(57)【要約】      （修正有）【課題】構造コンポーネントにおけるひずみを評価するための検査システム及び方法を提供する。【解決手段】構造コンポーネント１０は、構造コンポーネント１０内に溝１４の幾何学的パターン１２を有し、幾何学的パターン１２における各溝は、溝幅を有する。方法は、電磁（ＥＭ）エネルギーのビーム１４２を投射することを含み、その際、ビームは、構造コンポーネント１０を透過して溝１４の幾何学的パターン１２に到達し、溝１４の幾何学的パターン１２において反射され又は透過するＥＭエネルギーの回折ビーム１４４を形成し、回折ビームは、構造コンポーネント１０が環境条件に曝されたときに生じるひずみによる溝幅の変化を示す回折波長を有する。方法は、さらに、回折ビーム１４４の回折波長を検出することと、構造コンポーネント１０におけるひずみに回折ビーム１４４の回折波長を関連付けることと、を含む。【選択図】図１０
2020180964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造コンポーネントのひずみを評価するための検査システムであって、
各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含んでおり且つ前記構造コンポーネント内に配置された第１幾何学的パターンの溝と、
前記第１溝幅に対応する第１波長でＥＭエネルギーの第１投射ビームを投射する第１ＥＭエネルギー源であって、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントを透過して前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第１組の溝によって回折して、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長が、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示す、第１ＥＭエネルギー源と、
前記第１ＥＭエネルギー源が前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射するとき、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出するＥＭエネルギーディテクタと、
前記ＥＭエネルギーディテクタに機能接続されたプロセッサであって、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を前記ＥＭエネルギーディテクタから受信し、前記構造コンポーネントの前記ひずみに前記第１回折波長を関連付けるように構成されているプロセッサと、
を具備する、検査システム。
【請求項２】
前記第１幾何学的パターンの前記溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを反射して、前記構造コンポーネントに前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームを再び透過させ、前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記構造コンポーネントから見て同じ側に配置されている、請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームは、前記構造コンポーネントを透過して、前記第１幾何学的パターンの前記溝から見て、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームの存在する側の反対側に到達し、前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記構造コンポーネントを挟んで互いに反対側に配置されている、請求項１に記載の検査システム。
【請求項４】
前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、前記検査システムは、前記第２溝幅に対応する第２波長でＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射する第２ＥＭエネルギー源を含み、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、
前記第２ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、
前記プロセッサは、回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を前記ＥＭエネルギーディテクタから受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付けるように構成されている、請求項１に記載の検査システム。
【請求項５】
第２幾何学的パターンの溝と、第２ＥＭエネルギー源と、を含み、
前記第２幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内において、当該構造コンポーネントの外面から見て、前記第１幾何学的パターンの前記溝とは異なる深さに配置されるとともに、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、
前記第２ＥＭエネルギー源は、前記第２溝幅に対応する第２波長でＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第２幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、
前記第２ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、
前記プロセッサは、回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を前記ＥＭエネルギーディテクタから受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付け、
前記第２溝幅は、前記第１溝幅よりも大きく、前記第２波長は、前記第１波長よりも大きく、これによって、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが、回折せずに前記第１組の溝を通過する、請求項１に記載の検査システム。
【請求項６】
前記第１幾何学的パターンの前記溝は、第１方向に間隔を空けて配置されている前記第１組の溝、及び前記第１方向と非平行な第２方向に間隔を空けて配置されている第２組の溝を有する二次元の幾何学的パターンを含み、
前記第１組の溝は、前記第１溝幅を有し、前記第２組の溝は、前記第１溝幅とは異なる第２溝幅を有し、前記第１ＥＭエネルギー源は、前記第２溝幅に対応する第２波長を有するＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記多層構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記第１ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、前記プロセッサは、回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を前記ＥＭエネルギーディテクタから受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付けるように構成されている、請求項１に記載の検査システム。
【請求項７】
前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタを備えるとともに、無線通信により、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を前記プロセッサに送信するポータブル検査装置を含む、請求項１に記載の検査システム。
【請求項８】
構造コンポーネントにおけるひずみを評価するための方法であって、前記構造コンポーネントは、内部に第１幾何学的パターンの溝を有し、前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含み、ひずみを評価するための前記方法は、
前記構造コンポーネントを透過させて前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達させる電磁（ＥＭ）エネルギーの第１投射ビームを投射し、その際、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームは、前記第１溝幅に対応する第１波長を有し、前記第１組の溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを回折させて、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示し、
前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出し、
前記第１幾何学的パターンの前記溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を、前記構造コンポーネントのひずみに関連付ける、ことを含む、方法。
【請求項９】
前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、ひずみを評価するための前記方法は、
前記構造コンポーネントを透過させて前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達させるＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、その際、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２溝幅に対応する第２波長を有し、前記第２組の溝は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを回折させて、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、
ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第２組の溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を検出し、
前記第２組の溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を、前記構造コンポーネントのひずみに関連付ける、ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝される前、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを第１発目のものとして投射し、
前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第１発目のものとして投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有するベースライン回折波長を検出し、
前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝された後、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを第２発目のものとして投射し、
前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第２発目のものとして投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出し、
前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第２発目のものとして投射されると、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長と、前記ベースライン回折波長とを比較して、前記構造コンポーネントの対応する位置におけるひずみの変化を特定する、ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記構造コンポーネントは、第２幾何学的パターンの溝を有し、前記第２幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内において、当該構造コンポーネントの表面から見て、前記第１幾何学的パターンの前記溝とは異なる深さに配置されるとともに、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、ひずみを評価するための前記方法は、
前記構造コンポーネントを透過させて前記第２幾何学的パターンの前記溝に到達させるＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、その際、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２溝幅に対応する第２波長を有し、前記第２組の溝は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを回折させて、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、
ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第２幾何学的パターンの前記溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を検出し、
前記第２幾何学的パターンの前記溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を、前記構造コンポーネントのひずみに関連付ける、ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１組の溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを反射して、前記構造コンポーネントに前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームを再び透過させ、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントから見て同じ側において、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射し、前記第１回折波長を検出することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームは、前記構造コンポーネントを透過して、前記第１幾何学的パターンの前記溝から見て、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが存在する側の反対側に到達し、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントの一方側で前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射し、前記構造コンポーネントから見て前記一方側の反対側で前記第１回折波長を検出することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記構造コンポーネントにおけるひずみと最小ひずみ値とを比較し、
前記構造コンポーネントにおけるひずみが前記最小ひずみ値よりも大きいと判定した場合、これに応じて、前記構造コンポーネントのさらなる検査を行う、ことを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記構造コンポーネントのひずみから導出されるひずみパターンを生成及び表示し、その際、前記ひずみパターンは、前記構造コンポーネントの検査領域におけるひずみ値のグラフィック表示であり、
前記ひずみパターンが、前記構造コンポーネントの予想ひずみパターンとは異なると判定した場合、これに応じて、前記構造コンポーネントのさらなる検査を行う、ことを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して構造コンポーネントの非破壊検査（ＮＤＩ）に関し、特に、構造コンポーネント内の幾何学的パターン（geometric patterns）の溝を利用して、不可視の電磁（ＥＭ）エネルギーを回折させ、当該溝において反射され又は透過するＥＭエネルギーの波長の検出可能な変化を作り出すことにより、構造コンポーネントにおけるひずみを示し、これによって、環境条件への曝露により生じる構造コンポーネントのひずみを検出するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用ビークル、製造装置、又はその他の産業用システムなどの多くの機械システムは、振動、極端な温度、衝撃、及び機械的応力などの、特にエネルギーの高い環境条件に曝される可能性がある。例えば、航空機は、着陸している状態であっても、貨物の積み降ろしにおいて甚大な応力に曝されたり、支持車両や地上支持装置からの衝撃に曝されたりする場合がある。また、飛行中や離着陸時において、貨物が移動したり不適切に固定されていたり、或いは物体と衝突したりして、応力及び衝撃が生じる場合がある。さらに、一部の構造コンポーネントは、高温に曝されると熱応力を受ける可能性がある。例えば、一部の複合材料の場合、熱劣化の影響を受けて、曲げ強度、衝突後の圧縮、層間せん断強度などの、複合材の機械的特性が損なわれるものも存在する。
【０００３】
したがって、様々な産業システムにおける選択されたコンポーネントは、一般的に、その動作寿命中、当該コンポーネントに対する定期的な検査及び評価が行われる。構造コンポーネントに対して環境条件の影響が視覚的に検出されない場合でも、当該コンポーネントの一体性が損なわれている可能性がある。したがって、動作中、構造コンポーネントが繰り返し荷重、衝撃、高温などの環境条件に曝された後の、当該構造コンポーネントに対する累積的な影響を示すことが可能な非破壊検査技術が必要とされている。このような表示により、構造コンポーネントの今後の評価、整備、及び／又は交換のスケジューリングを適時行うことができる。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様において、多層構造コンポーネントが開示される。前記多層構造コンポーネントは、第１外層、第２外層、並びに、前記第１外層と前記第２外層との間に設けられた第１パターン層を含みうる。前記第１パターン層は、その第１表面に第１幾何学的パターンの溝を含み、前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含む。前記第１溝幅に対応する第１波長を有するＥＭエネルギーの第１投射ビームは、前記第１組の溝に当たると回折して、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記多層構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示す。前記第１外層、及び前記第２外層のうちの少なくとも一方は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビーム、及び前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームを透過させる外層材料で形成される。
【０００５】
本発明の他の態様において、構造コンポーネントにおけるひずみを評価するための検査システムが開示される。前記検査システムは、第１幾何学的パターンの溝と、第１ＥＭエネルギー源とを含みうる。前記第１幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内に配置されるとともに、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含み、前記第１ＥＭエネルギー源は、前記第１溝幅に対応する第１波長で電磁エネルギーの第１投射ビームを投射する。前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第１組の溝によって回折して、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示す。前記検査システムは、ＥＭエネルギーディテクタと、プロセッサとをさらに含みうる。前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記第１ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射すると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出し、前記プロセッサは、前記ＥＭエネルギーディテクタに機能接続されており、前記ＥＭエネルギーディテクタによって前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を受信して、前記構造コンポーネントの前記ひずみに前記第１回折波長を関連付けるように構成されている。
【０００６】
本開示のさらなる態様において、構造コンポーネントにおけるひずみを評価するための方法が開示される。前記構造コンポーネントは、内部に第１幾何学的パターンの溝を有しうる。前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含む。ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントを透過させて前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達させるＥＭエネルギーの第１投射ビームを投射することを含みうる。前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームは、前記第１溝幅に対応する第１波長を有し、前記第１組の溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを回折させて、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示す。ひずみを評価するための前記方法は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出することと、前記第１幾何学的パターンの前記溝からの、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を、前記構造コンポーネントのひずみに関連付けることと、をさらに含みうる。
【０００７】
本願におけるさらなる態様は、特許請求の範囲によって規定されている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示による、幾何学的パターンの溝を有する機械システムの構造コンポーネントを示す等角図である。
【図２】幾何学的パターンの溝を有する図１の構造コンポーネントを示す部分断面図である。
【図３】代替の幾何学的パターンの溝を有する構造コンポーネントの代替の実施形態を示す部分断面図である。
【図４】異なる幾何学的パターンの溝を有する構造コンポーネントのさらなる実施形態を示す部分断面図である。
【図５】本開示による、複数の層と、複数の幾何学的パターンの溝とを有する機械システムの構造コンポーネントを示す等角図である。
【図６】複数の幾何学的パターンの溝の例示的な構成を有する、図５の構造コンポーネントを示す部分断面図である。
【図７Ａ−７Ｇ】本開示による、図１の構造コンポーネントの幾何学的パターンの溝の実施形態を示す平面図である。
【図８】本開示による、幾何学的パターンの溝を有するパッチが取り付けられた構造コンポーネントの一部を示す等角図である。
【図９】本開示による、構造コンポーネントの検査を実施する電子コンポーネント及び制御コンポーネントを示すブロック図である。
【図１０】本開示による、図１の構造コンポーネントに対する検査システム及び検査方法の例示的な実施態様を示す概略図である。
【図１１】図１の構造コンポーネントに対する検査システム及び検査方法の例示的な代替の実施態様を示す概略図である。
【図１２】本開示による検査ルーチンの実施形態を示すフロー図である。
【図１３】本開示による検査ルーチンの代替の実施形態を示すフロー図である。
【図１４】本開示による例示的なひずみパターンの表示を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１及び図２には、機械システムの構造コンポーネント１０の一部が示されており、当該システムは、本明細書で図示及び説明されているＮＤＩシステム及びＮＤＩ方法における用途のために構成されたものである。構造コンポーネント１０は、環境条件に曝される可能性のある機械システムにおける任意のコンポーネントであって、当該環境条件においては、構造コンポーネント１０に、応力、及びひずみが生じる可能性がある。本開示のＮＤＩシステム及びＮＤＩ方法における用途のために、構造コンポーネント１０は、当該構造コンポーネント１０の内部に形成された溝１４の幾何学的パターン１２を有する。例示的な実施形態において、構造コンポーネント１０は、溝１４の幾何学的パターン１２が形成された多層構造を有する。構造コンポーネント１０は、第１外層１６と、第２外層１８と、これらの外層１６、１８の間に設けられた第１パターン層２０とを含む。溝１４の幾何学的パターン１２は、第２外層１８に覆われた第１パターン層２０の表面に形成されている。このため、幾何学的パターン１２は、見えないように隠されており、また、溝１４を引っ掻いたり損傷したりする可能性のある外部要素から保護されている。
【００１０】
図２には、図１の構造コンポーネント１０の断面が示されている。第１パターン層２０は、第１外層１６の上に設けられている。第２外層１８は、第１パターン層２０、及び溝１４の幾何学的パターン１２の上に重なっている。溝１４、及び幾何学的パターン１２は、これらに投射された可視スペクトル外のＥＭエネルギーに応じて、幾何学的パターン１２の溝１４において反射され又は透過するＥＭエネルギーの波長において、ひずみの影響を受けやすい検出可能な変化を作り出すように構成されている。反射され又は透過したＥＭエネルギーは、以下に説明する適切なディテクタによって検出される。また、反射され又は透過したＥＭエネルギーの波長及び周波数における検出可能な変化は、プロセッサによって特定されるとともに、ＥＭエネルギー波長のベースライン値と比較される。このベースライン値は、構造コンポーネント１０が、環境条件によって生じうる応力及びひずみの影響を受けていない場合に予想される値である。
【００１１】
例示的な実施形態において、溝１４は、対応する波長を有するＥＭエネルギーが構造コンポーネント１０に投射されたときに回折を生じさせるために、溝幅ＷＧ及び溝離間距離ＤＧで配置される。投射されるＥＭエネルギーの波長は、典型的には、外層１６，１８が、可視範囲のＥＭエネルギーを視覚的に透過させる材料で形成されない限り、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの可視範囲外である。適用されるＥＭエネルギーの回折により、反射され又は透過したＥＭエネルギーの回折波長において検出可能な変化が生じる。この変化は、構造コンポーネント１０のひずみによる溝幅ＷＧの変化に伴って生じる。
【００１２】
溝幅ＷＧにより、幾何学的パターン１２に適用可能なＥＭエネルギーの最適なスペクトル範囲が決定される。概して、幾何学的パターン１２は、溝幅ＷＧの二倍よりも大きい波長を有するＥＭエネルギーを回折させない。本開示のシステム及び方法で使用可能な波長、周波数、及び溝幅ＷＧの組み合わせの例は以下の通りである。
【表１】
2020180964.tif 000003
【００１３】
波長と溝幅ＷＧとの組み合わせは、ＥＭエネルギーを使用したときに、幾何学的パターン１２が、対応する回折波長を有するＥＭエネルギーを反射し又は透過させ、且つ、構造コンポーネント１０において、溝幅ＷＧを変化させるひずみが生じないような組み合わせが選択される。構造コンポーネント１０が、ひずみを生じさせる環境条件に曝されて、当該ひずみによって溝幅ＷＧが増減すると、幾何学的パターン１２で反射し又は透過させるＥＭエネルギーの回折波長が、ＥＭエネルギースペクトルから他の回折波長へと変化する。構造コンポーネント１０の構成、幾何学的パターン１２、及び構造コンポーネント１０が曝される環境条件によって、溝幅ＷＧの変化、及び対応する回折波長の変化は、幾何学的パターン１２の全体に亘って一様な場合もあるし、一部の領域においてより大きく、これらの領域では応力及びひずみの集中がより大きいことを示す場合もある。ひずみ量、対応する溝幅ＷＧの変化、及び回折波長は、さらなる検査を必要としなくても許容できる場合があるが、変化の度合いが大きい場合は、構造コンポーネント１０のさらなる検査、整備、及び／又は交換が必要な場合もある。当業者であれば、初期の溝幅ＷＧ及び波長は、さらなる検査に値するひずみが構造コンポーネント１０に生じる前においては溝幅ＷＧが波長の二倍を超えないように設定されると理解するであろう。
【００１４】
図１及び２の構造コンポーネント１０の実施形態は、外層１６，１８、及び第１パターン層２０が複数の異なる材料で作製されている構成を示している。外層１６、１８は、例えば、溝１４の溝幅ＷＧに対応する波長を有するＥＭエネルギーを透過させる複合材料で形成されている。一方、第１パターン層２０は、ＥＭエネルギーの波長を透過させない材料で形成されている。この構成においては、ＥＭエネルギー源から送信される適切な波長のＥＭエネルギーが、回折することなく第２外層１８を通過し、第１パターン層２０の幾何学的パターン１２で回折し反射され、回折波長が、適切なＥＭエネルギーディテクタによって検出される。
【００１５】
図１及び２に示されるように、溝１４の幾何学的パターン１２は、構造コンポーネント１０の全範囲に亘って設けられており、第１パターン層２０は、構造コンポーネント１０の内部において略中央に配置されている。ただし、溝１４の幾何学的パターン１２の他の構成及び配置も考えられる。例えば、幾何学的パターン１２は、構造コンポーネント１０において応力集中が高いと予想される領域などの、構造コンポーネント１０に対する応力及びひずみについて最も関連性の高い情報が得られる領域を考慮して配置することができる。このような領域には、配線、配管、導管などを通すための構造コンポーネント１０の開口部、コーナー部、及び構造コンポーネント１０が機械システムの他のコンポーネントに係合又は接続されたり、構造コンポーネント１０を修理するためにパッチが取り付けられたりする部分である接合ラインなどが含まれる。後者の領域においては、接続、及び機械システムの構造的一体性が維持可能な限り、幾何学的パターン１２が、他のコンポーネント又はパッチとの接触部分、又はこれに近い位置に配置されるように、層１６〜２０、及び幾何学的パターン１２を構成することができる。
【００１６】
これに代えて、幾何学的パターンの溝を有する構造コンポーネントは、ＥＭエネルギーを回折させて、回折後のＥＭエネルギー(「回折ＥＭエネルギー」)を反射し又は透過させるように構成することも可能である。図３には、第１外層３２と、第２外層３４と、ワイヤメッシュスクリム（wire mesh scrim）３６又は導電性スクリムなどのワイヤメッシュで形成された第１パターン層３６とで形成された構造コンポーネント３０による代替の実施形態が示されている。このワイヤメッシュは、航空機、又は構造コンポーネント３０が静電放電に曝されうる他の環境において、落雷に対する防護又は抑制を提供する。ワイヤメッシュスクリム３６は、幾何学的パターン３８を有しており、第１方向に配向された第１組のワイヤ４０と、第２方向（例えば、第１方向に垂直な方向）に配向された第２組のワイヤとを互いに織り合わせることにより形成されている。図３に示すように、第１組のワイヤ４０間のワイヤ離間距離、第２組のワイヤ４２間のワイヤ離間距離、及びワイヤ４０、４２の太さは、幾何学的パターン３８における溝幅ＷＧ、及び溝離間距離ＤＧを画定している。
【００１７】
いくつかの実施形態において、溝幅ＷＧ、及び溝離間距離ＤＧは、両方向において同じであってもよい。他の実施形態においては、ＥＭエネルギーの複数の異なる波長が、ワイヤ４０、４２の各組によって回折するように、第１組のワイヤ４０の太さ及び間隔と、第２組のワイヤ４２の太さ及び間隔とが異なっていてもよい。この手法を航空機の胴体に用いることにより、例えば、第１組のワイヤ４０は、胴体の周りのフープ応力を示すために近赤外線帯域のＥＭエネルギーを回折させるように構成し、第２組のワイヤ４２は、胴体の長手方向における引張応力、圧縮応力、又はねじり応力を示すために、遠赤外線帯域のＥＭエネルギーを回折させるように構成することができる。ワイヤ４０、４２の各組の配向は、監視する応力に応じて、互いに対して、本明細書で図示及び説明したような垂直以外の角度を成すように設定することができる。
【００１８】
ワイヤ４０間、ワイヤ４２間の間隔によって幾何学的パターン３８の溝を画定することにより、回折ＥＭエネルギーが検出される位置を柔軟に設定することができる。一実施例において、第１外層３２は、ＥＭエネルギーを反射させる材料で形成することができ、第２外層３４は、ＥＭエネルギーを透過させる材料で形成することができる。この構成では、ＥＭエネルギー源、及びＥＭエネルギーディテクタは、構造コンポーネント３０から見て第２外層３４のある側に配置することができる。ＥＭエネルギー源によって送信されたＥＭエネルギーは、第２外層３４を通過し、ワイヤ４０、４２の各組によって形成された幾何学的パターン３８によって回折し、第１外層３２で反射されて、ＥＭエネルギーディテクタによって検出される。代替の実施形態において、外層３２、３４は、両方とも、投射され及び回折したＥＭエネルギーを透過させる材料で形成されてもよい。この構成では、構造コンポーネント３０の一方側を透過したＥＭエネルギーは、ワイヤ４０、４２の各組で形成された幾何学的パターン３８で回折し、回折ＥＭエネルギーは、構造コンポーネント３０の他方側を透過する。このようにすると、構造コンポーネント３０を挟んで互いに反対側にＥＭエネルギー源、及びＥＭエネルギーディテクタを配置することができる。この構成は、アクセスが制限された検査の場合に有利であろう。ＥＭエネルギーのビームは、到達困難な空間に設けられた適切なサイズの送信機によって生成されてもよいし、当該空間に手動又は自動で誘導されてもよい。回折ＥＭエネルギーは、構造コンポーネント３０のアクセスが容易な側で検出される。もちろん、ＥＭエネルギー源、及びＥＭエネルギーディテクタのそれぞれの位置は、特定の実施形態の要件に応じて逆にすることも可能である。
【００１９】
図４は、本開示による構造コンポーネント５０のさらなる代替例を示す。構造コンポーネント５０において、第１外層５２、及び第２外層５４は、第１パターン層５６を囲んでおり、当該第１パターン層は、幾何学的パターン６０を形成する複数の平行なワイヤ５８、又はロッド５８で形成されている。ワイヤ５８は、上述したような落雷保護に使用することができる。さらに、より頑丈なワイヤ又はロッド５８をミニ鉄筋として使用して、構造コンポーネント５０の支持を強化することもできる。第１組のワイヤ４０と同様に、所望の溝幅ＷＧ及び溝離間距離ＤＧを実現するようにワイヤ５８のサイズ及び間隔を変化させることによって、使用するＥＭエネルギー波長を確立することができる。また、外層５２、５４の材料は、ＥＭエネルギーを反射させるように選択するか、或いは回折ＥＭエネルギーが構造コンポーネント５０を透過するように、選択することができる。
【００２０】
なお、構造コンポーネント１０、３０、５０、及び本明細書で説明される他の実施形態を実現するために、様々な製造方法を採用することができる。例えば、外層は、周知の製造技術を用いて作製された複合材料であってもよい。パターン層２０、３６、５６は、ＥＭエネルギーを回折させる金属、又は他の材料で形成されてもよく、構造コンポーネント１０、３０、５０の形成において複合材料を配置する際に、適切なタイミングで適切な位置に設けられてもよい。代替のプロセスにおいて、構造コンポーネント１０、３０、５０は、３次元（３Ｄ）プリンティングなどの他の付加製造技術を用いて作製されてもよい。３Ｄプリンタは、適切なタイミングで構造コンポーネント１０、３０、５０の複数の異なる材料を供給するように構成されてもよい。したがって、第１外層１６、３２、５２を形成するために、当該第１外層１６、３２、５２の反射材料、又は透明材料が供給されてもよい。適切なタイミングにおいて、パターン層２０、３６、５６の材料を供給し、当該パターン層２０、３６、５６を形成して幾何学的パターン１２、３８、６０を形成するようにしてもよい。構造コンポーネント３０、５０の場合、第１外層３２、５２、又は第２外層３４、５４の材料を供給して、ワイヤ４０、４２、５８の間の空間を埋めるようにしてもよい。最後に、第２外層１８、３４、５４の材料を追加して、構造コンポーネント３０、５０の作製を完了する。なお、第１外層３２、５２、及び第２外層３４、５４は別個の層として示されているが、当業者であれば、付加製造技術により、ワイヤ４０、４２、５８が埋設されたパターン層３６、５６を除けば、区別可能な層が存在しない均質な材料の単一構造体として構造コンポーネント３０、５０を作製可能であると理解するであろう。本開示による構造コンポーネント１０、３０、５０を作製するためのさらなる追加的な方法が、発明者によって想定されている。
【００２１】
いくつかの実施形態において、ワイヤ５８は、構造コンポーネント５０の作製を容易にし且つ作製が完了した後は幾何学的パターン６０の溝を形成するように機能する誘導サセプタにより実現することができる。誘導サセプタは、接合ラインに沿って配置することにより、外層５２、５４間を接合させること、及び接合ラインにおける応力及びひずみを監視する手段を提供することの両方の目的を達成することができる。一実施形態において、上記サセプタは、直径が約０．００８インチ〜０．０１０インチであってもよく、ワイヤ中心間の間隔が、ワイヤ直径の約二倍であってもよい。誘導サセプタワイヤは、最初に純樹脂（neat resin）に埋め込まれて、接合ラインに配置されるスクリーンを形成する。次に、ワイヤは、電磁誘導による急速な加熱により熱可塑性構造体を一緒に溶接するために使用される。接合部、及び構造コンポーネントが作製されると、本開示による検査処理により最初に内部ワイヤが検査されて、ＥＭエネルギーに対する当該ワイヤの最初のベースライン回折反応が判定される。次に、構造コンポーネント５０が、通常の環境条件に曝されているとき、又は予期せぬ荷重条件下に置かれた後、接合ラインにおける応力及びひずみの変化が定期的にチェックされる。
【００２２】
図５及び６には、構造コンポーネント７０による代替の実施形態が示されている。構造コンポーネント７０は、当該構造コンポーネント内の複数の異なる位置におけるひずみを示すために、様々な深さにおいて溝７６、７８の複数の幾何学的パターン７２、７４を有する。構造コンポーネント７０は、第１外層８０と、第２外層８２と、これらの間に設けられた中間層８４とを含む。第１外層８０と中間層８４との間には、上述したパターン層と同様の、第１幾何学的パターン７２を有する第１パターン層８６が設けられており、中間層８４と第２外層８２との間には、第２幾何学的パターン７４を有する第２パターン層８８が設けられている。図示のように、第１幾何学的パターン７２は、第１方向に並ぶ複数のワイヤ又はロッド９０によって形成されており、第２幾何学的パターン７４は、第２方向に配向された複数のワイヤ又はロッド９２によって形成されている。
【００２３】
この積層構造においては、溝７６の第１幾何学的パターン７２によって回折するＥＭエネルギーが、層８０、８２、８４、及び溝７８の第２幾何学的パターン７４においては回折せずにこれらを透過し、これによって有効なひずみ測定値が得られるように、層８０、８２、８８の材料、溝幅ＷＧ、及び溝離間距離ＤＧが選択される。一般に、長い波長を有する低周波数のＥＭエネルギーは、短い波長を有する高周波数のＥＭエネルギーよりも構造コンポーネント７０のより深い部分に入射する。したがって、図示例においては、溝７６の第１幾何学的パターン７２は、テラヘルツ、マイクロ波、又は超音波の帯域のＥＭエネルギーを回折させるように構成されており、第２外層８２の表面に近い溝７８の第２幾何学的パターン７４は、紫外線、又は赤外線の帯域のより高い周波数のＥＭエネルギーを回折させるように構成されている。この構成において、テラヘルツ、マイクロ波、及び超音波の帯域のＥＭエネルギーの波長は、第２幾何学的パターン７４の溝７８の溝幅ＷＧの二倍よりも長いため、当該ＥＭエネルギーは、第１幾何学的パターン７２へ向かう途中、回折せずに溝７８を透過することができる。いずれのタイプのＥＭエネルギーについても、構造コンポーネント７０の透過度は、構造コンポーネント７０に投射されるＥＭエネルギーの強度を上げることによって強化することができる。代替の実施形態においては、構造コンポーネント７０の非積層領域に幾何学的パターン７２、７４を配置することにより、ＥＭエネルギーが構造コンポーネント７０を透過する際、幾何学的パターン７２、７４のうちの一方に対するＥＭエネルギーが、幾何学的パターン７２、７４のうちの他方に衝突しないようにしてもよい。
【００２４】
構造コンポーネントのための適切な幾何学的パターンは、構造コンポーネントの特性、構造コンポーネントが遭遇すると予想される環境条件、開発試験の結果、当該技術分野における構造コンポーネントについての知見、及び他の要因によって決定される。図７Ａ〜７Ｇは、必要に応じて構造コンポーネント内に形成される幾何学的パターン１２Ａ〜１２Ｇのいくつかの例を示す。図７Ａは、一連の平行な直線状の溝１４Ａによって形成された一次元の幾何学的パターン１２Ａの例を示す。直線状の幾何学的パターン１２Ａは、周方向応力、すなわちフープ応力に曝されるが、軸方向における応力は僅かであるパイプ（図示略）などの円筒状の構造コンポーネントに適している。幾何学的パターン１２Ａは、円筒状の構造コンポーネントの長手方向軸に対して溝１４Ａが平行になるように当該構造コンポーネントに巻き付けることができ、これによって、フープ応力によるひずみが、溝１４Ａ間の周方向の溝幅ＷＧを広げるようにする。
【００２５】
図７Ｂは、複数の方形又は矩形の溝１４Ｂによって形成された二次元の幾何学的パターン１２Ｂの例を示す。方形又は矩形の溝１４Ｂは、面積の小さい領域から面積の大きい領域まで順に複数の領域を画定しており、同心状に配置されて幾何学的パターン１２Ｂを形成している。矩形の幾何学的パターン１２Ｂは、例えば、貫通する矩形の開口２２を有する構造コンポーネント１０において使用することができる。図７Ｃは、面積の小さい領域から面積の大きい領域まで順に複数の領域を画定する複数の同心円状の溝１４Ｃによって形成された代替の二次元の幾何学的パターン１２Ｃの例を示す。円形の幾何学的パターン１２Ｃは、構造コンポーネント１０に対する応力が、幾何学的パターン１２Ｃの中心点から径方向外方に向かう場合に、構造コンポーネント１０において使用することができる。図７Ｄは、構造コンポーネント１０から延びる開口又は他のコンポーネントの形状に対応する、より複雑な幾何形状を有する同心状の溝１４Ｄを有する幾何学的パターン１２Ｄのさらなる例を示す。構造コンポーネント１０の特定の実施態様におけるニーズに基づいて、さらなる不規則形状が考案される。
【００２６】
図７Ｅは、中心点２４から径方向外方に延びる複数の溝１４Ｅを有する、さらなる代替的な二次元の幾何学的パターン１２Ｅの例を示す。幾何学的パターン１２Ｅは、径方向応力よりも周方向応力が大きい場合の幾何学的パターン１２Ｃの代替であってもよい。図７Ｆは、複数の平行な曲線溝１４Ｆによって形成される幾何学的パターン１２Ｆを示す。曲線溝１４Ｆは、航空機の翼などの、構造コンポーネント１０を通って延在する曲線形状のコンポーネントの輪郭に沿っていてもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態において、構造コンポーネント１０は、ひずみ、及び溝幅ＷＧの変化に対する感度がより高いことが望ましい関心領域を有しうる。この場合、溝１４間の間隔、溝幅ＷＧ、及び構造コンポーネント１０の全体の波長を変化させることによって関心領域を区別することができる。図７Ｇは、図７Ｃの円形の幾何学的パターン１２Ｃの改変例である、幾何学的パターン１２Ｇを示しており、幾何学的パターン１２Ｇが、より注意深く径方向応力を検査すべき中心位置から外方に広がるにつれて、隣接する溝１４Ｇ間の溝離間距離ＤＧが長くなっている。溝離間距離ＤＧが短く、より多くの溝１４Ｇが集中している領域は、ひずみ、及び溝幅ＷＧの変化に対する感度が高い。このような領域は、溝１４Ｇの溝離間距離ＤＧが長く、当該溝同士が互いに遠く離れて配置された領域と比較して、関心領域に投射されるＥＭエネルギーについて、反射され又は透過したＥＭエネルギーの回折波長に対する影響がより大きい。
【００２８】
より高機能なひずみインジケータを提供可能な他の代替例として、幾何学的パターン１２は、構造コンポーネントに生じる複数の異なるレベル又はタイプのひずみを独立して監視するために、複数の異なる溝幅ＷＧで互いに対して複数の角度を付けて配置された複数の組の溝１４を有していてもよい。例えば、幾何学的パターン１２Ｃ、１２Ｅを組み合わせて、構造コンポーネントにおける単一の幾何学的パターン１２にしてもよい。円形の幾何学的パターン１２Ｃは、紫外線域のＥＭエネルギーに影響する範囲内の溝幅ＷＧで形成してもよく、幾何学的パターン１２Ｅは、中赤外線域のＥＭエネルギーに影響する範囲内の溝幅ＷＧで、幾何学的パターン１２Ｃに重ねて形成してもよい。検査においては、構造コンポーネントに対して紫外線域のＥＭエネルギーを投射することにより、径方向のひずみを調べることができ、また、構造コンポーネントに対して中赤外線域のＥＭエネルギーを投射することにより、周方向のひずみを調べることができる。本明細書において図示及び説明したような代替又は追加の幾何学的パターン１２は、特定の実施形態において必要に応じて追加のひずみパターンを検査するために、構造コンポーネントにおいて、様々な溝幅ＷＧ、及びこれに対応した波長のＥＭエネルギーを用いることによって、さらに形成することができる。
【００２９】
図８は、構造コンポーネント１００の損傷領域に対してパッチ１０２が取り付けられている実施形態を示す。パッチ１０２は、損傷領域を覆うのに適した形状を有し、リベット、溶接、接着剤、積層、又は他の適切な取付手段によって構造コンポーネント１００に取り付けられる。パッチ１０２は、例えば、構造コンポーネント１００とパッチ１０２との間の接合ライン、又はこの近くにおいて、図７Ｃに示す幾何学的パターン１２Ｃを含む。パッチ１０２を取り付けた後、本開示のシステム及び方法によって当該パッチの検査を行うことができる。パッチ１０２におけるひずみの検出に加えて、上記検査において、構造コンポーネント１００に対するパッチ１０２の取り付けの一体性を評価することも可能である。構造コンポーネント１００に対してパッチ１０２が適切に取り付けられている場合、構造コンポーネント１００の応力はパッチ１０２に伝わり、検査において、これに対応するひずみが現れる。パッチ１０２が適切に取り付けられておらず、層間剥離などの状況が生じている場合、応力が伝わらず、パッチ１０２の検査において、当該パッチ１０２のひずみが予想よりも小さく現れる。このような場合、さらなる検査を行ったり、損傷領域に対してパッチ１０２を取り付け直したりすることがある。
【００３０】
本明細書で図示及び説明される幾何学的パターン１２は、構造コンポーネント１０のひずみを評価するための検査システム１１０に組み込むことができる。図９は、例えば、構造コンポーネント１０におけるひずみを特定可能な本開示による検査システム１１０に組み込み可能な電気コンポーネント及び制御コンポーネントの例示的な配置を示す。コントローラ１１２は、当該コントローラ１１２に保存されたソフトウェアを使用して、監視装置及び制御装置から受信した情報を処理し、監視システム１１０の装置に対してコマンド及び制御信号を出力することが可能である。コントローラ１１２は、監視システム１１０に関連する様々な機能を制御及び監視する特定のプログラムを実行するためのプロセッサ１１４を含みうる。プロセッサ１１４は、メモリ１１６と協働するよう当該プロセッサに機能接続されており、当該メモリは、プログラムを保存するための読取専用メモリ（ＲＯＭ）１１８と、ＲＯＭ１１８に保存されたプログラムの実行に使用される作業メモリ領域として機能するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１２０とを含みうる。なお、プロセッサ１１４が図示されているが、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、又は任意の他の集積回路デバイスなどの他の電子コンポーネントを使用することも可能であると想定されている。
【００３１】
本明細書における説明は、監視システム１１０の機能に関するものであるが、コントローラ１１２は、他のシステムの他の動作態様を制御するように構成されてもよい。さらに、コントローラ１１２は、監視システム１１０及び他のシステムの機能が割り振られる複数の制御装置及び処理装置の総称であってもよい。例えば、監視システム１１０の機能の一部は、当該監視システム１１０の通信モジュール１２６によってコントローラ１１２に機能接続されたコントローラ１２４を有するリモートコンピューティング装置１２２によって実行することができる。リモートコンピューティング装置１２２は、機械システムの検査を実行するために監視システム１１０を利用する企業の集中ロケーション（centralized location）に配置することができる。コントローラ１１２、１２４は、監視システム１１０の動作を制御するために、必要に応じて情報を送受信するように機能接続されている。本明細書で説明するコントローラ１１２、１２４の処理を統合及び分散する他の変形例は、本開示による監視システム１１０で利用することが想定されている。
【００３２】
監視システム１１０は、例えば、幾何学的パターン１２における溝１４の溝幅ＷＧに対応する所定波長でＥＭエネルギーを投射可能な１つ以上のＥＭエネルギー源１２８、１３０をさらに含んでもよい。ＥＭエネルギー源１２８、１３０は、プロセッサ１１４から制御信号を受信し、これによって、ＥＭエネルギー源１２８、１３０は、所定波長でＥＭエネルギーを投射することができる。いくつかの実施形態において、各ＥＭエネルギー源１２８、１３０は、１つの波長でＥＭエネルギーを投射することができる。他の実施形態において、各ＥＭエネルギー源１２８、１３０、又は単一のＥＭエネルギー源は、複数の異なる波長でＥＭエネルギーを投射することができる。ＥＭエネルギー源１２８、１３０は、プロセッサ１１４に機能接続されるものとして図示及び説明したが、当業者であれば、ＥＭエネルギー源１２８、１３０は、検査を実行する作業者による操作の手動制御のためのオン／オフスイッチ、波長選択入力部などの関連する入力装置を有する独立型装置であってもよい。
【００３３】
監視システム１１０はまた、プロセッサ１１４に機能接続されたＥＭエネルギーディテクタ１３２を含みうる。ＥＭエネルギーディテクタ１３２は、ＥＭエネルギー源１２８、１３０からのＥＭエネルギーが、幾何学的パターン１２に投射されたときに、当該幾何学的パターン１２において反射され又は透過するＥＭエネルギーの回折波長を検出可能な任意の装置であってもよい。本明細書で説明される実施形態において、ＥＭエネルギーディテクタ１３２は、反射され又は透過したＥＭエネルギーの回折波長を検出可能な光ディテクタであってもよい。例えば、ＥＭエネルギーディテクタ１３２は、電荷結合デバイス（ＣＣＤ）カメラ、ビデオカメラ、写真フィルム又は他のＥＭエネルギー感知装置であってもよい。プロセッサ１１４によって起動されるか、或いは適切な入力装置によって手動で起動されたとき、ＥＭエネルギーディテクタ１３２は、回折ＥＭエネルギーを捕捉して、検出された回折ＥＭエネルギーの回折波長の表示をプロセッサ１１４に送信することができる。プロセッサ１１４は、回折波長を受信して、当該波長をメモリ１１６に保存することができる。当業者であれば、回折ＥＭエネルギーの波長又は周波数の検出、及び、回折波長又は回折周波数の変化の特定は、本明細書で説明するシステム及び方法の特定の実施形態で要望されるか、或いは必要とされる代替の機構を用いて実現可能であると理解するであろう。また、そのような代替の機構の使用は、発明者によって想定されている。なお、回折ＥＭエネルギーの回折波長の検出及び分析のための他の機構は、本開示のシステム及び方法において同等の用途に使用することができる。
【００３４】
監視システム１１０は、検査処理を制御するために、オペレータによって調節可能な１つ以上の入力装置１３４を有しうる。入力装置１３４は、オペレータから入力コマンドを受信可能なスイッチ、ボタン、キーボード、マウス、タッチスクリーンなどを含みうる。モニタ、スクリーン、タッチスクリーン、スピーカ、プリンタなどの出力装置１３６は、監視システム１１０からオペレータに情報を伝達することができる。
【００３５】
図１０には、監視システム１１０の例示的な実施形態が示されている。プロセッサ１１４、ＥＭエネルギー源１２８、及びＥＭエネルギーディテクタ１３２は、検査ワークステーション１４０に組み込まれている。検査ワークステーション１４０は、例えば、構造コンポーネント１０が一部をなす機械システムのためのメンテナンス設備におけるワークステーションであってもよい。構造コンポーネント１０が検査ワークステーション１４０に配置された状態で、ＥＭエネルギー源１２８を起動させて、適切な波長でＥＭエネルギーのビーム１４２を幾何学的パターン１２に投射することができる。投射されたビーム１４２は、幾何学的パターン１２によって回折し及び反射されて、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が生成される。ＥＭエネルギーディテクタ１３２は、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４を受信及び検出し、プロセッサ１１４に対して検出されたＥＭエネルギーを送信し、当該プロセッサは、ＥＭエネルギーの反射ビーム１４４についての検出された回折波長又は回折周波数の分析及び対応するひずみ値への関連付けを行う。プロセッサ１１４は、検出された波長又は周波数をひずみ値に変換するために、当該技術分野で周知のアルゴリズムでプログラムされてもよい。
【００３６】
図１１は、監視システム１１０による代替の実施形態を示しており、当該システムにおいては、ＥＭエネルギー源１２８、及びＥＭエネルギーディテクタ１３２が、ポータブル検査装置１５０のコンポーネントであり、プロセッサ１１４、及びメモリ１１６が、中央検査ワークステーション１５２に配置されている。ポータブル検査装置１５０は、ラップトップコンピュータ、タブレット、スマートフォン、携帯情報端末、又は他のポータブル処理装置であってもよい。ポータブル検査装置１５０は、通信モジュール１５４をさらに含みうる。当該通信モジュールは、ＥＭエネルギーディテクタ１３２から検出された色を送信するために、中央検査ワークステーションにおける通信モジュール１２６との無線通信が可能である。図１０で図示及び説明した態様と同様に、ＥＭエネルギーは、ＥＭエネルギー源１２８から投射され、ＥＭエネルギーディテクタ１３２によって検出される。
【００３７】
図１１はまた、構造コンポーネント１０から見て、ポータブル検査装置１５０とは反対側にＥＭエネルギー源１３０が配置された実施形態を示す。ＥＭエネルギー源１３０は、機械システム内の手が届きにくい場所に常設されてもよい。図示のように、ＥＭエネルギー源１３０は、構造コンポーネント１０及び幾何学的パターン１２に対して、ＥＭエネルギーのビーム１４２を投射することができる。ＥＭエネルギーは、幾何学的パターン１２において溝１４によって回折し、ビーム１４４となって構造コンポーネント１０を透過する。回折ＥＭエネルギーのビーム１４４は、構造コンポーネント１０から見て当該エネルギー源とは反対側のＥＭエネルギーディテクタ１３２で受信され、プロセッサ１１４によって処理される。
【００３８】
図１２は、監視システム１１０によって構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００に対して実行されうる例示的な検査ルーチン１６０を示す。ルーチン１６０は、ブロック１６２で開始され、当該ブロックにおいて、内部に幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇのうちの１つ以上を有する溝１４、１４Ａ〜１４Ｇを含む構造コンポーネントが作製（例えば、製造）される。溝１４、１４Ａ〜１４Ｇは、任意の適切な製造技術を用いて構造コンポーネントに形成される。幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを有する構造コンポーネントが作製された後、制御はブロック１６４に移行し、当該ブロックにおいて、ＥＭエネルギー源１２８が、構造コンポーネント、及び幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇに対して、対応する波長を有するＥＭエネルギーのビーム１４２を投射する。投射されたビーム１４２におけるＥＭエネルギーは、溝１４、１４Ａ〜１４Ｇによって回折し、回折波長を有する対応するＥＭエネルギーが、幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇにおいて反射され又は透過する。反射され又は透過したＥＭエネルギーのビーム１４４は、構造コンポーネントにおけるひずみによって生じる溝幅ＷＧの変化により幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇの複数の異なる位置で変化する複数の回折波長を有しうる。
【００３９】
幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇに投射されたＥＭエネルギーのビーム１４２が回折し、反射され又は透過すると、制御はブロック１６６に移行し、当該ブロックにおいて、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が、ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、回折波長が検出される。ＥＭエネルギーのビーム１４４の回折波長は、メモリ１１６に一時的又は永久的に保存される。
【００４０】
回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が検出されると、制御はブロック１６８に移行し、当該ブロックにおいて、監視システム１１０は、（複数ある場合の）最後のＥＭエネルギー波長を有するＥＭエネルギーが幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇに投射されたか否かを判定する。上述したように、いくつかの実施形態は、第１波長を有するＥＭエネルギーの第１ビーム１４２が投射される、第１溝幅ＷＧを有する第１組の溝１４、１４Ａ〜１４Ｇと、第２波長を有するＥＭエネルギーの第２ビーム１４２が投射される、第２溝幅ＷＧを有する第２組の溝１４、１４Ａ〜１４Ｇとを含みうる。これらの実施形態においては、一度につき単一の波長を有するビーム１４２のみを投射することが必要な場合もある。したがって、ブロック１６８において、幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇに対して、様々な波長を有するＥＭエネルギーのビーム１４２が投射されなかったと判定された場合、制御はブロック１６４、１６６に戻り、当該ブロックにおいて、上述したように、異なる波長のうちの１つを有するＥＭエネルギーが、ＥＭエネルギー源１２８、１３０から幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇに投射され、当該波長に係る投射ビーム１４２について、ＥＭエネルギーのビーム１４４が有する回折波長が検出される。
【００４１】
全ての必要な波長を有するＥＭエネルギーのビーム１４２が投射され、ブロック１６８において、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が検出されると、制御はブロック１７０に移行し、当該ブロックにおいて、ビーム１４４の回折波長が、構造コンポーネントのひずみに関連付けられる。上述したように、プロセッサ１１４は、回折したビーム１４４におけるＥＭエネルギーの波長をひずみ値に変換するための、当該技術分野で周知のアルゴリズムでプログラムすることができる。
【００４２】
ブロック１７０において回折ＥＭエネルギーのビーム１４４に対してひずみ値が計算されると、制御はブロック１７２に移行し、当該ブロックにおいて、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が有する回折波長から計算されたひずみ値のいずれかが、所定の最小ひずみ値を超えているか否かが判定される。最小ひずみ値は、これを超えた場合に、さらなる検査又はメンテナンスが必要であることを示す値である。説明したように、構造コンポーネントにおけるひずみのいくつかのレベルは、許容可能である。代替の実施例として、機械システムの使用を開始して環境条件に曝す前に、現在のひずみ値と、構造コンポーネントについて得られたベースラインひずみ値とを比較してもよい。幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇのベースラインひずみ値は、構造コンポーネントにひずみが生じていない状態、又は構造コンポーネントに既知のひずみが生じている状態において、当該構造コンポーネントにビーム１４２を投射して、これにより変化するビーム１４４の回折波長を特定することにより設定される。他の実施形態においては、環境条件への曝露中、ひずみが生じない領域に幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇの一部を配置して、ひずみが生じない領域に係る回折波長により、検査が実行される際のリアルタイム動的ベースラインを設定してもよい。
【００４３】
現在のひずみ値と、ベースライン又は他の予め決定されたひずみ値とを比較して、現在のひずみ値が、最小量又は最小パーセンテージを超えて前回のひずみ値と異なるか否かを判定する。ひずみ値が最小ひずみ値以下であって、さらなる検査が不要な場合、制御はブロック１７４に移行し、当該ブロックにおいて、構造コンポーネントが環境条件に曝される。この曝露は、機械システムの通常環境における通常使用において行われる。機械システムが開発段階にある場合、環境条件は、試験環境で適用される。ブロック１７４における曝露の後、制御はブロック１６４に移行して、当該ブロックにおいて、構造コンポーネントを検査する他のインスタンスが開始される。ブロック１７２において、ひずみ値が最小ひずみ値よりも大きい場合、構造コンポーネントのさらなる検査、メンテナンス、又は交換が必要な可能性がある。ブロック１７２において、ひずみ値が最小ひずみ値よりも大きい場合、制御はブロック１７６に移行して、当該ブロックにおいて、構造コンポーネントのさらなる検査が行われる。
【００４４】
図１２の検査ルーチン１６０は、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００のひずみを評価し、さらなる検査、メンテナンス、又は交換が必要になる時期を特定するための定量的プロセスの例である。いくつかの実施形態において、定量的な検査ルーチン１６０を定性的プロセスで置換又は補足することが適切な場合があり、このプロセスにおいては、検査を実行する検査者の経験を用いて構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００におけるひずみパターンを分析し、さらなる検査を必要としうるひずみパターンの異常を特定する。図１３は、監視システム１１０、及び当該検査システム１１０を使用する検査者、エンジニア、又は他の検査技術者によって構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００に対して実行されうる例示的な定性的検査を示す。検査ルーチン１８０は、検査ルーチン１６０と同様に開始し、ブロック１６２において、溝１４、１４Ａ〜１４Ｇの幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを用いて構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００が作製され、ブロック１６４において、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００に対してＥＭエネルギーのビーム１４２が投射され、ブロック１６６において、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が検出され、ブロック１７０において、回折ＥＭエネルギーのビーム１４４が有する回折波長が、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００のひずみに関連付けられる。
【００４５】
検査ルーチン１８０を実施するために、ブロック１６４、１６６、１７０において検査システム１００を改変して、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の表面にビーム１４２が投射されるときに、検査される構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００に対するビーム１４２、１４４の位置を特定するようにしてもよい。例えば、図１０に示す検査ワークステーション１４０に対して移動する際の構造コンポーネント１０、又は構造コンポーネント１０の表面を通って移動する際の図１１に示すポータブル検査装置１５０などの、物体（body）や装置の位置及び移動を特定するために、既知の技術が用いられる。回折ＥＭエネルギーのビーム１４４の位置情報は、ブロック１６６において検出された回折波長、及びブロック１７０において特定された関連ひずみ値とともに、メモリ１１６に保存されてもよい。
【００４６】
回折波長が検出されてひずみ値が特定された後、或いは、監視システム１１０による構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の検査の進行に合わせて動的に、制御はブロック１８２に移行し、当該ブロックにおいて、回折波長、ひずみ値、及び構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００に対するビームの位置を使用して、検査される構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００のひずみパターンが生成及び表示される。図１４は、監視システム１１０によって取得された情報から導出されるひずみパターン２０２のディスプレイ２００の例を示す。ディスプレイ２００は、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００におけるひずみのグラフィック表示を行う任意の適切な視覚表示であってもよい。例えば、ディスプレイ２００は、検査者がディスプレイ２００を見ることができる検査ワークステーション１４０、ポータブル検査装置１５０、中央検査ワークステーション１５２、又は他の場所に配置された、複数の出力装置１３６のうちの１つにおけるビデオ表示であってもよい。代替の実施形態において、ディスプレイ２００は、適切な場所における複数の出力装置１３６のうちの１つによるプリント出力であってもよい。さらに、ひずみパターン２０２を表示するための代替の視覚表示出力装置１３６が当業者には明らかであり、本願の発明者によって想定されている。
【００４７】
ひずみパターン２０２は、検査された構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の全体に亘るひずみ値の分布を視覚的に示すものである。図示例において、ひずみパターン２０２の表示は、グレースケールの陰影を利用して、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００におけるひずみ値の位置及び大きさを示している。白、又は明るい灰色の色調は、例えば、ひずみが少ない領域を示し、ひずみ値が増大するにつれて灰色の色調が暗くなってもよい。陰影領域の間の間隔は、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の全体に亘るひずみ値の変化の度合いを示す。代替の実施形態において、ひずみパターンは、色分けされてもよい。例えば、青は、低ひずみ値に対応してもよく、色スペクトルにおいて、色が、高ひずみ値を示す赤まで段階的に変化してもよい。他の実施形態においては、ひずみパターンは、気圧変化を示す天気図、又は標高変化を示す地形図に似た外観を有する一定のひずみ値の線で示されてもよい。さらなる代替の描写方法も想定されている。
【００４８】
グレースケール、又は色スペクトルが使用されるいくつかの実施形態においては、ひずみパターン２０２の様々な色調や色に対応するひずみ値を示すために、ディスプレイ２００に目盛りを追加してもよい。ディスプレイ２００は、さらに、最小ひずみ領域２０４における最小値と、最大ひずみ領域２０６における最大ひずみ値とを表示してもよい。ディスプレイ２００は、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００におけるひずみパターンの位置をより明確に表示するために、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の撮像画像又はグラフィック表示に重ねて配置されたひずみパターン２０２を表示することによって、より質を向上させることができる。
【００４９】
ブロック１８２においてひずみパターン２０２が生成されてディスプレイ２００に表示されると、制御はブロック１８４に移行し、当該ブロックにおいて、検査者、メンテナンス担当者、又は他の技術者がひずみパターン２０２を確認して、当該ひずみパターン２０２が、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００が曝される環境条件において正常なものであるか否かを判定することができる。検査者は、現在の構造コンポーネント、及び／又は他の構造コンポーネントを検査した経験に照らして、ひずみパターン２０２が、予想される特性を有するか否か、又はひずみパターン２０２が、さらなる検査が必要となりうる問題を示しているか否かについての評価を行ってもよい。この評価は、上述したタイプの構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００について収集したベースライン情報を確認することを含みうる。ベースライン情報は、任意の適切な形式で表示される。いくつかの実施形態において、ベースライン情報は、ベースラインひずみパターンを生成するために使用されてもよい。当該ひずみパターンは、視覚的な比較を行うために、リアルタイムのひずみパターン２０２の補足としてディスプレイ２００に表示される。
【００５０】
ブロック１８４において、検査者が、ひずみパターン２０２が正常であると判定し、ひずみパターン２０２に示されるひずみ値が、問題が生じていることを示すひずみ値以下又は未満であって、さらなる検査を必要としない場合、制御はブロック１７４に移行し、当該ブロックにおいて、上述したように、構造コンポーネントが環境条件に曝される。ブロック１７４における曝露の後、制御はブロック１６４に戻って、当該ブロックにおいて、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００を検査する他のインスタンスが開始される。ブロック１８４において、ひずみパターン２０２におけるひずみ値が予想とは異なる、すなわち予想よりも大きいか、或いは小さい場合、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００のさらなる検査、メンテナンス、又は交換が必要な可能性がある。ブロック１８４において、ひずみパターン２０２が、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００の予想ひずみパターンと比較して正常でない場合、制御はブロック１７６に移行して、当該ブロックにおいて、構造コンポーネント１０、３０、５０、７０、１００のさらなる検査が行われる。上述のように、定性的検査ルーチン１８０は、図１２に示す定量的検査ルーチン１６０の代替又は補足として実施することができる。
【産業上の利用性】
【００５１】
監視システム１１０、及びルーチン１６０は、機械システムにおける構造コンポーネントの構造的一体性の評価において幅広い用途を有しうる。例えば、監視システム１１０、及びルーチン１６０は、図８に示す構造コンポーネント１００用のパッチ１０２などの、修理部分における接合品質を保証したり、構造コンポーネント１００の交換前の時間の経過に伴う応力及びひずみに関するパッチ１０２の反応を保証したりするための、修理部分のモニタリングの用途において使用可能である。構造コンポーネント１００に対してパッチ１０２を取り付ける前に、当該パッチ１０２に関する幾何学的パターン１２Ｃを作製して、構造コンポーネント１００とパッチ１０２との間の接合ラインの近くに配置した場合、ルーチン１６０に従って接合によるひずみを画像化及び分析して、パッチ１０２における残留応力、及び構造コンポーネント１００に対するパッチ１０２の接合品質を検出することができる。パッチ１０２が取り付けられた構造コンポーネント１００を環境条件に曝す前のパッチ１０２のベースライン画像は、パッチ１０２、及び構造コンポーネント１００における初期のひずみを示すことができ、環境条件に構造コンポーネント１００を曝した後に定期的に画像化を行うことにより、接合の品質及び一体性を監視して、時間の経過に伴う修理部分の劣化を示すことができる。監視システム１１０、及びルーチン１６０から導出されたひずみ値を、構造コンポーネント１００におけるパッチ１０２の有限要素解析（ＦＥＡ）モデルに入力して解析を行うことにより、パッチ１０２の性能評価、将来の検査スケジュール、ＮＤＩに対するアプローチ、並びに、予測されるメンテナンス及び修理計画が可能となる。
【００５２】
監視システム１１０、及びルーチン１６０は、構造試験環境に適用することも可能である。製造者は、通常、現場における適切な性能を保証するために、コンポーネント及び修理部分のサブスケール、ミッドスケール、及びフルスケールの構造試験を行う。このような試験には、静的及び動的な荷重条件が含まれうる。このタイプの構造試験では現在、いくつかの技術が用いられている。例えば、試験中、ひずみゲージは、応力及びひずみを監視するためのポイントセンサ（point sensor）として構造コンポーネントに使用されるが、構造コンポーネントに対する損傷が生じて拡がっていく位置の検出についての当該ひずみゲージの有効性は、構造コンポーネントのどこにひずみゲージが配置されるかによって決まる。デジタル画像相関法（Digital Image Correlation: DIC）は、構造試験においてストリームマッピング（stream mapping）を提供するために使用可能であるが、処理が高価であり、操作において専門知識を必要とし、さらに、表面上に斑点パターンを散布しなければならない。このため、ＤＩＣは、構造試験においては、使用に関する慎重な検討の後に、使用される。監視システム１１０、及びルーチン１６０は、現在用いられている試験技術の代替又は補足として使用してもよく、試験荷重条件適用の全体を通してリアルタイムのひずみパターンを監視及び測定するために使用することができる。検出されたひずみパターンは、解析モデルを関連付けたり、試験対象の構造コンポーネントにおける損傷発生箇所（initial failure locations）の位置を示したりするために使用することができる。修理部分のモニタリングの用途の場合と同様に、ＦＥＡツールにひずみ情報を直接提供することにより、リアルタイム、又は荷重レベルの損傷進行情報を提供することができる。損傷の発生及び拡がりに関する情報は、構造コンポーネントの構造モデルを改良したり、構造設計を変更したりするために使用することができる。
【００５３】
監視システム１１０、及びルーチン１６０は、機械システム、特に航空宇宙システムにおいてより普及しつつある複合材部品の製造処理を改善するために使用することができる。複合材部品の製造開発、定期的な処理監視、及び作製において、複合材部品を作製することによって生じる当該部品内のひずみを特定及び追跡すると有利であろう。内部のひずみは、複合材部品において、幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを含んで構成されるひずみインジケータプライ（strain indicator plies）を用いて追跡することができる。ひずみインジケータプライを形成するために、後に幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを含むよう構成されるプライ上にスプレーされる追加樹脂層として、或いは、複合材部品の硬化後に除去される剥離可能なプライを形成するアップリケ（applique）として、製造工程において選択されたプライの樹脂に幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを施す。パターン付ひずみインジケータプライは、硬化処理により複合材部品に生じる残留応力及びひずみを示す。パターン付ひずみインジケータプライからの情報を用いて、複合材部品の製造処理を修正することにより、反りを減らし、出来栄えを予測して、製造処理が仕様の範囲内であることを確認することができる。
【００５４】
監視システム１１０、及びルーチン１６０はまた、機械システムにおいてアクセスが制限された領域に配置された構造コンポーネントの構造的健全性を監視する際に使用することも可能である。航空機、及び他の機械システムにおいてアクセスが制限された構造体は、構造的一体性を確保する上で極めて重要であり、これらの構造体には高い荷重が加わる可能性がある。このようなアクセスが制限された構造体の構造的健全性の試験では、コストのかかる分解処理及び再組立処理が必要になる場合がある。製造工程において、アクセスが制限された構造コンポーネント内の高い効果を奏する位置に、溝１４、１４Ａ〜１４Ｇの幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇの形態でひずみ確認面（strain witness surfaces）を形成することができる。光学ボアスコープ若しくはビデオボアスコープ、又は小型カメラ、及び拡張機構は、監視システム１１０におけるＥＭエネルギー源１２８又は１３０、及びＥＭエネルギーディテクタ１３２として機能することができ、アクセスが制限された構造体における幾何学的パターン１２、１２Ａ〜１２Ｇを透過したＥＭエネルギーが有する回折波長を検出することができ、例えば、回折波長データを分析してコンポーネントの劣化を検出し、ゆっくり拡がる損傷を修理が必要となるに至るまで監視することができる。図１１に関連させて上述したように、ＥＭエネルギー源１３０及びＥＭエネルギーディテクタ１３２のうちのいずれか一方は、手の届きにくい空間内に常設してもよいし、構造コンポーネントを完全に分解する必要がないやり方で、検査中に設置してもよい。ＥＭエネルギー源１３０及びＥＭエネルギーディテクタ１３２のうちの他方は、構造コンポーネントから見て当該一方の反対側に配置して、ＥＭエネルギーの透過ビーム１４４を検出してもよい。アクセスが可能な場合、ＥＭエネルギー検査は、赤外線サーモグラフィやテラヘルツイメージングなどの他のＮＤＩメソッドと組み合わせることにより、アクセスが制限されたコンポーネントの評価及び配置を改善することができる。監視システム１１０及びルーチン１６０についてここに記載した用途、及び上述した用途は例示的なものであって、さらなる追加的な用途が本発明者によって想定されている。
【００５５】
さらに、本開示は、以下の付記による例を含む。
【００５６】
付記１．第１外層と、第２外層と、前記第１外層と前記第２外層との間に配置された第１パターン層と、を含む多層構造コンポーネントであって、前記第１パターン層は、その第１表面に第１幾何学的パターンの溝を有し、前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含み、前記第１溝幅に対応する第１波長を有する電磁（ＥＭ）エネルギーの第１投射ビームは、前記第１組の溝に当たると回折して、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記多層構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示し、前記第１外層、及び前記第２外層のうちの少なくとも一方は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビーム、及び前記回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを透過させる外層材料で形成されている、多層構造コンポーネント。
【００５７】
付記２．前記第１パターン層は、金属材料で形成されている、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００５８】
付記３．前記第１外層は、前記外層材料で形成され、前記第１パターン層は、前記第１外層を通過する前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを反射して、前記回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームに前記第１外層を透過させる、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００５９】
付記４．前記第１外層、及び前記第２外層は、前記外層材料で形成され、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、第１外層を通過して前記第１パターン層に到達すると、前記回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームは、前記第２外層を通過して、前記多層構造コンポーネントから出る、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６０】
付記５．中間層と、第２パターン層と、を含み、前記中間層は、前記第１外層と前記第２外層との間に配置されており、前記第１パターン層は、前記第１外層と前記中間層との間に配置されており、前記第２パターン層は、前記中間層と前記第２外層との間に配置されるとともに、その第２表面に第２幾何学的パターンの溝を有し、前記第２幾何学的パターンの前記溝は、各々が、前記第１溝幅とは異なる第２溝幅を有する第２組の溝を含み、前記第２溝幅に対応する第２波長を有するＥＭエネルギーの第２投射ビームは、前記第２組の溝に当たると回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記多層構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記外層材料は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビーム、及び回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを透過させる、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６１】
付記６．前記第２溝幅は、前記第１溝幅よりも大きく、前記第２波長は、前記第１波長よりも大きく、これによって、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが、回折せずに前記第１幾何学的パターンの前記溝を通過する、付記５に記載の多層構造コンポーネント。
【００６２】
付記７．前記溝の前記第１幾何学的パターンは、第２組の溝を有する二次元の幾何学的パターンを含み、前記第２組の溝の各々は、第２溝幅を有するとともに、前記第１組の溝が間隔を空けて配置されている第１方向と非平行な第２方向に間隔を空けて配置されている、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６３】
付記８．前記第２溝幅は、前記第１溝幅とは異なる幅であり、前記第２溝幅に対応する第２波長を有するＥＭエネルギーの第２投射ビームは、前記第２組の溝に当たると回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記多層構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記外層材料は、ＥＭエネルギーの第２投射ビーム、及び回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを透過させる、付記７に記載の多層構造コンポーネント。
【００６４】
付記９．前記第１組の溝におけるそれぞれの溝は、類似した幾何学的形状を有するとともに、面積の小さい領域から面積の大きい領域まで順に複数の領域を画定しており、同心状に配置されて前記第１幾何学的パターンの前記溝を形成している、付記１に起債の多層構造コンポーネント。
【００６５】
付記１０．前記第１幾何学的パターンの隣接する溝間の溝離間距離は、前記第１幾何学的パターンが中心点から外方に広がるにつれて、大きくなっている、付記９に記載の多層構造コンポーネント。
【００６６】
付記１１．前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、前記第２溝幅に対応する第２波長を有するＥＭエネルギーの第２投射ビームは、前記第２組の溝に当たると回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記多層構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記外層材料は、前記ＥＭエネルギーの前記第２投射ビーム、及び回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームを透過させる、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６７】
付記１２．前記第１パターン層は、前記溝の前記第１幾何学的パターンを形成する複数の平行ワイヤを含み、前記溝の前記第１溝幅は、前記複数の平行ワイヤのうちの隣接するワイヤ間のワイヤ離間距離と等しい、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６８】
付記１３．前記第１パターン層は、前記溝の前記第１幾何学的パターンを形成するワイヤメッシュスクリムを含み、前記ワイヤメッシュスクリムは、第１方向に配向された第１組の平行ワイヤと、前記第１方向と非平行な第２方向に配向された第２組の平行ワイヤと、を含み、前記第１溝幅は、前記第１組の平行ワイヤのうちの隣接するワイヤ間の第１ワイヤ離間距離と等しく、前記溝の第２溝幅は、前記第２組の平行ワイヤのうちの隣接するワイヤ間の第２ワイヤ離間距離と等しい、付記１に記載の多層構造コンポーネント。
【００６９】
付記１４．前記第１組の平行ワイヤは、前記第２組の平行ワイヤと互いに織り合わされている、付記１３に記載の多層構造コンポーネント。
【００７０】
付記１５．前記第１溝幅は、前記第２溝幅とは異なる幅である、付記１３に記載の多層構造コンポーネント。
【００７１】
付記１６．構造コンポーネントのひずみを評価するための検査システムであって、第１幾何学的パターンの溝と、第１電磁（ＥＭ）エネルギー源と、ＥＭエネルギーディテクタと、プロセッサと、を含み、前記第１幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内に配置されるとともに、各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含み、前記第１ＥＭエネルギー源は、前記第１溝幅に対応する第１波長でＥＭエネルギーの第１投射ビームを投射し、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第１組の溝によって回折して、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示し、前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記第１ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射すると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出し、前記プロセッサは、前記ＥＭエネルギーディテクタに機能接続されており、前記ＥＭエネルギーディテクタによって前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を受信して、前記構造コンポーネントの前記ひずみに前記第１回折波長を関連付けるように構成されている、検査システム。
【００７２】
付記１７．前記第１幾何学的パターンの前記溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを反射して、前記構造コンポーネントに前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームを再び透過させ、前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記構造コンポーネントから見て同じ側に配置されている、付記１６に記載の検査システム。
【００７３】
付記１８．前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームは、前記構造コンポーネントを透過して、前記第１幾何学的パターンの前記溝から見て、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームとは反対側に到達し、前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタは、前記構造コンポーネントを挟んで互いに反対側に配置されている、付記１６に記載の検査システム。
【００７４】
付記１９．前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、前記検査システムは、前記第２溝幅に対応する第２波長でＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射する第２ＥＭエネルギー源を含み、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記第２ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、前記プロセッサは、前記ＥＭエネルギーディテクタによって回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付けるように構成されている、付記１６に記載の検査システム。
【００７５】
付記２０．第２幾何学的パターンの溝と、第２ＥＭエネルギー源と、を含み、前記第２幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内において、当該構造コンポーネントの外面から見て、前記第１幾何学的パターンの前記溝とは異なる深さに配置されるとともに、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、前記第２ＥＭエネルギー源は、前記第２溝幅に対応する第２波長でＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに投射されると、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記構造コンポーネントを透過して前記第２幾何学的パターンの前記溝に到達し、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記第２ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、前記プロセッサは、前記ＥＭエネルギーディテクタによって回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付けるように構成されている、付記１６に記載の検査システム。
【００７６】
付記２１．前記第２溝幅は、前記第１溝幅よりも大きく、前記第２波長は、前記第１波長よりも大きく、これによって、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが、回折せずに前記第１組の溝を通過する、付記２０に記載の検査システム。
【００７７】
付記２２．前記第１幾何学的パターンの前記溝は、第１方向に間隔を空けて配置されている前記第１組の溝、及び前記第１方向と非平行な第２方向に間隔を空けて配置されている第２組の溝を有する二次元の幾何学的パターンを含む、付記１６に記載の検査システム。
【００７８】
付記２３．前記第１組の溝は、前記第１溝幅を有し、前記第２組の溝は、前記第１溝幅とは異なる第２溝幅を有し、前記第１ＥＭエネルギー源は、前記第２溝幅に対応する第２波長を有するＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射し、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２組の溝によって回折して、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記多層構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、前記第１ＥＭエネルギー源が、前記構造コンポーネントに対してＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを投射すると、前記第２組の溝で反射された回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長が、前記ＥＭエネルギーディテクタによって検出され、前記プロセッサは、前記ＥＭエネルギーディテクタによって回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を受信して、前記構造コンポーネントにおける前記ひずみに前記第２回折波長を関連付けるように構成されている、付記２２に記載の検査システム。
【００７９】
付記２４．前記第１ＥＭエネルギー源、及び前記ＥＭエネルギーディテクタを備えるとともに、無線通信により、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を前記プロセッサに送信するポータブル検査装置を含む、付記１６に記載の検査システム。
【００８０】
付記２５．構造コンポーネントにおけるひずみを評価するための方法であって、前記構造コンポーネントが内部に第１幾何学的パターンの溝を有し、前記第１幾何学的パターンの前記溝の各々が第１溝幅を有する第１組の溝を含む構成において、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントを透過させて前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達させる電磁（ＥＭ）エネルギーの第１投射ビームを投射することを含み、その際、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームは、前記第１溝幅に対応する第１波長を有し、前記第１組の溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを回折させて、第１回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第１回折ビームを形成し、前記第１回折波長は、前記構造コンポーネントが環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第１溝幅の変化を示し、また前記方法は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出すること、および、前記第１幾何学的パターンの前記溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を前記構造コンポーネントのひずみに関連付けること、を含む。
【００８１】
付記２６．付記２５に記載の方法において、前記第１幾何学的パターンの前記溝は、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントを透過させて前記第１幾何学的パターンの前記溝に到達させるＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射することを含み、その際、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２溝幅に対応する第２波長を有し、前記第２組の溝は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを回折させて、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、また前記方法は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第２組の溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を検出すること、および、前記第２組の溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を前記構造コンポーネントのひずみに関連付けること、を含む。
【００８２】
付記２７．付記２５に記載の方法において、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝される前、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを第１発目のものとして投射すること、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第１発目のものとして投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有するベースライン回折波長を検出すること、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝された後、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを第２発目のものとして投射すること、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第２発目のものとして投射されると、前記第１組の溝からの前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長を検出すること、および、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが、前記構造コンポーネントに第２発目のものとして投射されると、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームが有する前記第１回折波長と、前記ベースライン回折波長とを比較して、前記構造コンポーネントの対応する位置におけるひずみの変化を特定することを含む。
【００８３】
付記２８．付記２５に記載の方法において、前記構造コンポーネントは、第２幾何学的パターンの溝を有し、前記第２幾何学的パターンの前記溝は、前記構造コンポーネント内において、当該構造コンポーネントの表面から見て、前記第１幾何学的パターンの前記溝とは異なる深さに配置されるとともに、各々が第２溝幅を有する第２組の溝を含み、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントを透過させて前記第２幾何学的パターンの前記溝に到達させるＥＭエネルギーの第２投射ビームを投射することを含み、その際、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームは、前記第２溝幅に対応する第２波長を有し、前記第２組の溝は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームを回折させて、第２回折波長を有する回折ＥＭエネルギーの第２回折ビームを形成し、前記第２回折波長は、前記構造コンポーネントが前記環境条件に曝されたときに生じるひずみによる前記第２溝幅の変化を示し、また前記方法は、ＥＭエネルギーの前記第２投射ビームが前記構造コンポーネントに対して投射されると、前記第２幾何学的パターンの前記溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を検出すること、および、前記第２幾何学的パターンの前記溝からの回折ＥＭエネルギーの前記第２回折ビームが有する前記第２回折波長を前記構造コンポーネントのひずみに関連付けること、を含む。
【００８４】
付記２９．付記２５に記載の方法において、前記第１組の溝は、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを反射して、前記構造コンポーネントに前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームを再び透過させ、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントから見て同じ側において、前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射し、前記第１回折波長を検出することを含む。
【００８５】
付記３０．付記２５に記載の方法において、前記回折ＥＭエネルギーの前記第１回折ビームは、前記構造コンポーネントを透過して、前記第１幾何学的パターンの前記溝から見て、前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームが存在する側の反対側に到達し、ひずみを評価するための前記方法は、前記構造コンポーネントの一方側で前記構造コンポーネントに対して前記ＥＭエネルギーの前記第１投射ビームを投射し、前記構造コンポーネントから見て前記一方側の反対側で前記第１回折波長を検出することを含む。
【００８６】
付記３１．付記２５に記載の方法において、前記構造コンポーネントにおけるひずみと最小ひずみ値とを比較し、前記構造コンポーネントにおけるひずみが前記最小ひずみ値よりも大きいと判定した場合、これに応じて、前記構造コンポーネントのさらなる検査を行う。
【００８７】
付記３２．付記２５に記載の方法において、前記構造コンポーネントのひずみから導出されるひずみパターンを生成及び表示することを含み、その際、前記ひずみパターンは、前記構造コンポーネントの検査領域におけるひずみ値のグラフィック表示であり、また前記方法は、前記ひずみパターンが、前記構造コンポーネントの予想ひずみパターンとは異なると判定した場合、これに応じて、前記構造コンポーネントのさらなる検査を行うことを含む。
【００８８】
以上、多くの異なる実施形態について詳細な説明を行ってきたが、保護の法的範囲は、本書の最後に記載されている請求の範囲の文言によって規定される。実施形態の詳細な説明は、例示的なものとしてのみ解釈されるべきである。また、可能な実施形態の全てを説明することは、不可能ではないが非現実的であるため、以下においては、可能な実施形態の全てを説明しているわけではない。現在の技術、又は本願の出願日よりも後に開発された技術を用いて多くの代替の実施形態を実現することが可能であるが、これらの実施形態も、保護範囲を規定する請求の範囲に含まれる。
【００８９】
また、本書において用語の定義が明確に記載されていない限り、用語の平易又は一般的な意味を超えて当該用語を限定することは、明示的にも暗示的にも意図していない。そのような用語の範囲は、本書の（請求項の文言以外の）セクションにおけるいかなる記載に基づいても限定されない。本書の最後における請求の範囲に記載されている用語が、１つの意味と一致するように言及されている場合、これは、読み手を混乱させないように明瞭化することを目的としているのであって、請求の範囲における用語をその１つの意味に限定することは、暗示的にも明示的にも意図されていない。
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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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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【外国語明細書】
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