ES2925907T3 - Sistema para monitorización de flujo de resina - Google Patents

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Abstract

La presente invención proporciona un sistema para monitorear el frente de resina durante la infusión de resina en una preforma de fibra para la fabricación de materiales compuestos. Dicho control se basa en la reflectometría de dominio de frecuencia óptica mediante la emisión de pulsos de luz a través de fibras ópticas que forman una malla de infusión de resina en una preforma de fibra. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema para monitorización de flujo de resina
Campo técnico de la invención
La presente invención pertenece al campo de la fabricación de materiales compuestos y, en particular, se refiere a la monitorización del frente de resina durante la infusión de resina en una preforma de fibra para la fabricación de materiales compuestos.
En particular, tal monitorización se realiza mediante un sistema basado en Reflectometría Óptica en el Dominio de la Frecuencia ('OFDR') que emite pulsos de luz a través de fibras ópticas que forman una malla de infusión de resina en la preforma de fibra para facilitar la infusión de fibra.
Por lo tanto, el sistema de la invención como se define en la reivindicación 1 está configurado para detectar e informar del frente de resina in situ a través de la preforma de fibra con el fin de tener en cuenta eventuales actuaciones en el proceso de fabricación o bien en términos de parámetros de ciclo o bien modificando la operación de los puertos de resina.
Antecedentes de la invención
Un material compuesto es un polímero reforzado con fibra formado por dos constituyentes separados: fibras y resina que actúa como matriz aglutinante. De este modo, las técnicas de fabricación se dividen convencionalmente según si estos constituyentes están originalmente juntos o separados. En el primero, la materia prima se denomina 'preimpregnado', mientras que en este último hay, por una parte, tejido seco (denominado preforma de fibra) y, por otra parte, la resina a ser infundida/inyectada en el mismo. Independientemente de la materia prima, una vez que ambos constituyentes están finalmente juntos, la conjunción se somete a un ciclo de curado donde se aplica presión, vacío y/o temperatura durante un tiempo predeterminado.
Se conocen una serie de técnicas para la fabricación de materiales compuestos cuando ambos constituyentes están separados originalmente, todas abordadas bajo el término 'técnicas de fabricación por infusión de resina'. Estas técnicas de fabricación de materiales compuestos se basan en un molde cerrado que aloja la preforma de fibra depositada en la que se ha de infundir/inyectar la resina. Ejemplos de esto son 'Infusión de Película de Resina' (‘RFI'), 'Infusión de Resina' ('RI'), 'Infusión de Vacío Modificada' ('MVI') o 'Moldeo por Transferencia de Resina' ('RTM'). Estas técnicas específicas difieren unas de otras en el utillaje, los pasos de fabricación e incluso las herramientas de curado usadas.
En términos generales, la preforma seca de tela o fibra se coloca en la cavidad de un molde, luego el molde se cierra y la resina termoendurecible (típicamente resina epoxi) se inyecta a través de un conjunto de puertos de inyección a una presión relativamente baja. Una vez que la resina impregna toda la preforma de fibra, el conjunto se cura como un componente terminado para ser desmoldeado del molde cerrado en un último paso.
Entre estos pasos, se debería prestar especial atención a la inyección/infusión de resina dado que influye significativamente en la calidad de las piezas terminadas. Por ejemplo, la viscosidad, la temperatura o la presión de la resina en las entradas de puertos de resina son parámetros clave para este tipo de proceso de fabricación.
Además, con respecto a la preforma de fibra, la permeabilidad del tejido (definida como la facilidad con la que un fluido puede fluir a través de un medio poroso) juega un papel esencial en el proceso de infusión. Aunque teóricamente se podría medir la permeabilidad, en aplicaciones prácticas, los problemas que surgen durante el preformado (es decir, la colocación en el molde) y las etapas de preparación la modifican y la hacen realmente impredecible hasta el momento.
Estas alteraciones inducidas por las tareas de preparación en relación con las disposiciones teóricas afectan fuertemente al avance del flujo de resina a lo largo del interior de la cavidad del molde y llegan a ser una fuente potencial de defectos tales como porosidad o falta de impregnación.
Hoy en día, un enfoque típico para resolver este problema se centra en el modelado correcto cuya fiabilidad depende de la correcta caracterización del proceso y el material (es decir, las entradas del software de simulación), así como de la capacidad del trabajador para manejar el material y llevar a cabo las tareas sin cambiar las entradas de simulación ya estimadas.
Las inspecciones no destructivas se realizan cuando las piezas de material compuesto están terminadas, ya que hay factores aleatorios que contribuyen al rechazo o descarte de piezas, especialmente debido a problemas de porosidad.
Como resultado, los esfuerzos para mejorar el modelado solamente han mitigado estos defectos en las piezas terminadas. Por lo tanto, en vista de los defectos potenciales en las piezas terminadas que se pueden rechazar, conllevando de este modo un impacto en el coste y el tiempo, y las soluciones encontradas en el estado de la técnica, es necesario proporcionar una solución rentable que tenga en cuenta el flujo de resina correcto a través de la preforma de fibra con el fin de aumentar la tasa de producción de materiales compuestos terminados con calidad aceptable.
Como esta solución es de especial aplicación en aeronáutica, debería ser compatible con los procesos, la calidad y el tiempo de entrega de las piezas de material compuesto aeronáuticas tales como bastidores o costillas o cualquier otra pieza de material compuesto con tolerancias dimensionales ajustadas.
El documento US2012217382A1 describe un aparato para producir un componente de material compuesto e incluye un depósito de almacenamiento de material para recibir un material líquido, una herramienta de moldeo en la que se forma una región de llenado para ser llenada con material del depósito de almacenamiento de material y una línea de suministro de material que conecta el depósito de almacenamiento de material con la región de llenado de la herramienta de moldeo. En la región de la línea de suministro de material y/o la región de llenado de la herramienta de moldeo se ha dispuesto una fibra óptica, dentro de la cual se integra al menos un sensor de Rejilla de Bragg de Fibra para detectar un parámetro que es característico del flujo de material a través de la línea de suministro de material y/o la región de llenado de la herramienta de moldeo.
Compendio de la invención
La presente invención proporciona una solución a los problemas antes mencionados, mediante un sistema para monitorizar un flujo de resina según la reivindicación 1, una herramienta de fabricación de material compuesto según la reivindicación 8, un método para monitorización de flujo de resina durante una infusión de resina en una preforma de fibra según la reivindicación 9 y un método para fabricar un material compuesto según la reivindicación 13. En las reivindicaciones dependientes, se definen las realizaciones preferidas de la invención.
En un primer aspecto inventivo, la invención proporciona un sistema para monitorizar un flujo de resina durante una infusión de resina en una preforma de fibra para la fabricación de materiales compuestos, como se define en la reivindicación 1.
La 'longitud determinada' es la distancia a la que se dispone una única fibra óptica sobre (de manera similar, en contacto con) una parte de la preforma de fibra. Habrá tantas 'longitudes determinadas' como veces que la fibra óptica entra y sale de la preforma de fibra, como se explicará en lo sucesivo con respecto a la disposición serpenteante de la fibra o fibras ópticas.
La luz reflejada hacia atrás vendría de la dispersión a lo largo de la longitud de la fibra óptica o del reflejo de la luz de las rejillas de Bragg inscritas previamente en la fibra óptica.
En una realización particular, el dispositivo de reflectómetro óptico está configurado para medir la luz de retrodispersión procedente de la dispersión a lo largo de la longitud de la fibra óptica.
En otra realización particular, la al menos una fibra óptica comprende rejillas de Bragg inscritas dentro de la misma al menos a lo largo de la longitud determinada y el dispositivo de reflectómetro óptico está configurado para medir la luz reflejada desde las rejillas de Bragg.
En cualquier caso, como el reflectómetro óptico emite pulsos de luz a través de la fibra o fibras ópticas, estos pulsos entran y salen de la preforma de fibra como lo hace la fibra óptica. En cualquiera de estas discontinuidades donde la fibra óptica alcanza, por ejemplo, un borde de la preforma de fibra, la luz se reflejará hacia atrás volviendo al reflectómetro.
Un reflectómetro es una combinación de una fuente de luz láser y un detector óptico controlado por controles electrónicos y de software. A medida que el reflectómetro emite pulsos de luz temporizados con precisión a través de la fibra óptica, observa o mide además (mediante el detector óptico) una pequeña proporción de luz que se refleja hacia atrás (denominada retrodispersión) mientras que el resto sigue propagándose hacia delante viajando a lo largo de la fibra. Normalmente, la cantidad de luz retrodispersada es una pequeña fracción del pulso emitido, típicamente menos de una millonésima.
La amplitud de la luz reflejada junto con el retardo de tiempo asociado (contado desde el momento cuando se emitió el pulso de luz) permite identificar distancias a lo largo de la fibra óptica (dada la velocidad a la que viaja la luz a lo largo de la fibra óptica). Para sintonizar el reflectómetro, típicamente se programa previamente con el valor del Índice de Refracción Óptico de la fibra para permitir que el reflectómetro identifique correctamente la longitud y la posición de cualquier discontinuidad que se observan como regiones de niveles más altos o más bajos (es decir, variaciones) de la luz reflejada a medida que el pulso de luz viaja a través de la fibra óptica.
En la presente descripción, el reflectómetro se debería calibrar además - antes de infundir resina en la preforma de fibra - con la longitud o longitudes determinadas de la fibra o fibras ópticas sobre o dentro de la preforma de fibra. En particular, la fibra óptica dentro de la preforma se debería calibrar además de modo que longitud o longitudes determinadas de la fibra o fibras ópticas se correlacionen de manera cruzada con su posición en el molde con el fin de facilitar un mapeo de la resina durante la infusión. Además, las coordenadas de las secciones o puntos de la longitud o longitudes determinadas que forman la malla de infusión de resina se calibran al principio del proceso, es decir, antes de infundir resina.
En otras palabras, los pulsos de luz temporizados se reflejan hacia atrás cuando se alcanza una discontinuidad, de modo que los pulsos de luz temporizados se puedan correlacionar con la distancia en base a la longitud o longitudes determinadas.
Por lo tanto, las características originales de la luz reflejada se asociarían a los bordes o coordenadas de la preforma de fibra con respecto al molde donde entra o sale la fibra o fibras ópticas, en caso de que haya alguna.
La fibra o fibras ópticas forman una 'malla de infusión de resina' sobre o dentro de la preforma de fibra o una parte de la misma. Una malla de infusión de resina es un patrón de malla que fomenta el flujo de resina durante el proceso de infusión. La malla de infusión de resina crea un camino preferible para la correcta distribución de la resina dentro de la preforma de fibra en la medida que proporciona una tensión superficial más adecuada.
Por consiguiente, con el fin de formar una 'malla de infusión de resina', las fibras ópticas pueden cruzarse entre sí en una configuración o bien plana o bien entrelazada.
A diferencia de las soluciones encontradas en la técnica anterior donde la eficiencia del proceso se basa tanto en el modelado de software como en el trabajo del operador en el ciclo de fabricación, el sistema según la invención es capaz de detectar la ubicación real del frente de resina correlacionando el pulso de luz reflejada (retrodispersión o retrorreflexión de la rejilla de Bragg de fibra, 'FBG') con la distancia a la que el frente de resina alcanza (o contacta) la fibra o fibras ópticas, en la medida que este 'frente de resina' crea una discontinuidad. Por consiguiente, el sistema proporciona una imagen del frente de resina real durante todo el proceso de infusión de resina.
Los factores impredecibles que conllevan el rechazo de piezas terminadas en la técnica anterior por los ensayos no destructivos, se evitan por el presente sistema dado que hay un control a lo largo de todo el proceso de infusión de resina que permite una actuación eventual para desplazar o compensar el seguimiento de carrera. El seguimiento de carrera es un efecto indeseable que ocurre cuando hay una velocidad del frente de resina inadecuada durante la infusión o hay áreas de la preforma de fibra con falta de o insuficiente resina.
Como consecuencia, el presente sistema detecta estas irregularidades en el flujo de resina, tales como una velocidad demasiado baja/rápida o incluso áreas no impregnadas en la resina de fibra. Como el flujo de resina seguirá preferiblemente el patrón de malla de fibra óptica, se asegura una correcta monitorización del frente de resina a lo largo de todo el camino o caminos predeterminados de la fibra o fibras ópticas.
Otra ventaja de la presente invención es que el sistema proporciona además un mapeo térmico directo del interior del molde cerrado durante el proceso de infusión de resina dado que la señal de retrodispersión se ve altamente afectada por la temperatura. Es decir, todavía hay una variación en la retrodispersión donde la resina alcanza la fibra óptica, pero el valor de línea base es diferente según la temperatura general en el interior del molde.
Como la malla de infusión de resina puede cubrir toda la preforma de fibra, la temperatura en el interior del molde se puede conocer en toda su extensión.
Esta medición de temperatura se puede usar además para correlacionar entre la temperatura interna real del molde y la temperatura prevista del modelado para tomar cualquier acción necesaria en la producción.
En una realización particular, al menos una fibra óptica serpentea la preforma de fibra de manera que dicha al menos una fibra óptica cubra la parte de la preforma de fibra en una pluralidad de longitudes determinadas.
En una realización particular, el sistema comprende además una unidad de control configurada para recibir como entradas:
- la geometría de la preforma de fibra,
- la distribución de las fibras ópticas sobre o dentro de la preforma de fibra que forma la malla de infusión de resina al menos una longitud determinada, y
- del reflectómetro, el frente de resina como la distancia donde el flujo de resina alcanza la al menos una fibra óptica a lo largo de cada una de la al menos una longitud determinada;
en donde la unidad de control está configurada además para modificar al menos un parámetro de infusión de resina en base a las entradas recibidas durante el proceso de fabricación.
Es decir, la unidad de control del sistema (formada por electrónica y software) actúa automáticamente sobre al menos un parámetro de infusión en al menos un puerto de infusión del molde. Normalmente, estos parámetros son la presión (relacionada con el caudal) y la temperatura (relacionada con la viscosidad) de la resina a ser inyectada.
En ausencia de esta unidad de control, un operador que siga la lectura del frente de resina del presente sistema puede actuar manualmente sobre estos parámetros del mismo modo. Sin embargo, no se enfatizará en el retardo de tiempo y la precisión.
En una realización particular, la unidad de control está configurada para modificar el al menos un parámetro de infusión de resina en base a un algoritmo predictivo que comprueba si un estimador determinado está dentro de un intervalo de confianza establecido.
En una realización particular, la unidad de control está configurada además para recibir un camino esperado del frente de resina determinado según la geometría de la preforma de fibra y la distribución de la fibra óptica, de modo que la unidad de control esté configurada para modificar los parámetros de infusión de resina cuando el estimador determinado está fuera del intervalo de confianza de tal forma que el frente de resina sigue tal camino esperado. En un segundo aspecto inventivo, la invención proporciona un utillaje de fabricación de material compuesto, el utillaje que comprende:
- o bien un molde cerrado de dos partes o bien un molde cerrado por un solo lado por bolsa de vacío;
- opcionalmente, placas de presión;
- equipo de calentamiento;
- un medio de accionamiento de impregnación; y
- un sistema para monitorizar el flujo de resina durante la infusión de resina en una preforma de fibra según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo.
Por ejemplo, un molde cerrado de dos partes se usa en el 'Moldeo por Transferencia de Resina' ('RTM'), mientras que un molde cerrado por un solo lado por bolsa de vacío se usa en las técnicas de fabricación de 'Infusión de Película de Resina' (‘RFI'), de 'Infusión de Resina' ('RI') o 'Infusión de Vacío Modificada' ('MVI').
Las placas de presión se pueden usar con las técnicas de 'RFI', 'RI' y 'MVI', por ejemplo.
El equipo de calentamiento puede ser un horno, un autoclave (solamente adecuado para 'RFI', 'RI' y 'MVI'), un equipo de infusión de calentamiento integral para 'MVI', o incluso una prensa calentada o moldes calentados integralmente para 'RTM'.
Además, los medios de accionamiento de impregnación son de vacío (menos de 1 bar, presión absoluta) para las técnicas de 'RFI', 'RI' y 'MVI'; mientras que 'RTM' utiliza presión (más de 1 bar) y, opcionalmente, 'RTM' puede ser asistido por vacío.
En un tercer aspecto inventivo, la invención proporciona un método para monitorizar un flujo de resina durante una infusión de resina en una preforma de fibra para la fabricación de materiales compuestos, como se define en la reivindicación 9.
En un cuarto aspecto inventivo, la invención proporciona un método para fabricar un material compuesto, como se define en la reivindicación 13.
Se ha de señalar que la fibra o fibras ópticas están dispuestas en una parte de la preforma de fibra formando una malla de infusión de resina. Si hay más de una capa de la preforma de fibra, la fibra o fibras ópticas se pueden disponer en cualquier paso intermedio del proceso de colocación o apilado de modo que al menos una fibra óptica se quede incrustada en la misma.
Todas las características descritas en esta especificación (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) y/o todos los pasos del método descrito se pueden combinar en cualquier combinación, con la excepción de combinaciones de tales características y/o pasos mutuamente excluyentes.
Descripción de los dibujos
Estas y otras características y ventajas de la invención llegarán a ser claramente entendidas a la vista de la descripción detallada de la invención que llega a ser evidente a partir de una realización preferida de la invención, dada solo como ejemplo y que no se limita a la misma, con referencia a los dibujos.
Figura 1: Esta figura muestra una disposición esquemática de una fibra óptica sobre o dentro de menos una parte de una preforma de fibra.
Figura 2a: Esta figura muestra una realización particular de la medida de variación en la luz reflejada para un pulso de luz emitido durante el paso de calibración frente a la longitud de la fibra óptica mostrada en la figura 1.
Figura 2b: Esta figura muestra una realización particular de la medida de variación en la luz reflejada por cada pulso de luz emitido frente a la longitud de la fibra óptica mostrada en la figura 1.
Figura 3: Esta figura muestra diferentes imágenes en diferentes momentos grabadas por una cámara de video con la progresión del frente de resina a través de la preforma de fibra mostrada en la figura 1.
Figura 4: Esta figura muestra los resultados para cada longitud determinada de la fibra óptica mostrada en la figura 2, así como los resultados de la cámara de video trazados por separado frente al tiempo.
Figura 5: Esta figura muestra un gráfico de la Ley de Darcy con el avance del frente de resina frente a la longitud de fibra óptica para una parte del mismo.
Descripción detallada de la invención
Como se apreciará por un experto en la técnica, se pueden incorporar aspectos de la presente descripción como un sistema (10), un utillaje de fabricación de materiales compuestos (11) o un método.
Como se mencionó, la presente invención proporciona un sistema (10) capaz de identificar anomalías en el frente de resina (2) y, como consecuencia, en el sistema de producción global - mediante las interfaces entre los controles de producción y este sistema de monitorización (10) - puede modificar in situ los parámetros de inyección para corregir, desplazar o compensar los defectos potenciales (tales como la porosidad) en las piezas terminadas.
La figura 1 representa un ejemplo de disposición esquemática de una fibra óptica (1) sobre o dentro de al menos una parte de una preforma de fibra (3). Con propósitos ilustrativos, solamente se muestra una fibra óptica (1).
La preforma de fibra (3) mostrada esquemáticamente en la vista superior son cinco capas de tejido de material compuesto (capas de tejido unidireccionales) con unas dimensiones de 250 x 290 mm. Además, la fibra óptica (1) serpentea tal preforma de fibra (3) de manera que dicha al menos una fibra óptica cubra la parte de la preforma de fibra en tres longitudes determinadas, denominadas (A), (B) y (C).
Estas longitudes determinadas (A, B, C) o segmentos de la fibra óptica que entran y salen de la preforma de fibra cubren:
- Una longitud determinada (A) de 0,7413 a 0,942 m. de la fibra óptica (1),
- Una longitud determinada (B) de 1,4304 - 1,231 m. de la fibra óptica (1), y
- Una longitud determinada (C) de 1,8327 a 2,050 m. de la fibra óptica (1).
Para infundir la resina en la preforma de fibra (3) para la fabricación de material compuesto, el utillaje de fabricación de material compuesto (11) comprende un molde (placa) de aluminio de una sola cara cerrado por una bolsa de vacío (13). La bolsa de vacío permite ver a través, por lo que una cámara de video puede grabar el frente de resina (2) a lo largo del proceso de infusión de resina como se explicará en la figura 3 con propósitos comparativos.
Las figuras 2a y 2b representan la variación real de la luz reflejada medida en cada pulso de luz emitido por el reflectómetro (no mostrado en estas figuras) frente a la longitud de la fibra óptica detallada en la figura 1. Particularmente en estas figuras, se representa la luz retrodispersada medida por el dispositivo de reflectómetro óptico.
La retrodispersión de la fibra óptica frente a la distancia antes de la inyección permite calibrar los pulsos de luz temporizados con la distancia en base a las tres longitudes determinadas (A, B, C) de la fibra óptica (1) dispuesta con la preforma de fibra. Es decir, sin resina infundida aún, los picos de retrodispersión (16) mostrados en el gráfico de la figura 2a corresponden a los bordes (3.1) de la preforma de fibra (3) donde entra o sale la fibra óptica (1) serpenteante.
La comparación entre la situación inicial (figura 2a) y a lo largo del tiempo (figura 2b) proporciona la ubicación precisa del flujo del frente de resina (2).
La figura 2b muestra la amplitud de la intensidad en la señal de luz reflejada para las diferentes longitudes determinadas de fibra. Como se puede ver, las tres longitudes determinadas de la figura 1 (identificadas como (A), (B) y (C)) corresponden a cada uno de los 'pozos' de la figura 2b.
Tras el inicio de la inyección/infusión, a medida que avanza el frente de resina (2), alcanza gradualmente la fibra óptica (1) - de la malla de infusión de resina - a lo largo de sus longitudes determinadas (A, B, C), la retrodispersión óptica de la fibra óptica se modifica progresivamente y la medición de la variación de la retrodispersión permite seguir la evolución del frente de flujo de resina (2) en el interior del molde.
La evolución de la respuesta de retrodispersión óptica a lo largo del tiempo de inyección se puede ver por separado para cada longitud determinada (A), (B) y (C). Por lo tanto, para este ejemplo donde se espera un frente de resina uniforme (2), si la posición de la resina en cada longitud determinada se ve desequilibrada, puede conllevar un seguimiento de carrera.
Las mediciones de la figura 2b muestran una línea base (15) desde la cual los respectivos picos (16) se proyectan. Estos picos (16) pueden estar asociados a bordes (3.1) de la preforma de fibra (3) o extremos de las distancias determinadas en la figura 2a, así como el frente de resina (2) en la figura 2b. Como se puede ver, la evolución de la respuesta de retrodispersión óptica es un desplazamiento de los picos (16) mostrados en la figura 2b, mientras que la línea base (15) es un indicador de la temperatura en el interior del molde.
La coincidencia o los puntos de intersección entre la línea base (15) y los picos (16) una vez que ha comenzado la inyección en el interior del molde determina las posiciones posteriores del frente de resina (2). Por lo tanto, detectando los puntos de intersección de todos los picos (16) de cada uno de los gráficos con la línea base (15), se monitoriza el avance del frente de resina (2). Esta evolución del frente de resina (2) (inferida por los picos (16)) se representa en la figura 2b.
A medida que avanza el frente de resina (2), estos picos (16) pueden distorsionarse y llegar a ser difícil de identificar el punto exacto donde se sitúa el frente de resina en la medida que los picos (16) son menos abruptos o no se cruzan de manera distinguible con la línea base (15). Una relación entre el punto de intersección con la línea base (15) y la inclinación del pico (16) se describirá a continuación para la correcta identificación del frente de resina. El flujo del frente de flujo de resina (2) se ha monitorizado no solamente por la variación de la retrodispersión de la fibra óptica (1), sino también por una cámara de video para correlacionar los resultados. La figura 3 muestra un conjunto de imágenes instantáneas en diferentes momentos grabadas por la cámara de video con la progresión del frente de resina (2) a través de la preforma de fibra (3).
El área oscura corresponde a la parte de la preforma de fibra (3) donde se ha impregnado la resina, mientras que el área más clara es aún tejido seco. Se puede ver además un frente de resina (2) uniforme, por lo que no ha tenido lugar ningún seguimiento de carrera.
En la figura 4 se han trazado conjuntamente las mediciones de ambas tecnologías (la cámara de vídeo de referencia y el sistema (10) según la invención). Se muestra que las mediciones de retrodispersión de la fibra óptica (2) reproduce la expresión logarítmica que normalmente define el avance de la resina (2). Los resultados para cada longitud determinada de la fibra óptica mostrados en la figura 2 se han trazado por separado.
Los pulsos de luz emitidos por el reflectómetro y la grabación de la cámara de video se han sincronizado en el tiempo y encendido simultáneamente. De este modo, se demuestra la fiabilidad de los datos de fibra distribuidos. En particular, la posición de referencia de longitud determinada B se ha tomado para la grabación de la cámara de video en el presente experimento, en otras palabras, se ha tomado cómo avanza el frente de resina a lo largo del punto medio de la preforma de fibra.
Como se mencionó, el sistema (10) de la presente invención puede comprender además una unidad de control (no mostrada en estas figuras) configurada para recibir entradas sobre la geometría de la preforma de fibra y la distribución de la fibra o fibras ópticas, así como el frente de resina del reflectómetro. En base a estas entradas recibidas, la unidad de control modifica al menos un parámetro de infusión de resina durante el proceso de fabricación.
El funcionamiento de la unidad de control se basa en un algoritmo predictivo que comprueba si un estimador determinado calculado mediante los resultados de la figura 2b está dentro de un intervalo de confianza establecido. Este algoritmo predictivo utiliza un modelo de regresión múltiple y cálculo por mínimos cuadrados de los estimadores. Los estimadores son la pendiente de los picos (16) y la intersección con la línea base (15), y se calculan mediante operaciones matriciales.
Por lo tanto, estos puntos que identifican la posición del frente de resina para cada pulso de luz emitido por el reflectómetro se espera que estén dentro de un intervalo de confianza establecido en el modelo predictivo. Si es así, es decir, si la siguiente medición correspondiente al siguiente pulso de luz emitido por el reflectómetro, en particular el punto que se cruza con la línea base para cada longitud determinada de la fibra óptica, está dentro del intervalo de confianza (es decir, con a = 0,05), el mismo ajuste se usa para el siguiente punto. No obstante, si el siguiente punto detectado no está dentro del intervalo de confianza, se pueden seguir dos posibles opciones:
i. o bien modificar los parámetros de infusión de los puertos de modo que el frente de resina siga el ajuste del comportamiento anterior; o bien
ii. seleccionar este punto como el nuevo punto válido y luego estimar el siguiente punto según las nuevas curvas que incluyen este punto.
Para N observaciones (donde las 'observaciones' son el grupo de puntos de cada una de las curvas de la figura 2b, es decir, cada pulso de luz), la línea recta de regresión tiene n 1 parámetros de estimación de la siguiente manera:
Figure imgf000008_0001
Donde ‘y’ es el vector de respuesta, 'X' la matriz de variables experimentales, ‘p’ el vector de parámetros que contiene cada uno de los estimadores pertenecientes a cada una de las variables o las observaciones, y ‘u’ es un vector de error asociado con el ajuste.
Además, el vector de parámetros de estimador es de la siguiente manera
Figure imgf000008_0002
Si se da el ajuste, el vector de respuesta (‘y’) para las observaciones ‘X’ se estima de la siguiente manera:
Figure imgf000008_0003
Donde el símbolo ‘A’ denota ‘estimado’. Además, teniendo un punto (x, y), se puede determinar la desviación del valor predicho por nuestro ajuste de regresión lineal.
Esta desviación o distancia que se define como:
e — y ~ 9
Donde ‘y’ es el valor experimental e es el valor estimado.
Analizando la varianza con el nuevo punto estimado, y usando además la hipótesis estadística establecida por el valor p, la significación del modelo se puede determinar dentro de un determinado nivel de significación alfa (en particular, a = 0,05). Este cálculo no solamente valida el modelo sino que también corrobora la alta correlación de las variables que participan en el proceso de inferencia (xi, y )
Por otra parte, calculando el intervalo de confianza de un nuevo punto estimado con el modelo significativo anterior, se puede determinar qué puntos van a estar dentro de ese intervalo de confianza y, de este modo, en caso de que el punto de intersección no esté claro, por ejemplo, debido a difuminado de la señal, estimarlo dentro del intervalo de confianza.
Esta predicción ayuda a conocer qué parámetros necesitan ser controlados (velocidad, presión, temperatura, etc.) en caso de que no se conozca el nuevo punto experimental dentro del modelo predictor.
Todas estas estimaciones se repiten para cada uno de los puntos experimentales detectados, permitiendo que aquellos borrosos (debido a las deficiencias experimentales tratadas anteriormente) se estudien aún más. Por lo tanto, el avance del frente de resina (2) se define con precisión y reduciendo el error en los puntos de intersección con la línea base (15).
El avance del frente de resina por los puntos de intersección en la primera longitud determinada (A) de la figura 2b se representa por la curva mostrada en la figura 5. Corresponde a un ajuste potencial o Ley de Darcy que da cuenta del avance del frente de resina.
Como a partir de los puntos de intersección mostrados en la figura 5, se puede estimar el avance del frente de fluido en caso de que tales puntos de intersección no estén totalmente claros. En este escenario, para el ajuste se puede realizar una inferencia estadística no lineal (tipo Xn, con n aproximadamente 0,5 si el avance se considera correcto). Se debería señalar que la parte final del frente de resina es donde se pueden ver los puntos más borrosos y por lo tanto el ajuste necesario, particularmente para el 20% final del frente de resina a través de la preforma de fibra. En esa parte, se deberían estimar nuevos puntos y sus errores decidiendo si actuar con el fin de corregir el avance del frente de resina. De manera similar, en el caso de que ninguna de las curvas se cruce, se puede usar el método de optimización anterior para determinar la intersección correcta y por lo tanto calcular el punto del avance del frente de resina en esa área de la preforma de fibra.
Se señala además que una alta correlación en cómo avanza el frente de resina a lo largo de las diferentes longitudes determinadas de la fibra óptica conlleva un frente de resina más homogéneo.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (10) para monitorizar un flujo de resina (2) durante una infusión de resina en una preforma de fibra (3) para la fabricación de materiales compuestos, el sistema (10) que comprende:
- un dispositivo de reflectómetro óptico configurado para emitir pulsos de luz a través de fibras ópticas y para medir la luz reflejada hacia atrás; y
- al menos una fibra óptica (1) conectada al reflectómetro y dispuesta sobre o dentro de al menos una parte de la preforma de fibra (3) sobre una longitud determinada (A, B, C),
- la preforma de fibra (3),
en donde una pluralidad de las fibras ópticas (1) se distribuye para formar una malla de infusión de resina sobre o dentro de la al menos una parte de la preforma de fibra (3); y
en donde el reflectómetro está configurado además para:
- calibrar los pulsos de luz temporizados con distancia en base a la longitud determinada (A, B, C) de la fibra óptica (1) dispuesta sobre o dentro de la preforma de fibra (3);
- medir la variación de la luz que se refleja hacia atrás por cada pulso de luz emitido; y
- correlacionar la distancia a la que la resina (2) alcanza la al menos una fibra óptica (1) de la malla de infusión de resina a lo largo de su longitud determinada (A, B, C) a medida que avanza el flujo de resina (2).
2. El sistema (10) según la reivindicación 1, en donde el dispositivo de reflectómetro óptico está configurado para medir la luz de retrodispersión.
3. El sistema (10) según la reivindicación 1, en donde la al menos una fibra óptica (1) comprende rejillas de Bragg inscrita en la misma al menos sobre la longitud determinada (A, B, C), y el dispositivo de reflectómetro óptico está configurado para medir la luz reflejada desde las rejillas de Bragg.
4. El sistema (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde al menos una óptica fibra (1) serpentea la preforma de fibra (3) de manera que dicha al menos una fibra óptica cubra la parte de la preforma de fibra en una pluralidad de longitudes determinadas (A, B, C).
5. El sistema (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el sistema (10) además comprende una unidad de control configurada para recibir como entradas:
- la geometría de la preforma de fibra (3),
- la distribución de las fibras ópticas (1) sobre o dentro de la preforma de fibra (3) que forman la malla de infusión de resina al menos una longitud determinada (A, B, C), y
- desde el reflectómetro, el frente de resina (2) como la distancia donde el flujo de resina (2) alcanza la al menos una fibra óptica (1) a lo largo de cada una de la al menos una longitud determinada (A, B, C);
en donde la unidad de control está configurada además para modificar al menos un parámetro de infusión de resina en base a las entradas recibidas durante el proceso de fabricación.
6. El sistema (10) según la reivindicación 5, en donde la unidad de control está configurada para modificar el al menos un parámetro de infusión de resina en base a un algoritmo predictivo que comprueba si un estimador determinado está dentro de un intervalo de confianza establecido.
7. El sistema (10) según la reivindicación 6, en donde la unidad de control está configurada además para recibir un camino esperado de frente de resina (2) determinado según la geometría de la preforma de fibra (3) y la distribución de la fibra óptica (1), de modo que la unidad de control se configure para modificar los parámetros de infusión de resina cuando el estimador determinado está fuera del intervalo de confianza de tal forma que el frente de resina (2) sigue tal camino esperado.
8. Un utillaje de fabricación de material compuesto (11), el utillaje que comprende:
- o bien un molde cerrado de dos partes o bien un molde cerrado por un solo lado por bolsa de vacío (12);
- opcionalmente, placas de presión;
- equipo de calentamiento;
- un medio de accionamiento de impregnación; y
- un sistema (10) para monitorizar el flujo de resina (2) durante la infusión de resina en una preforma de fibra (3) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Un método para monitorizar el flujo de resina (2) durante una infusión de resina en una preforma de fibra (3) para la fabricación de materiales compuestos, el método que comprende los siguientes pasos:
- proporcionar un sistema (10) para monitorizar un flujo de resina (2) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7; en donde la al menos una fibra óptica (1) está dispuesta sobre o dentro de al menos una parte de una preforma de fibra (3), una pluralidad de fibras ópticas (1) que forma una malla de infusión de resina;
- emitir por el reflectómetro pulsos de luz a través de la al menos una fibra óptica (1) y medir la luz reflejada hacia atrás;
- calibrar por el reflectómetro, los pulsos de luz temporizados con la distancia en base a la longitud determinada (A, B, C) de la fibra óptica (1) dispuesta sobre o dentro de la preforma de fibra (3);
- tras la infusión de resina en la preforma de fibra (3), medir la variación en ese pulso de luz que se refleja hacia atrás por cada pulso de luz emitido; y
- correlacionar la distancia a la que la resina (2) alcanza la al menos una fibra óptica (1) de la malla de infusión de resina a lo largo de su longitud determinada (A, B, C) a medida que avanza el flujo de resina.
10. El método según la reivindicación 9, cuando el sistema (10) para monitorizar el flujo de resina (2) es según la reivindicación 5, el método que comprende además el paso de:
- modificar al menos un parámetro de infusión de resina en base a las entradas recibidas durante el proceso de fabricación.
11. El método según la reivindicación 10, cuando el sistema (10) para monitorizar el flujo de resina es según la reivindicación 6, método que comprende además los pasos de:
- comprobar, por la unidad de control, si un estimador determinado está dentro de un intervalo de confianza establecido por un algoritmo predictivo; y
- modificar el al menos un parámetro de infusión de resina en consecuencia.
12. El método según la reivindicación 11, cuando el sistema (10) para monitorizar el flujo de resina es según la reivindicación 7, el método que comprende además el paso de:
- modificar, por la unidad de control, al menos un parámetro de infusión de resina cuando el estimador determinado está fuera del intervalo de confianza de tal forma que el frente de resina siga el camino esperado.
13. Un método para fabricar un material compuesto, el método que comprende los pasos de:
- proporcionar un utillaje de fabricación de material compuesto (11) según la reivindicación 8;
- depositar al menos una preforma de fibra (3) sobre el molde;
- disponer la al menos una fibra óptica (1) sobre una parte de dicha preforma de fibra (3), una pluralidad de fibras ópticas (1) que forma una malla de infusión de resina;
- cerrar el molde (12) o bien mediante un molde de cierre o bien mediante una bolsa de vacío;
- aplicar calor por el equipo de calentamiento;
- aplicar vacío y/o presión por los medios de accionamiento de impregnación;
- inyectar o infundir la resina en la preforma de fibra (3); y
- monitorizar el flujo de resina (2) durante la infusión de resina en una preforma de fibra (3) según el método de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12.
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