用于多組件片材材料的制造過(guò)程的在線控制的方法
【專利摘要】一種控制具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法，包括：施加聲音信號(hào)或電磁信號(hào)以與所述片材材料交互，由此，所述交互修改了所施加的信號(hào)；檢測(cè)所述修改的信號(hào)；將所述修改的信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；并且，修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟，由此，向與所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)修改與所述修改的信號(hào)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】用于多組件片材材料的制造過(guò)程的在線控制的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在線確定多組件片材材料的參數(shù)的方法和控制用于多組件片材材料、特別是預(yù)浸材料的制造的過(guò)程的方法。本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種生產(chǎn)從層壓體和預(yù)浸的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)選擇的一卷多組件片材材料的方法，其中，該片材材料具有期望的預(yù)定參數(shù)、質(zhì)量驗(yàn)證的預(yù)浸的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)，并且本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于控制多組件片材材料的制造的過(guò)程的過(guò)程控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]已經(jīng)使用復(fù)合材料來(lái)生產(chǎn)分別在非負(fù)載承載和負(fù)載承載應(yīng)用中有益的輕負(fù)載和高負(fù)載的結(jié)構(gòu)。前者的示例包括船體和汽車車身板，而后者的示例包括壓力容器、框架、配件和諸如飛機(jī)機(jī)身的航空航天應(yīng)用。由于它們的廣泛的適用性，復(fù)合材料已經(jīng)在包括汽車、船舶和航空航天工業(yè)的大量工業(yè)領(lǐng)域中發(fā)現(xiàn)了用途。然而，由于它們以適合于承載重的負(fù)載的形式被制造的能力，復(fù)合材料在尤其是其中可能需要強(qiáng)度、輕量性和良好的成形性的承重結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)中特別有用。確?？煽啃缘钠牡臉?gòu)造和質(zhì)量控制上的可靠性是必要的。
[0003]復(fù)合材料通常包括使用諸如環(huán)氧樹(shù)脂的樹(shù)脂材料結(jié)合在一起的纖維材料，如碳、芳族聚酰胺、玻璃或石英。在這樣的復(fù)合材料的負(fù)載主要由纖維材料等承載，并且因此，可以通過(guò)改變?cè)趶?fù)合材料中的纖維的取向來(lái)改變復(fù)合材料的負(fù)載承載屬性。例如，諸如帶或絲束的具有單向纖維的復(fù)合材料通?？裳刂w維的軸表現(xiàn)出最強(qiáng)的拉伸強(qiáng)度。機(jī)織織物和雙向墊通常在材料的平面上最強(qiáng)。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)復(fù)合材料時(shí)，通?？紤]到復(fù)合項(xiàng)將體驗(yàn)的預(yù)期負(fù)載而指定纖維取向和也被稱為片層的層的數(shù)量。
[0004]通常可以通過(guò)下述方式來(lái)制造纖維復(fù)合材料層壓板或部件:首先使用樹(shù)脂浸潰纖維增強(qiáng)材料以形成預(yù)浸料，然后在所謂的“疊層”過(guò)程中將兩個(gè)或更多層的預(yù)浸料合并為層壓體。在疊層過(guò)程中，包括皺紋，空隙和分層等的各種缺陷的形成是固有的。例如，在預(yù)浸料和/或?qū)訅后w中的空洞可能源自樹(shù)脂向纖維束、絲束或粗紗內(nèi)的低效率滲透或源自在合并過(guò)程期間的除氣。當(dāng)所形成的復(fù)合材料制品比較大或包含輪廓或其他復(fù)雜的形狀時(shí)可以以更大的數(shù)量來(lái)形成這樣的缺陷。
[0005]這樣的缺陷可能在層壓過(guò)程期間在表面上不是容易識(shí)別的、可檢測(cè)的或顯然的，或者，這樣的缺陷可能在隨后的固化過(guò)程期間變得可見(jiàn)或加重。在完成的物品中的這樣的缺陷的存在可能將材料的強(qiáng)度折中多達(dá)2倍，并且因此，可能要求維修該物品，或者可能甚至要求廢棄該零件，因此有助于因?yàn)榫S修成本和更換廢棄物品所需的提前期導(dǎo)致在制造成本上的增大。
[0006]大量的檢查方法已經(jīng)被獨(dú)立地應(yīng)用到復(fù)合材料。然而，當(dāng)使用這些復(fù)合材料的一些時(shí)的缺陷的分辨率可能在一些應(yīng)用中受限。例如，在其中纖維或絲束具有任意取向的復(fù)合材料中或在其中纖維如所期望地包括碳的復(fù)合材料中，結(jié)構(gòu)或碳可能散射測(cè)量信號(hào)。
[0007]而且，在許多應(yīng)用中，可能期望或甚至需要獲得復(fù)合材料的多種測(cè)量，包括物理參數(shù)和材料屬性的測(cè)量。許多檢查設(shè)備能夠僅提供一個(gè)測(cè)量或一種測(cè)量，或者提供在一些應(yīng)用中不可接受的具有標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)據(jù)。在一些情況下，在其中被制造的物品的利潤(rùn)率不保證花費(fèi)的應(yīng)用中，能夠進(jìn)行更復(fù)雜的測(cè)量的設(shè)備可以是昂貴的，并且因此不是合算的，
[0008]已知用于確定單向預(yù)浸材料的防水或浸潰的程度的、被稱為水?dāng)z取試驗(yàn)的過(guò)程。為了這個(gè)目的，初始將單向預(yù)浸材料的樣本稱重和夾在兩個(gè)板之間，使得通常大約5mm寬的一條標(biāo)本突出。將該布置在室溫(21°C)下在水浴器在纖維的方向上懸浮5分鐘。在去除板后，再一次將該標(biāo)本稱重。在重量上的差別被用作浸潰程度的測(cè)量值。水?dāng)z取的數(shù)量越小，則防水或浸潰的程度越高。水?dāng)z取試驗(yàn)的缺陷是它不允許得出例如關(guān)于在預(yù)浸材料中的樹(shù)脂分布或預(yù)浸材料的表面光潔度的任何結(jié)論。水?dāng)z取測(cè)試過(guò)程僅提供了整個(gè)整體效應(yīng)的信息，不可能在獨(dú)立的影響變量或特征參數(shù)之間區(qū)分。
[0009]此外，通常離線采用水?dāng)z取試驗(yàn)作為對(duì)材料的樣品的質(zhì)量控制措施。這必然意味著可能無(wú)法識(shí)別在質(zhì)量上的局部故障，如果這樣，則中將大量的材料看作未能通過(guò)該試驗(yàn)，并且導(dǎo)致浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]存在對(duì)于控制多組件片材材料的制造的過(guò)程的改善的方法和限制或克服與已知方法相關(guān)聯(lián)的問(wèn)題的檢查方法的需要。
[0011]在第一方面，本發(fā)明提供了一種控制具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法，包括:施加聲音信號(hào)或電磁信號(hào)以與所述片材材料交互，由此，所述交互修改了所施加的信號(hào)；檢測(cè)所述修改的信號(hào)；將所述修改的信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較，并且修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟，由此，向與所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)修改與所述修改的信號(hào)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)。
[0012]在在此對(duì)于“參數(shù)”的引用中，該術(shù)語(yǔ)意欲包括包括其屬性的多組件片材材料的任何方面。
[0013]所述聲音信號(hào)可以優(yōu)選地包括超聲波信號(hào)。所述電磁信號(hào)可以包括微波信號(hào)(范圍從0.05xl(T2至lxl(T2m的波長(zhǎng))、X射線信號(hào)(波長(zhǎng)0.0lnm至IOnm)、光信號(hào)(IOnm至700nm)、紅外線信號(hào)(波長(zhǎng)700nm至0.1cm)和/或上述信號(hào)的組合。
[0014]適當(dāng)?shù)?，所述方法包?執(zhí)行預(yù)浸料和/或?qū)訅后w制造過(guò)程的至少一個(gè)步驟；并且，在所述至少一個(gè)步驟之前、之間或之后測(cè)量所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的至少兩個(gè)屬性。
[0015]有益地，本發(fā)明的所述在線方法允許在預(yù)浸料和復(fù)合材料的制造期間檢測(cè)和補(bǔ)償缺陷。這減少或消除了在傳統(tǒng)的制造過(guò)程中產(chǎn)生的重新工作或廢棄量。
[0016]適當(dāng)?shù)兀鲞^(guò)程是連續(xù)過(guò)程。
[0017]所述多組件片材材料優(yōu)選地選自層壓體和預(yù)浸纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。適當(dāng)?shù)?，在包括浸潰步驟和選自壓實(shí)步驟、層壓步驟、合并步驟和固化步驟的一個(gè)或多個(gè)另外的步驟的過(guò)程中產(chǎn)生層壓體或預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述浸潰步驟包括將樹(shù)脂與加強(qiáng)材料接觸，并且其中，響應(yīng)于所檢測(cè)的超聲波信號(hào)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)的作比較而在所述過(guò)程中修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟。
[0018]適當(dāng)?shù)?，在所述過(guò)程期間連續(xù)地修改所述過(guò)程的所述至少一個(gè)步驟，由此提供在線反饋控制。在所述過(guò)程中，可以修改所述過(guò)程參數(shù)的任何一個(gè)或多個(gè)以便將所述預(yù)定參數(shù)的所述實(shí)際值向期望的預(yù)定參數(shù)修改，并且從輥的加壓、在樹(shù)脂涂敷器和纖維材料之間的間隙、所述樹(shù)脂的溫度和樹(shù)脂的流量適當(dāng)?shù)剡x擇所述過(guò)程參數(shù)的任何一個(gè)或多個(gè)。使用連續(xù)超聲波測(cè)量的控制的方法允許被制造的產(chǎn)品的不間斷的質(zhì)量控制。
[0019]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述過(guò)程是連續(xù)的過(guò)程，并且包括將從施加器分發(fā)的樹(shù)脂與加強(qiáng)材料接觸，并且在加壓輥之間傳送所述材料，其中，從輥的加壓、在樹(shù)脂施加器和所述加強(qiáng)材料之間的間隙、所述樹(shù)脂的溫度、樹(shù)脂的流量和所述過(guò)程的線速度適當(dāng)?shù)剡x擇響應(yīng)于所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)而修改的所述過(guò)程的所述至少一個(gè)步驟。
[0020]優(yōu)選的是，使用所述超聲波信號(hào)來(lái)提供與所述片材材料的兩個(gè)或更多的參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，測(cè)量所述超聲波信號(hào)通過(guò)所述片材的厚度的透射率以確定所述片材的第一參數(shù)并且選用地確定所述片材的第二參數(shù)。優(yōu)選的是，從所述片材的樹(shù)脂浸潰的水平和所述片材的所述厚度來(lái)選擇所述第一和第二參數(shù)。
[0021]基于從所述超聲波測(cè)量得出的數(shù)據(jù)和將與被測(cè)量的所述參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)與和那個(gè)參數(shù)的預(yù)定值相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較來(lái)適當(dāng)?shù)乜刂扑鲞^(guò)程。優(yōu)選的是，響應(yīng)于從所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)得出的所述數(shù)據(jù)與和預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)的作比較來(lái)修改所述過(guò)程的所述線速度，所述預(yù)定參數(shù)與所述片材的浸潰水平和/或所述產(chǎn)品的厚度的預(yù)定水平相關(guān)。通過(guò)修改所述線速度，可以控制和修改在每一個(gè)單位面積上施加的樹(shù)脂的水平，以提供在預(yù)浸料中的期望的預(yù)定水平的樹(shù)脂。
[0022]所述超聲波信號(hào)適當(dāng)?shù)嘏c所述片材材料和選自所述信號(hào)通過(guò)所述片材的所述透射率、所述檢測(cè)的信號(hào)的速度和所述信號(hào)通過(guò)所述片材的透過(guò)時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)交互。所述方法適當(dāng)?shù)匕?測(cè)量在預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的制造期間它的至少兩個(gè)參數(shù)和/或?qū)傩浴Ｆ谕?，所述方法包?將所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)與所述片材的兩個(gè)或更多的期望的預(yù)定參數(shù)相關(guān)。
[0023]所述測(cè)量的屬性和/或參數(shù)可以是提供關(guān)于所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的有益信息的任何一種。在一些實(shí)施例中，所述測(cè)量的屬性和/或參數(shù)提供了與所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的屬性相關(guān)的信息，而在其他一些實(shí)施例中，所述測(cè)量的屬性和/或參數(shù)提供了與缺陷相關(guān)的信息，所述缺陷例如是在所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w內(nèi)的空隙、裂紋、外來(lái)夾雜物、脫層、孔隙、皺紋或纖維未對(duì)準(zhǔn)。期望地，進(jìn)行至少兩個(gè)測(cè)量使得與僅利用一個(gè)測(cè)量的預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的在線檢查的方法作比較獲得更多的信息。
[0024]當(dāng)采取兩個(gè)或更多的測(cè)量時(shí)，所述測(cè)量可以是在制造過(guò)程的不同階段進(jìn)行的相同的測(cè)量，而在其他情況下，所述測(cè)量可以不同并且在所述制造過(guò)程的相同或不同階段進(jìn)行。一個(gè)測(cè)量可以包括實(shí)質(zhì)上在所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的表面或與其相關(guān)地進(jìn)行的一個(gè)，而另一個(gè)測(cè)量可以在所述表面之下例如與所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的表面下部分相關(guān)地進(jìn)行。
[0025]本發(fā)明使得能夠產(chǎn)生一些多組件片材材料，其中，所述產(chǎn)品的質(zhì)量滿足對(duì)于質(zhì)量的期望標(biāo)準(zhǔn)。所述連續(xù)過(guò)程通常用于生產(chǎn)一卷產(chǎn)品。保證所述一卷產(chǎn)品滿足相關(guān)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)減少了浪費(fèi)，并且特別重要，其中，所述產(chǎn)品要用在包含承載高負(fù)載的材料的應(yīng)用中。
[0026]在第二方面中，本發(fā)明提供了一種生產(chǎn)選自層壓體和預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一卷多組件片材材料的方法，其中，通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法控制所述多組件片材材料的制造的過(guò)程，所述片材材料遍及所述卷而具有期望的預(yù)定參數(shù)，所述期望的預(yù)定參數(shù)位于在所述期望的預(yù)定參數(shù)周圍的容差帶內(nèi)。
[0027]適當(dāng)?shù)?，根?jù)所述特定參數(shù)、意欲的最終用途和整體期望的質(zhì)量規(guī)格，所述容差帶不大于所述期望的預(yù)定參數(shù)之下或之上的10%，優(yōu)選地不大于其5%，并且期望地不大于其1%。在所述容差帶可以以所述期望的參數(shù)為中心使得所述容差帶在所述期望的預(yù)定參數(shù)之上和之下相等的延伸的同時(shí)，也在本發(fā)明的范圍內(nèi)的是，在所述期望的預(yù)定參數(shù)的一側(cè)上比另一側(cè)具有更小或更大的容差。
[0028]適當(dāng)?shù)?，從所述加?qiáng)材料的浸潰水平和所述片材的厚度選擇所述期望的預(yù)定參數(shù)。優(yōu)選的是，所述浸潰水平遍及所述輥相對(duì)于浸潰的期望的預(yù)定水平偏離小于10%。適當(dāng)?shù)?，所述片材的厚度，其中，所述片材的厚度遍及所述輥相?duì)于所述片材的期望的預(yù)定厚度偏離小于10%。
[0029]在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括選自層壓體和預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一卷多組件片材材料，其中，已經(jīng)響應(yīng)于從在所述多組件片材材料的生產(chǎn)期間執(zhí)行的超聲波測(cè)量而獲得的數(shù)據(jù)來(lái)在所述卷的生產(chǎn)期間改變了所述多組件片材材料的至少一個(gè)參數(shù)。
[0030]適當(dāng)?shù)兀呀?jīng)通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法獲得了所述預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括選自層壓體和預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一卷多組件片材材料。
[0031]有益地，所述預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)不必進(jìn)行離線質(zhì)量控制分析。然而，如果這作為補(bǔ)充的質(zhì)量控制措施是期望的，則所述預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以除了本發(fā)明的超聲波方法之外也進(jìn)行已知的質(zhì)量控制過(guò)程。
[0032]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，要通過(guò)超聲波測(cè)量的所述預(yù)定參數(shù)是空間參數(shù)。優(yōu)選的是，所述超聲波信號(hào)在連續(xù)的生產(chǎn)線上掃過(guò)輥的寬度，以便掃描大的部分，并且優(yōu)選地當(dāng)生產(chǎn)所述輥時(shí)實(shí)質(zhì)上掃描所述輥的整個(gè)區(qū)域。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述超聲波信號(hào)掃過(guò)所述輥的寬度，并且與其交互以便提供修改的超聲波信號(hào)，所述修改的超聲波信號(hào)提供了與在所述片材材料中的樹(shù)脂的數(shù)量相關(guān)的數(shù)據(jù)或與所述樹(shù)脂相對(duì)于在所述片材中的期望的預(yù)定水平的樹(shù)脂的相對(duì)數(shù)量相關(guān)的數(shù)據(jù)，當(dāng)應(yīng)用容差帶時(shí)，檢測(cè)所述樹(shù)脂的施加水平或通過(guò)所述超聲波信號(hào)的所述掃過(guò)和基于在所述樹(shù)脂的水平上的變化對(duì)于所述修改的信號(hào)的檢測(cè)來(lái)監(jiān)控它允許操作員基于在所述容差帶內(nèi)的樹(shù)脂水平的降低來(lái)確定一卷片材材料是否通過(guò)或未能通過(guò)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。
[0033]本發(fā)明也提供了 一種控制具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法，包括:施加超聲波信號(hào)以與所述片材材料交互，由此所述交互修改了所述超聲波信號(hào)；檢測(cè)所述修改的超聲波信號(hào)；將所述修改的超聲波信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；并且。修改是過(guò)程的至少一個(gè)步驟，由此，將與所述修改的超聲波信號(hào)相關(guān)的數(shù)據(jù)向與所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)修改，并且其中，所述多組件片材材料進(jìn)行水?dāng)z取測(cè)試。
[0034]可以與其他質(zhì)量控制方法相組合地使用本發(fā)明。可以基于被測(cè)量的參數(shù)或?qū)傩詠?lái)選擇任何另外的方法。另外的測(cè)量方法包括成像技術(shù)，例如聲全息、光學(xué)計(jì)量和諸如微波相機(jī)的多種相機(jī)，用于諸如長(zhǎng)度、寬度、深度的維度測(cè)量或在多個(gè)維度上的測(cè)量；溫度計(jì)或熱電偶，用于熱導(dǎo)率的測(cè)量；磁力計(jì)，諸如霍爾效應(yīng)傳感器、巨磁阻傳感器、各向異性磁阻傳感器、原子磁力計(jì)、超導(dǎo)量子干涉裝置(SQUIDS)或渦流線圈，用于磁導(dǎo)率的測(cè)量；電容板或帶狀線，用于介電常數(shù)的測(cè)量；歐姆計(jì)和渦流線圈，用于導(dǎo)電率的測(cè)量；密度計(jì)或X-射線，用于密度或孔隙度的測(cè)量；以及，磁強(qiáng)計(jì)和線圈，用于核四極諧振頻率的測(cè)量。
[0035]在一些實(shí)施例中，所述測(cè)量的至少一個(gè)適當(dāng)?shù)靥峁┝伺c預(yù)浸料或?qū)訅后w的屬性或在其中的缺陷的存在相關(guān)的信息。例如，至少一個(gè)測(cè)量可以期望地提供與預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的熱導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、介電常數(shù)、電導(dǎo)率、密度、核四極共振頻率等相關(guān)的信息。在一些實(shí)施例中，超聲波測(cè)量被使用，并且提供與預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的孔隙率、纖維體積分?jǐn)?shù)、空隙和/脫層相關(guān)的信息。
[0036]可以與在US2010/0065760中描述的方法相組合地使用本發(fā)明，所述方法用于確定CRP樣品，特別是用于航空航天空間的預(yù)浸料材料的樣品的至少一個(gè)特征參數(shù)，所述方法包括下面的方法步驟:呈現(xiàn)樣品；使用預(yù)定頻譜的電磁輻射來(lái)輻射所述樣品；在數(shù)據(jù)記錄中記錄在所述樣品和所述電磁輻射之間的交互；并且，從所述記錄的數(shù)據(jù)記錄確定所述特征參數(shù)。
[0037]在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種校準(zhǔn)在控制用于具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法中使用的超聲波設(shè)備的方法，包括:制造多組件片材材料；應(yīng)用超聲波信號(hào)以在所述片材材料的生產(chǎn)期間與其交互，在與所述片材材料的交互后檢測(cè)所述超聲波信號(hào)；通過(guò)水?dāng)z取方法來(lái)分析所述片材材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；并且，將所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)與所述水?dāng)z取方法的結(jié)果相關(guān)，由此使用所述片材材料的所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)校準(zhǔn)所述檢測(cè)的超聲波結(jié)果。
[0038]在另一個(gè)方面，提供了一種用于預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的制造的設(shè)備。所述設(shè)備包括控制器，樹(shù)脂灌注設(shè)備、至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備和處理器。所述處理器被相對(duì)于所述測(cè)量設(shè)備和控制器可操作地布置，使得可以在其間發(fā)送信息。適當(dāng)?shù)?，使用過(guò)程控制器來(lái)控制本發(fā)明的方法。
[0039]在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種過(guò)程控制器，用于控制用于具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程，所述過(guò)程包括:使用加強(qiáng)材料來(lái)接觸從施加器分發(fā)的樹(shù)脂，并且在加壓輥之間傳送所述材料，并且施加超聲波信號(hào)以與所述片材材料交互，由此所述交互修改所述超聲波信號(hào)；檢測(cè)所述修改的超聲波信號(hào)；將所述修改的超聲波信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；并且，修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟，所述控制器包括:
[0040]iv)過(guò)程參數(shù)控制器，用于控制從由所述加壓輥施加的力的水平、在所述樹(shù)脂施加器和所述加強(qiáng)材料之間的距離、所述樹(shù)脂的溫度、所述樹(shù)脂的流量和所述過(guò)程的線速度選擇的在所述過(guò)程中的所述參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)；
[0041]V)比較器，用于將所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述期望的預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；
[0042]vi)參數(shù)修改器，用于從所述比較器接收數(shù)據(jù)，并且向所述過(guò)程參數(shù)提供信號(hào)以修改在所述過(guò)程中的所述參數(shù)的至少一個(gè)，由此，所述預(yù)定參數(shù)的實(shí)際值接近預(yù)定參數(shù)的期望值。
[0043]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，響應(yīng)于測(cè)量的超聲波信號(hào)來(lái)控制所述過(guò)程的所述線速度。
[0044]在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述聲音信號(hào)可以具有在超聲波范圍中的頻率。所述超聲波信號(hào)可以具有從IOOkHz至5MHz、優(yōu)選地從200kHz至IMHz并且更優(yōu)選地從300kHz至550kHz的頻率。
[0045]在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種用于生產(chǎn)一卷多組件片材材料的生產(chǎn)線，包括:浸潰設(shè)備，用于使用加強(qiáng)材料來(lái)接觸樹(shù)脂；以及，選自壓實(shí)設(shè)備、層壓設(shè)備、合并設(shè)備和固化設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)另外的設(shè)備；以及，超聲波設(shè)備，其被適配來(lái)向所述片材施加超聲波，并且檢測(cè)超聲波信號(hào)；以及，根據(jù)本發(fā)明的過(guò)程控制器。
[0046]在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種校準(zhǔn)在控制具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法中使用的超聲波設(shè)備的方法，包括:制造多組件片材材料；施加超聲波信號(hào)以在所述片材材料的生產(chǎn)期間與所述片材材料交互；在與所述片材材料的交互后檢測(cè)所述超聲波信號(hào)；通過(guò)水?dāng)z取方法來(lái)分析所述片材材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；并且將所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)與所述水?dāng)z取方法的結(jié)果作比較，由此使用所述片材材料的所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)校準(zhǔn)所述檢測(cè)的超聲波結(jié)果。
[0047]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明提供了 一種通過(guò)樹(shù)脂來(lái)量化層壓體或結(jié)構(gòu)的浸潰水平的方法，所述方法包括:
[0048]測(cè)量超聲波(UT)信號(hào)通過(guò)所述層壓體或結(jié)構(gòu)的厚度的透射率和/或反射率；并且
[0049]將所述測(cè)量的透射率和/或反射率與校準(zhǔn)模型相關(guān)，以確定所述結(jié)構(gòu)或?qū)訅后w的浸潰水平。
[0050]適當(dāng)?shù)?，將所述測(cè)量的透射率和/或反射率與從使用所述水?dāng)z取方法獲得的測(cè)量得出的校準(zhǔn)模型相關(guān)。
[0051]優(yōu)選的是，所述方法包括步驟:測(cè)量所述超聲波信號(hào)的通過(guò)厚度的速度；并且將所述速度與另一個(gè)校準(zhǔn)模型相關(guān)，以確定所述結(jié)構(gòu)或?qū)訅后w的另一個(gè)參數(shù)或?qū)傩裕瑑?yōu)選的是，所述另一個(gè)屬性是所述層壓體或結(jié)構(gòu)的厚度。
[0052]本發(fā)明也提供了從使用本發(fā)明的方法制造的預(yù)浸料和/或?qū)訅后w制備的物品。
[0053]在一些實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)孬@得諸如長(zhǎng)度、寬度、深度或在多個(gè)維度上進(jìn)行的測(cè)量的維度信息?？色@得許多成像技術(shù)，其能夠或者直接地或者經(jīng)由圖像間接地提供這樣的測(cè)量，所述圖像可以被進(jìn)一步分析以提供期望的維度信息。這樣的成像技術(shù)的示例包括聲全息、渦流陣列成像、光學(xué)計(jì)量和諸如微波相機(jī)的多種相機(jī)。
[0054]在一些實(shí)施例中，除了超聲波之外也可以使用光學(xué)計(jì)量，并且光學(xué)計(jì)量有益地能夠提供與在所述加強(qiáng)材料、預(yù)浸料和/或?qū)訅后w中存在的皺紋或波紋相關(guān)的信息。用于進(jìn)行光學(xué)計(jì)量測(cè)量以及分析其結(jié)果的技術(shù)是本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員公知的，并且在由此通過(guò)引用被整體包含在此的下文中被一般地描述:Yoshizawa, Taoru, Handbook of opticalmetrology principals and applications, Taylor&Francis, Boca Raton, c0.2008。而且，用于進(jìn)行這樣的測(cè)量的設(shè)備是從包括General Electric Company、FARO和Minolta的多種來(lái)源可以商業(yè)方式獲得的。
[0055]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)超聲波測(cè)量預(yù)期提供與預(yù)浸料的孔隙度相關(guān)的信息時(shí)，在灌注期間和/或在壓實(shí)之前或期間有益地采取超聲波測(cè)量。適當(dāng)?shù)兀暡ㄌ筋^被使用，并且可以被布置得接近樹(shù)脂灌注臺(tái)和/或壓縮/壓實(shí)臺(tái)，在此，它將收集用于指示預(yù)浸料/層壓體在給定深度處的孔隙度的數(shù)據(jù)。
[0056]所述數(shù)據(jù)然后被所述處理器過(guò)程，以提供數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)例如指示在綠色狀態(tài)預(yù)浸料和/或?qū)訅后w中的任何缺陷對(duì)于對(duì)應(yīng)的固化部分的缺陷的數(shù)量和一致性的影響和/或任何這樣的缺陷對(duì)于固化部分強(qiáng)度的影響。所述過(guò)程的數(shù)據(jù)被提供到所述控制器，所述控制器可以然后如果期望或需要?jiǎng)t調(diào)整所述過(guò)程的參數(shù)以計(jì)算在由所述過(guò)程在實(shí)施例中產(chǎn)生的缺陷的數(shù)量或量級(jí)。
[0057]可以影響在綠色狀態(tài)預(yù)浸料和/或?qū)訅后w中的缺陷的存在、數(shù)量或影響的過(guò)程調(diào)整包括但是不限于絲束張力、溫度、疊層速度、輥壓和樹(shù)脂含量。并且，所述過(guò)程的數(shù)據(jù)可以指示并且因此所述控制器可以手動(dòng)或自動(dòng)地調(diào)整這些的任何一個(gè)。自動(dòng)控制在一些實(shí)施例中可能是有益的，因?yàn)樗峁┝擞糜陂]環(huán)過(guò)程的機(jī)會(huì)。
[0058]用于進(jìn)行超聲波測(cè)量以及分析其結(jié)果的技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員是公知的，并且在由此通過(guò)引用被整體包含在此的下文中被一般地描述:Data，S.K.andShah, A.Η., Elastic waves in composite media and structures with applications toultrasonic non-destructive evaluation, CRC Press, Boca Raton, c0.2009。而且，用于進(jìn)行這樣的測(cè)量的設(shè)備是從包括General Electric Company>Olympus和NDT Systems的多種來(lái)源可以商業(yè)方式獲得的。
[0059]用于實(shí)施本發(fā)明的設(shè)備適當(dāng)?shù)匕ㄏ鄬?duì)于所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w可操作地布置的適當(dāng)?shù)膫鞲衅骰騻鞲衅鞯年嚵谢蛟谥圃爝^(guò)程的點(diǎn)處的過(guò)程設(shè)備，在所述制造過(guò)程處，期望地獲得測(cè)量信息。在一些實(shí)施例中，所述傳感器或傳感器陣列可以有益地被布置得接近、遠(yuǎn)離或緊密地接近樹(shù)脂被期望地灌注到所述加強(qiáng)材料之處，并且/或者，所述預(yù)浸料的壓實(shí)/壓縮、用于提供所述層壓體的一個(gè)或多個(gè)預(yù)浸料的疊層或所述層壓體的合并發(fā)生。換句話說(shuō)，在樹(shù)脂向加強(qiáng)材料上的灌注、壓實(shí)步驟、層壓/疊層步驟、合并步驟和/或固化步驟之前、期間或之后進(jìn)行所述測(cè)量的至少一個(gè)。
[0060]在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述超聲波發(fā)射器和接收器位于所述片材材料之上和之下。優(yōu)選的是，所述發(fā)射器和接收器不接觸所述片材材料。所述常不起信號(hào)可以從所述片材材料的頂表面或底表面或中間層被反射。也可以通過(guò)所述片材或預(yù)浸料的厚度來(lái)透射或吸收所述信號(hào)。所述信號(hào)的吸收(通過(guò)在所透射的信號(hào)和在透過(guò)所述預(yù)浸料或片材后所接收的信號(hào)的能量之間的差而測(cè)量)提供了所述片材或預(yù)浸料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的測(cè)量，諸如樹(shù)脂層厚度或片材或預(yù)浸料厚度或密度。
[0061]所述信號(hào)通過(guò)所述片材的速度也可以提供在所述預(yù)浸料或片材中的密度或孔隙度的指示或密度或孔隙度的變化的指示?？梢酝ㄟ^(guò)在透射信號(hào)或通過(guò)所述預(yù)浸料或片材的透射后的所接收的速度之間的查來(lái)測(cè)量所述速度。
[0062]在原始透射信號(hào)和所接收信號(hào)之間的相位差也可以指示所述預(yù)浸料或片材的特定屬性，諸如孔隙度或表面缺陷。
[0063]所述發(fā)射器和傳感器元件或其陣列優(yōu)選地被安裝使得它們的發(fā)射和接收表面對(duì)齊和彼此相對(duì)。所述發(fā)射器和接收器優(yōu)選地被安裝到硬的‘C’形構(gòu)件或類似的開(kāi)放結(jié)構(gòu)的端部，以允許兩個(gè)元件被布置在所述片材材料周圍或從所述片材材料周圍縮回。所述硬構(gòu)件優(yōu)選地被安裝在滑軌上或臺(tái)架上，使得所述發(fā)射器和傳感器可以被布置在所述預(yù)浸料周圍并且被去除以用于維護(hù)或校準(zhǔn)而不干擾所述元件的對(duì)齊。優(yōu)選的是，所述安裝結(jié)構(gòu)包含提供用于振動(dòng)阻尼的裝置。
[0064]用于傳感器元件的操作的感測(cè)電路會(huì)易于受到電磁干擾(EM)的影響。因此，需要將傳感器電路的導(dǎo)電保持得短。優(yōu)選的是，感測(cè)電路和用于從傳感器接收輸入的必要電子器件應(yīng)當(dāng)緊密地接近傳感器，并且相對(duì)于EM輻射隔離。優(yōu)選的是，這在傳感器的7m內(nèi)，更優(yōu)選的是，這被安裝在與傳感器元件相同的滑軌或臺(tái)架上。優(yōu)選的是，不與所述感測(cè)電路(例如，電源)相關(guān)聯(lián)的電子系統(tǒng)被隔離以防止影響感測(cè)電路的EM干擾。優(yōu)選的是，與發(fā)送器和傳感器元件相關(guān)聯(lián)的所有電子器件被容納在EM隔離的艙中，并且感測(cè)電路在獨(dú)立的艙中。
[0065]過(guò)程碳纖維的一種不期望的副產(chǎn)品是產(chǎn)生會(huì)損壞電組件的導(dǎo)電空氣中顆粒。因此優(yōu)選的是，本發(fā)明的所有電組件容納在正壓環(huán)境中，以防止空氣中導(dǎo)電顆粒的進(jìn)入以防損壞。
[0066]在其中使用光學(xué)計(jì)量來(lái)獲得所述測(cè)量之一的那些實(shí)施例中，當(dāng)預(yù)期提供與層壓體表面拓?fù)湎嚓P(guān)的信息時(shí)，可以有益地在疊層期間使用光學(xué)計(jì)量。
[0067]適當(dāng)?shù)兀瑥闹辽僖粋€(gè)測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)有益地用于監(jiān)控和/或修改制造過(guò)程。換句話說(shuō)，從所述測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)可以被提供到能夠操縱所述數(shù)據(jù)的處理器，例如，所述數(shù)據(jù)可以被操縱以提供所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的測(cè)量屬性的歷史概述，或者，所述數(shù)據(jù)可以被操縱以便預(yù)測(cè)在預(yù)浸料和/或?qū)訅后w內(nèi)的屬性和/或缺陷如何可以在另外的過(guò)程和/或存儲(chǔ)期間發(fā)展。
[0068]在一些實(shí)施例中，可以操縱所述數(shù)據(jù)以便預(yù)測(cè)在未固化的或“綠色狀態(tài)”的預(yù)浸料和/或?qū)訅后w中的缺陷如何存在于固化部分中。在相同或其他實(shí)施例中，可以操縱所述數(shù)據(jù)以便將在測(cè)量步驟中檢測(cè)到的任何缺陷與固化部分強(qiáng)度相關(guān)。換句話說(shuō)，可以以多種方式來(lái)操縱所述數(shù)據(jù)以提供多個(gè)指示。在一些實(shí)施例中，例如，可以操縱所述數(shù)據(jù)以提供在固化部分中如何存在在綠色狀態(tài)部分中的缺陷的預(yù)測(cè)和這些缺陷對(duì)于固化部分強(qiáng)度具有什么影響。
[0069]在本領(lǐng)域中公知過(guò)程建模軟件和技術(shù)，并且這些也可以被應(yīng)用到在用于預(yù)測(cè)例如來(lái)自綠色狀態(tài)指示的可能在固化部分中留下或被加重的缺陷和任何這樣的缺陷可能對(duì)于固化部分強(qiáng)度具有的影響的方法的實(shí)施期間獲得的數(shù)據(jù)。例如，在例如在此通過(guò)引用被包含在此以用于任何和全部目的的下文中描述了用于進(jìn)行這樣的分析的適當(dāng)?shù)姆椒?Sridhar Ranganathan,Suresh G.Advani, and Mark A.Lamontia, 〃A Non-1sothermalProcess Model for Consolidation and Void Reduction during In-Situ Tow Placementof Thermoplastic Composites, "Journal of Composite Materials, 1995vol.29，pp.1040-1062 ;Yerramalli，C.S.，Waasj A.M.，〃A nondimensional number to classify compositecompressive failure, "Journal of Applied Mechanics, Transactions ASMEj2004，vol.71，n0.3，pp.402-408 ； 以 及，Yerramallij C.S.，Waasj A.M.，〃A failure criterionfor fibre reinforced polymer composites under combined compression-torsionloading' International Journal of Solids and Structures, 2003，vol.40，n0.5，pp.1139-1164o
[0070]在一些實(shí)施例中，可以使用這樣的分析來(lái)對(duì)于所述過(guò)程進(jìn)行改變，以便最小化或甚至消除缺陷形成。這樣的實(shí)施例因此提供了在通過(guò)所述過(guò)程制造的缺陷物品的重新加工或報(bào)廢上的減少的優(yōu)點(diǎn)。這樣的過(guò)程修改可以或者被手動(dòng)進(jìn)行或者經(jīng)由相對(duì)于所述處理器可操作地布置以便從其接收信息或相對(duì)于預(yù)浸料和/或疊層設(shè)備可操作地布置以便向其提供信息的自動(dòng)化的控制器進(jìn)行。
[0071]本方法有益地和容易被包含到用于預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的制造的任何設(shè)備中，并且因此，這樣的設(shè)備也被提供在此。一般而言，所述設(shè)備包括控制器、樹(shù)脂灌注設(shè)備、至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備和處理器。所述處理器相對(duì)于所述測(cè)量設(shè)備和控制器可操作地被布置，使得可以在其間傳輸信息。在一些實(shí)施例中，所述設(shè)備也可以包括疊層設(shè)備。
[0072]所述至少一個(gè)測(cè)量設(shè)備可以被定位在其中可以收集或期望收集與所述預(yù)浸料和/或?qū)訅后w相關(guān)的數(shù)據(jù)的任何位置處。在一些實(shí)施例中，可以在多個(gè)位置處使用相同類型的測(cè)量設(shè)備，而在相同或其他實(shí)施例中，利用至少兩個(gè)測(cè)量設(shè)備。所述測(cè)量設(shè)備依賴于期望獲得的數(shù)據(jù)，。并且可以基于所述數(shù)據(jù)被選擇。在一些實(shí)施例中，與超聲波測(cè)量裝置相組合地利用光學(xué)計(jì)量。
[0073]例如，在其中至少一個(gè)測(cè)量提供了維度數(shù)據(jù)并且使用一個(gè)或多個(gè)光學(xué)計(jì)量裝置來(lái)進(jìn)行所述測(cè)量的那些實(shí)施例中，所述裝置可以被定位得例如緊密地接近疊層頭，并且其中，它將產(chǎn)生層壓體表面拓?fù)涞亩S圖像，該層壓體表面拓?fù)淅^而可以被分析以檢測(cè)和表征在層壓體的表面上的任何皺紋。
[0074]可以與任何預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的制造相關(guān)聯(lián)地利用本方法和設(shè)備，而與該任何預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的構(gòu)成無(wú)關(guān)。預(yù)浸料通常包括一個(gè)或多個(gè)可固化樹(shù)脂和一個(gè)或多個(gè)加強(qiáng)材料，而層壓體通常包括在彼此之上層壓的多個(gè)預(yù)浸料。
[0075]一般而言，在預(yù)浸料和層壓體中使用的適當(dāng)?shù)目晒袒瘶?shù)脂包括熱塑性聚合組合物，例如聚苯乙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醋酸乙烯酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚丙烯腈、聚酯、聚氯乙烯、聚萘二甲酸、聚醚酮、聚砜、聚碳酸酯和它們的共聚物。
[0076]預(yù)浸料和層壓體也可以利用熱固性樹(shù)脂，其合適的示例包括但不限于環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、乙烯基酯、酚醛樹(shù)脂、聚氨酯、聚酰胺或其中兩種或更多種的組合。特別適合于在本發(fā)明中使用的粘合劑組合物包括交聯(lián)的熱固性體系，諸如聚酯、乙烯基酯、環(huán)氧樹(shù)脂(包括酸、堿和加成固化的環(huán)氧樹(shù)脂)、聚氨酯、有機(jī)硅樹(shù)脂、丙烯酸酯聚合物、聚硅氧烷、聚有機(jī)硅氧烷和酚醛樹(shù)脂以及它們的任何一些的共混物或混合物。
[0077]結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑經(jīng)常用在預(yù)浸料和層壓體中，并且可以用在通過(guò)本方法和/或設(shè)備制備的預(yù)浸料和層壓體中。在本復(fù)合系統(tǒng)中使用的優(yōu)選的結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑包括聚酯和甲基丙烯酸甲酯等。
[0078]可以使用所述的設(shè)備、系統(tǒng)和方法來(lái)灌注任何適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)材料。例如，可以布置較為連續(xù)的纖維或絲束以形成纖維的單向陣列、纖維的交叉層疊的陣列或捆扎成包的絲束，所述捆扎成包的絲束被布置來(lái)形成絲束的單向陣列，或者被機(jī)織或交叉層疊以形成二維陣列，或者被機(jī)織或編織以形成三維織物。對(duì)于三維織物，多組單向絲束可以例如被彼此彼此垂直地交織。
[0079]要在諸如帶或織物的這樣的加強(qiáng)材料中包括的有益纖維無(wú)限制地包括玻璃纖維、碳和石墨纖維、玄武巖纖維、包括芳族聚酰胺纖維的聚合物纖維、硼絲、陶瓷纖維、金屬纖維、石棉纖維、鈹纖維、二氧化硅纖維和碳化硅纖維等。根據(jù)所述預(yù)浸料的期望的應(yīng)用，所述纖維可以是不導(dǎo)電的或?qū)щ姷摹?br> [0080]可以在包括預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的任何物品的制造中應(yīng)用本方法，并且本方法當(dāng)因?yàn)榕c大的物品的制造相關(guān)聯(lián)的成本并且因此將其重新加工或報(bào)廢的成本導(dǎo)致而被應(yīng)用到該大物品時(shí)特別有益。本方法當(dāng)被應(yīng)用到預(yù)浸料、層壓體和/或包括這些的物品時(shí)也可以提供特別的益處，其中，加強(qiáng)材料包括碳長(zhǎng)絲或纖維。碳具有比諸如玻璃復(fù)合材料的許多其他加強(qiáng)材料顯著地高的硬度和低的質(zhì)量。因此，其作為加強(qiáng)材料的使用可以使得能夠制造可以更大并且仍然更輕并且具有用于期望的應(yīng)用的仍然可接受的強(qiáng)度的預(yù)浸料、層壓體和物品。然而，由包括碳的預(yù)浸料和/或?qū)訅后w構(gòu)成的組件的最終強(qiáng)度可以大大地取決于制造過(guò)程。諸如皺紋、脫層、孔隙度和孔隙的缺陷可以通過(guò)向材料結(jié)構(gòu)內(nèi)引入應(yīng)力集中部分而大大地降低復(fù)合材料的最終強(qiáng)度，該應(yīng)力集中部分以在組件的設(shè)計(jì)中未考慮的方式引起局部過(guò)早失效或來(lái)自所施加的負(fù)載的重新定向的應(yīng)力。
[0081]其中從預(yù)浸料和/或?qū)訅后w和/或包括包含加強(qiáng)材料的碳的預(yù)浸料和/或?qū)訅后w常規(guī)地制造大型物品的工業(yè)的示例包括能源工業(yè)，其中，例如管線或其他工廠設(shè)備的大的分段可能受益于在此所述的原理的應(yīng)用，特定應(yīng)用的示例進(jìn)一步包括風(fēng)力渦輪機(jī)部件，例如，渦輪機(jī)葉片或其子組件，諸如翼梁、翼梁帽、翼面蒙皮或者風(fēng)力渦輪機(jī)的圓柱形根部部分或塔架段。
[0082]從使用所述的方法和設(shè)備制備的預(yù)浸料制備的層壓體也可以用在航空應(yīng)用中，諸如機(jī)翼蒙皮、機(jī)身蒙皮、翼梁或諸如翼肋的平層板。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0083]參考【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】本發(fā)明，在附圖中:
[0084]圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在線檢查的步驟的流程圖；
[0085]圖2是表示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的在示例性在線檢查方法中的步驟的流程圖；并且
[0086]圖3是呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0087]圖1是圖示設(shè)施方法的一個(gè)實(shí)施例的流程圖。如所示，方法100包含:在步驟102處，制造預(yù)浸料和/或?qū)訅后w；以及，在步驟104處，使用超聲波方法來(lái)在預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的制造期間測(cè)量預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的參數(shù)或?qū)傩浴Ｍǔ?，可以在預(yù)浸料或?qū)訅后w的制造過(guò)程中的任何點(diǎn)處獲得該測(cè)量，該任何點(diǎn)包括樹(shù)脂灌注、壓縮、層壓、合并和固化。
[0088]在圖2中，方法400包括:在步驟404執(zhí)行預(yù)浸料和/或?qū)訅后w制造過(guò)程的步驟；在步驟406制造預(yù)浸料和/或?qū)訅后w的至少兩個(gè)屬性；并且，在步驟408處分析所獲得的數(shù)據(jù)。如果需要或期望，則可以然后使用數(shù)據(jù)的分析調(diào)整制造過(guò)程，如在步驟402處所示。
[0089]圖3是表示根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的本發(fā)明的方法614的實(shí)現(xiàn)的圖。通過(guò)使用可固化樹(shù)脂604的膜來(lái)經(jīng)由輥606供應(yīng)增強(qiáng)材料602而形成預(yù)浸料和/或?qū)訅后w材料612。四個(gè)超聲波發(fā)射器610被定位在輥后，并且以隔開(kāi)的間隔與預(yù)浸料的寬度平行地排列到預(yù)浸料的一側(cè)，面向預(yù)浸料片材。四個(gè)超聲波接收器608位于預(yù)浸料與發(fā)射器的相對(duì)側(cè)上的與發(fā)射器相對(duì)的位置中。通過(guò)超聲波發(fā)射器610的每一個(gè)來(lái)產(chǎn)生超聲波信號(hào)，該超聲波信號(hào)透過(guò)預(yù)浸料并且被接收器608接收。超聲波接收器608的輸出被使用模數(shù)轉(zhuǎn)換器620轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且被數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)622接收。信號(hào)過(guò)程單元624然后將所接收的信號(hào)與參考信號(hào)作比較，該參考信號(hào)對(duì)應(yīng)于原始發(fā)射的信號(hào)。所發(fā)射的信號(hào)的改變與預(yù)浸料的浸潰水平相關(guān)，以提供可以實(shí)時(shí)地被顯示的增強(qiáng)材料的樹(shù)脂浸潰。將該數(shù)據(jù)與預(yù)定值作比較，并且該數(shù)據(jù)用于調(diào)整具有閉環(huán)控制的制造過(guò)程的參數(shù)(例如，輥力)，以保證樹(shù)脂向增強(qiáng)材料內(nèi)的浸潰。樹(shù)脂厚度數(shù)據(jù)也被記錄以將這其與對(duì)應(yīng)批次的預(yù)浸料相關(guān)聯(lián)。該系統(tǒng)也可以用于檢測(cè)例如在膜輥或纖維紗架的改變之后出現(xiàn)的樹(shù)脂的誤差和波動(dòng)。因此提供了用于控制樹(shù)脂浸潰過(guò)程的方法和由這樣的方法控制的樹(shù)脂浸潰材料。該方法也可以用于確定在樹(shù)脂浸潰材料中的、并且特別是在包括纖維增強(qiáng)材料和樹(shù)脂材料的復(fù)合材料中的樹(shù)脂浸潰的水平。以這種方式，可以測(cè)量樹(shù)脂浸潰材料的質(zhì)量。
【權(quán)利要求】
1.一種控制具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法，包括:施加聲音信號(hào)或電磁信號(hào)以與所述片材材料交互，由此所述交互修改了所施加的信號(hào)；檢測(cè)所述修改的信號(hào)；將所述修改的信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；并且，修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟，由此向與所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)修改與所述修改的信號(hào)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述施加的信號(hào)包括以超聲波信號(hào)的形式的聲音信號(hào)。
3.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述過(guò)程是連續(xù)過(guò)程。
4.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多組件片材材料選自層壓體和預(yù)浸纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在包括浸潰步驟和選自壓實(shí)步驟、層壓步驟、合并步驟和固化步驟的一個(gè)或多個(gè)另外的步驟的過(guò)程中產(chǎn)生層壓體或預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述浸潰步驟包括將樹(shù)脂與加強(qiáng)材料接觸，并且其中，響應(yīng)于所檢測(cè)的信號(hào)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的所述數(shù)據(jù)的作比較而在所述過(guò)程中修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟。
6.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述過(guò)程期間連續(xù)地修改所述過(guò)程的所述至少一個(gè)步驟，由此提供在線反饋控制。
7.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述過(guò)程是連續(xù)的過(guò)程，并且包括將從施加器分發(fā)的樹(shù)脂與加強(qiáng)材料接觸，并且在加壓輥之間傳送所述材料，其中，從輥的加壓、在樹(shù)脂施加器 和所述加強(qiáng)材料之間的間隙、所述樹(shù)脂的溫度、樹(shù)脂的流量和所述過(guò)程的線速度選擇響應(yīng)于所述檢測(cè)的信號(hào)而修改的所述過(guò)程的所述至少一個(gè)步驟。
8.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述信號(hào)透過(guò)所述片材的厚度，并且被測(cè)量以確定所述片材的第一參數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，測(cè)量所述信號(hào)通過(guò)所述片材的厚度的透射率以確定所述片材的第一參數(shù)和第二參數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，從所述片材的浸潰的水平和所述片材的所述厚度來(lái)選擇所述第一參數(shù)和第二參數(shù)。
11.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，響應(yīng)于從所述檢測(cè)的信號(hào)得出的所述數(shù)據(jù)與和預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)的作比較來(lái)修改所述過(guò)程的所述線速度，所述預(yù)定參數(shù)與所述片材的浸潰水平和/或所述產(chǎn)品的厚度的預(yù)定水平相關(guān)。
12.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，其中，所述信號(hào)與所述片材材料和選自所述信號(hào)通過(guò)所述片材的透射率、所述檢測(cè)的信號(hào)的速度和所述信號(hào)通過(guò)所述片材的透過(guò)時(shí)間的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)交互。
13.根據(jù)在前的權(quán)利要求的任何一項(xiàng)所述的方法，包括將所述檢測(cè)的信號(hào)與所述片材的兩個(gè)或更多的期望的預(yù)定參數(shù)相關(guān)。
14.一種生產(chǎn)選自層壓體和預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的多組件片材材料的方法，其中，通過(guò)使用根據(jù)權(quán)利要求1至13的任何一項(xiàng)所述的方法控制所述多組件片材材料的制造的過(guò)程，所述片材材料具有期望的預(yù)測(cè)參數(shù)，所述片材材料遍及所述多組件片材材料而相對(duì)于所述期望的預(yù)定參數(shù)偏離小于10%。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述期望的預(yù)定參數(shù)選自所述加強(qiáng)材料的浸潰的水平和所述片材的厚度。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述浸潰的水平遍及所述片材材料相對(duì)于期望的浸潰預(yù)定水平偏離小于10%。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述片材的厚度遍及所述片材材料相對(duì)于期望的所述片材的預(yù)定厚度偏離小于10%。
18.一種質(zhì)量驗(yàn)證的預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括選自層壓體和通過(guò)經(jīng)由根據(jù)權(quán)利要求1至13的任何一項(xiàng)的方法控制的過(guò)程而獲得的預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的一卷多組件片材材料，所述質(zhì)量驗(yàn)證的預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)還未進(jìn)行離線質(zhì)量控制分析。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的結(jié)構(gòu)，其還未進(jìn)行水?dāng)z取測(cè)試。
20.一種校準(zhǔn)在控制用于具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程的方法中使用的測(cè)量信號(hào)設(shè)備的方法，包括:制造多組件片材材料；應(yīng)用超聲波信號(hào)以在所述片材材料的生產(chǎn)期間與其交互；在與所述片材材料的交互后檢測(cè)所述測(cè)量信號(hào)；通過(guò)水?dāng)z取方法來(lái)分析所述片材材料的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)；并且，將所述檢測(cè)的測(cè)量信號(hào)與所述水?dāng)z取方法的結(jié)果相關(guān)，由此使用所述片材材料的所述一個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)校準(zhǔn)所述檢測(cè)的測(cè)量信號(hào)結(jié)果。
21.一種過(guò)程控制器，用于控制用于具有期望的預(yù)定參數(shù)的多組件片材材料的制造的過(guò)程，所述過(guò)程包括:使用加強(qiáng)材料來(lái)接觸從施加器分發(fā)的樹(shù)脂，并且在加壓輥之間傳送所述材料，并且施加超聲波信號(hào)以與所述片材材料交互，由此所述交互修改所述超聲波信號(hào)；檢測(cè)所述修改的超聲波信號(hào)；將所述修改的超聲波信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較；并且，修改所述過(guò)程的至少一個(gè)步驟，所述控制器包括: i)過(guò)程參數(shù)控制器，用于控制從由所述加壓輥施加的力的水平、在所述樹(shù)脂施加器和所述加強(qiáng)材料之間的距離、所述樹(shù)脂的溫度、所述樹(shù)脂的流量和所述過(guò)程的線速度選擇的在所述過(guò)程中的所述參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)； ii)比較器，用于將所述檢測(cè)的超聲波信號(hào)或從其得出的數(shù)據(jù)與和所述期望的預(yù)定參數(shù)相關(guān)的數(shù)據(jù)作比較； iii)參數(shù)修改器，用于從所述比較器接收數(shù)據(jù)，并且向所述過(guò)程參數(shù)提供信號(hào)以修改在所述過(guò)程中的所述參數(shù)的至少一個(gè)，由此所述預(yù)定參數(shù)的實(shí)際值接近預(yù)定參數(shù)的期望值。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制器，其中，響應(yīng)于測(cè)量的超聲波信號(hào)來(lái)控制所述過(guò)程的線速度。
23.一種用于生產(chǎn)一卷多組件片材材料的生產(chǎn)線，包括:浸潰設(shè)備，用于使用加強(qiáng)材料來(lái)接觸樹(shù)脂；以及，選自壓實(shí)設(shè)備、層壓設(shè)備、合并設(shè)備和固化設(shè)備的一個(gè)或多個(gè)另外的設(shè)備；以及，超聲波設(shè)備，其被適配來(lái)向所述片材施加超聲波，并且檢測(cè)超聲波信號(hào)；以及，根據(jù)權(quán)利要求21和22的任何一項(xiàng)所述的過(guò)程控制器。
24.一種預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，包括選自層壓體和預(yù)浸纖維加強(qiáng)材料的一卷多組件片材材料，其中，已經(jīng)響應(yīng)于從在所述多組件片材材料的生產(chǎn)期間執(zhí)行的超聲波測(cè)量獲得的數(shù)據(jù)，而在所述卷的生產(chǎn)期間改變了所述多組件片材材料的至少一個(gè)參數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的預(yù)浸纖維加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，其中，已經(jīng)在根據(jù)權(quán)利要求14至17的任何一項(xiàng)中要求保護(hù)的過(guò)程中改變了所述多組件片材材料的所述至少一個(gè)參數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01N33/44GK104011538SQ201280064058
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月23日
【發(fā)明者】J.埃里斯, A.卡巴勒羅 申請(qǐng)人:赫克塞爾合成有限公司