复合材料检查制造技术

本申请涉及复合材料检查，其中提供一种检测复合结构中的局部材料变化的方法。将脉冲激光束指向包括数个复合材料的复合结构。当脉冲激光束被复合结构吸收时，宽带超声信号在复合结构中形成。宽带超声信号经检测形成数据。数据经处理识别所述复合结构的局部频率值。局部频率值用于确定局部材料变化是否存在于数个复合材料中。

Composite inspection

The present application relates to composite material inspection, in which a method of detecting local material changes in composite structures is provided. A pulsed laser beam is directed to a composite structure comprising several composite materials. When the pulsed laser beam is absorbed by the composite structure, the broadband ultrasonic signal is formed in the composite structure. Wideband ultrasonic signals are detected to form data. The data is processed to identify the local frequency values of the composite structure. Local frequency values are used to determine whether local material changes exist in a number of composites.

【技术实现步骤摘要】
复合材料检查
本公开总体涉及非破坏性检查并且更具体地涉及在分层结构上执行非破坏性检查。更具体地，本公开涉及一种用于检测复合结构中的材料变化的方法和设备。
技术介绍
在制造飞行器、车辆和其他结构中，通常执行用于形成这些结构的部件的检查，以确定所述部件是否具有用于所述部件的期望性能的期望参数。此外，当所述飞行器、车辆和其他结构在使用时，检查所述结构和部件作为正常维护的一部分。非破坏性测试通常在这些部件上执行。非破坏性测试用于评估部件的属性，而不改变在使用中使用所述部件的能力。超声测试是一种非破坏性测试。超声测试通常用于对包含或包括复合材料的飞行器部件执行检查。超声测试包括发射声波通过诸如飞行器部件或结构等测试对象。超声测试通常使用发射器执行。所述发射器经配置发送声波至测试对象中并检测对所述声波的响应。对这些声波的响应经分析确定不一致性是否存在于所述测试对象中。飞行器、汽车、医疗装置和甚至衣服用越来越大百分比的复合材料设计和制造。例如，复合材料在飞行器中使用，以减少所述飞行器的重量。这种减少的重量改进诸如有效负载能力和燃料效率等性能特征。此外，复合材料为飞行器中的各种组件提供更长使用寿命。复合材料也可以减少诸如假肢、自行车、汽车、防弹衣或其他可取的产品等其他项的重量。复合材料可以是通过组合两个或更多个功能组件产生的坚韧的轻重量材料。例如，复合材料可以包括在聚合物树脂基体中结合的增强纤维。复合材料中使用的树脂可以包括热塑树脂或热固性树脂。所述纤维可以是单向的或者可以采取编织布或织物的形式。在制造复合结构中，复合材料层通常放置在工具上。所述层可以包括片状纤维。这些片可以采取织物、带、纤维束或其他合适形式的形式。在一些情况下，树脂可以被灌入或预浸渍到所述片中。这些类型的片通常称为预浸料坯。不同层的预浸料坯可以以不同的取向放置，并且根据所制造的复合结构的性能要求，可以使用不同数量的层。不一致性可以在制造期间或在所述复合结构的使用期间被引入至复合结构。由于组成复合材料的所述层的规定间距，对于某些位置的不一致或某种不一致，所述复合材料的检查可以比期望的更加困难。此外，通过使用常规非破坏性技术，一些不一致性不可以是常规地可检测的。因此，期望具有一种方法和装置，其可以解决上述问题以及其他可能问题中的至少一些。
技术实现思路
在一个说明性实施例中，呈现了一种检测复合结构中的局部材料变化的方法。将脉冲激光束指向包括数个复合材料的所述复合结构。当脉冲激光束的辐射被所述复合结构吸收时，宽带超声信号在所述复合结构中形成。所述宽带超声信号经检测形成数据。所述数据经处理以识别所述复合结构的局部频率值。所述局部频率值用于确定局部材料变化是否存在于所述数个复合材料中。在另一说明性实施例中，呈现了一种方法。将脉冲激光束指向包括多个层的复合结构。当所述脉冲激光束的辐射被复合结构吸收时，数个宽带超声信号在所述复合结构中形成。宽带超声信号经检测形成数据。所述数据包括用于复合结构的至少一部分的多个超声A-扫描。在时间域中的移动窗口被施加到多个超声A-扫描中的每个，以形成窗口化信号。在针对多个A-扫描中的每个的窗口化信号内确定频率测量。将全部多个超声A-扫描的频率测量平均，以形成所述复合结构的频率值。所述频率值被用于确定所述复合结构是否具有被修改过的结构周期。在又一说明性实施例中，呈现了一种方法。使用激光超声检查系统获得复合结构的A-扫描。针对A-扫描中的每个的数个频率测量被确定。将针对所述A-扫描的每个进行的数个频率测量平均，以形成所述复合结构的频率值。所述频率值与复合结构标准的频率值比较，以确定所述复合结构是否已经暴露出不可取的应力量。所述特征和功能可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在另外的其他实施例中被组合，其中通过参照下列描述和附图可以获知进一步细节。附图说明被认为是说明性实施例的特性的新颖特征在随附权利要求中被详细阐述。然而，当与附图结合阅读时，所述说明性实施例以及优选的使用模式、其进一步目的和特征将通过参照本公开的说明性实施例的以下具体实施方式而被充分理解，其中：图1是在其中可以实施说明性实施例的飞行器的图示；图2是根据说明性实施例的检查环境的方框图的图示；图3是根据说明性实施例的检测器数据的处理的方框图的图示；图4是根据说明性实施例的两个超声A-扫描在时间域中的覆盖的图示；图5是根据说明性实施例的两个超声A-扫描在频率域中的的覆盖的图示；图6是根据说明性实施例的两个B-扫描的图示；图7是根据说明性实施例的两个平均频率图像的图示；图8是根据说明性实施例的多个样本的频率值随温度变化的曲线图的图示；图9是根据说明性实施例的用于检测复合结构中的材料变化的过程的流程图的图示；图10是根据说明性实施例的用于确定复合结构是否具有被修改过的结构周期的过程的流程图的图示；图11是根据说明性实施例的用于确定复合结构是否已经暴露出不可取的应力量的过程的流程图的图示；图12是根据说明性实施例的以方框图的形式的数据处理系统的图示；图13是根据说明性实施例的以方框图的形式的飞行器制造和维护方法的图示；以及图14是在其中可以实施说明性实施例的以方框图的形式的飞行器的图示。具体实施方式当脉冲激光束被复合结构吸收时的结构(操作902)。在一些示例中，在将脉冲激光光束指向所述复合结构之前，材料变化由所述复合结构上的热应力或物理应力中的至少一个引起。然后过程900检测宽带超声信号以形成数据(操作904)。在一些说明性示例中，使用超声的点状光学检测器检测宽带超声信号。在一些示例中，超声的点状光学检测器是宽频带。过程900还通过处理所述数据以识别复合结构的局部频率值(操作906)。在一些说明性示例中，所述频率值是针对材料变化将被确定的某一体积的材料确定的平均频率或最大频率的局部值的平均值。在一些说明性示例中，识别局部频率值包括根据下列等式：使用超声A-扫描的窗口化信号的复解析表示的自相关函数来确定超声A-扫描的窗口化信号的平均频率，其中R(0)是在时间零处的复自相关函数的大小，并且是在时间零处的所述复自相关函数的相位。在函数上面的圆点表示那个函数的时间导数。过程900进一步使用局部频率值确定材料变化是否存在于数个复合材料中(操作908)。然后，所述过程终止。确定材料变化是否存在于数个复合材料中可以包括比较频率值与复合结构标准的频率值。如果局部频率值不同于复合结构标准的频率值，则确定材料变化存在。复合结构标准的频率值可以表示复合结构的可接受质量。在一些说明性示例中，如果确定材料变化存在，则可以评估材料变化。例如，在评估期间，可以确定材料变化的量或程度。如果材料变化的程度是可接受的，则可以在未来监测所述复合结构的任何附加材料变化。如果材料变化的程度是不可接受的，则所述复合结构可以被重做或代替。现在转向图10，其根据说明性实施例描述了用于确定复合结构是否具有被修改过的结构周期的过程的流程图的图示。图10中所示的过程可以在超声检查系统(如图2中的激光超声检查系统205)中实施。过程1000开始于通过将脉冲激光束指向包括多个层的复合结构，其中当脉冲激光束的辐射被复合结构吸收时数个宽带超声信号在所述复合结构中形成(操作1002)。过程1000也检测宽带超声信号以形成数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测复合结构(202)中的局部材料变化(246)的方法，所述方法包括：将脉冲激光束(220)指向包括数个复合材料(203)的所述复合结构(202)，其中当所述脉冲激光束(220)的辐射被所述复合结构(202)吸收时宽带超声信号(226)在所述复合结构(202)中形成；检测所述宽带超声信号(226)以形成数据(240)；处理所述数据(240)以识别所述复合结构(202)的局部频率值(272、324)；以及使用所述局部频率值(272、324)确定局部材料变化(246)是否存在于所述数个复合材料(203)中。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 62/270,554;2016.03.15 US 15/070,5831.一种检测复合结构(202)中的局部材料变化(246)的方法，所述方法包括：将脉冲激光束(220)指向包括数个复合材料(203)的所述复合结构(202)，其中当所述脉冲激光束(220)的辐射被所述复合结构(202)吸收时宽带超声信号(226)在所述复合结构(202)中形成；检测所述宽带超声信号(226)以形成数据(240)；处理所述数据(240)以识别所述复合结构(202)的局部频率值(272、324)；以及使用所述局部频率值(272、324)确定局部材料变化(246)是否存在于所述数个复合材料(203)中。2.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述局部材料变化(246)是否存在于所述数个复合材料(203)中包括比较所述局部频率值(272、324)与复合结构标准(276)的频率值(274、328)。3.根据权利要求2所述的方法，其中如果所述局部频率值(272、324)不同于所述复合结构标准(276)的所述频率值(274、328)，则确定所述局部材料变化(246)是存在的。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述复合结构标准(276)的所述频率值(274、328)表示所述复合结构(202)的可接受质量。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述数据(240)包括所述复合结构(202)的数个超声A-扫描(258、303)，并且其中处理所述数据(240)以识别所述局部频率值(272、324)包括：在时间域(266)内施加移动窗口(312)至所述数个超声A-扫描(258、303)中的每个，以形成窗口化信号(316)；确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·P·莫泽，G·E·乔治森，J·P·宾汉姆，S·K·布雷迪，A·F·斯蒂沃特，J·C·肯尼迪，I·佩利万乌，M·奥唐奈，J·R·科尔戈埃罗，
申请(专利权)人：波音公司，华盛顿大学，
类型：发明
国别省市：美国,US