专利名称：纤维增强层叠结构褶皱检测方法和热扫描辅助设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测纤维增强层叠结构中褶皱的方法，其中，根据在该结构中发现的温度异常现象来检测所述褶皱。此外，本发明涉及用于对纤维增强层叠结构进行热扫描的辅助设备。
背景技术：
纤维增强层叠结构的结构特性通常受增强纤维的量、类型和定向影响。通常，仅在加载出现于纵向纤维方向时才考虑纤维的刚度和强度。因此，传统设计假设完成的层叠制品的纤维将被定向于与纤维被放置在模具中时的方向相同的方向。然而，在一些情况中，制造工艺会导致纤维层中产生褶皱。在这种情况中，发生褶皱的纤维不再具有所需的定向，并且可能导致层叠制品过载。有很多原因可能导致褶皱产生。层叠制品在固化期间的热膨胀可能超过模具的热膨胀，在这种情况中，在充分固化模型材料(通常是热塑性或热固性材料)以使纤维保持在所需定向上之前，层叠制品会处于压缩压力下。层叠制品之下的不平坦结构或在其上构建层叠制品的表面中的起伏也会导致褶皱。通常通过布局结构的组合来防止在纤维增强层叠制品中产生褶皱。层叠制品的厚度保持在一定限制之下，从而最小化放热的产生。使模具和在其上构建层叠制品的其它表面保持高品质。以小心控制的温度梯度来执行固化，从而最小化热膨胀差异。避免在纤维层中产生褶皱的另一种方法包括在纤维层之间包括防褶皱材料层。制造防褶皱材料时要使防褶皱材料比正常纤维材料更硬。例如，当位于多层纤维玻璃毡之间时，显著防止了毡中的纤维起褶皱，这是因为防褶皱材料使毡保持平坦。在例如EP 2 113373 Al及其引用的文件中描述了这种方法。防褶皱材料可以是预固化固体式的多孔网状层叠制品或者是非层叠制品的固体式多孔或网状材料，例如木头或金属。如果虽然采取预防措施但还是在纤维增强层叠制品中产生了褶皱，则通常需要修理或抛弃该层叠制品，这是因为褶皱中的刚度和/或强度损失总是超过任何实际的安全边际。例如EP O 304 708 A2中公开了对结构缺陷进行无损检测的多种方法。特别地，该文件描述了通过加热或冷却管子，并测量管子外表面对应于外来物质积累(在壁内侧上)或对应于壁厚减小的部分与管子外表面对应于正常壁厚度(没有积累的外来物质)的部分之间的温度差异，来检测管子内侧上的缺陷部分。例如WO 03/069324 Al也公开了用于检测风力涡轮机转子叶片的热检测方法。该文件公开了检查风力涡轮机叶片品质的方法和装置，所述风力涡轮机叶片包括纤维增强聚合物的叶片壳和被供应以液体或粘性可固化聚合化合物的区域。风力涡轮机叶片暴露于热或冷环境并且在风力涡轮机叶片的表面区域测量温度变化。根据它们与含有足够聚合物的那些部分的温度差异，可以确定出未含有足够聚合物的区域的那些部分。

发明内容
针对所提到的现有技术，本发明的目的是要提供一种检测纤维增强层叠结构中褶皱的有利方法。另一种方法是要提供用于检测纤维增强层叠结构中褶皱的辅助设备。第一目的由权利要求I所述的检测纤维增强层叠结构中褶皱的方法来实现。第二目的由权利要求8所述的辅助设备来实现。从属权利要求包括本发明进一步的改进。在本发明的检测纤维增强层叠结构中褶皱的方法中，局部加热或冷却该结构，而且加热或冷却位置沿定义路径移动。特别地，可以从结构外部进行加热或冷却。有利地，力口热或冷却设备与待加热表面之间的距离在沿定义路径移动期间保持恒定。在与加热或冷却位置不同的测量位置处测量该结构的温度。测量位置沿与加热或冷却位置相同的路径移动。与加热或冷却类似，特别地，可以在结构的外部测量该结构的温度。根据在测量位置移 动的路径上所发现的温度异常来检测褶皱。本发明基于如下问题当加热或冷却纤维层叠制品一段特定的适当定义的时间量时，材料所达到的温度取决于材料特性(诸如热导率)，而且材料恢复到坏境温度所需的时间也取决于这些特性。因此，例如通过在加热或冷却表面后的特定时刻沿路径测量表面温度就可测量层叠制品材料特性的变化。因而，在与加热或冷却位置不同的位置处测量温度并且沿相同的路径移动这两个位置，容易检测到结构表面温度分布中的异常，特别是与加热或冷却位置相距固定距离地移动测量位置时尤为如此。此外，有利的是，使加热或冷却位置和/或测量位置以恒定速度移动。通过以恒定速度移动，在路径每一位置处的热作用相同。如果加热或冷却位置与测量位置之间的距离保持恒定，则温度源对测量设备的作用也总是相同的。特别地，如果距离固定且移动速度恒定，则可以确保在路径的每一位置处都在相同条件下进行温度测量。在此情况中，可以最小化因测量设置导致的人为假象。更进一步地，不必精确知道纤维增强材料的参数，诸如热导率、热系数等。在速度恒定而且加热或冷却设备与测量设备之间距离固定的情况下，可以直接比较路径所有位置处的测量结果，而不需要考虑热作用和测量之间过去的时间以及特定位置所受的热作用量，因为这两个参数对于每一测量位置都是相同的。因此，本发明的方法使得可以非常精确地扫描层叠制品结构。此外，该方法的结果是可重现的。如果已知纤维增强材料的热性能，甚至可检测出褶皱的延伸长度。为了不仅检测褶皱而且还要检测褶皱的长度，加热或冷却位置以及测量位置可以沿至少两个不同路径或部分移动。根据沿所述至少两个路径发现的温度异常，可以确定褶皱的长度。可根据检测褶皱长度所要达到的空间分辨率来设定路径的数量和路径之间的距离。特别地，所有路径可以彼此平行。如果使用至少两个路径，所述加热或冷却位置以及测量位置沿该路径移动，如果存在多于一个加热或冷却设备以及多于一个测量设备，或者加热设备和测量设备允许沿一条线同时加热或冷却或者同时进行测量，则可以相继或同时通过所述路径。本发明的用于对纤维增强层叠结构进行热扫描的辅助设备包括轨道、热发射器和热接收器，其中热发射器和热接收器两者都能沿轨道彼此相距一定距离地移动。本发明的辅助设备还包括用于将所述轨道固定在进行热扫描的所述纤维增强层叠结构处的固定工具。使用该辅助设备使得可以精确地沿相同的定义路径容易地移动热发射器和热接收器，以执行本发明的方法。
如果热发射器和热接收器都固定到沿轨道可移动的共用携载装置上，则可以容易地设置热发射器和热接收器之间的固定距离。特别地，可设定热发射器和热接收器之间的距离，使得该距离与待查验结构的具体性能相适应。如果轨道相对于固定工具的位置和/或定向是可设定的，则辅助设备允许沿不同路径的扫描，而不需要从结构上拆下设备或将设备重新安装到不同位置中。例如，如果固定工具包括支脚，且轨道包括第一端和第二端，则能够实现可设定的位置和/或定向，其中在每个端具有至少一个支脚。在每个端的至少一个支脚通过至少一个活动臂与各自端连接。因而，可通过移动所述臂来设定轨道的位置和/或定向。特别地，在每个端的至少一个支脚可通过至少两个活动臂与各自端连接，所述至少两个活动臂与轨道的一部分和支脚的一部分共同形成四杆连杆机构。 为了便于辅助设备附接到待检结构或分离辅助设备与待检结构，每个支脚可包括至少一个吸盘。辅助设备中使用的热发射器可以是气体喷嘴，例如冷风机、CO2喷嘴等形式，或者可以是热源，例如热风机、加热灯等。


根据下文结合附图对实施例所作的描述，本发明的其它特征、性能和优点将变得更加清楚。图I示出了一个风力涡轮机转子叶片，其层叠结构中具有褶皱，而且示出了用于确定是否存在褶皱的两个示例性路径。图2示意性示出了如何执行本发明的方法。图3示意性示出了通过本发明的方法得到的测量结果。图4示出了本发明的用于执行本发明方法的辅助设备。图5示出了固定到风力涡轮机转子叶片的图4的辅助设备以及第一检测路径。图6示出了图5所示的辅助设备和第二检测路径。
具体实施例方式在下文中，将参照图I至3描述本发明的方法，同时参照图4至6描述用于执行该方法的辅助设备。图I示出了由纤维增强层叠结构制成的风力涡轮机转子叶片I。将检测此转子叶片，以确定层叠制品中是否存在褶皱。我们假设褶皱3存在于转子叶片I具有它的肩部5的区域。为了检测可能的褶皱，至少要检查转子叶片层叠结构的已知易于产生褶皱的区域。由于褶皱通常具有纵向延伸，如图3所示，沿与褶皱相交的单个路径足够检查转子叶片。然而，为了不漏检褶皱，需要沿彼此足够靠近的两个或多个路径检查叶片，以确保不会漏检褶皱。图I示出了由虚线表示的两条示例性检测路径7A、7B。通过使用足够数量的、优选平行的检测路径7，也可以确定褶皱的纵向延伸。可以确定褶皱长度的分辨率取决于检测路径7之间的距离和测量设备的空间分辨率。根据本发明的方法，将检测到与路径7A、7B中的至少一个相交的任何褶皱3。
根据该方法，热发射器9在叶片层叠制品表面11上沿检测路径移动(见图2)。该移动以恒定的速度V和热发射器在层叠制品表面11上方恒定高度h执行。热发射器9加热或冷却层叠制品13。在本实施例中，热发射器9是用于加热层叠制品的白炽灯。不过，可以使用例如热风机的其它加热工具来替代白炽灯。另一方面，热发射器未必是要加热层叠制品。它也可以冷却层叠制品。在此情况中，热发射器例如可以是向层叠制品表面11吹各自冷却气体的冷风机或CO2喷嘴。在距热发射器9固定距离d处，热接收器15在层叠制品表面11上沿与热发射器9相同的检测路径7移动。在本实施例中，通过将热发射器9和热接收器15安装在同一携载装置17上可以简单地实现固定距离d的联动。携载装置17可以例如沿辅助设备的轨道移动，如稍后将解释的。沿与热发射器9相同的检测路径7移动的热接收器15沿此路径测量层叠制品表 面11的温度。热接收器可以由任意种类的高温计实现，单点型的或空间解析型的。然后处理并在例如计算机19的监控器上显示热接收器15测量的温度数据。为检测褶皱而进行的温度数据分析可以保持非常简单。用作热接收器15的单点型高温计可以获得如图3所示的沿路径7的温度分布。该图的横坐标示出了温度测量位置与检测路径的起始点之间的距离，纵坐标示出了各个位置处测量的温度。在该图上方，示意性剖面示出了沿检测路径的层叠制品结构。该层叠制品包括褶皱3。如图3的上部所示，对于风力涡轮机转子叶片，层叠制品13是通常包括由某种树脂结合在一起的多个纤维玻璃毡层的复合材料。在检测路径与褶皱3相交的位置处，发生与周围的没有褶皱的层叠制品相比异常的温度。在本实例中，异常是热接收器15测量温度中的峰值，即，测量温度高于在没有褶皱的位置处测量的温度。如从图3的上部可以直接推断出的，纤维层之间的树脂量在有褶皱的区域增加。由于树脂材料的热性能一般不同于纤维玻璃毡的热性能，因此如果树脂和纤维玻璃的比率改变，如在褶皱位置处所发生的，则层叠制品的热性能会改变。因而，在褶皱位置处观察到
热量异常。本发明基于如下问题当加热或冷却层叠制品13 —段特定的适当定义的时间量时，材料所达到的温度取决于材料的热特性，诸如热导率和热容量。同样，材料恢复到坏境温度所需的时间也取决于这些参数。因此，通过在加热或冷却层叠制品之后的特定时间沿加热或冷却路径测量层叠制品表面的温度可以测量层叠制品的材料特性变化，诸如由上述褶皱所引起的变化。在此背景下，请注意，沿检测路径在温度测量中可以看见的实际信号取决于待检层叠制品的热性能以及取决于是使用加热还是冷却。因而，由热接收器15测量的热量异常也可以是温度的下降值而不是峰值。例如，褶皱形成温度峰值或下降值取决于层叠制品在无褶皱区域或在有褶皱区域冷却得较慢还是较快。在本发明的方法中，热发射器9和热接收器15以恒定速度沿检测路径移动的事实使得层叠制品在检测路径的每一段都经历同等的热作用。由于热发射器9和热接收器15之间的距离也是固定的，因此热作用和温度测量之间所消耗的时间也恒定。因此，从相同的结构测量到相似的温度，反之，通过与在检测路径的相邻段测量的温度明显不同的温度检测变化的结构。注意，图3所示的温度是以任意单位标示的。这足够检测到褶皱，因为可通过比较沿检测路径所测量的温度检测到褶皱。然而，如果已知材料的热性能，则甚至可以获得所检褶皱的物理特性信息。尽管在本实施例中热发射器9和热接收器15被安装到同一携载装置17上，但这不是强制性的。还可以独立地控制热发射器9和热接收器15的移动，使得它们在沿一条检测路径移动的同时，其间的距离保持恒定。此外，取代使用单个点高温计，可以使用空间解析高温计，例如沿一条定义的线测量温度的高温计。如果测量线在检测路径内延伸，则可以不仅沿检测路径检测层叠制品的温度，还可以检测温度随时间的变化，因为检测器线的前端比线的尾端更早进入热作用位置。另一方面，如果该线被定向为垂直于沿检测路径的移动方向，则可以通过单个检测路径检查较大的区域。如果使用二维解析型热检测器，例如红外摄像机，则可以通过沿单条检测 路径的扫描在更大面积上测量温度随时间的变化。根据本发明的第二方面，提供了辅助设备，该辅助设备可用于执行根据本发明的热扫描。图4至6示出了这种辅助设备。该设备包括带有支脚23的轨道或横梁21，其中所述支脚位于轨道21的相对端。支脚23装配有吸盘25并且通过两个平行臂29与形成轨道21端部的端撑(或称托架)27连接。臂29可枢转地连接到各个端撑27的两个隔开的位置，并且还被可枢转地连接到各个支脚23的两个隔开的位置。因而，支脚23、端撑27和两个臂29 —起形成四杆连杆机构，特别是平行四边形连杆机构。这种四杆连杆机构的使用可以改变位置，如果端撑27也被可枢转地联接到轨道或横梁21，则还可以改变轨道相对于该结构的定向，同时辅助设备保持固定在待检结构上。携载臂31被可移动地连接到轨道21，从而可以沿轨道移动。图2所示的携载装置17被安装到携载轨道31 (在图4至6中未示出)。因而，辅助设备的轨道21在被安装到待检风力涡轮机转子叶片上时确定热发射器9和热接收器15的检测路径。为了沿轨道移动携载臂31，提供以恒定速度沿轨道21移动携载臂31的电动机(未示出)。为了执行本发明的方法，辅助设备将通过吸盘25固定到待检转子叶片上。然后，通过利用控制杠杆33调节四杆连杆机构设定轨道的定向，该控制杠杆33在四杆连杆机构和支脚23的某些位置之间工作。通过位于控制杠杆33处的固定工具将轨道21固定在设定位置，且热发射器9和热接收器15附接到携载臂31之后，沿检测路径执行扫描。当在相同区域沿另一检测路径执行扫描时，通过再次使用控制杠杆33操控四杆连杆机构的位置来改变轨道21的位置和/或定向。图5示出了固定到风力涡轮机转子叶片I的辅助设备，其中轨道21处于第一位置。请注意，图中未示出轨道，而是仅以虚线35表示。图6示出了图5的辅助设备，其中轨道(再次以虚线35表示)处于不同位置，且被定向为平行于第一位置处的轨道。如果轨道21的端部通过可枢转接头与端撑27连接，则也可以改变第二位置的轨道相对于第一位置的轨道的定向。因而，通过辅助设备可以为设定检测路径提供高度的灵活性，而不需要从转子叶片I卸下设备或将设备重新安装到转子叶片I上。注意，可以在设备附接到转子叶片之后或之前将热发射器和热接收器安装到携载臂。参照图4至6描述的辅助设备可用于工厂工作室以及野外。如果用于野外，则可以通过安置在风力涡轮机的机舱上/中的机舱升降设备将辅助设备抬升到已经安置在风力涡轮机上的转子叶片上。因而，通过使用本发明的辅助设备，可以在野外执行本发明的方 法，即用于已经安置到风力涡轮机的转子叶片，而不用从转子叶毂上拆下待检转子叶片。
权利要求
1.ー种检测纤维增强层叠结构(I)中褶皱(3)的方法，其中 局部加热或冷却所述结构(1)，加热或冷却位置沿定义路径(7)移动； 在与所述加热或冷却位置不同的測量位置測量所述结构(I)的温度，所述测量位置沿与所述加热或冷却位置相同的路径(7)移动；并且 根据沿所述定义路径(7)发现的温度异常检测褶皱(3)。
2.根据权利要求I所述的 方法，其中，所述测量位置沿与所述加热或冷却位置相同的路径(7)移动时，与所述加热或冷却位置相距固定的距离。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其中，所述加热或冷却位置和/或所述测量位置以恒定速度移动。
4.根据权利要求I至3之一所述的方法，其中，所述加热或冷却位置和所述测量位置沿至少两条定义路径(7A、7B)移动。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少两条路径(7A、7B)被相继经过。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少两条路径(7A、7B)被同时经过。
7.根据权利要求I至6之一所述的方法，所述结构(I)被局部加热或冷却，和/或从所述结构(I)的外侧来测量所述结构的温度。
8.一种用于对纤维增强层叠结构(I)进行热扫描的辅助设备，该设备包括轨道(21)、都能沿轨道(21)彼此相距ー距离地移动的热发射器(9)和热接收器(15)、以及用于将所述轨道(21)固定在被进行热扫描的所述纤维增强层叠结构(I)处的固定工具(23、25、29)。
9.根据权利要求8所述的辅助设备，其中，所述热发射器(9)和热接收器(15)被固定到能够沿所述轨道(21)移动的共用携载装置(17 )。
10.根据权利要求8或9所述的辅助设备，其中，所述轨道(21)相对于所述固定工具(23、25、29)的位置和/或定向是可设置的。
11.根据权利要求10所述的辅助设备，其中 所述固定工具包括支脚(23); 所述轨道(21)包括第一端和第二端，在每个端具有至少ー个支脚(23);并且 在每个端的所述至少一个支脚(23 )通过至少ー个活动臂(29 )与各自端连接。
12.根据权利要求11所述的辅助设备，其中，在每个端的所述至少一个支脚(23)通过形成四杆连杆机构的至少两个活动臂(29 )与各自端连接。
13.根据权利要求11或12所述的辅助设备，其中，每个支脚(23)包括至少ー个吸盘(25)。
14.根据权利要求8至13之一所述的辅助设备，其中，所述热发射器(9)是气体喷嘴。
15.根据权利要求8至14之一所述的辅助设备，其中，所述热发射器(9)是热源。
全文摘要
本发明涉及纤维增强层叠结构褶皱检测方法和热扫描辅助设备。具体地，提供了一种检测纤维增强层叠结构(1)中的褶皱(3)的方法。在此方法中，局部加热或冷却所述结构(1)，加热或冷却位置沿定义路径(7)移动；在与所述加热或冷却位置不同的测量位置测量所述结构(1)的温度，所述测量位置沿与所述加热或冷却位置相同的路径(7)移动；并且根据沿所述定义路径(7)发现的温度异常来检测褶皱(3)。
文档编号G01N25/20GK102650605SQ20121004729
公开日2012年8月29日 申请日期2012年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者P.尼尔森 申请人:西门子公司