用于检测结构变化的X射线散射系统和方法技术方案

本公开涉及用于检测结构变化的X射线散射系统和方法。本公开的实施例提供用于检测结构的一个或多个热和/或机械属性的系统和方法。该方法可包括由形成结构的材料形成一个或多个测试结构；生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据；将X射线辐射发射到结构中；检测来自结构的X射线散射；以及基于所检测的X射线散射和校准数据确定结构的一个或多个属性。

X ray scattering system and method for detecting structural changes

The present disclosure relates to a X ray scattering system and method for detecting structural changes. Embodiments of the present disclosure provide systems and methods for detecting one or more thermal and / or mechanical properties of structures. The method may include forming one or more test structures formed by the structure of the material; and generating the calibration data stored from one or more test structure; X ray radiation is emitted into the structure; detection of X ray scattering from structure; and based on the detected X ray powder of one or more the determination of the structure and properties of radiation calibration data.

【技术实现步骤摘要】
用于检测结构变化的X射线散射系统和方法
本公开的实施例总体上涉及用于检测结构化部件上或结构化部件内的变化的X射线散射系统和方法，并且更具体地，涉及用于通过分析诸如反向散射数据和/或正向散射数据的X射线散射数据来检测结构变化的系统和方法。
技术介绍
飞行器结构可由复合材料形成，复合材料通常为代替金属使用的增强型基于聚合物的材料，特别是在其中希望相对低的重量和高机械强度的应用中。复合材料广泛用于各种商业和军用飞行器、地面车辆和消费者产品。复合材料可包括通常应用于层中的增强纤维的网络，以及充分润湿增强纤维以在树脂和增强纤维之间形成粘结接触的聚合物树脂。复合材料可然后通过各种已知的形成方法诸如挤出过程或其他形成过程来形成到结构化部件中。可由雷击、着火、发动机废气或其它高温事件导致复合结构(诸如飞行器的那些复合结构)内的变化。复合材料中的起初的热损坏一般不能使用通常的诸如超声方法的无损检验(NDI)技术检测。红外(IR)光谱学是用于检测与某个飞行器的部件有关的变化的被批准的方法。然而，IR光谱学通常用来检测结构外表面上的变化。简而言之，IR光谱学不能有效确定结构内的变化。超声波系统和方法也可用于检测结构内的变化，诸如由热损坏导致的变化。然而，结构可能在超声波系统检测变化之前已显著改变。总之，用于检测复合结构诸如飞行器的一部分内的变化的已知系统和方法在检测初始热变化中通常是无效的。
技术实现思路
需要能够有效检测结构诸如飞行器的一部分内的结构变化(诸如可由热损坏导致)的局部区域的系统和方法。需要用于量化结构的变化水平诸如由热导致的变化水平的系统和方法。进一步地，需要能够在变化增大到不希望的水平之前检测复合结构内初始变化的区域的系统和方法。考虑到这些需要，本公开的某些实施例提供检测结构的一个或多个属性的方法。该方法可包括生成并存储由形成该结构的材料所形成的一个或多个测试结构确定的校准数据；将X射线辐射发射到结构中；检测来自结构的X射线散射(X-rayscatter)；并且基于所检测的X射线散射和校准数据确定结构的一个或多个属性。属性可以是热X-rayscatter和/或机械属性。X射线散射是X射线反向散射或X射线正向散射中的一个或两个。一个或多个属性包括结构密度或结构内聚合物结合(polymericbond)的变化水平(variationlevel)中的一个或两个。确定可以包括将结构密度上的差异与由热能导致的变化的水平相关联。该方法还可包括将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。生成和存储步骤可包括生成并存储校准数据作为校准曲线或查询表。该方法还可包括从X射线数据生成变化图(variationmap)。本公开的某些实施例提供被配置为检测结构的一个或多个属性的属性检测系统。该属性检测系统可包括X射线组件，该X射线组件包括发射X射线辐射到结构中的X射线源；以及检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器。X射线组件扫描由形成结构的材料形成的一个或多个测试结构。属性检测系统还可包括耦接到X射线组件的控制单元。控制单元生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据。控制单元基于X射线散射和校准数据确定属性。本公开的某些实施例提供可包括X射线组件的属性检测系统，该X射线组件包括被配置为发射X射线到结构中的X射线源以及被配置为检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器。X射线组件被配置为在发射X射线辐射到结构中之前扫描一个或多个测试结构。一个或多个测试结构由形成结构的材料形成。属性检测系统还可包括耦接到X射线组件的控制单元。控制单元被配置为：生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据；通过基于所检测的X射线散射确定结构密度来确定结构内的变化，将结构的密度或聚合物结合中的一个或两个的差异与结构内变化的水平相关联；并且将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。附图说明图1示出根据本公开的实施例的属性检测系统的示意图。图2示出根据本公开的实施例的属性检测系统的示意图。图3示出根据本公开的实施例的测试结构的前视图。图4示出根据本公开的实施例的属性检测系统的透视图。图5示出根据本公开的实施例的与灰度值的曲线图和结构上的距离有关的结构的图像。图6示出根据本公开的实施例的检测结构的一个或多个属性的方法的流程图。具体实施方式结合所附附图，从前述
技术实现思路
以及后续的某些实施例的详细描述件更好地理解本专利技术。如本文中所使用的以单数形式引用并且前面是单词“一(a)”或“一个(an)”的要素或步骤应理解为不必排除复数个要素或步骤。进一步地，对“一个实施例”的参考不旨在解释为排除同样结合所引用特征的另外实施例的存在。此外，除非以相反方式明确陈述，否则“包括”或“具有”一个要素或多个要素(其具有特定条件)的实施例可包括不具有该特定条件的另外要素。本公开的实施例可用来检查各种结构，诸如复合结构、碳-碳结构、塑料、交联聚合物、其它树脂基结构等。本公开的实施例还可用来检测零件内部的各种机械和热属性，诸如强度、应力等。另外，本公开的实施例可在(例如复合结构的)固化过程期间使用，或用于确定结构的热属性，诸如热屏蔽。简而言之，本公开的实施例可用来通过分析散射数据检测结构的一个或多个物理属性。本公开的某些实施例提供用来确定形成结构的材料的内部机械和/或热属性的系统和方法。例如，材料的内部属性随着暴露于热的变化水平而改变。作为实例，当结构暴露于第一温度时，内部分子结构具有第一特性。随着温度升高，内部分子结构改变，使得在高于第一温度的第二温度，内部分子具有第二特性。本公开的实施例利用X射线散射以检测由热暴露和/或机械变化导致的材料的内部变化。本公开的某些实施例提供用于确定结构的热和/或机械属性的系统和方法。进一步地，本公开的某些实施例提供用于确定结构的内部热和机械属性的系统和方法。本公开的某些实施例提供被配置为迅速且有效地自动确定复合结构的变化和/或属性(诸如损坏水平)的系统和方法。本公开的某些实施例提供用于确定结构的内部机械和/或热属性的改变的系统和方法。变化和/或属性可包括热损坏、机械或结构异常、不一致、变更等中的一个或多个。在至少一个实施例中，变化和/或属性可包括结构的特性或特征。热损坏或劣化可随时间推移发生于结构，并且可由例如雷击导致。本公开的某些实施例提供检测结构的一个或多个物理属性的方法，其可包括利用属性检测系统的X射线组件扫描测试结构(诸如一个或多个校准试样(calibrationcoupon))。可分析物理属性以确定结构是否已改变，诸如通过施加热能而改变。测试结构由材料形成并具有与检查变化的结构相同或类似的厚度。例如，测试结构可由用来形成结构诸如飞行器机翼的复合材料形成。测试结构可包括用来形成结构的一定范围的厚度。测试结构可表示一定范围的热属性(诸如无热损坏到结构在此解体的最大热损坏)。用来形成测试结构的材料和该结构可包括特定分子结构，诸如矩阵中的聚合物链。通常，分子结构的一个或多个属性响应于施加增加的热能而改变。例如，分子结构的密度随着结构燃烧、烧焦等而改变。在矩阵内或矩阵之间的聚合物结合在过高温度劣化，这可导致密度的变化。分子结构的改变影响X射线散射的水平，使得在与结构的改变部分相比时，X射线散射的强度(例如，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测结构(112)的一个或多个属性的方法(300)，其中，所述方法包括：生成并存储(302)从一个或多个测试结构(120)确定的校准数据，其中，所述一个或多个测试结构由形成所述结构的材料(122)形成；将X射线辐射发射到所述结构中以扫描(304)所述结构；检测(306)来自所述结构的X射线散射(116)；并且基于所检测到的X射线散射和所述校准数据的比较(308)来确定所述结构的所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。

【技术特征摘要】
2015.11.30 US 14/953,6891.一种检测结构(112)的一个或多个属性的方法(300)，其中，所述方法包括：生成并存储(302)从一个或多个测试结构(120)确定的校准数据，其中，所述一个或多个测试结构由形成所述结构的材料(122)形成；将X射线辐射发射到所述结构中以扫描(304)所述结构；检测(306)来自所述结构的X射线散射(116)；并且基于所检测到的X射线散射和所述校准数据的比较(308)来确定所述结构的所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述一个或多个属性包括所述结构(112)的密度或所述结构内的聚合物结合的变化水平中的一个或两个。3.根据权利要求2所述的方法(300)，其中，所述确定包括将所述结构(112)的密度上的差异与由热能导致的变化的水平相关联。4.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括将所述X射线散射(116)与预定阈值进行比较(308)以确定所述结构(112)内变化的区域。5.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括从X射线散射数据生成变化图。6.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述X射线散射(116)是X射线反向散射或X射线正向散射中的一个或两个。7.一种属性检测系统(100)，被配置为检测结构(112)的一个或多个属性，其中，所述属性...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·E·恩格尔，加里·乔治森，莫尔塔扎·萨法伊，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US