復合材料檢查制造技術

本申請涉及復合材料檢查，其中提供一種檢測復合結構中的局部材料變化的方法。將脈沖激光束指向包括數個復合材料的復合結構。當脈沖激光束被復合結構吸收時，寬帶超聲信號在復合結構中形成。寬帶超聲信號經檢測形成數據。數據經處理識別所述復合結構的局部頻率值。局部頻率值用于確定局部材料變化是否存在于數個復合材料中。

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.

【技術實現步驟摘要】
復合材料檢查
本公開總體涉及非破壞性檢查并且更具體地涉及在分層結構上執行非破壞性檢查。更具體地，本公開涉及一種用于檢測復合結構中的材料變化的方法和設備。
技術介紹
在制造飛行器、車輛和其他結構中，通常執行用于形成這些結構的部件的檢查，以確定所述部件是否具有用于所述部件的期望性能的期望參數。此外，當所述飛行器、車輛和其他結構在使用時，檢查所述結構和部件作為正常維護的一部分。非破壞性測試通常在這些部件上執行。非破壞性測試用于評估部件的屬性，而不改變在使用中使用所述部件的能力。超聲測試是一種非破壞性測試。超聲測試通常用于對包含或包括復合材料的飛行器部件執行檢查。超聲測試包括發射聲波通過諸如飛行器部件或結構等測試對象。超聲測試通常使用發射器執行。所述發射器經配置發送聲波至測試對象中并檢測對所述聲波的響應。對這些聲波的響應經分析確定不一致性是否存在于所述測試對象中。飛行器、汽車、醫療裝置和甚至衣服用越來越大百分比的復合材料設計和制造。例如，復合材料在飛行器中使用，以減少所述飛行器的重量。這種減少的重量改進諸如有效負載能力和燃料效率等性能特征。此外，復合材料為飛行器中的各種組件提供更長使用壽命。復合材料也可以減少諸如假肢、自行車、汽車、防彈衣或其他可取的產品等其他項的重量。復合材料可以是通過組合兩個或更多個功能組件產生的堅韌的輕重量材料。例如，復合材料可以包括在聚合物樹脂基體中結合的增強纖維。復合材料中使用的樹脂可以包括熱塑樹脂或熱固性樹脂。所述纖維可以是單向的或者可以采取編織布或織物的形式。在制造復合結構中，復合材料層通常放置在工具上。所述層可以包括片狀纖維。這些片可以采取織物、帶、纖維束或其他合適形式的形式。在一些情況下，樹脂可以被灌入或預浸漬到所述片中。這些類型的片通常稱為預浸料坯。不同層的預浸料坯可以以不同的取向放置，并且根據所制造的復合結構的性能要求，可以使用不同數量的層。不一致性可以在制造期間或在所述復合結構的使用期間被引入至復合結構。由于組成復合材料的所述層的規定間距，對于某些位置的不一致或某種不一致，所述復合材料的檢查可以比期望的更加困難。此外，通過使用常規非破壞性技術，一些不一致性不可以是常規地可檢測的。因此，期望具有一種方法和裝置，其可以解決上述問題以及其他可能問題中的至少一些。
技術實現思路
在一個說明性實施例中，呈現了一種檢測復合結構中的局部材料變化的方法。將脈沖激光束指向包括數個復合材料的所述復合結構。當脈沖激光束的輻射被所述復合結構吸收時，寬帶超聲信號在所述復合結構中形成。所述寬帶超聲信號經檢測形成數據。所述數據經處理以識別所述復合結構的局部頻率值。所述局部頻率值用于確定局部材料變化是否存在于所述數個復合材料中。在另一說明性實施例中，呈現了一種方法。將脈沖激光束指向包括多個層的復合結構。當所述脈沖激光束的輻射被復合結構吸收時，數個寬帶超聲信號在所述復合結構中形成。寬帶超聲信號經檢測形成數據。所述數據包括用于復合結構的至少一部分的多個超聲A-掃描。在時間域中的移動窗口被施加到多個超聲A-掃描中的每個，以形成窗口化信號。在針對多個A-掃描中的每個的窗口化信號內確定頻率測量。將全部多個超聲A-掃描的頻率測量平均，以形成所述復合結構的頻率值。所述頻率值被用于確定所述復合結構是否具有被修改過的結構周期。在又一說明性實施例中，呈現了一種方法。使用激光超聲檢查系統獲得復合結構的A-掃描。針對A-掃描中的每個的數個頻率測量被確定。將針對所述A-掃描的每個進行的數個頻率測量平均，以形成所述復合結構的頻率值。所述頻率值與復合結構標準的頻率值比較，以確定所述復合結構是否已經暴露出不可取的應力量。所述特征和功能可以在本公開的各種實施例中獨立地實現，或者可以在另外的其他實施例中被組合，其中通過參照下列描述和附圖可以獲知進一步細節。附圖說明被認為是說明性實施例的特性的新穎特征在隨附權利要求中被詳細闡述。然而，當與附圖結合閱讀時，所述說明性實施例以及優選的使用模式、其進一步目的和特征將通過參照本公開的說明性實施例的以下具體實施方式而被充分理解，其中：圖1是在其中可以實施說明性實施例的飛行器的圖示；圖2是根據說明性實施例的檢查環境的方框圖的圖示；圖3是根據說明性實施例的檢測器數據的處理的方框圖的圖示；圖4是根據說明性實施例的兩個超聲A-掃描在時間域中的覆蓋的圖示；圖5是根據說明性實施例的兩個超聲A-掃描在頻率域中的的覆蓋的圖示；圖6是根據說明性實施例的兩個B-掃描的圖示；圖7是根據說明性實施例的兩個平均頻率圖像的圖示；圖8是根據說明性實施例的多個樣本的頻率值隨溫度變化的曲線圖的圖示；圖9是根據說明性實施例的用于檢測復合結構中的材料變化的過程的流程圖的圖示；圖10是根據說明性實施例的用于確定復合結構是否具有被修改過的結構周期的過程的流程圖的圖示；圖11是根據說明性實施例的用于確定復合結構是否已經暴露出不可取的應力量的過程的流程圖的圖示；圖12是根據說明性實施例的以方框圖的形式的數據處理系統的圖示；圖13是根據說明性實施例的以方框圖的形式的飛行器制造和維護方法的圖示；以及圖14是在其中可以實施說明性實施例的以方框圖的形式的飛行器的圖示。具體實施方式當脈沖激光束被復合結構吸收時的結構(操作902)。在一些示例中，在將脈沖激光光束指向所述復合結構之前，材料變化由所述復合結構上的熱應力或物理應力中的至少一個引起。然后過程900檢測寬帶超聲信號以形成數據(操作904)。在一些說明性示例中，使用超聲的點狀光學檢測器檢測寬帶超聲信號。在一些示例中，超聲的點狀光學檢測器是寬頻帶。過程900還通過處理所述數據以識別復合結構的局部頻率值(操作906)。在一些說明性示例中，所述頻率值是針對材料變化將被確定的某一體積的材料確定的平均頻率或最大頻率的局部值的平均值。在一些說明性示例中，識別局部頻率值包括根據下列等式：使用超聲A-掃描的窗口化信號的復解析表示的自相關函數來確定超聲A-掃描的窗口化信號的平均頻率，其中R(0)是在時間零處的復自相關函數的大小，并且是在時間零處的所述復自相關函數的相位。在函數上面的圓點表示那個函數的時間導數。過程900進一步使用局部頻率值確定材料變化是否存在于數個復合材料中(操作908)。然后，所述過程終止。確定材料變化是否存在于數個復合材料中可以包括比較頻率值與復合結構標準的頻率值。如果局部頻率值不同于復合結構標準的頻率值，則確定材料變化存在。復合結構標準的頻率值可以表示復合結構的可接受質量。在一些說明性示例中，如果確定材料變化存在，則可以評估材料變化。例如，在評估期間，可以確定材料變化的量或程度。如果材料變化的程度是可接受的，則可以在未來監測所述復合結構的任何附加材料變化。如果材料變化的程度是不可接受的，則所述復合結構可以被重做或代替。現在轉向圖10，其根據說明性實施例描述了用于確定復合結構是否具有被修改過的結構周期的過程的流程圖的圖示。圖10中所示的過程可以在超聲檢查系統(如圖2中的激光超聲檢查系統205)中實施。過程1000開始于通過將脈沖激光束指向包括多個層的復合結構，其中當脈沖激光束的輻射被復合結構吸收時數個寬帶超聲信號在所述復合結構中形成(操作1002)。過程1000也檢測寬帶超聲信號以形成數據本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種檢測復合結構(202)中的局部材料變化(246)的方法，所述方法包括：將脈沖激光束(220)指向包括數個復合材料(203)的所述復合結構(202)，其中當所述脈沖激光束(220)的輻射被所述復合結構(202)吸收時寬帶超聲信號(226)在所述復合結構(202)中形成；檢測所述寬帶超聲信號(226)以形成數據(240)；處理所述數據(240)以識別所述復合結構(202)的局部頻率值(272、324)；以及使用所述局部頻率值(272、324)確定局部材料變化(246)是否存在于所述數個復合材料(203)中。

【技術特征摘要】
2015.12.21 US 62/270,554;2016.03.15 US 15/070,5831.一種檢測復合結構(202)中的局部材料變化(246)的方法，所述方法包括：將脈沖激光束(220)指向包括數個復合材料(203)的所述復合結構(202)，其中當所述脈沖激光束(220)的輻射被所述復合結構(202)吸收時寬帶超聲信號(226)在所述復合結構(202)中形成；檢測所述寬帶超聲信號(226)以形成數據(240)；處理所述數據(240)以識別所述復合結構(202)的局部頻率值(272、324)；以及使用所述局部頻率值(272、324)確定局部材料變化(246)是否存在于所述數個復合材料(203)中。2.根據權利要求1所述的方法，其中確定所述局部材料變化(246)是否存在于所述數個復合材料(203)中包括比較所述局部頻率值(272、324)與復合結構標準(276)的頻率值(274、328)。3.根據權利要求2所述的方法，其中如果所述局部頻率值(272、324)不同于所述復合結構標準(276)的所述頻率值(274、328)，則確定所述局部材料變化(246)是存在的。4.根據權利要求2或3所述的方法，其中所述復合結構標準(276)的所述頻率值(274、328)表示所述復合結構(202)的可接受質量。5.根據權利要求1所述的方法，其中所述數據(240)包括所述復合結構(202)的數個超聲A-掃描(258、303)，并且其中處理所述數據(240)以識別所述局部頻率值(272、324)包括：在時間域(266)內施加移動窗口(312)至所述數個超聲A-掃描(258、303)中的每個，以形成窗口化信號(316)；確定...

【專利技術屬性】
技術研發人員：W·P·莫澤，G·E·喬治森，J·P·賓漢姆，S·K·布雷迪，A·F·斯蒂沃特，J·C·肯尼迪，I·佩利萬烏，M·奧唐奈，J·R·科爾戈埃羅，
申請(專利權)人：波音公司，華盛頓大學，
類型：發明
國別省市：美國,US