JP2021522520A - 非破壊検査のためのロボットシステムと方法 - Google Patents

Abstract

試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステムであって、試験対象物の表面上でＮＤＴを実行するためのトランスデューサホルダおよびＮＤＴトランスデューサと、ＮＤＴトランスデューサの所定の軌道を記憶するためのメモリと、試験対象物の表面とＮＤＴトランスデューサおよび／またはトランスデューサホルダとの間の接触力および／または接触モーメントの測定値を提供するための力感知装置と、所定の軌道に基づいて作動信号を生成するためのコントローラと、作動信号に基づいて試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を制御するための位置決め装置とを備える。その結果、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位、あるいは、ＮＤＴトランスデューサおよび／またはトランスデューサホルダと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントを自動的に適合させて、ＮＤＴ測定の品質を改善することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステム、およびロボットシステムを使用した試験対象物のＮＤＴのための方法に関する。

ＮＤＴは、損傷を引き起こすことなく、材料、構成要素、またはシステムの特性を評価するために、業界で使用される幅広い分析手法のグループである。

超音波検査（ＵＴ）は、ＮＤＴで最も広く使用されている手法の１つである。ＵＴは、試験される対象物または材料内の超音波の伝搬に基づいており、空洞や材料の欠陥など、密度または弾性の不均一性を検出するために使用できる。例えば、ＵＴは、板金のスタンピングおよび組み立て作業の品質を検証するために使用できる。詳細には、特定の車両ドアの種類では、ドアの端部に沿って接着され、折り重ねられ、溶接された金属シートの内側と外側の部品で構成されており、正しく接着結合されていること確認するためにＵＴが実行される。

ＵＴは、診断または測定処理システムに接続された超音波トランスデューサが検査対象物の上を通過する。トランスデューサは、通常、浸水試験のように、伝達媒質（油など）または水によって試験対象物から分離される。

ポータブル診断システムとハンドヘルド・トランスデューサを備えた手動式ＵＴは、通常、実装するのに最も簡単で最も安価な手法である。手動式ＵＴでは、通常、作業者はトランスデューサを試験対象物の表面に沿って動かしながら、ディスプレイまたは測定処理システムに接続されたグラフィックディスプレイで波形を観察する。手動式ＵＴでは、経験豊富な作業者による細心の注意が必要となる。したがって、特に、対象物を高密度または全体で検査する必要がある場合は、手間がかかり、時間がかかる。粗く、不規則な形状で、非常に小さいまたは薄く、または均質でない、試験対象物は検査が難しいことも知られている。

フェーズドアレイ（ＰＡ）超音波は、ＵＴの高度な方法であり、プローブを動かさずにＰＡプローブからのビームを電子的に集束および掃引することにより、大量の材料を試験できる。ＰＡプローブは複数の小さなトランスデューサで構成されており、それぞれを個別にパルス化できるため、ビームが制御可能である。したがって、ＰＡ−ＵＴは検査プロセスを高速化できるが、ＰＡプローブは通常、トランスデューサが１つしかないモノリシックプローブよりも大きいため、スペースに制約のある一部の用途での使用には適さない場合がある。

手動式テストは、テスト結果の検査と文書化に時間がかかるので、通常、試験対象物の１００％検査には実用的ではないため、自動式ＮＤＴ、特に、自動式ＵＴソリューションが開発された。自動式ＵＴは通常、水噴出器、水で満たされた結合ボックス、または水浴を備えた１つまたは複数のトランスデューサを使用し、音響結合を維持する。一般的には、１つまたは複数のトランスデューサおよび／または試験対象物は、ロボットなどの１つまたは複数の位置決め装置のエンドエフェクタに取り付けられ、１つまたは複数のトランスデューサと試験対象物との間の相対運動を作り出す。

水噴出器を備えた、または試験対象物が水に浸されている自動ＵＴ式ソリューションには、トランスデューサと試験対象物との接触が不要であるという利点がある。ただし、これらのソリューションは、必ずしも実用的または費用効果が高いとは限らない。

非接触ＵＴの例は、特許文献１に開示されており、超音波トランスデューサが対象物の欠陥検出に使用されている。さらに、この例では、超音波トランスデューサは、対象物に対する超音波トランスデューサの距離と傾きの計算に使用される。

他の自動式ＵＴソリューションでも、トランスデューサと試験対象物との間の接触が必要である。このようなソリューションでは、トランスデューサを試験対象物に沿って移動させながら、高品質のＵＴ測定を保証するために適切な接触を維持するには、通常、トランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントを制御する何らかの方法が必要である。そのような方法は、例えばばねを使用する受動的、または例えばロボットアームのハイブリッド位置／力の制御を使用することによる能動的、とすることができる。そこでは、接触力および／またはモーメントが測定され、ロボット制御システムへフィードバックされ、またはその両方が行われる。

さらに、ロボット工学の既知の技術により、自動式の表面または端部追跡コントローラで測定された接触力および／またはモーメントが使用できる。これにより、少なくとも部分的に、表面または端部を追跡しながら、トランスデューサと試験対象物との間に必要な相対運動を、稼働状態で作り出せる。

ただし、トランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントを受動的または能動的に制御しても、トランスデューサを試験対象物に沿って移動させている間、特に、試験対象物の一部が、粗く、不規則な形状で、非常に小さくまたは薄く、もしくは均一でない場合には、高品質なＵＴ測定を保証するために適切な接触を維持できるとは限らない。

ＵＳ２０１１／０００２９９Ａ１

本発明の目的は、最新技術における１つまたは複数の不都合な点を解決する、試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステムを提供することである。

この目的は、本発明によれば、試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステムを用いて実現される。ロボットシステムは：試験対象物の表面上でＮＤＴを実行するように構成されたＮＤＴトランスデューサを備えたエンドエフェクタであって、好ましくは、ＮＤＴトランスデューサを保持するように構成されたトランスデューサホルダを備えたエンドエフェクタと；試験対象物の表面に沿ったＮＤＴトランスデューサの所定の（予め決められた）軌道を記憶するように構成されたメモリと；試験対象物の表面とＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの測定値を提供するように構成された力感知装置と；コントローラであって：ＮＤＴトランスデューサの測定値を処理してＮＤＴフィードバック信号を生成するように構成されたＮＤＴモジュールと、力感知装置の測定値を処理して、所定の軌道、ＮＤＴフィードバック信号、および力フィードバック信号に基づいて、力作動信号を生成するように構成された力感知モジュールと、を含むコントローラと；試験対象物とＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を作動信号に基づいて制御するように構成された位置決め装置、好ましくは、ロボットアームなどの制御された多自由度位置決め装置と、を含む。

その結果、最適なＮＤＴ測定品質を提供するために、試験対象物の表面に対するＮＤＴトランスデューサの所望の接触力および／またはモーメントならびに最適な位置および／または方位によって指定されるように、ロボットシステムは、接触力／モーメント測定値とＮＤＴ測定値の両方のフィードバックを組み合わせて、同時に、試験対象物の表面とＮＤＴトランスデューサの表面およびトランスデューサホルダの表面の少なくとも一方との間の適切な接触圧力分布を提供する。

力／モーメントのフィードバックおよびＮＤＴフィードバックの可能なおよび／または最適な組み合わせは、試験対象物の表面、ＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの間の特定の接触形態によって異なる。

例えば、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触面積が一方向に広く、他の方向に狭い場合、面外接触モーメントは通常、一方向で大きくなり、他の方向で小さくなる。力感知装置によって十分な精度で測定できるほど接触モーメントが十分に大きい場合は、測定されたモーメントのフィードバックを使用して、対応する回転方向に試験対象物の表面に対してＮＤＴトランスデューサを配置することができる。しかし、接触モーメントが小さすぎて十分な精度で測定できない場合は、測定されたモーメントのフィードバックを使用できないため、ＮＤＴトランスデューサのフィードバックを使用して、試験対象物の表面に対してＮＤＴトランスデューサを配向することが望ましい。他のいくつかのケースでは、力のフィードバックとＮＤＴのフィードバックの両方を同じ方向に組み合わせると、都合がよい場合がある。

一部の用途では、ＮＤＴトランスデューサは、トランスデューサホルダによって保持される。トランスデューサホルダは、位置決め装置のエンドエフェクタに接続されており、ＮＤＴトランスデューサに加えて、例えば、ガイドホイールなどのガイドシステムによって試験対象物の表面にも接触する。ガイドシステムは、ホルダつまりトランスデューサも、試験対象物の表面上で移動するようにガイドする。最もよい例は、試験される対象物の端部に沿って、ＮＤＴトランスデューサをガイドするように構成されたホルダである。このような用途では、ＮＤＴトランスデューサと試験表面との間の接触力／モーメントに加えて、試験表面の端部に対してホルダつまりＮＤＴトランスデューサの位置と方位を制御するために使用可能な、ホルダと試験表面との間の接触力／モーメントも存在する。

これらのフィードバック信号を使用することにより、ロボットシステムは：所定の軌道を生成するために使用されるＣＡＤモデルまたは点群モデルと実際の試験対象物の形状（外形）との間の誤差；試験対象物のモデル化された位置および／または方位とその実際の位置および／または方位との間の不整合；エンドエフェクタの所定の軌道と実際に実行された軌道との間の誤差；および／または形状または粗さに関する試験対象物の局所的な表面の不規則性；が存在する状態で、高品質のＮＤＴ測定値を提供できる。さらに、この高品質のＮＤＴ測定値が、噴出器または試験対象物の浸水を必要とせずに取得できる。

本発明の一実施形態では、ロボットシステムの力感知装置は、エンドエフェクタ上またはエンドエフェクタ内に取り付けられた力トランスデューサおよび／またはトルクトランスデューサを含む。あるいは、ロボットシステムの力感知機能は、位置決め装置に（例えば、位置決め装置として機能するロボットアームの１つまたは複数の関節内に）統合された１つまたは複数のトルクトランスデューサによって提供され得る。さらに、ロボットシステムの力感知機能は、ロボットアームの１つまたは複数の電気関節アクチュエータにおける電流測定によっても提供され得る。力感知のための他の手段も、可能であることは理解されよう。

本発明の一実施形態では、コントローラは、前記力感知装置の測定値および／またはＮＤＴ測定の測定値に基づいて、所定の軌道を修正するようにさらに構成され、メモリは、修正された軌道を記憶するようにさらに構成される。また、所定の軌道は、同じ試験対象物または類似形状の複数の試験対象物に対して実行された複数のＮＤＴシーケンスから得られたＮＤＴトランスデューサの適合位置および／または方位の統計に従って、変更することもできる。

これは、ロボットシステムが、後続のＮＤＴ用に改善され所定の軌道から開始するので、複数の類似の試験対象物またはその一部を試験する必要がある状況では、特に役立つ。

さらに、位置決め装置の所定の軌道および／または修正された軌道は、固定座標系を参照することなく、試験対象物の局所形状を表す方法でメモリに記憶できる。好ましい実施形態では、この局所形状は、微分幾何学から知られている局所曲率情報によって表される。したがって、これらの軌道は、試験対象物の位置および／または方位の不正確さに依存しない。言い換えると、試験対象物が正しく配置および／または配向されていない場合でも、ロボットシステムは、測定された接触力／モーメントおよびＮＤＴ測定値に基づいたフィードバックにより、試験対象物の表面を正確に追跡でき、ＮＤＴ試験を適切に実行できる。したがって、正確で、通常は高価な、試験対象物の位置決めシステムが必要ではない。

本発明の一実施形態では、前記コントローラは、前記力感知装置の測定値に基づいた自動表面追跡アルゴリズムまたは自動端部追跡アルゴリズムを使用することによって、所定の軌道の少なくとも一部を生成するように構成された軌道生成モジュールをさらに備える。

この実施形態では、所定の軌道は、試験対象物のＣＡＤモデルまたは点群モデルなどの詳細な幾何学的モデルに基づいて生成されるのではなく、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物の表面との間の測定された接触力および／またはモーメントを使用する自動表面および／または端部追跡制御アルゴリズムを使用して生成される。このような追跡制御アルゴリズムは、通常、学習段階またはプログラミング段階で使用される。表面は、二重に湾曲している場合とそうでない場合、つまり、１つの方向または２つの方向に湾曲している場合とそうでない場合がある。したがって、詳細な幾何学的モデルが利用できない場合、または、利用できる場合でも使用せずに、ロボット軌道を生成し、ロボットシステムはＮＤＴを実行できる。さらに、これにより、ロボット軌道をより直感的にプログラミングできるようになる。

好ましい実施形態では、軌道生成モジュールは、力感知装置の測定値に基づいて、試験対象物の局所形状を決定するようにさらに構成される。コントローラは、試験対象物の測定された局所形状を、予め決められるかまたは学習された軌道で表された局所形状と比較することによって、試験対象物に対するＮＤＴセンサの位置を決定するようにさらに構成される。

この好ましい実施形態は、試験対象物が正確に配置されていない場合、またはロボットシステムで位置決めエラーが発生した場合、システムが試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの実際の位置を考慮に入れることができるという利点を有する。このようにして、不正確な位置決めが自動的に補正され、表面または端部の追跡の品質が向上し、その結果、ＮＤＴ測定の品質が改善する。同時に、測定を実行する速度を上げることもできる。力感知装置の測定に基づいて、試験対象物の局所形状を決定するように構成された軌道生成モジュールは、Ｄｅｍｅｙ Ｓ．、Ｂｒｕｙｎｉｎｃｋｘ Ｈ．、Ｄｅ Ｓｃｈｕｔｔｅｒ Ｊ．（１９９７）「Ｍｏｄｅｌ−ｂａｓｅｄ ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｔｏｕｒ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｓｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｅｒｒｏｒｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、１６（６）、８４０−８５８．ｄｏｉ：１０．１１７７／０２７８３６４９９７０１６００６０８に、記載されている。

本発明の別の実施形態では、所定の軌道は、試験対象物の幾何学的モデル、特にＣＡＤモデルまたは点群モデルに基づいている。

これにより、所定の軌道を生成するための学習段階またはプログラミング段階を実行するが必要ない。

さらに、本発明の別の実施形態では、試験対象物の幾何学的モデルを、自動表面追跡アルゴリズムおよび／または端部追跡制御アルゴリズムと組み合わせることができる。この実施形態では、表面追跡アルゴリズムおよび／または端部追跡制御アルゴリズムは、利用可能な幾何学的モデルを初期情報として組み込む。その結果、試験対象物の初期近似幾何学的モデルを使用することにより、自動追跡中に、軌道を高速かつ正確に生成できる。

本発明の一実施形態では、前記ＮＤＴトランスデューサは、超音波検査（ＵＴ）を実行するように構成された超音波ＮＤＴトランスデューサを含む。ＵＴは、試験される対象物または材料内の超音波の伝搬に基づく、一般的に使用される非破壊検査方法である。典型的な用途は、試験対象物の厚さを測定することである。他の用途には、空洞や材料欠陥などの材料の密度または弾性の不均一性の検出が含まれる。ＵＴは、鉄鋼およびアルミニウムの建築物、冶金、製造、航空宇宙、自動車、その他の輸送部門を含む多くの業界で使用されている。

あるいは、ＮＤＴ測定は超音波測定以外の測定技術に対応する。ＵＴまたは他のＮＤＴはどちらも、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物の表面との間の接触を、必要とする場合と、必要としない場合がある。接触を必要としない場合、接触力および／または接触モーメントの制御は必要ではなく、トランスデューサと試験対象物の表面との間の距離、およびそれらの相対的な方位の制御によって、例えば、トランスデューサホルダが所望の接触力および／または接触モーメントを有するようにトランスデューサホルダの位置および／または方位を制御することによって、置き換えることができる場合と、置き換えることができない場合がある。

本発明の一実施形態では、位置決め装置は、接触力および／または接触モーメントと共にエンドエフェクタの位置および／または方位を、特に同時に、制御するように構成されたハイブリッド運動／力の制御システムを備える。

あるいは、位置決め装置は、接触力および／または接触モーメントと共にエンドエフェクタの位置および／または方位を制御するように構成されたインピーダンスコントローラまたはアドミタンスコントローラを備え得る。

本発明の一実施形態では、トランスデューサホルダは、試験対象物の表面と接触するように構成され、位置決め装置は、トランスデューサホルダと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を作動信号に基づいて制御するように構成される。好ましくは、ＮＤＴトランスデューサはまた、試験対象物の表面と接触するように構成され、位置決め装置は、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を作動信号に基づいて制御するようにさらに構成される。

本発明の別の実施形態では、ＮＤＴトランスデューサは、試験対象物の表面と接触するように構成され、位置決め装置は、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を作動信号に基づいて制御するように構成される。

先行技術における１つまたは複数の不都合を解決する試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のための方法を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、本発明によれば、上記のロボットシステムを使用して、試験対象物のＮＤＴを行う方法によって達成される。本方法は、以下のステップを含む：所定の軌道の少なくとも一部を読み込むステップ；位置決め装置によって、試験対象物の表面の一部に沿ってＮＤＴトランスデューサを移動させるステップ；ＮＤＴトランスデューサによって、試験対象物の表面の前記一部のＮＤＴ測定値を生成するステップ；コントローラによって、ＮＤＴ測定値を処理するステップ；コントローラによって、ＮＤＴフィードバック信号を生成するステップ；力感知装置によって、試験対象物の表面の前記一部とＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの測定値を生成するステップ；コントローラによって、力の測定値を処理するステップ；コントローラによって、力フィードバック信号を生成するステップ；所定の軌道に基づく試験対象物とＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分、所定の軌道、ＮＤＴフィードバック信号、および力フィードバック信号と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を位置決め装置によって制御するステップ。

この方法には、上記のロボットシステムと同じ利点があり、特に、所定の軌道を生成するために使用されたＣＡＤモデルまたは点群モデルと実際の試験対象物の形状との間の誤差、試験対象物のモデル化された位置および／または方位とその実際の位置および／または方位との間の不整合、エンドエフェクタの所定の軌道と実際に実行された軌道との間の誤差、および／または形状または粗さに関する試験対象物の局所的な表面の不規則性、が存在する状態で、高品質のＮＤＴ測定値を提供する。さらに、この高品質のＮＤＴ測定値が、噴出器または試験対象物の浸水を必要とせずに取得できる。

本発明の一実施形態では、ＮＤＴフィードバック信号および／または力フィードバック信号は、連続的に生成される。言い換えれば、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位は、ＮＤＴ測定値および／または測定された接触力および／または接触モーメントに基づいて、連続的に適合され得る。

この実施形態では、ＮＤＴモジュールおよび／または力感知モジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づく表面追跡および位置／方位の適合が同時に実行され、その結果、所定の軌道に従って、表面追跡中のＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位が、連続的に適合される。

例えば、１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に十分な情報が存在しない場合など、方位を修正する必要がある方向を明確にするために、一般にアクティブセンシング信号と呼ばれる追加の信号を、所定の軌道に重ね合わせることができる。次に、アクティブセンシング信号とＮＤＴモジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号との間の相関関係から、ＮＤＴトランスデューサの配向を適合させる正しい方向を見つけることができる。

本発明の別の実施形態では、ＮＤＴモジュールおよび／または力感知モジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づいて、表面追跡および位置／方位の適合が断続的に実行される。言い換えれば、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位は、不連続な方法で適合される。このような場合、コントローラは通常、表面追従モードと適合モードを切り替える。したがって、例えば、ＮＤＴモジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づいて計算された品質測定により示されるＮＤＴ測定品質がロボットシステムを表面追従モードから適合モードに切り替えるまで、ロボットシステムは、所定の軌道および／または力フィードバック信号に対応する並進速度および回転速度で、試験対象物表面に対してＮＤＴトランスデューサを動かし続ける。適合モードでは、ロボットシステムは、ＮＤＴ品質基準を監視しながら、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を１つまたは複数の方向に連続的または同時に変更することによって、表面に対するＮＤＴトランスデューサの許容可能な、改善されたまたは最適な、位置および／または方位（例えば、ＮＤＴセンサの接触面とワークピースの表面との平行なアライメント（整合））を探索する。許容できる、改善されたまたは最適な、位置および／または方位が見つかると、コントローラは再び表面追従モードに切り替わり、ＮＤＴトランスデューサは、所定の軌道に対応する並進速度と回転速度で、今度は、１つまたは複数の方向に適合した位置および／または方位で、表面に対してその軌道を再開する。

本発明は、以下の説明および添付の図によって、さらに説明される。

本発明の一実施形態による、ハードウェアの設置、およびアルゴリズムのフローチャート図を示している。 ＮＤＴトランスデューサで、試験対象物の表面を追跡している特定時点でのロボットシステムの画像を示している。

本発明は、特定の実施形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、それに限定されず、特許請求の範囲によってのみ説明される。記載されている図面は、単なる概略図であり、非限定的である。図面において、いくつかの要素のサイズは、例示目的のために誇張され、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に必ずしも対応しない。

さらに、説明および特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時系列の順序を説明するために使用されるわけではない。これらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、本明細書で説明または図示されている以外の順序で動作することができる。

さらに、説明および特許請求の範囲における上部、下部、上方、下方などの用語は、説明の目的で使用され、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明または図示される以外の方位で動作することができる。

さらに、様々な実施形態は、「好ましい」と表されているが、本発明の範囲を限定するものとしてではなく、本発明を実施することができる例示的な方法として解釈されるべきである。

本明細書で使用される場合、「モジュール」という用語は、ハードウェア（例えば、集積回路または他の回路などのプロセッサ）およびソフトウェア（例えば、マシンまたはプロセッサで実行可能な命令、コマンド、またはファームウェア、プログラミングなどのコード、またはオブジェクトコード）を表す。さらに、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせには、ハードウェアのみ（つまり、ソフトウェア要素のないハードウェア要素）、ハードウェアでホストされるソフトウェア（例えば、メモリに記憶され、プロセッサで実行または解釈されるソフトウェア）、または、ハードウェア上でホストされたソフトウェアを備えたハードウェアが含まれる場合がある。

本明細書で使用される場合、プロセッサ可読媒体は、命令、コード、データ、または他の情報を非一時的に記憶し、プロセッサに直接または間接的にアクセスできる任意の媒体である。言い換えると、プロセッサ可読媒体は、プロセッサが命令、コード、データ、またはその他の情報にアクセスできる非一時的なメモリである。非限定的な例として、メモリは、揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブなどの永続データ記憶、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ（商標）（ＳＤ）カード、ＭｕｌｔｉＭｅｄｉａＣａｒｄ（ＭＭＣ）カード、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（商標）（ＣＦ）カード、またはそれらの組み合わせ、であり得る。言い換えると、メモリは複数のプロセッサ可読メディアを表すことができる。いくつかの実施形態では、メモリは、プロセッサと統合するか、プロセッサとは別にするか、またはコンピューティングシステムの外部に置くことができる。

図１は、本発明の一実施形態による、ハードウェアの設置、およびアルゴリズムのフローチャート図を示している。この実施形態では、ロボットシステムは、エンドエフェクタ２を備えたロボットアーム１と、試験対象物５の表面と接触し、トランスデューサホルダ３によってロボットエンドエフェクタ２に取り付けられたＮＤＴトランスデューサ４と、ＮＤＴトランスデューサ４によって提供されるＮＤＴ測定信号１４と、ＮＤＴ測定信号１４を入力として受信し、この入力に基づいてＮＤＴフィードバック信号７を生成するＮＤＴモジュール６と、所定のロボット軌道１１およびＮＤＴフィードバック信号７を入力として受信し、両方の入力に基づいて適合ロボット軌道１２（すなわち、１２はエンドエフェクタの位置および／または方位が、所定の軌道１１に関して修正できるか、または修正できないロボット軌道）を生成する方法１０と、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの測定値８を提供する力感知機能と、適合ロボット軌道１２および力／モーメント測定値８（すなわち、力フィードバック信号）を入力として受信し、両方の入力に基づいて、ロボットの作動信号１３を生成するハイブリッド位置／力コントローラ９と、を備える。

図２は、ＮＤＴトランスデューサで試験対象物の表面を追跡している特定時点でのロボットシステムの画像を示している。具体的には、この図は、エンドエフェクタ２を備えたロボットアーム１と、試験対象物５の表面と接触しトランスデューサホルダ３によってロボットエンドエフェクタ２に取り付けられたＮＤＴトランスデューサ４とを示している。

本開示の態様は、特定の実施形態に関して説明されてきたが、これらの態様が他の形態で実施され得ることは容易に理解されよう。

本発明は、試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステム、およびロボットシステムを使用した試験対象物のＮＤＴのための方法に関する。

ＮＤＴは、損傷を引き起こすことなく、材料、構成要素、またはシステムの特性を評価するために、業界で使用される幅広い分析手法のグループである。

超音波検査（ＵＴ）は、ＮＤＴで最も広く使用されている手法の１つである。ＵＴは、試験される対象物または材料内の超音波の伝搬に基づいており、空洞や材料の欠陥など、密度または弾性の不均一性を検出するために使用できる。例えば、ＵＴは、板金のスタンピングおよび組み立て作業の品質を検証するために使用できる。詳細には、特定の車両ドアの種類では、ドアの端部に沿って接着され、折り重ねられ、溶接された金属シートの内側と外側の部品で構成されており、正しく接着結合されていること確認するためにＵＴが実行される。

ＵＴは、診断または測定処理システムに接続された超音波トランスデューサが検査対象物の上を通過する。トランスデューサは、通常、浸水試験のように、伝達媒質（油など）または水によって試験対象物から分離される。

ポータブル診断システムとハンドヘルド・トランスデューサを備えた手動式ＵＴは、通常、実装するのに最も簡単で最も安価な手法である。手動式ＵＴでは、通常、作業者はトランスデューサを試験対象物の表面に沿って動かしながら、ディスプレイまたは測定処理システムに接続されたグラフィックディスプレイで波形を観察する。手動式ＵＴでは、経験豊富な作業者による細心の注意が必要となる。したがって、特に、対象物を高密度または全体で検査する必要がある場合は、手間がかかり、時間がかかる。粗く、不規則な形状で、非常に小さいまたは薄く、または均質でない、試験対象物は検査が難しいことも知られている。

フェーズドアレイ（ＰＡ）超音波は、ＵＴの高度な方法であり、プローブを動かさずにＰＡプローブからのビームを電子的に集束および掃引することにより、大量の材料を試験できる。ＰＡプローブは複数の小さなトランスデューサで構成されており、それぞれを個別にパルス化できるため、ビームが制御可能である。したがって、ＰＡ−ＵＴは検査プロセスを高速化できるが、ＰＡプローブは通常、トランスデューサが１つしかないモノリシックプローブよりも大きいため、スペースに制約のある一部の用途での使用には適さない場合がある。

手動式テストは、テスト結果の検査と文書化に時間がかかるので、通常、試験対象物の１００％検査には実用的ではないため、自動式ＮＤＴ、特に、自動式ＵＴソリューションが開発された。自動式ＵＴは通常、水噴出器、水で満たされた結合ボックス、または水浴を備えた１つまたは複数のトランスデューサを使用し、音響結合を維持する。一般的には、１つまたは複数のトランスデューサおよび／または試験対象物は、ロボットなどの１つまたは複数の位置決め装置のエンドエフェクタに取り付けられ、１つまたは複数のトランスデューサと試験対象物との間の相対運動を作り出す。

水噴出器を備えた、または試験対象物が水に浸されている自動ＵＴ式ソリューションには、トランスデューサと試験対象物との接触が不要であるという利点がある。ただし、これらのソリューションは、必ずしも実用的または費用効果が高いとは限らない。

非接触ＵＴの例は、特許文献１に開示されており、超音波トランスデューサが対象物の欠陥検出に使用されている。さらに、この例では、超音波トランスデューサは、対象物に対する超音波トランスデューサの距離と傾きの計算に使用される。

ＵＳ３８９８８３８Ａ１は、請求項１の前文によるロボットシステムを開示している。このシステムは、液体結合媒体を使用した非接触測定に依存する。システムは、サーチチューブに配置されたトランスデューサを含み、サーチチューブは制御可能な位置を有する。サーチチューブの事前にプログラムされた位置が、開示されている。さらに、位置の自動調整が開示されている。最適な位置には、表面に対するトランスデューサの法線の方位と均一な間隔が必要である。自動調整は超音波トランスデューサの結果に基づいており、法線の方位になるように傾きを調整する。距離は、超音波トランスデューサの結果でもあるゲート信号から調整される。

他の自動式ＵＴソリューションでも、トランスデューサと試験対象物との間の接触が必要である。このようなソリューションでは、トランスデューサを試験対象物に沿って移動させながら、高品質のＵＴ測定を保証するために適切な接触を維持するには、通常、トランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントを制御する何らかの方法が必要である。そのような方法は、例えばばねを使用する受動的、または例えばロボットアームのハイブリッド位置／力の制御を使用することによる能動的、とすることができる。そこでは、接触力および／またはモーメントが測定され、ロボット制御システムへフィードバックされ、またはその両方が行われる。

さらに、ロボット工学の既知の技術により、自動式の表面または端部追跡コントローラで測定された接触力および／またはモーメントが使用できる。これにより、少なくとも部分的に、表面または端部を追跡しながら、トランスデューサと試験対象物との間に必要な相対運動を、稼働状態で作り出せる。

例えば、ＪＰＨ０２３０２６６３Ａは、一般に、３Ｄ形状を有する対象物のＮＤＴに関する。このシステムの目的は、手の座標系の各方向の力とモーメントを、同時に測定する力センサを提供することにより、自動的に測定を行うことである。ロボットの操作ユニットが検査対象物に接触し、その時点で得られた力センサの出力データにより、検出面の法線の方位が維持される。次に、検出器が表面に押し付けられ、位置調整に使用される別の測定が行われる。

ただし、トランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントを受動的または能動的に制御しても、トランスデューサを試験対象物に沿って移動させている間、特に、試験対象物の一部が、粗く、不規則な形状で、非常に小さくまたは薄く、もしくは均一でない場合には、高品質なＵＴ測定を保証するために適切な接触を維持できるとは限らない。

ＵＳ２０１１／０００２９９Ａ１ ＵＳ３８９８８３８Ａ１ ＪＰＨ０２３０２６６３Ａ

本発明の目的は、最新技術における１つまたは複数の不都合な点を解決する、試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のためのロボットシステムを提供することである。

この目的は、ＮＤＴトランスデューサが試験対象物の表面と接触するように構成され、ロボットシステムが、試験対象物の表面とＮＤＴトランスデューサとの間の接触力および／または接触モーメントの測定値を提供するように構成された力感知装置をさらに備え、コントローラが、力フィードバック信号を生成するために力感知装置の測定値を処理するように構成された力感知モジュールをさらに備え、信号生成モジュールが、所定の軌道、ＮＤＴフィードバック信号および力フィードバック信号に基づいて作動信号を生成するように構成されており、制御された多自由度位置決め装置が、試験対象物とＮＤＴトランスデューサとの間の接触力および／または接触モーメントと共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を制御するように構成される本発明に従って達成される。

その結果、最適なＮＤＴ測定品質を提供するために、試験対象物の表面に対するＮＤＴトランスデューサの所望の接触力および／またはモーメントならびに最適な位置および／または方位によって指定されるように、ロボットシステムは、接触力／モーメント測定値とＮＤＴ測定値の両方のフィードバックを組み合わせて、同時に、試験対象物の表面とＮＤＴトランスデューサの表面およびトランスデューサホルダの表面の少なくとも一方との間の適切な接触圧力分布を提供する。

力／モーメントのフィードバックおよびＮＤＴフィードバックの可能なおよび／または最適な組み合わせは、試験対象物の表面、ＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの間の特定の接触形態によって異なる。

例えば、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触面積が一方向に広く、他の方向に狭い場合、面外接触モーメントは通常、一方向で大きくなり、他の方向で小さくなる。力感知装置によって十分な精度で測定できるほど接触モーメントが十分に大きい場合は、測定されたモーメントのフィードバックを使用して、対応する回転方向に試験対象物の表面に対してＮＤＴトランスデューサを配置することができる。しかし、接触モーメントが小さすぎて十分な精度で測定できない場合は、測定されたモーメントのフィードバックを使用できないため、ＮＤＴトランスデューサのフィードバックを使用して、試験対象物の表面に対してＮＤＴトランスデューサを配向することが望ましい。他のいくつかのケースでは、力のフィードバックとＮＤＴのフィードバックの両方を同じ方向に組み合わせると、都合がよい場合がある。

一部の用途では、ＮＤＴトランスデューサは、トランスデューサホルダによって保持される。トランスデューサホルダは、位置決め装置のエンドエフェクタに接続されており、ＮＤＴトランスデューサに加えて、例えば、ガイドホイールなどのガイドシステムによって試験対象物の表面にも接触する。ガイドシステムは、ホルダつまりトランスデューサも、試験対象物の表面上で移動するようにガイドする。最もよい例は、試験される対象物の端部に沿って、ＮＤＴトランスデューサをガイドするように構成されたホルダである。このような用途では、ＮＤＴトランスデューサと試験表面との間の接触力／モーメントに加えて、試験表面の端部に対してホルダつまりＮＤＴトランスデューサの位置と方位を制御するために使用可能な、ホルダと試験表面との間の接触力／モーメントも存在する。

これらのフィードバック信号を使用することにより、ロボットシステムは：所定の軌道を生成するために使用されるＣＡＤモデルまたは点群モデルと実際の試験対象物の形状（外形）との間の誤差；試験対象物のモデル化された位置および／または方位とその実際の位置および／または方位との間の不整合；エンドエフェクタの所定の軌道と実際に実行された軌道との間の誤差；および／または形状または粗さに関する試験対象物の局所的な表面の不規則性；が存在する状態で、高品質のＮＤＴ測定値を提供できる。さらに、この高品質のＮＤＴ測定値が、噴出器または試験対象物の浸水を必要とせずに取得できる。

本発明の一実施形態では、ロボットシステムの力感知装置は、エンドエフェクタ上またはエンドエフェクタ内に取り付けられた力トランスデューサおよび／またはトルクトランスデューサを含む。あるいは、ロボットシステムの力感知機能は、位置決め装置に（例えば、位置決め装置として機能するロボットアームの１つまたは複数の関節内に）統合された１つまたは複数のトルクトランスデューサによって提供され得る。さらに、ロボットシステムの力感知機能は、ロボットアームの１つまたは複数の電気関節アクチュエータにおける電流測定によっても提供され得る。力感知のための他の手段も、可能であることは理解されよう。

本発明の一実施形態では、コントローラは、前記力感知装置の測定値および／またはＮＤＴ測定の測定値に基づいて、所定の軌道を修正するようにさらに構成され、メモリは、修正された軌道を記憶するようにさらに構成される。また、所定の軌道は、同じ試験対象物または類似形状の複数の試験対象物に対して実行された複数のＮＤＴシーケンスから得られたＮＤＴトランスデューサの適合位置および／または方位の統計に従って、変更することもできる。

これは、ロボットシステムが、後続のＮＤＴ用に改善され所定の軌道から開始するので、複数の類似の試験対象物またはその一部を試験する必要がある状況では、特に役立つ。

さらに、位置決め装置の所定の軌道および／または修正された軌道は、固定座標系を参照することなく、試験対象物の局所形状を表す方法でメモリに記憶できる。好ましい実施形態では、この局所形状は、微分幾何学から知られている局所曲率情報によって表される。したがって、これらの軌道は、試験対象物の位置および／または方位の不正確さに依存しない。言い換えると、試験対象物が正しく配置および／または配向されていない場合でも、ロボットシステムは、測定された接触力／モーメントおよびＮＤＴ測定値に基づいたフィードバックにより、試験対象物の表面を正確に追跡でき、ＮＤＴ試験を適切に実行できる。したがって、正確で、通常は高価な、試験対象物の位置決めシステムが必要ではない。

本発明の一実施形態では、前記コントローラは、前記力感知装置の測定値に基づいた自動表面追跡アルゴリズムまたは自動端部追跡アルゴリズムを使用することによって、所定の軌道の少なくとも一部を生成するように構成された軌道生成モジュールをさらに備える。

この実施形態では、所定の軌道は、試験対象物のＣＡＤモデルまたは点群モデルなどの詳細な幾何学的モデルに基づいて生成されるのではなく、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物の表面との間の測定された接触力および／またはモーメントを使用する自動表面および／または端部追跡制御アルゴリズムを使用して生成される。このような追跡制御アルゴリズムは、通常、学習段階またはプログラミング段階で使用される。表面は、二重に湾曲している場合とそうでない場合、つまり、１つの方向または２つの方向に湾曲している場合とそうでない場合がある。したがって、詳細な幾何学的モデルが利用できない場合、または、利用できる場合でも使用せずに、ロボット軌道を生成し、ロボットシステムはＮＤＴを実行できる。さらに、これにより、ロボット軌道をより直感的にプログラミングできるようになる。

好ましい実施形態では、軌道生成モジュールは、力感知装置の測定値に基づいて、試験対象物の局所形状を決定するようにさらに構成される。コントローラは、試験対象物の測定された局所形状を、予め決められるかまたは学習された軌道で表された局所形状と比較することによって、試験対象物に対するＮＤＴセンサの位置を決定するようにさらに構成される。

この好ましい実施形態は、試験対象物が正確に配置されていない場合、またはロボットシステムで位置決めエラーが発生した場合、システムが試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの実際の位置を考慮に入れることができるという利点を有する。このようにして、不正確な位置決めが自動的に補正され、表面または端部の追跡の品質が向上し、その結果、ＮＤＴ測定の品質が改善する。同時に、測定を実行する速度を上げることもできる。力感知装置の測定に基づいて、試験対象物の局所形状を決定するように構成された軌道生成モジュールは、Ｄｅｍｅｙ Ｓ．、Ｂｒｕｙｎｉｎｃｋｘ Ｈ．、Ｄｅ Ｓｃｈｕｔｔｅｒ Ｊ．（１９９７）「Ｍｏｄｅｌ−ｂａｓｅｄ ｐｌａｎａｒ ｃｏｎｔｏｕｒ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｃｅ ｏｆ ｐｏｓｅ ａｎｄ ｍｏｄｅｌ ｅｒｒｏｒｓ」、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｏｂｏｔｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、１６（６）、８４０−８５８．ｄｏｉ：１０．１１７７／０２７８３６４９９７０１６００６０８に、記載されている。

本発明の別の実施形態では、所定の軌道は、試験対象物の幾何学的モデル、特にＣＡＤモデルまたは点群モデルに基づいている。

これにより、所定の軌道を生成するための学習段階またはプログラミング段階を実行するが必要ない。

さらに、本発明の別の実施形態では、試験対象物の幾何学的モデルを、自動表面追跡アルゴリズムおよび／または端部追跡制御アルゴリズムと組み合わせることができる。この実施形態では、表面追跡アルゴリズムおよび／または端部追跡制御アルゴリズムは、利用可能な幾何学的モデルを初期情報として組み込む。その結果、試験対象物の初期近似幾何学的モデルを使用することにより、自動追跡中に、軌道を高速かつ正確に生成できる。

本発明の一実施形態では、前記ＮＤＴトランスデューサは、超音波検査（ＵＴ）を実行するように構成された超音波ＮＤＴトランスデューサを含む。ＵＴは、試験される対象物または材料内の超音波の伝搬に基づく、一般的に使用される非破壊検査方法である。典型的な用途は、試験対象物の厚さを測定することである。他の用途には、空洞や材料欠陥などの材料の密度または弾性の不均一性の検出が含まれる。ＵＴは、鉄鋼およびアルミニウムの建築物、冶金、製造、航空宇宙、自動車、その他の輸送部門を含む多くの業界で使用されている。

あるいは、ＮＤＴ測定は超音波測定以外の測定技術に対応する。

本発明の一実施形態では、位置決め装置は、接触力および／または接触モーメントと共にエンドエフェクタの位置および／または方位を同時に制御するように構成されたハイブリッド運動／力の制御システムを備える。

あるいは、位置決め装置は、接触力および／または接触モーメントと共にエンドエフェクタの位置および／または方位を制御するように構成されたインピーダンスコントローラまたはアドミタンスコントローラを備え得る。

本発明の一実施形態では、エンドエフェクタはＮＤＴトランスデューサを保持するように構成されたトランスデューサホルダを備え、トランスデューサホルダは、試験対象物の表面と接触するように構成され、位置決め装置は、トランスデューサホルダと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントと共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を作動信号に基づいて制御するように構成される。

先行技術における１つまたは複数の不都合を解決する試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）のための方法を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、本発明によれば、上記のロボットシステムを使用して、試験対象物のＮＤＴを行う方法によって達成される。本方法は、以下のステップを含む：所定の軌道の少なくとも一部を読み込むステップ；位置決め装置によって、試験対象物の表面の一部に沿ってＮＤＴトランスデューサを移動させるステップ；ＮＤＴトランスデューサによって、試験対象物の表面の前記一部のＮＤＴ測定値を生成するステップ；コントローラによって、ＮＤＴ測定値を処理するステップ；コントローラによって、ＮＤＴフィードバック信号を生成するステップ；力感知装置によって、試験対象物の表面の前記一部とＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの測定値を生成するステップ；コントローラによって、力の測定値を処理するステップ；コントローラによって、力フィードバック信号を生成するステップ；所定の軌道に基づく試験対象物とＮＤＴトランスデューサとの間の接触力および／または接触モーメント、所定の軌道、ＮＤＴフィードバック信号、および力フィードバック信号と共に、試験対象物に対するＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を位置決め装置によって制御するステップ。

この方法には、上記のロボットシステムと同じ利点があり、特に、所定の軌道を生成するために使用されたＣＡＤモデルまたは点群モデルと実際の試験対象物の形状との間の誤差、試験対象物のモデル化された位置および／または方位とその実際の位置および／または方位との間の不整合、エンドエフェクタの所定の軌道と実際に実行された軌道との間の誤差、および／または形状または粗さに関する試験対象物の局所的な表面の不規則性、が存在する状態で、高品質のＮＤＴ測定値を提供する。さらに、この高品質のＮＤＴ測定値が、噴出器または試験対象物の浸水を必要とせずに取得できる。

本発明の一実施形態では、ＮＤＴフィードバック信号および／または力フィードバック信号は、連続的に生成される。言い換えれば、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位は、ＮＤＴ測定値および／または測定された接触力および／または接触モーメントに基づいて、連続的に適合され得る。

この実施形態では、ＮＤＴモジュールおよび／または力感知モジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づく表面追跡および位置／方位の適合が同時に実行され、その結果、所定の軌道に従って、表面追跡中のＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位が、連続的に適合される。

例えば、１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に十分な情報が存在しない場合など、方位を修正する必要がある方向を明確にするために、一般にアクティブセンシング信号と呼ばれる追加の信号を、所定の軌道に重ね合わせることができる。次に、アクティブセンシング信号とＮＤＴモジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号との間の相関関係から、ＮＤＴトランスデューサの配向を適合させる正しい方向を見つけることができる。

本発明の別の実施形態では、ＮＤＴモジュールおよび／または力感知モジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づいて、表面追跡および位置／方位の適合が断続的に実行される。言い換えれば、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位は、不連続な方法で適合される。このような場合、コントローラは通常、表面追従モードと適合モードを切り替える。したがって、例えば、ＮＤＴモジュールからの１つまたは複数のＮＤＴフィードバック信号に基づいて計算された品質測定により示されるＮＤＴ測定品質がロボットシステムを表面追従モードから適合モードに切り替えるまで、ロボットシステムは、所定の軌道および／または力フィードバック信号に対応する並進速度および回転速度で、試験対象物表面に対してＮＤＴトランスデューサを動かし続ける。適合モードでは、ロボットシステムは、ＮＤＴ品質基準を監視しながら、ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を１つまたは複数の方向に連続的または同時に変更することによって、表面に対するＮＤＴトランスデューサの許容可能な、改善されたまたは最適な、位置および／または方位（例えば、ＮＤＴセンサの接触面とワークピースの表面との平行なアライメント（整合））を探索する。許容できる、改善されたまたは最適な、位置および／または方位が見つかると、コントローラは再び表面追従モードに切り替わり、ＮＤＴトランスデューサは、所定の軌道に対応する並進速度と回転速度で、今度は、１つまたは複数の方向に適合した位置および／または方位で、表面に対してその軌道を再開する。

本発明は、以下の説明および添付の図によって、さらに説明される。

本発明の一実施形態による、ハードウェアの設置、およびアルゴリズムのフローチャート図を示している。 ＮＤＴトランスデューサで、試験対象物の表面を追跡している特定時点でのロボットシステムの画像を示している。

本発明は、特定の実施形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明は、それに限定されず、特許請求の範囲によってのみ説明される。記載されている図面は、単なる概略図であり、非限定的である。図面において、いくつかの要素のサイズは、例示目的のために誇張され、縮尺通りに描かれていない場合がある。寸法および相対寸法は、本発明の実施に対する実際の縮小に必ずしも対応しない。

さらに、説明および特許請求の範囲における第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時系列の順序を説明するために使用されるわけではない。これらの用語は、適切な状況下で交換可能であり、本発明の実施形態は、本明細書で説明または図示されている以外の順序で動作することができる。

さらに、説明および特許請求の範囲における上部、下部、上方、下方などの用語は、説明の目的で使用され、必ずしも相対的な位置を説明するためではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明または図示される以外の方位で動作することができる。

さらに、様々な実施形態は、「好ましい」と表されているが、本発明の範囲を限定するものとしてではなく、本発明を実施することができる例示的な方法として解釈されるべきである。

本明細書で使用される場合、「モジュール」という用語は、ハードウェア（例えば、集積回路または他の回路などのプロセッサ）およびソフトウェア（例えば、マシンまたはプロセッサで実行可能な命令、コマンド、またはファームウェア、プログラミングなどのコード、またはオブジェクトコード）を表す。さらに、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせには、ハードウェアのみ（つまり、ソフトウェア要素のないハードウェア要素）、ハードウェアでホストされるソフトウェア（例えば、メモリに記憶され、プロセッサで実行または解釈されるソフトウェア）、または、ハードウェア上でホストされたソフトウェアを備えたハードウェアが含まれる場合がある。

本明細書で使用される場合、プロセッサ可読媒体は、命令、コード、データ、または他の情報を非一時的に記憶し、プロセッサに直接または間接的にアクセスできる任意の媒体である。言い換えると、プロセッサ可読媒体は、プロセッサが命令、コード、データ、またはその他の情報にアクセスできる非一時的なメモリである。非限定的な例として、メモリは、揮発性ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブまたはソリッドステートドライブなどの永続データ記憶、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ（商標）（ＳＤ）カード、ＭｕｌｔｉＭｅｄｉａＣａｒｄ（ＭＭＣ）カード、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（商標）（ＣＦ）カード、またはそれらの組み合わせ、であり得る。言い換えると、メモリは複数のプロセッサ可読メディアを表すことができる。いくつかの実施形態では、メモリは、プロセッサと統合するか、プロセッサとは別にするか、またはコンピューティングシステムの外部に置くことができる。

図１は、本発明の一実施形態による、ハードウェアの設置、およびアルゴリズムのフローチャート図を示している。この実施形態では、ロボットシステムは、エンドエフェクタ２を備えたロボットアーム１と、試験対象物５の表面と接触し、トランスデューサホルダ３によってロボットエンドエフェクタ２に取り付けられたＮＤＴトランスデューサ４と、ＮＤＴトランスデューサ４によって提供されるＮＤＴ測定信号１４と、ＮＤＴ測定信号１４を入力として受信し、この入力に基づいてＮＤＴフィードバック信号７を生成するＮＤＴモジュール６と、所定のロボット軌道１１およびＮＤＴフィードバック信号７を入力として受信し、両方の入力に基づいて適合ロボット軌道１２（すなわち、１２はエンドエフェクタの位置および／または方位が、所定の軌道１１に関して修正できるか、または修正できないロボット軌道）を生成する方法１０と、ＮＤＴトランスデューサと試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの測定値８を提供する力感知機能と、適合ロボット軌道１２および力／モーメント測定値８（すなわち、力フィードバック信号）を入力として受信し、両方の入力に基づいて、ロボットの作動信号１３を生成するハイブリッド位置／力コントローラ９と、を備える。

図２は、ＮＤＴトランスデューサで試験対象物の表面を追跡している特定時点でのロボットシステムの画像を示している。具体的には、この図は、エンドエフェクタ２を備えたロボットアーム１と、試験対象物５の表面と接触しトランスデューサホルダ３によってロボットエンドエフェクタ２に取り付けられたＮＤＴトランスデューサ４とを示している。

本開示の態様は、特定の実施形態に関して説明されてきたが、これらの態様が他の形態で実施され得ることは容易に理解されよう。

Claims (20)

1. 試験対象物の非破壊検査（ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ：ＮＤＴ）ためのロボットシステムであって、
   前記試験対象物の表面上で、ＮＤＴを実行するように構成されたＮＤＴトランスデューサを備えたエンドエフェクタであって、好ましくは、前記ＮＤＴトランスデューサを保持するように構成されたトランスデューサホルダを備えたエンドエフェクタと、
   前記試験対象物の表面に沿った前記ＮＤＴトランスデューサの所定の軌道を記憶するように構成されたメモリと、
   前記試験対象物の表面と前記ＮＤＴトランスデューサおよび前記トランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの測定値を提供するように構成された力感知装置と、
   コントローラであって、
   ＮＤＴフィードバック信号を生成するために前記ＮＤＴトランスデューサの測定値を処理するように構成されたＮＤＴモジュールと、
   力フィードバック信号を生成するために前記力感知装置の測定値を処理するように構成された力感知モジュールと、
   前記所定の軌道、前記ＮＤＴフィードバック信号、および前記力フィードバック信号に基づいて、作動信号を生成するように構成された信号生成モジュールと、
   を含むコントローラと、
   前記試験対象物と前記ＮＤＴトランスデューサおよび前記トランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を前記作動信号に基づいて制御するように構成された位置決め装置と、
   を備える、ロボットシステム。
2. 前記力感知装置は、前記位置決め装置上または前記位置決め装置内に取り付けられた少なくとも１つのトルクトランスデューサを備える、請求項１に記載のロボットシステム。
3. 前記力感知装置は、前記エンドエフェクタ上または前記エンドエフェクタ内に取り付けられた力トランスデューサを備える、請求項１または２に記載のロボットシステム。
4. 前記コントローラは、前記力感知装置の測定値に基づいて、前記所定の軌道を修正するようにさらに構成され、前記メモリは、前記修正された軌道を記憶するようにさらに構成される、請求項１から３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
5. 前記コントローラは、前記ＮＤＴ測定値に基づいて、前記所定の軌道を修正するようにさらに構成され、前記メモリは、前記修正された軌道を記憶するようにさらに構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
6. 前記コントローラは、前記力感知装置の測定値に基づいて、自動表面追跡アルゴリズムまたは自動端部追跡アルゴリズムを使用することによって、前記所定の軌道の少なくとも一部を生成するように構成された軌道生成モジュールをさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
7. 前記軌道生成モジュールは、前記力感知装置の測定値に基づいて、前記試験対象物の局所形状を決定するようにさらに構成され、前記コントローラは、前記試験対象物の測定された局所形状を、前記所定の軌道で表される局所形状と比較することにより、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴセンサの位置を決定するようにさらに構成される、請求項６に記載のロボットシステム。
8. 前記所定の軌道は、前記試験対象物の幾何学的モデル、特にＣＡＤモデルまたは点群モデルに基づく、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
9. 前記ＮＤＴトランスデューサは、超音波測定を実行するように構成された超音波ＮＤＴトランスデューサまたは超音波トランスデューサのフェーズドアレイを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
10. 前記位置決め装置は、前記エンドエフェクタの位置および／または方位ならびに前記接触力の同時制御を実行するように構成されたハイブリッド運動／力コントローラを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
11. 前記位置決め装置は、前記エンドエフェクタの位置および／または方位ならびに前記接触力の同時制御を実行するように構成されたインピーダンスコントローラまたはアドミタンスコントローラを備える、請求項１から９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
12. 前記トランスデューサホルダは、前記試験対象物の表面と接触するように構成され、前記位置決め装置は、前記トランスデューサホルダと前記試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を前記作動信号に基づいて制御するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
13. 前記ＮＤＴトランスデューサは、前記試験対象物の表面と接触するように構成され、前記位置決め装置は、前記ＮＤＴトランスデューサと前記試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を前記作動信号に基づいて制御するようにさらに構成される、請求項１２に記載のロボットシステム。
14. 前記ＮＤＴトランスデューサは、前記試験対象物の表面と接触するように構成され、前記位置決め装置は、前記ＮＤＴトランスデューサと前記試験対象物との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を前記作動信号に基づいて制御するように構成される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
15. 前記位置決め装置が、制御された多自由度位置決め装置、特にロボットアームである、請求項１から１４のいずれか一項に記載のロボットシステム。
16. 請求項１から１５のいずれか一項に記載のロボットシステムを使用する試験対象物の非破壊検査（ＮＤＴ）の方法であって、前記方法は、
    前記所定の軌道の少なくとも一部を読み込むステップと、
    前記位置決め装置によって、前記試験対象物の表面の一部に沿って前記ＮＤＴトランスデューサを移動させるステップと、
    前記ＮＤＴトランスデューサによって、前記試験対象物の表面の前記一部のＮＤＴ測定値を生成するステップと、
    前記コントローラによって、前記ＮＤＴ測定値を処理するステップと、
    前記コントローラによって、前記ＮＤＴフィードバック信号を生成するステップと、
    前記力感知装置によって、前記試験対象物の表面の前記一部と前記ＮＤＴトランスデューサおよび前記トランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの測定値を生成するステップと、
    前記コントローラによって、前記力の測定値を処理するステップと、
    前記コントローラによって、前記力フィードバック信号を生成するステップと、
    前記所定の軌道に基づく前記試験対象物と前記ＮＤＴトランスデューサおよび前記トランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分、前記所定の軌道、前記ＮＤＴフィードバック信号および前記力フィードバック信号と共に、前記位置決め装置によって、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を制御するステップと、
    を含む方法。
17. 前記ＮＤＴフィードバック信号および／または前記力フィードバック信号は、前記試験対象物と前記ＮＤＴトランスデューサおよび前記トランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分を制御しながら、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位を適合させるために連続的に使用される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記制御システムは、前記試験対象物が検査され、前記力フィードバック信号および／または前記所定の軌道を使用する表面追従モードと、前記試験対象物と前記ＮＤＴトランスデューサおよびトランスデューサホルダの少なくとも一方との間の接触力および／または接触モーメントの少なくとも一方の成分と共に、前記試験対象物に対する前記ＮＤＴトランスデューサの位置および／または方位が、前記ＮＤＴフィードバック信号および／または前記力フィードバック信号に基づいて適合される適合モードとの間で、断続的に変化する、請求項１６に記載の方法。
19. 前記方法は、
    前記ＮＤＴフィードバック信号および／または前記力フィードバック信号に基づいて、前記所定の軌道を前記コントローラによって修正するステップと、
    前記コントローラによって、前記修正された軌道を、前記メモリに記憶するステップと、
    をさらに含む、請求項１６から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 請求項６もしくは７に記載のロボットシステムを使用する、または、少なくとも請求項６もしくは７に従属する場合に請求項９から１５のいずれか一項に記載のロボットシステムを使用する、請求項１６から１９のいずれか一項に記載の方法であって、前記方法は、
    前記力感知装置の測定値に基づいて、自動表面追跡アルゴリズムまたは自動端部追跡アルゴリズムを使用することによって、前記所定の軌道の少なくとも一部を前記コントローラによって生成するステップをさらに含む、
    方法。
    

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