CN102336278A - 用于上带部件的质量控制和位置校正的自动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为用于上带部件的质量控制和位置校正的自动系统。在碳纤维中待上带的对象(4)具有第一上带条带(1)，在其旁边设置第二上带条带(2)，在它们两者之间留有条带之间间隔(3)，具有自动上带机(5)。一个光生成器模块(7)产生施加到该间隔(3)区的光标(6)；图像捕捉模块(8)捕捉该光标(6)，其由处理和控制模块(10)分析。如果在条带之间(3)的间隔测量(ML、MR)在接受的公差范围(T)内，然后上带方法继续而不改变。但是如果该测量(ML、MR)的值远大于该允许的公差(T)，或它远小于该允许的公差(T)，然后产生信号(SR、SL)并且发送给位置控制机构(10)以向右或向左校正位置，直到获得满足该允许的公差(T)的新测量(ML、MR)值。
Description
发明目的
如在该说明书的标题中表达的本发明涉及用于上带工件(tapedpiece)中质量控制的自动系统，其主要目的是提供缺陷的自动检测和提供数据以用于进行必需的行动以校正所述缺陷，例如所谓的重叠/缝隙等，其可以在对象的上带期间发生，尤其是在具有若干层的层压板材料的碳纤维部件(在飞行器工业的各种部件中使用的那些)中所进行的对象的上带。除了前面提到的检测，由于与正使用的自动上带机的连接，本发明的系统允许上带的控制。该系统发送正上带的条带的实际位置数据给机器控制机构。假使偏差超出允许公差的范围，该控制机构使用该数据校正条带所处的位置。所有这些非常显著地优化完成正确上带所花费的时间，因为在当前技术发展水平中，在逐层目视检查层压板的上带中使用显著增加的时间，并且要求熟练的操作员。
利用本发明的系统，实现当上带时检测条带是否正确或不正确地放置并且提供用于对其进行校正的数据，从而实现在前面提到的碳纤维的制造中的大大提高的生产率，因为它们的检验不是必需的并且进一步确保正确地安置该层而不必稍后重复该工作。
本发明的系统可以用于具有弯曲表面的部件和具有平整表面的部件两者，能够与例如自动上带机等现有上带机以及可以对本发明的系统特别开发的上带机相结合。
本发明特别可应用于属于下列中的部件：飞行器结构和控制机构(例如机翼涂层、纵向加强肋、翼肋、配件)；航天器、海洋和陆地交通工具以及工业性质的机器和设备。此外，本发明可以集成进入制造工艺，例如：复合材料层压、复合材料切割、复合材料热成形、部件和装置的搬运和定位以及蒸压。另外，本发明的目的是便于用于上带部件的对应系统的实现，该上带部件的材料可以由不同的树脂和不同类型的纤维构成，不同类型的纤维例如玻璃纤维、碳纤维、kevlar、硼纤维、环氧树脂、热塑性树脂和其他耐热树脂等。
背景技术
众所周知，飞行器工业要求这样的结构：在一方面该结构支撑它们经受的载荷以便满足强度和刚度的高标准并且在另一方面尽可能是轻的。这些要求的后果是复合材料在主要结构中日益广泛的使用，因为通过方便地应用所述复合材料可以获得与用金属材料的设计相比显著的重量减轻。
集成结构已经证明在该意义上非常有效，所讨论的集成结构中，各种结构元件同时被制造，这暗示了使用复合材料的附加优势(由于提供在分开层上的它们的构成可以采用各种期望的形状和取向堆叠)，从而提供总体集成该结构的可能性，其还常常导致成本节省(当在市场中竞争时其是必不可少的)并且通过具有更少的要组装的个体部件来确定。
上文的结构通常由涂层和纵向加强肋(stringer)构成；上文提到的涂层用前面提到的纵向加强肋在纵向上变得强硬以减小它的厚度并且在重量上有竞争力；使得当前使用的结构由涂层与共接合、共固化的集成纵向加强肋构成。
涂层加纵向加强肋的设置可以在单个工艺中制造，由此获得在一个工件中具有纵向加强肋的涂层，遵从通常如下的制造工艺：
-首先，使用除了由机器操作员检验和校正(如果必要的话)外没有任何质量控制的自动上带法，将复合材料的层堆叠在平整基底上。这里是本发明主要应用到的地方，并且为此开发本发明。
-然后在之前的阶段获得的堆叠被弯曲以按期望形成部件。所述弯曲可以采用不同的方式完成，例如通过应用温度循环和用由相关装置(其内部几何结构被复制)要求的几何结构真空模塑堆叠物来完成。
-独立地，进行基底皮肤的层压，其由处于半固化态的复合材料的重叠层构成，使得纤维取向满足部件的结构要求；为此在层压板的不同层之间安置必需的增强物。层的分布必须如此使得允许层压和形成而不引起纤维的褶皱或扭曲，以及一旦部件已经固化则没有由于热应力造成的永久变形。
-然后，不同的元件安置在皮肤上的固化装置中，可能的是，在该阶段可能必须引入“排条(rowing)”(应该用与在堆叠中使用的材料相同的材料或相兼容材料制成的单向纤维的条带)以避免树脂的缝隙和/或堆积，由此确保最佳接合。
-接着，借助于可以在真空袋(其在该过程期间包围该结构)内和外的适当装置系统，整个结构的固化通过应用压力和温度的单循环进行，允许所记载结构的所有区域的适当压缩，并且所述结构可以共固化(如果例如基底涂层、纵向加强肋和其他等所有部件未固化)、共接合(例如，如果纵向加强肋在之前固化)或胶粘(所有元件之前固化了)。
在当前技术发展水平中，存在涉及以下事实的问题：到现在为止所有层压板必须由操作员逐层检查以确保在安置层压板的下一层之前在其上带处没有任何问题。当前的质量标准限定关于上带时条带和接着的条带之间的距离的公差必须在0和2mm之间；使得如果条带与其附连物重叠或在它们之间存在超过2mm的距离，它必须重新上带以在适当的距离内。直到最近，现有人工视觉系统的腔无法实现足以检测如此小的变化的分辨率，使得与本发明的相似的系统是不可行的，并且此外存在涉及环境照明中的变化的问题，例如照明变化、阴影或其他大致上影响人工视觉的问题，其决定了对应系统中的过多误差。然而，由当前技术发展水平使得成为可能的图像捕捉和照明装置使得如本发明的系统的系统高效操作。
发明内容
如在该说明书的标题中表达的本发明涉及用于在上带部件中质量控制的自动系统，其在具有若干层的层压板材料的碳纤维部件(例如那些在飞行器工业的各种部件中使用的等)的上带中的误差的检测中具有特别应用；其中待上带的对象配备有至少一个第一上带条带，第二上带条带设置在其旁边，在条带之间留有间隔；对应的上带可以由自动上带机进行。
创新性地，根据本发明，系统具有至少一个光标生成器模块，其产生施加于两个平整条带之间的间隔区和在该平整条带中的每个中邻近所述区域的部件上的光标，使得本来将会具有施加在平滑表面上的无缝片段的形状的该光标当投射到条带和它们的间隔区上时由于所述条带的厚度而具有矩形脉冲形状；投射到条带和它们的间隔区上的参考光标由连接到处理和控制模块的图像捕捉模块收集，该处理和控制模块通过处理参考矩形脉冲的图像分析该标记，确定条带之间的间隔是否在预置允许范围，在0.7mm和1.3mm之间，所述处理和控制模块进一步连接到机器控制系统。利用这些数据，机器校正它的位置以允许碳纤维带(tape)的一直正确定位。
根据本发明的优选实施例，前面提到的处理和控制模块，除与图像捕捉模块和警报模块连接外，还连接到光标生成器模块，其具有一直校正上带位置的自动上带机的控制装置并且具有通过在投射光标的区域中提供规则照明来防止由环境中的亮度变化引起的照明干扰所引起的潜在系统故障的抗干扰照明装置；所有这些实现了在对应对象的上带的每时每刻对符合所述允许范围进行实时动态控制。
此外，在本发明的该优选实施例中，前面提到的图像捕捉模块是人工视觉设备，其包括具有充填器(obturator)和激光器的两个单色拍摄装置，而光标生成器模块是LED投影机，其产生具有直线线性片段形状的截面的光束。
在本发明的该优选实施例中，前面提到的允许的质量的预置范围在0和2mm的值之间，以便允许不同条带的边缘之间的邻近而不是重叠，或它们之间大于2mm的缝隙，因此它可以适用于飞行器工业中的当前规定(其在本文件的“背景技术”章节中记载)。为了确保上带的适当质量，如果它在0.7mm和1.3mm的范围外面，控制系统校正“在线”位置，使得毫无疑问地确保永不达到0和2mm之间允许的质量限制。
利用描述的结构，本发明具有它自动校正材料的对准和机器自身的定位两者的两个问题的主要优势。由此，没有必要将时间花费在当上带时检查每层，其中到目前为止并且因为技术发展水平，在用于制造平整层压板的设备中，该任务不能自动化，并且要求人为行动以执行该检验，还必须停止对应的上带机同时执行所述非自动化的检验任务，导致生产率的损失。然而，适用本发明的系统并且采用适当的设置将它与现有自动制造系统结合，使得机器旋转和部件的配置不影响由系统进行的测量，确保获得正进行的完全正确(质量保证)的上带，因为系统一直检查它并且它还实现上带而不浪费时间(增加的生产率)。
本发明的更具体的优势包括：
-上带中大量时间节省，因为操作员不必在每层停止以确保它已经成功执行。
-层压板的质量增加，因为系统确保所有条带的正确定位，从而避免人为误差。
-关于操作员的改进的工效学，因为尤其当上带工件非常大时，非常难以接近层压板的所有区域来检验它。
-关于操作员的安全方面的改进，因为在整个上带法完成之前他们不必接近上带区域。
接着，为了便于该说明书的更好理解并且形成其的组成部分，附有独特的附图，其中本发明的目的通过图示并且非限制地被表示。
附图说明
图1通过功能框图示意地表示根据本发明的用于在制作的上带工件中质量控制的自动系统。
图2、3示出取决于测量在期望公差内或外来根据进行的所述测量做出的校正的各种流程图。
具体实施方式
下文参考附图进行本发明的示例的说明。
从而用于本发明的该示例的上带部件中的质量控制的自动系统在具有若干层的层压板材料的上带碳纤维部件(例如那些在飞行器工业的各种部件中使用的等)中的误差检测中具有特殊应用。
待上带的部件或对象4提供有多个平整条带，在图1中示意示出的第一上带条带1，在其旁边有第二上带条带2，在它们两者之间留有条带之间的间隔3，并且在该示例中用自动上带机5执行上带，将条带1和2安置在对象4上。
到现在为止描述的元件1至5限定技术发展水平，而本发明的系统如对于其的该示例那样由图1的元件6至11限定。从而，系统具有光标生成器模块7，其产生施加到条带1和2之间的间隔区3上的光标6，并且其在该条带1和2中的每个中在邻近所述区域3的部件上延伸，如在图1中示出的；在其中观察所述标记6由于条带1和2的厚度与间隔区3而具有矩形脉冲形状。
投射到条带和它的间隔区上的光标6由连接到处理和控制模块10的图像捕捉模块8收集，该处理和控制模块10分析该标记6并且确定间隔3是否在已经预置的允许范围中。
在本示例中，所述范围在0和2mm的值之间，以便允许不同条带1和2的边缘之间的邻近，而不是重叠，或它们之间大于2mm的缝隙，以便与关于飞行器的部件生效的当前规定是可用的，并且该范围能够显然预置在其他值。
通过对标记6应用图像处理方法，处理和控制模块10允许检验间隔区3一直具有上文提到的0和2mm值之间的上带，并且在变得接近不能保持该范围(过量或默认)的情况下，机器自身的控制系统连接到本文描述的系统，由此将条带的定位校正到正确的方向使得没有缺陷。
到现在为止，这是本发明的基本结构，但在本示例中添加使该系统完整并且改进该系统的其他元件。为此，处理和控制模块10，除与图像捕捉模块8和警报模块11连接外，还连接到光标生成器模块7以管理它的参数中的一个或多个，其具有自动上带机5的控制装置，其也允许在该机器5上管理各种参数，例如上带的起动、停止、位置校正、各种类型的调节或其他；处理和控制模块10还管理抗干扰照明装置9，其在投射光标6的区域上提供规则照明以避免由环境中的亮度变化引起的照明干扰，由此本发明的该示例的系统允许在对象4的上带的每时每刻对符合距离或间隔3的允许范围进行实时动态控制。当正采用一种方法或者另一种方法进行上带时校正位置所采用的方式在下文描述。
图2示出取决于间隔测量(3)在期望公差范围内或外根据在两个连续条带(1、2)之间进行的所述测量(3)做出的校正的流程图。具体地，图2从条带(例如，图1的元件(1))和在它的最近左边的那个(例如，图1的元件(2))之间的测量的比较开始。条带(1)和它左边的那个条带(2)之间的间隔距离(3)的测量表示为ML；所述ML距离与建立的公差范围T比较。如果该ML测量在接受的公差范围T内，上带方法继续而不改变。在ML测量远小于允许公差并且低于设定值(例如0.7mm)的情况下，产生SR信号并且发送给位置控制机构以向右校正位置直到获得满足允许公差T的新ML测量值。在ML测量远大于允许公差T并且大于设定值(例如1.3mm)的情况下，产生SL信号并且发送给位置控制机构以向左校正位置直到获得满足允许公差T的新ML测量值。
相似地，图3示出基于在两个连续条带(图1中的元件(1)、(2))之间，即在给定条带(例如，图1中的元件(2))和在它的最近右边的那个(例如，图1的元件(1))之间进行的测量做出的校正的流程图。在该情况下，条带(2)和它右边的那个条带(1)之间的间隔距离(3)的测量由MR表示；所述MR距离与设定的公差范围T比较。如果该MR测量在接受的公差范围T内，上带程序继续而不改变。在MR测量远小于允许公差并且低于设定值(例如0.7mm)的情况下，产生SL信号并且发送给位置控制机构以向左校正位置直到获得满足允许公差T的新MR测量值。在MR测量远大于允许公差T并且大于设定值(例如1.3mm)的情况下，产生SR信号并且发送给位置控制机构以向右校正位置直到获得满足允许公差T的新MR测量值。
基本上在规定使用的设备时，应该注意图像捕捉模块8是人工视觉设备，其包括具有充填器和激光器的两个单色拍摄装置，而光标生成器模块7是LED投影机，其产生具有直线线性片段形状截面的光束，处理和控制模块10、警报模块11和抗干扰照明模块9可以是具有已知编程装置的标准电子和计算机设备。最后，特别地设计传送当前条带和在前的条带之间的距离给机器的控制系统的测量系统使得每个机器的数字控制机构能够解释这些数据。
Claims (7)
1.一种用于上带部件中质量控制的自动系统，其在例如在飞行器工业的各种部件中使用的具有若干层的层压板材料的碳纤维部件的上带中的误差检测中具有特别应用；其中待上带的对象(4)配备有至少一个第一上带条带(1)，第二上带条带(2)设置在其旁边，在它们两者之间留有条带之间间隔(3)；对应的上带可以由自动上带机(5)进行，其特征在于，所述系统具有至少一个光标生成器模块(7)，其产生施加于两个平整条带(1、2)之间的间隔区(3)和在所述平整条带(1、2)中的每个中邻近所述区域(3)的部件上的光标(6)；使得本来将会具有施加在平滑表面上的无缝片段形状的该光标(6)当投射到所述条带(1、2)和它们的间隔区(3)上时由于所述条带(1、2)的厚度而具有矩形脉冲形状；投射到所述条带(1、2)和它们的间隔区(3)上的参考光标(6)由连接到处理和控制模块(10)的图像捕捉模块(8)收集，所述处理和控制模块(10)通过处理所述参考矩形脉冲的图像来分析该标记(6)，确定条带之间的间隔(3)是否在预置允许范围；所述处理和控制模块(10)进一步连接到至少一个警报模块(11)，当不符合所述允许范围时所述至少一个警报模块(11)产生警报信号。
2.如权利要求1所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，校正在上带期间可能发生的条带之间的间隔(3)方面的任何可能偏差。
3.如权利要求1所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，所述处理和控制模块(10)，除与所述图像捕捉模块(8)和所述警报模块(11)连接外，还连接到所述光标生成器模块(7)，其具有所述自动上带机(5)的控制装置并且具有抗干扰照明装置(9)，所述抗干扰照明装置(9)通过在投射所述光标(6)的区域中提供规则照明来防止由环境中亮度变化引起的照明干扰所引起的潜在系统故障；所有这些实现在对应对象(4)的上带的每时每刻对符合所述允许范围进行实时动态控制。
4.如权利要求1或3所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，图像捕捉模块(8)是人工视觉设备，其包括具有充填器和激光器的两个单色拍摄装置，而所述光标生成器模块(7)是LED投影机，其产生具有直线线性片段形状截面的光束。
5.如权利要求1至4中任一项所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，所述允许的质量预置范围在0和2mm的值之间，以便允许不同条带(1、2)的边缘之间的邻近而不是重叠，或它们之间大于2mm的缝隙。
6.如权利要求2至5中任一项所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，在第一条带(1)关于紧靠它左边的条带(2)之间进行条带之间间隔(3)的测量(ML)，使得
a)如果条带之间(3)间隔测量(ML)在接受的公差范围(T)内，所述上带方法继续而不改变；
b)如果所述测量(ML)的值远小于允许的公差(T)并且低于例如0.7mm的设定值，产生SR信号并且发送给位置控制机构(10)以向右校正所述位置直到获得满足所述允许公差T的新ML测量值；
c)如果所述测量值(ML)远大于允许的公差T并且大于例如1.3mm的设定值，产生SL信号并且发送给所述位置控制机构(10)以向左校正所述位置直到获得满足允许公差T的新ML测量值。
7.如权利要求2至5中任一项所述的用于在上带部件中质量控制的自动系统，其特征在于，在第一条带(2)关于紧靠它右边的条带(1)之间进行条带之间间隔(3)的测量(MR)，使得
a)如果条带之间(3)间隔测量(MR)在接受的公差范围(T)内，所述上带方法继续而不改变；
b)如果所述测量(MR)的值远小于允许的公差(T)并且低于例如0.7mm的设定值，产生SL信号并且发送给所述位置控制机构(10)以向左校正所述位置直到获得满足允许公差T的新MR测量值；
c)如果所述测量值(MR)远大于允许的公差T并且大于例如1.3mm的设定值，产生SR信号并且发送给所述位置控制机构(10)以向右校正所述位置直到获得满足所述允许公差T的新MR测量值。
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