(57)【要約】【課題】積層体からなる風車翼に存在する欠陥を効率的に検出することで、風車翼の品質を簡易的に評価可能な風車翼の検査方法を提供する。【解決手段】本願は、積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法に関する。この方法では、外皮の内壁面又は外壁面に翼長方向に沿った走査ラインを設定し、当該走査ラインに従って超音波プローブを走査する。そして走査ライン上における超音波プローブの位置、及び、当該位置において特定される反射源の深さに基づいて、走査ラインに対応する外皮の断面画像を作成する。【選択図】図６
2020063976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法であって、
前記外皮の内壁面又は外壁面の少なくとも一部に、前記風車翼の翼長方向に沿った少なくとも一つの走査ラインを設定する工程と、
前記走査ラインに従って超音波プローブを走査する工程と、
前記走査ライン上における前記超音波プローブの位置、及び、前記位置において特定される反射源の深さに基づいて、前記走査ラインに対応する前記外皮の断面画像を作成する工程と、
を備える、風車翼の検査方法。
【請求項２】
前記外皮は、前記内壁面又は前記外壁面のいずれか一方に、前記翼長方向に沿って厚さが変化する翼厚変化部を含み、
前記少なくとも一つの走査ラインは、前記翼厚変化部上を通過するように設定される、請求項１に記載の風車翼の検査方法。
【請求項３】
前記翼厚変化部は、前記風車翼の翼根部に設けられる、請求項２に記載の風車翼の検査方法。
【請求項４】
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度が４５度未満である、請求項１から３のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項５】
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度がゼロ度である、請求項４に記載の風車翼の検査方法。
【請求項６】
前記少なくとも一つの走査ラインは、互いに平行に延在する複数の走査ラインを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項７】
前記外皮は、前記風車翼の圧力側及び吸込側にそれぞれ対応する第１部材及び第２部材が互いに結合されることで構成されており、
前記複数の走査ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の各々について、前記翼長方向に沿った中心線の両側に分布するように設定される、請求項６に記載の風車翼の検査方法。
【請求項８】
前記超音波プローブによる走査前に、前記風車翼の表面が平坦になるようにパテ材又はＦＲＰ板を施工する工程を更に備える、請求項１から７のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項９】
前記超音波プローブは、前記超音波プローブの測定面が測定対象物に接触した際に、前記測定面と前記測定対象物との間に接触媒体を介在させるための隙間が形成されるように測定面上に設けられたガイド部材を有し、
前記検査方法は、
前記パテ材又はＦＲＰ板を施工する前に、前記表面に対してクリーニング処理を施す工程を更に備える、請求項８に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１０】
前記超音波プローブの走査時に、予めキャリブレーションが実施されたエンコーダを用いて前記超音波プローブの位置を検出する、請求項１から９のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１１】
前記超音波プローブの走査は、予めキャリブレーションが実施された駆動装置によって前記超音波プローブの位置を自動制御することにより実施される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１２】
前記断面画像に基づいて得られる底面エコーの深さが、前記外皮の厚さと一致するように前記超音波プローブを予めキャリブレーションする工程を更に備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１３】
所定厚さを有するキャリブレーションブロックに対して前記超音波プローブを使用し、前記超音波プローブで得られた底面エコーの深さが前記所定厚さに一致するように予めキャリブレーションする工程を更に備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１４】
前記外皮の内壁面上に略垂直に延びる隔壁板を少なくとも部分的に除去することにより、前記走査ラインを設定する平坦面を形成する工程を更に備える、請求項１から１３のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１５】
前記隔壁板の除去は、前記超音波プローブが通過可能な開口部を形成するように、前記隔壁板を部分的に切り取ることによって行われる、請求項１４に記載の風車翼の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）やＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチックを含む積層体で形成される風車翼が知られている。この種の風車翼では、内部に積層体のうねりなどの発生や、こうした事象も原因となる欠陥として剥離（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）などが生じ、風車翼の剛性等の品質に影響を与えることがある。そのため、製造時や運用中のメンテナンス時に風車翼を検査することにより、これらを検査する必要がある。例えば特許文献１には、積層体を含む風車翼をスキャンすることで積層体内部の状況を検出し、当該状況について長さや高さ等のパラメータを測定することにより、風車翼の強度を評価する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８４１８５６０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１では、風車翼に存在する積層体内部の状況の検出は、プローブを用いたスキャンによって行われている。しかしながら、例えば大型の風力発電装置に用いられる風車翼はサイズが非常に大きいため、プローブのスキャンによって広い検査範囲から欠陥を効果的に検出することは容易ではなく、検査作業の負担やコストが大きいのが現状である。
【０００５】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、積層体からなる風車翼に存在する積層体内部の状況を効率的に検出することで、風車翼の品質を簡易的に評価可能な風車翼の検査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】
【０００６】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の検査方法は上記課題を解決するために、
積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法であって、
前記外皮の内壁面又は外壁面の少なくとも一部に、前記風車翼の翼長方向に沿った少なくとも一つの走査ラインを設定する工程と、
前記走査ラインに従って超音波プローブを走査する工程と、
前記走査ライン上における前記超音波プローブの位置、及び、前記位置において特定される反射源の深さに基づいて、前記走査ラインに対応する前記外皮の断面画像を作成する工程と、
を備える。
【０００７】
上記（１）の方法によれば、風車翼の外皮上に設定された走査ラインに従って超音波プローブを走査する。超音波プローブの位置と各位置において特定される反射源の深さは互いに関連付けられることで、走査ラインに沿った外皮の断面画像が得られる。このように得られた断面画像には、外皮内に存在する積層体内部の状況に関する情報が含まれるため、当該断面画像を解析することで風車翼の検査を行うことができる。特に、超音波プローブの走査ラインを翼長方向に沿って設定することで、翼長方向に交差する方向に延びる欠陥なども効率的に検出できる。翼長方向に交差する方向に延びる欠陥などは、風車翼の剛性に対して影響を与えやすいため、このような欠陥などを効率的に検出することで、サイズの大きな風車翼であっても少ない負担で簡易的に検査を行うことができる。
【０００８】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の方法において、
前記外皮は、前記内壁面又は前記外壁面のいずれか一方に、前記翼長方向に沿って厚さが変化する翼厚変化部を含み、
前記少なくとも一つの走査ラインは、前記翼厚変化部上を通過するように設定される。
【０００９】
上記（２）の方法によれば、翼厚変化部を通過するように走査ラインを設定することで、翼厚変化部の積層体内部の状況を効果的に検査できる。
【００１０】
（３）幾つかの実施形態では上記（２）の方法において、
前記翼厚変化部は、前記風車翼の翼根部に設けられる。
【００１１】
上記（３）の方法によれば、翼根部に設けられた翼厚変化部における積層体内部の状況を効果的に検査できる。
【００１２】
（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一方法において、
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度が４５度未満である。
【００１３】
上記（４）の方法によれば、翼長方向となす角度が４５度未満になるように走査ラインが設定される。このように走査ラインを設定することで、翼長方向に交差する方向に沿って延在する欠陥などが走査ライン上に位置する可能性が高くなる。そのため、風車翼の品質に影響が大きな欠陥などをより効率的に検出できる。
【００１４】
（５）幾つかの実施形態では上記（４）の方法において、
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度がゼロ度である。
【００１５】
上記（５）の方法によれば、走査ラインが翼長方向と平行になるように設定される。このように走査ラインを設定することで、翼長方向に交差する方向に沿って延在する欠陥などが走査ライン上に位置する可能性がより高くなる。そのため、風車翼の品質に影響が大きな欠陥などをより効率的に検出できる。
【００１６】
（６）幾つかの実施形態では上記（１）から（５）のいずれか一方法において、
前記少なくとも一つの走査ラインは、互いに平行に延在する複数の走査ラインを含む。
【００１７】
上記（６）の方法によれば、翼長方向に沿って延びる複数の走査ラインを設定することにより、外皮上の広範囲にわたって欠陥などの検査が可能となる。
【００１８】
（７）幾つかの実施形態では上記（６）の方法において、
前記外皮は、前記風車翼の圧力側及び吸込側にそれぞれ対応する第１部材及び第２部材が互いに結合されることで構成されており、
前記複数の走査ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の各々について、前記翼長方向に沿った中心線の両側に分布するように設定される。
【００１９】
上記（７）の方法によれば、風車翼を構成する第１部材及び第２部材の各々において、翼長方向に沿った中心線（特に翼根部においては、例えば、図１２に一点鎖線で示す中心線Ｃ）の両側に分布するように走査ラインを設定することで、翼強度への影響が大きく、また経験的に欠陥などが発生しやすい当該部分に関し、効果的な検査が可能となる。
【００２０】
（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一方法において、
前記超音波プローブによる走査前に、前記風車翼の表面が平坦になるようにパテ材やＦＲＰ板などを施工する工程を更に備える。
【００２１】
上記（８）の方法によれば、風車翼の表面が平坦になるようにパテ材やＦＲＰ板などが施工されることで、当該表面に超音波プローブを接触させて走査する際に、表面に対して超音波プローブを良好に接触できる。これにより、超音波プローブは、風車翼の表面形状に関わらず、検査対象である外皮に対して超音波の照射及び反射波の検出を的確でき、良好な検査精度が得られる。
【００２２】
（９）幾つかの実施形態では上記（８）の方法において、
前記超音波プローブは、前記超音波プローブの測定面が測定対象物に接触した際に、前記測定面と前記測定対象物との間に接触媒体を介在させるための隙間が形成されるように測定面上に設けられたガイド部材を有し、
前記検査方法は、
前記パテ材やＦＲＰ板などを施工する前に、前記表面に対してクリーニング処理を施す工程を更に備える。
【００２３】
上記（９）の方法によれば、パテ材やＦＲＰの板などの施工が行われる表面に対してクリーニング処理を施すことにより、検査結果に対する表面に存在する傷や汚れの影響を排除できる。また測定に用いられる超音波プローブでは、測定面上にガイド部材を有することで、測定時に測定面と測定対象物との間に接触媒体を介在させるための隙間を的確に確保できる。これにより、良好な検査精度が得られる。
【００２４】
（１０）幾つかの実施形態では上記（１）から（９）のいずれか一方法において、
前記超音波プローブの走査時に、予めキャリブレーションが実施されたエンコーダを用いて前記超音波プローブの位置を検出する。
【００２５】
上記（１０）の方法によれば、走査ライン上における超音波プローブの位置は、エンコーダを用いて検出される。この場合、エンコーダは予めキャリブレーションが実施されることで、走査ライン上における超音波プローブの位置を正確に把握できる。
【００２６】
（１１）幾つかの実施形態では上記（１）から（１０）のいずれか一方法において、
前記超音波プローブの走査は、予めキャリブレーションが実施された駆動装置によって前記超音波プローブの位置を自動制御することにより実施される。
【００２７】
上記（１１）の方法によれば、超音波プローブの走査は、駆動装置の自動制御によって実施される。この場合、駆動装置の自動制御は、予めキャリブレーションを実施することで、走査ライン上の超音波プローブの位置制御を精度よく実施できる。
【００２８】
（１２）幾つかの実施形態では上記（１）から（１１）のいずれか一方法において、
前記断面画像に基づいて得られる底面エコーの深さが、前記外皮の厚さと一致するように前記超音波プローブを予めキャリブレーションする工程を更に備える。
【００２９】
上記（１２）の方法によれば、断面画像に現れる底面エコーの深さを実際の外皮の厚さと一致するように予めキャリブレーションを実施することで、走査時に得られる断面画像の表示スケールを適切に調整できる。
【００３０】
（１３）幾つかの実施形態では上記（１）から（１２）のいずれか一方法において、
所定厚さを有するキャリブレーションブロックに対して前記超音波プローブを使用し、前記超音波プローブで得られた底面エコーの深さが前記所定厚さに一致するように予めキャリブレーションする工程を更に備える。
【００３１】
上記（１３）の方法によれば、予め正確に厚さが判明しているキャリブレーションブロックを用いて超音波プローブをキャリブレーションすることで、走査時に得られる断面画像の表示スケールを適切に調整できる。
【００３２】
（１４）幾つかの実施形態では上記（１）から（１３）のいずれか一方法において、
前記外皮の内壁面上に略垂直に延びる隔壁板を少なくとも部分的に除去することにより、前記走査ラインを設定する平坦面を形成する工程を更に備える。
【００３３】
上記（１４）の方法によれば、外皮の内面上に隔壁板を有する風車翼を検査する際には、隔壁板を少なくとも部分的に除去することにより、走査ラインを設定するための平坦面を形成する。これにより、超音波プローブの走査の妨げとなる隔壁板を有する風車翼に対しても適切に検査を実施できる。
【００３４】
（１５）幾つかの実施形態では上記（１４）の方法において、
前記隔壁板の除去は、前記超音波プローブが通過可能な開口部を形成するように、前記隔壁板を部分的に切り取ることによって行われる。
【００３５】
上記（１５）の方法によれば、隔壁板を部分的に切り取ることによって、超音波プローブが通過可能な開口部を形成する。これにより、隔壁板の全体を除去する場合に比べて、風車翼に対する改変程度を抑えることができるため、検査終了後に隔壁板の補修等の復帰作業を軽減又は省略できる。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、積層体からなる風車翼に存在する欠陥を効率的に検出することで、風車翼の品質を簡易的に評価可能な風車翼の検査方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係る風車の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の風車翼の全体構造を示す概要図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。
【図５】図４の翼厚変化部の近傍における拡大断面図である。
【図６】本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図７】図５の翼厚変化部に対するパテ材やＦＲＰ板などの施工例である。
【図８】翼長方向から見た隔壁板の除去範囲の一例を示す模式図である。
【図９】超音波プローブシステムが備える超音波プローブの一例を示す模式図である。
【図１０】キャリブレーションブロックの使用例を示す模式図である。
【図１１】腹側外皮の内壁面上に設定された走査ラインの一例を示す模式図である。
【図１２】図１１の走査ラインの設定例を翼長方向から示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に
記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３９】
まず、本発明において検査対象となる風車翼を備える風車１の構成について説明する。図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る風車１の全体構成を示す概略図である。尚、図１（Ａ）は風車１を側面から見た図であり、図１（Ｂ）は風車１を正面から見た図である。
【００４０】
風車１は、少なくとも１枚の風車翼２と風車翼２が取り付けられるハブ４とを備える風車ロータ６と、ナセル８と、ナセル８を支持するタワー１１と、を含む。図１の例では、風車１には、３枚の風車翼２がハブ４に取り付けられている。この風車１では、風が風車翼２に当たると、風車翼２及びハブ４を含む風車ロータ６が、風車ロータ６の回転軸の周りを回転する。
【００４１】
尚、図１に示す風車翼２は、ハブ４側の端部を構成する翼根部１２と、その反対側を構成する翼先端部１４と、を有する。翼根部１２は、円筒形状を有しており、風車翼２からハブ４へ伝達される曲げモーメントを負担する。
【００４２】
風車１は風力発電装置であってもよい。この場合、ナセル８には、発電機及び風車ロータ６の回転を発電機に伝達するための動力伝達機構が収容され、風車１は、風車ロータ６から動力伝達機構により発電機に伝達された回転エネルギーが、発電機によって電気エネルギーに変換されるように構成されてもよい。
【００４３】
次に図２乃至図４を参照して、風車翼２の構成について説明する。図２は、図１の風車翼２の全体構造を示す概要図である。図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿った部分断面図である。
【００４４】
風車翼２は、中空構造を有する外皮によって構成される翼本体３と、翼本体３の内部において、風車翼２の翼長方向に延在する２本のシアウェブ３６とを備える。風車翼２は、風車翼２の一方の端部である翼根端６２においてボルト等を用いてハブ４に取り付けられる（図１参照）。
尚、風車翼２の翼根端６２と反対側の端部は翼先端６４である。
【００４５】
翼本体３を構成する外皮は、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）等の繊維強化プラスチックを含む積層体で形成される。この外皮は、圧力側（背側）２２を構成する第１部材３２と、吸込側（腹側）２４を構成する第２部材３４とを含む。第１部材３２と第２部材３４とは、風車翼２の前縁２６及び後縁２８において、接着材３８を介して貼り合わされ、内部空間９を囲むように形成される。また、図３及び図４に示すように、シアウェブ３６と風車翼２の内壁面５とは、風車翼２の圧力側２２及び吸込側２４において、接着剤３９を介して貼り合わされている。
【００４６】
翼本体３を構成する外皮は、内壁面５及び外壁面７を有する。また外皮は、図４に示すように、翼長方向に沿って厚さが変化する翼厚変化部１０を有する。翼厚変化部１０は、外皮のうち第１部材３２又は第２部材３４の少なくとも一方に設けられていてもよい。また翼厚変化部１０は、外皮の内壁面５又は外壁面７の少なくとも一方に設けられていてもよい。
【００４７】
本実施例の翼厚変化部１０は、外壁面７が平坦である一方で、内壁面５が部分的に傾斜することで、翼厚が翼先端６４から翼根端６２に向けて大きくなるように形成されている。このような翼厚変化部１０は、第１部材３２又は第２部材３４にわたって周方向に沿って延びる。また翼厚変化部１０は、翼本体３のうち翼根部１２に設けられることで、風車１の稼働時に負荷が集中しやすい翼根部１２の剛性強化がなされている。
尚、翼根部１２は、翼先端部１４より翼根部１２に近い領域であり、例えば、全翼長のうち翼根部１２側の約１０％以内の領域として規定される。
【００４８】
また外皮の内壁面５上には、翼本体３の内側に向けて突出する隔壁板４６が設けられている。隔壁板４６は外皮の内壁面５から略垂直に突出するように形成され、内壁面５に対して固定されている。この隔壁板４６は、外皮の内壁面５のうち比較的平坦な領域に対して固定されている。
【００４９】
図５は図４の翼厚変化部１０の近傍における拡大断面図である。翼本体３を構成する外皮は、複数の積層体が積層されることで構成されており、翼厚変化部１０では、外皮を形成する積層体の積層数が、翼厚方向に沿って段階的に変化することでプライドロップ（Ｐｌｙｄｒｏｐ）部分が形成される。
【００５０】
続いて上記構成を有する風車翼２の検査方法について説明する。図６は本発明の少なくとも一実施形態に係る風車翼２の検査方法を工程毎に示すフローチャートである。
【００５１】
まず作業者は、検査対象となる風車翼２の特定を行う（ステップＳ１００）。一般的に、上述の風車１は、所定の敷地内容に配備された複数の風車１を備えるウィンドファームから選択される。具体的には、ウィンドファームを構成する複数の風車１から検査対象とすべき風車１を選択するとともに、当該選択された風車１が備える少なくとも一つの風車翼２から検査対象とすべき風車翼２を選択する。このような風車翼２の特定は、例えば、ウィンドファームを構成する各風車１に付された識別番号や、各風車１が備える風車翼２に付された識別番号に基づいて特定される。
【００５２】
続いてステップＳ１００で特定された風車翼２に対して、表面処理を実施する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の表面処理は、検査対象となる外皮上の所定範囲に対して、その表面状態に応じて実施される。以下の説明では、風車翼２の外皮のうち、翼厚変化部１０近傍における外皮を、内壁面５側から検査する場合について述べるが、特段の記載がない限りにおいて、外皮の他の領域を検査対象とした場合も同様である。
尚、風車翼２の表面状態によっては、当該表面処理は省略されてもよい。
【００５３】
例えば、風車翼２の表面に汚れや傷がある場合、表面処理として、これらを除去するためのクリーニング処理が実施されてもよい。また風車翼２の表面に測定の妨げとなる微小な凹凸（段差）を有する場合には、表面処理として、サンディングのような平坦化処理を実施してもよい。このような表面処理を実施することで、良好な検査精度が得られる。
【００５４】
また本実施例のように検査対象として翼厚変化部１０のような凹凸を有する表面を検査対象とする場合、表面処理として、当該翼厚変化部１０に対するパテ材やＦＲＰの板など２０の施工を行ってもよい。後述するように、本検査では検査対象となる内壁面５に対して超音波プローブ５０を接触させながら走査を行うが、翼厚変化部１０のような凹凸があると超音波プローブ５０の測定面５０ａが良好に接触せず、検査精度が低下するおそれがある。そのため、翼厚変化部１０に対してパテ材やＦＲＰの板など２０を施工することで検査対象となる内壁面５を平坦化する。これにより、内壁面５に対して超音波プローブ５０を良好に接触させることが可能となり、良好な検査精度が得られる。
【００５５】
図７は、図５の翼厚変化部１０に対するパテ材やＦＲＰの板など２０の施工例である。上述したように翼厚変化部１０では、翼長方向に沿って翼厚が変化するため、そのまま超音波プローブ５０を接触させようとすると、内壁面５上に存在する凹凸によって超音波プローブ５０の測定面５０ａとの間に隙間が生じてしまい、測定精度が低下するおそれがある。そこで、図７に示すように、内壁面５上の凹凸を埋めるようにパテ材やＦＲＰの板など２０を施工することにより平坦化処理を行う。これにより、内壁面５側の表面が外壁面７と略平行なように平坦となり、超音波プローブ５０の測定面５０ａとの間に隙間が生じることがないため、良好な検査精度が得られる。
【００５６】
この例では、平坦なパテ材やＦＲＰの板など２０の表面に対して超音波プローブ５０を接触させる場合が示されているが、パテ材やＦＲＰの板など２０上に平坦な表面を有する板材を載せ、当該板材の表面に超音波プローブ５０を接触させるようにしてもよい。この場合、パテ材やＦＲＰの板など２０の表面をきれいに平坦化しなくとも、パテ材やＦＲＰの板など２０上に板材を配置することで、超音波プローブ５０に対する平坦な接触面が容易に得られる。
【００５７】
また内壁面５上に超音波プローブ５０の走査時に障害物となる構造がある場合には、パテ材やＦＲＰの板など２０の施工時に、当該構造を少なくとも部分的に除去してもよい。
【００５８】
また、図８に示す様に、隔壁板４６を少なくとも部分的に除去することにより、超音波プローブ５０の走査ラインの設置スペースを積極的に形成してもよい。この場合、例えば、内壁面５上に設けられた隔壁板４６を全て除去することで平坦な検査領域を形成してもよいが、隔壁板４６を部分的に除去することで、隔壁板４６を通過する超音波プローブ５０の走査ラインを確保できるようにしてもよい。
【００５９】
図８は翼長方向から見た隔壁板４６の除去範囲４８の一例を示す模式図である。この例では、隔壁板４６の除去範囲４８は、隔壁板４６の内壁面５との境界ライン４７から内側に向けて略扇形の開口部が得られるように形成されている。この除去範囲４８は、除去後の境界ライン４７上における表面が周囲の内壁面５に対して平坦になるように設定される。また除去範囲４８の面積は、走査時に超音波プローブ５０が通過可能なサイズに形成されてもよい。このように隔壁板４６を全て除去するのではなく部分的に除去することで、検査終了後に隔壁板４６を修復する作業を軽減又は省略しながら、意図する走査ラインの確保が可能となる。
【００６０】
続いて、検査に用いる超音波プローブシステムの各種設定を行う（ステップＳ１０２）。超音波プローブシステムは、超音波プローブ５０から送受信される超音波に基づいて断面画像を作成し、モニタ等の表示装置上に表示可能なシステムである。尚、超音波プローブシステムに関するハードウェア及びソフトウェアは公知であるため、ここでは詳述を省略することとする。
【００６１】
図９は超音波プローブシステムが備える超音波プローブ５０の一例を示す模式図である。図９（ａ）は超音波プローブ５０の外観を示す側面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【００６２】
超音波プローブ５０は、超音波の送受信を行うための測定面５０ａを有するプローブ本体５２を備える。プローブ本体５２の測定面５０ａには、超音波を送受信するための複数の素子（不図示）が所定のパターンで配列されている。測定面５０ａは略円形状を有し、その周縁に沿って略円筒形状の側面板５４が取り付けられている。測定面５０ａ上には縁部に沿って、所定の径を有するガイド部材５６（例えばステンレスワイヤ）が設けられており、側面板５４の測定面５０ａ側の先端は、測定面５０ａ上のガイド部材５６の高さにそろうように、測定面５０ａより外部に向けて突出する。これにより、超音波プローブ５０を測定対象である内壁面５に接触させた際に、測定面５０ａと内壁面５との間に、グリセリンのような接触媒が介在するための隙間５８が形成され、良好な検査精度が得られるようになっている。
【００６３】
また超音波プローブ５０は、走査時に超音波プローブ５０の位置を特定するためのエンコーダ６０を備える。エンコーダ６０は、プローブ本体５２に対して回動可能なアーム６５を介して取り付けられている。図８（ａ）の右図に示すように、超音波プローブ５０の測定面５０ａが測定対象に接触していない場合、アーム６５は不図示の付勢部材（バネ）によって斜め下方側を向いており、エンコーダ６０は測定面５０ａより下方側にはみだす位置Ａにある。一方、測定面５０ａが測定対象である内壁面５に接触すると、図中の矢印に示すようにアーム６５は付勢部材の付勢力に抗してプローブ本体５２を軸として回動し、位置Ｂに移動する。このとき、エンコーダ６０は内壁面５に対して付勢部材の付勢力によ  って押し付けられるように接触し、超音波プローブ５０の走査にともなって回転するので、エンコーダ６０のカウントを検出することで、超音波プローブ５０の移動距離を把握可能になっている。
【００６４】
尚、超音波プローブ５０の走査は、作業者の手動で行われてもよいが、コンピュータ等の電子演算装置を利用して自動的に制御されてもよい。この場合、エンコーダ６０のカウント値を制御装置に読み込むことで、超音波プローブ５０の位置を検出し、検出結果に基づいて走査用の駆動装置（不図示）を制御することで、超音波プローブ５０の走査の自動化を行うことができる。このような自動化は、作業負担の軽減に有効であり、大型の風車翼２に対しても少ない負担・コストで検査を効率的に実施することが可能となる。
【００６５】
ステップＳ１０２では、超音波プローブシステムに関する各種設定が行われる。この設定には、超音波プローブシステムを用いて適切な断面画像を取得するための種々の設定が含まれる。ここでは、このような設定の一部の例として、超音波プローブ５０の各素子で受信した反射エコーに時間シフトを適用することにより補正を行うウェッジディレイ（ウェッジの遅延時間）のキャリブレーション、エンコーダ６０のキャリブレーション、及び、ゲインのキャリブレーションについて述べる。
【００６６】
ウェッジディレイのキャリブレーションは、図１０に示すようにキャリブレーションブロック７０を用いて実施される。このキャリブレーションブロック７０は、検査対象と同じ材料から形成されており、所定形状を有する。本実施例では、キャリブレーションブロックは、第１の板厚Ｌ１（例えば１０ｍｍ）を有する第１部分７０ａ、第２の板厚Ｌ２（例えば２０ｍｍ）を有する第２部分７０ｂ、第３の板厚Ｌ３（例えば３０ｍｍ）を有する第３部分７０ｃが組み合わされた形状を有する。
【００６７】
作業者は、キャリブレーションブロック７０の第１部分７０ａ、第２部分７０ｂ又は第３部分７０ｃからいずれか一つを選択し、当該選択された部分に対して超音波プローブ５０の測定面５０ａを接触させて、超音波を照射し、その反射波から底面エコーを取得する。そして得られた底面エコーの反射位置（深さ）が、当該選択された部分における板厚と一致するか否かを確認する。その結果、底面エコーの反射位置と板厚とが一致していない場合、ウェッジディレイの調整が行われる。このようなウェッジディレイの調整は、例えば、超音波プローブ５０を用いて走査ラインに沿ってＢスキャンを行った場合に得られる断面画像をモニタ等の表示装置上に表示させ、当該断面画像に含まれる底面エコーの内壁面５からの深さが、キャリブレーションブロック７０の板厚と一致するように行われる。これにより、モニタ等の表示装置上における表示スケールが適正化される。
【００６８】
尚、ここではキャリブレーションブロック７０を用いたキャリブレーションについて述べたが、検査対象である外皮のうち予め欠陥がない領域に対して超音波プローブ５０による実測を行い、得られた断面画像における底面エコーの深さが、検査対象である外皮の厚さと一致するか否かに基づいて、超音波プローブ５０のキャリブレーションを行ってもよい。これにより、検査時に得られる断面画像の表示スケールを適切に調整できる。
【００６９】
エンコーダ６０のキャリブレーションでは、所定の経路に従って超音波プローブ５０の走査を行い、エンコーダ６０のカウント値を換算して得られる測定距離が、実際の超音波プローブ５０の移動距離と一致するか否かが確認される。その結果、エンコーダ６０のカウント値から換算して得られる測定距離が、実際の超音波プローブの移動距離と一致しない場合、エンコーダ６０の調整（例えば初期位置（ゼロ）合わせや移動距離のキャリブレーションなど）が行われる。このようにエンコーダ６０のキャリブレーションを行うことで、精度のよい検査が可能となる。
【００７０】
特に、前述したように自動制御によって検査を実施する場合には、このようなエンコーダ６０のキャリブレーションとともに、超音波プローブ５０を走査するための駆動装置の制御量と、エンコーダ６０のカウント値との同期制御を図ることによって、駆動装置のキャリブレーションも行うとよい。これにより、自動制御による検査精度を効果的に向上できる。
【００７１】
尚、エンコーダ６０のキャリブレーションで超音波プローブ５０の走査が行われる試験面は、実際の検査対象である内壁面５であってもよいし、検査対象と同じ材料からなる別個の試験体であってもよい。
【００７２】
ゲインのキャリブレーションでは、所定の試験体に対して超音波プローブ５０で測定を行い、実際に底面エコーを取得する。モニタ等の表示装置には、例えば取得した底面エコーが強度別に表示されるため、当該表示を作業者が識別可能なレベル（例えば５０−１００％）になるように調整する。この際、隔壁板４６の近傍には翼外表面に接着剤（不図示）が存在することがあるため、この場合、当該箇所において底面エコーが低減されることを考慮してもよい。
【００７３】
このように超音波プローブシステムの各種設定が完了すると、改めて検査対象である内壁面５について表面状態の確認を行う（ステップＳ１０３）。例えば、内壁面５にパテ材やＦＲＰの板など２０を施工した場合には、その施工表面が十分滑らかになっているか、パテ材やＦＲＰの板など２０の施工範囲が適切であるか、パテ材やＦＲＰの板など２０に欠けがないか、パテ材やＦＲＰの板など２０に気泡や異物等が混入していないかなどが確認される。
【００７４】
続いて超音波プローブ５０を走査するための走査ライン８０を検査対象に設定する（ステップＳ１０４）。走査ライン８０の設定対象は、外皮の内壁面５又は外表面の少なくとも一部でよいが、上述のように本実施例では内壁面５上に設定する場合について述べる。走査ライン８０は、風車翼２の翼長方向に沿うように設定される。ここで「翼長方向に沿う」とは、走査方向が少なからず翼長方向成分を有することを意味する（すなわち翼長方向と走査方向とがなす角度が９０度ではないことを意味する）。本実施例の検査対象である外皮は翼長方向に沿って積層体の積層数が変化するプライドロップを含む翼厚変化部１０を有するため、この翼厚変化部１０において設計上想定した以上の積層体のうねりなどを生ずる可能性がある。こうした設計上想定していないレベルのうねりなどが生ずると、設計上想定していない力が積層体に働き、デラミネーション（剥離）などに至る可能性のある状況が生じやすい傾向がある。そのため、このように翼長方向に沿った走査ライン８０を設定することで、デラミネーション（剥離）などに至る可能性のある状況が生じやすい領域（翼厚変化部１０）を重点的に検査することができる。
【００７５】
好ましくは、走査ライン８０は、翼長方向となす角度が４５度未満になるように設定されてもよい。より好ましくは、走査ライン８０は、翼長方向となす角度がゼロ度になるように設定されてもよい。風車翼２では、翼長方向に沿って延在する欠陥などに比べて、翼長方向に交差する方向に延在する欠陥などが強度に対して大きな影響を有するが、このように走査ライン８０を設定することで、超音波プローブ５０を走査した際に、走査ライン上に、翼長方向に交差する方向に延在する欠陥などが存在する可能性が大きくなるため、風車翼２の品質に影響が大きな積層体内部の状況をより効率的に検出できる。
【００７６】
図１１は第１部材３２の内壁面５上に設定された走査ライン８０の一例を示す模式図であり、図１２は図１１の走査ライン８０の設定例を翼長方向から示す模式図である。尚、図１１では外皮のうち第１部材３２の内壁面５上に設定された走査ライン８０のみが示されているが、第２部材３４の内壁面５上に設定された走査ライン８０も同様である。
【００７７】
この設定例では、走査ライン８０として、互いに平行に延在する複数の走査ライン８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、・・・８０Ｆが設定される。各走査ライン８０は、翼長方向に沿うように設定されており、特に、翼長方向Ｇとなす角度がゼロ度になるように設定されている。
【００７８】
また、これらの走査ライン８０は、図１２に示されるように、第１部材３２及び第２部材３４の各々にわたって設定される。特に、第１部材３２及び第２部材３４の各々では、翼長方向に沿った中心線Ｃの両側に分布するように走査ライン８０が設定される。これにより、第１部材３２及び第２部材３４の広範囲にわたって効率的な検査が可能となる。
【００７９】
第１部材３２及び第２部材３４に設定された走査ライン８０は、それぞれ８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃ、・・・８０Ｆの順に走査されるように設定されてもよい。
【００８０】
尚、設定された走査ライン８０における超音波プローブ５０の走査方向は、翼根部１２側から翼先端部１４側に向かってもよいし、翼先端部１４側から翼根部１２側に向かってもよい。
【００８１】
尚、図１１に示すように、ステップＳ１０１で内壁面５上に施工されるパテ材やＦＲＰの板など２０は、各走査ライン８０の設定範囲を含むように規定される。この例では、各走査ライン８０に対応するパテ材やＦＲＰの板など２０の施工範囲が独立的に規定されているが、一体的に規定されていてもよい。
【００８２】
続いてステップＳ１０４で設定された走査ライン８０に従って、超音波プローブ５０を走査することにより断面画像を取得する（ステップＳ１０５）。このような断面画像の取得は、超音波プローブシステムにおいてＢスキャンを実施することにより行われる。Ｂスキャンは、単一値によるＢスキャンであり、反射源のリニア位置と深さの情報から縦断面画像を表示する機能である。本実施例では、超音波プローブ５０を走査ライン８０に従って走査しながら、エンコーダ６０で得られたリニア位置と、プローブ本体５２で得られた深さの情報とを取得し、これらを関連付けることによって外皮の断面画像が得られる。
【００８３】
ステップＳ１０５における測定結果は、モニタ等の表示装置上にリアルタイムに表示され、作業者は当該モニタで測定結果を確認する（ステップＳ１０６）。この確認作業では、例えばデータの欠損や不連続箇所が存在しないか、隔壁板４６近傍でのエコーの不連続箇所がないか、外表面からの底面エコーが高い箇所やうねりのエコーが低い箇所が存在しないかなどの項目が判定される。これらのいずれが不適切と判断された場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ１）、ステップＳ１０５に戻って断面画像の再取得が行われる。
【００８４】
またステップＳ１０６でエコーの不連続箇所が存在したり、施工されたパテ材やＦＲＰの板など２０との界面からの反射エコーが高いと判定された場合には（ステップＳ１０６：ＮＯ２）、処理をステップＳ１０１に戻して、パテ材やＦＲＰの板など２０の再施工を行ったのち、測定のやり直しが行われる。
【００８５】
続いてステップＳ１０５で表示された断面画像に基づいて、各検査項目の評価を実施する（ステップＳ１０７）。検査項目は任意に設定可能であるが、例えば断面画像中に現れる反射源に基づいて、うねりの有無や、デラミネーション（剥離）等を示すインディケーションの有無が判定され、風車翼２の品質評価がなされる。
なお、ここで言うインディケーションとは、デラミネーションには至らない、超音波プローブで検出可能な積層体内部の状況を表現しており、例えばうねりなどは、積層体の層を示すインディケーションが、基準に対して角度をもって傾いた状況と示すなどである。
【００８６】
このように一つの走査ライン８０における検査が完了すると、続く走査ライン８０がないか判定する（ステップＳ１０８）。次の走査ライン８０がある場合には（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、処理をステップＳ１０５に戻し、次の走査ライン８０について同様の検査を実施する。一方、次の走査ライン８０がない場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、以上の検査結果を記録・保管する（ステップＳ１０９）。検査結果は、例えば検査日や検査者名のような検査情報と、検査で取得した断面画像のデータを関連付けて、ハードディスク等の記録媒体に記憶される。
【００８７】
以上説明したように本発明の少なくとも一実施形態によれば、風車翼の外皮上に設定された走査ラインに従って超音波プローブを走査する。超音波プローブの位置と各位置において特定される反射源の深さは互いに関連付けられることで、走査ラインに沿った外皮の断面画像が得られる。このように得られた断面画像には、外皮内に存在する欠陥などに関する情報が含まれるため、当該断面画像を解析することで風車翼の検査を行うことができる。特に、超音波プローブの走査ラインを翼長方向に沿って設定することで、翼長方向に交差する方向に延びる欠陥を効率的に検出できる。翼長方向に交差する方向に延びる欠陥などは、風車翼の剛性に対して影響を与えやすいため、このような欠陥などを効率的に検出することで、サイズの大きな風車翼であっても少ない負担で簡易的に検査を行うことができる。
その結果、積層体からなる風車翼に存在する欠陥を効率的に検出することで、風車翼の品質を簡易的に評価可能な風車翼の検査方法を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明の少なくとも一実施形態は、積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１  風車
２  風車翼
３  翼本体
４  ハブ
５  内壁面
６  風車ロータ
７  外壁面
８  ナセル
１０  翼厚変化部
１１  タワー
１２  翼根部
１４  翼先端部
２０  パテ材やＦＲＰの板など
３２  第１部材
３４  第２部材
３６  シアウェブ
４６  隔壁板
４８  除去範囲
５０  超音波プローブ
５０ａ  測定面
５２  プローブ本体
５４  側面板
５６  ガイド部材
６０  エンコーダ
６５  アーム
７０  キャリブレーションブロック
【図１】
2020063976.tif 000003
【図２】
2020063976.tif 000004
【図３】
2020063976.tif 000005
【図４】
2020063976.tif 000006
【図５】
2020063976.tif 000007
【図６】
2020063976.tif 000008
【図７】
2020063976.tif 000009
【図８】
2020063976.tif 000010
【図９】
2020063976.tif 000011
【図１０】
2020063976.tif 000012
【図１１】
2020063976.tif 000013
【図１２】
2020063976.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月18日(2020.2.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層体を含む外皮によって内部空間が囲まれた中空構造を有する風車翼の検査方法であって、
前記外皮の内壁面又は外壁面の少なくとも一部に、前記風車翼の翼長方向に沿った少なくとも一つの走査ラインを設定する工程と、
前記走査ラインに従って超音波プローブを走査する工程と、
前記走査ライン上における前記超音波プローブの位置、及び、前記位置において特定される反射源の深さに基づいて、前記走査ラインに対応する前記外皮の断面画像を作成する工程と、
を備え、
前記外皮は、前記内壁面又は前記外壁面のいずれか一方に、前記翼長方向に沿って厚さが変化する翼厚変化部を含み、
前記少なくとも一つの走査ラインは、前記翼厚変化部において前記積層体の積層数が前記翼長方向に沿って段階的に変化し、周方向に沿って延材するプライドロップ部分を通過するように設定される、風車翼の検査方法。
【請求項２】
前記翼厚変化部は、前記風車翼の翼根部に設けられる、請求項１に記載の風車翼の検査方法。
【請求項３】
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度が４５度未満である、請求項１又は２に記載の風車翼の検査方法。
【請求項４】
前記走査ラインは、前記翼長方向となす角度がゼロ度である、請求項３に記載の風車翼の検査方法。
【請求項５】
前記少なくとも一つの走査ラインは、互いに平行に延在する複数の走査ラインを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項６】
前記外皮は、前記風車翼の圧力側及び吸込側にそれぞれ対応する第１部材及び第２部材が互いに結合されることで構成されており、
前記複数の走査ラインは、前記第１部材及び前記第２部材の各々について、前記翼長方向に沿った中心線の両側に分布するように設定される、請求項５に記載の風車翼の検査方法。
【請求項７】
前記超音波プローブによる走査前に、前記風車翼の表面が平坦になるようにパテ材又はＦＲＰ板を施工する工程を更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項８】
前記超音波プローブは、前記超音波プローブの測定面が測定対象物に接触した際に、前記測定面と前記測定対象物との間に接触媒体を介在させるための隙間が形成されるように測定面上に設けられたガイド部材を有し、
前記検査方法は、
前記パテ材又はＦＲＰ板を施工する前に、前記表面に対してクリーニング処理を施す工程を更に備える、請求項７に記載の風車翼の検査方法。
【請求項９】
前記超音波プローブの走査時に、予めキャリブレーションが実施されたエンコーダを用いて前記超音波プローブの位置を検出する、請求項１から８のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１０】
前記超音波プローブの走査は、予めキャリブレーションが実施された駆動装置によって前記超音波プローブの位置を自動制御することにより実施される、請求項１から９のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１１】
前記断面画像に基づいて得られる底面エコーの深さが、前記外皮の厚さと一致するように前記超音波プローブを予めキャリブレーションする工程を更に備える、請求項１から１０のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１２】
所定厚さを有するキャリブレーションブロックに対して前記超音波プローブを使用し、前記超音波プローブで得られた底面エコーの深さが前記所定厚さに一致するように予めキャリブレーションする工程を更に備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１３】
前記外皮の内壁面上に略垂直に延びる隔壁板を少なくとも部分的に除去することにより、前記走査ラインを設定する平坦面を形成する工程を更に備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の風車翼の検査方法。
【請求項１４】
前記隔壁板の除去は、前記超音波プローブが通過可能な開口部を形成するように、前記隔壁板を部分的に切り取ることによって行われる、請求項１３に記載の風車翼の検査方法。