(57)【要約】【課題】検査システム、特に試験構造体の強度を特定するレーザー接合検査（ＬＢＩ）システムを較正するための装置、システム及び方法を提供する。【解決手段】本開示の較正システムは、較正パネルと、表面運動センサと、処理回路とを備える。表面運動センサは、ＬＢＩヘッドが較正パネルに印加したレーザーパルスに応答して較正パネル中に発生する圧縮波を感知する。処理回路は、感知された圧縮波の一つ以上の特性に応答してレーザー検査システムの較正結果を出力する。較正システムは、顕著に素早く較正結果を提供するので、検査システムの精度及び再現性を改善するようにより頻繁に実施可能である。【選択図】図４
2020112538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試験構造体（２００）の強度を特定するために前記試験構造体（２００）の表面にレーザーパルス（１３２）を印加するように構成されたレーザー接合検査ヘッド（１３０）を備えるレーザー検査システム（１００）の較正結果を決定する方法（５００）であって、
較正パネル（４１０）の第一表面（４１２）に固定されたアブレーション層（２１０）に前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）によって印加されるビーム直径（１３６）を有するレーザーパルス（１３２）に応答して前記較正パネル（４１０）内に圧縮波（２４０）を発生させること（５１０）であって、前記較正パネル（４１０）が備える第一表面（４１２）が所定の厚さ（４１６）で第二表面（４１４）から離隔され、前記第一表面（４１２）が前記第二表面（４１４）に略平行である、こと（５１０）と、
前記較正パネル（４１０）の第二表面（４１４）から所定の距離で離隔して固定された表面運動センサ（４２０）を用いて、前記圧縮波（２４０）を感知すること（５２０）であって、前記表面運動センサの縦軸（４２２）が、前記ビーム直径（１３６）によって定められる許容範囲内で前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）の縦軸（１３４）と略整列する、こと（５２０）と、
感知された前記圧縮波の一つ以上の特性に応答して前記レーザー検査システム（１００）の較正結果を出力すること（５３０）と、を備える方法（５００）。
【請求項２】
前記表面運動センサ（４２０）が電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える、請求項１に記載の方法（５００）。
【請求項３】
前記レーザー検査システム（１００）の較正結果を出力すること（５３０）が、
感知された前記圧縮波の少なくとも一つの振幅を検出することと、
検出された前記少なくとも一つの振幅に応答して決定された較正結果を出力することと、を備える、請求項２に記載の方法（５００）。
【請求項４】
前記表面運動センサ（４２０）が、前記較正パネル（４１０）に対して固定された傾斜を有する任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法（５００）。
【請求項５】
前記レーザー検査システム（１００）の較正結果を出力すること（５３０）が、
感知された前記圧縮波の一つ以上の特性に応答して前記圧縮波の振幅を決定することと、
決定された前記振幅に応答して較正結果を出力することと、を備える、請求項４に記載の方法（５００）。
【請求項６】
前記較正結果を出力すること（５３０）が、前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）が前記較正パネル（４１０）に固定された前記アブレーション層（２１０）に前記レーザーパルス（１３２）を印加した後一分間未満で較正結果を出力することを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法（５００）。
【請求項７】
前記較正結果が、前記レーザー検査システムが較正されていないことを示す場合に、
前記レーザー検査システム（１００）の一つ以上の調整を行った後に、前記較正パネル（４１０）の前記第一表面（４１２）に固定された新たなアブレーション層（２１０）に前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）によって印加される前記ビーム直径（１３６）を有する第二レーザーパルス（１３２）に応答して前記較正パネル（４１０）中に第二圧縮波（２４０）を発生させることと、
前記表面運動センサ（４２０）を用いて、前記第二圧縮波（２４０）を感知することと、
感知された前記第二圧縮波の一つ以上の特性に応答して前記レーザー検査システム（１００）の第二較正結果を出力することと
によって較正を繰り返すこと（５４０）を更に備える請求項１から６のいずれか一項に記載の方法（５００）。
【請求項８】
前記較正結果が第一較正結果を備え、前記第二較正結果を出力することが、前記第二圧縮波を発生させた後一分間未満で前記第二較正結果を出力することを備える、請求項７に記載の方法（５００）。
【請求項９】
前記較正結果が第一較正結果を備え、
前記較正パネル（４１０）の前記第一表面（４１２）に固定された新たなアブレーション層（２１０）に前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）によって印加される前記ビーム直径（１３６）を有する第二レーザーパルス（１３２）に応答して前記較正パネル（４１０）中に第二圧縮波（２４０）を発生させることと、
前記表面運動センサ（４２０）を用いて前記第二圧縮波（２４０）を感知することと、
感知された前記第二圧縮波の一つ以上の特性に応答して前記レーザー検査システム（１００）の第二較正結果を出力することと
によって較正を繰り返すこと（５４０）を更に備える請求項１から８のいずれか一項に記載の方法（５００）。
【請求項１０】
前記第一較正結果が、前記レーザー検査システム（１００）が一つ以上の試験構造体（２００）を評価する前の第一時点において得られ、前記第二較正結果が、前記レーザー検査システム（１００）が前記一つ以上の試験構造体（２００）を評価した後の第二時点において得られる、請求項９に記載の方法（５００）。
【請求項１１】
前記第一較正結果が、前記レーザー検査システム（１００）が第一組の一つ以上の試験構造体（２００）を評価する前の第一時点において得られ、前記第二較正結果が、前記レーザー検査システム（１００）が第二組の一つ以上の試験構造体（２００）を評価する前の第二時点において得られ、前記第二時点が前記第一時点の後である、請求項９に記載の方法（５００）。
【請求項１２】
試験構造体（２００）の強度を特定するために前記試験構造体（２００）にレーザーパルス（１３２）を印加するように構成されたレーザー接合検査ヘッド（１３０）を備えるレーザー検査システム（１００）の較正を決定するための較正システム（４００）であって、
第二表面（４１４）と略平行であり且つ所定の厚さ（４１６）で第二表面（４１４）から離隔された第一表面（４１２）を備える較正パネル（４１０）と、
所定の距離で前記較正パネル（４１０）の第二表面（４１４）から離隔して固定された表面運動センサ（４２０）であって、前記較正パネル（４１０）の第一表面（４１２）に固定されたアブレーション層（２１０）に印加されるレーザーパルス（１３２）に応答して前記較正パネル（４１０）中に発生する圧縮波（２４０）を感知するように構成された表面運動センサ（４２０）であって、前記表面運動センサ（４２０）の縦軸（４２２）が前記レーザーパルス（１３２）のビーム直径（１３６）によって定められる許容範囲内で前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）の縦軸と略整列する、表面運動センサ（４２０）と、
感知された前記圧縮波の一つ以上の特性に応答して前記レーザー検査システムの較正結果を出力するように構成された処理回路（４３０）と、を備える較正システム（４００）。
【請求項１３】
前記表面運動センサ（４２０）が電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える、請求項１２に記載の較正システム（４００）。
【請求項１４】
前記表面運動センサ（４２０）が、前記較正パネル（４１０）に対して固定された傾斜を有する任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備える、請求項１２又は１３に記載の較正システム（４００）。
【請求項１５】
前記表面運動センサ（４２０）が、
第一所定距離で前記較正パネル（４１０）の第二表面（４１４）から離隔して固定された第一表面運動センサ（４３４）と、
前記第一表面運動センサ（４３４）に近接し、第二所定距離で前記較正パネル（４１０）の第二表面（４１４）から離隔して固定された第二表面運動センサ（４３６）と、を備える、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の較正システム（４００）。
【請求項１６】
前記第一表面運動センサ（４３４）が任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備え、前記第二表面運動センサ（４２６）が電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える、請求項１５に記載の較正システム（４００）。
【請求項１７】
前記較正パネル（４１０）がアルミニウムパネルを備え、前記所定の厚さ（４１６）が１０ｍｍ未満である、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の較正システム（４００）。
【請求項１８】
前記レーザー接合検査ヘッド（１３０）が前記較正パネル（４１０）に固定されたアブレーション層（２１０）にレーザーパルス（１３２）を印加した後一分間未満で較正結果を出力するように構成されている請求項１２から１７のいずれか一項に記載の較正システム（４００）。
【請求項１９】
前記較正パネル（４１０）と前記表面運動センサ（４２０）が携帯型較正構造体（４５０）に共に配置され、前記処理回路（４３０）が、前記携帯型較正構造体（４５０）から離隔しているが動作可能に接続されている、請求項１２から１８のいずれか一項に記載の較正システム（４００）。
【請求項２０】
前記較正パネル（４１０）と前記表面運動センサ（４２０）と前記処理回路（４３０）が携帯型較正構造体（４５０）に共に配置されている、請求項１２から１９のいずれか一項に記載の較正システム（４００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は米国国防総省によって助成された米国政府支援ＦＡ８６５０−１７−Ｃ−５５２９で為されたものである。米国政府は本願に一定の権利を有する。
【０００２】
本願は、一般的に試験構造体検査に係り、特に試験構造体の強度を評価するのに用いられる検査システムの較正に関する。
【背景技術】
【０００３】
レーザー検査システム、例えばレーザー接合検査（ＬＢＩ，ｌａｓｅｒ  ｂｏｎｄ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）システムは、試験構造体の強度を評価する。例えば、ＬＢＩシステムは、航空機を構築するのに用いられるユニットパネル等の構造体がプロセス欠陥を有していないかどうか及び／又はその使用目的にとって十分強いものであるかどうかを評価し得る。他の例では、ＬＢＩシステムは、二つの構造体を互いに固定する接合が特定の動作条件においてその接合を維持するのに十分強いかどうかを評価し得る。このような強度評価の精度を保証するために、こうした検査システムが較正される。
【０００４】
ＬＢＩシステム用の従来の較正法には、ＬＢＩシステムで用いられる一つ以上のエネルギー計器の第三者による較正、ＬＢＩシステムがアブレーション層、例えばアブレーションテープ上に生じさせるスポットサイズの検査及び測定、標準試験パネルの試験が含まれる。一般的に、各試験パネルは６０〜１００回の試験を受け、各試験は超音波検査とデータ分析とを更に含む。結果として、一回の較正プロセスが完了までに典型的には２〜３日かかる。較正の結果が、ＬＢＩシステムが較正外であることを示す場合には、ＬＢＩシステムが較正されるまで、（ＬＢＩシステムを調整した後に）較正プロセスが一回以上繰り返され得る。このような大々的な較正法には時間とお金の両方がかかる。更に、従来の較正法はその実施にとても時間がかかるので、使用の度に、又は、一日単位及び／又は週単位でＬＢＩシステムの較正を検証することは現状では不可能である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の態様によると、検査システム、特にレーザー接合検査（ＬＢＩ）システムを較正するための装置、システム及び方法が与えられる。本願の較正システム及び解決策は、顕著に素早く較正結果を提供するので、検査システムの精度及び再現性を改善するようにより頻繁に実施可能である。
【０００６】
本開示は、試験構造体の強度を特定するために試験構造体の表面にレーザーパルスを印加するように構成されたレーザー接合検査ヘッドを備えるレーザー検査システムの較正結果を決定する方法を開示する。本方法は、較正パネルの第一表面に固定されたアブレーション層にレーザー接合検査ヘッドが印加するビーム直径を有するレーザーパルスに応答して較正パネル中に圧縮波を発生させることを備える。較正パネルが備える第一表面は所定の厚さで第二表面から離隔され、第一表面は第二表面と略平行である。本方法は、所定の距離で較正パネルの第二表面から離隔して固定された表面運動センサを用いて圧縮波を感知することを更に備え、表面運動センサの縦軸は、ビーム直径によって定められる許容範囲内でレーザー接合検査ヘッドの縦軸と略整列する。本方法は、感知された圧縮波の一つ以上の特性に応答してレーザー検査ヘッドの較正結果を出力することを更に備える。
【０００７】
更なる態様によると、表面運動センサは電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える。
【０００８】
更なる態様によると、レーザー検査システムの較正結果を出力することは、感知された圧縮波の少なくとも一つの振幅を検出することと、検出された少なくとも一つの振幅に応答して決定された較正結果を出力することと、を備える。
【０００９】
更なる態様によると、表面運動センサは、較正パネルに対して固定された傾斜を有する任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備える。
【００１０】
更なる態様によると、レーザー検査システムの較正結果を出力することは、感知された圧縮波の一つ以上の特性に応答して圧縮波の振幅を決定することと、決定された振幅に応答して較正結果を出力することと、を備える。
【００１１】
更なる態様によると、較正結果を出力することは、レーザー接合検査ヘッドが較正パネルに固定されたアブレーション層にレーザーパルスを印加した後一分間未満で較正結果を出力することを備える。
【００１２】
更なる態様によると、較正結果がレーザー検査システムが較正されていないことを示す場合に、本方法は、レーザー検査システムに一つ以上の調整を行った後に、較正パネルの第一表面に固定された新たなアブレーション層にレーザー接合検査ヘッドが印加するビーム直径を有する第二レーザーパルスに応答して較正パネル中に第二圧縮波を発生させることと、表面運動センサを用いて第二圧縮波を感知することと、感知された第二圧縮波の一つ以上の特性に応答してレーザー検査システムの第二較正結果を出力することと、によって、較正を繰り返すことを備える。
【００１３】
更なる態様によると、前記較正結果は第一較正結果を備え、第二較正結果を出力することが、第二圧縮波を発生させた後一分間未満に第二較正結果を出力することを備える。
【００１４】
更なる態様によると、前記較正結果は第一較正結果を備え、本方法が較正を繰り返すことを更に備える。例えば、本方法は、較正パネルの第一表面に固定された新たなアブレーション層にレーザー接合検査ヘッドが印加するビーム直径を有する第二レーザーパルスに応答して較正パネル中に第二圧縮波を発生させることと、表面運動センサを用いて第二圧縮波を感知することと、感知された第二圧縮波の一つ以上の特性に応答してレーザー検査システムの第二較正結果を出力することとによって、較正を繰り返す。
【００１５】
更なる態様によると、第一較正結果は、レーザー検査システムが一つ以上の試験構造体を評価する前の第一時点において得られ、第二較正結果は、レーザー検査システムが一つ以上の試験構造体を評価した後の第二時点において得られる。
【００１６】
更なる態様によると、第一較正結果は、レーザー検査システムが第一組の一つ以上の試験構造体を評価する前の第一時点において得られ、第二較正結果は、レーザー検査システムが第二組の一つ以上の試験構造体を評価する前の第一時点において得られ、第二時点が第一時点の後である。
【００１７】
本開示は、試験構造体の強度を特定するために試験構造体にレーザーパルスを印加するように構成されたレーザー接合検査ヘッドを備えるレーザー検査システムの較正を決定するための較正システムを開示する。較正システムは、較正パネルと、表面運動センサと、処理回路とを備える。較正パネルは、第二表面と略平行であり且つ所定の厚さで第二表面から離隔された第一表面を備える。表面運動センサは、所定の距離で較正パネルの第二表面から離隔して固定される。更に、表面運動センサは、表面運動センサの縦軸がビーム直径によって定められる許容範囲内でレーザー接合検査ヘッドの縦軸と略整列している間に、較正パネルの第一表面に固定されたアブレーション層にレーザー接合検査ヘッドが印加するビーム直径を有するレーザーパルスに応答して較正パネル中に発生する圧縮波を感知するように構成される。処理回路は、感知された圧縮波の一つ以上の特性に応答してレーザー検査システムの較正結果を出力するように構成される。
【００１８】
更なる態様によると、表面運動センサは電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える。
【００１９】
更なる態様によると、表面運動センサは、較正パネルに対して固定された傾斜を有する任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備える。
【００２０】
更なる態様によると、表面運動センサは、第一所定距離で較正パネルの第二表面から離隔して固定された第一表面運動センサと、第一表面運動センサに近接し且つ第二所定距離で較正パネルの第二表面から離隔して固定された第二表面運動センサとを備える。
【００２１】
更なる態様によると、第一表面運動センサは任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ）を備え、第二表面運動センサは電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ）を備える。
【００２２】
更なる態様によると、較正パネルはアルミニウムパネルを備え、所定の厚さは１０ｍｍ未満である。
【００２３】
更なる態様によると、較正システムは、レーザー接合検査ヘッドが較正パネルに固定されたアブレーション層にレーザーパルスを印加した後一分間未満で較正結果を出力するように構成される。
【００２４】
更なる態様によると、較正パネルと表面運動センサは携帯型較正構造体に共に配置され、処理回路は携帯型較正構造体から離隔されるが動作可能に接続される。
【００２５】
更なる態様によると、較正パネルと表面運動センサと処理回路は携帯型較正構造体に共に配置される。
【００２６】
上述の特徴、機能及び利点は、多様な態様において独立して達成可能であり、又は、更に他の態様において組み合わせ可能でもあり、それらの詳細については以下の説明及び図面を参照して理解可能である。
【００２７】
以上本開示のバリエーションを概説してきたが、以下では必ずしも縮尺通りには描かれていない添付図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】例示的なレーザー検査システムのブロック図である。
【図２】図１に示される例示的なレーザー検査システムの追加的な詳細を示す。
【図３】図３Ａ〜図３Ｃは、図１のレーザー検査システムによって実施される供試構造体の例示的な検査を示す。
【図４】本開示の態様に係る例示的な較正システムのブロック図を示す。
【図５】図１のレーザー検査システムで実施される図４の例示的な較正システムを示す。
【図６】本開示の態様に係る例示的な較正方法を示す。
【図７】本開示の態様に係るレーザー検査システムの例示的な較正を示す。
【図８】図８Ａ〜図８Ｄは、図４の較正システムの整列例を示す。
【図９】本開示の態様に係る他の例示的な較正システムのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、試験構造体（本願においては供試構造体（ＳＵＴ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ  ｕｎｄｅｒ  ｔｅｓｔ）とも称する）２００を検査するように構成された例示的なレーザー接合検査（ＬＢＩ）システム１００を示す。ＬＢＩシステム１００は、レーザーシステム１１０と、チューブ１２０と、ＬＢＩヘッド１３０とを備える。レーザーシステム１１０は、入力制御に応答してレーザービームと、オーバーレイ（例えば、水流）と、真空とを発生させる。例えば、水流は、ＳＵＴ２００中の圧縮波の振幅を増強する機能を果たすタンピング層をアブレーション層の上に提供し、一方で、真空は、プロセス中に使用された水の大部分を除去するのに用いられ得る。チューブ１２０は、レーザーシステム１１０からＬＢＩヘッド１３０にレーザービームとオーバーレイと真空とを伝えるための一つ以上のパイプ又はチャネルを備える。ＬＢＩヘッド１３０は、発生させたレーザービームを、例えば図２に示されるようにＳＵＴ２００に印加されるレーザーパルス１３２として成形する。より具体的には、ＬＢＩヘッド１３０は、ＳＵＴ２００の表面に固定又は適用されたアブレーション層２１０（例えば、アブレーションテープ（例えば、３Ｍ社の４７１テープ）や黒色塗料等）にレーザーパルス１３２を印加して、ＳＵＴ２００中に圧縮波を発生させる。例示的なＬＢＩヘッド１３０は、１００〜３００ｎｓのパルス持続時間と、１〜４０Ｊのパルスエネルギーと、１０５４ｎｍの波長とを有するレーザーパルス１３２を発生させる。図２に示されるように、レーザーパルス１３２の縦軸１３４はアブレーション層２１０の中心と略整列するが、これは必須ではないことを理解されたい。代わりに、他の実施形態では、レーザーパルス１３２がアブレーション層２１０の外に行かないようにレーザーパルス１３２がアブレーション層２１０の一部に当たることを保証し得る。いずれの場合でも、ＳＵＴ２００が圧縮波にどのように応答するのかに基づいて、ＳＵＴ２００の特性、例えば、強度、欠陥等が決定される。
【００３０】
図３Ａ〜図３Ｂは、第二層２３０に接合された第一層２２０を備えるＳＵＴ２００に適用されるＬＢＩプロセスを示す。図３Ａに示されるように、非破壊評価装置３００、例えば超音波装置が、ＳＵＴ２００の非破壊評価（ＮＤＥ，ｎｏｎ‐ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ）事前試験を行う。例えば、ＮＤＥ装置３００は、ＳＵＴ２００に超音波を印加する。発生した超音波はＳＵＴ２００を通り、何らかの境界、例えば第一層２２０と第二層２３０との間の境界で跳ね返る。ＮＤＥ装置３００は、反射波を捕捉して、境界の画像を含むＳＵＴ２００の画像を生成する。このＮＤＥ事前試験は、構造体試験が完了した際の比較用の基準として機能するＳＵＴ２００の基準値を与える。
【００３１】
図３Ｂでは、ＬＢＩヘッド１３０が、発生したレーザーパルス１３２をアブレーション層２１０に印加して、ＳＵＴ２００中に圧縮波２４０を発生させる。図３Ｂに示されるように、レーザーパルス１３２は一般的にはアブレーション層を損傷させて、アブレーション層２１０の一部２１０’のみが残るようになる。圧縮波２４０は、第一層２２０を通り、第一層と第二層との間の境界を通り、第二層２３０を通り、最終的には、第二層２３０の遠位境界で反射する引張波２５０を生じさせる。図示されていないが、圧縮波の一部は第一層２２０と第二層２３０との間の境界で反射し得て、第二層２３０中の圧縮波の振幅を減少させる。プライ同士の間の層間界面からの散乱や欠陥（例えば、第一層及び／第二層中の空隙、及び／又は、第一層と第二層を接合するのに用いられた接着層中の空隙）に起因して、更なる振幅損失が生じ得る。損失（例えば、反射、散乱、欠陥等に起因する損失）の大きさは、第一層及び第二層を製造するのに用いられた物質の性質に依存し、また、第一層と第二層を互いに接合する接着剤の音響特性に依存する。ＬＢＩシステム１１０が適切に機能している場合には、圧縮波２４０に起因する引張波２５０は、ＳＵＴ２００の十分に強靭な部分が試験の影響を受けないようにしたままでＳＵＴ２００中の脆弱性を露わにするのに十分強い。次いで、ＮＤＥ装置３００がＮＤＥ事後試験（図３Ｃ）を行い、ＮＤＥ事前試験と比較して物質中に何らかの変化が存在していないかどうかを調べる。例えば、第一層２２０及び第二層２３０が、また、第一層２２０と第二層２３０との間の接合が、試験領域において十分強い（例えば、強度仕様を満たす）場合、例えば、図３Ｃ１に示されるように、ＳＵＴ２００には欠陥が存在せず、ＮＤＥ事後試験はＮＤＥ事前試験と一致する。層２２０と層２３０の一方が脆弱性を有する場合には、例えば図３Ｃ２に示されるように、引張波２５０は、その脆弱性の箇所に欠陥２６０を生じさせて、その欠陥がＮＤＥ事後試験によって検出される。同様に、第一層と第二層との間の接合が脆弱性を有する場合には、例えば図３Ｃ３に示されるように、引張波２５０が、その脆弱性の領域に欠陥２７０を生じさせて、その欠陥がＮＤＥ事後試験によって検出される。図３Ｃ２及び図３Ｃ３にはそれぞれＳＵＴ２００の特定の領域中の単一の脆弱性欠陥しか示していないが、ＬＢＩ試験が、層２２０と層２３０の一方又は両方、及び／又は、層２２０と層２３０との間の接合領域の複数の欠陥を露わにし得ることは理解されたい。
【００３２】
上述のように、ＬＢＩシステム１００は、ＳＵＴ２００が脆弱性を有すれば、ＳＵＴ２００中に欠陥を生じさせるのに十分な振幅を有するが、十分強力な（例えば強度要求を満たしている）物質及び／又は接合を損傷させる振幅は有さない圧縮／引張波を発生させるように設計される。圧縮／引張波の振幅は、どのくらいのレーザーエネルギー（例えば、レーザーパルス１３２のパワー及びサイズに基づく）がアブレーション層２１０に入射するのか、アブレーション層２１０の状態、オーバーレイの種類（例えば、水等）、及び／又は、オーバーレイの厚さの影響を受ける。その目的を達成するために、（サイズ及びパワーの両方について）所望の圧縮波が達成される所望のビームサイズ及びパワーを有するパルス波を発生させるようにＬＢＩシステムを較正する。従来の較正法は、正確ではあるが、時間がかかり、例えば、較正の完了までに少なくとも２〜３日かかり、またコストがかかる。本開示の解決策の態様は、数分間、場合によっては数秒間で較正結果を与えることができる較正システム及び方法を提供することによって、従来の手法に対する顕著な改善を与える。更に、本開示の較正システムの態様は、携帯型パッケージで実施可能であり、第三者による較正の必要性を排除し得る。
【００３３】
図４は、本開示の解決策の態様に係る較正システム４００の例示的なブロック図を示す。較正システム４００は、較正パネル４１０と、センサ４２０と、処理回路４３０とを備える。較正パネル４１０とセンサ４２０は、センサ４２０と較正パネル４１０との間の所望の整列／間隔を与えるように較正構造体４５０に配置される。単純で明確にするため、図４は、較正パネル４２０、センサ４２０及び較正構造体４５０を機械的に固定する取り付けハードウェアを示していないが、較正システム４００がこのような取り付けハードウェアを含むことを当業者は理解されたい。図４に示されるように、処理回路４３０は、較正パネル４１０及びセンサ４２０と同じく較正構造体４５０に含まれ得て、又は、較正構造体４５０から遠隔配置され得る。いずれの場合でも、処理回路４３０は、適切なワイヤ／コネクタ（図示せず）を介してセンサ４２０に接続する。
【００３４】
較正パネル４１０は、略平行に対向する表面４１２と表面４１４によって定められる厚さ４１６を有する。例示的な較正パネル５１０として、ラミネートパネル、アルミニウムパネル（例えば、アルミニウム６０６１）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。例示的な一態様では、較正パネル４１０は、厚さ２〜８ｍｍのアルミニウム製である。例示的な一態様では、較正パネル４１０は、ＬＢＩヘッド１３０よりも大きい寸法、例えば、５インチ×８インチの寸法を有する矩形である。一部態様によると、較正パネル４１０は、所望のレーザーパルス１３２、例えばＳＵＴ２００を試験するためのパルスに対する既知の応答を有するあらゆる既知の物質及びサイズを備え得る。
【００３５】
較正パネル４１０の一方の表面、例えば、第一表面４１２は、第一表面４１２の少なくとも一部がアクセス可能であるように、例えば外気に晒されるようにして較正構造体４５０に対して構成される。一例では、較正パネル４１０のアクセス可能な領域のサイズは、少なくとも所望のアブレーション層２１０のサイズであり、つまりは、ＬＢＩヘッド１３０が発生させるレーザーパルス１３２よりも少なくとも僅かに大きい。第一表面４１２のより大きな領域（第一表面４１２全体を含む）が外気に晒され得ることは理解されたい。例示的な態様では、ＬＢＩヘッド１３０は、アブレーション層２１０の箇所に限定されて、センサ４２０と同軸となり、ＬＢＩヘッド１３０が第一表面４１２（又は第一表面４１２の少なくとも一部）と接する。図４は、較正構造体４５０の外部境界のうちの一つと第一表面４１２が揃っているものとして示されているが、これが必須ではないことを理解されたい。他の実施形態では、第一表面４１２が較正構造体４５０の外縁の外側／上に延伸するように較正パネル４１０が較正構造体４５０に取り付けられ得て、一方、更に他の実施形態では、第一表面４１２が較正構造体４５０の外縁の内側／下に存在するように較正パネル４１０が較正構造体４５０に取り付けられ得る。図示されていないが、較正パネルは、較正パネル４１０及びセンサ４２０とＬＢＩヘッドを整列させるのに有用な整列マーク又は構造（例えば、物理的ガイド）を含み得る。
【００３６】
センサ４２０は、較正パネル４１０の第二表面４１４から離隔して固定される。センサ４２０は、第二表面４１４の表面運動を検出することができるあらゆるセンサを含み得る。一部態様では、センサ４２０は、第二表面４１４に固定して取り付けられた筐体内に配置される。センサ４２０は、較正パネル４１０に直接取り付けられるか、較正パネル４１０とは独立して取り付けられるかに応じて、較正パネル４１０の第二表面４１４に対して固定された間隔と、較正パネル４１０に対して固定された整列とを有し、その間隔と整列の具体的な要件は、センサ４２０として用いられるセンサの種類に依存する。本開示の態様について、センサ４２０は、圧縮波の全ての所望の特性を検出するのに十分な帯域幅、例えば１〜２００ＭＨｚを有することが好ましい。例示的なセンサは非接触センサを含み得て、電磁音響トランスデューサ（ＥＭＡＴ，ｅｌｅｃｔｒｏ‐ｍａｇｎｅｔｉｃ  ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）、任意反射体用速度干渉計システム（ＶＩＳＡＲ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ  ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ  ｓｙｓｔｅｍ  ｆｏｒ  ａｎｙ  ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。ＥＭＡＴの場合には、第二表面４１４からの距離が注意深く制御され（例えば、０．０１インチ）、ＶＩＳＡＲの場合には、第二表面４１４に対する距離（例えば、０．２５インチ〜１インチ）と傾斜との両方が注意深く制御される。また、例示的なセンサは、第二表面４１４に直接接触する接触センサ、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）センサや、較正パネル４１０に埋め込まれ得る光ファイバ等を含んでもよい。一部のセンサ（例えば、一部の接触型や埋め込み型のセンサ）は高圧縮波振幅の影響を受け易く、乱されたり損傷したりし得るので、用いられるセンサの種類が、較正に使用可能な試験圧縮波の振幅に直接影響し得ることを理解されたい。
【００３７】
処理回路４３０は、センサ４２０の出力を処理して、センサ４２０によって検出された運動の一つ以上の特性に応答して較正結果を決定する。例示的な一態様では、処理回路４３０は、センサの出力を処理して、センサ４２０によって検出された運動のピーク振幅を決定する。処理回路４３０によって決定される例示的な他の特性として、周波数、一つ以上の周波数成分の振幅、及び／又は、時間特性（例えば、ピーク振幅の持続時間、圧縮波の持続時間等）が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら一つ以上の特性から、処理回路４３０は較正結果を決定し得る。
【００３８】
処理回路４３０は、較正結果を出力するように更に構成され得る。一部態様では、処理回路４３０は単純に合格／不合格（例えば、緑色／赤色）の表示を出力し得る。他の態様では、処理回路４３０は、追加的な較正情報、例えば、相対的な較正表示、例えば、１０％較正外といった表示を出力し得るが、これに限定されるものではない。例えば、処理回路４３０は、センサ４２０によって検出された運動のピークの振幅及び時間幅（例えば、パルス幅）を出力し得る。追加的に又は代替的に、処理回路４３０は、その振幅及びパルス幅を較正振幅及びパルス幅と比較して、検出された振幅及びパルス幅が、許容可能な較正範囲内にあるかどうか、例えば、較正振幅及びパルス幅の１０％以内であるかどうかを決定し得る。較正範囲内である場合には、処理回路４３０は、合格／不合格の表示に加えて、実際のパーセントを出力し得る。
【００３９】
図５〜図７は、較正システム４００によって実施される較正プロセスの例示的な態様を示す。具体的には、図５は、ＬＢＩヘッド１３０に対する例示的な較正システム４００を示し、図６は例示的な較正方法５００を示し、図７は、システム整列に関する例示的な較正プロセスと、それに関与する構成要素を示す。ＬＢＩヘッド１３０は、アブレーション層２１０にレーザーパルス１３２を印加し、較正パネル４１０内に圧縮波を発生させる（ブロック５１０）。レーザーパルス１３２の衝撃はアブレーション層２１０を損傷させて、ビームのフットプリントを示し得るマークが付いたアブレーション層２１０’をもたらす。センサ４２０は、圧縮波２４０によって生じた第二表面の運動２５５を感知し、ここで、センサ４２０の縦軸４２２は、ビーム直径によって定められる許容範囲内においてＬＢヘッド１３０の縦軸１３４と略整列している（ブロック５２０）。処理回路４３０は、感知された圧縮波の一つ以上の特性に応答してＬＢＩシステム１００の較正結果を出力する（ブロック５３０）。較正が完了していると、本較正方法が終了する（ブロック５５０）。
【００４０】
本開示の較正プロセスは、ビームが発生させたスポットの分析とは対照的に、レーザーパルス１３２の衝撃によって発生する圧縮波の検出及び評価に因るものであるので、較正結果を、従来の手法よりも顕著に素早く、例えば、レーザーパルス１３２の印加の数秒以内に取得し得る。較正システム４００をＬＢＩヘッド１３０と整列させるのに必要な時間を考慮しても、全較正プロセスを数分間で遂行し得る。例えば、大幅な手作業でのデータの移動及び／又は操作を含む研究室で設定された較正システム４００の実験的な実施でも、数分間で較正結果が与えられた。その手動態様の全てではないにしろ大半が自動化される集積システムは、レーザーパルス１３２の印加後１５秒間以下で較正結果を与えることが予測される。例えば、集積較正システムは試験を行い、検出された振幅及びパルス幅を較正振幅及びパルス幅と比較し、レーザーパルス１３２の印加後１５秒間以下で関連する結果を出力し得る。ここで、較正方法５００のブロック５１０〜ブロック５３０は、必要であればいつでもいくらでも繰り返され得る（ブロック５４０）。例えば、較正結果が、ＬＢＩシステム１００が較正外であることを示す場合、較正方法５００のブロック５１０〜ブロック５３０を繰り返して、較正結果を確かめること、及び／又は、ＬＢＩシステム１００の調整後にその調整がＬＢＩシステム１００を較正内にしたかどうかを決定することができる。代替的に又は追加的に、較正方法５００のブロック５１０〜ブロック５３０を所望の時点及び／又は間隔で繰り返し得て、例えば、シフトの開始時、シフトの終了時、一定回数の試験後（例えば、５００回〜１０００回の試験後）、試験されるＳＵＴ２００の種類の変更後等に繰り返し得る。
【００４１】
センサ４２０の効率は、レーザーパルス１３２に対する、及び較正パネル４１０に対するセンサの位置に依存する。従って、較正パネル４１０に対する角度向き及び／又は第二表面４１４からの間隔が重要であるだけではなくて、レーザーパルス１３２に対するセンサ４２０の縦軸４２２の整列も重要である。図８Ａは、縦軸１３４及びビーム直径１３６（例えば少なくとも８ｍｍ）を有する例示的なレーザーパルス１３２を示す。センサ４２０の効率を改善するため、センサ４２０の縦軸４２２は、レーザーパルス１３２のビーム直径内にあり、好ましくはＬＢＩヘッド１３０の縦軸１３４から２〜３ｍｍ内にあることが望ましい。これは、図８Ｂに示されるように、センサ４２０の縦軸４２２をＬＢＩヘッド１３０の縦軸と整列させることを意味し得る。代わりに、これは、図８Ｃ及び図８Ｄに示されるように、センサ４２０の縦軸４２２をビーム直径１３６内でＬＢＩヘッド１３０の縦軸１３４に近接させて、例えば縦軸１３４から２〜３ｍｍの半径内で整列させることを意味し得る。例えば、センサ４２０がＶＩＳＡＲを備える場合、図８Ｂに示されるように又は可能な限り近付けてＶＩＳＡＲの縦軸４２２を整列させることが好ましい。他方、ＥＭＡＴはより大きな感知領域を有するので、その整列の要件は、例えば、図８Ｃや図８Ｄに示されるようにより緩和される。必須ではないが、例示的な一部態様では、較正パネル４１０は、作業者が較正プロセス用にセンサ４２０に対してＬＢＩヘッド１３０を整列させるのに役立つ整列マーク又は構造を含み得る。
【００４２】
本開示の解決策の態様は、ビーム直径１３６内でＬＢＩヘッド１３０と略整列させた長軸４２２を有する単一のセンサを備えるセンサ４２０に関して説明されている。しかしながら、本解決策は単一のセンサに限定されるものではない。図９は、センサ４２０が第一センサ４２４及び第二センサ４２６を備え、対応するＬＢＩヘッド１３０が各センサに付随している例示的な態様を示す。例えば、第一センサ４２４はＶＩＳＡＲを備え得て、第二センサ４２６はＥＭＡＴを備え得る。図９に示されるように、第一センサ４２４の縦軸４２２１と第二センサ４２６の縦軸４２２２の各々は、対応するＬＢＩヘッド１３０の縦軸１３４とビーム直径１３６内で略整列する。図９は、第一センサ４２４と第二センサ４２６が較正パネル４１０の第二表面４１４から同じ間隔を有する様子を示すが、このような等しい間隔は必須ではない。他の態様は二つよりも多くのセンサを含み得る。このように、本開示の解決策の態様は、例えば異なるセンサの性能に起因して、圧縮波に関する異なる種類のデータを収集することを可能にする。
【００４３】
本開示の解決策の態様は、ＬＢＩと、レーザーパルス１３２を印加するＬＢＩヘッド１３０に関して説明されている。しかしながら、本開示の態様はＬＢＩシステムに限定されるものではない。ＳＵＴ２００の強度を試験するのに用いられる圧縮波２４０は、衝撃波（これがＳＵＴ２００中に圧縮波を発生させる）を発生させるあらゆる手段を用いて発生可能であり、本開示の較正法は、このような強度試験に用いられる圧縮波２４０を発生させるあらゆる手段に適用される。このような衝撃波を発生させるＬＢＩではない例示的な手段として、較正パネルの第一表面４１２上に物体を飛ばすフライヤー「銃」や、起爆縁つなぎ線（ｅｘｐｌｏｄｉｎｇ  ｂｒｉｄｇｅ  ｗｉｒｅ）等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００４４】
本開示の態様は、上述のように多様な方法及びプロセスを更に含み、上記で与えられている広範な記載からは具体的な詳細が異なるように構成された多様なハードウェア構成を用いて実施される。例えば、多様な手法に対する設計とコストとのトレードオフ、及び／又は本開示の範囲外のシステムレベル要求に応じて、上述の処理機能のうちの一つ以上を、専用ハードウェアではなくて、プログラム命令を備えて構成された汎用マイクロプロセッサを用いて実施し得る。
【００４５】
実際には、本開示の態様の本質的な特徴から逸脱せずに、本願に与えられている具体的な態様以外の方法で、本開示の態様を実施することができることは勿論である。本開示の態様は、例示的で非限定的なものとして全ての点で考慮されるものであり、添付の特許請求の範囲の意味及び等価な範囲内にある全ての変更は、特許請求の範囲に含まれるものである。特に、本願に記載の特定のプロセスや方法のステップは特定の順番や時系列順序で示され記載されているが、こうしたプロセスや方法のステップは、特に断らない限り、特定の順番や順序で行われるものに限定されない。実際には、こうしたプロセスや方法のステップは、本開示の範囲内にありながら本開示の特定の態様に応じた多種多様な順番や順序で概して行われるものである。
【符号の説明】
【００４６】
１００  レーザー検査システム
１１０  レーザーシステム
１２０  チューブ
１３０  レーザー接合検査（ＬＢＩ）ヘッド
１３２  レーザーパルス
２００  試験構造体（ＳＵＴ）
２１０  アブレーション層
３００  非破壊評価（ＮＤＥ）装置
４００  較正システム
４１０  較正パネル
４２０  センサ
４３０  処理回路
４５０  較正構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
2020112538000001.pdf