[发明专利]制造纤维增强型复合部件期间检查纤维铺放的系统和方法

说明书

本发明涉及一种制造纤维增强型复合部件期间检查纤维铺放的系统和方法。公开的系统和方法涉及通过使用与图案照明相关的3D数字图像非接触地3D测量未固化的纤维增强型复合部件来检查该部件。系统包括构造成将光图案投射到成形件上的光投射器、构造成使光图案成像的数码相机，并且可包括和/或关联于构造成将未固化的复合材料铺设在成形件上的AFP机器。方法包括：将光图案投射到成形件上；通过使成形件上的光图案成像来获取成形件的基线3D廓形；将未固化的纤维片铺设到成形件上；将光图案投射到未固化的纤维片上；通过使未固化的纤维片上的光图案成像来获取纤维片的测试3D廓形以及计算测试3D廓形和基线3D廓形之间的厚度差。

技术领域

本公开涉及制造纤维增强型复合部件期间检查纤维铺放的系统和方法。

背景技术

自动纤维铺放是一种制造纤维增强型复合部件的技术。该技术使用自动纤维铺放(AFP)机器(还被称为先进的纤维铺放机)，AFP机器将未固化的成条的纤维带精确地铺放并分层堆放到模具和/或芯棒上。AFP机器通常用于制造大型复杂形状的结构，诸如机架、空气涡轮机叶片、压力容器及其它工业产品。

未固化的纤维带通常包括预浸渍热固性和/或热塑性材料的碳纤维(预浸碳纤维带)。所述带可采取丝束的形式，该丝束是连续长丝的退捻捆束，并且可薄而窄(常见的厚度范围从约0.005”(0.13mm)到0.010”(0.25mm)；常见的宽度范围从约0.125”(3mm)到约0.5”(13mm))。

AFP机器通常有能力将多条(例如，2-32条)带平行地铺放在一起，并且由此可形成宽度与各条的宽度的总和一样宽的单个带子。AFP机器可按一定的取向范围(例如，0°、+45°、-45°和/或90°)将各条铺放在叠层模具(layup mold)和/或芯棒形状(例如，平的、凹的和/或凸的)的范围内。限于大致平的或基本曲面的机器可被称为自动铺带机、平面型自动铺带机和/或曲面型自动铺带机。

AFP机器通常包括：将带自动切割成条；以及把各条分层堆放以形成叠层(ply)(每个叠层为单个条的层)。此外，AFP机器可将新的条层压紧到底层的叠层上。复合部分的各层需要彼此适当地接触并附着，以适当地层压并固化。在新的条层未能附着到底层的层(有或没有AFP机器压紧)的情况下，在未固化和已固化的部分中形成层间空隙(inter-laminalvoid)。层间空隙是可导致已固化的复合部分弱化的脱层缺陷。因而，优选地，在使复合部分固化之前，需要检测并修复层间空隙。

发明内容

本文中公开的系统和方法涉及使用与图案照明相关的3D数字图像技术通过在至少部分地形成的未固化的纤维增强型复合部件的表面上执行非接触3D(三维)测量来检查未固化的纤维增强型复合部件。

用于检查的系统包括：光投射器，所述光投射器被构造成将光图案投射到检查区域处的成形件(form)上；数码相机，所述数码相机被构造成使所述成形件上的所述光图案成像；以及计算系统，所述计算系统被编程为投射所述光图案以获取图像并确定所获取的所述图像的3D廓形。更具体地，所述计算系统可被编程为执行本文中描述的任何方法。

用于检查的系统被构造成确定所述成形件的基线3D廓形，确定在所述成形件上分层堆放的未固化的纤维增强型复合材料的测试3D廓形，以及确定所述测试3D廓形和所述基线3D廓形之间的厚度差。用于检查的系统可关联于和/或可包括AFP机器，所述AFP机器被构造成将所述未固化的纤维增强型复合材料铺设在所述成形件上。

用于检查的方法包括：在制造所述未固化的纤维增强型复合部件之前、期间和/或之后进行检查。用于检查的方法包括：将光图案投射到成形件上的检查区域上；通过使所述成形件上的所述光图案成像来获取所述成形件的基线3D廓形；将未固化的纤维片(例如，条、片材)铺设到所述检查区域内的所述成形件上；将所述光图案投射到所述成形件上的所述未固化的纤维片上；通过使所述成形件上的所述未固化的纤维片上的所述光图案成像来获取所述成形件上的所述纤维片的测试3D廓形；以及计算所述测试3D廓形和所述基线3D廓形之间的厚度差。