JP2015017970A - 非平面状表面のための超音波検査システム - Google Patents

非平面状表面のための超音波検査システム Download PDF

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Abstract

【課題】試験対象物を検査するための方法及び装置が提供される。【解決手段】音声信号は、湾曲したトランスデューサアレイ412の第1部分502から、前記試験対象物を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ412の第2部分504の方向に送信される。前記湾曲したトランスデューサアレイ412は、前記試験対象物の非平面状の表面を覆うように構成される形状を有する。前記音声信号に応じた応答信号は、前記湾曲したトランスデューサアレイの前記第2部分で受信される。【選択図】図5

Description

本発明は、概して複合構造物に関し、具体的には、複合構造物の検査に関する。さらに具体的には、本発明は、非平面状の表面を有する複合構造を検査するための方法及び装置に関する。
航空機が設計及び製造される際に、複合材料の割合がますます高くなってきている。複合材料は、航空機の重量を削減するために、航空機で使用される。この重量削減により、最大積載量及び燃料効率などの性能特性が向上する。さらに、複合材料により、航空機の様々な構成要素の耐用年数がより長くなる。
複合材料は、二以上の機能的な構成要素を組み合わせることによって作成された、丈夫で軽量の材料とすることができる。例えば、複合材料は、ポリマー樹脂マトリックスに結合した強化繊維を含むことができる。繊維は一方向性であってもよく、若しくは織布又は織物の形態をとってもよい。繊維及び樹脂が配置及び硬化され、複合構造を形成することもできる。
航空宇宙複合構造を作成するために複合材料を使用することにより、より大きな断片又はセクションで製造される航空機の部分が可能になる。例えば、航空機の機体は、円筒セクション内に作成され、航空機の機体を形成することができる。他の例では、限定されないが、安定材を形成するために接合された、翼又は安定材セクションを形成するために接合された、翼セクションが含まれる。
複合構造を製造する際に、複合材料の層は、ツール上にレイアップすることができる。複合材料の層は、シート状の繊維で構成することができる。これらのシートは、例えば、限定されないが、織物、テープ、麻屑(tows)、又はシートに適する他の構成の形態をとることができる。場合によっては、樹脂が、シートに注入又は予備含浸されてもよい。これらの種類のシートは、一般的にプリプレグと呼ばれる。
プリプレグの異なる層は、異なる向きにレイアップすることができ、製造されている複合構造の所望の厚さに応じて、異なる数の層が使用できる。これらの層は、手作業で、若しくはテープラミネート機又は繊維配置システムなどの自動積層装置を使用して、レイアップすることができる。
異なる層がツール上にレイアップされた後に、これらの層は、温度及び圧力に曝されて圧密化及び硬化され、最終複合構造を形成することができる。その後、複合構造は、不整合が存在するかどうかを判定するために検査されることがある。検査は、超音波試験、赤外線試験、目視検査、及び他の適する種類の試験を使用して、実行することができる。
この試験は、複合構造の様々な不整合を特定するために実行することができる。航空機の場合、航空機で使用される複合構造の表面の多くは、曲線、角度、又は他の複雑な輪郭を含む形状を有することがある。これらの種類の表面は、不整合が存在するかどうかを判定するための検査が必要以上に困難であるかもしれない。
したがって、少なくとも上記の問題点の幾つかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法及び装置を有することが望ましい。
一つの例示的な実施形態では、装置は、湾曲したトランスデューサアレイを備える。前記湾曲したトランスデューサアレイは、試験対象物の非平面状の表面を覆い、音声信号を、前記湾曲したトランスデューサアレイの第1部分から、前記試験対象物を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイの第2部分まで送信するように構成される形状を有する。
別の例示的な実施形態では、航空機検査システムは、湾曲したトランスデューサアレイ、構造、及びコントローラを備える。前記湾曲したトランスデューサアレイは、試験対象物の非平面状の表面を覆い、音声信号を、前記湾曲したトランスデューサアレイの第1部分から、前記試験対象物を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイの第2部分まで送信するように構成される形状を有する。前記構造は、前記湾曲したトランスデューサアレイと物理的に関連付けられる。前記コントローラは、前記湾曲したトランスデューサアレイの前記第1部分からの前記音声信号の伝送を制御するように構成される。前記コントローラは、前記湾曲したトランスデューサアレイの前記第2部分で前記音声信号の受信を制御し、前記音声信号のスルー伝送(through−transmission)を形成するようにさらに構成される。
さらに別の例示的な実施形態では、試験対象物を検査するための方法が提示される。音声信号は、湾曲したトランスデューサアレイの第1部分から、前記試験対象物を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイの第2部分の方向に送信される。前記湾曲したトランスデューサアレイは、前記試験対象物の非平面状の表面を覆うように構成される形状を有する。前記音声信号に応じた応答信号は、前記湾曲トランスデューサアレイの前記第2部分で受信される。
特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態で独立して実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
新規の特性と考えられる実施形態の特徴は、特許請求の範囲に明記される。しかしながら、実施形態と、好ましい使用モード、さらにはその目的と特徴は、添付図面を参照しながら本発明の実施形態の以下の詳細な説明を読むことにより最もよく理解されるであろう。
例示的な実施形態による検査環境の図である。 例示的な実施形態による検査環境の図である。 例示的な実施形態による検査環境のブロック図である。 例示的な実施形態による、補強材に対して位置付けられた検査ユニットの図である。 例示的な実施形態による、湾曲したトランスデューサアレイを有する検査ユニットの断面図である。 例示的な実施形態による、補強材に送信された音声信号の図である。 例示的な実施形態による、補強材に送信された音声信号の別の図である。 例示的な実施形態による、検査ユニットの図である。 例示的な実施形態による、補強材の検査ユニットの斜視図である。 例示的な実施形態による、補強材の検査ユニットの断面図である。 例示的な実施形態による、補強材の検査ユニットの図である。 例示的な実施形態による、試験対象物を検査するためのプロセスのフローチャートである。 例示的な実施形態による、航空機の製造及び保守方法の図である。 例示的な実施形態を実施することができる航空機の図である。
例示的な実施形態は、一又は複数の検討事項を認識し考慮する。例えば、例示的な実施形態は、湾曲形状を有する試験対象物の検査が、必要以上に難しいかもしれないということを認識し考慮する。例えば、例示的な実施形態は、補強材のエッジのような部品が、非平面形状を有することを認識し考慮する。例えば、補強材のエッジは、バルブ(bulb)形状、卵形状、ブルノーズ(bull nose)形状、又は別の形状を有することができる。
例示的な実施形態は、この種の形状では、補強材の部分に送信された信号の応答が、不整合が存在するかどうかを判定するための分析への所望の応答を提供できないということを認識し考慮する。例示的な実施形態は、トランスデューサのアレイがバルブの表面に適合しないときに、スルー伝送又は良好な反応信号を有するバルブの他の応答は、必要以上に難しいことがあり、又は可能でないかもしれないということを認識し考慮する。例示的な実施形態は、トランスデューサデバイスで、複数の経路(multiple passes)が補強材のエッジの検査のために必要とされるかもしれないことを認識し考慮する。
したがって、例示的な実施形態は、試験対象物の検査のための方法及び装置を提供する。一つの例示的な実施形態では、装置は、試験対象物の非平面状の表面を覆うように構成される形状を有する湾曲したトランスデューサアレイを備える。前記湾曲したトランスデューサアレイは、音声信号を、湾曲したトランスデューサアレイの第1部分から、試験対象物を通って、湾曲したトランスデューサアレイの第2部分まで送信するように構成される。
ここで図面、特に図1A及び図1Bを参照すると、検査環境の図が、例示的な実施形態に従って示される。この例示的な実施例では、検査環境100は、翼102を含む。この実施例では、翼102は、部分的に組み立てられている。図示されたように、補強材104は、リブ106とリブ108との間で延びる。
補強材104の検査は、検査システム110を使用して行うことができる。検査システム110は、検査ユニット112、及び検査ユニット114を含む。これらの例示的な実施例では、検査ユニット112及び検査ユニット114は、湾曲したトランスデューサアレイ(図示せず)を含む。示されたように、検査ユニット112は、人間オペレーター116により移動されるが、検査ユニット114は、ロボットオペレーター118により移動される。
これらの例示的な実施例では、検査ユニット112及び検査ユニット114は、補強材104のセクション上にそれぞれ位置付けられ、補強材104のセクションを覆って検査する。検査ユニット112及び検査ユニット114によるセクションの検査は、各セクションの複数の経路がなくても、行うことができる。この結果、検査ユニット112及び検査ユニット114は、矢印117の方向に補強材104に沿って移動され、本特定の実施例における補強材104の検査を実行することができる。セクション119の検査ユニット112及び補強材104のより詳細な図が、図3に示される。
検査ユニット112及び検査ユニット114により生成されたデータは、処理のためにコンピュータ120に送信される。検査ユニット112は、データを無線通信リンク122でコンピュータ120に送信する。検査ユニット114は、データをケーブル124でコンピュータ120に送信する。
図1A及び図1Bの検査環境100の図は、例示的な実施形態を実施することができる検査環境の一つの例示的な実施例であることを意味しているにすぎない。例えば、例示的な実施形態による検査環境は、保守、改修、アップグレード、若しくは航空機又は他の種類のプラットフォームで実行できる他の動作中に使用するために実施することができる。
次に図2を参照すると、検査環境のブロック図が、例示的な実施形態にしたがって示される。この実施例では、図1A及び図1Bの検査環境100は、図2の検査環境200の一つを実施するための例である。
図示されたように、検査システム202は、プラットフォーム206の試験対象物204を検査するように構成される。プラットフォーム206は、本実施例では、航空機210とすることができる。このように、検査システム202は、本例示的な実施形態では、航空機の検査システムとすることができる。試験対象物204は、多くの異なる形態をとることができ、プラットフォーム206の一部とすることができる。例えば、試験対象物204は、補強材、ストリンガー、桁、リブ、ウェブ、フランジ、及び他の適する対象物のうちの一つから選択することができる。また、プラットフォーム206は、移動プラットフォーム、固定プラットフォーム、陸上構造、水中構造、宇宙構造、水上艦、戦車、人員運搬車、列車、宇宙船、宇宙ステーション、衛星、潜水艦、自動車、発電所、橋、ダム、家屋、製造施設、建物、及び他の適するプラットフォームのうちの一つから選択することができる。
この例示的な実施例では、検査システム202は、超音波検査システム212を含む。超音波検査システム212は、検査ユニット214、オペレーター216、及びコントローラ218を含む。
この実施例では、検査ユニット214は、音声信号220を試験対象物204に送信し、音声信号220に応じて生成された反応信号222を受信するように構成される。図1A及び図1Bの検査ユニット112及び検査ユニット114は、検査ユニット214を実施する例である。例示的な実施形態では、音声信号220は、音声信号220が試験対象物204内に伝わるように構成された任意の周波数を有することができる。これらの例示的な実施例では、音声信号220は、超音波音声信号とすることができる。
図示されたように、検査ユニット214は、構造224及び湾曲したトランスデューサアレイ226を備える。構造224は、湾曲したトランスデューサアレイ226を保持する又は支持するように構成される。特に、構造224は、湾曲したトランスデューサアレイ226と物理的に関連付けられる。一つの構成要素がもう一つの構成要素と「物理的に関連付けられる」ときに、関連付けは、示される例の物理的な関連付けである。例えば、第1の構成要素、即ち、構造224は、第2の構成要素、即ち、湾曲したトランスデューサアレイ226に固定されることにより、第2の構成要素に接着されることにより、第2の構成要素に取り付けられることにより、第2の構成要素に溶接されることにより、第2の構成要素に留められることにより、及び/またはその他何らかの適する方法で第2の構成要素に結合されることにより、第2の構成要素に物理的に関連付けられると見なすことができる。第1の構成要素はまた、第3の構成要素を使用して、第2構成要素に結合されてもよい。第1の構成要素はまた、第2の構成要素の一部、第2構成要素の延長、又はその両方として形成されることにより、第2の構成要素と物理的に関連付けられると見なされることもある。
構造224は、剛性がある、可撓性がある、又はそれらの任意の組み合わせとすることができる。構造224は、特定の実施次第では、異なる種類の材料から構成することができる。
例えば、構造224は、金属、アルミニウム、ポリカーボネート、ゴム、又は他の適切な種類の材料のうちの少なくとも一つから選択された材料から構成することができる。本明細書で使用されるように、「〜のうちの少なくとも一つ」という表現は、列挙された要素と共に使用されると、列挙された要素のうちの一又は複数の異なる組み合わせを使用することができ、かつ、列挙された各要素のうちの一つだけが必要であればよいことを意味する。例えば、「要素A、要素B、及び要素Cのうちの少なくとも一つ」は、限定しないが、要素A、要素A及び要素B、若しくは要素Bを含むことができる。この例はまた、要素A、要素B、及び要素C、若しくは要素B及び要素Cも含むことができる。もちろん、これらの要素のいずれかの組み合わせが存在しうる。他の例では、「〜のうちの少なくとも一つ」は、例えば、限定しないが、二つの要素A、一つの要素B、及び十の要素C;四つの要素B及び七つの要素C;並びに他の適する組み合わせとすることができる。要素は特定の対象物、物、又はカテゴリとすることができる。すなわち、少なくとも一つの手段、要素の任意の組み合わせ、及び任意の数の要素は、列挙されたものの中から使用することができるが、列挙された要素のすべてが必要とされるわけではない。
湾曲したトランスデューサアレイ226は、アレイに配置されたトランスデューサ228から構成される。例示的な実施例では、湾曲したトランスデューサアレイ226は、形状230を有する。図示されたように、形状230は、試験対象物204の非平面状の表面232を覆うように構成される。
湾曲したトランスデューサアレイ226は、湾曲したセクション234を有する。いくつかの例示的な実施例では、湾曲したトランスデューサアレイ226は、平面セクション236を有することができる。
動作において、湾曲したトランスデューサアレイ226は、音声信号220の音声信号238を、湾曲したトランスデューサアレイ226の第1部分から、試験対象物204を通って、湾曲したトランスデューサアレイ226の第2部分まで送信するように構成される。音声信号238は、応答信号222の応答信号244として受信される。音声信号238は、湾曲したトランスデューサアレイ226の第1部分240により伝送され、湾曲したトランスデューサアレイ226の第2部分242で応答信号244として受信されると、スルー伝送である。
この例示的な実施例では、オペレーター216は、検査ユニット214を試験対象物204に対して位置付けるように構成される。さらに、オペレーター216は、試験対象物204の検査を実行するために、検査ユニット214を試験対象物204に対して移動することができる。
オペレーター216は、様々な形態をとることができる。例えば、図1A及び図1Bの人間オペレーター116及びロボットオペレーター118は、オペレーター216を実施する例である。
コントローラ218は、湾曲したトランスデューサアレイ226のトランスデューサ228の動作を制御するように構成され、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又はそれらの組み合わせに実装することができる。ソフトウェアを使用する場合、コントローラ218によって実行される動作は、プロセッサユニット上で実行されるように構成されたプログラムコードに実装することができる。ファームウェアを使用する場合、コントローラ218によって実行される動作は、プロセッサユニット上で実行されるようにプログラムコードに実装され、永続メモリに保存することができる。ハードウェアを用いる場合、ハードウェアは、コントローラ218でこれらの動作を実行するよう動作する回路を含むことができる。
これらの例示的な実施例では、ハードウェアは、回路システム、集積回路、特定用途向け集積回路(ASIC)、プログラマブルロジックデバイス、又は任意の数の動作を実行するよう構成された別の適する種類のハードウェアの形態をとることができる。プログラマブルロジックデバイスにより、デバイスは任意の数の動作を実行するように構成することができる。装置は、後で再構成することができるか、又は任意の数の動作を実行するように恒久的に構成することができる。プログラマブルロジックデバイスの例は、例えば、プログラマブルロジックアレイ、プログラマブルアレイロジック、フィールドプログラマブルロジックアレイ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、及び他の適するハードウェアデバイスを含む。加えて、これらのプロセスは、無機的な構成要素と一体化された有機的な構成要素で実施されてもよく、及び/又は人間を除く有機的な構成要素で完全に構成されてもよい。例えば、プロセスは、有機半導体に回路として実施することができる。
図示されたように、コントローラ218は、コンピュータシステム246に配置することができる。いくつかの実施例では、コントローラ218は、検査ユニット214から離れた場所にある。さらに別の例示的な実施例では、コントローラ218は、検査ユニット214の構造224と物理的に関連付けることができる。
動作中に、コントローラ218は、湾曲したトランスデューサアレイ226の第1部分240による音声信号238の伝送、及び第2部分242での反応信号244として音声信号238の受信をもたらすように構成される。
例示的な実施例では、コントローラ218は、どのトランスデューサ228が第1部分240及び第2部分242を形成するかを変更することができる。要するに、コントローラ218は、音声信号220を送信し、応答信号222を受信するために、トランスデューサ228の種々のトランスデューサを選択することができる。
このように、コントローラ218は、湾曲したトランスデューサアレイ226のトランスデューサ228の種々のトランスデューサに、音声信号220を送信させ、応答信号222を受信させることができる。その結果、音声信号220の送信、及び応答信号222の受信は、湾曲したトランスデューサアレイ226により覆われた試験対象物204の部分を一括処理又は走査するように制御することができる。
図示されたように、コントローラ218は、音声信号220がビームの形態で伝送されるように、トランスデューサ228を制御するように構成することができる。ビーム248は、試験対象物204の中に伝わる際に、任意の特定の点に収束しないように構成される。この音声信号220の生成は、収束を利用する他の湾曲したトランスデューサアレイとは対照的である。
応答信号244及び応答信号222は、不整合250が試験対象物204に存在するかどうかを判定するために使用することができる。これらの例示的な実施例では、不整合250は様々な形態をとることができる。例えば、不整合250は、層間剥離、くぼみ、好ましくないレベルの間隙率、及び他の種類の不整合のうちの一つから選択することができる。
図2の検査環境200の図は、例示的な実施形態を実施できる方法に対する物理的又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示された構成要素に加えて又は代えて、他の構成要素を使用することができる。いくつかの構成要素は、不要になることもある。また、いくつかの機能的な構成要素を示すために、ブロックが提示される。例示的な実施形態で実施されるときに、一又は複数のこれらのブロックは、結合、分割、又は種々のブロックへの結合及び分割が可能である。
例えば、音声信号220のスルー伝送に加え又はその代わりに、応答信号222は、試験対象物204の特性又は他の構造から反射する音声信号220から生成された信号とすることができる。例えば、反応信号222は、反応信号222が音声信号220の反射から生成されるパルスエコーから生成することができる。これらの反射は、複合材料の層、くぼみ、間隙、及び試験対象物204の他の不整合又は特性のうちの少なくとも一つから生成することができる。さらに、パルスエコーにより、応答信号222は、音声信号220を送信する湾曲したトランスデューサアレイ226のトランスデューサ228の部分以外の音声信号220を送信するために使用される湾曲したトランスデューサアレイ226のトランスデューサ228の他の部分により、検出することができる。
別の例示的な実施例では、オペレーター216は、検査システム202の一部と見なされなくてもよい。さらに別の例示的な実施例では、検査ユニット214に加えて、一又は複数の検査ユニットが、検査システム202に存在してもよい。さらに、検査システム202は、超音波検査システム212に加えて、他の種類の検査システムを含むことができる。例えば、超音波検査システム212は、超音波検査システム212に加え、渦電流検査システム、X線検査システム、又は他の種類の検査システムを含むことができる。
ここで図3を参照すると、補強材に対して位置付けられた検査ユニットの図が、例示的な実施形態にしたがって示される。この例示的な実施例では、検査ユニット114及び補強材104を有するセクション110のより詳細な図が示される。
この図から分かるように、検査ユニット114は、筐体300を含む。筐体300は、図2の構造224を実施する例であり、筐体300内に配置される湾曲したトランスデューサアレイ(図示されず)と物理的に関連付けられる。
ここで図4を参照すると、湾曲したトランスデューサアレイを有する検査ユニットの断面図が、例示的な実施形態に従って示される。この例示的な実施例では、補強材104に対して位置付けられた検査ユニット114の断面図が、図3の線4−4に沿って示される。
この図では、補強材104について、ベース400、ウェブ402、及びバルブ404が示される。例示的な実施例では、補強材104は、互いに折り重なり硬化された複合材料406の層からなる複合構造である。
補強材104を形成する際に、ヌードル408及びヌードル410は、ベース400及びバルブ404の所望の形状を形成する際の補助となるように、複合材料406の層内部に載置される。ヌードル408及びヌードル410は、細長い形状を有する複合材料の層から構成することができる。
図示されたように、検査ユニット114は、湾曲したトランスデューサアレイ412を筐体300内部に含む。図に示すように、湾曲したトランスデューサアレイ412は、トランスデューサ414から構成される。例示的な実施例では、トランスデューサ414は、音声信号を送受信するように構成される。特に、トランスデューサ414は、超音波トランスデューサを使用して実施することができる。
この実施例では、湾曲したトランスデューサアレイ412は、補強材104のセクション418の非平面状の表面416を覆うように構成される形状を有する。非平面状の表面416は、補強材104のセクション422の表面420とは対照的である。
対象物の互いに対向する二つの表面が互いに平面でないときに、本例示的な実施例において、非平面状の表面が存在する。他の例示的な実施例では、第1の表面に対向する第2の表面が平面状である一方で、第1の表面は湾曲してもよい。例えば、第1の表面は、非平面状の表面である。要するに、表面は、両側で又は端から端まで湾曲する必要はない。
この例示的な実施例では、湾曲したトランスデューサアレイ412は、湾曲したセグメント430に配置されたトランスデューサ414、筐体300の平面状のセグメント432及び平面状のセグメント434を含む。これらの例示的な実施例では、湾曲したセグメント430は、平面状のセグメント432及び平面状のセグメント434に対してずらすことができる。トランスデューサ414は、湾曲したセグメントに加え平面状のセグメントに配置することもできるが、それでもなお湾曲したトランスデューサアレイ412と呼ばれる。平面状のセグメント432及び平面状のセグメント434が湾曲したセグメント430からずらされると、トランスデューサ414は、バルブ404のすべての部分の検査が行われるように、バルブ404を介して、音声信号を送受信することができる。
図示されたように、湾曲したセグメント430、平面状のセグメント432、及び平面状のセグメント434は、筐体300を形成するために互いに物理的に結合された別個の部分である。いくつかの例示的な実施例では、これらのセグメントは、湾曲した部分及び平面状の部分を有する単一の連続セグメントを使用して実施することができる。
ここで図5を参照すると、補強材に送信される音声信号の図が、例示的な実施形態に従って示される。この例示的な実施例では、湾曲したトランスデューサアレイ412は、音声信号を、湾曲したトランスデューサアレイ412のトランスデューサ414の第1部分502から、補強材104のバルブ404を通って、湾曲したトランスデューサアレイ412のトランスデューサ414の第2部分504まで送信するように構成される。
トランスデューサ414の第2部分504は、音声信号500により生成される応答を検出するように構成される。音声信号500は、トランスデューサ414の第2部分504により受信されると、応答を形成する。図示されたように、湾曲したトランスデューサアレイ412のトランスデューサ414の第1部分502は、ビーム506の形態で音声信号500を送信するように構成される。音声信号500のこれらの種類の伝送は、不整合がバルブ404に存在するかどうかを判定する際に使用するためのスルー伝送を形成する。
これらの例示的な実施例では、音声信号500は、複合材料406の層及びバルブ404のヌードル408の中を伝わる間に、変更することができる。不整合が存在すると、第2部分504により応答として検出された音声信号500の変更は、不整合の存在を特定するために分析することができる。
図示されたように、検査領域510内部のエリア508は、ビーム506により覆われる。第1部分502及び第2部分504に選択されたトランスデューサ414は、変更することができる。第1部分502及び第2部分504の変更は、検査領域510の他のエリアを検査するために行うことができる。例示的な実施例では、トランスデューサ414は、パルスエコー技術を使用して検査を実行するために選択することができる。
ここで図6を参照すると、補強材に送信された音声信号の別の例が、例示的な実施形態に従って示される。この実施例では、第1部分502及び第2部分504は、変更されている。ビーム506の音声信号500は、第1部分502から検査領域510を通って伝送され、第2部分504により応答として受信される。この位置では、ビーム506は、エリア600を覆う。
このように、第1部分502及び第2部分504は、バルブ404内部の検査領域510の走査を可能にするために、移動することができる。その結果、音声信号500のビーム506は、バルブ404内部の検査領域510の略すべてを覆うように、回転又は他の方法で移動することができる。
ここで図7を参照すると、検査ユニットの図が、例示的な実施形態に従って示される。検査ユニット700の断面図は、補強材104のバルブ404に位置付けられる。図示されたように、検査ユニット700は、図2の検査ユニット214の別の構成の例である。
この例示的な実施例では、検査ユニット700は、湾曲したトランスデューサアレイ704を有する筐体702を含む。湾曲したトランスデューサアレイ704は、トランスデューサ706から構成される。
トランスデューサ706は、筐体702を形成するセグメント内に配置される。図からわかるように、トランスデューサ706は、湾曲したセグメント710、湾曲したセグメント712、湾曲したセグメント714、平面状のセグメント716、平面状のセグメント718、平面状のセグメント720、及び平面状のセグメント722に配置される。この例示的な実施例では、これらの異なるセグメントは、互いに対してずらされる。
湾曲したセグメント712、湾曲したセグメント714、平面状のセグメント720、及び平面状のセグメント722とともに、追加の有効範囲(coverage)が検査領域724に提供されてもよい。この例示的な実施例では、補強材104の検査領域724は、図5の検査領域510よりも大きい。この例では、検査領域724はまた、ウェブ402の一部分も含む。
ここで図8を参照すると、補強材の検査ユニットの斜視図が、例示的な実施形態に従って示される。この検査ユニット700の図において、湾曲したセグメント710、湾曲したセグメント712、湾曲したセグメント714、平面状のセグメント716、平面状のセグメント718、平面状のセグメント720、及び平面状のセグメント722の間のずれが、よりはっきりと示される。
ここで図9を参照すると、補強材の検査ユニットの断面図が、例示的な実施形態に従って示される。図示されたように、補強材902の検査ユニット900の断面図が示される。
この例示的な実施例では、検査ユニット900は、湾曲したセグメント904、平面状のセグメント906、及び平面状のセグメント908から構成される。これらのセグメントは、湾曲したトランスデューサアレイ912のトランスデューサ910のための筐体を形成する。
この例では、補強材902は、バルブ形状を有していない。その代わりに、ブルノーズ914が、補強材902のウェブ916の端部に存在する。
湾曲したセグメント904は、ブルノーズ914を覆うように構成された形状を有する。平面状のセグメント906及び平面状のセグメント908は、補強材902のウェブ916の一部分を覆うように構成される。湾曲したセグメント904、平面状のセグメント906、及び平面状のセグメント908とともに、検査エリア918は、検査エリア918の検査についての所望の量の情報を提供するために、音声信号を使用して、検査することができる。
ここで図10を参照すると、補強材の検査ユニットの図が、例示的な実施形態に従って示される。この実施例では、補強材902上の検査ユニット900の斜視図が示される。湾曲したセグメント904、平面状のセグメント906、及び平面状のセグメント908の配置が、この検査ユニット900の図で、よりはっきりと示される。
図3から図10までの種々の検査ユニットの図は、図2のブロック形態で示された検査ユニット214を実施形態の例として、提供されているに過ぎない。これらの種々の物理的な実施形態は、他の検査ユニットを実施することができる方法を限定することを意図していない。
例えば、複数のセグメントに配置されている湾曲したトランスデューサアレイを有する種々の検査ユニットが示されてきたが、他の実施形態は、湾曲したトランスデューサアレイの所望の形状を有する一つの筐体を含むことができる。さらに別の実施例として、検査ユニットは、補強材以外の他の試験対象物を検査するために使用することができる。例えば、検査ユニットは、ストリンガー、桁、リブ、ウェブ、フランジ、及び他の適する対象物を検査するために使用することができる。さらに別の例示的な実施例では、種々のセグメントは、剛性ではなく、可塑性であってもよい。
さらに別の実施例として、図3から図10に示される種々の検査ユニットの湾曲したトランスデューサアレイは、これらの伝送以外の他の種類の伝送を実行するために使用することができる。例えば、種々の湾曲したトランスデューサアレイはまた、これらの伝送に加え又はその代わりに、パルスエコータイプの伝送及び音声信号の検出を使用して検査を形成するために、使用することもできる。
図1及び図3から図10に示される種々の構成要素を、図2の構成要素と組み合わせるか、図2の構成要素に使用するか、又はそれら2つを組み合わせることができる。加えて、図1及び図3から図10の構成要素の一部は、図2のブロック図に示された構成要素がどのようにして物理的構造として実施できるかを示す例示的な実施例である。
ここで図11を参照すると、試験対象物を検査するためのプロセスのフローチャートが、例示的な実施形態に従って示される。図11に示されるプロセスは、図2の検査環境200で実施することができる。具体的には、このプロセスは、図2の超音波検査システム212で実施することができる。
プロセスは、湾曲したトランスデューサアレイを含む検査ユニットを、試験対象物に対して位置付ける(工程1100)ことにより開始する。プロセスは、次に、音声信号を、湾曲したトランスデューサアレイの第1部分から、試験対象物を通って、湾曲したトランスデューサアレイの第2部分の方向に送信する(工程1102)。前記湾曲したトランスデューサアレイは、試験対象物の非平面状の表面を覆うように構成される形状を有する。工程1102では、音声信号は、ビームとして、又は他の音声信号を含むビームの一部として、送信することができる。
プロセスは、次に、湾曲したトランスデューサアレイの第2部分で音声信号への応答を受信する(工程1104)。湾曲したトランスデューサアレイの第2部分で受信された音声信号からのデータは、保存される(工程1106)。
試験対象物の別の場所が試験されるかどうかについて、判定が行われる(工程1108)。試験対象物の別の場所が試験される場合、検査ユニットは、新たな場所に移動され(工程1110)、工程は次に、工程1102に戻る。
そうではなく、即ち、もし試験対象物の別の場所が試験されない場合、プロセスは、音声信号への応答からデータを分析する(工程1112)。不整合が存在するかどうかについて、判定が次に行われる(工程1114)。
不整合が存在する場合、不整合を特定する指示が生成され(工程1116)、プロセスは、その後終了する。指示は、例えば、データから生成された画像の不整合の存在を示すグラフィックインジケーターとすることができる。他の例では、指示は、メッセージ又は他の種類の警告とすることができる。
工程1114を再び参照すると、不整合が存在しない場合、プロセスはまた終了する。
図示した異なる実施形態でのフローチャート及びブロック図は、例示的な実施形態における装置及び方法の幾つかの可能な実施形態の構造、機能、及び工程を示している。これに関し、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、一つの工程又はステップの一つのモジュール、セグメント、機能及び/又は部分を表わすことができる。例えば、一又は複数のブロックは、ハードウェア内のプログラムコードとして、又はプログラムコードとハードウェアの組合せとして実装することができる。ハードウェアで実施されるときには、ハードウェアは、例えば、フローチャート又はブロック図の一又は複数の動作を実行するように製造又は構成された集積回路の形態をとることができる。プログラムコードとハードウェアとの組み合わせとして実装されると、この実装はファームウェアの形態を取ることがある。
実施形態のいくつかの代替的な実施において、ブロックに記載された機能又は機能群は、図の中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている二つのブロックがほぼ同時に実行されてもよく、又は含まれる機能によっては、時にはブロックが逆の順番で実行されてもよい。また、フローチャート又はブロック図に示されたブロックに加えて、他のブロックを追加できる。
本発明の例示的な実施形態は、図12に示される航空機の製造及び保守方法1200、並びに図13に示される航空機1300に関連して記載することができる。まず図12に注目すると、航空機の製造及び保守の方法の図が、例示的な実施形態に従って示される。製造前の段階では、航空機の製造及び保守方法1200は、図13の航空機1300の仕様及び設計1202、並びに材料の調達1204を含むことができる。
製造段階では、図13の航空機1300の構成要素及びサブアセンブリの製造1206、並びにシステムインテグレーション1208が行われる。その後、図13の航空機1300は、認可及び納品1210を経て、運航1212に供される。顧客による運航1212中に、図13の航空機1300は、定期的な整備及び保守1214(改造、再構成、改修、及びその他の整備又は保守を含み得る)を受ける。
航空機の製造及び保守方法1200の各プロセスは、システムインテグレーター、第三者、及び/又はオペレーターによって実施又は実行される。これらの実施例では、オペレーターは、顧客とすることができる。本明細書の目的では、システムインテグレーターは、限定されないが、任意の数の航空機製造業者、および主要システムの下請業者を含み;第三者は、限定されないが、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含み;オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などを含むことができる。
次に図13を参照すると、例示的な実施形態が実施される航空機が示される。この実施例では、航空機1300は、図12の航空機の製造及び保守方法1200によって製造され、複数のシステム1304及び内装1306を有する機体1302を含むことができる。システム1304の例は、推進システム1308、電気システム1310、油圧システム1312、及び環境システム1314の一つ以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の例が示されたが、自動車産業などの他の産業にも種々の実施形態を適用することができる。
本明細書で具現化される装置および方法は、図12の航空機の製造及び保守方法1200のうちの少なくとも一つ段階で採用することができる。例示的な実施例では、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、図12の構成要素及びサブアセンブリの製造1206、並びにシステムインテグレーション1208などの製造段階で利用することができる。一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせは、航空機1300が図12における運航1212、並びに/若しくは整備及び保守1214の間に、利用することができる。例えば、検査システム202は、構成要素及びサブアセンブリの製造1206中に製造される航空機1300の部品を検査するために使用することができる。検査システム202はまた、整備及び保守1214中に使用することもできる。検査システム202は、通常の及び日常の整備及び検査中に航空機1300で使用される部品を検査するために使用することができる。検査システム202はまた、航空機1300の交換、アップグレード、及び改修のために製造される部品を検査するために使用することもできる。任意の数の種々の例示的な実施形態の利用により、航空機1300の組立てを大幅に効率化すること、及び/又はコストを削減することができる。
一又は複数の例示的な実施例により、試験対象物の検査は、現在利用できる検査システムに比べ、簡単に実行することができる。例示的な実施例では、試験対象物の検査領域のより大きな部分は、例示的な実施形態による湾曲したトランスデューサアレイを使用して、覆うことができる。例えば、湾曲した表面、バルブなどの形状を有する端部、ブルノーズ、又は他の種類の表面が検査できる。
その結果、複合構造のセクションは、複数の経路を実行せずに検査することができる。例えば、トランスデューサを有する検査ユニットは、複合構造の非平面状の表面を考慮して、検査ユニットをセクション上で複数回移動させるのではなく、セクションを覆い、分析に必要な情報を得ることができる。
この検査は、不整合を特定するために複合構造に適用することができる。特に、複合構造の間隙率のレベルは、検査システム202を使用して特定することができる。反応信号は、検査領域の間隙率を測り、間隙率のレベルが所望の量を上回るかどうかを判定するために使用することができる。さらに、検査ユニット214は、複合材料からなる試験対象物以外の試験対象物を検査するために使用することができる。検査ユニット214は、超音波信号などの音声を使用しての検査に適したいずれかの材料からなる試験対象物を検査するために使用することができる。
さらに、本発明は、以下の条項による実施形態を含む。
条項1
試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆い、音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)まで送信するように構成される形状を有する、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)
を備える装置。
条項2
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)による前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御するように構成されたコントローラ(218)
をさらに備える、条項1に記載の装置。
条項3
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)と物理的に関連付けられた構造(224)
をさらに備える、条項1に記載の装置。
条項4
前記構造(224)は、可撓性があり、前記試験対象物(204)の前記非平面状の表面(232)に適合するように構成される、条項3に記載の装置。
条項5
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、湾曲したセクション(234)を備える、条項1に記載の装置。
条項6
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、平面状のセクション(236)をさらに備える、条項5に記載の装置。
条項7
前記音声信号(238)は、スルー伝送であり、前記音声信号(238)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)により伝送され、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)で応答として受信される、条項1に記載の装置。
条項8
前記音声信号(238)は、検査領域(510)を通って、前記試験対象物(204)内に伝わる、条項1に記載の装置。
条項9
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)で前記音声信号(238)への応答信号(244)を受信するように構成される、条項1に記載の装置。
条項10
前記試験対象物(204)は、補強材、ストリンガー、桁、ウェブ、フランジ、及びリブのうちの一つから選択される、条項1に記載の装置。
条項11
前記試験対象物(204)は、移動プラットフォーム、固定プラットフォーム、陸上構造、水中構造、宇宙構造、水上艦、戦車、人員運搬車、列車、宇宙船、宇宙ステーション、衛星、潜水艦、自動車、発電所、橋、ダム、家屋、製造施設、及び建物のうちの一つから選択されたプラットフォーム(206)の一部である、条項1に記載の装置。
条項12
試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆い、音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)まで送信するように構成される形状を有する、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)、
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)と物理的に関連付けられた構造(224)、及び
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)からの前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御し、前記音声信号(238)のスルー伝送を形成するように構成されたコントローラ(218)
を備える、航空機検査システムシステム。
条項13
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)から送信された前記音声信号(238)への応答を受信する、条項12に記載の航空機検査システム。
条項14
前記試験対象物(204)は、補強材、ストリンガー、桁、ウェブ、フランジ、及びリブのうちの一つから選択される、条項12に記載の航空機検査システム。
条項15
試験対象物(204)を検査するための方法であって、前記方法は、
音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)の方向に送信すること(1102)であって、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、前記試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆うように構成される形状(230)を有する、前記送信すること(1102)、及び
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)で、前記音声信号(238)に応じて、応答信号(244)を受信すること
を含む方法。
条項16
前記音声信号(238)への応答を、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)で受信すること(1104)
をさらに含む、条項15に記載の方法。
条項17
不整合が前記試験対象物(204)に存在するかどうかを、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(224)で受信された前記音声信号(238)から判定すること(1114)
をさらに含む、条項15に記載の方法。
条項18
前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、構造(224)と物理的に関連付けられる、条項15に記載の方法。
条項19
コントローラ(218)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)からの前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御する、条項15に記載の方法。
条項20
前記音声信号(238)は、検査領域(510)を通って、前記試験対象物(204)内に伝わる、条項15に記載の方法。
上述した種々の実施形態の説明は、例示及び説明を目的とするものであり、完全な説明であること、又はこれらの実施形態を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、多数の修正例及び変形例が明らかだろう。さらに、異なる実施形態は、他の実施形態と比較した際、異なる機能を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も好ましく説明するため、及び他の当業者に対し、考慮される特定の用途に適したものとして様々な修正例で種々の実施形態の開示の理解を促すために選択及び記述されている。
100 検査環境
102 翼
104 補強材
106、108 リブ
110 検査システム
112、114 検査ユニット
116 人間オペレーター
117 矢印
118 ロボットオペレーター
119 セクション
120 コンピュータ
122 無線通信リンク
124 ケーブル
200 検査環境
300 筐体
400 ベース
402 ウェブ
404 バルブ
406 複合材料
408、410 ヌードル
412 トランスデューサアレイ
414 トランスデューサ
416 非平面状の表面
418 セクション
420 表面
422 セクション
430 湾曲したセグメント
432、434 平面状のセグメント
500 音声信号
502 第1部分
504 第2部分
506 ビーム
508 エリア
510 検査領域
600 エリア
700 検査ユニット
702 筐体
704 トランスデューサアレイ
706 トランスデューサ
710、712、714 湾曲したセグメント
716、718、720 平面状のセグメント
722 平面状のセグメント
724 検査領域
900 検査ユニット
902 補強材
904 湾曲したセグメント
906、908 平面状のセグメント
910 トランスデューサ
912 湾曲したトランスデューサアレイ
914 ブルノーズ
916 ウェブ
918 検査エリア
1200 航空機の製造及び保守方法

Claims (15)

  1. 試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆い、音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)まで送信するように構成される形状(230)を有する、湾曲したトランスデューサアレイ(226)
    を備える装置。
  2. 前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)による前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御するように構成されたコントローラ(218)
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  3. 前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)と物理的に関連付けられた構造(224)
    をさらに備える、請求項1に記載の装置。
  4. 前記構造(224)は、可撓性があり、前記試験対象物(204)の前記非平面状の表面(232)に適合するように構成される、請求項3に記載の装置。
  5. 前記音声信号(238)はスルー伝送であり、前記音声信号(238)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)により伝送され、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)で応答として受信される、請求項1に記載の装置。
  6. 前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)で前記音声信号(238)への応答信号(244)を受信するように構成される、請求項1に記載の装置。
  7. 試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆い、音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)まで送信するように構成される形状(230)を有する、湾曲したトランスデューサアレイ(226)、
    前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)と物理的に関連付けられた構造(224)、及び
    前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)からの前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御し、前記音声信号(238)のスルー伝送を形成するように構成されたコントローラ(218)
    を備える航空機検査システムシステム。
  8. 前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)から送信された前記音声信号(238)への応答を受信する、請求項7に記載の航空機検査システム。
  9. 前記試験対象物(204)は、補強材、ストリンガー、桁、ウェブ、フランジ、及びリブのうちの一つから選択される、請求項7に記載の航空機検査システム。
  10. 試験対象物(204)を検査するための方法であって、
    音声信号(238)を、湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第1部分(240)から、前記試験対象物(204)を通って、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の第2部分(242)の方向に送信すること(1102)であって、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、前記試験対象物(204)の非平面状の表面(232)を覆うように構成される形状(230)を有する、送信すること(1102)、及び
    前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)で、前記音声信号(238)に応じて、応答信号(244)を受信すること
    を含む方法。
  11. 前記音声信号(238)への応答を、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)で受信すること(1104)
    をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  12. 不整合(250)が前記試験対象物(204)に存在するかどうかを、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)で受信された前記音声信号(238)から判定すること(1114)
    をさらに含む、請求項10に記載の方法。
  13. 前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)は、構造(224)と物理的に関連付けられる、請求項10に記載の方法。
  14. コントローラ(218)は、前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第1部分(240)からの前記音声信号(238)の伝送、及び前記湾曲したトランスデューサアレイ(226)の前記第2部分(242)での前記音声信号(238)の受信を制御する、請求項10に記載の方法。
  15. 前記音声信号(238)は、検査領域(510)を通って、前記試験対象物(204)内に伝わる、請求項10に記載の方法。
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