面する底面に設けられた電極３２と、各超音波素子３１の上面に設けられた電極３２Ｂに電圧を印加する図示しない信号線と、電極３２Ｂ上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー３３を備えている。ダンパー３３は、超音波発振時の残振を減らしＳ／Ｎ比を向上することができる。
【００２７】
超音波素子３１の材料は、ＰＺＴ（圧電セラミック：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ（高分子圧電素子：Polyvinylidene Fluoride）等の圧電素子を使用できる。また、電極３２と電極３２Ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性の高い金属を、信号線としては銅線を、ダンパー３３としてはＨｆ、Ｗ、Ｔａ等の重金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース３４は、樹脂、金属のうち１つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
【００２８】
図３は、ＵＴセンサ１を用いて超音波探傷を行う方法を示す模式図である。図３に示すように、超音波探傷を行う際には、ＵＴセンサ１内に平行配置した複数の超音波素子３１から焦点３６に同時に超音波が届くように各超音波素子３１間の遅延時間を調整する。
【００２９】
ここで、超音波素子３１と焦点３６との最大距離をｍａｘ（Ｌ）［ｍ］、図中のｘ軸方向のｉ番目でｙ軸方向のｊ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離をＬｉｊ［ｍ］、超音波の伝搬速度（音速）をＶ［ｍ／ｓ］、超音波素子３１のＸ座標をｘｉｊ［ｍ］、超音波素子３１のＹ座標をｙｉｊ［ｍ］、焦点３６のＸ座標をｘｆ［ｍ］、焦点３６のＹ座標をｙｆ［ｍ］とする。
【００３０】
このとき、ｘ軸方向のｉ番目でｙ軸方向のｊ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離Ｌｉｊ［ｍ］、及び各超音波素子３１の超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］（以下、遅延時間と記す）は次式（１）、（２）で表される。
〔数１〕
Ｌｉｊ＝（（ｘｉｊ−ｘｆ）２＋（ｙｉｊ−ｙｆ）２）１／２［ｍ］ ・・・（１）
〔数２〕
ｄｔ＝（ｍａｘ（Ｌ）−Ｌｉｊ）／Ｖ［ｓ］ ・・・（２）
図４は、横軸にＵＴセンサ１の素子位置、縦軸に遅延時間ｄｔ［ｓ］を示したグラフである。図４の例では、８個の素子から構成される素子列を３列設置しており、２列目、５番の位置の素子に最も近い位置に焦点を置くときの時間差を表しており、具体的には超音波素子３１の総数が２４個、Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］、ｘｉ＝（０．５ｉ−０．２５）×１０−３［ｍｍ］、ｙｉ＝０［ｍ］、ｘｆ＝０［ｍ］、ｙｆ＝３×１０−２［ｍ］のときの遅延時間ｄｔ［ｓ］を示している。
【００３１】
図４の遅延時間で、焦点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から焦点への超音波到達時間が揃うため信号強度を強くすることができる。
【００３２】
次に図５Ａ、５Ｂを用いて実施例１の３次元超音波探傷を用いたフォークのＵＴ方法について説明する。この探傷方法では図５Ａに示すようにセンサ設置面１０１上にＵＴセンサを設け、セクタ面内で超音波の屈折角と焦点距離を所定範囲で変化させて走査し、屈折角と焦点距離に対応した超音波エコー反射強度を２次元平面上に表示する（セクタ走査像の生成）。
【００３３】
次いで、図５Ｂに示すようにセクタ走査面を回転走査することにより、フォーク５内を超音波により３次元走査する。実施例１のフォークのＵＴにおいては、図５Ｂに示すようにピン穴エコーが検出されるセクタ走査面走査方向を開始点とし、段差方向に紙面に垂直なセクタ走査面を回転走査していき、段差エコーが検出された点を走査終了点とする。段差からのエコーを検出するまでセクタ走査面を回転走査することで、図１３に示したピン穴６の応力部をくまなく検査することが可能となる。
【００３４】
次に、図１の超音波探傷システムを用いて、図６に示すタービン動翼フォークの超音波探傷方法のフローチャートに従い、図５Ａ、５Ｂの３次元超音波探傷の実施方法について説明する。
【００３５】
まず、フローチャートの概略について説明する。図６のフローチャートは、ピン穴エコー検出ステップＳ１０１、超音波探傷ステップＳ１０２、段差エコー検出ステップＳ１０３に大別される。このうち、ピン穴検出ステップＳ１０１は探傷開始点を決定するために使用される。超音波探傷ステップＳ１０２において３次元走査により超音波探傷を実施する。この時の走査角度ピッチは、応力部をくまなく探傷できるよう所定値以下に決定される。段差エコー検出ステップＳ１０３は探傷終了点を決定するために使用される。以下、順次実行される全てのステップについて説明する。
（１）ピン穴エコー検出ステップＳ１０１
最初にピン穴検出ステップＳ１０１について説明する。まず、Ｓ１０１ａにおいて、オペレータがＵＴセンサ１の正面方向がほぼピン穴６と対向するよう、ＵＴセンサ１をセンサ設置面１０１に設置する。ここでいうＵＴセンサ１の正面方向とは、センサ設置面１０１上における図２に示す超音波素子の短尺方向の垂線方向である。
【００３６】
次に、Ｓ１０１ｂにおいて、図２のパソコン９のキーボード２６からオペレータがピン穴検出開始信号を入力する。ピン穴検出開始信号は、パソコンのＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。検出開始信号入力後、ＵＴセンサ１の正面方向に超音波をセクタ走査する。セクタ面の屈折角の走査範囲は超音波の反射効率が高い３５〜５５°を含む範囲とし、超音波の焦点距離はＳ１０１ａでＵＴセンサ１を設置する位置からピン穴６までの概略の距離とする。
【００３７】
ピン穴検出のためのセクタ走査の遅延時間は、センサ設置面１０１におけるＵＴセンサ設置の前に解析して、予めパソコン９のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させておき、ピン穴検出開始信号の入力に伴いＣＰＵ２１で読み出して、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介してＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。
【００３８】
フォーク５内の凹凸からのエコーはＵＴセンサ１で電圧に変換してＡ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。ＣＰＵ２１はエコーの検出距離と屈折角度をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記録するとともに、Ｉ／Ｏポート２５ａを介してモニタ２８上にエコーの発生角度、発生距離、強度を表示する。
【００３９】
次に、Ｓ１０１ｂのモニタへの表示に基づき、Ｓ１０１ｃでピン穴信号の検出の有無を確認する。概略のＵＴセンサ設置位置がわかっており、ピン穴信号が検出される概略の屈折角と距離が決まるため、その屈折角・距離近辺に形状信号が検出されるか否かから、オペレータがピン穴信号検出の有無を判断する。ピン穴信号が検出されていない場合には、ピン穴信号が検出されるまでＵＴセンサ１の向きと位置を再調整する。
【００４０】
Ｓ１０１ｃでピン穴信号の検出を確認後、Ｓ１０１ｄでピン穴信号検出点をセクタ走査面の回転走査の開始点とする信号をオペレータがキーボード２６から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
（２）超音波探傷ステップＳ１０２
ステップＳ１０２においては、超音波探傷装置１０を利用したＵＴを実行する。まずＳ１０２ａで、各セクタ走査面の回転走査の１走査当り回転角（回転角ピッチ）を決定する。回転角を大きくすると走査点が減るため探傷が高速化されるが、各セクタ走査面間に超音波が到達しない箇所が生じる場合がある。このため、セクタ走査面の回転角ピッチは超音波が到達しない箇所が生じない範囲で決定しなければならない。
【００４１】
図７Ａ、７Ｂで信号検出強度のセクタ走査面の回転角依存性を説明する。ここでいう回転角とは、図７Ａに示す様に、セクタ走査面上に検査対象位置がある場合の走査面角度を０°としたときの基準位置に対するセクタ走査面の回転角である。図７Ｂに示すように、セクタ走査面が検査位置から約２．７°回転するとエコー検出強度が０となるため、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満とする必要がある。すなわちＳ１０１ｃで決定したセクタ走査面の走査開始角から、２．７°未満の回転角ピッチでセクタ走査面の回転角を決定する。
【００４２】
検出強度のセクタ走査面の回転角依存性は、超音波素子サイズ、欠陥とセンサの距離、欠陥の大きさ等により決定され、実際の探傷検査条件から決定される。
【００４３】
Ｓ１０２ｂでは、１０１ｃで測定したピン穴６とＵＴセンサ１との距離と、１０２ａで求めたセクタ走査面の回転角走査条件から、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた式（１）及び式（２）に従って、各超音波素子の遅延時間を求める遅延時間計算プログラムを用いて、ＣＰＵ２１で遅延時間を計算する。
【００４４】
Ｓ１０２ｃでは、Ｓ１０２ｂで求めた遅延時間に基づき、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介してＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信し、超音波探傷を実行する。フォーク５内からのエコーは、ＵＴセンサ１で電圧に変換してＡ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。ＣＰＵ２１でエコーの強度、屈折角、距離をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記録するとともに、Ｉ／Ｏポート２５ａを介してモニタ２８上に表示する。
（３）段差エコー検出ステップＳ１０３
最後に、ステップＳ１０３で、検査終了信号となる段差エコーの検出を確認する。まず、Ｓ１０３ａにおいて、Ｓ１０２ｃの超音波探傷ステップで得られたエコー強度を屈折角と距離に対して色諧調表示する。
【００４５】
次に、Ｓ１０３ｂにおいて、Ｓ１０３ａで表示された探傷像からオペレータが段差エコーの有無を確認する。ピン穴６に対する段差８の位置は決まっているため、ピン穴信号の検出位置に対する段差エコーの相対位置も決まる。その位置に形状信号が検出されるか否かから段差エコー検出の有無を確認する。段差エコーが検出されない場合には、ステップＳ１０１から再び探傷をやり直す。
【００４６】
段差エコーの検出を確認後、検査終了信号をキーボード２８から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、超音波探傷を終了する。
【００４７】
実施例１は以上説明したように構成されているため、タービン動翼フォークの応力範囲をくまなくセクタ走査面の回転走査により探傷することが可能である。また、従来は超音波走査を機械的に行っていたのに対し、電子的に走査するため高速化を図ることができる。
【実施例２】
【００４８】
次に、本発明の実施例２を図面を用いて説明する。使用する超音波探傷システムの構成図は図１と同様であり、超音波探傷方法のフローチャートは図８のように構成する。
【００４９】
実施例１ではセクタ走査面の回転走査開始点と終了点を探傷像に基づいてオペレータが決定したのに対し、実施例２はフォーク上に設置したセンサ位置を超音波の送受信により自動的に測定するステップを設け、セクタ走査面の回転走査の開始点と終了点を自動的に決定することを特徴とする。
【００５０】
以下、図１および図８を用いて、実施例２におけるタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法を説明する。図８の実施例２における検査ステップのフローチャートは、フォーク形状データ入力ステップＳ２０１、センサ位置測定ステップＳ２０２、超音波探傷ステップＳ２０３、探傷範囲確認ステップＳ２０４の４ステップに大別される。
（１）フォーク形状データ入力ステップＳ２０１
ステップＳ２０１において、パソコン９の記録メディア２７からフォーク形状データを入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、ＣＰＵ２１を介して、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。記録メディア２７としてはブルーレイディスク、ＤＶＤ等を用いる。また、形状データはパソコン内のＨＤＤ等に予め蓄積しておくこともできる。
（２）センサ位置測定ステップＳ２０２
Ｓ２０２ａで、オペレータが図２のキーボード２８から測定開始信号を入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＣＰＵ２１がこれを認識してフォーク５上のセンサ位置の測定を開始する。
【００５１】
Ｓ２０２ｂのセンサ位置の測定は、セクタ走査面を一定の角度ピッチφで回転走査することにより実施する。
【００５２】
図９にピン穴６を検出するために必要なセクタ走査面の回転走査角ピッチφの説明図を示す。センサ設置面１０１にＵＴセンサ１を設置してセクタ走査面を回転走査した場合に、いづれかのセクタ走査面をピン穴に入射させるためには、回転走査角ピッチをピン穴６の上端１０３、ピン穴６の上端１０３からピン穴の軸を中心に９０°回転したピン穴上の点１０４及びＵＴセンサ１とのなす角φ以下とする必要がある。センサ設置面１０１の端の点１０２にセンサを設置した場合にφが最小となる。センサ設置面１０１の他の位置にＵＴセンサを設置した場合には、ピン穴上の２端１０３と１０４とＵＴセンサとのなす角度は前記角度φよりも大きなものとなるため、φでセクタ走査面を回転走査した場合、いずれかのセクタ走査面がピン穴６に入射する。この角度ピッチφは以下の式（３）〜（５）で記述される。
〔数３〕
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］ ・・・（３）
〔数４〕
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］ ・・・（４）
〔数５〕
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］ ・・・（５）
ここで、
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
を表す。
【００５３】
ステップＳ２０１で入力したフォークの形状データと、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４に格納した式（３）〜（５）に基づいて角度ピッチφを計算するセクタ面回転走査角ピッチ計算プログラムを用い、ＣＰＵ２１でφを求める。ＵＴセンサ１の正面方向を基点として、φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査する。
【００５４】
また、セクタ走査角範囲は超音波の反射効率が高い３５〜５５°を含む範囲とし、超音波の焦点距離はＵＴセンサ１からピン穴６までの距離とする。この超音波走査の遅延時間は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた、式（１）及び式（２）に従って遅延時間を求める数値計算プログラムを用いて、ＣＰＵ２１で計算する。
【００５５】
Ｓ２０２ｃではＳ２０２ｂの遅延時間の計算結果に基づき、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、ＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。この結果、フォーク５内で生じるエコーをＵＴセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコンのＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００５６】
Ｓ２０２ｄではＳ２０２ｃで取得したエコーの発生方向と発生距離からフォーク５上のセンサ位置を自動的に解析する。
【００５７】
図１０Ａ〜１０Ｄは解析方法の説明図であり、ピン穴６Ａ、ピン穴６Ｂ及び段差８とＵＴセンサ１との距離を用いてセンサ位置を求めている。何れの図もセンサ位置を決定する方法を示しているが、各々の精度は異なっており条件に応じて何れの方法を用いても良い。
【００５８】
図１０Ａはピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離から計算されるＵＴセンサ１が存在しうる位置の解析方法で、例えばピン穴６Ａ上のいずれかの点ａ、ｂ、ｃを中心としＳ２０３ｃで測定されたピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群上にＵＴセンサ１が存在する。
【００５９】
図１０Ｂはピン穴６Ａ及びピン穴６ＢとＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法で、ピン穴６Ａ上の点を中心としピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群と、ピン穴６Ｂ上の点を中心としピン穴６ＢとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群の交点で囲まれたエリアにＵＴセンサ１が存在する。
【００６０】
図１０Ｃはピン穴６Ａ及び段差８上の１点とＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法を示す。この方法においては、ピン穴６Ａとセンサ１、段差８とセンサ１の距離はそれぞれＳ２０２ｃで求められている。また、ピン穴６Ａが検出される走査方向、段差８が検出される走査方向もＳ２０２ｃで求められている。従って、センサ、ピン穴６Ａの反射点、段差８の反射点の３点を頂点とした３角形が１意に決まる。この三角形のピン穴６Ａの反射点に対応する頂点をピン穴、段差８に対応する頂点を段差に接するように移動させたときの、残りの頂点が図１０Ｂで求めたエリア内で描く曲線１上にセンサ１がある。
【００６１】
図１０Ｄはピン穴６Ａと段差８上の他の１点を追加してＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法を示す。この方法においても、ピン穴６Ａとセンサ１、段差８とセンサ１の距離はそれぞれＳ２０２ｃで求められている。また、ピン穴６Ａが検出される走査方向、段差８が検出される走査方向もＳ２０２ｃで求められている。従って、センサ、ピン穴６Ａの反射点、段差８の反射点の３点を頂点とした３角形が１意に決まる。この三角形のピン穴６Ａの反射点に対応する頂点をピン穴、段差８に対応する頂点を段差に接するように移動させたときの、残りの頂点が描く曲線２と図１０Ｃの曲線１との交点にセンサがある。この場合は、ピンポイントでセンサ位置が決定される。
【００６２】
実際の計算は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた図１０Ａ〜１０Ｄの評価ステップに基づいてセンサ位置を解析するセンサ位置解析プログラムを用い、ＣＰＵ２１で解析する。また、この解析結果は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
（３）超音波探傷ステップＳ２０３
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で求めたＵＴセンサ位置に基づき、セクタ走査面の回転走査条件を決定し、超音波探傷を実施する。
【００６３】
Ｓ２０３ａではステップＳ２０２で測定したＵＴセンサ位置に基づき、ＣＰＵ２１でピン穴方向をセクタ走査面の回転走査の開始点、段差を終了点としてセクタ走査面の回転角範囲を決定する。セクタ走査面の回転角ピッチ決定のアルゴリズムは、Ｓ１０２ａと同様である。こうしてＣＰＵ２１で求めたセクタ走査面の回転走査条件は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
【００６４】
Ｓ２０３ｂではＳ２０３ａで決定したセクタ走査面の回転走査条件に基づき遅延時間を解析する。遅延時間の解析方法は、Ｓ１０２ｂと同様である。また、事前に超音波伝播距離、屈折角、セクタ走査面の回転角に応じて計算した遅延時間をデータベースとしてＨＤＤ２２あるいはＲＡＭ２３に保存し、データベースに基づいて遅延時間を決定してもよい。このデータベースに基づく遅延時間の事前解析は実施例１に適用しても良い。
【００６５】
Ｓ２０３ｃではＳ２０３ｂで解析した遅延時間に基づき、超音波探傷を実施する。超音波探傷方法は、Ｓ１０２ｃと同様である。
（４）探傷結果確認ステップＳ２０４
最後に、ステップＳ２０４で超音波探傷範囲の妥当性を確認する。まず、Ｓ２０４ａにおいて、演算処理を行い、探傷結果をモニタ２８に表示する。表示方法はＳ１０３ａと同様である。表示された探傷像から、オペレータがセクタ走査面の回転走査の開始点となるピン穴６の信号と、回転走査の終了点となる段差８の信号の有無を確認する。
【００６６】
Ｓ２０４ａでピン穴６と段差８の信号が検出されていることを確認後、Ｓ２０４ｂにおいて、超音波探傷終了信号をキーボード２６から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、探傷を終了する。
【００６７】
また、段差の検出方向をセクタ面の回転走査の開始点、ピン穴の検出方向をセクタ面の回転走査の終了点として、セクタ面の回転走査方向を逆向きにして探傷してもよい。このセクタ面の回転走査方向の逆転は、実施例１に用いても良い。
【００６８】
実施例２は上記のように構成されているので、タービン動翼フォークの応力範囲をくまなく電子的なセクタ走査面の回転走査により自動的に探傷することが可能である。また、ＵＴセンサを移動することなくセクタ走査面の回転走査開始点、終了点を決定可能であるため、センサ位置の機械的な移動により回転走査開始点を決定していた実施例１と比べて、さらに検査が高速化される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明における超音波探傷方法は、タービン動翼フォークと同様の構成を持つ産業用機器の超音波探傷の確実度を向上し、探傷時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：ＵＴセンサ
２：動翼
３：ディスク
４：回転軸
５：フォーク
６：ピン穴
７：ピン
９：パソコン
１０：超音波探傷装置
２１：ＣＰＵ
２２：ＨＤＤ
２３：ＲＡＭ
２４：ＲＯＭ
２５ａ、２５ｂ：Ｉ／Ｏポート
２６：キーボード
２７：記録メディア
２８：モニタ
３１：超音波素子
１００：応力部
１０１：センサ設置面
１０２：センサ設置面の端の点
１０３：ピン穴６の上端
１０４：ピン穴６の上端１０３からピン穴の軸を中心に９０°回転したピン穴上の点
Ｓ１０１：ピン穴エコー検出ステップ
Ｓ１０１ａ：ＵＴセンサ設置ステップ
Ｓ１０１ｂ：測定開始信号入力ステップ
Ｓ１０１ｃ：ピン穴エコー検出確認ステップ
Ｓ１０１ｄ：探傷開始点決定ステップ
Ｓ１０２：超音波探傷ステップ
Ｓ１０２ａ：セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
Ｓ１０２ｂ：遅延時間決定ステップ
Ｓ１０２ｃ：超音波探傷ステップ
Ｓ１０３：段差エコー検出ステップ
Ｓ１０３ａ：超音波探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ１０３ｂ：段差エコー検出確認ステップ
Ｓ２０１：フォーク形状データ入力ステップ
Ｓ２０２：センサ位置測定ステップ
Ｓ２０２ａ：測定開始信号入力ステップ
Ｓ２０２ｂ：セクタ走査角度ピッチ決定ステップ
Ｓ２０２ｃ：超音波送受信ステップ
Ｓ２０２ｄ：センサ位置解析ステップ
Ｓ２０３：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ａ：セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
Ｓ２０３ｂ：遅延時間決定ステップ
Ｓ２０３ｃ：超音波探傷ステップ
Ｓ２０４：探傷範囲確認ステップ
Ｓ２０４ａ：超音波探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ２０４ｂ：探傷範囲妥当性確認ステップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タービン動翼フォークの超音波探傷方法に係り、特に探傷精度を高く保ちつつ探傷時間を短縮できる超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１１、図１２に示すように、発電プラントのタービンは製作性と整備性の向上のため回転軸４と動翼２を別々に製作し、回転軸４上のディスク３と段差８のあるタービン動翼フォーク（以下フォークという）を組み合わせ、ディスク３とフォーク５のピン穴６にピン７を挿入して両者を固定している。
【０００３】
図１３に示すように、タービンの回転に伴いピン穴６の１００の位置に応力が発生する。このため応力部１００の健全性を超音波探傷法（Ultrasonic Testing：ＵＴ）により検査している。ＵＴは検査対象内に超音波を送信し欠陥からの反射波（エコー）を受信する検査方法であり、エコーの有無が欠陥の有無に対応する。
【０００４】
従来のピン穴応力部のＵＴでは、図１４に示すようにタービンの回転軸と垂直で回転方向と平行に設けたフォーク５の側面平面部であるセンサ設置面１０１に超音波センサ（ＵＴセンサ）１を設置し、ＵＴセンサ１を回転・平行移動させながら応力部１００に超音波を入射させていた（特許文献１）。この探傷方法では、図１５Ａの基準サンプル探傷例に示すようにピン穴周辺の形状信号を基準信号として検出する。図１５Ａと対比すると、図１５Ｂの探傷例に示すように欠陥信号が形状信号近辺に検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４４７４３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１では、手動あるいはアクチュエータにより機械的にＵＴセンサを移動させるため、センサ方向のずれによって超音波が送受信されない領域が生じる可能性がある。また、機械的にＵＴセンサを移動させるため、検査に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は、探傷検査時間を短縮してフォークの応力部をくまなく探傷可能な３次元超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークのピン穴を検出するピン穴検出ステップと、前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、前記フォークの段差を検出する段差検出ステップを有し、前記ピン穴検出ステップは、前記フォークの前記ピン穴エコーを検出するピン穴エコー検出確認ステップを有し、前記超音波探傷ステップは、前記フォークに対し前記セクタ走査面を回転走査する角度ピッチを２．７°未満に決定する走査回転角ピッチ決定ステップを有し、前記段差検出ステップは、前記フォークの段差エコーを検出する段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とする。
【０００９】
また、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで、前記ピン穴エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とする。
【００１０】
またタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記段差エコー検出確認ステップで、前記段差エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００１１】
またタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで前記ピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、前記段差エコー検出確認ステップで前記段差を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００１２】
また、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴検出ステップは、ＵＴセンサ設置ステップと、測定開始信号入力ステップと、ピン穴エコー検出確認ステップと、探傷開始点決定ステップを有し、前記超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、遅延時間決定ステップと、超音波探傷ステップを有し、前記段差検出ステップは、超音波探傷結果処理・表示ステップと、段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とする。
【００１３】
さらに、フォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置と制御装置によりセクタ走査面を回転走査して前記フォークを探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するフォーク形状データ入力ステップと、前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、前記センサ位置測定ステップはさらに、前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査するセクタ走査回転角ピッチ決定ステップと、
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、タービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角範囲を決定し、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満の範囲で決定するセクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、超音波の遅延時間決定ステップと前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴のうち二つのピン穴と前記超音波センサとの距離を測定して前記超音波センサが存在するエリアを決定することを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記フォークの前記段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記エリア内で前記超音波センサの存在する第１の曲線を決定することを特徴とする。
【００１７】
さらに、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記段差と異なる位置の段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記超音波センサの存在する第２の曲線を決定し、前記第１の曲線と第２の曲線の交点を前記超音波センサ位置とすることを特徴とする。
【００１８】
さらに、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記ピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とする。
【００１９】
さらに、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記段差が検出されるセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【００２０】
さらに、前記超音波センサの設置位置を評価するステップで測定されたピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、段差を検出したセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、ピン穴と段差を有するフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により超音波のセクタ走査面を回転走査するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、ピン穴検出ステップと、３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、段差検出ステップを有し、ピン穴検出ステップは、フォークのピン穴を検出するピン穴検出確認ステップを有し、超音波探傷ステップはフォークに対し超音波のセクタ走査面を２．７°未満の回転角ピッチとして決定する走査回転角ピッチ決定ステップを有し、段差検出ステップは、フォークの段差を検出する段差検出確認ステップを有することにより、
フォーク穴部の応力範囲を所定値以下の角度ピッチで探傷できるので、３次元超音波探傷の確実性が向上する。また、フォークの超音波探傷走査を電気的制御により実行するため、機械的にＵＴセンサを移動させる従来の超音波探傷方法よりも検査時間を低減し、正確な走査範囲の設定によりデータ処理量を削減して検査時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１の超音波探傷システムを示すブロック図。
【図２】本発明の実施例１の超音波センサの構造を示す模式図。
【図３】本発明の実施例１の３次元超音波探傷方法を示す模式図。
【図４】本発明の実施例１の遅延時間の評価例を示すグラフ。
【図５Ａ】本発明の実施例１の超音波３次元走査方法を示す説明図。
【図５Ｂ】本発明の実施例１の超音波３次元走査方法を示す説明図。
【図６】本発明の実施例１の超音波探傷方法を示すフローチャート。
【図７Ａ】本発明の実施例１の受信強度のセクタ走査面回転角を示す模式図。
【図７Ｂ】本発明の実施例１の受信強度のセクタ走査面回転角依存性を示すグラフ。
【図８】本発明の実施例２の超音波探傷方法を示すフローチャート。
【図９】本発明の実施例２のセンサ位置測定ステップにおけるセクタ走査面回転走査ピッチ決定方法を示す説明図。
【図１０Ａ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｂ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｃ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１０Ｄ】本発明の実施例２のセンサ位置評価方法を示す説明図。
【図１１】従来例のタービンを示す説明図。
【図１２】従来例のタービン動翼フォークを示す斜視図。
【図１３】従来例のタービン動翼フォークの応力部を示す斜視図。
【図１４】従来例のタービン動翼フォークの超音波探傷方法を示す模式図。
【図１５Ａ】従来例のタービン動翼フォークの健全部の超音波探傷例を示す説明図。
【図１５Ｂ】従来例のタービン動翼フォークの欠陥部の超音波探傷例を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態を、実施例につき図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、実施例１における超音波探傷システムを示すブロック図である。実施例１における超音波探傷システムは、フェーズドアレイ超音波センサからなるＵＴセンサ１、超音波探傷装置１０、データ処理装置および超音波探傷条件を決定する制御装置としてのパソコン９およびこれに用いられる各種コンピュータプログラムより構成される。
【００２５】
ここで、パソコン９は、ＣＰＵ２１に接続されたＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４を備え、ＣＰＵ２１とキーボード２６、記録メディア２７、モニタ２８がＩ／Ｏポート２５ａを介して超音波探傷装置１０と接続される。また、超音波探傷装置１０は、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａと接続されたＩ／Ｏポート２５ｂと、これに接続されたＡ／Ｄコンバータ２９及びＤ／Ａコンバータ３０を有し、超音波探傷装置１０はＵＴセンサ１と接続されている。
【００２６】
このうち、ＵＴセンサ１は、図２に示すように、直方体の超音波素子３１を２方向に配列して保護ケース３４に収納している。ＵＴセンサ１を構成する個々の超音波素子３１は、検査対象に対面する底面に設けられた電極３２と、各超音波素子３１の上面に設けられた電極３２Ｂに電圧を印加する図示しない信号線と、電極３２Ｂ上に設けられ、発振した超音波のエネルギーを吸収するダンパー３３を備えている。ダンパー３３は、超音波発振時の残振を減らしＳ／Ｎ比を向上することができる。
【００２７】
超音波素子３１の材料は、ＰＺＴ（圧電セラミック：Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３）、ＬｉＮｂＯ３、ＰＶＤＦ（高分子圧電素子：Polyvinylidene Fluoride）等の圧電素子を使用できる。また、電極３２と電極３２Ｂとしては、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等の導電性の高い金属を、信号線としては銅線を、ダンパー３３としてはＨｆ、Ｗ、Ｔａ等の重金属を樹脂に混合したものを用いることが好ましい。また、保護ケース３４は、樹脂、金属のうち１つ以上の材質からなるものを成型して用いることが好ましい。
【００２８】
図３は、ＵＴセンサ１を用いて超音波探傷を行う方法を示す模式図である。図３に示すように、超音波探傷を行う際には、ＵＴセンサ１内に平行配置した複数の超音波素子３１から焦点３６に同時に超音波が届くように各超音波素子３１間の遅延時間を調整する。
【００２９】
ここで、超音波素子３１と焦点３６との最大距離をｍａｘ（Ｌ）［ｍ］、図中のｘ軸方向のｉ番目でｙ軸方向のｊ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離をＬｉｊ［ｍ］、超音波の伝搬速度（音速）をＶ［ｍ／ｓ］、超音波素子３１のＸ座標をｘｉｊ［ｍ］、超音波素子３１のＹ座標をｙｉｊ［ｍ］、焦点３６のＸ座標をｘｆ［ｍ］、焦点３６のＹ座標をｙｆ［ｍ］とする。
【００３０】
このとき、ｘ軸方向のｉ番目でｙ軸方向のｊ番目の超音波素子３１と焦点３６との距離Ｌｉｊ［ｍ］、及び各超音波素子３１の超音波発振開始時間差ｄｔ［ｓ］（以下、遅延時間と記す）は次式（１）、（２）で表される。
〔数１〕
Ｌｉｊ＝（（ｘｉｊ−ｘｆ）２＋（ｙｉｊ−ｙｆ）２）１／２［ｍ］ ・・・（１）
〔数２〕
ｄｔ＝（ｍａｘ（Ｌ）−Ｌｉｊ）／Ｖ［ｓ］ ・・・（２）
図４は、横軸にＵＴセンサ１の素子位置、縦軸に遅延時間ｄｔ［ｓ］を示したグラフである。図４の例では、８個の素子から構成される素子列を３列設置しており、２列目、５番の位置の素子に最も近い位置に焦点を置くときの時間差を表しており、具体的には超音波素子３１の総数が２４個、Ｖ＝５７８０［ｍ／ｓ］、ｘｉ＝（０．５ｉ−０．２５）×１０−３［ｍｍ］、ｙｉ＝０［ｍ］、ｘｆ＝０［ｍ］、ｙｆ＝３×１０−２［ｍ］のときの遅延時間ｄｔ［ｓ］を示している。
【００３１】
図４の遅延時間で、焦点から遠い超音波素子を早く発振させると、各素子から焦点への超音波到達時間が揃うため信号強度を強くすることができる。
【００３２】
次に図５Ａ、５Ｂを用いて実施例１の３次元超音波探傷を用いたフォークのＵＴ方法について説明する。この探傷方法では図５Ａに示すようにセンサ設置面１０１上にＵＴセンサを設け、セクタ面内で超音波の屈折角と焦点距離を所定範囲で変化させて走査し、屈折角と焦点距離に対応した超音波エコー反射強度を２次元平面上に表示する（セクタ走査像の生成）。
【００３３】
次いで、図５Ｂに示すようにセクタ走査面を回転走査することにより、フォーク５内を超音波により３次元走査する。実施例１のフォークのＵＴにおいては、図５Ｂに示すようにピン穴エコーが検出されるセクタ走査面走査方向を開始点とし、段差方向に紙面に垂直なセクタ走査面を回転走査していき、段差エコーが検出された点を走査終了点とする。段差からのエコーを検出するまでセクタ走査面を回転走査することで、図１３に示したピン穴６の応力部をくまなく検査することが可能となる。
【００３４】
次に、図１の超音波探傷システムを用いて、図６に示すタービン動翼フォークの超音波探傷方法のフローチャートに従い、図５Ａ、５Ｂの３次元超音波探傷の実施方法について説明する。
【００３５】
まず、フローチャートの概略について説明する。図６のフローチャートは、ピン穴エコー検出ステップＳ１０１、超音波探傷ステップＳ１０２、段差エコー検出ステップＳ１０３に大別される。このうち、ピン穴検出ステップＳ１０１は探傷開始点を決定するために使用される。超音波探傷ステップＳ１０２において３次元走査により超音波探傷を実施する。この時の走査角度ピッチは、応力部をくまなく探傷できるよう所定値以下に決定される。段差エコー検出ステップＳ１０３は探傷終了点を決定するために使用される。以下、順次実行される全てのステップについて説明する。
（１）ピン穴エコー検出ステップＳ１０１
最初にピン穴検出ステップＳ１０１について説明する。まず、Ｓ１０１ａにおいて、オペレータがＵＴセンサ１の正面方向がほぼピン穴６と対向するよう、ＵＴセンサ１をセンサ設置面１０１に設置する。ここでいうＵＴセンサ１の正面方向とは、センサ設置面１０１上における図２に示す超音波素子の短尺方向の垂線方向である。
【００３６】
次に、Ｓ１０１ｂにおいて、図２のパソコン９のキーボード２６からオペレータがピン穴検出開始信号を入力する。ピン穴検出開始信号は、パソコンのＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。検出開始信号入力後、ＵＴセンサ１の正面方向に超音波をセクタ走査する。セクタ面の屈折角の走査範囲は超音波の反射効率が高い３５〜５５°を含む範囲とし、超音波の焦点距離はＳ１０１ａでＵＴセンサ１を設置する位置からピン穴６までの概略の距離とする。
【００３７】
ピン穴検出のためのセクタ走査の遅延時間は、センサ設置面１０１におけるＵＴセンサ設置の前に解析して、予めパソコン９のＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させておき、ピン穴検出開始信号の入力に伴いＣＰＵ２１で読み出して、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介してＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。
【００３８】
フォーク５内の凹凸からのエコーはＵＴセンサ１で電圧に変換してＡ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。ＣＰＵ２１はエコーの検出距離と屈折角度をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記録するとともに、Ｉ／Ｏポート２５ａを介してモニタ２８上にエコーの発生角度、発生距離、強度を表示する。
【００３９】
次に、Ｓ１０１ｂのモニタへの表示に基づき、Ｓ１０１ｃでピン穴信号の検出の有無を確認する。概略のＵＴセンサ設置位置がわかっており、ピン穴信号が検出される概略の屈折角と距離が決まるため、その屈折角・距離近辺に形状信号が検出されるか否かから、オペレータがピン穴信号検出の有無を判断する。ピン穴信号が検出されていない場合には、ピン穴信号が検出されるまでＵＴセンサ１の向きと位置を再調整する。
【００４０】
Ｓ１０１ｃでピン穴信号の検出を確認後、Ｓ１０１ｄでピン穴信号検出点をセクタ走査面の回転走査の開始点とする信号をオペレータがキーボード２６から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
（２）超音波探傷ステップＳ１０２
ステップＳ１０２においては、超音波探傷装置１０を利用したＵＴを実行する。まずＳ１０２ａで、各セクタ走査面の回転走査の１走査当り回転角（回転角ピッチ）を決定する。回転角を大きくすると走査点が減るため探傷が高速化されるが、各セクタ走査面間に超音波が到達しない箇所が生じる場合がある。このため、セクタ走査面の回転角ピッチは超音波が到達しない箇所が生じない範囲で決定しなければならない。
【００４１】
図７Ａ、７Ｂで信号検出強度のセクタ走査面の回転角依存性を説明する。ここでいう回転角とは、図７Ａに示す様に、セクタ走査面上に検査対象位置がある場合の走査面角度を０°としたときの基準位置に対するセクタ走査面の回転角である。図７Ｂに示すように、セクタ走査面が検査位置から約２．７°回転するとエコー検出強度が０となるため、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満とする必要がある。すなわちＳ１０１ｃで決定したセクタ走査面の走査開始角から、２．７°未満の回転角ピッチでセクタ走査面の回転角を決定する。
【００４２】
検出強度のセクタ走査面の回転角依存性は、超音波素子サイズ、欠陥とセンサの距離、欠陥の大きさ等により決定され、実際の探傷検査条件から決定される。
【００４３】
Ｓ１０２ｂでは、１０１ｃで測定したピン穴６とＵＴセンサ１との距離と、１０２ａで求めたセクタ走査面の回転角走査条件から、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた式（１）及び式（２）に従って、各超音波素子の遅延時間を求める遅延時間計算プログラムを用いて、ＣＰＵ２１で遅延時間を計算する。
【００４４】
Ｓ１０２ｃでは、Ｓ１０２ｂで求めた遅延時間に基づき、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介してＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信し、超音波探傷を実行する。フォーク５内からのエコーは、ＵＴセンサ１で電圧に変換してＡ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達される。ＣＰＵ２１でエコーの強度、屈折角、距離をＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記録するとともに、Ｉ／Ｏポート２５ａを介してモニタ２８上に表示する。
（３）段差エコー検出ステップＳ１０３
最後に、ステップＳ１０３で、検査終了信号となる段差エコーの検出を確認する。まず、Ｓ１０３ａにおいて、Ｓ１０２ｃの超音波探傷ステップで得られたエコー強度を屈折角と距離に対して色諧調表示する。
【００４５】
次に、Ｓ１０３ｂにおいて、Ｓ１０３ａで表示された探傷像からオペレータが段差エコーの有無を確認する。ピン穴６に対する段差８の位置は決まっているため、ピン穴信号の検出位置に対する段差エコーの相対位置も決まる。その位置に形状信号が検出されるか否かから段差エコー検出の有無を確認する。段差エコーが検出されない場合には、ステップＳ１０１から再び探傷をやり直す。
【００４６】
段差エコーの検出を確認後、検査終了信号をキーボード２８から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、超音波探傷を終了する。
【００４７】
実施例１は以上説明したように構成されているため、タービン動翼フォークの応力範囲をくまなくセクタ走査面の回転走査により探傷することが可能である。また、従来は超音波走査を機械的に行っていたのに対し、電子的に走査するため高速化を図ることができる。
【実施例２】
【００４８】
次に、本発明の実施例２を図面を用いて説明する。使用する超音波探傷システムの構成図は図１と同様であり、超音波探傷方法のフローチャートは図８のように構成する。
【００４９】
実施例１ではセクタ走査面の回転走査開始点と終了点を探傷像に基づいてオペレータが決定したのに対し、実施例２はフォーク上に設置したセンサ位置を超音波の送受信により自動的に測定するステップを設け、セクタ走査面の回転走査の開始点と終了点を自動的に決定することを特徴とする。
【００５０】
以下、図１および図８を用いて、実施例２におけるタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法を説明する。図８の実施例２における検査ステップのフローチャートは、フォーク形状データ入力ステップＳ２０１、センサ位置測定ステップＳ２０２、超音波探傷ステップＳ２０３、探傷範囲確認ステップＳ２０４の４ステップに大別される。
（１）フォーク形状データ入力ステップＳ２０１
ステップＳ２０１において、パソコン９の記録メディア２７からフォーク形状データを入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、ＣＰＵ２１を介して、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。記録メディア２７としてはブルーレイディスク、ＤＶＤ等を用いる。また、形状データはパソコン内のＨＤＤ等に予め蓄積しておくこともできる。
（２）センサ位置測定ステップＳ２０２
Ｓ２０２ａで、オペレータが図２のキーボード２８から測定開始信号を入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＣＰＵ２１がこれを認識してフォーク５上のセンサ位置の測定を開始する。
【００５１】
Ｓ２０２ｂのセンサ位置の測定は、セクタ走査面を一定の角度ピッチφで回転走査することにより実施する。
【００５２】
図９にピン穴６を検出するために必要なセクタ走査面の回転走査角ピッチφの説明図を示す。センサ設置面１０１にＵＴセンサ１を設置してセクタ走査面を回転走査した場合に、いづれかのセクタ走査面をピン穴に入射させるためには、回転走査角ピッチをピン穴６の上端１０３、ピン穴６の上端１０３からピン穴の軸を中心に９０°回転したピン穴上の点１０４及びＵＴセンサ１とのなす角φ以下とする必要がある。センサ設置面１０１の端の点１０２にセンサを設置した場合にφが最小となる。センサ設置面１０１の他の位置にＵＴセンサを設置した場合には、ピン穴上の２端１０３と１０４とＵＴセンサとのなす角度は前記角度φよりも大きなものとなるため、φでセクタ走査面を回転走査した場合、いずれかのセクタ走査面がピン穴６に入射する。この角度ピッチφは以下の式（３）〜（５）で記述される。
〔数３〕
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］ ・・・（３）
〔数４〕
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］ ・・・（４）
〔数５〕
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］ ・・・（５）
ここで、
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
を表す。
【００５３】
ステップＳ２０１で入力したフォークの形状データと、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４に格納した式（３）〜（５）に基づいて角度ピッチφを計算するセクタ面回転走査角ピッチ計算プログラムを用い、ＣＰＵ２１でφを求める。ＵＴセンサ１の正面方向を基点として、φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査する。
【００５４】
また、セクタ走査角範囲は超音波の反射効率が高い３５〜５５°を含む範囲とし、超音波の焦点距離はＵＴセンサ１からピン穴６までの距離とする。この超音波走査の遅延時間は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３、ＲＯＭ２４のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた、式（１）及び式（２）に従って遅延時間を求める数値計算プログラムを用いて、ＣＰＵ２１で計算する。
【００５５】
Ｓ２０２ｃではＳ２０２ｂの遅延時間の計算結果に基づき、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａ、超音波探傷装置のＩ／Ｏポート２５ｂ、Ｄ／Ａコンバータ３０を介して、ＵＴセンサ１に電圧を印加して超音波を送信する。この結果、フォーク５内で生じるエコーをＵＴセンサ１で受信して、Ａ／Ｄコンバータ２９、超音波探傷装置１０のＩ／Ｏポート２５ｂ、パソコンのＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち１つ以上の記憶装置に記憶させる。
【００５６】
Ｓ２０２ｄではＳ２０２ｃで取得したエコーの発生方向と発生距離からフォーク５上のセンサ位置を自動的に解析する。
【００５７】
図１０Ａ〜１０Ｄは解析方法の説明図であり、ピン穴６Ａ、ピン穴６Ｂ及び段差８とＵＴセンサ１との距離を用いてセンサ位置を求めている。何れの図もセンサ位置を決定する方法を示しているが、各々の精度は異なっており条件に応じて何れの方法を用いても良い。
【００５８】
図１０Ａはピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離から計算されるＵＴセンサ１が存在しうる位置の解析方法で、例えばピン穴６Ａ上のいずれかの点ａ、ｂ、ｃを中心としＳ２０３ｃで測定されたピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群上にＵＴセンサ１が存在する。
【００５９】
図１０Ｂはピン穴６Ａ及びピン穴６ＢとＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法で、ピン穴６Ａ上の点を中心としピン穴６ＡとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群と、ピン穴６Ｂ上の点を中心としピン穴６ＢとＵＴセンサ１との距離を半径とした円弧群の交点で囲まれたエリアにＵＴセンサ１が存在する。
【００６０】
図１０Ｃはピン穴６Ａ及び段差８上の１点とＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法を示す。この方法においては、ピン穴６Ａとセンサ１、段差８とセンサ１の距離はそれぞれＳ２０２ｃで求められている。また、ピン穴６Ａが検出される走査方向、段差８が検出される走査方向もＳ２０２ｃで求められている。従って、センサ、ピン穴６Ａの反射点、段差８の反射点の３点を頂点とした３角形が１意に決まる。この三角形のピン穴６Ａの反射点に対応する頂点をピン穴、段差８に対応する頂点を段差に接するように移動させたときの、残りの頂点が図１０Ｂで求めたエリア内で描く曲線１上にセンサ１がある。
【００６１】
図１０Ｄはピン穴６Ａと段差８上の他の１点を追加してＵＴセンサ１との距離を考慮した場合のセンサ位置の解析方法を示す。この方法においても、ピン穴６Ａとセンサ１、段差８とセンサ１の距離はそれぞれＳ２０２ｃで求められている。また、ピン穴６Ａが検出される走査方向、段差８が検出される走査方向もＳ２０２ｃで求められている。従って、センサ、ピン穴６Ａの反射点、段差８の反射点の３点を頂点とした３角形が１意に決まる。この三角形のピン穴６Ａの反射点に対応する頂点をピン穴、段差８に対応する頂点を段差に接するように移動させたときの、残りの頂点が描く曲線２と図１０Ｃの曲線１との交点にセンサがある。この場合は、ピンポイントでセンサ位置が決定される。
【００６２】
実際の計算は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させた図１０Ａ〜１０Ｄの評価ステップに基づいてセンサ位置を解析するセンサ位置解析プログラムを用い、ＣＰＵ２１で解析する。また、この解析結果は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
（３）超音波探傷ステップＳ２０３
ステップＳ２０３では、ステップＳ２０２で求めたＵＴセンサ位置に基づき、セクタ走査面の回転走査条件を決定し、超音波探傷を実施する。
【００６３】
Ｓ２０３ａではステップＳ２０２で測定したＵＴセンサ位置に基づき、ＣＰＵ２１でピン穴方向をセクタ走査面の回転走査の開始点、段差を終了点としてセクタ走査面の回転角範囲を決定する。セクタ走査面の回転角ピッチ決定のアルゴリズムは、Ｓ１０２ａと同様である。こうしてＣＰＵ２１で求めたセクタ走査面の回転走査条件は、ＨＤＤ２２、ＲＡＭ２３のうち少なくとも１つの記憶装置に記憶させる。
【００６４】
Ｓ２０３ｂではＳ２０３ａで決定したセクタ走査面の回転走査条件に基づき遅延時間を解析する。遅延時間の解析方法は、Ｓ１０２ｂと同様である。また、事前に超音波伝播距離、屈折角、セクタ走査面の回転角に応じて計算した遅延時間をデータベースとしてＨＤＤ２２あるいはＲＡＭ２３に保存し、データベースに基づいて遅延時間を決定してもよい。このデータベースに基づく遅延時間の事前解析は実施例１に適用しても良い。
【００６５】
Ｓ２０３ｃではＳ２０３ｂで解析した遅延時間に基づき、超音波探傷を実施する。超音波探傷方法は、Ｓ１０２ｃと同様である。
（４）探傷結果確認ステップＳ２０４
最後に、ステップＳ２０４で超音波探傷範囲の妥当性を確認する。まず、Ｓ２０４ａにおいて、演算処理を行い、探傷結果をモニタ２８に表示する。表示方法はＳ１０３ａと同様である。表示された探傷像から、オペレータがセクタ走査面の回転走査の開始点となるピン穴６の信号と、回転走査の終了点となる段差８の信号の有無を確認する。
【００６６】
Ｓ２０４ａでピン穴６と段差８の信号が検出されていることを確認後、Ｓ２０４ｂにおいて、超音波探傷終了信号をキーボード２６から入力し、パソコン９のＩ／Ｏポート２５ａを介してＣＰＵ２１に伝達し、探傷を終了する。
【００６７】
また、段差の検出方向をセクタ面の回転走査の開始点、ピン穴の検出方向をセクタ面の回転走査の終了点として、セクタ面の回転走査方向を逆向きにして探傷してもよい。このセクタ面の回転走査方向の逆転は、実施例１に用いても良い。
【００６８】
実施例２は上記のように構成されているので、タービン動翼フォークの応力範囲をくまなく電子的なセクタ走査面の回転走査により自動的に探傷することが可能である。また、ＵＴセンサを移動することなくセクタ走査面の回転走査開始点、終了点を決定可能であるため、センサ位置の機械的な移動により回転走査開始点を決定していた実施例１と比べて、さらに検査が高速化される。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明における超音波探傷方法は、タービン動翼フォークと同様の構成を持つ産業用機器の超音波探傷の確実度を向上し、探傷時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１：ＵＴセンサ
２：動翼
３：ディスク
４：回転軸
５：フォーク
６：ピン穴
７：ピン
９：パソコン
１０：超音波探傷装置
２１：ＣＰＵ
２２：ＨＤＤ
２３：ＲＡＭ
２４：ＲＯＭ
２５ａ、２５ｂ：Ｉ／Ｏポート
２６：キーボード
２７：記録メディア
２８：モニタ
３１：超音波素子
１００：応力部
１０１：センサ設置面
１０２：センサ設置面の端の点
１０３：ピン穴６の上端
１０４：ピン穴６の上端１０３からピン穴の軸を中心に９０°回転したピン穴上の点
Ｓ１０１：ピン穴エコー検出ステップ
Ｓ１０１ａ：ＵＴセンサ設置ステップ
Ｓ１０１ｂ：測定開始信号入力ステップ
Ｓ１０１ｃ：ピン穴エコー検出確認ステップ
Ｓ１０１ｄ：探傷開始点決定ステップ
Ｓ１０２：超音波探傷ステップ
Ｓ１０２ａ：セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
Ｓ１０２ｂ：遅延時間決定ステップ
Ｓ１０２ｃ：超音波探傷ステップ
Ｓ１０３：段差エコー検出ステップ
Ｓ１０３ａ：超音波探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ１０３ｂ：段差エコー検出確認ステップ
Ｓ２０１：フォーク形状データ入力ステップ
Ｓ２０２：センサ位置測定ステップ
Ｓ２０２ａ：測定開始信号入力ステップ
Ｓ２０２ｂ：セクタ走査角度ピッチ決定ステップ
Ｓ２０２ｃ：超音波送受信ステップ
Ｓ２０２ｄ：センサ位置解析ステップ
Ｓ２０３：超音波探傷ステップ
Ｓ２０３ａ：セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップ
Ｓ２０３ｂ：遅延時間決定ステップ
Ｓ２０３ｃ：超音波探傷ステップ
Ｓ２０４：探傷範囲確認ステップ
Ｓ２０４ａ：超音波探傷結果処理・表示ステップ
Ｓ２０４ｂ：探傷範囲妥当性確認ステップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するタービン動翼のフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォークのピン穴を検出するピン穴検出ステップと、前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、前記フォークの段差を検出する段差検出ステップを有し、
前記ピン穴検出ステップは、前記フォークの前記ピン穴エコーを検出するピン穴エコー検出確認ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、前記フォークに対し前記セクタ走査面の回転走査角ピッチを２．７°未満に決定する回転走査角ピッチ決定ステップを有し、
前記段差検出ステップは、前記フォークの段差エコーを検出する段差エコー検出確認ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで、前記ピン穴エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記段差エコー検出確認ステップで、前記段差エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで前記ピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、前記段差エコー検出確認ステップで前記段差を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記ピン穴検出ステップは、ＵＴセンサ設置ステップと、測定開始信号入力ステップと、ピン穴エコー検出確認ステップと、探傷開始点決定ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、遅延時間決定ステップと、超音波探傷ステップを有し、
前記段差検出ステップは、超音波探傷結果処理・表示ステップと、段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項６】
タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するタービン動翼のフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するステップと、前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、
前記センサ位置測定ステップはさらに、
前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査する回転走査角度ピッチ決定ステップと、
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップは、
セクタ走査面の回転角範囲を決定し、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満の範囲で決定するセクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、
超音波の遅延時間決定ステップと
前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴のうち二つのピン穴と前記超音波センサとの距離を測定して前記超音波センサが存在しうるエリアを決定することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項９】
請求項８に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記フォークの前記段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記エリア内で前記超音波センサの存在しうる第１の曲線を決定することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記段差と異なる位置の段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記超音波センサの存在する第２の曲線を決定し、請求項９の第１の曲線と第２の曲線の交点を前記超音波センサ位置とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記ピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記段差が検出されるセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１３】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記超音波センサの設置位置を評価するステップで測定されたピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、段差を検出したセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１】
タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するタービン動翼のフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォークのピン穴を検出するピン穴検出ステップと、前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップと、前記フォークの段差を検出する段差検出ステップを有し、
前記ピン穴検出ステップは、前記フォークの前記ピン穴エコーを検出するピン穴エコー検出確認ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、前記フォークに対し前記セクタ走査面の回転走査角ピッチを２．７°未満に決定する回転走査角ピッチ決定ステップを有し、
前記段差検出ステップは、前記フォークの段差エコーを検出する段差エコー検出確認ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで、前記ピン穴エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項３】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記段差エコー検出確認ステップで、前記段差エコーを検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項４】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記ピン穴エコー検出確認ステップで前記ピン穴を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、前記段差エコー検出確認ステップで前記段差を検出したセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項５】
請求項１に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記ピン穴検出ステップは、ＵＴセンサ設置ステップと、測定開始信号入力ステップと、ピン穴エコー検出確認ステップと、探傷開始点決定ステップを有し、
前記超音波探傷ステップは、セクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、遅延時間決定ステップと、超音波探傷ステップを有し、
前記段差検出ステップは、超音波探傷結果処理・表示ステップと、段差エコー検出確認ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項６】
タービン本体にピン接合するためのピン穴と段差を有するタービン動翼のフォークに対し、超音波センサ、超音波探傷装置、制御装置により円弧状に屈折角を走査する超音波のセクタ走査面を回転走査して探傷するタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、
前記フォーク形状を前記制御装置に入力するステップと、前記フォーク上の前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置測定ステップと、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップとを有し、
前記センサ位置測定ステップはさらに、
前記フォーク上において次式で記述される角度φ以下の角度ピッチでセクタ走査面を回転走査する回転走査角度ピッチ決定ステップと、
φ＝ｃｏｓ−１［（ａ２＋ｂ２−２ｒ２）÷（２・ａ・ｂ）］
ａ＝√［（Δｙ−ｒ）２＋Δｘ２］
ｂ＝ √［ Δｙ２＋（Δｘ−ｒ）２］
Δｘ：フォーク幅［ｍ］
Δｙ：フォーク上端とピン穴中心との距離［ｍ］
ｒ：ピン穴半径［ｍ］
角度ピッチφで前記セクタ走査面を回転走査する超音波送受信ステップと、
前記超音波センサ位置を決定するセンサ位置解析ステップを有することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項７】
請求項６に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記フォークを３次元探傷する超音波探傷ステップは、
セクタ走査面の回転角範囲を決定し、セクタ走査面の回転角ピッチを２．７°未満の範囲で決定するセクタ走査面の回転角ピッチ決定ステップと、
超音波の遅延時間決定ステップと
前記フォークの３次元超音波探傷を実行する超音波探傷ステップを有する
ことを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項８】
請求項６または７に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴のうち二つのピン穴と前記超音波センサとの距離を測定して前記超音波センサが存在しうるエリアを決定することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項９】
請求項８に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記フォークの前記段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記エリア内で前記超音波センサの存在しうる第１の曲線を決定することを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップは、前記フォークの前記ピン穴及び前記段差と異なる位置の段差と前記超音波センサとの距離を測定し、前記超音波センサの存在する第２の曲線を決定し、請求項９の第１の曲線と第２の曲線の交点を前記超音波センサ位置とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１１】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記ピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１２】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記センサ位置測定ステップで測定された、前記段差が検出されるセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【請求項１３】
請求項６ないし１０のいずれかに記載のタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法において、前記超音波センサの設置位置を評価するステップで測定されたピン穴が検出されるセクタ走査面の回転角度をセクタ走査面の回転走査の開始点あるいは終了点とし、段差を検出したセクタ走査面の走査方向をセクタ走査面の回転走査の終了点あるいは開始点とすることを特徴とするタービン動翼フォークの３次元超音波探傷方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１０Ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−８８３４６（Ｐ２０１３−８８３４６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０７３０（Ｐ２０１１−２３０７３０）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００２４２６４４）北陸電力株式会社 (112)
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（５０７２５０４２７）日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社 (858)
【出願人】（０００２１３２９７）中部電力株式会社 (811)
【出願人】（０００２４２６４４）北陸電力株式会社 (112)
【出願人】（０００２１１３０７）中国電力株式会社 (6,505)
【出願人】（０００２３０９４０）日本原子力発電株式会社 (130)
【Ｆターム（参考）】
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