JPH02147980A - 中空物品透視検査法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は中空物品の透視検査の方法に係り、特に、芯材
を除去する先行処理の後に、中空鋳造品中に残された芯
材を検知する方法に関する。

［従来技術］ 本明細書に記述する方法は、航空機エンジンの空冷ター
ビン翼の製作に使用されるような、ロストワックス法と
組み合わせて用いられるのに特に適している。従来、ロ
ストワックス法による製作過程で正しく溶解されずに、
複雑な冷却通路をｒｆするタービン翼の内部に残留され
た芯材を検知するのに、すべて中性子による放射線写真
が使用されている。

［発明が解決しようとする課題］ 従来、鋳造品は放射線写真を生成する中性子線設備の設
置場所に運ばれる。この方法は、中性子線時間、および
リードタイム２乃至８週間を有する放射線写真自体の価
格により高価である。さらに、中性子に誘起される放射
能が安全なレベルに減衰するまでの時間も予定に入れね
ばならない。

本発明の目的は、陽電子放射断層写真技術を、残留芯材
の検知に使用することにある。本発明の方法は、放射線
写真を必要とせず、その代わりとして、画像記憶にコン
ピューターファイルを用いる。さらに、本発明の方法は
、屋内で、かつ、製作床上で使用できる。

［課題を解決する手段］ 本発明は、中空物品中の残留異物を検知する非破壊検査
法であって、前記異物に吸収される放射性同位元素の発
生体または放射体を中空物品に入れることと、残留異物
に吸収された放射性物質の放射線を検知する放射能検知
装置を使用する事とを含む。

本発明は、一つの形態として、放射線源の位置を探知す
るのに、陽電子放射断層写真技術（ＰＥＴ）の技術を利
用ものがある。また、本発明のもう一つの形態としては
、ある物品に放射性物質が吸収されたかどうかだけを決
定するために、放射能を計測する単一の計数管を使用す
るものがある。

陽電子を放射する放射性同位元素が、残留物質に吸収さ
れる溶液に混入される。吸収された物質内部の陽電子崩
壊によって生じ、半径方向に逆Ｊｊ向に放射される一対
の５１１ＫｅＶのガンマ−線が、前記ＰＥＴシステムに
よって検知される。

対の陽電子検知器が検査対象物の両側に配置され、その
崩壊ガンマ−線を検知する。各検知器は２０ｎｓ以内に
検知されたガンマ−線は同時に発生したものと見なし、
従って、同一の崩壊から発生されたものと見なさなけれ
ばならない。本検査に使用される放射性同位元素は、６
８分の半減期をもつガリウム６８である。このガリウム
６８は、親ゲルマニウムを含む携帯用発生器によって発
生される。前記発生器中では、溶離液が約１０ｍＣｉの
放射能を含む弱塩酸水溶液を生成する。

［作　用］ 本発明においては、中空物品の内部に放射性同位元素を
を入れる事により、その中空物品内部の残留異物によっ
て、放射性同位元素が吸収され、残留異物の存在箇所で
放射能を発生する。−ｈｓ放射能検知器により、前記放
射能の発生源の位置を探知でき、そのデーターをコンピ
ューターの画像処理技術により、残留異材の画像をコン
ピューター画面上に表示し、さらに、中空物品の断面図
をその上に二重写しにすることができる。

［実施例］ 本発明の実施例を、添付図面を例として参照しつつ、以
下にさらに詳細に説明する。

以下に記述する実施例は、ジェット・エンジンの空冷タ
ービン翼の鋳造成型後の検査技術に関する。タービン翼
は、内部に冷却通路を何し、ロスト・ワックス法を用い
て、セラミック芯材で内部通路を形成しつつ、鋳造成型
される。簡略的にいえば、冷却通路模型のセラミック芯
材は、タービン翼の外形をなす雌の鋳型の中におかれ、
それにろうが流し込まれる。そのろう模型は、セラミッ
クの懸濁液のなかにつけられ、セラミックの外形シェル
が生成される。このセラミック・シェルが乾燥した後、
ろうは溶融流出され、セラミック芯材を内部に持つセラ
ミック・シェルが出来上がる。

この二番目にできた雌の鋳型は加熱され、金属のタービ
ン翼の鋳造成型に使用される。外側のセラミック・シェ
ルは、伝統的な方法で簡単に取り除かれるが、内部のセ
ラミック芯材は適当な溶解液で溶解流出されねばならな
い。

これら溶解液の濃度と成分および浸漬時間は経験的に決
定されてきたが、不可避的に、すべてのセラミック芯材
が常に第一工程で首尾よく除去されるわけではなく、場
合によってはさらに溶解−「程を繰り返すことが必要と
なる。どのタービン翼がさらに処理されねばならないか
を決定するために、従来は中性子放射線透過写真法が使
用されてきた。鋳造品は、従来、高い中性子吸収率の断
面を持つガドリニウム硝酸塩の水溶液に浸される。

前記残留芯材は溶液を吸収し、中性子放射線透過写真の
コントラストをより鮮明にする。

本発明は、中性子放射線透過写真法のかわりに、芯材の
位置決めのために、芯材にガリウムのような陽電子放射
体を吸収させる陽電子放射検知法を用いるものである。

現在のガドリニウム・プロセスは、そのままガリウム水
溶液の吸収に適用できるうえに、鋳造品をガリウム水溶
液に浸すだけでできる。

ガリウムは都合の悪いことに、金属表面に付る“しやす
く、タービン翼の比較的広い表面が放射線同位元素を吸
着し、その結果、芯材によって吸収された少量の放射線
同位元素の影をぼかしてしまつＯ 芯材に吸収される放射性同位元素の量は、溶液の放射能
比、すなわち、溶液の容積に対する放射能（約１０ｍＣ
１）の比率により決定される。非放射性の自由担体のガ
リウムＩＩＩを加えることによって、溶液の放射能比は
見掛は上変化は起きない。

表面に付着したガリウムのある割合は非放射性となって
、画像生成の情報に関与しな（なる。

陽電子崩壊を検知する装置は、添付の第１図に概略示さ
れている。この一般的なタイプの装置は、英国特許公開
ＧＢ２，１５９，３８０号明細書および米国特許第４，
７４６．７９５号明細書により詳細に示されている。本
明細書の記述においては、陽電子放射断層写真技術（以
下簡略的にＰＥＴという）システムの装置は、本発明の
理解に必要の程度の詳細さで説明することとする。より
詳細かつ立ち入った記述は、前記両明細書を参照するこ
とで得ることができる。

第１図には、ある検査対象物２が、ガリウムの水溶液に
浸された後、両側面に対向して配置された、二つの空間
位置を探知するガンマ−線検知器４および６の間に置か
れているのが概略示されている。もし検査対象物２がガ
リウム放射体を吸収した物質を含むなら、その物質の内
部または直近傍で陽電子崩壊が定期的に起こり、互いに
逆の半径方向に放射する一対の５１１ｋｅＶのガンマ−
線を放射させる。

ガンマ−線検知器４および６は夫々２次元の空間位置を
検知する計数管配列を有する。前記計数管配列は検査対
象物を中間において平行に配置される。検査対象物２中
で陽電子崩壊が起きて、かつ、両方のガンマ光子が同時
に検知されたとき、その陽電子崩壊は記録される。各検
知器の検知した計数管の空間座標から、前記二つの光子
の軌跡が推定され、その軌跡と検査対象物の交差点から
陽電子崩壊の位置が点として確定される。片方または残
るもう一つの検知管配列によって単一に検知された規定
外のガンマ光子は、一般の雑音として記録されない。

第１図のガンマ−線検知器４，６からの出力信号８．１
０は、夫々クロック回路１２．１４に入力されるととも
に、一致判定装置１６にも人力される。前記出力信号８
，１０は主に、計数管の出力信号と、ガンマ−線検知器
４．６の中の検知を行ったその計数管の位置情報とを何
する。一致判定装置１６は、初めの到着信号から時間計
測を始める信号ウィンドウ機能を到着信号に効率的に適
用する。この信号ウィンドウの時間の長さは、信号の一
致判定が効率よく行われる程度に短く、かつ、検知シス
テムに同角′の遅れを許容する程度に長い。前記信号ウ
ィンドウの時間の長さは通常約２０ｎｓである。

検知信号は、クロック回路１２．１４から、致判定装置
１６の一致判定出力２０によって開くイベント・ゲート
回路１８に送られる。イベント・ゲート回路１８によっ
て、振るい分けられた出力信号２２は、一つの崩壊に対
して二つの空間位置が確定［、た信号を有し、電子カメ
ラの最終的な出力となる。電子カメラの出力２２は、概
略図示されているデーター記録／画像処理システム２／
ｌ！に送られる。データ記録システムは、各崩壊を検知
した＝１数管の座標を記録する。このようにして、一定
時間の経過後には、後に解析し２、検知された陽電子放
射能を現す一連の画像を生成し得るデータ・ファイルが
蓄成される。陽電子放射断層写真技術を使用することに
より、陽電子の放射は解析され、検査対象物の選択され
た断面の画像を生成することが可能となる。画像の解析
を補助ｌ２、データの解釈をするのに画像処理の技術を
用いることができる。コンピュータソフトウェアを用い
ることにより、放射性物体の三次元構造を形成し、かつ
、第２図のように、表示された放射性物体に検査対象物
の外形や断面を二重写１．にすることかできる。

第２図には、タービン翼の鋳造品の放射線同位元素の画
像の上に、タービン翼の鋳造品の中間断面図を重ねた図
が示されている。コンピュータ画像には、タービン翼内
部の空冷用通路が、翼の」−板と下板の間を折り重なる
ようにして走るように表されている。タービン翼内部の
隣り合う空冷用通路を分かつ隔壁が、鮮明に見える。影
付きの箇所はガンマ光子を発生した場所を示し、下地の
より色の濃い箇所は色の濃さに対応して高い放射性を表
す。逆も同様である。したがって、影の色の濃い箇所は
、残留芯Ｈの付着を表す。好都合なことに、試験された
サンプルは、空冷用通路が折り返す箇所に、この様な二
つの残留物を有する。

このタービン翼はさらに溶解処理に処せられる。

第３図には、陽電子放射断層写真技術を残留芯材の検知
工程に用いた、芯材溶解及び検査処理の概略流れ図が示
されている。特に、検査は鋳造製作工程の最終段階で実
施される。残留芯材を含むことが発見された鋳造品、す
なわち、ＰＥＴ検知試験で不合格となった鋳造品は単に
溶解工程に送り戻されるだけである。

この工程はベルトコンベア・システムによって、自動化
することができる。最初の鋳造品芯材溶解処理プロセス
３０に続いて、すべての鋳造品は、放射性のガリウム６
８と少量のガリウムｎＩを含む塩酸水溶液の放射性溶液
槽３２に浸される。鋳造品は続いて、ＰＥＴ検知：、・
ステム３６に送られる前に、非放射性溶液洗浄槽３４に
浸される。

第１図のＰＥＴ検知システムは、検査対象物の両側にお
かれた一対のガス封入の多線比例＝１数管による検知装
置を採用している。比較的に平均的で、かつ、かなり一
定の放射率で発生する自然放射のあるレベルに拘らず、
対をなすガンマ−光子の検知は、陽電子崩壊が起こった
ことを示すルック・アット・ミー（ＬＡＭ）イベントと
して記録される。実験室の試験では、崩壊の発生率は、
標準的な自然崩壊の約３ＬＡＭ／ｓから、芯材を取り除
かれ、放射性溶液槽３２と非放射性溶液洗浄槽３４とを
通過した管理を要する鋳造品が示す６ＬＡＭ／ｓまでを
示した。芯材を含むことが知られている鋳造品では、１
２乃至３０ＬＡＭ／ｓの範囲のＬＡＭが記録された。鋳
造品芯材溶解処理プロセス３０を終了したすべての鋳造
品は、第３図の中央の線に沿って、概略図示されている
ＰＥＴ検知システム３６に送られる前に、順番に放射性
溶液槽３２と非放射性溶液洗浄槽３４を通過する。

検知システムを通過する一回目のコースの放射性溶液槽
３２は、自然崩壊のＬＡＭ発生率に対する鋳造品のＬＡ
Ｍ発生率を、ＬＡｋｉレートモニター３８によって計測
するに足るだけの低濃度溶液を含む。ある所定の計測値
を超過した鋳造品は、ＬＡＭ不合格バス４０を通り放射
性溶液槽３２と類似の二番目の放射性溶液槽に戻される
。他のＬＡＭ検査に合格した鋳造品はさらに先の工程に
送られる。

不合格となった鋳造品は、ＰＥＴの画像処理に適する放
射能を付与される。前記目的のための望ましい方法とし
ては、鋳造品をより高濃度の放射性溶液を含む二番目の
溶液槽に戻す方法がある。

前記方法の代わりに、鋳造品を異なる種類の放射性同位
元素の発生体または放射体を含む二番目の溶液槽に浸す
ことができる。この二番目の液への浸漬は、鋳造品の放
射能雑音に対する信号の強さを増し、ＰＥＴの検知器が
画像を生成するにたる十分なデーターを収集することを
可能にする。

ＰＥＴ検知システム３６への二回目の通過では、画像処
理コンピューター４２によって、画像が第２図の線に沿
って作られ、タービン翼の目視検査を可能にする。残留
芯材を含む鋳造品は戻りの画像検査不合格パス４４を通
り、鋳造品芯材溶解処理プロセス３０に戻される。第一
回目のコースで不合格となった鋳造品は、二回目の溶液
への浸漬を省くために、再び溶解処理に戻されてもよい
。

一つの代替システムとして、図示されてはいないが、第
３図のＬＡＭレートモニター３８の代わりに、５１１ｋ
ｅＶのガンマ−線を検知する単一のガンマ−線検知管を
使用することができる。しかし、放射能雑音に対する信
号の強さの比率は、ＰＥＴシステムで使用される対をな
す検知器と比べて低い。実験によれば、バックグランド
放射能は６５００　ｃ　ｏ　ｕ　ｎ　ｔ　／　ｓが記録
され、また、第３図の放射性溶液槽３２を通過した、残
留芯＋４を含まないきれいな鋳造品の放射能は７５００
ｃ　ｏ　ｕ　ｎ　ｔ　／　ｓに増加され、そして、残留
芯材を含む同様の鋳造品の放射能は８５００ｃｏｕｎｔ
／Ｓに増加された。ＰＥＴシステムの放射能雑音に対す
る信号の強さの比率は５以上であるのに対し、これの放
射能雑音に対する信号の強さの比率は、約１．１である さらにもう一つの代替システムとして、Ｌ　Ａ　Ｍレー
トモニターによるガンマ−線検知管の代わりに、シンチ
レーション検知器を使用することができる。標準的なタ
ービン翼の観察用として、直径２インチ厚さ２インチの
シンチレーション・ガラスを用いることができる。シン
チレーション・ガラスの利点は、ＰＥＴシステムの多線
比例計数管は、５１１ｋｅＶのガンマ−線の検知効率が
１０パーセントのに対して、シンチレーション・ガラス
のそれは、約４０パーセントと高効率であることである
。

［発明の効果］ 本発明は、中空物品内部の異物に吸収される放射性同位
元素の発生体または放射体を中空物品に入れ、一方で、
前記残留異物に吸収された放射線物質の放射線を検知す
る放射線検知装置を使用し、残留異物の画像をコンピュ
ーター画面に表示する方法である。

本発明によれば、中性子放射線及び放射線写真を必要と
しないため、安価である。また、放射線写真のリードタ
イム、及び中性子に誘起される放射能が安全なレベルま
でに減衰するまでの時間を節減できる。さらに、本発明
の方法は、屋内で、かつ、製作床上で使用できる効果を
ａする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、陽電子放射断層写真システムの概略図、第２
図は、ＰＥＴによって計Ｊｌｌｌされた放射線分布画像
に二重写しにされた空冷タービン翼の断面図、第３図は
、ＰＥＴによる残留芯材の検知システムを利用する生産
流れ図である。 ２・・・検査対象物、４及び６・・・ガンマ−線検知器
、１２および１４・・・クロック回路、１６・・・一致
判定装置、１８・・・イベント・ゲート回路、２４・・
・デ−ター記録／画像処理システム、３０・・・鋳造品
芯材溶解処理プロセス、３２・・・放射性溶液槽、３４
・・・非放射性溶液洗浄槽、３６・・・ＰＥＴ検知シス
テム、３８・・・ＬＡＭレートモニター、４２・・・画
像処理コンピューター 出願代理人 佐 藤 雄 Ｆｔ’ｇ、７゜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中空物品内部の残留異材の透視検査法であって、前
   記残留異材によって吸収される放射性同位元素を、中空
   物品の内部にいれる事と、残留異材によって吸収された
   放射性物質からの放射能を検知するのに、放射能検知装
   置を使用する事とを含む中空物品透視検査法。 ２、前記放射性同位元素が、陽電子放射性であって、か
   つ、前記放射能検知装置が、陽電子の崩壊で電子と共に
   放射されるガンマー光子に反応する放射能検知装置であ
   る請求項１記載の中空物品透視検査法。 ３、前記ガンマー光子が、多要素の検知管からなる放射
   能検知装置によって、発生源が探知される請求項２記載
   の中空物品透視検査法。 ４、前記ガンマー光子の発生源の探知が、陽電子放射断
   層写真技術によってなされる請求項３記載の中空物品透
   視検査法。 ５、前記陽電子放射断層写真技術システムが、探知され
   た放射能の発生源の画像を生成する請求項４記載の中空
   物品透視検査法。 ６、検査対象物の画像が、放射能発生源の画像の上に二
   重写しにされる請求項５記載の中空物品透視検査法。 ７、前記二重写しされた画像が、検査対象物の断面図を
   含む請求項６記載の中空物品透視検査法。 ８、検知装置が、検査対象物からの全放射能レベルを検
   知する単一の計数管を有する検知装置である請求項１ま
   たは２記載の中空物品透視検査法。 ９、放射能計数値が所定のレベルを超えるときに、その
   検査対象物が残留芯材を含有すると判断される請求項８
   記載の中空物品透視検査法。 １０、放射性同位元素が、水溶液媒質として、中空物品
   の内部に入れられる請求項１乃至９のいずれかに記載の
   中空物品透視検査法。 １１、最初の芯材溶解工程に続いて、物品が水溶液に浸
   される請求項１０記載の中空物品透視検査法。 １２、前記水溶液がガリウムを含む請求項１０または１
   １記載の中空物品透視検査法。 １３、前記水溶液がさらにガリウムIIIを添加されてい
   る請求項１２記載の中空物品透視検査法。 １４、残留芯材を含む中空物品が再循環されるときに、
   前記水溶液中の放射能同位元素の放射能強さが増加され
   ている請求項１０乃至第１３項記載の中空物品透視検査
   法。