(57)【要約】  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のアレイと、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。
2020537155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料サンプル（９９）の機械的振動応答を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）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を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、一般的なフィルタ対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、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断弾性率（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】
製造品の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。
【発明の詳細な説明】
【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、特に対象材料の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の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に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。
【発明の概要】
【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のアレイと、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を現象の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、得られた共振特性をヤング率（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を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、一般的なフィルタ対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、製造品の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】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】本発明に係る装置の実施形態を概略的に示す。
【図４】本発明に係る方法の実施形態のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【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】
【数１】
2020537155.tif 000003
【００４８】
ここで、補正率Ｔは以下のように定義される。
【００４９】
【数２】
2020537155.tif 000004
【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】
【数３】
2020537155.tif 000005
【００５２】
ここで、補正率Ｒは以下のように定義される。
【００５３】
【数４】
2020537155.tif 000006
【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、任意にばね仕掛けの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で操縦される場合、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をカバーしない場合、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の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。ウラジミール・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。
【図１】
2020537155.tif 000007
【図２】
2020537155.tif 000008
【図３】
2020537155.tif 000009
【図４】
2020537155.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月27日(2019.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体材料サンプル（９９）の機械的振動応答を分析するための装置（１００）であって、
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）と、
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）とを備え、
前記装置（１００）は、前記サンプルに対して相対的に前記線を移動させる前に前記線に沿って連続的に、または前記グリッドに沿って連続的に、前記インパクタ（１１０）のうちの全てのインパクタ（１１０）または選択されたインパクタ（１１０）を作動させるように構成される、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】
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５】
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を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６】
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７】
前記処理手段（１３０）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８】
固体材料サンプルを特徴付ける方法であって、
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と、
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、
前記インパクタ（１１０）のうちの全てのインパクタ（１１０）または選択されたインパクタ（１１０）は、前記サンプルに対して相対的に前記線を移動させる前に前記線に沿って連続的に作動され、または前記グリッドに沿って連続的に作動される、方法。
【請求項９】
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８に記載の方法。
【請求項１０】
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８または９に記載の方法。
【請求項１１】
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８〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
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８〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記分析するステップは、前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、請求項８〜１２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８〜１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
製造品の品質を管理する方法であって、
請求項１４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１６】
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８〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
プロセッサに請求項８〜１６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１８】
前記コード手段は、Ｈａｒｍｉｎｖプログラムを備える、請求項１７に記載のコンピュータプログラム製品。
【国際調査報告】
2020537155.tif 000011
2020537155.tif 000012
2020537155.tif 000013
2020537155.tif 000014