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 PDFInfo
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Abstract
Description
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
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
(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。
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。
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。
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。
Claims (20)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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