JP2021039090A - 構造体の接合部を検査するための接合部検査システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構造体の接合部を検査するための接合部検査システム及び方法を提供する。【解決手段】イオンビーム源２０２によって構造体２０６の第１表面２１０にイオンビーム２０８を照射して、前記構造体２０６の内部において、前記イオンビームのブラッグピークに対応する深さ２１４に音響パルス源２１２を形成する。前記音響パルス源は、接合部２１８に隣接する。前記音響パルス源２１２で生成された音響パルス２２６の伝播時間及び大きさを、前記構造体２０６の第２表面２２４に配置された音響センサ２２２によって検出してレスポンスを形成する。前記接合部２１８は、前記音響パルス源２１２と前記第２表面２２４との間に位置する。【選択図】図２

Description

本開示は、概して、非破壊検査に関し、より具体的には、構造体の接合部の検査に関する。

溶接及び接着は、部材を接合するための一般的な方法である。部材間を接合すると、部材間の境界面に接合部が形成される。部材間の接合部には、接合強度を確認する試験や検査が行われる。しかしながら、溶接部におけるボイド、又は接合継手における未接合部分を検出することは、非常に困難である。

したがって、上述した問題のうちの少なくともいくつか、及びその他の考えられる問題を考慮に入れた方法及び装置の提供が望まれる。

本開示の例示的な実施形態は、構造体の接合部を検査する方法を提供する。イオンビーム源によって前記構造体の第１表面にイオンビームが照射され、前記構造体の内部において、当該イオンビームのブラッグピークに対応する深さに音響パルス源が形成される。前記音響パルス源は、前記接合部に隣接する。前記音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさが、前記構造体の第２表面に配置された音響センサによって検出されてレスポンスが形成される。前記接合部は、前記音響パルス源と前記第２表面との間に位置する。

本開示の別の例示的な実施形態では、接合部検査システムが提供される。前記接合部検査システムは、イオンビーム源と、前記イオンビーム源から照射されたイオンビームのエネルギーによって形成される音響パルスを受信するよう配置された音響センサと、を含む。

本開示のさらに別の例示的な実施形態では、構造体の接合部を検査する方法が提供される。前記構造体の第１表面にイオンビームが繰り返し照射されて、前記構造体における前記接合部の第１の側に位置する第１部分の内部に音響パルス源が形成される。前記音響パルス源によって生成された音響パルスの伝播時間及び大きさが、前記構造体の第２部分の第２表面において検出されてレスポンスが形成される。前記接合部は、前記構造体における前記第１部分と前記第２部分との境界面に位置する。前記接合部に欠陥が含まれるか否か、前記レスポンスに基づいて特定される。

これらの特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において個別に達成可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。この詳細は、以下の記載と図面から明らかであろう。

例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、さらにその目的及び特徴は、以下に示す添付図面と共に本開示の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することで最もよく理解されるであろう。

例示的な実施形態による接合部検査システムが動作する検査環境を示すブロック図である。 例示的な実施形態による検査中の接合部の断面を示す図である。 例示的な実施形態による接合部検査におけるレスポンス強度を示すグラフである。 例示的な実施形態による、構造体接合部の検査方法を示すフローチャートである。 例示的な実施形態による、構造体接合部の検査方法を示す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を示すフローチャートである。 例示的な実施形態を実施可能な航空機を示すブロック図である。

例示的な実施例において、１つ以上の異なる事項が認識及び考慮されている。例示的な実施例において、従来の非破壊検査方法では検証できない接着部又は接合部があることが認識及び考慮されている。例示的な実施例において、Ｘ線は、大型構造物の接合部を検証するには、到達距離が不十分であることが認識及び考慮されている。例示的な実施例において、Ｘ線は、高密度の物質における透過が限定的であることが認識及び考慮されている。Ｘ線検査には、この他にも、深さ分解能が低すぎるという欠点があり、これを補うためには、断層撮影法が用いられるが、断層撮影法を用いると、処理時間が長くなってしまう。

例示的な実施例において、超音波の感度及び分解能は、肉厚の物体に用いるには低すぎる可能性があることが認識及び考慮されている。例示的な実施例において、超音波の感度及び分解能は、構造物の材料の影響を受けることが認識及び考慮されている。

例示的な実施例において、従来の超音波検査では、トランスデューサを用いて音響パルスを物体表面で生成することが認識及び考慮されている。音響エネルギーは、最初は、直接経路（direct path）に沿って進む。溶接部分や接合部分に欠陥が無ければ、音響エネルギーは、反対側の表面に配置された音響センサまで直接経路に沿って到達する。溶接部分や接合部分に欠陥がある場合には、センサまで直接到達する音響経路にはならず、代わりに、欠陥において散乱した音響エネルギーがセンサに到達する。しかしながら、この結果として形成される応答強度特性（intensity profile）は、許容可能な特性と大差ないものになる。このような物理的事情のため、従来の超音波検査における欠陥の検出感度には限界がある。

超音波検査において、トランスデューサを用いることで、超音波の感度又は分解能のうちの少なくとも一方を改善することが可能である。例示的な実施例において、トランスデューサを用いると、コスト及び労力が増加することが認識及び考慮されている。加えて、超音波検査では、材料、形状、及び厚みの組み合わせによっては、検証が可能でない場合がある。

次に、図１を参照すると、例示的な実施形態による接合部検査システムが動作する検査環境のブロック図が示されている。検査環境１０２における接合部検査システム１００は、構造体１０６の接合部１０４を検査するよう構成されている。接合部検査システム１００は、イオンビーム源１０８及び音響センサ１１０を含む。イオンビーム源１０８は、音響センサ１１０に向けて設置される。音響センサ１１０は、イオンビーム源１０８からのイオンビーム１１４のエネルギーによって形成された音響パルス１１２を受信するように配置される。

イオンビーム１１４に含まれる運動エネルギー１２０は、構造体２０６における短い距離領域内に放出される。この運動エネルギー１２０が熱エネルギーに変換されて、音響パルス源１２６の内部に熱膨張が発生する。音響パルス源１２６の熱膨張により、音響パルス１１２が発生する。

イオンビーム源１０８は、イオンビーム１１４を生成する。イオンビーム１１４は、構造体１０６の内部に音響パルス１１２を発生させる。イオンビーム源１０８は、任意の形態を取ることができる。いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム源１０８は、サイクロトロン、ヴァンデグラフ起電機、又は直線加速器のうちの１つである。

いくつかの例示的な実施例では、接合部検査システム１００は、イオンビーム１１４の形状を変化させるよう構成されたビームステアリングシステム１１６をさらに含む。いくつかの例示的な実施例では、ビームステアリングシステム１１６は任意の要素であってもよい。

いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム源１０８と当該イオンビーム源１０８のターゲットとの間に減衰器１１８が配置される。図示の通り、イオンビーム源１０８のターゲットは、構造体１０６である。これらの例示的な実施例では、減衰器１１８は、イオンビーム源１０８と構造体１０６との間に配置される。なお、減衰器１１８は、任意の要素である。減衰器１１８が含まれる場合、当該減衰器は、イオンビーム１１４のイオン１２２の運動エネルギー１２０を制御する。イオンビーム１１４のイオン１２２の運動エネルギー１２０を制御することによって、構造体１０６の内部に音響パルス源１２６が形成される位置の深さ（depth）１２４を調整することができる。

いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム１１４のイオン１２２の運動エネルギー１２０は、イオンビーム源１０８を調整することで制御される。いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム源１０８は、イオンの種類１２８を変更することで調整される。

動作について説明すると、イオンビーム源１０８は、構造体１０６にイオンビーム１１４を照射する。イオンビーム源１０８から構造体１０６の第１表面１３０にイオンビーム１１４が照射されると、構造体１０６の内部において、イオンビーム１１４のブラッグピーク１３２に対応する深さ１２４に音響パルス源１２６が形成される。深さ１２４は、音響パルス源１２６が接合部１０４に隣接する位置に形成されるように選択される。いくつかの例示的な実施例では、深さ１２４は、第１表面１３０と接合部１０４との間に位置する。

第１表面１３０は、構造体１０６の第１部分１３４の一部である。第１部分１３４は、接合部１０４において構造体１０６の第２部分１３６に接合されている。接合部１０４は、構造体１０６の第１部分１３４と第２部分１３６との境界面１３８に位置する。

音響センサ１１０は、構造体１０６の第２表面１４０に配置される。音響センサ１１０は、音響パルス源１２６によって生成される音響パルス１１２の伝播時間１４２及び大きさ１４４を検出して、レスポンス（response）１４６を形成する。接合部１０４は、第１表面１３０と第２表面１４０との間に位置する。接合部１０４は、音響パルス源１２６と第２表面１４０との間に位置する。

レスポンス１４６は、基準レスポンス（acceptable response）１４７と比較される。レスポンス１４６の大きさが基準レスポンス１４７の範囲外であれば、欠陥があると特定される。例えば、音響パルス源１２６と音響センサ１１０との間に欠陥１４８があれば、大きさ１４４は基準レスポンス１４７の範囲外である可能性がある。音響パルス源１２６と音響センサ１１０との間に欠陥１４８があれば、当該欠陥１４８によって音響パルス１１２の一部がブロックされる。欠陥１４８によって音響パルス１１２の一部がブロックされるので、音響センサ１１０で感知される音響パルス１１２の大きさ１４４は小さくなる。

いくつかの例示的な実施例では、レスポンス１４６と基準レスポンス１４７との比較は、オペレータによって行われる。別の例示的な実施例では、レスポンス１４６と基準レスポンス１４７との比較は、プロセッサ１４９によって行われる。

この例示的な実施例では、プロセッサ１４９による前記比較は、コンピュータにより実施される命令を用いて実行される。場合によっては、プロセッサ１４９は、回路システム、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理デバイスなどのハードウェアユニット、又は、その他の適当な種類のハードウェアユニットの形態を取ることができる。

別の例として、音響パルス源１２６と音響センサ１１０との間に欠陥１４８があれば、伝播時間１４２が基準レスポンスの範囲外になる可能性がある。音響パルス源１２６と音響センサ１１０との間に欠陥１４８があれば、当該欠陥１４８によって音響パルス１１２に散乱が生じる。欠陥１４８によって音響パルス１１２が散乱するので、音響パルス１１２が音響センサ１１０に到達するまでの伝播時間１４２が長くなる可能性がある。

接合部検査システム１００は、構造体１０６にイオンビーム１５０を繰り返し照射して接合部１０４を検査する。いくつかの例示的な実施例では、接合部検査システム１００は、第１表面１３０の全体にイオンビーム１５０を照射して、構造体１０６の接合部１０４における複数の箇所を検査する。

いくつかの例示的な実施例では、接合部検査システム１００は、複数の異なる運動エネルギーを有するイオンビーム１５０を構造体１０６に照射する。例えば、接合部検査システム１００は、イオンビーム源１０８によって構造体１０６の第１表面１３０に第２イオンビーム１５２を照射し、これにより、構造体１０６の内部において、当該第２イオンビーム１５２のブラッグピーク１５４に対応する第２深さに第２音響パルス源を形成する。構造体１０６に第２イオンビーム１５２を照射する前に、第２イオンビーム１５２のイオンの運動エネルギーを調節することで音響パルス源の第２深さを調節して、当該第２深さが深さ１２４とは異なるようにする。異なる運動エネルギーのイオンビーム１５０を構造体１０６に照射することで、接合部１０４の両側を検査することが可能になる。

第２表面１４０に配置された音響センサ１１０は、第２音響パルス源によって生成される音響パルスの伝播時間及び大きさを検出して、第２レスポンスを形成する。いくつかの例示的な実施例では、レスポンス１４６と第２レスポンスとは、互いに境界面１３８の反対の側から検出される。

いくつかの例示的な実施例では、固定具（fixture）１４９は、検査中の構造体１０６を保持する。いくつかの例示的な実施例では、固定具１４９は、検査対象の構造体１０６をイオンビーム源１０８と音響センサ１１０との間に保持する。いくつかの例示的な実施例では、固定具１４９は、検査対象の構造体１０６をイオンビーム源１０８の経路上に保持して、音響センサ１１０と音響結合（acoustic contact）させる。

図１に示す検査環境１０２は、例示的な実施形態を実現可能な態様に対する物理的限定又は構造的限定を示唆する意図ではない。図示した部材の追加又は代替として、他の部材を用いることも可能である。また、いくつかの部材を不要とすることも可能である。図中のブロックは、いくつかの機能的部材を示すためのものである。例示的な一実施形態において、これらのブロックの１つ以上を、組み合わせたり、分割したり、或いは、組み合わせて異なるブロックに分割してもよい。

例えば、いくつかの例示的な実施例では、固定具１４９は、構造体１０６を引張状態に保持するよう構成されている。固定具１４９によって構造体１０６を構造的な引張状態にすることで、接合部１０４における未接合部分を検出できる場合がある。構造体１０６を引張状態にすると、構造体１０６の接合部１０４も引張状態に置かれる。接合部１０４を引張状態にすると、接合部１０４に未接合部分があれば、その部分が拡がる。未接合部分が拡がると、音響パルス１１２の散乱が大きくなる。このように、構造体１０６を引張状態にすることで、接合部検査システム１００は、構造体１０６の接合部１０４における未接合部分をより容易に特定することが可能になる。

図示では、プロセッサ１４９は、検査環境１０２に含まれているが、別の実施例では、プロセッサ１４９は、任意の位置に配置されてもよい。例えば、プロセッサ１４９は、検査環境１０２の外部のコンピュータシステムの一部であってもよい。

次に、図２を参照すると、例示的な実施形態による検査中の接合部の断面が示されている。図示２００では、イオンビーム源２０２は、構造体２０６の第１の側２０４に配置されている。イオンビーム源２０２は、図１のイオンビーム源１０８の物理的な実施態様である。イオンビーム源２０２は、構造体２０６に向けて配置される。

イオンビーム源２０２は、構造体２０６の第１の側２０４における第１表面２１０にイオンビーム２０８を照射するよう構成されている。構造体２０６の第１表面２１０にイオンビーム２０８を照射することで、構造体２０６の内部における深さ２１４に音響パルス源２１２が形成される。この深さ２１４は、イオンビーム２０８のブラッグピーク２１６に対応する。図示のとおり、深さ２１４は、第１表面２１０と接合部２１８との間に位置する。この深さ２１４は、音響パルス源２１２が接合部２１８に隣接する位置に形成されるよう選択される。

ブラッグピーク２１６を示すグラフ２２０は、イオンビーム２０８が構造体２０６中を進むにしたがって生じるエネルギー放出を示すために提示されている。ブラッグピーク２１６は、イオンビーム２０８のイオンが運動停止する直前に生じる。ブラッグピーク２１６は、深さ２１４の直前の位置で生じる。イオンビーム２０８の運動エネルギーの大部分は、ブラッグピーク２１６にて、構造体１０６における短い距離領域内に放出される。この運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて、音響パルス源２１２の内部に熱膨張が発生する。音響パルス源２１２の熱膨張により、音響パルス２２６が発生する。

イオンビーム２０８におけるイオンの運動エネルギーを制御することによって、音響パルス源２１２が形成される位置の深さ２１４を調整することができる。運動エネルギーは、イオンビーム源２０２を調整するか、或いは、イオンビーム源２０２と構造体２０６との間に減衰器（図示せず）を挿入するか、のいずれかを行うことで制御できる。

音響センサ２２２は、構造体２０６の第２表面２２４に配置される。音響センサ２２２は、構造体２０６の内部から出射された音響パルスを受信するよう配置される。音響パルスは、イオンビーム源２０２のイオンビーム２０８によって生じた熱膨張によって生成される。接合部２１８は、第１表面２１０と第２表面２２４との間に位置する。音響パルス２２６は、音響パルス源２１２によって生成される。音響センサ２２２は、音響パルス源２１２によって生成される音響パルス２２６の伝播時間及び大きさを検出する。音響パルス源２１２で生成された音響パルス２２６の伝播時間及び大きさを検出することで、レスポンスが形成される。図示の通り、音響パルス２２６は、複数の矢印２２８で表される。

図示の通り、複数の矢印２２８の一部が、欠陥２３０によってブロックされている。このことは、音響パルス２２６の一部が欠陥２３０によってブロックされることを表している。欠陥２３０によって音響パルス２２６がブロックされることにより、音響センサ２２２が受信する音響パルス２２６の大きさ又は伝播時間のうちの少なくとも一方が、欠陥２３０があることによる影響を受ける。

接合部２１８における欠陥２３０は、ボイドである。接合部２１８は、構造体２０６の第１部分２３２と構造体２０６の第２部分２３４との間であって、第１部分２３２と第２部分２３４との境界面２３６に位置する。

接合部検査システム２３８は、イオンビーム源２０２及び音響センサ２２２を含む。イオンビーム源２０２は、音響センサ２２２に向けて配置される。音響センサ２２２は、イオンビーム源２０２が出射するイオンビーム２０８のエネルギーによって形成された音響パルスを受信するように配置される。

接合部検査システム２３８は、構造体２０６に向けて配置されたイオンビーム源２０２と、音響センサ２２２と、を含む。音響センサ２２２は、構造体２０６の内部から出射された音響パルスを受信する位置に配置される。音響パルス２２６を含む音響パルスは、イオンビーム源２０２のイオンビーム２０８によって生じた熱膨張によって生成される。

イオンビーム２０８を構造体２０６に照射することで、構造体２０６の接合部２１８の非破壊検査が可能になる。接合部２１８の非破壊検査は、接合部検査システム２３８によって行われる。図示のように、接合部検査システム２３８は、イオンビーム源２０２及び音響センサ２２２を含む。ただし、接合部検査システム２３８は、他の部材を含んでもよい。

図２に接合部検査システム２３８を示しているが、これは、例示的な実施形態を実現可能な態様に物理的限定又は構造的限定を課すことを示唆する意図ではない。図示した部材の追加又は代替として、他の部材を用いることも可能である。また、いくつかの部材を不要とすることも可能である。

図示の都合上、イオンビーム源２０２は、ボックスで表されているが、イオンビーム源２０２は、任意の形態を取ることができる。いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム源２０２は、サイクロトロン、ヴァンデグラフ起電機、又は直線加速器のうちの１つである。また、イオンビーム源２０２は、イオンビーム２０８を音響センサ２２２に向けて出射するように図示されているが、構造体２０６の内部に向けて任意の角度でイオンビーム２０８を出射することも可能である。

いくつかの例示的な実施例では、イオンビーム源２０２と構造体２０６との間に、減衰器（図示せず）が配置される。いくつかの例示的な実施例では、固定具（図示せず）によって検査中の構造体２０６が保持される。例えば、いくつかの例示的な実施例では、固定具は、構造体２０６を引張状態に保持するよう構成されている。

次に、図３を参照すると、例示的な実施形態による接合部検査におけるレスポンス強度のグラフが示されている。グラフ３００は、レスポンス３０２及びレスポンス３０４を示す。レスポンス３０２は、基準レスポンスである。レスポンス３０２は、音響パルスが透過する構造体に含まれる欠陥が許容可能なレベルである場合に生成される。レスポンス３０４は、音響パルスが構造体を透過する際に、許容されないレベルの欠陥に遭遇する場合に生成される。いくつかの例示的な実施例では、レスポンス３０４は、図１に示す音響パルス１１２を受信した場合のレスポンス１４６を物理的に表したものである。

グラフ３００のｘ軸３０６は、時間を表し、グラフ３００のｙ軸３０８は、強度を表す。ｘ軸３０６は、図１に示す伝播時間１４２などの伝播時間を表す。ｙ軸３０８は、図１に示す大きさ１４４などの大きさを表す。

次に、図４を参照すると、例示的な実施形態による、構造体接合部を検査する方法のフローチャートが示されている。方法４００は、図１の接合部検査システム１００を用いて実行することができる。方法４００は、図２のイオンビーム源２０２及び音響センサ２２２を用いて実行することができる。いくつかの例示的な実施例では、レスポンス３０２又はレスポンス３０４は、方法４００において生成されるレスポンスを物理的に表したものである。

方法４００では、イオンビーム源によって構造体の第１表面にイオンビームを照射して、前記構造体の内部において、前記イオンビームのブラッグピークに対応する深さで且つ接合部に隣接する位置に音響パルス源を形成する（処理４０２）。方法４００では、前記音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記構造体の第２表面に配置された音響センサによって検出してレスポンスを形成する（処理４０４）。前記接合部は、前記音響パルス源と前記第２表面との間に位置する。この後、方法４００を終了する。

いくつかの例示的な実施例における方法４００では、前記構造体にイオンビームを照射する前に、前記イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、前記音響パルス源が形成される深さを調整する（処理４０６）。いくつかの例示的な実施例では、前記イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御することは、前記イオンビーム源を調整すること、或いは、前記イオンビーム源と前記構造体との間に減衰器を挿入すること、のうちの少なくとも一方を含む（処理４０８）。いくつかの例示的な実施例では、前記深さは、前記第１表面と前記接合部との間に位置する。

いくつかの例示的な実施例における方法４００では、前記構造体に前記イオンビームを照射する前に、前記構造体に固定具を接続して、前記構造体を機械的に引張状態にする（処理４１０）。前記構造体を引張状態にすることで、接合強度の検査が可能になる。

方法４００では、前記レスポンスを基準レスポンスと比較し（処理４１２）、前記レスポンスの大きさが前記基準レスポンスの範囲外であれば、欠陥があると特定する（処理４１４）。いくつかの例示的な実施例では、前記レスポンスの大きさは、前記基準レスポンスの大きさを大幅に下回る。このような例示的な実施例では、前記レスポンスの大きさが、前記基準レスポンスの大きさを大幅に下回る場合は、欠陥があると特定される。ここで特定されるのは、許容範囲外の欠陥である。

いくつかの例示的な実施例では、前記基準レスポンスは、許容可能な強度を有する接合部に関連づけられたレスポンスであれば、当該基準レスポンスの大きさ以上になるように選択される。レスポンスの大きさが前記基準レスポンス以上であれば、欠陥の数及び欠陥の大きさは、許容範囲内である。前記基準レスポンスは、許容可能なレベルの欠陥を含む接合部に関連づけられたレスポンスであれば、前記基準レスポンスの大きさ以上になるように選択される。

いくつかの例示的な実施例における方法４００では、前記イオンビーム源によって、前記構造体の前記第１表面に第２イオンビームを照射し、前記構造体の内部において、前記第２イオンビームのブラッグピークに対応する第２深さに第２音響パルス源を形成する（処理４１６）。これらの実施例における方法４００では、前記第２音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記第２表面に配置された前記音響センサによって検出することで第２レスポンスを形成する（処理４１８）。

いくつかの例示的な実施例における方法４００では、前記第２イオンビームを前記構造体に照射する前に、前記第２イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、前記第２音響パルス源の前記第２深さが、前記第１深さとは異なる深さになるように調整する（処理４２０）。いくつかの例示的な実施例では、前記第２イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御することは、前記イオンビーム源を調整するか、又は、前記イオンビーム源と前記構造体との間に減衰器を挿入するか、の少なくとも一方を行うことを含む（処理４２２）。

次に、図５を参照すると、例示的な実施形態による、構造体接合部を検査する方法のフローチャートが示されている。方法５００は、図１の接合部検査システム１００を用いて実行することができる。方法５００は、図２のイオンビーム源２０２及び音響センサ２２２を用いて実行することができる。いくつかの例示的な実施例では、レスポンス３０２又はレスポンス３０４は、方法５００において生成されるレスポンスを物理的に表したものである。

方法５００では、前記構造体の第１表面にイオンビームを複数回繰り返し照射して、前記構造体における前記接合部の第１の側に位置する第１部分の内部に音響パルス源を形成する（処理５０２）。方法５００では、前記音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記構造体の第２部分の第２表面において検出することでレスポンスを形成する（処理５０４）。前記接合部は、前記構造体における前記第１部分と前記第２部分との境界面に位置する。方法５００では、前記レスポンスに基づいて、前記接合部に欠陥が含まれるか否かを特定する（処理５０６）。この後、方法５００を終了する。

いくつかの例示的な実施例における方法５００では、前記複数回のイオンビームのうちの各回のイオンビームを前記構造体に照射する前に、当該イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、当該イオンビームによって形成される音響パルス源の深さを調整する（処理５０８）。いくつかの例示的な実施例では、前記複数回のイオンビームのうちの各回のイオンビームのイオンの運動エネルギーは、前記複数回のイオンビームが少なくとも２つのブラッグピークを有するように制御される（処理５１０）。前記複数回のイオンビームが少なくとも２つのブラッグピークを有することにより、前記構造体における少なくとも２つの異なる深さにおいてイオンのエネルギーが放出される。異なる深さにおいてエネルギーが放出されることにより、複数の音響パルス源が異なる深さに形成される。

いくつかの例示的な実施例では、前記接合部に欠陥が含まれるか否かを特定することは、前記レスポンスの大きさを基準レスポンスの大きさと比較することを含む（処理５１２）。前記基準レスポンスの大きさは、許容可能な品質を有する同じ設計の複数の構造体の検査を利用して決定される。前記基準レスポンスの大きさは、当該基準レスポンスの大きさ以上のすべてのレスポンスが許容可能なレスポンスであるように選択される。

本明細書において、「少なくとも１つの」なる表現がアイテムの列挙と共に用いられる場合は、列挙されたアイテムの１つ以上の様々な組み合わせを用いてもよいということであり、列挙された各アイテムの１つだけを必要とする場合もあることを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうちの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、アイテムＡを意味する場合、アイテムＡ及びアイテムＢを意味する場合、或いは、アイテムＢを意味する場合が含まれる。また、この例には、アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣを意味する場合、或いは、アイテムＢ及びアイテムＣを意味する場合も含まれる。当然ながら、これらのアイテムのあらゆる組み合わせが可能である。別の例では、「〜のうちの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、例えば、２個のアイテムＡであっても、１個のアイテムＢであっても、１０個のアイテムＣであっても、４個のアイテムＢ及び７個のアイテムＣであってもよく、或いは、他の適当な組み合わせであってもよい。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーなどである。換言すると、「少なくとも１つの」は、列挙されたアイテムから、あらゆる数のアイテムをあらゆる組み合わせで使用してもよいが、列挙されたアイテムのすべてを必須とするわけではないことを意味する。

本明細書において、「所定数の」なる表現がアイテムの列挙と共に用いられている場合は、１つ又は複数のアイテムを意味する。

上述した様々な実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的な一実施形態における装置及び方法について可能ないくつかの実施態様の構造、機能、及び動作を示すものである。この点において、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、又は動作もしくはステップの一部のうちの少なくとも１つを表す場合がある。

例示的な一実施形態のいくつかの代替の態様においては、ブロックに示した機能が、図に示した順序とは異なる順序で行われてもよい。例えば、場合によっては、連続するものとして示されている２つのブロックを、関連する機能に応じて、実質的に同時に実行してもよいし、逆の順序で実行してもよい。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対して、さらに他のブロックを追加してもよい。いくつかのブロックは、任意であってもよい。例えば、処理４０６〜処理４２２のうちのいくつかは、任意の処理であってもよい。別の例として、処理５０８〜処理５１２のうちのいくつかは、任意の処理であってもよい。

本開示の例示的な実施形態は、図６に示す航空機の製造及び保守方法６００、並びに、図７に示す航空機７００に関連させて説明することができる。先ず図６を参照すると、例示的な実施形態による航空機の製造及び保守方法のフローチャートが示されている。生産開始前において、例示的な航空機の製造及び保守方法６００は、図７に示す航空機７００の仕様決定及び設計６０２と、材料調達６０４とを含む。

製造中には、航空機７００の部品及び小組立品の製造６０６、並びに、システム統合６０８が行われる。その後、航空機７００は、認証及び納品６１０の工程を経て、就航６１２に入る。顧客による就航６１２の間、航空機７００は、改良、再構成、改修、又は他の適当な保守を含みうる定常的な整備及び保守６１４のスケジュールに組み込まれる。

航空機の製造及び保守方法６００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又は、オペレータによって実行又は実施することができる。これらの例では、オペレータは、顧客であってもよい。なお、システムインテグレータは、航空機メーカ及び主要システム下請業者をいくつ含んでいてもよく、その数は特に限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよい。オペレータは、例えば、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織、及び他の適当なオペレータを含む。

図７を参照すると、例示的な実施形態を実施可能な航空機のブロック図が示されている。この実施例では、航空機７００は、図６の航空機の製造及び保守方法６００によって製造されており、複数のシステム７０４を備える機体７０２及び内装７０６を含む。複数のシステム７０４の例としては、駆動系７０８、電気系７１０、油圧系７１２、及び、環境系７１４のうちの１つ以上が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。

本明細書において具現化される装置及び方法は、航空機の製造及び保守方法６００における１つ以上のどの段階において採用してもよい。例えば、図６に示す部品及び小組立品の製造６０６、システム統合６０８、就航６１２、又は、整備及び保守６１４のうちの少なくとも１つの工程において、１つ以上の例示的な実施形態を製造又は使用することができる。例えば、部品及び小組立品の製造６０６の工程で、接合部検査システム１００を用いた構造体１０６の検査を実施することができる。いくつかの例示的な実施例では、整備及び保守６１４の工程で、接合部検査システム１００を用いた構造体１０６の検査を実施することができる。例えば、部品及び小組立品の製造６０６の工程で、方法４００又は方法５００を用いて接合部１０４を検査することができる。構造体１０６は、航空機７００の部材、例えば、機体７０２又は内装７０６の部材でもよい。

例示的な実施例は、接合部検査システム及び接合部の検査方法を提供する。例示的な実施例では、構造体内部における選択された深さに超音波源が形成される。例えば、陽子線などの単一エネルギービーム（mono-energetic beam）のイオンは、材料を透過し、ブラッグピークと呼ばれる特定の深さに到達したところで、そのエネルギーの大部分を放出する。大量のイオン（burst of ions）によって、検査対象の構造体内部の狭い領域に急峻な熱パルス（sharp pulse of heat）を発生させる。この熱パルスにより、構造体の表面に向かう音響パルスが生成される。前記表面に配置された音響センサは、この音響パルスの伝播時間及び大きさを診断する。音響パルスの伝播時間及び大きさから、ボイドや未接合部分などの欠陥を明らかにすることができる。いくつかの例示的な実施例では、前記構造体にイオンビームを照射する前に、前記構造体は引張状態に置かれる。

イオンエネルギーを変化させることで、選択された深さに音響パルスを発生させることができる。このエネルギーを変化させることで、接合部の一方の側から反対側に音響パルス源を移動させることができるので、いかなる欠陥部分についても感度を向上させることができる。

接合部検査システムは、構造体内部の音響信号を測定する音響センサと、例えば、サイクロトロン、又はヴァンデグラフ起電機などのイオンビーム源と、を有する。検査対象の構造体が準備される。いくつかの例示的な実施例では、前記構造体をイオンビームの経路上に保持する固定具が提供される。いくつかの例示的な実施例では、前記固定具は、さらに減衰器も保持する。これらの例示的な実施例では、前記減衰器は、対象物に入射するイオンエネルギーを制御するために提供される。

構造体を検査する際には、前記構造体は、固定具に設置される。前記構造体は、前記構造体における所望の部位がイオンビームの経路上に位置するように配向される。音響センサは、前記構造体の表面に配置される。イオンの運動エネルギーは、設定可能である。イオンの運動エネルギーは、イオンビーム源を調整するか、或いは、イオンビーム源と構造体との間に減衰器を挿入するか、のいずれかを行うことで調整される。イオンビーム源は、例えば陽子線などの単一エネルギーイオンのパルスを出射する。イオンパルスは、前記構造体に入射し、ブラッグピークと呼ばれる特定の深さにおいて、そのエネルギーの大部分を放出する。エネルギーの大部分を特定の深さ位置において放出することで、狭い領域に急峻な熱パルスが発生する。この領域が、僅かではあるが高速に膨張することで、当該構造体の表面に向かって進む音響パルスが生成される。前記表面に配置された少なくとも１つの音響センサは、この音響パルスの伝播時間及び大きさを記録する。

前記音響パルスの伝播時間及び／又は大きさは、オペレータ又はコンピュータのうちの少なくとも一方によって基準値と比較される。当該基準値は、許容可能な値、又は、許容されない値のうちの少なくとも１つを含む。所望の品質を有する同種の構造体と比較して、前記構造体の内部からのパルスに遅延及び／又は減衰があれば、ボイドや未接合部分などの欠陥が相当程度に含まれる証拠になる。含まれる欠陥の個数が許容可能な範囲内の構造体と比較して、前記構造体内部からのパルスに遅延及び／又は減衰があれば、許容可能な範囲外の欠陥が含まれる証拠になる。

前記イオンビームのイオンのエネルギーを変化させることで、選択された深さにおいて音響パルスを発生させることができる。例示的な実施例によれば、ｘ線検査に比べて、厚みの大きな構造体の検査が可能になる。同一箇所に向けて異なる運動エネルギーのイオンビームを出射するチャープ方式（chirping technique）を用いれば、前記接合部検査システムは、従来の検査技術よりも優れた深さ分解能を実現する。

例示的な実施例は、従来の超音波検査よりも優れた分解能及び感度を実現する。例示的な実施例も超音波を用いるが、超音波パルスは、構造体内部における検査対象領域の近傍に生成されるので、例示的な実施例の接合部検査システムでは、より少ない数のトランスデューサを用いて、より優れた分解能及び感度を実現することができる。

エネルギー放出量と深度との関係（energy deposition vs. depth）は、イオンビームのイオンに固有のものである。エネルギー放出量は、急峻なピークを示す。このように、エネルギーが放出される深さ位置が狭い範囲に限定されていることで実現される利点がある。

例示的な実施例では、音響トランスデューサによるパルスの生成は行っていない。代わりに、イオンパルスを対象物に入射させる。入射したイオンは、伝播経路の最初の部分でエネルギーの一部が放出されるが、エネルギーの大部分は、ブラッグピークに相当する深さにおける狭い範囲で放出される。ブラッグピークにおいてエネルギーが放出されることにより、対象物の内部で音響パルス源が発生する。音響エネルギーは、イオンビーム（パルス）源からの直接経路に沿って伝播する。欠陥が存在する場合は、ほとんどの直接経路がこの欠陥に遭遇する。

従来の超音波検査に比べて、欠陥によって散乱する音響エネルギーの割合がはるかに大きい。従来の超音波検査に比べて、前記接合部検査システムの音響センサによれば、構造体に許容範囲外の欠陥が含まれる場合のレスポンスと、構造体に許容範囲外の欠陥が含まれない場合のレスポンスとの間に大きな差異が観測される。検査プロセスにおけるこのような物理的特性により、従来の超音波検査に比べて、欠陥検出の感度を高めることができる。

様々な例示的な実施態様の説明は、例示及び説明のために提示したものであり、全てを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの改変又は変形が当業者には明らかであろう。さらに、例示の実施形態によっては、他の好適な実施形態とは異なる特徴をもたらす場合がある。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。

Claims (19)

1. 構造体の接合部を検査する方法であって、
   イオンビーム源によって前記構造体の第１表面にイオンビームを照射して、前記構造体の内部において、前記イオンビームのブラッグピークに対応する深さで且つ前記接合部に隣接する位置に音響パルス源を形成し、
   前記音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記構造体の第２表面に配置された音響センサによって検出してレスポンスを形成する、ことを含み、前記接合部は、前記音響パルス源と前記第２表面との間に位置するものである、方法。
2. 前記構造体に前記イオンビームを照射する前に、前記イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、前記音響パルス源の前記深さを調整することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御することは、前記イオンビーム源を調整すること、又は、前記イオンビーム源と前記構造体との間に減衰器を挿入すること、のうちの少なくとも一方を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記構造体に前記イオンビームを照射する前に、前記構造体を固定具に接続して、前記構造体を機械的に引張状態にすることをさらに含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記レスポンスを基準レスポンスと比較することと、
   前記レスポンスの大きさが前記基準レスポンスの範囲外であれば、欠陥があると特定することと、をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記イオンビーム源によって前記構造体の前記第１表面に第２イオンビームを照射して、前記構造体の内部において、前記第２イオンビームのブラッグピークに対応する第２深さに第２音響パルス源を形成することと、
   前記第２音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記第２表面に配置された前記音響センサによって検出して第２レスポンスを形成することと、をさらに含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記第２イオンビームを前記構造体に照射する前に、当該第２イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、前記第２音響パルス源の前記第２深さが、前記深さとは異なる深さになるように調整することをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御することは、前記イオンビーム源を調整すること、又は、前記イオンビーム源と前記構造体との間に減衰器を挿入すること、のうちの少なくとも一方を含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記深さは、前記第１表面と前記接合部との間に位置する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の方法。
10. 音響センサに向けて配置されたイオンビーム源と、
    前記イオンビーム源から照射されたイオンビームのエネルギーによって形成される音響パルスを受信するよう配置された前記音響センサと、を含む、接合部検査システム。
11. 前記イオンビーム源によって生成された前記イオンビームの形状を変化させるよう構成されたビームステアリングシステムをさらに含む、請求項１０に記載の接合部検査システム。
12. 前記イオンビーム源は、サイクロトロン、ヴァンデグラフ起電機、又は直線加速器のうちの１つである、請求項１０又は１１に記載の接合部検査システム。
13. 前記イオンビーム源と前記イオンビーム源のターゲットとの間に配置された減衰器をさらに含む、請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の接合部検査システム。
14. 前記イオンビーム源の経路上において前記音響センサと音響結合する状態に検査対象構造体を保持するよう構成された固定具をさらに含む、請求項１０〜１３のいずれか１つに記載の接合部検査システム。
15. 前記固定具は、前記検査対象構造体を引張状態にするよう構成されている、請求項１４に記載の接合部検査システム。
16. 構造体の接合部を検査する方法であって、
    前記構造体の第１表面にイオンビームを複数回繰り返し照射して、前記構造体における前記接合部の第１の側に位置する第１部分の内部に音響パルス源を形成し、
    前記音響パルス源で生成された音響パルスの伝播時間及び大きさを、前記構造体の第２部分の第２表面において検出してレスポンスを形成し、
    前記接合部に欠陥が含まれるか否かを前記レスポンスに基づいて特定する、ことを含み、前記接合部は、前記構造体における前記第１部分と前記第２部分との境界面に位置するものである、方法。
17. 前記複数回のイオンビームのうちの各回のイオンビームを前記構造体に照射する前に、当該イオンビームのイオンの運動エネルギーを制御して、当該イオンビームによって形成される音響パルス源の深さを調整することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数回のイオンビームのうちの各回のイオンビームのイオンの運動エネルギーは、前記複数回のイオンビームが少なくとも２つのブラッグピークを有するように制御される、請求項１７に記載の方法。
19. 前記接合部に欠陥が含まれるか否かを特定することは、前記レスポンスの大きさを基準レスポンスの大きさと比較することを含む、請求項１６〜１８のいずれか１つに記載の方法。

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