JP7634208B2

JP7634208B2 - 非破壊試験デバイスを制御するための方法及びデバイス

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Publication number: JP7634208B2
Application number: JP2022546085A
Authority: JP
Inventors: タン、アンドリュー; デルモニコ、ジェイムズ
Original assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Current assignee: Baker Hughes Oilfield Operations LLC
Priority date: 2020-02-28
Filing date: 2021-02-22
Publication date: 2025-02-21
Anticipated expiration: 2041-02-22
Also published as: WO2021173473A1; US11300480B2; US20210270700A1; EP4111134A1; US11774325B2; JP2023512047A; EP4111134A4; US20220163427A1

Description

発電機器及び施設、石油及びガス機器及び施設、航空機機器及び施設、製造機器及び施設など、特定の機器及び施設には、相互に関連するシステム及びプロセスが含まれる。例えば、発電プラントには、タービンシステムと、タービンシステムを稼働させ、維持するためのプロセスと、が含まれ得る。同じく、石油及びガスの稼働には、パイプラインを介して相互接続された炭素質燃料回収システム及び処理機器が含まれ得る。同様に、航空機システムには、航空機と、耐空性を保守管理、保守管理支援を提供するのに有用な保守管理格納庫と、が含まれ得る。機器の稼働中に、機器は劣化し、腐食、摩耗、断裂などの望ましくない状態が生じ、機器全体の有効性に影響を及ぼす可能性があり得る。例えば、非破壊検査技術又は非破壊試験（non-destructive testing、ＮＤＴ）技術などの特定の検査技術が、望ましくない機器の状態を検出するために使用され得る。

特定のＮＤＴデバイスが、タービン並びに油及びガス機器などの複雑な機械の内部機構を観察するために使用され得る。ＮＤＴデバイス（すなわち、ボアスコープ、内視鏡など）は、機械全体を分解しつつ保守点検を実行するために、これらの複雑な機械を通して供給され得る。そのようなＮＤＴデバイスは、これらの複雑な機械の小さな開口部を通して操作するために作動する能力を必要とする。したがって、ＮＤＴデバイスの操作性及び精度を向上させることが有益である。

概して、非破壊試験デバイスを制御するためのシステム及び方法が提供される。

一実施形態では、非破壊試験デバイスは、管状ハウジング及び複数の作動システムを含み得る。管状ハウジングは、近位端及び遠位端、近位端に配置された導管部、並びに導管部に固定され、遠位端に配置された屈曲可能な関節運動部を含み得る。複数の作動システムの各作動システムは、管状ハウジングに沿って延在し、屈曲可能な関節運動部内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブルと、管状ハウジングの近位端に配設され、制御ケーブルに固定されたアクチュエータと、を含み得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各制御ケーブルの各周方向位置は、屈曲可能な関節運動部の周りで周方向に実質的に均等に離間し得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各アクチュエータは、アクチュエータに固定された制御ケーブルを延出又は後退させるように構成され得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各制御ケーブルは、独立して制御されるように構成され得る。

別の実施形態では、複数の作動システムは、第１の作動システム、第２の作動システム、及び第３の作動システムを含み得る。

別の実施形態では、屈曲可能な関節運動部は、第１の作動システムのみが作動するときに屈曲するように構成され得る。

別の実施形態では、屈曲可能な関節運動部は、第２の作動システム及び第３の作動システムのみが同じ方向に作動するときに屈曲するように構成され得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各制御ケーブルは、屈曲可能な関節運動部の外壁と内壁との間に形成されたチャネル内を延在し得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各制御ケーブルの各周方向位置は、屈曲可能な関節運動部の周りで周方向に不均等に離間し得る。

別の実施形態では、屈曲可能な関節運動部は、導管部を中心に実質的に３６０°の角度、関節運動するように構成され得る。

別の実施形態では、非破壊試験デバイスは、管状ハウジングの遠位端に結合されたヘッド部と、管状ハウジングの近位端に結合された制御ユニットハウジングと、を更に含み得る。

別の実施形態では、複数の作動システムの各アクチュエータは、制御ユニットハウジング内に配置され得る。

非破壊試験デバイスを関節運動させるための方法も提供される。一実施形態では、方法は、複数の作動システムに通信可能に結合された制御ユニットによって、作動コマンドを受信することを含み得る。複数の作動システムの各々は、管状ハウジングに沿って延在し、管状ハウジング内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブルと、管状ハウジングの近位端に配設され、制御ケーブルに固定されたアクチュエータと、を含み得る。複数の作動システムは、管状ハウジングの屈曲可能な関節運動部を屈曲させるために作動コマンドに基づいて作動し得、各作動システムは、独立して動作可能であるように構成されている。

別の実施形態では、複数の作動システムの各アクチュエータは、各制御ケーブルの張力を測定するように構成された力センサを含み得る。

別の実施形態では、各制御ケーブルは、複数の作動システムの各制御ケーブルの張力に基づいて延出又は後退し得る。

別の実施形態では、非破壊試験デバイスを関節運動させる方法は、第１の制御ケーブルに張力を印加するために第１の作動システムを作動させることが屈曲可能な関節運動部を第１の方向に屈曲させ、第２の制御ケーブル及び第３の制御ケーブルに張力を印加するために第２の作動システム及び第３の作動システムを作動させることが屈曲可能な関節運動部を第１の方向とは反対の第２の方向に屈曲させること、を更に含み得る。

本開示の詳細な説明で使用される図面をより十分に理解するために、各図面の簡単な説明が提供される。
非破壊試験（ＮＤＴ）デバイスの１つの例示的な実施形態の概略図である。図１のＮＤＴデバイスの概略斜視図である。図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに概ね沿った図２ＡのＮＤＴデバイスの断面概略図である。図２Ａの線２Ｃ－２Ｃに概ね沿った図２ＡのＮＤＴデバイスの断面概略図である。ＮＤＴデバイスの１つの例示的な実施形態の断面概略図である。ＮＤＴデバイスの１つの例示的な実施形態の概略図である。図３Ａの線３Ｂ－３Ｂに概ね沿った図３ＡのＮＤＴデバイスの断面概略図である。図１～図２ＣのＮＤＴデバイスを作動させる方法の例示的な実施形態である。

上記で参照した図面は必ずしも縮尺通りではなく、本開示の基本原理を例示する様々な特徴のいくらか簡略化された表現を提示することを理解されたい。例えば、特定の寸法、向き、位置、及び形状を含む、本開示の特定の設計特徴は、個々の意図された用途及び使用環境によって部分的に判定されることになる。

非破壊試験システム及びデバイスは、検査されるシステム及び／又はデバイスを破壊することなく、様々な機器及び施設を検査するために使用され得る。例として、ＮＤＴシステム及びデバイスは、機器及び施設の画像及びデータ、並びに機器及び施設の内部の画像及びデータを取得するためのカメラ及び他の測定デバイスを含み得る。使用中、機器及び施設内又は周囲の様々な場所に挿入され得る測定デバイス及びカメラ。測定デバイス及びカメラは、オペレータが測定デバイス及びカメラによって収集されたデータを見るため、並びに測定デバイス及びカメラを制御するために使用し得る、他のデバイスに遠隔で結合し得る。実施形態では、ＮＤＴシステム又はデバイスに関連付けられたボタン、ジョイスティック、及び／又はタッチスクリーン上での相対的制御ジェスチャが、資産内の撮像デバイスの位置決めを制御するために（例えば、撮像デバイスを第１の位置から第２の位置に移動させるために）使用され得る。

ＮＤＴシステムを作動させるために、ＮＤＴシステムの遠位端を関節運動の様々な程度まで屈曲させ得る様々な位置決めシステムが使用され得る。例えば、複数のケーブルは、ＮＤＴシステムの長さに沿って延在し、ＮＤＴシステムの近位端に配置された様々なモータによって作動され得る。しかしながら、いくつかのケーブルシステムは、たるみがＮＤＴシステムのケーブルに取り込まれることを可能にするような方式で作動し得るが、ＮＤＴシステムの精度及び性能の低下を引き起こす。例えば、機械の検査中、ＮＤＴ機器の挿入管が大きく波打つことが一般的である。波打つと、摩擦によって器具の端部を関節運動させるためにより大きな力を必要とし、その結果、全ての典型的な４ワイヤステアリング実施形態においてケーブルのたるみが大きくなる。このタイプのたるみは、部分的に弾性ケーブル伸長及び弾性挿入管圧縮からであり、これは、ＮＤＴシステムの関節運動の応答性を低下させるが、ケーブルが弛緩するとシステムが跳ね返ることになるために永久的なものではない。加えて、ＮＤＴシステムの寿命にわたる通常の摩耗により、他の摩耗効果の中でもとりわけ、ケーブルが非弾性的に伸長し、挿入管が非弾性的に圧縮するために、ケーブルたるみが取り込まれ得る。本主題の実施形態では、各制御ケーブルは、別個に作動され得る別個のアクチュエータに結合される。各制御ケーブルが別個に制御可能であるため、各制御ケーブルは、同時に張力下にあり得、これにより、ＮＤＴデバイスのより大きな制御が可能になる。加えて、張力が制御ケーブル上で常に維持されるため、ＮＤＴシステムは通常の摩耗を本質的に補償し、システムの耐用年数にわたって一貫した性能を提供し得る。本発明はまた、システムにおける前述の弾性効果を補償するために使用中に大きく波打った挿入管によって引き起こされるケーブルのたるみを本質的に補償し得る。本発明の利点は、システムの挿入管が長いほど増加するが、それは、より長い挿入管が、例えば、より大きな非弾性ケーブル伸長及びより大きな挿入管圧縮を経験し得るためである。

ここで図１を参照すると、ＮＤＴデバイス１００の概略図が概略的に描写されている。ＮＤＴデバイス１００は、制御ユニット１０２、導管部１０４、屈曲可能な関節運動部１０６、及びヘッド部１０８を含む。部１０４、１０６、及び１０８の各々は、互いに一体であり得るか、又は特定の用途に応じて各部から取り外し可能な着脱式であり得る。例えば、より長い導管部１０４が必要である場合、より短い導管部１０４が取り外され得、より長い導管部１０４が制御ユニット１０２に取り付けられ得る。描写されているように、導管部１０４は、ターボ機械、機器、パイプ、導管、水中の場所、湾曲部、屈曲部の内部、航空機システムの内部又は外部など、様々な場所に挿入するのに好適である。

更に図１を参照すると、制御ユニット１０２は、制御ユニットハウジング１１０、コントローラ１１２、方向入力１１４、及びスクリーン１１６を含む。コントローラ１１２は、プロセッサ１１８と、ＮＤＴデバイス１００を作動させるためにプロセッサ１１８によって実行され得るコンピュータ可読命令を含有する可読メモリ１２０とを含み得る。コントローラ１１２は、信号１２１を介して制御ユニット１０２に通信可能に結合されている。実施形態では、コントローラ１１２は、制御ユニットハウジング１１０内に配置され得るか、又は制御ユニットハウジング１１０の外側に配置され得る。方向入力１１４は、ＮＤＴデバイス１００を作動させるために、ユーザが方向制御を制御ユニット１０２に入力するためのものである。スクリーン１１６は、ヘッド部１０８に配置された光センサによって受信される視覚情報を表示し得、これにより、ユーザは、方向入力１１４を使用してＮＤＴデバイス１００をより良好に誘導することが可能になる。実施形態では、方向入力１１４及びスクリーン１１６は、信号１２１を介してコントローラ１１２に通信可能に結合され、これは、有線接続、又はＷＩ－ＦＩ（商標）若しくはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（商標）などの無線信号であり得る。

更に図１を参照すると、導管部１０４は、近位端１２４及び遠位端１２６を含む管状ハウジング１２２を含む。実施形態では、制御ユニット１０２は、管状ハウジング１２２の近位端１２４に配置され、屈曲可能な関節運動部１０６は、管状ハウジング１２２の遠位端に配置されている。管状ハウジング１２２は、その全長に沿って可撓性部材であり得るか、又は近位端１２４では剛性であり、導管部１０４の長さを遠位端１２６に向かってより進むにつれて可撓性になり得る。加えて、実施形態では、管状ハウジング１２２は、汚染物質が導管部１０４を介してＮＤＴデバイス１００に入るのを防止するために、非多孔質材料から形成され得る。

更に図１を参照すると、屈曲可能な関節運動部１０６は、屈曲可能なネック１２８及びワッシャ１３０を含む。屈曲可能なネック１２８は、管状ハウジング１２２の遠位端１２６に配置され、Ｙ－Ｚ平面で３６０°作動することができる。実施形態では、ワッシャ１３０は、揺動ワッシャであり得、これにより、屈曲可能なネック１２８が関節運動させられるときに、ワッシャ１３０は、互いに対して摺動し、屈曲可能な関節運動部１０６の形状を保つことが可能になる。ワッシャ１３０は、銅又はいくつかの他の好適な剛性材料とし、屈曲可能なネック１２８が関節運動することを可能にする角度付き表面を有し得る。屈曲可能なネック１２８は、汚染物質が屈曲可能な関節運動部１０６を介してＮＤＴデバイス１００に、具体的には屈曲可能なネック１２８の関節運動中にワッシャ１３０の間に入ることを防止するために、非多孔質材料で包まれ得る。

更に図１を参照すると、ヘッド部１０８は、ヘッドアセンブリ１３２を含む。ヘッドアセンブリ１３２は、１つ以上のライト１３４（例えば、ＬＥＤ又は近位端に光を有する光ファイバ束）と、カメラ１３６と、センサ１３８のうちの１つ以上とを含む。概して、ヘッド部１０８は、周囲環境に関するデータを収集する１つ以上のセンサ（例えば、センサ１３８、カメラ１３６など）を含む。

上述のように、ＮＤＴデバイス１００のカメラ１３６は、検査に適した画像及びビデオを制御ユニット１０２のスクリーン１１６に提供し得る。ライト１３４は、ヘッド部１０８が低光量又は無光量を有する場所に配設されているときに、照明を提供するために使用され得る。センサ１３８は、温度データ、距離データ、離間距離データ（例えば、回転要素と静止要素との間の距離）、流量データなどを含むデータを記録し得る。特定の実施形態では、ＮＤＴデバイス１００は、複数の交換用ヘッドアセンブリ１３２を含む。例えば、ヘッドアセンブリ１３２は、スネア、磁気先端部、グリッパ先端部などの回収先端部を含み得る。ヘッドアセンブリ１３２は、ワイヤブラシ、ワイヤカッタなどの洗浄及び障害物除去ツールを追加的に含み得る。ヘッドアセンブリ１３２は、焦点距離、立体ビュー、三次元（3-dimensional、３Ｄ）位相ビュー、シャドウビューなど、異なる光学特性を有する先端を追加的に含み得る。追加的又は代替的に、ヘッド部１０８は、ヘッド部１０８の取り外し可能かつ交換可能な部分を含む。そのため、複数のヘッド部１０８、屈曲可能なネック１２８、及び導管部１０４は、約１ミリメートル～１０ミリメートル以上の様々な直径で提供され得る。

使用中、屈曲可能な関節運動部１０６は、例えば、方向入力１１４からの制御入力（例えば、相対的制御ジェスチャ、物理的操作デバイス）によって制御され得る。方向入力は、ジョイスティック、Ｄパッド、タッチパッド、トラックボール、光学センサ、又はスクリーン１１６上のタッチスクリーンであり得る。方向入力１１４はまた、制御ユニットハウジング１１０の外側に位置し、有線手段又は無線手段によって接続された類似のデバイスであり得る。特に、一組の制御入力は、屈曲可能な関節運動部１０６を制御するために使用され得る。屈曲可能な関節運動部１０６は、様々な次元に操縦又は「屈曲」され得、ヘッド部１０８の向き（例えば、位置決め）を調整するために制御ユニット１０２内に配置されたアクチュエータ及びワイヤ、又はそれらの組み合わせを使用し得る。アクチュエータは、電気、空気圧、若しくは超音波で動作するモータ若しくはソレノイド、形状合金、電気活性ポリマ、誘電性エラストマ、ポリマ筋肉材料、又は他の材料であり得る。例えば、屈曲可能な関節運動部１０６は、Ｘ－Ｙ平面、Ｘ－Ｚ平面、及び／又はＹ－Ｚ平面におけるヘッド部１０８の移動を可能にし得る。実際に、方向入力１１４は、描写されている角度αなどの様々な角度でヘッド部１０８を配設するのに好適な制御動作を実行するために使用され得る。このようにして、ヘッド部１０８は、所望の場所を視覚的に検査するために位置決めされ得る。ヘッド部１０８が所望の位置にあると、カメラ１３６は、例えば、静止視覚画像又は連続視覚画像を取り込むように動作し得、これを、制御ユニット１０２のスクリーン１１６上に表示し得、ＮＤＴデバイス１００によって記録し得る。実施形態では、スクリーン１１６は、スタイラス及び／又は１本以上の人間の指のタッチを検出するために、静電容量技術、抵抗技術、赤外線グリッド技術などを使用するマルチタッチタッチスクリーンであり得る。追加的又は代替的に、取り込まれた視覚画像は、後で参照するために別個の記憶デバイスに送信され得る。

ここで図２Ａを参照すると、ＮＤＴデバイス１００の斜視図が、制御ユニットハウジング１１０なしで描写されている。制御ユニット１０２は、制御ユニットハウジング１１０内にともに配置された複数の作動システム１４０を含む。複数の作動システム１４０の各作動システムは、管状ハウジング１２２に沿って延在し、管状ハウジング１２２内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブルと、管状ハウジング１２２の近位端１２４に配設され、制御ケーブルに固定されたアクチュエータとを含む。例えば、描写されているように、複数の作動システム１４０は、アクチュエータ１４２Ａ、１４４Ａ、及び１４６Ａを含む。

更に図２Ａを参照すると、アクチュエータ１４２Ａは、ロータ１４２Ｂ、力センサ１４２Ｃ、及び制御ケーブル１４２Ｄを含む。アクチュエータ１４２Ａが力センサ１４２Ｃに取り付けられているため、張力が制御ケーブル１４２Ｄに加えられると、制御ケーブル１４２Ｄの張力は、力センサ１４２Ｃによって測定され得る。ロータ１４２Ｂは、アクチュエータ１４２Ａに回転不能に接続されている。アクチュエータ１４２Ａがコントローラ１１２から制御信号１２１を受信すると、ロータ１４２Ｂは、アクチュエータ１４２Ａによって回転させられる。追加的に、制御ケーブル１４２Ｄがロータ１４２Ｂに固定されているため、ロータ１４２Ｂが回転すると、制御ケーブル１４２Ｄは、ロータ１４２Ｂに巻き戻されるか又は巻き取られることによって、それぞれ延出又は後退させられる。制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄが屈曲可能な関節運動部１０６に固定されているため、少なくとも１本の制御ケーブルが延出又は後退させられると、屈曲可能な関節運動部１０６は、ある程度まで関節運動させられる。

更に図２Ａを参照すると、アクチュエータ１４４Ａは、ロータ１４４Ｂ、力センサ１４４Ｃ、及び制御ケーブル１４４Ｄを含む。アクチュエータ１４４Ａが力センサ１４４Ｃに取り付けられているため、張力が制御ケーブル１４４Ｄに加えられると、制御ケーブル１４４Ｄの張力は、力センサ１４４Ｃによって測定され得る。ロータ１４４Ｂがアクチュエータ１４４Ａに回転不能に接続されているため、アクチュエータ１４４Ａがコントローラ１１２から制御信号１２１を受信すると、ロータ１４４Ｂは、アクチュエータ１４４Ａによって回転させられる。加えて、制御ケーブル１４４Ｄがロータ１４４Ｂに固定されているため、ロータ１４４Ｂが回転すると、制御ケーブル１４４Ｄは、ロータ１４４Ｂに巻き戻されるか又は巻き取られることによって、それぞれ延出又は後退させられる。

更に図２Ａを参照すると、アクチュエータ１４６Ａは、ロータ１４６Ｂ、力センサ１４６Ｃ、及び制御ケーブル１４６Ｄを含む。アクチュエータ１４６Ａが力センサ１４６Ｃに取り付けられているため、張力が制御ケーブル１４６Ｄに加えられると、制御ケーブル１４６Ｄの張力は、力センサ１４２Ｃによって測定され得る。ロータ１４６Ｂがアクチュエータ１４６Ａに回転不能に接続されているため、アクチュエータ１４６Ａがコントローラ１１２から制御信号１２１を受信すると、ロータ１４６Ｂは、アクチュエータ１４６Ａによって回転させられる。加えて、制御ケーブル１４６Ｄがロータ１４６Ｂに固定されているため、ロータ１４６Ｂが回転すると、制御ケーブル１４６Ｄは、ロータ１４６Ｂに巻き戻されるか又は巻き取られることによって、それぞれ延出又は後退させられる。

更に図２Ａを参照すると、各アクチュエータ１４２Ａ、１４４Ａ、及び１４６Ａは、互いに対して独立して制御され得る。これにより、各個々の制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄが、ＮＤＴデバイス１００の屈曲可能な関節運動部１０６を作動させるために、独立して制御される（すなわち、延出又は後退させられる）ことが可能になる。各制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、近位端１２４で管状ハウジング１２２に入り、開口１５２が中に配置されたガイド１５０によって支持されている。実施形態では、屈曲可能な関節運動部１０６は、単一のアクチュエータ１４２Ａ、１４４Ａ、及び１４６Ａのみが、対応する制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄを延出又は後退させるように作動するときに線Ｌ_１、Ｌ_２、及びＬ_３に沿って屈曲する。加えて、アクチュエータ１４２Ａ、１４４Ａ、及び１４６Ａの組み合わせが作動する場合、屈曲可能な関節運動部１０６は、角度α_１、α_２、及びα_３に沿って屈曲し得る。これにより、屈曲可能な関節運動部が、３つの作動システム１４０のみで、Ｙ－Ｚ平面において３６０°関節運動を達成することが可能になる。各作動システム１４０が単一の制御ケーブルに固定されているため、遅れ又は追加のたるみは、屈曲可能な関節運動部１０６の関節運動中にシステムに取り込まれない。これにより、関節運動中にたるみを制御ケーブルに取り込むデバイスと比較して、ＮＤＴデバイス１００のより優れた制御及び精度が可能になる。

ここで図２Ｂを参照すると、概して図２Ａの線２Ｂ－２Ｂに沿った、ＮＤＴデバイス１００の（図１に示されるような）導管部１０４の断面概略図が描写されている。描写されているように、制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、管状ハウジング１２２内の導管部１０４の長さに沿ってシース１４２Ｅ、１４４Ｅ、及び１４６Ｅを通過する。シース１４２Ｅ、１４４Ｅ、及び１４６Ｅは、ガイド１５０及び屈曲可能なネック１２８の第１のワッシャ１３０に固定され得るが、内壁１２２Ｂに固定されていない。作業容積１５３は、管状ハウジング１２２の内壁１２２Ｂ内に配置されている。管状ハウジング１２２の外壁１２２Ａは、管状ハウジング１２２の内部構成要素を保護する。実施形態では、電気ケーブル１０又は光ファイバ１２などの様々な物体もまた、管状ハウジング１２２の長さに沿って作業容積１５３内に配置され得る。シース１４２Ｅ、１４４Ｅ、及び１４６Ｅは、制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄが屈曲可能なネック１２８を屈曲させるように作動するときに、電気ケーブル１０又は光ファイバ１２に対する摩耗を防止し得る。

ここで図２Ｃを参照すると、概して図２Ａの線２Ｃ－２Ｃに沿った、ＮＤＴデバイス１００の（図１に示されるような）屈曲可能な関節運動部１０６の断面概略図が示されている。描写されているように、制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、それぞれチャネル１４２Ｆ、１４４Ｆ、及び１４６Ｆを有し、屈曲可能なネック１２８の外壁１２８Ａ内にスタックされたワッシャ１３０のスタックを通過する。実施形態では、各チャネル１４２Ｆ、１４４Ｆ、及び１４６Ｆ、したがって対応する制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、屈曲可能なネック１２８内の周方向位置に配置されている。制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄの周方向位置は、屈曲可能なネック１２８の周りで周方向に実質的に均等に離間し得る。作業容積１５４は、屈曲可能なネック１２８内に配置され、揺動ワッシャの内壁１２２Ｂによって境界付けられている。作業体積は、（図２Ａに示されるように）ツール及びデバイス１０、１２が、近位端１２４から遠位端１２６まで屈虚可能なネック１２８及び管状ハウジング１２２を通り、屈曲可能な関節運動部１０６を通り、ヘッド部１０８を通ることを可能にするために、（図１に示されるように）屈曲可能な関節運動部１０６及び導管部１０４の全長に延在する。屈曲可能な関節運動部１０６を作動させるために３つの制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄのみが必要とされる実施形態では、図３Ｂに示されるように、４つの制御ケーブルを必要とする実施形態と比較して、より大きな作業容積１５４が、管状ハウジング１２２及び屈曲ネック１２８内に存在する。

更に図２Ｃを参照すると、制御ケーブル１４６Ｄのみがアクチュエータ１４６Ａによって後退させられ、制御ケーブル１４２Ｄ及び１４４Ｄが張力をかけられた状態に維持されているとき、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_１沿って屈曲することになる。制御ケーブル１４４Ｄのみがアクチュエータ１４４Ａによって後退させられ、制御ケーブル１４２Ｄ及び１４６Ｄが張力をかけられた状態に維持されているとき、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_３に沿って屈曲することになる。制御ケーブル１４２Ｄのみがアクチュエータ１４２Ａによって後退させられ、制御ケーブル１４４Ｄ及び１４６Ｄが張力をかけられた状態に維持されているとき、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_２に沿って屈曲することになる。制御ケーブル１４２Ｄ及び１４４Ｄのみがアクチュエータ１４２Ａ及び１４４Ａによってそれぞれ後退させられ、制御ケーブル１４６Ｄが張力をかけられた状態に維持されているとき、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_１とは反対に１８０°屈曲することになる。

実施形態では、屈曲可能な関節運動部１０６が関節運動させられるとき、コントローラ１１２は、各力センサ１４２Ｃ、１４４Ｃ、及び１４６Ｃからの力測定値を受信する。制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、又は１４６Ｄが屈曲可能な関節運動部１０６を屈曲させるために後退させられるため、後退させられていない制御ケーブルは、関節運動を補助するために延出させられ得る。関節運動中、後退させられている制御ケーブルの張力は、１０～５０ｌｂｆの範囲、及び好ましくは２０～４２ｌｂｆの範囲であり得るが、延出させられている制御ケーブルの張力は、０～５ｌｂｆの範囲、及び好ましくは０．５～１ｌｂｆの範囲であり得る。制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、ステンレス鋼、タングステン、又は別の好適な材料から作製され得る。加えて、制御ケーブル１４２Ｄ、１４４Ｄ、及び１４６Ｄは、１～１００フィートの範囲の長さを有し、０．０１４インチの直径を有し得る。

ここで図２Ｄを参照すると、導管部１０４’の断面概略図が描写されている。導管部１０４’は、チャネル１４２Ｆ’、１４４Ｆ’、及び１４６Ｆ’の周方向位置を除いて、図２Ｃに描写される導管部１０４と類似であることに留意されたい。屈曲可能な関節運動部１０６’は、屈曲可能なネック１２８’の周りで周方向に均等に離間していないチャネル１４２Ｆ’、１４４Ｆ’、及び１４６Ｆ’を含む。チャネル１４２Ｆ’、１４４Ｆ’、及び１４６Ｆ’は、非対称的に離間しており、α_１’はα_２’に等しいが、α_３’はα_１’及びα_２’より大きい。この配置により、異なる形状の作業容積１５４’が可能になり、α_３’によって境界付けられる作業容積１５４’は、図２Ｂのα_３によって境界付けられる作業容積１５４’の一部分よりも大きい。これにより、屈曲可能なネック１２８と比較して、より大きなツール又はデバイスが屈曲可能なネック１２８’を通して供給されることが可能になる。より大きな作業容積１５４’はまた、製品の能力及び性能を向上させるために、追加の電気ケーブル１０又は光ファイバ１２のために使用され得る。

ここで図３Ａを参照すると、ＮＤＴデバイス２００の概略図が描写されている。ＮＤＴデバイス２００は、複数の作動システム２４０及び制御ケーブルを除いて、図１に描写されるＮＤＴデバイス１００と類似であることに留意されたい。ＮＤＴデバイス２００は、導管部２０４、屈曲可能な関節運動部２０６、及びヘッド部２０８を含む。導管部は、近位端２２４から遠位端２２６まで延在する管状ハウジング２２２を含む。屈曲可能な関節運動部２０６は、屈曲可能なネック２２８及びワッシャ２３０を含む。ヘッド部２０８は、ライト２３４、カメラ２３６、及びセンサ２３８を含むヘッドアセンブリ２３２を含む。複数の作動システム２４０は、屈曲可能なネック２２８を関節運動させるために制御ケーブルを作動させるように配置されている。関節運動アセンブリ２４２は、アクチュエータ２４２Ａ、ロータ２４２Ｂ、制御ケーブル２４２Ｃ、及び制御ケーブル２４２Ｄを含む。関節運動アセンブリ２４４は、アクチュエータ２４４Ａ、ロータ２４４Ｂ、制御ケーブル２４４Ｃ、及び制御ケーブル２４４Ｄを含む。単一のロータ２４２Ｂ、２４４Ｂを有する配置は、２つの別個の制御ケーブル２４２Ｃ、２４２Ｄ、及び２４４Ｃ、２４４Ｄを制御し、同時にたるみをシステムに取り込む。例えば、ロータ２４２Ｂが時計回りに回転すると、制御ケーブル２４２Ｄは張力をかけられた状態になり、制御ケーブル２４２Ｃは張力の損失によってたるむ。これにより、ＮＤＴデバイス２００の精度及び反応時間が低減され、制御ケーブルのたるみが経時的に発生するにつれて、システムが制御ケーブルの弛みを吸収することができないことに起因して、デバイス寿命の短縮につながり得る。

ここで図３Ｂを参照すると、図３Ａの線３Ｂ－３Ｂに沿った屈曲可能な関節運動部２０６の断面概略図が示されている。制御ケーブル２４２Ｃ、２４２Ｄ、２４４Ｃ、及び２４４Ｄは、導管部２０４及び屈曲可能な関節運動部２０６に沿って管状ハウジング２２２内に、かつ屈曲可能なネック２２８の外壁２２２Ａ内にスタックされたワッシャ２３０内に形成されたチャネル２４２Ｅ、２４２Ｆ、２４４Ｅ、及び２４４Ｆを通って延在している。制御ケーブル２４２Ｃ、２４２Ｄ、２４４Ｃ、及び２４４Ｄの直径構成により、屈曲可能な関節運動部２０６は、単一の制御ケーブルに張力を印加し、張力をかけられた制御ケーブルとは真反対の制御ケーブルをたるませることによって、線Ｌ_４、Ｌ_５、Ｌ_６、又はＬ_７に沿って単一の方向に関節運動させられる。屈曲可能な関節運動部２０６を角度β_１、β_２、β_３、又はβ_４に沿って関節運動させるために、少なくとも２つの制御ケーブルが張力をかけられなければならず、残りの２つの制御ケーブルは、追加の張力に対応するようにたるまされている。

ここで図４を参照すると、非破壊試験デバイスを関節運動させる方法３００が描写されている。工程３０２において、複数の作動システムに通信可能に結合された制御ユニットが、作動コマンドを受信する。制御ユニット１０２の方向入力１１４が、作動コマンドを生成するために使用され得、作動コマンドは、次いで、複数の作動システム１４０に変換される。工程３０４において、屈曲可能な関節運動部を第１の方向に屈曲させるために、第１の作動システムを作動させて、第１の制御ケーブルに張力を印加する。上述のように、制御ケーブル１４６Ｄのみがアクチュエータ１４６Ａによって後退させられ、制御ケーブル１４２Ｄ及び１４４Ｄがそれぞれアクチュエータ１４２Ａ及び１４４Ａによって延出させられて張力を開放すると、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_１に沿って屈曲することになる。実施形態では、制御ケーブル１４６Ｄが後退させられる距離は、制御ケーブル１４２Ｄ及び１４４Ｄが延出させられる距離と実質的に等しい。工程３０６において、関節運動部を第１の方向とは反対の第２の方向に屈曲させるために、第２の作動システム及び第３の作動システムを作動させて、第２の制御ケーブル及び第３の制御ケーブルに張力を印加する。上述のように、制御ケーブル１４２Ｄ及び１４４Ｄのみがアクチュエータ１４２Ａ及び１４４Ａによってそれぞれ後退させられ、制御ケーブル１４６Ｄがアクチュエータ１４６Ａによって延出させられて張力を開放すると、屈曲可能な関節運動部１０６は、線Ｌ_１とは反対に１８０°屈曲することになる。複数の作動システム１４０の各作動システムは、独立して動作可能であるように構成されている。

本明細書に掲げられるように、本開示の例示的な実施形態によるＮＤＴデバイスは、近位端及び遠位端を含む管状ハウジングを含む。導管部は、近位端に配置され、屈曲可能な関節運動部は、導管部に固定され、遠位端に配置されている。複数の作動システムの各々、管状ハウジングに沿って延在し、管状ハウジングの屈曲可能なネック内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブルと、管状ハウジングの近位端に配設され、制御ケーブルに固定されたアクチュエータとを含む。本開示の用途は、ＮＤＴ目的のためのボアスコープ、内視鏡などにおける使用を含む。

本開示は、本明細書に記載の例示的な実施形態に限定されず、変形形態及び修正形態で具現化され得る。例示的な実施形態は、単に、当業者が本開示の範囲を理解することを可能にするために提供され、本開示の範囲は、特許請求の範囲によって定義されることになる。そのため、いくつかの実施形態では、プロセスの周知の動作、周知の構造、及び周知の技術の動作は、本開示の理解を不明瞭にすることを回避するために、詳細に記載されていない。本明細書全体を通して、同じ参照番号は同じ要素を指す。

本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を記載することのみを目的としており、本開示を限定することを意図していない。本明細書で使用される場合、単数形「１つの（a）」、「１つの（an）」、及び「その（the）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、複数形も含むことが意図される。「含む（comprises）」及び／又は「含んでいる（comprising）」という用語は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、整数、工程、動作、要素、及び／又は構成要素の存在を指定するが、１つ以上の他の特徴、整数、工程、動作、要素、構成要素、及び／又はそれらの群の存在又は追加を排除しないことが更に理解されよう。本明細書で使用される場合、「及び／又は」という用語は、関連する列挙された項目のうちの１つ以上のいずれか及び全ての組み合わせを含む。

特に明記しない限り、又は文脈から明らかでない限り、本明細書で使用される場合、「約」という用語は、当該技術分野における通常の許容範囲内、例えば、平均の２標準偏差内であると理解される。「約」は、記述された値の１０％、９％、８％、７％、６％、５％、４％、３％、２％、１％、０．５％、０．１％、０．０５％、又は０．０１％以内として理解され得る。文脈から別途明らかでない限り、本明細書で提供される全ての数値は、「約」という用語によって修飾される。

以上、本開示は、具体的な構成要素などの特定の事項、例示的な実施形態、及び図面によって記載されているが、これらは、単に、本開示の全体的な理解を助けるために提供されるものである。したがって、本開示は、例示的な実施形態に限定されない。本開示が属する技術分野の当業者は、この記載から、様々な修正及び変更を行い得る。したがって、本開示の思想は、上記の例示的な実施形態に限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲、並びに特許請求の範囲に等しく又は同等に修正された全ての技術的思想は、本開示の範囲及び思想に含まれると解釈されるべきである。

Claims

非破壊試験デバイスあって、
近位端及び遠位端を含む管状ハウジングであって、
前記近位端に配置された導管部、及び
前記導管部に固定され、前記遠位端に配置された屈曲可能な関節運動部、を含む、管状ハウジングと、
複数の作動システムであって、各作動システムが、
前記管状ハウジングに沿って延在し、前記屈曲可能な関節運動部内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブル、及び
前記管状ハウジングの前記近位端に配設され、前記制御ケーブルに固定されたアクチュエータ、を含む、複数の作動システムと、を備え、
前記屈曲可能な関節運動部が、外壁と、内壁と、当該外壁と当該内壁の間に配置され、チャネルを有する揺動ワッシャのスタックと、を含み、前記揺動ワッシャのスタックは、複数のワッシャが互いに摺動することによって屈曲した前記関節運動部の形状を保つように構成され、
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルが、前記屈曲可能な関節運動部の前記外壁と前記内壁との間に形成された前記チャネル内を延在し、
前記チャネルが配置されていない前記内壁の部分は、少なくとも部分的に近接する前記揺動ワッシャの内側に沿って周方向に延びる、非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルの各周方向位置が、前記屈曲可能な関節運動部の周りで周方向に実質的に均等に離間している、請求項１に記載の非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムの各前記アクチュエータが、前記アクチュエータに固定された前記制御ケーブルを延出又は後退させるように構成されている、請求項２に記載の非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルが、独立して制御されるように構成されている、請求項３に記載の非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムが、第１の作動システム、第２の作動システム、及び第３の作動システムを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の非破壊試験デバイス。
前記屈曲可能な関節運動部が、前記第１の作動システムのみが作動するときに屈曲するように構成されている、請求項５に記載の非破壊試験デバイス。
前記屈曲可能な関節運動部が、前記第２の作動システム及び前記第３の作動システムのみが同じ方向に作動するときに屈曲するように構成されている、請求項５又は６に記載の非破壊試験デバイス。
前記屈曲可能な関節運動部の外周が、非多孔質材料で包まれている、
及び／又は、
前記制御ケーブルが、前記導管部に沿って伸びるシースの中で延在する、
及び／又は、
前記揺動ワッシャが銅又は他の剛性材料で形成されている、請求項１から７のいずれか１項に記載の非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルの各周方向位置が、前記屈曲可能な関節運動部の周りで周方向に不均等に離間している、請求項１に記載の非破壊試験デバイス。
前記屈曲可能な関節運動部が、前記導管部を中心に実質的に３６０°の角度で関節運動するように構成されている、請求項９に記載の非破壊試験デバイス。
前記管状ハウジングの前記遠位端に結合されたヘッド部と、
前記管状ハウジングの前記近位端に結合された制御ユニットハウジングと、を更に備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の非破壊試験デバイス。
前記複数の作動システムの各前記アクチュエータが、前記制御ユニットハウジング内に配置されている、請求項１１に記載の非破壊試験デバイス。
非破壊試験デバイスを関節運動させる方法であって、
複数の作動システムに通信可能に結合された制御ユニットによって、作動コマンドを受信するステップであって、前記複数の作動システムの各々が、
管状ハウジングに沿って延在し、前記管状ハウジング内のそれぞれの周方向位置に配置された制御ケーブルと、
前記管状ハウジングの近位端に配設され、前記制御ケーブルに固定されたアクチュエータと、を含む、受信するステップと、
前記管状ハウジングの屈曲可能な関節運動部を屈曲させるために、前記作動コマンドに基づいて前記複数の作動システムを作動させるステップであって、各前記作動システムが、独立して動作可能であるように構成されている、作動させるステップと、を含み、
前記屈曲可能な関節運動部が、外壁と、内壁と、当該外壁と当該内壁の間に配置され、チャネルを有する揺動ワッシャのスタックと、を含み、前記揺動ワッシャのスタックは、複数のワッシャが互いに摺動することによって屈曲した前記関節運動部の形状を保つように構成され、
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルが、前記屈曲可能な関節運動部の前記外壁と前記内壁との間に形成された前記チャネル内を延在し、
前記チャネルが配置されていない前記内壁の部分は、少なくとも部分的に近接する前記揺動ワッシャの内側に沿って周方向に延びる、方法。
前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルの各周方向位置が、前記屈曲可能な関節運動部の周りで周方向に実質的に均等に離間している、請求項１３に記載の方法。
前記複数の作動システムの各前記アクチュエータが、前記アクチュエータに固定された前記制御ケーブルを延出又は後退させるように構成されている、請求項１４に記載の方法。
前記複数の作動システムの各前記アクチュエータが、各前記制御ケーブルの張力を測定するように構成された力センサを含む、請求項１５に記載の方法。
各前記制御ケーブルが、前記複数の作動システムの各前記制御ケーブルの前記張力に基づいて延出又は後退させられる、請求項１６に記載の方法。
前記複数の作動システムが、第１の作動システム、第２の作動システム、及び第３の作動システムを備える、請求項１３から１７のいずれか１項に記載の方法。
第１の制御ケーブルに張力を印加するために前記第１の作動システムを作動させて、前記屈曲可能な関節運動部を第１の方向に屈曲させるステップと、
第２の制御ケーブル及び第３の制御ケーブルに張力を印加するために前記第２の作動システム及び前記第３の作動システムを作動させて、前記屈曲可能な関節運動部を前記第１の方向とは反対の第２の方向に屈曲させるステップ、を更に含む、請求項１８に記載の方法。
前記屈曲可能な関節運動部が、前記管状ハウジングに配置された導管部を中心に実質的に３６０°の角度、関節運動するように構成されている、請求項１９に記載の方法。