JP2010276604A - 自動位置合わせプローブアセンブリを有する非破壊検査システム - Google Patents

Abstract

【課題】検査精度を改善するために、センサを検査すべき構造物の表面に接触させ、その表面に対して実質的に垂直又は直角にする。
【解決手段】検査システム（１０）は、物体の検査データを取得するように構成されたセンサ（１６）と、運動制御デバイス（１１）と、運動制御デバイス（１１）に結合されたジョイントアセンブリ（１２）と、ジョイントアセンブリ（１２）に結合され、センサ（１６）を保持するように構成されたプローブ筐体（１３）とを含む。検査システム（１０）は、プローブ筐体（１３）に結合され、ジョイントアセンブリ（１２）及び運動制御デバイス（１１）と協働してセンサ（１６）を物体に対して位置決めするように構成された弾性部品（１４）をさらに含む。自動位置合わせプローブアセンブリも提示される。
【選択図】図１

Description

本発明は一般に、非破壊検査システムに関する。より具体的には、本発明は、自動位置合わせプローブアセンブリを有する非破壊検査システムに関する。

構造物の非破壊検査では、構造物に害を与えることなく、又は構造物を著しく分解する必要なく、構造物を検査することが必要である。非破壊検査は、構造物の外部及び／又は内部を検査する必要がある多くの用途に有利である。たとえば非破壊検査は、航空機業界において、構造物に対する多くのタイプの内部損傷又は外部損傷について航空機構造物を検査するために一般的に利用される。金属性の航空機構造物は通常、特に構造物内の締結具付近に腐食及び／又はクラックがないか検査される。複合構造物は通常、複合材料上又は複合材料内のどこにでも発生する、層間剥離など多くのタイプの損傷について検査される。

様々なタイプのセンサを利用して非破壊検査を実行することができる。これらのセンサは検査すべき構造物上を移動し、これらの構造物に関する検査データを受け取ることができる。用途によっては、検査精度を改善するために、これらのセンサを検査すべき構造物の表面に接触させ、その表面に対して実質的に垂直又は直角にすることが必要な場合がある。

米国特許出願公開第２００９／０１１２５０９号明細書

したがって、検査すべき構造物の表面に対してこれらのセンサを位置合わせするための自動位置合わせプローブアセンブリを有する非破壊検査システムを提供することが望ましいであろう。

本発明の一実施形態によれば、物体の非破壊検査を実行する検査システムが提供される。この検査システムは、物体の検査データを取得するように構成されたセンサと、運動制御デバイスと、運動制御デバイスに結合されたジョイントアセンブリと、ジョイントアセンブリに結合され、センサを保持するように構成されたプローブ筐体とを含む。検査システムは、プローブ筐体に結合され、ジョイントアセンブリ及び運動制御デバイスと協働してセンサを物体に対して位置決めするように構成された弾性部品をさらに含む。

本発明の別の実施形態によれば、自動位置合わせプローブアセンブリが提供される。自動位置合わせプローブアセンブリは、ジョイントアセンブリと、ジョイントアセンブリに結合され、センサを保持するように構成されたプローブ筐体と、プローブ筐体に結合され、ジョイントアセンブリと協働し、センサを、物体の被検査表面に接触しその表面に対して９０±１５度の範囲内の角度をなすように位置合わせするのを容易にするように構成された弾性部品とを含む。

本開示の上記その他の態様、特徴、及び利点は、添付の図面と併せて次の詳細な説明を参照すればより明らかになるであろう。

本発明の一実施形態による検査システムの概略図である。 本発明の別の実施形態による弾性部品の斜視図である。 物体に接触している検査システムの初期状態を示す概略図である。 物体に接触している検査システムの最終状態を示す概略図である。

本開示の実施形態について、添付の図面を参照して本明細書に説明する。以下の説明では、不要な詳細さで本開示を曖昧にしないように、よく知られている機能又は構造物については詳細に説明しない。

図１は、本発明の一実施形態による検査システム１０の概略図を示す。図１に示すように、検査システム１０は、運動制御デバイス１１及び自動位置合わせプローブアセンブリ（符号なし）を含む。自動位置合わせプローブアセンブリ内にセンサ１６を保持し、また自動位置合わせプローブアセンブリは、ジョイントアセンブリ１２と、プローブ筐体１３と、弾性部品１４とを含む。加えて検査システム１０は、プロセッサ１５をさらに含む。

図示の構成では、運動制御デバイス１１及び自動位置合わせプローブアセンブリはプロセッサ１５と通信する。検査システム１０は、運動制御デバイス１１に結合されたコネクタ１７をさらに含む。コネクタ１７を介して、自動位置合わせプローブアセンブリのジョイントアセンブリ１２の一方の端部を運動制御デバイス１１に接続する。ジョイントアセンブリ１２の他方の端部をプローブ筐体１３に接続する。プローブ筐体１３の自由端部（符号なし）を弾性部品１４に接続する。いくつかの例では、コネクタは、ジョイントアセンブリ１２を運動制御デバイス１１に結合するのに適した任意の技法を示すことがある。非限定的な一例では、コネクタ１７は、英国グロスターシアのＲｅｎｉｓｈａｗから商品名ＰＨ１０Ｍで販売されている割出台を含むことができる。

図１に示すように、自動位置合わせプローブアセンブリのプローブ筐体１３内にセンサ１６を保持する。本発明の実施形態では、センサ１６は、超音波（ＵＴ）センサ、渦電流（ＥＣ）センサ、光センサ、又は所望の検査を実行するのに適した任意の他のセンサを含むことができる。たとえば、超音波センサは、物体の内部の幾何形状又は欠陥を検査する能力を有することができる。渦電流センサは、物体の表面又は表面付近の欠陥を識別する能力を有することができる。加えて、いくつかの構成では、検査システム１０内で２つ以上のセンサを使用することができ、また１つ以上のセンサは、同じ測定能力を有することができ、又は所望の検査を実行する２つ以上の測定能力を有することができる。

図示の例では、プローブ筐体１３は、中にセンサ１６を収容するように中空の円柱形状を含む。別法として、プローブ筐体１３は、センサ１６を保持するのに適した任意の他の形状を有することができる。いくつかの例では、検査システム１０は、同じ又は異なる測定能力を有する２つ以上のセンサを保持するために２つ以上のプローブ筐体を含むことができる。

いくつかの実施形態では、運動制御デバイス１１は、自動位置合わせプローブアセンブリを移動させるように構成され、それによりセンサ１６を移動させて物体の非破壊検査を実行する。図示の構成では、運動制御デバイス１１は座標測定機（ＣＭＭ）を含む。他の例では、運動制御デバイス１１は、自動位置合わせプローブアセンブリの移動を制御するように構成された任意の他の適したデバイスを含むことができる。

弾性部品１４は、自動位置合わせプローブアセンブリに力を伝達して、物体の表面に対してセンサ１６を位置決めするように構成される。用途によっては、物体の被検査表面に対して直角になるように、センサ１６を位置決めすることができる。他の用途では、物体の被検査表面の垂線から数度、たとえば約５度又は１５度だけ離れるように、センサ１６を位置決めすることができる。すなわち、特定の実施形態では、９０±５度の範囲内又は９０±１５度の範囲内の角度で物体の被検査表面に対してセンサ１６を位置合わせすることができる。非限定的な一例では、９０±５度の範囲内の角度で物体の被検査表面に対してセンサ１６を位置合わせすることができる。加えて、いくつかの例では、弾性部品１４は１自由度（１ＤＯＦ）を有することができる。いくつかの例では、弾性部品１４は、圧力下で変形し、加えられる力がないとき回復することができる。

図１に示すように、弾性部品１４は、その上端部によってプローブ筐体１３の端部に組み付けられる。非限定的な一例では、上端部は内部ねじ山を含み、この内部ねじ山を、プローブ筐体１３の末端部上の外部ねじ山上に着脱自在に固定する。別法として、他の技法を使用して、弾性部品１４をプローブ筐体１３に組み付けることができる。用途によっては、弾性部品１４をプローブ筐体１３と一体にすることができる。図示の構成では、弾性部品１４は中空であり、中にばね（符号なし）又は他の弾性体をもつ円筒形の直線ガイドを含む。

別法として、弾性部品１４は、他の形状をもつ他の適した構造物を含むことができる。図２は、本発明の別の実施形態による弾性部品１４の斜視図を示す。図２に示すように、弾性部品１４は変形可能な単一の部片を含む。したがって、弾性部品１４が変形し、また回復することで、センサ１６の先端部は弾性部品１４の内又は外へ移動することができる。

図１に示すように、プロセッサ１５は、座標測定機１１、自動位置合わせプローブアセンブリ、及び／又はセンサ１６からの信号を処理するように構成される。本発明は、本発明の処理タスクを実行するためのいかなる特定のプロセッサにも限定されるものではないことに留意されたい。本明細書で使用する「プロセッサ」という用語は、本発明のタスクを実行するのに必要な計算又は演算を実行することが可能な任意の機械を表すものとする。「プロセッサ」という用語は、当業者には理解されるように、構成された入力を受け入れること、及び所定の規則に従って入力を処理して出力を生成することが可能な任意の機械を表すものとする。

加えて、検査システム１０は、プロセッサ１５からの処理済みデータを表示するために、プロセッサ１５に接続されたＬＣＤなどモニタ１８をさらに含むことができる。特定の実施形態では、検査システム１０はモニタ１８を使用しなくてもよく、代わりに、処理済みデータの印字出力を提供しても、処理済みデータを見るための任意の他の技法を利用してもよい。他の例では、処理済みデータを表示する能力を有するデバイス内に、プロセッサ１５を組み込むことができる。

図１に示した構成では、ジョイントアセンブリ１２は、第１のジョイントアセンブリ２０及び第２のジョイントアセンブリ２１を含む。第１のジョイントアセンブリ２０は、運動制御デバイス１１に結合される。第２のジョイントアセンブリ２１は、第１のジョイントアセンブリ２０とプローブ筐体１３の間に位置し、これらに結合される。いくつかの例示的な構成では、第１のジョイントアセンブリ２０を除外することができる。

いくつかの構成では、第１のジョイントアセンブリ２０は、第１のジョイント２２を含むことができる。第１のジョイント２２は１自由度（１ＤＯＦ）を有することができ、また運動制御デバイス１１がセンサ１６を押して物体にある程度接触させるのを容易にするように構成することができる。図示の実施形態では、第１のジョイント２２は、直線ガイド１４に類似の直線ガイドなど、１ＤＯＦの直動ジョイントを含む。別法として、第１のジョイント２２は、他の適した１ＤＯＦの直動ジョイントを含むことができる。

図示の例では、第１のジョイントアセンブリ２０はトリガ２３をさらに含む。トリガ２３は、機械的トリガ又は電気的トリガとすることができる。特定の実施形態では、運動制御デバイス１１はトリガ回路（図示せず）を含むことができる。したがって、センサ１６が物体に所望の程度まで接触すると、トリガ２３はプロセッサ１５に信号を送ることができ、次いでプロセッサ１５は、運動制御デバイス１１内のトリガ回路をトリガするトリガ信号を送ることができ、その結果、運動制御デバイス１１は、センサ１６及び／又は運動制御デバイス１１を損傷しないように、センサ１６の移動を停止する。

いくつかの構成では、第２のジョイントアセンブリ２１は、第２のジョイント（符号なし）及び１つ以上の回転変換器（符号なし）を含むことができる。第２のジョイントは、２自由度（２ＤＯＦ）を有する回転ジョイント、又はそれだけに限定されるものではないが、２つの１ＤＯＦの回転ジョイントの組合せを含む他の１つ以上の適した回転ジョイントを含むことができる。図示の実施形態では、第２のジョイントアセンブリ２１はジョイスティックを含む。ジョイスティックは、２つの１ＤＯＦの回転ジョイントと、２つの回転変換器と、１つのばねとを含む。別法として、他のタイプの２ＤＯＦの回転ジョイスティックを提供することもできる。当業者には容易に実施できるように、１つ以上の回転変換器は、第２のジョイントの回転角度を検出して、センサ１６の先端部の位置を容易に判断するための回転信号をプロセッサ１５に送るように構成することができる。

いくつかの実施形態では、第１の及び第２のジョイント内の「ジョイント」という用語は、１以上の自由度を有し、運動制御デバイス１１及び／又はプローブ筐体１３に結合するように構成された任意の適した接続要素を示すことができることに留意されたい。さらに、いくつかの非限定的な構成では、第１のジョイント及び第２のジョイントは、荷重を除くとそれぞれの中立位置に戻る能力を有することができる。

図３及び４は、物体２４に接触している検査システム１０の初期状態及び最終状態を示す概略図である。図３及び４の概略図は単に例示的なものであることに留意されたい。説明を簡単にするために、図３及び４ではプロセッサ１５及びモニタ１８を省略した。

図３に示すように、動作中、運動制御デバイス１１は、センサ１６を備えた自動位置合わせプローブアセンブリを物体２４の方へ移動させる。センサ先端部が物体２４の被検査表面に対して垂直に向いていない場合、弾性部品１４が徐々に圧縮され、物体２４から第２のジョイントアセンブリ２１に偏心圧力を伝達し、図４に示すように弾性部品１４が物体２４に安定して接触するまで、第２のジョイントを回転させる。限定的でない例では、本明細書の「偏心圧力」という用語は、圧力が第２のジョイントアセンブリ２１の回転軸の中心から外れていることを示すことができることに留意されたい。

一方、運動制御デバイス１１は引き続き自動位置合わせプローブアセンブリを押し、その結果、センサ１６の先端部が直線ガイド１４の底部表面を越えて物体２４に所望の程度まで接触するまで、第１及び／又は第２のジョイント内のばねも圧縮させる。このときトリガ２３は、センサ１６及び／又は運動制御デバイス１１を保護するために、プロセッサ１５に信号を送って運動制御デバイス１１の移動を停止させる。運動制御デバイス１１及び第２のジョイントアセンブリ２１内の１つ以上の回転変換器はまた、ジョイスティックなどの２ＤＯＦの回転ジョイントの移動信号及び回転信号をプロセッサ１５に送ることができる。いくつかの非限定的な用途では、第１のジョイント２２が移動した距離を実験的に決定することができ、また制御装置１５内で定数として設定することができる。したがって、ジョイントアセンブリ１２からの回転及び並進データに加えて、運動制御デバイス１１からの並進位置（ｘ，ｙ，ｚ）及び回転情報に基づいて、プロセッサ１５内でセンサ先端部の位置及び向きをリアルタイムで計算することができる。加えて、センサ１６は、所望の検査を実行し、物体２４に対する検査データを処理するためにプロセッサ１５に供給することができる。したがって、プロセッサ１５は、センサ先端部の位置及び向きをリアルタイムで得るために、運動制御デバイス、ジョイントアセンブリ、及びセンサからのデータ入力を受け取って処理することができ、これを使用して、センサを物体２４に接触させてセンサと物体２４の間の衝突を防止することができる。さらに、センサと物体の間の接触又は向きにより、非破壊測定及び寸法測定の精度をさらに確実にすることができる。

いくつかの例では、弾性部品１４は１自由度を有することができるので、弾性部品１４が物体２４に安定して接触したとき、検査すべき物体２４の表面に対してセンサ１６の先端部を実質的に垂直又は直角にすることができる。加えて、検査システム１０が物体２４から離れたとき、第１のジョイント２２、第２のジョイント、及び弾性部品１４はそれぞれの元の状態に回復することができる。

いくつかの例では、センサ１６の先端部と物体２４上の点の間で比較的一貫した接触を実現するために、第２のジョイントアセンブリ２１とプローブ筐体１３の間に第１のジョイントアセンブリ２０を配置することができる。すなわち、第２のジョイントアセンブリ２１を運動制御デバイス１１に接続することができ、また第１のジョイントアセンブリ２０を第２のジョイントアセンブリ２１及びプローブ筐体１３に接続することができる。したがって、いくつかの例では、第１のジョイント２２及び弾性部品１４が１自由度を有することができ、またプローブ筐体１３に接続することができるので、センサ先端部と物体２４は一貫した接触を有することができる。

他の例では、第１のジョイントアセンブリ２０は、センサ１６の先端部と物体２４の間で比較的一貫した接触を実現するために、第１のジョイント２２と、トリガ２３の代わりに並進変換器（図示せず）とを含むことができる。したがって、動作中、ジョイントアセンブリ２０内の並進変換器及び回転変換器は、それぞれの信号をプロセッサ１５に送ることができる。プロセッサ１５は、これらの変換器からの信号の解析に基づいて、センサ先端部と物体２４の接触状態を解析し、したがってトリガ信号を送って運動制御デバイス１１の移動を停止させることができる。加えて、プロセッサ１５はまた、変換器及び運動制御デバイス１１からの信号に基づいて、物体２４上の検査点の位置を計算することができる。いくつかの構成では、運動制御デバイス１１と第２のジョイントアセンブリ２１の間に、又は第２のジョイントアセンブリとプローブ筐体１３の間に、並進変換器を備えた第１のジョイントアセンブリ２０を配置することができる。特定の用途では、並進変換器に加えてトリガ２３を提供することもできる。

いくつかの実施形態では、第１のジョイント及び／又は第２のジョイント内のばね又は他の弾性要素は、センサ１６が物体２４と衝突するのを防止するための緩衝器として機能することができる。別法として、検査システム１０は、運動制御デバイス１１が自動位置合わせプローブアセンブリを物体２４の方へ移動させる間にセンサ１６と物体２４の間の距離を決定し、したがってセンサ１６と物体２４が衝突するのを防止するために、プロセッサ１５と通信する１つ以上の近接センサ（図示せず）を含むことができる。加えて、１つ以上の近接センサは、独立して使用することができ、又は１つ以上のセンサ１６内に組み込むことができる。

本開示について、典型的な実施形態で図示及び説明したが、本開示の精神から決して逸脱することなく様々な修正及び置換えを行うことができるので、本開示はここに示す詳細に限定されないものとする。したがって、単に通常の実験を使用するだけで、本明細書に開示する本開示のさらなる修正形態及び均等物が当業者には想到でき、またそのような修正形態及び均等物はすべて、次の特許請求の範囲に定義する本開示の精神及び範囲内に入ると考えられる。

１０ 検査システム
１１ 運動制御デバイス、座標測定機
１２ ジョイントアセンブリ
１３ プローブ筐体
１４ 弾性部品、直線ガイド
１５ プロセッサ、制御装置
１６ センサ
１７ コネクタ
１８ モニタ
２０ 第１のジョイントアセンブリ
２１ 第２のジョイントアセンブリ
２２ 第１のジョイント
２３ トリガ
２４ 物体

Claims (10)

1. 物体（２４）の非破壊検査を実行する検査システム（１０）であって、
   前記物体（２４）に対する検査データを取得するように構成されたセンサ（１６）と、
   運動制御デバイス（１１）と、
   前記運動制御デバイス（１１）に結合されたジョイントアセンブリ（１２）と、
   前記ジョイントアセンブリに結合され、前記センサ（１６）を保持するように構成されたプローブ筐体（１３）と、
   前記プローブ筐体（１３）に結合され、前記ジョイントアセンブリ及び前記運動制御デバイス（１１）と協働して前記センサ（１６）を前記物体（２４）に対して位置決めするように構成された弾性部品（１４）と
   を備えてなる検査システム（１０）。
2. 前記物体（２４）の被検査表面に接触し前記表面に対して９０±５度の範囲内の角度をなすように、前記センサ（１６）を位置決めする、請求項１記載の検査システム。
3. 前記センサ（１６）と通信して前記物体（２４）に対する前記検査データを処理するように構成されたプロセッサ（１５）をさらに備えてなり、前記運動制御デバイス（１１）が座標測定機を備えてなり、前記センサ（１６）が、超音波センサ、渦電流センサ、並びに前記超音波センサ及び前記渦電流センサの組合せからなる群から選択される、請求項１記載の検査システム。
4. 前記ジョイントアセンブリ（１２）が、前記運動制御デバイス（１１）に結合された第１のジョイントアセンブリ（２０）と、前記第１のジョイントアセンブリ（２０）及び前記プローブ筐体（１３）に結合された第２のジョイントアセンブリ（２１）とを備えてなり、
   前記第１のジョイントアセンブリ（２０）が、第１のジョイント（２２）と、トリガ（２３）及び変換器のうちの１つとを備えてなり、前記トリガ（２３）及び前記変換器が、前記運動制御デバイス及び前記第１のジョイントそれぞれの移動を制御して検査するように構成されており、前記第１のジョイント（２２）が１自由度を有する直動ジョイントを備えてなり、前記変換器が並進変換器を備えてなり、
   前記第２のジョイントアセンブリ（２１）が、第２のジョイントと１つ以上の変換器とを備えてなり、前記１つ以上の変換器が前記第２のジョイントの移動を検査するように構成されており、前記第２のジョイントが、２自由度を有する回転ジョイント又は１自由度をもつ２つの回転ジョイントの組合せを備えてなり、前記１つ以上の変換器が１つ以上の回転変換器を備えてなる、請求項３記載の検査システム。
5. 前記第１のジョイント（２２）が、ばねを備えた直線ガイドを備えてなり、また前記第２のジョイントが、ばねを備えたジョイスティックを備えてなる、請求項４記載の検査システム。
6. 前記物体（２４）が及ぼす偏心圧力下で変形するように、また前記偏心圧力がないとき回復するように、前記弾性部品（１４）が構成されており、前記偏心圧力を前記ジョイントアセンブリに伝達し前記ジョイントアセンブリを回転させて、前記物体（２４）との安定した接触を実現し、前記物体（２４）に対して前記センサ（１６）を位置決めするのを容易にするように、前記弾性部品（１４）がさらに構成されている、請求項１記載の検査システム。
7. 前記弾性部品（１４）が、１自由度を有しており、
   ばねを備えた直線ガイド、又は
   変形可能な単一の部片を備えてなる、請求項６記載の検査システム。
8. ジョイントアセンブリ（１２）と、
   前記ジョイントアセンブリ（１２）に結合され、センサ（１６）を保持するように構成されたプローブ筐体（１３）と、
   前記プローブ筐体（１３）に結合され、前記ジョイントアセンブリ（１２）と協働し、前記センサを、物体の被検査表面に接触し前記表面に対して９０±１５度の範囲内の角度をなすように位置合わせするのを容易にするように構成された弾性部品（１４）と
   を備えてなる自動位置合わせプローブアセンブリ。
9. 前記ジョイントアセンブリ（１２）が、第１のジョイントアセンブリ（２０）と、前記第１のジョイントアセンブリ（２０）に結合された第２のジョイントアセンブリ（２１）とを備えてなり、
   前記第１のジョイントアセンブリ（２０）が、１自由度をもつ直動ジョイントと、トリガ（２３）及び回転変換器のうちの１つとを備えてなり、
   前記第２のジョイントアセンブリ（２１）が、１つ以上の回転変換器と、２自由度をもつ回転ジョイント又は１自由度をもつ２つの回転ジョイントの組合せのいずれかとを備えてなる、請求項８記載の自動位置合わせプローブアセンブリ。
10. 前記物体（２４）が及ぼす偏心圧力下で変形するように、前記偏心圧力がないとき回復するように、前記弾性部品（１４）がさらに構成されており、前記弾性部品（１４）が、前記偏心圧力を前記第２のジョイントに伝達し前記第２のジョイントを回転させて、前記物体（２４）との安定した接触を実現し、前記センサ（１６）を、前記物体（２４）の前記表面に接触し前記表面に対して垂直になるように位置合わせするのを容易にする、請求項８記載の自動位置合わせプローブアセンブリ。

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