用于复合铺设机的压实辊的在线监控的方法和系统技术方案

提供了一种用于复合铺设机的压实辊的在线监控的方法，包括将一个或多个红外相机对准复合铺设机的复合铺设头的压实辊的步骤。一个或多个红外相机安装在压实辊后方。该方法包括通过加热器将热量施加到基板的步骤。加热器安装在压实辊前方。该方法还包括在通过压实辊将复合叠层的一个或多个复合丝束铺设到基板上期间使用一个或多个红外相机来获得压实辊的一个或多个红外图像的步骤。该方法还包括基于一个或多个红外图像识别压实辊的一个或多个温度曲线的步骤、以及分析识别的温度曲线以确定复合叠层的铺设质量和复合叠层的热历史中的一项或多项的步骤。的一项或多项的步骤。的一项或多项的步骤。

【技术实现步骤摘要】
用于复合铺设机的压实辊的在线监控的方法和系统


[0001]本公开总体上涉及复合制造，并且更具体地涉及改善复合结构的制造质量。具体地，本公开涉及用于复合铺设机(composite layup machine)的压实辊的在线(in
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process)监控的方法和系统。

技术介绍

[0002]由于复合结构的高强度重量比、耐腐蚀性、降低的重量以及其他有利的性能，复合结构可用于各种各样的应用中，包括用在飞机的制造中。此外，复合材料为飞机中的各种部件提供更长的使用寿命。具体地，在飞机制造中，复合结构可用于形成飞机的机身、机翼、尾部区段和其他部分。
[0003]然而，在制造过程期间复合材料质量的监控和过程控制是一项挑战。复合材料分层铺设在基板或工具上，并且复合铺设机典型地用于自动地将此类复合材料铺设成复合叠层。在制造过程期间，可针对影响整体铺设质量的任何问题，例如，可能出现的存在铺设缺陷、异物碎屑(FOD)以及带粘性质量问题，监控复合叠层。
[0004]存在已知的在线监控方法和系统。一种此类已知的在线监控方法涉及由操作者进行视觉检查。由操作者进行视觉检查是定性测量而不是定量测量，并且由操作者进行视觉检查不具有期望的敏感性。此外，当操作者手动进行视觉检查时，在检查期间复合铺设机的操作停止。这可能导致制造过程的延迟，并且进而增加制造成本。
[0005]另一种已知的在线监控方法和系统涉及使用相机(例如，红外(IR)相机)对部件表面或基板进行监控。然而，由于存在表面轮廓变化，并且由于IR相机的视场中的反射和位移，这可能导致IR相机观察未设定为要观看的材料或物体，例如，移动过程中的工具，可能难以监控部件表面或基板。此外，由于角度和空间限制，IR相机可能难以观察对于监控部件表面或基板的最佳位置。这可能导致不一致的监控和检查。
[0006]另一种已知的在线监控方法和系统涉及监控和测量实际叠层以提供关于铺设状况的数据。然而，这些测量可能经受大量的噪声和处理。
[0007]因此，期望具有这样一种方法和系统，该方法和系统考虑到至少一些上述问题以及其他可能的问题，并且提供优于已知方法和系统的优点。例如，期望具有至少一种方法或系统来定量地评估铺设过程期间复合叠层的铺设质量和铺设状况，并且自动验证铺设质量。作为另一示例，希望具有至少一种方法和系统，其使用定位成以无障碍且容易看见的方式观察最佳位置的红外(IR)相机，以确定复合叠层的铺设质量和/或热历史。

技术实现思路

[0008]本公开的示例性实现方式提供了用于复合铺设机的压实辊的在线监控以确定复合叠层的铺设质量的方法和系统。如在以下具体实施方式部分中所讨论的，该方法和系统的版本可提供优于已知方法和系统的显著优点。
[0009]在本公开的一个版本中，提供了一种方法。该方法包括以下步骤：将一个或多个红
外相机对准复合铺设机的复合铺设头的压实辊，其中，一个或多个红外相机安装在压实辊后方。该方法还包括以下步骤：通过加热器将热量施加到基板，其中加热器安装在压实辊前方。
[0010]该方法还包括以下步骤：在通过压实辊将复合叠层的一个或多个复合丝束铺设到基板上期间，使用一个或多个红外相机来获得压实辊的一个或多个红外图像。该方法还包括以下步骤：基于一个或多个红外图像识别压实辊的一个或多个温度曲线，以获得一个或多个识别的温度曲线。该方法还包括以下步骤：分析一个或多个识别的温度曲线，以确定复合叠层的铺设质量和复合叠层的热历史中的一项或多项。
[0011]在本公开的另一版本中，提供了一种用于对复合铺设机的压实辊进行在线监控的方法。该方法包括以下步骤：将一个或多个红外相机对准复合铺设机的复合铺设头的压实辊的背面，其中一个或多个红外相机安装在压实辊后方。该方法还包括以下步骤：通过加热器将热量施加到基板，其中加热器安装在压实辊前方。
[0012]该方法还包括以下步骤：在通过压实辊将复合叠层的一个或多个复合丝束铺设到基板上期间，通过使用一个或多个红外相机监控压实辊的背面，以获得压实辊的背面的一个或多个红外图像。该方法还包括以下步骤：基于一个或多个红外图像识别压实辊的背面部分的一个或多个温度曲线以获得一个或多个识别的温度曲线，其中一个或多个复合丝束与压实辊相接触。该方法还包括以下步骤：分析一个或多个识别的温度曲线，以确定复合叠层的铺设质量和复合叠层的热历史中的一项或多项。
[0013]在本公开的另一版本中，提供了一种用于复合铺设机的压实辊的在线监控的系统。该系统包括复合铺设机。该复合铺设机包括：(i)复合铺设头，其中压实辊耦接到该复合铺设头；(ii)加热器，安装在压实辊前方，该加热器配置成将热量施加到基板；以及(iii)一个或多个红外相机，安装在压实辊后方以监控压实辊。在通过压实辊将复合叠层的一个或多个复合丝束铺设到基板上期间，一个或多个红外相机配置成各自捕获压实辊的一个或多个红外图像。
[0014]该系统还包括配置成控制复合铺设机的控制系统。该系统还包括具有复合分析器的计算机系统。复合分析器配置成基于一个或多个红外图像识别压实辊的一个或多个温度曲线，以获得一个或多个识别的温度曲线，并且使得能够分析一个或多个识别的温度曲线，以确定以下的一项或多项：复合叠层的铺设质量和复合叠层的热历史。
[0015]已经讨论的特征、功能和优点可在本公开的各种版本中独立地实现，或者可在其他版本中组合，其进一步的细节可参考以下描述和附图看出。
附图说明
[0016]结合附图参考以下具体实施方式，可更好地理解本专利技术，附图示出了示例性版本，但不一定按比例绘制。附图是示例并且不意味着对说明书或权利要求书的限制。
[0017]图1是示出了图1包括图1A和图1B的索引的图示；
[0018]图1A是根据本公开的一个说明性版本的用于制造环境中的复合铺设机的压实辊的在线监控的系统的一部分的框图的图示；
[0019]图1B是本公开的图1A的系统的连续部分的框图的图示；
[0020]图2是更详细地示出了图1B的计算机系统的示例性版本的框图的图示；
[0021]图3是用于复合铺设机的压实辊的在线监控的本公开的系统的一个版本的侧视图的图示；
[0022]图4A是用于复合铺设机的压实辊的在线监控的系统的另一版本的透视侧视图的图示；
[0023]图4B是图4A的系统的透视后视图的图示；
[0024]图5是用于复合铺设机的压实辊的在线监控的系统的又一版本的透视后视图的图示；
[0025]图6是本公开的方法的一个版本的流程图的图示；
[0026]图7是本公开的用于复合铺设机的压实辊的在线监控的方法的一个版本的流程图的图示；
[0027]图8A是表示压实辊的背面部分上的感兴趣区域的丝束扭曲红外(IR)图像的图示；
[0028]图8B是示出了图8A的感兴趣区域的丝束扭曲温度曲线的图表的图示；
[0029]图9A是表示压实辊的背面部分上的感兴趣区域的丝束端部红外(IR)图像本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复合铺设机(18)的压实辊(14)的在线监控(12)的方法(200)，所述方法(200)包括以下步骤：步骤(202)：将一个或多个红外相机(60)对准所述复合铺设机(18)的复合铺设头(36)的所述压实辊(14)，其中，所述一个或多个红外相机(60)安装在所述压实辊(14)后方；步骤(204)：通过加热器(38)将热量(40)施加到基板(42)，其中，所述加热器(38)安装在所述压实辊(14)前方；步骤(206)：在通过所述压实辊(14)将复合叠层(30)的一个或多个复合丝束(32a)铺设到所述基板(42)上期间，使用所述一个或多个红外相机(60)来获得所述压实辊(14)的一个或多个红外图像(62)；步骤(208)：基于所述一个或多个红外图像(62)识别所述压实辊(14)的一个或多个温度曲线(24)，以获得一个或多个识别的温度曲线(24a)；以及步骤(210)：分析所述一个或多个识别的温度曲线(24a)，以确定所述复合叠层(30)的铺设质量(26)和所述复合叠层(30)的热历史(28)中的一项或多项。2.根据权利要求1所述的方法(200)，在分析所述一个或多个识别的温度曲线(24a)的步骤(210)之后，还包括以下步骤：步骤(212)：基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)来确定所述复合叠层(30)的至少一个铺设状况(74)。3.根据权利要求2所述的方法(200)，其中，基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述复合叠层(30)的所述至少一个铺设状况(74)的步骤(212)还包括：步骤(212)：基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述至少一个铺设状况(74)，所述至少一个铺设状况包括铺设缺陷(88)、异物碎屑(90)和带粘性质量(92)中的一项或多项；以及步骤(212)：基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述至少一个铺设状况(74)，其中，所述铺设缺陷(88)包括丝束扭曲(88a)、丝束端部未对准(88b)、丝束缺失(88c)、丝束折叠(88d)、毛球(88e)、间隙(88f)或重叠(88g)。4.根据权利要求2或3所述的方法(200)，在基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述复合叠层(30)的所述至少一个铺设状况(74)的步骤(212)之后，还包括以下步骤：步骤(214)：基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)和所述至少一个铺设状况(74)中的一项或多项来调节所述压实辊(14)的压实速度(54)、由所述压实辊(14)施加的压实压力(56)以及所述加热器(38)的温度输出(58)中的一项或多项，以限制所述一个或多个复合丝束(32a)的材料(34)粘附到所述压实辊(14)的表面(76)，并且避免所述材料(34)包裹在所述压实辊(14)周围。5.根据权利要求2或3所述的方法(200)，其中，基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述复合叠层(30)的所述至少一个铺设状况(74)的步骤(212)还包括：使用机器视觉(110)识别所述至少一个铺设状况(74)，并且自动向用户界面(106)警示所述至少一个铺设状况(74)。6.根据权利要求2或3所述的方法(200)，其中，基于所述一个或多个识别的温度曲线(24a)确定所述复合叠层(30)的所述至少一个铺设状况(74)的步骤(212)还包括：基于所述一个或多个红外图像(62)识别所述至少一个铺设状况(74)的尺寸(100)；
确定所述至少一个铺设状况(74)的所述尺寸(100)是否大于阈值尺寸(102)，其中，所述阈值尺寸(102)基于已知参考标准尺寸(108)；以及当所述至少一个铺设状况(74)的所述尺寸(100)大于所述阈值尺寸(102)时，接收对用户界面(106)的指示(104)。7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(200)，在基于所述一个或多个红外图像(62)识别所述压实辊(14)的所述一个或多个温度曲线(24)的步骤(208)之后，还包括以下步骤：使用计算机(82)和计算机程序产品(84)来生成所述压实辊(14)的两个或更多个识别的温度曲线(24a)的总体描绘(112)，以使得能够对所述两个或更多个识别的温度曲线(24a)彼此进行比较(114)。8.根据权利要求1至3中任一项所述的方法(200)，其中，使用所述一个或多个红外相机(60)来获得所述压实辊(14)的所述一个或多个红外图像(62)的步骤(206)还包括：步骤(206)：使用所述一个或多个红外相机(60)来获得所述一个或多个红外图像(62)，所述一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：泰勒，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：