专利名称：用于确定crp试样的特征参数的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定用于航天和航空的CRP试样，特别是预浸 材料的试样的至少一个特征参数的方法。
背景技术：
虽然本发明可以应用于任意期望的碳纤维增强塑料(CRP)的试样， 但是本发明及其所基于的问题将参照单向(UD)预浸材料的试样进行更 详细地说明。
特别在航天和航空领域中，由于由UD预浸材料制造的大CRP部件 的高强度和低重量，它们越来越多地被使用。UD预浸材料指的是包括连 续纤维和未固化的热固聚合物基体的半成品，其中，连续纤维可以在x方 向和y方向上延伸。这种延伸覆盖了 UD材料和编织材料。所使用的UD 预浸材料的质量(所述质量可以例如通过空气含量、表面光洁度或树脂分 布的参数进行描述)对于将被制造的大CRP部件的可靠性，特别是强度 是决定性的。在这种程度上，在处理UD预浸材料之前，检查UD预浸材 料的质量是必要的。
已知为用于确定UD预浸材料的防水或浸渍度的取水测试方法通常是 已知的。出于此目的，初始称量UD预浸材料的试样，并以宽15mm的试 样条突出这样的方式将式样夹在两个板之间。这种布置在水池内在纤维的 方向上悬挂5分钟。在将板移走之后，又重新称量试样。重量差用作浸渍 度的测量值。取水量越小，防水度或浸渍度越高。
所发现取水测试方法的缺点是，它得不到例如与UD预浸材料中的树 脂分布或UD预浸材料的表面光洁度有关的任何结论。取水测试方法仅提 供了总体效果的信息，且不可以在各个影响变量或特征参数之间进行区 分。
发明内容
在这个背景下，本发明的目的是提供一种用于确定用于航天和航空的
CRP试样，特别是预浸材料的试样的至少一个特征参数的改进方法。 此目标根据本发明通过具有权利要求1所述的特征的方法实现。 因此，提供了一种用于确定用于航天和航空的CRP试样，特别是预
浸材料的试样的至少一个特征参数的方法，所述方法包括以下方法步骤
提供试样，利用预定光谱的电磁辐射照射试样，记录数据记录内的试样与 电磁辐射之间的相互作用，并从记录的数据记录确定特征参数。
因此，本发明比在开始时提到的方法的优点在于，可以借助于所述方 法确定试样的至少一个特征参数。因此，在根据本发明的方法的情况下， 不是确定总体效果的信息，而是直接确定试样的特定性质。这些特征参数
的知识允许得到更准确的结果，例如与由CRP制造的部件的可能强度有 关的结果。此外，CRP材料的制造商更容易消除缺陷，因为借助于根据本 发明的方法可以容易地确定缺陷(例如CRP中的过量的空气含量)的原 因。
本发明的有利改进和改善可以从属权利要求中得到。 数据记录在本专利申请中也被理解为任意种类的图像。 根据本发明的优选改进，与试样相互作用的电磁辐射在记录数据记录 之前通过显微镜。因此，数据记录的清晰度可以借助于显微镜有利地增加， 这增加了将被确定的特征参数的准确度。
在又一优选的示例性实施例的情况下，在可见光范围内选择电磁辐射 的光谱。这导致一种非常简单的方法。然而，可选地，也可以使用任意其 它类型的辐射，例如UV光或X-射线，以可以提高试样的组成部分(即， 例如空气含量和/或树脂含量)的记录，或者改进组成部分的可辨性。
根据本发明的又一优选的改进，利用CCD照相机记录数据记录，并 将数据记录存储在存储设备内。这使得可以非常容易地记录，并使得更加 容易地将数据记录提供给存储设备下游的用于计算数据记录计算设备。
根据本发明的又一优选的示例性实施例，将指定给试样的不同表面区 域的、已与这些表面区域相互作用的辐射的强度记录在所述数据记录内。 试样具有一个或多个表面区域，所述一个或多个表面区域的区别在于它们是如何构成的，即，例如各个表面区域内的空气含量或各个表面光洁度， 这样，撞击在试样上的辐射反射有不同的强度。可以根据不同的强度确定 至少一个特征参数。
可选地，也可以分析与试样相互作用的辐射的波长，以确定至少一个 特征参数。
根据本发明的又一优选的改进，特征参数说明试样内的空气含量、试 样内的树脂含量、试样的表面光洁度、试样内的粗纱界面深度、试样内的 空气分布和/或试样内的树脂分布。这里提到的性质对于与试样相关联的将 被制造的部件的可靠性，特别是强度有重大的意义。
优选地，将与预定强度范围相符合的指定强度加在一起，以确定试样 内的空气含量和/或树脂含量。这允许以非常简单的方式确定处于研究中的 试样表面内的每单位面积的空气含量。根据每单元面积的空气含量或树脂 含量，可以以非常简单的方式确定试样内以体积计算的空气含量和/或以重 量计算的空气含量，或以体积计算的树脂含量和/或以重量计算的树脂含 量。
根据本发明的又一优选的实施例，对于与预定强度范围相符合的指定 强度相对于不同表面区域的均匀分布分析该指定强度，以确定试样内的树 脂分布和/或空气分布。出于此目的，将被研究的试样的表面例如被分成多 个不同的表面区域，而在各个表面区域内确定树脂含量和/或空气含量。随 后，计算树脂含量和/或空气含量的变化，同时允许确定树脂和/或空气的 均匀/不均匀分布。
根据本发明的又一优选的改进，记录的数据记录与一个或多个参考数 据记录进行比较，且依靠大致与记录的数据记录相符合的参考数据记录， 使至少一个特征参数与预定数值相等。此方法步骤可以以非常简单的方式 分类记录的数据记录。例如，指定给记录的数据记录的特征参数可以被给
定为数值l、 2或3，且1对应于不充分的表面光洁度，2对应于充分的表 面光洁度，而3对应于良好的表面光洁度。
参考数据记录优选地用作试样内的空气含量、试样内的树脂含量、试 样的表面光洁度、试样内的树脂分布和/或空气分布、和/或试样内的粗纱 界面深度的测量。例如对应于试样内的1%、 5%或7%的空气含量的参考
6数据记录则可以有利地与记录的数据记录比较，且特征参数被指定为数值 1、 5或7。
在本发明的又一优选的示例性实施例的情况下，至少一个特征参数根 据所使用的尺度而被不同地称量。例如，试样的树脂含量和表面光洁度(两 个都是树脂的可能特征参数)对研究的试样的质量或多或少有很大的影 响。称量是考虑这种事实的简单方法。
优选地，多个特征参数被确定、称量和加在一起，且总和用作试样的 质量的测量值。以这种方式确定的质量相对于与试样相关联的材料的可能 强度可以是非常有益的。
根据本发明的又一优选的改进，当通过取水测试方法测试其它试样 时，试样从材料的相同部分获取，且至少一个特征参数被指定为来自于取 水测试方法的结果。这有利地允许利用取水测试方法校正根据本发明的方 法的结果。这对于标准化从各个测试方法获得的质量或结果是有利的。
根据本发明的又一优选的改进，利用电磁辐射照射试样的横截面。横 截面有利地显示试样的内部构成。横截面优选地横向于纤维的方向延伸。 这种横截面提供了各个纤维之间的表面区域的清晰视图，这对将被制造的 部件的质量具有很大的影响。
通常，这里提到的计算运算，例如确定或比较，可以借助于计算设备， 具体地为计算机设备而实现。
以下参照附图，根据示例性实施例详细说明本发明，其中-
图1示出根据本发明的示例性实施例的当获取试样时方法的状态； 图2示出根据示例性实施例当将试样安装在保持器上时方法的进一步 状态；
图3A示出根据示例性实施例当确定试样的至少一个特征参数时方法 的又一状态；
图3B示出根据示例性实施例当确定特征参数时方法的另一状态； 图4示出根据示例性实施例说明了参考试样的空气分布和/或空气含 量的两个参考数据记录；
7图5示出根据示例性实施例说明了参考试样内的树脂分布和/或树脂
含量的又两个参考数据记录；
图6示出根据示例性实施例说明了参考试样的表面光洁度的又两个参考数据记录；以及
图7示出根据示例性实施例说明了粗纱界面深度的又两个参考数据记录。
具体实施例方式
在全部附图中，相同元件或功能相同的元件在每种情况下都具有相同的附图标记，除非有另外的说明。
图1以示例的方式示出根据本发明的一个示例性实施例的当获取试样时方法的第一状态。UD预浸材料的材料的片状部分1在第一方法步骤中提供。材料部分l的纤维优选地在由2指示的方向上延伸。多个试样从材料部分1获取。
试样3-8借助于适当的模板从材料部分1切割。优选地，试样3、 4近似地为矩形形状，且它们的纵向侧横向于纤维2的方向。相反地，大致为矩形的试样5-8的纵向侧在纤维的方向上延伸。
如图2中所示，试样3以片状方式安装在试样保持器10上。试样3的一面11的纤维在这种情况下在Z方向上延伸，即，垂直于侧面11延伸。试样保持器10在这里形成为一角，且试样3抵靠该角的一条边12平直地安装。
随后，根据示例性实施例，具有试样3的试样保持器10布置在移动台13上，如图3A中所示。借助于被设计为在XY平面内移动的移动台13的控制器16，试样被定位在包括环形照明设备14、显微镜15和电荷耦合器件(CCD)照相机17的装置的下方。该定位优选地以自动化方式执行。
冷光源21为环形照明设备14供给辐射，例如白光。环形照明设备14发出的辐射撞击在试样3的侧面11上，并反射到显微镜15内，当辐射一反射到显微镜15内时，就通过连接到显微镜的CCD照相机17记录该辐射。依靠记录的辐射，CCD照相机生成电子数据记录20，借助于电缆18将所述电子数据记录20供给计算机单元19，且所供给的数据记录20存储
在存储设备内，随后由计算机单元19的计算单元进行计算。
图3B通过示例示出数据记录20。指定给侧面11的数据记录20的数据采取网格22的形式。藉此，网格22限定指定给与侧面11尺寸相同的表面区域的数据位置Ol、 02、…ON。在数据位置Ol、 02、…ON中的每一个处存储被表面区域反射并被CCD照相机记录的光的强度II、 12、…IN。因此，记录的记录数据20可以呈现在例如从白到黑的各种灰色阴影内。
然后，为了例如确定侧面11内的空气含量，将与预定强度范围相符合的指定强度加在一起。可选地或此外，也可以设置计算具有相符合的指定强度的数据位置Ol、 02、…ON。为了确定预定强度范围，例如对应于侧面ll内的空气的灰色区域，可以根据参考试样预先执行校准。
由于树脂含量可以被指定不同的辐射强度Il、 12、…IN，因此树脂含量可以容易地与空气含量区分。树脂含量的确定与空气含量的确定的区别仅仅在于通过不同的预定强度范围。
为了确定试样内的树脂分布和/或空气分布，例如限定分别具有相等数量的数据位置01、 02、…ON的范围Bl、 B2、…BN。通过上述方法确定各个范围Bl、 B2、…BN内的树脂含量和/或空气含量。空气含量相对于范围Bl、 B2、…BN的变化对应于试样内的树脂和/或空气的分布的均匀性/不均匀性。
可选地，如图4-7中所示，也可以执行记录的数据记录20与参考数据记录的比较。
图4通过示例示出参考数据记录，即，参考试样的图像41、 42、 43，其具有大约16%的过量空气含量、大约6%的可接受空气含量、和大约1%的优选空气含量。记录的数据记录20与参考数据记录41、 42和43通过计算机单元19的比较设备进行比较。基于记录的数据记录20与哪一个参考数据记录41、 42、 43最符合，说明试样内的空气含量的特征参数分别被指定为例如数值l、 2或3。
图5通过示例示出又一些参考数据记录54、 55，且参考数据记录54对应于参考试样内的非常不均匀的树脂分布，而参考数据记录55对应于参考试样内的可接受的均匀树脂分布。以对应于图4中所述的方法的方式，将说明试样内的树脂分布的特征参数分布指定一数值。
图6通过示例示出说明表面光洁度的特征参数的另外三个参考数据记
录61、 62、 63。参考数据记录61、 62、 63分别说明参考试样的不可接受的表面光洁度、可接受的表面光洁度和优选的表面光洁度。在这种情况下，以与图4所述的方法相似的方式执行确定用于表面光洁度的特征参数。
图7通过示例示出参考数据记录71、 72，且参考数据记录71对应于具有不可接受的粗纱界面的试样，而参考数据记录72对应于具有可接受的粗纱界面的试样。粗纱界面通常发生在预浸材料的制造中。以与如图4所述的方法相似的方式确定说明粗纱界面深度T的特征参数。
随后，根据各个特征参数对试样质量的重要性而可以对它们进行不同地称量，且所述质量例如与将被制造的部件的强度有关。随后，将称量的特征参数加在一起，且总和用作试样质量的测量值。当然，任意其它的数学运算可方便地用于为尽可能有益的试样质量确定数值。用于为质量确定的数值可以用作判定的基础，所述判定例如用于将预浸材料返回制造商，或用于在不具有高价值的部件内处理预浸材料。
试样5、 6、 7、 8可以采用取水测试方法进行测试，且从该测试方法得到的结果被指定给用于试样3和4的质量的确定数值-例如根据取水测试方法已确定的浸渍度5对应于通过根据本发明的方法确定已确定的在从20到30的范围内的质量。因此，可以在不同的测试方法之间进行一些比较，即使根据本发明的方法显然更加准确。
本发明未被限制到附图中所呈现的用于确定用于航天和航空的CRP试样，特别是用于预浸材料的试样的至少一个特征参数的特定方法。
相反，根据本发明的方法的各个方法步骤的各个顺序可以各种方式改变。也可以修改各个方法步骤采取的形式。
例如，试样也可以具有倾斜于纤维的方向延伸的侧面，所述纤维的方向在根据本发明的方法中进行分析。
根据本发明的方法的全部自动化，即，如CCD照相机下方的试样的定位过程或试样的获取优选于手动方案。
当然，本发明也可以被应用于具有在不同方向上延伸的纤维试样，例当然，本发明也可以被应用于具有在不同方向上延伸的纤维试样，例如CRP试样。
此外，也可以借助于根据本发明的方法分析不同材料，特别是纤维增
强材料，例如GLARE。附图标记列表
1 材料部分
2 纤维方向
3 试样
4 试样
5 试样
6 试样
7 试样
8 试样
10 试样保持器
11 侧面
12 边
13 移动台
14 环形照明设备
15 显微镜
16 控制器
17 CCD照相机
18 电缆
19 计算机单元
20 数据记录
21 冷光源
22 网格
41…72参考数据记录 T粗纱界面深度 01、 02、…ON数据位置 II、 12、…IN强度 Bl、 B2、…BN 范围
1权利要求
1. 用于确定用于航天和航空的CRP试样(3，4)，特别是预浸材料的试样的至少一个特征参数的方法，包括以下方法步骤提供所述试样(3，4)；利用预定光谱的电磁辐射照射所述试样(3，4)；将所述试样(3，4)与所述电磁辐射之间的相互作用记录在数据记录(20)内；以及从记录的数据记录(20)确定所述至少一个特征参数。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述数据记录(20) 的记录之前，己与所述试样(3， 4)相互作用的所述电磁辐射穿过显微镜(15)。
4. 如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，在可见光 范围内选择所述电磁辐射的所述光谱。
5.如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，借助于CCD 照相机(17)记录所述数据记录(20)，并将所述数据记录(20)存储在 存储设备内。
6. 如前述权利要求中至少一项所述的方法，其特征在于，将所述记 录的数据记录(20)与一个或多个参考数据记录进行比较，且基于大致上 与所述记录的数据记录(20)相符合的所述参考数据记录，使所述至少一 个特征参数与预定数值相等。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述参考数据记录用作 所述试样(3， 4)内的所述空气含量、所述试样(3， 4)内的所述树脂含 量、所述试样(3, 4)的所述表面光洁度、所述试样(3， 4)内的所述树 脂分布和/或所述空气分布、和/或所述试样(3， 4)中的粗纱界面深度的 测量值。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一个特征参数 根据所使用的尺度被不同地称量。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，多个特征参数被确定、 称量并加在一起，且总和用作所述试样(3， 4)的质量的测量值。
10. 如前述权利要求中的至少一项所述的方法，其特征在于，利用电 磁辐射照射所述试样(3， 4)的侧面(11)，且CRP纤维大致上垂直于所 述侧面(11)延伸。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定用于航天和航空的CRP试样(3，4)，特别是预浸材料的试样的至少一个特征参数的方法，其包括以下方法步骤提供所述试样(3，4)；利用预定光谱的电磁辐射照射所述试样(3，4)；记录数据记录(20)内的所述试样(3，4)与所述电磁辐射之间的相互作用；以及从所述记录的数据记录(20)确定至少一个特征参数。
文档编号G01N21/95GK101484796SQ200780025333
公开日2009年7月15日 申请日期2007年7月20日 优先权日2006年7月20日
发明者彼德·桑德尔, 汉斯·马夸德, 豪克·伦斯费尔德, 鲁道夫·杜瓦尔德 申请人:空中客车德国有限公司