制造期間復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超聲檢查的自動校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復(fù)合材料部件、更特別地涉及樹脂基體和纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料部件的制造的一般領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料部件的制造過程通常包括時(shí)間上連續(xù)的不同步驟，每個(gè)步驟應(yīng)當(dāng)在確定的壓力和溫度下執(zhí)行，所述溫度和壓力在不同步驟之間可能不同。
[0003]那么，如果想有效地檢查給定步驟的執(zhí)行質(zhì)量，即形成成品材料的每個(gè)步驟的生產(chǎn)質(zhì)量，則必須考慮這些溫度和壓力參數(shù)。當(dāng)用超聲波進(jìn)行檢查時(shí)，在環(huán)境壓力和溫度影響所使用的超聲傳感器的響應(yīng)(靈敏度)的情況下，上述這一點(diǎn)尤其如此。
[0004]在此，人們注意到超聲傳感器的使用允許有利地確保各種檢查功能，例如:
[0005]-對由纖維增強(qiáng)的注塑樹脂(樹脂基體/纖維增強(qiáng))的流動形成的纖維預(yù)制件的表征;
[0006]-在狹義的聚合周期期間樹脂聚合的進(jìn)度的確定；
[0007]-局部孔隙率和/或纖維體積率(tauxvolumique)的確定。
[0008]特別地，超聲技術(shù)是能夠以有效方式檢查制造的材料有無孔隙的唯一深度分析技術(shù)。
[0009]然而，很少至少以“現(xiàn)場”的方式使用超聲檢查，這是因?yàn)椋瑯佑捎诔晜鞲衅鞯撵`敏度隨溫度和壓力而變，難以利用借助超聲傳感器獲得的測量值。所述溫度和壓力是在復(fù)合材料部件的制造環(huán)境中可以實(shí)質(zhì)性變化的量值。
[0010]因此，通常使用替代方法，例如基于介電測量技術(shù)(絕緣電阻的測量)、光學(xué)漫射或使用布拉格光柵光纖的系統(tǒng)。然而，這些方法僅允許在所部署的地方，即部件內(nèi)部或表面，進(jìn)行非整體的局部檢查。
[0011]此外，即使當(dāng)使用超聲傳感器時(shí)，也通常限于使用超聲傳感器測量超聲波在所分析的介質(zhì)(即制造期間的部件)中的傳播時(shí)間，特別地，不考慮振幅的分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是提出一種能夠使用超聲傳感器用于在復(fù)合材料部件制造的不同步驟中檢查復(fù)合材料部件的解決方案，該解決方案能夠在不管傳感器可能遭受的溫度和壓力的變化的情況下，使用超聲傳感器用于同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳播時(shí)間的測量和振幅的測量。
[0013]為此，本發(fā)明的目的是一種在復(fù)合材料部件制造期間用于檢查復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)的超聲傳感器組的自動校準(zhǔn)裝置。所述自動校準(zhǔn)是在制造過程中實(shí)現(xiàn)的。該裝置包括一組參考超聲傳感器。每個(gè)參考傳感器安裝在校準(zhǔn)墊上，能夠被激勵(lì)以實(shí)現(xiàn)對參考回聲的振幅的測量，所述參考回聲由傳感器發(fā)射的超聲波穿過上面安裝所述參考傳感器的墊之后形成。該組至少包括用于檢查所述部件的結(jié)構(gòu)的每種類型的測量傳感器的參考傳感器；每個(gè)參考傳感器被放置在所述部件附近，處在與所述部件相同的環(huán)境中。
[0014]根據(jù)各種可能結(jié)合使用的布置或性質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的裝置還可以具有以下附加特征。
[0015]根據(jù)一種實(shí)施方式，裝置還包括用于在確定時(shí)刻激勵(lì)每個(gè)參考傳感器的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)由該傳感器接收的參考回聲的振幅的測量并且確定要施加于該傳感器的增益控制的值以將參考回聲的振幅保持在確定的設(shè)定值。
[0016]根據(jù)另一實(shí)施方式，裝置還包括用于給每個(gè)測量傳感器施加增益控制的設(shè)備，增益控制的值是針對與所考慮的測量傳感器相同類型的參考傳感器確定的增益控制的值的函數(shù)。
[0017]根據(jù)另一實(shí)施方式，裝置還包括用于給每個(gè)測量傳感器施加增益控制的設(shè)備，增益控制的值基本上等于針對與所考慮的測量傳感器相同類型的參考傳感器確定的增益控制的值。
[0018]根據(jù)另一實(shí)施方式，用與形成被檢查部件相同的復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)所述墊。
[0019]根據(jù)另一實(shí)施方式，作為前一實(shí)施方式的替代，墊由碳化硅或鋼實(shí)現(xiàn)。
[0020]根據(jù)另一實(shí)施方式，每個(gè)參考超聲傳感器安裝在分開的墊上。
[0021]本發(fā)明還有一個(gè)目的是用于在復(fù)合材料部件制造期間檢查復(fù)合材料部件的結(jié)構(gòu)的超聲傳感器組的自動校準(zhǔn)方法。該方法使用根據(jù)本發(fā)明的裝置以執(zhí)行以下步驟:
[0022]-第一步驟，在第一步驟期間，在參考傳感器上施加激勵(lì)信號以使所述參考傳感器向其上安裝有所述參考傳感器的參考墊中發(fā)射超聲波，測量由該傳感器接收的參考回聲的振幅；
[0023]-第二步驟，在第二步驟期間，確定要施加給該傳感器的增益控制的值以獲得振幅值基本等于設(shè)定值的參考信號；
[0024]-第三步驟，在第三步驟期間，給與所考慮的參考傳感器相同類型的測量傳感器分配前一步驟確定的增益控制；
[0025]針對每個(gè)參考傳感器，針對復(fù)合材料部件的制造過程的每個(gè)周期(溫度、壓力)，執(zhí)行這個(gè)順序的三個(gè)步驟至少一次。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的方法還有利地允許消除溫度對所使用的超聲傳感器的響應(yīng)(靈敏度)的影響以確保檢查。
[0027]其可以應(yīng)用于在隨時(shí)間的可變性(溫度、濕度、咸度、壓力等)可能影響傳感器的靈敏度的環(huán)境中所使用的任何超聲檢查設(shè)備。
【附圖說明】
[0028]本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)借助下面的依賴附圖的描述將更明確，附圖中:
[0029]-圖1，與按照稱為“1^1” ( “LRI” 是“液體樹脂注入(Liquid Resin Infus1n) ’，的英文首字母縮寫)的方法實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料部件有關(guān)的示意圖。
[0030]-圖2，描述本發(fā)明原理的示意圖；
[0031]-圖3，根據(jù)本發(fā)明的自動校準(zhǔn)方法的原理的流程框圖；
[0032]-圖4，在由圖1示出的LRI方法的框架中，使用根據(jù)本發(fā)明的自動校準(zhǔn)方法的一種實(shí)現(xiàn)形式的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]在下文中，在將本發(fā)明的方法應(yīng)用于檢查按照LRI方法實(shí)現(xiàn)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的過程中來描述根據(jù)本發(fā)明的方法。該應(yīng)用示例作為非限制性示例給出，其唯一目的是以簡單和清楚的方式說明根據(jù)本發(fā)明的方法的特征和優(yōu)點(diǎn)。
[0034]LRI方法允許在真空低壓下制造復(fù)合材料部件。根據(jù)該方法，在由排水織物18、拉出裝置(arrachage) 171、172以及一個(gè)或更多個(gè)膜151、152組成的環(huán)境下，在模子12中布置干燥的織物預(yù)制件11。通過覆蓋所述預(yù)制件的穿孔金屬板14或英語中所謂的“壓力均衡板(caul-plate) ”，確保要制造的部件的平整度和厚度的校準(zhǔn)。
[0035]注入方法本身包括連續(xù)地在模子中注入樹脂，如圖1所示，以浸透預(yù)制件11，隨后加熱樹脂和預(yù)制件，以確保樹脂的聚合。加熱溫度以及模子內(nèi)部的壓力在制造過程中根據(jù)確定的給定周期變化，以獲得具有所需結(jié)構(gòu)特征的部件。
[0036]在制造階段，纖維預(yù)制件11中注入的樹脂的狀態(tài)也會在溫度和壓力的綜合作用下變化，直到達(dá)到聚合狀態(tài)。由此形成的復(fù)合材料部件11因此具有剛性結(jié)構(gòu)。
[0037]在部件11的實(shí)現(xiàn)(即樹脂的聚合)階段，通常感興趣的是知道聚合的進(jìn)展程度以確保對工藝過程的控制。同樣讓人感興趣的是，能夠同樣在制造中檢驗(yàn)部件的健康狀態(tài)即該部件的結(jié)構(gòu)完整性，這尤其是通過下述檢驗(yàn)進(jìn)行的:檢驗(yàn)是否存在會在部件中形成不想要的孔隙的氣泡，以及是否存在形成部件的芯的層之間的、由部件的脫層引起的粘聚力損失。
[0038]這就是為什么在制造中在部件11附近通常放置測量傳感器，特別是超聲傳感器，以實(shí)現(xiàn)用超聲波探測不同實(shí)現(xiàn)階段，即部件11受到的不同周期(溫度、壓力)中，部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0039]已知，根據(jù)所考慮的分析原理，即透射分析或反射分析，測量傳感器21布置在要制造的部件的每個(gè)面附近，如圖2所示，一個(gè)面配備有超聲發(fā)射器裝置21e，另一個(gè)面配備有接收器裝置21r ;或者替代地，布置在單個(gè)面上，所使用的裝置同時(shí)是發(fā)射器和接收器。
[0040]因此，在圖2所示的配置中，可以例如通過使用超聲傳感器21實(shí)現(xiàn)超聲分析，超聲傳感器21分別包括發(fā)射器21e和接收器21r，發(fā)射器21e整合在“壓力均衡板”14中，這些裝置以確定的方式分布在“壓力均衡板”14的表面，并且布置成使得發(fā)射器21e的發(fā)射面面向預(yù)制件11，接收器21r整合在模子12中并且與同一傳感器的發(fā)射器裝置面對面布置，接收器21r的接收面布置成面向預(yù)制件11。包含由申請人提交的參考文獻(xiàn)FR1258703的法國專利申請?jiān)敿?xì)地描述了這樣的布置。
[0041]傳感器的這種布置在制造(例如交聯(lián))過程中，尤其通過測量發(fā)射的超聲波在介質(zhì)中的傳播時(shí)間，能夠?qū)崿F(xiàn)對部件11的狀態(tài)變化的超聲檢查。這種超聲檢查還可通過測量穿過材料的超聲波所經(jīng)歷的衰減來實(shí)現(xiàn)，這種測量能夠確定部件11的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0042]然而，超聲傳感器21的靈敏度根據(jù)溫度和壓力變化這一事實(shí)使得這種對衰減的測量是難處理的。然而，原則上，其中放置這些傳感器的介質(zhì)，換句話說，在其中實(shí)現(xiàn)所考慮的部件的制造(即模鑄)的空間中，經(jīng)受不同制造步驟中的溫度和壓力的變化。
[0043]因此，由于傳感器的靈敏度在不同步驟中變化，利用借助布置為面向預(yù)制件11的傳感器針對制造的不同周期獲得的、對超聲波在制造中的材料中的衰減的測量通常是困難的。
[0044]為了解決該困難，本發(fā)明提出使用能夠任何時(shí)候糾正超聲傳感器的靈敏度變化的自動校準(zhǔn)，以能夠與溫度和壓力的變化無關(guān)地處理對衰減的測量。圖2的示意圖示出了能夠?qū)崿F(xiàn)該自動校準(zhǔn)的裝置。
[0045]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的方法提出使用包括一個(gè)或更多個(gè)參考傳感器的裝置，這取決于針對實(shí)現(xiàn)過程中的部件的檢查使用的超聲傳感器是相同類型的傳感器或不同類型的傳感器。在第二種情況下，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括用于所使用的每種類型的傳感器的參考傳感器。
[0046]根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)參考傳感器22安裝在墩狀結(jié)構(gòu)或參考墊23上，形成的組合體放置在與制造中部件11相同的環(huán)境中。
[0047]該參考墊23優(yōu)選用具有一種結(jié)構(gòu)的材料來實(shí)現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)使得穿過該墊的超聲波的衰減在所考慮的溫度和壓力范圍內(nèi)是不變化的，或者至少，例如超聲波隨溫度和壓力的衰減變化是已知的。為此，可以例如使用其機(jī)械性質(zhì)、特別是楊氏模量在所考慮的溫度范圍，通常是從20°C到200°C的范圍內(nèi)幾乎不變，的鋼或碳化硅墊(楊氏模量的變化小于
10% ) ο
[0048]此外，根據(jù)超聲傳感器的寬度來限定該墊的尺寸，從而尤其使得傳播時(shí)間足以在多次反射的情況下較好區(qū)分回聲。優(yōu)選地，選擇其尺寸通常為50mm長、50mm寬、5mm厚的墊。傳感器布置在50mm X 50mm的面上，由超聲波穿過的厚度因此等于5mm。
[0049]值得注意的是，在知道衰減的特征，把所發(fā)射的超聲波的振幅當(dāng)做恒定的情況下，可以確定由安裝在所考慮的參考墊23上的參考超聲傳感器22示出的