JP5921559B2 - 超音波検査具 - Google Patents

Description

本発明は、超音波検査具に関する。詳しくは、本発明は、半径部品の寸法の変動性に対応するために、可撓性アレイを利用する超音波検査具に関する。

半径部品とは、湾曲した断面、あるいは円形部分の断面を有する部品を意味する。このような部品は、各端部から互いに垂直に延びる平坦なフランジを有する、９０度に亘って延伸する半径部分を含むことが多い。ストリンガーや翼桁のような航空機部品は、半径部品である。

複合的な半径部品は、その半径内で、様々な瑕疵を受け得る。例えば、繊維のうねりや過度の多孔性が、材料の機械特性に悪影響を及ぼし得る。したがって、これに対応するために、材料厚みを増やして設計にとり入れなければならず、これにより部品の重量とコストが増大する。

このような欠陥を検知する従来の方法は、部品の表面に対して垂直方向の超音波素子の剛性湾曲アレイを設けて、あらゆる欠陥を検知することを含む。

多くの用途において、特に航空宇宙部門において、部品の半径と「オープニングアングル」すなわち半径部分の各端部から延びるフランジ間の角度とは双方とも、部品の長さに沿って変化する。これは、部品の形状により意図的に発生することもあれば、製造公差により意図せずに発生することもある。いずれにしろこのことは、期待どおりに超音波パルスが材料を出入りしないために、部品の寸法のばらつきにより不正確な結果が生じ得るという理由で、公知のアレイプローブに関してしばしば問題をもたらす。

加えて、ユーザが、多様な半径及びオープニングアングルを有する様々な半径部品を検査したいと望むならば、一般的に、そのユーザは、異なるプローブを使用しなければならない。これは高価であり、部品寸法のばらつきに対処するために、かなり多くのアレイプローブを保管しておかなければならないことを意味する。

英国特許出願公開第２３０３７０４（Ａ）号明細書 米国特許出願公開第２０１０／２３６３３０（Ａ１）号明細書 国際公開第２０１０／０１０３１７（Ａ１）号パンフレット 米国特許第３，９４６，５９９号明細書

本発明は、上記の問題のうちの１つを克服又は少なくとも緩和することを目的とする。

本発明の第１の局面は、
可撓性超音波アレイと、
該可撓性超音波アレイをワークピースに超音波結合させるように配設され、ワークピース結合面、及びこれと反対側に装填面を有する可撓性結合部品と、
該装填面に圧力を印加して、該ワークピース結合面と使用中のワークピースとの接触を維持するように配設された装填部品と
を備える超音波検査プローブである。

本発明の第２の局面は、
ワークピースを設けるステップと、
可撓性超音波アレイを設けるステップと、
可撓性結合部品を設けるステップと、
該可撓性結合部品を、少なくとも部分的に該アレイと該ワークピースとの間に配置するステップと、
該アレイ及び／又は該結合部品に圧力を印加して、該結合部品と該ワークピースとの接触を確保するステップと、
該ワークピースを、該可撓性超音波アレイを用いて超音波走査するステップと
を含む、ワークピースを超音波検査する方法である。

このような検査プローブ及び方法がもたらされることにより、ユーザがワークピースの方向に圧力を維持することで、結合部品が変形してワークピースに対する接触が常時維持されるという利点を有する。結合部品の材料特性を、可撓性アレイ全体に亘って等しい圧力が確実に維持されるように選択することができる。超音波アレイプローブは、可撓性を有するので、ワークピースの半径及び／又はオープニングアングルが変化するにつれて、結合部品とともに変形する。

加えて、上述のアセンブリを、様々な部品幾何学形状に対して使用することができ、したがって複数のプローブの必要性がなくなる。

本発明による超音波検査プローブを、添付の図面を参照して以下詳細に説明する。

本発明による超音波検査プローブの分解斜視図である。 図１による超音波検査プローブの分解側面図である。 ワークピースに適用された図１の超音波検査プローブの側面図である。

図１を参照して、超音波検査プローブ１００は、可撓性結合部品１０２と、可撓性超音波アレイプローブ１０４と、装填部品１０６とを備える。

可撓性結合部品１０２は概してプリズム状であり、第１軸Ｘ沿いに略一定の断面を有する。可撓性結合部品は、低超音波減衰透明シリコーンゴムから構成される。可撓性結合部品１０２は、搭載ブロック１０８と、結合部１１０とを備える。搭載ブロック１０８は、概して立方骨状であり、以下に説明するように、プローブ体を収容するように配設されるプローブ体空洞部１１２を含む。搭載ブロック１０８はさらに、結合部１１０と接するように延びる、概して平面な部分１１４を画定する。

結合部１１０は、搭載ブロック１０８の平面部１１４から延びる第１脚部１１６を含む。第１脚部１１６は、平らで平面である。半径部分１１８は、第１脚部１１６から延びて、断面において略９０度の円形部分を画定し、該部分が、第１脚部１１６に対して約９０度に延びる第２脚部１２０に接合する。すなわち、結合部１１０は、第２脚部１２０に対して垂直であり、かつ９０度の半径部分１１８を介して第２脚部に連結される、第１脚部１１６を備える。それゆえ、結合部１１０は、類似形状のワークピースとの係合に適する。

結合部１１０は、ワークピース結合面１２２と、これと反対側の装填面１２４とを画定する。結合部１１０はさらに、軸Ｘに垂直な端面１２６、１２８を含む。

ワークピース結合面１２２と装填面１２４とはともに、第１脚部により画定される第１の平坦部分及び第２脚部１２０により画定される第２の平坦部分と、それらの間に画定される、概して部分的に円柱上の表面領域（半径セグメント）とを各々画定する。

結合部１１０は、結合部１１０内で、装填面１２４に近接しかつ平行に延びるアレイプローブスロット１３０を画定する。このスロット１３０は、搭載ブロック１０８に対向する自由端１３２から延びる。弁１３１が、このスロットに流体連通している。

可撓性超音波アレイプローブ１０４は、超音波解析システムに連結されたプローブ体１３４を備え、該解析システムは、超音波信号を搬送するデータ接続１３６を介し、コンピュータを備える。プローブ体１３４はさらに、ロータリエンコーダ１３７を搭載かつ接続するためのエンコーダマウント１３８を備える。可撓性超音波トランスデューサアレイ１４０が、プローブ体１３４から延び、かつ、プローブ体１３４領域から該超音波トランスデューサアレイ１４０の自由端１４２まで、概して直線状に間隔をあけて設けられた一連の超音波素子（不図示）を備える。

装填部品１０６は、概してプリズム状であり、半可撓性を有し、かつ可撓性結合部品１０２の装填面１２４と略同一外形の装填面１４４を有する、中実のゴムブロックである。可撓性結合部品１０２に対向していない、装填部品１０６の残りの表面は、人間工学的ハンドグリップ１４６により画定される。

図３を参照して、超音波検査プローブ１００は、以下のように組み立てられる。

エンコーダマウント１３８をプローブ体１３４から取り除くことにより、プローブ体１３４を搭載ブロック１０８内のプローブ体空洞部１１２に挿入することができる。プローブ体１３４が挿入されると、可撓性超音波トランスデューサアレイ１４０が、可撓性結合部品１０２の結合部１１０内の自由端１３２を通るスロット１３０に滑入される。真空ポンプが弁１３１に取り付けられて、スロット１３０から空気が除かれることにより、スロット１３０の側面が、トランスデューサアレイ１４０と接触状態になる。スロット１３０は、アレイ１４０よりもわずかに幅が広いため、結合面１２２に対向するアレイ１４０の下側からすべての空気が除かれる。

挿入後、エンコーダマウント１３８がプローブ体１３４に再連結され、適切なエンコーダホイール１３７が、エンコーダマウント１３８の片側あるいは両側に取り付けられて、平面部１１４の底面にまで延び、近接するワークピースに接触可能となって、軸Ｘの方向において、超音波検査プローブ１００によってワークピースに沿って移動させられた距離が検知される。

使用においては、超音波検査プローブ１００は、ワークピース結合面１２２が、ワークピース１０に近接し、かつこれに結合されるように配置される。

ワークピース１０は、第１脚部１２と、半径部分１４と、第２脚部１６とを備える。ゲルあるいは水等の好適な結合材を、結合を強化するために、可撓性結合部品１０２とワークピース１０との間に載置できる。

超音波アレイプローブ１０４を作動させて、超音波検査プローブ１００を軸Ｘと平行な方向にワークピース１０に沿って移動させることができる。このように、ワークピースを詳細に走査することができる。

上述のように、ワークピース１０は、オープニングアングル、すなわち第１脚部１２と第２脚部１６との間の角度において、ばらつきを含み得る。加えて、半径部１４の内径が異なり得る。プローブ１００をワークピース１０の長さに沿って摺動させる間、ユーザは、装填部品１０６を把持して、半径部１４に向かって力を加える。この力が、可撓性結合部品１０２のワークピース結合面１２２を、ワークピース１０に対して付勢するように作用し、その可撓性が、オープニングアングル又は半径におけるあらゆるばらつきに対応する。したがって、可撓性超音波アレイプローブと、ワークピース１０との結合が、可撓性結合部品１０２の可撓性により維持される。よって、確実に結合かつ測定される。

本発明の範囲内には、変形例が含まれる。例えば、該構成は、凸状のものに対し、凹状のワークピース結合面をなしてもよい。加えて、波状、平坦状、湾曲状等、いかなるワークピース結合面を採用してもよい。

真空の代わりに、正の空気圧を弁１３１に加えてもよい。この場合、アレイ１４０は、スロット１３０の側部と密に嵌合して、正の圧力がかけられる間、アレイ１４０が、結合面１２２に最も近接したスロット１３０の面に対して押圧される。これにより、良好な超音波結合が確実に維持される。

結合部品は、可撓性のある膜状の材料により構成される水充填部品でもよい。この結合部品は、概して結合部品１０２と同様の大きさ及び形状となる。

この実施形態により、わずかに剛性の材料（その剛性は、構造的に可撓性の膜として構成されることによって相殺される）の使用が可能となる。よって、低摩擦材料が本実施形態において使用可能であり、ワークピース・シリコン界面が、走査が難しくなるような高摩擦係数を持つ状況においても有用となる。

任意で、ワークピース接触側とは異なる側から、水充填結合部品に水を供給してもよく、また、水を逃すために、ワークピース接触側に数個の孔部が形成されてもよい。これにより、ワークピースの表面にわたる部品の移動に関して、さらなる潤滑と結合がもたらされる。

この手法は、低い結合力を用いる必要がある薄く弱いワークピースについても有用である。

Claims (19)

1. 半径部付きワークピースを走査する超音波検査プローブであって、
   プローブ体、及び前記プローブ体から延びる可撓性超音波トランスデューサアレイを有する可撓性超音波アレイプローブと、
   前記可撓性超音波トランスデューサアレイを前記ワークピースに超音波結合させるように構成された可撓性結合部品と、
   装填部品と
   を備え、
   前記可撓性超音波トランスデューサアレイは、前記可撓性超音波トランスデューサアレイの自由端に向かって延びる一連の超音波素子を備え、
   前記可撓性結合部品は、
   第１脚部、第２脚部、並びに前記第１脚部及び前記第２脚部間の半径部付きセクションと、
   空洞部と、
   ワークピース結合面、及びこれと反対側の装填面と
   を備え、
   前記装填部品は、
   前記装填面に圧力を印加して、前記ワークピース結合面と使用中の前記ワークピースとの接触を維持するように構成され、
   前記可撓性超音波トランスデューサアレイの少なくとも一部は、前記可撓性結合部品の半径部付きセクションまわりに前記超音波素子が延びて前記ワークピースの半径部が走査されるように、前記可撓性結合部品内に画定された空洞部の中に位置決めされる超音波検査プローブ。
2. 前記可撓性結合部品と前記可撓性超音波アレイプローブとが機械的に結合される、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
3. 前記空洞部はスロットを備える、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
4. 前記空洞部と流体連通する弁を備え、
   前記弁は、前記空洞部からの空気の導入及び／又は除去を可能とするように構成される、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
5. 前記装填部品は手持ちブロックである、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
6. 前記装填部品は、前記装填面と同一の形状の装填面を画定する、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
7. 前記可撓性結合部品は中実の材料ブロックである、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
8. 前記可撓性結合部品は、流体が充填された膜として構成される、請求項１に記載の超音波検査プローブ。
9. 前記流体に充填された膜は、前記ワークピース結合面に、流体の出口のための複数の孔部を備える、請求項８に記載の超音波検査プローブ。
10. 超音波検査プローブであって、
    可撓性超音波アレイと、
    前記可撓性超音波アレイをワークピースに超音波結合させるように構成された可撓性結合部品であって、ワークピース結合面、及びこれと反対側に装填面を有する可撓性結合部品と、
    前記装填面に圧力を印加して、前記ワークピース結合面と使用中の前記ワークピースとの接触を維持するように構成された装填部品と
    を備え
    前記可撓性結合部品及び前記可撓性超音波アレイが機械的に結合され、
    前記可撓性超音波アレイは、前記可撓性結合部品内に画定された空洞部内に少なくとも部分的に配置され、
    前記可撓性結合部品は、前記空洞部と流体連通する弁であって、前記空洞部からの空気の導入及び／又は除去を可能とするように配設された弁を備える、超音波検査プローブ。
11. 前記空洞部はスロットを備える、請求項１０に記載の超音波検査プローブ。
12. ワークピースを超音波検査する方法であって、
    ワークピースを設けるステップと、
    プローブ体と、前記プローブ体から延びる可撓性超音波トランスデューサアレイであって自由端に向かって延びる一連の超音波素子を備えた可撓性超音波トランスデューサアレイとを有する可撓性超音波アレイプローブを設けるステップと、
    第１脚部、第２脚部、前記第１脚部及び前記第２脚部間の半径部付きセクション、並びに中に画定された空洞部を備えた可撓性結合部品を設けるステップと、
    前記可撓性超音波トランスデューサアレイの少なくとも一部を、前記可撓性結合部品の半径部付きセクションまわりに前記超音波素子が延びるように、前記可撓性結合部品の空洞部の中に位置決めするステップと、
    前記可撓性超音波アレイプローブ及び／又は前記可撓性結合部品に圧力を印加して、前記可撓性結合部品と前記ワークピースとの接触を確保するステップと、
    前記ワークピースを、前記可撓性超音波アレイプローブを用いて超音波走査するステップと
    を含む、方法。
13. 前記空洞部内の気圧を変更して、前記可撓性超音波アレイと前記可撓性結合部品との間の結合を確保するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記気圧を変更するステップは、前記空洞部内の圧力を低下させるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
15. 装填部品を設けるステップと、
    前記ワークピースと前記装填部品との間に、前記可撓性超音波アレイプローブと前記可撓性結合部品とを載置するステップと、
    前記装填部品に手動で圧力を印加して、前記ワークピース内に前記可撓性結合部品を圧入して前記接触を増大させるステップと
    を含む、請求項１２に記載の方法。
16. 前記可撓性結合部品と前記可撓性超音波アレイプローブとを前記ワークピースに沿って摺動させて、前記ワークピースを漸次走査するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
17. ワークピースを超音波検査する方法であって、
    ワークピースを設けるステップと、
    可撓性超音波アレイを設けるステップと、
    可撓性結合部品を設けるステップと、
    前記可撓性結合部品を、前記可撓性超音波アレイと前記ワークピースとの間に少なくとも部分的に配置するステップであって、前記可撓性結合部品内の空洞部に、前記可撓性超音波アレイを少なくとも部分的に置くことを含むステップと、
    前記可撓性超音波アレイ及び／又は前記可撓性結合部品に圧力を印加して、前記可撓性結合部品と前記ワークピースとの接触を確保するステップと、
    前記ワークピースを、前記可撓性超音波アレイを用いて超音波走査するステップと
    前記空洞部内の気圧を変更して、前記可撓性超音波アレイと前記可撓性結合部品との間の結合を確保するステップと
    を含む、方法。
18. 前記気圧を変更するステップは、前記空洞部内の圧力を低下させるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
19. 請求項１２又は１７に記載の方法を含む、航空機部品を超音波検査する方法。

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