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CN105987950B - 超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件制造方法 - Google Patents

超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件制造方法 Download PDF

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CN105987950B CN201610153821.8A CN201610153821A CN105987950B CN 105987950 B CN105987950 B CN 105987950B CN 201610153821 A CN201610153821 A CN 201610153821A CN 105987950 B CN105987950 B CN 105987950B
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Abstract

本发明涉及超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件制造方法。提供一种超声波探伤系统，其能够非破坏性地且更可靠地探测被检查对象的损伤。实施方式涉及的超声波探伤系统具有超声波发送部、超声波探测部及损伤探测部。超声波发送部向检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波。超声波探测部探测所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波。损伤探测部基于所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波，探测所述检查区域的损伤。

Description

超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件的制造方法。
背景技术
以来，作为非破坏地检查航空器等的构造部件的方法，已知的是超声波探伤法。作为具体例，提出了如下损伤长度测定系统：其通过使用使超声波向探伤区域振荡的致动器、和用于接收在探伤区域反射的超声波反射波的光纤布拉格光栅(FBG：Fiber BraggGrating)传感器，能够测定附着部位或接合部位的剥离或剥落等损伤的长度(例如，参照专利文献1及专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011－185921号公报
专利文献2：日本特开2014－194379号公报
在超声波探伤检查中，重要的是能够更可靠地探测探伤范围的损伤。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种超声波探伤系统，其能够非破坏性地且更可靠地探测被检查对象的损伤。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式涉及的超声波探伤系统具有超声波发送部、超声波探测部及损伤探测部。超声波发送部向检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波。超声波探测部探测所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波。损伤探测部基于所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波，探测所述检查区域的损伤。
优选地，所述超声波发送部可以具有向所述检查区域发送所述第一超声波及所述第二超声波的至少一个超声波振子，所述超声波探测部可以具有探测所述第一超声波的反射波的第一光纤传感器、和探测穿过了所述检查区域的所述第二超声波的第二光纤传感器。
优选地，所述超声波发送部可以具有：向所述检查区域发送所述第一超声波的第一超声波振子、和从不同于所述第一超声波的方向向所述检查区域发送所述第二超声波的第二超声波振子，所述超声波探测部可以具有探测所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的至少一个光纤传感器。
优选地，所述超声波发送部及所述超声波探测部可以具有向所述检查区域发送所述第一超声波的第一超声波振子、和从不同于所述第一超声波的方向向所述检查区域发送所述第二超声波的第二超声波振子，并且以由所述第一超声波振子接收所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的方式构成。
优选地，所述超声波发送部可以以发送频率为75kHz以上125kHz以下的超声波作为所述第一超声波的方式构成。
优选地，所述超声波发送部可以以发送频率为300kHz以上400kHz以下的超声波作为所述第二超声波的方式构成。
优选地，所述超声波发送部可以以发送兰姆波作为所述第一超声波及所述第二超声波的方式构成。
优选地，所述损伤探测部可以以如下方式构成：基于从所述第一超声波的发送定时到所述第一超声波的反射波呈现峰值的定时为止的时间，探测所述损伤的位置，且基于所述第二超声波的波形的变化量，探测所述损伤的有无。
另外，本发明的实施方式涉及的超声波探伤方法具有：向检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波的步骤；探测所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的步骤；基于所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波，探测所述检查区域的损伤的步骤。
另外，本发明的实施方式涉及的航空器零件的制造方法具有如下步骤：在航空器零件的含有修复部位的区域附着补丁；以含有所述修复部位的区域和所述补丁两者的边界面为检查区域，向所述检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波，取得所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波以作为用于监视是否在所述检查区域发生了损伤的信息；通过修复所述航空器零件的修复部位，制造修复后的航空器零件。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式涉及的超声波探伤系统的功能的功能方框图；
图2是表示图1所示的超声波发送部及超声波探测部的第一基本结构例的图；
图3是表示图1所示的超声波发送部及超声波探测部的第二基本结构例的图；
图4是表示图1所示的超声波发送部及超声波探测部的第三基本结构例的图；
图5是表示具有低频率的第一超声波的反射波的波形的一个例子的图；
图6是表示具有高频率的第二超声波的波形的一个例子的图；
图7是表示通过图1所示的超声波探伤系统在被检查对象的检查区域进行探伤检查时的流程的一个例子的流程图；
图8是表示成为在图1所示的超声波探伤系统的损伤监视对象的航空器零件上配置有多个超声波振子及多个光纤传感器的例子的图；
图9是图8所示的航空器零件的左侧视图；
符号说明
1 超声波探伤系统
2 超声波发送部
3 超声波探测部
4 损伤探测部
10 光纤传感器
10A 第一光纤传感器
10B 第二光纤传感器
11 超声波振子
11A 第一超声波振子
11B 第二超声波振子
20 航空器零件
21 面板
22 纵梁
23 补丁
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式的超声波探伤系统、超声波探伤方法及航空器零件的制造方法进行说明。
(结构及功能)
图1是表示本发明的实施方式的超声波探伤系统的功能的功能方框图。
超声波探伤系统1是利用超声波非破坏性地进行被检查对象的探伤的系统。为此，超声波探伤系统1具有超声波发送部2、超声波探测部3及损伤探测部4。超声波发送部2具有向被检查对象的检查区域发送超声波的功能。超声波探测部3具有探测从超声波发送部2发送来的超声波的功能。损伤探测部4具有基于在超声波探测部3探测到的超声波，探测被检查对象的检查区域中的剥落、剥离或裂纹等损伤的功能。
这里，对与超声波的频率相应的性质进行说明。研究了与超声波的频率相应的性质，研究的结果是，判明如下所述的性质。认为以下的性质不管材料是金属还是复合材料都通用。
当将频带为50kHz以上150kHz以下的频率比较低的超声波发送到存在损伤的被检查对象时，虽然由损伤部分反射而产生的反射波的振幅大，但穿过损伤部分的超声波的波形并未变化到足够用于检测损伤的程度。特别是，当将频带为75kHz以上125kHz以下的超声波发送到存在损伤的被检查对象时，信号对噪音比(SNR：signal－to－noise ratio)良好的超声波反射波就在损伤部分进行反射。因此，只要将频带为75kHz以上125kHz以下的超声波发送到存在损伤的被检查对象，则能够以实用的精度进行超声波反射波的探测。
另一方面，当将频带为200kHz以上500kHz以下的频率比较高的超声波发送到存在损伤的被检查对象时，虽然由损伤部分反射而产生的反射波的振幅小到难以观测的程度，但穿过损伤部分的超声波的波形会变化到能够观测的程度。并且，与频率低的超声波相比，即使在更远方，也能够观测到频率高的超声波。特别是，当将频带为300kHz以上400kHz以下的超声波发送到存在损伤的被检查对象时，就能够以实用的精度探测穿过损伤部分的超声波的波形变化。
基于以上的研究结果，超声波发送部2以分别向被检查对象的检查区域发送频率相对低的第一超声波和相对于第一超声波而言频率相对高的第二超声波的方式构成。即，从超声波发送部2向被检查对象的检查区域发送具有频率为50kHz以上150kHz以下、优选频率为75kHz以上125kHz以下的低频率的第一超声波、和具有频率为200kHz以上500kHz以下、优选频率为300kHz以上400kHz以下的高频率的第二超声波。
另一方面，超声波探测部3以分别探测具有低频率的第一超声波的检查区域的反射波及具有穿过检查区域的高频率的第二超声波的方式构成。
为了发送超声波，使用压电元件等超声波振子。另一方面，作为用于探测超声波的传感器，可使用超声波振子或光纤传感器等传感器。在使用超声波振子作为传感器的情况下，超声波信号在超声波振子中转换为电气信号。
另一方面，在使用光纤传感器作为传感器的情况下，超声波信号在光纤传感器中转换为光信号。具体而言，当通过超声波引起的振动而在光纤传感器上产生微小变形时，光纤传感器的光学特性就会随着变形量而变化。其结果是，能够从光纤传感器输出具有与超声波信号的振幅相应的振幅的光信号。作为光纤传感器的例子，可举出FBG传感器或相移FBG(PS－FBG：Phase－shifted FBG)传感器。另外，PS－FBG是将局部的相移导入折射率的周期性波动的FBG。
图2是表示图1所示的超声波发送部2及超声波探测部3的第一基本结构例的图。
在使用光纤传感器10作为超声波的传感器的情况下，如图2所示，可使用至少一个超声波振子11和至少两个光纤传感器10A、10B构成超声波发送部2及超声波探测部3。
具体而言，可使用通用的一个超声波振子11构成超声波发送部2，该超声波振子11向被检查对象的检查区域依次发送具有低频率的第一超声波及具有高频率的第二超声波。另一方面，可使用探测由被检查对象的检查区域反射的具有低频率的第一超声波的反射波的第一光纤传感器10A、和探测穿过了被检查对象的检查区域的第二超声波的第二光纤传感器10B构成超声波探测部3。
第一光纤传感器10A以能够探测第一超声波的反射波的方式配置于超声波振子11的附近等。另一方面，第二光纤传感器10B配置于可探测穿过被检查对象的检查区域的第二超声波的位置。例如，可将第二光纤传感器10B配置于夹着被检查对象的检查区域而与超声波振子11对向的位置。
图3是表示图1所示的超声波发送部2及超声波探测部3的第二基本结构例的图。
在使用光纤传感器10作为超声波的传感器的情况下，如图3所示，可使用至少两个超声波振子11A、11B和至少一个光纤传感器10构成超声波发送部2及超声波探测部3。
具体而言，可使用向被检查对象的检查区域发送具有低频率的第一超声波的第一超声波振子11A、和从不同于第一超声波的方向向检查区域发送第二超声波的第二超声波振子11B构成超声波发送部2。另一方面，可使用通用的一个光纤传感器10构成超声波探测部3，该光纤传感器10探测具有低频率的第一超声波的反射波及穿过了被检查对象的检查区域的第二超声波两者。
在这种情况下，第一超声波振子11A以可在光纤传感器10中探测来自第一超声波的检查区域的反射波的方式配置于光纤传感器10的附近等。另一方面，第二超声波振子11B配置于如可用光纤传感器10探测穿过了被检查对象的检查区域的第二超声波那样的位置。例如，可将第二超声波振子11B配置于夹着被检查对象的检查区域而与光纤传感器10对向的位置。
图4是表示图1所示的超声波发送部2及超声波探测部3的第三基本结构例的图。
在使用超声波振子11作为超声波的传感器的情况下，如图4所示，可使用至少两个超声波振子11A、11B构成超声波发送部2及超声波探测部3。
具体而言，可从第一超声波振子11A向被检查对象的检查区域发送具有低频率的第一超声波。另一方面，通过第二超声波振子11B，可从不同于第一超声波的方向向被检查对象的检查区域发送具有高频率的第二超声波。而且，可用第一超声波振子11A接收在被检查对象的检查区域反射的第一超声波的反射波及穿过了检查区域的第二超声波两者。
即，第一超声波振子11A可兼具作为接收超声波的传感器的功能、和发送超声波的功能两者。在这种情况下，第一超声波振子11A用作由超声波发送部2及超声波探测部3双方共有的构成元件。另一方面，第二超声波振子11B用作超声波发送部2的构成元件。
另外，第二超声波振子11B配置于如可用第一超声波振子11A探测穿过了被检查对象的检查区域的第二超声波那样的位置。例如，可将第一超声波振子11A及第二超声波振子11B以相互夹着被检查对象的检查区域的方式对向配置。
另外，可组合图2、图3及图4所示的基本结构而构成超声波发送部2及超声波探测部3。当然，也可通过以图2、图3及图4所示的基本结构为单位而配置多个基本结构，来构成超声波发送部2及超声波探测部3。
作为频率低的第一超声波及频率高的第二超声波，也可以使用无指向性的球面波，但如果使用具有指向性的超声波，则能够避免来自无意图的方向的超声波的探测。因此，如果使用具有指向性的超声波作为第一超声波及第二超声波，则有助于SNR及精度的提高。但是，即使是具有指向性的超声波，实际上也向超声波的行进方向扩展。因此，特别就用于探测第二超声波的传感器而言，只要配置于第二超声波传播的区域，则即使不与用于发送第二超声波的超声波振子11完全对向，也能够探测第二超声波。
作为从提高SNR及精度的观点来看特别优选的超声波，可举出兰姆(Lamb)波。因此，优选发送兰姆波作为第一超声波及第二超声波。兰姆波是在超声波的波长的一半以下的薄板中进行传输的波，且是对称模式和非对称模式混杂的波。
就探测超声波的传感器而言也如此，如果使用具有接收指向性的传感器，则能够避免探测从不必要的方向传播的超声波，且能够选择性地探测必要的超声波信号。因此，优选超声波的发送元件及传感器双方都具有指向性。但是，在超声波的发送元件及传感器双方都具有指向性的情况下，需要以成为探测对象的超声波的传播区域和可探测超声波的区域重叠的方式配置超声波的发送元件及传感器。
FBG传感器等光纤传感器10是具有接收指向性的传感器的代表例。因此，如图4所示，如果使用两个超声波振子11A、11B构成超声波发送部2及超声波探测部3，则超声波发送部2及超声波探测部3的结构就会简易，另一方面，如图2及图3所示，如果以光纤传感器10为传感器而构成超声波发送部2及超声波探测部3，则能够提高第一超声波及第二超声波的探测精度。
损伤探测部4具有基于在被检查对象的检查区域反射的具有低频率的第一超声波的反射波及穿过了检查区域的具有高频率的第二超声波双方，探测检查区域的损伤的功能。为此，损伤探测部4也具备执行为了以必要的SNR探测超声波信号而需要的处理的功能。
作为用于探测超声波信号的波形的前处理，可举出平均处理(平均化处理)、噪音去除处理及包络线检波等处理。在进行平均处理的情况下，仅执行必要次数的超声波的发送及探测。然后，在将多次探测到的超声波信号加在一起以后，再进行平均化。噪音去除处理例如可通过使用用于从超声波探测信号去除噪音成分的LPF(Low Pass Filter)或HPF(High Pass Filter)等的滤波处理而进行。
如果执行这种平均处理及噪音去除处理作为前处理，则能够确保充分的SNR。另外，如果进行包络线检波，则能够提高峰值的探测精度或波形的分析精度。
图5是表示具有低频率的第一超声波的反射波的波形的一个例子的图。
在图5(A)、(B)中，各纵轴表示的是通过用于探测第一超声波的反射波的传感器而探测到的探测信号的相对振幅(相对强度)，各横轴表示的是自第一超声波的发送定时的经过时间。另外，图5(A)表示的是以无损伤的检查区域为对象而由传感器探测到的含有第一超声波的反射波的探测信号的波形，图5(B)表示的是以存在损伤的检查区域为对象而由传感器探测到的含有第一超声波的反射波的探测信号的波形。另外，在图5(A)、(B)中，实线表示的是平均处理后的来自传感器的探测信号，点划线表示的是通过平均处理后的探测信号的包络线检波而得到的探测信号的包络线。
如图5(A)、(B)所示，第一超声波的反射波的峰值位置通过检查区域的损伤的有无及损伤的位置而变化。在图5(A)所示的例子中，即使在无损伤的情况下，也探测到从附着于检查区域的附着物的端部或其他构造物反射的第一超声波的反射波。因此，为了识别由检查区域内的损伤部分反射的第一超声波的反射波，可预先取得与由无损伤的状态下的检查区域反射的第一超声波的反射波的波形的峰值对应的时刻。
由检查区域反射的第一超声波的反射波可基于第一超声波的发送所使用的超声波振子11和检查区域之间的距离、第一超声波的反射波的探测所使用的传感器和检查区域之间的距离及被检查对象中的音速，从传感器的探测信号中抽取。
具体而言，因为超声波振子11和检查区域之间的距离与传感器和检查区域之间的距离的合计成为第一超声波的反射波的传播距离，所以可基于音速，而估算从超声波振子11发送第一超声波以后，直到由传感器探测到由检查区域反射的第一超声波的反射波为止的时间范围。然后，如虚线框所示，可从探测信号中抽取所计算出的时间范围的波形的部分，以作为由检查区域反射的第一超声波的反射波。
当抽取到由检查区域反射的第一超声波的反射波的波形时，就能够进行峰值的探测。峰值的探测以包络线为对象而进行是在精度方面很实用的。当从第一超声波的反射波的波形探测峰值时，可以将对应于峰值的经过时间为基准时刻进行记录。
这样的话，就能够基于在产生了损伤时的第一超声波的反射波的峰值时刻从基准时刻的变化量，探测第一超声波及反射波的行进方向的损伤的有无及损伤的位置。具体而言，通过与计算基准时刻的情况同样的方法，能够求出产生了损伤时的与第一超声波的反射波的峰值对应的经过时间。接着，能够计算出与第一超声波的反射波的峰值对应的经过时间和基准时刻之差，即，损伤前后的反射波的峰值时刻的变化量。
而且，在损伤前后的反射波的峰值时刻的变化量成为阈值以上的情况或超过阈值的情况下，可判定为存在损伤。进而，在判定为存在损伤的情况下，可基于损伤后的第一超声波的反射波的峰值时刻和音速，探测第一超声波的发送所使用的超声波振子11和损伤部分之间的距离及第一超声波的反射波的探测所使用的传感器和损伤部分之间的距离。由此，能够探测第一超声波及反射波的行进方向的损伤的一维的位置。
另外，损伤前的第一超声波的反射波的基准峰值时刻和损伤后的第一超声波的反射波的峰值时刻之差是因附着于检查区域的附着物的端部剥落而产生的差。即，在损伤前，由附着于检查区域的附着物的端部反射第一超声波，但附着物的端部剥落后的结果可认为，在损伤后，不是由附着物的端部反射第一超声波，而是由附着物剥落后的区域和未剥落的区域的边界反射第一超声波。因此，可基于损伤前的第一超声波的反射波的基准峰值时刻和损伤后的第一超声波的反射波的峰值时刻的时间差，计算从剥落前的附着物的端部到附着物剥落后的区域和未剥落的区域的边界为止的距离。
这样，在损伤探测部4，可基于从具有低频率的第一超声波的发送定时到第一超声波的反射波呈现峰值的定时为止的时间，探测存在于检查区域的损伤的位置。另外，在未进行基于第一超声波的反射波的对损伤的有无的探测、或剥落后的区域距附着物端部的距离的测定的情况下，也可以省略以无损伤的检查区域为对象的基准时刻的取得。
另外，如损伤不是附着物的剥落而是检查区域的裂纹的情况那样，即使在如损伤前未由检查区域反射第一超声波那样的情况下，也可省略以无损伤的检查区域为对象的基准时刻的取得。
图6是表示具有高频率的第二超声波的波形的一个例子的图。
在图6(A)、(B)中，各纵轴表示的是通过用于探测第二超声波的传感器而探测到的探测信号的相对振幅(相对强度)，各横轴表示的是自第二超声波的发送定时的经过时间。另外，图6(A)表示的是以无损伤的检查区域为对象而由传感器探测到的含有第二超声波的探测信号的波形，图6(B)表示的是以存在损伤的检查区域为对象而由传感器探测到的含有第二超声波的探测信号的波形。另外，在图6(A)、(B)中，实线表示的是平均处理后的来自传感器的探测信号，点划线表示的是通过平均处理后的探测信号的包络线检波而得到的探测信号的包络线。
如图6(A)、(B)所示，第二超声波的波形由于检查区域中的损伤的有无而变化。因此，以无损伤的状态下的检查区域为对象，能够预先取得第二超声波的波形。第二超声波的波形也与第一超声波的反射波的波形同样，可基于音速和超声波的传播距离，从传感器的探测信号中抽取。与无损伤的检查区域对应的第二超声波的波形可作为基准波形而存储。
这样的话，就能够基于产生了损伤时的从第二超声波的波形的基准波形的变化，探测检查区域的损伤的有无。产生了损伤时的从第二超声波的波形的基准波形的变化的程度可利用交叉相关系数或平方误差等指标来表示。另外，就波形的比较而言也如此，以包络线为对象而进行在精度上是很实用的。
当求出表示产生了损伤时的从第二超声波的波形的基准波形的变化量的指标时，可通过对指标的阈值处理，判定损伤的有无。具体而言，在波形的变化量成为阈值以上的情况或超过阈值的情况下，可判定为在检查区域存在损伤。
这样，就能够在损伤探测部4，基于具有高频率的第二超声波的波形的变化量，探测检查区域的损伤的有无。
另外，在损伤探测部4，也可以除检查区域中的损伤的有无的探测及损伤的位置的探测以外，还能够测定剥离或剥落的长度。作为测定损伤长度的方法，例如可使用日本特开2011－185921号公报记载的方法。
具有上述那种功能的损伤探测部4可通过使计算机读入程序而构成。但是，为了构成损伤探测部4，也可以使用电路。计算机也可通过电子电路而构成。因此，如果将计算机看作电路的一种，则也可以说损伤探测部4可由电路构成。
(动作及作用)
接着，对使用超声波探伤系统1的被检查对象的超声波探伤方法进行说明。
图7是表示利用图1所示的超声波探伤系统1进行被检查对象的检查区域的探伤检查时的流程的一个例子的流程图。
首先，在步骤S1中，从超声波发送部2的超声波振子11向无损伤的被检查对象的检查区域发送频率低的第一超声波。然后，利用超声波探测部3的传感器，探测由检查区域反射的第一超声波的反射波。探测到的含有第一超声波的反射波的探测信号被输出到损伤探测部4。在损伤探测部4，探测第一超声波的反射波的峰值时刻。探测到的第一超声波的反射波的峰值时刻作为基准峰值时刻而记录于损伤探测部4。
接着，在步骤S2中，从超声波发送部2的超声波振子11向无损伤的被检查对象的检查区域发送频率高的第二超声波。然后，利用超声波探测部3的传感器，探测穿过了检查区域的第二超声波。探测到的含有第二超声波的探测信号被输出到损伤探测部4。在损伤探测部4，探测第二超声波的波形。探测到的第二超声波的波形作为基准波形而记录于损伤探测部4。
另外，步骤S1及步骤S2的顺序是任意的。另外，在不将第一超声波的反射波的基准峰值时刻用于损伤的探测的情况下，也可以省略步骤S1。而且，当至少取得与无损伤的被检查对象的检查区域对应的第二超声波的基准波形时，就能够监视检查区域的有无损伤的发生。或者，能够以具有同样的形状的许多被检查对象的检查区域为对象依次检查损伤的有无。
在进行检查的情况下，在步骤S3中，从超声波发送部2的超声波振子11向被检查对象的检查区域发送频率高的第二超声波。然后，利用超声波探测部3的传感器，探测穿过了被检查对象的检查区域的第二超声波。探测到的含有第二超声波的探测信号被输出到损伤探测部4。在损伤探测部4，探测第二超声波的波形。
接着，在步骤S4中，损伤探测部4通过将第二超声波的波形与基准波形进行比较，判定是否在发送有第二超声波的检查区域存在损伤。即，通过对表示第二超声波的波形和基准波形之间的差异的指标的阈值处理，进行是否在发送有第二超声波的检查区域存在损伤的判定。
然后，在判定为不存在损伤的情况下，直到判定为存在损伤为止，都可断断续续地重复进行频率高的第二超声波的发送。或者，在进行如在生产线上依次制造的航空器零件那样多个被检查对象物的探伤检查的情况下，可向其他被检查对象物发送频率高的第二超声波而开始进行检查。
另一方面，在判定为存在损伤的情况下，在步骤S5中，从超声波发送部2的超声波振子11向被检查对象的检查区域发送频率低的第一超声波。然后，利用超声波探测部3的传感器，探测由被检查对象的检查区域反射的第一超声波的反射波。探测到的含有第一超声波的反射波的探测信号被输出到损伤探测部4。在损伤探测部4，探测第一超声波的反射波的波形及峰值时刻。
接着，在步骤S6中，损伤探测部4通过将第一超声波的反射波的峰值时刻和基准峰值时刻进行比较，判定是否在发送有第一超声波的检查区域存在损伤。即，通过对第一超声波的反射波的峰值时刻和基准峰值时刻之间的差值的阈值处理，进行是否在发送有第一超声波的检查区域存在损伤的判定。
在判定为不存在损伤的情况下，表明在通过第二超声波的发送而在检查区域确认存在的损伤上第一超声波没有反射。因此，在步骤S7中，变更发送用的超声波振子11的朝向及位置中的至少一方。然后，再次开始进行第一超声波的反射波的波形及峰值时刻的取得。另外，也可以在第一超声波的初次的发送前，变更发送用的超声波振子11的朝向及位置中的至少一方。
另一方面，在判定为存在损伤的情况下，在步骤S8中，损伤探测部4基于第一超声波的反射波的峰值时刻，探测损伤的位置。另外，在损伤为附着物的剥落的情况下，也可基于基准峰值时刻和峰值时刻的时间差，探测附着物剥落后的区域的长度。由此，能够进行被检查对象的检查区域的损伤的有无的确认及探测到的损伤的位置的确认。
接着，对伴随使用超声波探伤系统1的损伤的监视进行航空器零件的制造的方法的例子进行说明。
图8是表示在成为图1所示的超声波探伤系统1的损伤监视对象的航空器零件上配置有多个超声波振子11及多个光纤传感器10的例子的图，图9是表示图8所示的航空器零件的左侧视图。
在主要由碳纤维增强塑料(CFRP：Carbon Fiber Reinforced Plastics)等复合材料构成的航空器零件20的表面发生了轻微损伤的情况下，有时在航空器零件20的含有修复部位的区域附着圆盘状的补丁23而修复损伤。在图8所示的例子中，在面板21的一面设有纵梁22的航空器零件20成为修复对象。另外，补丁23附着于未设置纵梁22的面板21的另一面。
在这种情况下，可利用超声波探伤系统1监视补丁23的剥落的有无。具体而言，可按照能够探测补丁23的剥落的方式在补丁23的周围配置多个超声波振子11及多个光纤传感器10。在图8所示的例子中，在可相互收发第二超声波的范围内，在围绕补丁23的位置配置有六组超声波振子11及光纤传感器10。
另外，在图8所示的例子中，在未附着有补丁23的面板21的面，即面板21的与补丁23侧相反侧的面上粘贴有多个超声波振子11及多个光纤传感器10，但也可以在附着有补丁23的面板21的面，即面板21的补丁23侧的面上粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10。另外，也可以在补丁23上粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10。
为了以良好的精度探测补丁23的有无剥落，重要的是在面板21的同侧的面上粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10。特别是，在面板21的补丁23侧粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10，有助于补丁23的有无剥落的探测精度的提高。但是，在航空器零件20的构造上，有时也难以在面板21的补丁23侧粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10。在那种情况下，如图8所示，即使在面板21的与补丁23侧相反侧的面上粘贴多个超声波振子11及多个光纤传感器10，也能够以充分的精度探测补丁23的有无剥落。
具体而言，能够将补丁23和含有修复部位的区域的边界面作为检查区域而向检查区域发送频率低的第一超声波及频率高的第二超声波。而且，能够取得第一超声波的在检查区域的反射波及穿过了检查区域的第二超声波，以作为用于监视是否在检查区域发生了损伤的信息。
因此，一边确认在补丁23上未发生剥落等损伤，一边修复航空器零件20的修复部位。由此，能够制造修复后的航空器零件20。
另外，利用超声波探伤系统1探测实际上人工进行的补丁23的剥落，探测的结果可确认，能够大致探测补丁23的剥落区域的形状。在该试验中，利用如图8所示的六组超声波振子11及光纤传感器10相互收发频率为50kHz～100kHz程度的第一超声波。同样，就频率为400kHz左右的第二超声波而言，也利用六组超声波振子11及光纤传感器10相互收发。
而且，在时域上对损伤发生前后的第二超声波的波形整体进行频率分析，基于自相关性，判定第二超声波的波形有无变化。进而，基于第一超声波的反射波到达光纤传感器10的时间的在损伤前后的变化和超声波的速度，求出补丁23的剥落区域的端部的位置作为引起第一超声波的反射的位置。该结果确认，能够分别以良好的精度探测由于重复损伤的进展而变化的补丁23的剥落区域的端部的位置。
即，如上所述的超声波探伤系统1及超声波探伤方法是利用中心频率不同的两种超声波检测附着部或接合部的剥离或裂纹等损伤的方法。具体而言，超声波探伤系统1及超声波探伤方法是能够利用频带高的第二超声波而以广大的检查区域为对象检查损伤的有无，且利用频带低的第一超声波的反射波探测损伤的位置的方法。
(效果)
因此，根据超声波探伤系统1及超声波探伤方法，能够以比以往更广大的检查区域为对象而高精度地检测损伤。
一直以来，进行的是仅使用具有50kHz～100kHz程度的低频率的超声波通过探测由损伤部位反射的反射波而探测损伤的方法。但是，当使用具有低频率的超声波时，只能探测在超声波的行进方向存在且近距离地存在的损伤。即，当仅使用具有低频率的超声波时，难以探测大范围的损伤。
与此相对，根据超声波探伤系统1及超声波探伤方法，因为除使用具有低频率的第一超声波的反射波以外，还使用具有高频率的第二超声波的透过波，所以能够探测比以往更大范围的损伤。该结果是，在以广大的检查区域为对象进行探伤检查的情况下，不仅能够提高损伤的探测精度，还能够减少传感器的数量。
以上，对特定的实施方式进行了记载，但记载的实施方式只不过是一个例子，不限定发明的范围。这里记载的新方法及装置可以种种其他样式具体化。另外，在这里记载的方法及装置的样式中，在不脱离发明精神的范围内，可进行种种省略、替换及变更。附带的权利要求书的范围及其均等物都包含在发明的范围及精神内，并包含那样的种种样式及变形例。

Claims (10)

1.一种超声波探伤系统，具有：
超声波发送部，其向检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波；
超声波探测部，其探测所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波；以及
损伤探测部，基于所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波，探测所述检查区域的损伤。
2.如权利要求1所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部具有向所述检查区域发送所述第一超声波及所述第二超声波的至少一个超声波振子，
所述超声波探测部具有探测所述第一超声波的反射波的第一光纤传感器、和探测穿过了所述检查区域的所述第二超声波的第二光纤传感器。
3.如权利要求1所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部具有：向所述检查区域发送所述第一超声波的第一超声波振子、和从不同于所述第一超声波的方向向所述检查区域发送所述第二超声波的第二超声波振子，
所述超声波探测部具有探测所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的至少一个光纤传感器。
4.如权利要求1所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部及所述超声波探测部具有向所述检查区域发送所述第一超声波的第一超声波振子、和从不同于所述第一超声波的方向向所述检查区域发送所述第二超声波的第二超声波振子，并且以由所述第一超声波振子接收所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的方式构成。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部以发送频率为75kHz以上125kHz以下的超声波作为所述第一超声波的方式构成。
6.如权利要求1～4中的任一项所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部以发送频率为300kHz以上400kHz以下的超声波作为所述第二超声波的方式构成。
7.如权利要求1～4中的任一项所述的超声波探伤系统，其中，
所述超声波发送部以发送兰姆波作为所述第一超声波及所述第二超声波的方式构成。
8.如权利要求1～4中的任一项所述的超声波探伤系统，其中，
所述损伤探测部以如下方式构成：基于从所述第一超声波的发送定时到所述第一超声波的反射波呈现峰值的定时为止的时间，探测所述损伤的位置，且基于所述第二超声波的波形的变化量，探测所述损伤的有无。
9.一种超声波探伤方法，具有：
向检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波的步骤；
探测所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波的步骤；以及
基于所述第一超声波的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波，探测所述检查区域的损伤的步骤。
10.一种航空器零件的制造方法，包括：
在航空器零件的含有修复部位的区域附着补丁的步骤；
将所述补丁和含有所述修复部位的区域两者的边界面作为检查区域，向所述检查区域发送频率相对低的第一超声波及相对于所述第一超声波而言频率相对高的第二超声波，取得所述第一超声波的在所述检查区域的反射波及穿过了所述检查区域的所述第二超声波以作为用于监视是否在所述检查区域发生了损伤的信息的步骤；以及
通过修复所述航空器零件的修复部位来制造修复后的航空器零件的步骤。
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