[發明專利]使用激光超聲來檢測結構的系統和方法

有效

• 申請號: 201910184246.1
• 申請日: 2019-03-12
• 公開（公告）號: CN110411948B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: W·P·莫策;G·E·喬治森;J·P·賓厄姆;J·C·肯尼迪;J·J·加維
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 徐敏剛;王小東

本發明涉及使用激光超聲來檢測結構的系統和方法。用于檢測結構的方法包括如下步驟：識別所述結構的表面相對于參考系的三維位置；從發射器的輸出將激光發射到所述結構的所述表面上，以在所述結構中形成超聲波并探測對所述超聲波的響應；基于所述表面的所述三維位置，使所述激光在所述結構之上沿著掃描路徑運動，以使所述發射器的所述輸出距所述表面位于恒定的偏移距離處并且將從所述發射器的所述輸出發射的所述激光以恒定的投射角引導至所述表面上；以及基于對所述超聲波的所述響應，確定在所述結構中是否存在不一致性。

技術領域

本公開大體上涉及無損檢查，更具體地涉及使用激光超聲對結構的無損檢查。

背景技術

在制造飛行器、交通工具和其它結構時，經常對用于形成這些結構的部件進行檢查以確定所述部件對于期望的功能和性能是否具有合適的參數和特性。另外，可以作為日常維修的一部分對所述結構和/或部件進行檢查。無損檢查通常用于評估部件的特性而不改變部件待用于其期望功能的能力。無損檢查的示例包括超聲檢測、渦流檢測、X射線檢測和可視檢查。

超聲檢測常用于對由復合材料形成的飛行器部件進行檢查。超聲檢測涉及使音波(即，聲波)發射穿過檢測對象并探測對該音波的響應。對所述響應進行分析以確定在檢測對象中是否存在不一致性。

通常使用傳感器來進行超聲檢測，所述傳感器被構造成將音波發送入檢測對象中并探測對音波的響應。典型地，通過將傳感器放置成與檢測對象物理接觸而使所述傳感器聯接至檢測對象的表面。在許多情況下，使用諸如水、油、水基凝膠或一些其它液體的聯接介質來減少傳感器與檢測對象之間的聲阻抗。但是，在許多情況下將傳感器聯接至檢測對象的表面可能會困難且復雜。例如，當檢測對象具有非恒定的幾何形狀、非平坦表面或其它非平坦特征時，以確保聲音按期望的方向(例如垂直于所述表面)進入檢測對象的方式將傳感器聯接至檢測對象可能會是困難且復雜的。另外，在許多情況下容納聯接介質可能會是困難且復雜的。此外，在一些情況下使用聯接介質對于某些類型的檢測對象來說可能根本是不期望的。

激光超聲檢測是無損檢查的示例，其通過無需與檢測對象物理接觸就能對檢測對象進行檢查而克服了將傳感器物理聯接至檢測對象的困難和復雜性。典型地，激光超聲檢測使用激光束在檢測對象中生成超聲波并且使用另一單獨的激光束探測對超聲波的響應以生成關于檢測對象的數據。但是，在許多情況下，用單通道激光器(例如，單發射激光器和接收激光器)對檢測對象的檢查對于實際實施來說太慢。為了解決該問題，可以使用激光器陣列。但是，典型地用于激光超聲檢測的高能激光器的大小、重量和成本可能會使得使用激光器陣列不切實際。為了解決該問題，可以使用低能激光器陣列。但是，使用低能激光器需要在激光器陣列的整個掃描過程保持適當的對準和相隔距離，以尤其在檢測對象具有非恒定的幾何形狀時生成可用數據。在許多情況下，保持適當的對準和相隔是困難的，并且可能需要復雜的機械控制系統來保持激光器與部件的對準，這會顯著地降低激光超聲檢測系統的掃描速率。

因而，本領域技術人員在激光超聲檢測領域繼續進行研發努力。

發明內容

在一實施例中，公開的使用激光超聲來檢測結構的方法包括如下步驟：(1)識別所述結構的表面相對于參考系的三維位置；(2)從發射器的輸出將激光發射到所述結構的所述表面上，以在所述結構中形成超聲波并探測對所述超聲波的響應；(3)基于所述表面的所述三維位置，使所述激光在所述結構之上沿著掃描路徑運動，以使所述發射器的所述輸出距所述表面位于恒定的偏移距離處并且將從所述發射器的所述輸出發射的所述激光以恒定的投射角引導至所述表面上；以及(4)基于對所述超聲波的所述響應，確定在所述結構中是否存在不一致性。