本公開的實施例總體上涉及用于檢測結(jié)構(gòu)化部件上或結(jié)構(gòu)化部件內(nèi)的變化的x射線散射系統(tǒng)和方法，并且更具體地，涉及用于通過分析諸如反向散射數(shù)據(jù)和/或正向散射數(shù)據(jù)的x射線散射數(shù)據(jù)來檢測結(jié)構(gòu)變化的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

飛行器結(jié)構(gòu)可由復合材料形成，復合材料通常為代替金屬使用的增強型基于聚合物的材料，特別是在其中希望相對低的重量和高機械強度的應(yīng)用中。復合材料廣泛用于各種商業(yè)和軍用飛行器、地面車輛和消費者產(chǎn)品。復合材料可包括通常應(yīng)用于層中的增強纖維的網(wǎng)絡(luò)，以及充分潤濕增強纖維以在樹脂和增強纖維之間形成粘結(jié)接觸的聚合物樹脂。復合材料可然后通過各種已知的形成方法諸如擠出過程或其他形成過程來形成到結(jié)構(gòu)化部件中。

可由雷擊、著火、發(fā)動機廢氣或其它高溫事件導致復合結(jié)構(gòu)(諸如飛行器的那些復合結(jié)構(gòu))內(nèi)的變化。復合材料中的起初的熱損壞一般不能使用通常的諸如超聲方法的無損檢驗(ndi)技術(shù)檢測。

紅外(ir)光譜學是用于檢測與某個飛行器的部件有關(guān)的變化的被批準的方法。然而，ir光譜學通常用來檢測結(jié)構(gòu)外表面上的變化。簡而言之，ir光譜學不能有效確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化。

超聲波系統(tǒng)和方法也可用于檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化，諸如由熱損壞導致的變化。然而，結(jié)構(gòu)可能在超聲波系統(tǒng)檢測變化之前已顯著改變。

總之，用于檢測復合結(jié)構(gòu)諸如飛行器的一部分內(nèi)的變化的已知系統(tǒng)和方法在檢測初始熱變化中通常是無效的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

需要能夠有效檢測結(jié)構(gòu)諸如飛行器的一部分內(nèi)的結(jié)構(gòu)變化(諸如可由熱損壞導致)的局部區(qū)域的系統(tǒng)和方法。需要用于量化結(jié)構(gòu)的變化水平諸如由熱導致的變化水平的系統(tǒng)和方法。進一步地，需要能夠在變化增大到不希望的水平之前檢測復合結(jié)構(gòu)內(nèi)初始變化的區(qū)域的系統(tǒng)和方法。

考慮到這些需要，本公開的某些實施例提供檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性的方法。該方法可包括生成并存儲由形成該結(jié)構(gòu)的材料所形成的一個或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)；將x射線輻射發(fā)射到結(jié)構(gòu)中；檢測來自結(jié)構(gòu)的x射線散射(x-rayscatter)；并且基于所檢測的x射線散射和校準數(shù)據(jù)確定結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性。屬性可以是熱x-rayscatter和/或機械屬性。x射線散射是x射線反向散射或x射線正向散射中的一個或兩個。一個或多個屬性包括結(jié)構(gòu)密度或結(jié)構(gòu)內(nèi)聚合物結(jié)合(polymericbond)的變化水平(variationlevel)中的一個或兩個。確定可以包括將結(jié)構(gòu)密度上的差異與由熱能導致的變化的水平相關(guān)聯(lián)。

該方法還可包括將x射線散射與預(yù)定閾值進行比較以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的區(qū)域。生成和存儲步驟可包括生成并存儲校準數(shù)據(jù)作為校準曲線或查詢表。該方法還可包括從x射線數(shù)據(jù)生成變化圖(variationmap)。

本公開的某些實施例提供被配置為檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性的屬性檢測系統(tǒng)。該屬性檢測系統(tǒng)可包括x射線組件，該x射線組件包括發(fā)射x射線輻射到結(jié)構(gòu)中的x射線源；以及檢測從結(jié)構(gòu)散射的x射線散射的一個或多個散射檢測器。x射線組件掃描由形成結(jié)構(gòu)的材料形成的一個或多個測試結(jié)構(gòu)。屬性檢測系統(tǒng)還可包括耦接到x射線組件的控制單元?？刂茊卧刹⒋鎯囊粋€或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)?？刂茊卧趚射線散射和校準數(shù)據(jù)確定屬性。

本公開的某些實施例提供可包括x射線組件的屬性檢測系統(tǒng)，該x射線組件包括被配置為發(fā)射x射線到結(jié)構(gòu)中的x射線源以及被配置為檢測從結(jié)構(gòu)散射的x射線散射的一個或多個散射檢測器。x射線組件被配置為在發(fā)射x射線輻射到結(jié)構(gòu)中之前掃描一個或多個測試結(jié)構(gòu)。一個或多個測試結(jié)構(gòu)由形成結(jié)構(gòu)的材料形成。

屬性檢測系統(tǒng)還可包括耦接到x射線組件的控制單元?？刂茊卧慌渲脼椋荷刹⒋鎯囊粋€或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)；通過基于所檢測的x射線散射確定結(jié)構(gòu)密度來確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化，將結(jié)構(gòu)的密度或聚合物結(jié)合中的一個或兩個的差異與結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的水平相關(guān)聯(lián)；并且將x射線散射與預(yù)定閾值進行比較以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的區(qū)域。

附圖說明

圖1示出根據(jù)本公開的實施例的屬性檢測系統(tǒng)的示意圖。

圖2示出根據(jù)本公開的實施例的屬性檢測系統(tǒng)的示意圖。

圖3示出根據(jù)本公開的實施例的測試結(jié)構(gòu)的前視圖。

圖4示出根據(jù)本公開的實施例的屬性檢測系統(tǒng)的透視圖。

圖5示出根據(jù)本公開的實施例的與灰度值的曲線圖和結(jié)構(gòu)上的距離有關(guān)的結(jié)構(gòu)的圖像。

圖6示出根據(jù)本公開的實施例的檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性的方法的流程圖。

具體實施方式

結(jié)合所附附圖，從前述發(fā)明內(nèi)容以及后續(xù)的某些實施例的詳細描述件更好地理解本發(fā)明。如本文中所使用的以單數(shù)形式引用并且前面是單詞“一(a)”或“一個(an)”的要素或步驟應(yīng)理解為不必排除復數(shù)個要素或步驟。進一步地，對“一個實施例”的參考不旨在解釋為排除同樣結(jié)合所引用特征的另外實施例的存在。此外，除非以相反方式明確陳述，否則“包括”或“具有”一個要素或多個要素(其具有特定條件)的實施例可包括不具有該特定條件的另外要素。

本公開的實施例可用來檢查各種結(jié)構(gòu)，諸如復合結(jié)構(gòu)、碳-碳結(jié)構(gòu)、塑料、交聯(lián)聚合物、其它樹脂基結(jié)構(gòu)等。本公開的實施例還可用來檢測零件內(nèi)部的各種機械和熱屬性，諸如強度、應(yīng)力等。另外，本公開的實施例可在(例如復合結(jié)構(gòu)的)固化過程期間使用，或用于確定結(jié)構(gòu)的熱屬性，諸如熱屏蔽。簡而言之，本公開的實施例可用來通過分析散射數(shù)據(jù)檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個物理屬性。

本公開的某些實施例提供用來確定形成結(jié)構(gòu)的材料的內(nèi)部機械和/或熱屬性的系統(tǒng)和方法。例如，材料的內(nèi)部屬性隨著暴露于熱的變化水平而改變。作為實例，當結(jié)構(gòu)暴露于第一溫度時，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)具有第一特性。隨著溫度升高，內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)改變，使得在高于第一溫度的第二溫度，內(nèi)部分子具有第二特性。本公開的實施例利用x射線散射以檢測由熱暴露和/或機械變化導致的材料的內(nèi)部變化。

本公開的某些實施例提供用于確定結(jié)構(gòu)的熱和/或機械屬性的系統(tǒng)和方法。進一步地，本公開的某些實施例提供用于確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)部熱和機械屬性的系統(tǒng)和方法。

本公開的某些實施例提供被配置為迅速且有效地自動確定復合結(jié)構(gòu)的變化和/或?qū)傩?諸如損壞水平)的系統(tǒng)和方法。本公開的某些實施例提供用于確定結(jié)構(gòu)的內(nèi)部機械和/或熱屬性的改變的系統(tǒng)和方法。

變化和/或?qū)傩钥砂釗p壞、機械或結(jié)構(gòu)異常、不一致、變更等中的一個或多個。在至少一個實施例中，變化和/或?qū)傩钥砂ńY(jié)構(gòu)的特性或特征。熱損壞或劣化可隨時間推移發(fā)生于結(jié)構(gòu)，并且可由例如雷擊導致。

本公開的某些實施例提供檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個物理屬性的方法，其可包括利用屬性檢測系統(tǒng)的x射線組件掃描測試結(jié)構(gòu)(諸如一個或多個校準試樣(calibrationcoupon))?？煞治鑫锢韺傩砸源_定結(jié)構(gòu)是否已改變，諸如通過施加熱能而改變。測試結(jié)構(gòu)由材料形成并具有與檢查變化的結(jié)構(gòu)相同或類似的厚度。例如，測試結(jié)構(gòu)可由用來形成結(jié)構(gòu)諸如飛行器機翼的復合材料形成。測試結(jié)構(gòu)可包括用來形成結(jié)構(gòu)的一定范圍的厚度。測試結(jié)構(gòu)可表示一定范圍的熱屬性(諸如無熱損壞到結(jié)構(gòu)在此解體的最大熱損壞)。

用來形成測試結(jié)構(gòu)的材料和該結(jié)構(gòu)可包括特定分子結(jié)構(gòu)，諸如矩陣中的聚合物鏈。通常，分子結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性響應(yīng)于施加增加的熱能而改變。例如，分子結(jié)構(gòu)的密度隨著結(jié)構(gòu)燃燒、燒焦等而改變。在矩陣內(nèi)或矩陣之間的聚合物結(jié)合在過高溫度劣化，這可導致密度的變化。分子結(jié)構(gòu)的改變影響x射線散射的水平，使得在與結(jié)構(gòu)的改變部分相比時，x射線散射的強度(例如，從結(jié)構(gòu)散射的x射線光子的數(shù)量)在結(jié)構(gòu)的未損壞的正常部分(例如，當按意圖制造時)中更大。隨著變化(諸如損壞)在較高溫度或延長的加熱處增大，還發(fā)生矩陣的氧化(燒焦)，這導致密度變化和密度減小，這由此減小散射強度。在至少一個實施例中，結(jié)構(gòu)密度可能不顯著受到熱損壞的影響，但可以檢測到與對結(jié)構(gòu)的分子鏈的損壞相關(guān)聯(lián)的散射減小。在至少一個實施例中，控制單元可將矩陣內(nèi)和矩陣之間的聚合物結(jié)合中的熱導致的改變相關(guān)聯(lián)，該改變可導致材料密度的變化。

x射線組件用來掃描測試結(jié)構(gòu)，該測試結(jié)構(gòu)包括結(jié)構(gòu)變化的不同區(qū)域，諸如熱損壞的不同區(qū)域。x射線散射數(shù)據(jù)與熱損壞的每個區(qū)域相關(guān)。例如，無損壞的區(qū)域與第一x射線散射強度相關(guān)，低水平熱損壞的區(qū)域與第二x射線散射強度(其低于第一x射線散射強度)相關(guān)，中等水平熱損壞的區(qū)域與第三x射線散射強度(其低于第二x射線散射強度)相關(guān)，等等。在校準曲線、查詢表等中，相關(guān)的x射線散射強度可與熱損壞的變化水平(從無損壞到最大熱損壞)相關(guān)。

在測試結(jié)構(gòu)被掃描并用來將散射強度與熱屬性(諸如熱損壞)相關(guān)之后，可然后由x射線掃描組件掃描將要檢查的實際結(jié)構(gòu)(由與測試結(jié)構(gòu)相同的材料形成)。結(jié)構(gòu)的所檢測的散射強度可關(guān)于(諸如通過測試結(jié)構(gòu)確定的)相關(guān)的熱屬性被參考以確定結(jié)構(gòu)的熱損壞的特定區(qū)域和強度。

從測試結(jié)構(gòu)收集的校準數(shù)據(jù)(諸如校準曲線、查詢表等)可自動應(yīng)用到作為結(jié)果的散射圖像，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)屬性或特性的二維圖表，諸如可由熱導致的結(jié)構(gòu)劣化的圖表。該圖表可以(以顏色或灰度)顯示為百分比強度、在額定時間的最大溫度，或另一物理屬性，取決于測試結(jié)構(gòu)如何被測試。變化圖可輸入到結(jié)構(gòu)的有限元模型中用于性能預(yù)測、修理尺寸、幾何形狀確定和分析。變化圖也可由修理人員用來確定切除或以其它方式從結(jié)構(gòu)移除多少損壞的材料，和/或制作多大的覆蓋物。同樣，通過本公開的實施例，個人能夠基于損壞的或以其它方式受損害的材料區(qū)域的尺寸來準確地確定修理材料的精確尺寸(即，既不過大也不過小的修理材料)。

本公開的某些實施例提供用于檢測復合零件內(nèi)的初始熱損壞的方法。該方法可包括在x射線束內(nèi)照射一段復合零件，檢測來自輻射的散射(諸如正向散射的反向散射)，并處理所檢測的散射以確定復合零件內(nèi)初始熱損壞的區(qū)域。

圖1示出根據(jù)本公開的實施例的屬性檢測系統(tǒng)100的示意圖。屬性檢測系統(tǒng)100包括諸如通過一個或多個有線或無線連接可操作地耦接到控制單元104的x射線組件102。如下所述，屬性檢測系統(tǒng)100還可包括一個或多個測試結(jié)構(gòu)，諸如圖3所示的測試結(jié)構(gòu)120。

x射線組件102包括x射線源106諸如x射線管、一個或多個散射檢測器108(與檢測穿過結(jié)構(gòu)的x射線的x透射散射檢測器相對)，以及支撐件110。x射線源106和一個或多個散射檢測器108可放置至將要檢測的復合結(jié)構(gòu)112的一側(cè)。x射線源106被配置為發(fā)射主x射線束114通過孔隙115到復合結(jié)構(gòu)112中。當主x射線束114轉(zhuǎn)到并穿過復合結(jié)構(gòu)112時，x射線光子從結(jié)構(gòu)112散射并由一個或多個檢測器118檢測為x射線散射116，諸如反向散射數(shù)據(jù)。x射線組件102可以另選地包括比所示更多或更少的散射檢測器108。例如，x射線組件102可包括單個散射檢測器108。

控制單元104分析x射線散射116并比較x射線散射116與存儲的校準或參考數(shù)據(jù)(在下文中稱為校準數(shù)據(jù))，諸如包含在一個或多個校準曲線、查詢表等之內(nèi)的校準數(shù)據(jù)。存儲的校準數(shù)據(jù)可存儲在與控制單元104通信和/或在控制單元104內(nèi)的一個或多個存儲器內(nèi)。存儲的校準數(shù)據(jù)可將各種水平的結(jié)構(gòu)變化(諸如各種水平的熱損壞)與對應(yīng)水平的散射強度(諸如散射計數(shù))相關(guān)。同樣，控制單元104分析所接收的x射線散射116并將x射線散射116與結(jié)構(gòu)變化相關(guān)聯(lián)。當x射線組件102相對于結(jié)構(gòu)移動時，控制單元104檢測來自結(jié)構(gòu)112不同區(qū)域的x射線散射116，并通過比較在不同區(qū)域的x射線散射116的不同強度水平與存儲在校準數(shù)據(jù)中的相關(guān)聯(lián)水平的結(jié)構(gòu)變化(諸如相關(guān)聯(lián)水平的熱變化)，確定在結(jié)構(gòu)的各區(qū)域的結(jié)構(gòu)變化的水平。

支撐件110可用來將x射線組件102相對于結(jié)構(gòu)112移動。例如，支撐件110可包括保持x射線組件102的底座的輪的一個或多個軌道，由此允許x射線組件在由箭頭118表示的方向上平移。在至少一個其它實施例中，支撐件110可包括允許x射線組件102旋轉(zhuǎn)和相對于結(jié)構(gòu)112掃動主x射線束114的轉(zhuǎn)動底座。支撐件110可包括被配置為自動移動x射線組件102的一個或多個致動器?？蛇x地，x射線組件102可被配置為經(jīng)由支撐件110手動移動。x射線組件102可相對于結(jié)構(gòu)112移動，諸如通過手動地或自動地在軌跡、滾輪等上移動。

圖2示出屬性檢測系統(tǒng)100的示意圖，其具有與圖1所示不同的配置。屬性檢測系統(tǒng)100類似于圖1所示的屬性檢測系統(tǒng)100，除了x射線源106放置至結(jié)構(gòu)112的一側(cè)，而散射檢測器108放置至結(jié)構(gòu)112的相對側(cè)之外。將要檢查的結(jié)構(gòu)112設(shè)置在x射線源106和散射檢測器108之間。同樣，散射檢測器108被配置為檢測x射線散射116作為從結(jié)構(gòu)散射離開主x射線束114的正向散射數(shù)據(jù)。可替代地，屬性檢測系統(tǒng)100可包括在結(jié)構(gòu)112的兩側(cè)上的散射檢測器108，并可因此被配置為基于x射線反向散射和x射線正向散射兩者檢測結(jié)構(gòu)的屬性。

圖3示出根據(jù)本公開的實施例的測試結(jié)構(gòu)120的前視圖。測試結(jié)構(gòu)120可包括具有將要檢查的復合結(jié)構(gòu)112的類似物理屬性的一條材料112。例如，該條材料112可由與復合結(jié)構(gòu)112相同的材料形成，并可包括與復合結(jié)構(gòu)112相同的一個或多個厚度。測試結(jié)構(gòu)120經(jīng)測試提供結(jié)構(gòu)的至少一個物理屬性和散射強度之間的相互關(guān)系。例如，物理屬性可與材料122的加熱和/或固化的水平相關(guān)聯(lián)。

測試結(jié)構(gòu)120具有已知的物理特性(例如，厚度、材料類型等)并受到一個或多個機械和/或熱屬性測試，諸如三點彎曲測試、疲勞測試、強度測試、熱測試和/或其它機械測試。在至少一個實施例中，測試結(jié)構(gòu)120可在從沒有熱相關(guān)的不一致性、異?；蚱渌祟愖兓阶畲笏降臒嵯嚓P(guān)的不一致性、異?；蚱渌祟愖兓母鞣N水平和/或范圍被測試。例如，測試結(jié)構(gòu)120可在從關(guān)于特定測試的最小變化或?qū)傩运?諸如無損壞)到最大變化或?qū)傩运?諸如最大損壞)的各水平或范圍被測試。

例如，測試結(jié)構(gòu)120可關(guān)于測試特定結(jié)構(gòu)熱損壞而使用。在該實施例中，測試結(jié)構(gòu)120可包括多個區(qū)域124、126、128、130和132，其每個受到不同水平的測試。區(qū)域124受到無損壞(例如，沒有熱施加到區(qū)域124)。區(qū)域126受到低水平損壞。區(qū)域128受到中間水平損壞。區(qū)域130受到升高水平損壞。區(qū)域132受到最大水平損壞。最大水平損壞可以是剛好在結(jié)構(gòu)解體之前的損壞水平。例如，最大水平損壞可以是當分層開始在復合零件內(nèi)形成時的損壞水平。

測試可以是熱損壞測試。同樣，區(qū)域124可經(jīng)歷室溫(例如，沒有施加到區(qū)域124的額外熱)。區(qū)域126可經(jīng)歷超過室溫的低水平熱能。區(qū)域128可受到超過低水平熱能的中間水平熱能。區(qū)域130可經(jīng)歷超過中間水平熱能的升高水平熱能。區(qū)域132可經(jīng)歷超過升高水平熱能的最大水平熱能，并且在該最大水平熱能，分層開始在區(qū)域132內(nèi)形成。

當不同水平的測試能(諸如熱、應(yīng)力、應(yīng)變等)施加到每個區(qū)域126-132時，區(qū)域126-132的物理屬性更改。測試結(jié)構(gòu)120內(nèi)的不同區(qū)域根據(jù)已在測試結(jié)構(gòu)120中發(fā)生的內(nèi)部改變而不同地散射x射線輻射。例如，加熱包括樹脂、塑料或者一種或多種其它交聯(lián)聚合物的復合零件改變復合零件的物理和/或熱屬性，這由此引起x射線輻射與具有不同屬性的區(qū)域不同地散射。

例如，測試能(諸如熱能)以不同方式影響每個區(qū)域124至132中的每個的密度。因為沒有測試能施加到區(qū)域124中，所以區(qū)域密度保持與結(jié)構(gòu)正常(例如，未損壞)部分相同。然而，隨著提高測試能的水平，每個區(qū)域126-132受到更大損壞。例如，提高測試能的水平逐漸損壞區(qū)域126-132，諸如通過減小其密度。同樣，區(qū)域124至132中的每個表示由特定測試(諸如熱損壞測試)導致的不同水平損壞。可選地，區(qū)域124至132可表示材料的不同水平的結(jié)合劣化。劣化的聚合物鏈可散射較小的x射線輻射，并可在結(jié)構(gòu)密度由于材料損失而受影響之前提供(諸如由熱損壞導致的)結(jié)構(gòu)變化的指示。

區(qū)域124至132中的每個可表示試樣。如所示出的，區(qū)域124至132可在單條材料122中連接在一起?？商娲?，區(qū)域124至132中的每個可以是不連接到另一個區(qū)域的分離和獨立的試樣?？蛇x地，可使用比所示出的更多或更少的測試區(qū)域124至132。

參考圖1至圖3，在測試結(jié)構(gòu)120已被測試以形成由區(qū)域124至132表示的不同水平的變化(例如，損壞)之后，測試結(jié)構(gòu)120由x射線組件102掃描。當x射線源106掃描(諸如旋轉(zhuǎn)通過成像范圍、被相對于結(jié)構(gòu)平移等)在區(qū)域124至132中的每個上的主x射線束114時，從區(qū)域124至132散射的x射線散射116不同。因為由于在測試結(jié)構(gòu)120上執(zhí)行的一個或多個測試引起區(qū)域124至132中的每個的物理屬性不同，所以每個區(qū)域124至132散射不同量的主x射線束114作為x射線散射116。例如，區(qū)域124未受損害并具有正常密度(和/或未劣化的交聯(lián)聚合物鏈)，其散射最多量的主x射線束114作為x射線散射116。相反，區(qū)域132已受最大損害(諸如通過過多熱能被損壞)，并因此區(qū)域132的密度小于其它區(qū)域124至130。同樣，區(qū)域132散射最少量的主x射線束114作為x射線散射116。

散射檢測器108檢測來自區(qū)域124至132中的每個的x射線散射116，并且控制單元104將所接收的x射線散射116與施加到區(qū)域124至132中的已知量的測試能(并因此變化水平)相關(guān)?？刂茊卧?04可將涉及來自區(qū)域124至132的所接收的x射線散射116的數(shù)據(jù)與該區(qū)域124至132的已知變化水平相關(guān)，并在存儲器中存儲相關(guān)數(shù)據(jù)為校準數(shù)據(jù)。例如，控制單元104可在一個或多個校準曲線、查詢表等中存儲校準數(shù)據(jù)。校準數(shù)據(jù)可為每個物理特性、測試和用于若干不同測試結(jié)構(gòu)的掃描參數(shù)存儲?？刂茊卧?04然后能夠比較將要檢查的實際結(jié)構(gòu)諸如結(jié)構(gòu)112的所收集數(shù)據(jù)與校準數(shù)據(jù)，以確定結(jié)構(gòu)112內(nèi)變化的區(qū)域。

由x射線組件102掃描結(jié)構(gòu)112(諸如飛行器的復合結(jié)構(gòu))。由散射檢測器108檢測從結(jié)構(gòu)112的各區(qū)域散射的x射線散射116?？刂茊卧?04分析散射檢測器108接收的數(shù)據(jù)并將所接收的數(shù)據(jù)與校準數(shù)據(jù)比較，以確定在結(jié)構(gòu)112各區(qū)域的結(jié)構(gòu)變化的程度(諸如熱損壞的程度)。

基于校準數(shù)據(jù)，可確定可接受的變化水平(諸如可接受的劣化水平)。例如，某個百分比可設(shè)定為變化閾值。在至少一個實施例中，來自第一部分諸如區(qū)域124(例如，未損壞部分)的x射線散射116的80％可設(shè)定為變化閾值。如果控制單元在結(jié)構(gòu)112的特定區(qū)域檢測到小于80％的x射線散射116，則控制單元104可確定該區(qū)域可被修理。

所接收的x射線散射116可表示結(jié)構(gòu)112的內(nèi)部物理屬性。例如，所接收的x射線散射116可表示在任何特定點處結(jié)構(gòu)112的密度、柔性、強度等。通過檢測x射線散射116確定的物理屬性允許評估在各點處結(jié)構(gòu)112的變化(諸如劣化或其它此類損壞)。例如，結(jié)構(gòu)112的減小的密度可表示由施加到結(jié)構(gòu)112中的熱能導致的變化。

控制單元104分析來自由檢測x射線散射116的散射檢測器108檢測的信號的散射數(shù)據(jù)?；谒治龅纳⑸鋽?shù)據(jù)，控制單元104確定結(jié)構(gòu)112的在各位置或沿著結(jié)構(gòu)112的一個或多個內(nèi)部物理屬性(諸如密度)。控制單元104可比較所分析的散射數(shù)據(jù)(如從所接收的x射線散射116檢測的)與校準數(shù)據(jù)以確定物理屬性。基于所確定的物理屬性，控制單元104可評估關(guān)于結(jié)構(gòu)112的變化。

可替代地，控制單元104可以不利用校準數(shù)據(jù)確定結(jié)構(gòu)112的物理屬性。在此實施例中，可以不需要測試結(jié)構(gòu)120。代替地，控制單元104可分析從來自結(jié)構(gòu)112的各位置的x射線散射116檢測的散射數(shù)據(jù)?？刂茊卧?04可基于在散射數(shù)據(jù)中的差異確定在結(jié)構(gòu)112的各位置處結(jié)構(gòu)112的物理屬性的差異。例如，控制單元104可確定在結(jié)構(gòu)112特定位置的不規(guī)則性(諸如損壞或劣化)，其中接收與結(jié)構(gòu)112另一位置相比減小20％的x射線散射116。

圖4示出屬性檢測系統(tǒng)100的透視圖。如所示，屬性檢測系統(tǒng)100可包括安裝在支撐件110上的x射線組件102，該支撐件110可為一個或多個線性軌道111的形式。散射檢測器108布置在x射線源106的側(cè)面上。散射檢測器108可檢測從結(jié)構(gòu)112散射的x射線輻射，諸如康普頓散射x射線?？灯疹D散射涉及由帶電粒子諸如電子引起的光子(諸如x射線)的非彈性散射，這通常引起光子能量減小。散射x射線輻射的波長不同于由x射線源106初始生成的x射線。x射線源106可被配置為將主x射線束114在x射線源106的掃描角(sweepangle)上相對于結(jié)構(gòu)112旋轉(zhuǎn)。

圖4所示的系統(tǒng)100僅是一個實例系統(tǒng)配置。如所提及，系統(tǒng)100可以另選地布置以使得散射檢測器108檢測正向散射而不是反向散射。進一步地，代替x射線組件102移動，x射線組件102可固定在適當位置，而結(jié)構(gòu)112布置在將結(jié)構(gòu)112相對于x射線組件102移動的移動支撐件上。

圖5示出與灰度值204和結(jié)構(gòu)上距離206的曲線圖202有關(guān)的結(jié)構(gòu)112的圖像200。參考圖1-2、圖4和圖5，控制單元104可基于在結(jié)構(gòu)112的長度上的所接收的x射線散射116生成/重構(gòu)圖像。在至少一個實施例中，圖像200可以是結(jié)構(gòu)的至少一部分的實際形成的圖像。在至少一個其它實施例中，圖像200可以是或包括表示結(jié)構(gòu)的至少一部分的圖像的數(shù)據(jù)，無論是否可作為圖像查看。例如，x射線散射116的所接收的x射線光子的數(shù)量可與灰度值204相關(guān)?；叶戎?04的強度可與x射線光子的數(shù)量成正比(或可替代地，反比)。例如，結(jié)構(gòu)112的部分210反射最多量的x射線散射116，并因此呈現(xiàn)為最亮。相反，從結(jié)構(gòu)112的部分210變化的部分212反射最少量的x射線散射116，并因此呈現(xiàn)為最暗?？商娲?，該關(guān)系可顛倒，使得結(jié)構(gòu)112的部分210呈現(xiàn)為比部分212更暗。而且，可替代地，代替灰度值，圖像200可為顏色編碼的，使得不同顏色分配給不同水平的變化。

如圖5中所示，結(jié)構(gòu)112通常根據(jù)對應(yīng)于從端部(0像素)到對應(yīng)于圖像200的約50個像素的距離的長度是正常的。對結(jié)構(gòu)112的變化(諸如損壞)在對應(yīng)于125個像素的距離到對應(yīng)于約200個像素的距離存在。

基于所檢測的散射輻射來收集像素值。像素值可與校準數(shù)據(jù)比較以確定結(jié)構(gòu)112的任何區(qū)域是否高于或低于預(yù)定的變化閾值。例如，具有指示85％變化水平(相對于校準數(shù)據(jù))的像素值的區(qū)域可被標記為不可接受的。

如所示并描述，在具有不同物理屬性的結(jié)構(gòu)112的區(qū)域之間(例如，諸如在燃燒和未燃燒的區(qū)域之間)的x射線計數(shù)上存在顯著差異。物理屬性上的差異(諸如由熱變化導致)可由相對于彼此的x射線散射差異來指示。例如，已由熱改變(例如，燒焦或燃燒)的結(jié)構(gòu)112的區(qū)域具有相對于結(jié)構(gòu)112正常區(qū)域較低的x射線散射計數(shù)。超出表面燒焦和顏色改變的熱變化可由x射線散射計數(shù)來檢測，由此指示初始熱變化(例如，在復合材料內(nèi)的樹脂開始熔融或燒焦之前由熱導致的改變)的存在。

可選地，可生成和/或顯示像素值的圖表。該圖表可以是或包括結(jié)構(gòu)112的圖像(渲染的或未渲染的)，該圖像表示特定屬性(例如，疲勞、三點彎曲、剛度等)的變化。在至少一個實施例中，標測圖可提供關(guān)于形成結(jié)構(gòu)的材料的一個或多個熱和/或機械屬性的康普頓散射的表示。

可選地，像素值和/或標測圖可轉(zhuǎn)換成有限元分析(fea)模型以評估所掃描結(jié)構(gòu)112的一個或多個物理屬性。例如，當像素值在關(guān)于特定閾值的誤差的容限內(nèi)時，fea模型可以是有益的。

在結(jié)構(gòu)112已經(jīng)被分析以確定任何變化區(qū)域后，變化的區(qū)域可切除、打補丁或以其它方式修理。例如，如果飛行器的零件受到過多熱、力或磨損，則檢查代理可希望獲知移除結(jié)構(gòu)112的一部分移除所指示的變化區(qū)域。本公開的實施例提供確保整個結(jié)構(gòu)具有一致特性，無論原來制造的或是隨后通過例如打補丁來更改的結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)和方法。本文所述的系統(tǒng)和方法的一個特定應(yīng)用可確保一個或多個損壞區(qū)域完全移除和/或修理。更通常地，本公開的實施例提供用于有效檢測特定結(jié)構(gòu)內(nèi)結(jié)構(gòu)變化的系統(tǒng)和方法。

如上所述，控制單元104可用來控制屬性檢測系統(tǒng)100的操作。如本文所用，術(shù)語“控制單元”、“單元”、“中央處理單元”、“cpu”、“計算機”等可包括任何基于處理器或基于微處理器的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括使用微控制器、精簡指令集計算機(risc)、專用集成電路(asic)、邏輯電路，以及任何其它電路或處理器(其包括能夠執(zhí)行本文所述功能的硬件、軟件或其組合)的系統(tǒng)。此些僅為示例性的，并因此不旨在以任何方式限制此些術(shù)語的定義和/或意義。例如，控制單元104可以是或包括被配置為控制屬性檢測系統(tǒng)100的操作的一個或多個處理器。

控制單元104被配置為執(zhí)行存儲在一個或多個存儲元件(諸如一個或多個存儲器)中的一組指令以便處理數(shù)據(jù)。例如，控制單元104可包括或耦接到一個或多個存儲器。存儲元件也可按希望或需要存儲數(shù)據(jù)或其它指令。存儲元件可以是信息源或處理機內(nèi)物理存儲器元件的形式。

該組指令可包括各種命令，該各種命令指示控制單元104作為處理機執(zhí)行具體操作，諸如本文所述的主題的各種實施例的方法和過程。該組指令可以是軟件程序的形式。軟件可以是各種形式，諸如系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件。進一步地，軟件可以是單獨程序的集合、在較大程序內(nèi)的程序子集或程序的一部分的形式。軟件也可包括面向?qū)ο缶幊痰男问降哪K化編程。由處理機處理輸入數(shù)據(jù)可響應(yīng)于用戶命令，或響應(yīng)于先前處理的結(jié)果，或響應(yīng)于由另一處理機做出的請求。

本文的實施例的圖示可示出一個或多個控制或處理元件，諸如控制單元104。應(yīng)理解處理或控制單元可表示可實施為具有相關(guān)聯(lián)指令(例如，存儲在有形和非暫時性計算機可讀存儲介質(zhì)，諸如計算機硬盤驅(qū)動器、rom、ram等上的軟件)的硬件的電路、電路系統(tǒng)或其部分，該相關(guān)聯(lián)指令執(zhí)行本文所述的操作。硬件可包括硬連線以執(zhí)行本文所述功能的狀態(tài)機電路系統(tǒng)?？蛇x地，硬件可包括電子電路，其包括和/或連接到一個或多個基于邏輯的裝置，諸如微處理器、處理器、控制器等?？蛇x地，控制單元104可表示處理電路系統(tǒng)，諸如現(xiàn)場可編程門陣列(fpga)、專用集成電路(asic)、一個或多個微處理器等中的一個或多個。各種實施例中的電路可被配置為執(zhí)行一個或多個算法以執(zhí)行本文所述的功能。一個或多個算法可包括本文所公開的實施例的方面，無論是否在流程圖或方法中明確確認。

如本文所用，術(shù)語“軟件”和“固件”是可互換的并包括存儲在存儲器中用于由計算機執(zhí)行的任何計算機程序，該存儲器包括ram存儲器、rom存儲器、eprom存儲器、eeprom存儲器和非易失性ram(nvram)存儲器。上面的存儲器類型僅是示例性的，并因此不限制可用于存儲計算機程序的存儲器的類型。

圖6示出檢測結(jié)構(gòu)諸如結(jié)構(gòu)112的一個或多個屬性的方法的流程圖。根據(jù)圖6的流程圖，控制單元104(圖1和圖2所示)可操作屬性檢測系統(tǒng)100(例如，圖1和圖2所示)。該方法在300開始，其中校準屬性檢測系統(tǒng)100。例如，屬性檢測系統(tǒng)100的x射線組件(諸如圖1和圖2所示的x射線組件102)可掃描具有更改的物理屬性的區(qū)域的一個或多個結(jié)構(gòu)120(諸如試樣)。x射線組件102掃描已知測試區(qū)域，并將x射線散射數(shù)據(jù)與測試結(jié)構(gòu)120中的每個和/或其區(qū)域相關(guān)聯(lián)。在已知測試區(qū)域和x射線散射數(shù)據(jù)之間的相關(guān)聯(lián)可提供校準數(shù)據(jù)，諸如以校準曲線、查詢表、圖表、算法等的形式。校準數(shù)據(jù)然后在302存儲。

在304中，將要檢查的結(jié)構(gòu)112由x射線組件100掃描。在306中，檢測來自結(jié)構(gòu)112的部分的x射線散射。在至少一個實施例中，可形成被掃描的結(jié)構(gòu)的區(qū)域的二維曲線圖(諸如圖5中所示的曲線圖202)。曲線圖可包括x射線計數(shù)軸)(諸如灰度值軸)和距離軸(諸如以像素為單位測量)。在308中，與x射線散射有關(guān)的x射線散射數(shù)據(jù)與校準數(shù)據(jù)比較以確定其中物理屬性不同的區(qū)域。在310中，確定x射線散射數(shù)據(jù)的值是否超過(例如高于或低于)預(yù)定閾值(諸如指示變化的百分比閾值)。如否，則該方法從310前進到312，其中該方法確定在結(jié)構(gòu)的特定位置沒有變化存在。該方法然后返回306。然而，如是，則x射線散射數(shù)據(jù)超過(無論是高于或低于)預(yù)定閾值，該方法從310前進到314，其中將結(jié)構(gòu)位置指示(例如，標記)為損壞。在315中，確定結(jié)構(gòu)掃描是否完成。如果掃描完成，則過程在317結(jié)束。如否，則方法然后返回306。在至少一個實施例中，x射線散射數(shù)據(jù)和/或校準數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)移到fea模型，其可用來接近結(jié)構(gòu)的局部強度減小。

如上所述，本公開的實施例提供能夠有效檢測結(jié)構(gòu)諸如飛行器的一部分之內(nèi)結(jié)構(gòu)變化的局部區(qū)域的系統(tǒng)和方法。進一步地，本公開的實施例提供能夠在變化增大到不可接受的水平之前檢測復合結(jié)構(gòu)內(nèi)初始變化的區(qū)域的系統(tǒng)和方法。

本公開的實施例可用來檢測除損壞之外的結(jié)構(gòu)屬性或特性的變化。例如，本公開的實施例可用來確定屬性諸如結(jié)構(gòu)不一致性、異常、畸形等。

進一步地，本公開包括根據(jù)以下項的實施例：

項1.一種檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性的方法，其中，該方法包括：生成并存儲從一個或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)，其中，所述一個或多個測試結(jié)構(gòu)由形成所述結(jié)構(gòu)的材料形成；將x射線輻射發(fā)射到所述結(jié)構(gòu)中以掃描所述結(jié)構(gòu)；檢測來自所述結(jié)構(gòu)的x射線散射；并且基于所檢測到的x射線散射和所述校準數(shù)據(jù)的比較來確定所述結(jié)構(gòu)的所述一個或多個屬性，其中，所述一個或多個屬性是機械屬性和熱屬性中的至少一個。

項2.根據(jù)項1的方法，其中，一個或多個屬性包括結(jié)構(gòu)密度或結(jié)構(gòu)內(nèi)聚合物結(jié)合的變化水平中的一個或兩個。

項3.根據(jù)項2的方法，其中，該確定包括將結(jié)構(gòu)密度的差異與由熱能導致的變化的水平相關(guān)聯(lián)。

項4.根據(jù)項1至3中任一項的方法，進一步包括將x射線散射與預(yù)定閾值進行比較以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的區(qū)域。

項5.根據(jù)項1至4中任一項的方法，進一步包括從x射線散射數(shù)據(jù)生成變化圖。

項6.根據(jù)項5的方法，其中，生成變化圖包括生成包括灰度或顏色編碼值的變化圖，該灰度或顏色編碼值與由一個或多個散射檢測器所檢測到的x射線散射光子的數(shù)量相關(guān)聯(lián)。

項7.根據(jù)項1至6中任一項的方法，其中，生成和存儲步驟包括生成并存儲校準數(shù)據(jù)作為校準曲線或查詢表。

項8.根據(jù)項1至7中任一項的方法，其中，x射線散射是x射線反向散射或x射線正向散射中的一個或兩個。

項9.一種屬性檢測系統(tǒng)，被配置為檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性，其中，所述屬性檢測系統(tǒng)包括：x射線組件，包括將x射線輻射發(fā)射到所述結(jié)構(gòu)中的x射線源；以及檢測從所述結(jié)構(gòu)散射的x射線散射的一個或多個散射檢測器，其中，所述x射線組件掃描由形成所述結(jié)構(gòu)的材料形成的一個或多個測試結(jié)構(gòu)；以及耦接到所述x射線組件的控制單元，其中，所述控制單元生成并存儲從所述一個或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)，并且其中，所述控制單元基于所述x射線散射和所述校準數(shù)據(jù)確定所述一個或多個屬性，其中，所述一個或多個屬性是機械屬性和熱屬性中的至少一個。

項10.根據(jù)項9的屬性檢測系統(tǒng)，其中，一個或多個屬性包括結(jié)構(gòu)密度或結(jié)構(gòu)內(nèi)聚合物結(jié)合的變化水平中的一個或兩個。

項11.根據(jù)項10的屬性檢測系統(tǒng)，其中，控制單元將結(jié)構(gòu)密度的差異與由熱能導致的變化的水平相關(guān)聯(lián)。

項12.根據(jù)項9至11中任一項的屬性檢測系統(tǒng)，其中，控制單元將x射線散射與預(yù)定閾值進行比較以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的區(qū)域。

項13.根據(jù)項9至12中任一項的屬性檢測系統(tǒng)，其中，校準數(shù)據(jù)生成并存儲為校準曲線或查詢表。

項14.根據(jù)項9至13中任一項的屬性檢測系統(tǒng)，其中，控制單元從x射線散射數(shù)據(jù)生成變化圖。

項15.根據(jù)項14的屬性檢測系統(tǒng)，其中，變化圖包括與由一個或多個散射檢測器檢測的x射線散射光子的數(shù)量相關(guān)聯(lián)的灰度或顏色編碼值。

項16.根據(jù)項9至15中任一項的屬性檢測系統(tǒng)，其中，x射線源和一個或多個散射檢測器被放置至結(jié)構(gòu)的一側(cè)，并且其中，x射線散射是x射線反向散射。

項17.根據(jù)項9至15中任一項的屬性檢測系統(tǒng)，其中，該結(jié)構(gòu)被布置在x射線源和一個或多個散射檢測器之間，并且其中，x射線散射是x射線正向散射。

項18.一種屬性檢測系統(tǒng)，包括：x射線組件，該x射線組件包括被配置為發(fā)射x射線輻射到結(jié)構(gòu)中的x射線源以及被配置為檢測從結(jié)構(gòu)散射的x射線散射的一個或多個散射檢測器，其中，x射線組件被配置為在發(fā)射x射線輻射到結(jié)構(gòu)中之前掃描一個或多個測試結(jié)構(gòu)，其中，該一個或多個測試結(jié)構(gòu)由形成結(jié)構(gòu)的材料形成；以及耦接到x射線組件的控制單元，其中，該控制單元被配置為：生成并存儲從一個或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)；通過基于所檢測的x射線散射確定結(jié)構(gòu)密度來確定結(jié)構(gòu)內(nèi)的變化；將結(jié)構(gòu)的密度或聚合物結(jié)合中的一個或兩個的差異與結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的水平相關(guān)聯(lián)；并且將x射線散射與預(yù)定閾值進行比較以確定結(jié)構(gòu)內(nèi)變化的區(qū)域。

項19.根據(jù)項18的屬性檢測系統(tǒng)，其中，控制單元經(jīng)進一步配置從x射線散射數(shù)據(jù)生成變化圖，其中，該變化圖包括與由一個或多個散射檢測器檢測的x射線散射光子的數(shù)量相關(guān)聯(lián)的灰度或顏色編碼值。

項20.一種屬性檢測系統(tǒng)，被配置為檢測結(jié)構(gòu)的一個或多個屬性，其中，該屬性檢測系統(tǒng)包括：x射線組件，該x射線組件包括發(fā)射x射線輻射到結(jié)構(gòu)中的x射線源以及檢測從結(jié)構(gòu)散射的x射線散射的一個或多個散射檢測器；以及耦接到x射線組件的控制單元，其中，控制單元生成并存儲從一個或多個測試結(jié)構(gòu)確定的校準數(shù)據(jù)，并且其中，控制單元基于x射線散射和校準數(shù)據(jù)確定一個或多個屬性，其中，該一個或多個屬性是機械屬性和熱屬性中的至少一個。

項21.根據(jù)項20的屬性檢測系統(tǒng)，其中，一個或多個測試結(jié)構(gòu)由形成結(jié)構(gòu)的材料形成。

盡管各種諸如頂部、底部、較低、中間、橫向、水平、垂直、在前等的空間和方向術(shù)語可被用來描述本公開的實施例，但應(yīng)理解的是，這些些術(shù)語僅相對于圖中所示的方位使用。方位可顛倒、旋轉(zhuǎn)或以其它方式改變，使得上部為下部，并且反之亦然，水平變?yōu)榇怪钡鹊取?/p>

如本文所用，“被配置為”執(zhí)行任務(wù)或操作的結(jié)構(gòu)、限制或要素是以對應(yīng)于該任務(wù)或操作的方式特定地在結(jié)構(gòu)上形成、構(gòu)造或適應(yīng)的。為清晰起見并避免疑問，僅能夠修改以執(zhí)行任務(wù)或操作的對象不“被配置為”執(zhí)行如本文所用的任務(wù)或操作的結(jié)構(gòu)。

應(yīng)理解，上面描述旨在說明而非限制。例如，上述實施例(和/或其方面)可彼此組合所用。另外，在不背離本公開的各種實施例的教導的范圍的情況下，可做出許多修改以使特定狀況或材料適應(yīng)本公開的各種實施例的教導。盡管本文所述的材料的尺寸和類型旨在限定本公開的各種實施例的參數(shù)，但實施例絕不限制并且是示例性實施例。許多其它實施例將在查看上面描述時對本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯。因此，本公開的各種實施例的范圍應(yīng)參考所附權(quán)利要求與這些權(quán)利要求授權(quán)到的等同形式的全部范圍來確定。在所附權(quán)利要求中，術(shù)語“包括”和“在此之中”用作相應(yīng)術(shù)語“正在包括”和“其中”的簡單英語等同形式。此外，術(shù)語“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標記，并且不旨在強加對它們的對象的數(shù)值需求。進一步地，所附權(quán)利要求的限制不以手段加功能格式撰寫，并且不旨在基于35u.s.c.§112(f)來解釋，除非并且直到此權(quán)利要求限制明確使用繼之以另外的結(jié)構(gòu)的狀態(tài)或功能空間的短語“用于…的手段”。

該書面描述使用實例以使本公開的包括最優(yōu)模式的各種實施例公開，而且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開的各種實施例，包括制作并使用任何裝置或系統(tǒng)且執(zhí)行任何所結(jié)合的方法。本公開的各種實施例的專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)生的其它實例。如果此些其它實例具有不與權(quán)利要求的字面語言不同的結(jié)構(gòu)要素，或如果實例包括與權(quán)利要求的字面語言沒有實質(zhì)不同的等同結(jié)構(gòu)要素，則它們旨在處于權(quán)利要求的范圍內(nèi)。