(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンポーネントにおける欠陥を検出する熱画像化システムであって、
音源と、
前記コンポーネントの方へ向けられ、前記コンポーネントの熱画像を生成する熱画像化カメラと、
前記音源及び前記カメラへ電気的に接続されるコントローラであって、所定の期間分の所定の周波数の音信号からなるパルスの少なくとも１つを、前記音源に、発するようにさせ、前記カメラに、前記コンポーネントのシーケンシャルな画像を生成させ、前記パルス内の前記所定の周波数の音信号は、実質的に一定の振幅を有しており、前記音源から印加される音響エネルギが、前記コンポーネントを振動させ、振動エネルギが、前記コンポーネントにおける欠陥を加熱させて、前記カメラにより生成される画像において見えるようにする、コントローラとを備える、システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、前記パルスは、所定の時間だけ分離された複数のパルスであり、前記コントローラは、各パルスにおける所定のウインドウ内で得られた画像を平均化し、前記ウインドウは、各パルスにおいて当該パルスが開始された時からの同じ遅延時間で提供される、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムであって、前記パルスは一連のパルスであり、このシステムは、ボックス・カー統合技術を用いて、前記画像の信号の平均化を行う、システム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムであって、前記音源は、１／２秒又はそれより短い時間期間、パルスを発する、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムであって、前記コンポーネントと前記音源との間に配置され、それらと接触するカプラを更に備えるシステム。
【請求項６】
請求項５に記載のシステムであって、前記カプラは、鍛造可能であり、前記カプラと接触する前記音源の端部よりも柔らかいシステム。
【請求項７】
請求項５に記載のシステムであって、前記カプラは金属の薄片である、システム。
【請求項８】
請求項７に記載のシステムであって、前記カプラは銅の部材である、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記カメラからの前記画像に応答して前記画像を表示するモニタを更に備えるシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムであって、前記カメラは、前記音源が前記コンポーネントと接触する位置から離れた位置で、前記コンポーネントの方へ向けられている、システム。
【請求項１１】
構造における欠陥を検出する欠陥検出システムであって、
所定の期間分の音信号であって所定の周波数及び実質的に一定の振幅を有する音信号からなるパルスの少なくとも１つを、前記構造内へ送る音源と、
前記構造の方へ向けられ、前記音源が前記音信号を発するときに前記構造の画像を生成するカメラと、
前記音源及び前記カメラへ接続され、それらの間のタイミング信号を与えるコントローラであって、前記カメラからの前記画像に応答するコントローラとを備える、システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のシステムであって、前記パルスは、所定の時間だけ分離された複数のパルスであり、このシステムは、各パルスにおける所定のウインドウ内で得られた画像を平均化するものであり、前記ウインドウには、各パルスにおいて当該パルスが開始された時から同じ遅延時間に与えられる、システム。
【請求項１３】
請求項１１に記載のシステムであって、前記パルスは一連のパルスであり、このシステムは、ボックス・カー統合技術を用いて、前記画像の信号の平均化を行う、システム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のシステムであって、前記音源は、１／２秒又はそれより短い時間期間、パルスを発する、システム。
【請求項１５】
請求項１１に記載のシステムであって、前記構造及び前記音源に接触して配置されるカプラを更に備え、前記カプラは鍛造可能な部材である、システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記カプラは金属の薄片である、システム。
【請求項１７】
請求項１１に記載のシステムであって、前記コントローラは、前記音源が前記音信号を発する前と、発している間と、発した後との、前記構造のシーケンシャルな画像を前記カメラに撮らせる、システム。
【請求項１８】
請求項１１に記載のシステムであって、前記カメラは、前記音源が前記構造と接触する位置から離れた位置で、前記構造の方へ向けられている、システム。
【請求項１９】
構造における欠陥を検出する方法であって、
前記欠陥を加熱させるために、所定の期間分の音信号であって所定の周波数及び実質的に一定の振幅の音信号からなるパルスの少なくとも１つを、前記構造内へ発するステップと、
前記音信号を発する前と、発している間と、発した後との、前記構造の一連の熱画像を生成するステップとを備える、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記パルスは、所定の時間だけ分離された複数のパルスであり、前記音信号の前記複数のパルスを発するステップと、それぞれの個別のパルスにおけるウインドウにおいて生成された画像の信号の平均化を行うステップとを更に備え、前記ウインドウは、各パルスにおいて当該パルスが開始された時から同じ遅延時間で与えられる、方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、ボックス・カー同期画像化技術を用いて前記画像を処理するステップを更に備える、方法。
【請求項２２】
請求項１９に記載の方法であって、前記音信号のパルスを発する前記ステップは、１／２秒又はそれより短い時間期間、パルスを発するステップを含む、方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、前記構造と接触し且つ前記音信号を生成する前記音源と接触するカプラを設けるステップを更に備える方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法であって、前記カプラを提供するステップは、鍛造可能であり、前記構造と接触する前記音源の端部に適合するカプラを設けるステップを含む、方法。
【請求項２５】
請求項１に記載のシステムであって、前記音源は超音波トランスデューサであり、前記パルスの少なくとも１つは超音波パルスである、システム。
【請求項２６】
請求項１１に記載のシステムであって、前記音源は超音波源であり、前記音信号は超音波信号である、システム。
【請求項２７】
請求項１９に記載の方法であって、前記パルスの少なくとも１つを発するステップは、超音波エネルギのパルスを発するステップを含む、方法。
【請求項２８】
構造における欠陥を検出する欠陥検出システムであって、
音源と、
前記構造と前記音源との間に配置され、それらと接触するカプラと、
前記構造の方へ向けられ、前記構造の熱画像を生成する熱画像化カメラと、
前記音源及び前記カメラへ電気的に接続されるコントローラであって、所定の期間分の所定の周波数の音信号からなるパルスの少なくとも１つを、音源に、発するようにさせ、前記カメラに、前記構造の一連の画像を生成させ、前記パルス内の前記所定の周波数の音信号は、一定の振幅を有しており、前記音源からの前記音信号が、前記構造における前記欠陥を加熱させて、前記カメラにより生成される画像において見えるようにする、コントローラとを備える、システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、前記カプラは、鍛造可能であり、前記音源の端部よりも柔らかい、システム。
【請求項３０】
請求項２９に記載のシステムであって、前記カプラは金属の薄片である、システム。
【請求項３１】
請求項３０に記載のシステムであって、前記カプラは銅の部材である、システム。
【請求項３２】
歯におけるクラックを検出する熱画像化システムであって、
前記歯へ音エネルギを送るための音源と、
前記歯の方へ向けられ、前記歯の熱画像を生成する熱画像化カメラと、
前記音源及び前記カメラへ結合されるコントローラであって、所定の期間分の所定の周波数の音信号からなるパルスの少なくとも１つを、前記音源に、発するようにさせ、前記カメラに、前記歯のシーケンシャルな画像を生成させ、前記所定の周波数の音信号は、実質的に一定の振幅を有しており、前記音源からの前記音エネルギが、前記歯を振動させ、振動エネルギが、前記歯におけるクラックを加熱させて、前記カメラにより生成される画像において見えるようにする、コントローラとを備える、システム。
【請求項３３】
請求項３２に記載のシステムであって、前記音源は超音波歯科用クリーナであり、前記音信号は前記クリーナからの水噴霧で前記歯へ送られる、システム。
【請求項３４】
請求項３２に記載のシステムであって、前記パルスは、所定の時間だけ分離された複数のパルスであり、前記コントローラは、各パルスにおける所定のウインドウ内で得られた画像を平均化し、前記ウインドウは、各パルスにおいて当該パルスが開始された時から同じ遅延時間で与えられる、システム。
【請求項３５】
請求項３２に記載のシステムであって、前記パルスは一連のパルスであり、このシステムは、ボックス・カー統合技術を用いて、前記画像の信号の平均化を行う、システム。
【請求項３６】
請求項３２に記載のシステムであって、前記音源は、１／２秒又はそれより短い時間期間、音信号を発する、システム。
【請求項３７】
請求項３２に記載のシステムであって、前記カメラからの前記画像に応答するモニタであって、前記画像を表示するモニタを更に備えるシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、材料の欠陥を検出するシステム及び方法に関し、より詳細には、超音波エネルギを材料の内部に与え、材料内に存在し得るクラックやそれ以外の欠陥を加熱し、その熱放射により材料を熱的に画像化して欠陥を識別する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特定のコンポーネントや構造の構造的完全性の維持は、安全性などを考慮する必要性から、多くの分野において非常に重要である。構造的完全性が失われるのは、例えば、クラック（割れ）、層間剥離、不結合（disbonds）、腐食、含有物、隙間など、コンポーネント又は構造に存在し得る材料の欠陥に起因する。例えば、航空産業では、航空機の外板及び航空機の構造コンポーネントの構造的完全性を検査するための信頼できる技術が使用可能であり、航空機が飛行中に構造的欠陥により損害を受けないことを確約できることが、非常に重要である。タービン・ブレード及びロータや車両のシリンダ・ヘッドの構造的完全性もまた、これらの産業では重要である。従って、種々の産業において、異なる構造コンポーネント及び材料の非侵襲性及び非破壊的な分析の技術が開発されてきた。
【０００３】
材料の欠陥の非侵襲性かつ非破壊的なテストのための既知の技術の１つとして、構造コンポーネントを染色浸透剤で処理し、材料に存在し得るすべてのクラックや欠陥にその染料が入っていくようにするという技術がある。次に、そのコンポーネントを洗浄し、その構造をパウダーで処理して、クラックに残っている染料がパウダーの中に留まるようにする。この材料の検査は紫外線（ＵＶ）光源を用いて、コンポーネント上の、染料により発せられる蛍光の位置を観察する。しかし、この技術は、蛍光を検査する者が熟練している必要があり、従って、検査者に重点が置かれ検査者に依存的であるという欠点がある。更に、染料は、堅く閉じている又は表面上には存在しないクラック（１又は複数）には浸透しないのが通常である。
【０００４】
コンポーネントの欠陥を検査する第２の既知の技術では、電磁コイルを用い、コンポーネントに渦電流を誘導する。コイルをコンポーネント上で移動させると、クラック又は他の欠陥のところで渦電流のパターンが変化する。コイルの複素インピーダンスは、渦電流が変化すると変化し、これはオシロスコープで観察できる。この技術もまた、オペレータに重点が置かれるという欠点や、極端に低速であり面倒であるという欠点がある。
【０００５】
他の既知の技術では、コンポーネントの熱的な画像化（thermal imaging）を用いて欠点を識別する。典型的には、フラッシュ・ランプや熱線銃のような熱源を用いて、熱の平面パルスをコンポーネントの表面へ送る。コンポーネントの材料は熱を吸収し、赤外線波長の反射を放出する。或るタイプの欠陥の場合には、欠陥部分では、表面温度の低下速度がその周りの範囲とは異なる。熱又は赤外線画像化カメラが、コンポーネントを画像化して、結果的な表面温度変化を検出するために用いられる。この技術は不結合や腐食を検出するには好適であるが、通常は、材料における垂直方向のクラック、即ち、表面と直角のクラックの検出には適さない。これは、疲労によるクラックは、平面熱パルスにとってはナイフ・エッジのように見えるから、従って、クラックからの反射は存在しないか又は最小限ののであり、そのため、熱画像ではクラックを見ることが困難又は不可能となるからである。
【０００６】
材料の欠陥を検出するための熱画像化は、材料の超音波励起を用いて熱を発生させるシステムへと拡張されている。Rantala, J. et al. "lock-in Thermography with Mechanical Loss Angle Heating at Ultrasonic Frequencies," Quantitative Infrared Thermography, Eurotherm Series 50, Edizioni ETS, Pisa 1997, pg 383-393には、そのような技術が開示されている。この技術では、超音波励起を用い、超音波フィールドの結果としてクラック又は欠陥を「ライト・アップ」させる。詳細には、超音波により、クラックの対向するエッジを摺り合わさせて、クラック・エリアを加熱させる。コンポーネントの欠陥の無い部分は超音波により最小限にのみ加熱され、その結果として、材料の熱画像では、暗い背景に対してクラックを明るいエリアとして示される。
【０００７】
上記で述べた超音波熱画像化技術で用いられるトランスデューサは、分析されているコンポーネントと機械的に接触する。しかし、高出力の超音波エネルギを、特に金属の場合には、幾つかの材料へ結合するのは困難である。この技術における大きな改善は、超音波トランスデューサとコンポーネントとの間のカップリングを改善することにより達成できる。
【０００８】
更に、既知の超音波熱画像化技術は、複雑な信号処理、特に、ベクトル・ロックイン、同期画像化を用いる。ベクトル・ロックイン画像化は、周期的に変調される超音波ソースを用い、連続的な画像フレームを同期的に平均化し、ソースの周期性に双方とも基づく同相画像及び直角位相画像を生成する処理技術を含む。これにより、周期と同期した画像が得られ、同期していないノイズが画像から除かれる。また、画像の周期性は、変調されたレーザ・ビームやヒート・ランプなどの外部刺激によって誘導することもできる。プロセッサは、ビデオ画像のフレームを受け取り、それらを、誘導された周期性と同期させて記憶し、次に、その記憶されたフレームを後に受け取ったフレームと平均化してノイズを除去する。１９８９年１０月３１日にトーマス（Thomas）らに対して発行された米国特許第４，８７８，１１６号は、このタイプのベクトル・ロックイン画像化を開示している。
【０００９】
１９９４年２月１５日にトーマス（Thomas）らに対して発行された米国特許第５，２８７，１８３号は、’１１６特許で開示されているベクトル・ロックイン画像化を修正した同期画像化技術を開示している。特に、’１８３特許で開示された画像化技術は、ベクトル・ロックイン同期画像化技術を「ボックス・カー（box car）」技術を含むように拡張し、そこでは、ソースがパルス化され、画像が各パルスに続く種々の遅延時間において同期的に平均化される。ボックス・カー技術は、各超音波パルスの開始から固定の時間遅延のところにあるゲートと呼ばれる幾つかの狭い時間ウインドウにおいて以外、ビデオ信号を０で乗算する。これらのゲートの効果は、パルス後の所定の固定遅延時間において画像化されているコンポーネントの状態に対応する幾つかの画像を得ることである。これらの異なる遅延時間は異なる位相に類似し、ロックイン技術における周期的信号のサイン及びコサイン関数により表される。ゲート画像を獲得する間、異なる遅延時間に対応する画像は、ピクセルごとの減算によって算術的に組み合わせられ、非同期的な背景効果が抑制される。
【００１０】
超音波励起熱画像化技術は、これまで、クラックの検出に成功してきた。しかし、この技術は、更に小さなクラック及び堅く閉じたクラックを更に高い感度で検出するように、改善することができる。従って、本発明の目的は、そのような欠陥検出技術を提供することである。
【００１１】
【発明の概要】
本発明の教示により、材料における音波的又は超音波的に励起した表面下の欠陥の赤外線又は熱による画像化技術が開示される。音源は、音波を材料内へ最小の減衰で送るカプラを通じて、検査対象の試料に接続される。音源は、所定の時間期間に対して一定の周波数振幅をもつ単一音パルスを出す。試料が音源により励起されたときに、適切な熱画像化カメラを用いて試料の画像を得る。コントロール・ユニットを用いて、音源及びカメラの動作のタイミングを制御する。画像のノイズを低減させるためにベクトル・ロックイン又はボックス・カー統合、同期画像化技術を用いることができるが、本発明では、このような信号処理技術を必要としない。
【００１２】
検出シーケンスの開始の間に、コントロール・ユニットはカメラに命令して、試料のシーケンシャルな画像の獲得を開始させる。次に、コントロール・ユニットはトランスデューサに命令して、所定の時間期間だけ所定の周波数で音エネルギのパルスを出させる。一連の画像が生成され、それら画像では、材料のクラック及び他の欠陥は、暗い（温度が低い）背景に対する明るい（温度が高い）エリアとして示される。画像はモニタ上に表示することができ、また、一連の画像を後に再検討するために記憶するためのストレージ・デバイスを備えることもできる。
【００１３】
本発明の更なる目的、効果及び特徴は、以下の説明と冒頭の特許請求の範囲と添付の図面を参照することによって明らかになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
超音波及び熱画像化システムに関する好適な実施形態の以下の説明は、単なる例示的性質を有するものであって、本発明及びその応用や使用を制限することは意図していない。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態による画像化システム１０のブロック図である。画像化システム１０は、試料１２のクラック、腐食、層間剥離、不結合などの欠陥を検出するために使用される。試料１２は、これらのタイプの欠陥を含み得る、例えば、航空機の外板などのような、任意の構造コンポーネント又は材料を表すことを意図している。試料１２は金属である必要はなく、セラミックや複合物などのような他の材料であってもよいことを強調しておく。システム１０は、圧電エレメントを有する超音波トランスデューサ１４を含み、この圧電エレメントは、特定の超音波周波数帯域内の超音波エネルギを生成する。トランスデューサ１４は、ブランソン（Branson）９００ＭＡ超音波トランスデューサのような、ここでの目的に適する任意のトランスデューサでよい。一実施形態では、超音波トランスデューサ１４は、約１ｋＷの出力レベルで、約１／２秒の時間期間に対して、約２０ｋＨｚの周波数で実質的に一定の振幅の超音波エネルギのパルスを生成する。しかし、当業者であれば理解するであろうが、本発明の範囲内において、それ以外の超音波周波数又は音波周波数、出力レベル、パルス期間を用いることもできる。
【００１６】
トランスデューサ１４からの超音波エネルギは、カプラ１６を通じて試料１２へ結合される。カプラ１６は、トランスデューサ１４の端部１８及び試料１２の前側２０と機械的に接触する。図２は、トランスデューサ１４が、カプラ１６及び試料１２と接触している様子を示す分解した側面図である。支持構造２６は、トランスデューサ１４とカプラ１６との接触を維持する手助けに用いられる。一実施形態では、カプラ１６は、銅などのような、柔らかい金属の薄片であり、超音波エネルギを試料１２へ効率的に結合する。もちろん、ここでの論議に矛盾しない他のカプラを用いることもできる。例えば、カプラ１６は、一片の厚紙や自動車のガスケット材料であってもよい。カプラ１６は、典型的に、トランスデューサ１４の端部１８よりも柔らかく、かつ、トランスデューサ１４の端部１８に対して変形させて、トランスデューサ１４が試料１２から跳ね上がったり、試料１２に沿って動いたりしないようにするように鍛造可能である、任意の適当な材料でよい。一実施形態では、カプラ１６は、トランスデューサ１４からの超音波エネルギの約３０ないし４０パーセントを、試料１２へ結合する。しかし、複合物の欠陥の検査などのような特定の応用では、カプラ１６が不要なこともあることに留意されたい。
【００１７】
熱画像化カメラ２２が、試料１２の裏側２４から離間して備えられ、試料１２の側２４の画像を、試料１２の超音波励起と関連して生成する。カメラ２２は、単一画像において望まれる試料の画像を提供するように、試料１２から任意の距離だけ離すことができる。別の実施形態では、トランスデューサ１４からの超音波エネルギ及びカメラ２２で生成される画像を、試料１２の同じ側で提供することができる。熱カメラ２２は、レイセオン（Raytheon）社から入手できるガリレオ（Galileo）カメラなど、ここで説明する目的に適切な任意のカメラでよい。一実施形態では、カメラ２２は、３〜５ミクロンの波長範囲の赤外線放射を感知し、１秒あたり１００フレームの画像を生成する。カメラ２２は、２５６×２５６のＩｎＳｂピクセルを有する合焦平面アレイを含み、望まれる解像度を発生する。一実施形態では、試料１２の側２４は黒く塗られ、赤外線画像化のための良いコントラストを提供する。
【００１８】
コントローラ３０は、トランスデューサ１４とカメラ２２との間でのタイミングを提供する。コントローラ３０は、ここで説明する目的に適切な任意のコンピュータでよい。検出プロセスを開始すると、コントローラ３０は、カメラ２２に、所定のレートで試料１２のシーケンシャルな画像の撮影を開始させる。一連の画像化が開始されると、コントローラ３０は増幅器３２へ信号を送り、この信号により増幅器３２はパルスをトランスデューサ１４へ送り、パルス化した超音波信号が生成される。この超音波エネルギは、使用される周波数での単純なパルスの形式を有する。従来技術では現在でも行われているのであるが、エネルギのパルスと画像化との間では、どのようなタイプのベクトル・ロックインや同期画像化技術を用いる必要はない。しかし、そのような信号処理技術を用いて更にノイズを低減することは可能である。ここで説明した周波数及びパルス時間期間は、制限するために示した例ではなく、周波数、パルス時間、入力電力などはシステムごとに及びテストされる試料により異なるということを強調しておく。パルスの終了の後に、コントローラ３０は、カメラ２２に、画像の撮影を停止するように命令する。カメラ２２により生成された画像はモニタ３４へ送られ、モニタ３４は試料１２の側２４の画像を表示する。次に、希望する場合には、別の場所で見るために、画像を記憶装置３６に送ることもできる。
【００１９】
試料１２へ印加された超音波エネルギは、試料１２の欠陥やクラックの面が互いに摺り合わされるようにし、熱を発生させる。この熱は、カメラ２２が生成した画像においては、明るいスポットとして現れる。従って、このシステムは、非常に小さい狭く閉じたクラックを識別するのに非常に好適である。クラックの面が接触しない開いたクラックに対しては、熱は、クラック先端での応力が集中している点で生成される。この点は、画像上で明るいスポットとして現れ、開いたクラックの終端又は先端を示す。超音波エネルギは、エネルギ・パルスに対するクラックの方向に関係なく、試料１２のクラック又は欠陥を加熱するのに有効である。カメラ２２は、試料１２の表面２４の画像を撮影し、試料１２の厚さ内にあるクラックの位置に関係なく、試料１２おけるどのようなクラックでも視覚的に指し示す。
【００２０】
本発明は、既知の超音波及び熱画像化技術に対する改善を与える。なぜなら、クラック及び欠陥を加熱するために使用する超音波パルスが、実質的に一定の振幅を有する単純なパルスであるからであり、また、ベクトル・ロックイン同期画像化で使用されるようなシヌソイド信号変調を用いる必要がないからである。この点を示すために、図３は、縦軸に出力を横軸に時間をとったグラフを示し、ベクトル・ロックイン画像化で用いる超音波信号の波形を示す。超音波信号は、所定の周波数で生成され、低周波数シヌソイド変調波で変調され、これは、所定の変調期間での振幅変調を与える。超音波周波数信号は、低周波数変調波を用いた振幅で上下する。典型的には、超音波励起は、数秒にわたって行われる。この画像化技術により生成される画像は、画像化されている特定のコンポーネントの実際の画像ではなく、同期画像化における減算プロセスにより生成される差分画像である。これらのタイプのシステムにおいてノイズを低減するこのタイプのベクトル・ロックイン同期画像化の詳しい説明は、’１１６特許に記載されている。
【００２１】
図４は、縦軸に出力をとり横軸に時間をとったグラフを示し、本発明における超音波励起を与えるために使用されるパルスを示す。各パルス内の超音波周波数信号は、実質的に同じ振幅を有し、低周波数シヌソイド波形により変調されない。カメラ２２により生成される画像は実際の画像であり、ベクトル・ロックイン同期画像化技術で生成されるタイプの差分画像ではない。これにより、画像の向上及び制御の簡素化という点で、大きな改善がなされる。１つのパルスで通常は十分であるが、ノイズ低減のために信号を平均化する目的で、所定の時間期間だけ間隔をあけた複数のパルスを用いることができる。「ボックス・カー」統合の技術を、’１８３特許で説明されているように用いることができる。この技術では、各パルスに対して画像を識別するために各時間ウインドウにおいてゲートが用いられ、このゲートは、パルスの開始から或る固定の時間遅延されたところにある。ゲートされた画像の獲得の間に、異なる遅延時間に対応する複数の画像が、算術的に合成されて、非同期の背景効果を抑制する。
【００２２】
図５（ａ）〜５（ｄ）は、金属試料４２における開いた疲労クラック４０の４つのシーケンシャルな画像３８を示す。図５（ａ）は、超音波エネルギが印加される前の試料４２の画像３８を示す。図５（ｂ）は、超音波エネルギが印加された１４ミリ秒後の試料４２の画像３８を示す。明らかなように、明るい（高い温度）スポット４４（暗い領域として描かれている）が、クラック４０の閉じた端部に現れる。そこでは機械的振動により熱が発生しているのである。図５（ｃ）及び５（ｄ）は、それぞれ、６４ミリ秒後及び１１４ミリ秒後の画像３８を示す。試料４２上の明るいスポット４４は、このシーケンスにわたって劇的に増加し、クラック４０の位置を明確に示している。
【００２３】
図６は、超音波パルスによりエネルギが与えられた後の試料５２の閉じたクラック５０の画像４８を示す。この実施形態では、クラック５０は閉じているので、クラック５０の長さ全体が熱を発生し、クラック５０の長さ全体に沿って明るいスポット５４を作り、閉じたクラックを指示している。超音波エネルギは、閉じたクラック５０を背景との関係で十分に加熱させるのに有効であるので、非常に短い閉じたクラック、例えば、２／３ｍｍ程度のクラックを、画像４８で容易に確かめることができる。
【００２４】
図７は試料６８の画像６６を示す。この画像では、明るいスポット７０が示され、層間剥離又は不結合を超音波で励起することによって生じる熱エネルギから生成されるタイプの画像を表すことを意図している。本発明の熱画像化技術は、「キッシング（kissing、接触している）」不結合を識別するのに特に有用である。
【００２５】
図８は、オペレータ５８が手持型トランスデューサ５８を、航空機の胴体のような試料６０に対して保持しているところの斜視図である。熱画像化カメラ６２は、トランスデューサ５８の接触点から離れた位置で試料６０へ向けられている。図８は、本発明によるシステムがこのようなコンポーネントのテストの分野で使用できることを示す。
【００２６】
上述のシステム１０は、種々の構造における欠陥又はクラックを検出するように改造することができる。例えば、図９は、歯８４のクラック８２を検出するための画像化システム８０の平面図である。この実施形態では、従来の超音波歯科用クリーナ８６を用いて、超音波エネルギを歯８４へ送る。この分野で理解されているように、従来の超音波歯科用クリーナ８６は、水の噴射８８を与えるのであるが、この水が、超音波又は音波信号（約２０ｋＨｚ）を歯８４へ運ぶ媒体として働く。この信号が歯８４を振動させ、歯８４上の不要な物質を遊離させる。また、水８８は、歯８４から遊離した不要な物質を持ち去る働きをする。
【００２７】
本発明によると、水の噴射８８により送られる超音波エネルギは、また、歯８４を振動させ、上述の態様でクラック８２を加熱させる。即ち、クラック８２から放射される赤外線又は熱エネルギ９０を、赤外線カメラ９２で検出することができる。カメラ１０２は、例えば、インディゴ・システムズ（Indigo Systems）社製のアルファ（ Alpha）赤外線カメラでよく、このカメラは、軽量、小型、安価である。クリーナ８６からの超音波信号は、上述のタイプのパルス化した信号でよく、また、カメラ９２が生成する画像との関係でタイミングをとられてもよい。特に、クリーナ８６へ印加される信号は単純なパルスであり、これが、歯８４への実質的に一定の振幅を有するパルス化された音エネルギを生成する。上述のタイプのコントローラを用いて、カメラ１０２及び超音波パルスに対するタイミング信号を提供するとよい。
【００２８】
以上の記述は、本発明の単なる例を開示及び説明するものである。当業者であれば、以上の説明、添付の図面及び冒頭の特許請求の範囲から、特許請求の範囲によって定義された本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、多種の変更、改造及び変形を行えることを、容易に認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明による画像化システムのブロック図である。
【図２】  図２は、図１に示す画像化システムのトランスデューサ、試料及びカメラの分解した側面図である。
【図３】  図３は、ベクトル・ロックイン同期画像化を用いる既知の熱画像化技術において使用される超音波信号を示すグラフであり、縦軸に出力、横軸に時間を示す。
【図４】  図４は、本発明の熱画像化技術で用いるパルス化した超音波信号を示すグラフであり、縦軸に出力、横軸に時間を示す。
【図５】  図５（ａ）〜５（ｄ）は、本発明の画像化システムによって超音波的に励起され画像化された試料の開いたクラックの所定の時間間隔での連続的画像を示す。
【図６】  図６は、本発明の画像化システムで生成された画像であり、超音波エネルギにより励起された閉じたクラックを示す。
【図７】  図７は、本発明の画像化システムで生成された画像であり、超音波エネルギにより励起された層間剥離又は不結合を示す。
【図８】  図８は、人が超音波トランスデューサを航空機コンポーネントに対して保持し、本発明の画像化システムを用いてコンポーネントの欠陥を検査しているところの斜視図である。
【図９】  図９は、本発明の別の実施形態による、歯のクラックを検出するための画像化システムの平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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