(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬い面を有する試料と、
前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
前記硬い面に着脱可能に連結され、前記試料よりも高い靭性を有する圧子と、
前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記硬い面上に伝達される荷重と、
前記音響センサと前記試料との間に配置された潤滑剤と、
を備え、
前記荷重は、所定の増加率で最大荷重まで増加され、該最大荷重は、所定の期間保持され、前記荷重は、所定の減少率で減少され、
前記音響センサは、前記試料内で発生した音響事象を検知する、音響放射試験装置。
【請求項２】
前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項３】
前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項４】
キャビティーを内部に有する試料ホルダを備え、
前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項５】
前記キャビティーの直径は、前記試料の直径よりも大きく、前記キャビティーの外面と、前記試料の外面との間に、空隙が形成される、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項６】
前記潤滑剤は前記空隙内に配置されており、
該潤滑剤は、前記キャビティーの外面、前記試料の外面、および、前記キャビティーの外面と前記試料の外面との間の前記空隙の少なくとも一部と接触する、請求項５に記載の音響放射試験装置。
【請求項７】
前記試料は、カッターテーブルを含むカッターを有し、
前記圧子は、前記カッターテーブルよりも高いコバルト濃度を有する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項８】
前記試料は、ＰＤＣカッターテーブルを含むカッターを有し、
前記圧子は、前記ＰＤＣカッターテーブルと当接するＰＤＣ端部を有する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項９】
前記圧子は、６％〜２０％の範囲のコバルト濃度を有する、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項１０】
前記圧子は、前記試料と当接する第１の端部を有し、該第１の端部は、ドーム状である、請求項１に記載の音響放射試験装置。
【請求項１１】
カッターテーブルを含むカッターを有する試料と、
前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
第１の端部を有する圧子であって、前記第１の端部は前記カッターテーブルに着脱可能に連結され、前記第１の端部のコバルト濃度は、前記カッターテーブルのコバルト濃度よりも高い、前記試料よりも高い靭性を有する圧子と、
前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記カッターテーブル上に伝達される荷重と、を有する音響放射試験装置と、
前記音響放射試験装置と通信可能に接続され、該音響放射試験装置からのデータを受信するデータレコーダと、を備え、
前記荷重は、所定の増加率で最大荷重まで増加され、該最大荷重は、所定の期間保持され、前記荷重は、所定の減少率で減少され、
前記音響センサは、前記試料内で発生した音響事象を検知する、音響放射試験システム。
【請求項１２】
前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１３】
前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１４】
キャビティーを内部に有する試料ホルダを備え、
前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１５】
前記キャビティーの直径は、前記試料の直径よりも大きく、前記キャビティーの外面と、前記試料の外面との間に、空隙が形成される、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１６】
前記カッターテーブルはＰＤＣを含み、前記第１の端部はＰＤＣを含む、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１７】
前記第１の端部は、６％〜２０％の範囲のコバルト濃度を有する、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１８】
前記第１の端部は、ドーム状である、請求項１１に記載の音響放射試験システム。
【請求項１９】
試料の靭性を求めるための方法であって、
ＰＤＣカッターテーブルを含むカッターを有する試料と、
前記試料と通信可能に接続される音響センサと、
前記ＰＤＣカッターテーブルに着脱可能に連結され、前記試料よりも高い靭性を有し、前記ＰＤＣ端部を有する圧子と、
前記圧子上に負荷され、前記圧子によって前記ＰＤＣカッターテーブル上に伝達される荷重と、を有する音響放射試験装置と、
前記音響放射試験装置と通信可能に接続され、該音響放射試験装置からのデータを受信するデータレコーダと、を備える音響放射試験システムを準備するステップと、
前記圧子上に荷重を負荷し、前記圧子が該荷重を前記試料上に伝達するステップと、
前記音響放射試験装置からデータを取得するステップと、
前記試料内で発生した音響事象を検知するステップと、
前記試料の靭性を客観的に計算するステップと、を備える、方法。
【請求項２０】
前記圧子上に荷重を負荷するステップは、
前記荷重を所定の増加率で最大荷重まで増加すること、
前記最大荷重を所定の期間だけ保持すること、および、
前記荷重を所定の減少率で減少すること、を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記減少率は、前記増加率よりも大きい、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記音響放射試験装置からデータを取得するステップは、前記音響センサおよび前記荷重からデータを取得することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記音響センサは、前記試料に接続される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記音響放射試験装置は、キャビティーを内部に含む試料ホルダを有し、
前記試料は、前記キャビティー内に位置決めされ、
前記音響センサは、前記試料ホルダに接続される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＰＤＣ端部のコバルト濃度は、前記ＰＤＣカッターテーブルのコバルト濃度よりも高い、請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＰＤＣ端部は、６％〜２０％の範囲のコバルト濃度を有する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＰＤＣ端部は、ドーム状である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記試料を加熱するステップをさらに備える、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本出願は、２０１０年４月６日付けで出願された米国特許出願第１２／７５４，７３８号（発明の名称：Ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｔｏｕｇｈｎｅｓｓ  ｔｅｓｔｉｎｇ  ｆｏｒ  ＰＤＣ，ＰＣＢＮ，ｏｒ  ｏｔｈｅｒ  ｈａｒｄ  ｏｒ  ｓｕｐｅｒｈａｒｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｉｎｓｅｒｔｓ）に関連する出願である。なお、この出願の開示内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、概して、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関し、特に、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関する。
【背景技術】
【０００３】
図１は、本発明の例示的実施形態に係る超高硬度のコンポーネント１００を示しており、該コンポーネント１００は、例えばドリルビットまたはリーマーのような穴開け工具（図示せず）内に挿入可能である。超硬コンポーネント１００の一例としては、図１に示すように、ロックビット用の切断要素１００（または、カッター、もしくはインサート）がある。しかしながら、超硬コンポーネント１００は、該コンポーネントが用いられるアプリケーションに基づいて、他の構造となるように形成され得る。切断要素１００は、典型的には、接触面１１５を有する基部１１０と、切断テーブル１２０とを備える。切断テーブル１２０は、極高硬度の層を用いて製造される。この極高硬度の層は、一実施例に係る焼結プロセスによって、接触面１１５に接合される。ある実施例によれば、基部１１０は、一般的に、炭化タングステン−コバルト、または、炭化タングステンから作製される。一方、切断テーブル１２０は、例えば、多結晶ダイアモンド（ＰＣＤ）、または多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）のような、多結晶超硬材層（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｕｌｔｒａｈａｒｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ  ｌａｙｅｒ）を用いて形成される。これらの切断要素１００は、当業者に公知であるプロセスおよび材料に従って、製造される。切断テーブル１２０は、実質平らな外面を有するように示されているが、他の実施形態においては、切断テーブル１２０は、例えば、ドーム状、凹状、または他の非平面状の外面のような、代替的な形状の外面を有し得る。切断要素１００用の例示的定式が提供されてきたが、当業者に公知である他の定式および構造が、アプリケーションに依って用いられ得る。削岩は、超硬コンポーネント１００が用いられる１つのアプリケーションである（これに関しては、後述する）。しかしながら、超硬コンポーネント１００は、機械加工、木材加工、および石材加工を非限定的に含む、他の様々なアプリケーションに用いることができる。
【０００４】
ＰＣＤ，ＰＣＢＮ、高硬材、および超硬材の異なるグレードが、様々なアプリケーションに用いられるカッター１００において、利用可能である。ここで、様々なアプリケーションとは、例えば、異なるドリルビット構成を用いて、異なる岩石層を掘削する、または、異なる金属もしくは材料を機械加工するようなアプリケーションである。これらカッター１００に関する共通の課題は、使用時における切断テーブル１２０の欠け、剥離、部分的な破砕、亀裂、および／またはフレーキングを含む。これら課題は、結果的に、切断テーブル１２０および／または基部１１０の早期故障に繋がる。典型的には、切断テーブル１２０が土層と接触する領域において、掘削中に切断テーブル１２０上に負荷される大きなストレスによって、これら課題が引き起こされることとなる。これら課題は、修復、生産休止、および労働コストに関連するコストのために、掘削コストを増大させてしまう。したがって、例えばビット設計者またはフィールドアプリケーション技師のようなエンドユーザは、これら共通の課題が発生してしまうのを減らすために、いずれの掘削または機械加工の業務に対しても、最良性能のグレードのカッター１００を選ぶ。例えば、エンドユーザは、従来の方法を用いて決定されるように、カッター１００の磨耗耐性と衝撃耐性のバランスをとることによって、適切なカッター１００を選択する。典型的には、特定のアプリケーションに対して適切なグレードのカッター１００を選択するために、エンドユーザにとって利用可能な情報は、過去のデータ、および／または実験的機能試験から引き出される。ここで、過去のデータは、特定の領域における、異なるグレードのＰＣＤ、ＰＣＢＮ、高硬材、または、超硬材の性能を示す。また、実験的機能試験は、様々な掘削または機械加工の条件を模するように試みるものである。現在、掘削産業において利用されている実験的機能試験に関して、２つの主なカテゴリーがある。これら試験は、磨耗試験と衝撃試験である。
【０００５】
超硬コンポーネント１００は、多結晶ダイアモンドコンパクト（ＰＤＣ）カッター１００を備えており、２つの従来の試験方法を使用することを通して、耐磨耗性に関して試験されてきた。ＰＤＣカッター１００は、ＰＣＤから作製された切断テーブル１２０を備える。図２は、従来の花崗岩ログ試験（ｇｒａｎｉｔｅ  ｌｏｇ  ｔｅｓｔ）を用いて耐磨耗性を試験するための旋盤２００を示す。一つの例示的な旋盤２００用の装置構成が提示されているが、当業者に公知である他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。
【０００６】
図２を参照して、旋盤２００は、チャック２１０と、芯押し台２２０と、チャック２１０と芯押し台２２０との間に配置された工具ポスト２３０とを備える。対象シリンダ２５０は、第１の端部２５２と、第２の端部２５４と、第１の端部２５２から第２の端部２５４まで延在する側壁２５８とを備える。従来の花崗岩ログ試験によれば、側壁２５８は、露出面２５９であり、該露出面２５９は、試験中に超硬コンポーネント１００と当接する。第１の端部２５２は、チャック２１０に連結される一方、第２の端部２５４は、芯押し台２２０に連結される。チャック２１０は、回転するように構成され、これにより、対象シリンダ２５０を、該対象シリンダ２５０の中心軸２５６に沿って回転させる。芯押し台２２０は、対象シリンダ２５０が回転する間に第２の端部２５４を適切な位置に保持するように構成される。対象シリンダ２５０は、均一な単一材料から作製され、該材料は、典型的には花崗岩である。しかしながら、他の種類の岩石材も、対象シリンダ２５０用に用いられてきた。このような岩石材としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。
【０００７】
ＰＤＣカッター１００は、該ＰＤＣカッター１００が対象シリンダ２５０の露出面２５９に当接し、露出面２５９に亘って往復動するように、旋盤の工具ポスト２３０に嵌め込まれる。工具ポスト２３０は、対象シリンダ２５０に対して、所定の内部フィード量を有する。ＰＤＣカッター１００の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたＰＤＣカッター１００の体積に対する、除去された対象シリンダ２５０の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、ＰＤＣカッター１００が対象シリンダ２５０内を進んだ距離を計測し、該距離を、ＰＤＣカッター１００の磨耗率を定量化するために用い得る。また、代替的には、当業者に公知である他の方法が、花崗岩ログ試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。旋盤２００の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、１９７５年５月の石油技術ジャーナルに刊行された、Ｅａｔｏｎ，Ｂ．Ａ．，Ｂｏｗｅｒ，Ｊｒ．，Ａ．Ｂ．，およびＭａｒｔｉｓ，Ｊ．Ａ．による「Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｃｕｔｔｅｒｓ  ｕｓｅｄ  ｉｎ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ  ｂｉｔｓ（石油技術ジャーナル、１９７５年５月、５４３−５５１、石油工学会誌５０４７−ＰＡ）」、および、Ｍａｕｒｅｒ，Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｃ．による「先進掘削技術」の第２２章（石油出版社、１９８０年、ｐｐ．５４１−５９１）に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
【０００８】
図３は、縦中ぐりフライス盤（ｖｅｒｔｉｃａｌ  ｂｏｒｉｎｇ  ｍｉｌｌ）３００を示しており、該縦中ぐりフライス盤３００は、縦中ぐりフライス盤（ＶＢＭ）試験、または縦型タレット旋盤（ＶＴＬ）試験を用いる耐磨耗性試験用の装置である。ＶＢＭ３００に関する一例示的装置構成が提示されているが、他の装置構成も、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられ得る。ＶＢＭ３００は、回転テーブル３１０と、該回転テーブル３１０の上方に位置決めされた工具ホルダ３２０とを備える。対象シリンダ３５０は、第１の端部３５２と、第２の端部３５４と、第１の端部３５２から第２の端部３５４まで延在する側壁３５８とを備える。従来のＶＢＭ試験によれば、第２の端部３５４は、露出面３５９であり、該露出面３５９は、試験中に超硬コンポーネント１００と当接する。対象シリンダ３５０は、典型的には、その直径が約７６２ｍｍ（３０インチ）〜約１５２４ｍｍ（６０インチ）である。しかしながら、この直径は、それ以上またはそれ以下となり得る。
【０００９】
第１の端部３５２は、ＶＢＭ３００の下側回転テーブル３１０上に設置されており、露出面３５９は、工具ホルダ３２０に面している。ＰＤＣカッター１００は、対象シリンダの露出面３５９の上方において、工具ホルダ３２０内に設置されており、露出面３５９と当接する。工具ホルダ３２０が、ＰＤＣカッター１００を、対象シリンダの露出面３５９の中心部からその端部、そして再度中心部へと巡回させるにつれて、対象シリンダ３５０が回転される。工具ホルダ３２０は、予め定められたフィード量で、下方へと送られる。ＶＢＭ法によって、ＰＤＣカッター１００上に高荷重を負荷することが可能となり、より大型の対象シリンダ３５０によって、ＰＤＣカッター１００が作用する岩石の体積を、より大きくすることができる。対象シリンダ３５０は、典型的には、花崗岩から作製される。しかしながら、対象シリンダは、他の材料から作製され得る。他の材料としては、非限定的ではあるが、ジャックフォーク砂岩、インディアナ石灰岩、ベレア砂岩、カルタゴ大理石、シャンプレーン黒大理石、バークレー花崗岩、シエラ白色花崗岩、テキサス桃色花崗岩、ジョージア灰色花崗岩が含まれる。
【００１０】
ＰＤＣカッター１００の耐磨耗性は、磨耗率として定義され、該磨耗率は、除去されたＰＤＣカッター１００の体積に対する、除去された対象シリンダ３５０の体積として、定義される。代替的には、体積を計測する代わりに、ＰＤＣカッター１００が対象シリンダ３５０内を進んだ距離を計測し、該距離を、ＰＤＣカッター１００の磨耗率を定量化するために用い得る。代替的には、当業者に公知である他の方法が、ＶＢＭ試験を使用して耐磨耗性を求めるために用いられ得る。ＶＢＭ３００の動作および構造は、当業者にとって公知である。このタイプの試験は、Ｂｅｒｔａｇｎｏｌｌｉ，ＫｅｎおよびＶａｌｅ，Ｒｏｇｅｒによる、「Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ  ａｎｄ  ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｓｔｒｅｓｓｅｓ  ｉｎ  ｔｈｉｃｋ  ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｄｉａｍｏｎｄ  ｃｕｔｔｅｒｓ  ｆｏｒ  ｅｎｈａｎｃｅｄ  ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ（ＵＳ  Ｓｙｉｎｔｈｅｔｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、２０００年）」に記載されている。なお、これらの記載内容は、この参照により本稿に含まれるものとする。
【００１１】
耐磨耗性試験に加えて、ＰＤＣカッター１００は、衝撃荷重に関しても試験され得る。図４は、落下タワー装置４００を示しており、該落下タワー装置４００は、「落下ハンマー」試験を用いて、超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するためのものである。この試験においては、金属錘４５０が、上方に吊るされ、カッター１００上に落とされる。「落下ハンマー」試験は、以下のタイプの荷重を模するように試みるものである。すなわち、この荷重とは、ＰＤＣカッター１００が、１つの地層から他の地層へ移行する場合、または、横方向および軸方向の振動を受ける場合に、ＰＤＣカッター１００に負荷される荷重である。衝撃試験の結果によって、異なるカッターを、それらの衝撃強度に基づいて、ランク付けすることが可能となる。しかしながら、これらのランキングは、実際の現場においてカッター１００が如何に振る舞うかに依って、挙動予測を行うことを可能とするものではない。
【００１２】
図４を参照して、落下タワー装置４００は、例えばＰＤＣカッターのような超硬コンポーネント１００と、対象固定具４２０と、超硬コンポーネントの上方に位置決めされた打撃板４５０とを備える。ＰＤＣカッター１００は、対象固定具４２０内にロックされる。打撃板４５０（または、錘）は、典型的には、鉄から作製され、ＰＤＣカッター１００の上方に位置決めされている。しかしながら、打撃板４５０は、当業者に公知である代替的な材料から作製され得る。ＰＤＣカッター１００は、典型的には、バックすくい角４１５で保持されており、このとき、ＰＤＣカッター１００のダイアモンドテーブル１２０は、打撃板４５０に向かって上方側に傾斜されている。バックすくい角４１５の範囲は、当業者に公知である。
【００１３】
打撃板４５０は、ＰＤＣカッター１００の端部上に、該ＰＤＣカッター１００の端部が破断または粉砕するまで、繰り返し落下される。これらの試験は、「側面衝撃」試験とも言われる。何故ならば、打撃板４５０が、ダイアモンドテーブル１２０の露出端に対して衝突するからである。典型的には、欠損が、ダイアモンドテーブル１２０、またはダイアモンドテーブル１２０と炭化基部１１０との間の接触面１１５に生じる。「落下ハンマー」試験は、ダイアモンドテーブル１２０の端部形状による影響を特に受け易い。テーブル１２０が僅かでも面取りされていると、試験の結果は、大きく変化してしまう可能性がある。最初にダイアモンドテーブル１２０に破砕を引き起こすのに消費された総エネルギー（ジュールによって示される）が、記録される。より高い耐衝撃性を有するカッター１００に関しては、カッター１００上により大きなエネルギーを与えて欠損を引き起こすために、打撃板４５０は、予め設定された計画に従って、さらに高い位置から落下され得る。しかしながら、この「落下ハンマー」試験は、以下のように欠点を呈する。すなわち、この方法は、有効な統計的サンプリングを達成するために、多くのカッター１００を試験することを要する。ここで、この統計的サンプリングによって、１つのカッタータイプの相対的な耐衝撃性を、他のカッタータイプと比較することが可能となる。この試験は、カッター１００が下方孔内環境において衝撃荷重を受ける場合の、カッター１００全体の真正な耐衝撃性を反映した結果を提供するのには、不適である。この試験は、静的な衝撃効果を示すが、実際の衝撃は、動的である。単位秒当たりの衝撃回数は、１００Ｈｚ程にも高くなる。また、カッターに対する損傷量は、専門の職員によって主観的に評価され、他のカッターによって引き起こされた損傷と比較される。
【００１４】
市場で利用可能な、異なる磨耗試験に関する結果は、一般的に、実際の現場での性能と一致する程度に合理的なものである一方、従来の衝撃試験の結果に関しては、同様ではない。従来の衝撃試験の結果と、実際の現場での性能との間には、ある程度の相関性があるが、データの分散は、通常、大変大きくなってしまい、したがって、カッターが実際の現場動作において如何に振る舞うかを予測することが、困難となり、および／または不正確となってしまう。また、カッター内で生じる多くの破砕は、これら従来の試験を用いて検出されるものではないので、カッターの靭性を評価するときに、未検出となってしまう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の例示的実施形態に係る、穴開け工具内に挿入可能な超硬コンポーネントを示す。
【図２】従来の花崗岩ログ試験を用いて耐磨耗性を試験するため旋盤を示す。
【図３】縦中ぐりフライス盤試験、または縦型タレット旋盤試験を用いて耐磨耗性を試験するための縦中ぐりフライス盤３００を示す。
【図４】「落下ハンマー」試験を用いて、超硬コンポーネントの耐衝撃性を試験するための落下タワー装置４００を示す。
【図５】本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図である。
【図６】図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の断面図を示す。
【図７】図５に示されている、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダの斜視図である。
【図８】図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置の斜視図であって、カッターホルダから圧子が取り除かれた状態を示す。
【図９】本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験装置の図を示す。
【図１０】本発明の一例示的実施形態に係る、図５のデータレコーダのブロック図を示す。
【図１１】約２ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１２】約５ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１３】約３０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１４】約４０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１５Ａ】約４５ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１５Ｂ】約３０ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。
【図１６】音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法と、ループ２の方法とを備える。
【図１７】本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法の詳細なフローチャートを示す。
【図１８】本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法の詳細なフローチャートを示す。
【図１９】所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフである。
【図２０】所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフの部分拡大図である。
【図２１】実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフである。
【図２２】図１０に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサのブロック図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述の、および他の特徴と本発明の態様は、添付の図面とともに、例示的実施形態の以下の説明を参照して、さらに理解されるであろう。
【００１７】
図面は、本発明の一例示的実施形態を図示しているのみであり、それ故に、同等に効果的である他の実施形態として本発明が認め得る範囲を限定するものと考えられるべきではない。
【００１８】
本発明は、高硬度または超高硬度のコンポーネントの固有強度または靱性を、音響放射を用いて試験するための方法、装置、およびソフトウェアに関するものである。本例示的実施形態は、ＰＤＣカッターに関連して説明されているが、本発明の代替的な実施形態も、他のタイプの高硬または超硬コンポーネントに適用可能である。ここで、他のタイプの高硬または超硬コンポーネントとしては、非限定的ではあるが、ＰＣＢＮカッター、または、当業者に公知である他の高硬または超硬コンポーネントを含む。例えば、高硬または超硬コンポーネントは、超硬炭化タングステン、炭化珪素、炭化タングステン マトリクス クーポン、セラミック、または化学蒸着（ＣＶＤ）でコーティングされたインサートを含む。
【００１９】
本発明は、添付の図面とともに、非限定的な例示的実施形態に係る以下の説明を参照することによって、より理解されるであろう。添付の図面においては、各図面における類似の部材が、類似の参照符号によって示されている。これら図面は、以下のように簡単に説明される。図５は、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験システム５００の斜視図である。図６は、図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置５０５の断面図を示す。図５および図６を参照して、音響放射試験システム５００は、データレコーダ５９０に通信可能に接続された音響放射試験装置５０５を備える。音響放射試験装置５０５は、カッターホルダ５１０と、カッター１００と、圧子５５０と、音響センサ５７０とを有する。しかしながら、ある実施形態においては、カッターホルダ５１０は、任意であってもよい。
【００２０】
図７は、本発明の一例示的実施形態に係るカッターホルダ５１０の斜視図である。図５〜図７を参照して、カッターホルダ５１０は、第１の面７１２と、第２の面７１４と、側面７１６とを含む。第１の面７１２は、第２の面７１４が配置されている平面に実質平行である平面に配置されている。側面７１６は、第１の面７１２から第２の面７１４まで延びている。ある例示的実施形態によれば、側面７１６は、第１の面７１２および第２の面７１４の少なくとも一方と、実質直交している。代替的な例示的実施形態によれば、側面７１６は、第１の面７１２および第２の面７１４のいずれか一方と、実質直交していなくてもよい。カッターホルダ５１０は、鉄から作製される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、カッターホルダ５１０は、いずれかの金属、木材、または、負荷されるべき荷重５８０に耐え得る、当業者に公知な他の適当な材料から作製される。なお、荷重５８０については、後述する。荷重５８０は、約０ｋＮ〜約７０ｋＮの範囲となり得る。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、機械加工または成形することができ、且つ、音波を伝搬させることができる。ある例示的実施形態においては、適当な材料は、約１ｋｍ／秒、またはそれ以上の速度で、音波を伝搬することができる。
【００２１】
カッターホルダ５１０は、実質円筒状に成形される。ここで、第１の面７１２および第２の面７１４は、実質円形であり、且つ、側面７１６は、実質円弧状である。しかしながら、側面７１６は、接続部７３０を含み、該接続部７３０は、実質平面または平らな面であって、第１の面７１２から第２の面７１４まで延びている。接続部７３０は、音響センサ５７０をカッターホルダ５１０に接続するための面を提供する。ある例示的実施形態においては、接続部７３０は、第１の面７１２から第２の面７１４までの全長に亘って延びていなくてもよい。ある例示的実施形態においては、音響センサ５７０は、該音響センサ５７０が円弧状の側面７１６に接続可能となるように形成される。このように、接続部７３０は、これら例示的実施形態においては任意である。一例示的実施形態には、カッターホルダ５１０が設けられているが、該カッターホルダ５１０は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えば、四角形のシリンダ、または三角形のシリンダといった、他の如何なる幾何学的または非幾何学的形状に成形されてもよい。
【００２２】
キャビティー７２０は、カッターホルダ５１０内に形成され、カッター１００を受容する大きさに形成されている。なお、カッター１００については、後述する。キャビティー７２０は、その直径が、カッター１００の直径よりも僅かに大きくなるように形成される。これにより、カッター１００は、キャビティー７２０内に容易且つ自在に嵌合することが可能となる。キャビティー７２０は、第１の面７１２から第２の面７１４へ向かって延びているが、第２の面７１４に達していない。他の例示的実施形態においては、キャビティー７２０は、第１の面７１２から第２の面７１４まで延び、カッターホルダ５１０を貫通し、これにより、カッターホルダ５１０内に孔を形成してもよい。キャビティー７２０は、円形状であるが、他の例示的実施形態において、他のいずれの幾何学的または非幾何学的形状であってもよい。キャビティー７２０は、カッターホルダ５１０を機械加工すること、または、カッターホルダ５１０内に形成されたキャビティー７２０を有するようにカッターホルダ５１０を成形することによって、形成される。代替的には、キャビティー７２０は、当業者に公知である他の方法を用いて、形成されてもよい。ある例示的実施形態においては、キャビティー７２０は、以下のことを保証する方法で、形成される。すなわち、カッター１００がキャビティー７２０内に挿入される毎に、カッター１００が、同じ方法で適切に配列される。
【００２３】
カッター１００は、図１を参照して上記に説明しており、本例示的実施形態も同様である。簡単に述べると、カッター１００は、基部１１０と、該基部１１０の頂部に形成（または、接合）されたカッターテーブル１２０とを備える。例示的実施形態においては、カッターテーブル１２０は、ＰＣＤから形成されているが、代替的な例示的実施形態は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、例えばＰＣＢＮのような他の高硬材または超硬材から作製されたカッターテーブル１２０を備えてもよい。カッター１００は、平面状（または、平らな面）のカッターテーブル１２０を有しているが、カッターテーブル１２０は、ドーム状、凹状、または、当業者に公知である他の如何なる形状であってもよい。
【００２４】
カッター１００は、仕上げカッター（ｆｉｎｉｓｈｅｄ  ｃｕｔｔｅｒ）、および／または、研磨カッター（ｇｒｏｕｎｄｅｄ  ｃｕｔｔｅｒ）と、「ロウ（ｒａｗ）」カッターとを含む。「ロウ」カッターは、仕上げ加工が施されていないものであって、典型的には、プレスセルから取り出された直後に利用可能なカッターである。本発明の実施形態によって、これらカッタータイプのいずれも試験可能となる。カッター製造者は、本発明の実施形態に従って、「ロウ」カッターを試験することができるので、カッター製造者は、該カッターの製造工程の早期に、これらカッターが仕様を満足していることを確証することができる。カッター製造者は、「ロウ」カッター１００が適正な仕様を満足していないと判断した場合、カッター製造者は、「良好な」カッターを得るために、カッター製造工程を継続する前に、作業パラメータにおいて必要な変更を施すことができる。さらに、「ロウ」カッターが、所定の荷重の下で亀裂を生じないことを保証するために、「ロウ」カッターを、より小さな力のレベル（ｋＮレベル）または荷重で、試験することができる。「ロウ」カッターの試験中に亀裂が生じた場合、カッター製造者は、これら「ロウ」カッターを仕上げおよび研磨することに関連する追加の費用を省くことができる。これにより、不必要なコストの消費を抑えることができる。何故ならば、それぞれの「ロウ」カッターは、カッター１００が「良好な」カッターであることを保障するために、より低い荷重レベルを用いつつ、音響放射試験システム５００を介して試験することができるからである。
【００２５】
図６を参照して、カッター１００は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に挿入される。カッターテーブル１２０が、第１の面７１２に面する、または第２の面７１４の反対側に向けて面するように、カッター１００の向きが、キャビティー７２０内において配置される。本例示的実施形態によれば、カッター１００の全体が、キャビティー７２０内に挿入されている。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、カッター１００の一部（基部１１０の全体を含む）が、キャビティー７２０内に完全に挿入されてもよい。このように、これら代替的な例示的実施形態においては、カッターテーブル１２０の少なくとも一部は、キャビティー７２０内に挿入されなくてもよい。一旦、カッター１００がキャビティー７２０内に挿入されると、カッター１００の外周と、キャビティー７２０の外面との間に、空隙６１０が形成される。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０が、カッター１００の外周に塗布され、または、キャビティー７２０内に配置される。これらの例示的実施形態においては、一旦、カッター１００がキャビティー７２０内に配置されると、潤滑剤６２０が、空隙６１０の少なくとも一部を埋める。これにより、潤滑剤６２０は、キャビティー７２０の外面と、カッター１００の外周の双方に接着し、その間において空隙６１０の一部を埋めることになる。他の例示的実施形態においては、潤滑剤６２０は、少なくとも、キャビティー７２０の底面と、カッター１００の底部との間に、配置される。潤滑剤６２０は、カッター１００と音響センサ５７０との間の音響放射を改善する。ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０は、例えば超音波ジェルのようなジェルである。しかしながら、代替的な例示的実施形態において、潤滑剤６２０として、他の材料を用いてもよい。この他の材料としては、非限定的ではあるが、オイル、グリース、およびローションを含む。これら材料は、拡散し、表面に接着することができ、且つ、急速に乾燥することがないものである。カッター１００が、本例示的実施形態に用いられるものとして説明されたが、靭性試験を要する他の高硬材または超硬材が、カッター１００の代わりとして適用されてもよい。
【００２６】
図５および図６を参照して、圧子５５０は、第１の端部６５０においてドーム状の形状を有し、第２の端部６５２において平面を有する。圧子５５０は、カッター１００よりも高い靭性を有するように作製される。したがって、一旦、荷重５８０が圧子５５０に負荷されると、圧子５５０ではなく、カッター１００が損傷することになる。例えば、圧子５５０は、炭化タングステン−コバルトから作製される。しかしながら、当業者に公知である他の材料を、圧子５５０を作製するために用いてもよい。ある例示的実施形態においては、圧子５５０におけるコバルト含有量は、約６％〜約２０％の範囲である。ある例示的実施形態においては、圧子５５０におけるコバルト含有量は、カッター１００のカッターテーブル１２０におけるコバルト含有量よりも多い。さらに、ある例示的実施形態においては、ＰＣＤ層が、圧子５５０の第１の端部６５０上に形成され、または取り付けられる。これらの例示的実施形態においては、圧子５５０のＰＣＤ層におけるコバルト含有量は、カッター１００のカッターテーブル１２０におけるコバルト含有量よりも多い。また、これらの例示的実施形態においては、圧子５５０のＰＣＤ層におけるコバルト含有量は、約６％〜約２０％の範囲である。コバルトは、圧子をカッター１００よりも高靭性とするために、これらの実施形態に用いられている。しかしながら、当業者に公知である他のコンポーネントを、代替的な例示的実施形態に用いてもよい。
【００２７】
圧子５５０は、キャビティー７２０内に嵌合する大きさとなるように形成され、これにより、カッター１００と当接する。ある例示的実施形態においては、圧子５５０の周囲長は、キャビティー７２０の周囲長と実質同じとなるように、形成される。しかしながら、カッターテーブル１２０の少なくとも一部がキャビティー７２０内に収容されない例示的実施形態においては、圧子５５０の寸法は、圧子５５０の周囲長がキャビティー７２０の周囲長よりも大きくなるように、設定されてもよい。圧子５５０の向きは、第１の端部６５０がカッター１００と当接するように、方向付けられる。このように、本実施形態においては、圧子５５０のＰＤＣ層は、カッター１００のＰＤＣ層またはカッターテーブル１２０と当接する。荷重５８０は、第２の端部６５２に負荷され、該第２の端部６５２は、荷重５８０をカッター１００に伝達する。ドーム状の圧子５５０がこれら例示的実施形態に用いられているが、他の例示的実施形態は、他の形状を有する圧子を用いてもよい。また、第２の端部６５２を、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、非平面である他の形状に形成してもよい。
【００２８】
音響センサ５７０は、カッターホルダ５１０の接続部７３０に沿って位置決めされた圧電センサである。しかしながら、音響センサ５７０は、当業者に公知である、音波の放射を検知可能な他の装置であってもよい。音響センサ５７０は、カッター１００内で形成された弾性波信号を検知し、次いで、該弾性波信号を、電圧信号に変換する。これにより、データを記録し、該データを実質的に分析することが可能となる。ある例示的実施形態においては、潤滑剤６２０は、接続部７３０と音響センサ５７０との間の接触領域に配置される。上述したように、潤滑剤６２０は、カッター１００から音響センサ５７０への弾性波の伝達を検知することを改善する。ある代替的な例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、側面７１６の円弧部分の上に設置可能となるように、形成される。音響センサ５７０は、データレコーダ５９０に通信可能に接続される。これにより、カッター１００内で発生する弾性波信号に由来する電圧信号は、記録され、実質的に分析され得る。音響センサ５７０は、ケーブル５９２を用いて、データレコーダ５９０に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ５９０に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。
【００２９】
データレコーダ５９０は、音響センサ５７０から送信されたデータを記録し、該データを、その内部に格納する。ある例示的実施形態においては、荷重５８０を与える装置（図示せず）または機械が、ケーブル５８２を用いて、データレコーダ５９０に接続される。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、荷重５８０を与える装置は、無線技術を利用して、無線によって、データレコーダ５９０に通信可能に接続されてもよい。この無線技術は、非限定的ではあるが、赤外線周波数およびラジオ周波数の無線通信を含む。また、データレコーダ５９０は、受信したデータの処理および分析を実行する。データレコーダ５９０は、データを記録し、格納し、処理し、分析するが、ある例示的実施形態によれば、データレコーダ５９０は、データを格納することなく、データを記録し、処理し、分析してもよい。代替的には、他の例示的実施形態において、データレコーダ５９０は、データを格納するが、データを処理または分析しない構成であっても良い。ある例示的実施形態においては、追加的な装置（図示せず）が、データを処理および分析するために用いられる。
【００３０】
図１０は、本発明の一例示的実施形態に係る、図５のデータレコーダ５９０のブロック図を示す。図５および図１０を参照して、データレコーダ５９０は、コンピュータシステムである。データレコーダ５９０は、記録媒体１０４０と、ユーザインターフェース１０３０と、プロセッサ１０２０と、ディスプレイ１０１０とを備える。
【００３１】
記録媒体１０４０は、音響センサ５７０（図５）から情報を受信し、該情報を記録する。一例示的実施形態によれば、記録媒体１０４０は、ハードドライブである。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、記録媒体１０４０は、ハードドライブ、ポータブルハードドライブ、ＵＳＢドライブ、ＤＶＤ、ＣＤ、または、データおよび／またはソフトウェアを記録可能な他のいずれかの装置の少なくとも１つを含む。また、ある例示的実施形態においては、記録媒体１０４０は、ソフトウェアを有してもよく、該ソフトウェアは、音響センサ５７０（図５）から受信したデータまたは情報を処理する方法に係る命令を提供する。
【００３２】
ユーザインターフェース１０３０によって、ユーザは、データレコーダ５９０とインターフェースを介して、相互にやり取りすることが可能となり、データレコーダ５９０を操作するための命令を提供することができる。ある例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボードを含む。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ユーザインターフェースは、キーボード、マウス、ディスプレイ１０１０の一部となり得るタッチスクリーン、または、当業者に公知である他のいずれかのユーザインターフェースのうち、少なくとも１つを含む。
【００３３】
プロセッサ１０２０は、ユーザインターフェース１０３０からの命令を受信し、記録媒体１０４０内に格納された情報にアクセスし、記録媒体１０４０に情報を送信し、且つ、ディスプレイ１０１０に情報を送信することができる。ある例示的実施形態においては、プロセッサ１０２０は、記録媒体１０４０に格納されたソフトウェアにアクセスし、該ソフトウェアによって提供される一連の命令を実行する。これら命令の詳細については、後述する。ある例示的実施形態においては、プロセッサ１０２０は、プロセッサエンジン２２００を有する。なお、プロセッサエンジン２２００については、図１６〜図１８、および図２２を参照して、後述する。
【００３４】
ディスプレイ１０１０は、プロセッサから情報を受信し、この情報をユーザと通信する。一例示的実施形態によれば、ディスプレイ１０１０は、モニターまたはスクリーンを有する。しかしながら、他の例示的実施形態によれば、ディスプレイ１０１０は、スクリーン、タッチスクリーン、プリンタ、または、ユーザと情報を通信することができる他のいずれかの装置のうちの、少なくとも１つを有する。
【００３５】
図１０には図示されていないが、データレコーダ５９０は、内部ネットワークに、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、この内部ネットワークにおいては、音響センサ５７０（図５）からのソフトウェアおよび／またはデータは、中央サーバ（図示せず）内に格納される。さらに、ある代替的な例示的実施形態によれば、データレコーダ５９０は、モデム（図示せず）に、有線または無線によって、通信可能に接続される。ここで、モデムは、ワールドワイドウェブに通信可能に接続される。ある代替的な例示的実施形態においては、音響センサ５７０（図５）からのソフトウェアおよび／またはデータは、ワールドワイドウェブを介してアクセス可能な遠隔地に格納されてもよい。
【００３６】
図８は、図５に示す、本発明の一例示的実施形態に係る音響放射試験装置５０５の斜視図であって、カッターホルダ５１０から圧子５５０が取り除かれた状態を示す。図８を参照して、カッター１００は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に、全体的に挿入されている。上述したように、カッター１００の直径は、キャビティー７２０の直径よりも小さく、これにより、空隙６１０が形成される。また、ＰＤＣ層、またはカッターテーブル１２０の向きは、ＰＣＤ層が第１の面７１２に面するように、キャビティー７２０内において方向付けられる。圧子５５０のいくつかの特徴を説明するために、圧子５５０がキャビティー７２０から取り除かれている。この例示的実施形態によれば、圧子５５０は、基部８０８と、該基部８０８の頂部に形成（または、接合）される硬い面８１０とを有する。例示的実施形態においては、硬い面８１０は、ＰＣＤから形成される。しかしながら、代替的な例示的実施形態は、その範囲および概念を逸脱することなく、例えばＰＣＢＮのような、他の高硬材または超硬材から作製された硬い面を有してもよい。圧子５５０は、ドーム状の硬い面８１０を有しているが、硬い面８１０は、平面、または当業者に公知である他の形状であってもよい。図示されているように、本例示的実施形態においては、圧子５５０は、キャビティー７２０と実質同じ直径を有する。
【００３７】
代替的な例示的実施形態においては、圧子５５０は、第１の面７１２に向かって面する硬い面８１０を有しつつ、キャビティー７２０内に位置決めされている。試験対象のカッター１００は、圧子５５０の頂部上に位置決めされ、このとき、カッターテーブル１２０は、硬い面８１０と当接する。荷重５８０は、試験カッター１００の基部１１０の背面上において、下方に向けて負荷される。試験カッター１００内で発生および／または伝搬する、亀裂に係る音響放射は、圧子５５０を介して、音響センサ５７０へと放射される。この代替的な例示的実施形態においては、カッターホルダ５１０は、任意である。
【００３８】
図９は、本発明の代替的な例示的実施形態に係る音響放射試験システム９００の図を示す。図９を参照して、音響放射試験システム９００は、音響放射試験装置９０５を備え、該音響放射試験装置９０５は、データレコーダ５０７に通信可能に接続されている。音響放射試験装置９０５は、以下の構成を除いて、図５の音響放射試験装置５０５と同様である。すなわち、音響放射試験装置９０５においては、音響センサ５７０が、カッター１００に直接接続されており、且つ、図５のカッターホルダ５１０が、省略されている。カッター１００、圧子５５０、荷重５８０、音響センサ５７０、およびデータレコーダ５９０は、図５〜図８、および図１０を参照して、上記に説明したものである。また、ある例示的実施形態によれば、潤滑剤６２０（図６）は、音響センサ５７０とカッター１００との間に配置される。
【００３９】
音響放射試験システム５００の動作について、図５〜図８を参照して説明する。試験対象のカッター１００（または、高硬材もしくは超硬材）は、カッターホルダ５１０のキャビティー７２０内に配置される。カッター１００の底部または底面と、キャビティー７２０の底部との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル６２０を基とするミネラルオイルが、カッター１００の底面と、キャビティー７２０の底部との間に塗布される。音響センサ５７０は、カッター１００内で発生した弾性波を検知するために、カッターホルダ５１０の接続部７３０に対して位置決めされる。音響センサ５７０と、接続部７３０との間の当接面を横断する弾性波の伝搬を向上させるために、ジェル６２０を基とするミネラルオイルが、音響センサ５７０と接続部７３０との間にも、塗布される。圧子５５０は、カッター１００のＰＣＤ層１２０の頂部上に配置され、荷重５８０を用いてＰＣＤ層１２０に対して押圧される。荷重５８０は、１００ｋＮ ８５００シリーズ Ｉｎｓｔｒｏｎ  ｍａｃｈｉｎｅを用いて、圧子５５０上に負荷される。この機械（図示せず）は、圧子５５０上に負荷される荷重量を制御することができる。この機械は、データレコーダ５９０に接続され、荷重と時間とが計測される。荷重５８０を与えることができる、一実施例に係る機械が開示されているが、計測可能な荷重を圧子５５０に与えることができるシステムのいずれも、本発明に係る例示的実施形態の範囲に含まれる。例えば、計測可能な荷重５８０を与えるための機械または装置は、手持ちハンマーから、完全に装置化された衝撃機械、または、安定的なランプもしくは周期的負荷の履歴のための負荷制御油圧機まで、広範囲に亘るものである。
【００４０】
荷重５８０は、圧子５５０上に負荷され、所望の荷重レベルまで、一定の比率で増加される。一旦、所望の荷重レベルに達すると、荷重レベルは、数秒から数分の範囲となり得る所望期間だけ維持され、次いで、増加比率よりも速い比率で減少される。頂部のダイアモンド層１３０内において、新たな亀裂が形成され、または、既にある亀裂が成長する度に、ある量の弾性エネルギーが、ＰＣＤ層１２０、基部１１０、およびカッターホルダ５１０を伝搬する一連の弾性波の形態として、同時に放出される。音響センサ５７０は、これら弾性波を検知し、受信した信号を電圧信号に変換する。音響センサ５７０は、データレコーダ５９０に通信可能に接続されており、音響放射（またはデータ）を時間に対して記録する。これら音響放射は、バックグランドノイズと、音響事象を含む。音響放射履歴と荷重履歴が、データレコーダ５９０に記録されるので、ユーザは、どの荷重５８０で音響事象が発生したのかを判断することができる。音響事象は、ＰＤＣ層１２０において新たな亀裂が形成された場合、または、既にある亀裂が成長したときに生じる事象である。一例示的実施形態によれば、音響センサ５７０は、５０００データポイント／秒で、データをデータレコーダ５９０に提供する。しかしながら、単位秒あたりのデータポイント数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。
【００４１】
図１１は、約２ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１１００である。図１１を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１１００は、時間軸１１１０と、荷重軸１１２０と、音響放射軸１１３０とを有する。時間軸１１１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１１１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１１１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１１２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１１３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１１３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１１４０と音響放射曲線１１６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１１００上に図示されている。荷重曲線１１４０によれば、荷重は、０ｋＮから２ｋＮまで、一定の比率１１４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１１４３（本実施例においては２ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１１４４で減少している。ここで、減少率１１４４は、増加率１１４２よりも高速となっている。音響放射曲線１１６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１１６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１１６２のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１１６２も、増加している。
【００４２】
図１２は、約５ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１２００である。図１２を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１２００は、時間軸１２１０と、荷重軸１２２０と、音響放射軸１２３０とを有する。時間軸１２１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１２１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１２１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１２２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１２３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１２３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１２４０と音響放射曲線１２６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１２００上に図示されている。荷重曲線１２４０によれば、荷重は、０ｋＮから５ｋＮまで、一定の比率１２４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１２４３（本実施例においては５ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１２４４で減少している。ここで、減少率１２４４は、増加率１２４２よりも高速となっている。音響放射曲線１２６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１２６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１２６２のみである。ここでは、音響事象は検知されていない。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１２６２も、増加している。
【００４３】
図１３は、約３０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１３００である。図１３を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１３００は、時間軸１３１０と、荷重軸１３２０と、音響放射軸１３３０とを有する。時間軸１３１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１３１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１３１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１３２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１３３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１３３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１３４０と音響放射曲線１３６０の双方が図２、カッター音響放射と荷重のグラフ１３００上に図示されている。荷重曲線１３４０によれば、荷重は、０ｋＮから３０ｋＮまで、一定の比率１３４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１３４３（本実施例においては３０ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１３４４で減少している。ここで、減少率１３４４は、増加率１３４２よりも高速となっている。音響放射曲線１３６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１３６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１３６２と、１以上の音響事象１３６４とを含む。バックグランドノイズ１３６２は、試験中に記録されたデータの大部分を構成している。音響事象１３６４は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ１３６２から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ１３６２の上方の、各音響事象１３６４の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および／または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。音響事象１３６４の各々は、全て、平均して約５０ミリ秒間、継続している。本例示的実施形態によれば、音響センサは、約５０００データポイント／秒でサンプリングしており、これにより、これら音響事象１３６４を検知することが可能となる。また、荷重が増加するにつれて、バックグランドノイズ１３６２も増加している。この試験を完了した後に、カッターを視覚的に検査した。カッターの頂部のＰＣＤ表面上には、いずれの損傷の視覚的形跡も見られなかったが、音響センサは、カッター内で発生した音響事象を検知したのである。このように、音響センサは、例え損傷が視認不可能であったとしても、一旦荷重に曝されたカッターにて発生した最小の損傷を検知することができる。
【００４４】
図１４は、約４０ｋＮまでの荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフである。図１３に示す試験にて用いられたものと同じカッター試料が、図１４に示す試験にも用いられている。図１４を参照して、カッター音響放射と荷重のグラフ１４００は、時間軸１４１０と、荷重軸１４２０と、音響放射軸１４３０とを有する。時間軸１４１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１４１０における数値を、５０００で除算する必要がある。時間軸１４１０は、試料に供給されたエネルギーとして見做すこともできる。換言すれば、より長い時間が経過するにつれて、カッターまたは試料に与えられたエネルギーの総量が増加する。荷重軸１４２０は、ｙ軸に示されており、ｋＮの単位として与えられている。また、音響放射軸１４３０も、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１４３０における数値を、１０で除算する必要がある。荷重曲線１４４０と音響放射曲線１４６０の双方が、カッター音響放射と荷重のグラフ１４００上に図示されている。荷重曲線１４４０によれば、荷重は、０ｋＮから４０ｋＮまで、一定の比率１４４２（または増加率）で上昇している。そして、荷重は、所定期間だけ、最大荷重レベル１４４３（本実施例においては４０ｋＮ）に保持され、次いで、減少率１４４４で減少している。ここで、減少率１４４４は、増加率１４４２よりも高速となっている。音響放射曲線１４６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射曲線１４６０によれば、記録された音響放射は、バックグランドノイズ１４６２と、１以上の音響事象１４６４とを含む。音響事象１４６４は、細い垂直線として示されており、該垂直線は、バックグランドノイズ１４６２から上方に大きく延びている。バックグランドノイズ１４６２の上方の、各音響事象１４６４の高さは、校正定数を用いて、亀裂の形成および／または進行の各々によって放出された弾性エネルギー量に比例する。図１４に示されているように、音響事象１４６４は、このカッターに負荷された上述の荷重に達する、またはその荷重を超えるまで、カッター内にて発生しなかった。例えば、このカッターは、上記においては、図１３において説明したように、３０ｋＮまでの荷重を受けた。このように、新たな試験に係る音響事象１４６４は、閾値１４６６に達する、または超えるまで、発生しなかった。ここで、この閾値１４６６は、本実施例では約３０ｋＮであって、上述の試験でカッターに負荷された荷重である。この実験に基づいて、カッターにおいて、以前の試験にて形成された亀裂を新たに発生させ、または、既にある亀裂を成長させるためには、最大荷重レベル１３４３と同等、またはそれ以上の荷重レベルを負荷する必要があるものと考えられる。
【００４５】
図１５Ａは、約４５ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃１のサンプル＃１のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１５００を示す。図１５Ｂは、約３０ｋＮまでの荷重を受けている、製造者＃２のサンプル＃２のカッタータイプにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射と荷重を示すグラフ１５５０を示す。図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して、カッター音響放射と荷重を示すグラフ１５００は、音響放射曲線１５１０を有し、該音響放射曲線１５１０は、製造者＃１のカッターサンプル＃１のタイプのカッター内にて発生した１以上の音響事象１５２０を示している。その一方、カッター音響放射と荷重を示すグラフ１５５０は、音響放射曲線１５６０を有し、該音響放射曲線１５６０は、製造者＃２のカッターサンプル＃２のタイプのカッター内にて発生した１以上の音響事象１５７０を示している。ここで、製造者＃２のカッターサンプル＃２のタイプのカッター内で発生した音響事象１５７０は、製造者＃１のカッターサンプル＃１のタイプのカッター内で発生した音響事象１５２０よりも、多く発生している。このように、異なるカッタータイプは、それらの音響放射曲線の各々において、異なる音響パターンを示す。これら結果に基づいて、ユーザは、いずれのカッタータイプが他のカッタータイプよりも高い靭性を有するかを判断することができ、その結果、それら靭性に従って、カッターをランク付けすることができる。本実施例の場合、製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタータイプのほうが、製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタータイプよりも、高い靭性を有している。
【００４６】
図１１〜図１５に示された実験結果に基づいて、少なくともいくつかの見解が得られる。第１に、音響センサは、圧子に荷重が掛けられたときに、ダイアモンドテーブル内において生じる亀裂の形成と亀裂の成長を、検知することができる。そして、音響センサは、その後に分析可能な信号を送信することができる。第２に、異なるカッタータイプは、異なる音響事象パターンを示し、他のカッターと比較した場合、ユーザは、カッターの靭性をランク付けすることができる。第３に、試験後に、カッターのＰＤＣテーブルの表面上において検知することができる、如何なる視認可能な損傷も存在しないが、音響センサは、カッターに発生する如何なる視認不可能な損傷も、検知することができる。
【００４７】
図１６は、音響センサから受信したデータポイントを分析するための方法１６００のフローチャートを示しており、該方法は、本発明の一例示的実施形態に係るループ１の方法１６８０と、ループ２の方法１６９０とを備える。特定の順序で進行するものとして特定のステップが示されているが、ステップのシーケンスは、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、変更されてもよい。また、１以上のステップにおいて特定の機能が実行されているが、該機能を実行するためのステップの数は、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、増加または減少されてもよい。
【００４８】
図１６を参照して、ステップ１６０５において、方法１６００は開始する。ステップ１６０５から、方法１６００は、ステップ１６１０へ進む。ステップ１６１０において、データポイントを可能性のある音響事象として認定するための、バックグランドノイズを上回る１以上の最小閾値が、決定される。ステップ１６１０が完了すると、方法１６００は、ステップ１６１５およびステップ１６２５へ進む。ここで、ある例示的実施形態においては、ステップ１６１５およびステップ１６２５は、同時に実行することができる。ステップ１６１５において、バックグランドノイズの外側包絡線を画定するバックグランドポイントが、決定される。ステップ１６２５において、ステップ１６１０にて決定された１以上の閾値に基づいて、可能性のある音響事象ポイントが決定される。ステップ１６１５およびステップ１６２５は、ループ１の方法１６８０に含まれている。なお、このループ１の方法１６８０については、図１７を参照して後に詳述する。
【００４９】
ステップ１６１５から、方法１６００は、ステップ１６２０へ進む。ステップ１６２０において、ステップ１６１５にて決定されたバックグランドポイントは、バックグランドノイズ関数曲線を生成するために、補間される。ステップ１６２０およびステップ１６２５から、方法１６００は、ステップ１６３０へ進む。ステップ１６３０において、実際の音響事象ポイントが、ステップ１６８０で決定された可能性のある音響事象ポイントと、ステップ１６２０で決定されたバックグランドノイズ関数曲線を用いて、決定される。ステップ１６３０から、方法１６００は、ステップ１６３５へ進む。ステップ１６３５において、実際の音響事象ポイントの各々の振幅および継続期間が、決定される。ステップ１６３５から、方法１６００は、ステップ１６４０へ進む。ステップ１６４０において、それぞれの音響事象ポイントの下方の領域が計算される。ステップ１６４０から、方法１６００は、ステップ１６４５へ進む。ステップ１６４５において、それぞれの音響事象ポイントに関して、領域の累積分布が、実際の試験荷重と比較される。ユーザは、この比較を、一方のカッターの他方のカッターに対する相対的靭性を判断するために、用いることができる。この比較によって、定量的且つ客観的な方法を用いて、判断を下すことが可能となる。音響事象ポイントの継続期間、振幅、および周波数と、試料に与えられた対応するエネルギー（または荷重）レベルとは、試験されたＰＣＤ（または、他の高硬材もしくは超硬材）のフィールド衝撃性能と、直接的に関連付けられる。方法１６００は、ある損傷を発生させるのに要する外部の仕事または荷重の最小量を計測可能とするのみならず、損傷レベルを増大させるために要する追加的な仕事または荷重をも計測可能とする。ステップ１６４５の後に、方法１６００は、ステップ１６５０へ進み、該ステップ１６５０において、方法１６００は停止する。
【００５０】
図１９は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ１９００である。図２０は、所定の荷重を受けているカッターにおける、本発明の一例示的実施形態に係るカッター音響放射を示すグラフ２０００の部分拡大図である。図２１は、実際の音響事象の各々を示す、本発明の一例示的実施形態に係る累積分布グラフ２１００である。図１９〜図２１は、図１６の方法１６００にて説明されたステップの大部分を示す。
【００５１】
図１９を参照して、カッター音響放射グラフ１９００は、時間軸１９１０と、音響放射軸１９３０とを有する。時間軸１９１０は、ｘ軸に示されており、５０００倍の秒単位として与えられている。したがって、秒単位の時間を得るためには、時間軸１９１０における数値を、５０００で除算する必要がある。音響放射軸１９３０は、ｙ軸に示されており、１０倍のｍＶの単位として与えられている。したがって、ｍＶ単位の電圧を得るためには、音響放射軸１９３０における数値を、１０で除算する必要がある。音響放射曲線１９６０が、カッター音響放射グラフ１９００上に図示されている。音響放射データ１９６０は、記録された、音響センサからの信号を示す。音響放射データ１９６０によれば、記録された音響放射データは、１以上のバックグランドポイント１９６２と、１以上の可能性のある音響事象ポイント１９６４とを有する。図１６および図１９を参照し、図１６のステップ１６１５およびステップ１６２５によれば、音響放射データ１９６０は、バックグランドポイント１９６２と音響事象ポイント１９６４とを含むように、分類される。一例示的実施形態によれば、音響放射データ１９６０の分類は、データレコーダ５９０（図５）内に格納されたアルゴリズムを用いて、実行される。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、アルゴリズムは、他の装置に格納されてもよいし、手動で実行されてもよい。代替的には、本開示の利益を享受する当業者に公知な他の方法が、音響放射データ１９６０を分類するために用いられてもよい。図１９に示されているように、バックグランドポイント１９６２の各々は、円印によって示され、可能性のある音響事象ポイント１９６４の各々は、四角印によって示されている。バックグランドポイント１９６２、または可能性のある音響事象ポイント１９６４として定義されていない、複数のポイントが存在している。これら目印は、理解の容易の観点から付けられたものであり、本発明の例示的実施形態の範囲を限定するものではない。
【００５２】
図１６および図１９を参照して、図１６のステップ１６２０によれば、バックグランドノイズ関数曲線１９７０は、決定されたバックグランドポイント１９６２を用いて補間される。一例示的実施形態によれば、バックグランドノイズ関数曲線１９７０は、４次多項式（ｆｏｕｒｔｈ  ｄｅｇｒｅｅ  ｐｏｌｙｎｏｍｉｎａｌ）を用いて補間される。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、バックグランドポイント１９６２を補間するために、他の次数の多項式が、用いられてもよい。
【００５３】
図２０を参照して、カッター音響放射を示すグラフ２０００の部分拡大図が提示されている。このグラフによれば、音響放射データ１９６０の各々は、実際の音響事象ポイント２０１０を含んでおり、該音響事象が発生している期間２０２０を有する。また、実際の音響事象ポイント２０１０の各々は、振幅２０３０を有しており、該振幅２０３０は、バックグランドノイズ関数曲線１９７０から、実際の音響事象ポイント２０１０が存在している位置まで、垂直方向に計測されている。図１６および図２０を参照して、図１６のステップ１６３５によれば、実際の音響事象ポイント２０１０の振幅２０３０および期間２０２０が、計算される。一旦、振幅２０３０および期間２０２０が決定されると、実際の音響事象ポイント２０１０の各々の下側の領域２０４０が、振幅２０３０を期間２０２０に乗算することによって計算される。このステップは、図１６のステップ１６４０において実行される。ある例示的実施形態によれば、領域２０４０の単位は、ミリボルト時間（ｍＶ・秒）の５０００倍である。しかしながら、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、他の単位が用いられてもよい。
【００５４】
図２１を参照して、実際の音響事象に係る累積分布グラフ２１００が、提示されている。このグラフによれば、累積分布グラフ２１００は、荷重軸２１１０と、音響放射領域軸２１３０とを有する。荷重軸２１１０は、ｘ軸に示されており、ｋＮ単位として与えられている。音響放射領域軸２１３０は、ｙ軸に示されており、５００００倍のｍＶ・秒単位として与えられている。これは、実際の音響事象ポイントの下側に存在するものとして決定された領域である。したがって、ｍＶ・秒単位の領域を取得するためには、音響放射領域軸２１３０の数値を、５００００で除算する必要がある。図１６および図２１を参照して、図１６のステップ１６４５によれば、音響放射領域軸２１３０に沿ってプロットされた、領域の累積分布が、荷重軸２１１０に沿ってプロットされた、実際の試験荷重と、実際の音響事象のそれぞれに関して、比較される。累積分布グラフ２１００は、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０との比較を提供する。
【００５５】
例えば、３つのカッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０のうちの１つにおいて、ポイントＡ２１５２として表示されているように、約２８ｋＮで、約３５５０ ｍＶ×秒×５００００の実際の音響事象がある。これは、以下のことを意味している。すなわち、ここでは３５５０ ｍＶ×秒×５００００の累積領域が存在しており、これは、上述した実際の音響事象ポイントの下側で発生していたものであって、約２８ｋＮの荷重で発生した実際の音響事象ポイントに係る領域を含むものである。次の実際の音響事象ポイントは、同曲線上のポイントＢ２１５４であって、約３２．５ｋＮで発生している。実際の音響事象ポイントの下側の領域は、約６５０ ｍＶ×秒×５００００であり、これは、累積分布グラフ２１００に直接示されてはいない。しかしながら、約３２．５ｋＮにおいて、約４２００ ｍＶ×秒×５００００の累積領域が示されている。このように、約４２００ ｍＶ×秒×５００００から約３５５０ｍＶ×秒×５００００を減算した値が、約６５０ ｍＶ×秒×５００００を等しくなる。より高硬度のカッター（または、本質的に、より高靭性なもの）は、与えられた荷重に対して、より小さな累積領域を有する曲線を提供する。高振幅である実際の音響事象ポイントを多く含む、急峻な曲線を有するカッターは、高振幅である実際の音響事象ポイントを少数だけ含む、急峻でない曲線を有するカッターよりも、本質的に靭性が低い。したがって、累積分布グラフ２１００によれば、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０との間の比較は、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１は、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２より、本質的に靭性が高いということを示している。また、図２１によれば、カッター製造者＃１のカッターサンプル＃１のカッタープロット２１５０を示す３本の曲線と、カッター製造者＃２のカッターサンプル＃２のカッタープロット２１６０を示す２本の曲線とが、図示されている。これらプロット２１５０および２１６０は、以下のことを示している。すなわち、方法１６００（図１６）は、同じグループのサンプル内における変動性が検知可能となるような、高次の解決手段を有している。図１６に提示された方法は、客観的方法で、他の複数のカッター内においてカッターの靭性をランク付けするために、使用者に情報を提供する。
【００５６】
図１７は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ１の方法１６８０の詳細なフローチャートを示す。図１７を参照して、ステップ１７０５において、ループ１の方法１６８０が開始する。ステップ１７０５から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１０へ進む。ステップ１７１０において、第１のデータポイントが読み取られる。ステップ１７１０が完了すると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ進む。このステップ１７１５において、次のデータポイントが読み取られる。ステップ１７１５の後に、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７２０へ進む。ステップ１７２０において、２つのデータポイントの差が計算され、第１の公差値と比較される。この第１の公差値は、音響事象を定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第１の公差値は、約０．５ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第１の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。２つのデータポイントの差が第１の公差値よりも小さくない場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７２５へ進む。ステップ１７２５において、２つのデータポイントのうちの２つ目が、可能性のある音響事象ポイントとして定義される。ステップ１７２５から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７４５へ進む。このステップ１７４５において、ループ１の方法１６８０は、他のデータポイントがあるか否かを判断する。このステップ１７４５において、他のデータポイントが無いと判断されると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７５０へ進む。このステップ１７５０において、ループ１の方法１６８０は停止する。しかしながら、ステップ１７４５において、他のデータポイントが有ると判断されると、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ戻る。
【００５７】
ステップ１７２０において、２つのデータポイントの差が第１の公差値よりも小さいと判断された場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７３０へ進む。ステップ１７３０において、２つのデータポイントの差が、第２の公差値と比較される。一例示的実施例によれば、第２の公差値は、約０．０１ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施例においては、第２の公差値は、それ以上またはそれ以下であってもよい。２つのデータポイントの差が第２の公差値よりも小さくない場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７１５へ戻り、第２のデータポイントは、決定されない。しかしながら、２つのデータポイントの差が第２の公差値よりも小さい場合、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７３５へ進む。
【００５８】
ステップ１７３５において、２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「ｚ」回よりも小さい間だけ連続で負であったか否かが判断される。または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「ｕ」回よりも小さい間だけ連続で正であったか否かが判断される。一例示的実施形態によれば、「ｚ」は、２であり、「ｕ」は、３である。しかしながら、他の例示的実施形態においては、「ｕ」値および「ｚ」値のいずれか一方、または双方は、それ以上またはそれ以下であってもよい。２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、「ｚ」回よりも小さい間だけ連続して負であることが真でない場合、または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、「ｕ」回よりも小さい間だけ連続で正であることが真でない場合、ループ１の方法１６８０は、次いで、ステップ１７１５へ戻り、第２のデータポイントは、決定されない。しかしながら、２つのデータポイントの差が負であり、且つ、この差が、ｚ回よりも小さい間だけ連続で負であった場合、または、２つのデータポイントの差が正であり、且つ、この差が、ｕ回よりも小さい間だけ連続で正であった場合、ループ１の方法１６８０は、次いで、ステップ１７４０へ進む。
【００５９】
ステップ１７４０において、２つのデータポイントのうちの２つ目は、バックグランド境界ポイントとして定義される。ステップ１７４０から、ループ１の方法１６８０は、ステップ１７４５へ進む。このステップ１７４５において、他のデータポイントがあるか否かが判断される。ループ１の方法１６８０は、上述したステップに従ってステップ１７５０に達するまで、継続される。このように、ループ１の方法１６８０は、いずれのデータポイントが、可能性のある音響事象ポイント、バックグランド境界ポイントとして定義されるべきか、または、いずれかのタイプのポイントとして定義されるべきでないかを判断するための方法を提供する。
【００６０】
図１８は、本発明の一例示的実施形態に係る図１６のループ２の方法１６９０の詳細なフローチャートを示す。図１８を参照して、ステップ１８０５において、ループ２の方法１６９０は開始する。ステップ１８０５から、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８１０へ進む。ステップ１８１０において、バックグランド境界ポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線が生成される。ステップ１８１０が完了すると、ループ１の方法１６９０は、ステップ１８１５へ進む。このステップ１８１５において、第１の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれる。ステップ１８１５の後に、ループ１の方法１６９０は、ステップ１８２０へ進む。ステップ１８２０において、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が計算され、この差が、第３の公差値よりも大きいか否かが判断される。なお、この第３の公差値は、実際の音響事象ポイントを定義するために用いられる値である。一例示的実施形態によれば、第３の公差値は、約０．０８ｍＶである。しかしながら、他の例示的実施形態においては、第３の公差値は、それ以上またはそれ以下の値であってもよい。可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第３の公差値よりも大きくない場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２５へ進む。ステップ１８２５において、次の可能性のある音響事象ポイントが読み込まれ、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２０へ戻る。しかしながら、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との差が、第３の公差値よりも大きい場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８３０へ進む。
【００６１】
ステップ１８３０において、振幅、期間、および、実際の音響事象ポイントとバックグランドノイズ関数曲線との間の領域が、計算される。ステップ１８３０から、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８４０へ進む。ステップ１８４０において、他の可能性のある音響事象ポイントがあるか否かが判断される。他の可能性のある音響事象ポイントがある場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８２５へ戻る。このステップ１８２５において、ループ２の方法１６９０は継続される。しかしながら、ステップ１８４０において、他の可能性のある音響事象ポイントがない場合、ループ２の方法１６９０は、ステップ１８４５へ進む。このステップ１８４５において、ループ２の方法１６９０は停止する。このように、ループ２の方法１６９０は、いずれのデータポイントが、実際の音響事象ポイントとして定義されるべきかを判断するための方法を提供し、次いで、定義された音響事象ポイントの各々に係る領域を計算する。
【００６２】
図２２は、図１０に示す、本発明の一例示的実施形態に係るプロセッサ１０２０のブロック図を示す。上述したように、図１６〜図１８に示された１以上のステップを実行するための方法は、プロセッサ１０２０内で実行される。しかしながら、他の例示的実施形態においては、これらの方法は、手動で、または手動とプロセッサ内の処理との組み合わせとして実行されてもよい。プロセッサ１０２０は、データレコーダ５９０、またはコンピュータシステム内に設置されている。１つのプロセッサ１０２０が図示されているが、複数のプロセッサが、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく用いられてもよい。プロセッサ１０２０は、１以上のプロセッサエンジン２２００を有する。
【００６３】
プロセッサエンジン２２００は、音響データを収集するエンジン２２１０と、バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０と、可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０と、バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０と、実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０と、実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０と、累積領域および荷重曲線エンジン２２７０とを含む。７つのエンジンが、プロセッサエンジン２２００内に含まれているが、他の例示的実施形態においては、エンジンの数は、それ以上またはそれ以下であってもよい。また、１以上の、上述したこれらプロセッサエンジン２２００が、本例示的実施形態の範囲および概念を逸脱することなく、より少数のプロセッサエンジン２２００内に組み込まれてもよいし、または、追加のプロセッサエンジン２２００に分割されてもよい。
【００６４】
音響データを収集するエンジン２２１０は、少なくとも音響センサからデータを収集する。このデータは、バックグランドポイントと、可能性のある音響事象ポイントを含む。ある例示的実施形態においては、音響データを収集するエンジン２２１０は、荷重からのデータも収集する。これにより、対応するバックグランドポイントと、対応する、可能性のある音響事象ポイントとは、与えられた荷重と関連付けられる。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントがバックグランドポイントであるか否かを判断する。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０は、図１６のステップ１６１５を実行する。可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、音響センサから取得されたデータを評価し、該データポイントが可能性のある音響事象ポイントであるか否かを判断する。可能性のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、図１６のステップ１６２５を実行する。バックグランドポイントを決定するエンジン２２２０と、可能のある音響事象ポイントを決定するエンジン２２３０は、互いに同時に動作する。しかしながら、代替的な例示的実施形態においては、互いに独立して動作してもよい。
【００６５】
バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０は、予め決定されたバックグランドポイントを用いて、バックグランドノイズ関数曲線を生成する。バックグランドノイズ関数曲線を補間するエンジン２２４０は、図１６のステップ１６２０を実行する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０は、予め決定された、可能性のある音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線とを用いて、実際の音響事象ポイントを決定する。実際の音響事象ポイントを決定するエンジン２２５０は、図１６のステップ１６３０を実行する。一旦、実際の音響事象ポイントが決定されると、実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０は、実際の音響事象ポイントと、バックグランドノイズ関数曲線との間に形成される領域を決定する。実際の音響事象領域を計算するエンジン２２６０は、図１６のステップ１６３５およびステップ１６４０を実行する。累積領域および荷重曲線エンジン２２７０は、領域の累積分布を、実際の音響事象の各々に関して実際の試験荷重と比較する。累積領域および荷重曲線エンジン２２７０は、図１６のステップ１６４５を実行する。ある例示的実施形態においては、プロセッサエンジン２２００は、プロセッサ１０２０内に配置されているが、プロセッサエンジン２２００は、記録媒体内に設置されてもよい。なお、この記録媒体は、非限定的ではあるが、１以上のハードドライブ、ＵＳＢドライブ、ＣＤ、デジタルビデオディスク、または当業者に公知もしくは未知である、他のいずれかの装置を含む。
【００６６】
プロセッサエンジン２２００が、例示的実施形態において説明されてきたが、カッターの靭性を決定するための命令は、記録媒体１０４０（図１０）内に格納されたソフトウェアにて提供されてもよい。このソフトウェアは、上述したプロセッサエンジン２２００と同様のモジュールおよび／またはコードを含む。
【００６７】
本発明のいくつかの例示的実施形態が、説明されてきた。しかしながら、代替的な例示的実施形態は、高硬または超硬コンポーネント１００の加熱の使用を含んでもよい。この高硬または超硬コンポーネント１００の加熱は、高硬または超硬コンポーネント１００上への荷重の負荷の前、負荷の間、および／または負荷の後のいずれか（または、それらの組み合わせ）において、行われる。熱は、当業者に公知の複数の方法のいずれかによって、供給される。例えば、この方法は、非限定的ではあるが、火、レーザ、赤外線、および／または加熱液体を含む。
【００６８】
各例示的実施形態の詳細について説明してきた。しかしながら、一実施形態に適用可能な特徴および修正のいずれも、他の実施形態にも適用可能であるものと解釈すべきである。さらに、本発明は、特定の実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、これらの記載は、限定的な意義に解釈することを意図したものではない。開示された実施形態の種々の修正や、本発明の代替的な実施形態が、例示的実施形態の説明を参照して、当業者に明らかとなるであろう。開示された概念および特定の実施形態は、本発明の同様の目的を実現するための他の構造または方法を修正または設計するための基本として、容易に実用化され得るものであることは、当業者に理解されるべきである。また、このような同等の構造は、添付の特許請求の範囲に記載されているような本発明の範囲および概念を逸脱するものではないことが、当業者によって理解されるべきである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲に属する、このような修正または実施形態のいずれも包含するものであることが、考慮されるべきである。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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