JP7156912B2 - ランプを有する構造体の超音波検査 - Google Patents

Description

本開示は、概して、構造体を検査することに関し、より具体的には、ランプ（傾斜）を有する構造体を検査することに関する。さらに具体的には、本開示は、構造体における、当該構造体のランプの下方の部分を超音波検査するための方法を提供する。

超音波検査は、複合構造体も含めた構造体の検査に用いられる非破壊検査法である。超音波検査では、構造体内に超音波信号を送信し、超音波応答信号を分析することにより、構造体を検査する。

超音波検査は、構造体の幾何学形状に影響されやすい。超音波を用いて構造体を検査するには、構造体の前面と後面とが互いに平行であることが望ましい。また、超音波検査のためには、前面及び後面が実質的に滑らかであることが望ましい。

非平行面を有するか、あるいは表面粗さの大きい構造設計は、残念ながら、従来の超音波検査技術で検査することが困難な場合がある。従って、上述の事項の少なくともいくつかを、また、その他の潜在的な事項を考慮にいれた方法および装置の提供が望まれる。

本開示の例示的な実施形態は、方法を提供する。構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、前記構造体のランプに実質的に平行な所定の角度で前記構造体内に信号を送信する。前記構造体の第２面で超音波応答信号が生成される。前記超音波応答信号をトランスデューサアレイで受信する。

本開示の別の例示的な実施形態は、方法を提供する。構造体の第１面に配置された送信機を用いて、前記構造体のランプに実質的に平行な所定の角度で前記構造体内に信号を送信する。受信機を用いて前記構造体の第２面で前記信号を受信することにより、受信信号を生成する。ここで、前記送信機は、前記受信機とは別体である。前記受信信号を用いて、前記構造体内の不具合を特定する。

本開示のさらなる例示的な実施形態は、方法を提供する。第１角度で構造体内に信号を送信し、前記第１角度は、前記構造体の第２ランプの第２角度と鏡像関係にある。前記信号は、前記構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、前記構造体内に送信される。前記構造体の第２面で超音波応答信号を生成する。前記超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで受信する。前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記構造体における前記第２ランプの下方の部分の空隙率を検出する。

特徴及び機能は、本開示の様々な実施形態において個別に達成可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。この詳細については、以下の記載と図面から明らかになるであろう。

例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、更にその目的及び利点は、以下に示す添付の図面と共に本開示の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することにより、最もよく理解されるであろう。

例示的な実施形態による超音波技術を用いて複合構造体を検査する環境のブロック図である。 例示的な実施形態による複合構造体の断面図である。 例示的な実施形態による複合構造体のランプの超音波検査の断面図である。 例示的な実施形態による複合構造体のランプの超音波検査の断面図である。 例示的な実施形態による複合構造体のランプの超音波検査の断面図である。 例示的な実施形態による複合構造体のランプの超音波検査の断面図である。 例示的な実施形態による超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートである。 例示的な実施形態による超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートである。

例示的な実施形態は、１つ以上の様々な事項を認識及び考慮したものである。例えば、例示的な実施形態は、３０度以上の傾斜角を有する急傾斜した複合構造体の空隙率を検査することが、残念ながら困難な状況にあるということを認識及び考慮したものである。現在のところ、変化の割合が２０：１未満であるプライ傾斜エリアが検査の対象であることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。変化の割合が２０：１未満とは、プライ傾斜エリアが３度未満の割合で変化するということである。より急峻なランプを有する構造体が望まれる場合もあるということが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。

また、構造体内のランプが３度より大きい角度を有する場合、検査要件を変更する必要が生じ得ることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。検査要件を変更することは、構造体の設計に影響を与え得ることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。ランプ付近の不具合の検出を向上させることにより、構造体の設計を改善可能であることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。

従来の超音波検査では、構造体の後壁又は第２面に対する角度が垂直となるように構造体内に信号を送信していることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。多くの構造体の場合、第１面に対する角度が実質的に垂直となるように信号が構造体内に送信されることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。第２面が第１面に対して傾斜している場合、第２面に対して垂直となるように、第１面に対して角度を成して信号が送信されうることが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。

緩やかに傾斜するエリア（２０：１）については、検査しようとする面に垂直となるように超音波ビームの方向が操作されるということが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。傾斜が急峻な場合、超音波経路の一部だけによって対象エリアが検査されることになるということが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。また、急峻な角度にビームを方向操作することが非常に困難であるということが、例示的な実施形態では認識及び考慮されている。

図を参照し、特に図１を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、超音波技術を用いて複合構造体を検査する環境のブロック図が示されている。検査環境１００において、超音波検査装置１０２は、構造体１０４を検査する。構造体１０４は、ランプ１０６及び第２ランプ１０８を有する。ランプ１０６は、第１角度１１０を有する。第１角度１１０は、第１面１１２に対して測定されたものである。第１角度１１０は、３度より大きい。いくつかの例示的な実施例において、第１角度１１０は、６０度以上である。

第２ランプ１０８は、第２角度１１４を有する。第２角度１１４は、第１面１１２に対して測定されたものである。第２角度１１４は、３度より大きい。いくつかの例示的な実施例において、第２角度１１４は、６０度以上である。

いくつかの例示的な実施例において、構造体１０４は、複合材料１１５によって形成されている。構造体１０４は、複合外板１１６および厚みのある複合レイアップ１１８を共硬化(co-curing)又は共接合(co-bonding)することによって形成される。複数個の複合材層１２０をレイアップすることにより、複合外板１１６が形成される。また、様々な幅１２４を有する複数個（第２の複数個）の複合材層１２２をレイアップすることにより、厚みのある複合レイアップ１１８が形成される。

複合外板１１６と厚みのある複合レイアップ１１８とが、共硬化又は共接合されることによって、ランプ１０６を有する構造体１０４が形成される。ランプ１０６及び第２面１２６は、厚みのある複合レイアップ１１８を硬化することによって形成される。

ランプ１０６は、複数個の複合材層１２２が様々な幅１２４を有することによって形成される。第２ランプ１０８は、複数個の複合材層１２２が様々な幅１２４を有することによって形成される。

構造体１０４におけるランプ１０６の下方を検査するために、超音波検査装置１０２は、角度１３２で構造体１０４内に信号１３０を送信する。角度１３２は、第１角度１１０と実質的に平行である。構造体１０４におけるランプ１０６の下方全体を検査するには、角度１３２が第１角度１１０と同じであることが望ましい。ただし、構造体１０４を製造する際、あるいは超音波検査装置１０２の操作において、多少のばらつきが生じ得る。本明細書において、「実質的に平行」とは、もう１つの角度との差が２度以内であることを指す。従って、角度１３２は、第１角度１１０との差が２度以内である。

いくつかの例示的な実施例において、超音波検査装置１０２は、トランスデューサアレイ１３４の形態をとる。トランスデューサアレイ１３４は、信号１３６などの信号１３０を、機械的な角度調整器１３８又は電子ビームステアリング１４０によって、角度１３２で構造体１０４内に送信する。トランスデューサアレイ１３４において信号１３０を送信するとともに超音波応答信号１４２を受信することは、「パルスエコー検査」と称される。

いくつかの例示的な実施例において、超音波応答信号１４２は、第２面１２６で形成されて、トランスデューサアレイ１３４で受信される。例えば、信号１３６が第２面１２６に到達すると、当該第２面１２６で超音波応答信号１４４が形成される。超音波応答信号１４４は、角度１４６を有している。角度１４６は、第２面１２６に垂直な線について、角度１３２と鏡像関係にある。

超音波応答信号１４２の受信においては、角度１４６を考慮に入れる。超音波応答信号１４２の受信は、ある角度をもって行われる。このような受信は、「逆の」ビームステアリングに似たものと言える。超音波応答信号の受信は、電子的手段により、あるいはウェッジなど機械構造を用いて、角度１３２に対するある反射角をもって行われる。

超音波応答信号１４４を受信した後、構造体１０４内におけるランプ１０６の下方の空隙率１４８が、超音波応答信号１４４の振幅１５０を用いて検出される。超音波応答信号１４４の振幅１５０を用いて、構造体１０４内における信号１３６及び超音波応答信号１４４が伝播した経路の空隙率を検出することができる。

構造体１０４内に信号１３０を繰り返し送信し、超音波応答信号１４２を繰り返し受信することによって、ランプ１０６の下方の複数の箇所について、空隙率１４８を検出することができる。例示的な一実施例において、第１面１１２に沿って「段階的に移動する」ことにより、構造体１０４の様々な箇所に信号１３０を送信して、ランプ１０６の下方の複数箇所の空隙率１４８を検出することができる。別の例示的な一実施例において、フェーズドアレイ１６２の異なる送信機を用いて構造体１０４内に信号１３０を送信することにより、構造体１０４の様々な箇所に信号１３０を送信して、ランプ１０６の下方の複数箇所の空隙率１４８を検出することができる。いくつかの例示的な実施例において、第１面１１２に沿ってトランスデューサアレイ１３４を移動させることと、フェーズドアレイ１６２の異なる送信機を使用することとを組み合わせて、構造体１０４の様々な箇所に信号１３０が送信される。

いくつかの例示的な実施例において、第１角度１１０は、第２角度１１４と鏡像関係にある。このような例示的な実施例において、信号１３０及び超音波応答信号１４２を用いて、構造体１０４内における第２ランプ１０８の下方の空隙率１５２を検出することができる。このような例示的な実施形態において、角度１３２は第２角度１１４と平行ではないが、超音波応答信号１４４の角度１４６は第２角度１１４と平行である。

他の例示的な実施例において、第２角度１１４に実質的に平行な角度１５６を有する信号１５４を構造体１０４内に送信することにより、構造体１０４内における第２ランプ１０８の下方の空隙率１５２を検出する。このような例示的な実施例において、超音波応答信号１５８が、第２面１２６で形成される。超音波応答信号１５８の振幅１６０を用いて、構造体１０４内における第２ランプ１０８の下方の空隙率１５２を検出する。

超音波応答信号１４２及び超音波応答信号１５８は、フェーズドアレイ１６２などのトランスデューサアレイ１３４によって受信することができる。他の例示的な実施例において、信号１３０は、受信機１６４によって受信される。

図示のように、信号１３６は、構造体１０４内に送信され、信号１６６は受信機１６４によって受信される。このような例示的な実施例において、信号１３６は、送信機１６８を用いて構造体１０４内に送信される。受信機１６４によって受信される信号１６６の振幅を用いて、構造体１０４内におけるランプ１０６の下方の空隙率１４８を検出することができる。受信機１６４で信号１６６を受信することは、「透過（“through transmission”）」超音波検査と称することができる。

信号１３０及び信号１５４の少なくとも１つを構造体１０４内に送信することにより、構造体１０４におけるランプ１０６及び第２ランプ１０８の下方を検査する。本明細書において、「～の少なくとも１つ」という語句がアイテムのリストについて用いられる場合、リストアップされたアイテムのうちの１つまたはそれ以上を様々な組み合わせで用いてもよいことを意味し、また、リストの各アイテムの１つだけが必要な場合もあることを意味する。換言すれば、「～の少なくとも１つ」は、リストから任意の数のアイテムを任意の組み合わせで使用することが可能であり、必ずしもリストアップされたアイテムのすべてを必要としないことを意味する。アイテムとは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。

例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、アイテムＡ、アイテムＡとアイテムＢ、又はアイテムＢを含み得る。この例は、アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ、又は、アイテムＢとアイテムＣも含み得る。勿論、これらのアイテムのあらゆる組み合わせが存在する。他の例では、「～の少なくとも１つ」は、限定するものではないが、２個のアイテムＡと１個のアイテムＢと１０個のアイテムＣ；４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ；又は、他の適当な組み合わせであってもよい。

いくつかの例示的な実施例において、信号１３０又は信号１５４の少なくとも一方を用いて、構造体１０４全体の検査サンプリングを行う。例えば、信号１３０を用いて、第２面１２６の下方の部分を含む、構造体１０４全体のサンプリングを行うことができる。

いくつかの例示的な実施例において、構造体の傾斜していない部分においては、信号１７２は、第２面１２６に垂直に構造体１０４内に送信される。超音波応答信号１７４は、第２面１２６に垂直に受信される。超音波応答信号１７４の振幅１７６を用いて、構造体１０４の第２面１２６と第１面１１２との間の構造体１０４内の空隙率１７８を検出する。

図１における検査環境１００の図示は、例示的な実施形態が実現される態様について物理的または構造的な限定を示唆するものではない。図示されたコンポーネントに加えて、あるいは、これらのコンポーネントに代えて、他のコンポーネントを用いることもできる。いくつかのコンポーネントは、必要としない場合もある。また、図に示したブロックは、いくつかの機能的なコンポーネントを表している。これらのブロックのうちの１つ又は複数は、例示的な実施形態において実施する際には、組み合わせたり、分割したり、組み合わせてから異なるブロックに分割したりすることができる。

例えば、ランプ１０６又は第２ランプ１０８の少なくとも１つにおいて、平均表面粗さによる偏差が有意な値であるとする。ランプ１０６の表面粗さの偏差が有意である場合、ランプ１０６は、粗面を有するということができる。第２ランプ１０８の表面粗さの偏差が有意である場合、第２ランプ１０６は、粗面を有するということができる。

また、空隙率について述べたが、超音波検査装置１０２を用いて、他の種類の不具合等を検査することもできる。例えば、超音波検査装置１０２からの信号１３０を用いて、異物の破片を検出することができる。異物の破片を検出する際は、超音波応答信号１４２に関連付けられた時間を用いる。

次に図２を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、複合構造体の断面図が示されている。構造体２００は、図１の構造体１０４を物理的に実現したものである。

構造体２００は、第１面２０２及び第２面２０４を有する。第２面２０４は、第１面２０２に平行である。第１面２０２内に送信された信号は、方向２０６に進み、超音波応答信号が第２面２０４から反射される。構造体２００の領域２０８では、第１面２０２に垂直な信号を用いた超音波検査が行われ得る。第１面２０２は、実質的に平坦である。図示のように、第２面２０４も、実質的に平坦である。

構造体２００は、ランプ２１０及びランプ２１２を含んでいる。ランプ２１０は、粗面２１４を有する。第２面２０４に対するランプ２１０の角度２１６は、６０度より大きい。第２面２０４に垂直な線に対するランプ２１０の角度は、３０度以下である。粗面２１４及び角度２１６のため、構造体２００におけるランプ２１０の下方に対しては、従来の超音波検査は行われない。

ランプ２１２は、粗面２１８を有する。第２面２０４に対するランプ２１２の角度２２０は、６０度より大きい。第２面２０４に垂直な線に対するランプ２１２の角度は、３０度以下である。粗面２１８及び角度２２０のため、構造体２００におけるランプ２１２の下方に対しては、従来の超音波検査は行われない。

図２における構造体２００の図示は、例示的な実施形態が実現される態様について物理的または構造的な限定を示唆するものではない。例えば、ランプ２１０及びランプ２１２は、第１面２０２に対して任意の所望の角度を有し得る。傾斜した超音波信号を用いる検査のためには、ランプ２１０及びランプ２１２は、其々、第１面２０２から６０度以上である。ランプ２１０が第１面２０２から６０度以上である場合、ランプ２１０、及び、構造体２００におけるランプ２１０の下方を検査するための照射超音波信号は、其々、第１面２０２に垂直な線から３０度未満の角度である。

次に図３を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、複合構造体のランプの超音波検査の断面図が示されている。符号３００により、図２の構造体２００の超音波検査の一例を示す。符号３００の例では、トランスデューサアレイ３０２が、構造体２００の第１面２０２に信号３０４を送信している。トランスデューサアレイ３０２を用いることにより、信号３０４は、構造体２００のランプ２１０に実質的に平行な角度３０６で、構造体２００内に送信される。このように、信号３０４は、電子ビームステアリングによって、角度３０６で構造体２００内に送信される。

トランスデューサアレイ３０２は、トランスデューサアレイ１３４を物理的に実現したものである。図３は、「パルスエコー検査」を示している。トランスデューサアレイ３０２は、信号３０４などの信号の送信と、超音波応答信号３０８などの超音波応答信号の受信の両方を行う。

図３からわかるように、接触材料３１３が、トランスデューサアレイ３０２を構造体２００に結合している。接触材料３１３は、水または任意の他の所望の接触材料の形態をとる。トランスデューサアレイは、接触材料３１３内に信号３１６を送信する。信号３１６が構造体２００の面２０２に到達すると、信号３１６は屈折し、これにより、信号３０４が角度３０６で構造体２００に入射する。角度３０６は、屈折角である。角度３０６は、スネルの法則により、信号３１６のアレイステアリング角度と関連している。いくつかの例示的な実施例において、接触材料３１３における速度は、構造体２００における速度の約１／２である。このような例示的な実施例において、角度３０６は、信号３１６のアレイステアリング角度のおよそ２倍である。

超音波応答信号３０８は、構造体２００の第２面２０４で生成される。いくつかの例示的な実施例において、超音波検査に関して、第２面２０４を後壁３１０と称し得る。超音波応答信号３０８は、トランスデューサアレイ３０２で受信される。超音波応答信号３０８は、第１面２０２に対して、角度３１２を有している。角度３１２は、第１面２０２に垂直な線３１４について、角度３０６と鏡像関係にある。

ランプ２１０は、第２面２０４に垂直な線３１４に対して、０度と３０度との間の角度を成す。ランプ２１２は、第２面２０４に垂直な線３１４に対して、０度と３０度との間の角度を成す。

図示のように、角度３０６及び角度３１２は、其々、６０度より大きい。角度３０６及び角度３１２が６０度より大きいことにより、信号３０４及び超音波応答信号３０８の其々が、第１面２０２に垂直な線３１４に対して３０度以下の角度となることが望ましい。

図示のように、超音波応答信号３０８が構造体２００の面２０２に到達すると、超音波応答信号３０８は、屈折して、応答信号３１８を生成する。トランスデューサアレイ３０２は、応答信号３１８の形態の超音波応答信号３０８を、接触材料３１３から受信する。

構造体２００内におけるランプ２１０の下方の空隙率は、超音波応答信号３０８の振幅から検出することができる。構造体２００内における信号３０４に沿う空隙率を、超音波応答信号３０８を用いて検出することができる。

いくつかの例示的な実施例において、超音波応答信号３０８を用いて空隙率を検出するためには、信号３０４に沿う空隙率と超音波応答信号３０８に沿う空隙率とが等しいと仮定する。このような例示的な実施例では、信号３０４及び超音波応答信号３０８に沿う平均の空隙率を、信号強度から求める。空隙があると、空隙が無い領域に比べて信号強度が低くなると考えられる。

いくつかの例示的な実施例において、超音波応答信号３０８に沿う空隙率は、以前の検査から既知である。このような例示的な実施例において、超音波応答信号３０８と、以前の検査による既知の空隙率とを用いて、信号３０４に沿う空隙率が検出される。

超音波応答信号３０８は、構造体２００における第２面２０４の下を進む。構造体２００内における超音波応答信号３０８の経路に沿う空隙率は、超音波応答信号３０８を用いて検出することができる。

次に図４を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、複合構造体のランプの超音波検査の断面図が示されている。符号４００により、図２の構造体２００の超音波検査の一例を示す。符号４００の例では、送信機４０２が、構造体２００の第１面２０２に信号４０４を送信する。信号４０４は、送信機４０２を用いて、構造体２００のランプ２１０に実質的に平行な角度４０６で、構造体２００内に送信される。図示のように、信号４０４は、電子ビームステアリングによって、角度４０６で構造体２００内に送信される。図示しない他の例において、機械的な角度調整器を用いて、信号４０４を構造体２００内に送信してもよい。送信機４０２は、水４０７又は他の望ましい接触材料を介して構造体２００に結合されている。

受信機４０８が、構造体２００の第２面２０４に配置されている。受信機４０８は、信号４０４を角度４０６で受信する。信号４０４の振幅を用いて、構造体２００内におけるランプ２１０の下方の空隙率を検出することができる。構造体２００内における信号４０４に沿う空隙率を、信号４０４の振幅から検出することができる。受信機４０８は、水４０９又は他の望ましい接触材料を介して構造体２００に結合されている。

次に図５を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、複合構造体のランプの超音波検査の断面図が示されている。符号５００の例は、トランスデューサアレイ３０２が、構造体２００に対して方向５０２に移動した状態を示す。

図３において超音波応答信号３０８を受信した後、トランスデューサアレイ３０２は、構造体２００内に角度３０６で別の信号を送信することにより、構造体２００におけるランプ２１０の下方の別の部分の空隙率を検出する。符号５００の例では、トランスデューサアレイ３０２は、図３において超音波応答信号３０８を受信した後に、方向５０２に移動している。

符号５００の例では、トランスデューサアレイ３０２は、構造体２００内に角度３０６で信号５０４を送信する。角度３０６は、構造体２００のランプ２１０に実質的に平行である。図示のように、信号５０４は、電子ビームステアリングによって、角度３０６で構造体２００内に送信される。

構造体２００の第２面２０４で、超音波応答信号５０６が生成される。超音波応答信号５０６は、トランスデューサアレイ３０２で受信される。超音波応答信号５０６は、第１面２０２に対して、角度３１２を有している。角度３１２は、角度３０６と鏡像関係にある。

構造体２００内におけるランプ２１０の下方の空隙率は、超音波応答信号５０６の振幅から検出することができる。構造体２００内における信号５０４に沿う空隙率を、超音波応答信号５０６を用いて検出することができる。いくつかの例示的な実施例において、超音波応答信号５０６を用いて空隙率を検出するためには、信号５０４に沿う空隙率と超音波応答信号５０６に沿う空隙率とが等しいと仮定する。このような例示的な実施例では、信号５０４及び超音波応答信号５０６に沿う平均の空隙率を、信号強度から求める。空隙があると、空隙が無い領域に比べて信号強度が低くなると考えられる。

いくつかの例示的な実施例において、超音波応答信号５０６に沿う空隙率は、以前の検査から既知である。このような例示的な実施例では、超音波応答信号５０６と、以前の検査による既知の空隙率とを用いて、信号５０４に沿う空隙率が検出される。

超音波応答信号５０６は、構造体２００における第２面２０４の下を進む。構造体２００内における超音波応答信号５０６の経路に沿う空隙率は、超音波応答信号５０６を用いて検出することができる。

この例示的な実施例では、トランスデューサアレイ３０２は、方向５０２に移動した後に、別の信号を構造体２００内に送信する。別の例示的な実施例では、トランスデューサアレイ３０２の別の送信セルが、構造体２００内に信号を送信する。この例示的な実施例では、送信セル５０８よりも方向５０２側にある送信セルが、構造体２００に別の信号を送信する。別の送信セルを用いたり、トランスデューサアレイ３０２を移動させたりすることによって、ランプ２１０の下方のエリアに、パルス状に信号を入射させることができる。

次に図６を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、複合構造体のランプの超音波検査の断面図が示されている。符号６００の例では、トランスデューサアレイ３０２が、構造体２００に対して方向５０２に移動している。

符号６００の例では、トランスデューサアレイ３０２は、構造体２００内に角度３０６で信号６０２を送信する。角度３０６は、構造体２００のランプ２１０に実質的に平行である。ランプ２１０は、第１面２０２に垂直な線について、ランプ２１２と鏡像関係にある。角度２１６の絶対値と角度２２０の絶対値とは、実質的に同じである。従って、実質的に同じ角度、すなわち角度３０６の信号を構造体２００内に送信することにより、ランプ２１０の下方とランプ２１２の下方の両方の空隙率を検出することができる。

図示のように、角度３０６は、ランプ２１２と鏡像関係にある。図示のように、信号６０２は、電子ビームステアリングによって、角度３０６で構造体２００内に送信される。

構造体２００の第２面２０４で、超音波応答信号６０４が生成される。超音波応答信号６０４は、トランスデューサアレイ３０２で受信される。超音波応答信号６０４は、第１面２０２に対して、角度３１２を有している。角度３１２は、角度３０６と鏡像関係にある。超音波応答信号６０４の角度３１２は、構造体２００のランプ２１２に実質的に平行である。

構造体２００内におけるランプ２１２の下方の空隙率は、超音波応答信号６０４の振幅から検出することができる。超音波応答信号６０４は、ランプ２１２の下方を進む。構造体２００内における超音波応答信号６０４に沿う空隙率を、超音波応答信号６０４を用いて検出することができる。

信号６０２は、構造体２００における第２面２０４の下を進む。構造体２００内における信号６０２の経路に沿う空隙率は、超音波応答信号６０４を用いて検出することができる。

図示しない他の実施例において、トランスデューサアレイ３０２は、第１面２０２に対して角度３１２を有する信号を、構造体２００内に送信する。これらの図示しない実施例では、角度３０６を有する超音波応答信号が、トランスデューサアレイ３０２で受信される。これらの図示しない実施例では、第２ランプとも称されるランプ２１２に平行な信号を用いて、ランプ２１２の下方の空隙率を検出する。いくつかの例示的な実施例において、角度３１２を有する信号は、ランプ２１２とランプ２１０とが互いに鏡像関係にない場合に用いられる。例えば、角度２１６と角度２２０の絶対値が同じでない場合に、構造体２００内への角度３１２を有する信号を用いて、ランプ２１２の下方の空隙率を検出することができる。

さらに別の図示しない例示的な実施例において、トランスデューサアレイ３０２は、ランプ２１２と鏡像関係の角度を有する信号を構造体２００内に送信することにより、構造体２００内におけるランプ２１２の下方の空隙率を検出し、当該角度は、ランプ２１０を検査するために用いる信号の角度とは異なる。例えば、角度２１６と角度２２０の絶対値が同じでない場合に、ランプ２１２に平行な超音波応答信号の振幅を用いて、空隙率を検出することができる。このような例において、超音波応答信号は、角度３１２を有しない。

図２～６に示す様々なコンポーネントは、図１に示すコンポーネントと組み合わせてもよいし、図１に示すコンポーネントと共に用いてもよいし、又は、その両方を組み合わせて行ってもよい。また、図２～図６に示したコンポーネントのいくつかは、図１にブロックの形態で示したコンポーネントを物理的構造体としてどのように実現できるかを示す具体例である。

次に図７を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートが示されている。方法７００は、図１の検査環境１００において実施することができる。方法７００は、図２～図６の構造体２００に対して、実施することができる。

方法７００は、構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、構造体のランプに実質的に平行な角度で、構造体内に信号を送信する（工程７０２）。いくつかの例示的な実施例において、構造体は、複合材料からなる。いくつかの例示的な実施例において、ランプは、第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す。いくつかの例示的な実施例において、ランプは、平均表面粗さによる偏差が有意な値である。

当該方法は、構造体の第２面で、超音波応答信号を生成する（工程７０４）。方法７００は、超音波応答信号をトランスデューサアレイで受信する（工程７０６）。

いくつかの例示的な実施例において、方法７００は、超音波応答信号の振幅を用いて、構造体内におけるランプの下方の空隙率を検出する（工程７０８）。いくつかの例示的な実施例において、方法７００は、超音波応答信号の振幅を用いて、構造体内における、構造体の第２面の下方の空隙率を検出する（工程７１０）。

いくつかの例示的な実施例において、方法７００は、トランスデューサアレイを用いて、ランプに実質的に平行な角度で、構造体内に信号を繰り返し送信する（工程７１２）。このような例示的な実施例において、方法７００は、これにより得られる超音波応答信号をトランスデューサアレイで繰り返し受信することにより、構造体に対するサンプル検査を行う（工程７１４）。

いくつかの例示的な実施例において、方法７００は、さらに、第２面に垂直な角度で、構造体内に信号を送信する（工程７１６）。このような例示的な実施例において、方法７００は、これにより得られる第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、構造体における第２面の下方を検査する（工程７１８）。

オプションとして、構造体の形成を方法７００の一部としてもよい。いくつかの例示的な実施例において、方法７００は、複合外板と厚みのある複合レイアップとを共硬化又は共接合することによりランプを有する構造体を形成し、ここで、ランプ及び第２面は、厚みのある複合レイアップを硬化することによって形成される（工程７２０）。複合外板及び厚みのある複合レイアップは、任意の望ましい態様で形成することができる。いくつかの例示的な実施例において、複数個の複合材層をレイアップすることにより、複合外板を形成する。いくつかの例示的な実施例において、様々な幅を有する複数（第２複数）の複合材層をレイアップすることにより、厚みのある複合レイアップを形成する。

図示のように、工程７０８～７２０は任意である。工程７０８～７２０は、例えば、いくつかの例示的な実施例では行われ、他の実施例では行われない。

次に図８を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートが示されている。方法８００は、図１の検査環境１００において実施することができる。方法８００は、図２～図６の構造体２００に対して、実施することができる。

方法８００は、構造体の第１面に配置された送信機を用いて、構造体のランプに実質的に平行な角度で、構造体内に信号を送信する（工程８０２）。当該角度で構造体内に信号を送信するに際しては、機械的な角度調整器又は電子ビームステアリングの一方によって、ビームの向きを操作する。いくつかの例示的な実施例において、構造体は、複合材料を含む。いくつかの例示的な実施例において、ランプは、第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す。

方法８００は、受信機を用いて構造体の第２面で当該信号を受信することによって、受信信号を生成し、ここで、送信機は、受信機とは別体である（工程８０４）。方法８００は、受信信号を用いて、構造体内の不具合を特定する（工程８０６）。

いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、受信信号の振幅を用いて、構造体におけるランプの下の部分の空隙率を検出する（工程８０８）。いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、送信機を用いて、ランプに実質的に平行な角度で、構造体内に信号を繰り返し送信する（工程８１０）。いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、受信機で信号を繰り返し受信することによって、構造体におけるランプの下を検査する（工程８１２）。

いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、第２面に垂直な角度で、構造体内に信号を送信する（工程８１４）。このような例示的な実施例において、方法８００は、これにより得られる第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、構造体における第２面の下方を検査する（工程８１６）。

いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、送信機を用いて、構造体の第２ランプに実質的に平行な角度で、構造体内に第２信号を送信する（工程８１８）。いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、受信機を用いて構造体の第２面で当該第２信号を受信することによって、第２受信信号を生成する（工程８２０）。いくつかの例示的な実施例において、方法８００は、第２受信信号の振幅を用いて、構造体における第２ランプの下方の部分の空隙率を検出する（工程８２２）。

図示のように、工程８０８～工程８２２は任意である。工程８０８～８２２は、例えば、いくつかの例示的な実施例では行われ、他の実施例では行われない。

次に図９を参照すると、同図には、例示的な実施形態による、超音波技術を用いて構造体を検査する方法のフローチャートが示されている。方法９００は、図１の検査環境１００において実施することができる。方法９００は、図２～図６の構造体２００に対して、実施することができる。

方法９００は、第１角度で構造体内に信号を送信し、第１角度は、構造体の第２ランプの第２角度と鏡像関係にあり、当該信号は、構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、構造体内に送信される（工程９０２）。いくつかの例示的な実施例において、第２ランプは、第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す。方法９００は、構造体の第２面で、超音波応答信号を生成する（工程９０４）。

方法９００は、超音波応答信号を、トランスデューサアレイで受信する（工程９０６）。方法９００は、当該超音波応答信号の振幅を用いて、構造体における第２ランプの下の部分の空隙率を検出する（工程９０８）。その後、当該方法は終了する。

いくつかの例示的な実施例において、方法９００は、第２面に垂直な角度で、構造体内に信号を送信する（工程９１０）。このような例示的な実施例において、方法９００は、これにより得られる第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、構造体の第２面の下方を検査する（工程９１２）。

また、本開示は、以下に列記の項に記載された実施例を含む。

Ａ１． 構造体（１０４）の第１面（１１２）に配置されたトランスデューサアレイ（１３４）を用いて、前記構造体（１０４）のランプ（１０６）に実質的に平行な所定の角度（１３２）で、前記構造体（１０４）内に信号（１３６）を送信すること（７０２）、前記構造体（１０４）の第２面（１２６）で超音波応答信号（１４４）を生成すること（７０４）、及び、前記超音波応答信号（１４４）を前記トランスデューサアレイ（１３４）で受信すること（７０６）、を含む方法。

Ａ２． 前記トランスデューサアレイ（１３４）を用いて、前記ランプ（１０６）に実質的に平行な角度（１３２）で、前記構造体（１０４）内に信号（１３０）を繰り返し送信すること（７１２）、及び、これにより得られる超音波応答信号（１４２）を前記トランスデューサアレイ（１３４）で繰り返し受信することにより、前記構造体（１０４）に対するサンプル検査を行うこと（７１４）、をさらに含む、付記Ａ１に記載の方法。

Ａ３． 前記超音波応答信号（１４４）の振幅（１５０）を用いて、前記ランプ（１０６）の下方の前記構造体（１０４）内における空隙率（１４８）を検出すること（７０８）をさらに含む、付記Ａ１又はＡ２に記載の方法。

Ａ４． 前記超音波応答信号（１４４）の振幅（１５０）を用いて、前記構造体（１０４）の前記第２面（１２６）の下方の前記構造体（１０４）内における空隙率（１７８）を検出すること（７１０）をさらに含む、付記Ａ１又はＡ２に記載の方法。

Ａ５． 前記第２面（１２６）に垂直な角度で前記構造体（１０４）内に信号（１７２）を送信すること（７１６）、及び、これにより得られる前記第２面（１２６）に垂直な超音波応答信号（１７４）を受信することにより、前記構造体（１０４）における前記第２面（１２６）の下方を検査すること（７１８）をさらに含む、付記Ａ１～Ａ４のいずれか１つに記載の方法。

Ａ６． 前記構造体（１０４）は、複合材料（１１５）を含む、付記Ａ１～Ａ５のいずれか１つに記載の方法。

Ａ７． 複合外板（１１６）と厚みのある複合レイアップ（１１８）とを共硬化又は共接合することにより、前記ランプ（１０６）を有する前記構造体（１０４）を形成すること（７２０）をさらに含み、前記ランプ（１０６）及び前記第２面（１２６）は、前記厚みのある複合レイアップ（１１８）を硬化することによって形成される、付記Ａ６に記載の方法。

Ａ８． 前記ランプ（１０６）は、前記第２面（１２６）に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度（１１０）を成す、付記Ａ１～Ａ７のいずれか１つに記載の方法。

Ｂ１． 構造体（１０４）の第１面（１１２）に配置された送信機（１６８）を用いて、前記構造体（１０４）のランプ（１０６）に実質的に平行な所定の角度（１３２）で前記構造体（１０４）内に信号（１３６）を送信し（８０２）、受信機（１６４）を用いて前記構造体（１０４）の第２面（１２６）で前記信号（１３６）を受信することにより、受信信号（１６６）を生成し（８０４）、前記送信機（１６８）は、前記受信機（１６４）とは別体であり、前記受信信号（１３６）を用いて、前記構造体（１０４）内の不具合を特定する（８０６）、方法。

Ｂ２． 前記受信信号（１３６）の振幅（１７０）を用いて、前記構造体（１０４）における前記ランプ（１０６）の下方の部分の空隙率（１４８）を検出すること（８０８）をさらに含む、付記Ｂ１に記載の方法。

Ｂ３． 前記ランプ（１０６）は、前記第２面（１２６）に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度（１３２）を成す、付記Ｂ１又はＢ２に記載の方法。

Ｂ４． 前記所定の角度（１３２）で前記構造体（１０４）内に前記信号（１３６）を送信するに際し、機械的な角度調整器（１３８）又は電子ビームステアリング（１４０）の一方によって、ビームの向きを操作する、付記Ｂ１、Ｂ２又はＢ３に記載の方法。

Ｂ５． 前記送信機（１６８）を用いて、前記ランプ（１０６）に実質的に平行な角度（１３２）で、前記構造体（１０４）内に信号（１３０）を繰り返し送信すること（８１０）、及び、前記受信機（１６４）で前記信号（１３０）を繰り返し受信することにより、前記構造体（１０４）における前記ランプ（１０６）の下方を検査すること（８１２）をさらに含む、付記Ｂ１～Ｂ４のいずれか１つに記載の方法。

Ｂ６． 前記第２面（１２６）に垂直な角度で、前記構造体（１０４）内に信号（１７２）を送信すること（８１４）、及び、これにより得られる前記第２面（１２６）に垂直な超音波応答信号（１４２）を受信することにより、前記構造体（１０４）における前記第２面（１２６）の下方を検査すること（８１６）をさらに含む、付記Ｂ１～Ｂ５のいずれか１つに記載の方法。

Ｂ７． 前記送信機（１６８）を用いて、前記構造体（１０４）の第２ランプ（１０８）に実質的に平行な角度（１５６）で、前記構造体（１０４）内に第２信号（１５４）を送信すること（８１８）と、受信機（１６４）を用いて前記構造体（１０４）の第２面（１２６）で前記第２信号（１５４）を受信することにより、第２受信信号を生成すること（８２０）と、前記第２受信信号の振幅を用いて、前記構造体（１０４）における前記第２ランプ（１０８）の下方の部分の空隙率（１５２）を検出すること（８２２）と、をさらに含む付記Ｂ１～Ｂ６のいずれか１つに記載の方法。

Ｂ８． 前記構造体（１０４）は、複合材料（１１５）を含む、付記Ｂ１～Ｂ７のいずれか１つに記載の方法。

Ｃ１． 第１角度（３０６）で構造体（２００）内に信号（６０２）を送信し（９０２）、前記第１角度（３０６）は、前記構造体（２００）の第２ランプ（２１２、１０８）の第２角度（２２０）と鏡像関係にあり、前記信号（６０２）は、前記構造体（２００）の第１面（２０２）に配置されたトランスデューサアレイ（３０２）を用いて、前記構造体（２００）内に送信され、前記構造体（２００）の第２面（２０４）で超音波応答信号（６０４）を生成し（９０４）、前記超音波応答信号（６０４）を前記トランスデューサアレイ（３０２）で受信し（９０６）、前記超音波応答信号（６０４）の振幅を用いて、前記構造体（２００）における前記第２ランプ（２１２、１０８）の下方の部分の空隙率（１５２）を検出する（９０８）、方法。

Ｃ２． 前記第２ランプ（２１２、１０８）は、前記第２面（２０４、１２６）に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度（１１４）を成す、付記Ｃ１に記載の方法。

Ｃ３． 前記第２面（２０４、１２６）に垂直な角度で、前記構造体（２００、１０４）内に信号（１７２）を送信すること（９１０）、及び、これにより得られる前記第２面（２０４、１２６）に垂直な超音波応答信号（１７４）を受信することにより、前記構造体（２００、１０４）における前記第２面（２０４、１２６）の下方を検査すること（９１２）をさらに含む、付記Ｃ１又はＣ２に記載の方法。

Ｃ４． 前記構造体（２００）は、複合材料を含む、付記Ｃ１、Ｃ２又はＣ３に記載の方法。

図示された様々な実施形態のフローチャート及びブロック図は、例示的な実施形態における装置及び方法のいくつかの考えられる実施態様の構造、機能、及び動作を示すものである。この点では、フローチャート又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は、動作若しくはステップの一部を表し得る。

例示的な実施形態のいくつかの代替の態様において、ブロックで述べられている１つ又は複数の機能は、図で述べられている順序とは異なる順序で実行してもよい。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックを、関連する機能に応じて、実質的に同時に実行してもよいし、逆の順序で実行してもよい。また、フローチャート又はブロック図に示されたブロックに対して、さらに他のブロックを追加してもよい。

例示的な実施例により提供される方法においては、超音波ビームが、面に垂直ではなく、検査対象のランプに平行となるように方向操作される。例示的な実施例は、ピッチキャッチ法又は透過法で行うことができる。例示的な実施例では、送信信号がランプ面の近傍を伝播するように操作する。例示的な実施例は、ランプ内の不具合に対して望ましい感度を実現する。

いくつかの例示的な実施例において、ランプと平行となるようにビームステアリングを行う検査は、従来の非ビームステアリング経路を用いる検査と組み合わせられる。ビームステアリングを、従来の超音波検査における法線方向信号と組み合わせることによって、複合構造体におけるカバー範囲を望ましいものとすることができる。このような例示的な実施例においては、従来の法線方向の超音波経路は、部品面のうちの上面に平行な不具合を検査するのに用いられる。また、従来の法線方向の超音波経路は、平行な後面の下方における皺などの不具合を検査するのにも用いられる。

様々な例示的な実施形態の説明は、例示及び説明のために提示したものであり、全てを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの改変又は変形が当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴を含み得る。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の変形を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。

Claims (20)

1. 構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、前記構造体のランプに実質的に平行な所定の角度で前記構造体内に信号を送信すること、
   前記構造体の第２面で超音波応答信号を生成すること、
   前記超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで受信すること、及び、
   前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記構造体の前記第２面の下方の前記構造体内における空隙率を検出すること、を含む方法。
2. 前記トランスデューサアレイを用いて、前記ランプに実質的に平行な角度で、前記構造体内に信号を繰り返し送信すること、及び、
   これにより得られる超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで繰り返し受信することにより、前記構造体に対するサンプル検査を行うこと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記ランプの下方の前記構造体内における第２の空隙率を検出することをさらに含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記第２面に垂直な角度で前記構造体内に信号を送信すること、及び、
   これにより得られる前記第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、前記構造体における前記第２面の下方を検査することをさらに含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記構造体は、複合材料を含む、請求項１～４のいずれか１つに記載の方法。
6. 複合外板と厚みのある複合レイアップとを共硬化又は共接合することにより、前記ランプを有する前記構造体を形成することをさらに含み、前記ランプ及び前記第２面は、前記厚みのある複合レイアップを硬化することによって形成される、請求項５に記載の方法。
7. 前記ランプは、前記第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す、請求項１～６のいずれか１つに記載の方法。
8. 構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、前記構造体内に信号を送信し、
   前記構造体のランプに実質的に平行に当該ランプの下方を進行する超音波応答信号を前記構造体の第２面にて生成し、
   前記トランスデューサアレイにて前記超音波応答信号を受信すること、
   前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記構造体における前記ランプの下方の部分の空隙率を検出すること、を含む方法。
9. 前記ランプは、前記第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す、請求項８に記載の方法。
10. 前記第２面に垂直な角度で前記構造体内に信号を送信すること、及び、
    これにより得られる前記第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、前記構造体における前記第２面の下方を検査することをさらに含む、請求項８又は９に記載の方法。
11. 前記構造体は、複合材料を含む、請求項８～１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記トランスデューサアレイを用いて、前記構造体内に信号を繰り返し送信すること、及び、
    これにより得られる超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで繰り返し受信することにより、前記構造体に対するサンプル検査を行うこと、をさらに含む、請求項８～１１のいずれか１つに記載の方法。
13. 複合外板と厚みのある複合レイアップとを共硬化又は共接合することにより、前記ランプを有する前記構造体を形成することをさらに含み、前記ランプ及び前記第２面は、前記厚みのある複合レイアップを硬化することによって形成される、請求項１１に記載の方法。
14. 構造体の第１面に配置されたトランスデューサアレイを用いて、前記構造体のランプに実質的に平行な所定の角度で前記構造体内に信号を送信すること、
    前記構造体の第２面で超音波応答信号を生成すること、
    前記超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで受信すること、
    前記第２面に垂直な角度で前記構造体内に信号を送信すること、及び、
    これにより得られる前記第２面に垂直な超音波応答信号を受信することにより、前記構造体における前記第２面の下方を検査すること、を含む方法。
15. 前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記ランプの下方の前記構造体内における空隙率を検出することをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
16. 前記超音波応答信号の振幅を用いて、前記構造体の前記第２面の下方の前記構造体内における空隙率を検出することをさらに含む、請求項１４又は１５に記載の方法。
17. 前記トランスデューサアレイを用いて、前記ランプに実質的に平行な角度で、前記構造体内に信号を繰り返し送信すること、及び、
    これにより得られる超音波応答信号を前記トランスデューサアレイで繰り返し受信することにより、前記構造体に対するサンプル検査を行うこと、をさらに含む、請求項１４～１６のいずれか１つに記載の方法。
18. 前記構造体は、複合材料を含む、請求項１４～１７のいずれか１つに記載の方法。
19. 複合外板と厚みのある複合レイアップとを共硬化又は共接合することにより、前記ランプを有する前記構造体を形成することをさらに含み、前記ランプ及び前記第２面は、前記厚みのある複合レイアップを硬化することによって形成される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記ランプは、前記第２面に垂直な線に対して、０度と３０度との間の角度を成す、請求項１４～１７のいずれか１つに記載の方法。

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