(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板（２）の貫通孔内に軸（１）が挿入されて円板（２）が軸（１）に焼き嵌めされ、軸（１）に焼き嵌めされた円板（２）がその断面を半径方向外側に先細に形成された側面部（４、５）を備え、この円板（２）の焼き嵌め座（３）及びこれに接する収縮影響部分の範囲を超音波により検査する、軸に焼き嵌めされた未知の輪郭を持つ円板の超音波探傷検査方法において、
・円板（２）の輪郭を走査して、円板（２）の形状を演繹し、
・円板（２）の形状から、円板を検査するための検査パラメータ及び検査位置を求め、
・円板（２）の貫通孔の内部表面（１８）を定め、
・超音波探傷検査ヘッド（９、１０）を、求められた検査パラメータでもって円板（２）の側面部（４、５）に連結し、求められた検査軌道を走行させる
ことを特徴とする軸に焼き嵌めされた円板の超音波探傷検査方法。
【請求項２】
多数の不連続の検査位置（１９）を求め、これにより軸に平行な方向に円板（２）の貫通孔の内部表面（１８）の完全な検査を超音波探傷検査ヘッド（９、１０）により行うことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
円板（２）が無接触で走査されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
円板（２）が光線により走査されることを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項５】
検査パラメータの１つとして超音波探傷検査ヘッド（９、１０）の検査ヘッド位置が形状データ及び基準値から求められることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
検査パラメータの１つとして超音波探傷検査ヘッド（９、１０）の音波放射角が形状データ及び基準値から求められることを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
【請求項７】
検査パラメータの１つとして斜視角が形状データ及び基準値から求められることを特徴とする請求項１乃至６の１つに記載の方法。
【請求項８】
検査パラメータの１つとして１つ或いは複数の超音波探傷検査ヘッド（９、１０）の向きが亀裂の向きに関連して定められることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の方法。
【請求項９】
円板（２）の形状が予め定められた座標系の座標で記憶されることを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
【請求項１０】
タービン設備に取り付けられた軸（１）に焼き嵌めされた円板（２）がその断面において半径方向外側に先細に形成された側面部（４、５）を備え、この円板（２）の焼き嵌め座（３）、これに接する収縮影響部分及び円板容積の範囲を超音波により検査するために少なくとも１つの超音波探傷検査ヘッド（９、１０）が設けられ、この超音波探傷検査ヘッド（９、１０）が少なくとも３つの自由度を備えた操作装置（１５）の操作アーム（６）に配置され、データ検出装置（１１）に接続されている、軸に焼き嵌めされた円板の超音波探傷検査装置において、円板（２）の形状を求めかつ求められた円板（２）の形状に応じた検査位置を求める形状確認装置（１２）が設けられ、この形状確認装置（１２）によって求められた検査位置に対応する位置に操作装置（１５）の操作アーム（６）を移動させるために形状確認装置（１２）が操作装置（１５）の制御装置（１６）に接続され、超音波探傷検査ヘッド（９、１０）が操作装置（１５）の操作アーム（６）によって隣接の円板の間に挿入可能であることを特徴とする軸に焼き嵌めされた円板の超音波探傷検査装置。
【請求項１１】
形状確認装置（１２）が操作装置（１５）の操作アーム（６）に配置された少なくとも１つのセンサ（７）を備え、このセンサが評価装置（８）に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
評価装置（８）及び／又は制御装置（１６）が電子的データ処理装置を含むことを特徴とする請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
超音波探傷検査ヘッド（９、１０）として、円板（２）の形状に応じて異なる超音波探傷検査ヘッド（９、１０）の音波放射角に設定されるアレーアンテナ型の超音波探傷検査ヘッドが設けられていることを特徴とする請求項１０乃至１２の１つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
この発明は、軸に焼き嵌めされた円板、特に低圧タービンロータの翼車の超音波探傷検査方法及び装置に関する。
応力腐食割れは、例えば低圧タービンロータ翼車のような回転部分に動荷重が加わる際に損傷を進行させるおそれがある。従って、このような構造部品は予め定められた時間間隔で応力腐食割れについて検査する必要がある。軸方向或いは半径方向のピンで回転止めされてロータに配置されている翼車は経済的な理由からロータを分解して検査することはできない。従って、焼き嵌め座及びこれに接する材料範囲、特に翼車のボスに形成され軸が挿入される貫通孔の内部表面や軸方向の回転止めの範囲は超音波探傷検査を行うことが推奨されている。しかしながら、翼車の形状は、ボスに形成された貫通孔の近づき得ない内部範囲や回転止めの近くでは超音波探傷検査ヘッドにより超音波探傷検査を行うには極めて複雑である。さらに、超音波探傷検査を再現可能に実行するにはなお別の問題に遭遇する。超音波探傷検査ヘッドの連結面としては翼車の側面部しか自由に使えない。しばしば翼車の連結面への接近は隣接の翼車によって制限されている。その他の問題は、形状に制約された反射体（例えば回転止め）やボスに形成された貫通孔から出る場合によって存在する亀裂への音波路程が一致することがあることである。
このような難点を解決するために、ヨーロッパ特許第１２６３８３号明細書によれば軸に焼き嵌めされた円板の焼き嵌め座の探傷検査する方法及びこの方法を実施するための装置が提案されている。この提案によれば、専用のアングル検査ヘッドが測定キャリパと共にその都度の側面部の断片に適合した型板に検査ヘッドの支持装置により配置される。このような専用アングル検査ヘッドは、それから操作機アームによって当該の側面部の断片の輪郭に近づけられ、連結される。翼車の１つの特定の部分領域には１つの型板が対応する。型板の正確な軸方向及び半径方向の位置決めは測定キャリパによって示される。換言すれば、各型板には特に誘導形の測定キャリパとして構成されている測定キャリパがアングル検査ヘッドの位置決めを監視するために、そして検査ヘッド自体がそれぞれ相互に対して全く特定の位置及び関係に配置され、従って翼車側面部の特定の位置に連結された際に当該の検査ヘッドの音波放射角及び斜視角が特定の検査範囲に対して必要な音波放射方向に確実に変換される。これにより制約されて翼車の検査には多数の型板を必要とする。このような型板を製作するには側面部の形状が知られていることを前提とする。超音波探傷検査を実施するために必要な前作業はかなりコストアップとなる。というのは、図面を詳しく時間をかけて分析し、そして型のような操作補助具を設計し、製作して初めて超音波探傷検査が可能となるからである。
特開昭６３−３０９８５２号公報には、殆ど未知の凸面状に屈曲した輪郭の物体において亀裂を確認する方法が記載されている。この輪郭は互いに無関係な３つの方向に移動可能な走査装置により決められ、記憶装置に記憶され、並びにこの記憶されたデータから操作機の駆動機構の制御が行われる。この走査装置には距離センサが取り付けられている。記憶装置に記憶されたデータはコンピュータにおいて検査プローブの位置の計算に使われ、従ってこのプローブは物体の表面に対してほぼ垂直に予め定められた距離を案内される。物体の輪郭を決めこの物体内の亀裂を検出する別の方法が英国特許出願公開第２２６６３６７号公報に記載されている。この方法は３次元の検査対象物の内側及び外側の輪郭を決定し、金属部分、例えばタービン翼、管路或いは弁において深い位置にある欠陥をも発見するために実施される。検査対象物の輪郭はこれに連結された超音波探傷検査ヘッドにより、ＬＥＤプローブを介して超音波探傷検査ヘッドのその都度の位置が検出されるように求められる。
この発明の課題は、円板の形状を予め確認することなく実施できる超音波探傷検査方法及び装置を提供することにある。
この発明によれば、この課題は請求項１に記載の方法により、また請求項１０に記載の装置により解決される。この発明の有利な構成例はそれぞれ従属の請求項に記載されている。
すなわち、本発明によれば、円板の貫通孔内に軸が挿入されて円板が軸に焼き嵌めされ、軸に焼き嵌めされた円板がその断面において焼き嵌め座から半径方向に外に向かって先細に形成されている側面部を備え、この円板の焼き嵌め座及びこれに接する収縮影響部分の範囲並びに円板容積を超音波により検査する、軸に焼き嵌めされた未知の輪郭を持つ円板の超音波探傷検査方法において、
・円板の輪郭を走査して、円板の形状を演繹し、
・円板の形状から、予め定められた検査技術に応じて円板を検査するための検査パラメータ及び検査位置を求め、
・円板の貫通孔の内部表面を定め、
・超音波探傷検査ヘッドを、求められた検査パラメータでもって円板の側面部に連結し、求められた検査軌道を走行させる。
この方法を実施する際には、超音波探傷検査のために予め円板の形状を知ることは必要ではない。それ故、未知の形状の円板でも、円板の形状は先ず走査されるので、超音波探傷検査を行うことができる。この円板の形状は１つの座標系の２次元或いは３次元座標で記憶される。この記憶された形状から予め定められた検査技術に関係して円板を検査するための検査技ラメータ及び必要な検査位置が求められる。
翼車のボスに形成された貫通孔の内部表面を検査する場合には特に不連続の検査位置が求められ、しかもこれらの検査位置から、ボスに形成された貫通孔の内部表面の軸方向の全面がカバーされる。翼車が殆ど回転対称であることにより軸を回転することによって、ボスに形成された貫通孔の内部表面は円周方向にも完全に検査を受けることができる。
特に、この方法では、円板が無接触で走査されるのがよい。このために、円板は光線、特にレーザー光線により走査される。
円板を走査し、これにより円板の形状を検出するために超音波探傷検査ヘッドの操作のためのものと同一の操作システムが利用されることにより、例えば位置決め板のような付加的な操作補助具はもはや必要としない。さらに、検査ヘッドを連結する際に測定キャリパによる補助計測も省略できる。というのは全ての位置決めデータは電気的に用意され、操作機の直接制御に使用されるからである。
例えばタービン軸、特に低圧蒸気タービン軸の翼車を検査する場合、これをケーシングから取り外し、回転盤に載置することなく検査することも可能である。ケーシングの半分を取り除いた後円板の検査をケーシングの分離接合部から行うことが可能である。
このために、この方法を実施するための装置はそれに応じて長いかつ機械的に固定された操作機アームを備え、これにより検査ヘッドが隣接の翼車と半径方向に接するタービンブレードとの間の間隙に挿入することができる。
軸に焼き嵌めされた円板の焼き嵌め座、これに接する収縮影響部分及び円板容積の範囲を超音波により探傷検査するために、操作アームの制御装置に特に電気導体により接続されている形状確認装置を備えた超音波探傷検査装置が提案される。操作アームは特に、少なくとも３つの自由度を備えたロボットのアームである。形状確認装置は、特に、操作アームに配置され評価装置に電気的に結合されている少なくとも１つのセンサを備える。このセンサは円板の形状を走査する。センサから発生された信号は評価装置において処理され、円板の形状が求められる。この評価装置は好ましくは電子的なデータ処理装置（コンピュータ）である。評価装置は操作アームの制御装置の制御にも使われる。評価装置においてそれに応じた検査位置が求められ、検査位置の座標が制御装置に電気信号の形で伝達される。制御装置はこの電気信号を制御信号に変換し、例えば操作アームに接続されている電動機を制御して、操作アームを超音波探傷検査ヘッドと共に対応の位置に移動させる。この位置の調整にはデータ検出装置が共に利用されるので、万一偏倚がある場合には誤信号が発せられ、これによって操作アームの動きが修正される。これによって設定値と現在値との調整が得られる。
円板の形状から、円板を検査するための全ての必要な検査パラメータ、即ち、超音波探傷検査ヘッドの検査ヘッド位置、超音波探傷検査ヘッドの音波放射角（つまり、超音波探傷検査ヘッドから円板内へ放射された音波の広がりを表わす角度）及び斜視角（つまり、超音波探傷検査ヘッドから円板内へ斜めに放射された音波の角度）も求めることができる。この測定原理は例えばヨーロッパ特許第１２６３８３号明細書に記載されているものと一致し、特に走査は０°、４５°及び９０°の角度で行われる。検査にはまた２つの検査ヘッドが、それぞれその１つが翼車の１つの側面部に配置されて、挟み方法で使用される。
異なる音波放射角に対して異なった超音波探傷検査ヘッドを使用するのでなく、その音波放射角を調整可能なアレーアンテナ型の検査ヘッドを使用するときには、特に好ましく、時間の節約になる。必要な斜視角の実現は超音波探傷検査ヘッドを回転可能な操作アームにより回転することによって行われる。この手段により検査システムの柔軟性及び適合性が増大する。
この発明の方法及び装置のその他の利点及び特徴を図面に示された実施例を参照して説明する。図面において、
図１は翼車の側面部に位置決めされている超音波探傷検査ヘッド及びセンサを備えた２つの操作アームを斜視図で、
図２は超音波探傷検査装置の構造を概略的に、そして
図３は翼車の縦断面を示す。
図１には、円板２が取り付けられている軸１が斜視図により示されている。円板２は内部表面１８を有する貫通孔を備え、この貫通孔内に軸１が挿入されて、円板２が軸１に焼き嵌めされている。円板２は断面において焼き嵌め座３から半径方向に外側に先細に形成された側面部４、５を備えている。円板の形状を検出するために２つの操作アーム６が設けられ、このアームの各々は、少なくとも超音波探傷検査ヘッドが検査に必要な翼車表面位置の全てに連結され、操作されるように多数の特に４つの自由度を持っている。各操作アーム６は座標ｘ、ｙ及びｚの方向に移動可能でかつその固有軸を中心に回転可能である。各操作アーム６の先端範囲には、それぞれ円板２を操作アーム６の予め定められた運動軌道に沿って走査するセンサ７が位置取りされている。
円板２の走査された点或いは範囲から図２によれば評価装置８において円板２の形状が求められる。
焼き嵌めされた円板２の超音波探傷検査のために２つの超音波探傷検査ヘッド９、１０が各操作アーム６の先端の範囲に配置されている。この超音波探傷検査ヘッド９、１０は、好ましくはアレーアンテナ型の検査ヘッドであり、データ検出装置１１に接続されている。
センサ７は評価装置８と共に形状確認装置１２を形成している。評価装置８はセンサ７に電気導体１３、１４により接続されている。円板２の形状データは超音波探傷検査のために制御装置１６に伝えられ、これにより操作アーム６を備えた操作装置１５を制御する。超音波探傷検査ヘッド９及び１０から出る信号は導体１７を介してデータ検出装置１１に送られる。データ検出装置１１は形状確認装置１２の評価装置８にも接続されている。これにより求められた超音波像にその付属の検査軌道が直接データ検出装置１１に伝えられる。
図３は円板２の軸１の軸心２１の方向の断面を示す。円板２は半径方向ｒに先細に凸面状に延びる側面部４、５を持っている。円板２は、軸方向に向けられボスに形成された貫通孔の内部表面１８を焼き嵌め座として軸１に固く焼き嵌めされて載置されている。円板２のボスに形成された貫通孔の内部表面１８は形状的な反射面１７を形成し、その位置は１つ或いは複数の検査ヘッド９、１０によって求められる。円板２のボスに形成された貫通孔の内部表面１８について亀裂を検査するために特に無接触キャリパを介して求められた側面部４、５の輪郭を基に検査ヘッド９、１０の不連続の位置１９が決定される。超音波探傷検査ヘッド９、１０の位置及び向きに基づいて軸方向に円板２のボスに形成された貫通孔の内部表面１８の全面が超音波信号によって完全にカバー可能で、従って検査可能である。超音波探傷検査ヘッド９、１０の適当な位置決めによって同様に狙いとおりに円板２の容積内部のスペース範囲が超音波によって、その欠陥箇所、特に亀裂について検査可能である。円板２は回転止め２０を備えている。矢ｒによって示される半径方向に図示されてないタービンブレードが隣接している。低圧タービンブレードにおいては隣接した円板２とその上に半径方向に配置されたタービンブレードとの間の間隙の延長は１メートル以上になる。
この発明はタービン翼車の時間を節約した超音波探傷検査を、その形状を検査の前に知る必要なく可能とする。この検査はタービン軸を、例えばその分離接合部から分解することなく実施することができる。
【図１】
0003714960.tif 000002
【図２】
0003714960.tif 000003
【図３】
0003714960.tif 000004