JP7085548B2 - 非破壊的に材料を特性評価するためのデバイスおよび方法 - Google Patents

非破壊的に材料を特性評価するためのデバイスおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、非破壊的に材料を特性評価するためのデバイス、およびデバイスによって実行される非破壊的な特性評価方法に関する。
非破壊的検査（ＮＤＴ：ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ）および特性評価方法は、特に自動車、保健、または実際に航空分野において、非常に重要である。これらの方法は、部品（たとえば、飛行機の翼、エンジン部品）の、構造体（たとえば、多結晶構造体、多層構造体）の、さらに一般的には材料のそれらのライフサイクル中の任意の時間における、たとえば、生産、使用、または保守中の、完全性状態を特性評価するために使用することができる。航空分野では、問題の構造体は、単一の部分またはアセンブリでも、極度に厳しい基準を満たす特性を示す必要があるので、これらの方法の使用はさらに重要である。
様々な知られている方法は、特性評価すべき材料への、トランスデューサからの放射としての超音波励振の適用と、これに次ぐ、トランスデューサの１つまたは複数の受信要素を介する材料の信号特性の検出とにあり、その信号は、超音波励振によって生成される。
例として、文書ＥＰ２４４０１４０号は、材料を通る超音波の伝搬によって材料が特性評価される、１次元のストリップの形での超音波トランスデューサについて説明している。しかしながら、そのようなトランスデューサは、３次元空間のすべての方向において材料を特性評価するのには適していない。しかしながら、そのような特性評価は、異方性の材料を特性評価するためには特に、必須であることが分かる。この問題に対処するために予測され得る解決法は、その場合、手動でトランスデューサを動かすこと、または実際に、様々な３次元のもしくは角度の構成を占めるようにトランスデューサを移動させるための機械的アセンブリの提供に存し得る。しかしながら、そのような解決法は、測定を行うときに、近似的且つあまり正確ではない方式でトランスデューサが配置される、複雑な機械的アセンブリを作ることを含むので、限定されることが分かり、そして、そのようなトランスデューサは、各測定方向について手動でまたは機械的に移動させられる必要があるため、そのような解決法は、材料の特性評価に長い時間を必要とする。
放射体／受信器要素の配列の形で作られた超音波トランスデューサの使用は、先行技術でも知られている。例として、文書ＷＯ２０１５／０１１３８３は、具体的には、十字架の形でパターンを提供する検出面を形成するために、選択的にアクティブにすることができる放射体／受信器要素の配列の形でのトランスデューサについて説明している。そのようなトランスデューサは、具体的には、溶接ゾーンで反射された超音波を分析することによって溶接ゾーンを検査するために使用することができる。その配列の形状により、そのような解決法は、多数の放射体／受信器要素を必要とする。しかしながら、それらの要素の一部は、トランスデューサの検出面を形成するために常に使用される訳ではない。そのようなトランスデューサは、その場合、それを構成する多数の要素を所要として、製造コストに関して高くなることが分かる。さらに、そのようなトランスデューサ内の多数の受信器要素は、大量のデータが取得されることに関わり、具体的には後処理ユニットにそのデータを移送する間に、特性評価すべき材料の検査を遅くすることがある。
具体的には、材料を特性評価するための今日の解決法は、同時に高信頼で、正確で、高速であって、高価ではない超音波トランスデューサが提案されることを可能にしていない。
欧州特許第２４４０１４０号明細書 国際公開第２０１５／０１１３８３号
本発明の目的は、前述の欠点を修正することである。
これを目的として、本発明は、非破壊的に材料を特性評価するための特性評価デバイスであって、本デバイスは放射体／受信器セルを備え、各セルは、放射モードでは、特性評価するための材料に向けて超音波を放射するように、および、受信モードでは、前記材料を通して送信された超音波を受信するように構成され、非破壊的な特性評価デバイスは、複数の隣接する角度セクタで構成されたリングを備え、各角度セクタは、リングの半径方向に積み重ねられた超音波セルを備え、本デバイスは制御手段をさらに備え、制御手段は：
― 放射角度セクタとして角度セクタを選択するように構成された第１のセレクタモジュールと、
― 受信角度セクタとして１セットの隣接する角度セクタを選択するように構成された第２のセレクタモジュールであり、放射角度セクタと直径方向で反対にある角度範囲に前記セットを選択するように構成された第２のモジュールと、
― 受信角度セクタ内のすべてのセルを受信モードに切り替えるように構成された第１の切替えモジュールと、
― 放射角度セクタにおいて１度に１つのセルを交互に放射モードに切り替えるように構成された第２の切替えモジュールと、
を備え、この制御手段は、異なる角度セクタのためにモジュールを作動させるように構成される、特性評価デバイスを提案する。
有利には、非破壊的な特性評価デバイスのリングの中央は空洞である、すなわち、放射体／受信器セルがない。したがって、特性評価するための材料と接して、またはその周りにリングを設置することが可能である。加えて、そのようなデバイスの放射体／受信器セルが、個別に選択され、放射モードにまたは受信モードに切り替えるように制御され得る。したがって、ラジアル走査、およびまた特性評価するための材料の周りを回転する走査の両方を連続して、または他の組合せで実行するために本デバイスのリングを使用することが可能になる。したがって、材料は、各角度測定を行った後に材料または特性評価デバイスを動かさずに任意の角度方向において特性評価され得、これは、放射体／受信器セルを切り替えることによって可能にされる。したがって、本デバイスは、複雑な機械的アセンブリが異なる方向において材料を特性評価しようとすることを避けることを可能にし、本デバイスは、機械的アセンブリで可能なものよりも遥かに高い精度の測定結果を得ることを可能にする。次いで、検査する材料が構造対称性を示すときには必ず、そのようなデバイスは、全体のサイズの減少を示し、それを構成する放射体／受信器セルの数を減らす可能性もまた示す。したがって、製造コストも減らしつつ、そのようなデバイスは、軽量化され得、処理するデータの量は小さくなり得、測定結果の精度は高められ得る。加えて、２つの測定結果の間の遷移は、単に放射体／受信器セルを切り替えることによって実行されるので、そのようなデバイスは、材料を特性評価するための測定を行うために得られるべき時間のかなりの節約を可能にする。
別の態様において、特性評価デバイスでは、各角度セクタは、同数のセルを有する。
別の態様において、特性評価デバイスでは、リングは、第１の角度範囲および第２の角度範囲を備え、第１の角度範囲の各角度セクタは、第２の角度範囲の角度セクタ内のセルの数より少ない数のセルを有する。
別の態様において、特性評価デバイスでは、第１の角度範囲のおよび第２の角度範囲の角度セクタは、リングの同じ内周縁から延びる。
別の態様において、特性評価デバイスでは、第１の角度範囲のおよび第２の角度範囲の角度セクタは、リングの同じ外周縁から延びる。
別の態様において、特性評価デバイスでは、第１の角度範囲は１８０°以下である。
別の態様において、特性評価デバイスでは、第１の角度範囲は、厳密に１８０°より大きい。
本発明はまた、非破壊的に材料を特性評価するための特性評価方法を提供し、本方法は、前述のような非破壊的な特性評価デバイスによって実行され、本方法は：
ａ）前記材料と接して、またはその周りにデバイスを配置するステップと、
ｂ）角度セクタを放射角度セクタとして選択するステップと、
ｃ）１セットの隣接する角度セクタを受信角度セクタとして選択し、前記セットは、放射角度セクタと直径方向で反対にある角度範囲上に選択されるステップと、
ｄ）受信角度セクタのすべてのセルを受信モードに切り替えるステップと、
ｅ）前記材料に向けて、放射モードのセルによって超音波を放射して、それにより、前記材料を通して送信される超音波を生成するステップと、
ｆ）前記材料を通して送信された超音波を、受信モードのセルが受信するステップと、
ｇ）前記材料を通して送信された超音波を受信するステップの後に、前記材料を通して送信された超音波を処理するステップと、
を含む。
別の態様において、特性評価方法は：
ｈ）放射角度セクタの１つのセルを交互に放射モードに切り替えるステップ
をさらに含む。
別の態様において、この方法で、放射角度セクタ１つのセルのみが、１度に放射モードに切り替えられる。
別の態様において、送信された超音波を処理する各ステップの後に、本特性評価方法は、連続する角度セクタのためにステップｂ）からｆ）を繰り返すことを含む。
非限定的例として与えられた本発明の具体的実施形態の以下の説明から、以下のような添付の図面を参照し、本発明の他の特性および利点が現れる。
材料の非破壊的な特性評価のためのデバイスを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第１の走査における別のステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第１の走査における別のステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第１の走査における別のステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第１の走査における別のステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第１の走査における別のステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第２の走査における様々なステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第２の走査における様々なステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第２の走査における様々なステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第２の走査における様々なステップを示す図である。 材料を特性評価するために非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサによって実行される第２の走査における様々なステップを示す図である。 非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサの異なる別の実施形態を示す図である。 非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサの異なる別の実施形態を示す図である。 非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサの異なる別の実施形態を示す図である。 非破壊的な特性評価デバイスのトランスデューサの異なる別の実施形態を示す図である。
図１は、材料２の特性を決定するための超音波による非破壊的な特性評価のためのデバイス１００を示す。デバイス１００は、複数の放射体／受信器セル１０を有する超音波トランスデューサ１、すなわちプローブ、を備える。各放射体／受信器セル１０は、特性評価するために材料２に向けて超音波を放射するための放射モードに、あるいは前記材料２を通して送信されたおよび／またはガイドされた超音波を受信するための受信モードに、切り替え可能でもよい。トランスデューサ１は、超音波トランスデューサ１の任意のセル１０を選択して放射モードに切り替えるのに、受信モードに切り替えるのに、あるいは実際にセル１０を非アクティブのままにするのに適した制御手段３と関連付けられている。示されている例において、また以下でさらに詳しく説明するように、制御手段３は、１つのセル１０－１（黒で印をされたセル）を放射モードに切り替え、セル１０のセット２０、具体的には１１個のセル、を受信モード（灰色で印をされたセル）に切り替え、一方で、その他のセル１０は、非アクティブのままにされてある（白で印をされたセル）。
したがって、トランスデューサ１は、セル１０で構成された超音波放射／受信面を示し、その表面の形状は平面であり、特性評価するために材料２に対して直接接触して適用され得る。他の例において、トランスデューサ１は、媒体（たとえば、プレキシガラスリレー）を介して材料２と間接的に接触することができ、または、トランスデューサ１は、超音波の伝搬を円滑にするために、検査のための材料２を囲むように沈み込ませて（ｉｎ ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ）使用することができる。
知られている方式では、放射体／受信器セル１０は、圧電振動子である。トランスデューサ１の各通過セルは、制御手段３から受信された電気信号を、材料２に送信される（矢印２００）超音波信号に変換する。トランスデューサ１の各受信セルは、材料２から受信された（矢印２０１）超音波信号を、次にプロセッサユニット４に送られる電気信号に変換し、電気信号は、たとえば、ワイヤード接続５を介してユニットに送信される。プロセッサユニット４は、受信モードのセルから到着する信号を処理するための手段を有する。例として、プロセッサユニット４は、材料２を通して伝搬された超音波の周波数に応じて位相速度変化を抽出することができ、放射体／受信器セル１０とそれらを相互に関連付けることができ、３次元の画像データを生成することができ、検査下にある材料２に関する任意の欠陥のサイズおよび／または位置を検出することができ、たとえばマップの形で、検出の結果を表示することができる。材料２を通して送信される波は、ガイド波、たとえばラム波、である。有利には、これらの波は、検査のための材料２の寸法に比較しうる波長を示し、したがって、これらの波は、材料２においてガイドされる。これらの波の受信は、それで、材料２を特性評価することを可能にする。例として、各受信セルによって受信された信号を特異値に分解することと、そこから受信信号の分散曲線を推論することとがプロセッサユニット４を用いて可能である。一般的方式では、非破壊的な特性評価デバイス１００は、任意の材料２、特に異方性の材料を特性評価するために使用することができる。例として、特性評価するための材料２は、一体成形の構造体、多結晶構造体（たとえば、チタン）、またはアセンブリの形の構造体でもよい。例として、特性評価するための材料２の特性は、多層材料の層の厚さ、その弾性定数、その弾性関数、腐食によるその厚さの損失、または実際にその剛性マトリックスに関し得る。
本発明によれば、超音波トランスデューサ１はリング５００の形をとり、その実施形態は、図２Ａから３Ｅに示されている。この例では、リング５００は軸方向ＤＡに対して定義され、それは、円周方向において隣接する複数の角度セクタ５０１で構成される。リング５００の半径方向ＤＲにおいて、各角度セクタ５０１は、放射体／受信器セル１０のスタックを備える。例として、図１では、受信モードのセル１０のセット２０は、放射モードのセル１０－１を含む角度セクタ５０１－２と直径方向で反対にある角度セクタ５０１－１を構成する。角度セクタ５０１－１および５０１－２など、直径方向で反対にある角度セクタ５０１は、任意選択的に、放射モードのセル１０－１によってこの例では形成されている、放射部分と、受信モードのセルのセット２０によってこの例では形成されている、受信部分との間の直接の超音波伝送を防ぐバリア６によって、区切られてもよい。さらに一般的には、トランスデューサ１はその中央部分７内に放射体／受信器セル１０を有さず、中央部分はすべての図に示すように、空洞である。
図２Ａ－３Ｅは、材料２、この例では多結晶構造体２－１、の検査のための様々なステップを示す。
最初のステップの間、デバイス１００は、特性評価する材料２、具体的には多結晶構造体２－１、と直接的または間接的に接して配置される。別法として、本デバイスは、特性評価するための材料２の周りに沈み込ませて配置される。特性評価するための材料２の寸法よりも大きい寸法を中央部分７が示すように、リング５００の寸法およびその放射体／受信器セル１０の寸法は予め決定され、材料２は中央部分７に接してまたは面して設置される。同様に、放射体／受信器セル１０によって使用される周波数は、検査すべき材料２のパラメータに応じて、そして調査すべき特性評価のスケールに応じて、選択される。例として、多結晶構造体２－１について、選択された超音波周波数に応じて、単一グレインのスケールにおいて、またはグレインのパケットのスケールにおいて、特性評価を実行することが可能である。しかしながら、超音波周波数は、材料２を通してガイド波（たとえば、表面波および／または実体波）を得るように、特性評価するための材料２に比較しうる寸法を示す波長を得るように選択される。
デバイス１００が一旦配置された後は、材料２は、材料２を特性評価することを可能にする２つの走査を受ける。
ラジアルタイプである、第１の走査は、図２Ａから２Ｅに示されている。この走査の間、所与の角度セクタ５０１－３について、１つのみのセル１０－２、１０－３、１０－４、１０－５、または１０－６が、交互に選択され、次いで放射モードに切り替えられる。複数の隣接するセクタ５０１を備えたセット５０２が選択され、セット５０２のすべてのセル１０は、受信モードに切り替えられる。セット５０２は、常に、放射モードに切り替えられたセル１０－２、１０－３、１０－４、１０－５、または１０－６を有する角度セクタ５０１－３と直径方向で反対にある角度範囲上に選択される。さらに、説明されたように、このセット５０２が少なくとも２つの隣接する角度セクタ５０１で常に構成されることを確実にするように注意が払われる。
材料２を特性評価するための第１の走査は、それで、前記材料２に向けて超音波を放射するように放射モードに各セル１０－２、１０－３、１０－４、１０－５、および１０－６を交互に切り替えることにあり、それにより、前記材料２を通して送信されるおよび／またはガイドされる波を生成することにある。材料２を通して送信されるおよび／またはガイドされるこれらのガイド波は、次いで、セット５０２の様々なセル１０によって受信され、これらのセルは受信モードに切り替えられている。セル１０によって受信された超音波を処理するステップは、次いで、プロセッサユニット４によって実行され得る。
実際には、セルを選択して放射モードまたは受信モードに切り替えることは、制御手段３によって実行される。
例として、これらの制御手段３は：
― 放射角度セクタとして角度セクタ５０１（たとえば、図２Ａ－２Ｅの角度セクタ５０１－３）を選択するように構成された第１のセレクタモジュール３００と、
― 受信角度セクタとして、隣接する角度セクタ５０１のセット５０２を選択するように構成された第２のセレクタモジュール３０１であって、このセット５０２が放射角度セクタと直径方向で反対にある角度範囲をカバーするように選択される、第２のセレクタモジュール３０１と、
― セット５０２、すなわち受信角度セクタ内のすべてのセル、を受信モードに切り替えるように構成された第１の切替えモジュール３０２と、
― 放射角度セクタ内のセルを、交互に放射モードに切り替えるように構成された第２の切替えモジュール３０３と、
を備え得る。第２の切替えモジュール３０３は、具体的には、１度に１つのみのセルを放射モードに切り替えるように構成され得る。
モジュール３００、３０１、３０２、および３０３は、電子またはソフトウェア手段によって実装され、制御手段３は、リング５００のあらゆる角度セクタ５０１のためにこれらのモジュールのうちのいくつかまたはすべてを作動させることができる。
有利には、この第１の走査について、放射モードのセルと直径方向で反対にある角度範囲上に受信セルのセット５０２を選択することで、既存の１次元のトランスデューサとは異なり、材料２を通した超音波の伝搬が２つの互いに垂直な波動ベクトルに沿ってプローブされることを可能にする。２つの垂直な波動ベクトルに沿ったこの特性評価は、セット５０２が複数の隣接する角度セクタ５０１で構成されるという事実に由来する。
さらに、この第１の走査の間に所与の角度セクタ５０１内の１つの放射セルを選択して交互に切り替えることは、受信信号の処理（たとえば、特異値への分解による）後に、特性評価するための材料２を通してガイドされたモードの分散曲線を得ることを可能にする。
第２の走査は、図３Ａから３Ｅに示されている。これらの図で分かるように、この第２の走査は、リング５００の異なる角度セクタ５０１に前述の第１の走査を実行することからなる、角度走査である。異なる角度セクタ５０１－３、５０１－４、５０１－５、５０１－６、および５０１－７が、放射のために次々と選択され、これらのセクタ内の少なくとも１つのセル１０－２、１０－７、１０－８、１０－９、１０－１０が、放射モードに切り替えられる。放射のための角度セクタ５０１－３、５０１－４、５０１－５、５０１－６、および５０１－７と直径方向で反対にある角度セクタのセット５０２、５０２－１、５０２－２、５０２－３、および５０２－４が、次いで、受信セットとして選択され、それらのセルのすべてが、受信モードに切り替えられる。第２の走査は、次いで、リングの軸方向ＤＡに関して第１の走査を回転させることによって実行される。この回転する、第２の走査は、所定の角度走査範囲で実行され、この所定の角度走査範囲は、たとえば、特性評価するための材料２に応じて選択され得る。この例では、各セット５０２、５０２－１、５０２－２、５０２－３、および５０２－４は４つの連続する角度セクタで構成されることを注視すべきである。しかしながら、この数は、単に例として選択されており、これらのセットは、より多数のまたは少数の角度セクタ５０１で構成され得る。しかしながら、第１の走査および第２の走査において、２つの互いに垂直な波動セクタに沿って、材料２を通した超音波の伝搬をプローブするために、複数の角度セクタ５０１を備えてセット５０２が常に形成されることを確実にするように注意すべきである。
前述のように、特性評価するための材料２は、２つの走査を受ける。したがって、材料２を特性評価するために、第１の走査および第２の走査は、連続してまたは組み合わせて制御手段３によって実行され得る。例として、所与の放射セクタ（たとえば、セクタ５０１－３）内のすべてのセルが、順番に切り替えられてもよく、次いで、第２の走査は異なる角度セクタ５０１、たとえば隣接するセクタ、をその後に選択することによって、放射セクタを変更する。別の例では、第１の角度セクタのセルが放射モードで使用され、次いで、第２の走査は、第１の角度セクタのすべてのセルが必ずしも放射モードに切り替えられずに、異なる第２の角度セクタ内のセルを放射モードに切り替える。この例は図３Ａから３Ｅにおいて見ることができ、ここでは、各ステップにおいて、先行するセクタとは別個の角度セクタ５０１－３、５０１－４、５０１－５、５０１―６、または５０１－７内の１つのみのセル１０－－２、１０－－７、１０－－８、１０－９、または１０－１０が選択され、順番に放射モードに切り替えられることが理解され得る。
有利には、第２の走査は、リングの軸方向ＤＡに対するすべての可能な角度に沿って、材料２を通してガイドされた超音波の伝搬をプローブする役割を果たす。受信信号が処理された後、この走査は、具体的には、検査された材料２の完全な剛性マトリックスを決定する役目を果たし得る。
第２の走査の間に使用される角度走査範囲は、特性評価するための材料２に応じている。例として、ある種の材料２について、１８０°と等しい角度範囲に第２の走査の回転を制限することと、実際に、この角度範囲を、構造対称性を示す材料２について１８０°未満の角度に減らすこととが可能である。
したがって、デバイス１００内の放射体／受信器セル１０の数を削減することが可能になり得る。放射体／受信器セル１０の数のこのような削減は、具体的には、デバイス１００の製造コストと、その重量の削減と、プロセッサユニット４に送信するために受信されるデータの量の削減とに関して有利になり得、したがって、特性評価すべき材料２のより高速な分析につながり得る。
前述の図のリング５００は、各角度セクタ５０１が同じ数のセルを有する特定の実施形態に対応することに注意すべきである。より少数の放射体／受信器セル１０を示すリング５００－１、５００－２、５００－３、および５００－４の他の実施形態が、図４Ａ－４Ｄに示されている。説明のために、これらの図に示すように、特性評価すべき材料２は、それぞれ、溶接によって組み立てられた構造体２－２、および接着剤によって組み立てられた構造体２－３である。
図４Ａおよび４Ｂは、リング５００－１、５００－２が第１の角度範囲Ａ１－１、Ａ１－２と第２の角度範囲Ａ２－１、Ａ２－２との両方を有し、その両方が１８０°と等しい、実施形態を示す。図示された実施形態において、第１の角度範囲Ａ１－１、Ａ１－２の各角度セクタ５０１内に存在するセル１０の数は、第２の角度範囲Ａ２－１、Ａ２－２の各角度セクタに含まれるセルの数より少ない。第１の角度範囲Ａ１－１、Ａ２－２の角度セクタが、セル１０を選択して放射モードに切り替えるために連続して使用される場合、第２の角度範囲Ａ２－１、Ａ２－２の角度セクタは、放射モードのセルと直径方向で反対にある角度範囲に受信モードのセルのセットを設定するために使用される。例として、これらの図は、放射モードに切り替えられたセル１０－１１および１０－１２と、角度セクタと直径方向で反対にあるセット５０２－５および５０２－６とを示し、各セット５０２－５および５０２－６は、この例では、セルが受信モードに切り替えられる３つの角度セクタで構成される。図４Ａにおいて見られるように、第１の角度範囲Ａ１－１のおよび第２の角度範囲Ａ２－１の角度セクタは、リング５００－１の同じ内周縁から延びる。したがって、放射モードのセルと受信モードのセルとの間の距離は、最小化される。逆に、図４Ｂでは、第１の角度範囲Ａ１－２のおよび第２の角度範囲Ａ２－２の角度セクタは、リング５００－２の同じ外周縁から延びる。放射モードのセルと受信モードのセルとの距離は、その場合、最大化される。
図４Ｃおよび４Ｄは、第１の角度範囲Ａ１－３またはＡ１－４の角度セクタがリング５００－３または５００－４の同じ外周縁から延びる、リング５００－３または５００－４の他の実施形態をそれぞれ示す。図示されていない別の例において、第１の角度範囲の角度セクタは、リング５００－３または５００－４の同じ内周縁から延び得る。これらの図において、第１の角度範囲Ａ１－３、Ａ１－４の各角度セクタ内に存在するセル１０の数は、第２の角度範囲Ａ２－３、Ａ２－４の各角度セクタ内に存在するセル１０の数より少ない。図４Ｃにおいて、第１の角度範囲Ａ１－３は、１８０°未満である。図４Ｄにおいて、第１の角度範囲Ａ１－４は、１８０°より大きい。第１の角度範囲Ａ１－３、Ａ１－４の角度セクタが、１つのセル１０を選択して放射モードに切り替えるために連続して使用される場合、次いで、第２の角度範囲Ａ２－３、Ａ２－４の角度セクタは、放射モードのセルと直径方向で反対にある角度範囲に受信モードのセルのセットを形成するために使用される。例として、これらの図は、放射モードに切り替えられたセル１０－１３および１０－１４と、角度セクタのセット５０２－７および５０２－８とを示し、その各々は、この例では、セルが受信モードに切り替えられた３つの角度セクタで構成されている。
有利には、すべての前述の実施形態は、任意の材料２を特性評価することに適用され得る。
例として、多結晶構造体２－１を特性評価するために、これらの実施形態は、超音波トモグラフィによって構造体内のグレインの方向性を特性評価するのに十分なデータセットをトランスデューサ１の受信部分を介して収集する役割を果たす。デバイス１００のパラメータ（たとえば、使用される超音波周波数）に応じて、プロセッサユニット４による受信信号の処理は、そのとき、単一グレインのまたはグレインのパケットのスケールにおいて多結晶構造体２－１を特性評価する役割を果たす。
別の例では、組み立てられた構造体、たとえば、溶接によって組み立てられた構造体２－２または接着剤によって組み立てられた構造体２－２、にとって既存の接合（たとえば、接着剤、溶接の箇所）の品質を検査することが必須であることがある。プロセッサユニット４による受信信号の処理は、そのとき、このような構造体の剛性マトリックスを決定および評価する役割を果たす。加えて、特性評価するための材料２を通した超音波の伝搬が、すべての角度方向において（回転する、第２の走査の結果として）、２つの互いに垂直な伝搬方向（ラジアルな、第１の走査を用いて、複数の角度セクタが受信のために使用される）において、プローブされるので、提案される実施形態は、亀裂の存在、さらに一般的には、好ましい方向に向けられて、材料２に関する任意の情報を非常に正確に評価することを可能にする。
実施形態の第３の適用例は、腐食によって薄くされることに関連する厚さの損失を示す材料２を特性評価するための画像の使用に関する。プロセッサユニット４は、材料２を通してガイドされた超音波のガイドされたモードの速度を測定し、すべての角度方向で得られた測定結果を使用することによって、プロセッサユニット４は、異なる速度で伝搬するモードを検出することができ、これらの異なる速度は、材料２における厚さの損失を明らかにする。プロセッサユニット４は、そのとき、材料２における厚さの損失を示すために、トモグラフィ再構成アルゴリズムを利用することができる。

Claims (9)

  1. 非破壊的に材料（２；２－１；２－２；２－３）を特性評価するための特性評価デバイス（１００）であって、デバイス（１００）が放射体／受信器セル（１０）を備え、各セル（１０）は、放射モードにおいて、特性評価するための材料（２；２－１；２－２；２－３）に向けて超音波を放射するように、および、受信モードにおいて、前記材料（２；２－１；２－２；２－３）を通して送信された超音波を受信するように構成され、非破壊的な特性評価デバイス（１００）は、複数の隣接する角度セクタ（５０１）で構成されたリング（５００；５００－１；５００－２；５００－３；５００－４）を備えることを特徴とし、各角度セクタ（５０１）は、リング（５００；５００－１；５００－２；５００－３；５００－４）の半径方向（ＤＲ）に積み重ねられた超音波セル（１０）を備え、デバイス（１００）は、制御手段（３）をさらに備え、制御手段（３）は、
    放射角度セクタとして角度セクタ（５０１）を選択するように構成された第１のセレクタモジュール（３００）と、
    受信角度セクタとして、隣接する角度セクタ（５０１）のセット（５０２）を選択するように構成された第２のセレクタモジュール（３０１）であって、放射角度セクタと直径方向で反対にある角度範囲で前記セット（５０２）を選択するように構成された第２のモジュールと、
    受信角度セクタ内のすべてのセルを受信モードに切り替えるように構成された第１の切替えモジュール（３０２）と、
    放射角度セクタにおいて、１度に１つのセル（１０）を交互に放射モードに切り替えるように構成された第２の切替えモジュール（３０３）と、
    を備え、制御手段（３）は、異なる角度セクタ（５０１）のためにモジュール（３００、３０１、３０２、３０３）を作動させるように構成された、特性評価デバイス（１００）。
  2. 各角度セクタ（５０１）が同数のセル（１０）を有する、請求項１に記載の特性評価デバイス（１００）。
  3. リング（５００－１；５００－２；５００－３；５００－４）が、第１の角度範囲（Ａ１－１；Ａ１－２；Ａ１－３；Ａ１－４）および第２の角度範囲（Ａ２－１；Ａ２－２；Ａ２－３；Ａ２－４）を備え、第１の角度範囲（Ａ１－１；Ａ１－２；Ａ１－３；Ａ１－４）の各角度セクタ（５０１）が、第２の角度範囲（Ａ２－１；Ａ２－２；Ａ２－３；Ａ２－４）の角度セクタ（５０１）内のセル（１０）の数より少ないいくつかのセル（１０）を有する、請求項１に記載の特性評価デバイス（１００）。
  4. 第１の角度範囲（Ａ１－１）の、および第２の角度範囲（Ａ２－１）の角度セクタ（５０１）が、リング（５００－１）の同じ内周縁から延びる、請求項３に記載の特性評価デバイス（１００）。
  5. 第１の角度範囲（Ａ１－２；Ａ１－３；Ａ１－４）の、および第２の角度範囲（Ａ２－２；Ａ２－３；Ａ２－４）の角度セクタ（５０１）が、リング（５００－２；５００－３；５００－４）の同じ外周縁から延びる、請求項３に記載の特性評価デバイス（１００）。
  6. 非破壊的に材料（２；２－１；２－２；２－３）を特性評価するための特性評価方法であって、方法は、請求項１から５のいずれか一項に記載の非破壊的な特性評価デバイス（１００）によって実行され、
    ａ）前記材料（２；２－１；２－２；２－３）と接して、または前記材料の周りにデバイス（１００）を配置するステップと、
    ｂ）放射角度セクタとして角度セクタ（５０１）を選択するステップと、
    ｃ）受信角度セクタとして隣接する角度セクタ（５０１）のセット（５０２）を選択し、前記セット（５０２）は放射角度セクタと直径方向で反対にある角度範囲で選択されるステップと、
    ｄ）受信角度セクタのセル（１０）のすべてを受信モードに切り替えるステップと、
    ｅ）前記材料（２；２－１；２－２；２－３）に向けて、放射モードのセル（１０）によって超音波を放射して、前記材料（２；２－１；２－２；２－３）を通って送信される超音波を生成するステップと、
    ｆ）前記材料（２；２－１；２－２；２－３）を通って送信された超音波を受信モードのセル（１０）が受信するステップと、
    ｇ）前記材料（２；２－１；２－２；２－３）を通って送信された超音波を受信するステップの後に、前記材料を通って送信された超音波を処理するステップと、
    を含む、
    方法。
  7. ｈ）放射角度セクタの１つのセル（１０）を放射モードに交互に切り替えるステップ
    をさらに含む、請求項６に記載の特性評価方法。
  8. 放射角度セクタの１つのセル（１０）のみが、１度に放射モードに切り替えられることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 送信された超音波を処理する各ステップの後に、連続する角度セクタ（５０１）についてステップｂ）からｆ）を繰り返すことを含むことを特徴とする、請求項７または請求項８に記載の特性評価方法。
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