(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプル複合材料の一側のみにアクセスすることによってサンプル複合材料の気孔度を超音波で測定する方法において、
サンプル複合材料からサンプル超音波信号を測定する段階と、
前記サンプル超音波信号を正規化する段階と、
正規化された前記サンプル超音波信号からサンプル背壁反響信号を分離する段階と、
正規化された前記サンプル背壁反響信号のサンプル周波数スペクトルを検出する段階と、
基準複合材料から基準超音波信号を測定する段階と、
前記基準超音波信号を正規化する段階と、
正規化された前記基準超音波信号から基準背壁反響信号を分離する段階と、
正規化された前記基準背壁反響信号の基準周波数スペクトルを検出する段階と、
所定の周波数範囲に亘る前記基準周波数スペクトルに対する前記サンプル周波数スペクトルの比として前記サンプル超音波信号の超音波減衰度を取得する段階と、
サンプルの複合材料の気孔度を評価するために前記の取得した超音波減衰度を所定の減衰基準に対して比較する段階とを含むことを特徴とするサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項２】
レーザ超音波信号発生機構を使用して前記サンプル超音波信号を発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項３】
中程度ないし高気孔度の複合材料における背壁反響の到来時間を確認するために前記サンプル超音波信号を空間的に平均化する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項４】
ウインドウィング方法を使用して前記サンプル背壁反響信号を分離する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項５】
所定の周波数依存度基準に対する所定の周波数によって前記サンプル複合材料の気孔度を評価する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項６】
サンプル複合材料の表面反響に対して前記サンプル超音波信号を正規化する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項７】
サンプル複合材料によって反射あるいは拡散された第１のパルス化したレーザビームから位相変調した光線を集光することによってレーザ超音波信号として前記サンプル超音波信号を発生させ、更に光学増幅器を使用して集光光学装置によって集光された位相変調の光線を増幅する段階を更に含むことを特徴とする請求項１に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波測定する方法。
【請求項８】
サンプル複合材料の一側のみにアクセスすることによってサンプル複合材料の気孔度を超音波により評価するシステムにおいて、
サンプル複合材料からサンプル超音波信号を測定する指令と、
サンプル複合材料の表面反響に対する前記サンプル超音波信号を正規化する指令と、
正規化された前記サンプル超音波信号からサンプル背壁反響信号を分離する指令と、
正規化された前記サンプル背壁反響信号のサンプル周波数スペクトルを検出する指令と、
基準複合材料から基準超音波信号を測定する指令と、
基準複合材料の表面反響に対して前記基準超音波信号を正規化する指令と、
正規化された前記基準超音波信号から基準背壁反響信号を分離する指令と、
正規化された前記基準背壁反響信号の基準周波数スペクトルを検出する指令と、
所定の周波数範囲に亘って前記基準周波数スペクトルに対する前記サンプル周波数スペクトルの比として前記サンプル超音波信号の超音波減衰度を取得する指令と、
サンプル複合材料の気孔度を評価するために前記の取得した超音波減衰度を所定の減衰基準に対して比較する指令とを含むことを特徴とするサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項９】
レーザ超音波信号発生機構を使用して前記サンプル超音波信号を発生させる指令を更に含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１０】
中程度ないし高気孔度の複合材料における背壁反響の到来時間を確認するために前記サンプル超音波信号を空間的に平均化する指令を更に含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１１】
ウインドウィング方法を使用して前記サンプル背壁反響信号を分離する指令を更に含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１２】
所定の周波数依存度基準に対する所定の周波数によって前記サンプル複合材料の気孔度を評価する指令を更に含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１３】
サンプル複合材料の表面反響に対して前記サンプル超音波信号を正規化する指令を更に含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１４】
サンプル複合材料によって反射あるいは拡散された第１のパルス化されたビームから位相変調した光線を集光することによってレーザ超音波信号として前記サンプル超音波信号を発生させる指令と、更に光学増幅器を使用して集光光学装置によって集光された位相変調の光線を増幅する指令とを含むことを特徴とする請求項８に記載されたサンプル複合材料の気孔度を超音波により測定するシステム。
【請求項１５】
サンプル複合材料の一側のみにアクセスすることによってサンプル複合材料の気孔度を超音波で測定する方法を含み、ターゲット上の超音波による表面変位を検出する方法において、
ターゲットにおいて超音波表面変位を発生させる段階と、
ターゲットにおける超音波表面変位を検出するよう第１のパルス化したレーザビームを使用する段階と、
ターゲットによって拡散された第１のパルス化されたレーザビームから位相変調した光線を集光する段階と、
位相変調した光線が集光された後位相変調された光線を光学的に増幅する段階と、
集光された位相変調の光線の伝播軌道に少なくとも１つの光学的分離組立体を位置させることによって反射された位相変調の光線が光学増幅器にフィードバックされるのを阻止する段階と、
ターゲットにおける超音波表面変位を表わすデータを取得するために位相変調した光線を処理する段階と、
サンプル複合材料の一側のみにアクセスすることによってサンプル複合材料の気孔度を超音波によって測定する段階とを含み、
前記の超音波による測定する段階が、
サンプル複合材料からサンプル超音波信号を測定する指令と、
サンプル複合材料の表面反響に対して前記サンプル超音波信号を正規化する指令と、
正規化された前記サンプル超音波信号からサンプル背壁反響信号を分離する指令と、
正規化された前記サンプル背壁反響信号のサンプル周波数スペクトルを検出する指令と、
基準複合材料から基準超音波信号を測定する指令と、
基準複合材料の表面反響に対して前記基準超音波信号を正規化する指令と、
正規化された前記基準超音波信号から基準背壁反響信号を分離する指令と、
正規化された前記基準背壁反響信号の基準周波数スペクトルを検出する指令と、
所定の周波数範囲に亘って前記基準周波数スペクトルに対する前記サンプル周波数スペクトルの比として前記サンプル超音波信号の超音波減衰度を取得する指令と、
サンプル複合材料の気孔度を評価するために前記の取得した超音波減衰度を所定の減衰基準と比較する指令とを含むことを特徴とするターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【請求項１６】
レーザ超音波信号発生機構を使用して前記サンプル超音波信号を発生させる段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載されたターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【請求項１７】
中程度ないし高気孔度の複合材料における背壁反響の到来時間を確認するために前記サンプル超音波信号を空間的に平均化する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載されたターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【請求項１８】
ウインドウィング方法を使用して前記サンプル背壁反響信号を分離する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載されたターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【請求項１９】
所定の周波数依存性基準に対する所定の周波数によって前記サンプル複合材料の気孔度を評価する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載されたターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【請求項２０】
サンプル複合材料の表面反響に対して前記サンプル超音波信号を正規化する段階を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載されたターゲットの超音波表面変位を検出する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
本発明は、広い意味で、材料（特に複合材料）の非破壊検査装置および方法に係わり、特に複合材料の一側のみにアクセスすることによって複合材料の気孔度を超音波で測定する装置と方法とに関するものである。
【０００２】
（発明の背景）
本出願は、「超音波を用いて複合材料の気孔度を検出するシステムと方法」と題する米国特許仮出願第６０／２１８３４１号（２０００年７月４日出願）（参考のために、その記載内容全体を本明細書の記載として援用する）に対して優先権を主張するものである。
【０００３】
さらに、本出願は、「超音波レーザ検査のための方法と装置」（１９９９年６月３０日出願）と題する米国特許出願第０９／３４３９２０号（参考のために、その記載内容全体を本明細書の記載として援用する）に関連がある。また、本出願は「後集光（ポストコレクション）光学増幅を使用して超音波表面変位を検出する方法と装置」（１９９９年１０月１０日出願）と題するトーマス．イー．ドレーク氏の米国特許出願第０９／４１６３９９号（参考のために、その記載内容全体を本明細書の記載として援用する）に関係がある。
【０００４】
最近、高度の複合構造体の使用が航空宇宙、自動車、およびその他多数の産業において巨大な成長を具現している。複合材料は顕著な性能向上を提供しているが、それらは製造工程において厳しい品質管理作業を必要とする。特に、非破壊評価法（ＮＤＥ）は、複合材料の構造上の完全性を評価するために、例えば、介在物、積層剥離、および気孔度を検出するために必要である。しかしながら、従来のＮＤＥ法は極めて時間がかかり、労働集約型で、かつ費用が嵩む。その結果、検査作業は逆に複合構造体に関わる製造コストを増大させている。
【０００５】
複合構造体の構造上の完全性を評価するために各種の方法やシステムが提案されている。レーザを用いて超音波を発生させ、検出する一つの方法がモンシャリン氏他の米国特許第５６０８１６６号（１９９７年３月４日発行）（以下‘１６６号特許と称する）に開示されている。‘１６６号特許は、対象物に超音波を発生させるためのパルス化した第１変調レーザビーム、および超音波を検出するためにパルス化した第２レーザビームの使用を開示している。次いで、第２レーザビームからの位相変調した光線が対象物の表面における超音波運動を表わす信号を得るために復調される。この方法の欠点は、パルス化した第１レーザビームを変調しなければならないことである。
【０００６】
繊維強化されたポリマー基体複合材料は、その高強度と軽量の故に各種分野で極めて有利であることが証明された。特に航空機産業において、これらの材料の使用が着実に増加している。しかしながら、ポリマー基体複合材料は、積層剥離、介在物および気孔のような欠陥の存在について、取付け前に検査する必要がある。
【０００７】
気孔とは製造過程で複合材料中に形成された空洞の存在である。超音波の減衰度を測定することによって気孔度のレベルを測定する。超音波技術は複合材料における気孔度を評価するための最善の技術であることが判明した。残念ながら、それは２つの背壁反響（エコー）のように、信号における二種類の反響を利用する自動照合技術を使用することが常に可能というわけではない。このことは、ある場合には、気孔度が高すぎて、かろうじて１つの反響しか観察されないことがあるためである。気孔度の測定は１つの反響のみに依存しなければならない。したがって、積層剥離や介在物とは異なり、気孔度に対する超音波の応答性は周波数と振幅とによって左右される。このような特性は、各超音波システムが所定の気孔度レベルに対して異なる応答性を有することを意味する。したがって、各超音波システムは、或る気孔度レベルに対して較正を要する。
【０００８】
気孔度を測定するために、二種類の技術、すなわち、反射透過超音波（ＲＴＴＵ）と透過超音波（ＴＴＵ）が使用される。これらの方法では、サンプルを通して伝播した超音波の振幅と、基準サンプルを通して伝播した超音波の振幅とを比較する。ＲＴＴＵ技術において、使用される超音波反響は、鋼あるいはガラスのプレートからの反響である。図１は、この操作を示す。代って、ＴＴＵ技術では、超音波反響は圧電エミッタから直接来る反響である。図２はＴＴＵ技術を示す。
【０００９】
残念ながら、これらの技術は、水のような超音波接続体（カップラント）と、各複合パネルの両側へのアクセスとを必要とする。水と複合パネルの界面における超音波屈折は、圧電エミッタがサンプルの面に対して直角でない場合、超音波の方向を変えてしまう。気孔度はサンプル表面の全ての箇所で評価する必要がある。超音波システムは、超音波測定の隙間のないグリッド（網目）を形成するために、サンプルの表面上の複数箇所で動かす必要がある。グリッドの間隔は臨界気孔度欠陥サイズよりも小さくなければならない。この要求条件が、彎曲表面を有するサンプルの走査を、高価かつ遅速にする。さらに、閉じた箱に対するように、複合部分の二つの側へのアクセスが可能でない場合、そのような部分に対する気孔度の評価は、これらの技術を用いて行なうことができない。
【００１０】
したがって、水あるいは類似の接続体を必要とする問題および複合材料の両側へのアクセスを必要とする問題を含む前記問題を是正する、複合材料の気孔度の測定および評価を行いうる方法とシステムに対する必要性が生じている。
【００１１】
さらに、パルス化したレーザビームを変調する必要性、または、‘１６６特許に存在するような問題と同様なその他の問題がなく、複合材料の気孔度を測定し、評価することのできる方法やシステムに対する必要性がある。
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、複合材料の一側のみにアクセスすることによって、以前に開発された超音波システムや方法に付随する欠点や問題を実質的に排除あるいは低減化する、複合材料の気孔度を超音波によって測定する方法とシステムとを提供するものである。
【００１３】
本発明は、複合材料の一側へのアクセスのみを要する、レーザ超音波のような超音波技術によって複合材料の気孔度を測定する方法とシステムを提供するものである。本発明方法とシステムは、サンプル材料の背壁反響の振幅を基準サンプルの背壁反響の振幅と比較することによって、気孔度と相関する超音波の減衰度を評価する。本発明方法とシステムは、さらに、気孔度に関係のない現象によって引き起こされる振幅の変動を排除するために、基準反響（レーザ超音波に対する基準反響、すなわち表面反響）に従って信号の振幅を正規化することを含む。
【００１４】
本発明の別の観点によれば、サンプル複合材料の一側側（いっそくがわ）のみから、サンプル複合材料の気孔度を超音波で測定する方法とシステムが提供される。本発明方法は、サンプル複合材料からのサンプル超音波信号を測定する段階と、サンプル複合材料の表面反響に対してサンプル超音波信号を正規化する段階と、サンプルの背壁反響信号をサンプル超音波信号から分離する段階とを含む。次いで、サンプルの背壁反響信号のサンプル周波数スペクトルが検出される。次に、本発明方法とシステムは、基準複合材料から基準超音波信号を測定する段階と、基準超音波信号を基準複合材料の表面反響に対して正規化する段階と、前記サンプル超音波信号から基準背壁反響信号を分離する段階とを含む。次いで、前記基準背壁反響信号の基準周波数スペクトルが検出される。さらに、本発明は、所定の周波数範囲に亘る基準周波数スペクトルに対するサンプルの周波数スペクトルの比としてサンプル超音波信号の超音波減衰度を取得する段階を含む。予め定められた減衰基準に対して前記取得した超音波減衰度を比較することによって、サンプル複合材料の気孔度を評価することができる。
【００１５】
本発明の技術的な特徴は、複合材料の背壁反響の振幅を用い、それを基準複合材料から測定した背壁反響振幅と比較することである。本発明は、気孔に直接関係しない何らかの作用に起因する振幅の変動を排除するために、基準反響（レーザ超音波の場合、表面の反響である）に対して、全ての超音波信号（基準サンプル反響を含む）を正規化する。
【００１６】
本発明の別の技術的な特徴は、背壁反響の位置を容易に識別するために、超音波トレース（痕跡）の空間的な平均化を用いることである。本発明は、ウインドウ化技術（ｗｉｎｄｏｗｉｎｇ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）を用いて、サンプルの背壁反響および基準背壁反響の完全な周波数スペクトルを計算することを含む。これら２つのスペクトルの比が周波数の関数として超音波減衰度を規定する。本発明は、被検材料に対して先に設定された基準に対する気孔度を評価し、または、気孔度レベルと相関する超音波減衰度の周波数依存性を使用するために、所定周波数における超音波減衰度を用いる。
【００１７】
本発明およびその利点を完全に理解するために、添付図面を用いて以下の説明を行なう（図中、同じ符号は同じ特徴を示す）。
【００１８】
（好適例の詳細な説明）
本発明の好適例が、図３〜図１０に示されている（図中、同種部分および対応部分に対して同じ符号を用いている）。
【００１９】
図３は、離れたターゲット（目標物）２０に対する発生レーザビーム１４と共軸線関係の検出レーザビーム１６とを表わす送入レーザビーム１２を含む超音波装置１０を示している。発生レーザビーム１４は、ターゲット２０に超音波表面変形形態で熱弾性膨張を発生させ、その変形がターゲット２０から離れる方向に指向された位相変調光線１８によって表わされている検出レーザビーム１６を変調させ、拡散させ、かつ反射させる。
【００２０】
図４は超音波レーザ検査を実行する装置２１の基本構成要素をブロック線図の形で示している。装置２１は発生レーザ２２と、検出レーザ２４と、干渉計２６と、任意の光学プロセッサ２８と、光学スキャナ３０と、集光光学装置３１と、システム制御装置３２と、データ取得および処理装置３４とを含む。発生レーザ２２と検出レーザ２４とは、それぞれ発生レーザビーム１４と検出レーザビーム１６とを発生させ、それらは光学スキャナ３０によって、典型的には複合材料であるターゲット２０上に導かれる。発生レーザ２２はターゲット２０の表面に対して直角に材料において圧縮超音波を発生させる。圧縮超音波は複合材料が発生レーザビーム１４を吸収するにつれて、該複合材料が熱弾性膨張する結果得られるものである。
【００２１】
発生レーザ２２はターゲット材料のアブレーション（蒸発）または分解を起こすことなくターゲット２０の表面に容易に吸収される周波数のものでなければならず、超音波による表面変形を誘発するのに適当なパルス持続時間のものでなければならない。例えば、１００ナノ秒のパルスに対して１０．６ミクロンの波長のビームを発生させるために横励起大気圧（ＴＥＡ）ＣＯ２レーザを使用することができる。レーザのパワーはターゲットに対して、例えば０．２５ジュールのパルスを送るに十分なものでなければならず、それには４００Ｈｚのパルス繰り返し速度で作動している１００ワットのレーザを必要としうる。発生レーザは熱としてターゲットの表面に吸収され、それによってアブレーションを起こすことなく熱弾性膨張を発生させるべきものである。
【００２２】
検出レーザ２４は超音波による表面の変位を誘発させないのに十分なパルス持続性のものでなければならない。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザを使用することができる。このレーザのパワーは、例えば１００ミリジュールで、１００マイクロ秒のパルスを送るに十分なものでなければならず、それは１キロワットのレーザを必要としうる。
【００２３】
「後集光光学増幅を使用して超音波による表面の変位を検出する方法と装置」と題するトーマス・イー・ドレーク二世の米国特許第６１２２０６０号（２０００年９月１９日発行；本発明は、部分的にその優先権を主張する）（以下、ドレーク特許と称する）は、更にターゲットの表面において超音波による表面の変位を検出するためにパルス化した第１レーザビームを発生させるために検出レーザを含む前記システムを記載している。集光光学装置は、ターゲットによって反射または拡散されたパルス化した第１レーザビームから位相変調した光線を集光する。光学増幅器は集光光学装置によって集光された位相変調の光線を増幅する。干渉計は位相変調した光線を処理し、少なくとも１つの出力信号を発生させる。プロセッサはターゲットにおける超音波による表面の変位を示すデータを取得するために少なくとも１つの出力信号を処理する。本発明はドレーク特許に関連する目標のために開発されたもので、そのような環境において使用しうる。したがって、ドレーク特許に記載された技術情報を本明細書の記載として援用する。
【００２４】
本発明は、複合部分の気孔度を評価するために背壁反響のみを使用して超音波減衰を測定する。この方法は、サンプルの一側のみにアクセス（接近）するだけでよい超音波技術に対して有用である。図５Ａ、図５Ｂに関し、図５Ａでは、低気孔度の複合材料において、図５Ｂでは中程度ないし高気孔度の複合材料においてレーザ超音波を使用して取得した超音波信号を示す。
【００２５】
超音波減衰測定のある局面は気孔度評価に対しては周知の技術である。超音波減衰度の評価およびソリッドステートの材料を特性化するために超音波減衰度を使用することは、周波数の関数として減衰度を計算するために周波数スペクトルの比を使用する概念と同様に当該技術分野で周知である。周知の技術は小さい超音波減衰度の変動を測定する。これらの測定はサンプルの一側のみから実行されるが、水による結合が必要であり、サンプルの表面は研磨する必要がある。気孔度を評価するために超音波減衰度を使用する殆どの場合において、ＴＴＵ技術あるいはＲＴＴＵ技術が使用されている。双方の方法共減衰度を評価するために２つの背壁反響の比を使用している。
【００２６】
図５Ａ、図５Ｂに関し、図５Ａでは低気孔度の複合材料からの超音波信号を、図５Ｂにおいては中位ないし高気孔度の複合材料から取得した超音波信号を示している。単一の背壁反響を使用することの問題の一つは、もしも測定された信号の振幅が気孔度以外の別の要素によって影響を受けるとすれば、気孔度の測定が虚偽の読み取りを行いうることである。そこで、超音波信号を正規化する必要がある。この正規化をするために、気孔度によって影響されない超音波信号を使用することができる。レーザ超音波の場合には、気孔度によって影響されない超音波信号は、表面反響と呼ばれるものである。この反響は熱膨張によって発生する表面の変位によって生成される。表面反響は超音波からは発生しない。それは、均質な材料におけるレーザ超音波発生と検出システムのフラットな周波数応答性とを想定すれば、検出システムによって集光された光量と発生機構の効率に直接比例している。たとえこれらの条件が完全に適合していないとしても、表面による正規化は、概略の近似として、反射性および発生の変動並びに測定入射角の変動に対して良好な修正をもたらす。図６は表面反響を使用したレーザ超音波信号の正規化の一例を示す。
【００２７】
本発明による方法における次の段階は背壁反響の到来時間を確認することである。図５（Ａ）においては、第１番目の背壁反響が容易に確認される。他方、図５（Ｂ）の場合には、背壁反響の確認は容易でない。背壁反響の正確な時間を確認するためには、気孔度の欠陥に対する後方散乱（バックスキャッタリング）によって起因する擬似反響を排除するために超音波信号を空間的に平均化することができる。所定位置における空間的に平均化された信号は、各々の時間に対して近隣の位置における信号の値を平均化することによって得られる。例えば、もし５×５の核（カーネル）を使用するとすれば、位置（４８，４８）と位置（５２，５２）との間の超音波信号の値を各々の時間について平均化することによって、位置（５０，５０）についての空間的に平均化された信号を得ることができる。空間的な平均化は背壁反響の時間を確認するためにのみ使用される。空間的に平均化された信号の背壁反響の到来時間は、サンプルの厚さが変動する場合背壁反響を正確にウインドウィングするために平均化されていない信号に対して使用される。
【００２８】
図７（Ａ）、（Ｂ）は、中程度ないし高気孔度の複合材料における背壁反響の到来時間を確認するための空間的な平均化の結果を示す。特に、図７（Ａ）は空間的な平均化のない超音波信号を示し、一方図７（Ｂ）は９×９の核（カーネル）による空間的な平均化を使用した同じ位置における超音波信号を示す。背壁反響の到来時間が判明すると、この反響は残りの信号から分離する必要がある。反響はウインドウィング技術を用いて分離される。所定の材料と受取られた信号のタイプとに応じて、種々のタイプのウインドウィング技術を使用しうる。
【００２９】
図８は図７（Ａ）に示す背壁反響の分離状態を示す。表面反響が干渉しないように検出された時間ウインドウ内の図７（Ｂ）に示す最大の分析信号を使用してウインドウ位置が得られた。特に、図８は従来のウインドウィング技術を使用して残りの信号から背壁反響を分離することの効果を示す。次いで、背壁反響の周波数スペクトルが計算される。次いで、この周波数スペクトルは基準信号の周波数スペクトルによって除算される。基準信号は、現在分析されている信号に対して先に説明したものと同じ実験手順および同じ信号処理段階を使用して取得される。基準信号は極めて低い気孔度を備え、現在検査されているサンプルと同じ厚さを有するサンプル材料からつくられた初期サンプルから得られる。
【００３０】
図９は基準反響と図８に示す背壁反響の周波数スペクトルを示す。図９において、基準反響の周波数スペクトルは実線４０で示され、図６に示す反響の周波数スペクトルは点線４２で示されている。二つのスペクトルの比は周波数の関数として超音波の減衰度を提供する。気孔度を評価するには、所定の周波数における超音波減衰度は所定の基準と比較することが可能で、あるいは減衰度の周波数依存性を利用することができる。
【００３１】
図１０は本発明による気孔度測定のために超音波減衰度測定を実行するのに要する段階を示す。図１０は複合材料の気孔度を評価するための本発明による方法のフローチャート５０を示す。ブロック５２を参照すれば、本発明は複合材料からの超音波信号を測定する段階を含む。これは基準複合材料と、サンプル複合材料との双方に対して実行される。次いで、本発明はそれぞれの材料の表面反響の振幅に関して、ブロック５４においてこれらの信号の測定値の各々を正規化することを含む。ブロック５６は正規化された双方の超音波信号に対して背壁反響を検出する段階を示す。次いで、ブロック５８において、正規化され、測定された信号の各々の周波数スペクトルを計算する段階を通してプロセスは継続する。ブロック６０は正規化された基準背壁反響の周波数スペクトルによって信号の周波数スペクトルを除算する段階を説明している。この結果、ブロック６２に示すように、サンプル複合材料の気孔度を評価するために、所定周波数における超音波減衰度測定が行われるか、あるいは減衰周波数依存性が得られる。
【００３２】
図１０に示す方法は手動で、あるいは図１および図２並びにドレイクの特許に示すシステムのようなコンピュータおよび関連の超音波感知システムを介して自動的に実行することができる。したがって、本発明は指令を自動的に完全に実行することが可能で、かつ必要なデータの記憶および前述のプロセスを実行する作動能力を保有することが可能なシステムを網羅している。
【００３３】
本発明を詳細に説明してきたが、特許請求の範囲に記載の本発明の精神や範囲から逸脱することなく各種の変更、代替および改変を行いうることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  複合材料の気孔度を評価するための従来技術による方法を示す。
【図２】  複合材料の気孔度を評価するための従来技術による方法を示す。
【図３】  発生レーザビームと、それに対して共軸線関係の検出レーザビームとの使用を示す。
【図４】  超音波レーザ検査を実行するための装置の基本要素を示すブロック線図である。
【図５】  ＡおよびＢは、低気孔度の複合材料からの超音波信号と中程度ないし高気孔度の複合材料から取得した超音波信号とを示す。
【図６】  表面反響を使用したレーザ／超音波信号の正規化の一例を示す。
【図７】  ＡおよびＢは、中程度ないし高気孔度の複合材料における背壁反響の到来時間を確認するため空間的に平均化した結果を示す。
【図８】  本発明による、複合材料に対する背壁反響の分離を示す。
【図９】  基準背壁反響と、図８に示すサンプルの背壁反響との周波数スペクトルを示す。
【図１０】  本発明の一実施例による、気孔度測定のために超音波減衰度測定を実行する段階を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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