本申请要求2015年9月30日递交的、申请号为no.62/235,263的美国临时申请和2015年12月3日递交的、申请号为no.62/262,622的美国临时申请的权益。
本公开一般地但非排他地涉及用于通过非破坏性评估来当绳索产品在使用中时估计绳索产品的当前物理状况的系统和方法。
背景技术：
合成绳和其他绳索产品在许多产业中用于各种应用。例如，海事业可以使用绳索产品用于停泊操作以使船抛锚在码头，而建筑业可以使用绳索产品用于起重机以搬运和运输重物。在这些各种应用的每个中，对绳索产品应用负载，导致力被施加到绳索产品上。绳索产品如何对这些力反应取决于绳索产品的拉伸性能。
在投入使用之前，绳索产品可以符合表征绳索产品的各种拉伸性能的初始负载-伸长曲线。这样的拉伸性能的示例包括弹性模量、弹性极限、伸长率、比例极限、横截面积减小、拉伸强度、屈服点、屈服强度等。初始负载-伸长曲线可以提供绳索产品将如何对应用的负载反应的基准指示。
然而，当投入使用时，绳索产品遭受改变初始负载-伸长曲线的一个或多个方面的各种加载和使用状况。这些加载和使用状况表示改变施加到绳索产品的应力的水平和/或模式，其随着时间的过去使绳索产品的拉伸性能退化。这样的退化指示绳索产品的物理状况恶化，其致使绳索产品更易失效。
一些因素可以对合成绳的物理状况的恶化有贡献。这样的因素的示例包括磨损、剪切、疲劳、冲击加载、扭转积累、环境暴露等。虽然可以通过触觉或视觉检查而观察一些因素，但是难以确定因素对绳索产品的物理状况的最终影响。需要用于随着时间的过去而非破坏性地估计使用中的绳索产品的系统和方法。
技术实现要素：
在此公开了提供用于通过绳索产品的轴向刚度值的非破坏性评估而估计使用中的绳索产品的当前物理状况的方法、系统和计算机可读存储介质。公开的技术通过当应用负载时监测与绳索产品相关的传感器数据而实时地确定轴向刚度值。在一些实施例中，传感器数据包括通过应用的负载施加到绳索产品上的张力的测量。在一些实施例中，传感器数据包括当应用负载时与绳索产品相关的伸长的测量。在一些实施例中，公开的技术使用与绳索产品的物理状况相关的参考数据以确定轴向刚度值。这样的参考数据的示例包括初始负载-伸长曲线、与绳索产品相关的历史传感器数据、和使用历史传感器数据确定的历史轴向刚度值。将从结合附图和权利要求进行的下面的详细介绍中更加清楚地理解这些和其他特征。
提供此发明内容以以简化的方式介绍概念的选择，其将进一步在具体实施方式中被更加详细地介绍。此发明内容不旨在识别要求的主题的关键特征或必要特征，也不旨在限制要求的主题的范围。
附图说明
图1是示出根据实施例的负载-伸长曲线的图。
图2是根据实施例的将投入使用之前的绳索产品的初始负载-伸长曲线与投入使用之后的绳索产品的后续负载-伸长曲线相比较的图。
图3示出用于实施本发明的方面的纤维绳的示例。
图4描绘用于实施本发明的方面的示例操作环境。
图5是表示其中可以包含在此公开的方法和系统的方面或其部分的通用计算机系统的示例性框图的图解。
具体实施方式
本公开的实施提供用于通过绳索产品的轴向刚度值的非破坏性评估来估计使用中的绳索产品的当前物理状况的系统、方法和计算机可读存储介质。可以部分地通过监测当负载应用至绳索产品时施加到绳索产品的张力确定轴向刚度值。通常，当张力沿轴向应用至绳索产品时，在绳索产品中产生应力，也产生与应力成比例的拉伸应变。
当绳索产品品遭受此拉伸应变时，产生伸长。伸长指的是其中绳索产品的长度增加的绳索产品的行为。在实施例中，绳索产品的横截面积还可以基于与绳索产品相关的泊松比随绳索产品的长度而改变。还可以部分地通过监测当负载应用至绳索产品时绳索产品的伸长来确定轴向刚度值。图1描绘表征绳索产品的各种拉伸性能的负载-伸长曲线100的示例。在图1中，描绘出由应用至绳索产品的负载导致的张力相对于响应于应用的负载的绳索产品的伸长。如图1所示，负载-伸长曲线100包括弹性区域110。
弹性区域110是其中在通过应用的负载施加到绳索产品上的张力和由张力导致的伸长之间存在线性关系的负载-伸长曲线100的区域。只要在受应力时绳索产品保持在弹性区域110，绳索产品趋于弹性地表现。在这样的情况中，随着张力增加，绳索产品通过伸长变形并趋于通过当移除应用的负载时返回至非变形状态而恢复。
弹性区域110的斜率120称为绳索产品的弹性模量或杨氏模量。在实施例中，斜率120表示独立于绳索产品的长度的绳索产品的轴向刚度。在停止点130处，绳索产品不再能够抵抗由应用的负载施加到绳索产品上的张力。相应地，停止点130表示其中绳索产品可能断裂、破裂或其他失效的负载-伸长曲线100的点。
如上所讨论的，绳索产品可以在投入使用之前符合表征绳索产品的各种拉伸性能的初始负载-伸长曲线。在图2中，此初始负载-伸长曲线由曲线200表示。在投入使用之后，绳索产品遭受随着时间的过去使绳索产品的一个或多个拉伸性能退化的各种加载和使用状况。因此，在投入使用一段时间后，绳索产品可能不符合初始负载-伸长曲线200。
反而，绳索产品可以符合表征在投入使用后绳索产品的各种拉伸性能的后续负载-伸长曲线。在图2中，此后续负载-伸长曲线由曲线250表示。由图2所示出的，使使用中的绳索产品的拉伸性能退化的各种加载和使用状况还改变绳索产品的负载-伸长曲线的方面。例如，由于绳索产品的横截面积的降低、绳索产品的弹性模量的降低、横截面积和弹性模量的这些降低的组合等，绳索产品的弹性刚度可以随着时间的过去而下降。横截面积的降低可以来自组成绳索产品的一个或多个纤维的物理损坏、破裂、和/或移除。弹性模量的降低可以由于组成一个或多个纤维的材料的降解，例如断链、再结晶等。并且，即使尽管被损坏，绳索产品确实继续表现出符合初始负载-伸长曲线200，在将来的某个时间点处，其中可能导致不符合的速率加速，从而引起绳索产品突然符合负载-伸长曲线250。因此，可以期望当使用时连续地监视绳索产品以估计其当前物理状况。
可以由各种加载和使用状况改变的一个方面可以包括绳索产品的弹性模量。例如，初始负载-伸长曲线200的初始弹性模量210明显地不同于后续负载-伸长曲线250的后续弹性模量260。因此，在投入使用后，绳索产品在弹性区域的伸长行为改变。
可以由各种加载和使用状况改变的另一方面可以包括绳索产品的停止点。例如，初始负载-伸长曲线200的初始停止点220可以与后续负载-伸长曲线250的后续停止点270不相同。因此，绳索产品可以相比于投入使用前，在投入使用后，在较低拉伸负载下，断裂、破裂或其他失效。因此，当应用负载时监测施加到绳索产品的和/或导致绳索产品的伸长的张力可以提供用于绳索产品的当前物理状况的非破坏性评估。
图3提供具有可以由上述负载-伸长曲线表征的各种拉伸性能的绳索产品的示例。由图3示出的示例绳索产品是纤维绳300。虽然本公开的实施例以纤维绳进行描述，但是本领域技术人员将意识到纤维绳300仅是用于实施本发明的方面的适合的绳索产品的一个示例。纤维绳300由多个纤维或细线构成，多个纤维或细线组合以形成粗纤维(例如，基础粗纤维、中间粗纤维或绳粗纤维)，粗纤维然后被组合以形成绳。绳然后被扭转、编制或编结以形成纤维绳300。
每个粗纤维可以包括自然纤维、合成纤维、或自然和合成纤维的混合。自然纤维包括棉、剑麻、羊毛、竹子、亚麻、大麻等。合成纤维可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)、聚丙烯、聚乙烯、芳香族聚酰酩、高模量聚乙烯(hmpe)、或超高分子量聚乙烯(uhmwpe)、尼龙、聚酯、液晶高分子(lcp)、碳、玻璃、玄武岩、其他有机和无机合成纤维。
不同类型的纤维具有影响每种类型的纤维的不同的材料性能，且每种类型的纤维包括大范围的级别，其可以各自具有非常不同的材料性能。这些不同的材料性能可以反过来影响纤维绳300的一个或多个拉伸性能(例如弹性模量、强度、重量和蠕变特性)。因此，本公开的一些实施例可以利用包括关于组成纤维绳300的纤维的材料性能的已知信息的参考数据来估计纤维绳300的当前物理状况。
在一些实施例中，纤维绳300包括促进估计纤维绳300的当前物理状况的已知特征。在实施例中，已知距离(例如计量长度)可以将纤维绳300的两个或更多个已知特征分隔开。在实施例中，已知特征可以包括挑选部分(pick)310，挑选部分310表示单个点(例如挑选部分310的一端)或者在其处组成纤维绳300的各个绳彼此交叉的点的匹配组(例如挑选部分310的两端)。
在实施例中，纤维绳300的已知特征可以包括标记320和330。标记320和330表示在预定位置处应用至纤维绳300的外部记号。这样的外部记号的示例包括特定纤维、粗纤维或绳编结图案，外部应用的涂层材料添加剂、染色改变等。染色改变可以使用在标准照明条件下是看得见地可分辨的材料、或者使用当由特定波长(例如紫外或红外)的电磁辐射激发时变得可感知的材料来实施。反射性和荧光材料也可以用于实施人类或机器可视的变化。在实施例中，已知特征可以包括通过紫外感测、x光或兆赫兹成像、计算机断层扫描等而外部地可检测的嵌入式元件(未示出)。可以使用可以被外部检测的金属线、金属元件或其他纤维元件实施嵌入式元件。根据本发明，纤维绳300上或中的其他多个可重复点(例如，可以被监测一次，然后可以重复相同的监测)可以被相似地用于监测纤维绳300。
转向图4，示出显示根据本发明的一个实施例的非破坏性评估(nde)装置400的框图。描绘当投入使用后、在拉伸负载(未示出，然而在绳索产品450的任一端)下执行绳索产品450的非破坏性评估的nde装置400。在实施例中，nde装置400保持静止，而绳索产品450相对于nde装置400移动。在实施例中，绳索产品450保持静止，而nde装置400相对于绳索产品450移动。图4中示出的组件仅是在操作期间本发明的实施例可以与其交互的一些组件。相应地，为简化，其中示出的组件以其功能而非其特定结构作为重点被描述。
如图4中所描绘的，nde装置400包括导轮405、张力传感器415、伸长或距离传感器425、直径传感器435、健康监测器445和数据存储455。操作中，nde装置400获取当绳索产品在使用中处理应用的负载时与绳索产品460相关的、如来自传感器415、425和435的传感器数据。传感器数据可以包括应用的负载数据、绳伸长数据和直径数据的任意组合。在实施例中，nde装置400可以用于在健康监测器445的分析和/或数据存储455中的存储之前或之后过滤获取的传感器数据。过滤获取的传感器数据可以减少传感器数据的测量噪声误差和/或增加传感器数据的保真度。
应用的负载数据测量由应用的负载在轴向上施加到绳索产品460上的张力。在实施例中，应用的负载数据可以从直接测量施加到绳索产品460上的张力的传感器(例如张力计)获得。例如，应用的负载数据可以从nde装置400中的张力传感器415直接获得。在实施例中，应用的负载数据可以从间接测量施加到绳索产品460上的张力的传感器获得。例如，应用的负载数据可以从测量应用到与绳索产品460相关的滑轮或曲柄(未描绘)的负载的传感器间接获得。
绳伸长数据可以从绳索产品460的两个或更多个已知特征之间的距离的改变的任意指示中获得。在实施例中，两个或更多个已知特征可以包括挑选部分(例如图3的挑选部分310)、嵌入式可检测元件(例如，导电元件)、外部记号(例如，图3的标记320和330)、任何其他多个记号、或其组合。在实施例中，绳伸长数据从可以使用张紧轮、旋转编码器、图像传感器、或其他类似结构被实施的伸长传感器425获得。
在实施例中，伸长传感器425还可以用于当获取绳伸长数据时测量由绳索产品460在轴向上行进的距离。在实施例中，伸长传感器425还可以用于当获取绳伸长数据时测量nde装置400相对于绳索产品460行进的距离。与绳索产品460或nde装置400行进的距离有关的这样的信息可以用于将特定传感器数据与绳索产品460的特别位置关联。因此，关于这样的行进距离的信息可以促进绳索产品460的当前物理状况的本地化估计。
直径数据指示随着张力施加到绳索产品460上，绳索产品460的横截面积的变化。此横截面积变化可以表示对伸缩产品460的损坏，其引起在绳索产品460的特定截面中存在的纤维的减小数量。这样的损坏的示例包括磨损、组成绳索产品460的纤维之间的内部摩擦、剪切、冲击加载、环境暴露、化学暴露等。在实施例中，直径数据可以提供关于绳索产品460在径向上的物理尺寸的信息，径向与绳索产品的轴向垂直。在实施例中，直径数据从可以使用表面光度仪、点激光计量器、图像传感器或其他类似结构被实施的直径传感器435获得。
健康监测器445通常用于基于可以包括应用的负载数据、绳伸长数据和直径数据的任意组合的传感器数据确定与绳索产品460相关的轴向刚度值。在实施例中，轴向刚度值是当在拉伸负载下绳索产品460抵抗伸长的能力的测量。在实施例中，健康监测器445可以使用表示与绳索产品460的特定截面或点相关的多个测量的传感器数据确定轴向刚度值。在此实施例中，传感器数据的平均然后可以用于确定轴向刚度值以帮助解释不是感兴趣的测量数据的指示的传感器数据中的随机变化(例如，噪声)。
nde装置400还可以获取与绳索产品460的物理状况相关的参考数据。作为示例，参考数据可以包括如表征在投入使用前绳索产品460的一个或多个拉伸性能的绳索产品460的初始负载-伸长曲线的这样的数据。参考数据还可以包括先前当绳索产品460在使用中处理负载时获取的与绳索产品160相关的历史传感器数据。在另一示例中，参考数据可以包括已知信息，例如提供关于组成绳索产品460的一个或多个聚合物的信息的聚合物数据。聚合物数据的示例包括关于交联、结晶度、分子量、聚合物分离、弹性模量等的信息。
在实施例中，nde装置400从为nde装置400提供数据存储能力的数据存储455中获取参考数据。数据存储455还可以随着传感器数据被收集且随着结果被计算出，为nde装置400提供数据存储能力。在实施例中，数据存储455接收来自张力传感器415的应用的负载数据、来自伸长传感器425的绳伸长数据、来自直径传感器435的直径数据。在实施例中，数据存储455存储与传感器数据相关的元数据。例如，元数据可以包括与传感器数据相关的时间戳、将传感器数据关联到绳索产品460的特定位置的位置数据、源识别信息、采样间隔、传感器数据类型等。在实施例中，数据存储455位于远离传感器415、425和435，但仍形成nde装置400的部分。
健康监测器445还用于使用确定的轴向刚度值生成结果，该结果是绳索产品460的健康状态的估计。在实施例中，实时地生成结果。在实施例中，在收集传感器数据后的特定时间(预设的或其他)生成结果。在实施例中，健康监测器455与传感器415、425和435搭配。在实施例中，健康监测器455位于远离传感器415、425和435，但仍形成nde装置400的部分。
估计的健康状态指示绳索产品460的当前物理状况。由健康监测器445对绳索产品460估计的健康状态的示例包括残余强度、当前断点、当前弹性模量、屈服负载等。在实施例中，估计的健康状态可以由nde装置400使用以估计绳索产品460的剩余使用寿命。在实施例中，nde装置400可以使用估计的健康状态以确定绳索产品460将在一个或多个预定义状况下失效的可能性。
在实施例中，健康监测器445可以在估计绳索产品460的健康状态时执行变换分析。变换分析可以包括将传感器数据插值到时间间隔并从插值的传感器数据提取频率特性。例如，当在两个或更多个已知特征中存在充足水平的周期性时，健康监测器445可以使用快速傅里叶变换以提取频率特性。在实施例中，健康监测器445可以使用频率变换或其他类型的变换。通过执行变换分析，健康监测器445可以能够直接识别绳索产品460的潜在失效位置。变换分析还可以促进量化由绳索产品460在使用时经历的物理损伤的严重度。
在实施例中，健康监测器445还可以在估计绳索产品460的健康状态时考虑除了传感器数据之外的参考数据。例如，健康监测器445可以使用参考数据生成预期的刚度值。使用参考数据生成的预期的刚度值可以与使用传感器数据生成的确定的刚度值相比较，且比较可以用于生成健康估计。
作为另一示例，健康监测器445可以使用传感器数据生成当前负载-伸长曲线。当前负载-伸长曲线可以表征当获取传感器数据时绳索产品460的各种拉伸性能。在估计绳索产品460的健康状态中，健康监测器可以将当前负载-伸长曲线与被提供作为参考数据的初始负载-伸长曲线相比较，且比较可以用于生成健康估计。
在将当前负载-伸长曲线与初始负载-伸长曲线相比较中，nde装置400可以监测对应于与绳索产品460相关的一个或多个拉伸性能的变化速率。监控此变化速率可以使得nde装置400能够在变化速率在预定时间段内超过指定的阈值时，确定绳索产品460失效。
图5是其中可以实施本发明的实施例(如健康监测器445和数据存储455)的示例通用计算系统的框图。由图5描绘的计算系统可以包括可以用于实施公开的健康监测器445的硬件模块、软件模块或其组合。在基本配置中，计算系统可以至少包括处理器、系统存储器、存储装置、输入/输出外围设备、通信外围设备和接口总线。输入/输出外围设备可以用于例如与传感器415、425和435通信并控制传感器415、425和435。通信外围设备可以用于例如如果健康监测器445和/或数据存储455远程地布置，将健康分析的结果报告给远程系统，例如计算机服务器、吊车的驾驶室中的计算化设备、船上的计算化设备等。
接口总线用于在电子装置的不同组件之间通信、传送和传输数据、控制和指令。系统存储器和存储装置包括计算机可读存储介质，例如ram、rom、eepromm、硬盘驱动、cd-rom、光存储装置、磁存储装置、闪存、或其他有形存储介质。任何这样的计算机可读存储介质可以用于存储实施本公开的方面的指令或程序代码。附加地，系统存储器包括操作系统和应用程序。处理器用于执行存储的指令并可以包括例如逻辑处理单元、微处理器、数字信号处理器等。
系统存储器和存储装置还可以包括计算机可读信号介质。计算机可读信号介质可以包括其中实施有计算机可读程序代码的传播数据信号。这样的传播数据信号可以是各种形式中的任一种，包括但不限于，电磁、光或其任意组合。计算机可读信号介质可以是非计算机可读存储介质、并可以通信、传播或传输用于与计算系统连接的程序的任何计算机可读介质。
此外，输入和输出外围设备包括如键盘、屏幕、麦克风、扬声器、其他输入/输出装置的用户界面，和如数模和模数转换器、图形处理单元、串行端口、并行端口、和通用串行总线的计算组件。输入/输出外围设备还可以包括各种传感器，例如张力计、点激光计量器、张紧轮、旋转编码器、地形成像装置、表面光度仪传感器、成像传感器以及其他类型传感器。输入/输出外围设备可以通过耦接至接口总线的任意端口连接至处理器。
用户界面可以用于允许计算系统的用户与计算系统交互。例如，计算系统可以包括当被执行时引起计算系统生成用户界面并执行用户可以使用以为计算系统提供输入并从计算系统接收输出的其他方法和操作的指令。
最后，计算系统的通信外围设备用于促进计算系统和其他计算系统之间(例如，计算装置和服务器之间)在通信网络上的通信。通信外围设备包括例如网络界面控制器、调制解调器、各种调制器/解调器和编码器/解码器、无线和有线接口卡、天线等。
通信网络包括适用于提供计算装置和服务器之间的通信的任何类型的网络并可以包括可以使用不同技术的离散网络的组合。例如，通信网络包括蜂窝网络、wifi/宽带网络、局域网(lan)、宽域网(wan)、电话网路、光纤网络或其组合。在示例实施例中，通信网络包括因特网和适用与因特网通信的任意网络。通信网络还可以被配置为用于在计算装置和其他计算系统之间传送数据的工具。
上述技术可以在由一个或多个计算机或计算机处理器执行的代码模块中实施、并全部或部分地被自动化。代码模块可以存储在任意类型的非临时性计算机可读介质或计算机存储装置上，例如硬盘驱动、固态存储器、光盘和/或其他。处理和算法可以部分或完全地在专用电路中实施。公开的处理和处理步骤的结果可以持久地或其他地存储在任意类型的非临时性计算机存储中，例如易失性或非易失性存储。如在此使用的易失性和非易失性存储不包括传播或临时性信号本身。
在此使用的条件语言，例如，其中“可以”、“能够”、“可能”“能”、“例如”等，除非在另有特定地陈述或在使用的上下文中被另外地理解，通常旨在表达特定实施例包括(而其他实施例不包括)特定特征、元件和/或步骤。因此，这样的条件语言通常不旨在暗示特征、元件和/或步骤以任意方式对一个或多个实施例是必要的，或者一个或多个实施例必须包括用于决定这些特征、元件和/或步骤是否被包括在任意特定实施例中或是否在任意特定实施例中待被执行的逻辑(在有或没有作者输入或提醒的情况下)。术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的，并被包含性地(以开源的方式)使用，且不排除附加元件、特征、行为、操作等等。此外，术语“或者”以其包括性的含义(不以其排他性的含义)使用，以便当例如用于连接元件的列表时，术语“或”意味着列表中的元件的一个、一些或全部。
虽然已经描述了特定示例实施例，这些实施例仅以示例的方式呈现，并不旨在限制在此的本公开的范围。因此，以上描述中没有旨在暗示任何特定特征、特性、步骤、模块或块是必要的或不可或缺的。确实，在此描述的新颖的方法和系统可以以各种其他方式实施；此外，可以在不脱离在此的本公开的精神的情况下，以在此描述的方法和系统的方式做出各种忽略、替换和变化。所附权利要求及其等同旨在覆盖如将落入在此的本公开的特定的范围和精神内的这样的形式或修改。