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課題・解決手段

本発明は、固体材料サンプルの機械的振動応答分析するための装置に関し、この装置は、上記固体材料サンプルの表面上のそれぞれの良定義された点に対して衝撃を与えるように配置されたインパクタアレイと、上記少なくとも1つのインパクタの衝撃に続いて、上記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサと、上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイド周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段とを備える。また、本発明は、固体材料サンプルを特徴付けるための対応する方法に関する。

概要

背景

背景
インパルス励起手法は、専用のツールまたは発射物を用いて対象材料サンプルに衝撃を与え、結果として生じる振動を、圧電センサマイクロフォンレーザ振動計または加速度計などのセンサを用いて、取得時に分析することによって、サンプルの特定の物理的特性を求めるために使用されている。振動信号は、フーリエ変換によって周波数領域に変換されて共振周波数を特定し、これにより、サンプルの形状とともに材料の弾性特性を計算することができる。この手法は、一般に非破壊的であり、室温または異なる選択された(典型的には、高い)試験温度で適用され得る。

インパルス励起手法に従って材料分析を行うためのさまざまな方法および装置が知られている。たとえば、トリエステ大学の名の下で「さまざまな材料の物体、サンプルまたは半加工製品弾性率を検出するための実験方法(Experimental method to detect the elastic modulus of objects, samples or semi-worked products of various materials)」と題される欧州特許出願公開番号EP 3 141 305 Aは、物体、サンプルまたは半加工製品の弾性率(E)を検出するための実験方法であって、慣性体に対して打ち付け要素によって生成された衝撃を用いてサンプル物体機械的応力を与えるステップと、予め定められた伸長値を有する接触面と対応してサンプル物体と接触するよう励起体が配設されるように、予め定められた質量(m)の励起体を打ち付け要素とサンプル物体との間に導入するステップと、打ち付け要素を励起体上に衝突させることによってサンプル物体上に機械的応力を与えるステップと、サンプル物体の伸び変化(X)に対応する応答信号を取得するステップと、少なくとも接触面の伸長値(S)およびサンプル物体の伸び変化(X)の値の関数としてサンプル物体の弾性率(E)の値を処理するステップとを備える、実験方法を開示している。

公知の方法および装置の不利な点は、検出される共振周波数が、それ自体では、さまざまな材料からなる工業的に生産された物体、サンプルまたは半加工製品で起こり得るさまざまなタイプの欠陥(亀裂またはひびなど)を信号化し、特徴付けることに適していないことである。

本発明の実施形態の目的は、先行技術の不利な点を少なくとも部分的に克服することである。

概要

本発明は、固体材料サンプルの機械的振動応答を分析するための装置に関し、この装置は、上記固体材料サンプルの表面上のそれぞれの良定義された点に対して衝撃を与えるように配置されたインパクタアレイと、上記少なくとも1つのインパクタの衝撃に続いて、上記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサと、上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段とを備える。また、本発明は、固体材料サンプルを特徴付けるための対応する方法に関する。

目的

本発明の実施形態の目的は、先行技術の不利な点を少なくとも部分的に克服することである

効果

実績

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請求項1

固体材料サンプル(99)の機械的振動応答分析するための装置(100)であって、前記固体材料サンプル(99)の表面上のそれぞれの良定義された点に対して衝撃を与えるように線上に配置されたインパクタ(110)のアレイと、前記線に対して実質的に垂直な方向への前記固体材料サンプルと前記インパクタのアレイとの相対的移動を生じさせるための手段とを備え、またはグリッド内に配置されたインパクタのアレイを備え、前記装置(100)はさらに、前記インパクタ(110)のアレイの各衝撃に続いて、前記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサ(120)と、前記時間変化信号を分析して、前記時間変化信号を構成しているシヌソイド周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段(130)とを備える、装置(100)。

請求項2

前記処理手段(130)は、前記求められた周波数および減衰定数に基づいて前記固体材料サンプル(99)における材料欠陥を検出するようにさらに構成される、請求項1に記載の装置(100)。

請求項3

前記固体材料サンプルと前記インパクタのアレイとの2つの軸に沿った相対的移動を生じさせるようにさらに構成される、請求項1または2に記載の装置(100)。

請求項4

励起される振動モードの波節において前記固体材料サンプルを支持するように構成された支持体(199)をさらに備える、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置。

請求項5

温度センサ、前記固体材料サンプルの形状特性を求めるための手段、およびはかりのうちの1つ以上をさらに備える、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置(100)。

請求項6

前記センサ(120)は、前記機械的振動応答が取り込まれるスポット照射するための手段を備える、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置(100)。

請求項7

前記センサ(120)は、前記センサによって前記固体材料サンプルに加えられる力を測定するための手段を備えた接触ベースのセンサである、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置(100)。

請求項8

前記処理手段(130)は、一般的なフィルタ角化法を適用することによって高調波逆問題解くように構成される、先行する請求項のいずれか1項に記載の装置(100)。

請求項9

固体材料サンプルを特徴付ける方法であって、線上に配置されたインパクタ(110)のアレイを使用して前記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与え、前記線に対して実質的に垂直な方向へ前記インパクタのアレイに対して相対的に前記固体材料サンプルを移動させるステップ、またはグリッド内に配置されたインパクタ(110)のアレイを使用して前記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与えるステップ(1010)と、このような与えられる衝撃の各々を前記与えるステップに続いて、機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップ(1020)と、前記時間変化信号を分析して、前記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるステップ(1030)とを備える、方法。

請求項10

前記求められた周波数および減衰定数に基づいて前記固体材料サンプル(99)における材料欠陥を検出するステップをさらに備える、請求項9に記載の方法。

請求項11

前記インパクタのアレイに対して相対的に前記固体材料サンプルを2つの軸に沿って移動させるステップをさらに備える、請求項9または10に記載の方法。

請求項12

励起される振動モードの波節と一致する支持体の上に前記固体材料サンプルを設置するステップをさらに備える、請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。

請求項13

さまざまな衝撃位置について得られた前記周波数および減衰定数に基づいて欠陥の位置を推定するステップをさらに備える、請求項9〜12のいずれか1項に記載の方法。

請求項14

前記分析するステップは、前記周波数から動的ヤング率(E)を求めるステップをさらに備える、請求項9〜13のいずれか1項に記載の方法。

請求項15

前記分析するステップは、前記周波数からせん弾性率(G)を求めるステップをさらに備える、請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。

請求項16

前記分析するステップは、前記減衰定数と基準値とを比較するステップをさらに備える、請求項9〜14のいずれか1項に記載の方法。

請求項17

製造品品質を管理する方法であって、請求項16に記載の方法を使用して、前記製造品の少なくとも一部を前記固体材料サンプルとして特徴付けるステップ(1010〜1030)と、前記減衰定数が前記基準値の予め定められたマージンの範囲内であれば、「合格」条件を送信するステップ(1040/YES)と、前記減衰定数が前記基準値の前記予め定められたマージンの範囲外であれば、「不合格」条件を宣言するステップ(1040/NO)とを備える、方法。

請求項18

前記分析するステップは、一般的なフィルタ対角化法を適用することによって高調波逆問題を解くステップを備える、請求項9〜17のいずれか1項に記載の方法。

請求項19

プロセッサに請求項9〜18のいずれか1項に記載の方法の計算ステップを実行させるように構成されたコード手段を備える、コンピュータプログラム製品

請求項20

前記コード手段は、Harminvプログラムを備える、請求項19に記載のコンピュータプログラム製品。

技術分野

0001

発明の分野
本発明は、衝撃励起手法の分野に関し、特に対象材料弾性特性および内部摩擦を求めることに関する。

背景技術

0002

背景
インパルス励起手法は、専用のツールまたは発射物を用いて対象材料のサンプルに衝撃を与え、結果として生じる振動を、圧電センサマイクロフォンレーザ振動計または加速度計などのセンサを用いて、取得時に分析することによって、サンプルの特定の物理的特性を求めるために使用されている。振動信号は、フーリエ変換によって周波数領域に変換されて共振周波数を特定し、これにより、サンプルの形状とともに材料の弾性特性を計算することができる。この手法は、一般に非破壊的であり、室温または異なる選択された(典型的には、高い)試験温度で適用され得る。

0003

インパルス励起手法に従って材料分析を行うためのさまざまな方法および装置が知られている。たとえば、トリエステ大学の名の下で「さまざまな材料の物体、サンプルまたは半加工製品弾性率を検出するための実験方法(Experimental method to detect the elastic modulus of objects, samples or semi-worked products of various materials)」と題される欧州特許出願公開番号EP 3 141 305 Aは、物体、サンプルまたは半加工製品の弾性率(E)を検出するための実験方法であって、慣性体に対して打ち付け要素によって生成された衝撃を用いてサンプル物体機械的応力を与えるステップと、予め定められた伸長値を有する接触面と対応してサンプル物体と接触するよう励起体が配設されるように、予め定められた質量(m)の励起体を打ち付け要素とサンプル物体との間に導入するステップと、打ち付け要素を励起体上に衝突させることによってサンプル物体上に機械的応力を与えるステップと、サンプル物体の伸び変化(X)に対応する応答信号を取得するステップと、少なくとも接触面の伸長値(S)およびサンプル物体の伸び変化(X)の値の関数としてサンプル物体の弾性率(E)の値を処理するステップとを備える、実験方法を開示している。

0004

公知の方法および装置の不利な点は、検出される共振周波数が、それ自体では、さまざまな材料からなる工業的に生産された物体、サンプルまたは半加工製品で起こり得るさまざまなタイプの欠陥(亀裂またはひびなど)を信号化し、特徴付けることに適していないことである。

0005

本発明の実施形態の目的は、先行技術の不利な点を少なくとも部分的に克服することである。

課題を解決するための手段

0006

概要
本発明の一局面に従って、固体材料サンプルの機械的振動応答を分析するための装置が提供され、上記装置は、上記固体材料サンプルの表面上のそれぞれの良定義された(well-defined)点に対して衝撃を与えるように線上に配置されたインパクタアレイと、上記線に対して実質的に垂直な方向への上記固体材料サンプルと上記インパクタのアレイとの相対的移動を生じさせるための手段とを備え、またはグリッド内に配置されたインパクタのアレイを備え、上記装置はさらに、上記インパクタのアレイの各衝撃に続いて、上記機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサと、上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段とを備える。

0007

本発明は、とりわけ、衝撃励起に対する被試験固体サンプルの応答が、指数関数的に減衰するシヌソイドの和に物理的に類似しているという発明者の発明見識に基づいている。励起応答のこの特定の数学形式現象基礎となる物理学に基づいて仮定することによって、単に(高速)フーリエ変換においてピークを抽出するよりも優れた精度を得ることができる。さらに、本発明は、欠陥の存在下では、単なる被試験サンプルの共振周波数の特定よりも、減衰定数が手がかりとなるという見識に基づいている。さらに、本発明は、減衰定数の特定が、既知の数学的方法によって解くことができる高調波逆(ハーモニックインバージョン)問題を構成しているという見識に基づいている。

0008

本発明の利点は、この装置を走査モードで使用して、線をサンプルに対して相対的に移動させ手順を繰り返す前にインパクタ(全てまたは選択されたもの)を線に沿って連続的に作動させることによって、より大きなサンプルにおける局所材料特性を試験することにより、グリッド点でサンプルを効果的に分析できる、ということである。各々の個々の衝撃について応答が取り込まれて分析され得、衝撃点のすぐ近くの材料特性についての情報が得られる。

0009

この装置は、固定位置にインパクタが配置されるハウジング内に実装されてもよく、インパクタがサンプルの表面上の全ての対象点に到達することができるように、固定して配置されたインパクタの下方でサンプルを直線的に移動させるための手段を備えてもよい。

0010

代替的に、この装置は、固定位置でサンプルを受容するハウジング内に実装されてもよく、インパクタがサンプルの表面上の全ての対象点に到達することができるように、固定して配置されたサンプルの上方でインパクタを直線的に移動させるための手段を備えてもよい。

0011

インパクタのアレイがグリッド内に配置される場合には、この装置は、インパクタ(全てまたは選択されたもの)をグリッドに沿って連続的に作動させることによって、サンプルと装置との相対的移動を必要とすることなく、より大きなサンプルにおける局所材料特性を試験することに使用できる。各々の個々の衝撃について応答が取り込まれて分析されてもよく、衝撃点のすぐ近くの材料特性についての情報が得られる。

0012

なお、グリッドベースの配置の場合、単一のサンプル位置から動作するときに可能であるよりも大きなおよび/または高密度のグリッド点でサンプルを分析するために、サンプルとインパクタのアレイとの間の相対的移動を適用することも可能である。

0013

本発明に係る装置の実施形態において、上記処理手段は、上記求められた周波数および減衰定数に基づいて上記固体材料サンプルにおける材料欠陥を検出するようにさらに構成される。

0014

本発明の装置は、サンプルの表面に沿ったさまざまな点におけるサンプルの励起応答情報を提供するので、異常応答を引き起こす材料欠陥の存在を検出することが可能になる。

0015

実施形態において、本発明に係る装置は、上記固体材料サンプルと上記インパクタのアレイとの2つの軸に沿った相対的移動を生じさせるようにさらに構成される。

0016

本実施形態の利点は、主要走査方向によって規定される線の間にある点で測定を行うことができ、欠陥の空間定位の精度を向上させることにつながる、ということである。

0017

実施形態において、本発明に係る装置は、励起される振動モードの波節において上記固体材料サンプルを支持するように構成された支持体をさらに備える。

0018

発明者らの発明見識は、励起される振動モードの波節(ゼロ)と一致する支持体の上に被試験サンプルを設置することによって、より正確な応答信号を取得できるということである。インパクタのアレイに対してサンプルを移動させるための手段は、移動にかかわらずサンプルが選択された波節において支持されたままになることを確実にするように配置される。

0019

実施形態において、本発明に係る装置は、温度センサ、上記固体材料サンプルの形状特性を求めるための手段、およびはかりのうちの1つ以上をさらに備える。

0020

温度センサを含むことの利点は、温度が時間変化信号と同時に測定されることによって、さまざまな熱的条件下で対象の物理的特性をより容易に分析できることであり、これは、熱誘起材料遷移の特定を含み得る。温度センサおよび機械的振動センサは、同一のプローブに組み込まれてもよい。形状特性を求めるための手段および/またははかりを含むことの利点は、サンプルのサイズおよび密度を正確に検出できることであり、上記変数は、得られた共振特性ヤング率(E)またはせん断弾性率(G)などの物理的材料特性に変換するのに必要である。

0021

本発明に係る装置の実施形態において、上記センサは、上記機械的振動応答が取り込まれるスポット照射するための手段を備える。

0022

本実施形態の利点は、応答を取り込むための所望の位置を正確に位置決めする際にユーザが補助されることができ、行われる測定の再現性が向上する、ということである。

0023

本発明に係る装置の実施形態において、上記センサは、上記センサによって上記固体材料サンプルに加えられる力を測定するための手段を備えた接触ベースのセンサである。

0024

本実施形態の利点は、圧電センサなどの接触ベースのセンサを使用するときに、応答の取り込み中に所望の量の力を正確に加える際にユーザが補助されることができる、ということである。

0025

本発明に係る装置の実施形態において、上記処理手段は、一般的なフィルタ角化法を適用することによって高調波逆問題を解くように構成される。

0026

本発明の一局面に従って、固体材料サンプルを特徴付ける方法が提供され、上記方法は、線上に配置されたインパクタのアレイを使用して上記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与え、上記線に対して実質的に垂直な方向へ上記インパクタのアレイに対して相対的に上記固体材料サンプルを移動させるステップ、またはグリッド上に配置されたインパクタのアレイを使用して上記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与えるステップと、このような与えられる衝撃の各々を上記与えるステップに続いて、機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップと、上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるステップとを備える。

0027

本発明の利点は、この装置を走査モードで使用して、線をサンプルに対して相対的に移動させ手順を繰り返す前にインパクタ(全てまたは選択されたもの)を線に沿って連続的に作動させることによって、または、インパクタ(全てまたは選択されたもの)をグリッドに沿って連続的に作動させることによって、より大きなサンプルにおける局所材料特性を試験することにより、グリッド点でサンプルを効果的に分析できる、ということである。各々の個々の衝撃について応答が取り込まれて分析されてもよく、衝撃点のすぐ近くの材料特性についての情報が得られる。

0028

この方法は、固定位置にインパクタが配置されたハウジング内に配設された装置を使用して実現されてもよく、装置は、インパクタがサンプルの表面上の全ての対象点に到達することができるように、固定して配置されたインパクタの下方でサンプルを直線的に移動させるための手段を備えてもよい。

0029

代替的に、この方法は、固定位置でサンプルを受容する内に配設された装置を使用して実現されてもよく、装置は、インパクタがサンプルの表面上の全ての対象点に到達することができるように、固定して配置されたサンプルの上方でインパクタを直線的に移動させるための手段を備えてもよい。

0030

代替的に、この方法は、固体材料サンプルに対して移動されてもされなくてもよい、グリッド内に配置されたインパクタのアレイを有する装置を使用して実現されてもよい。

0031

実施形態において、上記方法は、上記求められた周波数および減衰定数に基づいて上記固体材料サンプル(99)における材料欠陥を検出するステップをさらに備える。

0032

実施形態において、本発明に係る方法は、励起される振動モードの波節と一致する支持体の上に上記固体材料サンプルを設置するステップをさらに備える。

0033

実施形態において、本発明に係る方法は、さまざまな衝撃位置について得られた上記周波数および減衰定数に基づいて欠陥の位置を推定するステップをさらに備える。

0034

本発明の利点は、間隔が密な多数のグリッド点における材料特性についての情報を提供できることである。したがって、それらのグリッド点のうちのいくつかでは検出されるが他のグリッド点では検出されない異常が、亀裂またはひびなどの材料欠陥の推定位置についての手がかりとなる。

0035

本発明に係る方法の実施形態において、上記分析するステップは、上記周波数から動的ヤング率(E)を求めるステップをさらに備える。

0036

本発明に係る方法の実施形態において、上記分析するステップは、上記周波数からせん断弾性率(G)を求めるステップをさらに備える。

0037

本発明に係る方法の実施形態において、上記分析するステップは、上記減衰定数と基準値とを比較するステップをさらに備える。

0038

本発明に係る装置の実施形態において、上記分析するステップは、一般的なフィルタ対角化法を適用することによって高調波逆問題を解くステップを備える。

0039

本発明の一局面に従って、製造品品質を管理する方法が提供され、上記方法は、上記の方法を使用して、上記製造品の少なくとも一部を上記固体材料サンプルとして特徴付けるステップと、上記減衰定数が上記基準値の予め定められたマージンの範囲内であれば、「合格」条件を送信するステップと、上記減衰定数が上記基準値の上記予め定められたマージンの範囲外であれば、「不合格」条件を宣言するステップとを備える。

0040

本発明の一局面に従って、プロセッサに上記の方法の計算ステップを実行させるように構成されたコード手段を備える、コンピュータプログラム製品が提供される。

0041

本発明に係るコンピュータプログラム製品の実施形態において、上記コード手段は、Harminvプログラムを備える。

0042

本発明に係る方法およびコンピュータプログラム製品の実施形態の技術的効果および利点は、必要な変更を加えれば、本発明に係る装置の対応する実施形態の技術的効果および利点に相当する。

0043

ここで、本発明の実施形態のこれらのおよび他の特徴および利点について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

図面の簡単な説明

0044

たわみモードでの励起時に梁型サンプル内に引き起こされる振動を概略的に示す。
ねじりモードでの励起時に梁型サンプル内に引き起こされる振動を概略的に示す。
本発明に係る装置の実施形態を概略的に示す。
本発明に係る方法の実施形態のフローチャートを示す。

実施例

0045

実施形態の説明
既知の衝撃励起手法(IET)手順では、被試験サンプルは、衝撃を与えられたときに実質的に妨げられずに振動することができるように位置決めされる。これは、サンプルを軽量発泡体の上に設置するか、または励起される振動モードがゼロである(波節)状態で適切に設置される線形支持体(たとえば、ワイヤまたは細い棒)の上にサンプルを載せることによって達成される。励起は、波腹、すなわち引き起こされる動きの局所振幅が対象のモードで最大である点、においてサンプルに衝撃を与えることによって行われる。

0046

図1は、たわみ(特に、面外振動)モードでの励起時に被試験梁型サンプル内に引き起こされる振動を概略的に示す。この振動モードの固有周波数ffは、サンプルの動的ヤング率Eを示す。質量m、長さL、幅bおよび厚みtを有する示されている梁では、以下の式が使用され得る。

0047

0048

ここで、補正率Tは以下のように定義される。

0049

0050

図2は、ねじりモードでの励起時に被試験梁型サンプル内に引き起こされる振動を概略的に示す。この振動モードの固有周波数ftは、サンプルのせん断弾性率を示す。質量m、長さL、幅bおよび厚みtを有する示されている梁では、以下の式が使用され得る。

0051

0052

ここで、補正率Rは以下のように定義される。

0053

0054

EおよびGを求めるためのこれらの既知の方法は、サンプルの応答のスペクトルにおけるピーク周波数にのみ依拠する。期待値に対するEおよび/またはGのずれがサンプルにおける欠陥を示し得るが、発明者は、特定の周波数成分の異常に速い減衰がこのような欠陥の信頼できる予測因子であることを発見した。

0055

本発明は、固体材料サンプルの機械的振動応答を分析するための装置を提供し、この実施形態は、図3に概略的に示されている。装置100は、固体材料サンプル99の表面上のそれぞれの良定義された点に対して衝撃を与えるように線上にまたはグリッド上に配置されたインパクタ110のアレイを備える。

0056

一般性を失うことなく、3つのインパクタ110が線上に配置された装置100が示されている。装置100は、インパクタ110の衝撃に続いて、サンプル99の機械的振動応答を時間変化信号として取り込むように構成されたセンサ120をさらに備える。衝撃時にサンプル99が自由に振動することができるように、たとえば線形支持体を備える好適なサンプルホルダ199が設けられている。装置100は、時間変化信号を分析して、時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成された処理手段130をさらに備える。

0057

インパクタ110は、好ましくは装置の残りの部分に取り付けられて自動運転される1つ以上のハンマ(すなわち、駆動される、任意にばね仕掛けアームに装着された重り)または他の発射物を備えてもよい。センサ120は、圧電センサなどの接触ベースのセンサ、マイクロフォンもしくはレーザ振動計などの非接触ベースのセンサ、または加速度計を備えてもよい。

0058

発明者は、マイクロフォンよりも環境外乱(特に、工業環境内)の影響を受けにくい圧電センサなどの接触ベースのセンサを用いることにより優れた結果を得ることができることを発見した。圧電センサは、プローブ内に配置されてもよく、このプローブは、信号増幅器、機械的振動応答が取り込まれるスポットを照射するための手段(たとえば、プローブがサンプルの表面の方に運ばれて行ったときに予想される接点を光のスポットを用いて照射するように配置された小さなレーザ源)、および/または、温度センサをさらに含んでもよい。プローブは、好ましくは、センサによってサンプルに加えられる力を測定するための手段を備える。

0059

この装置は、駆動されるアームまたはより複雑なロボット支持体などの、プローブをサンプルと自動的に接触させるための手段を含んでもよい。この場合、力測定手段は、センサとサンプルとの間の優れた接触を確実にするのに必要なフィードバックを提供する。プローブがユーザによって手動操縦される場合、この装置は、ユーザが接触力を予め定められた目標範囲内に維持することを補助するための視覚および/または聴覚フィードバックを提供するように構成されてもよい(たとえば、LEDが、加えられた力が大きすぎる場合にはある色で点灯し、加えられた力が小さすぎる場合には別の色で点灯するようにされてもよく、断続的なビープ音が、加えられた力が大きすぎるか小さすぎるかに応じて異なる音程または時間間隔を有してもよい、などである)。

0060

インパクタは、線形のアレイとして、または矩形のグリッドとして配置されてもよい。線形の場合、この装置は、サンプルのさまざまな部分に対する連続的な試験のためにインパクタの線の下方でサンプルを移動させる、または、サンプルのさまざまな部分に対する連続的な試験のためにサンプルの幅方向にインパクタの線を移動させるスキャナの機能を果たしてもよい。この装置は、好ましくは、サンプルおよびインパクタの必要な相対的移動を提供するために正確に制御可能なモータを備える。インパクタがグリッドとして配置される場合、このような相対的移動は、グリッドの範囲がサンプルの対象領域全体カバーしない場合、またはより高い点密度が望まれる場合にのみ必要であろう。

0061

本発明に係る装置は、上記固体材料サンプルと上記インパクタのアレイとの2つの軸に沿った相対的移動を生じさせることができるように構成されてもよい。これにより、この装置は、主要走査移動に加えて、表面上の点にアクセスする横方向移動を提供することができる。これは、欠陥の空間定位の精度を向上させることにつながる。

0062

この装置は、好ましくは、3Dスキャナ、カメラ(任意に、ステレオカメラ)などの、固体材料サンプルの形状特性を求めるための手段(図示せず)を備える。上記の式から明らかなように、サンプルの形状の正確な知識は、検出された周波数ピークからヤング率およびせん断弾性率の正確な値を導き出すのに重要である。サンプルの重量、したがって質量を求めるためにはかり(図示せず)がこの装置に組み込まれてもよい。上記の式から明らかなように、サンプルの質量の正確な知識も、検出された周波数ピークからヤング率およびせん断弾性率の正確な値を導き出すのに重要である。

0063

装置100は、画面140(好ましくは、タッチスクリーン)、ボタンまたはダイヤル150、キーパッド(図示せず)などを含んでもよい従来のユーザインターフェイスを備えてもよい。

0064

処理手段は、時間変化信号を分析して、時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるように構成され、すなわち、それは高調波逆問題を解く。この高調波逆問題は、より一般的には所与帯域幅における有限数のシヌソイドの和からなる、離散時間有限長信号を構成しているこのようなシヌソイドの周波数、減衰定数、振幅および位相を求めることで構成され、文献において良く知られているが、これまでIETとは関連付けられてこなかった。ウラミール・A・マンデリシュタムおよびハワード・S・テイラーは、ウォールおよびノイハウザーの一般的なフィルタ対角化法を使用して、高調波逆問題を、彼らの独創的論文「時間信号のハーモニックインバージョンおよびその用途(Harmonic inversion of time signals and its applications)」(ジャーナルオブケミカルフィジックス107、6756(1997))における小行列対角化のうちの1つとして計算し直すことによって、この問題を解くことを記載している。マサチューセッツ工科大学のスティーブン・G・ジョンソンによる「Harminv」プログラムを含むこの手法のコンピュータベースの実現例は、当該技術分野において知られている。分析の結果は、画面140または他の好適なインターフェイスに出力され、記憶されるかまたは他の装置によってさらに処理されてもよい。

0065

処理手段は、1つ以上の専用のハードウェアコンポーネント(たとえば、ASIC)、適切に構成されたコンフィギュラブルハードウェアコンポーネント(たとえば、FPGA)、好適なソフトウェアを備えるマイクロプロセッサ、または上記の組み合わせで構成されてもよい。同一のコンポーネントは、他の機能も実行してもよい。

0066

また、本発明は、固体材料サンプルを特徴付ける方法を提供し、この方法は、
上記固体材料サンプルの表面上の複数の良定義された点に対して衝撃を与えるステップ1010と、
このような与えられる衝撃の各々を上記与えるステップに続いて、機械的振動応答を時間変化信号として取り込むステップ1020と、
上記時間変化信号を分析して、上記時間変化信号を構成しているシヌソイドの周波数および減衰定数を求めるステップ1030とを備える。

0067

衝撃は、線上に配置されたインパクタ(110)のアレイを使用して与えられる(1010)。線が完了されると(すなわち、アレイのインパクタのうちの全てまたは選択されたものが作動されると)、サンプルは、その線に対して実質的に垂直な方向へインパクタのアレイに対して相対的に移動され、アレイが再び作動される。このプロセスは、対象の表面全体が走査されるまで反復的に繰り返される。このように進めることによって、いかなる異常(サンプルにおける亀裂、ひびまたは他の材料欠陥など)も非常に正確に定位することができる。

0068

衝撃を与えるステップ1010および取り込むステップ1020は、(示されているように、たとえば装置が複数のインパクタを連続的に動作させる場合には)信号を分析するステップ1030の前に繰り返し行われてもよく、または代替的には、各々の取り込まれた信号は、別々に分析されてもよい。

0069

選択される励起モードによっては、分析するステップ1030は、特にピーク周波数を特定して上記の式などの式を適用することによって、応答のスペクトルにおける周波数から動的ヤング率(E)またはせん断弾性率(G)を求めるステップをさらに備えてもよい。

0070

本発明に係る装置に関する上記のさらなる詳細および選択肢は、本発明に係る方法にも当てはまる

0071

好ましくは、分析するステップは、減衰定数と基準値とを比較するステップ1040をさらに備える。このステップにより、本発明に係る方法を品質管理の目的で使用することができる。実際、製造品の品質を管理する方法は、上記の方法を使用して製造品の少なくとも一部を上記固体材料サンプルとして特徴付けるステップと、減衰定数が上記基準値の予め定められたマージンの範囲内であれば「合格」条件を送信するステップ1040/YESと、減衰定数が上記基準値の上記予め定められたマージンの範囲外であれば「不合格」条件を宣言するステップ1040/NOとを備える。

0072

また、本発明は、プロセッサに上記方法の計算ステップを実行させるように構成されたコード化手段を備えるコンピュータプログラム製品に関する。

0073

具体的な実施形態を参照して本発明について上述してきたが、これは本発明を明確にするためになされており、本発明を限定するためになされているわけではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲を参照することによって決定される。

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