Sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta.

Un método para determinar una característica de defecto de una estructura compuesta (22) que comprende unapluralidad de haces (24) de material compuesto durante la fabricación de la estructura compuesta (22),

comprendiendo el método:

usar una unidad de cabecera de colocación de material para colocar la pluralidad de haces (24) de materialcompuesto;

determinar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material al tiempo que se coloca lapluralidad de haces (24);

detectar un defecto (36) a lo largo de uno de la pluralidad de haces (24) de la estructura compuesta (22);usar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material para determinar una primeradistancia lineal (19) desde un primer punto de referencia de el haz hasta el defecto (36);

determinar una segunda distancia lateral (21) desde un segundo punto de referencia de la estructuracompuesta (22) hasta el defecto (36);

usar la primera y segunda distancias para establecer una región de referencia de la estructura compuesta (22),teniendo la región de referencia un área superficial de referencia; y

sumar todos los defectos detectados dentro de la región de referencia para producir una cuenta total dedefectos para la región de referencia y dividir la cuenta total de defectos entre el área superficial de referenciapara producir una densidad de defectos-por unidad de área de la región de referencia como una primeracaracterística de defecto, o determinar la anchura de cada defecto detectado dentro de la región de referencia ysumar las anchuras de los defectos dentro de la región de referencia para producir una anchura total para laregión de referencia y dividir la anchura total entre el área superficial de referencia para determinar la anchurade defectos acumulados-por unidad de área de la región de referencia como segunda característica de defecto;comparar la densidad de defectos-por unidad de área con una densidad de defectos-por unidad de áreamáxima permitida o comparar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área con una anchura dedefectos acumulados-por unida de área máxima permitida; e

interrumpir la fabricación de la estructura compuesta (22) si la densidad de defectos-por unidad de área excedela densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o la anchura de defectos-por unidad de áreaexcede la anchura de defectos acumulados-por unidad de área máxima permitida

Sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta

Campo de la invención Generalmente, la presente invención se refiere a la fabricación de estructuras compuestas con máquinas de colocación de materiales, y más particularmente (pero no exclusivamente) a sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta, tal como la densidad de defectos-por unidad de área y/o anchura de defectos acumulados-por unidad de área.

Antecedentes Se conocen las estructuras compuestas en la técnica durante muchos años. Aunque se pueden conformar

estructuras compuestas de muchas maneras diferentes, una técnica ventajosa para conformar estructuras compuestas es la colocación de una fibra o un proceso de cotejo automatizado. De acuerdo con las técnicas de cotejo automatizadas convencionales, se depositan una o más cintas de material compuesto (también conocido como hebras compuestas o haces) sobre un substrato con una máquina de colocación de material. El sustrato puede ser una herramienta o mandril, pero, más convencionalmente, está formado por una o más capas subyacentes de material compuesto que se han depositado previamente y se han compactado.

Los procesos convencionales de colocación de fibras utilizan una fuente de calor para contribuir a la compactación de las pilas de material compuesto en un punto de línea de contacto localizado. En particular, la cinta o haz de material compuesto y el substrato subyacente se calientan en el punto de la línea de contacto para aumentar la adherencia de la resina a las pilas al tiempo que se somete a fuerzas de compresión para garantizar la adhesión al substrato. Para completar la parte, se pueden aplicar las tiras convencionales de material compuesto de manera lado con lado para formar capas y se pueden someter a calor y presión localizados durante el proceso de consolidación.

Desafortunadamente, los defectos pueden ocurrir durante la colocación de tiras compuestas sobre la estructura compuesto subyacente. Dichos defectos pueden incluir huecos de haces, superposiciones, haces rebajados, fruncidos (es decir, regiones elevadas en el haz) y rizos. Además, existen objetos extraños y residuos (FOD) , tales como bolas de resina y bolas de borra, que se pueden acumular sobre una superficie de la estructura compuesta que se deben detectar, identificar y con el tiempo retirar de la superficie de la capa.

Las estructuras compuestas fabricadas por medio de métodos automatizados de colocación de material normalmente tienen requisitos de tamaño permitido máximo específico para cada defecto, quedan establecidos estos requisitos por medio del programa de producción. Normalmente, los programas de producción también establecen criterios de aceptación/rechazo bien definidos para el número máximo permitido de defectos por unidad de área (es decir, densidad) y la anchura máxima permitida de defectos acumulados-por unidad de área.

Con el fin de garantizar que los laminados compuestos fabricados por medio de los proceso de colocación de fibras satisfacen los requisitos que pertenecen a tamaño del defecto, las estructuras se someten normalmente a una inspección visual capa a capa de un 100%. Tradicionalmente, estas inspecciones se llevan a cabo manualmente 45 durante el tiempo en el que la máquina de colocación de fibras está parada y el proceso de colocación de materiales interrumpido hasta que se hayan completado la inspección las posteriores reparaciones, si las hubiera. Mientras tanto, desventajosamente el proceso de fabricación se ralentiza por el proceso de inspección visual y el tiempo de parada de la máquina asociado al mismo.

Recientemente, se han desarrollado sistemas que son capaces de detectar, medir y marcar defectos individuales en la estructura compuesta. Los sistemas ejemplares y métodos capaces de detectar de forma precisa y fiable, medir y/o marcar defectos en una estructura compuesta se divulgan en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 09/819.922, presentada el 28 de marzo de 2001, titulada "System and Method for Identifying Defects in a Composite Structure"; Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/217.805, presentada el 13 de agosto de 2002, titulada "System for Indentifying

Defects in a Composite Structure"; y la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/628.691, presentada el 28 de Julio de 2003, titulada "Systems and Methods for Identifying Foreign Objects and Debris (FOD) and Defects During Fabrication of a Composite Structure".

Aunque estos sistemas de inspección han funcionado bien para los fines pretendidos, sus inventores han reconocido que sería incluso más beneficioso proporcionar sistemas y métodos que fueran capaces de determinar una característica de defecto de una estructura compuesta, tal como una densidad de defectos-por unidad de área y/o anchura de defectos acumulados-por unidad de área de la estructura compuesta.

El documento EP 0 833 146 describe un método para detectar y medir solapamientos y huecos en los materiales 65 compuestos por medio de barrido de la superficie de un material compuesto en la dirección de las fibras y determinar un porcentaje de un área de evaluación que esté cubierto por fibras dividiendo el número total de píxeles de una imagen que corresponde a las fibras con respecto al número total de píxeles que corresponden a un área de evaluación.

El documento de EE.UU. 5562 788 describe un método para calcular huecos entre los haces de fibras.

El documento EP 0319 797 describe un método para medir la densidad de defectos en el interior de un cristal usando una haz láser sometido a estrechamiento.

Sumario De acuerdo con un aspecto de la presente invención se proporciona un método de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.

Se pueden conseguir las características, funciones y ventajas independientemente en varias realizaciones de las 15 presentes invenciones o se pueden combinar en otras realizaciones.

Breve descripción de los dibujos Se comprenderá más completamente la presente invención a partir de la descripción detallada y de los dibujos 20 adjuntos, donde:

La Figura 1 es una vista esquemática de una estructura compuesta ejemplar que ilustra distancias lineales y laterales a un defecto de la estructura compuesta de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 2 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación que tiene un anillo de código acoplado al mismo para rotación común con el mismo y un foto sensor ubicado para controlar el anillo de código de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 3 es una vista esquemática del anillo de código mostrado en la Figura 2; 30 La Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 5 es una vista en perspectiva de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención;

La Figura 6 es una vista en perspectiva de una fuente de luz de acuerdo con la realización de sistema mostrada en la Figura 5;

La Figura 7 es una vista en perspectiva de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención;

La Figura 8 es una vista en perspectiva de una fuente de luz de acuerdo con la realización de sistema mostrada en la Figura 7;

La Figura 9 es un bastidor de video que captura un fruncido y un rizo de una estructura compuesta;

La Figura 10 es una vista de una pantalla de ordenador y controles de usuario de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 11 es una vista de un modelo de parte ejemplar que puede ser importado desde un software externo o de un tercer equipo de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 12 es una vista del modelo de parte mostrado en la Figura 11 con una superposición de rejilla de hileras de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 13 es una vista del modelo de parte mostrado en la Figura 12 pero con la superposición de rejilla de 55 hileras reposicionada para representar un cambio de orientación para la nueva capa de acuerdo con una realización de la invención;

La Figura 14 es una vista de dos pantallas de ordenador que simultáneamente muestran la pantalla de ordenador que se muestra en la Figura 10 y el modelo de parte y la superposición de rejilla de hileras mostrada en la Figura 13 60 de acuerdo con una realización de la presente invención;

La Figura 15 es una vista de una pantalla de ordenador de acuerdo con una realización de la presente invención; y

La Figura 16 es una vista de una pantalla de ordenador de acuerdo con una realización de la invención. 65 Los caracteres... [Seguir leyendo]

1. Un método para determinar una característica de defecto de una estructura compuesta (22) que comprende una pluralidad de haces (24) de material compuesto durante la fabricación de la estructura compuesta (22) , 5 comprendiendo el método:

usar una unidad de cabecera de colocación de material para colocar la pluralidad de haces (24) de material compuesto; determinar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material al tiempo que se coloca la pluralidad de haces (24) ; detectar un defecto (36) a lo largo de uno de la pluralidad de haces (24) de la estructura compuesta (22) ; usar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material para determinar una primera distancia lineal (19) desde un primer punto de referencia de el haz hasta el defecto (36) ; determinar una segunda distancia lateral (21) desde un segundo punto de referencia de la estructura compuesta (22) hasta el defecto (36) ; usar la primera y segunda distancias para establecer una región de referencia de la estructura compuesta (22) , teniendo la región de referencia un área superficial de referencia; y sumar todos los defectos detectados dentro de la región de referencia para producir una cuenta total de defectos para la región de referencia y dividir la cuenta total de defectos entre el área superficial de referencia para producir una densidad de defectos-por unidad de área de la región de referencia como una primera característica de defecto, o determinar la anchura de cada defecto detectado dentro de la región de referencia y sumar las anchuras de los defectos dentro de la región de referencia para producir una anchura total para la región de referencia y dividir la anchura total entre el área superficial de referencia para determinar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área de la región de referencia como segunda característica de defecto;

comparar la densidad de defectos-por unidad de área con una densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o comparar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área con una anchura de defectos acumulados-por unida de área máxima permitida; e interrumpir la fabricación de la estructura compuesta (22) si la densidad de defectos-por unidad de área excede la densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o la anchura de defectos-por unidad de área excede la anchura de defectos acumulados-por unidad de área máxima permitida.

2. El método de la reivindicación 1, donde determinar una anchura para cada defecto dentro del área de referencia comprende:

seleccionar, entre una imagen digital de al menos una parte de la estructura compuesta (22) que incluye la región de referencia, un conjunto de píxeles para cada defecto dentro de la región de referencia que representa la anchura del defecto correspondiente, determinar una cuenta de píxeles para cada conjunto de píxeles seleccionado; y correlacionar cada una de las cuentas de píxeles con una relación predeterminada entre la cuenta de píxeles y

la distancia para determinar las anchuras correspondientes de los defectos dentro de la región de referencia.

3. El método de la reivindicación 1, donde usar la velocidad lineal comprende:

determinar el tiempo transcurrido entre el instante en el que comienza una hilera de haces y el instante en el 45 que se detecta un defecto a lo largo de la hilera; y multiplicar la velocidad lineal por el tiempo transcurrido.

4. El método de la reivindicación 1, donde determinar la velocidad lineal comprende:

determinar una velocidad angular de un rodillo de compactación (20) de la unidad de cabecera de colocación del material; y multiplicar la velocidad angular por la circunferencia del rodillo de compactación (20) .

5. El método de la reivindicación 4, donde determinar una velocidad angular comprende detectar, contar y establecer la frecuencia de transiciones entre las partes de contraste de un anillo de código (1) acoplado para la rotación común con el rodillo de compactación (20) .