CN110662887A - 通过比色法检查外壳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于监测由聚合物材料制成的部件的给定区域(24)的被加热的非破坏性方法，包括：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、b和L的值ap、bp和Lp，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、b和L的值ap/ref、bp/ref和Lp/ref，c)计算在步骤a)和b)中获得的比色测量值之间的色差ΔEp，d)从值ΔEp开始，使用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监测区域已经经受给定加热温度，并使用参考值数据库确定所述加热温度。

Description

通过比色法检查外壳的方法
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的被加热了状态，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、b和L的值ap、bp和Lp，
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、b和L的值ap/ref、bp/ref和Lp/ref，
c)计算在步骤a)和b)中获得的比色测量之间的色差ΔEp，
d)根据在步骤c)中获得的值ΔEp，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。
两种颜色之间的差异ΔE对应于放置在CIELAB色度空间中的两种颜色之间的距离，更具体地说是欧几里德距离，意味着CIEL＊a＊b＊系统，或者首字母缩略词CIE意味着国际照明委员会(Commission Internationale de l′Eclairage)。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-Part4：CIEL*a*b*colour space 1976)”。
通过计算确定所述待测区域的值ΔEp。
对于来自数据库的每个第一样品，类似地确定值ΔE′。
本发明提出通过比色法直接测量外壳的聚合物结构的状态，并将在部件上获得的色差ΔEp与先前在样品上获得的色差和数据库中的内容进行比较。
根据本发明的另一个特征，该方法包括以下步骤：
-跟踪几个确定的温度下ΔE′随时间发展的曲线图，和
-通过寻找恒定纵坐标线ΔEp与前述曲线图之一的交点来执行步骤d)。
同样，根据本发明的另一个特征，对于每个第一样品，建立参考值数据库包括以下步骤：
-从所述第一样品的至少一个比色测量值获得CIELAB色度空间的各个参数L、a、b的值L′、a′和b′，
-计算Δa′＝a′-a′ref，计算Δb′＝b′-b′ref并计算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，这些值是在由纤维材料特别是增强纤维制成的第二样品上获得，与考虑的所述第一样品相同的存在时间并且保持在一定温度范围内，诸如保持第二样品的机械完整性的温度，或者诸如在0至40℃之间范围，这可以进一步考虑在紫外线场中的射线的照射，
-计算第一样品和第二相关样品之间的色差ΔE′。
通过计算
Figure GDA0002291166300000031
确定每个样品的值ΔE′。
为了限制测量误差并平均实验可变性，可以通过在所考虑的位置对至少五个连续比色测量值进行平均来获得CIELAB色度空间的参数L、a、b所考虑的每个值。
根据本发明，在建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)，对部件的待测确定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括增强纤维的聚合物材料制成。
优选地，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。
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。
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CIE L*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：
Figure GDA0002291166300000041
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的多个第一样品12，风扇外壳10由聚合物材料制成，优选地由增强纤维制成，多个第一样品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，因此构成未经任何热加热的风扇外壳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，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。已经观察到参数a的值高于零的组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低的曝露时间，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，与考虑的所述第一样品相同的存在时间，并且保持在温度范围内的温度，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，这可以进一步考虑在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对应于阈值，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的待测的所述确定区域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ap，
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ap/ref，
c)计算Δap＝ap-ap/ref，
d)如果Δap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Δap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bp和参数L的值Lp，以及在外壳的参考区域26上的比色测量获得参数b的值bp/ref和参数L的值Lp/ref。
然后该方法包括计算Δbp＝bp-bp/ref和计算ΔLp＝Lp-LP/ref，并且如果检测到以下所有条件，则建立检查所述待测确定区域24被加热了的风险：
Δap高于阈值A2，A2低于A1，
Δbp高于阈值B1，
ΔLp低于阈值L1。
在这种情况下，如果清晰度ΔLp低，换句话说，低于阈值L1，同时Δap高于阈值A2而低于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连接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值，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
Figure GDA0002291166300000071
对于每个第一样品，色差
Figure GDA0002291166300000072
Figure GDA0002291166300000073
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ΔEp通过跟踪恒定纵坐标线ΔEp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 (6)

1.一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(24)的被加热的方法，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、b和L的值ap、bp和Lp，
b)在部件的参考区域(26)上进行至少一个比色测量，并获得CIELAB色度空间的参数a、b和L的值ap/ref、bp/ref和Lp/ref，
c)计算在步骤a)和b)中获得的比色测量值之间的色差ΔEp，
d)根据在步骤c)中获得的值ΔEp，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的待测确定区域已经经受预定的加热温度，并且通过使用包括色差的值ΔE′的参考数据库确定所述加热温度，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。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
-跟踪几个预定的温度下ΔE′随时间发展的曲线图，和
-通过寻找恒定纵坐标线ΔEp与ΔE′随时间发展的曲线图之一的交点来执行步骤d)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中对于每个第一样品(12)，建立参考值数据库包括以下步骤：
-从所述第一样品(12)的至少一个比色测量值获得CIELAB色度空间的各个参数L、a、b的值L′、a′和b′，
-计算Δa′＝a′-a′ref，计算Δb′＝b′-b′ref并计算ΔL′＝L′-L′ref，或：
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由增强纤维制成的第二样品(14)上获得的，与考虑的所述第一样品(12)相同的存在时间并且保持在一定温度范围内，以保持第二样品(14)的机械完整性或者使得在0至40℃之间范围还可以考虑紫外线场中的射线的照射，
-计算第一样品(12)和相关联的第二样品(14)之间的色差ΔE′。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中CIELAB色度空间的参数L、a、b所考虑的每个值是通过在待测确定区域进行至少五个连续比色测量值的平均而获得的。
5.根据权利要求1所述的方法，其中聚合物材料包括增强纤维。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，还包括在进行比色测量前清洁表面的步骤，比色测量将在所述表面上进行。
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