[發明專利]復合結構的無損檢查和性能預測方法、超聲波成像系統及校準方法

有效

• 申請號: 201710762645.2
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN108008013B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 加里·E·喬治森;吉爾·P·賓厄姆;宏·輝·泰;元-杰·吳;約翰·M·普賴爾;薩迪·L·菲耶尼;馬克·D·溫特斯;凱瑟琳·T·穆爾;詹姆斯·C·肯尼迪;克萊頓·M·利特爾;約翰·Z·林
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01N29/06
• 分類號: G01N29/06;G01N25/72
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 陳鵬;瞿藝

提供了用于復合結構的無損檢查和性能預測的方法、超聲波成像系統及用于校準超聲波檢查系統的方法。根據一些實施例，該方法結合了B型掃描超聲波數據的使用、褶皺和橫截面的幾何形狀的自動光學測量、以及帶有褶皺的復合結構的有限元分析，以提供評估檢測到的褶皺相對于結構的預期性能的實際意義的能力。所公開的方法使用超聲波檢查系統，已經通過使從參考標準獲得的超聲波B掃描數據與那些參考標準的光學橫截面(例如顯微照片)的測量結果互相關聯來校準超聲波檢查系統。

技術領域

本發明總體上涉及結構或零件的無損檢查，并且更特別地涉及用于表征或評估層狀結構(例如復合結構或類似結構)中的異常(例如褶皺)的系統和方法。

背景技術

在用于商用飛機及其他宇航飛行器的航空航天工業中，以及在其他工業中，正在更廣泛地使用新的、重量輕的復合材料和設計。可使用多片或多層纖維增強塑料材料來形成使用這些復合材料的結構，該多片或多層纖維增強塑料材料可層壓在一起以形成重量輕的、高強度的結構。用于航空航天應用的復合層狀結構的制造會產生不想要的層的離面起皺(out-of-plane wrinkling)，這會基于褶皺的尺寸而影響結構的性能。復合結構中的褶皺和修復會使其性能變差。用于諸如飛機制造工業的工業中的生產零件的質量保證和認證要求所構造的零件符合某些設計標準和規格。對于部分零件，可能存在基于褶皺尺寸的標準驗收準則。因此，希望能夠精確地檢查并測量結構或零件中的任何褶皺的尺寸。

復合結構的表面的肉眼檢查可識別褶皺，但是無法測量或表征該褶皺。由于此無法量化褶皺的特征，所以為慎重起見可假設最差的情況，除非可提供用于測量褶皺的尺寸(通常按照長度L除以高度D)的裝置。而且，根本無法從表面用肉眼看到結構中更深的褶皺。

可使用超聲波檢查技術來識別表面下褶皺。然而，通常通過以下方式來量化用超聲波檢測到的褶皺：破壞性地切開并拋光復合材料，使用顯微鏡來捕獲復合材料的橫截面的圖像(即，顯微照片)，并且檢查在褶皺位置處收集到的顯微照片。這導致可能并非必要的耗時且昂貴的工作。例如，在項目的零件開發活動(預生產制造和預生產驗證)的過程中，進行許多非常昂貴的切碎、拋光和褶皺測量。

需要有用于無損地表征復合材料中的褶皺且然后使用自動結構分析來確定檢測到的特征相對于預期性能的意義的方法。

發明內容

本文公開的主題涉及在制造或修復過程中對帶有褶皺的復合結構提供褶皺表征和性能預測的方法。更具體地，公開了用于無損地表征復合材料中的褶皺且然后使用自動結構分析來確定檢測到的特征相對于預期性能的意義的方法。

根據一些實施例，該方法結合了B型掃描超聲波數據的使用、褶皺和橫截面的幾何形狀的自動光學測量、以及帶有褶皺的復合結構的有限元分析(FEA)，以提供評估檢測到的褶皺相對于結構的預期性能的實際意義的能力。結果是，在許多情況中節約了切開或修復的時間和成本，并基于工程數據確認了結構的使用或修復。

根據一個實施例，一種用于表征復合結構中的褶皺且然后基于那些褶皺表征來預測帶有褶皺的復合結構的性能的方法使用超聲波檢查系統，通過使超聲波B型掃描數據與參考標準的光學橫截面(例如顯微照片)的測量結果互相關聯來校準該超聲波檢查系統。這具有這樣的好處：從在生產中或在使用中的原始的或修復的復合結構(即，非參考標準)收集的超聲波B型掃描數據可用來表征復合結構中的褶皺，不用必須破壞該復合結構以獲得光學橫截面。換句話說，可從B型掃描的結果中推斷出可從光學橫截面獲得的褶皺表征，不用切割所檢查的零件以獲得光學橫截面。更具體地，由于使B型掃描數據與光學橫截面測量數據互相關聯的預校準過程的原因，B型掃描數據可轉換成褶皺輪廓表征，不用必須進行光學橫截面測量。