制造期间复合材料结构超声检查的自动校准方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合材料部件、更特别地涉及树脂基体和纤维增强的复合材料部件的制造的一般领域。
【背景技术】
[0002]复合材料部件的制造过程通常包括时间上连续的不同步骤，每个步骤应当在确定的压力和温度下执行，所述温度和压力在不同步骤之间可能不同。
[0003]那么，如果想有效地检查给定步骤的执行质量，即形成成品材料的每个步骤的生产质量，则必须考虑这些温度和压力参数。当用超声波进行检查时，在环境压力和温度影响所使用的超声传感器的响应(灵敏度)的情况下，上述这一点尤其如此。
[0004]在此，人们注意到超声传感器的使用允许有利地确保各种检查功能，例如:
[0005]-对由纤维增强的注塑树脂(树脂基体/纤维增强)的流动形成的纤维预制件的表征;
[0006]-在狭义的聚合周期期间树脂聚合的进度的确定；
[0007]-局部孔隙率和/或纤维体积率(tauxvolumique)的确定。
[0008]特别地，超声技术是能够以有效方式检查制造的材料有无孔隙的唯一深度分析技术。
[0009]然而，很少至少以“现场”的方式使用超声检查，这是因为，同样由于超声传感器的灵敏度随温度和压力而变，难以利用借助超声传感器获得的测量值。所述温度和压力是在复合材料部件的制造环境中可以实质性变化的量值。
[0010]因此，通常使用替代方法，例如基于介电测量技术(绝缘电阻的测量)、光学漫射或使用布拉格光栅光纤的系统。然而，这些方法仅允许在所部署的地方，即部件内部或表面，进行非整体的局部检查。
[0011]此外，即使当使用超声传感器时，也通常限于使用超声传感器测量超声波在所分析的介质(即制造期间的部件)中的传播时间，特别地，不考虑振幅的分析。
【发明内容】
[0012]本发明的目的是提出一种能够使用超声传感器用于在复合材料部件制造的不同步骤中检查复合材料部件的解决方案，该解决方案能够在不管传感器可能遭受的温度和压力的变化的情况下，使用超声传感器用于同时实现传播时间的测量和振幅的测量。
[0013]为此，本发明的目的是一种在复合材料部件制造期间用于检查复合材料部件的结构的超声传感器组的自动校准装置。所述自动校准是在制造过程中实现的。该装置包括一组参考超声传感器。每个参考传感器安装在校准垫上，能够被激励以实现对参考回声的振幅的测量，所述参考回声由传感器发射的超声波穿过上面安装所述参考传感器的垫之后形成。该组至少包括用于检查所述部件的结构的每种类型的测量传感器的参考传感器；每个参考传感器被放置在所述部件附近，处在与所述部件相同的环境中。
[0014]根据各种可能结合使用的布置或性质，根据本发明的装置还可以具有以下附加特征。
[0015]根据一种实施方式，装置还包括用于在确定时刻激励每个参考传感器的设备，实现由该传感器接收的参考回声的振幅的测量并且确定要施加于该传感器的增益控制的值以将参考回声的振幅保持在确定的设定值。
[0016]根据另一实施方式，装置还包括用于给每个测量传感器施加增益控制的设备，增益控制的值是针对与所考虑的测量传感器相同类型的参考传感器确定的增益控制的值的函数。
[0017]根据另一实施方式，装置还包括用于给每个测量传感器施加增益控制的设备，增益控制的值基本上等于针对与所考虑的测量传感器相同类型的参考传感器确定的增益控制的值。
[0018]根据另一实施方式，用与形成被检查部件相同的复合材料实现所述垫。
[0019]根据另一实施方式，作为前一实施方式的替代，垫由碳化硅或钢实现。
[0020]根据另一实施方式，每个参考超声传感器安装在分开的垫上。
[0021]本发明还有一个目的是用于在复合材料部件制造期间检查复合材料部件的结构的超声传感器组的自动校准方法。该方法使用根据本发明的装置以执行以下步骤:
[0022]-第一步骤，在第一步骤期间，在参考传感器上施加激励信号以使所述参考传感器向其上安装有所述参考传感器的参考垫中发射超声波，测量由该传感器接收的参考回声的振幅；
[0023]-第二步骤，在第二步骤期间，确定要施加给该传感器的增益控制的值以获得振幅值基本等于设定值的参考信号；
[0024]-第三步骤，在第三步骤期间，给与所考虑的参考传感器相同类型的测量传感器分配前一步骤确定的增益控制；
[0025]针对每个参考传感器，针对复合材料部件的制造过程的每个周期(温度、压力)，执行这个顺序的三个步骤至少一次。
[0026]根据本发明的方法还有利地允许消除温度对所使用的超声传感器的响应(灵敏度)的影响以确保检查。
[0027]其可以应用于在随时间的可变性(温度、湿度、咸度、压力等)可能影响传感器的灵敏度的环境中所使用的任何超声检查设备。
【附图说明】
[0028]本发明的特征和优点借助下面的依赖附图的描述将更明确，附图中:
[0029]-图1，与按照称为“1^1” ( “LRI” 是“液体树脂注入(Liquid Resin Infus1n) ’，的英文首字母缩写)的方法实现复合材料部件有关的示意图。
[0030]-图2，描述本发明原理的示意图；
[0031]-图3，根据本发明的自动校准方法的原理的流程框图；
[0032]-图4，在由图1示出的LRI方法的框架中，使用根据本发明的自动校准方法的一种实现形式的示意图。
【具体实施方式】
[0033]在下文中，在将本发明的方法应用于检查按照LRI方法实现的复合材料结构的过程中来描述根据本发明的方法。该应用示例作为非限制性示例给出，其唯一目的是以简单和清楚的方式说明根据本发明的方法的特征和优点。
[0034]LRI方法允许在真空低压下制造复合材料部件。根据该方法，在由排水织物18、拉出装置(arrachage) 171、172以及一个或更多个膜151、152组成的环境下，在模子12中布置干燥的织物预制件11。通过覆盖所述预制件的穿孔金属板14或英语中所谓的“压力均衡板(caul-plate) ”，确保要制造的部件的平整度和厚度的校准。
[0035]注入方法本身包括连续地在模子中注入树脂，如图1所示，以浸透预制件11，随后加热树脂和预制件，以确保树脂的聚合。加热温度以及模子内部的压力在制造过程中根据确定的给定周期变化，以获得具有所需结构特征的部件。
[0036]在制造阶段，纤维预制件11中注入的树脂的状态也会在温度和压力的综合作用下变化，直到达到聚合状态。由此形成的复合材料部件11因此具有刚性结构。
[0037]在部件11的实现(即树脂的聚合)阶段，通常感兴趣的是知道聚合的进展程度以确保对工艺过程的控制。同样让人感兴趣的是，能够同样在制造中检验部件的健康状态即该部件的结构完整性，这尤其是通过下述检验进行的:检验是否存在会在部件中形成不想要的孔隙的气泡，以及是否存在形成部件的芯的层之间的、由部件的脱层引起的粘聚力损失。
[0038]这就是为什么在制造中在部件11附近通常放置测量传感器，特别是超声传感器，以实现用超声波探测不同实现阶段，即部件11受到的不同周期(温度、压力)中，部件的内部结构。
[0039]已知，根据所考虑的分析原理，即透射分析或反射分析，测量传感器21布置在要制造的部件的每个面附近，如图2所示，一个面配备有超声发射器装置21e，另一个面配备有接收器装置21r ;或者替代地，布置在单个面上，所使用的装置同时是发射器和接收器。
[0040]因此，在图2所示的配置中，可以例如通过使用超声传感器21实现超声分析，超声传感器21分别包括发射器21e和接收器21r，发射器21e整合在“压力均衡板”14中，这些装置以确定的方式分布在“压力均衡板”14的表面，并且布置成使得发射器21e的发射面面向预制件11，接收器21r整合在模子12中并且与同一传感器的发射器装置面对面布置，接收器21r的接收面布置成面向预制件11。包含由申请人提交的参考文献FR1258703的法国专利申请详细地描述了这样的布置。
[0041]传感器的这种布置在制造(例如交联)过程中，尤其通过测量发射的超声波在介质中的传播时间，能够实现对部件11的状态变化的超声检查。这种超声检查还可通过测量穿过材料的超声波所经历的衰减来实现，这种测量能够确定部件11的内部结构。
[0042]然而，超声传感器21的灵敏度根据温度和压力变化这一事实使得这种对衰减的测量是难处理的。然而，原则上，其中放置这些传感器的介质，换句话说，在其中实现所考虑的部件的制造(即模铸)的空间中，经受不同制造步骤中的温度和压力的变化。
[0043]因此，由于传感器的灵敏度在不同步骤中变化，利用借助布置为面向预制件11的传感器针对制造的不同周期获得的、对超声波在制造中的材料中的衰减的测量通常是困难的。
[0044]为了解决该困难，本发明提出使用能够任何时候纠正超声传感器的灵敏度变化的自动校准，以能够与温度和压力的变化无关地处理对衰减的测量。图2的示意图示出了能够实现该自动校准的装置。
[0045]如图2所示，根据本发明的方法提出使用包括一个或更多个参考传感器的装置，这取决于针对实现过程中的部件的检查使用的超声传感器是相同类型的传感器或不同类型的传感器。在第二种情况下，根据本发明的装置包括用于所使用的每种类型的传感器的参考传感器。
[0046]根据本发明，每个参考传感器22安装在墩状结构或参考垫23上，形成的组合体放置在与制造中部件11相同的环境中。
[0047]该参考垫23优选用具有一种结构的材料来实现，该结构使得穿过该垫的超声波的衰减在所考虑的温度和压力范围内是不变化的，或者至少，例如超声波随温度和压力的衰减变化是已知的。为此，可以例如使用其机械性质、特别是杨氏模量在所考虑的温度范围，通常是从20°C到200°C的范围内几乎不变，的钢或碳化硅垫(杨氏模量的变化小于
10% ) ο
[0048]此外，根据超声传感器的宽度来限定该垫的尺寸，从而尤其使得传播时间足以在多次反射的情况下较好区分回声。优选地，选择其尺寸通常为50mm长、50mm宽、5mm厚的垫。传感器布置在50mm X 50mm的面上，由超声波穿过的厚度因此等于5mm。
[0049]值得注意的是，在知道衰减的特征，把所发射的超声波的振幅当做恒定的情况下，可以确定由安装在所考虑的参考垫23上的参考超声传感器22示出的