KR20210143936A - 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법 및 시스템 - Google Patents

다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법 및 시스템 Download PDF

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앤드류 루민스키
커티스 에르윈 프로쓰
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디엠씨 글로벌 아이엔씨.
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Abstract

다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법은 상기 물품의 표면 상의 복수의 위치들을 결정하는 단계; 상기 복수의 위치들의 각 위치에 대해, 상기 물품으로부터 반사된 초음파의 전파(full-wave), 시간 도메인 파형(time domain waveform)을 획득하는 단계; 및 상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제2 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하는 단계; 및 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치에 기초하여 경계 위치를 결정하고 상기 경계 위치를 기억하는(memorializing) 단계를 포함할 수 있다.

Description

다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법 및 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 4월 17일에 출원된 미국 가출원 62/834,987의 이익을 주장하며, 그 전체 내용은 여기에 참조로 포함된다.
산업 및 상업에서 사용되는 많은 물품들에는 금속 상의 플라스틱 코팅, 금속 상의 고무 코팅, 금속 상의 에폭시 코팅, 유리 상의 플라스틱 코팅, 또는 클래드된(또는, 피복된)(cladded) 금속 부품과 같은 다층 부품 또는 재료가 포함될 수 있다. 다층 부품 또는 재료의 품질에서 중요한 고려 사항은 다층 부품 또는 재료의 층들 간의 결합(또는, 접착) 강도(bond strength)이다. 예를 들어, 폭발적으로 용접된 금속과 같은 피복된 금속 물품들(또는, 제품들)(cladded metal articles)의 분야에서 한 가지 일반적인 표준은 용접된 물품이 제곱인치당 최소 20 킬로파운드(kilopounds per square inch, ksi)의 전단 강도(shear strength)를 가져야 한다는 것이다.
결합(또는, 접착) 실패, 즉, 층들 간의 결합 부족, 또는 층들 간의 약한 결합은 다층 부품 또는 재료로 만들어진 물품의 안전성이나 유용성에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 결합들이 약하거나 결함이 있으면 부품이 더 빨리 마모되어 사용자의 유지 보수 및 교체 비용이 증가할 수 있다. 또한, 다층 부품이나 물품의 결합이 약하거나 결함이 있으면 기계에 손상을 입히거나 사용자에게 부상을 입히는 치명적인 고장이 발생할 수 있다.
따라서, 다층 부품이나 재료를 사용하기 전에 결합의 품질을 테스트하는 것이 도움이 된다. 초음파 검사와 같은 비파괴 검사 방법은 다층 부품 또는 재료 제조의 품질 관리에 사용될 수 있다. 초음파 검사의 파형을 분석하여 정상적인 결합 영역들(sound bond regions)과 결함이 있는 결합 영역들 사이의 경계들을 식별하고 표시할 수 있다. 결함이 있는 결합 영역들은 가능한 경우 수리되거나 물품에서 절제되어 폐기될 수 있다.
기존의 비파괴 검사 기술들은 결합 실패 영역들 또는 층들 간의 결합 부족을 식별할 수 있지만, 기존 기술들은 약한 결합 영역들을 식별하는 데 어려움이 있다. 따라서, 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 보다 확실하게 식별할 수 있는 방법 및 시스템을 개발하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 특정 실시예들의 목적은 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 보다 확실하게 식별할 수 있는 방법 및 시스템을 제공하는 것이다.
제1 층 및 제2 층을 갖는 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법의 예시적인 실시예는 상기 물품의 표면 상의 복수의 위치들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 방법은 상기 복수의 위치들의 각 위치에 대해, 상기 물품으로부터 반사된 초음파의 전파, 시간 도메인 파형을 획득하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제2 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 방법은, 상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 그리고 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 위치를 결정하고 상기 경계 위치를 기억하는(memorializing) 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 층과 제2 층을 갖는 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하기 위한 시스템의 예시적인 실시예는 툴 헤드(tool head), 고정된 위치에서 상기 툴 헤드에 장착된 초음파 변환기, 상기 툴 헤드에 작동 가능하게(operably) 결합되고 상기 물품의 표면에 평행한 2차원 평면을 따라 상기 툴 헤드를 이동시키도록 구조화된 모터 시스템, 상기 툴 헤드의 위치를 나타내는 위치 신호를 출력하도록 구성된 위치 센서, 및 상기 초음파 변환기, 상기 모터 시스템, 및 상기 위치 센서에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 변환기를 상기 물품의 표면을 따라 복수의 위치들로 이동시키도록 상기 모터 시스템을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 복수의 위치들의 각 위치에 대해, 상기 위치 신호에 기초하여 상기 위치의 좌표를 식별하고, 상기 물품을 통해 초음파를 전송하도록 상기 변환기를 제어하고, 상기 변환기에 의해 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성하도록 더 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하도록 더 구성될 수 있다. 상기 컨트롤러는 상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 좌표를 결정하도록 더 구성될 수 있다.
비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체의 예시적인 실시예는 컴퓨터에 의해 실행될 때, 상기 컴퓨터로 하여금 제1 층 및 제2 층을 포함하는 물품의 표면 상의 제1 위치와 관련된 제1 파형을 획득하게 하는 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있다. 상기 제1 파형은 변환기를 통해 상기 물품을 통해 초음파를 전송하고 상기 변환기에서 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성함으로써 생성될 수 있다. 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 상기 컴퓨터로 하여금 상기 물품의 상기 표면 상의 제2 위치와 관련된 제2 파형을 획득하게 할 수 있다. 상기 제2 파형은 변환기를 통해 상기 물품을 통해 초음파를 전송하고 상기 변환기에서 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성함으로써 생성될 수 있다. 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 상기 컴퓨터로 하여금 제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제2 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하고, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 위치를 결정하고 상기 경계 위치를 기억하게 할 수 있다.
본 명세서에 설명된 실시예들에 따르면, 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 보다 확실하게 식별할 수 있는 방법 및 시스템을 제공할 수 있다.
첨부된 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 구체적인 설명이 제공될 것이다. 이들 도면은 예시적인 실시예를 도시하고 본 개시의 범위를 제한하지 않는다는 것을 이해하고, 예시적인 실시예는 다음과 같은 첨부 도면의 사용을 통해 추가적인 구체성(specificity)과 상세성(detail)으로 묘사되고 설명될 것이다:
도 1은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 개략도이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 분해 개략도이다.
도 3은 예시적인 실시예에 따른 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 예시적인 실시예에 따른 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하는 방법의 흐름도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 파형의 특성을 비교하여 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 6은 예시적인 실시예에 따른 파형의 특성을 비교하여 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 7은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 표면의 개략도이다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 초음파 파형의 개략도이다.
도 9는 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 초음파 파형의 개략도이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 표면의 개략도이다.
도 11은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 다층 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하기 위한 시스템의 개략적인 블록도이다.
도 13은 예시적인 실시예에 따른 다층 물품의 표면의 개략도이다.
도 14는 예시적인 실시예에 따른 클래드된(또는, 피복된)(cladded) 물품의 클래드층(clad layer)의 결합면(또는, 접합면)의 저배율 광학 현미경사진(low magnification light optical micrograph)이다.
도 15는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 베이스층의 결합면의 저배율 광학 현미경사진이다.
도 16은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 저배율 광학 현미경사진이다.
도 17은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 베이스층의 결합면의 저배율 광학 현미경사진이다.
도 18은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 고배율 광학 현미경사진(high magnification light optical micrograph)이다.
도 19는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 베이스층의 결합면의 고배율 광학 현미경사진이다.
도 20은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 고배율 광학 현미경사진이다.
도 21은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 베이스층의 결합면의 고배율 광학 현미경사진이다.
도 22는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진(scanning electron microscope micrograph)이다.
도 23은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 24는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 25는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 26은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 27은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 28은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 29는 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 클래드층의 결합면의 주사 전자 현미경 현미경사진이다.
도 30은 예시적인 실시예에 따른 파형의 특성을 비교하여 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 판단하는 방법의 흐름도이다.
도 31은 예시적인 실시예에 따른 클래드된 물품의 초음파 파형의 고속 푸리에 변환을 비교한 그래프이다.
예시적인 실시예의 다양한 특징, 측면 및 이점은 도면 및 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호가 동일한 구성 요소를 나타내는 첨부 도면과 함께 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다. 다양한 설명된 특징은 도면에서 반드시 축척(scale)에 맞게 그려지지는 않지만 일부 실시예와 관련된 특정 특징을 강조하기 위해 그려진다.
여기에서 사용된 표제는 조직적 목적만을 위한 것이며 본 개시 또는 청구범위의 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우 도면에 공통적인 유사한 요소를 지정하기 위해 참조 번호가 사용되었다.
이제 다양한 실시예를 상세히 참조할 것이다. 각 예는 설명을 위해 제공되며 제한을 의미하지 않으며 모든 가능한 실시예의 정의를 구성하지 않는다.
도 1은 복수의 층들을 갖는 물품(100)의 예시적인 실시예를 도시한다. 물품(100)은 베이스층(base layer)(110) 및 베이스층(110)에 결합되는(또는, 접합되는) 클래드층(clad layer)(120)을 포함할 수 있다. 물품은 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 계면(interface)(105)을 포함할 수 있으며, 이는 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 결합(또는, 접합)(bond)에 대응할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 물품(100)은 클래드된 금속 물품(cladded metal article)일 수 있다. 베이스층(110)은 스테인리스강, 탄소강, 티타늄, 니켈, 알루미늄 또는 이들 물질을 포함하는 합금과 같은 물질로 형성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 클래드층(120)은 알루미늄, 강철, 티타늄, 지르코늄, 구리, 은, 탄탈륨과 같은 물질, 또는 이들 물질 중 임의의 것을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다. 그러나, 베이스층(110) 및 클래드층(120)은 이들 물질에 한정되지 않고, 특정 응용의 요구 사항에 따라 다른 물질이 사용될 수 있음이 이해될 것이다. 클래드층(120)은 베이스층(110)에 고체 상태 용접 방식(solid-state welding method)으로 접합될 수 있고, 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이에 계면(105)을 형성할 수 있다. 계면(105)은 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 영역일 수 있으며, 클래드층(120)과 베이스층(110) 각각의 원자들은 서로 확산된다.
고체 상태 용접은 브레이징 용가재(brazing filler metal)를 추가하지 않고 연결되는 베이스 물질의 융점(melting point) 미만의 온도에서 구조적 요소들 사이의 접합/용접을 생산하는 용접 공정 그룹을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 고체 상태 용접은 (i) 액체 또는 증기 상을 통해 구조적 요소들의 일부를 넣지 않고, (ii) 압력을 사용하고, (iii) 온도의 도움을 받거나 받지 않는 접합/용접 공정으로 설명될 수 있다. 고체 상태 용접은 베이스 물질의 상당한 변형(appreciable deformation) 및 고체 상태 확산과 함께 광범위한 압력 및 온도에서 수행된다. 고체 상태 용접 공정에는 냉간 용접, 확산 용접, 폭발 용접, 단조 용접, 마찰 용접, 열간 압력 용접, 롤 용접 및 초음파 용접을 포함한다.
예시적인 실시예에서, 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 고체 상태 용접은 폭발 용접일 수 있다. 폭발 용접(explosion welding, "EXW")은 제어된 폭발을 사용하여 이종 금속들(dissimilar metals)을 고품질의 야금학적 접합 조인트(metallurgically bonded joint)에 강제로 적용하는 고체 상태 용접 기술이다. 이종 금속들 사이의 전이 조인트(transition joint)는 기계적 강도가 높고, 초고진공 타이트(ultra-high vacuum tight)이며 급격한 열 변동(drastic thermal excursions)을 견딜 수 있다. EXW는 폭발물을 사용하여 구성 요소들 중 하나를 매우 빠른 속도로 가속하여 수행된 두 금속을 함께 용접하거나 클래딩하는(또는, 피복하는) 고체상 공정이다. 두 구성 요소들이 항상 고체 상태의 물질이기 때문에 이 공정은 고체상이다.
물품(100)이 고체 상태 용접된 물품, 보다 구체적으로 폭발적으로 용접된 물품으로서 위에서 설명되었지만, 본 명세서에서 기술된 실시예는 또한 전통적으로 용접된 금속, 금속층 및 비금속층을 갖는 물품들, 및 2개의 비금속층들을 갖는 물품들과 같은 다른 유형의 물품들에 적용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 2는 물품(100)의 분해도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 베이스층(110)은 베이스층 결합면(또는, 베이스층 접합면)(112) 및 베이스층 외면(114)을 포함할 수 있다. 또한, 클래드층(120)은 클래드층 결합면(또는, 클래드층 접합면)(122) 및 클래드층 외면(124)을 포함할 수 있다. 베이스층(110) 및 클래드층(120)이 함께 접합될 때, 베이스층 외면(114) 및 클래드층 외면(124) 중 어느 하나는 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해 물품(100)의 표면으로 간주될 수 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 물품(100)에서 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 정상적인 결합과 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 약한 결합 사이의 경계를 식별하는 방법(300)의 예시적인 실시예를 도시한다. "경계(boundary)"라는 용어는 x-y 평면(도 7 참조)에서 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면이 정상적인 결합에서 약한 결합으로 전이되는 위치를 의미할 수 있다. 블록(302)에서, 총 n개의 위치들이 물품(100)의 표면 상에서 식별되며, n은 2 이상의 정수이다. 도 7은 복수의 위치들(162)이 물품(100)의 클래드층 외면(124) 상의 테스트 영역(160) 내에서 식별된 예시적인 실시예를 도시한다. 도 7은 클래드층 외면(124) 상에 배열된 위치들(162)을 도시하지만, 위치들(162)은 대안적인 예시적인 실시예에서 베이스층 외면(114) 상에서 식별될 수 있다. 위치들(162)은 각 위치(162) 사이에 일정한 간격으로 배열될 수 있거나, 위치(162) 사이에 가변 간격(varying interval)이 있을 수 있다. 추가로, 예시적인 실시예에서, 물품(100)의 서브세트(subset)를 테스트할 필요만 있을 수 있고, 위치들(162)은 도 7에 도시된 바와 같이 테스트 영역(160)에서만 식별될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 물품(100)의 전체를 테스트하는 것이 바람직할 수 있고, 위치들(162)은 전체 클래드층 외면(124)에 걸쳐 식별될 수 있다.
도 3으로 돌아가서, 블록(304)에서, 파라미터 i는 1과 동일하게 설정된다. 블록(306)에서, 복수의 위치들(162) 중 i번째 위치(162)에 대응하는 i번째 파형이 획득된다. i번째 파형은 i번째 위치에서 반사된 초음파의 세기(intensity)의 시간 도메인 파형(time domain waveform)일 수 있다. 예시적인 실시예에서, i번째 파형은 전파 파형일 수 있다. 전파 파형은 반사된 초음파의 정류되지 않은 파형으로, 양의 진폭과 음의 진폭을 모두 보여준다. 도 8에 도시된 제1 파형(700) 및 도 9에 도시된 제2 파형(800)은 전파, 시간 도메인 파형의 예시적인 실시예이다. i번째 파형을 획득하는 것은 디지털 스토리지로부터 파형을 검색하거나 초음파 변환기를 사용하여 실시간 파형(real-time waveform)을 획득하는 것을 포함할 수 있다. 변환기(transducer)는 휴대형일 수도 있고 자동화 시스템에 장착될 수도 있다. 아래의 표 1은 사용될 수 있는 변환기들의 유형들의 예시적인 실시예뿐만 아니라 변환기들과 관련된 파라미터들의 예시적인 실시예를 식별한다.
표 1: 변환기들 및 관련된 파라미터들의 예시적인 실시예
파라미터들 1” 단일 변환기 0.5” 단일 변환기,
풀 웨이브		 0.5” 단일 변환기, 정류파 0.25” 지연 팁
변환기,
0.415'' 폴리메틸메타크릴레이트
에너지(V) 100 100 100 100
습기(Damp)(Ω) 50 50 50 50
주파수(MHz) 2.25 5 5 5
필터(MHz) 1.5 - 8.5 5 - 15 5 - 15 5 - 15
속도(in/μs) 0.2400 0.2400 0.2400 0.2400
제로(Zero)(μs) 0.881 0.881 0.881 0.881
범위(inch) 1.00 1.00 1.00 1.092
지연(inch) 0.00 0.00 0.00 1.087
표 1에 열거된 변환기들 및 파라미터들은 예시일 뿐이며, 다른 유형들의 변환기들 및/또는 언급된 파라미터들에 대한 값들이 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도 3의 블록(308)에서, (i+1)번째 파형이 획득된다(또는, 얻어진다). i번째 파형과 유사하게, (i+1)번째 파형을 획득하는 것은 디지털 스토리지로부터 파형을 검색하거나 초음파 변환기를 사용하여 라이브 파형(live waveform)을 획득하는 것을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, i번째 파형과 (i+1)번째 파형은 동일한 변환기를 사용하여 획득될 수 있다. 예를 들어, 변환기는 i번째 위치로 이동하여 i번째 파형을 얻은 다음, (i+1)번째 위치로 이동하여 (i+1)번째 파형을 얻을 수 있다. 변환기는 각 위치로 이산적으로(discretely) 이동되거나 각 위치를 통해(또는, 관통하여) 연속적으로 이동하고 이동하는 동안 파형을 얻을 수 있다.
블록(310)에서, i번째 파형은 (i+1)번째 파형과 비교되고, 블록(312)에서, 블록(310)에서 수행된 비교가 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 정상적인 결합과, 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 약한 결합 사이의 경계를 나타내는지 여부가 결정된다(도 1-2 참조). 블록(310)에서의 비교 및 블록(312)에서의 결정에 관한 추가 세부사항은 여기에서 상세히 설명될 것이다. 비교가 결합 경계를 나타내면(즉, 블록(312)에서 "예"), 방법(300)은 블록(314)으로 진행한다. 비교가 결합 경계를 나타내지 않으면(즉, 블록(312)에서 "아니오"), 방법(300)은 블록(316)으로 진행한다.
블록(314)에서, 결합 경계의 위치는 i번째 위치 및 (i+1)번째 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 결정된다. 예를 들어, 도 10은 좌표 x1, y1를 갖는 제1 위치(170) 및 좌표 x2, y2를 갖는 제2 위치(172)의 예를 도시한다. 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 경계 위치(174)는 좌표 xb, yb를 가질 수 있다. 경계 위치(174)의 x-좌표 xb는 [x1, x2] 범위(끝점 포함)에 속할 수 있고, 경계 위치(174)의 y-좌표 yb는 [y1, y2] 범위(끝점 포함)에 속할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 경계 위치(174)의 좌표는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 중간점으로 설정될 수 있다. 대안적으로, 사용자의 선호도 및 요구에 따라, 경계 위치(174)의 좌표는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이 및 이를 포함하는 임의의 위치에 설정될 수 있다.
블록(315)에서, 경계 위치가 기억된다. 예시적인 실시예에서, 기억(memorialization)은 수동(manual)일 수 있다. 예를 들어, 변환기로 물품(100)(도 1-2 참조)을 검사하는 사용자는 파형의 비교가 결합 경계를 나타낼 때 필기 도구, 휴대용 표면 프린터 또는 다른 적절한 마킹 툴(marking tool)로 클래드층 외면(124)을 표시할 수 있다. 대안적으로, 자동화 시스템이 사용되는 경우, 시스템은 필기 도구, 표면 프린터, 레이저 에칭기, 또는 물품(100)의 경계 위치를 물리적으로 마킹하기 위한 다른 적절한 마킹 툴을 포함할 수 있다. 대안적으로, 경계 위치의 기억은 경계 위치의 좌표를 저장 매체에 데이터로서 전자적으로 저장하는 것을 포함할 수 있다.
블록(316)에서, 파라미터 i가 값 n-1과 동일한지 여부가 결정된다. i가 n-1이면(블록(316)에서 "예"), 방법(300)은 방법이 종료되는 블록(320)으로 진행한다. i가 n-1과 같지 않으면(블록(316)에서 "아니오"), 방법(300)은 i가 1만큼 증가하는 블록(318)으로 진행한다. 그 다음, 방법(300)은 블록(306)으로 돌아간다.
도 4는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 물품(100)에서 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 정상적인 결합과 베이스층(110)과 클래드층(120) 사이의 약한 결합 사이의 경계를 식별하는 방법(400)의 다른 예시적인 실시예를 도시한다. 본 명세서에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 방법(400)은 모든 위치들(162)에서 파형을 획득한 다음, 파형을 순환하여 비교한다. 이것은 경계 위치들이 나중에 계산될 수 있고 테스트 중인 물품의 식별 정보(일련 번호(serial number) 또는 배치 번호(batch number)와 같은)에 연결될 수 있기 때문에, 저장 매체에 파형을 전자적으로 저장할 수 있는 자동화 시스템을 사용할 때 유용할 수 있다. 이것은 파형을 비교하고 물품의 경계 위치들을 물리적으로 표시하는 데 필요한 시간을 제거함으로써 자동화 시스템의 더 높은 처리량을 용이하게 한다.
블록(402)에서, 총 n개의 위치들이 물품(100)의 표면 상에서 식별되며, n은 2 이상의 정수이다. 블록(404)에서, 파라미터 i는 1과 동일하게 설정된다. 블록(406)에서, 표 1에 기술된 변환기들 중 하나 또는 다른 적절한 변환기와 같은 변환기는 n개의 위치들의 i번째 위치로 이동된다. 블록(408)에서, 초음파는 변환기를 통해(via) 물품(100)을 통해(through) 전송된다. 블록(410)에서, 반사된 초음파는 i번째 위치의 변환기에서 수신된다. 블록(412)에서, i번째 위치에 대응하는 i번째 파형이 획득된다. i번째 파형은 i번째 위치에서 반사된 초음파의 세기(intensity)의 시간 도메인 파형(time domain waveform)일 수 있다. 블록(412)에서 i번째 파형을 생성하는 것의 일부로서, i번째 파형은 저장 매체에 데이터로서 전자적으로 저장될 수 있다.
블록(414)에서, 파라미터 i가 n과 동일한지 여부가 결정된다. 파라미터 i가 n과 동일하지 않은 경우(블록(414)에서 "아니오"), 방법(400)은 블록(416)으로 진행한다. 블록(416)에서, 파라미터 i는 1만큼 증가하고, 방법(400)은 블록(406)으로 돌아간다. 파라미터 i가 n과 같으면(블록(414)에서 "예"), 방법(400)은 블록(418)으로 진행한다.
블록(418)에서, 파라미터 i는 1로 재설정된다. 블록(420)에서, i번째 파형은 (i+1)번째 파형과 비교된다. 블록(420)의 일부로서, i번째 파형 및 (i+1)번째 파형은 전자식 스토리지(electronic storage)로부터 검색될 필요가 있을 수 있다. 블록(422)에서, 블록(420)에서 수행된 비교가 결합 경계를 나타내는지 여부가 결정된다. 블록(420)에서의 비교 및 블록(422)에서의 결정에 관한 추가 세부사항은 여기에서 상세히 설명될 것이다. 비교가 결합 경계를 나타내면(즉, 블록(422)에서 "예"), 방법(400)은 블록(424)으로 진행한다. 비교가 결합 경계를 나타내지 않으면(즉, 블록(422)에서 "아니오"), 방법(400)은 블록(426)으로 진행한다.
블록(424)에서 결합 경계의 경계 위치가 결정된다. 결합 경계의 결정은 도 3의 블록(314)과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 방법과 유사하다. 블록(425)에서, 경계 위치가 기억된다. 결합 경계의 기억은 도 3의 블록(315)과 관련하여 위에서 설명된 바와 같은 방법과 유사하다.
블록(426)에서, 파라미터 i가 값 n-1과 동일한지 여부가 결정된다. i가 n-1과 같으면(블록(426)에서 "예"), 방법(400)은 방법(400)이 종료되는 블록(430)으로 진행한다. i가 n-1과 같지 않으면(블록(426)에서 "아니오"), 방법(400)은 i가 1만큼 증가하는 블록(428)로 진행한다. 방법(400)은 다음 파형 쌍(next pair of waveforms)이 비교되는 블록(420)으로 돌아간다.
도 5는 파형의 특성을 비교하고 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 결정하는 방법(500)의 예시적인 실시예를 도시한다. 방법(500)은 도 3의 블록(310 및 312) 또는 도 4의 블록(420) 및 블록(422)에 대응하는 요소들을 포함할 수 있다. 방법(500)을 설명함에 있어서, 도 8에 예시된 제1 파형(700) 및 도 9에 예시된 제2 파형(800)도 참조될 것이다.
도 5로 돌아가서, 블록(502)에서 제1 파형(700)이 획득된다. 제1 파형(700)은 상술한 바와 같이 초음파 변환기를 이용하여 획득될 수 있다. 대안적으로, 제1 파형(700)은 전자적 데이터로서 저장 매체로부터 검색될 수 있다.
블록(504)에서, 제1 파형(700)(즉, 도 8에 도시된 마루들(710))에서 제1 마루 수(p1)가 카운트된다. 예시적인 실시예에서, 제1 마루 수(p1)는 제1 파형(700)의 x-축을 따른 값들의 기 결정된 범위(706)에 대응하는 제1 파형(700)의 서브세트(subset)에서 카운트될 수 있다. 기 결정된 범위(706)는 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면으로부터 반사된 초음파를 볼 것으로 예상되는 시간 도메인의 값에 대응할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 변환기는 클래드층(120) 상에 위치하는 것으로 가정할 수 있다. 클래드층(120)의 두께와 클래드층(120)의 물질의 음속을 알면, 초음파가 변환기로부터 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면으로 이동하고 다시 변환기로 이동하는 데 걸리는 시간이 계산될 수 있다. 이 기간은 기 결정된 범위(706)의 중간점을 계산하는 데 사용될 수 있다. 기 결정된 범위(706)의 폭은 클래드층(120)의 두께 및/또는 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면의 추정된 두께의 제조 공차(manufacturing tolerances)에 기초하여 계산될 수 있고, 그 다음 이러한 거리 값들을 클래드층(120)의 물질의 음속에 기초하여 파형의 시간 도메인에서 대응하는 값들로 변환할 수 있다. 기 결정된 범위의 중간점 및/또는 너비 계산에 영향을 미칠 수 있는 기타 요인에는 사용 중인 변환기의 유형(즉, 단일 요소, 이중 요소, 딜레이 팁(delay tip) 등) 및/또는 이용되는 초음파의 스타일(즉, 접촉, 침지(immersion), 수주(water column) 등)이 포함될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 사용자는 기 결정된 범위(706)에 대한 적절한 값을 결정하거나 확인하기 위해, 테스트 중인 물품 또는 알려진 샘플에 대해 테스팅(testing) 전에 보정 절차를 수행할 수 있다. 예를 들어, 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면은 기 결정된 범위(706)를 설정하기 위해 초음파 파형 상에서 시각적으로 식별될 수 있다. 기 결정된 범위(706)를 이용하여, 도 8은 제1 파형(700)에 대해 제1 마루 수(first number of peaks)(p1)(도 8에서 710으로 표시됨)가 2와 동일한 것을 도시한다.
다른 실시예에서, 제1 마루 수(p1)는 제1 파형(700)의 y-값에 대응하는 기 결정된 제1 임계값(predetermined first threshold)(702)보다 높은 마루들의 수일 수 있다. 기 결정된 제1 임계값(702)은 사용되는 변환기의 전력 레벨, 베이스층(110) 및 클래드층(120)(도 1-2 참조)을 형성하는 특정 재료, 베이스층(110) 및 클래드층(120)의 두께, 및/또는 초음파의 전파에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자에 기초하여 결정될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자는 제1 임계값(702)에 대한 적절한 레벨을 결정하기 위해, 테스트되는 물품 또는 알려진 샘플에 대해 테스팅 전에 보정(또는, 교정) 절차를 수행할 수 있다. 제1 임계값(702)을 사용하여, 도 8은 제1 파형(700)에 대해 제1 마루 수(p1)가 2와 동일한 것을 도시한다.
도 5로 돌아가서, 블록(506)에서, 제1 파형(700)(도 8에서 712로 표시됨)에서 제1 골 수(first number of troughs)(t1)가 카운트된다. 예시적인 실시예에서, 제1 골 수(t1)는 제1 파형(700)의 x-축을 따른 값들의 기 결정된 범위(706)에 대응하는 제1 파형(700)의 서브세트에서 카운트될 수 있다. 기 결정된 범위(706)를 사용하여, 도 8은 제1 골 수(t1)(도 8에서 712로 표시됨)가 제1 파형(700)에 대해 1과 동일한 것을 도시한다. 대안적으로, 제1 골 수(t1)는 기 결정된 제2 임계값(704)보다 작은 골의 수일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 제2 임계값(704)은 제1 임계값(702)의 음의 값일 수 있다. 대안적으로, 제2 임계값(704)은 사용되는 변환기의 전력 레벨, 베이스층(110) 및 클래드층(120)(도 1-2 참조)을 형성하는 특정 재료, 베이스층(110) 및 클래드층(120)의 두께, 및/또는 초음파의 전파에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자에 기초하여 결정될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 사용자는 제2 임계값(704)에 대한 적절한 레벨을 결정하기 위해, 테스트되는 물품 또는 알려진 샘플에 대해 테스팅 전에 보정 절차를 수행할 수 있다. 제2 임계값(704)을 사용하여, 도 8은 제1 파형(700)에 대한 제1 골 수(t1)가 1과 동일한 것을 도시한다.
블록(508)에서, 블록(502)에서와 유사한 방식(similar fashion)으로 상이한 위치에 대응하는 제2 파형(800)이 획득된다. 블록(510)에서, 블록(504)에서와 유사한 방식으로 제2 파형(800)에 대해 제2 마루 수(p2)(도 9에서 810으로 표시된 마루들)가 카운트된다. 제2 마루 수(p2)를 카운트할 때, 제1 마루 수(p1)를 카운트하는 데 사용되는 제1 임계값(702) 또는 기 결정된 범위(706)가 사용될 수 있다. 블록(512)에서, 제2 골 수(t2)(도 9에서 812로 표시된 골들)은 블록(506)에서와 유사한 방식으로 제2 파형(800)에 대해 카운트된다. 제2 골 수(t2)를 카운트할 때, 제1 골 수(t1)를 카운트하는 데 사용되는 제2 임계값(704) 또는 기 결정된 범위(706)가 사용될 수 있다.
블록(514)에서, 제1 마루 수(p1)가 제2 마루 수(p2)와 동일한지 여부 및 제1 골 수(t1)가 제2 골 수(t2)와 동일한지 여부가 결정된다. 두 동등성(both equalities)이 참이면(블록(514)에서 "예"), 방법(500)은 결합 경계가 존재하지 않는 것으로 결정되는 블록(516)으로 진행한다. 어느 하나의 동등성이 참이 아니면(블록(514)에서 "아니오"), 방법(500)은 결합 경계가 존재한다고 결정되는 블록(518)로 진행한다.
도 6은 파형의 특성을 비교하고 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 결정하는 방법(600)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 6에서, 블록들(602 내지 612)은 도 5의 블록들(502 내지 512)와 동일하다. 도 6의 블록(614)에서, 제1 마루 수(p1)와 제1 골 수(t1)의 제1 합이 제2 마루 수(p2)와 제2 골 수(t2)의 제2 합과 동일한지 여부가 결정된다. 블록(614)의 동등성이 참이면(블록(614)에서 "예"), 방법(600)은 블록(616)으로 진행하고, 여기서 결합 경계가 존재하지 않는 것으로 결정된다. 블록(614)의 동등성이 참이 아닌 경우(블록(614)에서 "아니오"), 방법(600)은 블록(618)으로 진행하고, 여기서 결합 경계가 존재한다고 결정된다.
도 30은 파형의 특성을 비교하고 두 지점 사이에 결합 경계가 존재하는지 여부를 결정하는 방법(900)의 예시적인 실시예를 도시한다. 전술한 방법(500) 및 방법(600)에서, 파형(700) 및 파형(800)의 특성은 마루들 및 골들의 수였다. 대조적으로, 도 30에 도시된 방법(900)에서 비교된 특성은 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)에 의해 결정된 파형의 성분 주파수이다.
블록(902)에서, 제1 파형(700)이 획득된다. 블록(902)에서 제1 파형(700)의 획득은 도 5의 블록(502) 또는 도 6의 블록(602)에서와 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 블록(904)에서, 제1 파형(700)의 제1 파형 FFT(750)가 도 31의 실선 곡선(solid line curve)에 의해 도시된 바와 같이 계산된다. 제1 파형 FFT(750)는 공지된 FFT 알고리즘에 의해 생성될 수 있다.
블록(906)에서, 제1 피크 값(또는, 제1 마루 값)(a1)이 식별된다. 제1 피크 값(a1)은 제1 파형 FFT(750)의 제1 최대 피크(또는, 제1 최대 마루)(752)에서의 크기에 대응할 수 있다(도 31 참조). 도 31은 제1 파형 FFT(750)에 대한 2개의 최대 피크를 나타내는 것처럼 보일 수 있지만, 복소수 데이터 세트에 대해 동작하는 것과 대조적으로 실수 데이터 세트에 대해 동작할 때 많은 FFT 알고리즘들이 대칭 곡선을 생성한다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 제1 파형 FFT(750)의 단일 제1 최대 피크(752)만을 식별하는 것으로 충분할 수 있다. 도 31에 도시된 구체적인 예에서, 제1 최대 피크(752)의 제1 피크 값(a1)은 9.04로 계산되었다.
블록(908)에서, 제2 파형(800)이 획득된다. 블록(908)에서 제2 파형(800)의 획득은 도 5의 블록(508) 또는 도 6의 블록(602)에서와 유사한 방식으로 달성될 수 있다. 블록(910)에서, 제2 파형(800)의 제2 파형 FFT(850)가 도 31의 파선 곡선(broken line curve)에 의해 도시된 바와 같이 계산된다. 제2 파형 FFT(850)는 공지된 FFT 알고리즘에 의해 생성될 수 있다.
블록(912)에서, 제2 피크 값(또는, 제2 마루 값)(a2)이 식별된다. 제2 피크 값(a2)은 제2 파형 FFT(850)의 제2 최대 피크(또는, 제2 최대 마루)(852)에서의 크기에 대응할 수 있다(도 31 참조). 도 31에 도시된 구체적인 예에서, 제2 최대 피크(852)의 제2 피크 값(a2)은 14.08로 계산되었다.
블록(914)에서, 제1 피크 값(a1)과 제2 피크 값(a2) 사이의 차이(b)가 기 결정된 FFT 임계값보다 큰지 여부가 결정된다. 기 결정된 FFT 임계값은 알려진 정상적인 결합 샘플에서 마루 값의 평균 변화에 기초할 수 있다. 예를 들어, 보정 과정(calibration process)에서 알려진 정상적인 결합 샘플이 5%의 FFT 마루 값 변동을 갖는 것으로 결정하면, 기 결정된 FFT 임계값은 이의 배수일 수 있다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, 기 결정된 FFT 임계값은 피크 값의 10%, 15% 또는 20% 이상일 수 있다. 예시적인 실시예에서, 차이(b)는 방정식 (1)에 의해 주어진 바와 같이 제1 피크 값(a1)과 제2 피크 값(a2) 사이의 단순한 차이로서 계산될 수 있다:
b = | a1 - a2 | (1)
다른 예시적인 실시예에서, 차이(b)는 제1 피크 값(a1) 또는 제2 피크 값(a2)을 기준으로 하는 백분율 차이로 표현될 수 있다. 예를 들어, 차이(b)는 방정식 (2)로 주어질 수 있다.
b = | a1 - a2 | / a1 (2)
방정식 (2)의 분모는 제2 피크 값(a2) 또는 대안적으로 제1 피크 값(a1) 및 제2 피크 값(a2)의 평균값으로 대체될 수 있음을 주목해야 한다.
블록(914)으로 돌아가서, 제1 피크 값(a1)과 제2 피크 값(a2) 사이의 차이(b )가 기 결정된 FFT 임계값보다 큰 것으로 결정되면(블록(914)에서 "예"), 방법(900)은 결합 경계가 존재하는 것으로 결정되는 블록(918)으로 진행한다. 차이(b )가 기 결정된 FFT 임계값보다 크지 않다고 결정되면(블록(914)에서 "아니오"), 방법(900)은 결합 경계가 존재하지 않는 것으로 결정되는 블록(916)으로 진행한다. 도 31에 도시된 구체적인 예에서, 차이(b)는 5.04, 즉 제1 피크값(a1)의 55.8%이다. 20%의 기 결정된 FFT 임계값을 가정하면, 이는 제1 파형(700)에 대응하는 위치와 제2 파형(800)에 대응하는 위치 사이에 결합 경계가 있음을 나타낸다.
전술한 방법(900)에서, FFT 파형의 피크 값들이 비교된다. 그러나, FFT 파형의 다른 특성도 비교할 수 있음을 이해해야 한다. 예를 들어, 예시적인 실시예에서, FFT 파형의 기 결정된 빈(predetermined bin)에서의 값들은 피크에서의 값 대신에 비교될 수 있다. 또는, 예시적인 실시예에서, FFT 파형의 피크들(또는, 마루들)의 x-축 값들(즉, 피크 위치들)을 비교할 수 있다. 두 FFT 파형의 피크 위치들이 기 결정된 빈 수 이상으로 변하는 경우, 두 FFT 파형에 대응하는 지점들 사이에 결합 경계가 존재한다고 판단될 수 있다.
도 11 및 도 12는 제1 층 및 제2 층을 갖는 물품(100)에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하기 위한 시스템(200)의 예시적인 실시예를 도시한다. 도 11에 도시된 바와 같이, 시스템(200)은 제1 레일들(210), 제1 레일 마운트들(first rail mounts)(212), 제2 레일(220), 툴 헤드(tool head)(222), 초음파 변환기(232), 및 컨트롤러(240)를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 시스템(200)은 마킹 장치(marking device)(234)를 더 포함할 수 있다.
제2 레일(220)은 제1 레일 마운트들(212)을 통해 제1 레일들(210)에 장착될 수 있다. 시스템(200)은 y-방향으로 제 1 레일들(210)을 따라 제 1 레일 마운트들(212)을 이동시키도록 구성된 하나 이상의 제 1 레일 마운트 모터들(214)(도 12 참조)를 더 포함할 수 있으며, 제2 레일(220)이 제1 레일 마운트들(212)을 통해 제1 레일들(210)에 장착되기 때문에 제2 레일(220)을 y-방향으로 이동 시킨다. 시스템(200)은 제1 레일 마운트 모터(214)에 작동 가능하게 결합된 제1 레일 마운트 인코더들(first rail mount encoders)(216)(도 12 참조)와 같은 하나 이상의 위치 센서들을 더 포함할 수 있다. 제1 레일 마운트 인코더(216)는 제1 레일들(210)을 따라 제1 레일 마운트들(212)의 y-방향에서의 위치를 나타내는 인코더 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
시스템(200)은 x-방향으로 제2 레일(220)을 따라 툴 헤드(222)를 이동시키도록 구성된 툴 헤드 모터(tool head motor)(224)(도 12 참조)를 더 포함할 수 있다. 시스템(200)은 툴 헤드 모터(224)에 작동 가능하게 결합된 툴 헤드 인코더(226)(도 12 참조)와 같은 위치 센서를 더 포함할 수 있다. 툴 헤드 인코더(226)는 제2 레일(220)을 따라 툴 헤드(222)의 x-방향에서의 위치를 나타내는 인코더 신호를 출력하도록 구성될 수 있다.
다른 말로, 제1 레일 마운트 모터(214) 및 툴 헤드 모터(224)는 툴 헤드(222)에 작동 가능하게 결합되고 툴 헤드(222)를 물품(100)의 표면에 평행한 2차원 평면을 따라 이동시키도록 구성된 모터 시스템의 일부일 수 있다. 제1 레일 마운트 인코더(216) 및 툴 헤드 인코더(226)는 모터 시스템에 작동 가능하게 결합되고 툴 헤드(222)의 위치를 나타내는 인코더 신호들을 출력하도록 구성된 인코더들의 예시적인 실시예이다.
초음파 변환기(232)는 툴 헤드(222)에 대해 고정된 위치에서 툴 헤드(222)에 장착될 수 있다. 따라서, 초음파 변환기(232)의 위치는 인코더 신호들로부터 계산된 툴 헤드(222)의 위치에 기초하여 계산될 수 있다. 추가적으로, 마킹 장치(234)는 툴 헤드(222)에 대해 고정된 위치에서 툴 헤드(222) 상에 장착될 수 있다. 따라서, 마킹 장치(234)의 위치는 인코더 신호들로부터 계산된 툴 헤드(222)의 위치에 기초하여 계산될 수 있다. 마킹 장치(234)는 테스트되는 물품의 표면을 마킹하기에 적합한 임의의 장치일 수 있다. 마킹 장치(234)의 비제한적인 예는 펜, 표면 프린터, 레이저 에칭기, 또는 물품(100) 상의 경계 위치를 물리적으로 마크하기 위한 다른 적절한 마킹 툴을 포함할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 컨트롤러(240)는 버스(bus)(250)를 통해 초음파 변환기(232), 제1 레일 마운트 모터(214), 제1 레일 마운트 인코더(216), 툴 헤드 모터(214), 툴 헤드 인코더(226), 및 마킹 장치(234)에 작동 가능하게 결합될 수 있다. 대안적으로, 컨트롤러(240)는 무선 신호들(radio signals), 블루투스(Bluetooth), 무선 LAN 또는 기타 적절한 무선 통신 방법들을 통해 초음파 변환기(232), 제1 레일 마운트 모터(214), 제1 레일 마운트 인코더(216), 툴 헤드 모터(214), 툴 헤드 인코더(226), 및 마킹 장치(234)와 무선으로 통신하도록 구성될 수 있다.
도 12에서 추가로 볼 수 있는 바와 같이, 컨트롤러(240)는 프로세서(240a) 및 메모리(240b)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(240)는 추가로 외부 저장 매체(242)에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 추가적으로, 본 개시의 목적을 위해, 컨트롤러(240)는 또한 메모리(240b)에 작동 가능하게 결합되는 것으로 간주될 수 있다. 메모리(240b) 및 외부 저장 매체(242)는 컴퓨터가 읽을 수 있는 비일시적 저장 매체(non-transitory computer-readable storage media)일 수 있다. 컨트롤러(240)의 프로세서(240a)는 메모리(240b) 및/또는 외부 저장 매체(242) 중 어느 하나에 저장된 컴퓨터 실행가능 명령어(computer-executable instructions)를 실행하도록 구성될 수 있다.
메모리(240b) 및 외부 저장 매체(242)는 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예이다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에서 액세스할 수 있는 모든 사용 가능한 매체일 수 있으며, 휘발성(volatile) 및 비휘발성(nonvolatile) 매체, 이동식(removable) 및 비이동식(non-removable) 매체를 모두 포함한다. 예로서, 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터 저장 매체 및 통신 매체를 포함할 수 있지만 이에 제한되지는 않는다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 이동식 및 비이동식 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체에는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read-Only Memory), EEPROM(Electrically Erasable Read-Only Memory), 플래시 메모리 또는 기타 메모리 기술, CD-ROM(Compact Disk Read-Only Optical Memory), DVD(digital versatile disks) 또는 기타 광 디스크 저장 장치(other optical disk storage), 자기 카세트(magnetic cassettes), 자기 테이프(magnetic tape), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disk storage) 또는 기타 자기 저장 장치, 또는 원하는 정보를 저장하는 데 사용될 수 있고 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 기타 모든 매체가 포함되지만 이에 제한되지는 않는다. 통신 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 등, 및/또는 반송파(carrier wave) 또는 기타 전송 메커니즘과 같은 변조된 데이터 신호의 기타 데이터 중 하나 이상을 구현하고, 본 개시와 일치하는 임의의 알려진 정보 전달 매체를 포함할 수 있다. "변조된 데이터 신호(modulated data signal)"라는 용어는 신호의 정보를 인코딩하는 방식으로 설정되거나 변경된 특성 중 하나 이상을 갖는 신호를 의미한다. 예로서, 통신 매체는 유선 네트워크 또는 직접 유선 연결과 같은 유선 매체, 및 음향(acoustic), 무선 주파수(radio frequency, RF), 적외선 및 기타 무선 매체와 같은 무선 매체를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 위의 모든 것의 조합도 컴퓨터 판독 가능 매체의 범위에 포함되어야 한다.
예시적인 실시예에서, 컨트롤러(240)는 제1 레일 마운트 모터(214) 및 툴 헤드 모터(224)를 제어하여 변환기(232)를 물품(100)의 표면을 따라 복수의 위치들(162)(도 7 참조)로 이동시키도록 구성될 수 있다. 도 11은 변환기(232)가 물품(100)의 외부 클래드층 표면(124)을 따라 이동되는 것을 도시하지만, 변환기(232)가 물품(100)의 베이스층 외면(114)을 따라 이동될 수 있다는 것도 이해될 것이다.
컨트롤러(240)는 복수의 위치들(162) 중 각 위치(162)에 대해, 변환기(232)와 툴 헤드(222) 사이의 고정된 관계에 기초하여 제1 레일 마운트 인코더(216)로부터의 인코더 신호 및 툴 헤드 인코더(226)로부터의 인코더 신호에 기초하여 위치의 좌표를 식별하도록 추가로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 좌표는 시스템(200) 고유의 좌표 시스템(coordinate system native)에 대해 계산될 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(240)는 물품(100)의 표면에 제공된 인덱스 마크(190)에 대한 좌표를 계산하도록 구성될 수 있다.
컨트롤러(240)는 물품(100)을 통해(또는, 관통하여) 초음파를 전송하도록 변환기(232)를 제어하도록 추가로 구성될 수 있다. 변환기(232)는 클래드층 외면(124)으로부터 반사된 파, 클래드층(120)과 베이스층(110) 사이의 계면에서 반사된 파, 및/또는 베이스층 외면(114)(즉, 후면벽(backwall))으로부터 반사된 파와 같은 반사된 초음파를 수신하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(240)는 도 8에 도시된 제1 파형(700) 또는 도 9에 도시된 제2 파형(800)과 같은 변환기(232)에 의해 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파(full-wave), 시간 도메인 파형(time domain waveform)을 생성하도록 추가로 구성될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(240)는 파형이 기록된 물품(100)의 표면 상의 위치와 관련된 파형 데이터로서 메모리(240b) 또는 저장 매체(242)에 파형을 저장할 수 있다.
컨트롤러(240)는 복수의 위치들(162) 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해, 쌍의 제1 위치와 쌍의 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 판단하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 10은 제1 위치(170) 및 제2 위치(172)를 포함하는 한 쌍의 인접한 위치들의 예시적인 실시예를 도시하고, 컨트롤러(240)는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 판단하도록 구성될 수 있다. 컨트롤러(240)는 제1 위치(170)에 기록된 제1 파형(700)의 파형 특성과 제2 위치(172)에 기록된 제2 파형(800)의 파형 특성을 비교하여 이를 수행할 수 있다. 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(240)는 도 5에 설명된 방법(500), 도 6에 설명된 방법(600), 또는 도 30에 설명된 방법(900) 중 임의의 것을 구현함으로써 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정할 수 있다.
컨트롤러(240)는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 제1 위치(170) 및 제2 위치(172) 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 좌표를 결정하도록 추가로 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 경계 위치의 좌표를 제1 위치(170)의 좌표, 제2 위치(172)의 좌표, 또는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 모두로부터 계산된 좌표로 설정할 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 예시적인 실시예에서, 경계 위치(174)의 좌표는 제1 위치(170)와 제2 위치(172) 사이의 중간점으로 계산된다.
예시적인 실시예에서, 경계 위치(174)의 좌표가 컨트롤러(240)에 의해 결정되면, 사용자는 테스트되는 물품(100)의 표면 상에 경계 위치(174)의 좌표를 수동으로 마크할 수 있다. 경계 위치(174)의 좌표를 둘러싼 영역은 물품(100)에서 약한 결합 영역의 전체 범위를 결정하기 위해 손으로(by hand) 더 자세히 테스트될 수 있다. 대안적으로, 예시적인 실시예에서, 컨트롤러(240)는 경계 위치(174)의 좌표를 기억하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(240)는 경계 좌표에 대응하는 지점(또는, 포인트)에서 물품(100)의 표면을 마크하도록 마킹 툴(234)을 제어하도록 구성될 수 있다. 마킹이 사용자에 의해 수동으로 이루어지든 마킹 툴(234)을 통해 시스템(200)에 의해 자동으로 이루어지든, 일단 테스트가 완료되면, 마킹들(125)의 집합적 세트는 약한 결합 영역들을 나타낼 수 있다(도 13 참조). 예시적인 실시예에서, 마킹들(125)에 의해 설정된(set off) 더 작은 영역들은 약한 결합 영역들일 수 있고, 더 큰 나머지 영역들은 정상적인 결합에 대응하는 것으로 추정될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 물품(100)을 마킹하는 것에 대한 대안으로서 또는 마킹에 추가하여, 컨트롤러(240)는 경계 좌표를 메모리(240b) 또는 저장 매체(242)에 전자 데이터로서 저장함으로써 경계 좌표를 기억하도록 구성될 수 있다. 저장된 경계 좌표는 물품의 나중 기계 가공에 사용될 수 있으며, 예를 들어, 경계 좌표에 의해 정의된 물품(100)의 부분을 절단하도록 공작 기계(machine tool)가 프로그램될 수 있고, 이에 의해 약한 결합 영역들을 절단할 수 있다. 또한, 경계 좌표를 전자 데이터로 저장하는 것은 경계 위치가 컴퓨터 디스플레이 상의 물품(100)의 이미지에 매핑되는 것을 허용할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 약한 결합을 갖는 것으로 확인된 물품(100)의 영역은 가능한 경우 수리될 수 있다.
시스템(200)이 제1 레일 인코더(216) 및 툴 헤드 인코더(226)를 사용하는 것으로 위에서 설명되었지만, 시스템(200)은 툴 헤드(222)의 위치를 결정하기 위한 인코더로 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 사진 측량 센서 또는 레이저 센서와 같은 다른 위치 감지 센서가 사용될 수 있다. 대안적으로, 역반사체(retroreflector)는 레이저 계측 시스템(laser metrology system)과 함께 사용하기 위해 툴 헤드(222) 상에 위치될 수 있다.
추가로, 시스템(200)은 제1 레일(220) 및 제2 레일(220)을 따라 이동되는 툴 헤드(222)를 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나, 시스템(200)은 이 실시예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 대안적인 실시예에서, 툴 헤드(222)는 툴 헤드를 물품(100)의 표면 상의 요구되는 위치들의 각각에 이동시키기 위해 다중 자유도(multiple degrees of freedom)를 갖는 관절식 암(articulated arm)에 장착될 수 있다.
도 14 내지 도 29는 전술한 방법(300), 방법(400), 방법(500), 방법(600) 및 방법(900) 중 하나 이상을 사용하여 정상적인 결합으로 식별된 클래드된 물품의 부분 및 약한 결합으로 식별된 부분을 보여주는 이미지들이다. 도 14 내지 도 29에서, 물품(100)은 스테인리스 스틸(stainless steel)로 구성된 베이스층(110) 및 배빗(babbitt)으로 구성된 클래드층(120)을 갖는다. 클래드층(120)은 베이스층(110)에 폭발 용접을 통해 접합되었다.
도 14 내지 도 17은 베이스층 결합면(또는, 베이스층 접합면)(112) 및 클래드층 결합면(또는, 클래드층 접합면)(122)의 저배율 광학 현미경 사진들이다. 도 14는 정상적인 결합 영역에서 클래드층 결합면(122)에 대응하는 일관성 있는(또는, 간섭성) 클래드층 결합파(coherent clad layer bond waves)(126)를 도시한다. 유사하게, 도 15는 정상적인 결합 영역에서 베이스층 결합면(112)에 대응하는 일관성 있는 베이스층 결합파(coherent base layer bond waves)(116)를 도시한다. 이에 반해, 도 16은 약한 결합 영역의 클래드층 결합면(122)에 대응하는 일관성이 없는(또는, 비간섭성) 클래드층 결합파(incoherent clad layer bond waves)(128)를 도시하고, 도 17은 약한 결합 영역의 베이스층 결합면(112)에 대응하는 일관성이 없는 베이스층 결합파(incoherent base layer bond waves)(118)를 도시한다. 일관성이 없는 결합파들(118, 128)은 약한 결합 영역을 나타낸다.
도 18 내지 도 21은 베이스층 결합면(112) 및 클래드층 결합면(122)의 고배율 광학 현미경 사진들이다. 도 18에서, 정상적인 결합 영역에서 클래드층 결합면(122)에 대응하고, 도 19에서, 정상적인 결합 영역에서 베이스층 결합면(112)에 대응하는 가시적인 결함이 없다. 이에 반해, 도 20에서, 약한 결합 영역에서 클래드층 결합면(122)에 대응하고, 도 21에서, 약한 결합 영역에서 베이스층 결합면(112)에 대응하는, 약한 결합 영역을 나타내는 원형 결함(130)을 보여준다.
도 22 내지 도 25는 정상적인 결합 영역에서 클래드층 결합면(122)의 영역들의 주사 전자 현미경(scanning electron microscope, SEM) 현미경 사진들이다. 도 22 내지 도 25에서 표면의 얼룩진 외관 및 제한된 미세균열은 정상적인 결합을 나타낸다. 이에 반해, 도 26 내지 도 29는 약한 결합 영역에서 클래드층 결합면(112)의 영역들의 SEM 현미경 사진들이다. 공극(voids)(140), 현저한 균열(142), 둥근 및/또는 타원형 구조(144), 및 심한 각진 특징부(severe angular features)(146)에 의해 표시된 상당한 미소 가공도(microporosity)가 있음을 도 26 내지 도 29에서 알 수 있으며, 이들 모두는 약한 결합 영역을 나타낸다.
따라서, 도 14 내지 도 29를 보면, 여기에 설명된 방법들은 정상적인 결합 영역에서 약한 결합 영역을 비파괴적으로 식별하는 데 성공했으며, 이는 결합 표면의 상세한 검사를 통해 후속적으로 확인되었다.
다양한 실시예, 구성 및 양태에서, 본 개시는 다양한 실시예, 하위 조합, 및 이들의 서브세트를 포함하여 본 명세서에 도시되고 설명된 바와 같은 구성요소, 방법, 프로세스, 시스템 및/또는 장치를 포함한다. 본 개시는 다양한 실시예, 구성 및 양태에서, 예를 들어, 본 명세서에 도시 및/또는 설명되지는 않았지만 본 개시와 일관되고 당업계에 잘 알려져 있거나 이해될 수 있는 구성 요소 또는 프로세스의 실제 또는 선택적인 사용 또는 포함을 고려한다.
본 개시의 실시예는 다수의 다른 범용 또는 특수 목적 컴퓨팅 시스템 환경 또는 구성과 함께 동작한다. 여기에 설명된 시스템 및 방법과 함께 사용하기에 적합할 수 있는 컴퓨팅 시스템, 환경 및/또는 구성의 예에는 개인용 컴퓨터, 서버 컴퓨터, 핸드-헬드(hand-held) 또는 랩톱 장치, 멀티프로세서 시스템, 마이크로프로세서-기반 시스템, 셋톱 박스, 프로그래밍 가능한 소비자 전자 제품, 네트워크 PC, 미니컴퓨터, 메인프레임 컴퓨터, 상기 시스템 또는 장치 중 임의의 것을 포함하는 분산 컴퓨팅 환경 등일 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
본 개시의 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터 실행가능 명령어의 일반적인 맥락에서 설명될 수 있다. 일반적으로, 프로그램 모듈은 특정 작업을 수행하거나 특정 추상 데이터 유형을 구현하는 루틴, 프로그램, 개체, 구성 요소, 데이터 구조 등을 포함할 수 있다. 여기에 설명된 시스템 및 방법은 또한 작업이 통신 네트워크를 통해 연결된 원격 처리 장치에 의해 수행되는 분산 컴퓨팅 환경에서 실행될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 메모리 저장 장치를 포함하는 로컬 및 원격 컴퓨터 저장 매체 모두에 위치될 수 있다. 프로그램과 모듈이 수행하는 작업은 아래 그림과 함께 설명되어 있다. 당업자는 예시적인 실시예를 프로세서 실행 가능 명령어로서 구현할 수 있으며, 이는 본 개시에 따른 대응하는 컴퓨팅 환경에서 컴퓨터 판독 가능 매체의 임의의 형태에 기록될 수 있다.
"적어도 하나", "하나 이상", 및 "및/또는"이라는 문구는 작동 시 결합(또는, 접속)(conjunctive) 및 분리(disjunctive) 둘 다인 개방형 표현이다. 예를 들어, "A, B 및 C 중 적어도 하나"라는 표현은 각각 "A, B 또는 C 중 적어도 하나", "A, B 및 C 중 하나 이상", "A, B 또는 C 중 하나 이상", 및 "A, B 및/또는 C"는 A 혼자, B 혼자, C 혼자, A와 B 함께, A와 C 함께, B와 C 함께, 또는 A, B와 C 함께를 의미한다.
본 명세서 및 뒤따르는 청구범위에서, 하기 의미를 갖는 다수의 용어가 참조될 것이다. "a"(또는, "an") 및 "the"라는 용어는 문맥에서 달리 명시하지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함하는 해당 개체의 하나 이상을 나타냅니다. 이와 같이, 용어 "a"(또는, "an"), "하나 이상(one or more)" 및 "적어도 하나(at least one)"는 본 명세서에서 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 또한, "일 실시예(one embodiment)", "일부 실시예(some embodiments)", "일 실시예(an embodiment)" 등에 대한 참조는 인용된 특징을 또한 포함하는 추가 실시예의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되지 않는다. 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 본 명세서에서 사용되는 근사 언어는 관련된 기본 기능의 변경을 초래하지 않고 허용 가능하게 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하는 데 적용될 수 있다. 따라서, "약(about)"과 같은 용어에 의해 완화된 값은 명시된 정확한 값으로 제한되지 않는다. 어떤 경우에는 근사 언어가 값을 측정하는 기구의 정밀도에 해당할 수 있다. "제1(또는, 첫 번째)(first)", "제2(또는, 두 번째)(second)", "위쪽(upper)", "아래쪽(lower)" 등과 같은 용어는 한 요소를 다른 요소와 식별하는 데 사용되며, 달리 지정되지 않는 한 요소의 특정 순서나 수를 나타내는 것은 아니다.
본 명세서에 사용된 용어 "~일 수 있다(may)" 및 "~있을 수 있다(may be)"는 일련의 상황 내에서 발생할 가능성을 나타내며, 특정 재산, 특성 또는 기능의 소유, 및/또는 한정된 동사와 관련된 능력(ability), 역량(capability) 또는 가능성 중 하나 이상을 표현함으로써 다른 동사를 한정한다(qualify). 따라서, "~일 수 있다(may)" 및 "~있을 수 있다(may be)"의 사용은 수정된 용어가 표시된 용량, 기능 또는 사용에 명백히 적절하거나, 가능하거나 적합하다는 것을 나타내지만, 일부 상황에서는 수정된 용어가 때때로 적절하거나, 가능하거나 적합하지 않을 수 있음을 고려한다. 예를 들어, 어떤 상황에서는 사건이나 능력이 예상될 수 있지만 다른 상황에서는 사건이나 능력이 발생할 수 없다. 이러한 구별은 "~일 수 있다(may)" 및 "~있을 수 있다(may be)"이라는 용어로 포착된다.
청구범위에 사용된 바와 같이, "포함한다(comprises)"라는 단어 및 그 문법적 변형은 논리적으로 또한 예를 들어, "본질적으로 구성되는(consisting essentially of)" 및 "구성되는(consisting of)"과 같이 다양하고 상이한 정도의 구를 포함한다. 필요한 경우 범위가 제공되었으며 해당 범위에는 그 사이의 모든 하위 범위가 포함된다. 첨부된 청구범위는 본 개시내용이 특정 실시양태에서 특정 범위의 사용을 명확히 하는 경우를 제외하고는 범위의 변형을 포함해야 함을 예상해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "결정하다(determine)", "계산하다(calculate)", "계산하다(compute)" 및 이들의 변형은 상호 교환가능하게 사용되며 임의의 유형의 방법론, 프로세스, 수학적 연산 또는 기술을 포함한다.
이 개시 내용은 예시 및 설명의 목적으로 제공된다. 본 개시는 여기에 개시된 형태 또는 형태들로 제한되지 않는다. 본 개시의 상세한 설명에서, 예를 들어, 일부 예시적인 실시예의 다양한 특징은 함께 그룹화되어 이들 및 다른 고려되는 실시예, 구성 및 양태(또는, 측면)를 대표적으로 설명하는데, 본 개시에 모든 잠재적인 실시예, 변형 및 특징의 조합에 대한 설명을 포함하는 것이 실현 가능하지 않다. 따라서, 개시된 실시예, 구성 및 측면의 특징은 위에서 명시적으로 논의되지 않은 대안의 실시예, 구성 및 측면에서 조합될 수 있다. 예를 들어, 다음 청구범위에 인용된 특징은 단일의 개시된 실시예, 구성 또는 측면의 모든 특징보다 적다. 따라서, 다음 청구범위는 본 명세서에 포함되며, 각 청구범위는 본 개시내용의 별도의 실시예로서 그 자체로 존재한다.
과학 및 기술의 발전은 비록 청구범위가 이러한 변형을 반드시 배제하지는 않을지라도 본 개시의 용어로 반드시 표현되지 않는 변형을 제공할 수 있다.
100: 물품
110: 베이스층
120: 클래드층
105: 계면
200: 시스템
210: 제1 레일
212: 제1 레일 마운트
220: 제2 레일
222: 툴 헤드
232: 초음파 변환기
240: 컨트롤러
234: 마킹 장치

Claims (20)

  1. 제1 층과 제2 층을 갖는 물품(article)에서 정상적인 결합(sound bond)과 약한 결합(weak bond) 사이의 결합 경계를 식별하는 방법으로서,
    상기 물품의 표면 상의 복수의 위치들을 결정하는 단계;
    상기 복수의 위치들의 각 위치에 대해, 상기 물품으로부터 반사된 초음파의 전파(full-wave), 시간 도메인 파형(time domain waveform)을 획득하는 단계;
    상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해:
    제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제2 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 위치를 결정하고 상기 경계 위치를 기억하는(memorializing) 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    전파, 시간 도메인 파형을 획득하는 단계는,
    변환기를 통해(via) 상기 물품을 통해(through) 초음파를 전송하는 단계;
    상기 변환기로 반사된 초음파를 수신하는 단계; 및
    상기 반사된 초음파에 기초하여 상기 전파, 시간 도메인 파형을 생성하는 단계를 포함하는 방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    전파, 시간 도메인 파형을 획득하는 단계는,
    저장 매체로부터 상기 전파, 시간 도메인 파형에 대응하는 파형 데이터를 획득하는 단계를 포함하는 방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 파형 특성은 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형에 대해 기 결정된 x-축 범위에 대해 평가되고,
    상기 기 결정된 x-축 범위는 상기 제1 층의 물질을 관통하는 음파의 속도 및 상기 제1 층의 두께에 기초하는 방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 결정하는 단계는,
    상기 제1 파형의 마루들(peaks)의 제1 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 파형의 골들(troughs)의 제1 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 마루들의 제2 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 골들의 제2 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 마루 수가 상기 제2 마루 수와 같고 상기 제1 골 수가 상기 제2 골 수와 동일한 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 없다고 결정하는 단계; 및
    상기 제1 마루 수가 상기 제2 마루 수와 같지 않거나 상기 제1 골 수가 상기 제2 골 수와 동일하지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다고 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 결정하는 단계는,
    상기 제1 파형의 마루들(peaks)의 제1 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 파형의 골들(troughs)의 제1 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 마루들의 제2 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 골들의 제2 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 마루 수와 상기 제1 골 수의 제1 합이 상기 제2 마루 수와 상기 제2 골 수의 제2 합과 동일한 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 없다고 결정하는 단계; 및
    상기 제1 합이 상기 제2 합과 동일하지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다고 결정하는 단계를 포함하는 방법.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 경계 위치를 기억하는 단계는 상기 경계 위치에 대응하는 위치에 상기 물품의 표면을 표시하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 경계 위치를 기억하는 단계는 상기 경계 위치의 좌표를 저장 매체에 저장하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 파형의 상기 파형 특성은 상기 제1 파형의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)의 특성이고, 상기 제2 파형의 상기 파형 특성은 상기 제2 파형의 FFT의 특성인 방법.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 물품은 클래드된 물품(cladded article)이고,
    상기 제1 층은 제1 금속 또는 제1 금속 합금을 포함하고,
    상기 제2 층은 제2 금속 또는 제2 금속 합금을 포함하는 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층에 고체 상태로 용접되는 방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 층은 상기 제2 층에 폭발적으로(explosively) 용접되는 방법.
  13. 제1 층 및 제2 층을 갖는 물품에서 정상적인 결합과 약한 결합 사이의 결합 경계를 식별하기 위한 시스템으로서,
    툴 헤드(tool head);
    상기 툴 헤드에 대해 고정된 위치에서 상기 툴 헤드에 장착된 초음파 변환기;
    상기 툴 헤드에 작동 가능하게(operably) 결합되고 상기 물품의 표면에 평행한 2차원 평면을 따라 상기 툴 헤드를 이동시키도록 된 모터 시스템;
    상기 툴 헤드의 위치를 나타내는 위치 신호를 출력하도록 된 위치 센서; 및
    상기 초음파 변환기, 상기 모터 시스템, 및 상기 위치 센서에 작동 가능하게 결합된 컨트롤러를 포함하고,
    상기 컨트롤러는,
    상기 변환기를 상기 물품의 표면을 따라 복수의 위치들로 이동시키도록 상기 모터 시스템을 제어하는 단계;
    상기 복수의 위치들의 각 위치에 대해:
    상기 위치 신호에 기초하여 상기 위치의 좌표를 식별하는 단계;
    상기 물품을 통해(through) 초음파를 전송하도록 상기 변환기를 제어하는 단계; 및
    상기 변환기에 의해 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성하는 단계;
    상기 복수의 위치들 중 인접한 위치들의 각 쌍에 대해:
    제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 상기 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하는 단계; 및
    결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 좌표를 결정하는 단계를 수행하도록 구성되는 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤러에 작동 가능하게 결합된 저장 매체를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 경계 좌표를 상기 저장 매체에 저장함으로써 상기 경계 좌표를 기억하도록 구성되는 시스템.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 툴 헤드에 장착되고 상기 컨트롤러에 작동 가능하게 결합된 마킹 툴(marking tool)을 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 경계 좌표에서 상기 물품의 상기 표면을 표시하도록 상기 마킹 툴을 제어함으로써 상기 경계 좌표를 기억하도록 구성되는 시스템.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 파형 특성이 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형에 대해 기 결정된 x-축 범위에 대해 평가되도록 구성되고,
    상기 기 결정된 x-축 범위는 상기 제1 층의 물질을 관통하는 음파의 속도 및 상기 제1 층의 두께에 기초하는 시스템.
  17. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하도록,
    상기 제1 파형의 마루들(peaks)의 제1 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 파형의 골들(troughs)의 제1 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 마루들의 제2 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 골들의 제2 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 마루 수가 상기 제2 마루 수와 같고 상기 제1 골 수가 상기 제2 골 수와 동일한 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 없다고 결정하는 단계; 및
    상기 제1 마루 수가 상기 제2 마루 수와 같지 않거나 상기 제1 골 수가 상기 제2 골 수와 동일하지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다고 결정하는 단계를 포함하도록 구성되는 시스템.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하도록,
    상기 제1 파형의 마루들(peaks)의 제1 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 파형의 골들(troughs)의 제1 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 마루들의 제2 마루 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제2 파형의 골들의 제2 골 수를 카운팅하는 단계;
    상기 제1 마루 수와 상기 제1 골 수의 제1 합이 상기 제2 마루 수와 상기 제2 골 수의 제2 합과 동일한 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 없다고 결정하는 단계; 및
    상기 제1 합이 상기 제2 합과 동일하지 않은 것에 응답하여, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다고 결정하는 단계를 포함하도록 구성되는 시스템.
  19. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 파형의 상기 파형 특성은 상기 제1 파형의 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)의 특성이고, 상기 제2 파형의 상기 파형 특성은 상기 제2 파형의 FFT의 특성인 시스템.
  20. 컴퓨터 실행 가능 명령어(computer-executable instructions)를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(non-transitory computer-readable storage medium)에 있어서,
    컴퓨터에 의해 실행될 때, 상기 명령어는 상기 컴퓨터가
    제1 층과 제2 층을 포함하는 물품의 표면 상의 제1 위치와 관련된 제1 파형을 획득하는 단계로서, 상기 제1 파형은 변환기를 통해(via) 상기 물품을 통해(through) 초음파를 전송하고 상기 변환기에서 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성함으로써 생성되는 단계;
    상기 물품의 상기 표면 상의 제2 위치와 관련된 제2 파형을 획득하는 단계로서, 상기 제2 파형은 변환기를 통해 상기 물품을 관통하는 초음파를 전송하고 상기 변환기에서 수신된 반사된 초음파에 기초하여 전파, 시간 도메인 파형을 생성함으로써 생성되는 단계;
    제1 위치에서 생성된 제1 파형의 파형 특성과 제2 위치에서 생성된 제2 파형의 파형 특성의 비교에 기초하여 인접한 위치들의 쌍의 상기 제1 위치와 인접한 위치들의 쌍의 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있는지 여부를 결정하는 단계; 및
    상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에 결합 경계가 있다는 결정에 응답하여, 상기 제1 위치 및 상기 제2 위치 중 하나 또는 모두에 기초하여 경계 위치를 결정하고 상기 경계 위치를 기억하는(memorializing) 단계를 수행하도록 하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 저장 매체.
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