JP4097934B2 - 局部的なデジタル式放射線探傷検査のための方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に放射線探傷検査に関し、より具体的には、特定の機体構造のデジタル式放射線撮影に関する。
【０００２】
【従来の技術】
典型的な航空機の機体は、胴体に加えて、主翼及び尾翼（尾部）と、その飛行操縦舵面（例えばフラップ、補助翼、昇降舵及び方向舵）を備える。このような翼形構造は、典型的には、軽量材料の薄い外板で覆われたハニカムコア材料で構成される。時間が経つと、このハニカム材料には、検知せずに放置すれば、翼形構造の構造一体性を脅かす可能性がある欠陥が生じることがある。また、水分及び他の異物が、翼形構造内に入り込み、航空機の全体的な性能を低下させる可能性がある。
【０００３】
このような理由で、翼形構造は、通常、定期的に検査される。直接撮影法(フィルム放射撮影法)は、主翼、尾翼及び飛行操縦舵面を検査するために普通用いられる非破壊検査技術である。航空機の大きな水平及び垂直表面を直接撮影する典型的な方法は、検査する表面全体に、多数のＸ線フィルムのシートをモザイクパターンに置くことである。次に、Ｘ線源を、構造の反対側面に適切な距離で位置決めし、フィルムに同時に放射線を照射する。その後、フィルムを取り外し、現像する。次に、現像したフィルムを検査して、撮像した構造に傷があるかどうかを判断することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような方法では、各フィルムは、物理的に適切な位置に配置し、照射し、取り外し、現像処理機まで運び、現像し、検査するためにライトボックスに移動した後、物理的に記録保管所に移される必要がある。このように、大きい翼形構造の直接撮影法は、時間がかかり、労働集約的であり、費用もかかる。また、この技法には、適切に廃棄する必要がある大量のフィルム及び処理化学薬品が必要である。更に、フィルムの現像が終わるまで、撮像は検査に利用できない。このことは、フィルムを照射する際にエラーが起こるか、検査者が翼形構造の特定の部分の別の撮像又は更に詳細な撮像を得たいと思った場合には、全過程を再び繰り返し、新しい撮像又は正しい撮像を得る必要があることを意味する。従って、直接撮影法に必要な時間及び費用をかけることなく、即時の又は実時間の画像を提供する航空機の翼形構造を検査するための方法及びシステムを得ることが望ましい。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の必要性は、航空機の翼形構造を放射線探傷検査するためのシステム及び方法を提供する本発明により満たされる。このシステムは、翼形構造の１つの側面に配置された放射線源と翼形構造の反対側面に配置されたＸ−Ｙ走査装置を備える。Ｘ−Ｙ走査装置は、放射線源からの放射線を受けるように位置決めされる。放射線検出器は、２つの互いに直交する軸に沿って翼形構造に対して移動できるように、Ｘ−Ｙ走査装置に取り付けられる。作動中、放射線源が放射線を放出している間に、予め定められたラスタパターンで放射線検出器を移動させる。放射線検出器は、入射した放射線を電子信号に変換し、コンピュータシステムが、信号を処理して翼形構造の放射線撮影画像を生成する。Ｘ−Ｙ走査装置は二次元でなく一次元走査であってもよく、これに限定されない。
【０００６】
本発明、及びその先行技術より優れた利点は、添付の図面を参照し、以下の詳細な記載及び添付の特許請求の範囲を読むと明らかになるであろう。
【０００７】
発明とみなされる主題は、明細書の最初の部分に特に指摘し、明確に請求している。しかしながら、本発明は、添付の図面と共になされた以下の説明を参照することにより、最もよく理解することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図面を参照すると、図面では同一の参照番号は種々の図面を通して同一の要素を表しており、図１は、通常の航空機１２に関連して用いられる放射線探傷検査システム１０を示す。当技術分野では公知のように、航空機１２は、胴体１４と、主翼１６、垂直安定板１８及び水平安定板２０の形態の翼形構造を備える機体を含む。垂直及び水平安定板１８、２０は、結合して尾部又は尾翼を形成する。また、当技術分野では公知のように、翼形構造は、フラップ２２、補助翼２４、昇降舵２６及び方向舵２８のような種々の飛行操縦舵面を備える。パイロットが、飛行操縦舵面の動きを制御して、航空機の飛行を制御する。図１に示していない他の飛行操縦舵面を備えることもできる。本明細書で用いる場合、「翼形構造」という用語は、そのような全ての構造（例えば主翼、安定板及び飛行操縦舵面）を含むものとする。
【０００９】
検査システム１０は、放射線源３０、放射線検出モジュール３２、及びコンピュータステーション３４を備える。図１に示すように、放射線源３０は、左翼１６の下に配置され、放射線検出モジュール３２は、脱着可能に左翼１６の上部に取り付けられている。放射線源３０及び放射線検出モジュール３２は、左翼１６の相対向する側面上に対応して位置決めされ、放射線源３０により放出される放射線が、翼１６を照射し、次に放射線検出モジュール３２に入射するようにされている。具体的に説明すると、放射線検出モジュール３２は、入射放射線を電子画像データ信号に変換するための手段を備える。放射線検出モジュール３２による画像データ信号出力は、ケーブル３６を経由してコンピュータステーション３４に送られる。コンピュータステーション３４は、通常のコンピュータユニットでよく、これらの信号を処理し、モニタ上に対応する画像を生成する。次に、操作者は、直ちに、表示された画像を見て欠陥を検査することができる。また、データ画像信号は、コンピュータステーション３４の記憶装置に保存される。コンピュータステーション３４は、ケーブル３８によって放射線源３０に接続される。この接続を通して、コンピュータステーション３４は、放射線源３０をオンオフし供給する電圧を調整して放射線源３０を制御する。コンピュータステーション３４は、航空機１２に近接する放射線安全区域内に配置される。
【００１０】
放射線検出モジュール３２で覆われた主翼１６の範囲が描画されると、モジュール３２は、主翼１６の他の位置に移動される。図１は、左翼１６を検査するように構成された探傷検査システム１０を示すが、探傷検査システム１０は、他の翼形構造、即ち右翼１６、垂直安定板１８及び水平安定板２０を検査するように構成することもできることに留意されたい。また、探傷検査システム１０は、他の外板面、飛行操縦舵面、及び水平安定板に用いられるハニカムコア又はジャッキねじのような内部構造を含む翼形構造の全ての部分を検査することができる。
【００１１】
放射線源３０は、高圧電源装置（図示せず）により電力を供給されている標準産業Ｘ線管が好ましいが、必ずしもそうである必要はない。或いは、ガンマ線を発生する同位体放射線源のような他の放射線源を用いることもできる。放射線源３０は、円錐形又はパノラマ形容積の流束を生じるが、照準線を正しく向けて、この流束を対象の特定部位に限定する。具体的には、この範囲は、少なくとも放射線検出モジュール３２全体が放射線に照射されるのに十分な大きさにされる。放射線源３０は、容易に移動でき放射線源３０を再配置することができる、スタンド、カート又は他の種類の支持手段などの支持体４０により、地面上に支持される。尾翼構造を検査する場合には、足場のような高い支持体が必要となることもある。放射線源３０を位置決めする仕様は、本質的に、従来の直接撮影法に用いられる放射線源での仕様と同じである。
【００１２】
図２及び図３を参照すると、放射線検出モジュール３２は、放射線検出器４２、及び２つの互いに直交する軸線に沿って放射線検出器４２の位置を制御するためのＸ−Ｙ走査装置４４を備える。走査装置４４は、レール４８の２つがＸ軸に沿い、残り２つがＹ軸に沿うように矩形の構成に配置された４つのレール４８を有するフレーム４６を備える。第１の支持台５０は、Ｘ軸レール４８に摺動自在に取り付けられる。第１の支持台５０は、当技術分野では周知の方法で、例えば電気モータで駆動される送りねじのような何らかの通常の動力手段（図示せず）により、Ｘ軸レール４８に沿って前後に移動する。第２の支持台５２は、第１の支持台５２に摺動自在に取り付けられる。第２の支持台５２は、電気モータで駆動される１つ又はそれ以上の送りねじのような何らかの通常の動力手段（図示せず）により、第１の支持台５０にわたって（従ってＹ軸に沿って）前後に移動する。この構成により、第２の支持台５２は、Ｘ軸及びＹ軸に沿って移動することができる。
【００１３】
図３に示すように、放射線検出器４２は、主翼１６（又は放射線検出モジュール３２が取り付けられた何らかの翼形構造）に面するように、第２の支持台の下側に取り付けられる。このように、第１及び第２の支持台５０、５２の位置を制御することにより、放射線検出器４２は、フレーム４６内のあらゆる場所に位置決めすることができる。放射線検出器４２の位置は、コンピュータステーション３４からケーブル５４を経由して送られる制御信号により指図される（図１）。放射線検出器４２は、玉継手のような旋回マウント５６で第２の支持台５２に取り付けられる。これにより、放射線検出器は、第２の支持台５２に対して傾き、検査している翼形構造に対する視野方向をわずかに変えることが可能になる。
【００１４】
放射線検出モジュール３２は、検査している翼形構造に対して適切な位置に放射線検出モジュール３２を保持するために、フレーム４６の各角部に取り付けられた下向きに延びる脚５８を備える。好ましい実施形態の１つでは、放射線検出モジュール３２を翼形構造の適切な位置に確実に保持するために、各脚５８の末端に吸盤６０が取り付けられている。或いは、吸盤を用いると、放射線検出モジュール３２を水平及び垂直向きのいずれの表面にも固定することができるが、脚５８には、単純にゴム足を設けることもできる。
【００１５】
フレームレール４８は、剛性又は半剛性材料のいずれかで造ることができる。半剛性レールを用いると、図４に示すように、主翼１６のような翼形構造の外形に適合する適合可能なフレーム４６になる。このため、放射線検出器４２が、走査装置４４により翼形構造に対して移動されるとき、放射線検出器４２と翼形構造との間の距離が一定に保持され、画像が一定の幾何倍率になる。吸盤、ゴム足等を有する適合可能なフレーム構造は、十分な剛性及び低い振動特性を維持しつつ、放射線検出モジュール３２を翼形構造に取り付けるための便利な手段となる。フレーム剛性は、画像の品質に影響を及ぼすため、振動を最小限に保つ必要がある。
【００１６】
放射線検出器４２は、放射線源３０から受けた放射線を電子出力信号に変換することができるどのような手段とすることもできる。検出器の好ましい形式の１つは、デジタル式Ｘ線検出器であり、この種の多数の適切な検出器が市販されている。当技術分野では公知のように、デジタル式Ｘ線検出器は、一般に１つ又はそれ以上のセルを備え、各セルは、蛍光体のようなＸ線感応材料の層と、Ｘ線感応材料の下に配置されたフォトダイオード及びトランジスタのような電子手段を含む。電子手段は、Ｘ線感応材料にＸ線が入射したことを示す出力信号を生成する。他の可能な形式の検出器は、蛍光体のようなＸ線感応材料の層が、その上に配置された電荷結合素子（ＣＣＤ）であろう。
【００１７】
１つの好ましい実施形態では、放射線検出器４２は、検出セルの線形又は２次元配列として構成される。このような配列では、翼形構造を連続的に走査することが可能になる。即ち、翼形構造上の放射線検出モジュール３２の各位置で、走査装置４４は、翼形構造を覆うように放射線検出器４２を連続的に移動させ、連続的なデータ列が、コンピュータステーション３４に送信されることになる。次に、コンピュータステーション３４が、１度に一列ずつ画像を作ることになる。
【００１８】
作動において、放射線検出モジュール３２を、選択した翼形構造（図１に示すように左翼１６など）の最初に検査する位置に取り付ける。放射線源３０は、主翼１６の下に適切に位置決めされた後、ターンオンされ、主翼１６の放射線検出モジュール３２で覆われた領域に、放射線を照射する。放射線源３０が放射線を放出している間、走査装置４４が作動し、主翼１６に対して放射線検出器４２を移動させる。このように、主翼１６の広い領域が、迅速に検査されることにより、処理能力を有利にすることができる。放射線検出器４２は、走査装置４４のＸ軸及びＹ軸に沿って予め定められたパターンで移動し、放射線検出モジュール３２で覆われた全域をラスタ走査する。放射線検出器４２は、２つの方式で動くことができる。１つは、「ストップアンドシュート」方式で、放射線検出器４２が、ラスタパターンに沿って順次に移動し、画像データ信号が各部位で得られるものであり、もう１つは、上に記載した連続走査方式である。連続走査方式は、一般により高速（ほぼ毎秒３０フレームの速度が可能である）であり、走査装置４４の機械的な始動及び停止を繰り返さなくてよい。
【００１９】
放射線源３０から放出される放射線は、主翼１６を通り、放射線検出器４２に入射する。放射線は、画像データ信号に変換され、画像データ信号はコンピュータステーション３４に送られる。コンピュータステーション３４は、これらの信号を処理し、モニタ上に表示される画像を生成する。次に、操作者は、直ちに、表示された画像を見て欠陥を検査することができる。画像は、近接するコンピュータステーション３４で、実時間で見ることができるため、システムの設定は、照射がうまくいったことを確認する前には変更する必要がない。また、欠陥の可能性が表示された位置がある場合には、旋回マウント５６により放射線検出器４２の角度を変更し、欠陥の可能性がある表示を異なる視点から見ることができる。付加的な視点からみたものがあれば、操作者が、欠陥の可能性のある表示が本当に欠陥であるのか、単に画像のアーチファクトであるのかを判断するのに役立てることができる。更に、この付加的な視点からみたものは、高品質の画像にするために長時間照射とされることもできる。
【００２０】
最初の検査位置での主翼１６の検査が終われば、放射線検出モジュール３２は主翼１６上の次の検査位置に移動される。放射線源３０は、新しい検査位置が元の照射域の外側であれば、それに対応して再位置決めされる。次に、この位置での検査は、放射線源３０がターンオンである間に、ラスタパターンを通って移動する放射線検出器４２を用いて、同じ方法で行われる。主翼１６全体が検査されるまで、この過程が繰り返される。図５に示すように、放射線検出モジュール３２は、フレーム４６の１つ又はそれ以上の部分が主翼１６の端縁を越えて延びるように位置決めされることができる。この位置では、放射線検出モジュール３２は、主翼１６の最も外側の端縁を走査することができる。左翼１６が完全に検査されると、次に、他の翼形構造（例えば、右翼１６、垂直安定板１８及び水平安定板２０）を同じ方法で検査することができる。
【００２１】
今度は図６を参照すると、検査する翼形構造に対して、放射線検出モジュールを適切な位置に保持するための別の手段が示されている。この実施形態では、放射線検出モジュール６２は、取付け構造６６により、オーバヘッドクレーン、ロボット等の装置６４に取り付けられる。クレーン６４は、市販されている装置であり、検査する翼形構造次第で、水平方向（図６に示す）から垂直方向までの範囲の方向に放射線検出モジュール６２をしっかりと保持するための手段を備える。クレーン６４は、自動又は手動のいずれかで、部位から部位へ放射線検出モジュール６２を移動させるように構成することができる。放射線検出モジュール６２は、上に記載した放射線検出モジュールと本質的に同じ方法で作動する。放射線検出モジュール６２は、脚５８が取付け構造６６に置き換わっていることを除けば、構造的に同一である。
【００２２】
上記には、航空機の翼形構造の実時間画像を生成する放射線探傷検査システム１０（及びそのシステムを使用する方法）を説明してきた。システム１０は、大きな翼形構造を検査するために従来から用いられてきた直接撮影技法より優れる多数の利点を有する。例えば、多量のフィルム及び処理化学薬品が必要でなく、現像及びフィルムの移動に費やされる労働時間が消失する点で、費用上の利点がある。また、フィルムを用いず、付随する処理廃棄物も生成されないため、環境的にも有利である。更に、実時間画像により、システムの設定を変えることなく、うまく照射されたという確認がもたらされる。直接撮影法では、このような確認は、フィルムを取り外して現像するまで手に入れることができない。また、システム１０は、処理能力に利点をもたらし、作業者が放射線域以内に入ることを最低限にする。
【００２３】
本発明の特定の実施形態を説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載した本発明の技術思想及び技術的範囲から離れることなく、それらに種々の変更を行うことができることは、当業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 航空機に配備した放射線探傷検査システムの斜視図。
【図２】 図１の放射線探傷検査システムの放射線検出モジュールの斜視図。
【図３】 図２の線３−３で切った放射線検出モジュールの断面図。
【図４】 適合可能なフレームを有する放射線検出モジュールを示す側面図。
【図５】 航空機の主翼に取り付けられた放射線検出モジュールを示す平面図。
【図６】 航空機に配備した放射線探傷検査システムの別の実施形態の正面図。
【符号の説明】
１０ 放射線探傷検査システム
１２ 航空機
１４ 胴体
１６ 主翼
１８ 垂直安定板
２０ 水平安定板
２２ フラップ
２４ 補助翼
２６ 昇降舵
２８ 方向舵
３０ 放射線源
３２ 放射線検出モジュール
３４ コンピュータステーション
３６、３８、５４ ケーブル

Claims (10)

1. 航空機（１２）の翼形構造（１６）を放射線探傷検査するためのシステム（１０）であって、
   前記翼形構造（１６）の１つの側面に配置された放射線源（３０）と、
   前記翼形構造（１６）の反対側面に配置され、前記放射線源（３０）からの放射線を受けるように位置決めされた走査装置（４４）と、
   ２つの互いに直交する軸線に沿って前記翼形構造（１６）に対して移動できるように、前記走査装置（４４）に取り付けられた放射線検出器（４２）と、
   を備え、
   前記走査装置（４４）が、複数の脚（５８）が各角部に取り付けられた矩形のフレーム（４６）と、第１の軸線に沿って移動するように前記フレーム（４６）に摺動自在に取り付けられた第１の支持台（５０）と、第２の軸線に沿って移動するように前記第１の支持台（５０）に摺動自在に取り付けられた第２の支持台（５２）とを備え、
   前記放射線検出器（４２）が、前記第２の支持台（５２）に取り付けられており、
   前記フレーム（４６）が、前記翼形構造（４６）の外形に適合可能な半剛性からなることを特徴とするシステム（１０）。
2. 前記放射線検出器（４２）が、入射する放射線を電気信号に変換することを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
3. 前記信号を処理し、前記信号から画像を生成するための手段（３４）を更に備えることを特徴とする、請求項２に記載のシステム（１０）。
4. 前記走査装置（４４）を前記翼形構造（１６）に対して適切な位置に保持するための手段（５８、６４）を更に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
5. 前記複数の脚（５８）の末端には、吸盤（６０）が取り付けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
6. 前記保持するための手段（５８、６４）が、クレーン又はロボット装置（６４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
7. 前記走査装置（４４）が、前記翼形構造（１６）の端縁を部分的に越えて延びるように位置決めされていることを特徴とする、請求項１に記載のシステム（１０）。
8. 航空機（１２）の翼形構造（１６）を放射線探傷検査するための方法であって、
   前記翼形構造（１６）の１つの側面に放射線源（３０）を配置する段階と、
   前記放射線源（３０）からの放射線を受けるように位置決めして、走査装置（４４）を前記翼形構造（１６）の反対側面に配置する段階と、
   ２つの互いに直交する軸線に沿って前記翼形構造（１６）に対し翼形構造（１６）との距離が一定に保持されつつ移動できるように、複数の脚（５８）が各角部に取り付けられた半剛性の矩形のフレーム（４６）を用いて放射線検出器（４２）を前記走査装置（４４）に取り付け該走査装置を前記翼形構造上に配置する段階と、
   前記翼形構造（１６）及び前記走査装置（４４）を照射するように、前記放射線源（３０）に放射線を放出させる段階と、
   前記放射線源（３０）が放射線を放出している間に、前記放射線検出器（４２）を予め定められたラスタパターンで移動させるように、前記走査装置（４４）を作動させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
9. 前記放射線検出器（４２）が、前記ラスタパターンを通って順次に又は連続的に移動することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記複数の脚（５８）の末端には、吸盤（６０）が取り付けられており、前記走査装置（４４）を配置する段階が前記吸盤（６０）で前記走査装置（４４） を固定する段階を含む請求項８又は９に記載の方法。

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