(57)【要約】材料または物体４の損傷を検出する方法において、材料または物体に物理的影響を与えて、材料または物体に損傷がある場合、瞬間のスローダイナミックスを引き起こす材料または物体の物理的変化を生じさせる。スローダイナミックスで引き起こされた材料の弾性率変化を材料または物体の損傷を表示するものとして検出する。材料または物体４の損傷を非破壊的に検出する装置において、材料または物体に衝撃を与えて材料または物体に物理的影響を与え、材料または物体に損傷がある場合、瞬間のスローダイナミックスを引き起こす材料または物体の物理的変化を生じさせる衝撃源１６を設ける。前記スローダイナミックスで引き起こされた材料の弾性率変化を材料または物体の損傷の表示として検出する検出器２，８，１０，１２，１４，６を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料または物体に物理的影響を与え、材料または物体に損傷がある場合、材料または物体に物理的変化を生じさせて瞬間のスローダイナミックスを引き起こし、
スローダイナミックスで引き起こされた弾性率変化を材料または物体の損傷の表示として検出する
ことを特徴とする材料または物体の損傷を検出する方法。
【請求項２】
材料または物体に物理的影響を与えるため、電磁パルスを使用して材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
材料または物体に物理的影響を与えるため、連続する電磁波を使用して材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
材料または物体に物理的影響を与えるため、材料または物体に機械的衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
適用負荷の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
材料または物体に機械式ハンマーで打撃を加えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
材料または物体に物理的影響を与えるため、温度の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
材料または物体に物理的影響を与えるため、雰囲気圧の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
材料または物体に物理的影響を与えるため、音響パルスを与える空気銃で材料または物体に空気衝撃を与えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
材料または物体に探査信号を与え、
材料または物体の少なくとも１つの固有モードを決定するために、材料または物体に物理的影響を与える前後の少なくとも２回に亘って探査信号の周波数で掃引し、
物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取り、
前記読み取った信号を分析して固有モードの瞬間の周波数移動を材料または物体の損傷から起こる材料の弾性率変化の表示として決定する
ことによって材料の前記弾性率変化を検出することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
材料または物体に探査信号を与え、物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取り、
前記読み取った信号を分析して読み取った信号振幅の瞬間の変化を材料または物体の損傷から起こる材料の弾性率変化の表示として決定する
ことによって材料の前記弾性率変化を検出することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
材料または物体の固有モードを決定するために、材料または物体に掃引信号を供給して、所定の周波数範囲に亘って前記掃引信号の周波数を変化させ、
前記所定の固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピーク上の選択した点に選んだ少なくとも１つの単一周波数である純音の探査信号を材料または物体に供給し、
材料または物体に物理的影響を与えている間に材料または物体で前記探査信号を読み取り、
読み取った前記探査信号に対する前記物理的影響の結果を分析して材料または物体の前記弾性率変化を検出する
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記選択した点は前記固有モード共鳴ピークの一方の側部に位置するように選ぶことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記選択した点は前記側部の反曲点またはその近傍に選ぶことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記固有モードを決定するために前記信号周波数を前記所定の周波数範囲に亘って掃引し、材料または物体からの時間平均の応答を測定することを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
材料または物体に衝撃を与える前記電磁波は広い周波数帯域で、大振幅信号、望ましくは探査信号の１０−１０００倍の振幅信号であることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
材料または物体に衝撃を与える前記電磁波は単一周波数音の大振幅信号であることを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
探査信号の周波数は前記大振幅信号の周波数よりもかなり高いことを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記探査信号は一定の振幅で連続的に供給することを特徴とする請求項１１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
前記探査信号および前記大振幅信号は音響信号であることを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
決定した前記固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピークの異なる側部に位置するよう選んだ純音周波数を有する信号である複数の純音探査信号を材料または物体に供給し、複数の前記探査信号に対する前記物理的影響の結果を損傷の検出のために監視することを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２２】
材料または物体の合否状態を決定するため、監視した材料または物体の弾性率変化を所定の基準情報と比較することを特徴とする製造ラインに使用する、請求項１ないし２１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２３】
材料または物体に衝撃を与えて材料または物体に物理的影響を与え、材料または物体に損傷がある場合、瞬間のスローダイナミックスを引き起こす材料または物体の物理的変化を生じさせる衝撃源を設け、
材料または物体の損傷の表示として前記スローダイナミックスで引き起こされた材料の弾性率変化を検出する検出器を設ける
ことを特徴とする材料または物体の損傷を非破壊的に検出する装置。
【請求項２４】
前記衝撃源には、材料または物体に物理的影響を与える連続またはパルスの電磁波で材料または物体に衝撃を与えるよう構成された信号発生器が含まれることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２５】
前記衝撃源には、物理的影響を与える音響衝撃によって材料または物体に衝撃を与えるよう構成された空気銃が含まれることを特徴とする請求項２３に記載の装置。
【請求項２６】
材料または物体に探査信号を供給する探査信号源を設け、
材料または物体の少なくとも１つの固有モードを決定するため材料または物体に物理的影響を与える前後の少なくとも２回で探査信号周波数を掃引する掃引手段を設け、
物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取る読み取り手段を設け、
材料または物体の損傷の結果生じた材料の弾性率変化の表示として固有モードの瞬間の周波数移動を決定する分析手段を設ける
ことを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
材料または物体に探査信号を供給する探査信号源を設け、物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取る読み取り手段を設け、
材料または物体の損傷の結果生じた材料の弾性率変化の表示として読み取った信号振幅の瞬間の変化を決定するため前記読み取った信号を分析する分析手段を設ける
ことを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
第１の信号発生器で、材料または物体に第１の信号を供給し、
制御手段で、所定の周波数範囲に亘って前記第１の信号の周波数を掃引するため前記第１の信号発生器を制御し、
決定手段で、供給した第１の信号の周波数を掃引して材料または物体の固有モードを決定し、
第２の信号発生器で、少なくとも１つの純音周波数の探査信号を材料または物体に供給し、前記周波数は前記固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピーク上の選択した点に位置するように選び、
読み取り手段で、材料または物体に物理的影響を与えている間に材料または物体で前記探査信号を読み取り、
分析手段で、前記材料または物体の弾性率変化を検出するため前記探査信号の前記物理的影響の結果を分析する
ことを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
前記選択した点は前記固有モード共鳴ピークの１方の側部に位置することを特徴とする請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記制御手段を形成するためコンピュータを設けることを特徴とする請求項２８または２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記第２の信号発生器は音響探査信号を供給するよう構成されたことを特徴とする請求項２８ないし３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
前記第２の信号発生器は、探査信号を供給するため材料または物体と接触する圧電変換器などの音響信号源に接続することを特徴とする請求項２８ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
前記第２の信号発生器は、材料または物体に探査信号を非接触で供給する拡声器などの非接触波源に接続することを特徴とする請求項２８ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
前記第２の信号発生器は複数の純音周波数を有する探査信号を供給するよう構成されたことを特徴とする請求項２８ないし３３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３５】
前記第１と第２の信号発生器は同一の１つの信号発生器であることを特徴とする請求項２８ないし３４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３６】
前記衝撃源にはレーザーパルス源が含まれることを特徴とする請求項２３ないし３５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３７】
前記分析手段には材料または物体から読み取った信号を受信分析するデータ取得手段が含まれることを特徴とする請求項２６ないし３６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３８】
前記データ取得システムにはデジタル化手段が含まれることを特徴とする請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記デジタル化手段にはオッシロスコープが含まれることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記デジタル化手段には前記コンピュータのデジタル化基板が含まれることを特徴とする請求項３８に記載の装置。
【請求項４１】
前記読み取った信号を前記データ取得システムに伝送するため材料または物体に接触する少なくとも１つの振動センサを設けることを特徴とする請求項３７ないし４０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４２】
少なくとも１つのセンサには前記読み取った信号を前記データ取得システムに伝送するため非接触波検出器が含まれることを特徴とする請求項３７ないし４０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４３】
前記探査信号の周波数より低い前記読み取った信号の周波数成分を取り除く高域フィルタを設けることを特徴とする請求項３７ないし４２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項４４】
前記データ取得システムと前記衝撃源の操作を互いに関連させるトリガー手段を設けることを特徴とする請求項３７ないし４３のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は材料または物体の損傷を非破壊的に検出する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
材料または物体の損傷または欠陥を決定するのに数多くの音響技術が従来知られている。
ＵＳ５０８６７７５には、物体の振動振幅の空間分布を評価する技術について記載されている。低周波数の振動源が物体を振動させるのに使用される。振動源の周波数は物体の固有モードが励起するように適当に選択される。次に物体にパルス状の超音波を伝送して物体から反射した信号のドプラーずれを分析することによって振動振幅を決定する。この方法で、物体の異常領域では振動パターンに影響を与える機械的性質が正常領域のものと異なることで異常領域が検出される。この技術は柔らかい細胞に囲まれた硬い腫瘍を検出するのに主として使用される。
【０００３】
ＷＯ９９３９１９４には、構造物または構造物上の氷で音響検出を行い欠陥の位置決めをする方法および装置が記載されている。低周波の振動信号および高周波の探査信号が構造物に与えられる。損傷のない構造物では、これら２つの信号は相互作用を及ぼすことなく独立して伝播する。例えば、ひび、またはひびに氷がある形での欠陥を含む構造物では、振動はひび内の、または氷と構造物の間の接触部を変化させ、高周波の探査信号が変調される結果となる。振動数領域ではこの変調は探査信号の周波数に関して周波数の側波帯としてあらわれる。
【０００４】
ＵＳ５７３２６４２には材料の欠陥を検出する方法およびシステムが開示され、既知の周波数波が材料の相互作用領域で混ざり合う。その結果、少なくとも１つの差の波および和の波が相互作用領域で発生する。差の波は周波数の差で、また和の波は周波数の和で生じる。次に、和の波および／または差の波に基づく少なくとも１つの非線形信号の振幅が測定される。非線形信号は差の波および和の波の１つの振幅と表面波の振幅との積として定義される。非線形信号の振幅は相互作用領域に欠陥（例えば断層の二極密度）があることを意味する。
【０００５】
ＵＳ５５２００５２は材料の減衰損失係数を決定するために、減衰分析技術とレーザーの振動理論とを組み合わせることによって材料構造の完全さを決定する方法および装置を開示する。この方法は、探査する範囲を既知の周波数領域で振動させる工程と、既知の周波数領域において振動力および速度を時間の関数として測定する工程とが含まれる。既知の振動分析によって、予め選択した周波数領域において振動力と速度の測定値から材料の駆動点の移動度をプロットする。計算が終わると、材料構造の完全さを評価するために減衰損失係数が基準のスタンプ損失係数と比較される。
【０００６】
ＵＳ５２１４９６０は複数の位置で物体を振動させて物体の欠陥を検出する方法および装置を開示する。試験物体が振動している間に、試験物体の振動を表す信号が検出され、試験物体の固有振動を表す信号が生成されるとともに、試験物体の欠陥で誘導された振動を表す信号が生成される。固有振動を表す信号と欠陥で誘導された振動を表す信号とを比較し、試験物体の欠陥の有無を決定する。
【０００７】
ＵＳ５５２８９２４は試料に無視できない汚染物が含まれていないことを決定するために、ガス状物質、特に冷媒ガスを分析する音響器具を開示する。冷媒ガスは異なる２つの共鳴が生じるように形成された共鳴チャンバーにガス試料を導入することで試験される。共鳴体は第１と第２の容積部を結合する第１と第２のネック部を有する。周波数発生器は周波数の掃引を帯状に生成し、２つの共鳴を含み、掃引は容積部の１つの変換器に適用される。振動に応答する別の変換器はチャンバ内で振動振幅に応答して変化する出力信号を生成する。周波数発生器と第２の変換器の出力に応答するデジタル回路で第１と第２の共鳴体の中心周波数を決定し、２つの共鳴体の特性あるいは鋭さを決めるこれら共鳴体の周波数幅を決定する。次に、中心周波数と鋭さを格納データと比較し、汚染物の特性と含有量についての決定を行う。
【０００８】
ＵＳ５４２５２７２はクラックを検出するために共鳴周波数の相対ずれの使用を開示する。物体の少なくとも２つの顕著な共鳴周波数を読み取って周波数の差を測定する。顕著な１つの共鳴周波数に対する周波数差の比率を決定して所定の基準値と比較する。共鳴周波数は寸法に対しては少ししかずれないが、物体にクラックがある場合、共鳴周波数は剛性に応じて比較的大きくずれる。
【０００９】
ＵＳ５３５５７３１は多数の球状物体製品を等級付ける方法を開示する。共鳴超音波スペクトル探査（ＲＵＳ）スペクトラムを球状物体から発生させる。球状パラメータ値はＲＵＳスペクトラムの第１の成分から決定する。球状物体の非球状値はＲＵＳスペクトラムの第２の成分と球状パラメータ値とから決定する。次に、球状製品を等級付けるため非球状値を所定値と比較する。
【００１０】
ＵＳ５２８４０５８はポリマー材の複雑な剛性率あるいはヤング率を測定する方法を開示する。予め選んだ長さと異なる厚さを有する第１および第２のビームをそれぞれの端部で固定した状態て間隔をもって平行に配置し、第１および第２の隔たった把持部材をビームに沿って取り付け、ポリマー材の標本を把持部材の対向する面の間に配置し、時間で変化する力を一方のビームに加え、時間で変化する両ビームの変位量を測定して、ポリマー材の率を測定値から算出するものである。
【００１１】
ＵＳ５１７９８６０およびＵＳ５１４４８３８は欠陥検出方法を開示する。物体を振動させて振動を読み取り、被測定物体の振動特性のスペクトラムが２つの部分に分割されることを検出する工程が含まれる。この方法は、物体を振動させ、振動を読み取り、被測定物体の奇数次の振動特性スペクトラムが２つの部分に分割されることを検出することによってクラックの検出にも使用できる。被測定物体の偶数次の振動特性スペクトラムが２つの部分に分割されることを検出することによって貫通しない欠陥を同様の方法で決定できる。
【００１２】
ＵＳ４９４４１８５は材料の完全さを非破壊的に検査する方法を開示する。材料に標識を付け、その材料を使用し、標識の付いた材料で固有の構造共鳴を起こさせるため標識の付いた部分に放射線を当て、材料の構造共鳴をプローブで監視し測定して、材料の構造共鳴を材料構造の完全さに関係付ける。この技術は粘着性のある材料に特に使用される。
【００１３】
ＵＳ４６８９９９３は振動を測定して図解する方法および装置を開示するものであり、１つまたは複数の局部のセンサおよび測定手段で振動物体の振動場所の記録と周波数分解を行う。同一のセンサと測定手段は、振動物体の振動を局部的にかつイメージを形成して記録するイメージ形成ユニットおよび関連する測定手段にも使用できる。
【００１４】
さらにＵＳ３９５８４５０には、材料の表面に励起した振動を考察することによって硬度などの材料の表面特性を決定する技術が記載されている。
ＵＳ５２１６９２１には突起部を有する物体の欠陥部分および異なる硬度部分を検出する方法および装置が記載されている。機械的振動を試験物体に加えてデータをスペクトル分析することによって、異なる突起部が、振動する欠陥部および／または異なる硬度部分であるかがそれぞれの突起部で決定される。
【００１５】
ＵＳ５７７７８９１はひびをリアルタイムに検出する音響技術を開示する。複数の超音波パルスを材料に注入し、材料の不連続によって起されるエコー信号を振幅に関して分析し、ひびを位置決めするため走行時間と広がりを材料の既知の不連続パターンの対応値と比較する。記載された技術は主として軌条に対して使用され、特に軌条接続部の軌条の隙間と真のひびとを区別することが目的となっている。
【００１６】
最後にＵＳ６０２３９８０は材料の疲労研究を扱っている。１０００−４０００Ｈｚの範囲の周波数で静的および動的な応力負荷を加えるため試験機械が使用される。
「スローダイナミックス」と呼ばれる固体材料の新しい物理現象が最近発見された（ロバートエイガイヤー、ポールエイジョンソン共著の「非線形メソスコピック弾性学：材料の新等級のエビデンス」フィジックスツーデイ、１９９９年４月、３０−３６頁参照）。スローダイナミックスとは損傷した材料のクラックの存在による非線形性に関する瞬間のあるいは一時的な弾性率変化である。
【特許文献１】
ＵＳ５０８６７７５
【特許文献２】
ＷＯ９９３９１９４
【特許文献３】
ＵＳ５７３２６４２
【特許文献４】
ＵＳ５５２００５２
【特許文献５】
ＵＳ５２１４９６０
【特許文献６】
ＵＳ５５２８９２４
【特許文献７】
ＵＳ５４２５２７２
【特許文献８】
ＵＳ５３５５７３１
【特許文献９】
ＵＳ５２８４０５８
【特許文献１０】
ＵＳ５１７９８６０
【特許文献１１】
ＵＳ５１４４８３８
【特許文献１２】
ＵＳ４６８９９９３
【特許文献１３】
ＵＳ３９５８４５０
【特許文献１４】
ＵＳ５２１６９２１
【特許文献１５】
ＵＳ５７７７８９１
【特許文献１６】
ＵＳ６０２３９８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明の目的は新しい物理現象であるスローダイナミックスに基づいて、材料および物体の損傷を検出する頑丈、迅速かつ高感度の非破壊的な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本目的はそれぞれ請求項１および２３に記載の方法および装置によって達成される。
本発明により材料または物体の損傷を非破壊的に検出する方法および装置が提供され、かなり自動化されて製造ラインなどに使用される。発明による技術は物体、構造物の一部、および可能なれば全体構造物で進展する疲労損傷の検出によく適合する。またこの技術は流れ作業の製造ラインで品質保証のための監視によく適合し、航空機や宇宙船の部品、自動車の部品などの一般的な材料の損傷試験に使用できる。
【００１９】
本発明は損傷材料または物体に物理的影響を与えるときに現れるスローダイナミックスで引き起された材料の弾性率変化の測定に基づくものである。非損傷材料または非損傷物体はスローダイナミックス応答を示さないが、損傷材料または損傷物体は大きなスローダイナミックス応答を示す。その結果は次のように説明できる。物理的影響は損傷材料に対して１つは剛性の大きい、１つは剛性の小さい、２つの異なる物理的状態を生成する。剛性の小さい状態は損傷の存在による物理的影響によって瞬間引き起こされる。材料はその材料の物理的影響によってスローダイナミックスが励起した後はすぐに剛性の大きい状態に戻る。材料を探査すると、異なる２つの材料状態、すなわち剛性の大きい状態（励起前の材料の状態）と剛性の小さい状態（励起直後の材料の状態）とが検出される。材料のこの一時的な変化は材料中のクラックなどの損傷の表示として使用される。
【００２０】
このように、材料または物体などの標本に存在するクラックまたはその他のクラック状損傷で材料の物理的性質が変化する。したがって、スローダイナミックスの出現で、従来知られていない、物理的性質の重要な変化が生じる。本発明によると、標本でスローダイナミックスの存在を調査する試験によって、損傷の存在の有無についての情報が得られる。このようにして、スローダイナミックスは損傷またはクラックの検出に使用できる。
【００２１】
限定はしないが、機械的衝撃、電磁パルス、連続波駆動源、温度変化、雰囲気圧変化などの適用負荷の変化などにより、損傷材料に物理的影響を与えると、材料の弾性率は変化する。これに関しては、スローダイナミックスを引き起こす物理的変化であればいかなる物理的変化も使用できる。
【００２２】
スローダイナミックスを観測するには、下記に述べるように様々な方法がある。
本発明は、上記のように損傷材料に物理的影響を与えると現れるスローダイナミックスで引き起こされた弾性率変化を測定することが基本となっている。非損傷材料または非損傷物体はスローダイナミックス応答を示さないが、損傷材料または損傷物体は大きなスローダイナミックス応答を示す。その結果は次のように説明できる。物理的影響は損傷材料に異なる２つの物理的状態、１つは剛性の大きい状態、１つは剛性の小さい状態を生成する。剛性の小さい状態は損傷の存在のため物理的影響によって瞬間引き起こされる。材料はその材料が物理的影響によって励起した後はすぐに剛性の大きい状態に戻る。材料を探査すると、異なる２つの材料の状態、すなわち剛性の大きい状態（励起前の材料状態）と剛性の少ない状態（励起直後の材料状態）が検出される。この一時的な状態の変化をクラックなどの損傷の表示として使用する。
【００２３】
発明による有利な実施形態によると、材料または物体に掃引信号を供給し、材料または物体の固有モードを決定するためその掃引信号の周波数を所定の周波数範囲に亘って変化させ、決定した前記固有モードの選択した１つに対応する共鳴ピークの選択した点に位置するよう選んだ単一周波数である少なくとも１つの純音の探査信号を材料または物体に供給し、材料または物体に物理的に影響を与えている間に材料または物体で前記探査信号を読み取り、そして前記探査信号の前記物理的影響の結果をセンサで読み取り、材料または物体の前記弾性率変化を検出する。
【００２４】
発明による方法の別の実施形態によると、探査信号の周波数は固有モードの共鳴ピークの一方の側部に、望ましくは側部の反曲点またはその近傍に位置するように選ぶ。探査信号周波数をたとえピーク点直上に位置させることが可能であっても、探査信号周波数はピーク側部に位置させ、特に反曲点またはその近傍に位置させるのが最適な選択であり、この場合、感度が最大になる。「傾斜増幅」あるいは「固有モードの微係数増幅」と呼ばれ、測定値の信号対ノイズ比がスローダイナミックスや非線形波混合を引き起すいかなる他の方法でも少なくとも係数１０まで増加することが発明の非常に重要な特徴である。
【００２５】
発明による方法のさらに別の有利な実施形態によれば、材料または物体を、望ましくは探査信号の１０−１０００倍の大振幅信号で、かつ広い周波数帯域の信号で励起する。これに代えて大振幅信号は純音信号で連続信号とすることができる。大振幅は材料のスローダイナミックスを励起させ、一時的に共鳴モードの周波数を変化させる。材料または物体にクラックまたはひびがあるときは、モード周波数のこの変化は純音探査信号の振幅に劇的に影響し、ひびまたはクラックで引き起こされるスローダイナミックスによるこの大きな変化は容易に検出できる。
【００２６】
製造ラインで使用する発明による方法のさらに別の有利な実施形態によれば、探査信号の監視した振幅を材料または物体の合否状態を決定する所定の基準情報と比較する。このような基準情報は問題とする部品に何が許容でき、何が許容できないかを知るために前もって他の方法で決定しなければならない。一度許容限界が決まり、スローダイナミックス応答を許容限界に調節すると、発明による方法は合格／不合格の判断に使用され、製造ラインの大量の標本に適用される。
【００２７】
発明による装置の有利な実施形態によれば、探査信号を供給する第２の信号発生器は探査信号を供給するため材料または物体に接触する圧電変換器などの音響信号源に接続するか、材料または物体に探査信号を非接触で供給する拡声器などの非接触波源に接続する。このように探査信号は問題とする適用に応じて直接に接触させるか非接触とするかによって材料または物体に伝送できる。
【００２８】
固有モード周波数を得るための第１の信号発生器と純音探査周波数を備える第２の信号発生器とは別々の２つの信号発生器とすることができる。この場合、第２の信号発生器では一定の周波数信号を発生させるので安価な形式のものでよい。
【００２９】
発明による装置の有利な実施形態によれば、前記第１と第２の信号発生器とを同一の１つの信号発生器とすることもできる。
発明のさらに別の有利な実施形態によれば、材料または物体に物理的影響を与える前記大振幅の信号源には被調査材料もしくは物体に打撃を加えるようにしたレーザーパルス源または機械式ハンマーなどの広い周波数帯域源が含まれるか、または拡声器もしくは圧電変換器などの連続音源が含まれる。この方法による大振幅信号源は材料または物体に音を響かせる。これら源は両方ともこの使用に適した大振幅源である。しかし同様に適した別の源もある。源の実際の選択は問題とする適用による。
【００３０】
発明による装置のさらに別の有利な実施形態によれば、データ取得システムには材料または物体から出力信号を収集するデジタル化手段が含まれる。このデジタル化手段にはコンピュータのオッシロスコープやデジタル化基板などの許容できる周波数および振幅の帯域幅のデジタイザーが含まれる。
【００３１】
発明による装置の別の有利な実施形態によれば、前記読み取った出力信号を前記データ取得システムに伝送するため材料または物体に接触する振動センサを少なくとも１つ設ける。この目的にはセンサは通常１つで十分である。しかし、見落としの危険性は少ないものの、損傷の位置によっては損傷の検出を見落とす場合がある。いずれにしても、問題とする材料または物体に別々のセンサを使用することによって、および／または特定の周波数に属する、材料または物体の別の１つのモードを使用することによって、すなわち別の共鳴モードに近い周波数を使用することによって、実際にはこの危険性は総合的に取り除かれる。損傷を見落とすケースとしては２つ考えられる。特定の周波数に属するモードによる励起の程度が弱い場所に損傷があるか、または特定の周波数に属するモードによる励起の程度が弱い場所に検出器が取り付けられているかである。
【００３２】
発明による装置のさらに別の有利な実施形態によれば、少なくとも１つの振動センサには、読み取り、前記読み取った出力信号を前記データ取得システムに伝送する非接触検出器が含まれる。非接触レーザーまたは音響振動計はこれら非接触検出器の例であり、適用によっては非常に有利となる。
【００３３】
発明による装置のさらに別の有利な実施形態によれば、前記探査信号の周波数より十分に低い前記読み取った信号の周波数成分を取り除く高域フィルタが設けられる。最大振幅の出力信号の成分は通常は大振幅信号源によって生じた低周波共鳴成分である。しかし、関心のある信号周波数は通常かなり高い周波数である純音探査信号周波数である。大振幅信号源によって引き起こされた低周波共鳴からの影響を除去するために高域フィルタが使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
付随する図面を参照して発明を詳細に説明する。
図１は発明による実施形態のブロックダイヤグラムを示す。信号発生器２の周波数は被探査材料または物体の共鳴モード（固有モード）を決定するために、所定の広い周波数範囲で掃引する。周波数掃引はコンピュータ６で制御する。信号発信器２から出た信号は増幅器８で増幅され、変換器１０によって材料または物体４に供給される。
【００３５】
超音波振動センサ１２は材料または物体４から出力信号を検出し、この出力信号をデータ取得システム１４に供給するため設けられる。データ取得システム１４は許容できる周波数と振幅の帯域幅を有するデジタイザーであるデジタル化装置で構成され、例えばデジタル化基板の形でコンピュータの内部に含まれるか、または例えばデジタルオッシロスコープの形でコンピュータの外部に配置される。
【００３６】
純音または複合音の探査信号を入力する音響源は圧電変換器などの適当な接触装置によって材料または物体４に直接接触させるか、探査信号を拡声器などの非接触装置によって材料または物体４に伝送する。上述のとおり、信号発生器２はこの音響源として使用できる。
【００３７】
大振幅の音響信号源１６は大振幅波ないし大振幅信号によって材料または物体４に物理的影響を与えてスローダイナミックスを励起させるために設けられる。この大振幅音響源にはレーザーパルスを発するレーザー、機械式ハンマー、またはその他の適当な装置が含まれる。信号源は広い周波数帯域信号、中間の周波数帯域信号または純音の周波数信号でよい。大振幅信号は連続信号でもよい。
【００３８】
図１の実施形態では２つのセンサ１２が示される。センサは通常１つで十分であるが、センサを１つだけ使用すると、材料または物体４内の損傷の位置や変換器１０の位置やセンサの位置によっては、損傷を見失う危険がわずかにある。センサを効果的な位置でなく不適当な位置に取り付けると損傷を見失うことがある。
【００３９】
発明による技術の第１のステップは材料または物体４の形で試験標本の線形固有モード（共鳴モード）を決定することである。信号発生器２から供給された信号の周波数を標本４で掃引し、センサ１２、データ取得システム１４、および必要ならばコンピュータによって出力時間で平均した振幅を測定することによって、これが達成される。このステップは一種の共鳴超音波スペクトル探査である。
【００４０】
固有モードに関して得られた情報から、純音周波数を共鳴ピーク（固有モード）の１つで選択し、コンピュータ６で信号発生器２を制御して、この純音周波数で連続出力波を生成する。この信号を増幅器８で増幅し、探査信号として試験材料または物体４に与える。この信号は実際の使用に応じて、別の方法で試験材料または物体４に与えてもよい。図１に示す実施形態では変換器１０を使用して行っている。
【００４１】
連続する探査信号を試験材料または物体４に与えている間に、音響源１６から試験材料または物体４に大振幅信号が入力される。この信号源は繰り返しが可能なものでなければならない。この目的のためには、例えば調整した機械式ハンマー、またはレーザーパルスを発するレーザーなど別の種類の信号源を使用することができる。
【００４２】
このように音響源１６によって試験材料または物体４に衝撃を与えて、共鳴モード周波数を一時的に変化させることになるスローダイナミックスを励起させる。標本４が例えばクラックやひびで損傷している場合は、共鳴モード周波数の変化は純音探査信号の振幅に劇的な影響を与え、ひびなどに引き起こされたスローダイナミックスによる振幅の大変化はこのような損傷を表示するものとして利用される。
【００４３】
データ取得システム１４の操作を大振幅音響信号源１６の操作に関連させるよう、この音響源１６をデータ取得システムのデジタイザーに同期させるため適当なトリガー手段を設ける。読み取った信号の記録および分析を大振幅信号による材料または物体の衝撃に同期させて、この記録および分析を衝撃の直後から始める。
【００４４】
音響衝撃源１６が試験材料または物体４に衝撃を与えると、その結果生じるセンサ１２で読み取った出力信号は高域フィルタ１８を介してデータ取得システム１４のオシロスコープなどのデジタイザーに導かれる。センサ１２で読み取った最大振幅の信号は通常音響衝撃装置１６によって発生した低周波数の固有モードの信号である。しかし関心のある信号は通常かなり高い周波数である純音の連続探査信号である。したがって、広帯域の衝撃信号源１６により引き起こされた低周波信号成分の影響を除去するため高域フィルタ１８が使用される。一例として信号発生器２は１８０ｋＨｚの連続探査信号を発生する。音響衝撃源１６は試験材料または物体４に信号減衰効果の低い、直流に近いものから約１０ｋＨｚまでの周波数帯域で大振幅の応答を発生させる。高域フィルタ１８は例えば１５ｋＨｚを越える周波数をすべて通過させる。勿論この図は単に一例であって、試験標本や使用に応じて変わることがある。
【００４５】
大振幅信号源１６が物体に打撃を加えると高域フィルタを通過する時間信号がセンサ１２で読み取られ、データ取得システム１４のデジタル化手段に供給される。この信号には試験標本４に損傷があるか否かを判断するのに必要な情報が含まれる。この読み取った出力信号を検査、処理および分析することによって、試験材料または物体４の相当量のイエス／ノー（合格／不合格）結果が迅速容易に得られる。そのため、読み取った信号を所定の基準情報で決定する比較手段のような適当な手段が図１に示すデータ取得システム１４またはコンピュータ６に含まれる。図２−７は図１による実施形態を使用して、わずかにクラックの入った試験標本を測定して得られた、時間変域における信号を示す。
【００４６】
図２に示す信号の最初の部分は連続する探査信号入力である。この例では探査信号の周波数は約１９３ｋＨｚである。図の時間ゼロにおいて試験標本にハンマー状の衝撃源で打撃を加える。この場合、試験標本は自動車の交換ハウジングである。時間ゼロからの振幅の変化は試験物体に損傷があることを表す。
【００４７】
図３は同一の損傷していない交換ハウジングから受信した信号を示す。この損傷のない標本では標本に衝撃を与えた後でも信号の振幅に変化がないことが観測される。
図４は自動車の損傷したエンジン軸受キャップに対して、読み取った信号を時間の関数として示す。この場合、使用した探査信号の周波数は１８０ｋＨｚである。時間ゼロにおいて標本に衝撃を与えた後の振幅の減少は軸受キャップが損傷していることを表す。
【００４８】
図５は図４の周波数とは異なる１８１ｋＨｚの探査信号周波数を使用して自動車のエンジン軸受キャップから時間の関数として得られた読み取った信号の別の例を示す。時間ゼロにおいて衝撃を与えたときの探査信号の振幅増加はこの標本が損傷していることを表す。
【００４９】
図６は航空機のキャノピーに使用する材料から得たポリカーボネートに対して読み取った信号を時間の関数として示す。時間ゼロ後の、すなわち試験物体に衝撃を与えた後の探査信号の振幅変化は試験物体に損傷があることを表す。この例では探査信号の周波数は１９８ｋＨｚである。
【００５０】
図７は表面応力腐食によるクラックが含まれる鋼管に対して読み取った信号を時間の関数として示す。この場合も、時間ゼロ後の、すなわち試験物体に衝撃を与えた後の探査信号の振幅変化は試験物体に損傷があることを表す。この場合探査信号の周波数は２０４ｋＨｚである。
【００５１】
損傷している試験標本で観測されたスローダイナミックで引き起こされた振幅の変化は次のように説明できる。
図８のダイヤグラム（ＩＩ）に示す振動モードの共鳴ピークは、大振幅信号源によって標本に衝撃を与えたとき、一定の時間に亘ってより低い周波数の方にシフトする（図８のダイヤグラム（ＩＩ）の曲線２参照）。これはスローダイナミックスの材料軟化の現象である。ほとんどの軟化、および相当する共鳴ピークのシフトは衝撃による大振幅が標本に存在する間だけ存在する。
【００５２】
図８のダイヤグラム（Ｉ）は大振幅衝撃源の影響前１および影響後２における時間の関数としての探査信号を示す。ダイヤグラム（ＩＩ）は鉛直線ａで示す探査信号の周波数を有する任意の固有モードを示す。連続する探査信号はダイヤグラム（Ｉ）の１において標本に入力される。標本がダイヤグラム（Ｉ）の２で大振幅信号源によって衝撃を受けると、ダイヤグラム（ＩＩ）の矢印と太線で示すように振動モードがシフトし、これにともない探査信号の振幅は図８のダイヤグラム（Ｉ）のように変化する。ある時間が経過した後は探査信号の振幅はもとの値１に戻る。
【００５３】
図８のダイヤグラム（ａ）は探査信号の振幅が共鳴モードのシフトの影響で減少する例を示し、ダイヤグラム（ｂ）は探査信号の振幅がこのようなモードのシフトの結果として増加する例を示す。探査信号の振幅の変化は入力音量および固有モードピークの相対的位置に依存する。試験標本が衝撃を受けると共鳴ピークは図８のダイヤグラム（ＩＩ）の位置２の太線で示す位置まで左側に移動する。これで分かるように、探査信号の正味の振幅変化は探査信号の周波数と共鳴ピークとの近接度合に依存する。比較的短時間の後で、試験標本はもとの状態に戻り、探査信号の振幅はもとの振幅１に戻る。実際のところ、衝撃で引き起こされたスローダイナミックスにより試験標本の回復には数十分かかるが、ほとんどの振幅は非常に速く回復する。またこのことで、発明による検出技術は迅速となる。
【００５４】
上述のように、図８（ａ）は探査信号の振幅が減少することを示し、一方図８（ｂ）は振幅が増加する状態を示している。これは固有モードに関して探査信号周波数の位置が異なることによる。また、探査信号の周波数がたまたま共鳴ピークないしピーク近傍に、または固有モードが存在しないときは周波数帯域にある場合は、探査信号の振幅はほとんど一定で変わらない。この状態において、正しい処理に従わずに得られた周波数の間違った選択を行った後では、発明による技術は失敗に終わる。探査信号周波数の最適位置は固有モードの反曲点である。これは発明の非常に重要な特徴であり、探査信号の最適な周波数を選択するため周波数掃引を最初に実施する理由でもある。
【００５５】
発明が基準とする前記の結果はクラックのある標本などの部分的に損傷した材料、または焼結金属部品などの全面的に損傷した材料においてのみ現われる。非損傷標本では図３に示すように影響を受けない信号が得られる。このように、スローダイナミックスの変化が、連続する探査信号に生じる場合は、試験材料または物体は損傷していることを表している。
【００５６】
以上をまとめると、大振幅衝撃源によって、クラックのある試験材料または物体に物理的に異なる２つの状態、１つは剛性の大きい状態、１つは剛性の小さい状態が生じる。剛性の小さい状態は大振幅信号源によって瞬間生成される。大振幅信号源からの衝撃の後すぐに材料または物体は剛性の大きい状態に戻る。材料または物体が広範な衝撃源によって励起されている間に高周波数の探査信号で探査されると、連続探査信号は異なる２つの材料状態、衝撃前の剛性の大きい状態と衝撃時または衝撃直後の剛性の小さい状態を抽出する。これは高周波数の探査信号の振幅が一時的に変化することを意味する。これにより、材料または物体にクラックその他の損傷があるために図に示して説明したように振幅が変化する時間領域で、かつ読み取りできる時間領域で信号が作り出される。
【００５７】
例外的な場合として、純音で探査するために選択された固有モードで損傷領域が「抽出」できない場合は、発明による前記の実施形態は失敗することがある。これは非常に複雑な物体で起こり得る。異なる固有モードで複合音を使用することでこの問題は解消される。これは、幾何学的に非常に複雑な物体の場合に、本発明による方法を実施するには時間がかかることを単純に意味する。
【００５８】
図９は固有モードの瞬間の周波数移動からスローダイナミックスを検出する、発明による第２の実施形態を概略的に示す。発泡体支持部２１上に置いた粉末金属リングの形状をした試験物体２０に連続超音波を与える。音波は圧電セラミックの伝送器２２から水を満たしたゴム袋２４を介して伝送される。物体２０の信号はレーザー振動計２６によって測定され、共鳴超音波スペクトル探査器２８とコンピュータ３０で分析されて処理される。
【００５９】
図１０−１２は空気銃で励起した非損傷および損傷リングに対して測定した周波数振幅応答と、時間のパラメータで測定した共鳴周波数シフトを示す。図１０は非損傷物体を励起させた後に４回にわたって測定した物体に対する周波数振幅応答を２２−２５ｋＨｚの周波数帯域で示す。この図によれば周波数シフトはなく、測定した４つの共鳴曲線は一致する。
【００６０】
これに対応して、図１１は損傷物体で測定した周波数振幅応答を示す。この場合、励起後は測定した共鳴曲線に明瞭な周波数シフトが観測される。周波数振幅応答は物体の励起のあと時間が経過するにつれて徐々に「非励起」の位置の方向に戻っていくことが注目される。ｔ１を付した曲線は物体の励起後ｔ１＝１０秒の時刻で測定し、ｔ２を付した曲線は励起後ｔ２＝５分９秒で、ｔ３曲線は励起後ｔ３＝１９分１４秒で、さらにｔ４曲線は物体の励起後ｔ４＝３８分１６秒で測定したものである。
【００６１】
図１２は発明による装置を使用して異なる４つの金属粉末リングで測定した時間の関数としての共鳴周波数シフトを示す。これらの測定値から、リング２と４は損傷しているのに対し、リング１と３は損傷していないことが明らかに理解される。
【００６２】
発明による装置の第３の実施形態は図１３に概略的に示す。試験物体３２は発泡体支持部３４上に置かれている。空気銃３６は物体の損傷標本３２にスローダイナミックスを励起させるのに使用される。物体３２に供給された探査信号はレーザーバイブレータ３８によって読み取られる。読み取った信号はデジタル形式でデータ取得ユニット４０に伝送し、コンピュータ４２で処理する。
【００６３】
損傷物体で測定した振幅は図１４に時間の関数で示すが、物体の励起は０．０１秒付近の時間で起こる。
図１５は図１１のものに対応するダイヤグラムであって、損傷物体の回復期間中の共鳴周波数応答曲線を示し、物体の励起後ｔ１＝３５秒、励起後ｔ２＝２分１０秒、さらに励起後ｔ３＝７分３０秒で測定したものである。この例では、読み取り手段は非接触センサの形で使用される。
【００６４】
図１６は図１２のものに定性的に対応するダイヤグラムであり、励起後に測定したリング状損傷物体の固有モードの共鳴周波数を時間の関数として示す。
図１７−２０は１５−２５ｋＨｚの周波数領域で信号を掃引して、発明による装置で測定した周波数振幅応答を示す。これらの図から明らかなように、この周波数領域にはいくつかの固有モードが含まれている。図１７は粉末金属製の損傷リング形状の物体を２ｋｇの静的重量の負荷で励起して得られた周波数振幅応答を示す。曲線ｔ１は励起負荷を解除した直後に測定し、曲線ｔ２はその後ｔ２＝３０秒経過したときに測定したものである。明確な周波数シフトが見られ、これは物体が損傷していることを表す。
【００６５】
図１８は別のリングで類似の測定を行った結果を示す。周波数シフトは見られなかったので、このリングは損傷していないことを表す。
図１９と２０は図１７と１８に対応する測定結果を示す。しかし、この場合、リングの励起または物理的影響は５秒間、鉄を接触させて加熱することで行った。図１９では励起後異なる時間で測定した曲線の間に明らかな周波数シフトが見られ、リングが損傷していることを表している。このような周波数シフトは図２０には見られないので、リングは損傷していないことを表している。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】発明による装置の第１の実施形態の配置原理を示すブロックダイヤグラムである。
【図２】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図３】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図４】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図５】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図６】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図７】試験材料または物体から取り出した出力信号の例を示す。
【図８】関連する固有モードの周波数曲線の例とともに、時間の関数として出力信号の例を示す。
【図９】発明による装置の第２の実施形態を概略的に示す。
【図１０】非損傷物体および損傷物体について測定した周波数振幅応答を時間の関数で示す。
【図１１】非損傷物体および損傷物体について測定した周波数振幅応答を時間の関数で示す。
【図１２】異なる４つの物体で測定した応答周波数シフトを時間の関数で示す。
【図１３】発明による装置の第３の実施形態を概略的に示す。
【図１４】損傷物体で励起後に測定した振幅の別の例を時間の関数で示す。
【図１５】損傷物体で測定した周波数振幅応答の別の例を時間の関数で示す。
【図１６】損傷物体で測定した時間の関数としての共鳴周波数シフトを示す。
【図１７】発明の別の実施形態において損傷物体および非損傷物体で測定した周波数振幅応答を示す。
【図１８】発明の別の実施形態において損傷物体および非損傷物体で測定した周波数振幅応答を示す。
【図１９】発明の別の実施形態において損傷物体および非損傷物体で測定した周波数振幅応答を示す。
【図２０】発明の別の実施形態において損傷物体および非損傷物体で測定した周波数振幅応答を示す。
【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１５】
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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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【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年9月24日(2003.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料または物体に物理的影響を与え、材料または物体に損傷がある場合、材料または物体に物理的変化を生じさせる、材料または物体の損傷を検出する方法において、
材料または物体に影響を与え、材料または物体に損傷がある場合、瞬間のスローダイナミックスを引き起こし、
材料または物体の少なくとも１つの固有モードを決定するために、材料または物体に物理的影響を与える前後の少なくとも２回に亘って材料または物体に探査信号を使用して、探査信号の周波数を掃引し、
物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取り、
前記読み取った信号を分析して固有モードの瞬間の周波数移動を材料または物体の損傷から起こる材料の弾性率変化の表示として決定する
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
材料または物体に物理的影響を与えるため、電磁パルスを使用して材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
材料または物体に物理的影響を与えるため、連続する電磁波を使用して材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
材料または物体に物理的影響を与えるため、材料または物体に機械的衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
適用負荷の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
材料または物体に機械的ハンマーで打撃を加えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
材料または物体に物理的影響を与えるため、温度の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
材料または物体に物理的影響を与えるため、雰囲気圧の変化で材料または物体に衝撃を与えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
材料または物体に物理的影響を与えるため、音響パルスを与える空気銃で材料または物体に空気衝撃を与えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
材料または物体の固有モードを決定した後、決定した前記固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピーク上の選択した点に選んだ少なくとも１つの単一周波数である純音の探査信号を材料または物体に供給し、
材料または物体に物理的影響を与えている間に材料または物体で前記探査信号を読み取り、
前記読み取った探査信号に対する前記物理的影響の結果を分析して材料または物体の前記弾性率変化を検出する
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記選択した点は前記固有モード共鳴ピークの一方の側部に位置するように選ぶことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記選択した点は前記側部の反曲点またはその近傍に選ぶことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記固有モードを決定するために前記信号周波数を所定の周波数範囲に亘って掃引し、材料または物体からの時間平均の応答を測定することを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
材料または物体に衝撃を与える前記電磁波は広い周波数帯域で、大振幅信号、望ましくは探査信号の１０−１０００倍の振幅信号であることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
材料または物体に衝撃を与える前記電磁波は単一周波数音の大振幅信号であることを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
探査信号の周波数は前記大振幅信号の周波数よりもかなり高いことを特徴とする請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記探査信号は一定の振幅で連続的に供給することを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記探査信号および前記大振幅信号は音響信号であることを特徴とする請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
決定した前記固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピークの異なる側部に位置するよう選んだ純音周波数を有する信号である複数の純音探査信号を材料または物体に供給し、複数の前記探査信号に対する前記物理的影響の結果を損傷の検出のために監視することを特徴とする請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２０】
材料または物体の合否状態を決定するため、監視した材料または物体の弾性率変化を所定の基準情報と比較することを特徴とする製造ラインに使用する、請求項１ないし１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
材料または物体の損傷を非破壊的に検出する装置であって、材料または物体に衝撃を与えて材料または物体に物理的影響を与え、材料または物体に物理的変化を生じさせる衝撃源が含まれる装置において、
前記衝撃源は材料または物体に物理的変化を生じさせて、そこに損傷がある場合、瞬間のスローダイナミックスを引き起こさせるよう構成され、
材料または物体に探査信号を供給する探査信号源を設け、
材料または物体の少なくとも１つの固有モードを決定するため材料または物体に物理的影響を与える前後の少なくとも２回で探査信号周波数を掃引する掃引手段を設け、
物理的影響を与えている間に材料または物体で探査信号を読み取る読み取り手段を設け、
材料または物体の損傷の結果生じた材料の弾性率変化の表示として固有モードの瞬間の周波数移動を決定する分析手段を設ける
ことを特徴とする装置。
【請求項２２】
前記衝撃源には、材料または物体に物理的影響を与える連続またはパルスの電磁波で材料または物体に衝撃を与えるよう構成された信号発生器が含まれることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記衝撃源には、物理的影響を与える音響衝撃によって材料または物体に衝撃を与えるよう構成された空気銃が含まれることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
第１の信号発生器で、材料または物体に第１の信号を供給し、
制御手段で、所定の周波数範囲に亘って前記第１の信号の周波数を掃引するため前記第１の信号発生器を制御し、
決定手段で、供給した第１の信号の周波数を掃引して材料または物体の固有モードを決定し、
第２の信号発生器で、少なくとも１つの純音周波数の探査信号を材料または物体に供給し、前記周波数は前記固有モードの選択した１つに相当する共鳴ピーク上の選択した点に位置するように選び、
読み取り手段で、材料または物体に物理的影響を与えている間に材料または物体で前記探査信号を読み取り、
分析手段で、前記材料または物体の弾性率変化を検出するため前記探査信号の前記物理的影響の結果を分析する
ことを特徴とする請求項２１ないし２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
前記選択した点は前記振動モード共鳴ピークの１方の側部に位置することを特徴とする請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記制御手段を形成するためコンピュータを設けることを特徴とする請求項２４または２５に記載の装置。
【請求項２７】
前記第２の信号発生器は音響探査信号を供給するよう構成されたことを特徴とする請求項２４ないし２６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２８】
前記第２の信号発生器は、探査信号を供給するため材料または物体と接触する圧電変換器などの音響信号源に接続することを特徴とする請求項２４ないし２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２９】
前記第２の信号発生器は、材料または物体に探査信号を非接触で供給する拡声器などの非接触波源に接続することを特徴とする請求項２４ないし２７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３０】
前記第２の信号発生器は複数の純音周波数を有する探査信号を供給するよう構成されたことを特徴とする請求項２４ないし２９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３１】
前記第１と第２の信号発生器は同一の１つの信号発生器であることを特徴とする請求項２４ないし３０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３２】
前記衝撃源にはレーザーパルス源が含まれることを特徴とする請求項２１ないし３１のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３３】
前記分析手段には材料または物体から読み取った信号を受信分析するデータ取得手段が含まれることを特徴とする請求項２１ないし３２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項３４】
前記データ取得システムにはデジタル化手段が含まれることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記読み取った信号を前記データ取得システムに伝送するため材料または物体に接触する少なくとも１つの振動センサを設けることを特徴とする請求項３３または３４に記載の装置。請求項１、１０および２１を補正した。また、補正後の請求項１１はもとの請求項１３に対応し、請求項１２は１４に、請求項１３は１５に、請求項１４は１６に、請求項１５は１７に、請求項１６は１８に、請求項１７は１９に、請求項１８は２０に、請求項１９は２１に、請求項２０は２２に、請求項２２は２４に、請求項２３は２５に、請求項２４は２８に、請求項２５は２９に、請求項２６は３０に、請求項２７は３１に、請求項２８は３２に、請求項２９は３３に、請求項３０は３４に、請求項３１は３５に、請求項３２は３６に、請求項３３は３７に、請求項３４は３８に、請求項３５は４１にそれぞれ対応する。
【国際調査報告】
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