(57)【要約】  超音波信号をテスト材料に放射しテスト材料から超音波信号を受信するための装置、システム、および方法において、装置は、１つ以上のホイールアセンブリ（１）を備え、各ホイールアセンブリ（１）はさらに、結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の中に一部が配置されたまたは完全に埋め込まれた１つ以上の変換器（２０）を含み、ホイールアセンブリはさらに、軌道外輪（２３）を含み、結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、回転しない態様で心棒（２２）に接続され、１つ以上の変換器（２０）は、固定的にテスト材料（１５）の方向に向いており、軌道外輪（２３）の内向き面（２６）および／または結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の外向き面（２５）の間の界面は、軌道外輪（２３）の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する低摩擦材料を含む。
2019518216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号をテスト材料（１５）に放射し前記テスト材料（１５）から超音波信号を受信するための装置であって、前記装置は１つ以上のホイールアセンブリ（１）を備え、
各ホイールアセンブリ（１）はさらに、結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の中に一部が配置されたまたは完全に埋め込まれた１つ以上の変換器（２０）を含み、前記ホイールアセンブリはさらに、軌道外輪（２３）を含み、
前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、回転しない態様で心棒（２２）に接続され、
前記１つ以上の変換器（２０）は、固定的に前記テスト材料（１５）の方向に向いており、
前記軌道外輪（２３）の内向き面（２６）および／または前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の外向き面（２５）の間の界面は、前記軌道外輪（２３）の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する低摩擦材料を含む、装置。
【請求項２】
前記低摩擦材料は、前記軌道外輪（２３）の内向き面（２６）および／または前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の外向き面（２５）の中に埋め込まれている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記低摩擦材料は、ＲＯＢＡＬＯＮ（登録商標）、いずれかの種類のポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、黒鉛、六方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属合金、ＰＶＤＦ、または高水和ブラシポリマーのうちの１つである、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記変換器（２０）は、円形、矩形、凹状、凸状、単曲面および複曲面等の形状のうちの１つまたは組み合わせを有することにより、異なる変換器ビームフォーカス／デフォーカスを得る、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
１つ以上のホイール(１）が前記心棒（２２）上に配置されている、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記ホイール（１）は、前記心棒（２２）と前記軌道外輪（２３）との間に配置された復元力があるサスペンション装置（５１）を含み、よって、前記軌道外輪（２３）および結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、前記心棒（２２）の位置から独立して変位することができる、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記軌道外輪および／または結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、前記テスト材料の表面の凹凸に適合させた弾性係数を有し、よって、より多くのホイール（１）が同一の前記心棒（２２）上に配置されている場合に１つのホイールが凹凸に遭遇したとき、前記凹凸の上を転がるホイールのみが、前記凹凸の影響を受け前記凹凸によって変位させられる、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記軌道外輪（２３）は、前記テスト材料の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する材料で構成されている、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記変換器へのおよび前記変換器からの信号を制御するためのコントローラをさらに備える、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
制御信号を前記変換器との間で伝達するための通信手段をさらに備える、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記１つ以上の変換器（２０）は、電源に電気的に接続される、先行する請求項のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記ホイールアセンブリは、回転する前記軌道外輪（２３）の片面または両面において、近隣のホイールアセンブリ（１）またはフレーム（７１，７２）に接続するための結合手段（３１，６７）を有する、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記結合手段（３１，６７）は、電力および／または信号を、前記ホイール間で、または、前記ホイールとフレームとの間で伝送するためのコネクタをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記心棒（２２）の外端のうちの一方または双方は、前記装置をフレーム（７１，１２０）に装着するための装着手段（７２）を有する、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、制御データおよび受信信号データを無線送信するための手段を備える、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１６】
個々の変換器（２０）は各々、放射変換器、または受信変換器、または放射兼受信変換器として機能する、先行する請求項のうちいずれかに記載の装置。
【請求項１７】
超音波信号を放射しテスト材料（１５）から反射した超音波信号を受信するための装置であって、前記装置は２つ以上のホイールモジュール（１００）を備え、各ホイールモジュール（１００）は先行する請求項のうちいずれかに記載の１つ以上のホイールアセンブリ（１）を含み、前記ホイールモジュール（１００）はフレーム（７１，１２０）に装着されている、装置。
【請求項１８】
超音波信号を放射し超音波信号を受信するためのシステムであって、前記システムは、  請求項１〜１６に記載の装置／ホイールアセンブリを１つまたは複数備え、前記システムはさらに、
前記１つまたは複数のホイールアセンブリ（１）が搭載されたキャリッジ（１２０，２００）と、
テスト材料（１５）の表面上で径路（２１１）に沿って前記キャリッジを操縦するための制御機構と、
前記キャリッジ、前記変換器、ならびにデータの格納および伝達を制御するための制御ロジック（２０４）とを備える、システム。
【請求項１９】
前記システムは絶対位置を提供するためのナビゲーション手段（２０２）をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは表示手段（１５０，２０１）をさらに備える、請求項１８および１９に記載のシステム。
【請求項２１】
前記システムは相対位置を提供するための追跡手段をさらに備える、請求項１８〜２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記キャリッジは、海底作業用の水中遠隔操作車両ＲＯＶ等の、遠隔操作車両ＲＯＶである、請求項１８〜２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記キャリッジを操縦するための前記制御機構は、手で案内するためのハンドル（１２１，２０５）、または、前記キャリッジを移動させるための駆動手段に接続された遠隔制御モータである、請求項１８〜２１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記システムは、前記受信した超音波信号のデータを受け前記データを処理するためのコンピュータ手段をさらに備える、請求項１８〜２３に記載のシステム。
【請求項２５】
前記コンピュータ手段は遠隔コンピュータ手段である、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
テスト材料（１５）の解析を可能にするために超音波信号を放射し受信する方法であって、前記方法は、
請求項１８〜２５のうちいずれかに記載のシステムを１つまたは複数提供するステップと、
１つ以上の変換器（２０）から超音波信号を放射するステップと、
１つ以上の変換器（２０）を用いて前記放射した超音波信号の反射を前記テスト材料（１５）から受信するステップと、
前記受信した超音波信号を格納し、コンピュータ手段に転送し、前記受信した超音波信号を解析するステップとを含む、方法。
【請求項２７】
前記方法は、
前記キャリッジ（１２０，２００）を予め定められた径路（２１１）に沿って移動させるステップと、
予め定められた放射パターンに従って超音波信号を個々の変換器（２０）から放射するステップと、
前記テスト材料（１５）から反射した前記超音波信号を、放射された個々の超音波信号の受信変換器として構成された１つまたは複数の変換器で受信するステップとをさらに含む、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記方法は、テスト材料の一部分の解析結果を、前記テスト材料の同じ一部分の前回の解析と比較し、前記テスト材料における変化を特定することをさらに含む、請求項２６または２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、道路、橋、建造物、パイプライン、タンク、沖合および陸上、航空宇宙、空間、および海中等における固体材料の非破壊解析を可能にする、超音波信号の放射および反射した超音波信号の受信のための、モジュールベースの装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
１つの課題は、材料自体の撮像、および、建築材料の補強材等の内部構造物および／または傷および欠陥の撮像のためにデータを収集するための、申し分のない検査方法および装置を推進することである。
【０００３】
パイプライン、コンテナ、鉄道線路等の設備を検査してデータを収集し潜在的な弱点および欠陥をマッピングするための解決策が推進されている。これらの解決策に共通しているのは、検査対象である多種多様な材料ならびにこれらの材料の表面および環境に応じて検査ツールを調整するのが難しいことである。
【０００４】
周知の解決策の他の課題として、計器の内部における結合流体の使用、または、計器内部、および、計器表面とテスト対象の材料表面との間の計器外部の両方における結合流体の使用に、計器が大きく依存していることである。これらの事例では、上向きの面を示さない地面の確実な測定を推進するのは難しい。
【０００５】
地下の撮像のために超音波信号の放射と受信を利用して大型建造物を調査するときにも課題が生じる。その理由は、利用できるツールが、小さな領域のランダムなサンプリングにより適していること、または、利用できるツールが当該タスクに合わせてカスタマイズされていないことにある。その結果、時間消費量が許容できないほど多くなる、または、１００％のカバレッジに近く、建造物の材料を解析することができない。
【０００６】
さらに他の課題は、テストしている材料の表面に凹凸があると、計器がテスト対象の材料の表面から離れ、それ故に、有効な測定値が記録されないことである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、凹凸のある表面を有するテスト材料を含むテスト材料からなる大型建造物の解析のためおよび超音波データの収集のために、超音波信号を放射し受信するための装置を提供する。本発明は、調査対象の表面のトポロジ、要求される同時データ収集量、表面構造の影響を受けない低保守高カバレッジ特性に適合できるという点において、柔軟性がありカスタマイズ可能である。
【０００８】
この装置は、地下のさまざまな深さの解析に使用するのに適しており、深さの範囲は、テスト材料の表面からその内部１５〜２０ｃｍまでの範囲の層も含むが、その他のさらに深く埋め込まれた層を除外しない。受信データのＳ／Ｎ比、変換器から放射される信号の周波数、強度、およびサンプリングレートに対する要求に応じて、テスト材料解析の深さ範囲は実質上変えることができる。目的は、建造物／テスト材料の地下における脆弱スポットおよび欠陥を特定できるようにすることであり、この脆弱スポットおよび欠陥は、コンクリートの建造物の内部の欠陥のあるまたは劣化した補強材、木造の建造物の内部の隠れた枝または腐敗した部分を原因とする脆弱スポット、または、そのような建造物等におけるその他の欠陥パラメータなどである。本発明は、コンクリートおよび木材等といったテスト材料におけるより高い性能のために、低周波の超音波ｋＨｚ範囲、好ましくは２５ｋＨｚと５００ｋＨｚとの間、またはより好ましくは７５ｋＨｚと２２５ｋＨｚとの間の低周波放射を利用することができる超音波変換器技術を用いて、効率的なデータ収集を提供する。
【０００９】
本発明はさらに、多数ＭＨｚ範囲、好ましくは０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚまでの高周波範囲の超音波信号の放射に使用することができる。この装置は、鋼材、炭素繊維、ガラス繊維等のより緻密なテスト材料から超音波データを収集するのにも使用できる。本明細書ではいくつかの周波数範囲を具体的に記載しているが、それが本発明を限定する訳ではなく、その他の周波数を簡単に選択することができる。
【００１０】
本発明の装置は、少なくとも１つのホイールアセンブリを備え、少なくとも１つのホイールアセンブリは、内側の裏当て／部分または完全軌道輪と、外側の回転可能な軌道輪とを含む。内側の裏当て／軌道輪は回転しないものでもよい。ホイールアセンブリはさらに、信号を放射しおよび／または反射した信号を受信するための１つ以上の超音波変換器を含む。ホイールアセンブリはさらに、結合流体を全くまたはほとんど必要としない結合機構を含み、結合流体を使用するとき、結合流体は、軌道外輪の内側表面上および／または内輪の外側表面上のフィルムとして提供される、または、裏当て／内輪と回転可能な軌道外輪との間の密封層に、提供される。１つ以上の変換器は、軌道内輪上に配置される、または軌道内輪の中に統合される。
【００１１】
ホイールアセンブリは、いくつかの実施形態において、計器キャリッジ等のキャリッジ上に搭載されたホイールモジュールにおいて、２つ以上のホイールアセンブリを接続するための接続手段を提供する、接続されたホイールモジュールからなる１つ以上のグループを、より大きなホイールモジュールグループに統合することもできる。この場合、すべての変換器は、上記大きなホイールモジュールグループとともに搭載された、または、有線／無線通信を介して遠隔接続された中央コントローラによって制御される。
【００１２】
ホイールモジュールは、特定用途向けの心棒上に搭載されていてもよく、または、接続手段が心棒機能を提供してもよい。この場合、１つ以上のホイールアセンブリで構成されたホイールモジュールの外側接続手段が、両側で、計器キャリッジに対する接続ポイントを構成する。
【００１３】
ホイールアセンブリ間にもホイールモジュールと計器キャリッジとの間にもある各接続ポイントは、制御信号、電力、調査データ等の送信のために、ワイヤ、スリップリングコンタクト、無線通信、誘導コンタクト等を介する電気的／信号接続を含み得る。
【００１４】
計器キャリッジは、ホイールモジュールのうちの１つ以上に、または、ホイールアセンブリ（図示せず）に回転力を伝達することによって計器キャリッジを移動させる、キャリッジを所望の方向に駆動することに特化されたモータ機能を含み得る。
【００１５】
添付の図面において本発明をさらに説明するが、これらの図面は、本発明の可能な実施形態を例示するものとして解釈されるべきものであって、本発明の範囲の限定を表しているのではない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一群にされたホイールアセンブリのグループの概念的概略を示す図である。
【図２Ａ】第１の実施形態におけるホイールアセンブリの内部の概略を説明する図であり、一部を強調表示している。
【図２Ｂ】第２の実施形態におけるホイールアセンブリの内部の概略を説明する図である。
【図３】図２Ａに示すホイールアセンブリを複数個配置したものを心棒機能とともに示す図である。
【図４】図２Ｂのホイールモジュールの軌道内輪の外向き面、および、図２Ｂのホイールモジュールの軌道内輪の内向き面を示す図である。
【図５Ａ】一体化されたサスペンション機能を含む、図２Ａのホイールモジュールを示す図である。
【図５Ｂ】外輪の内径よりも小さい直径を有する部分内輪を備えたホイールアセンブリを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂにおけるホイール構成の一部分の斜視図を示す。
【図５Ｄ】ホイールアセンブリの下部分、テスト材料、および１つの変換器の断面（図５ＢのＡ−Ａ）側面図を示す。
【図６Ａ】ホイールアセンブリの他の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すホイールアセンブリの２つの実施形態のうちの一方の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示すホイールアセンブリの２つの実施形態のうちの他方の断面図である。
【図７】より広い深さ範囲の調査用の、特徴が異なる複数のホイールアセンブリのレイアウト図である。
【図８】２ローラユニットの上面図である。
【図９】手持ち式の３ローラユニットの側面図である。
【図１０】手持ち式の３ローラユニットの底面図である。
【図１１】手持ち式の３ローラユニットの上面図である。
【図１２】手持ち式の３ローラユニットの上面正面斜視図である。
【図１３Ａ】変換器の放射アレイおよび受信アレイの、トラックに沿う形状の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】変換器の放射アレイおよび受信アレイの、トラックに交差する形状の一例を示す図である。
【図１４】ホイールおよびテスト中の材料における異なるインピーダンスの材料と組み合わせて使用される指向波を示す図である。
【図１５】２ローラが３つある移動キャリッジシステムの図である。
【図１６】移動キャリッジについてのトラッキング経路シナリオの概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図２Ａに示す本発明の第１の実施形態において、ホイールアセンブリは１つの変換器モジュール２０を含み、変換器モジュール２０は１つ以上の変換器を含む。ホイールアセンブリ１が調査中の表面に沿って転がると、裏当ておよびシャフト／心棒２２は静止しているが、外輪／軌道外輪２３は回転する。外輪／軌道外輪２３は、固体または粘弾性の結合媒体、たとえばエラストマーとともに、変換器モジュール２０および裏当て／軌道内輪２１の径方向外側に配置されている。
【００１８】
変換器モジュール内の変換器の形状は、円形、正方形、凹状、凸状、単曲面および複曲面等の形状のうちのいずれか１つまたは組み合わせであることにより、異なる変換器ビームフォーカス／デフォーカスを得ることができる。
【００１９】
上記１つ以上の変換器２０は、軌道内輪２１の中に完全にまたは部分的に埋め込まれているので、これらの変換器２０の表面は、軌道内輪２１に直接接触している。軌道内輪は、テスト表面に沿ってホイールアセンブリ１を転がしたときに軌道外輪２３とともに回転しないという意味において、心棒２２に接続されている。軌道外輪２３の内向き面２６および／または軌道内輪２１の外向き面２５の間の界面２４は、軌道外輪２３の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する低摩擦材料または流体２４を含む。低摩擦材料２５、２６は、ポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、黒鉛、六方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属合金、ＰＶＤＦ、または高水和ブラシポリマーのうちの１つであればよいが、これらに限定されない。意図しているのは、低摩擦軸受またはコンタクトを提供する乾燥した界面を提供することである。多くの場合、ホイール１は、転がり速度が遅い動作で使用され、したがって、上記界面が大量の熱または回転力に対する抵抗を発生することはない。低摩擦材料２５、２６を、軌道外輪２３の内向き面２６および／または軌道内輪２１の外向き面２５に、別個の層材料として取り付けてもよく、または、この層材料を、軌道外輪２３の内向き面２６および／または軌道内輪２１の外向き面２５に、スパッタリングによって積層してもよい。その他周知の層形成方法を適用して同一の結果を得てもよい。
【００２０】
湿潤界面を使用するという選択肢では、低摩擦流体からなるフィルムが、内向き面２６および／または外向き面２５のうちのいずれかまたは両方に形成される、または、軌道外輪２３の内向き面２６および／または外向き面２５が、密閉空間２４によって画定され、密閉空間２４は、密閉された空間を完全に満たす低摩擦流体で充填されており、低摩擦軸受機能を提供する。このような流体は、ケイ素系流体、鉱物系または植物系の油、合成油、または、水単独もしくはその他をベースにした油のうちの１つとの組み合わせのような低摩擦流体から選択することができるが、これらに限定されない。
【００２１】
図２Ｂに示す本発明の第２の実施形態において、ホイールアセンブリ１’は裏当て２１’を含み、裏当て２１’から径方向に突出する１つ以上の変換器２０’が、裏当て２１’の外向き面上に設けられている。静止シャフト部２２’およびスリップリングコネクタ２７（多機能）が、信号および電力を変換器２０’におよび変換器２０’から伝達する。固体または粘弾性結合媒体、たとえばエラストマーの層/軌道外輪２３’が、変換器モジュール２０’および裏当て２１’の径方向外側に配置され、調査される表面に沿ってホイール１’アセンブリを転がすと、転がる。この実施形態において、変換器２０’、軌道内輪２１’、および軌道外輪２３’は、調査中の表面に沿ってホイール１’１が転がると、一緒に回転する。軌道内輪２１’および／または軌道外輪２３’は、テスト中の表面に接触しているのはホイールアセンブリのどの部分であるかを検出するための１つ以上のセンサ（図示せず）を含み得る。ホイールはさらに、どの変換器を、送信機として、受信機として、またはこれら両方として起動するかを制御するためのコントローラ（図示せず）を含み得る。コントローラは、テスト中の材料の表面に向かって最適に方向付けられている限定された数の変換器２０’のみを起動するために、テストされている表面と接触しているのがホイールアセンブリのどの部分であるかを検出するための１つ以上のセンサから信号を受信することができる。テスト中の表面と接触しているのがホイールアセンブリのどの部分かを検出するセンサは、ジャイロベース、圧力ベース、レーダベース、ソナーベース、導電率ベース、またはその他であってもよい。
【００２２】
図２Ｂで説明したホイールのさらに他の実施形態において、軌道内輪２１’の内向き面は、心棒に含まれている電気配線への電気ブラシコネクタ／スリップリングコネクタ２７との接続のために、円形のコンタクトフィールドを含んでいてもよい。円形のコンタクトフィールド４１のパターンの代替実施形態が図４に示されており、このパターンにより、確実に、スリップリングコネクタ２７が同時に接触するのは変換器の一部分のみになる。各変換器は、軌道内輪上の変換器の位置に合わせて径方向に配置されたポイントで、円形のコンタクトフィールド４１に電気的に接触する。複数の変換器の一部分は、テスト中の材料との間で信号を送受信することができる変換器の数に合わせて、１つの変換器または複数の変換器であればよい。パターニングされた円形コンタクトフィールドを使用することにより、情報収集プロセスにおいて重要な情報に寄与することができないいくつかの変換器を起動しないことによって、簡単にエネルギを節約することができる。典型的には、テスト中の材料の表面の方向を向いている変換器のみが、このような情報収集に寄与する。
【００２３】
軌道外輪２３、２３’は、典型的に、テスト材料の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有するように構成され、そのため、出力信号がテスト中の材料に入射したとき、出力信号の損失はほんのわずかである。音響インピーダンスの相違が大きい場合、軌道外輪２３、２３’からテスト中の材料に信号エネルギが伝達されたとき、大量の信号エネルギが失われるであろう。
【００２４】
軌道外輪および／または軌道内輪の材料はさらに、テスト材料の表面の凹凸に適合した弾性係数を有するように構成されてもよい。その目的は、図１および図３に示されるように、より多くのホイールが同一の心棒上に配置されている場合にテスト中の材料の表面上の障害物に遭遇したとき、凹凸の上で転がるホイールのみが、この凹凸の影響を受けるようにすることを可能にすることである。軌道輪２１、２１’、２３、２３’の弾性は凹凸に適合するので、凹凸に実際遭遇したホイールのみが、地下からの情報収集時に影響を受ける。
【００２５】
本発明のサイズパラメータに制限はない。どの種類の変換器でも使用することができ、直径および幅等のホイールサイズは、テスト材料の必要なトポロジ、必要な周波数範囲での動作のために使用される変換器タイプ、および軌道輪の材料に必要なインピーダンスによって決まる。
【００２６】
テスト中の材料の表面の凹凸に適合させるための他の機構が、本発明のさらに他の実施形態において提供される。この実施形態では、サスペンション機能５１がホイールアセンブリに組み込まれている。図５Ａにおいて、これは、図２Ａに示すホイール構成の中に示されている。組み込まれたその他のサスペンション機構を使用してもよい。個々のホイール１、１’に適合するようにされたサスペンション機能５１の独立性により、ホイールモジュールの径路の障害物の影響を受けないシステムに対してさらに改善された特徴が提供される。先に述べた弾性がより高い材料ではなくサスペンション装置５１によって障害物を回避することにより、ホイールの吸音機能を改善できる。１つ以上のホイールが障害物のために地面から持ち上げられて無効になったとしても、残りのホイールはテスト中の材料１５の表面に接触しており、許容できる接触および信号応答比を有することになる。後者のサスペンション機構を用いることにより、凸凹のあるテスト材料のテストを可能にする弾性条件によるトレードオフの結果として、テスト中の材料と比較して材料インピーダンスの制限を減じることができる。
【００２７】
図５Ｂおよび図５Ｃに記載されているように、ホイールアセンブリは、外輪２３、２６の内径よりも小さい直径を有する部分内輪５２を含んでいてもよい。部分内輪５２は、まさに輪の一部分である。変換器２０は、部分内輪５２の内側に装着されてもよく、または、部分内輪５２の中に完全にまたは一部が埋め込まれてもよい。部分内輪５２の外径がより小さいことにより、部分内輪と外輪２３、２６の内側との接触領域５４が制限される。本発明は、変換器２０および結合媒体／部分内輪５２の代替実施形態を含む。この実施形態では、結合媒体／部分内輪５２の形態が、内輪の一部分の形態とは異なり、たとえば、結合媒体／部分内輪５２と外輪２３の内側２６との画定された接触／結合領域を示す、円筒形、球形、または円錐形である。
【００２８】
軌道外輪２３の形状は、音響信号を変換器２０からテスト中の材料１５に伝達するのに理想的な形態で提供することができる。その形態は、丸みのある形、矩形、円錐形、または図５Ｄに示すピラミッド形状を含むがこれらに限定されない。
【００２９】
変換器２０と部分内輪５２との間の界面、部分内輪５２と外輪２３、２６の内側との間の界面、および外輪２３とテスト中の材料１５との間の界面の材料、設計、および接触領域は、変換器から放出された、テスト中の材料１５における音響場を定める。
【００３０】
結合媒体／部分内輪５２および外輪２３、２６は、先に述べたのと同様のやり方で懸垂させてもよい。この場合、サスペンション機能５１は外輪２３、２６に結合され、ホイールアセンブリはテスト中の材料１５の方向に向けられた一定の径方向位置で変換器２０および結合媒体／部分内輪５２を保持し、一方、外輪２３、２６はテスト中の材料１５の表面に沿ってホイールアセンブリが移動するのに伴って回転する。計器装置の各ホイールアセンブリを個別に懸垂させ、テスト中の材料１５の表面の凹凸とは関係なく表面との接触が最大になるようにすることができる。
【００３１】
外輪の内側２６と結合媒体の外側／部分内輪５２の外側との間、および、外輪２３の外側とテスト材料１５との間の界面からなる２つのコンタクト領域は、接触界面の面積、ならびに外輪２３および結合媒体／部分内輪５２の材料に応じて変化する、異なる音響特性を示し得る。接触面積が小さいほど、変換器２０から放射される信号の広がりは大きい。音響の広がりの条件は、テスト中の材料１５の表面の状態によって支配される場合がある。テスト材料１５の表面が滑らかであれば、接触界面の接触面積を大きくすることができる。図５Ｄは、外輪２３とテスト中の材料１５との間の、円錐形の界面を示す。
【００３２】
外輪の内側２６および／または結合媒体の外側／部分内輪５２の外側は、潤滑組成を含んでいてもよく、または、必要な音響特性を有する低摩擦乾燥材料からなるものであってもよい。このような材料は、たとえば、ＲＯＢＡＬＯＮ（登録商標）、またはいずれかの種類のポリマーもしくはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、黒鉛、六方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属合金、ＰＶＤＦ、または高水和ブラシポリマー、またはその他であってもよい。ホイールアセンブリの音響特性は、テスト材料１５の組成に適合していなければならない。
【００３３】
変換器２０と、結合媒体／部分内輪５２および外輪２３、２６との間の界面５４に、低摩擦乾燥材料を使用することにより、結合流体を必要とすることなく、ホイールアセンブリを通してテスト材料１５の中まで信号を十分に伝達することができ、このため、結合流体を保持するための高性能封止特徴は不要である。
【００３４】
したがって、テスト機器の構造を、より軽量かつコンパクトにし、取り付けおよび取り外しがより簡単なよりシンプルな設計にすることができ、ホイールアセンブリおよび変換器の部品および材料を、検査対象の材料１５に合わせてより簡単に変更することができる。
【００３５】
ホイールアセンブリの他の例が図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃに示される。変換器２０’は、１つの軌道リング６１に、径方向において部分的に取り付けられるかまたは完全に埋め込まれる。この場合、上記実施形態で述べたように、変換器の外面は軌道外輪を表す。後者の実施形態は、製造をより簡単に実現することを促進し、信号および電気ケーブル６３、コンタクトパッド６２、およびスリップリングコンタクト６５を加える。さらに、ホイールを、心棒なしで実現し、たとえば玉軸受ユニット６６を介して軸受ホイール６４に装着することができる。軸受ホイール６４はさらに、車台または第２のホイールアセンブリに固定するためのボルト管等の接続手段６７を有し得る。
【００３６】
他の実施形態において、ホイールアセンブリは、各変換器２０’ごとにリセス６８を有していてもよい。リセスは、変換器２０’を１つの軌道リング６１の中に完全に「埋込む」。変換器は、周知の音響インピーダンスを有する耐久材料を有する外側「カプセル」６９を含み、これは、平らな外面を示し軌道外輪２３’を構成する。
【００３７】
変換器は、ホイールアセンブリの周りに搭載されたときに両側の隣接する変換器に接触ししたがって連続したトラックを表すような物理的形態を有することもできる。
【００３８】
多様な調査タスクの範囲には、鋼板、パイプ、および構造体の腐食領域の検出、ひび割れおよび傷の検出、ならびに、複合材料における、たとえば炭素シートもしくはフレーム、または軽量ボートおよび航空機の構造体に使用されるガラス繊維およびガラス強化プラスチックにおける、空隙および層間剥離の検出が含まれる。従来の機器で可能な深さ範囲よりも広い深さ範囲をテスト／調査することが必要な場合が多い。本発明はこれに対する解決策を、心棒上に、または、調整された個々のフレーム接続構成上に設けられた、１つのホイールアセンブリおよびアレイ状に配置された複数のホイールアセンブリのモジュールに、ホイールアセンブリの設計を、非常に柔軟に配置することができるという点において、提供する。このような実施形態は図７に示され、図６で説明したタイプのホイールアセンブリが個々に、フレーム７１に対する、対応する玉軸受コネクタ７２上に配置され、ホイールは３つのモジュール７３、７４、７５として配置され、これらのホイールは異なるホイール特性を有し、それにより、いくつかの深さ範囲にわたる調査を同時に行うことができる。
【００３９】
典型的には、溶接シーム１４０を制御するために、本発明は、図１４に記載の溶接シーム１４０の各側で垂直方向に配置された複数のホイールアセンブリとともに配置され、溶接シーム１４０の径路に沿う方向１４１に転がる。ホイールの数およびホイールアセンブリの個々の特徴に応じて、広い深さ範囲の解析をカバーすることが可能である。
【００４０】
変換器の設計も、ホイールアセンブリの総合的な特徴に寄与する。変換器の周波数および直径が大きいほど、ビーム角度は狭く、音波ビームの方向性をさらに制御することができる。逆の範囲において、表面に近い領域を調査する幅広ビーム条件に対しては、広がりをより大きくして作業することが望ましく、より小さな直径およびより低い周波数によってこれは実現される。
【００４１】
せん断波等の異なる導波特性を使用することもできる。図８は、フレーム要素７１に結合された２つの心棒２２、２２’上に配置された２つのホイールモジュールを構成するホイールアセンブリの２つのアレイを示す。
【００４２】
上述の本発明の１つ以上の超音波装置１、１’は、図７〜図８に示すようなフレーム７０に搭載されてもよい。図８は、２つのホイールモジュール１、１’、１００がどのようにブラケット／フレーム７１に搭載されるかを示す。信号伝達ケーブル７４は、フレーム７０を通って導かれる。
【００４３】
本発明の別の実施形態を、手持ち式フレーム１２０に搭載されたこの新たなアイデアの３つのホイールモジュール１、１’、１００を示す図９〜図１２に示す。ここで、ハンドル１２１がフレーム１２０に搭載される。本発明の手持ち式装置は、本発明のホイール、もしくはたとえばコンピュータマウス装置（図示せず）または赤外線測定手段など（図示せず）といった他のメカニズムの回転運動によってテスト材料上での動きを登録することにより、受信信号を、予め規定された開始点から計算された位置情報とともに格納するために、動作させてもよい。
【００４４】
手持ち式装置は、エネルギ源、メモリ、制御ロジック、入出力制御ポート、ディスプレイおよびオーディオへの、搭載されたまたは取り付け可能な、ケーブルを介した、誘導または無線の通信アクセスを有していてもよい。
【００４５】
表示灯１５０は、装置とテスト材料との接触ステータス、予め設定された信号パターンが受信された場合、または特定の位置における受信信号が有効ではない場合の警告ステータスを示すなどの目的のために、フレーム上に配置されてもよい。
【００４６】
表示灯は、たとえば、装置とテスト材料との間で接触がない場合には赤い光、接触が検出された場合には緑の光、というように色分けされてもよい。他の色およびスイッチングパターンが、異なる目的のために使用されてもよい。そのような１つの目的は、各ジョブの前に実行される自己テスト表示器として、というものであってもよい。また、たとえば、予め設定されたテストパターンおよび周波数に沿って変換器が信号を放射する場合に、既知の予想されたテスト結果を有する既知の表面を有する既知のテスト材料上を装置が回転され得る較正ルーチンにおいて、灯を使用することも可能である。予想された受信信号が検証されれば、装置は動作のためにクリアされる。検証された装置は、表示灯１５０によって表示される予め設定された光パターンによって識別されてもよい。
【００４７】
テスト結果の格納、較正、テストおよび評価のために、接続されたコンピュータも使用されてもよい。コンピュータは、ケーブル、無線通信によって、または記憶メモリ装置を介したデータの転送によって接続されてもよい。記憶メモリ装置は、装置における電子回路に取り外し可能に搭載されてもよく、または、転送動作時にインターフェイスを介して接続可能であってもよい。
【００４８】
変換器のアレイは、異なるモードで使用されてもよい。２つの異なるモードを図１３Ａおよび図１３Ｂに示す。他のモードが利用されてもよい。
【００４９】
図１３Ａには、トラック沿い検査のためのモードが示される。変換器の１つのアレイ、たとえば本発明の後続ホイールモジュール１、１’、１００が、テスト材料の地下へ信号を放射するために使用され、変換器の１つのアレイ、たとえば本発明の先導ホイールモジュール１、１’、１００が、テスト材料に入り、それを通って伝わり、それから反射された放射信号を受信するための受信手段として使用される。
【００５０】
図１３Ｂには、トラック横断検査のためのモードが示される。これは、変換器の１つのアレイにおける複数の変換器を、超音波信号を放射するために割り当て、変換器の同じアレイの複数の変換器を、信号をテスト材料から反射された時に受信するために割り当てることによって達成される。１つの変換器が放射し、かつ受信してもよい。あるシナリオでは、変換器のアレイの周辺区分における変換器が、テスト材料の地下へ信号を放射し、変換器のアレイの中央区分における１つ以上の変換器が、反射信号を受信する。
【００５１】
受信のために、すなわち上述の手持ち式装置のために、変換器の２つ以上のアレイを使用することが可能である。変換器の後続アレイにおける変換器が放射する一方、変換器の２つの先導アレイが受信してもよく、またはさらには、変換器の１つ以上のアレイも放射する場合、変換器のすべてのアレイが変換器の受信アレイであるようにセットアップされてもよい。
【００５２】
上述の手持ち式の例のような変換器／ホイールモジュール１、１’、１００の３つのアレイを含むシステムにおける有望な１つの構成は、変換器の中央アレイにおける変換器を超音波信号の放射のために使用し、変換器／ホイールモジュール１、１’、１００の２つの外側アレイをテスト材料からの反射信号の受信のために使用することである。
【００５３】
上述のトラック横断ジオメトリを利用して本発明の単一のホイールモジュール１、１’、１００１を使用することも可能である。
【００５４】
変換器は、超音波信号の放射または反射の受信のみのために、ならびに放射および受信双方のために使用されてもよい。同じ超音波信号について放射兼受信変換器として機能する変換器（すなわち、その変換器は超音波信号を放射し、次にその信号の反射を待ち、次に反射信号を受信する）は、放射信号の経路における物体などまたは材料から反射を受信し、検出するだけであろう。物体が、変換器の下の小さい垂直亀裂である場合、反射信号は非常に弱く、検出するのが難しいかもしれない。本発明では、各変換器が超音波信号を放射または受信する、一組の変換器が、反射信号を測定するだけではなく、テスト材料を通って送信された信号も測定し、このため、反射の欠如、またはたとえば飛行時間回折を測定することができるであろう。これらのタイプの測定は、測定データにおいてより良好なＳ／Ｎ比を提供するであろう。そのような構成は、反射信号の欠落を検出できるであろう。たとえば、テスト材料における空気溜りによって信号が妨げられ、ひいては信号伝播がひどく妨げられた場合、受信変換器は、信号が予想通りに受信されないことを検出するであろう。次に、結論は、放射変換器と受信変換器との間には、亀裂、穴、非中継媒体などの妨害媒体がある、ということを示すかもしれない。
【００５５】
反射の脱落を検出する上述の追加の能力は、上述の図１３Ｂについて説明されたように、本発明の単一ホイール変換器セットアップによって利用されてもよい。図１３Ｂで説明された特徴を、上述の図１３Ａで変換器セットアップについて一例が説明された、２つ以上のホイールモジュール１、１’、１００を使用する特徴と組み合わせることにより、分析効果をさらに強化することが、本発明で達成されてもよい。亀裂、障害物および空気溜りに関連して、トラック沿いに配向された亀裂、空気溜り、障害物を、上述の図１３Ｂについて説明されたようなトラック横断検査特徴を用いて検出し、または、トラックを横断して配向された亀裂、空気溜り、障害物を、図１３Ａについて説明されたようなトラック沿い検査特徴を用いて検出するために、異なる変換器セットアップがさらに最適化されてもよい。
【００５６】
本発明の一実施形態では、本発明は、船または翼（航空機、風力タービン）において使用されるようなサンドイッチ構造において、溶接傷および剥離／空気溜りを見つけるために使用されてもよい。そのようなサンドイッチ構造は、異なる材料の多層から構成され得る。潜在的に異なる応答を有するすべてが、特定の周波数の相対超音波信号を特徴とする。本発明は、特定のサンドイッチ層界面が位置する、テスト材料の特定の深さでの応答を最適化する態様で制御され得る。たとえば、内部ガラスファイバー層と、外部ガラスファイバー層と、コアポリスチレン層とを含む３層構造において、最も内側のガラスファイバー層とコア材料との間の界面を調べてもよい。他の材料および他の個数の層が使用されてもよい。
【００５７】
実施形態の別の例は、外層が陶器、内層がコンクリートまたは木材で、それらの間におそらく防水膜構造がある浴室床などにおける、建築タイルの下の分離／空気溜りを検出するために、本発明を使用することである。
【００５８】
超音波データ収集として、個々の変換器の特徴を動的にシフトするより複雑なパターンが行なわれる、反射信号の放射および受信の制度を実行することによって、検出能力を最大化することも可能である。あるパターンは、各変換器が順に超音波信号の唯一の放射源として作用するようにし、すべてのホイール（２つ以上の場合）のすべての変換器が放射信号を受信するようにすることであろう。このように、運動方向に垂直な方向から放射変換器の両面に向かう多くの方向において地下をマッピングすることが可能である。矢印１７０によって示される１つの放射変換器および７つの受信変換器を概説する一例を、図１７に示す。ここでは、変換器のホイールモジュール１、１’、１００の３つのアレイ２２１、２２２、２２３が使用される。１つの放射および１〜４８個（４８は限定ではなく、図１７で使用される個数である）の受信から、他のすべての組み合わせが使用されてもよい。他の変換器の組み合わせが使用されてもよい。
【００５９】
パターンの可能な１つの型は、すべての変換器が順に放射変換器になるようにし、すべての変換器が放射信号のすべての反射用の受信機として作用するようにすることである。このように、全方向に傾いた横向き、前向き、後ろ向きの全角度、および真下から、すべてのテスト材料をマッピングすることが可能である。本発明の装置の動きを別のパラメータとして使用して、テスト材料上を動く際にいくつかのそのような測定を行うことが可能である。たとえば、コンクリートにおける空気溜りはその場合、多くの方向から数回、徹底的に調査され、「隠された」弱点が見逃されないであろう。
【００６０】
別の型は、１つ以上のホイールモジュールを送信変換器として割り当て、他のホイールモジュールを受信変換器として割り当て、次に、いくつかの送信変換器を同時に起動し、受信モードで動作している残りの変換器で、反射したすべての信号を受信することである。
【００６１】
使用される変換器のアレイまたはホイールのサイズに制限はない。
変換器は、複数の可変の周波数で使用するために選択されてもよい。実行制度の例は、異なるビーム形成手法を含み得るものの、それに限定されない。実行制度の一例は、ＳＡＦＴ（Synthetic Aperture Focusing Technique：開口合成法）であってもよい。
【００６２】
より多くの検出データが収集されるにつれて、データが分析される際に分析プロセスにおいてより良好なＳ／Ｎ比を達成することが可能になるであろう。
【００６３】
テスト材料から受信されたデータの分析は、テスト材料の表面下のさまざまな深さで、典型的にはテスト材料の表面の０〜１５ｃｍ下で、テスト材料の詳細な２Ｄおよび／または３Ｄ画像の集計を提供し得る。
【００６４】
図１５は、大量のテスト材料の検査のためのシステムを提供するために、本発明のホイールモジュール１、１’、１００の３つの対が組合わされたシステムを示す。ホイールモジュール１、１’、１００の各対は個々のブラケット７０に搭載され、３つのブラケットがキャリッジ２００に搭載される。キャリッジはさらに、計算／制御手段２０４と、レーザ測定装置２０２と、表示部２０１とを含む。各ホイールの各区分１２が個々に表面に適合しているため、ホイールの各対は個々に表面に適合している。
【００６５】
図１５における装置、または本発明の装置の任意の変形は、エネルギ源、データ格納、制御ロジック、入出力制御ポート、ディスプレイおよびオーディオへの、搭載されたまたは取り付け可能な、ケーブルを介した、誘導または無線の通信アクセスを有していてもよい。
【００６６】
上述の手持ち式装置について説明されたような表示灯（図１６に図示せず）が、このシステムに、および本発明の実施形態のすべてのバージョンに、上に説明されたのと同じ目的のために含まれてもよい。
【００６７】
キャリッジは、キャリッジを駆動するための手段、たとえば電気モータ（図示せず）、リモートコントローラ特徴を含んでいてもよく、さらに、エネルギ源と、キャリッジを手動で押し、および／または操縦するためのハンドル２０５と、外部制御部（図示せず）との無線通信のための手段とを含んでいてもよい。
【００６８】
制御部は、図１６に示すようにテスト材料の全セグメントをカバーするようにキャリッジを誘導するために、予めプログラミングされてもよい。ここで、実例は、キャリッジ位置２００と、運動方向２１１と、検査された領域２１２、２１３、２１４と、まだ検査されていない領域２１５とを示す。以前の検査トラック２１２と、現在の検査トラック２１３と、以前の検査トラック２１２に対する現在の検査トラック２１３の重複２１４とを区別することも可能であり得る。
【００６９】
受信データおよびこの分析結果を、以前に行なわれた対応する検査と比較することにより、テスト材料の地下における変化を検出することが可能である。たとえば、コンクリートの橋における補強バーの劣化を追跡し、劣化の初期段階で是正措置を開始することが可能であり得る。
【００７０】
レーザユニットは、テスト材料上のキャリッジ位置を規定するために、距離の測定用に使用されてもよい。
【００７１】
別の実施形態の例は、ペンキを塗られた鉄骨構造をサンプリングするために本発明の装置を使用することである。本発明は、鉄骨構造の表面に固定されたペンキまたは他の保護層を除去する必要なく、データ分析を可能にする反射された超音波信号のサンプルを収集して、前例のない態様で亀裂および欠陥を発見することができる。
【００７２】
特徴が異なるホイールモジュール１、１’、１００を有する機器を構成する機能を利用することにより、どのような材料または材料を組み合わせたものについても、より広い深さ範囲において、傷および不規則性を検出することができる。異なるホイールモジュール１、１’、１００を、テスト材料の特定手段が、パイプの厚み測定、外殻またはタンクの劣化、橋梁道路の外装、航空機の翼、ラジオ塔ブラケットの溶接等、何であろうと、それに対して使用するために最適化することができる。
【００７３】
上述の例は地面よりも高い場所で使用される機器に関連しているが、本発明は海面下の環境での使用に適合させることができることが理解されるであろう。その場合、機器は、たとえばＲＯＶに搭載されて海面下の設備、パイプライン等を検査する。
【００７４】
上述の例は地上で使用される機器に関連しているが、本発明は航空宇宙および空間環境での使用に適合させることができることが理解されるであろう。その場合、機器は、たとえば空間の設備および航空機を検査するために配置される。
【００７５】
本発明はさらに、以下の装置実施形態によって定められる。第１の装置実施形態において、本発明は、超音波信号をテスト材料１５に放射しテスト材料１５から超音波信号を受信するための装置を含む。装置は１つ以上のホイールアセンブリ１を備える。各ホイールアセンブリ１はさらに、結合媒体／部分または完全内輪５２，２１の中に一部が配置されたまたは完全に埋め込まれた１つ以上の変換器２０を含む。ホイールアセンブリはさらに、軌道外輪２３を含む。結合媒体／部分または完全内輪５２，２１は、回転しない態様で心棒２２に接続され、１つ以上の変換器２０は、固定的にテスト材料１５の方向に向いており、軌道外輪３の内向き面２６および／または結合媒体／部分または完全内輪５２，２１の外向き面２５の間の界面は、軌道外輪２３の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する低摩擦材料を含む。
【００７６】
本発明の第２の装置実施形態において、第１の装置実施形態に係る装置が提供され、低摩擦材料は、軌道外輪２３の内向き面２６および／または結合媒体／部分または完全内輪５２，２１の外向き面２５の中に埋め込まれている。
【００７７】
本発明の第３の装置実施形態において、第１および第２の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、低摩擦材料は、ＲＯＢＡＬＯＮ登録商標、いずれかの種類のポリマーまたはポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ、黒鉛、六方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属合金、ＰＶＤＦ、または高水和ブラシポリマーのうちの１つである。
【００７８】
本発明の第４の装置実施形態において、第１〜第３の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、変換器２０は、円形、正方形、凹状、凸状、単曲面および複曲面等の形状のうちの１つまたは組み合わせを有することにより、異なる変換器ビームフォーカス／デフォーカスを得る。
【００７９】
本発明の第５の装置実施形態において、第１〜第４の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、１つ以上のホイール１が心棒２２上に配置されている。
【００８０】
本発明の第６の装置実施形態において、第１〜第５の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、ホイール１は、心棒２２と軌道外輪２３との間に配置された復元力があるサスペンション装置５１を含み、よって、軌道外輪２３および結合媒体／部分または完全内輪５２，２１は、心棒２２の位置から独立して変位することができる。
【００８１】
本発明の第７の装置実施形態において、第１〜第６の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、軌道外輪および／または結合媒体／部分または完全内輪５２，２１は、テスト材料の表面の凹凸に適合させた弾性係数を有し、よって、より多くのホイール１が同一の心棒２２上に配置されている場合に１つのホイールが凹凸に遭遇したとき、凹凸の上を転がるホイールのみが、凹凸の影響を受け凹凸によって変位させられる。
【００８２】
本発明の第８の装置実施形態において、第１〜第７の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、軌道外輪２３は、テスト材料の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する材料で構成されている。
【００８３】
本発明の第９の装置実施形態において、第１〜第８の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、変換器へのおよび変換器からの信号を制御するためのコントローラをさらに備える。
【００８４】
本発明の第１０の装置実施形態において、第１〜第９の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、御信号を変換器との間で伝達するための通信手段をさらに備える。
【００８５】
本発明の第１１の装置実施形態において、第１〜第１０の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、１つ以上の変換器２０は、電源に電気的に接続される。
【００８６】
本発明の第１２の装置実施形態において、第１〜第１１の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、ホイールアセンブリは、回転する軌道外輪２３の片面または両面において、近隣のホイールアセンブリ１またはフレーム７１，７２に接続するための結合手段３１，６７を有する。
【００８７】
本発明の第１３の装置実施形態において、第１２の装置実施形態に係る装置が提供され、結合手段３１，６７は、電力および／または信号を、ホイール間で、または、ホイールとフレームとの間で伝送するためのコネクタをさらに含む。
【００８８】
本発明の第１４の装置実施形態において、第１〜第１３の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、心棒２２の外端のうちの一方または双方は、装置をフレーム７１，１２０に装着するための装着手段７２を有する。
【００８９】
本発明の第１５の装置実施形態において、第１〜第１４の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、装置は、制御データおよび受信信号データを無線送信するための手段を備える。
【００９０】
本発明の第１６の装置実施形態において、第１〜第１５の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置が提供され、個々の変換器２０は各々、放射変換器、または受信変換器、または放射兼受信変換器として機能する。
【００９１】
本発明の第１７の装置実施形態において、超音波信号を放射しテスト材料１５から反射した超音波信号を受信するための装置が提供され、装置は２つ以上のホイールモジュール１００を備え、各ホイールモジュール１００は、第１〜第１６の装置実施形態のうちのいずれかに記載の１つ以上のホイールアセンブリ１を含み、ホイールモジュール１００はフレーム７１，１２０に装着されている。
【００９２】
本発明はさらに、以下のシステム実施形態によって定められる。本発明の第１のシステム実施形態において、本発明は、超音波信号を放射し超音波信号を受信するためのシステムであって、システムは、第１〜第１６の装置実施形態のうちのいずれかに係る装置／ホイールアセンブリを１つまたは複数備え、システムはさらに、１つまたは複数のホイールアセンブリ１が搭載されたキャリッジ１２０，２００と、テスト材料１５の表面上で径路２１１に沿ってキャリッジを操縦するための制御機構と、キャリッジ、変換器、ならびにデータの格納および伝達を制御するための制御ロジック２０４とを備える。
【００９３】
本発明の第２のシステム実施形態において、第１のシステム実施形態に係るシステムは、絶対位置を提供するためのナビゲーション手段２０２をさらに備える。
【００９４】
本発明の第３のシステム実施形態において、第１または第２のシステム実施形態のいずれかに係るシステムは、表示手段１５０，２０１をさらに備える。
【００９５】
第１〜第３のシステム実施形態のうちのいずれかに係る本発明の第４のシステム実施形態において、システムは相対位置を提供するための追跡手段をさらに備える。
【００９６】
第１〜第４のシステム実施形態のうちのいずれかに係る本発明の第５のシステム実施形態において、キャリッジは、海底作業用の水中遠隔操作車両ＲＯＶ等の、遠隔操作車両ＲＯＶである。
【００９７】
第１〜第５のシステム実施形態のうちのいずれかに係る本発明の第６のシステム実施形態において、キャリッジを操縦するための制御機構は、手で案内するためのハンドル１２１，２０５、または、キャリッジを移動させるための駆動手段に接続された遠隔制御モータである。
【００９８】
第１〜第６のシステム実施形態のうちのいずれかに係る本発明の第７のシステム実施形態において、システムは、受信した超音波信号のデータを受けデータを処理するためのコンピュータ手段をさらに備える。
【００９９】
第７のシステム実施形態に係る本発明の第８のシステム実施形態において、コンピュータ手段は遠隔コンピュータ手段である。
【０１００】
本発明はさらに、以下の方法実施形態によって定められる。本発明の第１の方法実施形態における発明は、テスト材料１５の解析を可能にするために超音波信号を放射し受信する方法を含み、方法はさらに、第１〜第８のシステム実施形態のうちいずれかに係るシステムを１つまたは複数提供するステップと、１つ以上の変換器２０から超音波信号を放射するステップと、１つ以上の変換器２０を用いて放射した超音波信号の反射をテスト材料１５から受信するステップと、受信した超音波信号を格納し、コンピュータ手段に転送し、受信した超音波信号を解析するステップとを含む。
【０１０１】
本発明の第１の方法実施形態に係る第２の方法実施形態において、方法は、キャリッジ１２０，２００を予め定められた径路２１１に沿って移動させるステップと、予め定められた放射パターンに従って超音波信号を個々の変換器２０から放射するステップと、テスト材料１５から反射した超音波信号を、放射された個々の超音波信号の受信変換器として構成された１つまたは複数の変換器で受信するステップとをさらに含む。
【０１０２】
本発明の第１または第２の方法実施形態に係る第３の方法実施形態において、方法は、テスト材料の一部分の解析結果を、テスト材料の同じ一部分の前回の解析と比較し、テスト材料における変化を特定することをさらに含む。
【図１】
2019518216.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ−５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
2019518216.tif 000019
【図１４】
2019518216.tif 000020
【図１５】
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【図１６】
2019518216.tif 000022
【図１７】
2019518216.tif 000023
【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波信号をテスト材料（１５）に放射し前記テスト材料（１５）から超音波信号を受信するための装置であって、前記装置は２つ以上のホイールアセンブリ（１）を備え、
各ホイーアセンブリ（１）はさらに、結合媒体（５２，２１）の中に一部が配置されたもしくは完全に埋め込まれた、または結合媒体（５２，２１）に接続された、１つ以上の変換器（２０）を含み、前記ホイールアセンブリはさらに、軌道外輪（２３）を含み、
前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、回転しない態様で心棒（２２）に接続され、
前記１つ以上の変換器（２０）は、固定的に前記テスト材料（１５）の方向に向いており、
前記軌道外輪（２３）の内向き面（２６）および／または前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の外向き面（２５）の間の界面は、前記軌道外輪（２３）の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する低摩擦材料を含む、装置。
【請求項２】
前記変換器は、ビームフォーカスまたはデフォーカスのより高い適合性を提供するように形成され、前記変換器の形状は、凹状、凸状、円形、または正方形のうちの１つ以上である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記結合媒体（５２，２１）は、円筒形、球形、または円錐形のうちの１つの形状を有することにより、音響信号に対するレンズ機能を提供する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記結合媒体（５２，２１）は、部分的なまたは完全な内輪の形状を有する、請求項１または２に記載の装置。
【請求項５】
前記２つ以上のホイール（１）は１つ以上の心棒（２２）上に配置されている、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記低摩擦材料は、前記軌道外輪（２３）の内向き面（２６）および／または前記結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）の外向き面（２５）の中に埋め込まれている、請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記低摩擦材料は、ＲＯＢＡＬＯＮ（登録商標）、いずれかの種類のポリマーまたはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、黒鉛、六方晶系窒化ホウ素、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、金属合金、ＰＶＤＦ、または高水和ブラシポリマーのうちの１つである、請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記２つ以上のホイール（１）は各々、個々のサスペンションを各ホイール（１）に提供するように配置されたサスペンション装置（５１）を含む、請求項１〜７のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記サスペンション装置（５１）は、前記心棒（２２）と前記軌道外輪（２３）との間に配置され、よって、前記軌道外輪（２３）および結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、前記心棒（２２）の位置から独立して変位することができる、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記軌道外輪および／または結合媒体／部分または完全内輪（５２，２１）は、前記テスト材料の表面の凹凸に適合させた弾性係数を有し、よって、より多くのホイール（１）が同一の前記心棒（２２）上に配置されている場合に１つのホイールが凹凸に遭遇したとき、前記凹凸の上を転がるホイールのみが、前記凹凸の影響を受け前記凹凸によって変位させられる、請求項１〜９のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記軌道外輪（２３）は、前記テスト材料の音響インピーダンスと同一オーダの音響インピーダンスを有する材料で構成されている、請求項１〜１０のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記変換器へのおよび前記変換器からの信号を制御するためのコントローラと、
制御信号を前記変換器との間で伝達するための通信手段とをさらに備え、前記１つ以上の変換器（２０）は、電源に電気的に接続される、請求項１〜１１のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ホイールアセンブリは、回転する前記軌道外輪（２３）の片面または両面において、近隣のホイールアセンブリ（１）またはフレーム（７１）に接続するための結合手段（３１，６７）を有し、
前記結合手段（３１，６７）は、電力および／または信号を、前記ホイール間で、または、前記ホイールとフレームとの間で伝送するためのコネクタをさらに含む、請求項１〜１２のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記心棒（２２）の外端のうちの一方または双方は、前記装置をフレーム（７１，１２０）に装着するための装着手段（７２）を有する、請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記装置は、制御データおよび受信信号データを無線送信するための手段を備える、請求項１〜１４のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
個々の変換器（２０）は各々、放射変換器、または受信変換器、または放射兼受信変換器として機能する、請求項１〜１５のうちいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
超音波信号を放射しテスト材料（１５）から反射した超音波信号を受信するための装置であって、前記装置は２つ以上のホイールモジュール（１００）を備え、各ホイールモジュール（１００）は請求項１〜１６のうちいずれか１項に記載の１つ以上のホイールアセンブリ（１）を含み、前記ホイールモジュール（１００）はフレーム（７１，１２０）に装着されている、装置。
【請求項１８】
超音波信号を放射し超音波信号を受信するためのシステムであって、前記システムは、  請求項１〜１７のうちいずれか１項に記載の装置／ホイールアセンブリを１つまたは複数備え、前記システムはさらに、
前記１つまたは複数のホイールアセンブリ（１）が搭載されたキャリッジ（１２０，２００）と、
テスト材料（１５）の表面上で径路（２１１）に沿って前記キャリッジを操縦するための制御機構と、
前記キャリッジ、前記変換器、ならびにデータの格納および伝達を制御するための制御ロジック（２０４）とを備える、システム。
【請求項１９】
前記システムは絶対位置を提供するためのナビゲーション手段（２０２）、および／または相対位置を提供するための追跡手段をさらに備える、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
前記システムは表示手段（１５０，２０１）をさらに備える、請求項１８および１９のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記キャリッジは、海底作業用の水中遠隔操作車両ＲＯＶ等の、遠隔操作車両ＲＯＶである、請求項１８〜２０のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記キャリッジを操縦するための前記制御機構は、手で案内するためのハンドル（１２１，２０５）、または、前記キャリッジを移動させるための駆動手段に接続された遠隔制御モータである、請求項１８〜２１のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２３】
前記システムは、前記受信した超音波信号のデータを受け前記データを処理するためのローカルおよび／または遠隔コンピュータ手段をさらに備える、請求項１８〜２２のうちいずれか１項に記載のシステム。
【請求項２４】
テスト材料（１５）の解析を可能にするために超音波信号を放射し受信する方法であって、前記方法は、
請求項１８〜２３のうちいずれか１項に記載のシステムを１つまたは複数提供するステップと、
１つ以上の変換器（２０）から超音波信号を放射するステップと、
１つ以上の変換器（２０）を用いて前記放射した超音波信号の反射を前記テスト材料（１５）から受信するステップと、
前記受信した超音波信号を格納し、コンピュータ手段に転送し、前記受信した超音波信号を解析するステップとを含む、方法。
【請求項２５】
前記方法は、
前記キャリッジ（１２０，２００）を予め定められた径路（２１１）に沿って移動させるステップと、
予め定められた放射パターンに従って超音波信号を個々の変換器（２０）から放射するステップと、
前記テスト材料（１５）から反射した前記超音波信号を、放射された個々の超音波信号の受信変換器として構成された１つまたは複数の変換器で受信するステップとをさらに含む、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記方法は、テスト材料の一部分の解析結果を、前記テスト材料の同じ一部分の前回の解析と比較し、前記テスト材料における変化を特定することをさらに含む、請求項２４または２５のうちいずれか１項に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
【図１】一群にされたホイールアセンブリのグループの概念的概略を示す図である。
【図２Ａ】第１の実施形態におけるホイールアセンブリの内部の概略を説明する図であり、一部を強調表示している。
【図２Ｂ】第２の実施形態におけるホイールアセンブリの内部の概略を説明する図である。
【図３】図２Ａに示すホイールアセンブリを複数個配置したものを心棒機能とともに示す図である。
【図４】図２Ｂのホイールモジュールの軌道内輪の外向き面、および、図２Ｂのホイールモジュールの軌道内輪の内向き面を示す図である。
【図５Ａ】一体化されたサスペンション機能を含む、図２Ａのホイールモジュールを示す図である。
【図５Ｂ】外輪の内径よりも小さい直径を有する部分内輪を備えたホイールアセンブリを示す図である。
【図５Ｃ】図５Ｂにおけるホイール構成の一部分の斜視図を示す。
【図５Ｄ】ホイールアセンブリの下部分、テスト材料、および１つの変換器の断面（図５ＢのＡ−Ａ）側面図を示す。
【図６Ａ】ホイールアセンブリの他の実施形態を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ａに示すホイールアセンブリの２つの実施形態のうちの一方の断面図である。
【図６Ｃ】図６Ａに示すホイールアセンブリの２つの実施形態のうちの他方の断面図である。
【図７】より広い深さ範囲の調査用の、特徴が異なる複数のホイールアセンブリのレイアウト図である。
【図８】２ローラユニットの上面図である。
【図９】手持ち式の３ローラユニットの側面図である。
【図１０】手持ち式の３ローラユニットの底面図である。
【図１１】手持ち式の３ローラユニットの上面図である。
【図１２】手持ち式の３ローラユニットの上面正面斜視図である。
【図１３Ａ】変換器の放射アレイおよび受信アレイの、トラックに沿う形状の一例を示す図である。
【図１３Ｂ】変換器の放射アレイおよび受信アレイの、トラックに交差する形状の一例を示す図である。
【図１４】ホイールおよびテスト中の材料における異なるインピーダンスの材料と組み合わせて使用される指向波を示す図である。
【図１５】２ローラが３つある移動キャリッジシステムの図である。
【図１６】移動キャリッジについてのトラッキング経路シナリオの概要を示す図である。
【図１７】矢印１７０によって示される１つの放射変換器および７つの受信変換器を概説する一例を示す図である。
【国際調査報告】
2019518216.tif 000024
2019518216.tif 000025
2019518216.tif 000026
2019518216.tif 000027