专利名称：用于测量和/或检验扁平织物波纹度的方法
用于测量和/或检验扁平织物波纹度的方法本发明涉及一种用于测量和/或检验扁平织物波纹度的方法。按照第二方面，本发明涉及一种用于测量和/或检验扁平织物波纹度的装置，其具有一个用于安置该扁平织物的支承座。扁平织物亦即纺织的平面产物例如多轴向织物(Multiaxialgelege)，特别是在制造纤维增强的人造结构元件时使用。已经表明，以后的纤维增强构件的强度将被所使用的扁平织物的均勻性强烈地影响。因此产生的愿望是，监控扁平织物的几何轮廓参数、特别是波纹度，例如层波纹度，依此确保，在采用该扁平织物情况下制造的纤维增强构件具有所希望的强度。已公知基于计算机支持的扁平织物图形分析的光学方法。在这种方法的范围内， 扁平织物的花纹构型被摄取并用图形评估软件求得确定的几何轮廓参数。这种方法的缺点是，特别是不能求得从平面中出来的层波纹度。为了求得层波纹度形式的几何轮廓参数，也就是说扁平织物的从平面中出来的波纹度，已公知的是，将制成的构件切开并在切块上检测该层波纹度。其中缺陷是，不能实现 100%检验，这尤其对于安全性构件来说是不能令人满意的。从文献DE 195 35 259 Al中得知用于测量和/或检验扁平织物几何轮廓参数的一种方法和一种装置，其中该扁平织物被安置在一个支座上并且通过借助光线扫描来检测该扁平织物的表面型廓。在文献DE 19 01 979A中描述了用于测量砂带磨削表面的精细造型、即几何轮廓参数的一种方法和一种装置，其中该砂带被安置在一个支座和一个柔性薄膜之间，在砂带和薄膜之间产生一个压力(通过挤压靴)，使得薄膜紧贴到砂带上并且在发生了紧贴过程之后检测薄膜的表面轮廓。在文献US 49 51 497 A中表明了用于测量表面几何轮廓参数、特别是粗糙度的一种方法和一种装置，其中，在该表面上安置一个可变形的元件，通过在元件和表面之间施加一个压力使元件紧贴到该表面上，因此该元件在它面对该表面的侧面上发生变形并且该变形导致元件另一侧的变形，检测该侧的变形并将其作为该表面的几何轮廓参数的尺度来评估。在US 3，500，598 A中描述了一种用于测量中空体内表面几何轮廓参数的方法，其中，一柔性薄膜(呈软管形式)被安置在物体的中空腔中，在物体和软管薄膜之间施加一个压力，使得薄膜紧贴到中空体的内侧表面上，该内表面的表面轮廓印入到薄膜中，在将薄膜从物体中取出后检测该薄膜的表面型廓。作为本发明基础的任务是，能够无破坏地以高精度测量几何轮廓参数，特别是扁平织物的波纹度。本发明通过一种用于测量或检验扁平织物的几何轮廓参数、尤其是层波纹度的方法解决该技术问题，该方法包括这些步骤(a)将扁平织物安置在一个位于底座和柔性薄膜之间的中间腔中，(b)在中间腔和周围环境之间施加一个压力差，使得薄膜紧贴到扁平织物上，(C)检测该薄膜的表面型廓。
按照第二方面，本发明通过一种所述类型的装置解决该技术问题，该装置具有一个用于铺放薄膜的薄膜铺放装置，一个用于施加压力差的压差施加装置，使得薄膜紧贴到扁平织物上，和一个用于检测该薄膜的表面型廓的表面型廓检测装置。本发明的优点是，能够对扁平织物进行100%检验。如果该扁平织物是一个多轴向织物，则该多轴向织物包括至少两个纤维层或纤维束层。一个层的纤维束相互平行地在 一个对应的纤维方向上延伸，相邻层的纤维束相互间形成一个不同于零的角度。结果已证明， 使用该扁平织物制造的纤维增强结构构件的强度强烈地取决于各个纤维束的横截面。一个纤维束越是强烈成圆形，则在相邻层中就越强地显出波纹度，并且制成的纤维增强的结构构件在相关位置处的强度越小。因此只有通过100%检验才能确保，波纹度、特别是层波纹度在所有位置上都处于预先给定的容差区间内。这可通过本发明确保。本发明的另一优点是，它可用简单的手段改装。例如呈聚乙烯薄膜形式的柔性薄膜可以便宜地制造，因此通过铺放薄膜只造成微小的附加成本。此外优点是，本发明方法可以非常快速并且过程安全地实施。和公知方法不同，不必考虑例如在扁平织物的纤维上保持悬挂一个测量探头。因此本发明还可使用于扁平织物的连续检测。另一优点是，100%检验的可能性和低成本允许对扁平织物的生产连续监控。因此可以适时地获知并消除生产过程中的故障，从而提高制造方法的生产率。在本发明范围内对于几何轮廓参数尤其理解为表征该扁平织物从平面中突出的几何延伸量的任何特性值。在此，该平面是这样一个平面在该平面中扁平织物在测量位置处延伸。该几何轮廓参数尤其是波纹度，例如是层波纹度。该层波纹度代表扁平织物表面与贴合面的偏差的尺度，对于平面形扁平织物该贴合面是贴合平面。对于层波纹度特别是考虑处于两个纤维束的间距的数量级的轮廓偏差。因此层波纹度尤其代表多轴向织物的纤维束横截面均勻性的尺度。对于扁平织物不仅理解为沿着一个数学平面延伸的织物，而且理解为具有宏观曲率的那些织物。但在这种情况下，为了可以确定层波纹度，扁平织物的该曲率的曲率半径则相对于相邻纤维彼此的间距是大的，例如十倍大。对于特征“扁平织物被安置在一个气密的支座和一个柔性的薄膜之间的中间腔中”应理解为，该扁平织物被如此安置在支座和薄膜之间，使得压力差的施加导致薄膜紧贴到扁平织物上。薄膜越厚并且柔性越差，则薄膜表面型廓反映扁平织物表面型廓的精度就越低。 因此有利的是，选用尽可能薄的薄膜。另一方面，在薄膜很薄的情况下存在薄膜撕裂的危险，因此不能过程安全地施加中间腔和环境之间的压力差。由此薄膜的最佳厚度在试验中获知，在试验中使用厚度渐小的薄膜，直到使用如此薄的薄膜，以致不再能够过程安全地实施该方法。然后例如使用该最薄的薄膜，用该薄膜正好还能过程安全地实施本方法。该扁平织物尤其可以包括由碳纤维组成的薄膜。该薄膜最好具有小于200 μ m的厚度，因为它可以特别好地紧贴到扁平织物上。适合的例如是由聚烯烃、例如聚乙烯构成的薄膜。按照一个优选实施方式，支座是气密的并且中间腔和环境之间的压力差施加包括对中间腔的抽真空。这种方法可以特别简单地实施，因为例如只需在底座中设置开孔，通过这些开孔可以将空气从中间腔中抽出。由此薄膜特别紧密地贴到扁平织物上并且特别好地再现扁平织物的几何轮廓。最好该平面织是一种多轴向织物，特别是一种半成品。该半成品例如被使用于制造飞机部件。这种半成品几乎仅用来制造安全性重要的构件，因此特别有利的是，对作为基础的扁平织物实施100%检测。特别优选的是，表面型廓的检测包括无接触式扫描。该扫描例如可以通过光学扫描实现，例如借助激光或结构光投影(Streifenprojektion)方法。替换地或附加地也可能的是，实施接触式扫描，例如通过触针式轮廓仪。但是无接触式方法具有特别快的优点。可能的是，如此选择薄膜，使得能特别好地实现无接触式扫描。例如薄膜可以是不反光的，由此遏制由于反射导致的测量误差。表面型廓的检测最好至少还沿着织物的一个纤维取向进行。已经表明，沿着一个纤维取向测量的波纹度提供特别好的关于扁平织物中可能存在的缺陷的指示。当该扁平织物是一多轴向织物时，存在多个纤维取向，即对于每个层存在一个纤维取向。一个层中的纤维取向是纤维的延伸方向。如果表面型廓的检测以面的方式例如通过光学方法进行，本发明方法方法可以特别快地实施。为了检测表面型廓，在现有技术中公开了如何能够快速并精确地获取表面数据以及如何能够评估这些数据的多种方法。例如可以实施空间傅里叶变换、特别是快速傅里叶变换，借助该变换求得轮廓偏差中的具有处于多轴向织物的两个相邻纤维束的间距范围内的波纹度长度的份额。为了检验扁平织物，该方法最好包括一个从表面型廓计算出特性值的步骤，表面型廓描述层波纹度，并且包括一个将该特性值与应有值比较的步骤。该特性值例如可以是主波长，是与预先给定的应有轮廓的局域偏差，或者是纤维角度。如果表面型廓满足要求， 其方式是，它处于预先给定的应有值区间内，则可以高的可靠性认为，借助该扁平织物制造的纤维增强构件具有所希望的强度特性。按照一个优选实施方式，该方法是用于制造复合构件的方法，其中，首先提供一个扁平织物并借助本发明方法检验。当该扁平织物符合预先给定的技术规格时，它才被使用于制造该纤维增强的构件。为此将该扁平织物浸润以树脂，接着使树脂硬化。在一个优选的本发明装置中，薄膜铺放装置被构造用于铺放一个回转的薄膜。也就是说，例如存在一个薄膜回环，它回转运行，使得相同的薄膜被多次铺放到扁平织物上并且被用于实施本发明方法。以此方式节省薄膜材料。但也可能的是，设置一个薄膜卷，使得薄膜卷的每段薄膜总是只一次性铺放到扁平织物上。这样可以实现特别高的测量精度。尤其当涉及特别高价值的扁平织物时，这种设置是有利的。该支座优选包括一个用于在铺放的织物和铺设在其上的薄膜之间的中间腔上施加真空的装置。这里例如可以涉及支座中的小的开孔，这些开孔被构造得如此小，以致通过施加抽真空仅使扁平织物不明显地变形。特别有利的是，这种开孔如此布置，使得可以将由施加抽真空导致的变形与扁平织物的可能的材料缺陷分开。下面借助两个示例性实施方式详细阐述本发明。附图示出

图1用于实施本发明方法的本发明装置和图2本发明装置的一个替换实施方式。
图1示出一个扁平织物10，呈多轴向织物或者由加强纤维例如碳纤维构成的织物的形式。
该扁平织物10具有一由多个纤维束14. 1，14.2，...组成的第一层12，这些纤维束相互平行地延伸并且最好全部包括相同数目的、在图1中不可看到的碳纤维。此外扁平织物10包括一由纤维束组成的第二层16，对于这些纤维束只可看到纤维束18的横截面。一方面纤维束14、另一方面纤维束18夹成一个未示出的纤维角。该扁平织物10是一个半成品，其在后面的加工步骤中被用基质材料例如合成树脂浸润，使得形成一种层压制品。这样，例如通过在模具中硬化被制成飞机构件。但本发明也涉及用于制造飞机构件或其他结构组件的方法。扁平织物10铺设在一个支座20上，该支座通过平坦的、尽可能光滑的底座板构成。在要检测的扁平织物10的周围铺设一薄膜22。该薄膜22是一种具有12 μ m厚度的聚乙烯薄膜。薄膜22通过密封板条24被压到支座20上或通过密封带24与底座粘接，使得产生一种气密的连接。在支座20和薄膜22之间形成一个中间腔26，在该中间腔中安置扁平织物10。通过一个呈抽吸通道28形式的、用于施加真空的装置，中间腔26与一真空泵30 连接，该真空泵从中间腔26中连续地抽出空气，因此在环境压力Pi 和中间腔26中的内部压力P 部之间产生一个大于SOOmbar的压力差Δ ρ。特别是，该环境压力是约1030mbar的大气压力并且该内部压力处于200mbar以下、特别是低于lOOmbar。在当前情况下被施加一 Prtsp= 50mbar的内部压力。但也可能的是，盖上一个压力罩，由此提高环境压力P环境。通过在中间腔26上施加负压，薄膜22紧密地贴到扁平织物10上并且在厚度方向上压迫该扁平织物，因此形成表面型廓32。纤维量分布中的与理想形状相比的局部织物厚度差异或厚度偏差或者不均勻性明显地呈现在薄膜22的表面型廓32上。此外，通过薄膜 22吸附到扁平织物10上产生一个稳定的、不再滑动的结构，该结构具有波纹形的、但不中断表面，该表面在后续工作步骤中被一个呈测量探头34形式的表面型廓检测装置以线形方式驶过。替换地，使用一种不透光的薄膜22，其具有适合的反射特性，使得也可使用无接触式的光学测量装置。例如有利的是，该薄膜是不反射的。现在借助测量探头34特别是在扁平织物10的不同方向上摄录该薄膜22的表面型廓32并通过一个未示出的接口传输给一同样未示出的计算机，该计算机处理这些数据。 该计算机可以例如执行傅里叶变换和/或滤波。然后从测量的表面型廓32例如计算出关于纤维层12，16的主波长或角度偏差的结论并与预先给定的极限值相比较。由此可得到关于扁平织物的品质的结论。如果几何轮廓参数、例如所提及的主波长或角度偏差处于极限值内，则扁平织物10被判定是好的并被使用于后面的生产中。否则扁平织物10被剔除去。真空泵30和相应的通过抽吸通道28连到中间腔26上的接头是压差施加装置的组成部分。图2示出本发明装置的第二具体实施例，在该实施例中不是呈测量探头34形式的表面型廓检测装置相对于支座20运动，而是扁平织物10处于一个输送装置36上，例如处于由透气材料制成的输送带上。输送装置36将扁平织物10连续地向前传送并且呈真空泵 30形式的压差施加装置通过一个真空腔38连续地给扁平织物10的面积区段40施加一负压。真空泵30这样设计，使得从侧面流入的空气被抽走，以致在真空腔38中产生一个低于 2OOmbar的内部压力P内部。
在真空腔38的相反侧置有一薄膜铺放装置42，其通过一个铺放滚44将回转的薄膜22铺设到扁平织物上并且通过一个收取滚46再将其从扁平织物10上取走。在铺放滚 44和收取滚46之间安置呈测量探头34形式的表面型廓检测装置，该测量探头相对于真空腔38位置固定并且持续地摄录表面型廓32。在图2中示出的测量机最好是纺织生产流水线的组成部分并能够对所生产的扁平织物10进行100%检验。这使得在生产扁平织物10 时能够以很短的时间延迟识别到功能缺陷并适时地消除。
权利要求
1.用于测量和/或检验扁平织物(10)的几何轮廓参数、特别波纹度的方法，具有以下步骤(a)将扁平织物(10)安置在一个支座(20)和一个柔性的薄膜(22)之间的中间腔(26)中，(b)在中间腔(26)和环境之间施加一个压力差(Δρ)，使得该薄膜(22)紧贴到扁平织物(10)上，和(c)检测该薄膜(22)的表面型廓(32)。
2.按权利要求1的方法，其特征在于，该支座(2O)是气密的，并且，中间腔(26)和环境之间压力差(Δρ)的施加包括对中间腔(26)抽真空。
3.按前面权利要求之一的方法，其特征在于，扁平织物(10)是一个多轴向织物，特别是一个半成品。
4.按前面权利要求之一的方法，其特征在于，表面型廓(32)的检测包括无接触式的扫描。
5.按前面权利要求之一的方法，其特征在于，表面型廓(32)的检测至少还沿着该扁平织物(10)的一个纤维取向进行。
6.按前面权利要求之一的方法，其特征在于，表面型廓(32)的检测以面积方式进行。
7.按前面权利要求之一的方法，其特征在于，还有以下步骤(d)根据表面型廓(32)计算一特性值，该特性值描述层波纹度，和(e)将该特性值与应有值区间相比较。
8.用于制造纤维复合构件的方法，具有权利要求7的步骤和以下附加步骤(f)只有当所述特性值处于预先给定的应有值区间内时才将该扁平织物(10)加工在一纤维复合构件中。
9.用于测量和/或检验扁平织物(10)的波纹度的装置，具有(i) 一个用于安置该扁平织物(10)的支座(20)，其特征在于，具有 ( ) 一个用于铺放薄膜(22)的薄膜铺放装置(22)，(iii)一个用于施加压力差(Δρ)的压差施加装置，使得薄膜(22)紧贴到该扁平织物上，和(iv)一个用于检测薄膜(22)的表面型廓(32)的表面型廓检测装置。
10.按权利要求9的装置，其特征在于，薄膜铺放装置(22)被构造得用于铺放一个回转的薄膜(22)。
11.按权利要求9或10的装置，其特征在于，支座(2O)包括一个用于在铺放好的织物 (10)和放置在其上的薄膜(22)之间的中间腔(26)上施加真空的装置。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量和/或检验扁平织物(10)的几何轮廓参数、特别波纹度的方法，具有以下步骤将扁平织物(10)安置在一个支座(20)和一个柔性的薄膜(22)之间的中间腔(26)中，在中间腔(26)和环境之间施加一个压力差(Δp)，使得薄膜(22)紧贴到扁平织物(10)上，并且，检测薄膜(22)的表面型廓(32)。
文档编号G01B21/30GK102159919SQ200980136422
公开日2011年8月17日 申请日期2009年9月30日 优先权日2008年9月30日
发明者F·莱纳斯, J·孔茨, J·韦塞尔斯 申请人:空中客车营运有限公司