JP4734120B2 - Aircraft body inspection method and apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、航空機の製造段階だけでなく営業飛行運転に入ったのちにも航空機機体の表面を非破壊的に検査する航空機機体の検査方法および装置に関する。 The present invention relates to an aircraft fuselage inspection method and apparatus that non-destructively inspects the surface of an aircraft fuselage not only at the aircraft manufacturing stage but also after entering commercial flight operation.
従来の航空機機体は主にジュラルミンやアルミ合金あるいはそれらの複合材料を主体とする金属材料で構成されていたが、昨今では飛行の経済性や環境汚染対策等の観点から、機体をより軽量化するためにCFRP(炭素繊維強化プラスチックス)材料が採用されている。一般的にCFRP材料自体の強度特性は飛行性能として充分であるが、就航後の経年劣化や環境劣化あるいは運転による材料疲労等によるCFRP層間の接着異常等の有無を常に分析・評価しておくことは極めて重要であり、定期的な検査が要求される(特許文献1)。 Conventional aircraft fuselage was mainly composed of metallic materials mainly composed of duralumin, aluminum alloy or their composite materials, but nowadays, the aircraft is lighter from the viewpoint of flight economy and environmental pollution countermeasures. Therefore, CFRP (carbon fiber reinforced plastics) material is used. In general, the strength characteristics of the CFRP material itself are sufficient for flight performance, but always analyze and evaluate the presence of abnormal bonding between the CFRP layers due to aging deterioration, environmental deterioration, or material fatigue due to operation, etc. Is extremely important, and periodic inspection is required (Patent Document 1).
しかし、航空機のように巨大な構造物に対する検査方法は、従来技術では適切な方法がなく、目視による点検や触診あるいは液体浸透検査やマニュアルスキャニングの手動型超音波検査装置によるものが主体である。これらはいずれも非効率的であり、熟練した作業者の勘に頼るケースが多く作業効率や検査精度が悪いという問題を有している。これらの従来の検査方法では就航後の履歴を分析評価できる客観的なデータの取得が困難であり、品質を確保するうえでの課題もある。 However, the inspection method for a huge structure such as an aircraft is not an appropriate method in the prior art, and mainly uses a visual inspection, a palpation, a liquid penetration inspection, or a manual ultrasonic inspection apparatus for manual scanning. All of these are inefficient and have a problem that work efficiency and inspection accuracy are poor because many cases rely on the intuition of skilled workers. With these conventional inspection methods, it is difficult to obtain objective data that can analyze and evaluate the history after service, and there are also problems in ensuring quality.
また、従来技術では一部X線による機体の非破壊検査が実施されているものの、X線では放射線に被曝しないための遮蔽構造物が必要であり、そのためジェット機等の小型の機体に限定されており、限定された場所でしか検査が実施できないという問題を有している。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、航空機機体に対して目視点検や触診に頼ることなく正確で効率的な非破壊検査を行うことのできる航空機機体の検査方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an aircraft fuselage inspection method and apparatus capable of performing accurate and efficient nondestructive inspection on an aircraft fuselage without relying on visual inspection or palpation. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明に係る航空機機体の検査装置は、水平面内を前後左右に走行可能な検査車両と、前記検査車両に搭載され検査すべき航空機機体の胴体に設けられた複数のレーザー受光器に対してレーザー光を照射し反射光を受けるレーザー発光器と、前記検査車両に搭載された多軸のロボットアームの先端に設けられ前記航空機機体に超音波を発射し反射波を受信する超音波プローブと、前記レーザー発光器からの信号によって前記検査車両の走行を制御するとともに前記超音波プローブからの信号によって前記航空機機体の超音波検査データを表示する制御装置とを備え、前記検査車両は地面に設置された磁気テープに感応する磁気センサーを備えている構成とする。 In order to solve the above-described problems, an aircraft fuselage inspection apparatus according to the present invention includes an inspection vehicle capable of traveling in front, back, left, and right in a horizontal plane, and a plurality of aircraft aircraft mounted on the inspection vehicle to be inspected. A laser emitter that irradiates the laser receiver with laser light and receives reflected light, and is provided at the tip of a multi-axis robot arm mounted on the inspection vehicle to emit ultrasonic waves to the aircraft body to generate reflected waves . An ultrasonic probe for receiving, and a controller for controlling the traveling of the inspection vehicle by a signal from the laser emitter and displaying ultrasonic inspection data of the aircraft body by a signal from the ultrasonic probe, The inspection vehicle includes a magnetic sensor that is sensitive to a magnetic tape placed on the ground.
本発明に係る航空機機体の検査方法は、地面に設置された磁気テープに感応する磁気センサーを備え水平面内の前後左右に走行可能な検査車両をこの検査車両に搭載されたレーザー発光器から検査すべき航空機機体の胴体に設けられた複数のレーザー受光器に対して照射するレーザー光を利用して前記航空機機体に対して位置決めし、前記検査車両に搭載された多軸のロボットアームの先端に設けられた超音波プローブによって前記航空機機体の超音波検査を行う方法とする。 According to the aircraft fuselage inspection method of the present invention, an inspection vehicle equipped with a magnetic sensor sensitive to a magnetic tape placed on the ground and capable of traveling in front, back, left, and right in a horizontal plane is inspected from a laser emitter mounted on the inspection vehicle. Positioned with respect to the aircraft fuselage using laser light applied to a plurality of laser receivers provided on the fuselage of the aircraft to be mounted, and provided at the tip of a multi-axis robot arm mounted on the inspection vehicle A method of performing an ultrasonic inspection of the aircraft body using the ultrasonic probe thus obtained.
本発明によれば、航空機機体に対して目視点検や触診に頼ることなく正確で効率的な非破壊検査装置を行うことのできる航空機機体の検査方法および装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the inspection method and apparatus of the aircraft body which can perform an accurate and efficient nondestructive inspection apparatus without relying on visual inspection and palpation with respect to an aircraft body can be provided.
以下、本発明の第1および第2の実施の形態に係る航空機機体の検査装置を図面を参照して説明する。 Hereinafter, aircraft aircraft inspection apparatuses according to first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
本実施の形態の航空機機体の検査装置は、レーザーシステムと、超音波リニアアレイプローブを把持した6軸マニプレータ式ロボットと、前記ロボットを垂直方向に移動させる昇降機構と水平方向に移動させる水平移動機構とを搭載し左右前後方向に移動して航空機機体に自在にアクセス可能な検査車両を備えている。検査車両はレーザーシステムによって航空機機体に対して位置決めされる。前記ロボットと昇降機構および水平移動機構の動作は無線リモート伝送システムを介して制御装置によって制御される。超音波リニアアレイプローブから得られた超音波波形データは無線リモート伝送システムを経て制御装置へ送られ、制御装置においてあらかじめ設定された探傷条件により演算され結果は画像表示される。また過去のデータと照合して評価分析される。
(First embodiment)
The aircraft fuselage inspection apparatus according to the present embodiment includes a laser system, a six-axis manipulator robot that holds an ultrasonic linear array probe, a lifting mechanism that moves the robot in a vertical direction, and a horizontal movement mechanism that moves the robot in a horizontal direction. Equipped with an inspection vehicle that can move in the left-right and front-back directions and can freely access the aircraft body. The inspection vehicle is positioned relative to the aircraft body by a laser system. Operations of the robot, the lifting mechanism and the horizontal movement mechanism are controlled by a control device via a wireless remote transmission system. The ultrasonic waveform data obtained from the ultrasonic linear array probe is sent to the control device via the wireless remote transmission system, and is calculated according to the flaw detection conditions set in advance in the control device, and the result is displayed as an image. In addition, it is evaluated and analyzed against past data.
検査車両はレーザーシステムにより航空機機体に1m内外にアクセスし、その後レーザーシステムにより航空機機体との位置決めを行い、計測原点位置を設定することにより航空機機体の3次元データを基に超音波プローブを航空機機体表面に倣わせる。 The inspection vehicle accesses the aircraft body 1 m inside and outside with the laser system, then positions the aircraft body with the laser system, sets the measurement origin position, and sets the ultrasonic probe based on the three-dimensional data of the aircraft body. Follow the surface.
検査車両は下部に磁気センサーを備え、地面に設置された磁気テープを感知して航空機機体に添って移動して航空機機体全体の検査を行う。超音波リニアアレイプローブにはスプリングによる倣い機構を採用して10mm以内の位置ずれを吸収できるよう構成されている。 The inspection vehicle is provided with a magnetic sensor at the bottom, detects the magnetic tape installed on the ground, moves along with the aircraft body, and inspects the entire aircraft body. The ultrasonic linear array probe is configured so as to be able to absorb a positional deviation within 10 mm by employing a scanning mechanism using a spring.
レーザーシステムにより検査車両と航空機機体との位置決めを行ったあと、航空機機体のCAD(Computer Aided Design)データと実物の機体表面位置との間で製作誤差や位置決め誤差があったとしても、プローブホルダー側に設けられたスプリングによる倣い機構が作用してプローブシュー接触部誤差を吸収する。また、仮に曲面形状が前記CADデータと異なっている場合や変形していて倣い動作範囲外になった場合においても、プローブ近傍に設けた接触式のタッチセンサーにより航空機機体の形状不整を検知して無駄な検査を行わないようにする。 After positioning the inspection vehicle and aircraft body with the laser system, even if there is a manufacturing error or positioning error between the CAD (Computer Aided Design) data of the aircraft body and the actual body surface position, the probe holder side A scanning mechanism provided by a spring acts on the probe shoe to absorb the probe shoe contact portion error. In addition, even if the curved surface shape is different from the CAD data, or even if it is deformed and falls outside the scanning operation range, an irregular shape of the aircraft body is detected by a contact type touch sensor provided in the vicinity of the probe. Avoid unnecessary inspections.
以下、図1〜図6を参照して本発明の第1の実施の形態を詳細に説明する。
図1(a),(b)は、本実施の形態に係る航空機機体の検査装置の全体を示す平面図および正面図である。図に示すように、主としてCFRP材やCFRPの複合材で製作された航空機機体1に対して、超音波検査装置を搭載した検査車両10がレーザーシステムを使用して位置決めされる。検査車両10を航空機機体1に正確に位置決めするため、検査車両10は前後左右に走行可能となるよう、走行車輪と90度回動可能な自在型車輪を設けた構造を採用している。さらに、レーザー光30を受光するレーザー受光器31を航空機機体1の胴体下部に設けている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIGS. 1A and 1B are a plan view and a front view showing the entire aircraft inspection apparatus according to the present embodiment. As shown in the figure, an
図2(a)はレーザーシステムを示す平面図であり、図2(b)は側面図である。レベル調整機構33上に設けたレーザー発光器32によって発射したレーザー光30をレーザー受光器31で受光し、レーザー受光器31により反射するレーザー光をレーザー発光器32によって受けて通信変換器34において光信号から電気信号に変換し、電気信号を通信ケーブル36を介して制御装置35へ導く構成としている。
FIG. 2A is a plan view showing a laser system, and FIG. 2B is a side view. The
図3は、レーザーシステムと超音波システムを搭載し、前後左右に移動可能な検査車両10を示す。すなわち、台車11には走行車輪41と、走行車輪41を駆動するための走行用サーボモータ44と、左右方向に方向転換するためのジャッキ機構43と、左右方向移動用の自在型車輪42と、自在型車輪42を駆動するためのサーボモータ45が設けられている。また台車11の上部には昇降ガイド47が立設され、昇降ガイド47には昇降ブラケット46が図示しない昇降軸およびサーボモータにより取り付けられ、昇降ブラケット46には水平移動機構20が取り付けられている。
FIG. 3 shows an
水平移動機構20の上部にはレーザー発光器32のレベル調整機構33が取り付けられ、下部にはLM(リニアモータ)ガイドブロック21が取付けられ、レール22が昇降ブラケット46上部に取付けられて、図示しない水平移動用サーボモータにより水平方向に移動可能な構成となっている。さらに、昇降ガイド47の上部には6軸ロボット12の基部が昇降可能に取り付けられ、6軸ロボット12の先端には超音波プローブ13が設けられ、超音波プローブ13には水供給ホース14が接続されている。
The
図4は検査車両10の変形例を示す。すなわち、昇降ガイド47a,47bによりレーザー発光器32のレベル調整機構33と6軸ロボット12を両サイドより支持した構成である。この構成によれば、検査車両10の安定性が向上し転倒しにくくなる。
FIG. 4 shows a modification of the
このように検査車両10に設けたレーザーシステムを使用して、以下のようにして検査車両10を航空機機体1に位置決めし移動する。航空機機体1の先端部と後部を結ぶ線上にレーザー受光器31を置き、レーザー受光器31とレーザー発光器32により検査車両10とのパラレルを測定し演算することにより検査車両10と航空機機体1との位置を平行状態に調整する。航空機機体1と平行に位置決めしたライン上にレーザー光をガイドとして磁気テープ48を床面上に設置し、検査車両10に設けられた磁気センサー49によって磁気テープ48を検出して検査車両10を航空機機体1に平行に移動させる。
Using the laser system provided in the
図5は6軸ロボット12の先端部に取り付けられるプローブの倣い機構を示す。すなわち、ロボットハンド15の先端部にプローブホルダー軸24が取り付けられ、スプリング軸16およびスプリング17によりプレート27a,27bを介して上下に倣い動作するように構成している。さらに、ガイドプレート25およびピン18によって超音波プローブ13を保持し、ピン18を支点として超音波プローブ13が回動可能な構成にし、超音波プローブ13が航空機機体1の曲面に倣うようにしている。さらに水供給ホース14を介してプローブシュー26と航空機機体1の表面の間に水23を供給して超音波19が効率よく伝送されるようにしている。
FIG. 5 shows a scanning mechanism of a probe attached to the tip of the 6-
図6は無線通信による検査データの伝送を説明する図であり、航空機機体1の超音波検査データを検査車両10に搭載された無線システム39により電波38に乗せて離れた位置にあるデータ受信装置37を介して制御装置35へ送るように構成したものである。超音波プローブ13の近傍に3次元センサーを付加し、3次元センサーと6軸ロボットの動作により得られる位置データを超音波検査データとともに無線伝送するようにしてもよい。
FIG. 6 is a diagram for explaining the transmission of inspection data by wireless communication. The data receiving apparatus is located at a position separated from the ultrasonic inspection data of the
本実施の形態によれば、磁気誘導型の検査車両10に搭載した6軸ロボット12と超音波プローブ13の構成により、巨大な構造物である航空機機体1に対して、地面上を自在に移動して比較的簡単な段取りで超音波非破壊検査を実施することができる。検査車両10の位置決め方法として図3に示すようにレーザーシステムと磁気テープ48を使用することにより、正確に検査車両10を航空機機体1にアクセスさせることができる。検査車両10に超音波センサーを複数個設けておくことにより、航空機機体1との接触を回避することができる。
According to the present embodiment, the configuration of the six-
また、超音波検査データを無線によって送信するデータ発信装置37を設けることにより、欠陥を分析表示する制御装置35を離れた位置におくことができるため、設置スペースを緩和させることができる。さらに、レーザー計測システムと機体のCADデータおよび倣い機構により、粗い位置精度でも検査を行うことができ、検査効率を高めることができる。また、3次元センサーを超音波プローブ13の近傍に配置して無線送信することにより、特に必要となる部分のみの非破壊検査をすることができ、極めてシンプルな検査が可能となる。さらに、各回の検査データを記録保管しておくことにより、新たに検査した検査結果と詳細に比較することができ、機体疲労による影響を予測評価することができる。
In addition, by providing the
(第2の実施の形態)
図7〜図9を用いて第2の実施の形態を説明する。図7(a)は台車11を2台並列に並べて水平に移動可能な水平移動機構40にレーザーシステムと超音波プローブを搭載した実施例の平面図であり、図7(b)は図7(a)の側面図である。
(Second Embodiment)
A second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7A is a plan view of an embodiment in which a laser system and an ultrasonic probe are mounted on a
また、請求項2に係る航空機機体の超音波非破壊検査装置は、航空機機体の検査エリアに応じて車両を水平移動機構により複数台連結できるため、1回のセッティングでより広い範囲の検査データを効率よく取得できる利点を有し検査作業を大幅に向上させることができる。 In addition, since the ultrasonic nondestructive inspection apparatus for an aircraft fuselage according to claim 2 can connect a plurality of vehicles by a horizontal movement mechanism in accordance with the inspection area of the aircraft fuselage, a wider range of inspection data can be obtained with one setting. It has the advantage that it can be acquired efficiently and can greatly improve the inspection work.
図8および図9は、図7に示した検査車両10を2台あるいは4台用いる構成であり、この構成によれば検査効率を同時に複数箇所の検査を実施することができるため、全体の検査時間を短縮することができる。
8 and 9 show a configuration in which two or four
なお、上記第1および第2の実施の形態は前後左右に走行する車輪を装着した検査車両10を説明したが、航空機機体1に平行に配置したレール上を走行する台車方式を採用することも可能である。
In the first and second embodiments described above, the
1…航空機機体、10…検査車両、11…台車、12…6軸ロボット、13…超音波プローブ、14…水供給ホース、15…ロボットハンド、16…スプリング軸、17…スプリング、18…ピン、19…超音波、20…水平移動機構、21…LM(リニアモータ)ガイドブロック、22…レール、23…水、24…プローブホルダー軸、25…ガイドプレート、26…プローブシュー、27a、27b…プレート、30…レーザー光、31…レーザー受光器、32…レーザー発光器、33…レベル調整機構、34…通信変換器、35…制御装置、36…通信ケーブル、37…データ受信装置、38…電波、39…無線システム、40…水平移動機構、41…走行車輪、42…自在型車輪、43…ジャッキ機構、44…走行用サーボモータ、45…自在車輪用サーボモータ、46,46a,46b…昇降ブラケット、47,47a,47b…昇降ガイド、48…磁気テープ、49…磁気センサー。
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