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实时自动铺层检测系统将用于大型航空复材结构制造
单位:发展中心   作者:刘亚威 发布时间:2017-12-14 14:27:41

  对一个大型复合材料零件,如需要数百层铺层的桶形机身,通过自动化流程提升检测效率的影响是显著的。例如,在一篇由法孚(原MAG)辛辛那提和波音研究人员提供的报道中,使用优化的自动铺丝工艺生产普通桶形机身时,检测和返工仍旧占总零件生产时间的60%201311月也报道过A350飞机34.5m长翼梁生产中,检测员使用一个放大镜手动检查一小片区域,效率很低。

  Flightware公司针对这个问题开发了实时自动铺层检测(RTAPI)系统,它包括一个商业现货激光轮廓测定仪,在压辊之后测量自动铺放头铺放的复合材料丝束带的高度。行扫描仪或轮廓测定仪是一个很有用但非常便宜的传感器,日本Keyence的产品在食品加工等行业广泛使用。轮廓测定仪包括一个激光线发生器和一个摄像头。传感器收集高度和宽度点测量数据(每个丝束路线约1000点),向软件程序和用户界面传递点云数据,之后数据转化为想要的铺放特征,如丝束边缘、带端(增加或减少)、间隙、重叠等。

自动铺丝的铺层现在可以实时自动检测

  公司首先与法孚辛辛那提合作,现在与自动动力公司(ADC)合作,系统直接在铺放头上安装了轮廓测定仪。法孚的合作中,Viper7000龙门自动铺丝机上使用了它,ADC的合作中,在其机械臂式的热固性铺丝头上进行了概念演示验证。早期工作中,系统能够在10s内探测单一路线的所有特征,最近则缩短到近乎实时。由于数据量巨大,需要并行处理,多个计算机核心或CPU并行工作。

软件对比零件设计模型和已制造铺层以探测间隙、重叠、位置不对的层、增加延迟、外部物体探测(FOD)等等。通过分析大型3D点云,RTAPI软件显示出探测到的铺层关键特征:丝束边缘和丝束增加/减少位置。Flightware公司与CGTech公司合作采用行业领先的VCP自动铺丝编程软件,读取和显示RTAPI系统自动探测到的铺层缺陷。VCP程序以图形化显示零件铺层,所有缺陷及其位置。缺陷类型的显示使用符号学和颜色代码,让操作员知道看哪里和看什么。操作员不用费力寻找缺陷,现在可以在必要时直接修理缺陷并继续铺放。

用户缺陷公差(如最大允许间隙、接头间距等)可轻易迅速地在系统图形用户界面(GUI)上定义和存储。每个客户有自己的接受/拒绝范围,系统可以接受并允许操作员选择的任何质量保证准则。目前,Flightware正在研究更快找到更多类型的缺陷,包括铺层边缘(EOP)违规或两条带接头在同一铺层中位于12英寸之内。比如,当前正研究编写算法以识别有扣的丝束、桥接的丝束、FOD、扭曲的带和起球。 

 RTAPI软件显示铺层缺陷 

  自动铺层检测技术最先在2014年由NASA资助的项目开发。最近,美国国防部国防后勤局(DLA)资助该工作以实现“实时”(RT)操作,所以才有了RTAPI这个缩写。当前的项目包括在实际、复杂航空零件上演示验证该系统。计划是用ADC的自动铺丝机(具备RTAPI能力)构建数个零件,以两种方式检测铺层:手动(当前实践)和在铺放零件时使用自动系统。这样就可以衡量RTAPI的性能,看看有没有遗漏和错误的探测。该系统在这些准则达到低水平前不能算有用,客户将需要RTAPI足够可靠的过硬证据,才能换掉人类检测员。手动检测时间也将被记录,这对计算RTAPI带来的节省以及投资回报率很重要。

  Flightware也在积极寻找航空制造商,对其自动铺丝零件利用RTAPI带去好处,同时演示验证系统。系统演示验证预定在明年执行。Flightware打算许可软件给感兴趣的组织,公司正寻找与感兴趣的机床制造商合作,以为特定机床定制传感器的安装。当前的DLA项目资助到2019年,因此制造商将有足够的机会拥有该系统。

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