创新传感技术应用于自动化复合材料检查分析

复合材料在航空航天制造中的使用正在迅速加速，现在世界上机队中最先进的飞机是由50%以上的复合材料制成的。 与传统的铝制飞机相比，这些新一代飞机更轻巧，更省油，更有利可图，并且显着减少了CO 2排放。但是，复合材料的生产成本要高得多，部分原因是复合材料还不如金属容易理解，因此，该行业每年花费数百万美元缓慢检查每个零件的缺陷，然后才能认为它足够安全，可以替代飞机上的零件。 而且检查复合部件并不容易。

然而，尽管具有所有优点，但在飞机制造中使用复合材料仍存在挑战。碳纤维零件的性能与传统使用的金属不同，具有各向异性，具有层状结构，并且可能会失效而不会出现明显的劣化迹象。此外，制造缺陷，例如损坏或未对准的纤维，空隙和分层，可能导致材料性能下降。

因此，重要的是使用无损评估(NDE)技术以确保组件满足所需的机械性能。这些NDE要求目前占制造时间的10%和制造成本的5%，这意味着有很大的空间来改进和加速这些过程。另外，当前的技术具有缺点，其中超声波检查需要使用会在制造环境中增加水分的耦合剂，而X射线对于车间使用可能是危险且昂贵的。

超声波检查是最常用的技术，最高速度约为1m 2 /小时，但有人尝试将自动化引入该过程。但是，由于过程的敏感性，这已被证明是困难的。因此，TWI与CFLUX项目的一个项目合作伙伴联盟一起 开发了一种检查系统，该系统的工作潜力为30m 2 /小时，这比手动超声NDE快30倍，比超声波NDE快8倍。超声波龙门系统。

CFLUX联盟开发了创新的传感器技术，可以使灵敏度比以前提高1000倍，从而检索出以前无法实现的高质量，高分辨率信号。不仅如此，而且这项技术很小，可以轻松地开发出具有弹性和灵活性的多传感器阵列，非常适合在生产线机器人中使用，从而真正加快并降低了检查过程的成本。

制造商需要技术来检查其碳纤维组件的内部结构，而CFLUX正是为此而设计的。灵感来自用于铝制飞机的传统涡流无损检测技术。这些可以快速有效地发现隐藏的缺陷，但要依靠金属的良好导电性。碳纤维的导电性是铝的1000倍，这使得涡流测试直到现在还无法进行。

项目合作伙伴正在开发两种非接触式干式NDE碳纤维技术。这些技术将使用自动化和先进的涡流技术来识别较大制造零件中的次表面缺陷，从而对原材料进行全面的质量保证。

该项目涉及演示器部件的设计，该演示器部件将通过NDE技术与有限元分析和机械测试一起进行，这些技术通过“ cobot”和查看/询问软件与自动化集成在一起。

TWI技术中心(威尔士)自2012年以来一直在使用工业机器人进行自动化无损检测(NDT)，并一直在努力改善现有设置。尽管到目前为止的研究都集中在将NDT集成到制造过程中，但TWI还在开发一种更灵活的自动化检查解决方案，用于较小的零件检查，可以与人工操作人员一起使用。Cobot易于编程，可以与外部设备连接，并可以六个自由度定位NDT传感器。协作机器人具有高分辨率的力扭矩传感器，可以使其“感觉”并跟随表面，同时在表面上施加受控力。这对于超声波检查和潜在的涡流检查尤其重要。

由英国创新基金会资助的项目最近达到了一个里程碑，将3D样本用于扫描测试。用金属垫圈增强的塑料假人零件用于产生正信号，该正信号可用于调整涡流响应。在将系统信号集成到TWI CFLUX软件之前，此脱机路径规划是在RoboDK软件上执行的。将定制的EtherNDE涡流探头的幅度信号绘制在3D网格上，以在屏幕上创建CAD类型的模型结果。

这是第一个突破，是创建最终系统的一大步骤，该系统将允许对航空航天工业的复合零件进行检查。