(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-01-09
(54)【発明の名称】材料内の欠陥を評価するためのシステム及び方法
(51)【国際特許分類】
G01N 29/06 20060101AFI20231226BHJP
G01N 29/265 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
G01N29/06
G01N29/265
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023530276
(86)(22)【出願日】2021-11-18
(85)【翻訳文提出日】2023-07-06
(86)【国際出願番号】 US2021059916
(87)【国際公開番号】W WO2022119721
(87)【国際公開日】2022-06-09
(31)【優先権主張番号】17/108,472
(32)【優先日】2020-12-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/122,410
(32)【優先日】2020-12-15
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/123,970
(32)【優先日】2020-12-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/188,559
(32)【優先日】2021-03-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522352579
【氏名又は名称】ヴェリファイ テクノロジーズ エルエルシー
【氏名又は名称原語表記】ＶＥＲＩＦＩ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ， ＬＬＣ
(74)【代理人】
【識別番号】100147485
【弁理士】
【氏名又は名称】杉村 憲司
(74)【代理人】
【識別番号】230118913
【弁護士】
【氏名又は名称】杉村 光嗣
(74)【代理人】
【識別番号】100229264
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 正一
(72)【発明者】
【氏名】デイヴィッド エイ ジャック
(72)【発明者】
【氏名】ベンジャミン エム ブランドフォード
(72)【発明者】
【氏名】ナサニエル ジェイ ブラックマン
【テーマコード（参考）】
2G047
【Ｆターム（参考）】
2G047AA08
2G047AA10
2G047AB05
2G047BA03
2G047BC09
2G047CA01
2G047DB12
2G047GH08
2G047GH09
(57)【要約】
本開示は、超音波非破壊試験中に材料のリアルタイムの可視化のためのシステム及び方法を提供する。システムは、一連の２次元（２Ｄ）断面から構築された複合材料積層材の３次元（３Ｄ）画像を示すことができるグラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を含む。ＧＵＩは、追加の各２Ｄ断面が、リアルタイム又はほぼリアルタイムで超音波試験装置によってスキャンされるとき、３Ｄ画像を表示することができ、３Ｄ画像は、複合材料内の穴、亀裂、しわ、又は異物などの欠陥を含む、可能性のある欠陥領域を含む。さらに、一実施形態では、システムは、リアルタイム又はほぼリアルタイムで３Ｄ画像内の欠陥領域を強調し、各欠陥の深さ、サイズ、及び／又はタイプなどの、各欠陥領域に関するデータを提供することができる人工知能を含む。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接する層間に配置された、複数の層を含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記１つ又は複数のギャップ領域を含む前記少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を提供することは、前記試験対象物内の前記１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３次元（３Ｄ）座標を提供することを含む、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項2】
前記超音波トランスデューサは、５ＭＨｚよりも高い周波数で動作する、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記超音波トランスデューサによって受信した前記超音波に基づいて、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の前記１つ又は複数のギャップ領域の長さ及び幅に沿った各点で、前記少なくとも１つの接合層の前記１つ又は複数のギャップ領域の深さに対応する複数の値を生成する、請求項１に記載のシステム。
【請求項4】
前記プロセッサは、３ｍｍよりも小さい幅を有するギャップ領域を特定するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
前記プロセッサは、０．５ｍｍよりも小さい厚さを有するギャップ領域を特定するように動作可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項6】
前記プロセッサは、ギャップ領域を特定するように動作可能であり、前記接合層に隣接する２つの層は、直接接触している、請求項１に記載のシステム。
【請求項7】
前記超音波トランスデューサは、球状集束型超音波トランスデューサである、請求項１に記載のシステム。
【請求項8】
前記超音波トランスデューサは、トランスデューサハウジングアセンブリのカップリング流体充填チャンバ内に配置される、請求項１に記載のシステム。
【請求項9】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記スキャンデータは、前記照射された超音波の波形全体を含み、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記プロセッサは、前記スキャンデータに基づいて、前記少なくとも１つの接合層の長さ及び幅に沿った各点で、前記少なくとも１つの接合層の厚さに対応する複数の値を生成するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を提供することは、前記試験対象物内の前記１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３次元（３Ｄ）座標を提供することを含む、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項10】
前記プロセッサは、複数の材料に関する情報を含む材料データベースと通信し、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させる、請求項９に記載のシステム。
【請求項11】
前記少なくとも１つの接合層の上面と、前記少なくとも１つの接合層の下面とは、実質的に平行でない、請求項９に記載のシステム。
【請求項12】
前記プロセッサは、キャリブレーションブロックの使用なしに、前記少なくとも１つの接合層の前記厚さに対応する前記複数の値を生成する、請求項９に記載のシステム。
【請求項13】
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層内のギャップ領域を特定するように動作可能であり、前記接合層に隣接する２つの層は、直接接触している、請求項９に記載のシステム。
【請求項14】
前記少なくとも１つの接合層の前記グラフィカル表示は、下面表示から分離された上面表示を含み、前記少なくとも１つの接合層の前記グラフィカル表示は、動的に回転可能であり、且つ／或いはサイズ変更可能である、請求項９に記載のシステム。
【請求項15】
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層内の異物を特定し、グラフィカルに表示するように動作可能である、請求項９に記載のシステム。
【請求項16】
前記スキャンデータは、前記照射された超音波の各々の前記波形全体を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項17】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の少なくとも１つの対象特徴の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、
前記少なくとも１つの対象特徴は、接合層内の少なくとも１つのギャップ、少なくとも１つの異物、及び／又は少なくとも１つの領域層間剥離を含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の前記少なくとも１つの対象特徴の各々の相対位置を含む前記試験対象物のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記スキャンデータは、前記試験対象物内の複数の深さに関して生成された複数のＡスキャンを含み、前記少なくとも１つの対象特徴の境界は、前記複数の深さの各々で前記複数のＡスキャンの振幅の勾配をマッピングすることによって判定される、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項18】
前記少なくとも１つの対象特徴は、６ｍｍよりも小さい特徴的な長さを有する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
前記プロセッサは、複数のゲート領域の選択を受信するように動作可能であり、各々は、前記試験対象物内の異なる深さ範囲を表し、前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関してＣスキャンを生成し、前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して損傷領域を判定し、前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して前記損傷領域の面積を生成する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項20】
前記少なくとも１つの対象特徴は、少なくとも１つのキッシングボンドをさらに含む、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、以下の米国特許出願に関連し、優先権を主張する。本出願は、２０２１年３月１日に出願された、米国特許出願第１７／１８８，５５９号の優先権を主張する。米国特許出願第１７／１８８，５５９号は、２０２１年２月２４日に出願された、米国特許出願第１７／１８４，０６１号の一部継続である。米国特許出願第１７／１８４，０６１号は、２０２１年２月１０日に出願された、米国特許出願第１７／１７２，７２３号の一部継続である。米国特許出願第１７／１７２，７２３号は、２０２１年１月１４日に出願された、米国特許出願第１７／１４９，３２０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１４９，３２０号は、２０２１年１月１３日に出願された、米国特許出願第１７／１４８，２０５号の一部継続である。米国特許出願第１７／１４８，２０５号は、２０２０年１２月１６日に出願された、米国特許出願第１７／１２３，９７０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１２３，９７０号は、２０２０年１２月１５日に出願された、米国特許出願第１７／１２２４１０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１２２４１０号は、２０２０年１２月１日に出願された、米国特許出願第１７／１０８４７２号の一部継続である。米国特許出願第１７／１０８４７２号は、２０２０年１１月６日に出願された、米国特許出願第１７／０９１７７４号の一部継続である。米国特許出願第１７／０９１７７４号は、２０２０年３月３０日に出願された、米国仮特許出願第６３／００１，６０８号からの優先権を主張する。上述の出願の各々は、その全体が参照により本明細書に援用される。
本出願は、以下の米国特許出願に関連し、優先権を主張する。本出願は、２０２１年３月１日に出願された、米国特許出願第１７／１８８，５５９号の優先権を主張する。米国特許出願第１７／１８８，５５９号は、２０２１年２月２４日に出願された、米国特許出願第１７／１８４，０６１号の一部継続である。米国特許出願第１７／１８４，０６１号は、２０２１年２月１０日に出願された、米国特許出願第１７／１７２，７２３号の一部継続である。米国特許出願第１７／１７２，７２３号は、２０２１年１月１４日に出願された、米国特許出願第１７／１４９，３２０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１４９，３２０号は、２０２１年１月１３日に出願された、米国特許出願第１７／１４８，２０５号の一部継続である。米国特許出願第１７／１４８，２０５号は、２０２０年１２月１６日に出願された、米国特許出願第１７／１２３，９７０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１２３，９７０号は、２０２０年１２月１５日に出願された、米国特許出願第１７／１２２４１０号の一部継続である。米国特許出願第１７／１２２４１０号は、２０２０年１２月１日に出願された、米国特許出願第１７／１０８４７２号の一部継続である。米国特許出願第１７／１０８４７２号は、２０２０年１１月６日に出願された、米国特許出願第１７／０９１７７４号の一部継続である。米国特許出願第１７／０９１７７４号は、２０２０年３月３０日に出願された、米国仮特許出願第６３／００１，６０８号からの優先権を主張する。上述の出願の各々は、その全体が参照により本明細書に援用される。
【背景技術】
【0002】
（１．発明の分野）
本開示は、非破壊試験及び非破壊検査の分野に関し、より具体的には、非破壊試験中に構造体内の欠陥を可視化するためのシステム及び方法に関する。
本開示は、非破壊試験及び非破壊検査の分野に関し、より具体的には、非破壊試験中に構造体内の欠陥を可視化するためのシステム及び方法に関する。
【0003】
（２．関連技術の説明）
非破壊試験（ＮＤＴ）は、非破壊評価（ＮＤＥ）又は非破壊検査（ＮＤＩ）としても知られており、概して、その方法が材料又は部品をその意図される目的に不適合となるようにしないので、より大きい機械の材料及び部品を試験するときに人気を博してきた。ＮＤＴの従来の方法は、超音波及びサーモグラフィ技術、ならびに、渦電流、放射線（ガンマ線、Ｘ線、及びマイクロ波を含む）、磁粉探傷、染料浸透探傷などの使用に基づくものを含む。従来、ＮＤＴは、材料の表面欠陥を検出し、材料の異なる層間の剥離を検出し、或いは材料内の他の欠陥の存在を示すために使用されてきた。
非破壊試験（ＮＤＴ）は、非破壊評価（ＮＤＥ）又は非破壊検査（ＮＤＩ）としても知られており、概して、その方法が材料又は部品をその意図される目的に不適合となるようにしないので、より大きい機械の材料及び部品を試験するときに人気を博してきた。ＮＤＴの従来の方法は、超音波及びサーモグラフィ技術、ならびに、渦電流、放射線（ガンマ線、Ｘ線、及びマイクロ波を含む）、磁粉探傷、染料浸透探傷などの使用に基づくものを含む。従来、ＮＤＴは、材料の表面欠陥を検出し、材料の異なる層間の剥離を検出し、或いは材料内の他の欠陥の存在を示すために使用されてきた。
【0004】
先行技術の特許文献は、以下を含む。
【0005】
２０１３年１月２４日に出願され、２０１５年１２月８日に発行された、発明者Ｒａｔｅｒｉｎｇによる、Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｎｇ Ａ－ｓｃａｎ ｄａｔａ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎｔｏ ａ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｓｐａｃｅ ｆｏｒ ｆａｃｉｌｉｔａｔｉｎｇ ｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌａｗｓに関する米国特許第９，２０７，６３９号は、３次元空間において１次元Ａスキャンデータサンプルを可視化することを対象とする。データサンプルの各々は、試験材料から受信した超音波信号を表す。データサンプルは、試験材料から反射され戻った超音波エネルギーの相対的な量に対応するジオメトリック形状として３次元空間に変換される。レンダリングされたジオメトリック形状を有する３次元空間に変換されたデータサンプルが表示され得る。
【0006】
２００７年６月２５日に出願され、２０１２年９月１１日に発行された、発明者Ｂｉｓｉａｕｘらによる、Ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ， ｉｎ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｆｏｒ ｐｉｐｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ ｏｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｓｈｅｄ ｓｔａｔｅに関する米国特許第８，２６５，８８６号は、パイプに関する非破壊試験デバイスを対象とし、提供される。デバイスは、選択された時間規則に従って超音波トランスミッタの選択的な励起に続いて、超音波レシーバによって捕捉された信号から欠陥に関する情報を抽出する。レシーバは、超音波方式で、相対的な回転／平行移動を伴って、パイプと結合された選択されたジオメトリを有する配置を形成する。デバイスは、動きの関数として、欠陥の画像を抽出することによって、指定された時間窓におけるエコーのデジタル表示を選択的に分離するコンバータと、推定された欠陥ゾーン及びこれらの特性を判定するフィルタと、欠陥ゾーンの画像の抽出から作業デジタル入力を準備するコンバイナと、作業入力を受け取る神経回路と、神経回路の出力に基づいて機能するデジタル決定及び警報段階と、ソート及びマーキングロボットとを含む。
【0007】
２０１２年７月９日に出願され、２０１５年９月１日に発行された、発明者Ｒｏａｃｈらによる、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｔｅｓｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ ｈａｖｉｎｇ ａｎ ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｃｏｌｕｍｎに関する米国特許第９，１２１，８１７号は、可変流体カラムの高さを有する超音波試験デバイスを対象とし、開示される。オペレータは、検査中にリアルタイムで流体カラムの高さを調整し、最適な超音波フォーカスを生成し、外来の不要なＵＴ信号を対象領域に起因する信号から分離することができる。
【0008】
２０１６年１月１９日に出願され、２０１９年５月２８日に発行された、発明者Ｐａｌｍｅｒらによる、Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓに関する米国特許第１０，３０２，６００号は、少なくとも１つの開口部を有するノズル部分と、ハウジングの後方チャンバに配置されたトランスデューサとを含む、検査デバイスを対象とする。ハウジングは、ハウジング内に規定され、後方チャンバの少なくとも一部分に沿って延在する少なくとも１つの流体チャネルを有する。少なくとも１つの流体チャネルは、トランスデューサに近接するハウジングの前方チャンバに流体を供給するように構成されている。関連方法は、検査デバイスを操作することを含む。
【0009】
１９７８年１１月１４日に出願され、１９８０年８月５日に発行された、発明者Ｂｏｔｓｃｏらによる、Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｂｏｎｄｔｅｓｔｉｎｇ ｂｙ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｃｏｍｐｌｅｘ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｌａｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓに関する米国特許第４，２１５，５８３号は、試験中の薄層、ハニカム又は繊維複合材料構造体に適用される、音エネルギー発生及び受信プローブの信号ベクトルの応答の位相及び振幅の両方によって表されるインピーダンス変化を利用する非破壊接合試験装置を対象とする。この接合試験及び方法が適用可能である典型的な接合方法は、接着剤接合と、拡散接合と、ろう付けと、抵抗及び衝撃／摩擦接合とを含む。陰極線管は、試験中の構造体によって影響を受けたインピーダンス特性を表すベクトルの先端を（明るい点として）表示する。ヌル回路は、構造体の欠陥のある（或いは異常な）部分がインピーダンス変化をヌルポイントから生成するように、試験中の構造体の欠陥のない（或いは正常な）部分の応答を削除し、変化は、ベクトルチップの振幅及び角度位置によって極座標表示で表され、それによって、検出される接合ラインの状態の場所及びタイプに関する診断情報を提供する。検出可能な接合ラインの状態／欠陥は、不接合と、接着剤の厚さと、接着剤の気孔率と、接着剤の硬化度と、接着（凝集）強度と、使用中の接着剤又は接合ラインの劣化の形態とを含む。
【0010】
１９７８年５月２４日に出願され、１９８０年１月２２日に発行された、発明者Ｅｖａｎｓらによる、Ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ ａ ｂｏｎｄに関する米国特許第４，１８４，３７３号は、接着剤の中間層によって一緒に接合された第１及び第２の構造体間の接合を評価するための手段及び方法を対象とする。超音波エネルギーのパルスを、接合された構造体に伝達するための手段が提供され、それによって、第１の反射されたパルスは、第１の構造体の第１の表面から反射されてもよく、第２の反射されたパルスは、接着剤の層から反射されてもよく、第３のパルスは、接着剤層に隣接する第２の構造体の表面からできる限り反射されてもよい。回路手段は、第１、第２及び第３の反射されたパルスを感知するために提供され、反射されたパルスの振幅を比較し、比が予め定められた範囲内にあるか否かを判定することによって、接合の質の表示を提供するために提供される。
【0011】
２０１０年５月２１日に出願され、２０１３年１月８日に公開された、発明者Ｑｕｅｓｔｏらによる、Ｓｏｎｉｃ ｒｅｓｏｎａｔｏｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｄｈｅｓｉｖｅ ｂｏｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓに関する米国特許第８，３４７，７２３号は、複合材料の接着剤接合強度を試験するときの使用のための音波共振器システムを対象とする。また、特定の複合材料の接合部で動作する音波共振器システムをキャリブレーションする方法と、必要とされる接合強度に基づいて、接合された複合材料の接合強度の「合否」を非破壊試験する方法とが、明細書に開示される。
【0012】
２０１９年３月２２日に出願され、２０１９年９月２６日に発行された、発明者Ｃａｍｐｂｅｌｌらによる、Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｋｉｓｓ ｂｏｎｄｓ ｗｉｔｈｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓに関する米国特許公開公報第２０１９／０２９３６１０号は、複合材料コンポーネント内のキスボンドを検出するためのシステム及び方法を対象とし、提供される。複合材料コンポーネントからの反射された超音波エネルギーを代表する反射された超音波データと、複合材料コンポーネントからの反射された超音波エネルギーにおける予想された材料ノイズの予め定められたベースラインノイズの振幅値よりも高い２％－５％の間の第１の閾値振幅値と、第１の閾値振幅値よりも高い第２の閾値振幅値とを使用して、閾値振幅値を超え、第２の閾値振幅値よりも小さい、反射された超音波エネルギーの振幅の１つ又は複数の発生が特定される。キスボンドは、反射された超音波エネルギーの振幅の、特定された１つ又は複数の発生に基づいて、複合材料コンポーネントにおいて検出される。
【0013】
２００６年１２月２８日に出願され、２００９年８月１８日に発行された、発明者Ｋｏｌｌｇａａｒｄらによる、Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｐｌａｎｅ ｂｏｎｄｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎに関する米国特許第７，５７４，９１５号は、超音波トランスデューサと、光源などのインジケータを有する電子デバイスとを含むＮＤＩシステムを対象とする。電子デバイスは、トランスデューサに通電し、正弦波信号をトランスデューサから受信し、正弦波信号の直交位相分離成分に対応するインピーダンス平面座標を判定し、インピーダンス平面座標がプリセットされた閾値を超える場合、インジケータを自動的に作動させる。システムは、複合材航空機コンポーネント及びそのような構造体に適用されるリペアパッチなどの層状構造体を検査する方法に使用され得る。
【0014】
２００９年７月１６日に出願され、２０１２年８月７日に発行された、発明者Ｓａｘｅｎａらによる、Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｄａｍａｇｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓに関する米国特許第８，２３４，９２４号は、超音波が構造体内の不接合を検出するために使用される複合材料構造体を試験するための装置及び方法を対象とし、記載される。装置は、ファイバーブラッググレーティングなどの音響光学トランスデューサを搭載する柔軟な構造体を含む。使用中、装置は、試験中の構造体に機械的且つ適合的に結合される。
【0015】
２００４年４月２日に出願され、２００６年３月２８日に発行された、発明者Ｈｅｙｍａｎらによる、Ｂｏｎｄ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ， ｍｅｔｈｏｄ， ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓに関する米国特許第７，０１７，４２２号は、フェーズロッカ(phaselocker)と、トランスデューサと、接合に応力負荷を加えることができるローディングデバイスと、ローディングデバイスを制御するコントローラと、データを取得するデータ記録デバイスと、特定の接合強度パラメータを計算するデータを解析するコンピュータデバイスとを含む、接合されたコンポーネントの特定の接合強度パラメータを判定するための接合強度テスタ及び方法を対象とする。
【0016】
２０１２年８月９日に出願され、２０１４年８月７日に公開された、発明者Ｍａｒｔｉｎらによる、Ａｉｒ ｃｏｕｐｌｅｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｃｏｎｔａｃｔｌｅｓｓ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｆｅｃｔｓ ｉｎ ｌａｍｉｎａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅに関する米国特許公開公報第２０１４／０２１６１５８号は、幅（Ｗ）及び中間Ｎ－１接合プラント（Ｂ）を有するｎ層の薄層の多重度を有する積層材構造体内の欠陥の非破壊判定のための空気カップリングされた超音波非接触方法及び設備を対象とし、固定トランスミッタ距離（ＷＴＳ）における少なくとも１つのトランスミッタ（Ｔ）は、複数の位置で超音波ビームを放射し、センサ距離（ＷＳＲ）における少なくとも１つのレシーバ（Ｒ）は、積層材構造体（Ｓ）に対して複数の位置で再放射された超音波ビームを受信している。方法は、例えば、積層材欠陥の位置及びジオメトリを画像化し、任意の高さ（Ｈ）及び長さ（Ｌ）の積層材構造（Ｓ）の検査と、特定の接合平面（例えば、Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３）の個別評価とを可能にし、接合平面に平行なサンプルの面への制限されたアクセスを伴う状況においても同様である。
【0017】
２０１４年７月１７日に出願され、２０１６年６月７日に発行された、発明者Ｇｅｏｒｇｅｓｏｎによる、Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｈｙｐｅｒｓｏｕｎｄに関する米国特許第９，３６０，４１８号は、対象物を検査するための方法及び装置を対象とする。装置は、波形ジェネレータ及び検出システムを含む。波形ジェネレータは、対象物から離れて配置される。波形ジェネレータは、超音波が対象物の一部分と出くわすように、超音波を対象物上の位置に向かう方向に照射する。検出システムは、波形ジェネレータと対象物の同じ側に配置される。検出システムは、対象物の一部分と出くわす超音波に対する対象物の一部分内の特徴の特徴応答を検出する。
【0018】
２０２０年２月１日に出願され、２０２０年７月２３日に公開された、発明者Ｔｙｓｏｎによる、Ｉｎ－ｓｉｔｕ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍａｂｌｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓに関する米国特許公開公報第２０２０／０２３０８９９号は、熱可塑性又は熱硬化性材料、特に、熱可塑性複合テープなどの、熱成形可能材料から構築される構造体の質及び構成を判定するための方法及びシステムを対象とし、熱は、熱成形可能材料を硬化するために適用される。構造体の質は、その上昇された温度から冷却するときに材料内の差分熱流束を判定することによって、構造体の構築中に監視される。システム及び方法はまた、欠陥に対処するために是正措置が取られ得るか、或いは生産作業が停止され得るように、構築されている構造体内の欠陥の位置を判定し得る。一時的な熱効果は、適用されている熱成形可能材料などの、監視されている構造体に適用され、熱成形可能構造体の適用プロセスの適用された加熱又は追加の加熱から実装され得る。
【0019】
２０１１年５月２７日に出願され、２０１６年１１月１５日に発行された、発明者Ｌｉｎらによる、Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｄｅｆｅｃｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓに関する米国特許第９，４９４，５６２号は、音波又は超音波を利用する複合材料構造体の非破壊試験のための方法及び装置を対象とする。プローブから複合材料構造体に送信された広帯域チャープ波音波励起信号に応答して、受信されたプローブ信号は、予め定められたプローブ信号のライブラリと相関され、検出された欠陥のグラフィカル表示が生成される。グラフィカル表示は、欠陥のタイプ、欠陥の位置、及び欠陥の形状に関する詳細な情報を提供する。また、３つ以上のトランスデューサであって、各トランスデューサはトランスミッタ又はレシーバとして別個に構成可能であるトランスデューサと、信号をトランスデューサに供給し信号をトランスデューサから受信するためにトランスデューサの各々に結合されたコントローラであって、トランスデューサに供給される信号はトランスミッタ又はレシーバのいずれかとして各トランスデューサを構成するための信号とトランスミッタとして構成されている各トランスデューサから励起信号を提供するための信号とを含むコントローラと、を含む複合材料構造体の非破壊試験のためのプローブが企図される。
【0020】
２０１６年５月５日に出願され、２０１９年１０月１５日に発行された、発明者Ｂｉｎｇｈａｍによる、Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅａｒ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｉｅｓ ｉｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓに関する米国特許第１０，４４４，１９５号は、構造体内の表面近傍不整合を検出する方法を対象とし、提示される。パルスレーザビームは、構造体に向けられる。パルスレーザビームの放射が構造体によって吸収されるとき、広帯域超音波信号は、構造体において形成される。広帯域超音波信号は、データを形成するために検出される。データは、表面近傍不整合と関連付けられた周波数を特定するために処理される。
【0021】
２０１８年１２月１７日に出願され、２０１９年６月２０日に公開された、発明者Ａｓａｄｏｌｌａｈｉらによる、Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｎｏｎ－ｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｒｅｖｅｒｓｅ ｔｉｍｅ ｍｉｇｒａｔｉｏｎに関する米国特許公開公報第２０１９／０１８７１０７号は、水平方向のシェアウェイブ(shear wave)を照射するドライポイントコンタクト（「ＤＰＣ」）トランスデューサ又は他のトランスデューサなどの、超音波トランスデューサを使用する非破壊試験のためのシステム及び方法を対象とし、記載される。解析的なリバースタイムマイグレーション（「ＲＴＭ」）技術は、超音波トランスデューサを使用して取得されたデータから画像を生成するために実装される。
【0022】
２０１６年１０月３１日に出願され、２０１８年５月３日に公開された、発明者Ｇｅｏｒｇｅｓｏｎらによる、Ｗｒｉｎｋｌｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓに関する米国特許公開公報第２０１８／０１２０２６８号は、自動構造解析を使用して、しわのある複合材料構造体のしわの特徴付け及び性能予測を提供する方法を対象とする。いくつかの実施形態によれば、方法は、Ｂスキャン超音波データの使用と、しわ及び断面のジオメトリの自動光学測定と、しわのある複合材料構造体の有限要素解析とを組み合わせ、構造体の意図される性能に対して、検出されたしわの実際の重要度を評価する能力を提供する。開示される方法は、参照基準から取得された超音波Ｂスキャンデータを、それらの参照基準の光学断面（例えば、顕微鏡写真）の測定値と相関させることによって、キャリブレーションされた超音波検査システムを使用する。
【0023】
２０１８年３月９日に出願され、２０２０年３月３１日に発行された、発明者Ｇｒｅｗｅｌらによる、Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ ｗｒｉｎｋｌｅｓ ｉｎ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｌａｍｉｎａｔｅｓに関する米国特許第１０，６０５，７８１号は、複合材料積層材の面外しわを測定するための方法を対象とし、記載される。例示的な方法は、超音波トランスデューサを用いて複合材料積層材の第１の側をスキャンすることを含む。さらに、方法は、複合材料積層材の第１の側のスキャンに応答して生成されたＢスキャン超音波画像上で複合材料積層材の面外しわを位置付けることを含む。さらに、方法は、第１のマーカをＢスキャン超音波画像と関連付けることを含み、第１のマーカは、Ｂスキャン超音波画像上の面外しわの頂点の位置に基づいて判定される。さらに、方法は、第２のマーカをＢスキャン超音波画像と関連付けることを含み、第２のマーカは、Ｂスキャン超音波画像上の面外しわのくぼみの焦点の位置に基づいて判定される。さらに、方法は、第１のマーカと第２のマーカとの間の距離に基づいて、面外しわの振幅を判定することを含む。
【0024】
２０１６年１月１１日に出願され、２０１８年１２月２５日に発行された、発明者Ｄｅｈｇｈａｎ－Ｎｉｒｉらによる、Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓに関する米国特許第１０，１６１，９１０号は、非破壊試験の方法が、視覚的にアクセスできない構造を有するコンポーネントに対して超音波トランスデューサを配置し、コンポーネントの少なくとも１つのＢスキャンからＢスキャンデータを収集し、コンポーネントの少なくとも１つのＣスキャンからＣスキャンデータを収集することを含むことを対象とする。方法はまた、Ｂスキャンデータ及びＣスキャンデータをフィルタリングし、視覚的にアクセスできない構造についての予め定められたジオメトリック情報に基づいて、ランダムノイズ及びコヒーレントノイズを除去し、フィルタリングされたデータを取得することを含む。さらに、方法は、線形信号処理及び非線形信号処理を実行し、フィルタリングされたＢスキャンデータ及びフィルタリングされたＣスキャンデータから視覚的にアクセスできない構造を表す複数のボクセルの損傷指数を判定し、Ｖスキャン画像を生成することを含む。風力タービンブレードの非破壊試験の方法及び超音波システムもまた開示される。
【0025】
２００７年７月２３日に出願され、２０１１年３月１日に発行された、発明者Ｋｏｌｌｇａａｒｄらによる、Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｆｏｒ ｑｕａｎｔｉｆｙｉｎｇ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎ ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔに関する米国特許第７，８９５，８９５号は、材料内の気孔率を測定するためのコンピュータ実装方法、又はハードウェアフィルタ装置、及びコンピュータ使用可能プログラムコードを対象とする。超音波信号は、超音波測定システムの送信トランスデューサから材料に照射される。応答信号は、材料から超音波測定システムの受信トランスデューサで受信される。応答信号は、選択された周波数範囲内の応答信号の周波数のみを通過するようにフィルタリングされ、フィルタリングされた応答信号を形成する。材料の気孔率レベルは、フィルタリングされた応答信号を使用して特定される。
【0026】
２０１０年１１月３０日に出願され、２０１３年９月３日に発行された、発明者Ｂｒａｄｙらによる、Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｄｉｒｅｃｔ－ｒｅａｄｉｎｇ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄに関する米国特許第８，５２２，６１５号は、構造体の気孔率を測定するための装置が、構造体に押し付けられるように構成されている超音波トランスデューサデバイスであって、超音波パルスを構造体に照射し、エコープロファイルを検出するようにさらに構成されている超音波トランスデューサデバイスと、電子デバイスであって、インタフェースゲート、裏面センシングゲート、及び裏面解析ゲートを有するマネージャと、マネージャ及び超音波トランスデューサデバイスとインタフェースするパルスジェネレータと、超音波トランスデューサデバイス及びマネージャとインタフェースするデータ取得デバイスと、マネージャとインタフェースする気孔率インジケータを有するディスプレイとを含む電子デバイスとを含むことを対象とする。
【0027】
２００４年６月２８日に出願され、２００６年３月１４日に発行された、発明者Ｍｅｉｅｒによる、Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｏｆ ａ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅに関する米国特許第７，０１０，９８０号は、ワークピース、特に、繊維複合材料で作られたワークピースの気孔率が判定されることを対象とする。超音波信号は、ワークピースに入射され、超音波エコー信号は、ワークピースから受信される。深さに対する超音波エコー信号の振幅の変動は、それぞれの深さでのワークピース材料の気孔率の尺度として使用される。
【0028】
２００３年３月１２日に出願され、２００５年１１月１日に発行された、発明者Ｐｅｔｅｒｓｏｎらによる、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｒｏｕｓ ｍｅｄｉｕｍ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓに関する米国特許第６，９５９，６０２号は、プレート波が、膜などの、多孔質媒体内の欠陥の存在を判定するために使用されることを対象とする。音響波は、多孔質媒体を介して伝播され、媒体内にプレート波を生成し得る。プレート波は、媒体の材料特性及び構造特性に関連する高速圧縮波及び低速圧縮波を媒質内に生成する。高速圧縮波は、媒体の全ての気孔率についての情報を提供する。一方、低速圧縮波は、媒体内の欠陥の存在又は媒体を形成する材料のタイプについての情報を提供する。
【0029】
２０１２年９月２０日に出願され、２０１６年３月２９日に発行された、発明者Ｄｊｏｒｄｊｅｖｉｃらによる、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｃｕｒｅ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｐｒｏｂｅに関する米国特許第９，２９７，７８９号は、硬化プロセスのその場でのリアルタイムモニタリングを可能にする新しい方法論、試験システム設計及び概念を対象とする。１つ又は複数の差動超音波導波管硬化モニタリングプローブを使用して、先端材料の時間依存性硬化の非破壊の、その場でのモニタリングのための装置、システム、及び方法である。差動超音波導波管硬化モニタリングプローブは、硬化される材料と直接接触しており、硬化プロセスのその場でのモニタリングを提供し、硬化に関連しない信号変動（例えば、温度）に依存しないキャリブレーション応答方式において、硬化度又は硬化レベルの評価を可能にする。差動超音波導波管硬化モニタリングプローブは、導波管に結合されたトランスデューサを含み、補正及びキャリブレーション方法論を組み込み、超音波反射測定を介して、硬化プロセスを正確且つ再現性良く監視し、硬化レベルの評価を可能にする。プローブと樹脂との界面から反射された補正された界面応答信号の振幅は、硬化中、材料の弾性率の変化を示す。
【0030】
２００４年９月２８日に出願され、２００５年９月２０日に発行された、発明者Ｇｅｏｒｇｅｓｏｎによる、Ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇ ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｃｕｒｅｄ ａｄｈｅｓｉｖｅに関する米国特許第６，９４５，１１１号は、柔らかい領域又は不適切に硬化された領域などの、複合材料構造体内の接着剤を検査するためのシステムを対象とし、トランスデューサと処理要素とを含む。トランスデューサは、超音波信号の少なくとも一部分が、接着剤を介して伝播し、接着剤と別の材料との間の界面に反射し、接着剤を介して再び伝播し得るように、超音波信号などの信号を接着剤に送信し得る。接着剤を出ると、トランスデューサは、超音波信号の反射された部分を受信し得る。その後、処理要素は、反射された超音波信号の反射された部分の振幅の予め定義された閾値との関係に基づいて、接着剤内の柔らかい領域又は不適切に硬化された領域などの欠陥を特定し得る。
【0031】
２０１３年３月２０日に出願され、２０２０年６月３０日に発行された、発明者Ｊａｃｋらによる、Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓに関する米国特許第１０，６９７，９４１号は、複合材料積層材構造を特徴付け、定量化するための方法及びシステムを対象とする。方法及びシステムは、未知のプライスタックの構成及びシーケンスの複合材料積層材を取り、プライスタック、配向、微細構造、及びタイプなどの、個々のプライについての様々な情報を判定する。方法及びシステムは、同様の平面剛性挙動を示し得るが、異なる故障機構をもたらし得る織り方を区別し得る。次いで、個々のプライ情報は、引張剛性、曲げ－引張カップリング剛性、曲げ剛性などを含む、外部提供された繊維及びマトリクスの構成特性から積層材バルク特性を導出するために使用され得る。次いで、積層材バルク特性は、複合材料積層材の確率的破壊エンベロープを生成するために使用され得る。これは、個々の薄層の積層が仕様に従って実現されたことを保証するために非破壊ＱＡを実行する能力を提供し、結果は、純粋に構造的なものを超えて多数の積層材特性を特定するために使用され得る。
【0032】
２０１５年７月１３日に出願され、２０１９年７月９日に発行された、発明者Ｈｏｌｍｅｓらによる、Ａｕｔｏｍａｔｅｄ ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔに関する米国特許第１０，３４５，２７２号は、非破壊試験機器を自動キャリブレーションするための方法を対象とする。いくつかの実施形態によれば、方法は、（ａ）試験対象物の試験対象物座標系における第１の座標セットを判定することであって、第１の座標は、試験対象物の表面上の目標位置を表す、判定することと、（ｂ）キャリブレーションファイルを非破壊試験機器のメモリに格納することであって、キャリブレーションファイルは、目標位置を含む領域内の試験対象物の３次元構造を表す構造データの関数であるキャリブレーションデータを含む、格納することと、（ｃ）キャリブレーションファイルのキャリブレーションデータを使用して、非破壊検査機器をキャリブレーションすることと、（ｄ）キャリブレーションされた非破壊検査機器を使用して、目標位置を調べることと、を含む。
【0033】
１９９３年７月２１日に出願され、１９９５年４月２５日に発行された、発明者ＭｃＫｉｎｌｅｙらによる、Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓに関する米国特許第５，４０８，８８２号は、ポリマ複合材料に分布された不連続繊維を有するポリマ複合材料の非破壊評価のための超音波測定デバイス及び方法を対象とする。デバイスは、くさび形のフォーカサー及びリレーに配置された１つ又は複数の実質的に一致したトランスデューサのペアを有し、フォーカサー及びリレーは各々、解析されるポリマ複合材料のインピーダンスと実質的に一致されたインピーダンスを有する。デバイスは、フォーカサー及びリレーの頂点が表面と密着するように複合材料の表面に配置される。複合材料を介した通過後に第１のトランスデューサによって生成され、第２のトランスデューサによって受信された実質的に長手方向の超音波の速度は、中心点についてのいくつかの配向角度で判定され、超音波の測定された速度は、ソフトウェアを有するコンピュータを介して処理され、複合材料内に存在する繊維の重量パーセント、複合材料のヤング率、剛性率及びポアソン比などの、複合材料の物理的属性を判定する。
【0034】
２０１５年９月８日に出願され、２０２０年９月１日に発行された、発明者Ｊａｃｋらによる、Ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｃｕｒｖｅｄ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓに関する米国特許第１０，７６１，０６７号は、２次元及び３次元において湾曲される表面を有する構造を含む、複合材料積層材構造を特徴付け、定量化することを対象とする。実施形態は、未知のプライスタック組成及びシーケンスの複合材料積層材を取り、プライスタック、配向、微細構造、及びタイプなどの、個々のプライについての様々な情報を判定する。実施形態は、同様の平面剛性挙動を示し得るが、異なる故障機構をもたらし得る織り方を区別し得る。次いで、個々のプライ情報は、引張剛性、曲げ－引張カップリング剛性、曲げ剛性などを含む、外部提供された繊維及びマトリクスの構成特性から積層材バルク特性を導出するために使用され得る。次いで、積層材バルク特性は、複合材料積層材の確率的破壊エンベロープを生成するために使用され得る。いくつかの実施形態では、プライスタックのタイプ及びシーケンスはまた、回転段階を追加することによって、開示された実施形態を使用して、湾曲された炭素繊維複合材料に関して判定され得る。
【0035】
２０１８年８月９日に出願され、２０２０年２月１３日に公開された、発明者Ｊａｈａｎｂｉｎらによる、Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｈｅａｌｔｈ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｏｆ Ｃｕｒｖｅｄ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｇｕｉｄｅｄ Ｗａｖｅｓに関する米国特許公開公報第２０２０／００４７４２５号は、界面ガイド波を使用して、湾曲された複合材料積層材構造体の非破壊検査のためのシステム及び方法を対象とする。特に、湾曲された複合材料積層材構造体がヌードルを有する場合、ヌードル領域は、界面ガイド波を使用して検査され得る。システム及び方法は、検査された湾曲された複合材料積層材構造体から取得された検出データを、シミュレートされた湾曲された複合材料積層材構造体を使用して導出された予測データと比較することによって、接着剤接合された湾曲された複合材料積層材構造体のヌードル領域の構造的健全性を監視するための反復可能且つ信頼できる非破壊技術を提供する。
【0036】
２００７年６月１９日に出願され、２０１１年７月１２日に発行された、発明者Ｆｅｔｚｅｒらによる、Ｍｅｔｈｏｄ， ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｉｎｓｐｅｃｔｉｎｇ ａ ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ ｈａｖｉｎｇ ａ ｃｕｒｖｅｄ ｓｕｒｆａｃｅに関する米国特許第７，９７５，５４９号は、非破壊検査方法、装置及びシステムが、少なくとも１つの予め定義された曲率半径を有する湾曲された表面を有するワークピースを検査するために提供されることを対象とする。検査プローブなどの装置は、予め定義された曲率半径を有する円弧状構成に配置された複数のトランスデューサ素子と、湾曲された遅延線とを含む。湾曲された遅延線は、トランスデューサ素子の予め定義された曲率半径と一致する予め定義された曲率半径を有する外側の円弧状表面を有する。湾曲された遅延線はまた、ワークピースの湾曲された表面の少なくとも１つの予め定義された曲率半径と一致する少なくとも１つの予め定義された曲率半径を有する内側の円弧状表面を有する。検査プローブに加えて、システムは、トランスデューサ素子をトリガし、信号をワークピースに照射するための励起源と、戻り信号を受信するためコンピューティングデバイスとを含む。
【発明の概要】
【0037】
本発明は、超音波トランスデューサを使用する非破壊試験のシステム及び方法に関する。
【0038】
本発明の目的は、超音波非破壊試験を使用して、材料内の欠陥のリアルタイムの可視化のためのシステムを提供することである。
【0039】
一実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、キャリブレーションブロックの使用なしに、少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【0040】
別の実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、トランスデューサハウジングアセンブリのカップリング流体充填チャンバ内に配置され、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【0041】
さらに別の実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、複数の接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【図面の簡単な説明】
【0042】
本特許又は出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含む。カラー図面を有する本特許又は特許出願公開の写しは、要求及び必要な料金の支払いに応じて、官庁によって提供され得る。
【発明を実施するための形態】
【0043】
概して、本発明は、超音波トランスデューサを使用する非破壊試験のシステム及び方法を対象とする。
【0044】
一実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、キャリブレーションブロックの使用なしに、少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【0045】
別の実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、トランスデューサハウジングアセンブリのカップリング流体充填チャンバ内に配置され、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【0046】
さらに別の実施形態では、本発明は、複合材料の非破壊試験のためのシステムを対象とし、プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を試験対象物から受信するように動作可能であり、試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、プロセッサは、試験対象物内の複数の接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、プロセッサは、表示手段を介して、少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示する、超音波トランスデューサを含む。
【0047】
超音波試験は、非破壊検査（ＮＤＩ）又は非破壊評価（ＮＤＥ）としても知られている、非破壊試験（ＮＤＴ）の最も普及している方法のうちの１つである。超音波試験は、トランスデューサによる試験材料への超音波の照射と、レシーバによる反射波又は透過波の後続のセンシングとを含む。パルスエコー法、又は反射法では、超音波エネルギーは、波で、試験材料の表面に導入され、試験材料の表面を介して伝達される。典型的に、そのようなシステムの使用は、トランスデューサと試験材料との間のギャップを埋める音響媒体（例えば、水、ゲル）を必要とする。波が試験材料の厚さを介して伝播するとき、（材料変化、亀裂、層間剥離、異物などに起因する）試験材料内の不連続は、波の反射を引き起こし、次いで、トランスデューサによって検出され、表示され、或いは特徴付けられ得る。対照的に、透過法、又は減衰法では、トランスデューサは、高周波の超音波エネルギーを発生し、試験材料の片側を介して伝達され、次いで、試験材料の反対側にある対応するレシーバによって受信される。波が試験材料の厚さを介して伝播するとき、試験材料内の不連続は、いくつかの領域における波を、それらがレシーバに到達する前に減速させ、或いは完全に減衰させ得る。次いで、レシーバは、超音波の減衰の度合いを測定することによって、試験材料を特徴付け得る。
【0048】
超音波トランスデューサによって照射された超音波が、それらが最初に通過するものと異なる特性を有する材料に接触するとき、いくつかの波は、以下の数１に従って反射され戻る。
【0049】
【数1】
【0050】
数１では、Ｒは反射係数であり、２つの材料間の境界で反射された波の割合を表す小数値である。Ｚ１及びＺ２は、材料の境界を構成する２つの材料の音響インピーダンスである。材料の音響インピーダンスは、材料の音速にその密度を掛けることによって求められる。さらに、材料の音速は、材料のヤング率の平方根を材料の密度の平方根で割ることによって求められる。したがって、反射された波の割合に基づいて、ユーザは、相互作用の反射係数を計算することができる。一方の材料の音響インピーダンスが既知である場合、他方の材料の特定は、数１を使用して求められることができる。
【0051】
超音波検査システムを選択するとき、携帯性及びロバスト性という制約はしばしば、高分解能及び忠実性に反比例する。携帯性及びロバスト性の両方を最適化しようとするとき、現在、ほとんどの検査者は、接触型トランスデューサを選択する。接触型トランスデューサは、検査者が、検査される部品上に薄いゲルを素早く置き、トランスデューサを部品に密着して置くことを可能にする。データは、素早く収集されることができ、同時に、システムは、様々な表面及び環境条件で動作することができる。このアプローチの主な否定的側面は、取得されたデータの分解能である。トランスデューサの平面分解能は、トランスデューサの物理的なフットプリントによって決定される。このフットプリントは、より小さいトランスデューサを製造することによって軽減され得る。しかしながら、トランスデューサの厚さ方向の分解能は、トランスデューサの周波数と、発射され得る出力とによって決定される。トランスデューサの平面寸法が減少されると、トランスデューサの発射のために送られ得る出力と、周波数との両方は、同時に減少される。したがって、平面分解能の向上は、厚さ方向の分解能の向上と直接的に対立する。
【0052】
接触型トランスデューサの一代替は、球状集束型(spherically focused)トランスデューサである。これらのトランスデューサは、高周波数（２５－５０ＭＨｚ）で動作することができ、トランスデューサハウジングレンズに機械加工され得るのと同じくらい微細な平面分解能を有し、１ミリメートルの１／１０未満であり得る。しかしながら、球状集束型トランスデューサは、トランスデューサが検査されるコンポーネントの表面に完全に音響的にカップリングされるときのみ、動作し得る。トランスデューサを試験材料に音響的にカップリングすることは、トランスデューサが、トランスデューサと試験される表面との間に有効な音響経路を有することを保証しつつ、トランスデューサを音響媒体に浸漬することを必要とする。水とトランスデューサレンズとの間の音響インピーダンスの差は小さいので、水は、浸漬型トランスデューサに関して最も広く使用される音響媒体である。
【0053】
現在、有効な音響カップリング水路を実現する２つの主な技術は、完全浸漬タンク試験又はウォータージェットである。完全浸漬タンクは、部品を水中に沈めることを必要とするため、したがって、航空機の翼及び機体などの多くのより大きい部品は、相当な（且つしばしば非現実的な）インフラ投資なしに試験することができないようにされている。一方、ウォータージェットは、水を全方向に噴射することを必要とするため、水を、スキャンされるコンポーネントの下に溜めさせる。したがって、ウォータージェットはまた、しばしば噴射された水を集める格子(grate)と、水を循環するポンプと、水によって損傷され得る領域内の機器を保護するフレームとの形態で、インフラ投資を必要とする。
【0054】
従来のウォータージェットの使用の一代替は、「バブラー」である。バブラーを使用するために、一時的な耐水ボックスは、検査のためにスキャンされるコンポーネントの領域の周りに構築される。次いで、水は、トランスデューサを収容するカラムに注入され、ボックスの底面からゆっくりと漏れ出すことを可能にする。このアプローチは、スキャンに関するあらゆる新しい位置で設置される新しいボックスを必要とする。バブラーが機能するために、水がバブラーから十分にゆっくりと漏れ出し、デバイスが試験材料からオフセットに設置されることを可能にするのに必要な送風圧を維持することができないので、膜は、試験される対象物にしっかりと押し付けられなければならない。これは、バブラーと試験材料との間の衝撃のリスクを生成し、損傷を引き起こし得るだけでなく、デバイスの分解能も大きく低下する。バブラーは、水がゆっくりと漏れ出すことを可能にする透過膜に依存するが、バブラーが動作しており、膜が試験面にしっかりと押し付けられるとき、システムは、膜内の波と試験材料内の波とを効果的に区別することができず、デバイスを、完全に動作しないまでも、あまり効果的でなくする。さらに、バブラーは、水が常に送り込まれることを必要とし、漏れ出す水を受け止める手段を必要とする点で、従来のウォータージェットと同様の欠点に悩まされる。さらに、完全浸漬、従来のウォータージェット、及びバブラーは全て、試験材料に、水に曝されることを要求し、これは、いくつかの状況では望ましくない。
【0055】
従来のウォータージェット及びバブラーはまた、デバイスの到達しにくい領域をスキャンすることができないという同様の問題に苦しむ。到達しにくい領域はしばしば、試験されるデバイス又はコンポーネント内に半収容され、したがって、従来のウォータージェットの使用は、水を、デバイス内に溜めさせる可能性が高く、損傷を引き起こし、或いは汲み出すことを困難にし得る。さらに、従来のウォータージェットシステム及びバブラーの両方は、ウォーターカラムを介して水を継続的に送り込むことを必要とする。しかしながら、このウォーターカラムの必要性は、試験されるデバイス又はコンポーネントの到達しにくい領域に効果的にナビゲートするそれらのデバイスの能力を排除する。
【0056】
今のところ、水充填されたチャンバを利用してロバストな機能的な超音波スキャナを製造する他の努力は、成功していない。いくつかの既存のシステムは、浸透膜を介して、ローリングボールの周りに漏れ出すチャンバを必要とし、さもなければ、チャンバと測定される表面との間のギャップに及ぶチャンバを必要とする。依然として、そのようなシステムは、チャンバへの水の流れが、水損失を補充し、音響カップリングを維持することを必要とし、水と試験材料との間の接触を必要とする。他のシステムは、球状集束型トランスデューサの使用を断念し、したがって、低下した分解能を有する。さらに他のシステムは、固定された焦点距離を有し、他のシステムは、スキャンのために表面の部分に到達することを妨げるレンズハウジング及びレンズの固定された長さを有する。
【0057】
典型的に、超音波試験は、トランスデューサが、波を、Ａスキャン、Ｂスキャン、及びＣスキャンなどの試験材料の異なるセクションに照射するので、複数のタイプのスキャンデータの形成をもたらす。Ａスキャンは、試験材料の個々にスキャンされた位置に関して形成される。典型的に、Ａスキャンは、時間の関数として、信号振幅を示し、時間の後半に現れる信号は、材料のより深い深さで境界変化から反射され、２つ以上の信号（試験材料への最初のエントリ及び試験材料のバックウォールによる反射よりも多い）の存在は、試験材料内の欠陥、又は内部積層の存在を示す。Ａスキャンは、欠陥又は層境界が対象物内の特定の位置に存在するか否かを判定するのに有用であり得るが、問題の欠陥のサイズ又はタイプに関する特異性を欠き、材料の１つの特定の領域を特徴付けるのみであり得る。
【0058】
Ｂスキャンは、超音波試験デバイスが試験材料の軸に沿って掃引されるとき、個々のＡスキャンの組み合わせとして構築される。超音波試験デバイスが移動されるとき、Ｂスキャンは、デバイスの断面図を形成することができ、試験材料に沿った各位置のＡスキャンのピークに基づいて、どの深さで欠陥が発見されるかを示す。これは、試験材料の一種の側面図を生成し、衝撃損傷及び層間剥離に関する情報を提供するのに有用である。
【0059】
Ｃスキャンは、Ｂスキャンの断面図と直交する試験材料の断面図を提供する。Ｃスキャンは、平面に沿った異なるＸ及びＹ座標のＡスキャンを組み合わせ、内部欠陥又は層の位置データだけでなく、所与の深さでの欠陥又は層の断面積の表示も提供し得る断面図を生成する。Ｃスキャンは、ゲート開始時刻及びゲート終了時刻を選択し、次いで、Ａスキャンが行われるごとにゲート領域内の強度情報を取得することによって形成される。いくつかのシステムは、トランスデューサが試験領域の各位置を移動される前に、システムがＡスキャンの、より広いアレイを得ることができるように、異なる方向に向けられたトランスデューサを備えたフェーズドアレイ技術を利用する。しかしながら、Ｃスキャンは、２次元画像であり、欠陥の深さを正確に提供することができなく、或いはＣスキャンの断面に直交するビューにおいて、より優勢に現れ得る欠陥を正確に観察することができない。
【0060】
試験材料内の不規則性を見つけるために、ほとんどの現在のシステムは、キャリブレーションブロックの使用に依存し、現在のシステムのＡスキャン、Ｂスキャン、及びＣスキャンは、多くの不完全性を分離して正確に検出することができない。試験する前に、試験デバイスは、１つ又は複数のキャリブレーションブロック上で使用され、典型的に、キャリブレーションブロックは、試験される材料の代表的な形状、又は既知の欠陥を有する材料のいずれかである。従来の超音波検査システムは、試験材料から反射された信号がキャリブレーションブロックの信号と一致するか、或いは異なるかを判定するときの比較手段として、このキャリブレーション方法を使用する。しかしながら、キャリブレーションブロックへの依存は、試験材料の重要な特性を具体的に示す能力を弱める。例えば、気孔率試験において、従来のシステムは、０．２、０．４及び０．６の気孔率を有するキャリブレーションブロックを認識し得るが、依然として、０．４の気孔率のキャリブレーションブロックと最も近くに位置合わせされる試験材料は、０．３－０．５の間のどこかの気孔率を有することがあり、さらなる特異性は制限される。さらに、キャリブレーションブロックを使用する試験は、キャリブレーションブロック内の未知の欠陥、又はキャリブレーションブロックと実際の試験材料との間で異なる考慮されていない交絡変数によって妨げられ得る。したがって、キャリブレーションブロックの参照なしに、試験材料のプライ配向、気孔率、接合ラインの厚さ、しわの存在、接合ラインの凹凸、又は他の重要な物理的特性などの、材料の質を直接的に判定することができるシステムが必要とされる。
【0061】
それらの高い強度対重量比に起因して、複合材料は、特に、航空宇宙、自動車、及び防衛産業における構造的用途に関して、ますます一般的になっている。複合材料は、２つ以上の材料の組み合わせとして規定され、新しい材料を形成し、コンクリート、わらで強化された粘土レンガ、炭素繊維積層材、及びファイバーグラス（fiberglass）を含むが、それらに限定されない。製造上の欠陥ならびに複合材料の使用中に生じた損傷は、積層材の構造性能に顕著な影響を与えることがあり、時々、構造的故障につながり得る。複合材料への損傷は、雹（ひょう）撃、雷、鳥の衝突、部品の誤使用、又は一般的な疲労の結果として、頻繁に発生し得る。使用中の複合材料の故障につながり得る欠陥の例は、材料内の異物と、複合材料の層間の不十分な接合と、複合材料の層のしわと、複合材料の少なくとも１つの層内の層間剥離と、複合材料の不完全な硬化と、複合材料内の過度に大きい気孔とを含む。したがって、複合材料の接合ラインの厚さ、気孔率、プライタイプ、及び織り方などの特性は、複合材料の構造の全体的な材料特性及び性能に顕著な影響を与えることがあり、それらは、亀裂起点として機能さえし得る。
【0062】
現在の携帯型トランスデューサシステムは、多くの複合材料の音響インピーダンス及び厚さに起因して、複合材料積層材を適切に特徴付けるのに不適切である。典型的に、複合材料積層材は、数ミリメートル－１インチのほぼ３／４（１９．０５ｍｍ）の間の厚さにわたり、頻繁に約１／４ｍｍの厚さの個々の薄層を有する。概して、個々の薄層を検出するために使用される波の波長は、材料の厚さの半分以下であるべきであり、或いはそれ以下の材料は、波によって全く気付かれないままになり得る。したがって、複合材料内の小さい層サイズと複合材料内の波の高い減衰との組み合わせに起因して、これらの複合材料の層内又は層間の意味のある欠陥を十分な分解能で特徴付けるために、トランスデューサは、７．５－１５ＭＨｚの間の周波数を照射することができる必要がある。これは、現在の携帯型トランスデューサシステムにとって問題であり、概して、現在の携帯型トランスデューサシステムは、約２－３ＭＨｚのオーダーの周波数しか照射することができない。さらに、多くの既存のシステムは、おおよそ５ＭＨｚまでの周波数しか使用せず、これは、試験される材料の固有振動数に近いと理解されるからである。しかしながら、周波数を５ＭＨｚ以下に制限することは、スキャンの分解能を制限し、システムに、潜在的に関連する特徴及び欠陥を見落とさせる。携帯型トランスデューサの一代替ソリューションは、浸漬型システムであり、通常、浸漬型システムは、トランスデューサと試験材料の表面との間の十分な音響カップリングを維持するために、試験材料を水槽に完全に浸漬すること、又はウォータージェットを材料に継続的に噴射することを含む。しかしながら、典型的に、浸漬技術は、大きなコストと、試験のための追加の必要なセットアップ時間との両方の点で、不便である。
【0063】
トランスデューサの周波数が高くなるにつれて、トランスデューサの分解能の質は高くなる。しかしながら、トランスデューサの周波数が高くなるにつれて、システムに見える材料の深さは減少する。一実施形態では、トランスデューサは、０．５ＭＨｚ－５０ＭＨｚの間の周波数で動作することができる。別の実施形態では、トランスデューサは、１－２５ＭＨｚの間の周波数で動作することができる。さらに別の実施形態では、トランスデューサは、５－１５ＭＨｚの間の周波数で動作することができる。さらに別の実施形態では、トランスデューサは、１０－１５ＭＨｚの間の周波数で動作することができる。好ましい実施形態では、トランスデューサは、７．５－１５ＭＨｚの間で動作する。
【0064】
さらに、従来の超音波試験デバイスは、キャリブレーションブロックを利用する。試験する前に、試験デバイスは、１つ又は複数のキャリブレーションブロック上で使用され、典型的に、キャリブレーションブロックは、試験される材料の代表的な形状、又は既知の欠陥を有する材料のいずれかである。従来の超音波検査システムは、試験材料から反射された信号がキャリブレーションブロックの信号と一致するか、或いは異なるかを判定するときの比較手段として、このキャリブレーション方法を使用する。しかしながら、キャリブレーションブロックへの依存は、試験材料の重要な特性を具体的に示す能力を弱める。例えば、気孔率試験において、従来のシステムはしばしば、０．２、０．４及び０．６の気孔率を有するキャリブレーションブロックを認識するが、依然として、０．４の気孔率のキャリブレーションブロックと最も近くに位置合わせされる試験材料は、０．３－０．５の間のどこかの気孔率を有することがあり、さらなる特異性は制限される。さらに、キャリブレーションブロックを使用する試験は、キャリブレーションブロック内の未知の欠陥、又はキャリブレーションブロックと実際の試験材料との間で異なる考慮されていない交絡変数によって妨げられ得る。したがって、キャリブレーションブロックの参照なしに、複合材料のプライ配向、気孔率、接合ラインの厚さ、しわの存在、接合ラインの凹凸、又は他の重要な物理的特性などの、材料の質を直接的に判定することができるシステムが必要とされる。
【0065】
一実施形態では、携帯型トランスデューサハウジングアセンブリは、試験材料をスキャンするために使用されるトランスデューサを含む。携帯型トランスデューサハウジングアセンブリは、内部の密閉されたチャンバを有する中央ハウジングを含み、トランスデューサは、内部の密閉されたチャンバ内に配置される。内部の密閉されたチャンバは、流体ポンプに着脱可能に接続され、流体ポンプは、内部の密閉されたチャンバから空気を送り出すことと、内部の密閉されたチャンバに水又は他のカップリング流体を送り込むこととの両方を行うように動作可能である。中央ハウジングの前端部は、膜であり、内部の密閉されたチャンバを密閉する。膜は、内部の密閉されたチャンバ内のカップリング流体に対して音響的に透明であり、或いは音響的に半透明である。一実施形態では、トランスデューサは、携帯用トランスデューサハウジングアセンブリの中央ハウジングに対して移動可能であり、ユーザが、トランスデューサのサイズ及び性質と、試験材料の性質とに依存して、デバイスのフォーカスを調整することを可能にする。
【0066】
一実施形態では、本システムによって使用される携帯型トランスデューサハウジングアセンブリは、試験材料からオフセットして配置され、外部カプラントは、携帯型トランスデューサハウジングアセンブリの膜と試験材料との間に配置される。一実施形態では、外部カプラントは、グリセリン、カプラントＤ１２、カプラントＨ、シェアウェイブカプラント、又は別の適切な音響ゲルなどの音響ゲルである。一実施形態では、少なくとも１つのオフセット要素は、携帯型トランスデューサハウジングアセンブリが試験材料と有害な接触にならないことと、携帯型トランスデューサハウジングアセンブリが試験材料から最小の固定オフセットに保たれることとを保証するために、中央ハウジングから試験材料に向かって長手方向外側に延在する。
【0067】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリが試験材料からオフセットされる距離は、キャリブレーション波を使用して判定される。初期波は、トランスデューサを介して試験材料に伝達される。伝搬時間データは、レンズハウジングの開口部をカバーする膜で反射する超音波と、試験材料の前面で反射する波と、試験材料の背面で反射する波とに関して収集される。試験材料の材料特性又は寸法を入力する必要なく、トランスデューサハウジングアセンブリは、伝搬時間データの結果に基づいて、試験材料から、固定された距離だけ自動的にオフセットすることができる。別の実施形態では、音速などの試験材料の材料特性と、厚さなどの試験材料の寸法データとは、手動で入力され、トランスデューサハウジングアセンブリが、キャリブレーション波の必要なく、試験材料から、固定された距離だけ自動的にオフセットすることを可能にする。
【0068】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、ロボットアームに取り付けられる。トランスデューサハウジングアセンブリは、ロボットアームに取り付けられたねじ、ボルト、ピン、又は他の貼付手段を受け取ることができる取付ボアを有する取付ブラケットを含む。ロボットアームは、トランスデューサハウジングアセンブリが、より狭い空間に到達することを可能にし、デバイスが、試験の期間、安定して保持されることを可能にし、試験の精度を高める。別の実施形態では、取付ブラケットは、並進ステージに取り付けられる。並進ステージは、トランスデューサハウジングアセンブリをＸ－Ｙ平面に沿って異なる位置に移動させるように動作する。これは、オペレータが比較的平坦な試験材料の大きい断面をスキャンすることを望む状況では、特に有利である。
【0069】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、アレイ要素に取り付けられる。別の実施形態では、アレイ要素は、２つ以上のトランスデューサハウジングアセンブリのための取付ポイントを含み、複数のトランスデューサハウジングアセンブリが、単一のアレイ要素に取り付けられることを可能にし、トランスデューサのアレイとして機能する。したがって、トランスデューサのアレイは、トランスデューサのアレイが、凹凸の表面を有するコンポーネントをスキャンすること、又は複数の異なる材料タイプを有するコンポーネントをスキャンすることを可能にするように、試験材料の複数の位置を同時にスキャンすることができ、個々のトランスデューサハウジングアセンブリは、調節可能である。
【0070】
別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、手動で操作される。例として、トランスデューサハウジングアセンブリは、試験材料に取り付けられたアセンブリ内に配置される。次いで、オペレータは、トランスデューサハウジングアセンブリが試験材料から実質的に固定された距離に留まることをアセンブリが保証する間、アセンブリ内でトランスデューサハウジングアセンブリを手動でスライドすることができる。さらに別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、コンピュータ又は付属のディスプレイに入力されたプリセットされた位置データに基づいて、試験対象物上の複数の異なる位置に自動的に移動することができる。
【0071】
別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、膜を欠き、内部チャンバを密閉されていないままにする。水は、高い流量で送り込まれ、ウォータージェットが、試験材料に噴射を形成することを可能にし、トランスデューサを試験材料に音響的にカップリングする。さらに別の実施形態では、トランスデューサは、トランスデューサハウジングアセンブリ内に配置されず、試験材料との音響カップリングを保証するために、浸漬タンク内に配置される。
【0072】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリは、接続受信端に取り付けられる。別の実施形態では、接続受信端は、ケーブルを介して、コンピュータ又は別のプロセッサと、パルサレシーバなどの波形ジェネレータとに接続される。コンピュータ又はプロセッサは、モニタ又はタッチスクリーンなどの表示手段を含む。一実施形態では、単一の波形ジェネレータは、複数のトランスデューサハウジングアセンブリに同時に接続することができる。一実施形態では、接続受信端は、ＵＨＦコネクタ、バヨネットニールコンセルマン（ＢＮＣ）コネクタ、又はユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）コネクタである。別の実施形態では、接続受信端は、無線アダプタであり、トランスデューサハウジングアセンブリ４が、パルサレシーバと無線接続することを可能にする。パルサレシーバは、プロセッサ及びメモリを有する、コンピュータに接続される。さらに、コンピュータは、トランスデューサハウジングアセンブリを使用して実行された超音波試験のグラフィカル結果を出力するための表示手段を含む。さらに別の実施形態では、コンピュータはまた、トランスデューサハウジングアセンブリ４が取り付けられているロボットアーム、並進ステージ、又はアレイ要素と接続され、ロボットアーム、並進ステージ、又はアレイ要素に制御命令を発行するように動作可能である。
【0073】
コンピュータは、グラフィカルユーザインタフェース（ＧＵＩ）を表示することができる表示手段に接続され、パルサレシーバによって処理した後の試験結果を表示することができる。別の実施形態では、ディスプレイは、トランスデューサハウジングアセンブリに直接的に取り付けられ、結果が、オペレータがコンピュータを確認するために離れる必要なく、トランスデューサハウジングアセンブリのユーザに表示されることを可能にする。ＧＵＩは、オペレータの名前と、時間と、試験される材料の音速、試験される材料の厚さ、試験される材料の剛性、及び／又は試験される材料のタイプを含む材料特性とを含む、各試験前の様々な入力ファクタを受け入れることができる。一実施形態では、ＧＵＩはまた、場所の範囲及び実行時間を受け入れることができ、ロボットアーム、アレイ要素、又は並進ステージが試験のためにそれ自体を位置付けるべき場所を示す。
【0074】
本システムは、積層材内の異物の位置及び深さと、積層材のプライ配向と、積層材内のしわの位置と、積層材の接合ラインの厚さと、積層材の接合ラインに沿った不完全な接合の領域と、積層材の気孔率と、積層材内の内部欠陥及び層間剥離の領域の位置、深さ、及びサイズとを含む、積層材の様々なファクタに関する情報を表示することができる。
【0075】
（１．トランスデューサ）
図１は、本発明の一実施形態による、トランスデューサハウジングアセンブリ４の直交側面図を図示する。トランスデューサハウジングアセンブリ４は、前部分１０及び後部分８を有する中央ハウジング６を含む。一実施形態では、前部分１０及び後部分８は、中空円筒形片であり、互いに一体的に形成されている。代替的に、前部分１０及び後部分８は、一体的に形成されず、別個に形成されており、当技術分野で知られている任意の化学的且つ／或いは機械的手段を介して一緒に接合される。別の実施形態では、前部分１０及び後部分８は、直方体などの別の形状である。一実施形態では、前部分１０の直径は、後部分８の直径よりも大きく、中央ハウジング６の直径は、中間セクション９において前部分１０と後部分８との間で先細りである。中央ハウジング６は、流体コネクタ２４に取り付けられる。一実施形態では、流体コネクタ２４は、中央ハウジング６の前部分１０に取り付けられ、別の実施形態では、流体コネクタ２４は、中央ハウジング６の中間セクション９又は後部分８に取り付けられる。一実施形態では、取付ブラケット２６は、中央ハウジング６の前部分１０から延在する。別の実施形態では、取付ブラケット２６は、中央ハウジング６の中間セクション９又は後部分８から延在する。
図１は、本発明の一実施形態による、トランスデューサハウジングアセンブリ４の直交側面図を図示する。トランスデューサハウジングアセンブリ４は、前部分１０及び後部分８を有する中央ハウジング６を含む。一実施形態では、前部分１０及び後部分８は、中空円筒形片であり、互いに一体的に形成されている。代替的に、前部分１０及び後部分８は、一体的に形成されず、別個に形成されており、当技術分野で知られている任意の化学的且つ／或いは機械的手段を介して一緒に接合される。別の実施形態では、前部分１０及び後部分８は、直方体などの別の形状である。一実施形態では、前部分１０の直径は、後部分８の直径よりも大きく、中央ハウジング６の直径は、中間セクション９において前部分１０と後部分８との間で先細りである。中央ハウジング６は、流体コネクタ２４に取り付けられる。一実施形態では、流体コネクタ２４は、中央ハウジング６の前部分１０に取り付けられ、別の実施形態では、流体コネクタ２４は、中央ハウジング６の中間セクション９又は後部分８に取り付けられる。一実施形態では、取付ブラケット２６は、中央ハウジング６の前部分１０から延在する。別の実施形態では、取付ブラケット２６は、中央ハウジング６の中間セクション９又は後部分８から延在する。
【0076】
中央ハウジング６の前部分１０は、レンズハウジング２０に接続され、レンズハウジング２０は、中央ハウジング６の前端部から外側に延在する。レンズハウジング２０の前端部は、開口部２２を含む。一実施形態では、少なくとも１つの表面オフセット要素２８は、中央ハウジング６の前端部から延在する。別の実施形態では、表面オフセット要素２８は、レンズハウジング２０から直接的に外側に延在する。トランスデューサは、中央ハウジング６内に配置される。いくつかの実施形態では、トランスデューサは、細長い部材５２に直接的に取り付けられる。細長い部材５２は、カップリング要素１６の手段によって中央ハウジング６に取り付けられる。一実施形態では、細長い部材５２、つまりトランスデューサの位置は、カップリング要素１６を回転するか、或いは他の方法で調整することによって、中央ハウジング６に対して調整され得る。
【0077】
一実施形態では、細長い部材５２及びカップリング要素１６は、鋼又はアルミニウムなどの金属材料を含むが、それらに限定されない。別の実施形態では、細長い部材５２及びカップリング要素１６は、同じ金属材料で形成されている。細長い部材５２及びカップリング要素１６の両方を同じ金属材料から形成することは、要素の一方が陰極又は陽極として機能することで、トランスデューサハウジングアセンブリ４内でガルバニ電池の活性化を可能にし、デバイスの耐用年数を短くすることを防ぐので、有利である。一実施形態では、中央ハウジング６は、ポリカーボネート又はポリエチレンなどのプラスチックから形成される。別の実施形態では、中央ハウジング６は、紫外線（ＵＶ）硬化性ポリマを使用して、デバイスの３Ｄ印刷を介して形成され、次いで、形成後に硬化される。
【0078】
一実施形態では、図１に示されるように、取付ブラケット２６は、角度をなして中央ハウジング６から離れて延在する第１の平面２６２と、第１の平面２６２の端部からトランスデューサハウジングアセンブリ４の中心軸に実質的に平行な方向に延在する第２の平面２６３とを含む。別の実施形態では、図５に示されるように、取付ブラケット２６は、中央ハウジング６の前部分１０及び後部分８の間で、前部分１０及び後部分８に直交して配置された実質的に矩形片である。図２に見られ得るように、他の実施形態では、取付ブラケット２６は、それが取り付けられるべきデバイスに依存して、異なる形状をとる。
【0079】
図３は、図１に示されるトランスデューサハウジングアセンブリ４の等角図を図示する。図４は、図１に示されるトランスデューサハウジングアセンブリの上面図を図示する。図３及び図４に見られ得るように、一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、３つの表面オフセット要素２８を含む。一実施形態では、取付ブラケット２６は、少なくとも１つの取付ボア２６１を含む。
【0080】
図５は、本発明の別の実施形態による、トランスデューサハウジングアセンブリ４の等角分解図を図示する。一実施形態では、流体コネクタ２４は、接続ポート３４に接続することによって、トランスデューサハウジングアセンブリ４の中央ハウジング６に取り付けられる。一実施形態では、流体コネクタ２４は、流体コネクタ２４の外面及び接続ポート３４の内面に位置されたねじ切り（threading）の手段によって、接続ポート３４に接続する。
【0081】
一実施形態では、カップリング要素１６は、中空円筒であり、細長い部材５２は、カップリング要素１６を介して延在する。細長い部材５２及びカップリング要素１６は、サーチチューブ５２の外面とカップリング要素の内面との間の摩擦接触によって一緒に保持される。図６に示されるように、別の実施形態では、細長い部材５２は、固定要素５４によってカップリング要素１６に固定される。一実施形態では、固定要素５４は、ねじ、ボルト、又は圧縮可能なピンである。一実施形態では、細長い部材５２は、中空円筒であり、トランスデューサ５０は、細長い部材５２の前端部内に摩擦的に係合される。
【0082】
一実施形態では、カップリング要素１６は、カップリング要素１６の表面の一部と、中央ハウジング６の後部分８における第１の開口部１２の内面とのねじ切りの手段によって、中央ハウジング６に接続する。別の実施形態では、カップリング要素１６が中央ハウジング６に係合されるとき、カップリング要素１６は、カップリング要素１６及び細長い部材５２を中央ハウジング６に対して長手方向に移動するように回転され得る。さらに別の実施形態では、固定要素５４は、除去され、圧縮され、或いは他の方法で変更されることができ、カップリング要素１６及び細長い部材５２が、中央ハウジング６に対して長手方向に移動することを可能にする。細長い部材５２を中央ハウジング６に対して長手方向に移動することによって、トランスデューサ５０の位置は変更されることができ、トランスデューサ５０のサイズの範囲への適用と、トランスデューサの焦点合わせのより高い精度とを可能にする。
【0083】
一実施形態では、第１の開口部１２は、シーリング要素を含み、シーリング要素は、第１の開口部１２を介して流体の漏れを防ぐ。一実施形態では、シーリング要素は、第１の開口部１２の内面をライニングするＯリング（O-ring）を含む。別の実施形態では、中央ハウジング６内のチャンバは、動作中に完全に密閉されず、中央ハウジング６の後端部又は流体コネクタ２４との界面のいずれかは、密閉されないままである。中央ハウジングのチャンバを密閉することなく、トランスデューサハウジングアセンブリ４を使用するオプションは、デバイスを構築するために使用される部品の柔軟性を提供し、製造コストの軽減を可能にすることを含む。しかしながら、角度をなしてトランスデューサハウジングアセンブリ４を置くことを含むトランスデューサハウジングアセンブリ４の使用に関して、内部チャンバを密閉し、流体の漏れを防ぐことは賢明であり、流体の漏れは、試験材料へのトランスデューサのデカップリングを引き起こし得る。
【0084】
中央ハウジング６の前部分１０は、第２の開口部１８をさらに含む。レンズハウジング２０は、レンズハウジング２０を中央ハウジング６と係合するために、第２の開口部１８に挿入される。一実施形態では、レンズハウジング２０及び中央ハウジング６は、レンズハウジング２０の外面上及び第２の開口部１８の内面上のねじ切りの手段によって係合される。別の実施形態では、レンズハウジング２０は、環状或いは螺旋状の溝５８を含み、その中にシーリング要素が取り付けられる。レンズハウジング２０が第２の開口部１８に配置されるとき、シーリング要素は、第２の開口部１８の内面と係合し、流体密封シールを形成する。一実施形態では、シーリング要素は、Ｏリングである。さらに別の実施形態では、図５に示されるように、第２の開口部１８は、少なくとも１つの係合ノッチ３２を含み、レンズハウジング２０は、少なくとも１つの係合突出部３０を含む。図８－図１１に示されるように、レンズハウジング２０が第２の開口部１８内に配置されるために、レンズハウジング２０の少なくとも１つの係合突出部３０は、第２の開口部１８の少なくとも１つの係合ノッチ３２と位置合わせしなければならない。レンズハウジング２０が第２の開口部１８内に配置された後、レンズハウジング２０は、少なくとも１つの係合突出部３０が少なくとも１つの係合ノッチ３２ともはや位置合わせしないように回転される。一実施形態では、レンズハウジング２０は、レンズハウジング２０をねじり、それを引き抜くことによって、中央ハウジング６から容易に分離される。これは、レンズハウジング２０が破損し、交換される必要がある場合、或いは異なるサイズのレンズハウジング２０がコンポーネントの異なる部分を検査するために必要とされる場合に有利である。
【0085】
図６は、図５に示されるトランスデューサハウジングアセンブリのコンポーネントの直交分解図を図示する。流体コネクタ２４は、ホース又はパイプなどの導管３６の一端に接続されることができる。一実施形態では、導管３６の他端は、流体ポンプ又は流体リザーバに接続され、そこから流体は、導管３６及び流体コネクタ２４を介して、密閉されたチャンバに導入されることができる。別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、流体ポンプに接続されず、流体は、手動注出などの他の手段によって中央ハウジング６に加えられる。
【0086】
一実施形態では、流体コネクタ２４は、圧力リリーフバルブを含み、圧力リリーフバルブは、流体の体積が密閉されたチャンバの体積を超えるとき、流体が逃げることを可能にする。したがって、有利には、圧力リリーフバルブは、トランスデューサ５０と中央ハウジング６の前端部との間の距離に依存して、密閉されたチャンバへの調整可能な流体の体積を提供する。一実施形態では、流体コネクタ２４は、ポンプに接続されることができ、空気は、チャンバにカップリング流体を充填する前、或いは充填する間に、密閉されたチャンバから送り出される。空気を送り出すことは、流体中に泡がないことを保証するのに役立ち、トランスデューサ５０と試験されるコンポーネントとの間の音響カップリング経路を改善する。さらに、試験が完了した後、空気ポンプは、空気を、密閉されたチャンバに送り込むために使用されることができ、残りの流体を除去し、腐食などのトランスデューサハウジングアセンブリのへの損傷を引き起こし得る、カップリング流体への長期曝露を軽減することを支援する。
【0087】
図１２は、本発明の一実施形態による、レンズハウジング２０の直交図を図示する。膜３８は、レンズハウジング２０の前端部上に配置される。膜３８は、レンズハウジング２０の前端部上に流体密封シールを生成する。膜３８を有するレンズハウジング２０が中央ハウジング６内に配置されるとき、密閉されたチャンバは、中央ハウジング６内に形成される。密閉されたチャンバは、流体密封チャンバであり、カップリング要素１６と中央ハウジング６の後部分８の第１の開口部１２との間のインタフェースと、レンズハウジング２０と中央ハウジング６の前部分１０の第２の開口部１８との間のインタフェースと、膜３８と、流体コネクタ２４との組み合わせによって密閉される。一実施形態では、膜３８は、少なくとも１つのリテーナ４０によってレンズハウジング２０に固定される。一実施形態では、少なくとも１つのリテーナ４０は、レンズハウジング２０の一部分を取り囲み、膜３８をレンズハウジング２０にしっかりと押し付ける、少なくとも１つのＯリングを含む。有利には、膜３８に穴が開いた場合、或いは他の方法で、密閉されたチャンバを効果的に密閉することができない場合、リテーナ４０を取り外し、新しい膜を再装備し、次いで、リテーナ４０を再適用することによって、容易に交換され得る。
【0088】
膜３８は、密閉されたチャンバ内の流体に対して音響的に透明であり、或いは半透明である。膜３８に使用される材料は、密閉されたチャンバ内の流体と、同様の音響インピーダンス、したがって同様の剛性及び密度を有するように選択される。一実施形態では、流体は、水又は１におおよそ等しい屈折率を有する別の流体である。別の実施形態では、膜３８の屈折率は、０．９－１．２の間である。さらに別の実施形態では、膜は、アクアレンから作られる。
【0089】
トランスデューサ５０の周波数が高くなるにつれて、トランスデューサの時間分解能の質は高くなる。しかしながら、トランスデューサ５０の周波数が高くなるにつれて、システムに見える材料の深さは、高周波減衰に起因して減少する。一実施形態では、トランスデューサ５０は、１－５０ＭＨｚの間の周波数で動作可能である。好ましい実施形態では、トランスデューサ５０は、５－１５ＭＨｚの間で動作する。
【0090】
外部カプラントは、トランスデューサハウジングアセンブリ４と試験材料との間のギャップを埋めるために使用され得る。一実施形態では、外部カプラントは、グリセリン、カプラントＤ１２、カプラントＨ、シェアウェイブカプラント、又は別の適切な音響ゲルなどの音響ゲルである。
【0091】
図１３は、本発明の一実施形態による、表面オフセット要素の直交側面図を図示する。一実施形態では、表面オフセット要素２８は、バイアス部材２８２に取り付けられたピン２８１を含む。バイアス部材２８２は、表面オフセット要素２８が、試験材料の表面に押し付けられるときに引っ込むことを可能にする。さらに、ピン２８１が試験材料に押し付けられるとき、バイアス部材２８２は、他の方法で、力又はトランスデューサハウジングアセンブリ４を介して試験材料に与えられ得るいくつかの変位を吸収することができ、トランスデューサハウジングアセンブリ４及び試験材料の両方への潜在的な損傷を防ぐ。一実施形態では、表面オフセット要素２８が引っ込むことができる度合いは、停止部によって制限される。トランスデューサハウジングアセンブリ４の前部が試験されるコンポーネントに押し付けられるとき、表面オフセット要素２８は、まず、コンポーネントに接触し、レンズハウジング２０とコンポーネントとの間の迅速且つ直接的な接触によって引き起こされ得るコンポーネント又はトランスデューサハウジングアセンブリ４の損傷を防ぐ。さらに、表面オフセット要素２８の引っ込みを制限する停止部を設けることによって、レンズハウジング２０は、コンポーネントから、固定された既知の距離に留まることができ、試験プロセス中の向上された精度を可能にする。別の実施形態では、表面オフセット要素２８は、中央ハウジング６の前部分１０にねじ式に接続され、異なる試験材料を用いた使用の前に、手動で調整され得る。一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、試験材料の厚さの２分の１におおよそ等しい試験材料からのオフセット距離で動作する。
【0092】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４が試験材料からオフセットされる距離は、キャリブレーション波を使用して判定される。初期波は、トランスデューサを介して試験材料に伝達される。伝搬時間データは、レンズハウジング２０の開口部２２をカバーする膜で反射する超音波と、試験材料の前面で反射する波と、試験材料の背面で反射する波とに関して収集される。試験材料の材料特性又は寸法を入力する必要なく、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、伝搬時間データの結果に基づいて、試験材料から、固定された距離だけ自動的にオフセットすることができる。別の実施形態では、音速などの試験材料の材料特性と、厚さなどの試験材料の寸法データは手動で入力され、トランスデューサハウジングアセンブリ４が、キャリブレーション波の必要なく、試験材料から固定された距離だけ自動的にオフセットすることを可能にする。
【0093】
図１４は、ロボットアームに取り付けられたトランスデューサハウジングアセンブリの直交側面図を図示する。取付ボア２６１は、ロボットアーム４８に取り付けられたねじ、ボルト、ピン、又は他の貼付手段を受け取ることができる。ロボットアーム４８は、トランスデューサハウジングアセンブリ４が、より狭い空間に到達することを可能にし、デバイスが、試験の期間、安定して保持されることを可能にし、試験の精度を高める。別の実施形態では、取付ブラケット２６は、並進ステージに取り付けられる。並進ステージは、トランスデューサハウジングアセンブリ４をＸ－Ｙ平面に沿って異なる位置に移動させるように動作する。これは、オペレータが比較的平坦な試験材料の大きい断面をスキャンすることを望む状況では、特に有利である。
【0094】
一実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、アレイ要素に取り付けられる。別の実施形態では、アレイ要素は、２つ以上のトランスデューサハウジングアセンブリ４のための取付ポイントを含み、複数のトランスデューサハウジングアセンブリ４が、単一のアレイ要素に取り付けられることを可能にし、トランスデューサのアレイとして機能する。したがって、トランスデューサのアレイは、トランスデューサのアレイが、凹凸の表面を有するコンポーネントをスキャンすること、又は複数の異なる材料タイプを有するコンポーネントをスキャンすることを可能にするように、試験材料の複数の位置を同時にスキャンすることができ、個々のトランスデューサハウジングアセンブリは、調節可能である。
【0095】
別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、手動で操作される。例として、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、試験材料に取り付けられたアセンブリ内に配置されてもよい。次いで、オペレータは、トランスデューサハウジングアセンブリ４が試験材料から実質的に固定された距離に留まることをアセンブリが保証する間、アセンブリ内でトランスデューサハウジングアセンブリ４を手動でスライドすることができる。さらに別の実施形態では、トランスデューサハウジングアセンブリ４は、コンピュータ又は付属のディスプレイに入力されたプリセットされた位置データに基づいて、試験対象物上の複数の異なる位置に自動的に移動することができる。
【0096】
図１５は、本発明の一実施形態による、プロセッサ及び表示手段と通信するトランスデューサハウジングアセンブリの概略ダイアグラムである。トランスデューサハウジングアセンブリ４は、パルサレシーバ３５に接続され、パルサレシーバ３５は、トランスデューサハウジングアセンブリ４内のトランスデューサによって生成された信号から波形を発生する。次いで、波形は、パルサレシーバ３５と通信するプロセッサ４２によって処理され、表示手段４５によって表示されるデータの１つ又は複数の可視化を生成する。
【0097】
図１６は、本発明の一実施形態における使用のための浸漬タンクトランスデューサの構成を図示する。一実施形態では、超音波を生成し、信号を試験材料５５から受信するために使用されるトランスデューサ５０は、トランスデューサハウジングアセンブリ４内になく、浸漬タンク６０を介して試験材料５５と音響的に結合される。トランスデューサ５０は、パルサレシーバ３５に接続され、パルサレシーバ３５は、トランスデューサ５０によって生成された信号から波形を発生する。次いで、波形は、パルサレシーバ３５と通信するプロセッサ４２によって処理され、表示手段４５によって表示されるデータの１つ又は複数の可視化を生成する。
【0098】
（２．データ入力及びキャリブレーション）
図１７は、本発明の一実施形態による、データ入力画面を図示する。図１７に示されるように、ＧＵＩは、ユーザが、試験される試験材料に関するパラメータを入力することを可能にする。一実施形態では、ユーザは、予め定められた材料データベースから材料を選択することができ、材料データベースは、材料の積層に関するより詳細な情報なしで、材料の音速のような量を提供する「ファイバーグラス」又は「炭素繊維」などの、より一般的なリストに加えて、繊維幅、繊維ラップ、複合材料の層数、層の厚さ、繊維面密度、音速、剛性、及び／又は、他の材料及び材料の物理的特性に言及する特定のリストを含む。別の実施形態では、ユーザは、試験材料の機械的特性及び物理的特性を手動で入力し、材料の音速、剛性、厚さ、及び／又は、他の材料及び材料の物理的特性などの質を選択する。ユーザは、後日、それらの材料をより容易に選択するために、手動で入力された材料を材料データベースに格納するオプションを選択することができる。さらに別の実施形態では、ＧＵＩは、材料のパラメータを収集するためにキャリブレーション波を使用するオプションを含み、材料パラメータは、デバイスの試験前に、ユーザによって入力される必要がない。
図１７は、本発明の一実施形態による、データ入力画面を図示する。図１７に示されるように、ＧＵＩは、ユーザが、試験される試験材料に関するパラメータを入力することを可能にする。一実施形態では、ユーザは、予め定められた材料データベースから材料を選択することができ、材料データベースは、材料の積層に関するより詳細な情報なしで、材料の音速のような量を提供する「ファイバーグラス」又は「炭素繊維」などの、より一般的なリストに加えて、繊維幅、繊維ラップ、複合材料の層数、層の厚さ、繊維面密度、音速、剛性、及び／又は、他の材料及び材料の物理的特性に言及する特定のリストを含む。別の実施形態では、ユーザは、試験材料の機械的特性及び物理的特性を手動で入力し、材料の音速、剛性、厚さ、及び／又は、他の材料及び材料の物理的特性などの質を選択する。ユーザは、後日、それらの材料をより容易に選択するために、手動で入力された材料を材料データベースに格納するオプションを選択することができる。さらに別の実施形態では、ＧＵＩは、材料のパラメータを収集するためにキャリブレーション波を使用するオプションを含み、材料パラメータは、デバイスの試験前に、ユーザによって入力される必要がない。
【0099】
一実施形態では、ユーザは、座標選択モジュール３１を介して、スキャンのＸ、Ｙ、及びＺ分解能などの、データ出力に関するパラメータを選択することができる。さらに、トランスデューサがロボットアーム、並進ステージ、又はアレイ要素に結合されている状況に関して、ユーザは、座標選択モジュール３１を介して、スキャンが開始すべきＸ、Ｙ又はＺ位置、又は、トランスデューサが移動すべきＸ、Ｙ、及びＺ位置の範囲を選択することができる。一実施形態では、Ｘ、Ｙ、及びＺ位置の範囲は、座標選択モジュール３１を介して、各座標のデータポイントを手動で入力することによって選択される。別の実施形態では、ＧＵＩは、平面の仮想投影を特徴とし、ユーザが、トランスデューサが移動すべき経路を示すために、仮想デバイスをドラッグアンドドロップすることを可能にする。
【0100】
一実施形態では、ユーザは、ｚゲート開始時刻及びｚゲート終了時刻を選択することができ、ｚゲート選択モジュール２１を介して、スキャンに関するゲート領域を規定する。ゲート領域を選択することは、システムが、試験材料のＣスキャンをコンパイルするために、試験材料のどの深さの間で強度データをＡスキャンから取得するかを判定することを可能にする。別の実施形態では、ゲートは、Ａスキャン全体を通して移動され、材料の３Ｄ画像を形成する複数のＣスキャンを作成する。
【0101】
既存のシステムは、ゲーティングの方法を利用し、指定されたゲート領域は、システムによって取り出され、処理される波形の唯一の部分である。したがって、例えば、材料内の５０の異なるゲート領域を解析するために、既存のシステムは、各指定されたゲート領域に関して１回ずつ、材料を５０回異なる時間にスキャンする必要があり得る。本システムは、材料の各Ａスキャンに関して全波形を取り出すことによって、既存のシステムを改善する。本願におけるＺゲート開始時刻、Ｚゲート終了時刻、又はゲート領域の選択への言及は、波形のどの部分が受信されるように指定されるかというハードウェアの制限に言及しないが、代わりに、完全に取り出された波形のどの領域が特定の目的のために解析されるかに言及する。材料からの全波形を解析することによって、本システムは、材料をスキャンするのに要する時間量と、材料に関して生成された画像の分解能との両方において、既存のシステムを改善する。
【0102】
一実施形態では、試験対象物をスキャンする前に、キャリブレーションブロック及び／又は試験対象物の別個のセクションは、予備スキャンにおいて超音波トランスデューサによってスキャンされる。予備スキャンは、超音波トランスデューサの特徴的なマザーウェーブレットを生成するために使用される。超音波トランスデューサによる後続のスキャンにおいて、特徴的なマザーウェーブレットは、超音波スキャンデータのウェーブレット変換の基礎に用いられる。特定の超音波トランスデューサの特徴的なマザーウェーブレットに基づくウェーブレット変換を利用することは、システムが、試験対象物内の欠陥を検出するために、特定の超音波トランスデューサの標準波形からの逸脱をより正確に検出することを可能にする。
【0103】
（３．異物の検出）
複合材料を製造する１つの共通の問題は、手袋の一部、紙、テープ、又は複合材料の製造中に使用される他の対象物などの、異物の残存である。複合材料内のそのような異物の存在は、複合材料内の亀裂の形成を促進し、その伝播は、頻繁に部品を故障させる。さらに、異物の異なる材料特性は、複合材料の強度の低下に寄与し、故障の機会の増加にもつながる。いくつかのケースでは、異物は欠陥でないが、代わりに、マイクロアレイなどの材料への意図的に含まれる挿入物である。したがって、そのようなケースでは、意図的に含まれる挿入物が適切に含まれているか否かを確認することができることは、製造者にとって有用である。
複合材料を製造する１つの共通の問題は、手袋の一部、紙、テープ、又は複合材料の製造中に使用される他の対象物などの、異物の残存である。複合材料内のそのような異物の存在は、複合材料内の亀裂の形成を促進し、その伝播は、頻繁に部品を故障させる。さらに、異物の異なる材料特性は、複合材料の強度の低下に寄与し、故障の機会の増加にもつながる。いくつかのケースでは、異物は欠陥でないが、代わりに、マイクロアレイなどの材料への意図的に含まれる挿入物である。したがって、そのようなケースでは、意図的に含まれる挿入物が適切に含まれているか否かを確認することができることは、製造者にとって有用である。
【0104】
現在の超音波試験システムは、最も一般的なサイズの異物の多くを検出する適切な分解能サイズを欠いている。試験材料内で問題を引き起こす可能性のある異物は、しばしば、１ｍｍ２と同じくらい小さく、１ｍｍと同じくらい小さい特徴的な長さを有し、つまり、試験システムが、対象物のサイズに関する精密且つ正確なデータは言うまでもなく、対象物の存在を報告するためにさえ、高い精度を必要とすることを意味する。Ｍｏｈａｍｍａｄｋｈａｎｉらによる、「Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ Ｄｅｐｔｈ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙ Ｉｍａｇｉｎｇ ｔｏ Ｉｎｓｐｅｃｔ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」と題された１つの研究は、その全体が本明細書に援用され、いくつかの異なる材料で作られた一連の異物を試験し、その各々は、おおよそ３６ｍｍ２の面積を有する正方形片であった。研究は、テフロン（登録商標）片に関して、対象物のサイズを検出する自動化された方法では、４３．８％過大評価され、手動による方法では、１７％過小評価されることを見出した。他の材料の結果は、さらに外れており、自動化された方法では、ピールプライの欠陥のサイズを６６．７％過小評価し、手動による方法では、そのサイズを７７％過小評価した。
【0105】
一実施形態では、本発明は、５ｍｍ２と同じくらい小さいサイズの異物を検出し、１０％よりも低い誤差で対象物の面積を報告することができるシステムを対象とする。別の実施形態では、本発明は、１ｍｍ２以上のサイズの異物を検出し、２５％よりも低い誤差で対象物の面積を報告することができるシステムを対象とする。さらに別の実施形態では、本発明は、１５ｍｍよりも小さい直径を有する対象物を検出し、半ミリメートルよりも小さい誤差で対象物の直径を報告することができるシステムを対象とする。さらに別の実施形態では、本発明は、５ｍｍよりも小さい直径を有する対象物を検出し、０．１ｍｍよりも小さい誤差で対象物の直径を報告することができるシステムを対象とする。１つの研究では、４つの異なるサイズ（異なる文字によって示される）のテフロン片は、１２個の薄層の複合材料内の３つの異なる深さ（異なる数字によって示される）に各々配置され、第１の深さは、複合材料の薄層３と薄層４との間であり、第２の深さは、複合材料の薄層６と薄層７との間であり、第３の深さは、複合材料の薄層９と薄層１０との間である。それらの結果は、以下の表１及び表２に示される。
【0106】
【表1】
【0107】
【表2】
【0108】
図１８は、本発明の一実施形態によって提供される試験材料のグラフィカル表示群を図示する。図１８に示されるように、ＧＵＩは、対応するＡスキャン画像１０２と、Ｂスキャン画像１０４、１０６と、Ｃスキャン画像１０８と、対応するＢスキャン画像１０４、１０６及びＣスキャン画像１０８からのデータを組み合わせることによって構築された３次元（３Ｄ）レイヤ画像１１０とを有する単一ビューを提供することができる。Ａスキャン画像１０２は、所与の時間に戻ってくる信号の平均振幅値を表す。一実施形態では、Ａスキャン画像１０２は、加重平均振幅を表し、つまり、対象物内の特定の位置でのスキャンの振幅が、他の位置での振幅よりも最終的なＡスキャン画像１０２に、より多く寄与することを意味する。Ａスキャン画像１０２上の値が平均を表すので、異物又は他の欠陥が材料の断面全体にわたって存続しない限り、Ａスキャン画像１０２それ自体が、試験材料内の異物又は他の欠陥を示すことができ得る可能性は低い。しかしながら、Ａスキャン画像１０２における経時的な振幅の差は、積層材の異なる層、又は材料内の試験材料の表面に垂直な大規模な層間剥離を特徴付けるのに有用である。Ａスキャン画像１０２上の基準線１１２は、試験材料内の深さを示し、Ｃスキャン画像１０８が試験材料の層の断面を表示する同じ深さであり、３Ｄレイヤ画像１１０が試験材料の断面を表示する深さである。
【0109】
Ｂスキャン画像１０４、１０６は、第１のＢスキャン画像１０４及び第２のＢスキャン画像１０６が、互いに直交する断面を表示するように、第１の軸１１４に平行な試験材料の断面を示す第１のＢスキャン画像１０４と、第２の軸１１６に平行な試験材料の断面を示す第２のＢスキャン画像１０６とを含む。３Ｄレイヤ画像１１０は、Ｃスキャン画像１０８に相当する上面１１８と、第１のＢスキャン画像１０４に相当する第１の側面１２０と、第２のＢスキャン画像１０６に相当する第２の側面１２２とを含む。別の実施形態では、システムは、異物のＢスキャン画像と、Ｂスキャン画像に関する試験材料の表面からの対応する深さとを自動的に生成する。
【0110】
超音波試験デバイスがスキャンを実行しているとき、３Ｄレイヤ画像１１０は、試験が完了するまで深さを増加する。一実施形態では、試験が完了した後、ＧＵＩのユーザは、時間点を選択し、ＧＵＩに、選択された時間点で試験中に行われたＣスキャン画像１０８及び３Ｄレイヤ画像１１０のバージョンを表示させる。一実施形態では、時間点は、Ａスキャン画像１０２上の基準線１１２をドラッグすることによって選択可能である。別の実施形態では、ユーザは、時間点と関連付けられた数値で入力することによって、時間点を選択する。
【0111】
図１９に示されるように、一実施形態では、異物１３０は、周囲の領域の色と実質的に異なる色の領域として表される。異物１３０はしばしば、ＧＵＩの１つ又は複数のＣスキャン画像１０８上の領域としてそれ自体を提示するが、いくつかの例では、異物が材料内のどこにあるかに依存して、Ｂスキャン画像１０４、１０６上にそれ自体を提示する。別の実施形態では、異物１３０は、異なる色として現れず、代わりに、３Ｄレイヤ画像１１０は、３Ｄテクスチャマップとして提示され、異物１３０は、画像１１０の表面における凹み又は印象として示される。
【0112】
図２０は、本発明の一実施形態によって提供される試験材料内の異物のグラフィカル表示を図示する。図２０は、試験材料の断面に関するＡスキャン振幅勾配マップを提供する。材料の各深さに関するＡスキャン振幅の勾配をプロットすることによって、ユーザは、複合材料内の音響インピーダンスに大きいシフトがある領域をより良く可視化することができる。これらの領域はしばしば、異物と周囲の複合材料との間に強い音響インピーダンスの差があるので、異物に対応する。一実施形態では、ＧＵＩは、ユーザが、断面勾配マップの囲まれた領域を手でトレースすることを可能にする編集ツールを含む。次いで、システムは、断面勾配マップの特定のＸ又はＹ座標で、異物の面積及び材料の直径に関するデータを提供することができる。別の実施形態では、システムは、可能性のある異物の位置を自動的にトレースし、対象物の面積、特徴的な長さ、及び／又は質量中心に関する情報を提供する人工知能を含む。
【0113】
異物は、本発明によって生成される出力データ及びグラフィカル表示において、頻繁に、亀裂又は層間剥離などの異なる欠陥によって引き起こされる、エアポケット又は気孔と区別可能である。空気と複合材料との間の音響インピーダンスの差が非常に高いので、典型的に、試験材料内のエアポケットを越えて試験材料内の領域に移動する非常に少数の波又は非常に低い振幅の波が、受信され検出される。したがって、頻繁に、そのような欠陥を有する領域のＡスキャンは、欠陥を引き起こすエアポケットが配置される位置で、材料のバックウォールと同様の信号、すなわち、振幅の非常に鋭いスパイクに続いて非常に少ないアクティビティの信号を示す。しかしながら、典型的に、異物は、空気よりも積層材全体の音響インピーダンスにより近い音響インピーダンスを有するので、典型的に、そのような対象物は、小さいＡスキャンスパイクを示し、依然として、異物を超えた試験材料の部分はしばしば、検出可能な信号を返す。したがって、システムは、材料内の異物の存在と、層間剥離又は亀裂によって引き起こされたエアポケットの存在とを区別することができ、これは、２つの異なる欠陥がしばしば、試験材料全体の特性に対して顕著に異なる影響を与えるので、有用である。さらに、一実施形態では、システムは、各材料の音響インピーダンス値を有する材料のリストを含む材料データベースを含む。材料の特性が材料データベースにリストされた材料の１つと一致する場合、ＧＵＩは、ユーザに対して、一致する材料、又は潜在的に一致する材料のリストを返し得る。
【0114】
別の実施形態では、システムは、人工知能を含む。人工知能は、Ｃスキャン画像１０８、Ｂスキャン画像１０４、１０６、及び／又は３Ｄレイヤ画像１１０の解析を介して、欠陥を特定することができる。一実施形態では、人工知能によって特定された欠陥は、Ｃスキャン画像１０８によって提供される断面図において見える欠陥１３０である。別の実施形態では、欠陥は、層の間のみに見え、Ｂスキャン画像１０４及び１０６のみから観察され得る。さらに別の実施形態では、人工知能は、ＧＵＩによって提供される画像と関連付けられたＡスキャン、Ｂスキャン、及びＣスキャンデータを介して、ユーザによって容易に特定可能でない試験材料内の欠陥を特定することができる。
【0115】
（４．接合ラインの厚さ）
２つの複合材料積層材間、又は複合材料積層材と下地基板との間の接着剤の一体性は、複合材料積層材の所望の機械的特性を維持する鍵である。単一の組み合わされた材料を一緒に形成する２つ以上の材料間の接合ラインの厚さが薄すぎるとき、破壊荷重は減少され、いわゆるキッシングボンド又は完全な不接合が生じ得る。キッシングボンドは、小さいギャップが、接着剤と、接着剤によって接合された１つ又は複数の材料との間に形成する場合に発生する。キッシングボンドにおいて形成されたギャップは、あまりにも小さいので、市場に出ている利用可能な現在のシステムによって検出可能ではなく、つまり、スキャンにおいて、接着剤が隣接する材料と接触しているように見えるが、実際に、材料が機械的且つ／或いは化学的にカップリングされていないことを意味する。２つの材料間の大きすぎる不接合は、２つの材料が、特定の荷重条件下で完全に分離し、或いは接着して接合された構造体の故障モードの変化によって、組み合わされた材料の強度の弱まりを引き起こすので、早期故障を引き起こす。
２つの複合材料積層材間、又は複合材料積層材と下地基板との間の接着剤の一体性は、複合材料積層材の所望の機械的特性を維持する鍵である。単一の組み合わされた材料を一緒に形成する２つ以上の材料間の接合ラインの厚さが薄すぎるとき、破壊荷重は減少され、いわゆるキッシングボンド又は完全な不接合が生じ得る。キッシングボンドは、小さいギャップが、接着剤と、接着剤によって接合された１つ又は複数の材料との間に形成する場合に発生する。キッシングボンドにおいて形成されたギャップは、あまりにも小さいので、市場に出ている利用可能な現在のシステムによって検出可能ではなく、つまり、スキャンにおいて、接着剤が隣接する材料と接触しているように見えるが、実際に、材料が機械的且つ／或いは化学的にカップリングされていないことを意味する。２つの材料間の大きすぎる不接合は、２つの材料が、特定の荷重条件下で完全に分離し、或いは接着して接合された構造体の故障モードの変化によって、組み合わされた材料の強度の弱まりを引き起こすので、早期故障を引き起こす。
【0116】
さらに、２つの材料間の接合ラインの厚さが大きすぎる場合、組み合わされた材料は、接合強度の不均一な分布に悩まされ、これは荷重を不均一に分布させ、したがって、部品の早期故障につながり得る。さらに、接合ラインに沿った不均一な厚さは、荷重が複合材料積層材に対して異なる領域又は異なる角度で加えられるとき、組み合わされた材料が異なる性能を発揮する問題を引き起こすことがあり、荷重容量を低下させ、組み合わされた材料の機械的性能を正確に予測することをより困難にする。
【0117】
複合材料の接合ラインに関する別の一般的な問題は、接合ラインのギャップ、或いはボイド領域の存在である。しばしば気泡の形を取るこれらのギャップは、複合材料の２つの層を一緒に接着する前に、接着剤が不適切に塗られるとき、しばしば製造中に形成される。接着剤が２つの層に適切に塗られる場合であっても、エアポケットはまた、しばしば、２つの層が一緒に接合されたときに形成する。さらに、ギャップはまた、内部応力が複合材料内に蓄積されるとき、部品の磨耗と損傷に起因して使用中に形成する。既存のハードウェアシステムは、既存のハードウェアシステムが検出することができるギャップのサイズに制限される。浸漬タンクの外側では、一般的に、既存のシステムがフェーズドアレイトランスデューサ又は接触型トランスデューサを使用する場合、トランスデューサの空間分解能は、アレイ内のトランスデューサの間隔によって非常に制限される。現在、既存のシステムのトランスデューサの間隔は、おおよそ０．８ｍｍ－おおよそ１．５ｍｍの間であり、つまり、理論的に最も小さいサイズのボイド領域がおおよそ１ｍｍであるが、実用的には、実際に、最も良い分解能が幅３ｍｍ－幅４ｍｍの間であることを意味する。既存のシステムは、試験を実行するのに十分な電力を発生するために複数の超音波トランスデューサを利用する必要があるので、この理論的な分解能を実現することができず、トランスデューサの数の増加に伴ってノイズの増加があるので、幅１ｍｍオーダーの欠陥を検出し、特徴付けることを不可能にする。本システムは、既存のフェーズドアレイシステム又は接触型トランスデューサシステムのように制限されず、一実施形態では、既存のシステムの分解能のおおよそ１０倍の分解能を実現することができるカップリング流体充填携帯型ハウジングアセンブリ内の球状集束型トランスデューサを利用する。そのため、本システムは、０．５ｍｍ未満の幅を有するボイド領域を検出するように動作可能である。カップリング流体充填チャンバ内で単一の球状集束型トランスデューサを利用することは、システムが、トランスデューサのバンクとは対照的に、試験中に単一のトランスデューサのみを利用するのに十分な電力を発生することを可能にし、つまり、空間分解能が高まることを意味する。
【0118】
単に２つ以上のトランスデューサを使用する必要性を超えて、フェーズドアレイシステム及びフラットフロント接触型トランスデューサは、他の問題にも悩まされる。フラットフロントトランスデューサが、試験対象物上の単一の位置に照射する波を高度に集束しないので、フラットフロントトランスデューサは、単一の波形において複数の異なる空間的位置からの反射戻りを受信する。波が異なるタイプで異なる空間的位置から反射し戻るので、ノイズが生成され、生成されたスキャンデータに基づいて、特定の位置又はより小さい欠陥の存在さえも判定することを困難にし、或いは実行不可能にする。このことは、特により高い周波数に関して本当であり、より小さい欠陥の検出を可能にするが、特により大きい部品に関して、フラットフロントトランスデューサによって生成されたデータを、実際に使用できなくさせる可能性が高くなる。しかしながら、本システムは、カップリング流体充填チャンバを利用することができ、したがって、球状集束型トランスデューサを利用することができるので、フラットフロントトランスデューサよりも少ないノイズ、したがって、より良い検出能力を生成しつつ、試験中、１５ＭＨｚなどの、より高い周波数を使用することができる。したがって、一実施形態では、本システムは、部品内の０．０２５ｍｍよりも小さい厚さを有する領域を介して延在するボイド領域を検出することができる。
【0119】
さらに、接合ラインの一部分に接着剤がないが、２つの隣接する層がその部分で（接着剤なしで）互いに接触する状況では、本システムは、接合ラインのそのような部分を検出するように動作可能である。２つの隣接する層が接触している領域は、試験を開始する前に検出可能なボイドを必ずしも有さないが、超音波が部品に照射されるとき、分離が反射された音響波の位相シフトを引き起こす層間に生成されるように、頻繁に２つの層が振動し、報告されたスキャンデータにおいて観察可能である。興味深いことに、いくつかの状況では、この現象は、本システムが、現在のコンピュータ断層撮影（ＣＴ）システムの限界さえも超える厚さ方向の分解能及び検出能力を実現することを可能にする。
【0120】
本システムは、既存の浸漬ベースのスキャンシステムにおいても使用される標準的な技術よりも高い分解能を実現することができる。既存の浸漬ベースのシステム技術は、ゲーティングを採用し、材料内の特定の深さ範囲に対応するデータを取得し、次いで、その範囲内の最大振幅を計算し、ギャップ領域があるか否かを判定する。この既存の方法は、より大きいボイドを検出することができるが、より小さいボイドを検出するには不適切であり、より小さいボイドは、スキャンデータの制限された領域を見るとき、振幅の明確に顕著な差をあまり示さない。しかしながら、本システムは、試験対象物に照射された超音波の波形全体を把握する。制限されたゲート領域内で目立たない特徴はしばしば、波形全体のコンテキストにおいて見られるとき、より簡単に見え、つまり、システムが、既存の浸漬システムにおいて使用される標準的な技術よりも高い感度を実現することを意味する。
【0121】
本システムは、部品内の１つ又は複数のギャップ領域の各々の相対位置を計算するように動作可能である。一実施形態では、相対位置は、１つ又は複数のギャップ領域の各々の深さを含む。別の実施形態では、相対位置は、深さ方向に直交する平面における座標に加えて、１つ又は複数のギャップ領域の各々の深さを含み、システムが、１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３Ｄ座標を報告することを可能にする。さらに別の実施形態では、システムは、１つ又は複数のギャップ領域の各々と関連付けられた２つ以上の座標を報告する。１つ又は複数のギャップ領域の各々と関連付けられた２つ以上の座標を報告することは、システムが、例えば、ギャップ領域の外側エッジに対応する座標を提供することを可能にするので、ギャップ領域の正確なサイズ及び形状が記録されることができる。
【0122】
現在、超音波技術を使用して、接合ラインの厚さの空間的変動を直接的に測定する既知の方法はない。今日の業界では、既知の接合ラインの厚さを有する製造されたキャリブレーションウェッジを使用するのが一般的である。試験材料から受信した信号と、キャリブレーションウェッジから受信した信号とを比較することによって、技術者は、接合ラインの厚さを概算しようとする。しかしながら、この技術は、キャリブレーションウェッジが各材料のために作られることを必要とし、使用されるキャリブレーションウェッジの数と、キャリブレーションウェッジの厚さ間の差とに依存する精度を有する。
【0123】
図２１は、本発明の一実施形態によって生成されるＡスキャン画像を図示する。一実施形態では、最初の位置での接着剤層の上面の深さは、最初の位置に関するＡスキャン２００を行い、振幅の急激な低下の前に最終ピーク２０５を見つけることによって計算され、一方、接着剤層の下面の深さは、図２１に示されるように次の最大強度ピーク２１０として規定される。
【0124】
本発明の一実施形態によれば、図２２は、接着剤層の深さを計算するために使用されるアルゴリズムの最初のステップを図示する。一実施形態では、一連のＡスキャンは、軸Ｘ１及びＸ２に沿って、規定された間隔で試験材料に関して行われる。Ａスキャンは、グルーピングに分けられ、各グルーピングは、試験材料のおおよそ同じ領域をカバーするＡスキャンで構成する。ゲート領域内の異なる深さに対応する一連のＢスキャンは、初期グルーピング７１０に関して生成され、システムは、グルーピングの各々に関する一連のＢスキャンの各々の最大強度値を計算する。一連のＢスキャンはまた、最終Ｘ１グルーピング７１２まで初期グルーピング７１０と同じＸ１値を有する複数のグルーピングと、最終Ｘ２グルーピング７１４まで初期グルーピング７１０と同じＸ２値を有する複数のグルーピングとに関して生成される。初期グルーピング７１０と同じＸ１値を有する複数のグルーピングの各々と、初期グルーピング７１０と同じＸ２値を有する複数のグルーピングの各々とに関して、システムは、一連のＢスキャンの各々の最大強度値を計算する。
【0125】
図２３に示されるように、一連のＢスキャンの各々の最大強度値を計算した後、システムは、最大強度値が計算された２つのグルーピングに隣接する位置の接着剤接合ラインの上面及び下面の深さを計算する。位置に隣接するグルーピングの最大強度値は、その位置で、接着剤層の上面及び下面の深さを計算するとき、初期推測値、又はシードとして機能する。各位置での接着剤層の上面及び下面の計算された深さは、試験材料のスキャンされた領域における各位置の上面及び下面の深さが計算されるまで、各後続の隣接する位置の、初期推測値、又はシードとして機能する。
【0126】
図２４に示されるように、一実施形態では、システムは、可視化２２０を生成することができ、接着剤接合ラインの上面２２５及び下面２３０の両方の構築された表面を表示する。図２５は、可視化２２８を図示し、接着剤接合ラインの上面２３５及び下面２４０の構築された表面を表示し、下面２４０は、上面２３５に対して角度をなしている。図２６は、可視化２３８を図示し、接着剤接合ラインの上面２４５及び下面２５０の構築された表面を表示し、下面２５０は、上面２４５に対して複雑なジオメトリを有する。
【0127】
別の実施形態では、厚さ値のセットは、接合ラインに沿った各位置に関する数字の配列の形態で生成され、各位置の厚さ値は、その位置での上面２２５の深さと下面２３０の深さとの差に等しい。組み合わされた材料の２つの直線的なコンポーネント材料間の接合ラインのケースに一般的であるように、図２４のように、ＧＵＩは、上面２２５及び下面２３０の両方が実質的に平行であるとき、接合ラインの構築された表面を提示する。別の実施形態では、図２５及び図２６に示されるように、上面２３５、２４５及び下面２４０、２５０は、実質的に平行でない。接着剤接合ラインの上面２３５、２４５及び下面２４０、２５０が実質的に平行でない状況を評価することは、互いに対して湾曲される個々のコンポーネント材料を有する組み合わされた材料の評価、又は接合ラインが実質的に歪んでいる組み合わされた材料の評価に関して重要である。
【0128】
一実施形態では、上面２２５及び下面２３０の可視化２２０は、ユーザによって自由に相互作用可能である。例えば、ユーザは、可視化２２０を回転し、接合ラインを複数の角度から示すことができ、単一の角度からは見えない弱点又は不整合の領域を特定するのに役立つ。別の実施形態では、ユーザは、上面２２５又は下面２３０の個々の位置をクリックすることができ、システムに、選択された位置で接合ラインに関する情報を提供させ、情報は、上面２２５の深さ、下面２３０の深さ、及び／又は選択された位置での上面２２５と下面２３０との間の距離を含み、選択された位置での接合ラインの厚さを示し得る。さらに別の実施形態では、システムは、接合ラインの曲率及び／又は接合ラインの界面の粗さを自動的に計算する。
【0129】
一実施形態では、試験材料の接合ラインに使用される材料は、材料データベース内の少なくとも１つの材料と一致される。接合ラインの上面２２５及び下面２３０に対応するＡスキャン信号の振幅が、複合材料及び接合ライン材料の音響インピーダンスの不一致の度合いに基づいているので、接合ラインのおおよその音響インピーダンスは、Ａスキャンの振幅に基づいて生成されることができる。別の実施形態では、接合ラインの可能性のある材料のリストは、各材料に割り当てられた確率値で生成される。リストを作成することは、材料がしばしば、同様の音響インピーダンスを有し、つまり、接合ラインが、いくつかの異なる材料から作られることが実現可能であることを意味するので、有用である。さらに、接合ラインが試験材料内のより深くにある場合、Ａスキャンの振幅はより大きいマージンの誤差を有し得るので、接合ラインがどの材料から作られているかを正確に判定することができない。したがって、接合ラインのコンテンツに関するいくつかの異なる可能性をユーザに提供することは有用であり、いくつかの状況では、さらなる調査を保証し得る。
【0130】
図２７に示されるように、一実施形態では、システムは、接着剤接合ラインの２Ｄビューを提供することができ、色又は色相グラデーションは、より大きい或いはより小さい厚さの領域を示す。このビューは、厚さが減少され、或いは厚くされすぎる接合ラインの端部で、領域を検出することに関してだけでなく、接着剤接合ラインの内部領域に関しても、特に有用であり、エアポケットは、製造欠陥に起因して、或いは疲労に起因して、発見され得る。別の実施形態では、システムは、接着剤層と隣接するコンポーネント材料との間に不連続がある、不完全な接合ラインとも呼ばれる不接合の領域を、他の接着剤接合ラインの２Ｄビューとはっきりと対比する白色又は別の色として表示する。さらに別の実施形態では、２Ｄビューは、接着剤接合ラインに沿った、より大きい或いはより小さい厚さの領域を表示するために、等高線の使用などの、色以外の手段を利用する。不連続は、複合材料に関して生成された波形において明確に現れる。典型的に、接合ラインは、接合ラインと試験材料の隣接する層との間の音響不一致に対応する、１つ又は複数のＡスキャンの振幅の明確なピークによって示され、部品内の完全な不連続は、空気と周囲の複合材料との間のより実質的な音響不一致に起因して、より強い信号として現れる。実際、この不一致がしばしば非常に大きいので、信号は不連続を超えた位置に関して生成されないが、依然として、システムは、超音波を受信することができ、したがって、接合ラインの開始を超えた材料の領域に関して信号データを生成することができる。
【0131】
別の実施形態では、ＧＵＩは、接合ラインの強度の簡略化されたビューを提供する。まず、ＧＵＩは、材料の所与の領域の所望の接合ラインの厚さの入力を得る。次いで、ＧＵＩは、試験材料の表面の画像を提示し、試験材料の表面の領域は、複数の色と関連付けられ、各異なる色は、接合ラインが所望の接合ラインの厚さにどれくらい近いかを表す。例えば、一実施形態では、試験材料の表面の一部は、緑色に着色され、接合ラインが所望の厚さに近いことを示し、試験材料の表面の一部は、黄色に着色され、接合ラインの厚さが所望の接合ラインの厚さの公差範囲に近いか、或いは公差範囲のすぐ外側であることを示し、表面の一部は、赤色であり、接合ラインの厚さが所望の接合ラインの厚さと実質的に異なることを示す。一実施形態では、ユーザは、複数の色の各々に関して公差範囲を入力し、各色がどの接合ラインの厚さで現れ得るかを示す。別の実施形態では、ユーザは、許容公差を有する所望の接合ラインの厚さのみを入力し、システムは、他の複数の色の各々に関する基準を自動的に計算する。一実施形態では、複数の色は、二分決定が有用であり、或いは必要である状況に関して、２色のみを含む。別の実施形態では、複数の色は、２色以上を含み、ユーザは、異なる色がいくつ現れるかを選択することができる。
【0132】
（５．かろうじて見える衝撃損傷）
複合材料積層材の１つの頻繁な問題は、複合材料が製造中又は動作中に、高速或いは低速の衝撃を受けるときに発生する。そのような衝撃はしばしば、複合材料の亀裂、層間剥離、繊維の破断、又は貫通を引き起こす。多くのケースでは、衝撃損傷は、見る限り、材料上に、小さく、時々認識できない表面欠陥を引き起こすのみであるが、内部損傷は、はるかに大きいことがある。
複合材料積層材の１つの頻繁な問題は、複合材料が製造中又は動作中に、高速或いは低速の衝撃を受けるときに発生する。そのような衝撃はしばしば、複合材料の亀裂、層間剥離、繊維の破断、又は貫通を引き起こす。多くのケースでは、衝撃損傷は、見る限り、材料上に、小さく、時々認識できない表面欠陥を引き起こすのみであるが、内部損傷は、はるかに大きいことがある。
【0133】
既存のシステムは、そのような衝撃損傷によって引き起こされた欠陥を完全に特徴付けることができなかった。衝撃損傷は、望ましくない反射、波の相互作用、屈折、及び回折などの併発が、複合材料の表面付近の領域を画像化の「デッドゾーン」にし、そのような領域の現在の超音波画像化を低い分解能で非常に信頼できなくするので、特定の問題を提起する。Ｚｈａｎｇらによる最近の一研究は、超音波ピッチキャッチ法を使用し、複合材料のかろうじて見える衝撃損傷を見つけようとした。しかしながら、この方法は、損傷の存在を検出することはできたが、損傷のサイズ、形状、又は位置を定量化することができず、現場での結果の有用性を大きく制限した。
【0134】
３Ｄ顕微鏡などの、他の既存の技術は、特に、表面に近い試験材料の領域に関して、損傷のサイズを実質的に過小評価する傾向がある。さらに、３Ｄ顕微鏡は、試験材料の一部を損傷することなく、試験材料内の内部損傷を正確に測定するために使用されることができない。実際、表面損傷の面積と材料内の損傷の最大領域の断面積との間の差はしばしば、かなりのものであり得る。表３は、３Ｄ顕微鏡によって発見されたときの、材料の表面損傷の面積と、本発明の一実施形態による携帯型超音波トランスデューサを使用して発見された同じ材料内の損傷の最大断面積との間のパーセント差を示す。
【0135】
【表3】
【0136】
衝撃によって引き起こされた損傷領域の実際のサイズ及び形状を特徴付けることは、材料の全体的な機械的特性に対する損傷領域の影響を評価することができることにおいて重要である。１つの研究では、有限要素解析（ＦＥＡ）は、損傷が衝撃穴と同じ半径を有する完全な円筒形であると仮定された部品を含むシミュレーションが、衝撃によって引き起こされた実際の損傷領域をシミュレートしたシミュレーションと比較して、材料内のフォンミーゼス応力の増加を著しく過小評価したことを明らかにした。以下の表４は、完全な円筒形の損傷を仮定するシミュレーションと、実際の損傷領域を考慮するシミュレーションとの両方に関して、３つの異なるサンプル材料のＦＥＡモデルによって計算された最大フォンミーゼス応力のパーセント増加を示す。
【0137】
【表4】
【0138】
一実施形態では、最初のサーモグラフィスキャンは、サーモグラフィ試験装置を使用して、試験材料に関して行われる。最初のサーモグラフィスキャンは、試験材料の潜在的な損傷の領域を特定するために使用される。最初のサーモグラフィスキャンを行うことは、翼全体の超音波スキャンを実行することが、特に部品の限られた領域のみが損傷に曝されるとき、しばしば非常に高価であり時間がかかるので、航空機の翼などのより大きい部品に関して特に有用である。さらに、肉眼でかろうじて見える衝撃損傷を有する領域を特定することは、それらの領域に存在する表面欠陥が、その性質上、かろうじて見え、微小で肉眼で見えない可能性さえあるので、困難である。このシステムは、内部損傷を定量化するために、表面損傷の存在に依存しないので、このシステムは、表面損傷が全くない場合であっても損傷領域を判定することができる。
【0139】
別の実施形態では、フェーズドアレイ超音波試験装置が、最初のサーモグラフィスキャンが実行された後、潜在的な損傷の領域をスキャンするために使用される。フェーズドアレイ超音波スキャンは、さらに調査されるべき損傷の可能性のある領域を特定するために使用される。フェーズドアレイ超音波試験装置を用いて後続のスイープを実行することは、最初のサーモグラフィスキャンがしばしば、個々の試験に関してより実用的である試験材料の領域を完全に絞り込むのに、十分な特異性又は精度を欠くので、有用である。
【0140】
さらに別の実施形態では、最初のサーモグラフィスキャンは、試験材料に実行されず、フェーズドアレイ超音波試験装置及び個々のスキャントランスデューサのみが、試験材料をスキャンするために使用される。さらに別の実施形態では、最初のサーモグラフィスキャンもフェーズドアレイ超音波試験装置も使用されず、個々のスキャントランスデューサのみが、試験材料をスキャンするために使用される。
【0141】
一実施形態では、システムは、表面衝撃を囲む領域のスキャンを含む。トランスデューサは、超音波を照射し、領域のＡスキャンを生成し、その後、ゲートは、Ａスキャンに関して選択され、規定されたゲート開始時刻及びゲート終了時刻が規定され、それらの間に一連のゲート時間点を規定する。最初のゲート時間点は、試験材料の表面に最も近い試験材料の断面に対応し、最終のゲート時間点は、試験材料の表面から最も遠い試験材料の断面に対応する。一実施形態では、ゲートは、試験材料の単一の薄層の平均厚さに基づいて選択される。別の実施形態では、試験材料の単一の薄層の平均厚さは、試験材料の薄層数と、材料の最初の薄層と最後の薄層との間の総伝搬時間とを示すＡスキャンデータに基づいて、試験によって自動的に求められる。
【0142】
次いで、各ゲート時間点に関する領域内のあらゆるＡスキャンの最大値は、プロットされ、領域内の各位置で、各ゲート時間点に関するゲートＡスキャン（又はＭＧＡのＣスキャン）の絶対値の最大値から一連のＣスキャンを生成する。一実施形態では、フーリエ変換は、生成されたスペクトルの絶対値の数値積分を用いて、１５Ｍｈｚのローパスフィルタを利用して、ゲートデータに関して実行される。次いで、このフィルタリングされたデータは、プロットされ、一連の周波数スペクトル強度（ＦＳＩ）のＣスキャンを生成する。次いで、損傷領域は、ＭＧＡのＣスキャン及びＦＳＩのＣスキャンの各々に関して判定される。一実施形態では、損傷領域は、オペレータによって手動で判定される。別の実施形態では、損傷領域は、プロセッサによって自動的に判定される。次いで、一連のＭＧＡのＣスキャン及びＦＳＩのＣスキャンの各Ｃスキャンは、システムによって比較される。システムは、一連の整合されたＣスキャンを作成し、一連の整合されたＣスキャンにおける各Ｃスキャンは、一連のＭＧＡのＣスキャン又は一連のＦＳＩのＣスキャンのいずれかのＣスキャンと同じであり、それは、所与のゲート時間点の最大の損傷領域を有するものに依存する。ＭＧＡ及びＦＳＩの両方のＣスキャンを使用することは、ＭＧＡのＣスキャンが、平均して、ＦＳＩのＣスキャンにおいて示されるよりも大きい損傷領域を推定する傾向があるので、有用であり、したがって、全体として、より保守的なアプローチである。しかしながら、ＦＳＩのＣスキャンはしばしば、小さい損傷領域をより良く分解することができ、したがって、試験材料の特性の全体的な変化のより明確な画像を取得するのに有用である。
【0143】
一実施形態では、図２８に示されるように、システムは、一連のＭＧＡのＣスキャンにおける各Ｃスキャンの損傷領域の可視化３１０と、一連のＦＳＩのＣスキャンにおける各Ｃスキャンの損傷領域の可視化３２０とを作成するように動作可能である。最初のゲート時間点に対応する損傷領域３３２は、各可視化３１０、３２０の上部にあり、最終のゲート時間点に対応する損傷領域３３４は、各可視化３１０、３２０の底部にある。システムは、垂直方向にスタックされた一連の整合されたＣスキャンにおける各Ｃスキャンの損傷領域で構成する領域の３Ｄ損傷プロファイルを作成するように動作可能であり、最初のゲート時間点に対応する損傷領域３３２は、上部にあり、最終のゲート時間点に対応する損傷領域３３４は、下部にある。一実施形態では、各損傷領域のセントロイドは、システムによって自動的に垂直方向に位置合わせされる。一実施形態では、図２９に示されるように、システムは、見える表面損傷がない試験材料に関して、一連のＭＧＡのＣスキャンにおける各Ｃスキャンの損傷領域の可視化３４０と、一連のＦＳＩのＣスキャンにおける各Ｃスキャンの損傷領域の可視化３５０とを作成する。最初のゲート時間点に対応する損傷領域３５２は、各可視化３４０、３５０の上部にあり、最終のゲート時間点に対応する損傷領域３５４は、各可視化３４０、３５０の底部にある。
【0144】
一実施形態では、図３０に示されるように、システムは、ＦＥＡを使用し、フォンミーゼス応力プロファイルを作成し、これを試験材料の全部又は一部に関してグラフィカルに表示する。フォンミーゼス応力プロファイルは、衝撃と関連付けられた損傷領域を、当該部品の性能の定量的な低下と関連付けることを支援する。
【0145】
（６．しわの検出）
複合材料積層材の機械的特性に影響を与える可能性を有する別の欠陥は、複合材料の層間のしわ又はうねりである。複合材料の層間のしわは、製造中、複合材料が完全に固定されず、よりアモルファスであるとき、特に、複雑な湾曲を有する部品に関して、頻繁に発生する。薄い部品又はしわがかなり大きい部品に関して、これらの異常はしばしば、部品の表面の簡単な目視分析を介して、早期に見つけられる。しかしながら、特に、しわが部品の厚さに対して小さく、しわが部品の表面から離れた層にある、より厚い複合材料に関して、目視分析は、部品がその表面に滑らかであるように見え得るので、問題を明らかにしないことがある。
複合材料積層材の機械的特性に影響を与える可能性を有する別の欠陥は、複合材料の層間のしわ又はうねりである。複合材料の層間のしわは、製造中、複合材料が完全に固定されず、よりアモルファスであるとき、特に、複雑な湾曲を有する部品に関して、頻繁に発生する。薄い部品又はしわがかなり大きい部品に関して、これらの異常はしばしば、部品の表面の簡単な目視分析を介して、早期に見つけられる。しかしながら、特に、しわが部品の厚さに対して小さく、しわが部品の表面から離れた層にある、より厚い複合材料に関して、目視分析は、部品がその表面に滑らかであるように見え得るので、問題を明らかにしないことがある。
【0146】
しわを有する複合材料が張力状態にされるとき、しわのある層は、頻繁に他の層の各々のようにピンと張っていなく、つまり、張力状態に係合せず、複合材料積層材の全体的な強度に寄与しないことを意味する。さらに、複合材料が圧縮状態に置かれるとき、しわが、負荷に係合する代わりに、ゆがむことができ、複合材料の圧縮強度の顕著な低下につながる。頻繁に、これは、複合材料を早期に故障させる。複合材料の性能に著しく影響を与えるのに十分に大きいしわの大部分を検出することができるようにするために、超音波試験システムは、０．４ｍｍ以上の振幅を有するしわを少なくとも検出することができる必要がある。現在の超音波システムは、この分解能を実現することができなく、したがって、複合材料内の重要な欠陥を見逃す可能性が高い。しわのサイズに加えて、しわの潜在的な危険性を評価することにおいて重要なのは、そのアスペクト比である。しわのアスペクト比は、しわの振幅を半波長で割った値として規定される。低アスペクト比を有するしわは、しわがしばしば、より長い長さスケールで、隣接する層に対して平坦に見えるので、検出することがより困難である。したがって、低アスペクト比を有するしわを検出することができるシステムはしばしば、低振幅を有するしわを検出することができることと同じくらい重要である。
【0147】
本システムは、一方向性複合材料と織物複合材料との両方において、しわを検出し、特徴付けるように動作可能である。さらに、本発明は、炭素繊維複合材料、ファイバーグラス複合材料、及びガラス－炭素複合材料を含むがそれらに限定されない、様々な材料においてしわを特徴付けることができる。本システムは、一方向性複合材料において、おおよそ０．０５ｍｍ以上の振幅を有するしわの画像を解像することができる。織物複合材料において、より大きいプライ自体のサイズに起因して、システムは、おおよそ０．２ｍｍ以上の振幅を有するしわの画像を分解することができる。一実施形態では、システムは、０．１以上のアスペクト比を有するしわを検出することができる。
【0148】
一実施形態では、システムは、試験対象物の試験面に垂直な平面内で伝播するマーセルしわを見つけることができる。ほとんどの状況では、しわは、試験対象物の薄層間に存在し、１つの薄層が別の薄層に押し上げられ、逆もまた同様であるとき、特定される。しかしながら、航空機の翼が航空機の機体に接触するなどの、いくつかの状況では、しわは、薄層間だけでなく、むしろ個々の薄層内にも伝播する。
【0149】
図３１に示されるように、一実施形態では、システムは、織物の全幅に及ぶ試験材料の一連の断面を示す試験材料の一連のＢスキャン１４０を作成する。別の実施形態では、ユーザは、試験材料の深さの制限された範囲に関して試験材料の一連のＢスキャンのみを生成するように、開始ゲート時刻及び終了ゲート時刻を選択することができる。さらに、ユーザは、最初のＢスキャンが試験対象物の表面からどのくらいの距離かを示すことを表す開始距離と、最終のＢスキャンが試験対象物の表面からどのくらいの距離かを示すことを表す終了距離とを選択することができる。試験材料の厚さを介して一連のＢスキャン１４０を示すことによって、オペレータは、材料の２つの層の相対位置が試験材料の幅を介して異なる領域を見ることができ、一般的に、これは、試験材料内のしわ１４２の存在を示す。一実施形態では、人工知能システムは、一連のＢスキャンからしわの領域を自動的に検出し、ユーザに対して問題領域を強調表示する。別の実施形態では、システムは、しわ１４２の振幅が複合材料の各層に関する予め定められた閾値を超える試験材料の表面からどのくらいの深さかと、しわ１４２の振幅が複合材料の各層に関する予め定められた閾値を下回る試験材料の表面からどのくらいの距離かとを、自動的に判定する。しわが複合材料内の各層内のどこで終了するかを検出することによって、所与の断面での単なるその高さではなく、しわの複雑なジオメトリが提供される。図３２に示されるように、一実施形態では、システムは、トレースされたしわの領域を有する試験材料の２次元ビューを提供する。さらに、一実施形態では、システムは、しわの高さ、しわの深さ、しわの長さ、及び／又はしわのアスペクト比などの、しわに関連する情報を示すグラフィックスを提供することができる。
【0150】
図３３及び図３４は、本発明の一実施形態によって提供される試験材料内のしわ１４２、１４６の３次元グラフィカル表示１４４を図示する。試験材料の断面を提供することに加えて、さらに、本システムは、試験材料の個々の層の３次元グラフィカル表示１４４を生成することができ、層の湾曲又は層内のしわ１４２、１４６を示す層の深さの変動を含む。システムが、試験材料の一連の断面のＡスキャンデータをコンパイルし、一連のＣスキャンを生成した後、システムは、２つの層間の界面に対応する一連のＸ、Ｙ、及びＺ座標を構築するために、傾度分析を一連のＣスキャンに実行することができる。次いで、システムは、これらの座標を３次元グラフィカル表示１４４にプロットすることができ、試験材料の幅、長さ、及び深さの寸法を示す。一実施形態では、さらに、システムは、着色を３次元グラフィカル表示１４４のセクションに割り当て、異なる色は、層の異なる深さに対応する。別の実施形態では、システムは、グラフィカル編集モジュールを含み、グラフィカル編集モジュールを用いて、ユーザは、インタフェース又はインタフェースの一部を手動でマッピングし、次いで、プロットされる一連のＸ、Ｙ、及びＺ座標を作成する。
【0151】
図３５に示されるように、一実施形態では、システムは、しわ１４６を周囲の試験材料から自動的に分離することができる。一実施形態では、しわは、薄層に沿った各位置で局所曲率を求め、表面の曲率が予め定められた閾値を拡張する表面に沿った位置を見つけることによって、分離される。別の実施形態では、薄層の表面の一部分は、手動で選択され、薄層の選択されていない部分とは独立して示されるように切り取られることができる。図３６に示されるように、別の実施形態では、システムは、しわ１４６の２Ｄ上面図を表示することができる。一実施形態では、しわの２Ｄ上面図は、着色を使用し、表示された薄層の異なるセクションの相対的な深さ及び／又は高さを示す。
【0152】
（７．気孔率の判定）
材料の気孔率は、その材料の機械的特性に実質的な影響を及ぼす。気孔は、一般的に、空気で満たされた、材料内の小さい穴である。材料内の気孔サイズの増加数は、頻繁に低下した強度を材料に示させ、時々、早期故障につながる。
材料の気孔率は、その材料の機械的特性に実質的な影響を及ぼす。気孔は、一般的に、空気で満たされた、材料内の小さい穴である。材料内の気孔サイズの増加数は、頻繁に低下した強度を材料に示させ、時々、早期故障につながる。
【0153】
材料の気孔率を評価するために、現在の超音波システムは、既知の気孔率を有する材料のキャリブレーションブロックを利用し、まず、デバイスによって透過モードで測定される。トランスデューサに対してキャリブレーションブロックの反対側にあるレシーバによって捕捉された超音波信号の振幅及びタイミングを評価するとき、現在のシステムは、試験材料を比較するためのベースライン測定を開発することができる。しかしながら、現在のシステムは、いくつかの重要な問題に直面する。キャリブレーションブロックはしばしば、試験される材料及び試験される材料のジオメトリに依存して、個々の試験材料に関して独自に形成される必要がある。人々が多くの異なる対象物の気孔率を測定しようとする場合、キャリブレーションブロックはしばしば、高価になり、製造に時間がかかる。さらに、キャリブレーションブロックの使用に依存することは、システムが、試験材料が最も緊密に一致するキャリブレーションブロックを判定することしかできなく、精度をキャリブレーションブロック間の気孔率の最小差に依存することに制限するので、システムの精度を制限する。
【0154】
さらに、頻繁に、これらのシステムは、動作するために、透過モードに依存する。しかしながら、透過型超音波試験はしばしば、ユーザが試験材料の第２の側にアクセスできないか、或いは試験材料が厚すぎて透過技術が確実に機能しないため、実行されることができない。しかしながら、試験材料の単一表面のみが利用可能である状況に関して、現在の超音波システムは、パルスエコーモードでサンプルの気孔率を評価するのに十分な分解能を欠く。
【0155】
一実施形態では、システムは、試験材料の気孔率を判定する。システムは、キャリブレーションブロックと比較する必要なく、試験材料の全体的な平均気孔率を直接的且つ定量的に測定することができる。別の実施形態では、システムは、気孔サイズの標準偏差及び分散などの、平均気孔サイズに関する統計情報を提供する。一実施形態では、システムは、パルスエコーモードである間、試験材料の全体的な平均気孔率を判定することができる。一実施形態では、システムは、２％と同じくらい低い、炭素繊維及び／又はファイバーグラスを含む、試験材料の全体的なボイド率を判定することができる。
【0156】
全体的な平均気孔率のみを伝えることは、平均値が材料内の大きいボイドによって著しく影響を受ける場合に潜在的に誤解を招くので、試験材料の全体的な平均気孔率を判定することに加えて、異常気孔のサイズ及び位置を示すことも重要である。頻繁に、これらの異常気孔は、亀裂形成の起点として機能し、或いは試験材料内の既存の亀裂の伝播を促進するのを助長する。しかしながら、既存のシステムは、特に、空間分解能が低下する多層複合材料のより深い領域において、多くの潜在的に不適格な気孔を検出し報告するのに十分な空間分解能を欠く。したがって、材料の全体的な平均気孔率を伝えることに加えて、システムは、最大全１８層を有する複合材料の任意の層内の１．５ｍｍ以上のサイズを有する個々の気孔を検出し、特定することができる。
【0157】
一実施形態では、システムは、異常気孔を含む試験材料のＢスキャン、Ｃスキャン及び／又は３次元画像を表示する。システムは、可視的な輪郭、シェーディング、又は任意の他の視覚的な表示方法を使用して、気孔を示す。システムは、気孔の有効径、面積、及び深さを自動的に提供することができる。一実施形態では、システムは、気孔をモデル化するために、気孔の周りに楕円を自動的に適合し、その形状に関するより良い情報を提供するために、楕円の長軸及び短軸の寸法を報告する。
【0158】
（８．硬化度の評価）
試験材料内の別の頻繁な欠陥は、試験対象物の不適切な硬化、及び／又は試験対象物の個々の層を結合するために使用される接着剤の不適切な硬化である。複合材料積層材はしばしば、まず、炭素繊維又はファイバーグラスなどの、織物基材の一連のプリプレグシートを提供することによって形成される。プリプレグシートは、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ビニルエステル樹脂、又は他のプラスチックなどの樹脂と共に、プリプレグ内の樹脂が硬化するまで、制御された熱環境（例えば、炉）内で含浸され、単一の固体プラスチック部品を形成する。他の例では、部品は、ドライインフュージョンプロセスを使用して、プリプレグシートの使用なしに製造されることができる。さらに、いくつかの例では、部品は、「オープンエア」環境において、制御された熱環境の使用なしに、製造され、硬化される。制御された熱環境と異なり、オープンエア環境において、温度及び圧力はしばしば、容易に変更可能でない。したがって、オープンエア環境において、部品が硬化することを可能にする時間量を制御することは、部品を適切に硬化するために重要である。
試験材料内の別の頻繁な欠陥は、試験対象物の不適切な硬化、及び／又は試験対象物の個々の層を結合するために使用される接着剤の不適切な硬化である。複合材料積層材はしばしば、まず、炭素繊維又はファイバーグラスなどの、織物基材の一連のプリプレグシートを提供することによって形成される。プリプレグシートは、エポキシ、ポリエステル、ポリウレタン、ビニルエステル樹脂、又は他のプラスチックなどの樹脂と共に、プリプレグ内の樹脂が硬化するまで、制御された熱環境（例えば、炉）内で含浸され、単一の固体プラスチック部品を形成する。他の例では、部品は、ドライインフュージョンプロセスを使用して、プリプレグシートの使用なしに製造されることができる。さらに、いくつかの例では、部品は、「オープンエア」環境において、制御された熱環境の使用なしに、製造され、硬化される。制御された熱環境と異なり、オープンエア環境において、温度及び圧力はしばしば、容易に変更可能でない。したがって、オープンエア環境において、部品が硬化することを可能にする時間量を制御することは、部品を適切に硬化するために重要である。
【0159】
硬化プロセスの温度、圧力、及び／又は時間を判定することはしばしば、適切な部品を取得するために不可欠である。ポリマが硬化される温度又は硬化時間を変更することは、連鎖成長重合が発生することができる度合いと、ポリマ内の架橋密度とに影響を及ぼす。非常に高い架橋度を有するポリマを生成することは、ポリマのより高い極限応力に寄与し、また、ポリマを、より脆くする。一方、より少ない架橋を発生しつつ、より多い連鎖成長重合が発生することを可能にすることは、展延性の増大に寄与するが、ポリマの極限強度を低下させる可能性がある。したがって、ポリマが形成する条件を調整することは、ポリマの特性を調整するのに重要である。
【0160】
硬化プロセスが完了した後に、部品の硬化度を評価する方法（例えば、サーモグラフィ解析）は存在するが、現在、製造中にその場で硬化プロセスを非破壊的に解析する方法は存在しない。さらに、サーモグラフィ解析は、部品の周りの周囲要素の熱が、赤外線カメラによって捉えられるので、薄い部品に使用されることができず、しばしば、部品の硬化状態の誤解を招く特徴付けにつながる。したがって、部品のリアルタイムの超音波モニタリング及び／又はスキャンは、硬化プロセスが、リアルタイムで調整されることを可能にし、タイムリー且つしばしば無駄な「ゲスアンドチェック（guess and check）」タイプのフィードバックループの必要性を排除することができるので、有利である。
【0161】
いくつかの部品は、制御された熱及び／又は圧力環境に曝されず、したがって、それらの硬化時間は、部品が適切であるか否かを判定するのに最も重要である。制御可能な環境外の製造プロセスに関して、温度、湿度、及び圧力はしばしば、より長い期間は言うまでもなく、１日の間に大きく変化する。そのため、１つの部品は、製造中の温度及び圧力の変動に依存して、例えば、７時間後に適切に硬化されることがあり、同一の部品は、８時間後に適切に硬化されることがある。今のところ、製造者は、各部品に共通の時間量を選択し、硬化プロセスにおいてより低い精度を受け入れるが、部品がリアルタイムで解析されることを可能にすることは、各部品がほぼ最適に冷却されることを可能にし得る。他のプロセスに関して、熱及び圧力の負荷を調整するために開始されたフィードバック制御ループを提供することは、所望の硬化状態を実現するのに役立ち得る。さらに、いくつかの硬化プロセスは、非常に短い時間スケールにわたって発生する（例えば、１０分未満）。適切な硬化を保証するために、これらのプロセスの多くは、高度に制御された環境を使用し、最適な硬化パラメータを判定するために、複数の部品を試験する。本システムでは、硬化プロセスは、リアルタイムで最適化されることができ、つまり、硬化プロセスを改善するために、無駄になる部品が、より少なくて済むことを意味する。
【0162】
部品を生産するために使用される製造方法に依存して、部品が適切に硬化されるか否かを判定するための重要なパラメータは、部品が製造中及び／又は製造後に保持される温度と、部品が製造中及び／又は製造後に保持される圧力と、硬化プロセスを実行するのに要する時間とを含む。例えば、部品をより高い温度に曝すことは、材料をより硬化させ、したがって、より硬く、より脆くさせ、これは、部品に依存して、望ましいことがあり、或いは望ましくないことがある。一方、例えば、部品をより低い温度に曝すことは、材料を硬化しにくくさせ、より硬化された材料よりも強度を低くし、これは、部品に依存して、望ましいことがあり、或いは望ましくないことがある。したがって、試験対象物が適切に硬化されるか、或いは不適切に硬化されるかの両方を評価することができるシステムが必要とされる。
【0163】
一実施形態では、超音波エミッタプローブは、硬化プロセス中、制御された熱環境に挿入される。超音波エミッタプローブは、加熱中、超音波を試験対象物に照射する。材料によって反射された波は、超音波レシーバプローブによって捕捉され、システムによって処理され、硬化プロセスの時間にわたって硬化度に関するデータを生成する。硬化度は、信号セントロイドと結合された超音波レシーバプローブによって受信されたデータの減衰度によって評価され、剛性はまた、信号セントロイド及びエネルギー解析を使用して評価される。材料の硬化度及び材料の剛性の両方を求めることによって、材料の強度はまた、所与のポリマ系に関して判定されることができる。一実施形態では、超音波エミッタプローブ及び超音波レシーバプローブは、同じデバイスである。一実施形態では、システムは、制御された熱環境のための制御ユニットと通信し、硬化プロセスに使用される制御された熱環境の熱及び／又はタイミングは、硬化プロセスが進行している間に生成されたデータに基づいて、自動的に調整される。別の実施形態では、システムは、硬化ツールのための制御ユニットと接続し、硬化プロセスに使用される硬化ツールの熱及び／又はタイミングは、硬化プロセスが進行している間に生成されたデータに基づいて、自動的に調整される。
【0164】
別の実施形態では、超音波エミッタプローブは、制御された熱環境の外側に配置され、硬化プロセスが完了した直後に、超音波を試験対象物に照射する。システムは、反射された超音波に基づいて、試験材料の硬化度に関するデータを生成する。一実施形態では、システムは、制御された熱環境のための熱制御ユニットに接続され、データは、後続の硬化反復に関する温度、圧力、及び／又は時間を自動的に調整するために使用される。別の実施形態では、ユーザは、システムによって生成されたデータに基づいて、制御された熱環境のための熱制御ユニットを手動で更新する。
【0165】
本発明は、連続スキャンと、部品上の特定の位置でのモニタリングとの両方を使用して、硬化プロセス中の部品を検査することができる。一実施形態では、図３７に示されるように、硬化中の部品４０５は、ツール４１０上に配置される。ツール４１０は、少なくとも１つの音響窓４１５を有し、音響窓４１５は、典型的に、ツール４１０を構築するアルミニウム又は他の金属ではなく、検査される樹脂の材料特性とより緊密に一致する材料で作られたツール４１０のセクションである。音響窓４１５を利用することは、音響窓４１５が、波を金属基板よりも遅く伝播する可能性があるので、解析中にツール４１０を部品４０５から分離するのに役立つ。トランスデューサ４２０は、その位置で部品４０５を連続的に監視するために、少なくとも１つの音響窓４１５に隣接して配置される。一実施形態では、部品４０５は、バギング材料４２５でカバーされる。一実施形態では、トランスデューサ４２０は、ケーブル４３０を介して、パルサレシーバに接続される。一実施形態では、トランスデューサ４２０は、音響ゲル４３５を介して音響窓４１５に結合された、接触型トランスデューサである。別の実施形態では、トランスデューサは、内部カップリング流体（例えば、水）チャンバを有する携帯型トランスデューサハウジングの一部である。より大きい部品に関して、２つ以上の音響窓及び２つ以上のトランスデューサを利用することは、より大きい表面積が、硬化度が部品内の全ての位置で同じであり得る可能性を減少させるので、有利である。
【0166】
スキャンの一実施形態では、１つ又は複数のトランスデューサは、部品の実質的な部分又は全てを連続的にスキャンするために使用される。部品上の１つ又は複数の特定の位置で監視するのではなく、スキャンの実施形態は、部品全体をリアルタイムで検査する。実質的に部品の全てをスキャンすることによって、部品の大部分がおおよそ同じ硬化度であり得るという原則への依存がなく、つまり、硬化プロセスに関する決定がより正確に微調整されることができることを意味する。
【0167】
一実施形態では、超音波が試験対象物に伝達されるとき、いくつかの波は、接着剤層と、隣接する固体層との間の境界で反射し、他の波は、試験対象物を囲むバギング材料で反射する。試験対象物から収集された、戻ってきた平均Ａスキャンの振幅に基づいて、試験は、各接着剤層が適切に硬化されるか否かを判定することができる。これは、米国特許第６，９４５，１１１号において見出されることのような、接着剤の硬化を評価する他の既存の方法とは直接的に相反しており、この方法は、プローブが、接着剤の適切な硬化状態と不適切な硬化状態とを区別するのに十分な明確な振幅を得るために、接着剤領域と直接的に強固に接触しており、バッキング材のみに反射することを必要とする。また、第６，９４５，１１１号に記載されることのような方法と異なり、本システムが、複合材料の層内の樹脂の硬化状態及び／又は複合材料の隣接する層間の接着剤の硬化状態を判定し、複合材料内のハニカムパターン内の接着剤の硬化状態を判定しないことに留意されたい。実際、既存の方法は、複合材料の硬化を評価するために、必要とされる高度に特殊なセットアップによって制限され、つまり、概して、そのような製造システムに使用される試験機器は、他のデバイスに適合されることができないことを意味する。
【0168】
さらに、本発明のシステムは、液体結合型トランスデューサ、具体的には、本明細書に記載される携帯型トランスデューサハウジングシステムを使用して、複合材料の硬化度を評価することができる。既存のシステムは、液体カプラントが製造プロセス中に試験対象物と直接接触して設置されるとき、より容易に蒸発し、或いは硬化プロセスを損傷するので、試験対象物の硬化度を評価するために、液体カプラントを使用することを避ける。このため、典型的に、既存のシステムは、トランスデューサと試験対象物との間に少量の音響ゲルを使用し得る完全固体カップリング、空気カップリング、又は接触型トランスデューサを使用する。しかしながら、これらの方法の各々は、例えば、水カップリングされた球状集束型トランスデューサと比較して、その分解能において非常に制限される。さらに、球状集束型トランスデューサを使用することは、より高い周波数、より高いエネルギー画像を可能にし、部品に関して、より高い質のデータを提供する。したがって、本システムは、試験対象物の硬化度に関して試験するとき、特に、試験対象物の複数の層の硬化度に関して同時に試験するとき、精度の向上を提供する、より高い周波数を可能にする。
【0169】
一実施形態では、システムは、スキャンが完了した後、試験対象物の３Ｄグラフィカル画像を生成するように動作可能である。一実施形態では、３Ｄグラフィカル画像は、色分けを含み、あまり高度に硬化されていない領域を例えば青として示し、より高度に硬化された領域を例えば赤として示し、中程度に硬化された領域を例えば緑として示す。任意の着色スキームが３Ｄグラフィカル画像に使用されることができ、差分シェーディングなどの、硬化度の他の表示がまた、使用されることができることに留意されたい。
【0170】
一実施形態では、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、材料の超音波Ａスキャンの結果と硬化度の相関を判定するために、個々のポリマの樹脂のサンプルについて使用される。ＤＳＣを所与の材料に実行することによって、システムは、材料の硬化度のリアルタイム評価を提供するために、このデータをトランスデューサから取得されたデータと整合することができる。一実施形態では、システムは、ポリマのデータベースを含み、各々のポリマは、それら独自のＤＳＣの判定された硬化プロファイルを有する。
【0171】
（９．層の配向）
参照により本明細書に援用される、米国特許第１０，６９７，９４１号で議論されるように、複合材料積層材などの試験材料はしばしば、方向依存性の材料特性を有する個々の層から成る。例えば、繊維が個々の薄層内で一方向性或いは２Ｄ織りであるか否かに基づいて、また、その薄層内の繊維トウの配向に基づいて、材料はしばしば、薄層内の異なる方向に沿って異なる特性（例えば、引張強度、圧縮強度、熱伝導率、電気伝導率）を有し得る。
参照により本明細書に援用される、米国特許第１０，６９７，９４１号で議論されるように、複合材料積層材などの試験材料はしばしば、方向依存性の材料特性を有する個々の層から成る。例えば、繊維が個々の薄層内で一方向性或いは２Ｄ織りであるか否かに基づいて、また、その薄層内の繊維トウの配向に基づいて、材料はしばしば、薄層内の異なる方向に沿って異なる特性（例えば、引張強度、圧縮強度、熱伝導率、電気伝導率）を有し得る。
【0172】
現在、超音波試験システム及びプロセスの大部分は、試験材料の各薄層のプライ配向を判定することができない。代わりに、いくつかの研究は、プライ配向を判定するために、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）画像の使用を提案している。しかしながら、ＣＴスキャンは、高い初期投資費用を必要とし、大きい部品に使用されることは非現実的である。
【0173】
一実施形態では、システムは、複合材料の個々の層内の繊維トウの相対配向を判定することができる。一連のＡスキャンは、試験材料の領域に関して生成される。一連のＡスキャンの各々に関して、複数のゲートが選択される。複数のゲートは、試験材料の個々の薄層よりも小さく、しばしば、試験材料の薄層の厚さの１／１０と同じくらい小さく選択される。複数のゲートの各々に関して、Ｃスキャンは、所与のゲートで、Ａスキャンの各々の振幅データから生成される。ユーザは、図３８及び図３９に示されるＣスキャンのような、平滑化されたＣスキャンデータを見ることができる。一実施形態では、２次元（２Ｄ）高速フーリエ変換（ＦＦＴ）は、Ｃスキャンデータに適用され、図４０及び図４１に示されるもののような、より明確なＣスキャン表示を生成する。図４０に図示されるように、基準線に対してゼロ度の配向を有する繊維４０２は、明確に識別可能である。図４１に図示されるように、基準線に対してゼロ度でない配向を有する繊維４０４はまた、明確に識別可能である。別の実施形態では、次いで、システムは、ラドン変換、ウェーブレット変換、ハフ変換、固有値解析、及び／又は他のデータ変換を使用し、Ｃスキャンを利用する主な繊維方向を判定する。Ｃスキャンデータの変換は、ユーザが、各生成されたＣスキャンにおける繊維トウの配向を、隣接するＣスキャンデータに対して判定することに加えて、材料の各層の各プライの厚さを個々に判定することを可能にする。一実施形態では、各生成されたＣスキャンにおける繊維トウの平均プライ厚さ及び配向の値は、自動的に生成される。一実施形態では、複合材料の各層の厚さを取得することは、材料の音速が取得される第１のキャリブレーションステップを含む。別の実施形態では、試験対象物の総厚さが既知である場合、第１のキャリブレーションステップは、必要とされない。音速が既知であるか、或いは材料の総厚さが既知であるとき、図１９に示されるもののような、平均Ａスキャン１０２は、層の厚さの数を取得するために、十分な情報を提供する。とりわけ、本発明の方法は、２Ｄ織り薄層を有する複合材料の繊維配向を見つけることができ、既存の方法は、提供することができない。
【0174】
Ｃスキャンデータについての２Ｄ ＦＦＴの使用は、ラドン変換などの、他の変換の使用よりも実証可能な利点を提供することができる。例えば、他の変換はしばしば、複合材料の複数の異なる隣接する薄層からピークを示し、つまり、頻繁に、個々の層の繊維配向が混同することを意味する。さらに、２Ｄ ＦＦＴの使用は、計算上、多くの他の変換よりも簡単であり、処理を完了するためにコンピュータによって必要とされる時間及びメモリを軽減する。思いがけなく、２Ｄ ＦＦＴはまた、繊維配向の微妙な変化に対して、より高い感度を有することに起因して、個々の薄層の角度に関する、より高い精度を可能にする。
【0175】
別の実施形態では、システムはまた、サンプルの層の数、各層の厚さ、各層の繊維の織り方、及び／又は総厚さを含む、複合材料の積層に関する他の特性を判定することができる。
【0176】
（１０．湾曲された部品）
非破壊試験において出くわす１つの一般的な問題は、試験対象物が平面を有さないときである。いくつかの試験対象物は、１つの方向において正又は負の曲率を有するが、第２の方向においてゼロの曲率を有する（例えば、円筒のバレル）。他の試験対象物は、２つ以上の方向において正又は負の曲率を有する（例えば、球体）。湾曲された部品は、いくつかの課題を超音波スキャンにもたらす。まず、湾曲された部品はしばしば、部品の異なる位置で異なる厚さ及び／又は他の特性を有する。したがって、単に、接触型トランスデューサを使用して、部品を別個の位置で試験することは、部品を完全且つ適切に特徴付けることができない。頻繁に、湾曲された部品の厚さは、１つ又は複数のプライが、部品の１つの領域から部品の次の領域へとドロップするので、部品の長さに沿って変化する。浸漬タンクの外側では、現在の超音波試験システムは、部品の長さに沿ってこのプライドロップを検出するために、必要な精度を欠く。
非破壊試験において出くわす１つの一般的な問題は、試験対象物が平面を有さないときである。いくつかの試験対象物は、１つの方向において正又は負の曲率を有するが、第２の方向においてゼロの曲率を有する（例えば、円筒のバレル）。他の試験対象物は、２つ以上の方向において正又は負の曲率を有する（例えば、球体）。湾曲された部品は、いくつかの課題を超音波スキャンにもたらす。まず、湾曲された部品はしばしば、部品の異なる位置で異なる厚さ及び／又は他の特性を有する。したがって、単に、接触型トランスデューサを使用して、部品を別個の位置で試験することは、部品を完全且つ適切に特徴付けることができない。頻繁に、湾曲された部品の厚さは、１つ又は複数のプライが、部品の１つの領域から部品の次の領域へとドロップするので、部品の長さに沿って変化する。浸漬タンクの外側では、現在の超音波試験システムは、部品の長さに沿ってこのプライドロップを検出するために、必要な精度を欠く。
【0177】
さらに、部品の領域にわたってスキャンするために最も一般的に使用されるシステムは、フェーズドアレイシステムである。しかしながら、フェーズドアレイシステムは、アレイが、データを適切に取得するために、部品の表面に垂直な方向に向けられたトランスデューサを有することを必要とする。特に、これは、フェーズドアレイデバイスが、部品の曲率に従うように特別に設計されることを必要とし、しばしば、法外に高価であり、時間がかかり得るので、２つ以上の方向に湾曲する部品に関して問題をもたらす。さらに、フェーズドアレイデバイスが、特定の位置で部品の曲率と一致するように設計されていても、依然として、より複雑な曲率（例えば、部品の長さに沿って変化する曲率）を有する部品は、フェーズドアレイシステムによってスキャン可能でないだろう。
【0178】
本システムは、浸漬タンク内又は浸漬タンク外の湾曲された部品を、高い精度でスキャンすることができる。単一のトランスデューサのみが本システムに必要とされるので、各部品に関して新しいフェーズドアレイシステムを再設計する必要があるという問題はない。さらに、フェーズドアレイシステムは、部品の曲率と一致するために高い精度を必要とするが、本システムは、より高い公差を有し、トランスデューサが部品の表面に垂直であるか、或いは垂直から７度未満である限り、トランスデューサが部品を効率的にスキャンすることを可能にする。一実施形態では、非平面表面を有する部品をスキャンするために使用される主なトランスデューサは、オフセットトランスデューサとペアにされる。オフセットトランスデューサは、主なトランスデューサが特定の位置で部品の表面に垂直な軸に対してどのくらい遠くに向けられているかを判定するために、超音波を照射し、受信する。次いで、システムは、主なトランスデューサが、オフセットトランスデューサから受信したデータに基づいて、部品に沿って次の位置をスキャンする角度を調整する。別の実施形態では、タップ試験は、主なトランスデューサの位置決めを調整するために、所与の位置で部品の表面の相対配向を判定するために使用される。さらに別の実施形態では、フラッシュサーモグラフィは、主なトランスデューサの位置決めを調整するために、所与の位置で部品の表面の相対配向を判定するために使用される。
【0179】
システムにおいて使用される主なトランスデューサは、５ＭＨｚ－１５ＭＨｚの間の、高周波で動作することができるので、現在の接触型トランスデューサシステムにおいて実現することができない精度の度合いを実現することができる。したがって、現在の接触型トランスデューサと異なり、本システムは、部品の長さに沿ってプライドロップを検出するのに十分な高い精度で、部品全体をスキャンすることができる。一実施形態では、システムは、非平面表面を有する部品の特定の層（例えば、接着剤接合層）の深さ及び厚さに対応する値のセットを生成するように動作可能である。一実施形態では、システムは、部品の各位置でのプライの数を提供するように動作可能である。一実施形態では、システムは、部品の３Ｄグラフィックを生成するように動作可能であり、部品に沿った各位置での部品全体及び／又は部品の１つ又は複数の個々の層の厚さ値を提供することを含む。一実施形態では、各位置に沿った部品の厚さは、その位置での部品の表面の色分けによって示される。
【0180】
図４２は、本発明の一実施形態の概略ダイアグラムであり、ネットワーク８１０と、複数のコンピューティングデバイス８２０、８３０、８４０と、サーバ８５０と、データベース８７０とを有する、概して８００として記載されるコンピュータシステムを図示する。
【0181】
サーバ８５０は、複数のコンピューティングデバイス８２０、８３０、８４０とネットワーク８１０を介した通信を可能にするように構築され、構成され、結合されている。サーバ８５０は、オペレーティングシステム８５２を有する処理ユニット８５１を含む。オペレーティングシステム８５２は、サーバ８５０が、リモートで分散されたユーザデバイスとネットワーク８１０を介して通信することを可能にする。データベース８７０は、オペレーティングシステム８７２と、メモリ８７４と、プログラム８７６とを収容するように動作可能である。
【0182】
本発明の一実施形態では、システム８００は、無線通信アンテナ８１２を介した分散通信、及び少なくとも１つのモバイル通信コンピューティングデバイス８３０によって処理するためのネットワーク８１０を含む。代替的に、本明細書に記載されるデバイスとコンポーネントとの間の無線及び有線の通信及び接続性は、ＷＩ－ＦＩ、ＷＯＲＬＤＷＩＤＥ ＩＮＴＥＲＯＰＥＲＡＢＩＬＩＴＹ ＦＯＲ ＭＩＣＲＯＷＡＶＥ ＡＣＣＥＳＳ（ＷＩＭＡＸ）、ＲＦ識別（ＲＦＩＤ）、ＮＥＡＲ ＦＩＥＬＤ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮ（ＮＦＣ）などの無線周波数（ＲＦ）通信、ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ ＬＯＷ ＥＮＥＲＧＹ（ＢＬＥ）を含むＢＬＵＥＴＯＯＴＨ（登録商標）、ＺＩＧＢＥＥ（登録商標）などの無線ネットワーク通信；赤外線（ＩＲ）通信；セルラー通信；衛星通信；ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）；イーサネット通信；光ファイバーケーブル、同軸ケーブル、ツイストペアケーブルを介した通信；及び／又は任意の他のタイプの無線通信又は有線通信を含む。本発明の別の実施形態では、システム８００は、コンピューティングデバイス８２０、８３０、８４０上で本明細書に提示されるソフトウェア及び／又はアプリケーションコンポーネントの任意或いは全ての態様を実行することができる仮想化コンピューティングシステムである。特定の態様では、コンピュータシステム８００は、専用のコンピューティングデバイスにおいて、或いは別のエンティティに統合され、或いは複数のエンティティ又はコンピューティングデバイスを介して分散されるかのいずれかで、ハードウェア、又は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせを使用して実装されるように動作可能である。
【0183】
限定ではなく例として、コンピューティングデバイス８２０、８３０、８４０は、サーバ、ブレードサーバ、メインフレーム、携帯電話、パーソナルデジタルアシスタント（ＰＤＡ）、スマートフォン、デスクトップコンピュータ、ネットブックコンピュータ、タブレットコンピュータ、ワークステーション、ラップトップ、及び他の同様のコンピューティングデバイスなどの、少なくとも１つのプロセッサ及び１つのメモリを含む電子デバイスの様々な形式を表すことを意図される。本明細書に示されるコンポーネントと、それらの接続及び関係と、それらの機能とは、例示的であることのみを意図され、本願において記載され、且つ／或いは請求される本発明の実装形態を限定することを意図されない。
【0184】
一実施形態では、コンピューティングデバイス８２０は、プロセッサ８６０と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８６４及びリードオンリーメモリ（ＲＯＭ）８６６を有するシステムメモリ８６２と、メモリ８６２をプロセッサ８６０に結合するシステムバス８６８となどのコンポーネントを含む。別の実施形態では、コンピューティングデバイス８３０は、オペレーティングシステム８９２と、１つ又は複数のアプリケーションプログラム８９４を格納するためのストレージデバイス８９０、ネットワークインタフェースユニット８９６、及び／又は入出力コントローラ８９８となどのコンポーネントを追加的に含むように動作可能である。コンポーネントの各々は、少なくとも１つのバス８６８を介して互いに結合されるように動作可能である。入出力コントローラ８９８は、英数字入力デバイス、マウス、電子スタイラス、表示ユニット、タッチスクリーン、信号発生デバイス（例えば、スピーカ）、又はプリンタを含むが、それらに限定されない、多数の他のデバイス８９９から入力を受信して処理し、或いは多数の他のデバイス８９９に出力を提供するように動作可能である。
【0185】
限定ではなく例として、プロセッサ８６０は、汎用マイクロプロセッサ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ））、グラフィックスプロセシングユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）、コントローラ、ステートマシン、ゲート又はトランジスタロジック、ディスクリートハードウェアコンポーネント、又は、計算、実行のための処理命令、及び／又は情報の他の操作を実行し得る任意の他の適切なエンティティ又はその組み合わせであるように動作可能である。
【0186】
図４２の８４０として示される、別の実装形態では、複数のプロセッサ８６０及び／又は複数のバス８６８は、複数のタイプの複数のメモリ８６２（例えば、ＤＳＰとマイクロプロセッサとの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと併用した１つ又は複数のマイクロプロセッサ）と共に、適宜使用されるよう動作可能である。
【0187】
また、複数のコンピューティングデバイスは、接続されるように動作可能であり、各デバイスは、必要な動作の一部分を提供する（例えば、サーババンク、ブレードサーバのグループ、又はマルチプロセッサシステム）。代替的に、いくつかのステップ又は方法は、所与の機能に特化する回路によって実行されるように動作可能である。
【0188】
様々な実施形態によれば、コンピュータシステム８００は、ネットワーク８１０を介して、ローカル及び／又はリモートコンピューティングデバイス８２０、８３０、８４０への論理接続を使用して、ネットワーク環境において動作するように動作可能である。コンピューティングデバイス８３０は、バス８６８に接続されたネットワークインタフェースユニット８９６を介してネットワーク８１０に接続するように動作可能である。コンピューティングデバイスは、有線ネットワーク、直接有線接続、又は、音響、ＲＦ、或いは赤外線などの無線を介して、ネットワークアンテナ８１２及びネットワークインタフェースユニット８９６と通信するアンテナ８９７を介して、通信媒体を通信するように動作可能であり、必要とあればデジタル信号処理回路を含むように動作可能である。ネットワークインタフェースユニット８９６は、様々なモード又はプロトコル下で、通信を提供するように動作可能である。
【0189】
１つ又は複数の例示的な態様では、命令は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はそれらの任意の組み合わせにおいて実装されるように動作可能である。コンピュータ可読媒体は、オペレーティングシステム、データ構造、プログラムモジュール、アプリケーション、又は本明細書に記載される任意の１つ又は複数の方法論又は機能を具現化する他のデータなどの、１つ又は複数の命令セットに関する揮発性或いは不揮発性のストレージを提供するように動作可能である。コンピュータ可読媒体は、メモリ８６２、プロセッサ８６０、及び／又はストレージ媒体８９０を含むように動作可能であり、１つ又は複数のセットの命令９００を格納する単一の媒体又は複数の媒体（例えば、集中又は分散コンピュータシステム）であるように動作可能である。非一時的コンピュータ可読媒体は、全てのコンピュータ可読媒体を含み、唯一の例外は、それ自体が一時的な、伝播する信号である。さらに、命令９００は、通信媒体としてネットワークインタフェースユニット８９６を介してネットワーク８１０上で送信され、或いは受信されるように動作可能であり、搬送波などの変調データ信号又は他の搬送機構を含むように動作可能であり、任意の配信メディアを含む。用語「変調データ信号」は、情報を信号に符号化するような方法で、１つ又は複数の、変更され、或いは設定されたその特性を有する信号を意味する。
【0190】
ストレージデバイス８９０及びメモリ８６２は、キャッシュ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨメモリ、又は他のソリッドステートメモリ技術などの揮発性及び不揮発性の媒体；ディスク（例えば、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ＨＤ－ＤＶＤ、ＢＬＵ－ＲＡＹ（登録商標）、コンパクトディスク（ＣＤ）、又はＣＤ－ＲＯＭ）又は他の光学ストレージ；磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスクストレージ、フロッピーディスク、又は他の磁気ストレージデバイス；又はコンピュータ可読命令を格納するために使用されることができ、コンピュータシステム８００によってアクセスされることができる任意の他の媒体を含むが、それらに限定されない。
【0191】
一実施形態では、コンピュータシステム８００は、クラウドベースのネットワーク内にある。一実施形態では、サーバ８５０は、分散コンピューティングデバイス８２０、８３０、及び８４０の指定された物理サーバである。一実施形態では、サーバ８５０は、クラウドベースのサーバプラットフォームである。一実施形態では、クラウドベースのサーバプラットフォームは、分散コンピューティングデバイス８２０、８３０、及び８４０のサーバレス機能をホストする。
【0192】
別の実施形態では、コンピュータシステム８００は、エッジコンピューティングネットワーク内にある。サーバ８５０は、エッジサーバであり、データベース８７０は、エッジデータベースである。エッジサーバ８５０及びエッジデータベース８７０は、エッジコンピューティングプラットフォームの一部である。一実施形態では、エッジサーバ８５０及びエッジデータベース８７０は、分散コンピューティングデバイス８２０、８３０、及び８４０に指定される。一実施形態では、エッジサーバ８５０及びエッジデータベース８７０は、分散コンピューティングデバイス８２０、８３０、及び８４０に指定されない。分散コンピューティングデバイス８２０、８３０、及び８４０は、プロキシミティ、利用可能性、レイテンシ、帯域幅、及び／又は他のファクタに基づいて、エッジコンピューティングネットワーク内のエッジサーバに接続する。
【0193】
また、コンピュータシステム８００が、図４２に示される全てのコンポーネントを含まないように動作可能であり、図４２に明示的に示されていない他のコンポーネントを含むように動作可能であり、或いは図４２に示されるものとは完全に異なるアーキテクチャを利用するように動作可能であることを企図される。本明細書に開示された実施形態に関連して記載される様々な例示的な論理ブロック、モジュール、要素、回路、及びアルゴリズムは、電子ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又は両方の組み合わせとして実装されるように動作可能である。ハードウェア及びソフトウェアのこの互換性を明確に図示するために、概して、様々な例示的なコンポーネント、ブロック、モジュール、回路、及びステップは、それらの機能性の観点から上述された。そのような機能性がハードウェア又はソフトウェアとして実装されるか否かは、システム全体に課される特定の用途及び設計制約に依存する。熟練した技術者は、各特定のアプリケーションに関する様々な方法で、記載される機能性を実装してもよいが（例えば、異なる順序で配置され、或いは異なる方法で分割される）、そのような実装決定は、本発明の範囲からの逸脱を引き起こすと解釈されるべきでない。
【0194】
上述された本発明の１つ又は複数の態様を利用する他の及びさらなる実施形態は、出願人の発明の趣旨から逸脱することなく、考案され得る。例えば、様々なシール及びシール構成は、コンポーネントを密閉し、トランスデューサハウジングアセンブリ内のチャンバを形成することができ、様々な変換デバイスは、空間内でコンポーネント表面に沿ってトランスデューサハウジングアセンブリを移動するために使用されることができ、様々なクイックディスコネクト構成は、レンズハウジングを取り付けるために使用されることができ、（組み合わせられ、或いは別個の）様々な超音波信号発生及び受信デバイスは、トランスデューサから信号を送信し、且つ／或いは受信するために使用されることができ、同様のことは、トランスデューサハウジングアセンブリを形成するために使用されることができ、他のシステム機器は、他の変更と共に、特許請求の範囲内に維持するように生じ得る。
【0195】
複合材料は、１つの単一の材料を形成するために結合された２つ以上の材料を含む。複合材料は、接着剤なしで接合された２つ以上の別個の材料に加えて、接着剤接合層によって接合された２つ以上の別個の材料を含む。例えば、複合材料は、２つ以上の等方性材料を接合することによって生成された材料、２つ以上の異方性材料を接合することによって生成された材料、又は等方性材料を異方性材料と接合することによって生成された材料を含む。限定ではなく例として、複合材料は、ファイバーグラス、炭素繊維、又は他の繊維強化ポリマなどの、強化プラスチック材料を含む。さらに、限定ではなく例として、複合材料はまた、複合木材、鉄筋コンクリート、及び金属複合材料上の金属を含む。例えば、複合材料は、アルミニウムの２つ以上の層を含む材料を含む。
【0196】
上述された実施例は、本発明の態様を明確にする目的に供するために提供され、本発明の範囲を限定するのに供するものではないことが、当業者にとって明らかであろう。本来、本発明は、高度に調整可能であり、カスタマイズ可能であり、適応可能である。上述された実施例は、言及されたコンポーネントが取り得る多くの構成のいくつかに過ぎない。全ての変更及び改良は、簡潔さ及び読みやすさのために本明細書では削除されているが、適切に本発明の範囲内である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【手続補正書】
【提出日】2023-07-20
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記超音波トランスデューサによって受信した前記超音波に基づいて、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の長さ及び幅に沿った各位置で、前記少なくとも１つの接合層の厚さに対応する複数の値を生成し、
前記プロセッサは、規定された間隔で、前記試験対象物の複数のＡスキャンを生成し、前記試験対象物の各Ａスキャンの全波形を受信し、
前記全波形に基づいて、前記プロセッサは、前記試験材料の異なる深さに対応する複数のＢスキャンを生成し、一連のＢスキャンの各々の最大強度値を計算し、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記少なくとも１つの接合層の分離された、３次元グラフィカル表示を生成して提示する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項2】
前記プロセッサは、複数の材料に関する情報を含む材料データベースと通信し、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させる、請求項１に記載のシステム。
【請求項3】
前記プロセッサは、前記複数の材料の前記少なくとも１つを含むリストを生成し、各材料は、前記リスト内の各材料が前記少なくとも１つの接合層の前記材料と一致する可能性に対応する確率値を自動的に割り当てられる、請求項２に記載のシステム。
【請求項4】
前記少なくとも１つの接合層の前記グラフィカル表示は、下面表示から分離された上面表示を含み、前記少なくとも１つの接合層の前記グラフィカル表示は、動的に回転可能であり、且つ／或いはサイズ変更可能である、請求項１に記載のシステム。
【請求項5】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ、材料データベース、及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記超音波トランスデューサによって受信した前記超音波に基づいて、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の長さ及び幅に沿った各位置で、前記少なくとも１つの接合層の厚さに対応する複数の値を生成し、
前記プロセッサは、規定された間隔で、前記試験材料の複数のＡスキャンを生成し、材料の各Ａスキャンの全波形を受信し、
受信した前記全波形に基づいて、前記プロセッサは、前記試験材料の異なる深さに対応する複数のＢスキャンを生成し、前記Ｂスキャンの各々の最大強度値を計算し、
前記材料データベースは、複数の材料に関する情報を含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させる、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項6】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記超音波トランスデューサによって受信した前記超音波に基づいて、前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層の長さ及び幅に沿った各位置で、前記少なくとも１つの接合層の上面の深さに対応する第１の値セットと、前記少なくとも１つの接合層の下面の深さに対応する第２の値セットとを生成し、
前記プロセッサは、規定された間隔で、前記試験材料の複数のＡスキャンを生成し、材料の各Ａスキャンの全波形を受信し、
受信した前記全波形に基づいて、前記プロセッサは、前記試験材料の異なる深さに対応する複数のＢスキャンを生成し、前記Ｂスキャンの各々の最大強度値を計算する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項7】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記スキャンデータは、前記照射された超音波の波形全体を含み、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記１つ又は複数のギャップ領域を含む前記少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を提供することは、前記試験対象物内の前記１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３次元（３Ｄ）座標を提供することを含み、
前記プロセッサは、前記１つ又は複数のギャップ領域のエッジを示す複数の境界座標を自動的に提供する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項8】
前記プロセッサは、キャリブレーションブロックの使用なしに、前記少なくとも１つの接合層内の前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を特定し、提供するように動作可能である、請求項７に記載のシステム。
【請求項9】
前記少なくとも１つの接合層の前記グラフィカル表示は、前記１つ又は複数のギャップ領域に対応する１つ又は複数の色分けされた領域を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項10】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、トランスデューサハウジングアセンブリのカップリング流体充填チャンバ内に配置され、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記プロセッサは、前記少なくとも１つの接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記１つ又は複数のギャップ領域を含む前記少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を提供することは、前記試験対象物内の前記１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３次元（３Ｄ）座標を提供することを含み、
前記プロセッサは、前記１つ又は複数のギャップ領域のエッジを示す複数の境界座標を自動的に提供する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項11】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、スキャンデータを生成するために、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、少なくとも１つの接合層が２つの隣接するコンポーネント間に配置された、複数のコンポーネントを含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の複数の接合層内の１つ又は複数のギャップ領域の相対位置を特定し、提供するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記表示手段を介して、前記１つ又は複数のギャップ領域を含む前記少なくとも１つの接合層のグラフィカル表示を生成して提示し、
前記１つ又は複数のギャップ領域の前記相対位置を提供することは、前記試験対象物内の前記１つ又は複数のギャップ領域の各々の位置に対応する少なくとも１つの３次元（３Ｄ）座標を提供することを含み、
前記プロセッサは、前記１つ又は複数のギャップ領域のエッジを示す複数の境界座標を自動的に提供する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項12】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信するトランスデューサハウジングアセンブリであって、
超音波トランスデューサは、前記トランスデューサハウジングアセンブリ内の密閉された流体チャンバ内に配置され、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、層状複合材料を含み、
前記超音波トランスデューサは、球状集束型超音波トランスデューサであり、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の異物の面積及び特徴的な長さを生成し、
前記異物は、６ｍｍよりも小さい特徴的な長さを有し、
前記異物の前記生成された特徴的な長さは、前記異物の真の特徴的な長さと０．５ｍｍ未満だけ異なり、
前記プロセッサは、複数の材料に関する情報を含む材料データベースと通信し、前記プロセッサは、前記異物の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させ、
前記プロセッサは、前記複数の材料の前記少なくとも１つを含むリストを生成し、前記プロセッサは、前記リスト内の各材料が前記異物の前記材料と一致する可能性に対応する確率値を自動的に割り当てて表示する、前記トランスデューサハウジングアセンブリを含む、
システム。
【請求項13】
前記試験対象物は、複数の層を含み、前記プロセッサは、試験面からの前記異物の深さと、前記異物が前記複数の層のうちのどの層を介して延在するかとを含む情報を提供するように動作可能である、請求項１２に記載のシステム。
【請求項14】
複数のＡスキャンは、前記試験対象物の複数の深さに関して生成され、前記複数の深さの各々での前記異物の境界は、前記複数の深さの各々での前記複数のＡスキャンの振幅の勾配をマッピングすることによって判定される、請求項１２に記載のシステム。
【請求項15】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信するトランスデューサハウジングアセンブリであって、
超音波トランスデューサは、前記トランスデューサハウジングアセンブリ内の密閉された流体チャンバ内に配置され、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、層状複合材料を含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の異物の面積及び特徴的な長さを生成し、
前記プロセッサは、前記異物を含む、前記試験対象物の３次元（３Ｄ）グラフィカル表示を生成し、前記３次元グラフィカル表示は、前記表示手段を介して表示され、
人工知能モジュールは、前記３次元グラフィカル表示上で前記異物を自動的に強調し、
前記プロセッサは、複数の材料に関する情報を含む材料データベースと通信し、前記プロセッサは、前記異物の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させ、
前記プロセッサは、前記複数の材料の前記少なくとも１つを含むリストを生成し、前記プロセッサは、前記リスト内の各材料が前記異物の前記材料と一致する可能性に対応する確率値を自動的に割り当てて表示する、前記トランスデューサハウジングアセンブリを含む、
システム。
【請求項16】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記試験対象物は、層状複合材料を含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物内の異物の面積及び特徴的な長さを生成し、
複数のＡスキャンは、前記試験対象物の複数の深さに関して生成され、前記複数の深さの各々での前記異物の境界は、前記複数の深さの各々での前記複数のＡスキャンの振幅の勾配をマッピングすることによって判定され、
前記異物は、６ｍｍよりも小さい特徴的な長さを有し、
前記異物の前記生成された特徴的な長さは、前記異物の真の特徴的な長さと０．５ｍｍ未満だけ異なり、
前記プロセッサは、複数の材料に関する情報を含む材料データベースと通信し、前記プロセッサは、前記異物の材料を前記複数の材料の少なくとも１つと一致させ、
前記プロセッサは、前記複数の材料の前記少なくとも１つを含むリストを生成し、前記プロセッサは、前記リスト内の各材料が前記異物の前記材料と一致する可能性に対応する確率値を自動的に割り当てて表示する、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項17】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記試験対象物の複数のＡスキャンを生成し、
複数のゲート領域が選択され、その各々は前記試験対象物内の異なる深さ範囲を表し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関してＣスキャンを生成し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して損傷領域を判定し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して前記損傷領域の面積を生成し、
前記プロセッサは、前記複数のＣスキャンの各々に関して前記損傷領域の３次元（３Ｄ）グラフィカル表示を生成し、前記表示手段を介して、前記グラフィカル表示を提示し、
前記超音波トランスデューサは、球状集束型トランスデューサであり、携帯型トランスデューサハウジングアセンブリのカップリング流体充填チャンバ内に配置され、
前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関する前記Ｃスキャンは、前記複数のＡスキャンの各々の前記ゲート領域に関する絶対値の最大値を計算することによって生成される、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項18】
サーモグラフィスキャンデバイスであって、潜在的な損傷領域を見つけるために、前記試験対象物の最初のスキャンを実行する、前記サーモグラフィスキャンデバイスをさらに含み、前記超音波トランスデューサは、前記潜在的な損傷領域で動作する、請求項１７に記載のシステム。
【請求項19】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサであって、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記プロセッサは、前記試験対象物の複数のＡスキャンを生成し、
前記試験対象物は、複数の層を含み、
前記プロセッサは、前記試験対象物に関して平均Ｂスキャンを生成し、前記平均Ｂスキャンは、前記複数の層の各々の平均厚さを判定するために使用され、
複数のゲート領域が選択され、その各々は前記試験対象物内の異なる深さ範囲を表し、
前記複数のゲート領域は、前記複数の層の各々の前記平均厚さに基づいて選択され、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関してＣスキャンを生成し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して損傷領域を判定し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して前記損傷領域の面積を生成し、
前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関する前記Ｃスキャンは、前記複数のＡスキャンの各々の前記ゲート領域に関する絶対値の最大値を計算することによって生成される、前記超音波トランスデューサを含む、
システム。
【請求項20】
複合材料の非破壊試験のためのシステムであって、
プロセッサ及び表示手段と通信する超音波トランスデューサと、
フェーズドアレイ超音波スキャンデバイスと
を含み、
前記超音波トランスデューサは、超音波を試験対象物に照射し、超音波を前記試験対象物から受信するように動作可能であり、
前記フェーズドアレイ超音波スキャンデバイスは、前記試験対象物の最初のスキャンを実行し、前記超音波トランスデューサに関する潜在的な損傷領域を見つけ、後続してスキャンし、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記潜在的な損傷領域の複数のＡスキャンを生成し、
複数のゲート領域が選択され、その各々は前記試験対象物内の異なる深さ範囲を表し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関してＣスキャンを生成し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して損傷領域を判定し、
前記プロセッサは、前記試験対象物の前記複数のＣスキャンの各々に関して前記損傷領域の面積を生成し、
前記試験対象物の前記複数のゲート領域の各々に関する前記Ｃスキャンは、前記複数のＡスキャンの各々の前記ゲート領域に関する絶対値の最大値を計算することによって生成される、
システム。
【国際調査報告】