特許 6516400 レーザー超音波検査システムを使用して複合構造を検査するためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6516400

(24)【登録日】2019年4月26日

(45)【発行日】2019年5月22日

(54)【発明の名称】レーザー超音波検査システムを使用して複合構造を検査するためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 29/34 20060101AFI20190513BHJP

   G01B 17/02 20060101ALI20190513BHJP

【ＦＩ】

   G01N29/34

   G01B17/02 Z

【請求項の数】14

【外国語出願】

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2013-223621(P2013-223621)

(22)【出願日】2013年10月28日

(65)【公開番号】特開2014-115274(P2014-115274A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2016年10月25日

(31)【優先権主張番号】13/663,855

(32)【優先日】2012年10月30日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(73)【特許権者】

【識別番号】514104933

【氏名又は名称】ユニヴァーシティ オブ ワシントン

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】ボッシ， リチャード エイチ．

(72)【発明者】

【氏名】ジョージソン， ゲイリー アーネスト

(72)【発明者】

【氏名】コルガード， ジェフリー レイナー

(72)【発明者】

【氏名】スチュワート， アラン フランク

(72)【発明者】

【氏名】モッツァー， ウィリアム ピー．

(72)【発明者】

【氏名】ゴードン， クラレンス ラヴェリー， ザ サード

(72)【発明者】

【氏名】オドンネル， マシュー

(72)【発明者】

【氏名】シア， チンチュン

(72)【発明者】

【氏名】ペリワーノフ， イヴァン

(72)【発明者】

【氏名】ウェイ， チェン−ウェイ

【審査官】 田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１１−５２１２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５１９５４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−３１８０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０７１８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２６１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２８２９１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５４４０３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 木下雅夫、他，レーザ超音波による溶接状態の可視化手法の検討，日本機械学会論文集，２０１２年 ８月２５日，第７８巻第７９２号，Ｐ．１０５−１１７

【文献】 Chen Ciang Chia , et al，Laser ultrasonic anomalous wave propagation imaging method with adjacent wave subraction: Application to actual damages in composite wing，Optics & Laser Technology，２０１１年 ９月 ９日，Vol. 44，P. 428-440

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／５２

Ｇ０１Ｂ １７／０２

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザー超音波検査システムであって、
約１ミリメートル未満であるスポットサイズ及び約１０，０００ヘルツから約５００，０００ヘルツであるパルス繰り返し率を少なくとも含む任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するように構成された生成レーザーシステム、及び
生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造であって、前記複合材料は、前記パルスレーザービームの少なくとも一部を吸収する強化材料を含む、複合構造に方向付けるように構成された伝送システムであって、前記パルスレーザービームが前記複合構造と接触すると、複合構造に、選択された公差外の不整合性をもたらすことなく、任意の数の超音波が複合構造に形成される、伝送システムを備える、レーザー超音波検査システム。

【請求項2】

前記任意の数のプロパティが、さらに約１マイクロジュールから約１０，０００マイクロジュールであるパルス毎のエネルギー、または約０．１ミリジュール／平方センチメートルから約１０００ミリジュール／平方センチメートルであるパルス毎の光学フルエンスうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項3】

前記伝送システムは、光ファイバー伝送システムである、請求項１に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項4】

前記光ファイバー伝送システムは、
パルスレーザービームを運ぶように構成された任意の数の光ファイバーを備える、請求項３に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項5】

複合構造上でパルスレーザービームの移動を制御するように構成された移動システムをさらに備える、請求項１に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項6】

前記移動システムはロボットアームである、請求項５に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項7】

パルス検出レーザービームを複合構造に向かって生成するように構成された検出レーザーシステムであって、パルス検出レーザービームと任意の数の超音波との間の接触がパルス検出レーザービームの経路の変更をもたらす、検出レーザーシステム、及び
前記変更を検出するように構成された、任意の数の検出器を備える検出システムをさらに備える、請求項１に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項8】

前記生成レーザーシステム、前記検出レーザーシステム、及び前記伝送システムは、レーザー超音波検査システムのレーザーシステムの部分である、請求項７に記載のレーザー超音波検査システム。

【請求項9】

複合構造を検査するための方法であって、
約１ミリメートル未満であるスポットサイズ及び約１０，０００ヘルツから約５００，０００ヘルツであるパルス繰り返し率を少なくとも含む任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成すること、及び
生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造であって、前記複合材料は、前記パルスレーザービームの少なくとも一部を吸収する強化材料を含む、複合構造に方向付けることであって、前記パルスレーザービームが前記複合構造と接触すると、複合構造に、選択された公差外の不整合性をもたらすことなく、任意の数の超音波が複合構造に形成される、方向付けることを含む、方法。

【請求項10】

前記任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、
任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティは、さらにパルス毎のエネルギーを含む、生成することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、
任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティは、パルス毎のエネルギー及びパルス毎の光学フルエンスのうちの少なくとも一つを含み、パルス毎のエネルギーの選択された範囲は、約１マイクロジュールから約１０，０００マイクロジュールであり、パルス毎の光学フルエンスの選択された範囲は、約０．１ミリジュール／平方センチメートルから約１０００ミリジュール／平方センチメートルである、生成することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

前記複合構造は任意の数の複合材料を含み、当該任意の数の複合材料のうちの一つの複合材料の強化材料は吸収材料である、請求項９に記載の方法。

【請求項13】

前記生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを複合構造に方向付けるステップは、
前記生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを光ファイバー伝送システムの任意の数の光ファイバーを介して複合構造に方向付けることを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項14】

前記複合材料は、さらに樹脂状のマトリックス材料を含み、
前記強化材料は繊維状であり、前記マトリックス材料に囲まれ、且つ前記マトリックス材料より高弾性率を有する、請求項１に記載のレーザー超音波検査システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して超音波検査に関し、具体的には、複合構造の超音波検査に関する。より具体的には、本発明は、レーザー超音波検査システムを使用して複合構造を検査するためのシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ここで使用されるように、複合構造とは、少なくとも一つの複合材料からなる任意の構造である。複合材料は、マトリックス材料及び強化材料を含む。複合構造は、種々の検査システムを使用して調査される。レーザー超音波検査（ＵＴ）システムは、好ましくない不整合性について複合構造を検査するために使用される検査システムの一種の例である。レーザー超音波検査により、複合構造は、複合構造に物理的に接触する検査システムがなくても検査が可能になる。

【0003】

通常は、レーザー超音波検査システムは、複合構造で超音波を生成するためにパルスレーザービームを使用する。パルスレーザービームは、ある選択されたパルス繰返し率で放射されるレーザーエネルギーのパルスにより形成されるビームである。レーザー超音波検査システムは、これらの超音波を検出すること、及び複合構造についてデータを生成するために検出された超音波を使用することができる。このデータは、たとえば、限定しないが、複合構造の厚さ、複合構造の材料組成、任意の好ましくない不整合性が複合構造上に及び／又はその中に存在するかどうかの表示、並びに／若しくは他の種類の情報など、複合構造についての情報を特定するために使用される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

いくつかの現在入手可能なレーザー超音波検査システムでは、ガスレーザー源が、約５ミリメートル（ｍｍ）のスポットサイズを有するパルスレーザービームを生成するために使用される。スポットサイズは、レーザービームにより照射される複合構造の表面上での大きさである。場合によっては、約５ミリメートルのスポットサイズは、より細かいレベルのディテールを複合構造に対して特徴付けるほど小さくはない。

【0005】

さらに、いくつかの現在入手可能なレーザー超音波検査システムでは、走査速度、すなわちパルスレーザービームが複合構造の表面上を移動する速度は、レーザー超音波検査システムのパルス繰返し率により決定される。現在入手可能なレーザー超音波検査システムの中には、選択された公差内で走査速度を提供できるほど高いパルス繰返し率を有するパルスレーザービームを生成することができないものもある。

【0006】

また、ガスレーザー源を使用する現在入手可能なレーザー超音波検査システムのサイズ、重量、及び／又はコストは、所望のものを上回るかもしれない。さらに、これらの種類のレーザー超音波検査システムのサイズ及び／又は重量では、検査が遮蔽又は別の種類の保護を有するエリア又は空間で実行される必要がある。したがって、少なくとも上記の問題点の幾つかと、起こりうる他の問題点を考慮する方法及び装置を有することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0007】

一つの実施形態では、レーザー超音波検査システムは、生成レーザーシステム及び伝送システムを備える。生成レーザーシステムは、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービームを生成するように構成される。伝送システムは、生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付けるように構成される。選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される。

【0008】

別の実施形態では、複合構造を検査する方法が提供される。任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームが生成される。任意の数のプロパティの各々は、選択された範囲内にある。生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームは、任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付けられる。選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される。

【0009】

特徴及び機能は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。

【0010】

本発明の一態様では、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービームを生成するように構成された生成レーザーシステム、及び生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付けるように構成された伝送システムを備え、選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される、レーザー超音波検査システムが提供される。

【0011】

有利には、任意の数のプロパティは、パルス繰返し率、スポットサイズ、パルス毎のエネルギー、パルス毎の光学フルエンス、及び主要な吸収材料のうちの少なくとも一つを含む。好ましくは、パルス繰返し率の選択された範囲は、約１０，０００ヘルツから約５００，０００ヘルツである。好ましくは、スポットサイズの選択された範囲は、約１ミリメートル未満である。好ましくは、パルス毎のエネルギーの選択された範囲は、約１マイクロジュールから約１０，０００マイクロジュールである。好ましくは、パルス毎の光学フルエンスの選択された範囲は、約０．１ミリジュール／平方センチメートルから約１０００ミリジュール／平方センチメートルである。好ましくは、主要な吸収材料は、任意の数の複合材料のうちの一つの複合材料の強化材料である。

【0012】

有利には、伝送システムは、光ファイバー伝送システムである。好ましくは、光ファイバー伝送システムは、パルスレーザービームを運ぶように構成された任意の数の光ファイバーを備える。

【0013】

有利には、レーザー超音波検査システムは、複合構造上でパルスレーザービームの移動を制御するように構成された移動システムをさらに備える。好適には、移動システムはロボットアームである。

【0014】

有利には、レーザー超音波検査システムは、複合構造にパルスレーザービームを生成するように構成された検出レーザーシステムであって、パルス検出レーザービームと任意の数の超音波との間の接触により、パルス検出レーザービームの経路が変更される、検出レーザーシステム、及び変更を検出するように構成された検出システムであって、検出システムが任意の数の検出器を備える、検出システムをさらに備える。好ましくは、生成レーザーシステム、検出レーザーシステム、及び伝送システムは、レーザー超音波検査システムのレーザーシステムの部分である。

【0015】

本発明のさらなる態様では、複合構造を検査する方法であって、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービームを生成すること、及び生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付けることを含み、選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される方法が提供される。

【0016】

有利には、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティは、パスル繰返し率、スポットサイズ、パルス毎のエネルギー、及び吸収材料のうちの少なくとも一つを含む、生成することを含む。

【0017】

有利には、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティはパルス繰返し率を含み、かつパルス繰返し率の選択された範囲は、約１０，０００ヘルツから約５００，０００ヘルツである、生成することを含む。

【0018】

有利には、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティはスポットサイズを含み、スポットサイズの選択された範囲は約１ミリメートル未満である、生成することを含む。

【0019】

有利には、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティは、パルス毎のエネルギー及びパルス毎の光学フルエンスの少なくとも一つを含み、パルス毎のエネルギーの選択された範囲は約１マイクロジュールから約１０，０００マイクロジュールであり、パルス毎の光学フルエンスの選択された範囲は、約０．１ミリジュール／平方センチメートルから約１０００ミリジュール／平方センチメートルである、生成することを含む。

【0020】

有利には、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成するステップは、任意の数のプロパティを有するパルスレーザービームを生成することであって、任意の数のプロパティは吸収材料を含み、吸収材料は任意の数の複合材料のうちの一つの複合材料の強化材料である、生成することを含む。

【0021】

有利には、生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを複合構造に方向付けるステップは、生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを光ファイバー伝送システムの任意の数の光ファイバーを介して複合構造に方向付けることを含む。

【0022】

例示的な実施形態の特徴と考えられる新規の機能は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、実施形態、好適な使用モード、さらにはその目的及び特徴は、添付図面とともに本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるだろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態によるブロック図形式の検査環境の図である。

【図2】実施形態による検査環境の図である。

【図3】実施形態による二つのパルスレーザービームの図である。

【図4】実施形態によるフローチャート形式の複合構想を検査する工程の図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

種々の実施形態は、種々の検討事項を認識し考慮する。たとえば、選択された公差外の複合構造内及び／又はその上に好ましくない不整合性をもたらすことなく、複合構造の検査が可能なレーザー超音波検査システムを有することが望ましいことを実施形態は認識し考慮する。

【0025】

さらに、約１０，０００ヘルツ（Ｈｚ）を上回るパルス繰返し率と約１ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズを有するパルスレーザービームを生成すると、複合構造を検査する際に走査速度が加速することを、実施形態は認識し考慮する。また、レーザーエネルギーが複合材料の強化材料に吸収されると、超音波が複合材料のマトリックス材料に吸収されるよりも効率的に生成されることを、実施形態は認識し考慮する。

【0026】

ゆえに、実施形態は、パルスレーザービームを使用して複合構造を検査するシステム及び方法を提供する。一つの実施形態では、レーザー超音波検査システムは、生成レーザーシステム及び伝送システムを備える。生成レーザーシステムは、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービームを生成するように構成される。伝送システムは、生成レーザーシステムにより生成されたパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付けるように構成される。選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される。

【0027】

ここで図１を参照すると、ブロック図形式の検査環境の図が、実施形態に従って示される。図１では、検査環境１００は、レーザー超音波検査システム１０２が複合構造１０４を検査するために使用される環境の例である。

【0028】

複合構造１０４は、任意の数の複合材料１０６からなる。本明細書で使用されるように、「任意の数の」アイテムは、一又は複数の材料を意味する。このように、任意の数の複合材料１０６は、一又は複数の複合材料を含む。これらの複合材料の各々は、マトリックス材料及び強化材料からなる。

【0029】

一つの実施例として、マトリックス材料は樹脂の形態をとり、強化材料は繊維の形態をとる。もちろん、他の実施例では、他の種類のマトリックス材料及び／又は強化材料は、任意の数の複合材料１０６の一つを形成することができる。さらに、いくつかの実施例では、複合構造１０４は、任意の数の複合材料１０６に加えて、一又は複数の材料を含むことができる。

【0030】

これらの実施例では、レーザー超音波検査システム１０２は、非破壊検査（ＮＤＴ）システムと見なされる。図示されるように、レーザー超音波検査システム１０２は、レーザーシステム１１０、移動システム１１１、及び検出システム１１２を含む。レーザーシステム１１０は、生成レーザーシステム１１４、検出レーザーシステム１１６、及び伝送システム１１８を含む。

【0031】

生成レーザーシステム１１４は、レーザービーム１２０を生成するように構成される。一つの実施例において、レーザービーム１２０は、パルスレーザービーム１２１の形態をとる。パルスレーザービーム１２１は、レーザーエネルギーのパルスにより形成される。要するに、パルスレーザービーム１２１は、ビームの形態で放射される光のパルスにより形成される。

【0032】

生成レーザーシステム１１４により放射されるパルスレーザービーム１２１は、伝送システム１１８に送られる。伝送システム１１８は、伝送システム１１８の出力１２２を介してパルスレーザービーム１２１を伝送するように構成される。

【0033】

これらの実施例では、伝送システム１１８は、光ファイバー伝送システム１２４の形態をとる。光ファイバー伝送システム１２４は、任意の数の光ファイバー１２６を含む。パルスレーザービーム１２１は、生成レーザーシステム１１４から任意の数の光ファイバー１２６の少なくとも一部を介して伝送システム１１８の出力１２２に運ばれる。

【0034】

図示されたように、移動システム１１１は、伝送システム１１８と関連付けられる。一つのコンポーネントが別のコンポーネントと「関連付けられる」ときには、関連付けは、示される例において物理的な関連付けである。

【0035】

例えば、移動システム１１１などの第１のコンポーネントは、第２のコンポーネントに固定されることにより、第２のコンポーネントに接着されることにより、第２のコンポーネントに取り付けられることにより、第２のコンポーネントに溶接されることにより、第２のコンポーネントに留められることにより、及び／またはその他何らかの適する方法で第２のコンポーネントに結合されることにより、伝送システム１１８などの第二のコンポーネントに関連付けられると考えられる。また、第一のコンポーネントは、第三のコンポーネントを使用して、第二のコンポーネントに結合されてもよい。さらに、第１コンポーネントは、第２コンポーネントの一部及び／又は延長として形成されることにより、第２コンポーネントに関連付けられるとみなされることがある。

【0036】

移動システム１１１は、伝送システム１１８を操作するよう構成され、伝送システム１１８の出力１２２から放射されるパルスレーザービーム１２１が、複合構造１０４に沿って所望の経路に従って方向付けられる。場合によっては、伝送システム１１８の出力１２２は、移動システム１１１の出力とされてもよい。

【0037】

一つの実施例では、移動システム１１１は、ロボットアーム１２７の形態をとる。任意の数の光ファイバー１２６は、ロボットアーム１２７を介して動作する。ロボットアーム１２７は、パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４に沿って移動できるように、移動する。要するに、ロボットアーム１２７により、パルスレーザービーム１２１は、所望の経路に沿って複合構造１０４を走査することができる。

【0038】

生成レーザーシステム１１４は、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービーム１２１を生成するように構成される。任意の数のプロパティ１２８の各プロパティの選択範囲が選択され、選択された公差外の複合構造１０４に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４に遭遇すると、任意の数の超音波１３８が複合構造１０４で形成されるように、パルスレーザービーム１２１が生成される。

【0039】

任意の数のプロパティ１２８は、たとえば、限定されないが、パルス繰返し率１３０、スポットサイズ１３２、パルス毎のエネルギー１３４、吸収材料１３６、及び／又は他のプロパティを含む。これらのプロパティの各々は、選択された範囲内の値を有する。

【0040】

パルス繰返し率１３０は、パルスレーザービーム１２１を形成するためにレーザーエネルギーのパルスが放射される割合である。パルス繰返し率１３０は、たとえば、限定されないが、周波数の観点から説明することができる。これらの実施例では、生成レーザーシステム１１４が、パルスレーザービーム１２１を生成するように構成され、パルスレーザービーム１２１は、約１０，０００ヘルツ（Ｈｚ）から約５００，０００ヘルツ（Ｈｚ）のパルス繰り返し率を有する。この範囲内のパルス繰返し率は高いと考えられる。

【0041】

さらに、パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４に沿って移動する速度が選択された公差内となる程、パルス繰返し率１３０が十分に高くなるように、パルス繰返し率１３０の選択範囲が選択される。具体的には、パルス繰返し率１３０の高い値は、パルス繰返し率１３０が複合構造１０４を走査する速度を同様に高くする。要するに、パルス繰返し率１３０が増加するにつれ、走査速度も加速する。

【0042】

スポットサイズ１３２は、パルスレーザービーム１２１により照射される複合構造１０４の表面積の大きさである。これらの実施例では、生成レーザーシステム１１４は、スポットサイズ１３２が約１ミリメートル（ｍｍ）未満となるように、パルスレーザービーム１２１を生成するように構成される。１ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズは、これらの例では小さなスポットと見なされる。

【0043】

パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４を走査する際にパルスレーザービーム１２１により形成される経路が、複合構造１０４のより小さな特性の特徴付けを可能にするほど十分に狭い幅を有するように、パルスレーザービーム１２１のスポットサイズ１３２の選択範囲が選択される。

【0044】

さらに、パルス毎のエネルギー１３４は、パルスレーザービーム１２１を形成するレーザーエネルギーの各パルス内に含まれるエネルギー量とされる。選択された公差外の複合構造１０４に任意の数の不整合性をもたらすことなく、パルス毎のエネルギー１３４が、任意の数の超音波１３８が複合構造１０４で形成されるように選択された範囲内となるように、パルスレーザービーム１２１が生成される。これらの実施例では、パルス毎のエネルギー１３４が約１マイクロジュール（μＪ）から約１０，０００マイクロジュール（μＪ）の範囲内となるように、生成レーザーシステム１１４が、パルスレーザービーム１２１を生成するように構成される。

【0045】

これらの実施例では、スポットサイズ１３２とパルス毎のエネルギー１３４との組み合わせが、所望の範囲内の光学フルエンスを作成するために使用される。ここで使用されるように、「フルエンス」は、単位面積を介して伝送されるエネルギーである。パルス毎の光学フルエンスが約０．１ミリジュール／平方センチメートル(ｍＪ／(ｃｍ^２))から約１０００ミリジュール／平方センチメートル(ｍＪ／(ｃｍ^２))までの範囲となるように、パルスレーザービーム１２１が生成される。パルスレーザービーム１２１が選択された公差外の複合構造１０４の上及び／又はその中に任意の不整合性をもたらさないように、パルス毎の光学フルエンスに選択されたこの範囲内の値が選択される。

【0046】

吸収材料１３６は、パルスレーザービーム１２１のエネルギーの少なくとも一部が吸収される任意の数の複合材料１０６の構成材料である。また、吸収材料１３６は、主要な吸収材料とも言われる。これらの実施例では、パルスレーザービーム１２１のエネルギーの少なくとも一部が、任意の数の複合材料１０６のマトリックス材料の代わりに任意の数の複合材料１０６の強化材料に吸収されるように、パルスレーザービーム１２１が生成される。

【0047】

任意の数の複合材料１０６の強化材料は、任意の数の複合材料１０６のマトリックス材料より高弾性率を有する。さらに、強化材料は、マトリックス材料により囲まれ、ゆえに、マトリックス材料により抑制される。結果として、パルスレーザービーム１２１のエネルギーを強化材料に吸収させることにより、空間位置確認の向上及び任意の数の超音波１３８へのエネルギー変換が可能になる。さらに、この種の変換により、任意の数の超音波１３８においてより高い周波数成分がもたらされる。次いで、周波数成分が高くなればなるほど、周波数成分が低い超音波を使用する場合に比べ、複合構造１０４についての細かいレベルのディテールの情報を、任意の数の超音波１３８を使用して特徴づけることが可能になる。

【0048】

図示されたように、検出レーザーシステム１１６は、パルス検出レーザービーム１４２を生成するように構成される。パルス検出レーザービーム１４２は、伝送システム１１８を介して伝送され、かつ伝送システム１１８の出力１２２から放射される。複合構造１０４で生成される任意の数の超音波１３８が検出されるように、パルス検出レーザービーム１４２は、選択された位置で複合構造１０４に方向付けられる。

【0049】

たとえば、パルス検出レーザービーム１４２が任意の数の超音波１３８の少なくとも一つの超音波と遭遇すると、パルス検出レーザービーム１４２の経路は変更される。この変更は、検出システム１１２により検出される。検出システム１１２は、たとえば、限定されないが、任意の数の検出器１４４を含む。一つの実施例では、任意の数の検出器１４４は、任意の数の光検出器とする。

【0050】

任意の数の検出器１４４は、レーザーエネルギーを検出するように構成される。検出システム１１２は、このレーザーエネルギーの検出に応じてデータ１４６を生成する。データ１４６は、複合構造１０４についての情報を特定するために使用される。この情報は、たとえば、限定されないが、複合構造１０４の厚さ、複合構造１０４の材料構造、任意の好ましくない不整合性が複合構造１０４の上及び／又は中に存在するかどうかの表示、並びに／若しくは他の種類の情報を含むことができる。

【0051】

これらの実施例では、検出システム１１２により生成されたデータ１４６は、複数のデータポイントからなる。データ１４６に含まれる任意の数のデータポイントを増やすと、現在入手可能な信号処理技術を使用して、より高い信号対雑音比が実現される。データ１４６の任意の数のデータポイントは、パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４を走査する速度を加速することにより、増加する。

【0052】

パルスレーザービーム１２１が複合構造１０４を操作する速度は、スポットサイズを縮小しパルスレーザービーム１２１のパルス繰返し率を増加させることにより、加速する。その結果、パルスレーザービーム１２１が小さなスポットサイズ及び高い繰返し率を有するときに生成されるデータ１４６は、パルスレーザービーム１２１が大きなスポットサイズ及び低い繰返し率を有するときに比べ、高い信号対雑音比を有する。

【0053】

図１の検査環境１００の図は、実施形態が実行される方法に対して物理的な又は構造的な限定を表すことを意図していない。図示したコンポーネントに加えて又は代えて、他のコンポーネントを使用することができる。幾つかのコンポーネントは任意選択になることもある。また、ブロックは、幾つかの機能的なコンポーネントを示すために提示されている。実施形態において実施される場合、一又は複数のこれらのブロックは結合、分割、又は異なるブロックに結合及び分割される。

【0054】

たとえば、場合によっては、レーザーシステム１１０は、移動システム１１１と関連付けられる。いくつかの実施例では、伝送システム１１８は、移動システム１１１の部分と見なされる。他の実施例では、パルス検出レーザービーム１４２は、伝送システム１１８以外の伝送システムから放射されるように構成されてもよい。

【0055】

ここで図２を参照すると、検査環境の図が実施形態に従って示される。図２では、検査環境２００は、図１の検査環境１００を実施する一つの例である。図示されたように、レーザー超音波検査システム２０１は、複合構造２０２を検査するように構成される。

【0056】

レーザー超音波検査システム２０１は、図１のレーザー超音波検査システム１０２を実施する一例である。さらに、複合構造２０２は、図１の複合構造１０４を実施する一例である。

【0057】

この実施例では、レーザー超音波検査システム２０１は、生成レーザーシステム２０４、伝送システム２０６、及び移動システム２０８を含む。生成レーザーシステム２０４は、図１の生成レーザーシステム１１４を実施する一例である。さらに、伝送システム２０６及び移動システム２０８は、伝送システム１１８及び移動システム１１１をそれぞれ実施する例である。

【0058】

図示されたように、生成レーザーシステム２０４は、プラットフォーム２０９に取り付けられる。生成レーザーシステム２０４は、伝送システム２０６を介して運ばれるパルスレーザービームを生成するように構成される。伝送システム２０６は、この実施例では、光ファイバー伝送システム２１０の形態をとる。具体的には、光ファイバー伝送システム２１０は、パルスレーザービームを運ぶように構成された任意の数の光ファイバー２１２を含む。

【0059】

移動システム２０８は、本実施例では、ロボットアーム２１４の形態をとる。ロボットアーム２１４は、伝送システム２０６から放射されるパルスレーザービームが異なる方向に方向付けられるよう移動するように構成される。

【0060】

たとえば、生成レーザーシステム２０４は、伝送システム２０６を介して伝送され、パルスレーザービーム２１６として伝送システム２０６から放射されるパルスレーザービームを生成する。パルスレーザービーム２１６は、図１のパルスレーザービーム１２１を実施する一例である。ロボットアーム２１４は、パルスレーザービーム２１６が向けられる方向を制御するように構成される。このように、ロボットアーム２１４は、パルスレーザービーム２１６が複合構造２０２を走査するために使用されるよう移動するように構成される。

【0061】

この実施例では、パルスレーザービーム２１６を伝送及び放射するために光ファイバー伝送システム２１０を使用すれば、レーザー超音波検査システム２０１が、種々の環境で使用できる。たとえば、検査環境２００は、部屋、アセンブリライン周囲のエリア、工場内のエリア、屋外エリア、カウンタートップ上面のエリア、又は別の種類の環境とすることができる。パルスレーザービーム２１６は、検査環境２００が大規模な遮蔽を有する必要のない方法で、生成及び放射される。

【0062】

ここで図３を参照すると、二つのパルスレーザービームの図が、実施形態に従って示される。この実施例では、パルスレーザービーム３００は、図１のパルスレーザービーム１２１を実施する一例である。

【0063】

パルスレーザービーム３００は、スポット３０２を形成する。スポット３０２は、本実施例では、約１ミリメートル（ｍｍ）未満のスポットサイズを有する。パルスレーザービーム３００は、ビーム経路３０６を形成するために、矢印３０４の方向に移動する。

【0064】

パルスレーザービーム３１０は、たとえば、ガスレーザー源を使用するレーザーシステムなどの現在入手可能な生成レーザーシステムを使用して形成される。パルスレーザービーム３１０は、スポット３１２を形成する。スポット３１２は、本実施例では、約５ミリメートル（ｍｍ）のスポットサイズを有する。パルスレーザービーム３１０は、ビーム経路３１６を形成するために、矢印３１４の方向に移動する。

【0065】

図示されたように、ビーム経路３０６は、ビーム経路３１６よりも狭い。ビーム経路３０６を使用して生成されるデータにより、ビーム経路３１６を使用して生成されるデータよりも細かいレベルのディテールが特徴付けられる。この実施例では、ビーム経路３０６は、励起体積が小さいので超音波データのより細かいレベルのディテールを提供し、信号処理を利用できることより、その限界値まで空間分解能を向上させることができる。

【0066】

ここで図４を参照すると、フローチャート形式の複合構造を検査する工程が、実施形態に従って示される。図４に示された工程は、図１のレーザー超音波検査システム１０２を使用して実施される。

【0067】

工程は、任意の数のプロパティを有し、任意の数のプロパティの各々が選択された範囲内にあるパルスレーザービームを生成することにより開始する（工程４００）。これらのプロパティは、たとえば、限定されないが、パルス繰返し率、スポットサイズ、パルス毎のエネルギー、及び吸収材料のうちの少なくとも一つを含むことができる。

【0068】

その後、工程は、生成レーザーシステムにより生成されるパルスレーザービームを任意の数の複合材料からなる複合構造に方向付ける（工程４０２）。選択された公差外の複合構造に任意の好ましくない不整合性をもたらすことなく、パルスレーザービームが複合構造に接触すると、任意の数の超音波が複合構造で形成される。

【0069】

ゆえに、パルスレーザービームが複合構造を走査するように、工程はパルスレーザービームを移動させ（工程４０４）、その後工程は終了する。パルスレーザービームが複合構造を走査する際に複合構造で形成される超音波が、複合構造を特徴付けるために使用される。

【0070】

示された異なる実施形態でのフローチャート及びブロック図は、実施形態で実施できる装置及び方法の構造、機能、及び動作を示す。これに関し、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、１つの工程又はステップの１つのモジュール、セグメント、機能及び／又は部分を表わすことができる。

【0071】

実施形態の幾つかの代替的な実施においては、ブロックに記載された一又は複数の機能は、図中に記載の順序を逸脱して現れることがある。例えば、場合によっては、連続して示さる二つのブロックがほぼ同時に実行されてもよく、又はときには、含まれる機能次第で、ブロックが逆の順番に実施されてもよい。また、フローチャートやブロック図のブロックに他のブロックが付加されてもよい。

【0072】

種々の例示的な実施形態の説明は、例示及び説明を目的とするものであり、完全な説明であること、又はこれらの実施形態を開示された形態に限定することを意図していない。当業者には、多くの修正例及び変形例が自明である。さらに、種々の実施形態は、他の実施形態と比較して別の利点を提供することができる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示内容と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。

【符号の説明】

【0073】

２００ 検査環境
２０１ レーザー超音波検査システム
２０２ 複合構造
２０４ 生成レーザーシステム
２０６ 伝送システム
２０８ 移動システム
２１０ 光ファイバー伝送システム
２１２ 光ファイバー
２１４ ロボットアーム
２１６ パルスレーザービーム
３００ パルスレーザービーム
３０２ スポット
３０４ 矢印
３０６ ビーム経路
３１０ パルスレーザービーム
３１２ スポット
３１４ 矢印
３１６ ビーム経路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】