(57)【要約】【課題】部品（１０）、部品（１０）を作製する方法（２００）および歪みを監視する方法（１００）を提供する。【解決手段】部品（１０）は、部品（１０）の主要な放射線不透過性とは異なる放射線不透過性を有する内部ノード（４０）のアレイを有する。ノード（４０）の変位を測定して、部品の歪みを算出するために使用することができる。【選択図】図１
2018021908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外面（１２）と、
第１の放射線不透過性を有する第１の材料を含む内部容積（１４）と、
前記内部容積（１４）内に埋め込まれ、前記外面（１２）から離間した複数のノード（４０）と、を含み、前記複数のノード（４０）は３次元アレイを画定し、前記複数のノード（４０）の各々は、第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含み、前記第２の放射線不透過性は前記第１の放射線不透過性とは異なる、部品（１０）。
【請求項２】
前記第２の放射線不透過性は、前記第１の放射線不透過性よりも小さい、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項３】
前記第２の放射線不透過性は、前記第１の放射線不透過性よりも大きい、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項４】
前記３次元アレイは予め定められている、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項５】
各ノード（４０）は、前記部品（１０）の前記外面（１２）から所定の距離だけ離間している、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項６】
各ノード（４０）は、他のすべてのノード（４０）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項７】
前記部品（１０）内には既知の機械的欠陥がない、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項８】
前記第１の材料は、内部にセラミック繊維が埋め込まれたセラミックマトリックス複合材料を含み、前記ノード（４０）は、前記セラミック繊維の１つまたは複数に埋め込まれている、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項９】
前記第１の材料は第１のステンレス鋼を含み、前記第２の材料は第２のステンレス鋼を含む、請求項１に記載の部品（１０）。
【請求項１０】
前記第１のステンレス鋼はコバルト−クロム−モリブデンステンレス鋼であり、前記第２のステンレス鋼はクロム−ニッケルステンレス鋼である、請求項９に記載の部品（１０）。
【請求項１１】
部品（１０）内の歪みを監視する方法（１００）であって、
前記ノード（４０）の前記放射線不透過性に基づいて前記部品（１０）内の複数の内部ノード（４０）の第１の位置を決定するステップ（１１０）と、
前記ノード（４０）の前記第１の位置を記録するステップ（１２０）と、
前記部品（１０）に少なくとも１つのデューティサイクルをかけるステップ（１３０）と、
前記少なくとも１つのデューティサイクル後に前記複数のノード（４０）の第２の位置を決定するステップ（１４０）と、
前記複数のノード（４０）の前記第２の位置を前記複数のノード（４０）の前記第１の位置と比較するステップ（１５０）と、
前記第１の位置から前記第２の位置への前記ノード（４０）の変位を算出するステップ（１６０）と、
前記ノード（４０）の前記変位に基づいて前記部品（１０）の局所歪みを算出するステップ（１７０）と、を含む方法（１００）。
【請求項１２】
前記第１の位置を決定する前記ステップ（１１０）は、前記ノード（４０）の位置を決めるために前記部品（１０）を放射線撮影で走査するステップを含む、請求項１１に記載の方法（１００）。
【請求項１３】
前記第１の位置を決定する前記ステップ（１１０）は、前記第１の位置が前記部品（１０）を製造する前に決定されるように、前記部品（１０）の内部容積（１４）の第１の放射線不透過性とは異なる第２の放射線不透過性を有するノード（４０）を含むように前記部品（１０）を設計するステップを含み、前記第１の位置は、前記部品（１０）の外面（１２）から少なくとも所定の最小距離だけ離間した各ノード（４０）を含み、各ノード（４０）は、他のすべてのノード（４０）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、請求項１１に記載の方法（１００）。
【請求項１４】
変位を算出する前記ステップ（１６０）は、３次元で前記第１の位置から前記第２の位置への前記ノード（４０）の変位を算出するステップを含み、局所歪みを算出する前記ステップ（１７０）は、局所歪みのすべての成分を算出するステップを含む、請求項１１に記載の方法（１００）。
【請求項１５】
前記複数のノード（４０）の前記第２の位置を決定する前記ステップ（１４０）は、前記部品（１０）を運用から取り除くことなく実行される、請求項１１に記載の方法（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本主題は、一般的に部品の歪みを監視および測定するためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、すべての歪み部品の完全な局所的および全体的な歪みの捕捉を提供するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な用途を通して、部品は、多数の極端な条件（例えば、高温、高圧、大きな応力負荷など）を受ける。そのような用途では、装置の個々の部品は、部品の使用可能な寿命を低下させる可能性がある経時的なクリープおよび／または変形を受けることがある。そのような懸念は、例えば、ガスタービンシステムなどの一部のターボ機械に当てはまる可能性がある。ターボ機械の動作中に、ターボ機械内、特にタービンブレードなどのターボ機械のタービン部内の様々な部品（集合的にタービン部品として知られている）は、高温および応力によりクリープを受ける可能性がある。タービンブレードの場合には、クリープがブレードの一部または全部を伸長させて、ブレード先端部が固定構造、例えばタービンケーシングに接触し、動作中に望ましくない振動および／または性能低下を引き起こすおそれがある。
【０００３】
したがって、タービン部品などの部品をクリープについて監視することができる。クリープについて部品を測定および監視する１つの方法は、部品の表面上に、または部品の表面内に埋め込まれた複数のノードを有する歪みセンサを構成し、様々な間隔で歪みセンサのノードを解析して、クリープ歪みに関連する変形を監視することである。そのようなセンサは、２次元表面内の歪みおよび２次元表面に沿った歪みを測定するだけである。さらに、そのようなセンサ、特にそのノードは、部品の動作環境にさらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第８７０６４３６号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明のさらなる態様および利点は、以下の説明において部分的に述べられ、または当該説明から明らかであり、または本発明の実施により学ぶことができる。
【０００６】
第１の例示的な実施形態では、ガスタービンの部品が提供される。部品は、外面と、第１の放射線不透過性を有する第１の材料を含む内部容積と、内部容積内に埋め込まれ、外面から離間した複数のノードと、を含み、複数のノードは３次元アレイを画定し、複数のノードの各々は、第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含む。第２の放射線不透過性は、第１の放射線不透過性とは異なる、
第２の例示的な実施形態では、内部容積を有するタービン部品を作製する方法が提供される。本方法は、第１の放射線不透過性を有する第１の材料を用いて内部容積を形成するステップと、内部容積内にノードの３次元アレイを形成するステップであって、３次元アレイの各ノードは、第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含む、ステップと、を含み、第２の放射線不透過性は第１の放射線不透過性とは異なる。
【０００７】
第３の例示的な実施形態では、部品の歪みを監視する方法が提供される。本方法は、ノードの放射線不透過性に基づいて部品内の複数の内部ノードの第１の位置を決定するステップと、ノードの第１の位置を記録するステップと、部品に少なくとも１つのデューティサイクルをかけるステップと、少なくとも１つのデューティサイクル後に複数のノードの第２の位置を決定するステップと、複数のノードの第２の位置を複数のノードの第１の位置と比較するステップと、第１の位置から第２の位置へのノードの変位を算出するステップと、ノードの変位に基づいて部品の局所歪みを算出するステップと、を含む。
【０００８】
本発明の、これらおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の説明および添付の特許請求の範囲を参照することによってより良く理解されるであろう。添付の図面は、本明細書に組み込まれて、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を例示し、説明と共に本発明の原理を説明するのに役立つ。
【０００９】
本発明の完全かつ可能な開示は、その最良の形態を含み、当業者に向けられて、本明細書に記載されており、それは以下の添付の図面を参照している。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の様々な実施形態による、複数のノードを含む埋め込み型歪みセンサネットワークを含む例示的な部品の斜視図である。
【図２】本開示の様々な実施形態による例示的な部品の縦断面図である。
【図３】図２の例示的な部品の横断面図である。
【図４】本開示の様々な実施形態による、別の例示的な部品の縦断面図である。
【図５】本開示の様々な実施形態による、さらに別の例示的な部品の横断面図である。
【図６】本開示の様々な実施形態による方法を示すフローチャートである。
【図７】本開示の様々な実施形態による別の方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで本発明の実施形態が詳細に参照され、それらのうちの１つまたは複数の例が図面に示されている。各例は、本発明の限定としてではなく、本発明の例示として提示される。実際、本発明の範囲または主旨から逸脱せずに、本発明に様々な修正および変形を施し得ることが、当業者にとっては明らかであろう。例えば、一実施形態の一部分として例示または記述する特徴を別の実施形態とともに用いて、またさらなる実施形態を生み出すことができる。よって、本発明は、添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内にある、そのような修正形態および変形形態をカバーすることを意図している。
【００１２】
ここで図１〜図５を参照すると、様々な例示的な部品１０が示されており、各部品１０には、複数の埋め込みノード４０が構成されている。部品１０は、例えば、高温用途に利用される部品などの、様々な異なる用途に使用される様々な種類の部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、部品１０は、燃焼部品または高温ガス経路部品などの産業用ガスタービンまたは蒸気タービン部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、部品１０は、タービンブレード、圧縮機ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、ロータ、トランジションピース、またはケーシングを含むことができる。他の実施形態では、部品１０は、ガスタービン、ガスタービン、蒸気タービンなどのための他の任意の部品などのタービンの他の任意の部品を含むことができる。いくつかの実施形態では、部品は、自動車部品（例えば、自動車、トラックなど）、航空宇宙部品（例えば、航空機、ヘリコプター、宇宙船、アルミニウム部品など）、機関車またはレール部品（例えば、列車、列車の軌道など）、構造物、インフラまたは土木工学の部品（例えば、橋梁、建物、建設機械など）、ならびに／あるいは発電プラントまたは化学処理の部品（例えば、高温用途に使用される配管）を含むが、これらに限定されない非タービン部品を含むことができる。
【００１３】
図１〜図５に示す例示的な実施形態に見られるように、部品１０は、ノード４０をその下に構成することができる外面１２を有し、部品１０の主要な材料である第１の材料から形成された内部容積１４をさらに含む。外面１２は、一般に、部品１０の最も外側の範囲を含み、内部容積１４の第１の材料と同じ材料であってもよく、あるいは別個の材料、例えば塗布された表面コーティングであってもよい。複数のノード４０を内部容積１４内に埋め込むことができる。ノード４０は、内部容積１４の第１の材料とは異なる第２の材料から形成することができる。特に、ノード４０の第２の材料は、放射線撮影の特性、すなわち、放射線撮影走査によって容易に検出することができる任意の材料特性について、内部容積１４の第１の材料と異なっていてもよい。本明細書で説明するように、ノード４０は歪みセンサネットワークを形成し、部品１０の歪みを測定するために有利に利用される。
【００１４】
部品１０は、多角形、曲線状、先細り、角柱状、例えば円筒形または直角プリズム、中実または中空などの様々な形状をとることができる。ノード４０は、規則的または不規則な、例えば円形、長方形、卵形、多角形、細長いまたは他の形状など、任意の形状であってもよい。ノード４０は、様々な形態をとることができる３次元アレイを画定し、例えば、ノード４０は規則的に離間した格子状に配置されてもよく、あるいはノード４０は多かれ少なかれ任意の位置に配置されてもよく、および／または、ノード４０の相対位置は、例えば、ノード４０間の距離Ｘの最小値または部品１０の外面１２から任意のノード４０までの距離Ｙの最小値によって制約されてもよい。例えば、ノード４０間の距離Ｘの最小値は、部品１０の優勢な材料（すなわち、内部容積１４の第１の材料）の破壊力学に基づいて選択することができ、このような実施形態では、ノード４０は規則的に配列されてもよく、あるいは隣接ノード間の距離は少なくとも最小値である限り変化してもよい。さらに、ノード４０の第２の材料の特性は、ノード４０間の距離Ｘの最小値の決定に影響を及ぼし得る。
【００１５】
様々な実施形態では、特にノード４０の第２の材料が内部容積１４の第１の材料よりも密度が低い場合、および特にノード４０が空気で満たされた空隙である場合には、大きすぎる、多すぎる、および／または近すぎるノード４０は部品１０に弱点を生成することがあり、それは部品１０の機械的欠陥と考えられる。したがって、このような実施形態では、少なくともノード４０間の距離Ｘの最小値と、多くともノード４０の最大サイズと、を維持することが好ましい。
【００１６】
上述したように、ノード４０の第２の材料は、放射線撮影特性について内部容積１４の第１の材料と異なっていてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、第１の材料および第２の材料は、放射線密度または放射線不透過性が異なってもよい。当業者であれば、放射線不透過性は主として材料の密度および原子番号によって影響を受けることを認識するであろう。したがって、第１の材料および第２の材料は、内部容積１４とは異なる放射線不透過性をノード４０に提供するために、それらの密度および／または原子番号が異なってもよい。
【００１７】
例えば図２および図３に見られるように、部品１０は、いくつかの実施形態では、ノズル、トランジションピース、またはダクトなどの中空部品であってもよい。図２および図３に示す特定の例では、部品１０は、ほぼ円錐形または円錐台形を形成する直線壁で先細になっている。図２および図３に示すように、いくつかの実施形態では、ノード４０の第２の材料は、内部容積１４の第１の材料よりも大きいまたは小さい、放射線不透過性の異なる中実材料であってもよい。図２および図３に示すように、いくつかの実施形態では、ノード４０は規則的な形状、例えば球形であってもよい。
【００１８】
例えば図４に見られるように、部品１０は、いくつかの実施形態では、ノズル、トランジションピース、またはダクトなどの中空部品であってもよい。図４に示す特定の例では、部品１０は、例えば、燃焼器とノズルとの間に設けられたトランジションピースのように、湾曲した壁で構成されている。いくつかの実施形態では、ノード４０の第２の材料は、例えば図４に示すように、内部容積１４の第１の材料よりも放射線不透過性が低い材料であってもよく、ノード４０は内部容積１４の空隙であってもよい。図４に示すように、いくつかの実施形態では、ノード４０は、規則的または不規則な形状を含むことができる様々な異なる形状のものであってもよい。
【００１９】
例えば図５に見られるように、部品１０は、いくつかの実施形態では、翼形部、ロータベーン、または固定ベーンなどの中実部品であってもよい。図５に示す特定の例では、部品１０の外面１２は主に湾曲しているが、部品に直線の外部、または直線と湾曲の組み合わせを提供することも同様に可能である。特定の実施形態では、外面１２の任意の形状または輪郭が使用されてもよく、特定の実施形態では、外面１２の形状は、ノード４０の構成およびそれによって画定される３次元アレイに影響を及ぼす可能性があり、図５に示すように、外面１２とノード４０との間の距離Ｙの最小値を維持するために、部品１０のより鋭く湾曲した部分に設けられるノード４０はより少なくなる。図５に示すように、いくつかの実施形態では、ノード４０は、長方形または楕円形の断面を有することができる。ノード４０が細長い（例えば、図５に示す図に垂直な方向に延在する）ことも本開示の範囲内で可能である。そのような細長い部材は、例えば、ノード４０の第２の材料が埋め込まれた強化繊維であってもよい。
【００２０】
本明細書に開示された様々な実施形態は、一実施形態の一部分として例示または記述する特徴を別の実施形態とともに用いて、またさらなる実施形態を生み出すことができる。例えば、図５の部品１０はまた、あるいは代わりに空隙であるノード４０を有していてもよいし（図４に示すように）、図５の規則的に離間したアレイを画定するように配置されたノード４０は、他の図２〜図４のいずれかに示すような部品１０に設けられてもよく、および／または、図５の部品１０は、長方形の格子ではなく六角形のグリッドなどの異なるパターン、あるいは規則的な、最小制約を伴う任意の、またはランダムな様々な他のパターンで配列されたノード４０を有することができる。前述の例は説明のためのものに過ぎず、限定するものではないが、多くの他の特徴の組み合わせが当業者には明らかであり、そのような変形はすべて本開示の範囲内にあると考えられる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、３次元配列が十分に大きい場合には、ノード４０によって画定される３次元アレイの一部は、直列化、すなわち直列化領域におけるデータの２進符号化に専用のものとすることができる。例えば、アレイが１０×１０×１０の格子のノード４０によって画定される場合には、中央の５×５×５の領域を直列化専用にし、残りを歪み測定専用にすることができる。そのような実施形態では、直列化領域内のノードの存在は２進数の１に等しいが、直列化領域内のノードが存在しない場合は２進数の０と等しくすることができる。したがって、部品番号、センサ番号、センサ位置などの多くの異なるデータをバイナリ形式で符号化し、ノード４０によって画定される３次元アレイに埋め込むことができる。
【００２２】
部品１０に適した材料（およびより詳細には、部品１０全体の内部容積１４の第１の材料）は、例えば高温用途の、ニッケルまたはコバルト系超合金を含むことができる。使用することができるさらなる材料には、ステンレス鋼またはセラミックマトリックス複合材（「ＣＭＣ」）が含まれる。ＣＭＣは、一般に、セラミック強化繊維が埋め込まれたセラミックマトリックスを含む。部品１０がＣＭＣであるいくつかの実施形態では、内部容積１４の第１の材料はセラミックマトリックスを含むことができ、ノード４０の第２の材料はマトリックス材料の浸潤の前に繊維に埋め込まれてもよい。さらに他の材料も可能である。
【００２３】
いくつかの実施形態では、内部容積１４の第１の材料がステンレス鋼である場合には、ノード４０の第２の材料は、異なる放射線不透過性を有するステンレス鋼であってもよい。例えば、約０．２９８ポンド／立方インチの密度を有するコバルト、クロム、およびモリブデン（ＣｏＣｒＭｏ鋼）を含むステンレス鋼合金を、部品１０の内部容積１４の第１の材料として使用することができる。さらに、そのような実施形態では、ノード４０の第２の材料は、約０．２８５ポンド／立方インチの密度を有するクラス３０４ステンレス鋼であってもよい。
【００２４】
図７に示すように、いくつかの実施形態では、部品１０を作成する方法２００は、ノード４０の３次元アレイを設計する設計ステップ２１０と、外面を形成する形成ステップ２２０と、主として第１の放射線不透過性を有する第１の材料からなる内部容積１４を形成する形成ステップ２３０と、各ノード４０が外面１２から少なくとも所定の最小距離だけ離間し、各ノード４０が他のすべてのノード４０から少なくとも所定の最小距離だけ離間するように、設計されたノード４０の３次元アレイを内部容積内に形成する形成ステップ２４０と、を含み、ノード４０は第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含み、第２の放射線不透過性は第１の放射線不透過性と等しくない。
【００２５】
本開示によるノード４０は、任意の適切な技術を使用して部品１０に組み込むことができ、その技術は、直接金属レーザー溶融（ＤＭＬＭ）、他の適切な積層造形技術、またはノード４０として機能することができる部品１０の既存の内部特性（例えば、自然発生的な空隙）を識別することを含む。例えば、ノード４０は、材料の微細構造の特徴とすることができる。これらの特徴は、非金属介在物または空隙、金属材料中の大きな沈殿物、鋳鉄中のノジュラーグラファイト粒子、複合材料中の非金属または金属の特徴、ならびに他の微細構造の特徴であってもよい。さらに、部品１０は、内部容積１４が凝固する前にノード４０を金型内に導入することによってノード４０を外面１２の下に埋め込むことができるように、鋳造することによって製造することができ、この場合には、固化が完了すると、ノード４０は、内部容積１４内の定位置に固定され得る。
【００２６】
部品１０は、例えばＤＭＬＭなどの積層造形法によって作製することができ、ノード４０は、製造プロセスを操作することによって形成することができる。例えば、レーザーは、例えば図４に示す例のように、空隙を含むノード４０のアレイを形成するために、ランダムまたは選択された位置のいずれかで、ベース粉末材料に融解がないように構成することができる。さらに、空隙および他のノード材料の組み合わせを使用することができる。
【００２７】
積層造形法を用いる別の例として、内部容積１４の第１の材料（例えば、ＣｏＣｒＭｏ鋼であってもよい）は、ノード４０の第２の材料（これは例えばクラス３０４鋼であり得る）の約０．００１重量％〜約１０重量％の間を添加した粉末ベッドに勝る場合がある。そのような実施形態では、ノード４０の第２の材料は、例えばロボットアームによって指定された位置に具体的に配置することができる。したがって、ノード４０の位置を予め設計し、それによって画定された３次元アレイに対して所定の初期構成を提供することが可能である。
【００２８】
図６に示すように、いくつかの実施形態では、部品内の歪みを監視する方法１００は、部品１０内の複数の内部ノード４０の第１の位置を決定する決定ステップ１１０と、ノード４０の第１の位置を記録する記録ステップ１２０と、部品１０に少なくとも１つのデューティサイクルをかける処理ステップ１３０と、部品１０を運用から取り除くことなく複数のノード４０の第２の位置を決定する決定ステップ１４０と、複数のノード４０の第２の位置を複数のノード４０の第１の位置と比較する比較ステップ１５０と、ノード４０の第１の位置から第２の位置への変位を算出する算出ステップ１６０と、ノード４０の変位に基づいて部品１０の局所歪みを算出する算出ステップ１７０と、を含む。
【００２９】
ノード４０によって形成された部品１０内の３次元アレイの初期構成を識別するために、Ｘ線またはコンピュータ断層撮影（ＣＴ）スキャンなどの放射線撮影を含む様々な走査技術を使用することができる。初期構成は、各方向における１つのノード４０と次の最も近接したノード４０との間の相対距離Ｘ、および／または、各ノードまたはアレイの外部を構成するノード４０、すなわち、他のノード４０よりも外面１２に相対的に近いノード４０の外面１２からの相対距離Ｙを含むことができる。ノードアレイの初期構成が予め決定されている実施形態では、例えば、規則的な格子が設計され、具体的に実装されている場合には、設計された構成を初期構成として使用してもよいし、あるいは、完成した部品１０を走査して、製造プロセスの品質管理だけでなく初期構成を決定してもよい。一旦決定されると、初期構成は、例えば、コンピュータメモリに格納または記録され、部品１０が使用される。部品１０が使用されるので、部品１０の機械的特性、例えば破壊力学が部品１０の保守性に有害な影響を引き起こすような方法で変更されないように、ノード４０のアレイを設計することができることに留意されたい。言い換えると、ノードのアレイは、内部容積１４の第１の材料の破壊力学を考慮して設計することができるので、ノード４０の結果として既知の機械的欠陥は生じない。上述したように、既知の機械的欠陥を生じさせないために、ノード４０間の距離Ｘの最小値は、部品１０の内部容積１４の第１の材料の破壊力学に基づいて選択することができ、そのような実施形態では、隣接ノード４０間の距離Ｘは、少なくとも最小距離値であってもよい。
【００３０】
上述のように、本主題の範囲内で様々な走査技術を使用することができる。いくつかの実施形態では、ＣＴスキャンが特に有利であり得る。例えば、上述したように、ノード４０が微細構造の特徴を含む場合には、マイクロおよびナノＣＴとして知られるＣＴスキャナを使用して、そのような微細構造の分散型センサノードに関する非常に細かい情報を抽出することができる。その結果、より正確な局所歪み情報が得られ、新しい材料の開発を助け、ミクロおよびナノスケールの材料を評価することができる。
【００３１】
例えば、部品１０内の複数の内部ノード４０の第１の位置を決定するステップ１１０、かつ／または複数のノード４０の第２の位置を決定する決定ステップ１４０を実行する際に、部品１０を走査するのに適した装置は、パーソナルコンピュータ、Ｘ線スキャナ、または適切なプロセッサを含む他の走査装置であってもよい。一般に、本明細書で使用する「プロセッサ」という用語は、コンピュータに含まれるものとして当技術分野で呼ばれている集積回路を指すだけでなく、コントローラ、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、および他のプログラマブル回路も指す。適切なプロセッサはまた、撮像装置、データ取得装置などの、プロセッサと通信している様々な他の部品から入力を受信し、制御信号をそれらに送信するための様々な入力／出力チャネルを含むことができる。そのようなプロセッサは、一般に、本明細書で説明する様々なステップを実行することができる。さらに、適切なプロセッサは、スキャナまたは走査システムの他の様々な部品と通信する単一のマスタプロセッサであってもよく、および／または、複数の個別部品プロセッサ、すなわち撮像装置プロセッサ、データ取得装置プロセッサ、ロボットアームプロセッサなどを含んでもよいことを理解されたい。様々な個別部品プロセッサは、互いに通信してもよく、さらに、マスタプロセッサと通信してもよく、これらの部品は集合的にプロセッサと呼ぶことができる。
【００３２】
部品１０が使用されると、様々な環境条件にさらされることがあり、その結果、経時的に歪み変形およびクリープが生じることがある。このような変形は、放射線撮影法または他の走査技術を用いて、ノード４０の位置に基づいてノード４０によって画定された３次元アレイの第２の構成を決定することによって検出することができる。第２の構成は、例えば、ノード４０間の相対距離Ｘの変化、および／またはノード４０の少なくとも一部の外面１２からの距離Ｙの変化を含むことができる。ノード４０によって画定される３次元アレイの構成およびそれに対する変化は、走査によって決定することができるので、間接的な内部歪み測定が（例えば、破壊試験を行わずに）提供される。ノード４０によって画定される３次元アレイの第２の構成を、ノード４０の位置に基づいて記録された初期構成と比較することによって、ノード４０の初期位置からの変位を決定することができる。さらに、ノード４０の変位に基づいて、部品の局所歪みを算出することができる。アレイは３次元であり、その構成はすべての方向で測定され比較されるので、変位は３次元で測定することができ、全部の局所歪みを捕捉すること、すなわちすべての歪み成分を算出することが可能となる。特に、３次元歪みは、６つの独立した成分、すなわち３つの垂直歪みと３つのせん断歪み、例えば、縦方向、半径方向および円周方向のそれぞれについて垂直歪みとせん断歪みの両方を含むことができる。
【００３３】
算出された歪みおよび変形が許容可能な動作パラメータの範囲内にある限り、部品１０は、歪みが算出された後に使用されていてもよい。続いて、上記のステップを繰り返して、第３の構成、第４の構成などを決定し、比較することができる。したがって、複数のノードの第２の（または第３の、第４の、または他の後続の）位置を決定し、複数のノードの後続の位置を、複数のノードの１つまたは複数の前の位置と比較し、ノードの変位を算出し、ノードの変位に基づいて部品の局所的および／または全体的な歪みを算出するステップを繰り返すことによって、部品の耐用年数にわたって歪みの監視を提供することができる。
【００３４】
この明細書は、最良の形態を含んだ本発明の開示のために、また、任意のデバイスまたはシステムの製作および使用、ならびに任意の組み込まれた方法の実行を含んだ本発明の実施がいかなる当業者にも可能になるように、実施例を用いている。本発明の特許可能な範囲は、請求項により定義されており、当業者が思い付く他の例を含んでもよい。このような他の実施例が請求項の字義通りの文言と異ならない構造要素を含む場合、または、それらが請求項の字義通りの文言と実質的な差異がない等価な構造要素を含む場合には、このような他の実施例は特許請求の範囲内であることを意図している。
［実施態様１］
外面（１２）と、
第１の放射線不透過性を有する第１の材料を含む内部容積（１４）と、
前記内部容積（１４）内に埋め込まれ、前記外面（１２）から離間した複数のノード（４０）と、を含み、前記複数のノード（４０）は３次元アレイを画定し、前記複数のノード（４０）の各々は、第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含み、前記第２の放射線不透過性は前記第１の放射線不透過性とは異なる、部品（１０）。
［実施態様２］
前記第２の放射線不透過性は、前記第１の放射線不透過性よりも小さい、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様３］
前記第２の放射線不透過性は、前記第１の放射線不透過性よりも大きい、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様４］
前記３次元アレイは予め定められている、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様５］
各ノード（４０）は、前記部品（１０）の前記外面（１２）から所定の距離だけ離間している、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様６］
各ノード（４０）は、他のすべてのノード（４０）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様７］
前記部品（１０）内には既知の機械的欠陥がない、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様８］
前記第１の材料は、内部にセラミック繊維が埋め込まれたセラミックマトリックス複合材料を含み、前記ノード（４０）は、前記セラミック繊維の１つまたは複数に埋め込まれている、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様９］
前記第１の材料は第１のステンレス鋼を含み、前記第２の材料は第２のステンレス鋼を含む、実施態様１に記載の部品（１０）。
［実施態様１０］
前記第１のステンレス鋼はコバルト−クロム−モリブデンステンレス鋼であり、前記第２のステンレス鋼はクロム−ニッケルステンレス鋼である、実施態様９に記載の部品（１０）。
［実施態様１１］
内部容積（１４）を有するタービン部品（１０）を製造する方法（２００）であって、
第１の放射線不透過性を有する第１の材料を用いて前記内部容積（１４）を形成するステップ（２３０）と、
前記内部容積（１４）内にノード（４０）の３次元アレイを形成するステップ（２４０）であって、前記３次元アレイの各ノード（４０）は、第２の放射線不透過性を有する第２の材料を含む、ステップと、を含み、
前記第２の放射線不透過性は前記第１の放射線不透過性とは異なる、方法（２００）。
［実施態様１２］
前記タービン部品（１０）は、外面（１２）をさらに含み、前記方法（２００）は、各ノード（４０）が前記外面（１２）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、前記ノード（４０）の３次元アレイを設計するステップ（２１０）をさらに含み、各ノード（４０）は、前記内部容積（１４）内に前記ノード（４０）の３次元アレイを形成する前に、他のすべてのノード（４０）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、実施態様１１に記載の方法（２００）。
［実施態様１３］
前記内部容積（１４）を形成する前記ステップ（２３０）は、積層造形法によって前記内部容積（１４）を形成するステップを含み、前記ノード（４０）の３次元アレイを形成する前記ステップ（２４０）は、前記内部容積（１４）の前記積層造形法から選択的省略を実行するステップを含む、実施態様１１に記載の方法（２００）。
［実施態様１４］
前記内部容積（１４）を形成する前記ステップ（２３０）は、積層造形法によって前記内部容積（１４）を形成するステップを含み、前記ノード（４０）の３次元アレイを形成する前記ステップ（２４０）は、前記内部容積（１４）の前記積層造形法において選択的包含を実行するステップを含む、実施態様１１に記載の方法（２００）。
［実施態様１５］
前記ノード（４０）の３次元アレイを形成する前記ステップ（２４０）は、前記３次元アレイの直列化された部分を形成するステップをさらに含み、前記方法（２００）は、前記３次元アレイの前記直列化された部分における各ノード（４０）の位置に基づいてデータを符号化するステップをさらに含む、実施態様１１に記載の方法（２００）。
［実施態様１６］
部品（１０）内の歪みを監視する方法（１００）であって、
前記ノード（４０）の前記放射線不透過性に基づいて前記部品（１０）内の複数の内部ノード（４０）の第１の位置を決定するステップ（１１０）と、
前記ノード（４０）の前記第１の位置を記録するステップ（１２０）と、
前記部品（１０）に少なくとも１つのデューティサイクルをかけるステップ（１３０）と、
前記少なくとも１つのデューティサイクル後に前記複数のノード（４０）の第２の位置を決定するステップ（１４０）と、
前記複数のノード（４０）の前記第２の位置を前記複数のノード（４０）の前記第１の位置と比較するステップ（１５０）と、
前記第１の位置から前記第２の位置への前記ノード（４０）の変位を算出するステップ（１６０）と、
前記ノード（４０）の前記変位に基づいて前記部品（１０）の局所歪みを算出するステップ（１７０）と、を含む方法（１００）。
［実施態様１７］
前記第１の位置を決定する前記ステップ（１１０）は、前記ノード（４０）の位置を決めるために前記部品（１０）を放射線撮影で走査するステップを含む、実施態様１６に記載の方法（１００）。
［実施態様１８］
前記第１の位置を決定する前記ステップ（１１０）は、前記第１の位置が前記部品（１０）を製造する前に決定されるように、前記部品（１０）の内部容積（１４）の第１の放射線不透過性とは異なる第２の放射線不透過性を有するノード（４０）を含むように前記部品（１０）を設計するステップを含み、前記第１の位置は、前記部品（１０）の外面（１２）から少なくとも所定の最小距離だけ離間した各ノード（４０）を含み、各ノード（４０）は、他のすべてのノード（４０）から少なくとも所定の最小距離だけ離間している、実施態様１６に記載の方法（１００）。
［実施態様１９］
変位を算出する前記ステップ（１６０）は、３次元で前記第１の位置から前記第２の位置への前記ノード（４０）の変位を算出するステップを含み、局所歪みを算出する前記ステップ（１７０）は、局所歪みのすべての成分を算出するステップを含む、実施態様１６に記載の方法（１００）。
［実施態様２０］
前記複数のノード（４０）の前記第２の位置を決定する前記ステップ（１４０）は、前記部品（１０）を運用から取り除くことなく実行される、実施態様１６に記載の方法（１００）。
【符号の説明】
【００３５】
Ｘ  ノード間の距離
Ｙ  ノードと外面との間の距離
１０  部品
１２  外面
１４  内部容積
４０  ノード
１００  方法
１１０  決定ステップ
１２０  記録ステップ
１３０  処理ステップ
１４０  決定ステップ
１５０  比較ステップ
１６０  算出ステップ
１７０  算出ステップ
２００  方法
２１０  設計ステップ
２２０  形成ステップ
２３０  形成ステップ
２４０  形成ステップ
【図１】
2018021908.tif 000003
【図２】
2018021908.tif 000004
【図３】
2018021908.tif 000005
【図４】
2018021908.tif 000006
【図５】
2018021908.tif 000007
【図６】
2018021908.tif 000008
【図７】
2018021908.tif 000009
【外国語明細書】
2018021908000001.pdf