[发明专利]使用激光超声来检测结构的系统和方法

说明书

本发明涉及使用激光超声来检测结构的系统和方法。用于检测结构的方法包括如下步骤：识别所述结构的表面相对于参考系的三维位置；从发射器的输出将激光发射到所述结构的所述表面上，以在所述结构中形成超声波并探测对所述超声波的响应；基于所述表面的所述三维位置，使所述激光在所述结构之上沿着扫描路径运动，以使所述发射器的所述输出距所述表面位于恒定的偏移距离处并且将从所述发射器的所述输出发射的所述激光以恒定的投射角引导至所述表面上；以及基于对所述超声波的所述响应，确定在所述结构中是否存在不一致性。

技术领域

本公开大体上涉及无损检查，更具体地涉及使用激光超声对结构的无损检查。

背景技术

在制造飞行器、交通工具和其它结构时，经常对用于形成这些结构的部件进行检查以确定所述部件对于期望的功能和性能是否具有合适的参数和特性。另外，可以作为日常维修的一部分对所述结构和/或部件进行检查。无损检查通常用于评估部件的特性而不改变部件待用于其期望功能的能力。无损检查的示例包括超声检测、涡流检测、X射线检测和可视检查。

超声检测常用于对由复合材料形成的飞行器部件进行检查。超声检测涉及使音波(即，声波)发射穿过检测对象并探测对该音波的响应。对所述响应进行分析以确定在检测对象中是否存在不一致性。

通常使用传感器来进行超声检测，所述传感器被构造成将音波发送入检测对象中并探测对音波的响应。典型地，通过将传感器放置成与检测对象物理接触而使所述传感器联接至检测对象的表面。在许多情况下，使用诸如水、油、水基凝胶或一些其它液体的联接介质来减少传感器与检测对象之间的声阻抗。但是，在许多情况下将传感器联接至检测对象的表面可能会困难且复杂。例如，当检测对象具有非恒定的几何形状、非平坦表面或其它非平坦特征时，以确保声音按期望的方向(例如垂直于所述表面)进入检测对象的方式将传感器联接至检测对象可能会是困难且复杂的。另外，在许多情况下容纳联接介质可能会是困难且复杂的。此外，在一些情况下使用联接介质对于某些类型的检测对象来说可能根本是不期望的。

激光超声检测是无损检查的示例，其通过无需与检测对象物理接触就能对检测对象进行检查而克服了将传感器物理联接至检测对象的困难和复杂性。典型地，激光超声检测使用激光束在检测对象中生成超声波并且使用另一单独的激光束探测对超声波的响应以生成关于检测对象的数据。但是，在许多情况下，用单通道激光器(例如，单发射激光器和接收激光器)对检测对象的检查对于实际实施来说太慢。为了解决该问题，可以使用激光器阵列。但是，典型地用于激光超声检测的高能激光器的大小、重量和成本可能会使得使用激光器阵列不切实际。为了解决该问题，可以使用低能激光器阵列。但是，使用低能激光器需要在激光器阵列的整个扫描过程保持适当的对准和相隔距离，以尤其在检测对象具有非恒定的几何形状时生成可用数据。在许多情况下，保持适当的对准和相隔是困难的，并且可能需要复杂的机械控制系统来保持激光器与部件的对准，这会显著地降低激光超声检测系统的扫描速率。

因而，本领域技术人员在激光超声检测领域继续进行研发努力。

发明内容

在一实施例中，公开的使用激光超声来检测结构的方法包括如下步骤：(1)识别所述结构的表面相对于参考系的三维位置；(2)从发射器的输出将激光发射到所述结构的所述表面上，以在所述结构中形成超声波并探测对所述超声波的响应；(3)基于所述表面的所述三维位置，使所述激光在所述结构之上沿着扫描路径运动，以使所述发射器的所述输出距所述表面位于恒定的偏移距离处并且将从所述发射器的所述输出发射的所述激光以恒定的投射角引导至所述表面上；以及(4)基于对所述超声波的所述响应，确定在所述结构中是否存在不一致性。