(57)【要約】  試験用標本（１０８）における欠陥（１１６）を検出するためのシステム（１００）および方法である。この方法は概して、試験用標本に液体検出媒体（１２０）を施すステップと、試験用標本における欠陥についての欠陥形跡（１３２、１３６）を液体検出媒体に生成させるよう、試験用標本を励振するステップ（１２８）とを含む。液体検出媒体は、液体検出媒体によって生成された欠陥形跡について監視される（１１２）。
2007512530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験用標本における欠陥を検出するための方法であって、
試験用標本に液体検出媒体を施すステップと、
試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を液体検出媒体に生成させるよう、試験用標本を励振するステップと、
液体検出媒体によって生成された欠陥形跡について液体検出媒体を監視するステップとを含む、方法。
【請求項２】
欠陥形跡は低温形跡を含み、
監視するステップは、低温形跡を検出するために液体検出媒体を熱監視するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
試験用標本の励振により、液体検出媒体は、ほぼ欠陥の位置で試験用標本から噴出されるようになり、噴出された液体検出媒体は蒸発によって冷え、低温形跡を生成する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
熱監視するステップは、液体検出媒体の赤外線画像を取得するステップを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
取得するステップは、
励振前の液体検出媒体の赤外線画像を取得するステップと、
励振中の液体検出媒体の１つ以上の赤外線画像を取得するステップと、
励振前に取得された赤外線画像から励振中に取得された１つ以上の赤外線画像を差引くステップとを含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
欠陥形跡は振動モードパターンを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
振動モードパターンは、欠陥のほぼ上方に、試験用標本上の液体検出媒体の定在波を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
振動モードパターンは、ほぼ欠陥の位置に、試験用標本からの液体検出媒体の噴出を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
監視するステップは、欠陥形跡を検出するために液体検出媒体を視覚的に監視するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
視覚的に監視するステップは、液体検出媒体のリアルタイム画像を取得するステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
リアルタイム画像を検査員に表示するステップをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
施すステップは、試験用標本に水を噴霧するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
励振するステップは、試験用標本を超音波励振するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
試験用標本は複合構造を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
液体接触媒質は、励振後、試験用標本のほぼ欠陥の位置に目に見えるパターンを形成する不溶性粒子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
試験用標本における欠陥を検出する方法であって、
試験用標本の少なくとも第１の表面部に液体接触媒質を施すステップと、
試験用標本を音響励振するステップと、
試験用標本における欠陥を示す振動効果について液体接触媒質を監視するステップとを含み、振動効果は、第１の表面部上の液体接触媒質の定在波、および第１の表面部からの液体接触媒質の噴出のうちの少なくとも一方を含む、方法。
【請求項１７】
監視するステップは、低温形跡について液体接触媒質を熱監視するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
試験用標本の励振により、液体接触媒質は、ほぼ欠陥の位置で第１の表面部から噴出されるようになり、噴出された液体接触媒質は蒸発によって冷え、低温形跡を生成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
熱監視するステップは、液体接触媒質の赤外線画像を取得するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
監視するステップは、振動効果を検出するために液体接触媒質を視覚的に監視するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
視覚的に監視するステップは、液体接触媒質のリアルタイム画像を取得するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
リアルタイム画像を検査員に表示するステップをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
施すステップは、第１の表面部に水を噴霧するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
音響励振するステップは、試験用標本を超音波励振するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
試験用標本における欠陥を検出する方法であって、
試験用標本の少なくとも第１の表面部に液体接触媒質を施すステップと、
試験用標本のほぼ欠陥の位置で第１の表面部から液体が噴出されるよう、試験用標本を音響励振するステップとを含み、噴出された液体は蒸発によって冷え、前記欠陥についての低温形跡を生成し、前記方法はさらに、
液体接触媒質によって生成された低温形跡を検出するために液体接触媒質を熱監視するステップを含む、方法。
【請求項２６】
熱監視するステップは、液体接触媒質の赤外線画像を取得し、分析するステップを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
熱監視するステップは、液体接触媒質のリアルタイム赤外線画像を取得するステップと、リアルタイム赤外線画像を検査員に表示するステップとを含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
取得するステップは、
励振前の液体接触媒質の赤外線画像を取得するステップと、
励振中の液体接触媒質の１つ以上の赤外線画像を取得するステップと、
励振前に取得された赤外線画像から励振中に取得された１つ以上の赤外線画像を差引くステップとを含む、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
試験用標本における欠陥を検出するためのシステムであって、
試験用標本上の液体接触媒質と、
試験用標本に結合され、試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を液体接触媒質に生成させるよう、試験用標本を励振する励振器と、
励振に反応して液体接触媒質によって生成された欠陥形跡を検出する装置とを含む、システム。
【請求項３０】
装置は、欠陥形跡の画像を取得するためのカメラを含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３１】
画像を検査員に表示するための表示装置をさらに含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３２】
カメラは、音響励振に反応して液体接触媒質によって生成された低温形跡の赤外線画像を取得するための赤外線カメラを含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項３３】
励振器は超音波溶接機を含む、請求項２９に記載のシステム。
【請求項３４】
試験用標本における欠陥を検出するためのシステムであって、
試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を、試験用標本上の液体接触媒質に生成させるよう、試験用標本を励振するための手段と、
液体接触媒質によって生成された欠陥形跡を検出するための手段とを含む、システム。
【請求項３５】
試験用標本に液体接触媒質を施すための手段をさらに含む、請求項３４に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は非破壊検査（ＮＤＩ）手法に関し、より特定的には、液体接触型（liquid coupled）欠陥検出システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
非破壊検査（ＮＤＩ）手法は、離層、剥離、亀裂および腐食といった欠陥について、稼動中航空機部品および生産航空機部品を調べるために使用される。実際、既存の保有航空機が経年変化してより頻繁な検査を必要とし、新しい航空機に新しい材料および構造が導入されるにつれて、ＮＤＩ手法の使用はおそらく、航空宇宙産業および他の産業において依然普及していくであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
この発明は、液体接触型欠陥検出システムおよび方法に関する。好ましい一実現化例では、試験用標本における欠陥を検出するための方法は概して、試験用標本に液体検出媒体を施すステップと、試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を液体検出媒体に生成させるよう、試験用標本を励振するステップと、液体検出媒体によって生成された欠陥形跡について液体検出媒体を監視するステップとを含む。
【０００４】
別の好ましい一実現化例では、試験用標本における欠陥を検出する方法は概して、試験用標本の少なくとも第１の表面部に液体接触媒質（liquid couplant）を施すステップと、試験用標本を音響励振するステップと、試験用標本における欠陥を示す液体接触媒質に対する振動効果を検出するために液体接触媒質を監視するステップとを含む。振動効果は、第１の表面部上の液体接触媒質の定在波、および第１の表面部からの液体接触媒質の噴出のうちの少なくとも一方を含み得る。
【０００５】
別の好ましい一実現化例では、試験用標本における欠陥を検出するためのシステムは概して、試験用標本に施される液体接触媒質を含む。このシステムはまた、試験用標本に結合され、試験用標本を励振し、かつ試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を液体接触媒質に生成させる励振器を含む。このシステムはさらに、励振に反応して液体接触媒質によって生成された欠陥形跡を検出するための装置を含む。
【０００６】
特徴、機能および利点は、この発明のさまざまな実施例において個別に達成可能であり、または、さらに他の実施例において組合されてもよい。
【０００７】
この発明は、詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
好ましい実施例の詳細な説明
以下の好ましい実施例の説明は本質的に単なる例示であり、この発明、その用途または使用を制限する意図は全くない。
【０００９】
一局面によれば、この発明は、試験用標本における欠陥（たとえば剥離、離層など）を検出するための方法を提供する。一実施例では、方法は概して、試験用標本に液体検出媒
体または接触媒質を施すステップと、試験用標本における欠陥についての欠陥形跡を液体検出媒体に生成させるよう試験用標本を励振するステップと、液体検出媒体によって生成された欠陥形跡について液体検出媒体を監視するステップとを含む。
【００１０】
励振に反応して、液体接触媒質は、試験用標本における欠陥の存在を示すさまざまな欠陥形跡を生成することができる。たとえば、図１は、試験用標本８が励振源４を用いて励振されている状態を示す。大きな振幅の優先的な振動１０が、試験用標本８における欠陥１６のほぼ上方に配置されるが、これは、欠陥１６での剛性の低下、および欠陥１６のほぼ上方のより大きな局所的たわみに起因する。図１に示すように、振動１０は液体接触媒質２０と結合して接触媒質２０の定在波３２を欠陥１６のほぼ上方に形成する。大きな振幅の優先的な振動はまた、図２および図３に示すように、接触媒質が試験用標本から噴出または噴霧されるようにもし得る（「間欠泉」効果）。したがって、定在波および「間欠泉」は、その検出が試験用標本における１つ以上の欠陥の存在を示す２種類の欠陥形跡である。
【００１１】
欠陥形跡の別の例は、波立った接触媒質および／または噴出された接触媒質が蒸発する際の冷却効果によって生成される低温形跡である。たとえば赤外線カメラを用いたそのような低温形跡の検出は、試験用標本における欠陥の存在を示す。
【００１２】
この発明の少なくとも１つの局面を実現する例示的なシステム１００を図２に示す。図２に示すように、システム１００は、試験用標本１０８を励振するための励振源１０４を含む。好ましくは、励振源１０４は超音波エネルギ源、たとえば超音波溶接機である。また、これに代えて、機械的振動機および音響ホーンといった他の励振源が採用可能である。
【００１３】
システム１００はまた、波立った接触媒質および／または噴出された接触媒質が蒸発する際の冷却効果によって生成される低温形跡を検出するための赤外線カメラ１１２を含む。また、これに代えて、励振に反応して液体接触媒質の欠陥形跡または振動効果を検出するために、広範囲の他の装置および手法が使用可能であり、たとえば高速写真撮影、動作分析用ビデオ撮影、特殊レンズ、高速分析照明、ビデオ画像技術、および、シュリーレン、ストリーク、パルスレーザ照射などの特殊手法が含まれる。
【００１４】
例示的な一実施例では、試験用標本１０８に施される液体接触媒質１２０は、水である。他の実施例では、広範囲の他の液体接触媒質、好ましくは試験用標本に反応せず非汚染性の液体が使用可能であり、油、グリセリン、高純度アルコール、非汚染液体化学物質などが含まれる。
【００１５】
いくつかの実施例では、不溶性粒子（たとえば比較的重い磁気材料）を液体接触媒質に混入することができる。この不溶性粒子は、試験用標本の励振が止まった後でも目に見える虎の縞模様のパターンまたは他のパターンを試験用標本上に形成できる。したがって、不溶性粒子によって生成されるパターンはこのため、励振が止まった後でも欠陥の場所を示すことができる。
【００１６】
ある特定の液体接触媒質の選択は、１つ以上のさまざまな要因に基づき得る。たとえば、ある特定の液体接触媒質は、試験用標本からのその液体接触媒質の噴出後にその蒸発を促すよう、選択されてもよい。またはたとえば、ある特定の液体接触媒質は、試験用標本へのその接触媒質の吸収を最小限に抑える（または少なくとも減少させる）よう、試験用標本へのその接触媒質の取込を最小限に抑える（または少なくとも減少させる）よう、および／または、その接触媒質による試験用標本の汚染を最小限に抑える（または少なくとも減少させる）よう、選択されてもよい。
【００１７】
動作時、システム１００は、試験用標本１０８における欠陥を検出するために以下のように使用可能である。液体接触媒質１２０が、少なくとも試験用標本１０８の第１の表面部１２４に施される。例示的な一実施例では、この液体接触媒質は、スプレーボトルを用いて表面部１２４上に噴霧された水である。
【００１８】
試験用標本１０８は励振源１０４を用いて励振される。図示された実施例では、試験用標本１０８は、試験用標本１０８に接触する好ましくは高エネルギの超音波源を用いて音響励振される。源１０４は好ましくは超音波エネルギ１２８を試験用標本１０８に印加し、それは試験用標本１０８中を伝搬する。伝搬するエネルギ１２８は、試験用標本１０８における欠陥１１６のほぼ上方に、優先的で大きな振幅の振動をもたらす。増大した振動は液体接触媒質１２０と結合し、接触媒質の定在波１３２が欠陥１１６のほぼ上方に生じること、および／または、接触媒質が試験用標本１０８から噴出または噴霧１３６されることのいずれかまたは双方をもたらす。
【００１９】
波立った接触媒質および／または噴霧された接触媒質１３６が蒸発する際の冷却効果は、赤外線カメラによって検出可能な低温形跡を生成する。たとえば、噴出された接触媒質１３６は、蒸発によって冷えるため、赤外線カメラ１１２によって取得された赤外線画像では、表面部１２４に対して低温に見える。
【００２０】
低温形跡についての赤外線画像を分析することは、検査員によって手動で、プロセッサによって自動で、それらの組合せなどで実行可能である。赤外線画像はまた、低温形跡の検出に加え、励振のモードパターンを検出するためにも分析され得る。
【００２１】
図示された実施例では、システム１００は、カメラ１１２によって取得された好ましくはリアルタイムの赤外線画像を表示可能なディスプレイスクリーン１４０を含む。これにより、検査員がリアルタイムの赤外線画像を分析して欠陥の場所を突き止め、大きさを測ることができるため、信頼性が高まるようになる。
【００２２】
いくつかの実施例では、赤外線コントラストを上げることが可能であり、このため、励振前の液体接触媒質の赤外線画像を取得し、次にそこから励振中に取得された励振された液体接触媒質の赤外線画像を差引くことによって、噴霧された接触媒質を識別することがより容易になる。
【００２３】
この例示のように、システム１００は、励振源１０４による試験用標本１０８の加熱を必要とすることなく、試験用標本１０８における欠陥を検出できる。さらに、試験用標本１０８の熱特性は概して、システム１００の赤外線局面に影響を与えない。なぜなら、赤外線放射は、システム１００において使用可能な液体接触媒質の中でも水を通って伝わることが容易ではないためである。
【００２４】
図３は、この発明の少なくとも一局面を実現する別の例示的なシステム２００を示す。図３に示すように、システム２００は、試験用標本２０８を励振するための励振源２０４を含む。好ましくは、励振源２０４は超音波エネルギの源、たとえば超音波溶接機またはホーンである。また、これに代えて、機械的振動機および音響ホーンといった他の励振源も採用可能である。
【００２５】
システム２００は、接触媒質２２０の定在波２３２および「間欠泉」２３６といった振動効果を視覚的に検出するためのビデオカメラ２１２を含み得る。少なくともいくつかの実施例では、これらの振動効果は人間の肉眼２１２′によって容易に検出可能であり、その場合、振動効果は、ビデオカメラ２１２、および／または、励振された液体接触媒質２
２０を目視観察している検査員のいずれかまたは双方によって視覚的に検出され得る。
【００２６】
他の実施例では、このシステムは、振動効果を検出するためのビデオカメラまたは他の視覚的検出装置を全く含まない。そのような実施例では、振動効果（たとえば定在波、「間欠泉」）は、励振された液体接触媒質を目視観察している検査員によって検出される。
【００２７】
また、これに代えて、励振に反応して液体接触媒質の欠陥形跡または振動効果を検出するために、広範囲の他の装置および手法が使用可能であり、たとえば高速写真撮影、動作分析用ビデオ撮影、特殊レンズ、高速分析照明、ビデオ画像技術、および、シュリーレン、ストリーク、パルスレーザ照射などの特殊手法が含まれる。
【００２８】
システム２００はまた、試験用標本２０８に施される液体接触媒質２２０も含む。例示的な一実施例では、液体接触媒質２２０は、水である。しかしながら、代替的な実施例では、広範囲の他の液体接触媒質、好ましくは試験用標本に反応せず非汚染性の液体が使用可能であり、油、グリセリン、高純度アルコール、非汚染液体化学物質などが含まれる。
【００２９】
動作時、システム２００は、試験用標本２０８における欠陥を検出するために以下のように使用可能である。液体検出媒体２２０が、少なくとも試験用標本２０８の第１の表面部２２４に施される。例示的な一実施例では、この液体接触媒質２２０は、部分表面２２４上に噴霧された水である。
【００３０】
試験用標本２０８は励振源２０４を用いて励振される。図示された実施例では、試験用標本２０８は、試験用標本２０８に接触する好ましくは高エネルギの超音波源を用いて音響励振される。源２０４は好ましくは超音波エネルギ２２８を試験用標本２０８に印加し、それは試験用標本２０８中を伝搬する。伝搬するエネルギ２２８は、試験用標本２０８における欠陥２１６のほぼ上方に、優先的で大きな振幅の振動をもたらす。増大した振動は液体接触媒質２２０と結合し、接触媒質の定在波２３２が欠陥２１６のほぼ上方に生じること、および／または、接触媒質が試験用標本２０８から噴出または噴霧２３６されることのいずれかまたは双方をもたらす。
【００３１】
カメラ２１２は、液体接触媒質２２０の画像、好ましくはリアルタイム画像を取得する。これらの画像は、接触媒質の定在波２３２、および／または試験用標本２０８から噴出２３６した接触媒質について分析される。カメラ２１２によって取得された画像は、検査員によって手動で、プロセッサによって自動で、それらの組合せなどで分析可能である。
【００３２】
図示された実施例では、システム２００は、カメラ２１２によって取得された好ましくはリアルタイムの画像を表示可能なディスプレイスクリーン２４０を含む。これにより、検査員がリアルタイムの画像を分析して欠陥の場所を突き止め、大きさを測ることができるため、信頼性が高まるようになる。さらに、試験用標本２０８にわたって励振器２０４およびカメラ２１２を間欠駆動することによって、完全な試験用標本２０８のリアルタイム検査が実行可能である。
【００３３】
加えて、またはこれに代えて、少なくともいくつかの実施例における振動効果は、人間の肉眼２１２′によって容易に検出可能である。その場合、検査員は、試験用標本２０８における欠陥の存在を示す特定の振動効果について注意して見ることによって、リアルタイム検査を実行することができる。
【００３４】
したがって、この発明のさまざまな実施例は、振動による熱生成に頼ることなく、液体接触媒質に対する振動効果を分析することによって欠陥を検出する。励振源は部分表面に熱を生成するためにその部分表面上に存在する必要がないので、試験用標本はより短い励
振時間およびより短いパルス期間で検査可能である。これにより、試験用標本が励振源の長引く使用から誤って損傷を受ける可能性が低くなる。
【００３５】
拡散率が高い熱伝導性材料および／または放射率が低い光沢面を調べるために、さまざまな実施例が使用可能である。なぜなら、液体接触媒質が光沢面に高放射率のコーティングを施すことができるためである。
【００３６】
さまざまな実施例が、比較的大きな区域が効率よくかつ時宜を得た態様で検査されるようになる広域欠陥検出を可能にする。
【００３７】
この発明は、金属、複合材、基材、プラスチック、多層コーティング、積層板、塗装基材などを含む広範囲の材料種類および構造に適用可能である。したがって、ここでの試験用標本についての特定の言及は、この発明の範囲を試験用標本のたった１つの特定の形／種類に限定するよう解釈されるべきではない。
【００３８】
この発明はまた、航空宇宙、宇宙、自動車などを含む広範囲の産業および産業用途にも適用可能である。したがって、航空機についての特定の言及は、この発明の範囲を任意の特定の産業または産業用途に限定するよう解釈されるべきではない。
【００３９】
さまざまな好ましい実施例が説明されてきたが、当業者であれば、この発明の概念から逸脱することなくなされる修正または変型を認識するであろう。例はこの発明を例示しており、それを限定する意図はない。したがって、説明および特許請求の範囲は、関連する先行技術に鑑みて必要であるような限定しか有さず、自由に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】この発明の一実施例に従った、励振源を用いて励振されている試験用標本を示す概略図である。
【図２】この発明の一実施例に従った液体接触型欠陥検出システムの概略図である。
【図３】この発明の別の実施例に従った液体接触型欠陥検出システムの概略図である。
【図１】
2007512530.tif 000003
【図２】
2007512530.tif 000004
【図３】
2007512530.tif 000005
【国際調査報告】
2007512530.tif 000006
2007512530.tif 000007
2007512530.tif 000008