纤维复合材料的非接触式质量控制制造技术

本公开涉及纤维复合材料的非接触式质量控制。公开了用于进行纤维复合材料部件的非破坏性测试的系统和方法。所述系统可包括接近部件的线圈和连接到线圈的电源。控制器可连接到电源并被配置为持续地改变流经线圈的电流以产生不断变化的磁场。温度传感器可被配置为检测所述部件的多个区域的温度。电源可以是AC或DC电源。所述方法可包括：在碳纤维复合材料附近产生不断变化的磁场，从而在碳纤维复合材料中感应出电流；测量碳纤维复合材料的多个不同区域的温度以确定是否存在缺陷。缺陷可以通过区域中的温度异常来进行识别。

【技术实现步骤摘要】
纤维复合材料的非接触式质量控制
本公开涉及纤维复合材料(composite)(例如，碳纤维复合材料)的非接触式质量控制。
技术介绍
由于政府立法和客户偏好，对更高的燃料经济性的需求正在增加。满足增加的燃料经济性需求的一个方法是减小车辆重量，例如，通过在车辆中增加复合材料的使用。碳纤维复合材料可提供显著的减小重量的潜力。然而，当前用于复合材料的质量控制系统通常需要使用破坏性测试方法来确保部件性能。此外，由于对损坏的确定性评估可能具有挑战性，所以在维修中可能需要完全更换部件。成本效益好的非破坏性测试方法可解决这些问题中的一些并且有助于另外包括复合材料(诸如碳纤维复合材料)。
技术实现思路
在至少一个实施例中，提供了一种用于纤维复合材料部件的质量控制系统。所述系统可包括：线圈，接近所述部件；电源，连接到所述线圈；控制器，连接到所述电源并被配置为持续地改变流经所述线圈的电流以产生不断变化的磁场；温度传感器，被配置为检测所述部件的多个区域的温度。所述电源可以是交流(AC)或直流(DC)电源。所述温度传感器可以是相对于所述部件的非接触式温度传感器。在一个实施例中，非接触式温度传感器被安装到机器人臂并被配置为扫描所述部件的表面。所述系统可包括处理器，所述处理器被配置为从所述温度传感器接收温度数据，并被配置为形成所述部件的所述多个区域的温度映射。所述处理器还可被配置为：如果所述多个区域中的至少一个具有高于或低于阈值的温度，则产生警告。在至少一个实施例中，提供一种方法。所述方法可包括：在碳纤维复合材料附近产生不断变化的磁场，从而在碳纤维复合材料中感应出电流；测量碳纤维复合材料的多个不同区域的温度，以确定是否存在缺陷。不断变化的磁场可通过持续改变流经线圈的电流而产生。电流可由AC电源或DC电源提供。测量步骤可包括利用非接触式温度传感器来测量碳纤维复合材料的所述多个不同区域的温度。在一个实施例中，非接触式温度传感器是红外温度传感器。测量步骤可包括利用机器人臂扫描碳纤维复合材料的所述多个不同区域，该机器人臂具有附连到其上的非接触式温度传感器。所述方法还可包括：产生碳纤维复合材料的所述多个不同区域的温度映射。确定是否存在缺陷可包括：比较所述多个不同区域的温度并确定所述多个区域中的至少一个是否具有高于或低于阈值的温度。在至少一个实施例中，提供一种方法。所述方法可包括：持续改变流经线圈的电流以在碳纤维复合材料附近产生不断变化的磁场，从而在碳纤维复合材料中感应出电流；测量碳纤维复合材料的多个不同区域的温度，以确定是否存在缺陷。确定是否存在缺陷可包括：比较所述多个不同区域的温度并确定所述多个区域中的至少一个是否具有高于或低于阈值的温度。所述方法可包括：产生碳纤维复合材料的所述多个不同区域的温度映射。在一个实施例中，不断变化的磁场在碳纤维复合材料的表面处具有至少0.3T的峰值强度。附图说明图1是根据实施例的纤维复合材料的示意性俯视图；图2是根据实施例的纤维复合材料缺陷检测系统的示意图；图3是根据实施例的将纤维复合材料分成代表电阻器的较小区域的示例；图4是将图3中的区域表示为电路的示意图；图5是根据实施例的包括具有缺陷的两个区域的纤维复合材料的温度映射的示例。具体实施方式根据需要，在此公开本专利技术的详细实施例；然而，应理解的是，所公开的实施例仅为本专利技术的示例，本专利技术可采用各种可替代形式实现。附图不必按比例绘制；可夸大或缩小一些特征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅为用于教导本领域技术人员以多种形式采用本专利技术的代表性基础。如上所述，当前的测试方法通常在本质上是破坏性的。由于碳纤维复合材料的高单价成本，将常规破坏性测试作为质量控制方法可能对纤维复合材料(诸如碳纤维复合材料)的使用提出了巨大的挑战。非破坏性测试可允许纤维复合材料部件在测试后被重新使用，从而提供显著的成本节约。然而，受限于损坏检测能力、劳动密集度或它们的组合，当前的非破坏性检测技术通常很慢。这些缺点可能阻碍这些技术在汽车工业内用于检测碳纤维复合材料的使用(例如，由于涉及到的量很大)。适于汽车复合材料部件的更加快速和自主的检测技术可有助于增加纤维复合材料的使用。所述技术可被复合材料汽车部件制造商以及汽车维护和修理人员使用。所述技术可以是廉价的、快速的、易于使用的和/或准确的，优选地具有全部四个优点。有多种非破坏性技术可能用于检测汽车复合材料，诸如敲击测试、超声波、X射线照相术(例如，计算机断层扫描)、热成像、声发射、声-超声、磁共振成像或振动NDE(non-destructiveevaluation，非破坏性评估)。然而，这些技术中的每种对于复合材料部件(例如，碳纤维复合材料)的检测都存在潜在的缺点。例如，每种技术不满足下列条件中的一个或更多个：易于操作；不需要极度的安全警惕性；能够由非技术人员操作；容忍生产环境(包括灰尘、噪音、振动等)的能力；可利用机器人自动化；匹配制造生产循环时间的潜力；能够以可接受的成本获得；或提供快速的、非接触式评估。相应地，在至少一个实施例中，公开了非接触式质量控制技术和用于执行该技术的系统。所述方法和系统可满足上述条件中的一个或更多个，优选地满足上述条件中的大多数或全部条件。纤维复合材料通常包括树脂和设置在树脂内的多个纤维。纤维可沿着一个或更多个方向(例如，轴向、垂直、45°等)定向或可随机地定向。纤维可相对较长(例如，数英寸或更大)或相对较短。参照图1，根据一个示例，示出了纤维复合材料部件10的示意性俯视图。部件10包括树脂基体12和嵌入到所述树脂基体12内的多个纤维14。在示出的实施例中，纤维14是长的轴向纤维；然而，如上所述，纤维14可具有任意定向或长度。纤维14在此称为碳纤维，但也可以使用其它导电纤维。纤维14还可以是两种或更多种类型的导电纤维的组合。树脂基体12可包括适于形成纤维复合材料的任意合适的树脂。树脂的非限制性示例可包括环氧树脂、聚酯、乙烯基酯、聚乙烯、聚丙烯、TPO(thermoplasticolefin，热塑性烯烃)、PVA(polyvinylalcohol，聚乙烯醇)、BMI(polybismaleimide，聚双马来酰亚胺)树脂或尼龙。树脂可以是热固性塑料或热塑性塑料。部件10可以是车辆部件，诸如后备箱或行李箱盖、车门板或其它车身板件、车顶结构、仪表板、柱、发动机罩等。然而，本公开不限于车辆部件。部件10可包括将在成品车辆中可见的至少一个表面，该表面可称为A级表面。部件10的表面通常富含树脂基体12并因此不导电(例如，高电阻)。另一方面，碳纤维比树脂基体12更具导电性。电导率可取决于碳纤维的品质。例如，碳纤维可具有至少1x104S/m、1x105S/m或1x106S/m的电导率。由于部件10的表面富含树脂基体12，所以要与纤维14形成良好的接触连接，所述表面可能需要被打磨或以其他方式被移除以暴露出纤维14。这对于A级表面来说可能是不可能的或不可接受的。即使对于非A级表面，如果要在装配好的车辆上执行测试，则所述部件的端部也可能无法附连金属端子。相应地，参照图2，在至少一个实施例中，公开了不需要与部件10中的纤维14进行物理接触或连接的非接触式质量控制技术和系统。系统20可包括磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于纤维复合材料部件的质量控制系统，包括：线圈，接近所述部件；电源，连接到所述线圈；控制器，连接到所述电源并被配置为持续地改变流经所述线圈的电流以产生不断变化的磁场；和温度传感器，被配置为检测所述部件的多个区域的温度。

【技术特征摘要】
2016.04.07 US 15/093,3071.一种用于纤维复合材料部件的质量控制系统，包括：线圈，接近所述部件；电源，连接到所述线圈；控制器，连接到所述电源并被配置为持续地改变流经所述线圈的电流以产生不断变化的磁场；和温度传感器，被配置为检测所述部件的多个区域的温度。2.如权利要求1所述的质量控制系统，其中，所述电源是交流(AC)电源。3.如权利要求1所述的质量控制系统，其中，所述电源是直流(DC)电源。4.如权利要求1所述的质量控制系统，其中，所述温度传感器是相对于所述部件的非接触式温度传感器。5.如权利要求4所述的质量控制系统，其中，所述非接触式温度传感器被安装到机器人臂并被配置为扫描所述部件的表面。6.如权利要求1所述的质量控制系统，还包括处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，周倩，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US