JP2017049232A - 製造物の表面に設置した可撓性の二次元アレイを用いた超音波検査 - Google Patents

Abstract

【課題】非平坦面下に位置する構造物の損傷を検査する超音波検査システム及び方法を提供する。【解決手段】可撓性二次元超音波トランスデューサアレイ１４を構造物の損傷個所の上方に敷設して行うことにより、設置段階では、アレイ１４への物理的な関わりを最小限にでき、データ取得段階では、アレイ１４を移動させる必要がない。加えて、アレイ１４は、アクセスが困難な表面に配置してもその位置に留まるので、長期にわたる定期検査が容易に行える。アレイ１４は、可撓性遅延線基板１２と可撓性表示パネル１６との間に挟まれている。ＧＰＳ受信器２０、送受信器２２、パルス発信／受信回路部、電力源（例えば、バッテリー）が、可撓性遅延線基板１２において、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の一端縁から延出した部分に取り付けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、概して、製造物の超音波検査システム及び方法に関し、具体的には、非平坦面下に位置する損傷構造の超音波検査方法に関する。

構造物の非破壊検査（ＮＤＩ）とは、構造物を損なったり大幅に分解したりすることなく、その構造物を検査することである。非破壊検査は、通常、検査のために部品を取り外す時間やコストが不要であり、また、検査を行う際に損傷を引き起こす可能性がないので好ましい。航空機産業では、非破壊検査は複合構造物や接合パネルなどの航空機構造物の検査に利用されている。検査では、亀裂、断裂、層間剥離、空隙、望ましくない鬆が入った領域（areas having undesirable porosity）などの欠陥を特定する。予防的な検査の場合は、航空機構造物の製造段階や、寿命期間中の任意の時点で行って航空機構造物の保全性や適性を確認する。また、衝突や弾道衝撃など、損傷の要因となることが疑われる、あるいは知られている事象の発生により検査が必要になる場合もある。

非破壊検査の実行には、種々の超音波技術が用いられている。例えば、構造物の検査に利用可能なパルス反射法（pulse-echo method）では、センサ装置が構造物の内部に超音波パルスを送出して、構造物の状況を示す反射パルスを受信する。センサ装置が取得したデータは、処理を施してオペレータに提示することができる。生成可能な画像のうち、Ｂスキャン画像は、検査対象物の深さ方向の特性を示す。Ｃスキャン画像は、検査対象物のマッピングを示す。これらの画像は、構造物の外観を目視で検査するだけでは、発見あるいは把握しにくい特異部（feature）を特定可能に示す。通常、Ｂスキャン画像及びＣスキャン画像用のデータを収集するには、構造物の一部分に沿ってセンサを移動させて、検査対象物の一領域のデータを収集することを要する。

ＮＤＩ技術には、超音波パルス反射センサの二次元アレイが開発及び利用されてきた。そのようなアレイでは、複数のセンサが一定の範囲に規則的に分散配置されて、各センサが個々の位置に特有のデータを収集する。よって、センサを移動させなくても、製造物の内部構造の一部分についてのマッピングが得られる。

構造物の検査では、通常、検査中の構造物の画像を見るためのディスプレイが必要である。例えば、作業現場で行う検査では、表示画像の閲覧や、表示画像に関連するデータ処理のために、スクリーンを備えるコンピュータやラップトップが必要な場合がある。なお、画像表示情報は、構造物上の登録位置に正確に対応するように送信する必要がある。

したがって、表示画像を構造物に正確に対応させて送信できる超音波検査システムを提供することは、有益である。加えて、検査領域の近くで結果を表示して、効果的且つ効率的に構造物の検査を行える、可搬式で軽量な超音波検査システムを提供するとは有益である。さらに、経済的に製造及び使用可能な超音波検査システムを提供することは、有益である。加えて、可撓性のセンサアレイを構造物の損傷個所に被せるように設置して構造物の超音波検査を行うことにより、設置段階では、アレイへの物理的な関わり（physical interaction）が最小限で済み、データ取得段階では、アレイの移動が不要である、単純な方法を提供することは有益である。加えて、損傷個所へのアクセスが限られている場合に、起伏のある表面下の損傷の検出や特徴づけを行う単純な片面型超音波検査方法を提供することは有益である。

以下に詳細に開示する要旨は、上述した有利な特徴を備える構造物の超音波検査のシステム、方法及び装置に関する。具体的には、可撓性の超音波トランスデューサ装置を、構造物の損傷個所に載置し、音響結合させるので、技術者による設置段階では、装置に対する物理的な関わりが最小限で済み、また、データ取得段階では、装置をさらに移動させる必要がない。加えて、可撓性の超音波検査装置は、アクセスが困難な表面においても、配置した位置に維持できるので、長期間にわたる定期検査を容易に行える。

いくつかの実施形態では、トランスデューサ装置は、可撓性の二次元超音波トランスデューサアレイを含み、これは、当該超音波トランスデューサアレイの一方の側に装着された可撓性遅延線基板を有する。別の実施形態では、可撓性超音波トランスデューサアレイは、可撓性の遅延線基板と可撓性の表示パネルとの間に挟まれている。無線での実施形態では、ＧＰＳ受信器、送受信器、パルス発信／受信回路部、電力源（例えば、バッテリー）が、可撓性の遅延線基板において可撓性の超音波トランスデューサアレイの端縁から延出する部分に取り付けられている。

加えて、本開示の検査方法は、超音波検査装置のキャリブレーションを、検査対象物の三次元（３Ｄ）モデルデータを用いて自動で行う処理を含みうる。これにより、ＮＤＩに熟練していない技術者でも、検査現場で検査装置を設定できるようになる。自動キャリブレーションを行うと、検査現場にいないＮＤＩ熟練検査者の到着を待つ必要がなくなるので、検査の準備時間を短縮できる。また、キャリブレーション処理の自動化によっても時間は短縮できる。自動キャリブレーションを行うと、人為的エラーの可能性も低減できる。

以下に詳細に開示する要旨の一側面では、超音波検査装置は、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記１の面に音響結合された可撓性遅延線基板と、含む可撓性アセンブリ；前記可撓性超音波トランスデューサアレイによるパルス発信とデータ取得とを制御するよう構成されたデータ取得モジュール；自身の位置を特定するよう構成された全地球測位システム受信器；前記データ取得モジュール及び前記全地球測位システム受信器と通信するよう構成された送受信器；及び、前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、に電力を供給するよう電気的に接続されたバッテリー、を含み、前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーと、は前記可撓性アセンブリに物理的に取り付けられている。前記超音波検査装置は、前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと反対側を向く表面の部分に付着させた接着剤をさらに含みうる。

先行する段落に記載した超音波検査装置のいくつかの実施形態では、前記可撓性アセンブリは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第２の面の少なくとも一部分に重なる可撓性表示パネルをさらに含み、前記データ取得モジュールは、さらに、前記可撓性超音波トランスデューサアレイから第１形式の超音波データを受信し、当該第１形式の超音波データを、表示に適した第２形式の超音波データに変換し、当該第２形式の超音波データを前記可撓性表示パネルに送信するよう構成されている。前記データ取得モジュールは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイから前記第１形式の超音波データを受信するよう電気的に接続されたパルス発信／受信回路部と、前記第１形式の超音波データを第２形式の超音波データに変換すると共に、前記可撓性表示パネルを制御して前記第２形式の超音波データを表示させるようプログラムされたプロセッサと、を含む。前記可撓性表示パネルは、ポリマー基板と、前記ポリマー基板内又は前記ポリマー基板上に行列配置された複数のピクセルと、前記ポリマー基板内又は前記ポリマー基板上に配置されて、前記複数のピクセルのそれぞれに電気的に接続された複数の薄膜トランジスタと、を含む。前記ピクセルは有機発光ダイオードをそれぞれ含みうる。

前記超音波検査装置のいくつかの実施形態では、前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーは、前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの外縁から延出する部分に物理的に取り付けられている。

以下に詳細に開示する要旨の別の側面はシステムに関し、当該システムは、輪郭表面を有する構造コンポーネント（例えば、航空機の一部）；前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に固定されていると共に、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、第１の面及び第２の面を有する可撓性遅延線基板と、を含み、前記可撓性遅延線基板の前記第１の面は、前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に取り付けられており、前記第２の面は、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第１の面に音響結合されている可撓性アセンブリ；電力源と、データの送受信を行う送受信器と、前記送受信器と通信するよう構成されたデータ取得装置と、を含む外部モジュール；及び、前記可撓性超音波トランスデューサアレイを前記データ取得装置に接続する電気ケーブルであって、前記可撓性アセンブリ及び前記外部モジュールに着脱可能なプラグを両端に有する電気ケーブル、を含み、前記データ取得装置は、前記電気ケーブルを介して前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されている。本システムは、表示パネルをさらに含みうる。前記データ取得装置は、さらに、前記表示パネルを制御して前記可撓性超音波トランスデューサアレイにより取得した超音波データを表示させるよう構成されている。前記表示パネルは、前記外部モジュールの一部である場合も、前記可撓性アセンブリの一部である場合もある。前者の場合、前記表示パネルを、本明細書においては「表示モニタ」と称し、後者の場合は、前記表示パネルを、本明細書においては「可撓性表示パネル」と称する。

別の側面はシステムに関し、当該システムは、輪郭表面を有する構造コンポーネント（例えば、航空機の一部）；前記構造コンポーネントの前記輪郭表面の一領域に固定された可撓性アセンブリであって、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、第１の面及び第２の面を有する可撓性遅延線基板と、を含み、前記可撓性遅延線基板の前記第１の面は前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に取り付けられており、前記可撓性遅延線基板の前記第２の面は前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第１の面に音響結合されている可撓性アセンブリ；前記可撓性超音波トランスデューサアレイのパルス発信及びデータ取得を制御するよう構成されたデータ取得モジュール；自身の位置を特定し、その位置を表す位置データを出力するよう構成された全地球測位システム受信器；前記データ取得モジュールと通信すると共に、前記全地球測位システム受信器から前記位置データを受信するよう構成された送受信器；及び、前記送受信器から前記位置データを受信して、その後、前記構造コンポーネントのうち、前記輪郭表面の前記領域の下に位置する部分についての材料特性の関数であるキャリブレーションデータを含むキャリブレーションファイルを生成又は抽出するようプログラムされたコンピュータシステム、を含む。

さらに別の側面は超音波検査装置のキャリブレーション方法に関し、当該方法は、（ａ）構造物の材料特性を、当該構造物の座標系における位置の関数として表す構造物モデルデータを格納し、（ｂ）前記構造物の一部分の表面に可撓性超音波検査装置を取り付け、この際に、当該可撓性超音波検査装置は、可撓性基板と、前記可撓性基板に取り付けられた可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性基板に取り付けられた全地球測位システム受信器と、を有するものとし、（ｃ）前記全地球測位システム受信器の位置を表す位置データを、前記全地球測位システム受信器を用いて取得し、（ｄ）前記取得した位置データを、遠隔地にあるコンピュータシステムに送信し、（ｅ）前記超音波検査装置の位置を、前記構造物の前記座標系で特定し、（ｆ）前記構造物の座標系で特定された前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する前記構造物についての材料特性を表す構造物モデルデータを抽出し、（ｇ）前記構造物のうち、前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する前記部分についての材料特性を表すものとして抽出した前記構造物モデルデータの関数であるキャリブレーションデータを含むキャリブレーションファイルを生成又は抽出し、（ｈ）前記キャリブレーションファイルを、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されたデータ取得モジュールに送信し、（ｉ）前記キャリブレーションファイルに含まれる前記キャリブレーションデータを用いて、前記データ取得モジュールのキャリブレーションを行う。

別の側面は構造物における複数個所の超音波検査を行う方法に関し、本方法は、（ａ）第１の可撓性超音波検査装置を前記構造物の第１の部分の表面に取り付け、この際に、当該第１の可撓性超音波検査装置は、第１の可撓性基板と、前記第１の可撓性基板に取り付けられた第１の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を含むものとし、（ｂ）第２の可撓性超音波検査装置を前記構造物の第２の部分に取り付け、この際に、当該第２の可撓性超音波検査装置は、第２の可撓性基板と、前記第２の可撓性基板に取り付けられた第２の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を含むものとし、（ｃ）電気ケーブルを介して前記第１の可撓性超音波検査装置にモジュールを接続し、この際に、当該モジュールはパルス発信−受信回路部を含み、当該パルス発信−受信回路部は、前記構造物の前記第１の部分の検査中は、前記第１の可撓性超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得とを制御し、前記構造物の前記第２の部分の検査中は、前記第２の可撓性超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得とを制御するよう構成されているものとし、（ｄ）前記モジュールが前記第１の可撓性超音波検査装置に接続状態にある間、前記第１の可撓性トランスデューサアレイを制御して、前記構造物の前記第１の部分の検査とデータ取得とを行わせ、（ｅ）前記工程（ｄ）の完了後に、前記電気ケーブルを前記第１の可撓性超音波検査装置から取り外し、（ｆ）前記電気ケーブルを介して前記第２の可撓性超音波検査装置に前記モジュールを接続し、（ｇ）前記モジュールが前記第２の可撓性超音波トランスデューサに接続状態にある間、前記第２の可撓性超音波トランスデューサアレイを制御して、前記構造物の前記第２の部分の検査とデータ取得とを行わせる。本方法は、さらに、（ｈ）前記工程（ｇ）の完了後に、前記電気ケーブルを前記第２の可撓性超音波検査装置から取り外し、（ｉ）前記工程（ｃ）〜（ｈ）までを後に繰り返し、前記第１及び第２の可撓性超音波検査装置は、前記工程（ａ）及び（ｂ）の後から前記工程（ｉ）の前までは取り外しされない。

可撓性二次元超音波トランスデューサアレイを用いた超音波検査方法のその他の側面は、下記に開示され、請求される。

上述した特徴、機能、及び、利点は、様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよい。以下に、図面を参照して様々な実施形態を説明する。図面には、上述した側面の少なくともいくつかを示しており、類似の要素には、異なる図面においても同一の参照符号が付されている。

一実施形態による無線の可撓性超音波検査装置を示す等角図である。 複数の超音波トランスデューサが行列配置されたアレイを有する、無線の可撓性超音波検査装置を示す断面図である。 互いに直交する帯片形状の送信及び受信トランスデューサ素子を有する無線の可撓性超音波検査装置の断面図である。 外部サービスと、当該外部サービスと無線通信を行ってキャリブレーションデータを取得し、Ｃスキャンデータを保存する無線の可撓性超音波検査装置と、を含むシステムのコンポーネントのいくつかを示すブロック図である。 検査対象の航空機構物の一部分の疑似的なＣスキャン画像であり、細長い損傷個所を含む特異部を疑似的に示す。 検査対象の航空機構造物の別の部分の疑似的なＣスキャン画像であり、ある程度の面積に広がる損傷個所を含む特異部を疑似的に示す。 遠隔地にいるＮＤＩエキスパートと無線通信を行える、無線の可撓性超音波検査装置のコンポーネントのいくつかを示すブロック図である。 データ取得モジュールのキャリブレーションを、着脱可能な不揮発性メモリーカードに格納された情報に基づいて行う超音波検査システムのコンポーネントのいくつかを示すブロック図である。 本開示の概念の少なくともいくつかを利用した、モジュール式の超音波検査システムの構成を示すブロック図である。 本開示の概念の少なくともいくつかを利用した、別のモジュール式の超音波検査システムの構成を示すブロック図である。 構造物上の複数個所を超音波検査する方法であって、検査箇所の表面の各箇所に超音波検査装置をそれぞれ装着し、その位置に維持し、これら可撓性超音波検査装置に順次接続可能な外部モジュールを用いて定期的な検査を行う方法の工程を示すフロー図である。 一体的に補強された、アール付き面を有する主翼ボックスの一部に載置され、音響結合された可撓性超音波検査装置を示す等角図である。 試験体の表面における目標位置（位置決めシステムを用いて特定）と、サーバーから受信した関連する構造データと、に基づいてキャリブレーションファイルを作成する方法の工程を示すフロー図である。

図１に示す第１の実施形態では、無線の可撓性超音波検査装置２は、構造物（例えば、航空機の胴体部や翼部、船舶の船体部、その他の種類の構造物の一部分）における検査対象領域の表面形状に適合するように設計されている。この領域の検査箇所の表面部分の下にある構造は、損傷や欠陥を含みうる。具体的には、超音波検査装置２は、アクセスしにくい検査箇所に用いる場合に特に有用である。

図１に示す超音波検査装置２は、第１の面と第２の面とを有する可撓性超音波トランスデューサアレイ１４と、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の第１の面に音響結合された可撓性の遅延線基板（delay line substrate）１２と、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の第２の面の少なくとも一部分に重ねることができる可撓性表示パネル１６と、を含む。可撓性遅延線基板１２の外縁はガスケットとして機能して、介在する空気が任意の付属真空システムにより排気されると、検査物と接触して超音波検査装置２を検査物に一時的に接合されるようにしてもよい。あるいは、可撓性遅延線基板１２の外縁は、テープで、あるいは接着材料で検査物に一時的に接合してもよい。さらに、別の例では、超音波検査装置２は、クランプやブラケットで固定されてもよい。

いくつかの実施形態では、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、図２Ａの断面図に示すように複数の超音波トランスデューサ素子１５を行列配置したものを含む。超音波トランスデューサ素子１５は、（図２Ａに示すように）可撓性遅延線基板１２に直接取り付けられていてもよい。あるいは、超音波トランスデューサ素子１５は、可撓性遅延線基板１２に取り付けられた可撓性基板（図２Ａには示していない）に対して取り付け、一体化、プリント、あるいは埋設されていてもよい。可撓性基板は、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などのポリマー材料からなる薄いシートであってもよい。可撓性材料のシートを用いることにより、検査の間、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４を、様々な輪郭形状の表面に沿わせると共に、下に位置する構造物との密着状態を保つように扱うことが可能になる。

いくつかの実施形態では、可撓性表示パネル１６は、ポリマー基板と、ポリマー基板上又はポリマー基板内に行列配置された複数のピクセルと、ポリマー基板上又はポリマー基板内に配置されると共に、これら複数のピクセルのそれぞれに電気的に接続された複数のフィルムトランジスターと、を含む。例えば、各ピクセルは、有機発光ダイオードを含んでもよいし、液晶を含んでもよい。

図１に示す超音波検査装置２は、バッテリー１８と、ＧＰＳ受信器２０及び送受信器２２を含むモジュールと、データ取得モジュール２４と、がすべて可撓性遅延線基板１２の延出部分に取り付けられており、この意味で自蔵型（self-contained）かつ自己駆動型の装置である。データ取得モジュール２４は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４から第１形式の超音波データを受信し、第１形式の超音波データを、表示に適した第２形式の超音波データに変換し、その後、第２形式の超音波データを可撓性表示パネル１６に送信するように構成されている。送受信器２２は、データ取得モジュール２４及び全地球測位システム受信器２０と通信するよう構成されている。バッテリー１８は、電気的にデータ取得モジュール２４と、全地球測位システム受信器２０と、送受信器２２と、に接続され、これらシステムコンポーネントに電力を供給する。図１に最も明確に示すように、データ取得モジュール２４と、全地球測位システム受信器２０と、送受信器２２と、バッテリー１８と、は可撓性アセンブリに物理的に取り付けられている。物理的に取り付けるこれらコンポーネントは、可撓性遅延線基板１２のうちの可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の端縁から延出する部分の可撓性を極力損なわないように設計される。

図２Ａを参照すると、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、パルス反射法を利用する構成であってもよい。したがって、超音波トランスデューサ素子１５は、検査対象物の表面に対して概ね直交する方向の超音波信号を送出し、受信する。あるいは、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、ピッチキャッチ法を利用する構成であってもよい。例えば、超音波トランスデューサ素子１５は、１つの超音波トランスデューサ素子が構造物に鋭角で入射する超音波信号を送出し、受信側の超音波トランスデューサ素子が反射超音波信号を受信するように配置されてもよい。

超音波トランスデューサ素子１５には、様々な配置構成が可能である。超音波トランスデューサ素子１５間の距離が小さくなるほど、より小さな欠陥の検出が可能になる。したがって、超音波トランスデューサ素子１５の間隔を、検出する欠陥の大きさによって変更して、特定の解像度で検査画像が得られるようにしてもよい。

別の実施形態では、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、図２Ｂの断面図に示すように、互いに平行な複数の帯片形状の送信トランスデューサ素子９４と、互いに平行な複数の帯片形状の受信トランスデューサ素子９２（送信トランスデューサ素子に直交）と、を含む。これらトランスデューサ素子は、音響結合媒体の可撓性基板９６（例えば、薄い層、シート、あるいは、スプレー式フィルム）により音響結合されている。

代替の実施形態として、米国特許出願公開公報２００８／０３０９２００に、図２Ｂに示した超音波トランスデューサアレイ１４に関する背景的な例が記載されている。同公報の超音波トランスデューサアレイは、１つの送信レイヤと、１つの受信レイヤと、２つのグランドプレーン（ground plane）とを含む。送信レイヤは、圧電材料からなる第１レイヤ（例えば、ポリフッ化ビニリデンからなるフィルム）の上面に互いに平行に配置された細長形状の電極の組と、圧電材料からなる第１レイヤの下面に配置された第１面状電極と、を含む。受信レイヤも同様に、圧電材料からなる第２レイヤの下面に互いに平行に配置された細長電極の組と、圧電材料からなる第２レイヤの上面に配置された第２面状電極と、を含む。これら送信レイヤ及び受信レイヤは、可撓性基板９６の上面と下面とにそれぞれ貼着されている。送信レイヤの細長送信素子９４は、受信レイヤの細長受信素子９２の上方でこれに交差し、これにより、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の信号点（signal point）として機能する重畳交差部分／ピクセルがマトリックス状に形成される。細長電極である送信素子９４は細長受信素子９２に重なってトランスデューサ素子をマトリックス状に形成する。個々のトランスデューサ素子は、マトリックスにおける各位置で超音波の送受信を行う。超音波の送出と受信は、マルチプレクサ（図示せず）を用いて別個の処理として行う必要がある。マルチプレクサは、送信電極を信号のソースに接続し、受信電極を信号の処理部に接続するものである。細長送信素子９４による送信と、細長受信素子９２による受信とは交互に行われ、各組の素子についてマトリックス全体に亘り順次走査される。この配置では、複数のトランスデューサ素子の列を多く含む構成の超音波トランスデューサアレイに比べて、処理電力も、配線も少なくできる。

可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、構造物の欠陥を検出し、欠陥を示す超音波データを取得してデータ取得モジュール２４に送信することができる。一実施形態では、データ取得モジュール２４は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４から第１形式の超音波データを受信するように電気的に接続されたパルス発信／受信回路部と、第１形式の超音波データを第２形式の超音波データに変換し、表示パネル１６を制御して第２形式の超音波データを表示させるようにプログラムされたプロセッサと、を含む。可撓性表示パネル１６は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４に隣接して配置されてもよく、データ取得モジュール２４が生成した情報に基づいて、下に位置する構造物の部分について様々な画像を生成できる。

超音波検査装置２は、構造物に含まれる欠陥や瑕疵の検出を必要とする、航空機産業、自動車産業、海洋産業、建設業などの様々な産業分野において、任意の数の構造物の検査に利用可能である。超音波トランスデューサアレイは、構造物の内部あるいは表面に欠陥や瑕疵がいくつあっても、これを検出することができる。欠陥や瑕疵の例には、構造物の性能に悪影響を与える可能性のある衝撃損傷（例えば、層間剥離や母材亀裂）、接着剥離（例えば、機体／補強材あるいはハニカム複合材）、断裂、気泡、あるいは鬆などが含まれる。

「構造物」との用語は、限定を意図しておらず、超音波検査装置２は、加工済み鍛造物、鋳物、パイプ、複合パネルや部品など、異なる形状や大きさのパーツや構造物をいくつでも検査できる。検査は、新たに製造した構造物に対して行ってもよいし、メンテナンス作業の一環として使用中の構造物に対して行ってもよい。加えて、構造物は、各種部品を含みうる。例えば、構造物は、構造物を補強する副構造物を含んでもよい。さらに、構造物は材料を何種類含んでもよい。例えば、構造物は、アルミニウムなどの金属材料であってもよいし、グラファイトエポキシなどの複合材料であってもよい。加えて、構造物は、複合材料で形成された航空機の一部であってもよい（例えば、胴体部あるいは翼部）。

データ取得モジュール２４は、ソフトウェアの制御下で動作するプロセッサあるいはこれに類する演算装置を含み、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４が取得したデータをＣスキャン画像データに変換することができる。加えて、データ取得モジュール２４はパルス発信／受信回路部あるいはこれに類する装置を含み、超音波トランスデューサ素子は超音波を送出し、検査対象物から反射された超音波を受信することができる。可撓性超音波トランスデューサアレイ１４は、導電体（図示せず）を介してデータ取得モジュール２４と通信を行える。データ取得モジュール２４は、導電体（図示せず）を介して可撓性表示パネル１６及び送受信器２２と通信を行える。

可撓性表示パネル１６は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４に隣接して配置されている。可撓性超音波トランスデューサアレイ１４と同様に、可撓性表示パネル１６は可撓性あるいは柔軟性を有しており、検査中の構造物の様々な輪郭形状に沿わせることができる。可撓性表示パネル１６は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の外縁から延出していてもよく、これにより、可撓性表示パネル１６は、各超音波トランスデューサ素子がそれぞれ取得したデータから生成される画像を、具体的には、一対一の実サイズ形式で表示することが可能である。ただし、可撓性表示パネル１６は、各種検査用途あるいは構造物に合わせて様々な大きさ及び構成をとすることができる。

可撓性表示パネル１６は、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４により検査中の構造物を表す画像を表示することができる。したがって、技術者は、離れた場所に設置されたコンピュータ画面などのディスプレイを確認し、その後、離れた場所に設置したディスプレイから損傷領域の位置を構造物上に対応させることなく、欠陥や瑕疵などの位置や特徴を容易に特定することが可能である。この結果、技術者は、構造物の損傷領域の修理／交換を行ったり、ペンや塗料などのマーキング機器を用いて損傷領域に印をつけたりできる。例えば、可撓性遅延線基板１２に印加した真空を解除して、超音波検査装置２を構造物から部分的にあるいは完全に引き離して、技術者が損傷個所に印をつけてもよい。これにより、技術者は、損傷領域の修理や交換を即座に行うことができる。

データ取得モジュール２４は、例えば、下に位置する構造物内部に検出された欠陥などを含む構造物に関する情報を、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４が取得したデータを基に生成し、この情報を表示パネル１６に提示して、超音波Ｃスキャン画像などを表示させる。

図３は、無線の可撓性超音波検査システムを含む、図１に示すタイプのシステムのコンポーネントを示すブロック図である。このシステムは、送受信器２２を介してキャリブレーションデータベースサーバ２６と通信してキャリブレーションデータを取得し、Ｃスキャンデータベースサーバ２８と通信してＣスキャンデータを格納する。

より具体的には、ＧＰＳ受信器２０は、自身の位置を特定し、その位置を示す位置データを送受信器２２に送信する。ＧＰＳ受信器は、自律式の機器であり、ＧＰＳ衛星郡（constellation of GPS satellites）からの測距信号を受信し、受信した測距信号をＧＰＳ受信器の位置に変換する。受信器のプロセッサは、各衛星への疑似距離（pseudo-range）あるいは見通し距離（line-of-sight distance）を生成するよう実行可能なコードを有する。ＧＰＳ受信器の位置（この位置を特定すると、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の位置が特定される）を算出するには、ＧＰＳ受信器は３つ以上のＧＰＳ衛星への疑似距離を特定する。ＧＰＳ受信器２０が送受信器２２に送信する位置データは、検査中の実際の構造物に対して超音波検査装置を正しくキャリブレーションするために用いるキャリブレーションファイルを生成あるいは抽出するのに利用可能である。

送受信器２２は、キャリブレーションデータベースサーバ２６に位置データを送信する。キャリブレーションデータベースサーバ２６は、構造物（例えば、航空機）の他の部分に装着された他のＧＰＳ受信器からの位置データを受信する場合もある。一実施形態では、キャリブレーションデータベースサーバ２６は、検査対象の構造物の座標系でＧＰＳ受信器２０の位置を特定し、キャリブレーションファイルを受信又は生成するようプログラムされたプロセッサを含みうる。このキャリブレーションファイルは、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４が検査している領域の構造的特性に依存するキャリブレーションデータを含むものである。より具体的には、キャリブレーションデータベースサーバ２６の内部にあるプロセッサには、特定された位置における厚みやその他の物質データをＣＡＤファイルから抽出すると共に、（ａ）３Ｄモデルデータに基づいてその場でキャリブレーションファイルを生成するか、（ｂ）キャリブレーションデータベースからキャリブレーションファイル抽出するか、のいずれかを行うソフトウェアがプログラムされていてもよい。このキャリブレーションファイルは、その後、送受信器２２に送信され、ここからキャリブレーション情報がデータ取得モジュール２４に転送される。データ取得モジュール２４は、キャリブレーションデータを用いて可撓性超音波トランスデューサアレイ１４の自動キャリブレーションを行うようにプログラムされたプロセッサを含む。

自動キャリブレーションに続き、データ取得モジュール２４のパルス発信／受信回路部は、超音波アレイを制御してＣスキャンデータを取得する。データ取得モジュール２４のプロセッサは、さらに、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４からのＣスキャンデータを変換して、可撓性表示パネル１６が要求するフォーマットにするようにプログラムされている。可撓性超音波トランスデューサアレイ１４からのＣスキャンデータは、送受信器２２を介してＣスキャンデータベースサーバ２８にも送信され、蓄積される。

一実施形態によれば、超音波トランスデューサアレイ１４は、２５６個の超音波トランスデューサ素子１５を含んでもよく（図２Ａを参照）、これら素子は、１／４インチ間隔で行列配置されて、一辺が４インチの正方形のグリッドパターンを形成してもよい。ただし、本開示の概念は、超音波トランスデューサアレイ１４が有する超音波トランスデューサ素子の数や、配置パターンや、配置間隔が、これとは異なる場合にも適用可能であり、同様の効果を奏する。具体的には、本開示の概念は、超音波トランスデューサアレイ１４が有する超音波トランスデューサ素子の数や二次元配列のパターンに関わらず適用可能である。

データ取得モジュール２４は、各超音波トランスデューサ素子１５（図２Ａを参照）を通電させるように動作することにより、検査対象物の内部に超音波パルスを送出させ、また、この対象物から超音波反射信号が反射されてくる際にセンサが生成する電気信号を受信させる。構造物内を伝播する超音波パルスは、構造物における表面、端縁の他、損傷などの断裂で反射される性質がある。超音波反射信号には、表面や端縁からの予想される反射パルスと、検査や修理の対象とすべき損傷からの反射パルスとが、時間的に分散して複数含まれている。各超音波トランスデューサ素子１５により生成される電気信号が伝達する振幅及び時間データは、超音波反射信号に含まれる反射パルスの振幅及び到来時刻に対応する。振幅及び時間データを利用すれば、損傷に対応する反射パルスを、構造物における損傷以外の特異部からの反射パルスと区別できる。データ取得モジュール２４が１つの超音波トランスデューサ素子１５を通電させて、その素子からの振幅及び時間データを収集すると、制御部は、短い休止期間の後、次の超音波トランスデューサ素子１５を通電させる。各超音波トランスデューサ素子１５のパルス発信と反射受信の処理を、他の超音波トランスデューサ素子の処理と時間的に分離して行うことにより、超音波トランスデューサ素子の間のクロストークを避けることができ、各超音波トランスデューサ素子１５から収集されるデータを、その超音波トランスデューサ素子の位置に対応付けることができる。よって、超音波トランスデューサアレイ１４を構造物に対して配置すると、超音波トランスデューサ素子１５から収集されたデータを、それぞれの超音波トランスデューサ素子１５の位置に対応する構造物部分の局所的な特性と対応付けることができる。データ取得モジュールは、取得した超音波データを変換して、可撓性表示パネル１６への表示に適した画像データにする。可撓性表示パネル１６は、そのデータを図式的に表示して、ユーザが検査対象物における損傷を識別できるようにする。

例えば、可撓性表示パネル１６は、図４Ａ及び図４Ｂに図式的な示したような検査対象物の一部分についての疑似的な反射波振幅を表すＣスキャン画像を表示してもよい。図４Ａの疑似的なＣスキャン画像３６が示す疑似的な特異部には、細長い損傷領域３８ａが含まれており、ピクセルの色付けによって検査対象物の非損傷個所に対応する非損傷背景領域４０と区別されている。図４Ｂの疑似的なＣスキャン画像３６が示す疑似的な特異部には、ある程度の面積に広がる損傷領域３８ｂが含まれており、ピクセルの色付けによって非損傷背景領域４０と区別されている。図４Ａ及び図４Ｂに示した疑似的データは、少なくとも２５６個のセンサを有する可撓性超音波トランスデューサアレイ１４を用いて生成される実際のデータの代表的なものである。尚、可撓性表示パネル１６のピクセルが、二次元の矩形マトリックス状に等間隔で配置されていることからわかるように、センサは１６行×１６列に配置されている。個々のピクセルは、超音波トランスデューサアレイ１４における特定の超音波トランスデューサ素子に、一対一で対応している。

可撓性表示パネル１６は、反射波の振幅を表すＣスキャン画像を表示可能であり、この画像では、各ピクセルの色が、対応する反射信号部分の振幅を表している。具体的には、各ピクセルの色は、対応する超音波トランスデューサ素子により検出された波形を時間でゲーティングした部分に含まれる反射パルスに関連する。時間ゲートの開始時間と閉鎖時間は、前面からの反射パルス及び背面からの反射パルスの到達の直前と直後とになるように選択される。開始時間と閉鎖時間は、操作者が任意の深さ範囲から戻ってくるパルスの有無についての情報を超音波検査装置から得るように設定することもできる。第１の深さと第２の深さとの間の任意の深さ範囲を検査対象に設定するには、第１の深さに相当するゲート開始時間と第２の深さに相当するゲート閉鎖時間との両方を、設定あるいは予め設定すればよい。

時間でゲーティングした波形部分の振幅は、既知の数学的原理に従って平滑化した積分波形の関数から導出できる。時間でゲーティングする波形部分の選択基準についての詳細は後述する。

図４Ａ及び図４ＢのＣスキャン画像３６の各ピクセルは、対応する波形を時間でゲーティングした部分に含まれる反射パルスの振幅の合計に合わせて色付けされている。つまり、これらの画像は、検査対象物の前面と背面との間にある断裂から反射される超音波反射エネルギーの合計を表す反射振幅のＣスキャン画像である。非損傷背景領域４０とは異なる色のピクセルは、検査対象物に含まれる損傷個所に概ね対応する。図４Ａ及び図４Ｂの損傷領域３８ａ及び３８ｂのピクセルにより明らかにされた損傷はそれぞれ、検査対象物の前面と背面との間に存在する。領域３８ａ及び３８ｂは、損傷を図式的に表示しており、損傷の大きさ、配置、程度は、Ｃスキャン画像３６における領域３８ａ及び３８ｂの大きさ、配置、色付けにより判定できる。

本明細書における説明は、水平軸及び垂直軸に沿って行列配置されたセンサ及びピクセルについて記載しているが、これは、超音波トランスデューサ素子及びピクセルの二次元配列の説明に際して便利な慣例を用いたに過ぎない。可撓性超音波トランスデューサアレイ１４を構造物の領域に配置する際の配向は、ほとんどすべての配向が可能である。よって、説明した軸は、測鉛線が示す垂直軸に対応する軸である必要も、航空機の検査が行われる格納庫の床に沿った方向である水平軸に対応する軸である必要もない。

加えて、図４Ａ及び図４Ｂに示すＣスキャン画像では、概ね、より振幅の大きい反射パルスをより濃い色のピクセルに関連付けているが、これも開示の要旨の説明に際して便利な慣例を用いたに過ぎない。別の慣例では、より薄い色のピクセルを、より振幅の大きい反射パルスに関連づけることも可能である。実際、反射パルスの振幅と対応するピクセルの色との関連付けは、任意の関数やマッピングに従って行い、色の凡例を示せばよい。本明細書で説明する図面は、全体として白黒の画像であるが、これらの説明は、青、緑、黄、赤などの色をいくつ用いた画像であっても適用できる。これらの説明は、ピクセルに対する色付け、影付け、あるいは特徴付け（pixel character convention）など、ピクセルを図式的に表示して、情報を操作者に区別可能に提示する手法のほとんどすべてに適用できる。

図１に示す実施形態は、いくつかの効果を奏する。例えば、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４及び可撓性表示パネル１６を備えることにより、無線の可撓性超音波検査装置２は様々な輪郭形状の表面に適合可能であるので、当該システムは、任意の数の構造物の現場で検査するのに適している。加えて、無線の可撓性超音波検査装置２は、軽量で、可搬性があり、航空機を含む様々な構造物に適用可能である。可撓性表示パネル１６は構造物上に直接に配置することができ、この状態のまま画像を表示できるので、欠陥の位置を構造物上に対応付ける際のエラーの可能性が低減される。無線の可撓性超音波検査装置２は、迅速に設置することが可能であり、設置から比較的短時間で可撓性表示パネル１６は画像を表示できる。また、無線の可撓性超音波検査装置２では、従来の手持ち式の超音波欠陥検出器では不可能であった数量的なデータの画像表示が可能である。

状況によっては、検査現場で行われる設定及び／又は検査手順に、遠隔地にいる（つまり、現場にはいない）ＮＤＩエキスパートの関与が望ましい場合がある。図５に示した代替の実施形態では、ＧＰＳ受信器２０が取得した位置データを、無線の可撓性超音波トランスデューサ装置の送受信器２２により、遠隔地のエキスパート３０に送信することが可能である。遠隔地のエキスパート３０は、検査対象物の他の部分に装着された他のＧＰＳ受信器から追加の位置データを受け取ることができる。代替の実施形態では、遠隔地のエキスパート３０は、可撓性超音波検査装置の位置を検査中の構造物の座標系で特定するメッセージを現場にいる技術者から受け取ることができ、あるいは、現場にいる技術者が可撓性超音波検査装置を配置する前にその位置を指示することができる。

検査対象の構造物（例えば、航空機）の位置と可撓性超音波検査装置の位置とを表す位置データを遠隔地のエキスパート３０が取得する方法や手段に関わらず、遠隔地のエキスパート３０は、位置データを用いて無線の可撓性超音波検査装置の位置を構造物の座標系で特定するコンピュータプログラムの実行を開始しうる。これにより、次に、遠隔地のエキスパート３０が検査対象物の３Ｄモデルデータに基づいてその場でキャリブレーションファイルを生成する、あるいは、キャリブレーションデータベースからキャリブレーションファイルを抽出することが可能になる。上述したように、キャリブレーションファイルは、その後、送受信器２２に送信され、ここからキャリブレーション情報がデータ取得モジュール２４に転送される。上述したように、キャリブレーション後のデータ取得モジュール２４は、次に、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４及び可撓性表示パネル１６を制御する。超音波検査中、遠隔地のエキスパート３０は現場にいる技術者にリアルタイムで指示を与えて、ミスを避けることができる。検査中、送受信器２２はＣスキャンデータを遠隔地のエキスパート３０に送信して閲覧可能にできる。任意ではあるが、データ取得モジュールは、可撓性超音波トランスデューサアレイを制御して、可撓性超音波トランスデューサアレイの所定数の箇所でＡスキャンデータを収集させるようにプログラムされてもよい。このＡスキャンデータは、保存／送信したデータファイルを介して遠隔地のエキスパートに提供可能である。

代替の実施形態では、遠隔地のエキスパート３０は、図６に示すように、不揮発性メモリーカード３２の形態でキャリブレーションファイルを検査現場に届けることも可能である。キャリブレーションファイルは、遠隔地のエキスパート３０により不揮発性メモリーカード３２に格納されており、その不揮発性メモリーカード３２がデータ取得モジュール２４の差込口に差込まれると、データ取得モジュール２４は、キャリブレーションファイルに含まれるキャリブレーションデータを用いて自動でキャリブレーションされる。キャリブレーション後のデータ取得モジュール２４により取得された超音波データは、そのキャリブレーションファイルに整合した状態で可撓性表示パネルあるいは表示モニタ３４に表示される。この場合、遠隔地のエキスパート３０は、現場の技術者とのやりとりにより、あるいはプロシージャ呼び出し（procedure callout）により、あるいは航空会社への照会により、可撓性超音波トランスデューサアレイの位置を知ることができる。不揮発性メモリーカード３２は、構造物の種々な領域に対してこれまでに行ったキャリブレーションについてのデータを格納したものであってもよい。

図７は、本開示で提案する概念の少なくともいくつかを利用した、別のモジュール式の超音波検査システムの構成を示すブロック図である。図７に示すシステムは、別個の外部モジュール８に電気ケーブル５を介して電気的に接続された可撓性超音波検査装置４を含む。電気ケーブルはその両端に、可撓性超音波検査装置４及び外部モジュール８に対して着脱可能なプラグ（図示せず）を有する。可撓性超音波検査装置４は、可撓性遅延線基板と可撓性表示パネルとに挟まれた可撓性超音波トランスデューサアレイを含む。外部モジュール８は、電力源、データ送信手段（例えば、上述の送受信器）及びデータ取得手段（例えば、上述のデータ取得モジュールと同様の機能を実行するプロセッサ）を含み、可撓性超音波トランスデューサアレイにより検査した構造物の疑似画像を可撓性表示パネルに表示させることを可能にする。データ取得手段は、電気ケーブル５を介して可撓性超音波検査装置４と通信するように構成されている。ＧＰＳ受信器（図示せず）は、（上述の通り）可撓性超音波検査装置４に装着されてもよい。代替の実施形態では、可撓性超音波検査装置４と外部モジュール８との間の距離が既知あるいは最短であって、位置決めシステムの分解能によっては無視できるレベルである場合には、ＰＳ受信器は外部モジュール８の一部であってもよい。

図８は、本開示で提案する概念の少なくともいくつかを利用した、代替のモジュール式超音波検査システムの構成を示すブロック図である。図８に示すシステムは、別個の外部モジュール１０に（電気ケーブル５を介して）電気的に接続された可撓性超音波検査装置６を含む。可撓性超音波検査装置６は、可撓性遅延線基板に装着された可撓性超音波トランスデューサアレイを含む。外部モジュール１０は、電力源、表示モニタ、データ送信手段（例えば、上述の送受信器）及びデータ取得手段（例えば、上述のデータ取得モジュールと同様の機能を実行するプロセッサ）を含み、可撓性超音波トランスデューサアレイにより検査した構造物の疑似画像を表示モニタに表示させることを可能にする。ＧＰＳ受信器（図示せず）は、可撓性超音波検査装置６に装着されてもよい。代替の実施形態では、ＧＰＳ受信器は外部モジュール１０の一部であってもよい。

図７及び図８に示したいずれの構成でも、外部モジュールは、検査対象の構造物上の複数個所に装着された可撓性超音波検査装置のそれぞれに順に接続可能である。図９は、構造物上の複数個所の超音波検査方法７０の工程を示すフロー図である。検査箇所の表面にはそれぞれ超音波検査装置が装着され、その位置に維持されて、各可撓性超音波検査装置に順次接続可能な外部モジュールを用いて定期的に検査を行える。

図９に示した実施形態では、方法７０は以下の工程を含む：第１の可撓性基板と、第１の可撓性基板に取り付けられた第１の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を有する第１の可撓性超音波検査装置を構造物の第１の部分の表面に取り付ける工程（工程７２）；第２の可撓性基板と、第２の可撓性基板に取り付けられた、第２の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を有する第２の可撓性超音波検査装置を構造物の第２の部分の表面に取り付ける工程（工程７４）；電気ケーブルを介してモジュールを第１の可撓性超音波検査装置に接続する工程（工程７６）であって、その際に前記モジュールはパルス発信／受信回路部を含み、この当該回路部は、構造物の第１の部分の検査中は第１の超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得を制御し、構造物の第２の部分の検査中は第２の超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得を制御するようにした工程；モジュールが第１の可撓性超音波検査装置に接続されている間、第１の可撓性超音波トランスデューサアレイを制御して、構造物の第１の部分を検査してデータを取得させる工程（工程７８）；工程７８の完了後に、電気ケーブルを第１の可撓性超音波検査装置から取り外す工程（工程８０）；電気ケーブルを介してモジュールを第２の可撓性超音波検査装置に接続する工程（工程８２）；モジュールが第２の可撓性超音波検査装置に接続されている間、第２の可撓性超音波トランスデューサアレイを制御して、構造物の第２の部分を検査してデータを取得する工程（工程８４）；工程８４の完了後に、電気ケーブルを第２の可撓性超音波検査装置から取り外す工程（工程８６）；構造物の第１あるいは第２の部分を再度検査（例えば、後日）する必要があるか否かを判定する工程（工程８８）。工程８８の結果、構造物の第１及び第２の部分を再度検査する必要があると判定されれば、方法は工程７６に戻り、処理を繰り返す。工程８８の結果、構造物の第１及び第２の部分を再度検査する必要はないと判定されれば、方法は工程７６には戻らず、処理は繰り返されない（工程９０）。この際、装着されている可撓性超音波検査装置を構造物から取り外す。

図９に示す方法は、複数箇所に損傷の可能性があり、これを定期的に検査するよう予定されている場合に利用可能である。この方法は、アクセスしにくい場所に損傷個所が位置している場合に特に有効である。表示モニタを有する単一の外部モジュールを、アクセス可能な位置に配置し、これを各超音波検査装置に電気ケーブルを介して順に接続することもできる。現場にいる技術者は、Ｃスキャン画像を順に見て、損傷が疑われる箇所の構造的保全性についてこれら画像が示す内容に基づいて適切な対応をとることができる。

別の実施形態では、可撓性超音波検査装置は、アール付き面に設置可能に設計されていてもよい。一例として、様々な半径のアール付き面に密着するのに十分な可撓性を有する、半径の短い「Ｌ字型」であってもよい。そのシステム構成は、図８に示したものと類似な構成とし、これにより可撓性レイヤの数を（例えば、可撓性表示パネルを含まないことによって）最小限にして、より大きな可撓性を得るようにしてもよい。図１０に示す状況では、一体的に補強されてなる、アール付き面を含む一般的な主翼ボックス（複合材料からなる）の部分４４に、可撓性超音波検査装置６（可撓性遅延線基板を含む）が載置され、音響結合されている。一体的に補強された主翼ボックスの図示した部分４４は、アール付き面４７を介した翼桁ウエブ４６に接続された外皮４８を含む。このアール付き面は翼桁ウエブ４６を外皮４８に接続するすみ肉接合領域（filleted join region）である。図１及び図２に示した実施形態と同様に、電源、ＧＰＳ受信器、データ送信手段及びデータ取得手段が、可撓性遅延線基板のうちの、検査対象物の平坦部分を覆うための領域に取り付けられていてもよい。より大きい半径のアール付き面については、外部モジュールを用いる代わりに、可撓性表示パネルを可撓性超音波トランスデューサアレイに取り付けた状態のまま用いることが可能である。別の例として、アレイは平坦領域に構成されるが、その縁部領域の１つは可撓性材料からなっており、その縁部領域が検査対象のアール付き面の曲率に密着可能であってもよい。密着させるべきアール付き面の曲率によって、アレイの縁部領域がそれぞれ異なる半径の曲面形状を有するように製造してもよい。

上述の超音波検査システムは、反射波のタイミングによって、厚み、深さ又は距離を測定するのに利用可能である。これら時間の測定値を距離の測定値に変換するために、超音波検査システムは、検査対象の構造物内の音速と必要なゼロオフセット値とを用いたキャリブレーションを行うことができる。このプロセスは、一般的に速度／ゼロキャリブレーション（velocity/zero calibration）と呼ばれる。厚み、深さ、あるいは距離の超音波測定値の精度は、いずれも、キャリブレーションの精度に依存する。上述したように、異なる材料及びトランスデューサについてのキャリブレーションデータを格納しておき、検索できるようにしてもよい。

自動キャリブレーション方法には、例えば、検査対象材料における超音波パルスの伝播速度を規定して、飛行時間（ＴＯＦ：time of flight）法による測定値と材料深さとを関連付けることと、Ｃスキャン画像の表示用の時間軸と深さ軸の範囲ならびに時間ゲートの設定を選択することと、を含みうる。深さは、構造物に対する超音波パルスの発信から反射パルスの戻りまでの時間を測定したＴＯＦ測定値から導出される。特定の検査対象物質内での超音波パルスの伝播速度が既知であれば、走査時間（scan window）の縦軸のキャリブレーションを、各反射パルスのＴＯＦに従った特定の線形深さ寸法（linear depth dimensions）に合わせて行うことが可能である。

本明細書に開示する方法は、検査対象の構造物の３Ｄモデルを表す三次元（３Ｄ）ＣＡＤデータを用いて超音波検査システムのキャリブレーションを自動化する方法である。ＣＡＤモデルに基づいてキャリブレーションを行うことにより、より詳細なデータを利用して個々の位置の測定を行うことが可能になる。ＣＡＤモデルデータ（即ち、以降は「構造物データ」とも称するもの）は、検査物の対象位置に相当する領域あるいはこれを含む領域の構造的な特徴として、物理的な寸法、材料特性、留め具位置、構造的な欠陥、検査物に対する変形あるいは修理、塗装の平均厚み、隠されているストリンガ、電磁効果（ＥＭＥ：electromagnetic effects）保護レイヤ、及び、一般的な検査では考慮されないその他の特徴、のうちの１つ又は複数に関するデータを含みうる。

ＣＡＤモデルデータベースは、検査対象物に関する情報も含み、この情報は、その領域の検査に用いる超音波検査システムの自動キャリブレーションに利用可能である。ＣＡＤモデルは、航空機の構造物のうちの検査箇所の領域に関するデータも含み、このデータには、（ａ）材料の種類（複数の複合標準品のテストを通じて決定される平均減衰量）；（ｂ）材料厚み；（ｃ）下に位置する構造物（検査機器に表示して、変則的な信号を認識する助けとする）；（ｄ）封止材の存在（背面からの信号の減少を考慮してゲインを調整）；（ｅ）ＥＭＥレイヤの有無；（ｆ）塗装の平均厚み；（ｇ）留め具位置（留め具の上方に素子が位置する場合に発生する変則的な信号についてユーザに警告できる）；（ｈ）検査領域おける修理済み箇所の有無（航空会社あるいはその他のユーザがＣＡＤファイルを最新の状態に保持しているか）、のうちの１つ又は複数に関する情報を含む。このようなＣＡＤモデルデータを利用して、その構造物についてのキャリブレーションファイルを生成し、検査担当者が情報を得た上で検査に関する決断を下すのに必要な状況把握を促すことができる。

図１１は、位置決めシステムを用いてキャリブレーションファイルを生成するための方法５０を特定するフローチャートである。先ず、対象位置（即ち、検査物の表面のうち、検査対象の構造物が下に位置する場所）を、位置決めシステムを用いて特定する（工程５２）。次に、対象位置に関連する構造物データを、ＣＡＤモデルデータベースサーバから抽出する（工程５４）。単純な実施形態の場合には、航空機の特定の領域用に予め定められたプロシージャを含み、このプロシージャを検査の開始時に初期対象位置に基づいてロードしてもよい。

引き続き図１１を参照すると、同図に示すように、構造物データを利用して、基本のキャリブレーション処理を行うことも、応用キャリブレーション処理（基本のキャリブレーション処理に加えて付加的なキャリブレーション処理を含みうる）を行うことも可能である。基本のキャリブレーション処理では、材料、部品厚み、塗装厚み、プローブの周波数、可撓性遅延線などのキャリブレーションパラメータを、関連する構造物データに基づいて選択する（工程５５）。また、材料種別に従って材料速度の表から音速を設定し（工程５６）、部品厚みに従って、画像範囲を決定し（工程５８）、塗装厚みと可撓性遅延線に従って、画像表示遅延を決定する（工程６０）。加えて、背面反射信号を考慮してゲインを調節することも可能である（工程６２）。

応用キャリブレーション方法では、フォーカルロウ（focal law）、ゲーティング、距離振幅補正（ＤＡＣ：Distance-Amplitude Correction）、時間補正ゲイン（ＴＣＧ：Time-Compensated Gain）などの追加のキャリブレーションパラメータを構造物データ処理用のキャリブレーションソフトウェアをプログラムされたコンピュータで決定できる（工程６４）。任意ではあるが、参照標準プロンプト（reference standard prompt）を自動的に生成して、より高度なキャリブレーション処理を行うことも可能である（工程６６）。検査者は、自動的に参照標準の提示を受け、その時々に指示を得ることも可能である。

最後に、全てのキャリブレーションパラメータを指定のフォーマットに従って編成し、キャリブレーションファイルを完成させる（工程６８）。この後、キャリブレーションファイルは、超音波検査システムのキャリブレーションに用いられる。

ＣＡＤモデルデータを用いることで、通常は非破壊検査（ＮＴＤ）に熟練した検査者の関与を必要とするような処理を自動で行うことが可能になる。この結果、キャリブレーション処理における人為的なミスを相当程度、排除できる。これにより、すべての検査を熟練したＮＴＤ検査者によって行う必要がなくなるので、研修コストの削減及び検査時間の短縮が可能になる。

加えて、本開示は、以下の付記による実施形態も包含する。

付記１ 第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記１の面に音響結合された可撓性遅延線基板と、含む可撓性アセンブリ；前記可撓性超音波トランスデューサアレイによるパルス発信とデータ取得とを制御するよう構成されたデータ取得モジュール；自身の位置を特定するよう構成された全地球測位システム受信器；前記データ取得モジュール及び前記全地球測位システム受信器と通信するよう構成された送受信器；及び、前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、に電力を供給するよう電気的に接続されたバッテリー、を含み、前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーと、は前記可撓性アセンブリに物理的に取り付けられている、超音波検査装置。

付記２ 前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと反対側を向く表面の部分に付着させた接着剤をさらに含む、付記１に記載の超音波検査装置。

付記３ 前記可撓性アセンブリは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第２の面の少なくとも一部分に重なる可撓性表示パネルをさらに含み、前記データ取得モジュールは、さらに、前記可撓性超音波トランスデューサアレイから第１形式の超音波データを受信し、当該第１形式の超音波データを、表示に適した第２形式の超音波データに変換し、当該第２形式の超音波データを前記可撓性表示パネルに送信するよう構成されている、付記１に記載の超音波検査装置。

付記４ 前記データ取得モジュールは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイから前記第１形式の超音波データを受信するよう電気的に接続されたパルス発信／受信回路部と、前記第１形式の超音波データを前記第２形式の超音波データに変換すると共に、前記可撓性表示パネルを制御して前記第２形式の超音波データを表示させるようプログラムされたプロセッサと、を含む、付記３に記載の超音波検査装置。

付記５ 前記可撓性表示パネルは、ポリマー基板と、前記ポリマー基板内又は前記ポリマー基板上に行列配置された複数のピクセルと、前記ポリマー基板内又は前記ポリマー基板上に配置されて、前記複数のピクセルのそれぞれに電気的に接続された複数の薄膜トランジスタと、を含む、付記３に記載の超音波検査装置。

付記６ 前記ピクセルは有機発光ダイオードをそれぞれ含む、付記５に記載の超音波検査装置。

付記７ 前記ピクセルは液晶を含む、付記５に記載の超音波検査装置。

付記８ 前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーとは、前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの外縁から延出する部分に物理的に取り付けられている、付記１に記載の超音波検査装置。

付記９ 前記可撓性超音波トランスデューサアレイは、行列配置された複数の超音波トランスデューサ素子を含む、付記１に記載の超音波検査装置。

付記１０ 前記可撓性超音波トランスデューサアレイは、互いに平行な複数の送信電極と、互いに平行であって、前記送信電極と重なるもののこれとは平行ではない複数の受信電極とを、を含む、付記１に記載の超音波検査装置。

付記１１ 輪郭表面を有する構造コンポーネント；前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に固定されていると共に、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、第１の面及び第２の面を有する可撓性遅延線基板と、を含む可撓性アセンブリであって、前記可撓性遅延線基板の前記第１の面は、前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に取り付けられており、前記可撓性遅延線基板の前記第２の面は、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第１の面に音響結合されている可撓性アセンブリ；電力源と、データの送受信を行う送受信器と、前記送受信器と通信するよう構成されたデータ取得装置と、を含む外部モジュール；及び、前記可撓性超音波トランスデューサアレイを前記データ取得装置に接続する電気ケーブルであって、前記可撓性アセンブリ及び前記外部モジュールに着脱可能なプラグを両端に有する電気ケーブル、を含み、前記データ取得装置は、前記電気ケーブルを介して前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されている、システム。

付記１２ 表示パネルをさらに含み、前記データ取得装置は、さらに、前記表示パネルを制御して前記可撓性超音波トランスデューサアレイにより取得した超音波データを表示させるよう構成されている、付記１１に記載のシステム。

付記１３ 前記表示パネルは前記外部モジュールの一部である、付記１２に記載のシステム。

付記１４ 前記表示パネルは前記可撓性アセンブリの一部であり、前記表示パネルは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第２の面に隣接配置された可撓性表示パネルである、付記１２に記載のシステム。

付記１５ 前記構造コンポーネントは航空機の一部である、付記１１に記載のシステム。

付記１６ 輪郭表面を有する構造コンポーネント；前記構造コンポーネントの前記輪郭表面の一領域に固定された可撓性アセンブリであって、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、第１の面及び第２の面を有する可撓性遅延線基板と、を含み、前記可撓性遅延線基板の前記第１の面は、前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に取り付けられており、前記可撓性遅延線基板の前記第２の面は、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第１の面に音響結合されている可撓性アセンブリ；前記可撓性超音波トランスデューサアレイのパルス発信及びデータ取得を制御するよう構成されたデータ取得モジュール；自身の位置を特定し、その位置を表す位置データを出力するよう構成された全地球測位システム受信器；前記データ取得モジュールと通信すると共に、前記全地球測位システム受信器から前記位置データを受信するよう構成された送受信器；及び、前記送受信器から前記位置データを受信して、その後、前記構造コンポーネントのうち、前記輪郭表面の前記領域の下に位置する部分についての材料特性の関数であるキャリブレーションデータを含むキャリブレーションファイルを生成又は抽出するようプログラムされたコンピュータシステム、を含むシステム。

付記１７ 前記可撓性アセンブリは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第２の面に隣接配置された可撓性表示パネルをさらに含む、付記１６に記載のシステム。

付記１８ 前記構造コンポーネントは航空機の一部である、付記１６に記載のシステム。

付記１９ 超音波検査装置のキャリブレーション方法であって、（ａ）構造物の材料特性を、当該構造物の座標系における位置の関数として表す構造物モデルデータを格納し、（ｂ）前記構造物の一部分の表面に可撓性超音波検査装置を取り付け、この際に、当該可撓性超音波検査装置は、可撓性基板と、前記可撓性基板に取り付けられた可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性基板に取り付けられた全地球測位システム受信器と、を有するものとし、（ｃ）前記全地球測位システム受信器の位置を表す位置データを、前記全地球測位システム受信器を用いて取得し、（ｄ）前記取得した位置データを、遠隔地にあるコンピュータシステムに送信し、（ｅ）前記超音波検査装置の位置を、前記構造物の前記座標系で特定し、（ｆ）前記構造物の座標系で特定された前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する前記構造物についての材料特性を表す構造物モデルデータを抽出し、（ｇ）前記構造物のうち、前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する前記部分についての材料特性を表すものとして抽出した前記構造物モデルデータの関数であるキャリブレーションデータを含むキャリブレーションファイルを生成又は抽出し、（ｈ）前記キャリブレーションファイルを、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されたデータ取得モジュールに送信し、（ｉ）前記キャリブレーションファイルに含まれる前記キャリブレーションデータを用いて、前記データ取得モジュールのキャリブレーションを行う、方法。

付記２０ 構造物における複数個所の超音波検査を行う方法であって、（ａ）第１の可撓性超音波検査装置を前記構造物の第１の部分の表面に取り付け、この際に、当該第１の可撓性超音波検査装置は、第１の可撓性基板と、前記第１の可撓性基板に取り付けられた第１の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を含むものとし、（ｂ）第２の可撓性超音波検査装置を前記構造物の第２の部分の表面に取り付け、この際に、当該第２の可撓性超音波検査装置は、第２の可撓性基板と、前記第２の可撓性基板に取り付けられた第２の可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、を含むものとし、（ｃ）電気ケーブルを介して前記第１の可撓性超音波検査装置にモジュールを接続し、この際に、当該モジュールはパルス発信−受信回路部を含み、当該パルス発信−受信回路部は、前記構造物の前記第１の部分の検査中は、前記第１の可撓性超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得とを制御し、前記構造物の前記第２の部分の検査中は、前記第２の可撓性超音波トランスデューサアレイによる検査とデータ取得とを制御するよう構成されているものとし、（ｄ）前記モジュールが前記第１の可撓性超音波検査装置に接続状態にある間、前記第１の可撓性トランスデューサアレイを制御して、前記構造物の前記第１の部分の検査とデータ取得とを行わせ、（ｅ）前記工程（ｄ）の完了後に、前記電気ケーブルを前記第１の可撓性超音波検査装置から取り外し、（ｆ）前記電気ケーブルを介して前記第２の可撓性超音波検査装置に前記モジュールを接続し、（ｇ）前記モジュールが前記第２の可撓性超音波トランスデューサに接続状態にある間、前記第２の可撓性超音波トランスデューサアレイを制御して、前記構造物の前記第２の部分の検査とデータ取得とを行わせる、方法。

付記２１ さらに、（ｈ）前記工程（ｇ）の完了後に、前記電気ケーブルを前記第２の可撓性超音波検査装置から取り外し、（ｉ）前記工程（ｃ）〜（ｈ）までを後に繰り返し、前記構造物の前記第１の部分及び前記第２部分の表面に取り付けた前記第１及び第２の可撓性超音波検査装置は、前記工程（ｉ）の前には取り外しされない、付記２０に記載の方法。

様々な実施形態を参照して装置及び方法について説明したが、本開示の教示から逸脱することなく、様々な変更が可能であり、構成要素をその均等物で置き換えできることは当業者であれば理解できよう。加えて、本開示の概念や実施を、特定の状況に適合させる様々な変形が可能である。したがって、請求項に包含される主題を開示の実施形態に限定することを意図するものではない。

請求項に用いられている「コンピュータシステム」との用語は、少なくとも１つのコンピュータあるいはプロセッサを有するシステムを包含し、また、当該システムがネットワークやバスを介して通信する複数のコンピュータやプロセッサを有する場合も包含すると広く解釈されるべきである。なお、前の文に用いられている「コンピュータ」及び「プロセッサ」との用語は、いずれも、少なくとも１つの処理ユニット（例えば、中央処理装置、集積回路又は算術論理演算ユニット）を備える装置を指す。

以下に記載の方法についての請求項は、当該請求項に記載した工程をアルファベット順（請求項におけるアルファベットを用いた順序付けは、先に記載した工程に言及する目的でのみ使用している）や、記載の順に実行することを要件とすると解釈されるべきでない。また、これらの請求項は、２つ以上の工程の任意の部分を同時に実行することや、交互に実行することを排除していると解釈されるべきではない。

Claims (10)

1. 第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記１の面に音響結合された可撓性遅延線基板と、含む可撓性アセンブリ、
   前記可撓性超音波トランスデューサアレイによるパルス発信とデータ取得とを制御するよう構成されたデータ取得モジュール、
   自身の位置を特定するよう構成された全地球測位システム受信器、
   前記データ取得モジュール及び前記全地球測位システム受信器と通信するよう構成された送受信器、及び、
   前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、に電力を供給するよう電気的に接続されたバッテリー、を含み、
   前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーと、は前記可撓性アセンブリに物理的に取り付けられている、超音波検査装置。
2. 前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと反対側を向く表面の部分に付着させた接着剤をさらに含む、請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 前記可撓性アセンブリは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第２の面の少なくとも一部分に重なる可撓性表示パネルをさらに含み、前記データ取得モジュールは、さらに、前記可撓性超音波トランスデューサアレイから第１形式の超音波データを受信し、当該第１形式の超音波データを、表示に適した第２形式の超音波データに変換し、当該第２形式の超音波データを前記可撓性表示パネルに送信するよう構成されている、請求項１又は２に記載の超音波検査装置。
4. 前記データ取得モジュールと、前記全地球測位システム受信器と、前記送受信器と、前記バッテリーは、前記可撓性遅延線基板のうち、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの外縁から延出する部分に物理的に取り付けられている、請求項１〜３のいずれか１つに記載の超音波検査装置。
5. 前記可撓性超音波トランスデューサアレイは、行列配置された複数の超音波トランスデューサ素子を含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の超音波検査装置。
6. 前記可撓性超音波トランスデューサアレイは、互いに平行な複数の送信電極と、互いに平行であって、前記送信電極と重なるもののこれとは平行ではない複数の受信電極と、を含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の超音波検査装置。
7. 輪郭表面を有する構造コンポーネント、
   前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に固定されていると共に、第１の面及び第２の面を有する可撓性超音波トランスデューサアレイと、第１の面及び第２の面を有する可撓性遅延線基板と、を含む可撓性アセンブリであって、前記可撓性遅延線基板の前記第１の面は、前記構造コンポーネントの前記輪郭表面に取り付けられており、前記可撓性遅延線基板の前記第２の面は、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの前記第１の面に音響結合されている可撓性アセンブリ、
   電力源と、データの送受信を行う送受信器と、前記送受信器と通信するよう構成されたデータ取得装置と、を含む外部モジュール、及び、
   前記可撓性超音波トランスデューサアレイを前記データ取得装置に接続する電気ケーブルであって、前記可撓性アセンブリ及び前記外部モジュールに着脱可能なプラグを両端に有する電気ケーブル、を含み、
   前記データ取得装置は、前記電気ケーブルを介して前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されている、システム。
8. 表示パネルをさらに含み、前記データ取得装置は、さらに、前記表示パネルを制御して前記可撓性超音波トランスデューサアレイにより取得した超音波データを表示させるよう構成されている、請求項７に記載のシステム。
9. 前記構造コンポーネントは航空機の一部である、請求項７又は８に記載のシステム。
10. 超音波検査装置のキャリブレーション方法であって、
    （ａ）構造物の材料特性を、当該構造物の座標系における位置の関数として表す構造物モデルデータを格納し、
    （ｂ）前記構造物の一部分の表面に可撓性超音波検査装置を取り付け、この際に、当該可撓性超音波検査装置は、可撓性基板と、前記可撓性基板に取り付けられた可撓性二次元超音波トランスデューサアレイと、前記可撓性基板に取り付けられた全地球測位システム受信器と、を有するものとし、
    （ｃ）前記全地球測位システム受信器の位置を表す位置データを、前記全地球測位システム受信器を用いて取得し、
    （ｄ）前記取得した位置データを、遠隔地にあるコンピュータシステムに送信し、
    （ｅ）前記超音波検査装置の位置を、前記構造物の前記座標系で特定し、
    （ｆ）前記構造物のうち、前記構造物の座標系で特定された前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する部分についての材料特性を表す構造物モデルデータを抽出し、
    （ｇ）前記構造物のうち、前記可撓性超音波検査装置の前記位置に近接する前記部分についての材料特性を表すものとして抽出した前記構造物モデルデータの関数であるキャリブレーションデータを含むキャリブレーションファイルを生成又は抽出し、
    （ｈ）前記キャリブレーションファイルを、前記可撓性超音波トランスデューサアレイと通信するよう構成されたデータ取得モジュールに送信し、
    （ｉ）前記データ取得モジュールのキャリブレーションを、前記キャリブレーションファイルに含まれる前記キャリブレーションデータを用いて行う、方法。

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