CN108027296A - 测量装置、用于真空装袋方法的装置及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量装置，其具有至少一个用于确定真空装袋方法中的泄漏的测量传感器，其特征在于，所述测量传感器包括至少一个弹性压电传感器(1)，所述弹性压电传感器经由至少两个支承位置支承在支撑元件(2)上，其中所述测量装置具有评估装置(9)，所述评估装置被设计为通过评估由所述压电传感器(1)提供的测量信号来确定泄漏率和/或泄漏的位置。

Description

测量装置、用于真空装袋方法的装置及相关方法

本发明涉及一种用于确定真空装袋方法中的泄漏的测量装置，该测量传感器具有至少一个测量传感器。此外，本发明涉及一种具有这种测量装置的真空装袋方法的装置，以及一种用于确定真空装袋方法中的泄漏的方法。

在复合纤维部件的生产中，真空装袋方法是一种常规方法，用于在固化过程中将所需的压力施加到由称为预浸料的层状结构形成的复杂形式上。预浸料由用反应树脂预浸渍的纺织品半成品组成。这些预浸料在施加温度和压力下固化以生产复合纤维部件。单独的预浸料坯为此目的一层一层地放置在所需的模具上或中。由此形成多层结构，其由气密膜覆盖。气密膜在边缘四周密封，形成“真空袋(vacuum bag)”。预浸料被布置在基底上，基底可以被形成为阴模或阳模。然后通过一个或多个连接器将该装置抽空。通过真空泵从真空袋中抽出空气，由此真空袋非常靠近由预浸料占据的基底或模具。在这种状态下，在升高的温度和压力下在高压釜中固化该装置。在此，保持真空袋的抽空状态，以便从外部获得作用在预浸料上的气体压力的按压效应。然而，在这些步骤中的每一个中，由于机械应力和/或热应力，在真空袋的区域中会存在小的或更大的气密性缺陷。例如，可以想象形成真空袋的气密膜被撕裂或者在气密膜与基底或模具之间的边缘密封区域中在气密性方面存在缺陷。如果这种气密性缺陷被太晚发现或解决或者根本未发现或解决，那么这些部件可能会不均匀地固化，因此通常是无用的，这会造成很大的经济损失。

通常，在抽空期间泄漏率增加的基础上确定气密性缺陷。抽空过程由压力计监测。但是，可容许泄漏率的极限值非常低。由于压力计的分辨率有限，因此可以长达一小时，直到可以确定可靠的泄漏率。此外，通过压力计不可能找到确定的气密性缺陷。相反，通过特殊的麦克风监测临界点。然而，这种方法非常复杂，因此真空装袋方法对于批量生产的许多应用是低效的和不经济的。

因此，本发明的目的是提供一种用于确定真空装袋方法中的泄漏的测量装置，其具有测量传感器，能够快速且可靠地确定泄漏率。另一个目标是确定泄漏的位置。

为了实现该目的，在引言中所述类型的测量装置的情况下，测量传感器包括至少一个弹性压电传感器，该传感器支承在支撑元件上以形成至少两个支承位置，其中测量装置包括评估装置，评估装置被设计为通过评估由压电传感器提供的测量信号来确定泄漏率和/或泄漏的位置。本发明基于如下发现：借助于包括具有弹性压电传感器的测量传感器的测量装置能够可靠地确定泄漏。测量传感器可以布置在真空袋内，以便在抽空过程中通过压缩力作用。由于弹性压电传感器经由至少两个支承位置支承在支撑元件上，所以在抽空过程中占主导的压缩力导致传感器的弯曲负荷。测量装置特别是弹性压电传感器连接到评估装置，使得可以评估由压电传感器提供的测量信号，以便确定泄漏率和/或泄漏的位置。

这种测量装置本身是已知的，例如参考以同一申请人名义的文献WO2014/086793A2以及EP2372802B1。这些文献的内容在此通过引用全部并入本申请中。

测量装置的弹性压电传感器具有高精度、良好的信噪比、快速响应特性和高灵敏度的特点。因此可以高度精确地测量和监测真空袋内的压力。由于评估由压电传感器提供的测量信号，可以确定泄漏率和/或泄漏的位置。

根据本发明，优选的是，支承位置以点状、弧形、线性或平面的方式形成。这里关键的是弹性压电传感器不直接支承在基底上，例如支承在模具上，而是通过支撑元件与基底间隔开。具有一定程度的弹性压电传感器被支撑在支撑元件上，使得抽空过程中占优势的压缩力引起小的弯曲，但是仍可以被精确地测量。

在根据本发明的测量装置的情况下，弹性压电传感器的弯曲刚度优选为1MPa以上。由于传感器由复合纤维材料制成，所以通过选择用于传感器的材料可以使挠曲强度适应特定的用途。

根据本发明的测量装置的传感器的弹性模量为0.1GPa至100GPa。通过选择和布置不同的复合纤维材料，可以获得具体应用所需的特定弹性模量。

弹性压电传感器的优选特征在于其可以在20℃和180℃之间的温度范围内使用。因此，传感器也可以在升高的温度下在高压釜中固化预浸料期间使用。测量信号的温度补偿可以适当地进行。

弹性压电传感器所支承的支撑元件可以形成为环或矩形或方形框架或楔形物。支撑元件可以包括两个或更多个分离的支承位置。原理上，甚至可以设想仅具有一个支承位置的支撑元件，使得传感器在一侧远离基底。

当压电传感器和支撑元件形成为一件式整体部件时，根据本发明的测量装置具有特别简单的操作。例如两个部件可以彼此胶合，或者在生产压电传感器时可以直接模制支撑元件。

此外，本发明涉及一种用于真空装袋方法的装置，该装置包括形成密封地布置在基底上的真空袋的气密膜和所述种类的测量装置，测量装置具有至少一个测量传感器和支承在基底上的支撑元件，并且该支撑元件布置在真空袋中。

根据本发明的装置的优选变体，测量装置包括分布在真空袋中的多个测量传感器。每个测量传感器可以分配有自己的评估装置。或者，也可以为多个测量传感器提供单个中央评估装置。

根据本发明的装置的优选实施例，基底包括用于测量传感器的凹部，从而将测量传感器集成到基底中，与其表面平齐。测量传感器可以从基底的下侧安装。

此外，本发明涉及一种用于确定真空装袋方法中的泄漏的方法。根据本发明的方法包括以下步骤：

-将所述类型的测量装置布置在真空袋中，

-通过真空连接器抽空真空袋，

-检测压电传感器提供的测量信号，

-借助于评估装置评估测量信号，以便确定真空袋的泄漏率和/或泄漏的位置。

在评估装置中分析由至少一个弹性压电传感器提供的高度精确的测量信号。因此可以得出关于真空袋中的状态变量特别是压力或负压的结论。泄漏率可以通过评估测量信号来确定。可选地或另外地，可以确定泄漏的位置。在根据本发明的方法中，当评估测量信号时，优选地确定其时间导数，该时间导数提供表征传感器与泄漏之间的距离的信息。传感器与泄漏之间的距离可以基于测量信号的一阶导数即基于斜率来确定。

传感器和测量装置对于真空袋中占主导的机械重度衰减环境中的最小压力波动特别敏感。已经发现，这种灵敏度足以在最短的时间内检测真空装袋方法中即使是最小的、不可容忍的气密性缺陷。

除了传感器和支撑元件之外，当执行根据本发明的方法时，可以使用电模拟放大器和/或模拟信号滤波器。评估装置可以被设计用于实时检测、数字化、评估和显示由传感器提供的测量信号。

在根据本发明的方法中，可以监测和检测真空袋内的最小压力波动。如果真空泵关闭或断开，测量装置会立即显示与泄漏率成正比的信号。这是基本上静止的状态。

在根据本发明的方法中，可以基于测量装置的瞬态测量信号的上升行为来确定泄漏率和/或气密性缺陷位置。

已经发现，测量装置的传感器的测量信号的上升沿越陡峭，泄漏越靠近测量装置。如果发生泄漏，压力突然升高，传感器可立即检测到。令人惊讶地发现，直到达到最大斜率的时间是传感器与泄漏之间的距离的特征。由于斜率的变化过程，即测量信号的时间曲线的一阶导数的曲线以及其最大值和/或最小值根据泄漏和传感器之间的距离而变化，所以可以例如通过三角测量法相对于传感器位置的确定气密性缺陷位置，即泄漏。另外的方法是机器学习、模式识别或神经网络。由于传感器布置在固定的位置，所以可以通过自动评估多个传感器的测量信号来自动确定和显示泄漏的绝对位置。

根据本发明的方法的另一个变体，在评估测量信号的过程中确定真空泵从各个测量传感器断开之后的测量信号之间的偏移，即恒定的压力升高，并提供与泄漏率有关的信息。泄漏率和/或泄漏的位置可以基于偏移来得出。

根据本发明的方法的发展，通过将具有确定尺寸的膜部分在真空袋上方穿过并且检测和评估当所述膜部分在泄漏上方穿过时发生的特征瞬态测量信号来确定泄漏的位置。用于此目的的膜部分可以例如连接到屈服材料上，例如连接到海绵上。通过将附着在海绵上的膜部分在真空袋上方穿过，任何存在的泄漏都被暂时密封和封闭。由此提供压力脉冲，该压力脉冲可以通过评估瞬态信号来检测、评估和显示。因此，真空袋的泄漏很容易以这种方式定位。

以下将参照唯一的附图更详细地解释本发明的示例性实施例。

唯一的附图是剖面图，并且示出了根据本发明的具有根据本发明的测量装置的装置，其适于执行根据本发明的方法。

在附图的上部以横截面示意性地示出了形成为弯曲传感器的弹性压电传感器1。这里所示的横截面仅仅是示例性的。传感器1也可以具有较平坦的设计。传感器1支承在布置在传感器1的边缘的区域中的两个支撑元件2上。当执行真空装袋方法时，传感器1在抽空过程中通过压缩力作用并因此经历弯曲负荷。

图中所示的装置包括两个这种类型的传感器1，每个传感器具有支撑元件2，在该示例性实施例中该支撑元件形成为环。气密性膜形成真空袋3，该真空袋放置在形成真空台4的基底上方。在真空台4上设置预浸料叠层5，即预浸料的坯料的堆叠排列。非织造垫中的空气导向层6设置在预浸料叠层5和真空袋3之间。真空袋3通过密封件7相对于真空台4四周密封。真空连接器8被集成到真空袋3并连接到真空泵(未示出)。其中多个真空连接器也被设置在真空台的下侧上的改进的实施例也是可能的。可以提供沿着真空台的外围设置的多个真空连接器。

该装置还包括评估装置9，该评估装置通过屏蔽的测量线连接到所有的传感器1。

一旦由传感器1和相关联的支撑元件2组成的测量装置已经被引入到真空袋3中，则真空袋3通过接通真空泵而经由真空连接器8被抽空。传感器1提供在评估装置9中处理的测量信号。可以通过评估测量信号来确定和监测泄漏率。在泄漏的情况下，即真空袋3的不希望的气密性缺陷的情况下，可以通过评估多个传感器1的测量信号来确定各个传感器1距泄漏位置的距离和泄漏率，可选地连接到显示器(例如屏幕)的评估装置9示出了泄漏的位置和尺寸，从而可以快速补救泄漏。

参考标记列表

1 传感器

2 支撑元件

3真空袋

4 真空台

5 预浸料叠层

6 导风层

7 密封件

8 真空连接器

9 评估装置

Claims (15)

1.一种测量装置，具有至少一个用于确定真空装袋方法中的泄漏的测量传感器，其特征在于，所述测量传感器包括至少一个弹性压电传感器(1)，所述压电传感器通过至少两个支承位置支承在支撑元件(2)上，其中所述测量装置具有评估装置(9)，所述评估装置被设计成通过评估由所述压电传感器(1)提供的测量信号来确定泄漏率和/或泄漏的位置。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，支承位置以点状、弧形、线性或平面的方式形成。

3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于，所述传感器(1)的弯曲刚度为1MPa以上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述传感器(1)的弹性模量为0.1GPa至100GPa。

5.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，考虑到适当的温度补偿，所述传感器(1)能够在20℃和180℃之间的温度范围内使用。

6.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述支撑元件(2)形成为环或矩形或方形框架或楔形物。

7.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述压电传感器(1)和所述支撑元件(2)形成为一件式整体部件。

8.一种用于真空装袋方法的装置，包括：形成真空袋(3)的气密膜，所述膜以密封的方式布置在基底上；以及根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置，所述测量装置布置在所述真空袋(3)中并且具有至少一个测量传感器，所述测量传感器具有支承在所述基底上的支撑元件(2)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述测量装置具有布置在所述真空袋(3)中的多个测量传感器。

10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述基底具有凹部，测量传感器布置在所述凹部中，至少大致与所述基底的表面齐平。

11.一种用于确定真空装袋方法中的泄漏的方法，包括以下步骤：

-将根据权利要求1至7中任一项所述的测量装置布置在真空袋(3)中，

-通过真空连接器(8)抽空所述真空袋(3)

-检测由所述压电传感器(1)提供的测量信号，

-通过用于确定所述真空袋(3)的泄漏率和/或泄漏位置的评估装置(9)评估所述测量信号。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在评估所述测量信号时，确定所述测量信号的时间导数，所述时间导数包含表征所述传感器(1)与所述泄漏之间的距离的信息。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，在评估所述测量信号时，确定各个测量传感器的测量信号之间的时间偏移，所述偏移包含与泄漏率有关的信息。

14.根据权利要求11至13中的任一项所述的方法，其特征在于，在评估所述测量信号时，通过三角测量和/或通过机器学习和/或通过模式识别和/或神经网络来确定泄漏的位置。

15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其特征在于，通过将具有固定尺寸的膜部分在所述真空袋(3)上方穿过并且检测和评估出现当所述膜部分通过所述泄漏时的特征瞬态测量信号来确定泄漏的位置。