(57)【要約】浮動ヘッドを有する超音波変換器ホルダを開示する。この変換器ホルダによって、超音波信号のウォーターパスを輪郭形状表面上に維持することを可能にする。変換器と検査されている部品との間の一定のウォーターパスを維持することによって、以前の超音波変換器ホルダ検査では通常不可能であろう表面の検査を可能にする。
2015526742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続ロッドによってアクチュエータに接続された浮動ヘッドと、
前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられた少なくとも１つの摺動ピンと、
少なくとも１つの変換器取付部を有し、前記少なくとも１つの摺動ピンに接続されて前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる変換器ブロックと、
前記変換器ブロックの底面に設けられた複数の足と、を備える、変換器ホルダを有する、超音波走査組立体。
【請求項２】
前記変換器ブロックが、前記少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有するとともに、第１の回転軸を有する、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項３】
前記変換器ブロックが、前記回転フレームと回転可能に接続されているとともに、前記第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する、請求項２に記載の超音波走査組立体。
【請求項４】
少なくとも１つの変換器をさらに備え、各変換器が変換器取付部に設けられる、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項５】
前記アクチュエータがジョイスティックによって電子制御される、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項６】
前記アクチュエータが、予めプログラムされたアルゴリズムを実行するコンピュータによって電子制御される、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項７】
前記変換器ホルダが動作中に浸漬タンク内の水に浸漬される、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項８】
前記少なくとも１つの変換器取付部が、変換器が取り付けられるときに該変換器が前記変換器ブロックに設けられる平滑仕上げ面を向くように方向付けられ、前記平滑仕上げ面が、既知の角度にて前記変換器から放射された音波を反射する、請求項１に記載の超音波走査組立体。
【請求項９】
浮動ヘッドと、
前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる少なくとも１つの摺動ピンと、
少なくとも１つの変換器取付部を有する変換器ブロックであって、前記少なくとも１つの摺動ピンに接続されて前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる、変換器ブロックと、
前記変換器ブロックの底面に設けられる複数の足と、を備える、変換器ホルダ。
【請求項１０】
前記変換器ブロックが、前記少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有するとともに、第１の回転軸を有する、請求項９に記載の変換器ホルダ。
【請求項１１】
前記変換器ブロックが前記回転フレームに回転可能に接続されているとともに、前記第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する、請求項１０に記載の変換器ホルダ。
【請求項１２】
前記変換器ブロックの前記底面にはちょうど３つの足が設けられる、請求項９に記載の変換器ホルダ。
【請求項１３】
少なくとも１つの変換器をさらに備え、各変換器が変換器取付部に設けられる、請求項９に記載の変換器ホルダ。
【請求項１４】
前記変換器ホルダが動作中に水のタンクに浸漬される、請求項９に記載の変換器ホルダ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの変換器取付部が、変換器が取り付けられるときに該変換器が前記変換器ブロック上に設けられた平滑仕上げ面に向かうように方向付けられ、前記変換器によって放射される音波を既知の計算された角度で反射する、請求項９に記載の変換器ホルダ。
【請求項１６】
翼を超音波検査する方法であって、
翼を浸漬タンク内に設けられた取付部に取り付け、
液体が前記タンク内および前記機器取付部の周りに保持され得るように構成され、上面が開いている、前記浸漬タンクを液状媒体で満たし、
接続ロッドを有するアクチュエータを、前記アクチュエータに電子的に接続されるジョイスティックによって制御し、
複数の足が前記翼の表面と物理的に接触するように、変換器ホルダを配置することを含み、前記変換器ホルダが、
前記接続ロッドに接続される浮動ヘッドと、
前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる少なくとも１つの摺動ピンと、
少なくとも１つの変換器取付部を有するとともに、前記少なくとも１つの摺動ピンに接続されて前記浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる変換器ブロックと、
前記変換器ブロックの底面に設けられる前記複数の足と、
それぞれが変換器取付部に設けられる少なくとも１つの変換器と、を備えており、
前記複数の足が前記翼の前記表面と接触して前記少なくとも１つの変換器から前記翼の前記表面までの一定のウォーターパスが維持されるように、前記翼の前記表面を横切って前記変換器ホルダを移動させ、
前記少なくとも１つの変換器から前記翼に向けて音波を放射して、前記少なくとも１つの変換器によって前記翼の傷および／または表面にて反射された音波を受信することをさらに含む方法。
【請求項１７】
前記変換器ブロックが、前記少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有するとともに、第１の回転軸を有する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記変換器ブロックが、前記回転フレームに回転可能に接続されているとともに、前記第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記アクチュエータが、該アクチュエータに電子的に接続されるコンピュータ上で実行される予めプログラムされたアルゴリズムによって制御される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記放射される音波が、前記変換器ブロック上に設けられる平滑仕上げ面によって、前記音波を既知の計算された角度で前記翼に向かって反射させることで前記翼に向けられる、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は主に検査用器具に関し、より具体的には液体に浸漬された機器および材料の超音波信号による検査に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国政府は、米国空軍およびユナイテッド  テクノロジーズ  コーポレイション間の契約番号５１１７１８２に従って、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
超音波検査は、新しい、および作動中の材料ならびに機器の探傷を行うための一般的な方法になっている。このような検査は、材料および機器におけるほとんどの傷の大きさおよび位置を判定することができる。これらの傷としては、表面のひび、埋め込まれたひび、材料内のすき間、非均一または望ましくない密度などが挙げられる。この情報によって、技術者は検査された機器がまだ使用可能な状態にあるか、およびその機器が潜在的にあとどれくらい使用可能な状態でいられるかを判定することができる。
【０００４】
超音波検査の恩恵を大きく受けているのが航空機製造および整備の産業である。現代の航空機では、外側および内側の両方において、高精度の部品が運転中に無傷のままでなければならない。このような部品としては、圧縮機ファンブレード、タービンファンブレード、翼などが含まれるがこれらに限定されない。このような部品の最初の製造時における傷、または使用することによって生じるその後の損傷は、結果として、部品が正常に機能せず、部品自体もしくは残りの航空機の損傷につながる可能性がある。超音波探傷検査によって、そのような潜在的に有害な傷を、航空機にとって危険なものとなる前に発見することができる。
【０００５】
超音波検査は、変換器から問題の対象物に音波を当てることから始まる。音波が対象物内または対象物の反対側にある傷に当たると、波は反射される。変換器はこれらの反射された波を受信し、それらを電気信号に変換する。次に変換器からの電気信号がコンピュータによって対象物の大きさおよび位置を示すグラフに変換される。
【０００６】
音波は、水などいくつかの液体では空気よりも良く伝導される。したがって、走査の感度を向上させるために、問題の対象物は水またはその他の適切な媒体のタンクに浸漬させてもよい。変換器はまた、水の中を通る変換器と対象物との経路であるウォーターパスを生成するために浸漬される。
【０００７】
変換器は典型的に、接続ロッドによってアクチュエータに取り付けられる変換器ホルダによって保持されている。このアクチュエータは、変換器ホルダを、例えば接続ロッドに平行な軸に沿って、および接続ロッドに垂直の２つの軸に沿ってなどを含むがこれらに限定されることなく、多種多様の方向に移動されることを可能にする。アクチュエータは、予めプログラムされたアルゴリズムを実行するコンピュータによって制御され得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波検査法は有効ではあるものの、検査される対象物の形状によって制限される。典型的に、対象物は相対的に平面でなければならず、複雑な表面幾何構造を有してはならない。さらに、変換器から一貫した読取値を得るには、ウォーターパスが一定でなければならない。明らかに、オペレータが超音波検査を用いて、一定のウォーターパスを維持しながらより複雑な形状および設計の対象物を走査することを可能とする機構の必要性が出てきている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様によると、変換器ホルダを有する超音波走査組立体が開示される。変換器ホルダは、接続ロッドによってアクチュエータに接続された浮動ヘッドと、浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられた少なくとも１つの摺動ピンと、少なくとも１つの変換器取付部を有し、少なくとも１つの摺動ピンに接続されて浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる変換器ブロックと、変換器ブロックの底面に設けられた複数の足とを備えていてもよい。
【００１０】
改良では、変換器ブロックは、少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有し、第１の回転軸を有する。
【００１１】
さらなる改良では、変換器ブロックは回転フレームと回転可能に接続されており、第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する。
【００１２】
別の改良では、変換器ホルダは少なくとも１つの変換器をさらに備え、各変換器は変換器取付部に設けられる。
【００１３】
別の改良では、アクチュエータはジョイスティックによって電子制御される。
【００１４】
別の改良では、アクチュエータは予めプログラムされたアルゴリズムを実行するコンピュータによって電子制御される。
【００１５】
さらに別の改良では、変換器ホルダは動作中に浸漬タンク内の水に浸漬される。
【００１６】
さらに別の改良では、少なくとも１つの変換器取付部は、変換器が取り付けられるときに変換器が変換器ブロックに設けられる平滑仕上げ面を向くように方向付けられる。平滑仕上げ面は、既知の角度にて変換器から放射された音波を反射してもよい。
【００１７】
本開示の別の態様によると、変換器ホルダが開示される。変換器ホルダは、浮動ヘッドと少なくとも１つの摺動ピンとを備える。摺動ピンは浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられてもよい。変換器ホルダは、少なくとも１つの変換器取付部を有し、少なくとも１つの摺動ピンに接続されて浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる変換器ブロックを備えていてもよい。変換器ホルダは、変換器ブロックの底面に設けられる複数の足をさらに備えていてもよい。
【００１８】
改良では、変換器ブロックは、少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有し、第１の回転軸を有する。
【００１９】
さらなる改良では、変換器ブロックは回転フレームに回転可能に接続されて、第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する。
【００２０】
別の改良では、変換器ブロックの底面にはちょうど３つの足が設けられる。
【００２１】
別の改良では、変換器ホルダは、少なくとも１つの変換器をさらに備え、各変換器は変換器取付部に設けられる。
【００２２】
さらに別の改良では、変換器ホルダは運転中に水のタンクに浸漬される。
【００２３】
さらに別の改良では、少なくとも１つの変換器取付部は、変換器が取り付けられるときに、変換器が変換器ブロック上に設けられた平滑仕上げ面に向かうように方向付けられる。平滑仕上げ面はさらに、変換器によって放射される音波を既知の角度で反射してもよい。
【００２４】
本開示のさらに別の態様では、翼を超音波検査する方法が開示される。方法は、翼を浸漬タンク内に設けられた取付部に取り付けるステップと、液体がタンク内および機器取付部の周りに保持され得るように構成され、タンクの上面が開いている浸漬タンクを、液状媒体で満たすステップと、接続ロッドを備えるアクチュエータを、アクチュエータに電子的に接続されるジョイスティックによって制御するステップと、複数の足が翼の表面と物理的に接触するように変換器ホルダを配置するステップとを含み得る。変換器ホルダは、接続ロッドに接続される浮動ヘッドと、浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる少なくとも１つの摺動ピンと、少なくとも１つの変換器取付部を有し、少なくとも１つの摺動ピンに接続されて浮動ヘッドに摺動可能に取り付けられる変換器ブロックと、変換器ブロックの底面に設けられる複数の足と、それぞれの変換器取付部に設けられる少なくとも１つの変換器とを備えていてもよい。翼を超音波検査する方法はさらに、複数の足が翼の表面と接触して少なくとも１つの変換器から翼の表面までの一定のウォーターパスが維持されるように、翼の表面を横切って変換器ホルダを移動させることと、少なくとも１つの変換器から音波を放射して、少なくとも１つの変換器によって傷および／または翼の表面にて反射された音波を受信することとを含んでいてもよい。
【００２５】
改良では、変換器ブロックは、少なくとも１つの摺動ピンに回転可能に接続される回転フレームを有し、第１の回転軸を有する。
【００２６】
さらなる改良では、変換器ブロックは回転フレームに回転可能に接続されて、第１の回転軸に垂直な第２の回転軸を有する。
【００２７】
別の改良では、アクチュエータは、アクチュエータに電子的に接続されるコンピュータ上で実行される予めプログラムされたアルゴリズムによって制御される。
【００２８】
さらに別の改良では、放射される音波は、変換器ブロック上に設けられる平滑仕上げ面によって翼に向けられる。放射される音波は、平滑仕上げ面によって既知の角度で翼に向かって反射される。
【００２９】
本開示のこれらおよびその他の態様ならびに特徴は、以下の具体的な説明を、添付図面を参照して読むことによってより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本開示に従って構成される変換器ホルダに取り付けられた変換器によって超音波検査されている翼の斜視図である。
【図２】本開示に従って構成される、翼と接触する変換器ホルダの切欠側面図であり、放射された音波の経路を示している。
【図３】本開示に従って構成される浸漬タンクの斜視図である。
【図４】本開示に従って構成される変換器ホルダの前面図である。
【図５】図４の変換器ホルダの斜視図である。
【図６】図４および図５の変換器ホルダの底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、開示される実施形態は時折、概略的におよび部分図で示されることが理解されるべきである。特定の場合では、その開示の理解に必要でない詳細、または認識するのが難しい他の詳細を生じさせる詳細は省略されている場合がある。当然のことながら、この開示が本明細書に示される特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。
【００３２】
図面を参照して、具体的に図１を参照して、機器の１つ、具体的には翼１０の、変換器ホルダ１４に取り付けられた変換器１２によって進行中の超音波走査の斜視図を示す。翼１０は、浸漬タンク１８内の取付部１６によって支持されている。浸漬タンク１８は水、または空気よりも音波を良く伝達することが可能な別の適切な媒体で満たすことができる。
【００３３】
図２に示すように、放射音波２２が傷／欠陥２４と接触すると、音波２２は変換器１２に反射し返されてもよい。変換器１２は反射音波２３を受信して、波を、グラフとして表示されるようにコンピュータに送信され得る信号に変換してもよい。
【００３４】
グラフは、音波２２が反射される前に進んだ距離および所定の開始点からの水平変位に対応する距離マーキングでマーキングされてもよい。したがって、グラフによってオペレータは翼１０における傷／欠陥２４の大きさおよび位置を判定することができ得る。
【００３５】
図３を参照すると、本開示の教示に従って構成される超音波走査組立体が示されており、概して参照番号３６として参照される。示されるように、超音波走査組立体３６は浸漬タンク１８と合わせて用いられてもよい。超音波走査組立体３６は、変換器ホルダ１４を浸漬タンク１８の中に配置するために３つの運動度を有するアクチュエータ３８を含んでいてもよい。アクチュエータ３８は、接続ねじ山４２を介して変換器ホルダ１４と接続し得る接続ロッド４０を有していてもよい。
【００３６】
図４および図５に示すように、接続ねじ山４２は浮動ヘッド４４に取り付けられていてもよい。浮動ヘッド４４は、回転フレーム５０に接続される一対の摺動ピン４８によって用いられ得る一対の摺動孔４６を有していてもよい。摺動ピン４８は、回転フレーム５０を浮動ヘッド４４に摺動可能に接続できるようにし得る。摺動ピン４８はそれぞれ、上端５４にねじで取り付けられる摺動キャップ５２を有していてもよい。摺動ピン４８はさらに、回転フレーム５０に接続されるヒンジ５８をそれぞれ有し得る下部端５６を有していてもよい。回転フレーム５０は、ヒンジ５８によって、一対の摺動ピン４８の間の第１の軸６０の周りを自由に回転してもよい。回転フレーム５０はさらに、変換器ブロック６２に接続し得る第２の一対のヒンジ５９を含んでいてもよい。したがって、変換器ブロック６２はヒンジ５８によって、回転フレーム５０内、および第１の軸６０に対して垂直であり得る第２の軸６４の周りを制限される形で回転してもよい。第２の軸６４の周りの変換器ブロック６２の回転は、回転フレーム５０によって制限される。
【００３７】
変換器ブロック６２はさらに、少なくとも１つの変換器１２に対して少なくとも１つの取付部６６を有していてもよい。各変換器１２は音波を、変換器ブロック６２を通り、水またはその他の適切な媒体を通って、走査される材料または機器に伝達し得る。
【００３８】
変換器ブロック６２の下側は、図６に示すように複数の足６８を有していてもよい。足６８は、変換器ブロック６２が材料または翼１０などの走査される機器と直接接触することを防ぎ得る。一実施形態では、このような足６８が３つ、変換器ブロック６２の下側に設けられている。木の足６８は、変換器ブロック６２を、翼１０の表面７０などの表面に配置するときに安定した台を提供し得る面を画定する。このような足が３つ示されているが、これは例示的でしかなく、任意の数または形状の足を採用してもよい。
【００３９】
動作中では、浮動ヘッド４４は、足６８が表面７０と接触するように翼１０の表面７０より上に位置していてもよい。変換器ホルダ１４がアクチュエータ３８によって表面７０を横切って移動させられると、摺動ピン４８は浮動ヘッド４４を上げたり下げたりする必要なく、変換器ブロック６２を翼１０の輪郭に合わせて上下に移動させることを可能とし得る。回転ヒンジ５８および５９は、変換器ホルダ１４が動くにつれて変換器ブロック６２が表面７０と同じ傾斜で回転することを可能とし得る。したがって、このように自由に回転および上下移動できることにより、変換器ホルダ１４は、足６８が表面に残っている状態で翼１０の表面７０を横切って移動することができ、これによって変換器１２と表面７０との間のウォーターパスが一定であり続けるようにさせる。
【００４０】
アクチュエータ３８は、オペレータがジョイスティックを操作することによって、コンピュータを介して制御されてもよい。ジョイスティックによって、オペレータがアクチュエータの三軸動作の制御を行えるようにしてもよい。あるいは、アクチュエータ３８は、翼１０の輪郭を追従してコンピュータ上で実行されるようにプログラミングされたソフトウェアによって制御されてもよい。
【００４１】
一実施形態では、図２に示すように、変換器取付部６６は、各変換器取付部６６に変換器１２が１つずつ取り付けられたときに、音波２２が平滑仕上げ面７２にて既知の計算された角度にて反射されるように方向付けられていてもよい。音波２２は表面７０内に反射されてもよい。既知の角度は、変換器１２によって収集されてコンピュータによって表示されるデータを判読するときにより向上した正確性を得ることを可能にし得る。
【００４２】
上記から、本明細書に開示される技術は、これに限定されないが、新しいまたは作動中の機器および材料の超音波検査等の多種多様のセッティングにおいて産業上の利用可能性があることがわかる。具体的には、航空機に用いられる翼の検査に特に有用である。本開示によって、以前は従来技術における検査装置では不可能であった形状または輪郭を有する翼およびその他の部品の検査を行うことが可能となり得る。また、検査の正確性が、一組の変換器に翼の輪郭を追従させることを可能にすることによって増し、変換器に一定したウォーターパスを維持することを可能とする。
【００４３】
変換器ブロックは翼の表面と接触するように配置されている。変換器ホルダが翼の表面上を移動すると、ホルダは２方向に回転および表面の輪郭と共に上下して、翼の表面と常に接触を保つようにすることができる。したがって、変換器と翼の表面の間の一定のウォーターパスが維持されて、変換器によってより正確なデータの収集が可能となり、より複雑な幾何寸法を有する翼の検査を行うことが可能になる。
【図１】
2015526742.tif 000003
【図２】
2015526742.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015526742.tif 000006
【図５】
2015526742.tif 000007
【図６】
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【国際調査報告】
2015526742.tif 000009