(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波検査を用いて構造体内の欠陥部を検出する方法であって、
トランスデューサーアレイから前記構造体の内部に、入射角を伴って信号を発信することと、
前記構造体の内部に発信した前記信号に基づいて前記構造体から反射される応答信号であって、受信応答を形成する応答信号を前記トランスデューサーアレイにおける受信エレメントで検出することと、
前記トランスデューサーアレイにおける第１位置を特定することであって、前記第１位置は、前記構造体の背面から反射される応答信号の推定受信位置であることと、
前記第１位置に前記受信エレメントが配置されるように前記トランスデューサーアレイを、制御部によって構成することと、
前記第１位置に配置された受信エレメントが検出した前記応答信号を用いて、前記構造体内の前記欠陥部を識別することと、を含み、
前記第１位置を特定することは、少なくとも前記入射角及び前記構造体の厚みに基づく算出により前記第１位置を特定することを含む、方法。
【請求項２】
超音波検査を用いて構造体内の欠陥部を検出する方法であって、
トランスデューサーアレイから前記構造体の内部に、入射角を伴って信号を発信することと、
前記構造体の内部に発信した前記信号に基づいて前記構造体から反射される応答信号であって、受信応答を形成する応答信号を前記トランスデューサーアレイにおける受信エレメントで検出することと、
前記トランスデューサーアレイにおける第１位置を特定することであって、前記第１位置は、前記構造体の背面から反射される応答信号の推定受信位置であることと、
前記第１位置に前記受信エレメントが配置されるように前記トランスデューサーアレイを、制御部によって構成することと、
前記第１位置に配置された受信エレメントが検出した前記応答信号を用いて、前記構造体内の前記欠陥部を識別することと、を含み、
前記入射角を伴って信号を発信することは、中継媒質を介して前記構造体の内部に信号を発信することを含み、
前記第１位置を特定することは、前記入射角、前記構造体の厚み、前記中継媒質の厚み、前記構造体の材料内速度、及び前記中継媒質の材料内速度に基づく算出により前記第１位置を特定することを含み、
前記中継媒質の材料内速度は、前記構造体の材料内速度とは異なる、方法。
【請求項３】
前記トランスデューサーアレイにおける第２位置を特定することをさらに含み、前記第２位置は、前記構造体内の欠陥部から反射される応答信号の推定受信位置である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２位置に無効エレメントが配置されるように前記トランスデューサーアレイを、制御部によって構成することをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記応答信号を利用して前記構造体内の欠陥部を識別することをさらに含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項６】
前記欠陥部は、前記構造体内の異物を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記入射角は約６度である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項８】
前記構造体は複合材料である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項９】
前記構造体は、金属と、複合材料と、プラスチックと、セラミックスと、から選択され
る少なくとも１つの材料を含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造体は、材料の層を複数含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記トランスデューサーアレイから前記構造体の内部に前記入射角を伴って前記信号を発信することは、電子時間遅延ビームステアリングを用いることにより、前記トランスデューサーアレイから前記構造体の内部に前記入射角にて前記信号を発信することを含む、請求項１または２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して超音波検査（ultrasonic inspection）関し、特に、超音波検査を用いて対象物の内部の不良状況（undesirable conditions）を識別する方法及び装置に関する。本開示は、より詳しくは、入射角を有する信号を利用した超音波検査の方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の設計及び製造における複合材料の使用割合が高まりつつある。航空機の中には、主要構造部の５０パーセント以上が複合材料で形成されるものもある。航空機における複合材料の使用は、航空機の軽量化のためである。このような軽量化によって、有料荷重容量及び燃料効率を増大することができる。また、複合材料によって、航空機の様々な構成部品の耐用年数を延ばすことができる。
【０００３】
複合材料は、頑丈で軽量な材料であり、２つ又はそれ以上の異なる素材を組み合わせることによって形成される。複合材料は、限定するものではないが、例えば繊維と樹脂を含んでもよい。これら繊維と樹脂を組み合わせて、硬化複合材料を形成することができる。
【０００４】
特に、翼部分や機体外皮などの重要なコンポーネントは、限定するものではないが、複合積層材などの複合材料で構成することができる。複合積層材で構成される主要な構造体が増えてきているので、これらコンポーネントの品質基準への適合を確認する方法及び技術の必要性がこれまでになく高まっている。
【０００５】
複合材料コンポーネントの中の異物や破片(debris)は、複合材料コンポーネントの製造過程において起こり得ることが知られている不良状況の一例である。現在、炭素積層材などを用いて構成されるような複合材料コンポーネントに含まれる破片を検出及び定量する非破壊測定のシステムに、多くの時間、労力、費用が費やされていると考えられる。不良状況の他の例には、コンポーネント内の空隙や層間剥離などがある。
【０００６】
超音波試験（ultrasonic testing）では、超音波パルス波を対象物の内部に発信して不良状況の検出あるいは材料の特徴づけを行う。超音波試験においては、検査の対象物の上方を１つ又はそれ以上の超音波トランスデューサーに通過させる。トランスデューサーは、通常、中継媒質（coupling material）によって検査の対象物から隔てられている。この中継媒質は、例えば、油あるいは水のような液体であってもよい。中継媒質は、信号損失を防ぐために用いられる。このようにして、不良状況の検出が可能である。
【０００７】
しかしながら、１つのトランスデューサーを用いた超音波試験では、破片の識別が困難な場合がある。また、複数のトランスデューサーを用いた超音波検査では、その制御や実施が困難となる場合があり、望ましくない。
【０００８】
したがって、上述の課題やその他の潜在的な課題の少なくともいくつかを考慮した方法及び装置の提供が望まれる。
【発明の概要】
【０００９】
例示的な一実施形態においては、方法が提供される。トランスデューサーアレイから構造体の内部に、入射角を伴って信号が発信される。構造体の内部に発信された信号に基づいて構造体から反射される応答信号を、トランスデューサーアレイで検出して受信応答が生成される。
【００１０】
別の例示的な一実施形態において、装置は、複数のエレメントを有するトランスデューサーアレイを備える。前記複数のエレメントに含まれる所定数の発信エレメントは、構造体の内部に、入射角を伴って信号を発信するように構成されている。前記複数のエレメントに含まれる所定数の受信エレメントは、構造体の背面から反射される応答信号を検出するように構成されている。
【００１１】
さらに別の例示的な一実施形態において、方法が提供される。トランスデューサーアレイにおける第１位置を、入射角と、厚みと、材料内速度と、に基づいて特定する。トランスデューサーアレイにおける第２位置を、入射角と、厚みと、材料内速度と、に基づいて特定する。上記トランスデューサーアレイは、第１位置及び第２位置を利用して設定される。トランスデューサーアレイを設定することは、第１位置に受信エレメントを配置するようにトランスデューサーアレイを構成することと、第２位置に無効エレメントを配置するようにトランスデューサーアレイを構成することとを、含む。トランスデューサーアレイの発信エレメントを用いて、複合材料の内部に、入射角を伴って信号を発信する。複合材料の背面から反射される応答信号を、受信エレメントを用いて検出する。応答信号を利用して、複合材料内の欠陥部を識別する。
【００１２】
上記特徴および機能は、本開示の様々な実施形態によって個別に達成することができ、あるいは、さらに他の実施形態と組み合わせてもよく、そのさらなる詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
例示的な実施形態を特徴付けると考えられる新規の特徴は、添付の請求項に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、並びに好ましい使用形態、さらに、その目的及び利点は、以下に示す添付の図面と共に本開示の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。
【００１４】
【図１】例示的な実施形態を実施可能な製造環境を示す図である。
【図２】例示的な実施形態による製造環境を示すブロック図である。
【図３】例示的な実施形態による、製造環境に含まれる検査装置を示す図である。
【図４】例示的な実施形態による、製造環境に含まれる検査装置を示す断面図である。
【図５】例示的な実施形態による、第１位置の特定方法を示す図である。
【図６】例示的な実施形態による、構造体の検査プロセスを示す図である。
【図７】例示的な実施形態によるデータ処理システムを示すブロック図である。
【図８】例示的な実施形態による、航空機の製造及び運用方法を示すブロック図である。
【図９】例示的な実施形態を実行可能な航空機を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
様々な例示的な実施形態では、様々な事項が認識され、考慮されている。例えば、様々な例示的な実施形態では、対象物に対して垂直な超音波信号の発信と超音波信号の受信とが、同一の超音波トランスデューサーによって伝統的に行なわれていることが認識され、考慮されている。また、様々な例示的な実施形態では、同一の超音波トランスデューサーと対象物に対して垂直な信号とを用いると、破片からの反射と材料からの反射とが概ね一致する場合があることが認識され、考慮されている。その結果、破片の識別が困難となる場合がある。
【００１６】
同様に、様々な例示的な実施形態では、１つの超音波トランスデューサーが、角度をつけたウェッジを用いて一表面から超音波信号を伝達し、別の受信器が、媒体を通過した応答を他表面から受信する場合があることも認識され、考慮されている。様々な例示的な実施形態では、複数のトランスデューサーを用いるとアライメントが必要な場合があり、同一のトランスデューサーを用いるよりも大型化する場合があり、よってその制御や実施がより困難となることが認識され、考慮されている。
【００１７】
加えて、様々な例示的な実施形態では、欠陥部から反射される応答信号を検出しないことにより、信号対雑音比を高くできることが認識され、考慮されている。また、様々な例示的な実施形態では、欠陥部から反射される応答信号を検出しないことにより、感度を高くできることが認識されている。また、様々な実施形態では、欠陥部からの応答信号を検出しないことにより、検査時間を短縮できることが認識され、考慮されている。様々な例示的な実施形態では、さらに、感度を高めることにより、より複雑な構造体を検査できることが認識され、考慮されている。
【００１８】
よって、様々な例示的な実施形態は、超音波検査を用いて対象物の内部の不良状況を識別する方法及び装置を提供する。例示的な一実施例では、トランスデューサーアレイから構造体の内部に、入射角を伴って信号を発信してもよい。構造体の内部に発信した信号に基づいて構造体から反射され応答信号を、トランスデューサーアレイにて受信信号として検出してもよい。
【００１９】
以下、図面を参照して、特に図１を参照して、実施形態による製造環境を説明する。この例示的な実施形態では、製造環境１００は、構造体１０２を含む。構造体１０２は、所定数の異なる材料で構成される。これらの材料は、限定するものではないが、例えばプラスチック、金属、複合材料、セラミックス、その他の好適な種類の材料を含んでもよい。図示のように、構造体１０２は複合パネルであってもよい。
【００２０】
製造環境１００は、検査装置１０４、検査装置１０６、検査装置１０８も含む。図示のように、検査装置１０４は、関節式のアーム１１０によって構造体１０２に沿って移動可能である。図示のように、検査装置１０６は、クローラーロボット（crawler robot）１１２によって構造体１０２に沿って移動可能である。図示のように、検査装置１０８は、作業員１１４によって構造体１０２に沿って移動可能である。
【００２１】
検査装置１０４、検査装置１０６、検査装置１０８の各々は、検査用の中継媒質を供給する水源に関連付けられていてもよい。図示のように、検査装置１０４は、関節式のアーム１１０に関連付けられたユーティリティ配管（utility conduits）から水の供給を受けてもよい。図示のように、検査装置１０６及び検査装置１０８は、それぞれユーティリティ配管を介してユーティリティソース１１６に連結されていてもよい。
【００２２】
製造環境１００についての説明は、様々な例示的な実施形態を実施可能な一環境を示すために提示したに過ぎない。図１に示す製造環境１００の説明は、様々な例示的な実施形態を実施する態様に対して構造的な限定を加えるものではない。例えば、製造環境１００は、作業員１１４、クローラーロボット１１２、及び関節式のアーム１１０のいずれか一つのみを含んでもよい。加えて、構造体１０２は複合パネルに限定されない。例示的な一実施例では、構造体１０２は金属製パネルであってもよい。別の例示的な実施例では、構造体１０２は複合材料からなる補強材であってもよい。さらに別の例示的な実施例では、構造体１０２は航空機の胴体部分であってもよい。さらに、構造体１０２が図示のようにテーブルに支持されている必要はない。
【００２３】
次に、図２を参照して説明すると、例示的な実施形態による製造環境をブロック図で示している。製造環境２００は、図１に示す製造環境１００の一の実施態様であってもよい。
【００２４】
製造環境２００は、制御部２０４と、検査装置２０６と、構造体２０８とを含む。制御部２０４は、検査装置２０６による構造体２０８の検査を所定数のパラメータ２１０を用いて制御する。所定数のパラメータ２１０は、振幅、パルス数、入射角、他の適当なパラメータの内の少なくとも１つを含んでもよい。本明細書において、「少なくとも１つの」という語句がアイテムのリストについて用いられる時は、リストアップされたアイテムの１つ又はそれ以上の様々な組み合わせを使用してもよいこと意味し、リストのアイテムの１つだけを必要とする場合もあることを意味する。例えば、「アイテムＡ、アイテムＢ、アイテムＣのうち少なくとも１つ」は、限定するものではないが、アイテムＡ；アイテムＡとアイテムＢ；又はアイテムＢ、を意味する場合がある。この例は、さらに、アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ；又はアイテムＢとアイテムＣを意味する場合がある。別のいくつか例では、「少なくとも１つ」は、限定するものではないが、２個のアイテムＡと１個のアイテムＢと１０個のアイテムＣ；４個のアイテムＢと７個のアイテムＣ；又は、他の適当な組み合わせであってもよい。アイテムは、ある特定の対象、物、又はカテゴリーであってもよい。換言すると、「少なくとも１つの」は、あらゆる組み合わせのあらゆる数のアイテムをリストから使用してもよいが、リスト上の全てのアイテムを必要とするわけではないということを意味する。
【００２５】
また、制御部２０４は、検査装置２０６を設定するのに用いてもよい。制御部２０４は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又は、その組み合わせにより実現可能である。ソフトウェアを用いる場合、制御部２０４が実行する動作は、プロセッサユニットで実行可能なプログラムコードで実現可能である。ファームウェアを用いる場合、制御部２０４が実行する動作は、プロセッサユニットで実行可能な、永続性メモリに保存されたプログラムコード及びデータで実現可能である。ハードウェアを用いる場合、ハードウェアは、制御部２０４の動作を実行するように機能する回路を含む。
【００２６】
検査装置２０６は、構造体２０８を検査するように構成されている。構造体２０８は、材料２１２、所定数の欠陥部２１４、厚み２１６を有する。材料２１２は、材料内速度２１８を有する。材料内速度２１８は、材料２１２内での信号の伝播速度の指標である。
【００２７】
検査装置２０６は、構造体２０８を検査して所定数の欠陥部２１４を識別する。本明細書において、「所定数の」アイテムとは、１つ又はそれ以上のアイテムを意味する。例えば、所定数の欠陥部２１４は、１つ又はそれ以上の欠陥部を意味する。所定数の欠陥部２１４は、構造体２０８内部の不良状況を構成する。所定数の欠陥部２１４は、異物、破片、空隙、又は、他の適当な不良状況を含みうる。
【００２８】
検査装置２０６は、中継媒質２２２を介して構造体２０８の内部に信号を発信する。中継媒質２２２は、構造体２０８の内部への所定数の信号２１９の伝達を高めるために用いられる。中継媒質２２２は、厚み２２４及び材料内速度２２６を有する。材料内速度２２６は、中継媒質２２２内での信号の伝播速度の指標である。いくつかの例示的な実施例では、材料内速度２２６と材料内速度２１８とは異なる。材料内速度２２６と材料内速度２１８との差は、空気内速度と材料内速度２１８との差より小さい。したがって、中継媒質２２２は、トランスデューサーアレイ２２０と構造体２０８との間に空気が介在する場合よりも、反射を減少させる。中継媒質２２２は、油、ゲル、ヒドロゲル、水、又は、他の適当な材料のうちの１つであってもよい。中継媒質２２２は、材料内速度２１８、材料内速度２２６、材料２１２に対する不活性度、コスト、又は、他の適当なパラメータに基づいて選択してもよい。
【００２９】
検査装置２０６は、トランスデューサーアレイ２２０を用いて所定数の信号２１９を構造体２０８の内部に発信して構造体２０８の検査を行う。トランスデューサーアレイ２２０はカバー２２５内に配置されており、複数のエレメント２２８を含む。複数のエレメント２２８には、所定数の発信エレメント２３０と、所定数の無効エレメント（inactive elements）２３２と、所定数の受信エレメント２３４と、が含まれる。制御部２０４は、トランスデューサーアレイ２２０の複数のエレメント２２８を、それぞれ所定数の発信エレメント２３０、所定数の無効エレメント２３２、又は、所定数の受信エレメント２３４のいずれかとして機能するように設定することによって検査装置２０６を構成してもよい。制御部２０４は、発信する所定数の信号２１９の入射角２２３、厚み２１６、材料２１２の材料内速度２１８、中継媒質２２２の厚み２２４、中継媒質２２２の材料内速度２２６、又は、その他の適当なパラメータに基づいて、複数のエレメント２２８を設定してもよい。いくつかの例示的な実施例では、制御部２０４は、第２位置２３８及び第１位置２３６に基づいてトランスデューサーアレイ２２０を設定してもよい。
【００３０】
所定数の発信エレメント２３０は、所定数の信号２１９を構造体２０８の内部に発信するように構成されている。いくつかの例示的な実施例では、トランスデューサーアレイ２２０は所定数の信号２１９を入射角２２３で発信する。入射角２２３は任意の角度であってもよく、構造体２０８の背面から反射される応答信号２４２がトランスデューサーアレイ２２０に到達する角度であればよい。例示的な一実施例では、入射角２２３は６度であってもよい。
【００３１】
いくつかの例示的な実施例では、所定数の発信エレメント２３０は電子時間遅延ビームステアリング（electronic time-delay beam steering）又は他の適当な方法を用いることにより、所定数の信号２１９を入射角２２３で発信する。電子時間遅延ビームステアリングを用いることよりトランスデューサーアレイ２２０からの所定数の信号２１９を入射角２２３で発信するので、トランスデューサーアレイ２２０は構造体２０８に対して平行に位置したままでもよい。
【００３２】
所定数の無効エレメント２３２は、信号の発信も受信も行わないように構成されている。その結果、所定数の無効エレメント２３２に到達する応答は検出されない。所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０を検出しないことにより、超音波検査の改善が可能である。
【００３３】
いくつかの例示的な実施例では、所定数の無効エレメント２３２が第２位置２３８に配置される。いくつかの例示的な実施例では、所定数の無効エレメント２３２の一部の無効エレメントのみを第２位置２３８に配置してもよい。いくつかの例示的な実施例では、トランスデューサーアレイ２２０における第２位置２３８の特定は、入射角２２３、厚み２２４、厚み２１６、材料内速度２２６、及び、材料内速度２１８の少なくとも１つに基づいて行ってもよい。いくつかの例示的な実施例では、構造体２０８が有する所定数の欠陥部２１４における１つの欠陥部から反射される応答信号２４０の推定受信位置を第２位置２３８としてもよい。いくつかの例示的な実施例では、構造体２０８の加工時の特性２３９に基づいて第２位置２３８を決定してもよい。加工時の特性２３９は、例えば、加工中の構造体２０８の所定数の欠陥部２１４の化学組成であったり、構造体２０８の加工中に欠陥部を最も生じやすい構造体２０８の層であったり、又は、他の適当な加工時の特性でありえる。
【００３４】
所定数の無効エレメント２３２により、欠陥部２１４を検出するための超音波検査の感度を高めることが可能である。応答信号２４０が所定数の無効エレメント２３２に到達する場合、応答信号２４０は検出されない。所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０を検出しないことにより、超音波検査の向上が可能である。
【００３５】
所定数の欠陥部２１４により応答信号２４２の振幅を小さくすることにより、超音波検査の向上が可能である。換言すると、応答信号２４２の振幅は、構造体２０８の検査領域に、所定数の欠陥部２１４のうちのいずれの欠陥部も含まれない場合に大きくなる。応答信号２４２の振幅は、構造体２０８の検査領域に、所定数の欠陥部２１４のうちのいずれかの欠陥部が含まれる場合に小さくなる。
【００３６】
いくつかの例示的な実施例では、所定数の無効エレメント２３２は、所定数の欠陥部２１４のうちのいずれかの欠陥部が存在する場合に、構造体２０８の背面から反射される応答信号２４２の振幅が小さくなるように設定されている。いくつかの例示的な実施例では、入射角２２３は、欠陥部が存在する場合に、構造体２０８の背面から反射される応答信号２４２の振幅が小さくなるように設定されている。
【００３７】
所定数の欠陥部２１４における１つの欠陥部は、所望の値から応答信号２４２の振幅を差し引くことにより識別できる。所望の値は、所定数の欠陥部２１４のうちのいずれの欠陥部も存在しない場合に構造体２０８の背壁から反射される応答信号の振幅である。
【００３８】
所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０を検出しないことにより、振幅の違いをより大きくし得る。また、所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０を検出しないことにより、振幅の違いをより容易に認識し得る。また、所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０を検出しないことにより、振幅の違いをより迅速に認識し得る。
【００３９】
したがって、所定数の欠陥部２１４における１つの欠陥部に関する信号損失を増やすことにより、所定数の欠陥部２１４に関する超音波検査の感度の向上が可能である。感度の向上により、検査時間の短縮が可能である。さらに、感度の向上により、より複雑な構造体の検査が可能になる。
【００４０】
所定数の受信エレメント２３４は、構造体２０８の内部に向けて発信された所定数の信号２１９における１つの信号に基づい構造体２０８が反射した応答信号２４２を検出して受信応答を生成するように構成されている。トランスデューサーアレイ２２０は、所定数の受信エレメント２３４が第１位置２３６に配置されるように構成されてもよい。第１位置２３６は、構造体２０８の背面から反射される応答信号２４２の推定受信位置であってもよい。トランスデューサーアレイ２２０における第１位置２３６の特定は、入射角２２３、厚み２２４、厚み２１６、材料内速度２２６、又は、材料内速度２１８のいずれか１つに基づいて行うことができる。
【００４１】
いくつかの例示的な実施例では、第１位置２３６に基づいて第２位置２３８を特定してもよい。これらの例示的な実施例では、第２位置２３８は、トランスデューサーアレイ２２０における、所定数の発信エレメント２３０と第１位置２３６の間の領域であってもよい。
【００４２】
図２に示すように、所定数の信号２１９を入射角２２３にて発信することにより、応答信号２４０と応答信号２４２とは垂直以外の角度で戻ってくる。構造体２０８内における所定数の欠陥部２１４の位置により、所定数の欠陥部２１４から反射される応答信号２４０がトランスデューサーアレイ２２０において到達する位置は、応答信号２４２が到達する位置とは異なる。検査装置が所定数の信号２１９を入射角２２３で発信することにより、応答信号２４０の移動距離と応答信号２４２の移動距離の差が大きくなる。この距離の差は、所定数の信号２１９を構造体２０８に対して垂直に発信する場合よりも大きい。したがって、応答信号２４０の受信時点と応答信号２４２の受信時点との差も、所定数の信号２１９を構造体２０８に対して垂直に発信する場合よりも大きくなる。この時間差の増加により、感度又は信号対雑音比との一方を増加させることができる。
【００４３】
図２に示す製造環境２００の説明は、例示的な実施形態を実施する態様に対して物理的又は構造的な限定を加えるものではない。説明する部品に加えて、又は、それに代えて、他の部品を用いることも可能である。また、いくつかの部品を不要としてもよい。また、図中のブロックは、機能部のいくつかを示す。例示的な実施形態を実施する際に、これらブロックの１つ又はそれ以上を組み合わせたり、分割したり、組み合わせてから異なるブロックに分割したりすることが可能である。
【００４４】
例えば、いくつかの例示的な実施例では、トランスデューサーアレイ２２０が第２位置２３８を有していない場合もある。所定数の無効エレメント２３２は、所定数の発信エレメント２３０でも、所定数の受信エレメント２３４でもないという前提に立って、トランスデューサーアレイ２２０に配置される。
【００４５】
次に、図３を参照して説明すると、同図は、例示的な実施形態による製造環境に含まれる検査装置を示している。図３は、図１に示す構造体１０２上の検査装置１０４の詳細図である。
【００４６】
図示のように、関節式のアーム１１０が検査装置１０４を保持する。関節式のアーム１１０は、検査装置１０４を構造体１０２に沿って移動させることができる。検査装置１０４は、カバー３０２を有する。カバー３０２は、検査装置１０４が構造体１０２に沿って移動する際に構造体１０２に対して押し付けられていてもよい。
【００４７】
次に、図４を参照して説明すると、同図は、例示的な実施形態による、製造環境に含まれる検査装置の断面図である。図４は、図１及び図３に示す構造体１０２上の検査装置１０４を、図３に示す線４−４に沿った断面で示す。
【００４８】
検査装置１０４は、構造体１０２内の欠陥部４１２を識別するように構成されている。検査装置１０４は、カバー３０２及びトランスデューサーアレイ４０２を有する。トランスデューサーアレイ４０２は、複数のエレメント４０４を有する。トランスデューサーアレイ４０２は、構造体１０２の内部に信号を発信するように構成されている。構造体１０２は、前面４０３と、背面４０５と、材料４０６の複数の層と、欠陥部４１２と、を有する。トランスデューサーアレイ４０２は、中継媒質４０８と前面４０３とを介して構造体１０２の内部に信号を発信する。図示のように、中継媒質４０８は水であってもよい。
【００４９】
複数のエレメント４０４は、図２に示す複数のエレメント２２８の物理的な実施態様である。複数のエレメント４０４は、無効エレメント４１４と、発信エレメント４１６と、無効エレメント４１８と、受信エレメント４２０と、無効エレメント４２２と、を含む。複数のエレメント４０４は、いくつのエレメントから成ってもよい。図示のように、複数のエレメント４０４は、６４個のエレメントを含む。トランスデューサーアレイ４０２が備える複数のエレメントの４０４について、エレメントの数を増やすとトランスデューサーアレイ４０２の分解能を高くし得る。トランスデューサーアレイ４０２が備える複数のエレメントの４０４について、エレメントの数を減らすとトランスデューサーアレイ４０２の分解能が低くなる。
【００５０】
図示のように、無効エレメント４１８は、トランスデューサーアレイ４０２における第２位置４２４に配置されている。受信エレメント４２０は、第１位置４２６に配置されている。
【００５１】
動作時には、発信エレメント４１６が中継媒質４０８を介して構造体１０２の内部に、入射角を伴って信号４２８を発信する。図示のように、信号４２８の一部は欠陥部４１２で反射されて応答信号４３０となる。図示のように、応答信号４３０はトランスデューサーアレイ４０２の無効エレメント４１８に到達する。したがって、応答信号４３０は、トランスデューサーアレイ４０２に検出されない。
【００５２】
信号４２８の残りの部分は、構造体１０２の背面４０５に進む。信号４２８の残りの部分は背面４０５で反射されて応答信号４３２となる。図示のように、応答信号４３２はトランスデューサーアレイ４０２の受信エレメント４２０に到達する。したがって、応答信号４３２は、トランスデューサーアレイ４０２に検出される。
【００５３】
応答信号４３０を検出しないことにより、構造体１０２に対して垂直な信号を用いる検査に比べ、トランスデューサーアレイ４０２による検査の感度を高くすることが可能である。感度を高くすることにより、評価時間の短縮が可能である。加えて、感度を高くすることにより、構造体に対して垂直な信号を用いる検査に比べ、より複雑な構造体をトランスデューサーアレイ４０２により検査することが可能である。加えて、応答信号４３０を検出しないことにより、構造体１０２に対して垂直な信号を用いる場合に比べ、トランスデューサーアレイ４０２による検査の信号対雑音比を高くすることが可能である。
【００５４】
図１及び図３〜４において、例示的な実施形態による検査システムを示す。図１及び図３〜４に示す検査装置１０４のコンポーネントは、図２に示すコンポーネントと組み合わせてもよく、図２に示すコンポーネントと共に用いてもよく、又は、その両方を組み合わせて行ってもよい。加えて、これらの図に示すコンポーネントのいくつかは、図２のブロックに示すコンポーネントを物理的な構成として実現した例であってもよい。
【００５５】
次に、図５を参照して説明すると、同図は、例示的な実施形態による、第１位置の特定方法を示している。図示のように、図５は、図２に示す第１位置２３６を算出するプロセスを示す。
【００５６】
試験環境５００は、トランスデューサーアレイ５０２と、中継媒質５０４と、構造体５０６と、を含む。構造体５０６は、前面５０８及び背面５１８を有する。図示のように、中継媒質５０４は、厚み５１０及び材料内速度５１２を有する。図示のように、構造体５０６は、厚み５１４及び材料内速度５１６を有する。
【００５７】
第１位置５３２の特定は、第３位置から発信された信号に基づく算出により行ってもよい。信号５２１は入射角５２２で発信される。信号５２１は、距離５２４を移動して前面５０８に到達する。
【００５８】
距離５２４は、任意の適当な方法で決定できる。例示的な一実施例では、次式により距離５２４を決定してもよい。
(数１)
Ｘ１＝Ｙ１＊ｔａｎ  α
式中のＸ１は距離５２４を示し、Ｙ１は厚み５１０を示し、αは入射角５２２を示す。
【００５９】
前面５０８に到達すると、信号５２１の前面５０８に対する角度が入射角５２２から角度５２６に変化する。材料内速度５１２と材料内速度５１６との値が異なると、その結果、信号５２１の角度が前面５０８で変化する。角度５２６は、任意の適当な方法で決定できる。例示的な一実施例では、次式により角度５２６を決定してもよい。
(数２)
β＝ａｒｃｓｉｎ（（ｖ２／ｖ１）＊ｓｉｎ  α）
式中のｖ２は材料内速度５１６を示し、ｖ１は材料内速度５１２を示し、βは角度５２６を示す。
【００６０】
信号５２１は距離５２８を移動して前面５０８から背面５１８に到達し得る。距離５２８は、任意の適当な方法で決定できる。例示的な一実施例では、次式により距離５２８を決定してもよい。
(数３)
Ｘ２＝Ｙ２＊ｔａｎ  β
式中Ｘ２は距離５２８を示し、Ｙ２は厚み５１４を示す。
【００６１】
背面５１８に到達した信号５２１は、背面５１８から反射され得る。形成される信号応答５２９の角度は、角度５２６と実質的に同じ角度になる。信号応答５２９は、その後、構造体５０６内を前面５０８に向けて進む。前面５０８に到達すると、信号応答５２９の角度が変化する。材料内速度５１２と材料内速度５１６との値が異なると、その結果、信号応答５２９の角度が前面５０８で変化する。形成される信号応答５２９の角度は、入射角５２２と実質的に同じ角度になり得る。
【００６２】
信号応答５２９は、その後、中継媒質５０４内をトランスデューサーアレイ５０２に向けて進む。信号応答５２９は、その後、構造体５０６における第１位置５３２に到達する。第１位置５３２は、構造体５０６の背面５１８から反射される応答の推定受信位置であってもよい。
【００６３】
距離５３０は、第３位置５２０から第１位置５３２までの横方向の合計距離である。距離５３０は、任意の適当な方法で決定できる。距離５３０は、距離５２４と距離５２８の合計の二倍であると表現してもよい。例示的な一実施例では、次式により距離５３０を決定してもよい。
(数４)
X3 = 2 * ((Y1 * tanα) + (Y2 * tan(arcsin((v2/v1) * sinα))))
式中のＸ３は距離５３０を示す。距離５３０及び第３位置５２０を利用して第１位置５３２を特定してもよい。
【００６４】
次に、図６を参照して説明すると、同図は、例示的な実施形態による、構造体の検査プロセスを示している。図５に示すプロセスは、図２に示す検査装置２０６を用いて実施することができる。さらに、このプロセスは、図２に示す所定数の欠陥部２１４の有無について構造体２０８を検査するために実施してもよい。
【００６５】
本プロセスは、トランスデューサーアレイから構造体の内部に、入射角を伴って信号を発信することにより開始してもよい（処理６００）。電子時間遅延ビームステアリングを用いることによって、入射角を有する信号を発信することができる。本プロセスでは、その後、トランスデューサーアレイで応答信号を検知して受信応答としてもよく、この応答信号は、構造体の内部に発信された信号に基づき構造体から反射される信号である（処理６０２）。この後、本プロセスは終了する。
【００６６】
次に、図７を参照して説明すると、同図は、例示的な実施形態によるデータ処理システムをブロック図で示している。データ処理システム７００は、図２示す制御部２０４の一実施態様である。データ処理システム７００を用いて、図２に示す所定数の発信エレメント２３０と、所定数の無効エレメント２３２と、所定数の受信エレメント２３４と、の少なくとも１つを決定してもよい。いくつかの例示的な実施例では、データ処理システム７００を用いて、図２に示すトランスデューサーアレイ２２０による信号の発信を制御してもよい。本例示的な実施例では、データ処理システム７００は通信フレームワーク７０２を含み、通信フレームワークは、プロセッサユニット７０４と、メモリ７０６と、永続記憶装置７０８と、通信ユニット７１０と、入出力（Ｉ／Ｏ）ユニット７１２と、ディスプレイ７１４との間の通信を行う。本実施例では、通信フレームワーク７０２は、バスシステムの形態であってもよい。
【００６７】
プロセッサユニット７０４は、メモリにロードされるソフトウェアに対する命令を実行するように機能する。プロセッサユニット７０４は、個々の実施例に応じて、所定数のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサコアであってもよいし、他のタイプのプロセッサであってもよい。
【００６８】
メモリ７０６及び永続記憶装置７０８は、記憶装置７１６の例である。記憶装置は、情報を保存することができる任意のハードウェア部分であり、情報とは、例えば、限定するものではないが、データ、関数形態のプログラムコード、及び／又は、他の適当な一時的及び／又は永続的な情報である。記憶装置７１６は、これらの例示的な実施例においてはコンピューター可読記憶装置とも呼ばれる。メモリ７０６は、これらの実施例において、例えば、ランダムアクセスメモリ、又は、他の適当な揮発性もしくは不揮発性の記憶装置であってもよい。永続記憶装置７０８は、個々の実施例に応じて、様々な形態をとることができる。
【００６９】
例えば、永続記憶装置７０８は、１つ又はそれ以上のコンポーネント又はデバイスを含んでいてもよい。例えば、永続記憶装置７０８は、ハードドライブ、フラッシュメモリ、書換え可能な光ディスク、書換え可能な磁気テープ、又は、これらの適当な組み合わせであってもよい。永続記憶装置７０８によって使用される媒体は、取り外し可能であってもよい。例えば、取り外し可能なハードドライブを、永続記憶装置７０８に用いてもよい。
【００７０】
これらの例示的な実施例において、通信ユニット７１０は、他のデータ処理システム又は装置との通信を行う。これらの例示的な実施例において、通信ユニット７１０は、ネットワークインターフェイスカードである。
【００７１】
入出力ユニット７１２は、データ処理システム７００に接続された他の装置に対するデータの入出力を可能にする。例えば、入出力ユニット７１２は、キーボード、マウス、及び／又は、他の適当な入力装置を用いたユーザー入力に対する接続を行う。また、例えば、入出力ユニット７１２は、プリンタに出力を送信することができる。ディスプレイ７１４は、ユーザーに対して情報を表示する機構である。
【００７２】
オペレーティングシステム、アプリケーション、及び／又は、プログラムに対する命令は、記憶装置７１６に格納することができ、記憶装置は、通信フレームワーク７０２を介して、プロセッサユニット７０４と通信する。様々な実施形態のプロセスは、プロセッサユニット７０４によって、コンピューター実行可能な命令を用いて実行することができ、これらの命令は、例えば、メモリ７０６などのメモリに格納することができる。
【００７３】
これらの命令は、プログラムコード、コンピューター使用可能プログラムコード、又はコンピューター可読プログラムコードと呼ばれ、プロセッサユニット７０４内のプロセッサによって読み取り及び実行することができる。種々の実施形態におけるプログラムコードは、例えば、メモリ７０６や永続記憶装置７０８など、様々な物理的な記憶媒体、又は、コンピューター可読の記憶媒体で実現してもよい。
【００７４】
プログラムコード７１８は、例えば選択的に取り外し可能なコンピューター可読媒体７２０に関数形態にて格納されており、データ処理システム７００にロード又は転送されてプロセッサユニット７０４によって実行されるようにしてもよい。これらの例示的な実施例において、プログラムコード７１８及びコンピューター可読媒体７２０は、コンピュータプログラム製品７２２を構成している。一実施例において、コンピューター可読媒体７２０は、コンピューター可読記憶媒体７２４又はコンピューター可読信号媒体７２６であってもよい。
【００７５】
これらの例示的な実施例において、コンピューター可読記憶媒体７２４は、プログラムコード７１８を搬送する又は送信する媒体というよりはむしろ、プログラムコード７１８を記憶するために用いられる物理的すなわち有形の記憶装置である。
【００７６】
これに代えて、コンピューター可読信号媒体７２６を用いて、プログラムコード７１８をデータ処理システム７００に転送してもよい。コンピューター可読信号媒体７２６は、例えば、プログラムコード７１８を搬送するデータ信号であってもよい。例えば、コンピューター可読信号媒体７２６は、電磁信号、光信号、及び／又は、他の適当な種類の信号であってもよい。これらの信号は、無線通信リンク、光ファイバケーブル、同軸ケーブル、ワイヤー、及び／又は、任意の他の適当な種類の通信リンクなどの通信リンクを介して送信可能である。
【００７７】
データ処理システム７００について例示した様々なコンポーネントは、様々な実施形態が実施される態様を構成的に限定するものではない。データ処理システム７００について例示したものに対する追加のコンポーネント、及び／又は、これらに代わるコンポーネントを含むデータ処理システムにおいても、様々な例示の実施形態を実施可能である。図７に示した他のコンポーネントは、図示の例示的な実施例から変更してもよい。プログラムコード７１８を実行することができる任意のハードウェア装置又はシステムを用いて、様々な実施形態を実行することができる。
【００７８】
本開示の例示的な実施形態は、図８に示す航空機の製造及び保守方法８００並びに図９に示す航空機９００に当てはめて説明することもできる。まず、図８を参照すると、同図は、例示的な一実施形態による航空機の製造及びサービス方法をブロック図で示している。生産開始前の工程として、航空機の製造及び保守方法８００は、図９に示した航空機９００の仕様決定及び設計工程８０２と、材料調達工程８０４とを含む。
【００７９】
生産中には、図９の航空機９００の部品及び小組立品（subassembly）の製造工程８０６、及び、システムインテグレーション工程８０８が行われる。その後、図９の航空機９００は、認証及び納品工程８１０を経て、就航工程８１２に入る。顧客による就航８１２中は、図９の航空機９００は、定例のメンテナンス及びサービス工程８１４に組み込まれる。当該サービスは、調整、変更、再磨き上げ、及び、他のメンテナンス又はサービスを含みうる。
【００８０】
航空機の製造及び保守方法８００の各工程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又は、オペレーターによって実行又は実施することができる。これらの実施例において、オペレーターは顧客であってもよい。説明のために言及すると、システムインテグレーターは、航空機メーカー及び主要システム（majority-system）下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。
【００８１】
図９を参照して説明すると、同図は、例示的な一実施形態を実施し得る航空機をブロック図で示している。この実施例において、航空機９００は、図８に示した航空機の製造及び保守方法８００によって生産され、複数のシステム９０４及び内装９０６を備えた機体９０２を含みうる。システム９０４の例には、駆動系９０８、電気系９１０、油圧系９１２、環境系９１４のうちの１つ又はそれ以上が含まれる。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。また、航空産業に用いた場合を例として示しているが、種々の例示的な実施形態を、例えば、自動車産業などの他の産業に適用してもよい。
【００８２】
本明細書において実施される装置及び方法は、図８に示した航空機の製造及び保守方法８００おける、少なくとも１つの段階において、採用することができる。
【００８３】
１つ又はそれ以上の例示的な実施形態を、部品及び小組立品製造工程８０６の段階で用いてもよい。例えば、図２の検査装置２０６を、部品及び小組立品製造工程８０６の段階で用いてもよい。また。検査装置２０６を、メンテナンス及びサービス８１４の段階において部品交換を行うために用いてもよい。例えば、航空機９００用の交換部品の検査は、航空機９００の定例メンテナンスの段階で行ってもよい。
【００８４】
したがって、様々な例示的な実施形態は、信号をトランスデューサーアレイから入射角を伴って発信する方法及び装置を提供する。例示的な一実施例では、電子時間遅延ビームステアリングを用いることにより、信号トランスデューサーアレイから入射角を伴って発信してもよい。いくつかの例示的な実施例では、構造体に含まれる所定数の欠陥部から反射される応答信号を、所定数の無効エレメントが受信するようにしてもよい。
【００８５】
様々な例示的な実施形態は、構造体の検査をより短い時間で行う方法及び装置を提供する。様々な例示的な実施形態は、構造体における破片あるいはその他の異物の検査をより高い感度で行う方法及び装置を提供する。様々な例示的な実施形態は、トランスデューサーアレイを用いた超音波検査において、より高い信号対雑音比を実現する方法及び装置を提供する。
【００８６】
様々な例示的な実施形態の説明は、例示及び説明のために提示したものであり、すべてを網羅することや、開示した形態での実施に限定することを意図するものではない。多くの変更又は変形が当業者には明らかであろう。また、例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる特徴を含み得る。説明した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。
【００８７】
また、本開示は、以下の付記による実施形態を含む。
【００８８】
付記１９  トランスデューサーアレイ（２２０）における第１位置（２３６）を、入射角（２２３）、厚み（５１０，５１４）、及び材料内速度（２２６）に基づいて特定することと、
前記トランスデューサーアレイ（２２０）における第２位置（２３８）を、前記入射角（２２３）、前記材料の厚み、及び前記材料内速度（２２６）、に基づいて特定することと、
前記第１位置（２３６）及び前記第２位置（２３８）を利用して前記トランスデューサーアレイ（２２０）を設定するにあたり、前記トランスデューサーアレイ（２２０）における前記第１位置（２３６）に受信エレメント（２３４）を有するように前記トランスデューサーアレイ（２２０）を構成するとともに、前記第２位置（２３８）に無効エレメント（２３２）を有するように前記トランスデューサーアレイ（２２０）を構成することと、
前記トランスデューサーアレイ（２２０）の発信エレメント（２３０）を用いて、複合材料の内部に前記入射角（２２３）にて信号を発信することと、
前記複合材料の背面から反射される応答信号（２４２）を、前記受信エレメント（２３４）を用いて検出することと、
前記応答信号（２４２）を利用して前記複合材料内の欠陥部を識別することと、を含む方法。
【００８９】
付記２０  前記トランスデューサーアレイ（２２０）の前記発信エレメント（２３０）を用いて、前記複合材料の内部に前記入射角（２２３）にて前記信号を発信することは、前記トランスデューサーアレイ（２２０）の前記発信エレメント（２３０）と電子時間遅延ビームステアリングとを用いることにより、前記複合材料の内部に前記入射角（２２３）にて前記信号を発信することを含む、付記１９に記載の方法。
【図１】
0006367921.tif 000002
【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】
0006367921.tif 000008
【図８】
0006367921.tif 000009
【図９】
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