(57)【要約】非破壊検査プロセスは、光硬化性染料を物品の表面に適用し、表面上のドット配列の光硬化性染料を選択的に硬化させ、選択的に硬化されなかった光硬化性染料を除去し、物品を機械的に試験し、ドット配列に基づいて機械的試験中に物品に直接ひずみ画像化を実行する、ことを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光硬化性染料を物品の表面に適用し、
表面上のドット配列の光硬化性染料を選択的に硬化させ、
選択的に硬化されなかった光硬化性染料を除去し、
物品を機械的に試験し、
ドット配列に基づいて機械的試験中に物品に直接ひずみ画像化を実行する、
ことを含む、非破壊検査プロセス。
【請求項２】
ドット配列は、第１の配列および第２の配列を含み、第１の配列は、第１のピッチを有し、第２の配列は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
物品は、付加製造物品である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
物品の表面は、接続部を含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
選択的硬化は、レーザーによって行われる、請求項１に記載のプロセス。
【請求項６】
ドット配列の各ドットについて、レーザーは表面に垂直に配置される、請求項５に記載のプロセス。
【請求項７】
レーザーは、コンピューター命令に従って部品に対して移動するように構成されたロボット装置上に搭載される、請求項５に記載のプロセス。
【請求項８】
物品への光硬化性染料の適用は、光硬化性染料のフィルムを適用することを含む、請求項１に記載のプロセス。
【請求項９】
表面は、物品の内部空洞内にある、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１０】
物品は、固体ロケット推進剤から形成される、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１１】
表面を有する物品本体と、
表面上に配置されたドット配列と、
を含み、ドット配列は、光硬化性染料から形成されており、直接ひずみ画像化に適するように構成される、非破壊検査のための物品。
【請求項１２】
ドット配列は、第１の配列および第２の配列を含み、第１の配列は、第１のピッチを有し、第２の配列は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する、請求項１１に記載の物品。
【請求項１３】
物品本体は、内部空洞を画成し、表面は、内部空洞内にある、請求項１１に記載の物品。
【請求項１４】
物品本体は、固体ロケット推進剤から形成される、請求項１１に記載の物品。
【請求項１５】
物品本体は、付加製造される、請求項１１に記載の物品。
【請求項１６】
物品本体は、接続部を含む、請求項１１に記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、非破壊検査プロセスに関する。
【０００２】
（関連出願の参照）
本願は、２０１５年８月２４日に出願された出願番号第６２／２０９，１４８号の米国仮出願に対して優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
機械ひずみ測定はしばしば、例えば材料試験のために行われている。最も基本的水準では、機械ひずみ測定は、試験片を永久的に変形し、次いで、ひずみを測定するために試験片がどれくらい変形されたかを測定する。当然、このような測定技術は、試験片を破壊する。
【０００４】
ひずみは画像化を介しても測定可能である。例えば、平坦な材料試験片上にマーカーを配置する。試験片が静止した状態で、マーカーの最初の画像を得る。次いで試験片に機械的力を掛けて、マーカーの第２の画像を得る。ひずみは、最初の画像と第２の画像の間のマーカーの位置の差によって決定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の実施例による非破壊検査プロセスは、光硬化性染料を物品の表面に適用し、表面上のドット配列の光硬化性染料を選択的に硬化させ、選択的に硬化されなかった光硬化性染料を除去し、物品を機械的に試験し、ドット配列に基づいて機械的試験中に物品に直接ひずみ画像化を実行する、ことを含む。
【０００６】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、ドット配列は、第１の配列および第２の配列を含む。第１の配列は、第１のピッチを有し、第２の配列は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する。
【０００７】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品は、付加製造物品である。
【０００８】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品の表面は、接続部を含む。
【０００９】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、選択的硬化は、レーザーによって行われる。
【００１０】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、ドット配列の各ドットについて、レーザーは表面に垂直に配置される。
【００１１】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、レーザーは、コンピューター命令に従って部品に対して移動するように構成されたロボット装置上に搭載される。
【００１２】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品への光硬化性染料の適用は、光硬化性染料のフィルムを適用することを含む。
【００１３】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、表面は、物品の内部空洞内にある。
【００１４】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品は、固体ロケット推進剤から形成される。
【００１５】
本開示の実施例による非破壊検査のための物品は、表面を有する物品本体と、表面上に配置されたドット配列と、を含む。ドット配列は、光硬化性染料から形成されており、直接ひずみ画像化に適するように構成される。
【００１６】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、ドット配列は、第１の配列および第２の配列を含む。第１の配列は、第１のピッチを有し、第２の配列は、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する。
【００１７】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品本体は、内部空洞を画成し、表面は、内部空洞内にある。
【００１８】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品本体は、固体ロケット推進剤から形成される。  
【００１９】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品本体は、付加製造される。
【００２０】
上記の実施例のいくつかのさらなる実施例において、物品本体は、接続部を含む。
【００２１】
本開示のさまざまな特徴および利益は、以下の詳細な説明から当業者には明らかになるであろう。詳細な説明に付随する図面は、以下のように簡単に説明できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施例の非破壊検査プロセスを示す図。
【図２】異なるピッチを有する実施例の第１のドット配列および第２のドット配列を示す図。
【図３】直接ひずみ画像化のためのドット配列を有する内部表面を備えた物品を示す図。
【図４Ａ】ロボット装置上に搭載された供給源を用いて染料を硬化させる実施例を示す図。
【図４Ｂ】物品の局所表面に対する供給源の配置を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、直接ひずみ画像化を用いる非破壊検査プロセス２０を概略的に示す。基本的なひずみ画像化は、知られているとはいえ、現在は大量の試験、製造物品、および複雑な幾何学形状に適していない。以下に記載するように、プロセス２０は、直接ひずみ画像化のための物品を迅速に調製する能力を提供し、製造物品での使用に適合可能であり、複雑な形状を有する物品で使用可能である。
【００２４】
プロセス２０は、段階（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に関して記載するとはいえ、段階が、組み合わされた方法の実行を示すことができ、または組み合わされまたはさらに下位に分割されることができることも理解されたい。段階（ａ）は、非破壊検査される物品２２（物品本体）から始まる。このような非破壊検査は、限定される訳ではないが、製造物品の品質保証、物品設計評価、有限要素解析妥当性検査、および物品経時変化効果を含む、さまざまな理由で行われ得る。物品２２は、付加製造などによりプロセス２０の一部として製造可能であり、または、プロセス２０への備えができた予め製造された部品として簡単に提供可能である。
【００２５】
段階（ｂ）では、光硬化性染料２４が物品２２の表面または複数の表面２２ａに適用される。適用方法は、限定される訳ではないが、浸漬、噴霧、および塗布を含むことができる。適用技術は、接近が困難な可能性のある位置（例えば、ノッチ、孔、溝、その他）を含む、関心のある表面２２ａの被覆を確実にするように選択可能である。この実施例では、染料２４が、表面２２ａ上にフィルムを形成する。一例として、光硬化性染料２４は、電磁放射、典型的には紫外線放射によって硬化可能な染料である。このような染料は、重合反応（硬化）を開始するように紫外線または他の放射線に露出させることによって活性化される成分を含むことができる。光硬化性染料２４を受ける表面２２ａは、物品２２の外部表面、または内部空洞または通路の表面などの内部表面とすることができる。いくつかの実施例では、光硬化性染料２４は、物品２２の露出表面の全てまたは実質的な全てに適用される。
【００２６】
段階（ｃ）は、表面２２ａ上のドット２８の配列２６の染料２４を選択的に硬化させることを含む。例えば、ドット２８は、限定される訳ではないが、円形のドットまたは細長いドットとすることができる。レーザーなどの電磁放射線供給源３０が、表面２２ａ上の予め選択された位置に光ビーム３０ａを放射するのに使用され、それによって、これらの位置にある染料２４だけが硬化される。供給源３０またはレーザーは、予め選択された位置間の表面２２ａに亘って、手動でまたはロボットによって移動可能である。供給源またはレーザーは、染料２４を硬化させるように予め選択された位置でのみ作動される。染料２４の硬化されない残りは、段階（ｄ）で除去される。未硬化の染料２４は、拭い取り、溶媒中でのすすぎ、蒸発、またはこれらの組み合わせによって除去可能である。光ビーム３０ａを使用する利益は、その後の直接ひずみ画像化の際に、別の方法ではひずみ計算の正確さに影響を及ぼすであろう重心決定の誤差が、この硬化技術の正確さに起因して最小化可能であることである。正確さは、積層隆起、繊維複合材料帯状隆起、その他などの交差特徴部でなく部品の輪郭に従う反射ドットの幾何学形状の形成による、ＣＡＤファイル、構造化された光表面測定、その他に従うロボット照準によって、増強可能である。
【００２７】
ドット２８の配列２６の硬化された染料は、表面２２ａ上に残る。配列２６の構成は、例えば表面２２ａの幾何学形状、予測される荷重経路、または物品２２の予測される弱点に基づいて選択可能である。配列２６は、パターンを有することができる。例えば、パターンは、一定のピッチを有する正方形格子とすることができる。別の実施例では、配列２６は、楕円形の分布を有することができる。
【００２８】
段階（ｅ）に示すように、ドット２８の配列２６を有する物品２２は次いで、矢印３２に示すように機械的に試験される。機械的試験によって、物品２２には、物品２２を永久に変形しない低応力とすることができる応力が掛けられる。機械的試験は、限定する訳ではないが、温度勾配、内部加圧、および／または機械的荷重から応力を誘導する試験を含むことができる。応力は、物品２２内にひずみを誘導する。いくつかの実施例では、ひずみは、２０〜３０マイクロストレインほどの低いものとすることができる。物品２２は、ドット２８の配列２６に基づいて機械的試験中に直接ひずみ画像化に掛けられる。例えば、カメラ３４が、機械的試験の前に物品２２が静止している状態でドット２８の配列２６の画像を得るために使用される。ドット２８の配列２６の１つまたは複数の画像が、機械的試験中に得られることもできる。ドット２８の位置は、画像から正確に決定可能である。例えば、ドット２８の位置は、ドット２８の重心によって決定される。位置は次いで、印加された応力に起因してドット２８がどれくらい、どの方向へ移動したかを測定するために画像間で比較可能である。ドット２８の測定および比較は、画像からドット２８の位置を検出するように構成されたコンピューターまたはコンピュータープログラムによって実行可能である。
【００２９】
染料２４は、ドット２８が検出を可能にする性質を有するように、選択可能である。例えば、ドット２８は、直接ひずみ画像化システムまたはセンサーの検出能力に従って選択される、色、幾何学形状、大きさ、厚み、組成、飽和度、反射率、屈折度、またはこれらの性質の組み合わせを有することができる。
【００３０】
プロセス２０は、高い再現性で複雑な幾何学形状の物品に直接ひずみ画像化を迅速に行う可能性を提供する。例えば、それは、段階（ｃ）での硬化に２〜３秒間が掛かるだけである可能性があり、それによって、ドット２８は、物品２２に迅速に適用可能である。ドット２８の適用はまた、表面粗さに比較的影響を受けず、多くの種類の物品、材料（例えば、合金物品、付加製造物品、複合材料物品、固体推進剤から形成される物品、その他）および製造プロセスに潜在的に適合可能である。プロセス２０は従って、製造物品を非破壊的に検査する製造セッティングにおける品質保証方法として使用可能である。特に、付加製造物品がプロセス２０から利益を得ることができる。さらに、プロセス２０の迅速さおよび正確さに起因して最大１００％の製造物品を試験することが可能であり得る。
【００３１】
プロセス２０はまた、物品の設計評価および有限要素解析妥当性検査に使用可能である。例えば、プロセスは、複雑なひずみ応答および荷重経路を評価するため、および／または有限要素解析によって実行される推定ひずみ応答を確認するために、試作部品に使用可能である。一例として、ドット２８の配列２６は、３６で示される接続部に亘って適用可能である。接続部３６は、接合接続部、ボルト止め接続部、ねじ止め接続部、または同様のものとすることができる。プロセス２０は次いで、機械的試験において印加された応力に応答する接続部３６に亘るひずみ作用を決定するために使用される。
【００３２】
プロセス２０はまた、経時変化効果を検出するための物品健全性監視に使用可能である。例えば、物品２２は、固体ロケットモーター内の固体ロケット推進剤とすることができる。典型的には、固体推進剤は、固体酸化剤、固体燃料、固体酸化剤および固体燃料を一緒に保持する結合剤システム、および任意選択的な性能添加剤および安定剤を含む。固体推進剤は、使用する前に、固体ロケットモーターが長期間保管されている間などに、経時変化する可能性がある。一例として、環境中の酸素（空気）、（空気中の）水分、および窒素（空気）への暴露は、固体推進剤の組成および／または固体推進剤の１つまたは複数の成分の化学的性質を変化させ得る反応につながる可能性がある。これらの変化はまた、固体推進剤内にひずみを誘導する可能性がある。プロセス２０は、ドット２８の配列２６を固体推進剤に適用可能であり、ときどき、直接ひずみ画像化が、経時変化を評価するためにひずみを測定するように実行可能である。
【００３３】
図２を参照すると、別の実施例のドット１２８の配列１２６が示される。この開示では、同様の参照符号は、適切な場合、同様の要素を示し、１００またはその倍数を追加した参照符号が、対応する要素の同じ特徴および利益を組み込むように理解される修正された要素を示す。この実施例では、配列１２６は、第１の配列１２６ａおよび第２の配列１２６ｂを含む。第１の配列１２６ａは、第１のピッチを有し、第２の配列１２６ｂは、第１のピッチとは異なる第２のピッチを有する。例えば、「ピッチ」は、単位長さまたは単位面積当たりのドット１２８の濃度である。他の用語があるとはいえ、１インチ当たりのドット数が、ピッチの一例である。
【００３４】
第１の配列１２６ａおよび第２の配列１２６ｂは、物品２２上で互いに隣接することができ、または互いに離れることができる。配列１２６ａ／１２６ｂは、例えば、物品２２の異なる位置において異なる大きさのひずみを測定するために使用可能である。
【００３５】
上述したように、ドット２８（または１２８）の配列２６（または１２６）は、物品の外部表面または内部表面に使用可能である。図３は、外部表面１２２−１および内部表面１２２−２を有する物品１２２を示す。例えば、内部表面１２２−２は、物品１２２の内部空洞または通路の表面である。この実施例では、ドット２８の配列２６は、内部表面１２２−２に適用されている。画像化では、ドット２８の配列２６の周りの領域が、カメラまたはカメラ要素を許可しない場合、光ファイバー１４０が、使用可能である。追加または代替として、光反射板またはプリズムが、ドット２８の配列２６の画像を得るのに使用可能である。
【００３６】
図４Ａ、図４Ｂは、染料２４を硬化させるプロセスの段階（ｃ）のさらなる実施例を示す。この実施例では、レーザーなどの電磁放射線供給源３０が、ロボット装置２５０に搭載される。ロボット装置２５０は、コンピューター命令に従って物品２２２に対して移動するように構成される。例えば、物品２２２は、染料２４が適用され、既知の位置に固定される。ロボット装置２５０は、物品２２２周りを移動し、物品２２２上の予めプログラムされた位置で染料２４を硬化させるようにプログラムされる。追加として、図４Ｂに示すように、ロボット装置２５０は、ドット２８が硬化される位置で表面２２ａに垂直または実質的に垂直に供給源３０またはレーザーを配置することができる。すなわち、光ビーム３０ａの軸線Ａ１は、ドット２８の位置で表面２２ａの接線Ａ２に垂直または実質的に垂直である。このような配置は、均一な円形のドットの形成を容易にする。１つまたは複数の搭載されたカメラまたは光ファイバーを有する同様のロボット装置が、画像化のために使用可能である。
【００３７】
例示した実施例に特徴の組み合わせを示したが、本開示のさまざまな実施例の利益を実現するためにそれらの全てを組み合わせる必要はない。即ち、本開示の実施例により設計したシステムは、図面のいずれか１つに示した特徴の全て、または、図面に概略示した部分の全てを必ずしも含む必要はない。さらに、１つの例示的な実施例の選択した特徴を、他の例示的な実施例の選択した特徴と組み合わせることができる。
【００３８】
上記の説明は、本質的に限定ではなく例示である。開示した実施例に対する、本開示から必ずしも逸脱しない変更および修正は、当業者には明らかとなり得る。本開示に与えられる法的保護範囲は、以下の請求項を検討することによって決定できるだけである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【国際調査報告】
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