(57)【要約】【課題】本発明は、試料表面において非破壊で動作可能であり、従来の方法や装置と比較して精度が向上した、例えば探針などの機器の移動を検出する方法及び装置を提供する。【解決手段】本発明は、試料に部分的に透過する信号を送信する送信ステップと、前記試料から反射される信号の少なくとも一部を検出する検出ステップと、前記検出ステップに応じて、移動データと前記試料の特性データとの両方を測定する測定ステップと、前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、探針位置に従って前記試料のデータファイルから生成された前記試料の画像を前記表示部に前記画像データと同時に表示する画像表示ステップと、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
2010190905.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に部分的に透過する信号を送信する送信ステップと、
前記試料から反射される信号の少なくとも一部を検出する検出ステップと、
前記検出ステップに応じて、移動データと前記試料の特性データとの両方を測定する測定ステップと、
前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、
表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、
探針位置に従って前記試料のデータファイルから生成された前記試料の画像を前記表示部に前記画像データと同時に表示する画像表示ステップと、
を備えることを特徴とする試料の非破壊検出方法。
【請求項２】
前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の特性の画像データを生成する画像データ生成ステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項３】
前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、
表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、
前記移動データの少なくとも一部に基づいて、前記画像データを更新する更新ステップと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項４】
前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、
表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、
探針位置に従って前記試料のＣＡＤファイルから生成された前記試料の画像を前記表示部に前記画像データと同時に表示する画像表示ステップと、さらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項５】
前記移動データ及び前記試料の特性データの少なくとも１つ、又は前記移動データ及び前記試料の特性データの両方を、前記試料のデータファイルに関連付ける関連付けステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項６】
前記移動データ及び前記試料の特性データの少なくとも１つ、又は前記移動データ及び前記試料の特性データの両方を、前記試料のＣＡＤファイルに関連付ける関連付けステップをさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項７】
前記特性データ若しくは前記移動データ、又は前記特性データと前記移動データとの両方の少なくとも一部に基づいて、特性を特定する特定ステップと、
前記特性を前記試料のデータファイルにおける前記試料の座標と関連付ける関連付けステップと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項８】
前記特性データ若しくは前記移動データ、又は前記特性データ及び前記移動データの両方に少なくとも一部に基づいて、特性を特定する特定ステップと、
前記特性を前記試料のＣＡＤファイルにおける前記試料の座標と関連付ける関連付けステップと、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１記載の試料の非破壊検出方法。
【請求項９】
情報処理システムと前記情報処理システムに接続可能な探針とを有する探針システムであって、
前記探針は、
少なくとも部分的に試料内部に透過できる信号を送信する送信器と、
前記試料からの反射信号を少なくとも部分的に検出できる１以上のセンサからなるアレイと、を備え、
前記アレイは、センサの第１の行及び第２の列に配置された少なくとも３以上のセンサのグリッドを備え、
少なくとも部分的に前記反射信号を検出する前記アレイに関して、前記情報処理システムが前記アレイの移動データと前記試料の特性データとの両方を測定できる
ことを特徴とする探針システム。
【請求項１０】
前記アレイは、符号化を行う軸毎に３以上の値を計測できる
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【請求項１１】
前記特性データは、前記試料の画像データを備える
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【請求項１２】
前記試料の特性は、製造欠陥、ひび、間隙、ストレス、亀裂、破砕、層、含有物、及び腐食の少なくとも１つ、又はこれらの組合せである
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【請求項１３】
前記アレイは、少なくとも３つのセンサからなる第１の線形アレイと、少なくとも３つのセンサからなる第２の線形アレイと、を備え、前記第１の線形アレイが前記第２の線形アレイに対して直角に配置されている
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【請求項１４】
少なくとも１つのセンサは、超音波センサ、磁気インピーダンスセンサ、ホールセンサ、過電流センサ、圧電センサ及び電波センサの少なくとも１つ、又はこれらの組合せを備える
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【請求項１５】
前記送信器及び前記アレイの少なくとも１つ、又はそれらの組合せは、カテーテル型機器に配置される
ことを特徴とする請求項９に記載の探針システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料表面の非破壊検出装置、当該装置からなる試験ユニット、及び試料表面の非破壊検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特に、超音波又は渦電流などを用いた非破壊材料試験の分野においては、例えば、試料の体積又は試料表面など、さらに例えば、不完全部、クラック、空洞、腐食表面などに関係し得る試料の構造特性を検出可能なことを用いた様々な方法及び装置が、従来から知られている。一般に、このような試験の目的で使用される装置は、試料との相互作用後に検出される試験信号を発生する探針部品が、適切な送信及び受信ユニットで形成されていることに基づいている。そして、調べられる空間領域での試料の構造は、検出されたエコー信号から推定される。仮に、試験方法中に、誰かが試料表面で探針部品を動かし、そして、その移動の間に、探針位置に従って試料の構造特性を検出できれば、試料に関する興味深い構造特性の空間画像を作成することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
今日使用される方法及び装置は、調査対象試料の構造特性を解析する場合、ある程度の高精度を実現する。しかしながら、表面における探針の移動の間に得られる解像度は、例えば、超音波パルスエコー法のように、多くの場合に使用される構造敏感の研究方法の解像能に対して遅れたままである。これは、今日まで、試料表面における探針の移動検出に、機械的変位変換器のみが、実際に使用されているという事実に起因している。使用される原理により、これらは、比較的高い測定誤差による影響を受ける。さらに、試料表面における探針の回転運動を出することを可能にするシステムは、長い間知られていない。
【０００４】
本発明は、試料表面において非破壊で動作可能であり、従来の方法や装置と比較して精度が向上した、例えば探針などの機器の移動を検出する方法及び装置を提供することを目的とする。さらに、本発明では、試料表面における機器の回転運動の検出も可能となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１の特徴を持つ方法によるのと同様、請求項９の特徴を有する装置によって達成される。
【０００６】
請求項1に係る試料の非破壊検出方法は、試料に部分的に透過する信号を送信する送信ステップと、前記試料から反射される信号の少なくとも一部を検出する検出ステップと、前記検出ステップに応じて、移動データと前記試料の特性データとの両方を測定する測定ステップと、前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、探針位置に従って前記試料のデータファイルから生成された前記試料の画像を前記表示部に前記画像データと同時に表示する画像表示ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の特性の画像データを生成する画像データ生成ステップをさらに備えることを特徴とする。
【０００８】
また、請求項３に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、前記移動データの少なくとも一部に基づいて、前記画像データを更新する更新ステップと、をさらに備えることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項４に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記測定ステップの少なくとも一部に基づいて、前記試料の画像データを生成する生成ステップと、表示部に前記画像データを表示する表示ステップと、探針位置に従って前記試料のＣＡＤファイルから生成された前記試料の画像を前記表示部に前記画像データと同時に表示する画像表示ステップと、さらに備えることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項５に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記移動データ若しくは前記試料の特性データの少なくとも１つ、又は前記移動データ及び前記試料の特性データの両方を、前記試料のデータファイルに関連付ける関連付けステップをさらに備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項６に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記移動データ若しくは前記試料の特性データの少なくとも１つ、又は前記移動データ及び前記試料の特性データの両方を、前記試料のＣＡＤファイルに関連付ける関連付けステップをさらに備えることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項７に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記特性データ若しくは前記移動データ、又は前記特性データと前記移動データとの両方の少なくとも一部に基づいて、特性を特定する特定ステップと、前記特性を前記試料のデータファイルにおける前記試料の座標と関連付ける関連付けステップと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項８に係る試料の非破壊検出方法は、請求項１において、前記特性データ若しくは前記移動データ、又は前記特性データ及び前記移動データの両方に少なくとも一部に基づいて、特性を特定する特定ステップと、前記特性を前記試料のＣＡＤファイルにおける前記試料の座標と関連付ける関連付けステップと、をさらに備えることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項９に係る探針システムは、情報処理システムと前記情報処理システムに接続可能な探針とを有する探針システムであって、前記探針は、少なくとも部分的に試料内部に透過できる信号を送信する送信器と、前記試料からの反射信号を少なくとも部分的に検出できる１以上のセンサからなるアレイと、を備え、前記アレイは、センサの第１の行及び第２の列に配置された少なくとも３つのセンサのグリッドを備え、少なくとも部分的に前記反射信号を検出する前記アレイに関して、前記情報処理システムが前記アレイの移動データと前記試料の特性データとの両方を測定できることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項１０に係る探針システムは、請求項９において、前記アレイは、符号化を行う軸毎に３以上の値を計測できることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項１１に係る探針システムは、請求項９において、前記特性データは、前記試料の画像データを備えることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項１２に係る探針システムは、請求項９において、前記試料の特性は、製造欠陥、ひび、間隙、ストレス、亀裂、破砕、層、含有物、及び腐食の少なくとも１つ、又はこれらの組合せであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項１３に係る探針システムは、請求項９において、前記アレイは、少なくとも３つのセンサからなる第１の線形アレイと、少なくとも３つのセンサからなる第２の線形アレイと、を備え、前記第１の線形アレイが前記第２の線形アレイに対して直角に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項１４に係る探針システムは、請求項９において、少なくとも１つのセンサは、超音波センサ、磁気インピーダンスセンサ、ホールセンサ、過電流センサ、圧電センサ及び電波センサの少なくとも１つ、又はこれらの組合せを備えることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１５に係る探針システムは、請求項９において、前記送信器及び前記アレイの少なくとも１つ、又はそれらの組合せは、カテーテル型機器に配置されることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る方法の第1の好ましい実施形態においては、吸収されたパルスエコーから、試料の局所構造の特性が導き出される。受信アレイが適切な方法で制御されて使用される場合は、例えば、受信アレイの局所位置X0上に中心を有するCスキャン形式による局所超音波反射の空間的表示など、試料の構造的特性の空間画像が即座に作成される。最も単純な場合では、この種の画像は、粗面のような空間構造上の試験光線の反射から得られるものであり、コヒーレント光線とともに光学で知られる「スペックルパターン」に似た反射パターンである。
【００２２】
受信アレイが、試料表面で、新しい位置X1に動かされる場合は、その後、構造特性の新しい画像が位置X1の中心に作成される。この画像は、その一部が最初の位置X0で作成された画像と空間的に重っているのが望ましい。そして、試料の表面の受信アレイの移動は、位置X0及び位置X1における画像を比較して推定される。これを行うには、付録１に概略される算術アルゴリズムが必要とされる。またその際に、試料の構造特性に関する空間分布の全体画像（移動の検出にも使用される）は、必要性は薄いのだが、一連の画像と同じように移動データから作成することができる。
【００２３】
本発明に係る方法のさらに好ましい実施形態では、試料の複数の画像が、受信アレイの試験位置Xにおいて作成され、これらの画像の少なくとも一つが、受信アレイの移動の測定のために上述したアレゴリズムの基準として用いられる。従って、受信アレイの移動を解析するために、試料の後壁エコーは、例えば超音波パルスエコー法などで使用される。一般的に、ここでは、音波の垂直挿入で作業が行われる。その一方で、試料の構造特性に関する空間分布の画像を作成するために、例えば角度を設けて音波を挿入することで得られていた、試料の塊からのエコー信号などが使用される。また、これらのエコー信号は、同じ励起パルスに遡る必要はなく、むしろ、パルス系列に従うパルスによっても作成される。特に、挿入角度又は焦点深度のような挿入された超音波パケットの超音波特性は、ここでパルスからパルスへと変えられる。
【００２４】
本発明に係る方法は、アレイを形成する受信機が一つの面に配置される場合、実行が容易である。この場合、アレイは、少なくとも３つの受信機(212／214）が少なくとも２直線の配置からなり、前記受信機が3次元的に様々な方向に伸びるのが好ましい。また、改良された実施例においては、アレイを形成する受信機は、2次元アレイのグリッド点に配置され、少なくとも３つの受信機がグリッドの２つの主方向にそれぞれ配置される。
【００２５】
しかしながら、アレイの受信機の少なくとも１つが、特に、アレイの全ての受信機が、受信機としての特性に加えて、さらに励起信号Siの時系列を送信するための送信機としても動作するように構成される場合は、著しい利点が得られる。従来技術として知られている超音波送信機及び超音波受信機の両方の機能を有する超音波トランスデューサーのアレイの例として説明されている。
【００２６】
前述の超音波受信機に加えて、例えば、渦電流センサ、電気センサ、磁場センサや、Ｘ線照射と同様に、赤外線、可視光線又は紫外線の波長領域のような電磁波放射線に対するセンサなど他の多くの受信機も、使用することができる。従って、適切な信号源が送信機として使用される。
【００２７】
本発明に係る方法では、構造特性に対して用いられる測定法が、例えば超音波短パルスの反射のように精度が高く、試料の構造特性の空間分布の画像が、この処理において検出される測定値の組Ｍ（Si）同様に、試料表面における測定機器の検出された移動データから次のステップで作成される。このようにして作成された試料の構造特性の画像は、表示部に表示される。
【００２８】
付録１に含まれる本発明に係る補足的形態では、他の事柄の中で、試料の構造特性に関するデータ同様、本発明に係る方法により得られる移動データを、（例えば、ＣＡＤベース）試料の３次元モデルに入力可能であるということが扱われている。このようにして、試料の構造特性の3次元表示が、実行される測定の検出に非常に適した形で作成される。
【００２９】
本発明に係る装置及び本発明に係る方法の長所と特徴とは、以下の実施例から生じる。これらは、超音波試験の分野に関連する例として挙げられたものである。さらに、渦電流測定、圧電センサによる測定、磁場検知器、又は広域の波長領域における電磁放射（例えば、可視光線、紫外線、又は赤外スペクトル範囲、Ｘ線照射及びマイクロ波放射）の汎用検出器を使った測定など他の非破壊的試験方法を用いることができる。
【００３０】
携帯型超音波検出機は、試験用途にしばしば用いられる。試験の対象物は、例えば、鋼管などの溶接鋼製部品とすることができる。この携帯型超音波検知機は、油、水、あるいは潤滑油を介して部品に接触させ、テスターは、被試験領域で様々なジグザグ運動をするように検出器を誘導するか、又はこれらの領域に検出器を維持することができる。被試験領域は、例えば、溶接線又は腐食後壁とすることができる。この種の検出器により、部分的な欠陥及び弱い溶接線を発見することができる。検出器の移動がランダムで予測不能のため、探針位置と同様に、部品寸法及び設計特性に関連して発見される欠陥を画像表示することは、特にしばしば困難となりえる。複雑な形態の部品（例えば、パイプやＴ継ぎ手）に対し、探針位置に応じて発見される欠陥の座標を試験及び検出することは、特に困難となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一又は複数の実施例による探針システムのブロック図を示す。
【図２】本発明の一又は複数の実施例による探針のセンサ−アレイ配置のダイアグラムを示す。
【図３】本発明の一又は複数の実施例による別の探針のセンサ−アレイ配置のダイアグラムを示す。
【図４】本発明の一又は複数の実施例によるさらに別の探針のセンサ−アレイ配置のダイアグラムを示す。
【図５】試験試料の特徴（この例では腐食）を測定するために使用される本発明の一又は複数の実施例による探針のダイアグラムを示す。
【図６】本発明の一又は複数の実施例による探針の操作方法のフローダイアグラムを示す。
【図７】本発明の一又は複数の実施例による探針とともに使用される情報処理システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
より単純明確に描写するために、図示される構成要素は、必ずしも拡大縮小するわけではない。より明確な描写のために、例えば、ある構成要素は、他の構成要素と比較して拡大して示されたりする。共通又は類似の構成要素は、複数の図面で適切であれば、同一の参照番号で付している。
【００３３】
以下の詳細な説明では、請求項の対象が深く理解されるように、多数の具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者は、特許請求の範囲の対象をこれらの具体的な詳細なしに実行可能であることが分かる。他の点では、周知の方法、手順、構成部品、及び／又は回路に関して詳細に記載されていない。
【００３４】
以下の詳細な説明のでは、例えば、コンピュータのメモリにおいてデータビット又は２進法のデジタル信号により実行されるアルゴリズム、プログラム、及び／又は操作記号表示が使用される。これらのアルゴリズムの記載及び／又は説明は、プログラム、アルゴリズム、及び／又は操作記号表示で動作するコンピュータシステム及び／又は他の情報処理システムの特徴が記載されたデータ処理に使用される方法を含む。
【００３５】
一般的に、プログラム及び／又は処理は、一連の動作及び／又は操作により、自己矛盾なく求める結果が得られるものとして考えられている。これには、物理量の取り扱いが含まれている。これらの物理量は、大抵の場合、電気信号及び／又は磁気信号が、幾つか他の方法で、保存され、送信され、結合され、比較され、及び／又は取り扱われるが、かならずしもそうである必要はない。一般に、これらの信号は、ビット、値、要素、記号、文字、用語、数字、及び／又は同種のものとして表現される。しかしながら、これらとこれらに類似する用語とは、対応する物理量に関連付けなければならないことが指摘され、さらに、これらは、これらの物理量の単なる（一般に便宜上の）記載であることが指摘される。
【００３６】
処理、計算、検出、及び／又はそれらに類似するような用語が、以下の説明で用いられる際に、何も特定されない限り、説明は、コンピュータ、コンピュータシステム、及び／又は類似の電気計算装置の動作及び／又は処理に対して行われる。レジストリ、及び／又はメモリ内のデータは、物理量と電気量の両方、又は何れか一方で表示されている。当該コンピュータ、コンピュータシステム、及び／又は類似の電気計算装置で、該データは、処理されるか、あるいは、別のデータに変換され、情報記憶装置、情報伝達、及び／又は情報表示装置のメモリ、レジストリ、及び／又は類似の構成部品において、物理量で表示される。
【００３７】
請求される実施例は、ここで記載された動作を実行する装置を備えることができる。これらの装置は、保存されたプログラムが、それぞれのアプリケーション又は汎用コンピュータを選択的に起動及び／又は再設定するように特別設計された装置とすることができる。この種のプログラムは、ディスケット、光学データ記録媒体、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気光学データ記録媒体、ＲＯＭ（読み取り専用メモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、ＥＰＲＯＭ（消去可能プログラム読み取り専用メモリ）、ＥＥＰＲOＭ（電気的消去可能読み取り専用メモリ）、フラッシュメモリ、磁気カード、光学カード、及び／又は、他の記憶媒体等の記憶媒体に保存が可能である。ここで、他の記憶媒体は、電子命令の保存に適するもの、及び／又はコンピュータ装置のシステムバス及び／又は他の情報処理システムに接続可能なものである。
【００３８】
ここで記載された処理及び／又は表示部は、特定のコンピュータ機器及び／又は他の装置と直接関連するのではない。本発明に係るプログラムは、様々な汎用システムと共に使用されるが、所望の方法を実行する専用装置の設計に対しても実用的に使用できる。このような多くのシステムに関する所望の構造は、以下の記載から説明される。実施例では、特定のプログラム言語に関して説明していない。本発明に係るプログラムは、様々なプログラム言語によって実行される。
【００３９】
「結合された」及び／又は「接続された」という表現は、関連する表現と同様に、以下の記載及び／又は請求項において使用される。一又は複数の実施例において、「結合された」という表現は、油、水、又は潤滑油が、超音波探針と試験試料との間に存在することを特定するために使用される。ある実施例において、「接続された」という表現は、二又はそれ以上の要素が、互いに、直接、物理的又は電気的に接触を有していることを特定するために用いられる。「結合された」は、二又はそれ以上の要素が、直接、物理的及び／又は電気的に接触を有していないが、互いに協同するか、又は相互作用を行うことを意味し得る。「及び／又は」という表現は、「及び」、「又は」、「排他的論理和」、「幾つかであり全てではない」、「どちらでもない」、及び／又は「いずれも」の意味とすることができる。しかしながら、特許請求の範囲では、この点に限定されない。
【００４０】
図１は、本発明の一又は複数の実施例に係る探針システムを示すブロック図である。探針システム100は、試験試料112の表面上、例えば、第1軸（ｘ軸）116及び／又は第2軸（ｙ軸)118上を移動可能な探針110を備えることができる。さらに、探針110は、矢印で示すように、ｘ軸116及びｙ軸118に垂直な軸119の周りを角度αで回転する。
【００４１】
探針110は、送信機、及び／又は、一又は複数の検出機部品で構成されたアレイを備える。探針110は、例えば、動作電力及び／又は制御信号が供給されるように、及び／又は、例えば、センサアレイを用いて探針110により検出されたデータを受信するように、情報処理システム114に結合される。探針110のアレイの例は、図２、図３、及び／又は図４に示され、それらに対応する記載で説明されている。情報処理システム114に対する例は、図７に示され、対応する記載で説明されている。一又は複数の実施例では、探針が移動しない場合、コード化された軸ごとに３つ以上の測定値が検出される。コード化された軸上の移動方向は、３つ以上のこのような測定値を基に計算される。探針が移動する場合、これらの測定値は変化し得る。例えば、腐食した試験試料の材料ノイズ又は残存壁厚は、探針の全ての位置において異なり得る。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４２】
一又は複数の実施例において、探針システム100は、例えば、試験試料112の不良及び欠陥を見つけ出すためなど試験試料112を試験するために用いられる。このような例において、試験試料112は、例えば、パイプ、Ｔ継ぎ手、又は、航空機エンジン、機体若しくは翼などの航空機部品のような製造部品などからなり得る。探針システム100は、様々な位相幾何学及び／又は幾何学により試験試料112を試験するために適切な方法で設計される。ある実施例では、探針システム100が医学用途に用いられる場合、試験試料112が、例えば哺乳類の臓器、血管、及び/又は他の組織からなり得る。探針110及び／又は探針システム100は、サイズ、形状、及び／又は製造部品、医学用途及び／若しくは外科用途などの試験を含む他の特徴、に関して、探針システム100のそれぞれの用途について詳細に説明される。ここでは、探針システム100の使用例を考慮しているに過ぎない。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４３】
一又は複数の実施例では、情報処理システム114が、探針システム100で試験する試料112に関するデータファイルを有するメモリを備えるが、必須ではない。試験試料112が、例えば、製造部品である場合、情報処理システム114のメモリは、設計又は製造目的に使用される試験試料112が電気的に表示されたCAD（コンピュータを使った設計）ファイル等を有することができる。CADファイルは、ファイル種類の一例に過ぎず、必須ではない。CADファイルの代わりとしは、他のグラフィックは画像を使用することもできる。特許請求の範囲の対象は、この点に限定されない。一又は複数の実施例では、この種のCADファイルが、試験試料112の2次元表示を備えることができる。また、一又は複数の実施例では、この種のCADファイルが、試験試料112の3次元表示を備えることができる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４４】
一又は複数の実施例では、情報処理システム114が、探針100で試験試料112の試験中に、当該情報処理システム114に接続された表示部にCADファイルを表示することができる。それと同時に、情報処理システム114は、探針110により検出される試験試料112の画像データを表示部に表示することができる。従って、情報処理システム114は、例えば、探針110により検出された試験試料112のデータを、CADファイルに含まれる試験試料112のデータに関係づけることができる。探針システム100の探針110を、例えば、試験試料112に沿って移動する操作者は、試験対象領域及び／又は試験対象の特性の参照としてナビゲート中に、この種の関係を使用することができる。操作者が、試験試料112のある特定の位置で不良及び／又は欠陥を発見した場合は、CADファイルに保存された試験試料112の構成データを基にこの位置を検出することができる。この試験データは、後の使用及び／又は研究のために、試験試料112のデータに割り当てられる。一又は複数の実施例では、操作者が、試験試料112に関する不良、欠陥、及び／又は他の顕著な特性が発見された位置のCADファイルに、ラベル付けして保存することができる。ここでは、探針システム100の使用例を考慮しているに過ぎない。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４５】
図２は、本発明の一又は複数の実施例に係る探針のセンサアレイ配置を示す図である。図２に示されるように、探針110におけるセンサ素子212及び／又は214のアレイ200は、試験試料112の特性を検出するために設けられる。一実施例において、センサ素子は、超音波検出器、GMI検出器（巨大磁気インピーダンス）、圧電センサ、ホールセンサ、渦電流センサ、又は他の適切なセンサ素子等を備えることができる。一又は複数の実施例において、探針110は、エネルギー、信号、パルス、及び／又はインパルスを送信する送信機を備えることができ、当該インパルスは、アレイ200の一又は複数のセンサ212及び／又は214によって検出される。これらの送信は、様々な時間に発生し、様々な持続時間、形体、及び／又はパルス幅を有している。一又は複数の実施例において、これらの送信は、例えば、パルス形式や、ディラックデルタ関数に従う形式及び／又はパルスとすることもできる。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。送信信号は、高周波信号とすることもできる。一又は複数の実施例において、例えば、鋼製部品等の取り扱い時、又は試験試料112の材料への浸透時に、探針110の動作周波数範囲は、約１メガヘルツと２５メガヘルツの間にすることができる。一又は複数の実施例において、探針110の精度は、例えば、モダリティ及び／又は探針110の周波数に依存しており、１ミリメートル未満及び／又は100マイクロメートル未満にできる。医学用途において、探針110は、血管壁が研究されるように、カテーテル先端等を備えることができる。血管壁の内壁面から検出された血管壁パターンの偏差は、記録されて、先に記録された血管の画像ファイルと任意で関連付けられる。この画像ファイルは、例えば、磁気共鳴画像化、コンピュータ断層撮影、又は類似の方法などで検出された３次元画像ファイルとすることができる。検出された偏差を画像データと結合することにより、特性又は異常の存在する点の位置が、より正確に分かる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４６】
一実施例において、アレイ200は、センサ素子212及び／又は214の第１配置210を有することができ、第１配置210は、例えば、探針110の移動を検出するため、及び／又は、軸116上の試験試料112の画像又は他のデータを取り込むために、第１センサ行212が軸116方向に位置付けられ、そして、例えば、探針110の移動を検出するため、及び、又は、軸118方向の試験試料112の画像又は他のデータを取り込むために、第２センサ行214が軸118方向に位置付けられる。図２に示されるアレイ200の配置210は、一般に、Ｔ型又は類似の形状を有することができる。一又は複数の別の実施例において、アレイ200の配置210の変形は、Ｘ形状又は類似の形状を有し、例えば、幾つかのセンサ212が、センサ行214の片側に配置され、そして幾つかのセンサ212は、センサ行214の別の側に配置される。ここでは、アレイ200の配置210の実施例を考慮しているに過ぎない。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４７】
図３は、本発明の一又は複数の実施例に係る探針のセンサアレイ配置の別の例を示す図である。図３に示されるように、センサ212及び／又は214を有するアレイ200の配置310は、L形状又は類似の形状を有することができる。このような配置及び／又はその変形例の場合は、第１センサ行212内の一又は複数のセンサが、第２センサ行214に属するセンサを備えることもでき、少なくともセンサの１つが、軸116の第１方向及び／又は軸118の第２方向に対して、探針110の移動、試験試料112の画像及び／又は他のデータが検出されるような方法で動作する。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４８】
図４は、本発明の一又は複数の実施例に係るさらに別の探針のセンサアレイ配置を示す図である。図４に示されるように、アレイ200の配置410は、センサ212及び／又は214の４ｘ４グリッドからなり得る。図４の配置410は、単一の４ｘ４グリッドのセンサからなるが、他の配置も使用することができ、例えば、１ｘ２グリッド、１ｘ１６グリッド、１ｘ１２８グリッド、８ｘ８グリッド、及び／又は他に所望の如何なる配置にもセンサを位置付けることができる。図２，図３、及び／又は図４に示されるアレイ200の配置210、310、及び／又は410は、単に、アレイ200の配置例に過ぎない。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００４９】
図５は、試験試料の特性を測定する本発明の一又は複数の実施例に係る探針を示す図である。図５に示されるように、探針110は、例えば、試験試料112に沿って、軸116上で移動される。単純化するために、図５は、本発明に係る方法に従って使用する又は本発明に係る装置を構成するアレイの主軸（ここでは、Ｘ軸116）のみを示す。類似画像は、当業者にとって自明であり、ここには図示されない第１主方向とは独立する第２主方向（ここでは、例えば、ｙ軸118）になる。さらに、探針110は、試験試料112の表面上で、前述した２つの軸116及び118に垂直な軸119の周りに、角度aで回転可能である。
【００５０】
探針110は、少なくとも部分的に試験試料112に侵入する信号512を発信することができる。一又は複数の実施例において、例えば、エコー信号として、軸ごとに、３つ以上の値が検出されてコード化されるように、信号512は、探針110が静止した状態で、試験試料112の特性510から少なくとも部分的に反射される。一又は複数の実施例において、信号512は、特性510から少なくとも部分的に反射され、少なくとも部分的に特性510に侵入するが、探針110は、例えば、特性510から反射された信号512の一部に基づいて、特性510を検出することができる。一又は複数の実施例において、試験試料112を通る信号512の所望の侵入深さを得るために、信号512の信号強度（intensity）及び／又は信号強度（strength）が調整され、及び／又は、信号512の周波数が設定されることで、特性510が確実に検出可能である。一又は複数の実施例において、例えば、特性510とは、製造欠陥、製造不良、空洞、応力、クラック、破損、層、含有物、及び／又は、金属又は類似の試験試料112の場合における腐食からなり得る。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。探針110が軸116方向に移動する場合、探針110は、１点以上のデータ点514を検出でき、特定の実施例において、特性510に対応し、且つ規則的な時間間隔で検出される３点以上のデータ点を、探針110は検出することができる。探針110が試験試料112に沿って軸116方向に移動することで、位置データ、速度データ、画像データ、及び／又は他のデータが検出可能となるデータを、探針110は検出することができる。このデータは、任意で、情報処理システム114に伝達され、例えば、保存、操作、処理、伝達、及び／又は表示が行われる。試験試料112で遊離した材料に関係したデータは、探針110を用いて検出されて情報処理システム114の表示部に表示される画像に変換される。このような画像に基づいて、操作者は、試験試料112の目視検査を行う、及び／又は、目視で試験試料110を試験試料112の軸116方向にナビゲートすることができる。ここで、画像は、例えば、試験の文書化などに用いられる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５１】
一又は複数の実施例において、探針システム100、例えば、試験試料112の腐食の発見に用いられる。アレイ200は、８ｘ８アレイのセンサを備えることができる。例えば4個の素子を備える仮想探針は、例えば４ｘ８素子であるアレイ200の第一領域に沿って走査される。この種の走査は、電気的に軸118のｙ方向で行われ、それから、軸116のｘ方向の素子の周りを変位し、その後、ｙ方向に継続される。多次元走査（Cスキャン）像が作成され得る。例えば、特性510が試験試料110の腐食である場合、この種のCスキャンは、特性510から反射される信号512のエコーから作成可能である。例えば、探針110が静止状態で作成される複数のCスキャン像、及び／又は試験試料112に沿って探針110が移動した状態で作られた複数のCスキャン像を互いに比較することにより、この種の変位の座標が検出される。
【００５２】
また、探針200は、試料試験112の表面で並進及び回転の両方に移動できる。
【００５３】
一又は複数の実施例において、この方法は、光学マウスの場合に用いられる動作認識方法に似ており、アレイの第一領域は、位置データ用に用いることができる。探針の別の素子は、腐食の測定に使用することができる。一又は複数の実施例において、アレイの同じ領域は、位置データ及び測定データ（例えば腐食）用に用いることができる。探針の第2素子で検出された腐食データと同様に、探針110の走査動作手段により検出された位置データに基づき、腐食の大規模なCスキャン像が検出される。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。一又は複数の実施例において、第1探針は、アレイ200の第1領域を備えることができ、第2探針は、アレイ200の第２領域を備えることができる。また、第1探針は、第1アレイを備えることができ、第2探針は、第２アレイを備えることができる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５４】
一又は複数の別の実施例において、全て又はほとんどのアレイ素子が、同時に、信号512のエコーを受信することができ、アレイ200の個々のセンサ212及び／又は214により受信される。Cスキャン像は、例えば、探針が静止した状態で、及び／又は、試験試料112に沿って軸116方向に探針が移動される状態で、特性410の腐食から反射されて戻ってくるようなエコー信号により作成される。軸116方向に移動した探針110により作成されるCスキャン像は、位置座標を作成するために、その後の走査結果と比較される。ここでは、光学マウスの場合と類似の方法が用いられている。このような配置において、同じアレイは、位置データの検出及び／又は腐食に関する特性510のデータの検出のために、双対の探針として用いられる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５５】
一又は複数の実施例において、例えば、探針システム100の操作時に、探針110で検出された走査データは、情報処理システム114の表示部に任意に表示される。探針110で走査された領域画像は、表示部（ブロック622）に表示されるので、操作者は、この領域画像を見ることができ、それにより、試験試料112に沿って探針110をナビゲートする時に、この領域画像を用いることができる。試験試料112のファイルは、探針110で検出された走査データと、任意に比較することができる（ブロック624）。例えば、試験試料112の特性と、探針110の位置、及び試験試料112の位置の一又は複数の座標との相関関係などが、CADファイルから検出されるように、例えば、CADファイルで示される試験試料の電子版は、探針110で検出された試験試料112の画像全体に位置することができる。試験試料112がある特徴、例えば、特性510を有するか否か検出される（ブロック626）。特性510とは、製造欠陥、製造不良、空洞、応力、クラック、破損、層、含有物、及び／又は、金属又は類似の試験試料112の場合における腐食からなり得る。特性は、例えば、探針システムの操作者が探針110で検出された試験試料112の画像の少なくとも一部分に基づいて目視検査を行うことで、検出され得る。あるいは、特性は、情報処理システム114により実行可能なソフトウェアプログラムに基づいて部分的に検出される。
【００５６】
図７は、本発明の一又は複数の実施例に係る探針とともに使用される情報処理システムを示す図である。図１及び／又は図７に示される情報処理システム114は、例えば、図６の方法600を実施するために、コンピュータプログラム及び／又はグラフィカル・ユーザ・インタフェースが実行可能なハードウェア構成部品が備えられているので、コンピュータプログラム及び／又はグラフィカル・ユーザ・インタフェースへのアクセスを提供するために使用され得る。この種のコンピュータプログラム及び／又はこの種の機械可読命令は、CD（コンパクト・ディスク）、DVD（デジタル多用途ディスク）、フラッシュメモリ、及びハードドライブ等のコンピュータ可読媒体又は機械可読媒体に保存される。図７に示されるように、情報処理システム114は、処理部710によって制御される。処理部710は、プログラムの実行、データの処理、及び情報処理システム114のタスクを制御するために使用されるマイクロプロセッサ又はマイクロコントローラーの等の中央演算部を備える。処理部710との送受信は、情報処理システム114の構成部品間のデータ送信に使用されるバス718を用いて行われる。バス718は、記憶部構成部品と情報処理システム114の他の周辺部構成部品との間でデータを送信するデータチャネルを備えることができる。さらに、例えば、データバス、アドレスバス及び／又は制御バスなどのバス718は、処理部710との送受信に用いられる一群の信号を備える。バス718は、ISA（業界標準アーキテクチャ）、EISA（32ビットの拡張スロットバスの共通規格）、MAC（マイクロ・チャネル・アーキテクチャ）、PCI（周辺装置相互接続）、IEEE 488 GPIB（汎用インターフェースバス）IEEE 696/S-100等のIEEE基準（電気電子技術者協会）等の標準規格に従うバス・アーキテクチャを有する。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５７】
情報処理システムの他の構成部品は、例えば、主記憶部712及び／又は補助記憶部714を備えることができる。さらに、情報処理システム114は、補助処理部716を備えることができ、それは、例えば、デジタル信号処理部等の別の処理部であってもよい。主記憶部712は、処理部710により実行されるプログラム用の命令及びデータを格納するために用いられる。主記憶部712は、DRAM（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）及び／又はSRAM（スタティック・ランダム・アクセス・メモリ）等の半導体ベースのメモリであってよい。半導体ベースの他の種類のメモリは、例えば、SDRAM（シンクロナス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）、RDRAM（ラムバス・ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）、及びFRAM（強誘電体・ランダム・アクセス・メモリ）等がある。補助記憶部714は、実行前に、主記憶部712に読み込まれた命令及び／又はデータを格納するために用いられる。補助記憶部714は、例えば、ROM（読み出し専用メモリ）、PROM（プログラム可能読み出し専用メモリ）、EPROM（消去可能プログラム可能読み出し専用メモリ）、EEPROM（電気的に消去可能読み出し専用メモリ）、フラッシュメモリ、及び／又はブロック指向メモリ（EEPROMに類似）等の半導体ベースの記憶部とすることができる。補助部714は、付加的に、例えば、磁気テープ、ドラム記憶、ディスケット、ハードドライブ、光学的データキャリア、レーザディスク、CD−ROM（コンパクト・ディスク・読み取り専用メモリ）、CD―R（ライトワンス・コンパクト・ディスク）、CD−RW（書換可能コンパクト・ディスク）、DVD−ROM（デジタル多用途ディスク読み取り専用メモリ）、DVD−R（ライトワンスDVD）、DVD−RW（書換可能デジタル多用途ディスク）等の半導体ベースのメモリを備えることができるが、それらに限定されることはない。また、他の種類のメモリを用いることもできる。情報処理システム114は、入力及び出力を管理するための補助処理部である補助処理部716と、浮動小数点操作を実行するための補助部と、信号処理アルゴリズムの高速実行に適したアーキテクチャを有するデジタル信号処理部及び／又は特別なマイクロプロセッサと、ダウンストリームに接続及び／又は処理部710に従属する処理部と、２つ以上のマルチプロセッサシステムの付加的なマイクロプロセッサ及び／又はコントローラ、コプロセッサ、及び／又は付加的なプロセッサとを任意に備える。この種の補助処理部は、分散プロセッサ、及び／又は、例えば、マルチコア及び／又はマルチスレッドプロセッサなどのプロセッサとして同じ部分組立品内組み込まれたプロセッサとすることができる。しかしながら、特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５８】
情報処理システム114は、表示部722に接続するための表示部システム720と、例えば、入出力機器726、入出力機器728、ｎ番目の入出力機器730等の入出力部に接続するための入出力制御部とをさらに備えることができる。表示システム720は、例えば、グラフィックメモリ、バッファメモリ、及び／又は、グラフィック・エンジンを有するグラフィックカード等の表示部722を制御する構成部品を備えることができる。グラフィックメモリは、例えば、VRAM（ビデオ・ランダム・アクセス・メモリ）、SGRAM（シンクロナス・グラフィック・ランダム・アクセス・メモリ）、WRAM（ウィンド・ランダム・アクセス・メモリ）等とすることができる。表示部722は、モニタ又はテレビ等の陰極線管ディスプレイ、及び／又は、陰極線表示管プロジェクタ、LCDプロジェクタ（液晶ディスプレイ）、LCDディスプレイ、LEDディスプレイ（発光ダイオード）、ガスディスプレイ、プラズマディスプレイ、電子発光ディスプレイ、真空蛍光ディスプレイ、陰極発光及び／又は電界放出ディスプレイ、PALCディスプレイ（プラズマ・アドレス液晶）、HGEDディスプレイ（高利得発光ディスプレイ）等の代替可能な種類の表示技術を備えることができる。入出力制御部724は、一又は複数の制御部及び／又は入出力機器726，入出力機器718，入出力機器730用インターフェース機能を提供するアダプタを備えることができる。入出力制御部724は、直列接続、並列接続、USB接続（ユニバーサル・シリアル・バス）、直列IEEE 1394バス接続、赤外接続、ネットワークアダプタ、プリンタ・アダプタ、高周波通信アダプタ、UART接続（ユニバーサル・非シンクロナス送受信装置）、及び／又は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ジョイスティック、トラックスティック、赤外線変換器、プリンタ、プリンタ、モデム、ワイヤレスモデム、バーコード読取機、CCD読取機（電荷結合素子）、スキャナー、CD（コンパクト・ディスク）、CD−ROM（コンパクト・ディスク・読み取り専用メモリ）、DVD（デジタル多用途ディスク）、ビデオ記録装置、TVカード、タッチパネル、タッチペン、電気音響変換器、マイクロホン、スピーカー、音声増幅器等の入出力機器へのインターフェースを提供する類似の構成部品を備えることができる。入出力制御部724、入出力機器726、入出力機器728、及び／又は入出力機器730は、情報処理システム、外部装置、ネットワーク、及び／又は情報源の間で通信するために、アナログ信号及び／又はデジタル信号の送受信が可能である。入出力制御部724、入出力機器726、入出力機器728、及び／又は入出力機器730は、例えば、ブロードバンド用IEEE 802.3、ベースバンドネットワーク用IEEE 802.3、ギガビットイーサネット用IEEE802.3ｚ、トークン・パッシング・バス・ネットワーク用IEEE802.4、トークン・リング・ネットワーク用IEEE802.5、都市規模ネットワーク（MAN）用IEEE802.6等のイーサネットIEEE802基準、ファイバーチャンネル、DSL(デジタル加入者回線)、ADSL（非対称型デジタル加入者回線）、フレーム・リレイ、ATM（非同期転送モード）、IDSDN（総合デジタル通信網）、PCS（パーソナル通信サービス方式）、TCP／IP（通信制御プロトコル／インターネットプロトコル）、SLIP／PPP（シリアル回線インターネットプロトコル／ポイント・ツー・ポイント・プロトコル）等の業界標準アーキテクチャを実行するために用いられる。図７の情報処理システム114は、情報処理システム及び／又はコンピュータ・プラットフォームに対する一例にすぎない。特許請求の範囲の対象は、この点に制限されない。
【００５９】
上記の説明は、表面のナビゲーション用センサアレイ、及び／又は、その多くの有利な点を記述している。ここに記載の形態は、説明に役立つ実施例にすぎないため、基本的な長所を失うことなしに、構成部品の形態、構成、及び／又は、配置の様々な変更は、特許請求の範囲の目的から逸脱することなしに取り組まれる。以下の特許請求の範囲の保護的な範囲において、この種の変更は含まれるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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