用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及用于分析復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和系統(tǒng)，并且特別涉及用于確定和檢驗復(fù)合結(jié)構(gòu)諸如飛機復(fù)合結(jié)構(gòu)中所使用的復(fù)合層壓板的疊層取向的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于其高強度-質(zhì)量比、耐腐蝕性以及其他的良好性能，復(fù)合結(jié)構(gòu)可以被用于各種各樣的應(yīng)用中，包括飛機、航天器、旋翼機、船舶、汽車以及其他交通工具和結(jié)構(gòu)的制造。特別地，在飛機制造中，復(fù)合結(jié)構(gòu)可以被用于形成飛機的尾部、機翼、機身以及其他零部件。
[0003]用于形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合層壓板可以通過將多個層或“疊層”堆疊或積垛在一起以及固化該層疊來制造。單一層或疊層通常由基體材料中的增強纖維組成。復(fù)合層壓板可以在每個設(shè)計和/或質(zhì)量要求的限定序列中與不同疊層取向的疊層堆疊以優(yōu)化性能(例如載重能力)。例如，疊層取向通常可以包括0° (零度)疊層取向、90° (九十度)疊層取向、+45° (正四十五度)/-45° (負四十五度)疊層取向或者其他合適的疊層取向。確定復(fù)合層壓板的疊層取向在優(yōu)化復(fù)合層壓板設(shè)計和遵從復(fù)合層壓板設(shè)計和/或質(zhì)量要求方面是很重要的。
[0004]此外，在復(fù)合層壓板制造工藝中，在疊層的堆疊或積垛期間可能出現(xiàn)不一致，例如，錯誤取向的疊層、缺口、重疊或者其他不一致。用于確定和檢驗疊層取向的方法和系統(tǒng)可以被用于分析復(fù)合層壓板的任何可能的不一致，并且確保通過堆疊或積垛工藝制造的復(fù)合層壓板滿足對關(guān)于疊層取向的設(shè)計和/或質(zhì)量要求。
[0005]存在用于確定和檢驗疊層取向的已知方法和系統(tǒng)。然而，這些已知方法和系統(tǒng)可能需要待分析的樣品復(fù)合層壓板的邊緣或部分的繁重且耗時的拋光工藝?？赡苄枰祟悞伖夤に囈垣@得復(fù)合層壓板疊層的纖維取向的足夠可視性。該拋光該工藝可能要求將樣品安裝在環(huán)氧樹脂材料或相似材料中，以便樣品可以在拋光工藝期間被固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。此類安裝工藝對于需要拋光的大樣品可能是困難的。
[0006]進一步地，用于確定和檢驗疊層取向的此類已知方法和系統(tǒng)可能要求使用高倍顯微鏡(即100倍或更高)來觀察樣品的復(fù)合層壓板疊層的個體纖維。如果待分析的樣品大于顯微鏡的視野，這可能需要獲取復(fù)合層壓板疊層的多幅圖像，并且使用已知的照片編輯軟件來一起編輯圖像以獲得顯微鏡下的樣品的連續(xù)視圖。這種圖像預(yù)處理可能是耗時的和勞動密集的。
[0007]另外，用于確定和檢驗疊層取向的此類已知方法和系統(tǒng)可能要求額外的切割、拋光和圖像處理步驟以分析具有+45° (正四十五度)疊層取向和-45° (負四十五度)疊層取向的樣品復(fù)合層壓板的纖維。為了充分地區(qū)分+45° (正四十五度)疊層取向和-45° (負四十五度)疊層取向，可以需要進行樣品復(fù)合層壓板的第二切割，并且需要對+45° (正四十五度)疊層取向和-45° (負四十五度)疊層取向二者的切割執(zhí)行固定、拋光和圖像處理工藝。分析+/-45° (正/負四十五度)疊層所需要的額外工作可能增加制造的整體時間和成本。
[0008]因此，用于確定和檢驗疊層取向的此類已知方法和系統(tǒng)可能是非常耗時、勞動密集以及冗長乏味的，并且進而導(dǎo)致增加的制造時間和成本。例如，包括安裝、拋光和圖像處理步驟的用于確定和檢驗疊層取向的已知工藝可能需要幾天才完成。
[0009]因此，在本領(lǐng)域中存在提供超過已知方法和系統(tǒng)的優(yōu)點的用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的改進方法和系統(tǒng)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的示例實施方式提供用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的改進方法和系統(tǒng)，從而克服現(xiàn)有解決方案的費力性質(zhì)。如以下詳細描述所討論，用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的改進方法和系統(tǒng)的實施例可以提供超過現(xiàn)有方法和系統(tǒng)的顯著優(yōu)點。
[0011]在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的方法。該方法包括使用離軸傾斜光源將光線以第一角度引導(dǎo)到預(yù)制邊緣上的第一區(qū)域來執(zhí)行復(fù)合層壓板的預(yù)制邊緣的第一掃描以產(chǎn)生第一掃描圖像的步驟。該方法還包括相對于預(yù)制邊緣旋轉(zhuǎn)離軸傾斜光源的取向的步驟。該方法還包括使用離軸傾斜光源將光線以第二角度引導(dǎo)到預(yù)制邊緣上的第一區(qū)域來執(zhí)行預(yù)制邊緣的第二掃描以產(chǎn)生第二掃描圖像的步驟。
[0012]該方法還包括比較第一掃描圖像和第二掃描圖像以確定復(fù)合層壓板的每個疊層的疊層取向的步驟。疊層取向優(yōu)選地基于離軸傾斜光源的光源映像/反射(reflect1n)來確定。優(yōu)選地，執(zhí)行預(yù)制邊緣的第一掃描和執(zhí)行預(yù)制邊緣的第二掃描的步驟包括使用具有1200dpi (每英寸的點數(shù))或更高的光學(xué)分辨率的掃描裝置。更優(yōu)選地，比較第一掃描圖像和第二掃描圖像以確定疊層取向的步驟包括使用第一掃描圖像和第二掃描圖像的光源映像的人工視覺比較。該方法還包括對照基準復(fù)合層壓板的基準疊層取向檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的步驟。優(yōu)選地，檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的步驟包括檢驗復(fù)合層壓板的多個疊層按照設(shè)計所計劃的正確鋪設(shè)。
[0013]在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種用于確定和檢驗飛機復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合層壓板的疊層取向的方法。該方法包括制備復(fù)合層壓板的邊緣以獲得預(yù)制邊緣的步驟。該方法還包括用具有至少一個離軸傾斜光源的掃描裝置來執(zhí)行預(yù)制邊緣的第一掃描的步驟，其使用所述至少一個離軸傾斜光源將光線以第一角度引導(dǎo)到預(yù)制邊緣的第一區(qū)域上以產(chǎn)生第一掃描圖像。該方法還包括將至少一個離軸傾斜光源的取向相對于預(yù)制邊緣旋轉(zhuǎn)180度的步驟。該方法還包括用所述掃描裝置來執(zhí)行預(yù)制邊緣的第二掃描的步驟，其使用所述至少一個離軸傾斜光源將光線以第二角度引導(dǎo)到預(yù)制邊緣的第一區(qū)域以產(chǎn)生第二掃描圖像。
[0014]該方法還包括將第一掃描圖像和第二掃描圖像從掃描裝置轉(zhuǎn)移到處理裝置以便處理的步驟。該方法還包括比較第一掃描圖像和第二掃描圖像以確定復(fù)合層壓板的每個疊層的疊層取向的步驟。優(yōu)選地，比較第一掃描圖像和第二掃描圖像以確定疊層取向的步驟包括使用第一掃描圖像和第二掃描圖像的光源映像的人工視覺比較和具有處理軟件的自動比較中的至少一個。疊層取向優(yōu)選地基于至少一個離軸傾斜光源的光源映像來確定。優(yōu)選地，執(zhí)行預(yù)制邊緣(92a)的第一掃描(104)和執(zhí)行預(yù)制邊緣(92a)的第二掃描(126)的步驟包括使用具有45° (四十五度)光源(106a)和1200dpi (每英寸的點數(shù))或更高的光學(xué)分辨率(122)的掃描裝置(102)來執(zhí)行。該方法還包括制備包括飛機復(fù)合結(jié)構(gòu)的基準復(fù)合層壓板的基準疊層取向的基準基體的步驟。該方法還包括對照基準基體的基準疊層取向檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的步驟。優(yōu)選地，比較第一掃描圖像和第二掃描圖像以確定疊層取向的步驟包括基于光源映像確定疊層取向，所述光源映像包括相對于預(yù)制邊緣的橫截表面的+/-45° (正/負四十五度)疊層中的亮/暗過渡映像、正交于預(yù)制邊緣的橫截表面的疊層的暗映像以及平行于預(yù)制邊緣的橫截表面的疊層的亮映像。
[0015]在本發(fā)明的另一實施例中，提供一種用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括復(fù)合層壓板，所述復(fù)合層壓板被固化并且包括至少一個預(yù)制邊緣和多個疊層，每個疊層具有疊層取向。
[0016]該系統(tǒng)還包括掃描組件。該掃描組件包括具有至少一個離軸傾斜光源的掃描裝置，所述至少一個離軸傾斜光源被配置為將光線以第一角度引導(dǎo)到復(fù)合層壓板的預(yù)制邊緣上的第一區(qū)域以照亮和捕獲第一掃描圖像。所述至少一個離軸傾斜光源進一步被配置為將光線以第二角度引導(dǎo)到預(yù)制邊緣上的第一區(qū)域以照亮和捕獲第二掃描圖像。該掃描組件還包括耦合到掃描裝置的處理裝置。該處理裝置被配置為接收和處理來自掃描裝置的第一掃描圖像和第二掃描圖像。優(yōu)選地，該復(fù)合層壓板是由連續(xù)纖維組成的纖維增強的復(fù)合層壓板，并且該掃描裝置具有1200dpi (每英寸的點數(shù))或更高的光學(xué)分辨率。該掃描組件還包括基準基體，該基準基體包括基準復(fù)合層壓板的基準疊層取向。
[0017]該系統(tǒng)基于至少一個離軸傾斜光源的光源映像和第一掃描圖像與第二掃描圖像的比較提供復(fù)合層壓板的每個疊層的疊層取向確定。該系統(tǒng)還使用基準基體提供復(fù)合層壓板的疊層取向檢驗。優(yōu)選地，該處理裝置包括具有處理軟件的計算機，以處理第一掃描圖像和第二掃描圖像，使得第一掃描圖像和第二掃描圖像相對于彼此并且相對于基準基體能夠進行比較。
[0018]已經(jīng)討論的特征、功能以及優(yōu)點可以在本發(fā)明的各種實施例中獨立地實現(xiàn)，或者可以在其他實施例中進行組合，其他實施例的進一步細節(jié)可以參考以下描述和附圖獲知。
【附圖說明】
[0019]參照下面的詳細描述并結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，其中附圖示出優(yōu)選的示范性實施例，但是這些附圖沒有必要按比例繪制，其中:
[0020]圖1示出具有一個或多個復(fù)合結(jié)構(gòu)的飛機的透視圖，其中所述復(fù)合結(jié)構(gòu)可以使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的實施例來掃描和檢驗；
[0021]圖2示出飛機制造和維護方法的實施例的流程圖；
[0022]圖3示出飛機的實施例的功能性框圖；
[0023]圖4A示出本發(fā)明的用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的方法的一個實施例的流程圖；
[0024]圖4B示出本發(fā)明的用于確定和檢驗飛機復(fù)合結(jié)構(gòu)的復(fù)合層壓板的疊層取向的方法的一個實施例的流程圖；
[0025]圖5示出本發(fā)明的用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的系統(tǒng)的實施例的功能性框圖；
[0026]圖6A示意性示出用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的系統(tǒng)的實施例的側(cè)視圖，其中復(fù)合層壓板正經(jīng)受第一掃描；
[0027]圖6B示意性示出用于確定和檢驗圖6A的復(fù)合層壓板的疊層取向的系統(tǒng)的側(cè)視圖，其中復(fù)合層壓板正經(jīng)受第二掃描；
[0028]圖7是使用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)的一個實施例所獲得的復(fù)合層壓板的預(yù)制邊緣的由第一掃描獲得的第一掃描圖像和由第二掃描獲得的第二掃描圖像的并排式掃描圖像的不意圖；以及
[0029]圖8是可以用在本發(fā)明的用于確定和檢驗復(fù)合層壓板的疊層取向的方法和系統(tǒng)的一個實施例中的基準基體的實施例的示圖。
【具體實施方式】
[0030]現(xiàn)在將參照附圖在下文中更充分地描述公開的實施例，其中附圖示出本發(fā)明的一些實施例而不是全部實施例。實際上，幾個不同的實施例可能被提供并且不應(yīng)當(dāng)解釋為對在此闡述的實施例的限制。相反，這些實施例被提供以使本發(fā)明將是透徹的并且將充分地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。
[0031]現(xiàn)在參照附圖，圖1示出具有一個或多個復(fù)合結(jié)構(gòu)12的飛機10的透視圖。如圖1中進一步所示，飛機10包括機身14、機頭16、機翼18、發(fā)動機20以及包括水平穩(wěn)定器24和豎直穩(wěn)定器26的尾翼22。如圖1進一步所示，一個或多個復(fù)合結(jié)構(gòu)12可以包括復(fù)合層壓板28。優(yōu)選地，下面進一步詳細描述的復(fù)合層壓板28 (參見圖1)被固化并且具有纖維增強的復(fù)合層壓板28a的形式(參見圖1)。
[0032]下面詳細描述的本發(fā)明的實施例提供一種用于確定和檢驗復(fù)合層壓板28(參見圖1、圖5)的疊層取向的方法66 (參見圖4A)，提供一種用于確定和檢驗飛機復(fù)合結(jié)構(gòu)12的復(fù)合層壓板28的疊層取向的方法80(參見圖4B)以及提供一種用于確定和檢驗復(fù)合層壓板28 (參見圖1、圖5)的疊層取向的系統(tǒng)90 (參見圖5)。
[0033]圖2示出飛機制造和維護方法30的實施例的流程圖。圖3示出飛機50的實施例的功能框圖。參照圖2至圖3，本發(fā)明的實施例可以在如圖2所示的飛機制造和維護方法30和如圖3所示的飛機50的背景下進行描述。在預(yù)生產(chǎn)期間，該示范性的飛機制造和維護方法30 (參見圖2)可以包括飛機50 (參見圖3)的規(guī)范和設(shè)計32 (參見圖2)和材料采購34(參見圖2)。在制造期間，進行部件和子組件制造36(參見圖2)和飛機50(參見圖3)的系統(tǒng)整合38 (參見圖2)。此后，飛機50 (參見圖3)可以通過認證和交付40 (參見圖2)以便被置于使用中42 (參見圖2)。當(dāng)被客戶使用中42 (參見圖2)時，飛機50 (參見圖3)可以被安排進行日常維護和維修44(參見圖2)，其也可以包括整修、重新配置、翻新以及其他合適的服務(wù)。
[0034]飛機制造和維護方法30的每個處理過程(參見圖2)可以由系統(tǒng)集成商、第三方和/或操作者(例如，客戶)來執(zhí)行或者實現(xiàn)。為了本說明書的目的，系統(tǒng)集成商可以包括但不限于任何數(shù)量的飛機制造商和主系統(tǒng)分包商；第三方可以包括但不限于任何數(shù)量的銷售商、分包商以及供應(yīng)商；并且操作者可以包括航空公司、租賃公司、軍隊實體、服務(wù)組織以及其他