特許 6979299 試験体の非破壊評価の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】6979299

(24)【登録日】2021年11月17日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】試験体の非破壊評価のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 7/02 20060101AFI20211125BHJP

   G01N 25/72 20060101ALI20211125BHJP

   G01N 29/24 20060101ALI20211125BHJP

   G01B 11/30 20060101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   G01M7/02 Z

   G01N25/72 K

   G01N29/24

   G01B11/30 A

【請求項の数】9

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-155168(P2017-155168)

(22)【出願日】2017年8月10日

(65)【公開番号】特開2018-81076(P2018-81076A)

(43)【公開日】2018年5月24日

【審査請求日】2020年8月7日

(31)【優先権主張番号】15/244,698

(32)【優先日】2016年8月23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

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100161274

【弁理士】

【氏名又は名称】土居 史明

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(74)【代理人】

【識別番号】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】ジョン アール．ハル

(72)【発明者】

【氏名】ゲイリー イー．ジョージソン

(72)【発明者】

【氏名】モルテザ サファイ

(72)【発明者】

【氏名】バリー エー．フェッツァー

(72)【発明者】

【氏名】スティーブン ケー．ブレイディ

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー ジー．トンプソン

【審査官】 瓦井 秀憲

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０２４１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０９６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９８２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４７９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１６３３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５２４２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１３６７５７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｍ ７／００

Ｇ０１Ｎ ２５／００−２５／７２

Ｇ０１Ｎ ２９／００−２９／２４

Ｇ０１Ｂ １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験体を非破壊評価するためのシステムであって、
プラットフォームと、
前記プラットフォームに搭載されているとともに、前記試験体に磁場を形成することで、前記試験体の表面に沿って伝播する音波振動を発生させるよう配置された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）と、
前記プラットフォームに搭載されているとともに、前記プラットフォーム及び前記試験体のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、前記試験体の前記表面における複数の検査領域の熱画像を記録して、前記試験体の前記表面における前記複数の検査領域内の欠陥を検出するよう配置された赤外線検出器と、
前記ＥＭＡＴ及び前記赤外線検出器に接続された制御部と、を含み、前記制御部は、前記ＥＭＡＴを駆動して前記試験体に前記振動を発生させ、また、前記制御部は、前記赤外線検出器を駆動し、この際に、前記制御部は、前記ＥＭＡＴによる前記振動の発生を、前記赤外線検出器による前記複数の検査領域の熱画像の記録と同期させ、これにより、前記赤外線検出器により撮像される前記複数の検査領域のうちの１つの領域に前記ＥＭＡＴからの前記振動の一つが到着した時に、前記赤外線検出器は各熱画像を記録し、前記制御部は、前記試験体の前記表面の前記熱画像を表す信号を前記赤外線検出器から受信し、また、前記制御部は、前記複数の検査領域の前記熱画像に現れた欠陥の位置を記録し、この際に、前記制御部は、前記プラットフォーム及び前記試験体のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、受信及び記録を行うように構成されており、
前記ＥＭＡＴの前記駆動を前記赤外線検出器の前記駆動と同期させるために、前記ＥＭＡＴが前記試験体に発生させた前記振動を検出するように、前記プラットフォームに搭載された任意反射体対応型速度干渉計（ＶＩＳＡＲ）をさらに含む、システム。

【請求項2】

前記プラットフォームは、前記プラットフォームを前記試験体に対して所定の方向に移動させるモータを含み、前記制御部は、前記モータを駆動して前記プラットフォームを前記試験体に対して移動させ、これにより、前記制御部は、前記プラットフォームが前記試験体に対して移動するのにともなって、前記試験体における前記複数の検査領域の連続画像から複数の画像を前記熱画像として記録する、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

前記プラットフォームに搭載されているとともに、前記制御部に接続されて、前記赤外線検出器により検出された前記欠陥を撮像するように駆動される可視カメラをさらに含む、請求項１〜２のいずれか１つに記載のシステム。

【請求項4】

前記制御部は、前記赤外線検出器により検出された前記欠陥の位置を当該制御部が特定及び記録するための地球航法衛星（ＧＰＳ）センサを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載のシステム。

【請求項5】

前記制御部に接続されており、前記赤外線検出器により検出された前記欠陥の画像を格納するためのデータ記憶部をさらに含む、請求項１〜４のいずれか１つに記載のシステム。

【請求項6】

前記制御部により駆動されて、前記複数の検査領域のうちの選択された１つの領域に染料を塗布するマーカーをさらに含む、請求項１〜５のいずれか１つに記載のシステム。

【請求項7】

試験体を非破壊評価するための方法であって、
プラットフォーム及び前記試験体のうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることと、この移動の間に、
前記プラットフォームに搭載された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を駆動して前記試験体に磁場を形成することで、前記試験体の表面に沿って伝播する音波振動を発生させることと、
前記プラットフォームに搭載された赤外線検出器を駆動して、前記試験体の前記表面
における複数の検査領域の熱画像を記録させることと、
前記ＥＭＡＴの駆動を前記赤外線検出器の駆動と同期させて、前記振動が各検査領域に到達するのにともなって、各検査領域において前記試験体の前記表面における欠陥を明るくさせながら、前記複数の検査領域の前記熱画像を記録することと、
前記熱画像のうち、前記複数の検査領域のうちの１つの領域に明るくなって現れる欠陥を示す少なくとも１つの熱画像を記録すること、を含み、
前記ＥＭＡＴの前記駆動を前記赤外線検出器の前記駆動と同期させることは、前記ＥＭＡＴが前記試験体に発生させた前記振動を、前記プラットフォームに搭載された任意反射体対応型速度干渉計（ＶＩＳＡＲ）により検出することを含む、方法。

【請求項8】

前記複数の検査領域のうちの１つの領域の少なくとも１つの熱画像の位置を特定することをさらに含み、前記特定は、前記少なくとも１つの熱画像に関連付けられた地球航法衛星（ＧＰＳ）座標を記録すること、前記少なくとも１つの熱画像の位置を可視光カメラで撮像すること、及び／又は、前記複数の検査領域のうち前記少なくとも１つの熱画像に対応する領域に着色マーカーでマーキングすること、のうちの１つ又は複数を行うことにより行う、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

レール、ホイール、軸部、航空機のストリンガ及び航空機の翼桁のうちから選択された試験体について非破壊評価を行うことをさらに含む、請求項７〜８のいずれか１つに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、非破壊評価システム及び方法に関し、より具体的には、試験体を非接触・非破壊評価するシステム及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

構造物や部品が、使用による摩耗や応力及び動作環境中の危険要因に晒された場合、その構造物や部品の無欠性（integrity）を保全する必要がある。したがって、そのような構造物や部品を定期的に検査して、表面の亀裂、腐食、剥離などの欠陥（flaws）により強度や信頼性が低下していないか確認することが望ましい。無欠性検査は、対象とする試験体を使用位置から取り外し、検査室の検査台に載置し、検査室の機器を用いて行う場合もある。しかしながら、試験体は非常に大型であったり、あるいは、大型の構造物に一体化されていて取り外しが現実的でない場合が多く、これを取り外して別の場所で検査を行うことは、不可能でないとしても、困難である。

【0003】

加えて、試験体には、非破壊評価（ＮＤＥ：nondestructive evaluation）の検査を実施することが望ましい。ＮＤＥ検査は、試験体を所定の用途に使用する妨げとなるような望ましくない恒久的な変化を試験体に生じさせない。

【0004】

非破壊評価システム及び方法は、部品や構造物を現場で非接触検査して、その部品や構造物の無欠性を判定するために開発された技術である。例えば、物体に超音波振動や音波振動を印加して、内部の欠陥を赤外線や熱により撮像する技術が開発された。試験体内に音波を生成するには、音波源から一定の周波数及び振幅を有するエネルギーパルスを所定の期間、送出する。

【0005】

音波源としては、広帯域の超音波エネルギーパルスを生成する電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ：electromagnetic acoustic transducer）を利用することができる。ＥＭＡＴ音波源により励起された試験体を、熱画像カメラ又は装置を用いて撮像する。一連の撮像画像では、試験体の亀裂や欠陥は、相対的に暗い背景上に明るい領域として現れる。画像は、モニタに表示することができる。また、記憶装置を設けて、連続画像を格納しておき、後から閲覧することもできる。

【0006】

赤外線又は熱を利用して物質内部の欠陥の画像を撮像する技術では、音波源（例えば、ＥＭＡＴ）と熱画像装置との間の距離を固定して、音波送信側と画像装置との間で試験体内での音波の伝播を適切に同期させる必要がある点が不利である。また、比較的大型の対象物上でも動作可能であり、また、大型の対象物を短時間で検査できる非破壊評価システムの提供が求められている。

【発明の概要】

【0007】

試験体を非破壊評価するための本開示のシステムは、前記試験体に対して移動する支持体、又は、前記試験体が移動するのに対して静止したままの支持体に搭載することができ、あるいは、前記支持体及び試験体の双方が移動する構成でもよく、いずれの場合も、前記試験体の表面の熱画像を正確かつ継続的に記録して、振動に応動して現れる欠陥を検出することができる。一実施形態では、試験体を非破壊評価するためのシステムは、プラットフォームと、前記プラットフォームに搭載されているとともに、前記試験体に磁場を形成することで、前記試験体の表面に沿って伝播する音波振動を発生させるよう配置された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）と、前記プラットフォームに搭載されているとともに、前記プラットフォーム及び前記試験体のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、前記試験体の前記表面における複数の検査領域の熱画像を記録して、前記試験体の前記表面における前記複数の検査領域内の欠陥を検出するよう配置された赤外線検出器と、制御部と、を含む。前記制御部は、前記ＥＭＡＴを駆動して前記試験体に前記振動を発生させるように、また、前記赤外線検出器を駆動するように接続されており、前記ＥＭＡＴによる前記振動の発生を、前記赤外線検出器による前記複数の検査領域の熱画像の記録と同期させ、これにより、前記赤外線検出器により撮像される前記複数の検査領域のうちの１つの領域に前記ＥＭＡＴからの前記振動の一つが到着した時に、前記赤外線検出器は各熱画像を記録し、前記試験体の前記表面の前記熱画像を表す信号を前記赤外線検出器から受信し、前記複数の検査領域の前記熱画像に現れた欠陥の位置を記録する。これらの動作は、いずれも、移動するのにともなって行われる。

【0008】

さらに別の実施形態では、レールの表面を非破壊評価するためのシステムは、前記レール上に配置されているとともに、前記レールに対して移動可能な形状のキャリッジと、前記キャリッジに搭載されているとともに、前記レールに磁場を形成することで、前記レールの表面に沿って伝播する音波振動を発生させるよう配置された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）と、前記キャリッジに搭載されているとともに、前記キャリッジが前記レールに対して移動するのにともなって、前記試験体の前記表面における複数の検査領域の熱画像を記録して、前記試験体の前記表面における前記複数の検査領域内の欠陥を検知するように配置された赤外線検出器と、制御部と、を含みうる。前記制御部は、前記ＥＭＡＴを駆動して前記レールに前記振動を発生させるように、また、前記赤外線検出器を駆動するように接続されており、前記ＥＭＡＴによる前記振動の発生を、前記赤外線検出器による前記複数の検査領域の熱画像の記録と同期させ、これにより、前記赤外線検出器により撮像される前記複数の検査領域のうちの１つの領域に前記ＥＭＡＴからの前記振動の一つが到着した時に、前記赤外線検出器は各熱画像を記録し、前記レールの前記表面の前記熱画像を表す信号を前記赤外線検出器から受信し、前記複数の検査領域の前記熱画像に現れた欠陥の位置を記録する。これらの動作は、いずれも、前記キャリッジが前記レールに対して移動するのにともなって、受信及び記録が行われる。

【0009】

さらに別の実施形態では、試験体を非破壊評価するための方法は、プラットフォーム及び前記試験体のうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることを含む。また、前記移動の間に、前記プラットフォームに搭載された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を駆動して前記試験体に磁場を形成することで、前記試験体の表面に沿って伝播する音波振動を発生させることと、前記プラットフォームに搭載された赤外線検出器を駆動して、前記試験体の前記表面における複数の検査領域の熱画像を記録させることと、前記ＥＭＡＴの駆動を前記赤外線検出器の駆動と同期させて、前記音波振動が各検査領域に到達するのにともなって、各検査領域において前記試験体の前記表面における欠陥を明るくさせながら、前記複数の検査領域の前記熱画像を記録することと、前記熱画像のうち、前記複数の検査領域のうちの１つの領域に明るくなって現れる欠陥を示す少なくとも１つの熱画像を記録すること、を含む。

【0010】

本開示における試験体の非破壊評価システム及び方法のその他の目的及び効果は、下記の説明、添付図面、及び、請求の範囲から明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示における試験体の非破壊評価システムの実施形態を示す概略側面図である。

【図2】試験体の非破壊評価方法の実施形態を示すフローチャートである。

【図3】本開示における試験体の非破壊評価システムの別の実施形態を示す模式図である。

【図4】欠陥が輝点として現れている典型的な熱画像の図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に示すように、全体を１０で示すシステムは、全体を１２で示す試験体の非破壊評価のためのシステムであり、プラットフォーム１４と、プラットフォームに搭載された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ：electromagnetic acoustic transducer）１６と、を含む。ＥＭＡＴは、試験体１２内に磁場を形成することで、試験体の表面を伝播する音波振動１８を発生させるように配置されている。また、システムは、同じくプラットフォーム１４上に搭載された赤外線検出器２０と、プラットフォーム上に、あるいは、プラットフォームから離れて配置された制御部２２と、を有する。制御部２２は、ＥＭＡＴ１６及び赤外線検出器２０を駆動するように接続されている。赤外線検出器は、１つ又は複数の赤外線カメラの形態をとることができる。制御部２２は、コントローラとも称する。ＥＭＡＴ１６により生成される振動１８は、試験体１２の表面２３に沿って伝播しうる。

【0013】

赤外線検出器２０は、プラットフォーム１４に配置されており、プラットフォーム及び試験体のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、図４に示す熱画像２００などの熱画像を記録する。これらの熱画像は、試験体１２の表面２３における複数の検査領域２４、２６、２８を示すものであり、垂直亀裂の形態である欠陥３０など、検査領域内にある欠陥を検出するのに用いられる。実施形態によっては、図１に示す検査領域２４、２６、２８よりも多くの検査領域があってもよいし、少ない検査領域しかなくてもよい。検査領域２４〜２８は、図１に示すように互いに連続して設けられた領域でもよいし、間隔を置いて設けられた領域でもよい。いずれの場合でも、検査領域２４〜２８は、予め設定又は決定されたパターンや経路、例えば、直線経路に沿って、試験体１２上に配置することができ、プラットフォーム１４がこのパターン又は経路を辿ることによって、赤外線検出器２０が検査領域２４〜２８を順に撮像することができる。制御部２２は、赤外線検出器２０により撮像された熱画像、及び、試験体１２の検査領域２４、２６、２８の位置に対応する位置情報を格納するためのストレージ３３を含む。

【0014】

一実施形態では、プラットフォーム１４は、プラットフォームを試験体１２に対して所定の方向に移動させるためのモータ３２を含む。制御部２２は、モータ３２に接続されており、このモータを駆動して、プラットフォームを試験体１２に対して移動させることができる。これにより、制御部２２は、プラットフォームが試験体に対して矢印Ａの方向に移動するのにともなって、試験体１２の表面２３における検査領域２４、２６、２８の連続画像から複数の熱画像を記録する。実施形態によって、プラットフォーム１４は、矢印Ａとは逆方向に移動してもよい。

【0015】

別の実施形態では、プラットフォーム１４は静止したままで、静止状態のプラットフォーム１４に対して試験体１２が、例えば、矢印Ｂの方向や、矢印Ｂとは逆の方向に移動する構成でもよい。さらに別の実施形態では、プラットフォーム１４及び試験体１２の両方が互いに対して、例えば、矢印Ａ及びＢの方向に移動する構成でもよい。プラットフォーム１４が試験体１２に対して静止したままの実施形態の場合、モータ３２は不要である。プラットフォーム１４が試験体１２に対して移動する実施形態の場合、モータ３２は、１つ又は１対の後側ホイール３４及び／又は１つ又は１対の前側ホイール３６を駆動する構成でもよい。図１に示す実施形態では、試験体１２は、１つ又は複数のレール３８、例えば、鉄道システム又はトロリーシステム用の１対のレールであり、プラットフォーム１４は、ホイール３４及び３６によってレール３８上に支持されるキャリジ（carriage）４０である。そのような実施形態では、モータ３２は制御部２２により駆動されて、キャリッジ４０の形態で設けられたプラットフォーム１４を、レール３８に沿って所定の速度で所定の距離だけ移動させる。例えば、レール３８が鉄道のレールである環境では、キャリッジ４０の最高速度は、時速２５マイルの場合もある。

【0016】

試験体１２に対するプラットフォーム４０の移動の態様に関わらず、制御部２２は、ＥＭＡＴ１６を駆動して試験体の表面２３に振動１８を発生させ、また、実施形態によっては１つ又は複数の赤外線カメラの形態をとる赤外線検出器２０を駆動して、ＥＭＡＴによる振動の生成を、赤外線検出器による複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像の記録と同期させる。これにより、赤外線検出器は、赤外線検出器により撮像される複数の検査領域のうちの１つにＥＭＡＴからの音波振動の一つが伝わった時に、各熱画像を記録することができる。また、制御部２２は、試験体１２の表面２３の熱画像を表す信号を赤外線検出器２０から受信し、複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像に現れた１つ又は複数の欠陥３０の位置を記録する。これらの動作は、いずれも、プラットフォーム１４及び試験体１２のうちの少なくともいずれか一方が他方に対して移動するのにともなって行われる。

【0017】

一実施形態では、システム１０は、任意反射体対応型速度干渉計（ＶＩＳＡＲ：velocity interferometer system for any reflector）４２を含み、これは、プラットフォーム１４に搭載されているとともに、コントローラ２２により駆動されるように接続されている。ＶＩＳＡＲ４２はプローブ４４を含む。このプローブは、ＥＭＡＴ１６が試験体１２に発生させた振動１８の一つを、複数の検査領域２４、２６、２８のうちの赤外線検出器２０と位置合致する少なくとも１つの領域から検出するように配向されている。コントローラ２２は、ＶＩＳＡＲ４２から、検査領域２４、２６、２８のうち直近に位置する領域（図示では、検査領域２８が、赤外線検出器２０及びＶＩＳＡＲ４２のプローブ４４の直近に位置している）における振動１８の存在を示唆する信号を受信し、これに応答して赤外線検出器を起動して、複数の検査領域２８のうちの赤外線検出器２０と位置合致する１つ領域の熱画像を記録するようプログラムされている。

【0018】

ＶＩＳＡＲ４２を使用する利点は、振動１８を発生させるＥＭＡＴ１６と赤外線検出器２０との間隔を精密に設定する必要がなく、その距離が既知である必要すらないことである。この代わりに、赤外線検出器２０の直近に位置する検査領域、例えば、図１の検査領域２８に振動１８の一つが検出されると、赤外線検出器は、制御部２２により同期され、ＶＩＳＡＲ４２によりトリガーされる。

【0019】

加えて、試験体１２における欠陥、例えば、表面亀裂３０などの位置を特定することが望ましい。この位置特定機能は、プラットフォーム１４に可視カメラ（visual camera）４６を設置し、制御部２２に接続することにより実現できる。制御部２２は、可視カメラを駆動して、赤外線検出器２０により検出された欠陥３０をデジタルで撮像させることができる。可視カメラ４６は、欠陥３０の位置情報を提供できることに加えて、赤外線検出器２０による誤検出（false positive）を特定することもできる。さらに別の実施形態では、図１の試験体１２は、航空機のストリンガ６４又は航空機の翼桁６６でもよい。試験体１２が航空機のストリンガ６４又は航空機の翼桁６６のいずれかである実施形態では、プラットフォーム１４は試験体１２に対して移動するが、試験体上に配置されて移動する構成である必要はない。

【0020】

別の実施形態では、地球航法衛星センサ（ＧＰＳ）４８などの位置特定用コンポーネントがプラットフォーム１４に搭載されていてもよい。ＧＰＳ４８により、制御部２２は、例えば欠陥３０など、赤外線検出器２０により検出された欠陥の位置を特定し、記録することが可能になる。別の実施形態では、システム１０は、制御部２２により駆動されるように接続された着色マーカー（dye marker）５０を含んでもよい。欠陥３０の位置が特定されると、着色マーカーは、試験体において、欠陥３０のある検査領域２８に可視染料を塗布することで、試験体１２にマーキングしてもよい。欠陥３０の位置に関する情報は、制御部２２又は遠隔システム（図示せず）からアクセス可能なデータストレージ３３に格納しておくことができる。

【0021】

一実施形態では、赤外線検出器２０は、第１及び第２赤外線カメラ５２、５４の形態をとることができる。第１及び第２赤外線カメラ５２、５４を制御部２２により順次且つ交互に起動して、第１赤外線カメラ５２が、複数の検査領域のうちの第１検査領域、例えば、検査領域２６の熱画像を先に記録して制御部に送信する間に、第２赤外線カメラ５４が、複数の検査領域のうち第２検査領域、例えば、検査領域２８の熱画像を記録するようにしてもよい。一実施形態では、制御部２２は、複数の検査領域のうちの第１検査領域２６に連続する領域が、複数の検査領域のうちの第２検査領域２８になるように、第１赤外線カメラ５２及び第２赤外線カメラ５４を駆動するようプログラムされていてもよい。２台のカメラ５２及び５４で検査領域を交互に撮像するこのプロセスを、連続する検査領域２４、２６、２８、つまり、互いに直接に隣り合い、また、接触する検査領域について繰り返して、試験体１２全体について実行することができる。

【0022】

一実施形態では、システム１０は、制御部２２にケーブル又は無線で接続されたディスプレイ５６を含む。ディスプレイ５６は、赤外線検出器２０により撮像された画像、例えば、図４の画像２００を表示することができる。検査領域２４、２６、２８に検出された欠陥３０を可視化するための検出器２０は、赤外線カメラ５２、５４及び／又は可視光カメラ４６の形態であってよい。オペレータは、ディスプレイ５６を目視しながら、制御部２２で着色マーカー５０を駆動して、試験体１２における欠陥３０の位置をマーキングしてもよい。マーキングされた位置は、熱画像２００では、相対的に暗い又は黒い背景２０４上に輝点２０２として現れる。

【0023】

図２に示すように、図１のシステム１０により実行される試験体の非破壊評価方法では、先ず、ブロック１００に示すように、プラットフォーム１４及び／又は試験体１２のうちの少なくとも一方を他方に対して移動させる。上述した相対移動の間に、制御部２２は、ブロック１０２に示すように、ＥＭＡＴ１６を駆動して、試験体１２の表面２３に沿って音波振動を生成して試験体に磁場を形成し、これにより振動１８を発生させる。

【0024】

制御部２２は、ブロック１０４に示すように、プラットフォーム１４に搭載された赤外線検出器２０を作動させて、図４の熱画像２００など、試験体１２の表面２３における複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像を記録する。一実施形態では、ブロック１０６に示すように、ＶＩＳＡＲ４２により検査領域２８における振動を検出し、コントローラ２２により、検査領域２８についての赤外線検出器２０の駆動をＥＭＡＴ１６の駆動と同期させる。ＥＭＡＴ１６は、試験体１２の表面２３又はそのすぐ下に渦電流を発生させる。渦電流は、ＥＭＡＴ１６によって試験体１２に形成される定常磁場と干渉し、これにより、試験体の不連続部から反射されうる様々な偏波面（various polarizations）の音波振動１８を発生させる。音波振動１８は、不良（例えば、欠陥３０）のある箇所に熱を発生させるので、赤外線検出器２０により撮像される熱画像２００では、該当箇所が、相対的に暗い又は黒い背景２０４上に輝点２０２として現れる。

【0025】

ブロック１０８に示すように、制御部２２は、例えば、図１に示される欠陥３０など、赤外線検出器２０により撮像された領域２８の熱画像２００に欠陥が現れていれば、その位置を記録する。このプロセスは、ブロック１１０に示すように、プラットフォーム１４が試験体１２に対して移動するのにともなって、順次にプラットフォームの直近に位置する各検査領域について引き続き実行する。ブロック１１２に示すように検査が完了すれば、ブロック１１４に示すように本プロセスを終了する。実施形態によっては、ブロック１０８に示すように、検査領域のうちの１つの領域２８の熱画像のうちの少なくとも１つの画像の位置を特定する上記ステップは、これら熱画像に関連づけられたＧＰＳ座標を格納するか、これら熱画像の位置を可視光カメラ４６で撮像するか、検査領域２８に着色マーカー５０で印をつけて熱画像の位置をマーキングするか、のうちの１つ又は複数を行うことで実現できる。実施形態によっては、赤外線検出器２０が取得した熱画像をストレージ３３に記録及び格納する上記ステップは、試験体１２を撮像した各熱画像について実行してもよい。あるいは、ブロック１０８に示すように、制御部２２は、欠陥３０を示す熱画像のみをストレージ３３に格納させてもよい。

【0026】

図２に示す方法によれば、図１に示す１つ又は１対のレール３８の形態の試験体１２を非破壊評価することができる。代わりに、試験体１２′は、図３に示すようなホイール５８及び／又は軸部（axle）６０の形態をとることができる。ホイール５８又は軸部６０の場合、システム１０′は固定であって、関節式のアーム６２に搭載されており、ホイール５８及び／又は軸部６０が、プラットフォーム１４′に対して、例えば、矢印Ｃの方向に回転する構成でもよい（この支持体は、図１のプラットフォーム１４に含まれるＥＭＡＴ１６、ＶＩＳＡＲ４２、赤外線検出器２０、制御部２２、ストレージ３３、可視光カメラ４６、着色マーカー５０、ＧＰＳ４８を含みうる）。

【0027】

別の実施形態では、関節式のアーム６２は、プラットフォーム１４′をホイール５８及び／又は軸部６０に対して移動させるロボットアームであってもよい。いずれの場合でも、ホイール５８における検査領域２４′、２６′、２８′の上方、及び／又は、軸部６０における検査領域２４″、２６″、２８″の上方をプラットフォーム１４′が通過し、プラットフォーム１４′に搭載された赤外線検出器２０（図１）によって、図４の熱画像２００のような熱画像を撮像する。

【0028】

この代わりに、プラットフォーム１４は、ロボットクローラー（robot crawler）として構成することもでき、あるいは、例えば、図３のアーム６２のように、関節式のアームのエンドエフェクタとして構成することもできる。図３に示すように、実施形態によっては、検査領域２４′、２６′、２８′は、互いに連続する領域であってもよく、検査領域２４″、２６″、２８″についても同様である。そのような実施形態では、図２のブロック１０４で示した赤外線検出器を駆動する方法ステップは、赤外線検出器を駆動して、連続する検査領域２４〜２８の熱画像を、これら検査領域が試験体１２（図１）上に形成する所定の経路に沿って撮像することを含みうる。

【0029】

図２に示した方法は、ブロック１０８において、欠陥が存在する複数の検査領域の画像を可視光カメラ４６（図１）で撮像し、その画像をストレージ３３に格納し、欠陥の画像を可視光カメラによる画像と比較して誤検出を検知するステップをさらに含んでもよい。画像は、ディスプレイ５６上に分割画面で表示することもできる。

【0030】

図２の方法の一実施形態では、ブロック１０４に示す、ＥＭＡＴ１６を赤外線検出器２０と同期させるステップは、制御部２２により第１及び第２赤外線カメラ５２、５４をそれぞれ駆動するステップを含み、これにより第１赤外線カメラが、複数の検査領域のうちの第１検査領域２６の熱画像を先に記録して制御部２２（図１）に送信する間に、第２赤外線カメラが、複数の検査領域のうち第２検査領域２８の熱画像を記録するようにしてもよい。また、一実施形態では、図２のブロック１０４に含まれるステップとして、制御部２２が、複数の検査領域のうちの第１検査領域２６に連続する領域が、複数の検査領域のうちの第２検査領域２８になるように、第１赤外線カメラ５２及び第２赤外線カメラ５４を駆動するステップを含んでもよい。

【0031】

図１及び図３を参照して説明したシステム１０、１０′並びに図２を参照して説明した方法は、試験体１２を非破壊評価するシステム及び方法を提供するものであり、これにより、試験体１２の表面の欠陥３０を現場で迅速に検出及び記録することができる。欠陥は、例えば、表面亀裂、剥離、腐食、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）における繊維の断裂や落雷などの結果生じうる欠陥などの形態をとりうる。また、この際に、大型の構造体に組み込まれている試験体を切り離したり、あるいは、その使用場所や配向からずらしたりする必要がない。本明細書に記載したシステム１０、１０′及び方法によれば、１つ又は複数のレール３８などが試験体１２であり、これに移動可能に搭載されたキャリッジ４０などがプラットフォーム１４である場合に、このキャリッジ又はプラットフォームが試験体に対して移動するのにともなって、欠陥３０をプラットフォームにより検出及び記録することにより、欠陥３０を検出することができる。

【0032】

この相対移動は、固定の試験体１２に対してキャリッジ４０が移動することにより実現してもよいし、固定のプラットフォーム１４′に対してホイール５８又は軸部６０などの試験体が移動することにより実現してもよい。あるいは、試験体１２及びプラットフォーム１４の双方が移動する実施形態も可能である。さらに、ＥＭＡＴ１６と赤外線検出器２０との間隔を正確に設定することを要件とせずに、検査領域２４〜２８への振動の到着タイミングと熱画像の撮像を同期させることができる。これは、本システムが、検査領域における振動を検出するＶＩＳＡＲ４２と、これに応答して赤外線検出器２０を駆動するコントローラ２２とを含むことによる。したがって、本明細書に記載した試験体の非破壊評価システム及び方法は、堅牢性及び精度に優れ、固定の試験体及び可動の試験体のいずれにも様々な環境において使用可能である。

【0033】

さらに、本開示は、下記の付記による実施形態も包含する。

【0034】

付記１． 試験体１２を非破壊評価するためのシステム１０であって、
プラットフォーム１４と、
前記プラットフォーム１４に搭載されているとともに、前記試験体１２に磁場を形成することで、前記試験体１２の表面２３に沿って伝播する音波振動１８を発生させるよう配置された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）１６と、
前記プラットフォーム１４に搭載されているとともに、前記プラットフォーム１４及び前記試験体１２のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、前記試験体１２の前記表面２３における複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像２００を記録して、前記試験体１２の前記表面２３における前記複数の検査領域２４、２６、２８内の欠陥３０を検出するよう配置された赤外線検出器２０と、
前記ＥＭＡＴ１６及び前記赤外線検出器２０に接続された制御部２２と、を含み、前記制御部２２は、前記ＥＭＡＴ１６を駆動して前記試験体１２に前記振動１８を発生させ、また、前記制御部２２は、前記赤外線検出器２０を駆動し、この際に、前記制御部は、前記ＥＭＡＴ１６による前記振動１８の発生を、前記赤外線検出器２０による前記複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像２００の記録と同期させ、これにより、前記赤外線検出器２０により撮像される前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの１つの領域に前記ＥＭＡＴ１６からの前記振動１８の一つが到着した時に、前記赤外線検出器２０は各熱画像２００を記録し、前記制御部２２は、前記試験体１２の前記表面２３の前記熱画像２００を表す信号を前記赤外線検出器２０から受信し、また、前記制御部２２は、前記複数の検査領域２４、２６、２８の前記熱画像２００に現れた欠陥３０の位置を記録し、この際に、前記制御部２２は、前記プラットフォーム１４及び前記試験体１２のうちの少なくとも一方が他方に対して移動するのにともなって、受信及び記録を行う、システム１０。

【0035】

付記２． 前記プラットフォーム１４は、前記プラットフォームを前試験体１２に対して所定の方向に移動させるモータ３２を含み、前記制御部２２は、前記モータ３２を駆動して前記プラットフォーム１４を前記試験体１２に対して移動させ、これにより、前記制御部２２は、前記プラットフォーム１４が前記試験体１２に対して移動するのにともなって、前記試験体１２における前記複数の検査領域２４、２６、２８の連続画像から複数の画像を前記熱画像２００として記録する、付記１に記載のシステム１０。

【0036】

付記３． さらに、任意反射体１２に対応可能な速度干渉計（ＶＩＳＡＲ）４２を含み、当該ＶＩＳＡＲは、前記プラットフォーム１４に搭載されており、前記制御部２２に駆動され、前記ＥＭＡＴ１６が前記試験体１２に発生させた前記振動１８の一つを、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記赤外線検出器２０に対して位置合致した１つの領域で検出するよう配向されており、前記制御部２２は、前記赤外線検出器２０に対して整列した前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記１つの領域における前記振動１８の存在を示す信号を前記ＶＩＳＡＲ４２から受信するようプログラムされているとともに、これに応動して、前記赤外線検出器２０を駆動して、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記赤外線検出器２０に対して位置合致した前記１つの領域の前記熱画像２００を記録させるようプログラムされている、付記１に記載のシステム１０。

【0037】

付記４． 前記ＶＩＳＡＲ４２は、前記制御部２２により駆動されて、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記赤外線検出器２０に対して位置合致した前記１つの領域に前記ＥＭＡＴ１６が発生させた前記振動１８の一つが到達したことを検出し、前記制御部２２は、前記赤外線検出器２０を駆動して、前記振動１８のうちの前記一つの振動の到達時に、前記試験体１２の前記熱画像２００を検出させる、付記３に記載のシステム１０。

【0038】

付記５． 前記プラットフォーム１４に搭載されているとともに、前記制御部２２に接続されて、前記赤外線検出器２０により検出された前記欠陥３０を撮像するように駆動される可視カメラ４６をさらに含む、付記１に記載のシステム１０。

【0039】

付記６． 前記制御部２２は、前記赤外線検出器２０により検出された前記欠陥３０の位置を当該制御部２２が特定及び記録するための地球航法衛星（ＧＰＳ）４８センサを含む、付記１に記載のシステム１０。

【0040】

付記７． 前記制御部２２に接続されており、前記赤外線検出器２０により検出された前記欠陥３０の画像を格納するためのデータ記憶部をさらに含む、付記１に記載のシステム１０。

【0041】

付記８． 前記制御部２２により駆動されて、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの選択された１つの領域に着色マーカー５０を塗布するマーカーをさらに含む、付記１に記載のシステム１０。

【0042】

付記９． 前記赤外線検出器２０は、第１及び第２赤外線カメラ２０、５２、５４を含み、前記第１及び第２赤外線カメラ２０、５２、５４は、前記制御部２２により順次駆動され、これにより、第１赤外線カメラ２０、５２、５４が、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの第１領域の画像を先に記録して前記制御部２２に送信する間に、前記第２赤外線カメラ２０、５２、５４が前記複数の検査領域２４、２６、２８のうち第２領域の熱画像２００を記録する、付記１に記載のシステム１０。

【0043】

付記１０． 前記制御部２２は、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記第１領域に連続する領域が、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記第２領域になるように、前記第１赤外線カメラ２０、５２、５４及び前記第２赤外線カメラ２０、５２、５４を駆動する、付記９に記載のシステム１０。

【0044】

付記１１． レール３８の表面２３を非破壊評価するためのシステム１０であって、
前記レール３８上に配置されているとともに、前記レールに対して移動可能な形状のキャリッジと、
前記キャリッジ４０に搭載されているとともに、前記レール３８に磁場を形成することで、前記レール３８の表面２３に沿って伝播する音波振動１８を発生させるよう配置された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）１６と、
前記キャリッジ４０に搭載されているとともに、前記キャリッジ４０が前記レール３８に対して移動するのにともなって、前記試験体１２の前記表面２３における複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像２００を記録して、前記試験体１２の前記表面２３における前記複数の検査領域２４，２６，２８内の欠陥３０を検知するように配置された赤外線検出器２０と、
前記ＥＭＡＴ１６及び前記赤外線検出器２０に接続された制御部２２と、を含み、前記制御部２２は、前記ＥＭＡＴ１６を駆動して前記レール３８に前記振動１８を発生させ、また、前記制御部２２は、前記赤外線検出器２０を駆動し、この際に、前記制御部は、前記ＥＭＡＴ１６による前記振動１８の発生を、前記赤外線検出器２０による前記複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像２００の記録と同期させ、これにより、前記赤外線検出器２０により撮像される前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの１つの領域に前記ＥＭＡＴ１６からの前記振動１８の一つが到着した時に、前記赤外線検出器２０は各熱画像２００を記録し、前記制御部２２は、前記レール３８の前記表面２３の前記熱画像２００を表す信号を前記赤外線検出器２０から受信し、また、前記制御部２２は、前記複数の検査領域２４、２６、２８の前記熱画像２００に現れた欠陥３０の位置を記録し、この際に、前記制御部２２は、前記キャリッジ４０が前記レール３８に対して移動するのにともなって、受信及び記録を行う、システム１０。

【0045】

付記１２． 試験体１２を非破壊評価するための方法であって、
プラットフォーム１４及び前記試験体１２のうちの少なくとも一方を他方に対して移動させることと、
前記移動の間に、
前記プラットフォーム１４に搭載された電磁超音波トランスデューサ（ＥＭＡＴ）１６を駆動して前記試験体に磁場を形成することで、前記試験体１２の表面２３に沿って伝播する音波振動１８を発生させることと、
前記プラットフォーム１４に搭載された赤外線検出器２０を駆動して、前記試験体１２の前記表面２３における複数の検査領域の熱画像２００を記録させることと、
前記ＥＭＡＴ１６の駆動を前記赤外線検出器２０の駆動と同期させて、前記振動１８が各検査領域２４、２６、２８に到達するのにともなって、各検査領域２４、２６、２８において前記試験体１２の前記表面２３における欠陥３０を明るくさせながら、前記複数の検査領域２４、２６、２８の前記熱画像２００を記録させることと、
前記熱画像２００のうち、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの１つの領域に明るくなって現れる欠陥３０を示す少なくとも１つの熱画像を記録すること、を含む方法。

【0046】

付記１３． 前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの１つの領域の少なくとも１つの熱画像２００の位置を特定することをさらに含み、前記特定は、前記少なくとも１つの熱画像２００に関連付けられた地球航法衛星（ＧＰＳ）４８座標を記録すること、前記少なくとも１つの熱画像２００の位置を可視光カメラ４６で撮像すること、及び／又は、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうち前記少なくとも１つの熱画像２００に対応する領域に着色マーカー５０でマーキングすること、のうちの１つ又は複数を行うことにより行う、付記１２に記載の方法。

【0047】

付記１４． 前記少なくとも１つの熱画像２００の位置を特定することは、前記熱画像２００のうちの１つの熱画像に欠陥３０が現れている場合に、当該１つの熱画像２００に対して実行される、付記１３に記載の方法。

【0048】

付記１５． レール３８、ホイール３４、３６、軸部、航空機のストリンガ６４及び航空機の翼桁６６のうちから選択された試験体１２について非破壊評価を行うことをさらに含む、付記１２に記載の方法。

【0049】

付記１６． 前記ＥＭＡＴ１６の前記駆動を前記赤外線検出器２０の前記駆動と同期させることは、前記ＥＭＡＴ１６が前記試験体１２に発生させた前記振動１８を、前記プラットフォーム１４に搭載された任意の反射体１２に利用可能な速度干渉計（ＶＩＳＡＲ）４２により検出することを含む、付記１２に記載の方法。

【0050】

付記１７． 前記赤外線検出器２０を前記複数の検査領域２４、２６、２８について駆動して前記熱画像２００を記録させることは、前記赤外線検出器２０を駆動して、前記試験体１２上の所定の経路に沿って連続する複数の検査領域２４、２６、２８の熱画像２００を記録させることを含む、付記１２に記載の方法。

【0051】

付記１８． 前記複数の検査領域２４、２６、２８のうち、欠陥３０を有する１領域の画像を可視光カメラ４６で撮像し、当該画像を記録することと、可視光カメラ４６による前記欠陥３０の画像を、前記赤外線検出器２０による前記欠陥３０の画像と比較して、誤検出を特定することと、をさらに含む、付記１２に記載の方法。

【0052】

付記１９． 前記ＥＭＡＴ１６を前記赤外線検出器２０と同期させることは、前記制御部２２により第１及び第２赤外線カメラ２０、５２、５４を順次駆動することを含み、これにより、前記第１赤外線カメラ２０、５２、５４が、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの第１領域の画像を先に記録して前記制御部２２に送信する間に、前記第２赤外線カメラ２０、５２、５４が前記複数の検査領域２４、２６、２８のうち第２領域の熱画像２００を記録する、付記１２に記載の方法。

【0053】

付記２０． 前記制御部２２は、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記第１領域に連続する領域が、前記複数の検査領域２４、２６、２８のうちの前記第２領域になるように、第１赤外線検出器２０及び第２赤外線検出器２０を駆動する、付記１９に記載の方法。

【0054】

本明細書に記載した装置、方法の形態は、本開示の試験体の非破壊評価のためのシステム及び方法の好ましい実施形態を構成するが、本開示は、上述した特定の形態の装置及び方法に限定されるものではなく、本開示の範囲から逸脱することなく種々の変更が可能であることは、理解されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】