CN114945797A - 用于测量物品的表面的不平坦性的测量装置 - Google Patents

用于测量物品的表面的不平坦性的测量装置 Download PDF

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C·基尔德嘉尔德
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Abstract

本发明涉及用于对诸如风力涡轮叶片纤维铺叠之类的物品的表面的形状进行表征的测量装置，其中，该测量装置包括：框架，其包括保持框架；两个或更多个探针的第一集合，其可移动地被保持于保持框架中，每个探针具有用于接触物品的表面的相应的探针端；以及电子感测器件，其配置成为每个探针提供表示探针相对于保持框架的位置的相应的电信号。提供了一种用于对这样的装置进行校准的方法。而且，提供了一种用于对物品的表面的形状进行表征的方法。

Description

用于测量物品的表面的不平坦性的测量装置
技术领域
本发明涉及对表面物品（诸如，用于制造例如用于风力涡轮叶片的纤维增强复合物部件的所铺叠的一批纤维层）中的不平坦性进行表征。
背景技术
细长结构（诸如，风力涡轮叶片、飞机机翼以及船舶船体）通常用纤维增强复合物材料制造。增强材料（诸如，玻璃纤维）通常通过使层例如一般沿细长结构的纵向方向堆叠来布置，以便沿纵向方向提供刚度。堆叠的纤维层的对准对于结构的可靠性是至关重要的。纤维未对准可能导致部件失效。因此，对纤维未对准或褶皱进行定位对于解决该问题是极其重要的。获知在细长结构中是否存在纤维未对准缺陷并且能够对任何缺陷进行量化允许制造商采取必要的步骤以首先避免缺陷或尽快消除缺陷，从而消除对于以其它方式完成的纤维增强复合物部件中的维修工作的需要。
如今，一种用于检测纤维未对准的方法涉及利用手电筒来在细长结构的表面上进行的人类视觉检查，并且在视觉地观察到未对准时，使用非常简单的工具（诸如，褶皱梳和尺子）来对未对准进行量化。这样的视觉检查对于检测较小的表面起伏为非常耗时且低效的。尚未证明超声测试方法作为用于对表面褶皱进行识别和量化的方法足够有用。超声测试方法要求添加材料以提供传感器与测试中的物体之间的接触表面。这可能容易污染结构的表面，这可能引起成品中的弱点。更重要的是，这样的传感器适合于表面褶皱的检测或量化。
国际专利申请No. PCT/EP2016/081741涉及一种方法，该方法包括：通过以与纤维取向相比的角度发射X射线束来对细长结构进行扫描；检测散射的射线；以及确定所检测到的散射的射线的强度。虽然发现该方法在识别更深的纤维未对准或隐藏的纤维未对准的方面是足够的，但该方法耗时，并且将该方法应用于整个风力涡轮叶片结构是昂贵的。US2012/0033207 A1涉及一种用于检查风力涡轮叶片的系统，该系统包括获取风力涡轮叶片的壳的内部部分的图像的扫描机；涉及一种用于对在风力涡轮叶片的壳内成像的缺陷进行多次测量的测量设备；并且涉及一种用于查明风力涡轮叶片的理论强度的查找表。US2010/0329415 A1公开了一种用于检查风力涡轮叶片的质量的方法，其中，通过使用辐射的计算机断层摄影方法来检查叶片。传送器通过叶片发送辐射，并且接收器接收已穿过叶片的辐射。传送器、接收器和/或叶片的位置相对于彼此改变，以便执行叶片的检查。
US 2004/146830 A1公开了一种用于测量被软组织层覆盖的硬组织的表面几何结构的设备，该设备包括：多个元件，其各自具有适于穿透所述软组织并且基本上不穿透所述硬组织的末梢；框架，其支承所述元件各自沿着路径的移动，使得多个所述末梢在沿着路径定位时限定表面；以及至少一个位置传感器，其生成指示所述元件中的至少一个元件的末梢位置的信号。
US 5 097 423 A公开了一种手持探针组件，该手持探针组件具有设置成线性阵列的两个固定探针腿和两个可移动探针腿。一对探针腿（其中的一个被固定，并且其中的一个可移动）与第一板边缘部分可接合。第二对固定探针腿和可移动探针腿与第二板边缘部分可接合。可缩回的对准腿接合板边缘部分之间的接头，以帮助将探针组件相对于板边缘部分定位。
US 2007/156066 A1公开了一种用于确定解剖表面的形状和/或位置并且使数据转换成机器可读形式的装置。该装置包括抵靠解剖结构表面可定位的多个感测探针和能够读取探针位置以确定表面的形状的机构。
US 6 125 338 A公开了一种表面复制和轮廓测量装置，该装置基本上包括具有安装于框架上的校准销的机械销阵列。
DE 93 01 457 U1公开了一种坐标测量装置，该坐标测量装置具有用于对要被测量的物体的表面进行扫描的探针和检测探针的移动以用于确定所扫描的点的X坐标、Y坐标和Z坐标的位移测量装置。
US 4 997 510 A公开了一种自动带加接设备，该自动带加接设备包括：带加接头，其可沿X轴线方向、Y轴线方向、Z轴线方向、A轴线方向以及C轴线方向移动；压带辊，其通过辊承载构件来附接到带加接头，压带辊包括沿横向方向设置的多个辊构件，辊构件由被辊承载构件保持的保持轴可旋转地支承并且独立于彼此而相对于粘附形式可移动；引导机构，其用于使带加接头沿着弧轨迹枢转，该弧轨迹的中心是压带辊，并且该弧轨迹围绕A轴线；位移传感器，其用于检测压带辊的相对端部分中的辊构件与辊承载构件之间的距离的变化；以及控制器件，其用于从位移传感器接收检测信号并且使带加接头沿着引导机构枢转，以便使得一个端部分中的距离与另一个端部分中的距离相同。
WO 2018/020162 A1公开了一种适合于由机器人操纵的纤维放置头，该纤维放置头包括可移动模子，该可移动模子能够使张紧的粗纱在运输装置与按压辊之间移动。
US 2011/297303 A1公开了一种方法和设备，该方法和设备用于制造纤维增强部分，诸如用于风力发电厂的叶片，由此包括纤维的材料的许多层布置于细长开放模具的弯曲表面上，使得材料的所述层中的一些层至少部分地重叠。
这些方法和装置对于识别表面褶皱（诸如，纤维铺叠中的表面褶皱）不一定足够有效或高效。
因而，需要用于检测物品的表面上的纤维未对准和/或褶皱的简单解决方案。
发明内容
在第一方面，本发明提供一种用于对物品的表面的形状进行表征的测量装置。该测量装置包括：
- 框架，其包括保持框架，
- 两个或更多个探针的第一集合，其可移动地被保持于保持框架中，每个探针具有用于接触物品的表面的相应的探针端；以及
- 电子感测器件，其配置成为每个探针提供表示探针相对于保持框架的位置的相应的电信号。
这样的装置虑及迅速地且精确地对物品的表面的形状进行表征。作为示例，在为纤维增强复合物部件铺叠纤维材料时，识别其中纤维错误地放置的位置是非常重要的。褶皱可指示尚未使纤维垫变平，这意味着可存在不包括任何纤维的相当大的体积，这可进而导致最终产品中的将需要填充的潜在气穴和/或由于在该体积中缺乏增强纤维而引起的弱点。
对于本领域技术人员清楚的是，位移仅是探针相对于保持框架的位置的一方面。在获知起始位置和终止位置的情况下，仅可确定探针的位移。另一方面，获知起始位置和位移可确定终止位置。因而，表示位置的信号可转换成表示位移的信号，并且反之亦然。因而，用语位置和位移可互换地使用。
在一些实施例中，每个探针连接到诸如弹簧之类的偏置器件，该偏置器件配置成使探针相对于保持框架偏置到对应的中性位置。这虑及探针自动返回到它们在后续测量中准备好从其移位的位置。在一些实施例中，每个探针具有单独的对应的偏置器件。在一些实施例中，每个偏置器件连接到配置成提供表示对应的偏置器件中的张力的对应的力传感器信号的对应的力传感器，并且表示探针的位置的信号至少部分地基于对应的力传感器信号而确定。力传感器的示例包括力感测电阻器、压电传感器以及应变仪。
例如通过使弹簧的端与探针中的孔接合，弹簧可在一端处附接到保持框架并且在另一端中附接到对应的探针。
可以使用使探针偏置到中性位置的其它方式。跨保持框架伸展的弹性构件可以布置成使探针偏置到相应的极限位置。在使得测量装置与表面接触时，将通过例如由用户施加的力来使探针移位。在此情况下，现在由所有探针提供施加到偏置器件的力。因此，要求不同类型的位置传感器，以便获得关于物品的表面的形状的更详细的有用信息。例如，可以改为使用基于线性可变差动变压器（LVDT）原理的电子感测器件。每个探针附接到LVDT，从而允许针对每个探针而测量位置或位移。每个探针可以在固定到保持框架或并入于保持框架中的轴中可移动。利用该操作原理，将探针的位移转换成电信号。可包括诸如上述的偏置器件，以在测量之后使探针自动地返回到中性位置。传统线圈或共模制的高分辨率（high-resolution）传导塑料线圈可用于LVDT。
LVDT原理可独立于偏置器件的性质而使用，并且也没有任何偏置器件。
在一些实施例中，（一个或多个）电子感测器件依赖于电阻测量，诸如下述的原理。该原理可在有或没有探针偏置器件的情况下使用。
在第二方面，本发明提供了一种用于确定可移位构件相对于框架的位移的电阻测量装置。可移位构件具有布置于可移位构件的外表面上的导体，该导体从可移位构件上的第一点延伸到可移位构件上的第二点，框架具有用于接触导体的第一部分的第一接触和用于接触导体的第二部分的第二接触，导体布置成使得在可移位构件相对于框架移位时，第一接触与导体之间的接触点和第二接触与导体之间的接触点改变，由此第一接触与第二接触之间的电路径上的长度改变，进而改变第一接触与第二接触之间的电阻。在一些实施例中，可移位构件沿着可移位构件的轴线基本上一致，并且导体的第一部分和第二部分沿着（诸如，平行于）构件轴线延伸，并且导体的第一部分和第二部分通过连接的导体部分来连接。在一些实施例中，导体的形状视觉地类似于“U”。“U”的底部（即，连接的导体部分）可以横穿可移位构件的端，或可以远离构件的端而布置。后者实施例具有如下的优点：在构件要反复地与例如物品的表面接触的情况下，连接的导体部分将不由于反复地与表面进行机械接触而逐渐损坏，如在本发明的第一方面中的。
如所提到的，当可移位构件在框架中移位时，第一接触与第二接触之间的电路径的长度改变，进而改变电阻。使电流通过导体从第一接触到第二接触虑及确定电阻，例如类似于如何通过欧姆计测量电阻。由此可确定表示探针相对于框架的位置的图，例如在校准之后。通常没必要确定实际电阻。
可移位构件在其通过保持框架的行进中的一些行进期间，有利地具有一致的横截面，诸如圆形、椭圆形、正方形或矩形横截面。这虑及可移位构件容易地在框架中行进。可使用使第一接触和第二接触偏置到导体上的器件。在探针的行进具有变化的横截面的情况下，可要求这样的偏置器件。
返回到第一方面，在一些实施例中，测量装置配置成引起基于表示探针的第一集合中的至少两个探针的位置的电信号而确定表示表面的不平坦性的信号。该确定可以由该装置执行，或由接收关于表示探针的第一集合中的至少两个探针的位置的电信号的信息的外部装置执行。
在一些实施例中，测量装置配置成引起确定表示表面的不平坦性的不平坦性信号，表示不平坦性的信号表示1）通过探针的第一集合中的第一探针的探针端和探针的第一集合中的第二探针的探针端的直线与2）通过第二探针的探针端和探针的第一集合中的第三探针的探针端之间的直线的角度。根据这样的实施例，三个探针的探针端并非全都位于直线上的事实指示表面的不平坦性。对于用于确定不平坦性的仅三个探针的需要使得装置通用、不太复杂并且更易于使用。而且，第一探针、第二探针以及第三探针中的两个探针（尤其是，保持框架的任一端处的两个探针）的端之间的线通常是测量期间的可靠参考。
表示局部不平坦性的不平坦性信号可例如基于以下项来获得：1）第一探针的探针端和与第一探针相邻的第二探针的探针端之间的线，以及2）第二探针的探针端和与第二探针相邻的第三探针的探针端之间的线。第一探针、第二探针以及第三探针不需要是顺序的，但基于探针的序列来执行确定导致更精确地表示局部不平坦性的不平坦性信号。
表示局部不平坦性的不平坦性信号也可例如基于以下项来获得：1）第一探针的探针端和与第一探针相邻的第二探针的探针端之间的线，以及2）第一探针的探针端和与第二探针相邻的第三探针的探针端之间的线。
在一些实施例中，测量装置配置成引起至少基于以下项来确定表示表面的不平坦性的信号：1）表示探针中的两个探针相对于保持框架的位置的电信号和2）所述两个探针之间的距离，诸如，两个探针之间的最小距离，该最小距离进而可以例如被确定为两个探针的探针端之间的最小距离。在具有平行探针的装置中，最小距离可以例如是两个探针的探针端之间的间隙的长度，诸如测量期间的间隙的长度。一般而言，在本发明的实施例中，探针是平行的。在一些实施例中，一个或多个探针可以与一个或多个其它探针不平行地行进。
在一些实施例中，测量装置配置成引起确定表示表面的不平坦性的信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。在一些实施例中，不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。装置本身可以适于提供这样的信号，或装置可引起外部装置提供这样的信号。这可以使测量装置简化，但要求外部装置可用来提供这样的信号。取决于使用场景，一个选项或另一个选项是优选的。
在一些实施例中，探针的第一集合的至少子集布置在一维阵列中。探针可以在不同的相互距离的情况下布置，或等距地布置。
在一些实施例中，探针的第一集合的至少子集布置在二维阵列中。每排中的探针可以在不同的相互距离的情况下布置，或等距地布置。一排中的探针之间的距离和排间的距离可以是相同或不同的。
一般而言，一致的距离使得装置更简单，并且给定的探针的位置可基于一个或多个指标和获知两个邻近的探针之间的距离而确定。例如，探针编号10与探针1之间的距离是探针1与探针2之间的距离的9倍。这同样适用于具有二维探针阵列的装置。
在一些实施例中，通过超过与标准自由落体加速度g 0 对应的力的摩擦力，将每个探针可移动地维持于相应的位置中。这意味着在仅将重力场施加到探针时，探针可复位并且将留在复位位置中（如果未施加偏置）。当用户使用足够的力抵靠表面按压装置时，摩擦力被克服，并且探针将符合表面的形状。在装置的正常处置下，超过与标准自由落体加速度g 0 的至少1.1倍（诸如，至少1.5倍）对应的力的摩擦力将降低探针在保持框架中无意地移位的风险。
在一些实施例中，框架还包括用于在获得表示探针相对于保持框架的位置的电信号期间在物品的表面上支承测量装置的一个或多个固定或可固定支承腿。当与表面接触时，这样的一个或多个腿可充当参考。在仅使用单个腿的情况下，腿的端优选地是平整的。使用两个或更多个腿可以提供更多的稳定性和更好的参考。在例如不由用户来保持的情况下，具有至少三个支承腿（布置为三脚架）的装置可允许装置搁置于表面上。在一些情况下，四个或更多个腿可以是有利的。
当腿相对于保持框架可移动但可固定时，装置可配置成不同的使用情况。这可用于改变支承腿的端与探针的端之间的偏移。
在一些实施例中，支承腿包括布置成感测支承腿是否与表面接触的一个或多个压力传感器，诸如针对每个腿有一个压力传感器。在一些实施例中，如果装置检测到支承腿不与表面接触或装置不提供测量，则装置提供警报信号。
在一些实施例中，装置配置成使得框架的重量超过探针的第一集合可施加的最大总力。在具有支承腿的装置上，用户可以将装置放置于一个或多个支承腿上，并且在不需要施加额外的力的情况下获得测量。
在一些实施例中，探针的第一集合中的两个探针的探针端以至少10 cm（诸如至少20 cm）的距离分离。取决于褶皱的尺寸，探针的数量可更高或更低。可增加每个距离的探针的数量，以便改进测量的分辨率。已发现范围0.2-1.5 cm内（诸如范围0.4-1.2 cm内，诸如范围0.5-1 cm内）的平均距离非常适合于对用于纤维增强复合物部件的纤维铺叠中的褶皱进行表征。
在一些实施例中，测量装置可操作成向外部装置传递：
- 表示与探针中的至少两个探针对应的电信号的信号；和/或
- 表示基于表示探针中的至少两个探针的位置的电信号而确定的物品的表面的不平坦性的信号。
本发明的第三方面提供了一种用于对物品的表面的形状进行表征的方法，该方法包括：
- 提供可移动地被保持于保持框架中的两个或更多个探针，每个探针具有用于接触物品的表面的对应的探针端，
- 使得探针端中的至少两个探针端与物品的表面接触，
- 获得表示探针中的至少两个探针相对于保持框架的对应的位置的电信号。
在一些实施例中，该方法包括：
- 使得至少三个探针端与物品的表面接触，
- 确定表示表面的不平坦性的不平坦性信号，不平坦性信号表示1）通过探针的第一集合中的第一探针的探针端和探针的第一集合中的第二探针的探针端的直线与2）通过第二探针的探针端和探针的第一集合中的第三探针的探针端的直线之间的角度。
可改为使用等效线，因为该线与个体探针的位置直接地相关联。因而，两个探针端之间的线也由两个探针之间的相对位移或位置来表示（如果探针在与物品的表面接触之前具有距物品的表面的不同的初始距离，则在确定时可能需要考虑这样的差异）。
在一些实施例中，该方法还包括至少在保持框架位于相对于物品的第一位置处时和在保持框架位于与第一位置不同的相对于物品的第二位置处时获得相应的电信号。在特定实施例中，该方法包括在探针中的至少两个探针与物品的表面接触时，使保持框架从第一位置移动到第二位置。这样的连续移动虑及表面的全面表征并且虑及提取关于表面的形状的三维信息的信息。在一些实施例中，使用仅具有一维探针阵列的装置。
在一些实施例中，该方法还包括基于表示探针中的至少两个探针相对于保持框架的位置的电信号而确定表示物品的表面的不平坦性的不平坦性信号。在一些实施例中，该方法还包括确定表示表面的不平坦性的信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。
在一些实施例中，不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。
在一些实施例中，该方法还包括将表示所获得的电信号的至少一部分的数据诸如以数字或模拟格式存储于电子存储介质上。
关于本发明的第一方面而公开的另外的特征一般加以必要的变更而适用于第三方面，并且因此在兼容的情况下，可被包括在第三方面的实施例中。因此，这些特征将不在此重复。
本发明的第四方面提供了一种用于制备用于纤维增强的风力涡轮叶片的纤维铺叠的方法。该方法包括：
- 将纤维材料铺叠于模具中，
- 使用根据第三方面的实施例的方法，或使用根据本发明的第一方面的装置来对纤维材料铺叠的表面进行表征。
使用根据第四方面的方法，可频繁地监测铺叠，以便确保铺叠保持无褶皱。在一些实施例中，表征步骤在铺叠期间、在所有纤维材料都被铺叠之前执行。这虑及在形成早期识别褶皱，由此工作人员可立即重新布置纤维，而不是不得不在铺叠完成之后移除许多层。因而，在一些实施例中，该方法包括：
- 通过确定不平坦性信号满足不平坦性标准来监测是否在铺叠纤维材料期间形成不平坦性；以及
- 如果不平坦性信号满足不平坦性标准，则重新布置纤维材料以消除不平坦性。
在一些实施例中，若使用，则不平坦性标准或不平坦性阈值例如根据铺叠或要铺叠的材料的厚度，或根据与厚度对应的另一参数（诸如，铺叠的层数）而调整。例如，不平坦性标准可以包括检测到凸块，例如通过确定与物品的表面接触的具体探针的探针端低于或高于位于具体探针的任一侧上的两个探针（例如，与具体探针相邻的（所述）两个探针）的探针端来确定。取决于预期形状和其它条件，可使用其它不平坦性标准。在一些情况下，可能看似是不平坦性的可能是预期形状的一部分，在此情况下，当实际形状偏离在根据预期形状的阈值或其它标准之上时，将存在不平坦性，即，不平坦性标准将预期形状用作基线。
在铺叠过程开始时，褶皱潜在地相当小。然而，偏差仍然重要，并且可能是问题的指示。若有必要，则纤维材料可重新布置以防止形成明显的褶皱。当过程进行时，如果不平坦性一旦完成是预期的或不损害产品的强度，则不平坦性标准可被调整成要求在发出警告之前的更大的不平坦性。
本发明的第五方面提供了一种用于对根据本发明的第一方面的装置进行校准的方法，其中，该装置具有一个或多个支承腿。该方法包括：
- 将一个或多个支承腿上的装置放置于表面上，并且存储参考信息，包括存储表示由电子感测器件为探针的第一集合中的探针中的一个或多个探针的第二集合中的每个探针（诸如探针的第一集合中的所有探针）提供的电信号的参考信号；以及
- 在后续使用期间，针对探针的第二集合中的至少一个探针（诸如针对探针的第二集合中的所有探针）而确定表示在所述使用期间测量的电信号与对应的参考信号之间的差异的信号。
这样的方法具有许多优点。例如，该方法虑及消除装置中的某些系统错误。偏置器件（若存在）的性质可随时间改变，这可能引起错误结论。通过将装置放置于完全地平整的表面上并且进行测量，可记录呈现平整表面的信号并且将其用作参考。如果装置随后用于测量完全地平整的表面，则期望类似于所记录的参考信号的电信号的集合。一个或多个支承腿确保参考在使装置移动到生产表面之后可适用。
另一优点是，在弯曲表面形状是预期的情况下，装置可在具有预期形状的表面上进行校准。当在生产中使用时，参考信号确保探针位移根据探针端的参考位置来确定，而不是根据中性位置来确定。
尽管本发明已特别地关于用于纤维增强复合物部件（诸如，用于风力涡轮叶片的部件）的纤维铺叠而描述，但本发明适用于其中迅速地且容易地对物品的表面进行表征很重要的许多其它领域中。
附图说明
图1示出具有三个风力涡轮叶片的风力涡轮的示意图。
图2a是用于风力涡轮叶片壳部分的示例性模具的示意图示。
图2b、图2c和图2d图示可能引起纤维铺叠中的表面褶皱的不同问题。
图3a图示具有在用于制造纤维增强复合物部件的过程中铺叠的纤维材料的模具的部分。
图3b图示在图3a中所图示的纤维铺叠中指示的褶皱。
图4a图示根据本发明的实施例的测量装置。
图4b、图4c和图4d图示使用根据图4a的测量装置用于对物品的表面的形状进行表征。
图5图示使用根据图4a的测量装置测量的、表示物品的表面的形状的数据。
图6a和图6b图示根据本发明的实施例的另一测量装置及其用于对物品的表面的形状进行表征的用途。
具体实施方式
图1图示根据所谓的“丹麦概念（Danish concept）”的常规的现代逆风风力涡轮2，风力涡轮2具有塔架4、机舱6以及具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8径向地延伸的三个叶片10。
在许多情况下，每个风力涡轮叶片10由两个叶片壳部分制成，通常由纤维增强聚合物制成。叶片壳部分利用粘附剂（诸如，胶粘剂）来沿着沿叶片10的后缘和前缘延伸的粘合线或胶粘接头彼此附接。通常，叶片壳部分的根端具有半圆形或半椭圆形外横截面形状。
图2a图示用于制造风力涡轮叶片壳部分的模具21。空气动力学壳部分有时使用真空辅助树脂转移模制（VARTM）来制作，其中，多个例如玻璃纤维垫和/或碳纤维垫以及在一些情况下的其它材料布置于模具的模具表面22上。在已根据风力涡轮叶片壳部分的形状而使这些材料堆叠之后，柔性真空袋布置于纤维垫的顶部上并且抵靠模具21密封，由此形成容纳纤维垫的模具腔。树脂入口和真空出口连接到模具腔，为被称为灌注（infusion）的过程作准备。入口允许将树脂引入到模具腔中，并且出口允许空气被移除。当在铺叠过程中使用干纤维时，必须提供树脂以使模具腔中的纤维材料浸渍。模具腔经由真空出口被抽空，这在模具腔中形成欠压（也被称为负压），诸如，例如标准压力的5-10%、101.325 kPa，优选地更低，在此之后，经由树脂入口提供液体树脂的供应。至少由于通过抽空产生的压力差，树脂被迫进入模具腔中。由于负压，树脂在模具腔中沿不同方向分散，从而将（一个或多个）树脂流前部朝向真空出口驱动。在模具腔中，树脂使纤维材料浸渍。当已使纤维材料完全地浸渍时，使树脂固化，从而导致纤维增强复合物部件，诸如用于风力涡轮叶片的壳部分。
图2b-图2d图示表面褶皱的不同起源。图2b图示在铺叠期间在纤维垫中的一个纤维垫中由意外折叠引起的表面褶皱。图2c图示引起表面表现出褶皱的外来物体。图2d图示可能例如由已抵靠铺叠被按压的物体引起的凹下部（dip）。到它们对最终产品的质量造成不利影响的程度上，识别并且消除这样的原因是重要的。
图2a中所示出的模具21的模具区段25在图3a中更详细地图示。图3a图示具有布置于模具表面上的纤维材料31的模具区段25。如上文所述，该过程在布置真空袋并且提供树脂之前执行。作为铺叠过程的部分，执行各种质量控制过程以识别并且消除潜在缺陷。缺陷可能导致机械地削弱的最终产品或以其它方式（例如通过在重量上或在形状上的不符）不满足规格的最终产品。铺叠31的表面处的褶皱是铺叠不满足要求的征兆，并且可能例如如关于图2b-图2d所描述的那样引起。
图3a示意性地图示铺叠中的褶皱32，在此情况下，例如由铺叠中的纤维垫中的一个纤维垫上的外来物体或由纤维垫中的折叠引起的局部地凸起的部分，如关于图2b和图2c所描述的。
褶皱不一定是可见的，并且因此频繁测量可以是理想的，以便确定铺叠是否具有褶皱。
图3b图示图3a中所指示的横截面A-A的部分，特别地，褶皱32的外形。如果铺叠的该部分应该是基本上平整的，则褶皱区域33是与预期形状的偏差，并且可潜在地导致质量问题。如在本示例中预期的，在区域33外部，铺叠是基本上平整的。可以使用不同标准来评价褶皱区域33是否超过不平坦性的可接受的度。例如，与某个参考形状的偏差可能超过可接受的极限，在此情况下，必须采取校正措施，以便确保产品满足质量标准。如果偏差低于可接受的极限，则满足质量标准。纤维铺叠受到一定的可变性，并且一定程度的偏差是不可避免的。这样的变化可能不对最终产品的质量造成任何影响，并且因而一定偏差完全是可允许的。消除可能影响最终产品的质量的任何偏差。
图4a图示用于评价物品（诸如，用于风力涡轮叶片壳部分的纤维铺叠）的表面的平坦性的褶皱测量装置40。装置40包括保持框架44，保持框架44保持许多探针41a-41j，在此情况下，10个探针。在该示例中，支承腿45a和45b附接到保持框架44，该装置可放置于支承腿45a和45b上。虑及确定探针41a-41j相对于保持框架44的位置，这些可以充当参考。在本情况下，如由弹簧42a、弹簧42b和弹簧42j所图示的，探针41a-41j被偏置，弹簧42a、弹簧42b和弹簧42j使对应的探针41a、41b和41j偏置到中性位置。如图4a中所图示的，还在剩余的探针上提供弹簧。每个探针41a-41j还具有用于与要被表征的物品的表面接合的探针端。图4a中的参考标号43a、43b和43j分别图示探针41a、41b和41j的探针端。
如图4a中所示出的，装置40还部分地由长度L表征。该长度可例如由褶皱的典型尺寸规定。探针的数量导致一定的分辨率。给定的装置长度L内的探针越多，分辨率就越好。具有15 cm的长度并且具有10个等距探针的装置识别典型的褶皱的范围。具有相同或不同的数量的探针的较长装置识别褶皱的对应范围。在一些情况下，10个探针是足够的。在其它情况下，更多的探针可以是必要的，诸如至少15个，诸如至少20个探针。探针可以跨越例如至少10 cm，诸如至少15 cm、诸如20 cm或更大。
在图4a中，探针41a-41j位于其中性位置中。在本示例中，探针端全都具有距保持框架44的相同距离。换而言之，在平整表面上，所有探针端43a-43j都将与表面接触并且将从它们相应中性位置同等地移位。支承腿45a、45b允许装置以稳定方式与表面接触，并且如果图4a中的装置40的支承腿搁置于平整表面上，则所有探针41a-41j都将从中性位置以相同量移位。装置40配置成使得当支承腿45a、45b与平整表面接触时，所有探针41a-41j都移位了非零量。这可确保完全地平整的表面可以被装置主动地识别。
弹簧42a-42j耦合到提供表示对应的探针的位移程度的电信号的力传感器（未示出）。探针越大程度地移位，其对应的弹簧就越大程度地张紧，并且对应的力传感器就将经历越大的力，因而使位移与所测量的信号相关。
图4b示出用于对褶皱32进行表征的装置40。装置40位于中性位置中，其中探针位于它们的中性位置中。
图4c图示装置40，装置40布置于褶皱32处的纤维铺叠的表面上，支承腿放置于物品的表面上。探针移位了与表面的形状对应的量。由于由弹簧所导致的偏置，探针端被迫与表面接触。如可在图4c中看到的，取决于对应的探针端底下的表面，弹簧处于不同张力下。这转化成表示不同位移的不同幅度的电信号。探针41a从图4a和图4b中所示出的中性位置非常轻微地移位。与探针41a紧邻的探针41b移位了较大的量，指示存在褶皱。探针41e最大程度地移位，指示褶皱32相对于支承腿45a和支承腿45b的高度。
图4d图示图4c的细节46。特别地，图4d示出支承腿45a的部分以及探针41a和41b的部分及它们对应的弹簧42a和弹簧42b。存在由装置40响应于探针41a和41b的位移而产生的电信号方面的差异，因为探针41a和41b以不同量移位。电信号方面的差异表示探针41a的位移与探针41b的位移之间的差异
Figure 899024DEST_PATH_IMAGE001
。基于表示探针的位置的电信号，装置可以传递与探针的位置/位移有关的信息。为了告知用户与表面有关的特性，装置本身可以例如经由内置显示器、扬声器装置或振动装置或它们的任何组合传递信息或警告。可根据用户的需要而提供更多或更少的详细信息。对于每个传感器的位移量可显示于显示器上。在更简单的实施例中，在表面不平坦性满足不平坦性标准的情况下，装置配置成视觉地、可听地或振动地传递警告。例如，如果单个探针移位了超过可接受的阈值的量，则装置可以传递警告。备选地，装置可基于从一个探针到下一个探针的相对位移而评价不平坦性。作为另一示例，如果褶皱仅正影响一些探针（诸如探针41e-41g），则褶皱可以被认为足够小以致于已知褶皱将不影响最终产品的质量，可选地除非另一标准另有规定，例如因为那些探针中的一个探针的位移超过可接受的阈值。在一些情况下，装置可以在弯曲表面上使用。在此情况下，预期形状将使得不同探针移位不同量。在此情况下，不平坦性标准与探针远离表面的预期弯曲形状的位移有关。
图4d还示意性地图示两个邻近的探针41a与41b之间的距离
Figure 49383DEST_PATH_IMAGE002
。在获知该距离的情况下，表示探针41a与41b之间的表面相对于支承腿45a、45b的接触点之间的线的角度α的图可被确定为表面的不平坦性的测量。斜率
Figure 50837DEST_PATH_IMAGE003
本身是探针41a与探针41b之间的表面的不平坦性的表示。如果期望角度作为输出或作为变量以用于确定是否满足不平坦性标准，则探针41a与41b之间的表面的代表性角度α可例如使用方程
Figure 525769DEST_PATH_IMAGE004
来确定。
图5图示图4c中的十个探针中的每个探针相对于支承腿45a和45b的与表面32相会的端之间的线的位移。取决于要求，可使用不同阈值来确定位移是否为可接受的。例如，如果1 mm的位移是可接受的，则可从图5看出，所有点都处于可接受的极限内，因为它们全都小于1 mm。另一方面，在位移极限是0.5 mm的情况下，探针41c至41h（图5中的探针3-8）将具有不可接受的位移程度。在此情况下，可发出警告以警告用户满足不平坦性标准，即，局部表面不满足所要求的平坦性规格。
另一标准涉及评价表面的角度。图5还基于测量而图示表面32的斜率。x = 2处的斜率被计算为
Figure 991385DEST_PATH_IMAGE005
，其中，
Figure 515907DEST_PATH_IMAGE006
是如图4d中所示出的、探针2 41b的探针端43b与探针1 41a的探针端43a之间的高度上的差异。探针之间的距离
Figure 4658DEST_PATH_IMAGE007
是1 cm。x = 1处的斜率基于探针1的端与支承腿45a之间的高度上的差异而计算。相同的计算适用于最后的斜率编号11，最后的斜率编号11基于支承腿45b与探针10的探针端之间的高度上的差异而计算。
基于斜率，可以确定图4c中的表面32满足不平坦性标准，因为斜率3和9超过可接受的值（诸如0.03），即使所有位移都不满足不平坦性标准。作为示例，如果满足不平坦性标准（如果位移超过1 mm），则所有探针实际上处于可接受的极限内。然而，如根据上文的描述所计算的，探针41b与41c之间的局部斜率高于0.03的事实意味着表面被认为是不满足要求的。当这被确定时，可以给出指示。
装置40可以备选地向外部装置提供表示与不同探针对应的电信号的信号，该外部装置可以执行是否满足不平坦性标准的实际确定，或可以基于信号而显示位置或位移，并且可选地在满足不平坦性标准时提供警告。该连接可以是有线或无线的。在有线实施例中，外部装置可以可选地向装置40提供电功率。
上文中所给出的标准的示例仅是示例。本领域技术人员将认识到，可以使用仍然相当于确定表面足够平坦或过于不平坦的许多变型和组合。
图6a图示不同地配置的装置40。支承腿45a和45b已向上移位。尽管可移动腿是优选的，但在一些实施例中，它们被永久地固定。探针41a-41j越过连接支承腿45a、45b的端的线延伸。在该配置中，装置能够测量表面中的局部凹下部。如关于图2d所描述的，凹下部可以例如由已施加到铺叠的压力引起。在图6b中示意性地示出测量。正如对于具有本身表现为局部凸起区的局部褶皱的表面那样，装置可以用于对具有凹下部的表面进行表征。可以使用与上述的那些标准类似的对应标准。即使图6a和图6b是示意性的，也可看到，图6a和图6b中的装置可用于测量局部凸起的表面和局部凹下部两者。通过参考支承腿，可确定给定的探针是否正探测凸起部分、或凹下部、或甚至两者。
在以下的项目中陈述示例性装置和方法：
1. 一种用于对物品的表面的形状进行表征的测量装置（40），测量装置包括：
- 框架，其包括保持框架（44）；
- 两个或更多个探针（41a-41j）的第一集合，其可移动地被保持于保持框架中，每个探针具有用于接触物品的表面的相应的探针端（43a-43j）；以及
- 电子感测器件，其配置成为每个探针提供表示探针相对于保持框架的位置的相应的电信号。
2. 根据项目1的测量装置，其中，每个探针连接到诸如弹簧之类的偏置器件（42a-42j），所述偏置器件（42a-42j）配置成使探针相对于保持框架偏置到对应的中性位置。
3. 根据项目2的测量装置，其中，每个探针连接到对应的偏置器件，并且每个偏置器件连接到配置成提供表示对应的偏置器件中的张力的对应的力传感器信号的对应的力传感器，并且其中，表示每个探针的位置的信号至少部分地基于对应的力传感器信号而确定。
4. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，配置成引起基于表示探针的第一集合中的至少两个探针的位置的电信号而确定表示表面的不平坦性的信号。
5. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，配置成引起确定表示表面的不平坦性的信号，表示不平坦性的信号表示1）通过探针的第一集合中的第一探针的探针端和探针的第一集合中的第二探针的探针端的直线与2）通过第二探针的探针端和探针的第一集合中的第三探针的探针端的直线之间的角度。
6. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，配置成引起至少基于以下项来确定表示表面的不平坦性的信号：1）表示探针中的两个探针相对于保持框架的位置的电信号和2）在测量期间在两个探针的探针端之间的最小距离。
7. 根据项目4-6中的一个项目的测量装置，配置成引起确定表示表面的不平坦性的信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。
8. 根据项目7的测量装置，其中，不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。
9. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，探针的第一集合的至少子集布置在一维阵列中。
10. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，探针的第一集合的至少子集布置在二维阵列中。
11. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，每个探针通过超过与标准自由落体加速度g0对应的力的摩擦力来可移动地被维持于相应的位置中。
12. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，框架还包括用于在获得表示探针相对于保持框架（44）的位置的电信号期间在物品的表面上支承测量装置的一个或多个固定或可固定支承腿（45a、45b）。
13. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，装置配置成使得框架的重量超过在支承腿与表面的第二部分接触时，探针的第一集合能够施加于所述表面的第一部分上的最大总力。
14. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，探针的第一集合中的两个探针的探针端以至少10 cm，诸如至少20 cm的距离分离，探针之间的平均距离可选地处于范围0.5-1.5 cm内。
15. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，可操作成向外部装置传递：
- 表示与探针中的至少两个探针对应的电信号的信号；和/或
- 基于表示探针中的至少两个探针的位置的电信号而确定的表示物品的表面的不平坦性的信号。
16. 根据前述项目中的任何项目的测量装置，其中，与探针中的至少两个探针对应的电信号使用对应的线性可变差动变压器或基于相应的电阻测量而获得。
17. 一种用于对物品的表面的形状进行表征的方法，包括：
- 提供可移动地被保持于保持框架中的两个或更多个探针，每个探针具有用于接触物品的表面的对应的探针端，
- 使得探针端中的至少两个探针端与物品的表面接触，
- 获得表示探针中的至少两个探针相对于保持框架的对应的位置的电信号。
18. 根据项目17的方法，还包括至少在保持框架位于相对于物品的第一位置处时和在保持框架位于与第一位置不同的相对于物品的第二位置处时，获得相应的电信号。
19. 根据项目18的方法，还包括在探针中的至少两个探针与物品的表面接触时，使保持框架从第一位置移动到第二位置。
20. 根据项目17-19中的任何项目的方法，还包括：
- 基于表示探针中的至少两个探针相对于保持框架的位置的电信号而确定表示物品的表面的不平坦性的信号。
21. 根据项目20的方法，还包括确定表示表面的不平坦性的信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。
22. 根据项目21的方法，其中，不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。
23．根据项目17-22中的任何项目的方法，还包括将表示所获得的电信号中的诸如全部之类的至少一部分的数据存储于电子存储介质上。
24. 一种用于制备用于纤维增强风力涡轮叶片的纤维铺叠的方法，包括：
- 将纤维材料铺叠于模具中;
- 使用根据项目1-16中的任何项目的装置或根据项目17-23中的任何项目的方法来对纤维材料铺叠的表面进行表征。
25. 一种用于对根据项目12的装置进行校准的方法，包括：
- 将一个或多个支承腿上的装置放置于表面上，并且存储参考信息，包括存储表示由电子感测器件为探针的第一集合中的探针中的一个或多个探针的第二集合中的每个探针，诸如探针的第一集合中的所有探针提供的电信号的参考信号；以及
- 在后续使用期间，针对探针的第二集合中的至少一个探针，诸如针对探针的第二集合中的所有探针中的每个探针而确定表示在所述使用期间测量的电信号与对应的参考信号之间的差异的信号。
参考标号列表
2 风力涡轮
4 塔架
6 机舱
8 毂
10 风力涡轮叶片
14 叶片末梢
21 风力涡轮叶片壳部分模具
22 模具表面
25 模具的区段
31 纤维铺叠
32 纤维褶皱
33 褶皱区域
41a-41j 探针
42a-42j 诸如弹簧之类的偏置器件
43a-43j 探针端
44 保持框架
45a-45b 支承腿
46 测量期间的探针的细节
Figure 272828DEST_PATH_IMAGE008
探针之间的距离
Figure 343683DEST_PATH_IMAGE009
位移差
L 支承腿的端之间的最大距离
A-A 通过纤维褶皱的横截面

Claims (26)

1.一种用于对物品的表面的形状进行表征的测量装置（40），所述测量装置包括：
- 框架，其包括保持框架（44），
- 三个或更多个探针（41a-41j）的第一集合，其可移动地被保持于所述保持框架中，每个探针具有用于接触所述物品的所述表面的相应的探针端（43a-43j）；以及
- 电子感测器件，其配置成为每个探针提供表示所述探针相对于所述保持框架的位置的相应的电信号，
所述装置进一步配置成引起确定表示所述表面的不平坦性的不平坦性信号，所述不平坦性信号表示1）通过探针的所述第一集合中的第一探针的所述探针端和探针的所述第一集合中的第二探针的所述探针端的直线与2）通过所述第二探针的所述探针端和探针的所述第一集合中的第三探针的所述探针端的直线之间的角度。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其中，每个探针连接到诸如弹簧之类的偏置器件（42a-42j），所述偏置器件（42a-42j）配置成使所述探针相对于所述保持框架偏置到对应的中性位置。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其中，每个探针连接到对应的偏置器件，并且每个偏置器件连接到配置成提供表示所述对应的偏置器件中的张力的对应的力传感器信号的对应的力传感器，并且其中，表示每个探针的所述位置的所述信号至少部分地基于所述对应的力传感器信号而确定。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，配置成引起基于表示探针的所述第一集合中的至少两个探针的所述位置的所述电信号而确定表示所述表面的不平坦性的信号。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，配置成引起至少基于以下项来确定表示所述表面的不平坦性的信号：1）表示所述探针中的两个探针相对于所述保持框架的所述位置的所述电信号和2）在测量期间在所述两个探针的所述探针端之间的最小距离。
6.根据权利要求3-5中的任一项所述的测量装置，配置成引起确定表示所述表面的所述不平坦性的所述信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其中，所述不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，探针的所述第一集合的至少子集布置在一维阵列中。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，探针的所述第一集合的至少子集布置在二维阵列中。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，每个探针通过超过与标准自由落体加速度g 0 对应的力的摩擦力来可移动地被维持于相应的位置中。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，所述框架还包括用于在获得表示所述探针相对于所述保持框架（44）的所述位置的所述电信号期间在所述物品的所述表面上支承所述测量装置的一个或多个固定或可固定支承腿（45a、45b）。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，所述装置配置成使得所述框架的重量超过在所述支承腿与所述表面的第二部分接触时，探针的所述第一集合能够施加于所述表面的第一部分上的最大总力。
13. 根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，探针的所述第一集合的所述两个探针的探针端以至少10 cm，诸如至少20 cm的距离分离，探针之间的平均距离可选地处于范围0.5-1.5 cm内。
14. 根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，可操作成向外部装置传递：
- 表示与所述探针中的至少两个探针对应的所述电信号的信号；和/或
- 基于表示所述探针中的至少两个探针的所述位置的所述电信号而确定的表示所述物品的所述表面的不平坦性的信号。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的测量装置，其中，与所述探针中的至少两个探针对应的所述电信号使用对应的线性可变差动变压器或基于相应的电阻测量而获得。
16.一种用于对物品的表面的形状进行表征的方法，包括：
- 提供可移动地被保持于保持框架中的两个或更多个探针，每个探针具有用于接触所述物品的所述表面的对应的探针端，
- 使得所述探针端中的至少两个探针端与所述物品的所述表面接触，
- 获得表示所述探针中的至少两个探针相对于所述保持框架的对应的位置的电信号。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括：
- 使得至少三个探针端与所述物品的所述表面接触，
- 确定表示所述表面的不平坦性的不平坦性信号，所述不平坦性信号表示1）通过探针的所述第一集合中的第一探针的所述探针端和探针的所述第一集合中的第二探针的所述探针端的直线与2）通过所述第二探针的所述探针端和探针的所述第一集合中的第三探针的所述探针端的直线之间的角度。
18.根据权利要求16或17所述的方法，还包括至少在所述保持框架位于相对于所述物品的第一位置处时和在所述保持框架位于与所述第一位置不同的相对于所述物品的第二位置处时，获得所述相应的电信号。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括在所述探针中的至少两个探针与所述物品的所述表面接触时，使所述保持框架从所述第一位置移动到所述第二位置。
20.根据权利要求16所述的方法，还包括：
- 基于表示所述探针中的至少两个探针相对于所述保持框架的所述位置的所述电信号而确定表示所述物品的所述表面的不平坦性的不平坦性信号。
21.根据权利要求17或20所述的方法，还包括确定表示所述表面的不平坦性的所述不平坦性信号是否满足不平坦性标准，并且在肯定的情况下，引起提供不平坦性指示。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，所述不平坦性指示包括可听信号和/或视觉信号和/或振动信号。
23.根据权利要求16-22中的任一项所述的方法，还包括将表示所述所获得的电信号中的诸如全部之类的至少一部分的数据存储于电子存储介质上。
24.一种用于制备用于纤维增强风力涡轮叶片的纤维铺叠的方法，包括：
- 将纤维材料铺叠于模具中，
- 使用根据权利要求1-15中的任一项所述的装置或根据权利要求16-23中的任一项所述的方法来对所述纤维材料铺叠的表面进行表征。
25. 根据权利要求24所述的方法，还包括：
- 通过确定所述不平坦性信号满足不平坦性标准来监测是否在铺叠所述纤维材料期间形成不平坦性；以及
- 如果所述不平坦性信号满足所述不平坦性标准，则重新布置所述纤维材料以消除所述不平坦性。
26. 一种用于对根据权利要求11所述的装置进行校准的方法，所述方法包括：
- 将所述一个或多个支承腿上的所述装置放置于表面上，并且存储参考信息，包括存储表示由所述电子感测器件为探针的所述第一集合中的所述探针中的一个或多个探针的第二集合中的每个探针，诸如探针的所述第一集合中的所有所述探针提供的所述电信号的参考信号；以及
- 在后续使用期间，针对探针的所述第二集合中的至少一个探针，诸如针对探针的所述第二集合中的所有所述探针中的每个探针而确定表示在所述使用期间测量的所述电信号与所述对应的参考信号之间的差异的信号。
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