(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工品を走査して加工品内の不連続部を検出するのに用いるセンサ配列体（50）を同時に正規化、較正するにあたり、
加工品内の不連続部を表す電気信号を発生する多数のセンサ（60）を有するセンサ配列体を用意し、
１個以上の線形被切削部（12）であって前記センサ配列体（50）の走査幅を完全にカバーし且つ前記センサにより無限に深いとみなされる深さを有する線形被切削部（12）、および、２個以上のノッチ状被切削部（14）であって前記センサ配列体（50）に対して垂直に配向され且つ走査方向に対し１つの前記センサ（60）が同時に１つのノッチ状被切削部（14）にしかかからないように配置されたノッチ状被切削部（14）を有する試験検体（10）を用意し、
前記センサ配列体を用いて前記試験検体を走査し、前記線形被切削部（12）および前記２個以上のノッチ状被切削部（14）を表す多数の電気信号からなる電気信号トレースを生成し、
線形被切削部（12）を検出した結果として前記センサが出す電気信号を用いて、前記センサ配列体（50）の各センサ（60）のＤＣバイアスを除去して前記センサ配列体を正規化し、前記ノッチ状被切削部（14）を検出した結果として前記センサが出す電気信号を用いて各センサ（60）の利得設定を確立し各センサから均一な電気信号を得るようにして前記センサ配列体を較正する
工程を含む、センサ配列体を同時に正規化、較正する方法。
【請求項２】
さらに、前記センサ配列体を前記試験検体に対して位置決めする工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記センサ配列体が互いにずれた２列のセンサを備え、前記センサ配列体を前記試験検体に対して位置決めする工程は、前記センサ配列体の第１列からの第１センサを、走査中にこの第１センサが前記ノッチ状被切削部（14）上を通過するように、位置決めし、前記センサ配列体の第２列からの第２センサを、走査中にこの第２センサが前記ノッチ状被切削部（14）上を通過するように、位置決めする工程を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記センサ配列体が渦電流センサを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記試験検体が前記加工品と実質的に同一の材料からなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記線形被切削部（12）が前記センサ配列体の走査方向に対して傾斜している、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記線形被切削部（12）が前記センサ配列体の走査方向に対して垂直である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ配列体を正規化することが、前記線形被切削部（12）を検出した結果として各センサが出す最大および最小電気信号から、前記センサ配列体の各センサについてのダイナミックレンジを求めることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記センサ配列体を較正することが、前記２個以上のノッチ状被切削部（14）を検出した結果として各センサが出す最大電気信号から、ノッチ状被切削部（14）の最大応答を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記センサ配列体を較正することが、前記２個以上のノッチ状被切削部（14）を検出したセンサに隣接するセンサが出す電気信号を用いる推定値から、ノッチ状被切削部（14）の最大応答を決定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
加工品を走査して加工品内の不連続部を検出するのに用いるセンサ配列体（50）を同時に正規化、較正するシステムにおいて、
加工品内の不連続部を表す電気信号を発生する多数のセンサ（60）を有するセンサ配列体と、
１個以上の線形被切削部（12）であって前記センサ配列体（50）の走査幅を完全にカバーし且つ前記センサにより無限に深いとみなされる深さを有する線形被切削部（12）、および、２個以上のノッチ状被切削部（14）であって前記センサ配列体（50）に対して垂直に配向され且つ走査方向に対し１つの前記センサ（60）が同時に１つのノッチ状被切削部（14）にしかかからないように配置されたノッチ状被切削部（14）を有する試験検体（10）とを備え、
前記システムは、前記センサ配列体を用いて前記試験検体を走査し、前記線形被切削部（12）および前記２個以上のノッチ状被切削部（14）を表す多数の電気信号からなる電気信号トレースを生成し、線形被切削部（12）を検出した結果として前記センサが出す電気信号を用いて、前記センサ配列体（50）の各センサ（60）のＤＣバイアスを除去して前記センサ配列体を正規化し、前記ノッチ状被切削部（14）を検出した結果として前記センサが出す電気信号を用いて各センサ（60）の利得設定を確立し各センサから均一な電気信号を得るようにして前記センサ配列体を較正することを特徴とする、センサ配列体を同時に正規化、較正するシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願】
本出願は、１９９８年６月２３日に出願された先の米国仮出願番号６０／090,293号に関して、米国法35ＵＳＣ119のもとに優先権を主張するものである。
【０００２】
【技術分野】
この発明はセンサ配列体に関し、特にセンサ配列体を正規化、較正する方法に関する。
【０００３】
【背景技術】
センサの配列体（アレー）を用いて、金属要素や部品中の欠陥を検出したり、欠陥の寸法を測定することができる。この場合、配列体内の各センサは、金属要素または部品中の欠陥を示す電気信号を発生する。一つのセンサに対して金属要素または部品が大きすぎる場合には、多数のセンサを一緒に配列体として用いて、金属部品のある区域をスキャンすればよい。しかし、欠陥の検出および／または測定を正確に行うためには、配列体内のセンサすべてが同じ欠陥に対して同様に反応する（すなわち、同じ電気信号を発生する）ことが重要である。そうなるためには、配列体内のセンサがすべて同じダイナミックレンジを有し、同じ欠陥に対して同じ信号振幅で応答する必要がある。
【０００４】
複数のセンサから均一な反応を得るために、これらのセンサを正規化し、較正する。たとえば、航空機エンジン構成部品を検査するのに用いられるフレキシブル渦電流センサアレーは、従来、２つの別個の検体、すなわち、すべてのセンサ素子からの信号を正規化するための検体と、素子信号レベルを較正するための検体とを用いて、正規化と較正を行っている。正規化のためには、すべての素子を線形特徴を横切って走査する。各素子について、その信号レベルから補正率およびオフセットを計算し、後で部品の検査時に用いるように保存する。較正のためには、センサ素子の一つを用いて、試験検体上の単一ノッチを二次元的に走査する。センサ配列体を各試験検体に対して適切に位置決めするのに、かなり長い時間が必要とされるので、このプロセスにかかる時間は長くなる。この場合、センサを試験検体と最低でも２回位置決めする必要がある。また、二次元走査を高い空間解像度で行う。さらに、検査しようとする部品の幾何形状と合致しない（したがって、部品試験条件が較正条件と合致しない）試験検体を用いてデータを得ているので、結果の正確さに限度がある。したがって、得られたデータは、複雑な表面を有する部品を走査するのに用いたセンサ配列体の走査条件を十分に表わしていない。
【０００５】
【発明の概要】
したがって、センサ配列体を正規化し、較正する、迅速、簡単かつ正確なシステムおよび方法が求められている。この発明は、単一の試験検体の１回以上の走査（スキャン）により、センサの配列体を正規化（normalize）し、較正（calibrate）する、システム、試験検体および方法を提供する。試験検体に対するセンサの位置決めは１回しか必要でない。試験検体は、欠陥を検出するために走査すべき金属要素または部品と同一または類似の材料から、部品と同様の幾何形状（たとえば、単純な平坦表面またはもっと複雑な表面）に形成するのが好ましい。試験検体は、検体の表面に切削加工された、少なくとも１個の線形特徴（linear feature）と複数のノッチとを有する。線形特徴およびノッチは両方共、配列体のセンサに電気信号を発生させ、これらの電気信号を用いてセンサ配列体を正規化し、較正する。本発明の方法では、走査中に、配列体内の各センサが試験検体上の線形特徴を検出したことにより各センサが発生する電気信号トレースを用いて、バイアスを除去し、また各センサのダイナミックレンジを正規化する。さらに本発明の方法では、走査中に、配列体内の特定のセンサが試験検体の複数のノッチの１個以上を検出したことによりこれらのセンサが発生する電気信号トレースを用いて、配列体の各センサの利得設定を確立し、各センサを較正する。
【０００６】
【好適な実施態様】
図１は、本発明の１実施例にしたがって、渦電流センサ６０の配列体５０を正規化し、較正する方法の工程を示すフローチャートである。各渦電流センサ６０は、１対の差動接続した素子５８，５９、すなわち二重コイルから構成される。ただし、この発明は絶対型の素子、すなわち単一コイルから構成されるセンサにも等しく適用できる。
【０００７】
まず最初、試験検体を選定する。試験検体は、これから正規化、較正する必要のあるセンサ配列体５０により走査（スキャン）される。試験検体は、欠陥を検出するために走査すべき金属要素または部品と同一または類似の材料から形成し、類似の幾何表面形状とするのが好ましい。場合によっては、製作を簡単にするために、試験検体を、多数の材料片を互いに接着して構成することもできる。図２は平坦な表面を有する試験検体１０の平面図である。図３は複雑な表面を有する試験検体１８の斜視図である。図４は、その試験検体１８の内面を二次元的に平らに伸ばした状態を示す、試験検体１８の平面図である。
【０００８】
試験検体は、たとえば既知の放電加工法を用いて試験検体の表面に加工した、１個以上の線形特徴１２と多数のノッチ１４とを有する。たとえばある用途には、線形特徴は、約０．００３インチ（３ミル）の狭い幅を有し、センサ６０の差動素子により無限に深いと見なされる（すなわち、ノッチ１４がそれ以上深くても信号振幅が増加しない）のに十分な深さを有するが、これらの寸法値は用途に応じて変えればよい。すべての用途について、すべてのセンサ６０が線形特徴を検出した結果として信号を発生するように、線形特徴の長さまたは複数の線形特徴の組合せが、センサ配列体５０の走査区域をカバーすることが必要である。たとえばある用途には、ノッチ１４が深さ約１５ミル、長さ約３０ミル、幅約３ミル（すなわち０．０１５″ｘ０．０３０″ｘ０．００３″）であるが、これらの寸法値は用途に応じて変えればよい。すべての用途について、複数ノッチ１４を走査方向に、１つの素子が同時に１つのノッチにしかかからないように、配置する必要がある。ノッチ同士は水平方向において素子の幅の約３／４だけ離す必要があるが、これ以外の分離距離としてもよい。図２に示す試験検体１０は、１個の線形特徴１２と複数個のノッチ１４とを有する。図４に示す試験検体１８は、多数の線形特徴２０，２１，２２と複数個のノッチ１４とを有する。
【０００９】
渦電流センサ配列体５０は、図２および図４に示すように、センサ６０の列５６が二列互いにずれた構成であるが、工程３０で、渦電流センサ配列体５０をあらかじめ選択された試験検体に対して位置決めする。図２において、センサ配列体５０は試験検体に対して、（イ）線形特徴がセンサ配列体５０の走査区域をカバーし、（ロ）センサ配列体５０の第一列からの一つのセンサ５４だけとセンサ配列体５０の第二列からの一つのセンサ５２だけがノッチ１４上を通るように、位置決めする。なお、センサ配列体５０の試験検体に対する位置決めは１回しか必要ない。
【００１０】
つぎに、工程３１で、初期システム位相角および利得設定を選択し、そして、試験検体の走査をおこなう。試験検体の走査は方向５６に行う。位相角および利得設定は、センサ配列体５０を用いて試験検体を走査するときに、センサ６０が出す電気信号が飽和されないように、選択する。たとえば、センサ配列体５０を用いた以前の経験から得られたデータを用いて、位相角および利得設定を選択することができる。あるいはまた、位相角は、１チャンネルのみの電気信号振幅を最適にするように選択してもよい。このように選択した位相角および利得設定から１組のトレース（記録）が得られ、試験検体の走査を１回行ったときに配列体５０内の各センサ６０から１トレースが得られる。たとえば、図２に、センサ５２からのトレース５１およびセンサ５４からのトレース５３を示す。図２に、センサ５２についての走査通路６２およびセンサ５４についての走査通路６４も示す。
【００１１】
つぎに、工程３２で、配列体５０内の各センサについてのダイナミックレンジを、線形特徴を検出した結果として配列体５０内の各センサ６０が出す電気信号の最大および最小振幅から求める。ダイナミックレンジは、センサの表面適合性およびセンサ素子製造正確度の反映である。工程３２で、配列体５０内の各センサ６０が出す電気信号のオフセットから、各センサ６０についてのＤＣバイアスも求める。図２において、試験検体１０の線形特徴１２は、センサ５０の配列体の検査幅より広い区域にまたがり、センサ配列体５０の走査方向５６に対して傾斜している。線形特徴１２は、配列体５０の各センサが出す電気信号を用いて、各センサ６０の差動要素を正規化することを可能にする。その結果、得られる電気信号は、図２のトレースにより示されるように、最大および最小振幅両方を有する。得られる信号の幅７０は、差動素子（コイル５８および５９）の幅および素子に対する線形特徴の角度に相関する。なお、線形特徴１２は、センサ配列体５０の走査方向に垂直ではない。もしも線形特徴１２をセンサ配列体５０の走査方向に垂直に位置させると、センサ５０の配列を正規化することが不可能になるおそれがある。その理由は、センサ６０が線形特徴１２を通過する際に、各センサ６０の差動素子５８，５９が出す電気信号が互いにキャンセルし合うであろうからである。センサ配列体が絶対素子を有するセンサから構成される場合には、線形特徴をセンサ配列体の走査方向に垂直に位置させてもよい。
【００１２】
図４に示す試験検体１８は、第１線形特徴２０、第２線形特徴２１および第３線形特徴２２を有し、複雑な表面を有する金属要素または部品についてダイナミックレンジおよびＤＣバイアスのより正確な測定を可能にするものである。この場合、単一の線形特徴を複雑な表面幾何形状の部品に加工するのは困難である。その結果、複数の線形特徴の多数の重複セグメントを加工して、単一線形特徴と同じ機能を得る。多数の線形特徴は、センサ配列体５０の検査幅を完全にカバーする。図３において、第１線形特徴２０は、第１線形特徴２０の端部２３が第２線形特徴２１の端部２５と重なり、第２線形特徴２１の他端２６は第３線形特徴２２の端部２７と重なるように、配置されている。この重なり（オーバーラップ）は、センサ素子５８，５９と走査される試験検体１８の表面部分との空間差を補償する。つぎに、工程３３で、各信号トレースからＤＣバイアスを取り除き、トレース信号のすべてを同じダイナミックレンジに正規化する。
【００１３】
つぎに、工程３４で、ノッチ１４を検出した結果としてセンサ６０が出す最大信号をノッチ信号から計算する。この計算は、最大信号を選ぶか、ともにノッチ１４上を通過するずれた２列における隣接するオーバーラップ素子であるセンサ６０からセンサ５２，５４への信号の組合せを用いて最大応答に近似させることにより、行う。図２および図４において、試験検体１０，１８の多数のノッチ１４は、センサ５０の配列体に対して垂直に配向され、ノッチの端部が重ならないように互いにオフセットされている。ノッチ１４の数およびノッチ１４間の水平方向オフセット距離は、代表的なセンサ６０の幾何形状および空間応答機能に基づいて定め、これにより、得られたデータから確実にピーク応答を計算できるようにする。センサ６０の幅に沿ってのセンサ６０の応答が均一であればあるほど、ノッチの必要数は少なくてよい。図２および図４に示すように、センサ５０の配列体は、渦電流センサ６０の互いにずれた２列からなる。特に図２に示すように、ノッチ１４は試験検体１０上に、ノッチ１４が第１センサ列からの一つのセンサのみおよび第２センサ列からの一つのセンサのみの走査通路に入るように、配置されている。たとえば、センサ５２についてのトレース５１とセンサ５４についてのトレース５３を図２に示す。センサ５２についての走査通路６２およびセンサ５４についての走査通路６４も図２に示す。同様に、図４でも、ノッチ１４は試験検体１８上に、ノッチ１４が第１センサ列からの一つのセンサのみおよび第２センサ列からの一つのセンサのみの走査通路に入るように、配置されている。その結果として、センサ５２，５４からの電気信号を用いて、システム利得を確立する。
【００１４】
つぎに、工程３５で、ノッチ１４を検出した結果としてセンサ５２，５４が発生する電気信号を用いて、最大信号推定値を改良し、つぎに必要なシステム利得を最大信号推定値から確立する。もしも、正規化に用いたセンサ６０についての利得が、ノッチ１４についてのセンサ６０から良好な信号を得るのに十分な高いものでなければ、２回目の走査をより高いシステム利得（この場合、線形特徴からの信号が飽和信号となる）で行い、ノッチ１４を検出した結果としてセンサ５２，５４が発生する信号のより良好な評価値を得るのがよい。１回の走査を用いた低いノッチ信号振幅では、ノッチ応答を解析するのにエンハンスメント型信号処理が必要となるが、２回の走査を行う場合には、これは不要となる。こうして正規化兼較正プロセスを完了する。このセンサ配列体５０は、信頼性のある欠陥検出その他の測定を目的として、正規化兼較正プロセスにより求めたとおりの適切な設定で、種々の部品の検査に用いることができる。
【００１５】
線形特徴およびノッチの片方または両方について、最適な位相角を求めるために、追加の走査を行うことができる。あるいはまた、所定のシステム／センサ組合せについて位相角が先験的に知られていることもあり、これを直接用いてもよい。正規化および較正工程の順序は、試験検体が単純な平坦表面であれば、互換可能である。しかし、表面が複雑であると、センサ配列体５０は試験検体の表面に沿って同一に順応しないので、最適な結果を得るには正規化工程を最初に行うのが好ましい。
【００１６】
以上、渦電流センサ配列について説明したが、同様の正規化・較正方法を他のセンサ配列（たとえば熱電対、超音波またはデジタルＸ線センサアレー）にも適用できる。また、データの解析および／または組合せアルゴリズムとして別のものを開発することも、本発明の範囲内で可能である。二重使用のために試験検体設計を変えることも本発明の範囲内である。
【００１７】
したがって、この発明によれば、ここに記載した目的および効果を完全に満足する、渦電流センサ配列体を正規化、較正するシステム、試験検体および方法が提供される。本発明をその好適な実施例について説明したが、当業者であれば、本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、種々の変更や改変を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例にしたがって、渦電流センサの配列体を正規化し、較正する方法の工程を示すフローチャートである。
【図２】この発明による平坦な表面を有する試験検体の平面図である。
【図３】この発明による複雑な表面を有する試験検体の平面図である。
【図４】試験検体の内面を二次元的に平らに広げた状態の、図３の試験検体の平面図である。
【符号の説明】
１０  試験検体
１２  線形特徴
１４  ノッチ
５０  配列体
５１，５３  トレース
５２，５４，６０  センサ
５６  走査方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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