CN103959056B - 用于动态地定位组件上所观察到的故障的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于动态地定位与锻造操作有关的缺陷组件(1t)上所观察到的故障(33)的方法和系统，包括：‑处理装置(15)，所述处理装置用于使用所述组件(1)的一套连续模型(21a‑21f)来模型化通过锻造形成组件(1)的操作，‑处理装置(15)，所述处理装置在对应于所述缺陷组件(1t)上的故障被定位的区域的区中，用于将故障跟踪器(43)添加到所述一套模型的第一模型，以便形成第一跟踪模型(21t)，以及，‑处理装置(15)，所述处理装置用于从所述第一跟踪模型(21t)向前地所述模型化期间随着时间的过去监视所述故障跟踪器(43)，以定位所述故障(33)的起源。

Description

用于动态地定位组件上所观察到的故障的系统和方法
技术领域
本发明涉及锻造的一般领域，并涉及由锻造操作造成的缺陷组件中所发现的故障的动态定位。发现在所有的工业领域均应用到它，尤其在其中锻造组件受到质量和安全的最大限制的航空学领域。
背景技术
在成形锻造组件期间，生产的波动可能造成潜在地导致这些组件弃用的缺陷的形成。可以使用超声波型、磁性探伤型或视觉型的检测装置来对锻造组件中的缺陷实施检测。
缺陷的成因可能与成形工具的锻造参数或故障结构有关。因此重要的是识别或定位缺陷的起源，以改进锻造作业或工具。
当前，对于识别锻造组件中的缺陷的起源，缺陷大概与锻造前的原来部件有关。缺陷的此关系是不精确的并且只对在具有容易视觉识别的表面上和区域中出现的缺陷实施。
此外，根据此类型的对比，不可能定位中间锻造步骤中所产生的缺陷，且不可能分析该缺陷的传播，其有损于缺陷的良好诊断。
本发明的目的因此是为了提出用于动态地定位缺陷组件中所观察到的缺陷或故障的系统和方法，其克服了上述缺点并提供了缺陷传播的预期或追溯的知识。
发明内容
本发明由用于动态地定位与锻造操作有关的缺陷组件中所观察到的故障的系统所定义，其包括：
-处理装置，所述处理装置使用所述组件的一套连续模型来模型化通过锻造的组件成形操作；
-处理装置，所述处理装置在对应于所述缺陷组件的故障区域的区中，将故障绘图器添加到所述一套模型的第一模型，以获得第一绘图模型；以及
-处理装置，所属处理装置在起始于所述第一绘图模型的所述模型化期间，随着时间的过去跟踪所述故障绘图器，以定位所述故障的起源。
因此可以预期地或追溯地诊断组件媒介中故障的传播。
有利地，在第一模型中与所述故障绘图器联结的区的尺寸和位置大致与缺陷组件中的故障区域的尺寸和位置相似。
根据本发明的一个特定实施方式，成形操作的模型化是使用有限元的动态模型化，所述有限元在每个模型化时间步骤中形成多边形网格，后者表示在对应锻造步骤中的组件。
有利地，处理装置配置成限定在每个模型化时间步骤中所述故障绘图器的尺寸和位置为在所述随着时间的步骤中所示网格的初级元的函数。
根据本发明的第一实施方式，所述套的连续模型包括对应于锻造前组件的初始模型、对应于中间锻造步骤的中间模型以及对应于锻造组件的最终模型，所述第一模型对应于所述最终模型以及第一绘图模型对应于最终绘图模型，处理装置配置成通过颠倒起始于所述最终绘图模型的所述模型化顺序随着时间的过去跟踪所述故障绘图器。
处理装置配置成将所述故障绘图器定位在初始模型中，以识别锻造前故障就已经存在组件中的区域。
有利地，处理装置配置成将所述故障绘图器定位在包括特定结构的中间模型中，以核实所述特定结构是否有可能引致所述故障。
根据本发明的第二实施方式，所述套的连续模型包括对应于锻造前组件的初始模型以及对应于锻造组件的最终模型，所述第一模型对应于所述初始模型，所述第一绘图模型对应于初始绘图模型，处理装置配置成将所述故障绘图器定位在最终模型中，以核实锻造组件中的故障是否位于所述锻造组件的加工区域的外侧。
有利地，所述故障绘图器是与所述多边形网格联结的对比元件。
本发明还涉及用于动态地定位与锻造操作有关的缺陷元件中所观察到的故障的方法，其包括以下步骤：
-模型化操作，以根据所述组件的一套连续模型来成形通过锻造的组件；
-在对应于所述缺陷组件的故障区域的区中，将故障绘图器添加到所述套的模型的第一模型，以获得第一绘图模型；以及
-在起始自所述第一绘图模型的模型化期间，随着时间的过去跟踪所述故障绘图器，以定位所述故障的起源。
附图说明
现在参考附图描述本发明的实施方式的非限制性实施例，其中：
图1图解地图示了锻造过程；
图2图解地图示了根据本发明的用于动态定位缺陷组件1中所观察到的故障的系统12；
图3图解地图示了根据本发明的组件的成形的一套连续模型；
图4和4A–4D图示了根据本发明的一个优选实施方式的用于动态地定位缺陷组件中所观察到的故障的方法；
图5A–5E图示了相对于工具偏移的坯件锻造的模型化；以及
图6和6A–6C图示了根据本发明的另一个优选实施方式的用于动态地定位缺陷组件中所观察到的故障的方法。
具体实施方式
基于本发明的概念是使用组件成形的模型化来跟踪故障的传播。
图1图解地图示了锻造过程。
通过使用锻压机进行锤击或挤压在两个模具之间或锻造工具3之间对待要被锻造的通常具有圆柱形形状的称为铸块或坯件1a的组件实施热加工或冷加工，以形成锻造组件。最终组件1f经常类似于具有特定几何形状的大盘或大碟。
对于热加工而言，组件1在压扁步骤前放置在炉7中，在某些情况下，在获得最终组件1f前，重复几次锻造和压扁步骤。
一旦完成锻造，使用超声波装置、磁性探伤装置或视觉装置9进行检测，以例如，在此组件1f上开始加工操作前，核实锻造组件1f没有包含任何故障。
本发明提出了动态地定位故障以识别其起源。这例如可以确定在一系列组件上的故障是孤立的或是可重现的，在这种情况下，可以实施校正动作以避免此故障重现。
图2图解地图示了根据本发明的用于动态定位缺陷组件1中所观察到的故障的系统12。
通过动态地定位故障指的是与组件1所占有的空间有关的和在其成形的连续次时故障的时间-空间识别。换句话说，它是在其转换的每个时刻时，组件1中故障的空间定位。
定位系统12包括数据输入装置13、处理装置15、存储装置17和包括查看装置20的输出装置19。处理装置15允许执行包括程序代码指令的一个或多个计算机程序，所述程序代码指令存储在存储器17中并设计成执行用于动态地定位故障的方法。
更特别地，处理装置15配置成根据组件的一套连续模型来模型化通过锻造的组件1的成形操作。
图3图解地图示了组件1成形的一套连续的模型21a–21t，所述模型包括表示坯件1a(即，锻造前组件)的初始模型21a、表示中间锻造组件1b、1c的中间模型21b，21c以及表示锻造组件1f(即，锻造后最终组件)的最终模型21f。
应注意的是模型化可以在用于轴对称组件的三维(3D)中或可选择地在两维(2D)中进行。
因此，处理装置15用于模型化与锻造参数有关的锻造工具3作用下组件1工作情况的方程的数值求解，所述锻造参数例如，包括组件1和工具3的温度范围、压力范围、热传递系数、组件1密度和工作速度的范围等。这些参数允许数值模型化最好地代表车间中实际的锻造操作。例如，热传递系数允许在锻造操作期间由于考虑到辐射和/或对流所引起以及特别地，当组件1的温度是高的时(例如1000℃数量级)，通过组件1将热分散到周围介质中。数值求解迭代地执行，并且例如，使用网格23来离散组件的连续几何域，后者使用由顶点或节点25和边27所描述的有限元。因此，经由有限元的动态模型化在随着时间的每次迭代或模型化时形成在相应的锻造步骤时表示组件1的多边形网格23(例如三角形)。
当在缺陷组件1t中观察到故障33时，记录关于故障33(例如，在组件1t中的故障的尺寸和位置)的数据，这些数据输入到动态定位系统12中。
动态定位系统12的输入装置13用来输入与故障33有关的输入数据，并使处理装置15能够将故障33的等值插入到对应于缺陷组件1t的模型21t中。
更具体地，配置处理装置15，这样对于属于锻造操作的一套模型21a–21t的第一模型21t来说，它们在对应于缺陷组件1t中故障区域的区中添加故障绘图器43，以获得第一绘图模型21t。换句话说，第一绘图模型21t表示在检测到故障时的缺陷组件1t。
有利地，第一模型21t中与故障绘图器43联结的区的尺寸和位置大致类似于缺陷组件1t中故障区域33的尺寸和位置。
然后处理装置15与查看装置20一起允许在起始于第一绘图模型21t的模型化期间随着时间地跟踪故障绘图器43，以诊断故障33的动力学性能。以这种方式，可以起始于第一绘图模型21t预期地(即，随着时间向前移动)或追溯地(即，随着时间向后移动)跟踪组件1中的故障33的传播。
特别地，在每个模型化时间步骤中，故障绘图器43的尺寸和位置可以定义为当前时间步骤中网格23的初级元(即，节点25和/或边27)的函数。
例如，故障绘图器43是对比元件，所述对比元件代表在尺寸和位置方面的故障33，并且可以使用已知的CAD型技术被一体化到模型21相应的多边形网格23中。例如，与网格23相比较，故障绘图器43可以由彩色轮廓表示，封闭的表面大致等于实际故障33的表面，并相对于节点25限定在故障附近。应该注意的是其不需要具备故障33的类型或精确形状方面的知识。
图4和4A–4D图示了根据本发明的一个优选实施方式的用于动态地定位缺陷组件中所检测到的故障的方法。
根据该实施方式，故障绘图器所添加到的第一模型对应于表示锻造组件1f的最终模型21f，因此第一绘图模型21t对应于表示缺陷锻造组件1tf的最终绘图模型21tf。
在步骤E1，处理装置15根据连续模型21a–21f来模型化通过锻造的组件1的成形操作，所述连续模型包括对应于锻造(坯件)前组件1a的初始模型21a以及对应于锻造组件1f的最终模型21f。
在步骤E2，在缺陷锻造组件中检测出故障后(参见图4A)，处理装置15在对应于缺陷锻造组件1f的故障区域的区中，将故障绘图器43添加到最终模型21f，以获得最终绘图模型21tf(参见图4B)。
图4A是图示了具有在组件1的显微照相截面中所看到的锻造纹33(例如小裂缝)的缺陷锻造组件1tf的部分或更具体地其一半的实施例。此外，图4B提供了在对应于图4A的缺陷锻造组件1tf的故障区域34的区44中与故障绘图器43一体化的最终绘图模型21tf的对应部分的2D图示。
在步骤E3，处理装置15与查看装置20一起允许通过颠倒起始自最终绘图模型21tf的动能(即，通过颠倒模型化的顺序)随着时间跟踪故障绘图器43，以识别缺陷锻造组件1tf中故障的起源(参见图4C和4D)。因此可以跟踪受到缺陷影响的区域的轨迹。
当模型化锻造操作时，表示组件1的模型21的多边形网格23随着时间过去而变形。换句话说，在转换期间，节点25的相对位置相对于彼此而被修改。这在相对于邻近节点25限定的故障绘图器43的扩张和位置中产生变化，所述邻近节点的坐标在每个模型化步骤中是已知的。因此，通过随着时间返回的移动，可以在压扁组件1之前识别故障33的形态、几何形状和位置。
应该注意的是故障33可能因为坯件1a材料的初始缺陷、与锻造参数(工作速度，温度，等)有关的缺陷或组件1和/或成形工具3的几何缺陷而造成。
图4C图示了在初始模型21a中的故障绘图器43的定位。这允许如果缺陷已经包括在坯件1a中，存在缺陷的区域44a的识别。
为了识别缺陷的其它来源，动态定位系统12用来将故障绘图器43定位在可能引致故障的中间模型中。
例如，图4D图示了在具有特定结构的中间模型21b中的故障绘图器43的定位。
该中间模型21b显示故障绘图器43定位在凹度的区44b的附近，所述凹度通常通过将工具3插进待锻造的组件1的材料中而生成。
因此，在该区44b中的不正常地标记的凹度或弯曲可能是缺陷组件1tf中纹或故障33的原因。应注意的是，凹度的增强可能例如，起因于模具之间或锻造工具3之间的平行化缺陷和/或起因于坯件1a相对于工具3中心的差的对中。
因此关注的是模型化不同的情况，该不同的情况产生增强的凹度，以诊断或核实是否真正是凹度导致该故障33。
例如，图5A–5E使用相对于工具3有意地偏移的坯件21a来图示锻造的模型化。
图5A显示了坯件21a，其中心轴线A1相对于工具3的对称轴线A2偏移几毫米。
图5B清楚地显示了在原凹度的区44b中凹度的增加，故障定位在区44b的附近。这清楚地显示了如图5C–5E所图示的凹区中形成纹的高风险。特别地，图5E显示了锻造组件的最终模型21f是高度不对称的。
因此可以改变锻造工具3的结构或几何形状，这样使得两个工具核心3到组件1中的插入不再生成任何凹度，或使得材料以不同的方式发生流动从而使得凹度降低或消除。
总之，根据本发明的故障33的起源的定位允许可能导致故障原因的不同效果或情况的模型化，以可以纠正它。
图6和6A–6C图示了根据本发明的另一个优选实施方式的用于动态地定位缺陷组件中所检测到的故障的方法。
根据本实施方式，故障绘图器44所添加到第一模型对应于表示锻造(坯件)1a前组件的初始模型21a，这样使得第一绘图模型对应于表示缺陷坯件1ta的初始绘图模型21ta。
在步骤E1，处理装置15根据连续模型来模型化通过锻造的组件的成形操作，所述连续模型包括对应于锻造前组件1a的初始模型21a以及对应于锻造组件1f的最终模型21f。
在步骤E2，在缺陷锻造坯件1ta中已经检测出故障33后(参见图6A)，处理装置15在对应于缺陷锻造坯件1ta的故障33区域的区中，将故障绘图器44添加到最终模型21a，以获得初始的绘图模型21ta(参见图6B)。
图6A是图示在缺陷坯件的表面上具有小故障33的缺陷坯件1ta的实施例。图6B提供在对应于图6A中缺陷坯件1ta中的故障33区域的区中与故障绘图器44一体的初始绘图模型21ta的2D图示。
在步骤E13，处理装置15与查看装置20一起允许将故障绘图器44定位在最终模型21f中，以核实锻造组件中的故障是否位于该锻造组件的加工区域46的外侧。这通过核查加工后的锻造组件是否会受锻造前组件1ta初始故障33的影响来允许组件具有经济性。
图6C图示了故障绘图器44在最终模型和加工轮廓46中的定位。该实施例显示了故障在加工后没有影响成品部件，因此可以使用开始的坯件。

Claims (10)

1.一种用于动态定位坯件锻造操作后所获得的组件中所观察到的故障(33)的系统，其特征在于：其包括：
-处理装置(15)，所述处理装置适于通过方程的数值求解，模型化所述锻造操作，方程的数值求解根据锻造参数来模型化锻造操作期间的组件(1)的工作状况，所述数值求解迭代地执行和在所述锻造操作期间生成所述组件(1)形成的一套时间连续模型(21a–21f)，所述一套时间连续模型(21a–21f)包括对应于所述坯件(1a)的初始模型(21a)、对应于中间锻造步骤的中间模型(21b–21e)以及对应于所述组件(1)的最终模型(21f)；
-输入装置，所述输入装置向所述处理装置(15)提供与所述组件(1)中所观察到的故障(33)有关的数据，组件具有被称为缺陷组件(1t)的故障；
-处理装置(15)，所述处理装置适于在对应于所述缺陷组件(1t)中的故障区域的区中，将故障绘图器添加到属于所述一套时间连续模型(21a–21f)的第一模型，以在检测故障时获得表示缺陷组件(1t)的第一绘图模型(21t)；以及
-查看装置(20)，所述查看装置与处理装置(15)连接和适于在起始自所述第一绘图模型(21t)的所述模型化期间，随着时间的过去预期地和追溯地跟踪所述故障绘图器(43)，以诊断所述故障(33)的动力学性能。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：第一绘图模型(21t)中与所述故障绘图器(43)联结的区的尺寸和定位与缺陷组件(1t)中故障(33)的区域的尺寸和定位相似。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述锻造操作的模型化是具有有限元的动态模型化，所述有限元在表示对应锻造步骤中组件的每次迭代时形成多边形网格(23)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：处理装置(15)配置成在每次迭代时限定所述故障绘图器(43)的尺寸和位置为随着时间过去的在所述步骤中所述多边形网格(23)的初级元的函数。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一模型对应于所述最终模型(21f)，第一绘图模型(21t)对应于最终绘图模型(21tf)，以及，其特征在于：处理装置(15)配置成通过颠倒起始于所述最终绘图模型(21tf)的所述模型化的顺序，随着时间的过去跟踪所述故障绘图器(43)。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：处理装置(15)配置成将所述故障绘图器(43)定位在初始模型(21a)中，以识别锻造前故障就已经存在组件中的区域。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：处理装置(15)配置成将所述故障绘图器(43)定位在包括特定结构的中间模型中，以核实所述特定结构是否有可能造成所述故障。
8.根据权利要求1至4中任何一项所述的系统，其特征在于：所述第一模型对应于所述初始模型(21a)，所述第一绘图模型(21t)对应于初始绘图模型(21ta)，以及，其特征在于：处理装置(15)配置成将所述故障绘图器(43)定位在最终模型(21f)中，以核实在锻造组件中的故障是否位于所述锻造组件的加工区域(46)的外侧。
9.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于：所述故障绘图器(43)是与所述多边形网格(23)联结的对比元件。
10.一种用于动态地定位坯件锻造操作后所获得的组件中所观察到的故障(33)的方法，其特征在于：其包括以下步骤：
-在所述锻造操作期间通过模型化与锻造参数有关的所述组件(1)的工作情况的方程的数值求解来模型化所述锻造操作，所述数值求解迭代地执行和在锻造操作期间生成所述组件(1)形成的一套时间连续模型(21a–21f)，所述一套时间连续模型(21a–21f)包括对应于所述坯件(1a)的初始模型(21a)、对应于中间锻造步骤的中间模型(21b–21e)以及对应于所述组件(1)的最终模型(21f)；
-获得与在所述组件(1)中所观察到的故障(33)有关的数据，组件具有被称为缺陷组件(1t)的故障；
-在对应于所述缺陷组件(1t)中的故障区域的区中，将故障绘图器(43)添加到属于所述一套时间连续模型(21a–21f)的第一模型，以在检测故障期间获得表示缺陷组件(1t)的第一绘图模型(21t)；以及
-在起始自所述第一绘图模型(21t)的所述模型化期间随着时间的过去预期地或追溯地跟踪所述故障绘图器(43)，以诊断所述故障(33)的动力学性能。
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