CN102850952A - 增强反向散射x射线探测能力的厚掺杂胶带 - Google Patents

Abstract

本发明名称为增强反向散射X射线探测能力的厚掺杂胶带。在制造飞行器期间使用掺杂胶带，其包括定位记号，覆盖孔防止碎片，允许位置被标记。在制造过程期间无意地留在组合件中的任何掺杂胶带可利用反向散射X射线检查技术被探测。在一个实施方式中，通过使带更厚以产生增加的质量密度，和在另一个实施方式中，通过加入包括容易被反向散射X射线技术探测的元素的掺杂剂，促进探测。该元素可为碘，并且在制造期间可被并入带的衬底层或粘合剂层。可结合使用更厚的带和掺杂剂，以促进探测。如果掺杂胶带在装配部件后利用反向散射X射线检查设备被探测到，则清除掺杂胶带。

Description

增强反向散射X射线探测能力的厚掺杂胶带

背景技术

制造飞行器是大型的手工过程，涉及将部件装配入飞机机架。部件由装配作业线上的技术人员手工安装、连接并装配。尽管在一些情况，使用夹紧装置和其他装置，以促进装配过程，但很多步骤要求手工测量、定位并连接部件。已经在制造过程中发现有用的一种供给材料为通常可得的胶带，经常被称为“画家带(painter’s tape)”。该类型的带具有施加于一面的粘合剂，其允许该带容易和干净地被清除。具体地，粘合剂允许带被清除，而不在部件上留下粘合剂残留，并且对其粘附的表面材料的牵拉最小。这种带在家庭装修(home improvement)商店或绘画供应商店容易得到。

该带用于制造过程期间的各种应用，包括在装配期间将零件放置在一起。在装配期间使用该带的应用很多，并且因此在飞行器装配期间使用很多片带。在装配后，带应被清除和丢弃。然而，有可能保留一些片的带，并且所述带在飞行器被装配后留下成为“外物”。由于各种原因，这是不期望的。

因此，能够探测和清除在装配过程期间使用的任何胶带的所有残余很重要。正是就这些和其他的考虑，呈现本文公开内容。

发明内容

应当理解，提供本发明内容，以介绍以下在具体实施方式中进一步描述的简化形式概念的选择。本发明内容并非意欲用于限制所请求保护的主题的范围。

在本公开的一个实施方式中，掺杂胶带包括衬底层和粘合剂层，其中掺杂剂被加入衬底层或粘合剂层。掺杂剂是促进利用反向散射X射线检查方法探测掺杂胶带的元素。

在本公开的另一个实施方式中，制造掺杂胶带的方法包括以下操作：生产用于制造胶带的纸浆，利用纸浆形成连续的纸张，和施加粘合剂浆料至连续的纸张。在制造过程期间添加掺杂剂，其促进通过反向散射X射线检查方法探测胶带。具有粘合剂和掺杂剂的连续的纸张随后形成胶带卷。

在本公开的另一个实施方式中，使用掺杂胶带的方法包括以下操作：施加掺杂胶带至被装配的第一部件，其中掺杂胶带包括促进通过反向散射X射线检查方法探测掺杂胶带的掺杂剂。装配第一部件和第二部件，并且对组合件进行反向散射X射线检查方法。

其他实施方式可包括：

A、掺杂胶带，其包括：

具有第一面和第二面的衬底层；

施加至衬底层第一面的粘合剂层；和

加入衬底层或粘合剂层的掺杂剂，该掺杂剂包括促进利用反向散射X射线检查方法探测掺杂胶带的元素。

B、段落A的掺杂胶带，其中衬底层包括含有基于碘的掺杂剂的纸层。

C、段落A的掺杂胶带，其中粘合剂层包括基于碘的掺杂剂。

D、段落A的掺杂胶带，其中衬底层为厚度大于20密耳的纸层。

E、段落B的掺杂胶带，其中碘包括碘化钾。

F、段落C的掺杂胶带，其中碘包括碘化钾。

G、段落A的掺杂胶带，其中在施加粘合剂之前，通过将包括碘的液体喷射在衬底层上，将掺杂剂加入衬底层。

已经讨论的特征、功能和优点可独立地在本公开的多个实施方式中实现，或可在仍其他实施方式中组合，可参考以下描述和附图了解其进一步的细节。

附图说明

图1图解根据本文描述的多种实施方式，结合装配多个零件使用的厚掺杂胶带的多种应用。

图2图解根据本文描述的多种实施方式，用于探测在装配部件后残留的厚掺杂胶带的一个系统。

图3A和3B图解根据本文描述的多种实施方式，用于装配过程的厚掺杂胶带的多种实施方式。

图4图解根据本文描述的多种实施方式，用于制造厚掺杂胶带的制造工艺流程的一种实施方式。

图5图解根据本文描述的多种实施方式，在装配部件后用于探测厚掺杂胶带残余物的一种工艺流程。

具体实施方式

以下的详述涉及与飞行器制造过程中厚掺杂胶带的使用有关的系统和方法。尽管多种实施方式是在装配飞行器的背景下进行描述，但应当意识到本发明的应用不限于制造飞行器本身，而是可被应用于其他需要利用反向散射X射线检查方法探测未被清除胶带的应用。这包括电子系统、推进系统、火箭、航天器部件等的装配。在以下的详述中，通过本发明的图解和多种实施方式，参考附图。在附图中，相同的数字代表相同的元件。

飞行器制造，不管其用于商业或军用飞机，在很大程度上是涉及装配、安装和连接多种部件或组合件的手工过程。在该过程期间，涉及多种不同类型的过程。例如，当紧固件被连接时，部件必须暂时被保持在适当位置，在装配前部件必须首先相对于其他部件放置，或进行相对于某些点的测量并标记。

对于使用通常可用的胶带已经发现的多种用途在装配过程期间是有益的。该胶带可以是在家庭装修商店中发现并经常被宣传用于绘画应用中的所谓“画家带”中的一种。该带以允许带被容易地施加于表面并随后被清除的粘合剂为特征。不像其他设计为永久性的或具有高表面结合能力的带，该粘合剂允许带随后容易和干净地被清除，而不留下粘合剂残余物，不牵拉出下面表面的部分，并且不撕成小片。这种画家带的通常已知商标为蓝色ScotchBlue^TM Multi-Surface 2090画家带。该带以多种宽度可得，范围从至少3/4”至3”。其他具有相似特性和特征的商标是可得的。多种商标或类型的带也声称具有相似的针对相对更长/更短的清除时间设计的粘合剂。

利用常规胶带容易使两个零件在适当位置放置和粘贴，以便装配。然而，该胶带可能不被清除并残留在被装配的零件内。可通过掺杂带以利用反向散射X射线成像技术增加可见性，增强常规胶带的探测。

利用掺杂胶带的一个实施方式显示在图1中，其图解多种应用，目的是图解掺杂胶带的潜在用途。这些应用本质上是说明性的，并且应当认识到多种其他应用是十分可能的。

在图1中，图解了三个面板。面板102在接缝101处紧靠第二面板105，并且第三面板104被放置在这两个面板上。该第三面板104通过三片掺杂胶带108a-108c(这以及样件108e和108f，共同被称为108)被保持在适当位置。作为保护性覆盖，放置第三面板104可能是必要的，使用掺杂胶带108以保持第三面板104在适当位置，同时连接紧固件以便粘贴第三面板104至其他面板102、105。在该实施中显而易见的是掺杂胶带108用于定位和保持面板104，并且有可能通过清除掺杂胶带容易地重新定位面板，并且重新施加带。为了一些原因，如果必要，掺杂胶带108可被新的带代替。在完成该过程后，掺杂胶带108可被清除和丢弃。

图1也显示掺杂胶带的另一个应用。掺杂胶带108d被施加至面板102并被标记记号(“+”)107。这可由装配工人利用钢笔、毛毡笔或铅笔进行标记。该记号可表示用于钻孔、连接紧固件或为了某些其他目的的位置。因此，如果钻孔，则该位置可被手工标记，而不标记在面板本身上。

图1中的掺杂胶带108f显示掺杂胶带的又一个应用，也就是提供距离116的标记。这可用于指示其他部件的定位，用于钻孔等。最终，掺杂胶带108e可用作保护工具。在这种情况下，图解了具有开放末端的管110。在制造过程期间，灰尘、污垢、刨花和其他碎片可能存在于工作区内。用掺杂胶带覆盖孔末端是防止这种碎片进入孔的容易方法。

因此，例如如果管道为液压管，则用掺杂胶带覆盖液压管开口可以防止碎片进入液压系统。其他孔或开口可因为相似的原因被覆盖。

再一次，在完成装配过程后，掺杂胶带应被清除。装配后清除掺杂胶带是关键的。在很多情况，掺杂带可被容易地视觉探测并随后被清除。然而，当小型部件被装配成更大的组件时，先前容易可见的掺杂胶带的片可变得隐藏，不能视觉检查。人的错误或疏忽可导致带的片在装配后留下，其随后被隐藏。因为掺杂胶带不是意欲完成的组件的零件，掺杂胶带被认为是外物。清除飞行器组件内的所有外物是关键的，因为外物可妨碍多种系统的操作并带来安全风险。在外物可被清除前，它们必须被识别，这被称为外物探测(“FOD”)方法。

一种外物探测的方法包括利用反向散射X射线探测。该方法在本领域中是众所周知的，并包括用X射线轰击表面，引起X射线以多个角度散射。分析散射的X射线束，以允许在完成组合件中3维物体的非破坏性检查。为了提及目的，这被称为“反向散射X射线检查”方法。在探测外物后，该外物可被清除。

在图2中图解一种这种检查系统。图2的反向散射X射线检查系统200图解了具有对于人检查而言不容易看见的空隙的组合件202。组合件202包括保留在其内的一片胶带204。通过产生由X射线发生器206产生的X射线束，对该组合件进行反向散射X射线检查处理。反向散射X射线检查设备包括一个或多个准直仪接收器207。准直仪接收器207从表面接收散射的X射线。不像很多医学成像系统，X射线由被探测的物体反射，与经过物体传播相反。X射线发生器206的控制和其接收的数据由控制器208处理，这在计算机显示器210上产生了显示图像。该显示图像通常为黑白图像，并且在该实施方式中将显示组合件212的面板和带214的X射线图像。该显示由技术人员可视地分析，以确定是否存在外物，也就是掺杂胶带。一旦被探测，掺杂胶带可被清除。反向散射X射线处理允许检查以其他方式不能容易地可视检查和以其他方式可能具有未探测的外物的部件。

反向散射X射线检查系统200可以是商业可得的单元，诸如由田纳西州Oak Ridge的NUCSAFE^TM制造的那些。该单元可为静止的或可被连接至机器人臂、构台(gantry)或其他可移动的机构。这种反向散射X射线设备可潜在地探测胶带，但通过这种单元探测常规画家带是困难的，因为该带本身可由仅大约5.4密耳厚(1密耳=1/1000”)的绉纸制成。因此，具有低原子数6的相对低质量密度的带(质量密度=密度×厚度)——因为其小厚度，加上高碳含量，和相对低的密度，可使探测困难。

根据本文描述的多种实施方式，通过反向散射X射线设备探测胶带可通过改变带的质量密度得到促进，这可以至少两种方式完成。在第一种方法中，使用掺杂剂，其具有相对较高密度的材料，通常是具有较高原子数的化学元素，与用于常规胶带的材料相比，其为反向散射X射线检查方法提供了更高的可见性。第二种方法是除加入掺杂剂之外还使带更厚。

当使用反向散射X射线检查方法时，通过使用掺杂剂改变质量密度和随后的康普顿散射特性，增加了胶带相对于周围材料和结构的可见性。该掺杂剂可包括相对于碳的更高原子数的元素，并且这促进通过X射线反向散射方法探测，因为较重的元素将有差异地散射X射线。

选择所加入的元素应优选为成本相对便宜和使用安全的。因此，尽管金具有重的原子数，但其使用将很可能异常昂贵。另一方面，铅具有非常高的原子数，但当被操作时，其使用将产生安全风险。一种相对便宜、安全和容易并入胶带的化合物为碘。碘具有原子数53，并且通常在医学成像中用于X射线对比成像目的。(应当注意医学X射线技术通常是基于X射线传播经过标的物，不同于本文公开的反向散射技术。尽管如此，碘作为X射线成像中的对比剂是有效的。)

将基于碘的掺杂剂并入胶带可以至少两种方式进行。这些在图3A和图3B中进行图解。在图3A中，显示了掺杂胶带300a的截面的侧视图。带300a包括衬底层，该衬底层包括纸层301a和粘合剂层303a。

在本文粘合剂层也被称为“浆料”，并且施加粘合剂层的过程也可被称为“上浆”。在图3A(和3B)中，不必按比例绘制粘合剂层和纸层的厚度。粘合剂层可为丙烯酸或某些其他类型。进一步，衬底层可由布、塑料或其他类型的合成材料制成。如图3A所示，该实施方式未改变粘合剂的特性，如可用于常规画家带的。纸层301a可为绉纸或基于用于制作画家带的其他类型的纸。然而，改变纸层301a以并入碘302a，其图解为纸层内的点。掺杂胶带的该实施方式在制作时将碘加入纸。这使碘被均匀散布进入纸。随后，粘合剂层303a可以常规方式加入。

在图3B中示出将碘并入胶带的另一个实施方式。在图3B中，该实施方式中的带300b也包括纸层301b和粘合剂层303b。在该实施方式中，纸不具有任何并入其中的碘。更确切地，碘302b被并入粘合剂层303b。碘302b可在施加至纸之前被混入粘合剂，并且加入碘的粘合剂可随后以常规方式被施加(上浆)至纸层301b。

其他实施方式是可能的，以便实现将碘并入胶带。例如，可用碘或包括碘化钾(或其他形式)的基于碘的溶液喷射纸层301b，至带上，并且随后粘合剂被施加到碘层上。这产生纸、碘(或基于碘的化合物)和粘合剂的分层结构。具体地，碘位于纸和粘合剂之间。在另一个实施方式中，在粘合剂层已经被施加至纸层后，碘可被施加入粘合剂层。

这产生纸、粘合剂和随后的碘的分层结构。其他变型是可能的并可被本领域技术人员开发。

在图4中示出制造碘掺杂胶带的过程。过程400显示为一系列操作，其始于操作在402中形成纸浆。在一个实施方式中，碘、碘化钾或其他基于碘的添加剂在操作404中被加入浆。这导致碘并入纸本身。

溶液的混合则促进碘均匀分布进入纸浆。该浆随后在操作406中通过纸处理机器被处理，这形成了绉纸(或其他类型的纸)，用作胶带中的纸层。在一个实施方式中，在被加热的旋转鼓上传送该浆，使浆纸半固化，并且当其旋转时，利用大刀片将半固体纸从鼓上刮去，并进行干燥以产生连续的纸张408。可在旋转速度、浆混合物和热上部分控制厚度。可涉及其他因素。在干燥后，结果是连续的纸张408，其随后在操作410中被上浆。操作410包括施加浆料(例如，液体粘合剂)至带上，其可通过喷射、沉积或以其他方式施加粘合剂至纸的一个面上进行。

在操作412中加入粘合剂可使碘并入浆料。如果这样，这在纸上产生掺杂粘合剂层。从此处开始，操作414将带切成所需宽度，卷起并将其包装。结果是掺杂胶带416。

如图4所示，在操作404和操作412中加入碘是任选的。碘可被加入：1)纸浆(以便在纸层中产生碘)，2)浆料(以便在粘合剂层中产生碘)或3)两者的结合。加入的碘的量变化，并且可取决于纸层的厚度和碘是否被同时加入纸和浆料。如果纸层被制成更厚(例如，相对于目前的画家带)，并且碘被同时加入纸和粘合剂，则这将产生被反向散射X射线探测技术最容易探测的带。可探测性稍差的带可通过用仅加入纸或粘合剂之一的碘制作更厚的纸层产生。取决于纸厚度和加入的碘的量，该布置对于探测掺杂胶带是可接受的。

先前看作用于增加质量密度的其他方法是使掺杂胶带更厚。在一个实施方式中，用于胶带的纸被制成大约100密耳厚(0.1”)(例如，在80–120密耳内)。在其他实施方式中，带可被制成更薄，例如，至少20或50密耳，或基于所施加的掺杂的相对水平甚至更薄。带可被制成更厚，但关于使带更厚有实际的考虑因素，包括增加的制造和处理的成本。

假设用于常规胶带的纸具有250kg/m³或0.009 lbs./in³的密度，则1平方英寸的该纸将具有由以下等式(1a–1c)提供的质量密度：

质量密度=密度×厚度          (1a)

质量密度=0.009lbs./in³×0.005in  (1b)

质量密度=0.000045lbs./in²     (1c)

然而，如果该厚度增加至100密耳，则等式2a-2b提供以下的质量密度：

质量密度=0.009lbs./in³×0.1 in (2a)

质量密度=0.0009lbs./in²   (2b)

更厚的带增加了质量密度20倍(其通过用等式2b除以等式1c推导出)。因为探测带的能力相对于其质量密度线性变化，利用反向散射X射线检查方法，该更厚的带将20倍更加可探测。该实施例显示了通过加厚带改善探测能力，但由于先前列举的考虑因素，具有非常厚的带是不实际的。

加入纸浆或粘合剂的所需掺杂剂诸如碘的量，可利用以下计算估计。假设纸中的主要化学元素为具有原子数6的碳，碘的原子数为53。

利用结合的原子数59和加权因子，碳贡献了全部探测能力的6/59或大约10%，而碘贡献了全部探测能力的53/59或大约90%。因此，在一个实施方式中，纸浆与碘的部分比率为9比1。也就是9份纸浆比1份碘。

类似地，假设粘合剂中的主要化学元素为具有原子数1的氢。粘合剂贡献了全部探测能力的1/54或大约2%，而碘贡献了全部探测能力的53/54或大约98%。因此，粘合剂与碘的部分比率为9.8比0.2。因此，在一个实施方式中，该部分比率为9.8份粘合剂比0.2份碘，这相当于49份粘合剂比1份碘。

以上实施例提供在一个实施方式中纸浆和粘合剂中所需掺杂剂诸如碘的量的指导。相信更多的掺杂剂将进一步增强探测能力。取决于其他因素，其他实施方式可使用其他比率。

其他变型是可能的。在另一个实施方式中，纸层可保持与常规纸带相同的厚度，并且更大浓度的碘可被加入纸、粘合剂或两者。取决于应用，该布置可足以增强X射线探测技术对带的探测能力。进一步，掺杂胶带的探测能力与被检查的材料有关。例如，掺杂带可用于装配塑料或金属零件。掺杂量、其如何被施加、和利用反向散射X射线方法促进探测所需的纸厚度可基于被检查的是塑料还是金属零件而变化。因此，在某些实施方式中，仅施加掺杂剂至用于常规画家带(大约5.4密耳)的纸或粘合剂可能是足够的。本文提及“掺杂胶带”应当不被解释为将所得带限于具体制造过程，或限于上述的实施方式之一。

本文公开的掺杂剂为碘，并且其可以是溶解在水或其他合适载体中的合适浓度的碘化钾的形式。可使用其他基于碘的化合物。进一步，其他化合物可代替碘或与碘一起加入，以形成提供利用反向散射X射线反向散射检查方法相对不透明效果的掺杂剂。例如，溴和氯具有与碘相似的原子数，但这些元素可能是以多种形式有害的或昂贵的。期望但不是必须地，任何作为掺杂剂使用的化合物是安全和便宜的。因此，对于探测可能有效的某些元素可能不是优选的，因为它们是高反应性的或昂贵的。

一旦掺杂胶带被生产，在图5的工艺流程中详述其使用。图5公开在工业装配过程中使用掺杂胶带的过程500，其不必必须限于装配飞行器。在操作502中，适当时掺杂胶带被施加至部件。这可包括但不限于任何前述的应用。在操作504中，随后进行与任务有关的任何必要的装配。这可以是相对另一个部件放置部件、在带上标记位置或距离、覆盖孔等。通常，在装配操作后的某点，带应该被清除，但这可能不总发生。

然而，如所述的，掺杂胶带可能被不经意地留在被施加的部件上。在操作506中，利用反向散射X射线检查技术进行外物碎片的检查。在操作508，如上所述，带的探测通过带的掺杂性质得到促进。如果带被探测到，则发生操作510，并且带被清除。如果没有带被探测到，则在操作512完成该过程。

以上公开内容已经阐明了基于利用纸基掺杂胶带的概念。然而，以上概念和原理不限于仅利用纸基带，而可被应用至背衬材料是由其他非纸材料制成的带。因此，背衬材料是由布、塑料、泡沫或其他类型的材料制成的胶带可得益于上述概念。具体地，布或塑料背衬可通过以下两者中的任一种进行制备：将掺杂剂并入背衬本身或具有施加至其上的掺杂粘合剂。

本文描述的主题仅通过阐明的方式提供且不应被解释为限制性的。可对本文描述的主题进行多种修改和改变，而不严格遵照图解和描述的实例实施方式和应用，并且不背离所附权利要求中陈述的本公开真实的精神和范围。

Claims (13)

1.制造掺杂胶带的方法，其包括：

生产用于制造胶带的纸浆；

利用所述纸浆形成连续的纸张；

施加粘合剂浆料至所述连续的纸张；

施加掺杂剂，其促进通过反向散射X射线检查探测所述掺杂胶带，其中施加的所述掺杂剂被加入所述纸浆或所述粘合剂浆料；和形成其上施加有所述粘合剂的胶带卷。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述连续的纸张的厚度大于20密耳。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述掺杂剂包括碘，并且在

形成连续的纸张之前加入所述纸浆。

4.根据权利要求2所述的方法，其中所述掺杂剂包括碘，并且在施加所述粘合剂浆料至所述连续的纸张之前被加入所述粘合剂浆料。

5.根据权利要求2所述的方法，其中所述连续的纸张为绉纸。

6.根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中所述掺杂剂包括碘化钾。

7.通过权利要求1至6中任一项所述的方法制成的胶带。

8.使用掺杂胶带的方法，其包括：

施加所述掺杂胶带至被装配的第一部件，其中所述掺杂胶带包括促进反向散射X射线检查方法探测的掺杂剂；

装配所述第一部件和第二部件；和

对所述被装配的第一部件和所述第二部件进行所述反向散射X射线检查方法。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括：

确定所述掺杂胶带是否存在于所述第一部件上；和

如果所述掺杂胶带存在于所述第一部件上，从所述第一部件清除所述掺杂胶带。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在所述第一部件和所述第二部件已经被装配后，所述掺杂胶带不是容易看到的。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述带的厚度大于20密耳。

12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述掺杂剂包括碘。

13.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中确定所述掺杂胶带是否存在于所述第一部件上包括利用反向散射X射线检查设备可视分析所述第一部件的X射线图像。

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