(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造を超音波で検査するための装置であって、
構造の第１の面に近接して配置される駆動プローブを含み、前記駆動プローブは、磁石と、前記駆動プローブが構造の第１の面の上で動かされる際に構造を検査するための超音波変換器とを含み、前記装置はさらに、構造の第１の面に沿って駆動プローブを移動する手段と、
構造の反対側の第２の面に近接して配置される追跡プローブとを含み、前記追跡プローブはまた、前記駆動プローブの磁石と協働して構造の第１の面および第２の面の方にそれぞれ駆動プローブおよび追跡プローブを引き付けるための磁石を含み、
前記駆動プローブと前記追跡プローブとの間の磁力により、前記移動する手段による前記駆動プローブの移動に対応して前記追跡プローブが構造の第２の面の上で動かされる、装置。
【請求項２】
前記駆動プローブはさらに、超音波変換器と構造の第１の面との間で液体のための入口を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記駆動プローブはさらに、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み、入口は、超音波変換器の、構造の第１の面に面する部分と連通する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
超音波変換器と構造の第１の面との間で液体は水軸受としての役割を果たす、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
駆動プローブは、前記移動する手段によって加えられる動力に応じて構造の第１の面に沿って動き、追跡プローブは、構造の第１の面に沿った駆動プローブの動きに応じ、加えられる他のいかなる動力からも独立して構造の第２の面に沿って動く、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記追跡プローブはさらに、超音波変換器と構造の第２の面との間で液体のための入口を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記追跡プローブはさらに、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み、入口は、超音波変換器の、構造の第２の面に面する部分と連通する、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
超音波変換器と構造の第２の面との間で液体は水軸受としての役割を果たす、請求項６に記載の装置。
【請求項９】
前記駆動プローブは、前記駆動プローブがそれに沿って動くことができるように構造の第１の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの接触部材は複数の車輪を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記追跡プローブは、前記追跡プローブがそれに沿って動くことができるように構造の第２の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの接触部材は複数の車輪を含む、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記駆動プローブの超音波変換器は超音波変換器の配列を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記駆動プローブおよび前記追跡プローブは各々、磁石の配列を含み、各プローブの配列のうち少なくとも１つの要素は他の要素とは異なる請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
構造を検査するための装置であって、
構造の第１の面に近接して配置される駆動プローブを含み、前記駆動プローブは、磁石と、前記駆動プローブがそれに沿って動くことができるように構造の第１の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材とを含み、前記装置はさらに構造の第１の面に沿って駆動プローブを移動する手段と、
構造の反対側の第２の面に近接して配置される追跡プローブとを含み、前記追跡プローブはまた、前記駆動プローブの磁石と協働して構造の第１の面および第２の面の方に駆動プローブおよび追跡プローブをそれぞれ引き付けるための磁石を含み、
前記駆動プローブと前記追跡プローブとの間の磁力により、前記移動する手段による前記駆動プローブの移動に対応して前記追跡プローブが構造の第２の面の上で動かされ、
前記駆動プローブおよび前記追跡プローブのうち少なくとも１つはさらに、前記駆動プローブが構造の第１の面の上で動かされる際に構造を検査するための検知要素を含む、装置。
【請求項１６】
検知要素は、Ｘ線検出器およびカメラからなる群から選択される、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
検知要素は超音波変換器を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項１８】
前記駆動プローブは超音波変換器を含み、超音波変換器と構造の第１の面との間で液体のための入口をさらに含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記駆動プローブはさらに、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み、入口は、超音波変換器の、構造の第１の面に面する部分と連通する、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
駆動プローブは、前記移動する手段によって加えられる動力に応じて構造の第１の面に沿って動き、追跡プローブは、構造の第１の面に沿った駆動プローブの動きに応じ、加えられる他のいかなる動力からも独立して構造の第２の面に沿って動く、請求項１５に記載の装置。
【請求項２１】
前記追跡プローブはさらに、超音波変換器と構造の第２の面との間で液体のための入口を含む、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記追跡プローブはさらに、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み、入口は、超音波変換器の、構造の第２の面に面する部分と連通する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
超音波変換器と構造の第２の面との間で液体は水軸受としての役割を果たす、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
超音波変換器は超音波変換器の配列を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの接触部材は複数の車輪を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２６】
前記追跡プローブは、前記追跡プローブがそれに沿って動くことができるように構造の第２の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材を含む、請求項１５に記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの接触部材は複数の車輪を含む、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記駆動プローブおよび前記追跡プローブは各々、磁石の配列を含み、各プローブの配列のうち少なくとも１つの要素は他の要素とは異なる請求項１５に記載の装置。
【請求項２９】
構造を検査する方法であって、
駆動プローブを構造の第１の面に近接して位置決めし、追跡プローブを構造の反対側の第２の面に近接して位置決めするステップと、
駆動プローブおよび追跡プローブが構造の第１の面および第２の面の方にそれぞれ引き付けられるように駆動プローブと追跡プローブとの間に磁力を確立するステップと、
構造の第１の面に沿って駆動プローブを動かし、駆動プローブの動きに対応して追跡プローブが該磁力によって構造の第２の面に沿って動かされるステップと、
駆動プローブが構造の第１の面に沿って動かされる際に超音波信号を構造に伝送し、超音波信号を構造から受信するステップとを含む、方法。
【請求項３０】
駆動プローブは、加えられる動力に応じて構造の第１の面に沿って動き、追跡プローブは、構造の第１の面に沿った駆動プローブの動きに応じ、加えられる他のいかなる動力からも独立して構造の第２の面に沿って動く、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
超音波信号が構造に伝送されかつ構造から受信されるときに、駆動プローブおよび追跡プローブと構造の第１の面および第２の面との間で液体を泡立たせるステップをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
駆動プローブおよび追跡プローブをそれぞれ構造の第１の面および第２の面に近接して位置決めするステップは、駆動プローブおよび追跡プローブを構造の第１の面および第２の面にそれぞれ接触させて配置するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３３】
超音波信号を送受信するステップは、駆動プローブおよび追跡プローブの一方から超音波信号を伝送し、構造を通過した後に駆動プローブおよび追跡プローブの他方で超音波信号を受信するステップを含む、請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は概して構造を検査するための装置および方法に関し、より特定的には、構造の一方の面に近接する駆動プローブと構造の反対側の面に近接する追跡プローブとを利用して構造を検査するための装置および方法に関し、駆動プローブおよび追跡プローブは、駆動プローブが構造の上を進むのに合わせて追跡プローブが動くように構造を介して互いに磁気的に引き付けられる。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
構造の非破壊検査では、構造を損なわずに、または構造を大幅に分解する必要なしに構造を完全に調べることが必要である。非破壊検査は、構造の外部および／または内部を完全に検査することが必要な多くの応用例に対して有利である。たとえば、航空機産業においては一般に非破壊検査を利用して、航空機の構造を検査して構造にいかなる種類の内部損傷または外部損傷もないかどうかを調べる。
【０００３】
定期的に非破壊試験される構造には複合構造がある。この点に関しては、複合構造は、その工学的品質、設計の融通性および低重量のために業界全体で一般に用いられる。したがって、複合構造の性能に悪影響を及ぼすおそれのある割れ、空隙または多孔性などのいかなる欠点をも識別するために複合構造を検査することがしばしば望ましい。
【０００４】
さまざまな種類のセンサを用いて非破壊検査を実行し得る。１つ以上のセンサが、調べるべき構造部分の上を移動し、構造に関するデータを受取り得る。たとえば、パルスエコー、透過探傷または剪断波センサを用いて、構造における隙間ゲージ、薄層の欠陥および多孔性の検出ならびに／または割れの検出などの超音波データを得ることができる。共鳴、パルスエコーまたは機械インピーダンスセンサを用いて、たとえば構造の接着部における空隙または多孔性を示し得る。センサによって得られたデータは典型的には処理要素によって処理され、処理されたデータはディスプレイを介してユーザに示されてもよい。
【０００５】
非破壊検査は、典型的には適切なセンサを構造の上で動かす技術者によって手動で行なわれてもよい。手動による走査は概して、訓練された技術者がセンサを保持し、センサが構造の所望の部分をすべて確実に検査できるようにセンサを構造に沿って動かすことを含む。多くの状況では、技術者は、センサを一方向で左右に繰返して動かし、同時に別の方向にセンサを割出ししなければならない。構造の傍に立っている技術者については、この技術者がセンサを左右に繰返し動かし、さらにもとに戻しつつ、センサを各走査の間に割出しし得る。加えて、センサは典型的には獲得したデータに場所情報を関連付けないので、構造を手動で走査するこの技術者はまた、構造に欠陥がもしあれば、それがどこにあるのかを特定するよう構造を走査しつつセンサディスプレイを観察しなければならない。したがって、検査の質は、センサの動きだけでなく表示されたデータを解釈する技術者の注意力に関しても、主に技術者の能力に左右される。したがって、手動による構造の走査は時間がかかり、大きな労働力を要し、人為的なミスを被りがちである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
自動検査システムが開発されて、手動による検査技術に伴う多くの欠点が克服されたが、自動システムはしばしばあまりに費用がかかり、嵩高い可能性があり、および／または到達するのが不可能ではないとしても困難である構造の部分へのアクセスを必要とするか
もしれない。たとえば、ＡＵＳＳシステムは、透過探傷超音波検査を用いる複雑な機械的走査システムである。ＡＵＳＳシステムは、パルスエコー検査および同時二周波数検査を行なうこともできる。ＡＵＳＳシステムはロボットによって制御されるプローブアームを有し、これらプローブアームは検査を受ける構造の両側の面に近接して位置決めされる必要があり、一方のプローブアームが構造の一つの面に沿って超音波送信機を動かし、他方のプローブアームがこれに応じて構造の反対側の面に沿って超音波受信機を動かす。したがって、明らかなように、ＡＵＳＳシステムなどの従来の自動走査システムは、少なくともいくつかの状況では不可能ではないとしても問題のある構造の両側または両面へのアクセスを必要とする。超音波送信機および超音波受信機を互いに対しかつ検査を受ける構造に対して適切に調整しかつ適切な間隔で維持するために、ＡＵＳＳシステムは、１０本の軸で動作制御を行なう複雑な位置決めシステムを有する。理解され得るように、超音波送信機および超音波受信機の向きおよび間隔が互いに対しかつ検査を受ける構造に対して一定であるというこの要件は、湾曲した構造の検査に関しては特に難しい。
【０００７】
構造の検査を行なう速度またはスピードを高めるために、走査システムは、超音波送信機および超音波受信機の配列を有する超音波プローブを含み得る。したがって、構造の検査がより迅速かつ効率的に進行し得るので、検査に伴う費用を減ずることができる。残念ながら、湾曲した構造、たとえば大規模な湾曲した複合構造、の走査中に超音波送信機および超音波受信機の配列を用いることは一般に非実用的である。この点については、大規模な湾曲した複合部分を検査するための従来の超音波走査システムは、超音波信号を構造へおよび構造から有効に結合するために、ウォータジェットを用いて、検査を受ける構造の面と超音波送信機または超音波受信機との間に水を供給する。超音波プローブが超音波送信機または超音波受信機の配列を含む場合、その配列の要素間にさほど著しい干渉またはクロストークを生成しない対応するウォータジェット配列を設計することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発明の簡単な概要
上述の背景を考慮して、複合構造、特に湾曲した複合構造などの構造を検査するための改善された装置および方法がこの発明のさまざまな実施例に従って提供される。この発明の方法および装置は、それぞれの超音波変換器などのそれぞれの検知要素を含み構造の両側の面に近接して配置されるプローブを利用するが、たとえばロボットアームなどによってプローブのうち１つだけを駆動すればよい。こうして、この発明の方法および装置は、少なくともロボットアームなどにとって比較的到達しにくい構造の面を有する構造を検査するよう有利に適合される。加えて、この発明の方法および装置の実施例は湾曲した構造の検査に関しても超音波配列モードで動作可能であり、これによりこのような構造を検査し得る速度および効率が増し、これに応じて検査に伴う費用が減じられる。さらに、この発明の方法および装置の実施例により、プローブが構造のそれぞれの面に接触しかつこれに沿って動くことが可能となり、これにより、予め規定された向きで、かつ検査を受ける構造のそれぞれの面から予め規定された間隔で超音波プローブを維持するために、他の点では従来の走査システムに必要とされる動作制御システムを高度化する必要性を減じ得る。
【０００９】
この発明の装置は構造の第１の面に近接して配置される駆動プローブと、構造の反対側の第２の面に近接して配置される追跡プローブとを含む。駆動プローブは、たとえばロボットアームまたは他の位置決めシステムによって、加えられる動力に応じて構造の第１の面に沿って動かされる。対照的に、追跡プローブは概して、駆動プローブの動きに応じ、加えられる他のいかなる動力からも独立して構造の第２の面に沿って動く。こうして、追跡プローブは概して駆動プローブの動きに受動的に追従するので、追跡プローブはロボットアームまたは他の位置決めシステムによって係合される必要はない。したがって、追跡
プローブは、比較的到達しにくい構造の裏面または他の面上に配置され得る。
【００１０】
駆動プローブに関連して調整された追跡プローブの動きを容易にするために、駆動プローブおよび追跡プローブはともに、有利には、構造の第１の面および第２の面の方にそれぞれ駆動プローブおよび追跡プローブを引き付ける磁石を含む。加えて、駆動プローブの磁石と追跡プローブの磁石との間の磁力により、追跡プローブが、駆動プローブの対応する動きに応じて構造の第２の面の上で動かされる。
【００１１】
駆動プローブは、構造の第１の面に沿って動かされる際に構造を検査するための検知要素を含む。検知要素はＸ線検出器、カメラなどであってもよいが、典型的には超音波変換器である。典型的には、追跡プローブはまた、超音波変換器などの検知要素を含む。超音波変換器は超音波送信機、超音波受信機またはこれら両方であってもよい。
【００１２】
駆動プローブの超音波変換器と構造との間における超音波信号の結合を容易にするために、接触媒質が超音波変換器と構造のそれぞれの面との間に配置され得る。エアジェットまたはウォータジェットが接触媒質として利用され得るが、有利な一実施例の駆動プローブはまた、超音波変換器と構造の第１の面との間で泡立った液体のための入口を含み得る。この点については、駆動プローブは、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み得る。入口は、超音波変換器の、構造の第１の面に面する部分と流体連通し得る。こうして、超音波変換器と構造の第１の面との間で泡立った液体により、超音波変換器が生成した超音波信号の構造への結合が容易となる。同様に、追跡プローブは、追跡プローブの超音波変換器と構造の第２の面との間で泡立った液体のための入口を含み得る。この点については、追跡プローブはまた、磁石および超音波変換器が配置されかつ入口を規定するハウジングを含み得る。さらに、入口は、追跡プローブの超音波変換器の、構造の第２の面に面する部分と流体連通している。こうして、構造から出てくる超音波信号が、間で泡立つ水により追跡プローブの超音波変換器に有効に結合され得る。超音波変換器と構造のそれぞれの面との間で液体を泡立たせることにより、ウォータジェットが必要とされず、このため駆動プローブおよび追跡プローブの超音波変換器は超音波変換器の配列を含み得、これにより構造を検査する速度を上げ、これに応じて関連する検査費用を減らすことが可能となる。
【００１３】
有利な一実施例に従って、駆動プローブは、構造の第１の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材、たとえば複数の車輪を含む。こうして、駆動プローブは構造の第１の面に沿って動き得る。したがって、構造の第１の面に対する駆動プローブの向きと構造の第１の面に対する駆動プローブの間隔とは、従来の走査システムが用いる複雑な動作制御システムを必要とせずに駆動プローブと構造の第１の面との間の接触によって維持することができる。同様に、追跡プローブは構造の第２の面に接触させるための少なくとも１つの接触部材、たとえば複数の車輪を含み得、このため追跡プローブもそれに沿って動き得る。したがって、駆動プローブと同様に、追跡プローブが、従来の走査システムが用いる複雑な動作制御システムを必要とせずに、予め規定された向きで、かつ構造の第２の面に対して予め規定された間隔で維持され得る。従来の走査システムが用いる動作制御システムからこのように独立することによりさらにこの発明の装置の費用が減じられ、ロボットアームまたは他の従来の動作制御システムにとって比較的到達しにくい構造の面の上で追跡プローブを制御された態様で動かすことが可能となる。駆動プローブおよび追跡プローブはまた、構造の面の上で泡立った水を水軸受として利用して、それらの間隔または向きを維持し得る。
【００１４】
この発明の別の局面に従って構造を検査する方法が提供される。この点については、駆動プローブは構造の第１の面に近接して位置決めされ、追跡プローブは構造の反対側の第２の面に近接して位置決めされる。たとえば、駆動プローブおよび追跡プローブは構造の
第１の面および第２の面にそれぞれ接触して配置されてもよく、これにより、構造のそれぞれの面に対してプローブを整列させたりその間隔を空けたりするのを簡単にする。構造を検査する方法はまた、駆動プローブおよび追跡プローブが構造の第１の面および第２の面の方にそれぞれ引き付けられるように駆動プローブと追跡プローブとの間に磁力を確立する。次いで、駆動プローブは、たとえばロボットアームまたは他の位置決めシステムによって加えられる動力に応じて構造の第１の面に沿って動かされる。駆動プローブの動きおよび駆動プローブと追跡プローブとの間の磁力により、それに応じて追跡プローブが構造の第２の面に沿って動かされる。有利には、追跡プローブは加えられるいかなる動力からも独立して構造の第２の面に沿って動く。こうして、追跡プローブは構造の比較的到達し難い面に近接して配置され得る。というのも、追跡プローブの動きがロボットアームまたは他の位置決めシステムによって制御される必要がないからである。
【００１５】
駆動プローブが構造の第１の面に沿って動かされると、超音波信号がプローブのうち一方のプローブの超音波変換器によって構造に伝送され、構造を通して伝搬された後に他方のプローブの超音波変換器によって受信される。駆動プローブおよび追跡プローブと構造との間で超音波信号を有効に結合するために、超音波信号が構造に伝送されかつ構造から受信される間に、駆動プローブおよび追跡プローブと構造の第１の面および第２の面との間でそれぞれ液体を泡立たせ得る。泡立った液体によって超音波信号を結合することにより、駆動プローブおよび追跡プローブは、構造を検査する速度を上げ、これに応じて検査の費用を減らすために、超音波変換器のそれぞれの配列を含み得る。代替的には、エアジェットまたはウォータジェットが接触媒質として利用されてもよい。
【００１６】
一般的な用語でこの発明を記載してきたが、不必要に変倍されない添付の図面をここで参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の詳細な説明
この発明は、この発明のすべてではないがいくつかの実施例が示される添付の図面に関連して、後により十分に説明される。実際には、これらの発明は多くのさまざまな形態で実現可能であり得、この明細書中に述べられる実施例に限定されるものと解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施例は、この開示が適用可能な法的要件を満たすように提供される。同じ参照番号が全体に亘って同様の要素を参照する。
【００１８】
ここで図１を参照すると、この発明の一実施例に従って構造１２を検査するための装置１０が示される。この装置はさまざまな材料から形成されるさまざまな構造を検査することができる。しかしながら、この装置は構造を通る磁場の確立にいくらか依拠するので、この構造は好ましくは非磁性である、すなわちこの構造は好ましくは透磁率を有さない。たとえば、構造は、ハニカム複合構造などの複合構造であり得る。検査途中の比較的単純な構造パネルの一部が図１に示され、この構造は無数の形状および寸法を有し得る。加えて、検査される構造は、たとえば航空機、船舶、自動車、宇宙船などに関連する乗物の応用例、ならびにたとえば建築物および他の建設プロジェクトに関連する乗物以外の他の応用例を含む多種多様な応用例で利用することができる。さらに、構造は、所望の場合、組立前または組立後に検査され得る。
【００１９】
この発明の装置１０は、構造１２の第１の面１２ａに近接して配置される駆動プローブ１４と、構造の反対側の第２の面１２ｂに近接して配置される追跡プローブ１６とを含む。後に記載されるように、駆動プローブおよび追跡プローブは、構造の第１の面および第２の面にそれぞれ接触して配置され得る。駆動プローブおよび追跡プローブは有利には、図１に示されるように、互いに向き合うように、または別の場合には互いに対して位置的に対応するように最初に位置決めされる。後に説明されるように、駆動プローブと追跡プ
ローブとの間のこの位置的関係または対応関係は、プローブが構造のそれぞれの面に沿って動かされる際に維持される。
【００２０】
各プローブ１４および１６は少なくとも１つの磁石１８を含む。この点については、図２ａおよび図２ｂには１対の磁石を有する駆動プローブが示される。図示されないが、追跡プローブは同様に１対の磁石を有することもあり得る。さまざまな種類の磁石を用いてもよいが、一実施例の駆動プローブおよび追跡プローブはＮｄＦｅＢ磁石などの永久磁石を含む。後に説明されるように、駆動プローブおよび追跡プローブの磁石は、磁気によって駆動プローブおよび追跡プローブを構造１２のそれぞれの面の方に引き付ける。こうして、駆動プローブおよび追跡プローブの両方に対する磁石の数および寸法は、それぞれのプローブの重量、検査を受ける構造の厚さ、検査を受ける構造を形成する材料に少なくとも部分的に左右されるだろう。加えて、図２ａおよび図２ｂの駆動プローブは寸法の異なる１対の磁石を含むが、駆動プローブは磁石を１つだけ含み得るか、または寸法が同じかもしくは異なる複数の磁石を含み得る。同様に、追跡プローブは駆動プローブと数および寸法が同じである磁石を含み得るか、または駆動プローブと追跡プローブとの間に十分な磁力が提供される限りは数および／もしくは寸法の異なる磁石を含み得る。
【００２１】
磁石１８の配列を含むプローブ１４および１６については、この配列の磁石間の間隔は、好ましくは駆動プローブと追跡プローブとの間の間隔よりも広い。したがって、この関係により、プローブ間に安定した調整位置が提供される。プローブのこの調整は、プローブのうち一方のプローブの１つの磁石の磁極性を、それぞれの磁石が他方のプローブの磁石によって反発されるように選択することにより、さらに向上する可能性がある。しかしながら、他方のプローブは、反対の極性を有するそれぞれの磁石と位置合わせされる強磁性材料のプラグを含み得る。強磁性プラグは反対の磁性を有する磁石を反発しないので、プローブはこれらの要素が適切に位置合わせされる場合互いに引き付けられるだろう。しかしながら、プローブがずれた場合、プローブは反発されるだろう。したがって、反対の磁性を有する磁石および対応する強磁性プラグは、プローブの調整に役立つ磁気キーとしての役割を果たす。
【００２２】
プローブ１４および１６に含まれるべき磁石１８の数および種類を決定する際に、概して、磁石の重量、磁石の表面積、および磁石の長さ対直径の比率に起因する消磁効果の増加を考慮に入れる。この点については、比較的薄く平坦な磁石は、大きな磁束を生成するように実質的な表面積を有し得る。しかしながら、これらの磁石は概して非効率的である。というのも、これらは、より小さな表面積を有するより多くのロッド状の磁石に対してそれらの比較的小さな長さ対直径の比率のために消磁効果の増加を被るからである。
【００２３】
プローブ１４および１６のうち少なくとも１つ、たとえば駆動プローブは、プローブが構造のそれぞれの面の上で動かされる際に構造１２を検査するための検知要素２０を含む。プローブはさまざまな検知要素、たとえばカメラ、比較的小さな固体Ｘ線線形検出器等のＸ線検出器などを含み得る。しかしながら、有利な一実施例では、検知要素は、プローブが構造のそれぞれの面の上で動かされる際に構造を超音波で検査するための超音波変換器、たとえば超音波送信機および／または超音波受信機である。たとえば、超音波変換器は、アグファ・クラウトクレーマー（Agfa/Krautkramer）（ペンシルヴェニア州、ルイスタウン）による１ＭＨｚ投込型変換器であってもよい。この点については、この発明のいくつかの実施例は透過探傷技術によって構造を検査する。これらの実施例では、駆動プローブおよび追跡プローブはともに、超音波信号が駆動プローブなどの一方のプローブの超音波変換器から構造に伝送され得、その後、構造を通して伝送された後に追跡プローブなどの他方のプローブの超音波変換器によって受信され得るように、それぞれの検知要素、たとえばそれぞれの超音波変換器を含む。構造を通して伝送された後に超音波信号を分析することにより、構造内のさまざまな欠陥、たとえば割れ、空隙および／または多孔性が
当業者にとって公知のとおりに識別され得る。
【００２４】
後に詳細には記載されないが、他の実施例の装置１０の駆動プローブ１４および追跡プローブ１６は検知要素２０を含む必要がない。他のこれらの実施例では、たとえば、プローブのうち一方だけが検知要素を含めばよく、検査は構造１２の一方側から行なわれる。たとえば、プローブのうち一方は、反射またはパルスエコーモードで動作される超音波変換器を含み得る。こうして、この超音波変換器はこの例示の代替的な実施例において超音波信号を送受信する。別の代替的な例と同様に、検知要素は、その一方側から構造のそれぞれの面の画像を撮るカメラであってもよい。したがって、これらの代替的な実施例では、検知要素を含まないプローブは、検知要素を備えたプローブを構造のそれぞれの面に磁気によって引き付けるのに有効に役立つ。しかしながら、後に記載される実施例では、駆動プローブおよび追跡プローブはともに、超音波変換器などのそれぞれの検知要素を含む。
【００２５】
駆動プローブ１４および／または追跡プローブ１６の超音波変換器２０と構造１２との間における超音波信号の結合を容易にするために接触媒質を利用してもよい。エアジェットまたはウォータジェットが接触媒質として利用され得るが、駆動プローブおよび／または追跡プローブは、超音波変換器と構造のそれぞれの面１２ａおよび１２ｂとの間で泡立つ水などの液体のための入口２２を含み得る。この発明の一実施例の駆動プローブに関連して図２ａおよび図２ｂに示されるように、駆動プローブはまた、磁石１８および検知要素、たとえば超音波変換器が配置されるハウジング２４を含む。ハウジングはさまざまな非磁性材料で構成されてもよく、一実施例では、E.I.デュポン・ヌムール社（E.I. DuPont Nemours and Company）（デラウェア州、ウィルミントン）から入手可能なルーサイト（Lucite）（登録商標）という材料で構成される。
【００２６】
この発明の一実施例の駆動プローブ１４に関連して図２ａおよび図２ｂに示されるように、ハウジング２４は入口２２を規定し、この入口２２は、超音波変換器２０の、構造１２の第１の面１２ａに面する部分と流体連通している。この点については、超音波変換器は、超音波変換器の、構造の第１の面に面する部分が構造の第１の面に面するハウジングの面からいくらか間隔を空けられる、すなわち引込めて取付けられる、ようにハウジング内に位置決めされる。こうして、入口を通して投入される液体は、ハウジングによって規定される内部チャネルを通って流れ、超音波変換器と構造の第１の面との間の隙間を有効に埋める。有利には、液体は、信号対雑音の比率に悪影響を及ぼすおそれのある泡、キャビテーションまたは乱流なしに超音波変換器の上を滑らかに流れる。
【００２７】
図２ａおよび図２ｂには図示されないが、液体の源は、ハウジング２４によって規定される入口２２に接続される。この接続を容易にするために、黄銅管などの管２６がハウジングに接続され得、そこから外向きに延在し得る。管はさまざまな態様でハウジングに接続されてもよいが、ハウジングによって規定される入口への管の締り嵌めまたは圧入によってハウジングを係合してもよい。単独には示されないが、超音波変換器２０をまた含む追跡プローブ１６のこれらの実施例は好ましくは、駆動プローブ１４に関連して上述されるように水などの液体が超音波変換器と構造１２の第２の面１２ｂとの間で泡立ち得るように投入される入口を同様に有する。
【００２８】
動作の際には、駆動プローブ１４および追跡プローブ１６は、構造１２の第１の面１２ａおよび第２の面１２ｂに近接して配置される。図１に図示のとおり、駆動プローブおよび追跡プローブは有利には構造のそれぞれの面と接触して配置され得る。構造のそれぞれの面とのプローブの接触を容易にし、プローブとの接触の結果として被る構造のそれぞれの面のいかなる不所望な損傷または他の擦傷をも防ぐために、駆動プローブおよび追跡プローブはまた、各々が少なくとも１つの接触部材２８を含み得る。典型的には、接触部材
は、支持体のそれぞれの面に面するハウジング２４の面から外向きに延在する。さまざまな種類の接触部材、たとえばスキッドなどを利用してもよい。しかしながら、一実施例では、駆動プローブおよび追跡プローブは各々、構造のそれぞれの面に接触し、かつそれに沿ってプローブが動くことを可能にする複数の車輪を含む。
【００２９】
駆動プローブ１４および追跡プローブ１６と構造１２のそれぞれの面１２ａおよび１２ｂとの間の接触を可能にすることにより、プローブの向き、より特定的にはプローブの検知要素、たとえば超音波変換器の向きが、複雑な動作制御システムまたは他の種類の位置決めシステムによってプローブの向きを制御する必要なしに維持され得る。加えて、駆動プローブおよび追跡プローブと構造のそれぞれの面との間の接触により、それぞれの超音波変換器などのそれぞれの検知要素と構造との間の一定の間隔が、複雑な動作制御システムまたは他の位置決めシステムを同様に必要とすることなく維持される。車輪などの接触部材は有利であるが、プローブは、プローブの間隔および向きを維持するために、接触媒質としての役割を果たす水を水軸受として利用し得る。
【００３０】
この発明の装置１０の動作がここで、透過探傷超音波検査を行なうよう構成される駆動プローブ１４および追跡プローブ１６に関連して記載されるだろう。しかしながら、駆動プローブおよび追跡プローブは、以下に記載されるように他の態様で利用されてもよい。しかしながら、駆動プローブおよび追跡プローブの一実施例の動作の一例として、駆動プローブおよび追跡プローブは、プローブ間の調整および磁力を維持しつつ構造１２の対向する第１の面１２ａおよび第２の面１２ｂに近接して、かつ一般的にはこれらに接触して配置される。次いで、水などの液体が、各プローブの入口２２を通り、超音波変換器２０と構造１２のそれぞれの面１２ａおよび１２ｂとの間で泡立つ。加えて、超音波変換器は、一方のプローブ、たとえば駆動プローブ１４の超音波変換器が超音波信号を構造内に送るように作動される。図示されないが、電圧源または電流源などの駆動要素は概して、超音波変換器を作動して超音波信号を送り出すように駆動プローブの超音波変換器に関連付けられる。この駆動要素は駆動プローブと同じ場所に配置され得るか、またはそこから離されて超音波変換器に電気的に接続され得る。これに応じて、他方のプローブ、たとえば追跡プローブ１６の超音波変換器が、構造を通る超音波信号の伝搬後に、駆動プローブの超音波変換器によって最初に伝送された超音波信号を受信する。
【００３１】
超音波信号が構造１２を通して伝送され、液体がそれぞれの超音波変換器２０の上で泡立つ一方で、駆動プローブ１４が構造の第１の面１２ａに沿って動かされる。駆動プローブを構造の第１の面に沿って動かすのに必要な動力はさまざまな態様で加えられてもよいが、図示される実施例の駆動プローブは、図１などに示されるロボットアーム３２によって係合されるハンドル３０を含む。当業者には公知のように、ロボットアームは、予め規定された態様で、かつ構造の第１の面に沿った規定されたパターンに従って制御可能に駆動プローブを動かすように動作制御システムまたは他の位置決めシステムによって制御され得る。駆動プローブが構造の第１の面と接触し、これに沿って動くので、動作制御システムまたは他の位置決めシステムは従来の走査システムが必要とするものほど複雑である必要はない。１０本の軸を中心にしてプローブを制御可能に位置決めすることのできる動作制御システムを必要とするＡＵＳＳシステムと比較する目的で、この発明の一実施例の装置１０と共に利用される動作制御システムは半分の数の軸だけでプローブを制御可能に位置決めする必要がある。
【００３２】
駆動プローブ１４と追跡プローブ１６との間、より特定的には駆動プローブの磁石１８と追跡プローブの磁石１８との間に確立される磁力の結果として、追跡プローブは、付加的な動力を追跡プローブに直接加える必要なしに、同様の態様で駆動プローブに対応して動く。こうして、追跡プローブは、駆動プローブが構造１２の第１の面１２ａに沿って動かされるとき、駆動プローブに対して位置決めされ対向する位置のままであるように動く
。したがって、追跡プローブはロボットアームまたは他の位置決めシステムによって係合される必要はない。したがって、追跡プローブは、円筒形構造の内部または閉じた形状を有する他の構造などの比較的到達し難い構造の第２の面１２ｂに近接して配置され得、かつこれに沿って動き得る。
【００３３】
追跡プローブ１６の超音波変換器２０によって受信される超音波信号は、超音波信号が受信される時間の表示および／または超音波信号が受信される際の追跡プローブの相対位置の表示とともに記憶され得る。超音波信号は、追跡プローブと同じ場所に配置されるか、または追跡プローブから離され、それと電気的に接続される記憶素子によって記憶され得る。追跡プローブの超音波変換器が受信する超音波信号を分析することにより、構造１２の完全性ならびにその中におけるいかなる欠点も当業者にとって公知の態様で判断することができる。
【００３４】
超音波変換器２０と構造１２のそれぞれの面との間で液体を泡立たせることにより、超音波信号は有利な一実施例においては構造へおよび構造から有効に結合される。さらに、単一の超音波変換器が図２ａおよび図２ｂに示されるが、駆動プローブ１４および／または追跡プローブ１６は超音波変換器の配列を含み得る。というのも、泡立った液体によってもたらされる結合により超音波配列モードでの検査が可能となり、これにより検査を行なう速度を上げ、それに応じて検査に伴う費用を減じ得る。
【００３５】
この明細書中に述べられるこの発明の多くの変形例および他の実施例は、上述の説明および添付の図面に示される教示の利点を有するこれらの発明に関連する当業者には明らかとなるだろう。したがって、この発明が開示の特定の実施例には限定されず、その変形例および他の実施例が添付の特許請求の範囲内に含まれることを意図したものであることが理解されるべきである。特定の用語がこの明細書中で用いられるが、これらは一般的かつ記述的な意味でのみ用いられ、限定する目的で用いられるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】駆動プローブおよび追跡プローブが構造の両側の面に近接して配置される、この発明の一実施例に従った装置を示す斜視図である。
【図２】ａおよびｂは、ハウジング内に配置される駆動プローブのさまざまな構成要素が破線で示される、この発明の一実施例に従った装置の駆動プローブを示す概略的な斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  装置、１２  構造、１２ａ  第１の面、１２ｂ  第２の面、１４  駆動プローブ、１６  追跡プローブ、１８  磁石、２０  超音波変換器、２２  入口、２４  ハウジング、２８  接触部材、３０  ハンドル、３２  ロボットアーム。
【図１】
0004620398.tif 000002
【図２】
0004620398.tif 000003