(57)【要約】【課題】材料中の剥離欠陥等の損傷を非破壊で検出でき、検出した材料中の損傷を補修するにあたり、時間及びコスト面で従来よりも効率的な補修を実現する。【解決手段】材料検査補修装置１０Ａは、熱可塑性樹脂１の層を一層以上積層して構成される複合材料３にレーザ光を照射して超音波を発生させる送信レーザ１１と、複合材料３の上を走査可能なレーザ光を照射して表面で反射させた反射光を得る受信レーザ１２と、この反射光に生じた光周波数遷移を計測し、複合材料３で生じた超音波振動を超音波信号として検出する受信干渉計１６と、受信干渉計１６が検出した超音波信号に基づいて複合材料３の三次元画像信号を生成する画像化装置１８と、複合材料３に含まれる熱可塑性樹脂１が吸収する光の波長帯のレーザ光を照射する補修用レーザ２１を備える。【選択図】  図１
2012163406.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱可塑性樹脂の層を一層以上積層して構成される材料に超音波振動を発生させて前記材料を伝播する超音波信号を取得し、取得した超音波信号に基づいて前記材料の三次元画像信号を生成する検査手段と、
前記検査手段が、前記材料の三次元画像信号に基づいて前記材料の内部に発見した欠陥を、前記材料にエネルギーを与えて非破壊で補修する補修手段と、を備える材料検査補修装置。
【請求項２】
前記検査手段は、前記材料にレーザ光を照射して、前記材料で超音波を発生させる送信レーザと、
前記材料上を走査可能なレーザ光を照射して前記材料の表面で反射させた反射光を得る受信レーザと、
前記反射光を導いて前記反射光に生じた光周波数遷移を計測し、前記材料で生じた超音波振動を超音波信号として検出する受信干渉計と、
前記受信干渉計が検出した超音波信号に基づいて、前記材料の三次元画像信号を生成する画像化装置とを備えることを特徴とする請求項１記載の材料検査補修装置。
【請求項３】
前記補修手段は、前記材料中の熱可塑性樹脂が吸収する光の波長帯のレーザ光を照射する補修レーザを備えることを特徴とする請求項１または２記載の材料検査補修装置。
【請求項４】
前記材料中に欠陥が存在する場合、前記検査手段が検出した欠陥の大きさおよび位置に応じて前記補修用レーザの出力を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項３記載の材料検査補修装置。
【請求項５】
前記送信レーザと前記補修用レーザとを同一のレーザで構成したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の材料検査補修装置。
【請求項６】
前記材料の表面を押し当てて加圧する加圧部と、
この加圧部を駆動させ、前記材料の表面と接離することができるとともに前記材料の表面に加圧する圧力を調整可能に構成された加圧部駆動手段と、をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の材料検査補修装置。
【請求項７】
前記材料の表面に設置され、前記補修用レーザのレーザ光を透過させて前記材料に照射させるヒートシンクをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の材料検査補修装置。
【請求項８】
前記検査手段は、超音波探傷装置であることを特徴とする請求項１記載の材料検査補修装置。
【請求項９】
前記補修手段は、超音波を発生させ、超音波振動子を介して前記材料に発生させた超音波を入射させる超音波振動制御装置であることを特徴とする請求項１，２または８記載の材料検査補修装置。
【請求項１０】
前記材料中に欠陥が存在する場合、前記検査手段が検出した欠陥の大きさおよび位置に応じて前記超音波振動制御装置の出力を制御する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項９記載の材料検査補修装置。
【請求項１１】
熱可塑性樹脂の層を一層以上積層して構成される材料を非破壊検査する検査手段と、前記検査手段によって前記材料の内部に発見された欠陥を前記材料にエネルギーを与えて非破壊で補修する補修手段とを備える材料検査補修装置を使用した材料の補修方法であって、
前記検査手段が前記材料を非破壊検査して、前記材料に欠陥が存在するか否かを検査する検査工程と、
この検査工程で、前記材料の内部に欠陥が発見された場合、前記補修手段が前記材料にエネルギーを与えて、前記熱可塑性樹脂を流動化させて前記欠陥を塞ぐ補修工程とを備える材料検査補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料の欠陥検出および欠陥補修が可能な材料検査補修装置および材料検査補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、例えば、熱可塑性樹脂と炭素繊維等の異質の材料を組み合わせることによって単一材料では得られない強度、剛性、靭性などの特性を有し、材料工学分野はもとより、界面科学、プロセス工学、生産工学、機械工学、航空宇宙工学、船舶工学、建築土木工学等の極めて広範囲に応用されている。複合材料で製造された大型構造物について、例えば、ボイド（空隙）等の内部欠陥の有無を検査する場合、超音波法等の非破壊検査法を適用することが考えられる。
【０００３】
複合材料で製造された大型構造物について、検出された内部の欠陥を補修する技術としては、例えば、特表２００９−５１５７４４号公報（特許文献１）や特開平１１−１７９６０９号公報（特許文献２）に記載されるように、欠陥部を除去し、除去した樹脂を注入し、加熱する方法等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００９−５１５７４４号公報
【特許文献２】特開平１１−１７９６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、複合材料中に検出された剥離欠陥などの損傷を補修する場合、従来の材料検査補修装置および材料検査補修方法では、新しい炭素繊維複合材料を接合する、または、樹脂を注入して加熱により硬化させる等の工程が必要となるため、補修時間が長く材料コストも高いという課題がある。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、材料中の剥離欠陥などの損傷を非破壊で検出することができるとともに、検出した材料中の損傷を補修するにあたり、時間面およびコスト面でより効率的に補修することができる材料検査補修装置および材料検査補修方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る材料検査補修装置は、上述した課題を解決するため、熱可塑性樹脂の層を一層以上積層して構成される材料に超音波振動を発生させて前記材料を伝播する超音波信号を取得し、取得した超音波信号に基づいて前記材料の三次元画像信号を生成する検査手段と、前記検査手段が、前記材料の三次元画像信号に基づいて前記材料の内部に発見した欠陥を、前記材料にエネルギーを与えて非破壊で補修する補修手段と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る材料検査補修方法は、上述した課題を解決するため、熱可塑性樹脂の層を一層以上積層して構成される材料を非破壊検査する検査手段と、前記検査手段によって前記材料の内部に発見された欠陥を前記材料にエネルギーを与えて非破壊で補修する補修手段とを備える材料検査補修装置を使用した材料の補修方法であって、前記検査手段が前記材料を非破壊検査して、前記材料に欠陥が存在するか否かを検査する検査工程と、この検査工程で、前記材料の内部に欠陥が発見された場合、前記補修手段が前記材料にエネルギーを与え、前記熱可塑性樹脂を流動化させて前記欠陥を塞ぐ補修工程とを備える材料検査補修方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、材料中の剥離欠陥などの損傷を非破壊で検出でき、検出した材料中の損傷を補修するにあたっては、従来に比べ時間面およびコスト面でより効率的に補修することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を示す概略図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を示す概略図。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を部分的に示した概略図。
【図４】本発明の第４の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を部分的に示した概略図。
【図５】本発明の第５の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を示す概略図。
【図６】本発明の第６の実施形態に係る材料検査補修装置の構成を示す概略図。
【図７】本発明の第６の実施形態に係る材料検査補修装置の変形例を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置および材料検査補修方法について、添付の図面を参照して説明する。
【００１２】
本発明の実施形態に係る材料検査補修装置は、例えば、熱可塑性樹脂と炭素繊維とを層状に積層して形成された複合材料や熱可塑性樹脂を層状に積層して形成された熱可塑性樹脂の積層材等の検査対象となるもの（以下、「被検査対象」と称する。）に内部に発生する剥離等による欠陥の有無を検査し、検査の結果、欠陥が発見された場合には当該欠陥を補修する装置である。
【００１３】
すなわち、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置は、例えば、熱可塑性樹脂の層を一層以上積層して構成される材料（被検査対象）に超音波振動を発生させ、前記材料を伝播する超音波信号を取得し、取得した超音波信号に基づいて、前記材料の三次元画像信号を生成する等の非破壊検査を行う検査手段と、前記材料にエネルギーを与え、前記検査手段によって前記材料の内部に発見された欠陥を非破壊で補修する補修手段と、を備える。以下、本発明の各実施形態に係る材料検査補修装置および材料検査補修方法について説明する。
【００１４】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第１の材料検査補修装置１０Ａの構成を示す概略図である。
【００１５】
ここで、図１に示されるＸ，Ｙ，Ｚは三次元直行座標系の各軸であり、図１の紙面に対し表裏（奥行き）方向をＸ軸方向、左右（幅）方向をＹ軸方向、上下（深さ）方向をＺ軸方向である。また、図２以降の図２〜図７についても別段の説明がない限り図１と同様とする。
【００１６】
第１の材料検査補修装置１０Ａは、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の熱を加えることによって再度流動化させることのできる熱可塑性樹脂１と炭素繊維２とを層状に積層して形成された複合材料３等の被検査対象の内部に発生する剥離等による欠陥４の有無を検査し、検査の結果、欠陥４が発見された場合には、当該欠陥４を補修する。なお、本明細書中で使用する流動化とは、少なくとも外力を加えれば変形可能な状態である。すなわち、溶融化や半流動化も含まれる。
【００１７】
第１の材料検査補修装置１０Ａは、複合材料３の内部の欠陥４の有無を検査する検査手段として、例えば、送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８を備える。第１の材料検査補修装置１０Ａは、例えば、被検査対象である複合材料３を固定しておき、レーザ照射系であるレーザ照射ヘッド１３，１４を移動させることによって、複合材料３の全領域において欠陥４の有無を検査することができる。
【００１８】
また、第１の材料検査補修装置１０Ａは、複合材料３に、例えば、光（波動）エネルギー等のエネルギーを与えて複合材料３の内部に存在する欠陥４を非破壊で補修する補修手段として、例えば、補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２を備える。
【００１９】
さらに、第１の材料検査補修装置１０Ａは、例えば、欠陥４の大きさ（サイズ）および位置（深さを含む三次元的な位置）等の検査手段の検査結果に応じて補修用レーザ２１の照射エネルギー、ビーム径および照射時間等のパラメータを調整して出力制御する制御手段としての出力制御装置２５を備える。
【００２０】
送信レーザ１１は、複合材料３等の被検査対象にレーザ光を照射して被検査対象に超音波振動を生じさせるためのレーザである。送信レーザ１１としては、例えば、レーザ光の複合材料３に対する侵入深さが２０μｍ（マイクロメートル）程度となる波長１０．６μｍのＣＯ２レーザ（炭酸ガスレーザ）を用いる。
【００２１】
送信レーザ１１の照射条件は、例えば、パルス幅は５０ｎｓ〜２００ｎｓ、エネルギーは１００ｍＪ〜２００ｍＪ、繰り返し周波数は５０Ｈｚ〜１５０Ｈｚ程度である。また、ビーム（レーザ光）のスキャンは、例えば、ビームサイズを２ｍｍ×１０ｍｍ、オーバーラップ５０％とした場合、例えば、Ｘ軸方向に１ｍｍ間隔でビーム（複合材料３を固定した場合）の移動を行う。
【００２２】
受信レーザ１２は、複合材料３等の被検査対象に生じさせている超音波振動により被検査対象を伝播する超音波の信号成分を取得するために用いるレーザである。受信レーザ１２としては、例えば、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いる。
【００２３】
レーザ照射ヘッド１３は、送信レーザ１１から導かれたレーザ光を複合材料３へ照射する送信レーザ１１の照射ヘッドである。また、レーザ照射ヘッド１４は、受信レーザ１２から導かれたレーザ光を複合材料３へ照射すると共に複合材料３の表面で反射した反射光を受信してビーム分岐用光学素子１５へ導く受信レーザ用の照射ヘッドである。
【００２４】
ビーム分岐用光学素子１５は、受信レーザ１２とレーザ照射ヘッド１４との間の光路上に設けられ、受信レーザ１２から複合材料３へ向かうレーザ光と複合材料３の表面で反射した反射光とを分岐する機能を有する。すなわち、ビーム分岐用光学素子１５は、受信レーザ１２からのレーザ光をレーザ照射ヘッド１４へ導いて複合材料３へ照射させる一方、複合材料３の表面で反射した反射光を受信干渉計１６へ導く。
【００２５】
受信干渉計１６は、光の干渉効果を用いて受信した光の成分を解析する機能を有する。送信レーザ１１からレーザ光を複合材料３に照射することにより、複合材料３で超音波振動が生じ、その表面が微小な変位で振動するため、複合材料３の表面で反射した反射光には微小な光周波数遷移（ドップラーシフト）が発生する。受信干渉計１６は、ビーム分岐用光学素子１５から分岐した反射光に生じた微小な光周波数遷移（ドップラーシフト）を計測し、複合材料３で生じた超音波振動を超音波信号として検出する。
【００２６】
信号収録装置１７は、情報を読み出し可能に保存する機能を有し、受信干渉計１６で検出された超音波信号を読み出し可能に収録する。
【００２７】
画像化装置１８は、ビームの走査地点を示す位置情報（例えば、図１等に示されるＸＹ座標）と受信干渉計１６で抽出された超音波信号とに基づき、例えば開口合成法等の三次元画像化処理を行い、被検査対象としての複合材料３の三次元画像信号を生成する。
【００２８】
画像化装置１８は、例えば、ディスプレイ等の表示手段（図１において省略）を有しており、この表示手段に生成した三次元画像信号に基づく三次元画像を表示することができる。また、三次元画像に欠陥４が現れる場合、生成した三次元画像信号に基づき、当該欠陥４の大きさ（サイズ）および位置（深さを含む三次元的な位置）を特定することができる。
【００２９】
補修手段としての補修用レーザ２１は、内部に欠陥４が発見された複合材料３等の被補修対象へ照射するレーザであり、複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１が吸収する波長帯のレーザ光を照射するものが選択される。すなわち、補修用レーザ２１として適用し得るレーザは、複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１に吸収される波長でありさえすれば、例えば、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ、ファイバーレーザ等の種類は問わない。
【００３０】
補修用レーザ２１として複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１に吸収される波長のものを選択するのは、レーザ光を吸収させることによって当該熱可塑性樹脂１を融点以上に加熱し、当該熱可塑性樹脂１を流動化させることによって欠陥（空隙）４を消失させるためである。例えば、熱可塑性樹脂１がポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）の場合、その融点（約２８０℃）以上まで加熱することでポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が流動化し、流動化したポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）が欠陥４を埋めて補修される。
【００３１】
レーザ照射ヘッド２２は、補修用レーザ２１から導かれたレーザ光を複合材料３へ照射する補修用レーザ２１の照射ヘッドである。
【００３２】
制御手段としての出力制御装置２５は、検査手段を構成する画像化装置１８から欠陥４の大きさ（サイズ）および位置（深さを含む三次元的な位置）等の検査結果に応じて補修用レーザ２１の照射エネルギー、ビーム径および照射時間等のパラメータを調整し、補修用レーザ２１の出力制御を行う。
【００３３】
次に、本発明に係る材料検査補修方法の一例として、第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法（以下、「第１の材料検査補修方法」と称する。）について説明する。
【００３４】
第１の材料検査補修方法は、複合材料３等の被検査対象に欠陥４が存在しないかを検査する検査工程と、この検査工程で欠陥４が発見された場合に当該欠陥４を補修する補修工程とを備える。また、補修工程の後に、欠陥４がきちんと補修されているかどうかを確認する再検査工程を備える場合もある。
【００３５】
第１の材料検査補修方法の検査工程は、例えば、レーザ超音波探傷技術による非破壊検査等の検査によって、複合材料３等の被検査対象に欠陥４が存在しないかを確認する。レーザ超音波探傷技術による非破壊検査は、例えば、レーザ照射ヘッド１３を取り付けた送信レーザ１１と、レーザ照射ヘッド１４を取り付けた受信レーザ１２と、ビーム分岐用光学素子１５と、受信干渉計１６と、画像化装置１８とを備える第１の材料検査補修装置１０Ａによって実行される。
【００３６】
続いて、補修工程は、複合材料３等の被検査対象に欠陥４が存在していた場合、当該欠陥４を、例えば、レーザ照射ヘッド２２を取り付けた補修用レーザ２１を備える第１の材料検査補修装置１０Ａによって実行される。この補修工程においては、複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１に吸収される波長のレーザ光を照射可能な補修用レーザ２１を使用する。
【００３７】
補修工程では、補修用レーザ２１が、画像化装置１８に表示された欠陥４を含む複合材料３の三次元画像および当該三次元画像中の三次元座標の情報に基づいて、予め決定された位置、レーザ出力および照射時間で複合材料３へレーザ照射ヘッド２２に導かれたレーザ光を照射する。すると、照射されたレーザ光は複合材料３を構成する熱可塑性樹脂１に吸収され、熱可塑性樹脂１が加熱される。熱可塑性樹脂１が融点以上に加熱されると、当該熱可塑性樹脂１は流動化し、流動化した熱可塑性樹脂１によって欠陥４が塞がって補修される。
【００３８】
なお、補修用レーザ２１の出力制御は、制御手段としての出力制御装置２５が欠陥４の大きさ（サイズ）および位置（三次元座標）等の検査結果に応じて補修用レーザ２１の照射エネルギー、ビーム径および照射時間等のパラメータを調整する制御工程を実行することで行っても良いが、作業者がこれらのパラメータを入力して与えても良い。
【００３９】
このように構成される第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修方法によれば、複合材料３の欠陥４を非破壊で検出することができる。
【００４０】
また、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法によれば、欠陥４が検出された場合、補修用レーザ２１から複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１に吸収される波長のレーザ光を照射して当該熱可塑性樹脂１を流動化させて欠陥（空隙）４を消失させることができる。
【００４１】
さらに、従来の補修方法では必要となる炭素繊維２や欠陥４に充填する樹脂等の補修材料が不要となる。さらにまた、炭素繊維２の接合や樹脂の充填および硬化等の作業工程も不要なので当該作業時間を短縮することができる。すなわち、従来の補修方法に比べて時間面およびコスト面でより効率的に補修することができる。
【００４２】
なお、図１に示される第１の材料検査補修装置１０Ａは、信号収録装置１７を備える構成であるが、信号収録装置１７を備えない構成とし、受信干渉計１６から送信される超音波信号を画像化装置１８が受信する構成とすることもできる。また、図１に示される第１の材料検査補修装置１０Ａは、制御手段としての出力制御装置２５を備えているが、出力制御装置２５を備えない構成とすることもできる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図２は、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第２の材料検査補修装置１０Ｂの構成を示す概略図である。
【００４４】
第２の材料検査補修装置１０Ｂは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、送信レーザ１１、レーザ照射ヘッド１３、補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２の代わりに、検査・補修用レーザ３１およびレーザ照射ヘッド３２を備える点、すなわち、第１の材料検査補修装置１０Ａの送信レーザ１１およびレーザ照射ヘッド１３と補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２とを一体化させた点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００４５】
第２の材料検査補修装置１０Ｂは、複合材料３の内部の欠陥４の有無を検査する検査手段として、例えば、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７、画像化装置１８および検査・補修用レーザ３１を備える。第２の材料検査補修装置１０Ｂは、例えば、被検査対象である複合材料３を固定しておき、レーザ照射系であるレーザ照射ヘッド２２，１４を移動させることによって、複合材料３の全領域において内部欠陥４の有無を検査することができる。
【００４６】
また、第２の材料検査補修装置１０Ｂは、エネルギーを与えて複合材料３の内部に存在する欠陥４を補修する補修手段として、例えば、検査・補修用レーザ３１およびレーザ照射ヘッド３２と、検査手段の検査結果に応じて補修用レーザ２１のパラメータを調整して出力制御する制御手段としての出力制御装置２５を備える。
【００４７】
すなわち、第２の材料検査補修装置１０Ｂにおいて、検査・補修用レーザ３１は、複合材料３等の被検査対象にレーザ光を照射して被検査対象に超音波振動を生じさせるためのレーザ、かつ、内部に欠陥４が見付かった複合材料３等の被補修対象へ照射するレーザであり、送信レーザ１１および補修用レーザ２１の機能を有する。
【００４８】
この場合、検査・補修用レーザ３１は、複合材料３等の被検査対象に超音波振動を発生させるレーザ照射（検査工程）と、検査工程によって求めた欠陥４のサイズ、位置、深さに応じて、照射条件（パラメータ）を調整して複合材料３を構成する熱可塑性樹脂１にレーザ光を吸収させる。
【００４９】
このように構成される第２の材料検査補修装置１０Ｂおよび第２の材料検査補修装置１０Ｂを用いた材料検査補修方法によれば、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法と同様の効果を奏する。また、検査・補修用レーザ３１が送信レーザ１１と補修用レーザ２１の役割を果たすので、第１の材料検査補修装置１０Ａと比較してレーザ装置を１台減らすことができ、装置構成を簡略化することができる。
【００５０】
なお、図２に示される第２の材料検査補修装置１０Ｂは、制御手段としての出力制御装置２５を備えているが、出力制御装置２５を備えない構成としても良い。
【００５１】
［第３の実施形態］
図３は、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第３の材料検査補修装置１０Ｃの構成を部分的に示した概略図である。
【００５２】
第３の材料検査補修装置１０Ｃは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、加圧部３４と、加圧部駆動手段３５とをさらに備える。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については図面および明細書を簡略化する観点から説明を省略する。
【００５３】
第３の材料検査補修装置１０Ｃは、例えば、検査手段としての送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８と、補修手段としての補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２と、制御手段としての出力制御装置２５とを備え、さらに、被補修対象である複合材料３の表面を加圧する加圧部３４と、加圧部３４を駆動し複合材料３の表面に加圧する圧力を調整する加圧部駆動手段３５とを備える（図３において一部省略）。
【００５４】
加圧部３４は、補修用レーザ２１のレーザ光を透過する材料で構成され、複合材料３を構成する熱可塑性樹脂１を加熱しつつ、複合材料３の表面を加圧することができる。また、加圧部駆動手段３５は、加圧部３４を保持するとともに、加圧部３４を上下方向に駆動可能に構成される。すなわち、加圧部駆動手段３５は、複合材料３の表面と加圧部３４が接触する圧力を所定範囲で制御でき、接触圧を調整して接触させたり離したり（非接触状態と）することができる。
【００５５】
このように構成される第３の材料検査補修装置１０Ｃおよび第３の材料検査補修装置１０Ｃを用いた材料検査補修方法によれば、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法と同様の効果を奏することに加え、加圧部駆動手段３５が加圧部３４を複合材料３の表面に押し付けることができ、加熱された熱可塑性樹脂１を炭素繊維２と接合することができる。
【００５６】
［第４の実施形態］
図４は、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第４の材料検査補修装置１０Ｄの構成を部分的に示した概略図である。
【００５７】
第４の材料検査補修装置１０Ｄは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、放熱手段としてのヒートシンク３７をさらに備える。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については図面および明細書を簡略化する観点から説明を省略する。
【００５８】
第４の材料検査補修装置１０Ｄは、例えば、検査手段としての送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８と、補修手段としての補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２と、制御手段としての出力制御装置２５とを備え、さらに、放熱手段としてのヒートシンク３７をさらに備える（図４において一部省略）。
【００５９】
ヒートシンク３７は、補修用レーザ２１のレーザ光を透過し、かつ、放熱効果の高い（熱伝導率の高い）材料で構成される。ヒートシンク３７を介して被補修対象である複合材料３の表面にレーザ光を照射することによって、複合材料３の表面に与える熱を低減して損傷発生のリスクを低減すると共に内部の熱可塑性樹脂１に熱を伝えることができる。
【００６０】
このように構成される第４の材料検査補修装置１０Ｄおよび第４の材料検査補修装置１０Ｄを用いた材料検査補修方法によれば、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法と同様の効果を奏することに加え、補修用レーザ２１のレーザ光を被補修対象である複合材料３へ直接照射した場合に複合材料の表面が熱で損傷する可能性を低減し、内部の熱可塑性樹脂１に熱を伝えることができる。
【００６１】
［第５の実施形態］
図５は、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第５の材料検査補修装置１０Ｅの構成を示す概略図である。
【００６２】
第５の材料検査補修装置１０Ｅは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８の代わりに、超音波探傷装置４１および超音波探触子４２を備える点、すなわち、レーザ超音波探傷技術を採用した検査手段の代わりに、超音波振動子を用いた超音波探傷技術を採用した検査手段を備える点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００６３】
第５の材料検査補修装置１０Ｅは、例えば、複合材料３の内部の欠陥４の有無を検査する検査手段として超音波探傷装置４１および超音波探触子４２と、複合材料３にエネルギーを与えて複合材料３の内部に存在する欠陥４を補修する補修手段として補修用レーザ２１およびレーザ照射ヘッド２２と、制御手段として出力制御装置２５を備える。
【００６４】
超音波探傷装置４１は、超音波探傷技術を採用した検査装置であり、超音波探触子４２から被検査対象としての複合材料３へ超音波を送信し、複合材料３の内部にある境界面等で反射した反射波を受信し、受信した反射波を信号処理・解析することで、複合材料３の三次元画像を生成し表示することができる。
【００６５】
制御手段としての出力制御装置２５は、検査手段を構成する超音波探傷装置４１から送信される欠陥４の大きさ（サイズ）および位置（深さを含む三次元的な位置）等の検査結果に応じて補修用レーザ２１の照射エネルギー、ビーム径および照射時間等のパラメータを調整し、補修用レーザ２１の出力制御を行う。
【００６６】
このように構成される第５の材料検査補修装置１０Ｅおよび第５の材料検査補修装置１０Ｅを用いた材料検査補修方法によれば、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法と同様の効果を奏することができる。また、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、検査手段をより簡単な構成とすることができる。
【００６７】
なお、上述した第５の材料検査補修装置１０Ｅでは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８の代わりに、超音波探傷装置４１および超音波探触子４２を備える構成を説明したが、第１の材料検査補修装置１０Ａに、超音波探傷装置４１および超音波探触子４２をさらに備える構成とし、二つの検査手段を適宜切替可能に構成しても良い。
【００６８】
［第６の実施形態］
図６は、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置の一例である第６の材料検査補修装置１０Ｆの構成を示す概略図である。
【００６９】
第６の材料検査補修装置１０Ｆは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、補修用レーザ２１、レーザ照射ヘッド２２および出力制御装置２５の代わりに、超音波振動制御装置５１および超音波振動子５２を備える点で相違する。そこで、本実施形態の説明では、当該相違点を中心に説明し、同じ構成要素については同じ符号を付して説明を省略する。
【００７０】
第６の材料検査補修装置１０Ｆは、例えば、複合材料３の内部の欠陥４の有無を検査する検査手段として送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８と、補修手段および制御手段としての超音波振動制御装置５１および超音波振動子５２とを備える。
【００７１】
超音波振動制御装置５１は、共振周波数を連続的に変化可能な発振器によって発振させた超音波を超音波振動子５２に伝達し、超音波振動子５２から超音波を被補修対象としての複合材料３へ入射させて、複合材料３に波動エネルギーを与えて、複合材料３を超音波振動させて熱可塑性樹脂１を加熱する。
【００７２】
また、超音波振動制御装置５１は、複合材料３へ入射させる超音波の振幅や周波数や超音波振動子５２を複合材料３に接触させる時間等のパラメータを調整する超音波出力制御機能を有し、検査手段を構成する画像化装置１８から送信される検査結果に応じて複合材料３へ入射させる超音波の出力制御することができる。
【００７３】
このように構成される第６の材料検査補修装置１０Ｆおよび第６の材料検査補修装置１０Ｆを用いた材料検査補修方法によれば、第１の材料検査補修装置１０Ａおよび第１の材料検査補修装置１０Ａを用いた材料検査補修方法と同様の効果を奏することができる。また、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、異なる技術を採用した補修手段および制御手段を提供することができる。
【００７４】
なお、上述した第６の材料検査補修装置１０Ｆでは、超音波振動制御装置５１が、検査手段を構成する画像化装置１８から送信される検査結果に応じて複合材料３へ入射させる超音波の出力制御できる場合を説明したが、必ずしも検査手段から送信される検査結果に応じて超音波の出力制御を自動で行う必要はない。例えば、ユーザによるパラメータの入力操作を受け付けて手動で超音波の出力制御を行う構成であっても良い。
【００７５】
また、上述した第６の材料検査補修装置１０Ｆでは、検査手段として、送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８を備える構成を説明したが、図７に示される変形例（材料検査補修装置１０Ｇ）のように、送信レーザ１１、受信レーザ１２、レーザ照射ヘッド１３，１４、ビーム分岐用光学素子１５、受信干渉計１６、信号収録装置１７および画像化装置１８の代わりに、超音波探傷装置４１および超音波探触子４２を備える構成であっても良い。
【００７６】
さらに、上述した第６の材料検査補修装置１０Ｆでは、第１の材料検査補修装置１０Ａに対して、補修用レーザ２１、レーザ照射ヘッド２２および出力制御装置２５の代わりに、超音波振動制御装置５１および超音波振動子５２を備える構成を説明したが、第１の材料検査補修装置１０Ａに加え、超音波振動制御装置５１および超音波振動子５２をさらに備える構成とし、必要に応じて切り替えて使用できるようにしても良い。
【００７７】
以上、本発明の実施形態に係る材料検査補修装置および材料検査補修方法によれば、複合材料３等の被検査対象に欠陥（空隙）４が検出された場合、補修用レーザ２１から複合材料３等の被補修対象を構成する熱可塑性樹脂１に吸収される波長のレーザ光を照射して当該熱可塑性樹脂１を流動化させて欠陥４を消失させることができる。
【００７８】
また、従来の補修方法では必要となる炭素繊維２や欠陥４に充填する樹脂等の補修材料や、当該補修作業に要する作業時間を削減することができる。すなわち、従来の補修方法に比べて時間面およびコスト面でより効率的に補修することができる。
【００７９】
なお、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。例えば、上述した実施形態において図１〜図７に示した被検査対象および被補修対象は、熱可塑性樹脂１と炭素繊維２とを積層した複合材料３であるが、熱可塑性樹脂１と炭素繊維２以外の材料との複合材料でも良いし、熱可塑性樹脂１の積層体でも良い。
【００８０】
これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８１】
１  熱可塑性樹脂
２  炭素繊維
３  複合材料（被検査対象）
４  欠陥
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ  材料検査補修装置
１１  送信レーザ
１２  受信レーザ
１３  レーザ照射ヘッド
１４  レーザ照射ヘッド
１５  ビーム分岐用光学素子
１６  受信干渉計
１７  信号収録装置
１８  画像化装置
２１  補修用レーザ
２２  レーザ照射ヘッド
２５  出力制御装置
３１  検査・補修用レーザ
３２  レーザ照射ヘッド
３４  加圧部
３５  加圧部駆動手段
３７  ヒートシンク
４１  超音波探傷装置
４２  超音波探触子
５１  超音波振動制御装置
５２  超音波振動子
【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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