一种使用激光超声系统对材料进行光谱分析的方法。该方法包括测量受到生成激光器激励的目标表面的幅度移位。幅度移位与目标光学吸收特性有关。在激光波长范围内产生幅度移位以获得可用于识别目标材料成分特征的光学吸收特征信号。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及非破坏性检测领域。更具体地，本专利技术涉及利用激光超声系统用 于光谱分析的方法和系统。
技术介绍
近来，复合材料生成上的进步已将复合材料的使用扩展到多种应用中。由于复合 材料重量轻并具备好的强度和耐用性，因此其正在取代金属和金属合金作为用于某些荷载 组件的基础材料。例如，目前，复合材料被普遍用作交通工具(例如，车辆、水上飞机和航空 器等)的壳体部分和构架的材料。然而，为了确保复合材料的机械完整性，需要严格的检 查。典型地，需要在制作由复合材料制成的组件时进行检查，并且在组件的使用寿命期间周 期性地进行检查。激光超声是检查由复合材料制成的对象的方法的一个例子。该方法包括通过利用 脉冲生成的激光照射复合材料的一部分来在复合材料的表面上产生超 声振动。检测激光束 指向振动表面并且被散射、反射，并且相位被表面振动调制从而产生相位调制光。光收集器 接收相位调制激光并引导该相位调制激光以便进行处理。典型地，通过耦接至光收集器的 干涉仪来进行所述处理。可以通过相位调制光处理来确认与复合材料相关的信息，该信息 包括裂纹、脱层、孔隙、异物(杂物)、消散和光纤信息的检测。针对具有复杂形状的对象，诸如航空行业中使用的部件使用激光超声的优势之一 在于，耦合剂是不必要的并且可以在无需轮廓跟踪机器人的情况下检查复杂的形状。激光 超声可以用于航空制造来检查聚合物基复合材料。这些复合材料可以承受多个表征阶段， 其中之一是由激光超声进行的超声检查。在制造期间的有些时刻，这些复合物必须以化学 方式表征以确保形成复合物中使用的树脂被正确地固化。另外，重要的是，确定在形成过程 中使用正确的树脂。典型地，复合材料的化学表征典型地包含获得用于红外光谱实验分析 的控制样品。
技术实现思路
本文公开了一种材料分析方法，包括将生成激光束导向目标表面以在目标表面 上产生超声移位，其中生成激光束波长是可识别的；针对可识别的激光束波长测量目标表 面移位幅度；改变激光束波长；以及通过将特定激光波长下的相对测量的超声信号幅度与 相同生成激光波波长下的已知成分的相对超声信号幅度进行比较来确定目标表面成分。光 谱方法可以进一步包括使用测量的目标表面移位幅度来估计目标表面结构完整性。目标可 以是制造部件并且可以是组装到成品上的制造部件。该方法可以进一步包括在目标波长范 围内以离散波长测量表面移位，针对离散波长形成与测量的目标表面移位幅度相关联的测 量的数据阵列，以及将测量的数据阵列与针对已知成分的材料的移位幅度和离散波长的数 据阵列进行比较以确定目标成分。可选地，该方法可以包括形成与产生移位的激光波的波 长相关的目标表面移位的测量的幅度值的对比数据阵列，其中目标表面成分是已知的。可以将测量的移位幅度与数据阵列进行比较以根据比较结果确定目标成分。可以通过测量已 知激光束波长范围内的目标表面移位幅度来产生测量的数据阵列，随后将测量的数据阵列 与所述对比数据阵列进行比较以根据比较结果确定目标成分。成品可以包括航空器。目标 成分可以包括树脂并且该方法可以进一步包括通过确定目标表面成分的步骤确保正确地 固化树脂并且也可以通过确定目标表面成分的步骤确认特定树脂存在于目标中。目标表面 可以包括涂层。本文还公开了一种分析对象的方法，通过(a)使用工作在多于一个已知波长下 的脉冲式生成激光束在所述对象上生成超声移位；(b)测量在每个已知波长下生成的移位 幅度；(c)产生测量的数据阵列，包括在每个已知波长和对应的已知波长下生成的移位幅 度；⑷将测量的数据阵列与从已知材料获得的数据阵列进行比较；以及(e)基于测量的数 据阵列与所述数据阵列进行比较的步骤识别所述对象成分。数据阵列可以从已知材料获 得并且通过使用生成激光器在波长范围内生成已知材料的样品中的超声移位，测量所述移 位，以及将所述移位与激光波波长相关联来产生。可以通过任何标准光谱方法，FIlR透射或 光声方法产生从已知材料所获得的数据阵列。对象也可以是制造部件并且可以附接到航空 器。本公开进一步包括一种目标对象的超声检查方法，其中将生成激光束导向目标对象上； 用生成激光束在目标对象上生成超声移位；测量超声移位；改变生成激光束波长；用工作 在不同激光束波长下的生成激光束在所述目标对象上生成附加的超声移位；测量附加的超 声移位；形成超声移位与生成激光束波长的测量的数据阵列；将测量的超声移位与用来生 成移位的生成激光束的波长相关联；将测量的数据阵列与已知材料的数据阵列进行比较； 基于比较步骤确定目标对象材料；以及通过分析超声移位来检测目标对象中的缺陷。这些 步骤可以通过用生成激光束扫描大部分目标对象来实现。目标对象可以是组装到成品内的 部件。附图说明已经说明了本专利技术的一些特征和优点，结合附图根据随后的说明，本专利技术的其它 特征和优点将变得明显。在附图中图1是超声检查系统的透视图。图2-图4包括将复合物的测量的光学深度与移位幅度进行比较的曲线图。尽管将结合优选的实施例说明本专利技术，但应当理解，这并非意图将本专利技术限定于 实施例。相反，意图涵盖可由随附的权利要求书限定的本专利技术的精神和范围所包括的所有 改变、变形和等价。具体实施例方式下面参照示出本专利技术实施例的附图更详细地说明本专利技术。然而，可以以不同的形 式表现本专利技术，并且这些形式不应被构成为限定在此提出的所说明的实施例；相反，这些实 施例是为了使本公开充分且完整而提出的，并且将使本领域技术人员完全知晓本专利技术的范 围。文中相同的附图标记表示相同的原件。为了引用附图方便，对于参照和图解说明仅使 用方向术语。例如，使用“上方”、“下方”、“高于”、“低于”等来说明相对位置。应当理解，由于对于本领域技术人员而言，变形和等价是明显的，因此本专利技术不限于所示出并说明的结构、操作、具体材料或实施例的具体细节。在附图和说明书中，已公开 了本专利技术的示例性实施例，并且，尽管采用了具体的术语，但其仅在一般意义和说明意义上 使用而并非用于限定的目的。由此，本专利技术因而仅由随附的权利要求书的范围限定。图1提供了激光超声检测系统10的一个实施例的侧面斜视图。检测系统10包括 形成为发射生成光束14并指向检查目标15的激光超声单元12。生成光束14在检查表面 16上与检查目标15接触。生成光束14热弹性膨胀检查表面16以在检查表面16上产生相 应的波长移位18。在一个实施例中，生成光束14是配置成在检查表面16上产生波长移位 18的脉冲激光。检测光束20还被示出从激光超声单元发出并且示出为绕生成光束14是共 轴的。尽管从相同的激光超声单元12发出，但检测光束和生成光束(14，20)由不同的源生 成。然而，检测光束20可优选地源自不同的单元及不同的位置。众所周知，检测光束12包 括检测波，该检测波被散射、反射，并且在与波长移位18作用时被相位调制，以形成相位调 制光21。然后，来自检测光束20的相位调制光21被光收集器23接收并被处理以确定与检 查目标15有关的信息。可以使生成光束和检测光束(14，20)沿目标15扫描以获取关于整 个表面16的信息。用于使光束(14，20)扫描的机构(未示出)可以被放置在激光超声单 元12中。用于控制所述机构，并且优选地用于处理光收集器所记录的数据的处理器(未示 出)也可以被放本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种材料分析方法，包括：将生成激光束导向目标表面以在目标表面上产生超声移位，其中生成激光束波长是可识别的；针对可识别的激光束波长测量目标表面移位幅度；改变激光束波长；以及通过将测量的超声幅度与已知激光束波长下的已知成分的超声幅度进行比较来确定目标表面成分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US12/120,9072008年5月15日1.一种材料分析方法，包括将生成激光束导向目标表面以在目标表面上产生超声移位，其中生成激光束波长是可 识别的；针对可识别的激光束波长测量目标表面移位幅度； 改变激光束波长；以及通过将测量的超声幅度与已知激光束波长下的已知成分的超声幅度进行比较来确定 目标表面成分。2.如权利要求1所述的方法，进一步包括使用测量的目标表面移位幅度来估计目标表 面结构完整性。3.如权利要求1所述的方法，其中所述目标包括制造部件。4.如权利要求1所述的方法，其中所述目标包括组装到成品上的制造部件。5.如权利要求1所述的方法，进一步包括在目标波长范围内以离散波长测量表面移位 幅度，针对离散波长形成与测量的目标表面移位幅度相关联的测量的数据阵列，以及将测 量的数据阵列与针对已知成分的材料的移位幅度和离散波长的数据阵列进行比较以确定 目标成分。6.如权利要求1所述的方法，进一步包括形成与产生移位的激光波的波长相关的目标 表面移位的测量的幅度值的对比数据阵列，其中目标表面成分是已知的。7.如权利要求6所述的方法，进一步包括将测量的移位幅度与所述数据阵列进行比 较，根据比较结果确定目标成分。8.如权利要求6所述的方法，进一步包括通过测量已知激光束波长范围内的目标表面 移位幅度来产生测量的数据阵列，将测量的数据阵列与所述对比数据阵列进行比较，根据 比较结果确定目标成分。9.如权利要求4所述的方法，其中所述成品包括航空器。10.如权利要求1所述的方法，其中目标成分包括树脂，所述方法进一步包括通过确定 目标表面成分的步骤确保正确地固化树脂。11.如权利要求1所述的方法，其中目标成分包括树脂，所述方法进一步包...
【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·W·洛兰，
申请(专利权)人：洛伊马汀公司，
类型：发明
国别省市：US
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