[发明专利]用于确定和检验复合层压板的叠层取向的方法和系统

说明书

一种用于确定和检验复合层压板(28)的叠层取向(98)的方法(66)和系统(90)，所述方法包括：利用离轴倾斜光源(106)将光线(108)以第一锐角(110)引导到所述预制边缘(92a)上的第一区域(112)以产生第一扫描图像(116)，由此执行复合层压板(28)的预制边缘(92a)的第一扫描(104)；相对于所述预制边缘(92a)旋转所述离轴倾斜光源(106)的取向(117)，使得所述离轴倾斜光源(106)以与所述第一锐角(110)对称相反的第二锐角(130)引导光线；以及利用所述离轴倾斜光源(106)将光线(108)以所述第二锐角(130)引导到所述预制边缘(92a)上的所述第一区域(112)以产生第二扫描图像(128)，由此执行所述预制边缘(92a)的第二扫描(126)。该方法(66)包括比较所述第一和第二扫描图像(116，128)以确定每个叠层(94)的叠层取向(98)，以及对照基准叠层取向(99)检验所述叠层取向。

技术领域

本发明总体涉及用于分析复合结构的方法和系统，并且特别涉及用于确定和检验复合结构诸如飞机复合结构中所使用的复合层压板的叠层取向的系统和方法。

背景技术

由于其高强度-质量比、耐腐蚀性以及其他的良好性能，复合结构可以被用于各种各样的应用中，包括飞机、航天器、旋翼机、船舶、汽车以及其他交通工具和结构的制造。特别地，在飞机制造中，复合结构可以被用于形成飞机的尾部、机翼、机身以及其他零部件。

用于形成复合结构的复合层压板可以通过将多个层或“叠层”堆叠或积垛在一起以及固化该层叠来制造。单一层或叠层通常由基体材料中的增强纤维组成。复合层压板可以在每个设计和/或质量要求的限定序列中与不同叠层取向的叠层堆叠以优化性能(例如载重能力)。例如，叠层取向通常可以包括0°(零度)叠层取向、90°(九十度)叠层取向、+45°(正四十五度)/-45°(负四十五度)叠层取向或者其他合适的叠层取向。确定复合层压板的叠层取向在优化复合层压板设计和遵从复合层压板设计和/或质量要求方面是很重要的。

此外，在复合层压板制造工艺中，在叠层的堆叠或积垛期间可能出现不一致，例如，错误取向的叠层、缺口、重叠或者其他不一致。用于确定和检验叠层取向的方法和系统可以被用于分析复合层压板的任何可能的不一致，并且确保通过堆叠或积垛工艺制造的复合层压板满足对关于叠层取向的设计和/或质量要求。

存在用于确定和检验叠层取向的已知方法和系统。然而，这些已知方法和系统可能需要待分析的样品复合层压板的边缘或部分的繁重且耗时的抛光工艺。可能需要此类抛光工艺以获得复合层压板叠层的纤维取向的足够可视性。该抛光该工艺可能要求将样品安装在环氧树脂材料或相似材料中，以便样品可以在抛光工艺期间被固定在适当的位置。此类安装工艺对于需要抛光的大样品可能是困难的。

进一步地，用于确定和检验叠层取向的此类已知方法和系统可能要求使用高倍显微镜(即100倍或更高)来观察样品的复合层压板叠层的个体纤维。如果待分析的样品大于显微镜的视野，这可能需要获取复合层压板叠层的多幅图像，并且使用已知的照片编辑软件来一起编辑图像以获得显微镜下的样品的连续视图。这种图像预处理可能是耗时的和劳动密集的。

另外，用于确定和检验叠层取向的此类已知方法和系统可能要求额外的切割、抛光和图像处理步骤以分析具有+45°(正四十五度)叠层取向和-45°(负四十五度)叠层取向的样品复合层压板的纤维。为了充分地区分+45°(正四十五度)叠层取向和-45°(负四十五度)叠层取向，可以需要进行样品复合层压板的第二切割，并且需要对+45°(正四十五度)叠层取向和-45°(负四十五度)叠层取向二者的切割执行固定、抛光和图像处理工艺。分析+/-45°(正/负四十五度)叠层所需要的额外工作可能增加制造的整体时间和成本。

因此，用于确定和检验叠层取向的此类已知方法和系统可能是非常耗时、劳动密集以及冗长乏味的，并且进而导致增加的制造时间和成本。例如，包括安装、抛光和图像处理步骤的用于确定和检验叠层取向的已知工艺可能需要几天才完成。