JP5271923B2 - 構造体の端部を検査するためのプローブ - Google Patents

Description

本発明は、検査プローブ、さらに具体的には超音波プローブに関するものである。

航空業界では、構造体へのどのようなタイプの内部または外部損傷に対しても、航空機の構造体を検査するのに非破壊検査が一般に使用される。構造体のうちでも定期的に非破壊試験が行われるのは、複合構造体である。

超音波プローブを使用して、構造体に超音波信号を送り、構造体からプローブに戻ってきた反射信号を測定することによって構造体を検査することができる。従来のプローブと検査される構造体との間の信号の伝達を円滑にするために、構造体のプローブが取り付けられる部分を水等の結合液（接触媒質）でしばしば湿らせる。プローブと構造体の間に置かれた接触媒質によって、超音波信号が変換器から構造体へさらに転送されやすくなる。

構造体を検査するときは、構造体の端部を検査することが望ましい場合がしばしばある。しかしながら、従来のプローブの一部が端部上を移動すると、プローブのその部分の下にある結合液がすべて端部の向こうに移動して端部からこぼれ落ち、その部分に隣接する結合液がなくなってしまう。プローブの端部上の部分から結合液がなくなると、プローブと端部に隣接する物品との間の結合液も端部から流出しやすくなる。これが起きると通常、プローブが端部に隣接する物品の特性を正確に判定することができなくなる。

ある具体例では、端部検査能力を得るために延長線を使用可能である。延長線は通常、水とは異なる音響インピーダンスを有するＲｅｘｏｌｉｔｅ（登録商標）又はプレキシガラス等の物質である。稼働中、プローブは延長線と接触しており、プローブと延長線の間に結合液が塗布される。延長線と、検査される部分の表面との間の間隔は普通約０．０２０〜０．０３０インチである。延長線の長さに沿って形成される一連の小さな孔等の水の通り道が設けられ、これにより結合液が延長線と、検査部分の表面との間に流入することが可能になる。結合液の表面張力を利用することによって、プローブが検査部分の表面の端部上を横切るときに結合液が延長線下に維持される。

この操作にはたくさんの不利点がある。たとえば、検査速度は遅く、１秒につき約１０インチの速さである。さらに、粗い表面上に結合液を維持するのは難しいため、適切に検査できるのは「滑らかな」表面のみである。最終的には、延長線と結合液との間の音響の不一致により、プローブの検査周波数が変わってしまう可能性がある。

必要なのは、検査対象の物品へのプローブの結合を改善し、端部を含む物品の特性の信頼できる好適で正確な評価を可能にする検査装置とこれに付随する検査方法である。

前述した背景を踏まえ、複合構造体等の構造体を検査するための改善された装置及び方法が、本発明のさまざまな実施形態にしたがって提供される。

一態様では、構造体を検査するために一装置が提供される。この装置は、接触媒質を受けるための一以上の注入口を画定する第１筐体を備える。この装置はまた、テーパー型チャンバと内部チャンバを画定する第２筐体も備えている。内部チャンバは接触媒質を一以上の注入口を介して受け、テーパー型チャンバの中へ接触媒質を注入するように位置づけされている。第１筐体にはセンサが結合され、テーパー型チャンバの上に位置づけされる。テーパー型チャンバは、センサと検査対象の構造体の間の接触媒質の液柱を維持するように構成されている。

さらに別の態様では、構造体の表面にプローブを位置づけし、表面端部上を含む表面に沿ってプローブを移動し、プローブを表面端部上で移動させている間にプローブと表面の間に接触媒質の液柱を実質的に維持するステップを含む検査方法が提供される。
一般用語で本発明を説明してきたが、ここで原寸に必ずしも比例していない添付の図面を参照する。

図１は一実施形態による構造体を検査するための検査装置の簡略化した斜視図である。 図２は一実施形態による検査装置の構成部品の簡略化した分解組立図である。 図３は一実施形態による検査装置の結合した上部及び下部筐体の構成部品の簡略化した断面図である。 図４は一実施形態による、ある構造体の上を横切っているときの検査装置の簡略化した正面の断面図である。

ここで本発明を、全てではないが幾つかの実施形態を示す添付の図を参照しながら以下にさらに詳しく説明する。実際には、本発明を多数の異なる形態に具現化することが可能であり、本明細書に説明した実施形態に限定されると解釈するべきではない。同じ番号は明細書全体において同じ要素を示している。

図１をここで参照すると、本発明の一実施形態による構造体１０１を検査するための装置１００が図示されている。装置１００は、様々な物質でできた多様な構造体を検査することができる。例えば、構造体１０１はハニカム複合構造体等の複合構造体であってよい。

構造体１０１は多種多様の形状及び寸法を有することができ、航空機、海上船舶、自動車、宇宙船などと関連して等の車両への応用だけでなく、建物及びほかの構造計画と関連して等の非車両への応用を含む幅広い応用形態に使用することができる。さらに、構造体１０１は要望にしたがって、組立前あるいは組立後に検査することができる。

一実施形態においては、装置１００はプローブ１０２、上部筐体１０４、下部筐体１０６及びジンバル式ハンドル１０８を備えている。一実施形態では、上部筐体１０４と下部筐体１０６はいかなる好適な材料からできていてもよく、例えば、Ｄｅｌｒｉｎ（登録商標）装置１００は検査対象の構造体１０１の第１表面１０１Ａに近接して設置されている。

一実施形態においては、装置１００は、その多くが当業者に周知のさまざまな手段を用いて構造体１０１の第１表面１０１Ａに沿って移動させることが可能である。一実施形態では、ジンバル式ハンドル１０８をロボット装置（図示せず）又は同等の装置によってはめ込むことが可能である。当業者に周知のように、ロボット装置は運動制御システム又は他の位置調整システムによって制御することができ、これにより、プローブ１０２を所定の方法で、第１表面１０１Ａに沿った既定のパターンで制御可能に移動させる。装置１００は第１表面１０１Ａと接触し、これに沿って移動するため、運動制御システム又は他の位置調整システムは、従来の走査システムが要求するのと同様のやり方で操作する必要がある。

一実施形態においては、プローブ１０２はプローブ１０２が構造体１０１のそれぞれの表面１０１Ａの上を移動するときに、構造体１０１を検査するためのセンサ１０３を備えている。一実施形態では、センサ１０３は、構造体１０１の第１表面１０１Ａに面するセンサ１０３の一部分が、第１表面１０１Ａと接触する下部筐体１０６の表面２０８（図２）から間隔を置いて上部筐体１０４に配置されるように位置づけされている。

プローブ１０２の稼働中、プローブ１０２のセンサ１０３によって受信された信号は、信号を受信した時間の表示及び／又は信号を受信したときのプローブ１０２の相対位置の表示とともに保存することができる。信号は、プローブ１０２と同一箇所に配置された又はプローブ１０２から離れたところにありプローブ１０２に電気的に結合したメモリ装置によって保存できる。センサ１０３が受信した信号を分析することにより、構造体１０１の完全性だけでなく、そこに存在する欠陥を判定することができる。

単一のセンサ１０３を記述したが、当然ながらプローブ１０２は例えばアレイ配置された超音波変換器等のアレイ配置されたセンサ１０３を備えることができ、これにより、検査が行われる速度が上がり、結果的に検査にかかる費用が削減される。

一実施形態においては、センサ１０３はプローブ１０２が構造体１０１のそれぞれの表面上を移動するときに構造体１０１を超音波によって検査するための超音波変換器を備えることができる。例えば、超音波変換器は反射エコー又はパルスエコーモードで稼動する。このため、超音波変換器はこの例示の実施形態において超音波信号の送信及び受信の両方を行う。

プローブ１０２の超音波変換器と構造体１０１の間における超音波信号の結合を促進するために、例えば水または同様の液体等の接触媒質を使用することができる。超音波変換器と構造体１０１のそれぞれの表面の間の液体をあわ立てることにより、超音波信号は構造体１０１の中へ及び構造体１０１の外へ効果的に結合される。

下に詳細を記載するように、上部筐体１０４は超音波変換器と構造体１０１のそれぞれの表面１０１Ａの間で泡立てられた接触媒質の注入口１１０を備えることができる。図面に示していないが、接触媒質の供給源を注入口１１０に接続することが可能である。この接続を行いやすくするために、管又は同等の構造体を、いかなる方法、例えば管の締まりばめあるいはプレス嵌めを一以上の注入口１１０に差し込む等の方法によって上部筐体１０４に接続することができる。

図２に示すように、上部筐体１０４により注入口１１０と出口２０２が画定される。下部筐体１０６により、構造体１０１の第１表面１０１Ａに面するセンサ１０３の部分と流体連結状態にある、接触媒質チャンバ２０６（以下「チャンバ２０６」）に隣接して形成された内部チャンバ２０４が画定される。

注入口１１０を通って導入される接触媒質は、内部チャネルを介して内部チャンバ２０４に流れこみ、内部チャンバ２０４においては上部筐体１０４に流入して最初は一箇所に集まる。内部チャンバ２０４が接触媒質で充填されると、内部チャンバ２０４から接触媒質があふれ出て出口を通ってチャンバ２０６へ流れる。

最初に接触媒質を内部チャンバ２０４にためることにより、接触媒質の流れの乱れを抑えることができ、有利である。これにより、接触媒質がセンサ１０３と第１表面１０１Ａの間を、信号の雑音比にかなりの悪影響を及ぼしかねない気泡、キャビテーション、又は他の乱流が起きることなく滑らかに流れることが可能になる。

図３は一体型の上部筐体１０４と下部筐体１０６の断面図である。図３に示すように、チャンバ２０６はテーパー型で「Ｖ」型チャンバを形成し、接触媒質の「液柱」３０２がチャンバ２０６内で維持されやすくして、センサ１０３と第１表面１０１Ａの間の領域が効果的に充填されるようにする。チャンバ２０６のテーパー形状により、接触媒質３０２が開口部３０４を通って流れるときに接触媒質３０２の流れが制限される。プローブ１０２の長さに沿ってじょうご効果が適用される。チャンバ２０６が一旦充填されると、余分な接触媒質はチャンバ内の空気とともに出口２０２を通って押し出される。

稼働中は図４に示すように、装置１００が構造体１０１の第１表面１０１Ａに近接して配置される。このやり方においては、プローブ１０２が構造体１０１のそれぞれの表面とプローブ接触した状態に有利に配置することができる。
接触面２０８を介した装置１００と構造体１０１のそれぞれの表面１０１Ａの間の接触を可能にすることで、プローブ１０２と、さらに具体的には、例えば超音波変換器等のセンサ１０３の位置づけは、プローブ１０２の位置づけを複合運動制御システム又は他のタイプの位置調整システムを用いて制御する必要なく、維持することができる。

加えて、接触面２０８を介した装置１００と構造体１０１のそれぞれの表面１０１Ａの間の接触により、同様に複合運動制御システム又は他の位置調整システムを必要とせずに、例えばそれぞれの超音波変換器等のそれぞれのセンサ１０３と構造体１０１の間に一貫した間隔が維持される。

例えば水等の接触媒質はそのあとに、上部筐体１０４の注入口１１０（図１）を通って泡立てられる。接触媒質はそして、注入口１１０から内部チャンバ２０４（図２）へ流れ込み、最初はそこに集められる。接触媒質はそれから内部チャンバ２０４から流れ出て出口２０２（図２）を通ってチャンバ２０６に流れ込む。Ｖ形状のチャンバ２０６は接触媒質で充填され、センサ１０３と構造体１０１のそれぞれの表面１０１Ａの間に接触媒質の液柱３０２を形成する。

図４を再び参照すると、一実施形態においては、装置１００のプローブ１０２が構造体１０１の端部１０１Ｂに近づくと、プローブ１０２は端部１０１Ｂから突き出すことが可能である。この実施形態においては、Ｖ形状チャンバ２０６があるために、接触媒質３０２が端部１０１Ｂからあふれ出ることが可能であったとしても、接触媒質の液柱３０２はセンサ１０３と第１表面１０１Ａの間に維持される。このように、プローブ１０２が端部１０１Ｂに対して９０度の角度をなすとき、プローブ１０２と構造体１０１の間の例えば超音波信号等の信号の結合は端部１０１Ｂにおいて維持される。この実施形態では、装置１００は接触媒質３０２を装置１００が第１表面１０１Ａ上を動きやすくするための液体として使用することができる。

当然ながら、本発明は開示した特定の実施形態に限定されるべきでなく、変更及び他の実施形態は添付の請求項の範囲内に含まれるよう意図されている。本明細書には特定の用語が記載されているが、これらの用語は一般的及び説明的な意味でのみ使用したものであり、限定するものではない。
また、本発明は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
構造体を検査するための装置であって、
接触媒質を受ける一以上の注入口を画定する第１筐体と、
テーパー型チャンバ及び内部チャンバを画定する第２筐体であって、前記内部チャンバが前記一以上の注入口を介して接触媒質を受け、前記接触媒質を前記テーパー型チャンバの中へ注入するように位置づけされた第２筐体と、
前記第１筐体に接合したセンサであって、前記センサと検査対象の構造体の間に接触媒質の液柱を維持する前記テーパー型チャンバの上に位置づけされたセンサ
を備える装置。
（態様２）
前記接触媒質が水を含む、態様１に記載の装置。
（態様３）
前記第１筐体及び前記第２筐体がＤｅｌｒｉｎ（登録商標）を含む、態様１に記載の装置。
（態様４）
前記センサが超音波変換器を含む、態様１に記載の装置。
（態様５）
前記センサがアレイ配置された超音波変換器を含む、態様１に記載の装置。
（態様６）
前記第１筐体が、乱流が抑制された状態で前記接触媒質が前記内部チャンバから前記テーパー型チャンバへ流れることが可能になるように形成された出口をさらに画定する、態様１に記載の装置。
（態様７）
前記構造体が複合ハニカム構造体を含む、態様１に記載の装置。
（態様８）
前記センサが構造体の端部の上に位置づけされたときに、前記テーパー型チャンバが、前記センサと検査対象の構造体の間の接触媒質の液柱を維持する、態様１に記載の装置。
（態様９）
構造体を検査するための装置であって、
水の流れを受ける一以上の注入口を画定する上部筐体と、
テーパー型チャンバ及び内部チャンバを画定する下部筐体であって、前記内部チャンバが前記一以上の注入口を介して水を受け、前記水を前記テーパー型チャンバの中に注入するように位置づけされた下部筐体と、
前記上部筐体に接合した直線アレー変換器であって、直線アレー変換器が構造体の端部上に位置づけされたときに、前記直線アレー変換器と検査対象の構造体の間に水の液柱を維持する前記テーパー型チャンバの上に位置づけされた前記直線アレー変換器
を備える装置。
（態様１０）
前記上部筐体と前記下部筐体がＤｅｌｒｉｎ（登録商標）を含む、態様９に記載の装置。
（態様１１）
前記上部筐体が、乱流が抑制された状態で前記水が前記内部チャンバから前記テーパー型チャンバへ流れることが可能になるように形成された出口をさらに画定する、態様９に記載の装置。
（態様１２）
前記構造体が複合ハニカム構造体を含む、態様９に記載の装置。
（態様１３）
構造体の表面上にプローブを位置づけし、
表面の端部の上を含む表面に沿ってプローブを移動させ、
プローブを表面の端部上で移動させる間に、前記プローブと前記表面の間に接触媒質の液柱を実質的に維持するステップを含む、検査方法。
（態様１４）
前記接触媒質が水を含む、態様１３に記載の方法。
（態様１５）
プローブを表面の端部上で移動させる間に、前記プローブと前記表面の間に接触媒質の液柱を実質的に維持するステップが、様々な位置で信号を構造体に送信し、構造体から信号を受信するステップを含む、態様１３に記載の方法。
（態様１６）
様々な位置が構造体の端部を含む、態様１５に記載の方法。

Claims (11)

1. 構造体の表面上を接触して走査することで、当該構造体を検査するための装置であって、
   接触媒質を受ける一以上の注入口を画定する第１筐体と、
   構造体に接触する接触面を有し、かつ、テーパー型チャンバ及び内部チャンバを内部に画定する第２筐体であって、
   前記テーパー型チャンバは、接触面に形成されたスリット状の開口部に開口し、接触面の反対側から前記接触面に形成されたスリット状の開口部に向かってテーパー形状を有しており、
   前記内部チャンバは、前記一以上の注入口を介して接触媒質を受け、前記接触媒質を前記テーパー型チャンバの中へ注入するように位置づけされた、第２筐体と、
   前記第１筐体に接合し、前記テーパー型チャンバの上に位置づけされたセンサと、
   を備え、
   前記テーパー型チャンバは、前記センサと検査対象の構造体の間に接触媒質の液柱を維持するように構成される、
   装置。
2. 前記接触媒質が水を含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記センサが超音波変換器を含む、請求項１に記載の装置。
4. 前記センサがアレイ配置された超音波変換器を含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１筐体が、乱流が抑制された状態で前記接触媒質が前記内部チャンバから前記テーパー型チャンバへ流れることが可能になるように形成された出口をさらに画定する、請求項１に記載の装置。
6. 前記構造体が複合ハニカム構造体を含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記センサが構造体の端部の上に位置づけされたときに、前記テーパー型チャンバが、前記センサと検査対象の構造体の間の接触媒質の液柱を維持する、請求項１に記載の装置。
8. 構造体の表面上に装置を接触して走査することで、当該構造体を検査する方法であって、前記装置は、接触媒質を受ける一以上の注入口を画定する第１筐体と、構造体に接触する接触面を有し、かつテーパー型チャンバ及び内部チャンバを内部に画定する、第２筐体であって、前記テーパー型チャンバは、接触面に形成されたスリット状の開口部に開口し、接触面の反対側から前記接触面に形成されたスリット状の開口部に向かってテーパー形状を有しており、前記内部チャンバは、前記一以上の注入口を介して接触媒質を受け、前記接触媒質を前記テーパー型チャンバの中へ注入するように位置づけされた、第２筐体と、前記第１筐体に接合し、前記テーパー型チャンバの上に位置づけされたセンサと、を備え、
   前記装置を、構造体の表面上に位置づけし、
   表面の端部の上を含む表面に沿って前記装置を移動させ、
   前記装置を表面の端部上で移動させる間に、前記装置と前記表面の間に接触媒質の液柱を実質的に維持するように接触媒質を開口部から流出させるステップを含む、検査方法。
9. 前記接触媒質が水を含む、請求項８に記載の方法。
10. プローブを表面の端部上で移動させる間に、前記装置と前記表面の間に接触媒質の液柱を実質的に維持するように接触媒質を開口部から流出させるステップが、様々な位置で信号を構造体に送信し、構造体から信号を受信するステップを含む、請求項８に記載の方法。
11. 様々な位置が構造体の端部を含む、請求項１０に記載の方法。

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