(57)【要約】  データを、離れた場所で複数のファスナーから、問い合わせ信号がリーダから無線送信されると収集する。これらのファスナーの各ファスナーは、当該ファスナーに生じる応力に関連するパラメータを測定するセンサを含む。ファスナー群の各ファスナーに取り付けられるように適合させたデバイスは、問い合わせ信号を受信し、当該センサを作動させて当該パラメータを測定し、そして当該パラメータを含むデータを当該リーダに無線送信する。
2013518320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置であって：
前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられて前記測定応力に関するデータを無線送信するように適合させたデバイスと、
前記デバイスから送信される前記データを無線で読み取るリーダと、
を備える、装置。
【請求項２】
前記デバイスは：
前記ファスナーに取り付けることができるキャップと、
前記キャップ内のアンテナと、
前記キャップ内に位置し、かつアンテナに接続されて前記データを前記リーダに送信する無線送信機と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記リーダは、信号を前記デバイス群の各デバイスに無線送信する送信機を含み、そして
前記デバイス群の各デバイスは更に、前記キャップ内に位置して、前記信号を前記リーダから受信する無線受信機と、そして前記信号をエネルギーに変換し、そして前記エネルギーを蓄積する手段と、を含む、
請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記デバイス群の各デバイスは：
周囲エネルギーを電気エネルギーに変換する手段と、
前記電気エネルギーを蓄積し、そして前記蓄積エネルギーを、前記センサを作動させるために使用されるパルスに変換する手段と、
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記キャップは、一連の電気接点を含み、これらの電気接点を、前記デバイスを前記ファスナーに取り付けるときに、前記センサ及び前記ファスナーに接触させる、請求項２に記載の装置。
【請求項６】
前記受信機は：
光信号受信機、
無線周波数信号受信機、及び
超音波信号受信機、
のうちの１つである、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記デバイスは更に、前記キャップに取り付けられて前記ファスナーの温度を検出する温度センサを含む、請求項２に記載の装置。
【請求項８】
データを複数のファスナーから収集する方法であって：
キャップを前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けるステップと、
問い合わせ信号をリーダから前記ファスナー群のうちの１つのファスナーに無線送信するステップと、
前記問い合わせ信号を前記キャップ内の受信機において無線受信するステップと、
前記ファスナーに取り付けられるセンサを使用して、前記ファスナーに生じる応力を測定するステップと、
前記キャップ内の無線送信機を使用して、前記測定応力を前記リーダに無線送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記キャップを取り付ける前記ステップは、前記キャップ内の一連の電気接点を前記センサ及び前記ファスナーに当接させるステップを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記キャップを取り付ける前記ステップは、前記キャップを前記ファスナーの頭部に被せてねじ込むことにより行なわれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
更に：
前記受信問い合わせ信号を電気エネルギーに変換するステップと、
前記エネルギーを前記キャップに蓄積するステップと、
前記蓄積エネルギーを使用して前記センサを作動させるステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
更に：
周囲エネルギーを電気エネルギーに変換するステップと、
前記エネルギーを前記キャップに蓄積するステップと、
前記蓄積エネルギーを使用して、前記センサの作動時に前記センサに給電するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
更に：
前記リーダの照準を質問対象のファスナーに合わせるステップを含み、照準を合わせる前記ステップでは、光ビームを前記リーダから前記ファスナーに誘導して、前記リーダの照準合わせを容易にする、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記問い合わせ信号を無線送信する前記ステップは：
電気エネルギー伝達、
光エネルギー伝達、
超音波エネルギー伝達、
のうちの１つを使用して行なわれる、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記キャップを前記ファスナーに取り付ける前記ステップは：
フランジを前記ファスナーに固く固定するステップと、
前記フランジを使用して前記キャップを前記ファスナーに保持するステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置であって：
第１信号を比較的狭い経路に沿って前記ファスナーに無線送信するリーダと、
前記ファスナーに取り付けられて前記第１信号を受信する手段と、
前記ファスナーに取り付けられて、前記センサが測定する前記応力に関するデータを含む第２信号を前記リーダに無線送信する手段と、
を備える、装置。
【請求項１７】
前記リーダは、前記第１信号を成形して比較的細いビームにする送信アンテナを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記アンテナは指向性ダイポールアンテナである、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記アンテナはディッシュアンテナである、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記リーダは無線周波数送信機を含み、前記第１信号は無線周波数信号であり、そして
前記ファスナーに取り付けられる前記受信手段は無線周波数受信機である、
請求項１６に記載の装置。
【請求項２１】
前記リーダは赤外線ビーム送信器を含み、
前記第１信号は赤外線ビームであり、そして
前記ファスナーに取り付けられる前記受信手段は赤外線受信機である、
請求項１６に記載の装置。
【請求項２２】
前記赤外線ビーム送信器は：
赤外光を生成する赤外線ダイオードと、
赤外光を集中させて前記赤外線ビームとする手段と、
を含む、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記リーダは、超音波エネルギー送出器を含み、
前記第１信号は超音波信号であり、そして
前記ファスナーに取り付けられる前記受信手段は超音波信号受信機である、
請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
前記ファスナーに取り付けられる前記受信手段は、前記第１信号を前記狭い経路に沿って受信する指向性アンテナを含む、請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
更に：
前記受信手段、及び前記第２信号を送信する手段を収容するために前記ファスナーに取り付けることができるキャップを備える、請求項１６に記載の装置。
【請求項２６】
データを複数のファスナーから収集する方法であって：
第１信号をリーダから比較的狭い経路に沿って前記ファスナーに無線送信するステップと、
前記第１信号を前記ファスナーにおいて受信するステップと、
少なくとも１つのパラメータを前記ファスナーにおいて検出するステップと、
前記パラメータに関連する第２信号を前記ファスナーから前記リーダに無線送信するステップと、
を含む、方法。
【請求項２７】
前記第１信号を前記リーダから無線送信する前記ステップは、指向性アンテナを使用して行なわれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１信号を前記リーダから無線送信する前記ステップは、エネルギービームを使用して行なわれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】
エネルギービームは：
無線周波数エネルギー、
光エネルギー、及び
超音波エネルギー
のうちの１つである、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第２信号を無線送信する前記ステップは、指向性アンテナを使用して行なわれる、請求項２６に記載の方法。
【請求項３１】
データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置であって：
前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられて、前記ファスナーの温度を検出し、そして前記測定応力及び前記検出温度に関するデータを無線送信するように適合させたデバイスと、
前記デバイスから送信される前記データを読み取るリーダと、
を備える、装置。
【請求項３２】
前記デバイスは：
前記ファスナーに取り付けることができるキャップと、
前記キャップ内の温度センサと、
前記キャップ内に位置して前記データを前記リーダに送信する無線送信機と、
を含む、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記リーダは、問い合わせ信号を前記デバイス群の各デバイスに無線送信する送信機を含み、そして
前記デバイス群の各デバイスは更に、前記キャップ内に位置して、前記問い合わせ信号を受信する無線受信機と、そして前記問い合わせ信号をエネルギーに変換し、そして前記エネルギーを蓄積する手段と、を含む、
請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記デバイス群の各デバイスは更に、前記キャップ内に位置して、周囲エネルギーを電気エネルギーに変換し、そして前記データを前記リーダに送信するために使用される前記エネルギーを蓄積する手段を含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３５】
前記デバイス群の各デバイスは、前記キャップ内に位置して、前記蓄積エネルギーを、前記センサを作動させるために使用されるパルスに変換する手段を含む、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
前記キャップは、一連の電気接点を含み、これらの電気接点を、前記デバイスを前記ファスナーに取り付けるときに、前記センサ及び前記ファスナーに接触させる、請求項３２に記載の装置。
【請求項３７】
前記温度センサは、前記ファスナーに、前記接点群のうちの少なくとも１つの接点を介して接続される、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記温度センサは前記ファスナーに当接する、請求項３２に記載の装置。
【請求項３９】
ファスナーに生じる応力に関するデータを収集する方法であって：
前記ファスナーに関連し、かつ前記ファスナーに生じる前記応力に関連する少なくとも１つの温度変化パラメータを検出するステップと、
前記ファスナーの温度を検出するステップと、
前記パラメータを、前記検出温度に基づいて調整するステップと、
を含む、方法。
【請求項４０】
前記温度を検出する前記ステップは、前記ファスナーの領域内のセンサを使用して行なわれる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
更に：
前記検出パラメータ及び前記検出温度を前記ファスナーからリーダに無線送信するステップを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４２】
前記検出パラメータを調整する前記ステップは、前記リーダにおいて行なわれる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４３】
前記検出パラメータを調整する前記ステップは、前記ファスナーにおいて行なわれる、請求項３９に記載の方法。
【請求項４４】
更に：
キャップを前記ファスナーに取り付けるステップと、
前記検出パラメータ及び前記検出温度を前記キャップからリーダに無線送信するステップと、
を含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４５】
更に：
前記検出パラメータ及び前記検出温度を含むデータパケットを前記キャップ内で生成するステップと、
前記データパケットを前記キャップからリーダに無線送信するステップと、
前記データパケットを前記リーダにおいて受信するステップと、
前記パラメータを前記リーダにおいて、前記検出温度を使用して調整するステップと、
を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
データを、構造に取り付けられる複数のファスナーから収集する装置であって、前記ファスナー群の各ファスナーは、前記ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含み、前記装置は：
前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられ、かつ前記センサに接続されて、前記測定応力を表わす超音波信号を、前記構造を通って無線送信するデバイスと、
前記超音波信号を読み取るリーダと、
を備える、装置。
【請求項４７】
前記デバイスは：
前記ファスナーに取り付けることができるキャップと、
前記キャップ内に位置して、前記超音波信号を、前記構造を通って送信するトランスデューサと、
を含む、請求項４６に記載の装置。
【請求項４８】
前記デバイスは超音波カプラを含み、該超音波カプラは、前記構造に当接して、前記超音波信号を前記トランスデューサから前記構造に入力するように適合させる、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記リーダは：
前記超音波信号を電気エネルギーに変換する超音波トランスデューサと、
前記トランスデューサを前記構造に超音波結合する超音波カプラと、
を含む、請求項４６に記載の装置。
【請求項５０】
前記超音波トランスデューサは、前記超音波信号を前記リーダから比較的狭い経路に沿って、前記ファスナー群のうちの１つのファスナーに向かって誘導する一方向性トランスデューサである、請求項４９に記載の装置。
【請求項５１】
前記リーダは、超音波信号を送信して前記デバイス群に問い合わせる超音波トランスデューサを含み、
前記デバイス群の各デバイスは、前記超音波信号を前記リーダから受信し、そして前記受信信号を電気エネルギーに変換する超音波トランスデューサを含む、
請求項４６に記載の装置。
【請求項５２】
前記デバイス群の各デバイスは、前記電気エネルギーを蓄積し、そして前記センサに前記蓄積エネルギーを使用して給電する手段を含む、
請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記リーダは、前記ファスナーに送信される前記超音波信号の周波数を選択する手段を含む、請求項５１に記載の装置。
【請求項５４】
データを、構造に取り付けられるファスナーから収集する方法であって：
少なくとも１つのパラメータを前記ファスナーにおいて検出するステップと、
前記検出パラメータを含む超音波信号を前記ファスナーから前記構造を通って送信するステップと、
前記超音波信号を読み取るステップと、
を含む、方法。
【請求項５５】
前記信号を送信する前記ステップは、前記信号を、比較的狭い経路に沿って前記構造を通るように誘導することにより行なわれる、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
更に：
前記超音波信号に対応する周波数を、前記構造の特徴に基づいて選択するステップを含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５７】
前記読み取る前記ステップは：
リーダを前記構造に超音波結合し、
前記リーダを使用して、前記超音波信号を前記ファスナーから受信し、そして
前記受信超音波信号を、前記検出パラメータの値を表わす電気信号に変換することにより行なわれる、
請求項５４に記載の方法。
【請求項５８】
前記超音波信号を読み取る前記ステップはリーダによって行なわれ、そして前記方法は更に：
前記ファスナーに、問い合わせ超音波信号を、前記リーダから前記構造を通って前記ファスナーに送信することにより問い合わせるステップと、
前記問い合わせ信号を前記ファスナーにおいて受信するステップと、を含み、
前記検出する前記ステップは、前記問い合わせ信号を前記ファスナーにおいて受信すると行なわれる、請求項５４に記載の方法。
【請求項５９】
更に：
前記受信問い合わせ信号を電気エネルギーに、前記ファスナーにおいて変換するステップと、
前記電気エネルギーを前記ファスナーにおいて蓄積するステップと、
を含む、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記超音波信号を前記ファスナーから送信する前記ステップは、前記ファスナーにおいて蓄積される前記電気エネルギーを使用して行なわれる、請求項５９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概して、構造用ファスナーに関するものであり、更に具体的には、離れた場所において、ファスナーに生じる応力のようなデータをファスナー群から無線収集することに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
構造用ジョイントを締め付けるために使用されるファスナー群の状態を定期的にチェックする必要がある場合がある。例えば、航空機のような輸送手段の場合、ファスナー群から、特定の役割を果たす重要な構造用ジョイント及びアセンブリに加わる締め付け力は、所定の制限値に収まるように維持する必要がある。ファスナーの締め付け力を定期的に監視することは、幾つかの構造が時間の経過とともに緩くなる傾向にあり、そして加工硬化及びクリープのように、ファスナー群が物理的に変化し、これらの現象の全てによって、ファスナーに加わる予荷重、従ってファスナーに生じる応力が変化してしまうので、必要である。ファスナーに加わる予荷重が、所定の制限値を超えていることが判明する場合、ファスナーを締め付け直すか、または取り替える必要がある。これまで、このようなファスナーに対する監視は、ファスナーに加わる予荷重の大きさを含むファスナー群の状態を物理的にチェックし、そして記録するメンテナンス技術者が行なっていた。この手動プロセスは、非常に長い時間を要し、かつ膨大な作業量を必要としてきたので、ファスナー群が、容易に接近することができない領域に位置する場合には実行することが困難な場合があった。
【０００３】
近年、ファスナーに生じる応力を、従ってファスナーに加わる予荷重を測定するセンサを内蔵したファスナーが考案されている。しかしながら、測定予荷重を読み取り、そして当該測定予荷重を、読み取り対象の特定のファスナーに関連付けるために、技術者はファスナーにリーダを物理的に接触させ、このリーダで予荷重だけでなく、ファスナーを固有に識別するバーコードを読み取る必要がある。ファスナーデータを収集するこの手法は、非常に長い時間を要し、膨大な作業量を必要とし、そしてファスナーへの接近が制限される箇所で行なうことが難しい。ファスナー群が航空機の尾翼部分のような封鎖領域、または特定の小さな区画室の内部に位置する幾つかの場合においては、ファスナーとの物理的な接触を行なうことができない可能性があるので、ファスナーに加わる予荷重の測定ができない虞がある。
【０００４】
従って、離れた場所で、ファスナーに加わる予荷重、またはファスナーに生じる応力のようなデータをファスナー群から収集する非接触式方法及びデバイスが必要になる。また、ファスナーに物理的に接近することが困難または不可能な場合でも、既存の種類のファスナーを監視するように適合させることができる方法及びデバイスが必要になる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示の実施形態によれば、ファスナー群の状態を、離れた場所で監視する非接触式方法及び装置が提供され、この方法では、ファスナー状態を表わす１つ以上のパラメータを測定し、そして無線収集する。当該方法では、無線通信を幾つかの無線技術のうちの何れかの無線技術に基づいて使用し、そしてファスナー群が、物理的に接近することが困難な構造の領域群に位置する場合に、当該方法を使用してデータを収集することができる。当該方法によって、ファスナーＩＤを、対応する応力値に確実に関連付けることができる。当該装置は無線通信機器群を使用し、これらの無線通信機器は、既存の種類のファスナー群に容易に組み込むことができる。本開示の実施形態により提供されるファスナーデータのリモート無線収集では、接触作業を必要とする技術者による手作業検査の必要を、ファスナー状態に対する高頻度のチェックを可能にしながら、低減する、または無くすことにより、作業コストを大幅に低減することができる。
【０００６】
１つの本開示の実施形態によれば、データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置が提供される。前記装置は、前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられて前記測定応力に関するデータを無線送信するように適合させたデバイスと、そして前記デバイスから送信される前記データを無線で読み取るリーダと、
を含む。前記デバイスは、前記ファスナーに取り付けることができるキャップだけでなく、前記キャップ内のアンテナと、そして前記データを前記リーダに送信するために使用される無線送信機と、を含むことができる。前記リーダは、信号を前記デバイス群の各デバイスに無線送信する送信機を含むことができる。前記デバイス群の各デバイスは更に、前記キャップ内に位置して、前記信号を前記リーダから受信する無線受信機と、そして前記信号をエネルギーに変換し、そして前記エネルギーを蓄積する手段と、を含むことができる。前記デバイスは、前記キャップ内に位置して前記蓄積エネルギーを、前記センサを作動させるために使用されるパルスに変換する手段を含むことができる。前記受信機は、赤外線信号受信機、無線周波数信号受信機、及び超音波信号受信機のうちの１つを備えることができる。
【０００７】
別の実施形態によれば、データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置が提供される。前記装置は、第１信号を比較的狭い経路に沿って前記ファスナーに無線送信するリーダと、そして前記ファスナーに取り付けられて前記第１信号を受信する手段と、を含む。前記装置は更に、前記ファスナーに取り付けられて、前記センサが測定する前記応力に関するデータを含む第２信号を前記リーダに無線送信する手段を含む。前記リーダは、前記第１信号を成形して比較的細いビームにする送信アンテナを含むことができる。前記ファスナーに取り付けられる前記受信手段は、前記第１信号を前記狭い経路に沿って受信する指向性アンテナを含むことができる。
【０００８】
本開示の別の実施形態によれば、データを複数のファスナーから収集する方法が提供される。前記方法は、第１信号をリーダから比較的狭い経路に沿って前記ファスナーに無線送信するステップと、そして前記第１信号を前記ファスナーにおいて受信するステップと、を含む。前記方法は更に、少なくとも１つのパラメータを前記ファスナーにおいて検出するステップと、そして前記パラメータに関する第２信号を前記ファスナーから前記リーダに無線送信するステップと、を含む。前記第１信号を前記リーダから無線送信する前記ステップは、指向性アンテナまたはエネルギービームを使用して行なうことができる。前記エネルギービームは、無線周波数電気エネルギー、光エネルギー、及び超音波エネルギーを含むことができる。
【０００９】
更に別の実施形態によれば、データを、各ファスナーが、該ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む構成の複数のファスナーから収集する装置が提供される。前記装置は、前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられて、前記ファスナーの温度を検出し、そして前記測定応力及び前記検出温度に関するデータを無線送信するように適合させたデバイスを含む。前記装置は更に、  前記デバイスから送信される前記データを読み取るリーダを含むことができる。  前記デバイスは、前記ファスナーに取り付けることができるキャップと、前記キャップ内の温度センサと、そして前記キャップ内に位置して前記データを前記リーダに送信する無線送信機と、を含むことができる。
【００１０】
更に別の実施形態によれば、ファスナーに生じる応力に関するデータを収集する方法が提供される。前記方法は、前記ファスナーに関連し、かつ前記ファスナーに生じる前記応力に関連する少なくとも１つの温度変化パラメータを検出するステップと、前記ファスナーの温度を検出するステップと、そして前記パラメータを、前記検出温度に基づいて調整するステップと、を含む。前記温度を検出する前記ステップは、前記ファスナーに位置するセンサを使用して行なわれる。
【００１１】
別の実施形態によれば、データを、構造に取り付けられる複数のファスナーから収集する装置が提供され、前記ファスナー群の各ファスナーは、前記ファスナーに生じる応力を測定するセンサを含む。前記装置は、前記ファスナー群の各ファスナーに取り付けられ、かつセンサに接続されて、前記測定応力を表わす超音波信号を、前記構造を通って無線送信するデバイスを含む。前記装置は更に、前記超音波信号を読み取るリーダを含む。前記デバイスは、前記ファスナーに取り付けることができるキャップと、そして前記キャップ内に位置して、前記超音波信号を、前記構造を通って送信するトランスデューサと、を含むことができる。前記デバイスは超音波カプラを含むことができ、該超音波カプラは、前記構造に当接して、前記超音波信号を前記トランスデューサから前記構造に入力するように適合させる。前記リーダは、前記超音波信号を電気エネルギーに変換する超音波トランスデューサと、そして前記トランスデューサを前記構造に超音波結合する超音波カプラと、を含むことができる。
【００１２】
別の実施形態によれば、データを、構造に取り付けられるファスナーから収集する方法が提供される。前記方法は、少なくとも１つのパラメータを前記ファスナーにおいて検出するステップと、そして前記検出パラメータを含む超音波信号を前記ファスナーから前記構造を通って送信するステップと、を含む。前記方法は更に、前記超音波信号を読み取るステップを含む。前記信号を送信する前記ステップは、前記信号を、比較的狭い経路に沿って前記構造を通るように誘導することにより行なうことができる。前記方法は更に、前記超音波信号に対応する周波数を、前記構造の特徴に少なくとも部分的に基づいて選択するステップを含むことができる。
【００１３】
本開示の実施形態は、データを、構造に取り付けられるファスナー群から離れた場所で無線収集する方法及び関連する装置を提供することにより、接近することが困難な構造の領域内のファスナー群の監視を可能にし、かつ手作業を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、データを、構造に取り付けられるファスナーから無線収集する装置の機能ブロック図を示している。
【図２】図２は、ファスナー、及びファスナーに加わる予荷重に関連するタイミング測定を説明するために有用なタイミングプロットを示している。
【図３】図３は、ファスナーに取り付けられるキャップを有するファスナーの上面図を示している。
【図４】図４は、図３の切断線４−４に沿って切断したときの断面図を示している。
【図５】図５は、図３及び４に示すファスナーキャップ内に収容される電子回路の機能ブロック図を示している。
【図６】図６は、ファスナーデータを、図３〜５に示すキャップ具を使用して無線収集する方法のフローチャートを示している。
【図７】図７は、ファスナーデータを収集する別の方法のフローチャートを示している。
【図８】図８は、データを、航空機に取り付けられるファスナー群から収集する様子を示す合成ブロック概略図を示している。
【図９】図９は、データをファスナー群から、比較的狭い経路に沿って送信される指向性信号を使用して収集する方法及び装置を示している。
【図１０】図１０は、レーザビームを使用して、リーダに取り付けられる指向性アンテナの照準を合わせ易くする様子を示している。
【図１１】図１１は、図１０と同様の図であり、無線周波数問い合わせ信号を、リーダの照準を合わせた後にファスナーに送信する様子を示している。
【図１２】図１２は、皿型アンテナを使用して、無線周波数信号を比較的狭い経路に沿ってファスナーに送信する様子を示している。
【図１３】図１３は、レンズを使用して、赤外線エネルギーを集光して、ファスナーに問い合わせるために使用されるビームにする様子を示している。
【図１４】図１４は、皿型反射板を使用して、ダイオードによって生成される赤外線エネルギーを集中させる様子を示している。
【図１５】図１５は、レーザを使用して、リーダの一部を形成する赤外線送信機の照準を合わせる様子を示している。
【図１６】図１６は、図１５と同様の図であり、可視光源を使用して、リーダに取り付けられる赤外線送信機の照準を合わせる様子を示している。
【図１７】図１７は、リーダの照準をファスナーに向かって合わせるピストルグリップ及び照準器を含むリーダの側面図を示している。
【図１８】図１８は、ファスナー、またはファスナーを取り囲む構造の温度を離れた場所で検出する温度センサを含むリーダを示している。
【図１９】図１９は、非接触式温度センサ、及びリーダの照準を合わせ易くするピストルグリップを有するリーダの斜視図を示している。
【図２０】図２０は、ファスナーデータを収集する方法を示すフローチャートを示しており、この方法では、ファスナーの検出温度に基づいて調整を行なう。
【図２１】図２１は、リモート温度センサを含むリーダの構成要素群の機能ブロック図を示している。
【図２２】図２２は、超音波信号を用いてファスナー群に問い合わせるリーダの合成ブロック概略図を示している。
【図２３】図２３は、図２２と同様の図であり、集中超音波信号を使用してファスナー群に問い合わせる超音波リーダを示している。
【図２４】図２４は、超音波リーダ、及び超音波トランスデューサを備えるファスナーの機能ブロック図を示している。
【図２５】図２５は、ファスナーデータを、超音波エネルギー通信を使用して収集する方法を示している。
【図２６】図２６は、航空機製造及び整備方法のフロー図を示している。
【図２７】図２７は、航空機のブロック図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
まず、図１を参照するに、本開示の実施形態は、ファスナー３０に取り付けて、ファスナー３０をリモートリーダ３８との無線通信に適合させることができるデバイス３６に関するものである。ファスナー３０は、構造３４に取り付けることができ、そして２つ以上の部材を機械的に接合する、取り付ける、または締め付けることにより合体させるために使用される広範囲のハードウェアデバイス群のうちの何れかを含むことができる。例えば、ファスナー３０は、ほんの少しの例を挙げると、これらには限定されないが、ボルト、スクリュー、スタッド、クランプ、またはピンを含むことができる。ファスナー３０はセンサ３２を含み、このセンサ３２は、ファスナー３０の状態または状況に関連する１つ以上のパラメータを測定する。例えば、センサ３２は、ファスナー３０に生じる応力、従ってファスナー３０に加わる予荷重に関連するパラメータを測定するトランスデューサを含むことができる。
【００１６】
１つの実施形態では、デバイス３６にプログラムを書き込んで、測定パラメータをリーダ３８に定期的に送信して、ファスナー３０の状態を監視することができるようにする。別の実施形態では、リーダ３８は、無線信号（以後、「問い合わせ信号」と表記する場合がある）をデバイス３６に定期的に送信することによりファスナー３０に問い合わせることができ、これにより、センサ３２が作動して所望のパラメータを測定する。測定パラメータは、デバイス３６からリーダ３８に無線送信され、このリーダ３８では、当該パラメータを読み取ることができる、または計算に使用して、ファスナー３０に生じる応力のようなファスナー３０の状態を確認することができる。他の実施形態では、応力値を求める計算は、デバイス３６によって行なうことができ、当該デバイス３６が次に、応力値をリーダ３８に無線送信する。リーダ３８は、視覚信号及び／又は聴覚信号をユーザに供給して、特定の読み取りサイクルを無事終了したかどうかを通知することができる。
【００１７】
次に、図２，３，及び４を参照するに、これらの図は、ファスナー３０及びデバイス３６を更に詳細に示している。図４から最も良く分かるように、ファスナー３０は、頭部５６及びシャンク部４４を有するボルトとして描かれており、このシャンク部４４は、一対のプレート３４ａ，３４ｂを備える構造３４を貫通している。シャンク部４４の下側端部４５には雄ネジ（図示せず）が設けられ、この雄ネジにねじ切りナット６２を嵌め込む。頭部５６は肩部６０を含み、肩部６０でワッシャー７４をプレート３４ａに、頭部５６及び／又はナット６２が締め付けられるときに締め付けて、締め付け力を加えることにより、プレート３４ａ，３４ｂを保持して合体させる。
【００１８】
ファスナー３０に加わる予荷重、従ってファスナー３０に生じる応力は、ファスナー３０から構造３４に加わる締め付け力に部分的に依存する関数である。デバイス３６は、金属のような適切な剛性材料により形成されるキャップ６６を含むことができるが、幾つかの用途では、キャップ６６を複合材または他の高強度材料により形成することができる。キャップ６６は頭部６８を含み、この頭部６８は、図示の例では、略円形であるが、他の形状を用いることができる。例えば、頭部６８は、デバイス３６をファスナー３０に取り付けるために用いるレンチ（図示せず）を係合させるために適する六角形または八角形を形成する係合部（レンチフラット：図示せず）を含むことができる。
【００１９】
キャップ６６は更に、傾斜側面群７０を含み、これらの傾斜側面７０は、ファスナー３０の頭部５６を取り囲み、かつ構造３４と係合することができる環状底面７８を含む。キャップ６６は、環状凹部７２をキャップ６６内に、かつ基部７８の近傍に含み、この環状凹部７２に、ワッシャー７４の外周に位置する上向きフランジ７６をぴったり合わせて嵌め込むことができる。このように、キャップ６６をファスナー３０にフランジ７６を介して取り付け、このフランジ７６でキャップ６６をファスナー３０の頭部５６に保持する。
【００２０】
デバイス３６は更に、キャップ６６内に収容される電子回路８６を含む。１つの実施形態では、回路８６に接続されるアンテナ８８をキャップ６６の頭部６８に組み込むことができるのに対し、別の実施形態では、アンテナ８８ａをキャップ６６の側面７０に組み込むことができる。更に別の実施形態では、アンテナ８８及び８８ａの両方を、キャップ６６に組み込むことができる。
【００２１】
ファスナー３０の頭部５６は、センサ３２を収容する中心凹部６４を含み、このセンサ３２については以下に詳細に説明する。センサ３２は、ファスナー３０の状態を示す少なくとも１つのパラメータを測定し、当該パラメータは、リーダ３８（図１に示す）に直接送信されるか、またはファスナー３０の状態を確認するために回路８６が行なう計算に使用することができる。キャップ６６をファスナー３０の頭部５６に、凹部６４の外周縁で圧縮Ｏ−リング８０を介して密封することにより、凹部６４を水分及び／又は外来粒子が進入することがないように密封する。デバイス３６は更に、１対の電気接点８２，８４を含み、これらの電気接点は、回路８６に接続され、そしてキャップ６６がファスナー３０に取り付けられるときに、センサ３２及びファスナー頭部５６にそれぞれ接触する。キャップ６６に取り付けられる任意の温度センサ９０は、電気回路８６に接続され、そしてファスナー頭部５６に接触することにより、ファスナー３０の温度、またはファスナー３０をじかに取り囲む構造３４の温度を測定する。
【００２２】
前に説明したように、ワッシャー７４をキャップ６６に嵌入して、キャップ６６をファスナー３０の頭部５６に取り付ける。しかしながら、デバイス３６は、ファスナー３０の他の部分に、またはナット６２に、ワッシャー７６を使用しなくても済む他の取り付け方法を使用して取り付けることができる。１つの実施形態では、キャップ６６及びワッシャー７６は、バヨネット装着（図示せず）して、キャップ６６をファスナー３０に、ひねり回転させることにより取り付けるように構成することができる。別の構成として、ネジ山（図示せず）をキャップ６６とファスナー３０及び／又はワッシャー７４との間に設け、ネジ山をキャップ６６に螺合させて、キャップ６６をファスナー３０及び／又はワッシャー７４にネジ締めすることができる。従って、これまでの説明から、既存のファスナー群３０にデバイス３６を、ワッシャー７４を取り付け、そして次に、キャップ６６をワッシャー７４に、ひねり回転を利用して取り付けることにより、組み込むことができることを理解されたい。幾つかの実施形態では、キャップ６６は、ファスナー３０から、逆方向にひねり回転して取り外すことにより、キャップ６６の修理、または取り替えが可能になる。
【００２３】
次に、図２を具体的に参照するに、センサ３２は、これらには限定されないが、ファスナー３０内の応力または予荷重４０を求めるために使用することができるパラメータを含む、ファスナー３０の状態を表わす１つ以上のパラメータを測定するために適する種々の技術のうちの何れかを使用する多種多様なセンサまたはトランスデューサのうちの何れかを備えることができる。１つの実施形態では、センサ３２は、超音波法を用いて、ファスナー３０に加わる予荷重４０に直接関連する「飛行時間」を測定することができる。４２の位置でセンサ３２に印加される電圧パルスはシャンク部４４を通って超音波４６として伝搬し、この超音波４６はファスナー３０の端部４８で反射され、そして戻り経路５０に沿ってセンサ３２に戻る。この超音波４６はエコー５２として戻され、このエコー５２は、センサ３２によって記録され、そしてファスナー３０の予荷重に直接比例する飛行時間５４を有する。ゼロ荷重時の飛行時間からの飛行時間５４の変化を見積もることにより、予荷重４０を直接測定することができる。締め付け時、ファスナー３０が荷重に応じて伸びる一方で、超音波４６の速度がファスナー応力の増加と共に低下して、予荷重４０に直接比例する合計飛行時間５４が長くなる。前に説明したように、超音波型センサ３２について例示してきたが、他の種類の技術を用いる他のセンサ及びトランスデューサを用いてもよい。
【００２４】
次に、キャップ６６（図４）内に収容され、かつセンサ３２及びアンテナ８８の両方に接続される電子回路８６の付加的な詳細を示す図５を参照する。この実施形態では、回路８６は、無線周波数（ＲＦ）受信機９０と、そしてＲＦ送信機９２と、を含み、これらのＲＦ受信機９０及びＲＦ送信機９２を組み合わせて、トランシーバ（図示せず）を形成する単一の回路とすることができる。リーダ３８（図１）から送信され、かつファスナーに対する問い合わせを表わすＲＦ信号は、受信機９０から電子コンバータ９４に供給され、この電子コンバータ９４は、受信ＲＦ信号を電力に変換し、この電力は、コンデンサまたは他の蓄積媒体（図示せず）のような電気エネルギー蓄積素子９６に蓄積することができる。ＲＦ問い合わせ信号は、一連のパルスを含むことができ、これらのパルスは、蓄積素子９６に蓄積されるエネルギーが読み出しサイクルを開始するために十分大きくなるまで、連続して蓄積される。回路８６には、バッテリ、エネルギーハーベスタ（ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｅｒ）、または他の電力発生装置（図示せず）のような１つ以上の充電式電源９８によって給電することもできる。例えば、充電式電源９８は、エネルギーハーベスタデバイス（ｅｎｅｒｇｙ  ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ）をキャップ６６内に備えることができ、当該エネルギーハーベスタデバイスは、ファスナー３０の温度変動によって生成される熱エネルギーのような周囲エネルギーを収集して電力に変換する。この形態のエネルギーハーベスタデバイスは、相変化材料を、ファスナー３０の温度変動に対するヒートシンクとして用いることができ、この温度変動は、航空機が上昇／下降している場合に極めて大きくなる。他の技術を使用するエネルギーハーベスタデバイスを用いることができ、他の技術としては、これらには限定されないが、航空機が上昇／下降しているときの周囲圧力変化により生成される振動エネルギーを収集して電力に変換する技術を挙げることができる。
【００２５】
キャップ６６がファスナー３０に取り付けられているので、接点８２，８４をファスナー３０及びセンサ３２に当接させると、スイッチ１０６が閉じるようになる。スイッチ１０６が閉じると、回路８６が動作する状態になる。キャップ６６が続いて、ファスナー３０から取り外されて、接点８２，８４がファスナー３０から外れると、スイッチ１０６が開き、そしてデータストレージ１０２内の固有デジタル識別（ＩＤ）番号が消去される。この機能によって、特定のＩＤを１つの特定のファスナー３０にのみ永久的に、かつ確実に関連付けることを保証することができる。
【００２６】
エネルギー蓄積素子９６に蓄積されるエネルギーを使用してパルス発生器１１０を駆動し、このパルス発生器１１０によってセンサ３２が超音波パルス４６（図２）を生成するようになり、この超音波パルス４６は、前に説明したように、ファスナー３０を通って伝搬する。パルス検出回路１１２は、戻りパルスを検出し、そして戻りパルスをパルス測定回路１１４に供給し、このパルス測定回路１１４がパルスの飛行時間を測定する。ファスナー３０に生じる応力に関連するパラメータを表わす測定飛行時間はデータパケット回路１１６に供給され、このデータパケット回路１１６が、飛行時間測定値を他のデータと組み合わせてデータパケット化する。例えば、回路８６のデータストレージ１０２に格納される固有デジタルＩＤ番号１０４を飛行時間情報と組み合わせてデータパケット化することができる。当該データパケットは、ＲＦ送信機９２及びアンテナ８８を介してリーダ３８（図１）に戻される。幾つかの実施形態では、回路８６は、マイクロプロセッサ１００を含むことにより、回路８６の種々の構成要素を制御し、そして／または計算を実行することができる。例えば、マイクロプロセッサ１００は、リーダ３８から受信するＲＦ信号に含まれるファスナーＩＤを、データストレージ１０２内のデジタルＩＤ１０４と比較して、問い合わせが、当該問い合わせ信号を受信する特定のファスナー３０宛であるかどうかを検証することができる。一旦、これらの２つのＩＤの一致が確認されると、測定機能及び送信機能を回路８６によって実行することができる。
【００２７】
次に、図６を参照するに、図６は、ファスナーに加わる予荷重のようなデータを１つ以上のファスナー３０から無線収集する方法のステップ群の概要を示している。ステップ１１８から始まって、このステップ１１８では、固有ＩＤを複数のキャップ６６の各キャップに割り当てる。この固有ＩＤは、ランダムＩＤとする、または構造内の特定のボルト位置に関連付けることができる、或いはそれ以外の方法で割り当てることができる。ステップ１２０では、キャップ６６をファスナー群３０の各ファスナーに取り付ける。ステップ１２２では、駆動信号をデジタルＩＤと一緒にリーダ３８からキャップ６６に送信する。ステップ１２４では、デジタルＩＤをキャップ６６に格納することにより、キャップ６６が動作する状態になる。
【００２８】
データ収集プロセスはステップ１２６から始まり、ステップ１２６では、問い合わせ信号または読み出し信号をリーダ３８から、ファスナー群３０のうちの１つ以上のファスナーのキャップ６６に送信する。ステップ１２８では、問い合わせ信号をキャップ６６において受信し、そしてキャップ６６内の蓄積電気エネルギーに変換する。問い合わせ信号に含まれるＩＤ（読み取り対象のファスナー３０を表わす）が、問い合わせ信号を受信するファスナー３０のキャップ６６に格納されるＩＤに一致すると仮定すると、測定機能及び送信機能が開始されて、ステップ１３０において刺激パルスが、ステップ８６で蓄積されたエネルギーを利用して生成されるようになる。ステップ１３２において、戻りパルスを検出し、そしてステップ１３４において、当該パルスの飛行時間を測定する。ステップ１３６では、データパケットを作成し、このデータパケットは、測定飛行時間と、そしてこれらには限定されないが、ファスナーＩＤ、ファスナー温度、時刻／日付スタンプなどを含む他の情報と、を含む。ステップ１３８では、データパケットをＲＦ信号の形態で、キャップ６６からリーダ３８に送信し、このリーダ３８では、ステップ１４０において、当該データパケットを受信し、そして処理する。
【００２９】
図７は、データをファスナー群３０から収集する別の方法のステップ群を示している。ステップ１４４から始まって、このステップ１４４では、問い合わせ信号をリーダ３８からキャップ６６に無線送信する。ステップ１４６では、刺激パルスを生成し、この刺激パルスを、ファスナー３０を通って供給する。ステップ１４８では、固定の処理時間遅延を導入して、戻り超音波パルスを確実に検出することができるようにする。ステップ１５０では、戻りパルスを検出し、そしてステップ１５２では、検出情報をキャップ６６からリーダ３８に送信する。ステップ１５４に示すように、戻りパルスをリーダ３８において受信し、それに続いて、リーダ３８がＲＦ開始パルスとＲＦ終了パルスとの間の時間を測定し、そして次に、ステップ１５６に示すように、固定の処理時間遅延を減算し、そして超音波飛行時間を、これらの２つのパルスの間の差として計算する。この実施形態では、キャップ６６内の電子機器８６を減らし、そして簡略化することができるが、その理由は、キャップ６６でタイミング測定を行なわなくても済むからである。
【００３０】
次に、図８を参照するに、離れた場所で、データを航空機１５８のような構造物に取り付けられるファスナー群３０から、可動リーダ群１６０または固定リーダ群１６２の何れかを使用して収集することができ、これらのリーダは、ファスナー群３０から離れて位置している。例えば、可動リーダ群１６０は、航空機１５８に搭乗した、または地上のメンテナンス技術者が使用して、ファスナーに加わる予荷重を含むファスナー群３０の状態を監視することができる。別の構成として、航空機１５８上の固定位置のリーダ群１６２を使用してファスナー状態を、ファスナーデータを収集することにより定期的に監視することができ、ファスナーデータを搭載サーバ（図示せず）に格納して将来時点で使用する、または搭載サーバに送信して分析することができる。同様に、固定の地上設置監視システム１６６は、データをファスナー群３０から無線収集することができ、当該データを次に、ステップ１７０において、コンピュータ１６８で自律的に処理し、そしてメンテナンス記録の一部として保存し、そして／または受信機／送信機１７２から他の場所に無線送信する。
【００３１】
本開示の方法及び装置はまた、航空機１５８のような構造物が組み立てられている、または整備されている工場生産現場において、またはメンテナンス設備現場において用いることができるので有利である。例えば、固定または可動リーダ群１７４は、航空機１５８が組み立てられている工場の天井１７６に取り付けることができる、または床に埋め込む／床の下に埋め込むことができる、或いは治具固定具／台／足場（全て図示せず）に埋め込むことができる。リーダ群１７４は、予荷重のようなデータを、航空機１５８が組み立てられているときのファスナー群３０から収集することにより、ファスナー群３０が仕様通りに正しく取り付けられている、そして／またはねじ込まれているかについて検証することができる。
【００３２】
幾つかの用途では、信号をリーダ３８とファスナー群３０との間で無線送信によって供給することが望ましく、これらの無線送信は、無指向性で行なわれるのではなく、比較的狭い経路に沿って、かつほぼ指向性が保たれた状態で行なわれる。指向性送信は無指向性送信よりも、送信される信号エネルギーのより大きな部分が、当該エネルギーの所望の供給先に、すなわちファスナー３０またはリーダ３８に到達するので効果的である。この方法によって、バッテリ寿命を延ばすだけでなく、各ファスナー３０に問い合わせるために要する時間を短くすることができる。
【００３３】
次に、図９を参照するに、適切な無線周波数リーダ１８０は、携帯機器としてパッケージに収納することができ、この携帯機器をメンテナンス技術者が使用して、航空機１５８の尾翼部分１７８の場合におけるように、ファスナー３０への接近が困難な場合において、ファスナーデータを読み取ることができる。この実施形態では、リーダ１８０はピストルグリップ１８２を含み、このピストルグリップ１８２によって、ユーザはリーダ１８０の向きをファスナー３０の方に定め、そしてリーダ１８０の照準をファスナー３０の方に合わせることができる。リーダ１８０は指向性アンテナ１８４を含み、この指向性アンテナ１８４は、フェーズドアレイとして配置される１つ以上のダイポールを含み、このフェーズドアレイを使用して問い合わせ信号群を送信し、そして応答ＲＦ信号群を、データパケット群を含むファスナー群３０から受信する。この実施形態では、オペレータは、まず、測定対象のファスナー３０の位置を物理的に特定し、そして次に、リーダ１８０をファスナー３０の方に向けて測定を行なう。リーダ１８０は更に、レーザ１８６のような照準装置を含むことができ、このレーザ１８６はレーザビーム１８８をファスナー群３０のうちの特定の１つのファスナーに向けて誘導する。レーザビーム１８８を指向性アンテナ１８４の向きに一致させ、レーザビーム１８８を特定のファスナー３０に向けることにより、アンテナ１８４の送信経路が、当該ファスナー３０の方向に自動的に一致するようにする。この実施形態では更に、システムのエネルギー効率を高め、バッテリ寿命を延ばし、そして／または所定セットのファスナー３０の応力を測定するために要する作業時間を短くすることができる。
【００３４】
図１０は、レーザビーム１８８を特定のファスナー３０の方に向けた様子を示している。アンテナ１８４の向きがファスナー３０に向かう方向に一致する状態で、ＲＦ信号を比較的狭い経路１９４（図１１）に沿って、アンテナ１８４からファスナー３０（図１１）に送信する。他の方法を用いて、ＲＦ信号を比較的狭い経路１９４に沿って集中させることができる。例えば、図１２に示すように、アンテナディッシュ１９６（図１２）を用いて、ＲＦ信号を比較的狭い経路１９４に沿ってファスナー３０に向かって集中させる、または集光することができる。指向性アンテナは、幾つかの用途では、起こり得る無線周波数干渉（ＲＦＩ）を低減するために、そして／または信号を送信するために必要な電力量を低減するために、無指向性アンテナよりも好ましい。キャップ６６内に収容されるアンテナ８８（図４）は同様に、指向性アンテナの形態に構成することにより、データパケットをリーダ１８０に送信する際に消費される電力を低減することができる。
【００３５】
他の方式の通信方法を用いて、光エネルギーと表記される場合がある可視周波数領域及び近可視周波数領域の超音波（音響）エネルギー及び電磁エネルギーを含むファスナーデータを本開示の実施形態に従って収集することができる。例えば、図１３に示すように、赤外線パルスを用いて、問い合わせ信号をファスナー群３０に送信することができ、この場合、赤外線ダイオード２００が赤外線パルス２０２を生成し、これらの赤外線パルス２０２を、適切なレンズ２０４によって細いパルスビーム２０６に集光する。レンズ２０４及びリーダ３８は、ファスナー３０に照準を合わせるので、赤外線パルスビーム２０６が所望のファスナー３０に衝突すると、読み出しサイクルが開始される。図１４は、赤外線ダイオード２００により生成される光を集中させて集中パルスビーム２１０を生成する反射ディッシュ２０８の使用を示している。ビーム２１０の照準を所望のファスナー３０に向かって合わせる操作は、リーダ３８に取り付けることができるディッシュ２０８の向きによって制御される。赤外線信号の使用は、工場または空港のような「ノイズの大きい」ＲＦ環境において望ましい。上に説明した赤外線通信システムでは、波長をより短くすることによって、利得係数を増大させることができ、そしてより短い波長は、幾つかの用途においては、より望ましい。
【００３６】
図１５は、レーザ照準器１８６を赤外線送信機２１２と組み合わせて使用して、所望のファスナー３０の位置を特定し、そして所望のファスナー３０に問い合わせる様子を示している。レーザ照準器１８６は可視光レーザビーム１８８を生成し、この可視光レーザビーム１８８をユーザが用いて、赤外線送信機２１２を配置し、そして赤外線送信機２１２の照準を合わせることができる。一旦、送信機２１２の照準を正しく合わせると、赤外線問い合わせ信号１９５をファスナー３０に送信することにより、読み出しサイクルを開始する。
【００３７】
図１６は、赤外線送信機２１２に取り付けられる普通の懐中電灯のような従来の可視光源２１４の使用を示している。光源２１４は可視光ビーム２１６を生成し、この可視光ビーム２１６を使用してファスナー３０を照射する。再帰反射材料２１８をファスナー３０に配置して、光源２１４からの光を反射し易くすることにより、ファスナー３０が技術者に更に良く見えるようにする。光ビーム２１６の照準をファスナー３０に合わせることにより、赤外線送信機２１２の向きを自動的に調節して、ＲＦ信号がファスナー３０に向かって誘導されるようにする。
【００３８】
別の実施形態では、図１７に示すように、リーダ３８が指向性問い合わせ信号を生成する用途においては、リーダ３８はピストルグリップ１８２及び照準器２２０を用いて、リーダ３８の照準を所望のファスナー３０に向かって合わせることができる。
【００３９】
図４に関連して前に説明したように、ファスナー３０の温度を検出して、飛行時間情報を調整し、そして予荷重測定精度を高めることが望ましい。図４に示す実施形態の場合においては、この目的に用いる温度センサ９０をキャップ６６に組み込む。しかしながら、他の方法を用いて、ファスナー３０の温度、またはファスナー３０を直接取り囲む構造３４の温度を検出することができ、この構造３４は普通、ファスナー３０の温度と略同じ温度を有する。例えば、図１８に示すように、非接触式温度センサ２２４をリーダ３８に組み込むことにより、ファスナー３０の温度を離れた場所で検出することができる。温度センサ２２４は、種々の公知の非接触式温度検出デバイスのうちの何れかの非接触式温度検出デバイスを含むことができ、非接触式温度検出デバイスとして、これらには限定されないが、パイロメータ（ｐｙｒｏｍｅｔｅｒｓ）、赤外線熱イメージングカメラ、ライン温度測定用温度計、スポットラジオメータ、及び赤外線放射温度計を挙げることができる。代表的な赤外線放射温度計は、少なくとも２つの波長帯の赤外線放射量を測定し、２つの波長帯の放射強度の比を計算し、そして当該比を使用して放射表面の温度を推定する。
【００４０】
図１９は、赤外線放射温度計２２８を搭載したピストル型の携帯用リーダ３８、及びリーダ３８の照準を合わせ易くするレーザビーム１８８を示している。リーダ３８は、ディスプレイスクリーン２３０と、そして適切なコントロール群２３４と、を含み、これらのコントロール２３４を使用して、レーザビーム１８８を駆動し、ファスナー温度読み取りを行ない、そして検出温度に自動的に関連付けられる問い合わせ信号を発信し始める。ディスプレイスクリーン２３０をリーダ３８に保存される１つ以上のプログラム（図示せず）と一緒に使用して、ユーザに、各ファスナー３０が位置する場所を示して、リーダ３８の照準を合わせ易くしている。
【００４１】
次に、図２０を参照するに、図２０は、ファスナーデータを収集する方法のステップ群を示しており、当該方法では、ファスナー３０の温度変動に対応するファスナーパラメータ測定値を調整する。ステップ２３６では、飛行時間情報を含むデータパケットをリーダ３８において受信し、それに続いて、ステップ２３８において、飛行時間データを抽出する。ステップ２４０では、ファスナー３０の温度を離れた場所で検出し、そしてステップ２４２において、特定のファスナー３０に関連付ける。ステップ２４４では、当該ファスナーに関連付けられる温度を使用して、ステップ２４４に示すように、飛行時間データを調整し、それに続いて、ステップ２４６において、ファスナー応力のような注目パラメータ群を計算することができる。
【００４２】
図２１は、リモート温度センサ２２４を用いるリーダ３８の基本構成要素群を示している。リーダ３８は、データパケット群をファスナー群３０から受信する受信機２４８を、リモート温度センサ２２４、プロセッサ２５０、及びファスナーＩＤストレージ２５４と併せて含む。プロセッサ２５０は、ストレージ２５４内に格納されるファスナーＩＤを、リモート温度センサ２２４が検出するファスナー３０の温度に関連付ける。プロセッサ２５０は、飛行時間データの調整を含む計算を実行することができ、そしてファスナー３０に加わる予荷重のような注目パラメータ群を計算する。
【００４３】
図２２は、超音波リーダ２５６の使用を示しており、この超音波リーダ２５６を使用して、データを、構造３４に取り付けられる複数のファスナー３０から、超音波信号通信方法（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｓｉｇｎａｌ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）を利用して収集する。この実施形態では、超音波リーダ２５６を構造３４に物理的に当接させ、そして超音波信号２６０をリーダ２５６から構造３４を通って、ファスナー群３０の各ファスナーに送信する。このように、構造３４は、超音波エネルギー信号をリーダ２５６とファスナー群３０との間で伝達する伝達媒質として作用する。超音波リーダ２５６の使用は、ファスナー群３０が、電磁放射信号を透過しない複合材のような材料により形成される閉鎖構造の内部に位置する場合に特に有利である。長波長の超音波信号は普通、短波長信号よりも、殆どの構造を通って長い距離を伝搬するが、長波長信号のデータレートは短波長信号の場合よりも低い。従って、ユーザに２つ以上の通信波長を選択する選択肢を提供することが望ましい。
【００４４】
図２３は、指向性超音波リーダ２５６を用いて超音波エネルギー信号２６０ａを、構造３４を通過する比較的狭い経路に沿って特定のファスナー３０に誘導する装置の別の実施形態を示している。この実施形態は、エネルギーを比較的狭い経路に沿って集光して特定のファスナー３０に到達させる必要がある幾つかの用途において有利となり得る。
【００４５】
図２４は、ファスナーデータを、超音波信号を使用して収集する装置の構成素子群の全てを示している。超音波リーダ２５６は概して、超音波トランスデューサ２６２を備え、この超音波トランスデューサ２６２は、波長セレクタ２６３が制御する所望波長の超音波信号を生成する。超音波信号の波長は、ファスナー群３０を取り付ける取り付け先の特定の構造３４の特徴に最も適合するように選択することができる。リーダ２５６は更に、超音波カプラ２６４を含み、この超音波カプラ２６４を構造３４に接触させ、そしてこの超音波カプラ２６４は、トランスデューサ２６２からの超音波信号を構造３４に入力するように機能する。幾つかの実施形態では、リーダ２５６は、超音波電力計２６５を含むことができ、この超音波電力計２５６によってユーザは、指向性ビーム２６０ａの方向を最適に調整することができ、これにより、カプラ２６４の方向姿勢を最適に調整することができる。
【００４６】
破線２６０で示す超音波信号は、特定のファスナー３０に位置するキャップ６６において受信される。キャップ６６は超音波カプラ２６６を含み、この超音波カプラ２６６は、受信超音波信号をキャップ６６内のトランスデューサ２６７に入力する。トランスデューサ２６７は、当該超音波信号を電気エネルギーに変換し、この電気エネルギーは、エネルギー蓄積装置２７２に蓄積することができ、そしてこの電気エネルギーを使用してパルス発生器２７０を駆動することができ、このパルス発生器２７０は、パルスをファスナー３０に位置するセンサ（図示せず）に送信して予荷重を測定する。前に説明したキャップ６６と同様に、キャップ６６は、ファスナーＩＤを格納するストレージ２６８だけでなく、温度センサ２７４を含むことができる。図２４に詳細には示していないが、キャップ６６は更に、プロセッサ及び／又は送信機を含むことができ、この送信機を使用してデータパケット群を、構造３４を通ってリーダ２５６に送信する。
【００４７】
次に、図２５を参照するに、図２５は、ファスナーデータを、超音波信号を使用して収集する方法のステップ群を示している。ステップ２７６から始まり、このステップ２７６では、ファスナー群３０を取り付ける取り付け先の特定の構造３４に最も適する所望の通信波長を選択する。ステップ２７８では、特定のファスナー３０を選択して、当該ファスナーに問い合わる。ステップ２８０では、超音波リーダ２５６を、問い合わせ対象のファスナー３０を含む構造３４に物理的に接触させる。次に、ステップ２８２では、１つ以上の超音波パルスの形態の１つ以上の超音波信号を生成し、そしてステップ２８４では、問い合わせ対象のファスナーのＩＤをパルス（群）に符号化する。ステップ２８６では、符号化パルス群を構造３４に、超音波カプラ２６４（図２４）を使用して送信する。ステップ２８８では、超音波パルス群を問い合わせ対象のファスナー３０において受信し、それに続いて、ステップ２９０に示すように、チェックをファスナー３０において行なって、受信ＩＤ符号が、問い合わせ対象のファスナーのＩＤに一致するかどうかを検証する。
【００４８】
ステップ２９２では、超音波エネルギーパルスを蓄積し、そして使用して内部パルスを生成し、そして当該内部パルスをファスナー３０に送り込む。ステップ２９４では、内部送信パルスの飛行時間を測定する。任意であるが、ステップ２９６では、問い合わせ対象のファスナーの温度を測定する。ステップ２９８では、飛行時間データを温度及び他のデータと一緒に、データパケットに載せ、このデータパケットをステップ３００において、超音波パルス群の形態で送信し、これらの超音波パルスが構造３４を通って伝搬してリーダ２５６に到達する。ステップ３０２では、ファスナー３０からの超音波パルス群をリーダ２５６において受信し、そして処理してファスナー３０に加わる応力を求める。
【００４９】
本開示の実施形態は、多種多様な潜在的用途に、特に例えば、宇宙航空用途、船舶用途、及び自動車用途を含む輸送産業において使用することができる。従って、次に、図２６及び２７を参照するに、本開示の実施形態は、図２６に示す航空機製造及び整備方法３２０、及び図２７に示す航空機３２２に関連して使用することができる。製造前段階では、例示的な方法３２０において、航空機３２２の仕様決定及び設計３２４、及び材料調達３２６を行なうことができ、この場合、本開示の実施形態を指定して、航空機３２２内のファスナー群を取り付け、そして／または監視するために使用することができる。製造段階では、航空機３２２の部品及びサブアセンブリ製造３２８、及びシステム統合３２２が行なわれる。本開示の実施形態を使用して、部品群及びサブアセンブリ群に使用されるファスナー群を取り付け、そして監視することができる。その後、航空機３２２は、証明書発行及び機体引き渡し３３２を経て、供用３３４される。顧客が供用している間、航空機３２２は、日常的なメンテナンス及び整備３３６を行うようにスケジューリングされる（このメンテナンス及び整備３３６は、改修、再構成、改装などを含むこともできる）。本開示の方法を使用して、証明書発行３３２において、そして／またはメンテナンス及び整備３３６においてファスナー群の予荷重をチェックする、または監視することができる。
【００５０】
方法３２０のプロセス群の各プロセスは、システムインテグレータ、サードパーティ、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）によって行なうことができるか、または実行することができる。この説明を進めるために、システムインテグレータとして、これらには限定されないが、何れかの数の航空機製造業者、及び航空機大手システムサブコントラクタを挙げることができ；サードパーティとして、これらには限定されないが、何れかの数のベンダー、サブコントラクタ、及びサプライヤーを挙げることができ；そしてオペレータは、航空会社、リース会社、軍隊、航空機整備機関などとすることができる。
【００５１】
図２７に示すように、例示的な方法３２０により製造される航空機３２２は、複数のシステム３４０を搭載した機体３３８と、そして機内３４２と、を含むことができる。高位システム３４０の例として、推進システム３４４、電気システム３４６、油圧システム３４８、及び環境システム３５０のうちの１つ以上を挙げることができる。何れかの数の他のシステムを含めてもよい。本開示の実施形態を使用して、ファスナー群を、機体３３８の一部を形成するジョイント群に、または推進システム３４４または油圧システム３４８の一部を形成する部品群に取り付ける、そして／またはこれらのファスナーを監視することができる。航空宇宙用の例を示しているが、本開示の原理は、船舶産業、重機産業、発電産業、石油精製産業、及び自動車産業のような他の産業に適用することができる。
【００５２】
本開示の実施形態を用いて、航空機３２２に取り付けられるファスナー群の予荷重を、製造及び整備方法３２０の種々の段階のうちの何れか１つ以上の段階において測定することができる。例えば、製造プロセス３２８に対応する部品群またはサブアセンブリ群には、予荷重を正確に測定する必要があるファスナー群を取り付けることができる。また、１つ以上の方法実施形態、またはこれらの組み合わせは、製造段階３２８及び３３０において、例えば航空機３２２の組み立てを大幅に促進する、または航空機３２２のコストを大幅に低減することにより利用することができる。
【００５３】
本開示の実施形態について、特定の例示的な実施形態に関連して説明してきたが、他の変形をこの技術分野の当業者であれば想到することができることから、特定の実施形態は例示のためにのみ提示され、本発明を限定するために提示されているのではないことを理解されたい。
【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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【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１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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