CN108738342B - 用于检测细长结构中的纤维未对准的方法、相关装置 - Google Patents

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Abstract

本公开内容涉及一种用于检测细长结构（诸如风力涡轮机叶片部件）中的纤维未对准的方法。该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠的增强纤维层。该多个纤维层包括具有基本上在纵向方向上单向对准的取向的纤维。该方法包括通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该方法包括检测散射射线，并且确定被检测到的散射射线的强度。该方法包括基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。

Description

用于检测细长结构中的纤维未对准的方法、相关装置
技术领域
本公开内容属于复合结构的领域，并且更具体地涉及细长结构中的纤维未对准。本公开内容涉及用于检测细长结构中的纤维未对准的方法、以及相关装置。
背景技术
可以使用纤维增强材料来制造诸如风力涡轮机叶片、飞机机翼和船的船体之类的细长结构。纤维增强材料通常被堆叠形成多个堆叠层，同时使纤维的取向与细长结构的纵向方向对准以便在纵向方向上提供硬度。堆叠纤维层的对准对细长结构的可靠性和强度至关重要。任何纤维未对准都可以导致风力涡轮机叶片的故障或断裂。因此，识别纤维未对准或褶皱(例如平面内或平面外未对准)对于纠正纤维未对准并且从而确保风力涡轮机叶片的可靠性是必要的。知道在细长结构中是否存在纤维未对准缺陷并能够利用其位置量化缺陷会允许参与适当的修复工作(诸如研磨掉纤维未对准且更换已研磨部分)并且从而消除过多的修复工作。此外，纤维未对准检测提供了制造的风力涡轮机叶片的更高可靠性，同时也提供了增强的安全性。
现在，纤维未对准是通过用闪光灯对细长结构的表面上进行视觉检查来检测的，并且在观察到未对准时使用非常简单的工具(诸如皱梳和尺)进行量化。这种视觉检查是不充分的，因为它只允许检测细长结构的表面上存在的纤维未对准。不只是在表面上的纤维未对准（诸如更深的纤维未对准或隐藏的纤维未对准）对细长结构的可靠性同样有害。
还没有充分地证明超声波检测方法作为一种识别并量化褶皱的方法是有用的。超声波检测方法要求添加用于检测未对准的特殊材料(其可能污染叶片的表面)以便提供传感器与被测物体之间的接触表面。此外，传感器操作在无法实现对褶皱的适当检测或量化的波长处。
因此，存在对用来在不需要附加材料的情况下检测不在细长结构的表面上的纤维未对准和/或实现进一步量化的解决方案的需要。
发明内容
本公开内容的一个目的是提供一种用于检测纤维未对准的方法，并且该方法克服或改善了现有技术的缺陷中的至少一个或者该方法提供了有用的备选。
本公开内容涉及一种用于检测细长结构（诸如风力涡轮机叶片部件）中的纤维未对准的方法。该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠的增强纤维层。该多个纤维层包括具有基本上在纵向方向上单向对准的取向的纤维。该方法包括通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该方法包括检测散射射线，并且确定被检测到的散射射线的强度。该方法包括基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。
本公开内容的一个优点是可以通过x射线扫描来检测表面下面的纤维未对准并且因此不必损坏细长结构。这导致在修复时间和成本方面的节省。本公开内容允许在细长结构的深度上检测纤维未对准并对纤维未对准进行定位并且因此减轻修复工作。一旦对纤维未对准定位，就可以修复纤维未对准，这导致明显减少了细长结构中的此类缺陷。当细长结构是风力涡轮机叶片时，这降低故障的可能性并且因此显著提高了风力涡轮机叶片的可靠性。令人惊讶的是，已发现x射线扫描对于检测单向纤维层中的未对准特别有用，因为被检测到的信号将显著受到未对准的影响。此外，令人惊讶的是，已发现x射线扫描对于检测包括碳纤维的纤维层中的未对准特别有用，而在其他扫描方法中，这可能难以与复合结构的聚合物基体区分开来。
本公开内容涉及一种制造纤维复合材料的细长复合结构的方法。该纤维复合材料包括通过使用具有沿着纵向方向的长度的模具而嵌入聚合物基体中的增强纤维。该方法包括以下步骤：i）在模具中堆叠多个纤维层，其中该多个纤维层包括具有在纵向方向上基本上单向对准的取向的纤维；ii）向纤维层供应液体树脂，以及iii）对该树脂进行固化以便提供细长的复合结构。该方法的特征在于包括通过使用本文中公开的步骤中的任意步骤来检测纤维未对准的步骤。
本公开内容涉及一种纤维未对准检测装置。该纤维未对准检测装置包括x射线射束发射模块，其被配置成通过在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该纤维未对准检测装置包括被配置成检测散射射线的x射线检测器模块。该纤维未对准检测装置包括处理模块，其被配置成：确定被检测到的散射射线的强度；以及基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。
根据另一方面，该发明提供一种纤维增强层材料，其包括碳纤维和由第二类材料（诸如玻璃纤维）制成的许多示踪纱线（tracer yarn）。该纤维增强层材料可以例如包括多个碳纤维丝和许多示踪纱线。该示踪纱线可以例如由玻璃纤维制成，例如被实施为玻璃纤维粗纱。该纤维增强层可以主要包括单向纤维。因此，示踪纱线（例如玻璃纤维粗纱）可以提供接头（layup）中的可能褶皱的更好检测，在纯碳纤维接头中通常这是不能检测到的。第二类材料的纤维体积含量可以小于10%、例如小于7.5%、或甚至小于5%。换言之，该碳纤维含量还可能是至少90%、例如至少92.5%或甚至至少95%。
很明显，本发明的前面提到的各方面可以以任何方式结合，并且通过检测细长结构中的纤维未对准的共同方面来联系起来。
要指出，关于检测纤维未对准的方法阐明的优点适用于制造细长复合结构的方法以及纤维未对准检测装置。
附图说明
在下面将关于附图更详细地描述本发明的实施例。该附图示出实施本发明的一种方式并且不被解释为对落入所附权利要求组的范围内的其他可能的实施例进行限制。
图1是图示根据本发明的一些方面的示例性风力涡轮机叶片的示意图；
图2是图示根据本发明的一些方面的风力涡轮机叶片的示例性横截面的示意图；
图3-4是图示根据本发明的一些方面的示例性细长结构中的示例性纤维未对准的不同视图的示意图；
图5是图示根据本发明的一些方面的用于检测细长结构中的纤维未对准的示例性方法的流程图；
图6是图示根据本发明的一些方面的用于制造细长复合结构的示例性方法的流程图；
图7是图示根据本发明的一些方面的示例性纤维未对准检测装置的框图；以及
图8a-b是图示根据本发明的实施例的示例性纤维未对准检测装置的示图。
具体实施方式
如在背景中阐述的，存在对用于以有效且非破坏性的方式检测纤维未对准（诸如识别隐藏（在表面下面的）纤维未对准）的方法的需要。基于简单视觉“闪光灯”的检查是非破坏性的，但不允许识别在细长结构的表面下的纤维未对准。基于x射线的检查允许以非破坏性方式检测无法在视觉上检测到的纤维未对准。然而，当按照常规使用时（即高功率，例如120kV或更高），x射线辐射提供被检查对象的全断层摄影术。在该公开内容中，检测细长结构中是否存在纤维未对准会足以实施修复工作。本公开内容提出x射线扫描的非常规使用，该x射线扫描被配置成提供在没有全断层摄影术（并且可选地未对准的全断层摄影术）的情况下检测未对准。本公开内容因此通过使用x射线辐射细长结构、收集被反射或散射的射线、基于被反射或散射的射线的强度识别纤维未对准来有利地提供一种纤维未对准的非破坏性检测。
本发明涉及一种用于检测细长结构（诸如风力涡轮机叶片部件、飞机机翼或船的船体）中的纤维未对准的方法。明显的是，本发明特别适用于大的细长结构，在这里由于破坏性检查所产生的成本而高度重视非破坏性检查。因此，本发明优选地涉及风力涡轮机叶片以及具有至少30米、40米、45米或50米的总长度以及1-80mm的厚度的居于中间的细长结构。因此，本发明优选地涉及包括具有不同密度的材料的风力涡轮机叶片，以使得x射线辐射可以显示未对准。
在这里纤维未对准指的是两个或更多纤维层之间的未对准，这可以表示与纤维平面的偏离（诸如平面外未对准）或者纤维平面图内以横向方式的偏离（诸如平面内未对准）。平面内未对准在理论上和平面外未对准一样严重，但更不可能。平面内未对准主要是通过构成纤维层的材料层的构造来减少和补救的。然而，平面内未对准不像平面外未对准那样影响多个板层。示例是，纤维未对准是皱折、起伏、褶皱、皱纹等。
该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠的增强纤维层。该多个堆叠的增强纤维层包括具有单向且基本上在纵向方向上对准的取向的纤维。该纵向方向可以被限定为沿着细长结构的长度的方向，诸如形成朝向结构的梢端（例如朝向风力涡轮机叶片的梢端）的细长结构的根端。该多个纤维层（主要）在基本上平行于纵向方向的一个方向上对准。因此该纤维层基本上在纵向方向上是单向的。增强纤维层基本上可以由碳纤维和/或玻璃纤维组成。根据有利实施例，该增强纤维层包括至少25%、或至少30%、或至少35%、或至少40%、或至少50%、或至少60%、或至少70%、或至少80%、或至少90%的碳纤维。该增强纤维层可以甚至完全由碳纤维来构成。
该方法包括通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束（诸如通过沿着长度的至少一部分移动纤维未对准检测装置以及在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束）来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。例如，该纤维未对准检测装置在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束的同时沿着长度的至少一部分移动（例如处于在纵向方向上平移移动）。
该方法包括通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束（诸如在相比于纤维的取向的预定角度上朝向细长结构发射x射线射束）来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。将检测器设备有利地设置成检测背散射或反射的x射线。该角度例如关于指示纤维的取向的平面（诸如基本上平行于纵向方向的纵向平面）来形成。该纤维的取向可以平行于细长结构的表面；由此可以以关于表面形成的角度朝向该表面传送或指引x射线射束。当表面弯曲时，可以以关于与表面相切的平面而形成的角度朝向该表面指引x射线射束。可以依据x射线朝向细长结构发射的角度和方向来检测平面外和/或平面内纤维未对准。例如，为了检测平面内纤维未对准，以相比于基本上正交于纤维取向的平面的角度来进行扫描。根据该公开内容的一些方面，该角度是关于纤维层的平面的大约0.5度和大约45度之间的（诸如关于纤维层的平面的大约0.5度和大约20度之间的、诸如关于纤维层的平面的大约0.5度和大约15度之间的）浅角。应该指出，该纤维层的平面可以沿着结构弯曲，例如如果该结构是用于弯曲或预弯风力涡轮机叶片的壳体部分的话。
换言之，发射x射线射束包括利用x射线射束辐射细长结构或者使细长结构暴露给x射线辐射。该x射线射束是由x射线发射源（例如x射线管或x射线生成器）生成的，该x射线发射源被配置成在范围从0.01纳米至10纳米的波长、或在范围从30千兆赫兹至30千兆兆赫兹的频率、或在100eV至150keV的范围中的能级下发射x射线射束。根据一个或多个有利实施例，x射线射束是在5keV-120keV的范围中的能级下发射的。该x射线发射源可以在5-120keV和25-100µA下操作。
该方法包括检测散射射线，诸如通过细长结构散射并且被细长结构反射的射线。例如，x射线发射源朝向细长结构投影x射线射束。该x射线射束被散射：x射线射束中的一些通过细长结构，一些被反射而一些被吸收。然后最终由检测介质(诸如x射线检测器模块或背散射检测模块)来检测扫描(和辐射)的结果得到的图案。换句话说，检测散射射线包括检测被反射的射线和/或通过的射线。扫描的结果得到的图案取决于细长结构的材料性质，诸如密度。例如，当该细长结构包括树脂以及由碳纤维和玻璃纤维制成的多个堆叠增强纤维层时，该x射线通过树脂（例如聚酯基体或乙烯基基体）和碳纤维散射（例如反射、穿过、吸收），因为电子密度的差异这与通过玻璃纤维不同，并且因此检测散射射线提供碳纤维和玻璃纤维之间的区别，因为玻璃的密度与碳不同。根据该公开内容由此可检测玻璃纤维的未对准，并且因此显示堆叠的增强纤维层内的任何纤维的纤维未对准。
该方法包括确定被检测到的散射射线的强度。以不同的方式阐述，该方法包括测量被检测到的散射射线的强度，诸如被射线反射的以例如电子伏特（诸如被反射的射线的量值或级别）表示的能量。
该方法包括基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。换言之，该方法包括确定要被修复的纤维未对准是否存在于细长结构中，例如不可忽略的纤维未对准是否存在于细长结构中。根据该公开内容的一些方面，基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小的步骤包括估计平面外纤维未对准的大小。纤维未对准的大小在这里指的是表征未对准的量化度量，诸如未对准的高度、未对准关于对准纤维的偏向角、和/或未对准在细长结构的厚度上的位置。根据该公开内容的一些方面，基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小包括确定所确定的强度是否高于强度阈值，以及当确定所确定的强度高于强度阈值时，则检测到要修复的纤维未对准。当没有确定所确定的强度高于强度阈值时，则纤维未对准被视为可忽略的或不存在的。例如，当就光子计数来说所确定的强度或强度差高于示出不可忽略的偏差的阈值时，检测到纤维未对准，并且对其定位以便修复。根据本公开内容的一些方面，该方法进一步包括对细长结构内的纤维未对准进行定位以便实现修复。对纤维未对准进行定位包括例如确定纤维未对准所位于的距表面的深度（例如mm或层/板层的数目），以及/或者在细长结构的长度中定位纤维未对准的位置（诸如距细长结构的两个边缘的距离）。该x射线辐射取决于涉及的x射线检测器模块的数目、曝光时间（即辐射给定表面所花费的时间）、以及辐射的能级。因此，可以设想，首先在较短的时间段(例如对于整个细长结构1h)内以低能级(例如80keV)辐射或扫描细长结构以显示某一大小(例如3度)的未对准，并且然后在较长的时间段(例如对于整个细长结构多于1h)内以较高的能级(例如120 keV)辐射或扫描细长结构，以进一步表征相同未对准的深度和大小。更高的能级不会超过高于其就不符合安全规定的某一级。
根据该公开内容的一些方面，基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小的步骤包括确定所确定的强度是否基本上匹配与一种类型的纤维未对准相对应的预定强度级，并且当确定所确定的强度基本上匹配预定强度级时，则将该纤维未对准分类在对应的类型中。一种类型的纤维未对准例如由可使用表征能级（或能量范围）或曝光时间（或曝光时间范围）检测的其大小来表征。当没有确定所确定的强度基本上匹配与一种类型的纤维未对准相对应的预定强度级时，不对该纤维未对准分类并且它可能是可忽略的。该预定强度级包括就角度、深度、板层的几何数、部分断层摄影术等等来说的表征纤维未对准的识别标志（signature）。
根据该公开内容的一些方面，以角度发射x射线射束的步骤包括发射x射线射束通过准直器和/或利用低功率（诸如60kW或更少）发射x射线射束。例如，发射x射线射束通过准直器包括沿着由准直器限定的区域、线和/或平面来发射x射线射束以便使该射束变窄，即促使射束的方向越来越朝向同一方向对准。由此，沿着明确限定的线和平面来辐射纤维层，由此可以确定可能的纤维未对准的位置。可以例如经由具有针孔的检测器设备来检测被散射的信号，由此从明确限定的位置散射的x射线将被发射至特定检测器。
利用降低的功率来发射x射线射束包括以等于或小于60kW的功率（诸如小于40kW、诸如小于10kW、诸如5kW）发射x射线射束。这允许将x射线辐射限于局部区域并因此使得本文中公开的解决方案适用于适当的屏蔽或保护，以减少被附近身体组织的吸收。
根据该公开内容的一些方面，该方法进一步包括通过以附加的角度发射附加的x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该附加的x射线射束可以例如被指引在第一x射线射束的反方向上（例如以180-α的附加角度，α是第一角度）。这具有检测方法可以同时检测成正角和负角的平面外未对准或波动二者的优点。当然还有可能通过首先利用以第一角度定向的x射线射束实施扫描，并且稍后利用以第二角度（例如第一角度的反角度）定向的x射线射束实施第二扫描来以两个步骤实施扫描。另外或备选地，该方法进一步包括通过以多个角度发射第二信号/射线来沿着其长度的至少一部分扫描细长结构以便获得纤维未对准的3D表示。
在本公开内容的一个或多个实施例中，扫描的步骤和/或估计的步骤在固化阶段之前和/或之后的输注阶段的之前和/或之后发生。该输注阶段对应于在形成细长结构的纤维层上输注树脂的阶段。该固化阶段对应于输注之后的阶段，在那里被输注的纤维层变硬。
在本公开内容的一个或多个实施例中，该多个堆叠增强纤维层包括碳纤维层，或者碳纤维层和玻璃纤维层。当该多个堆叠增强纤维层包括碳纤维层和玻璃纤维层时，估计纤维未对准的大小包括估计玻璃纤维未对准的大小。因为在输注之后不易于区分碳纤维层和树脂并且碳纤维层与玻璃纤维层对准，所以玻璃纤维是之后可以帮助估计任何种类的纤维未对准的大小的介质中的一种。
在本公开内容的一个或多个实施例中，该多个堆叠增强纤维层包括具有示踪纱线的碳纤维层。例如，在细长结构的由碳和树脂制成的部分中，x射线扫描不允许识别未对准。然而，合并在多个堆叠增强纤维层中的示踪纱线实现未对准的检测和估计。该示踪纱线可以由具有与碳或树脂的密度基本上不同的密度的材料中的任何来制成。例如，该示踪纱线可以包括玻璃。该示踪纱线可以具有匹配碳纤维的直径的直径。
在本公开内容的一个或多个实施例中，该多个堆叠增强纤维层包括1至80个层，诸如高达60个层、诸如高达30个层。该多个堆叠增强纤维层可以具有1至80mm（诸如1-60mm、诸如1-30mm）的总厚度。
根据一些有利方面，该细长结构是风力涡轮机叶片部件。该风力涡轮机叶片部件是负荷承载结构，诸如风力涡轮机叶片的主层压板（laminate）或翼梁罩。
在本公开内容的一个或多个实施例中，该方法包括存储与（被扫描的纤维层或x射线系统的）位置有关的细长结构的扫描以便提供细长结构以及纤维未对准的可能位置的整体情况。
本公开内容涉及一种制造纤维复合材料的细长复合结构的方法。该纤维复合材料包括通过使用具有沿着纵向方向的长度的模具而嵌入聚合物基体中的增强纤维。该方法包括以下步骤：i）在模具中堆叠多个纤维层，其中该多个纤维层包括具有在纵向方向上基本上单向对准的取向的纤维；ii）向纤维层供应液体树脂，以及iii）对该树脂进行固化以便提供细长的复合结构。该方法的特征在于包括通过使用本文中公开的步骤中的任意步骤来检测纤维未对准的步骤。
本公开内容涉及一种纤维未对准检测装置。该纤维未对准检测装置包括x射线射束发射模块，其被配置成通过在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该x射线射束发射模块例如是能够例如通过使用准直器或狭缝使x射线射束或信号以给定角度传送通过细长结构的x射线生成器模块。该x射线射束发射模块例如被配置成接收或导出要用于传送x射线射束的角度，以及根据所接收或导出的角度来调整x射线射束的发射（诸如相应地调整x射线发射模块的准直器或x射线发射模块的狭缝）。该准直器支持瞄准焦点，以便x射线检测器模块能够检测或接收散射射线。
该纤维未对准检测装置包括被配置成检测散射射线的x射线检测器模块。
该纤维未对准检测装置包括处理模块，其被配置成确定被检测到的散射射线的强度；以及基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。该处理模块包括例如被配置成确定被检测到的散射射线的强度的强度确定器模块以及被配置成基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小的估计器模块。
在该纤维未对准检测装置的一个或多个实施例中，该x射线射束发射模块包括准直器，并且该x射线射束发射模块被配置成由通过准直器在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。
该纤维未对准检测装置被配置成通过准直器在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束的同时在纵向方向上沿着细长结构的长度的至少一部分移动。
图1示出风力涡轮机叶片10的示意图。该风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最靠近风力涡轮机的轮毂的根区30、离该轮毂最远的轮廓区或翼型区34、以及在根区30和翼型区34之间的过渡区32。该叶片10包括当将叶片安装在轮毂上时面向叶片的旋转方向的前边缘18，以及面向前边缘18的相对方向的尾边缘。该风力涡轮机叶片10具有沿着叶片的纵向方向的用图示距离r的箭头指示的长度。
该翼型区34（也被称为轮廓区）具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根区30因为结构考虑而具有基本上圆形或椭圆的横截面，其例如使得更容易且更安全地将叶片10安装至轮毂。该根区30的直径（或弦）可以是沿着整个根区30恒定的。该过渡区32具有从根区30的圆形或椭圆形状逐渐变成翼型区34的翼型轮廓的过渡轮廓。该过渡区32的弦长度通常随着增加距轮毂的距离r而增加。该翼型区34具有在叶片10的前边缘18和尾边缘之间延伸的弦的翼型轮廓。该翼型区34的弦的宽度随着增加距轮毂的距离r而减小。
该叶片10的肩部40被限定为在那里叶片10具有其最大弦长度的位置。该肩部40通常被提供在过渡区32和翼型区34之间的边界处。
应该指出，该叶片的不同区段的弦通常不位于一个共同的平面中，因为叶片可能被扭曲和/或弯曲(即预弯)，因此为弦平面提供了对应的扭曲和/或弯曲过程，这最常见的情况是为了补偿取决于距轮毂的半径的叶片的局部速度。
该叶片通常由压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38制成，该侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38沿在叶片的前边缘18和尾边缘处的粘结线彼此粘合。
图2示出沿着图1中示出的线l-l的叶片的横截面的示意图。如先前提到的，该叶片10包括压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38。该压力侧壳体部分36包括翼梁罩41（也被称为主层压板），其构成压力侧壳体部分36的负载承载部分。该翼梁罩或主层压板是细长结构，诸如可以形成风力涡轮机叶片的负荷承载结构的细长复合结构。该翼梁罩41包括多个堆叠增强纤维层42，其主要包括沿着叶片的纵向方向对准的单向纤维以便向叶片提供硬度。该吸力侧壳体部分38还包括翼梁罩45（或对应于细长结构的主层压板），其包括多个堆叠的增强纤维层46。该压力侧壳体部分38还可以包括通常由轻木或泡沫聚合物制成且夹在许多纤维增强的皮肤层之间的三明治芯材料43。该三明治芯材料43被用来向壳体提供硬度以便确保在叶片的旋转期间壳体基本上保持其空气动力学轮廓。类似地，该吸力侧壳体部分38还可以包括三明治芯材料47。
该压力侧壳体部分36的翼梁罩41和该吸力侧壳体部分38的翼梁罩45经由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。该所示出的的实施例中，该抗剪腹板50、55被成形为基本上I形的腹板。该第一抗剪腹板50包括抗剪腹板主体和两个腹板足凸缘。该抗剪腹板主体包括被由许多纤维层制成的许多皮肤层52覆盖的三明治芯材料51，诸如轻木或泡沫聚合物。第二抗剪腹板55具有与抗剪腹板主体和两个腹板足凸缘类似的设计，该抗剪腹板主体包括被由许多纤维层制成的许多皮肤层57覆盖的三明治芯材料56。该两个抗剪腹板50、55的三明治芯材料51、56可以在凸缘附近具有倒棱（chamfered），以便在没有在抗剪腹板主体和腹板足凸缘之间的接合处发生故障和断裂的风险的情况下将负荷从腹板50、55转移到主层压板41、45。然而，此类设计通常将在腿部和凸缘之间的接合区域中产生树脂丰富区域。进一步地，此类树脂丰富区域可以包括因为在树脂的固化过程期间的高放热峰而产生的燃烧树脂，其进而可以导致机械弱点。
为了补偿这一点，通常将包括玻璃纤维的许多填充绳60布置在这些接合区域处。进一步地，此类绳60还将便于将负荷从抗剪腹板主体的皮肤层转移至凸缘。然而，根据本发明，备选构造设计是可能的。
该叶片壳体36、 38可以包括在前边缘和尾边缘处的另外的纤维增强。通常，该壳体部分36、38经由在其中可以使用附加填充绳（没有被示出）的胶凸缘彼此粘合。另外，非常长的叶片可以包括具有附加翼梁罩的片段部分，它们是经由一个或多个附加的抗剪腹板连接的。
图3-4是图示根据本发明的一些方面的示例性细长结构300中的示例性纤维未对准302的不同视图的示意图。图3示出允许使包括纤维未对准的出现的细长结构300的层构造视觉化的细长结构300的透视图。该示例性细长结构300包括多个堆叠的增强纤维层304。该多个堆叠的增强纤维层304是单向的并且基本上在由箭头306指示的纵向方向上取向。图3图示示例性平面外纤维未对准302，在这里纤维未对准从纤维平面（被限定为由大部分相同的纤维层形成的平面）偏离纤维层并且使邻近的纤维层变形，从而导致细长结构的缺陷。图4示出在示例性细长结构300的示例性纤维未对准302的横截面视图。该细长结构300具有在图4中用h表示的厚度，其范围是例如从1mm至80mm或之间的任何子范围。该多个堆叠增强纤维层304在感兴趣的点处部分或整体形成细长结构的厚度。该多个堆叠增强纤维层304在由箭头306指示的纵向方向上基本上单向的。该纤维未对准302造成角度α的偏离以及在邻近纤维层上引起变形。它有利于就距被扫描表面的距离或来自被扫描表面的许多层或板层来对用d表示的纤维未对准302的深度近似定位以便相应地为修复做准备。本文中公开的x射线扫描允许纤维未对准302的检测以及纤维未对准302的大小的量化（其可以就深度d、角度α和/或位置（例如关于参考点的纵向位置或坐标）来估计）。可选地，本文中公开的使用x射线扫描的方法提供纤维未对准302的识别标志，它可以就纤维未对准30的几何形状和/或被吸收的能量和/或被纤维未对准302反射回的能量来估计。例如，使细长结构以不同角度暴露于x射线允许识别发射x射线射束的角度（即发射角）和偏向角α之间的匹配，即当发射角和偏向角α平行时，信号强度显著改变。
图5是图示根据本发明的一些方面的用于检测细长结构中的纤维未对准的示例性方法500的流程图。该方法500的目标在于检测细长结构（诸如风力涡轮机叶片部件、飞机机翼或船的船体）中的纤维未对准。该方法500处理包括平面外纤维未对准和平面内纤维未对准的纤维未对准。该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠的增强纤维层。该多个堆叠的增强纤维层包括具有单向并且基本上在纵向方向上对准的取向的纤维。
该方法包括通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描S1细长结构。该角度例如是关于指示纤维的取向的平面（诸如基本上平行于纵向方向的纵向平面）而形成的。该纤维的取向可以平行于细长结构的表面；因此可以以关于表面形成的角度朝向该表面传送或指引x射线射束。例如，扫描S1包括通过背散射x射线装置来以相比于与纤维的取向的预定角度朝向细长结构发射x射线射束。根据该公开内容的一些方面，该角度是关于纤维层的平面的大约0.5度和大约45度之间的（诸如关于纤维层的平面的大约0.5度和大约20度之间的、诸如关于纤维层的平面的大约0.5度和大约15度之间的）浅角。换言之，扫描S1包括在扫描细长结构的同时利用x射线射束以预先定义的角度辐射细长结构或者以预先定义的角度使细长结构暴露给x射线辐射。根据一个或多个有利实施例，扫描S1可以包括使用x射线发射源（例如x射线管或x射线生成器）来生成x射线射束，该x射线发射源被配置成在5keV-120keV的范围中的能级下发射x射线。该x射线发射源可以在5-120keV和25-100µA下操作。
该方法500包括检测S2散射射线，诸如通过细长结构散射并且被细长结构反射的射线。例如，该x射线射束被散射：x射线射束中的一些穿过细长结构，一些被反射而一些被吸收。由能够检测扫描的结果得到的图案（以及辐射）的检测介质（诸如x射线检测器模块或背散射检测模块）来执行检测S2散射射线。换言之，检测S2散射射线包括检测被反射的射线和/或穿过的射线。检测S2散射射线包括例如检测通过玻璃和/或碳纤维散射的射线，其指示玻璃纤维的未对准。这允许显示在该位置的任何其他纤维在堆叠增强纤维层内的纤维未对准。
该方法500包括确定S3被检测到的散射射线的强度。例如，确定S3强度包括测量被检测到的散射射线的强度，诸如被射线反射的以例如电子伏特（诸如被反射的射线的量值或级别）表示的能量。
该方法500包括基于所确定的强度来估计S4纤维未对准的大小。换言之，估计S4纤维未对准的大小包括确定在细长结构中是否存在要被修复的纤维未对准，例如细长结构中是否存在不可忽略的纤维未对准。在一个或多个实施例中，估计S4纤维未对准的大小实际上是计算表征未对准的量化度量，诸如未对准的高度、未对准关于对准的纤维的偏向角和/或未对准在细长结构的厚度上的位置。根据该公开内容的一些方面，基于所确定的强度来估计S4纤维未对准的大小包括确定S4a所确定的强度是否高于强度阈值，以及当确定所确定的强度高于强度阈值时，则检测到要修复的纤维未对准。当没有确定所确定的强度高于强度阈值时，则纤维未对准被视为可忽略的或不存在的。在本技术适用的说明性示例中，该强度阈值与光子计数有关，并且特别地与测得的光子计数中的差Δ有关，诸如在相比于细长结构或完美或理想对准的细长结构的其余部分的区域上测得的光子计数中的偏差。当所确定的强度高于阈值时，检测到纤维未对准以用于修复。该方法500可以进一步进行以通过比较就在未对准之前来自对准纤维的散射射线的强度和来自不同角度的对准纤维的散射射线的强度来确定纤维未对准在堆叠纤维层的厚度中的位置。根据该公开内容的一些方面，该方法500进一步包括对细长结构内的纤维未对准进行定位S5以便实现修复。对纤维未对准进行定位S5包括确定纤维未对准所位于的距表面的深度（例如mm或层/板层的数目），以及/或者沿着细长结构的长度纤维未对准所处的位置。参考图4，定位S5包括例如计算深度d。
根据该公开内容的一些方面，基于所确定的强度来估计S4纤维未对准的大小的步骤包括确定S4b所确定的强度是否基本上匹配与一种类型的纤维未对准相对应的预定强度级，并且当确定所确定的强度基本上匹配预定强度级时，则将该纤维未对准分类在对应的类型中。当没有确定所确定的强度基本上匹配与一种类型的纤维未对准相对应的预定强度级时，不对该纤维未对准分类并且它可能是可忽略的或未知的。该预定强度级包括就角度、深度、板层的几何数、部分断层摄影术等等来说的表征纤维未对准的识别标志。在所公开的发明适用的说明性示例中，80keV的预定强度级指示具有3度的纤维未对准。
根据该公开内容的一些方面，通过以角度发射x射线射束进行扫描的步骤S1包括发射S1a x射线射束通过准直器和/或以低功率（诸如60kW或更小）来发射x射线射束。例如，发射x射线射束通过准直器包括沿着由准直器限定的区域、线和/或平面来发射x射线射束以便使该射束变窄，即促使射束的方向越来越朝向同一方向对准。利用降低的功率来发射x射线射束包括以等于或小于60kW的功率（诸如小于40kW、诸如小于10kW、诸如5kW）发射x射线射束。这允许将x射线辐射限于局部区域并因此使得本文中公开的解决方案适用于适当的屏蔽或保护，以减少被附近身体组织的吸收。
根据该公开内容的一些方面，该方法500进一步包括通过以附加的角度发射附加的x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描S6细长结构。例如，S6可以包括在步骤S1的第一x射线射束的反方向上发射附加的x射线射束（例如以180-α的附加角度，α是在步骤S1中使用的第一角度）。这具有检测方法500可以同时检测成正角和负角的平面外未对准或波动二者的优点。当然还有可能通过首先利用以第一角度定向的x射线射束实施扫描（诸如在步骤S1中），并且稍后利用以第二角度（例如第一角度的反角度）定向的x射线射束实施第二扫描（诸如在步骤S6中）来以两个步骤实施扫描。另外或备选地，该方法500进一步包括通过以多个角度发射第二信号/射线来沿着其长度的至少一部分扫描细长结构I以便获得纤维未对准的3D表示或纤维未对准的全断层摄影术。
在本公开内容的一个或多个实施例中，该方法500可以包括将示踪纱线集成在多个堆叠的增强纤维层中，以及其中估计S4的纤维未对准的大小包括估计示踪纱线未对准的大小。
图6示出了图示根据本发明的一些方面的用于制造细长复合结构的示例性方法600的流程图。该方法涉及纤维复合材料的细长复合结构。该纤维复合材料包括通过使用具有沿着纵向方向的长度的模具而嵌入聚合物基体中的增强纤维。该方法600包括以下步骤：
- i）在模具中堆叠Sx1多个纤维层，其中该多个纤维层包括具有在纵向方向上基本上（单向）对准的取向的纤维；
- ii）向纤维层供应Sx2液体树脂，以及
- iii）对该树脂进行固化Sx3以便提供细长的复合结构。
该方法600有利地进一步包括通过使用方法500的步骤中的任意步骤来检测Sx4纤维未对准。
在本公开内容的一个或多个实施例中，方法500扫描S1的步骤和/或估计S4的步骤在供应Sx2树脂的步骤之前和/或之后、或者在固化Sx3的步骤之前和/或之后发生。
图7示出图示根据本发明的一些方面的示例性纤维未对准检测装置700的框图。该纤维未对准检测装置700包括x射线射束发射模块701，其被配置成通过在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该x射线射束发射模块701例如是x射线管或能够通过细长结构来传送x射线射束或信号的x射线发生器模块。该x射线射束发射模块701例如被配置成发射处在5keV-120keV的范围中的能级的x射线射束。该x射线发射源可以在40-100µA下操作。在一个或多个实施例中，该x射线射束发射模块701包括准直器701a，并且该x射线射束发射模块701被配置成由通过准直器701a在相比于纵向方向的角度上（例如以相比于由准直器701a形成的线或平面的角度）发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。该准直器701a可以是狭缝准直器。
该纤维未对准检测装置700包括被配置成检测散射射线的x射线检测器模块703。该x射线检测器模块703可以包括能够检测扫描的结果得到的图案（以及辐射）的检测介质，诸如前向散射和/或背向散射检测模块。
该纤维未对准检测装置700包括处理模块702，其被配置成：确定被检测到的散射射线的强度；以及基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。该处理模块702包括例如被配置成确定被检测到的散射射线的强度的强度确定器模块702a以及被配置成基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小的估计器模块702b。该纤维未对准检测装置700可以进一步包括被配置成接收并传送纤维未对准信息的接口模块以及被配置成存储纤维未对准信息和/或与（被扫描的纤维层或x射线系统的）位置有关的扫描以便提供叶片以及纤维未对准的可能位置的整体情况的存储器模块。然后可以由处理模块702来对纤维未对准信息进行编译以生成针对对于细长结构的要求来映射高于某一阈值的纤维未对准的报告或映射。当该细长结构是风力涡轮机叶片时，则针对关于未对准大小与应变水平的关系的接受准则来映射高于某一阈值的纤维未对准。可以设想，可以从已知风力涡轮机叶片的每个横截面的应变水平来导出纤维未对准的临界大小。这可以允许确保针对每个制造的叶片的安全储备水平。
图8a-b示出图示在扫描细长结构300的同时的根据本发明的实施例的示例性纤维未对准检测装置800a、800b的示图。该装置800a、800b被配置成沿着细长结构300滑动，例如在悬挂中。该装置800a、800b包括x射线射束发射模块801，其被配置成通过在相比于纵向方向D的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构300。该x射线射束发射模块801包括装置800a中的准直器801a和装置800b中的两个准直器801a-b。该准直器可以是被配置成产生一个或多个线射束或使一个或多个线射束成形的狭缝准直器。该装置800a800b包括被配置成捕获反射或背向散射的射线的x射线检测器模块（诸如一个背向散射检测器模块803a或两个背向散射检测器模块803a 803b）。该x射线检测器模块可以包括检测器准直器或针孔。背向散射检测器模块允许细长结构的一侧检查，即源和检测器可以被放置在细长结构的一侧上。这对大且复杂的细长结构是有利的。基于成像的背向散射测量与细长结构的密度相关联的散射辐射的强度，并且因此从而提高了多材料细长结构中的精度。该背向散射检测模块803a可以包括多个检测器子模块8031。
该装置800a、800b被配置成确定或测量被反射或背向散射的射线的强度并且基于该强度来估计纤维未对准的大小。
该装置800a、800b可以被放置在屏蔽箱中。
在所提出的技术适用的示例性设置中，该设置使用由狭缝准直器成形的主射束。此类线性射束透过样本并且生成跨细长结构厚度的散射射束。然后通过针孔准直器将该散射射束投影至x射线检测器模块。该细长结构距x射线管发射点的距离被设置成5-25cm。该针孔的距离被设置成5-25cm。该准直器的狭缝宽度被设置成0.1-1mm并且针孔直径被设置成0.1-1mm。该x射线管在80kV和150μA（12W的功率）下操作。该细长结构横截面的单个背向散射图像的典型测量可以在0.01-10ms的曝光时间获得100-10000个帧。分析该帧并且生成光谱图像。该检测器在测量每个被检测的X射线光子的能量的光谱测量模式中操作。结果得到的图案可以由250万个被检测到的光子来形成。
已经参考优选实施例描述了本发明。然而，本发明的范围不限于所说明的实施例，并且可以在不偏离本发明的范围的情况下实施改变和修改。

Claims (16)

1.一种用于检测细长结构中的纤维未对准的方法，该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠增强纤维层，其中该多个堆叠增强纤维层包括具有在纵向方向上基本上单向对准的取向的纤维，其中该方法包括以下步骤：
a）通过在相比于纤维的取向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构，
b）检测散射射线，
c）确定被检测到的散射射线的强度，以及
d）基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。
2.根据权利要求1所述的方法，其中沿着长度的至少该部分扫描细长结构包括沿着细长结构的长度的至少该部分移动包括x射线射束发射模块和x射线检测器模块的纤维未对准检测装置。
3.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该角度是在关于纤维层的平面的大约0.5度和大约45度之间的角度。
4.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该角度是在关于纤维层的平面的大约0.5度和大约15度之间的角度。
5.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中以该角度发射x射线射束包括发射x射线射束通过准直器和/或以低功率发射x射线射束。
6.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该方法进一步包括通过以附加的角度发射附加的x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。
7.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小包括确定所确定的强度是否高于强度阈值，以及当确定所确定的强度高于强度阈值时，则检测到要修复的纤维未对准。
8.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，该方法进一步包括对细长结构内的纤维未对准进行定位以便实现修复。
9.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中扫描和/或估计在固化阶段之前和/或之后的输注阶段的之前和/或之后发生，在该输注阶段中在形成细长结构的纤维层上输注树脂。
10.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该多个堆叠增强纤维层包括碳纤维层，或碳纤维层和玻璃纤维层。
11.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该多个堆叠增强纤维层包括具有示踪纱线的碳纤维层。
12.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该多个堆叠增强纤维层包括1至60个层。
13.根据权利要求1-2中的任一项所述的方法，其中该细长结构是风力涡轮机叶片部件，并且其中该风力涡轮机叶片部件是负荷承载结构。
14.一种制造纤维复合材料的细长复合结构的方法，该纤维复合材料包括通过使用具有沿着纵向方向的长度的模具而嵌入聚合物基体中的增强纤维，其中该方法包括以下步骤：
i）在模具中堆叠多个纤维层，其中该多个纤维层包括具有在纵向方向上基本上单向对准的取向的纤维；
ii）向纤维层供应液体树脂，以及
iii）对该树脂进行固化以便提供细长的复合结构，其特征在于，
该方法包括通过使用权利要求1-13中的方法中的任意方法来检测纤维未对准的步骤。
15.一种纤维未对准检测装置，该纤维未对准检测装置包括：
- x射线射束发射模块，其被配置成通过在相比于与纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构，其中该细长结构具有沿着纵向方向的长度并且包括多个堆叠增强纤维层，其中该多个堆叠增强纤维层包括具有在纵向方向上基本上单向对准的取向的纤维；
- 被配置成检测散射射线的x射线检测器模块；
- 处理模块，其被配置成：
- 确定被检测到的散射射线的强度；以及
- 基于所确定的强度来估计纤维未对准的大小。
16.根据权利要求15所述的纤维未对准检测装置，其中该x射线射束发射模块包括准直器，并且其中该x射线射束发射模块被配置成由通过准直器在相比于纵向方向的角度上发射x射线射束来沿着长度的至少一部分扫描细长结构。
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