特許 7163060 迅速な複合材製造の高速度低ノイズインプロセスハイパースペクトル非破壊評価のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-21

(45)【発行日】2022-10-31

(54)【発明の名称】迅速な複合材製造の高速度低ノイズインプロセスハイパースペクトル非破壊評価のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/27 20060101AFI20221024BHJP

   G01J 3/18 20060101ALI20221024BHJP

【ＦＩ】

G01N21/27 A

G01J3/18

【請求項の数】 13

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2018091925

(22)【出願日】2018-05-11

(65)【公開番号】P2019032298

(43)【公開日】2019-02-28

【審査請求日】2021-05-07

(31)【優先権主張番号】15/594,944

(32)【優先日】2017-05-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002077

【氏名又は名称】園田・小林弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】サファイ， モルテザ

(72)【発明者】

【氏名】ジョージソン， ゲアリー イー．

【審査官】横尾 雅一

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０８０７２５９５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特表２０１５－５１９５６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１１９６５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０８９４７６５９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１７／０６５２５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／７４

Ｇ０１Ｊ ３／００ － Ｇ０１Ｊ ３／５２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複合材ワークピース（１２８）の表面（１２６）を、各々が前記複合材ワークピース（１２８）の前記表面上のそれぞれの位置（１２０～１２４）に関連付けられた複数の電磁パルス（１１０～１１４）でスキャンすること、
前記複合材ワークピース（１２８）の前記表面（１２６）上のそれぞれの位置（１２０～１２４）ごとに、
前記複数の電磁パルスのうちの一つ（１１０）に対する、複数波長成分（１３４～１３６）を含む応答（１３２）を、マルチモードファイバ（１６０）において受け取ること、
前記応答（１３２）を前記マルチモードファイバ（１６０）に通すことにより前記複数波長成分（１３４～１３６）を互いに対してタイムシフトさせて、波長ビニングパルス（１６２）を生成すること、
前記複数波長成分（１３４～１３６）に対応する波長強度レベル（１７４～１７６）の組を決定するために、前記複数波長成分（１３４～１３６）に対応する時間間隔（３１４～３１６）で前記波長ビニングパルス（１６２）をサンプリングすること、及び
前記波長強度レベル（１７４～１７６）の組に基づいて、前記複合材ワークピース（１２８）の前記表面（１２６）上の前記それぞれの位置（１２０）における材料の種類又は状態（２２２、２２４、２２６、２２８）を識別すること、並びに
前記複数の電磁パルスのソースの変調期間を、それぞれの位置ごとの前記波長ビニングパルスの継続期間と同期化すること
を含む方法。

【請求項2】

前記複合材ワークピースの前記表面上のそれぞれの位置ごとの前記材料の種類又は状態を示す、前記複合材ワークピースの前記表面の画像を生成すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

それぞれの位置ごとの前記材料の種類又は状態に基づいて前記複合材ワークピースの前記表面上の異常を検出確認すること、及び前記異常の画像インジケータを前記複合材ワークピースの前記表面の可視画像に重ね合わせること
を更に含む、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数波長成分をタイムシフトする前に、回折格子システムを使用して前記複数波長成分を空間的に分散させること、及び
前記複数波長成分の各々を、レンズを使用して前記マルチモードファイバに集束させること
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記複合材ワークピースの前記表面上の前記それぞれの位置における前記材料の種類又は状態を識別することが、
前記波長強度レベルの組を、事前選択された材料の種類又は状態に関連付けられた記憶済み波長強度レベルと比較すること
を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記複合材ワークピースの前記表面上のそれぞれの位置ごとに、前記材料の種類又は状態が汚染物質を含まないと判定することに応じて、前記複合材ワークピースに新規レイヤーを付加すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

複合材ワークピース（１２８）の表面（１２６）上の一つの位置（１２０）に向けられた電磁パルス（１１０）に対する、複数波長成分（１３４～１３６）を含む応答（１３２）を受け取り、前記複数波長成分（１３４～１３６）を互いに対してタイムシフトさせて波長ビニングパルス（１６２）を生成するように構成されたマルチモードファイバ（１６０）；
前記複数波長成分（１３４～１３６）に対応する波長強度レベル（１７４～１７６）の組を決定するために、前記複数波長成分（１３４～１３６）に対応する時間間隔（３１４～３１６）で前記波長ビニングパルス（１６２）をサンプリングするように構成された検出器（１７０）；
前記波長強度レベル（１７４～１７６）に基づいて、前記複合材ワークピース（１２８）の前記表面（１２６）上の前記位置（１２０）における材料の種類又は状態（２２２、２２４、２２６、２２８）を識別するように構成されたプロセッサ（１８２）；及び
前記電磁パルスのソース
を備え、前記ソースの変調期間が前記波長ビニングパルスの継続期間と同期化される、スペクトル感知システム（１００）。

【請求項8】

前記プロセッサが更に、前記複合材ワークピースの前記表面上の前記位置における前記材料の種類又は状態を示す前記複合材ワークピースの前記表面の画像を生成するように構成されている、請求項７に記載のシステム。

【請求項9】

前記電磁パルスの前記ソースが、赤・緑・青（ＲＧＢ）のレーザ源、白色光レーザ源、発光ダイオード光源、アーク灯、又はこれらの組み合わせを含む、請求項７に記載のシステム。

【請求項10】

前記複数波長成分を空間的に分散させるための回折格子システムを更に備える、請求項７に記載のシステム。

【請求項11】

前記複数波長成分を前記マルチモードファイバに集束させるように構成されたレンズ
を更に備える、請求項７に記載のシステム。

【請求項12】

前記マルチモードファイバを用いて前記複合材ワークピースの前記表面上の追加の位置における材料の種類又は状態を識別するための追加の応答を前記マルチモードファイバが受け取ることを可能にするために、前記複合材ワークピースの前記表面をスキャンするように構成されたミラーシステム
を更に備える、請求項７に記載のシステム。

【請求項13】

前記複合材ワークピースが航空機翼のプリプレグプライである、請求項７に記載のシステム。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本発明は、概して複合材構造上の汚染検出確認に関し、具体的には、迅速な複合材製造のための高速度で低ノイズのインプロセスハイパースペクトル非破壊評価に関する。ハイパースペクトルカメラを効果的に使用して構造面のスペクトル応答を分析することができ、これにより、汚染物質、湿気、異物などの検出が可能である。これらハイパースペクトルカメラを含むシステムは、複合材構造のインプロセス評価のために、製造プロセスの間に使用できる。しかしながら、典型的なハイパースペクトルカメラは、複合材構造の表面上のすべてのピクセル又は点における極めて大量のスペクトルデータの収集を要する。大量のデータは、関連情報を取得するためにソート及び分析しなければならない。その結果、製造プロセスの間に撮像アレイから収集される三次元スペクトルデータに関連付けられる画像処理は遅くなり得る。

【0002】

画像処理に要する時間のために、典型的なハイパースペクトロスコピーシステム及び方法を利用しながら製造目標及び検査目標を維持することができない場合がある。更には、典型的な分析方法のために、複雑なハイパースペクトル撮像アレイを含む大きなコンピュータリソース及びカメラが要求される。ハイパースペクトルカメラはまた、周囲光及びその他のソースによって生成される信号ノイズの影響を受け易い。他の欠点も存在し得る。

【発明の概要】

【0003】

開示されるのは、上述の欠点の少なくとも一つを解決又は軽減するスペクトル感知システムである。一実施形態では、方法は、各々が複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置に関連付けられる複数の電磁パルスを用いて複合材ワークピースの表面をスキャンすることを含む。方法は更に、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとに、マルチモードファイバにおける複数の電磁パルスのうちの一つに対する、複数波長成分を含む応答を受け取ること、応答をマルチモードファイバに通して波長ビニングパルスを生成することにより、複数波長成分を互いに対してタイムシフトすること、複数波長成分に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングすること、及び波長強度レベルの組に基づいて、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置における材料の種類又は状態を識別することを含む。

【0004】

いくつかの実施形態では、方法は、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとの材料の種類又は状態を示す複合材ワークピースの表面の画像を生成することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、それぞれの位置ごとの材料の種類又は状態に基づいて複合材ワークピースの表面上の異常を検出確認すること、及び異常の画像インジケータを複合材ワークピースの表面の可視画像に重ね合わせることを含む。いくつかの実施形態では、方法は、複数の電磁パルスのソースの変調期間を、それぞれの位置ごとの波長ビニングパルスの継続期間と同期化することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、複数波長成分をタイムシフトする前に回折格子システムを用いて複数波長成分を空間的に分散させること、及び複数波長成分の各々を、レンズを用いてマルチモードファイバに集束させることを含む。いくつかの実施形態では、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置における材料の種類又は状態を識別することは、事前選択された材料の種類又は状態に関連付けられる波長強度レベルを記憶するために波長強度レベルの組を比較することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとに、材料の種類又は状態が汚染物質を含まないとの判定に応じて、複合材ワークピースに新規レイヤーを付加することを含む。

【0005】

一実施形態では、方法は、マルチモードファイバにおいて、複合材ワークピースの表面上の一つの位置に向けられた電磁パルスに対する、複数波長成分を含む応答を受け取ることを含む。方法は更に、応答をマルチモードファイバに通して波長ビニングパルスを生成することにより、複数波長成分を互いに対してタイムシフトすることを含む。方法はまた、応答に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングすることを含む。方法は、波長強度レベルの組に基づいて複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別することを含む。

【0006】

いくつかの実施形態では、方法は、マルチモードファイバを使用して、複合材ワークピースの表面上の追加の位置における追加の材料の種類又は状態を識別すること、及びある位置における材料の種類又は状態を示す画像インジケータと追加の位置における追加の材料の種類又は状態を示す画像インジケータを含む複合材ワークピースの表面の画像を生成することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、電磁パルスのソースの変調期間を波長ビニングパルスの継続期間と同期化することを含む。いくつかの実施形態では、方法は、複数波長成分をタイムシフトする前に回折格子システムを用いて複数波長成分を空間的に分散させること、及び複数波長成分の各々を、レンズを用いてマルチモードファイバに集束させることを含む。いくつかの実施形態では、複合材の表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別することは、事前選択された材料の種類又は状態に関連付けられる波長強度レベルを記憶するために波長強度レベルの組を比較することを含む。

【0007】

一実施形態では、スペクトル感知システムは、複合材ワークピースの表面上の一つの位置に向けられた電磁パルスに対する、複数波長成分を含む応答を受け取り、複数波長成分を互いに対してタイムシフトして波長ビニングパルスを生成するように構成されたマルチモードファイバを含む。システムは更に、複数波長成分に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングするように構成されている。システムはまた、波長強度レベルに基づいて複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別するように構成されたプロセッサを含む。

【0008】

いくつかの実施形態では、プロセッサは更に、複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を示す複合材ワークピースの表面の画像を生成するように構成されている。いくつかの実施形態では、システムは更に電磁パルスのソースを含み、このソースは赤・緑・青（ＲＧＢ）のレーザ源、白色光レーザ源、発光ダイオード光源、アーク灯、又はこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、電磁パルスのソースの変調期間は波長ビニングパルスの継続期間と同期化される。いくつかの実施形態では、システムは、複数波長成分を空間的に分散させるための回折格子システムを含む。いくつかの実施形態では、システムは、複数波長成分をマルチモードファイバに集束させるように構成されたレンズを含む。いくつかの実施形態では、システムは、マルチモードファイバを用いて複合材ワークピースの表面上の追加の位置における材料の種類又は状態を識別するための追加の応答をマルチモードファイバが受け取ることを可能にするために、複合材ワークピースの表面をスキャンするように構成されたミラーシステムを含む。いくつかの実施形態では、複合材ワークピースは航空機翼のプリプレグプライである。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】スペクトル感知システムの一実施形態を示すブロック図である。

【図2】スペクトル感知システムの一実施形態に使用されるルックアップテーブルの一実施形態を示す線図である。

【図3】スペクトル感知システムの一実施形態に使用される電磁パルスのタイミング方式を示す線図である。

【図4】製造段階における複合材ワークピースのブロック図である。

【図5】スペクトル感知方法の一実施形態のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明には様々な修正形態及び変形形態が可能であるが、特定の実施形態を例示として図面に示し、以下に詳細に説明する。しかしながら、本開示内容は、開示される特定の形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、本発明は、特許請求の範囲によって規定される発明の精神及び範囲に含まれるすべての修正例、等価物、及び代替物を含む。

【0011】

本明細書に開示されるシステム及び方法は、複合材構成要素の製造環境に適用され得る。特に、開示されるシステム及び方法は、複合材翼構造を含む航空機の構成要素の製造の間に使用されて、複合材翼構造が組み立てられる際、硬化される前に、複合材翼構造のインプロセス非破壊評価を提供することができる。開示されるシステム及び方法への使用に適した例示的製造環境は、２０１２年５月１５日出願の米国特許第８８３６９３４号「Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ」に記載されており、この特許文献は参照によりその全体が本明細書に包含される。

【0012】

本発明の図１に示すように、スペクトル感知システム１００の一実施形態は、複合材ワークピース１２８の表面１２６に向けることのできる電磁波源１０２、ミラーシステム１３０、回折格子システム１４０、レンズ１５０、マルチモードファイバ１６０、検出器１７０、計算システム１８０、及びディスプレイ装置１９０を含む。

【0013】

電磁波源１０２は、複合材ワークピース１２８の表面１２６上の対象物質を識別するために十分な波長を生成することのできる任意の電磁波源を含み得る。例えば、電磁波源１０２は、限定しないが、赤・緑・青（ＲＧＢ）レーザ源、白色光レーザ源、発光ダイオード（ＬＥＤ）光源、アーク灯、別の種類の電磁波源、又はこれらの組み合わせを含む。

【0014】

図１に示すように、電磁波源１０２は、複数の電磁パルス１１０～１１４を発するように調節することができる。電磁波源１０２は更に、複合材ワークピース１２８の表面１２６全体を方向１１６にスキャンするように構成することができる。電磁波源１０２がスキャンする際、電磁パルス１１０～１１４の各々は、複合材ワークピース１２８の表面１２６上の対応する位置１２０～１２４において表面１２６から反射される。例えば、第１の電磁パルス１１０は第１の位置１２０に関連付けられ、第２の電磁パルス１１１は第２の位置１２１に関連付けられ、第３の電磁パルス１１２は第３の位置１２２に関連付けられ、第４の電磁パルス１１３は第４の位置１２３に関連付けられ、第５の電磁パルス１１４は第５の位置１２４に関連付けられる。スペクトル感知の方法は、本明細書では第１の電磁パルス１１０と第１の位置１２０に関して説明されるが、記載される方法は、電磁パルス１１０～１１４の各々とそれに対応する位置１２０～１２４について実施され得ることを理解されたい。

【0015】

いくつかの実施形態では、複合材ワークピース１２８は航空機の構成要素を含む。表面１２６は、第１の位置１２０において、表面１２６の反射特性、吸収特性、及び透過特性と、表面１２６上に存在し得る汚染物質の特性とに基づいて決定される第１の電磁パルス１１０に対する応答１３２を生成する。

【0016】

応答１３２は、ミラーシステム１３０を通して方向付けることができる。ミラーシステム１３０は、任意の数のミラーを含むことができ、電磁波源１０２と連動して位置１２０～１２４をスキャンするように構成され得る。十分なミラーシステムの特定の実施例は米国特許第８８３６９３４号に記載があり、この特許文献は本明細書に包含される。

【0017】

いくつかの実施形態では、電磁波源１０２は、複合材ワークピース１２８の表面１２６全体をスキャンするために、ミラーシステム１３０を利用するように構成することもできる。いずれの場合も、ミラーシステム１３０は、電磁パルス１１０が位置１２０へと向けられている間に、電磁パルス１１０の応答１３２を回折格子システム１４０に向けるように構成され得る。

【0018】

応答１３２は、複数波長成分１３４～１３６を含み得る。例えば、応答１３２は第１の波長成分１３４、第２の波長成分１３５、及び第３の波長成分１３６を含む。応答１３２は、図では三つの長構成要素を含むが、当業者であれば、応答１３２が任意の数の波長成分を含み得るように、波長が連続的パラメータであることを理解するであろう。更に、応答は、周囲光又は複合材ワークピース１２８の生産環境内の他のソースに由来するものなどのノイズを含み得る。

【0019】

回折格子システム１４０は、波長成分１３４～１３６を互いから空間的に分散させるための、任意の数の回折格子を含むことができる。回折格子システム１４０は更に、スペクトル感知のために使用されない波長をフィルタするように機能することができる。例えば、いくつかの波長は、複合材ワークピース１２８の表面１２６上の材料及び汚染物質を識別するために必要でない。これら波長成分は、回折格子システム１４０によって無視されてよいか、又はそうでなくとも回折格子システム１４０を通過しなくてよい。回折格子システム１４０を通過した後、応答１３２の波長成分１３４～１３６は、互いから空間的に分散させることができる。レンズ１５０は、次いで、空間的に分散した波長成分１３４～１３６を、図１に参照番号１５１で示すマルチモードファイバ１６０に集束させることができる。

【0020】

マルチモードファイバ１６０は、異なる波長を有する信号をタイムシフトさせるその能力を含むモーダル分散特性に基づいて選択され得る。一般に、マルチモードファイバは、異なる速度でマルチモードファイバ１６０を通過する異なる波長に起因する、波長依存性のタイムシフトを引き起こす。波長成分の各々について光速は同じであるが、異なる屈折率により、波長の各々がマルチモードファイバ１６０を通って移動する距離は異なる。したがって、マルチモードファイバ１６０内部において波長間に起こるタイムシフトの量は、マルチモードファイバクラッディングの反射率、対象とする特定の波長、マルチモードファイバ１６０の直径、マルチモードファイバ１６０の長さ、及びマルチモードファイバ１６０のその他の特徴及び特性を含む複数の要因に依存する。システム１００では、マルチモードファイバ１６０のこれら特徴の各々は、図１に参照番号１６１で示される波長成分１３４～１３６を分散させるために選択され得る。

【0021】

例えば、マルチモードファイバ１６０は、応答１３２の波長成分１３４～１３６の各々が異なる速度でマルチモードファイバ１６０を通過する際に波長成分１３４～１３６を互いからタイムシフトさせる。その結果、経時的にソートされた波長成分１３４～１３６の各々を含む波長ビニングパルス１６２が拡大する。

【0022】

検出器１７０は、波長成分１３４～１３６を別々にサンプリングするようにタイミングをとることができる。例えば、波長成分１３４～１３６の各々がそれぞれの間隔をおいた後で検出器１７０に到達するとき、検出器１７０は到達する波長成分をサンプリングする。システム１００では、検出器１７０は、波長成分１３４～１３６を検出することのできる任意の電磁検出器を含むことができる。例えば、検出器１７０は、限定しないが、相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）検出器、電荷結合素子（ＣＣＤ）検出器、別の種類の電磁波検出器、又はこれらの組み合わせを含む。

【0023】

いくつかのシステムは、分光イメージングの複合型検出器アレイを含むが、検出器１７０は、波長成分１３４～１３６の各々は異なる時間に検出器１７０に到達するため、それよりも少ない、又は単一の検出器を含んでもよい。電磁波源１０２の変調は、電磁パルス１１０～１１４が妨害性の波長ビニングパルスを生成することを防止するため、及び表面１２６のスキャン中に検出器１７０の連続的サンプリングを可能にするために、波長ビニングパルス１６２と同期させることができる。検出器１７０と電磁波源１０２のタイミング及び同期化については、図３を参照して更に記載される。

【0024】

サンプリングに基づいて、検出器１７０は、波長成分１３４～１３６の各々に関連付けられる波長強度レベル１７４～１７６の組を生成し得る。例えば、波長強度レベル１７４は波長成分１７４に関連付けられ、波長強度レベル１７５は波長成分１７５に関連付けられ、波長強度レベル１７６は波長成分１７６に関連付けられる。波長強度レベル１７４～１７６の組は、集約的にシグネチャ１７２と呼ばれることもある。

【0025】

シグネチャ１７２は、計算システム１８０において分析され得る。例えば、計算システム１８０は、プロセッサ１８２とメモリ１８４を含む。一般に、メモリ１８４は、プロセッサ１８２によって実行されると、プロセッサ１８２に、波長強度レベル１７４～１７６の組に基づいて第１の位置１２０における材料の種類又は状態を識別させる命令を含むことができる。このプロセスについては、図２を参照して以下で更に詳細に記載される。

【0026】

材料の種類又は状態が第１の位置１２０において識別された後、追加の材料の種類又は状態を、対応する電磁パルス１１１～１１４に対する応答を使用して残りの位置１２１～１２４で識別することができる。電磁波源１０２が複合材ワークピース１２８の表面１２６をスキャンする際に、位置１２０～１２４の各々を対応する材料の種類又は状態にマッピングする画像１９２が生成され得る。画像１９２はディスプレイ装置１９０へと送られて、オペレーターが見ることができる。オペレーターは、画像１９２に基づいて汚染物質又はその他異常を検出確認することができる。

【0027】

いくつかの実施形態では、汚染物質を含み得る異常が、プロセッサ１８２により画像１９２に基づいて自動的に検出確認される。プロセッサ１８２は、複合材ワークピース１２８の表面１２６の可視画像上に異常の画像インジケータを重ね合わせた別の画像１９４を生成することができる。別の画像１９４は、オペレーターが、複合材ワークピース１２８上に存在する異常を見つけて修正することができるように、ディスプレイ装置１９０に送られる。画像１９２、１９４の生成については、図２を参照して更に記載される。

【0028】

システム１００の利点は、検出器１７０による検出前の伝播信号中にある間に波長成分１３４～１３６をソート及びビニングすることにより、検出前に波長成分をソート及びビニングしないシステムと比較した場合に、より少ない計算リソースを使用して応答１３２についてのスペクトル分析を実施することができることである。更に、画像処理に掛かる時間の量が大幅に低減され、製造プロセスを実質的に遅らせることなくシステム１００をインプロセス非破壊評価に適用することが可能となる。更に、ソート及びビニングされた波長成分１３４～１３６は一度に一つずつ検出器１７０に到達するため、十分な分光イメージングデータを蓄積するためにフルスペクトルの検出器アレイを含む他のシステムと比較して、単一の検出器１７０を利用するだけでよい。したがって、システム１００は、他のスペクトル分析システムと比較した場合に大きく単純化され得る。

【0029】

システム１００の別の利点は、マルチモードファイバ１６０が波長に基づいて応答１３２をタイムシフトするため、応答内部の（例えば、周囲光又は他のソースからの）ノイズがビニングされた波長成分１３４～１３６から自動的に且つ実質的に除去され得ることである。したがって、システム１００は、他のスペクトル分析システムと比較して、より少ないノイズ低減専用のリソースを含むことができる。システム１００の他の利点が存在し得る。

【0030】

図２には、ルックアップテーブル２１０が示されている。ルックアップテーブル２１０は、メモリ１８４に記憶され、波長強度レベル１７４～１７６に基づいて、材料の種類又は状態を識別するために図１のプロセッサ１８２によって使用され得る。いくつかの実施形態では、ルックアップテーブル２１０は、メモリ１８４とは別個のデータべースに記憶される。本明細書で使用する場合、ルックアップテーブルは、材料シグネチャを材料の種類にマッピングするあらゆるデータ構造又はデータシステムを含み得る。

【0031】

ルックアップテーブル２１０は、複数のシグネチャ又は波長強度レベル２１２～２１８の組に対応する記憶されたデータを含むことができる。記憶された波長強度レベル２１２～２１８の組の各々は、それぞれの材料の種類又は状態２２２～２２８に対応し得る。例えば、第１の波長強度レベルの組２１２は第１の材料の種類又は状態２２２に対応し、第２の波長強度レベルの組２１４は第２の材料の種類又は状態２２４に対応し、第３の波長強度レベルの組２１６は第３の材料の種類又は状態２２６に対応し、第４の波長強度レベルの組２１８は第４の材料の種類又は状態２２８に対応する。

【0032】

図示の実施形態では、第１の材料の種類又は状態２２２は正常であり、例えば、正常な状態において複合材ワークピース１２８を構築するために使用される複合材である。第２の材料の種類又は状態２２４はプラスチックである。第３の材料の種類又は状態２２６は不明であり、例えば、未知の汚染物質又は状態を示す。第４の材料の種類又は状態２２８は湿気、例えば、湿潤状態である。図２は材料の四つの種類又は状態しか示さないが、ルックアップテーブル２１０に含まれるのは四つより多くても少なくてもよい。更に、プラスチック材料、不明な材料、及び湿気は汚染物質と考えられ、正常な材料は複合材ワークピース１２８の正常構造の一部である。

【0033】

ルックアップテーブル２１０は、波長強度レベル１７４～１７６の組と記憶された波長強度レベル２１２～２１８の組とを比較するために使用することができ、同強度レベルの組は次いで材料の種類又は状態にマッピングされる。例えば、波長強度レベル１７４～１７６の組は、第２の材料の種類又は状態２２４、即ちプラスチックにマッピングされ得る。複合材ワークピース１２８の表面１２６の各位置は、材料の種類又は状態を決定するためにスキャンされ得る。画像１９２が生成され、この画像は、位置の各々に存在する材料を示すために、濃淡又は色といった画像インジケータを含むことができる。例えば、プラスチック材料にマッピングされた位置は、不明な材料にマッピングされた位置とは異なる第１の濃淡２３２に陰影付けすることができ、不明な材料は第２の濃淡２３４に陰影付けされ得る。

【0034】

いくつかの実施形態では、別の画像１９４を生成することにより更なる分析が行われる。別の画像１９４は、複合材ワークピース１２８の表面１２６の視画像２５０を含み得る。画像インジケータ２４２、２４４は、オペレーターに複合材ワークピース１２８上の異常の位置を示すために、視画像２５０の上に重ね合わせることができ、これによりオペレーターは製造プロセスを継続する前に異常を取り除くことができる。

【0035】

図３では、タイミング図が電磁パルス１１０と電磁パルス１１１を示している。この図は、電磁パルス１１０が電磁パルス１１１の前に生じるように、左から右への移動として概念化される。図３では、電磁パルス１１０、１１１は、図１の電磁波源１０２の変調を示す方形波として示されている。本明細書に記載するように、電磁パルス１１０が表面１２６の第１の位置１２０に向かい、電磁パルス１１１が表面１２６の第２の位置１２１に向かうように、電磁波源１０２は表面１２６をスキャンすることができる。

【0036】

電磁パルス１１０と表面１２６の間の接触は、応答１３２を生じさせ得る。同様に、それに続く電磁パルス１１１と表面１２６との間の接触は、応答３３２を生じさ得る。応答１３２は、複数波長成分１３４～１３６を含み得、応答３３２も複数の波長成分を含み得る。図３に示すように、電磁パルス１１０、１１１及び応答１３２、３３２の各々は同じ継続期間３１０を有することができ、これは電磁波源１０２の変調期間３１２より短くてよい。

【0037】

応答がマルチモードファイバ１６０を通過した後、波長成分１３４～１３６の各々は、それらそれぞれの波長に基づいて互いに対してタイムシフトされ、波長ビニングパルス１６２を生成する。次いで個々の波長成分１３４～１３６が特定の波長成分に特異的な間隔でサンプリングされる。例えば、第１の波長成分１３４は第１の間隔３１４の後にサンプリングされ、第２の波長成分１３５は第２の間隔３１５の後にサンプリングされ、第３の波長成分１３６は第３の間隔３１６の後にサンプリングされる。間隔３１４～３１６の各々は、波長成分１３４～１３６が検出器１７０に到達するであろう時間に相当する。間隔３１４～３１６は、図では波長成分１３４～１３６の各々の中央まで延びているが、他の実施形態では、間隔３１４～３１６は対応する波長成分１３４～１３６内部のどの地点まで延びていてもよい。応答３３２も、マルチモードファイバ１６０を同様に通過し、同じようにサンプリングされ得る。第２の応答３３２の第１の波長成分３３４のみが図３に示されている。

【0038】

タイムシフトされた後、波長ビニングパルス１６２は、分散により、応答１３２の継続期間３１０より長い継続期間３１８を有し得る。変調期間３１２は、波長ビニングパルス１６２の第３の波長成分１３６が第２の電磁パルス１１１と関連付けられた第１の波長成分３３４を妨害しないように、波長ビニングパルス１６２の継続期間３１８と同期させることができる。

【0039】

図３に示されるタイミングは実寸に則していないことに注意されたい。各波長成分１３４～１３６の拡散幅は、図３の実施例に示すものより大きくても小さくてもよい。更に、先述のように、三つの波長成分より多い又は少ない成分を応答１３２の一部として分析することができる。

【0040】

図３に示されるタイミングの利点は、変調期間 ３１２を継続期間３１８と同期化することにより、第１の電磁パルス１１０に関連付けられた波長成分１３４～１３６が第２の電磁パルス１１１に関連付けられた波長成分３３４を妨害することがないことである。更に、応答１３２、３３２は、間に長い時間間隔を置かずに連続して分析され得る。他の利点及び長所が存在し得る。

【0041】

図４には、製造段階の間の複合材ワークピース１２８が示されている。一実施形態では、複合材ワークピースは、翼といった航空機の構成要素のプリプレグプライである。複合材ワークピース１２８は、複数層４１０を含み得る。各層は、堆積された後、次の層を堆積させる前に、汚染物質を含む異常について検査される。例えば、層４０４が別の層４０２の上に置かれた後、層４０４を含む複合材ワークピース１２８の表面１２６は、本明細書に記載される位置１２０～１２４の各々の材料の種類又は状態を決定するために、位置１２０～１２４の各々をスキャン及び分析することにより検査される。位置１２０～１２４の各々について、材料の種類又は状態が汚染物質を含まないことが判定された後で、層４０６が層４０４の上に置かれる。このように、複合材ワークピースは、その製造の間にインプロセス検査を受けることができる。

【0042】

図５には、スペクトル感知のための方法５００の一実施形態が示されている。方法５００は、５０２において、複合材ワークピースの表面上の一つの位置に向けられた電磁パルスに対する、複数波長成分を含む応答をマルチモードファイバで受け取ることを含む。例えば、マルチモードファイバ１６０は、複合材ワークピース１２８の表面１２６上の第１の位置１２０に向けられた第１の電磁パルス１１０に対する応答１３２を受け取る。

【0043】

方法５００は更に、５０４において、応答をマルチモードファイバに通して波長ビニングパルスを生成することにより、複数波長成分を互いに対してタイムシフトすることを含む。例えば、波長成分１３４～１３６は、波長ビニングパルス１６２を生成するために、互いに対してタイムシフトされる。

【0044】

方法５００はまた、５０６において、応答に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングすることを含む。例えば、波長ビニングパルス１６２は、波長強度レベル１７４～１７６の組を決定するために、間隔３１４、３１５、及び３１６で検出器１７０によってサンプリングされる。

【0045】

方法５００は、５０８において、波長強度レベルの組に基づいて複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別することを含む。例えば、材料の種類又は状態（例えば、材料の種類及び状態２１２～２１８の一つ）が、波長強度レベル１７４～１７６の組に基づいて第１の位置１２０において識別される。

【0046】

更に、本開示は下記の条項による実施例を含む。

【0047】

条項１．
各々が複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置に関連付けられた複数の電磁パルスで、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとに、複合材ワークピースの表面をスキャンすること、マルチモードファイバにおいて、複数の電磁パルスのうちの一つに対する、複数波長成分を含む応答を受け取ること、応答をマルチモードファイバに通して波長ビニングパルスを生成することにより、複数波長成分を互いに対してタイムシフトすること、複数波長成分に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングすること、及び波長強度レベルの組に基づいて、複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置において材料の種類又は状態を識別することを含む方法。

【0048】

条項２．
複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとの材料の種類又は状態を示す複合材ワークピースの表面の画像を生成することを更に含む、条項１の方法。

【0049】

条項３．
それぞれの位置ごとの材料の種類又は状態に基づいて複合材ワークピースの表面上の異常を検出確認すること、及び異常の画像インジケータを複合材ワークピースの表面の可視画像に重ね合わせることを更に含む、条項２の方法。

【0050】

条項４．
複数の電磁パルスのソースの変調期間を、それぞれの位置ごとの波長ビニングパルスの継続期間と同期化することを更に含む、条項１の方法。

【0051】

条項５．
複数波長成分をタイムシフトする前に回折格子システムを用いて複数波長成分を空間的に分散させること、及び複数波長成分の各々を、レンズを用いてマルチモードファイバに集束させることを更に含む、条項１の方法。

【0052】

条項６．
複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置における材料の種類又は状態を識別することは、事前選択された材料の種類又は状態に関連付けられる波長強度レベルを記憶するために波長強度レベルの組を比較することを含む、条項１の方法。

【0053】

条項７．
複合材ワークピースの表面上のそれぞれの位置ごとに、材料の種類又は状態が汚染物質を含まないとの判定に応じて、複合材ワークピースに新規レイヤーを付加することを更に含む、条項１の方法。

【0054】

条項８．
マルチモードファイバにおいて、複合材ワークピースの表面上の一つの位置に向けられた電磁パルスに対する、複数波長成分を含む応答を受け取ること、応答をマルチモードファイバに通して波長ビニングパルスを生成することにより、複数波長成分を互いに対してタイムシフトすること；応答に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングすること；及び波長強度レベルの組に基づいて、複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別することを含む方法。

【0055】

条項９．
マルチモードファイバを使用して、複合材ワークピースの表面上の追加の位置における追加の材料の種類又は状態を識別すること、及び前記一つの位置における材料の種類又は状態を示す画像インジケータと追加の位置における追加の材料の種類又は状態を示す画像インジケータを含む複合材ワークピースの表面の画像を生成することを更に含む、条項８の方法。

【0056】

条項１０．
電磁パルスのソースの変調期間を波長ビニングパルスの継続期間と同期化することを更に含む、条項８の方法。

【0057】

条項１１．
複数波長成分をタイムシフトする前に回折格子システムを用いて複数波長成分を空間的に分散させること、及び複数波長成分の各々を、レンズを用いてマルチモードファイバに集束させることを更に含む、条項８の方法。

【0058】

条項１２．
複合材の表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別することは、事前選択された材料の種類又は状態に関連付けられる波長強度レベルを記憶するために波長強度レベルの組を比較することを含む、条項８の方法。

【0059】

条項１３．
複合材ワークピースの表面上の一つの位置に向けられた電磁パルスに対する、複数波長成分を含む応答を受け取り、複数波長成分を互いに対してタイムシフトして波長ビニングパルスを生成するように構成されたマルチモードファイバ、複数波長成分に対応する波長強度レベルの組を決定するために、複数波長成分に対応する時間間隔で波長ビニングパルスをサンプリングするように構成された検出器、及び波長強度レベルに基づいて複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を識別するように構成されたプロセッサを備えるスペクトル感知システム。

【0060】

条項１４．
プロセッサが更に、複合材ワークピースの表面上の前記一つの位置における材料の種類又は状態を示す複合材ワークピースの表面の画像を生成するように構成されている、条項１３のシステム。

【0061】

条項１５．
更に電磁パルスのソースを備え、ソースが赤・緑・青（ＲＧＢ）のレーザ源、白色光レーザ源、発光ダイオード光源、アーク灯、又はこれらの組み合わせを含む、条項１３のシステム。

【0062】

条項１６．
電磁パルスのソースの変調期間が波長ビニングパルスの継続期間と同期化される、条項１３のシステム。

【0063】

条項１７．
複数波長成分を空間的に分散させるための回折格子システムを更に備える、条項１３のシステム。

【0064】

条項１８．
複数波長成分をマルチモードファイバに集束させるように構成されたレンズを更に備える、条項１３のシステム。

【0065】

条項１９．
マルチモードファイバを用いて複合材ワークピースの表面上の追加の位置における材料の種類又は状態を識別するための追加の応答をマルチモードファイバが受け取ることを可能にするために、複合材ワークピースの表面をスキャンするように構成されたミラーシステムを更に備える、条項１３のシステム。

【0066】

条項２０．
複合材ワークピースが航空機翼のプリプレグプライである、条項１３のシステム。

【0067】

種々の実施形態を図示し、説明したが、本発明はそれらに限定されず、当業者に自明であろう修正例及び変形例をすべて含むと理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】