KR101392532B1

KR101392532B1 - 레이저 초음파 검사를 위한 다관절 로봇

Info

Publication number: KR101392532B1
Application number: KR1020097013681A
Authority: KR
Inventors: 마크 두보이스; 토마스 이. 주니어. 드레이크; 마크 오스터캄프; 케네스 얀
Original assignee: 록히드 마틴 코포레이션
Priority date: 2007-02-21
Filing date: 2007-12-21
Publication date: 2014-05-07
Also published as: AU2007347659B2; CA2673456A1; JP5197632B2; JP2010519540A; AU2007347659A1; BRPI0720394A2; EP2132560B1; EP2132560A1; KR20090122424A; CA2673456C; CN101680860A; WO2008103209A1; IL199485A; CN106018563A

Abstract

표적 물질을 검사하기 위한 초음파 비파괴적 평가(NDE) 시스템이 제공된다. 이 초음파 NDE 시스템은 다관절 로봇과, 초음파 검사 헤드와, 프로세싱 모듈과, 제어 모듈을 포함한다. 상기 초음파 검사 헤드는 다관절 로봇으로 연결되거나, 상기 다관절 로봇 상에 장착된다. 상기 초음파 검사 헤드는 발생 레이저 빔과, 검출 레이저 빔을 전달하고, 표적 물질에 의해 산란된 위상 변조된 광을 채집하도록 기능한다. 프로세싱 모듈은 상기 위상 변조된 광을 프로세싱하고, 표적 물질의 내부 구조에 관한 정보를 생성한다. 제어 모듈은, 지정된 스캔 플랜(scan plan)에 따라 초음파 검사 헤드를 포지셔닝할 것을 다관절 로봇에게 지시한다.

Description

레이저 초음파 검사를 위한 다관절 로봇{ARTICULATED ROBOT FOR LASER ULTRASONIC INSPECTION}

이 출원은 Thomas E. Drake의 2006년 12월 22일자 US 가출원 제60/871,680호 “ARTICULATED ROBOT FOR LASER ULTRASONIC INSPECTION”로부터 우선권을 주장하며, 상기 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.

이 출원은 1998년 6월 30일로 출원된 US 가출원 제60/091,240호를 참조한다.

이 출원은 Thomas E. Drake의 1998년 6월 30일로 출원된 US 가출원 제60/091,229호 “METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING ULTRASONIC SURFACE DISPLACEMENTS USING POST-COLLECTION OPTICAL AMPLIFICATION”를 참조한다.

이 출원은 Thomas E. Drake의 2004년 1월 07일자 US 특허 출원 제10/753,208호 “REMOTE LASER BEAM DELIVERY SYSTEM AND METHOD FOR USE WITH A ROBOTIC POSITIONING SYSTEM FOR ULTRASONIC TESTING PURPOSES”를 참조한다.

이 출원은 Thomas E. Drake의 2004년 2월 12일자 US 특허 출원 제10/634,342호 "METHOD AND APPARATUS FOR ULTRASONIC LASER TESTING"을 참조한다.

이 출원은 2006년 7월 18일자 US 특허 출원 제11/458,377호 “FIBER LASER FOR ULTRASONIC TESTING”를 참조한다.

이 출원은 2006년 US 특허 출원“Mid-Infrared Generation Laser for Laser Ultrasound Inspection”를 참조한다.

이 출원은 2001년 1월 23일자로 등록된 US 특허 출원 제6,176,135호 “SYSTEM AND METHOD FOR LASER ULTRASONIC FREQUENCY CONTROL USING OPTIMAL WAVELENGTH TUNING"를 참조한다.

이 출원은 2002년 1월 1일자로 등록된 US 특허 제6,335,943호 “SYSTEM AND METHOD FOR ULTRASONIC LASER TESTING USING A LASER SOURCE TO GENERATE ULTRASOUND HAVING A TUNABLE WAVELENGTH”를 참조한다.

본 발명은 비파괴적 평가(NDE: Non-Destructive Evaluation)에 관한 것이며, 구체적으로는 로봇 플랫폼(robotic platform)으로부터의 물질의 레이저 초음파 NDE를 수행하는 것에 관한 것이다.

최근, 항공 우주, 자동차 및 그 밖의 다른 많은 상업적 산업에서, 진보된 복합 구조를 사용하는 것이 상당히 발전해왔다. 복합 물질은 성능에 있어서 상당한 개선을 제공하지만, 제조 공정 중, 그리고 완제품으로서 판매된 후에 엄격한 품질 제어 절차를 필요로 한다. 특히, 비파괴적 평가(NDE) 방법으로 복합 물질의 구조적 무결성을 평가해야 한다. 이러한 평가는 내부결함(inclusion), 균열(delamination) 및 기공(porosity)을 검출한다. 종래의 NDE법은 느리고, 노동 집약적이며, 비용이 많이 든다. 따라서 테스팅 절차가 복합 구조에 관련된 제조 비용을 상승시킨다.

복합 구조의 구조 무결성을 평가하기 위한 다양한 방법 및 장치가 제안되었 다. 하나의 해결책으로 워크 피스에서 초음파 표면 변위(ultrasonic surface displacement)를 발생시키기 위해 초음파 소스를 사용하고, 그 후, 상기 초음파 표면 변위가 측정 및 분석되는 것이 있다. 종종, 외부 초음파 소스는 표적으로 향해지는 펄스형 발생 레이저 빔(pulsed generation laser beam)이다. 개별 검출 레이저로부터의 레이저 광이, 워크피스의 초음파 표면 변위에 의해 산란된다. 그 후, 채집 광소자가 산란된 레이저 에너지를 채집한다. 채집 광섬유는 간섭계, 또는 그 밖의 다른 장치로 연결되며, 산란된 레이저 에너지의 분석을 통해 복합 구조의 구조적 무결성이 얻어질 수 있다. 제조 공정 중의 부품 검사에 대해 레이저 초음파가 매우 효율적이라고 알려져 있다.

그러나 레이저 초음파를 위해 사용되는 설비는 맞춤-설계되며, 현재, 이는 검사 속도에 관련된 제한 요인이다. 종래에 사용되는 발생 레이저는 플래쉬-램프 펌프형 막대 구조(flash lamp pumped rod architecture), 다이오드-펌프형 슬랩 구조(flash lamp pumped slab configuration), 또는 기체 레이저이다.

본원에서 설명되는 다양한 초음파 발생 레이저 구조 모두 자체적으로 크고 무겁다. 따라서 이러한 구조는, 임의의 종류의 인-서비스, 또는 원격, 또는 인-더-필드 배치에 대한 휴대용 레이저 초음파 검사 시스템에서 사용되기에 적합하지 않다. 덧붙이자면, 이들은 너무 크고 무겁기 때문에, 이들 구조는 공장에서 활용될 때조차 로봇 고정 장치(robotic fixturing)와 복잡한 빔 전달 시스템을 필요로 하며, 이들 모두 레이저 초음파 검사 시스템의 최초의 전체 비용 뿐 아니라, 검사 시스템을 생산 환경에서도 동작 중으로 유지하기 위해, 유지비용까지 크게 상승시킨 다. 이러한 크고 복잡한 구조는 외부 부품 검사에 적합하지, 조립된 구조의 모든 면(facet)을 검사할 수는 없다.

본 발명의 실시예들은 앞서 언급된 필요성과 그 밖의 다른 필요성을 식별하는 시스템과 방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시예는 다음의 상세한 설명과 청구범위에서 추가로 설명된다. 본 발명의 실시예의 이점과 특징은 다음의 설명과, 첨부되는 도면 및 청구범위로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 실시예는 표적 물질을 검사하기 위한 초음파 비파괴적 평가(NDE: Non-Destructive Evaluation) 시스템을 제공한다. 이 초음파 NDE 시스템은 다관절 로봇과, 초음파 검사 헤드와, 프로세싱 모듈과, 제어 모듈을 포함한다. 상기 초음파 검사 헤드는 상기 다관절 로봇으로 연결되거나, 상기 다관절 로봇 상에 장착될 수 있다. 상기 초음파 검사 헤드는 발생 레이저 빔과, 검출 레이저 빔을 전달하고, 표적 물질에 의해 산란된 위상 변조된 광을 채집하도록 기능한다. 프로세싱 모듈은 상기 위상 변조된 광을 프로세싱하고, 표적 물질의 내부 구조에 관한 정보를 생성한다. 제어 모듈은, 지정된 스캔 플랜(scan plan)에 따라 초음파 검사 헤드를 위치시킬 것을 다관절 로봇에게 지시한다.

폴리머-기질 복합물의 검사를 위한 비용-효율적인 툴로서 레이저 초음파 검사가 실시되었다. 여러 가지 산업에서, 그리고 복잡한 구조에서 복합물의 사용이 증가되기 때문에, 본 발명은 완성된 구성요소의 인-서비스(in-service) 검사 기능을 제공한다. 본 발명의 실시예는 단관절 로봇의 말단에 레이저 초음파 센서, 또는 초음파 검사 헤드를 위치시킨다. 이는, 초음파 검사 헤드 내의 발생 레이저 빔과 검출 레이저 빔 모두에 대해, 레이저 전달 헤드로 섬유-연결될 수 있는 개선된 레이저 소스 및/또는 원격 레이저 소스의 사용에 의해, 가능해진다. 이는, 다관절 로봇이 사용되어, 이전에는 갠트리 로봇에 의해 접근될 수 없었던 조립된 구조물 내부의 영역을 검사할 수 있다는 상당한 이점을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예가, 원격 표적의 표면 상에 초음파 표면 변위를 발생하기 위한 로봇 복합 검사 시스템을 제공한다. 이러한 넓은 영역의 복합 검사 시스템은 큰 산업 로봇 갠트리 기반의 검사 시스템의 일부이거나, 또는 다이오드 펌프형 섬유 레이저를 사용하여, 발생 및/또는 검출 레이저 빔을 생성할 수 있다. 이로 인해서, 더 소형의 로봇 및 검사 시스템이 구축될 수 있다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 표적 물질에 대해 초음파 검사 헤드를 위치시키도록 사용되는 다관절 로봇을 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따라, 레이저 초음파 변위를 발생하고 검출하기 위한 발생 레이저 빔과 검출 레이저 빔을 사용하는 것을 도시한다.

도 3은 레이저 초음파 시스템의 기본 구성요소를 나타내기 위한 블록 다이어그램을 도시한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 초음파 검사 헤드의 하나의 실시예의 기 능 다이어그램을 제공한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 분산된 자원을 이용하는 초음파 검사 헤드의 하나의 실시예의 기능 다이어그램을 제공한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 물질의 NDE를 촉진하는 다양한 위치로 관절 연결되는 다관절 로봇을 도시한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따르는 레일 상에 장착되는 다관절 로봇을 도시하며, 여기서, 상기 레이저에 의해, 지정된 작업 궤적 내에서 다관절 로봇 및 레이저 초음파 헤드의 제어되는 움직임이 가능하다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따라, 조립된 구조물, 가령 비행기 동체 내에 위치하는 다관절 로봇을 도시하며, 여기서, 다관절에 의해, 한정된 공간 내에서, 상기 다관절 로봇과 레이저 초음파 헤드의 제어된 움직임이 가능하다.

도 9는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 초음파 NDE 시스템의 인-서비스 적용예를 도시한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 초음파 NDE 시스템의 이동형 적용예를 도시한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 도면에서 도시되며, 유사한 도면 부호가 다양한 도면의 유사한 대응하는 부분을 일컫기 위해 사용된다.

레이저-초음파 검사(laser-ultrasonic inspection)가 폴리머-기질 복합 물(polymer-matrix composite)의 비파괴적 평가(NDE)를 위한 비용 효율적인 도구라고 입증되었다. 이러한 복합물이 여러 다른 산업에서 점점 더 많이 사용됨에 따라, 복합 부분의 양(quantity)과 복잡도(complexity)가 증가되고 있다. 또한, 복합물의 사용자수도 증가한다. 복합물로부터 조립되는 물체의 크기와 복잡도가 증가함에 따라, 검사될 표면에 대해 레이저-초음파 센서를 위치시키는 것이 점점 더 어려워진다. 본원에서 기재되는 본 발명의 실시예는 이러한 문제에 대한 해법을 제안한다.

본 발명의 하나의 실시예는 다관절 로봇(articulated robot)의 단부(즉, 레이저 초음파 헤드)에 레이저-초음파 센서를 위치시킨다. 보통, 카테시안(X-Y-Z) 시스템을 따라 이동하는 갠트리 위치설정 시스템(gantry positioning system)을 이용하여 레이저 초음파 센서를 이동시킴으로써, 레이저-초음파 검사가 수행된다.

몇 가지 산업에서 다관절 로봇이 사용되고 있다. 레이저 초음파 헤드의 크기와 중량이 감소될 수 있을 때, 갠트리 시스템에 비교하여 다관절 로봇은 몇 가지 이점을 제공한다. 또한 다관절 로봇은 전개에 있어 더 많은 유연성을 제공한다. 다관절 로봇은 갠트리 시스템보다 더 쉽게 설치되고 이동될 수 있다. 덧붙이자면, 다관절 로봇은 많은 이동형 시스템(즉, 카트(cart) 기반의 시스템)에서는 이용가능하지 않는 위치 등록(position registration)을 제공한다. 다관절 로봇은 갠트리 시스템보다 더 적은 공간 크기와 설비 필요사항 제약을 갖는다. 또한 다관절 로봇은 복잡한, 또는 조립된 부분 내부에 레이저-초음파 센서를 위치설정하기 위한 기능을 제공한다.

로봇 기술은, 전용 특수 목적의 설비에 비교할 때, 자동화에 낮은 위험 접근법을 제공한다. 도 1에서 도시되는 바와 같이, 다관절 로봇(101)이 비파괴적 평가(NDE) 시스템(100)에 제공된다. 상기 시스템(100)은 다관절 로봇(101)과, 분산된 자원(134)과, 초음파 검사 헤드(112)를 포함한다. 이 실시예에서 나타나는 바와 같이, 다관절 로봇(101)은 다수의 관절(joint)(즉, 회전 관절)을 사용하여, (다수의 자유도(degree of freedom)를 지원하기 위한) 다수의 독립적인 움직임을 제공할 수 있으며, 엔드 이펙터(end effector), 또는 매니퓰레이터(manipulator)가 상기 다수의 독립적인 움직임으로 재-위치설정(reposition)될 수 있다. 통상적으로, 산업용 다관절 로봇은 6의 자유도를 갖는다. 그러나 일부 환경에서는 이보다 크거나 작은 자유도를 가질 수 있다. 다관절 로봇(101)은 플랫폼 마운트(platform mount, 102)와, 제 1 회전 관절(104)과, 제 2 회전 관절(106)과, 제 3 회전 관절(108)과, 제 4 회전 관절(110)과, 엔드 이펙터 또는 매니퓰레이터(114)와, 숄더(shoulder, 126)와, 제 1 암(128)과, 제 2 암(130)을 포함한다. 관절(104, 106, 108 및 110)은 “체인(chain)"으로 배열되어, 하나의 관절이 체인 내의 또 다른 관절을 지원할 수 있다. 초음파 검사 헤드(112)는, 매니퓰레이터 또는 엔드 이펙터(124)를 이용해, 다관절 로봇(101)으로 연결된다. 덧붙이자면, 초음파 검사 헤드(112)는, 다양한 케이블(132)을 통해, 분산된 자원(134)으로 연결될 수 있다. 분산된 자원(134)은 도 1에서 도시되는 바와 같이, 완전히 지면 상에 위치하거나, 로봇 상의 서로 다른 위치에서 분산되어 있을 수 있다. 예를 들어, 도면상 도시되지 않았지만, 발생 레이저를 위한 자원이 지면 상에 배치되고, 발생 레이저의 그 밖의 다른 일부 자원이 로봇의 하나의 암(예를 들어, 암(128), 또는 (130)) 또는 둘 모두 상에 배치될 수 있다. 발생 레이저를 위한 최종 전달 광소자(delivery optic)는 초음파 검사 헤드(112) 내에 위치할 것이다. 초음파 검사 헤드(112)는, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명될 바와 같은 발생 레이저 빔 및 검출 레이저 빔을, 표적 물질로 전달할 수 있다. 도 1은 위 배향으로 지면 상에 위치하는 다관절 로봇을 도시한다. 도면상 도시되지는 않은 유사 실시예에서, 로봇은 아래 배향으로 천장에 부착될 것이다. 또한 상기 로봇은 갠트리 로봇(gantry robot)에 부착되어, 로봇을 위치설정함에 있어, 최대 유연성(flexibility)을 제공할 수 있다. 상기 실시예에서, 도면상 도시되지는 않았지만, 분산된 자원(134)은 다관절 로봇의 임의의 섹션, 또는 갠트리 로봇의 임의의 섹션, 또는 지면 상에 위치될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시예로서 제공되는 레이저 초음파 변위(laser ultrasonic displacement)를 발생하고 검출하는 2개의 인커밍 레이저 빔을 도시한다. 레이저 빔(202)은 초음파를 발생하고, 반면에 조명(검출) 레이저 빔(204)은 원격의 표적(206)(예를 들어, 테스트 중인 복합 물질)에서 초음파를 검출한다. 나타나다시피, 이들 레이저는 원격 표적(206)으로 동축으로 적용될 수 있다. 발생 레이저 빔(202)이 표적(206)에서 열-탄성 팽창(thermo-elastic expansion)(212)을 야기하며, 이로 인해, 초음파 변형, 또는 물결(208)이 형성된다. 변형, 또는 초음파 물결(208)은 표적(206)에서 전파되고, 조명 레이저 빔(204)을 변조, 산란 및 반사시켜서, 표적(206)에서 멀어지는 위상-변조된 광(210)을 생성할 수 있다. 상기 위상-변조된 광(210)은 채집되고 처리되어, 원격 표적(206)의 내부 구조를 설명하는 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 위상 변조는 주파수 변조를 포함한다. 위상 변조 의 시간 미분 함수가 주파수 변조에 대응한다. 본원에서 변조라는 용어는 시간의 함수로서의 변화를 의미하기 때문에, 임의의 위상 변조는 주파수 변조에 대응한다.

도 3은 초음파 레이저 테스트를 수행하기 위한 기본 구성요소를 갖는 블록 다이어그램을 제공한다. 발생 레이저(310)는 발생 레이저 빔(312)을 생성하고, 광학 조립체(optical assembly)(314)가 상기 발생 레이저 빔(312)을 표적(316)으로 향하게 한다. 나타나다시피, 광학 조립체(314)는 스캐너, 또는 그 밖의 다른, 스캔(또는 테스트) 플랜(318)을 따라 레이저 빔(312)을 이동시키는 유사 수단을 포함한다. 광학 조립체(314)는 시각적 카메라(visual camera), 깊이 카메라(depth camera), 범위 검출기(range detector), 협대역 카메라(narrowband camera), 또는 그 밖의 다른 이와 유사한 종래 기술에서 알려진 광학 센서를 포함할 수 있다. 이들 광학 센서 각각은, 검사를 수행하기에 앞서 교정을 필요로 할 수 있다. 이러한 교정은 다양한 센서에 의해 수집되는 정보를 통합하기 위한 시스템의 기능을 검증한다. 발생 레이저(310)가 표적(316) 내에 초음파(208)를 생성한다.

초음파(208)는, 복합 물질이 발생 레이저 빔을 흡수함에 따른 복합 물질의 열-탄성 팽창(212)의 결과이다. 복합 물질은 부식이나 절단 없이, 발생 레이저 빔(312)을 빠르게 흡수한다. 신호 대 노이즈 비(SNR) 문제를 극복하기 위한 더 높은 파워의 발생 레이저가 반드시 더 바람직한 것은 아닌데, 왜냐하면, 높은 파워의 발생 레이저는 워크피스의 표면에서 물질의 부식을 초래하며, 구성요소에 손상을 줄 수도 있기 때문이다. 그 밖의 다른 실시예에서, 테스트되는 물질에 따라서, 검출되는 신호의 SNR을 증가시키기 위해 약간의 부식은 허용될 수 있다. 발생 레이저 빔(312)은 초음파 표면 변형을 유도하기에 적정한 펄스 지속시간, 파워 및 주파수를 갖는다. 예를 들어, TEA(transverse-excited atmospheric) CO2 레이저가 100나노초(nanosecond) 펄스 폭에 대해 10.6미크론(micron) 파장의 빔을 생성할 수 있다. 레이저의 파워는, 예를 들어, 0.25줄(joule) 펄스를 표적에게 전달하기에 충분해야 하며, 이는 400㎐ 펄스 반복율에서 동작하는 100와트(watt) 레이저를 필요로 할 수 있다. 발생 레이저 빔(312)은 표적 표면에서 열로서 흡수되며, 이로 인해, 부식 없는 열-탄성 팽창이 야기된다.

펄스 모드, 또는 CW 모드에서 동작하는 조명, 또는 검출 레이저(320)는 초음파 변위를 유도하지 않는다. 예를 들어, Nd:YAG 레이저가 사용될 수 있다. 이 레이저의 파워는, 예를 들어, 100밀리줄(milli-joule)의 100마이크로초(microsecond) 펄스를 전달하기에 충분해야 하며, 이는 1킬로와트(KW) 레이저를 필요로 할 수 있다. 조명(검출) 레이저(320)가 검출 레이저 빔(322)을 발생한다. 검출 레이저 빔(324)으로부터 노이즈를 제거하기 위해, 조명 레이저(320)는 필터링 수단(324)을 포함하거나, 상기 필터링 수단(324)으로 광학적으로 연결된다. 광학 조립체(314)는 조명 레이저 빔(324)을 복합 물질(316)의 표면으로 향하게 하며, 상기 복합 물질(316)의 표면은 검출 레이저 빔(324)을 산란 및/또는 반사시킨다. 채집 광소자(collection optic)(326)에 의해, 최종 위상 변조된 광이 채집된다. 본원에서 나타나다시피, 산란 및/또는 반사된 검출 레이저 광이 광학 조립체(314)를 통과하여 다시 되돌아간다. 선택사항인 광학 프로세서(328) 및 간섭계(330)가 위상 변조된 광을 처리하여, 복합 물질(316)의 표면에서의 초음파 변위를 나타내는 정보가 포함 된 신호를 생성할 수 있다. 데이터 프로세싱 및 제어 시스템(332)이 레이저 초음파 시스템의 구성요소의 동작을 조절한다. 데이터 프로세싱 및 제어 시스템(332)은 하나의 단일 프로세싱 장치, 또는 다수의 프로세싱 장치일 수 있다. 이러한 프로세싱 장치는 마이크로프로레서, 마이크로-제어기, 디지털 신호 프로세서, 마이크로컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 현장 프로그램 가능한 게이트 어레이, 프로그램 가능한 로직 장치, 상태 머신, 논리 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 메모리에 저장된 동작 인스트럭션을 바탕으로 신호(아날로그 및/또는 디지털)를 조작하는 임의의 장치 중 하나 이상일 수 있다. 상기 메모리는 하나의 단일 메모리 장치, 또는 다수의 메모리 장치일 수 있다. 이러한 메모리 장치는 판독 전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래쉬 메모리, 캐쉬 메모리, 디지털 장치를 저장하는 임의의 장치 중 하나 이상일 수 있다. 설명될 단계 및/또는 기능의 일부, 또는 전부에 대응하는 동작 인스트럭션은 메모리에 저장되고, 데이터 프로세싱 및 제어 시스템(332)에 의해 실행된다.

도 1의 초음파 검사 헤드(112)는 표적 물질에 의해 산란된 위상 변조된 광을 채집할 수 있다. 초음파 검사 헤드의 기능에 따라서, 상기 초음파 검사 헤드는, 채집된 위상 변조된 광을 처리하여, 표적 물질의 내부 구조에 관한 정보를 생성하는 프로세싱 모듈을 포함할 수 있다. 대안적으로, 분산된 자원(114)에 의해, 레이저 빔의 발생과 검출된 광학 신호의 처리가 다뤄질 수 있다. 분산된 자원(114)은 발생 레이저 소스(316)와, 검출 유닛(318)과, 발생 레이저 소스(322)와, 프로세싱 및 제어 모듈(320)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는 초음파 NDE 시스템 내에서 섬유 레이저(fiber laser)를 이용할 수 있다. 섬유 레이저 기법은 발생 및 검출 레이저와 조합되어, 적용될 수 있다. 섬유 레이저 검출 레이저는 2006년 7월 18일자 US 특허 출원 제11/458,377호 “FIBER LASER FOR ULTRASONIC TESTING"에 기재되어 있으며, 상기 출원은 본원에서 참조로서 인용된다. 섬유 레이저 기반의 발생 레이저는 2006년 9월 9일자 US 특허 출원 제11/524,046호 ”FIBER-BASED MID-INFRARED GENERATION LASER FOR LASER ULTRASOUND“에서 기재되어 있으며, 상기 출원은 본원에서 참조로서 인용된다.

“제 1” 검출 레이저의 주 업무는, “제 2” 레이저가 사용되어 테스트 중인 부분에 초음파를 발생하는 지점을 조명하는 것이다. 상기 제 1 레이저로부터 산란된 광은 간섭계(interferometer)를 이용해 채집되고 분석되어, 상기 부분의 표면에서 초음파의 리턴 에코(return echo)에 의해 야기된 표면 진동(surface vibration)을 복조(demodulate)할 수 있다. 검출 레이저(제 1 레이저)와 발생 레이저(제 2 레이저)는, 높은 파워의 출력을 생산하기 위한 다이오드 펌프형 섬유 레이저(diode pumped fiber laser)를 이용할 수 있다.

1000㎐ 이상의 반복율에서 안정적으로 동작하는 기체 레이저(gas laser)는 매우 무겁고, 부피가 클 것이다. 상기 기체 레이저의 또 다른 단점으로는, 30억 번의 샷(shot)마다, 부품을 변경하고, 광소자를 세정하기 위한 유지보수가 요구된다는 것이 있다.

본 발명에 의해, 모든 섬유 펌프 레이저 방식이 사용될 수 있으며, 도프된 활성 레이저 섬유를 펌핑(pumping)하기 위해, 다수의 소형 지속파(CW) 다이오드 레 이저(‘펌프 다이오드(pump diode)’)를 사용할 수 있다. 이는 몇 가지 이점을 갖는다. 무엇보다도, 이러한 낮은 파워 다이오드는 원격통신(telecom) 적용예에 요구되는 매우 높은 신뢰성을 제공하고, 100,000 시간에 달하는 평균 무고장 시간(MTBF: mean time between failure)을 갖는다. 또한, 모든 섬유-결합된 펌프 다이오드는 비교적 작은 파워(통상적으로, 수 와트(watt)에 불과)를 가지며, 임의의 하나의 고정이 섬유 레이저의 전체 성능에 거의 영향을 미치지 않을 것이다. 덧붙이자면, 감소된 중량은 다관절 로봇의 기계적 요건을 축소시키거나, 또는 분산된 자원 내에 부분적으로 위치할 수 있게 한다.

섬유 레이저/증폭기의 열 관리는, 종래의 벌크 크리스털 이득 매질(gain medium) 내에서보다 더 쉽게 관리된다. 섬유-연결된 펌프 다이오드에서 열을 제거하는 것은 이득 매질(도프된 활성 레이저 섬유)로부터 분리되어 관리되고, 체적에 대한 (열이 추출되는) 섬유 표면적의 비는, 막대(rod)형, 또는 슬랩(slab)형 레이저 구조에 대한 표면-대-체적 비보다 수백 배 이상 더 크다. 따라서 섬유 레이저는 파면 왜곡(wavefront distortion)이 거의 없이 기본(TEM00) 횡단 모드로 동작할 수 있다(M^2 < 1.2). 섬유 레이저는 종래의 개별적, 또는 벌크 광소자, 예를 들면, 거울이나 렌즈를 사용하지 않는다. 따라서 레이저 캐비티(laser cavity) 내의 오염 문제가 사라진다. 이는 특히, 24시간 생산 체계의 산업적 검사 시스템에 대해 바람직하다. 섬유 레이저는 산업 일렉트로닉스처럼 보인다. 유연성 구조에 의해, 이동형의 휴대용 레이저 초음파 검사 기기 설계가 가능하다. 결국, 섬유 레이저는 엄격한 산업적 환경에 매우 적합하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 초음파 검사 헤드(112)의 하나의 실시예의 기능 다이어그램을 제공한다. 하나의 실시예에서, 발생 레이저(402)가 제공되어, 발생 레이저 빔(202)이 생성되며, 그 후, 상기 발생 레이저 빔(202)은 표적 물질로 향해진다. 마찬가지로, 검출 레이저(406)가 사용되어, 검출 레이저 빔(204)이 생성되며, 또한 상기 검출 레이저 빔(204)도 표적 물질로 향해진다. 원격 표적에 의해 산란된 위상 변조된 광을 채집하기 위해, 채집 광소자(410)가 사용될 수 있다. 그 후, 이 위상 변조된 광은 광학 검출 및 처리 유닛(412)을 이용하여, 처리된다. 그 후, 비전 시스템(vision system)(416) 및 이와 연계된 프로세서가, 초음파 검사 헤드에 대한 표적 물질의 위치와 배향을 판단할 수 있다. 도 5는 검사될 부품에 대한 광학 스캐너의 위치설정을 촉진할 수 있는 회전 시스템(rotation system)(418)을 도시한다. 초음파 검사 헤드의 크기를 감소시키기 위해, 상기 회전 시스템(418)이 상기 초음파 검사 헤드(도면상 도시되지 않음)에 존재하지 않을 수 있다. 후자의 실시예에서, 부품을 검사하기 위한 초음파 헤드의 위치설정은, 다관절 로봇의 다양한 자유도에 의해 전체적으로 완성된다. 초음파 검사 헤드의 중량과 다관절 로봇의 기계적 요건을 감소시키기 위해, 중량 문제와 경제적 문제로 인해, 발생 레이저, 검출 레이저, 요구된 프로세싱과 연계되는 이들 모듈(가령 레이저 소스) 중 일부가 초음파 검사 헤드로부터 제거될 수 있다.

이러한 실시예는 도 5에서 도시되며, 이때, 광섬유(502, 504 및 506) 각각은 검출 레이저 소스 및 발생 레이저 소스를, 검출 레이저 헤드(508)와, 발생 레이저 헤드(510)와, 광학 프로세서(514)로 연결하기 위해 사용될 수 있다. 이때, 발생 레 이저 소스와 검출 레이저 소스(512)가 도 4에서 나타나는 분산된 자원의 일부분으로서 원격으로 위치한다. 도 1의 검출 유닛(128) 내에서, 채집된 위상 변조된 광을 광학 프로세싱 시스템(514)에게 제공하기 위해 광섬유(504)가 사용될 수 있다. 이들 자원을 초음파 검사 헤드에서 제거함으로써, 다관절 로봇의 전체 크기와 중량 요구치가 감소된다. 이는 비용을 낮추는 것뿐 아니라, 로봇의 유연성(flexibility)과 능력(capability)을 증가시킨다. 상기 검출 레이저 소스(512) 및 발생 레이저 소스(510)는 로봇의 다양한 암 상에 분산되어 있거나, 로봇으로부터 완전히 떨어져 있을 수 있다.

도 6은 포지션 “A"와 포지션 "B"의 다관절 로봇(101)을 도시한다. 로봇의 이러한 서로 다른 포지션에 의해, 표적 물질을 완전히 커버하고, 표적 물질을 전체적으로 검사하기 위해, 레이저 초음파 헤드(112)가 서로 다른 위치로 놓일 수 있다.

도 7은 다관절 로봇(101)이 레일(702) 상에 장착될 수 있음을 도시하며, 이때, 레일(702)에 의해, 지정된 작업 궤적(work envelope) 내에서 다관절 로봇과 레이저 초음파 헤드(112)의 제어되는 움직임이 가능하다. 상기 작업 궤적은, 레이저 초음파 헤드(112)를 위치설정하기 위해, 다관절 로봇(101)이 도달할 수 있는 경계를 정의한다. 레일(702)은 반드시 직선일 필요는 없으며, 반원, 또는 원, 또는 요구되는 작업 궤적에 맞추기에 적합한 임의의 형태일 수 있다. 덧붙이자면, 레이저 초음파 헤드(112)의 상승, 또는 하강을 보조하여, 표적 물질에 완전히 도달하고, 검사할 수 있도록, 플랫폼(704)이 Z 축을 따라 병진운동할 수 있다. 레일(702)이 존재하지 않을 경우라도, 플랫폼(704)은 제공될 수 있다.

도시되지는 않았지만 이와 유사한 실시예에서, 다관절 로봇은 2차원(X-Y)으로 이동할 레일 시스템일 수 있다. Z 방향으로의 추가적인 위치설정 능력을 제공하기 위한 플랫폼(704)이 존재하거나 존재하지 않을 수 있다. 또 다른 유사한 실시예에서, 상기 레일 시스템 및 플랫폼(704)은 갠트리 로봇(gantry robot)으로 대체될 수 있으며, 다관절 로봇이 아래 배향으로 이 갠트리 로봇에 부착될 것이며, 이는 3차원(X-Y-Z)으로의 추가적인 위치설정 능력을 제공할 것이다.

도 8에서 중요한 이점이 도시된다. 도 8은, 검사될 내부 표면을 내포하는 완성된, 또는 통합된 구조 내에 위치될 수 있는 초음파 검사 헤드(112)를 갖는 다관절 로봇(101)을 도시한다. 도 8은 다관절 로봇이 비행기 동체와 같은 완성된 구조물(802)에 완전히, 또는 부분적으로 입장할 수 있음을 도시한다. 이 비행기 동체는 검사가 요구되는 복합 물질로부터 조립되는 개별적인 구성요소들로 구성될 수 있다. 따라서 부품의 조립이 검사될 뿐 아니라, 완성된 구조물도 검사될 수 있다. 이로 인해서, 조립 동안 발생될 수 있는 문제, 또는 판매된 후 구조물에서 발생될 수 있는 문제를 식별하기 위한 검사 프로세스가 가능해진다.

로봇(101)은 레일(702) 상에 장착되어, 완성된 구조물(802)의 움직임을 필요로 하지 않고, 초음파 검사 헤드(312)의 운동을 촉진시킬 수 있다. 다관절 로봇에 관련된 작업 궤적은, 상기 다관절 로봇이 완성된 구조물(802)과 충돌하지 않고, 완전히 검사할 수 있도록, 정해질 수 있다. 도 4 및 5를 참조하여 설명된 비전 시스템(vision system), 또는 그 밖의 다른 유사 위치 검출 시스템(즉, 레이저-기반, 또는 레이더-기반, 또는 음향-기반의 시스템)이 사용되어, 충돌을 방지하고, 초음파 레이저 헤드 및 다관절 로봇에 대한 (조립된 구조물에 포함되어 있는) 표적 물질의 배향과 위치를 판단할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 초음파 NDE 시스템의 인-서비스(in-service) 적용예를 도시한다. 이 실시예에서, 완성된 구조물(제한받지 않는 예를 들자면 비행기(902))의 검사를 촉진시키기 위해, 다관절 로봇(101) 및 레이저 초음파 검사 헤드(112)가, 행거(hanger)와 같은 서비스 위치(service location)에 장착될 수 있다. 항공기(902)는 복합 물질로부터 구축, 또는 조립되는 다수의 구성요소를 가질 수 있다. 이때, 인-서비스 검사(in service inspection)에 의해, 비행기를 분해할 필요 없이, 복합 물질의 구조적 무결성이 평가될 수 있다.

도 10은 또 하나의 인-서비스 적용예를 도시하며, 이때, 다관절 로봇(101)은 이동형 플랫폼(mobile platform)(1002)에 장착될 수 있다. 트레일러(1004)가 이동형 플랫폼(1002)으로 연결된다. 트레일러(1004)는 NDE 시스템에 의해 요구되는 분산된 자원을 하우징할 수 있다. 이 경우에서, 초음파 NDE 시스템이, 검사될 완성된 구조물로 가져가질 수 있다. 이는, 검사 시스템으로 가져가지는 완성된 시스템을 검사하기 위해 인-서비스 시스템(in-service system)이 사용되는 도 9의 실시예와 다르다. 둘 중 어느 실시예도 인-서비스 검사를 수행함에 있어 증가된 유연성을 제공한다. 덧붙이자면, 도 10에서 도시된 실시예는 제조 환경에서, 복합 부품의 초음파 검사에 대한 몇 가지 이점을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 부품이 매우 클 때, 예를 들어, 복합 동체일 때, 검사 시스템을 제조되는 부품 쪽으로 가져감으로 써, 부품 핸들링이 최소화될 수 있다. 부품 핸들링을 최소화함으로써, 제조 동안 부품의 손상 가능성이 감소된다. 제조 환경에서의 이동형 플랫폼(1002)의 추가적인 이점은, 검사 시스템이, 필요한 경우, 경로에서 벗어나 이동될 수 있다는 것이다. 마지막으로, 필요한 경우, 생산 라인을 수정함으로써, 검사 자원이 공장의 여러 다른 위치로 이동될 수 있다.

펌프 레이저 헤드를 발생 레이저 빔 전달 헤드로부터 멀리 떨어져 위치시킴으로써, 발생 레이저 빔을 전달하기 위해 사용되는 로봇 시스템에 대한 전체 페이로드(payload)와 안정성 요건이 상당히 완화되기 때문에, 소형의 중적외선(mid-IR) 발생 레이저 헤드가 가능해진다. 로봇 시스템의 검사 헤드 내에, 발생 레이저 빔 전달 헤드와, 검출 레이저 빔 전달 헤드와, 채집 광소자를 포함하는 소형의 가벼운 중량을 갖는 모듈만 장착될 필요가 있다. 이로 인해서, 보다 소형의 다관절 로봇을 이용하는 mid-IR 레이저 소스가 형성될 수 있다. 따라서 휴대용 레이저 초음파 시스템을 이용하는 인-서비스 복합 NDE를 위한 새로운 복합 검사 기회가 창조된다.

동작 중에, 본 발명에 의해, 레이저 초음파 테스트 기기는 더 복잡한 표면, 또는 접근이 제한된 영역 내의 표면을 테스트하면서, 더 넓은 범위의 환경에서 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 검출 레이저 빔과 발생 레이저 빔을 발생하고, 테스트될 표적 물질에게 전달하기 위해, 섬유 레이저, 또는 분산된 자원을 사용할 수 있다. 이로 인해서, 레이저 초음파를 기반으로 하는 NDE 시스템의 전체 크기가 크게 감소될 수 있다. 예를 들어, 커다란 갠트리 로봇 기반의 시스템을 대신하여, 훨씬 더 작은 다관절 로봇 시스템이 사용되어, 발생 레이저 빔과 검출 레이저 빔을 테스트될 표적의 표면으로 전달하고, 상기 테스트될 표적의 표면으로부터 위상 변조된 광을 채집할 수 있다. 이로 인해서, 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 레이저 초음파 검사 시스템은 개별 구성요소뿐 아니라, 완성된 구성요소의 내부 구조를 평가하기 위해서도 사용될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 의해 제공되는 레이저 초음파 시스템에 의해 개별 부품만 검사될 수 있을 뿐 아니라, 상기 개별 부품으로 이뤄진 조립된 구조물도 검사될 수 있다. 이로써, 완성된 구조물이 구축되고 난 후에도, 구조물의 수명 동안 내부 구조의 변화가 발생했는가의 여부에 대한 검사가 이뤄질 수 있다. 덧붙이자면, 본 발명의 실시예는, 발생 및 검출 레이저 빔의 자유 공간 전달과 관련된 문제없이, 현장에서(in the field), 원격 표적에서 초음파 변위를 발생시키고 검출하기 위해 섬유 레이저를 사용하는 완전 이동형 시스템을 제공할 수 있다.

해당업계 종사자라면, 용어 “실질적으로”, 또는 “거의”는 본원에서 사용될 때, 대응하는 용어에 산업적으로 허용되는 오차를 제공한다. 이러한 산업적으로 허용되는 오차는 1% 이하 내지 20%의 범위를 갖고, 성분 값, 집적 회로 프로세스 변화, 온도 변화, 상승 및 하강 시간, 열 노이즈 중 하나 이상에 대응한다. 해당업계 종사자라면, 용어 “기능적으로 연결된”은 본원에서 사용될 때, 직접 연결과, 또 다른 구성요소, 요소, 회로, 또는 모듈을 통한 간접 연결을 포함하며, 이때, 간접 연결에 있어서, 중간 구성요소, 요소, 회로, 또는 모듈은 신호의 정보를 수정하지 않지만, 전류 레벨, 전압 레벨, 파워 레벨 중 하나 이상은 조정할 수 있다. 해당업계 종사자라면, 논리적 연결(즉, 하나의 요소가 또 다른 요소로 논리적으로 연 결되어 있는 연결)은 2개의 요소들 간에 직접 및 간접 연결을 포함한다. 해당업계 종사자라면, 용어 “바람직한 비교”는 본원에서 사용될 때, 둘 이상의 요소, 아이템, 신호 등 간의 비교가 바람직한 관계를 제공함을 나타낸다. 예를 들어, 바람직한 관계가 신호 1이 신호 2보다 더 큰 크기를 갖는 것일 때, 신호 1의 크기가 신호2의 크기보다 클 때, 또는 신호 2의 크기가 신호 1의 크기보다 작을 때, 바람직한 비교가 얻어질 수 있다.

Claims

표적 물질을 검사하기 위한 초음파 비파괴적 평가(NDE: Non-Destructive Evaluation) 시스템에 있어서,

회전 관절에 의해 서로 연결된 일련의 암 부재를 갖춘 암을 가지고, 플랫폼에 동작 가능하게 장착된 다관절 로봇;

상기 암 부재 중 최외곽의 암 부재에 연결된 초음파 검사 헤드;

상기 검사 헤드에 장착된 채집 광소자(collection optics);

상기 검사 헤드로부터 원격으로 위치된 섬유 레이저 기반 발생 레이저 소스(fiber-laser-based generation laser source);

상기 초음파 검사 헤드에 장착되며, 그리고, 상기 초음파 검사 헤드로부터 상기 표적 물질에 선택적으로 발생 레이저 빔을 지향시키는 광 섬유에 의해 상기 발생 레이저 소스에 연결되되, 상기 발생 레이저 빔이 상기 표적 물질에 접촉될 시에, 초음파 변위(ultrasonic displacements)가 상기 표적 물질 상에 형성되도록 하는 발생 레이저 헤드로서, 이때 상기 발생 레이저 빔을 위한 광 섬유는 상기 관절 중 적어도 일부를 통해 뻗어나가는, 발생 레이저 헤드;

상기 검사 헤드로부터 원격으로 위치된 섬유 레이저 기반 검출 레이저 소스;

상기 검사 헤드에 장착되며, 그리고 상기 표적 물질에 선택적으로 검출 레이저 빔을 지향시키는 광 섬유에 의해 상기 검출 레이저 소스에 연결되되, 상기 검출 레이저 빔이 상기 표적 물질 상에 형성된 초음파 변위에 접촉될 시에, 상기 검출 레이저 빔이 상기 채집 광소자에 반사된 위상 변조된 광을 만들어 내기 위해 산란되도록 하는 검출 레이저 헤드로서, 이때 상기 검출 레이저 빔을 위한 광 섬유는 상기 관절 중 적어도 일부를 통해 뻗어나가는, 검출 레이저 헤드; 및

상기 검사 헤드로부터 원격으로 위치되고 광 섬유에 의해 상기 채집 광소자에 연결되며, 그리고 상기 위상 변조된 광을 처리하고 상기 표적 물질의 내부 구조에 대한 정보를 만들어내는 프로세싱 모듈로서, 이때 상기 프로세싱 모듈을 위한 광 섬유는 상기 관절 중 적어도 일부를 통해 뻗어나가는, 프로세싱 모듈; 및

상기 표적 물질에 근접하지만 상기 표적 물질로부터 이격되어 있는 초음파 검사 헤드를, 스캔 플랜(scan plan)에 따라서 위치시키기 위해 상기 암을 안내하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 검사 헤드는 추가 회전 관절에 의해 상기 암 부재 중 최외곽의 암 부재에 연결되며, 그리고

상기 검사 헤드는 6 개의 자유도까지 이동가능하되, 상기 플랫폼에 대해 이동가능한 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 플랫폼은 상기 표적 물질에 대해 레일(rail)을 따라 병진운동하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 플랫폼은, 상기 표적 물질에 대해 상기 플랫폼을 재-위치설정하는 운송수단(vehicle)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 발생 레이저 소스, 검출 레이저 소스 및 프로세싱 모듈은 상기 암 부재로부터 원격으로 위치되는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 초음파 비파괴적 평가 시스템은, 상기 발생 레이저 소스, 검출 레이저 소스 및 프로세싱 모듈을 포함한 분산 자원을 더 포함하며,

상기 분산 자원 및 상기 플랫폼은 이동형 수송 시스템 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 다관절 로봇은 비행기 동체 내에 상기 초음파 검사 헤드를 위치시키도록 동작할 수 있는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제어 모듈은, 상기 초음파 검사 헤드에 대한 표적 물질의 위치 및 배향을 판단하는 비전 시스템(vision system)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
복합 표적 물질을 검사하는데 사용되는 초음파 비파괴적 평가(NDE) 시스템에 있어서,

다관절 로봇으로서:

플랫폼 마운트;

제 1 회전 관절에 의해 상기 플랫폼 마운트에 연결되고, 다수의 자유도에 의해 상기 플랫폼 마운트 주위에서 이동할 수 있는 근위 단부(proximal end)를 갖춘 제 1 암 부재;

제 2 회전 관절에 의해 상기 제 1 암 부재의 원위 단부(distal end)에 부착된 근위단부를 갖춘 제 2 암 부재;

제 3 회전 관절에 의해 상기 제 2 암 부재의 원위 단부에 부착된 근위 단부를 갖춘 제 3 암 부재;

를 포함하는 상기 다관절 로봇;

제 4 회전 관절에 의해 상기 제 3 암 부재의 원위 단부에 연결된 초음파 검사 헤드;

상기 검사 헤드에 장착된 발생 레이저 헤드;

상기 초음파 검사 헤드 및 상기 제 1, 2 및 3 암 부재로부터 원격으로 위치되고, 광 섬유에 의해 상기 발생 레이저 헤드에 연결된 섬유 레이저 기반 발생 레이저 소스로서, 이때 상기 광 섬유는 상기 제 2 및 제 3 회전 관절의 내부 및 외부로 뻗어나가는, 섬유 레이저 기반 발생 레이저 소스;

상기 검사 헤드에 장착된 검출 레이저 헤드;

상기 초음파 검사 헤드 및 상기 제 1, 2 및 3 암 부재로부터 원격으로 위치되고, 광 섬유에 의해 상기 검출 레이저 헤드에 연결된 섬유 레이저 기반 검출 레이저 소스로서, 이때 상기 검출 레이저 소스를 위한 광 섬유는 상기 제 2 및 제 3 회전 관절의 내부 및 외부로 뻗어나가는, 섬유 레이저 기반 검출 레이저 소스;

상기 초음파 검사 헤드의 채집 광소자;

상기 초음파 검사 헤드 및 상기 제 1, 2 및 3 암 부재로부터 원격으로 위치되고, 광 섬유에 의해 상기 채집 광소자에 연결되는 프로세싱 모듈로서, 이때 상기 채집 광소자를 위한 광 섬유는 상기 제 2 및 제 3 회전 관절의 내부 및 외부로 뻗어나가는, 프로세싱 모듈; 및

상기 초음파 검사 헤드를 상기 복합 표적 물질에 인접하게 위치시키도록 상기 제 1, 2 및 3 암 부재의 이동을 제어하며, 상기 초음파 검사 헤드 및 제 1, 2 및 3 암 부재로부터 원격으로 위치된 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 플랫폼 마운트가 하나의 표면 상에 놓이며, 상기 표면 상에는 발생 레이저 및 검출 레이저가 위치하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 초음파 검사 헤드에 대한 표적 물질의 위치와 배향을 판단하고, 상기 검사 헤드에 장착된 위치 측정 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 검출 레이저는:

시드 레이저 빔(seed laser beam)을 발생시키는 마스터 오실레이터; 및

상기 시드 레이저 빔을 증폭하는 하나 이상의 다이오드 펌프형 레이저 증폭기를 포함하며,

이때 상기 마스터 오실레이터, 또는 하나 이상의 다이오드 펌프형 레이저 증폭기는 다이오드 펌프형 섬유를 포함하고, 상기 검출 레이저의 마스터 오실레이터, 또는 하나 이상의 다이오드 펌프형 레이저 증폭기는 다이오드 펌프형 슬랩 레이저(slab laser)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
청구항 10에 있어서,

상기 발생 레이저는, 광학 파라메트릭 증폭기(optical parametric amplifier)를 이용하여, 또는 광학 파라메트릭 증폭기를 이용하지 않고서, 하나 이상의 광학 파라메트릭 오실레이터를 펌핑(pumping)하는 레이저 빔으로 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 시스템.
복합 표적 물질 상에 초음파 비파괴적 평가(NDE)를 실시하는 방법에 있어서,

a) 회전 관절에 의해 서로 연결되고 플랫폼 마운트의 근위 단부에 연결되는 일련의 암 부재를 가진 로봇을 제공하는 단계;

b) 추가 회전 관절에 의해 상기 암 부재의 원위 단부에 초음파 검사 헤드를 장착시키는 단계로서, 이때 상기 검사 헤드는 발생 레이저 헤드, 검출 레이저 헤드, 및 채집 광소자를 가지는, 장착 단계;

c) 상기 검사 헤드로부터 원격으로 레이저 섬유 기반 발생 레이저 소스, 레이저 섬유 기반 검출 레이저 소스, 및 프로세싱 모듈을 장착하며, 광 섬유를 이용하여, 상기 발생 레이저 소스를 상기 발생 레이저 헤드에 연결시키고, 상기 검출 레이저 소스를 상기 검출 레이저 헤드에 연결시키며, 그리고 상기 프로세싱 모듈을 상기 채집 광소자에 연결시키는 단계로서, 이때 상기 광 섬유는 상기 회전 관절들 중 적어도 일부의 내부 및 외부로 뻗어나가는, 연결 단계;

d) 상기 암 부재의 원위 단부를 이동시키고 상기 검사 헤드를 상기 표적 물질에 인접하게 위치시키는 단계;

e) 상기 발생 레이저 헤드 외부에 위치한 발생 레이저 소스로부터 상기 표적 물질로 발생 레이저 빔을, 광 섬유 중 적어도 하나를 통하여 상기 표적 물질에 지향시킴으로써, 상기 표적 물질 상에 초음파 변위를 형성하는 단계;

f) 상기 검출 레이저 헤드 외부에 위치한 검출 레이저 소스로부터 상기 초음파 변위에 검출 레이저 빔을, 광 섬유 중 적어도 하나를 통하여 지향시킴으로써, 광을 위상 변조시키는 단계;

g) 상기 채집 광소자를 통하여 상기 위상 변조된 광을 채집하여, 상기 채집된 위상 변조된 광을 상기 프로세싱 모듈로 전달하되, 광 섬유 중 적어도 하나를 통하여 전달하는 단계; 및

h) 상기 프로세싱 모듈을 이용하여, 상기 표적 물질에 관한 정보를 판단하기 위해 상기 위상 변조된 광을 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 실시 방법.
청구항 14에 있어서,

상기 초음파 비파괴적 평가 실시 방법은 상기 h) 단계 이후에, 적어도 일부의 암 부재를 다른 암 부재에 대해 독립적으로 이동시킴으로써, 상기 암 부재의 원위 단부를 재위치설정시키고, 상기 e) - h) 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 실시 방법.
청구항 15에 있어서,

상기 초음파 비파괴적 평가 실시 방법은 상기 암 부재의 원위 단부를 6 개의 자유도로 이동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 실시 방법.
청구항 14에 있어서,

상기 표적 물질은 동체를 갖는 항공기를 포함하고, 상기 초음파 비파괴적 평가 실시 방법은 로봇 전제를 상기 동체의 내부에 이송시키고, 상기 e) - h) 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 비파괴적 평가 실시 방법.
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