JP6571088B2 - 内視鏡及びその使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、機械部品の検査の分野に関し、特に、アクセスするのが困難な機械部品の検査に関する。

当業者は、アクセスするのが困難な機械部品を目視検査するために内視鏡が使用することができることを知っている。建物における、また医学における機械工学において使用される種類の内視鏡は、通常、内視鏡ヘッドと、前記内視鏡ヘッドによってピックアップされた画像を表示するための装置と、内視鏡ヘッドに接続された細長部材とを備える。それゆえに、内視鏡ヘッドは、狭い開口を介して挿入されることができ、細長部材は、内視鏡ヘッド及び表示装置を介して目視検査を続行するために検査対象に向かってそれを案内するために使用することができる。そのような内視鏡は、硬性内視鏡と、内視鏡ヘッドに続く経路上の障害物を回ることができるようにするための軟性内視鏡とを含む。さらにまた、光学内視鏡はまた、内視鏡ヘッドが有線又は無線で表示装置に接続された映像センサを有する映像内視鏡であるのにともない、内視鏡ヘッドによってピックアップされた光を直接透過する少なくとも１つの光ファイバによって内視鏡ヘッドが表示装置に接続されていることが知られている。そのような内視鏡はまた、通常、内視鏡ヘッドに直接又は少なくとも１つの光ファイバによってそれに接続された照明装置を備えており、それゆえに、検査対象が目視検査されるのを可能とするために照明されるのを可能とする。

それにもかかわらず、いくつかの状況において、単なる目視検査は、機械部品の完全状態を判定するためには十分でない。それゆえに、単なる目視検査から隠されている特定の欠陥は、「ｐｉｎｇ」テストとも称される周波数検査によって検出することができる。そのような周波数検査により、検査対象は、振動を誘発するために少なくとも１つのタップを受ける。振動機械的応答の周波数を分析することは、検査対象における潜在的な欠陥を検出するのを可能とすることができるか又は検査対象を単に特徴付けるのを可能とすることができる。その最も単純なバージョンにおいて、検査者は、検査対象を軽くタップし、それに応答して放つ音に耳を傾ける。

それにもかかわらず、最新技術において、アクセスするのが困難な部品に対してそのような周波数検査を行うためには、多くの場合にそれを解体する必要があり、時間及び労力の観点で非常に高価であり得る。また、解体された部品に対して行われる周波数検査は、典型とすることができない。

本発明は、これらの欠点を改善することを目指している。特に、本開示は、目視検査のみならず、アクセスするのが困難である部品の周波数検査も行うことが可能な内視鏡を提案することを目指している。

少なくとも１つの実施形態において、この目的は、内視鏡の内視鏡ヘッドが、少なくとも１つの振動センサ、周波数検査対象を機械的に励起するための接触要素及び周波数検査対象に対して前記接触要素をタップするためのアクチュエータを備える周波数検査装置を含むという事実によって達成される。

これらの設備により、内視鏡ヘッドは、対象の周波数検査を行うことができるように、この部品を振動センサ及び接触要素の範囲内にもたらすためにアクセスするのが困難である周波数検査対象まで視覚的に案内することができる。

特に、周波数検査装置は、振動センサ及び／又は周波数検査対象を機械的に励起するための接触要素の少なくともアクチュエータを含む少なくとも１つの電気機械的マイクロシステムを備えることができ、それゆえに、特にアクセスできない場所にアクセスすることを可能とするように内視鏡ヘッドによって占められる空間を制限するのを可能とする。

検査対象の振動応答が特に正確に感受されるのを可能とするために、振動センサは、特定のマイクとすることができる。

内視鏡ヘッドの経路上の障害物を回ることを可能とするため、内視鏡は、軟性内視鏡、すなわち、例えば少なくとも３０°にわたって細長部材を曲げることができる内視鏡とすることができる。あるいは、それにもかかわらず、すなわち、細長部材がこのように曲げることができない内視鏡は硬性内視鏡であることも可能である。

内視鏡は、光学内視鏡、すなわち、内視鏡ヘッドが少なくとも１つの光ファイバを介して画像表示装置に接続された内視鏡とすることができる。あるいは、内視鏡は、それにもかかわらず、映像内視鏡、すなわち、内視鏡ヘッドが画像表示装置に接続された映像センサを有する内視鏡とすることが可能である。

本質的に、内視鏡は、さらに、照明装置を含むことができる。特に、照明装置は、内視鏡ヘッドに直接取り付けられてもよく、又は、少なくとも１つの光ファイバを介してそれに接続されてもよい。

さらにまた、アクチュエータは、振動センサとは異なることができるが、特にアクチュエータが圧電、磁気又は電気機械的アクチュエータの場合にはそれらを組み合わせることもできる。さらにまた、他の種類のアクチュエータ、特に空気圧アクチュエータ及び弾性バネは、ストライカを駆動するために同様に良好に想定することができる。アクチュエータは、単一の衝撃によって対象の振動応答を生じさせるように又は接触要素を振動させるように接触要素が検査対象に単一のタップを与えさせるように構成されることができ、それにより、周波数検査の対象の応答が少なくとも１つの所定の励起周波数で分析されるのを可能とする。

振動センサとしての同じ内視鏡ヘッドに接触要素及びアクチュエータを組み込む代わりとして、本開示はまた、周波数検査対象を機械的に励起するための少なくとも１つの接触要素を有する内視鏡ヘッドと、周波数検査対象に対して接触要素をタップするためのアクチュエータと、第２の内視鏡の内視鏡ヘッドを介してピックアップされた画像を表示する画像表示装置とを、前記第２の内視鏡の内視鏡ヘッドに接続された細長部材と備える第２の内視鏡とともに、振動センサを有する周波数検査装置を有する内視鏡ヘッドと、内視鏡ヘッドを介してピックアップされた画像を表示する画像表示装置と、内視鏡ヘッドに接続された細長部材とを有する第１の内視鏡を備えるセットを提供する。単一の装置は、リソースを共有するように第１及び第２の内視鏡からの画像を表示するために場合によっては使用されることができ、第１及び第２の内視鏡は、同様に良好に光学的又は映像内視鏡とすることができ、それらは、軟性又は硬性とすることができる。上述した種類のアクチュエータの全ては、同様にこの代替で使用することができる。

本発明はまた、検査対象の周波数検査のために内視鏡を使用する方法を提供する。少なくとも１つの実装において、この方法は、案内されるように内視鏡を検査対象に接近させることと、振動応答を引き起こすように検査対象に対して接触要素をタップするようにアクチュエータを使用することによって検査対象を励起することと、振動センサを介して前記振動応答を受信することとを備えることができる。そして、振動センサによって感受された振動応答は、検査対象の完全性状態を判定するために特に周波数分析を受けることができる。

本発明は、十分に理解されることができ、その利点は、限定されない例として示されるいくつかの実施形態の以下の詳細な説明を読むことによってより良好にわかる。詳細な説明は、添付図面を参照している。

第１の実施形態の内視鏡を示す図である。 図１Ａの内視鏡の内視鏡ヘッドの詳細図である。 タービンエンジンの異なる部品を検査するために図１Ａの内視鏡を使用する方法を示す図である。 タービンエンジンの異なる部品を検査するために図１Ａの内視鏡を使用する方法を示す図である。 タービンエンジンの異なる部品を検査するために図１Ａの内視鏡を使用する方法を示す図である。 第２の実施形態における内視鏡の内視鏡ヘッドを示す図である。 第３の実施形態における内視鏡の内視鏡ヘッドを示す図である。 第４の実施形態における内視鏡の内視鏡ヘッドを示す図である。 第６の実施の形態における第１及び第２の内視鏡を備えるセットを示す図である。

第１の実施形態における内視鏡１が図１Ａ及び図１Ｂに示されている。この内視鏡１は、内視鏡ヘッド２と、表示装置３と、表示装置３に内視鏡ヘッド２を接続するロッドの形態であり且つ表示装置３によって外部のユーザに内視鏡ヘッド２によってピックアップされた画像を表示しながら内視鏡ヘッド２が限られた空間に挿入されるのを可能とする細長部材４とを備える。示された実施形態において、細長部材４は、可撓性があり、内視鏡ヘッド２の通路上の障害物を通り過ぎることができるように、少なくとも３０°、おそらく少なくとも９０°にわたってその２つの端部間で曲げることが可能である。代替実施形態において、細長部材は、それにもかかわらず、実質的に硬性であってもよい。

図１Ｂは、この第１の実施形態における内視鏡１の内視鏡ヘッド２の詳細図を示している。それゆえに、この第１の実施形態における内視鏡１は、映像内視鏡であり、それゆえに、内視鏡ヘッド２上に、例えば電荷結合素子（ＣＣＤ）型センサ又は相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）型センサとすることができる映像センサ５と、例として発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる照明装置６と、接触要素８周波数検査対象に対して接触要素８をタップするのに適したアクチュエータ９及び接触要素８によって機械的に励起されるのに応じて周波数検査対象から振動を感受するのに適した振動センサ１０を備える周波数検査装置７とをみることができる。アクチュエータ９は、単一の衝撃によって内部に振動を励起するように又は検査対象に対してそれを振動状態に設定するように、単一の機会に接触要素８に検査対象をタップさせるように構成されることができる。接触要素８の材料は、それが使用される方法に応じて選択されることができる。それゆえに、例えば、周波数検査装置７が単一の衝撃によって検査対象の振動応答を励起するように構成されている場合、接触要素８は、セラミック又は金属材料などの比較的硬質の材料から形成されることができる。しかしながら、接触要素８がアクチュエータ９から周波数検査対象に振動を伝達する場合には、特に、この接触要素８について、エラストマー又はいくつかの他の合成ポリマーなどの軟らかい材料を使用することが可能である。

この第１の実施形態において、アクチュエータ９及び振動センサ１０は、２つの別個の電気機械マイクロシステムである。例として、アクチュエータ９は、圧電式、静電式又は電磁式とすることができるとともに、振動センサ１０は、例えば、同様に、圧電式、静電式又は電磁式とすることができるマイクロホンである。あるいは、アクチュエータ９は、それにもかかわらず、空気圧式アクチュエータとすることができるとともに、振動センサ１０は、例えばレーザ振動計若しくは加速度計又は光ファイバマイクロホンなどの接触又は非接触のいくつかの他の種類の振動センサとすることができる。

映像センサ５は、細長部材４を介して表示装置３に接続され、アクチュエータ９及び振動センサ１０もまた、周波数検査対象に対して接触要素８のタップをトリガすることができ、そしてその完全性を評価するためにタップされるのに応じて周波数検査対象の振動を分析することができるように、細長部材４を介して、制御装置（図示しない）及び信号分析装置（図示しない）にそれぞれ接続されることができる。これらの接続は、例えば、電気若しくは光ファイバによる有線接続とすることができるか、又は、それらは、例えば無線若しくは超音波トランスポンダを介した無線接続とすることができる。

それゆえに、使用時において、内視鏡ヘッド２は、アクセスするのが困難な限られた空間に挿入されることができ、照明装置６からの光によって映像センサ５によってピックアップされた画像を使用することによって周波数検査される対象まで視覚的に案内されることができる。前記周波数検査対象の近傍において、アクチュエータ９は、周波数検査対象に対して接触要素８をタップするために作動されることができる。このタップによって振動が周波数検査対象においてトリガされ、振動は、周波数検査対象の完全性を判定するために、おそらく分析のために細長部材４を介して伝達するためにセンサ１０によって感受される。

図２Ａ乃至図２Ｃは、アクセスするのが困難であるタービンエンジン、より具体的には、遠心圧縮機２１、燃焼室２２、圧縮機２１によって回転するように拘束された高圧軸流タービン２３、低圧軸流タービン２４、低圧軸流タービン２４によって回転するように拘束された電力出力軸２５、及び、電力出力軸２５に接続され且つ噛合歯車２７のランを備えるギアボックス２６を備えるタービンエンジン２０内の部品を検査するための内視鏡及び周波数検査方法の例としての応用を示している。

図２Ａにおいて、内視鏡１は、それゆえに、遠心圧縮機２１のブレードの目視及び周波数検査の使用においてみることができる。これを行うために、内視鏡ヘッドは、エンジン２０の空気取り入れ口を介して挿入され、遠心圧縮機２１に案内される。内視鏡１の表示装置３によって圧縮機２１のブレードを目視検査することに加えて、ユーザはまた、各ブレードに対して接触要素８をタップするためにアクチュエータ９を作動することによって周波数検査を行うことができ、それにより、目視検査によっては単に検出することができない欠陥を検出するために、可能なその後の分析のために振動センサ１０によって感受された振動をトリガする。

図２Ｂにおいて、内視鏡１は、高圧軸流タービン２３のブレードの目視及び周波数検査の使用においてみることができる。これを行うために、内視鏡ヘッド２は、エンジン２０の排気及びその低圧軸流タービン２４を介して高圧軸流タービン２３まで挿入される。それゆえに、低圧軸流タービン２４のブレードは、図２Ａに示されるような圧縮機２１のブレードの検査と同様の方法で目視及び周波数検査を受けることができる。

図２Ｃにおいて、内視鏡１は、ギアボックス２６の歯車２７の目視及び周波数検査を行うための使用においてみることができる。この例において、ギアボックス２６における検査ハッチ２８を開いた後、内視鏡ヘッド２は、実際の噛合条件下で且つ図２Ａ及び図２Ｂに示されるブレードの検査と同様の方法で歯車２７の目視及び周波数検査を行うためにその内部に挿入される。

代替実施形態はまた、内視鏡用に想定されることができる。それゆえに、図３において、アクチュエータ９及び振動センサ１０が単一の電気機械マイクロシステムに組み込まれた第２の実施形態における内視鏡１の内視鏡ヘッド２をみることができる。それゆえに、周波数検査対象に対して接触要素８をタップするための圧電、電磁又は静電要素もまた、周波数検査対象の振動応答を感受するためにその後に使用される。この内視鏡１の残りの要素は、第１の実施形態のものと同等であり、それらには同一の参照符号が付されている。

上記実施形態の双方において、接触要素は、そのアクチュエータに固定されており、それによってその範囲を制限する。図４に示される第３の実施形態において、接触要素８は、電磁石３０によってアクチュエータ９を構成するバネの作用に抗して内視鏡ヘッド２に保持されるビーズの形態である。それゆえに、電磁石３０を停止することは、接触要素８に検査対象に対してタップさせ、単に震動や衝撃によってその振動応答を生じさせるような方法で打つ。例えば空気圧又は磁気アクチュエータなどの他の種類のアクチュエータはまた、それにもかかわらず、その代替として想定されることができる。それは内視鏡ヘッド２から離れるように移動することができるものの、接触要素８は、それにもかかわらず、紐３１によって取り付けられたままであり、それゆえに、検査が行われる空間を汚染するのを回避する。内視鏡１の他の要素は、第１の実施形態のものと同等であり、したがって、それらには同一の参照符号が付されている。

上記実施形態の３つ全てにおいて、内視鏡１は、映像内視鏡である。それにもかかわらず、図５に示されるその内視鏡ヘッド２を有する第４の実施形態のものなど、光学内視鏡に同じ原理を適用することを想定することも可能である。それゆえに、この内視鏡ヘッド２は、もはや映像センサを有しておらず、むしろ光ファイバ４１によって細長部材４の他端において表示装置に接続される光学レンズ４０を有する。それゆえに、表示装置は、単純な光学的接眼レンズとすることができる。さらにまた、内視鏡ヘッド２の全体サイズ及び複雑さをさらに制限するために、照明装置は、もはやその上に取り付けられないが、細長部材４の他端に取り付けられ、細長部材はまた、照明装置によって内視鏡ヘッドへと放射された光を伝達するための他の光ファイバ４２を含む。この内視鏡１の他の要素は、第２の実施形態のものと同等であり、したがって、それらには同一の参照符号が付されている。

さらにまた、内視鏡が可撓性であることは必須ではない。

応答を感受するための振動センサと同じ内視鏡ヘッドに設置されるべき振動応答を生じさせる手段は必須ではない。それゆえに、図６に示される第６の実施形態において、使用は、２つの内視鏡１及び１’のセットから構成される。第１の内視鏡１は、その内視鏡ヘッド２が接触要素８又はアクチュエータ９を有しないことを除き、第１の実施形態の内視鏡に同様である。具体的には、これらの要素は、振動センサがないことを除き、第１の実施形態の内視鏡と同様である第２の内視鏡１’の内視鏡ヘッド２に装着される。それゆえに、このセットにより、第２の内視鏡１’を使用して１つの位置において周波数検査対象において振動をトリガし、第１の内視鏡１を使用して他の位置において振動を感受することが可能である。第１及び第２の内視鏡１、１’の残りの要素は、第１の実施形態の内視鏡１のものと同等であり、したがって、それらには同一の参照番号が付されている。

本発明は、特定の実施形態を参照して説明されるが、特許請求の範囲によって定義される本発明の一般的な範囲を逸脱することなく、これらの実施形態に対して様々な修正及び変更が行われることができることは明らかである。また、言及された様々な実施形態の個々の特徴は、追加の実施形態において組み合わせることができる。特に、第６の実施形態のセットにおける内視鏡の双方は、第１の実施形態の内視鏡と同様であるものの、それらのそれぞれはまた、示されたものの代替として又はそれに追加して、他の実施形態の特徴を組み込むことができる。したがって、説明及び図面は、限定的であるのではなく、例示であるという意味で検討されるべきである。

Claims (11)

1. 内視鏡（１）であって、
   内視鏡ヘッド（２）と、
   前記内視鏡ヘッド（２）を介してピックアップされた画像を表示するための画像表示装置（３）と、
   内視鏡ヘッド（２）に接続された細長部材（４）と、
   を備え、
   前記内視鏡ヘッド（２）がまた、少なくとも１つの振動センサ（１０）と、周波数検査対象を単一の衝撃で機械的に励起するための接触要素（８）と、周波数検査対象に対して前記接触要素（８）の単一のインパルスを駆動するためのアクチュエータ（９）と、を備える周波数検査装置（７）を含むことを特徴とする内視鏡（１）。
2. 前記周波数検査装置（７）が、少なくとも１つの電気機械的マイクロシステムを備える、請求項１に記載の内視鏡（１）。
3. 前記振動センサ（１０）がマイクロホンである、請求項１又は２に記載の内視鏡（１）。
4. 前記細長部材（４）が少なくとも３０°にわたって曲げることができる、請求項１から３のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
5. 前記内視鏡ヘッド（２）が、少なくとも１つの光 ファイバ（４１）を介して画像表示装置（３）に接続されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
6. 前記内視鏡ヘッドが、画像表示装置（３）に接続された映像センサ（５）を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
7. 照明装置（６）をさらに含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
8. 前記アクチュエータ（９）が圧電式である、請求項１から７のいずれか一項に記載の内視鏡（１）。
9. 第１の内視鏡（１）と第２の内視鏡（１’）とを備えるセットであって、
   前記第１の内視鏡（１）は、
   少なくとも１つの振動センサ（１０）を含む周波数検査装置（７）を有する内視鏡ヘッド（２）と、
   前記内視鏡ヘッド（２）を介してピックアップされた画像を表示するための画像表示装置（３）と、
   内視鏡ヘッド（２）に接続された細長部材（４）とを備え、
   前記第２の内視鏡（１’）は、
   周波数検査対象を単一の衝撃で機械的に励起するための少なくとも１つの接触要素（８）及び周波数検査対象に対して前記接触要素（８）の単一のインパルスを駆動するためのアクチュエータ（９）を有する内視鏡ヘッド（２’）と、
   前記第２の内視鏡（１’）の内視鏡ヘッド（２’）を介してピックアップされた画像を表示するための画像表示装置（３’）と、
   前記第２の内視鏡（１’）の内視鏡ヘッド（２’）に接続された細長部材（４’）とを備える、セット。
10. 検査対象の周波数検査のために請求項１から８のいずれか一項に記載の内視鏡（１）を使用する方法において、
    案内されるように内視鏡ヘッド（２）を検査対象に接近させるステップと、
    振動応答を引き起こすように検査対象に対してアクチュエータ（９）によって接触要素（８）の単一のインパルスを駆動することによって検査対象を単一の衝撃で機械的に励起するステップと、
    振動センサ（１０）を介して前記振動応答を受信するステップと、
    を備える、方法。
11. 検査対象の周波数検査のために請求項９に記載のセットを使用する方法において、
    案内されるように内視鏡ヘッド（２、２’）を検査対象に接近させるステップと、
    振動応答を引き起こすように検査対象に対してアクチュエータ（９）によって接触要素（８）の単一のインパルスを駆動することによって検査対象を単一の衝撃で機械的に励起するステップと、
    振動センサ（１０）を介して前記振動応答を受信するステップと、
    を備える、方法。

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