编织或缠绕纤维织构并通过图象分析检查异常的机器

1.一种在将纤维预成型件编织或缠绕到心轴上的机器中确定编织异常的方法，所述心轴具有用于接收所述纤维预成型件的大致水平的旋转轴(30)，所述心轴绕所述旋转轴由一个通过控制单元(40)致动的电机(32)驱动；在所述方法中，查看所述纤维预成型件的下侧的多个相机(42)扫描所述纤维预成型件的下表面并且获取所述下表面的图象，一个图象分析模块在多个相邻扫描窗口中处理所述纤维预成型件的下表面的图象，以从中提取编织图案，并将它们与先前存储在所述模块中的基准编织图案进行比较，如果该比较的结果在至少一个扫描窗口中揭示了这两个编织图案外观的差异，所述差异表征由在所述纤维预成型件中的污染和/或编织缺陷所导致的异常的存在，则所述控制单元停止所述心轴的旋转，当一异常被识别时，其在所述纤维预成型件上的位置以及由操作者从预定类型的异常中选择的标签与所述异常的图象一起被存储，当该识别的异常被修复时，由操作者从预定类型的修复中选择的相应标签与所述修复的图象一起被存储，所述被识别的异常和被修复的异常显示在操作者从所述控制单元可接触的所述纤维预成型件的显影图象或三维图象中，以识别它们在所述纤维预成型件上的三维位置，并验证所述异常不太靠近在一起而影响所述纤维预成型件的稳固性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，扫描窗口的尺寸、位置和数量由操作者直接地在来自相机的图象上限定。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，扫描窗口的数量至多对应于指向所述纤维预成型件的相机的数量。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述相机安装在一灯箱中，该灯箱适于匹配所述心轴的轮廓，并将尽可能靠近所述纤维预成型件放置，所述灯箱在446纳米到500纳米的范围内的波长传输蓝光，或在620纳米到800纳米的范围内的波长传输红光。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外观的差异由检查来自相机的图象的灰度水平曲线(56、58)而产生。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在每个扫描窗口中沿至少一个检测线(60、62)实施所述检查。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在每个扫描窗口中在预限定的检测区域上实施所述检查。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述心轴为织机的牵引心轴(18)。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述心轴为一种缠绕机的浸渍心轴(24)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述纤维预成型件的所述图象与当实施超声监测时观察到的缺陷的映象叠加。

编织或缠绕纤维织构并通过图象分析检查异常的机器\n背景技术\n[0001] 本发明涉及由复合材料制造燃气轮机外壳的通常领域，更具体为涉及用于航空发动机燃气轮机的风机保持外壳。\n[0002] 对于风机保持外壳的通常做法是由相对薄壁构成，该壁限定了用于允许空气进入发动机的通道以及支撑一种与风机叶片末端所跟随的路径对准的耐磨材料，可能也支撑声学处理涂层，并且其支撑一个在该风机上被紧固到风机外侧的保护结构从而保持碎片，例如已被摄入的物品或通过离心突出的被损坏叶片的断片，用于阻止它们穿过该外壳并到达飞行器的其他部分。\n[0003] 已经存在的建议是由复合材料制成风机保持外壳。例如，可以参考文献EP 1 961 \n923，其描述了由不同厚度的复合材料制作外壳，该方法包括将纤维增强结构形成为叠加层的纤维织构并用基质致密化该纤维增强结构。更确切地，该文献提供了使用收紧心轴用于该纤维织构的三维编织，该纹理然后作为叠加层缠绕在一个具有对应于被制作外壳的轮廓的浸渍心轴。以这种方式获得的预成型件被保持在该浸渍心轴上，并且其浸渍有树脂，该树脂然后聚合。\n[0004] 然而应该注意的是，在缠绕操作过程中，该预成型件的一部分(更确切地其底表面)对于位于工作平台上的操作者来说是不可见的，该工作平台常规地位于缠绕机之上。该结构从而防止可损害该预成型件的各种被检测的异常，例如在操作者不能直观地检查到的预成型件部分中的污染(粘合带、断纤维…)或编织缺陷。不幸地，该缠绕操作是制作过程中的最后步骤，其中这种异常仍然能够被检测到。因此，如果不在缠绕过程中确认它们，那么它们通过在预成型件层的叠加中被覆盖而隐藏。\n[0005] 重要的是观察到，这些异常在缠绕操作过程中位于该预成型件的隐藏表面上，并且在先前的编织操作过程中也不被检测到，由于它们在织机上编织时同样被隐藏，例如。\n[0006] 因此，存在一种具有可以在任何缠绕之前检测在预成型件的隐藏表面上的污染和编织缺陷的缠绕机或编织机(或织机)的需求。在缠绕后，不能检查预成型件的这种污染和缺陷，其然后不能验证该缠绕操作。\n发明内容\n[0007] 本发明的主要目的因此是减轻这种需求通过提供一种在浸渍阶段之前修复或丢弃该预成型件的解决方案。本发明的另一目的是使涉及到异常的位置、发生和类型的数据受到统计分析，以监控该编织和/或缠绕操作的质量。\n[0008] 用一种在将纤维预成型件编织或缠绕到心轴上的机器中确定编织异常的方法实现这些目的，所述心轴具有用于接收所述预成型件的基本水平的旋转轴，所述心轴绕所述旋转轴由一个通过控制单元致动的电机驱动；在所述方法中，查看所述纤维织构的下侧的多个相机扫描所述纤维预成型件的隐藏表面并且获取所述隐藏表面的图象，以及一个图象分析模块在多个相邻扫描窗口中处理所述纤维预成型件的隐藏表面的图象，从而由此提取编织图案并将它们与先前存储在所述模块中的基准编织图案进行比较，并且所述控制单元使所述心轴的旋转停止，如果该比较的结果在至少一个扫描窗口中揭示了这两个编织图案外观的差异，所述差异表征由在所述纤维预成型件中的污染/编织缺陷所导致的异常的存在，并且当识别了异常时，其在所述纤维预成型件上的位置以及由操作者从预定类型的异常中选择的标签与所述异常的图象一起被存储，以及当修复了所述被识别异常时，由操作者从预定类型的修复中选择的相应标签与所述修复的图象一起被存储，并且所述被识别异常和被修复异常显示在操作者从所述控制单元可接触的所述纤维预成型件的显影图示或三维图示中。\n[0009] 通过在多个扫描窗口中对所述纤维预成型件的图象实施实时分析，可以监测在编织图案中的任何污染或缺陷以及纠正已被实施的编织或缠绕操作，或使它们无效，这应该是必要的。这导致了一种非常适于由航空发动机的复合材料制成风机保持外壳的机器。特别地，该机器的操作能够完全地自动化，从而减少这种外壳的制造周期。\n[0010] 优选地，扫描窗口的尺寸、位置和数量由操作者直接地在来自相机的图象上限定。\n[0011] 有利地，扫描窗口的数量至多对应于指向所述纤维预成型件的相机的数量。\n[0012] 优选地，所述多个相机安装在灯箱中，该灯箱适于匹配所述心轴的轮廓，并将尽可能靠近所述纤维预成型件放置，所述灯箱在位于446纳米(nm)到500纳米的范围内的波长传输蓝光，或在620纳米到800纳米的范围内的波长传输红光。\n[0013] 有利地，所述外观差异导致检查来自相机的图象的灰度水平曲线。\n[0014] 在预期目的中，在每个扫描窗口中沿至少一个检测线或在预限定的检测区域上实施所述检查。\n[0015] 本发明适用于所述心轴为收紧心轴的编织机以及所述心轴为浸渍心轴的缠绕机。\n附图说明\n[0016] 本发明的其他特征和优点从参考附图进行的以下描述中显而易见，其示出了没有限制性特征的实施例，并且其中：\n[0017] ·图1A和1B是分别示出织机和缠绕机的两个图表；\n[0018] ·图2是示出在本发明中对预成型件的多区域监测原理的视图；\n[0019] ·图3是示出了在图1A或1B中所示装置的监视器屏幕上显示的图象的视图；\n[0020] ·图4是异常的详细视图；\n[0021] ·图5示出了本发明方法的各个步骤；以及\n[0022] ·图6A和6B分别为一种风机叶片上缺陷分布的示例的透视图和展开视图。\n具体实施方式\n[0023] 以下在应用到制造燃气涡轮航空发动机的风机保持外壳的文字中描述本发明，并且在文献EP 1 961 923中描述了一种可以参考的示例实施方式。\n[0024] 该外壳由一种具有由基质致密化的纤维增强结构的复合材料制成。该增强结构由例如碳、玻璃、芳纶或陶瓷纤维这样的纤维制成，并且该基质由例如环氧树脂、双马树脂或聚酰亚胺树脂这样的聚合物制成。\n[0025] 简而言之，在该文献中所描述的制作方法包括通过三维编织制成纤维织构开始，该织构沿心轴上的经向中收紧，该心轴的轮廓根据被制作外壳的轮廓而确定。\n[0026] 图1A示出了通过在提花型织机10上编织而获得的这种纤维织构，该提花织机由经纱供应中心12供应，并且将该纤维织构传输到牵引心轴14上，该纤维织构随后经由例如反转心轴16或收紧心轴18这样的各种其他支撑心轴被输送到缠绕机。该收紧心轴可构成如图\n1B中所示的该缠绕机的收紧心轴。\n[0027] 一旦已经编织了该纤维织构或预成型件，它有点像干垫，并且其被传输到收紧心轴上用于后续转移，并在具有与被制作外壳的内部轮廓对应的外部轮廓的树脂注塑成型的心轴(以下称为浸渍心轴)上缠绕在多个线匝中(通常为四个线匝加上小于1/4线匝的线匝部分)。\n[0028] 在该预成型件被保持在浸渍心轴上时，它由树脂浸渍。为此，通过应用与该预成型件结合的多个部件形成了外壳，并且树脂注入到以这种方式构成的模具中。可通过在包含该预成型件的模具的内侧和外侧之间建立压力差来协助浸渍。在浸渍后，实施树脂的聚合步骤。\n[0029] 缠绕机20使这成为可能，同时也实施对预成型件的对齐和可能偏心的实时监测，其本身包括一个支架22，该支架特别地支撑该收紧心轴24和该浸渍心轴26。接收通过三维编织获得的预成型件28的该收紧心轴24由水平轴30承载，该水平轴一端旋转地安装在缠绕机的支架22上，其另一端连接到第一电机32的出口轴。用于接收从收紧心轴展开的预成型件的叠加层以及呈现与被制作外壳的内表面轮廓所对应的轮廓的外表面的该浸渍心轴26本身由水平轴34承载，该水平轴平行于收紧心轴的旋转轴30，并且其一端旋转地安装在支架22上，同时其另一端连接到第二电机36的出口轴。成形滚筒38可设置在该收紧心轴和该浸渍心轴之间。\n[0030] 一控制单元40连接到电机32和36，以控制和监视每个心轴的旋转速度。在更广泛的方面，通常在中央处理器单元400、内存模块402和输入/输出模块404(特别是与屏幕406、键盘408等连接)(参见图2)周围组织的该控制单元用于控制缠绕机的所有操作参数，当将预成型件放置就位(校正阶段)时以及然后当其被缠绕(自动控制阶段)时。\n[0031] 本发明提供了在开始浸渍阶段之前自动检测来自接合和在该预成型件的整个缠绕操作中(以及也在先前的编织操作过程中)的任何异常。所提出的解决方案包括将多个相机42放置就位，所述多个相机与图象分析模块相连并定位在预成型件下的缠绕机(或织机)上，从而当其行进时能够获得该预成型件的隐藏表面的图象，因此可以检测其可能遭受的可能异常。该设备能够表征预成型件的表面，并将其与因此被称为无缺陷基准的基准编织图案进行比较。该缺陷图可以实时地自动识别缺陷并且能给予操作者关于缺陷多么重要的信息。特别是，当出现缺陷时可以通知操作者所采取的行动(如，停止用于分析的缠绕，继续缠绕，作用在该预成型件上以根据检测到缺陷进行修复，…)，或者准确地定位所有缺陷，以识别它们在外壳上的三维(3D)位置，从而可以在缠绕结束时验证它们不太靠近在一起，以及它们不可能影响该部件的稳固性，或实际上产生时变缺陷目录以完善检测。\n[0032] 更具体地，为了揭示该预成型件的编织图案，以及为了不受车间照明所产生的干扰光的影响，所述相机被放置在灯箱44中，该灯箱在缠绕过程中优选尽可能地靠近该预成型件放置，以使该预成型件的表面与在该机器以上的车间中的环境或干扰照明隔离。\n[0033] 在图1A和1B中，灯箱44可被安装于其中的不同位置作为示例示出。因此能够观察到，当灯箱面对一心轴布置时，其优选成形为匹配该心轴的轮廓。\n[0034] 此外，为了增加通过由碳纤维制成的被编织预成型件的编织图案所呈现的对比度，从而提高各类异常的识别，使用蓝光(位于446纳米到500纳米范围内的波长)或红光(位于620纳米到800纳米范围内的波长)是有利的。\n[0035] 如图2中所示，有利地结合到控制单元40的图象分析模块本身能够通过由相机传输的图象同时监测多个预成型件的区域，并通过检测预成型件外观与优选地被记录在该模块中的基准编织图案相比的差异以在来自它们每一个的编织图案之间区分，并且为了将信号发送给操作者，以使操作者能够在发生不匹配的情况下采取行动，特别是如果这两个编织图案的比较结果在至少一个监控区域中揭示了外观差异，该外观差异表征由在预成型件的编织中的污染和/或缺陷所造成的异常存在，则停止该预成型件的行进。监控区域的尺寸、位置和数量由操作者在图象分析模块中使用扫描窗口来限定，从而完全地覆盖在该预成型件的整个宽度上延伸的条带。有利地，为了获得均匀的编织图案，选择这种扫描窗口以位于在预成型件中编织的示踪纱线的两侧上。每个相机被分配到该预成型件的确定区域，并且因此能够覆盖一个或多个扫描窗口。\n[0036] 为此，如图2中所示，操作者在初始化该系统的阶段中(当开始编织或缠绕时)动作，以通过使用对于该图象分析模块特定的图形软件工具直接地在预成型件的图象上形成这些扫描窗口。这些窗口优选地被选择以位于被认为是完好的，即没有污染或缺陷的预成型件的条带中。当操作者在监视器屏幕406上的每个扫描窗口中观察到完好的预成型件区域的存在时，操作者验证一个称为“基准获取”的步骤，以及出现在该区域中的被验证的编织图案被存储(对于预成型件的给定条带，图3显示被验证的完好区域50以及不完好的并且无法验证的区域52的示例)。图案差异是在预成型件的每个区域的编织中的变化的结果。被存储的数据是图象中灰度水平的映象。由于该编织图案是重复性的，可以与该测量值一起在预成型件的图象中使用灰度水平，以获得同样是重复性的灰度曲线。在缠绕或编织操作过程中，灰度曲线外观的任何变化然后被解释为异常。\n[0037] 检测污染的一个示例显示于图4中，特别地操作者当将预成型件在缠绕机上放置就位时所遗忘的一片粘合带54。在图中可清楚地看到，与所讨论的区域56的基准编织图案相比，存在由于分析灰度曲线58所导致的预成型件的编织图案的变化。这类检测可以检测污染类型( 带、 纤维、短纤维，…)以及同样大多数编织缺陷的异常，所述编织缺陷例如为经浮、纬浮，长浮或“错误编织”、环线、断的示踪纱、断的经纱、丢失的纱线或“纬纱”、双纱或“纬纱”、局部缺少的纱线(局部缺少的纬纱)、有绒毛的纱……。在所示的示例中，检测模式被描述为沿检测线(宽水平线60、62)，然而该模块自然地能够在等同于扫描窗口的检测区域上监测在编织图案中的变化，以提供最敏感的可能的检测模式，如果有必要的话。在灰度水平和轴向位置方面的检测阈值也能够设置，以容纳编织图案的“正常”变化。\n[0038] 如下参考图5在缠绕机的示例中描述了一种被实施用于处理异常和在统计上分析它们以跟踪编织和/或缠绕操作的质量的各种步骤。一旦初始化阶段已经完成(步骤100)，开始预成型件的缠绕并持续直到该图象分析模块检测到异常(步骤102)。在该异常的外观上，该缠绕操作停止，监控屏幕冻结在所检测的异常上。该异常自动地给出一次序号，随后其位置与该异常的图象存储在一起，并且邀请操作者从以前存储的各种类型的异常选择异常的标签(步骤104)。操作者然后能够直接地干预该预成型件以直接地观看异常(步骤\n106)，然后确定它是否能够被修复(测试步骤108)。如果该测试的答案为“是”，则进行修复(步骤110)，并且自动给出一个随后与已经进行的修复的图象一起存储的维修次序号，邀请操作者从以前存储的各种类型的修复中选择一个修复标签(步骤112)。随后缠绕可重启(返回到步骤102用于检测可能的新异常)。如果步骤108中测试的答案是“否”，则需要拜访专家(步骤114)，以确定该异常是否是关键性的(测试步骤116)，即需要停止缠绕(步骤118)的性质以及被丢弃的预成型件，否则相反，该异常是可以接受的，所以可以重新开始缠绕(回到步骤102)。在缠绕操作结束时，可发布一份提及被识别以及被修理的异常的分析报告。有利地，该报告可以是图6A所示三维的外壳图示或如图6B所示的展开的形式，各种异常，无论是否被修复，与它们的次序号一起出现在它们的各自位置。该图形表示提供了对异常修复和异常类型的更好可见性。这导致了通过能够更快地做决定，处理循环时间的大幅节省偏离了说明书。将通过本发明获得的异常(编织和/或缠绕异常)的映象与当实施超声监测时观察到的缺陷的映象进行比较(叠加)的可能性构成了额外优点。