CN110662886B

CN110662886B - 通过比色法进行外壳的非破坏性测试的方法

Info

Publication number: CN110662886B
Application number: CN201880019034.1A
Authority: CN
Inventors: 让-路易斯·罗梅罗; 让-皮埃尔·库莱特; 安吉丽可·麦乐迪·马琳·亚历克西娅·美因茨克
Original assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2017-02-22
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: EP3585982A1; US20180306706A1; US10527541B2; FR3063809B1; CN110662886A; FR3063809A1; WO2018154235A1; EP3585982B1

Abstract

本发明涉及一种用于非破坏性检测由聚合物材料制成的部件(10)的给定区域(24)被加热的方法，该方法包括以下步骤：a)在所述给定区域(24)上执行至少一个比色测量，以便监测和获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p，b)在部件的参考区域(26)上执行至少一个比色测量并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p/ref，c)计算Δa_p＝a_p‑a_p/ref，d)如果Δa_p高于阈值A1，则确立待测所述给定区域被加热了的风险。

Description

通过比色法进行外壳的非破坏性测试的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年2月22日提交的美国临时专利申请No.62/462,154和2017年3月8日提交的法国专利申请No.1751896的权益，其中每篇的内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种用于非破坏性地测试包括基质的部件的方法，所述基质例如由聚合物制成。特别地，增强纤维可以集成到基质。

背景技术

传统上，涡轮发动机的上游端包括风扇，该风扇包括由多个叶片形成的轮子，所述叶片在外部被环形外壳包围，所述环形外壳可由金属材料制成或者由包括集成增强纤维的基质的复合材料制成，诸如聚合物基质，例如环氧化物聚合物，以及碳纤维或玻璃纤维增强纤维。该外壳能够对进入涡轮发动机的空气进行初始压缩，并且还确保在其中一个叶片损失的情况下限制叶片的功能。风扇外壳由多个设备供应管道围绕，特别是通过加压空气供应管道围绕，在大约200℃的温度下，称为APU(辅助动力单元)的发动机用于启动涡轮喷气发动机，以及当飞行器着陆时为飞行器机舱供电。

在发生故障的情况下，诸如来自加压空气供应管道的泄漏，空气可导致外壳的局部显著地加热，因为空气的温度约为200℃。当外壳由金属材料(例如铝)制成时，加热不受外壳的机械完整性的影响。在集成增强纤维的基质风扇外壳的情况下，必须能够保证其在加热后的机械强度。

因此，可以理解，具有增强纤维的复合基质外壳的非破坏性测试是特别重要的，并且更加如此，因为复合外壳被证明是非常昂贵的。

因此建议在外壳上施用热敏涂料。然而，这些涂料的寿命极大地限制了它们的兴趣，因为发动机可以使用比这些涂料的寿命更长的时间，特别是对于长途或中程飞行器。此外，在放置发动机期间，通常通过刮擦进行清洁，这导致完全去除热敏涂料层，包括施用涂料层的另一步骤。最后，如果热敏涂料能够在视觉上考虑风扇外壳的给定区域被加热了状态，则它仅被证明是对外壳内部结构状态的间接测量，并且不能对外壳的内部结构进行具体量化。

发明内容

本发明特别旨在为上述现有技术的问题提供简单、有效和经济的解决方案。

为此，它提出了一种用于非破坏性地测试由聚合物材料制成的部件的待测确定区域被加热的方法，该方法包括以下步骤：

a)在所述待测确定区域上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p，

b)在部件的所述参考区域上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p/ref，

c)计算Δa_p＝a_p-a_p/ref，

d)如果Δa_p高于阈值A1，则确立所述待测确定区域被加热了的风险。

根据本发明的方法使得能够确定被检查部件是否已经经受(或不经受)超过可接受限度的过热。实际上，如果确定了过热的风险，则进行该部件的物理化学分析，以便更具体地确定过热的程度。然而，必须在实验室中进行物理化学分析，这需要将部件从组装的机械单元拆卸下来。因此，当待测部件是涡轮发动机外壳时，实验室测试涉及飞行器发动机的放置并且大大增加飞行器的停输时间并因此增加运行成本。

本发明提出确立部件的给定区域被加热了的风险，与推测的正常参考部分相比，换句话说，被检查部件的未被经受加热的部分，其能够建立部件本身参考，以便考虑由于外部环境引起的参数a的正常变化，其中部件自制造以来所处的外部环境。术语“正常”是指部件使用的标准条件，使得能够预定部件的寿命。

在CIELAB色度空间中，参数a的值的变化给出了由部件的待测确定区域所经受的过热水平的信息。

阈值A1可以通过使用参考值数据库来确定，该参考值数据库包括在多个参考样品上进行的比色测量值，所述参考样品由聚合物材料制成，特别是由增强纤维制成，其已经经过确定时间周期的确定的温度。从参数a的多个测量值中，确立阈值A1，低于该阈值，在没有物理化学分析的情况下不能保证部件的机械完整性。

值Δa_p给出关于测试的给定区域中存在的红色的(组分)水平的信息。

本申请中，CIELAB色度空间意味着CIE L*a*b*系统，或者首字母缩略词CIE意味着国际照明委员会(International Lighting Commission)。文本中自动省略了星号，以避免妨碍符号。

在本文件中，CIELAB空间对应于由标准NF EN ISO 11664-4(2011-07-01)定义的空间，其标题为“比色法-第4部分：CIE L*a*b*色度空间1976(Colorimetry–Part 4:CIE L*a*b*colour space 1976)”。

该方法还包括以下步骤：

-获得在步骤a)中进行的所述至少一个比色测量的参数b的值b_p和参数L的值L_p，

-获得在步骤b)中进行的所述的至少一个比色测量的参数b的值b_p/ref和参数L的值L_p/ref，

-计算Δb_p＝b_p-b_p/ref和计算ΔL_p＝L_p-L_P/ref，

-如果检查到以下所有条件，则确立所述待测确定区域被加热了的风险：

Δa_p高于阈值A2，A2低于A1，

Δb_p高于阈值B1，

ΔL_p低于阈值L1。

值Δb_p给出关于所测试的确定区域的黄变水平的信息。需要注意的是，在该色度空间中，参数b的值从负值到正值，换句话说，从蓝色变为黄色。参数L的值的变化给出关于亮度/清晰度的发展的信息，并且从对应于黑色的值0开始发展到对应于白色的值100。阈值L1使得能够提供相对于参考区域关于测试区域的清晰度降低的信息。

因此，如果在步骤d)期间没有确立过热风险，则该方法包括进行三次连续比较，其中正的结果意味着风险的建立。

根据本发明的特征，阈值A2、B1、L1通过使用存储在参考值数据库中的所述比色测量值来确定。

根据本发明另一个特征，建立数据库包括以下步骤：

-对于每个第一样品，从至少一个比色测量中获得CIELAB色度空间的参数a的值a′，

-对于每个第一样本，计算Δa′＝a′-a′_ref，其中：

a′_ref对应于CIELAB色度空间的参数a的值，该值是在由聚合物材料特别是增强纤维制成的第二样品上获得的，具有与所考虑的所述第一样品相同的存在时间并且保持温度在一定温度范围内，诸如保护第二样品的机械完整性，或者诸如在0至40℃之间范围，这可以进一步考虑紫外线场中的射线的照射，

-进行测试以确定每个第一样品的机械性能，

-通过比较来自先前步骤中执行的测试的数据和数据库中包含的值Δa′来确定阈值A1。

建立数据库还包括以下步骤：

-对于每个第一样品，从至少一个比色测量值中分别获得CIELAB色度空间的参数L和b的值L′和b′，

-对于每个第一样本，计算Δb′＝b′-b′_ref和ΔL′＝L′-L′_ref，其中：

b′_ref和L′_ref分别对应于CIELAB色度空间的参数b和L的值，这些值是在由聚合物材料特别是增强纤维制成的第二样品上获得的，具有与所考虑的所述第一样品相同的存在时间并且保持温度在一定温度范围内，诸如保护第二样品的机械完整性，或者诸如在0至40℃之间范围，这可以进一步考虑紫外线场中的射线的照射，

-通过比较来自所述测试的数据和包含在数据库中的值Δa′、Δb′和ΔL′来确定阈值A2、B1和L1。

根据本发明，测试第一样品的机械性能包括至少一个用于机械测试部件的步骤，例如通过牵引和/或压缩。

本发明还包括以下步骤：

-计算在步骤a)和b)中获得的比色测量值之间的色差值ΔE_p，

-根据在前一步骤中获得的值ΔE_p，通过使用包括色差的值ΔE′的参考值数据库确定时间周期，在该时间周期期间所述部件的待测区域已经经受确定的被加热温度，并且通过使用包括色差的值ΔE′的参考值数据库确定所述被加热温度，色差的值ΔE′从由聚合物材料制成的并已经在确定的温度下经过确定的时间周期的多个样品获得。

通过计算

确定所述待测区域的值ΔE_p。

通过计算

确定每个第一样品的值ΔE′。

为了限制测量误差并平均实验可变性，通过在所考虑的位置对至少五个连续的比色测量值进行平均来获得所考虑的CIELAB色度空间的参数L、a、b的每个值。

根据本发明，在确立被加热了的风险的情况下，该方法还可以进一步包括后续步骤d)，对所测定的部件的待测区域进行物理化学分析，以确定所述确定区域的损坏状态。

分析的部件可以由包含增强纤维的聚合物材料制成。

优选地，在所述比色测量之前进行清洁表面的步骤，比色测量将在该表面上进行。

附图说明

通过阅读以下作为非穷举的示例的说明，并参考以下附图，本发明将被最好地理解，并且本发明的其他细节、优点和特征将显现：

图1是待测涡轮发动机风扇外壳的示意图；

图2是本文件中使用的CIELAB色度空间轴的代表性视图；

图3是多个样品的示意图，每个样品在给定温度(水平)下经历给定时间(垂直)的氧化；

图4是表示第一区域1和第二区域2之间的分隔线的示意图。

图5是曲线图的示意图，其中每个点表示来自图3的样品已经受到被测材料的玻璃化转变温度，每个点根据其参数a和b的值被放置在曲线图上，a表示在x轴上并且b表示在y轴上；

图6是曲线图的示意图，其中每个点表示来自图3的样品已经经受比聚合物材料的玻璃化转变温度更高的温度，每个点根据参数a和b的值放置在曲线图上，其中，a表示在x轴上并且b表示在y轴上；

图7是在图1中的外壳之类的确定部件的给定待测区域的非破坏性测试步骤期间决策方法的功能的流程图；

图8是表示图3的样品的色差随时间的发展的曲线图；

图9是来自图8的曲线图的给定区域的放大图。

具体实施方式

如上所述，图1中所示的由聚合物特别是由增强纤维制成的风扇外壳10，风扇外壳10在开机时可以经受局部加热，该局部加热应该通过能够确定外壳10的状态的非破坏性方法来表征，以确定它是否能够(或不能)保持在涡轮发动机中使用。

图2表示本文件中使用的CIELAB空间，其用于分析在待测试部件上获得的比色数据，以及用于在多个第一样品上建立参考值数据库。CIELAB空间是一种能够沿它们之间的三个正交轴表示三原色分量的系统。轴L(或L^*)表示亮度或清晰度轴(纯黑：L＝0；纯白：L＝100)。轴a(或a^*)表示从绿色(a的负值)到红色(a的正值)的轴。轴b(或b^*)表示从蓝色(b的负值)到黄色(b的正值)的轴。

再次提醒的是，所使用的空间是CIEL^*a^*b^*色度空间，并且星号像往常一样已经被自动删除。

在该颜色系统中，第一颜色坐标L₁、a₁、b₁与第二颜色坐标L₂、a₂、b₂之间的色差计算如下：

其中

ΔL＝(L₁-L₂)

Δa＝(a₁-a₂)

Δb＝(b₁-b₂)

这种计算色差的方法是稍后使用的方法，因为这将在说明之后出现。

本发明提出建立包括根据CIELAB颜色系统的比色测量的参考值数据库。以下使用的术语“参考值”应理解为表示包括比色测量值的参考值数据库的元素，并且更一般地，从参考样品获得的数据。

为此，构成一批与待分析的部件类似的材料的多个第一样品12。图3示出了这样的一批，其因此包括风扇外壳10的几个第一样品12，风扇外壳10由聚合物材料制成，优选地由增强纤维制成，几个第一样品12以线和列的形式布置。沿给定线，每个第一样品12经受给定温度，其中暴露时间由沿线的位置给出。当然，数据库应包括许多第一样品12，其能够实现不同水平的热氧化，聚合物可经历实际功能条件。因此，数据库应包括第一样品12，第一样品12已经经历上述温度持续至少6个月的时间周期。

在作为示例表示的配置中，第一样品12已经经受120℃、140℃、150℃、160℃、180℃、200℃、220℃和240℃的温度，持续数小时的时间周期，从1扩展到1440小时，相当于2个月的时间周期。位于图1左下角的样品14表示未经过任何加热的样品12，因此构成未经任何加热的风扇外壳10的绝对参考。在图1中观察到，一旦温度升高，并且暴露于一定温度的时间增加，第一样品12变暗，这与聚合物的热氧化一致。

图4示意性地表示图3并且包括第一区域1和第二区域2的分隔线16。第一区域1对应于已经经受可接受时间周期的可接受温度的第一样品12，而第二区域2对应于在给定时间周期内经受过度高温度的第一样品12。因此，如果在视觉上可以建立这种分隔线，则似乎需要建立一个或多个参数，使得能够客观地实现分析部件的状态。这是通过建立参考值数据库在下面定义的内容。

建立参考值数据库首先包括对每个第一样品进行比色测量，并从至少一个比色测量值中推导出CIELAB色度空间的参数L、a、b的值L′、a′和b′。

必须首先注意的是，参数L、a、b的值可以从进行测量的每个区域中的几个比色测量值获得，换句话说，以建立数据库或者当需要测试部件的确定区域时，这将在后面解释。

现在参考图5和图6，每个表示曲线图，其中每个点表示来自图3的第一样品，每个点根据其参数a和b的值放置在图上，a表示在x轴上并且b表示在y轴上。在图5中，第一样品经受的温度低于聚合物材料的玻璃化转变温度，此处为170℃，并且在图6中，第一样品已经经受高于所述玻璃化转变温度的温度。

在图5中，已经观察到，在参数的值小于零之处发现了一组18的点，而在图6中，对于已经经受高于170℃的温度的第一样品，已经观察到高于零的参数a的值的组20。因此，可以从该参数的测量值中区分热状态，换句话说，区分部件的给定区域的被加热。应注意，在图6中，第二组22具有小于零的参数a的值，但是这些点对应于非常短的曝露时间，小于10小时，这是不被考虑的。在图5的曲线图中，还观察到变化主要沿轴b进行，这种变化使得能够通过聚合物和树脂在风扇外壳的情况下随时间的自然老化突出黄变。沿轴线b的这种变化在图6中也是可见的。

因此，可以理解，通过CIELAB空间中的比色测量，可以通过与参考值数据库进行比较来区分风扇外壳的自然老化和意外过热。

对每个第一样品12计算Δa′＝a′-a′_ref，Δb′＝b′-b′_ref和ΔL′＝L′-L′_ref，其中：

a′_ref、b′_ref和L′_ref分别对应于CIELAB色度空间的参数a、b、L的值，这些值是在由聚合物材料特别是增强纤维制成的第二样品14上获得，第二样品与考虑的所述第一样品具有相同的存在时间，并且保持在一定温度范围内的温度，诸如保持第二样品14的机械完整性的温度，或者诸如在0至40℃之间的范围的温度，这可以进一步考虑紫外线场中的射线的照射。

与第一样品12的每次测量相关的第二样品14的比色测量可以与在前一段中所述的条件下观察到的参考样品14一起进行。

对于每个第一样品12，然后进行测试，目的是确定其机械性能，以确定其是否能够构成可在所确定的条件下使用的样品。因此，确定由每个第一样品经受的加热是否使其可用。所进行的测试可包括用于机械测试部件的至少一个步骤，例如通过牵引和/或压缩。

最后，将来自测试的数据与参考值数据库中包含的值Δa′、Δb′和ΔL′进行比较，以便建立阈值A1、A2、B1和L1。阈值A1对应的阈值为：超过该阈值，认为风扇外壳10必须布置成对待测区域经受更深入的检查(图7)。

为了对图1中的外壳10进行无损测试操作，首先，执行以下步骤，如图7所示：

a)在外壳10的所述待测的确定区域24上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p，

b)在外壳10的参考区域26上进行至少一个比色测量并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p/ref，

c)计算Δa_p＝a_p-a_p/ref，

d)如果Δa_p高于阈值A1，则建立所述待测确定区域被加热了的风险。

外壳10的参考区域26是没有受到热损坏的区域。

在值Δa_p较低的情况下，执行第二步骤，目的是确定部件是否必须进行(或不进行)所有相同的测试，这次考虑在外壳的待测区域24上的比色测量获得参数b的值b_p和参数L的值L_p，以及在外壳的参考区域26上的比色测量获得参数b的值b_p/ref和参数L的值L_p/ref。

然后该方法包括计算Δb_p＝b_p-b_p/ref和计算ΔL_p＝L_p-L_P/ref，并且如果检测到以下所有条件，则建立所述待测确定区域24被加热了的风险：

Δa_p高于阈值A2，A2低于A1，

Δb_p高于阈值B1，

ΔL_p低于阈值L1。

在这种情况下，如果清晰度ΔL_p低，换句话说，低于阈值L1，同时Δa_p高于阈值A2且低于A1，则查看测试区域24是否具有比阈值B1更大的黄变。

如果未检查出上述条件之一，则认为待测区域24未被损坏并且外壳10可以被使用。

通过比色操作的非破环性测试可以在飞行器机翼下进行，这使得能够快速可靠地决定是否放置外壳并减少不必要的维护操作。

必须为每种类型的部件10建立参数A1、A2、B1、L1，并且因此将参数A1、A2、B1、L1关联到所述部件的材料并且还取决于比色测量装置。

因此，在用柯尼卡美能达(Konica Minolta)CM700d色度计进行比色测量的示例中，A1等于4.3，A2等于-1，B1等于12.6并且L1等于-0.9。

根据数据库中包含的上述比色测量，可以确定测试区域已经经受确定温度的时间周期以及该温度。

为此，通过使用在测试区域上和分析外壳的参考区域上获得的比色测量来计算测试区域的色差值

对于每个第一样品，色差值

也是根据值ΔL′、Δa′和Δb′计算的。根据值ΔE′，可以跟踪ΔE′在几个确定温度下随时间的发展，如图8和9所示。

图8表示ΔE′在温度120℃、140℃、150℃和160℃下随时间的发展，这些曲线分别表示为ΔE′₁₂₀、ΔE′₁₄₀、ΔE′₁₅₀和ΔE′₁₆₀。

为了避免色差发展曲线受到ΔE′的非相关值的影响，因为非常清晰的着色或太暗的着色，与这些值ΔE′相关联的点被去除。非常清晰的着色可能是由于在相对短的时间周期内暴露于低温。该区域对应于图3中的区域28，并且在比色分析中无法有效地考虑。太暗的着色可能是由于在相当长的时间周期内暴露于过高的温度。该区域对应于图3中的区域30，并且在比色分析中无法有效地考虑。

因此，这种情况限于暴露的相对长的时间，超过300小时，如图9所示。利用该图，可以从在外壳的给定区域上获得的测量值ΔE_p通过跟踪恒定纵坐标线ΔE_p并搜索截取曲线来确定曝露温度，截取曲线因此表示由所述测试区域经受的温度以及曝露温度由交叉点的横坐标表示。

Claims

1.一种用于非破坏性地测试由聚合物材料制成的部件(10)的待测确定区域(24)被加热的方法，该方法包括以下步骤：

a)在所述待测确定区域(24)上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p，

b)在所述部件(10)的参考区域(26)上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a的值a_p/ref，

c)计算Δa_p＝a_p-a_p/ref，

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

-计算Δb_p＝b_p-b_p/ref和计算ΔL_p＝L_p-L_P/ref，

Δa_p高于阈值A2，A2低于A1，

Δb_p高于阈值B1，

ΔL_p低于阈值L1。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，阈值A1是通过使用参考值数据库确定的，该参考值数据库包括对多个由聚合物材料制成的第一样品(12)进行的比色测量值，第一样品已经经过预定的时间周期的预定的温度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一样品是由增强纤维制成。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，阈值A2、B1、L1通过使用存储在参考值数据库中的所述比色测量值来确定。

6.根据权利要求3所述的方法，其中，建立数据库包括以下步骤：

-对于每个第一样品(12)，从至少一个比色测量中获得CIELAB色度空间的参数a的值a′，

-对于每个第一样本(12)，计算Δa′＝a′-a′_ref，其中：

a′_ref对应于CIELAB色度空间的参数a的值，该值是在由聚合物材料制成的第二样品(14)上获得的，具有与所考虑的所述第一样品相同的存在时间并且保持温度在一定温度范围内，以保护第二样品(14)的机械完整性或者使得在0至40℃之间范围还考虑紫外线场中的射线的照射，

-进行测试以确定每个第一样品(14)的机械性能，

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二样品是由增强纤维制成。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，建立数据库还包括以下步骤：

-对于每个第一样品(12)，从至少一个比色测量值中获得CIELAB色度空间的参数L和b的值L′和b′，

b′_ref和L′_ref分别对应于CIELAB色度空间的参数b和L的值，这些值是在由聚合物材料制成的第二样品(14)上获得的，具有与所考虑的所述第一样品相同的存在时间并且保持温度在一定温度范围内，以保护第二样品(14)的机械完整性或者使得在0至40℃之间范围还考虑紫外线场中的射线的照射，

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第二样品是由增强纤维制成。

10.根据权利要求6所述的方法，其中，所述测试包括至少一个用于机械测试部件的步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述机械测试部件的步骤为牵引和/或压缩。

12.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：

-计算在步骤a)和b)中获得的比色测量值之间的色差值ΔE_p，

-根据在前一步骤中获得的值ΔE_p，通过使用包括色差的值ΔE′的参考值数据库预定时间周期，在该时间周期期间所述部件(10)的待测区域已经经受预定的被加热温度，并且通过使用包括色差的值ΔE′的参考值数据库确定所述被加热温度，色差的值ΔE′从由聚合物材料制成的并已经在预定的温度下经过预定的时间周期的多个样品(12)获得。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，通过在所考虑的位置对至少五个连续的比色测量值进行平均来获得所考虑的CIELAB色度空间的参数L、a、b的每个值。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在确立被加热了的风险的情况下，该方法还包括后续步骤d)，用于对部件(10)的待测确定区域(24)进行物理化学分析，以确定所述待测确定区域的热损伤的状态。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其中，聚合物材料包括增强纤维。

16.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在比色测量之前进行清洁表面的步骤，比色测量将在该表面上进行。