JP2022526837A - 多層構造の物品における強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定する方法及びシステム - Google Patents

多層構造の物品における強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定する方法及びシステム Download PDF

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Abstract

【課題】 多層構造の物品における強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定する方法の提供【解決手段】物品の表面上の複数の位置を決定するステップと、複数の位置のそれぞれについて、物品から反射された超音波の全波の時間領域波形を取得することと前記複数の位置のうちの隣接する位置の組ごとに、前記第１の位置で生成された第１の波形の波形特性と、前記第２の位置で生成された第２の波形の波形特性との比較に基づいて、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があるか否かを判定するステップと、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があると判定されたことに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置とに基づいて境界位置を決定し、前記境界位置を記憶するステップとを含む。【選択図】図３

Description

（関連出願へのクロスレファレンス）
本出願は、２０１９年４月１７日に出願された米国仮特許出願第６２／８３４，９８７号の利益を主張するものであり、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。
背景
産業や商業で使用される多くの物品は、金属上のプラスチックコーティング、金属上のゴムコーティング、金属上のエポキシコーティング、ガラス上のプラスチックコーティング、又はクラッドされた金属部品などの多層部品又は材料を含むことがある。多層構造の部品や材料の品質で重要なのは、多層構造の部品や材料の層間の結合強度である。例えば、爆発溶接された金属のような、クラッドされた金属製品の分野では、１つの一般的な基準は、溶接された製品が少なくとも２０キロポンド／平方インチ（ｋｓｉ）のせん断強度を有するべきであるというものである。
結合不良、すなわち層間の結合力の欠如は、多層の部品又は材料から作られた物品の安全性又は実用性に影響を与えうる。例えば、結合力が弱い、あるいは欠陥があると、部品の摩耗が早くなり、使用者にとってメンテナンスや交換コストの増加につながる可能性がある。さらに、多層部品の結合が弱かったり欠陥があったりすると、致命的な故障を引き起こし、機械の破損や使用者の負傷の原因となることがある。
そのため、多層構造の部品や材料の結合の質を使用する前にテストすることは有用である。多層構造の部品や材料を製造する際の品質管理には、超音波検査などの非破壊検査が用いられることがある。超音波検査の波形を解析することで、強固な結合領域と欠陥のある結合領域の境界を特定し、マークすることができる。欠陥のある接合領域は、可能であれば修理するか、あるいは製品から切り取って廃棄することができる。
従来の非破壊検査技術は、層間の結合不良や結合不足の領域を特定することができるかもしれないが、弱い結合領域を特定することが困難な場合があった。したがって、多層成形品の強固な結合（a sound bond）と弱い結合（a week bond）の間の結合境界をより確実に特定することができる方法及びシステムを開発することが望ましい。
（例示的実施形態の簡単な説明）
第１の層及び第２の層を有する物品における強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定（識別）する方法の例示的な実施形態は、物品の表面上の複数の位置を決定するステップを含んでもよい。
本方法は、複数の位置の各位置について、物品から反射された超音波の全波の時間領域波形を得ることをさらに含んでもよい。
本方法は、複数の位置のうちの隣接する位置の各組について、第１の位置で生成された第１の波形の波形特性と、第２の位置で生成された第２の波形の波形特性との比較に基づいて、隣接する位置の組の第１の位置と、隣接する位置の組の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを決定するステップをさらに含んでもよい。
本方法は、複数の位置のうちの隣接する位置の各組について、また、第１の位置と第２の位置との間に結合境界があるとの判定に応答して、第１の位置及び第２の位置の一方又は両方に基づいて境界位置を決定し、境界位置を記憶することをさらに含んでもよい。
第１の層と第２の層とを有する物品における強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定するためのシステムの例示的な実施形態は、ツールヘッドと、固定された位置でツールヘッドに取り付けられた超音波トランスデューサと、ツールヘッドに動作可能に結合され、物品の表面に平行な２次元平面に沿ってツールヘッドを移動させるように構成されたモータシステムと、ツールヘッドの位置を示す位置信号を出力するように構成された位置センサと、超音波トランスデューサ、モータシステム、及び位置センサに動作可能に結合されたコントローラと、を含んでもよい。
制御装置は、モータシステムを制御して、物品の表面に沿った複数の位置に超音波振動子を移動させるように構成されていてもよい。
制御装置は、複数の位置の各位置について、位置信号に基づいて位置の座標を特定し、変換器を制御して物品を介して超音波を送信し、変換器によって受信された反射超音波に基づいて全波の時間領域波形を生成するように、さらに構成されてもよい。
制御装置は、複数の位置のうちの隣接する位置の各組について、第１の位置で生成された第１の波形の波形特性と第２の位置で生成された第２の波形の波形特性との比較に基づいて、隣接する位置の組の第１の位置と隣接する位置の組の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを決定するようにさらに構成されてもよい。
制御装置は、複数の位置のうち隣接する位置の各組について、結合境界があるとの判定に応答して、第１の位置及び第２の位置の一方又は両方に基づいて境界座標を決定するようにさらに構成されてもよい。
非一過性のコンピュータ可読記録媒体の例示的な実施形態は、コンピュータによって実行されると、コンピュータに、第１の層及び第２の層を含む物品の表面上の第１の位置に関連する第１の波形を取得させる、コンピュータ実行可能な命令を含んでもよい。
第１の波形は、変換器を介して物品に超音波を送信し、変換器で受信した反射超音波に基づいて全波の時間領域波形を生成することによって生成されてもよい。
コンピュータ実行可能な命令は、さらに、物品の表面上の第２の位置に関連する第２の波形を取得するようにコンピュータに指示してもよい。第２の波形は、変換器を介して物品に超音波を送信し、変換器で受信した反射超音波に基づいて全波の時間領域波形を生成することによって生成されてもよい。
コンピュータ実行可能命令は、さらに、コンピュータに、第１の位置で生成された第１の波形の波形特性と、第２の位置で生成された第２の波形の波形特性との比較に基づいて、隣接する位置の組の第１の位置と、隣接する位置の組の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを判定させ、第１の位置と第２の位置との間に結合境界があると判定されたことに応答して、第１の位置と第２の位置との一方又は両方に基づいて境界位置を決定し、境界位置を記憶させるようにしてもよい。
より具体的な説明は、添付の図に示されている例示的な実施形態を参照することによって行われる。これらの図面は、例示的な実施形態を描いており、本開示の範囲を限定するものではないことを理解した上で、例示的な実施形態は、以下の添付図面を使用することにより、さらに具体的かつ詳細に説明されるであろう。
図１は、例示的な実施形態による多層構造の物品の概略図である。 図２は、例示的な実施形態による多層成形品の分解模式図である。 図３は、例示的な実施形態による、強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定する方法のフローチャートである。 図４は、例示的な実施形態による、強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定する方法のフローチャートである。 図５は、例示的な実施形態による、波形の特徴を比較し、２点間に結合境界が存在するかどうかを判断する方法のフローチャートである。 図６は、例示的な実施形態による、波形の特徴を比較し、２点間に結合境界が存在するかどうかを判断する方法のフローチャートである。 図７は、例示的な実施形態による多層成形品の表面の模式図である。 図８は、例示的な実施形態による多層成形品の超音波波形を示す模式図である。 図９は、例示的な実施形態による多層成形品の超音波波形を示す模式図である。 図１０は、例示的な実施形態による多層成形品の表面の模式図である。 図１１は、例示的な実施形態による、多層成形品における強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定するためのシステムの概略図である。 図１２は、例示的な実施形態による、多層成形品における強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定するためのシステムの概略ブロック図である。 図１３は、例示的な実施形態による多層成形品の表面の模式図である。 図１４は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の低倍率の光光学顕微鏡写真である。 図１５は、例示的な実施形態による、クラッド材のベース層の接合面の低倍率光光学顕微鏡写真である。 図１６は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の低倍率の光光学顕微鏡写真である。 図１７は、例示的な実施形態による、クラッド材のベース層の接合面の低倍率光光学顕微鏡写真である。 図１８は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の高倍率光光学顕微鏡写真である。 図１９は、例示的な実施形態による、クラッド材のベース層の接合面の高倍率光光学顕微鏡写真である。 図２０は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の高倍率光光学顕微鏡写真である。 図２１は、例示的な実施形態による、クラッド材のベース層の接合面の高倍率光光学顕微鏡写真である。 図２２は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２３は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２４は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２５は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査型電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２６は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２７は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２８は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図２９は、例示的な実施形態によるクラッド材のクラッド層の接合面の走査型電子顕微鏡顕微鏡写真である。 図３０は、例示的な実施形態による、波形の特徴を比較し、２つの点の間に結合境界が存在するかどうかを判断する方法のフローチャートである。 図３１は、例示的な実施形態によるクラッド化された物品の超音波波形の高速フーリエ変換を比較したグラフである。
例示的な実施形態の様々な特徴、側面、及び利点は、図及び詳細な説明全体において、同様の数字が同様の構成要素を表す添付の図面とともに、以下の詳細な説明からより明らかになるだろう。記載された様々な特徴は、必ずしも図面に縮尺を合わせて描かれているわけではないが、いくつかの実施形態に関連する特定の特徴を強調するために描かれている。
ここで使用されている見出しは、整理を目的としたものであり、本開示又は請求項の範囲を限定するものではない。理解を容易にするために、可能であれば、図に共通する同種の要素を示すために参照数字を使用している。
（詳細説明）
次に、様々な実施形態について詳細に言及する。各例は説明のために提供されるものであり、限定を意味するものではなく、すべての可能な実施形態を定義するものでもない。
図１は、複数の層を有する物品１００の例示的な実施形態を示す。物品１００は、ベース層１１０と、ベース層１１０に結合されたクラッド層１２０とを含んでもよい。物品は、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の界面１０５を含んでもよく、これは、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の結合に対応してもよい。
例示的な実施形態では、物品１００は、クラッディングされた金属物品であってもよい。ベース層１１０は、ステンレス鋼、炭素鋼、チタン、ニッケル、アルミニウム、又はこれらの材料のいずれかを含む合金などの材料で形成されてもよい。例示的な実施形態では、クラッド層１２０は、アルミニウム、鋼、チタン、ジルコニウム、銅、銀、タンタル、又はこれらの材料のいずれかを含む合金などの材料で形成されてもよい。
しかし、ベース層１１０及びクラッド層１２０は、これらの材料に限定されず、特定の用途の要件に応じて他の材料を使用してもよいことが理解されるであろう。クラッド層１２０は、固相溶接法によってベース層１１０に接合されてもよく、それによって、クラッド層１２０と第１金属層１１０との間に界面１０５が形成される。界面１０５は、クラッド層１２０とベース層１１０との間で、クラッド層１２０及びベース層１１０のそれぞれからの原子が互いに拡散している領域であってもよい。
固相溶接は、ろう材を加えずに、接合する母材の融点以下の温度で構造要素間の結合／溶接を行う溶接プロセスのグループを含むことができる。例示的な実施形態では、固相溶接は、（ｉ）構造要素の一部を液相又は気相にすることなく、（ｉｉ）圧力を使用し、（ｉｉｉ）温度の助けを借りて、又は借りずに行う結合／溶接プロセスとして説明することができる。固相溶接は、圧力と温度の広い範囲で行われ、母材のかなりの変形と固体の拡散を伴う。固相溶接には、冷間溶接、拡散溶接、爆発圧接、鍛造溶接、摩擦溶接、熱間圧接、ロール溶接、超音波溶接などがある。
例示的な実施形態では、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の固相溶接は、爆発圧接であってもよい。爆発圧接（「ＥＸＷ」）は、制御された爆発を使用して、異種金属を高品質で冶金的に結合された接合部に強制的に移行させる固相溶接技術である。異種金属の接合部は、高い機械的強度を持ち、超高真空に耐え、急激な温度変化にも耐えることができる。ＥＸＷは、２つの金属を溶接又はクラッディングする際に、一方の部品を爆発物で超高速に加速することで実現する固相プロセスである。このプロセスは、２つの部品が常に固体状態であることから固相プロセスと呼ばれる。
以上、物品１００を固相溶接物品、より具体的には爆発溶接された物品として説明したが、本明細書で説明した実施形態は、従来から溶接されている金属、金属層と非金属層を有する物品、２つの非金属層を有する物品など、他の種類の物品にも適用できることが理解されるであろう。
図２は、物品１００の分解模式図である。図２に見られるように、ベース層１１０は、ベース層接合面１１２及びベース層外面１１４を含んでもよい。さらに、クラッド層１２０は、クラッド層接合面１２２及びクラッド層外面１２４を含んでいてもよい。ベース層１１０及びクラッド層１２０が接合されると、ベース層外面１１４及びクラッド層外面１２４のいずれかが、本明細書に記載の実施形態の目的のために物品１００の表面とみなされてもよい。
図３は、図１～２に見られるような物品１００において、ベース層１１０とクラッド層１２０との間における強固な結合と弱い結合との境界を特定する方法３００を説明するための例示的な実施形態を示す。用語「境界」は、クラッド層１２０とベース層１１０との間の界面が強固な結合から弱い結合へと移行するｘ－ｙ平面（図７参照）内の位置を指すことがある。ブロック３０２では、物品１００の表面上で合計ｎ個の位置が特定され、ｎは２以上の整数である。図７は、物品１００のクラッド層外表面１２４上の試験領域１６０内で複数の位置１６２が特定されている例示的な実施形態を示す。図７は、クラッド層外表面１２４上に配置された位置１６２を示しているが、代替的な例示的実施形態では、位置１６２は、ベース層外表面１１４上で特定されてもよい。位置１６２は、各位置１６２の間に一定の間隔を置いて配置されてもよく、あるいは、位置１６２の間に変化する間隔があってもよい。
さらに、例示的な実施形態では、物品１００のサブセットをテストする必要があるだけであってもよく、図７に見られるように、位置１６２はテスト領域１６０でのみ識別されてもよい。別の例示的な実施形態では、物品１００の全体を試験することが望まれる場合があり、位置１６２は、クラッド層外面１２４の全体にわたって特定されてもよい。
図３に戻り、ブロック３０４において、パラメータｉが１に等しく設定され、ブロック３０６において、複数の位置１６２のうちのｉ番目の位置１６２に対応するｉ番目の波形を取得する。ｉ番目の波形は、ｉ番目の位置における反射超音波の強度の時間領域波形であってもよい。例示的な実施形態では、ｉ番目の波形は、全波の波形であってもよい。全波の波形とは、正の振幅と負の振幅の両方を示す、反射超音波の未補正波形のことである。図８に示す第１の波形７００及び図９に示す第２の波形８００は、全波型の時間領域波形の例示的な実施形態である。ｉ番目の波形を取得することは、デジタルストレージから波形を取得すること、又は超音波トランスデューサを使用してリアルタイムの波形を取得することを含んでもよい。超音波トランスデューサは、携帯型であってもよいし、自動化されたシステムに搭載されていてもよい。以下の表１は、使用される可能性のあるトランスデューサのタイプの例示的な実施形態、及びトランスデューサに関連するパラメータの例示的な実施形態を示すものである。
（表１：トランスデューサ及び関連パラメータの例示的な実施形態）
Figure 2022526837000002
表１に記載されているトランスデューサとパラメータは例示的なものであり、他のタイプのトランスデューサ及び／又は指摘されたパラメータの値を使用してもよいことが理解されよう。
図３のブロック３０８では、（ｉ＋１）番目の波形が取得される。ｉ番目の波形と同様に、（ｉ＋１）番目の波形を取得することは、デジタルストレージから波形を取得すること、又は超音波トランスデューサを使用してライブ波形を取得することを含んでもよい。例示的な実施形態では、ｉ番目の波形と（ｉ＋１）番目の波形は、同じトランスデューサを使用して取得してもよい。
例えば、振動子をｉ番目の位置に移動させてｉ番目の波形を取得した後、（ｉ＋１）番目の位置に移動させて（ｉ＋１）番目の波形を取得することができる。また、振動子を各位置に離散的に移動させてもよいし、各位置を連続的に移動させ、移動中に波形を取得してもよい。
ブロック３１０では、ｉ番目の波形が（ｉ＋１）番目の波形と比較され、ブロック３１２では、ブロック３１０で行われた比較が、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の強固な結合と、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の弱い結合との間の境界を示しているか否かが判定される（図１～２参照）。ブロック３１０での比較及びブロック３１２での判定に関するさらなる詳細は、本明細書で詳しく説明する。比較が結合境界を示す場合（すなわち、ブロック３１２で「はい」）、方法３００はブロック３１４に進む。比較が結合境界を示さない場合（すなわち、ブロック３１２で「いいえ」）、方法３００はブロック３１６に進む。
ブロック３１４では、ｉ番目の位置及び（ｉ＋１）番目の位置の一方又は両方に基づいて、結合境界の位置が決定される。例えば、図１０は、座標ｘ１，ｙ１を有する第１の位置１７０と、座標ｘ２，ｙ２を有する第２の位置１７２の一例を示している。第１の位置１７０と第２の位置１７２との間の境界位置１７４は、座標ｘｂ，ｙｂを有していてもよい。境界位置１７４のｘ座標ｘｂは、範囲［ｘ１，ｘ２］（端点を含む）内に収まってもよく、境界位置１７４のｙ座標ｙｂは、範囲［ｙ１，ｙ２］（端点を含む）内に収まってもよい。例示的な実施形態では、境界位置１７４の座標は、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間の中間点として設定されてもよい。あるいは、使用者の好みやニーズに応じて、境界位置１７４の座標は、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間及びそれを含む任意の場所に設定されてもよい。
ブロック３１５では、境界位置を記憶する。例示的な実施形態では、追悼は手動で行われてもよい。例えば、変換器を用いて物品１００（図１～２参照）を検査する使用者は、波形の比較が結合境界を示す場合に、筆記用具、携帯型表面プリンタ、又は他の適切なマーキングツールを用いてクラッド層外表面１２４をマーキングしてもよい。あるいは、自動化されたシステムが使用されている場合、システムは、物品１００上の境界位置を物理的にマークするために、筆記用具、表面プリンタ、レーザーエッチャー、又は他の適切なマーキングツールを含んでもよい。あるいは、境界位置の記憶することは、境界位置の座標をデータとして記録媒体に電子的に保存することを含んでもよい。
ブロック３１６では、パラメータｉが値ｎ－１に等しいかどうかが判断される。ｉがｎ－１に等しい場合（ブロック３１６で「はい」）、方法３００はブロック３２０に進み、ここで方法は終了する。ｉがｎ－１に等しくない場合（ブロック３１６で「いいえ」）、方法３００はブロック３１８に進み、ｉが１だけインクリメントされる。その後、方法３００はブロック３０６に戻る。
図４は、図１～２に見られるような物品１００において、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の強固な結合と、ベース層１１０とクラッド層１２０との間の弱い結合との間の境界を特定する方法４００の別の例示的な実施形態を示している。
本明細書で詳細に説明するように、方法４００は、すべての位置１６２で波形を取得し、その後、波形を比較するために波形を循環させる。これは、記録媒体に波形を電子的に保存できる自動化システムを使用する場合、境界位置を後で計算し、試験される物品の識別情報（シリアル番号やバッチ番号など）にリンクさせることができるため、有益であると考えられる。これにより、波形を比較したり、物品に物理的に境界位置をマークしたりする時間を省くことができ、自動化システムの高い処理能力を促進することができる。
ブロック４０２では、物品１００の表面上に合計ｎ個の位置が特定され、ｎは２以上の整数である。ブロック４０４では、パラメータｉが１に等しく設定される。ブロック４０６では、表１に記載されているトランスデューサの１つ、又は別の適切なトランスデューサなどのトランスデューサが、ｎ個の位置のうちのｉ番目の位置に移動される。ブロック４０８では、超音波がトランスデューサを介して物品１００を透過する。ブロック４１０では、反射した超音波がｉ番目の位置のトランスデューサで受信される。ブロック４１２では、ｉ番目の位置に対応するｉ番目の波形を取得する。ｉ番目の波形は、ｉ番目の位置における反射超音波の強度の時間領域波形であってもよい。ブロック４１２における第ｉ番目の波形の生成の一部として、第ｉ番目の波形は、記録媒体にデータとして電子的に格納されてもよい。
ブロック４１４では、パラメータｉがｎに等しいかどうかが判断され、パラメータｉがｎに等しくない場合（ブロック４１４で「いいえ」）、方法４００はブロック４１６に進む。ブロック４１６では、パラメータｉが１だけインクリメント（増加）され、方法４００はブロック４０６に戻る。
パラメータｉがｎに等しい場合（ブロック４１４で「はい」）、方法４００はブロック４１８に進む。
ブロック４１８では、パラメータｉが１にリセットされ、ブロック４２０では、ｉ番目の波形が（ｉ＋１）番目の波形と比較される。ブロック４２０の一部として、ｉ番目の波形及び（ｉ＋１）番目の波形は、電子記憶装置から取得される必要があるかもしれない。ブロック４２２では、ブロック４２０で実行された比較が結合境界を示しているかどうかが判断される。ブロック４２０での比較及びブロック４２２での判定に関する詳細は、本明細書で詳しく説明する。
比較が結合境界を示す場合（すなわち、ブロック４２２で「はい」）、方法４００はブロック４２４に進む。比較が結合境界を示さない場合（すなわち、ブロック４２２で「いいえ」）、方法４００はブロック４２６に進む。ブロック４２４では、結合境界の境界位置が決定される。結合境界の決定は、図３のブロック３１４に関して上述したような方法と同様である。ブロック４２５では、境界位置が記憶される。結合境界の記憶は、図３のブロック３１５に関して上述したような方法と同様である。
ブロック４２６では、パラメータｉが値ｎ－１に等しいかどうかが判断される。ｉがｎ－１に等しい場合（ブロック４２６で「はい」）、方法４００はブロック４３０に進み、方法４００は終了する。ｉがｎ－１に等しくない場合（ブロック４２６で「いいえ」）、方法４００はブロック４２８に進み、ｉが１だけインクリメント（増加）される。その後、方法４００はブロック４２０に戻り、次のペアの波形が比較される。
図５は、波形の特徴を比較して、２つの点の間に結合境界が存在するかどうかを判定する方法５００の例示的な実施形態を示す図である。方法５００は、図３のブロック３１０及び３１２、又は図４のブロック４２０及びブロック４２２に対応する要素を含んでもよい。方法５００を説明する際には、図８に図示された第１の波形７００と、図９に図示された第２の波形８００も参照する。
図５に戻り、ブロック５０２では、第１の波形７００を取得する。第１の波形７００は、上で詳細に説明したような超音波トランスデューサを用いて得られてもよい。あるいは、第１番目の波形７００は、電子データとして記録媒体から取得されてもよい。ブロック５０４では、第１の波形７００（すなわち、図８に示すピーク７１０）において、第１（番目）のピークの数ｐ１がカウントされる。例示的な実施形態では、第１のピークの数ｐ１は、第１の波形７００のｘ軸に沿った値の所定の範囲７０６に対応する第１の波形７００のサブセットでカウントされてもよい。所定の範囲７０６は、クラッド層１２０とベース層１１０との間の界面から反射された超音波を見ることが期待される時間領域の値に対応してもよい。例えば、例示的な実施形態では、変換器がクラッド層１２０上に配置されていることを想定してもよい。
クラッド層１２０の厚さ及びクラッド層１２０の材料における音速を知ることで、超音波がトランスデューサからクラッド層１２０とベース層１１０との間の界面に移動し、トランスデューサに戻ってくるまでにかかる時間を計算することができる。この時間は、所定の範囲７０６の中間点を計算するために使用されてもよい。所定の範囲７０６の幅は、クラッド層１２０の厚さにおける製造公差、及び／又は、クラッド層１２０とベース層１１０との間の界面の推定厚さに基づいて計算されてもよく、次に、クラッド層１２０の材料における音速に基づいて、これらの距離値を波形の時間領域における対応する値に変換する。所定の範囲の中点及び／又は幅の計算に影響を与える他の要因としては、使用されるトランスデューサの種類（すなわち、シングルエレメント、デュアルエレメント、遅延チップなど）、及び／又は採用される超音波の様式（すなわち、接触、浸漬、水柱など）が挙げられる場合がある。代替的又は追加的に、使用者は、所定の範囲７０６に対する適切な値を決定又は確認するために、テストされる物品又は既知のサンプルのいずれかで、テストの前に較正手順を実行することができる。例えば、所定の範囲７０６を設定するために、クラッド層１２０とベース層１１０との間の界面を超音波波形上で視覚的に識別してもよい。所定の範囲７０６を用いて、図８は、第１の波形７００について、第１のピークの数ｐ１（図８のラベル７１０）が２に等しいことを示している。
別の例示的な実施形態では、第１のピークの数ｐ１は、第１の波形７００のｙ値に対応する所定の第１の閾値７０２よりも高いピークの数であってもよい。所定の第１の閾値７０２は、使用されるトランスデューサのパワーレベル、ベース層１１０及びクラッド層１２０を形成する特定の材料（図１～２参照）、ベース層１１０及びクラッド層１２０の厚さ、及び／又は、超音波の伝播に影響を与え得る他の要因に基づいて決定されてもよい。例示的な実施形態では、使用者は、第１の閾値７０２のための適切なレベルを決定するために、テストされる物品又は既知のサンプルのいずれかで、テストの前に較正手順を実行してもよい。第１の閾値７０２を使用すると、図８は、第１の波形７００について、第１のピークの数ｐ１が２に等しいことを示している。
図５に戻ると、ブロック５０６において、第１の波形７００（図８に７１２と表示）において、第１の谷の数ｔ１がカウントされる。例示的な実施形態において、第１の谷の数ｔ１は、第１の波形７００のｘ軸に沿った値の所定の範囲７０６に対応する第１の波形７００のサブセットにおいてカウントされてもよい。所定の範囲７０６を使用して、図８は、第１の波形７００について、第１の谷の数ｔ１（図８のラベル７１２）が１に等しいことを示している。代替的に、第１の谷の数ｔ１は、所定の第２の閾値７０４よりも小さい谷の数であってもよい。例示的な実施形態では、第２の閾値は、第１の閾値７０２の負の値であってもよい。あるいは、第２の閾値７０４は、使用されるトランスデューサのパワーレベル、ベース層１１０及びクラッド層１２０を形成する特定の材料（図１～２参照）、ベース層１１０及びクラッド層１２０の厚さ、及び／又は超音波の伝搬に影響を与える可能性のある他の要因に基づいて、独立して決定されてもよい。例示的な実施形態では、使用者は、第２の閾値７０４のための適切なレベルを決定するために、テストされる物品又は既知のサンプルのいずれかで、テスト前に較正手順を実行してもよい。第２の閾値７０４を用いて、図８は、第１の波形７００について、第１の谷の数ｔ１が１に等しいことを示している。
ブロック５０８では、ブロック５０２と同様の方法で、異なる位置に対応する第２の波形８００を取得する。ブロック５１０では、ブロック５０４と同様の方法で、第２の波形８００について、第２のピーク（図９で８１０とラベル付けされたピーク）の数ｐ２がカウントされる。第２のピークの数ｐ２をカウントする際には、第１のピークの数ｐ１をカウントするために使用された第１の閾値７０２又は所定の範囲７０６が使用されてもよい。ブロック５１２では、ブロック５０６と同様の方法で、第２の波形８００について、第２の谷の数ｔ２（図９で８１２とラベル付けされた谷）がカウントされる。第２の谷の数ｔ２をカウントする際には、第１の谷の数ｔ１をカウントするために使用された第２の閾値７０４又は所定の範囲７０６が使用されてもよい。
ブロック５１４では、第１のピークの数ｐ１が第２のピークの数ｐ２に等しいかどうか、及び第１の谷の数ｔ１が第２の谷の数ｔ２に等しいかどうかが判定される。両方の等値が真である場合（ブロック５１４の「はい」）、方法５００はブロック５１６に進み、結合境界が存在しないと判定される。いずれかの等式が真でない場合（ブロック５１４の「いいえ」）、方法５００はブロック５１８に進み、結合境界が存在すると判定される。
図６は、波形の特徴を比較し、２つの点の間に結合境界が存在するかどうかを判定する方法６００の例示的な実施形態を示す。図６において、ブロック６０２乃至６１２は、図５のブロック５０２乃至５１２と同一である。図６のブロック６１４では、第１のピークの数ｐ１と第１の谷の数ｔ１との合計（第１の合計）が、第２のピークの数ｐ２と第２の谷の数ｔ２との合計（第２の合計）に等しいかどうかが判定される。ブロック６１４における等式が真である場合（ブロック６１４における「はい」）、方法６００はブロック６１６に進み、結合境界が存在しないことが判定される。ブロック６１４における等式が真でない場合（ブロック６１４における「いいえ」）、方法６００はブロック６１８に進み、ここで結合境界が存在すると判定される。
図３０は、波形の特徴を比較して、２つの点の間に結合境界が存在するかどうかを判定する方法９００の例示的な実施形態を示す図である。上述した方法５００及び方法６００で比較される特徴は、波形７００及び波形８００の山と谷の数であった。これに対して、図３０に示す方法９００で比較される特徴は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換：Fast Fourier Transform）で求められる波形の周波数成分である。
ブロック９０２では、第１の波形７００が取得される。ブロック９０２における第１の波形７００の取得は、図５のブロック５０２又は図６のブロック６０２と同様の方法で達成されてもよい。ブロック９０４では、図３１の実線の曲線で示されるように、第１の波形７００のＦＦＴ波形（第１の波形ＦＦＴ７５０）が計算される。第１波形ＦＦＴ７５０は、既知のＦＦＴアルゴリズムによって生成されてもよい。
ブロック９０６では、第１のピーク値ａ１が特定される。第１のピーク値ａ１は、第１の波形ＦＦＴ７５０（図３１参照）の第１の最大ピーク７５２の大きさに対応してもよい。図３１は、第１の波形ＦＦＴ７５０の２つの最大ピークを示しているように見えるかもしれないが、多くのＦＦＴアルゴリズムは、複素数データのセットで動作するのとは対照的に、実数データのセットで動作するときに対称的な曲線を生成することが理解されるであろう。したがって、第１の波形ＦＦＴ７５０の単一の第１の最大ピーク７５２を識別するだけで十分である場合がある。図３１に示す具体例では、第１の最大ピーク７５２の第１のピーク値ａ１は、９.０４と計算された。
ブロック９０８では、第２の波形８００が取得される。ブロック９０８における第２の波形８００の取得は、図５のブロック５０８又は図６のブロック６０２と同様の方法で達成されてもよい。ブロック９１０では、図３１の破線の曲線で示されるように、第２の波形８００のＦＦＴ波形（第２の波形ＦＦＴ８５０）が計算される。第２波形ＦＦＴ８５０は、既知のＦＦＴアルゴリズムによって生成されてもよい。
ブロック９１２では、第２のピーク値ａ２が特定される。第２ピーク値ａ２は、第２波形ＦＦＴ８５０（図３１参照）の第２最大ピーク８５２の大きさに対応してもよい。図３１に示す特定の例では、第２の最大ピーク８５２の第２のピーク値ａ２は、１４.０８と計算された。
ブロック９１４では、第１のピーク値ａ１と第２のピーク値ａ２との間の差ｂが、所定の閾値（ＦＦＴ閾値）よりも大きいかどうかが判定される。所定のＦＦＴ閾値は、既知の強固な結合をもつ試料（サンプル）について調べたピーク値の平均的な変動に基づいていてもよい。例えば、校正処理により、既知の強固な結合サンプルのＦＦＴピーク値のばらつきが５％であると判定された場合、所定のＦＦＴ閾値は、この倍数であってもよい。例えば、例示的な実施形態では、所定のＦＦＴ閾値は、ピーク値の１０％、１５％、又は２０％以上であってもよい。
また、例示的な実施形態において、差ｂは、式（１）で与えられるように、第１のピーク値ａ１と第２のピーク値ａ２との間の単純な直線的な差として計算されてもよい。
Figure 2022526837000003
（１）
別の例示的な実施形態では、差ｂは、第１のピーク値ａ１又は第２のピーク値ａ２に基づく差の割合として表されてもよい。例えば、差ｂは、式（２）で与えられてもよい。
Figure 2022526837000004
（２）
なお、式（２）の分母は、第２のピーク値ａ２、あるいは第１のピーク値ａ１と第２のピーク値ａ２の平均値で置き換えてもよい。
ブロック９１４に戻り、第１のピーク値ａ１と第２のピーク値ａ２との間の差ｂが所定のＦＦＴ閾値よりも大きいと判定された場合（ブロック９１４の「はい」）、方法９００はブロック９１８に進み、結合（領域）の境界が存在すると判定される。差分ｂが所定のＦＦＴ閾値よりも大きくないと判定された場合（ブロック９１４の「いいえ」）、方法９００はブロック９１６に進み、結合境界が存在しないと判定される。図３１に示す具体例では、差ｂは５.０４、つまり第１ピーク値ａ１の５５.８％である。所定のＦＦＴ閾値を２０％と仮定すると、これは、第１の波形７００に対応する位置と第２の波形８００に対応する位置との間に結合境界があることを示す。
上述の方法９００では、ＦＦＴ波形のピーク値が比較される。しかし、ＦＦＴ波形の他の特徴も比較されてもよいことが理解されるであろう。例えば、例示的な実施形態では、ピークでの値の代わりに、ＦＦＴ波形の所定のビン（ＦＦＴビン）での値を比較してもよい。あるいは、例示的な実施形態では、ＦＦＴ波形のピークのｘ軸値（すなわち、ピーク位置）を比較してもよい。２つのＦＦＴ波形のピーク位置が所定のビン数以上異なる場合、２つのＦＦＴ波形に対応する点の間に結合境界が存在すると判断してもよい。
図１１～１２は、第１の層と第２の層とを有する物品１００において、強固な結合と弱い結合との間の結合境界を特定するためのシステム２００の例示的な実施形態を示す。図１１に見られるように、システムは、第１レール２１０、第１レールマウント２１２、第２レール２２０、ツールヘッド２２２、超音波トランスデューサ２３２、及びコントローラ２４０を含んでもよい。例示的な実施形態では、システム２００は、マーキング装置２３４をさらに含んでもよい。
第２レール２２０は、第１レールマウント２１２を介して、第１レール２１０に取り付けられてもよい。システムは、第１レールマウント２１２を第１レール２１０に沿ってＹ方向に移動させ、それにより、第２レール２２０が第１レールマウント２１２を介して第１レール２１０に取り付けられていることに起因して、第２レール２２０をＹ方向に移動させる構造の１つ以上の第１レールマウントモータ２１４（図１２参照）をさらに含んでもよい。システム２００は、第１レールマウントモータ２１４に動作可能に結合された第１レールマウントエンコーダ２１６（図１２参照）などの１つ又は複数の位置センサをさらに含んでもよい。第１レールマウントエンコーダ２１６は、第１レール２１０に沿った第１レールマウント２１２のＹ方向の位置を示すエンコーダ信号を出力するように構成されていてもよい。
システム２００は、工具ヘッド２２２を第２レール２２０に沿ってＸ方向に移動させるように構造化された工具ヘッドモータ２２４（図１２参照）をさらに含んでもよい。システム２００は、工具ヘッドモータ２２４に動作可能に結合された工具ヘッドエンコーダ２２６（図１２参照）のような位置センサをさらに含んでもよい。工具ヘッドエンコーダ２２６は、第２レール２２０に沿った工具ヘッド２２２のＸ方向の位置を示すエンコーダ信号を出力するように構成されていてもよい。
言い換えれば、第１レールマウントモータ２１４及び工具ヘッドモータ２２４は、工具ヘッド２２２に動作可能に結合され、物品１００の表面に平行な２次元平面に沿って工具ヘッド２２２を移動させるように構成されたモータシステムの一部であってもよい。第１レールマウントエンコーダ２１６及び工具ヘッドエンコーダ２２６は、モータシステムに動作可能に結合され、工具ヘッド２２２の位置を示すエンコーダ信号を出力するように構成されたエンコーダの例示的な実施形態である。
また、超音波振動子２３２は、工具ヘッド２２２に対して固定的に取り付けられていてもよい。したがって、エンコーダ信号から算出された工具ヘッド２２２の位置に基づいて、超音波振動子２３２の位置が算出されてもよい。さらに、マーキング装置２３４は、工具ヘッド２２２に対して固定された位置で工具ヘッド２２２に取り付けられてもよい。したがって、マーキング装置２３４の位置は、エンコーダ信号から算出された工具ヘッド２２２の位置に基づいて算出されてもよい。マーキング装置２３４は、テストされる物品の表面をマーキングするのに適した任意の装置であってよい。マーキング装置２３４の非限定的な例は、物品１００上の境界位置を物理的にマーキングするためのペン、表面プリンタ、レーザーエッチャー、又は他の適切なマーキングツールを含んでもよい。
図１２に見られるように、コントローラ２４０は、バス２５０を介して、超音波トランスデューサ２３２、第１レールマウントモータ２１４、第１レールマウントエンコーダ２１６、工具ヘッドモータ２１４、工具ヘッドエンコーダ２２６、及びマーキング装置２３４に動作可能に結合されてもよい。あるいは、コントローラは、無線信号、Bluetooth（登録商標）、無線LAN、又は他の適切な無線通信方法を介して、超音波トランスデューサ２３２、第１レールマウントモータ２１４、第１レールマウントエンコーダ２１６、工具ヘッドモータ２１４、工具ヘッドエンコーダ２２６、及びマーキング装置２３４と無線通信するように構成されていてもよい。
図１２にさらに見られるように、コントローラ２４０は、プロセッサ２４０ａ及びメモリ２４０ｂを含んでもよい。コントローラ２４０は、さらに、外部記録媒体２４２に動作可能に結合されてもよい。さらに、本開示の目的のために、コントローラ２４０は、メモリ２４０ｂに動作可能に結合されているとも考えられる。メモリ２４０ｂ及び外部記録媒体２４２は、非一時的なコンピュータ読取可能な記録媒体であってもよい。コントローラ２４０のプロセッサ２４０ａは、メモリ２４０ｂ及び／又は外部記録媒体２４２のいずれかに記憶されたコンピュータ実行可能な命令を実行するように構成されてもよい。
メモリ２４０ｂ及び外部記録媒体２４２は、コンピュータ可読媒体の一例である。コンピュータ可読媒体は、コンピュータによってアクセス可能な任意の利用可能な媒体であり得、揮発性媒体及び不揮発性媒体、取り外し可能な媒体及び取り外し不可能な媒体の両方を含む。限定するものではないが、例として、コンピュータ可読媒体は、コンピュータ記録媒体及び通信媒体を含むことができる。コンピュータ記録媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法又は技術で実装された、揮発性及び不揮発性、取り外し可能及び取り外し不可能な媒体の両方を含んでもよい。コンピュータ記録媒体には、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Read-Only Memory）、フラッシュメモリ又はその他のメモリ技術、ＣＤ－ＲＯＭ（Compact Disk Read-Only Optical Memory）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）又はその他の光ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置又はその他の磁気記憶装置、又は所望の情報を記憶するために使用することができ、コンピュータによってアクセスすることができるその他の媒体が含まれるが、これらに限定されない。通信媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュールなどの１つ以上、及び／又は他のデータを、搬送波などの変調されたデータ信号又は他の輸送機構で具現化したものであり、本開示と一致する任意の既知の情報配信媒体を含むことができる。変調されたデータ信号」とは、信号の中に情報をエンコードするような方法で、その特徴の１つ以上が設定又は変更された信号を意味する。限定するものではないが、例として、通信メディアには、有線ネットワークや直接有線接続などの有線メディア、及び音響、無線周波数（ＲＦ）、赤外線などの無線メディアが含まれる。また、上記のいずれかの組み合わせも、コンピュータ可読媒体の範囲に含まれるものとする。
例示的な実施形態では、コントローラ２４０は、第１レールマウントモータ２１４及びツールヘッドモータ２２４を制御して、変換器２３２を物品１００の表面に沿った複数の位置１６２（図７参照）に移動させるように構成されてもよい。図１１は、変換器２３２が物品１００の外側クラッド層表面１２４に沿って移動されることを示しているが、変換器２３２が物品１００のベース層外側表面１１４に沿って移動されてもよいことも理解されよう。
コントローラ２４０は、複数の位置１６２の各位置１６２について、トランスデューサ２３２とツールヘッド２２２との間の固定された関係に基づいて、第１レールマウントエンコーダ２１６からのエンコーダ信号とツールヘッドエンコーダ２２６からのエンコーダ信号とに基づいて、位置の座標を特定するようにさらに構成されてもよい。例示的な実施形態では、座標は、システム２００に固有の座標系に相対して計算されてもよい。別の例示的な実施形態では、コントローラ２４０は、物品１００の表面に設けられたインデックスマーク１９０を基準にして座標を計算するように構成されてもよい。
コントローラ２４０は、トランスデューサ２３２を制御して物品１００を介して超音波を送信するようにさらに構成されてもよい。トランスデューサ２３２は、クラッド層外面１２４から反射された波、クラッド層１２０とベース層１１０との間の界面から反射された波、及び／又はベース層外面１１４（すなわち、バックウォール）から反射された波など、反射された超音波を受信するように構成されてもよい。コントローラ２４０は、図８に示す第１の波形７００又は図９に示す第２の波形８００のような、トランスデューサ２３２によって受信された反射超音波に基づいて全波の時間領域波形を生成するようにさらに構成されてもよい。例示的な実施形態では、コントローラ２４０は、波形が記録された物品１００の表面上の位置に関連付けられた波形データとして、メモリ２４０ｂ又は記録媒体２４２に波形を記憶してもよい。
コントローラ２４０は、複数の位置１６２のうちの隣接する位置の各組について、その組の第１の位置とその組の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを判定するようにさらに構成されてもよい。例えば、図１０は、第１の位置１７０と第２の位置１７２とからなる隣接する位置の組の例示的な実施形態を示しており、コントローラ２４０は、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間に結合境界があるかどうかを判断するように構成されてもよい。コントローラ２４０は、第１の位置１７０で記録された第１の波形７００の波形特性と、第２の位置１７２で記録された第２の波形８００の波形特性との比較を実行することによって、これを行ってもよい。例示的な実施形態において、コントローラは、図５に記載された方法５００、図６に記載された方法６００、又は図３０に記載された方法９００のいずれかを実施することによって、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間に結合境界があるかどうかを決定してもよい。
制御装置２４０は、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間に結合境界があるとの判定に応答して、第１の位置及び第２の位置の一方又は両方に基づいて境界座標を決定するようにさらに構成されてもよい。例えば、コントローラ２４０は、境界位置の座標を、第１の位置１７０の座標、第２の位置１７２の座標、又は、第１の位置１７０及び第２の位置１７２の両方から算出された座標に設定するように構成されてもよい。例えば、図１０に示す例示的な実施形態では、境界位置１７４の座標は、第１の位置１７０と第２の位置１７２との間の中間点として計算される。
例示的な実施形態では、境界位置１７４の座標がコントローラ２４０によって決定されると、使用者は、テストされる物品１００の表面に境界位置１７４の座標を手動でマークしてもよい。境界位置１７４の座標を囲む領域は、物品１００における弱い結合領域の全範囲を決定するために、手でさらに詳細に試験されてもよい。あるいは、例示的な実施形態では、コントローラ２４０は、境界位置１７４の座標を記憶するように構成されてもよい。例えば、コントローラ２４０は、マーキングツール２３４を制御して、境界座標に対応する点で物品１００の表面をマーキングするように構成されてもよい。マーキングが使用者によって手動で行われても、マーキングツール２３４を介してシステム２００によって自動的に行われても、テストが完了すると、マーキング１２５の集合体は弱い結合領域を示すことができる（図１３参照）。例示的な実施形態では、マーキング１２５によって相殺された小さい領域が弱い結合領域であり、残りの大きい領域が強固な結合に対応していると推定することができる。
例示的な実施形態では、物品１００にマーキングすることの代替として、又はマーキングに加えて、コントローラ２４０は、境界座標をメモリ２４０ｂ又は記録媒体２４２に電子データとして記憶することによって、境界座標を記憶するように構成されてもよい。記憶された境界座標は、物品の後の機械加工に使用されてもよく、例えば、境界座標によって定義された物品１００の部分を切除するように工作機械がプログラムされ、それによって弱い結合領域を切除することができる。さらに、境界座標を電子データとして保存することで、コンピュータディスプレイ上の物品１００の画像に境界位置をマッピングすることができる。別の例示的な実施形態では、弱い結合を有すると識別された物品１００の領域は、可能であれば修復されてもよい。
上記では、システム２００は、第１レールエンコーダ２１６及び工具ヘッドエンコーダ２２６を採用していると説明したが、システム２００は、工具ヘッド２２２の位置を決定するためのエンコーダに限定されないことが理解されるであろう。例えば、フォトグラメトリックセンサやレーザセンサなどの他の位置検出センサを用いてもよい。あるいは、レーザ計測システムで使用するために、工具ヘッド２２２に再帰反射器を配置してもよい。
さらに、システム２００は、ツールヘッド２２２が第１レール２２０及び第２レール２２０に沿って移動されることを参照して上述した。しかし、システム２００は、この実施形態に限定されない。例えば、代替的な実施形態では、ツールヘッド２２２は、物品１００の表面上の必要な位置のそれぞれにツールヘッドを移動させるために、複数の自由度を有する多関節アームに取り付けられてもよい。
図１４～２９は、上述した方法３００、方法４００、方法５００、方法６００、及び方法９００の１つ以上を用いて、強固な結合と識別されたクラッド材の部分と、弱い結合と識別された部分とを示す画像である。図１４～２９では、物品１００は、ステンレス鋼で構成されたベース層１１０と、バビットで構成されたクラッド層１２０とを有している。クラッド層１２０は、爆発溶接によってベース層１１０に接合されている。
図１４～１７は、ベース層接合面１１２及びクラッド層接合面１２２の低倍率の光光学顕微鏡写真である。強固な結合領域のクラッド層接合面１２２に対応する図１４は、コヒーレントなクラッド層接合波１２６を示している。同様に、強固な結合領域のベース層接合面１１２に対応する図１５は、コヒーレントなベース層接合波１１６を示している。これに対して、弱い結合領域のクラッド層結合面１２２に対応する図１６は、インコヒーレントなクラッド層結合波１２８を示し、弱い結合領域のベース層結合面１１２に対応する図１７は、インコヒーレントなベース層結合波１１８を示している。インコヒーレントな結合波１１８、１２８は、弱い結合領域を示している。
図１８～２１は、ベース層接合面１１２及びクラッド層接合面１２２の高倍率光光学顕微鏡写真である。強固な接合領域のクラッド層接合面１２２に対応する図１８と、強固な接合領域のベース層接合面１１２に対応する図１９では、目視できる欠陥はない。これに対して、弱い結合領域のクラッド層接合面１２２に対応する図２０、及び弱い結合領域のベース層接合面１１２に対応する図２１では、弱い結合領域を示す円形の欠陥１３０が見られる。
図２２～２５は、強固な結合領域におけるクラッド層結合表面１２２の領域の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）顕微鏡写真である。図２２～２５における表面の不鮮明な外観及び限定されたマイクロクラックは、強固な結合を示している。対照的に、図２６～２９は、弱い結合領域におけるクラッド層結合表面１１２の領域のＳＥＭ顕微鏡写真である。図２６～２９では、ボイド１４０、著しい割れ１４２、丸みを帯びた及び／又は楕円形の構造１４４、及び重度の角張った特徴１４６によって示される著しい微細空孔（マイクロポロシティ）があり、これらはすべて、弱い結合領域を示していることが分かる。
したがって、図１４～２９を見ると、ここで説明した方法は、強固な結合部から弱い結合部を非破壊で識別することに成功しており、このことはその後、結合面の詳細な検査によって確認された。
本開示は、様々な実施形態、構成、及び側面において、その様々な実施形態、サブコンビネーション、及びサブセットを含む、本明細書に描かれ、説明されているコンポーネント、方法、プロセス、システム、及び／又は装置を含む。本開示は、様々な実施形態、構成、及び側面において、本明細書に描かれていない、及び／又は記載されていないが、当技術分野で周知又は理解され、本開示と一致するような、例えば、コンポーネント又はプロセスの実際の又は任意の使用又は包含を企図している。
本開示の実施形態は、多数の他の汎用又は特殊目的のコンピューティングシステム環境又は構成で動作可能である。本明細書に記載のシステム及び方法で使用するのに適したコンピューティングシステム、環境、及び／又は構成の例としては、パーソナルコンピュータ、サーバーコンピュータ、ハンドヘルド又はラップトップデバイス、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのシステム、セットトップボックス、プログラマブルな家電製品、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、上記のシステム又はデバイスのいずれかを含む分散コンピューティング環境などが挙げられるが、これらに限定されない。
本開示の実施形態は、プログラムモジュールなどのコンピュータ実行可能な命令がコンピュータによって実行されるという一般的な文脈で説明することができる。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクを実行したり、特定の抽象データタイプを実装したりするルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造などを含んでもよい。また、本明細書に記載されているシステム及び方法は、通信ネットワークを介してリンクされている遠隔地の処理装置によってタスクが実行される分散コンピューティング環境においても実施することができる。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、メモリ記憶装置を含むローカル及びリモートのコンピュータ記録媒体の両方に配置されてもよい。プログラム及びモジュールによって実行されるタスクは、以下及び図を用いて説明される。当業者は、例示的な実施形態をプロセッサ実行可能な命令として実装することができ、この命令は、本開示にしたがって、対応するコンピューティング環境において、任意の形態のコンピュータ可読媒体上に記述することができる。
「at least one」、「one or more」、「and／or」という表現は、接続詞と分離詞の両方の動作をするオープンエンドの表現である。例えば、"at least one of A, B and C; " "at least one of A, B, or C; " "one or more of A, B, and C; " "one or more of A, B, or C; " and "A, B, and／or C "の各表現は、A単独、B単独、C単独、AとBが一緒、AとCが一緒、BとCが一緒、又はA, B, and Cが一緒を意味する。
本明細書及びそれに続く請求項では、以下の意味を持つ多くの用語が参照される。「ａ」（又は「ａｎ」）及び「ｔｈｅ」という用語は、文脈が明らかに他を指示しない限り、その実体の１つ又は複数を表現し、それによって複数の表現を含む。そのため、「ａ」（又は「ａｎ」）、「１つ以上」及び「少なくとも１つ」という用語は、本明細書で互換的に使用することができる。さらに、「１つの実施形態」、「いくつかの実施形態」、「１つの実施形態」などへの言及は、記載された特徴をも組み込んだ追加の実施形態の存在を排除すると解釈されることを意図したものではない。本明細書及び特許請求の範囲で使用されている近似表現は、関連する基本的な機能に変化をもたらすことなく許容的に変化する可能性があるあらゆる定量的表現を修正するために適用することができる。したがって、「約」などの用語で修正された値は、指定された正確な値に限定されない。場合によっては、近似的な表現が、その値を測定するための機器の精度に対応することもある。「第１」、「第２」、「上」、「下」などの用語は、１つの要素を他の要素から識別するために使用され、特に指定がない限り、要素の特定の順序又は数を意味しない。
本明細書では、「かもしれない（may）」及び「たぶん（may be）」という用語は、一連の状況における発生の可能性、特定の特性、特徴、又は機能の保有、及び/又は、修飾された動詞に関連する能力、能力、又は可能性の１つ以上を表現することによって、他の動詞を修飾することを示す。したがって、「かもしれない（may）」及び「たぶん（may be）」の使用は、修正された用語が、ある状況では修正された用語が時に適切ではないかもしれないことを考慮しつつ、示された能力、機能、又は使用法に対して見かけ上、適切、有能、又は適していることを示している。例えば、ある状況下ではある事象や能力が期待できるが、別の状況下ではその事象や能力が発生することはなく、この区別が「かもしれない（may）」及び「たぶん（may be）」という用語で表現されている。
特許請求の範囲で使用されている「含む」という単語とその文法上の変形は、論理的には、例えば、「"本質的に構成されている（consisting essentially of）」や「構成されている（consist of）」など、様々な範囲のフレーズを含むが、これらに限定されない。必要に応じて、範囲が提供されており、それらの範囲は、その間のすべてのサブ範囲を含む。本開示が特定の実施形態における特定の範囲の使用を明確にしている場合を除き、添付の特許請求の範囲が範囲の変化をカバーすることが期待される。
本明細書で使用されている「決定する（determines）」、「計算する（calculate）」、「計算する（compute）」、及びそれらのバリエーションは、互換的に使用されており、あらゆるタイプの方法論、プロセス、数学的操作、又は技術を含む。
本開示は、例示及び説明の目的で提示されている。本開示は、本明細書に開示された形態に限定されるものではない。本開示の詳細な説明では、例えば、いくつかの例示的な実施形態の様々な特徴は、本開示にすべての潜在的な実施形態、変形、及び特徴の組み合わせの説明を含めることが実行不可能である程度に、それら及び他の企図された実施形態、構成、及び側面を代表的に説明するためにまとめられている。したがって、開示された実施形態、構成、及び側面の特徴は、上で明示的に議論されていない代替の実施形態、構成、及び側面において組み合わせられてもよい。例えば、以下の請求項に記載されている特徴は、単一の開示された実施形態、構成、又は側面のすべての特徴よりも少ないものである。したがって、以下の請求項は、各請求項が本開示の別個の実施形態として独立している状態で、本詳細説明に組み込まれる。
科学技術の進歩により、本開示の用語では必ずしも表現されていないバリエーションが提供される可能性があるが、特許請求の範囲ではこれらのバリエーションが必ずしも排除されることはない。

Claims (20)

  1. 第１の層と第２の層を有する物品において、強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定する方法であって、
    前記物品の表面上の複数の位置を決定するステップと
    前記複数の位置のそれぞれについて、前記物品から反射された超音波の全波の時間領域波形を取得するステップと
    複数の位置のうち、隣接する位置のペアごとに
    第１の位置で発生した第１の波形の波形特性と第２の位置で発生した第２の波形の波形特性の比較に基づいて、一対の隣接する位置の第１の位置と一対の隣接する位置の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを判断するステップと
    前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合の境界があると判定されたことに応答して、前記第１の位置及び前記第２の位置の一方又は両方に基づいて境界位置を決定し、前記境界位置を記憶するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記全波の時間領域波形を取得するステップは、
    変換器を介して物品に超音波を照射する工程と
    振動子で反射した超音波を受信するステップと
    前記反射した超音波に基づいて、全波の時間領域の波形を生成するステップと
    を含む、請求項１記載の方法。
  3. 前記全波及び時間領域波形を取得するステップは、
    前記全波及び時間領域の波形に対応する波形データを記録媒体から取得するステップ
    を含む、請求項１記載の方法。
  4. 前記第１の波形及び前記第２の波形について、所定のｘ軸範囲で波形特性を評価するステップと
    前記所定のｘ軸方向の範囲は、前記第１の層の材料を通る音波の速度と前記第１の層の厚さに基づいている、請求項１記載の方法。
  5. 前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合の境界があるかどうかを判定することが、以下のように構成される。
    前記第１の波形の第１のピークの数をカウントするステップと
    前記第１の波形の第１の谷の数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２のピークの数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２の谷の数をカウントするステップと
    前記第１のピークの数が前記第２のピークの数と等しく、前記第１の谷の数が前記第２の谷の数と等しいことに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界が存在しないと判定するステップと
    前記第１のピークの数が前記第２のピークの数と不一致であること、又は前記第１の谷の数が前記第２の谷の数と不一致であることに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があると判定すること
    を含む請求項１記載の方法。
  6. 前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合の境界があるかどうかを判定することが、以下のように構成される。
    前記第１の波形の第１のピークの数をカウントするステップと
    前記第１の波形の第１の谷の数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２のピークの数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２の谷の数をカウントするステップと
    第１のピークの数と第１の谷の数との第１の合計が、第２のピークの数と第２の谷の数の第２の合計に等しいことに応答して、第１の位置と第２の位置の間に結合境界がないと判定するステップと
    前記第１の和が前記第２の和と等しくないことに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があると判定すること。
    を含む請求項１記載の方法。
  7. 前記境界位置を記憶することは、前記境界位置に対応する位置で前記物品の表面にマーキングすることからなる請求項１記載の方法。
  8. 前記境界位置を記憶することは、前記境界位置の座標を記録媒体に保存することを含むことを特徴とする方法請求項１記載の方法。
  9. 前記第１の波形の波形特性は、前記第１の波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した波形特性であり、前記第２の波形の波形特性は、前記第２の波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）した波形特性であることを特徴とする請求項１記載の方法。
  10. 前記物品は被覆された物品であり
    第１の層は、第１の金属又は第１の金属合金で構成され
    第２層は、第２の金属又は第２の金属合金で構成されている
    請求項１記載の方法。
  11. 第１の層が第２の層に固相溶接されている請求項１０記載の方法。
  12. 第１の層が第２の層に爆発溶接されている請求項１１記載の方法。
  13. 第１の層と第２の層を有する物品において、強固な結合と弱い結合の間の結合境界を特定するシステムであって、
    ツールヘッドと、
    前記ツールヘッドに対して固定された位置に取り付けられた超音波トランスデューサと
    前記ツールヘッドに動作可能に結合され、前記ツールヘッドを前記物品の表面に平行な２次元平面に沿って移動させるように構成されたモータシステムと
    前記工具ヘッドの位置を示す位置信号を出力するように構成された位置センサと
    前記超音波トランスデューサ、前記モータシステム、及び前記位置センサに動作可能に結合されたコントローラであって、
    前記コントローラは、
    前記変換器を前記物品の表面に沿った複数の位置に移動させるように前記モータシステムを制御するステップと
    複数の位置の各位置に対して前記位置信号に基づいて、前記位置の座標を特定するステップと
    変換器を制御して物品に超音波を照射するステップと
    トランスデューサで受信した反射超音波に基づいて、全波の時間領域の波形を生成するステップと
    前記複数の位置のうち、隣接する位置のペアごとに第１の位置で生成された第１の波形の波形特性と第２の位置で生成された第２の波形の波形特性の比較に基づいて、一対の隣接する位置の第１の位置と一対の隣接する位置の第２の位置との間に結合境界があるかどうかを判断するステップと
    前記結合境界があるとの判定に応答して、第１の位置及び第２の位置の一方又は両方に基づいて境界座標を決定するステップと
    を実行するように構成されているコントローラである、
    システム。
  14. 前記コントローラに動作可能に結合された記録媒体をさらに備え、
    前記コントローラが、結合境界があるとの判定に応答して、前記境界座標を前記記録媒体に記憶することにより、前記境界座標を記憶するように構成されている
    請求項１３記載のシステム。
  15. ツールヘッドに取り付けられ、コントローラに動作可能に結合されたマーキングツールをさらに備え、
    前記制御装置が、前記結合境界があるとの判定に応答して、前記境界座標で前記物品の表面にマーキングするように前記マーキングツールを制御することにより、前記境界座標を記憶するように構成されていることを特徴とする
    請求項１３記載のシステム。
  16. 前記コントローラは、前記第１の波形及び前記第２の波形について、前記波形特性が所定のｘ軸範囲で評価されるように構成されており、かつ
    前記所定のｘ軸方向の範囲は、前記第１の層の材料を通る音波の速度と前記第１の層の厚さに基づいている
    請求項１３記載のシステム。
  17. 前記コントローラは、
    前記第１の波形の第１のピークの数をカウントするステップと
    前記第１の波形の第１の谷の数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２のピークの数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２の谷の数をカウントするステップと
    前記第１のピークの数が前記第２のピークの数と等しく、前記第１の谷の数が前記第２の谷の数と等しいことに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界が存在しないと判定するステップと
    前記第１のピークの数が前記第２のピークの数と不一致であること、又は前記第１の谷の数が前記第２の谷の数と不一致であることに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があると判定するステップと
    により、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があるか否かを判定するように構成される請求項１３記載のシステム。
  18. 前記コントローラは、
    前記第１の波形の第１のピークの数をカウントするステップと
    前記第１の波形の第１の谷の数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２のピークの数をカウントするステップと
    前記第２の波形の第２の谷の数をカウントするステップと
    第１のピークの数と第１の谷の数の第１の合計が、第２のピークの数と第２の谷の数の第２の合計に等しいことに応答して、第１の位置と第２の位置の間に結合境界がないと判定するステップと
    前記第１の和が前記第２の和と等しくないことに応答して、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があると判定するステップと
    により、前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合境界があるか否かを判定するように構成されていることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
  19. 前記第１の波形の波形特性は、前記第１の波形の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の波形特性であり、
    前記第２の波形の波形特性は、前記第２の波形のＦＦＴの波形特性であることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
  20. 非一時的なコンピュータ可読記録媒体であって、コンピュータに読み込まれることにより、
    第１の層と第２の層を含む物品の表面の第１の位置に、
    トランスデューサを介して物品に超音波を送信し、前記トランスデューサで受信した反射超音波に基づいて全波の時間領域の波形を生成することによって生成される第１の波形を取得するステップと
    前記物品の表面上の第２の位置に、
    前記トランスデューサを介して前記物品に超音波を送信し、前記トランスデューサで受信した反射超音波に基づいて全波の時間領域波形を生成することによって生成される第２の波形を取得するステップと
    前記第１の位置で発生した前記第１の波形の波形特性と前記第２の位置で発生した前記第２の波形の波形特性の比較に基づいて、一対の隣接する位置の前記第１の位置と一対の隣接する位置の前記第２の位置との間に結合境界があるかどうかを判断するステップと
    前記第１の位置と前記第２の位置との間に結合の境界があると判定されたことに応答して、前記第１の位置及び前記第２の位置の一方又は両方に基づいて境界位置を決定し、前記境界位置を記憶するステップと
    を実行させるためのコンピュータ実行可能な命令を含む、コンピュータ可読記録媒体。
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