專利名稱：用于檢測和測量復合材料中間隙和搭接的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及檢測和測量復合材料敷層表面的間隙和搭接的方法及裝置。
復合材料越來越多地應用于需要高的強度重量比的多種產(chǎn)品的制造過程中。復合材料是一種由兩個或多個具有不同類型的強度或彈力的成分組成的材料。例如，把具有高拉伸強度的碳纖維嵌入到環(huán)氧樹脂中。這種結(jié)合產(chǎn)生了可以形成為多種形狀并且強度比均等的鋼高許多倍的材料。
在典型的復合材料制造過程中，碳或其它纖維的許多長纖維束(strand)從線軸拉出并伸直，以使它們平行。然后把平行的纖維帶加到并按到一加熱的表面并用環(huán)氧樹脂來保持定位。由于這樣產(chǎn)生的復合材料在纖維伸展的方向強度最強，因此在復合材料制造工藝中要加入若干層纖維。在這種成層或分層工藝中，加入多層合成纖維的方式是使得在后續(xù)層中的纖維相對前一層中的纖維為沿橫向伸展從而產(chǎn)生在每個方向強度都高的材料。一旦這種復合物被形成，它就在干燥器或熱壓器中進行熱固化，產(chǎn)生剛性結(jié)構(gòu)。
盡管這種合成分層處理在生產(chǎn)強度高重量輕的材料方面非常有效，但在制造處理中會出現(xiàn)影響所得材料強度的問題。首先，在加至表面的碳纖維之間會出現(xiàn)間隙。當生產(chǎn)具有許多彎曲處、折疊或曲線的復合器件時這種間隙特別容易出現(xiàn)。明顯尺寸間隙的存在會減弱在間隙的區(qū)域中的所述復合材料的強度。當上述區(qū)域的附近有多個縫隙時，則這種減弱作用組合在一起。同樣地，原打算鄰近和平行的纖維可能相互重疊。重疊的纖維，或“搭接(laps)”也產(chǎn)生了減小強度的區(qū)域。搭接的存在甚至比縫隙的存在更糟。由于纖維在熱處理過程期間擴展，小于一定大小的間隙隨著纖維擴展和相互位移將會被填充。然而，搭接在熱處理過程期間可能變得更壞。重疊的纖維將保留在原處，而且在固化過程期間隨纖維的擴展而伸展。因此，一個搭接在該搭接周圍的復合材料中產(chǎn)生了薄弱區(qū)域。
為了避免制成的材料中的薄弱區(qū)域，纖維的每一層必須檢查其搭接和間隙。典型的作法是，檢查員用眼睛檢查復合材料以尋找搭接和間隙。這是一種特別易出錯的乏味處理過程。因為纖維和間隙都很小，必須使用放大鏡去尋找間隙和搭接。此外，由于碳纖維是黑的，當間隙或搭接下面的纖維也是黑色時，用眼睛發(fā)現(xiàn)纖維頂層中的間隙或搭接尤其困難。此外，精確測量纖維間間隙的尺寸是很難的，因而確定被辨別的間隙是否大到足以造成問題是很困難的。當復合材料被制造得很大時這些問題攪在一起。搜索大復合材料表面的檢查員易于疲勞和眼睛使用過度并且可能遺漏明顯的搭接和間隙。
本發(fā)明提出了一種用于檢查復合材料表面以發(fā)現(xiàn)纖維中像搭接和間隙那樣的瑕疵的簡易和有效的方法和裝置。在優(yōu)選實施例中，使用通常用來數(shù)字化文件的電子掃描器從要檢查的表面上經(jīng)過。掃描器包括一個掃描頭，它具有照射復合材料表面的光源和檢測反射光的光傳感部分或檢測器。通過沿纖維方向掃描表面，檢測出表面層中存在的間隙和搭接。這種方法能夠定量確定搭接或間隙的尺寸和相鄰的搭接或間隙之間的距離，以便制造者可以確定合成材料是否因為搭接或間隙的存在而被明顯地減弱強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，光學掃描的表面圖像以間隙和搭接能夠觀看的方式被顯示。在優(yōu)選實施例中，掃描圖像在計算機終端顯示器中作圖形顯示。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，搭接或間隙的尺寸可以在顯示器上確定和表示。同樣地，表面上的搭接或間隙與其它搭接、間隙，或其它點間的距離可以被確定和顯示。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，可以調(diào)整掃描分辨率，以適應纖維尺寸和可能的間隙寬度的范圍。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，為了以后的顯示或分析，掃描圖像和搭接及間隙數(shù)據(jù)可以存儲在存儲器中。同樣地，圖像或代表圖像的數(shù)據(jù)可以從存儲器中取出以分析搭接或間隙的圖像。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，可以分析掃描的圖像，以確定由最上層的纖維覆蓋的表面區(qū)域的百分率。
通過下面的參照附圖的詳細說明將會更容易地更好的理解本發(fā)明的上述方面和由此帶來的優(yōu)點。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的搭接和間隙檢測裝置的頂視透視圖；圖2是圖1的搭接和間隙檢測裝置各部件的方框圖；圖3A是具有在表面層中呈現(xiàn)的間隙的復合纖維材料的兩個層的頂視平面圖；圖3B是光學掃描器所觀看的圖3A的復合層的頂視平面圖；圖4是本發(fā)明的由光學掃描器確定的用于存儲掃描的像素值的原始數(shù)據(jù)陣列的圖像；圖5是說明用于掃描和顯示復合敷層(lay-up)材料的整體邏輯的流程圖；圖6是說明用于把選擇的掃描行轉(zhuǎn)換為二值表示的邏輯的流程圖；圖7是示例的像素間隙數(shù)據(jù)陣列；圖8A是示例的寬度數(shù)據(jù)陣列；圖8B是示例的合成寬度數(shù)據(jù)陣列；圖9是說明用于產(chǎn)生寬度數(shù)據(jù)陣列的邏輯流程圖；圖10是說明用于產(chǎn)生合成的數(shù)據(jù)陣列的邏輯的流程圖；圖11是示出三束纖維的掃描顯示的放大圖像；圖12是說明用于確定纖維覆蓋率百分比的邏輯的流程圖。
參見圖1，根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)成的搭接/間隙檢測器一般由標號10表示。包含具有光源和光傳感部件的掃描頭13的電子文件掃描器12經(jīng)電纜14與一般的傳統(tǒng)臺式或筆記本計算機16連接。圖2示出了計算機16的一些關鍵部件。盡管本領域的普通技術人員知道計算機16包括比圖2所示的部件更多的元件，但實施本發(fā)明的優(yōu)選實施例的公開不需要去示出所有的這些普通傳統(tǒng)部件。
CPU20經(jīng)總線32與ROM(只讀存儲器)22和RAM(隨機存貯存儲器)24連接。CPU20響應在ROM中存儲的和在RAM中暫時存儲的程序指令。計算機16還包含像硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器或其它存儲介質(zhì)那樣的存儲部件26。鍵盤28和指示器29經(jīng)總線32與CPU20連接。指示器29是通過與顯示器30配合使用戶能夠指令CPU的鼠標、跟蹤球或其它的裝置。根據(jù)本發(fā)明，CPU被編程以處理由掃描器12提供的數(shù)據(jù)，掃描器12經(jīng)總線32也與CPU連接。由CPU處理的數(shù)據(jù)也在顯示器30上顯示并存儲在存儲裝置26中以備以后使用。
可以根據(jù)本發(fā)明進行搭接和間隙掃描和分析的合成分層材料在圖3A中示出。復合材料的下層由放入環(huán)氧樹脂中的許多纖維41構(gòu)成。對于航空器飛行控制翼面或整流罩來說，通常該纖維層41約1/8英寸厚。每一層上的纖維41同時在一平行條(band)加入若干纖維。盡管任意數(shù)目的纖維41可以同時被施加，但它們經(jīng)常按12、24或32個纖維束的條來施加。類似地，是從帶(tape)的條而不是從平行纖維的帶來構(gòu)成復合敷層。復合材料的表面層42放置在下層40的上面，這樣使表面層42的纖維與下層的纖維41相比橫向地伸展。盡管圖3A只示出了兩個層，但本領域的技術人員將會認識到按照本發(fā)明可以使用任何數(shù)目的層。
盡管在理想的情況下每一層中沒有間隙，但圖中示出了表面層42含有兩個間隙44、46。肉眼可看到間隙44、46但發(fā)現(xiàn)它們很困難，這是因為這些間隙很小而且復合材料的每層是黑色的。這樣，根據(jù)本發(fā)明，掃描器12的掃描頭13以基本平行于表面層42的纖維41的方向掃過表面層42，以形成復合材料的表面的電子圖象。該掃描器產(chǎn)生把表面分成柵格的電子信號，這種格柵形成了被掃描的表面的電子圖象。每個單獨的柵格元素，或像素由一個相對掃描頭13檢測的反射光強的值表示。
當掃描器頭13的光照亮表面層纖維41時，大部分光被反射離開掃描器或被表面層42的纖維41吸收，使得表面層42呈現(xiàn)黑色(很少一點或沒有反射光被檢測到)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)經(jīng)間隙44、46從下層40反射有更多的反射光被檢測到。這樣，通過以基本平行于纖維41的方向進行掃描，當掃描器遇到間隙時掃描器輸出具有較高的光強值(即，表面由具有較高數(shù)值的像素代表)，而當遇到表面纖維時則輸出較低的光強值。
圖3A的復合材料層作為由掃描器12“看見”和由掃描器輸出表示的情況在圖3B中。由于當掃描器遇到表面層42時光通常被吸收或被反射離開掃描器頭13，但光被下層40反射以致掃描器12可以接收到它，因此，間隙44、46就與表面層42上的纖維41區(qū)別開。
在一個實施例中，掃描器12是美國加利福尼亞、Thunderware的Orinda公司生產(chǎn)的Lightning ScanPro256手持掃描器。掃描器12經(jīng)電纜14與計算機16的SCSI(小型計算機系統(tǒng)接口)端連接，在優(yōu)選實施例中是系統(tǒng)7.0下操作的MacIntosh Power Book。傳統(tǒng)的軟件驅(qū)動器判讀掃描器輸出以產(chǎn)生電子位像。
掃描器12包括在掃描頭13每一側(cè)上的輪子17(如圖1中所示)，它接觸被掃描的表面。當掃描器頭13掃過表面時，掃描器對輪子17的轉(zhuǎn)動速度進行判讀并從而調(diào)整采樣速率。在這種方式中，該掃描器產(chǎn)生具有表示被掃描的表面近似相等的尺寸的像素的位像。
掃描器12可以有四英寸的掃描寬度和每英寸400個點(400dpi)的掃描分辨率，使得掃描寬度被分成1600個像素。由于纖維41一般為1/8英寸寬，因此纖維41將具有近似50個像素的寬度。本領域的技術人員會知道掃描器12可以有符合本發(fā)明的各種掃描寬度和分辨率。
除了具有各種可能的掃描分辨率外，掃描器12可以把被掃描圖像的亮度定量為各個可能的范圍。在優(yōu)選實施例中，掃描器12能夠掃描256級灰度。因此，每個像素將具有0至255之間的有關亮度值，接近0的值表示由掃描器頭13檢測的極少的光和接近255的值表示較大的被檢測光強。
為了確保掃描器12的平行于表面層42的纖維的方向掃描，沿著直邊或直尺引導掃描器12。當表面層42被掃描時，從軟件驅(qū)動器接收每個像素的值，并把該值存入計算機16中的如圖4所示的原始數(shù)據(jù)陣列50中。原始數(shù)據(jù)陣列50是具有等于像素中測量的掃描器寬度的寬度的二維陣列。這樣，在優(yōu)選實施例中寬度為四英寸乘以每英寸400光點，或1600像素。原始數(shù)據(jù)陣列50的長度(由圖4中參考符號1表示)是可變的并由掃描的復合材料的長度確定。例如，通過掃描復合材料的八英寸長的部分具有1600個像素寬度和3200個像素長度的原始數(shù)據(jù)陣列50會被產(chǎn)生并存入計算機存儲器中。對每個像素來說，有關的亮度值(如圖4中“#”所示)被存儲。原始數(shù)據(jù)陣列50還可以被存入存儲部件26中供以后的分析之用。
原始數(shù)據(jù)陣列50中存儲的被掃描復合表面的圖象還可以在計算機16的顯示器30上顯示。每個像素被分配一個相對于該像素的亮度值的灰度梯度，并由此相對于在復合材料表面上對應的位置由掃描器頭13檢測反射光通量。盡管在優(yōu)選實施例中使用了灰度梯度，但本技術領域技術人員知道其它顏色或顏色組合的梯度也可以用來顯示被掃描表面的電子圖象。此外，表示掃描器接收的光強的數(shù)值可以被顯示而不需把數(shù)值轉(zhuǎn)換為灰度梯度。
因此，根據(jù)被掃描表面的尺寸和由此而得的原始數(shù)據(jù)陣列的長度1，整個原始數(shù)據(jù)陣列可能不適于同時在顯示器30上顯示。通過使用指示器29或鍵盤28，顯示器30可以被調(diào)整或“滾動”，以采用本領域公知的方式顯示原始數(shù)據(jù)陣列50的不同區(qū)段。此外，被顯示的圖像能夠被放大，以便像素在屏幕上顯示時增加像素的尺寸。纖維41間呈現(xiàn)的任何間隙44、46很容易被檢測，這是因為當觀察顯示器30時比觀察復合材料本身更容易看見它們。此外，間隙的尺寸可以通過把間隙像素數(shù)目乘以每個像素的英寸數(shù)來確定。
本發(fā)明使用的掃描和顯示復合敷層材料的所有邏輯可以參照圖5進行概括。邏輯開始于塊102，在這里，復合材料的表面由光源照亮。然后，邏輯進至通過檢測表面反射的光束掃描表面的塊104。在塊106中，由掃描器12產(chǎn)生的位-像在顯示器30上顯示。在塊108中，被掃描的位-像被存儲，用于以后的讀取和分析。
一旦數(shù)據(jù)被掃描和在顯示器30上顯示，就可以對搭接和間隙的出現(xiàn)情況進行詳細的分析。首先，選擇一行以更詳細的分析。該行是通過從顯示上注意到具有搭接或間隙的特定行來選擇。通過把用于被選擇行的像素亮度值轉(zhuǎn)換為代表間隙或者纖維材料的二值數(shù)值來開始這種分析。本發(fā)明使用的把被選擇的行轉(zhuǎn)換為二值圖像的邏輯參照圖6進行說明。該邏輯開始于塊112，在這里使用鍵盤28或指示器29選擇原始數(shù)據(jù)陣列50的單個行。盡管只選擇了一行，但按照本發(fā)明可以選擇任何數(shù)目的行。被選擇行中每個像素的原始數(shù)據(jù)強度值隨后轉(zhuǎn)換為代表每個像素上是出現(xiàn)間隙還是纖維的二值數(shù)值。更具體地說，在塊114，通過把每個像素值與用于區(qū)別纖維41和間隙44、46的可調(diào)整灰度閾值相比較來執(zhí)行轉(zhuǎn)換。在優(yōu)選實施例中，灰度閾值為65。來自大于或等于閾值的原始數(shù)據(jù)陣列50的被選擇行的原始掃描值被確定為間隙，而小于閾值的行掃描值被確定為纖維材料。在把每個原始像素值與該閾值相比較時，每個像素被分配代表或者纖維或者間隙的二值值。邏輯進至用于賦值為“T”(纖維＝“真”)的比閾值高的值的塊116，或進至用于賦值為“F”(纖維＝“假”)的比閾值低的值的塊118。對于這兩種情況，邏輯都進入塊120，在其中，二值值T或F存儲在下面參照圖7說明的纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列中。進入塊122后，這種二值轉(zhuǎn)換處理持續(xù)進行直到纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列被充滿。纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列將有與原始數(shù)據(jù)陣列50同樣的寬度和一個像素的長度。因此，在該優(yōu)選實施例中，纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列60具有1像素乘以1600像素的大小并對每個像素含有轉(zhuǎn)換的二值值T或F。纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列60，正如所討論的所有陣列的情況一樣，可以在顯示器30上顯示和存入存儲裝置26中。例示的纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列60如圖7所示。
纖維/間隙數(shù)據(jù)60產(chǎn)生后，邏輯進至塊124以更新顯示器30以用二值形式表示被選擇行。在優(yōu)選實施例中，這些間隙(或“F”值)用紅色像素顯示，纖維(或“T”值)用黑色像素顯示。本技術領域技術人員將會認識到這些纖維和間隙(T或F)可以通過使用使纖維和間隙用眼睛識別的任何顏色或梯度來顯示。顯示器上的二值圖象使間隙的出現(xiàn)容易看見。
隨后纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列60被用來產(chǎn)生寬度陣列70，如圖8A所示。寬度陣列70的目的是形成一對檢測的纖維寬度和相鄰的間隙寬度的陣列。因此，該寬度陣列70含有兩列，一列用于間隙寬度，一列用于對應的纖維寬度。圖9說明了為產(chǎn)生寬度陣列而使用的邏輯。它開始于塊130，從纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列指定的最初像素被分析以確定它是T還是F。如果是T，則邏輯進至塊132，在這里，連續(xù)的各個T被加起來直到遇見F。在此時，邏輯進至塊134，在這里連續(xù)的各個T的數(shù)目被送入處于該用于纖維寬度的列下的寬度陣列70的第一行。隨后，邏輯進至塊136的確定像素間隙數(shù)據(jù)陣列是否已經(jīng)用盡。如果不是，則邏輯進入塊138。把連續(xù)的F加起來直到遇見T。此處，邏輯進至塊140，在這里連續(xù)的各個F的數(shù)目被送入處于該用于間隙寬度的列之下的寬度陣列的第一行。然后，邏輯進至塊142以確定在纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列中是否還有余下的有待分析的像素。如果存在余下的值，則邏輯返回到塊132，在這里，連續(xù)的各個T被計數(shù)，像上述的那樣將該數(shù)目送入纖維寬度列之下的下一行中。這個過程持續(xù)進行直到全部纖維/間隙數(shù)據(jù)陣列60被計數(shù)。產(chǎn)生的寬度陣70將包含排成兩列的間隙寬度和纖維寬度的對。
在一些情況下，纖維可能重疊或相互過于靠近使得在纖維間沒有間隙。重疊或間隙的缺乏將作為連續(xù)延展的范圍的不出現(xiàn)間隙的纖維材料出現(xiàn)在顯示器30上。這樣，當用眼睛觀看復合材料時和當在顯示器30上觀察掃描的圖像時，確定是否確定重疊或兩個纖維是否僅僅鄰近到相互接觸是困難的。這種困難通過把寬度陣列70轉(zhuǎn)換成圖8所示的合成寬度陣列72來解決。在把寬度陣列70轉(zhuǎn)換成合成寬度陣列72中，代表纖維材料的連續(xù)像素的和與中間纖維寬度值比較以確定各纖維是否重疊。用于產(chǎn)生合成寬度陣列的邏輯示于圖10。邏輯開始于塊150，在這里用中間纖維寬度來除來自寬度陣列70的纖維寬度列的第一行的值，并舍入到最接近的整數(shù)。中間纖維寬度是代表纖維預期寬度的預設定值。在優(yōu)選實施例中，中間纖維寬度是1/8英寸，或50個像素。用中間纖維寬度除來自纖維寬度數(shù)據(jù)陣列70的值的結(jié)果N是相鄰或重疊的纖維的假定數(shù)目。
邏輯進至塊152，以估算塊150中除法的結(jié)果。如果纖維的假設數(shù)N為1，則邏輯進至塊154，在這里，來自被測量的寬度陣列70的纖維寬度列的值，和其對應的間隙寬度值被送入合成寬度陣列72的第一行的兩列。如果纖維的假定數(shù)N大于1，則邏輯進至塊158，在這里用纖維的假定數(shù)N除來自寬度陣列70的纖維寬度列的值，以便產(chǎn)生“平均纖維寬度”。然后邏輯進至塊160，在這里平均纖維寬度被送入等于纖維假定數(shù)N的數(shù)行中合成寬度數(shù)據(jù)陣列72的纖維列中。在塊154和160之后，邏輯進至塊156以確定是否存在余下的要被分析的寬度陣列的值。如果存在余下的值，則邏輯返回塊150。
參照圖8A和8B可以更好地理解該過程。如圖8A所示，在纖維寬度列中示例性的寬度數(shù)據(jù)陣列70可以含有90的值。如果來自纖維寬度數(shù)據(jù)陣列70的90的纖維寬度值除以50的中間纖維寬度，則纖維的假定數(shù)N為2。因此，兩個纖維被假定為被包含在由來自纖維寬度數(shù)據(jù)陣列70的90的值代表的90個像素的連續(xù)延展范圍中。由于合成寬度陣列72是纖維和相應的間隙的陣列，因此用2(纖維的假定數(shù))除90的值產(chǎn)生了值45，它代表用于90個像素的連續(xù)延展范圍中的兩束假定纖維的平均纖維寬度。隨后，值45送入在合成寬度陣列72(如圖8B所示)纖維列之下的兩個連續(xù)的行中，對每個假定纖維各有一個入口。與測量的纖維寬度值為90有關的間隙寬度值被存入合成數(shù)據(jù)陣列72的間隙寬度列的第一行。由于在假定存在于90個纖維像素的延展范圍中的兩個纖維之間沒有測到有間隙，因此符號“*”送入與第二合成纖維有關的行中的間隙列。
從合成寬度陣列72可以容易地發(fā)現(xiàn)和測量間隙和搭接?？梢匝杆俜治龈鱾€纖維和間隙列以尋找異常處。這樣，可以對照間隙容差值比較間隙列，以確定任一個間隙是否太大。同樣，也可以分析合成寬度數(shù)據(jù)陣列72來找出搭接。這里有兩個發(fā)出很可能是出現(xiàn)重疊信號的標志。首先，非常大間隙的出現(xiàn)通常是在間隙兩邊任一側(cè)上的纖維是重疊的標志。其次纖維材料的過長延展(許多連續(xù)的T)表明要么有重疊要么有接觸的纖維。從合成寬度數(shù)據(jù)陣列72可以看到，纖維的過長連續(xù)延展被分成星號(“*”)和平均的纖維寬度。如果從這些過長延展估算的平均纖維寬度小于預期的中間纖維寬度，則它可能是由于重疊造成的結(jié)果。
除了檢測搭接和間隙，本發(fā)明的搭接/間隙檢測器還用于確定顯示器上各點之間的距離，因此對復合材料非常有用。當估算纖維材料是否放置為充分靠近參考線例如，指示要在復合材料中打孔或切口的線時，這個特性特別有用。同樣，這個特性也用于測量搭接或間隙之間的距離。參見圖11，這里示出了具有三束纖維的放大顯示。使用鍵盤28或指示器29選擇顯示器上的兩個點80，81。在顯示器上示出了連接兩個點80、81的線，代表用于纖維材料的期望停止的點。為了確定纖維是否充分靠近點80、81之間的線，選擇這些纖維中一個纖維一端上的點83。然后，計算在該纖維一端的點83與該線之間的垂直距離以確定該纖維是否充分靠近該線。
本發(fā)明的搭接/間隙檢測器還可計算被掃描圖像的密度。換句話說，搭接/間隙檢測器確定由纖維材料覆蓋的被掃描圖像的表面區(qū)域的百分比。圖12說明了確定覆蓋百分比的邏輯。圖像密度確定開始于建立計算評估區(qū)域的塊172。使用鍵盤28或指示器29選擇評估區(qū)域，使其像一個像素那樣小或像整個原始數(shù)據(jù)陣列50那樣大。一旦建立評估區(qū)域，原始數(shù)據(jù)陣列50的對應部分就被用來確定圖像密度。邏輯進至塊173，在這里取出評估區(qū)域中用于第一像素的亮度值。在塊174中，該亮度值與灰度閾值比較以確定它是代表纖維還是間隙。如果該值大于或等于閾值，則邏輯進至其中遞增間隙值的總和的塊176。另一方面，如果該值小于灰度閾值，則邏輯進至遞增纖維值總和的塊178。該邏輯從塊176和178進至塊180以確定評估區(qū)域中是否存在剩余像素。如果評估區(qū)域中存在剩余像素，則邏輯進至塊181，在這里取出下一個值和重復評估過程。一旦不存在剩余像素，邏輯就進入塊182。通過用評估區(qū)域中像素的總數(shù)除纖維像素的總數(shù)來確定圖像密度或由纖維轉(zhuǎn)換的評估區(qū)域的百分比。
本發(fā)明提供了超過用眼睛掃描合成敷層的材料以發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)的間隙和搭接的現(xiàn)有技術方法的明顯優(yōu)點。通過使用本發(fā)明，可以以使間隙和搭接被容易發(fā)現(xiàn)的方式掃描和顯示復合材料表面。還可以分析復合材料表面的電子圖象，以便測量間隙寬度、確定重疊纖維的出現(xiàn)，測量被掃描表面上各個點之間的距離，和計算由纖維覆蓋的表面的百分比。還可以存儲復合材料表面的電子表示以用在隨后進行分析。
盡管以上對本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)做了說明，但應該明白在不背離本發(fā)明精神和范圍的條件下可以對其做各種變化。
權(quán)利要求
1.一種確定復合材料的纖維之間的搭接和間隙的出現(xiàn)的方法，包括以下步驟(a)照亮復合材料的表面；(b)用電子掃描器掃描該復合材料的表面以形成該表面的電子圖象，其中，該表面的圖像被分割成若干像素，每個像素具有相對于在掃描表面的對應部分時檢測的反射光強的亮度值；和(c)顯示該表面的圖像以便使搭接和間隙可視。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括存儲表面電子圖像的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述顯示步驟包括以下步驟(a)給每個像素分配一個相對于該像素亮度值的灰度梯度；和(b)顯示所述分配的像素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述顯示步驟包括(a)把所述被掃描表面的至少一部分的像素轉(zhuǎn)換成表示在對應于該像素的位置出現(xiàn)或者是間隙或者是纖維材料的二值圖像；和(b)顯示該二值圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括分析所述表面的圖像以確定間隙和搭接的出現(xiàn)的步驟(a)把所述被掃描表面的至少一部分的像素轉(zhuǎn)換成表示在對應該像素的位置呈現(xiàn)或者是間隙或者是纖維材料的二值圖像；(b)交替地累加代表間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換的像素的數(shù)目和代表纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換的像素的數(shù)目，以形成代表間隙和纖維材料的連續(xù)像素數(shù)目的值；和(c)產(chǎn)生含有所述表示間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和以及所述表示纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和的陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進一步包括顯示含有所述代表間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和以及所述表示纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和的陣列的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括通過確定與所述被掃描表面上的兩個點相對應的兩個顯示點之間的距離來確定被掃描表面上兩個點之間距離的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括計算由纖維材料覆蓋的表面的百分比的步驟。
9.一種檢測復合材料的纖維間搭接和間隙的裝置，包括(a)用于照亮復合材料的表面的光源；(b)與所述光源相聯(lián)的掃描器，用于掃描該復合材料的表面以形成被掃描表面的電子圖像，其中所述表面的圖像被分割成若干像素，每個像素具有相對于當掃描表面對應部分時檢測的光強的亮度值；和(c)與所述掃描器相聯(lián)的顯示器，用于顯示所述被掃描表面的圖像以便使搭接和間隙可視。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括用于存儲所述被掃描表面的電子圖像的存儲裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中通過給每個像素分配一個相對于像素亮度值的灰度梯度并顯示該分配的像素來顯示所述被掃描表面的圖像。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲控制所述處理單元的程序指令，在所述處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應像素的位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；和(ii)顯示該二值圖像。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)與該處理單元連接的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制處理單元的程序指令，在所述處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應該像素位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；(ii)交替地累加代表所述間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目和代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目以形成代表所述間隙和纖維材料連續(xù)像素數(shù)目的值。(iii)把代表纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素總和與一中間纖維寬度值相比較。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，所述處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應該像素位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；(ii)交替累加代表所述間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目和代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目以形成代表所述間隙和纖維材料連續(xù)像素數(shù)目的值；(iii)把代表所述間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和與一間隙公差值相比較。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，所述處理單元上程序指令的執(zhí)行包括確定所述表面的顯示圖像上兩個點之間的距離。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，所述處理單元上程序指令的執(zhí)行包括計算由纖維材料覆蓋的表面的百分比。
17.一種檢測復合材料的纖維之間搭接和間隙的裝置，包括(a)掃描所述復合材料的表面的裝置，用于形成被掃描表面的電子圖像，其中，該表面被分割成若干像素，每個像素具有相對于當掃描所述表面對應部分時檢測的光強的亮度值；和(b)與掃描器相聯(lián)的裝置，用于顯示所述被掃描表面的圖像以便使搭接和間隙可視。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括用于存儲所述被掃描表面的電子圖像的裝置。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中通過向每個像素分配一相對于像素亮度值的灰度梯度和顯示該分配像素來顯示所述被掃描表面的圖像。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，該處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應像素的位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；和(ii)顯示所述轉(zhuǎn)換的像素。
21.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，該處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應像素的位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；(ii)交替地累加代表所述間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目和代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目，以形成代表所述間隙和纖維材料的連續(xù)像素的數(shù)目的值；(iii)把代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和與一中間纖維寬度值比較。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)一個連接處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，該處理單元上程序指令的執(zhí)行包括(i)把所述被掃描表面至少一部分的像素轉(zhuǎn)換為表示在對應像素的位置上出現(xiàn)或者間隙或者纖維材料的二值圖像；(ii)交替累加代表所述間隙的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)和代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的數(shù)目，以形成代表所述間隙和纖維材料的連續(xù)像素的數(shù)目的值；(iii)把代表所述纖維材料的連續(xù)轉(zhuǎn)換像素的總和與一間隙容差值相比較。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)一個連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，該處理單元上程序指令的執(zhí)行包括確定所述表面的顯示圖象的兩個點之間的距離。
24.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，進一步包括(a)處理單元；和(b)一個連接該處理單元的存儲器，該存儲器至少暫時存儲所述像素亮度值和存儲所述控制該處理單元的程序指令，該處理單元上程序指令的執(zhí)行包括計算由纖維材料覆蓋的表面的百分比。
全文摘要
一種電子掃描器,具有光源和光傳感頭,經(jīng)電纜與計算機連接。掃描器頭檢測來自復合材料表面的反射光并產(chǎn)生該表面的電子圖像?，F(xiàn)有的軟件驅(qū)動器判讀掃描器的輸出以產(chǎn)生電子位像。然后顯示電子圖像以便間隙容易看見。電子圖像還被分析,以確定搭接和間隙的出現(xiàn),還可測量間隙寬度,測量顯示器上各點之間的距離,和確定由纖維材料覆蓋的表面的百分比。電子圖像也可以被存儲以便以后分析。
文檔編號G01N21/88GK1179538SQ97119608
公開日1998年4月22日 申請日期1997年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月26日
發(fā)明者簡·S·孔茨, 羅伯特·E·克蘭菲爾 申請人:波音公司