JP2022162798A - 超音波検査装置及び検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被検体を水に沈める必要がない局部水浸法を実現するとともに、被検体の内周面の横断面形状が変化したとしてもシューが被検体の角部に適切に押圧された状態で探傷することができる超音波検査装置及びその検査方法を提供する。【解決手段】横断面において閉じた略四角形の内周面81を有したストリンガ80を探傷する超音波検査装置1であって、ストリンガ80の内周面81の角部82aに接触するシュー10と、シュー10に固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間をシュー10及び角部82aと共に画定し、角部82aに対して超音波を発信して反射した超音波を受信する超音波アレイ20と、角部82cに接触して、シュー10を角部82aに押し付ける付勢手段30を備えている。【選択図】図1

Description

本開示は、超音波検査装置及び検査方法に関する。
航空機を構成する部品には複合材が適用されることがある。例えば主翼においては、補強材としてハット型ストリンガの複合材が一般化しつつある。
このような複合材においては、硬化後にポロシティ等の内部きずが発生するリスクがあるため、超音波検査等の非破壊検査が必要となる。
ところが、被検体としてのハット型ストリンガの内周面は、横断面において閉じた略四角形であるため、内側の角部を探傷したい場合、ストリンガの外部からのアクセスが困難であり、内側の角部の探傷には課題があった。
このような角部を対象とした超音波検査方法としては、例えば特許文献1及び特許文献2に開示されている方法がある。
米国特許第9423381号明細書 米国特許第8763462号明細書
通常の超音波検査では被検体を水に沈めて検査する全没水浸法が採用されるが、この方法では、超音波検査の信頼性を低下させる気泡が被検体の表面に付着しやすく、この気泡を被検体の表面から除去する作業が必要であった。また、被検体を水に沈めるにあたって被検体の運搬や位置決め作業が必要であった。
この点、特許文献1に開示されている方法は、ゲルパッドを用いた超音波検査方法であり、被検体とゲルパッドとの間に隙間が生じた場合には、スポンジから微量の水を供給する反射法である。これによって、被検体を水に沈めることなく探傷することができるようになった。
しかしながら、プローブが設けられたセンタリングデバイスは、横断面形状を変化させられないので、被検体の横断面形状が変化した場合、それに追従することができない。すなわち、特許文献1に開示されている超音波検査装置は、一定の横断面形状を有する被検体だけにしか対応していない。また、ゲルパッドは消耗品であるため、副資材に掛かる費用の面でも課題が残る。
一方、特許文献2に開示されている超音波検査装置は、伸縮機構の採用によって、被検体の断面形状の変化に対して追従するように構成されている。
しかしながら、この特許文献2に開示されている装置を用いた超音波検査方法では、水に被検体を沈める必要がるので上記の課題が発生する。
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被検体を水に沈める必要がない局部水浸法を実現するとともに、被検体の内周面の横断面形状が変化したとしてもシューが被検体の角部に適切に押圧された状態で探傷することができる超音波検査装置及び検査方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の超音波検査装置及び検査方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本開示の一態様に係る超音波検査装置は、横断面において閉じた略四角形の内周面を有した被検体を探傷する超音波検査装置であって、前記被検体の前記内周面の一の角部に接触するシューと、前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して反射した超音波を受信する超音波アレイと、前記一の角部の対角部に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段と、を備えている。
また、本開示の一態様に係る検査方法は、横断面において閉じた略四角形の内周面を有した被検体の前記内周面の一の角部に接触するシューと、前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して前記一の角部で反射した超音波を受信する超音波アレイと、前記一の角部の対角部に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段と、を備えている超音波検査装置を用いた前記被検体の検査方法であって、前記シューを前記被検体の前記一の角部に接触させ前記媒体空間に接触媒体を封入した状態で探傷する工程を含む。
本開示によれば、被検体を水に沈める必要がない局部水浸法を実現するとともに、被検体の内周面の横断面形状が変化したとしてもシューが被検体の角部に適切に押圧された状態で探傷することができる。
本開示の一実施形態に係る超音波検査装置がストリンガに設置された状態を示す側面図である。 本開示の一実施形態に係る超音波検査装置がストリンガに設置された状態を示す側面斜視図である。 本開示の一実施形態に係る超音波検査装置を上方から見た斜視図である。 本開示の一実施形態に係る超音波検査装置を下方から見た斜視図である。 本開示の一実施形態に係る超音波検査装置の分解斜視図である。 超音波アレイが取り付けられたシューを下方から見た斜視図である。 超音波アレイと角部との位置関係を表す側面図である。
以下、本開示の一実施形態に係る超音波検査装置及び検査方法について、図面を参照して説明する。
図1及び図2に示すように、超音波検査装置1は、被検体としてのストリンガ80の内周面81を探傷するための装置である。
ストリンガ80は、例えば航空機の主翼の補強材に適用される部材であって、繊維強化樹脂等の複合材とされている。ストリンガ80は、いわゆるハット型とされ、横断面において閉じた略四角形の内周面81を有している。
略四角形の内周面81は、角部82a,82b,82c,82dを有している。角部82a,82b,82c,82dは、それぞれ所定の半径を持った円弧状とされている。
図3から図5に示すように、超音波検査装置1は、シュー10、超音波アレイ20及び付勢手段30を備えている。
シュー10は、側面視で略L字状の樹脂製の部材とされている。樹脂としては、PETG(グリコール変性ポリエチレンテレフタレート)が例示される。
同図において、シュー10の下辺部分は接地部14とされている。接地部14の下面に形成された接地面14aは、ストリンガ80のベース面83と接触する。ベース面83とは、角部82aと角部82bとを接続する内周面81の部分である。
接地面14aには、逃げ部14bが形成されている。
逃げ部14bは、ベース面83から離間するように窪んだ逆U字状の部分である。これによって、逃げ部14bにおいては、接地面14aがベース面83に接触しないように構成することができる。なお、逃げ部14bの形状は、図示した形状に限られない。
接地部14は、接続部16を介して立設部15と接続されている。
立設部15は、シュー10の鉛直方向に延在している部分である。
接続部16は、接地部14と立設部15とを接続するとともに角部(一の角部)82aに接触する部分である。接続部16は、角部82aの形状に適合するように外形状(外表面)が円弧状に形成されている。
図5に示すように、シュー10は、2つの内側壁部11を有している。
内側壁部11は、接地部14から鉛直方向の上方に向かって立設するとともに立設部15に接続された壁状の部分である。
内側壁部11同士の間には、間隙Gが設けられている。図6に示すように、間隙Gは、接続部16に形成された開口13と連通している。すなわち、間隙Gは、開口13を介してシュー10の外部と連通している。このとき、開口13は、角部82aに臨むように形成されている。このように構成された間隙Gには、図2や図3等に示すように、超音波アレイ20が嵌め込まれる。
図5に示すように、1つの内側壁部11には、複数のアレイ取付穴11aが形成されている(同図の場合は2つ)。アレイ取付穴11aは、超音波アレイ20を固定するためのネジが挿入される貫通孔である。アレイ取付穴11aは、超音波アレイ20の位置を調節できるように長穴とされている。
外側壁部12は、接地部14から鉛直方向の上方に向かって立設するとともに立設部15に接続された壁状の部分である。外側壁部12は、内側壁部11の両外側に1つずつ設けられている。
外側壁部12には、座ぐり穴12aが形成されている。座ぐり穴12aは、後述するキャップボルト36の軸部が挿通されるとともに頭部が当接する段付きの貫通孔である。
図5及び図7に示すように、超音波アレイ20は、素子配列面22が形成された部材である。
図7に示すように、素子配列面22は、ストリンガ80の角部82aに向かい合う円弧状の曲面である。
素子配列面22には、多数の素子が配列される。この素子は、角部82aに向かって超音波を発信するとともに反射した超音波を受信する。これにより、ストリンガ80の内部きずが探傷可能となる。
超音波アレイ20には、ケーブル23が接続されており、図示しない制御機器等に対して通信可能に構成されている。
図3及び図5に示すように、超音波アレイ20は、内側壁部11同士の間に形成された間隙Gに配置されている。このとき、超音波アレイ20の側面21は、内側壁部11によって覆われている。
超音波アレイ20の側面21には、ネジ穴21aが形成されており、内側壁部11に形成されたアレイ取付穴11aに挿入されたネジがネジ穴21aに螺合する。これによって、超音波アレイ20は、2つの内側壁部11に挟まれた状態で内側壁部11に取り付けられることになる。
このとき、図7に示すように、超音波アレイ20は、素子配列面22の半径中心が角部82aの半径中心と一致する位置で固定されている。なお、超音波アレイ20は、位置調整が可能とされているので、素子配列面22の曲率半径が一定であっても、様々な半径を持った角部82aに対して半径中心を一致させることができる。
図3及び図5に示すような超音波アレイ20が取り付けられたシュー10において、図1に示すように接続部16を内周面81の角部82aに接触させて接続部16に形成された開口13を角部82aで閉塞すると、内側壁部11、超音波アレイ20の素子配列面22及び角部82の面によって閉じられた空間(媒体空間Sm)が画定される。
媒体空間Smには、継手42を介して接触媒体が供給される。そして、供給された接触媒体は、閉じられた媒体空間Smに封入される。これによって、媒体空間Smで局部浸水を実現した、反射型の超音波検査装置1を構成することができる。
ここで、接触媒体とは、超音波を伝播しやすくさせる媒体であり、水、オイル等の液体が例示される。
なお、図3に示すように、超音波アレイ20が取り付けられた状態において、内側壁部11が超音波アレイ20の側面21を超える高さとなるように内側壁部11の高さ寸法を設定することで液密性を向上させることができる。
また、図6に示すように、開口13の幅寸法を超音波アレイ20の幅寸法に合わせることで、開口13が必要以上に拡がり媒体空間Smに封入された接触媒体が開口13から大量に漏出するリスクを低減している。
図1及び図2に示すように、付勢手段30は、角部(対角部)82cに接触して、超音波アレイ20が取り付けられたシュー10を角部82aに押し付けるように構成された機構である。
図3から図5に示すように、付勢手段30は、アーム31、対角ハウジング32及びスプリング(第1付勢部材)34を有している。
アーム31は、シュー10の各外側壁部12に対して1つずつ設けられた略L字状の部材である。アーム31を略L字状とすることで、超音波アレイ20と接続されたケーブル23との干渉を回避している。
図5に示すように、アーム31の下辺部分の端部には、ネジ穴31aが形成されており、外側壁部12に形成された座ぐり穴12aに挿入されたキャップボルト36が螺合する。これによって、アーム31は、外側壁部12に対して回動自在に取り付けられることになる。
アーム31の側辺部分の端面には、ネジ穴31bが形成されている。ネジ穴31bは、後述するキャップボルト37が螺合する穴である。
図1から図4に示すように、2つのアーム31には、スプリング(第1付勢部材)34及びキャップボルト37を介して対角ハウジング32が接続されている。
対角ハウジング32は、角部82cに接触する部材である。
対角ハウジング32は、角部82c及び角部82c近傍の内周面81の形状に適合するような形状に形成されている。同図の場合、対角ハウジング32は、略三角形状の横断面を持った柱状の部材である。
図3及び図5に示すように、対角ハウジング32には、座ぐり穴32aが形成されている。座ぐり穴32aは、キャップボルト37の軸部が挿入されるとともに頭部が当接する段付きの貫通孔である。
対角ハウジング32は、対角ハウジング32側からアーム31側に向かって挿入されたキャップボルト37によって、アーム31に対して固定されている。
このとき、対角ハウジング32とアーム31との間にスプリング34を介在させて、そのスプリング34にキャップボルト37の軸部を挿入することで、対角ハウジング32は、アーム31に対して離間する方向に付勢されることになる。これによって、スプリング34が発揮する弾性力でシュー10を角部82aに押し付けることができる。
なお、座ぐり穴32aにおいて、キャップボルト37の軸部が挿入される部分の内径を、キャップボルト37の軸部の外径よりも大きくしている。これによって、対角ハウジング32が円滑に移動するようになる。
図1から図5に示すように、付勢手段30において、アーム31の下辺部分とシュー10の接地部14との間にスプリング(第2付勢部材)35を介在させてもよい。これによって、接地部14は、アーム31に対して離間する方向に付勢されることになり、スプリング35が発揮する弾性力で接地部14(接地面14a)をベース面83に押し付けることができる。
以上のように構成された超音波検査装置1は、以下のように使用される。
すなわち、図1及び図2に示すように、超音波検査装置1をストリンガ80の内部空間に収容する。このとき、開口13が形成された接続部16が付勢手段30によって内周面81の角部82aに押し付けられ、接地面14aがスプリング35によってベース面83に押し付けられる。
ここで、媒体空間Smに、接触媒体(例えば水)を供給して、媒体空間Smに接触媒体を封入する。これにより、超音波アレイ20と角部82aとの間で、超音波が伝播しやすくなる。
この状態で超音波検査装置1をストリンガ80の長手方向に移動させることで、ストリンガ80の長手方向に亘って、角部82a近傍のストリンガ80の内部きずを検査することができる。
なお、超音波検査装置1にはロータリーエンコーダ41が設けられており、長手方向における超音波検査装置1の位置を取得・把握することができる。
本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
角部82aに接触するシュー10と、シュー10に固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間Smをシュー10及び角部82aと共に画定し、角部82aに対して超音波を発信して角部82aで反射した超音波を受信する超音波アレイ20と、角部82cに接触して、シュー10を角部82aに押し付ける付勢手段30を備えているので、媒体空間Smに封入された接触媒体を用いた局部水浸法において、付勢手段30でシュー10を角部82aに押圧しながら探傷することができる。このため、ストリンガ80の内周面81の横断面形状が変化したとしてもシュー10が角部82aに適切に押圧された状態で探傷することができる。
また、局部水浸法を採用しているので、ストリンガ80を水槽に沈める必要がなく、ストリンガ80の表面に付着する気泡を除去する作業やストリンガ80の運搬・位置決め作業が不要となる。
また、媒体空間Smに封入された接触媒体を用いた局部水浸法を採用しているので、例えばゲルパッド等を用いた場合のように消耗品を使用しないので、副資材に掛かる費用を削減することができる。
また、超音波アレイ20は、シュー10に対して移動可能に設けられているので、角部82aの半径が変化したとしても、素子配列面22の半径中心を角部82aの半径中心に一致させることができ、適切に超音波を反射させることができる。
また、アーム31がシュー10に対して回動自在に接続されているので、角部82aと角部82cとの位置関係が変化したとしてもアーム31の回動によってその変化を吸収することができる。
また、接地面14aには、ベース面83から離間する方向に窪む逃げ部14bが形成されているので、ベース面83に突起物や膨らみ等が形成されている場合でも、それらを回避しながら超音波検査装置1を移動させることができる。
また、アーム31と接地部14とが互いに離間する方向にそれらを付勢するスプリング35を備えているので、接地部14に形成された接地面14aがストリンガ80のベース面83に適切に押圧された状態で探傷することができる。
以上の通り説明した一実施形態に係る超音波検査装置及び検査方法は、例えば、以下のように把握される。
すなわち、本開示の一態様に係る超音波検査装置(1)は、横断面において閉じた略四角形の内周面(81)を有した被検体(80)を探傷する超音波検査装置であって、前記被検体の前記内周面の一の角部(82a)に接触するシュー(10)と、前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間(Sm)を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して反射した超音波を受信する超音波アレイ(20)と、前記一の角部の対角部(82c)に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段(30)を備えている。
本態様に係る超音波検査装置によれば、被検体の内周面の一の角部に接触するシューと、シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間をシュー及び一の角部と共に画定し、一の角部に対して超音波を発信して反射した超音波を受信する超音波アレイと、一の角部の対角部に接触して、シューを一の角部に押し付ける付勢手段を備えているので、媒体空間に封入された接触媒体を用いた局部水浸法において、付勢手段でシューを被検体の角部に押圧しながら探傷することができる。このため、被検体の内周面の横断面形状が変化したとしてもシューが被検体の角部に適切に押圧された状態で探傷することができる。
また、局部水浸法を採用しているので、被検体を水槽に沈める必要がなく、被検体の表面に付着する気泡を除去する作業や被検体の運搬・位置決め作業が不要となる。
また、媒体空間に封入された接触媒体を用いた局部水浸法を採用しているので、例えばゲルパッド等を用いた場合のように消耗品を使用しないので、副資材に掛かる費用を削減することができる。
また、本開示の一態様に係る超音波検査装置において、前記超音波アレイは、前記シューに対して移動可能に設けられている。
本態様に係る超音波検査装置において、前記シューに対して移動可能に設けられているので、一の角部の半径が変化したとしても適切に超音波を反射させることができる。
また、本開示の一態様に係る超音波検査装置において、前記シューは、前記一の角部と接続されている前記被検体のベース面(83)に接触する接地面(14a)が形成された接地部(14)と、前記超音波アレイの両側面(21)を覆うとともに前記媒体空間を画定する2つの壁部(11)と、2つの前記壁部の間において、前記一の角部に臨み、前記媒体空間と連通した開口(13)を有している。
本態様に係る超音波検査装置において、シューは、一の角部と接続されている被検体のベース面に接触する接地面が形成された接地部と、超音波アレイの両側面を覆うとともに媒体空間を画定する2つの壁部と、2つの壁部の間において、一の角部に臨み、媒体空間と連通した開口を有しているので、接地面によって安定的に被検体に接地するとともに、2つの壁部、一の角部及び超音波アレイで簡便に媒体空間を画定することができる。
また、本開示の一態様に係る超音波検査装置において、前記付勢手段は、前記シューに対して回動自在に接続されたアーム(31)と、前記対角部に接触する対角ハウジング(32)と、前記アームと前記対角ハウジングとが互いに離間する方向にそれらを付勢する第1付勢部材(34)を有している。
本態様に係る超音波検査装置において、前記付勢手段は、シューに対して回動自在に接続されたアームと、対角部に接触する対角ハウジングと、アームと対角ハウジングとが互いに離間する方向にそれらを付勢する第1付勢部材を有しているので、第1付勢部材によって、シューを被検体の角部に押圧することができる。また、アームがシューに対して回動自在に接続されているので、一の角部と対角部との位置関係が変化したとしてもアームの回動によってその変化を吸収することができる。
また、本開示の一態様に係る超音波検査装置において、前記接地面には、前記ベース面から離間する方向に窪んだ逃げ部(14b)が形成されている。
本態様に係る超音波検査装置において、接地面には、ベース面から離間する方向に窪む逃げ部が形成されているので、ベース面に突起物や膨らみ等が形成されている場合でも、それらを回避しながら超音波検査装置を移動させることができる。
また、本開示の一態様に係る超音波検査装置において、前記アームと前記接地部とが互いに離間する方向にそれらを付勢する第2付勢部材(35)を備えている。
本態様に係る超音波検査装置において、アームと接地部とが互いに離間する方向にそれらを付勢する第2付勢部材を備えているので、接地部に形成された接地面が被検体のベース面に適切に押圧された状態で探傷することができる。
また、本開示の一態様に係る検査方法は、横断面において閉じた略四角形の内周面を有した被検体の前記内周面の一の角部に接触するシューと、前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して前記一の角部で反射した超音波を受信する超音波アレイと、前記一の角部の対角部に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段を備えている超音波検査装置を用いた前記被検体の検査方法であって、前記シューを前記被検体の前記一の角部に接触させ前記媒体空間に接触媒体を封入した状態で探傷する工程を含む。
1 超音波検査装置
10 シュー
11 内側壁部
11a アレイ取付穴
12 外側壁部
12a 座ぐり穴
13 開口
14 接地部
14a 接地面
14b 逃げ部
15 立設部
16 接続部
20 超音波アレイ
21 側面
21a ネジ穴
22 素子配列面
23 ケーブル
30 付勢手段
31 アーム
31a ネジ穴
31b ネジ穴
32 対角ハウジング
32a 座ぐり穴
34 スプリング(第1付勢部材)
35 スプリング(第2付勢部材)
36 キャップボルト
37 キャップボルト
41 ロータリーエンコーダ
42 継手
80 ストリンガ(被検体)
81 内周面
82a 角部(一の角部)
82b 角部
82c 角部(対角部)
82d 角部
83 ベース面

Claims (7)

  1. 横断面において閉じた略四角形の内周面を有した被検体を探傷する超音波検査装置であって、
    前記被検体の前記内周面の一の角部に接触するシューと、
    前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して反射した超音波を受信する超音波アレイと、
    前記一の角部の対角部に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段と、
    を備えている超音波検査装置。
  2. 前記超音波アレイは、前記シューに対して移動可能に設けられている請求項1に記載の超音波検査装置。
  3. 前記シューは、
    前記一の角部と接続されている前記被検体のベース面に接触する接地面が形成された接地部と、
    前記超音波アレイの両側面を覆うとともに前記媒体空間を画定する2つの壁部と、
    2つの前記壁部の間において、前記一の角部に臨み、前記媒体空間と連通した開口と、
    を有している請求項1又は2に記載の超音波検査装置。
  4. 前記付勢手段は、
    前記シューに対して回動自在に接続されたアームと、
    前記対角部に接触する対角ハウジングと、
    前記アームと前記対角ハウジングとが互いに離間する方向にそれらを付勢する第1付勢部材と、
    を有している請求項3に記載の超音波検査装置。
  5. 前記接地面には、前記ベース面から離間する方向に窪んだ逃げ部が形成されている請求項4に記載の超音波検査装置。
  6. 前記アームと前記接地部とが互いに離間する方向にそれらを付勢する第2付勢部材を備えている請求項4又は5に記載の超音波検査装置。
  7. 横断面において閉じた略四角形の内周面を有した被検体の前記内周面の一の角部に接触するシューと、
    前記シューに固定され、超音波を伝播させる接触媒体が封入される媒体空間を前記シュー及び前記一の角部と共に画定し、前記一の角部に対して超音波を発信して前記一の角部で反射した超音波を受信する超音波アレイと、
    前記一の角部の対角部に接触して、前記シューを前記一の角部に押し付ける付勢手段と、
    を備えている超音波検査装置を用いた前記被検体の検査方法であって、
    前記シューを前記被検体の前記一の角部に接触させ前記媒体空間に接触媒体を封入した状態で探傷する工程を含む検査方法。
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