檢測復(fù)合疊層內(nèi)錯過的纖維束的系統(tǒng)和方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]通過使用自動纖維鋪放機可以制作復(fù)合結(jié)構(gòu)以便將連續(xù)條或帶狀的預(yù)浸漬纖維束應(yīng)用到工具或心軸上以形成具有多個層片的復(fù)合疊層。每根纖維束可以由數(shù)根纖維束區(qū)段組成，所述纖維束區(qū)段可以使用樹脂而被端對端地拼接。纖維束可以從多個纖維束線軸中拉出，所述纖維束線軸可以被安裝在纖維鋪放頭上。纖維鋪放頭可以包含纖維束準直器，以便將多根纖維束對準成彼此并排的排列方式以形成纖維束帶。通過纖維束準直器，纖維束帶可以被供給到纖維鋪放頭的應(yīng)用設(shè)備，其中當纖維鋪放頭沿著工具隨著工具表面的輪廓移動時，纖維束可以被按壓到工具上或心軸上。
[0002]有時，在將纖維束帶應(yīng)用到工具表面的過程中，例如由于通過準直器或者通過纖維鋪放頭的其他組件進行的纖維束的供給失效，纖維束可能從纖維束帶中錯過/丟失(missing) ο纖維束也可以由于纖維束拼接的損壞而被錯過。此外，纖維束可以由于在纖維束被應(yīng)用到工具之后由于纖維束和工具表面或基板之間的不充分粘著性而導(dǎo)致纖維束從工具表面掉落進而被錯過。
[0003]檢測錯過的纖維束的常規(guī)方法包含視覺檢查復(fù)合疊層以確定疊層表面中凹陷的存在，其可以指示錯過的纖維束。不幸的是，由于每根纖維束具有相當小的厚度(比如，0.008英寸)和相當小的寬度(比如，0.125英寸)，所以檢測疊層表面中的凹陷可以是困難的。此外，當復(fù)合疊層是由具有因纖維束的黑色而導(dǎo)致最小差別的相同纖維取向的纖維束的重疊的層片組成時，可以加重通過人眼視覺檢查的方式檢測疊層表面中凹陷的難度。由于具有與某些復(fù)合結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的相當大量的表面積，因此觸覺檢查疊層表面可以是不切實際的。此外，觸覺檢查可能不會產(chǎn)生期望的結(jié)果。
[0004]與用于檢測錯過的纖維束的常規(guī)方法相關(guān)的又一缺點是纖維鋪放機可以持續(xù)地在纖維束帶中應(yīng)用具有錯過的纖維束的復(fù)合材料。例如，在錯過的纖維束被檢測到并且纖維鋪放機被停止之前，復(fù)合材料的多個層片可以被放置在具有錯過的纖維束的面積上。為了重新加工具有錯過的纖維束的復(fù)合疊層的面積，通?？梢宰R別出錯過的纖維束的總面積。但是，重新加工復(fù)合疊層可能要求以顯著成本的勞動密集的過程且耗時的過程中去除并且替代材料。而且，因為通常只知道一個或多個錯過的纖維束的面積，所以在到達錯過的纖維束的確切位置之前，大量的材料可能要求去除。
[0005]可以看出，本領(lǐng)域內(nèi)存在對以改進的準確度檢測復(fù)合疊層內(nèi)錯過的纖維束的系統(tǒng)和方法的需要。此外，本領(lǐng)域內(nèi)存在對用于檢測復(fù)合疊層內(nèi)錯過的纖維束的系統(tǒng)和方法的需要，其中在使重新加工過程期間被去除的復(fù)合材料量最小之前，可以識別錯過的纖維束的確切位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]與錯過的纖維束的檢測相關(guān)的上述需要通過本公開而被具體地解決和緩解，本公開提供了用于檢測纖維束帶中錯過的纖維束的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包含纖維鋪放頭以便將纖維束帶施加到基板以形成復(fù)合疊層。該系統(tǒng)可以進一步包含加熱設(shè)備以便在纖維束帶施加之前對基板進行預(yù)加熱。該系統(tǒng)可以額外地包含安裝到纖維鋪放頭并且被配置為在將纖維束帶施加到基板期間生成復(fù)合疊層的實時熱圖像的紅外攝像機。
[0007]在又一實施例中，公開了用于檢測纖維束帶中錯過的纖維束的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以包含纖維鋪放頭，其被配置為將纖維束帶施加到形成復(fù)合疊層的基板。該系統(tǒng)給可以進一步包含紅外加熱器，其被定位在壓實輥的前面并且被配置為在使用壓實輥施加纖維束帶之前對基板預(yù)加熱。此外，該系統(tǒng)可以包含紅外攝像機，其被安裝到纖維鋪放頭并且被配置為在將纖維束帶施加到基板期間生成復(fù)合疊層的實時熱圖像。該系統(tǒng)也可以包含顯示設(shè)備，其與紅外攝像機耦合以顯示復(fù)合疊層的實時熱圖像。
[0008]同樣公開了用于檢測復(fù)合疊層內(nèi)錯過的纖維束的方法。該方法可以包含在基板上施加纖維束帶之前對基板預(yù)加熱，并且將纖維束帶施加到基板以形成復(fù)合疊層。該方法可以另外包含生成復(fù)合疊層的實時熱圖像，同時將纖維束帶施加到基板，并且根據(jù)實時熱圖像確定纖維束是否正被錯過。
[0009]已經(jīng)論述的特征、功能以及優(yōu)點能夠被獨立地實現(xiàn)在本公開的不同實施例中，或者可以被結(jié)合到另一些其他的實施例內(nèi)，通過參考以下描述和以下的附圖能夠獲知其進一步的細節(jié)。
【附圖說明】
[0010]通過參考附圖，本公開的這些和其他特征將會變得更加明顯，其中相同的編號在全文中均指相同的部件，并且其中:
[0011]圖1是將纖維束帶施加到工具以形成復(fù)合疊層的自動纖維鋪放機的透視圖；
[0012]圖2是自動纖維鋪放機的側(cè)視圖，其說明了紅外攝像機被定位在纖維鋪放頭的壓實輥之后；
[0013]圖3是由纖維鋪放頭施加的復(fù)合疊層的基線熱圖像的圖示；
[0014]圖4是由紅外攝像機生成并且說明了復(fù)合疊層中纖維束帶之一內(nèi)的錯過的纖維束的圖不;
[0015]圖5是說明了被定位在復(fù)合層壓板內(nèi)層片深度處的錯過的纖維束帶的復(fù)合疊層的側(cè)截面視圖；
[0016]圖6是說明了纖維束檢測系統(tǒng)的框圖；以及
[0017]圖7是具有可以被包含在檢測錯過的纖維束的方法內(nèi)的一個或多個操作的流程圖。
【具體實施方式】
[0018]現(xiàn)在參考附圖，其中所顯示內(nèi)容是出于說明本公開的不同實施例的目的，圖1中所示的是用于檢測纖維束帶160內(nèi)錯過的纖維束194 (圖4)的纖維束檢測系統(tǒng)100的透視圖。纖維束檢測系統(tǒng)100可以被實施在自動纖維鋪放機150內(nèi)，以便將預(yù)浸纖維束帶160或預(yù)浸復(fù)合膠帶施加到基板166上，從而為復(fù)合部件形成復(fù)合疊層164。基板166可以包括靜止工具168或旋轉(zhuǎn)心軸(未顯示)的工具表面，或者基板166可以包括先前放置的纖維束帶160的層(course) 162。自動纖維鋪放機150可以包含一個或多個纖維鋪放頭152，以便將纖維束154施加到基板166上。
[0019]參考圖1，如上所述，每一個纖維束帶160可以由多根獨立的纖維束154組成。每一根纖維束154可以被形成為一束涂覆有樹脂的增強纖維。每根纖維束154可以被提供有相對小的寬度或直徑，例如在約0.12到0.50英寸的范圍內(nèi)，然而更大的寬度是可能的。纖維束154可以從一個或多個線軸(未顯示)中被分配并且穿過纖維束準直器153以便將纖維束154對準成如所示的纖維束帶160。
[0020]纖維束帶160可以在一對纖維束重啟輥170間經(jīng)過，以便根據(jù)預(yù)編程的序列控制纖維束帶160的停止和啟動運動，從而將層162施加到基板166上。層162可以如圖1所說明的互相平行的排列方式被施加。纖維束帶160也可以經(jīng)過纖維束切割機和夾緊機構(gòu)172，該纖維束切割機和夾緊機構(gòu)172可以被配置為在每個層162的末端切割纖維束154。纖維束帶160的新的末端可以被重啟輥推向壓實輥156。壓實輥156可以將纖維束帶160施加到基板166。壓實輥156也可以將壓實壓力施加到纖維束帶160，以便當壓實輥156沿著工具168的表面移動時，將纖維束帶160按壓到基板166上。
[0021]在圖1中，纖維鋪放頭152可以包含加熱設(shè)備174，以便升高基板166的溫度。加熱設(shè)備174可以被定位在纖維束帶160開始接觸基板166的位置的前面。在