(57)【要約】【課題】現在の検出によって検出できない、構造化された材料における方向性欠陥及び他の欠陥の非破壊検出及び画像化方法を提供すること。【解決手段】入射角（α）の大きさを含めて、物体（３）の位置、電離放射線のビームの線源（２）、及び検出器（８）の幾何学的配置を知ると同時に、検査物体（３）を照射する電離放射線の入射ビームを傾ける。電離放射線の減衰されたビーム又は散乱されたビームを検出することに基づいて、内部構造を有する材料における方向性欠陥の画像が得られる。【選択図】図４
2018530748.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に方向性構造を有する材料における欠陥（１１）を検出するための方法であって、
該方法では、内部に方向性構造を有する材料から成る検査物体（３）の少なくとも一部分が、電離放射線の少なくとも１つのビームによって制御された方法で照射され、且つ、その時、前記検査物体（３）から現れる電離放射線のビームが、少なくとも１つの検出器（８）によって検出され、且つ、その時、前記物体（３）に達する電離放射線の入射ビームと、前記物体（３）から現れる電離放射線の前記ビームとの間での、少なくとも１つの違いに基づいて、内部に方向性構造を有する前記材料の品質が、前記物体（３）の検査部分について分析される方法において、
前記検査物体（３）を照射する電離放射線の前記ビームは、電離放射線の前記入射ビーム（１）と試料表面法線との間に鋭角（α）を形成し、
電離放射線の前記ビームは、異なる長さを有する軌道上に、向きが付けられた、内部に方向性構造を有する材料の異方性欠陥のエリアにおいて、前記物体（３）を通過し、電離放射線の前記ビームは、不均等に減衰され且つ／又は散乱され、且つ前記物体（３）から現れる電離放射線の変更されたビームは、前記検出器（８）に達し、
前記検出器（８）は、前記材料の向きが付けられた、内部の方向性構造を通る異なる軌道によって、電離放射線の前記ビームの減衰及び／又は散乱の度合いに対応する、少なくとも１つの信号を発生させ、且つ、続いて、前記物体（３）の材料の内部の方向性構造における異方性欠陥の記録（１３）が創出される
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記物体（３）の同じ部分が、少なくとも２つの異なる方向から、電離放射線のビームによって照射され、且つ、その時、電離放射線の検出ビームの信号記録（１３）は、前記材料の内部の方向性構造の均質性及び異方性を分析するために組み合わされる
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記物体（３）の前記同じ部分は、電離放射線の２つの傾けられた入射ビームによって照射され、その一方で、該入射ビームの入射角（α，β）は、物体表面の法線に対して鏡面対称であり、且つ電離放射線の検出ビームの信号記録（１３）は、前記材料の内部の方向性構造の均質性及び異方性を分析するために組み合わされる
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記材料の内部の方向性構造の均質性及び異方性を分析するための信号記録（１３）は、減算、加算、及び乗算のグループから少なくとも１つの演算を使用している間に組み合わされる
請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
同じ欠陥（１１）に対する少なくとも２つの信号記録（１３）は、異方性欠陥を識別するために減算され、且つ前記同じ欠陥（１１）に対する少なくとも２つの信号記録（１３）は、不均一性欠陥を識別するために加算される
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
加算又は減算の後、前記信号記録（１３）は重ねて配置され、且つ記録を重ね合わせることによって示される位置の変化は、検出された欠陥の深さを計算するために使用される
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
電離放射線の前記ビームは、単色Ｘ線又は多色Ｘ線から構成される
請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
前記信号は、少なくとも１つの変換器によって、二次元色画像記録（１３）に変換される
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
電離放射線の前記ビームは、コリメータ、フィルタ、及びレンズのグループからの少なくとも１つのデバイスによって変更される
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
内部に方向性構造を有する材料における欠陥（１１）を検出するための装置（９）であって、
該装置（９）は、内部に方向性構造を有する材料から成る物体（３）の少なくとも一部分を照射するための、電離放射線のビームの少なくとも１つの線源（２）と、前記物体（３）のホルダ（１４）と、電離放射線のビームの少なくとも１つの検出器（８）とから構成される装置（９）において、
電離放射線のビームの前記線源（２）及び少なくとも１つの検出器（８）は、調節可能なセットを形成し、該セットにおいては、前記線源（２）及び少なくとも１つの検出器（８）が、互いに対して反対側の接続軸（ｏ）の上に位置し、前記軸（ｏ）は、前記物体（３）の前記ホルダ（１４）を通過し、且つ電離放射線の入射ビームの法線に関して鋭角（α）を形成し、その一方で、少なくとも１つのセット及びの前記物体（３）の前記ホルダ（１４）は、相互移動を可能とするように取り付けられる
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
前記線源（２）は、固定された高さ又は調節可能な高さの電離放射線の平らなビームを発生させるように適合され、少なくとも１つのセットには、電離放射線の二次ビームの少なくとも１つのシールドされた検出器（４）が備えられ、該シールドされた検出器（４）は、前記セットの前記接続軸の外側に位置し、且つ透明エリア（６）を有する遮蔽板（５）が、電離放射線の二次ビームの前記シールドされた検出器（４）と前記セットの前記軸との間に位置する
請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記検出器（４，８）は、少なくとも１つの混成半導体画素検出器セグメントから成る
請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に方向性構造を有する材料、特に内部に方向性構造を有する材料から成る大きな物体において、欠陥の非破壊検出を実施する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内部に方向性構造を有する材料における欠陥の非破壊検出は、一般的な検出技術によっては、困難である又は不可能でさえある。方向性構造を有する材料の例は、接合剤の中に埋め込まれた、方向性配列をした繊維を含む複合体である。製品が定常的に使用される場合、製品の完全な破壊につながるかもしれない局所的クラックを回避するには、完成品における材料体積全体について非破壊品質の制御を実施することが必要である。検査は、材料成分、構造的完全性、及び多孔性の品質だけでなく、材料構造における繊維のうねり及び方向性配列の度合いをも含む。
【０００３】
内部に方向性構造を有する材料の非破壊試験の一般的な方法は、超音波に基づいている。試験材料を貫通する超音波は、材料密度及び構造に依存して、局所的に吸収されるか又は反射され、このようにして、調査物体の内部構造についての情報を得ることが可能である。
【０００４】
別の方法は、物体をＸ線に曝し、且つ検査試料／物体を通過する放射線における変化を記録する。この方法は、例えば、特許文献１で説明されている。
【０００５】
上述の方法は、一般に、調査物体の構造／密度における急峻な変化（即ち、材料欠損、不純物、クラックなど）を検出することが可能である。しかしながら、まさに材料の方向性構造における変化を、それらの方法で捉えることは可能ではなく、このことは、繊維が接合剤の中に均等に分布している限り、結果として生じる画像は均質的である、という理由による。従って、接合剤中の繊維の方向性分布についての情報、例えば、機械的応力に晒される場合、検査物体の耐用年数及び品質に影響を及ぼすうねりの度合いについての情報を得ることは不可能である。いくらかの単純化をすることによって、次のことが結論されるであろう。即ち、既知の方法によって得られる画定された厚さの一片の材料における、均等に配列された繊維を有する検査される物体の画像は、例えば、材料断面の最初の４分の３に集中した繊維を有する、同一厚さの物体の画像とぴったり同じように見えるであろう、ということである。
【０００６】
材料内部の方向性構造を検出する非破壊試験の方法は、ＣＴ（コンピュータ断層撮影）である。ＣＴによって、調査物体の完全な三次元モデルを得ることが可能になる。しかしながら、ＣＴでは、複数の角度からの、検査物体の広範囲なセットの画像（投影画）を収集することが要求される。それが意味するのは、ＣＴのために十分なデータセットを収集することは、一般には、非常に時間がかかり、且つ投影画を収集するのに使用される画像装置よりも有意に大きな物体に対しては、可能でさえないかもしれない、ということである。この故に、その方法は、風車羽根のような、非常に大きな物体に対しては役に立たない。その上、接合剤中の繊維の配列を検出するには、ＣＴの十分な空間分解能が要求され、このことは、他方で、調査できる物体のサイズが減少することにつながる。このことによって、大きな物体に対して、ＣＴは実際的でなくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第５３４１４３６Ａ号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、内部に方向性構造を有する材料における欠陥を検出するための方法を創出することであり、該方法は、繊維の相互的配列を検出することが可能であろう。内部に方向性構造を有する材料において、即ち、それらのうねりを検出することが可能であろう。該方法は、大きな物体に対して使用できるように、十分速く、且つ効率的でなければならない。該方法は、反復可能でなければならない。そのような方法を使用する非破壊検査を実施するための装置を開発することは、容易でなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
概説された目的は、放射線画像システムに基づく方法を創出することによって、解決された。
【００１０】
内部に方向性構造を有する材料から成る検査物体の少なくとも一部分は、該方法の中で、電離放射線の少なくとも１つのビームによって、制御された方法で照射される。検査物体から生じる電離放射線のビームは、少なくとも１つの検出器によって検出される。続いて、物体の検査部分における、内部に方向性構造を有する材料の品質が、物体を照射した電離放射線の入射ビームと、物体を透過した電離放射線の出射ビームとの間での、少なくとも１つの検出上の違いに基づいて、分析される。
【００１１】
発明の原理は、鋭角の入射角の下で検査物体に達する電離放射線のビームに基づいている。続いて、物体内部の異方性欠陥のエリアを通過する電離放射線のビームは、不均等に減衰する、及び／又は散乱する。その時、電離放射線の、変化を受けた出射ビームは検出器に達するが、該検出器は、方向性内部構造を有する材料を通る異なる軌道の結果として、電離放射線のビームの減衰及び／又は散乱の度合いに対応する、少なくとも１つの信号を発生させる。信号は、物体材料の内部の方向性構造における異方性欠陥の記録を創出するために、使用される。
【００１２】
電離放射線の相互作用の強さは、放射線のビームを傾けることによって、材料構造内部の繊維の異方性に対して敏感になる。調査物体の表面に対して垂直に突き当たるビームによって、材料の中でうねる繊維の束を、見分けることは難しい。しかしながら、もし物体が鋭角下で照射される場合、電離放射線の減衰／散乱における変化は、繊維方向における変化によって増加する。従って、繊維方向における小さな変動を検出する方法の感度は増加し、これによって、繊維方向における小さな変化でさえも検出されることが可能になる。
【００１３】
この発明下での検出のための方法の、１つの好ましい実施形態において、物体の同じ部分は、少なくとも２つの異なる方向からの電離放射線の入射ビームによって、照射される。電離放射線の検出ビームの記録信号は、検査される構造材料の異方性を強調するために、組み合わされる。該方法はまた、材料内部の繊維の配列に直接関連付けられない欠陥に対しても敏感である。
【００１４】
この発明下での検出方法の、特に好ましい実施形態において、物体の同じ部分は、電離放射線の、２つの傾けられた入射ビームによって照射される。入射のビーム角度は、入射点における法線に対して、鏡面対称である。電離放射線の検出ビームの記録信号は、検査材料の内部の方向性構造の均質性及び異方性を分析するために、組み合わされる。均質な試料又は異方的な試料に対して、この方法で得られた両方の信号記録は同一である。不均質性又は異方性を有する材料の場合には、画像は異なる。材料中の欠陥は、２つの記録の減算又は加算を行うことによって、可視化することが可能である。異方性は、減算によって強調することが可能であり、且つ不均質性は、加算によって強調することが可能である。分析目的のための、信号記録の他の便利な組み合せは、それらの乗算を含む。
【００１５】
この発明下での方法の、別の好ましい実施形態において、記録は、互いに対してオフセットさせなければならず、その結果として、記録は加算されるか、又は減算されるが、その一方で、要求されるオフセットのレベルは、信号化された欠陥の深さについての情報を示す。
【００１６】
この発明下での方法の、別の好ましい実施形態において、電離放射線は、単色Ｘ線又は多色Ｘ線から構成される。単色放射線は、構造分析に対して有利である。
【００１７】
この発明下での方法の、別の好ましい実施形態において、信号は、少なくとも１つの変換器を通過し、且つその信号は、二次元の色記録に変換される。内部構造の結果として生じる画像において、よりうまく向きを付けることに対して、色は便利である。
【００１８】
この発明下での方法の、別の好ましい実施形態において、電離放射線は、コリメータ、フィルタ、及びレンズのグループからの少なくとも１つのデバイスによって変更される。電離放射線は、線源から全ての方向に広がり、且つ、それ故に、放射線を導くと共に、より容易な検出及びその後の分析のために、該放射線を適合させることが好ましい。
【００１９】
発明はまた、内部に方向性構造を有する材料における欠陥を検出するための方法を実施する装置を含む。
【００２０】
内部に方向性構造を有する材料における欠陥を検出するための装置は、内部に方向性構造を有する材料から成る物体の少なくとも１つの部分を照射するための、電離放射線のビームの少なくとも１つの線源と、物体のホルダと、電離放射線のビームの少なくとも１つの検出器と、を含む。
【００２１】
発明の原理は、次の事実を含む。その事実とは、電離放射線のビームの線源、及び少なくとも１つの検出器は、調節可能なセットを形成し、該調節可能なセットにおいては、線源及び少なくとも１つの検出器は、互いに対して反対側の接続軸の上に配列される、というものである。それらの接続軸は、鋭角の下に物体ホルダを通過する。装置は、物体及び線源／検出器セットの相互的移動を可能にする。装置は、大きな物体における欠陥を、該大きな物体の長さ全体に沿って検出することが可能であり、その場合、検査される長い物体の各部分に対して、複雑な再設定を行う必要はない。装置は、材料中の繊維の異方性欠陥を検出することが可能であり、且つ、入射ビームが接続軸上の検出器に垂直であるという事実のおかげで、多孔性、クラックなどを検出することも可能である。
【００２２】
この発明下での装置の好ましい実施形態において、線源は、調節可能な高さで、電離放射線の平らなビームを発生させるように適合される。少なくとも１つのセットには、ビームの軸から離れて配置される電離放射線の第２のビームの、少なくとも１つのシールドされた検出器が備えられる。透明なエリアを有する、放射線に対して不透明な遮蔽板が、電離放射線のビームのシールドされた検出器と検査物体との間に位置する。試料は、鋭角の入射角の下で、１つ以上のビームによって照射され、且つ散乱された放射線が検出される。検出される散乱放射線の強度は、試料内部の構造の向きに依存する。欠陥の深さは、ビームの幾何学的配列、検出システム、及び検出器上での拡散光子の入射点から、直接決定することが可能である。システムは、透過する一次放射線の検出器によって、補完される。従って、該方法は、透過方法による異方性の検出、及び二次放射線の検出を組み合わせる。
【００２３】
この発明下での装置の、別の好ましい実施形態において、検出器は、少なくとも１つの混成半導体画素検出器セグメントを含む。
【００２４】
接合剤の中の組織化された繊維から成る、構造化された材料における欠陥を検出するための方法は、該方法を実施するための装置を含めて、現在最も知られた方法によっても検出できない欠陥を、都合よく検出することが可能である。検査物体が、任意の形状又はサイズのものであり得るとしても、構造的な欠陥の検出は、速く且つ効率的である。他の欠陥によるゆがみが無い状態で、材料内部の繊維の配列を示すことが可能であり、且つ、同時に、そのような他の欠陥を検出することも可能である。異なるタイプの欠陥は、結果として生じる画像において、異なる色で目立たせることが可能である。
【００２５】
説明された発明は、以下の図面において、より詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】垂直入射の放射線ビームによっては検出できない、うねり繊維を有する構造化された材料の部分を示す説明図
【図２】鋭角の入射角の下での、電離放射線のビームの変化を受けた軌道を示す説明図
【図３】異方性欠陥及び不均質性欠陥の検出を目的とした、信号処理のための手続きを示す説明図
【図４】欠陥検出のための装置構成の説明図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態の、以下で説明されると共に描かれる特定の事例は、例証のために提示されたものであり、且つ、本発明をそのような例に限定するものではない、ということを理解するべきである。当業者であれば、決まりきった実験を行うことを基に、本明細書で開示される発明の実施形態の１つ以上の等価例を、見つけるであろう、又は提供できるであろう。そのような等価例は、以下の請求項の範囲の中に、当然含まれるであろう。
【００２８】
図１は、組織化された内部構造を明示する検査物体３を示す。内部構造は、非うねり繊維１５及びうねり繊維１６から構成される。物体３はまた、材料欠損から構成される１つの欠陥１１を含む。試料は、入射角０°で、電離放射線の３つのビーム１に曝される。即ち、ビームは、図には示されていない法線上にある。ビーム１は、物体３を通過し、且つ電離放射線の検出器８によって検出される。
【００２９】
側部のビーム１は、それらの入射の向きによって、うねり繊維１６と非うねり繊維１５とを見分けられず、その一方で、中央のビーム１は、検出器８によって材料欠損の欠陥を検出できる。
【００３０】
図２は異なる状況を示し、該状況では、電離放射線のビーム１は、鋭角の入射角αの下で、方向性内部構造を有する材料から成る物体３に達する。ゼロの入射角αを有するビーム１（ビーム１は、うねり繊維１６を通過する場合、同じ透過軌道ｓ及びｓ’を有する）とは違って、角度αを有するビームは、うねり繊維１６を通過する場合、異なる軌道ｓ及びｓ’を有する。この違いは、ビーム１の減衰又は散乱という結果をもたらし、且つ物体３から生じるビーム１のパラメータにおけるこの違いは、検出可能である。入射角αは、入射点における法線１２及び電離放射線のビーム１によって形成される。
【００３１】
図３は、信号記録１３の処理の図を示す。記録１３は、画像として示される。２つの記録１３は、物体３の同じ領域に対して行われ、ここで２つの記録は、電離放射線のビーム１の入射角αが異なることにより、互いに異なる。図３は、二通りの曝露に対する入射角度α及びβが、法線１２に対して軸対称である場合を示す。
【００３２】
入射角αの下でビーム１に曝露される場合、ビーム１は、短い経路上にあるうねり繊維１６を通過し、このことは、信号記録１３の値が減少するという結果をもたらす。入射角βの下でビーム１に曝露される場合、ビーム１は、長い経路上にあるうねり繊維１６を通過し、このことは、信号記録１３がより高い値になるという結果をもたらす。不均質性欠陥１１は、両方の曝露方向に対する信号記録１３において、等しく見える。
【００３３】
記録１３を分析する上で、どの欠陥が位置すると想定されるかを決定することは重要である。もし異方性の欠陥１１を検出しようと努める場合、その時は、記録１３は、減算されなければならない。それらの違いは、うねり繊維１６についての情報を提供する。もし不均質性欠陥１１を検出しようと努める場合、その時は、信号記録は、加算されなければならない。
【００３４】
加算／減算を実施するために、記録１３は、重ねて配置しなければならない。記録１３のオフセットは、三角法計算に基づいて、物体３の材料における欠陥１１の深さを決定するために、使用することが可能である。深さについての情報は、信号記録１３のオフセットに対応する。
【００３５】
図４は、内部に方向性構造を有する材料における欠陥１１を検出するための装置９の図を示す。装置９は、装置９によって物体３を方向１０に移動させることを可能にする、物体３のホルダ１４で構成されるか、又は、ホルダ１４は、物体３を静止位置で保持し、且つ装置９の残りの部分が、物体３に沿って移動する。装置９は、電離放射線１のビームの線源２及び検出器８から成る２つのセットを含む。検出器８は、線源２との接続軸ｏ上に位置し、該接続軸ｏ上に放射線のビーム１が延びる。検出器８は、物体３の後ろに位置し、且つ、そのように、接続軸ｏは、物体３を通過する。接続軸ｏ及び法線１２は、入射角α及びβを形成し、入射角α及びβの大きさは、セットを位置決めすることによって、設定することが可能である。各セットは、シールドされた検出器４を含み、ここで検出器４は、電離放射線１の平らなビームからの、放射線７の二次ビーム及び散乱ビームを検出する。透明なエリア６を有する不透明な遮蔽板５は、シールドされた検出器４と物体３との間に位置する。物体３に対する検出器４及び８、透過エリア６を有する遮蔽板５、及び放射線２の線源の位置は、電離放射線の平らなビーム１の高さｈを含めて、数学的計算の目的のために既知である。
【００３６】
ビーム１の線源２は、放射線源内部のコリメータ及びレンズによって調整された単色Ｘ線又は多色Ｘ線を発射する。検出器４及び８は、例えば、混成半導体画素検出セグメントから成る。そのようなセグメントの広く知られる代表的なものは、例えば、ＴｉｍｅＰｉｘチップである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
この発明下での、構造化された材料における欠陥を検出するための方法、及び該方法を実施するための装置は、例えば、複合材料から航空機部品を作製する航空機産業に、又は、換気装置及び風車羽根の製造に、適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１  電離放射線のビーム
２  電離放射線のビームの線源
３  検査物体
４  電離放射線の二次ビームのシールドされた検出器
５  遮蔽板
６  透明なエリア
７  電離放射線の二次ビーム
８  電離放射線の検出器
９  内部構造を有する材料における欠陥を検出するための装置
１０  試料移動の方向
１１  内部構造を有する材料における欠陥
１２  入射点における法線
１３  検出器信号の記録
１４  物体ホルダ
１５  非うねり繊維
１６  うねり繊維
ｏ  接続軸
ｈ  電離放射線のビームの高さ
ｓ  通過軌道  
α  第１の入射角
β  第２の入射角
【図１】
2018530748.tif 000003
【図２】
2018530748.tif 000004
【図３】
2018530748.tif 000005
【図４】
2018530748.tif 000006
【国際調査報告】
2018530748.tif 000007
2018530748.tif 000008
2018530748.tif 000009
2018530748.tif 000010