JP4789947B2 - 磁気的に引付けられた検査機器用位置合わせ補償器および方法 - Google Patents
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Description
本願と同時に出願され、「流体軸受を用いた、磁気的に引付けられた検査用装置および方法」、「ボールベアリングを用いた、磁気的に引付けられた検査用装置および方法」、「アクセス制限領域のための透過超音波検査による装置および方法」、「エンドエフェクタ検査装置および方法」と題された同時係属出願の内容は、その全体が引用によって本願明細書に援用される。ケネディ(Kennedy)への米国特許第6,722,202号の内容は、その全体が引用によって援用される。
この発明は、構造を検査する装置および方法に一般に関し、より特定的には、構造検査用の磁気的に引付けられたプローブを位置合わせするための装置および方法に関する。
構造の非破壊検査(NDI)は、構造を傷つけたり構造の大幅な分解を必要としたりすることなく、徹底的に構造を調べることを含む。非破壊検査は典型的には、構造を損傷する可能性を回避すると同様に、検査のための部分の除去に関連したスケジュール、労力、およびコストを回避することが好ましい。非破壊検査は、構造の外部および/または内部の徹底的な検査が必要な多くの適用例のために有利である。たとえば、非破壊検査は、構造内のあらゆる型の内部および/または外部の損傷または傷について航空機構造を検査するために、航空機産業では一般に用いられる。検査は、構造の製造中、および/または構造の稼動がいったん始まってからも実行され得る。たとえば、製造中に連続して使用し、かつその後に継続して稼動するために、構造の一体性および適合性を検証するための検査が要求され得る。しかしながら多くの場合、検査のために航空機から部分を取外すような分解をすることなく内部表面にアクセスすることはより困難であり、または不可能である。
像度検査のために透過超音波(TTU)試験を必要とする。透過超音波検査においては、振動子などの超音波センサ、または振動子およびレシーバセンサは、互いに対面するが、複合材料の対向する両側などの検査される構造の対向する両側に接触して、位置決めされる。超音波信号は振動子の少なくとも1つによって送信され、構造を通って伝播され、他方の振動子によって受取られる。TTU振動子などのセンサによって得られたデータは典型的には処理要素によって処理され、処理されたデータは表示部を通じてユーザに提示され得る。
複合構造などの構造、特に湾曲した複合構造を検査するための向上した装置および方法は、磁気的に引付けられたプローブの位置合わせ不良を補償する。この発明の位置合わせ補償器を用いる検査装置または方法は、感知振動子および/またはレシーバの位置合わせおよび位置決めを維持することにより、構造の大きな領域を連続的に検査するなどの構造検査を有利に向上させることができる。この発明の方法および装置は、超音波振動子などのそれぞれの感知要素を含むプローブを用い、感知要素は構造の対向する表面に近接して配置される。プローブのうちの1つしか駆動する必要はない。いずれかのプローブまたは両方のプローブが、2つのプローブを互いに対して位置合わせするための位置合わせ補償器を含んでいてもよい。しかしながら、1つのプローブしか駆動する必要がないので、プローブは、プローブ間の磁気結合によって与えられる粗い位置合わせを越えては正確な位置合わせがされないかもしれない。したがって、この発明の方法および装置は、構造の表面に比較的アクセスしにくい構造の検査用プローブを位置合わせするよう有利に適合されている。さらに、この発明の方法および装置の実施例は、構造のそれぞれの表面に対して懸架され、それに沿って滑り、接触し、重なっているかもしれないプローブの位置合わせを可能にする。このように、この発明の実施例は、検査を受ける構造のそれぞれの表面から予め規定された配向および予め規定された間隔で超音波プローブを維持するために従来の走査システムに要求されていた運動制御システムの高度化の必要性を減じ、プローブまたはプローブのセンサ間の位置合わせを維持することができる。
この発明は、添付の図面を参照してより完全に説明される。すべてではないが、いくつかの発明の実施例が示される。この発明はさまざまな形式で具体化することができ、説明された実施例に限定的に解釈されるべきではない。図面の全体にわたって、同じ番号および変数は同じ要素およびパラメータを指す。
磁気的に引付けられたプローブを有する装置は、構造の第1の表面に近接して配置される駆動されたプローブと、構造の対向する第2の表面に近接して配置される追跡プローブとを含み、駆動されたプローブは構造の第1の表面に沿って動かされる。追跡プローブは、駆動されたプローブの動きに応答して磁力下で構造の第2の表面に沿って進む。
よい。流体軸受および流体結合はより完全に下記に記述される。しかしながら、軸受接触のために用いられる水または加圧された空気は接触媒質の役割をするために振動子の前を通過する必要はないが、流体チャネルの穴または凹部がプローブの振動子のまわりに配置されるところなど、プローブと構造の表面との間でのみ用いられ得る。気体、液体、または気体と液体との混合物など他の流体が接触媒質として用いられてもよく、かつ/または、プローブと検査されている表面との間に軸受接触を与える。プローブは流体軸受に支持されるのではなく、ボールソケット軸受を用いて構造の表面に接触してもよい。ボールソケット軸受を用いる場合、水または空気などの流体、プローブの入口からの泡立つ水などの流体が、プローブの超音波振動子と構造の表面との間の接触媒質として用いられてもよい。
8、118を含む。プローブの磁石は、駆動されたプローブおよび追跡プローブを構造12のそれぞれの表面に向かって磁気的に引付ける。環状磁石を備えたプローブを構造の対向する表面上で用いることも、2つのプローブを他方に対して位置合わせする。棒磁石、平らな磁石、円筒状の磁石などを用いて磁気的に結合された検査用プローブは、比較すると、プローブを位置合わせするために磁石および/または強磁性体の構成を必要とする。そのような構成は、典型的には、駆動されたプローブおよび追跡プローブの環状磁石の中心内に位置する超音波振動子の位置合わせを維持しつつ追跡プローブが磁気的に結合された駆動されたプローブに対して自由に回転することを可能にする環状磁石のような柔軟性を与えることができない。この発明の実施例を使用する磁気的に結合されたプローブは、代替的に、または追加的に、プローブ間の位置合わせおよび/または磁力を与えるための磁石および/または強磁性体を用いる。各プローブは任意の個数の磁石を含んでもよいが、各プローブは1つの環状磁石しか含む必要はなく、それがプローブの大きさ、重量、コストおよび複雑さを減じる。示されたプローブの磁石はネオジムアイアンボロン(NdFeB)から形成される環状磁石であってもよく、それは標準的なセラミックまたはフェライト磁石(約3,900ガウス)よりも有利に大きな磁束(約12,000ガウス)を有している。この発明の検査プローブおよび位置合わせ補償器のさらなる実施例は、サマリウムコバルト(Samarium Cobalt)またはアルニコ(Alnico)、および/または電磁石もしくは他の磁気結合手段などの異なる材料の磁石を含んでもよい。本願明細書で用いられる用語「磁石」は電磁石を包含する。この発明の位置合わせ補償器および検査プローブはさらに磁気結合の磁束を制御するための磁気分路機構を含み、その限定的でない例は、米国特許第6,180,928号に開示された希土類金属切り換え磁気装置である。さまざまな型の環状磁石が用いられ得るが、1つの実施例の駆動されたプローブおよび追跡プローブはNdFeB環状磁石などの永久環状磁石を含む。駆動されたプローブおよび追跡プローブの両方のための環状磁石の大きさは、各プローブの重量、検査を受ける構造の厚さ、および検査を受ける構造を組織する材料に少なくとも部分的に依存する。たとえば、磁石が標準的なフェライト環状磁石である場合、プローブの環状磁石は、環状磁石の表面にわたって直径4インチ、高さ1インチ、3.9kガウスの磁束であり得、磁石がNdFeB環状磁石である場合、12kガウスであり得る。さらに、駆動されたプローブおよび追跡プローブは、同じまたは異なる大きさを有する環状磁石を含んでもよい。
の比が比較的小さいので、消磁効果が増大し、これらの磁石は一般に非能率的である。
れる逆転した圧縮されたハウジング124を有する。代替的には、環状磁石は、ハウジングが環状磁石を保持するためのキャップを必要としないようにハウジングによって一体的に形成されたキャップを備えた、または環状磁石のための凹部を備えたハウジングに保持されてもよい。ボールソケット軸受128は、ソケット146によって各々ハウジングされた球面軸受144を含んでもよい。ソケット146は、ボールソケット支持部材148においてハウジングに取付けられてもよく、またはハウジングに一体的に接続されてハウジングによって形成されてもよい。1つの実施例では、構造の対向する表面上で磁気的に引付けられた2つのプローブの回転検査を容易にするために、3つ以上の球状ボールが対応するソケットに保持される。
ブが部分の表面に接触し、破損し得ることを防ぐために、軸受接触が用いられてもよい。さらに、軸受接触により、プローブが連続的な走査のためにその部分の表面に沿って平行移動する能力が与えられる。超音波振動子は、1つのプローブの超音波振動子が構造に対して超音波信号を放射するように活性化される。コンピュータ化された制御プログラムに接続された電圧または電流源などの駆動要素は、超音波振動子を作動させて超音波信号を放射させるため、一般に駆動されたプローブの超音波振動子と関連付けられる。この駆動要素は、駆動されたプローブと共に位置するか、またはそこから遠隔であって超音波振動子に電気的に接続されていてもよい。構造を通って超音波信号が伝播することに続いて、対応して他方のプローブの超音波振動子が元々駆動されたプローブの超音波振動子によって送信された超音波信号を受取る。
駆動されたプローブおよび追跡プローブは、構造の表面の不連続性、追跡ヘッドの位置的な遅延、および追跡ヘッドの重力オフセットなどの理由によって位置合わせ不良を生じたり、平行移動的にオフセットになったりすることがある。たとえば、プローブが重力に対して垂直、またはほぼ垂直であるとき、磁気的に結合された装置の追跡プローブの重量により、追跡プローブが駆動されたプローブに対して下がるようになり得る。この場合、磁気結合は、駆動されたプローブおよび追跡プローブの中心を完全に位置合わせして保持するほどには強くない。駆動されたプローブおよび追跡プローブの振動子の位置合わせが
不良であると、検査中の部分を通って送信されて受信プローブ、典型的には追跡プローブによって受取られる信号が弱まるかもしれない。重力に対して水平またはほぼ水平な位置で走査すると、プローブは、1つのプローブから送信されて検査中の部分を通って伝播し、他方のプローブによって受取られる強い信号については、許容できる精度で位置合わせされ得る。さらに、より高い走査速度においては、たとえば磁気結合および摩擦力の強さのために追跡プローブは駆動されたプローブに遅れることがあり、その結果プローブ間の振動子の位置合わせ不良を引起す。
できる。
置合わせ補償器の強さが修正され、さまざまな角度および/またはさまざまな速度で走査するために、駆動されたプローブおよび追跡プローブのセンタリング調整が可能になる。下記に記述されるように、この発明のこの局面のプローブは、位置合わせ補償器の電磁石によって生成された磁界を制御するために用いられる位置合わせセンサを含んでもよい。単一配向、一定角度の走査、および、単一配向、固定速度の走査については、位置合わせ補償器の構成要素および操作を簡単にするために、位置合わせ補償器で永久磁石が用いられてもよい。さらに、異なる適用例または異なる走査状況において、位置合わせ補償器の永久磁石または電磁石は、走査角度または走査速度が変るときなどは異なる磁石に変更されてもよい。位置合わせ補償器の異なる永久磁石または電磁石を支持し、かつ/または保持するために、位置合わせ磁石ハウジングが用いられてもよい。
ethod for Magnetic Indexer for Accuracy Hole Drilling)」と題された同時係属出願であってその全体が引用により援用されたものに開示されたものなどの磁気スライドシステムは、構造を通して磁性または強磁性体材料を感知することの開示を含むがこれに限定されず、このシステムは、この発明の位置合わせ補償器を用いて磁気的に結合されたプローブを位置合わせするための位置合わせ補正システムのコントローラに用いられてもよい。位置合わせ補償器が1つを越える電磁石を含む場合、コントローラは位置合わせ補償器の動作を調整するために、1つ以上の電磁石をオフにすることができる。
Claims (5)
- 超音波で構造を検査するための装置であって、
構造の第1の表面に近接して配置されるよう構成される駆動されたプローブを含み、前記駆動されたプローブは、前記駆動されたプローブが構造の第1の表面上を動かされる間、構造を検査するための磁石およびセンサを含み、さらに、
構造の対向する第2の表面に近接して配置されるよう構成される追跡プローブを含み、前記追跡プローブも、駆動されたプローブおよび追跡プローブをそれぞれ構造の第1および第2の表面の方へ引寄せるように前記駆動されたプローブの前記磁石と協働するための磁石を含み、前記駆動されたプローブおよび追跡プローブの間の磁力が、前記駆動されたプローブの対応する動きに応答して、構造物の第2の表面上を前記追跡プローブが動かされるようにし、前記駆動されたプローブおよび前記追跡プローブの少なくとも1つが、前記駆動されたプローブの前記センサおよび前記追跡プローブの間の位置合わせ不良を補正するための位置合わせ補償器を含み、
前記位置合わせ補償器は、前記駆動されたプローブおよび前記追跡プローブの間の磁力を少なくとも部分的に変えるための電磁石と、
前記電磁石に電気的に接続される可変電源と、
前記可変電源に相互運用可能に接続されるコントローラと、
前記コントローラに通信可能に接続される位置合わせセンサとを含む、装置。 - 前記コントローラは、前記位置合わせセンサによって受取られ、前記コントローラに通信される信号に基づいて前記電磁石への電力を調整することができる、請求項1に記載の装置。
- 構造を検査するための方法であって、
構造の第1の表面に近接して駆動されたプローブを位置決めし、構造の対向する第2の表面に近接して追跡プローブを位置決めするステップと、
駆動されたプローブおよび追跡プローブがそれぞれ構造の第1および第2の表面に向かって引寄せられるように、駆動されたプローブおよび追跡プローブの間に磁力を確立するステップと、
追跡プローブが構造の第2の表面に沿って対応して動かされるように、駆動されたプローブを構造の第1の表面に沿って動かすステップと、
追跡プローブおよび駆動されたプローブを位置合わせするために、磁力に位置合わせ補償磁界を導入することによって駆動されたプローブおよび追跡プローブの間の磁力を少なくとも部分的に変えるステップと、
駆動されたプローブが構造の第1の表面に沿って動かされ、追跡プローブが構造の第2の表面に沿って対応して動かされる間、構造に対して超音波信号を送信し、構造から超音波信号を受取るステップとを含み、
磁力を変える前記ステップは、駆動されたプローブおよび追跡プローブの間の位置合わせ不良を補償するための位置合わせ補償器の電磁石を作動するステップを含み、駆動されたプローブおよび追跡プローブの間の位置合わせを感知するステップをさらに含む、方法。 - 駆動されたプローブおよび追跡プローブの間の位置合わせを感知する前記ステップは、駆動されたプローブおよび追跡プローブの少なくとも1つから受取られる超音波信号をモニタするステップを含む、請求項3に記載の構造を検査するための方法。
- 磁力を変える前記ステップはさらに、
駆動されたプローブおよび追跡プローブの構造のそれぞれ第1および第2の表面に沿った動きの速度、駆動されたプローブおよび追跡プローブの構造のそれぞれ第1および第2の表面に沿った動きの加速、駆動されたプローブおよび追跡プローブの構造のそれぞれ第1および第2の表面に沿った垂直から水平位置のグループから選択される少なくとも1つの特性における変化をモニタするステップと、
モニタされた変化を補償するために位置合わせ補償器の少なくとも1つの電磁石の磁界強度を調整するステップとを含む、請求項3に記載の構造を検査するための方法。
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