JP2008532002A - 非破壊試験用探針の位置測定 - Google Patents

Abstract

標準的な非破壊試験用の探針（４）は、いつでも分析される表面（１）における装置（４）の位置を測定するために、本発明による位置測定システム（１０）と結合される。前記位置測定システム（１０）は、超音波の放射源（１２）と、前記放射源（１２）と受信器（１４，１６）との間の距離を測定するための手段と結合された２つの超音波受信器（１４，１６）とを備え、各構成要素は互いに相対的に自由に移動可能である。前記放射源（１２）と前記探針（４）との間の結合は三角測量によって測定された前記探針（４）の位置決定を可能とする。配置およびマッピングの方法も開示される。

Description

本発明は、非破壊試験の分野に位置づけられ、より詳しくは、そこで行われる測定に関する。また、本発明は、測定用探針を配置するために重装備の道具なしで、マッピングのような物質の位置測定分析を行うことに関する。従って、本発明は、これらの測定を可能とするシステムとともに、測定用探針の位置を測定するための方法に関する。

例えば、医療のような多くの分野において、それらの特定を変えることなく物質の分析および検査を行うことが必要であり得る。
非破壊試験（ＮＤＴ）装置は、通常、信号を処理するためのモジュールに接続され、１つまたは複数の放射源と１つまたは複数の受信器を有する、物理的または物理化学的な特性のための測定用探針を備える。通常、処理モジュールは、それによって得られた特性が表示可能なスクリーンに機能的に接続される。

分析される物質において探索される不均質性は可変の大きさで、かつ様々な特性を有し得るので、マッピングすることが望ましい。さらに、試験される物質は組立品の一部であり得る。多くの場合、作業の労力の理由から、組立品からその一部を分離することは好ましくない。
特に、航空分野において、例えば、航空機の胴体を仕上げるために、および、それらの実際上における基準への適合性（厚さ、ひび、きず、腐食の存在、等）を検査するため、物質の特性を測定するためにＮＤＴが用いられる。この目的のために、例えば、試験品の欠陥の場所を突き止め測定するために、超音波または渦電流試験による検査が特に有効である。

マッピングは、探針、例えば、ＮＤＴ探針によって与えられる物理量と探針の位置との関連付けの結果である。さらに、超音波を用いた欠陥の検出において、圧電セラミックス型の放射源および受信器を有する音波放射による探針の位置をコード化する位置測定システム（例えば、TecnatomによるBAT^TMシステム）が存在する。位置は、一般に、移動型または傾斜型の探針を有する物理的な位置測定システムによって得られる。しかし、このタイプの位置測定はたいへん扱いにくく、通常、位置測定システムにおいて分析される部品を配置するためにその部品の移動を必要とするので、受信器を取り付けるフレームを必要とする。

本発明は、上述した既存の装置の欠点を克服し、例えば、分析される物質のその場所でのマッピングを行うためのシステムおよび方法を提供する。特に、本発明によって、分析される物質の健全性マップを生成するために、測定用探針の座標、例えばデカルト座標を取得することが可能である。

一態様において、本発明は、信号の放射源および２つの受信器を備える位置測定システム、および、放射と受信との間の遅延を測定する装置に関する。好ましくは、遅延、すなわち、信号間のシフトに対応する期間の測定値は、例えば三角測量によって放射源の位置を決定するための手段に送信される。

本発明によるシステムは、受信器の各々と放射源とが独立に配置されるので、適用することが特に容易である。例えば、期間を測定するために使用される信号が音波からなるとき、互いに結合されることなく、吸盤のような、表面に可逆的にしっかりと付着するような手段と結合される。放射源は、例えば、位置測定が意図される装置と結合されるように、ステッカー付きの圧電性フィルムとすることが可能である。

放射源と受信器との間の距離の測定は、好ましくは、マッピングが意図されるならば、固定レートで出力される同期パルスによって行われる。受信器は、例えば、放射源が起動されるのと同時にパルスによって起動され、パルス間において受信器が放射される信号を受信すると停止する時間測定手段と結合される。

この構成を用いて、例えば、送信する探針の位置の２次元測定のために２つのみの受信機を使用することが可能である。

好ましくは、導線接続を通して放射源および受信器が結合される筐体に、期間を測定するために使用される別個の構成要素が配置される。好ましくは、期間に関するこれらの情報は、例えばＵＳＢ接続を通してデータ通信によって位置を決定するためにソフトウェアパッケージに送信される。好ましくは、位置決定ソフトウェアは、測定装置、すなわち、探針と結合された分析手段と結合される。

位置測定の較正が予め行われるならば効果的である。システムは、較正手段、および、特にこのステップを誘導するための装置、例えばソフトウェアパッケージを備えることが可能である。較正において放射源の配置を迅速化するための配置補助部材を有することが望ましい。

もう１つの態様において、本発明は、測定用探針を位置測定するための方法に関し、放射源と探針とを結合し、かつ２つの受信器による三角測量によってこの放射源の位置測定を行う。好ましくは、本発明によるシステムが用いられる。

好ましい態様において、表面のマッピングにおいて本方法が使用され、好ましくは一定の周波数を用いて探針が位置測定され、位置測定データは探針の測定と対応付けられる。正確さを向上させるために、受信器は、マッピングされる表面の外側に配置される。

本発明による方法は、好ましくは、受信器を隔てる距離の測定を必要としない較正が先行する。好ましくは、較正は、両方の受信器の正確な二等分線に沿って規則正しい間隔を置いて配置された３点において放射源を位置測定することによって行われる。較正は、ソフトウェアパッケージおよび配置補助部材によって補助することが可能である。

本発明の特徴および効果は、決して限定ではなく説明として与えられた添付図面を参照して、続く説明からより良く理解される。

図１に表わされているように、オペレータによって、探針４を用いて部品２の領域１が分析される。“オペレータ”は、人間の操作者、および、例えば、部品２の周囲が保護されているならば、遠隔から手動で操作されるマニピュレータアーム、の両方を意味する。
領域１は部品２の統合された一部であり、分析される領域１が由来する部品２は、例えば、航空機の胴体のある区域、エンジンの構成部品、等であり得る。部品２および領域１は、異なる構成であり得るが、通常、それらは、平均のまたは凹凸のないゼロの曲率、および、凸凹を有する。領域１の表面は、例えば、５０〜４００ｃｍ^２のオーダーであり得る。従来、領域１は１平方メートルより小さい。実際、探針４の手動の移動は、大き過ぎる部品について時間がかかることが分かる。好ましくは、分析される領域１は、部品２の中で機能的な位置のままにしておき、例えば、航空機への衝撃の中で、維持管理作業の間に直接に分析が行われる。

そのような航空への応用において、領域１の特性を測定するために探針４によって超音波または渦電流を使用することが好ましい。通常、探針４は、検査データを分析するための手段、可能ならばそれを記憶および表示するための手段に接続され、多くの場合、探針４は、適切な処理ソフトウェアパッケージを有するマイクロコンピュータ６に接続される。探針４とマイクロコンピュータ６との間の接続８は、任意の周知のものとすることが可能である。同様に、測定動作と、データの分析および／または記憶動作との間の距離は、オペレータがマイクロコンピュータ６と同じ部屋に存在するか、または、遠隔に位置するかに応じて、より大きく、または、より小さくなり得る。実際、本発明による位置測定システム１０は、どのような種類のＮＤＴ装置４、６、８でも使用することが可能である。

位置測定システムは、検出可能な物理的現象、好ましくは音波の放射源１２を備える。放射源１２は、好ましくは、例えば自己付着手段によって、任意のＮＤＴ探針４と結合可能な圧電性フィルム（例えば、ＰＶＤＦ（ポリふっ化ビニリデン）またはコポリマー）としての形をとる。放射源１２の大きさは、探針４の大きさおよび放射源１２を結合するために利用可能なスペースに従って選択することが可能であるが、検出を過度に減少させないために、動作しているときに十分な量の超音波を放射するように選択される。特に、１ｃｍ^２のオーダー、例えば５×１０ｍｍ^２のＰＶＤＦフィルムが適切であることが分かった。放射源１２は、行われる測定に応じて選択することが可能である。本発明による位置測定システム１０は、複数の放射源１２を備え、探針４による分析の瞬間にそのうちただ１つが使用される。

放射源１２によって放射される信号は、いくつかの受信器、好ましくは、商業的に入手可能であり、特に使用されている、圧電セラミックス型の２つの超音波受信器１４、１６によって感知されることが意図される。好ましくは、受信器１４、１６には、特に、部品２の表面に取り外し可能に付着するための手段、例えば吸盤が設けられる。
放射源１２および受信器１４、１６は、好ましくは、導線接続１８を通して位置測定システム１０の筐体２０に接続される。本発明による装置において、受信器１４、１６は互いに全く独立であり、放射源１２と独立である。各受信器１４、１６は、支持フレームまたはガイドレールなしで任意の接続可能な場所に配置することが可能であり、放射源１２は、受信器１４、１６に対して任意の方向に移動することが可能である。

好ましくは、受信器１４、１６の両方は、部品２の同一の表面において、分析される領域１の外側に配置される。
ＮＤＴ探針４の位置測定は、三角測量によって、すなわち、放射源１２から受信器１４、１６の各々への距離を用いて行われ、放射源１２の座標を決定することが可能である。特に、各々の放射と受信との間の遅延は、探針４の相対的な位置測定が、物理的現象の伝播速度および受信器間の距離を用いて決定されることを可能とする。従って、測定の間の同期が望ましい。
オフィス・オートメーションの分野において、例えば、位置を認識するために、赤外線ダイオードによる同期（Mimio^TM system）が知られている。

本発明によれば、放射源１２を動作させる電気パルスによって同期が行われる。好ましくは、各受信器１４、１６はカウンタ、ストップウォッチまたは期間を測定する任意の他の手段と結合される。電気パルスの送信において、受信器１４、１６のカウンタが、超音波信号を放射する放射源１２と同時に起動される。圧電セラミックスの受信器１４、１６の両方が放射源１２によって放射される信号を受信すると、カウンタが停止される。超音波の速度が分かっているならば、カウンタ値を用いて三角測量によって受信器１４、１６の各々から探針４を隔てる距離を測定することが可能であり、両方の受信器に基づく基準系において探針４の座標Ｘ，Ｙを決定することが可能である。

位置測定システム１０の筐体２０において、例えば電子カードを用いて直接に座標の計算を実行することが可能である。好ましくは、位置測定システム１０を軽量にするために筐体に設けられる電子カードはカウンタ値を判定するためにのみ使用され、残りの計算は遠隔で実行することが可能である。この目的のために、筐体２０には、電子カードからのデータが計算手段に送信されることを可能とする通信ポート２２が設けられる。

好ましくは、特に構成をより柔軟にし、コストを削減するために、通信ポート２２は、本発明による位置測定システム１０が、任意のコンピュータに接続することが可能な軽量で容易な可般性のコンピュータ周辺装置として使用することを可能とするＵＳＢポートである。好ましくは、ＵＳＢ接続２４は、同期パルスを処理するためにも使用される。しかし、送信されるデータは、このタイプの接続が必要とするスループットを必要としない。

特に、探針４によって放射されるデータを分析するために使用される手段と同じ手段を用いて、三角測量の計算を行うことが特に効果的であることが分かる。従って、筐体２０のＵＳＢポート２２はマイクロコンピュータ６に接続され、探針４はマイクロコンピュータ６に結合され、この場合においてマイクロコンピュータ６には位置測定ソフトウェアパッケージが設けられる。このＵＳＢ接続２４は、マッピングが望ましいならば、すなわち、領域１の表現と組み合わせて、探針４によって与えられる結果が表示されるならば、特に効果的である。

マッピングのために、連続的な位置の値が必要とされる。放射源１２と受信器１４、１６との間の距離（すなわち、受信の最小期間）、望まれるマッピングの精度、探針４の移動速度に応じて、異なるパルスレートを使用することが可能であるが、２つの放射／受信の系列の重複を避けるために、１５０また２００Ｈｚより小さいことが好ましい。超音波に対して８０Ｈｚの値が適切であることが分かった。

特に、マッピングのこの場合において、探針４の位置の正確な測定が望まれるならば、較正を行うことが可能である。結果から“確実な”（すなわち、物理的限界に従う）位置測定を取得するように、カウンタの同期が訂正され、受信器１４、１６の位置が決定される。

好ましくは、本発明による較正は、受信器１４、１６の間の距離を測定することなく行われ、特に結合するレールなしで、両方の受信器が互いに全く独立で、例えば曲面の部品２に配置されるとき、結果が誤差によって損なわれることなく行われる。

好ましくは、較正が補助される。すなわち、例えば、位置測定ソフトウェアパッケージは、異なる較正ステップを誘導するためのモジュールを有する。特に、測定に先立って、正確な二等分線に沿って固定の長さによって隔てられた少なくとも２つの点において、分析される領域１において放射源１２が配置され、距離の値が決定される。好ましくは、図２に表わされているように、配置補助部材またはゲージ３０は、このステップにおいて探針の配置を補助するために、本発明による位置測定システム１０と組み合わされる。

好ましい実施形態によれば、較正方法は、“温度”パラメータを除くことを可能とする。計算によって超音波または音波の速度が決定される連立方程式を得るために３点が用いられる。従って、測定が行われる温度を知る必要がない。これは、特に、関係する部品および作業対象の位置に応じて温度が大きく変化する航空分野において効果的である。このステップを用いて、温度を測定するための手段がないことによってシステムを軽量化させ、不正確さの付加的な発生源を抑制することによって結果の信頼性を向上させることが可能である。温度が処理を通して一定であるとみなすために、マッピングの場合においてさえも、そのような領域１の特性の測定は十分に短時間である。しかし、通常の較正を行うことが可能である。

特に、ＮＤＴの開始において、放射源１２は探針４にしっかりと付着され、受信器１４、１６の両方は、分析される物質である部品２の表面に“固定”される。３つの並行した等距離の分枝３４が設けられたゲージ３０、例えば定規３２は、両方の受信器１４、１６の正確な二等分線３６に沿って実際に配置される。探針４は、正確な二等分線３６における３つの分枝３４に沿って連続的に配置される。ソフトウェアからの補助を介して、受信器１４、１６と結合されたカウンタによって与えられた時間に応じて、各々の位置測定が最適化される。それによって、既知の長さの２つの同一な間隔が得られる。これから、位置測定のために必要とされる超音波の速度、および、マッピングを可能とする放射源の間の距離を導き出すことが可能である。このステップは、たいへん短時間であり、実際の測定は、技術者／オペレータに対して２０秒より小さい数秒を要するのみである。

そして、探針４による実際の測定が行われる。通常、スキャニングによって探針４は領域１にわたって移動され、マイクロコンピュータ６によって部品２の特性が記憶および分析される。マイクロコンピュータ６は、その特性を位置測定システム１０のデータと結合し、任意の既知の形式によって（特にグラフとして）その特定を表示することが可能である。

説明された位置測定システム１０は音波放射を使用するが、他の実装も可能である。これは、空間および重量の両方において扱いにくくならずに（例えば、作業着またはジャケットのポケットに入れておくことが可能である）、任意の非破壊試験技術に適用可能である。特に、任意の既存の探針４に適合させ、維持管理のために使用され、超音波探針を含み、配置および分析の動作の間の動作周波数が大きく異なる。位置測定システム１０および探針４の能力の制限内で検査領域１の大きさおよびくぼみが自由に選択される。

本発明による位置測定システム１０は、特に、ＵＳＢ接続を用いた実施形態において適用することが簡単である。特に、導線接続１８が使用されるとき高価なハードウェアを必要とせず、このタイプの計算のために電流データ処理ソフトウェアパッケージを使用することが可能である。

位置測定システム１０をより重装備にすることによって、例えば第３受信器を使用することによって、３次元マッピングを生成することが可能である。ただし、この変形は使用の融通性および敏捷性を損ねる。

本発明の好ましい実施形態による位置測定およびマッピングシステムを表わす図である。 本発明の実施形態によるマッピングに先立つ較正のための方法を表わす。

符号の説明

１ 領域
２ 部品
４ 探針
６ マイクロコンピュータ
８ 接続
１０ 位置測定システム
１２ 放射源
１４、１６ 受信器
１８ 導線接続
２０ 筐体
２２ 通信ポート
２４ ＵＳＢ接続２４
３０ ゲージ
３２ 定規
３４ 分枝
３６ 二等分線

Claims (22)

1. 信号の放射源（１２）と、
   放射された信号の２つの受信器（１４，１６）と、
   前記放射源（１２）を起動するための手段と、
   前記起動から始まる信号の放射と各受信器（１４，１６）によるその受信との間の期間を測定するための手段と、
   を備える、例えば測定用探針である装置（４）の位置を測定するためのシステム（１０）において、
   前記受信器（１４，１６）および前記放射源（１２）は互いに独立に配置されることを特徴とするシステム。
2. 前記放射源（１２）は前記装置（４）と結合するための手段を備え、かつ／または、各受信器（１４，１６）は表面（２）と結合するための手段を備える請求項１に記載のシステム。
3. 前記放射源（１２）を起動するための手段として同期パルスを出力するための手段を備え、前記期間を測定するための手段は前記同期パルスを出力するための手段と機能的に結合される請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記信号は超音波であり、前記受信器（１４，１６）は、前記同期パルスと前記受信器（１４，１６）による前記超音波の受信との間の遅延を測定するためのカウンタと結合される請求項３に記載のシステム。
5. 前記放射源（１２）は圧電性フィルムの形態である請求項４に記載のシステム。
6. 前記同期パルスを出力するための手段は、固定レートで繰り返し前記同期パルスを出力するように構成される請求項３から５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記放射源（１２）を起動するための手段と、前記起動から始まる信号の放射と各受信器（１４，１６）によるその受信との間の期間を測定するための手段と、前記放射源（１２）および前記受信器（１４，１６）が結合される導線接続（１８）と、を備える筐体（２０）を備える請求項１から６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記測定された期間に従って三角測量によって前記放射源（１２）の位置を決定するための手段をさらに備える請求項１から７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記測定された期間に従って三角測量によって前記放射源（１２）の位置を決定するための手段をさらに備え、前記筐体は前記位置を決定するための手段に接続される通信ポート（２２）を備える請求項７に記載のシステム。
10. 前記通信ポート（２２）はＵＳＢポートである請求項９に記載のシステム。
11. 前記放射源（１２）および前記受信器（１４，１６）の相対的な位置を較正するための手段を備える請求項８から１０のいずれか１項に記載のシステム。
12. 前記較正するための手段は、配置補助部材（３０）および前記較正の手順を誘導するための手段を備える請求項１１に記載のシステム。
13. 分析される領域（１）における測定用探針（４）の位置を測定するための方法であって、
    前記測定用探針（４）を信号の放射源（１２）と結合するステップと、
    前記分析される領域（１）を含む表面（２）に２つの独立な受信器（１４，１６）を配置するステップと、
    前記信号の放射源（１２）を起動するためにパルスを出力するステップと、
    前記パルスと前記受信器（１４，１６）による前記信号の受信との間の期間を測定するステップと、
    前記測定された期間から三角測量によって前記測定用探針（４）の位置を決定するステップと、
    を有する方法。
14. 前記分析される領域（１）は物質の表面の一部であり、前記受信器（１４，１６）は前記分析される領域（１）の外側の表面（２）に配置される請求項１３に記載の方法。
15. 両方の受信器（１４，１６）の位置測定を較正するステップを備える請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記較正するステップは、両方の受信器（１４，１６）の間の正確な二等分線（３６）に実際に配置された少なくとも２つの点に前記測定用探針（４）を配置するステップを有する請求項１５に記載の方法。
17. 前記較正するステップは、前記正確な二等分線（３６）に沿って規則正しい間隔を隔てた少なくとも３点に前記測定用探針（４）を配置するステップを有する請求項１６に記載の方法。
18. 前記測定用探針（４）を配置するステップは、配置補助部材（３０）によって行われる請求項１６または１７に記載の方法。
19. 請求項１３から１８のいずれか１項に記載の方法を用いた表面をマッピングするための方法であって、前記出力するステップ、前記期間を測定するステップ、前記決定するステップが各々のマッピング点について繰り返される方法。
20. 前記放射源（１２）および前記受信器（１４，１６）は超音波信号を使用する請求項１３から１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記放射源および前記受信器は、請求項１から１２のいずれか１項によるシステムの一部である請求項１３から２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 前記測定用探針（４）の位置を決定するステップは、前記測定用探針（４）の測定を分析するステップを有する請求項１３から２１のいずれか１項に記載の方法。

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