CN106940324A - 用于检测结构变化的x射线散射系统和方法 - Google Patents

用于检测结构变化的x射线散射系统和方法 Download PDF

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Abstract

本公开涉及用于检测结构变化的X射线散射系统和方法。本公开的实施例提供用于检测结构的一个或多个热和/或机械属性的系统和方法。该方法可包括由形成结构的材料形成一个或多个测试结构；生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据；将X射线辐射发射到结构中；检测来自结构的X射线散射；以及基于所检测的X射线散射和校准数据确定结构的一个或多个属性。

Description

用于检测结构变化的X射线散射系统和方法
技术领域
本公开的实施例总体上涉及用于检测结构化部件上或结构化部件内的变化的X射线散射系统和方法，并且更具体地，涉及用于通过分析诸如反向散射数据和/或正向散射数据的X射线散射数据来检测结构变化的系统和方法。
背景技术
飞行器结构可由复合材料形成，复合材料通常为代替金属使用的增强型基于聚合物的材料，特别是在其中希望相对低的重量和高机械强度的应用中。复合材料广泛用于各种商业和军用飞行器、地面车辆和消费者产品。复合材料可包括通常应用于层中的增强纤维的网络，以及充分润湿增强纤维以在树脂和增强纤维之间形成粘结接触的聚合物树脂。复合材料可然后通过各种已知的形成方法诸如挤出过程或其他形成过程来形成到结构化部件中。
可由雷击、着火、发动机废气或其它高温事件导致复合结构(诸如飞行器的那些复合结构)内的变化。复合材料中的起初的热损坏一般不能使用通常的诸如超声方法的无损检验(NDI)技术检测。
红外(IR)光谱学是用于检测与某个飞行器的部件有关的变化的被批准的方法。然而，IR光谱学通常用来检测结构外表面上的变化。简而言之，IR光谱学不能有效确定结构内的变化。
超声波系统和方法也可用于检测结构内的变化，诸如由热损坏导致的变化。然而，结构可能在超声波系统检测变化之前已显著改变。
总之，用于检测复合结构诸如飞行器的一部分内的变化的已知系统和方法在检测初始热变化中通常是无效的。
发明内容
需要能够有效检测结构诸如飞行器的一部分内的结构变化(诸如可由热损坏导致)的局部区域的系统和方法。需要用于量化结构的变化水平诸如由热导致的变化水平的系统和方法。进一步地，需要能够在变化增大到不希望的水平之前检测复合结构内初始变化的区域的系统和方法。
考虑到这些需要，本公开的某些实施例提供检测结构的一个或多个属性的方法。该方法可包括生成并存储由形成该结构的材料所形成的一个或多个测试结构确定的校准数据；将X射线辐射发射到结构中；检测来自结构的X射线散射(X-ray scatter)；并且基于所检测的X射线散射和校准数据确定结构的一个或多个属性。属性可以是热X-ray scatter和/或机械属性。X射线散射是X射线反向散射或X射线正向散射中的一个或两个。一个或多个属性包括结构密度或结构内聚合物结合(polymeric bond)的变化水平(variationlevel)中的一个或两个。确定可以包括将结构密度上的差异与由热能导致的变化的水平相关联。
该方法还可包括将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。生成和存储步骤可包括生成并存储校准数据作为校准曲线或查询表。该方法还可包括从X射线数据生成变化图(variation map)。
本公开的某些实施例提供被配置为检测结构的一个或多个属性的属性检测系统。该属性检测系统可包括X射线组件，该X射线组件包括发射X射线辐射到结构中的X射线源；以及检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器。X射线组件扫描由形成结构的材料形成的一个或多个测试结构。属性检测系统还可包括耦接到X射线组件的控制单元。控制单元生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据。控制单元基于X射线散射和校准数据确定属性。
本公开的某些实施例提供可包括X射线组件的属性检测系统，该X射线组件包括被配置为发射X射线到结构中的X射线源以及被配置为检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器。X射线组件被配置为在发射X射线辐射到结构中之前扫描一个或多个测试结构。一个或多个测试结构由形成结构的材料形成。
属性检测系统还可包括耦接到X射线组件的控制单元。控制单元被配置为：生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据；通过基于所检测的X射线散射确定结构密度来确定结构内的变化，将结构的密度或聚合物结合中的一个或两个的差异与结构内变化的水平相关联；并且将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。
附图说明
图1示出根据本公开的实施例的属性检测系统的示意图。
图2示出根据本公开的实施例的属性检测系统的示意图。
图3示出根据本公开的实施例的测试结构的前视图。
图4示出根据本公开的实施例的属性检测系统的透视图。
图5示出根据本公开的实施例的与灰度值的曲线图和结构上的距离有关的结构的图像。
图6示出根据本公开的实施例的检测结构的一个或多个属性的方法的流程图。
具体实施方式
结合所附附图，从前述发明内容以及后续的某些实施例的详细描述件更好地理解本发明。如本文中所使用的以单数形式引用并且前面是单词“一(a)”或“一个(an)”的要素或步骤应理解为不必排除复数个要素或步骤。进一步地，对“一个实施例”的参考不旨在解释为排除同样结合所引用特征的另外实施例的存在。此外，除非以相反方式明确陈述，否则“包括”或“具有”一个要素或多个要素(其具有特定条件)的实施例可包括不具有该特定条件的另外要素。
本公开的实施例可用来检查各种结构，诸如复合结构、碳-碳结构、塑料、交联聚合物、其它树脂基结构等。本公开的实施例还可用来检测零件内部的各种机械和热属性，诸如强度、应力等。另外，本公开的实施例可在(例如复合结构的)固化过程期间使用，或用于确定结构的热属性，诸如热屏蔽。简而言之，本公开的实施例可用来通过分析散射数据检测结构的一个或多个物理属性。
本公开的某些实施例提供用来确定形成结构的材料的内部机械和/或热属性的系统和方法。例如，材料的内部属性随着暴露于热的变化水平而改变。作为实例，当结构暴露于第一温度时，内部分子结构具有第一特性。随着温度升高，内部分子结构改变，使得在高于第一温度的第二温度，内部分子具有第二特性。本公开的实施例利用X射线散射以检测由热暴露和/或机械变化导致的材料的内部变化。
本公开的某些实施例提供用于确定结构的热和/或机械属性的系统和方法。进一步地，本公开的某些实施例提供用于确定结构的内部热和机械属性的系统和方法。
本公开的某些实施例提供被配置为迅速且有效地自动确定复合结构的变化和/或属性(诸如损坏水平)的系统和方法。本公开的某些实施例提供用于确定结构的内部机械和/或热属性的改变的系统和方法。
变化和/或属性可包括热损坏、机械或结构异常、不一致、变更等中的一个或多个。在至少一个实施例中，变化和/或属性可包括结构的特性或特征。热损坏或劣化可随时间推移发生于结构，并且可由例如雷击导致。
本公开的某些实施例提供检测结构的一个或多个物理属性的方法，其可包括利用属性检测系统的X射线组件扫描测试结构(诸如一个或多个校准试样(calibrationcoupon))。可分析物理属性以确定结构是否已改变，诸如通过施加热能而改变。测试结构由材料形成并具有与检查变化的结构相同或类似的厚度。例如，测试结构可由用来形成结构诸如飞行器机翼的复合材料形成。测试结构可包括用来形成结构的一定范围的厚度。测试结构可表示一定范围的热属性(诸如无热损坏到结构在此解体的最大热损坏)。
用来形成测试结构的材料和该结构可包括特定分子结构，诸如矩阵中的聚合物链。通常，分子结构的一个或多个属性响应于施加增加的热能而改变。例如，分子结构的密度随着结构燃烧、烧焦等而改变。在矩阵内或矩阵之间的聚合物结合在过高温度劣化，这可导致密度的变化。分子结构的改变影响X射线散射的水平，使得在与结构的改变部分相比时，X射线散射的强度(例如，从结构散射的X射线光子的数量)在结构的未损坏的正常部分(例如，当按意图制造时)中更大。随着变化(诸如损坏)在较高温度或延长的加热处增大，还发生矩阵的氧化(烧焦)，这导致密度变化和密度减小，这由此减小散射强度。在至少一个实施例中，结构密度可能不显著受到热损坏的影响，但可以检测到与对结构的分子链的损坏相关联的散射减小。在至少一个实施例中，控制单元可将矩阵内和矩阵之间的聚合物结合中的热导致的改变相关联，该改变可导致材料密度的变化。
X射线组件用来扫描测试结构，该测试结构包括结构变化的不同区域，诸如热损坏的不同区域。X射线散射数据与热损坏的每个区域相关。例如，无损坏的区域与第一X射线散射强度相关，低水平热损坏的区域与第二X射线散射强度(其低于第一X射线散射强度)相关，中等水平热损坏的区域与第三X射线散射强度(其低于第二X射线散射强度)相关，等等。在校准曲线、查询表等中，相关的X射线散射强度可与热损坏的变化水平(从无损坏到最大热损坏)相关。
在测试结构被扫描并用来将散射强度与热属性(诸如热损坏)相关之后，可然后由X射线扫描组件扫描将要检查的实际结构(由与测试结构相同的材料形成)。结构的所检测的散射强度可关于(诸如通过测试结构确定的)相关的热属性被参考以确定结构的热损坏的特定区域和强度。
从测试结构收集的校准数据(诸如校准曲线、查询表等)可自动应用到作为结果的散射图像，产生结构属性或特性的二维图表，诸如可由热导致的结构劣化的图表。该图表可以(以颜色或灰度)显示为百分比强度、在额定时间的最大温度，或另一物理属性，取决于测试结构如何被测试。变化图可输入到结构的有限元模型中用于性能预测、修理尺寸、几何形状确定和分析。变化图也可由修理人员用来确定切除或以其它方式从结构移除多少损坏的材料，和/或制作多大的覆盖物。同样，通过本公开的实施例，个人能够基于损坏的或以其它方式受损害的材料区域的尺寸来准确地确定修理材料的精确尺寸(即，既不过大也不过小的修理材料)。
本公开的某些实施例提供用于检测复合零件内的初始热损坏的方法。该方法可包括在X射线束内照射一段复合零件，检测来自辐射的散射(诸如正向散射的反向散射)，并处理所检测的散射以确定复合零件内初始热损坏的区域。
图1示出根据本公开的实施例的属性检测系统100的示意图。属性检测系统100包括诸如通过一个或多个有线或无线连接可操作地耦接到控制单元104的X射线组件102。如下所述，属性检测系统100还可包括一个或多个测试结构，诸如图3所示的测试结构120。
X射线组件102包括X射线源106诸如X射线管、一个或多个散射检测器108(与检测穿过结构的X射线的X透射散射检测器相对)，以及支撑件110。X射线源106和一个或多个散射检测器108可放置至将要检测的复合结构112的一侧。X射线源106被配置为发射主X射线束114通过孔隙115到复合结构112中。当主X射线束114转到并穿过复合结构112时，X射线光子从结构112散射并由一个或多个检测器118检测为X射线散射116，诸如反向散射数据。X射线组件102可以另选地包括比所示更多或更少的散射检测器108。例如，X射线组件102可包括单个散射检测器108。
控制单元104分析X射线散射116并比较X射线散射116与存储的校准或参考数据(在下文中称为校准数据)，诸如包含在一个或多个校准曲线、查询表等之内的校准数据。存储的校准数据可存储在与控制单元104通信和/或在控制单元104内的一个或多个存储器内。存储的校准数据可将各种水平的结构变化(诸如各种水平的热损坏)与对应水平的散射强度(诸如散射计数)相关。同样，控制单元104分析所接收的X射线散射116并将X射线散射116与结构变化相关联。当X射线组件102相对于结构移动时，控制单元104检测来自结构112不同区域的X射线散射116，并通过比较在不同区域的X射线散射116的不同强度水平与存储在校准数据中的相关联水平的结构变化(诸如相关联水平的热变化)，确定在结构的各区域的结构变化的水平。
支撑件110可用来将X射线组件102相对于结构112移动。例如，支撑件110可包括保持X射线组件102的底座的轮的一个或多个轨道，由此允许X射线组件在由箭头118表示的方向上平移。在至少一个其它实施例中，支撑件110可包括允许X射线组件102旋转和相对于结构112扫动主X射线束114的转动底座。支撑件110可包括被配置为自动移动X射线组件102的一个或多个致动器。可选地，X射线组件102可被配置为经由支撑件110手动移动。X射线组件102可相对于结构112移动，诸如通过手动地或自动地在轨迹、滚轮等上移动。
图2示出属性检测系统100的示意图，其具有与图1所示不同的配置。属性检测系统100类似于图1所示的属性检测系统100，除了X射线源106放置至结构112的一侧，而散射检测器108放置至结构112的相对侧之外。将要检查的结构112设置在X射线源106和散射检测器108之间。同样，散射检测器108被配置为检测X射线散射116作为从结构散射离开主X射线束114的正向散射数据。可替代地，属性检测系统100可包括在结构112的两侧上的散射检测器108，并可因此被配置为基于X射线反向散射和X射线正向散射两者检测结构的属性。
图3示出根据本公开的实施例的测试结构120的前视图。测试结构120可包括具有将要检查的复合结构112的类似物理属性的一条材料112。例如，该条材料112可由与复合结构112相同的材料形成，并可包括与复合结构112相同的一个或多个厚度。测试结构120经测试提供结构的至少一个物理属性和散射强度之间的相互关系。例如，物理属性可与材料122的加热和/或固化的水平相关联。
测试结构120具有已知的物理特性(例如，厚度、材料类型等)并受到一个或多个机械和/或热属性测试，诸如三点弯曲测试、疲劳测试、强度测试、热测试和/或其它机械测试。在至少一个实施例中，测试结构120可在从没有热相关的不一致性、异常或其它此类变化到最大水平的热相关的不一致性、异常或其它此类变化的各种水平和/或范围被测试。例如，测试结构120可在从关于特定测试的最小变化或属性水平(诸如无损坏)到最大变化或属性水平(诸如最大损坏)的各水平或范围被测试。
例如，测试结构120可关于测试特定结构热损坏而使用。在该实施例中，测试结构120可包括多个区域124、126、128、130和132，其每个受到不同水平的测试。区域124受到无损坏(例如，没有热施加到区域124)。区域126受到低水平损坏。区域128受到中间水平损坏。区域130受到升高水平损坏。区域132受到最大水平损坏。最大水平损坏可以是刚好在结构解体之前的损坏水平。例如，最大水平损坏可以是当分层开始在复合零件内形成时的损坏水平。
测试可以是热损坏测试。同样，区域124可经历室温(例如，没有施加到区域124的额外热)。区域126可经历超过室温的低水平热能。区域128可受到超过低水平热能的中间水平热能。区域130可经历超过中间水平热能的升高水平热能。区域132可经历超过升高水平热能的最大水平热能，并且在该最大水平热能，分层开始在区域132内形成。
当不同水平的测试能(诸如热、应力、应变等)施加到每个区域126-132时，区域126-132的物理属性更改。测试结构120内的不同区域根据已在测试结构120中发生的内部改变而不同地散射X射线辐射。例如，加热包括树脂、塑料或者一种或多种其它交联聚合物的复合零件改变复合零件的物理和/或热属性，这由此引起X射线辐射与具有不同属性的区域不同地散射。
例如，测试能(诸如热能)以不同方式影响每个区域124至132中的每个的密度。因为没有测试能施加到区域124中，所以区域密度保持与结构正常(例如，未损坏)部分相同。然而，随着提高测试能的水平，每个区域126-132受到更大损坏。例如，提高测试能的水平逐渐损坏区域126-132，诸如通过减小其密度。同样，区域124至132中的每个表示由特定测试(诸如热损坏测试)导致的不同水平损坏。可选地，区域124至132可表示材料的不同水平的结合劣化。劣化的聚合物链可散射较小的X射线辐射，并可在结构密度由于材料损失而受影响之前提供(诸如由热损坏导致的)结构变化的指示。
区域124至132中的每个可表示试样。如所示出的，区域124至132可在单条材料122中连接在一起。可替代地，区域124至132中的每个可以是不连接到另一个区域的分离和独立的试样。可选地，可使用比所示出的更多或更少的测试区域124至132。
参考图1至图3，在测试结构120已被测试以形成由区域124至132表示的不同水平的变化(例如，损坏)之后，测试结构120由X射线组件102扫描。当X射线源106扫描(诸如旋转通过成像范围、被相对于结构平移等)在区域124至132中的每个上的主X射线束114时，从区域124至132散射的X射线散射116不同。因为由于在测试结构120上执行的一个或多个测试引起区域124至132中的每个的物理属性不同，所以每个区域124至132散射不同量的主X射线束114作为X射线散射116。例如，区域124未受损害并具有正常密度(和/或未劣化的交联聚合物链)，其散射最多量的主X射线束114作为X射线散射116。相反，区域132已受最大损害(诸如通过过多热能被损坏)，并因此区域132的密度小于其它区域124至130。同样，区域132散射最少量的主X射线束114作为X射线散射116。
散射检测器108检测来自区域124至132中的每个的X射线散射116，并且控制单元104将所接收的X射线散射116与施加到区域124至132中的已知量的测试能(并因此变化水平)相关。控制单元104可将涉及来自区域124至132的所接收的X射线散射116的数据与该区域124至132的已知变化水平相关，并在存储器中存储相关数据为校准数据。例如，控制单元104可在一个或多个校准曲线、查询表等中存储校准数据。校准数据可为每个物理特性、测试和用于若干不同测试结构的扫描参数存储。控制单元104然后能够比较将要检查的实际结构诸如结构112的所收集数据与校准数据，以确定结构112内变化的区域。
由X射线组件102扫描结构112(诸如飞行器的复合结构)。由散射检测器108检测从结构112的各区域散射的X射线散射116。控制单元104分析散射检测器108接收的数据并将所接收的数据与校准数据比较，以确定在结构112各区域的结构变化的程度(诸如热损坏的程度)。
基于校准数据，可确定可接受的变化水平(诸如可接受的劣化水平)。例如，某个百分比可设定为变化阈值。在至少一个实施例中，来自第一部分诸如区域124(例如，未损坏部分)的X射线散射116的80％可设定为变化阈值。如果控制单元在结构112的特定区域检测到小于80％的X射线散射116，则控制单元104可确定该区域可被修理。
所接收的X射线散射116可表示结构112的内部物理属性。例如，所接收的X射线散射116可表示在任何特定点处结构112的密度、柔性、强度等。通过检测X射线散射116确定的物理属性允许评估在各点处结构112的变化(诸如劣化或其它此类损坏)。例如，结构112的减小的密度可表示由施加到结构112中的热能导致的变化。
控制单元104分析来自由检测X射线散射116的散射检测器108检测的信号的散射数据。基于所分析的散射数据，控制单元104确定结构112的在各位置或沿着结构112的一个或多个内部物理属性(诸如密度)。控制单元104可比较所分析的散射数据(如从所接收的X射线散射116检测的)与校准数据以确定物理属性。基于所确定的物理属性，控制单元104可评估关于结构112的变化。
可替代地，控制单元104可以不利用校准数据确定结构112的物理属性。在此实施例中，可以不需要测试结构120。代替地，控制单元104可分析从来自结构112的各位置的X射线散射116检测的散射数据。控制单元104可基于在散射数据中的差异确定在结构112的各位置处结构112的物理属性的差异。例如，控制单元104可确定在结构112特定位置的不规则性(诸如损坏或劣化)，其中接收与结构112另一位置相比减小20％的X射线散射116。
图4示出属性检测系统100的透视图。如所示，属性检测系统100可包括安装在支撑件110上的X射线组件102，该支撑件110可为一个或多个线性轨道111的形式。散射检测器108布置在X射线源106的侧面上。散射检测器108可检测从结构112散射的X射线辐射，诸如康普顿散射X射线。康普顿散射涉及由带电粒子诸如电子引起的光子(诸如X射线)的非弹性散射，这通常引起光子能量减小。散射X射线辐射的波长不同于由X射线源106初始生成的X射线。X射线源106可被配置为将主X射线束114在X射线源106的扫描角(sweep angle)上相对于结构112旋转。
图4所示的系统100仅是一个实例系统配置。如所提及，系统100可以另选地布置以使得散射检测器108检测正向散射而不是反向散射。进一步地，代替X射线组件102移动，X射线组件102可固定在适当位置，而结构112布置在将结构112相对于X射线组件102移动的移动支撑件上。
图5示出与灰度值204和结构上距离206的曲线图202有关的结构112的图像200。参考图1-2、图4和图5，控制单元104可基于在结构112的长度上的所接收的X射线散射116生成/重构图像。在至少一个实施例中，图像200可以是结构的至少一部分的实际形成的图像。在至少一个其它实施例中，图像200可以是或包括表示结构的至少一部分的图像的数据，无论是否可作为图像查看。例如，X射线散射116的所接收的X射线光子的数量可与灰度值204相关。灰度值204的强度可与X射线光子的数量成正比(或可替代地，反比)。例如，结构112的部分210反射最多量的X射线散射116，并因此呈现为最亮。相反，从结构112的部分210变化的部分212反射最少量的X射线散射116，并因此呈现为最暗。可替代地，该关系可颠倒，使得结构112的部分210呈现为比部分212更暗。而且，可替代地，代替灰度值，图像200可为颜色编码的，使得不同颜色分配给不同水平的变化。
如图5中所示，结构112通常根据对应于从端部(0像素)到对应于图像200的约50个像素的距离的长度是正常的。对结构112的变化(诸如损坏)在对应于125个像素的距离到对应于约200个像素的距离存在。
基于所检测的散射辐射来收集像素值。像素值可与校准数据比较以确定结构112的任何区域是否高于或低于预定的变化阈值。例如，具有指示85％变化水平(相对于校准数据)的像素值的区域可被标记为不可接受的。
如所示并描述，在具有不同物理属性的结构112的区域之间(例如，诸如在燃烧和未燃烧的区域之间)的X射线计数上存在显著差异。物理属性上的差异(诸如由热变化导致)可由相对于彼此的X射线散射差异来指示。例如，已由热改变(例如，烧焦或燃烧)的结构112的区域具有相对于结构112正常区域较低的X射线散射计数。超出表面烧焦和颜色改变的热变化可由X射线散射计数来检测，由此指示初始热变化(例如，在复合材料内的树脂开始熔融或烧焦之前由热导致的改变)的存在。
可选地，可生成和/或显示像素值的图表。该图表可以是或包括结构112的图像(渲染的或未渲染的)，该图像表示特定属性(例如，疲劳、三点弯曲、刚度等)的变化。在至少一个实施例中，标测图可提供关于形成结构的材料的一个或多个热和/或机械属性的康普顿散射的表示。
可选地，像素值和/或标测图可转换成有限元分析(FEA)模型以评估所扫描结构112的一个或多个物理属性。例如，当像素值在关于特定阈值的误差的容限内时，FEA模型可以是有益的。
在结构112已经被分析以确定任何变化区域后，变化的区域可切除、打补丁或以其它方式修理。例如，如果飞行器的零件受到过多热、力或磨损，则检查代理可希望获知移除结构112的一部分移除所指示的变化区域。本公开的实施例提供确保整个结构具有一致特性，无论原来制造的或是随后通过例如打补丁来更改的结构的系统和方法。本文所述的系统和方法的一个特定应用可确保一个或多个损坏区域完全移除和/或修理。更通常地，本公开的实施例提供用于有效检测特定结构内结构变化的系统和方法。
如上所述，控制单元104可用来控制属性检测系统100的操作。如本文所用，术语“控制单元”、“单元”、“中央处理单元”、“CPU”、“计算机”等可包括任何基于处理器或基于微处理器的系统，该系统包括使用微控制器、精简指令集计算机(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路，以及任何其它电路或处理器(其包括能够执行本文所述功能的硬件、软件或其组合)的系统。此些仅为示例性的，并因此不旨在以任何方式限制此些术语的定义和/或意义。例如，控制单元104可以是或包括被配置为控制属性检测系统100的操作的一个或多个处理器。
控制单元104被配置为执行存储在一个或多个存储元件(诸如一个或多个存储器)中的一组指令以便处理数据。例如，控制单元104可包括或耦接到一个或多个存储器。存储元件也可按希望或需要存储数据或其它指令。存储元件可以是信息源或处理机内物理存储器元件的形式。
该组指令可包括各种命令，该各种命令指示控制单元104作为处理机执行具体操作，诸如本文所述的主题的各种实施例的方法和过程。该组指令可以是软件程序的形式。软件可以是各种形式，诸如系统软件或应用软件。进一步地，软件可以是单独程序的集合、在较大程序内的程序子集或程序的一部分的形式。软件也可包括面向对象编程的形式的模块化编程。由处理机处理输入数据可响应于用户命令，或响应于先前处理的结果，或响应于由另一处理机做出的请求。
本文的实施例的图示可示出一个或多个控制或处理元件，诸如控制单元104。应理解处理或控制单元可表示可实施为具有相关联指令(例如，存储在有形和非暂时性计算机可读存储介质，诸如计算机硬盘驱动器、ROM、RAM等上的软件)的硬件的电路、电路系统或其部分，该相关联指令执行本文所述的操作。硬件可包括硬连线以执行本文所述功能的状态机电路系统。可选地，硬件可包括电子电路，其包括和/或连接到一个或多个基于逻辑的装置，诸如微处理器、处理器、控制器等。可选地，控制单元104可表示处理电路系统，诸如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、一个或多个微处理器等中的一个或多个。各种实施例中的电路可被配置为执行一个或多个算法以执行本文所述的功能。一个或多个算法可包括本文所公开的实施例的方面，无论是否在流程图或方法中明确确认。
如本文所用，术语“软件”和“固件”是可互换的并包括存储在存储器中用于由计算机执行的任何计算机程序，该存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上面的存储器类型仅是示例性的，并因此不限制可用于存储计算机程序的存储器的类型。
图6示出检测结构诸如结构112的一个或多个属性的方法的流程图。根据图6的流程图，控制单元104(图1和图2所示)可操作属性检测系统100(例如，图1和图2所示)。该方法在300开始，其中校准属性检测系统100。例如，属性检测系统100的X射线组件(诸如图1和图2所示的X射线组件102)可扫描具有更改的物理属性的区域的一个或多个结构120(诸如试样)。X射线组件102扫描已知测试区域，并将X射线散射数据与测试结构120中的每个和/或其区域相关联。在已知测试区域和X射线散射数据之间的相关联可提供校准数据，诸如以校准曲线、查询表、图表、算法等的形式。校准数据然后在302存储。
在304中，将要检查的结构112由X射线组件100扫描。在306中，检测来自结构112的部分的X射线散射。在至少一个实施例中，可形成被扫描的结构的区域的二维曲线图(诸如图5中所示的曲线图202)。曲线图可包括X射线计数轴)(诸如灰度值轴)和距离轴(诸如以像素为单位测量)。在308中，与X射线散射有关的X射线散射数据与校准数据比较以确定其中物理属性不同的区域。在310中，确定X射线散射数据的值是否超过(例如高于或低于)预定阈值(诸如指示变化的百分比阈值)。如否，则该方法从310前进到312，其中该方法确定在结构的特定位置没有变化存在。该方法然后返回306。然而，如是，则X射线散射数据超过(无论是高于或低于)预定阈值，该方法从310前进到314，其中将结构位置指示(例如，标记)为损坏。在315中，确定结构扫描是否完成。如果扫描完成，则过程在317结束。如否，则方法然后返回306。在至少一个实施例中，X射线散射数据和/或校准数据可转移到FEA模型，其可用来接近结构的局部强度减小。
如上所述，本公开的实施例提供能够有效检测结构诸如飞行器的一部分之内结构变化的局部区域的系统和方法。进一步地，本公开的实施例提供能够在变化增大到不可接受的水平之前检测复合结构内初始变化的区域的系统和方法。
本公开的实施例可用来检测除损坏之外的结构属性或特性的变化。例如，本公开的实施例可用来确定属性诸如结构不一致性、异常、畸形等。
进一步地，本公开包括根据以下项的实施例：
项1.一种检测结构的一个或多个属性的方法，其中，该方法包括：生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据，其中，所述一个或多个测试结构由形成所述结构的材料形成；将X射线辐射发射到所述结构中以扫描所述结构；检测来自所述结构的X射线散射；并且基于所检测到的X射线散射和所述校准数据的比较来确定所述结构的所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。
项2.根据项1的方法，其中，一个或多个属性包括结构密度或结构内聚合物结合的变化水平中的一个或两个。
项3.根据项2的方法，其中，该确定包括将结构密度的差异与由热能导致的变化的水平相关联。
项4.根据项1至3中任一项的方法，进一步包括将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。
项5.根据项1至4中任一项的方法，进一步包括从X射线散射数据生成变化图。
项6.根据项5的方法，其中，生成变化图包括生成包括灰度或颜色编码值的变化图，该灰度或颜色编码值与由一个或多个散射检测器所检测到的X射线散射光子的数量相关联。
项7.根据项1至6中任一项的方法，其中，生成和存储步骤包括生成并存储校准数据作为校准曲线或查询表。
项8.根据项1至7中任一项的方法，其中，X射线散射是X射线反向散射或X射线正向散射中的一个或两个。
项9.一种属性检测系统，被配置为检测结构的一个或多个属性，其中，所述属性检测系统包括：X射线组件，包括将X射线辐射发射到所述结构中的X射线源；以及检测从所述结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器，其中，所述X射线组件扫描由形成所述结构的材料形成的一个或多个测试结构；以及耦接到所述X射线组件的控制单元，其中，所述控制单元生成并存储从所述一个或多个测试结构确定的校准数据，并且其中，所述控制单元基于所述X射线散射和所述校准数据确定所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。
项10.根据项9的属性检测系统，其中，一个或多个属性包括结构密度或结构内聚合物结合的变化水平中的一个或两个。
项11.根据项10的属性检测系统，其中，控制单元将结构密度的差异与由热能导致的变化的水平相关联。
项12.根据项9至11中任一项的属性检测系统，其中，控制单元将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。
项13.根据项9至12中任一项的属性检测系统，其中，校准数据生成并存储为校准曲线或查询表。
项14.根据项9至13中任一项的属性检测系统，其中，控制单元从X射线散射数据生成变化图。
项15.根据项14的属性检测系统，其中，变化图包括与由一个或多个散射检测器检测的X射线散射光子的数量相关联的灰度或颜色编码值。
项16.根据项9至15中任一项的属性检测系统，其中，X射线源和一个或多个散射检测器被放置至结构的一侧，并且其中，X射线散射是X射线反向散射。
项17.根据项9至15中任一项的属性检测系统，其中，该结构被布置在X射线源和一个或多个散射检测器之间，并且其中，X射线散射是X射线正向散射。
项18.一种属性检测系统，包括：X射线组件，该X射线组件包括被配置为发射X射线辐射到结构中的X射线源以及被配置为检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器，其中，X射线组件被配置为在发射X射线辐射到结构中之前扫描一个或多个测试结构，其中，该一个或多个测试结构由形成结构的材料形成；以及耦接到X射线组件的控制单元，其中，该控制单元被配置为：生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据；通过基于所检测的X射线散射确定结构密度来确定结构内的变化；将结构的密度或聚合物结合中的一个或两个的差异与结构内变化的水平相关联；并且将X射线散射与预定阈值进行比较以确定结构内变化的区域。
项19.根据项18的属性检测系统，其中，控制单元经进一步配置从X射线散射数据生成变化图，其中，该变化图包括与由一个或多个散射检测器检测的X射线散射光子的数量相关联的灰度或颜色编码值。
项20.一种属性检测系统，被配置为检测结构的一个或多个属性，其中，该属性检测系统包括：X射线组件，该X射线组件包括发射X射线辐射到结构中的X射线源以及检测从结构散射的X射线散射的一个或多个散射检测器；以及耦接到X射线组件的控制单元，其中，控制单元生成并存储从一个或多个测试结构确定的校准数据，并且其中，控制单元基于X射线散射和校准数据确定一个或多个属性，其中，该一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。
项21.根据项20的属性检测系统，其中，一个或多个测试结构由形成结构的材料形成。
尽管各种诸如顶部、底部、较低、中间、横向、水平、垂直、在前等的空间和方向术语可被用来描述本公开的实施例，但应理解的是，这些些术语仅相对于图中所示的方位使用。方位可颠倒、旋转或以其它方式改变，使得上部为下部，并且反之亦然，水平变为垂直等等。
如本文所用，“被配置为”执行任务或操作的结构、限制或要素是以对应于该任务或操作的方式特定地在结构上形成、构造或适应的。为清晰起见并避免疑问，仅能够修改以执行任务或操作的对象不“被配置为”执行如本文所用的任务或操作的结构。
应理解，上面描述旨在说明而非限制。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此组合所用。另外，在不背离本公开的各种实施例的教导的范围的情况下，可做出许多修改以使特定状况或材料适应本公开的各种实施例的教导。尽管本文所述的材料的尺寸和类型旨在限定本公开的各种实施例的参数，但实施例绝不限制并且是示例性实施例。许多其它实施例将在查看上面描述时对本领域技术人员明显。因此，本公开的各种实施例的范围应参考所附权利要求与这些权利要求授权到的等同形式的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“在此之中”用作相应术语“正在包括”和“其中”的简单英语等同形式。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅用作标记，并且不旨在强加对它们的对象的数值需求。进一步地，所附权利要求的限制不以手段加功能格式撰写，并且不旨在基于35U.S.C.§112(f)来解释，除非并且直到此权利要求限制明确使用继之以另外的结构的状态或功能空间的短语“用于…的手段”。
该书面描述使用实例以使本公开的包括最优模式的各种实施例公开，而且使得本领域技术人员能够实践本公开的各种实施例，包括制作并使用任何装置或系统且执行任何所结合的方法。本公开的各种实施例的专利范围由权利要求限定，并且可包括对本领域技术人员发生的其它实例。如果此些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构要素，或如果实例包括与权利要求的字面语言没有实质不同的等同结构要素，则它们旨在处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种检测结构(112)的一个或多个属性的方法(300)，其中，所述方法包括：
生成并存储(302)从一个或多个测试结构(120)确定的校准数据，其中，所述一个或多个测试结构由形成所述结构的材料(122)形成；
将X射线辐射发射到所述结构中以扫描(304)所述结构；
检测(306)来自所述结构的X射线散射(116)；并且
基于所检测到的X射线散射和所述校准数据的比较(308)来确定所述结构的所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述一个或多个属性包括所述结构(112)的密度或所述结构内的聚合物结合的变化水平中的一个或两个。
3.根据权利要求2所述的方法(300)，其中，所述确定包括将所述结构(112)的密度上的差异与由热能导致的变化的水平相关联。
4.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括将所述X射线散射(116)与预定阈值进行比较(308)以确定所述结构(112)内变化的区域。
5.根据权利要求1所述的方法(300)，进一步包括从X射线散射数据生成变化图。
6.根据权利要求1所述的方法(300)，其中，所述X射线散射(116)是X射线反向散射或X射线正向散射中的一个或两个。
7.一种属性检测系统(100)，被配置为检测结构(112)的一个或多个属性，其中，所述属性检测系统包括：
X射线组件(102)，包括将X射线辐射发射到所述结构中的X射线源(106)；以及检测从所述结构散射的X射线散射(116)的一个或多个散射检测器(108)，其中，所述X射线组件扫描由形成所述结构的材料(122)所形成的一个或多个测试结构(120)；以及
耦接到所述X射线组件的控制单元(104)，其中，所述控制单元生成并存储从所述一个或多个测试结构确定的校准数据，并且其中，所述控制单元基于所述X射线散射和所述校准数据确定所述一个或多个属性，其中，所述一个或多个属性是机械属性和热属性中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的属性检测系统(100)，其中，所述一个或多个属性包括所述结构(112)的密度或所述结构内的聚合物结合的变化水平中的一个或两个，其中，所述控制单元(104)将所述结构(112)的密度上的差异与由热能导致的变化的水平相关联。
9.根据权利要求7所述的属性检测系统(100)，其中，所述控制单元(104)将所述X射线散射(116)与预定阈值进行比较以确定所述结构(112)内变化的区域。
10.根据权利要求7所述的属性检测系统(100)，其中，
所述X射线源(106)和所述一个或多个散射检测器(108)被放置至所述结构(112)的一侧，并且其中，所述X射线散射(116)是X射线反向散射，或者
所述结构(112)被布置在所述X射线源(106)与所述一个或多个散射检测器(108)之间，并且其中，所述X射线散射(116)是X射线正向散射。
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