复合材料检查制造技术

本申请涉及复合材料检查，呈现一种检测复合结构中的材料变化的方法。脉冲激光束被引导朝向包括数个复合材料的复合结构。当脉冲激光束的辐射由复合结构吸收时，宽带超声信号在复合结构中形成。宽带超声信号被检测以形成数据。数据包括数个超声A‑扫描。数据被处理以识别针对数个超声A‑扫描中的每个的多个频率测量值。使用多个频率测量值显示频率图像。材料变化在频率图像中被表示。

Composite inspection

The present application relates to composite material inspection and presents a method for detecting material change in composite structures. The pulsed laser beam is directed toward a composite structure comprising a plurality of composite materials. When the radiation of 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 includes a plurality of ultrasonic A scan. The data is processed to identify a plurality of frequency measurement for a number of A ultrasound scanning in each value. Frequency images are displayed using a plurality of frequency measurements. Material changes are represented in frequency images.

【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或其他不一致性的方法和设备。
技术介绍
在制造飞机、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将具有用于所述部件的期望性能的期望参数。此外，当飞机、车辆和其他结构在使用中时，检查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，而不改变在服务中使用部件的能力。超声测试是一种非破坏性测试。超声测试通常用于在包括复合材料或由复合材料组成的飞机部件上执行检查。超声测试涉及通过测试对象(诸如飞机部件或结构)传输声波。超声测试通常使用换能器执行。换能器被配置为发送声波至测试对象并检测对所述声波的响应。对这些声波的响应被分析以确定在测试对象中是否存在不一致性。飞机、汽车、医疗装置和甚至衣服正在利用越来越大百分比的复合材料来设计和制造。例如，复合材料在飞机中使用以减少飞机的重量。这种减少的重量改善性能特征，诸如有效载荷能力和燃料效率等。此外，复合材料为飞机中的各种组件提供较长使用寿命。复合材料也可以减少其他项目的重量，诸如假肢、自行车、汽车、防弹衣或其他期望的产品。复合材料可以是通过组合两个或更多个功能组分而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性树脂或热固性树脂。纤维可以是单向的或者可以采取织布或织物的形式。在制造复合结构中，复合材料层通常放置在工具上。所述层可以由片状纤维组成。这些片可以采取织物、带、丝束或其他合适形式的形式。在一些情况下，树脂可以被注入或预浸渍到片中。这些类型的片通常称为预浸料。不同的预浸料层可以以不同的取向放置，并且不同数量的层可以根据正在制造的复合结构的性能要求来使用。不一致性可以在制造期间或在复合结构的使用期间引入至复合结构。由于组成复合材料的层的规则间距，复合材料的检查可以比一些位置或一些类型的不一致性所期望的更困难。此外，一些不一致性可能不能通过使用常规非破坏性技术来常规地可检测。因此，期望拥有一种考虑至少一些上述问题以及其他可能问题的方法和设备。
技术实现思路
在一个说明性实施例中，呈现一种检测复合结构中的材料变化的方法。脉冲激光束被引导朝向包括数个复合材料的复合结构。当脉冲激光束的辐射由复合结构吸收时，宽带超声信号在复合结构中形成。宽带超声信号被检测以形成数据。数据包括数个超声A-扫描。数据被处理以识别针对数个超声A-扫描中的每个的多个频率测量值。使用多个频率测量值显示频率图像。材料变化在频率图像中被表示。在另一说明性实施例中，呈现一种方法。脉冲激光束被引导朝向包括多个层的复合结构。当脉冲激光束的辐射由复合结构吸收时，数个宽带超声信号在复合结构中形成。宽带超声信号被检测以形成数据。数据包括用于复合结构的多个超声A-扫描。移动窗口被施加到多个超声A-扫描中的每个以形成加窗信号。针对多个超声A-扫描中的每个在加窗信号内确定频率测量值。使用频率测量值从多个超声A-扫描中的每个的A-扫描光谱移除结构信号的光谱分量。在移除结构信号的光谱分量之后，在多个超声A-扫描中的每个的A-扫描光谱上执行插值以形成插值的A-扫描光谱数据。在进一步的说明性实施例中，呈现一种方法，使用激光超声检查系统获得用于复合结构的数据。确定数据中的结构信号的光谱分量的频率和宽度。从频率域中的数据移除结构信号的光谱分量。插值例程被执行以填充通过移除结构信号的光谱分量而变空的A-扫描光谱的区域以形成插值的数据。在插值的数据上执行逆傅里叶变换以形成移除了结构信号的处理的A-扫描。特征和功能可以在本公开的各种实施例中独立地被实现，或者可以在其他实施例中被组合，其中进一步的细节可以参照以下描述和附图获知。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阐述。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性实施例的以下详细描述，将最好地理解说明性实施例以及它们的优选使用模式、进一步目的和特征，其中：图1是其中说明性实施例可以被实施的飞机的图示；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在频率域中的超声A-扫描光谱的图示；图5是根据说明性实施例的在频率域中的插值的超声A-扫描光谱的图示；图6是根据说明性实施例的三个B-扫描的图示；图7是根据说明性实施例的在时间域中的超声A-扫描上的移动窗口的图示；图8是根据说明性实施例的B-扫描图像和频率图像的图示；图9是根据说明性实施例的用于检测在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处理数据以改进不一致性的检测的过程的流程图的图示；图11是根据说明性实施例的用于处理数据以改进不一致性的检测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机制造和服务方法的图示；图14是其中说明性实施例可以被实施的以方框图的形式的飞机的图示；具体实施方式不同的说明性实施例认识并考虑到一个或多个不同考虑事项。例如，说明性实施例认识并考虑复合结构的性能取决于组成和制造质量。说明性实施例进一步认识并考虑到复合材料的结构属性可能对应力后的不可逆化学和机械劣化敏感。所述应力可以是热的或机械的。例如，热应力可以通过雷击、喷气发动机排气、火灾或其他热发生而置于复合材料上。说明性实施例认识并考虑到热应力或机械应力可以引起复合结构中的材料变化。这些材料变化可以降低复合结构的强度。说明性实施例进一步认识并考虑到复合材料可以具有降低的强度，而无任何明显的不一致性。说明性实施例认识并考虑到常规超声检查和x射线检查可以检测复合材料中的宏观缺陷。然而，说明性实施例还认识并考虑到常规超声检查和x射线检查不检测复合结构中的应力引起的材料变化。说明性实施例认识并考虑到检测材料变化的常规检查技术可以被限制到表面变化。目前，没有常规检查技术可以评估针对应力引起的材料变化的全复合材料体积(volume)。现在参照附图，并且具体地参照图1，飞机的图示被示出，其中说明性实施例可以被实施。在该说明性示例中，飞机100具有附接到机体106的机翼102和机翼104。飞机100包括附接到机翼102的发动机108和附接到机翼104的发动机110。机体106具有尾部112。水平稳定器(stabilizer)114、水平稳定器116和垂直稳定器118附接到机体106的尾部112。飞机100是根据说明性实施例的具有可以用激光超声检查系统检查的复合结构的飞机的示例。例如，可以使用激光超声检查系统检查机翼102或机翼104中的至少一个中的复合蒙皮。如本文所用，术语“……的至少一个”在与项目的列表一起使用时意味着可以使用列出的项目中的一个或多个的不同组合，并且可能仅需要列表中的每个项目中的一个。换句话说，“……的至少一个”意味着各项目的任何组合，并且可以从列表使用若干项目，但是不是列表中的全部项目被要求。所述项目可以是具体的对象、事情或类别。例如，“项目A、项目B或项目C项本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测复合结构(202)中的材料变化(246)的方法，所述方法包括：引导脉冲激光束(220)朝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)的辐射由所述复合结构(202)吸收时，在所述复合结构(202)中形成宽带超声信号(226)；检测所述宽带超声信号(226)以形成数据(240)，其中所述数据(240)包括数个超声A‑扫描(258、303)；处理所述数据(240)以识别针对所述数个超声A‑扫描(258、303)中的每个的多个频率测量值(317)；以及使用所述多个频率测量值(317)显示频率图像(268、322)，其中所述材料变化(246)在所述频率图像(268、322)中被表示。

【技术特征摘要】
2015.12.21 US 62/270,529;2016.03.15 US 15/070,2611.一种检测复合结构(202)中的材料变化(246)的方法，所述方法包括：引导脉冲激光束(220)朝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)的辐射由所述复合结构(202)吸收时，在所述复合结构(202)中形成宽带超声信号(226)；检测所述宽带超声信号(226)以形成数据(240)，其中所述数据(240)包括数个超声A-扫描(258、303)；处理所述数据(240)以识别针对所述数个超声A-扫描(258、303)中的每个的多个频率测量值(317)；以及使用所述多个频率测量值(317)显示频率图像(268、322)，其中所述材料变化(246)在所述频率图像(268、322)中被表示。2.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述数据(240)包括：将移动窗口(312)施加至所述数个超声A-扫描(258、303)中的每个；以及确定在所述移动窗口(312)内的平均频率(318)或最大频率(320)中的至少一个。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述移动窗口(312)具有高斯形状。4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其进一步包括：通过分析所述频率图像(268、322)来确定不期望的状况是否存在于所述复合结构(202)中，其中所述不期望的状况包括所述材料变化(246)。5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中所述多个频率测量值(317)选自平均频率(318)或最大频率(320)中的至少一个。6.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中处理所述数据(240)包括：使用等式确定所述数个超声A-扫描(258、303)中的A-扫描的加窗信号(316)的最大频率(320)，其中p是系数的数量并且Sn是在样本点n处的A-扫描信号。7.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中处理所述数据(240)以识别所述多个频率测量值(317)包括：根据等式或针对所述A-扫描的N-点采样版本的中的至少一个使用所述超声A-扫描的所述加窗信号(316)的复解析表示的自相关函数来确定所述数个超声A-扫描(258、303)中的超声A-扫描的加窗信号(316)的平均频率(318)，其中R(0)是在时间零处的复自相关函数的幅度，并且是在所述时间零处的所述复自相关函数的相位，并且在函数上面的圆点表示该函数的时间导数，其中RN(1)是在样本点1处评估的N-点复自相关函数RN，im是指所述复自相关函数的虚部并且re是...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·奥唐奈，I·佩利万乌，S·K·布雷迪，G·E·乔治森，J·R·科尔戈埃罗，W·P·莫泽，C·L·戈登三世，J·P·宾汉姆，A·F·斯蒂沃特，J·C·肯尼迪，
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