发明创造名称：基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法
外观设计名称：
决定号：185233
决定日：2019-07-22
委内编号：1F260659
优先权日：
申请（专利）号：201510710297.5
申请日：2015-10-28
复审请求人：中国计量学院
无效请求人：
授权公告日：
审定公告日：
专利权人：
主审员：张晶
合议组组长：许敏
参审员：张丽
国际分类号：G01N29/44
外观设计分类号：
法律依据：专利法第22条第3款
决定要点
：如果一项权利要求与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，而这些区别技术特征属于本领域常用的技术手段，则该项权利要求相对于上述对比文件及本领域常用技术手段没有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
全文：
本复审请求涉及申请号为201510710297.5、名称为“基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法”的发明专利申请（下称本申请），本申请的申请日为2015年10月28日，公开日为2016年02月24日，申请人为中国计量学院。
经实质审查，国家知识产权局原审查部门于2018年06月04日发出驳回决定，驳回了本申请，其理由是：本申请权利要求1不符合专利法第22条第3款关于创造性的规定。驳回决定中引用了如下一篇对比文件：
对比文件1：“板状金属结构健康监测的非线性超声理论与关键技术研究”，胡海峰，中国博士学位论文全文数据库工程科技Ⅱ辑，2012年第04期，第C029-8页，公开日期为2012年04月15日。
驳回决定所依据的文本为：申请人于申请日提交的权利要求第1项，说明书第1-20段、说明书附图1-2和说明书摘要、摘要附图。驳回决定所针对的权利要求书内容如下：
“1. 基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法，其特征在于：在试件表面用环氧树脂粘贴数个压电陶瓷片，其中两个压电陶瓷片当做激励传感器，其它的当做接收传感器；选择信号发生器的扫频模式，将信号输入到压电陶瓷片对试件进行振动激励，找到试件的模态频率fl；再用信号发生器产生频率为fl的振动信号和更高频率的超声信号，经过功率放大器放大后输入到两个压电陶瓷片中，分别产生振动声激励和超声激励；由其余的压电陶瓷片接收振动声调制信号，经由示波器传递给计算机；把接收到的信号进行带阻滤波，滤除基波频率的信号，只留下由裂纹和声波相作用产生的特征信号；选取时间反转窗T=[a,b]，把在时反窗内的特征信号进行时域反转，同时用abaqus有限元仿真软件建立和试件相同尺寸材料的模型，把时反信号加载到模型中进行仿真；在abaqus软件的后处理云图中观察试件的应变图，在t=b时刻，时反信号的聚焦位置即为裂纹的位置所在。”
驳回决定主要认为：权利要求1的技术方案与对比文件1的区别技术特征为：（1）用abaqus有限元仿真软件建立和试件相同尺寸材料的模型，把时反信号加载到模型中进行仿真，在abaqus软件的后处理云图中观察试件的应变图，在t=b时刻，时反信号的聚焦位置即为裂纹的位置所在；（2）初始的振动信号和超声信号均经过了功率放大器放大。然而，该区别技术特征（1）和（2）是在对比文件1公开内容的基础上容易想到的本领域的常用技术手段，因此权利要求1相对于对比文件1和本领域公知常识的结合不具备创造性。
申请人中国计量学院（下称复审请求人）对上述驳回决定不服，于2018年09月04日向国家知识产权局提出了复审请求，并未提交申请文件的修改替换页。
复审请求人认为：本申请建立的模型仅是与试件的尺寸相同，对裂纹等细节并未限定是否相同，且本申请模型是否与试件完全一致并不影响试件裂纹位置的确定。对比文件1公开的是在模拟实际板材的有限元模型上重新激励，也就是跟实际板材要完全一致，并且是重新激励，意味着跟实际板材施加完全相同的激励。并且对比文件1记载了数值仿真的关键在于建立高精度的仿真模型，在大多数情况下很困难，也就是对比文件1需要仿真模型与实际板材越接近，裂缝的定位才越精确，本领域技术人员不会想到要建立一个与试件仅仅只有尺寸相同的模型即可实现试件上裂缝的精确定位，也不会想到在建立模型上施加时反信号而并非重新激励的方案来确定试件上裂缝的位置，而且这也不是本领域的常用技术手段。因此本申请具备创造性。
经形式审查合格，国家知识产权局于2018年09月20日依法受理了该复审请求，并将本案转送至原审查部门进行前置审查。
原审查部门坚持原驳回决定。
随后，国家知识产权局依法成立合议组对本案进行审理。
合议组于2019年04月11日向复审请求人发出复审通知书，指出：权利要求1的技术方案与对比文件1的区别技术特征是：（1）超声激励同样经过功率放大器放大后输入压电陶瓷片中。（2）用abaqus有限元仿真软件建立和试件相同尺寸材料的模型，把时反信号加载到模型中进行仿真，在abaqus软件的后处理云图中观察试件的应变图，在t=b时刻，时反信号的聚焦位置即为裂纹的位置所在。然而，区别技术特征（1）和（2）是在对比文件1公开内容基础上容易想到的本领域的常用技术手段，因此，权利要求1的技术方案相对于对比文件1和本领域常用技术手段的结合不具备创造性。
复审请求人针对复审通知书于2019年05月16日和2019年05月21日均提交了意见陈述书，均没有提交申请文件的修改替换页，两次意见陈述书的内容基本一致。
复审请求人在意见陈述中认为：（1）对比文件1中被输入信号的两个压电片的类型不同，一个是压电片#1，另一个是叠层式压电片F，而本申请是压电陶瓷片，与对比文件1的压电片种类不同。（2）对比文件1仅对输入到叠层式压电片F的激励信号进行放大，没有对超声激励进行放大，而本申请是对超声和振动信号均放大后再输入到不同压电陶瓷片中，两者对激励信号的处理方式不同，本申请两个信号均放大的目的是避免获得的特征信号衰减，从而降低裂缝定位的精度。对比文件1是对已获得的后向传播信号进行放大以减小衰减对定位精度的影响。因此本领域技术人员没有动机想到对两个激励信号均进行放大以提高定位精度。因此，权利要求1具备创造性。
在上述程序的基础上，合议组认为本案事实已经清楚，依法作出审查决定。
二、决定的理由
（一）、审查文本的认定
在复审程序中，复审请求人并未提交申请文件的修改替换页。因此，本决定以复审请求人于申请日提交的权利要求第1项，说明书第1-20段、说明书附图1-2和说明书摘要、摘要附图为基础作出。
（二）、关于专利法第22条第3款
专利法第22条第3款规定：创造性，是指与现有技术相比，该发明具有突出的实质性特点和显著的进步，该实用新型具有实质性特点和进步。
如果一项权利要求与作为最接近现有技术的对比文件相比存在区别技术特征，而这些区别技术特征属于本领域常用的技术手段，则该项权利要求相对于上述对比文件及本领域常用技术手段没有突出的实质性特点和显著的进步，不具备创造性。
具体到本申请：
权利要求1请求保护一种基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法，对比文件1公开了一种板状金属结构健康监测的非线性超声理论与关键技术研究（参见摘要,正文第80-84页，第118-124页），其中对板状金属结构的微裂纹进行了检测，具体为在一块 2024-T3 航空铝板上进行检测，铝板长 400mm，宽 200mm，厚 2mm。在铝板表面的不同位置分别布置 5 个 Smart Layer超声压电片，编号分别为＃1、＃2、＃3、＃4、＃5，试验中采用＃1 产生超声波，＃2、＃3 接收响应信号，低频振动激励由一叠层式压电片产生，标记为 F。所有压电片均为厚度伸缩型，采用双组份环氧树脂胶粘贴在铝板表面。在摘要中还公开了构建基于表面粘贴式压电陶瓷片的振动声调制测量系统。具体方法为首先利用信号发生器同步产生两路连续正弦信号，一路输入到压电片＃1 产生超声激励，另一路经压电放大器放大 10 倍后输入到叠层式压电片 F，产生振动激励。响应信号分别由压电片＃2、＃3 接收后，由示波器采集并存储。振动激励频率通过模态测试的方法获取，利用信号发生器产生一组 1～2000Hz、持续时间为 2s 的正弦扫频信号，经压电放大器放大后，以 100V 的峰－峰值电压驱动压电片 F 产生振动。模态响应信号由压电片＃3接收后，由示波器采集。根据激励信号和输出响应信号，由公式计算铝板的频率响应函数，得到模态频率。利用时间反转实现损伤的定位和成像，无论是线性超声导波还是非线性超声导波的时间反转，现有研究多采用以下两种方式来解决上述问题，一是在后向传播阶段，利用激光测振仪对固体板表面进行扫描来判断声波能量的分布；二是利用试验和数值仿真相结合的方法，即首先通过试验采集一组前向传播信号，从中提取损伤对应的散射信号后，求其时间反转，然后在模拟实际板材的有限元模型上重新激励，获得时反声场的空间分布，实现损伤定位和成像。根据时反聚焦的实施过程，（1）振动－超声激励和前向信号接收，（2）时反信号选择，（3）时反信号加载和接收，其中，示波器同步采集并存储信号后，从中提取非线性分量。首先对信号进行带通滤波，然后再用带阻滤波器去除基波分量，获得非线性信号后，选择一个较长的时间窗[0, T]，对窗内的信号求时间反转，利用激光测振仪对固体板表面进行扫描来判断声波能量的分布，从而进行微裂纹的定位。
通过对比分析，对比文件1中同样是利用了时间反转对金属板进行了定位，因此公开了本申请权利要求1中的金属薄板微裂纹时间反转定位方法。对比文件1中的所有压电片均为厚度伸缩型，采用双组份环氧树脂胶粘贴在铝板表面。在摘要中公开了构建了基于表面粘贴式压电陶瓷片的振动声调制测量系统，相当于公开了权利要求1中的在试件表面用环氧树脂粘贴数个压电陶瓷片。对比文件1中的试验中采用＃1 产生超声波，＃2、＃3 接收响应信号，低频振动激励由一叠层式压电片产生，标记为 F，相当于权利要求1中的两个压电陶瓷片当做激励传感器，其他当做接收传感器。对比文件1中的振动激励频率通过模态测试的方法获取，利用信号发生器产生一组 1～2000Hz、持续时间为 2s 的正弦扫频信号，经压电放大器放大后，以 100V 的峰－峰值电压驱动压电片 F 产生振动。模态响应信号由压电片＃3接收后，由示波器采集。根据激励信号和输出响应信号，由公式计算铝板的频率响应函数，得到模态频率，相当于权利要求1中的选择信号发生器的扫频模式，将信号输入到压电陶瓷片对试件进行振动激励，找到试件的模态频率fl。
对比文件1中的利用信号发生器同步产生两路连续正弦信号，一路输入到压电片＃1 产生超声激励，另一路经压电放大器放大 10 倍后输入到叠层式压电片 F，产生振动激励，相当于权利要求1中的用信号发生器产生频率为fl的振动信号和更高频率的超声信号，输入到两个压电陶瓷片中，分别产生振动声激励和超声激励，其中振动信号经过功率放大器放大后输入到压电陶瓷片中。对比文件1中公开了响应信号分别由压电片＃2、＃3 接收后，由示波器采集并存储，并且根据对比文件1的信号处理和操作可以得到具有计算机，并可知信号存储在计算机，因此相当于公开了权利要求1中的由其余的压电陶瓷片接收振动声调制信号，经由示波器传递给计算机。对比文件1中的示波器同步采集并存储信号后，从中提取非线性分量。首先对信号进行带通滤波，然后再用带阻滤波器去除基波分量，相当于权利要求1中的把接收到的信号进行带阻滤波，滤除基波频率的信号，只留下由裂纹和声波相作用产生的特征信号。对比文件1中的获得非线性信号后，选择一个较长的时间窗[0, T]，对窗内的信号求时间反转，相当于权利要求1中的选取时间反转窗T=[a,b]，把在时反窗内的特征信号进行时域反转。
由此可知，权利要求1要求保护的技术方案与对比文件1公开内容的区别技术特征为：（1）超声激励同样经过功率放大器放大后输入压电陶瓷片中。（2）用abaqus有限元仿真软件建立和试件相同尺寸材料的模型，把时反信号加载到模型中进行仿真，在abaqus软件的后处理云图中观察试件的应变图，在t=b时刻，时反信号的聚焦位置即为裂纹的位置所在。基于该区别技术特征，权利要求1相对于对比文件1实际解决的技术问题是：准确地获取时反声波能量的空间分布。
对于区别技术特征（1），对比文件1公开了对振动声激励放大后输入到压电陶瓷片上，而将超声信号同样利用功率放大器放大后再输入到压电陶瓷片上属于本领域的常用技术手段，本领域技术人员可以根据需要进行选择设置。对于区别技术特征（2），对比文件1公开了在金属板微裂纹中利用时间反转后，获取时反声波能量空间分布的手段多采用两种，一是激光测振仪，二是试验和数值仿真相结合的方法，也公开了数值仿真方法即为求得时间反转信号后，在模拟实际板材的有限元模型上重新激励，获得声场空间分布，实现损伤的定位和成像，即对比文件1给出了可以利用数值仿真软件建立试件模型，并把时反信号加载到模型中进行仿真，获得裂纹位置的技术启示。虽然对比文件1选择了使用第一种激光测振仪的方式，但本领域技术人员也可以根据需要选择第二种数值仿真的方法。这对于本领域技术人员而言属于公知常识，例如，文献1：“基于时反导波检测的管道缺陷圆周定位研究”（邓菲等，《声学学报》第33卷第1期，2008年01月，第32页）中就记载了“时间反转聚焦效应可用于管道导波缺陷的检测和定位，采用试验与有限元结合的方式实现缺陷的轴向和周向定位的方法是实际可行的。采用了Ansys有限元软件建立管道模型，考虑了管道的长，外径和壁厚。将获得的24个时间反转激励信号在对应的节点以轴向位移加载的方式同时激励，图8所示为在管道模型轴向1072 mm 处圆周各节点获取的轴向位移信号最大幅值圆周分布图，时间反转波的聚焦效应十分明显”。又例如文献2：“ 基于虚拟时间反转聚焦的管道超声导波检测新方法”（符浩等，《机械工程学报》第49卷第12期，2013年06月，第18,21页）中加载了“针对2m长114mm外径的钢制管道，通过有限元仿真与试验获取的数据，利用超声导波虚拟时间反转聚焦方法对管道上一个人工缺陷进行了聚焦检测，先在有限元仿真软件Ansys中，建立一段管道的有限元模型。管道模型长2m，外径114mm，壁厚5mm。将时间反转后的信号加载到模型上，对缺陷进行聚焦。为了与有限元仿真相对应，试验过程中选用的管道与有限元模型完全一致”。文献1和2均是将时反信号加载到有限元仿真软件上建立的与试件大小相同的模型上，进行仿真，并根据试件的分布图获得的聚焦位置得到裂纹位置所在。而abaqus是本领域公知的通用的有限元软件，用于模拟典型工程材料性能，也常用于模拟金属材料，分析软件abaqus与文献1和2中的Ansys软件均是常用的有限元分析软件，本领域技术人员可以根据需要选择使用abaqus软件，而根据软件后处理云图观测试件应变图，在t=b时刻，时反信号的聚焦位置即为裂纹所在的位置均属于本领域的技术常识。
对于复审请求人在答复复审通知书时陈述的意见，合议组认为：（1）压电片根据信号的大小频率发生振动而产生相应的声音，通常用作超声波传感器。对比文件1中的叠层式压电片是相对于单层压电片而言的，一般均为压电陶瓷片，对比文件1的压电片与本申请的压电片在所起的作用上并无本质区别。（2）对比文件1已经公开了对振动激励信号先放大后施加到压电片上，由于对激励信号的放大提高信号强度属于本领域的常用技术手段，本领域技术人员可以根据具体检测需求进行常规选择，不会产生预料不到的技术效果，因此，同时对超声激励信号也进行放大属于本领域的常用技术手段。而对于后向传播信号进行放大不会影响对激励信号的放大，因此复审请求人的意见陈述不具有说服力。
由此可见，在对比文件1的基础上结合本领域的常用技术手段得出该权利要求1所要求保护的技术方案，对本领域技术人员来说是显而易见的，因此该权利要求要求保护的技术方案不具有突出的实质性特点和显著的进步，因而不具备专利法第22条第3款规定的创造性。
综上所述，本申请权利要求1不符合专利法第22条第3款关于创造性的规定。
在上述程序的基础上，合议组依法作出如下复审决定。
三、决定
维持国家知识产权局于2018年06月04日对本申请作出的驳回决定。
如对本复审请求审查决定不服，根据专利法第41条第2款的规定，复审请求人可以自收到本决定之日起三个月内向北京知识产权法院起诉。
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。
