KR101351231B1 - 레이저-초음파 시스템의 분광 특성화를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

레이저 초음파 시스템을 사용하여 재료를 분광 분석하는 방법이 제공된다. 이 방법은 발생 레이저를 이용하여 진폭 변위를 측정하는 단계를 포함한다. 진폭 변위는 타깃의 광학 흡수 속성에 관련된다. 진폭 변위는 타깃 재료 조성물 특성을 식별하는 데 유용한 광학 흡수도 표시 결과를 획득하도록 레이저 파장 범위 전체에서 발생된다.

Description

레이저-초음파 시스템의 분광 특성화를 위한 방법 및 장치{Method and Apparatus For Spectroscopic Characterization Of Samples Using A Laser-Ultrasound System}

본 발명은 일반적으로는 비-파괴 검사 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 레이저-초음파 시스템을 사용하여 분광기 분석을 하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

복합 재료 생성 분야의 최근 개발 범위가, 넓고 다양한 애플리케이션에서 복합 재료를 사용하는 것으로 확장되고 있다. 복합 재료의 저 중량 성질과 결합된 고 강도 및 견고성 때문에, 복합물(composites)이 특정한 로드를 견디는 컴포넌트를 위한 베이스 재료로서 금속과 금속 합금을 대신하고 있다. 예를 들어, 복합물은 이제 자동차, 선박, 및 항공기와 같은 운송 수단의 몸체 및 구조물을 위한 재료로 일반적으로 사용된다. 그러나, 복합 기계 통합성을 보장하기 위해서는, 견고한 검사가 필요하다. 이러한 검사는 대체로 복합물로 만들어진 컴포넌트의 제조시에 그리고 컴포넌트의 수명(사용 기간) 중에 주기적으로 필요하다.

레이저 초음파는 복합 재료로 만들어진 대상물을 검사하는 방법의 한 예이다. 이 방법은 펄스 발생 레이저를 복합물의 일부에 조사함으로써 복합물 표면에 초음파 진동을 생성하는 단계를 포함한다. 검출 레이저 빔은 진동 표면으로 전달되고, 진동 표면에 의해 산란, 반사 및 위상 변조되어 위상 변조 광을 생성한다. 수집 광학장치가 위상 변조 레이저 광을 수신하고 이를 프로세싱을 위해 전달한다. 프로세싱은 수집 광학장치에 연결된 간섭계(interferometer)에 의해 수행되는 것이 일반적이다. 복합물에 관한 정보가 위상 변조 광 프로세싱으로부터 확인되며, 이 정보는 크랙, 판상 균열(delamination), 다공성, 외부 물질(함유물), 결합손상부, 및 파이버 정보를 포함한다.

항공우주 분야에서 사용된 컴포넌트와 같은 복잡한 모양을 가지는 대상물을 위해 레이저 초음파를 사용하는 방법의 한 가지 장점은, 결합물질(couplant)이 불필요하며, 복잡한 모양이 윤곽-추적 로봇장치를 이용하지 않고도 검사될 수 있다는 것이다. 레이저-초음파는 폴리머-매트릭스 합성 재료를 검사하기 위해 항공기 제조시 사용될 수 있다. 이러한 합성 재료는 여러 특성화 단계를 거치고, 이 단계 중 하나가 레이저-초음파에 의한 초음파 검사이다. 제조 중 일부 포인트에서 이러한 복합물이 반드시 화학적으로 특성화되어 복합물을 형성하는데 사용된 레진이 잘 경화되도록 하여야 한다. 추가로, 정확한 레진이 형성 프로세스에서 사용되었는지를 판단하는 것이 중요하다. 합성 화합물 특성화는 일반적으로 적외선 분광기 실험 분석을 위한 제어 샘플을 획득하는 단계를 포함한다.

이 명세서에 재료 분석 방법이 개시되며, 이 방법은 타깃 표면상의 초음파 변위를 생성하기 위해 타깃 표면에서 발생 레이저 빔을 전달하는 단계를 포함하고, 여기서, 발생 레이저의 파동 파장이 식별가능하다. 이 방법은 또한 식별가능한 레이저 파동 파장에 관한 타깃 표면 변위 진폭을 측정하는 단계, 레이저 파동 파장을 변경하는 단계, 그리고 동일한 발생 레이저 파동 파장에서 인식된 조성물의 상대적인 초음파 신호 진폭에 대한 특정한 레이저 파장에서의 상대적인 측정 초음파 신호 진폭을 비교함으로써 타깃 표면 조성물을 판단하는 단계를 포함한다. 분광기 방법은 추가로 측정된 타깃 표면 변위 진폭을 사용하여 타깃 표면 구조적 완전성을 평가하는 단계를 포함한다. 타깃은 제조물의 부품(part)일 수 있으며 완성된 제품에 조립될 수 있다. 이 방법은 추가로 타깃에 대한 파장의 범위에 전체에 대해 개별 파장에서 표면 초음파 변위 진폭을 측정하는 단계, 개별 파장에 대해 측정된 타깃 표면 변위 진폭을 상관 시키는 측정된 데이터 어레이를 형성하는 단계, 그리고 타깃 조성물을 판단하기 위해 인식된 조성물의 재료에 관한 개별 파장과 변위 진폭의 데이터 어레이에 대해 측정 데이터 어레이를 비교하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 이 방법은 변위를 생성한 레이저 파동의 파장에 상관된 타깃 표면 변위의 측정된 진폭 값으로 구성된 비교 데이터 어레이를 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 타깃 조성물이 인식된다. 측정된 변위 진폭은 이러한 비교로부터 타깃 조성물을 판단하기 위해 데이터 어레이와 비교될 수 있다. 측정된 데이터 어레이는 인식된 레이저 파장의 범위 전체에 걸쳐 타깃 표면 변위 진폭을 측정함으로써, 그리고 비교 데이터 어레이와 측정된 데이터 어레이를 비교하여 이 비교 결과로부터 타깃 조성물을 판단함으로써 생성될 수 있다. 완성 제품은 항공기를 포함할 수 있다. 타깃 조성물은 레진을 포함할 수 있으며, 이 방법은 타깃 표면 조성물을 판단하는 단계에 의해 레진이 적절히 큐어될 수 있도록 하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 타깃 표면 조성물을 결정하는 단계에 의해 타깃 내에 특정한 레진이 존재하는 지를 확인하는 단계도 포함할 수 있다. 타깃 표면은 코팅을 포함할 수 있다.

또한 대상물을 분석하는 방법에 개시된다. 이 방법은 (a) 하나 이상의 인식된 파장에서 동작하는 펄스화 발생 레이저 빔을 사용하여 대상물 상에 초음파 변위를 발생하는 단계, (b) 각각의 인식 파장에서 발생된 변위 진폭을 측정하는 단계, (c) 각각의 인식 파장 및 대응하는 인식 파장에서 발생된 변위 진폭을 포함하는 측정 데이터 어레이를 생성하는 단계, (d) 인식된 재료로부터 획득된 데이터 어레이와 측정 데이터 어레이를 비교하는 단계, 그리고 (e) 데이터 어레이와 측정 데이터 어레이를 비교하는 단계에 근거하여 대상물의 조성물을 식별하는 단계에 의해 대상물을 분석한다. 데이터 어레이는 인식된 재료로부터 획득되고, 파장 범위 전체에서 발생 레이저를 사용하여 인식된 재료의 샘플 내에 초음파 변위를 생성하고, 이 변위를 측정하며, 레이저 파장과 변위를 상관시킴으로써 형성될 수 있다. 공지된 물질로부터 획득된 데이터 어레이가 임의의 표준 분광 방법인, FTR 송신 또는 광음향적 방법에 의해 생성될 수 있다. 대상물은 또한 제조된 부품일 수 있으며 항공기에 부착될 수 있다. 본 발명은 추가로, 타깃 대상물의 초음파 검사 방법을 포함한다. 여기서 발생 레이저 빔이 타깃 대상물로 전달되고, 초음파 변위가 발생 레이저 빔을 이용하여 타깃 대상물 상에서 발생되며, 초음파 변위가 측정되며, 발생 레이저 빔의 파장이 변경되며, 타깃 대상물 상의 추가 초음파 변위가 서로 다른 레이저 빔 파장에서 동작하는 발생 레이저 빔을 이용하여 생성되고, 추가 초음파 변위가 측정되고, 초음파 변위 및 발생 레이저 빔 파장으로 구성된 측정 데이터 어레이가 형성되고, 측정 초음파 변위가 이 변위를 발생시키기 위해 사용된 발생 레이저 빔의 파장과 상관되며, 측정 데이터 변위는 인식된 재료의 데이터 어레이와 비교되고, 타깃 대상물의 재료가 비교 단계에 근거하여 식별되며, 타깃 대상물 내의 결함이 초음파 변위를 분석함으로써 검출된다. 이러한 단계들은 발생 레이저 빔과 상당한 양의 타깃 대상물을 스캔함으로써 수행된다. 타킷 대상물은 완성된 제품 내에 조립된 부품일 수 있다.

본 발명의 특징 및 효과의 일부가 언급되었으나, 첨부된 도면과 함께 설명이 이루어짐에 따라 다른 특징 및 효과가 분명해질 것이다.
도 1은 초음파 검사 시스템의 사시도이다.
도 2 내지 4는 조성물에 대해 측정된 광학 깊이 및 변위 진폭을 비교하는 그래픽 플롯이다.
본 발명이 바람직한 실시예와 함께 설명될 것이나, 본 발명이 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니라는 사실을 이해할 수 있을 것이다. 반대로, 이는 첨부된 청구항에 정의된 것과 같은 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함되는, 모든 변경, 변형 및 등가적 내용을 아우르기 위한 것이다.

이제 이하에서 본 발명이 본 발명의 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 더 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있으며, 이 명세서에 설명된 실시예에 제한되게 구성되어야 하는 것은 아니다. 오히려, 본 발명이 속하는 분야의 기술자가 이 명세서의 개시 내용을 완전히 이해하고, 이들에게 본 발명의 범위를 완전히 전달하기 위해 제공된다. 동일한 번호는 전체적으로 동일한 구성요소를 나타낸다. 첨부 도면의 참조시 편의를 위해, 방향 지시 용어는 참조 및 설명만을 위해 사용된다. 예를 들어, "상부", "하부", "상부에", "하부에" 등과 같은 방향 지시 용어는 관련 위치를 설명하기 위해 사용된다.

본 발명이, 구성, 동작, 정확한 재료, 또는 도시 및 설명된 실시예의 세부 사항에 제한되는 것이 아니라는 사실이 이해될 것이며, 변형예 및 등가예도 마찬가지로 본 발명이 속하는 분야의 기술자에게 자명할 것이다. 도면 및 설명에서, 본 발명의 실시예가 개시되고, 구체적인 용어가 사용되었으나, 이들은 한정을 위한 것이 아니라 넓은 범위의 설명을 위해 사용된 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 의해서만 제한된다.

도 1은 레이저 초음파 검출 시스템(10)의 일 실시예에 대한 측면 사시도이다. 검출 시스템(10)은 발생 레이저(14)를 방출하고 검사 타깃(15)으로 전달하기 위해 형성된 레이저 초음파 유닛(12)을 포함한다. 발생 빔(14)은 검사 표면(16) 상의 검사 타깃(15)과 접촉한다. 발생 빔(14)은 열-탄성적으로 검사 표면(16)을 확장시켜 검사 표면(16) 상에 대응하는 파동 변위(18)를 생성한다. 일 실시예에서, 발생 빔(14)은 검사 표면(16) 상의 초음파 변위(18)를 생성하도록 구성된 펄스 레이저이다. 검출 빔(20)은 또한 레이저 초음파 유닛(12)으로부터 방출되는 것으로 도시되며 발생 빔(14)을 둘러싸고 동축인 것으로 도시된다. 동일한 레이저 초음파 유닛(12)으로부터 방출되었으나, 검출 빔 및 발생 빔(86, 88)은 서로 다른 소스에 의해 생성된다. 그러나, 검출 빔(14, 20)은 서로 다른 소스로부터 생성될 수 있다. 알려진 바와 같이, 검출 빔(20)은 위상 변조 광(21)을 형성하기 위해, 초음파 변위(18)와 접촉시 산란, 반사 및 위상 변조된 검출 파동을 포함한다. 검출 빔(20)으로부터 위상 변조된 광(21)은 수집 광학 장치(23)에 의해 수신되고, 검사 타깃(15)에 관한 정보를 판단하도록 처리된다. 발생 및 검출 빔(14, 20)은 전체 표면(16)에 관한 정보를 획득하기 위해 타깃(15) 전체로 스캔될 수 있다. 빔(14, 20)을 스캔하는 데 사용된 메커니즘(도시되지 않음)이 레이저 초음파 유닛(12) 내에 하우징될 수 있다. 메커니즘을 제어하고 선택적으로 수집 광학장치에 의해 기록된 데이터를 처리하기 위한 프로세서(도시되지 않음)가 레이저 초음파 유닛(12)에도 하우징될 수 있다. 수집 광학장치(23)는 레이저 초음파 유닛(12)으로부터 분리되고, 화살표(A)를 통해 레이저 초음파 유닛(12)과 통신 연결된 것으로 도시되나, 수집 광학 장치는 레이저 초음파 유닛(12)과 함께 또는 그 내부에 포함될 수 있다.

레이저 초음파 테스트 시스템을 사용하여 결함에 대해 타깃 대상물을 초음파 검사하고, 타깃 대상물을 분광학적으로 특성화하기 위해 레이저 초음파 테스트 시스템을 사용하는 방법이 개시된다. 본 발명의 방법에 따른 일 실시예에서, 발생 빔은 레이저 초음파 시스템에 의해 생성되고, 타깃의 표면에서 열-탄성 확장을 일으키기 위해 타깃 대상물로 전달된다. 초음파 변위는 열-탄성 확장에 반응하여 타깃 표면에서 생성된다. 초음파 변위의 진폭이, 특정한 초음파 파장에서, 타깃 표면으로의 발생 레이저 빔의 광학적 투과 깊이에 정비례한다. 광학적 투과 깊이는 타깃의 광학적 흡수도와 반비례한다. 따라서, 발생 레이저 빔의 광학적 파장을 변경함으로써, 타깃 재료의 흡수 대역이 발생 빔의 파장 범위 전체에서 관찰될 수 있다.

여기에 기술된 방법의 일 실시예에서, 도 1의 레이저 초음파 소스(12)로부터 나온 것과 같은 발생 레이저 빔이 타깃 표면(16) 상의 초음파 변위를 생성하도록 타깃(15)으로 겨냥한다. 초음파 변위(18)의 진폭은 위에 설명한 것과 같이 검출 레이저 빔(20)에 의해 측정될 수 있다. 발생 레이저 빔(14)의 파장이 식별가능하여야 한다. 즉, 이 파장은 표면 초음파 변위 생성시에, 인식되며, 계산되거나 알 수 있다. 타깃(15) 재료는 표면 변위(10)를 생성하는 데 사용된 발생 빔(14)의 파장과, 측정된 표면 변위(18)를 상관시킴으로써 식별될 수 있다. 변위 및 파장에 대한 값은 이전에 기록되거나 획득된 플롯 또는 인식된 재료의 대응 변위 진폭 및 발생 빔 파장와 비교될 수 있다. 따라서, 측정된 상대적인 진폭 및 파장 값을 인식된 재료의 기준 상대 진폭 및 파장 값과 매칭함으로써, 타깃 재료 및.또는 조성물이 판단될 수 있다. 본 발명에 따른 방법의 일 실시예에서, 대응하는 발생 빔 파장을 가지는 변위 진폭의 단일 측정 방법이 테스트 대상물 재료를 식별하기 위해 사용된다.

선택적인 일 실시예에서, 검출 빔 파장은 스펙트럼 범위 전체에서 변경되며, 이 범위를 따르는 개별 포인트에서 초음파 변위가 대상물 내에 생성된다.

각각의 개별 파장에서의 변위 값이 측정되고, 변위를 생성하는데 사용된 발생 빔 파장과 상관된다. 측정된 변위 값과 개별 파장 값은 측정된 값으로 구성된 데이터 어레이를 채우는 데 사용된다. 유사하게, 측정 데이터 어레이는 발생 빔 파장과 인식된 재료의 대응 변위를 포함하는 데이터 어레이와 비교 및 매칭되어, 타깃 재료를 식별한다. 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 대응하는 발생 빔 파장을 이용한 변위 진폭에 대한 두번의 측정이 테스트 대상물 재료를 확인하기 위해 이용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 대응하는 발생 빔 파장을 이용한 변위 진폭의 하나 이상의 측정이 테스트 대상물 재료를 식별하는 데 사용된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 대응하는 발생 빔 파장을 이용한 변위 진폭의 복수의 측정이 테스트 대상물 재료를 식별하는 데 사용된다. 여기서, 발생 빔 파장의 스펙트럼 범위는 약 0.1 마이크론 내지 약 20 마이크론이며, 선택적으로는 약 0.5 마이크론 내지 약 15 마이크론, 약 1 마이크론 내지 약 10 마이크론, 약 2 마이크론 내지 약 8 마이크론, 약 2.5 마이크론 내지 약 7.5 마이크론, 그리고 약 3 마이크론 내지 약 4 마이크론이다. 다른 실시예에서, 연속적인 발생 빔 파장의 증분이 약 0.01 마이크론 또는 약 3 마이크론이거나 이들 사이의 임의의 값일 수 있다. 선택적으로 연속 파장 값이 변경될 수 있다.

본 발명에 따른 방법을 이용하는 것의 여러 장점 중 하나는 이 명세서에 설명된 분광 분석이 특정한 부품으로부터 취득하고 실험실에서 분석된 샘플을 대신하여 여러 부품에 대해 수행될 수 있다는 것이다. 또한, 여기에 설명된 분광 분석은, 완성된 제품에 부품이 부착될 때 사용될 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 방법은 사용 수명의 기간 중에, 즉 서비스 된 후에, 완성 제품에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 분광 분석이 항공기에 조립되기 전에 부품의 수용 테스트 중에 항공기 부품에 대해 이루어질 수 있다. 유사하게, 항공기에 부착된 후, 항공기의 수용 전에, 또는 항공기가 서비스 된 후 항공기 또는 부품의 수명 내에, 부품이 분광 분석을 이용하여 분석될 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 방법이 항공기를 포함하는 완성품에만 한정되는 것이 아니며 둘 이상의 부품을 포함하는 임의의 제품을 포함할 수 있다. 추가로, 레이저 초음파 시스템은 위치 접근이 매우 어려운 부품 또는 부품의 일부분에 대한 분광 분석을 제공하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은 제조된 부품과 같은 타깃 대상물의 조성물을 판단할 수 있을 뿐 아니라, 이 방법은 프로세스를 형성하는 대상물이 정확히 수행되었는지 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 부품이 조성물이거나 레진 제품으로 구성되는 경우에, 레진과 같은 조성물 구성 성분이 적절히 처리 및 경화되었는지를 결정할 수 있다. 추가로, 레진과 같은 특정한 또는 바람직한 성분이 최종 제품을 형성하는데 사용되었는지를 결정할 수 있다. 이러한 분석은 또한 페인팅 된 표면과 같은 코팅이 대상물에 도포되었는지 여부 및 적절한 코팅이 표면에 도포되었는지 그리고 잘 도포되었는지 여부를 결정할 수 있다.

이제 도 2를 참조하면, 이러한 도면은 광학 투과 깊이 및 초음파 진폭 변위(세로좌표) 대 투과 깊이 및 변위를 생성하는데 사용된 소스의 광학 파장 (가로 좌표)의 비교를 나타낸다. 더 구체적으로, 도 2는 그래파이트-에폭시 샘플의 테스트 중에 기록된 실제 데이터를 반영하는 플롯(22)을 나타낸다. 플롯(22)은 초음파 변위를 생성한 발생 빔 파장과 상관된 그래파이트 에폭시 샘플의 초음파 변위의 측정 진폭을 나타내는 일련의 포인트(24)를 포함한다. 측정된 광학 깊이가 광 음향 평가에 의해 획득되었으며, 라인(26)에 의해 표현된다. 측정된 광학 깊이 및 파장의 단위는 모두 마이크론이다. 도 2에서, 초음파 변위의 진폭의 값이 평준화(normalize) 되어 측정된 진폭과 광학 투과 깊이 사이의 비례 관계를 명확히 나타낸다.

도 2 에서, 절댓값은 변위 응답(response)을 나타내며, 라인(26) 및 일련의 포인트(24)의 상대적인 모양이 타깃의 재료를 식별하는데 사용될 수 있다. 나아가, 제한된 포인트가 측정을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 지정 파장에서 측정된 초음파 진폭의 비가 타깃 재료 또는 경화(curing)의 레벨과 같은 구체적인 특성을 확인하는데 사용될 수 있다.

따라서, 인식된 조성물에 대한 기록된 광학 깊이 데이터는 측정된 초음파 변위 값 및 대응하는 발생 빔 파장으로부터 재료를 확인하기 위한 유효 비교 기준(치)를 제공한다. 위에 설명한 것과 같이, 재료에 대한 확인 동작은 재료 조성물에 제한되지 않으나, 재료가 적절히 처리된 경우에, 코팅을 포함할 수 있고, 재료 내 조성물의 퍼센티지를 포함할 수 있다.

도 3은 발생 빔에 의해 생성된 측정 진폭 변위를 나타내는 평준화된 포인트(30)와 측정된 광학 깊이를 반영하는 대응 라인(32)을 비교하는 플롯(28)을 나타낸다. 이러한 예에서, 재료는 그래파이트-BMI 샘플이다. 도 4는 또한 지정 파동 길이에 대해 평준화된 진폭 데이터에 대한 측정된 광학 깊이를 비교한다. 도 4의 예에서, 대상물은 페인트 된 그래파이트 에폭시 샘플을 포함한다.

도 2 내지 4에서, 알려진 분광기 기술에 의한, 광 음향학적, 그리고 2.5 메가 헤르츠에서의 레이저 초음파 측정 사이의 비교가 표현되었다. 광 음향적 측정은 조성물 부품으로부터 잘린, 지름이 5 밀리미터인 작은 샘플에 대해 실험실에서 수행되었다. 레이저 초음파 측정은 3.0 및 3.5 마이크론 사이에서 튜닝하는 파동 길이를 허용하는 광학 파라미터 오실레이터가 장착된 레이저 초음파 시스템에 의해 획득되었다. 이러한 파장 범위는 C-H 분자 결합의 강도 스트레칭 모드(stretching mode)에 대응한다. 도 2 내지 4는 재료에서 초음파 변위 및 광학 깊이 사이의 비례 관계를 명확히 도시함으로써, 본 발명에 따른 방법을 이용한 재료 분석의 또 다른 효과를 나타낸다. 이 결과는 또한 서로 다른 유형의 재료 사이의 구별을 쉽게 하는 레이저 초음파 측정을 보여준다.

좀더 완성된 분석은 2.5MHz 이외의 여러 주파수에의 초음파 진폭을 이용할 수 있고, 따라서 본 발명의 방법은 2.5MHz에서의 측정에 제한되지 않는다. 여러 초음파 주파수 또는 광대역 초음파 신호의 사용(더 복잡한 경우에)도 이 명세서에 설명된 방법의 범위에 포함된다.

레이저 초음파 검출 시스템이, 결함 조건 존재에 관해 벌크 재료를 분석하고, 다공성, 외부 물질(함유물), 판상 균열, 해체, 크랙과 같은 일반적인 재료 특성, 및 광섬유 특성(가령, 광섬유 배향 및 광섬유 밀도), 부분 두께, 및 벌크의 기계적 속성을 동시에 측정하면서, 타깃 분광 분석을 할 수 있다는 것이 본 발명에 따른 방법의 또 다른 효과이다. 시간 및 자본 절약과 더불어, 좀더 대표적인 분광 분석을 성취할 수 있다. 왜냐하면, 이러한 분석은 테스트 쿠폰이나 제어 샘플 대신에 대상물 자체에 수행되기 대문이다. 위에 설명한 것과 같이, 스캔이 제조 부품 자체, 대형 완제품에 부착된 부품, 또는 일체로 최종 조립된 제품에 수행될 수 있다.

발생 빔 파장의 변경은 여러 방식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 광학 파라미터 오실레이터가 포함될 수 있어, 바람직한 화학적 식별 작업을 수행하기에 충분한 범위에 걸쳐 발생 레이저 파장을 변경하는 성능을 제공한다. 제어한 수의 서로 다른 파장만이 필요하나, 라만 셀, 브릴루앙 셀, 다중 파장 레이저 또는 다중 레이저가 사용될 수 있다. 하나 이상의 파장에 대한 액세스를 제공하는 임의의 장치 또는 시스템은 이 명세서에 개시된 방법의 실시예로 간주되어야 한다.

따라서, 여기에 설명된 본 발명은 목적을 수행하고 위에 언급된 결과 및 효과를 얻도록, 그리고 마찬가지로 그 외의 고유한 목적을 이루도록 조정된다. 본 발명의 바람직한 실시예가 개시의 목적으로 제공되었으나, 바람직한 결과를 얻기 위한 세부적인 절차에 대한 다양한 변경을 할 수 있다. 이러한 변경 및 이와 유사한 변경은 자체적으로 본 발명이 속하는 분야의 기술자에게 쉽게 제시될 것이며, 여기에 개시된 본 발명의 사상 및 첨부된 청구항의 범위 내에서 포괄적으로 포함된다.

Claims (20)

1. (a) 타깃 표면에 초음파 변위를 생성하기 위해 타깃 표면에 발생 레이저 빔을 전달하는 단계;
   (b) 상기 발생 레이저 빔 파장을 변경하고, 변경된 파장을 갖는 발생 레이저 빔을 타깃에 전달해 타깃 표면에 초음파 변위를 생성하는 단계;
   (c) 상기 a~b 단계에서의 초음파 변위의 진폭을 측정하는 단계;
   (d) 측정된 초음파 변위가 상기 발생 레이저 빔의 파장의 플롯을 형성하는 단계;
   (e) 공지의 조성물의 타깃을 향한 발생 레이저 빔에 의해 생긴 초음파 변위에 대한 상기 발생 레이저 빔의 파장의 플롯을 제공하는 단계; 및
   (f) 상기 d 단계의 플롯과 e 단계의 플롯을 비교해 타깃 조성물을 결정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 a~b 단계의 초음파변위를 측정하여 타깃 구조 완전성을 평가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 타깃이 제조물의 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 타깃이 완제품에 조립된 제조물의 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 a~b 단계에서 측정된 초음파변위를 기초로 타깃 표면에서의 광학 깊이를 평가하는 단계;
   평가된 광학 깊이에 대한 발생 레이저빔의 파장의 플롯을 형성하는 단계; 및
   평가된 광학깊이를 갖는 플롯을 상기 d 단계의 플롯과 결합하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
6. 제1항에 있어서, 변위가 생긴 레이저 파동의 파장에 상관된 타깃 표면 변위의 측정된 진폭 값으로 구성된 비교 데이터 어레이를 형성하는 단계를 더 포함하되, 타깃 표면 조성물이 이미 공지된 것을 특징으로 하는 재료 분석 방법.
7. (a) 하나 이상의 공지의 파장으로 동작하는 펄스 발생 레이저빔을 사용하여 대상물에 초음파 변위를 생성하는 단계;
   (b) 각각의 공지의 파장에서 발생된 대상물상의 변위 진폭을 측정하는 단계;
   (c) 각각의 공지의 파장에서 발생된 변위 진폭 및 이에 대응하는 공지의 파장을 포함한 측정 데이터 어레이를 생성하는 단계;
   (d) 상기 측정 데이터 어레이를, 측정된 음향 변위값과 이런 음향변위를 일으키는데 사용된 발생 레이저빔의 파장값을 갖고 공지의 재료에서 구한 데이터 어레이와 비교하는 단계; 및
   (e) 상기 측정 데이터 어레이를 데이터 어레이와 비교하는 단계에 근거하여 대상물의 조성물을 식별하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 대상물 분석 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 공지의 재료에서 구한 데이터 어레이가 일정 파장 범위에 걸친 발생 레이저를 이용해 공지의 재료 샘플내에 초음파 변위를 발생시키고, 이런 초음파 변위를 측정하며, 이 초음파 변위를 상기 레이저 파동 파장과 상관시켜 생성되는 것을 특징으로 하는 대상물 분석 방법.
9. 제7항에 있어서, 공지의 재료에서 구한 데이터 어레이가 실험적 분광 평가에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 대상물 분석 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 대상물이 제조물의 부품인 것을 특징으로 하는 대상물 분석 방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 제조물의 부품이 항공기에 부착되는 것을 특징으로 하는 대상물 분석 방법.
12. 타깃 대상물의 초음파 검사 방법에 있어서:
    상기 타깃 대상물에 발생 레이저 빔을 접촉시키는 단계;
    상기 발생 레이저 빔으로 타깃 대상물에 초음파 변위를 생성하는 단계;
    상기 초음파 변위를 측정하는 단계;
    상기 발생 레이저 빔 파장을 변경하는 단계;
    파장이 다른 발생 레이저 빔으로 타깃 대상물에 추가 초음파 변위를 생성하는 단계;
    상기 추가 초음파 변위를 측정하는 단계;
    초음파 변위 및 발생 레이저 빔 파장으로 구성된 측정 데이터 어레이를 형성하는 단계;
    상기 초음파 변위를 생성하는 데 사용된 발생 레이저 빔의 파장과 측정된 초음파 변위를 상관시키는 단계;
    상기 측정 데이터 어레이를 공지의 재료의 데이터 어레이와 비교하는 단계;
    상기 비교단계에 근거하여 타깃 대상물 재료를 결정하는 단계; 및
    상기 초음파 변위를 분석해 타깃 대상물의 결함을 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
13. 제12항에 있어서, 상기 발생 레이저 빔으로 상당 량의 타깃 대상물을 스캔하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
14. 제12항에 있어서, 상기 타깃 대상물이 완제품에 조립된 부품을 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 검사 방법.
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