检测复合叠层内错过的纤维束的系统和方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]通过使用自动纤维铺放机可以制作复合结构以便将连续条或带状的预浸渍纤维束应用到工具或心轴上以形成具有多个层片的复合叠层。每根纤维束可以由数根纤维束区段组成，所述纤维束区段可以使用树脂而被端对端地拼接。纤维束可以从多个纤维束线轴中拉出，所述纤维束线轴可以被安装在纤维铺放头上。纤维铺放头可以包含纤维束准直器，以便将多根纤维束对准成彼此并排的排列方式以形成纤维束带。通过纤维束准直器，纤维束带可以被供给到纤维铺放头的应用设备，其中当纤维铺放头沿着工具随着工具表面的轮廓移动时，纤维束可以被按压到工具上或心轴上。
[0002]有时，在将纤维束带应用到工具表面的过程中，例如由于通过准直器或者通过纤维铺放头的其他组件进行的纤维束的供给失效，纤维束可能从纤维束带中错过/丢失(missing) ο纤维束也可以由于纤维束拼接的损坏而被错过。此外，纤维束可以由于在纤维束被应用到工具之后由于纤维束和工具表面或基板之间的不充分粘着性而导致纤维束从工具表面掉落进而被错过。
[0003]检测错过的纤维束的常规方法包含视觉检查复合叠层以确定叠层表面中凹陷的存在，其可以指示错过的纤维束。不幸的是，由于每根纤维束具有相当小的厚度(比如，0.008英寸)和相当小的宽度(比如，0.125英寸)，所以检测叠层表面中的凹陷可以是困难的。此外，当复合叠层是由具有因纤维束的黑色而导致最小差别的相同纤维取向的纤维束的重叠的层片组成时，可以加重通过人眼视觉检查的方式检测叠层表面中凹陷的难度。由于具有与某些复合结构相关联的相当大量的表面积，因此触觉检查叠层表面可以是不切实际的。此外，触觉检查可能不会产生期望的结果。
[0004]与用于检测错过的纤维束的常规方法相关的又一缺点是纤维铺放机可以持续地在纤维束带中应用具有错过的纤维束的复合材料。例如，在错过的纤维束被检测到并且纤维铺放机被停止之前，复合材料的多个层片可以被放置在具有错过的纤维束的面积上。为了重新加工具有错过的纤维束的复合叠层的面积，通常可以识别出错过的纤维束的总面积。但是，重新加工复合叠层可能要求以显著成本的劳动密集的过程且耗时的过程中去除并且替代材料。而且，因为通常只知道一个或多个错过的纤维束的面积，所以在到达错过的纤维束的确切位置之前，大量的材料可能要求去除。
[0005]可以看出，本领域内存在对以改进的准确度检测复合叠层内错过的纤维束的系统和方法的需要。此外，本领域内存在对用于检测复合叠层内错过的纤维束的系统和方法的需要，其中在使重新加工过程期间被去除的复合材料量最小之前，可以识别错过的纤维束的确切位置。
【发明内容】
[0006]与错过的纤维束的检测相关的上述需要通过本公开而被具体地解决和缓解，本公开提供了用于检测纤维束带中错过的纤维束的系统。该系统可以包含纤维铺放头以便将纤维束带施加到基板以形成复合叠层。该系统可以进一步包含加热设备以便在纤维束带施加之前对基板进行预加热。该系统可以额外地包含安装到纤维铺放头并且被配置为在将纤维束带施加到基板期间生成复合叠层的实时热图像的红外摄像机。
[0007]在又一实施例中，公开了用于检测纤维束带中错过的纤维束的系统。该系统可以包含纤维铺放头，其被配置为将纤维束带施加到形成复合叠层的基板。该系统给可以进一步包含红外加热器，其被定位在压实辊的前面并且被配置为在使用压实辊施加纤维束带之前对基板预加热。此外，该系统可以包含红外摄像机，其被安装到纤维铺放头并且被配置为在将纤维束带施加到基板期间生成复合叠层的实时热图像。该系统也可以包含显示设备，其与红外摄像机耦合以显示复合叠层的实时热图像。
[0008]同样公开了用于检测复合叠层内错过的纤维束的方法。该方法可以包含在基板上施加纤维束带之前对基板预加热，并且将纤维束带施加到基板以形成复合叠层。该方法可以另外包含生成复合叠层的实时热图像，同时将纤维束带施加到基板，并且根据实时热图像确定纤维束是否正被错过。
[0009]已经论述的特征、功能以及优点能够被独立地实现在本公开的不同实施例中，或者可以被结合到另一些其他的实施例内，通过参考以下描述和以下的附图能够获知其进一步的细节。
【附图说明】
[0010]通过参考附图，本公开的这些和其他特征将会变得更加明显，其中相同的编号在全文中均指相同的部件，并且其中:
[0011]图1是将纤维束带施加到工具以形成复合叠层的自动纤维铺放机的透视图；
[0012]图2是自动纤维铺放机的侧视图，其说明了红外摄像机被定位在纤维铺放头的压实辊之后；
[0013]图3是由纤维铺放头施加的复合叠层的基线热图像的图示；
[0014]图4是由红外摄像机生成并且说明了复合叠层中纤维束带之一内的错过的纤维束的图不;
[0015]图5是说明了被定位在复合层压板内层片深度处的错过的纤维束带的复合叠层的侧截面视图；
[0016]图6是说明了纤维束检测系统的框图；以及
[0017]图7是具有可以被包含在检测错过的纤维束的方法内的一个或多个操作的流程图。
【具体实施方式】
[0018]现在参考附图，其中所显示内容是出于说明本公开的不同实施例的目的，图1中所示的是用于检测纤维束带160内错过的纤维束194 (图4)的纤维束检测系统100的透视图。纤维束检测系统100可以被实施在自动纤维铺放机150内，以便将预浸纤维束带160或预浸复合胶带施加到基板166上，从而为复合部件形成复合叠层164。基板166可以包括静止工具168或旋转心轴(未显示)的工具表面，或者基板166可以包括先前放置的纤维束带160的层(course) 162。自动纤维铺放机150可以包含一个或多个纤维铺放头152，以便将纤维束154施加到基板166上。
[0019]参考图1，如上所述，每一个纤维束带160可以由多根独立的纤维束154组成。每一根纤维束154可以被形成为一束涂覆有树脂的增强纤维。每根纤维束154可以被提供有相对小的宽度或直径，例如在约0.12到0.50英寸的范围内，然而更大的宽度是可能的。纤维束154可以从一个或多个线轴(未显示)中被分配并且穿过纤维束准直器153以便将纤维束154对准成如所示的纤维束带160。
[0020]纤维束带160可以在一对纤维束重启辊170间经过，以便根据预编程的序列控制纤维束带160的停止和启动运动，从而将层162施加到基板166上。层162可以如图1所说明的互相平行的排列方式被施加。纤维束带160也可以经过纤维束切割机和夹紧机构172，该纤维束切割机和夹紧机构172可以被配置为在每个层162的末端切割纤维束154。纤维束带160的新的末端可以被重启辊推向压实辊156。压实辊156可以将纤维束带160施加到基板166。压实辊156也可以将压实压力施加到纤维束带160，以便当压实辊156沿着工具168的表面移动时，将纤维束带160按压到基板166上。
[0021]在图1中，纤维铺放头152可以包含加热设备174，以便升高基板166的温度。加热设备174可以被定位在纤维束带160开始接触基板166的位置的前面。在