[发明专利]用于检测和测量复合材料中间隙和搭接的方法及装置

说明书

                          技术领域

本发明涉及检测和测量复合材料敷层表面的间隙和搭接的方法及装置。

                          背景技术

复合材料越来越多地应用于需要高的强度重量比的多种产品的制造过程中。复合材料是一种由两个或多个具有不同类型的强度或弹力的成分组成的材料。例如，把具有高拉伸强度的碳纤维嵌入到环氧树脂中。这种结合产生了可以形成为多种形状并且强度比均等的钢高许多倍的材料。

在典型的复合材料制造过程中，碳或其它纤维的许多长纤维束(strand)从线轴拉出并伸直，以使它们平行。然后把平行的纤维带加到并按到一加热的表面并用环氧树脂来保持定位。由于这样产生的复合材料在纤维伸展的方向强度最强，因此在复合材料制造工艺中要加入若干层纤维。在这种成层或分层工艺中，加入多层合成纤维的方式是使得在后续层中的纤维相对前一层中的纤维为沿横向伸展从而产生在每个方向强度都高的材料。一旦这种复合物被形成，它就在干燥器或热压器中进行热固化，产生刚性结构。

尽管这种合成分层处理在生产强度高重量轻的材料方面非常有效，但在制造处理中会出现影响所得材料强度的问题。首先，在加至表面的碳纤维之间会出现间隙。当生产具有许多弯曲处、折叠或曲线的复合器件时这种间隙特别容易出现。明显尺寸间隙的存在会减弱在间隙的区域中的所述复合材料的强度。当上述区域的附近有多个缝隙时，则这种减弱作用组合在一起。同样地，原打算邻近和平行的纤维可能相互重叠。重叠的纤维，或“搭接(laps)”也产生了减小强度的区域。搭接的存在甚至比缝隙的存在更糟。由于纤维在热处理过程期间扩展，小于一定大小的间隙随着纤维扩展和相互位移将会被填充。然而，搭接在热处理过程期间可能变得更坏。重叠的纤维将保留在原处，而且在固化过程期间随纤维的扩展而伸展。因此，一个搭接在该搭接周围的复合材料中产生了薄弱区域。

为了避免制成的材料中的薄弱区域，纤维的每一层必须检查其搭接和间隙。典型的作法是，检查员用眼睛检查复合材料以寻找搭接和间隙。这是一种特别易出错的乏味处理过程。因为纤维和间隙都很小，必须使用放大镜去寻找间隙和搭接。此外，由于碳纤维是黑的，当间隙或搭接下面的纤维也是黑色时，用眼睛发现纤维顶层中的间隙或搭接尤其困难。此外，精确测量纤维间间隙的尺寸是很难的，因而确定被辨别的间隙是否大到足以造成问题是很困难的。当复合材料被制造得很大时这些问题搅在一起。搜索大复合材料表面的检查员易于疲劳和眼睛使用过度并且可能遗漏明显的搭接和间隙。

                          发明内容

本发明提出了一种用于检查复合材料表面以发现纤维中像搭接和间隙那样的瑕疵的简易和有效的方法和装置。

本发明提供一种确定复合材料的纤维之间的搭接和间隙的出现的方法，包括以下步骤：(a)用电子扫描器的光源照亮复合材料的表面，使得光线入射到表面内的纤维和间隙上；(b)用电子扫描器扫描该复合材料的表面以形成该表面的电子图象，其中，该表面的图像被分割成若干像素，每个像素具有相对于在扫描表面的对应部分时检测的从表面内的纤维和间隙反射的光强的亮度值；和(c)显示该表面的图像以便使搭接和间隙可视。

本发明还提供一种检测复合材料的纤维间搭接和间隙的装置，包括：(a)用于照亮复合材料的表面的包含在扫描器中的光源，使得光线入射到表面内的纤维和间隙上；(b)与所述光源相联的扫描器，用于扫描该复合材料的表面以形成被扫描表面的电子图像，其中所述表面的图像被分割成若干像素，每个像素具有相对于当扫描表面对应部分时检测的从表面内的纤维和间隙反射的光强的亮度值；和(c)与所述扫描器相联的显示器，用于显示所述被扫描表面的图像以便使搭接和间隙可视。

在本发明的优选实施例中，使用通常用来数字化文件的电子扫描器从要检查的表面上经过。扫描器包括一个扫描头，它具有照射复合材料表面的光源和检测反射光的光传感部分或检测器。通过沿纤维方向扫描表面，检测出表面层中存在的间隙和搭接。这种方法能够定量确定搭接或间隙的尺寸和相邻的搭接或间隙之间的距离，以便制造者可以确定合成材料是否因为搭接或间隙的存在而被明显地减弱强度。

根据本发明的另一方面，光学扫描的表面图像以间隙和搭接能够观看的方式被显示。在优选实施例中，扫描图像在计算机终端显示器中作图形显示。

根据本发明的再一方面，搭接或间隙的尺寸可以在显示器上确定和表示。同样地，表面上的搭接或间隙与其它搭接、间隙，或其它点间的距离可以被确定和显示。