专利名称：非破坏检查装置及非破坏检查方法
技术领域：
本发明涉及非破坏检查装置及非破坏检查方法，尤其涉及利用超声波检查流体的非破坏检查装置及非破坏检查方法。
背景技术：
已知有通过将纤维与树脂复合而强化的纤维强化复合材料。作为该纤维强化复合材料，例示有CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastics)。这样的纤维强化复合材料在轻量化方面优势显著，因此适用于例如飞机结构部件等所例示的大量产品。该纤维强化复合材料通过在层叠了的强化纤维中浸渗树脂、并使该树脂硬化的VaRTM(VaCUUm assisted Resin Transfer Molding :真空浸渗施工法)、RFI (Resin Film Infusion)而制造。该纤维强化复合材料中可能会产生空隙、树脂的未浸渗的所例示的缺陷。优选在该树脂硬化前检测出这些缺陷。在专利第3864180号公报中公开了能够利用非接触反射法明确地检测出缺陷部的超声波试验方法。该超声波试验方法是从在试验体的一侧设置的探头发送超声波并且由探头接收反射波的超声波试验方法，其特征在于，所述探头具备发送件和接收件，经由发送件及接收件与试验体之间的气层发送接收超声波，且发送件、接收件及试验体的相对位置设定成所述发送件及接收件之间的气体中传播时间比所述反射波的传播时间长。在美国专利申请公开第2002/0088281号说明书中公开有使用兰姆波进行检查的检查方法。专利文献1 专利第3864180号公报专利文献2 美国专利申请公开第2002/0088281号说明书
发明内容
本发明的课题在于提供一种降低检查流体的环境的污染的非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的另一课题在于提供一种检测流体成为规定状态的部分的位置的非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的又一课题在于提供一种以更高精度检测流体成为规定状态的部分的位置的非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的再一课题在于提供一种在流体的内部没有混入异物的情况下检测该流体成为规定状态的时刻的非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的再一课题在于提供一种在使流体硬化而制造材料时、在该流体硬化前检测该材料中产生的缺陷的非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的非破坏检查装置具备发送侧探头，其朝向检查对象流体振荡出第一超声波；板，其在被传播了该第一超声波时由该第一超声波生成兰姆波并使该兰姆波传播； 接收侧探头，其测定从该板振荡出而透过该检查对象流体的第二超声波的强度。此时，这样的非破坏检查装置能够在不使振荡出该第一超声波的发送侧探头和测定该第二超声波的该接收侧探头与该检查对象流体接触的情况下对该检查对象流体进行检查。优选该板形成为流入该检查对象流体的模具(mold)的一部分。优选本发明的非破坏检查装置还具备相对于该发送侧探头固定该接收侧探头的固定部件。本发明的非破坏检查装置还具备驱动所述发送侧探头和所述接收侧探头的驱动装置。此时，这样的非破坏检查装置能够检测出该检查对象流体成为规定状态的位置。优选本发明的非破坏检查装置还具备变更所述接收侧探头相对于所述发送侧探头的方向的其它驱动装置。本发明的非破坏检查装置还具备控制装置。该控制装置具备扫描部，其使用其它驱动装置将所述发送侧探头和所述接收侧探头在第一方向上排列，使用所述驱动装置使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描，并使用其它驱动装置将所述发送侧探头和所述接收侧探头在与该第一方向不同的第二方向上排列，使用所述驱动装置使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描；收集部，其在所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描过程中，从所述接收侧探头收集所述第二超声波的强度；缺陷检测部，其根据该强度检测所述检查对象流体成为不适当的位置。此时，这样的非破坏检查装置能够以更高精度检测出该检查对象流体成为规定状态的位置。优选本发明的非破坏检查装置还具备根据所述第二超声波的强度检测所述检查对象流体成为规定状态的时刻的控制装置。本发明的非破坏检查方法包括朝向所述检查对象流体振荡出所述第一超声波的步骤；测定从该第一超声波透过该检查对象流体而传播的板振荡出而透过所述检查对象流体的第二超声波的强度的步骤；根据该强度检查该检查对象流体的步骤。这样的非破坏检查方法能够在不使振荡出所述第一超声波的发送侧探头和测定所述第二超声波的所述接收侧探头与所述检查对象流体接触的情况下检查所述检查对象流体。本发明的非破坏检查方法还包括使振荡出所述第一超声波的发送侧探头和测定该强度的接收侧探头扫描的步骤。这样的非破坏检查方法能够根据所述第二超声波检测出所述检查对象流体成为不适当的位置。所述扫描的步骤包括在所述发送侧探头和所述接收侧探头在第一方向上排列的状态下、使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描的步骤；在在所述发送侧探头和所述接收侧探头与所述第一方向不同的第二方向上排列的状态下、使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描的步骤。这样的非破坏检查方法能够根据所述第二超声波以更高精度检测所述检查对象流体成为不适当状态的位置。优选本发明的复合材料制造方法包括执行本发明的非破坏检查方法的步骤；在所述检查对象流体为适当时执行下一工序的步骤。本发明的非破坏检查装置及非破坏检查方法能够在使振荡出超声波的发送侧探头和测定超声波的接收侧探头不与检查对象流体接触的情况下检查该检查对象流体。
图1是表示非破坏检查装置的框图。
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图2是表示非破坏检查装置的俯视图。图3是表示控制装置的框图。图4是表示复合材料制造方法的流程图。图5是表示非破坏检查方法的流程图。
具体实施例方式参照附图叙述本发明的非破坏检查装置的实施方式。该非破坏检查装置适用于复合材料形成工具。如图1所示，该复合材料形成工具1具备模具2、袋膜3、注入侧流通载体 5与排出侧流通载体6。模具2由例如金属或者CFRP形成，具备板部分7和侧壁部分8。板部分7形成为厚度均等的板状，以所期望的形状形成。侧壁部分8形成为在板部分7的一个面上突出。即，模具2形成为以板部分7为底、以侧壁部分8为侧壁的容器。在模具2这一容器中配置有纤维强化树脂中间材料10。纤维强化树脂中间材料10由纤维部分18和树脂部分19形成。纤维部分18通过将由碳纤维形成的织物层叠而形成。需要说明的是，纤维部分18也可以由与碳纤维不同的其它纤维形成。作为该纤维，例示了玻璃纤维。树脂部分19由流体的环氧树脂形成，浸渗在纤维部分18中。纤维强化树脂中间材料10被加热而树脂部分19硬化，由此形成为纤维强化树脂。需要说明的是，树脂部分19也可以由通过加热而硬化的其它热硬化性合成树脂形成。袋膜3覆盖模具2的板部分7的形成有侧壁部分8的面，并从外部密封模具2的内部。袋膜3进而形成注入口 11和吸引口 12。注入口 11将未图示的树脂注入装置和模具 2的内部连接。该树脂注入装置经由注入口 11将形成树脂部分19的树脂向模具2的内部注入。吸引口 12连接未图示的树脂吸引装置和模具2的内部。该树脂吸引装置经由吸引口 12在模具2的内部排气，并将形成树脂部分19的树脂向模具2的外部吸引。注入侧流通载体5形成为网状，配置成连接注入口 11和模具2的内部。注入侧流通载体5辅助从该树脂注入装置向模具2的内部注入该树脂这一操作。排出侧流通载体6 形成为网状，配置成连接吸引口 12和模具2的内部。排出侧流通载体6辅助从模具2的内部向该树脂吸引装置吸引该树脂这一操作。图1还示出非破坏检查装置。该非破坏检查装置14具备发送侧探头15、接收侧探头16和控制装置17。控制装置17为计算机，具备未图示的CPU、存储装置、输入装置、输出装置和界面。该CPU执行安装在控制装置17中的计算机程序，而控制该存储装置、输入装置、输出装置和界面。该存储装置存储该计算机程序，并暂时存储由该CPU生成的信息。该输入装置根据使用者的操作而生成信息，并将该信息向该CPU输出。作为该输入装置，例示了键盘。该输出装置将由该CPU生成的信息向使用者可识别地输出。作为该输出装置，例示了显示器。该界面将由与控制装置17连接的外部设备生成的信息向该CPU输出，并将由该CPU生成的信息向该外部设备输出。该外部设备包括发送侧探头15和接收侧探头16。发送侧探头15配置成与复合材料形成工具1的袋膜3对置。发送侧探头15经由未图示的电线与控制装置17连接为能够传递信息。发送侧探头15由控制装置17控制，朝向模具2的板部分7振荡超声波21。超声波21经由模具2的内部的纤维强化树脂中间材料10向模具2的板部分7传播。板部分7在被传播了超声波21的点22生成兰姆波23， 并使兰姆波23传播。接收侧探头16配置成与复合材料形成工具1的袋膜3对置且朝向板部分7中的点24。点24配置在从点 22离开了规定距离的位置。接收侧探头16经由未图示的电线与控制装置17连接为能够传递信息。接收侧探头16接收从点24振荡且在模具 2的内部的纤维强化树脂中间材料10中传播的超声波25。超声波25的强度反映出纤维强化树脂中间材料10中超声波21传播的部分处的树脂部分19的厚度和纤维强化树脂中间材料10中超声波25传播的部分处的树脂部分19的厚度。接收侧探头16测定超声波25 的强度，并将该强度向控制装置17输出。如图2所示，非破坏检查装置14还具备扫描装置31。扫描装置31具备导轨32、 第一支承部件33、第二支承部件34和固定部件35。导轨32形成为棒状，以与χ轴方向平行配置的方式固定在固定复合材料形成工具1的模具2的基台上。第一支承部件33形成为棒状，配置成与χ轴方向垂直且与y轴方向平行。第一支承部件33被导轨32支承为能够与χ轴方向平行地移动。第二支承部件34形成为棒状，配置成与y轴方向垂直且与χ轴方向平行。第二支承部件34被第一支承部件33支承为能够与y轴方向平行地移动。固定部件35形成为棒状，被第二支承部件34支承为能够以与χ轴方向和y轴方向垂直即与铅垂方向平行的轴为中心旋转。扫描装置31还具备第一驱动装置36、第二驱动装置37和第三驱动装置38。第一驱动装置36、第二驱动装置37和第三驱动装置38经由未图示的电线与控制装置17连接为能够传递信息。第一驱动装置36由控制装置17控制来驱动第一支承部件33，而使第一支承部件33相对于导轨32与χ轴方向平行地移动。第二驱动装置37由控制装置17控制来驱动第二支承部件34，而使第二支承部件34相对于第一支承部件33与y轴方向平行地移动。第三驱动装置38由控制装置17控制来驱动固定部件35，而使固定部件35相对于第二支承部件34以与铅垂方向平行的轴为中心旋转移动。根据这样的扫描装置31，在发送侧探头15朝向板部分7的点22时，接收侧探头 16始终朝向从点22离开了规定的距离的点24，从而能够测定从点24振荡的超声波25的强度。如图3所示，控制装置17中安装有多个计算机程序。该计算机程序包括扫描部 41、收集部42和缺陷检测部43。扫描部41驱动第三驱动装置38，而使发送侧探头15和接收侧探头16在χ轴方向或y轴方向中的任一方向上排列。扫描部41在发送侧探头15和接收侧探头16在X轴方向或y轴方向中的任一方向上排列的状态下，控制第一驱动装置36和第二驱动装置37从而使发送侧探头15和接收侧探头16扫描。S卩，板部分7的由侧壁部分8包围的部分被矩阵状地分割成多个区域。扫描部41控制第一驱动装置36和第二驱动装置37，而使发送侧探头15按顺序朝向该多个区域的各区域。收集部42在每次由扫描部41使发送侧探头15朝向该多个区域的各区域时，使用发送侧探头15振荡出超声波21。收集部42在每次从发送侧探头15振荡出超声波21时， 使用接收侧探头16测定从板部分7振荡出的超声波25的强度，并从接收侧探头16收集超声波25的强度。缺陷检测部43根据由控制装置17的收集部42收集到的超声波25的强度，判断是否在纤维强化树脂中间材料10中产生了缺陷。缺陷检测部43在判断为纤维强化树脂中间材料10中产生了缺陷时，根据该收集到的超声波25的强度，算出该缺陷的位置、种类和大小。缺陷检测部43进而将该算出的缺陷的位置、种类和大小以使用者可识别的方式在显示器中显示。 本发明的非破坏检查方法的实施方式适用于复合材料制造方法。图4表示该复合材料制造方法。首先，使用者层叠由碳纤维形成的多张片材，并将这些层叠的多张片材配置在模具2的内部(步骤Si)。接下来，使用者将注入侧流通载体5和排出侧流通载体6配置在模具2的内部，使用袋膜3从外部将模具2的内部密封(步骤S2)。接下来，使用者形成注入口 11和吸引口 12，将注入口 11与树脂注入装置连接，将吸引口 12与树脂吸引装置连接，从而完成复合材料形成工具1。接下来，使用者将复合材料形成工具1配置在炉的内部，在复合材料形成工具1上设置非破坏检查装置14。使用者使用该炉将复合材料形成工具1加热至70°C 80°C，同时使用该树脂注入装置向模具2的内部注入树脂，使用该树脂吸引装置从模具2的内部排气。 使用者在该树脂到达吸引口 12后，使用该树脂吸引装置将该树脂向模具2的外部排出(步骤S3)。该层叠的多张片材通过这样注入树脂而形成为纤维强化树脂中间材料10。使用者将该树脂向模具2的内部注入的同时执行非破坏检查方法，判断是否在纤维强化树脂中间材料10中存在缺陷(步骤S4)。使用者在判断为纤维强化树脂中间材料 10中存在缺陷时(步骤S4、存在缺陷)，修理纤维强化树脂中间材料10(步骤S5)。使用者在判断为纤维强化树脂中间材料10中不存在缺陷时(步骤S4、没有缺陷)、或在执行步骤S5后，进一步加热至高温而使树脂硬化，由此将纤维强化树脂中间材料 10形成为纤维强化树脂(步骤S6)。使用者检查是否在该纤维强化树脂中存在缺陷(步骤 S7)，未在该纤维强化树脂中发现缺陷时，完成纤维强化树脂。图5表示由步骤S4执行的非破坏检查方法。该非破坏检查方法通过非破坏检查装置14执行。首先，非破坏检查装置14的控制装置17驱动第三驱动装置38，而使发送侧探头15和接收侧探头16在χ轴方向上排列。控制装置17在发送侧探头15和接收侧探头 16在χ轴方向上排列的状态下使发送侧探头15和接收侧探头16扫描。S卩，板部分7的由侧壁部分8包围的部分被矩阵状地分割成多个区域。控制装置17控制第一驱动装置36和第二驱动装置37，而使发送侧探头15按顺序朝向该多个区域的各区域。控制装置17在每次使发送侧探头15朝向该多个区域的各区域时，使用发送侧探头15振荡出超声波21。此时，超声波21经由模具2的内部的纤维强化树脂中间材料10向模具2的板部分7传播。板部分7在被传播了超声波21的点22生成兰姆波23，并使兰姆波23向板部分7的任意点传播，从该任意点振荡出超声波。接收侧探头16测定从与点22在χ轴方向上隔开规定的距离的点24振荡出的超声波25的强度。控制装置17从接收侧探头16收集超声波25的强度(步骤Sll)。接下来，控制装置17驱动第三驱动装置38，而使发送侧探头15和接收侧探头16 在y轴方向上排列。控制装置17在发送侧探头15和接收侧探头16在y轴方向上排列的状态下，使发送侧探头15和接收侧探头16扫描。控制装置17在每次使发送侧探头15朝向板部分7的多个区域的各区域时，使用发送侧探头15振荡出超声波21。接收侧探头16 测定从与点22在y轴方向上隔开规定的距离的点24振荡出的超声波25的强度。控制装置17从接收侧探头16收集超声波25的强度(步骤S12)。控制装置17根据由步骤Sll收集的超声波25的强度和由步骤S12收集的超声波25的强度，判断是否在纤维强化树脂中间材料10中发生了缺陷。作为该缺陷，例示有空隙、 未浸渗。该空隙是指由于形成在袋膜3上的孔等原因导致在纤维强化树脂中间材料10的树脂部分19形成气泡这种缺陷。该未浸渗是指树脂的浸渗不充分而导致碳纤维成为露出的状态这种缺陷。控制装置17在判断为纤维强化树脂中间材料10中产生了缺陷时，根据该收集的超声波25的强度算出该缺陷的位置、种类和大小(步骤S13)。控制装置17进而将该算出的缺陷的位置、种类和大小以使用者可识别的方式在显示器中显示。根据这样的非破坏检查方法，不需要使发送侧探头15和接收侧探头16与袋膜3 接触，不需要在发送侧探头15与袋膜3之间配置液体的接触介质，不需要在接收侧探头16 与袋膜3之间配置液体的接触介质。因此，非破坏检查装置14不会因该接触介质而污染配置复合材料形成工具1的炉，能够防止该炉的内部的污染。这样的非破坏检查方法中，由于使发送侧探头15和接收侧探头16扫描，因此能够算出在纤维强化树脂中间材料10产生的缺陷的位置和大小。超声波25的强度反映纤维强化树脂中间材料10中超声波21传播的部分处的树脂部分19的厚度、或纤维强化树脂中间材料10中超声波25传播的部分处的树脂部分19的厚度，通常无法判断反映出这两个厚度中的哪一个。根据这样的非破坏检查方法，由于改变发送侧探头15和接收侧探头16排列的方向而进行多次检查，因此能够更详细地算出在纤维强化树脂中间材料10中产生的缺陷的位置和大小。通常，在纤维强化树脂的树脂部分硬化后对该纤维强化树脂进行修理，但这样的话，该修理的部分的强度降低。根据这样的复合材料制造方法，能够利用这样的非破坏检查方法在树脂部分19硬化前发现 纤维强化树脂中间材料10的缺陷，因此能够在不降低成品的强度的情况下修理该缺陷。需要说明的是，步骤S5可以换成将纤维强化树脂中间材料10 废弃的动作。此时，能够防止不必要地执行步骤S3的铸型注入的下一工序即硬化。这样的非破坏检查方法进而也能够适用于处理流体的其它方法。作为该方法，例示了混凝土的制造。根据适用了这样的非破坏检查方法的混凝土的制造方法，在该混凝土硬化前，能够发现在该混凝土中产生的缺陷(空隙)，因此优选。需要说明的是，模具2的板部分7也可以换成不平坦的其它板。根据使用了这样的模具的复合材料制造方法，能够成型不平坦的具有曲面的纤维强化树脂。需要说明的是，模具2可以换成在板部分7中的形成有侧壁部分8的面的相反侧的面上还具备兰姆波传播用板的其它模具。这样的模具与上述的实施方式中的模具2同样地利用。即，该兰姆波传播用板承受从发送侧探头15经由纤维强化树脂中间材料和该模具的板部分传播来的超声波，在被传播了该超声波的点生成兰姆波，并使该兰姆波向该兰姆波传播用板的任意点传播，从该任意点振荡出超声波。此时，接收侧探头16测定从该兰姆波传播用板振荡出且经由该模具的板部分和纤维强化树脂中间材料传播来的超声波的强度。使用了这样的模具的非破坏检查方法能够起到与上述实施方式中的非破坏检查方法同样的效果。
权利要求
1.一种非破坏检查装置，其具备发送侧探头，其朝向检查对象流体振荡出第一超声波；板，其在经由所述检查对象流体被传播了所述第一超声波时由所述第一超声波生成兰姆波，并使所述兰姆波传播；接收侧探头，其测定从所述板振荡出且在所述检查对象流体中传播的第二超声波的强度。
2.根据权利要求1所述的非破坏检查装置，其中， 所述板形成为流入所述检查对象流体的模具的一部分。
3.根据权利要求2所述的非破坏检查装置，其中，还具备相对于所述发送侧探头固定所述接收侧探头的固定部件。
4.根据权利要求3所述的非破坏检查装置，其中，还具备驱动所述发送侧探头和所述接收侧探头的驱动装置。
5.根据权利要求4所述的非破坏检查装置，其中，还具备变更所述接收侧探头相对于所述发送侧探头的方向的其它驱动装置。
6.根据权利要求5所述的非破坏检查装置，其中， 还具备控制装置，所述控制装置具备扫描部，其使用所述其它驱动装置将所述发送侧探头和所述接收侧探头在第一方向上排列，使用所述驱动装置使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描，并使用所述其它驱动装置将所述发送侧探头和所述接收侧探头在与所述第一方向不同的第二方向上排列，使用所述驱动装置使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描；收集部，其在所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描过程中，从所述接收侧探头收集所述第二超声波的强度；缺陷检测部，其根据所述强度检测所述检查对象流体成为不适当的位置。
7.根据权利要求2所述的非破坏检查装置，其中，还具备根据所述第二超声波的强度检测所述检查对象流体成为规定状态的时刻的控制装置。
8.一种非破坏检查方法，其包括朝向检查对象流体振荡出第一超声波的步骤；测定所述第一超声波经由所述检查对象流体向板传播、从所述板振荡出且在所述检查对象流体中传播的第二超声波的强度的步骤； 根据所述强度检查所述检查对象流体的步骤。
9.根据权利要求8所述的非破坏检查装置，其中，还包括使振荡出所述第一超声波的发送侧探头和测定所述强度的接收侧探头进行扫描的步骤。
10.根据权利要求9所述的非破坏检查装置，其中， 进行所述扫描的步骤包括在所述发送侧探头和所述接收侧探头在第一方向上排列的状态下、使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描的步骤；在所述发送侧探头和所述接收侧探头在与所述第一方向不同的第二方向上排列的状态下、使所述发送侧探头和所述接收侧探头扫描的步骤。
11. 一种复合材料制造方法，其包括执行根据权利要求8 10中任一项所述的非破坏检查方法的步骤； 在所述检查对象流体为适当时执行下一工序的步骤。
全文摘要
本发明提供一种非破坏检查装置及非破坏检查方法。本发明的非破坏检查装置具备发送侧探头，其朝向检查对象流体振荡出第一超声波；板，其在经由该检查对象流体被传播了该第一超声波时由该第一超声波生成兰姆波，并使该兰姆波传播；接收侧探头，其测定从该板振荡出而透过该检查对象流体的第二超声波的强度。这样的非破坏检查装置能够在使该发送侧探头和该接收侧探头不与该检查对象流体接触的情况下检查该检查对象流体。
文档编号G01N29/44GK102216766SQ200980145460
公开日2011年10月12日 申请日期2009年11月10日 优先权日2008年11月14日
发明者堀苑英毅, 服部英敬, 松原重行, 筱田邦彦, 藤垣博敏, 金升将征, 龙王晋 申请人:三菱重工业株式会社
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