JPH09243584A - 構造物の一区域の試験及び検査を行う装置及び方法 - Google Patents

構造物の一区域の試験及び検査を行う装置及び方法

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JPH09243584A
JPH09243584A JP9058593A JP5859397A JPH09243584A JP H09243584 A JPH09243584 A JP H09243584A JP 9058593 A JP9058593 A JP 9058593A JP 5859397 A JP5859397 A JP 5859397A JP H09243584 A JPH09243584 A JP H09243584A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複合修理構造物を全体構造物から分解する必
要を減らし又は除去する、非破壊の評価、検査装置方法
及び方法を提供することにある。 【解決手段】 複合修理区域３１を試験し評価するよう
に周波数変動電気信号１４を送信し、複合修理構造物３
０の評価及び検査を行う方法及び装置１０を提供する。
電気信号１４は、機械信号に変換されてふく複合修理構
造物３０の複合修理区域３１を経て送信される。この送
信される機械信号は受信されて処理のために電気信号２
０に変換される。この処理した信号は、基線基準信号と
比較され複合修理区域３１が損傷しているか損傷してい
ないかを定める。基線基準信号は複合修理構造物３０の
複合修理のときに得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、構造物の評価及び検査
を行う装置及び方法ことに複合の修理をした金属構造物
（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ−ｒｅｐａｉｒｅｄ ｍｅｔａｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の非破壊の評価及び検査を行う
装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】臨界的に重要な構造部材を利用する航空
宇宙産業と共にその他の産業では、損傷した構造部材の
修理は、複合の修理を使いますます多く行われている。
複合修理とは、多重層複合材料のような複合材料を損傷
構造に接着することによる損傷構造物（たとえば損傷区
域を持つアルミニウム製航空機翼板）の修理のことであ
る。
【０００３】この構造物の複合修理を行い使用できる状
態に戻した後、一般にこの複合修理した構造物の保全性
を監視しなければならない。これ等の複合修理構造物
（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ−ｒｅｐａｉｒｅｄ ｓｔｒｕｃ
ｔｕｒｅ）は、この複合修理部が損傷したり或は破損し
たりしていないことを確認するように非破壊の評価及び
検査（ＮＤＥ／Ｉ）を周期的に受ける。
【０００４】従来のＮＤＥ／Ｉ法は、うず電流、超音波
熱的結像（サ−マルイメイジング）、レ−ザ、Ｘ線等を
利用する。これ等の方法ではすべてこの構造をその評価
及び検査のために実質的に理解する必要がある。たとえ
ば航空機構造物の評価及び検査では従来のＮＤＥ／Ｉを
行うには、検査物品を調べるのに航空機構造物の分解を
必要とする。Ｃ−１３０外部翼燃料タンクの検査のよう
な複合修理構造物検査の若干の場合には、従来のＮＤＥ
／Ｉのために検査物品を調べるように航空機構造物を分
解するのに１３００マンアワ−（ｍａｎ−ｈｏｕｒｓ）
以上を必要とする。
【０００５】従って修理した構造物を監視し、評価し及
び／又は検査するのに実質的な接近可能性（ａｃｃｅｓ
ｓｉｂｉｌｉｔｙ）の必要を減らし又は除去する、修理
構造物の非破壊の評価及び検査を行う装置及び方法が必
要になる。さらに複合修理構造物をそのままでＮＤＥ／
Ｉを行いこの複合修理構造物又は物品を全体構造物から
分解する必要を減らし又は除去する装置及び方法が必要
になる。
【０００６】
【発明の開示】本発明によれば、或る構造物の修理区域
の非破壊評価及び検査を行う装置及び方法が得られる。
本発明は、第１の電気信号を発生する信号発生器を備え
る。この信号発生器に又前記構造物に結合した変換器
は、第１の電気信号を前記構造物の修理区域を経て送信
する機械信号に変換する。この構造物に結合した他の変
換器はこの機械信号を受信し第２の電気信号に変換す
る。本発明装置はさらに、第２変換器に結合され第２電
気信号に応答して前記構造物の修理区域の現状を指示す
る出力信号を発生する信号プロセッサを備える。この場
合出力信号は基線基準信号（ｂａｓｅｌｉｎｅ ｒｅｆ
ｅｒｅｎｃｅ ｓｉｇｎａｌ）と比較するのに使われ、
この構造物の修理区域が損傷しているかどうかを定め
る。基線基準信号はこの構造物の修理を終えた後に発生
する。
【０００７】本発明の別の実施例では信号プロセッサ
は、信号発生器により発生する第１の電気信号の周波数
に関して修理区域のインピーダンス応答を測定するイン
ピーダンス・アナライザ（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ａｎａ
ｌｙｚｅｒ）を備える。試験時に測定するインピーダン
ス応答は、この構造物の修理時（損傷してない状態）に
おいて測定するインピーダンス応答と比較して修理区域
が損傷しているかどうかを定める。
【０００８】以下本発明及びその利点を添付図面につい
て詳細に説明する。
【０００９】
【実施例】添付図面を通じて同様な部品には同様な参照
記号を使ってある。
【００１０】図１には本発明による非破壊評価及び検査
用の試験装置１０を示してある。試験装置１０は、信号
発生器１２、第１の変換器１６、第２の変換器１８及び
信号プロセッサ２２を備えている。信号発生器１２は、
電圧＝ｖ＊ｓｉｎ（ｗｔ）と電流＝ｉ＊ｓｉｎ（ｗｔ＋
ｑ）とを持つ周波数変動試験信号１４を発生して送出
す。この場合ｖ及びｉはそれぞれ電圧及び電流の振幅で
ある。好適な実施例では信号発生器１２は正弦波発生器
であり、そして試験信号１４は、所定の周波数範囲にわ
たる正弦掃引のように周波数が経時的に変化する。
【００１１】又図１には、複合修理区域３１を含む複合
修理重ね板３２を持つ複合修理構造物（ｃｏｍｐｏｓｉ
ｔｅ−ｒｅｐａｉｒｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）［以下
単に構造物と呼ぶ］３０を示してある。典型的には構造
物３０はアルミニウム板のような金属構造物である。一
般に複合修理重ね板（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｒｅｐａｉ
ｒ ｄｏｕｂｌｅｒ）３２は、損傷区域を修理するのに
構造物３０に複合修理重ね板を接着することにより構造
物３０の損傷区域を修理するのに使う。複合修理重ね板
３２は複合修理区域３１を覆う。本発明により試験する
のは複合修理重ね板３２又は区域３１の保全性である。
【００１２】第１の変換器１６は図示のように複合修理
重ね板３２の付近で構造物３０に結合し又は構造３０上
に取付ける。第１の変換器１６は又、信号発生器１２に
電気的に結合され、信号１４を受信する。第１の変換器
１６は、信号１４を機械信号に変換し、この機械信号を
構造物３０及び複合修理重ね板３２を経て複合修理区域
３１に送信する。
【００１３】第２の変換器１８も又、図示のように複合
修理重ね板３２の付近で構造物３０に結合され又はこの
構造物上に取付ける。各変換器１６、１８が任意の状態
たとえば２個の変換器１６、１８の間に引いた想像線が
複合修理重ね板３２上すなわち区域３１内の１点に交差
するような好適な状態で位置させることができるのは明
らかである。好適な実施例では変換器１６、１８は図示
のように重ね板３２の各すみ部を通る対角線に位置させ
各変換器１６、１８間に引いた想像線が複合修理重ね板
３２（区域３１）の中央領域に実質的に交差するように
してある。
【００１４】変換器１６により生ずる機械信号は、構造
物３０及び複合修理重ね板３２（区域３１）を経て進み
変換器１８により受信する。変換器１８は受信機械信号
を電気信号に変換し、応答電気信号２０を出力する。好
適な実施例では変換器１６、１８は圧電変換器（ＰＺ
Ｔ）であり、第１の変換器１６は信号発信ＰＺＴであ
り、第２の変換器１８はセンサＰＺＴである。
【００１５】第２の変換器１８からの出力後に、信号２
０は処理用の信号プロセッサ２２に入力され構造物３０
のこの場合の状態を指示する出力信号を発生する。構造
物３０の損傷（すなわち層はく離、接着はがれ、き裂伝
ぱ等の形の複合修理重ね板３２の損傷と、き裂伝ぱ等の
ような構造物３０の増大した損傷との検出は、変換器１
８からのこの出力信号を、複合修理時に生じ引続く比較
のために信号プロセッサ２２に記憶される基線信号に比
較することによって行われる。
【００１６】構造物３０の損傷してない状態を表す基線
基準信号は構造物３０の複合修理のときに生ずるのは明
らかである。この場合基線基準信号は、構造物３０を若
干の時限にわたり使用した後修理の保全性（損傷してい
るか又は損傷していない）を定めるように構造物３０を
試験し検査するときの後での使用のために記憶する。
【００１７】図２には本発明の電気−機械の線図と信号
プロセッサ２２の詳細なブロック図とを例示してある。
信号プロセッサ２２は、アイソレーション・フィルタ兼
増幅器（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｆｉｌｔｅｒ ａｎｄ
ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）４０と周波数領域積分器４２とデ
ィジタル・インジケータ４４とを備えている。第２変換
器１８から出力される応答電気信号２０（電流試験信
号）はアイソレーション・フィルタ兼増幅器４０に入力
する。アイソレーション・フィルタ兼増幅器４０は、信
号発生器１２により生ずる試験電気信号１４の周波数の
範囲外の周波数を持つ信号をろ波しさらにこのろ波信号
を増幅する。正弦掃引応答４１と呼ばれるこのろ波信号
は周波数領域積分器４２に入力する。周波数領域積分器
４２は正弦掃引応答４１に応答してＤＣ信号４３を生じ
送出す。ディジタル・インジケータ４４は、ＤＣ信号４
３を受信し、構造物３０の現在の状態すなわち現状を指
示する表示（又は値）を生ずる。この表示は次いで、基
線基準信号との比較のために使用者が読取り又は記憶す
る。
【００１８】図２に示すように複合修理重ね板３２は特
定の電気−機械アドミタンス及び／又はインピーダンス
特性を持つ。これ等の特性は、複合修理重ね板３２の材
料の物理的及び／又は科学的性質によって定まる。これ
等の性質は、それぞれｍ，ｋ及びｃにより表される慣
性、弾性及び粘性による減衰性と共にインダクタンス、
キャパシタンス及び抵抗の電気的性質に類似の機械的性
質を含む。複合修理重ね板３２の物理的及び／又は化学
的性質の変化により係数ｍ，ｋ又はｃの対応する変化を
生ずる。複合修理重ね板３２の損傷条件（層はく離、接
着はがれ、き裂伝ぱ等）の存在を検出するのに使うのは
この変化（互いに異なる２つの時刻に計測した差）であ
る。
【００１９】図３には本発明の別の実施例による試験装
置１００を示してある。試験装置１０の信号プロセッサ
ー２２の代わりにインピーダンス・アナライザ（ｉｍｐ
ｅｄａｎｃｅ ａｎａｌｙｚｅｒ）１０２を試験電気信
号１４及び応答電気信号２０に通じさせる。インピーダ
ンス・アナライザ１０２は第１の変換器１６から第２変
換器１８へのインピーダンス及び／又はアドミタンスを
測定する。複合修理重ね板３２の損傷状態により、損傷
してない複合修理重ね板３２から生ずるインピーダンス
応答（基線基準信号）とは異なるインピーダンス応答が
発生するのは明らかである。インピーダンス・アナライ
ザ１０２は、周波数（試験電気信号１４の）に関してイ
ンピーダンス信号応答（大きさ及び位相）の線図又はプ
ロットを生ずることのできるヒュ−レットパッカ−ド
（Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ）ＨＰ４１９４Ａイ
ンピーダンス・アナライザが好適である。複合修理重ね
板３２を通過する信号に応答して検出される複合修理重
ね板３２の性質の変化を計測できる任意の計測装置等が
使われるのは明らかである。
【００２０】次に本発明による損傷した複合修理重ね板
３２の検出の例を示す。１４−プライＢ／エポキシ（Ｅ
ｐｏｘｙ）複合修理重ね板３２（長さ７．５ｉｎ，幅
２．５ｉｎ，厚さ０．１ｉｎ）をアルミニウム板試料３
０に当てがった。このように当てがう間に薄い金属製挟
み金（長さ１．２５ｉｎ，幅０．５ｉｎ，厚さ０．０５
ｉｎ）を複合修理重ね板３２及びアルミニウム板試料３
０の間に挿入した。
【００２１】複合修理重ね板３２を硬化した後、図１に
示した試験構成に従って試験装置１０を使い試験した。
信号プロセッサ２２からのディジタル読出しにより「６
８」の出力信号を生じた。さらに図３に示した試験構成
により試験装置１００を使い試験試料を試験して、イン
ピーダンス・アナライザ１０２からインピーダンス対周
波数のプロット又は線図が得られるようにした。
【００２２】損傷してない複合重ね板３２の前記試験か
ら基準線信号を生じた後、薄い金属製挟み金を複合修理
重ね板３２からはずして複合修理重ね板３２の損傷状態
（接着はがれ）を生ずるようにした。図１に示した試験
構成を使うと、試験装置１０からの出力信号により「９
２」の読みを生じた。「６８」の出力信号は試験装置１
０により非損傷状態に対し生じ又「９２」の出力信号は
損傷状態に対し生じた。
【００２３】同様に損傷した状態に対しインピーダンス
・アナライザ１０２からインピーダンス対周波数のプロ
ット又は線図が得られた。損傷してない又損傷した複合
修理重ね板から得られる線図を重ね合わせこのようにし
て得られる線図２００、２０２を図４に示してある。実
線は損傷してない状態に対する計測値を表わし、又破線
は損傷した状態に対する計測値を表わす。損傷してない
又損傷した各状態の間の著しい違いが明らかに検出され
る。
【００２４】図５には本発明による構造の修理区域の非
破壊の評価及び試験の方法３００を示してある。ステッ
プ３０２では信号発生器１２は第１の変換器１６に入力
する試験電気信号１４を発生する。好適な実施例では試
験電気信号１４の周波数は所望のパターンに従って変化
する（たとえば或時限Ｔにわたり１８ＫＨｚから１９Ｋ
Ｈｚまでの周波数掃引）。試験電気信号１４は単一の周
波数又は或る周波数範囲を持つのは明らかである。ステ
ップ３０４では電気信号１４は機械信号に変換される。
この機械信号はステップ３０６で複合修理重ね板３２
（すなわち修理区域３１）を経て送信する。
【００２５】修理区域３１を通る送信後にステップ３０
８で機械信号を第２の変換器１８により受ける。ステッ
プ３１０では受信機械信号は応答電気信号２０に変換す
る。ステップ３１２で信号２０を処理して表示信号を生
ずる。ステップ３１４で、出力信号を基線基準信号を比
較して構造物３０の複合修理重ね板（修理区域３１）が
損傷しているかどうかを定める。ステップ３００の別の
実施例では、構造物３０を複合修理重ね板３２で修理し
たステップ３０２ないし３１２を反復する。この構造の
修理後にこれ等のステップの実施により、損傷状態が存
在するかどうかを定めるように出力信号との比較のため
にステップ３１４で使われる基線基準信号を発生する。
【００２６】以上本発明を添付図面により詳細に説明し
たが、本発明はなおその精神を逸脱しないで種種の変化
変形を行うことができるのはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により修理構造物の非破壊の評価及び検
査を行う装置のブロック図である。
【図２】本発明の電気機械線図と共に本発明に使う信号
プロセッサのブロック図を示す。
【図３】インピーダンス・アナライザの使用を示す本発
明装置の別の実施例のブロック図である。
【図４】損傷してない修理区域及び対応する損傷区域に
対する２つのインピーダンス対周波数の信号プロットで
ある。
【図５】本発明により構造の修理区域の非破壊の評価及
び試験を行う方法の流れ図である。
【符号の説明】
１０ 試験検査装置 １２ 信号発生器 １４ 試験信号 １６ 変換手段（第１変換器） １８ 変換手段（第２変換器） ２１ 電気信号 ２２ 手段（信号プロセッサ）

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 構造物の一区域の試験及び検査を行う装
    置において、 試験信号を発生する信号発生器と、 前記構造物に結合され、前記信号発生器から試験信号を
    受信し、この試験信号を前記構造物の一区域の一部を経
    て送信するための機械信号に変換する第１の変換手段
    と、 前記構造物に結合され、この構造物を経て送信される前
    記機械信号を受信し、この受信した機械信号を応答信号
    に変換する第２の変換手段と、 前記応答信号に応答し、前記構造物の一区域の現状を指
    示する表示信号を、基線基準信号との比較のために発生
    する発生手段と、を包含する装置。
  2. 【請求項２】 表示信号を生ずる前記発生手段を、前記
    第２の変換手段に結合され、前記応答信号を処理し、前
    記表示信号を発生する信号プロセッサにより構成した請
    求項１の装置。
  3. 【請求項３】 前記信号プロセッサに、前記応答信号を
    積分する積分器を設けた請求項２の装置。
  4. 【請求項４】 前記積分器が、周波数領域積分器である
    請求項２の装置
  5. 【請求項５】 前記第１の変換手段を、圧電変換器によ
    り構成し、前記第２の変換手段を圧電変換器により構成
    した請求項４の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１の変換手段を圧電変換器により
    構成し、前記第２の変換手段を圧電変換器により構成し
    た請求項２の装置。
  7. 【請求項７】 前記信号発生器により発生する信号が周
    波数変動信号から成る請求項６の装置。
  8. 【請求項８】 前記信号プロセッサに、前記応答信号を
    積分し、ＤＣ表示信号を発生する周波数領域積分器を設
    けた請求項７の装置。
  9. 【請求項９】 前記表示信号を発生する発生手段に、前
    記構造物の一区域を横切って結合され、この一区域のイ
    ンピーダンスを測定し、インピーダンス対周波数信号を
    表示信号として発生するインピーダンス・アナライザを
    設けた請求項１の装置。
  10. 【請求項１０】 前記第１の変換手段を、圧電変換器に
    より構成し、前記第２の変換手段を圧電変換器により構
    成した請求項９の装置。
  11. 【請求項１１】 前記信号発生器により発生する試験信
    号が周波数変動信号から成る請求項１０の装置。
  12. 【請求項１２】 構造物の修理区域を試験する装置にお
    いて、 或る周波数を持つ第１の電気信号を発生する信号発生器
    と、 前記構造物に結合され、前記信号発生器に結合され、前
    記第１の電気信号を前記構造物の修理区域を経て送信す
    るための機械信号に変換する第１の変換器と、 前記構造物に結合され、前記機械信号を受信して第２の
    電気信号に変換する第２の変換器と、 この第２の変換器に結合され、前記第２の電気信号に応
    答して前記構造物の修理区域の現状を指示する出力信号
    を発生する信号プロセッサと、を包含し、 前記構造物の修理後に前記信号プロセッサーにより発生
    する基線基準信号と比較して前記構造物の修理した区域
    が損傷しているかどうかを定めるように前記出力信号を
    使用する装置。
  13. 【請求項１３】 前記第１の変換器が圧電変換器であ
    り、前記第２の変換器が、圧電変換器である請求項１２
    の装置。
  14. 【請求項１４】 前記第１の電気信号の周波数が経時的
    に変化する請求項１３の装置。
  15. 【請求項１５】 前記信号プロセッサに、前記第２の電
    気信号を受信し積分し出力信号を発生する周波数領域積
    分器を設けた請求項１４の装置。
  16. 【請求項１６】 構造物の一区域の評価及び試験を行う
    方法において、 前記構造物の１区域を経て信号を送信する段階と、 この送信された信号を受信する段階と、 この受信された信号を基線基準信号と比較し、前記構造
    物の一区域の損傷状態を定める段階と、 を包含する方法。
  17. 【請求項１７】 前記信号を送信する段階が、 第１の周波数変動電気信号を生発生する段階と、 この第１の電気信号を機械信号に変換する段階と、 前記構造物の第１の場所において、前記構造物の一区域
    の一部分を経て機械信号を送信する段階と、を包含する
    請求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】 前記送信された信号を受信する段階
    が、 前記構造物の第２の場所において、前記機械信号を受信
    する段階と、 この受信した機械信号を第２の電気信号に変換する段階
    と、を包含する請求項１７の方法。
  19. 【請求項１９】 前記受信された信号を基線基準信号と
    比較する段階が、 前記第２の電気信号を処理して出力信号を発生する段階
    と、 この出力信号を前記基線基準信号と比較し前記構造物の
    一区域が損傷しているかどうかを定める段階と、を包含
    する請求項１８の方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１の電気信号を機械信号に変換
    する段階が、第１の圧電変換器を使って行われ、前記受
    信された機械信号を第２の電気信号に変換する段階が、
    第２の圧電変換器を使って行われる請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 前記処理する段階が、前記受信される
    信号の周波数領域積分を行いＤＣ出力信号を発生する段
    階を包含する請求項２０の方法。
JP9058593A 1996-03-07 1997-02-27 構造物の一区域の試験及び検査を行う装置及び方法 Pending JPH09243584A (ja)

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