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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024173835
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】音響検査デバイスおよび動作方法
(51)【国際特許分類】
G01N 29/04 20060101AFI20241205BHJP
G01N 29/44 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
G01N29/04
G01N29/44
【審査請求】有
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2024089188
(22)【出願日】2024-05-31
(31)【優先権主張番号】63/470,360
(32)【優先日】2023-06-01
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/540,737
(32)【優先日】2023-09-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】390041542
【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ
(74)【代理人】
【識別番号】100188558
【弁理士】
【氏名又は名称】飯田 雅人
(74)【代理人】
【識別番号】100154922
【弁理士】
【氏名又は名称】崔 允辰
(74)【代理人】
【識別番号】100207158
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 研二
(72)【発明者】
【氏名】リチャード・ユジーン・クラッセン
(72)【発明者】
【氏名】アンドリュー・フィリップ・ウッドフィールド
(72)【発明者】
【氏名】ルーク・ザ・グエン
(72)【発明者】
【氏名】ウィリアム・アンドリュー・シャープ・ザ・セカンド
(72)【発明者】
【氏名】ニコラス・リー・ヴァン・ザント
【テーマコード（参考）】
2G047
【Ｆターム（参考）】
2G047AA05
2G047BC02
2G047BC03
2G047CA01
2G047CB03
2G047DA01
2G047DA02
2G047GE01
2G047GE02
2G047GG20
2G047GG28
2G047GG30
2G047GG33
2G047GH06
(57)【要約】
【課題】材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）などの微細構造特性を決定するのに有用な音響検査システムおよび方法を提供する。
【解決手段】いくつかの実施形態において、材料サンプルの材料特性を決定する方法は、材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通って材料サンプルの表面に音響波を送信するステップを含む。凹面の１つまたは複数の圧電素子は、音響送信器または音響受信器の少なくとも１つとして動作し得る。方法は、材料サンプルの表面から反射された表面音響波を凹面において受信するステップも含む。次いで、方法は、表面音響波の特性に基づいて材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップを含む。
【選択図】図１
【解決手段】いくつかの実施形態において、材料サンプルの材料特性を決定する方法は、材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通って材料サンプルの表面に音響波を送信するステップを含む。凹面の１つまたは複数の圧電素子は、音響送信器または音響受信器の少なくとも１つとして動作し得る。方法は、材料サンプルの表面から反射された表面音響波を凹面において受信するステップも含む。次いで、方法は、表面音響波の特性に基づいて材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップを含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサと、
前記トランスデューサと材料サンプルの表面との間の空間を満たす結合媒体と、
前記トランスデューサと通信する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリデバイスとを含み、
前記少なくとも１つのメモリデバイスが、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、
音響波が前記結合媒体を通って前記材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び前記凹面に送信されるように、前記トランスデューサに前記凹面から前記音響波を生成させることと、
前記凹面において受信された前記表面音響波を示すデータにアクセスすることと、
前記データに基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定することと、を行わせる命令を記憶している、
検査システム。
前記トランスデューサと材料サンプルの表面との間の空間を満たす結合媒体と、
前記トランスデューサと通信する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリデバイスとを含み、
前記少なくとも１つのメモリデバイスが、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、
音響波が前記結合媒体を通って前記材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び前記凹面に送信されるように、前記トランスデューサに前記凹面から前記音響波を生成させることと、
前記凹面において受信された前記表面音響波を示すデータにアクセスすることと、
前記データに基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定することと、を行わせる命令を記憶している、
検査システム。
【請求項2】
前記凹面が、送信モードと受信モードとの間で切り替わる単一の圧電素子である、請求項１に記載の検査システム。
【請求項3】
前記凹面が、音響送信器として動作する第１の複数の圧電素子と、音響受信器として動作する、前記第１の複数の圧電素子から離間された第２の複数の圧電素子とを含み、前記音響波が、前記第１の複数の圧電素子から前記第２の複数の圧電素子へと単一方向に伝搬する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項4】
前記トランスデューサの凹面に結合されたマスクをさらに含む請求項１に記載の検査システム。
【請求項5】
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、請求項１に記載の検査システム。
【請求項6】
前記材料サンプルに対する前記トランスデューサの位置を示すセンサをさらに含む請求項１に記載の検査システム。
【請求項7】
前記命令が、実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記トランスデューサに複数の音経路角度において音響波を生成させる請求項１に記載の検査システム。
【請求項8】
前記凹面が、周縁部によって境界付けられた半球面または矩形曲面であり、前記凹面の周縁部が、前記音響送信器または前記音響受信器として動作する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項9】
材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通して前記材料サンプルの表面に音響波を送信するステップと、
前記材料サンプルの表面から反射された前記表面音響波を前記凹面において受信するステップと、
前記表面音響波の特性に基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップと、を含み、
前記少なくとも１つの材料特性が、粒子サイズ、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、検査方法。
前記材料サンプルの表面から反射された前記表面音響波を前記凹面において受信するステップと、
前記表面音響波の特性に基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップと、を含み、
前記少なくとも１つの材料特性が、粒子サイズ、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、検査方法。
【請求項10】
前記音響波の送信が、単一の点において、前記材料サンプルの表面にわたる複数の方向に前記音響波を送信することを含む、請求項９に記載の検査方法。
【請求項11】
前記表面音響波の特性に基づく統計的相関を通じて、前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップをさらに含む請求項９に記載の検査方法。
【請求項12】
前記材料サンプルの粒子構造特性の応答を最適化するために、前記音響波の周波数または伝播方向のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む請求項９に記載の検査方法。
【請求項13】
前記表面音響波の特性が、前記表面音響波の到着時間、伝搬時間、または振幅のうちの少なくとも１つを含む、請求項９に記載の検査方法。
【請求項14】
前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、請求項９に記載の検査方法。
【請求項15】
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、請求項９に記載の検査方法。
【請求項16】
前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップをさらに含む請求項９に記載の検査方法。
【請求項17】
製造システムに、前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含む、請求項９に記載の検査方法。
【請求項18】
音響検査デバイスから材料サンプルに関する表面音響波データを受信するステップと、
前記材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）レベルを予測する音響スコアを決定するステップであって、前記音響スコアが前記表面音響波データに基づいて決定される、ステップと、
前記音響スコアに基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップと、を含む検査方法。
前記材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）レベルを予測する音響スコアを決定するステップであって、前記音響スコアが前記表面音響波データに基づいて決定される、ステップと、
前記音響スコアに基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップと、を含む検査方法。
【請求項19】
前記表面音響波データが、表面音響波の特性を含み、前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、請求項１８に記載の検査方法。
【請求項20】
標準化された表面音響波データを取得するために、前記表面音響波データを標準化するステップをさらに含み、前記音響スコアが、前記標準化された表面音響波データに基づいて決定された情報エントロピーの尺度、または前記標準化された音響波データに基づいて決定されたグレーレベル共起行列（Ｇ）に基づいて決定される、請求項１８に記載の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０２３年９月２７日に出願した米国仮出願第６３／５４０７３７号および２０２３年６月１日に出願した米国仮出願第６３／４７０３６０号の優先権を主張するものである。
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている、２０２３年９月２７日に出願した米国仮出願第６３／５４０７３７号および２０２３年６月１日に出願した米国仮出願第６３／４７０３６０号の優先権を主張するものである。
【0002】
これらの教示は、一般に、構成要素を検査するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、音響検査装置およびその動作方法に関する。
【背景技術】
【0003】
様々な産業における構成要素は、構成要素の特性、性能、または予想寿命に影響を与える可能性のある特性または特徴について検査され得る。航空産業においては、様々な構成要素が、チタン合金などの金属合金から形成され得る。しかしながら、特定の金属合金は、合金から形成された構成要素の性能を低下させる可能性があるマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ： ｍｉｃｒｏ－ｔｅｘｔｕｒｅ ｒｅｇｉｏｎ）などの微細構造を含む場合がある。したがって、そのような材料の微細構造特性を評価するための検査デバイスおよび方法を有することが有用である場合がある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】Venkatesh V, Noraas R, Pilchak A, Tamirisa S, Calvert K, Salem A, et al., Data driven tools and methods for microtexture classification and dwell fatigue life prediction in dual phase titanium alloys, MATEC Web Conf. 2020;321:11091
【非特許文献2】Pilchak, A.L., Shank, J., Tucker, J.C. et al., A dataset for the development, verification, and validation of microstructure-sensitive process models for near-alpha titanium alloys, Integr. Mater. Manuf. Innov. 5, 259-276 (2016)
【発明の概要】
【0005】
特に図面と併せて検討されるとき、以下の詳細な説明で説明する音響検査デバイスおよび動作方法の提供により、様々なニーズが少なくとも部分的に満たされる。当業者に向けられた、その最良の形態を含む本明細書の態様の完全かつ可能な開示が、添付の図を参照する本明細書に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【0006】
【図1】実施形態に係る検査システムの概略図である。
【図2】図２Ａは、実施形態に係るトランスデューサを含む検査デバイスの概略図である。図２Ｂは、図２Ａのトランスデューサの端部の概略図である。図２Ｃは、異なる音経路角度において図２Ａの検査デバイスによって実行される走査の概略図である。
【図5A】実施形態に係る材料サンプルを検査する方法のフロー図である。
【図5B】実施形態に係る材料サンプルを検査する方法のフロー図である。
【図5C】実施形態に係る材料サンプルを検査する方法のフロー図である。
【図5D】実施形態に係る材料サンプルを検査する方法のフロー図である。
【図6A】２つの異なる結晶構造を通過する音響波の概略図である。
【図7A】サンプルを走査する表面波の概略図である。
【図7B】サンプルを走査する表面波の概略図である。
【図8】実施形態に係る構成要素を検査する方法のフロー図である。
【図9】実施形態に係る検査方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0007】
図中の要素は、簡潔さおよび明瞭さのために示されており、必ずしも縮尺通りに描かれているわけではない。例えば、図中の要素のうちのいくつかの寸法および／または相対的位置は、本教示の様々な実施形態の理解を向上させるのを助けるために、他の要素に対して誇張されている場合がある。また、商業的に実現可能な実施形態において有用または必要である、一般的であるがよく理解されている要素は、本教示のこれらの様々な実施形態のより妨げられない図を容易にするために、しばしば描かれていない。特定の動作および／またはステップは、特定の発生順序で記述または描写されている場合があるが、当業者は、順序に関するそのような特定性が実際には要求されないことを理解するであろう。
【0008】
場合によっては、構成要素の微細構造特性を決定することは、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ： ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）などの破壊試験を伴う。一般に、ＥＢＳＤ試験用の材料サンプルも高度に準備され、例えば、サンプルを鏡面仕上げに研磨することを伴う場合がある。一般的に言えば、本開示の様々な態様は、結晶構造を有する材料から形成された構成要素の微細構造特性を検出するための非破壊的手法を示す。非破壊検査は、検査プロセス中に構成要素への損傷を回避しながら、構成要素を評価し得る。非破壊検査は、構成要素を損傷しないので、構成要素は、検査後に依然として使用することができ、動作状態に戻し得、コストを削減し得る。さらに、本明細書で説明する音響検査システムおよび方法は、高度に準備されない（例えば、鏡面仕上げに研磨される必要がない）単純な表面に対して実行され得て、ピーニングおよび機械加工された表面を評価することができる。
【0009】
本明細書で使用される用語および表現は、異なる特定の意味が本明細書で別途記載されている場合を除き、上述の技術分野の当業者によってそのような用語および表現に与えられる通常の技術的意味を有する。本明細書で使用される「または」という単語は、特に明記しない限り、接続構文ではなく離接構文を有するものとして解釈されるものとする。「結合された」、「固定された」、「取り付けられた」などの用語は、特に明記しない限り、直接的な結合、固定、または取り付け、ならびに１つまたは複数の中間構成要素または特徴を介した間接的な結合、固定、または取り付けの両方を指す。
【0010】
単数形での記載は、文脈上特に断らない限り、複数の場合を含む。
【0011】
本明細書および特許請求の範囲全体にわたって使用される近似の文言は、関連する基本機能の変化を生じることなく、許容される範囲で変化する可能性がある任意の定量的表現を修飾するために適用される。したがって、「約」、「おおよそ」、および「実質的」などの用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されるべきではない。少なくともいくつかの例において、近似の文言は、値を測定するための機器の精度、または構成要素および／もしくはシステムを構築もしくは製作するための方法もしくは機械の精度に対応する場合がある。例えば、近似の文言は、２倍のマージン内にあることを示す場合がある。
【0012】
ここで図に目を向けると、図１は、材料サンプル１０２を検査するために使用され得る検査システム１００を示す。検査システム１００は、材料サンプル１０２の１つまたは複数の特性を決定するために使用され得る。いくつかの態様において、材料特性は、材料サンプル１０２の微細構造に関連する場合がある。材料サンプル１０２は、検査システム１００によって検出され得る、亀裂、空隙、材料異常（異なる密度または係数の領域）、介在物などの不連続特性を含む場合がある。材料サンプル１０２は、亀裂、空隙などではないが、同様に検査システム１００によって検出され得る微細構造特性も有する場合がある。微細構造特性は、連続特性であり得る。微細構造特性（例えば、非不連続型特性）は、不連続特性とともにシステムによって検出され得る。検査システム１００を使用して推測され得る材料特性は、限定はしないが、粒子（結晶）サイズ、粒子（結晶）配向、粒子形状、ＭＴＲの存在、ＭＴＲのサイズ、ＭＴＲの強度、ＭＴＲの配向、マクロテクスチャ、転位含有量、残留弾性圧縮応力、または引張応力などを含み得る。いくつかの例において、材料特性は、チタン合金におけるＭＴＲ特性、合金における粒子サイズ、合金、例えばニッケル合金におけるテクスチャ領域である。材料特性は、サイズ、形状、強度、密度、周波数、配向、配向の広がり、隣接領域特性、または体積分率などの任意のＭＴＲ特性であり得る。チタンに加えて、本明細書で説明する手法は、限定はしないがニッケルを含む他の合金にも適用することができる。
【0013】
ＭＴＲは、同様の結晶配向を有する粒子の集合体を指す場合がある。マクロテクスチャは、サンプル軸に対して好ましい結晶配向を有するＭＴＲまたは粒子を指す場合がある。マクロテクスチャは、疲労強度および引張強度の差異を引き起こす場合もある。材料特性が変化すると、合金の性能が影響を受ける場合があることに留意すべきである。例えば、チタン合金においてＭＴＲのサイズおよび／または強度が増加すると、室温保持疲労特性が低下する。同様に、チタン合金において、マクロテクスチャが強まると（サンプル中の結晶ｃ軸配向の強さによって測定される）、０．２％降伏強度および極限引張強度が増加する。ニッケル合金において、粒子サイズが増加すると、疲労特性が低下する。
【0014】
検査システム１００は、検査デバイス１０４と、レコーダ１１０と、１つまたは複数のデータベース１１８（以下、単数形でデータベース１１８と呼ぶ）と、計算デバイス１２４と、制御ユニット１２８とを含む。検査システム１００およびその様々な構成要素は、ユーザインターフェース１４４を介して動作および制御され得る。
【0015】
材料サンプル１０２は、立方晶ジルコニアなどの結晶構造を有する材料、またはチタン合金、ニッケル合金、アルミニウム合金、鋼などの金属合金から形成され得る。しかし、本明細書で説明するデバイスおよび方法は、材料を横切って進行する表面音響波の特性が材料特性の関数として、および／または材料の粒子（結晶）内のある方向に変化する任意の材料に適用され得ることが考えられる。材料サンプル１０２は、任意の適切な形状、サイズ、または形態であり得る。材料サンプル１０２は、部品（ｐａｒｔ）もしくは構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）であり得て、またはいくつかの態様において、部品または構成要素を製作するための押し出し、鍛造、圧延、機械加工などの別の処理動作において原料として使用されるビレット、プレート、鍛造品、または押し出し品などの原材料であり得る。検査システム１００を使用して、部品または処理中の原材料の任意の表面が走査され得る。ビレット、鍛造品、または部品のスライスまたは直線状のサンプルが材料サンプル１０２として機能し得ることも考えられる。したがって、検査デバイス１０４は、原材料が構成要素を製造または他の方法で形成するために使用される前に、原材料の材料特性を検出することができる場合がある。このようにして、材料特性は、材料品質を確立し、原材料が特定の構成要素において使用するのに適しているかどうかを判定するために使用することができる。構成要素を形成する前に試験することは、製造の労力を費やす前に、構成要素を形成するために適切な材料が使用されることを保証し、製造された部品または構成要素に対する試験の必要性を軽減し得る。
【0016】
チタン合金などの金属合金のビレットおよび構成要素の鍛造処理は、ＭＴＲのサイズおよび配置などの、金属合金の材料特性に影響を与え得る。例えば、ＭＴＲは、チタン合金がベータトランザス（例えば、高温ベータ相が最後に低温アルファ相に変換し始める温度）未満に冷却されるビレット変換中に形成され得、その後、ビレットの加工中および／またはベータトランザス未満の温度における構成要素鍛造中に成形され得る。ビレット加工、構成要素鍛造加工、液体加熱処理からの冷却速度などのいくつかの要因が、ＭＴＲの形成および成形に影響を与え得る。したがって、材料サンプル１０２は、ＭＴＲなどの材料特性が形成された後、部品を形成するための金属合金の熱機械的処理における任意の時点で採取され得ることが考えられる。例えば、材料サンプル１０２は、ビレットの端部スライス、鍛造部品（例えば、ファンディスク）のマイクロスライス、鍛造部品の表面、または金属合金の熱機械的処理の任意のステップの前もしくは後にビレット、鍛造品、または部品から採取された任意の他の適切なサンプルであり得る。いくつかの手法において、材料サンプル１０２は、ガスタービンエンジンの部品または構成要素（例えば、組み立て前の部品もしくは構成要素、またはガスタービンエンジンから分解された部品もしくは構成要素）でもあり得る。
【0017】
図１の図示の実施形態において、検査デバイス１０４は、マスク１０７が結合されたトランスデューサ１０６と、走査デバイス１０８と、結合媒体１０９とを含む。トランスデューサ１０６は、音響送信器部と、音響受信器部とを含む。音響送信器部は、材料サンプル１０２の領域を音響波で励起するための任意の適切なデバイスであり得る。音響送信器部は、音響波またはパルスを生成または放出する任意の励起源、エネルギー源、または振動源であり得る。音響波は、超音響波であり得る。音響受信器部は、音響波および／またはその特性を受信、測定、定量化、または他の方法で検出するための任意の適切なデバイスであり得る。音響受信器部は、入ってくる音波またはパルスを、入ってくる音波を示す電気測定信号（例えば、音響信号）に変換し得る。いくつかの構成において、音響受信器部および音響送信器部は、単一の圧電デバイス内に含まれる、かつ／または単一の圧電デバイスによって実装される（例えば、図２Ａおよび図２Ｂを参照）。そのような単一の圧電デバイスにおいて、トランスデューサ１０６は、送信モードと受信モードとの間で切り替え得る。他の構成において、音響受信器部および音響送信器部は、別個の圧電デバイスである（例えば、図３Ａおよび図３Ｂを参照）。
【0018】
いくつかの態様において、音響送信器部および音響受信器部は、単一の中心周波数とそれに関連する帯域幅とを使用して動作し得る。他の態様において、音響送信器部および音響受信器部は、周波数の範囲を掃引することによって動作し得る。トランスデューサ１０６の音響送信器部および音響受信器部は、最大約２ギガヘルツの周波数を使用して動作し得、いくつかの態様において、約０．５ＭＨｚと約１００ＭＨｚとの間、または約３０ＭＨｚと約５０ＭＨｚとの間の周波数を使用して動作し得る。材料サンプル１０２を構成する材料の結晶サイズに対応する材料中の波長を有する周波数を選択することが望ましい場合がある。
【0019】
マスク１０７は、トランスデューサ１０６に直接結合される。マスク１０７は、音響波を遮断する任意の構造であり得る。いくつかの態様において、マスク１０７は、材料サンプル１０２の表面にわたる音経路角度を制御するように成形される。マスク１０７は、トランスデューサ１０６の音響送信器部の音響エネルギーの方向または音経路角度を選択することを可能にする。本明細書で使用される音経路角度は、材料サンプル１０２の表面にわたる基準線に対する材料サンプル１０２の表面にわたる角度を指す。例えば、基準線は、サンプル座標軸のうちの１つ、または材料の流れの方向に対応し得る。音経路角度を図２Ｃに示す。例示的なマスクを図４Ａおよび図４Ｂに示す。マスク１０７は、音経路角度を設定するための１つの例示的な構成であることを理解すべきである。複数の音響送信器および音響受信器の中から選択することは、音経路角度を設定するための別の例示的な手法である（図３Ａおよび図３Ｂ）。図３Ａおよび図３Ｂのトランスデューサ構成において、音経路角度は、音響送信器および音響受信器のペアを選択することによって設定され得るので、マスク１０７は、含まれなくともよいことが考えられる。いくつかの手法において、マスク１０７は、マスク１０７によって覆われている圧電能動素子の部分を含めないことによって省略され得る。
【0020】
走査デバイス１０８は、材料サンプル１０２に対するトランスデューサ１０６の位置を調整するように構成される。走査デバイス１０８は、可動プラットフォーム、ターンテーブル、または材料サンプル１０２を保持し、および／または移動することができる別のデバイスを含み得る。走査デバイス１０８は、トランスデューサ１０６を移動するように動作可能なロボットアームなどのデバイスも含み得る。走査デバイス１０８は、互いに連動して動作する２つの別個の制御可能なデバイスであり得る。いくつかの手法において、走査デバイス１０８は、音経路角度を調整するようにも構成され得る。
【0021】
結合媒体１０９は、トランスデューサ１０６と材料サンプル１０２との間に配置される。材料サンプル１０２またはその一部は、結合媒体１０９内に浸漬され得、または結合媒体１０９で湿潤され得る。結合媒体１０９は、トランスデューサ１０６の音響送信器部と音響受信器部との間の伝搬ギャップと、トランスデューサ１０６と材料サンプル１０２の表面との間の空間とを満たし得る。いくつかの手法において、トランスデューサの音響送信器部および音響受信器部を取り囲む空間と、材料サンプル１０２の表面とが、結合媒体１０９で満たされ得る。結合媒体１０９は、水などの液体、または油もしくは溶液などの別の流体カプラントであり得る。いくつかの態様において、結合媒体１０９は、ペースト、ゲル、または特定の態様において固体でもあり得る。結合媒体１０９は、トランスデューサ１０６から材料サンプル１０２への音響エネルギーの伝達を助け得る。結合媒体１０９は、音響波の伝達を改善するために、トランスデューサ１０６から材料サンプル１０２への音響波の伝播に効率的な経路を提供する。例えば、音響エネルギーは、空気または固体をうまく伝わらない場合がある。例えば、トランスデューサ１０６と材料サンプル１０２との間にインピーダンスの不整合が存在する場合があり、音響エネルギーは、材料サンプル１０２を貫通するのではなく、トランスデューサ１０６に向かって反射される場合がある。結合媒体１０９は、トランスデューサ１０６と材料サンプル１０２とをまたぐブリッジとして機能し得、空気を置換し、音響エネルギーが材料サンプル１０２に伝達されることを可能にする。結合媒体１０９は、トランスデューサ１０６から材料サンプル１０２に伝達される音響エネルギーを増加または最大化するのを助け得る。
【0022】
レコーダ１１０は、検査デバイス１０４と作動的に通信しており、特に、トランスデューサ１０６と通信しているが、検査デバイス１０４の任意の構成要素とも通信し得る。レコーダ１１０は、検査デバイス１０４によって収集、生成、または他の方法で受信された任意のデータ（例えば、表面音響波データ）を記録し得る。レコーダ１１０は、符号化された音響信号および／またはその特性を適切な記憶媒体上に記録するための音響信号レコーダであり得る。いくつかの手法において、レコーダ１１０は、符号化された音響信号および／またはその特性をデータベース１１８内に記録し得る。レコーダ１１０は、トランスデューサ１０６の音響受信器部によって受信された音響波を示す信号を取得するように構成される。
【0023】
いくつかの手法において、レコーダ１１０は、音響波の特性を含み得る表面音響波データを記録し得る。表面音響波データは、音響受信器部によって受信された音響波の伝搬時間１１２、信号振幅１１３、信号振幅の時系列１１５、到着時間１１６、および／または位置１１７などの、音響波の特性を含み得る。伝搬時間１１２は、トランスデューサ１０６からの音響波の伝達時間と、トランスデューサ１０６による反射音響波の受信時間との間の差を含み得る。信号振幅１１３は、トランスデューサ１０６によって受信された音響波を表す信号の強度を表し得、波の高さによって表されるような音響波の強度を示し得る。信号振幅の時系列１１５は、様々な信号振幅がトランスデューサ１０６によって検出または受信された一連の時間を含み得る。到着時間１１６は、反射音響波がトランスデューサ１０６において受信された時間を示し得る。位置１１７は、材料サンプル１０２に対するトランスデューサ１０６の位置を示し得る。表面音響波データは、音響波データの特性として、材料サンプル１０２の領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれたサイズまたはアスペクト比などの幾何学的特徴も含み得る。信号振幅の時系列１１５は、音響波が分裂し、複数の到着時間が存在する（例えば、複数の伝搬時間を有する）場合、到着イベントのシーケンスを提供する。いくつかの手法において、レコーダ１１０はまた、走査デバイス１０８と通信し得、検査デバイス１０４に対する材料サンプル１０２の位置および／または音経路角度に関するデータを記録し得る。さらに別の手法において、レコーダ１１０は、１つまたは複数のタイプのデータが記録された時間に関連付けられた時間データも記録し得る。例えば、レコーダ１１０は、１つまたは複数の信号が検査デバイス１０４によって取得または受信されたとき、および／または１つまたは複数の音響波が送信されたときに関する時間データを記録し得る（例えば、送信と受信との間の差が、伝搬時間である）。レコーダ１１０は、例えば、音響データが取得された材料サンプル１０２上の場所および／または音経路角度などの、材料サンプル１０２上の位置を示す位置データも記録し得る。レコーダ１１０はまた、検査デバイス１０４によって受信された波形全体またはその一部をＡスキャンまたはＢスキャンとして記録し得る。波形の形状は、サイズ、強度などのＭＴＲ特性を示し得る。
【0024】
データベース１１８は、検査システム１００によって収集または使用される１つまたは複数のタイプのデータ（例えば、表面音響波データ）を含み得る。例えば、データベース１１８は、検査デバイス１０４によって収集、生成、および／または他の方法で受信された１つまたは複数のタイプのデータを含み得る。別の例において、データベース１１８は、レコーダ１１０によって記録されたデータ（図１における記録されたデータ１２０など）を含み得る。さらに別の例において、データベース１１８は、計算デバイス１２４によって計算または他の方法で決定されたデータ（図１における計算されたデータ１２２など）を含み得る。上述のように、データベース１１８は、単一のデータベースである必要はなく、１つまたは複数のデータベースを含み得る。
【0025】
計算デバイス１２４は、材料サンプル１０２の少なくとも１つの特性を決定するように構成される。計算デバイス１２４は、少なくとも部分的に、レコーダ１１０によって記録されたデータ１２０に基づいて、かつ／またはデータベース１１８内に含まれるデータに基づいて、少なくとも１つの特性を決定し得る。
【0026】
いくつかの手法において、計算デバイス１２４は、レコーダ１１０によって記録された直接値を使用するように構成され得る。例えば、計算デバイス１２４は、検査デバイス１０４から取得された以下のタイプのデータ、すなわち、伝搬時間１１２、信号振幅１１３、信号振幅の時系列１１５、到着時間１１６、位置１１７、音経路角度（図２Ｂを参照）のうちの１つもしくは複数、またはその組合せを使用するように構成され得る。１つの手法において、計算デバイス１２４は、レコーダ１１０によって記録された直接値（またはその絶対値）がしきい値を満たす（例えば、超える）かどうかを判定し得る。別の手法において、計算デバイス１２４は、異なる音経路角度において特定の位置において収集されたデータを比較し得る。
【0027】
追加的または代替的に、計算デバイス１２４は、レコーダ１１０によって記録されたデータ１２０の統計的相関または他のデータ分析を実行するように構成され得る。例えば、計算デバイス１２４は、標準偏差、平均値、中央値、広がり、分散、フーリエ変換などを決定するように構成され得る。計算デバイス１２４は、時間の分析パラメータ、位置の統計、伝搬時間の統計、および／または信号振幅の統計を決定し得、複数の関心領域からのデータを一緒にビニングすること、または中央値フィルタもしくはガウスフィルタなどの様々なフィルタリング技法の適用を含み得る。特定の態様において、計算デバイス１２４は、以下の１つまたは複数を決定するように構成され得る。
【0028】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する伝搬時間の標準偏差。
【0029】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する伝搬時間の平均値。
【0030】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する伝搬時間の最大値。
【0031】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する信号振幅の標準偏差。
【0032】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する振幅の平均値。
【0033】
材料サンプル１０２上の１つまたは複数の関心領域に関する振幅の最大値。
【0034】
材料サンプル１０２に関する伝搬時間の時間的変動の空間的変動。
【0035】
材料サンプル１０２に関する信号振幅の時間的変動の空間的変動。
【0036】
時間領域信号のフーリエシーケンス。
【0037】
振幅信号および／または伝搬時間信号の空間表現に関するフーリエシーケンス。
【0038】
いくつかの手法において、計算デバイス１２４は、例えば、材料サンプル１０２の表面を横切って伝搬する音響波の速度を決定するために、新しい測定値を計算するためにデータを組み合わせ得る。別の例は、粒子（結晶）の格子配向を推定するために、特定の位置における異なる音経路角度に関する速度計算を比較することであり得る。計算デバイス１２４は、さらに、サンプル内の粒子の相対的な格子配向を示す画像を形成するために、複数の位置に関する計算結果を組み合わせ得る。次いで、この画像は、さらに、ＭＴＲなどのサンプル内の微細構造の特徴のサイズ、形態、および／または強度を計算するために処理され得る。計算デバイス１２４は、レコーダ１１０によって記録された伝搬時間と、伝搬ギャップ（例えば、音響波が材料サンプル１０２の表面を横切って伝搬する距離）とに基づいて、速度を決定し得る。
【0039】
いくつかの手法において、計算デバイス１２４は、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）からのデータを使用して較正され得る。例えば、伝搬時間などの、レコーダ１１０によって記録されたデータ１２０は、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）によって決定された微細構造の特徴などの材料の特性に相関し得る。このようにして、計算デバイス１２４は、材料の表面を横切って伝搬する音響波の特性に基づいて、材料の特性を自動的に決定または識別し得る。
【0040】
制御ユニット１２８は、検査デバイス１０４、特にトランスデューサ１０６と作動的に通信する。制御ユニット１２８は、トランスデューサ１０６を動作するように構成され得、特に、トランスデューサ１０６の音響送信器部および音響受信器部を操作して、音響波の送信および受信を制御し得る。いくつかの態様において、制御ユニット１２８は、タイミング、周波数、および／または音経路角度を制御するように構成される。いくつかの手法において、制御ユニット１２８は、材料サンプル１０２に対するトランスデューサ１０６の位置を調整するために走査デバイス１０８を制御するようにも構成される。
【0041】
制御ユニット１２８は、典型的には、１つまたは複数のプロセッサ１３６および／またはマイクロプロセッサを備える。メモリ１３０は、検査システム１００および検査デバイス１０４またはその部品の機能を実装するために制御ユニット１２８および／または１つもしくは複数のプロセッサ１３６によって実行される動作コードまたは命令１３４のセットを記憶する。いくつかの実施形態において、メモリ１３０は、材料サンプル１０２を検査するために必要であり得るデータ１３２の一部またはすべても記憶し得る。
【0042】
制御ユニット１２８は、１つまたは複数のプロセッサ１３６として実装され得る。同様に、メモリ１３０は、１つまたは複数のプロセッサ可読および／またはコンピュータ可読媒体などの１つまたは複数のメモリデバイスとして実装され得、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリ、および／もしくは他のメモリ技術などの揮発性ならびに／または不揮発性媒体を含むことができる。さらに、メモリ１３０は、制御ユニット１２８の内部にあるように示されているが、メモリ１３０は、内部メモリ、外部メモリ、または内部メモリと外部メモリとの組合せとすることができる。追加的に、制御ユニット１２８は、典型的には、充電可能であり得るおよび／または外部電源から電力を受け取り得る電源（図示せず）を含む。
【0043】
ユーザインターフェース１４４は、検査システム１００の１つまたは複数の構成要素を制御するために使用され得る。ユーザインターフェース１４４は、ユーザ入力および／または出力表示のために使用され得る。例えば、ユーザインターフェース１４４は、１つまたは複数のボタン、ノブ、セレクタ、スイッチ、キー、タッチ入力表面、オーディオ入力、および／またはディスプレイなどの任意の公知の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス１３８を含み得る。追加的に、ユーザインターフェース１４４は、限定はしないが、通信情報、ステータス情報、注文情報、配送情報、通知、エラー、状態、および／または他のそのような情報をユーザに伝えるために、ライト、視覚インジケータ、表示画面などの１つまたは複数の出力表示デバイスを含み得る。同様に、いくつかの実施形態において、ユーザインターフェース１４４は、ユーザによって口頭で発せられた音声コマンドもしくは要求を受信し、かつ／または音声コンテンツ、警告などを出力することができるオーディオシステムを含み得る。
【0044】
いくつかの手法において、検査システム１００は、さらに、製造システム１２９と通信し得る。製造システム１２９は、任意の製造システムであり得、いくつかの非限定的な例において、構成要素の熱機械的処理、部品の製造、または構成要素もしくは部品を形成するために使用される原材料の製造を実行する任意のシステムであり得る。いくつかの態様において、製造システム１２９は、材料サンプル１０２を形成するため、または材料サンプル１０２と同様の材料組成（例えば、同様の合金組成、結晶構造など）を有する構成要素、部品または原材料を形成するために使用される。製造システム１２９は、例えば、構成要素もしくは部品を形成するため、または材料の熱機械的処理を他の方法で実行するために、１つまたは複数の製造プロセスを実行し得る。検査システム１００は、製造システム１２９に製造プロセスのフィードバックを提供し得る。例えば、計算デバイス１２４によって決定された材料特性１２６は、製造システム１２９によって実行される製造プロセスのパラメータを調整するために使用され得る。例えば、計算デバイス１２４が、材料サンプル１０２が高いＭＴＲ強度を有するか、または許容できない微細構造を有すると判定した場合、検査システム１００は、製造システム１２９によって実行される製造プロセスのパラメータ（例えば、ビレットの端部において切り取られるべき材料の量）の調整を引き起こし得る。
【0045】
いくつかの手法において、検査システム１００によって検出される材料特性は、材料サンプル１０２のＭＴＲ特性を含み得る。ＭＴＲ特性は、材料サンプル１０２内のＭＴＲの特性、および／またはＭＴＲの存在を示す材料サンプル１０２の特性であり得る。例えば、材料特性は、材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、残留弾性圧縮応力、または引張応力のうちの１つまたは複数を含み得る。
【0046】
動作中、検査デバイス１０４は、材料サンプル１０２の少なくとも１回の走査を実行する。走査中、検査デバイス１０４、特にトランスデューサ１０６の音響送信器部は、音響波を送信または生成する。音響波は、材料サンプル１０２の表面に沿って伝搬してトランスデューサ１０６の受信器部によって受信される表面音響波を生成するために、結合媒体１０９を通って材料サンプル１０２の表面に伝搬する。音響受信器部は、音響波が材料サンプル１０２の表面と相互作用した後に音響波を検出する。
【0047】
制御ユニット１２８は、表面音響波を示すデータなどの、トランスデューサ１０６の音響受信器部によって取得されたデータにアクセスし得る。さらに、制御回路は、表面音響波を示すデータに基づいて、材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定し得る。
【0048】
材料サンプル１０２の音響伝播特性は、音響波が材料サンプル１０２を通ってまたは横切って伝搬する方法に影響を与える場合がある。材料の種類、形成方法、微細構造の特徴（例えば、ＭＴＲ）、および他の要因が、音響波が伝搬する方法に影響を与える場合がある。音響波の速度は、材料サンプル１０２内に存在するＭＴＲのサイズおよび強度などの、材料サンプル１０２の材料特性の関数として変化する場合がある。例えば、音速は、材料サンプルの弾性率に比例する。チタン合金などの結晶性材料において、弾性率は、典型的にはミラーブラヴェ指数では［０００１］と呼ばれるｃ軸または基底極に対する材料における配向によって影響を受ける。したがって、チタン合金、例えば、材料サンプル１０２における結晶のｃ軸に対する配向の角度は、材料サンプル１０２を通って伝搬する音響波の速度にも影響を与える場合がある。この速度変動は、粒子の［０００１］軸の絶対配向、またはサンプル表面に対する粒子群の平均［０００１］配向を計算するために測定および使用することができる。別の例において、音響波の振幅は、材料サンプル１０２内の転位の存在またはＭＴＲ領域の強度に基づいて変動する場合がある。このようにして、音響波は、材料サンプル１０２の特性に関する情報を明らかにするか、または他の方法で示し得る。
【0049】
いくつかの手法において、検査デバイス１０４は、材料サンプル１０２の表面上の複数の異なる位置において走査を実行し得る。いくつかの態様において、検査デバイス１０４は、材料サンプル１０２の表面全体または表面の大部分を走査し得る。材料サンプルの表面上の各位置または点において、検査デバイス１０４は、複数の異なる音経路角度、いくつかの態様では３つ以上の異なる音経路角度において走査を実行し得る。すなわち、トランスデューサ１０６の音響送信器部は、単一の点において複数の走査を実行し得、音響送信器部は、単一の点において、材料サンプルの表面にわたる複数の方向に音響波を送信する。いくつかの手法において、検査デバイス１０４は、各位置において少なくとも４つの音経路角度において走査を実行する。
【0050】
特定の音伝播方向および／または音経路角度は、サンプルの伝搬時間値の改善された解像度またはコントラストを提供し得る。例えば、音響波の特定の音伝播方向および／または音経路角度は、材料サンプル１０２の粒子構造特性の応答を最適化または他の方法で改善するように選択され得る。いくつかの手法において、音経路角度は、材料サンプル１０２がビレットである場合にはビレットの金属の流れに、または材料サンプル１０２が鍛造品である場合には鍛造品の金属の流れに整列するように（例えば、図４Ｂにおけるスリット１９８の位置を介して）調整され得る。他の手法において、音経路角度は、材料サンプル１０２の１つまたは複数の特性に基づいて調整され得る。
【0051】
検査システム１００は、トランスデューサ１０６によって生成された音響波の伝播方向に平行な表面波速度における変化を介して、サンプルの結晶配向における変化を検出し得る。所与の伝播方向において、速度だけでは、関心領域内の材料（例えば、粒子）の配向に関する一意の解を提供するのに十分ではない場合がある。画像内の最大速度は、ビーム伝播方向と平行な［０００１］を有する粒子に対応する場合があるが、最小速度は、表面の法線から表面におけるビーム伝播方向に対して９０°までのどこかの［０００１］に対応する場合がある。同様に、中間ビーム速度は、表面に対して中間の角度における［０００１］で配向されたＭＴＲに対応する場合があるか、または両極端の中間にある平均速度を有する異なる配向における粒子の混合物である可能性がある。検査システム１００は、ＥＢＳＤ逆極点図マップに類似する空間的に相関する結晶学的データを抽出するために、追加のデータ処理を実行し得る。
【0052】
材料サンプル１０２内の所与の場所について、複数の音響波伝播方向（例えば、音経路角度）で一連の音響走査が収集され得る。所与の点において測定された速度は、表面に対する［０００１］の傾斜の関数として変動すると予測され、表面に対して垂直な［０００１］を有する領域は、異なる伝播角度でも変化しないが、表面に対して傾斜した［０００１］を有する領域は、可変の波の伝播速度を示す。伝播速度のこの変動は、表面に対する［０００１］の傾斜を決定するために使用することができる。
【0053】
図２Ａに目を向けると、マスク１６５を含む検査デバイス１５０が示されている。図２Ａは、検査デバイス１５０の断面側面図を提供する。検査デバイス１５０は、検査デバイス１０４に対応し得、材料サンプル１６０は、図１の材料サンプル１０２に対応し得る。検査デバイス１５０は、トランスデューサ１５２を含む。トランスデューサ１５２は、円筒形状であるが、他の実施形態では、トランスデューサ１５２は、他の適切な形状であり得る。トランスデューサ１５２は、凹面１５６を有する。トランスデューサ１５２は、材料サンプル１６０の表面に隣接して取り付けられる。トランスデューサ１５２の凹面１５６は、トランスデューサ１５２の端部に配置される。
【0054】
図２Ａに示すように、凹面１５６は、材料サンプル１６０の表面から距離１６６だけ離間している。トランスデューサ１５２の凹面１５６は、周縁部１５９によって境界付けられた半球状または非半球状の表面であり得る。一例において、非半球面は、曲面を有する凹状の矩形ストリップであり得る。そのようなストリップは、湾曲した角部を有していても有していなくてもよい。トランスデューサ１５２の凹面１５６の周縁部１５９は、音響送信器部１５７と音響受信器部１５８とを含む。音響送信器部１５７および音響受信器部１５８は、それらの間に伝搬ギャップを作成する。音響送信器部１５７は、音響受信器部１５８と対向する。この実施形態において、音響送信器部１５７および音響受信器部１５８は、単一の圧電デバイスの一部である。
【0055】
凹面１５６は、トランスデューサ１５２の能動素子であり、音響送信器と音響受信器の両方として動作する単一の圧電素子である。凹面１５６は、動作中に送信モードと受信モードとの間で切り替わり得る。圧電素子は、トランスデューサ１５２が音響波を生成するために圧電素子（例えば、凹面１５６）を作動させるように動作する送信モードで動作し得る。圧電素子は、受信（またはリスニング）モードでも動作し、このモードにおいて、トランスデューサ１５２は、音響波が材料サンプル１６０の表面で反射し、圧電素子（例えば、凹面１５６）に跳ね返るのを待つ。凹面１５６に電気エネルギーを印加することは、凹面１５６を膨張および収縮させ、凹面１５６を振動させる。凹面１５６の振動は、トランスデューサ１５２の音響送信器部１５７から材料サンプル１６０に伝搬する音響波を結果として生じる。能動素子の厚さは、音響波の周波数を決定し得る。音響波は、材料サンプル１６０の表面を横切って伝搬する。音響波は、凹面１５６に反射され、トランスデューサ１５２の音響受信器部１５８に戻る。
【0056】
凹面１５６は、圧電材料であるので、音響波が凹面１５６に到達すると、動きが電気信号に変換される。音響波が超音波である場合、電気信号は、超音波波形と呼ばれる場合がある。トランスデューサ１５２は、特定のパルス繰り返し率において音響波を放射し得る。パルス（例えば、音響波の送信）は、音響波が、次のパルスが生成される前に材料サンプル１６０に到達してトランスデューサ１５２に戻るのに十分な時間を有するように、パルス間の時間を可能にするために離間され得る。音響波がまた音響送信器部１５７と音響受信器部１５８との間で反対方向または２方向に材料サンプル１６０を横切って伝搬し得るように、音響送信器部１５７が音響受信器として機能し得、音響受信器部１５８が音響送信器として機能し得ることも考えられる。
【0057】
音響送信器部１５７は、音響波を生成または送信する。図示のように、トランスデューサ１５２の音響送信器部１５７によって生成された音響波は、入射角１６４において材料サンプル１６０の表面に衝突する。入射角１６４は、音響波が伝搬ギャップ１６２を横切って材料サンプル１６０の表面を横切って伝搬するようなものである。いくつかの手法において、入射角は、約２０度と約４０度との間である。他の手法において、入射角は、約２５度と約３５度との間である。さらに他の手法において、入射角は、約２８度と約３２度との間であり、いくつかの態様において、入射角は、約３０度である。凹面１５６の曲率半径は、音響エネルギーを集束させ、材料サンプル１６０の表面を横切って伝搬する表面音響波（Ｒａｌｅｉｇｈ波）を結果として生じる特定の入射角を達成するように選択され得る。曲率半径は、入射角に対応し得、したがって、入射角の前述の範囲は、曲率半径にも適用されることが考えられる。例えば、曲率半径は、約２０度と約４０度との間でもあり得る。
【0058】
伝搬ギャップ１６２は、音響波が材料サンプル１６０の表面を横切って伝搬する距離である。音響波は、伝搬ギャップ１６２を横切って伝播し、トランスデューサ１５２の音響受信器部１５８によって受信される。伝搬ギャップ１６２にわたる音響波の伝搬時間は、材料サンプル１６０の微細構造などの特性によって影響を受ける。例えば、結晶粒構造のサイズおよび配向は、伝搬ギャップ１６２にわたる音響波の伝搬時間に影響を与える場合がある。
【0059】
検査デバイス１５０は、さらに、結合媒体（図２Ａに示さず）を含む。いくつかの手法において、伝搬ギャップ１６２と、材料サンプル１６０と、凹面１５６とを取り囲む空間は、結合媒体で満たされる。いくつかの手法において、検査デバイス１５０全体は、結合媒体（図１の結合媒体１０９など）内に浸漬される。いくつかの手法において、凹面１５６の全体を浸漬する第１のボリューム１６１Ａが、結合媒体で満たされる。他の手法において、音響送信器部１５７と音響受信器部１５８との間の空間を包含し、この空間を通って音響波がトランスデューサ１５２と材料サンプル１６０の表面との間を伝搬し得る第２のボリューム１６１Ｂが、結合媒体で満たされる。
【0060】
図２Ｂは、図２Ａのトランスデューサ１５２の端面図である。トランスデューサ１５２の下端は、凹面１５６を含む。凹面１５６の周縁部１５９は、マスク１６５が結合された環状縁部である。凹面１５６の周縁部１５９の一部は、マスク１６５によって遮られる。マスク１６５は、音響送信器部１５７から音響受信器部１５８への経路を作成するスリット１６７を含む。スリット１６７は、音響送信器部１５７から音響受信器部１５８に音響波を導くか、または向けるのを助け得る。いくつかの手法において、マスク１６５は、マスク１６５によって覆われる圧電能動素子の部分を含めないことによって省略され得る。
【0061】
図２Ｃは、図２Ａの材料サンプル１６０の上面の一部の上面図である。特に、図２Ｃは、検査デバイス１５０によって送信および受信される音響波に関する様々な音経路角度を示す。図示のように、検査デバイス１５０は、複数の異なる音経路角度において走査を実行し得る。図２Ｃに示す例示的な例において、検査デバイス１５０は、０度の音経路角度における走査と、４５度の音経路角度における走査と、９０度の音経路角度における走査と、１３５度の音経路角度における走査とを含む４つの走査を実行する。音響送信器部１５７と音響受信器部１５８との間の方向は、音経路角度を決定または設定するために使用される。図２Ｃに示す特定の音経路角度は、限定的ではなく、検査デバイス１５０は、角度の任意の組合せおよび任意の数の異なる角度において走査を実行し得ることを理解すべきである。異なる音経路角度における表面音響波の速度を比較することは、粒子（結晶）の格子配向を推定することを可能にし得ると考えられる。
【0062】
図３Ａは、代替構成を有する検査デバイス１７０を示す。図３Ａは、検査デバイスの断面側面図を提供する。検査デバイス１７０は、検査デバイス１０４に対応し得、材料サンプル１８０は、図１の材料サンプル１０２に対応し得る。検査デバイス１７０は、凹面１７４を有するトランスデューサ１７２を含む。この例において、トランスデューサ１７２は、円筒形状である。トランスデューサ１７２は、材料サンプル１８０の表面に隣接して取り付けられる。
【0063】
トランスデューサ１７２は、音響受信器部１７８から離間された音響送信器部１７６を含む凹面１７４を含む。この例において、音響送信器部１７６および音響受信器部１７８は、別個の圧電素子である（一方、図２Ａおよび図２Ｂは、単一の圧電素子内に音響送信器部と音響受信器部とを含む）。音響送信器部１７６は、音響受信器部１７８と対向して配置される。音響送信器部１７６は、１つまたは複数の音響送信器を含み得る。同様に、音響受信器部１７８は、１つまたは複数の音響受信器を含み得る。
【0064】
音響送信器部１７６は、音響波を生成または送信する。図示のように、音響送信器部１７６によって生成された音響波は、入射角１８２で材料サンプル１８０の表面に衝突する。入射角１８２は、音響波が伝搬ギャップ１８６を横切って材料サンプル１８０の表面を横切って伝搬するようなものである。いくつかの手法において、入射角は、約２０度と約４０度との間、約２５度と約３５度との間、約２８度と約３２度との間であり、いくつかの態様では、入射角は、約３０度である。凹面１７４の曲率半径は、材料サンプル１８０の表面を横切って伝搬する表面音響波（Ｒａｌｅｉｇｈ波）を結果として生じる特定の入射角を達成するように選択され得る。次いで、音響波は、トランスデューサ１７２の音響受信器部１７８によって受信される。
【0065】
検査デバイス１７０は、さらに、材料サンプル１８０に対するトランスデューサ１７２の位置を示すためのセンサ１７９を含む。センサ１７９は、凹面１７４と材料サンプル１８０の表面との間の距離１８４を感知、検出、または他の方法で決定し得る。センサ１７９は、音響送信器および音響受信器として機能する圧電デバイスであり得る。したがって、センサ１７９は、サンプルに音響波を送信し、サンプルからの反射波を受信し得る。次いで、材料サンプル１８０に行き、センサ１７９に戻る音響波の伝搬時間、および水などの結合媒体を通る音速は、距離１８４を決定するために使用され得る。いくつかの実施形態において、センサ１７９は、材料サンプル１８０がトランスデューサ１７２に対して水平であることを確実にするためにも使用され得る。例えば、センサ１７９は、トランスデューサ１７２と材料サンプル１８０との間の距離１８４を測定するために使用され得る。材料サンプル１８０の水平は、距離１８４が材料サンプル１８０の表面全体にわたる様々な点において実質的に同じになるまで、またはそうでなければ、材料サンプル１８０に沿った複数の点において実質的に同じになるまで調整され得る。これを達成するために、材料サンプル１８０の水平は、サンプルの表面に沿った様々な点において伝搬時間が実質的に同じになるまで調整され得る。材料サンプル１８０の表面は、実質的に平坦であり得ることが考えられる。
【0066】
距離１８４は、音響波が音響送信器部１７６と音響受信器部１７８との間を伝搬する伝搬距離を決定するために使用され得る。伝搬距離は、第１の距離１７７Ａ、伝搬ギャップ１８６、および第２の距離１７７Ｃの合計によって示される。第１の距離１７７Ａは、音響送信器部１７６と材料サンプル１８０の表面との間に延在する。第２の距離１７７Ｃは、材料サンプル１８０の表面と音響受信器部１７８との間に延在する。いくつかの手法において、伝搬距離は、距離１８４がわかっている場合、１つまたは複数の幾何学的公式を介して決定され得る。伝搬ギャップ１８６も、距離１８４がわかっている場合、１つまたは複数の幾何学的公式を使用することによって決定され得る。伝搬ギャップ１８６は、伝搬時間とともに、材料サンプル１８０の表面を横切って伝搬する表面音響波の速度を決定するために使用される。
【0067】
検査デバイス１７０は、さらに、結合媒体（図３Ａには示さず）を含む。いくつかの手法において、伝搬ギャップ１８６と、材料サンプル１８０と、凹面１７４とを取り囲む空間は、結合媒体で満たされる。いくつかの手法において、検査デバイス１７０全体は、結合媒体内に浸漬される。いくつかの手法において、凹面１７４の全体を浸漬する第１のボリューム１７１Ａが、結合媒体で満たされる。他の手法において、音響送信器部１７６と音響受信器部１７８との間の空間を包含し、この空間を通じて音響波がトランスデューサ１７２と材料サンプル１８０の表面との間を伝搬し得る第２のボリューム１７１Ｂが、結合媒体で満たされる。
【0068】
図３Ｂは、図３Ａのトランスデューサ１７２の底面図である。トランスデューサ１７２の下端は、凹面１７４を含む。凹面１７４は、マスクを含まない。図３Ｂは、この実施形態では音響送信器のアレイを含む音響送信器部１７６と、音響受信器のアレイを含む音響受信器部１７８とを示す。音響送信器部１７６および音響受信器部１７８は、凹面１７４の各反対側に配置される。音響波が材料サンプル１８０を横切って同時に反対方向に伝搬し得るように、音響送信器部１７６が音響受信器として機能し得、音響受信器部１７８が音響送信器として機能し得ることも考えられる。
【0069】
図４Ａおよび図４Ｂは、本明細書で説明する検査デバイスにおいて使用され得るトランスデューサ１９０を示す。トランスデューサ１９０は、取り付け部１９２と凹面１９４とを含む。凹面１９４は、音響送信器部と音響受信器部とを含む。取り付け部１９２は、トランスデューサ１９０を別の構造体に取り付けるかまたは結合するための任意の適切な構造体、機構、またはデバイスであり得る。取り付け部１９２は、トランスデューサホルダとして機能し得る。いくつかの例において、取り付け部１９２は、音響検査のために使用される浸漬タンクの一部に結合される。例えば、取り付け部１９２は、検査されるべき材料サンプルに対してトランスデューサ１９０を移動させるために浸漬タンクに取り付けられたロボットアームまたは他の構造体に結合され得る。トランスデューサ１９０を移動させるために使用することができる他の構造体は、例えば、駆動システムを介して移動するマストを含む。そのようなマストは、直線的なＸ－Ｙスキャナであり得、またはジンバルおよび／もしくは旋回角度制御を有し得る。浸漬タンクは、結合媒体（図１の結合媒体１０９）を含み得る。トランスデューサ１９０への電気的接続は、取り付け部１９２の内部を通して提供され得るが、電気的接続はまた、外部配線から供給され得る。
【0070】
図示のように、取り付け部１９２は、別の構造体の相補的なねじ部によって受け入れられる雄ねじを含む。例えば、取り付け部１９２は、浸漬タンクに取り付けられたロボットアームに結合され得る。トランスデューサ１９０は、トランスデューサの取り付け部１９２上のねじを別の構造体のねじ部に対してねじ込むかまたは緩めることによって、例えば、マスク１９６の一部と、したがって音経路角度とを調整するために回転させることができる。音経路角度は、マスク１９６を異なるマスクに交換すること、マスク１９６をトランスデューサ１９０に取り付けるために摩擦嵌合ゴムキャップを使用すること、または材料サンプルが載るターンテーブルもしくは取り付け部の回転などの浸漬タンクの機械的能力を使用することによっても調整することができることも考えられる。
【0071】
トランスデューサ１９０は、マスク１９６を含み得る。マスク１９６は、トランスデューサ１９０の遠位端に結合される。図４Ｂに示す実施形態において、マスク１９６は、凹面１９４の周縁部に結合される。マスク１９６は、それに形成されたスリット１９８を含む。スリット１９８は、音響波が伝搬し得る経路を提供するマスク１９６の開口部である。マスク１９６は、スリット１９８を通して音を導くように形成される。マスク１９６は、任意の適切な材料で製作され得、トランスデューサ１９０の音響送信器部（またはその一部）からトランスデューサ１９０の音響受信器部（またはその一部）に音を導くために任意の適切なサイズまたは形状であり得る。トランスデューサ１９０は、マスク１９６の位置を調整するために、取り付け部１９２を介して回転され得る。トランスデューサ１９０を回転することは、音経路角度を調整するようにスリット１９８を再配置する。
【0072】
本明細書で説明する音響検査デバイスは、他の適切なマスク構成を使用し得る。また、トランスデューサ１９０は、音経路角度を調整するためにマスク１９６を使用するが、音響波の伝搬を方向付けるかまたは制限するための他の適切な操作機能、デバイス、または手法が用いられ得ると考えられる。いくつかの手法において、マスク１９６は、マスクによって覆われた圧電能動素子の部分を含めないことによって省略され得る。
【0073】
次に図５Ａ～図５Ｄに目を向けると、材料サンプル２０２を検査するための方法２００が示されている。いくつかの手法において、材料サンプル２０２は、図１を参照して説明した材料サンプル１０２である。材料サンプル２０２は、ビレットから切り出された矩形の棒または円形のスライスなどの任意の適切な形態または形状であり得る。図５Ａ～図５Ｄに示す材料サンプル２０２は、矩形の棒であるが、他の例では、材料サンプル２０２は、異なる形状にすることができる。方法２００は、図１の検査システム１００を使用し得る。したがって、制御ユニット１２８、レコーダ１１０、検査デバイス１０４、および計算デバイス１２４は、方法２００の１つまたは複数のステップを実行するように構成され得る。
【0074】
ブロック２０４において、方法２００は、第１の音経路角度において材料サンプル２０２を走査するステップを含む。走査は、材料サンプル２０２の表面に沿って音響波を送信することと、表面音響波の特性を監視することとを含む。前述のように、いくつかの実施形態において、検査デバイス１０４は、材料サンプル２０２を走査し得る。走査動作において、トランスデューサ１０６の送信器部は、音響波を送信し得、トランスデューサ１０６の受信器部は、音響波を受信し得る。レコーダ１１０は、表面音響波の特性を記録する。検査デバイス１０４は、第１の音経路角度において複数の走査を実行し得、複数の走査は、材料サンプル２０２の表面全体にわたる多数の異なる位置または点において発生する。いくつかの手法において、走査デバイス１０８は、材料サンプル２０２の表面全体にわたる様々な位置において走査を実行するために、材料サンプル２０２および／またはトランスデューサ１０６の位置を調整し得る。
【0075】
画像２０４Ａは、検査デバイス１０４が材料サンプル２０２を走査した後にレコーダ１１０によって記録されたデータの例示的な２Ｄ画像である。特に、画像２０４Ａは、材料サンプル２０２の表面全体にわたる様々な位置において実行された走査からの伝搬時間を示す。画像２０４Ａの矩形形状は、材料サンプル２０２の矩形表面のうちの１つに対応する。
【0076】
ブロック２０６において、方法２００は、検査デバイス１０４を介して、追加の音経路角度における追加の走査を実行するステップを含む。いくつかの手法において、トランスデューサ１０６は、追加の音経路角で走査を実行するために回転される。
【0077】
第１の画像２０６Ａ、第２の画像２０６Ｂ、第３の画像２０６Ｃ、および第４の画像２０６Ｄは、材料サンプルの追加の走査からのレコーダ１１０によって記録されたデータの例示的な２Ｄ画像である。第１の画像２０６Ａは、第１の音経路角度（例えば、０°の音経路角度）で実行された走査からのデータを含む。第２の画像２０６Ｂは、第２の音経路角度（例えば、４５°の音経路角度）で実行された走査からのデータを含む。第３の画像２０６Ｃは、第３の音経路角度（例えば、９０°の音経路角度）で実行された走査からのデータを含む。第４の画像２０６Ｄは、第４の音経路角度（例えば、１３５°の音経路角度）で実行された走査からのデータを含む。
【0078】
ブロック２０８からブロック２１２までのステップのうちの１つまたは複数は、図１を参照して説明した制御ユニット１２８などの制御ユニットによって実行され得る。
【0079】
ブロック２０８において、方法２００は、特定の関心位置において異なる音経路角度において取得されたデータを比較するために、異なる走査からのデータを整列させるステップを含む。例えば、材料サンプル２０２上の位置２０８Ａにおいて、第１の音経路角度における走査からの（例えば、第１の画像２０６Ａからの）データが、第２の音経路角度における走査からの（例えば、第２の画像２０６Ｂからの）データ、第３の音経路角度における走査からの（例えば、第３の画像２０６Ｃからの）データ、および第４の音経路角度における走査からの（例えば、第４の画像２０６Ｄからの）データと整列される。
【0080】
ブロック２１０において、方法２００は、整列されたデータを正弦関数にフィッティングするステップを含み、正弦波の位相シフトは、結晶のｃ軸の角度に比例する。例えば、グラフ２１０Ａは、各音経路角度において位置２０８Ａにおいて行われた走査に関する伝搬時間を提供する。特に、グラフ２１０Ａは、音波角度の関数として伝搬時間をプロットする。グラフ２１０Ａは、Ａ０＋Ａ×ｓｉｎ（２×（θ－φ））の形式の正弦関数にフィッティングされた伝搬時間データも示し、ここで、Ａ０＝平均伝搬時間（ＴｏＴ）であり、Ａ＝ＴｏＴの振幅であり、θ＝音響伝播方向角度であり、φ＝位相シフトである。このフィッティング手順は、通常の最小二乗法、または正弦関数のデータへの最適なフィットを決定することができる任意の他の手法とすることができる。
【0081】
ブロック２１２において、方法２００は、マッピング２１２Ａを作成または生成するために、ブロック２１０からのデータを材料サンプル２０２の表面にマッピングするステップを含む。例えば、正弦関数が小さい位相シフト値を有する場合、位置は、マッピングにおいて第１の色、陰影、または他のインジケータでマークされる。第２の位置におけるデータに関する正弦関数がより大きい位相シフト値を有する場合、第２の位置は、マッピングにおいて第２の色、陰影、または他のインジケータでマークされる。マッピングは、３つ以上の色、陰影、またはインジケータを含み得ると考えられる。
【0082】
マッピング２１２Ａは、ブロック２１０からのデータを材料サンプル２０２の表面上の位置にマッピングすることによって作成されたマッピングの例示である。薄い陰影または濃い陰影の大きい領域は、材料サンプル２０２内のＭＴＲを示し得る。色または強度が一定である大きい領域は、材料構造の結成が同じ方向に整列されている領域を示し得る。
【0083】
図６Ａおよび図６Ｂは、送信器から受信器まで２つの異なる結晶構造２１８、２２０を通過する音響波を示し、結晶配向が材料を通って伝搬する音響波の伝搬時間にどのように影響するかを示す。図６Ａに示すように、音響波２２４は、音響波２２６が第１の結晶構造２１８の表面を横切って移動するよりも速く、第２の結晶構造２２０の表面を横切って移動する。音響波２２４および音響波２２６の速度の差は、少なくとも部分的に、第１の結晶構造２１８および第２の結晶構造２２０における異なる粒子（結晶）配向に起因する。結果として、音響波２２４は、一定の時間量にわたって音響波２２６よりも遠くまで伝搬する。丸で囲まれた数字の１は、一定の時間量にわたって音響波２２４が第２の結晶構造２２０を横切って伝播した距離を示す。丸で囲まれた数字の２は、同じ一定の時間量にわたって音響波２２６が第１の結晶構造２１８を横切って伝播した距離を示す。
【0084】
図６Ｂ中のグラフ２２２は、受信器によって受信された音響波の到着時間のグラフを提供する。第２の結晶構造２２０を通過する（より速い音響速度を有する）音響波の到着時間は、第１の結晶構造２１８を通過する音響波の到着時間よりも前である。グラフ２２２上の丸で囲まれた数字の１は、第２の結晶構造２２０を横切って伝搬した音響波２２４の到着時間を示す。グラフ２２２上の丸で囲まれた数字の２は、第１の結晶構造２１８を横切って伝搬した音響波２２６の到着時間を示す。音響波２２４は、音響波２２６よりも速い速度で伝搬するので、音響波２２６よりも早く受信器に到達する。
【0085】
図７Ａおよび図７Ｂは、一連のＭＴＲを含むサンプル上を走査する表面音響波を示す概略図である。図７Ａ中の図２５０は、一連のＭＴＲ２５６を通って音響送信器から音響受信器に進む音響波２５４を示す。各ＭＴＲ２５６の軸は、音響波の方向に対して異なる角度（参照番号２５８によって示される角度を参照）において配向される。図７Ｂの表面波図２５２は、音響波がＭＴＲ２５６を通って伝搬する相対速度を示す。表面波図２５２におけるＭＴＲは、濃い方から薄い方まで陰影が付けられている。最も濃い陰影２６０は、音響波が音響送信器から音響受信器に進むまでの最も短い伝搬時間を示し、したがって、最も速い速度を有する音響波を示す。最も短い伝搬時間は、ＭＴＲ主軸が音響波の方向と平行であることに起因する場合がある。最も薄い陰影２６２は、音響波が音響送信器から音響受信器に進むまでの最も長い伝搬時間を示し、したがって、最も遅い速度を有する音響波を示す。最も長い伝搬時間は、ＭＴＲ主軸が音響波の方向に対して垂直であることに起因する場合がある。図示のように、ＭＴＲの軸が音響波の伝播方向に整列されている場合（例えば、ＭＴＲの軸が音響波の方向に対して０度の角度にある場合）、伝搬時間は、最短になる。本明細書で説明するシステムおよび方法は、材料サンプル内のＭＴＲの存在を検出するために、そこを通って伝搬する音響波に対するＭＴＲの影響を活用する。
【0086】
図８は、本明細書で説明する手法による構成要素を検査する方法のフローチャートである。いくつかの手法において、方法は、図１の検査システム１００、図２Ａの検査デバイス１５０、および／または図３Ａの検査デバイス１７０を使用して実施され得る。
【0087】
ブロック２８０において、方法は、トランスデューサの音響送信器部に、結合媒体を通して材料サンプルの表面に音響波を送信させるステップを含む。トランスデューサの音響送信器部は、トランスデューサの凹面の縁部に隣接して配置され得る。いくつかの手法において、トランスデューサは、図１を参照して説明したトランスデューサ１０６であり得る。例えば、制御ユニット１２８は、トランスデューサ１０６に、結合媒体１０９を通して材料サンプル１０２に音響波を送信させる。いくつかの例において、図２Ａおよび図２Ｂのトランスデューサ１５２の音響送信器部１５７は、材料サンプル１０２に音響波を送信し得る。したがって、図８の方法を実行するために使用されるトランスデューサは、単一の圧電デバイス内に音響送信器部１５７と音響受信器部１５８とを含め得る。さらに別の例において、図３Ａおよび図３Ｂのトランスデューサ１７２の音響送信器部１７６は、材料サンプル１０２に音響波を送信し得る。したがって、図８の方法を実行するために使用されるトランスデューサはまた、別個の圧電デバイスとして音響送信器部１７６と音響受信器部１７８とを含み得る。
【0088】
ブロック２８２において、方法は、表面音響波を示す少なくとも１つの信号を受信するステップを含む。トランスデューサの音響受信器部は、表面音響波を受信し、音響波を示す信号を生成する。音響受信器は、トランスデューサの凹面の縁部に沿って配置され得る。例えば、トランスデューサ１０６は、音響波を受信し、制御ユニット１２８によって間接的にまたは直接受信される信号を生成し得る。いくつかの例において、図２Ａおよび図２Ｂのトランスデューサ１５２の音響受信器部１５８は、音響波を受信し、そのような波を示す信号を生成し得る。さらに別の例において、図３Ａおよび図３Ｂのトランスデューサ１７２の音響受信器部１７８は、音響波を受信し、そのような波を示す信号を生成し得る。
【0089】
ブロック２８４において、方法は、表面音響波の特性に基づいて、例えば、表面音響波を示す少なくとも１つの信号の特性に基づいて、材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップを含む。いくつかの手法において、図１を参照して説明した計算デバイス１２４などの計算デバイスは、信号に基づいて材料特性を決定し得る。例えば、計算デバイス１２４は、信号の振幅または到着時間に基づいて材料特性を決定し得る。いくつかの例において、表面音響波の特性は、音響受信器部によって受信された音響信号の伝搬時間、信号振幅、信号振幅の時系列、到着時間、および／または位置のうちの少なくとも１つを含み得る。いくつかの例において、表面音響波の特性は、材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれたサイズまたはアスペクト比などの幾何学的特徴を含み得る。
【0090】
ブロック２８６において、方法は、少なくとも１つの材料特性に基づいて、材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するステップを含む。いくつかの例において、この動作は、計算デバイス１２４などの計算デバイスによって実施される。計算デバイス１２４は、材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するために、材料特性をしきい値と比較し得る。一例において、計算デバイス１２４は、材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するために、材料サンプルがＭＴＲ強度に関するしきい値を超えているかまたは下回っているかを判定し得る。
【0091】
いくつかの手法において、方法は、製造システムに、少なくとも１つの材料特性に少なくとも部分的に基づいて製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含み得る。製造プロセスは、材料サンプルを形成したプロセス、または材料サンプルの材料組成と類似する材料組成を有する部品、構成要素、または材料を製作するプロセスであり得る。このようにして、図８の方法は、材料サンプルの材料特性に基づいて製造プロセスのフィードバックを提供するために使用され得、製造プロセスを改善または最適化するために製造プロセス（例えば、ビレットの端部において切り取られるべき材料の量）を調整し得る。いくつかの例において、この動作は、製造システム１２９によって実施される。例えば、制御ユニット１２８は、製造システム１２９に製造システム１２９のパラメータを調整させ得る。
【0092】
図９に、追加の例示的な検査方法を提供する。方法３００は、材料サンプルを評価するために表面音響波データを使用する。特に、方法は、材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するために、材料サンプルのＭＴＲ特性などの１つまたは複数の材料特性を予測する音響スコアを活用する。
【0093】
方法３００において使用される表面音響波データは、１つまたは複数の音響検査システムまたはデバイスを使用して取得され得る。１つまたは複数の音響検査システムまたはデバイスは、限定はしないが、本明細書で説明する音響検査システムまたはデバイスを含み得る。一例において、検査システム１００は、表面音響波データを取得するために使用され得る。
【0094】
ブロック３１０において、方法３００は、音響検査デバイスから材料サンプルに関する表面音響波データを受信するステップを含む。一例において、図１の制御ユニット１２８は、検査デバイス１０４から材料サンプル１０２に関する表面音響波データを受信し得る。特に、制御ユニット１２８の計算デバイス１２４は、表面音響波データを受信し得る。いくつかの手法において、図９の方法において用いられる表面音響波データは、音響波形（例えば、音響検査デバイスのトランスデューサによって受信された音響信号）の１つまたは複数の特性を含む。表面音響波データは、音響受信器部によって受信された音響信号の伝搬時間１１２、信号振幅１１３、信号振幅の時系列１１５、到着時間１１６、および／または位置１１７などの、図１に示す表面音響波走査からの音響信号の１つまたは複数のパラメータを含み得る。
【0095】
１つの非限定的な例において、表面音響波データは、材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通して材料サンプルの表面に音響波を送信させることによって取得される。１つまたは複数の圧電素子は、音響送信器または音響受信器の少なくとも１つとして動作し得る。表面音響波データは、さらに、材料サンプルの表面から反射された表面音響波を凹面において受信することによって取得される。
【0096】
ブロック３２０において、方法３００は、表面音響波データに基づいて音響スコアを決定するステップを含む。音響スコアは、材料サンプルのＭＴＲレベルの予測子である値または他のパラメータである。ＭＴＲレベルは、ＭＴＲのサイズ、形状、強度、密度、周波数、配向、配向の広がり、隣接領域特性、もしくは体積分率などの任意のＭＴＲ特性であり得、または１つもしくは複数のＭＴＲ特性から導出された値もしくは他のパラメータであり得る。一例において、図１の制御ユニット１２８は、表面音響波データに基づいて音響スコアを決定し得る。特に、制御ユニット１２８の計算デバイス１２４は、音響スコアを決定し得る。材料サンプルの表面音響波データに基づいて材料サンプルに関する音響スコアを計算または決定するための例示的な方法について、以下でさらに説明する。音響スコアは、表面音響波データを使用する任意の統計計算に基づき得、方法３００は、シャノンもしくはレニーエントロピーなどの情報エントロピー、またはグレーレベル共起行列（Ｇ）を使用する、以下に詳述する例示的な方法に限定されないと考えられる。
【0097】
ここで説明するのは、表面音響波データに基づいて材料サンプルに関する音響スコアを決定するための例示的な方法である。方法は、任意の統計計算、例えば、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する伝搬時間の標準偏差、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する伝搬時間の平均値、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する伝搬時間の最大値、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する信号振幅の標準偏差、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する振幅の平均値、材料サンプル上の１つもしくは複数の関心領域に関する振幅の最大値、材料サンプルに関する伝搬時間の時間的変動の空間的変動、材料サンプルに関する信号振幅の時間的変動の空間的変動、時間領域信号のフーリエシーケンス、または振幅信号および／もしくは伝搬時間信号の空間表現に関するフーリエシーケンスに基づき得る。そのような統計的方法、ならびに信号変動を測定するより複雑な方法は、音響スコアの決定に適用可能であり得る。第１の例示的な方法は、シャノンエントロピー（Ｈ）の計算に基づく。第２の例示的な方法は、グレーレベル共起行列（Ｇ）に基づく。表面音響波データに基づいて音響スコアを計算するための任意の適切な方法が用いられ得ると考えられる。これらの方法は、２次元表面音響波データに適用され得、または全波形表面音響波データに適応され得る。
【0098】
表面音響波データは、振幅、伝搬時間、振幅の時系列、または振幅値もしくは伝搬時間値の空間的に相関する配置など、音響検査デバイスのトランスデューサによって受信される音響信号の１つまたは複数の特性を含み得る。音響信号の値は、超音波波形からＣ走査データ行列に抽出され得る。音響信号の値は、信号中の様々な時点において記録され得る。Ｃ走査データ行列は、データ値の２次元行列として表され得る、材料サンプルの構造の空間的に相関する表現である。一例において、空間的に相関する表現は、時間データ（例えば、（ｘ、ｙ、時間）データ）を含み得る。Ｃ走査行列内のデータ値は、材料サンプルの材料特性に関する情報を表す。Ｃ走査行列内のデータは、画像として視覚化することができ、行列内の各セルは、材料サンプル上の特定の場所に対応する。画像内のグレースケールまたはカラー値は、信号特性の測定値の大きさに対応する。
【0099】
統計的方法によって音響スコアを計算する前に、表面音響波データ（Ｙ）は、まず標準化または正規化され得る。表面音響波データのセットを標準化または正規化することは、例えば、各点から平均値を減算することによって、セット内の各点を平均値に対してセンタリングすることと、標準偏差によって各データ点をスケーリングすることとを含み得る。一例において、表面音響波データ（Ｙ）は、以下の式に従って標準化され得る。
【0100】
【数1】
【0101】
ここで、Ｙ’は、標準化された表面音響波データであり、μは、表面音響波データの平均値であり、σは、表面音響波データの標準偏差である。位置および時系列音響波データは、別々の方法で標準化され得る。一例において、時系列データの標準化は、参照サンプルとの比較に基づき得る。標準化後、標準化された音響波データ（Ｙ’）は、外れたデータ点を補正し、ノイズ低減を適用するためにさらに処理され得る。標準化された音響波データ（Ｙ’）はまた、いくつかの離散データレベルを有する画像に変換され得る。画像は、例えば、材料サンプルの断面上の様々な位置におけるＭＴＲレベルを示し得る。
【0102】
図１０Ａは、低いＭＴＲレベルを有する材料サンプルに関する標準化された表面音響波データ（Ｙ’）のＣ走査画像である。図１０Ｂは、高いＭＴＲレベルを有する材料サンプルに関する標準化された表面波音響データ（Ｙ’）のＣ走査画像である。より高いＭＴＲレベルを有する領域は、より大きく、より良好に整列されているＭＴＲを有し、より低いＭＴＲレベルを有する領域は、より小さく、あまり整列されていないＭＴＲを有する。
【0103】
第１の例示的な方法において、材料サンプルに関する音響スコア
【0104】
【数2】
【0105】
は、情報エントロピーの尺度に基づいて計算または決定される。１つのそのような尺度は、シャノンエントロピー（Ｈ）から計算され得る。シャノンエントロピー（Ｈ）は、標準化された表面音響波データ（Ｙ’）から計算される。シャノンエントロピー（Ｈ）は、表面音響波データにおける不確実性またはランダム性の尺度として機能し得る。エントロピーの他の尺度も使用され得る。１つのそのような追加の例はレニーエントロピーである。
【0106】
一例において、音響スコアコンピュータプログラム
【0107】
【数3】
【0108】
は、シャノンエントロピー（Ｈ）を介して計算され得、以下の式を介して計算され得て、
【0109】
【数4】
【0110】
ここで、Ａは、データが収集される材料サンプルの領域または材料サンプルのサブ領域であり、ｐｉは、領域Ａ内の点がＹ’におけるｉ番目のレベルに等しい値を有する確率である。音響スコア
【0111】
【数5】
【0112】
は、音響検査デバイスによって実行された音響走査における各領域に関するＨの値から計算される。
【0113】
エントロピー尺度の別の例において、音響スコア
【0114】
【数6】
【0115】
は、以下の式を介してレニーエントロピーを介して計算され得、
【0116】
【数7】
【0117】
ここで、αは、０と∞との間の任意の定数である。α＝０、α＝１、α→∞の場合、Ｈ（Ａ，α）は、極限をとることによって評価され得る。α＝１の場合、限界は、シャノンエントロピー（Ｈ）と同じメトリックに収束する。
【0118】
複数の材料サンプルについてＭＴＲ値
【0119】
【数8】
【0120】
を音響スコア
【0121】
【数9】
【0122】
と相関させることによって、以下の式によって表される逆モデルを構築することができ、
【0123】
【数10】
【0124】
ここで、
【0125】
【数11】
【0126】
は、ＭＴＲ値
【0127】
【数12】
【0128】
の予測推定値であり、ｆは、複数の材料サンプルについて取得されたＭＴＲ値
【0129】
【数13】
【0130】
データおよび音響スコア
【0131】
【数14】
【0132】
データから構築された回帰モデルである。ＭＴＲ値
【0133】
【数15】
【0134】
は、電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）走査から収集されたデータを介して取得される測定値であり得る。１つの非限定的な例において、約１０～１５ｍｍ×約１０～１５ｍｍある視界からのデータが収集され、ＭＴＲに対応する同様の配向を有する関心領域の領域を定義するために、セグメント化アルゴリズムが使用される。参照により組み込まれている非特許文献１や非特許文献２に記載されているＥＢＳＤデータからＭＴＲをセグメント化する（またはＭＴＲ値を決定する）ための手法の１つまたは複数が使用され得る。これらの２つの参考文献は、セグメント化されたＭＴＲの特性から生成された性能指数または複数の性能指数と室温保持疲労特性との間の関係について説明している。ＭＴＲ特性と音響スコアとの間の関係を考慮する場合、配向不整角度、サイズしきい値などの、代替の性能指数および／または代替のＭＴＲセグメント化定義がより適切である場合がある。
【0135】
【数16】
【0136】
は、所与の用途の目的に応じて、様々なパラメータのいずれかを表すことができることに留意すべきである。
【0137】
第２の例示的な方法において、標本サンプルに関する音響スコア
【0138】
【数17】
【0139】
は、グレーレベル共起行列（Ｇ）に基づいて計算または決定される。グレーレベル共起行列（Ｇ）は、標準化された表面音響波データ（Ｙ’）から計算される。グレーレベル共起行列（Ｇ）は、点Ｐ１＝（ｘ，ｙ，ｔ）とその隣接点Ｐ２＝（ｘ＋Δｘ，ｙ＋Δｙ，ｔ）との間の強度関係の尺度であり、ここで、ｔは、データがサンプリングされる時間である。この手法は、生の表面波音響データ、標準化された音響波データ、または音響波データの他の変換に適用され得ることが考えられる。
【0140】
一例において、グレーレベル共起行列（Ｇ）は、以下の式によって定義されるように、その値（ｐｉ，ｊ）が、Ｐ１がｉの強度を有し、Ｐ２がｊの強度を有する結合確率を含む正方行列であり、
【0141】
【数18】
【0142】
ここで、Ｎは、確率を正規化する定数であり、Ａは、Ｙ’内のデータの一部またはすべてを含むサブセットであり、ｘおよびｙは、領域Ａ内の点の座標であり、ΔｘおよびΔｙは、指定された距離オフセットであり、ｉおよびｊは、Ｙ’内のデータの強度レベルである。
【0143】
音響スコア
【0144】
【数19】
【0145】
のこの第２の推定値は、以下の式によって結合確率ｐｉ，ｊから導出され得、
【0146】
【数20】
【0147】
ここで、Ｗ（ｉ，ｊ）は、ｉおよびｊに基づく重み関数であり、一例は、Ｗ（ｉ，ｊ）＝｜ｉ－ｊ｜である。ｈは、調整関数であり、一例は、
【0148】
【数21】
【0149】
などの平方根関数である。これらの音響スコア
【0150】
【数22】
【0151】
の値から、上記で提示した
【0152】
【数23】
【0153】
に関する式の手順は、以下の式によって表されるように、同様の回帰モデルを構築するために繰り返すことができる。
【0154】
【数24】
【0155】
１つの他の例示的な方法において、音響スコア
【0156】
【数25】
【0157】
は、振幅データのＣ走査における特徴のサイズ、形状、もしくはアスペクト比、伝搬時間データ、または振幅データの時系列に基づく計算値であり、統計計算ｆｎは、基本統計値、シャノンもしくはレニーエントロピー、またはグレーレベル共起行列（ＧＬＣＭ）値を含む任意の演算であり続ける。
【0158】
図９に戻ると、ブロック３３０において、方法は、音響スコアに基づいて材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するステップを含む。音響スコアは、上記で図１０Ａおよび図１０Ｂを参照して説明した方法および式によって計算された音響スコア
【0159】
【数26】
【0160】
であり得る。一例において、図１の制御ユニット１２８は、音響スコアに基づいて材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定し得る。特に、制御ユニット１２８の計算デバイス１２４は、音響スコアに基づいて材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定し得る。音響スコアは、材料サンプルを受け入れるかまたは拒否するか（合否）を決定するために、しきい値スコアまたはしきい値範囲と比較され得る。しきい値スコアまたはしきい値範囲は、許容可能な音響スコア値を反映し得る。しきい値範囲内に入る音響スコアは、材料サンプルが取得された材料が使用またはさらなる処理に適していることを反映し得る。材料サンプルに関する音響スコアがしきい値範囲外である場合、材料サンプルは、拒否され得る。
【0161】
【0162】
【数27】
【0163】
（表面波超音波試験またはＳＷＵＴスコアとも呼ばれる）とＭＴＲ値
【0164】
【数28】
【0165】
【0166】
【数29】
【0167】
【0168】
【数30】
【0169】
は、本明細書で説明する方法を使用して、それぞれの材料サンプルに関する音響波データ（Ｙ）に基づいて、複数の材料サンプルの各々について決定された。図１１Ａ～図１１Ｃの散布図は、材料サンプルに関するＭＴＲ値を予測するために、本明細書で説明する方法によって決定された音響スコアを使用することの信頼性を検証する。図１１Ａにおいて、音響スコア
【0170】
【数31】
【0171】
は、シャノンエントロピー（Ｈ）を使用して決定された。図１１Ｂにおいて、音響スコア
【0172】
【数32】
【0173】
は、第１の重み関数
【0174】
【数33】
【0175】
と調整関数ｈ（ｘ）＝ｘとを適用して、グレーレベル共起行列（Ｇ）を使用して決定された。図１１Ｃにおいて、音響スコア
【0176】
【数34】
【0177】
は、第２の重み関数Ｗ（ｉ，ｊ）＝１とｈ（ｘ）＝ｈ（ΣΣｘ）＝ΣΣｘ２とを適用して、グレーレベル共起行列（Ｇ）を使用して決定された。材料サンプルおよび検査システムの特性に応じて、多数の他の重み関数および調整関数も使用され得る。
【0178】
本開示のさらなる態様は、以下の項によって提供される。
【0179】
音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサと、トランスデューサと材料サンプルの表面との間の空間を満たす結合媒体と、トランスデューサと通信する制御ユニットとを備え、制御ユニットが、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリデバイスとを含み、少なくとも１つのメモリデバイスは、少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、少なくとも１つのプロセッサに、音響波が結合媒体を通って材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び凹面に送信されるように、トランスデューサに凹面から音響波を生成させることと、凹面において受信された表面音響波を示すデータにアクセスすることと、データに基づいて材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定することと、を行わせる命令を記憶する、検査システム。
【0180】
少なくとも１つの材料特性が、材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、任意の前項の検査システム。
【0181】
凹面が、送信モードと受信モードとの間で切り替わる単一の圧電素子である、任意の前項の検査システム。
【0182】
凹面が、音響送信器として動作する第１の複数の圧電素子と、音響受信器として動作する、第１の複数の圧電素子から離間された第２の複数の圧電素子とを含み、音響波が、第１の複数の圧電素子から第２の複数の圧電素子へと単一方向に伝搬する、任意の前項の検査システム。
【0183】
結合媒体が、水または別の流体カプラントである、任意の前項の検査システム。
【0184】
トランスデューサが、約０．５ＭＨｚと約１００ＭＨｚとの間の周波数を使用して動作する、任意の前項の検査システム。
【0185】
トランスデューサが、単一の中心周波数とそれに関連する帯域幅とを使用すること、または周波数の範囲を掃引することの少なくとも１つによって動作する、任意の前項の検査システム。
【0186】
凹面が、約２０度と約４０との間の曲率半径を有する、任意の前項の検査システム。
【0187】
トランスデューサの凹面に結合されたマスクをさらに含む、任意の前項の検査システム。
【0188】
少なくとも１つの材料特性が、チタン合金におけるマイクロテクスチャ領域の特性、合金における粒子サイズの特性、またはニッケル合金におけるテクスチャ領域の特性である、任意の前項の検査システム。
【0189】
材料サンプルに対するトランスデューサの位置を示すセンサをさらに含む、任意の前項の検査システム。
【0190】
命令が、実行されると、少なくとも１つのプロセッサに、トランスデューサに複数の音経路角度において音響波を生成させるようにさせる、任意の前項の検査システム。
【0191】
凹面が、周縁部によって境界付けられた半球面または矩形曲面であり、凹面の周縁部が、音響送信器または音響受信器の少なくとも１つとして動作する、任意の前項の検査システム。
【0192】
材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通って材料サンプルの表面に音響波を送信するステップであって、１つまたは複数の圧電素子が音響送信器および音響受信器として動作する、ステップと、材料サンプルの表面から反射された表面音響波を凹面において受信するステップと、表面音響波の特性に基づいて材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップであって、少なくとも１つの材料特性が、粒子サイズ、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、ステップと、を含む検査方法。
【0193】
少なくとも１つの材料特性が、材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転移含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、任意の前項の検査方法。
【0194】
音響波の送信が、単一の点において、材料サンプルの表面にわたる複数の方向に音響波を送信することを含む、任意の前項の検査方法。
【0195】
表面音響波の特性に基づく統計的相関を通じて、材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0196】
表面音響波の特性が、材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、任意の前項の検査方法。
【0197】
材料サンプルの粒子構造特性の応答を最適化するために、音響波の周波数または伝播方向のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0198】
表面音響波の特性が、表面音響波の到着時間、伝搬時間、または振幅のうちの少なくとも１つを含む、任意の前項の検査方法。
【0199】
少なくとも１つの材料特性が、材料サンプルの粒子構造である、任意の前項の検査方法。
【0200】
少なくとも１つの材料特性に基づいて、材料サンプルの合否を決定するステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0201】
製造システムに、少なくとも１つの材料特性に基づいて、製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0202】
音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサに、音響波が結合媒体を通って材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び凹面に送信されるように、凹面から音響波を送信させるステップと、表面音響波を示すデータにアクセスさせるステップと、データに基づいて、材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定させるステップと、少なくとも１つの材料特性に基づいて、材料サンプルの合否を決定するステップとを含む、検査方法。
【0203】
少なくとも１つの材料特性が、材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、任意の前項の検査方法。
【0204】
製造システムに、少なくとも部分的に１つの材料特性に基づいて、製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0205】
音響検査デバイスから材料サンプルに関する表面音響波データを受信するステップと、材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）レベルを予測する音響スコアを決定するステップであって、音響スコアが表面音響波データに基づいて決定される、ステップと、音響スコアに基づいて、材料サンプルの合否を決定するステップとを含む検査方法。
【0206】
材料サンプルが、ビレット、鍛造品、または製造部品の少なくとも一部である、任意の前項の検査方法。
【0207】
標準化された表面音響波データを取得するために、表面音響波データを標準化するステップをさらに含む、任意の前項の検査方法。
【0208】
音響スコアが、標準化された表面音響波データに基づいて決定された情報エントロピーの尺度に基づいて決定される、任意の前項の検査方法。
【0209】
音響スコアが、標準化された音響波データに基づいて決定されたシャノンエントロピーまたはレニーエントロピーに基づいて決定される、任意の前項の検査方法。
【0210】
音響スコアが、標準化された音響波データに基づいて決定されたグレーレベル共起行列（Ｇ）に基づいて決定される、任意の前項の検査方法。
【0211】
表面音響波データが、材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通して材料サンプルの表面に音響波を送信させることであって、１つまたは複数の圧電素子が音響送信器および音響受信器として動作する、ことと、材料サンプルの表面から送信された表面音響波を凹面において受信することとによって取得される、任意の前項の検査方法。
【0212】
音響波データが、表面音響波の特性を含み、音響波の特性が、材料の領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、任意の前項の検査方法。
【0213】
本開示の追加の態様は、以下の項によって提供される。
［項１］
音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサと、
前記トランスデューサと材料サンプルの表面との間の空間を満たす結合媒体と、
前記トランスデューサと通信する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリデバイスとを含み、
前記少なくとも１つのメモリデバイスが、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、
音響波が前記結合媒体を通って前記材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び前記凹面に送信されるように、前記トランスデューサに前記凹面から前記音響波を生成させることと、
前記凹面において受信された前記表面音響波を示すデータにアクセスすることと、
前記データに基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定することと、を行わせる命令を記憶している、
検査システム。
［項２］
前記凹面が、送信モードと受信モードとの間で切り替わる単一の圧電素子である、項１に記載の検査システム。
［項３］
前記凹面が、音響送信器として動作する第１の複数の圧電素子と、音響受信器として動作する、前記第１の複数の圧電素子から離間された第２の複数の圧電素子とを含み、前記音響波が、前記第１の複数の圧電素子から前記第２の複数の圧電素子へと単一方向に伝搬する、項１または２に記載の検査システム。
［請求項４］
前記トランスデューサの凹面に結合されたマスクをさらに含む項１から３のいずれか一項に記載の検査システム。
［項５］
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、項１から４のいずれか一項に記載の検査システム。
［項６］
前記材料サンプルに対する前記トランスデューサの位置を示すセンサをさらに含む項１から５のいずれか一項に記載の検査システム。
［項７］
前記命令が、実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記トランスデューサに複数の音経路角度において音響波を生成させる項１から６のいずれか一項に記載の検査システム。
［項８］
前記凹面が、周縁部によって境界付けられた半球面または矩形曲面であり、前記凹面の周縁部が、前記音響送信器または前記音響受信器として動作する、項１から７のいずれか一項に記載の検査システム。
［項９］
材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通して前記材料サンプルの表面に音響波を送信するステップと、
前記材料サンプルの表面から反射された前記表面音響波を前記凹面において受信するステップと、
前記表面音響波の特性に基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップと、を含み、
前記少なくとも１つの材料特性が、粒子サイズ、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、検査方法。
［項１０］
前記音響波の送信が、単一の点において、前記材料サンプルの表面にわたる複数の方向に前記音響波を送信することを含む、項９に記載の検査方法。
［項１１］
前記表面音響波の特性に基づく統計的相関を通じて、前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップをさらに含む項９または１０に記載の検査方法。
［項１２］
前記材料サンプルの粒子構造特性の応答を最適化するために、前記音響波の周波数または伝播方向のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む項９から１１のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１３］
前記表面音響波の特性が、前記表面音響波の到着時間、伝搬時間、または振幅のうちの少なくとも１つを含む、項９から１２のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１４］
前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１５］
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１６］
前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップをさらに含む項９から１５のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１７］
製造システムに、前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含む、請求項９から１６のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１８］
音響検査デバイスから材料サンプルに関する表面音響波データを受信するステップと、
前記材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）レベルを予測する音響スコアを決定するステップであって、前記音響スコアが前記表面音響波データに基づいて決定される、ステップと、
前記音響スコアに基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップと、を含む検査方法。
［項１９］
前記表面音響波データが、表面音響波の特性を含み、前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、項１８に記載の検査方法。
［項２０］
標準化された表面音響波データを取得するために、前記表面音響波データを標準化するステップをさらに含み、前記音響スコアが、前記標準化された表面音響波データに基づいて決定された情報エントロピーの尺度、または前記標準化された音響波データに基づいて決定されたグレーレベル共起行列（Ｇ）に基づいて決定される、項１８または１９に記載の検査方法。
［項１］
音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサと、
前記トランスデューサと材料サンプルの表面との間の空間を満たす結合媒体と、
前記トランスデューサと通信する制御ユニットと、を備え、
前記制御ユニットが、少なくとも１つのプロセッサと少なくとも１つのメモリデバイスとを含み、
前記少なくとも１つのメモリデバイスが、前記少なくとも１つのプロセッサによって実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、
音響波が前記結合媒体を通って前記材料サンプルの表面の一部に沿って伝搬し、表面音響波として再び前記凹面に送信されるように、前記トランスデューサに前記凹面から前記音響波を生成させることと、
前記凹面において受信された前記表面音響波を示すデータにアクセスすることと、
前記データに基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定することと、を行わせる命令を記憶している、
検査システム。
［項２］
前記凹面が、送信モードと受信モードとの間で切り替わる単一の圧電素子である、項１に記載の検査システム。
［項３］
前記凹面が、音響送信器として動作する第１の複数の圧電素子と、音響受信器として動作する、前記第１の複数の圧電素子から離間された第２の複数の圧電素子とを含み、前記音響波が、前記第１の複数の圧電素子から前記第２の複数の圧電素子へと単一方向に伝搬する、項１または２に記載の検査システム。
［請求項４］
前記トランスデューサの凹面に結合されたマスクをさらに含む項１から３のいずれか一項に記載の検査システム。
［項５］
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、項１から４のいずれか一項に記載の検査システム。
［項６］
前記材料サンプルに対する前記トランスデューサの位置を示すセンサをさらに含む項１から５のいずれか一項に記載の検査システム。
［項７］
前記命令が、実行されると、前記少なくとも１つのプロセッサに、前記トランスデューサに複数の音経路角度において音響波を生成させる項１から６のいずれか一項に記載の検査システム。
［項８］
前記凹面が、周縁部によって境界付けられた半球面または矩形曲面であり、前記凹面の周縁部が、前記音響送信器または前記音響受信器として動作する、項１から７のいずれか一項に記載の検査システム。
［項９］
材料サンプルの表面の一部に沿って表面音響波を生成するために、音響送信器および音響受信器として動作する１つまたは複数の圧電素子を含む凹面を有するトランスデューサから、結合媒体を通して前記材料サンプルの表面に音響波を送信するステップと、
前記材料サンプルの表面から反射された前記表面音響波を前記凹面において受信するステップと、
前記表面音響波の特性に基づいて前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップと、を含み、
前記少なくとも１つの材料特性が、粒子サイズ、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、検査方法。
［項１０］
前記音響波の送信が、単一の点において、前記材料サンプルの表面にわたる複数の方向に前記音響波を送信することを含む、項９に記載の検査方法。
［項１１］
前記表面音響波の特性に基づく統計的相関を通じて、前記材料サンプルの少なくとも１つの材料特性を決定するステップをさらに含む項９または１０に記載の検査方法。
［項１２］
前記材料サンプルの粒子構造特性の応答を最適化するために、前記音響波の周波数または伝播方向のうちの少なくとも１つを選択するステップをさらに含む項９から１１のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１３］
前記表面音響波の特性が、前記表面音響波の到着時間、伝搬時間、または振幅のうちの少なくとも１つを含む、項９から１２のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１４］
前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、請求項９から１３のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１５］
前記少なくとも１つの材料特性が、前記材料サンプルの粒子サイズ、粒子構造、粒子配向、粒子形状、マイクロテクスチャ領域の存在、マイクロテクスチャ領域のサイズ、マイクロテクスチャ領域の強度、マイクロテクスチャ領域の配向、マクロテクスチャ、転位含有量、および残留弾性圧縮応力または引張応力のうちの１つまたは複数を含む、請求項９から１４のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１６］
前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップをさらに含む項９から１５のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１７］
製造システムに、前記少なくとも１つの材料特性に基づいて、製造プロセスのパラメータを調整させるステップをさらに含む、請求項９から１６のいずれか一項に記載の検査方法。
［項１８］
音響検査デバイスから材料サンプルに関する表面音響波データを受信するステップと、
前記材料サンプルのマイクロテクスチャ領域（ＭＴＲ）レベルを予測する音響スコアを決定するステップであって、前記音響スコアが前記表面音響波データに基づいて決定される、ステップと、
前記音響スコアに基づいて、前記材料サンプルの合否を決定するステップと、を含む検査方法。
［項１９］
前記表面音響波データが、表面音響波の特性を含み、前記表面音響波の特性が、前記材料サンプルの領域全体にわたる表面音響波応答の２次元または３次元表現に取り込まれた幾何学的特徴を含む、項１８に記載の検査方法。
［項２０］
標準化された表面音響波データを取得するために、前記表面音響波データを標準化するステップをさらに含み、前記音響スコアが、前記標準化された表面音響波データに基づいて決定された情報エントロピーの尺度、または前記標準化された音響波データに基づいて決定されたグレーレベル共起行列（Ｇ）に基づいて決定される、項１８または１９に記載の検査方法。
【符号の説明】
【0214】
１００ 検査システム
１０２ 材料サンプル
１０４ 検査デバイス
１０６ トランスデューサ
１０７ マスク
１０８ 走査デバイス
１０９ 結合媒体
１１０ レコーダ
１１２ 伝搬時間
１１３ 信号振幅
１１５ 信号振幅の時系列
１１６ 到着時間
１１７ 位置
１１８ データベース
１２０ 記録データ
１２２ 計算データ
１２４ 計算デバイス
１２６ 材料特性
１２８ 制御ユニット
１２９ 製造システム
１３０ メモリ
１３２ データ
１３４ 命令
１３６ プロセッサ
１３８ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
１４４ ユーザインターフェース
１５０ 検査デバイス
１５２ トランスデューサ
１５６ 凹面
１５７ 音響送信器部
１５８ 音響受信器部
１５９ 周縁部
１６０ 材料サンプル
１６１Ａ 第１のボリューム
１６１Ｂ 第２のボリューム
１６２ 伝搬ギャップ
１６４ 入射角
１６５ マスク
１６６ 距離
１６７ スリット
１７０ 検査デバイス
１７１Ａ 第１のボリューム
１７１Ｂ 第２のボリューム
１７２ トランスデューサ
１７４ 凹面
１７６ 音響送信器部
１７７Ａ 第１の距離
１７７Ｂ 伝搬ギャップ
１７７Ｃ 第２の距離
１７８ 音響受信器部
１７９ センサ
１８０ 材料サンプル
１８２ 入射角
１８４ 距離
１８６ 伝搬ギャップ
１９０ トランスデューサ
１９２ 取り付け部
１９４ 凹面
１９６ マスク
１９８ スリット
２０２ 材料サンプル
２０４Ａ 画像
２０６Ａ 第１の画像
２０６Ｂ 第２の画像
２０６Ｃ 第３の画像
２０６Ｄ 第４の画像
２１０Ａ グラフ
２１２Ａ マッピング
２１８ 第１の結晶構造
２２０ 第２の結晶構造
２２２ グラフ
２２４ 音響波
２２６ 音響波
２５０ 図
２５２ 表面波図
２５４ 音響波
２５６ ＭＴＲ
２５８ 角度
２６０ 最も濃い陰影
２６２ 最も薄い陰影
１０２ 材料サンプル
１０４ 検査デバイス
１０６ トランスデューサ
１０７ マスク
１０８ 走査デバイス
１０９ 結合媒体
１１０ レコーダ
１１２ 伝搬時間
１１３ 信号振幅
１１５ 信号振幅の時系列
１１６ 到着時間
１１７ 位置
１１８ データベース
１２０ 記録データ
１２２ 計算データ
１２４ 計算デバイス
１２６ 材料特性
１２８ 制御ユニット
１２９ 製造システム
１３０ メモリ
１３２ データ
１３４ 命令
１３６ プロセッサ
１３８ 入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
１４４ ユーザインターフェース
１５０ 検査デバイス
１５２ トランスデューサ
１５６ 凹面
１５７ 音響送信器部
１５８ 音響受信器部
１５９ 周縁部
１６０ 材料サンプル
１６１Ａ 第１のボリューム
１６１Ｂ 第２のボリューム
１６２ 伝搬ギャップ
１６４ 入射角
１６５ マスク
１６６ 距離
１６７ スリット
１７０ 検査デバイス
１７１Ａ 第１のボリューム
１７１Ｂ 第２のボリューム
１７２ トランスデューサ
１７４ 凹面
１７６ 音響送信器部
１７７Ａ 第１の距離
１７７Ｂ 伝搬ギャップ
１７７Ｃ 第２の距離
１７８ 音響受信器部
１７９ センサ
１８０ 材料サンプル
１８２ 入射角
１８４ 距離
１８６ 伝搬ギャップ
１９０ トランスデューサ
１９２ 取り付け部
１９４ 凹面
１９６ マスク
１９８ スリット
２０２ 材料サンプル
２０４Ａ 画像
２０６Ａ 第１の画像
２０６Ｂ 第２の画像
２０６Ｃ 第３の画像
２０６Ｄ 第４の画像
２１０Ａ グラフ
２１２Ａ マッピング
２１８ 第１の結晶構造
２２０ 第２の結晶構造
２２２ グラフ
２２４ 音響波
２２６ 音響波
２５０ 図
２５２ 表面波図
２５４ 音響波
２５６ ＭＴＲ
２５８ 角度
２６０ 最も濃い陰影
２６２ 最も薄い陰影
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6A】
【図6B】
【図7A】
【図7B】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【外国語明細書】