[发明专利]使用激光超声和红外热敏成像的无损检视

说明书

技术领域

本发明涉及无损测试，并且更具体地说，涉及使用热成像和超声测试以检视(inspect)材料的内部结构。

背景技术

近年来，高级复合结构的使用在航空、汽车和许多其它商业中得到巨大的增长。虽然复合材料在性能方面提供了重大的改进，但在制造工艺中和材料在制成品中使用后，它们需要严格的质量控制过程。具体而言，无损评估(NDE)方法必须评定复合材料的结构完整性。适当的评定要求具有检测在近表面区域和深层内部区域的包含物、分层和多孔性的能力。

各种方法和设备已提议用于评定复合结构的结构完整性。一个解决方案使用超声源在目标材料中生成超声表面位移。随后测量和分析超声表面位移。超声的源可以是对准目标的脉冲生成激光束(pulsedgeneration laser beam)。来自单独检测激光器的激光照亮超声表面位移，并且由工件表面散射。随后，收集光学器件收集散射的激光能。收集光学器件耦合到干涉仪或其它器件，并且有关复合结构的结构完整性的数据能通过散射激光能的分析而获得。激光超声已证明是对制造工艺期间构件的检视很有效。

一般情况下，激光源通过热膨胀在表面的局部点(localized spot)产生声音，而与干涉仪耦合的探测激光束检测表面位移或速度。由于生成激光的吸收而造成的热膨胀产生了由激光超声检测系统解调的位移，导致在激光超声信号开始时的脉冲。此回波通常称为表面回波。表面回波可掩盖样本表面附近缺陷产生的任何回波。表面回波的持续时间取决于生成激光脉冲持续时间和检测系统的频率带宽。一般情况下，使用CO2生成激光器和共焦Fabry-Perot进行检测时，表面回波可能持续高达几微秒。因此，在该时间期间将产生回波的任何缺陷可能被掩盖。为此，激光超声检视对深层内部缺陷灵敏，对近表面缺陷较不灵敏。

另一种NDE方法是瞬间红外(IR)热敏成像，由于其对聚合母体构件(polymer-matrix parts)中深于几毫米的缺陷不灵敏的原因，它未有效地顾及聚合母体复合物的检视。

发明内容

本发明的实施例涉及实质上解决上文确定的需求及其它需求的系统和方法。在下面的说明书和权利要求中还描述了本发明的实施例。从说明书、附图和权利要求中，可明白本发明的实施例的优点和特性。

本发明的实施例组合激光超声和热成像技术以实质上解决上文确定的需求及其它需求。激光超声生成技术可用于提供瞬间热源。因此，瞬间红外(IR)热敏成像可与激光超声组合以提供对聚合母体构件(即，复合材料)的更完整的无损检视。

一个实施例提供检视系统以检查目标材料的近表面和深层内部结构。此检视系统包括生成激光器、超声检测系统、热成像系统和处理器/控制模块。生成激光器产生脉冲激光束，该激光束可操作地在目标材料诱发超声位移和热瞬态。超声检测系统检测在目标材料的超声表面位移。热成像系统检测在目标材料的热瞬态。处理器/控制器分析目标材料的检测到的超声位移和热成像，并使其相关以得出有关目标材料的近表面和深层内部结构的信息。

另一实施例提供检视目标的内部结构的方法。此方法涉及诱发在目标材料的超声位移和热瞬态。这些超声位移和热瞬态可使用单个脉冲生成激光束产生。可检测和分析对准目标表面的生成激光束造成的超声位移和热瞬态。生成和分析可涉及超声信息和热信息的同步和相关以得出有关目标的结构的更完整理解。分析超声位移例如可得出有关复合材料内深层内部结构的信息。热成像可得出有关复合材料的近表面内部结构的信息。将超声信息和热信息相关得到目标的总体内部结构的更佳理解。

然而，另一实施例提供复合材料检视系统。此复合材料检视系统包括生成激光器以生成脉冲激光束，该激光束诱发在复合材料的超声位移和热瞬态。超声检测系统提供用于检测在复合材料的超声表面位移。热成像系统提供用于检测在复合材料的热瞬态。控制模块可匹配热成像帧采集和生成激光束的脉冲重复频率。处理器提供用于分析检测到的超声位移和热成像并使其相关以便得出有关目标的总体内部结构的信息。

附图说明

为更完整地理解本发明及其优点，现在将结合附图，参照以下说明，其中类似的标号指示类似的特性，并且其中：

图1示出根据本发明的实施例，使用生成激光束和检测激光束以生成和检测激光超声位移和热瞬态；

图2提供示出激光超声/热成像系统的基本组件的框图；

图3提供根据本发明的实施例，激光超声和IR成像系统的框图或功能图；

图4描述根据本发明的实施例，用于收集有关目标的近表面内部结构的信息的IR图像的处理；