用于确定物体的结构特性的方法和系统技术方案

本文描述了用于确定物体的结构特性的方法和系统。该系统包括第一激光器、第二激光器、一个或多个处理器以及存储指令的计算机可读介质，该指令在由一个或多个处理器执行时使系统执行功能。功能包括：通过第一激光器使用入射光脉冲照亮物体的表面区域，从而使物体表现出振动；通过第二激光器使用入射光束照亮表面区域，从而产生指示振动的响应光；检测响应光并确定响应光的特性与对应于表面区域的参考特性之间的差；确定表面区域在三维空间内的位置；以及显示表面区域，使得在表面区域的位置处指示差。

Methods and systems for determining structural properties of objects

【技术实现步骤摘要】
用于确定物体的结构特性的方法和系统
本专利技术主要涉及用于激光超声成像的系统和方法，更具体地涉及用于使用激光超声成像技术生成和显示物体的图像的系统和方法。
技术介绍
在制造的零件(诸如航空器部件)投入使用之间及它们整个使用寿命期间进行检查，以识别零件在使用时可出现的制造缺陷、损坏或劣化通常是有用的。此类信息可以用于预测特定部件可以继续使用多长时间，或该部件是否应该更换或维修。该知识可以减少部件更换成本和维护库存的成本。它也可以用于计划和按优先顺序排列部件的维修或更换。全面评估部件可能涉及分析部件的多个表面或内部位置。然而，当前的分析技术通常不允许在部件的表面上和表面下方进行详细的探测，并且通常不允许以三维方式呈现此种信息。因此，需要更好地促进部件的三维结构分析和在三维空间中呈现所获得的信息的系统和方法。
技术实现思路
本公开的一个方面是用于确定物体的结构特性的方法，该方法包括：通过第一激光器使用入射光脉冲照亮物体的表面区域，从而使物体表现出振动；通过第二激光器使用入射光束照亮表面区域，从而产生指示振动的响应光；检测响应光并确定响应光的特性与对应于表面区域的参考特性之间的差；确定表面区域在三维空间内的位置；以及显示表面区域，使得在表面区域的位置处指示差。本公开的另一方面是存储指令的非暂时性计算机可读介质，该指令在由用于确定物体的结构特性的系统执行时，使该系统执行包括以下各项的功能：通过第一激光器使用入射光脉冲照亮物体的表面区域，从而使物体表现出振动；通过第二激光器使用入射光束照亮表面区域，从而产生指示振动的响应光；检测响应光并确定响应光的特性与对应于表面区域的参考特性之间的差；确定表面区域在三维空间内的位置；以及显示表面区域，使得在表面区域的位置处指示差。本公开的另一方面是用于确定物体的结构特性的系统，该系统包括：第一激光器；第二激光器；一个或多个处理器；以及存储指令的计算机可读介质，该指令在由一个或多个处理器执行时，使系统执包括以下各项的功能：通过第一激光器使用入射光脉冲照亮物体的表面区域，从而使物体表现出振动；通过第二激光器使用入射光束照亮表面区域，从而产生指示振动的响应光；检测响应光并确定响应光的特性与对应于表面区域的参考特性之间的差；确定表面区域在三维空间内的位置；以及显示表面区域，使得在表面区域的位置处指示差。参考本文所述的量或测量值，术语“约”或“基本上”是指不需要精确地实现所列举的特性、参数或值，而是包括例如公差、测量误差、测量精度限制和本领域技术人员已知的其他因素的偏差或变化可能以不排除该特性旨在提供的效果的量出现。已经讨论的特征、功能和优点可以在各个示例中独立地实现，或可在其他示例中组合，可以参考以下描述和附图来查看其进一步的细节。附图说明在所附的技术方案中阐述了被认为是说明性示例的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考以下对本公开的说明性示例的详细描述，将最好地理解说明性示例以及优选的使用模式、进一步的目的及其描述。图1是根据示例的用于确定物体的结构特性的系统的示意图。图2是根据示例的用于确定物体的结构特性的系统和相关功能性的示意图。图3是根据示例的示出被分析物体的显示器的示意图。图4是根据示例的用于确定物体的结构特性的系统和相关功能性的示意图。图5是根据示例的用于确定物体的结构特性的系统和相关功能性的示意图。图6是根据示例的用于确定物体的结构特性的系统和相关功能性的示意图。图7是根据示例的用于确定物体的结构特性的方法的流程图。图8是根据示例的方法的流程图。图9是根据示例的方法的流程图。图10是根据示例的方法的流程图。图11是根据示例的方法的流程图。具体实施方式如上所述，需要更好地促进部件的三维结构分析和在三维空间中呈现所获得的信息的系统和方法。因此，本公开包括此类系统和方法。在示例中，第一激光器使用入射光脉冲照亮物体的表面区域，该入射光脉冲的功率足以使该物体(例如，由复合材料制成的部件)由于热膨胀或烧蚀而表现出振动。振动通常将在入射光脉冲照亮时在表面区域处开始，但是振动通常还将在正交于表面区域的方向上传播到物体中。然后，振动通常将从物体的中断处、缺陷和/或后表面反射并返回到表面区域。第二激光器使用入射光束照亮表面区域，该光束产生响应光，该响应光指示由入射光脉冲引起的振动。入射光束通常基本上不会干扰物体。通常，第二激光器的入射光束在第一激光器的入射光脉冲照亮物体之前、之时和之后照亮物体并引起振动。在入射光脉冲照亮物体之前，响应光通常具有与入射光束的波形相似的波形，当与入射光束相比时，其可能具有减小的振幅和基本恒定的相位差。然而，由入射光脉冲引起的振动通常将以可检测的方式影响响应光。因此，指示振动的响应光被检测到(例如，通过光电检测器)。接下来，系统可以确定响应光的特性与对应于表面区域的参考特性之间的差。例如，参考特性可以是振幅，并且系统可以确定受物体振动影响的响应光的振幅与在表面区域下方没有明显缺陷或中断处时预期的响应光的振幅之间的差。响应光指示的物体的振动可以类似地关于响应光的相位或脉冲宽度以及在不存在振动和/或在表面区域下方不存在缺陷或中断处的情况下对这些特性的期望进行分析。在一些示例中，该系统包括激光测距仪，该激光测距仪被配置成使得该测距仪的位置和取向(例如，相对于第一激光器或第二激光器)是已知的。测距仪可以用于确定表面区域和测距仪之间的距离。该距离以及测距仪的已知位置和取向可以用于确定表面区域在三维空间(例如，直角坐标空间、圆柱坐标空间或球面坐标空间)内的位置。这样，该系统可以存储将表面区域的确定位置与源自表面区域的响应光的特性相关联的数据。可以重复此过程，使得分析物体的多个表面区域。这样，可以检测物体的结构特性并将其映射到三维空间。该系统还可以显示物体的(一个或多个)表面区域，使得对应于该(一个或多个)表面区域的差(例如振幅差、相位差、脉冲宽度差)在表面区域在三维空间内的位置处指示。例如，在表面区域处增加的像素亮度可以代表(i)指示振动的响应光的振幅与(ii)预期在表面区域下方没有缺陷的情况下检测到的光的振幅之间的增加的差。像素颜色也可以在显示器中使用，以表示响应光的特性与参考特性之间的更大或更小差。本文公开的系统和方法可以是有利的，因为当与常规系统和方法相比时，本文公开的系统和方法可以允许改善结构缺陷的检测，并允许创建和/或显示物体的三维模型和这些缺陷的相对位置。现在将在下文中参考附图更充分地描述所公开的示例，在附图中示出了所公开的示例中的一些而非全部。实际上，可描述几个不同的示例，并且不应将其解释为限于本文阐述的示例。相反，描述了这些示例，使得本公开将是彻底和完整的，并且将向本领域技术人员充分传达本公开的范围。现在参考图1，示出了系统10。系统10包括计算设备100和激光器单元200。在一些示例中，图1所示的计算设备100的部件分布在多个计算设备上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定物体的结构特性的方法(250)，所述方法包括：/n(252)通过第一激光器(204)使用入射光脉冲(408)照亮物体(405)的表面区域(403)，从而使所述物体表现出振动(410)；/n(254)通过第二激光器(206)使用入射光束(414)照亮所述表面区域，从而产生指示所述振动的响应光(416)；/n(256)检测所述响应光并确定所述响应光的特性(420)与对应于所述表面区域的参考特性(422)之间的差(418)；/n(258)确定所述表面区域在三维空间(426)内的位置(424)；以及/n(260)显示所述表面区域，使得在所述表面区域的所述位置处指示所述差。/n

【技术特征摘要】
20181217 US 16/222,4891.一种用于确定物体的结构特性的方法(250)，所述方法包括：
(252)通过第一激光器(204)使用入射光脉冲(408)照亮物体(405)的表面区域(403)，从而使所述物体表现出振动(410)；
(254)通过第二激光器(206)使用入射光束(414)照亮所述表面区域，从而产生指示所述振动的响应光(416)；
(256)检测所述响应光并确定所述响应光的特性(420)与对应于所述表面区域的参考特性(422)之间的差(418)；
(258)确定所述表面区域在三维空间(426)内的位置(424)；以及
(260)显示所述表面区域，使得在所述表面区域的所述位置处指示所述差。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述位置包括使用测距仪(208)确定所述位置。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括(300)：
(302)确定所述测距仪的位置(430)或所述测距仪的取向(432)；以及
(304)确定所述测距仪与所述表面区域之间的距离(424)，
其中，确定所述表面区域的所述位置包括使用(i)所述测距仪的所述位置和/或取向以及(ii)所述距离来确定所述表面区域的所述位置。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定所述响应光的所述特性与所述参考特性之间的所述差包括确定所述响应光的振幅与对应于所述表面区域的参考振幅之间的差。


5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，确定所述响应光的所述特性与所述参考特性之间的所述差包括确定所述响应光的相位与对应于所述表面区域的参考相位之间的差。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中，所述振动包括第一组振动(453)和第二组振动(455)，所述第一组振动是在所述入射光脉冲初始照亮所述表面区域时产生的，所述第二组振动从所述表面区域行进到所述物体并反射回到所述表面区域，以及
其中，确定所述响应光的所述特性与所述参考特性之间的所述差包括确定(i)在检测指示所述第一组振动的响应光与检测指示所述第二组振动的响应光之间的持续时间与(ii)对应于所述表面区域的参考持续时间之间的差。


7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，显示所述表面区域包括显示所述表面区域，使得所述表面区域的亮度指示所述差的大小。


8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，显示所述表面区域包括显示所述表面区域，使得所述表面区域的颜色指示所述差的大小。


9.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括(400)：
(402)基于所述差确定在所述表面区域下方存在结构缺陷(428)；以及
(404)显示在所述表面区域下方的所述结构缺陷。


10.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述表面区域是第一表面区域，所述振动是第一振动，所述响应光是第一响应光，所述位置是第一位置，所述入射光脉冲是第一入射光脉冲，所述入射光束是第一入射光束，所述差是第一差，所述方法还包括(500)：
(502)通过所述第一激光器使用第二入射光脉冲(509)照亮所述物...

【专利技术属性】
技术研发人员：加里·E·乔治森，郑贝奥姆·因，威廉·P·莫策，吉尔·P·宾厄姆，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US