检查装置、检查单元及检查方法与流程

本发明涉及检查装置、检查单元及检查方法，特别涉及由复合材料形成的部件的检查。

背景技术：

如碳纤维强化塑料(cfrp)及玻璃纤维强化塑料(gfrp)所例示，将树脂和纤维组合而构成的复合材料(compositematerial)在以航空器为首的各种产业领域被广泛使用。

由复合材料形成的部件(以下，简称为“复合材料部件”。)经常会产生缺陷。特别是，在对复合材料部件进行机械加工(例如，开孔加工)的情况下，往往产生因机械加工导致的损伤引起的缺陷。为了确认是否存在这种缺陷，在复合材料部件的制造、加工工序中进行检查。

复合材料部件的最典型的检查方法之一是超声波检查。在超声波检查中，将超声波射入复合材料部件，获取从复合材料部件返回的反射波。可根据该反射波包含的信息检测缺陷的位置及大小。

但是，在沿超声波的入射方向排列有多个缺陷的情况下，会发生超声波检查的缺陷检测不充分的情况。在沿超声波的入射方向排列有多个缺陷的情况下，超声波被最接近超声波的入射位置的缺陷反射。在这种情况下，超声波检查仅能检测最接近入射位置的缺陷，可能会发生缺陷的漏测。特别是，对层叠有由纤维形成的片材或布的复合材料部件进行机械加工时产生的层间剥离容易沿特定方向(例如纤维片或纤维布的层叠方向)排列发生，因此，容易发生缺陷的漏查。

此外，对于设置在复合材料的贯通孔的超声波检查，例如公开于美国专利申请公开2012/0035862号公报中。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利申请公开公报2012/0035862号

技术实现要素：

目前，本发明的目的在于，假定沿射自超声波探针的超声波的入射方向排列有多个缺陷的情况下，提供用于检测复合材料部件的缺陷的技术。

本发明的其它目的，将根据以下公开由本领域技术人员理解。

本发明的一方面提供一种用于检查由复合材料形成且具有主面和与所述主面交叉的交叉面的复合材料部件的检查装置。检查装置具备：本体部；超声波探针，与所述本体部结合，且与所述主面接触；光传感器部，以沿第一方向可移动的方式与所述本体部结合；处理装置。超声波探针构成为，向复合材料部件的主面射入超声波，并且，接收超声波被复合材料部件反射而生成的反射波。光传感器部构成为，向与第一方向垂直的第二方向射出传感器光，并且，接收传感器光在交叉面反射而生成的反射光。处理装置构成为，输出基于反射波及反射光而得到的测定结果。

在一实施方式中，也可以是，检查装置还具备使所述光传感器部沿所述第一方向移动的促动器，通过所述促动器使所述光传感器部沿所述第一方向移动的同时，进行所述传感器光的射出及所述反射光的接收。

在优选的实施方式中，超声波探针以能够沿与第一方向垂直的第三方向移动的方式与本体部结合。

在优选的实施方式中，光传感器部具备：光传感器，射出传感器光，接收反射光，生成与反射光对应的输出信号；筒部件，具有圆筒面，圆筒面具有与第一方向平行的中心轴。光传感器收容于筒部件。筒部件沿第一方向可移动地与本体部连结。

根据本发明的其它方面，提供一种用于检查具有主面和与所述主面交叉的交叉面的由复合材料形成的复合材料部件的检查单元。检查单元具备：本体部；超声波探针，与本体部结合，且与主面接触；光传感器部，以沿第一方向可移动的方式与本体部结合。超声波探针构成为，向复合材料的主面射入超声波，接收超声波被复合材料反射而生成的反射波，输出与反射波对应的第一输出信号。光传感器部构成为，向复合材料的主面入射超声波，接收由复合材料反射超声波而生成的反射波，且输出与反射波对应的第一输出信号。光传感器部构成为，向与第一方向垂直的第二方向射出传感器光，接收传感器光在交叉面反射而生成的反射光，输出与反射光对应的第二输出信号。

根据本发明的再一其它方面，提供一种检查方法，检查具有主面和与主面交叉的交叉面的复合材料部件。该检查方法包括：

(a)使超声波探针与主面接触，从超声波探针向所述主面射入超声波的步骤；

(b)接收超声波被复合材料部件反射而生成的反射波的步骤；

(c)使光传感器在沿着交叉面的第一方向上移动的同时，向与第一方向垂直的第二方向射出传感器光的步骤；

(d)接收传感器光在交叉面反射而生成的反射光的步骤；

(e)输出基于反射波及反射光而得到的测定结果的步骤。

这种检查方法特别适合交叉面是通过开孔加工形成于复合材料部件的贯通孔的侧壁面的情况。

在一实施方式中，也可以是，光传感器被收容于具有圆筒面的筒部件，圆筒面具有与第一方向平行的中心轴。该情况下，筒部件的该圆筒面优选具有与贯通孔的直径对应的直径。

在一实施方式中，优选地，变更射出传感器光的方向(第二方向)的朝向重复进行(a)～(e)步骤。

根据本发明，在假定沿从超声波探针出射的超声波的入射方向并排有多个缺陷的情况下，也能够检测复合材料部件的缺陷。

附图说明

图1是表示在本实施方式中检查的复合材料部件的结构的一例的俯视图。

图2是部分地表示图1所示的复合材料部件的贯通孔附近的结构的放大剖视图。

图3是表示图1所示的复合材料部件的超声波检查的一例的概念图。

图4是表示本实施方式的检查装置的结构的概念图。

图5是表示本实施方式的检查单元的结构一例的立体图。

图6是表示金属筒结构的局部剖视图。

图7是图示使用了本实施方式的检查装置的复合材料部件的检查的立体图。

图8是图示通过本实施方式的检查装置进行的超声波检查和光学检查的概念图。

图9是表示通过本实施方式的检查顺序得到的信息的概念图。

图10是表示在本实施方式中检查的复合材料部件的结构的其它例的立体图。

具体实施方式

以下，首先说明本实施方式中检查的复合材料部件的结构、及在该复合材料部件的超声波检查中可能产生的问题。

图1是本实施方式中检查的复合材料部件1的结构的一例的俯视图，图2是部分地表示图1所示的复合材料部件1的结构的放大剖视图。在以下说明中，引入xyz正交坐标系。在xyz正交坐标系中，将z轴方向沿复合材料部件1的厚度方向定义，将x轴方向及y轴方向定义为在复合材料部件1的面内方向相互正交。

复合材料部件1由组合了树脂和纤维的复合材料(例如cfrp)形成。在本实施方式中，复合材料部件1形成板状的形状。在复合材料部件1中，纤维片或纤维布层叠的方向(以下，有时简称为“层叠方向”)是复合材料部件1的厚度方向，即，图1、图2中的z轴方向。

在这种结构的复合材料部件1中，如果使用钻头进行开孔加工而形成在复合材料部件1的厚度方向上(即层叠方向上)贯通的圆形的贯通孔2，在贯通孔2的附近可能会产生缺陷。最典型的缺陷是贯通孔2的侧壁面2a处的层间剥离(delamination)。如果发生层间剥离，就会形成从贯通孔2的侧壁面2a朝向复合材料部件1的内部延伸的缺陷3(此外，侧壁面2a是与主面1a交叉的面)。在发生层间剥离的情况下，会沿着侧壁面2a排列(即，沿层叠方向排列)形成多个缺陷3。

缺陷3的产生可能会影响复合材料部件1的可靠性，因此，希望在开孔加工之后检查复合材料部件1。在复合材料部件1的检查中，最主要的是评价是否存在缺陷3。另外，在检测到缺陷3存在的情况下，希望确定缺陷3的数量及缺陷3存在的区域。如果能够确定缺陷3的数量或缺陷3存在的区域，就能够获得用于开孔加工的条件或用于包含复合材料部件1的结构体的强度计算的基础数据。

用于检测缺陷3的最简便的一个方法是超声波检查。根据超声波检查，能够以非破坏性方式检测缺陷3。图3是表示复合材料部件1的超声波检查的一例的概念图。在进行复合材料部件1的超声波检查的情况下，将超声波探针4按压在复合材料部件1的主面1a，从超声波探针4向主面1a射入超声波4a。在本实施方式中，超声波4a的入射方向是复合材料部件1的厚度方向(z轴方向)。从复合材料部件1返回的反射波被超声波探针4接收，根据由该反射波得到的超声波图像能够判断有无缺陷3。

这种检查方法的一个问题是，在超声波4a的入射方向(即，复合材料部件1的厚度方向)上排列(即，沿层叠方向排列)产生了多个缺陷3的情况下，只能检测超声波4a从超声波探针4能够直接到达的缺陷3或缺陷3的一部分。例如，在图3的结构中，仅能检测到最接近复合材料部件1的主面1a的缺陷3a、及相比于缺陷3a更远离主面1a的缺陷3b中的超声波4a未被缺陷3a遮蔽的部分3c。这种问题特别是在假定超声波探针4难以接近的部分产生缺陷3的情形下特别重大。

根据这种背景，寻求提供一种即使假定在从超声波探针4射出的超声波的入射方向上排列有多个缺陷的情况下，也能够恰当地检测出在复合材料部件1产生的缺陷3的技术。以下所述的本实施方式的检查装置、检查单元及检查方法提供用于应对这种要求的技术。

图4是表示本实施方式的检查装置10的结构的概念图。检查装置10具备检查单元11、处理装置12、显示装置13。

图5是表示检查单元11的结构的一例的立体图。检查单元11具备本体部14、超声波探针15、光传感器部16。

检查单元11的本体部14具备探针引导件14a、光传感器引导件14b、促动器14c。探针引导件14a以沿特定方向使超声波探针15移动自如的方式保持超声波探针15。以下，将该特定方向(即，超声波探针15可移动的方向)称作“探针可动方向”。超声波探针15在探针可动方向上的位置可通过调节由探针引导件14a保持超声波探针15的位置而进行调节。光传感器引导件14b以沿垂直于探针可动方向的方向使光传感器部16移动自如的方式保持光传感器部16。以下，将该垂直方向称作“传感器扫描方向”。促动器14c驱动光传感器部16使其沿“传感器扫描方向”移动。

超声波探针15构成为，在处理装置12的控制下，将用于超声波检查的超声波射入复合材料部件1，并且，接收超声波被复合材料部件1反射而产生的反射波。超声波探针15生成与该反射波对应的输出信号。由超声波探针15生成的输出信号经由电缆17发送到处理装置12。

光传感器部16插入到贯通孔2内，用于通过光学检查检测在贯通孔2的侧壁面2a露出的缺陷3。在本实施方式的检查装置10中，除了超声波检查之外，还通过光学检查来检测缺陷3。光传感器部16具备金属筒21和光传感器22。

金属筒21是在其内部收容保持光传感器22的筒部件。金属筒21具有圆筒形的侧面，在侧面被光传感器引导件14b保持。金属筒21的中心轴21a平行地朝向传感器扫描方向，金属筒21用于将光传感器22和贯通孔2的侧壁面2a的位置关系保持为一定，金属筒21期望以具有与贯通孔2的直径对应的直径(与贯通孔2的直径相同或稍小的直径)的方式形成。

图6是表示金属筒21的结构的局部剖视图。金属筒21具有用于使从光传感器22射出的传感器光22a通过的开口21b。光传感器22以传感器光22a的光轴22b朝向与传感器扫描方向垂直的方向(在本实施方式中为与探针可动方向平行的方向)的方式被金属筒21支撑。

返回图5，光传感器22在处理装置12的控制下向与传感器扫描方向垂直的方向射出传感器光，并且，接收该传感器光在贯通孔2的侧壁面2a反射而生成的反射光。光传感器22生成与反射光对应的输出信号。由光传感器22生成的输出信号经由电缆18发送到处理装置12。在一实施方式中，作为光传感器22，可使用光位移传感器。

再次参照图4，处理装置12控制超声波探针15、光传感器22及促动器14c，并且，处理从超声波探针15及光传感器22接收的输出信号并输出测定结果。例如，处理装置12处理从超声波探针15接收的输出信号并生成期望的超声波图像(例如，b模式图像)，并将该超声波图像显示于显示装置13。另外，处理装置12处理从光传感器22接收的输出信号，生成表示贯通孔2的侧壁面2a的各位置处有无缺陷3的缺陷检测图像，并将所生成的缺陷检测图像显示于显示装置13。如果在贯通孔2的侧壁面2a露出的缺陷3存在，缺陷3存在的位置不反射传感器光22a，反射光不能到达光传感器22。从光传感器22输出的输出信号响应于反射光而生成，因此，能够基于从光传感器22输出的输出信号判断贯通孔2的侧壁面2a的各位置处有无缺陷3。处理装置12基于从光传感器22输出的输出信号生成缺陷检测图像。另外，在作为光传感器22使用光位移传感器的情况下，可根据反射光中包含的信息确定贯通孔2的侧壁面2a的形状。该情况下，作为缺陷检测图像，处理装置12也可以生成表示贯通孔2的侧壁面2a的形状的轮廓图像。

接着，对使用本实施方式的检查装置10检查复合材料部件1的贯通孔2附近的部分的顺序进行说明。

首先，将检查单元11配置于复合材料部件1上。在检查单元11的配置中，如图7所示，向复合材料部件1的贯通孔2插入光传感器部16，进而，将超声波探针15按压在复合材料部件1的主面1a。探针引导件14a的朝向(即，探针可动方向)及探针可动方向上的超声波探针15的位置根据应检查的位置确定。在图7中，探针引导件14a的朝向相对于贯通孔2朝+x方向规定。以下，将探针引导件14a的朝向定义为形成+x方向的角。即，在图7所示的配置中，探针引导件14a的朝向为“0°”。

进而，进行使用了超声波探针15的超声波检查和使用了光传感器部16的光学检查。图8是表示利用本实施方式的检查装置10进行的超声波检查和光学检查的概念图。

在超声波检查中，从超声波探针15向复合材料部件1的主面1a射入超声波15a。在本实施方式中，超声波15a的入射方向是复合材料部件1的厚度方向(z轴方向)。超声波15a被复合材料部件1反射而生成的反射波被超声波探针15接收，通过超声波探针15生成与反射波对应的输出信号。处理装置12从接收自超声波探针15的输出信号生成超声波图像，将所生成的超声波图像显示于显示装置13。根据需要(例如，进行大范围检查的情况)，在探针可动方向上变更超声波探针15的位置的同时，进行超声波检查。超声波探针15的位置变更可以通过手动使超声波探针15沿着探针引导件14a移动而进行。

另一方面，在光学检查中，在通过促动器14c使光传感器部16的位置自动地沿传感器扫描方向(即，z轴方向)移动的同时，将从光传感器22射出的传感器光22a向贯通孔2的侧壁面2a的各位置进行照射。由此，贯通孔2的侧壁面2a被传感器光22a沿传感器扫描方向扫描。进而，传感器光22a在侧壁面2a反射而生成的反射光被光传感器22接收，通过光传感器22生成与反射光对应的输出信号。处理装置12从接收自光传感器22的输出信号生成表示贯通孔2的侧壁面2a的各位置处有无缺陷3的缺陷检测图像，并将所生成的缺陷检测图像显示于显示装置13。详细而言，如果在贯通孔2的侧壁面2a的某个位置存在缺陷3，在该位置不反射传感器光22a，反射光不能到达光传感器22。处理装置12生成表示在反射光未到达光传感器22的位置存在缺陷3的缺陷检测图像。另外，在作为光传感器22使用光位移传感器的情况下，也可以从反射光中包含的信息确定贯通孔2的侧壁面2a的形状。该情况下，作为缺陷检测图像，处理装置12可以生成表示贯通孔2的侧壁面2a的形状的轮廓图像。

将探针引导件14a的朝向(即，射出传感器光22a的朝向)以期望的角度间隔(例如90°)变更，重复进行相同的检查。由此，能够确定复合材料部件1的贯通孔2附近有无产生缺陷3，以及在发生了缺陷3的情况下，能够确定其数量及存在的范围。探针引导件14a的朝向的变更可以通过手动使探针引导件14a旋转而进行。

在此，应留意本实施方式的检查装置10具有将光传感器22收容于具有与贯通孔2的直径对应的直径的金属筒21的结构。根据这种结构，在变更了探针引导件14a的朝向(即，射出传感器光22a的朝向)时，能够将光传感器22和贯通孔2的侧壁面2a之间的距离保持为一定。这对于光学检查精度的提高是有效的。

根据以上说明的检查顺序，在假定从超声波探针15射出的超声波15a的入射方向上排列有多个缺陷的情况下，能够获得与超声波15a从超声波探针15无法直接到达的缺陷3相关的信息。如参照图2所说明，在仅使用超声波探针的情况下，不能获得超声波从超声波探针无法直接到达的缺陷3相关的信息。另一方面，在本实施方式的检查顺序中，如图9所示，能够通过光传感器22检测贯通孔2的侧壁面2a上的缺陷3的数量及位置。换言之，根据本实施方式的检查顺序，能够获得贯通孔2的侧壁面2a上的缺陷3的数量及缺陷3存在的区域5的信息。特别是，如本实施方式，在具有通过开孔加工而形成的贯通孔2的复合材料部件1的检查中，贯通孔2的侧壁面2a上的因层间剥离而引起的缺陷3至为重要，本实施方式的检查顺序的有用性大。

此外，在上述的实施方式中，进行用于检测沿着形成有贯通孔2的复合材料部件1的贯通孔2的侧壁面2a产生的缺陷3的检查，但本实施方式的检查装置及检查方法可适用于在与复合材料部件的主面交叉的交叉面产生缺陷的各种结构。例如，本实施方式的检查装置及检查方法也可以用于具有如图10所示的台阶结构6的复合材料部件1的检查。该情况下，超声波探针15与复合材料部件1的主面1a抵接，台阶结构6的台阶面6a(与主面1a垂直的面)被光传感器部16扫描。该情况下，也能够检查在复合材料部件1的台阶面6a露出的缺陷的数量及缺陷存在的范围。

以上，具体说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式。本发明可以与各种变更一并实施，这是本领域技术人员应能够理解的。

此外，本申请基于在2016年11月21日申请的日本专利申请2016－226203号主张优先权，其全部的公开内容通过引用编入于此。