サーモグラフィーで同定された複合材料の欠陥の特性評価
複合材料物品の欠陥のタイプを同定する方法は、ａ）物品の表面を急速に加熱し、ｂ）一連のＩＲ画像内のピクセル輝度を記録し、ｃ）ＩＲ画像からピクセルの各々について温度対時間データを決定し、ｄ）段階（ｃ）で決定された温度対時間データを使用して、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することを含んでなる。温度対時間データから導き出されたコントラスト曲線は、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定する際に使用することができる。このコントラスト曲線は、温度対時間データの温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによって求めることができる。欠陥のタイプは、コントラスト曲線のピークのサイズ及び／又は形状から決定することができる。いくつかの欠陥は、層間剥離、ポロシティ層、及び均一に分布したポロシティである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にサーモグラフィーに関し、より詳細には、複合材料製の物品の欠陥をサーモグラフィーを用いて同定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーモグラフィーは、複合材料製の物品を含む物品内の欠陥の位置を検出するために使用されてきた。複合材料は、ポリマー及びセラミックを含む。サーモグラフィーは、複合材料の欠陥を赤外線サーモグラフィーで得られる特徴的な時間−温度コントラストシグナチャーによって示すために使用されてきた。サーモグラフィーは、熱の流れを変化させる欠陥の位置を検出するために使用されてきたが、どのタイプの欠陥が見つかったのか同定しなかった。複合材料の欠陥には、典型的には、ポロシティ（空隙）及び層間剥離が含まれる。
【０００３】
サーモグラフィーは、熱を物体に加え、その結果生じる物体の表面上の温度分布を赤外線カメラで経時的に測定する非破壊評価（ＮＤＥ）法である。物体内の欠陥に関する情報が時系列的な赤外線の記録から得られる。画像は、それぞれ物体の表面上の小さい単位区域を表す画素すなわちピクセルにデジタル化される。温度／時間信号は、ピクセルごとに、またピクセルパターンで処理及び評価される。
【０００４】
固体の非金属複合材料内部の欠陥のサイズ及び「相対的な」位置（深度）を決定することができる、過渡（transient）サーモグラフィーの現代の１つの公知の応用例が、”Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｄｅｐｔｈ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第５７１１６０３号に開示されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。この特許文献に記載された方法は、当該の物体の表面を加熱することと、物体の表面上の非常に小さい領域すなわち「解像素子」の経時的な温度変化を記録することとを含む。この方法は、物体の表面の各解像素子又はピクセルにおいて生じる温度変化の注意深い解析に基づいて、欠陥のサイズ及び（すなわち、物体内の他の欠陥に対する）「相対的な」深度を示す値を決定することを可能にする。
【０００５】
”Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６８号には、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから取得された一連の画像フレームを作成するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムが開示されている。”Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６９号は、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから取得された一連の画像フレームを作成するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムを開示している。各フレームは、ピクセルの配列から構成され、経過時間に対応するフレーム番号を割り当てられている。多数の連続する画像フレームから、各ピクセルに対応する温度対時間（Ｔ−ｔ）データが作成される。また、多数の熱データ画像フレームを解析して物体の厚さを決定し、色分けされた（color-keyed）又はグレースケールで符号化された厚さマップを作成する方法も開示されている。”Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６９号には、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから一連の画像フレームを取得するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムが開示されている。順次取得された各画像フレームは、ピクセルの配列から構成され、経過時間に対応するフレーム番号を割り当てられている。合成的に生成された温度−時間基準曲線を使用してピクセルコントラスト対時間データを決定する熱撮像データフレーム解析方法が示されている。米国特許第６３６７９６８号及び同第６３６７９６９号はいずれも、本願出願人Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社に譲渡されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００６】
物体の表面を、十分な短期間で特定の温度に加熱する。従来は、検査中の物体の厚さ及び材料特性に応じて、石英水銀灯又は高輝度フラッシュランプを使用して、適切な大きさ及び持続期間の熱パルスを生成する。例えばパルスレーザ光など、サーモグラフィーによるモニタリングを可能にするのに十分な温度に表面を急速に加熱できる任意の手段を使用することができる。物体の表面を加熱したら、物体の冷却時に表面の熱変化の画像記録を取得し、解析する。
【０００７】
赤外線（ＩＲ）ビデオカメラを使用して、加熱後の物体表面の連続した熱画像（フレーム）を記録及び保存する。各ビデオ画像は、固定数のピクセルから構成される。このような文脈では、ピクセルは、撮像されている物体の表面上の、「解像素子」と呼ばれる、矩形区域に対応する画像配列又はフレームにおける小さい画素である。各解像素子における温度は対応するピクセルの輝度に直接関連するので、物体表面上の各解像素子における温度変化は、ピクセルコントラストの変化に関して解析することができる。保存されたＩＲビデオ画像を使用して、既知の時点を示す特定の画像フレームの平均ピクセル輝度を、同じ時点の個別のピクセル輝度から減算することによって、画像フレーム内の各ピクセルのコントラストを決定する。
【０００８】
上記の特許を始めとするいくつかのシステム及び方法は、このデータをどのように使用して、欠陥の深度を同定及び決定するのかを開示している。開示されていないのは、層間剥離及びポロシティなど、どのタイプの欠陥が見つかったかをどのようにして特性評価又は同定するかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５７１１６０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６３６７９６８号明細書
【特許文献３】米国特許第６３６７９６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
複合材料の欠陥を見つけて、どのタイプの欠陥が見つかったかを同定するための非破壊試験方法を有することが望ましい。欠陥を見つけてポロシティと層間剥離を同定又は同定するための非破壊試験方法を有することが特に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
複合材料の欠陥のタイプを同定する方法は、以下の段階、すなわちａ）物体の表面を急速に加熱し、ｂ）各々段階（ａ）で表面を加熱してからの経過時間に順次関連する一連のＩＲ画像内のピクセル輝度を記録し、ｃ）ＩＲ画像からピクセルの各々について温度対時間データを決定し、ｄ）段階（ｃ）で決定された温度対時間データを使用して、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することを含んでなる。
【００１２】
ピクセルの各々についてコントラスト曲線はピクセルの各々について温度対時間データから決定することができ、このコントラスト曲線を使用し、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することができる。コントラスト曲線は、合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによって導き出すことができる。
【００１３】
欠陥は、大きく幅広いピークを有するコントラスト曲線を特徴とする層間剥離と、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷を有するコントラスト曲線を特徴とする異なるポロシティ層と、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーを有するコントラスト曲線を特徴とする異なる長いポロシティ層と、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティとを含むことができる。均一に分布したポロシティコントラスト曲線及び損傷のないコントラスト曲線はそれぞれ、変曲点を有する。
【００１４】
方法の一実施形態は、様々なタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する物体の区域を表示することをさらに含む。方法の別のより具体的な実施形態は、複数のタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する様々な色で物体の区域を表示することをさらに含む。
【００１５】
本発明の前述の態様及び他の特徴は、添付の図面と共に以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な赤外線過渡サーモグラフィーシステム並びに複合材料から作製された物品内の欠陥を決定及び特性評価する方法を示す概略図である。
【図２】図１のシステムによって実施される、欠陥を決定及び特性評価する方法を示す流れ図である。
【図３】あるピクセルに対する例示的な温度対時間曲線のグラフである。
【図４】欠陥を有さない複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図５】層間剥離欠陥を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図６】異なるポロシティ欠陥層を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図７】異なる長いポロシティ欠陥層を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図８】均一に分布したポロシティ欠陥を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図９】図１に示すサーモグラフィーシステム及び方法を使用して作成され、欠陥のない区域、ポロシティ欠陥の区域、及び層間剥離欠陥の区域を有する複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナを示すカラー写真をモノクロで図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示されているのは、厚さ３の複合壁２を有する複合材料１、例えば複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナ内の欠陥、例えば層間剥離及びポロシティを同定及び特性評価するためのＩＲ過渡サーモグラフィーシステム１０である。フラッシュランプ熱パルス源１１は、解析する物体の表面を急速に加熱するために使用される。フラッシュランプ熱パルス源１１の１つの適切な構成は、例えば、一組の４個又は８個の高速高出力電力の写真用フラッシュランプであり、それぞれが約４．８キロジュールの出力が可能であり、個別の電源（例えば、Ｓｐｅｅｄｏｔｒｏｎ社（米国イリノイ州シカゴ）製のフラッシュランプなど）を有する。
【００１８】
複合材料から作製される物品内の欠陥を決定及び特性評価するための例示的な赤外線過渡サーモグラフィー方法は、図２に示す流れ図のブロックに概説されており、図１に示すシステムを使用する。熱パルスを照射された物体１の表面温度測定値は、物体が加熱された後で冷却し始めたときに、図２の流れ図のブロック２０で取得される。表面温度測定は、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラ１３（例えば、ＦＬＩＲ社から市販のＰｈｏｅｎｉｘカメラ）と、制御電子機器１４と、フレームデータメモリ１５と、制御コンピュータ及び画像プロセッサ１６と、ディスプレイモニタ１７とを含むＩＲ感応撮像システムを使用して行われる。熱データの取得は、フラッシュランプが光学起動によって又は他の適切な手段によって発光した直後に開始される。フラッシュランプの発光は、システムコンピュータ上で実行される従来のビデオフレーム取得ソフトウェア（ＦＬＩＲ社のＩｍａｇｅ Ｄｅｓｋ（商標）フレーム取得システムで提供されるものなど）又は他の従来のフレーム取得及びフラッシュランプ制御用ソフトウェア、例えば、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｖｅ Ｉｍａｇｉｎｇ社（米国ミシガン州ラスラップ・ビレッジ）から市販されているソフトウェアなど）によって管理される従来のフラッシュランプ電子機器１４を介して制御される。
【００１９】
システム制御コンピュータ及び画像プロセッサ１６は、本発明の方法によるデジタル画像処理及び表示に加えて、周辺機器制御機能及び通信機能を備えた、特別にプログラムされた汎用デジタルコンピュータである。システムコンピュータは、その後で解析を行うためにメモリ１５に保存される物体表面の所定の数の連続した熱画像フレームを取得するようにカメラ、ランプ電子機器１４、及びフレームデータメモリ１５を制御する。
【００２０】
熱撮像処理を始める前に、ＩＲカメラ１３をまず、以下に説明する「全視野」２画像較正法を使用して較正する。この好ましい技法は、２つの「黒体」（ＢＢ）画像較正基準、すなわち、室温の黒色平板を使用するＢＢ「低」熱源と、加熱された黒色平板を使用するＢＢ「高」熱源を用いる。例えば、ＢＢ「低」熱源の較正画像を取得するには、カーボンブラックで被覆した重い銅ベース板をレンズの正面に直接置く。ＢＢ「高」熱源の較正画像を取得するには、黒色平板を加熱して、周囲より名目上約１０℃高い温度に達した後、カメラレンズを同じ黒色に塗られた平坦な箱に入れる。それにより、カメラは加熱された板をその全視野にわたって撮像する。上記の２画像較正法は１つのタイプにすぎず、ハイコントラストで撮像するため、及び良好な温度精度を得るために重要である画像視野の最大均一性を生み出す任意の較正法を使用することができる。
【００２１】
図２を参照すると、流れ図は、合成基準熱撮像法を使用して過渡ＩＲサーモグラフィーを実行する例示的な処理工程を示す。これらの工程は、公知の従来のプログラミング技術を使用してコンピュータ（図１）によって実施されるように示されている。ブロック２０において、物体１上の関心領域が同定され（すなわち、関心領域を捕捉するようにＩＲカメラの焦点を合わせる）、システムオペレータは、例えば材料に関する熱拡散係数など、物体の検査の関連パラメータに関する情報を選択又は入力する。
【００２２】
次に、図２のブロック２０に示すように、システム制御コンピュータは、フラッシュランプ電子機器に、フラッシュランプを発光させ、フォーカルプレーンアレイＩＲカメラ１３からの画像フレームデータの取得を開始するよう指示する。データの取得は所定の数の連続する画像フレームにわたって続き、次いで、ブロック２１に示すように、取得された各画像フレームを連続するフレーム番号Ｚで同定した後で、画像シーケンスがフレームメモリ１５に保存される。撮像処理中に取得された各画像フレームは、ＮＸＮピクセルで構成される。各ピクセルは、物体表面上の解像素子に対応し、Ｎは典型的には、所望の解像度及び精度に応じて１２８又は２５６のいずれかである。各ピクセルは、約２バイトの記憶メモリを占有し、例えば１２ビット以上の２進数によって表すことができる。保存された画像フレームは、増加するフレーム番号値で順次同定され、全体として、フラッシュランプによって与えられた熱インパルスが衝突した後の所定の時間の物体１の前表面に対する、図３に示す温度対時間（Ｔ−ｔ）の履歴レコードを提供するのに役立つ。
【００２３】
複合材料の評価中に、制御コンピュータがフラッシュランプ（複数可）の発光を起動すると、画像データフレームがカメラ１３から取得され、画像上の各解像素子におけるＩＲ強度はフレームデータメモリ１５にデジタルで保存される。又は、ＩＲ強度はフレームデータレコーダに記録及び保存されてもよい。ブロック２２に示すように、本明細書に開示する例示的な方法では、合成熱基準Ｔ−ｔデータから合成基準曲線（ＲＥＦ曲線）を求める。米国特許第６３６７９６８号は、合成熱基準Ｔ−ｔデータ及び基準曲線（ＲＥＦ曲線）を求めるのに適した方法を開示している。合成熱基準Ｔ−ｔデータを決定することは、初期ＩＲ「急速」加熱及び第１の飽和されていないデータフレームの時間及びフレーム番号を同定することを含む。「合成」半空間熱減衰Ｔ−ｔ基準データ曲線は、合成熱基準Ｔ−ｔデータを決定する際に使用されるべき初期表面温度パラメータ及び閃光持続時間に基づいて生成される。
【００２４】
ブロック２３及びブロック２４に示すように、データの取得は、物体の材料の１つ以上の推定「特性時間」にわたって有意味なＴ−ｔ（温度対時間）履歴を取得するのに十分な所定の数の連続する画像フレームにわたって、各ピクセルに対して継続する。温度時間曲線（Ｔ−ｔ曲線）は、測定されたＩＲ強度から導き出された各ピクセルに対する強度対時間データを表す画像に基づいて求められる。取得された全画像フレーム数は、所望の精度及び画像解像度に応じて変化してよく、１２００データ取得フレーム／秒ほどの大きさとすることができる。フレームデータはメモリに保存されてもよく、レコーダは、プロセッサ１６の内部の従来のデジタルメモリでもよいし、プロセッサ１６がアクセス可能な任意の適切なビデオフレームデータ記憶デバイスでもよい。取得された各連続した熱画像フレームは、実時間の経過に対応する、増加するフレーム番号Ｚを割り当てられる。次に、結果として生成されるデータフレーム「スタック」が、前述のように、一次元熱流解析手法を利用して解析される。
【００２５】
各ピクセルに対するコントラスト対時間データは、強度対時間データ及び合成熱基準Ｔ−ｔデータを使用して算出される。コントラスト曲線Ｃ（図４、図５、及び図７を参照）は、ブロック２５に示すように、温度時間曲線（ＴＴ曲線）から合成基準曲線（ＲＥＦ曲線）を差し引くことによって求められる。ブロック２６に示すように、コントラスト曲線Ｃは、ガウス関数による時間的な平滑化などによって数学的に平滑化される。
【００２６】
表面温度データの取得は、フラッシュランプを発光させて物体の表面を照射することによって開始される。次に、フラッシュランプを発光した後で、所定の数の画像フレームが一定時間にわたって記録され、ブロック２４に示すように、記録された画像を使用して物体表面上の関心領域にわたってあらゆる基本領域又は「解像素子」について温度−時間（Ｔ−ｔ）履歴を開発する。記録された各画像フレームは、強度が、フレームデータが取得された時点における物体の表面温度と相関する、所定のＮｘＮ配列の画像ピクセルを含む。各ピクセルは、特定の解像素子に対応する、画像フレーム内の位置指定を有する。
【００２７】
取得された画像フレーム内の各ピクセルに対するＴ−ｔ履歴の熱流解析は、各解像素子位置における欠陥の厚さを決定するためにも使用される。ブロック２５に示すように、ピクセルの記録された強度対時間履歴は、図４〜図８に示す例示的なコントラスト曲線Ｃによって示すように、ピクセルに対するコントラスト対時間データを計算するために使用される。ブロック２８に示すように、特定の欠陥は、特性時間ＴＣにわたるコントラスト曲線のピークのサイズ及び形状によって特性評価される。ポロシティは、小さな又は大きな特徴的なリーディングピークＬＰを有し、その後に、図６に示すような浅い谷ＳＴ又は図７に示すようなプラトーＰＰと深度の表示が続く。層間剥離は、大きく幅広いピークを有し、深度の表示は理想的な板によく似ている。ポロシティは、異なる層内に、又は均一に分布したポロシティとも呼ばれる、より厚いゾーン内に生じることがあり、それぞれ特徴的なシグナチャーを有する。
【００２８】
本明細書に開示する例示的な方法では、ピクセルの記録された強度対時間データから合成熱基準Ｔ−ｔデータを減算して、コントラスト対時間データを本明細書において示すコントラスト曲線として算出する。米国特許第６３６７９６８号は、合成熱基準Ｔ−ｔデータを算出するのに適した方法を開示していする。合成熱基準を使用して、コントラスト対時間曲線又はコントラスト曲線が、物体の表面の各解像素子に対応する各ピクセルに対して求められる。次に、ピクセルコントラスト曲線データのガウスによる時間的な平滑化を用いて測定値の信号対雑音比を向上させる。図５及び図６に示すように、コントラスト曲線のピークＰの形状Ｓ及び高さＨは、一方が存在する場合は計算されるか又は別の方法で決定され、データ内のピクセルに対して欠陥のタイプ又はその欠如を同定又は特性評価する。種々の欠陥が上記の方法で同定され、次に、ブロック２９に示すように物体のピクセルの位置に対してマップされる。
【００２９】
図４に示すコントラスト曲線Ｃは、欠陥がなく損傷のない区域を表しており、これはブロック３０に示され且つ図９に示すように、欠陥同定画面４０で視覚的にマップされ１ピクセルずつ黒色で示す。図５に示すコントラスト曲線Ｃは、層間剥離の区域を示す。図６に示す第１のポロシティコントラスト曲線Ｃ１及び第２のポロシティコントラスト曲線Ｃ２は、２つの異なるポロシティ層を表す。図７に示すコントラスト曲線Ｃは、小さな又は大きな特徴的なリーディングピークＬＰと、その後に続くプラトーＰＰとを含むコントラスト曲線Ｃを特徴とする異なる長いポロシティ層を表す。
【００３０】
図８に示されているのは、均一に分布したポロシティを有する物体の区域を表す均一に分布したポロシティコントラスト曲線Ｃ２と比較した、損傷を有さない物体の区域を表す損傷のないコントラスト曲線Ｃ１である。コントラスト曲線Ｃ１及びＣ２はいずれも、特性時間ＴＣにわたる変曲点Ｉを有する略平滑な曲線によって特性評価される。均一に分布したポロシティの区域内のピクセルは、損傷のないコントラスト曲線Ｃ１から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線Ｃ２によって特性評価される。
【００３１】
各ピクセルに対するコントラスト曲線は数学的に、経験的に、又は半経験的に解析され、欠陥がある場合はコントラスト曲線がどの欠陥を表すかを決定する。本明細書において説明される例示的な方法では、上記の解析によって特性評価される各タイプの欠陥に色が割り当てられる。ピクセルは、図１のディスプレイモニタ１７の画面上の視覚的表示などの視覚的表示における色コーディングに従ってマップされる。所与の部分又は物体では、物体のうちの最初の１つの又は少数をこのように解析して、種々のタイプのコントラスト曲線、それらのそれぞれの欠陥、及び特性時間ＴＣを求める。次に、この較正段階の後で、処理及び上述の視覚的表示を使用して実働部分（production part）を非常に迅速に解析することができる。
【００３２】
図１における物体１、複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナの４つの図が図９に表示されており、各図はケースを０度、９０度、１８０度、及び２７０度回転させたケースの四象限（quadrant）を表すものである。本明細書に示す色コーディングは、正常すなわち欠陥を有さないと指定される区域に対しては灰色、ポロシティの区域に対しては白色、及び層間剥離の区域に対しては黒色である。また、画面上に示されているのは、ケースの全面積に対する色別のパーセンテージである。従って、解析の結果は、物体のＮＤＥに使用するためにオペレータ又は検査員が利用できる。欠陥をより明確に区別するために他の色を使用することができる。１つの提案される色コーディングは、ポロシティ層に対しては黄色、層間剥離に対しては赤色、及び欠陥のない区域に対しては黒色である。
【００３３】
本明細書において本発明の好ましい実施形態及び例示的な実施形態と考えられるものについて説明してきたが、本明細書の教示から本発明の他の変更形態が当業者には明らかになるであろう。従って、本発明の真の精神及び範囲に含まれるかかるすべて変更形態が添付の特許請求の範囲で保護されることが望ましい。従って、米国特許証によって保護されることが望ましいものが、以下の特許請求の範囲で定義及び同定される。
【符号の説明】
【００３４】
１ 複合材料
２ 複合壁
３ 厚さ
１０ ＩＲ過渡サーモグラフィーシステム
１１ フラッシュランプ熱パルス源
１３ 赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラ
１４ カメラ、ランプ制御電子機器
１５ フレームデータメモリ
１６ 制御コンピュータ及び画像プロセッサ
１７ ディスプレイモニタ
４０ 欠陥同定画面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にサーモグラフィーに関し、より詳細には、複合材料製の物品の欠陥をサーモグラフィーを用いて同定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
サーモグラフィーは、複合材料製の物品を含む物品内の欠陥の位置を検出するために使用されてきた。複合材料は、ポリマー及びセラミックを含む。サーモグラフィーは、複合材料の欠陥を赤外線サーモグラフィーで得られる特徴的な時間−温度コントラストシグナチャーによって示すために使用されてきた。サーモグラフィーは、熱の流れを変化させる欠陥の位置を検出するために使用されてきたが、どのタイプの欠陥が見つかったのか同定しなかった。複合材料の欠陥には、典型的には、ポロシティ（空隙）及び層間剥離が含まれる。
【０００３】
サーモグラフィーは、熱を物体に加え、その結果生じる物体の表面上の温度分布を赤外線カメラで経時的に測定する非破壊評価（ＮＤＥ）法である。物体内の欠陥に関する情報が時系列的な赤外線の記録から得られる。画像は、それぞれ物体の表面上の小さい単位区域を表す画素すなわちピクセルにデジタル化される。温度／時間信号は、ピクセルごとに、またピクセルパターンで処理及び評価される。
【０００４】
固体の非金属複合材料内部の欠陥のサイズ及び「相対的な」位置（深度）を決定することができる、過渡（transient）サーモグラフィーの現代の１つの公知の応用例が、”Ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ：Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｄｅｐｔｈ Ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第５７１１６０３号に開示されており、その開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。この特許文献に記載された方法は、当該の物体の表面を加熱することと、物体の表面上の非常に小さい領域すなわち「解像素子」の経時的な温度変化を記録することとを含む。この方法は、物体の表面の各解像素子又はピクセルにおいて生じる温度変化の注意深い解析に基づいて、欠陥のサイズ及び（すなわち、物体内の他の欠陥に対する）「相対的な」深度を示す値を決定することを可能にする。
【０００５】
”Ｔｈｅｒｍａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６８号には、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから取得された一連の画像フレームを作成するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムが開示されている。”Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６９号は、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから取得された一連の画像フレームを作成するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムを開示している。各フレームは、ピクセルの配列から構成され、経過時間に対応するフレーム番号を割り当てられている。多数の連続する画像フレームから、各ピクセルに対応する温度対時間（Ｔ−ｔ）データが作成される。また、多数の熱データ画像フレームを解析して物体の厚さを決定し、色分けされた（color-keyed）又はグレースケールで符号化された厚さマップを作成する方法も開示されている。”Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｉｍａｇｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ”と題するＲｉｎｇｅｒｍａｃｈｅｒ他の米国特許第６３６７９６９号には、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラから一連の画像フレームを取得するＩＲ過渡サーモグラフィーシステムが開示されている。順次取得された各画像フレームは、ピクセルの配列から構成され、経過時間に対応するフレーム番号を割り当てられている。合成的に生成された温度−時間基準曲線を使用してピクセルコントラスト対時間データを決定する熱撮像データフレーム解析方法が示されている。米国特許第６３６７９６８号及び同第６３６７９６９号はいずれも、本願出願人Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社に譲渡されており、それらの開示内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。
【０００６】
物体の表面を、十分な短期間で特定の温度に加熱する。従来は、検査中の物体の厚さ及び材料特性に応じて、石英水銀灯又は高輝度フラッシュランプを使用して、適切な大きさ及び持続期間の熱パルスを生成する。例えばパルスレーザ光など、サーモグラフィーによるモニタリングを可能にするのに十分な温度に表面を急速に加熱できる任意の手段を使用することができる。物体の表面を加熱したら、物体の冷却時に表面の熱変化の画像記録を取得し、解析する。
【０００７】
赤外線（ＩＲ）ビデオカメラを使用して、加熱後の物体表面の連続した熱画像（フレーム）を記録及び保存する。各ビデオ画像は、固定数のピクセルから構成される。このような文脈では、ピクセルは、撮像されている物体の表面上の、「解像素子」と呼ばれる、矩形区域に対応する画像配列又はフレームにおける小さい画素である。各解像素子における温度は対応するピクセルの輝度に直接関連するので、物体表面上の各解像素子における温度変化は、ピクセルコントラストの変化に関して解析することができる。保存されたＩＲビデオ画像を使用して、既知の時点を示す特定の画像フレームの平均ピクセル輝度を、同じ時点の個別のピクセル輝度から減算することによって、画像フレーム内の各ピクセルのコントラストを決定する。
【０００８】
上記の特許を始めとするいくつかのシステム及び方法は、このデータをどのように使用して、欠陥の深度を同定及び決定するのかを開示している。開示されていないのは、層間剥離及びポロシティなど、どのタイプの欠陥が見つかったかをどのようにして特性評価又は同定するかである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第５７１１６０３号明細書
【特許文献２】米国特許第６３６７９６８号明細書
【特許文献３】米国特許第６３６７９６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
複合材料の欠陥を見つけて、どのタイプの欠陥が見つかったかを同定するための非破壊試験方法を有することが望ましい。欠陥を見つけてポロシティと層間剥離を同定又は同定するための非破壊試験方法を有することが特に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
複合材料の欠陥のタイプを同定する方法は、以下の段階、すなわちａ）物体の表面を急速に加熱し、ｂ）各々段階（ａ）で表面を加熱してからの経過時間に順次関連する一連のＩＲ画像内のピクセル輝度を記録し、ｃ）ＩＲ画像からピクセルの各々について温度対時間データを決定し、ｄ）段階（ｃ）で決定された温度対時間データを使用して、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することを含んでなる。
【００１２】
ピクセルの各々についてコントラスト曲線はピクセルの各々について温度対時間データから決定することができ、このコントラスト曲線を使用し、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することができる。コントラスト曲線は、合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによって導き出すことができる。
【００１３】
欠陥は、大きく幅広いピークを有するコントラスト曲線を特徴とする層間剥離と、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷を有するコントラスト曲線を特徴とする異なるポロシティ層と、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーを有するコントラスト曲線を特徴とする異なる長いポロシティ層と、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティとを含むことができる。均一に分布したポロシティコントラスト曲線及び損傷のないコントラスト曲線はそれぞれ、変曲点を有する。
【００１４】
方法の一実施形態は、様々なタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する物体の区域を表示することをさらに含む。方法の別のより具体的な実施形態は、複数のタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する様々な色で物体の区域を表示することをさらに含む。
【００１５】
本発明の前述の態様及び他の特徴は、添付の図面と共に以下の記述において説明される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】例示的な赤外線過渡サーモグラフィーシステム並びに複合材料から作製された物品内の欠陥を決定及び特性評価する方法を示す概略図である。
【図２】図１のシステムによって実施される、欠陥を決定及び特性評価する方法を示す流れ図である。
【図３】あるピクセルに対する例示的な温度対時間曲線のグラフである。
【図４】欠陥を有さない複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図５】層間剥離欠陥を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図６】異なるポロシティ欠陥層を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図７】異なる長いポロシティ欠陥層を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図８】均一に分布したポロシティ欠陥を有する複合材料品のある区域内のあるピクセルに対する例示的なコントラスト曲線のグラフである。
【図９】図１に示すサーモグラフィーシステム及び方法を使用して作成され、欠陥のない区域、ポロシティ欠陥の区域、及び層間剥離欠陥の区域を有する複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナを示すカラー写真をモノクロで図示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１に示されているのは、厚さ３の複合壁２を有する複合材料１、例えば複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナ内の欠陥、例えば層間剥離及びポロシティを同定及び特性評価するためのＩＲ過渡サーモグラフィーシステム１０である。フラッシュランプ熱パルス源１１は、解析する物体の表面を急速に加熱するために使用される。フラッシュランプ熱パルス源１１の１つの適切な構成は、例えば、一組の４個又は８個の高速高出力電力の写真用フラッシュランプであり、それぞれが約４．８キロジュールの出力が可能であり、個別の電源（例えば、Ｓｐｅｅｄｏｔｒｏｎ社（米国イリノイ州シカゴ）製のフラッシュランプなど）を有する。
【００１８】
複合材料から作製される物品内の欠陥を決定及び特性評価するための例示的な赤外線過渡サーモグラフィー方法は、図２に示す流れ図のブロックに概説されており、図１に示すシステムを使用する。熱パルスを照射された物体１の表面温度測定値は、物体が加熱された後で冷却し始めたときに、図２の流れ図のブロック２０で取得される。表面温度測定は、赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラ１３（例えば、ＦＬＩＲ社から市販のＰｈｏｅｎｉｘカメラ）と、制御電子機器１４と、フレームデータメモリ１５と、制御コンピュータ及び画像プロセッサ１６と、ディスプレイモニタ１７とを含むＩＲ感応撮像システムを使用して行われる。熱データの取得は、フラッシュランプが光学起動によって又は他の適切な手段によって発光した直後に開始される。フラッシュランプの発光は、システムコンピュータ上で実行される従来のビデオフレーム取得ソフトウェア（ＦＬＩＲ社のＩｍａｇｅ Ｄｅｓｋ（商標）フレーム取得システムで提供されるものなど）又は他の従来のフレーム取得及びフラッシュランプ制御用ソフトウェア、例えば、Ｔｈｅｒｍａｌ Ｗａｖｅ Ｉｍａｇｉｎｇ社（米国ミシガン州ラスラップ・ビレッジ）から市販されているソフトウェアなど）によって管理される従来のフラッシュランプ電子機器１４を介して制御される。
【００１９】
システム制御コンピュータ及び画像プロセッサ１６は、本発明の方法によるデジタル画像処理及び表示に加えて、周辺機器制御機能及び通信機能を備えた、特別にプログラムされた汎用デジタルコンピュータである。システムコンピュータは、その後で解析を行うためにメモリ１５に保存される物体表面の所定の数の連続した熱画像フレームを取得するようにカメラ、ランプ電子機器１４、及びフレームデータメモリ１５を制御する。
【００２０】
熱撮像処理を始める前に、ＩＲカメラ１３をまず、以下に説明する「全視野」２画像較正法を使用して較正する。この好ましい技法は、２つの「黒体」（ＢＢ）画像較正基準、すなわち、室温の黒色平板を使用するＢＢ「低」熱源と、加熱された黒色平板を使用するＢＢ「高」熱源を用いる。例えば、ＢＢ「低」熱源の較正画像を取得するには、カーボンブラックで被覆した重い銅ベース板をレンズの正面に直接置く。ＢＢ「高」熱源の較正画像を取得するには、黒色平板を加熱して、周囲より名目上約１０℃高い温度に達した後、カメラレンズを同じ黒色に塗られた平坦な箱に入れる。それにより、カメラは加熱された板をその全視野にわたって撮像する。上記の２画像較正法は１つのタイプにすぎず、ハイコントラストで撮像するため、及び良好な温度精度を得るために重要である画像視野の最大均一性を生み出す任意の較正法を使用することができる。
【００２１】
図２を参照すると、流れ図は、合成基準熱撮像法を使用して過渡ＩＲサーモグラフィーを実行する例示的な処理工程を示す。これらの工程は、公知の従来のプログラミング技術を使用してコンピュータ（図１）によって実施されるように示されている。ブロック２０において、物体１上の関心領域が同定され（すなわち、関心領域を捕捉するようにＩＲカメラの焦点を合わせる）、システムオペレータは、例えば材料に関する熱拡散係数など、物体の検査の関連パラメータに関する情報を選択又は入力する。
【００２２】
次に、図２のブロック２０に示すように、システム制御コンピュータは、フラッシュランプ電子機器に、フラッシュランプを発光させ、フォーカルプレーンアレイＩＲカメラ１３からの画像フレームデータの取得を開始するよう指示する。データの取得は所定の数の連続する画像フレームにわたって続き、次いで、ブロック２１に示すように、取得された各画像フレームを連続するフレーム番号Ｚで同定した後で、画像シーケンスがフレームメモリ１５に保存される。撮像処理中に取得された各画像フレームは、ＮＸＮピクセルで構成される。各ピクセルは、物体表面上の解像素子に対応し、Ｎは典型的には、所望の解像度及び精度に応じて１２８又は２５６のいずれかである。各ピクセルは、約２バイトの記憶メモリを占有し、例えば１２ビット以上の２進数によって表すことができる。保存された画像フレームは、増加するフレーム番号値で順次同定され、全体として、フラッシュランプによって与えられた熱インパルスが衝突した後の所定の時間の物体１の前表面に対する、図３に示す温度対時間（Ｔ−ｔ）の履歴レコードを提供するのに役立つ。
【００２３】
複合材料の評価中に、制御コンピュータがフラッシュランプ（複数可）の発光を起動すると、画像データフレームがカメラ１３から取得され、画像上の各解像素子におけるＩＲ強度はフレームデータメモリ１５にデジタルで保存される。又は、ＩＲ強度はフレームデータレコーダに記録及び保存されてもよい。ブロック２２に示すように、本明細書に開示する例示的な方法では、合成熱基準Ｔ−ｔデータから合成基準曲線（ＲＥＦ曲線）を求める。米国特許第６３６７９６８号は、合成熱基準Ｔ−ｔデータ及び基準曲線（ＲＥＦ曲線）を求めるのに適した方法を開示している。合成熱基準Ｔ−ｔデータを決定することは、初期ＩＲ「急速」加熱及び第１の飽和されていないデータフレームの時間及びフレーム番号を同定することを含む。「合成」半空間熱減衰Ｔ−ｔ基準データ曲線は、合成熱基準Ｔ−ｔデータを決定する際に使用されるべき初期表面温度パラメータ及び閃光持続時間に基づいて生成される。
【００２４】
ブロック２３及びブロック２４に示すように、データの取得は、物体の材料の１つ以上の推定「特性時間」にわたって有意味なＴ−ｔ（温度対時間）履歴を取得するのに十分な所定の数の連続する画像フレームにわたって、各ピクセルに対して継続する。温度時間曲線（Ｔ−ｔ曲線）は、測定されたＩＲ強度から導き出された各ピクセルに対する強度対時間データを表す画像に基づいて求められる。取得された全画像フレーム数は、所望の精度及び画像解像度に応じて変化してよく、１２００データ取得フレーム／秒ほどの大きさとすることができる。フレームデータはメモリに保存されてもよく、レコーダは、プロセッサ１６の内部の従来のデジタルメモリでもよいし、プロセッサ１６がアクセス可能な任意の適切なビデオフレームデータ記憶デバイスでもよい。取得された各連続した熱画像フレームは、実時間の経過に対応する、増加するフレーム番号Ｚを割り当てられる。次に、結果として生成されるデータフレーム「スタック」が、前述のように、一次元熱流解析手法を利用して解析される。
【００２５】
各ピクセルに対するコントラスト対時間データは、強度対時間データ及び合成熱基準Ｔ−ｔデータを使用して算出される。コントラスト曲線Ｃ（図４、図５、及び図７を参照）は、ブロック２５に示すように、温度時間曲線（ＴＴ曲線）から合成基準曲線（ＲＥＦ曲線）を差し引くことによって求められる。ブロック２６に示すように、コントラスト曲線Ｃは、ガウス関数による時間的な平滑化などによって数学的に平滑化される。
【００２６】
表面温度データの取得は、フラッシュランプを発光させて物体の表面を照射することによって開始される。次に、フラッシュランプを発光した後で、所定の数の画像フレームが一定時間にわたって記録され、ブロック２４に示すように、記録された画像を使用して物体表面上の関心領域にわたってあらゆる基本領域又は「解像素子」について温度−時間（Ｔ−ｔ）履歴を開発する。記録された各画像フレームは、強度が、フレームデータが取得された時点における物体の表面温度と相関する、所定のＮｘＮ配列の画像ピクセルを含む。各ピクセルは、特定の解像素子に対応する、画像フレーム内の位置指定を有する。
【００２７】
取得された画像フレーム内の各ピクセルに対するＴ−ｔ履歴の熱流解析は、各解像素子位置における欠陥の厚さを決定するためにも使用される。ブロック２５に示すように、ピクセルの記録された強度対時間履歴は、図４〜図８に示す例示的なコントラスト曲線Ｃによって示すように、ピクセルに対するコントラスト対時間データを計算するために使用される。ブロック２８に示すように、特定の欠陥は、特性時間ＴＣにわたるコントラスト曲線のピークのサイズ及び形状によって特性評価される。ポロシティは、小さな又は大きな特徴的なリーディングピークＬＰを有し、その後に、図６に示すような浅い谷ＳＴ又は図７に示すようなプラトーＰＰと深度の表示が続く。層間剥離は、大きく幅広いピークを有し、深度の表示は理想的な板によく似ている。ポロシティは、異なる層内に、又は均一に分布したポロシティとも呼ばれる、より厚いゾーン内に生じることがあり、それぞれ特徴的なシグナチャーを有する。
【００２８】
本明細書に開示する例示的な方法では、ピクセルの記録された強度対時間データから合成熱基準Ｔ−ｔデータを減算して、コントラスト対時間データを本明細書において示すコントラスト曲線として算出する。米国特許第６３６７９６８号は、合成熱基準Ｔ−ｔデータを算出するのに適した方法を開示していする。合成熱基準を使用して、コントラスト対時間曲線又はコントラスト曲線が、物体の表面の各解像素子に対応する各ピクセルに対して求められる。次に、ピクセルコントラスト曲線データのガウスによる時間的な平滑化を用いて測定値の信号対雑音比を向上させる。図５及び図６に示すように、コントラスト曲線のピークＰの形状Ｓ及び高さＨは、一方が存在する場合は計算されるか又は別の方法で決定され、データ内のピクセルに対して欠陥のタイプ又はその欠如を同定又は特性評価する。種々の欠陥が上記の方法で同定され、次に、ブロック２９に示すように物体のピクセルの位置に対してマップされる。
【００２９】
図４に示すコントラスト曲線Ｃは、欠陥がなく損傷のない区域を表しており、これはブロック３０に示され且つ図９に示すように、欠陥同定画面４０で視覚的にマップされ１ピクセルずつ黒色で示す。図５に示すコントラスト曲線Ｃは、層間剥離の区域を示す。図６に示す第１のポロシティコントラスト曲線Ｃ１及び第２のポロシティコントラスト曲線Ｃ２は、２つの異なるポロシティ層を表す。図７に示すコントラスト曲線Ｃは、小さな又は大きな特徴的なリーディングピークＬＰと、その後に続くプラトーＰＰとを含むコントラスト曲線Ｃを特徴とする異なる長いポロシティ層を表す。
【００３０】
図８に示されているのは、均一に分布したポロシティを有する物体の区域を表す均一に分布したポロシティコントラスト曲線Ｃ２と比較した、損傷を有さない物体の区域を表す損傷のないコントラスト曲線Ｃ１である。コントラスト曲線Ｃ１及びＣ２はいずれも、特性時間ＴＣにわたる変曲点Ｉを有する略平滑な曲線によって特性評価される。均一に分布したポロシティの区域内のピクセルは、損傷のないコントラスト曲線Ｃ１から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線Ｃ２によって特性評価される。
【００３１】
各ピクセルに対するコントラスト曲線は数学的に、経験的に、又は半経験的に解析され、欠陥がある場合はコントラスト曲線がどの欠陥を表すかを決定する。本明細書において説明される例示的な方法では、上記の解析によって特性評価される各タイプの欠陥に色が割り当てられる。ピクセルは、図１のディスプレイモニタ１７の画面上の視覚的表示などの視覚的表示における色コーディングに従ってマップされる。所与の部分又は物体では、物体のうちの最初の１つの又は少数をこのように解析して、種々のタイプのコントラスト曲線、それらのそれぞれの欠陥、及び特性時間ＴＣを求める。次に、この較正段階の後で、処理及び上述の視覚的表示を使用して実働部分（production part）を非常に迅速に解析することができる。
【００３２】
図１における物体１、複合ガスタービンエンジン燃焼器ライナの４つの図が図９に表示されており、各図はケースを０度、９０度、１８０度、及び２７０度回転させたケースの四象限（quadrant）を表すものである。本明細書に示す色コーディングは、正常すなわち欠陥を有さないと指定される区域に対しては灰色、ポロシティの区域に対しては白色、及び層間剥離の区域に対しては黒色である。また、画面上に示されているのは、ケースの全面積に対する色別のパーセンテージである。従って、解析の結果は、物体のＮＤＥに使用するためにオペレータ又は検査員が利用できる。欠陥をより明確に区別するために他の色を使用することができる。１つの提案される色コーディングは、ポロシティ層に対しては黄色、層間剥離に対しては赤色、及び欠陥のない区域に対しては黒色である。
【００３３】
本明細書において本発明の好ましい実施形態及び例示的な実施形態と考えられるものについて説明してきたが、本明細書の教示から本発明の他の変更形態が当業者には明らかになるであろう。従って、本発明の真の精神及び範囲に含まれるかかるすべて変更形態が添付の特許請求の範囲で保護されることが望ましい。従って、米国特許証によって保護されることが望ましいものが、以下の特許請求の範囲で定義及び同定される。
【符号の説明】
【００３４】
１ 複合材料
２ 複合壁
３ 厚さ
１０ ＩＲ過渡サーモグラフィーシステム
１１ フラッシュランプ熱パルス源
１３ 赤外線（ＩＲ）感応フォーカルプレーンアレイカメラ
１４ カメラ、ランプ制御電子機器
１５ フレームデータメモリ
１６ 制御コンピュータ及び画像プロセッサ
１７ ディスプレイモニタ
４０ 欠陥同定画面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料物品の欠陥のタイプを同定する方法であって、
ａ）物品の表面を急速に加熱し、
ｂ）各々段階（ａ）で表面を加熱してからの経過時間に順次関連する一連のＩＲ画像内のピクセル輝度を記録し、
ｃ）ＩＲ画像からピクセルの各々について温度対時間データを決定し、
ｄ）段階（ｃ）で決定された温度対時間データを使用して、欠陥がある場合は、どのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定する
段階を含んでなる方法。
【請求項２】
段階（ｄ）が、ピクセルの各々について温度対時間データから、ピクセルの各々についてコントラスト曲線を求めること、及びコントラスト曲線を使用し、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
欠陥が層間剥離を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
層間剥離が、コントラスト曲線内の大きく幅広いピークを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
欠陥が、異なるポロシティ層を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
異なるポロシティ層が、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷が続くことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項７】
欠陥が、異なる長いポロシティ層を含む、請求項２記載の方法。
【請求項８】
異なる長いポロシティ層が、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーが続くことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
欠陥が、均一に分布したポロシティを含む、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
均一に分布したポロシティが、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とし、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによってコントラスト曲線を求めることをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項１２】
欠陥が、コントラスト曲線の大きく幅広いピークを特徴とする層間剥離を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
欠陥が、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷が続くことを特徴とする異なるポロシティ層を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
欠陥が、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーが続くことを特徴とする異なる長いポロシティ層を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
欠陥が、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティを含み、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
欠陥が、大きく幅広いピークを有するコントラスト曲線を特徴とする層間剥離を含み、
欠陥が、コントラスト曲線のリーディングピークに続く浅い谷を有するコントラスト曲線を特徴とする異なるポロシティ層を含み、
欠陥が、コントラスト曲線のリーディングピークに続くプラトーを有するコントラスト曲線を特徴とする異なる長いポロシティ層を含み、
欠陥が、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティを含み、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項２記載の方法。
【請求項１７】
様々なタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
タイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する様々な色で物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによってコントラスト曲線を求めることをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
ピクセルのコントラスト曲線を特徴とするタイプの欠陥及び無欠陥に対応する物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ピクセルのコントラスト曲線を特徴とするタイプの欠陥及び無欠陥に対応する様々な色で物品の区域を表示することをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【請求項１】
複合材料物品の欠陥のタイプを同定する方法であって、
ａ）物品の表面を急速に加熱し、
ｂ）各々段階（ａ）で表面を加熱してからの経過時間に順次関連する一連のＩＲ画像内のピクセル輝度を記録し、
ｃ）ＩＲ画像からピクセルの各々について温度対時間データを決定し、
ｄ）段階（ｃ）で決定された温度対時間データを使用して、欠陥がある場合は、どのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定する
段階を含んでなる方法。
【請求項２】
段階（ｄ）が、ピクセルの各々について温度対時間データから、ピクセルの各々についてコントラスト曲線を求めること、及びコントラスト曲線を使用し、欠陥がある場合にどのタイプの欠陥がピクセルの各々に対応するかを決定することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
欠陥が層間剥離を含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
層間剥離が、コントラスト曲線内の大きく幅広いピークを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
欠陥が、異なるポロシティ層を含む、請求項２記載の方法。
【請求項６】
異なるポロシティ層が、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷が続くことを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項７】
欠陥が、異なる長いポロシティ層を含む、請求項２記載の方法。
【請求項８】
異なる長いポロシティ層が、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーが続くことを特徴とする、請求項７記載の方法。
【請求項９】
欠陥が、均一に分布したポロシティを含む、請求項２記載の方法。
【請求項１０】
均一に分布したポロシティが、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とし、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによってコントラスト曲線を求めることをさらに含む、請求項２記載の方法。
【請求項１２】
欠陥が、コントラスト曲線の大きく幅広いピークを特徴とする層間剥離を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
欠陥が、コントラスト曲線でリーディングピークの後に浅い谷が続くことを特徴とする異なるポロシティ層を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
欠陥が、コントラスト曲線でリーディングピークの後にプラトーが続くことを特徴とする異なる長いポロシティ層を含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１５】
欠陥が、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティを含み、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
欠陥が、大きく幅広いピークを有するコントラスト曲線を特徴とする層間剥離を含み、
欠陥が、コントラスト曲線のリーディングピークに続く浅い谷を有するコントラスト曲線を特徴とする異なるポロシティ層を含み、
欠陥が、コントラスト曲線のリーディングピークに続くプラトーを有するコントラスト曲線を特徴とする異なる長いポロシティ層を含み、
欠陥が、損傷のないコントラスト曲線から大幅に偏位した均一に分布したポロシティコントラスト曲線を特徴とする均一に分布したポロシティを含み、均一に分布したポロシティコントラスト曲線と損傷のないコントラスト曲線のそれぞれが変曲点を有する、請求項２記載の方法。
【請求項１７】
様々なタイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
タイプの欠陥及び無欠陥によって特性評価されるピクセルに対応する様々な色で物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
合成熱基準温度対時間データから合成基準曲線を求め、段階（ｃ）の温度対時間データから求められた温度時間曲線から合成基準曲線を差し引くことによってコントラスト曲線を求めることをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
ピクセルのコントラスト曲線を特徴とするタイプの欠陥及び無欠陥に対応する物品の区域を表示することをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
ピクセルのコントラスト曲線を特徴とするタイプの欠陥及び無欠陥に対応する様々な色で物品の区域を表示することをさらに含む、請求項２０記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公表番号】特表２０１１−５１６８３７（Ｐ２０１１−５１６８３７Ａ）
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０１８６０（Ｐ２０１１−５０１８６０）
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３４３８５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２３７９９
【国際公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１８日（２００９．２．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０３４３８５
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１２３７９９
【国際公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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