ES2415636T3 - Sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta - Google Patents

Sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta Download PDF

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Abstract

Un método para determinar una característica de defecto de una estructura compuesta (22) que comprende unapluralidad de haces (24) de material compuesto durante la fabricación de la estructura compuesta (22),comprendiendo el método: usar una unidad de cabecera de colocación de material para colocar la pluralidad de haces (24) de materialcompuesto; determinar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material al tiempo que se coloca lapluralidad de haces (24); detectar un defecto (36) a lo largo de uno de la pluralidad de haces (24) de la estructura compuesta (22);usar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material para determinar una primeradistancia lineal (19) desde un primer punto de referencia de el haz hasta el defecto (36); determinar una segunda distancia lateral (21) desde un segundo punto de referencia de la estructuracompuesta (22) hasta el defecto (36); usar la primera y segunda distancias para establecer una región de referencia de la estructura compuesta (22),teniendo la región de referencia un área superficial de referencia; y sumar todos los defectos detectados dentro de la región de referencia para producir una cuenta total dedefectos para la región de referencia y dividir la cuenta total de defectos entre el área superficial de referenciapara producir una densidad de defectos-por unidad de área de la región de referencia como una primeracaracterística de defecto, o determinar la anchura de cada defecto detectado dentro de la región de referencia ysumar las anchuras de los defectos dentro de la región de referencia para producir una anchura total para laregión de referencia y dividir la anchura total entre el área superficial de referencia para determinar la anchurade defectos acumulados-por unidad de área de la región de referencia como segunda característica de defecto;comparar la densidad de defectos-por unidad de área con una densidad de defectos-por unidad de áreamáxima permitida o comparar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área con una anchura dedefectos acumulados-por unida de área máxima permitida; e interrumpir la fabricación de la estructura compuesta (22) si la densidad de defectos-por unidad de área excedela densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o la anchura de defectos-por unidad de áreaexcede la anchura de defectos acumulados-por unidad de área máxima permitida

Description

Sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta
5 Campo de la invención
Generalmente, la presente invención se refiere a la fabricación de estructuras compuestas con máquinas de colocación de materiales, y más particularmente (pero no exclusivamente) a sistemas y métodos para determinar las características de defecto de una estructura compuesta, tal como la densidad de defectos-por unidad de área y/o anchura de defectos acumulados-por unidad de área.
Antecedentes
Se conocen las estructuras compuestas en la técnica durante muchos años. Aunque se pueden conformar
15 estructuras compuestas de muchas maneras diferentes, una técnica ventajosa para conformar estructuras compuestas es la colocación de una fibra o un proceso de cotejo automatizado. De acuerdo con las técnicas de cotejo automatizadas convencionales, se depositan una o más cintas de material compuesto (también conocido como hebras compuestas o haces) sobre un substrato con una máquina de colocación de material. El sustrato puede ser una herramienta o mandril, pero, más convencionalmente, está formado por una o más capas subyacentes de material compuesto que se han depositado previamente y se han compactado.
Los procesos convencionales de colocación de fibras utilizan una fuente de calor para contribuir a la compactación de las pilas de material compuesto en un punto de línea de contacto localizado. En particular, la cinta o haz de material compuesto y el substrato subyacente se calientan en el punto de la línea de contacto para aumentar la
25 adherencia de la resina a las pilas al tiempo que se somete a fuerzas de compresión para garantizar la adhesión al substrato. Para completar la parte, se pueden aplicar las tiras convencionales de material compuesto de manera lado con lado para formar capas y se pueden someter a calor y presión localizados durante el proceso de consolidación.
Desafortunadamente, los defectos pueden ocurrir durante la colocación de tiras compuestas sobre la estructura compuesto subyacente. Dichos defectos pueden incluir huecos de haces, superposiciones, haces rebajados, fruncidos (es decir, regiones elevadas en el haz) y rizos. Además, existen objetos extraños y residuos (FOD), tales como bolas de resina y bolas de borra, que se pueden acumular sobre una superficie de la estructura compuesta que se deben detectar, identificar y con el tiempo retirar de la superficie de la capa.
35 Las estructuras compuestas fabricadas por medio de métodos automatizados de colocación de material normalmente tienen requisitos de tamaño permitido máximo específico para cada defecto, quedan establecidos estos requisitos por medio del programa de producción. Normalmente, los programas de producción también establecen criterios de aceptación/rechazo bien definidos para el número máximo permitido de defectos por unidad de área (es decir, densidad) y la anchura máxima permitida de defectos acumulados-por unidad de área.
Con el fin de garantizar que los laminados compuestos fabricados por medio de los proceso de colocación de fibras satisfacen los requisitos que pertenecen a tamaño del defecto, las estructuras se someten normalmente a una inspección visual capa a capa de un 100%. Tradicionalmente, estas inspecciones se llevan a cabo manualmente
45 durante el tiempo en el que la máquina de colocación de fibras está parada y el proceso de colocación de materiales interrumpido hasta que se hayan completado la inspección las posteriores reparaciones, si las hubiera. Mientras tanto, desventajosamente el proceso de fabricación se ralentiza por el proceso de inspección visual y el tiempo de parada de la máquina asociado al mismo.
Recientemente, se han desarrollado sistemas que son capaces de detectar, medir y marcar defectos individuales en la estructura compuesta. Los sistemas ejemplares y métodos capaces de detectar de forma precisa y fiable, medir y/o marcar defectos en una estructura compuesta se divulgan en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 09/819.922, presentada el 28 de marzo de 2001, titulada "System and Method for Identifying Defects in a Composite Structure"; Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/217.805, presentada el 13 de agosto de 2002, titulada "System for Indentifying
55 Defects in a Composite Structure"; y la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/628.691, presentada el 28 de Julio de 2003, titulada "Systems and Methods for Identifying Foreign Objects and Debris (FOD) and Defects During Fabrication of a Composite Structure".
Aunque estos sistemas de inspección han funcionado bien para los fines pretendidos, sus inventores han reconocido que sería incluso más beneficioso proporcionar sistemas y métodos que fueran capaces de determinar una característica de defecto de una estructura compuesta, tal como una densidad de defectos-por unidad de área y/o anchura de defectos acumulados-por unidad de área de la estructura compuesta.
El documento EP 0 833 146 describe un método para detectar y medir solapamientos y huecos en los materiales
65 compuestos por medio de barrido de la superficie de un material compuesto en la dirección de las fibras y determinar un porcentaje de un área de evaluación que esté cubierto por fibras dividiendo el número total de píxeles de una imagen que corresponde a las fibras con respecto al número total de píxeles que corresponden a un área de evaluación.
El documento de EE.UU. 5562 788 describe un método para calcular huecos entre los haces de fibras.
5 El documento EP 0319 797 describe un método para medir la densidad de defectos en el interior de un cristal usando una haz láser sometido a estrechamiento.
Sumario
10 De acuerdo con un aspecto de la presente invención se proporciona un método de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Se pueden conseguir las características, funciones y ventajas independientemente en varias realizaciones de las 15 presentes invenciones o se pueden combinar en otras realizaciones.
Breve descripción de los dibujos
Se comprenderá más completamente la presente invención a partir de la descripción detallada y de los dibujos 20 adjuntos, donde:
La Figura 1 es una vista esquemática de una estructura compuesta ejemplar que ilustra distancias lineales y laterales a un defecto de la estructura compuesta de acuerdo con una realización de la invención;
25 La Figura 2 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación que tiene un anillo de código acoplado al mismo para rotación común con el mismo y un foto sensor ubicado para controlar el anillo de código de acuerdo con una realización de la invención;
La Figura 3 es una vista esquemática del anillo de código mostrado en la Figura 2; 30 La Figura 4 es una vista esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención;
35 La Figura 6 es una vista en perspectiva de una fuente de luz de acuerdo con la realización de sistema mostrada en la Figura 5;
La Figura 7 es una vista en perspectiva de un sistema de acuerdo con otra realización de la presente invención;
40 La Figura 8 es una vista en perspectiva de una fuente de luz de acuerdo con la realización de sistema mostrada en la Figura 7;
La Figura 9 es un bastidor de video que captura un fruncido y un rizo de una estructura compuesta;
45 La Figura 10 es una vista de una pantalla de ordenador y controles de usuario de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 11 es una vista de un modelo de parte ejemplar que puede ser importado desde un software externo o de un tercer equipo de acuerdo con una realización de la presente invención;
50 La Figura 12 es una vista del modelo de parte mostrado en la Figura 11 con una superposición de rejilla de hileras de acuerdo con una realización de la invención;
La Figura 13 es una vista del modelo de parte mostrado en la Figura 12 pero con la superposición de rejilla de 55 hileras reposicionada para representar un cambio de orientación para la nueva capa de acuerdo con una realización de la invención;
La Figura 14 es una vista de dos pantallas de ordenador que simultáneamente muestran la pantalla de ordenador que se muestra en la Figura 10 y el modelo de parte y la superposición de rejilla de hileras mostrada en la Figura 13 60 de acuerdo con una realización de la presente invención;
La Figura 15 es una vista de una pantalla de ordenador de acuerdo con una realización de la presente invención; y
La Figura 16 es una vista de una pantalla de ordenador de acuerdo con una realización de la invención. 65 Los caracteres de referencia correspondientes indican características correspondientes a lo largo de las diferentes vistas de los dibujos.
Descripción detallada de las realizaciones ejemplares
5 De acuerdo con un aspecto, la invención proporciona un método para determinar una característica de defecto de una estructura compuesta, tal como densidad de defectos-por unidad de área y/o anchura de defectos acumuladospor unidad de área. En una realización, generalmente el método incluye: determinar una primera distancia desde un primer punto de referencia de la estructura compuesta a un primer defecto; determinar una segunda distancia desde un segundo punto de referencia de la estructura compuesta al defecto; usar la primera y segunda distancias para establecer un área de referencia de la estructura compuesta; y considerar cada defecto detectado dentro del área de referencia y producir a partir del mismo una característica de defecto representativa de la estructura compuesta.
Realizaciones preferidas de la invención proporcionan métodos para determinar, para un área de referencia o región
15 de una estructura compuesta, una o más de las siguientes características de defecto: cuenta total de defectos, anchura total del defecto, densidad de defectos-por unidad de área (es decir, número de defectos-por unidad de área), anchura de defectos acumulados-por unidad de área y/o localización del defecto. Varias realizaciones permiten la determinación de estas características de defecto a medida que se fabrica la estructura compuesta, eliminando de este modo la necesidad de procesos de inspección manuales y el tiempo de parada de la máquina asociado al mismo.
En una realización, generalmente el método incluye determinar una distancia lineal a un defecto a lo largo de una hilera objeto de colocación por medio de una máquina de colocación de material; determinar una distancia lateral al defecto desde un primer extremo de la estructura compuesta; usar las distancias lineal y lateral para establecer un
25 área de referencia; totalizar defectos dentro del área de referencia; dividir el total del defectos entre el área de referencia para determinar la densidad de defectos-por unidad de área; determinar una anchura para cada defecto dentro del área de referencia; totalizar las anchuras de los defectos dentro del área de referencia; y dividir el total de anchura entre el área de referencia para determinar una anchura de defectos acumulados-por unidad de área.
En la realización ejemplar, el método incluye determinar tanto la densidad de defectos-por unidad de área como los defectos acumulados-por unidad de área. Alternativamente, otras realizaciones pueden incluir determinar una cualquiera o una combinación de la cuenta total de defectos, la anchura total de defectos, la densidad de defectospor unidad de área, los defectos acumulados-por unidad de área y/o las localizaciones de los defectos. Otras realizaciones pueden incluir determinar uno cualquiera o una combinación de cuenta total de defectos, anchura total
35 de defectos, densidad de defectos, anchura de defectos acumulados y/o localizaciones de defectos para la estructura completa compuesta en cuyo caso no necesariamente se tiene que establecer un área de referencia.
La Figura 1 ilustra una estructura compuesta 22 ejemplar, que generalmente está formada por una pluralidad de haces adyacentes o tiras de cinta compuesta 24. Normalmente, las tiras 24 incluyen una pluralidad de fibras intercaladas en una resina u otro material que se vuelve adherente o que fluye tras la aplicación de calor. Las tiras 24 se disponen sobre una superficie de trabajo, tal como una mesa, un mandril, u otra herramienta 26 (Figura 4) y se compactan con un rodillo de compactación 20 (Figuras 2 y 5) para formar una estructura compuesta 22 de acuerdo con una técnica de cotejo automatizada, tal como la que se describe en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/068.735, presentada el 6 de febrero de 2002, titulada "Composite Material Collation Machine and Associated
45 Method for High Rate Collation of Composite Materials".
Como se muestra en la Figura 1, se han completado diez y ocho hileras o tiras 24 por medio de una máquina de colocación de material. Es decir, la máquina de colocación de material ha realización diez y ocho pasadas a través de un sustrato. Durante cada una de las pasadas, la máquina de colocación de material ha colocado una tira 24 sobre un sustrato.
Haciendo referencia adicional a la Figura 1, la sexta hilera 23 de la estructura compuesta 22 incluye un defecto 36 en forma de un hueco de haz. Adicionalmente, o alternativamente, la estructura compuesta 22 también puede incluir otros tipos de defectos tales como solapamientos, haces rebajados, fruncidos, rizos y objetos extraños y residuos
55 (FOD), contándose y midiéndose dichos defectos por medio de las realizaciones de la invención.
La línea discontinua 19 representa la distancia lineal a lo largo de la sexta hilera 23 hasta el defecto 36. La línea discontinua 21 representa la distancia lateral hasta el defecto 36 desde un primer extremo 11 de la estructura compuesta 22.
Se pueden usar varios métodos para determinar las distancias lineales a lo largo de la hilera hasta un defecto detectado en esa hilera. En una realización ejemplar, se puede determinar la distancia lineal hasta un defecto a lo largo de una hilera multiplicando la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material a lo largo de la hilera por la cantidad de tiempo que ha transcurrido entre el momento en el que comienza la hilera y el instante en
65 el que se detecta el defecto.
Cuando se detecta un defecto, se puede producir una señal que no solo indica la detección de un defecto sino que también puede provocar la medición y el marcaje del defecto. Sistemas ejemplares y métodos capaces de detectar defectos en la estructura compuesta se describen generalmente a continuación y con más detalles en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 09/819.922, presentada el 28 de marzo de 2001, titulada "System and Method for Identifying
5 Defects in a Composite Structure"; la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/217.805, presentada el 13 de agosto de 2002, titulada "System for Identifying Defects in a Composite Structure"; y la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/628.691 presentada el 28 de julio de 2003, titulada "Systems and Methods for Identifying Foreign Objects and Debris (FOD) and Defects During Fabrication of a Composite Structure".
El comienzo y la parada de una hilera se pueden determinar usando señales procedentes de la célula de carga de la máquina que indican si se está aplicando presión o no al rodillo de compactación 20 (Figuras 2 y 5). La recepción de una señal de "presión presente" procedente de la célula de carga de la máquina indica que el rodillo de compactación 20 está en contacto con la estructura compuesta 22 y por tanto que ha comenzado una hilera. La recepción de una señal de "presión ausente" indica que el rodillo de compactación 20 ya no está más en contacto
15 con la estructura compuesta 22 y por tanto que se ha completado una hilera. Por consiguiente, se puede determinar el tiempo trascurrido entre el comienzo de una hilera y la detección del defecto llevando a cabo un seguimiento de la cantidad de tiempo transcurrido entre la recepción de la señal de "presión presente" procedente de la célula de carga de la máquina y la recepción de la señal que indica la detección del defecto.
Alternativamente, se puede determinar el comienzo y el final de una hilera por medio de la recepción de una señal procedente de un dispositivo que emplea sensores de proximidad, láseres, o detectores de sonido posicionados para determinar si el rodillo de compactación 20 está en contacto con la estructura compuesta 22.
En una realización, se determina la velocidad lineal de la unidad de cabecera determinando la velocidad angular del
25 rodillo de compactación 20 y multiplicando la velocidad angular por la circunferencia del rodillo de compactación 20. Alternativamente, también se pueden usar otros métodos para determinar la velocidad lineal de la unidad de cabecera, tal como el uso de una pistola radar comúnmente usada con fines de cumplimiento normativo para el control de velocidad de vehículos en carreteras.
En referencia a las Figuras 2, 3 y 5, se puede determinar la velocidad angular del rodillo de compactación 20 por medio de un anillo de código 1 para la rotación común con el rodillo de compactación 20. Como se muestra, el anillo de código 1 incluye alternar partes que contrastan 2 y 3, tales como segmentos negros y blancos. En la Figura 3, el anillo de código 1 incluye un diámetro externo 4 de aproximadamente 2,57 cm (1,1010 pulgadas) y un diámetro interno 5 de aproximadamente 2,14 cm (0,844 pulgadas), aunque también se pueden emplear otros tamaños de
35 anillo. En otras realizaciones, se pueden proporcionar directamente las partes que contrastan sobre el rodillo de compactación 20 (por ejemplo, marcadas sobre el mismo, o impresas sobre el mismo, etc.), eliminando de este modo la necesidad de un anillo de código 1 separado.
Haciendo referencia adicional a las Figuras 2 y 5, se coloca un foto sensor 7 (por ejemplo, un foto diodo de fuera de cubierta, etc.) para controlar y capturar imágenes en tiempo real de las transiciones de luz a oscuridad del anillo de código 1 a medida que el anillo de código 1 rota a lo largo del rodillo de compactación 20. Por medio de la detección y la cuenta de las transiciones de luz a oscuridad del anillo 1, se pueden contar y controlar las revoluciones del rodillo de compactación. Se puede usar la frecuencia a la cual ocurren las transiciones de luz a oscuridad para establecer la velocidad angular del rodillo de compactación 20. Preferentemente, se minimiza el movimiento axial del
45 rodillo de compactación 20 con el fin de que la distancia entre el foto sensor 7 y el anillo de código 1 se mantenga constante, lo que a su vez, permite una determinación más precisa de la velocidad lineal de la unidad de cabecera de la máquina.
En otra realización ejemplar, se puede determinar la distancia lineal hasta un defecto a lo largo de una hilera contando el número de revoluciones (totales y fraccionarias) que lleva a cabo el rodillo de compactación 20 desde el comienzo de la hilera hasta el defecto y multiplicando ese número de revoluciones por la circunferencia del rodillo de compactación 20. A modo de ejemplo, se pueden usar el foto sensor 7 y un anillo de código 1 para contar el número de revoluciones del rodillo de compactación 20 entre la recepción de la señal de "presión presente" procedente de la célula de carga de la máquina y la recepción de la señal que indica que se ha detectado el defecto.
55 También se pueden emplear varios métodos para determinar las distancias laterales hasta los defectos desde el primer extremo 11 de la estructura compuesta 22. Véase la Figura 1. En una realización ejemplar, se puede calcular la distancia lateral hasta un defecto contando el número total de hileras completadas, sin incluir la hilera en la que reside el defecto, y posteriormente multiplicando la anchura media de una hilera por el número de hileras completadas. Este método es particularmente eficaz para la colocación de una cinta en la que cada hilera es de la misma anchura, es decir, la anchura de la cinta.
Se puede determinar el número de hileras completadas por medio de seguimiento o recepción de cuenta de la señales de presión presente/ausente procedentes de la célula de carga de la máquina. La recepción de la señal de 65 "presión presente" procedente de la célula de carga de la máquina indica que el rodillo de compactación 20 está en contacto con la estructura compuesta 22 y que, de este modo, ha comenzado una hilera. La recepción de la señal de
"presión ausente" indica que el rodillo de compactación ya no está más en contacto con la estructura compuesta 22 y, de este modo, se ha completado la hilera.
Para las hileras de colocación de fibras en las cuales la anchura de cada hilera puede no ser igual, se pueden
5 determinar de forma precisa las distancias laterales hasta los defectos por medio del empleo de una "regla de software". Más específicamente, se puede determinar la distancia lateral adquiriendo una imagen digital de al menos una parte de la estructura compuesta que incluye la distancia lateral; seleccionando un conjunto de píxeles procedentes de la imagen digital que represente la distancia lateral; contando el número de píxeles que comprenden el conjunto de píxeles; y correlacionando la cuenta de píxeles con los datos de correlación (por ejemplo, una relación predeterminada entre la cuenta de píxeles y la distancia) para computar una medición cuantitativa indirecta de la distancia lateral.
Se puede determinar la anchura de un defecto de manera similar. Una vez que se ha adquirido la imagen digital del defecto, se selecciona un conjunto de píxeles a partir de la imagen digital que representa la anchura del defecto. Se
15 cuentan los píxeles que comprenden el conjunto de píxeles, y posteriormente se correlaciona la cuenta de píxeles con los datos de correlación (por ejemplo, una relación predeterminada entre la cuenta de píxeles y la distancia) para computar una medición cuantitativa directa para la anchura del defecto.
Alternativamente, se puede determinar la anchura del defecto multiplicando la velocidad lineal de la unidad de cabecera (como se determina de la forma descrita anteriormente) por la cantidad de tiempo necesario para la que la unidad de cabecera atraviese la distancia que separa los lados opuestos del defecto.
Se puede definir el área de referencia como cualquier región de la estructura compuesta que está actualmente bajo inspección de defectos y que tiene un área superficial aproximadamente igual al área superficial del área de
25 referencia. Además, el área de referencia se puede dimensionar de manera que incluya cualquier área superficial apropiada, tal como cinco pulgadas cuadradas, una pie cuadrado, etc. Además, se puede dimensionar el área de referencia de acuerdo con los requisitos de producción para que incluya únicamente una parte de la estructura compuesta. Alternativamente, se puede utilizar otro área de referencia que corresponda, en cuanto a tamaño, a toda la estructura compuesta.
Se puede establecer el área de referencia de varias formas. En una realización ejemplar, el área de referencia comprende cualquier región de la estructura compuesta que está unida por medio de las distancias lineal y lateral al defecto actualmente detectado. Por ejemplo, y haciendo referencia a la Figura 1, se puede establecer un área de referencia para el defecto 36 como la parte rectangular de la estructura compuesta 22 definida por las líneas
35 discontinuas 19 y 21 y el primer extremo 11 de la estructura compuesta y el borde lateral inferior.
En cualquiera de las realizaciones anteriormente mencionadas, se puede llevar a cabo un seguimiento de las áreas de referencia unidas durante la inspección, por ejemplo, en una mesa de reconocimiento. Posteriormente, se podría comparar la mesa de reconocimiento con un registro de defectos de funcionamiento (por ejemplo, una cantidad defectos de funcionamiento y/o una anchura de defectos de funcionamiento) durante la inspección.
En otras realizaciones, se define el área de referencia como la región de la estructura compuesta que incluye la parte precedente de la hilera en la cual reside el defecto actualmente detectado y todas las hileras precedentes completadas. Por ejemplo, y en referencia a la Figura 1, se puede establecer un área de referencia para el defecto
45 36 como las cinco primeras hileras a la izquierda de la hilera 23 y esa parte de la sexta hilera 23 por debajo del defecto 36.
En otras realizaciones, se define el área de referencia como una región de la estructura compuesta que incluye una parte precedente de la hilera en la que reside actualmente el defecto detectado y un número predeterminado de hileras completadas inmediatamente precedentes a la hilera en la que reside el defecto actualmente detectado. Por ejemplo, se puede establecer un área de referencia para el defecto 36 como la parte de la sexta hilera 23 que queda por debajo del defecto 36 y las tres hileras (es decir, hileras tercera, cuarta y quinta) que quedan inmediatamente a la izquierda de la sexta hilera 23 de la Figura 1.
55 En determinadas realizaciones, se lleva a cabo una comparación de defectos acumulados-por unidad de área y de defectos acumulados máximos permitidos-por unidad de área para determinar si una estructura compuesta es aceptable o debería rechazarse. Se puede ajustar el defecto acumulado máximo permitido-por unidad de área por medio de los requisitos de producción. Cuando la anchura de defectos acumulados-por unidad de área excede la anchura de defectos acumulados-por unidad de área máxima permitida, se puede interrumpir el proceso de fabricación y/o se puede proporcionar un indicador de condición de no aceptación, por ejemplo, por medio de una interfaz de usuario 76 (Figura 4) descrita a continuación.
Adicionalmente, o alternativamente, determinadas realizaciones incluyen comparar la densidad de defectos-por unidad de área y la densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida para determinar si la estructura 65 compuesta es aceptable o no. Se puede ajustar la densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida por medio de los requisitos de producción. Cuando la densidad de defectos-por unidad de área excede la densidad de
defectos-por unidad de área máxima permitida, se puede interrumpir el proceso de fabricación y/o se puede proporcionar un indicador de condición de no aceptación, por ejemplo, por medio de una interfaz de usuario 76 (Figura 4) descrita a continuación.
5 Un sistema ejemplar 10 que se puede usar para detectar defectos en una estructura compuesta se muestra en la Figura 4. Como se muestra en la Figura 4, el sistema 10 incluye al menos una cámara 12 y al menos una fuente de luz 14. La cámara se encuentra conectada a un procesador 66 para interpretar las imágenes capturadas por la cámara 12, o a un dispositivo de almacenamiento 64 para almacenar imágenes, o ambos, como se comenta de manera más completa a continuación.
Se posiciona la fuente de luz 14 para emitir luz con el fin de iluminar la estructura compuesta 22. Los defectos reflejan la iluminación de manera diferente a como lo hacen las partes de la estructura compuesta que no tienen defectos. Por ejemplo, la iluminación que reflejan las partes que no tienen defectos de la estructura compuesta 22, y la luz que falla en cuanto al reflejo de los defectos de la estructura compuesta 22, o viceversa, crean imágenes
15 visibles que puede capturar la cámara 12. Los detalles relativos a los sistemas y métodos de identificación de defectos de una estructura compuesta durante su fabricación se incluyen en las Solicitudes de Patente de EE.UU. Nos 09/819.922, 10/217.805 y 10/628.691 anteriormente mencionadas.
Como se muestra en la Figura 4, se posiciona la cámara 12 cerca de la estructura compuesta 22 de manera que capture imágenes de la parte de la estructura compuesta que se ilumina, que normalmente está inmediatamente aguas abajo del punto de la línea de contacto en el cual se une el haz compuesto con la estructura subyacente. Alternativamente, y como se muestra en la Figura 5, se puede posicionar una superficie reflectante 16 cerca de la estructura compuesta (la estructura compuesta no se muestra en la Figura 5), y formar un ángulo de manera que la superficie reflectante 16 refleje una imagen de la parte iluminada de la estructura compuesta. Se puede posicionar la
25 cámara 12 de manera que apunte hacia la superficie reflectante 16 con el fin de capturar imágenes de intervalo cerrado de la parte iluminada de la estructura compuesta a partir de la superficie reflectante 16. También se puede utilizar más de una superficie reflectante 16 en realizaciones adicionales de la invención en las cuales las superficies reflectantes 16 cooperen con el fin de dirigir imágenes de la parte iluminada de la estructura compuesta hacia la cámara 12.
Se puede usar una amplia gama de cámaras incluyendo las cámara disponibles en el mercado capaces de adquirir imágenes en blanco y negro. En una realización, la cámara 12 es una cámara de tipo televisión o video que tiene un sensor de imagen (no mostrado) y una lente 13 a través de la cual pasa la luz cuando la cámara 12 se encuentra en operación. También se pueden usar otros tipos de cámaras o sensores de imágenes, tales como una cámara
35 sensible a infrarrojos, una cámara de luz visible con filtración de paso de infrarrojos, una cámara de fibra óptica, unacámara coaxial, un Dispositivo Acoplado de Carga (CCD) o un Sensor Complementario de Óxido de Metal (CMOS). Se puede colocar la cámara 12 próxima a la estructura compuesta 22 sobre un pie (no mostrado) o montada sobre un bastidor 28 o dispositivo similar.
En aquellas realizaciones en las cuales no se incluye una superficie reflectante 16, se puede montar la cámara 12 en el bastidor 28 por medio de un soporte 30 y conectores asociados 32, como se muestra en la Figura 4. Los conectores 32 pueden ser remaches, roscas o similares que montan la cámara 12 en el bastidor 28 en posición estacionaria. Alternativamente, los conectores 32 pueden ser un conector de tipo bisagra que permite que la cámara 12, la fuente de luz 14, y el conjunto asociado roten hacia afuera de la estructura compuesta 22. Esta realización
45 resulta ventajosa en situaciones en las cuales resulta necesario acceder a otras partes del dispositivo de colocación del material, en particular las partes ubicadas tras la cámara 12 y el conjunto asociado, tal como para mantenimiento, limpieza o similares.
La Figura 5 ilustra una realización alternativa de un conector de tipo bisagra 32 que monta la cámara 12, la superficie reflectante 16, la fuente de luz 14 y el conjunto asociado (por ejemplo, un conjunto de cámara) sobre el bastidor 28 por medio de un soporte 30. Se puede introducir un elemento de sujeción apropiado, tal como un tornillo de palomilla
o cualquier otro elemento de sujeción que se pueda retirar o aflojar con relativa facilidad, a través del orificio 34 y posteriormente se puede apretar para fijar el conjunto de la cámara en el lugar de operación. Se puede aflojar el elemento de sujeción o se puede retirar, por ejemplo, para rotar el conjunto de cámara fuera del rodillo de
55 compactación 20 y otras partes del dispositivo de colocación de fibras.
Haciendo referencia a la Figura 4, se puede colocar un filtro 15 sobre la lente 13 para filtrar la luz de forma particular. En una realización, se diseña el filtro 15 para filtrar luz de manera que únicamente el componente infrarrojo o la longitud de onda del infrarrojo cercano o un intervalo de longitudes de onda de luz pase al interior de la cámara 12. De esta forma, el filtro 15 evita que la luz visible ambiental entre en la cámara 12 y altere el aspecto de la imagen capturada.
También se puede usar otros métodos de filtración de luz para conseguir el mismo resultado, o al menos similar. Por ejemplo, se puede diseñar la cámara para que incluya un filtro de acumulación de características ópticas 65 equivalentes. Además, el filtro puede estar ubicado entre la lente de la cámara 13 y el sensor de imágenes. Alternativamente, la cámara puede incluir un sensor de imagen que únicamente sea sensible en el espectro de
infrarrojos (por ejemplo, una cámara sensible a infrarrojos), eliminando de este modo la necesidad de filtro.
Ahora se describe la fuente de luz 14 del sistema 10 con más detalle. Se coloca la fuente de luz para que emita luz para iluminar al menos una parte de la estructura compuesta 22. 5 En la Figura 4, se muestra la fuente de luz 14 ubicada en ángulo oblicuo 37 con respecto a la estructura compuesta
22. El ángulo oblicuo 37 puede ser de aproximadamente cuarenta y cinco grados, aunque también son posibles otros ángulos dependiendo de la aplicación. Además, también se muestra la fuente de luz para que emita luz en una dirección sustancialmente perpendicular a la dirección de colocación de las tiras 24 con el fin de resaltar los defectos 36, como se describe a continuación.
Además, el sistema 10 puede incluir más de una fuente de luz. Por ejemplo, la realización de la Figura 5 incluye dos fuentes de luz 14 ubicadas con respecto a la estructura compuesta y el rodillo de compactación 20 sobre cualquier lado de la superficie reflectante 16 y la cámara 12. Otra realización ejemplar que incluye dos fuentes de luz 14 se 15 muestra en la Figura 7 en la que se colocan dos agrupaciones de fibra óptica sobre los lados opuestos de la cámara
12.
En la Figura 4, se coloca la fuente de luz 14, de manera ajustable, con respecto a la estructura compuesta 22 por medio del montaje o unión de la fuente de luz 14 a un aparato de montaje 27. El aparato de montaje 27 puede incluir un eje 29, un segundo eje 31, y una abrazadera de cierre 33 par ajustar de forma segura y precisa la posición de la fuente de luz 14. A su vez, el aparato de montaje 27 puede estar unido al bastidor 28, a la cámara 12, al soporte 30
o a cualquier otro objeto que defina una posición común tanto para la fuente de luz 14 como para la cámara 12 de manera que la fuente de luz 14 y la cámara 12 mantengan una relación espacial constante una con respecto a la otra.
25 La calidad y la magnitud de la iluminación superficial de la estructura compuesta se ve afectada en gran medida por la iluminación ambiental y por la reflectividad del material. Por consiguiente, las realizaciones de la invención emplean ventajosamente una fuente de luz de infrarrojos para iluminar más eficazmente las imperfecciones oscuras sobre un fondo oscuro. En este sentido, se puede seleccionar la fuente de luz 14 entre luz infrarroja u otro tipo de luz que tenga un componente infrarrojo, tal como una fuente de luz de halógeno (Figura 6) u otras fuentes de luz incandescentes (no mostradas). En otras realizaciones, la fuente de luz 14 también puede incluir una fuente de luz fluorescente (por ejemplo, luz blanca de LED, tubos de gas de fósforo relleno con mercurio/baja presión, etc.) una sonda estroboscópica o una fuente de luz estroboscópica, una lámpara de arco de gas noble (por ejemplo, arco de xenón, etc.) una lámpara de arco de metal (por ejemplo, una haluro de metal, etc.) y láseres (por ejemplo, láseres
35 pulsados, agrupaciones de diodo de láser en estado sólido, agrupaciones de láser de diodo de infrarrojos, etc.). También se puede bombear la luz procedente de la fuente de luz 14 a través de fibras ópticas hasta el punto de suministro, tal y como se muestra en la Figura 7.
En algunas realizaciones, se opera la fuente de luz 14 a un nivel energético que maximiza, o al menos aumenta significativamente, el componente infrarrojo (IR) de la luz que funciona bien para inspeccionar el material de haz oscuro, tal como carbono. En este sentido, niveles energéticos ejemplares dentro del intervalo de hasta aproximadamente ciento cincuenta watios (150W) dentro del intervalo de longitudes de onda desde aproximadamente setecientos nanometros hasta mil nanometros (700 nm-1000 nm) han resultado suficientes. No obstante, los niveles energéticos y las longitudes de onda particulares para la fuente de luz dependerán al menos en
45 parte de la velocidad de la cámara y de la sensibilidad, velocidad a la cual se coloca el material, pérdidas de suministro, y reflectividad del material objeto de inspección, entre otros factores. Por ejemplo, en otras realizaciones, se pueden emplear longitudes de onda y niveles energéticos apropiados para inspeccionar de manera apropiada materiales altamente reflectantes.
En la realización que se muestra en la Figura 4, la fuente de luz 14 puede comprender una pluralidad de LED dispuestos en una agrupación o formación de grupo. En una realización específica, la fuente de luz 14 incluye 24 LED montados en una agrupación de tarjeta de circuito impresa de tres pulgadas cuadradas.
En otra realización que se muestra en la Figura 5 y 6, la fuente de luz 14 incluye cuatro bombillas 38 de luz 55 halógena, aunque también se pueden usar otras cantidades.
En la realización que se muestra en la Figura 7, la fuente de luz 14 incluye dos agrupaciones de fibra óptica posicionadas en lados opuestos de la cámara 12. Las agrupaciones emiten luz suministrada a partir de una fuente remota (no mostrada) a través de un manojo 25 de fibra óptica. La Figura 8 muestra una agrupación 14 lineal iluminada.
Volviendo de nuevo a la Figura 5, el sistema 10 puede incluir además un elemento 18 de reflexión de luz ubicado cerca de la fuente de luz 14. El elemento de reflexión 18 incluye una serie de superficies 40 de reflexión de luz (Figura 6) que redirigen la luz hacia el área deseada que se pretende iluminar. Esto nivela la iluminación a través de 65 la superficie y elimina, o al menos reduce sustancialmente, las áreas de luz intensa (es decir, los puntos calientes) creados por la parte más brillante de la fuente de luz 14. Los puntos calientes resultan indeseables ya que evitan la
iluminación uniforme de la estructura compuesta, lo que puede conducir a errores durante el procesado de las imágenes capturadas por la cámara 12.
Los elementos 40 de reflexión de luz son particularmente ventajosos para iluminar superficies curvadas/con contorno 5 de las estructuras compuestas ya que la redirección de la luz permite iluminar más uniformemente una parte más grande de la estructura compuesta.
Como se muestra en la Figura 6, el elemento de reflexión 18 está curvado alrededor de la fuente de luz 14, tal como en forma parabólica. Sobre la superficie del elemento de reflexión 18 que mira hacia la fuente de luz 14, el elemento de reflexión 18 incluye etapas curvadas 40 sustancialmente paralelas a la fuente de luz 14. Se puede escoger la distancia entre la curvatura de las etapas 40 para que sea suficiente para proporcionar una iluminación uniforme a partir de la suma de la dos fuentes de luz, una en cada lado de la región de interés. Esto permite que el elemento 18 proporcione una iluminación más uniforme de la estructura compuesta 22, lo que evita, o al menos reduce, los errores de procesado de imágenes debidos a una iluminación no uniforme de la estructura compuesta 22.
15 Alternativamente, se puede modificar la forma y/o la configuración de superficie del elemento de reflexión 18 de otros modos que también produzcan una iluminación uniforme y una dispersión de la luz producida por medio de la fuente de luz 14 sobre la parte deseada de la estructura compuesta 22.
En una realización ejemplar, el elemento de reflexión 18 tiene una forma parabólica total con diez y siete etapas 40 curvadas parabólicas que tienen un intervalo de anchuras desde aproximadamente 0,125 pulgadas (0,32 cm) en el borde externo del elemento de reflexión 18 hasta aproximadamente 0,250 pulgadas (0,64 cm) en el centro del elemento de reflexión 18. El elemento de reflexión 18 también tiene un altura de etapa uniforme de aproximadamente 0,116 pulgadas (0,29 cm). No obstante, en otras realizaciones, el elemento de reflexión puede estar provisto de diferentes números de etapas que tienen diferentes anchuras variables o uniformes o diferentes
25 alturas variables o uniformes.
Además, el elemento de reflexión 18 puede ajustarse con el fin de dirigir la luz producida por medio de la fuente de luz 14 y dispersada por el elemento de reflexión 18 hacia la parte deseada de la estructura compuesta. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 6, se puede montar el elemento de reflexión 18 de manera que se pueda ajustar sobre el aparato de montaje 27 con elementos de sujeción 42. Los elementos de sujeción 42 aflojados se pueden mover dentro de rendijas 44 para ajustar de manera correspondiente el ángulo del elemento de reflexión 18 con respecto a la estructura compuesta. Una vez que se ha colocado el elemento de reflexión 18 de manera apropiada, se aprietan los elementos de sujeción 42 para fijar el elemento de reflexión 18 en la posición deseada. También se pueden facilitar los ajustes del elemento de reflexión 18 por otros medios, tales como un medio electrónico que permita el
35 ajuste remoto del elemento de reflexión 18.
Se ha observado que la estructura compuesta 22 produce un elevado deslumbramiento cuando se ilumina a través de la dirección de colocación de las tiras 24 pero produce sustancialmente menos deslumbramiento cuando se ilumina a lo largo de la dirección de colocación de las tiras 24. El sistema y los métodos de al menos algunas realizaciones explotan el fenómeno de deslumbramiento elevado/deslumbramiento bajo colando la luz a través de la capa superior de las tiras compuestas 24 en una dirección sustancialmente perpendicular a la dirección de colocación de las tiras 24. Esto produce una cantidad relativamente grande sobre la capa superior de la estructura compuesta 22. Las capas subyacentes, que producen significativamente menos deslumbramiento que la capa superior debido a su orientación, mostrarán a través de cualesquiera huecos o defectos de la capa superior y, de
45 este modo, se localizarán de forma sencilla. Además, los rizos y otros defectos superficiales de la capa superior alterarán la orientación de las tiras de la capa superior y, de este modo por consiguiente, se produce la alteración, es decir, la disminución, del deslumbramiento de la capa superior en la ubicación del defecto.
Al mismo tiempo el fenómeno de deslumbramiento elevado/deslumbramiento bajo ocurre cuando se produce la iluminación bien con luz visible o bien con luz infrarroja del filtro 15 usado en una realización del sistema 10 retira sustancialmente el deslumbramiento producido por la luz ambiental de manera que solo se usa el deslumbramiento provocado por la luz infrarroja para ubicar los defectos. Por consiguiente, el filtro 15 retira la interferencia de luz ambiental a medida que se examinan los defectos de la estructura compuesta 22.
55 En cualquiera de las realizaciones de sistema descritas en la presente memoria, pueden existir una o más cámaras 12 y/o una o más fuentes de luz 14 con o sin elementos de reflexión 18 (denominados de forma colectiva como fuentes de luz, en lo sucesivo). Además, se pueden mover una o más cámaras 12 y/o una o más fuentes de luz 14 con respecto a la estructura compuesta. Las cámaras múltiples 12 y/o las fuentes de luz 14 múltiples y la movilidad de la(s) cámara(s) 12 y de la(s) fuente(s) de luz proporcionan flexibilidad al sistema 10 para capturar las imágenes más precisas de la estructura compuesta. La(s) fuente(s) 14 de luz móvil(es) y múltiple(s) permite(n) una iluminación suficiente e uniforme de la parte deseada de la estructura compuesta, independientemente de la forma de la estructura compuesta. De igual forma, la(s) cámara(s) 12 móvil(es) y/o múltiple(s) permite(n) capturar una imagen precisa de cualquier área de la estructura compuesta, independientemente de la forma de la estructura compuesta. Como tal, la(s) fuente(s) de luz móvil(es) y/o múltiple(s) y/o la(s) cámara(s) son particularmente ventajosas cuando
65 iluminan y capturan imágenes de partes curvadas/con contorno de las estructuras compuestas. La(s) fuente(s) de luz móvil(es) y/o múltiple(s) y/o la(s) cámara(s) son también ventajosas para iluminar y capturar imágenes de tiras compuestas que tienen una anchura que dificulta la iluminación y/o la captura de imágenes de toda la tira, de manera que la posición de la(s) fuente(s) de luz y/o la(s) cámara(s) se puede mover a largo de toda la tira, y/o se puede(n) colocar fuente(s) de luz estacionaria(s) y/o cámara(s) para cubrir toda la tira. Los sistemas que incluyen cámaras móviles y fuentes de luz se describen con detalle en la Solicitud de Patente de EE.UU. Nº 10/217.805
5 anteriormente mencionada.
Como se muestra en la Figura 4, el sistema 10 también puede incluir un dispositivo de marcaje 62 para marcar la ubicación de los defectos sobre la estructura compuesta 22. El dispositivo de marcaje 62 se puede unir al bastidor 28 y se puede accionar por medio de un procesador 26 o dispositivo similar cuando se detecta un defecto 36. El dispositivo de marcaje 62 puede pulverizar o, de lo contrario, depositar una cantidad de tinta, pintura o similar sobre la estructura compuesta 22 en aquellas zonas en las que se haya detectado el defecto 36. Los marcajes sobre la estructura compuesta 22 permiten la localización de los defectos para su posterior identificación por vía manual o automática.
15 En la realización particularmente ilustrada, el dispositivo de marcaje 62 es un sistema de marcaje por chorro de tinta que pulveriza un pequeño punto de tinta compatible de color altamente visible sobre la superficie de la estructura compuesta 22 en la ubicación del defecto para permitir un acceso rápido a la reparación y la ubicación. Alternativamente, también se pueden usar otros métodos, tales como un marcador de bomba alimentada por punta de fieltro, una pluma marcadora de carga de muelle, alertas de audio o visuales y similares.
La cámara 12 y/o la superficie reflectante 16, junto con la fuente de luz 14 y cualquier elemento de reflexión 18, se pueden montar en la unidad de cabecera para permitir que la cámara 12 capture de forma continua imágenes en tiempo real de la estructura compuesta 22 y de las tiras 24 a medida que la unidad de cabecera se mueve a través de la estructura compuesta 22 y se colocan las tiras compuestas 24. Si la estructura compuesta 22 no es plana,
25 preferentemente el punto de inspección debería estar lo más próximo posible al punto de la línea de contacto, como se ha descrito anteriormente. Si la estructura compuesta 22 es plana, se puede ubicar el punto de inspección lejos de la unidad de cabecera de colocación. En cualquier caso, se pueden almacenar las imágenes en un dispositivo de memoria 64 para futuros análisis y/o se pueden procesar inmediatamente por medio del procesador 66, como se comenta de manera más completa a continuación.
La Figura 9 muestra una imagen 68 de cámara no procesada en bruto ejemplar que ilustra el contraste entre los defectos potenciales, tal como un fruncido 75 y un rizo 77, y las partes restantes de la estructura compuesta 22 que no tienen defectos. En la realización ilustrada, se muestran los defectos potenciales 75 y 77 en forma de áreas negras o grises, mientras que las partes restantes que no tienen defectos de la estructura compuesta 22
35 permanecen sustancialmente blancas 72. Una vez que se han detectado los defectos potenciales, se pueden marcar los defectos con el marcador 62 y se pueden determinar las distancias lineal y lateral hasta los defectos potenciales de la manera que se ha descrito anteriormente.
Haciendo de nuevo referencia a la Figura 4, el procesador 66 puede recibir imágenes 68 de la cámara 12 o desde el dispositivo de memoria 64 en el cual se han almacenado las imágenes 68. Posteriormente, el procesador 66 puede procesar y analizar las imágenes para facilitar una detección fiable de los defectos. En al menos una realización, el procesador 66 y el dispositivo de memoria 64 son componentes de un ordenador convencional.
El sistema 10 también puede incluir una interfaz de usuario 76 que está en comunicación con el procesador 66. La
45 interfaz de usuario se puede programar de manera que pueda funcionar con una amplia gama de aplicaciones de software, incluyendo pero sin limitarse a DOS, Windows 98, Windows/NT, Windows2000, Windows CE, Linux, Unix y equivalentes.
Como se muestra en la Figura 10, la interfaz de usuario 76 incluye un monitor 80, tal como un monitor de ordenador, y también puede incluir un dispositivo de entrada, tal como un teclado y un ratón (no mostrados), para permitir al operador mover el cursor por el monitor 80 e introducir los diferentes ajustes y parámetros del sistema. El monitor 80 también puede ser táctil para permitir al operador introducir los ajustes deseados de forma manual, tocando las zonas del monitor.
55 La interfaz de usuario 76 incluye una ventana 81 en la cual se muestra una imagen 74 de la estructura compuesta 22 para que pueda ser observada por el operador u otro usuario. La ventana 81 también puede incluir una pantalla visual 69 de ubicación de defecto por hileras.
Aunque la imagen 74 puede ser la imagen 68 de cámara sin procesar (Figura 9), la imagen 74 que se muestra en la Figura 10 también puede ser una imagen procesada que se ha sometido a tratamiento binario. Durante el tratamiento binario, se pueden modificar todas las tonalidades de gris por encima de un valor umbral predeterminado hasta blanco, al tiempo que se pueden modificar todas las sombras de gris por debajo de un valor umbral hasta negro, con el fin de realzar el contraste de los defectos y mejorar la precisión de la detección de defectos. En otras realizaciones, no es necesario llevar a cabo la operación de tratamiento binario sino que, en su lugar, se pueden
65 usar la imagen original, las tasas de cambio de los niveles de luz de la imagen original y/o los cambios de color de las imágenes para identificar los defectos.
La interfaz de usuario 76 también proporciona controles de usuario 78 para permitir la diferentes entradas de usuario del sistema. En la realización particular ilustrada en la Figura 10, la interfaz de usuario 76 permite el ajuste del umbral de tratamiento de binario. Generalmente, el ajuste del umbral de tratamiento binario implica una relación entre la sensibilidad con la cual se detectan los defectos y la resolución con la cual se muestran los defectos. En una
5 realización, se ajusta el umbral de tratamiento binario en aproximadamente 128, que corresponde al punto medio sobre el intervalo de digitalización de 8-bits de 0 a 255. No obstante, se pueden emplear otros valores de umbral de tratamiento binario dependiendo al menos en parte de la aplicación particular, la luz disponible, los ajustes de cámara, entre otros factores.
Los controles de usuario 78 también permiten al usuario ajustar o modificar el área de visión dentro de la ventana 81. Durante la operación, la ventana 81 muestra imágenes de video móviles en tiempo real de la parte iluminada de la estructura compuesta 22 a medida que la cámara 12 y/o la superficie de reflexión 18 se mueven con respecto a la estructura compuesta 22.
15 La interfaz 76 también puede permitir al usuario introducir la anchura de la banda de hilera o fila 71 y la anchura 73 máxima permitida de hueco acumulado.
Además del despliegue de imágenes de la estructura compuesta 22, el monitor 80 también incluye una mesa de defectos 82 que lista los defectos descubiertos y proporciona información para cada defecto, tal como ubicación, tamaño y similares.
El monitor 80 también proporciona información (que se puede actualizar de forma continua) tal como el número de defectos 50, el número de hileras completadas 52 (que se puede determinar por medio de cuenta de las señales de presión presente/ausente de la célula de carga de la máquina como se ha descrito anteriormente), la anchura 54 de
25 defectos acumulados y la longitud 56 del defecto actual que se está midiendo.
El monitor 80 puede además incluir indicadores de estado 84 que notifican al usuario si un área de imagen particular es aceptable o no aceptable, basándose en un criterio predefinido, tal como las tolerancias y los parámetros dimensionales máximos permitidos.
El monitor también puede incluir un indicador 85 que notifica al usuario cuando se ha excedido el límite permitido de anchura de defectos acumulados.
Una realización ejemplar incluye importar un modelo de parte a partir de un software externo o de un tercer equipo
35 (por ejemplo, programas de dibujo asistidos por ordenador (CAD), programas basados en puestos de trabajo tales como Unigraphics (UG) o CAT-EA, aplicaciones para PC de sobremesa tales como AutoCAD, etc.).
La Figura 11 muestra un ejemplo de un modelo 90 de partes complejo importado de software de un tercer equipo. Como se muestra en la Figura 12, se puede construir una superposición 92 de rejilla de hileras para el modelo 90 de parte importado usando el número de hileras y la dirección de avance que corresponde a la orientación de la capa. Los conceptos de diagrama de las distancias lineal y lateral 19 y 21 se ilustran en la Figura 12, para mostrar la ubicación del defecto 36 sobre una superficie más compleja que la superficie que se muestra en la Figura 1.
Una vez que se han colocado todas las hileras de una capa, se reposiciona la nueva capa, como se muestra en la
45 Figura 13. Se puede diseñar la interacción entre el software externo o de un tercer equipo y el software de la máquina de colocación de material, para generar un conjunto total de rejillas (una para cada capa de la parte) por adelantado. Se pueden almacenar estas rejillas, pudiéndose acceder, localizar y posicionar cada rejilla apropiada al comienzo de cada capa.
La Figura 14 muestra otra realización en la cual se emplean dos pantallas de ordenador para desplegar y llevar a cabo el seguimiento de diferentes datos de defectos del modelo importado 90. Como se muestra, un monitor despliega la pantalla de ordenador 80 (previamente descrita anteriormente en referencia a la Figura 10), al tiempo que el otro monitor despliega simultáneamente la pantalla de ordenador 180 del modelo de parte 90 y una superposición 92 de rejilla de hileras. Las pantallas de ordenador 80 y 180 se pueden actualizar continuamente para
55 mostrar el posicionamiento y las localizaciones de los defectos y de las imperfecciones a medida que son detectados a través de la interfaz del sistema de visión, descrito anteriormente.
La Figura 15 ilustra otra realización 280 en la cual se despliegan la pantalla 180´ del modelo de parte 90 y una superposición 92 de rejilla de hileras, dentro de la ventana 81´ de la pantalla ordenador 80´.
La Figura 16 ilustra otra realización 380 en la cual se superpone o se posiciona la pantalla 80´sobre una esquina de la pantalla 180" que incluye el modelo de parte 90 y la superposición 92 de rejilla de hileras.
Por consiguiente, las realizaciones de la presente invención proporcionan métodos y sistemas de inspección
65 basados en la visión durante el proceso, capaces de determinar de forma precisa y eficaz diferentes características de defectos tales como la cuenta total de defectos, la anchura total de defectos, la densidad de defectos-por unidad de área, la anchura de defectos acumulados-por unidad de área y/o las localizaciones de defectos. Las realizaciones de la invención permiten fabricar estructuras compuestas de manera más eficaz con menores interrupciones que los sistemas convencionales de colocación de materiales, que requieren inspecciones manuales y la medición de los defectos.
5 Las realizaciones de la presente invención permiten una detección rápida y medición de la anchura de defectos acumulados-por unidad de área, y el seguimiento de la densidad de defectos-por unidad de área. Debido a que esta información de defectos se encuentra disponible de manera relativamente inmediata y no es necesaria la medición manual, se puede reducir significativamente el tiempo de parada de la máquina lo que tiene como resultado menores
10 costes de fabricación y tiempos de ciclo.
Además, las realizaciones de la presente invención permiten una identificación rápida de aquellas estructuras compuestas que excedan las tolerancias máximas permitidas correspondientes a densidad y anchura de defectos acumulados. Esto permite interrumpir el proceso de fabricación cuando se excedan las tolerancias máximas
15 permitidas, ahorrando de este modo tiempo y materiales que, de lo contrario, se perderían durante la fabricación de una estructura compuesta inaceptable.
Además, cuando se rechazan demasiadas estructuras compuestas, el operador puede ajustar las máquinas de la manera correspondiente de manera que se desperdicie menos material, se consuma menos trabajo y se incurra en 20 un menor tiempo de parada de la máquina durante el proceso de fabricación. Por tanto, se puede conseguir, de media, una estructura compuesta de menor coste.
Adicionalmente, las realizaciones también permiten mejoras en la calidad total de las partes producidas, ya que se pueden determinar la densidad de defectos y la anchura de defectos acumulados, con diferentes sistemas y 25 métodos de la invención de manera más uniforme y fiable que con las inspecciones visuales.
Aunque se han descrito diferentes realizaciones preferidas, los expertos en la materia reconocerán que se podrían llevar a cabo modificaciones y variaciones sin que ello suponga apartarse del concepto de la invención. Los ejemplos ilustran la invención y no se pretende que la limiten. Por tanto, la memoria descriptiva y las reivindicaciones se
30 deberían interpretar generosamente, con la única limitación que fuese necesaria a la vista de la técnica anterior pertinente.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un método para determinar una característica de defecto de una estructura compuesta (22) que comprende una
    pluralidad de haces (24) de material compuesto durante la fabricación de la estructura compuesta (22), 5 comprendiendo el método:
    usar una unidad de cabecera de colocación de material para colocar la pluralidad de haces (24) de material compuesto; determinar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material al tiempo que se coloca la
    10 pluralidad de haces (24); detectar un defecto (36) a lo largo de uno de la pluralidad de haces (24) de la estructura compuesta (22); usar la velocidad lineal de la unidad de cabecera de colocación de material para determinar una primera distancia lineal (19) desde un primer punto de referencia de el haz hasta el defecto (36); determinar una segunda distancia lateral (21) desde un segundo punto de referencia de la estructura
    15 compuesta (22) hasta el defecto (36); usar la primera y segunda distancias para establecer una región de referencia de la estructura compuesta (22), teniendo la región de referencia un área superficial de referencia; y sumar todos los defectos detectados dentro de la región de referencia para producir una cuenta total de defectos para la región de referencia y dividir la cuenta total de defectos entre el área superficial de referencia
    20 para producir una densidad de defectos-por unidad de área de la región de referencia como una primera característica de defecto, o determinar la anchura de cada defecto detectado dentro de la región de referencia y sumar las anchuras de los defectos dentro de la región de referencia para producir una anchura total para la región de referencia y dividir la anchura total entre el área superficial de referencia para determinar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área de la región de referencia como segunda característica de defecto;
    25 comparar la densidad de defectos-por unidad de área con una densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o comparar la anchura de defectos acumulados-por unidad de área con una anchura de defectos acumulados-por unida de área máxima permitida; e interrumpir la fabricación de la estructura compuesta (22) si la densidad de defectos-por unidad de área excede la densidad de defectos-por unidad de área máxima permitida o la anchura de defectos-por unidad de área
    30 excede la anchura de defectos acumulados-por unidad de área máxima permitida.
  2. 2. El método de la reivindicación 1, donde determinar una anchura para cada defecto dentro del área de referencia comprende:
    35 seleccionar, entre una imagen digital de al menos una parte de la estructura compuesta (22) que incluye la región de referencia, un conjunto de píxeles para cada defecto dentro de la región de referencia que representa la anchura del defecto correspondiente, determinar una cuenta de píxeles para cada conjunto de píxeles seleccionado; y correlacionar cada una de las cuentas de píxeles con una relación predeterminada entre la cuenta de píxeles y
    40 la distancia para determinar las anchuras correspondientes de los defectos dentro de la región de referencia.
  3. 3. El método de la reivindicación 1, donde usar la velocidad lineal comprende:
    determinar el tiempo transcurrido entre el instante en el que comienza una hilera de haces y el instante en el 45 que se detecta un defecto a lo largo de la hilera; y multiplicar la velocidad lineal por el tiempo transcurrido.
  4. 4. El método de la reivindicación 1, donde determinar la velocidad lineal comprende:
    50 determinar una velocidad angular de un rodillo de compactación (20) de la unidad de cabecera de colocación del material; y multiplicar la velocidad angular por la circunferencia del rodillo de compactación (20).
    55 5. El método de la reivindicación 4, donde determinar una velocidad angular comprende detectar, contar y establecer la frecuencia de transiciones entre las partes de contraste de un anillo de código (1) acoplado para la rotación común con el rodillo de compactación (20).
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