KR102540116B1 - 구조적 변화들을 검출하기 위한 x선 산란 시스템들 및 방법들 - Google Patents
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Abstract
본 개시의 실시예들은 구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 열적 및/또는 기계적 특성들을 검출하기 위한 시스템들(100) 및 방법들(300)을 제공한다. 이 방법은, 구조물을 형성하는 재료(122)로 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들(120)을 형성하는 단계, 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계(302), 구조물에 X선 방사를 방출하는 단계, 구조물로부터의 X선 산란(116)을 검출하는 단계(306), 및 검출된 X선 산란 및 교정 데이터를 기초로 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
Description
본 개시의 실시예들은 일반적으로 구조적 컴포넌트들 상에서 또는 구조적 컴포넌트들 내에서 변화들을 검출하기 위한 X선 산란 시스템들 및 방법들에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 후방 산란 및/또는 전방 산란 데이터와 같은 X선 산란 데이터의 분석을 통해 구조적 변화들을 검출하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
항공기 구조물들은 특히, 비교적 낮은 중량 및 높은 기계적 강도가 요구되는 애플리케이션들에서, 일반적으로 금속들 대신 사용되는 보강 고분자계 재료들인 복합 재료들로 형성될 수 있다. 복합 재료들은 다양한 상용 및 군용 항공기, 지상 차량들 및 소비자 제품들에 광범위하게 사용된다. 복합 재료는 일반적으로 층들에 적용되는 보강 섬유들의 망, 그리고 실질적으로 보강 섬유들을 적셔 수지와 보강 섬유들 사이에 바인딩 접촉을 형성하는 고분자 수지를 포함할 수 있다. 그 다음, 복합 재료는 압출 프로세스 또는 다른 성형 프로세스들과 같은 다양한 공지된 성형 방법들에 의해 구조적 컴포넌트로 형성될 수 있다.
벼락, 화재, 엔진 배기 또는 다른 고온 사건들에 의해 (항공기의 복합 구조물들과 같은) 복합 구조물들 내에서의 변화들이 야기될 수 있다. 복합물들의 초기 열 손상은 일반적으로 초음파 방법들과 같은 일반적인 비파괴 검사(NDI: non-destructive inspection) 기술들을 사용하여 검출할 수 없다.
적외선(IR: infrared) 분광법은 특정 항공기의 컴포넌트들에 대한 변화들을 검출하기 위한 입증된 방법이다. 그러나 IR 분광법은 일반적으로 구조물의 외부 표면 상에서의 변화들을 검출하는데 사용된다. 요약하면, IR 분광법은 구조물 내에서의 변화들을 효율적으로 결정할 수 없다.
예컨대, 열 손상에 의해 야기된 구조물 내에서의 변화들을 검출하기 위해 초음파 시스템들 및 방법들이 또한 사용될 수 있다. 그러나 구조물은 초음파 시스템이 변화를 검출하기 전에 이미 상당히 변화했을 수도 있다.
전반적으로, 항공기의 부분과 같은 복합 구조물 내에서의 변화들을 검출하기 위한 공지된 시스템들 및 방법들은 일반적으로 초기 열 변화들의 검출에 효과적이지 않다.
항공기의 부분과 같은 구조물 내에서 (예컨대, 열 손상에 의해 야기될 수 있는) 구조적 변화의 국소 영역들을 효율적으로 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다. 예컨대, 열에 의해 야기된 구조물의 변화 레벨을 정량화하기 위한 시스템 및 방법에 대한 필요성이 존재한다. 추가로, 변화가 원치 않은 레벨로 증가하기 전에 복합 구조물 내에서 초기 변화 영역들을 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들에 대한 필요성이 존재한다.
그러한 필요성들을 유념하여, 본 개시의 특정 실시예들은 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법을 제공한다. 이 방법은, 구조물을 형성하는 재료로 형성되는 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계, 구조물에 X선 방사를 방출하는 단계, 구조물로부터의 X선 산란을 검출하는 단계, 및 검출된 X선 산란 및 교정 데이터를 기초로 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 특성들은 열적 그리고/또는 기계적 특성들일 수 있다. X선 산란은 X선 후방 산란 또는 X선 전방 산란 중 하나 또는 둘 다이다. 하나 또는 그보다 많은 특성들은 구조물의 밀도, 또는 구조물 내에서 고분자 결합들의 변화 레벨 중 하나 또는 둘 다를 포함한다. 결정하는 단계는 구조물의 밀도 차이들을 열 에너지에 의해 야기된 변화 레벨들과 연관시키는 단계를 포함할 수 있다.
이 방법은 또한 구조물 내에서의 변화 영역들을 결정하기 위해 X선 산란을 미리 결정된 임계치와 비교하는 단계를 포함할 수 있다. 생성하고 저장하는 단계들은 교정 곡선 또는 룩업 테이블로서 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계를 포함할 수 있다. 이 방법은 또한 X선 산란 데이터로부터 변화 맵을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 개시의 특정 실시예들은 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하도록 구성된 특성 검출 시스템을 제공한다. 특성 검출 시스템은 X선 방사를 구조물에 방출하는 X선 소스, 및 구조물로부터 산란되는 X선 산란을 검출하는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들을 포함하는 X선 어셈블리를 포함할 수 있다. X선 어셈블리는 구조물을 형성하는 재료로 형성된 시험 구조물(들)을 스캔한다. 특성 검출 시스템은 또한 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장한다. 제어 유닛은 X선 산란 및 교정 데이터를 기초로 특성들을 결정한다.
본 개시의 특정 실시예들은 X선 방사를 구조물에 방출하도록 구성된 X선 소스, 및 구조물로부터 산란되는 X선 산란을 검출하도록 구성된 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들을 포함하는 X선 어셈블리를 포함할 수 있는 특성 검출 시스템을 제공한다. X선 어셈블리는 X선 방사를 구조물에 방출하기 전에 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들을 스캔하도록 구성된다. 시험 구조물(들)은 구조물을 형성하는 재료로 형성된다.
특성 검출 시스템은 또한 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛을 포함할 수 있다. 제어 유닛은: 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하고, 검출된 X선 산란을 기초로 구조물의 밀도를 결정함으로써 구조물 내에서의 변화를 결정하고, 구조물의 밀도 또는 고분자 결합들 중 하나 또는 둘 다의 차이들을 구조물 내에서의 변화 레벨들과 연관시키고, 그리고 구조물 내에서의 변화 영역들을 결정하기 위해 X선 산란을 미리 결정된 임계치와 비교하도록 구성된다.
도 1은 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템의 개략도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 시험 구조물의 정면도를 예시한다.
도 4는 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템의 사시도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 한 실시예에 따라, 구조물 상에서 그레이 값들과 거리의 그래프와 관련하여 구조물의 이미지를 예시한다.
도 6은 본 개시의 한 실시예에 따라, 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법의 흐름도를 예시한다.
도 2는 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템의 개략도를 예시한다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 시험 구조물의 정면도를 예시한다.
도 4는 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템의 사시도를 예시한다.
도 5는 본 개시의 한 실시예에 따라, 구조물 상에서 그레이 값들과 거리의 그래프와 관련하여 구조물의 이미지를 예시한다.
도 6은 본 개시의 한 실시예에 따라, 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법의 흐름도를 예시한다.
전술한 요약뿐만 아니라, 특정 실시예들에 대한 다음의 상세한 설명도 첨부된 도면들과 함께 읽으면 더 잘 이해될 것이다. 본 명세서에서 사용될 때, 단수로 언급되며 단수 표현이 선행되는 엘리먼트 또는 단계는, 복수의 엘리먼트들 또는 단계들을 반드시 배제하지는 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "일 실시예"에 대한 언급들은 열거된 특징들을 또한 포함하는 추가 실시예들의 존재를 배제하는 것으로 해석되도록 의도되는 것은 아니다. 더욱이, 명백히 반대로 언급되지 않는 한, 특정한 조건을 갖는 엘리먼트 또는 복수의 엘리먼트들을 "포함하는" 또는 "갖는" 실시예들은 그 조건을 갖지 않는 추가 엘리먼트들을 포함할 수도 있다.
본 개시의 실시예들은 복합 구조물들, 탄소-탄소 구조물들, 플라스틱들, 가교(cross-linked) 고분자들, 다른 수지계 구조물들 등과 같은 다양한 구조물들을 검사하는데 사용될 수 있다. 본 개시의 실시예들은 또한 부품 내부의 다양한 기계적 그리고 열적 특성들, 예컨대 강도, 응력 등을 검출하는데 사용될 수 있다. 추가로, 본 개시의 실시예들은 (예를 들어, 복합 구조물의) 경화 프로세스 동안, 또는 구조물의 열적 특성들, 예컨대 열 차폐를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 요약하면, 본 개시의 실시예들은 산란 데이터의 분석을 통해 구조물의 하나 또는 그보다 많은 물리적 특성들을 결정하는데 사용될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예들은 구조물을 형성하는 재료의 내부 기계적 및/또는 열적 특성들을 결정하는데 사용되는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 재료의 내부 특성들은 예를 들어, 열에 대한 노출 레벨들의 변화에 따라 변경된다. 일례로, 구조물이 제 1 온도에 노출될 때, 내부 분자 구조물은 제 1 특징을 갖는다. 온도 증가에 따라, 내부 분자 구조물이 변화하여, 제 1 온도보다 더 높은 제 2 온도에서, 내부 분자가 제 2 특징을 갖게 된다. 본 개시의 실시예들은 X선 산란을 이용하여 열적 노출 및/또는 기계적 변화들로 인한 재료의 내부 변화들을 검출한다.
본 개시의 특정 실시예들은 구조물의 열적 및/또는 기계적 특성들을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다. 추가로, 본 개시의 특정 실시예들은 구조물의 내부 열적 및 기계적 특성들을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다.
본 개시의 특정 실시예들은 복합 구조물의 (손상 레벨들과 같은) 변화들 및/또는 특성들을 신속하고 효율적으로 자동으로 결정하도록 구성된 시스템들 및 방법들을 제공한다. 본 개시의 실시예들은 구조물의 내부 기계적 및/또는 열적 특성들의 변화들을 결정하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다.
변화들 및/또는 특성들은 열 손상, 기계적 또는 구조적 변칙들, 불일치들, 개조들 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 변화들 및/또는 특성들은 구조물의 특징들 또는 피처들을 포함할 수 있다. 시간이 흐르면서 열 손상 또는 열화가 구조물에 대해 발생할 수 있으며, 예를 들어 벼락들에 의해 야기될 수 있다.
본 개시의 특정 실시예들은 구조물의 하나 또는 그보다 많은 물리적 특성들을 검출하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 특성 검출 시스템의 X선 어셈블리로 (하나 또는 그보다 많은 교정 쿠폰들과 같은) 시험 구조물을 스캔하는 단계를 포함할 수 있다. 물리적 특성들이 분석되어, 예컨대 열 에너지의 인가를 통해 구조물이 변경되었는지 여부를 결정할 수 있다. 시험 구조물은 재료로 형성되며, 변화에 대해 검사될 구조물과 동일한 또는 비슷한 두께를 갖는다. 예를 들어, 시험 구조물은 항공기의 날개와 같은 구조물을 형성하는데 사용되는 복합 재료로 형성될 수 있다. 시험 구조물은 구조물을 형성하는데 사용되는 두께들의 범위를 포함할 수 있다. 시험 구조물은 (예컨대, 열 손상 없음에서부터 구조물이 분해되는 최대 열 손상까지의) 열적 특성들의 범위를 나타낼 수 있다.
시험 구조물 및 구조물을 형성하는데 사용되는 재료는 매트릭스 내 고분자 체인들과 같은 특정 분자 구조물을 포함할 수 있다. 일반적으로, 분자 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들은 증가하는 열 에너지의 인가에 대한 응답으로 변경된다. 예를 들어, 분자 구조물의 밀도는 구조물이 연소하고, 탄화(char)하는 등에 따라 감소한다. 매트릭스 내에서의 또는 매트릭스 사이에서의 고분자 결합들은 과도한 온도에서 열화되며, 이는 밀도의 변화들로 이어질 수 있다. 분자 구조물의 변화는 X선 산란 레벨에 영향을 미쳐, 구조물의 변경된 부분과 비교할 때 구조물의 (예를 들어, 의도한 대로 제조될 때) 손상되지 않은 정상 부분에서 X선 산란 세기(예를 들어, 구조물로부터 산란되는 X선 광자들의 수)가 더 크다. (손상과 같은) 변화는 더 높은 온도들 또는 장기적인 가열에서 증가하기 때문에, 매트릭스의 산화(탄화)가 또한 발생하며, 이는 밀도 변화 및 밀도 감소를 야기하고, 이는 이로써 산란 세기를 감소시킨다. 적어도 일 실시예에서, 구조물의 밀도는 열 손상에 상당히 영향을 받지는 않을 수도 있지만, 구조물의 분자 체인들에 대한 손상과 연관된 산란 감소가 검출될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 제어 유닛은 매트릭스 내에서 그리고 매트릭스 사이에서 고분자 결합들의 열적으로 유도된 변화들을 연관시킬 수 있는데, 이는 재료 밀도의 변화들을 야기할 수 있다.
X선 어셈블리가 서로 다른 열 손상 영역들과 같은 서로 다른 구조적 변화 영역들을 포함하는 시험 구조물을 스캔하는데 사용된다. X선 산란 데이터는 각각의 열 손상 영역과 상관된다. 예를 들어, 무손상 영역은 제 1 X선 산란 세기와 상관되고, 낮은 레벨의 열 손상 영역은 (제 1 X선 산란 세기보다 더 낮은) 제 2 X선 산란 세기와 상관되며, 중간 레벨의 열 손상 영역은 (제 2 X선 산란 세기보다 더 낮은) 제 3 X선 산란 세기와 상관되는 식이다. 상관된 X선 산란 세기들은 교정 곡선, 룩업 테이블 등에서 (무손상에서부터 최대 열 손상까지) 다양한 레벨들의 열 손상과 상관될 수 있다.
시험 구조물이 스캔되어 산란 세기들을 (열 손상과 같은) 열적 특성들에 상관시키는데 사용된 후, (시험 구조물과 동일한 재료로 형성된) 검사될 실제 구조물이 다음에 X선 어셈블리에 의해 스캔될 수 있다. 구조물의 검출될 산란 세기들은 상관된 열적 특성들과 관련하여 참조되어(예컨대, 시험 구조물을 통해 결정되어) 구조물의 특정 열 손상 영역들 및 세기들을 결정할 수 있다.
시험 구조물로부터 수집된 (교정 곡선들, 룩업 테이블들 등과 같은) 교정 데이터는 결과적인 산란된 이미지에 자동으로 적용되어, 구조적 특성들 또는 특징들의 2차원 맵, 예컨대 열에 의해 야기될 수 있는 구조적 열화의 맵을 생성할 수 있다. 맵은 시험 구조물이 어떻게 시험되었는지에 따라, 퍼센트 강도, 공칭 시간에서의 최대 온도, 또는 다른 물리적 특성으로서 (컬러 또는 그레이스케일로) 디스플레이될 수 있다. 변화 맵은 성능 예측, 수리 크기, 기하학적 구조 결정 및 분석을 위해 구조물의 유한 요소 모델에 입력될 수 있다. 변화 맵은 또한 수리 인력에 의해, 손상된 재료를 구조물로부터 얼마나 절단할지 아니면 제거할지 그리고/또는 얼마나 많은 오버레이를 할지를 결정하는데 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 실시예들을 통해, 개인들이 재료의 손상된 아니면 위태롭게 된 영역의 실제 크기를 기초로 수리 재료의 정확한 크기(즉, 너무 크거나 너무 작지 않은 수리 재료)를 정확히 결정할 수 있다.
본 개시의 특정 실시예들은 복합 부품 내에서 초기 열 손상을 검출하기 위한 방법을 제공한다. 이 방법은, X선 빔 내에서 복합 부품의 섹션을 조사(irradiate)하는 단계, 조사로부터의 (후방 산란 또는 전방 산란과 같은) 산란을 검출하는 단계, 및 검출된 산란을 처리하여 복합 부품 내에서 초기 열 손상 영역들을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 본 개시의 한 실시예에 따른 특성 검출 시스템(100)의 개략도를 예시한다. 특성 검출 시스템(100)은 예컨대, 하나 또는 그보다 많은 유선 또는 무선 접속들을 통해 제어 유닛(104)에 동작 가능하게 연결된 X선 어셈블리(102)를 포함한다. 특성 검출 시스템(100)은 또한 아래 설명되는 바와 같이, 도 3에 도시된 시험 구조물(120)과 같은 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들을 포함할 수 있다.
X선 어셈블리(102)는 X선 튜브와 같은 X선 소스(106), (구조물을 통과하는 X선들을 검출하는 송신 산란 검출기들과는 대조적인) 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108) 및 지지부(110)를 포함한다. X선 소스(106) 및 산란 검출기(들)(108)는 검사될 복합 구조물(112)의 한 면에 포지셔닝될 수 있다. X선 소스(106)는 개구(115)를 통해 복합 구조물(112)에 1차 X선 빔(114)을 방출하도록 구성된다. 1차 X선 빔(114)이 복합 구조물(112)로 들어가 이를 통과할 때, X선 광자들이 구조물(112)로부터 산란되고 산란 검출기(들)(108)에 의해 후방 산란 데이터와 같은 X선 산란(116)으로서 검출된다. X선 어셈블리(102)는 대안으로, 도시된 것보다 더 많은 또는 더 적은 산란 검출기들(108)을 포함할 수 있다. 예를 들어, X선 어셈블리(102)는 단일 산란 검출기(108)를 포함할 수 있다.
제어 유닛(104)은 X선 산란(116)을 분석하여 X선 산란(116)을 예컨대, 하나 또는 그보다 많은 교정 곡선들, 룩업 테이블들 등 내에 포함된 (이후 교정 데이터로 지칭되는) 저장된 교정 또는 기준 데이터와 비교한다. 저장된 교정 데이터는 제어 유닛(104)과 통신하는 그리고/또는 제어 유닛(104) 내의 하나 또는 그보다 많은 메모리들 내에 저장될 수 있다. 저장된 교정 데이터는 (다양한 레벨들의 열 손상과 같은) 다양한 레벨들의 구조적 변화를 (산란 카운트들과 같은) 대응하는 레벨들의 산란 세기와 상관시킬 수 있다. 이에 따라, 제어 유닛(104)은 수신된 X선 산란(116)을 분석하여 X선 산란(116)을 구조적 변화와 연관시킨다. X선 어셈블리(102)가 구조물과 관련하여 이동할 때, 제어 유닛(104)은 구조물(112)의 서로 다른 영역들로부터의 X선 산란(116)을 검출하고, 서로 다른 영역들에서의 X선 산란(116)의 서로 다른 세기 레벨들을 교정 데이터에 저장된 (연관된 열 손상 레벨들과 같은) 연관된 구조적 변화 레벨들과 비교함으로써 구조물의 다양한 영역들에서의 구조적 변화 레벨들을 결정한다.
지지부(110)는 X선 어셈블리(102)를 구조물(112)과 관련하여 이동시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 지지부(110)는 X선 어셈블리(102)의 베이스의 휠들을 보유하는 하나 또는 그보다 많은 레일들을 포함할 수 있으며, 이로써 X선 어셈블리(102)가 화살표들(118)로 표시된 방향들로 평행 이동하게 할 수 있다. 적어도 하나의 다른 실시예에서, 지지부(110)는 X선 어셈블리(102)가 구조물(112)에 대해 1차 X선 빔(114)을 회전시키고 스윕(sweep)할 수 있게 하는 회전대(swiveling base)를 포함할 수 있다. 지지부(110)는 X선 어셈블리(102)를 자동으로 이동시키도록 구성된 하나 또는 그보다 많은 액추에이터들을 포함할 수 있다. 선택적으로, X선 어셈블리(102)는 지지부(110)를 통해 수동으로 이동되도록 구성될 수 있다. X선 어셈블리(102)는 예컨대, 트랙들, 롤러들 등에서 수동 또는 자동으로 이동됨으로써 구조물(112)에 대해 이동될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 것과는 다른 구성을 갖는 특성 검출 시스템(100)의 개략도를 예시한다. 특성 검출 시스템(100)은 X선 소스(106)가 구조물(112)의 한 면에 포지셔닝되는 한편, 산란 검출기들(108)은 구조물(112)의 반대 면에 포지셔닝된다는 점을 제외하면 도 1에 도시된 것과 유사하다. 검사될 구조물(112)은 X선 소스(106)와 산란 검출기들(108) 사이에 배치된다. 이에 따라, 산란 검출기들(108)은 1차 X선 빔(114)으로부터 떨어져 있는 구조물로부터 산란되는 전방 산란 데이터로서 X선 산란(116)을 검출하도록 구성된다. 대안으로, 특성 검출 시스템(100)은 구조물(112)의 양면 상에 산란 검출기들(108)을 포함할 수 있으며, 따라서 X선 후방 산란 및 X선 전방 산란 모두에 기초하여 구조물의 특성들을 검출하도록 구성될 수 있다.
도 3은 본 개시의 한 실시예에 따른 시험 구조물(120)의 정면도를 예시한다. 시험 구조물(120)은 검사될 복합 구조물(112)과 유사한 물리적 특성들을 갖는 재료(122)의 스트립을 포함할 수 있다. 예를 들어, 재료(122)의 스트립이 복합 구조물(112)과 동일한 재료로 형성될 수 있고, 복합 구조물(112)과 동일한 두께 또는 두께들을 포함할 수 있다. 시험 구조물(120)은 구조물의 적어도 하나의 물리적 특성과 산란 세기 사이의 상관을 제공하도록 시험된다. 물리적 특성들은 예를 들어, 재료(122)의 가열 및/또는 경화 레벨들과 연관될 수 있다.
시험 구조물(120)은 공지된 물리적 특징들(예를 들어, 두께, 재료 타입 등)을 가지며, 기계적 및/또는 열적 특성들에 대한 하나 또는 그보다 많은 시험들, 예컨대 3점 굽힘 시험, 피로 시험, 강도 시험, 내열 시험 및/또는 다른 기계적 시험들을 받는다. 적어도 일 실시예에서, 시험 구조물(120)은 무 또는 최소 열 관련 불일치들, 변칙들 또는 다른 이러한 변화들에서부터 최대 레벨의 열 관련 불일치들, 변칙들 또는 다른 이러한 변화들까지 다양한 레벨들 및/또는 범위들에서 시험될 수 있다. 예를 들어, 시험 구조물(120)은 특정 시험과 관련하여 (무손상과 같은) 최소 변화 또는 특성 레벨에서부터 (최대 손상과 같은) 최대 변화 또는 특성 레벨까지 다양한 레벨들 또는 범위들에서 시험될 수 있다.
예를 들어, 시험 구조물(120)은 열 손상에 대한 특정 구조물의 시험과 관련하여 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 시험 구조물(120)은 각각 서로 다른 레벨의 시험을 받는 복수의 구역들(124, 126, 128, 130, 132)을 포함할 수 있다. 구역(124)은 손상을 받지 않는다(예를 들어, 구역(124)에는 어떠한 열도 인가되지 않는다). 구역(126)은 낮은 레벨의 손상을 받는다. 구역(128)은 중간 레벨의 손상을 받는다. 구역(130)은 높아진 레벨의 손상을 받는다. 구역(132)은 최대 레벨의 손상을 받는다. 최대 레벨의 손상은 구조물 분해 직전의 손상 레벨일 수 있다. 예를 들어, 최대 레벨의 손상은 복합 부품 내에서 박리들이 형성되기 시작할 때의 손상 레벨일 수 있다.
시험은 열 손상 시험일 수 있다. 이에 따라, 구역(124)은 실온에 노출될 수 있다(예를 들어, 구역(124)에 어떠한 추가 열도 전달되지 않음). 구역(126)은 실온을 초과하는 낮은 레벨의 열 에너지를 받을 수 있다. 구역(128)은 낮은 레벨의 열 에너지를 초과하는 중간 레벨의 열 에너지를 받을 수 있다. 구역(130)은 중간 레벨의 열 에너지를 초과하는 높아진 레벨의 열 에너지를 받을 수 있다. 구역(132)은 높아진 레벨의 열 에너지를 초과하며 구역(132) 내에서 박리들이 형성되기 시작하는 최대 레벨의 열 에너지를 받을 수 있다.
(열, 응력, 변형 등과 같은) 서로 다른 레벨들의 시험 에너지가 각각의 구역(126-132)에 가해질 때, 영역들(126-132)의 물리적 특성들이 변경된다. 시험 구조물(120) 내의 서로 다른 영역들은 시험 구조물(120)에서 발생한 내부 변화들에 따라 서로 다르게 X선 방사를 산란시킨다. 예를 들어, 수지, 플라스틱 또는 다른 가교 고분자(들)를 포함하는 복합 부품을 가열하는 것은 복합 부품의 물리적 및/또는 열적 특성들을 변화시키며, 이로써 서로 다른 특성들을 갖는 영역들과는 다르게 X선 방사를 산란시킨다.
예를 들어, (열 에너지와 같은) 시험 에너지는 각각의 구역(124-132)의 밀도에 서로 다른 방식으로 영향을 준다. 구역(124)으로 어떠한 시험 에너지도 전달되지 않기 때문에, 구역의 밀도는 구조물의 정상(예를 들어, 손상되지 않은) 부분과 동일하게 유지된다. 그러나 시험 에너지 레벨들의 상승에 따라, 각각의 구역(126-132)이 더 많이 손상된다. 예를 들어, 열 에너지 레벨들의 상승은 예컨대, 구역들(126-132)의 밀도들을 감소시킴으로써 구역들(126-132)을 점진적으로 손상시킨다. 이에 따라, 각각의 구역(124-132)은 (열 손상 시험과 같은) 특정 시험에 의해 야기된 서로 다른 레벨의 손상을 나타낸다. 선택적으로, 구역들(124-132)은 재료의 서로 다른 레벨들의 결합 열화를 나타낼 수 있다. 열화된 고분자 체인들은 더 적은 X선 방사를 산란시킬 수 있으며, 재료 손실로 인해 구조물의 밀도가 영향을 받기 전에 (예컨대, 열 손상에 의해 야기되는) 구조적 변화의 표시를 제공할 수 있다.
구역들(124-132) 각각은 시험 쿠폰을 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 구역들(124-132)은 재료(122)의 단일 스트립으로 함께 연결될 수 있다. 대안으로, 구역들(124-132) 각각은 다른 쿠폰에 연결되지 않는 개별적이고 독립적인 시험 쿠폰일 수 있다. 선택적으로, 도시된 것보다 더 많은 또는 더 적은 시험 구역들(124-132)이 사용될 수 있다.
도 1 - 도 3을 참조하면, 시험 구조물(120)이 구역들(124-132)로 표현되는 서로 다른 레벨들의 변화(예를 들어, 손상)를 형성하도록 시험된 후에, 시험 구조물(120)이 X선 어셈블리(102)에 의해 스캔된다. X선 소스(106)가 구역들(124-132) 각각에 대해 1차 X선 빔(114)을 스캔(예컨대, 이미징 범위를 통해 회전하고, 구조물에 대해 평행 이동하는 등)할 때, 구역들(124-132)로부터 산란되는 X선 산란(116)은 서로 다르다. 구역들(124-132) 각각에 대한 물리적 특성들은 시험 구조물(120)에 대해 수행되는 시험(들)으로 인해 서로 다르기 때문에, 각각의 구역(124-132)은 서로 다른 양의 1차 X선 빔(114)을 X선 산란(116)으로서 산란시킨다. 예를 들어, 구역(124)은 손상되지 않으며, X선 산란(116)으로서 가장 많은 양의 1차 X선 빔(114)을 산란시키는 정상 밀도(및/또는 열화되지 않은 가교 고분자 체인들)를 갖는다. 반대로, 구역(132)은 (예컨대, 과도한 열 에너지를 통해 손상됨으로써) 가장 많이 손상되었고, 따라서 구역(132)의 밀도는 다른 구역들(124-130)보다 낮다. 이에 따라, 구역(132)은 X선 산란(116)으로서 가장 적은 양의 1차 X선 빔(114)을 산란시킨다.
산란 검출기들(108)은 구역들(124-132) 각각으로부터의 X선 산란(116)을 검출하고, 제어 유닛(104)은 수신된 X선 산란(116)을 구역들(124-132)에 전달되는 알려진 양의 시험 에너지(그리고 이에 따라 변화 레벨들)와 상관시킨다. 제어 유닛(104)은 구역들(124-132)로부터 수신된 X선 산란(116)과 관련된 데이터를 그의 알려진 변화 레벨들과 상관시키고, 상관된 데이터를 교정 데이터로서 메모리에 저장할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(104)은 교정 데이터를 하나 또는 그보다 많은 교정 곡선들, 룩업 테이블들 등에 저장할 수 있다. 교정 데이터는 여러 가지 서로 다른 시험 구조물들에 대한 각각의 알려진 물리적 특징, 시험 및 스캐닝 파라미터들에 대해 저장될 수 있다. 그 다음, 제어 유닛(104)은 검사될 실제 구조물, 예컨대 구조물(112)의 수집된 데이터를 교정 데이터와 비교하여 구조물(112) 내에서의 변화 영역들을 결정할 수 있다.
(항공기의 복합 구조물과 같은) 구조물(112)은 X선 어셈블리(102)에 의해 스캔된다. 구조물(112)의 다양한 영역들로부터 산란된 X선 산란(116)은 산란 검출기들(108)에 의해 검출된다. 제어 유닛(104)은 산란 검출기들(108)로부터 수신된 데이터를 분석하고 수신된 데이터를 교정 데이터와 비교하여 구조물(112)의 다양한 영역들에서의 (열 손상 정도와 같은) 구조적 변화 정도를 결정한다.
교정 데이터를 기초로, (수용 가능한 열화 레벨들과 같은) 수용 가능한 변화 레벨들이 결정될 수 있다. 예를 들어, 특정 비율이 변화 임계치로서 설정될 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 구역(124)(예를 들어, 미손상 부분)과 같은 제 1 부분으로부터의 X선 산란(116)의 80%가 변화 임계치로서 설정될 수 있다. 제어 유닛(104)이 구조물(112)의 특정 영역에서 X선 산란(116)의 80% 미만을 검출한다면, 제어 유닛(104)은 그 영역이 수리될 수 있다고 결정할 수 있다.
수신된 X선 산란(116)은 구조물(112)의 내부 물리적 특성들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 수신된 X선 산란(116)은 임의의 특정 지점에서 구조물(112)의 밀도, 탄력성, 강도 등을 나타낼 수 있다. X선 산란(116)의 검출을 통해 결정된 물리적 특성들은 다양한 지점들에서 구조물(112)에 대한 (열화 또는 다른 그러한 손상과 같은) 변화의 평가를 가능하게 한다. 예를 들어, 구조물(112)의 감소된 밀도는 구조물(112)에 전달되는 열 에너지에 의해 야기된 변화를 나타낼 수 있다.
제어 유닛(104)은 X선 산란(116)을 검출하는 산란 검출기들(108)에 의해 수신된 신호들로부터의 산란 데이터를 분석한다. 분석된 산란 데이터를 기초로, 제어 유닛(104)은 다양한 위치들에서 또는 구조물(112)을 따라 구조물(112)의 (밀도와 같은) 하나 또는 그보다 많은 내부 물리적 특성들을 결정한다. 제어 유닛(104)은 (수신된 X선 산란(116)으로부터 검출된 것과 같은) 분석된 산란 데이터를 교정 데이터와 비교하여 물리적 특성들을 결정할 수 있다. 결정된 물리적 특성들을 기초로, 제어 유닛(104)은 구조물(112)과 관련하여 변화들을 평가할 수 있다.
대안으로, 제어 유닛(104)은 구조물(112)의 물리적 특성들을 결정하기 위해 교정 데이터를 이용하지 않을 수도 있다. 이러한 실시예에서는, 시험 구조물(120)이 필요하지 않을 수도 있다. 대신, 제어 유닛(104)은 구조물(112)의 다양한 위치들로부터의 X선 산란(116)으로부터 검출된 산란 데이터를 분석할 수 있다. 제어 유닛(104)은 산란 데이터의 차이들을 기초로 구조물(112)의 다양한 위치들에서 구조물(112)의 물리적 특성들의 차이들을 결정할 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛(104)은 구조물(112)의 다른 위치와 비교하여 X선 산란(116)의 20% 감소가 수신되는 구조물(112)의 특정 위치에서 (손상 또는 열화와 같은) 불규칙성들을 결정할 수 있다.
도 4는 특성 검출 시스템(100)의 사시도를 예시한다. 도시된 바와 같이, 특성 검출 시스템(100)은 하나 또는 그보다 많은 선형 레일들(111)의 형태일 수도 있는 지지부(110) 상에 장착된 X선 어셈블리(102)를 포함할 수 있다. 산란 검출기들(108)은 X선 소스(106)의 측면들 상에 포지셔닝된다. 산란 검출기들(108)은 구조물(112)로부터 산란된 X선 방사, 예컨대 콤프턴(Compton) 산란 X선들을 검출한다. 콤프턴 산란은 전자와 같은 하전 입자에 의한 (X선과 같은) 광자의 비탄성 산란과 관련되는데, 이는 일반적으로 광자의 에너지 감소로 이어진다. 산란된 X선 방사의 파장은 X선 소스(106)에 의해 초기에 발생된 X선과 다르다. X선 소스(106)는 X선 소스(106)의 스윕 각에 걸쳐 구조물(112)에 대해 1차 X선 빔(114)을 회전시키도록 구성될 수 있다.
도 4에 도시된 시스템(100)은 단지 시스템 구성의 일례에 불과하다. 언급된 바와 같이, 시스템(100)은 산란 검출기들(108)이 후방 산란 대신 전방 산란을 검출하도록 대안으로 배열될 수 있다. 또한, X선 어셈블리(102)가 이동하는 대신, X선 어셈블리(102)는 포지션이 고정될 수 있는 한편, 구조물(112)은 고정된 X선 어셈블리(102)에 대해 구조물(112)을 이동시키는 이동 지지부 상에 포지셔닝된다.
도 5는 구조물 상에서 그레이 값들(204)과 거리(206)의 그래프(202)와 관련하여 구조물(112)의 이미지(200)를 예시한다. 도 1 - 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 제어 유닛(104)은 구조물(112)의 길이에 걸쳐 수신된 X선 산란(116)을 기초로 이미지(200)를 생성/재구성할 수 있다. 적어도 일 실시예에서, 이미지(200)는 구조물의 적어도 일부분의 실제로 형성된 이미지일 수 있다. 적어도 하나의 다른 실시예에서, 이미지(200)는 이미지로서 볼 수 있든 아니든, 구조물의 적어도 일부분의 이미지를 나타내는 데이터일 수도 있고 또는 이러한 데이터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, X선 산란(116)의 수신된 X선 광자들의 수가 그레이 값(204)과 상관될 수 있다. 그레이 값(204)의 세기는 X선 광자의 수에 직접(또는 대안으로 반대로) 비례할 수 있다. 예를 들어, 구조물(112)의 일부(210)는 가장 많은 양의 X선 산란(116)을 반사시키며, 따라서 가장 밝게 나타난다. 반대로, 구조물(112)의 일부(210)와는 다른 일부(212)는 가장 적은 양의 X선 산란(116)을 반사시키며, 따라서 가장 어둡게 나타난다. 대안으로, 구조물(112)의 일부(210)가 일부(212)보다 더 어둡게 나타나도록 관계가 반전될 수도 있다. 또한, 대안으로, 그레이 스케일 대신, 이미지(200)는 서로 다른 컬러들이 서로 다른 변화 레벨들에 할당되도록 컬러 코딩될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 구조물(112)은 일반적으로 종단(0 픽셀들)에 대응하는 길이에서부터 이미지(200)의 약 50 픽셀들에 대응하는 거리까지 정상이다. 구조물(112)에 대한 (손상과 같은) 변화(212)는 125 픽셀들에 대응하는 거리 내지 약 200 픽셀들에 대응하는 거리에 존재한다.
픽셀 값들은 검출된 산란 방사를 기초로 수집된다. 구조물(112)의 임의의 영역이 미리 결정된 변화 임계치를 초과하거나 미만인지를 결정하기 위해 픽셀 값들이 교정 데이터와 비교될 수 있다. 예를 들어, (교정 데이터에 대해) 85% 변화 레벨을 나타내는 픽셀 값들을 갖는 영역은 수용 불가능으로서 플래그될 수 있다.
도시되고 설명된 바와 같이, (예를 들어, 연소된 영역과 연소되지 않은 영역 사이와 같은) 서로 다른 물리적 특성들을 갖는 구조물(112)의 영역들 사이의 X선 산란 카운트들의 개개의 차이들이 존재한다. (예컨대, 열 변화에 의해 야기된) 물리적 특성들의 차이들은 서로에 대한 X선 산란 카운트 차이들로 표시될 수 있다. 예를 들어, 열에 의해 변경된(예를 들어, 탄화되거나 연소된) 구조물(112)의 영역은 구조물(112)의 정상 영역에 비해 더 낮은 X선 산란 카운트를 갖는다. 표면 탄화 및 변색 이상의 열 변화는 X선 산란 카운트에 의해 검출됨으로써, 초기 열 변화(예를 들어, 복합물 내의 수지가 녹거나 탄화하기 시작하기 전에 열에 의해 야기된 변화)의 존재를 나타낼 수 있다.
선택적으로, 픽셀 값들의 맵이 생성 및/또는 디스플레이될 수 있다. 맵은 특정한 특성(예를 들어, 피로, 3점 굽힘, 강도 등)의 변화들을 나타내는 구조물(112)의 (렌더링된 또는 렌더링되지 않은) 이미지일 수도 있고 또는 그러한 이미지를 포함할 수도 있다. 적어도 일 실시예에서, 맵은 구조물을 형성하는 재료의 하나 또는 그보다 많은 열적 및/또는 기계적 특성들과 관련하여 콤프턴 산란의 표현을 제공할 수 있다.
선택적으로, 픽셀 값들 및/또는 맵은 유한 요소 분석(FEA: Finite Element Analysis) 모델에 전달되어, 스캔된 구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 물리적 특성들을 평가할 수 있다. FEA 모델은 픽셀 값들이 예를 들어, 특정 임계치와 관련하여 에러 마진 내에 있을 때 유리할 수 있다.
구조물(112)이 분석되어 임의의 변환 영역들을 결정한 후, 변화된 영역들은 잘려나가거나, 패치되거나 아니면 수리될 수 있다. 예를 들어, 항공기의 일부가 과도한 열, 힘 또는 마모를 겪는다면, 검사 요원은 구조물(112)의 일부를 제거하는 것이 표시된 변경된 영역을 제거하는 것임을 알기를 원할 수 있다. 본 개시의 실시예들은 구조물이 예를 들어, 패치함으로써 원래 제조되었든 아니면 이후에 변경되든, 전반에 걸쳐 일관된 특징들을 갖는 것을 보장하는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 본 명세서에서 설명되는 시스템들 및 방법들의 하나의 특정 애플리케이션은 손상된 영역(들)이 완전히 제거 및/또는 수리됨을 보장할 수 있다. 보다 일반적으로, 본 개시의 실시예들은 특정 구조물 내에서 구조적 변화들을 효율적으로 검출하기 위한 시스템들 및 방법들을 제공한다.
앞서 설명한 바와 같이, 제어 유닛(104)은 특성 검출 시스템(100)의 동작을 제어하는데 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "제어 유닛," "유닛," "중앙 처리 유닛," "CPU," "컴퓨터" 등의 용어는 마이크로컨트롤러들, 축소 명령어 세트 컴퓨터들(RISC: reduced instruction set computers), 주문형 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit)들, 로직 회로들, 그리고 본 명세서에서 설명되는 기능들을 실행할 수 있는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 이들의 결합을 포함하는 임의의 다른 회로 또는 프로세서를 사용하는 시스템들을 포함하는 임의의 프로세서 기반 또는 마이크로프로세서 기반 시스템을 포함할 수 있다. 이들은 단지 예시일 뿐이며, 따라서 이러한 용어들의 정의 및/또는 의미를 어떠한 식으로도 제한하도록 의도되는 것은 아니다. 예를 들어, 제어 유닛(104)은 특성 검출 시스템(100)의 동작을 제어하도록 구성되는 하나 또는 그보다 많은 프로세서들일 수도 있고 또는 이러한 프로세서들을 포함할 수도 있다.
제어 유닛(104)은 데이터를 처리하기 위해, (하나 또는 그보다 많은 메모리들과 같은) 하나 또는 그보다 많은 저장 엘리먼트들에 저장되는 명령들의 세트를 실행하도록 구성된다. 예를 들어, 제어 유닛(104)은 하나 또는 그보다 많은 메모리들을 포함하거나 이들에 연결될 수 있다. 저장 엘리먼트들은 또한 원하는 대로 또는 필요에 따라 데이터 또는 다른 정보를 저장할 수도 있다. 저장 엘리먼트들은 처리 머신 내의 물리적 메모리 엘리먼트 또는 정보 소스의 형태일 수도 있다.
명령들의 세트는 본 명세서에서 설명되는 요지의 다양한 실시예들의 방법들 및 처리들과 같은 특정 동작들을 수행하도록 처리 머신인 제어 유닛(104)에 명령하는 다양한 커맨드들을 포함할 수 있다. 명령들의 세트는 소프트웨어 프로그램의 형태일 수도 있다. 소프트웨어는 시스템 소프트웨어 또는 애플리케이션 소프트웨어와 같은 다양한 형태들일 수도 있다. 또한, 소프트웨어는 개별 프로그램들의 집합, 더 큰 프로그램 내의 프로그램 서브세트 또는 프로그램의 일부의 형태일 수도 있다. 소프트웨어는 또한 객체 지향 프로그래밍의 형태인 모듈러 프로그래밍을 포함할 수도 있다. 처리 머신에 의한 입력 데이터의 처리는 사용자 커맨드들에 대한 응답으로, 또는 이전 처리의 결과들에 대한 응답으로, 또는 다른 처리 머신에 의해 이루어진 요청에 대한 응답으로 이루어질 수도 있다.
본 명세서의 실시예들의 도면들은 제어 유닛(104)과 같은 하나 또는 그보다 많은 제어 또는 처리 유닛들을 예시할 수 있다. 처리 또는 제어 유닛들은 본 명세서에서 설명되는 동작들을 수행하는 연관된 명령들(예를 들면, 컴퓨터 하드 드라이브, ROM, RAM 등과 같은 유형이며 비-일시적인 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장된 소프트웨어)에 따라 하드웨어로서 구현될 수 있는 회로들, 회로망, 또는 그 일부분들을 나타낼 수 있다고 이해되어야 한다. 하드웨어는 본 명세서에서 설명되는 기능들을 수행하도록 하드 와이어된 상태 머신 회로를 포함할 수 있다. 선택적으로, 하드웨어는 마이크로프로세서들, 프로세서들, 제어기들 등과 같은 하나 또는 그보다 많은 로직 기반 디바이스들을 포함하고 그리고/또는 이들에 접속되는 전자 회로들을 포함할 수 있다. 선택적으로, 제어 유닛(104)은 필드 프로그래밍 가능 게이트 어레이(FPGA: field programmable gate array), 주문형 집적 회로(ASIC), 마이크로프로세서(들) 등의 하나 이상과 같은 처리 회로를 나타낼 수 있다. 다양한 실시예들의 회로들은 본 명세서에서 설명되는 기능들을 수행하기 위한 하나 또는 그보다 많은 알고리즘들을 실행하도록 구성될 수 있다. 하나 또는 그보다 많은 알고리즘들은 흐름도 또는 방법으로 명백하게 식별되든 그렇지 않든, 본 명세서에 개시된 실시예들의 양상들을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "소프트웨어" 및 "펌웨어"라는 용어들은 상호 교환 가능하며, RAM 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리 및 비휘발성 RAM(NVRAM: non-volatile RAM) 메모리를 포함하여 컴퓨터에 의한 실행을 위해 메모리에 저장된 임의의 컴퓨터 프로그램을 포함한다. 위의 메모리 타입들은 단지 예시일 뿐이며, 따라서 컴퓨터 프로그램의 저장을 위해 사용할 수 있는 메모리의 타입에 대한 제한이 아니다.
도 6은 구조물(112)과 같은 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법의 흐름도를 예시한다. (도 1 및 도 2에 도시된) 제어 유닛(104)이 도 6의 흐름도에 따라 (예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된) 특성 검출 시스템(100)을 작동시킬 수 있다. 이 방법은 300에서 시작되며, 여기서 특성 검출 시스템(100)이 교정된다. 특성 검출 시스템(100)의 (도 1 및 도 2에 도시된 X선 어셈블리(102)와 같은) X선 어셈블리는 변경된 물리적 특성들의 영역들을 갖는 (시험 쿠폰과 같은) 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들(120)을 스캔할 수 있다. X선 어셈블리(102)는 알려진 시험 영역들을 스캔하고 X선 산란 데이터를 시험 구조물들(120) 및/또는 그 구역들 각각과 연관시킨다. 알려진 시험 영역들과 X선 산란 데이터 간의 연관들은 예컨대, 교정 곡선, 룩업 테이블, 차트, 알고리즘 등의 형태로 교정 데이터를 제공할 수 있다. 그 다음, 302에서 교정 데이터가 저장된다.
304에서, 검사될 구조물(112)이 X선 어셈블리(102)에 의해 스캔된다. 306에서, 구조물(112)의 부분들로부터 X선 산란이 검출된다. 적어도 일 실시예에서, 스캔되는 구조물의 영역의 (도 5에 도시된 그래프(202)와 같은) 2차원 그래프가 형성될 수 있다. 그래프는 (그레이 값 축과 같은) X선 카운트 축 및 (예컨대, 픽셀들로 측정되는) 거리 축을 포함할 수 있다. 308에서, X선 산란과 관련된 X선 산란 데이터가 교정 데이터와 비교되어 물리적 특성들이 다른 영역들을 결정한다. 310에서, X선 산란 데이터의 값이 (변화를 표시하는 비율 임계치와 같은) 미리 결정된 임계치를 지나갔는지 여부(예를 들어, 초과 또는 미만인지)가 결정된다. 지나가지 않았다면, 이 방법은 310에서 312로 진행하여, 여기서 구조물의 그 특정 위치에 어떠한 변화도 존재하지 않는다고 결정된다. 그 다음, 이 방법은 306으로 돌아간다. 그러나 X선 산란 데이터가 미리 결정된 임계치를 (초과하든 아니면 미만이든) 지나갔다면, 이 방법은 310에서 314로 진행하여, 여기서 구조물의 위치가 손상된 것으로 표시된다(예를 들어, 플래그된다). 315에서, 구조물의 스캔이 완료되었는지 여부가 결정된다. 스캔이 완료되었다면, 317에서 프로세스가 종료된다. 완료되지 않았다면, 이 방법은 다음에 306으로 돌아간다. 적어도 일 실시예에서, X선 산란 데이터 및/또는 교정 데이터가 FEA 모델로 전송될 수 있는데, 이는 구조물의 국소적 강도 감소들에 액세스하는데 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시예들은 항공기의 부분과 같은 구조물 내에서 구조적 변화의 국소 영역들을 효율적으로 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들을 제공한다. 추가로, 본 개시의 실시예들은 변화가 허용할 수 없는 레벨로 증가하기 전에 복합 구조물 내에서 초기 변화 영역들을 검출할 수 있는 시스템들 및 방법들을 제공한다.
본 개시의 실시예들은 손상 이외에 구조물의 변화들, 특성들 또는 특징들을 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 실시예들은 구조적 불일치들, 변칙들, 기형들 등과 같은 특성들을 결정하는데 사용될 수도 있다.
추가로, 본 개시는 다음 조항들에 따른 실시예들을 포함한다:
조항 1. 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법에서, 이 방법은: 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계 ― 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들은 구조물을 형성하는 재료로 형성됨 ―; 구조물을 스캔하도록 구조물에 X선 방사를 방출하는 단계; 구조물로부터의 X선 산란을 검출하는 단계; 및 검출된 X선 산란과 교정 데이터의 비교를 기초로 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하는 단계를 포함하며, 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나이다.
조항 2. 조항 1의 방법에서, 하나 또는 그보다 많은 특성들은 구조물의 밀도, 또는 구조물 내에서 고분자 결합들의 변화 레벨 중 하나 또는 둘 다를 포함한다.
조항 3. 조항 2의 방법에서, 결정하는 단계는 구조물의 밀도 차이들을 열 에너지에 의해 야기된 변화 레벨들과 연관시키는 단계를 포함한다.
조항 4. 조항 1 내지 조항 3 중 어느 하나에 대한 방법은 구조물 내에서의 변화 영역들을 결정하기 위해 X선 산란을 미리 결정된 임계치와 비교하는 단계를 더 포함한다.
조항 5. 조항 1 내지 조항 4 중 어느 하나에 대한 방법은 X선 산란 데이터로부터 변화 맵을 생성하는 단계를 더 포함한다.
조항 6. 조항 5의 방법에서, 변화 맵을 생성하는 단계는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들에 의해 검출된 X선 산란 광자들의 수와 연관된 그레이 또는 컬러 코딩된 값들을 포함하는 변화 맵을 생성하는 단계를 포함한다.
조항 7. 조항 1 내지 조항 6 중 어느 하나에 대한 방법에서, 생성하고 저장하는 단계는 교정 곡선 또는 룩업 테이블로서 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계를 포함한다.
조항 8. 조항 1 내지 조항 7 중 어느 하나에 대한 방법에서, X선 산란은 X선 후방 산란 또는 X선 전방 산란 중 하나 또는 둘 다이다.
조항 9. 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하도록 구성된 특성 검출 시스템에서, 이 특성 검출 시스템은: X선 방사를 구조물에 방출하는 X선 소스, 및 구조물로부터 산란되는 X선 산란을 검출하는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들을 포함하는 X선 어셈블리 ― X선 어셈블리는 구조물을 형성하는 재료로 형성되는 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들을 스캔함 ―; 및 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛을 포함하며, 제어 유닛은 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하고, 제어 유닛은 X선 산란 및 교정 데이터를 기초로 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하며, 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나이다.
조항 10. 조항 8의 특성 검출 시스템에서, 하나 또는 그보다 많은 특성들은 구조물의 밀도, 또는 구조물 내에서 고분자 결합들의 변화 레벨 중 하나 또는 둘 다를 포함한다.
조항 11. 조항 10의 특성 검출 시스템에서, 제어 유닛은 구조물의 밀도 차이들을 열 에너지에 의해 야기된 변화 레벨들과 연관시킨다.
조항 12. 조항 9 내지 조항 11 중 어느 하나에 대한 특성 검출 시스템에서, 제어 유닛은 구조물 내에서의 변화 영역들을 결정하기 위해 X선 산란을 미리 결정된 임계치와 비교한다.
조항 13. 조항 9 내지 조항 12 중 어느 하나에 대한 특성 검출 시스템에서, 교정 곡선 또는 룩업 테이블로서 교정 데이터가 생성되어 저장된다.
조항 14. 조항 9 내지 조항 13 중 어느 하나에 대한 특성 검출 시스템에서, 제어 유닛은 X선 산란 데이터로부터 변화 맵을 생성한다.
조항 15. 조항 14의 특성 검출 시스템에서, 변화 맵은 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들에 의해 검출된 X선 산란 광자들의 수와 연관된 그레이 또는 컬러 코딩된 값들을 포함한다.
조항 16. 조항 9 내지 조항 15 중 어느 하나에 대한 특성 검출 시스템에서, X선 소스 및 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들은 구조물의 한 면에 포지셔닝되고, X선 산란은 X선 후방 산란이다.
조항 17. 조항 9 내지 조항 15 중 어느 하나에 대한 특성 검출 시스템에서, 구조물은 X선 소스와 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들 사이에 배치되며, X선 산란은 X선 전방 산란이다.
조항 18. 특성 검출 시스템은: X선 방사를 구조물에 방출하도록 구성된 X선 소스, 및 구조물로부터 산란되는 X선 산란을 검출하도록 구성된 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들을 포함하는 X선 어셈블리 ― X선 어셈블리는 X선 방사를 구조물에 방출하기 전에 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들을 스캔하도록 구성되고, 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들은 구조물을 형성하는 재료로 형성됨 ―; 및 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛을 포함하며, 제어 유닛은: 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하고, 검출된 X선 산란을 기초로 구조물의 밀도를 결정함으로써 구조물 내에서의 변화를 결정하고, 구조물의 밀도 또는 고분자 결합들 중 하나 또는 둘 다의 차이들을 구조물 내에서의 변화 레벨들과 연관시키고, 그리고 구조물 내에서의 변화 영역들을 결정하기 위해 X선 산란을 미리 결정된 임계치와 비교하도록 구성된다.
조항 19. 조항 18의 특성 검출 시스템에서, 제어 유닛은 X선 산란 데이터로부터 변화 맵을 생성하도록 추가로 구성되며, 변화 맵은 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들에 의해 검출된 X선 산란 광자들의 수와 연관된 그레이 또는 컬러 코딩된 값들을 포함한다.
조항 20. 구조물의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하도록 구성된 특성 검출 시스템에서, 이 특성 검출 시스템은: X선 방사를 구조물에 방출하는 X선 소스, 및 구조물로부터 산란되는 X선 산란을 검출하는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들을 포함하는 X선 어셈블리; 및 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛을 포함하며, 제어 유닛은 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하고, 제어 유닛은 X선 산란 및 교정 데이터를 기초로 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하며, 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나이다.
조항 21. 조항 20의 특성 검출 시스템에서, 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들은 구조물을 형성하는 재료로 형성된다.
최상부, 최하부, 하부, 중간, 측면, 수평, 수직, 전방 등과 같은 다양한 공간적 그리고 방향적 용어들이 본 개시의 실시예들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 단지 도면들에 도시된 배향들에 관해 사용될 뿐이라고 이해된다. 배향들은, 상위 부분이 하위 부분이 되고, 그 반대가 되고, 수평이 수직이 되는 등이 이루어지도록, 반전되거나 회전되거나 아니면 변경될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 작업 또는 동작을 수행"하도록 구성되는" 구조, 제한 또는 엘리먼트는 작업 또는 동작에 대응하는 식으로 특히 구조적으로 형성, 구성 또는 적응된다. 명확성을 위해 그리고 혼선을 피하기 위해, 단지 작업 또는 동작을 수행하도록 수정되는 것만이 가능한 대상이 본 명세서에서 사용되는 바와 같이 작업 또는 동작을 수행"하도록 구성되는" 것은 아니다.
위의 설명은 한정이 아닌 예시인 것으로 의도된다고 이해되어야 한다. 예를 들어, 위에서 설명한 실시예들(및/또는 그것들의 양상들)은 서로 결합하여 사용될 수도 있다. 추가로, 특정 상황이나 재료를 본 개시의 다양한 실시예들의 범위를 벗어나지 않으면서 이들의 교시들에 적응시키도록 많은 변형들이 이루어질 수도 있다. 본 명세서에서 설명한 재료들의 치수들 및 타입들은 본 개시의 다양한 실시예들의 파라미터들을 정의하는 것으로 의도되지만, 실시예들은 결코 한정이 아니며 예시적인 실시예들이다. 상기 설명의 검토시 많은 다른 실시예들이 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명백할 것이다. 따라서 본 개시의 다양한 실시예들의 범위는 첨부된 청구항들을 참조로, 이러한 청구항들에 권리가 부여되는 등가물들의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다. 첨부된 청구항들에서, "포함하는(including)" 및 "여기서(in which)"라는 용어들은 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"라는 각각의 용어들의 평이한 영어 등가물들로서 사용된다. 더욱이, "제 1," "제 2" 그리고 "제 3" 등의 용어들은 단지 라벨들로서 사용될 뿐이며, 이들의 대상들에 대해 수치 요건들을 부과하는 것으로 의도되는 것은 아니다. 또한, 다음 청구항들의 한정들은 수단+기능 포맷으로 작성되지 않으며, 이러한 청구항 한정들이 추가 구조가 없는 기능의 서술이 뒤따르는 "~을 위한 수단"이라는 문구를 명백히 사용하지 않는 한 그리고 사용할 때까지 35 U.S.C.§ 112(f)를 기반으로 해석되는 것으로 의도되는 것은 아니다.
이러한 서면 기술은 최선 모드를 포함하는 본 개시의 다양한 실시예들을 개시하기 위해 그리고 또한 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 임의의 자가 임의의 디바이스들 또는 시스템들을 제작하여 사용하고 임의의 통합된 방법들을 수행하는 것을 비롯해 본 개시의 다양한 실시예들을 실시할 수 있게 하기 위해 예들을 사용한다. 본 개시의 다양한 실시예들의 특허 가능 범위는 청구항들에 의해 정의되고, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 생각나는 다른 예들을 포함할 수도 있다. 그러한 다른 예들은 그 예들이 청구항들의 문언과 다르지 않은 구조적 엘리먼트들을 갖는다면, 또는 그 예들이 청구항들의 문언과 사소한 차이들을 갖는 동등한 구조적 엘리먼트들을 포함한다면, 청구항들의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.
Claims (15)
- 구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300)으로서,
하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들(120)로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계(302) － 상기 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들은 상기 구조물을 형성하는 재료(122)로 형성됨 ―;
상기 구조물의 일 영역에 X선 방사를 방출하는 단계;
상기 구조물의 상기 영역으로부터의 X선 산란(116)을 검출하는 단계(306);
상기 검출된 X선 산란의 양을 미리 결정된 임계치와 비교하는 단계(308) ― 상기 미리 결정된 임계치는 상기 교정 데이터에 기초하여 결정됨 ―;
상기 비교(308)를 기초로 상기 구조물의 상기 영역의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하는 단계 ― 상기 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나이고, 상기 결정하는 단계는, 상기 검출된 X선 산란의 양이 상기 미리 결정된 임계치를 만족하지 않으면, 상기 영역을 특성 변화 영역으로 결정하는 단계를 포함함 ―; 및
검사할 영역들의 스캔이 완료될 때까지 상기 구조물의 다른 영역에 대해, 상기 방출하는 단계, 검출하는 단계, 비교하는 단계, 및 결정하는 단계를 반복하는 단계를 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 제1항에 있어서,
상기 하나 또는 그보다 많은 특성들은 상기 구조물(112)의 밀도, 또는 상기 구조물 내에서 고분자 결합들의 변화 레벨 중 하나 또는 둘 다를 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 제2항에 있어서,
상기 결정하는 단계는 상기 구조물(112)의 밀도 차이들을 열 에너지에 의해 야기된 변화 레벨들과 연관시키는 단계를 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 X선 산란 데이터로부터 변화 맵을 생성하는 단계를 더 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 제5항에 있어서,
변화 맵을 생성하는 단계는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108)에 의해 검출된 X선 산란 광자들의 수와 연관된 그레이 또는 컬러 코딩된 값들을 포함하는 변화 맵을 생성하는 단계를 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 제1항에 있어서,
상기 생성하여 저장하는 단계(302)는 교정 곡선 또는 룩업 테이블로서 상기 교정 데이터를 생성하여 저장하는 단계를 포함하는,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 제1항에 있어서,
상기 X선 산란(116)은 X선 후방 산란 또는 X선 전방 산란 중 하나 또는 둘 다인,
구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하는 방법(300). - 구조물(112)의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 검출하도록 구성된 특성 검출 시스템(100)으로서,
X선 방사를 상기 구조물의 일 영역에 방출하는 X선 소스(106), 및 상기 구조물의 상기 영역으로부터 산란되는 X선 산란(116)을 검출하는 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108)을 포함하는 X선 어셈블리(102) ― 상기 X선 어셈블리는 상기 구조물을 형성하는 재료(122)로 형성되는 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들(120)을 스캔함 ―; 및
상기 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛(104)을 포함하며,
상기 제어 유닛은 상기 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들로부터 결정된 교정 데이터를 생성하여 저장하고,
상기 제어 유닛은,
상기 검출된 X선 산란의 양을 미리 결정된 임계치와 비교하고 ― 상기 미리 결정된 임계치는 상기 교정 데이터에 기초하여 결정됨 ―, 그리고
상기 비교를 기초로 상기 구조물의 상기 영역의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하며 ― 상기 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나임 ―,
상기 제어 유닛은, 상기 검출된 X선 산란의 양이 상기 미리 결정된 임계치를 만족하지 않으면, 상기 영역을 특성 변화 영역으로 결정하고, 그리고,
검사할 영역들의 스캔이 완료될 때까지 상기 구조물의 다른 영역에 대하여, 상기 X선 어셈블리는 상기 X선을 방출하는 것을 반복하고, 상기 하나 이상의 산란 검출기들은 상기 X선 산란을 검출하는 것을 반복하고, 그리고 상기 제어 유닛은 상기 검출된 X선 산란의 양을 상기 미리 결정된 임계치와 비교하고 상기 구조물의 영역의 하나 이상의 특성을 결정하는 것을 반복하는,
특성 검출 시스템(100). - 제9항에 있어서,
상기 하나 또는 그보다 많은 특성들은 상기 구조물(112)의 밀도, 또는 상기 구조물 내에서 고분자 결합들의 변화 레벨 중 하나 또는 둘 다를 포함하는,
특성 검출 시스템(100). - 제10항에 있어서,
상기 제어 유닛(104)은 상기 구조물(112)의 밀도 차이들을 열 에너지에 의해 야기된 변화 레벨들과 연관시키는,
특성 검출 시스템(100). - 삭제
- 제9항에 있어서,
상기 X선 소스(106) 및 상기 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108)은 상기 구조물(112)의 한 면에 포지셔닝되고,
상기 X선 산란(116)은 X선 후방 산란인,
특성 검출 시스템(100). - 제9항에 있어서,
상기 구조물(112)은 상기 X선 소스(106)와 상기 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108) 사이에 배치되며,
상기 X선 산란(116)은 X선 전방 산란인,
특성 검출 시스템(100). - 특성 검출 시스템(100)으로서,
X선 방사를 구조물(112)의 일 영역에 방출하도록 구성된 X선 소스(106), 및 상기 구조물의 상기 영역으로부터 산란되는 X선 산란(116)을 검출하도록 구성된 하나 또는 그보다 많은 산란 검출기들(108)을 포함하는 X선 어셈블리(102) ― 상기 X선 어셈블리는 상기 X선 방사를 상기 구조물에 방출하기 전에 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들(120)을 스캔하도록 구성되고, 상기 하나 또는 그보다 많은 시험 구조물들은 상기 구조물을 형성하는 재료(122)로 형성됨 ―; 및
상기 X선 어셈블리에 연결된 제어 유닛(104)을 포함하며,
상기 제어 유닛은 제3항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법(300)을 수행하도록 구성되며,
상기 제어 유닛은,
상기 검출된 X선 산랸의 양을 미리 결정된 임계치와 비교하고 ― 상기 미리 결정된 임계치는 상기 교정 데이터에 기초하여 결정됨 ―, 그리고
상기 비교를 기초로 상기 구조물의 상기 영역의 하나 또는 그보다 많은 특성들을 결정하며 ― 상기 하나 또는 그보다 많은 특성들은 기계적 특성 및 열적 특성 중 적어도 하나임 ―,
상기 제어 유닛은, 상기 검출된 X선 산란의 양이 상기 미리 결정된 임계치를 만족하지 않으면, 상기 영역을 특성 변화 영역으로 결정하고, 그리고,
검사할 영역들의 스캔이 완료될 때까지 상기 구조물의 다른 영역에 대해, 상기 X선 어셈블리는 상기 X선을 방출하는 것을 반복하고, 상기 하나 이상의 산란 검출기들은 상기 X선 산란을 검출하는 것을 반복하고, 그리고 상기 제어 유닛은 상기 검출된 X선 산란의 양을 상기 미리 결정된 임계치와 비교하고 상기 구조물의 영역의 하나 이상의 특성을 결정하는 것을 반복하는,
특성 검출 시스템(100).
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