(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー超音波試験システム（１００）を用いて構造体（１１０）を超音波走査するステップであって、前記構造体（１１０）にナノ構造体のアレイ（１２０）が提供され、前記ナノ構造体が所定の配向を有し、前記ナノ構造体が前記構造体（１１０）の走査表面（１１１）の上に配置され、前記ナノ構造体が前記表面（１１１）に垂直に配置される、ステップと、
前記構造体（１１０）が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップとを備える方法。
【請求項２】
前記ナノ構造体のアレイ（１２０）を用いて、前記レーザー超音波試験システム（１００）からの入射エネルギーを前記構造体（１１０）の中に向けるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノ構造体のアレイ（１２０）がナノチューブコーティングを備え、前記方法が前記ナノチューブコーティングを用いて前記レーザー超音波試験システム（１００）からの入射エネルギーを前記構造体（１１０）の中に向けるステップを備える、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザー超音波試験システム（１００）が前記構造体（１１０）に発生させた熱を放散させるステップを更に備える請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ナノ構造体のアレイ（１２０）で前記走査表面（１１１）を覆うステップを更に備える請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
評価される構造体（１１０）の表面（１１１）の上にナノ構造体のアレイ（１２０）を、前記ナノ構造体のアレイ（１２０）が所定の配向を有するように、発生させるように構成されたナノ構造体発生モジュール（１０１）と、
前記ナノ構造体のアレイ（１２０）の所定の配向によって決められる所定の向きにおいて、前記ナノ構造体のアレイ（１２０）を介して、前記評価される構造体（１１０）の中に入射エネルギー（３００）を向けるように構成された超音波試験システムと、を備え、
前記ナノ構造体発生モジュール（１０１）が、前記ナノ構造体のアレイ（１２０）のナノ構造体が前記表面（１１１）に垂直に配置されるようにして、前記ナノ構造体のアレイ（１２０）を発生させるように構成されている、非破壊評価システム。
【請求項７】
前記超音波試験システムがレーザー超音波試験システム（１００）を備える、請求項６に記載の非破壊評価システム。
【請求項８】
前記超音波試験システムが低パワーファイバーベースレーザーシステムを備える、請求項７に記載の非破壊評価システム。
【請求項９】
前記ナノ構造体のアレイ（１２０）がナノチューブを備える、請求項６から８のいずれか一項に記載の非破壊評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
複合構造体とは、本願において、少なくとも一種の複合材で構成されたあらゆる構造体であり得る。複合材は、母材及び強化材を含み得る。複合構造体は多様なタイプの試験システムを用いて検査され得る。レーザー超音波試験システムは、望ましくない不具合について複合構造体を非破壊的に評価又は検査するのに使用可能な一タイプの試験システムの一例である。レーザー超音波試験は、試験システムを複合構造体に物理的に接触させずに、複合構造体を試験することを可能にする。
【背景技術】
【０００２】
レーザー超音波試験は、従来の超音波試験に取って代わる高速で非接触で非カプラントなものである。レーザー超音波試験を用いて、例えば航空宇宙産業における構造体のような複雑な輪郭を有する複合構造体を試験することができる。高パワーレーザー超音波試験システムは従来の超音波試験に対する顕著な利点を示しているが、非常に高価であり、かなりの床空間を必要とする大きな設置面積を有する。低パワーで高繰り返し率のファイバーベース超音波試験システムが開発されていて、高パワー超音波試験システムよりも安価であるという顕著な利点を有する。しかしながら、低パワーレーザー超音波試験システムは、検査される複合体又は他の構造体に入力可能なエネルギーの量に関して限界を有し、信号対雑音比と、侵入深さとが制限される。
【０００３】
レーザー超音波試験で信号対雑音比を増大させるための既存の解決策は平均化である。例えば、一つの検査点において複数のレーザーパルスを平均化することによって、レーザー超音波試験システムの信号対雑音比を改善することができ、より小さな不具合を見つけることができるようになる。しかしながら、複数のレーザーパルスを平均化することは走査プロセスを顕著に遅くする。更に、平均化の過度な使用は、複合構造体内に過度の熱を発生させ得る。例えば、一箇所に留まるレーザーパルスは、レーザーが当たる点において複合構造体の温度を上昇させる。レーザースポットを集束させることによってパワー密度を改善することは、強力な応力パルスを発生させて、複合構造体内への入射エネルギーの侵入深さを改善することができる。しかしながら、レーザースポットを集束させることも、複合構造体内に過度の熱を発生させ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願第１３／６６３８５５号（２０１２年１０月３０日出願）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、上記問題に対処する装置及び方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一例は、レーザー超音波試験システムを用いて構造体を超音波走査するステップであって、構造体にナノ構造体のアレイが提供され、ナノ構造体が所定の配向を有し、ナノ構造体が構造体の走査表面上に配置される、ステップと、構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップと、を備える方法に関する。
【０００７】
本開示の一例は、構造体の少なくとも一部の上にナノチューブを配置するステップと、ナノチューブアレイを用いて、レーザー超音波試験システムの入射エネルギーを構造体内に向けるステップと、構造体の走査を行うステップと、構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップと、を備える方法に関する。
【０００８】
本開示の一例は、レーザー超音波試験システムを提供するステップと、ナノ構造体のアレイを有する構造体を提供するステップであって、ナノ構造体が所定の配向を有し、ナノ構造体が構造体の少なくとも一部の上に配置される、ステップと、レーザー超音波試験システムから、ナノ構造体のアレイが配置されている構造体の一部内に入射エネルギーを向けるステップと、構造体の走査を行うステップと、構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップと、を備える方法に関する。
【０００９】
本開示の一例は、評価される構造体の表面上にナノ構造体のアレイを、ナノ構造体のアレイが所定の配向を有するようにして、発生させるように構成されたナノ構造体発生モジュールと、ナノ構造体のアレイの所定の配向によって決められる所定の方向においてナノ構造体のアレイを介して、評価される構造体内に入射エネルギーを向けるように構成された超音波試験システムと、を備える非破壊評価システムに関する。
【００１０】
本開示の例について概説してきたが、以下では、必ずしも縮尺通りではなく、複数の図面にわたって同様の符号が同一又は同様の部分を指称している添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の態様に係る検査システムのブロック図である。
【図２Ａ】本開示の態様に係るレーザー超音波試験システムの概略図である。
【図２Ｂ】本開示の態様に係る二つのパルスレーザービームの概略図である。
【図３】本発明の態様に係るナノ構造体のアレイを含むレーザー超音波試験の概略図である。
【図４】本開示の態様に係るナノ構造体のアレイの概略図である。
【図５】本開示の態様に係る方法の流れ図である。
【図６】航空機の製造及び保守の方法の流れ図である。
【図７】分散ビークルシステムを含む航空機の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ブロック図おいて、多様な要素及び／又は部品を繋ぐ実線がある場合、その実線は、機械的、電気的、流体的、光学的、電磁的、他の結合、及び／又はこれらの組み合わせを表し得る。本願において、“結合”とは、直接的及び間接的な関連を意味する。例えば、部材Ａは、部材Ｂと直接関係しているか、又は、例えば他の部材Ｃを介して、間接的に関係し得る。ブロック図に示されている以外の結合も存在し得る。多様な要素及び／又は部品を繋ぐ破線がある場合、その破線は、実線で示されるものと機能及び目的が同様の結合を表している。しかしながら、破線で表される結合は、選択的に提供可能なものであるか、又は、本開示の代替的又は任意選択的な態様に関するものであり得る。同様に、破線で表される要素及び／又は部品が存在する場合、その要素及び／又は部品は、本開示の代替的又は任意選択的な態様を示す。環境要素が存在している場合、その環境要素は点線で表される。
【００１３】
ブロック図において、ブロックは、工程及び／又はその一部を表し得る。多様なブロックを繋ぐ線は、工程又はその一部の特定の順序や従属性を意味するものではない。
【００１４】
以下の説明では、本開示のコンセプトの完全な理解を与えるために多数の具体的な詳細が与えられるが、それらの一部又は全部がなくても、本開示のコンセプトは実現可能である。場合によっては、本開示を不必要に曖昧にすることを防ぐために、既知のデバイス及び／又はプロセスの詳細が省かれる。いくつかのコンセプトが具体的な例に関して説明されるが、それらの例は限定的なものではない。
【００１５】
本願において、“一例”又は“一態様”に対する言及は、その例又は態様に関して説明される一以上の特徴、構造、又は特性が少なくとも一つの実施形態に含まれていることを意味する。明細書の多数の箇所における“一例”又は“一態様”との記載は、同じ例又は態様に言及しているものでもあり得るし、そうでないものでもあり得る。
【００１６】
特に断らない限り、本願において、“第一”、“第二”、“第三”等の用語は、単に目印として用いられ、そうした用語で言及されるものの順序、位置、階層の要求を課すものではない。更に、例えば、“第二の”ものとの言及は、例えば、“第一の”もの又は低次のもの存在や、例えば、“第三の”もの又は高次のものの存在を必要とするものでも、前提とするものでもない。
【００１７】
図１、図３及び図４を参照すると、本開示の態様は、構造体１１０（複合構造体、非複合構造体等）に高放射率コーティング３５０又はキャリア１３０を適用して、構造体１１０のレーザー超音波検査の信号対雑音比を改善する。一態様では、高放射率コーティング３５０又はキャリア１３０は、ナノテクノロジーに基づいた物質を含み、構造体中への最大レーザーエネルギー吸収を提供する一方で、構造体１１０の表面１１１又は内部におけるレーザービームからの過度の発熱を防止する。一態様では、ナノテクノロジーに基づいた物質は、レーザーエネルギー吸収体及び放熱体を形成して、従来のレーザー超音波検査方法に対して改善された構造体１１０の検査／走査性能を可能にする。
【００１８】
図１及び図２Ａを参照すると、一態様では、非破壊評価システム、例えばレーザー超音波検査システム１５０は、レーザー超音波試験システム１００と、試験／走査される構造体１１０の表面１１１の少なくとも一部の上に配置されるナノ構造体のアレイ１２０とを含む。ナノ構造体発生モジュール１０１も提供され得て、構造体１１０の表面１１１の上にナノ構造体のアレイ１２０を形成するように構成される。レーザー超音波試験システム１００の従来の一例については、例えば特許文献１を参照されたい。一態様では、レーザー超音波試験システム１００は、レーザー発生システム２０４と、伝送システム２０６と、移動システム２０８とを含む。一態様では、レーザー発生システム２０４は、プラットフォーム２０９上に取り付けられる。レーザー発生システム２０４は、パルスレーザービームを発生させるように構成され、そのパルスレーザービームは伝送システム２０６を介して運ばれ、一態様では、伝送システム２０６は光ファイバー伝送システム２１０である。一態様では、光ファイバー伝送システム２１０は、パルスレーザービームを運ぶように構成された複数の光ファイバー２１２を含む。一態様では、移動システム２０８はロボットアーム２１４の形態となるが、他の態様では、移動システム２０８は、伝送システム２０６から放出されるパルスレーザービームを移動させるように構成されたガントレーシステムの形態となり得る。一態様では、ロボットアーム２１４は、伝送システム２０６から放出されたパルスレーザービームが異なる複数の方向で構造体１１０の異なる複数の箇所に向けられるように、移動する。一態様では、レーザー発生システム２０４は、伝送システム２０６を介して伝送されて、伝送システム２０６からパルスレーザービーム２１６として放出されるパルスレーザービームを発生させ得る。一態様では、ロボットアーム２１４は、パルスレーザービーム２１６が向けられる方向と、構造体１１０にわたるパルスレーザービーム２１６の移動とを制御するように構成される。このように、ロボットアーム２１４は、パルスレーザービーム２１６を用いて構造体１１０を走査するのが可能となるように、移動するように構成される。
【００１９】
一態様では、光ファイバー伝送システム２１０を用いてパルスレーザービーム２１６を伝送及び放出することによって、レーザー超音波試験システム１００を多様なタイプの環境で使用することが可能となる。例えば、レーザー超音波検査システム１５０が置かれる試験環境２００は、室内、組み立てライン付近の領域、工場内の領域、屋外、カウンターの上、又は他のタイプの環境であり得る。試験環境２００が広範な遮蔽を有する必要がないようにして、パルスレーザービーム２１６が発生及び放出される。
【００２０】
レーザー発生システム２０４は、複数の特性を有するパルスレーザービーム２１６を発生させるように構成され、複数の特性のうちの各特性は選択された範囲内にある。選択された許容範囲外で複合構造体１１０に望ましくない不具合を生じさせずに、パルスレーザービーム２１６が複合構造体１１０に当たる際に、複合構造体１１０内に複数の超音波３２０Ａ、３２０Ｂが形成されるようにパルスレーザービーム２１６が発生するようにして、複数の特性のうちの各特性について選択された範囲が選択され得る。複数の特性として、例えば、パルス繰り返し率、スポットサイズ、パルス毎のエネルギー、吸収材、及び／又は他の特性が挙げられるが、これらに限られない。各特性は、選択された範囲内の値を有し得る。パルス繰り返し率は、レーザーエネルギーのパルスが放出されてパルスレーザービーム２１６を形成する率である。パルス繰り返し率は、例えば周波数に関連して説明され得るが、これは限定的なものではない。例示的な例では、レーザー発生システム２０４は、略１００００ヘルツ（Ｈｚ）と略５０００００ヘルツ（Ｈｚ）との間のパルス繰り返し率を有するパルスレーザービーム２１６を発生させるように構成される。この範囲内のパルス繰り返し率は高パルス繰り返し率であるとみなされる。更に、パルス繰り返し率について選択された範囲は、そのパルス繰り返し率が、パルスレーザービーム２１６を複合構造体１１０に沿って移動させる率が選択された許容範囲内にあるようにするために十分高くなるように選択される。特に、パルス繰り返し率の高い値は、そのパルス繰り返し率で複合構造体を走査する率も高くする。つまり、パルス繰り返し率が上昇すると、走査率も上昇し得る。
【００２１】
スポットサイズは、パルスレーザービーム２１６で照らされる複合構造体１１０の表面積のサイズである。例示的な例では、レーザー発生システム２０４は、スポットサイズが略１ミリメートル（ｍｍ）未満となるように、パルスレーザービーム２１６を発生させるように構成される。略１ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズは、この例では、小さなスポットサイズであるとみなされる。パルスレーザービーム２１６のスポットサイズについて選択された範囲は、パルスレーザービーム２１６が複合構造体１１０を走査するにつれてそのパルスレーザービーム２１６によって形成される経路が、複合構造体１１０のより小さな特徴を特性評価することを可能にするのに十分細い幅を有するように選択される。
【００２２】
図２Ｂを参照すると、本開示の態様に係る二つのパルスレーザービームが例示されている。この例示的な例では、パルスレーザービーム２９０は、パルスレーザービーム２１６の一実施形態における一例である。パルスレーザービーム２９０はスポット２９２を形成している。一態様では、スポット２９２は略１ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズを有する。パルスレーザービーム２９０は、矢印２７５の方向に移動して、ビーム経路２１６Ａを形成し得る。パルスレーザービーム２８０は、パルスレーザービームの他の例であり、例えば、ガスレーザー源を用いるレーザーシステム等のレーザー発生システムを用いて形成可能である。パルスレーザービーム２８０はスポット２８２を形成する。一態様では、スポット２８２は略５ミリメートル（ｍｍ）のスポットサイズを有する。パルスレーザービーム２８０は矢印２７４の方向に移動して、ビーム経路２１６Ｂを形成し得る。図示されているように、ビーム経路２１６Ａはビーム経路２１６Ｂよりも細い。一態様では、ビーム経路２１６Ａを用いて得られるデータは、ビーム経路２１６Ｂを用いて得られるデータよりも細かいレベルの細部を特性評価することを可能にする。
【００２３】
一態様では、レーザー超音波試験システム１００は低パワー試験システムであり、上述のように、パルスレーザービームが光ファイバーで伝送される。例えば、パルス毎のエネルギーは、パルスレーザービーム２１６を形成するレーザーエネルギーの各パルス内に含まれるエネルギー量であり得る。パルス毎のエネルギーが、選択された許容範囲外で複合構造体１１０に多数の不具合を生じさせずに、複数の超音波３２０Ａ、３２０Ｂ（図３を参照）を構造体１１０内に形成することを可能にするように選択された範囲内にあるようにして、パルスレーザービーム１２１を発生させる。一態様では、レーザー発生システム２０４は、パルス毎のエネルギーが略１マイクロジュール（μＪ）から略１００００マイクロジュール（μＪ）までの範囲内の低パワーエネルギーパルスであるようにして、パルスレーザービーム２１６を発生させるように構成される。一態様では、レーザービームのスポットサイズと、パルス毎のエネルギーとを組み合わせて用いて、所望の範囲内の光学フルエンスを生じさせ得る。本願において、“フルエンス”とは、単位面積を伝わるエネルギーであり得る。パルス毎の光学フルエンスが略０．１マイクロジュール毎平方センチメートル（ｍＪ／ｃｍ２）から１０００マイクロジュール毎平方センチメートル（ｍＪ／ｃｍ２）までの範囲内にあるようにして、パルスレーザービーム２１６を発生させ得る。パルス毎の光学フルエンスについて選択されたこの範囲内の値は、パルスレーザービーム２１６が選択された許容範囲外で構造体１１０の上及び／又は中に不具合を生じさせないように、選択され得る。他の態様では、レーザー超音波試験システム１００は、高パワー試験システムであり、パルス毎のエネルギーは略１００００マイクロジュール（μＪ）よりも大きい。
【００２４】
図１、図３及び図４を参照すると、上述のように、ナノ構造体のアレイ１２０は、高い放射率、例えば可能な限り１に近い放射率を有し、構造体１１０の表面１１１の少なくとも一部の上に配置される。一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０はナノチューブアレイ１２５を含むが、他の態様では、ナノ構造体のアレイを形成するナノ構造体は、構造体１１０へのエネルギー吸収及び／又は構造体１１０からの放熱を与えるあらゆる形状及び／又は構成を有し得る。一態様では、ナノチューブアレイ１２５はカーボンナノチューブアレイである。カーボン（炭素）が、ナノ構造体のアレイにおけるナノ構造体を構成するのに用いられる材料の一例として使用されるが、他の態様では、高放射率を有する他の材料として、セラミックやポリシリケートが挙げられるが、これらに限られない。
【００２５】
一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０が、構造体１１０の表面１１１の上に直接形成又は堆積されて、表面１１１の上に高放射率コーティング３５０を形成する。ナノ構造体のアレイ１２０は、ナノ構造体発生モジュール１０１によって、例えば、アーク放電、レーザーアブレーション、化学気相堆積、プラズマ増強化学気相堆積、及び／又は超音波噴霧によって、表面１１１の上に形成又は堆積される。カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体が、表面１１１の上に薄層を形成し、その薄層は、ナノ構造体がエネルギー、例えばレーザーエネルギーの略８０％から略９０％を構造体１１０内に向けることを可能にする適切な厚さ（例えば数マイクロメートル程度）を有する。他の態様では、ナノ構造体は、レーザーエネルギーの略９０％よりも多く、又は略８０％未満を構造体１１０内に向ける。一態様では、カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体は、各ナノチューブの長さ方向軸Ｘが表面１１１に実質的に垂直になるように、配向される。他の態様では、カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体は、フォレスト型（森のような）層として配向され、大部分のナノ構造体は表面１１１に実質的に垂直に整列される。更に他の態様では、ナノ構造体は、ナノ構造体がエネルギーを構造体１１０内に向けることを可能にする適切な構成を有する。構造体１１０が複合構造体である場合、ナノ構造体のアレイ１２０は、例えば複合材の硬化プロセスの間又は後に、表面１１１の上に形成される。
【００２６】
一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０は、キャリア１３０の上に形成され、そのキャリアが構造体１１０の表面１１１に取り付けられる。ナノ構造体のアレイ１２０は、ナノ構造体発生モジュール１０１によって、例えば、アーク放電、レーザーアブレーション、化学気相堆積、プラズマ増強化学気相堆積、及び／又は熱分解（例えば、液体、固体、炎）によって、キャリア１３０の上に形成又は堆積される。カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体は、キャリア１３０の上に薄層又はコーティングを形成し、そのキャリア１３０の上の薄層又はコーティングは、エネルギー、例えばレーザーエネルギーの略８０％から略９０％を構造体１１０内に向けることを可能にする適切な厚さ（例えば数マイクロメートル程度）を有する。他の態様では、ナノ構造体は、レーザーエネルギーの略９０％よりも多く、又は略８０％未満を構造体１１０内に向ける。一態様では、カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体は、各ナノチューブの長さ方向軸Ｘが表面１１１に実質的に垂直になるように、配向される。他の態様では、カーボンナノチューブ１２５Ｔ等のナノ構造体は、フォレスト型（森のような）層として配向され、大部分のナノ構造体は表面１１１に実質的に垂直に整列される。更に他の態様では、ナノ構造体は、ナノ構造体がエネルギーを構造体１１０内に向けることを可能にする適切な構成を有する。構造体１１０が複合構造体である場合、ナノ構造体のアレイ１２０を含むキャリア１３０は、例えば複合材の硬化プロセスの間又は後に、表面１１１の上に取り付けられる。一態様では、キャリア１３０は、表面に接着される膜等の適切なキャリアであり、又は、例えば、キャリア１３０を取り外すことができるようにして表面に固定される。他の態様では、キャリアは表面１１０の上に残り得る。
【００２７】
図３に見て取れるように、パルスレーザービーム２１６からの入射エネルギー３００の略１００％が構造体１１０の表面１１１に向けられる。例えば、入射エネルギーが、ナノ構造体のアレイ１２０を有さない表面１１１の部分に向けられる場合、入射エネルギーの例えば略２０％が構造体１１０内に吸収されて超音波３２０Ａを形成し、入射エネルギーの略８０％が反射エネルギー３１０Ａとして反射される。一態様では、上述のように、入射エネルギー３００が、ナノ構造体のアレイ１２０を含む表面の一部に向けられる場合、ナノ構造体の指向性が、構造体１１０を実質的に歪ませずに、構造体内に向けられるフルエンスの指向性伝送を可能にして、スポットサイズを所定のパルスエネルギーで維持することができ、また、構造体１１０から熱を放散させる。一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０は、例えば、入射エネルギーの略８０％から略９０％が構造体１１０に吸収されて超音波ビーム３２０Ｂを形成し、入射エネルギーの略２０％から略１０％が反射エネルギー３１０Ｂとして反射されることを可能にする。ナノ構造体１２０のアレイによって構造体１１０内に向けられるエネルギーが増大するので、超音波３２０Ｂは、超音波３２０Ａよりも強力で、より深い侵入深さで構造体１１０内を伝わる。構造体１１０内に向けられるエネルギーの増大の結果として、レーザー超音波試験／走査に関する信号対雑音比が増大する。一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０は、スポットサイズの減少を可能にし、これは、構造体１１０のより高速走査を可能にする。
【００２８】
図１、図２、図３及び図５を参照して、例示的な検査／試験方法を説明する。一態様では、レーザー超音波試験システム１００が提供される（図５、ブロック５００）。走査される構造体１１０も提供される（図５、ブロック５２０）。一態様では、構造体１１０は、試験の前に、上述のようにして、構造体１１０の少なくとも一部の上に配置されたナノ構造体のアレイ１２０を有するようにされる（図５、ブロック５１０）。構造体は、レーザー超音波試験システム１００で超音波走査され（図５、ブロック５３０）、例えば、構造体の表面１１１にわたってパルスレーザービームを移動させて、構造体１１０によって反射される超音波を検出することによって行われる。一態様では、パルスレーザービーム２１６の入射エネルギー３００は、ナノ構造体のアレイ１２０で構造体内に向けられて（図５、ブロック５４０）、パルスレーザービーム２１６は、構造体１１０を伝播して構造体１１０によって反射される超音波３２０Ｂを発生させる。上述のように、ナノ構造体のアレイ１２０は、構造体１１０用のエネルギー吸収体及び熱保護層を形成し、パルスレーザービーム２１６によって構造体１１０の上又は中に発生した熱が、ナノ構造体のアレイ１２０によって放散されて（図５、ブロック５５０）、一態様では、レーザービームスポットを平均化して、信号対雑音比を更に増大させて、超音波検査に役立てることができる。構造体１１０が所定の基準に合致しているかどうかの決定が、超音波走査に基づいて行われる（図５、ブロック５６０）。一態様では、所定の基準は、度量衡基準、例えば、構造体１１０内の検出不具合（例えば、内部構造不具合）や、構造体１１０の品質である。一態様では、ナノ構造体のアレイ１２０及び／又はキャリア１３０は、試験後に構造体の表面１１１から取り外されるが、他の態様では、ナノ構造体のアレイ１２０及び／又はキャリア１３０は、試験後においても構造体１１１０の表面１１１の上に残る。
【００２９】
本開示の態様は、複合構造体等の複雑な構造体の非破壊評価を行う際に、低パワーレーザー検査システムを使用することを可能にすることによって、複雑な構造体の非接触、非結合の超音波検査に関連するコストを削減する。本開示の態様は、例えば、以下のものの非破壊評価を可能にする：  複雑な曲率や一定ではない（例えば変化する）半径を有する物質や構造；  濡らすことができない物質や構造；  コアの上に配置される構造体の多孔性；  表面板の多孔性；  層数；  エッジ、カットアウト、及び孔；  結合部及び表面付近の欠陥検出；  複合材のしわの定量化；  溶接検査；  層状物質検査。
【００３０】
本願に与えられている方法の工程を説明する開示内容及び図面は、それら工程が行われる順序を必ずしも決定するものではない。むしろ、一つの例示的な順序が示されていたとしても、工程の順序は適切であれば修正可能であると理解されるものである。従って、特定の工程が異なる順序又は同時に行われ得る。また、本開示の一部態様では、本願に記載されている全ての工程を行う必要がない。
【００３１】
本開示の例を、図６に示されるような航空機の製造及び保守方法６００と、図７に示されるような航空機７０２に関して説明する。製造開始前に、例示的な方法６００は、航空機７０２の仕様及び設計６０４と、材料調達６０６とを含み得る。製造中に、航空機７０２の部品及びサブアセンブリの製造６０８及びシステムの統合６１０が行われる。その後、航空機７０２は、認証及び配送６１２を経て、就航６１４する。顧客による就航中には、航空機７０２の定期的な保守６１６（修理、再構成、改修等も含み得る）の予定が決められている。
【００３２】
例示的な方法６００の各プロセスは、システムインテグレーター、サードパーティー、及び／又はオペレーター（例えば、顧客）によって行われ得る。説明のため、システムインテグレーターとして、多数の航空機製造業者、主要なシステム下請け業者が挙げられるがこれらに限定されるものではなく、また、サードパーティーとして、多数のベンダー、下請け業者、サプライヤーが挙げられるがこれらの限定されるものではなく、また、オペレーターは、航空会社、リース業者、軍隊、サービス組織等であり得る。
【００３３】
図７に示されるように、例示的な方法６００によって製造される航空機７０２は、多数の高レベルシステム及び内装７０２を有する機体７１８を含み得る。航空機全体にわたって分散している高レベルシステムの例は、推進システム７２４、電力システム７２６、油圧システム７２８、環境システム７３０のうち一つ以上を含む。複数の他のシステムも含まれ得る。航空宇宙産業の例を示しているが、本発明の原理は、自動車産業や海事産業等の他の産業にも適用可能である。
【００３４】
本願で示され説明される装置及び方法は、製造及び保守方法６００の一つ以上の段階中に使用可能である。例えば、部品及びサブアセンブリ製造６０８に対応している部品及びサブアセンブリを、就航中の航空機７０２の部品やサブアセンブリと同様の方法で製造することができる。また、装置、方法の一以上の態様又はそれらの組み合わせを、製造段階６０８及び６１０中に使用することができて、例えば、航空機７０２のアセンブリを迅速にし、又は航空機７０２のコストを削減する。同様に、装置又は方法の実施形態の一つ以上の態様又はそれらの組み合わせを、航空機７０２の就航中、例えば、運行中、保守６１６中に用いることができるが、これらに限定されない。
【００３５】
本願で開示される装置及び方法の多様な例及び態様は多様な部品、特徴及び機能性を含む。本願で開示される装置及び方法の多様な例及び態様は、本願で開示される装置及び方法の他の例及び態様の部品、特徴及び機能性をあらゆる組み合わせで有し得るものであり、そうした全ての可能性が本開示の趣旨及び範囲の中にあるものであることを理解されたい。
【００３６】
当業者は、以上の説明及び関連する図面に与えられている教示の恩恵を受けて、本願で与えられている開示の多数の修正及び他の例を想到するものである。
【００３７】
本開示の一以上の態様の方法は、レーザー超音波試験システムを提供するステップと、ナノ構造体のアレイを有する構造体を提供するステップ（ナノ構造体は所定の配向を有し、ナノ構造体は構造体の少なくとも部分の上に配置される）と、レーザー超音波試験システムからの入射エネルギーを、ナノ構造体のアレイが配置されている構造体の部分の中に向けるステップと、構造体の走査を行うステップと、構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップとを含む。
【００３８】
本開示の一以上の態様では、ナノ構造体のアレイはナノチューブコーティングを備え、本方法は、レーザー超音波試験システムからの入射エネルギーをナノチューブコーティングを有する構造体の中に向けるステップを更に備える。
【００３９】
本開示の一以上の態様では、ナノチューブコーティングは、構造体の部分に実質的に垂直に配置されたナノチューブを含む。
【００４０】
本開示の一以上の態様では、ナノチューブコーティングは、フォレスト配置のナノチューブを含む。
【００４１】
本開示の一以上の態様では、本方法は、レーザー超音波試験システムが前記構造体に発生させた熱を放散させるステップを更に備える。
【００４２】
本開示の一以上の態様では、レーザー超音波試験システムは低パワーファイバーベースレーザーシステムである。
【００４３】
本開示の一以上の態様では、構造体の少なくとも部分の上に配置されたナノ構造体のアレイを有する構造体を提供するステップが、ナノ構造体のアレイで走査される表面を覆うことを含む。
【００４４】
本開示の一以上の態様では、構造体の少なくとも部分の上に配置されたナノ構造体のアレイを有する構造体を提供するステップが、ナノ構造体の部分の上にキャリアを配置することを含み、ナノ構造体のアレイがキャリアと統合される。
【００４５】
更に、本開示は以下の項に係る実施形態を有する。
【００４６】
項１
レーザー超音波試験システムで構造体を超音波走査するステップであって、前記構造体にナノ構造体のアレイが設けられ、前記ナノ構造体が所定の配向を有し、前記ナノ構造体が前記構造体の走査される表面の上に配置される、ステップと、前記構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップと、を備える方法。
【００４７】
項２
前記ナノ構造体のアレイを用いて、前記レーザー超音波試験システムからの入射エネルギーを前記構造体内に向けるステップを更に備える項１に記載の方法。
【００４８】
項３
前記ナノ構造体のアレイがナノチューブコーティングを備え、前記方法が、前記ナノチューブコーティングを用いて、前記レーザー超音波試験システムからの入射エネルギーを前記構造体内に向けるステップを更に備える項１に記載の方法。
【００４９】
項４
前記ナノチューブコーティングが、前記構造体の走査される表面に実質的に垂直に配置されたナノチューブを含む、項３に記載の方法。
【００５０】
項５
前記レーザー超音波試験システムが前記構造体に発生させた熱を放散させるステップを更に備える項１に記載の方法。
【００５１】
項６
前記レーザー超音波試験システムが低パワーファイバーベースレーザーシステムである、項１に記載の方法。
【００５２】
項７
前記ナノ構造体のアレイで走査される表面を覆うステップを更に備える項１に記載の方法。
【００５３】
項８
構造体の少なくとも部分の上にナノチューブアレイを配置するステップと、前記ナノチューブアレイを用いて、レーザー超音波試験システムの入射エネルギーを前記構造体内に向けて、前記構造体の走査を行うステップと、前記構造体が所定の基準に合致しているかどうかを決定するステップとを備える方法。
【００５４】
項９
前記ナノチューブアレイが前記構造体の部分に実質的に垂直に配置されたナノチューブを含む、項８に記載の方法。
【００５５】
項１０
前記ナノチューブアレイがキャリアの上に配置され、前記キャリアが前記構造体の部分に取り付けられる、項８に記載の方法。
【００５６】
項１１
前記レーザー超音波試験システムが低パワーファイバーベースレーザーシステムである、項８に記載の方法。
【００５７】
項１２
前記ナノチューブアレイを用いて、前記レーザー超音波試験システムが前記構造体に発生させた熱を放散させるステップを更に備える項８に記載の方法。
【００５８】
項１３
評価される構造体の表面上にナノ構造体のアレイを、前記ナノ構造体のアレイが所定の配向を有するようにして、発生させるように構成されたナノ構造体発生モジュールと、前記ナノ構造体のアレイの所定の配向によって決められる所定の方向において前記ナノ構造体のアレイを介して前記評価される構造体内に入射エネルギーを向けるように構成された超音波試験システムと、を備える非破壊評価システム。
【００５９】
項１４
前記超音波試験システムがレーザー超音波試験システムを備える、項１３に記載の非破壊評価システム。
【００６０】
項１５
前記超音波試験システムが低パワーファイバーベースレーザーシステムを備える、項１４に記載の非破壊評価システム。
【００６１】
項１６
前記ナノ構造体発生モジュールが、前記ナノ構造体のアレイが前記表面に実質的に垂直に配置されるように、前記ナノ構造体のアレイを発生させるように構成されている、項１３に記載の非破壊評価システム。
【００６２】
項１７
前記ナノ構造体のアレイがナノチューブを備える、項１３に記載の非破壊評価システム。
【００６３】
本開示は開示されている特定の実施形態に限定されるものではなく、修正及び他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることを理解されたい。更に、上記説明及び添付図面は要素及び／又は機能の特定の例示的な組み合わせに関して例示的な実施形態を説明しているものであるが、要素及び／又は機能の異なる組み合わせが添付の特許請求の範囲から逸脱せずに代替実施形態によって与えられ得ることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６４】
１００  レーザー超音波試験システム
１０１  ナノ構造体発生モジュール
１１０  構造体
１２０  ナノ構造体のアレイ
【図１】
0006987488.tif 000002
【図２Ａ】
0006987488.tif 000003
【図２Ｂ】
0006987488.tif 000004
【図３】
0006987488.tif 000005
【図４】
0006987488.tif 000006
【図５】
0006987488.tif 000007
【図６】
0006987488.tif 000008
【図７】
0006987488.tif 000009