CN117447923A - 用于修复复合材料的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于修复复合材料的方法和装置。粘合材料(54)的方法可以包含限定在物体(12)的表面(16)上的固化区域中的两种材料(54)之间的粘合界面(22)并且利用声波加热粘合界面(22)。加热粘合界面(22)可以包括施加超声波声波至粘合界面(22)。

Description

用于修复复合材料的方法和装置

本申请是2016年5月6日提交的名称为：“用于修复复合材料的方法和装置”的中国专利申请201610297967.X的分案申请。

技术领域

本公开涉及复合材料，并且更具体地，涉及用于加热复合材料的粘合部分的装置和方法。

背景技术

复合材料通常是由具有显著不同的物理或化学特性的两种或更多种组分材料制成。通常地，组分材料包括基体(或粘合)材料，诸如树脂(例如，热固性环氧树脂)，也包括加固材料，诸如多个纤维(例如，碳纤维的编织层)。当组分材料被结合时，即使组分材料在复合材料的完成结构内通常保持是分开的且是不同的，但组分材料通常产生具有与个体组分材料不同的特性的复合材料。碳纤维加固聚合物是这种复合材料的示例。

由于很多原因，复合材料可以是优选的。例如，复合材料可以比传统材料更坚固和/或更轻。因此，复合材料通常用于构建各种物体，诸如交通工具(例如，飞机、汽车、船、自行车和/或它们的部件)和非交通工具结构(例如，建筑物、桥、游泳池面板、淋浴室、浴缸、储存槽和/或它们的部件)。

偶尔，这些复合材料会受到损坏，在这种情况下，可以优选的修复损坏的复合材料而不是完全地替换它。当前，复合材料修复利用在本地(或现场)将基体材料固化到现存损坏的复合材料上的热毯(heat blanket)来执行。然而，存在与使用热毯相关的各种问题，诸如，不均匀的加热、错位的加热、慢的加热速度、长的固化时间、热失控和/或缺少足够的温度控制。

发明内容

粘合材料的一种方法可以包含限定在物体表面上的固化区域中的两种材料之间的粘合界面并且利用声波加热粘合界面。

粘合材料的另一种方法可以包括通过限定在物体表面上的粘合区域来限定粘合界面。表面可以包括待修复的缺陷部(deformity)。补片材料可以被提供为邻近缺陷部。加热粘合界面的方法步骤可以包含可被部署在粘合区域附近的至少一个超声波压电加热器。至少一个超声波压电加热器可以发射超声波声波到粘合区域中，直到补片被合适地粘合至物体。

用于粘合材料的装置可以包括至少一个压电加热器，所述至少一个压电加热器被构造成发射超声波声波，用于在限定的固化区域中将复合材料粘合在一起。该装置可以包括支撑结构和温度传感器，该支撑结构被构造成朝向固化区域引导波，温度传感器用于监测固化区域中复合材料的温度。该装置可以包括控制器，该控制器被构造成基于接收自传感器的温度来调制加热器的特性。

本公开提供了各种装置及其使用方法。在一些实施例中，装置可以包括加热设备和平移组件。在一些实施例中，加热设备可以是超声波加热设备，诸如一个或更多个压电加热器。在一些实施例中，平移组件可以包含柔性轨道系统，该柔性轨道系统能够在大体上平行于表面的至少一个维度和大体上垂直于表面的方向移动加热设备。这些特征、功能和优势在本公开的各种实施例中能够独立地实现或者可以在另一些实施例中进行组合，参考下列说明和附图能够明白其进一步的细节。

附图说明

图1是说明性装置和说明性物体的方框图。

图2是具有损坏的外部表面和损坏的内部表面的飞机的图示。

图3A是图2中的外部损坏的表面的横截面图示。

图3B是准备好利用补片来修复的外部损坏的表面的横截面图示。

图3C是包括加热器的装置的示意图示，该加热器邻近外部损坏的表面来加热补片和外部损坏的表面之间的粘合界面。

图3D是与图3C类似的示意图示，但是示出粘合界面处于固化的状态。

图4A是另一个损坏的表面的横截面图示。

图4B是准备好利用一对相对的补片来修复的图4A中的损坏的表面的横截面图示。

图4C是图3C中的装置处于重构状态的示意图示，并且第二装置与图3C的装置类似，其中该装置邻近图4B中的准备好的损坏的表面来加热补片与准备好的损坏的表面之间的各自的粘合界面。

图5是两个图3C中的装置的示意图示，其中该装置被重构成起相控阵列加热器(phased array of heaters)的作用。

图6A是图3C中的装置的半示意透视图示，其示出温度传感器和用于在三个维度移动加热器的平移组件。

图6B是在图6A中的图6B处截取的图3C中装置的半示意侧视图图示，其示出平移组件、超声波加热器和温度传感器。

图7是图示说明用于确定修复参数的方法的流程图。

图8是说明性粘合固化周期的图表。

图9是图示说明用于粘合材料的方法的流程图，该方法包括超声波加热上升阶段、驻留阶段和冷却阶段。

图10是通过用于超声波加热上升阶段的反馈回路的一个实施例来执行的操作的图示。

图11是通过用于驻留阶段的反馈回路的一个实施例来执行的操作的图示。

图12是通过用于冷却阶段的反馈回路的一个实施例来执行的操作的图示。

图13是图示说明用于粘合材料的另一种方法的流程图。

图14是图示说明用于粘合材料的再一种方法的流程图。

图15是说明性的数据处理系统的示意图。

具体实施方式

综述

用于粘合材料的装置和方法的各种实施例在下面进行描述并且在相关的附图中进行图示说明。除非另有说明，装置或方法和/或它们的各种部件或步骤可以，但不要求，包含所描述、图示说明和/或并入本文的结构、部件、功能和/或变体中的至少一个。并且，与装置和方法相关的所描述、图示说明和/或并入本文的结构、部件、功能和/或变体可以，但不要求，被包括在其他类似的装置或方法中。各种实施例的以下描述在本质上仅仅是示例性的，并且决不有意限制本公开、它的应用或使用。额外地，通过实施例提供的优势(如以下所描述的)在本质上是说明性的并且不是全部实施例都提供同样的优势或同样程度的优势。

具体示例，主要部件和替代物

示例1：

这个示例描述了用于将材料粘合至物体的说明性装置；见图1。

图1是大体在10处指示的装置和大体上在12处指示的物体的示意图。物体12可以包括由复合材料14制成的部件。复合材料14可以具有表面特征16。装置10可以联接至复合材料14，以将新特征18粘合至表面特征16。在一些实施例中，表面特征16可以是复合材料14中的故障，在这种情况下，新特征18可以是修复补片，并且在新特征18粘合至复合材料14之前，表面特征16可以被准备好和/或被改变。

装置10可以包括超声波加热器20。例如，超声波加热器20可以包括一个或更多个压电加热器。超声波加热器20可以被构造成发射超声波声波来加热新特征18和表面特征16之间的粘合界面22。粘合界面22可以包括复合材料的粘合部分，诸如可热固化(或热硬化)基体材料层。设备20可以合适地加热粘合部分来固化粘合部分，并且因此将新特征18粘合至预先存在的复合材料14。

装置10可以包括平移组件24。平移组件24可能够移动超声波加热器20使得超声波加热器保持与新特征18、表面特征16或复合材料14物理接触。平移组件24可能够在大体上平行于复合材料14的表面的一个或更多个方向26上移动超声波加热器，并且当超声波加热器移动时超声波加热器20保持与表面物理接触。平移组件24可能够在大体上垂直复合材料14的表面的方向28上移动超声波加热器20。平移组件24可能够将超声波加热器从超声波加热器不与新特征18、表面特征16或复合材料14接触的位置移动到超声波加热器与新特征18、表面特征16或复合材料14中的一个接触的位置。平移组件24可以能够增加或降低接触力，利用该接触力使超声波加热器与新特征18、表面特征16或复合材料14中的一个接触，同时超声波加热器保持与新特征18、表面特征16或复合材料14中的一个接触。平移组件可以可操作地联接装置10至物体12。平移组件24可以可释放地联接装置10至物体12。平移组件24可以相对于物体移动超声波加热器，或者平移组件24可以保持超声波加热器相对于物体静止。平移组件24可以在移动超声波加热器和保持超声波加热器静止之间交替或转换。

装置10可以包括控制器30、温度传感器32和建模模块34。控制器30可以与超声波加热器20、平移组件24、温度传感器32和建模模块34通信。超声波加热器可以响应于来自控制器30的通信改变若干加热参数中的任意个。此类加热参数包括但不限于：由超声波加热器发射的声波频率、由超声波加热器发射的声波振幅、由超声波加热器发射的声波相位、由超声波加热器发射的声波方向，以及在超声波加热器包括不止一个加热元件的情况下，由一个或更多个加热元件发射的声波之间的相位差。平移组件24可以响应于来自控制器30的通信在一个或更多个方向移动超声波加热器20或者改变超声波加热器与材料接触时的接触力。

温度传感器32可以被构造成测量接近新特征18、表面特征16或复合材料14的一个或更多个位置的温度。例如，温度传感器32可以包括被构造成测量暴露表面温度的热电偶或红外探测器。控制器30可以响应于由传感器32产生的温度测量值来改变一个或更多个加热参数。

当新特征18、表面特征16、粘合界面22或接近表面特征的复合材料14中的任意个暴露于由超声波加热器20生成的热时，建模模块34可以被构造成数学建模新特征18、表面特征16、粘合界面22或接近表面特征的复合材料14中的一个或更多个的温度响应。建模模块30采用以下中的一者或更多者作为输入，例如：构建新特征、表面特征或复合材料的材料，任何相关材料的物理特性和热特性，来自温度传感器32的温度测量值，当前执行的固化周期的阶段(例如，见图8)，由可视相机提供的信息，由装置10的使用者提供的信息，相关材料的任何边界条件，超声波加热器20的当前加热参数，可用于超声波加热器20的可能的加热参数的范围，超声波加热器20的当前位置，以及其他。在任何热已经被施加至新特征18或复合材料14之前，建模模块34可以进行此建模。替代地，建模模块34可以在任何热被施加至新特征或复合材料的大体同一时间进行此建模。控制器30可以响应于由建模模块34产生的计算值来改变超声波加热器20的加热参数中的一个或更多个。控制器30可以响应于由建模模块34产生的计算值来引导平移组件24以改变位置和/或由超声波加热器施加的接触力。

示例2：

这个示例描述用于粘合材料至物体的另一说明性装置；见图2至图6。

图2描绘了说明性物体40。物体40可以包括一个或更多个部件，诸如机身蒙皮、机翼蒙皮、机架、多个底板横梁，和/或多个水平稳定器。一个或更多个部件可以由一种或更多种复合材料制造成，所述复合材料诸如层压材料、蜂窝材料，和/或在美国专利号8490348和8642168中描述的多种示例性复合材料中的一种或更多种，所述专利在此通过引用被并入。虽然图2示出的物体40是飞机，但物体可以是其他任何合适的结构，诸如汽车或建筑物。

在一些情况下，可以期望在物体的一部分上限定粘合(或固化)区域。例如，可以期望限定粘合区域以便增加新表面特征至物体40部件中的一个的现存表面特征。新表面特征的示例可以包括额外的加固层，和/或用于安装另一种特征的新法兰。在当前的示例中，可以期望在物体40的外部表面44上限定粘合区域42以便修复现存表面特征，诸如故障(或缺陷部，或损坏的区域)46。替代地或者额外地，可以期望在物体40的内部表面50上限定粘合区域48来修复故障52。故障46和/或故障52可以是例如(例如，来自技术人员将工具掉落在表面上，或者与另一个物体的碰撞的)冲击、减压应力或者火损害的结果。在某些情况下，无论是故障46或故障52会需要修复以便物体40被安全操作。在另一些情况下，这些故障中的任何一个可以是不需要修复的装饰性故障(cosmetic fault)，但是尽管如此，可以期望修复。

图3A示出了在复合材料的表面44中的故障46的横截面视图，复合材料在此在54处被指示。材料54可以是包括现存基体材料56(诸如已经固化的热固性粘合剂或环氧基树脂)和现存加固材料58(诸如多个编织的碳纤维层)的层压件。在图3A中，故障46被示出为表面44中为凹陷(或缺口)，该凹陷(或缺口)延伸通过加固材料58的多个层。在另一些示例中，故障可以延伸通过材料54的更少或更大的部分。例如，故障可以是表面44中的刮擦，或者可以是延伸一直通过材料的孔洞(例如，如图4A所示)。

准备用于修复的故障46可以涉及移除一部分复合材料54(例如，通过砂磨和/或研磨接近故障46的材料54)。例如，准备故障46可以涉及使损坏的区域成锥形，如在图3B中所示。优选地，故障46的边缘部分可以以大约30：1的锥形比来成锥形(例如，使得边缘的取向可以偏离表面44的取向仅大约1.5度)。然后故障46可以利用被认可的溶剂来清洁。

可以通过将复合材料的多层修复层片62粘合在一起来创建补片(或补片材料)60。层片62可以包括粘结和加固材料的交替层，或者任何其他合适的材料组合。

补片60可以被定位成邻接故障46。例如，粘附膜64的层可以被布置在定位织物的第一层66和第二层68之间。膜64可以是基体材料，诸如热固性粘合剂。层66、68可以是加固材料的片材，例如，预浸料，该预浸料可具有在织物纤维之间的间隙空间或空洞，粘附膜64可以渗透织物纤维之间的间隙空间或空洞。在一个示例性实施例中，层66、68包含加固材料，诸如粘附膜64可以渗透的具有至少0.2％、2.0％、5.0％、7.0％或10.0％的孔隙度的凯夫拉预浸料。膜64和层66、68可以被定位在故障46中，使得层68接触故障46。然后补片60可以被定位在故障46中(例如，使得补片60接触层66)来限定在补片60和复合材料54之间的粘合界面70，如在图3C中所示。膜64可以渗透层66来接触补片60，并且膜64可以渗透层68来接触复合材料54。

大体在图3C中的110处指示的装置可以用于加热粘合界面70。装置110通过引导超声波声波至粘合界面70和接近粘合界面70的其他材料来加热粘合界面70。

装置110可以包括电路112、超声波加热器120和支撑结构123。支撑结构123可以包括平移组件124，该平移组件124能够在大体上平行于表面44的一个或更多个方向126和大体上垂直表面44的方向128上移动超声波加热器。电路112可以包括控制器130、温度传感器132、建模模块134和电源136。超声波加热器120可以引导超声波声波朝向粘合区域42以加热粘合界面70。控制器130可以用于控制超声波加热器120的一组加热参数。平移组件124可以响应于与控制器130通信在多达三个空间维度中移动超声波加热器120。装置110可以施加超声波声波至粘合区域42，直到补片60被合适地粘合至物体的复合材料54，如在图3D中所示。

支撑结构123可以包括用于保持超声波加热器120接近补片60的表面或复合材料54的任何合适的工具，使得由超声波加热器120发射的声波被引导朝向粘合界面。平移组件124可以包括用于在补片60表面周围或复合材料54周围移动超声波加热器120的任何合适的工具。在图3C中示出的示例性实施例中，平移组件124可以包括可以支撑第一轨道140的第一组塔138。第一轨道和第一组塔可以在图3C中指出的大体上垂直于方向126和128的方向，即大体上垂直于图3C的平面的方向上延伸。平移组件124可以包括可以支撑第二轨道144的第二组塔142。第二轨道144和第二组塔142可以在图3C中指出的大体上垂直于方向126和128的方向上延伸。第一轨道140和第二轨道144可以是柔性的以适应表面44，该表面44可以不是完全平坦的平面，但是表面44可以具有曲度。平移组件124可以包括可以由第一轨道140和第二轨道144支撑的横梁146。横梁146可以能够在大体上垂直于方向126和128的方向上移动，即沿着轨道140和轨道144的长度移动。平移组件124可以包括能够沿着横梁146方向126移动的平移子组件148。平移子组件148可以被附接至超声波加热器120使得当平移子组件在方向126上移动时，超声波加热器120也在方向126上移动。如果超声波加热器120在沿着横梁146的方向126上前后可移动，并且横梁146在大体上垂直于方向126并且也平行于表面44的方向上前后可移动，那么超声波加热器120可以在大体上平行于复合材料54的表面的两个维度中可移动。如果修复区域150通过补片60和接近补片60的复合材料54的表面44来限定，那么超声波加热器120可以通过平移工具124被移动至修复区域150中的任何位置。平移子组件148可以包括致动器152，该致动器152能够在大体上垂直于表面44的方向128上移动超声波加热器120。致动器152可以允许超声波加热器120在加热器沿着横梁146移动时或在横梁146沿着第一轨道140和第二轨道144移动时保持与不平坦表面44接触。当使超声波加热器与修复区域接触时，由加热器施加至修复区域的接触力可以通过致动器152调整。致动器152可以将超声波加热器120从超声波加热器与修复区域150接触的位置移动至超声波加热器不与修复区域接触的位置。横梁146和平移子组件148可以移动，并且致动器152可以响应于来自控制器30的通信激活。应当理解，存在很多可能的能够支撑加热器接近物体并且在物体表面附近在三个维度上移动加热器的支撑结构和平移组件。

超声波加热器120可以包括一个或更多个压电加热元件。压电加热元件中的一个或更多个可以包括单一的压电晶体，单一的压电晶体能够将震荡的电位差转换为机械震荡。替代地，一个或更多个压电加热元件可以包括堆叠的压电晶体。个体晶体可以小至2.5毫米或者大至50毫米。较大的压电晶体或堆叠晶体会需要在较大的势差下来驱动。加热参数可以通过预期的修复来确定。即，由压电加热元件发射的声波的所需功率和频率可以通过与修复相关的参数(例如，修复的尺寸、修复的深度、在修复中所涉及的材料以及所涉及的材料的边界条件)来确定。所使用的特定压电加热元件可以被调整适应特别的修复或特别种类的修复。例如，复合材料可以具有固有振动频率，当通过处于固有振动频率的声波来驱动时，材料可以经历相对大的振幅振动。在材料的固有振动频率下驱动该材料可以比如果通过在另一频率下的声波来驱动材料更有效地增加材料的温度。各种材料的特有的固定振动频率可以取决于材料自身、材料所适合的物理环境和施加到材料的声波的特性。

电路112可以包括至少一个温度传感器132、控制器(或功率控制器)130、建模模块134和电源136。传感器132可以被构造成测量在粘合区域42里面的一个或更多个位置的温度。例如，传感器132可以包括热电偶或红外探测器，热电偶或红外探测器被构造成测量补片60的暴露表面温度、粘合界面70的暴露表面温度和/或封闭容腔里面的表面44的暴露表面温度。来自传感器132的测量值可用于调整(和/或监测)施加到粘合界面70的声波的量，并且在一些实施例中可以用于避免热逸失。控制器130被构造成用于选择性地为超声波加热器120提供动力。例如，控制器130可以被构造成基于来自传感器132的温度测量值来调制从电源136提供至超声波加热器的功率，从而调制粘合界面70的加热速率。调制提供至加热器120的功率可以包括调制加热器的工作周期(例如，调制加热器120被关闭和开启的频率来调制加热速率)、调制声波154的发射频率(例如，调制声波154的频率170来调制加热速率)，和/或调制声波154的振幅172(例如，调制声波154的振幅来调制加热速率)。基于来自传感器32的温度测量值，控制器可以引导平移组件124来移动超声波加热器120至不同的位置。

电路112可以包括数据处理系统(例如，在图15中所描绘的)，数据处理系统可以实施一个或更多个反馈回路(例如，在图10至图12中所描绘的)来调制和/或监测粘合界面70被加热的加热速率。在一些实施例中，控制器130可以被编程来实施一个或更多个反馈回路。

压电加热元件经由压电效应将电信号转换为机械振动。这种效应在其他方向也起作用，即，很多压电加热元件也能够将机械振动转换为电信号。因此，单一的压电加热元件可以能够既起发射器的作用并且发送声波进入物体内，又起探测器的作用并且记录已经行进通过材料的声波。这个基本原理用于医学领域的超声波成像仪。此设备可以具有专用于发出声波的压电元件和专用于接收反射声波的其他压电元件，或者，如上所述，可以使用用于经由脉冲回波技术发送和接收声波的压电元件。超声波加热器120可以以这样的方式被用于通过发送和接收声波脉冲，且然后利用电路112的数据处理系统分析接收的脉冲来检查物体或者修复区域。

在一些实施例中，装置10可以是计算机控制的。例如，电路112的数据处理系统可以被构造成允许使用者限定加热程序。加热程序可以包括对应于在特定的时间和/或在粘合区域42中的特定子区域的特定温度的计算机可读指令，以便准确地加热粘合界面70。加热程序可以基于粘合区域42附近的物体的热分析来限定。在一些实施例中，数据处理系统被构造成允许使用者从多个预定义的(或预先确定的或预编程序的)加热程序中选择加热程序，而不是手动地限定加热程序。在一些实施例中，数据处理系统被构造成允许使用者输入几何数据集，诸如数字计算机辅助制图(CAD)模型。几何数据集可以对应于粘合区域42附近的物体的一部分。基于几何数据集，数据处理系统可以确定、选择和/或推荐相匹配的或最优的加热程序。在一些实施例中，电路112的数据处理系统可以包括建模模块134。建模模块134可以被构造成数学建模粘合区域、粘合界面、修复区域、补片60、复合材料54和/或其他的温度响应。加热程序可以部分地通过由建模模块134产生的计算值来限定。在加热开始之前可以确定加热程序，并且也可以在加热过程期间更新或修改加热程序。建模模块134可以确定将加热粘合界面的声波的必需的功率、频率和其他参数，并且可以因此影响压电加热元件的选择。

图3D示出在粘合界面70被合适的加热之后的粘合界面70，该粘合界面70可对应于粘合表面70的固化状态，使得补片60被充分地粘合至复合材料54。

电路112可以被构造成确定粘合界面70何时已经被合适地加热。响应于合适地加热的确定，电路112可以使加热器120功率下降。电路112可以被构造成向使用者指示合适地加热的确定。电路112可以被构造成向使用者指示发射器已经功率下降并且不再发射声波。响应于这些指示中的任何一个，使用者可以从表面44移除(和/或解开)装置110，并且检查修复。在一些实施例中，使用者可以砂磨或者以其它方式移除任何不期望的产物(例如，邻近补片60的与表面44不平齐的任何隆起)。

在装置110从表面44移除之后，装置110可以用于(和/或重构成)修复远离粘合区域42的位置中的另一个损坏区域，如表面特征180(见图4A)，表面特征180可以是在物体40或者其他物体(诸如汽车、船、或建筑物)上/中的任意位置的任何复合材料表面特征(或由复合材料制成的表面特征)。特征180在图4A中被示出为故障。然而，在另一些示例中，表面特征可以不是故障，而是在物体上(或中)的位置，期望加热(和/或固化)复合材料粘合界面来增加新的制造物品至该位置。

如图4A中所示，特征180可以是延伸通过壁的孔，壁由具有表面184的复合材料182形成。与材料54类似，材料182可以包括在基体材料层合的一层或更多层加固材料。

如图4B中所示，可以以与准备故障46(见图3B)类似的方式准备特征180的边缘。可以以与创建补片60类似的方式来创建补片186、188来修复特征180。补片186可以被放置在特征180中以在补片186和材料182之间限定粘合界面190、192。例如，补片186可以被放置在特征180中，其中粘附膜194和定位织物层196、198在补片186和材料182之间。类似地，补片188可以被放置在特征180中，以限制在补片188和材料182之间的粘合界面200、202。例如，粘附膜204和定位织物层205、206可以被夹在补片188和材料182之间，以限定粘合界面200，并且粘附膜204和定位织物层205、206可以被夹在补片188和材料182之间来限定粘合界面202。粘合界面208可以通过夹在补片186、188之间的定位织物层196、198、205、206和粘附膜190来限定。当夹在一起时，粘附膜194、204、207可以渗透通过层196、198、205和/或206来创建充分的粘合界面。织物层196、198、205和206可以具有在内部织物纤维之间的粘附膜204、207通过的间隙空间或空洞，并且在一个示例性实施例中，层196、198、205和206包含具有粘附膜204和粘附膜207可以渗透通过的至少0.2％、2.0％、5.0％、7.0％或10.0％的孔隙度的织物材料。

在图4C中，装置110和装置210被联接至材料182的相对侧来限定粘合区域，粘合区域在此被示出为包括子区域254a、254b。装置110、210可以利用任何合适的结构、机构或设备被联接至材料182。例如，一个或更多个紧固件(诸如一个或更多个带条、粘合剂、磁体、夹子或者其他合适的结构)可用于将任何一个装置联接至材料182。

装置210可以在结构和功能上与装置110类似。例如，装置210可以包括电路212、超声波加热器220和平移组件224。电路212可以与电路112类似。超声波加热器220可以与超声波加热器120类似。平移组件224可以与平移组件124类似。电路212可以包括控制器230(例如，控制器230可以与控制器130类似)、至少一个温度传感器232(例如，温度传感器232可以与传感器132类似)、建模模块234(例如，建模模块234可以与建模模块134类似)和电源236(例如，电源236可以与电源136类似)。

装置110、210可以被操作以使用声波来加热粘合界面190、192、200、202、208。例如，加热器120、220可以发射超声波声波至粘合区域254a、254b，直到补片186、188被合适地粘合至材料182。在一些实施例中，电路212和电路112可以互相通讯，这样可以改进装置的反馈控制。

图5示出用于修复材料54的替代设置。在图5中，可以以与图3B和图3C类似的方式准备材料54以及可以施加补片60。装置310可以包括电路312、不只一个超声波加热器320和320’、平移组件324，该平移组件324能够在大体上平行于表面44的至少一个方向126和大体上垂直于表面44的方向128上移动超声波加热器。超声波加热器320和320’可以与超声波加热器120类似。平移组件324可以与平移组件124类似。

电路312可以包括控制器330(例如，控制器330可以与控制器130类似)、至少一个温度传感器332(例如，温度传感器332可以与温度传感器132类似)、建模模块334(例如，建模模块334可以与建模模块134类似)和电源336(例如，电源336可以与电源136类似)。

图5描绘了两个超声波加热器320和320’，但是在装置310中可以有任何数量的超声波加热器，包括两个超声波加热器以及不只两个超声波加热器。平移组件324可以将修复区域150周围的不只一个加热器作为单一的单元来移动，或者平移组件324可以独立移动所述不只一个加热器。在装置310中的超声波加热器可以作为相位阵列来操作。即，当每一个加热器发射声波354时，可以通过控制器130独立地确定声波的频率370、声波的振幅372和声波的相位374中的一者或更多者。例如，由加热器320发射的声波354的相位374可以与由加热器320’发射的声波354’的相位374’相同，即，声波354和354’可以同相位。可以使声波354和354’具有任何相位关系，从完全同相位到完全异相位，包括同相位和异相位之间的任何相位差。当从加热器320和320’发射的声波移动通过粘合区域42时，声波可以重叠。通过波的叠加原理，声波可以彼此相长干涉和相消干涉。在粘合区域42中可以有第一位置，其中来自超声波加热器320和320’的声波354和354’具有相位关系，使得声波相长干涉，即其中总声波的振幅比两个振幅372或372’中单独的任何一个更大。在此第一位置的加热可以比如果使用仅有一个超声波加热器的装置110的更大。类似地，在粘合区域42中可以有第二位置，其中来自超声波加热器320和320’的声波354和354’具有相位关系，使得声波相消干涉，即其中总声波的振幅比两个振幅372或372’中单独的任何一个更小。在此第二位置的加热比如果使用仅有一个超声波加热器的装置110的更小。通过控制来自各自的加热器的声波的相对相位，能够调整和/或选择第一位置和第二位置的精确位置，以便施加热或不施加热至如期望的在粘合区域中的特定位置。即使加热器320和320’是静止的，通过调整声波的相对相位，可以通过粘合区域扫描第一位置。一个或更多个超声波加热器可以被设置成一维阵列，即，在一条直线上，或被设置成二维阵列。

超声波加热器320可以任选地包括声透镜376。当声波行进通过物体时，声透镜376可以集中进入物体的声波使得声波形成更紧密的波束。这样可以允许在修复区域中的哪些位置被加热和哪些位置不被加热方面更精细的控制。声透镜可以与在本文所描述的任何示例性超声波加热器包含在一起。

装置310可以任选地包括施加至表面44的吸声材料378。吸声材料378可以有助于限制进入施加吸声材料的物体的声波。吸声材料378可以部分地保护物体中的部件，该部件对被超声波加热反应不佳。吸声材料378可以被施加至表面，使得材料完全地包围修复区域。利用吸声材料覆盖表面的范围在很大程度上会取决于在表面44下方的部件以及部件被加热的容限。

装置310可以任选地包括可视相机380。可视相机380可以被构造成捕获表面44部分的至少一个图像。捕获的图像可以包括补片和接近补片的表面的部分。可视相机380可以被连接至电路312。电路312可以包括数据处理器，例如见图15，数据处理器能够分析通过可视相机捕获的图像。可视相机可以响应于从控制器330或者从使用者发送的方向来捕获图像。可视相机380可以被任选地包括在本文所描述的任何装置中。

正如在图4C中所描绘的装置110和210，装置310的两个实施例可以用于修复故障，诸如图4B中的特征180。进一步地，装置310可以用于与装置110合作来修复故障。

图6A是附接至具有故障46的物体40的示例性装置410的半示意透视图示。图6B是在图6A中的6B处截取的装置410的半示意侧视图。装置410可以包括与电路112类似的电路、超声波加热器420和平移组件424。平移组件可以能够在第一方向和第二方向上移动超声波加热器，该第一方向在图3C中的126处示出，即大体上平行于物体的表面，该第二方向在图6B中的427处示出，即大体上平行于物体的表面。平移组件424可以具有在图3C中的128处示出的方向(即大体上垂直于物体的表面的方向)上移动超声波加热器420的能力。

装置410可以包括温度传感器432。传感器(或传感器单元)432可以是或包括一个或更多个温度(或热)传感器。一个或更多个温度传感器可以被构造成测量接近故障46的第一位置的第一温度。例如，传感器432可以包括第一红外探测器(或相机)，该第一红外探测器(或相机)可以被构造成测量第一位置的温度，该第一位置可以接近故障46的第一部分。

传感器432可以被构造成测量接近故障46的第二位置的第二温度。例如，传感器432可以包括第二红外探测器(或相机)，该第二红外探测器(或相机)可以被构造成测量第二位置的温度，该第二位置可以接近故障46的第二部分。第一位置可以与第二位置间隔开。

装置410的电路可以被构造成基于第一温度和第二温度来调制来自超声波加热器420的超声波声波的发射。

在一些实施例中，单一的探测器可以被构造成测量在第一位置和第二位置二者中的温度。例如，单一的探测器可以是单一的红外相机，该红外相机被构造成获得表面上的修复区域150的热像。电路可以接收获得的热像，并且可以将图像中的不同的第一区域和第二区域与各自的第一位置和第二位置关联。电路可以基于从图像的第一区域确定的温度来调制来自与装置410关联的加热器阵列的发射，和/或可以基于从图像的第二区域确定的温度来调制与装置410关联的加热器阵列的发射。

平移组件424可以包括可以支撑第一轨道440的第一组塔438和可以支撑第二轨道444的第二组塔442。第一组塔和第二组塔可以将装置410可释放地联接至物体40。例如，第一组塔和第二组塔可以包括吸盘设备，该吸盘设备能够将装置410可移除地固定至物体40，使得装置410稍后可以从物体40移除而不损坏表面。平移组件424可以包括由第一轨道和第二轨道支撑的横梁446。平移组件424可以包括平移子组件448，该平移子组件448能够沿着横梁446前后(即在图3C中所描述的方向126上)移动超声波加热器。

第一轨道440和第二轨道444可以大体上平行于表面44对齐，即使如图6A和图6B中所描绘的表面44是弯曲的。第一轨道和第二轨道在对应于第一塔和第二塔的接头处可以是柔性的或者可以是铰接式的。在任何情况下，装置410可以能够附接至图6B的44处指示的以及图6B的44’处虚线指示的不同曲率的表面。

示例3：

这个示例描述了用于确定用于粘合材料的加热参数的说明性方法，该方法可用于结合本文所描述的任何装置；见图7。

图7描绘了方法的多个步骤，该方法大体在500处指示，用于确定用于粘合材料的加热参数。方法500可以通过参考图1、图3C、图3D、图4C或图5所描绘和描述的任何建模模块来使用。虽然方法500的各个步骤在下面进行描述并且在图7中进行描绘，但是步骤不必全部执行，并且在一些情况下，可以以与所示顺序不同的顺序执行。

方法500可以包括限定修复区域的步骤502。限定修复区域可以涉及利用可视相机捕获物体的图像。图像可以包括待修复的缺陷。修复区域可以通过使用者基于捕获的图像中的信息来确定。修复区域可以通过可以被施加至缺陷的补片来限定，或者修复区域可以比补片更大。修复区域可以包括物体的表面，以及层、部件和在表面下方的在物体内的其他材料。修复区域可以包括在补片和表面特征之间待加热的粘合界面，诸如缺陷和热不应该被施加或最低程度地被施加的其他部件。

方法500可以包括评估一组修复参数和提供该组修复参数至查找表的步骤504。评估一组修复参数可以包括评估，例如，修复区域的表面面积、修复区域中的材料的厚度、粘合区域存在于材料之间的深度、包括在修复区域中的加固材料的层片数量、包括在修复区域中的材料种类、包括在修复区域中的每一种材料的边界条件、包括在修复区域中的材料的形状，以及其他。该组修复参数可以由计算机或由使用者来评估。建模模块可以包括查找表。查找表可以包括关于在各种条件下各种材料对于以声波的形式的能量的各种输入的热响应的数据。包括在查找表中的数据可已经通过建模各自材料的热响应的计算机仿真来创建。可以提供该组修复参数至查找表，以便提高通过建模模块完成的计算效率。

方法500可以包括利用计算机计算一组加热参数的步骤506。计算该组加热参数可以使用有限元分析算法来完成。有限元分析算法可以基于来自步骤504的查找表的数据来创建修复区域的预测温度映射图。算法也可以采取其他因素作为输入，诸如声波从加热装置进入物体或者补片的效率。有限元分析建模数学方程是已知的，所述数学方程诸如那些描述诸如可以存在于修复区域中的潜在复杂几何结构中的通过物体的热流量和通过物体的波传播的方程。计算机可以在步骤506处确定用于一个或更多个超声波加热元件的一组加热参数，例如，超声波声波的功率、超声波声波的频率、一个或更多个超声波加热器通过修复区域的轨迹，以及在不只一个超声波加热器的情况下，来自不只一个超声波加热器的声波的相对相位，等等。可以在修复开始之前完成步骤506。替代地，步骤506可以完成不只一次，包括在修复开始之前和修复正在完成时。例如，用于确定该组加热参数的有限元分析算法可以采取修复区域的温度作为输入，并且修复区域的温度可以在修复开始之前和/或修复正在完成时被测量。当修复移动通过各种阶段时，通过计算机计算的该组加热参数可以改变，见下面的图8。

方法500可以包括发送该组加热参数至控制器的步骤508。控制器可以根据在步骤506处通过计算机计算的参数来负责操作一个或更多个超声波加热元件。步骤508可以在每次步骤506完成时完成。

方法500可以包括开始热固化的步骤510。一旦控制器拥有在步骤506处确定的该组加热参数，控制器能够向一个或更多个超声波加热元件和平移组件提供动力，该平移组件能够围绕修复区域中的三个维度移动一个或更多个超声波加热元件。

示例4：

这个示例描述了用于粘合材料的说明性固化周期(或过程)，该固化周期(或过程)可与本文所描述的任何装置结合使用；见图8。

图8示出说明性固化周期的图表，大体在600处指示。周期600可以包括加热上升阶段604、驻留阶段608和冷却阶段612。

在周期600之前，可以准备好要在粘合区域中的粘合界面处粘合在一起的材料，这可以涉及准备损坏的区域和/或施加补片。真空袋或者其他减压设备可以被施加至粘合区域以将材料保持在一起。用于粘合材料的装置可用于限定粘合区域。在一些实施例中，真空袋可以放置在装置上方(例如，在装置已经限定粘合区域之后)。

阶段604可以在(例如，限定在材料之间的粘合界面的)第一预定的温度下开始，所述第一预定的温度诸如54摄氏度。在一些实施例中，来自任意前述示例的装置的声波可以用于加热粘合界面。在一些实施例中，材料(和/或粘合界面)可以通过诸如热枪的另一来源被最初加热，该热枪可用于将粘附层和/或材料加热固定在合适的位置。阶段604可以涉及以第一预定的速率增加粘合界面的温度，诸如以每分钟大约0.5摄氏度至3摄氏度的范围内的速率。阶段604可以持续直到粘合界面达到第二预定的温度，第二预定的温度可以是粘合界面的固化(或固化的)温度，诸如177摄氏度±6摄氏度的温度。

阶段608可以在粘合界面达到第二预定的温度时开始。阶段608可以涉及保持或维持第二预定的温度达预定的持续时间，诸如150分钟至210分钟。维持第二预定的温度达预定的持续时间可以在材料之间(例如，在粘合界面处)形成合适的粘合。

阶段612可以在当预定的持续时间已经逝去时开始。阶段612可以涉及以第二预定的速率降低粘合界面的温度，诸如以每分钟少于或等于3摄氏度的速率。第二预定的速率可以是粘合界面的温度能够被降低而没有降低粘合的强度的最大速率。阶段612可继续直到粘合界面达到第三预定的温度，所述第三预定的温度诸如60摄氏度或低于60摄氏度的温度。一旦粘合界面已经达到第三预定的温度，可以释放真空袋中的压力，可以移除真空袋和装置，并可以检查材料之间的粘合。

示例5：

这个示例描述了用于粘合材料的方法；见图9至图12。

图9描绘了方法的多个步骤，该方法大体在700处指示，该方法可以根据本公开的方面结合用于粘合材料的装置来执行。虽然方法700的多个步骤在下面进行描述并且在图9中进行描绘，但步骤不必全部执行，并且在一些情况下，可以以与所示的顺序不同的顺序来执行。

方法700可以包括准备粘合区域的步骤702。在步骤702处，可以准备与新表面特征粘合的物体的表面特征。表面特征可以是物体中的故障，或者可以是没有故障的区域。准备表面特征可以涉及从物体移除一部分材料、施加新表面特征至物体的(现存)表面特征，和/或真空袋封区域并降低区域压力，在该区域中布置新表面特征以将新表面特征和物体的表面特征保持在一起。在步骤702处，装置可以被施加至物体来限定粘合区域。装置可以包括诸如一个或更多个压电加热器的超声波加热设备和平移组件。

方法700可以包括执行加热上升阶段的步骤704、执行驻留阶段的步骤706和执行冷却阶段的步骤708(例如，与在图8中示出的阶段604、608、612类似)。在步骤704处，装置可以被构造成和/或被操作以第一速率增加物体的表面特征和新表面特征之间的粘合界面的温度，直到粘合界面的温度达到第一预定的温度(例如，见图8的阶段604)。第一预定的温度可以是粘合界面的固化温度。在步骤706处，装置可以被构造成和/或被操作以维持粘合界面的温度在第一预定的温度处(或附近)达预定的持续时间(例如，见图8的阶段608)。在步骤708处，装置可以被构造成和/或被操作以允许粘合界面的温度以第二预定的速率降低，直到粘合界面达到第二预定的温度(例如，见图8的阶段612)。

方法700可以包括检查在材料之间形成的粘合的步骤710(例如，新表面特征和物体的表面特征)。在步骤710处，使用者可以从物体的表面移除装置，移除真空袋，并检查粘合来参看装置是否已经充分地加热粘合界面来提供期望的固化。

图10是操作的图示，该操作大体在800处指示，该操作可以通过用于非传导加热上升阶段的反馈回路的一个实施例来执行。这个反馈回路可以在装置的电路中实施。

操作800可以包括获取表面温度读数的步骤802。表面温度读数可以包括物体的表面特征和/或新表面特征的表面温度的测量值，该新表面特征可以接近粘合界面。装置的一个或更多个温度传感器可以获取表面温度读数。控制器，或者装置的其他合适电路可以接收来自一个或更多个温度传感器的表面温度读数。

操作800可以包括将表面温度转换成内部层片温度的步骤804。一个或更多个超声波加热器可以经由引导的超声波声波加热粘合界面。当声波从表面行进并穿过材料时，声波可以要么通过不同零件之间的界面处的摩擦要么通过复合纤维材料自身内的内摩擦被转换成热。因此，热可以被施加至粘合界面的粘合部分(例如，粘合剂)，粘合界面的粘合部分可以处于非暴露位置。例如，在图4B中的粘合界面208可以对应于非暴露的粘合界面的内部层片位置。施加至位于非暴露位置的材料的热可以被传导性地传输至粘合界面的其他部分。传导性地传输至粘合界面的暴露部分(例如，在图4C中的粘合界面190的水平部分)的热可以被对流消散。然而，传导性地传输至粘合界面的其他非暴露部分(例如，在图4C中的粘合界面190的成角度部分的下段)的热可以不被对流地消散，这样可以导致内部层片温度高于表面温度。在步骤804处，装置(例如，控制器、数据处理系统，和/或建模模块)的电路可以基于测量的表面温度确定内部层片温度。确定的内部层片温度可以是基于一个或更多个因素的估计值，所述因素诸如粘合界面形貌、粘合界面的深度，和/或被粘合的材料的组分。电路可以通过访问转换表或查询表来确定内部层片温度。转换表可以关联特定的表面温度与特定的预定的内部层片温度。

操作800可以包括确定内部层片温度是否等于(或已达到)固化温度的步骤806。在一些示例中，固化温度可以大约为177摄氏度。在另一些示例中，固化温度可以大约是121摄氏度。在步骤806处，装置的电路可以确定内部层片温度是否等于(或已达到)固化温度。如果确定内部层片温度已经达到固化温度，那么操作800可以流向进行驻留阶段的步骤808(例如，见图8中的阶段608和图9中的步骤706)。

然而，如果在步骤806处确定内部层片温度不等于(例如，低于)固化的温度，那么操作800可以进行到步骤810。在步骤810处，电路可以确定内部层片温度速率增加是否低于第一预定的阈值速率，诸如每分钟0.5摄氏度。如果在步骤810处确定速率增加低于第一预定的阈值速率，那么操作800可以进行到增加到超声波加热器中的一个或更多个的功率的步骤812，并且可以返回至步骤802。如果在步骤810处确定速率增加不低于第一预定的阈值速率，那么操作800可以进行到步骤814。

在步骤814处，电路可以确定内部层片温度速率增加是否大于第二预定的阈值速率，诸如每分钟3摄氏度。如果在步骤814处确定内部层片温度速率增加不大于第二预定的阈值速率，那么操作800可以返回至步骤802。然而，如果在步骤814处确定内部层片温度速率增加大于第二预定的阈值速率，那么操作800可以进行到降低到超声波加热器中的一个或更多个的功率的步骤816，并且可以返回至步骤802。

图11是操作的图示，该操作大体在900处指示，该操作可以通过用于驻留阶段的反馈回路的一个实施例来执行。这个反馈回路可以在装置的电路中实施。

操作900可以包括获取表面温度读数的步骤902和将获取的表面温度转换成内部层片温度的步骤904。步骤902可以与操作800的步骤802类似。步骤904可以与操作800的步骤804类似。

操作900可以包括确定内部层片温度是否低于下限阈值温度的步骤906。下限阈值温度可以是固化温度(或者粘合界面可以被恰当固化的温度范围内的较低的预定温度)。如果在步骤906处确定内部层片温度低于下限阈值温度，那么操作900可以进行到增加到超声波加热器中的一个或更多个的功率的步骤908，并且可以返回至步骤902。

然而，在步骤906处确定内部层片温度不低于下限阈值温度，那么操作900可以进行到确定在驻留阶段逝去的时间是否已经达到(或等于)预定的驻留持续时间的步骤910。预定的驻留持续时间可以是要求粘合界面被恰当固化的驻留持续时间。

如果在步骤910处确定逝去的时间没有达到预定的持续时间，那么操作900可以进行到确定内部层片温度是否大于上限阈值温度的步骤912。上限阈值温度可以是粘合界面可以被恰当固化的温度范围内的较高预定的温度。如果在步骤912处确定内部层片温度高于上限阈值温度，那么操作900可以进行到降低到超声波加热器中的一个或更多个的功率的步骤914，并且返回至步骤902。然而，如果在步骤912处确定内部层片温度不大于上限阈值温度，那么操作可以返回至步骤902(例如，没有降低到超声波加热器中的一个或更多个的功率)。

在步骤910处，如果确定逝去的时间已经达到预定的持续时间，那么操作900可以流向进行冷却阶段的步骤916(例如，见图8中的阶段612和图9中的步骤708)。

图12是操作的图示，该操作大体在1000处指示，该操作可以通过用于冷却阶段的反馈回路的一个实施例来执行。这个反馈回路可以在装置的电路中被实施。

操作1000可以包括获取表面温度读数的步骤1002和将获取的表面温度转换成内部层片温度的步骤1004。步骤1002可以与操作800的步骤802类似。步骤1004可以与操作800的步骤804类似。

操作1000可以包括确定内部层片温度速率降低是否低于第三预定的阈值速率的步骤1006。第三预定的阈值速率可以是内部层片温度可以降低而没有损坏已固化的粘合的速率。例如，第三预定的阈值速率可以是每分钟3摄氏度。如果在步骤1006处确定内部层片温度速率降低不低于第三预定的阈值速率，那么操作1000可以进行到降低到超声波加热器中的一个或更多个的功率的步骤1008，并且可以返回至步骤1002。然而，如果在步骤1006处确定内部层片温度速率降低不低于第三预定的阈值速率，那么操作1000可以进行到确定内部层片温度是否低于或等于合适冷却温度(诸如60摄氏度)的步骤1010。合适冷却温度可以是已固化的粘合界面的温度能够以比第三预定的阈值速率大的速率降低而不造成对已固化的粘合的损害的温度或低于该温度。

在步骤1010处，如果确定内部层片温度不低于或等于合适冷却温度，那么操作1000可以返回至步骤1002。然而，如果在步骤1010处确定内部层片温度低于或等于合适冷却温度，那么操作1000可以进行到切断到一个或更多个超声波加热器的功率的步骤1012。

示例6：

这个示例描述了用于粘合材料的另一种方法；见图13。

图13描绘了方法的多个步骤，所述方法大体在1100处指示，该方法可以根据本公开的方面结合用于粘合材料的装置来执行。虽然方法1100的多个步骤在下面进行描述并且在图13中进行描绘，但是步骤不必全部执行，并且在一些情况下，可以以与所示的顺序不同的顺序来执行。

方法1100可以包括限定在物体表面上的固化区域中的两种材料之间的粘合界面的步骤1102。可以通过将复合材料的多个层片粘合在一起来创建补片。在步骤1102处，可以准备好将与补片粘合的物体的表面特征。表面特征的准备可以涉及砂磨、研磨，或以其他方式从表面特征移除一些材料。表面特征可以与表面关联并且表面特征可以是两种材料中的一种。两种材料中的至少一种可以是复合材料、陶瓷材料或玻璃纤维中的一种。表面特征可以包括表面中的凹陷。表面特征可以包括通过壁的孔洞。补片可以是两种材料中的另一种。限定粘合界面可以包括在补片和准备好的表面特征之间施加热固性粘合剂。固化区域的范围可以取决于利用可视相机取得的数据。

方法1100可以包括利用声波加热粘合界面的步骤1106。加热粘合界面可以涉及施加超声波声波至粘合界面和/或接近粘合界面的材料。施加至粘合界面的超声波声波可以从一个或更多个压电加热器发射。加热粘合界面可以包括例如经由参考图3C的上述平移组件大约在三个空间维度移动一个或更多个压电加热器。加热粘合界面可以包括调整从一个或更多个压电加热器发射的声波的相对相位。

方法1100可以包括确定固化区域中的位置中的温度并且响应于确定的温度修改在该位置处的加热效应的步骤1108。例如，步骤1108可以涉及利用温度传感器确定粘合界面的温度，并且基于确定的温度调制来自压电加热器的至少一个子集的超声波声波的发射。确定温度的步骤1108在图13中进行描绘，该步骤1108在加热粘合界面的步骤1106之后发生。然而，步骤1108和步骤1106不必仅以此顺序发生。步骤1108可以在步骤1106之前、期间或之后发生。在如图10至图12所描绘的回路的元件一样的两种材料的粘合期间，步骤1106和步骤1108可以各自发生多次。用于确定粘合界面温度的温度传感器可以是红外相机。

方法1100的一些示例可以包括通过利用有限元算法建模在固化区域中的温度响应来确定加热参数的任选步骤1104。任选步骤1104可以在步骤1106之前完成、与步骤1106同时完成，或者在步骤1106之前且与步骤1106同时完成。用于确定加热参数的其中一个输入可以是在固化区域中的各个位置处的当前温度。因此，任选步骤1104可以在步骤1108之前完成、与步骤1108同时完成，或者在步骤1108之后完成。

示例7：

这个示例描述了用于粘合材料的另一种方法；见图14。

图14描绘了方法的多个步骤，该方法大体在1200处指示，该方法可以通过根据本公开的方面结合用于粘合材料的装置来执行。虽然方法1200的多个步骤在下面进行并且在图14中进行描绘，但是步骤不必全部执行，并且在一些情况下，可以以不同于所示顺序的顺序来执行。

方法1200可以包括在物体表面上限定粘合区域的步骤1202。表面可以包括待修复的缺陷部。表面可以是先前存在的复合材料的表面。先前存在的复合材料先前可已经被预先固化。

方法1200可以包括提供邻近缺陷部的补片材料。补片可以包括基体材料和/或加固材料。提供的邻近缺陷部的补片材料可以处于固化的状态，或者可以处于非固化的状态。

方法1200可以包括接近粘合区域部署至少一个超声波压电加热器的步骤1206。至少一个压电加热器可以通过平移组件被保持接近粘合区域。至少一个压电加热器可以是单一的加热器或者不只一个加热器。在存在不只一个压电加热器的情况下，加热器可以被设置成一维阵列或二维阵列。

方法1200可以包括发射超声波声波至粘合区域直到补片被合适地粘合至物体的步骤1210。合适地粘合补片至物体可涉及发射来自至少一个压电加热器的超声波声波至粘合区域来在粘合界面上执行加热上升阶段、驻留阶段和冷却阶段。在一些实施例中，发射超声波声波可以包括在发射的同时大约在三个空间维度移动压电加热器中的至少一个。压电加热器中的至少一个的移动可以利用平移组件来完成。在一些实施例中，如果存在不只一个压电加热器，发射超声波声波可以包括控制来自更多压电加热器的声波的相对相位，以便操纵声波在物体中的方向。进入粘合区域的超声波声波的发射不必以恒定的方式来完成，直到补片可合适粘合至物体。即，一个或更多个压电加热器的参数，包括但不限于一个或更多个加热器的功率、频率、位置和相对相位可以在步骤1210期间随着时间改变。例如，加热参数中的一个或更多个由于反馈回路可以改变，见例如图10至图13。作为此反馈回路的一部分，粘合界面的温度可以利用温度传感器来确定，并且来自压电加热器的至少一个子集的超声波声波的发射可以基于确定的温度来调制。

方法1200的一些示例可以包括通过利用有限元算法建模粘合区域中的温度响应来确定加热参数的任选步骤1208。任选步骤1208可以在步骤1210之前完成、与步骤1210同时完成，或者在步骤1210之前且与步骤1210同时完成。用于确定加热参数的其中一个输入可以是固化区域中的各个位置处的当前温度。步骤1208可以在步骤1206之前或之后完成。步骤1208可以在步骤1204之前或之后完成。

示例8：

这个示例描述了根据本公开的方面的数据处理系统1500。在这个示例中，数据处理系统1500是用于实施在图1至图14中的和/或与其描述相关的操作和/或功能中的一个或更多个的说明性数据处理系统；见图15。

在这个说明性示例中，数据处理系统1500包括通信框架1502。通信框架1502提供处理器单元1504、存储器1506、永久储存件1508、通信单元1510、输入/输出(I/O)单元1512和显示器1514之间的通信。存储器1506、永久储存件1508、通信单元1510、输入/输出(I/O)单元1512和显示器1514是通过处理器单元1504经由通信框架1502可访问的资源的示例。

处理器单元1504用来运行软件的指令，该软件的指令可以被加载到存储器1506中。处理器单元1504可以是若干的处理器、多核心处理器或一些其他类型的处理器，这取决于具体的实施方式。进一步地，处理器单元1504可以使用若干异构处理器系统来实施，在异构处理器系统中，主处理器和次处理器存在于单一的芯片上。在另一个说明性示例中，处理器单元1504可以是包含相同类型的多个处理器的对称多处理器系统。

存储器1506和永久储存件1508是存储设备1516的示例。存储设备是任何片数的能够存储信息的硬件，所述信息诸如(例如但不限于)数据、函数形式的程序代码以及临时基体或永久基体上的其他合适的信息。

在这些示例中，存储设备1516也可以被称为计算机可读存储设备。在这些示例中，存储器1506可以是例如随机存取存储器或任何其他合适的易失性存储设备或非易失性存储设备。永久储存件1508可以采取各种形式，这取决于具体的实施方式。

例如，永久储存件1508可以包含一个或更多个部件或设备。例如，永久储存件1508可以是硬盘、闪速存储器、可重写光盘、可重写磁带，或以上的一些组合。永久储存件1508所使用的介质也可以是可移除的。例如，可移除硬盘可以用于永久储存件1508。

在这些示例中，通信单元1510提供用于与其他数据处理系统或设备通信。在这些示例中，通信单元1510是网络接口卡。通信单元1510可以通过要么物理链接要么无线通信链接，或二者的使用来提供通信。

输入/输出(I/O)单元1512允许利用其它设备输入和输出数据，其他设备可以连接至数据处理系统1500。例如，输入/输出(I/O)单元1512可以提供用于使用者通过键盘、鼠标和/或一些其他合适的输入设备输入的连接。进一步地，输入/输出(I/O)单元1512可以将输出发送至打印机。显示器1514提供显示信息给使用者的机构。

用于操作系统、应用和/或程序的指令可以位于存储设备1516中，该存储设备1516通过通信框架1502与处理器单元1504通信。在这些说明性示例中，指令以函数形式在永久储存件1508上。这些指令可以被加载到存储器1506中，用于通过处理器单元1504执行。不同实施例的进程可以通过使用计算机实施指令由处理器单元1504来执行，计算机实施指令可以被加载到存储器(诸如存储器1506)中。

这些指令被称为可以通过处理器单元1504中的处理器读取和执行的程序指令、程序代码、计算机可用程序代码或计算机可读程序代码。在不同实施例中的程序代码可以在不同的物理的或计算机可读存储介质(诸如存储器1506或永久储存件1508)中实施。

程序代码1518以函数形式位于计算机可读介质1520上，该计算机可读介质1520可选择性地被移除并且可以被加载到或转移至数据处理系统1500，用于通过处理器单元1504执行。在这些示例中，程序代码1518和计算机可读介质1520形成计算机程序产品1522。在一个示例中，计算机可读介质1520可以是计算机可读存储介质1524或计算机可读信号介质1526。

计算机可读存储介质1524可以包括例如光盘或磁盘，光盘或磁盘可以被插入或放进驱动器中或用于转移至存储设备(诸如硬驱动器)上的永久储存件1508的一部分的其他设备，硬驱动器是永久储存件1508的一部分。计算机可读存储介质1524也可以采取永久储存件的形式，诸如连接至数据处理系统1500的硬驱动器、拇指驱动器或闪速存储器。在一些情况下，计算机可读存储介质1524不可以从数据处理系统1500移除。

在一些示例中，计算机可读存储介质1524是用于存储程序代码1518的物理存储设备或有形存储设备而不是用于传播或传输程序代码1518的介质。计算机可读存储介质1524也可以被称为计算机可读有形存储设备或计算机物理存储设备。换句话说，计算机可读存储介质1524是能够被人触碰的介质。

替代地，程序代码1518可以使用计算机可读信号介质1526被转移至数据处理系统1500。计算机可读信号介质1526可以是，例如，包含程序代码1518的传播数据信号。例如，计算机可读信号介质1526可以是电磁信号、光学信号和/或其他任何合适类型的信号。这些信号可以通过通信链接传输，所述通信链接诸如无线通信链接、光纤维电缆、同轴电缆、导线和/或任何其他合适类型的通信链接。换句话说，在说明性示例中，通信链接和/或连接可以是物理的或无线的。

在一些说明性实施例中，程序代码1518可以通过用于在数据处理系统1500内使用的计算机可读信号介质1526来经过网络从另一个设备或数据处理系统下载至永久储存件1508。例如，存储在服务器数据处理系统中的计算机可读存储介质内的程序代码可以经过网络从服务器下载至数据处理系统1500。提供程序代码1518的数据处理系统可以是服务器计算机、客户端计算机或能够存储和传输程序代码1518的一些其他设备。

图示说明的用于数据处理系统1500的不同的部件不意味着提供在不同的实施例中可以实施的方式的架构限制。不同的说明性实施例可以在包括除了和/或代替图示说明的用于数据处理系统1500的部件的数据处理系统中实现。在图15中示出的其他部件能够与示出的说明性示例中的不同。不同的实施例可以使用能够运行程序代码的任何硬件设备或系统来实施。如一个示例，数据处理系统1500可以包括与无机部件集成在一起的有机部件和/或可以包含除人类以外的全部有机部件。例如，存储设备可以包含有机半导体。

在另一个说明性示例中，处理器单元1504可以采取硬件单元的形式，该硬件单元具有电路，该电路被制成或被构造成用于特殊用途。这种类型的硬件可以执行操作，而不需要从被构造成执行操作的存储设备加载至存储器的程序代码。

例如，当处理器单元1504采取硬件单元的形式时，处理器单元1504可以是电路系统、特定用途集成电路(ASIC)、可编程逻辑设备或被构造成执行若干操作的一些其他合适的硬件类型。利用可编程逻辑设备，设备被构造成执行若干操作。设备可以在稍后的时间被重新构造成或可以被永久地构造成执行若干操作。可编程逻辑设备的示例包括，例如，可编程逻辑阵列、可编程阵列逻辑、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列和其他合适的硬件设备。利用这种类型的实施方式，程序代码1518可以被省略，因为针对不同实施例的处理在硬件单元中实施。

在另一个说明性示例中，处理器单元1504可以使用发现于计算机和硬件单元中的处理器的组合来实施。处理器单元1504可以具有若干硬件单元和被构造成运行程序代码1518的若干处理器。利用这个描绘的示例，一些处理可以在若干硬件单元中实施，而其他处理可以在若干处理器中实施。

在另一个示例中，总线系统可以用于实施通信框架1502并且可以包含一个或更多个总线，诸如系统总线或输入/输出总线。当然，总线系统可以使用提供用于附接至总线系统的不同部件或设备之间的数据转移的任何合适类型的架构来实施。

额外地，通信单元1510可以包括传输数据、接收数据，或者既传输数据又接收数据的若干设备。通信单元1510可以是，例如调制解调器或网络适配器、两个网络适配器或它们的一些组合。进一步地，存储器可以是，例如，存储器1506或缓存器，诸如发现于接口和存储控制器集线器的缓存器，接口和存储控制器集线器可以存在于通信框架1502中。

本文所描述的流程图和方框图图示说明了根据多种说明性实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这方面，在流程图或方框图中的每个框可以代表包含用于实施特定的逻辑功能或功能的一个或更多个可执行指令的模块、部段或部分代码。也应该注意的是，在一些替代实施方式中，在框中提到的功能可以不按图中提到的顺序发生。例如，连续示出的两个框的功能可以大体上同时执行，或框的功能有时可以以相反的顺序来执行，这取决于所涉及的功能性。

示例9:

这部分描述了实施例的额外的方面和特征，它们作为一系列段落被呈现而没有限制，为了清晰和效率，一系列段落中的一些或全部可以用字母数字指定。这些段落中的每个能够与一个或更多个其他段落结合，和/或与本申请中的任何地方的公开结合，包括以任何合适的方式通过参考交叉引用被并入的材料。下面表达的一些段落指向并进一步限制其他段落，从而提供合适的组合中的一些示例而没有限制。

A0.一种粘合材料的方法，包含：

限定在物体表面上的固化区域中的两种材料之间的粘合界面；以及利用声波加热粘合界面。

A1.段落A0中的方法，其中加热粘合界面包括施加超声波声波至粘合界面。

A2.段落A0-A1中的任何一段中的方法，其中加热粘合界面包括施加超声波声波和从一个或更多个压电加热器发射超声波声波。

A3.段落A0-A2中的任何一段中的方法，进一步包含利用温度传感器确定粘合界面的温度，以及基于确定的温度调制来自一个或更多个压电加热器的超声波声波的发射。

A4.段落A0-A3中的任何一段中的方法，其中限定粘合界面步骤包括在两种材料之间施加热固性粘合剂。

A5.段落A0-A4中的任何一段中的方法，进一步包含准备表面特征以与补片粘合，其中表面特征与表面关联并且是两种材料中的一种，补片是两种材料中的另一种。

A6.段落A0-A5中的任何一段中的方法，其中粘合界面邻近表面特征，该表面特征包表面中的凹陷或在固化区域中的通过壁的孔洞。

A7.段落A0-A6中的任何一段中的方法，进一步包含通过将复合材料的多个层片粘合在一起来创建用于表面特征的补片。

A8.段落A0-A7中的任何一段中的方法，其中加热粘合界面包括在三个空间维度移动一个或更多个压电加热器。

A9.段落A0-A8中的任何一段中的方法，其中加热粘合界面步骤包括调整从一个或更多个压电加热器发射的声波的相对相位。

A10.段落A0-A9中的任何一段中的方法，进一步包含通过利用有限元算法建模在固化区域中的温度响应来确定加热参数。

A11.段落A0-A10中的任何一段中的方法，其中通过利用有限元算法建模在固化区域中的温度响应来确定加热参数是在加热粘合界面之前完成的。

A12.段落A0-A11中的任何一段中的方法，其中通过利用有限元算法建模在固化区域中的温度响应来确定加热参数是与加热粘合界面同时进行的。

A13.段落A0-A12中的任何一段中的方法，其中通过利用有限元算法建模在固化区域中的温度响应来确定加热参数是在加热粘合界面之前进行的并且与加热粘合界面同时完成。

A14.段落A0-A13中的任何一段中的方法，其中温度传感器是红外相机。

A15.段落A0-A14中的任何一段中的方法，其中固化区域的范围取决于利用可视相机取得的数据。

A16.段落A0-A15中的任何一段中的方法，其中两种材料中的至少一种是复合材料、陶瓷材料或玻璃纤维材料中的一种。

B0.段落A0中的方法，其中

限定粘合界面22包含限定在物体表面上的粘合区域，表面包括待修复的缺陷部，以及

提供邻近缺陷部的补片材料；以及

加热粘合界面包括接近粘合区域部署至少一个超声波压电加热器；以及

从至少一个压电加热器发射超声波声波进入粘合区域，直到补片被合适地粘合至物体。

B1.段落B0中的方法，进一步包含控制来自能够被控制的第一压电加热器和第二压电加热器的超声波声波之间相位差。

B2.段落B0-B1中的任何一段中的方法，进一步包含在三个空间维度移动至少一个压电加热器，该移动与该发射同时执行。

B3.段落B0-B2中的任何一段中的方法，进一步包含通过利用有限元算法建模在粘合区域中的温度响应来确定加热参数。

B4.段落B0-B3中的任何一段中的方法，进一步包含利用温度传感器确定粘合界面的温度，以及基于确定的温度调制来自压电加热器的至少一个子集的超声波声波的发射。

B5.段落B0-B4中的任何一段中的方法，其中补片或物体中的一者由复合材料、陶瓷材料或玻璃纤维材料中的一种组成。

C0.用于粘合材料的装置，包含：

至少一个压电加热器，该至少一个压电加热器被构造成发射超声波声波，用于在限定的固化区域中将复合材料粘合在一起；

支撑结构，该支撑结构被构造成引导波朝向固化区域；

温度传感器，用于监测在固化区域中的复合材料的温度；以及

控制器，该控制器被构造成基于从传感器接收的温度信息来调制加热器的特性。

C1.段落C0中的装置，其中支撑结构包括具有一对柔性轨道和导轨的平移组件，该导轨被构造成沿着柔性轨道移动，至少一个压电加热器被附接至导轨。

C2.段落C0-C1中的任何一段中的装置，其中支撑结构包括平移组件，该平移组件能够在三个维度移动至少一个压电加热器。

C3.段落C0-C2中的任何一段中的装置，其中温度传感器包括红外相机，该红外相机被构造成测量在固化区域中的一个或更多个位置处的温度。

C4.段落C0-C3中的任何一段中的装置，其中控制器被构造成调制来自压电加热器的超声波声波的发射。

C4.段落C0-C3中的任何一段中的装置，其中控制器被构造成调制压电加热器相对于固化区域的位置。

C5.段落C0-C4中的任何一段中的装置，其中控制器被构造成调制压电加热器相对于固化区域的移动速率。

操作/使用的方式

在一个示例中，可以在物体的复合材料的表面上识别损坏的区域，所述物体诸如飞机、自行车或其他物体。损坏的区域可以通过从损坏的区域移除一部分复合材料来准备用于修复。补片可以被施加至准备的损坏区域。真空袋可以用于排空补片和准备的损坏区域被布置在其中的空间。装置包括平移组件和可以安装至物体表面的一个或更多个超声波加热器，使得该一个或更多个超声波加热器邻近表面。装置可以被操作以从一个或更多个超声波加热器发射超声波声波至补片和准备的损坏区域之间的粘合界面。当加热器发射超声波声波进入物体时，平移组件可以被构造成大约在三个维度移动一个或更多个超声波加热器。装置的电路可以调节发射的声波用以控制在加热上升阶段、驻留阶段和冷却阶段中的粘合界面的温度，从而将补片合适地粘合至准备的损坏表面。电路可以向技术人员表明冷却阶段何时完成。技术人员可以从表面移除装置、移除真空袋并且检查补片和物体之间的粘合。

替代地，装置可以用于针对任何目的粘合任何复合材料，诸如构建新制品，诸如在装配线上。

优势、特征、益处

本文所描述的不同实施例提供优于粘合材料的已知解决方案的一些优势。例如，本文描述的说明性实施例允许在物体的现存表面特征和新表面特征之间的粘合界面经由引导的超声波声波被直接(而不是传导性地)加热，这样可以提供粘合界面温度的改进控制、沿着粘合界面的改进热分布、错位加热的减少、改进的加热速度、缩短的固化时间，和/或防止热逸失。然而，不是本文所描述的全部实施例都提供同样的优势或同等程度的优势。

总结

以上阐明的公开可以包含有独立效用的多个不同的公开。虽然这些公开中的每一个已经以其优选形式(多个优选形式)被公开，但是如本文所公开和图示说明的在其中的特定实施例不被认为具有限制意义，因为许多变化是可能的。本公开的主题包括本文所公开的各种元件、特征、功能和/或特性的全部新颖的和非显而易见的组合和子组合。以下的权利要求特别指出被认为是新颖和非显而易见的某些组合和子组合。特征、功能、元件、和/或特性的其他组合和子组合中所体现的公开可以在要求本申请或相关申请的优先权的申请中加以要求保护。此类权利要求，无论是针对不同的公开或者针对相同的公开，并且无论比原始权利要求范围更宽、更窄、相同、或不同，仍被视为包括在本公开的公开的主题内。

Claims (13)

1.一种用于粘合材料的装置，包含：

至少一个压电加热器，该至少一个压电加热器被构造成发射超声波声波，用于在限定的固化区域中将复合材料粘合在一起；

支撑结构，该支撑结构被构造成引导所述波朝向所述固化区域；

温度传感器，用于监测在所述固化区域中的复合材料的温度；以及

控制器，该控制器被构造成基于从所述传感器接收的温度信息来调制所述加热器的特性。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述支撑结构包括具有一对柔性轨道和被构造成沿着柔性轨道移动的导轨的平移组件，所述至少一个压电加热器被附接至所述导轨。

3.根据权利要求1-2中的任何一项所述的装置，其中所述支撑结构包括平移组件，该平移组件能够在三个维度上移动所述至少一个压电加热器。

4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的装置，其中所述温度传感器包括红外相机，该红外相机被构造成测量在所述固化区域中的一个或更多个位置处的温度。

5.根据权利要求1-4中的任何一项所述的装置，其中所述控制器被构造成调制所述超声波声波从所述压电加热器的发射。

6.根据权利要求1-5中的任何一项所述的装置，其中所述控制器被构造成调制所述压电加热器相对于所述固化区域的位置。

7.根据权利要求1-6中的任何一项所述的装置，其中所述控制器被构造成调制所述压电加热器相对于所述固化区域的移动速率。

8.一种使用根据权利要求1所述的装置来粘合材料的方法，包括：

通过在物体的表面上限定粘合区域来限定粘合界面，所述表面包括待修复的缺陷部，以及

邻近所述缺陷部提供补片材料；以及

加热所述粘合界面包括接近所述粘合区域部署至少一个超声波压电加热器；以及

从所述至少一个压电加热器发射超声波声波进入所述粘合区域，直到所述补片被合适地粘合至所述物体。

9.根据权利要求8所述的方法，进一步包含控制来自能够被控制的第一压电加热器和第二压电加热器的所述超声波声波之间的相位差。

10.根据权利要求8-9中的任何一项所述的方法，进一步包含在三个空间维度上移动至少一个压电加热器，该移动与所述发射同时执行。

11.根据权利要求8-10中的任何一项所述的方法，进一步包含通过利用有限元算法建模在所述粘合区域中的温度响应来确定加热参数。

12.根据权利要求8-11中的任何一项所述的方法，进一步包含利用温度传感器确定所述粘合界面的温度，以及基于确定的温度调制所述超声波声波从所述压电加热器的至少一个子集的发射。

13.根据权利要求8-12中的任何一项所述的方法，其中所述补片或所述物体中的一者由复合材料、陶瓷材料或玻璃纤维材料中的一种组成。