WO2010055823A1 - 非破壊検査装置および非破壊検査方法 - Google Patents

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ultrasonic wave
fluid
nondestructive inspection
receiving
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英敬 服部
英毅 堀苑
将征 金升
重行 松原
邦彦 篠田
博敏 藤垣
晋 龍王
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三菱重工業株式会社
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    • G01N2291/042Wave modes
    • G01N2291/0427Flexural waves, plate waves, e.g. Lamb waves, tuning fork, cantilever

Definitions

  • the present invention relates to a nondestructive inspection apparatus and a nondestructive inspection method, and more particularly, to a nondestructive inspection apparatus and a nondestructive inspection method for inspecting a fluid using ultrasonic waves.
  • a fiber-reinforced composite material reinforced by combining a fiber with a resin is known.
  • An example of the fiber reinforced composite material is CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics).
  • CFRP Carbon Fiber Reinforced Plastics
  • Such a fiber reinforced composite material has a great merit in weight reduction, and has been applied to many products exemplified by aircraft structural members, for example.
  • the fiber-reinforced composite material is manufactured by VaRTM (Vacuum Assisted Resin Transfer Molding), RFI (Resin Film Infusion), in which a resin is impregnated into laminated reinforcing fibers and the resin is cured.
  • VaRTM Vauum Assisted Resin Transfer Molding
  • RFI Resin Film Infusion
  • Japanese Patent No. 3864180 discloses an ultrasonic test method capable of more clearly detecting a defective portion by a non-contact reflection method.
  • the ultrasonic test method is an ultrasonic test method in which an ultrasonic wave is transmitted from a probe provided on one side of a test body and a reflected wave is received by the probe.
  • An ultrasonic wave is transmitted / received through the air layer between the transmitter and the receiver and the test body, and the air propagation time between the transmitter and the receiver is longer than the propagation time of the reflected wave. It is characterized in that the relative positions of the transmitter, receiver and test body are set so as to be longer.
  • US Patent Application Publication No. 2002/0088281 discloses an inspection method for inspecting using Lamb waves.
  • the nondestructive inspection apparatus is generated by a transmission-side probe that oscillates a first ultrasonic wave toward a fluid to be inspected, and the first ultrasonic wave when the first ultrasonic wave is propagated.
  • a plate on which the Lamb wave propagates and a receiving probe that measures the intensity of the second ultrasonic wave that is oscillated from the plate and passes through the fluid to be inspected are provided.
  • such a non-destructive inspection apparatus does not bring the transmitting probe that oscillates the first ultrasonic wave and the receiving probe that measures the second ultrasonic wave into contact with the inspection target fluid.
  • the fluid to be inspected can be inspected.
  • the plate is preferably formed on a part of the mold into which the fluid to be inspected is poured.
  • the nondestructive inspection apparatus further includes a fixing member that fixes the receiving probe to the transmitting probe.
  • the nondestructive inspection apparatus further includes a drive device for driving the transmitting probe and the receiving probe. At this time, such a nondestructive inspection apparatus can detect a position where the inspection target fluid is in a predetermined state.
  • the nondestructive inspection apparatus further includes another driving device that changes the direction of the receiving probe with respect to the transmitting probe.
  • the nondestructive inspection apparatus further includes a control device.
  • the control device arranges the transmitting probe and the receiving probe in the first direction by using another driving device and uses the driving device to transmit the transmitting probe and the receiving probe.
  • the transmitter is scanned and the transmitter probe and the receiver probe are lined up in a second direction different from the first direction using the other drive device, and the transmitter probe is used using the drive device.
  • the scanning unit that scans the probe and the reception side probe, and the transmission side probe and the reception side probe are being scanned, the intensity of the second ultrasonic wave is measured on the reception side.
  • a collection unit that collects from the probe and a defect detection unit that detects a position where the fluid to be inspected is inappropriate based on the intensity of the collection unit.
  • such a non-destructive inspection apparatus can detect a position where the inspection target fluid is in a predetermined state with higher accuracy.
  • the nondestructive inspection apparatus further includes a control device that detects a timing at which the inspection target fluid is in a predetermined state based on the intensity of the second ultrasonic wave.
  • the nondestructive inspection method includes a step of oscillating the first ultrasonic wave toward the inspection target fluid so that the first ultrasonic wave is propagated to the plate via the inspection target fluid; A step of measuring the intensity of a second ultrasonic wave that is oscillated from a plate propagated through the fluid to be inspected and transmitted through the fluid to be inspected, and a step of inspecting the fluid to be inspected based on the intensity And.
  • the transmitter probe that oscillates the first ultrasonic wave and the receiver probe that measures the second ultrasonic wave do not come into contact with the fluid to be inspected.
  • the target fluid can be inspected.
  • the nondestructive inspection method according to the present invention further includes a step of scanning the transmitting probe that oscillates the first ultrasonic wave and the receiving probe that measures the intensity thereof.
  • Such a nondestructive inspection method can detect a position where the inspection target fluid is inappropriate based on the second ultrasonic wave.
  • the scanning step includes scanning the transmitting probe and the receiving probe in a state where the transmitting probe and the receiving probe are aligned in the first direction; Scanning the transmitter probe and the receiver probe in a state where the transmitter probe and the receiver probe are aligned in a second direction different from the first direction; I have.
  • Such a nondestructive inspection method can detect a position where the inspection target fluid is inappropriate based on the second ultrasonic wave with higher accuracy.
  • the composite material manufacturing method according to the present invention preferably includes a step of executing the nondestructive inspection method according to the present invention and a step of executing the next process when the inspection target fluid is appropriate.
  • the nondestructive inspection apparatus and the nondestructive inspection method according to the present invention are configured so that a transmission-side probe that oscillates ultrasonic waves and a reception-side probe that measures ultrasonic waves do not contact the inspection target fluid. Can be inspected.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a nondestructive inspection apparatus.
  • FIG. 2 is a plan view showing the nondestructive inspection apparatus.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the control device.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a composite material manufacturing method.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a nondestructive inspection method.
  • the nondestructive inspection apparatus is applied to a composite material forming tool.
  • the composite material forming tool 1 includes a mold 2, a bag film 3, an injection-side pass medium 5, and a discharge-side pass medium 6.
  • the mold 2 is made of, for example, metal or CFRP, and is formed of a plate portion 7 and a side wall portion 8.
  • the plate portion 7 is formed in a plate shape having a uniform thickness, and is formed in a desired shape.
  • the side wall portion 8 is formed so as to protrude from one surface of the plate portion 7.
  • the mold 2 is formed in a container having the plate portion 7 as a bottom and the side wall portion 8 as a side wall.
  • the fiber reinforced resin intermediate material 10 is arrange
  • the fiber reinforced resin intermediate material 10 is formed of a fiber portion 18 and a resin portion 19.
  • the fiber portion 18 is formed by laminating fabrics formed of carbon fibers.
  • the fiber part 18 can also be formed from the other fiber different from a carbon fiber.
  • glass fiber is exemplified.
  • the resin portion 19 is formed from an epoxy resin that is a fluid, and the fiber portion 18 is impregnated.
  • the fiber reinforced resin intermediate material 10 is formed into a fiber reinforced resin by being heated and the resin portion 19 being cured.
  • the resin part 19 can also be formed from the other thermosetting synthetic resin hardened
  • the bag film 3 covers the surface on which the side wall portion 8 of the plate portion 7 of the mold 2 is formed, and seals the inside of the mold 2 from the outside.
  • the bag film 3 further forms an injection port 11 and a suction port 12.
  • the injection port 11 connects a resin injection device (not shown) and the inside of the mold 2.
  • the resin injecting device injects resin forming the resin portion 19 into the mold 2 through the injection port 11.
  • the suction port 12 connects a resin suction device (not shown) and the inside of the mold 2.
  • the resin suction device exhausts the inside of the mold 2 through the suction port 12 and sucks the resin forming the resin portion 19 to the outside of the mold 2.
  • the injection-side pass medium 5 is formed in a net shape and is arranged so as to connect the injection port 11 and the inside of the mold 2.
  • the injection-side pass media 5 assists that the resin is injected into the mold 2 from the resin injection device.
  • the discharge-side pass medium 6 is formed in a net shape and is disposed so as to connect the suction port 12 and the inside of the mold 2.
  • the discharge-side pass medium 6 assists the resin from being sucked into the resin suction device from the inside of the mold 2.
  • FIG. 1 further shows a nondestructive inspection apparatus.
  • the nondestructive inspection device 14 includes a transmission side probe 15, a reception side probe 16, and a control device 17.
  • the control device 17 is a computer and includes a CPU, a storage device, an input device, an output device, and an interface (not shown).
  • the CPU executes a computer program installed in the control device 17 to control the storage device, the input device, the output device, and the interface.
  • the storage device records the computer program and temporarily records information generated by the CPU.
  • the input device generates information when operated by the user, and outputs the information to the CPU.
  • the input device is exemplified by a keyboard.
  • the output device outputs information generated by the CPU so that the user can recognize the information.
  • An example of the output device is a display.
  • the interface outputs information generated by an external device connected to the control device 17 to the CPU, and outputs information generated by the CPU to the external device.
  • the external device includes a transmission side probe 15 and a
  • the transmitting probe 15 is arranged so as to face the bag film 3 of the composite material forming tool 1.
  • the transmitting probe 15 is connected to the control device 17 through an electric wire (not shown) so as to be able to transmit information.
  • the transmitting probe 15 is controlled by the control device 17 and oscillates an ultrasonic wave 21 toward the plate portion 7 of the mold 2.
  • the ultrasonic wave 21 propagates to the plate portion 7 of the mold 2 through the fiber reinforced resin intermediate material 10 inside the mold 2.
  • the plate portion 7 generates a Lamb wave 23 at a point 22 where the ultrasonic wave 21 is propagated, and propagates the Lamb wave 23.
  • the receiving probe 16 is arranged so as to face the bag film 3 of the composite material forming tool 1 and toward the point 24 of the plate portion 7.
  • the point 24 is arranged at a position away from the point 22 by a predetermined distance.
  • the receiving side probe 16 is connected to the control device 17 through an electric wire (not shown) so as to be able to transmit information.
  • the receiving probe 16 receives an ultrasonic wave 25 that is oscillated from the point 24 and propagates through the fiber-reinforced resin intermediate material 10 inside the mold 2.
  • the strength of the ultrasonic wave 25 is such that the thickness of the resin part 19 in the part where the ultrasonic wave 21 propagates in the fiber reinforced resin intermediate material 10 and the resin in the part where the ultrasonic wave 25 propagates in the fiber reinforced resin intermediate material 10. This reflects the thickness of the portion 19.
  • the receiving probe 16 measures the intensity of the ultrasonic wave 25 and outputs the intensity to the control device 17.
  • the nondestructive inspection device 14 further includes a scanning device 31 as shown in FIG.
  • the scanning device 31 includes a guide rail 32, a first support member 33, a second support member 34, and a fixing member 35.
  • the guide rail 32 is formed in a rod shape and is fixed to a base to which the mold 2 of the composite material forming tool 1 is fixed so as to be arranged in parallel with the x-axis direction.
  • the first support member 33 is formed in a rod shape and is arranged so as to be parallel to the y-axis direction perpendicular to the x-axis direction.
  • the first support member 33 is supported by the guide rail 32 so as to be movable in the x-axis direction.
  • the second support member 34 is formed in a rod shape and is arranged so as to be parallel to the x-axis direction perpendicular to the y-axis direction.
  • the second support member 34 is supported by the first support member 33 so as to be movable in the y-axis direction.
  • the fixing member 35 is formed in a rod shape and is supported by the second support member 34 so as to be rotatable around an axis parallel to the vertical direction perpendicular to the x-axis direction and the y-axis direction.
  • the scanning device 31 further includes a first drive device 36, a second drive device 37, and a third drive device 38.
  • the 1st drive device 36, the 2nd drive device 37, and the 3rd drive device 38 are connected to control device 17 via an electric wire which is not illustrated so that information can be transmitted.
  • the first drive device 36 is controlled by the control device 17 to drive the first support member 33 so that the first support member 33 translates in the x-axis direction with respect to the guide rail 32.
  • the second drive device 37 is controlled by the control device 17 to drive the second support member 34 so that the second support member 34 translates in the y-axis direction with respect to the first support member 33.
  • the third driving device 38 is controlled by the control device 17 and drives the fixing member 35 so that the fixing member 35 rotates around an axis parallel to the vertical direction with respect to the second support member 34.
  • the transmitting probe 15 when the transmitting probe 15 is directed to the point 22 of the plate portion 7, the receiving probe 16 is always separated from the point 22 by a predetermined distance. It is possible to measure the intensity of the ultrasonic wave 25 that is directed toward the point 24 and oscillated from the point 24.
  • the control device 17 has a plurality of computer programs installed as shown in FIG.
  • the computer program includes a scanning unit 41, a collection unit 42, and a defect detection unit 43.
  • the scanning unit 41 drives the third drive unit 38 so that the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are arranged in either the x-axis direction or the y-axis direction.
  • the scanning unit 41 controls the first driving device 36 and the second driving device 37 in a state where the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are arranged in either the x-axis direction or the y-axis direction. Then, the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are scanned. That is, the plate portion 7 is divided into a plurality of regions in a matrix shape at a portion surrounded by the side wall portion 8.
  • the scanning unit 41 controls the first driving device 36 and the second driving device 37 so that the transmitting probe 15 is directed to each of the plurality of regions in order.
  • the collection unit 42 oscillates the ultrasonic wave 21 using the transmission side probe 15 every time the transmission side probe 15 is directed to each of the plurality of regions by the scanning unit 41.
  • the collection unit 42 measures the intensity of the ultrasonic wave 25 oscillated from the plate portion 7 by using the reception side probe 16 every time the ultrasonic wave 21 is oscillated from the transmission side probe 15. Are collected from the receiving probe 16.
  • the defect detection unit 43 determines whether the controller 17 has a defect in the fiber reinforced resin intermediate material 10 based on the intensity of the ultrasonic wave 25 collected by the collection unit 42. When it is determined that a defect has occurred in the fiber reinforced resin intermediate material 10, the defect detection unit 43 calculates the position, type, and size of the defect based on the intensity of the collected ultrasonic wave 25. To do. The defect detection unit 43 further displays the calculated position, type, and size of the defect on the display so as to be recognized by the user.
  • FIG. 4 shows the method for manufacturing the composite material.
  • the user first stacks a plurality of sheets formed of carbon fibers, and places the stacked sheets in the mold 2 (step S1).
  • the user places the injection-side pass media 5 and the discharge-side pass media 6 inside the mold 2 and seals the inside of the mold 2 from the outside using the bag film 3 (step S2).
  • the user further forms the injection port 11 and the suction port 12, connects the injection port 11 to the resin injection device, and connects the suction port 12 to the resin suction device, thereby completing the composite material forming tool 1.
  • the user further places the composite material forming tool 1 inside the furnace and installs the nondestructive inspection device 14 on the composite material forming tool 1.
  • the user uses the furnace to inject resin into the mold 2 using the resin injection device while heating the composite material forming tool 1 to 70 ° C. to 80 ° C., and using the resin suction device, The inside of the mold 2 is exhausted. After the resin reaches the suction port 12, the user discharges the resin to the outside of the mold 2 using the resin suction device (step S3).
  • the plurality of laminated sheets are formed on the fiber reinforced resin intermediate material 10 by such resin injection.
  • the user executes a non-destructive inspection method while injecting the resin into the mold 2 to determine whether or not the fiber reinforced resin intermediate material 10 has a defect (step S4).
  • the user repairs the fiber reinforced resin intermediate material 10 (step S5).
  • step S4 When it is determined that the fiber reinforced resin intermediate material 10 is not defective (step S4, no defect) or after step S5 is executed, the user further cures the resin by heating to a higher temperature.
  • the fiber reinforced resin intermediate material 10 is formed into a fiber reinforced resin (step S6).
  • the user inspects the fiber reinforced resin for defects (step S7), and completes the fiber reinforced resin when no defects are found in the fiber reinforced resin.
  • FIG. 5 shows the nondestructive inspection method executed in step S4.
  • the nondestructive inspection method is executed by the nondestructive inspection device 14.
  • the control device 17 of the nondestructive inspection device 14 first drives the third drive device 38 so that the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are aligned in the x-axis direction.
  • the control device 17 scans the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 in a state where the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are aligned in the x-axis direction. That is, the plate portion 7 is divided into a plurality of regions in a matrix shape at a portion surrounded by the side wall portion 8.
  • the control device 17 controls the first drive device 36 and the second drive device 37 so that the transmitting probe 15 is directed to each of the plurality of regions in order.
  • the control device 17 oscillates the ultrasonic wave 21 using the transmission side probe 15 every time the transmission side probe 15 is directed to each of the plurality of regions.
  • the ultrasonic wave 21 propagates to the plate portion 7 of the mold 2 through the fiber reinforced resin intermediate material 10 inside the mold 2.
  • the plate portion 7 generates a Lamb wave 23 at a point 22 where the ultrasonic wave 21 is propagated, propagates the Lamb wave 23 to an arbitrary point of the plate portion 7, and oscillates an ultrasonic wave from the arbitrary point.
  • the receiving probe 16 measures the intensity of the ultrasonic wave 25 oscillated from the point 24 that is separated from the point 22 by a predetermined distance in the x-axis direction.
  • the control device 17 collects the intensity of the ultrasonic wave 25 from the receiving probe 16 (step S11).
  • the control device 17 drives the third drive device 38 so that the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are aligned in the y-axis direction.
  • the control device 17 scans the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 in a state where the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are arranged in the y-axis direction.
  • the control device 17 oscillates an ultrasonic wave 21 using the transmission probe 15 every time the transmission probe 15 is directed to each of the plurality of regions of the plate portion 7.
  • the receiving probe 16 measures the intensity of the ultrasonic wave 25 oscillated from the point 24 that is separated from the point 22 by a predetermined distance in the y-axis direction.
  • the control device 17 collects the intensity of the ultrasonic wave 25 from the receiving probe 16 (step S12).
  • the control device 17 determines whether or not a defect has occurred in the fiber reinforced resin intermediate material 10. .
  • the defect include voids and non-impregnation.
  • the void is that air bubbles are formed in the resin portion 19 of the fiber reinforced resin intermediate material 10 due to holes or the like formed in the bag film 3.
  • the unimpregnation is that the resin is not sufficiently impregnated and the carbon fiber is exposed.
  • the control device 17 calculates the position, type, and size of the defect based on the intensity of the collected ultrasonic wave 25. (Step S13).
  • the control device 17 further displays the calculated position, type and size of the defect on the display so as to be recognized by the user.
  • the nondestructive inspection apparatus 14 does not contaminate the furnace in which the composite material forming tool 1 is disposed with the contact medium, and can prevent contamination inside the furnace.
  • Such a non-destructive inspection method calculates the position and size of a defect occurring in the fiber reinforced resin intermediate material 10 in order to scan the transmitting probe 15 and the receiving probe 16. Can do.
  • the strength of the ultrasonic wave 25 is the thickness of the resin part 19 in the part where the ultrasonic wave 21 propagates in the fiber reinforced resin intermediate material 10 or the part where the ultrasonic wave 25 propagates in the fiber reinforced resin intermediate material 10.
  • the thickness of the resin portion 19 is reflected, and in general, it may not be possible to determine which of the two thicknesses is reflected. According to such a non-destructive inspection method, since the inspection is performed a plurality of times by changing the direction in which the transmission side probe 15 and the reception side probe 16 are arranged, it occurs in the fiber reinforced resin intermediate material 10. The position and size of the existing defect can be calculated in more detail.
  • step S5 can be replaced with an operation of discarding the fiber reinforced resin intermediate material 10. At this time, it is possible to prevent wasteful execution of curing, which is the next process of matrix injection in step S3.
  • Such a non-destructive inspection method can also be applied to other methods for handling fluids.
  • concrete production is exemplified.
  • defects (voids) generated in the concrete can be found before the concrete is hardened, which is preferable.
  • the plate portion 7 of the mold 2 can be replaced with another plate that is not flat. According to the composite material manufacturing method using such a mold, it is possible to mold a fiber reinforced resin having a non-flat curved surface.
  • the mold 2 may be replaced with another mold that further includes a Lamb wave propagation plate on the surface of the plate portion 7 opposite to the surface on which the side wall portion 8 is formed.
  • Such a mold is used similarly to the mold 2 in the above-described embodiment. That is, the Lamb wave propagation plate receives ultrasonic waves propagated from the transmitting probe 15 through the fiber reinforced resin intermediate material and the plate portion of the mold, and the Lamb wave propagation plate is the point where the ultrasonic waves are propagated.
  • a wave is generated, the Lamb wave is propagated to an arbitrary point of the Lamb wave propagation plate, and an ultrasonic wave is oscillated from the arbitrary point.
  • the receiving probe 16 measures the intensity of the ultrasonic wave oscillated from the Lamb wave propagation plate and propagated through the plate portion of the mold and the fiber reinforced resin intermediate material.
  • a nondestructive inspection method using such a mold can achieve the same effects as the nondestructive inspection methods in the above-described embodiments.

Abstract

本発明による非破壊検査装置は、検査対象流体に向けて第1超音波を発振する送信側探触子と、その検査対象流体を介してその第1超音波が伝播されたときにその第1超音波により生成されるラム波が伝播する板と、その板から発振されてその検査対象流体を透過する第2超音波の強度を測定する受信側探触子とを備えている。このような非破壊検査装置は、その送信側探触子とその受信側探触子とをその検査対象流体に接触させないで、その検査対象流体を検査することができる。

Description

非破壊検査装置および非破壊検査方法
 本発明は、非破壊検査装置および非破壊検査方法に関し、特に、超音波により流体を検査する非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
 繊維を樹脂に複合することにより強化した繊維強化複合材料が知られている。その繊維強化複合材料としては、CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)が例示される。このような繊維強化複合材料は、軽量化メリットが大きいことから、たとえば、航空機構造部材などに例示される多くの製品に適用されている。その繊維強化複合材料は、積層された強化繊維に樹脂を含浸させ、その樹脂を硬化させるVaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding:真空含浸工法)、RFI(Resin Film Infusion)により製造される。その繊維強化複合材料は、ボイド、樹脂の未含浸に例示される欠陥が生じることがある。その欠陥は、その樹脂が硬化する前に、検出されることが望まれている。
 特許第3864180号公報には、非接触反射法でより明確に欠陥部を検出することの可能な超音波試験方法が開示されている。その超音波試験方法は、試験体の一側に設けた探触子から超音波を送信すると共に反射波を探触子で受信する超音波試験方法であって、前記探触子が送信子と受信子とを備え、送信子及び受信子と試験体との間の気層を介して超音波を送受信し、前記反射波の伝播時間よりも前記送信子及び受信子間の気中伝播時間が長くなるように送信子、受信子及び試験体の相対位置を設定したことを特徴としている。
 米国特許出願公開第2002/0088281号明細書には、ラム波を用いて検査する検査方法が開示されている。
特許第3864180号公報 米国特許出願公開第2002/0088281号明細書
 本発明の課題は、流体を検査する環境の汚染を低減する非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
 本発明の他の課題は、所定の状態である流体の部分の位置を検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
 本発明のさらに他の課題は、所定の状態である流体の部分の位置をより高精度に検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
 本発明のさらに他の課題は、流体の内部に異物を混入しないでその流体が所定の状態になるタイミングを検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
 本発明のさらに他の課題は、流体を硬化させて材料を製造するときに、その流体が硬化する前に、その材料に生じる欠陥を検出する非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
 本発明による非破壊検査装置は、検査対象流体に向けて第1超音波を発振する送信側探触子と、その第1超音波が伝播されたときに、その第1超音波により生成されるラム波が伝播する板と、その板から発振され、その検査対象流体を透過する第2超音波の強度を測定する受信側探触子とを備えている。このとき、このような非破壊検査装置は、その第1超音波を発振する送信側探触子とその第2超音波を測定するその受信側探触子とをその検査対象流体に接触させないで、その検査対象流体を検査することができる。
 その板は、その検査対象流体が流し込まれるモールドの一部に形成されることが好ましい。
 本発明による非破壊検査装置は、その送信側探触子に対してその受信側探触子を固定する固定部材をさらに備えていることが好ましい。
 本発明による非破壊検査装置は、その送信側探触子とその受信側探触子とを駆動する駆動装置をさらに備えている。このとき、このような非破壊検査装置は、その検査対象流体が所定の状態である位置を検出することができる。
 本発明による非破壊検査装置は、その送信側探触子に対するその受信側探触子の方向を変更する他の駆動装置をさらに備えていることが好ましい。
 本発明による非破壊検査装置は、制御装置をさらに備えている。その制御装置は、その他の駆動装置を用いて第1方向にその送信側探触子とその受信側探触子とを並べてその駆動装置を用いてその送信側探触子とその受信側探触子とを走査し、その他の駆動装置を用いてその第1方向と異なる第2方向にその送信側探触子とその受信側探触子とを並べてその駆動装置を用いてその送信側探触子とその受信側探触子とを走査する走査部と、その送信側探触子とその受信側探触子とが走査されている最中に、その第2超音波の強度をその受信側探触子から収集する収集部と、その強度に基づいてその検査対象流体が不適切である位置を検出する欠陥検出部とを備えている。このとき、このような非破壊検査装置は、その検査対象流体が所定の状態である位置をより高精度に検出することができる。
 本発明による非破壊検査装置は、その第2超音波の強度に基づいてその検査対象流体が所定状態になるタイミングを検出する制御装置をさらに備えていることが好ましい。
 本発明による非破壊検査方法は、検査対象流体を介して第1超音波が板に伝播されるように、その検査対象流体に向けてその第1超音波を発振するステップと、その第1超音波がその検査対象流体を透過して伝播される板から発振され、その検査対象流体を透過する第2超音波の強度を測定するステップと、その強度に基づいてその検査対象流体を検査するステップとを備えている。このような非破壊検査方法は、その第1超音波を発振する送信側探触子とその第2超音波を測定するその受信側探触子とをその検査対象流体に接触させないで、その検査対象流体を検査することができる。
 本発明による非破壊検査方法は、その第1超音波を発振する送信側探触子とその強度を測定する受信側探触子とを走査するステップをさらに備えている。このような非破壊検査方法は、その第2超音波に基づいてその検査対象流体が不適切である位置を検出することができる。
 その走査するステップは、第1方向にその送信側探触子とその受信側探触子とが並んだ状態で、その送信側探触子とその受信側探触子とを走査するステップと、その第1方向と異なる第2方向にその送信側探触子とその受信側探触子とが並んだ状態で、その送信側探触子とその受信側探触子とを走査するステップとを備えている。このような非破壊検査方法は、その第2超音波に基づいてその検査対象流体が不適切である位置をより高精度に検出することができる。
 本発明による複合材料製造方法は、本発明による非破壊検査方法を実行するステップと、その検査対象流体が適切であるときに次工程を実行するステップとを備えていることが好ましい。
 本発明による非破壊検査装置および非破壊検査方法は、超音波を発振する送信側探触子と超音波を測定する受信側探触子とを検査対象流体に接触させないで、その検査対象流体を検査することができる。
図1は、非破壊検査装置を示すブロック図である。 図2は、非破壊検査装置を示す平面図である。 図3は、制御装置を示すブロック図である。 図4は、複合材料製造方法を示すフローチャートである。 図5は、非破壊検査方法を示すフローチャートである。
 図面を参照して、本発明による非破壊検査装置の実施の形態を記載する。その非破壊検査装置は、複合材料形成ツールに適用される。その複合材料形成ツール1は、図1に示されているように、モールド2とバッグフィルム3と注入側パスメディア5と排出側パスメディア6とを備えている。モールド2は、例えば金属あるいはCFRPから形成され、板部分7と側壁部分8とから形成されている。板部分7は、厚さが一様である板状に形成され、所望の形状に形成される。側壁部分8は、板部分7の一方の面に突出するように形成されている。すなわち、モールド2は、板部分7を底とし、側壁部分8を側壁とする容器に形成されている。モールド2は、その容器の中に繊維強化樹脂中間材10が配置される。繊維強化樹脂中間材10は、繊維部分18と樹脂部分19とから形成される。繊維部分18は、炭素繊維により形成された織物が積層されて形成されている。なお、繊維部分18は、炭素繊維と異なる他の繊維から形成されることもできる。その繊維としては、ガラス繊維が例示される。樹脂部分19は、流体であるエポキシ樹脂から形成され、繊維部分18に含浸されている。繊維強化樹脂中間材10は、加熱されて樹脂部分19が硬化することにより、繊維強化樹脂に形成される。なお、樹脂部分19は、加熱により硬化する他の熱硬化性合成樹脂から形成されることもできる。
 バッグフィルム3は、モールド2の板部分7の側壁部分8が形成されている面を被覆し、モールド2の内部を外部から密封している。バッグフィルム3は、さらに、注入口11と吸引口12とを形成している。注入口11は、図示されていない樹脂注入装置とモールド2の内部とを接続している。その樹脂注入装置は、注入口11を介して樹脂部分19を形成する樹脂をモールド2の内部に注入する。吸引口12は、図示されていない樹脂吸引装置とモールド2の内部とを接続している。その樹脂吸引装置は、吸引口12を介してモールド2の内部を排気し、樹脂部分19を形成する樹脂をモールド2の外部に吸引する。
 注入側パスメディア5は、網状に形成され、注入口11とモールド2の内部とを接続するように、配置されている。注入側パスメディア5は、その樹脂注入装置からモールド2の内部にその樹脂が注入されることを補助する。排出側パスメディア6は、網状に形成され、吸引口12とモールド2の内部とを接続するように、配置されている。排出側パスメディア6は、モールド2の内部からその樹脂吸引装置にその樹脂が吸引されることを補助する。
 図1は、さらに、非破壊検査装置を示している。その非破壊検査装置14は、送信側探触子15と受信側探触子16と制御装置17とを備えている。制御装置17は、コンピュータであり、図示されていないCPUと記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを備えている。そのCPUは、制御装置17にインストールされるコンピュータプログラムを実行して、その記憶装置と入力装置と出力装置とインターフェースとを制御する。その記憶装置は、そのコンピュータプログラムを記録し、そのCPUにより生成される情報を一時的に記録する。その入力装置は、ユーザに操作されることにより情報を生成し、その情報をそのCPUに出力する。その入力装置としては、キーボードが例示される。その出力装置は、そのCPUにより生成される情報をユーザに認識可能に出力する。その出力装置としては、ディスプレイが例示される。そのインターフェースは、制御装置17に接続される外部機器により生成される情報をそのCPUに出力し、そのCPUにより生成された情報をその外部機器に出力する。その外部機器は、送信側探触子15と受信側探触子16とを含んでいる。
 送信側探触子15は、複合材料形成ツール1のバッグフィルム3に対向するように、配置されている。送信側探触子15は、図示されていない電線を介して、制御装置17に情報伝達可能に接続されている。送信側探触子15は、制御装置17により制御され、モールド2の板部分7に向けて超音波21を発振する。超音波21は、モールド2の内部の繊維強化樹脂中間材10を介して、モールド2の板部分7に伝播する。板部分7は、超音波21が伝播された点22でラム波23が生成され、ラム波23を伝播させる。受信側探触子16は、複合材料形成ツール1のバッグフィルム3に対向するように、かつ、板部分7のうちの点24に向けて、配置されている。点24は、点22から所定の距離だけ離れた位置に配置されている。受信側探触子16は、図示されていない電線を介して、制御装置17に情報伝達可能に接続されている。受信側探触子16は、点24から発振され、モールド2の内部の繊維強化樹脂中間材10を伝播する超音波25を受信する。超音波25の強度は、繊維強化樹脂中間材10のうちの超音波21が伝播する部分での樹脂部分19の厚さと繊維強化樹脂中間材10のうちの超音波25が伝播する部分での樹脂部分19の厚さとを反映している。受信側探触子16は、超音波25の強度を測定し、その強度を制御装置17に出力する。
 非破壊検査装置14は、図2に示されているように、さらに、走査装置31を備えている。走査装置31は、ガイドレール32と第1支持部材33と第2支持部材34と固定部材35と備えている。ガイドレール32は、棒状に形成され、x軸方向に平行に配置されるように、複合材料形成ツール1のモールド2が固定される土台に固定されている。第1支持部材33は、棒状に形成され、x軸方向と垂直であるy軸方向に平行になるように、配置されている。第1支持部材33は、x軸方向に平行移動可能にガイドレール32に支持されている。第2支持部材34は、棒状に形成され、y軸方向と垂直であるx軸方向に平行になるように、配置されている。第2支持部材34は、y軸方向に平行移動可能に第1支持部材33に支持されている。固定部材35は、棒状に形成され、x軸方向とy軸方向とに垂直である鉛直方向に平行な軸を中心に回転可能に第2支持部材34に支持されている。
 走査装置31は、さらに、第1駆動装置36と第2駆動装置37と第3駆動装置38とを備えている。第1駆動装置36と第2駆動装置37と第3駆動装置38とは、図示されていない電線を介して、制御装置17に情報伝達可能に接続されている。第1駆動装置36は、制御装置17により制御されて、第1支持部材33がガイドレール32に対してx軸方向に平行移動するように、第1支持部材33を駆動する。第2駆動装置37は、制御装置17により制御されて、第2支持部材34が第1支持部材33に対してy軸方向に平行移動するように、第2支持部材34を駆動する。第3駆動装置38は、制御装置17により制御されて、固定部材35が第2支持部材34に対して鉛直方向に平行である軸を中心に回転移動するように、固定部材35を駆動する。
 このような走査装置31によれば、送信側探触子15が板部分7の点22に向けられているときに、受信側探触子16は、常時に、点22から所定の距離だけ離れた点24に向けられ、点24から発振された超音波25の強度を測定することができる。
 制御装置17は、図3に示されているように、複数のコンピュータプログラムがインストールされている。そのコンピュータプログラムは、走査部41と収集部42と欠陥検出部43とを含んでいる。
 走査部41は、送信側探触子15と受信側探触子16とがx軸方向またはy軸方向のいずれかに並ぶように、第3駆動装置38を駆動する。走査部41は、送信側探触子15と受信側探触子16とがx軸方向またはy軸方向のいずれかに並んだ状態で、第1駆動装置36と第2駆動装置37とを制御して送信側探触子15と受信側探触子16とを走査させる。すなわち、板部分7は、側壁部分8に囲まれた部分がマトリクス状に複数の領域に分割されている。走査部41は、送信側探触子15がその複数の領域の各々に順番に向けられるように、第1駆動装置36と第2駆動装置37とを制御する。
 収集部42は、走査部41により、送信側探触子15がその複数の領域の各々に向けられるごとに、送信側探触子15を用いて超音波21を発振する。収集部42は、送信側探触子15から超音波21が発振されるごとに、受信側探触子16を用いて板部分7から発振された超音波25の強度を測定し、超音波25の強度を受信側探触子16から収集する。
 欠陥検出部43は、制御装置17は、収集部42により収集された超音波25の強度に基づいて、繊維強化樹脂中間材10に欠陥が発生しているかどうかを判別する。欠陥検出部43は、繊維強化樹脂中間材10に欠陥が発生していると判別されたときに、その収集された超音波25の強度に基づいて、その欠陥の位置と種類と大きさとを算出する。欠陥検出部43は、さらに、その算出された欠陥の位置と種類と大きさとをユーザ認識可能にディスプレイに表示する。
 本発明による非破壊検査方法の実施の形態は、複合材料製造方法に適用されている。図4は、その複合材料製造方法を示している。ユーザは、まず、炭素繊維により形成された複数のシートを積層し、その積層された複数のシートをモールド2の内部に配置する(ステップS1)。ユーザは、次いで、注入側パスメディア5と排出側パスメディア6とをモールド2の内部に配置し、バッグフィルム3を用いてモールド2の内部を外部から密封する(ステップS2)。ユーザは、さらに、注入口11と吸引口12とを形成し、注入口11を樹脂注入装置に接続し、吸引口12を樹脂吸引装置に接続して、複合材料形成ツール1を完成させる。
 ユーザは、さらに、複合材料形成ツール1を炉の内部に配置し、複合材料形成ツール1に非破壊検査装置14を設置する。ユーザは、その炉を用いて、複合材料形成ツール1を70℃~80℃に加熱しながら、その樹脂注入装置を用いてモールド2の内部に樹脂を注入し、その樹脂吸引装置を用いて、モールド2の内部から排気する。ユーザは、その樹脂が吸引口12に到達した後に、その樹脂吸引装置を用いて、その樹脂をモールド2の外部に排出する(ステップS3)。その積層された複数のシートは、このような樹脂の注入により、繊維強化樹脂中間材10に形成される。
 ユーザは、その樹脂をモールド2の内部に注入しながら、非破壊検査方法を実行し、繊維強化樹脂中間材10に欠陥があるかどうかを判別する(ステップS4)。ユーザは、繊維強化樹脂中間材10に欠陥があると判別されたときに(ステップS4、欠陥あり)、繊維強化樹脂中間材10を修理する(ステップS5)。
 ユーザは、繊維強化樹脂中間材10に欠陥がないと判別されたときに(ステップS4、欠陥なし)、または、ステップS5が実行された後に、さらに高温に加熱することにより樹脂を硬化させることにより、繊維強化樹脂中間材10を繊維強化樹脂に形成する(ステップS6)。ユーザは、その繊維強化樹脂に欠陥がないか検査し(ステップS7)、その繊維強化樹脂に欠陥が発見されないときに、繊維強化樹脂を完成させる。
 図5は、ステップS4で実行される非破壊検査方法を示している。その非破壊検査方法は、非破壊検査装置14により実行される。非破壊検査装置14の制御装置17は、まず、送信側探触子15と受信側探触子16とがx軸方向に並ぶように、第3駆動装置38を駆動する。制御装置17は、送信側探触子15と受信側探触子16とがx軸方向に並んだ状態で、送信側探触子15と受信側探触子16とを走査させる。すなわち、板部分7は、側壁部分8に囲まれた部分がマトリクス状に複数の領域に分割されている。制御装置17は、送信側探触子15がその複数の領域の各々に順番に向けられるように、第1駆動装置36と第2駆動装置37とを制御する。制御装置17は、送信側探触子15がその複数の領域の各々に向けられるごとに、送信側探触子15を用いて超音波21を発振する。このとき、超音波21は、モールド2の内部の繊維強化樹脂中間材10を介して、モールド2の板部分7に伝播する。板部分7は、超音波21が伝播された点22でラム波23を生成し、ラム波23を板部分7の任意の点に伝播させ、その任意の点から超音波を発振する。受信側探触子16は、点22からx軸方向に所定の距離だけ離れた点24から発振された超音波25の強度を測定する。制御装置17は、超音波25の強度を受信側探触子16から収集する(ステップS11)。
 制御装置17は、次いで、送信側探触子15と受信側探触子16とがy軸方向に並ぶように、第3駆動装置38を駆動する。制御装置17は、送信側探触子15と受信側探触子16とがy軸方向に並んだ状態で、送信側探触子15と受信側探触子16とを走査させる。制御装置17は、送信側探触子15が板部分7の複数の領域の各々に向けられるごとに、送信側探触子15を用いて超音波21を発振する。受信側探触子16は、点22からy軸方向に所定の距離だけ離れた点24から発振された超音波25の強度を測定する。制御装置17は、超音波25の強度を受信側探触子16から収集する(ステップS12)。
 制御装置17は、ステップS11で収集された超音波25の強度とステップS12で収集された超音波25の強度とに基づいて、繊維強化樹脂中間材10に欠陥が発生しているかどうかを判別する。その欠陥としては、ボイド、未含浸が例示される。そのボイドは、バッグフィルム3に形成された孔などの原因で、繊維強化樹脂中間材10の樹脂部分19に気泡が形成されることである。その未含浸は、樹脂の含浸が不十分で、炭素繊維が剥き出しの状態に成ることである。制御装置17は、繊維強化樹脂中間材10に欠陥が発生していると判別されたときに、その収集された超音波25の強度に基づいて、その欠陥の位置と種類と大きさとを算出する(ステップS13)。制御装置17は、さらに、その算出された欠陥の位置と種類と大きさとをユーザ認識可能にディスプレイに表示する。
 このような非破壊検査方法によれば、送信側探触子15と受信側探触子16とは、バッグフィルム3に接触させる必要がなく、送信側探触子15とバッグフィルム3との間に液体の接触媒質を配置する必要がなく、受信側探触子16とバッグフィルム3との間に液体の接触媒質を配置する必要がない。このため、非破壊検査装置14は、複合材料形成ツール1が配置される炉をその接触媒質で汚染することがなくなり、その炉の内部の汚染を防止することができる。
 このような非破壊検査方法は、送信側探触子15と受信側探触子16とを走査するために、繊維強化樹脂中間材10に発生している欠陥の位置と大きさとを算出することができる。超音波25の強度は、繊維強化樹脂中間材10のうちの超音波21が伝播する部分での樹脂部分19の厚さ、または、繊維強化樹脂中間材10のうちの超音波25が伝播する部分での樹脂部分19の厚さが反映され、一般的に、その2つの厚さのどちらが反映されているかが判別されることができないことがある。このような非破壊検査方法によれば、送信側探触子15と受信側探触子16とが並ぶ方向を変えて複数回検査しているために、繊維強化樹脂中間材10に発生している欠陥の位置と大きさとをより詳細に算出することができる。
 繊維強化樹脂は、一般的に、樹脂部分が硬化した後に修理すると、その修理した部分の強度が低下する。このような複合材料製造方法によれば、このような非破壊検査方法により繊維強化樹脂中間材10の欠陥を樹脂部分19が硬化する前に欠陥を発見することができるために、完成品の強度を低下することなく、その欠陥を修理することができる。なお、ステップS5は、繊維強化樹脂中間材10を廃棄する動作に置換することができる。このとき、ステップS3のマトリックス注入の次工程である硬化を無駄に実行することを防止することができる。
 このような非破壊検査方法は、さらに、流体を取り扱う他の方法に適用することもできる。その方法としては、コンクリートの製造が例示される。このような非破壊検査方法が適用されたコンクリートの製造方法によれば、そのコンクリートが硬化する前に、そのコンクリートに発生する欠陥(ボイド)を発見することができ、好ましい。
 なお、モールド2の板部分7は、平坦でない他の板に置換されることもできる。このようなモールドを用いた複合材料製造方法によれば、平坦でない曲面を有する繊維強化樹脂を成型することができる。
 なお、モールド2は、板部分7のうちの側壁部分8が形成されている面の反対側の面にラム波伝播用板をさらに備えている他のモールドに置換されることもできる。このようなモールドは、既述の実施の形態におけるモールド2と同様に利用される。すなわち、そのラム波伝播用板は、送信側探触子15から繊維強化樹脂中間材とそのモールドの板部分とを介して伝播された超音波を受け、その超音波が伝播された点でラム波を生成し、そのラム波をそのラム波伝播用板の任意の点に伝播させ、その任意の点から超音波を発振する。このとき、受信側探触子16は、そのラム波伝播用板から発振され、そのモールドの板部分と繊維強化樹脂中間材とを介して伝播された超音波の強度を測定する。このようなモールドを用いた非破壊検査方法は、既述の実施の形態における非破壊検査方法と同様な効果を奏することができる。

Claims (11)

  1.  検査対象流体に向けて第1超音波を発振する送信側探触子と、
     前記第1超音波が前記検査対象流体を介して伝播されたときに、前記第1超音波により生成されるラム波が伝播する板と、
     前記板から発振され、前記検査対象流体を伝播する第2超音波の強度を測定する受信側探触子
     とを具備する非破壊検査装置。
  2.  請求の範囲1において、
     前記板は、前記検査対象流体が流し込まれるモールドの一部に形成される
     非破壊検査装置。
  3.  請求の範囲2において、
     前記送信側探触子に対して前記受信側探触子を固定する固定部材
     をさらに具備する非破壊検査装置。
  4.  請求の範囲3において、
     前記送信側探触子と前記受信側探触子とを駆動する駆動装置
     をさらに具備する非破壊検査装置。
  5.  請求の範囲4において、
     前記送信側探触子に対する前記受信側探触子の方向を変更する他の駆動装置
     をさらに具備する非破壊検査装置。
  6.  請求の範囲5において、
     制御装置をさらに具備し、
     前記制御装置は、
     前記他の駆動装置を用いて第1方向に前記送信側探触子と前記受信側探触子とを並べて前記駆動装置を用いて前記送信側探触子と前記受信側探触子とを走査し、前記他の駆動装置を用いて前記第1方向と異なる第2方向に前記送信側探触子と前記受信側探触子とを並べて前記駆動装置を用いて前記送信側探触子と前記受信側探触子とを走査する走査部と、
     前記送信側探触子と前記受信側探触子とが走査されている最中に、前記第2超音波の強度を前記受信側探触子から収集する収集部と、
     前記強度に基づいて前記検査対象流体が不適切である位置を検出する欠陥検出部とを備える
     非破壊検査装置。
  7.  請求の範囲2において、
     前記第2超音波の強度に基づいて前記検査対象流体が所定状態になるタイミングを検出する制御装置
     をさらに具備する非破壊検査装置。
  8.  検査対象流体に向けて第1超音波を発振するステップと、前記第1超音波は、前記検査対象流体を介して板に伝播され、
     前記板から発振され、前記検査対象流体を伝播する第2超音波の強度を測定するステップと、
     前記強度に基づいて前記検査対象流体を検査するステップ
     とを具備する非破壊検査方法。
  9.  請求の範囲8において、
     前記第1超音波を発振する送信側探触子と前記強度を測定する受信側探触子とを走査するステップ
     をさらに具備する非破壊検査方法。
  10.  請求の範囲9において、
     前記走査するステップは、
     第1方向に前記送信側探触子と前記受信側探触子とが並んだ状態で、前記送信側探触子と前記受信側探触子とを走査するステップと、
     前記第1方向と異なる第2方向に前記送信側探触子と前記受信側探触子とが並んだ状態で、前記送信側探触子と前記受信側探触子とを走査するステップとを備える
     非破壊検査方法。
  11.  請求の範囲8~請求の範囲10のいずれかに記載される非破壊検査方法を実行するステップと、
     前記検査対象流体が適切であるときに次工程を実行するステップ
     とを具備する複合材料製造方法。
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