用于复合材料修补的热管理的光学扫描器和投射装置及热管理的方法制造方法及图纸

一种用于应用于复合结构上的修补区域的复合板层和粘合剂的热管理的装置使用全部与计算机化的控制系统通信的光学扫描器和投射系统、编码的摄影测量目标、编码的二维热电偶阵列和编码的加热毯的组合，所述计算机化的控制系统建立修补的复合结构、复合结构的修补区域、用于监测修补区域中的温度的热电偶和用于加热修补区域的加热毯之间的空间关系。光学扫描器和投射系统复合结构上的修补区域上方的热电偶的位置处投射热电偶的识别和热电偶的实时温度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开内容涉及在复合结构的热粘合复合材料修补或者对金属结构的金属粘合修补的热管理中使用的装置及其方法。装置使用摄影测量扫描器和投射系统、编码的摄影测量目标、编码的热电偶阵列和编码的加热毯的组合来建立被修补的复合结构、复合材料修补、用于监测修补区域中的温度的热电偶、和用于加热复合材料修补的加热毯之间的空间关系。
技术介绍
复合材料在运输及其他行业中的使用变得更普遍。例如，复合材料用于飞机机身、船壳和汽车主体的构造。因此，更多重点放在了这些高价值复合结构的翻修或者修补和用于改善修补的初次通过质量以避免翻修修补的时间和成本的技术上。因为复合结构的修补涉及应用于复合结构的修补区域的复合板层和粘合剂的热固化，所以复合板层和粘合剂的热管理是修补的关键部分。复合板层和粘合剂具有它们能够成功固化的特定的固化温度。该固化温度将随着用于执行修补的材料而变化。处理指南或者制造商数据表将详细说明需要的固化温度和在该温度的停留时间。另外，它们将详细说明与该设定点的最大容许偏差。容许偏差可以小至±5°F。超出容许范围的任何温度偏差可能导致修补废弃。对于进一步复杂的问题，复合结构可以在跨修补位置在厚度上明显变化。结构的厚区域通常比薄区域更冷。如果修补机械师未正确管理跨修补的温度梯度，将导致无法接受的修补。复合材料修补的热管理的现行实践首先涉及修补操作员应用适当尺寸的复合板层和粘合剂至复合结构的修补区域。修补操作员然后使用胶带将热电偶附接至复合结构，在修补区域周围并且在修补区域的上方。修补操作员然后出于识别的目的标注每个热电偶位置。修补操作员还单独标注每个热电偶线的插头端。修补的初始步骤中遇到的一些潜在热管理问题包括热电偶的误标注。很难辨认每个热电偶位置的标注的情况并不少见。另外，标注可能不正确。例如，两个热电偶可以标注相同的识别号码或者一个热电偶可以标注一个号码并且热电偶线的插头端可以标注不同的号码。修补操作员然后制作复合结构修补区域的手绘草图或者地图。在草图上指出每个单独的热电偶位置和热电偶的识别号码。然而，修补操作员制成的热电偶草图或地图可能不准确。修补区域本身的草图可能不准确或者草图中的修补区域的比例或者视角可能偏斜。这导致关于实际的热电偶位置相对于修补区域和复合结构的困惑。修补操作员然后根据具体修补流程的需要将任何需要的隔离膜、泄放器和网膜片附接在复合结构上修补区域上方。这使得热电偶相对于复合结构上的修补区域的实际位置变得模糊。修补操作员然后尽他们最大的能力将加热毯在修补区域上方附接至复合结构，而没有直接看到际的修补区域，修补区域观察隐藏在先前附接至复合结构的隔离膜、泄放器和网膜片下面。因此，当加热毯放置在修补区域和热电偶上方时，可能不能相对于修补区域和热电偶适当地中心定向。如果加热毯没有在修补区域的中心上方，那么由加热毯提供至修补区域和热电偶的热量可能非常不均匀。操作员然后将任意剩余的隔离膜或者泄放层(bleeder layer)附接至复合结构的加热毯上方。然后将真空袋在先前附接的层上方附接至复合结构。修补操作员然后尝试定向真空袋下面的每个热电偶的位置并且在真空袋上标记和标注每个热电偶位置和热电偶的识别(identification，标识)。有时在每个热电偶位置处看得见凸块，但是在很多情况下，网膜片和真空袋完全使得热电偶位置模糊。在这些情形中，修补操作员必须依靠热电偶草图或者地图来确定热电偶相对于复合结构修补区域的位置。通常，热电偶位置的确定是最好的猜测。修补操作员然后将每个单独的热电偶的每个插头端插入热接合器(hot bonder)内。具有不规则形状或者大的修补区域的复杂的修补区域可能需要在修补区域上方使用四十或更多个热电偶，这增加了出错的可能性。每个热电偶向热接合器发送热电偶的温度信息，然后在热接合器的屏幕上显示温度信息。修补操作员然后开始复合结构修补区域的固化周期。热接合器被激活并且控制加热毯向修补区域和位于修补区域上方的热电偶施加热量。操作员监测显示在热接合器屏幕上的热电偶的温度。如果在热接合器屏幕的显示器上看到特定热电偶太冷，操作员查阅手绘草图或者地图和热电偶位置的记号和真空袋上的标识来确定在袋子下面的特定的冷的热电偶相对于修补区域的位置。修补操作员然后将外部绝缘体在围绕读数太冷的特定热电偶的区域上方放置在真空袋上以增加该区域的温度。修补操作员然后返回至热接合器屏幕以监测热接合器屏幕上读数太冷的热电偶的热反应。在固化过程期间应用于真空袋的外部绝缘体使得由修补操作员放在真空袋上的热电偶记号模糊。修补操作员无法看见识别热电偶和它的相对于绝缘体下面的修补区域的位置的记号。这可能造成修补操作员在固化过程期间的困惑，尤其是如果修补移交给不同轮班的另一操作员，导致复合材料修补的质量的不一致。操作员继续监测热接合器屏幕以识别读数过低的任何特定热电偶，该特定热电偶在复合材料修补固化期间(通常4至8小时)将需要绝缘体在特定热电偶上方放在真空袋上。在这个时候，操作员可能根据需要多次增加和从修补去除外部绝缘体。
技术实现思路
作为本公开内容的主题的用于复合结构修补的热管理的光学扫描器和投射装置克服了上方阐述的复合材料修补的热管理的现行实践的问题。装置根据需要采用与早先描述的用于复合结构的复合材料修补的热管理的现行实践相同的类型的热接合器、加热毯和真空袋以及隔离膜，泄放器和网膜片。另外，装置还采用摄影测量光学扫描器和投射系统和以二维热电偶阵列布置的多个热电偶，其中，多个热电偶以热电偶的隔开的相对位置固定在热电偶阵列中。装置还采用可以附接至待修补的复合结构的、通过摄影测量扫描器可扫描的结构目标，通过摄影测量扫描器可扫描的热电偶阵列上的阵列目标，附接至加热毯的、通过摄影测量扫描器可扫描的毯目标，和与热接合器、加热毯、真空袋、光学扫描器和投射系统和热电偶阵列通信以控制应用于复合结构上的修补区域的复合板层和粘合剂的固化的计算机化的控制系统。在装置的使用中，首先相对于复合结构的修补区域设置摄影测量光学扫描器和投射系统。系统被引导朝向复合结构使得光学扫描器可以扫描修补区域并且投射器可以整个修补区域上方投射在复合结构的表面上并且可以投射到复合结构的围绕修补区域的部分上。然后将结构目标放置在复合结构上围绕修补区域的位置处。目标放置在不会妨碍修补并且在复合结构上被真空袋覆盖的区域的外面的位置上。然后通过计算机化的控制系统控制的摄影测量扫描器扫描复合结构上的修补区域。扫描操作识别先前附接至复合结构的结构目标的位置。扫描还识别修补区域相对于结构目标的位置并且还识别修补区域的细节。所有这些信息通过计算机化的控制系统记录。利用关于已扫描和记录的修补区域的信息，对修补复合板层或者板层进行切割和组装。修补板层和粘合剂被应用于修补区域中的复合结构。然后依照具体修补流程将任意需要的隔离膜、泄放材料和网膜片在修补区域上方附接至复合结构。然后将具有附接的阵列目标的热电偶阵列附接至复合结构，使得阵列中心定向在修补区域上方。然后通过摄影测量扫描器修在补区域上方对复合结构进行扫描以识别阵列目标的位置，读取由阵列目标提供的信息并且识别热电偶阵列相对于修补区域和先前附接至复合结构的结构目标的位置。该信息通过计算机化的控制系统记录。然后将具有附接的毯目标的加热毯在热电偶阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于复合材料修补的热管理的装置，所述装置包括：以二维热电偶阵列布置的多个热电偶，所述多个热电偶以隔开的相对位置固定在所述热电偶阵列中，所述热电偶阵列能够附接至复合结构并且尺寸被定为覆盖在所述复合结构上的修补区域上方；所述热电偶阵列上的至少一个阵列目标；摄影测量扫描器系统，可操作为光学扫描所述复合结构、附接至所述复合结构的所述热电偶阵列和所述热电偶阵列上的所述阵列目标；控制系统，与所述热电偶阵列中的所述多个热电偶通信并且从所述多个热电偶的一热电偶接收温度信息，所述控制系统还与所述摄影测量扫描器系统通信并且接收所述摄影测量扫描器系统扫描的信息；以及，光学投射系统，与所述控制系统通信，所述光学投射系统能够被所述控制系统操作以将所述热电偶的识别和关于热电偶实时温度的信息投射至所述热电偶阵列中的热电偶位置。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.15 US 14/253,2561.一种用于复合材料修补的热管理的装置，所述装置包括：以二维热电偶阵列布置的多个热电偶，所述多个热电偶以隔开的相对位置固定在所述热电偶阵列中，所述热电偶阵列能够附接至复合结构并且尺寸被定为覆盖在所述复合结构上的修补区域上方；所述热电偶阵列上的至少一个阵列目标；摄影测量扫描器系统，可操作为光学扫描所述复合结构、附接至所述复合结构的所述热电偶阵列和所述热电偶阵列上的所述阵列目标；控制系统，与所述热电偶阵列中的所述多个热电偶通信并且从所述多个热电偶的一热电偶接收温度信息，所述控制系统还与所述摄影测量扫描器系统通信并且接收所述摄影测量扫描器系统扫描的信息；以及，光学投射系统，与所述控制系统通信，所述光学投射系统能够被所述控制系统操作以将所述热电偶的识别和关于热电偶实时温度的信息投射至所述热电偶阵列中的热电偶位置。2.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：所述热电偶阵列中的所述多个热电偶以所述多个热电偶的所述隔开的相对位置固定在柔性面板中。3.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：至少一个阵列目标具有关于所述热电偶阵列的尺寸和所述热电偶阵列中的热电偶的数量的阵列目标的光学可扫描信息。4.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：所述热电偶阵列上的至少一个阵列目标是所述热电偶阵列上的多个阵列目标中的一个。5.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：多个单独摄影测量结构目标，每个在所述复合结构上围绕所述修补区域的结构目标的隔开的位置处能够附接至所述复合结构，多个结构目标中的每个结构目标具有关于结构目标的识别的结构目标的光学可扫描信息；并且，所述摄影测量扫描器系统可操作为利用附接至所述复合结构的所述多个单独结构目标来光学扫描所述复合结构并且接收关于所述复合结构上围绕所述修补区域的所述多个结构目标的所述位置的信息；关于所述复合结构上的每个位置处的每个结构目标的标识的信息；关于所述修补区域的信息；关于所述修补区域相对于所述多个结构目标的位置的位置的信息；以及附接至所述复合结构的所述热电偶阵列中的所述多个热电偶的每个热电偶相对于附接至所述复合结构的每个结构目标、相对于所述修补区域以及相对于所述复合结构上的所述修补区域的位置的位置的信息。6.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：连接至所述热电偶阵列的多个导电体，所述多个导电体中的每个导电体具有与所述热电偶阵列中的所述多个热电偶的一热电偶通信的近端和与接线盒通信的相对远端；以及，热接合器，具有终端插座，所述终端插座和所述接线盒能够可释放地连接以使所述热电偶阵列中的所述多个热电偶与所述热接合器电通信。7.根据权利要求1所述的装置，进一步包括：加热毯，当所述热电偶阵列附接至所述复合结构时能够在所述热电偶阵列上方附接至所述复合结构；以及，所述加热毯上的至少一个毯目标，所述毯目标具有关于所述加热毯的尺寸和所述加热毯的定向的毯目标的光学可扫描信息。8.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：所述加热毯上的所述至少一个毯目标是所述加热毯上的多个毯目标中的一个。9.根据权利要求7所述的装置，进一步包括：所述光学投射系统能够被所述控制系统操作以在所述加热毯在所述热电偶阵列上方附接至所述复合结构时将所述热电偶的识别和关于所述热电偶的实时温度信息投射至热电偶位置并且投射在所述加热毯上。10.根据权利要求9所述的装置，进一步包括：真空袋组件，当所述加热毯在所述热电偶阵列上方附接至所述复合结构时，能够在所述加热毯上方附接至所述复合结构；并且，所述光学投射系统能够被所述控制系统操作以将所述热电偶的识别和关于所述热电偶的实时温度的信息投射至热电偶位置且投射在所述真空袋上。11.一种用于复合材料修补的热管理的装置，所述装置包括：多个单独结构目标，每个在复合结构上围绕修补区域的所述结构目标的隔开的位置处能够附接至所述复合结构，多个结构目标中的每个结构目标具有关于所述结构目标的识别的结构目标的光学可扫描信息；以二维热电偶阵列布置的多个热电偶，所述多个热电偶以隔开的相对位置固定在所述热电偶阵列中，所述热电偶阵列能够附接至所述复合结构并且尺寸被定为当所述热电偶阵列附接至所述复合结构时完全覆盖应用于所述复合结构上的修补区域的复合板层和粘合剂；所述热电偶阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·F·斯波尔丁，克里斯滕·夏普，梅雷迪思·M·伯德，梅利莎·卢茨，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US