KR20010040704A

KR20010040704A - 넓은 표면적을 갖는 항공기 구조체의 비 파괴 검사를수행하는 장치 및 방법

Info

Publication number: KR20010040704A
Application number: KR1020007008583A
Authority: KR
Inventors: 데이비드케이. 마르티; 젠제이. 데스캔트; 스티븐엠. 크래이그
Original assignee: 프로브스트 발데마 비.; 시이 뉴클리어 파워 엘엘시
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2001-05-15
Also published as: EP1057012A1; CN1291285A; WO1999041600A1; CN1247991C; KR100376809B1; DE69912583D1; AU3063199A; DE69912583T2; US6220099B1; EP1057012B1

Abstract

본 발명은 복잡한 표면 구조와 형상에 대해 비 파괴 검사를 수행하는 표면 스캐너에 관한 것이다. 스캐너는 두 개의 유연성 트랙을 구비하며, 각각에는 모터로 구동되는 트랙터 조립체(tractor assembly)가 갖춰진다. 강성 빔 트랙은 두 개의 유연성 트랙을 잇는다. 강성 빔 트랙은 적어도 3개의 독립 축을 따라서 조인트에서의 이동을 허용하는 관절 조인트(articulating joint)에 의해 각각의 유연성 트랙 트랙터 조립체에 결합된다. 강성 빔은 제 3 모터 구동 트랙터를 지지한다. 이러한 제 3 트랙터는 짐벌이 달린(gimbaled) 기계적인 임피던스 검사 탐침, 초음파 검사 탐침, 및 와전류 검사 탐침을 배치하는 적합한 스러스터 조립체를 지지한다. 상기 스캐너의 이동은 검사될 표면 위에서의 스캐너의 이동을 제어하는 하드웨어와 소프트웨어를 포함하는 스캔 제어 시스템에 의해 제어된다. 소프트웨어는 조작자로 하여금 동일한 좌표계를 사용하여 표면 및 데이터 디스플레이 상의 지점을 참고로 하는, 전체 좌표계를 사용하여 검사될 표면에 대한 스캔 패턴을 미리 프로그램하도록 하는 티치 모드(teach mode)를 또한 포함한다. 상기 스캐너는 스캐너 기능과 작동을 제어하는 데이터 획득 및 분석 시스템을 또한 포함한다.

Description

넓은 표면적을 갖는 항공기 구조체의 비 파괴 검사를 수행하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PERFORMING NON-DESTRUCTIVE INSPECTIONS OF LARGE AREA AIRCRAFT STRUCTURES}

다축 로봇 조작기(multi-axis robotic manipulators)는 또한 기계 스캐너로 알려져 있으며, 많은 산업 분야에서 재료의 비 파괴 검사(NDI; non-destructive inspections)를 수행하는데 사용된다. 이러한 기계의 설계는 매우 다양하며, X-Y 갠트리 시스템(gantry systems), X-Y 조작기, R-THETA 조작기, 및 Z-THETA 조작기를 포함한다. 이러한 기계의 특정 설계가 매우 다양하지만, 이들의 작동 원리는 유사하다. 기계 스캐너는 검사 표면에 대해 미리 프로그램된 스캔 패턴으로 NDI 탐침을 조작하는데 사용된다. NDI 탐침으로부터의 아날로그 신호는 데이터 획득 및 분석 시스템(data acquisition and analysis system)에 의해 감시되고, 디지털화되며 표시되어진다. 스캐너 상의 피드백 장치에 의해 제공되는 위치 정보는 NDI 정보의 2축 또는 3축 맵핑(mapping)을 전개하도록 데이터 획득 및 분석 시스템에 의해 사용되어진다. 이런 타입의 기계에 사용되는 전형적인 NDI 방법은 초음파 검사, 와전류 검사(eddy current testing), 및 기계 임피던스 검사를 포함한다.

군용 항공기와 민간(용) 항공기의 비 파괴 검사는 현재 미국 전역의 다양한 정비 시설에서 수행되고 있다. 날개와 같은 복합재료 항공기 구조체에서 외피물(outer skin)과 하니콤 코어(honeycomb core) 사이의 비 접착(disbond)을 탐지하기 위해 초음파 방법과 기계 임피던스 방법이 일반적으로 이용된다. 이러한 비 접착은 구조체 내의 반복 응력 반전(reversal) 또는 수분 침투(water entrapment)에 의해 야기될 수 있다. 와전류 방법이 동체(fuselage)와 같은 얇은 외피물의 항공기 구조체의 표면 균열을 탐지하는데 현재 사용되어지고 있다. 외피의 균열은 일반적으로 패스너(fastener)의 주위에서 발달되며 구조체 내의 반복 응력 반전에 의해 야기된다.

대부분의 현대 항공기의 NDI는 수동적인 방법을 이용하여 수행되어지고 있다. 이러한 방법은 기술자가 NDI 계기/장비를 감시하는 동시에 손에 쥔 탐침을 항공기 표면에 대해 다룰 것을 요구한다. 따라서, 수동적인 NDI 방법의 질은 조작자에게 매우 의존적이다. 게다가, 이러한 수동적인 NDI 방법은 노동 집약적이며 작업이 느리다. 더욱이, 수동 검사 동안 얻어진 NDI 데이터는 일반적으로 영구 기록으로 보관되지 못한다.

현대 항공기의 NDI는 현재 제한된 정도의 자동화된 NDI 방법을 이용하여 수행되고 있다. 자동화된 NDI 방법 사용의 증대는 현대 항공기 구조체의 복잡한 특성으로 인해 제한되어지고 있다. 전형적인 항공기 표면의 기하학적 형상은 평면, 원추, 원통, 또는 전형적인 표면의 기하학적 형상을 나타내는, 상기 3가지 형상의 조합일 수 있다. 표면 만곡(curvature)은 볼록 또는 오목일 수 있으며, 표면 배향(surface orientations)은 수평, 수직, 또는 오버헤드식(overhead)을 포함할 수 있다.

초음파, 와전류, 또는 기계적인 임피던스 방법이던 간에, 항공기의 자동화된 NDI 방법은 대부분, 항공기 표면에 대해 미리 프로그램된 스캔 패턴으로, NDI 탐침을 조작하는데 기계적인 스캐너의 사용을 필요로 한다. 다양한 항공기의 스캐너 설계가 있다. 이러한 설계는 바닥에 설치된 베이스(floor-mounted bases)에 의해 지지되거나 진공 컵(vacuum cups)에 의해 항공기 표면에 장착되는 강성 X-Y 갠트리 시스템을 포함한다. 다른 일반적인 설계는 트랙에 장착된, 2축 스캐너의 사용을 포함한다. 이러한 타입의 시스템에서, 진공 트랙이 항공기 구조체의 표면에 결합된다. 2축 스캐너가 가이드 롤러 또는 자기 휠(magnetic wheels)에 의해 진공 트랙에 장착된다. X-축은 전형적으로 트랙 축과 일치한다. 외팔보 형태(cantilevered)의 Y-축은 X-축에 대해 90。로 배향되어 있다.

종래의 기계 스캐너 설계는 업무의 요구에 적합하지 않기 때문에 항공기 NDI 적용에 제한적으로 이용되어 왔다. 종래의 갠트리 시스템은 평평한 표면이 있는 넓은 영역을 검사하는데 적합하지만, 이들은 접근이 제한되어 있음으로 인해 작은 직경의 곡면이 진 표면에 편리하게 적용될 수 없다. 종래의 진공식 트랙에 장착된 스캐너는 평면과 곡면 모두에 적합하지만, 이들은 외팔보 형태의 Y-축으로 인해 좁은 영역만을 커버할 수 있다.

따라서, 넓은 표면적을 갖는 항공기 구조체의 비 파괴 검사를 수행하는데 사용될 수 있으며, 현대 항공기에 나타나는 복잡한 표면 만곡에 적합하며, 경량이면서 값도 싸며, 기존의 설계에 비해 개선된 속도 성능 및 강화된 적응성(flexibility)을 갖는 기계 스캐너에 대한 필요성이 인식되어지고 있다.

본 발명은 일반적으로 넓은 표면적을 갖는 항공기 구조체의 비 파괴 검사를 수행하는 기계에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명은 항공기와 같은, 큰 대상물의 표면에 고정된 트랙을 갖는 항공기 스캐너(aircraft scanner)에 관한 것이다. 본 발명은 탐침(test probe)을 주(master) X-축, 종(slave) X-축, 및 Y-축의 직선 스캔 패턴으로 조작하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

본 발명의 특징과 진보적인 측면은 다음의 상세한 설명, 청구항, 및 간단한 설명이 뒤따르는 도면을 이해할 때 더 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 스캐너를 도시하는 유연성 구조의 도면으로서, 도 1a는 Y-축의 트랙 조립체, X-축의 유연성 트랙 조립체, 주 X-축의 트랙터 조립체, Y-축의 트랙터 조립체, 종 X-축의 트랙터 조립체, 및 스러스터 조립체의 조립 상태를 도시하는 평면도. 도 1b는 도 1a의 조립을 도시하는 측면도이며, 도 1c는 도 1b의 측면을 도시하는 측면도.

도 2는 본 발명에 따른 스캐너용 유연성 트랙 조립체의 도면으로서, 도 2a는 본 발명에 사용되는 트랙을 도시하는 평면도, 도 2b는 도 2a에 도시된 트랙을 도시하는 측면도, 도 2c는 도 2b의 B-B선을 따라 취해진 횡단면도, 도 2d는 도 2b에 도시된 트랙의 단부를 도시하는 상세도, 도 2e는 도 2b와 도 2d에 도시된 트랙을 도시하는 측면도, 도 2f는 도 2e의 A-A선을 따라 취해지는 횡단면도, 도 2g는 유연성 진공 라인을 갖는 유연성 트랙 조립체를 도시하는 평면도, 및 도 2h는 도 2b의 트랙의 우측 단부를 도시하는 상세도.

도 3은 본 발명에 따른 스캐너용 Y-축 트랙 조립체의 조립도로서, 도 3a는 Y-축 트랙 조립체를 도시하는 측면도, 도 3b는 도 3a에 따른 Y-축 트랙 조립체를 도시하는 평면도, 도 3c는 도 3b의 D-D 선을 따라 취해진 횡단면도, 도 3d는 도 3a에 도시된 트랙 조립체의 일단부를 도시하는 상세도, 및 도 3e는 도 3a의 타단부의 단부 도면을 포함하는, 도 3a의 타단부를 도시하는 확대도.

도 4는 본 발명에 따른 스캐너용, 도 1에 도시된 스러스터 조립체의 조립도로서, 도 4a는 스러스터 조립체를 도시하는 평면도, 도 4b는 도 4a의 조립체의 단부를 도시하는 측면도, 도 4c는 도 4a의 스러스터 조립체를 도시하는 측면도, 도 4d는 도 4c에 도시된 스러스터 조립체의 단부를 도시하는 측면도, 도 4d는 스러스터 조립체용 선택적인 슬레드 조립체(sled assembly)를 도시하는 평면도, 도 4f는 도 4e의 탐침 슬레드 조립체를 도시하는 측면도, 도 4g는 스러스터 조립체용 다른 탐침 슬레드 조립체를 도시하는 평면도, 도 4h는 도 4g의 탐침 슬레드 조립체를 도시하는 측면도, 도 4i는 도 4의 스러스터 조립체용 선택적인 단일 트랜스듀서 장치(transducer setup)를 도시하는 측면도, 및 도 4j는 도 4i의 트랜스듀서 장치를 도시하는 측면도.

도 5는 도 1의 아이템(item) 3에 도시된 주 X-축 트랙터 조립체의 도면으로서, 도 5a는 주 조립체(subject assembly)를 도시하는 평면도, 도 5b는 도 5의 주 조립체를 도시하는 부분 측단면도, 도 5c는 도 5a에 도시된 조립체의 측면도, 및 도 5d는 도 5a와 도 5b에 도시된 모터와 광학 인코더를 연결하는 배선도.

도 6은 본 발명에 따른 스캐너용 종 X-축 트랙터 조립체의 조립도로서, 도 6a는 주 조립체를 도시하는 평면도, 도 6b는 도 6a에 도시된 조립체의 부분 측단면도, 도 6c는 도 6a에 도시된 조립체의 측면도, 및 도 6d는 도 6a와 도 6b에 도시된 모터와 인코더를 연결하는 배선도.

도 7은 도 1의 Y-축 트랙터 조립체의 조립도로서, 도 7a는 주 조립체를 도시하는 평면도, 도 7b는 도 7a에 도시된 조립체의 부분 측단면도, 도 7c는 도 7a에 도시된 조립체를 도시하는 측면도, 및 도 7d는 도 7a와 도 7b에 도시된 모터와 인코더를 연결하는 배선도.

도 8은 표면 고정에 의해 오프셋된 주 X-축과 종 X-축을 도시하는 도 1의 스캐너의 조립도.

도 9는 데이터 획득 및 분석 시스템의 분석 및 소프트웨어 특성을 도시하는 도 1의 스캐너의 블록도.

도 10은 주 시스템 구성 요소의 상호 관계를 도시하는 도 1의 스캐너의 시스템 다이아그램.

앞서의 목적 및 추가의 목적을 달성하며 종래 기술의 시스템의 단점을 극복하는 것에 관한 것으로, 본 발명의 주 목적은 대형 항공기 구조체의 비 파괴 검사를 효율적으로 수행하는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 초음파 탐침, 와전류 탐침, 및 기계 임피던스 NDI 탐침을 조정하는 본 발명에 따른 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 운동 제어 시스템의 제어 하에 작동될 때 NDI 탐침을 직선 스캔 패턴으로 조작하는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 현대 항공기에 나타나는 복잡한 표면의 기하학적 형상으로서, 평평한 표면, 볼록하게 곡면이 진 표면, 오목하게 곡면이 진 표면, 원통형 표면, 원추형 표면, 및 포물선 모양의 표면을 포함하는, 복잡한 표면의 기하학적 형상에 적합한 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 수평, 오버헤드, 및 전도된(inverted) 항공기 구조체 상에서 작동되는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 진공 컵의 배열에 의해 항공기 표면에 결합되는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경량이고, 휴대 가능하며, 한 사람의 조작자에 의해서 쉽게 설치되는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 장비를 항공기에 용이하게 설치하도록 모듈 설계(modular design)를 이용하는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 2축 갠트리 시스템의 넓은 영역 검사 성능과 2축 트랙 장착 스캐너의 표면 적응(surface-following) 또는 윤곽 적응(contour-following) 성능을 조합하는 스캐너를 제공하는 것이다.

본 발명의 앞서의 목적 및 다른 목적은 2개의 유연성 트랙을 갖는 스캐너를 제공함으로써 달성된다. 각각의 유연성 트랙에는 모터로 구동되는 트랙터 조립체(motor driven tractor assembly)가 설치된다. 강성 빔 트랙은 두 개의 유연성 트랙을 잇는다. 강성 빔 트랙은 두 개의 유연성 트랙 사이를 연결하며, 관절 조인트(articulating joints)에 의해 각각의 트랙터 조립체에 결합된다. 상기 관절 조인트는 적어도 3개의 독립 축을 따라서 조인트의 움직임을 허용한다.

강성 빔은 제 3 모터 트랙터(third motorized tractor)를 지지한다. 이러한 제 3 트랙터는 짐벌이 달린(gimbaled) 기계적인 임피던스 탐침, 초음파 탐침, 또는 와전류 검사 탐침을 배치한 적합한 스러스터 조립체(compliant thruster assembly)를 지지한다. 짐벌은 검사 탐침을 확실히 로딩(loading)시키며, 거의 일정한 힘으로 검사 탐침을 검사 표면과 접촉되게 유지한다.

강성 빔 트랙은 스캐너의 Y 축 역할을 한다. 유연성 진공 트랙은 X 축 역할을 한다. Y 축의 스트로크는 강성 빔의 길이로 제한되어 있다. X 축 스트로크는 다수의 트랙부를 연쇄적으로 연결함으로써 무한히 길어질 수 있다.

스캐너는 또한 스캐너 기능과 작동을 제어하는 데이터 획득 및 분석 시스템을 구비한다. 스캐너의 이동은 데이터 획득 및 분석 시스템의 일부분을 형성하는 스캔 제어 서브시스템에 의해 제어된다. 스캔 제어 시스템은 검사될 표면 위에서 스캐너의 이동을 제어하는 하드웨어와 소프트웨어를 구비한다. 소프트웨어는 조작자로 하여금 전체 좌표계(global coordinate system)를 이용하여 검사될 표면에 대해 스캔 패턴을 미리 프로그램하도록 하는 티치 모드(teach mode)를 포함한다. 전체 좌표계는 조작자로 하여금 동일한 좌표 추적 시스템을 이용하여 표면 및 데이터 디스플레이 상의 지점을 참고하도록 한다.

스캐너는 복잡한 기하학적 형상을 갖는 표면을 검사하는데 사용될 수 있다. 스캐너는 특히 수평 항공기 표면, 오버헤드 항공기 표면, 및 전도된 항공기 표면을 검사하는데 적합하게 되어 있다.

스캐너(10)는 조작자로 하여금 매우 다양한 표면 형태에 대해서 비 파괴 검사(NDI)를 수행하 수 있게 한다. 도 1 내지 도 10에 도시된 스캐너(10)는 3개의 상호 연관된 트랙 조립체를 구비한다. 이러한 트랙 조립체는 몇몇의 공통 요소를 개별적으로 구비한다. 도 1 내지 도 10에 도시된 스캐너의 실시예의 공통 특징을 기술하는데 공통의 도면 번호가 사용된다는 것이 이해될 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 형성된 스캐너(10)를 도시한다. 스캐너(10)는 진공 트랙 조립체(12), Y-축 트랙 조립체(14), 트랙터 조립체(16), 스러스터 조립체(18), 스캔 제어 서브시스템(20), 데이터 획득 및 분석 시스템(22), 커플랜트 공급 시스템(couplant supply system)(24), 진공 공급 시스템(33), 및 주 케이블 조립체(umbilical cable assembly)(26)를 구비한다. 위에 언급된 구성 요소의 손상을 방지하기 위해, 스캐너(10)가 검사 표면으로부터 분리되는 경우에 떨어지는 것을 방지하도록 스캐너(10)는 외부 장치에 잡아매어질 수 있다. 항공기 스캐너(10)의 노출된 구성 요소는 내식성 재료로 만들어지거나 적절하게 부식 방지 처리된다. 그렇지만, 다른 재료가 선택될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

진공 트랙 시스템(12)은 스캐너(10)를 검사될 표면에 결합한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 진공 트랙 시스템(12)은 주 X-축 진공 트랙 조립체(28)와 종 X-축 진공 트랙 조립체(30)를 구비한다. X-축과 Y-축 배향은 일반적으로 알려진 X-Y 좌표계를 언급하는 것으로 이해될 것이다. 그렇지만, 트랙 조립체(28,30,32)(아래에 논의됨)는 검사될 표면의 X-Y 좌표에 대해 다양한 각도 배향(angular orientation)과 직선 배향을 허용하도록 설계된다. 예를 들면, 스캐너(10)의 일 실시예에서, 주 X-축 조립체(28)와 종 X-축 트랙 조립체(30)는 수직 배향으로 일정 간격 떨어져 있다. X-축 트랙 조립체(28,30)가 주-종 관계로 구성되기 때문에, X-축 진공 트랙 조립체(28,30)의 길이부는 평행하게 정렬될 필요가 없다.

주 X-축(28)과 종 X-축(30)은 각각 공통 특징부를 구비하며, 따라서 공통 특징부를 기술하도록 공통 도면 번호를 사용하여 함께 언급되는 것을 이해할 것이다. X-축 진공 트랙 조립체(28,30)는 각각 적어도 하나의 트랙 플레이트(34) 부분을 구비하며, 상기 트랙 플레이트(34)는 진공 트랙 조립체(28,30)의 주 지지 표면, 진공 컵(39)의 배열, 및 이동 강제 정지부 메커니즘(travel hard stop mechanism)(36)의 단부를 형성한다.

트랙 플레이트(34)는 위에 논의된 바와 같이 단독으로 또는 상호 연결되어 사용될 수 있다. 무한한 개수의 트랙 플레이트(34) 부분이 원하는 트랙 길이를 형성하도록 함께 결합될 수 있다. 트랙 플레이트(34)는 4피트(120cm)의 전체 길이를 가지며, 얇은 게이지 스프링 강을 이용하여 만들어진다. 다양한 길이와 다른 적합한 재료가 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 유연성 트랙 플레이트(34)는 필요한 경우, 트랙 플레이트(34)가 검사될 표면의 만곡부에 적합하게 되도록, 굽힘 작용과 비틀림 작용 시 항복(yield) 또는 소성 변형되지 않는다. 진공 트랙 플레이트(34)는 수평한 표면, 수직한 표면, 오버헤드 표면, 원추형 표면, 원통형 표면, 평평한 표면, 오목한 표면, 볼록한 표면, 및 복합적으로 곡면이 진 표면, 또는 앞서 언급된 표면들의 임의의 조합과 결합하도록 조정될 수 있다. 특히, 트랙 플레이트(34)는 항공기 동체, 날개, 및 카울(cowl)과 같은 엔진 지지 구조체에 있는 곡면이 진 표면에 알맞도록 특히 적합하게 되어 있다.

트랙 플레이트(34)는 진공 컵(39)의 배열을 지지한다. 진공 컵(39)의 배열은 다수의 진공 컵 조립체(38), 적어도 두 개의 단부 진공 컵 조립체(42), 및 적어도 하나의 제어 진공 컵 조립체(44)를 구비한다. 트랙(28,30)의 단위 길이당 사용되는 진공 컵 조립체(38)의 개수는 검사될 표면의 사이즈와 요구되는 트랙 플레이트(34)의 개수에 따라 변경된다. 그렇지만, 사용되는 진공 컵(38)의 개수는 검사될 표면의 곡률에 가까운 매끈한 트랙 곡면에 알맞도록 제공되어야 한다.

도 2에 도시된 실시예는 진공 트랙 조립체(28,30)의 각각의 단부(62,63)에 위치된 일 단부의 컵 조립체(42)를 도시한다. 다수의 진공 컵 조립체(38)가 두 개 단부의 컵 조립체 사이에 위치된다. 도 2는 일 단부의 컵 조립체(42)와 제 1 진공 컵 조립체(38a) 사이에서 트랙 조립체(28,30)에 위치되는 제어 컵 조립체(44)를 또한 도시한다.

각각의 진공 컵 조립체(38,42,44)는 하우징(46,47,48)을 각각 구비한다. 나사와 같은 기계적인 패스너가 각각의 하우징(46,47,48)을 트랙 플레이트(34)에 결합한다. 각각의 하우징(46,47,48)은 각각의 진공 컵 조립체(38,42,44)를 각각의 하우징(46,47,48)에 결합하는 장착 힌지(40)를 지지한다. 장착 힌지(40)는 진공 컵 조립체(38,42,44)를 다양한 각도 배향으로 위치시키게 한다. 각각의 하우징(46,47,48)은 진공 컵 장착 힌지(40)를 원하는 배향으로 위치시키는 조정 가능 핸들(43)을 또한 지지한다.

이러한 각도 조정 특성은 X-축 진공 트랙 조립체(28,30)가 위에 언급된 원추형 표면 또는 불규칙한 표면에 장착되도록 한다. 하나의 실시예로, 장착 힌지(40)는 각각의 진공 컵 조립체(38,42,44)를 각각의 진공 트랙 조립체(28,30)에 대해 0。 내지 30。 인 각도 위치로 조정하게 한다. 다른 각도 설정이 가능하다는 것을 인식할 것이다. 이러한 조정은 X-축 진공 트랙 조립체(28,30)가 작은 직경을 갖는 표면과 맞물리거나 접촉하게 한다.

진공 컵 조립체(38)와 관련하여, 하우징(46)은 하우징을 통해 이어지는 개구부(opening)(54)를 한정한다. 개구부(54)의 각 측부는 진공 컵 조립체(38)의 대향 측부로부터 바깥측으로 이어지는 미늘 모양 끼워 맞춤부(barbed fitting)(58)를 수용한다. 그렇지만, 제 1 진공 컵(38a)의 개구부(54)는 진공 컵 조립체(38)의 배열과 마주하는 개구부(54) 부분에만 미늘 모양 끼워 맞춤부(58)를 수용한다. 상기 진공 컵(38a)의 개구부(54)의 대향 측부는 대기압의 공기가 진공 컵(38a)으로 흘러 들어가는 것을 차단하는 폐쇄 니플(66)을 수용한다.

각각의 미늘 모양 끼워 맞춤부(58)는 일정 길이의 튜브(56)를 지지한다. 튜브(56)가 진공 컵 조립체(38,42,44)를 외부 진공 소스(33)(아래에 논의됨)에 직렬로 결합하도록 튜브(56)와 진공 컵 조립체(38,42,44)가 공압 회로를 함께 형성한다. 특히, 각각의 4피트(120cm)의 트랙 플레이트(34) 부분의 진공 컵 조립체(38,42,44)가 진공 소스(33)에 독립적으로 관으로 연결된다. 그래서, 트랙 플레이트(34) 일부분의 고장은 다른 부분이 고장을 일으키게 하지 않을 것이다.

이제 단부 컵 조립체(42)를 언급하면, 하우징(47)은 개구부(50)를 한정한다. 개구부(50)의 일측부는 미늘 모양 끼워 맞춤부(58)와 튜브(56)의 조립체를 수용한다. 6각형 플러그(60)는 개구부(50)의 타측부를 덮는다. 트랙 조립체(28,30)의 단부(63)에서, 튜브(56)는 단부 컵 조립체(42)를 인접한 진공 컵 조립체(38)에 결합한다. 대향 단부(62)에서, 튜브(56)는 타단부 컵 조립체(42)를 제어 컵 조립체(44)에 결합한다.

제어 컵(44)에 대하여, 하우징(48)은 개구부(52)를 한정한다. 개구부(52)의 일측부는 진공 제어 컵(44)을 튜브(68)에 의해 진공 압력 소스에 결합하는 공기 밸브(64)를 수용한다. 개구부(52)의 타측부는 대기압의 공기가 개구부(52)로 들어가는 것을 막는 폐쇄 니플(66)을 수용한다. 추가적으로, 각각의 하우징(46,47,48)은 진공 컵 장착 브래킷(70)을 각각 지지한다. 장착 브래킷(70)은 유연성 컵 모양 진공 패드(76)를 지지한다. 진공 패드(76)는 나사부 또는 다른 유사한 방법과 같은 공지된 기술 방법을 이용하여 장착 브래킷(70)에 기계적으로 결합된다. 추가적으로, 장착 브래킷(70)은 개구부(72)를 한정한다. 개구부(72)는 각각 개구부(50,52,54)와 유체로 통해 있으며, 단부 컵(74)에 의해 덮여진다.

진공 패드(76)는 단부 캡(74)을 둘러싸며, 검사될 표면과 물리적으로 맞물리는 연질의 매끄러운 표면을 제공한다. 예를 들면, 진공 압력이 진공 컵 조립체(38,42,44)에 가해질 때, 단부 캡(74)을 통해 진공 패드(76)에 의해 형성된 개구 중심부 안으로 흡입력이 발생한다. 이러한 힘은 진공 패드(76)가 검사될 표면에 들러붙게 한다.

진공 패드(76)에 가해지는 진공 압력은 진공 컵 조립체(38,42,44)가 매끄러운 표면 뿐만 아니라 거친 표면에도 누출 방지 실(seal)을 형성하게 하는데 충분하다. 그렇지만, 표면의 완전함은 진공 컵 조립체(38,42,44)와 검사 중인 표면 사이에 진공의 타이트한 밀봉(vacuum tight seal)을 허용하지 않을 수도 있다. 결과적으로, 각각의 4피트(120cm) 트랙 플레이트(34) 부분의 최대 두 개의 진공 컵 조립체(38,42,44)의 누출은 일반적으로 검사될 표면과 결합하는 전체 진공 트랙(28,30)에 영향을 주지 않는다. 그렇지만, 검사 과정 동안 누출이 허용되는 진공 컵(38,42)의 개수는 사용되는 진공 펌프와 컵의 사이즈에 따라 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

전기 진공 펌프(미도시됨)는 진공 컵 조립체(38,42,44)에 진공 압력을 발생시킨다. 하나의 실시예로, 진공 펌프는 110 내지 120V AC 전력에 대해 측정되고, 국가 전기 코드, 항목 500, 등급, 그룹 D 위치에 따라 폭발 시험 서비스가 행해지며, 상기 표준은 여기에 참조 내용으로 병합된다. 펌프는 주 X-축(28)과 종 X-축(30)의 진공 컵 조립체(38,42,44)에 요구되는 결합력을 제공하는데 충분한 역량을 갖는다.

진공 트랙(28,30)이 검사될 표면에 비해 너무 긴 경우, 초과 진공 컵(38,42)에는 공지된 방법을 이용하여 캡이 씌워진다. 한 사람의 조작자가 스캐너(10)를 검사될 표면에 로딩하는 것을 더 용이하게 하기 위해, 경보 시스템(audible warning system)(미도시됨)이 조작자에게 (발생 가능한) 진공 컵(38,42,44)의 분리를 경고한다. 경보 시스템은 진공이 부분적으로 상실된 것이 탐지되었을 때 작동된다.

최종적으로, X-축 진공 트랙 조립체(28,30)는 각각의 진공 트랙 조립체(28,30)의 말단부(62,63)에 의해 지지되는 이동 강제 정지부 메커니즘(36)의 단부를 구비한다. 상기 강제 정지부는 X-축 트랙터(82,84)(아래에 논의됨)가 트랙(28,30)의 단부로부터 벗어나는 것을 방지한다. 스캔 제어 서브시스템(20)의 모터 전류 한계치는 트랙터(82,84)가 강제 정지부 메커니즘(36) 안으로 구동되어지는 경우 전력을 차단한다.

이제 X-축 트랙터 조립체(82,84)의 설명으로 넘어가면, 도 5와 도 6에 도시된 바와 같이, 각각의 트랙 조립체(28,30)는 별도의 트랙터 조립체(82,84)를 지지한다. 고정부, 위치 센서, 및 구동 구성 요소를 포함하여, 트랙(28,30)의 일부분을 포함하는, 주 X-축 트랙터(82) 또는 트랙(28)의 조립체는 경량의 조립체를 형성한다. 추가적으로, X-축 트랙터(82,84)는 임의의 위치가 최소한의 에러로 반복적으로 복귀되도록 하는 축 반복 능력을 갖는다. 추가적으로, X-축 트랙터(82,84)는 축 위치 분해 능력(resolution capability)을 갖는다.

각각의 트랙터 조립체(82,84)는 피니언 기어(88)와, 다수의 V자 형상 가이드 롤러(90)를 구비한다. 하나의 실시예로, 개별의 기어 조립체는 각각의 트랙터 조립체(82,84)를 각각의 트랙 조립체(28,30)에 결합한다. 이 때문에, 트랙 플레이트(34)는 경량의 기어 랙(gear rack)(96)을 수용하고 지지한다. 기어 랙(96)의 기어 접촉면이 트랙 플레이트(34)의 상부 표면에 마주하게 배향되도록 기어 랙(96)은 트랙 플레이트(34)에 결합된다.

기어 랙(96)은 일반적인 표준에 따라 설계되며 트랙터 조립체(82,84)에 의해 지지되는 피니언 기어(88)를 각각 수용한다. 각각의 피니언 기어(88)는 슬립이 없는 구동 맞물림을 형성하도록, 각각의 진공 트랙(28,30)의 기어 랙(96)과 맞물린다. 따라서, 이러한 맞물림은 정밀한 운동과 위치 잡기를 할 수 있는 랙과 피니언 구동 시스템을 형성한다.

슬립이 없는 구동 맞물림의 달성을 용이하게 하기 위해, 피니언 기어(88)가 모터에 의해 구동된다. 구동 모터(92)는 일반적인 방법을 이용하여 피니언 기어(88)와 기계적으로 결합하는 DC 서보 기어 모터이다. 개시된 실시예에서, 모터 캔(100)은 모터(92)를 지지하며, 상기 모터(92)는 국가 전기 코드, 항목 500, 등급 1, 그룹 D에 따른 폭발 시험 서비스가 행해지며, 상기 표준은 여기에 참조 내용으로 병합되거나, 여기에 참조 내용으로 병합된 MIL-M-8690에 대해 선택적으로 증명되었다.

하우징(102)은 모터(92)와 모터 지지 캔(100)을 유지한다. 하우징(102)의 외부 표면은 다수의 V자 형상 가이드 롤러(90)를 지지한다. 각각의 트랙 플레이트(34)가 직선 가이드 기능을 하며 V자 형상 가이드 롤러(90)가 X-축 트랙(28,30)을 따라서 트랙터 조립체(82,84)의 이동을 용이하게 하는 선형 베어링 기능을 하도록 가이드 롤러(90)의 V자 형상 접촉 표면(98)은 각각의 X-축(28,30) 트랙 플레이트(34)의 모서리와 맞물린다. 따라서, 이러한 배치는 각각의 트랙터 조립체(82,84)와 트랙 조립체(28,30)의 사이에 슬립이 없는 기계적 맞물림을 더 증대시킨다.

하우징(102)은 하우징(102)의 외부 표면에 있는 적어도 하나의 클램핑 핸들(104)을 또한 지지한다. 클램핑 핸들(104)은 나사선이 형성된 샤프트(106)를 지지한다. 각각의 트랙터 조립체(82,84)의 하우징(102)의 각 샤프트(106)는 각각의 트랙 조립체(28,30)에 의해 지지되는 나사선 표면에 의해 수용된다. 따라서, 클램핑 핸들(104)에 의해 조작되는 샤프트(106)는 각각의 트랙터 조립체(82,84)를 각각의 X-축 트랙 조립체(28,30)에 결합한다.

클램핑 핸들(104)은 나사와 유사하게 기능을 하지만, 클램핑 핸들(104)은 별도의 공구, 예를 들면 나사 드라이버를 사용함이 없이 조정될 수 있다. 따라서, 클램핑 핸들(104)은 트랙터 조립체(82,84)를 각각의 트랙 조립체(28,30)에 빠르게 연결하거나 각각의 트랙 조립체(28,30)로부터 빠르게 분리하게 한다

선택된 위치의 정확도를 결정하는데 도움을 주기 위해, 각각의 트랙터 조립체(82,84)는 위치 피드백 정확도를 측정하는 적어도 하나의 광학 인코더(94)를 구비한다. 도 5d와 도 6d에 도시된 바와 같이, 모터(92)와 인코더(94)는 표준 배선 방법을 이용하여 전기적으로배선된다.

앞서 언급된 구성 요소에 더하여, 종 X-축 트랙터 조립체(84)는 위치 조정 메커니즘(108)을 구비한다. 적합한 기계 고정을 통해서 위치 조정 메커니즘(108)이 하우징(102)에 결합된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 슬라이드 지지 핀 나사는 위치 조정 메커니즘(108)을 Y-축 트랙 조립체(32)에 결합하는데 사용될 수 있다. 이러한 결합 구조와 위치 조정 메커니즘(108)은 종 X-축(30)이 Y-축(32)에 대해 3개의 축을 따라 함께 이동하도록 한다.

이제 도 3을 언급하면, Y-축 트랙 조립체(14)가 도시된다. Y-축 트랙 조립체(14)와 X-축 트랙 조립체(12)가 공통 요소를 공유하는 것을 인식할 것이다. 따라서, 공통의 도면 번호가 공통 특징부를 기술하는데 사용된다. 유연성 트랙 조립체(14)는 적어도 하나의 트랙 플레이트(34'), 강성 스트럿(rigid strut)(35), 각도 다이얼 플레이트(112), 및 주 장착 브래킷(116)을 구비한다. 트랙 플레이트(34')는 스프링 강과 같은 유연성 재료로 만들어진다. 그렇지만, 재료의 선택은 원하는 레벨의 유연성에 따라 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 트랙 플레이트(34')는 나사와 같은 기계 패스너에 의해 강성 스트럿(35)에 결합된다.

Y-축 트랙 조립체(32)는 6 피트(180cm)의 직선 스트로크를 갖는다. 그렇지만, 특히 한정된 영역을 스캐닝하기 위해, 더 짧은 트랙 길이가 사용될 수 있다. 단일체로 조립될 때, 트랙 조립체(28,30,32)는 검사 받는 표면을 트랙 모서리까지 스캐닝하게 한다. 일부 모서리를 스캐닝하는 것을 용이하게 하기 위해, 도 8에 도시된 바와 같이, 진공 결합 고정부(37)는 주 X-축(28)과 종 X-축(32)을 검사될 표면의 모서리로부터 오프셋 시킨다.

도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 주 X-축 트랙터 조립체(28)가 Y-축 트랙 조립체(32)의 일단부(78)를 지지하고 종 X-축 트랙터 조립체(84)가 대향 단부(80)를 지지하도록 Y-축 트랙 조립체(32)가 주 X-축 트랙 조립체(28)와 종 X-축 트랙 조립체(30)의 사이에 배치된다. 추가적으로, Y-축 트랙 조립체(32)는 X-축 트랙(28,32) 위에 걸칠 수 있다. 특히, Y-축 트랙 조립체(32)와 X-축 트랙(28,30)을 결합하는 관절 조인트가 다 자유도(multiple degrees of freedom)를 갖기 때문에 Y-축 트랙 조립체(32)는 X-축(28,30)에 대해 수직하게 배치될 필요는 없다.

관절 조인트는 X-축 진공 트랙 조립체(28,30)의 비 평행성 및 비틀림을 수용한다. 이러한 구조는 다양한 형상의 표면과 접촉 또는 맞물리도록 트랙 조립체(28,30,32)가 조정될 수 있게 한다. 하나의 실시예로, 관절 조인트는 3개의 축을 따라 X-축(28,30)과 Y-축(32)의 이동, 즉 높이, 방위각(azimuth), 및 비틀림을 허용한다. 이러한 관절 조인트는 적합하고 신속한 연결 또는 분리 커플러와 패스너를 사용하여 설치될 수 있다.

3개의 이동 축을 따라서 행해지는 이동을 수용하기 위해, 단부(78)는 각도 다이얼 플레이트(112)와 선회 메커니즘(115)을 지지하는 주 장착 브래킷(116)을 지지한다. 각도 다이얼 플레이트(112)는 0。 내지 360。 범위를 갖는 기울기(gradient) 단위로 표시된다. 각도 다이얼 플레이트(112)는 원하는 각도 위치로 회전될 수 있으며, 표시기(123)는 선택된 위치를 가시적으로 표시한다. 따라서, 주 장착 브래킷(116)이 Y-축 트랙(32)과 주 X-축 트랙(28)을 지지하기 때문에, 각도 다이얼 플레이트(112)는 주 X-축 조립체(28)에 대해 Y-축 트랙 조립체(32)의 각도 배향을 조정하게 한다.

Y-축 트랙 조립체(32)와 주 X-축 트랙 조립체(28)는 주 장착 브래킷(116)의 선회 메커니즘(115)에 의해 지지된다. 선회 메커니즘(115)은 상부 선회 블록(118)과 하부 선회 블록(119)을 형성하는 U자 형상 부재이다. 선회 메커니즘(115)에 의해 지지되는 부싱(121)은 상부 선회 블록(118)과 하부 선회 블록(119)의 약간의 이동을 허용한다. 그래서, 다이얼 플레이트(112)를 회전시키면 상부 선회 블록(118)과 하부 선회 블록(119)이 이동하며, 따라서 Y-축 트랙 조립체(32)와 주 X-축 트랙 조립체(28)의 위치가 각각 상대적으로 변하게 한다.

Y-축 트랙(32)은 Y-축 트랙터 조립체(86)에 의해 지지되는 피니언 기어(88)를 수용하는 기어 랙(96)을 지지한다. 이러한 구조는 X-축 트랙터 조립체(82,84)에 대해 위에 기술된 바와 같이, 랙과 피니언 구조를 형성한다. 달리 상술된 것을 제외하고, 도 7에 도시된 Y-축 트랙터 조립체(86)는 X-축 트랙터 조립체(82,84)에 대해 앞서 기술된 각각의 구성 요소를 구비한다. 그래서, X-축 트랙터 조립체(82,84)에 대한 앞서의 논의는 Y-축 트랙터(86)의 구성 요소와 일반적인 기능을 충분히 기술한다.

앞서 언급된 구성 요소에 더하여, Y-축 트랙터 조립체(86)는 BNC 커넥터 배열(120)을 구비한다. 모터 캔(100)에 구비된 플레이트(125)는 BNC 커넥터 배열(120)을 지지하며, 상기 커넥터는 벌크헤드 BNC 커넥터(bulkhead BNC connector)이다.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, Y-축 트랙(32) 또는 트랙터(86)의 조립체는 스러스터 조립체(18)를 지지한다. 스러스터 브래킷(122)은 스러스터 조립체(18)를 기계 패스너를 이용하여 Y-축 트랙(32) 또는 트랙터(86)에 결합한다. 스러스터 조립체(18)는 Y-축 트랙 조립체(32)의 양 측부에 위치될 수 있다.

스러스터 브래킷(122)은 스러스터 슬라이드 블록(124)과 짐벌(126)을 지지한다. 스러스터 슬라이드 블록(124)은 스러스터 조립체(18)가 Y-축 트랙(32)을 따라 이동하게 한다. 두개의 샤프트(128,130)는 스러스터 슬라이드 블록(124)을 이동 가능하게 지지한다. 샤프트(128,130)는 동일한 방향으로 이어지며, 스러스터 슬라이드 블록(124)이 이동하는 표면을 제공한다.

샤프트(128,130)의 근접 단부(132)는 짐벌(126)을 지지하며, 상기 짐벌(126)은 검사될 표면을 실제로 스캐닝하는 비 파괴 검사(NDI) 탐침(134)을 지지한다. 짐벌(126)은 샤프트(128,130)로부터 바깥측으로 이어지며, 적어도 두 개의 이동 축을 갖는다. 짐벌(126)은 탐침 슬레드(probe sled)를 구비하거나 구비하지 않을 수 있는, NDI 탐침(134)을 지지하는 하나 이상의 바깥측으로 이어지는 뾰족부(prong)를 구비한다.

짐벌(126)에는 기계적인 임피던스 탐침, 초음파 탐침, 또는 와전류 NDI 탐침(134)이 구비될 수 있다. 예를 들면, NDI 탐침(134)은 도 4i와 도 4j에 도시된 하나의 트랜스듀서 탐침(134), 도 4g와 도 4h에 도시된 ET 탐침 슬레드 조립체, 또는 도 4e와 도 4f에 도시된 ET 탐침 슬레드 조립체(138)를 구비할 수 있다. 사용되는 트랜스듀서 탐침(134)은 (1) 일체형 커플랜트 피드를 갖는 하나 또는 두 개의 초음파 트랜스듀서, (2) 하나 또는 두 개의 와전류 탐침, 또는 (3) 커플랜트 피드와 하나의 와전류 탐침을 갖는 하나의 트랜스듀서를 구비할 수 있다.

스러스터 조립체(18)는 표준 초음파 전단기(ultrasonic shear) 및 스캐너(10)의 기능을 수행하는데 적합한 선택 가능한 결정 사이즈(crystal size)를 갖는 길이 방향 트랜스듀서와, 적합한 케이스 직경을 갖는 와전류 표면 탐침을 로딩하기 위해 제공된다. 다른 트랜스듀서와 탐침이 사용될 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 짐벌(126)은 저주파 접착 테스트에 사용되는 것과 같은 다른 타입의 NDI 탐침과 결합되어 스캐닝할 수 있다. 그렇지만, 특히 길이, 직경, 및 중량에 관련하여, 센서들 사이에서 호환성(compatibility)을 유지시키는데 주의해야 한다.

클램핑 핸들(131,133)은 NDI 탐침(134)을 짐벌(126)에 결합한다. 클램핑 핸들(131)은 360。의 호를 따라서 NDI 탐침(134)의 각도 조정을 허용한다. 제 2 핸들(133)은 짐벌(126)과 결합을 신속히 연결 또는 분리하게 한다.

짐벌(126)은 NDI 탐침(134)을 검사 받는 표면에 확실히 로딩시킨다. 확실한 로딩은 가스 스프링(140)에 의해 이루어진다. 가스 스프링(140)은 일반적인 형태로 이루어지며, 센서가 완전히 검사 받는 표면에 접촉되는 것을 보장하도록 일정한 압력을 짐벌(126)의 단부에 가한다.

가스 스프링(140)은 다층 칩 페인트(multi-layer chipped paint), (돌출되거나 오목한) 부적합하게 설치된 카운터싱크 패스너(countersink fasters), 외피 오목부(skin dents), 접촉 면 상의 오프셋 스킨 패널, 및 스킨 외부 수정 더블러(repair doublers)를 포함하는 전형적인 항공기 표면 위에서 NDI 탐침(134)이 원할하게 이동하는 것을 용이하게 하는 단순하며 효과적인 수단을 제공한다. 개시된 짐벌(126) 설계와 결부된 가스 스프링(140)의 사용은 탐침이 표면 결함부를 지날 때 발생할 수 있는 NDI 탐침(134)의 진동을 감쇠시킨다. 하나의 실시예로, 일정한 압력의 가스 스프링(140)은 센서가 최대 0.125인치(3.175mm)의 갑작스런 오프셋을 통과하는데 도움을 준다.

인터페이스 블록(142)은 샤프트(128,130)와 가스 스프링(140)을 짐벌(126)에 결합한다. 따라서, 인터페이스 블록(142)은 감쇠 메커니즘의 역할을 한다. 추가적으로, 인터페이스 블록(142)은 샤프트(128,130)의 단부(132)에 대한 인터페이스 블록과의 결합을 신속히 연결 또는 분리하게 하는 나사선이 형성된 샤프트를 갖는 클램핑 핸들(141)을 구비한다.

스캐너(10)는 초음파 스캐닝 작업 동안 냉각 유체를 초음파 탐침으로 이송하는 휴대 가능 커플랜트 이송 시스템(couplant delivery system)(24)을 구비한다. 주 커플랜트 이송 시스템(24) 구성 요소는 이송 펌프(144), 커플랜트 공급 용기(146), 커플랜트 필터(미도시됨), 및 필요한 튜브(148)를 포함한다. 이송 펌프(144)는 공급 탱크(146)로부터 튜브(148)를 통해 스캐너(10) 상의 초음파 트랜스듀서 탐침(134)으로 이어지는 관개 포트(irrigation ports)로 커플랜트인, 물을 보낸다.

이송 펌프(144)는 연속적인, 일정한 속도의 커플랜트 유동을 트랜스듀서(134) 면에 제공한다. 가변 속도 구동 모터는 이송 펌프(144)에 동력을 가한다. 구동 모터는 여기에 참조 내용으로 병합된, 국가 전기 코드, 항목 500, 등급 1 그룹 D에 따라서 폭발 시험 서비스가 행해진다.

필터는 초음파 검사 과정의 성능을 감소시킬 수 있는 입자를 제거한다. 하나의 실시예로, 급수 내의 먼지 또는 분진 입자에 의해 이송 튜브와 트랜스듀서(134) 관개 포트의 막힘을 방지하도록 필터는 이송 펌프(144)의 입구부(inlet)에 의해 지지된다. 필터는 전체 작동 기간 동안 충분한 커플랜트 흐름을 제공한다. 그렇지만, 필터는 효율적인 작동을 보장하도록 주기적으로 청소되어질 필요가 있다.

커플랜트 흐름(couplant runoff)의 제어에는 유연성 스트립 또는 거터(gutters)와 같은 패시브 하드웨어(passive hardware)가 제공된다. 비 재순환(non-recirculating) 커플랜트 이송 시스템(24)에서, 유연성 스트립은 대부분의 소비된 커플랜트 물을 검사 영역으로부터 배출 튜브를 거쳐 중력에 의해 수집 용기로 보낸다. 그렇지만, 재순환 시스템이 사용되는 경우, 커플랜트는 폐쇄 루프 시스템을 이용하여 초음파 스캐너 탐침으로 안내되며, 커플랜트는 다시 공급 탱크(146)로 순환된다.

커플랜트 이송 시스템(24)의 구성 요소를 연결하는데 사용되는 튜브(148)는 상대적으로 유연하며, 충분한 양의 커플랜트 유체를 트랜스듀서(134)로 이송하도록 사이즈가 정해진다. 이 때문에, 커플랜트 이송 시스템(24)은 공지된 기준 및 방법을 이용하여 구성된다.

NDI 탐침(134)으로부터의 아날로그 신호는 외부의 데이터 획득 및 분석 시스템(22)에 의해 디지털화되고 저장된다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 스캐너(10) 작동을 제어하는 소프트웨어 서브시스템(150)과 하드웨어 서브시스템(152)을 구비한다.

하드웨어 서브시스템(152)은 호스트 컴퓨터로서 휴대 가능 컴퓨터(154)를 구비한다. 컴퓨터(154)는 스캐너(10)의 주 컴퓨터 역할을 한다. 마우스 또는 키보드(160)와 같은 포인팅 장치(157)를 사용하는 조작자는 컴퓨터 스크린(158)에 표시되는 풀 다운 메뉴(pull down menus)를 활성화시킨다. 이러한 메뉴는 스캐너(10) 작동을 제어하는 소프트웨어 파일을 포함한다.

컴퓨터(154)는 인텔 486 DX2/66 MHz 마이크로프로세서와 64Mb RAM을 갖는 CPU 보드를 구비한다. 컴퓨터(154)는 AC 전력 정전으로 인한 데이터 손실을 방지하는 차단되지 않는 전력 공급기(159)에 결합된다. 작동될 때, 차단되지 않는 전력 공급기(159)는 컴퓨터(154)의 제어 상태로 셧다운을 허용하도록 충분한 시간 동안 전력을 컴퓨터(154)에 제공한다.

컴퓨터(154)는 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 소프트웨어 서브시스템(150)과 하드웨어 서브시스템(152)(아래에 언급됨)의 많은 구성 요소를 둘러싸는 거칠거칠한 외부 샤시(156)를 또한 구비한다.

샤시(156)는 패널 디스플레이(158)와 키보드(160)를 갖는 접이식 전측 패널을 구비한다. 디스플레이 유니트를 형성하는 구성 요소는 적합한 해상도를 갖는 VGA 컬러 디스플레이를 구비한다. 예를 들면, 해상도는 640×480 픽셀(pixels)일 수 있다. 디스플레이(158)는 넓은 편심 축 각도에서 볼 때 시차(parallax)와 해상도 또는 컬러 페이드(fade)가 없다. 키보드(160)는 얼룩(splash)이 방지되어 있다. 키보드(160)가 샤시(156)의 접이식 전측 패널에 구비되기 때문에, 키보드(160)는 사용하지 않을 때 올려져 있다. 키보드(160)는 샤시(156) 엔클로저 케이스의 일부를 형성하며 사용하지 않는 위치에 있을 때 패널 디스플레이(158)를 보호한다.

샤시(156)는 포인팅 장치(157)를 또한 지지한다. 포인팅 장치(157)는 그래픽 유저 인터페이스용 글라이드포인트(glidepoint) 타입 구조이다. 추가적으로, 샤시(156)는 스캐너(10)의 축에 동력을 제공하며, 상기 샤시(156)는 수동 제어용 조이스틱(157')과 긴급 정지 버튼을 위한 접속부를 지지한다. 샤시(156)는 데이터 전송 및 외부 데이터 저장을 위해 외부 VGA 모니터에 접속되는 포트, 최소 하나의 병렬포트, 두 개의 RS 232 포트, 및 적어도 하나의 SCSI 인터페이스를 또한 구비한다. 병렬 포트는 센트로닉스 포트(Centronics port)일 수 있으며, 하나의 직렬 포트는 포인팅 장치 전용으로 되어 있다. 데이터 전송을 용이하게 하기 위해, 샤시(156)는 모뎀 또는 LAN 데이터 전송용 하드웨어를 지지한다. 하나의 실시예로, 모뎀은 14.4K BAUD 속도를 갖는다.

추가적으로, 샤시(156)는 데이터 저장 수단을 지지한다. 데이터 저장 수단은 RAM 메모리와 같은 내부 기억 장치 또는 플로피 디스크 드라이브와 같은 외부 기억 장치, 또는 외부 기억 장치와 내부 기억 장치의 조합을 구비하며, 각각은 NDI를 효과적으로 수행하도록 충분한 메모리 용량을 갖는다. 하나의 실시예로, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 500Mb의 내부 하드 드라이브와 조합하는 1.44Mb의 3.5 플로피 디스크 드라이브, 및 시스템 백업과 영구적인 데이터 저장 및 보관용 1Gb 판독/기록 외부 광학 드라이브를 구비한다. 데이터 저장 수단의 사이즈는 시스템 요건에 따라 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 디지털화된 RF 파형, 피크, 및 비행 시간을 저장할 수 있으며, 위치 정보에 따라 데이터를 표시한다. 저장된 데이터와 처리된 정보는 호스트 컴퓨터(154)에 연결된 프린터(155)를 사용하여 출력될 수 있다. 사용되어질 수 있는 한 가지 타입의 프린터(155)는 적어도 4Mb RAM 또는 등가물을 갖는 등록 상표명 휴렛 팩커드 1200C 컬러 프린터이다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 하드웨어 서브시스템(152)(아래에 논의됨)의 추가적인 구성 요소가 컴퓨터(154) 샤시(156) 내에 위치된다. 테스트 파라미터는 관련된 하드웨어 서브시스템(152) 구성 요소에 프로그램되며, 프로그램된 파라미터는 스캐닝 작업, 및 초음파 서브 시스템과 와전류 서브시스템을 제어한다.

하드웨어 서브시스템(152)의 하나의 추가적인 구성 요소는 스캔 제어 서브시스템(20)이다. 스캔 제어 서브시스템(20)은 스캐너(10)의 이동을 제어하는 다축 스캔 제어 보드(162)와 적합한 소프트웨어(아래에 논의됨)를 구비한다. 스캔 제어 보드(162)는 스캐너(10)의 이동을 제어 조정한다. 스캔 제어 보드(162)는 주종 관계에 있는 X-축 트랙터(82,84) 구동 모터를 제어하고 감시하는 주종 능력(master-slave capability)을 갖는다. 스캔 제어 보드(162)는 호스트 컴퓨터(154)로부터 스캔 파라미터의 다운로드를 받아들이며 적합한 신호 출력을 각각의 DC 서보 모터(92) 증폭기 모듈에 제공한다. 모터(92) 증폭기 모듈로부터의 신호 출력은 각각의 구동 모터(92)에 가해지는 정확한 구동 전압 또는 전류를 발생시킨다.

스캔 제어 서브시스템(20)의 이동 제어 부분은 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 도어터 보드(daughter board)에 구성된다. 해당 서보 증폭기는 별도의 전자 엔클로저의 내측에 장착되며 신속한 분리 케이블에 의해 데이터 획득 및 분석 시스템(22)과 스캐너(10)의 사이에서 전기적으로 접촉된다.

스캔 제어 서브시스템(20)은 폐쇄 루프 형태로 작동하며 위치 특성에 관련된 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 초음파 펄스와 양립될 수 있다. 추가적으로, 데이터 수집 동안 또는 포스트 검사(post inspection) 데이터 분석 동안, 스캔 제어 서브시스템(20)은 NDI 탐침(134)으로 하여금 조작자가 지정한 변수를 사용하여 검사를 받는 표면을 지나가도록 한다.

캘리브레이션(calbration) 동안, 조작자는 스캔 사이즈, X와 Y축, 스캔 그리드 해상도를 지정하도록 스캔 제어 시스템(20)을 사용한다. 스캐너(10)가 다양한 기하학적 형상을 갖는 표면을 검사하는데 사용될 수 있기 때문에, 주 X-축(28)과 종 X-축(30) 사이의 상대적인 인덱스 또는 속도 비는 가변적이며 티치 모드(아래에 논의됨) 동안 자동적으로 결정되어진다. 티치 모드 동안 설정된 속도 비는 실제적인 검사 스캐닝 동안 고정된 상태로 있을 것이다.

조작자는 직접 또는 티치 앤 런 방법(teach-and-learn technique)을 통해 선택된 값을 입력한다. 티치 앤 런 방법을 사용하여, 조작자는 스캐너(10)를 시작 지점(0,0)과 각각의 평행 4변형 코너에 위치시키며, 따라서 전역 또는 전체 스캔 영역과 형상을 한정한다. 예를 들면, 티치 앤 런 모드 동안, 조작자는 전체 X-축 그리드 간격과 전체 Y-축 그리드 간격을 입력한다. 그리고 나서, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 원하는 간격의 전체 그리드를 검사되어지는 표면 상에 펼쳐 놓으며 항상 전체 그리드 선 상에 머무는 상태로 3축 좌표 운동 형태로 그리드를 지나간다. 이러한 데이터 기록 방법의 몇 가지 이점은,

C-스캔은 직사각형이 아닌 스크린을 표시하려고 할 때 발생될 수 있는 픽셀 맵핑의 상실 없이 스캔 영역의 실제 형상을 반영시켜 표시한다는 것과,

스캔으로부터의 데이터가 직선적이며 동일한 좌표계에서 이러한 출력 정보는 직접 비교될 수 있다는 것과,

다수의 스캔으로부터의 데이터는 좌표의 회전으로 인한 데이터 상실 없이 병합 디스플레이로 손쉽게 표시된다는 것을 포함한다.

예를 들면, 본 발명의 티치 앤 런 방법을 이용하여, 조작자는 검사 영역 경계를 한정하는 검사 영역 꼭지점(vertices)을 선택한다. 조작자는 NDI 탐침(134)을 조이스틱(157') 또는 동시적인 축(28,30,32) 이동을 제공하는 다른 장치를 이용하여 스캔 시작 지점, 스캔 종료 지점, 및 요구되는 검사 영역 꼭지점으로 이동시킨다. 이러한 지점 또는 꼭지점의 각각에서, 조작자는 축 좌표를 입력한다. 조작자가 입력한 특정 정보는 주 X-축(28)에 대한 Y-축 트랙(32)의 각도를 포함하며, 주 X-축(28)은 전체 좌표계 기준점에 대해 각도를 형성한다. 조작자는 목표 위치를 또한 지정할 수 있으며 스캐너(10)를 이러한 목표 위치로 이동시킬 수 있으며, 스캐너 위치 값을 할당시킬 수 있다. 이러한 특징은 조작자로 하여금 위치 인코더를 전체 좌표계(아래에 논의됨)에 대해 참조하게 한다.

조작자는 검사될 표면 상의 국부적인 원점을 정하여 선택함으로써 공통의 전체 좌표계를 한정한다. 따라서, 전체 좌표계는 스캐너(10) 디스플레이(158) 상에 배치된 동일한 좌표계에 대해 기준을 제공한다. 이는 조작자로 하여금 스캔 이미지의 전체 좌표 또는 검사 받는 실제 표면의 전체 좌표에 의해서 결함을 갖는 의심스런 영역의 위치를 결정할 수 있게 한다. 따라서, 전체 좌표계는 검사 받는 표면 상의 기준점 및 동일한 좌표계를 사용하는 디스플레이 이미지를 가능케 한다.

조작자가 선택한 입력을 사용하여, 스캔 제어 서브시스템(20)은 가르쳐진 미리 프로그램된 스캔 패턴을 실행하여, 표면 상에서 항공기 스캐너를 조작하며, 조작자가 선택한 최대 축 인덱스 거리(축은 이러한 거리 보다 작게 표시될 수 있지만 결코 이러한 거리 보다 크게 표시될 수 없음)에 기초하여 적합한 라스터 스캔 플랜(raster scan plan)을 세운다. 선택 가능한 최대 축 스캔 인덱스 거리는 적합한 증분을 이용하여 맵핑된다. 하나의 실시예로, 최대 축 스캔 인덱스 거리는 0.005인치(0.127mm) 또는 이 보다 큰 증분으로 0.005인치(0.127mm)로 설정된다.

예를 들면, 티치 앤 런 방법을 사용함으로써, 스캐너(10)는 복잡한 기하학적 형상을 스캔하도록 구성된다. 예시를 위해, 티치 앤 런은 3변을 갖는 다각형과 4변을 갖는 다각형에 대해서 설명할 것이다. 이러한 다각형은 30。 내지 150。 범위를 갖는 내각을 포함할 수 있다. 3변을 갖는 다각형을 스캔하도록 스캐너(10)를 프로그래밍하는 것은 조작자로 하여금 다음 단계를 완수할 것을 요구한다. 첫 번째로, 조작자는 다른 측정의 기준이 되는 전체 좌표계(아래에 논의됨)를 지정해야 한다. 두 번째로, 조작자는 "전체 좌표계를 사용하라"는 폼 필드(form field)를 TRUE로 표시하고, 폼 필드 상에서 전체 좌표계에 대한 현재 스캐너(10) 원점의 X와 Y 오프셋을 입력한다. 조작자는 스캐너(10) 주 X-축 트랙(28)이 전체 좌표계에 대해서 이루는 각도를 또한 입력한다. 세 번째로, 조작자는 Y-축 트랙(32)이 제 1 스캔 스트로크 동안 스캐너(10) 주 X-축 트랙(28)에 대해서 이루는 각도를 입력한다. 네 번째로, 조작자는 조이스틱(157')을 사용하여 스캐너(10)를 스캔 시작 위치인, 국부적인 원점으로 이동시키며, 국부적인 원점이라고 시스템에 표시하는 버튼을 누른다. X-축 및 Y-축 인코더 위치는 이러한 위치에서 제로가 된다. 다섯 번째로, 조작자는 트랜스듀서(134)가 Y-축 트랙(32)을 따라서 제 1 스트로크의 끝에 위치하도록 조이스틱(157')을 사용하여 스캐너(10)를 조작하며 현재 위치를 나타내는 스크린 상의 버튼을 누른다. 현재의 Y-축(32) 위치가 다각형 2변의 길이로 판독되고 사용된다. 종 X-축(30) 인코더는 이러한 위치에서 제로가 된다. 이 때, 원하는 다각형의 두 변이 파악된다.

4변을 갖는 다각형을 측정하기 위해, 트랜스듀서(134)가 국부적인 원점에 대향되는 다각형의 코너부에 있도록 조작자는 조이스틱(157')을 사용하여 스캐너(10)를 구동시키며, 스캐너가 제 3 기준점에 있다는 것을 나타내는 스크린 상의 버튼을 누른다. 3축 위치의 각각이 기록된다. 저장된 정보는 두 개의 가능한 다각형을 표시하는데 충분하다. 사용되는 형상은 180。 보다 큰 내각을 갖는 다각형일 것이다.

조이스틱(157')이 티치 앤 런 처리 작업 동안 사용되는 경우, 조이스틱(157')은 주 케이블(26)의 스캐너 단부에 접속된다. 주 케이블(26)은 NDI 탐침(134)을 데이터 획득 및 분석 시스템(22)과 서보 증폭기 샤시에 연결한다. 주 케이블(26) 조립체는 모터 케이블, 인코더 케이블, 조이스틱(157') 케이블, 두 개의 RF 초음파 케이블, 두 개의 RF 와전류 케이블, 커플랜트 이송 튜브, 및 완전히 채워진 유연성 주 케이블(26) 외부 재킷을 구비한다. 재킷 Ⅱ는 검사 받는 표면을 긁거나 달리 손상시키지 않는 재료로 만들어진다.

스캔 제어 보드(162)에 더하여, 하드웨어 서브시스템(152)은 초음파 처리기 보드(164), 와전류 처리기 보드(166), 및 비디오 보드를 또한 구비한다. 사용되는 보드의 개수를 줄이도록 보드 통합체가 이용될 수 있다.

초음파 보드(164)는 아날로그 디지털(A/D) 컨버터, RF 보드, 비디오 정류 보드, 펄서(pulser) 수신기, 다중 초음파 수신기, 디지털 진폭 정정(DAC), 하드웨어 게이트, 데이터 압축, 가능 출력(capabilities), 비디오 탐지, 및 런 렝스 인코딩(run length encoding)을 포함하는 다기능 보드이다.

초음파 보드(164)의 아날로그 디지털(A/D) 부분은 사용자가 지정한 속도로 작동한다. 하나의 실시예로, 상기 속도는 1과 100을 포함해서, 1 내지 100 MSPS 범위를 가질 수 있다. A/D 변환 속도는 편의를 위해 1 내지 100으로 구별된 단계로 선택될 수 있다. 예를 들면, 상기 속도는 예를 들면, 5, 10, 15 SPS 등의 점진적인 단계로 선택될 수 있다. A/D 보드는 두 개의 채널 사이에서 나눠지는 샘플 메모리을 또한 포함한다. 하나의 실시예로, A/D 보드는 두 개의 채널 사이에서 나눠지는 8Kb 메모리를 갖는다.

RF 보드는 전체 정류 파 신호, 포지티브 반 정류 파 신호, 및 네가티브 반 정류 파 신호를 포함하는, RF 신호를 처리하고 표시한다. 초음파 보드(164)의 RF 정류 부분은 ±0.5V 범위 내의 전압을 갖는 외부 RF 소스 또는 다른 소스로부터 입력을 받아들인다. 각각의 채널에 대한 데이터 획득 윈도우는 초기 펄스 또는 인터페이스 신호에 동기화된다. 시작 시점은 동기화 시점으로부터 최대 3 msec 지연될 수 있다.

펄서 수신기는 초음파 트랜스듀서(134)로부터의 펄스를 발생시키고 수신하는 두 개의 채널 장치이다. 채널은 동시에 또는 다중으로 작동될 수 있다. 펄서 수신기는 각각의 채널에 대한 작동의 펄스 에코 모드(pulse-echo mode), 피치-캐치 모드(pitch-catch mode), 또는 관통 전송 모드(through transmission mode)를 지원한다. 각각의 펄서의, 채널은 사각 파와 스파이크 펄서(spike pulser)를 포함한다. 조작자는 주어진 채널에 사용될 펄스 타입을 선택한다.

사각 파 펄서는 디지털 방식으로 프로그램 가능한 네가티브로 진행하는 사각 파 펄서를 사용한다. 하나의 실시예로, 사각 펄서는 14 나노초 보다 작거나 같은 상승 시간과 60 나노초의 하강 시간을 갖는 50 내지 400V 범위에 걸친 펄스 전압을 제공한다. 상승 시간과 하강 시간은 10%와 90% 진폭 지점에서 100 옴(ohm)의 저항 부하까지 측정된다. 조작자는 제공된 20 나노 초의 단계에서 80 나노초 내지 1 마이크로 초 범위에 걸친 펄스 폭을 선택한다. 조작자는 50과 400을 포함하여, 50 내지 400 옴 범위에 걸친 4개의 개별 단계에 펄서 감쇠 설정을 또한 선택한다. 스파이크 펄서는 디지털 방식으로 프로그램 가능한 스파이크 펄서를 사용한다. 하나의 실시예로, 스파이크 펄서는 50 내지 400V 범위에 걸친 펄스 전압을 제공한다.

다중 초음파 수신기는 입력 신호를 수신하고 처리한다. 하나의 실시예로, 상기 수신기는 -6 dB 일 때 0.5 내지 30 MHz의 주파수 응답과 40 dB 게인(gain)을 갖는다. 수신기는 0.5 dB(-40dB 내지 +58 dB)의 증분일 때 0 내지 98 dB의 게인을 제공한다. 10 dB 증분당 최대 에러는 ±2.0 dB 보다 작거나 같게 측정된 전체 범위에 걸친 전체 에러 때문에 ±1.5 dB 보다 작거나 같게 측정된다.

수신기는 하이 패스 필터와 로우 패스 필터를 구비한다. 상기 필터는 특정 대역 패스 필터를 생성하기 위해 별도로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 수신기는 충분한 감도와 잡음 레벨 능력을 갖는다. 하나의 실시예로, 수신기 감도는 200 μV의 피크 대 피크 입력 신호로 측정되며 예를 들면, 10 MHz 로우 패스 필터 모드로 작동할 때, 3 dB의 신호 대 잡음비를 갖는 해당 최대 스케일 스크린 신호를 발생시킨다. 잡음 레벨은 최대 게인일 때 스크린 상에서 40%의 그래스 레벨(grass level)을 초과하지 않는다.

각각의 수신기 채널은 DAC를 포함한다. 각각의 채널이 독립적으로 제어될 수 있기 때문에 DAC는 전체 획득 시간에 걸쳐 액티브하다. 각각의 세그먼트에는 폭과 기울기가 조정될 수 있기 때문에 DAC는 조작자가 선택할 수 있는 최대 16개의 세그먼트가 이용된다. 조작자는 소프트웨어 그래픽 인터페이스를 통해 DAC 커브(curve)를 설정하기 위해 적합한 지점을 선택한다. 각각의 지점은 독립적이며 -20 dB 내지 + 58 dB 범위 내에서 포지티브 또는 네가티브 게인을 제공할 수 있다. 전체 DAC 범위는 전체 수신기 게인 범위 내에서 38 dB이다. 세그먼트당 최대 슬루 율(slew rate)은 마이크로 초당 24 dB이다.

위에 논의된 바와 같이, 초음파 보드(164)는 하드웨어 게이트와 소프트웨어 게이트를 또한 포함한다. 초음파 보드(164)는 네 개의 소프트웨어 플로 게이트(flaw gate), 두개의 하드웨어 플로 게이트, 하나의 인터페이스 게이트, 및 채널당 하나의 백 트랙킹 게이트(back-tracking gate)를 포함한다. 조작자는 게이트의 지연 및 지속 시간을 설정한다. 디스플레이에는 실시간과 메탈 경로 시간(metal path time)이 제공된다.

하드웨어 게이트에 대해서, 초음파 보드(164)는 채널당 하나의 인터페이스 게이트와 채널당 두 개의 전용 플로 게이트를 포함한다. 조작자는 전체 데이터 획득 범위에 걸쳐 게이트 시작 위치와 폭을 독립적으로 조정할 수 있다. 플로 게이트는 피크 및 비행 시간 데이터만을 획득하고 저장한다. 조작자 선택은 임의의 선택된 분석 모드에 대해 게이트의 제 1 신호 진폭, 게이트의 최대 피크 신호, 선택된 한계값(threshold) 보다 위의 제 1 신호 진폭, 및 신호 비행 시간을 얻도록 제공된다.

플로 게이트는 전체 획득 범위에 걸쳐 위치와 폭이 조정될 수 있다. 각각의 플로 게이트의 설정은 게이트 캘리브레이션 윈도우에 디지털 방식으로 표시된다. 디스플레이는 디스플레이 모니터 상의 원하는 위치에 시스템 디스플레이 커서를 위치시킴으로써 또한 가시적인 상태가 된다. 플로 게이트는 조작자가 선택할 수 있는 데이터 획득 지연에 대해서 기능하도록 설정될 수 있다. 게이트 지연은 초기 펄스 또는 인터페이스 게이트를 사용하여 동기화된다.

초음파 보드(164)는 비디오 탐지용 하드웨어를 또한 제공한다. 하나의 실시예로, 비디오 보드는 VGA 컬러 보드이지만, 다른 타입의 보드가 사용될 수 있다. 이러한 하드웨어는 포지티브 비디오 신호, 네가티브 비디오 신호, 또는 완전 파 비디오 신호 또는 완전한 RF 신호가 기록되고 저장되게 한다. 추가적으로, 하드웨어는 RF 파형을 획득하고 저장하는 동안 비디오 신호를 표시하는 소프트웨어와 관련된다.

초음파 보드(164)는 데이터 파일 사이즈를 감소시키며 데이터 획득 속도를 증대시키는 하드웨어 런 렝스 인코딩을 더 포함한다. 데이터 압축 특성은 표시되고 획득된 데이터의 잡음 억제를 제공하는 한계값 선택을 포함하며, 따라서 또한 직선적인 거절 기능(linear reject function) 역할을 한다. 데이터 압축 알고리즘은 아래에 더 자세히 논의될 것이다.

초음파 보드(164)는 재료의 두께 측정을 가능하게 하는 소프트웨어(아래에 더 자세히 논의됨)와 하드웨어를 포함한다. 특히, 초음파 보드(164) 구성 요소는 최저 0.012인치(0.3048mm)의 알루미늄의 두께 측정을 가능하게 하며 흑연/에폭시 복합 재료의 변화를 신뢰성 있게 분석한다. 하나의 실시예로, 초음파 보드(164)는 1겹 내지 120겹 두께의 범위를 갖는 흑연/에폭시 복합 재료 구조체를 분석한다.

초음파 보드(164)는 여기에 참조 내용으로 둘 다 병합된, ASTM E317-85의 패러그래프 5.2와 ASTM E317-85의 패러그래프 5.3.3에 정의된 방법 B에 따라서 테스트될 때 여기에 언급된 수평 및 수직 선형도 요구 조건에 부합한다.

초음파 보드(164)는 다음의 절차에 따라서 테스트될 때 여기에 기술되는 인접 표면과 깊이 분해 요구 조건에 부합한다. 두 가지 테스트에서, "off" 위치에서는 거절이며, 알루미늄 ASTM 블록이 사용된다.

초음파 보드(164)는 아래의 표 1에 기술된 주파수, 트랜스듀서(134) 직경, ASTM 구멍 사이즈 및 구멍 깊이를 사용하여 패러그래프 5.4에 약술된 방법에 따라서 테스트될 때, 여기에 참조 내용으로 병합된 ASTM E317-85의 패러그래프 5.4의 분해 요구 조건을 만족시킨다. 패러그래프 5.4에 명기된 80%와 20은 각각 100% 내지 10%로 변경될 것이다. 평평한 바닥의 구멍의 표시는 초기 펄스와 분명히 구별될 수 있다. 이러한 신호의 피크 진폭은 초기 펄스가 이끄는 에지 밸리 진폭(initial pulse trailing edge valley amplitude)과 비교할 때 표 1에 언급된 피크 대 밸리 비에 부합한다. 평평한 바닥의 구멍으로부터 멀어지게 위치되는 트랜스듀서(134)에 의해서, 구멍 신호 영역에서의 결과적인 베이스라인 신호 진폭은 상기 언급된 피크 대 밸리 비가 구멍 신호 진폭과 비교할 때 또한 부합하게 된다.

분해 능력

주파수(MHz)	트랜스듀서 직경(인치)	ASTM 구멍 사이즈(알루미늄 블록)	표면 아래의 구멍 깊이 (인치)	피크 대 밸리 비	디스플레이 모드
2.25	1/2(12.7mm)	5	0.100(2.54mm)	10-1	완전 파
5.0	1/4(6.35mm)	5	0.050(1.27mm)	10-1	완전 파
10.0	1/4(6.35mm)	2	0.050(1.27mm)	10-1	완전 파
10.0	1/4(6.35mm)	1	0.050(1.27mm)	7-1	임의의 모드

여기에 설명된 감도 요구 조건에 더하여, 초음파 보드(164)는 다음의 변경, 즉 (1) 기준 레벨 표시는 60% 대신에 100%의 최대 스케일이며, (2) 요구되는 신호 대 잡음 비는 아래의 표 2에 명기된 바와 같으며, (3) "off" 위치에서는 거절이라는, 여기에 참조 내용으로 병합된 ASTM E317-85의 패러그래프 5.5의 감도 요구 조건을 만족시킨다.

감도

주파수(MHz)	트랜스듀서 직경(인치)	ASTM 블록 개수(알루미늄)	신호 대 잡음 비	게인 한계치(최대 포지티브 게인의 %)
2.25	1/2(12.7mm)	2-0300	5-1	75
5.0	5/16(7.93mm)	1-0300	5-1	75
10.0	1/4(6.35mm)	1-0300	10-1	80

초음파 보드(164)는 여기에 참조 내용으로 병합된, AWS D1.1-94의 패러그래프 6.22.2와 ASTM E317-85의 패러그래프 5.6에 따라서 테스트될 때 여기에 명기된 게인 정확도 요구 조건을 또한 만족시킨다.

이제 와전류 보드(166)를 언급하면, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 와전류 보드(166)는 와전류 데이터 획득용 이중 주파수 이중 채널 카드를 사용한다. 하나의 실시예로, 와전류 보드(166)는 50 Hz 내지 4 MHz 의 주파수 범위를 갖는다. 와전류 보드(166)는 절대적인, 차동의 와전류 탐침과 드라이버 픽업 스타일 와전류 탐침을 지지한다.

와전류 보드(166)는 A/D 컨버터를 구비한다. 하나의 실시예로, 와전류 보드(166)의 A/D 컨버터는 단일 채널 작동 경우에 2,000 SPS와 다중 채널 작동 동안 1,000SPS의 속도로 작동한다. 컨버터는 12 비트 분해 능력을 제공한다.

와전류 보드(166)는 드라이버와 수신기를 또한 구비한다. 드라이버는 테스트 코일에 가해지는 구동 전압의 조정을 허용한다. 코일에 가해지는 정확한 전압은 코일의 공칭 임피던스(nomianl impedance)와 여기 주파수(excitation frequency)의 상관 관계에 있다. 조작자는 적용되는 특정 드라이브 정수를 선택한다. 수신기는 게인 설정을 조정한다. 하나의 실시예로, 게인은 제어 증분 상태일 때 0 내지 48dB로 조정된다.

와전류 보드(166)는 명백한 표시의 디스플레이(조작자가 선택할 수 있는 수직 성분의 신호 대 잡음 비로 인한, 디스플레이된 스크린의 수직 편향)를 제공하는 소프트웨어(아래에 더 자세히 논의됨) 및 하드웨어와 관련된다. 하나의 실시예로, 수직 편향은 디스플레이 스크린의 30 내지 40% 범위를 갖는다. 디스플레이의 정확도는 여기에 참조 내용으로 병합된, 공군 범용 와전류 표준, 파트 번호 7947479-10 또는 AMS 4928을 이용하여 측정된다. 이러한 표준은 알루미늄 및 티타늄 재료의 성능을 측정하는데 사용될 수 있다. 다른 재료가 선택될 수 있으며, 따라서 테스트 프로토콜도 변경될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

접합 표면(faying surface)에서, 와전류 보드(166)는 명백한 표시의 디스플레이(조작자가 선택할 수 있는 신호 대 잡음 비로 인한, 디스플레이 스크린의 수직 편향)를 제공한다. 잡음 진폭을 얻도록 신호 사인 흔적(signal signature trace)의 평균 신호 진폭과 최대 폭을 얻기 위해 결함이 없는 패스너 구멍에 대한 평균 피크 대 피크 신호를 결함이 있는 패스너에 대한 반복 스캔과 비교함으로써 신호 대 잡음 비가 결정된다. 검사는 반사 또는 드라이버 픽업 타입의 탐침을 이용하여 설치되는 패스너로 수행된다. 스틸 패스너는 탐지하기에 매우 용이하다.

와전류 보드(166)는 두 개의 0.040 인치(1.016mm) 두께의 알루미늄 시트(aluminium sheets) 사이의 갭으로부터 나오는 원치 않는 신호를 감소시키도록 이중 주파수를 사용한다. 와전류 보드(166)는 제 2 층의 후측부에서 비롯되는 10%의 벽 감소에 대해 최소 20%의 디스플레이된 스크린을 제공한다. 벽 감소 신호 대 갭 신호 비는 4 보다 크거나 같다. 갭 변화 범위는 0.000 내지 0.025 인치(0.635mm)이다. 탐침 고정으로 인해, 전기 잡음 비는 10%의 벽 감소 신호와 비교해서 10 내지 1이다. 와전류 보드(166)는 최대 0.120 인치(3.048mm)의 두께를 갖는 알루미늄 플레이트의 1 인치(25.4mm) 직경 영역에 대해 접합 표면 벽의 10% 두께 감소를 나타낸다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 외부 신호 인터페이스 모듈을 또한 구비한다. 외부 인터페이스 모듈은 획득, 디스플레이, 및 저장용 외부 NDI 장비로부터 입력 신호를 받아들인다. 입력은 A/D 컨버터를 거쳐 초음파 보드(164)를 통과한다. 샘플 속도는 요구대로 변경될 수 있다.

하나의 실시예로, 모듈은 초음파 보드(164)의 A/D 컨버터에 입력을 위해 ±10V 진폭 범위 내의 외부 신호를 ±0.5V의 호환 가능 범위로 변환한다. 변환된 신호는 시스템 수신기 게인의 사용을 통해 최대 스크린 높이의 0 내지 100%로부터 표시되며, 최대 스케일의 5% 내에서 수직 직선성을 제공한다. 입력 임피던스도 A/D 컨버터와의 호환성을 얻도록 또한 변환된다. 입력 커넥터는 표준 BNC 타입으로 이루어진다.

이제 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 소프트웨어 서브시스템(150)을 언급하면, 소프트웨어 서브시스템(150)은 스캐너(10)의 작동을 제어하는 다양한 소프트웨어 파일을 포함한다. 소프트웨어 서브시스템(150)은 용이한 참조를 위해 선택된 파일에 대한 프로세서 설정 변수, 작동 변수, 및 이미지 디스플레이 변수를 저장한다. 본질적으로, 소프트웨어 서브시스템(150) 파일은 스캐너(10)의 기능을 제어하는 작동 변수를 저장한다. 작동 중, 파일은 다양한 타입의 정보가 회수되어 검사 받는 표면의 완전성에 대해서 평가될 수 있도록 한다. 이러한 정보는 다른 NDI 발생 데이터 뿐만 아니라, 초음파, 와전류를 포함한다. 기존 파일을 로딩할 때, 조작자는 임의의 이전 스캔을 반복하거나 새로운 스캔을 수행하도록 시스템 구성을 신속히 변경시킬 수 있다.

소프트웨어 서브시스템(150) 파일은 기계적인 이력 현상(hysteresis)으로 인한 인접한 데이터 스트로크의 오프셋을 정정하는 데이터 정정 기능을 포함한다. 조작자는 정수 값을 입력하며 소프트웨어는 상기 정수 값으로 모든 다른 스트로크를 이동시킨다.

소프트웨어 서브시스템(150) 파일의 다른 버전은 UNIX를 기초로 하며, 등록상표명 X-윈도우즈 또는 모티프 베이스 포맷(Motif based format)을 이용하여 호스트 컴퓨터(154)의 디스플레이 스크린에 표시된다. 다른 소프트웨어 포맷이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다. UNIX를 기초로 한 포맷은 조작자에게 임의의 디스플레이 윈도우의 사이즈를 조정하고, 오픈 윈도우즈의 개수를 조정하며, 원하는 윈도우즈의 층 또는 레이어(layer)를 조정하는 능력을 제공한다. 위에 언급된 바와 같이, 유저 인터페이스는 키보드(160) 또는 마우스와 같은 포인팅 장치(157)를 이용하여 달성된다. 앞서 언급된 바와 같이, 조작자는 풀 다운 및/또는 테어 오프 메뉴(tear-off menus)의 사용을 통해 명령을 실행한다.

소프트웨어 서브시스템(150) 파일은 데이터 파일이 모뎀 또는 LAN을 통해 포스트 분석 또는 검토용 다른 컴퓨터 또는 장치로 전송되게 한다. 저장 데이터 또는 처리된 정보의 검토를 더 용이하게 하기 위해, 소프트웨어 서브시스템(150)은, TIFF 포맷 파일을 포함하지만 이에 한정되지 않는 일반적으로 사용되는 데이터 포맷으로 데이터를 변환시키는 파일을 포함한다. TIFF 컨버터가 사용되는 경우, 파일은 별도의 컴퓨터 상에서 검토되고 분석될 수 있다. 하나의 실시예로, 국립 위생 연구소(NIH; National Institute of Health)의 이미지 분석 소프트웨어(image analysis software)의, 버전 1.52 또는 등가물이 데이터를 분석하는데 이용될 수 있다.

초음파, 비행 시간, 진폭, 및 처리되지 않은 검사 데이터와 관련하여, 상기 데이터는 개개의 TIFF 파일로 포맷될 수 있다. 와전류 파일 및 다른 NDI 장비 파일과 관련하여, 미 처리된 데이터와 이미지 파일은 개개의 TIFF 파일로 포맷될 수 있다. TIFF 파일은 예를 들면, 데이터 손상 또는 데이터 질의 감소 없이 MS-DOS 또는 호환 가능 PC의, 다른 포맷으로 변환될 수 있다.

추가적으로, 파일은 그래픽 유저 인터페이스를 갖춘 실 시간 다중 처리/작업을 포함한다. 멀티 태스킹 능력은 조작자로 하여금 파일을 분석하고, 상기 파일로부터의 이미지를 인쇄하며, 그와 동시에 데이터를 획득하게 한다. 파일은 양 방향 스캐닝으로부터 발생하는 스캐너의 기계적인 이력 현상으로부터 발생 가능한 스큐 데이터(skewed data)에 대한 컴퓨터(154)의 재 정렬을 또한 제공한다.

다음 논의는 캘리브레이션 모드에서의 소프트웨어 서브시스템(150)과 하드웨어 서브시스템(152)의 가능 출력을 기술한다. 초음파 캘리브레이션에 대해서, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자에게 이동 파라미터, 위치 파라미터, 및 스캔 파라미터를 포함하는, 스캐너(10)의 관련 기능에 대한 제어를 제공한다. 조작자는 스캐너(10) 설정을 제어한다. 캘리브레이션 모드에서 제어되는 기능은 게이트와 채널 선택, 데이터 획득 타입 선택, 신호 처리 선택, 데이터 압축, 거리 진폭 정정(DAC), 펄서 프리앰프 조정, 게이트 조정, 및 A-스코프를 포함한다.

게이트 및 채널 선택과 관련하여, 조작자는 데이터 처리 동안 이용될 채널과 게이트를 선택한다. 앞서 언급된 바와 같이, 초음파 보드(164)는 두 개의 채널을 포함한다. 각각의 채널은 네 개의 소프트웨어 플로 게이트, 두 개의 하드웨어 플로 게이트, 하나의 인터페이스 게이트, 및 하나의 백 트랙킹 게이트를 갖는다.

조작자는 처리되도록 선택된 데이터의 타입에 대해 제어를 하기 때문에, 조작자는 전체 RF, 비디오, 또는 비행 데이터의 피크 및 시간을 기록하도록 시스템을 구성할 수 있다. 위에 언급된 바와 같이, 조작자는 A/D 속도를 1과 100을 포함하여, 1 내지 100MSPS와 같은, 구간 값으로 조정할 수 있다.

신호 처리 선택과 관련하여, 조작자는 사용되는 신호 처리 방법을 선택한다. 조작자는 데이터 압축 알고리즘을 활성화하도록 또한 선택할 수 있다. 데이터 압축 알고리즘은 진폭 및 지속 시간을 기초로 한다. RF 데이터는 압축이 발생할 수 있도록 한정된 데이터 지점의 개수에 대해서 한정된 진폭 보다 아래에 있어야 한다. 이는 실제 신호의 완전한 쇠퇴(decay)가 기록되는 것을 보장한다. 제로인 RF 값이 데이터 압축이 발생할 때 데이터 지점에 대체된다. 이러한 결과는 데이터 파일 사이즈의 상당한 감소를 초래한다.

추가적으로, 조작자는 거리 진폭 정정(DAC) 기능을 제어한다. 이러한 기능은 조작자로 하여금, 시간 함수로 데이터에 부여되는 게인을 조정하는 정정을 하게 하며 시간에 대한 신호의 진폭 응답을 정상화시키게 한다. 하나의 실시예로, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 DAC 게인에 대해 38 dB의 동적 범위를 제공한다. 이러한 게인은 전체의 효과적인 게인이 시스템 게인의 0 내지 100 dB 내에 있도록 제한된다.

펄서 프리앰프 조정에 대하여, 조작자는 첫 번째로 사각 파 펄서 또는 스파이크 펄서를 선택한다. 두 번째로, 조작자는 펄서에 의해 가해지는 전압과 사각 파 펄서의 폭을 선택한다. 다음으로, 조작자는 적용될 댐핑 파라미터, 필터링 파라미터, 및 게인 파라미터를 선택한다.

조작자는 수동 CRT 초음파 장비에 정상적으로 표시되는 타입의 표준 A-스캔 포맷을 제공하도록 스크린 디스플레이(158)를 또한 구성할 수 있다. 상기 디스플레이(158)는 최대 스크린 높이 대 시간의 백분율로 표시되는 도표를 제공한다. 조작자는 시스템의 초기 캘리브레이션을 수행하기 위해 이러한 디스플레이를 사용한다. 이러한 모드에서, 조작자는 게이트의 지연 및 지속 시간, A/D 속도, 게인, 펄스 전압과 지속 시간, 및 트랜스듀서(134) 모드를 포함하는, 초음파 파라미터의 선택을 제어한다. 조작자는 적절한 캘리브레이션이 달성될 때까지 이러한 파라미터를 상호 작용적으로 조정할 수 있다.

조작자는 회전, 진폭 스케일, 커서 폭, 수직 대 수평 비, 및 수직 스트립 차트 시간 스케일을 포함하는, 캘리브레이션 메뉴로부터 다양한 디스플레이 특성을 또한 조정할 수 있다. 이러한 특징은 데이터가 획득되기 전 또는 후에 조정될 수 있다. 추가적으로, 조작자는 억제할 신호를 선택하고 캘리브레이션 모드에서 믹스(mix)를 수행함으로써 원치 않는 신호를 억제하도록 다중 주파수 믹싱을 수행한다.

와전류 보드(166)는 데이터 디스플레이 또는 컴퓨터 기준점을 지정하도록 하드웨어 널(null)과 선택 가능 소프트웨어 널의 설정을 가능하게 한다. 조작자는 하드웨어 밸런스를 수행함으로써 캘리브레이션 모드에서 하드웨어 널을 설정한다. 탐침 작동 지점이 전체 임피던스 동적 범위의 중심에 있도록 조작자는 와전류 보드(166)의 설정을 조정한다.

조작자는 데이터 획득 동안 또는 후에 상기 중심의 기준 점을 또한 조정한다. 커서 위치는 널 지점으로 지정된다. 스캐너(10)의 디스플레이 특성은 이러한 널 지점에 기초하며, C-스캔은 주어진 데이터 지점이 이러한 널 지점과 어떻게 다른지에 기초하여 계산된다.

조작자는 다른 와전류 캘리브레이션 특성을 또한 제어한다. 와전류 캘리브레이션 모드에서, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 표준 임피던스 평면 와전류 계기 기능을 한다. 조작자는 풀 다운 메뉴로부터 선택 가능한 캘리브레이션 메뉴로부터 와전류에 관계된 기능을 조정한다. 캘리브레이션 메뉴를 통해서, 조작자는 작동 주파수, 탐침 타입, 게인, 및 코일 전압을 조정한다. 하나의 실시예로, 작동 주파수는 50 Hz 내지 4 MHz의 범위를 가지며, 탐침 타입은 절대적인, 차동의 드라이버 또는 픽업이다. 게인은 0과 48을 포함하여, 0 내지 48dB로 설정되며, 코일 전압은 1과 16을 포함하여, 1 내지 16V의 범위를 갖는다.

와전류 캘리브레이션 모드에서, 조작자는 스캔 제어 특성을 또한 조정한다. 표준 검사 방법은 좌우 교대 서법 방식(양 방향 또는 좌우 방향)의 스캔을 수행하는 것이다. 조작자는 펄스 사이의 샘플링 그리드 간격과 함께, 스트로크 길이 단계와 인덱스 범위를 지정함으로써 스캔 패턴을 정한다. 스캔을 위한 시작 및 정지 지점은 임의의 값일 수 있다. 이는 스캔을 위한 원점이 검사될 구성 요소 상의 몇몇 기준 데이터 지점에 일치하도록 한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 다양한 분석 특징을 포함하며, 상기 분석 특징의 각각은 아래에 언급될 것이다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 데이터 표시 능력은 보고 가능 표시가 발생하는 경우 데이터의 신속한 검토를 가능하게 한한다. 결과적으로, 조작자는 이러한 표시의 상세한 검토를 수행하는데 집중할 수 있다. 데이터는 측정에 있어서 미터 단위 또는 영국 단위로 표시될 수 있다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 분석 스크린 디스플레이의 내용과 스케일을 조정할 수 있게 한다. 조작자는 네 개의 주 분석 스크린 요소, 즉 범례(regend), C-스캔, B-스캔, 및 A- 스캔의 각각에 대해 사용되는 디스플레이 영역을 개별적으로 조정한다. 상기 범례는 파일명, 스캔 파라미터, 및 초음파 파라미터와 같은 시스템 구성 파라미터를 표시한다.

C-스캔 디스플레이는 특정 C-게이트 내의 데이터를 도시하는 평면도이다. 조작자는 C-게이트를 조정함으로써 또는 다른 C-게이트를 선택함으로써 어떤 슬라이스(들){slice(s)}를 표시할 것인지를 선택한다. 조작자는 스캔을 반복함이 없이 임의의 시간에 이러한 기능을 수행할 수 있다. 추가적으로, 조작자는 팔레트(palette)로부터 선택 가능한 다양한 컬러를 사용하여 해당 변수를 표시한다. 조작자는 선택된 컬러와 관련되는 값을 추가할 수 있을 뿐만 아니라 컬러 팔레트를 변경시킬 수 있다.

C-스캔 디스플레이는 피크, 비행 시간, 데시벨, 한계 피크, 깊이, 또는 극성 디스플레이(polarity display)와 같은 C-스캔을 나타낸다. C-스캔이 피크로 표시될 때, 진폭 C-스캔 컬러는 각각의 파형에 대해 C-게이트의 최대 정류 진폭을 코드화하고 표시한다. 비행 시간 모드에서, C-스캔 컬러는 각각의 파형에 대해 C-게이트 의 신호에 대한 비행 시간을 코드화하고 표시한다. 비행 시간은 제 1 한계값 크로싱까지의 시간 또는 C-게이트의 최대 신호로 선택된다. 다수의 최대값 및 동일 최대값이 발생하는 경우, 제 1 최대값이 사용된다. 데이터는 시간, 깊이, 및 메탈 경로로 또는 임의의 다른 적합한 방식으로 표현될 수 있다.

비행 시간에 대하여, 이러한 기능은 초음파 보드(164)에 대해 위에 기술된 바와 같이 검사 받는 표면의 두께를 측정한다. 두 개의 다른 타입의 결과가 제공된다. 제 1 타입은 최대 벽 두께와 최소 벽 두께의 위치, 및 그 두께 값을 제공한다. 제 2 타입은 사용자가 지정한 최소 두께의 한계값 보다 크게 판독되는 두께 및 이 보다 작게 판독되는 두께를 갖는 영역의 백분율 값을 제공한다.

추가적으로, C-스캔이 데시벨 스케일로 나타내질 때, 데이터는 조작자가 지정한 FSH 백분율에 대한 진폭 값으로 표시된다. 한계 피크로서, C-스캔은 조작자가 지정한 한계값 보다 아래의 값을 갖는 임의의 데이터 지점이 배경 컬러로 그려진다는 것을 제외하고 피크 C-스캔과 동일하다. 깊이 타입의 디스플레이를 사용할 때, C-스캔은 비행 시간 데이터를 기초로 하지만 컬러 맵에 대해서 마이크로 초 대신에 인치를 사용한다. 사운드 값의 속도와 웨지 지연(wedge delay)은 깊이를 계산하는데 사용된다. 최대 깊이 값과 최소 깊이 값은 C-게이트의 시작 및 정지에 해당한다. 최종적으로, 극성 디스플레이로서, 컬러 맵은 포지티브 진행 신호와 네가티브 진행 신호의 사이에 차등을 나타내는 컬러를 진폭 맵에 제공한다. 극성 C-스캔 타입은 RF 데이터 기록이 선택되는 경우 효과적이다.

조작자는 임의의 주어진 C-스캔 타입에 사용되는 컬러 스케일에 대한 상한치와 하한치를 지정할 수 있다. 선택된 한계치 보다 위의 또는 아래의 임의의 값은 특정 컬러 값에 할당된다. C-스캔에 사용되는 컬러 스케일은 정의된 상한치와 하한치의 사이에서 선형 분포 상태일 것이다.

조작자는 C-스캔 및 B-스캔용 다양한 기존 컬러 팔레트를 선택할 수 있다. 조작자는 새로운 팔레트를 생성시키도록 기존 팔레트를 또한 변형시킬 수 있다.

추가적으로, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 빔 프로파일 파라미터용 B-스캔 디스플레이 및 C-스캔 디스플레이를 정정하도록 합성 개구면 포커싱(synthetic aperture focusing)을 분석하는 초음파 보드(164)와 관련되는 소프트웨어, 및 특정 A-스캔 게이트의 선택 가능 한계값 보다 위의 최대 또는 최소 신호, 또는 A-스캔 게이트의 선택 가능 한계값 보다 위의 제 1 신호 중 어느 하나의 C-스캔 RF 신호 리딩 에지 극성(제로 크로싱일 때) 디스플레이를 포함한다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 상대적인 분리 신호 쇠퇴 속도 또는 양호한 결합 신호 쇠퇴 속도를 결정하도록 두 개의 별도로 독립된 게이트로부터 선택된 피크 진폭 신호 또는 일체화된 정류 신호의 비율(ratio) 분석을 수행하는 초음파 분석기(164)에 관련되는 소프트웨어를 또한 포함한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 줌 기능을 갖는다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 이미지를 표시하도록 최대 "n" 압축 알고리즘을 사용한다. 데이터 지점의 개수가 이미지에 할당된 스크린 영역에 표시될 수 있는 것 보다 클 때 이러한 루틴은 사용된다. 조작자는 획득된 데이터 지점을 표시하도록 C-스캔 이미지를 확대할 수 있다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자로 하여금 스크린 디스플레이 한계를 벗어나는 사이즈를 갖는 C-스캔을 나타내도록 허용하는 스크롤 특성(scroll feature)을 포함한다. 이러한 C-스캔 때문에, C- 스캔의 일부분만이 한번 표시된다. 스크롤 특성은 조작자로 하여금 전체 데이터 디스플레이를 상하 좌우로 움직이도록 허용한다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자로 하여금 C-스캔 데이터의 디스플레이 축을 바꾸는 것을 또한 가능하게 한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 C-스캔의 조작자가 선택한 부분에 통계 분석을 수행하는 소프트웨어 파일을 또한 포함한다. 수행된 통계 계산은 비행 시간분석과 진폭 기초 분석을 포함한다.

진폭 통계는 진폭 측정을 검토한다. 다시, 이러한 두 가지 타입의 결과가 제공된다. 제 1 타입은 조작자가 지정한 한계값 보다 위의 최대 진폭과 최소 진폭의 위치와 그 값을 제공한다. 제 2 타입은 조작자가 지정한 값 보다 크게 판독되는 진폭과 이 보다 작게 판독되는 진폭을 갖는 영역의 백분율 값을 제공한다.

게다가, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 인터리브 기능(interleave function)을 포함한다. 이러한 기능은 조작자로 하여금 별도의 트랜스듀서(134)로부터 얻어진 데이터를 하나의 이미지로 조합하게 한다. 특히, 이러한 기능은 동일한 데이터 파일의 채널 1과 채널 2로부터의 피크 데이터와 비행 시간 데이터를 병합한다.

이제 B-스캔을 언급하면, B-스캔은 단면도의 그래픽 표시이다. B-스캔 디스플레이는 전시간을 통해 기록된 각각의 개별 데이터 지점에 대한 파형의 진폭을 나타내도록 진폭 C-스캔과 동일한 컬러 팔레트를 사용한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 B-스캔을 통해 이동하는 커서를 포함한다. 조작자는 파형(A-스캔)을 선택하도록 커서를 사용한다. 파형은 B-스캔 보다 아래에 표시된다. 추가로, 조작자는 활성 C-게이트 내의 피크를 찾기 위해 특정 데이터 지점을 선택하도록 커서를 사용한다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 B-스캔 내의 입사 스큐 각도를 그래픽으로 표시한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자로 하여금 컬러 팔레트로부터 선택된 컬러를 사용하여, 또는 또한 컬러 팔레트로부터 선택된 다양한 음영의 그레이(gray)를 사용하여, B-스캔을 표시하게 한다. 조작자는 B-스캔의 극성화된 그레이 스케일을 사용하며 비행 시간의 팁(tip) 휨 분석을 수행한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 B-스캔 디스플레이는 줌 기능을 포함하며, 이미지를 표시하도록 "n" 압축 알고리즘 상의 최대치를 사용한다. 이러한 루틴은 데이터 지점의 개수가 이미지에 할당된 스크린 영역에 표시될 수 있는 것 보다 클 때 사용된다. 조작자는 획득된 데이터 지점을 나타내도록 B-스캔 이미지를 확대한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자로 하여금 스크린 디스플레이 한계를 벗어나는 사이즈를 갖는 B-스캔을 보도록 하는 스크롤 특성을 포함한다. 이러한 B-스캔에 대해, B-스캔의 일부분만이 한번 표시된다. 스크롤 특성은 조작자로 하여금 전체 데이터 디스플레이를 상하 좌우로 움직이게 한다. 추가적으로, 조작자는 곡률 조정용 B-스캔을 조정할 수 있다. 이러한 기능은 곡면이 진 표면의 영향을 수정하도록 깊이, 메탈 경로, 및 표면 위치를 조정한다.

B-스캔에 대해, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 타임베이스의 비행 시간 기능과 메탈 경로 선택 기능을 포함한다. 이러한 기능은 조작자로 하여금 시간 또는 거리에 대해 스캔을 표시하게 한다. 디스플레이 스크린은 선택 단위를 나타낸다. 메탈 경로에 대해서, 제로 깊이 위치는 웨지 지연에 의해 한정된다.

조작자는 캘리브레이션된 측정 기능을 사용하여 B-스캔 상의 신호 측정을 수행한다. 시스템은 두 개의 측정 커서를 사용한다. 제 1 커서는 기준선이며, 제 2 커서는 측정선이다. 캘리브레이션된 측정 기능은 두 가지 방식으로 사용될 수 있다. 제 1 방식은 델타 측정을 수행하는 것이다. 이러한 적용을 위해, 조작자는 도트 커서를 제 1 위치에 솔리드 커서를 제 2 위치에 위치시킨다. 두 위치 사이의 거리는 표시되어진다. 제 2 방식은 계산된 깊이 측정을 수행하는 것이다. 이는 조작자가 선택한 신호에 기초하여 깊이 측정을 지정하는데 사용된다. 조작자는 B-스캔 내의 임의의 지점을 선택하며 이러한 지점의 실제 깊이를 지정한다. 이러한 기능은 일반적으로 정상적인 측정 값이 정확하지 않을 때 사용된다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 웰드 오버레이 기능(weld overlay function)을 또한 포함한다. 이러한 기능은 B-스캔 디스플레이 상에 웰드의 그래픽표시를 나타내며, 웰드(용접)에 의한 기하학적 형상으로 인해 발생되는 반사면을 확인하는데 도움을 준다. 추가적으로, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 B-스캔내의 선택 파형에 대한 고속 푸리에 변환(FFT; Fast Fourier Transform) 분석을 수행하는 (FFT가 C-스캔 분석을 위해 또한 사용될 수 있음) 소프트웨어를 포함한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 넓은 영역을 스캐닝한 작은 구멍 트랜스듀서(134)로 얻어지는 데이터를 사용하여 큰 구멍의 초점이 맞춰진 트랜스듀서(134)의 초점 특성을 시뮬레이션시키도록 합성 개구면 포커싱 기술(SAFT; Synthetic Aperture Focusing Techniques)을 또한 사용한다. 라인 SAFT, 즉 SAFT의 2차원 버전은 온라인 상태로 그리고 필드 내에서 수행된다. 라인 SAFT는 일반적으로 3차원 SAFT 보다 상당히 적은 계산을 요구한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 B'-스캔을 표시하는 소프트웨어와 하드웨어를 포함한다. B-스캔에 대해 언급된 디스플레이 특성이 B'-스캔 디스플레이의 요소로 포함된다.

A-스캔에 대하여, A-스캔은 기록된 RF 파형의 그래픽 표시이다. A-스캔은 비디오 또는 RF 모드로 표시된다. 초음파 보드(164)에 의해 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 RF의, 완전 파 정류 데이터와 포지티브 및 네가티브 반 파 정류 데이터를 지원한다. 포지티브 및 네가티브 반 파 정류 데이터를 표시하기 위해, 데이터는 원하는 반 파 모드에서 얻어져야 한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 다양한 와전류 분석 특성을 포함하며, 상기 와전류 분석 특성의 각각은 이제 논의될 것이다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)의 데이터 표시 능력은 보고 가능 표시가 발생하는 경우를 위해서 데이터의 신속한 검토를 허용하도록 설계된다. 따라서, 조작자는 이러한 표시의 상세한 검토를 수행하는데, 그리고 데이터 획득 동안을 포함해서, 언제든지 임의의 파일의 데이터 분석을 수행하는데 집중할 수 있다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 미터 단위 또는 영국 단위로 데이터를 표시한다.

예를 들면, 스캔 이미지와 신호 데이터가 발생할 때 조작자가 이를 감시할 수 있도록 와전류 분석기(166)는 임피던스 평면, 스위프(sweep), 및 C-스캔의 동시 표시를 허용하는 소프트웨어를 포함한다. 분석은 임피던스 크기, 임피던스 위상, 수평 임피던스 성분, 및 수직 임피던스 성분에 기초한 C-스캔을 포함한다. 임피던스 위상 C-스캔은 디그리(degree) 단위로 캘리브레이션되며, 다른 C- 스캔은 최대 동적 범위의 백분율에 기초한다. 분석은 위상과 크기의 고속 변화를 나타내는 신호를 특징화하도록 C-스캔 보다 위의 공간 도함수(spatial derivative)에 기초하는 C-스캔을 제공한다.

분석은 수직 및 수평 임피던스 성분의 임피던스 평면 디스플레이와, 해당 스위프 디스플레이를 또한 제공한다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 위치 정보와 함께 디지털화되는 임피던스 데이터를 저장한다. 이러한 데이터 저장 방법은 합성 스트립 차트와 임피던스 평면 디스플레이의 생성과 함께, 아래에 논의되는 C-스캔 디스플레이 타입의 발생을 허용한다. 스크린은 최대 두 개의 다른 C-스캔과 임피던스 평면 디스플레이를 포함하여, 동시성 데이터 디스플레이를 조합하도록 구성된다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 분석 스크린 디스플레이의 내용과 스케일을 조정하도록 하는 능력을 제공한다.

미 처리된 데이터가 저장되기 때문에, 예를 들면, 위상, 수평 또는 수직 스케일링과 같은 것, 그러나 이에 제한되지 않은 포스트 검사 소프트웨어 파라미터가 변경될 수 있으며, 해당 C-스캔, 스위프, 및 임피던스 평면은 재 계산된다. 가변의 수직 수평 진폭 비 스케일링을 위해 분석이 제공된다. 이중 주파수 믹싱은 임피던스 평면 포맷으로 표시된다. 조작자는 범례 및 C-스캔 정보에 사용되는 디스플레이 영역을 조정한다. 범례는 파일명, 스캔 파라미터, 와전류 파라미터와 같은 시스템 구성 파라미터를 표시한다.

초음파 데이터와 함께, C-스캔은 데이터의 평면도이다. 획득 데이터의 각 채널에 대해, 조작자는 아래에 논의되는, 각각의 채널에 대한 C-스캔 타입의 선택을 표시한다. 해당 파라미터는 컬러 팔레트로부터 선택된 컬러(들)를 사용하여 표시된다. 조작자는 필요한 경우, 각각의 컬러와 관계되는, 값 뿐만 아니라 사용되는 컬러 팔레트를 변경할 수 있다.

발생될 수 있는 C-스캔 타입의 디스플레이는 수평 진폭, 수직 진폭, 크기, 위상, 및 제 1 공간 도함수를 포함한다. 수평 진폭에 대해, 임피던스 평면 데이터의 수평 성분은 조작자가 지정한 중앙 값에 대해 그려진다. 표시된 데이터는 와전류 단위(ECU)로 그려진다.

시스템에 사용되는 와전류 보드(166)는 ±4K의 전체 디지털 동적 범위를 갖는다. 상기 동적 범위의 하나의 데이터 지점은 하나의 ECU와 동일하다. 따라서, ECU는 신호 진폭을 측정하게 한다. 수직 진폭에 대해서, 임피던스 평면 데이터의 수직 성분은 조작자가 지정한 중앙 값에 대해 그려진다. 데이터는 ECU로 그려진다. 크기 표시는 수평 표시 및 수직 표시의 벡터 합이다. 임피던스 평면 데이터의 크기는 조작자가 지정한 중앙 값에 대해 그려지며, 데이터는 ECU로 그려진다.

위상 표시는 조작자가 한정한 중앙 값에 대한 임피던스 평면의 위상 각으로 그려진다. 데이터는 디그리 단위로 그려진다. 조작자는 위상 C-스캔에 사용하는 크기 한계값을 지정한다. 임의의 주어진 데이터 지점의 크기는 "언더(under)" 컬러가 아닌 임의의 컬러를 표시하도록 위상 C-스캔의 한계값과 같거나 이를 초과해야 한다. 최종적으로, 네 개의 C-스캔 보다 위의 임의의 제 1 공간 도함수가 선택될 수 있다. 조작자는 도함수가 계산되는 데이터 지점의 개수를 선택한다.

스캔을 표시하는데 있어서, 조작자는 임의의 주어진 C-스캔 타입에 사용되는 컬러 스케일에 대한 상한치와 하한치를 지정한다. 상기 정해진 한계치 보다 위의 또는 아래의 임의의 값은 특정 컬러 값에 할당된다. C-스캔에 사용되는 컬러 스케일은 한정된 상한치와 하한치의 사이에서 선형 분포일 것이다. 조작자는 컬러 팔레트를 사용하여 원하는 컬러(들)를 선택한다. 조작자는 새로운 팔레트를 만들도록 기존 팔레트를 또한 변형시킬 수 있다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 와전류 데이터를 표시하는 줌 기능을 포함한다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 이미지를 표시하도록 최대 "n" 압축 알고리즘을 사용한다. 이러한 루틴은 데이터 지점의 개수가 이미지에 할당되는 스크린 영역에 표시되는 것 보다 클 때 사용된다. 조작자는 획득된 데이터 지점을 나타내도록 C-스캔 이미지를 확대한다.

와전류 보드(166)의 다른 특성은 스크롤 기능이다. 스크롤 기능은 스크린 표시 한계를 벗어나는 사이즈를 갖는 C-스캔을 보도록 허용한다. 이러한 C-스캔에 대해, C-스캔의 일부분만이 한번 표시된다. 스크롤 특성은 조작자로 하여금 전체 데이터 디스플레이를 상하 좌우로 이동시키게 한다. 조작자는 스와프 축 기능을 이용하여 C- 스캔 데이터의 디스플레이 축을 또한 바꿀 수 있다.

와전류 분석기(166)는 리사주 디스플레이(lissajous display)를 포함한다. 특정 채널에 대한 복합 임피던스 데이터는 리사주 디스플레이를 사용하여 표시된다. 커서의 위치와 폭은 표시된 데이터를 한정한다. 따라서, 조작자는 임의의 C-스캔 타입과 채널에 대한 실제적인 데이터 값을 표시할 수 있다.

추가적으로, 와전류 분석기(166)는 별도의 스케일링 인자를 신호의 수평 성분 및 수직 성분에 가하는 수직 또는 수평(V/H) 비(ratio) 기능을 포함한다. 이는 V/H 파라미터를 사용하여 달성된다. 이러한 가변수는 포스트 획득 아이템이다. V/H 파라미터는 스트립 차트, 리사주 디스플레이, 및 C-스캔에 영향을 주며, 리프트 오프 신호(lift-off signals)와 인접 표면의 작은 결함 사이에서 위상 분리를 증대시키는데 유용하다.

와전류 분석기(166)는 와전류 데이터를 처리하는 하이 패스 필터와 로우 패스 필터를 또한 포함한다. 필터는 획득 데이터에 적용된다. 와전류 분석기(166)의 다른 특성은 깊이 표시 병합(DIM; Depth Indication Merge) 파일이다. DIM 파일은 별도의 채널(트랜스듀서)로부터 얻어진 데이터 및/또는 동일한 체적을 다른 스큐 각도 및/또는 검사 각도로 검사하는 파일을 조합한다. 이러한 결과는 어떤 채널 또는 채널의 조합이 특정 한계값 보다 위의 표시를 갖는지를 컬러가 나타내는, 데이터의 C-스캔 및 B-스캔을 제공한다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 폭, 길이, 면적, 최소 또는 최대 결함 공간, 한정된 영역에 대한 결함 대 비 결함 영역의 백분율, 평균, 표준 편차, 및 검사중인 부분의 X-Y 위치를 포함하지만 이에 한정되지 않는, 결함 파라미터의 C-스캔 측정을 제공한다. 추가적으로, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 결함 깊이, 길이 또는 폭, 부분 두께, 및 나머지 두께 부분 백분율을 포함하지만 이에 한정되지 않는, 파라미터의 B-스캔 측정을 발생시킨다.

데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 조작자로 하여금 "러버 밴드 박스(rubber-band box)"로 C-스캔의 영역을 선택하게 하는 C-스캔 막대 그래프 기능(histogram function)을 포함한다. 선택된 영역의 데이터는 각각의 데이터 범위 내의 데이터 발생 개수가 막대 그래프 차트의 형태로 나타나도록 편집되고 표시된다.

최종적으로, 스캐너(10)는 휴대 가능 스캐너(168)를 포함한다. 휴대 가능 스캐너(168)는 스캐너(10)의 데이터 획득 및 분석 시스템(22)과 호환 가능하다. 자동화 스캐너(10)와 마찬가지로, 휴대 가능 스캐너(168)는 초음파 검사와 와전류 검사를 할 수 있다. 휴대 가능 스캐너(168)의 X-축과 Y-축은 직선 스캐닝을 용이하게 하도록 잠길(locking) 수 있다. 추가적으로, 자동화 스캐너(10)와 함께, 휴대 가능 스캐너(168)는 곡면이 진 표면에 사용하기에 적합하게 되어 있으며, 검사될 표면에 진공 장착될 수 있다.

스캐너(10)는 도 1 내지 도 10에 도시된 도해에 따라서 설명될 것이며, 설명된 것과 다른 작동 특성 및 기능 특성을 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.

설치

한 사람의 조작자에 의한 검사 시스템(10)의 설치를 용이하게 하도록, 각각의 축(28,30,32)은 독립적으로 적재될 수 있다. 게다가, 각각의 축 트랙터(82,84,86)는 각각의 트랙 조립체(28,30,32)와 독립적으로 적재될 수 있다. 다음의 절차는 스캐너(10)를 설치하는데 사용될 수 있다. 설명을 위해, 언급된 절차에 대한 선택된 검사 영역은 X-축(28,30)을 따라서 4피트(120cm)이며 Y-축(32) 방향을 따라서 6피트(180cm)이다. 조작자는 검사될 표면에 주 X-축(28)을 설치한다. 주 X-축(28)의 트랙터 조립체(82)는 X-축 진공 트랙(28)의 조립체에 설치된다. 그리고 나서, 조작자는 종 X-축 트랙 조립체(30)를 설치한다. 이러한 설치에 뒤이어 종 X-축 트랙터 조립체(84)를 종 X-축 트랙 조립체(30)에 설치한다. 다음으로 조작자는 Y-축 트랙 조립체(32)를 빠른 분리 커플링을 사용하여 주 X-축 트랙터 조립체(82)와 종 X-축 트랙터 조립체(84)에 고정한다. Y-축 트랙터(86)와 스러스터 조립체(18)는 Y-축 트랙 조립체(32)에 설치된다. 다음으로, 조작자는 주 케이블 조립체(26)를 스캐너(10)에 연결한다. 스캐너(10)가 검사 표면으로부터 실수로 또는 뜻하지 않게 이탈되는 경우 손상을 방지하도록 스캐너(10)는 외부 표면에 또한 잡아 매어진다.

작용

스캐너(10)의 설치가 완료된 후, 조작자는 손에 쥔 조이스틱(157')을 사용하여 NDI 탐침(들)(134)을 제로 또는 시작 위치로 구동시키며 단일 제어부를 누름에 의해 인코더를 제로로 만든다. 스캔 플랜을 가르쳐주지 않은 경우, 조작자는 여기에 기술된 검사 영역을 가르치는 단계를 수행한다. 스캔 계획을 이미 가르쳐준 경우, 조작자는 적용 가능 파일명에 의해 스캔 계획을 입력한다.

초음파 검사를 수행하는 경우, 시스템은 조작자로 하여금 스캐닝하기 전 커플랜트 공급 시스템(24)을 인에이블시키며 스캐닝 과정의 종료 때 커플랜트 시스템(24)을 디스에이블시키게 한다.

조작자의 스캔 사이클 시작 시, 스캔 제어 서브시스템(20)은 스캐너(10)를 다시 제로 위치(이미 이 위치에 있지 않은 경우)로 구동하며 조작자 명령에 따라 스캐닝 작동을 시작한다. 조작자는 데이터를 표시하는 포맷을 선택한다. 예를 들면, 조작자는 실시간 진폭에 기초하거나 비행 시간에 기초하는 C-스캔을 선택하며 또는 RF 파형 데이터를 표시하도록 선택한다. C-스캔은 채널당 이용되는 각각의 게이트에 대해 발생하지만, 하나의 C-스캔만이 표시된다.

각각의 그리드 지점에서 얻어지는 데이터는 거의 실시간으로 (C-스캔 및 A-스캔으로) 표시된다. 이는 스캐너 위치와 방향의 직접적인 가시적 피드백(visual feedback)을 제공한다. 게다가, 데이터의 질도 입증될 수 있다. 추가적으로, 스캐너(10)는 폐쇄 루프 공차 방법(close loop tolerance technique)을 사용해서 슬립(slippage)을 감시한다. 과다한 슬립 또는 드리프트(drift)는 시스템이 스캔을 자동적으로 종료하도록 하며 에러 메시지를 발생시킨다.

위에 논의된 바와 같이, 스캐너(10) 조립체의 이동은 외부의 3-축 스캔 제어 서브시스템(20)에 의해 제어된다. 스캔 제어 서브시스템(20)은 미리 프로그램된 직선 스캔 패턴을 이용하여 NDI 탐침(134)을 조작한다. 이러한 스캔 패턴은 조작자가 정한 전체 좌표계를 기준으로 한다. 전체 축을 따라서 행해지는 NDI 탐침(134)의 조작은 각각의 트랙 시스템(28,30,32)을 따라서 주 X-축 트랙터(82), 종 X-축 트랙터(84), 및 Y-축 트랙터(86)의 이동을 조정함으로써 달성된다.

스캐너(10)를 제어하는데 있어서, 조작자는 스캔 사이클 동안 언제든지, 일시적으로 스캐너(10)의 작동을 정지시키는, 멈춤 명령을 입력할 수 있다. 추가적으로, 스캔 사이클은 3가지 상태, 즉 정상 완료, 조작자 종료, 및 시스템 종료 하에 종료될 수 있다. 정상 종료는 스캐너(10)가 전체 특정 스캔 패턴을 완료할 때 발생한다. 조작자는 언제든지 스캔을 종료할 수 있으며 획득된 데이터는 분석되어진다. 그렇지만, 스캔이 완료 전 종료될 때, 적합한 소프트웨어 서브시스템(150)의 파일은 스캔이 부분적으로만 완료되었다는 메시지를 제공하도록 갱신된다. 최종적으로, 시스템은 스캐너(10)의 슬립, 드리프트, 및 과다한 속도를 포함하는, 문제 상태의 탐지 시 스캔을 종료할 것이다.

초음파 데이터 획득에 대하여, 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 적합한 소프트웨어 파일(들)에 의해 지정되는 스캔 패턴, 초음파 캘리브레이션, 및 와전류 캘리브레이션을 이용한다. 초음파 데이터 획득 과정 동안, 스캔 제어 서브시스템(20)은 조작자에 의해 지정된 바와 같이 미리 배열된 패턴으로 NDI 탐침(134)을 이동시킨다. 특정 좌표 위치(그리드)에서, 스캔 제어 서브시스템(20)은 동기화 펄스(sync pulses)를 발생시킨다. 이는 펄서가 펄스를 발생시키며 초음파 보드(164)가 데이터를 수신하게 한다.

위치 방법에 대한 이러한 펄스는 특정 그리드 지점에 초음파 파형을 발생시킨다. 데이터 획득 및 분석 시스템(22)은 완전 초음파 파형, 비디오 데이터, 또는 각각의 그리드 지점에 대한 피크 정보 및 비행 시간 정보를 판독한다. 추가적으로, 조작자는 초음파 스캔으로 동시에 다중화된(multiplexed), 와전류 데이터를 획득할 뿐만 아니라 각각의 그리드 위치에서 다수의 파형을 획득한다. 다른 NDI 장비로부터 변환된 신호는 위치 방법에 대한 동일한 펄스에 수집된다.

와전류 데이터 획득도 유사하게 이루어진다. 와전류 보드(166)가 연속적으로 작동하기 때문에, 이러한 작동은 초음파 데이터 획득과 동시에 또는 별도로 이루어진다. 동기화 펄스가 수신되었을 때, 각각의 활성 주파수 및 탐침에 대한 임피던스 데이터의 수평 성분과 수직 성분이 기록되어진다. 상기 획득된 데이터는 데이터 획득 동안 백그라운드 태스크(background task)로 메모리에 저장된다. 이는 AC전력 중단으로 인한 데이터의 손실을 방지한다.

스캐너(10)를 제작하거나 만드는데 사용될 수 있는 다양한 구성이 있다. 따라서, 개시된 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이다. 그렇지만, 본 발명의 범위와 사상을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 그러므로, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 제한되어야 한다.

Claims

표면 스캐너(surface scanner)에 있어서,

제 1 모터 구동식 트랙터 조립체(first motorized tractor assembly)를 지지하는 제 1 유연성 트랙 조립체(first felxible track assembly)와,

제 2 모터 구동식 트랙터 조립체를 지지하는 제 2 유연성 트랙 조립체와,

상기 제 1 트랙 조립체와 상기 제 2 트랙 조립체에 의해 지지되는 제 3 트랙 조립체와,

상기 제 3 트랙에 의해 지지되는 제 3 모터 구동식 트랙터 조립체와,

상기 제 3 모터 구동식 트랙터 조립체에 의해 지지되는 스러스터 조립체(thruster assembly), 및

상기 스러스터 조립체에 의해 지지되는 적어도 하나의 검사 탐침(inspection probe)을 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 상기 제 2 유연성 트랙 조립체는 다수의 상호 연결 트랙 플레이트를 구비하는 표면 스캐너.
제 2항에 있어서, 상기 트랙 플레이트는 유연성 부재이며, 상기 트랙 플레이트는 벤딩 및 비틀림 시 소성적으로(plastically) 변형되지 않은 표면 스캐너.
제 3항에 있어서, 상기 상호 연결 트랙 플레이트는 스프링 강으로 만들어지는 표면 스캐너.
제 3항에 있어서, 상기 트랙 플레이트는 복잡한 표면 형상과 접촉하도록 조정되는 표면 스캐너.
제 5항에 있어서, 상기 트랙 플레이트는 항공기 표면과 접촉하도록 조정되는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 제 2 유연성 트랙 조립체는 진공 소스(vacuum source)에 결합되는 다수의 진공 컵 조립체를 지지하는 표면 스캐너.
제 7항에 있어서, 상기 스캐너는 조작자에게 진공 압력의 손실을 경고를 하는 경보 장치(warning)를 구비하는 표면 스캐너.
제 8항에 있어서, 상기 다수의 진공 컵 조립체를 구성하는 각각의 진공 컵은 상기 진공 컵 조립체의 각도 위치를 조정하는 장착 힌지(mounting hinge)를 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 제 2 유연성 트랙 조립체는 각각의 단부에서 이동 정지(travel stop) 단부를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 제 2 유연성 트랙 조립체는 각각 기어 랙을 지지하는 표면 스캐너.
제 11항에 있어서, 각각의 기어 랙은 상기 각각의 트랙터 조립체에 의해 지지되는 맞물림 기어를 수용하는 표면 스캐너.
제 12항에 있어서, 상기 맞물림 기어는 피니언 기어인 표면 스캐너.
제 13항에 있어서, 상기 피니언 기어는 모터로 구동되는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 트랙터 조립체와 제 2 트랙터 조립체는 각각, 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 제 2 유연성 트랙 조립체와 맞물리는 다수의 가이드 롤러를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 트랙터 조립체와 제 2 트랙터 조립체는 상기 제 1 트랙터 조립체와 제 2 트랙터 조립체를 상기 제 1 유연성 트랙 조립체와 제 2 유연성 트랙 조립체에 각각 결합하는 적어도 하나의 클램핑 핸들(clamping handle)을 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 트랙터 조립체와 제 2 트랙터 조립체는 각각 광학 인코더를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 2 트랙터 조립체는 상기 제 3 트랙 조립체에 대해 3개의 자유 축을 따라서 이동을 허용하는 위치 조정 메커니즘을 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 강성 스트럿(rigid strut)에 결합되는 하나의 트랙 플레이트를 구비하는 표면 스캐너.
제 19항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 스프링 강 트랙 플레이트와 알루미늄 스트럿으로 만들어지는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 각각의 단부에서 이동 정지 단부를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 기어 랙을 지지하는 표면 스캐내.
제 22항에 있어서, 상기 기어 랙은 상기 제 3 트랙터 조립체에 의해 지지되는 맞물림 기어를 수용하는 표면 스캐너.
제 23항에 있어서, 상기 맞물림 기어는 피니언 기어인 표면 스캐너.
제 24항에 있어서, 상기 피니언 기어는 모터로 구동되는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 상기 제 3 트랙 조립체와 맞물리는 다수의 가이드 롤러를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 상기 제 3 트랙터 조립체를 상기 제 3 트랙 조립체에 결합하는 적어도 하나의 클램핑 핸들을 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 광학 인코더를 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 표면 스캐너는 경량인 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 관절 조인트(articulating joint)는 상기 제 3 트랙 조립체를 상기 제 1 트랙 조립체와 제 2 트랙 조립체에 결합하는 표면 스캐너.
제 30항에 있어서, 상기 관절 조인트는 상기 제 1 트랙 조립체와 제 2 트랙 조립체가 서로에 대해 비 평행성과 비틀림을 허용하는 표면 스캐너.
제 30항에 있어서, 상기 조인트는 신속 연결 및 분리 커플러(quick connect and disconnect coupler)인 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 다수의 자유 축을 따라서 이동을 허용하는 주 장착 브래킷을 지지하는 표면 스캐너.
제 33항에 있어서, 상기 주 장착 브래킷은 각도 다이얼 플레이트(angle dial plate)를 구비하는 표면 스캐너.
제 34항에 있어서, 상기 주 장착 브래킷은 상기 각도 다이얼 플레이트의 각 위치(angular position)를 표시하는 표시기를 구비하는 표면 스캐너.
제 35항에 있어서, 상기 주 장착 브래킷은 상기 제 3 트랙 조립체와 상기 제 1 트랙 조립체의 상대적인 위치 변화를 허용하는 피봇 메커니즘을 구비하는 표면 스캐너.
제 36항에 있어서, 상기 피봇 메커니즘은 상부 피봇 블록과 하부 피봇 블록을 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 스캐너는 검사될 표면의 모서리로부터 상기 제 1 트랙 조립체와 제 2 트랙 조립체를 오프셋시키는 진공 결합 고정물(fixturing)을 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙 조립체는 6피트(180cm)의 직선 스트로크를 갖는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 BNC 컨넥터 배열을 지지하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 상기 스캐너를 검사될 표면 위로 이동시키는 스러스터 조립체를 지지하는 표면 스캐너.
제 41항에 있어서, 상기 스러스터 조립체는 상기 제 3 트랙 조립체의 상부 표면 또는 바닥 표면에 의해 지지되는 표면 스캐너.
제 42항에 있어서, 상기 스러스터 조립체는 상기 스러스터 조립체의 이동을 용이하게 하는 슬라이드 블록을 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 제 3 트랙터 조립체는 비 파괴 검사 탐침을 지지하는 표면 스캐너.
제 44항에 있어서, 상기 제 3 트랙터는 하나 이상의 비 파괴 검사(NDI) 탐침을 지지하는 짐벌(gimbal)을 구비하는 표면 스캐너.
제 45항에 있어서, 상기 NDI 탐침은 기계적인 임피던스 탐침, 초음파 탐침, 또는 와전류 NDI 탐침을 구비하는 표면 스캐너.
제 45항에 있어서, 상기 검사 탐침은 하나의 트랜스듀서 탐침을 구비하는 표면 스캐너.
제 45항에 있어서, 상기 검사 탐침은 와전류 탐침 슬레드 조립체(sled assembly)를 구비하는 표면 스캐너.
제 45항에 있어서, 상기 짐벌은 상기 검사 탐침을 확실히 로딩시켜, 상기 검사 탐침을 검사될 표면과 접촉되게 유지시키는 표면 스캐너.
제 49항에 있어서, 상기 짐벌은 상기 검사 탐침을 확실히 로딩시키는 가스 스프링을 지지하는 표면 스캐너.
제 50항에 있어서, 인터페이스 블록은 상기 가스 스프링을 상기 짐벌에 결합하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 스캐너는 커플랜트 유체(couplant fluid)를 상기 NDI 탐침에 공급하는 커플랜트 이송 시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 52항에 있어서, 상기 커플랜트 이송 시스템은 커플랜트 유체를 상기 초음파 NDI 탐침에 공급하는 표면 스캐너.
제 52항에 있어서, 상기 커플랜트 이송 시스템은 상기 커플랜트를 순환시키는 이송 펌프, 상기 커플랜트를 보유하는 공급 탱크, 및 상기 펌프, 공급 탱크, 및 상기 NDI 탐침을 상호 연결하는 튜브를 구비하는 표면 스캐너.
제 54항에 있어서, 상기 커플랜트 이송 시스템은 상기 커플랜트 유체로부터 입자를 제거하는 필터를 구비하는 표면 스캐너.
제 54항에 있어서, 상기 커플랜트 이송 시스템은 커플랜트 회수 거터(couplant retrieval gutters)를 더 구비하는 표면 스캐너.
제 1항에 있어서, 상기 스캐너는 상기 NDI 탐침에 의해 획득된 데이터를 분석하고 저장하는 데이터 획득 및 분석 시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 57항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 시스템은 하드웨어 서브시스템과 소프트웨어 서브시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 58항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 하드웨어 서브시스템은 호스트 컴퓨터를 구비하는 표면 스캐너.
제 59항에 있어서, 상기 컴퓨터는 휴대 가능한 표면 스캐너.
제 59항에 있어서, 상기 컴퓨터는 인텔 486 DX2/66 MHz 마이크로 프로세서를 구비하는 표면 스캐너.
제 59항에 있어서, 상기 컴퓨터는 64Mb RAM을 구비하는 표면 스캐너.
제 59항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 시스템은 차단되지 않는 전력 공급기를 구비하는 표면 스캐너.
제 59항에 있어서, 상기 컴퓨터는 외측 샤시를 구비하는 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시에는 키보드가 수용되는 표면 스캐너.
제 65항에 있어서, 상기 샤시는 획득 및 처리 데이터를 표시하는 가시적 디스플레이(visual display)를 지지하는 표면 스캐너.
제 66항에 있어서, 상기 가시적인 디스플레이는 VGA 모니터인 표면 스캐너.
제 67항에 있어서, 상기 VGA 모니터는 컬러 모니터인 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시는 포인팅 장치를 지지하는 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시는 외부 장치에 연결하는 포트를 구비하는 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시는 프린터와 같은 외부 장치에 연결하는 포트를 구비하는 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시는 조이스틱 연결부를 지지하는 표면 스캐너.
제 64항에 있어서, 상기 샤시는 데이터 기억 수단을 지지하는 표면 스캐너.
제 72항에 있어서, 상기 데이터 기억 수단은 플로피 디스크 드라이브인 표면 스캐너.
제 72항에 있어서, 상기 데이터 기억 수단은 내부 기억 장치인 표면 스캐너.
제 72항에 있어서, 상기 데이터 기억 수단은 외부 기억 장치와 내부 기억 장치의 조합체인 표면 스캐너.
제 75항에 있어서, 상기 기억 장치는 500Mb의 내부 하드 드라이브와 조합되는 1.44Mb의 3.5 플로피 디스크 드라이브와, 외부의 1Gb 판독/기록 광학 드라이브를 구비하는 표면 스캐너.
제 57항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 하드웨어 서브시스템은 상기 스캐너의 이동을 제어하는 스캔 제어 시스템을 더 구비하는 표면 스캐너.
제 79항에 있어서, 상기 스캔 제어 시스템은 스캔 제어 보드를 구비하는 표면 스캐너.
제 80항에 있어서, 상기 스캔 제어 보드는 상기 제 1 트랙터 조립체, 상기 제 2 트랙터 조립체, 상기 제 3 트랙터 조립체, 및 상기 스러스터 조립체의 이동을 제어하는, 다축 제어기인 표면 스캐너.
제 80항에 있어서, 상기 스캔 제어 시스템은 상기 스캔 제어 보드의 기능을 제어하는 소프트웨어를 포함하는 표면 스캐너.
제 82항에 있어서, 상기 스캔 패턴은 미리 프로그램되는 표면 스캐너.
제 83항에 있어서, 상기 스캔 패턴은 전체 스캔 영역 및 형상을 지정하는 데이터 지점을 입력하는 티치 앤 런 방법(teach-and-learn technique)을 이용하여 프로그램되는 표면 스캐너.
제 83항에 있어서, 상기 스캔 패턴은 검사될 실제 표면과 스캐닝된 이미지의 디스플레이에 놓이는 동일한 좌표계를 사용하여 데이터 지점을 참고하게 하는 전체 좌표계(global coordinate system)를 이용하여 프로그램되는 표면 스캐너.
제 57항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 하드웨어 서브시스템은 초음파 데이터를 처리하는 초음파 보드를 더 구비하는 표면 스캐너.
제 57항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 하드웨어 서브시스템은 와전류 데이터를 처리하는 와전류 보드를 더 구비하는 표면 스캐너.
제 57항에 있어서, 상기 소프트웨어 서브시스템은 스캐너 시스템 작동을 제어하는 소프트웨어 파일을 포함하는 표면 스캐너.
제 88항에 있어서, 상기 소프트웨어 서브시스템은 초음파 데이터 처리 및 분석을 수행하는 소프트웨어를 포함하는 표면 스캐너.
제 88항에 있어서, 상기 소프트웨어 서브시스템은 와전류 데이터 처리 및 분석을 수행하는 소프트웨어를 포함하는 표면 스캐너.
제 88항에 있어서, 상기 소프트웨어 서브시스템은 기계적인 임피던스 데이터 처리 및 분석을 수행하는 소프트웨어를 포함하는 표면 스캐너.
표면 스캐너에 있어서,

제 1 트랙터 조립체를 지지하는 제 1 유연성 트랙 조립체와,

제 2 트랙터 조립체를 지지하는 제 2 유연성 트랙 조립체와,

제 3 트랙 조립체로서, 일단부가 상기 제 1 유연성 트랙 조립체에 의해 지지되고, 타단부가 상기 제 2 유연성 트랙 조립체에 의해 지지되는, 제 3 트랙 조립체와,

상기 제 3 트랙 조립체에 의해 지지되는 제 3 트랙터 조립체와,

상기 제 3 트랙터 조립체에 의해 지지되는 스러스터 조립체와,

검사될 표면에 관련한 데이터를 획득하기 위해 상기 스러스터 조립체에 의해 지지되는 적어도 하나의 NDI 탐침과,

상기 NDI 탐침을 상기 검사될 표면 위로 이동시키는 스캔 제어 시스템, 및

상기 NDI 탐침에 의해 얻어진 데이터를 처리하고 분석하는 데이터 획득 및 분석 시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 92항에 있어서, 상기 스캐너는 커플랜트 유체를 상기 NDI 탐침에 이송하는 커플랜트 이송 시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 92항에 있어서, 상기 NDI 탐침은 초음파 데이터 탐침, 와전류 데이터 탐침, 및 기계적인 임피던스 데이터 탐침을 구비하는 표면 스캐너.
제 92항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 시스템은 스캐너 기능을 제어하는 하드웨어 서브시스템과 소프트웨어 서브시스템을 구비하는 표면 스캐너.
제 92항에 있어서, 상기 스캔 제어 시스템에는 검사 받는 표면과 표시되는 이미지에 관한 데이터 지점을 참고로 하는 전체 좌표계를 구비하는 표면 스캐너.
표면 스캐너를 설치하는 방법에 있어서,

제 1 트랙 조립체를 검사될 표면 상에 결합하는 단계와,

상기 제 1 트랙 조립체에 의해 지지되는 진공 컵을 통해 진공 압력을 발생시키는 단계로서, 상기 진공 컵을 상기 표면에 들러붙게 하는 흡입력을 발생시키는, 진공 압력을 발생시키는 단계와,

제 1 트랙터 조립체를 상기 제 1 트랙 조립체에 결합하는 단계와,

상기 제 1 트랙 조립체가 상기 제 2 트랙 조립체로부터 오프셋되도록 제 2 트랙 조립체를 검사될 표면 위에 결합하는 단계와,

상기 제 2 트랙 조립체에 의해 지지되는 진공 컵을 통해 진공 압력을 발생시키는 단계로서, 상기 진공 컵을 상기 표면에 들러붙게 하는 흡입력을 발생시키는, 진공 압력을 발생시키는 단계와,

제 2 트랙터 조립체를 상기 제 2 트랙 조립체에 결합하는 단계와,

제 3 트랙 조립체가 상기 제 1 트랙 조립체와 제 2 트랙 조립체 사이의 갭을 잇도록 상기 제 3 트랙 조립체를 상기 제 1 트랙 조립체와 제 2 트랙 조립체에 결합하는 단계와,

제 3 트랙터 조립체를 상기 제 3 트랙 조립체에 결합하는 단계, 및

NDI 탐침을 지지하는 스러스터를 상기 제 3 트랙터 조립체에 결합하는 단계를 포함하는 표면 스캐너를 설치하는 방법.
제 97항에 있어서, 상기 스캐너는 스캐너 기능을 제어하는 외부 데이터 획득 및 분석 시스템을 구비하는 표면 스캐너를 설치하는 방법.
제 98항에 있어서, 상기 데이터 획득 및 분석 시스템은 검사된 표면 상의 지점을 상기 스캐닝된 이미지 상의 동일한 지점으로 참고하는 전체 좌표계를 지정하는 소프트웨어를 포함하는 표면 스캐너를 설치하는 방법.