[发明专利]用于表征一种由编织复合材料制成的部件的方法

说明书

技术背景

本发明涉及表征材料和结构的领域，特别地由具有编织纤维加固物的复合材料制成的机械工程行业的部件。由于与由其他材料制成的部件相比的其坚固性及其低重量，这种部件越来越多地用于航空领域。这些部件也很容易制造。在所涉及的部件中，特别地涉及发动机部件，包括燃气轮机的叶片或壳体。由于这种部件的特定结构，其中纤维加固物嵌入在基质中，需要在工业生产过程中的任何时候、或在所讨论部件正在使用时能够检测该编织纤维加固物的特性。这使得可以发现该部件中的疲劳或磨损水平并识别缺陷或损坏，如果有的话。自然地，由于编织加固物嵌入在该基质中，很难接近它，并且已知方法通常是破坏性的，其在大量生产和使用这种部件的背景下是不令人满意的。因此，期望具有非破坏性的表征该纤维加固物的方法。

X射线断层扫描(由计算机计算的轴向断层扫描或CT扫描)是一种对物品内侧实施非破坏性检测的已知方法。它包括在多个平面上作用以测量由该材料施加到X射线束的衰减。然后从在每个平面中拾取的数据重建三维图像。之后，可以制作三维图像分段，从而使该材料的结构在每个剖面中可视化。

当被施加到具有编织加固物的复合材料时，一种如上所述的方法很不实际或会产生很少令人满意的结果。该编织加固物包括一种大尺寸的物品，其具有许多彼此平行的经纱线和同样彼此平行的纬纱线，这两组平行纱线限定该编织的主要定向或特性方向。经纱线列之间的平均距离以及纬纱列之间的平均距离(经纱线之间的距离以及纬纱之间的距离，或经线间的距离和纬线间的距离)构成适用于在该编织均匀的区域中正确地表征该加固物的信息。然而基于三维图像的二维分段或基于多个这种分段确定这种信息涉及很单调乏味以及难以实现自动化的工作。为了很好地实施，需要识别纬纱层和经纱层并由此推断其各自的间距。任何这种测量涉及操作者方面的主观性，并且可被图像中的各种噪声干扰。此外，根据所研究的该部件的形状，被研究的分段很难识别，并且也需要研究多个分段以获得可靠的结果。使这种过程工业化因此不容易，或者甚至不可能实施。

发明内容及优点

为了解决该困难并提出一种很容易自动化并且提供可靠结果的非破坏性的方法，提供了一种表征一个由编织复合材料制成的部件的方法，该方法包括计算在用作自相关间隔的多个空间向量的观察窗中采集的部件体积的三维图像的自相关值，然后在编织的主要定向(特性方向)上检测该自相关值中的至少一个局部极值，从而在观察窗中确定对于相邻平行纱线之间的距离的平均值。

自相关的一个特性是用于获得唯一全局最大值，该值被获得用于零向量。对于与该编织的特性方向平行的向量，其也具有在与所讨论特性方向平行的向量空间中沿直线彼此跟随的局部最大值。这些最大值可以在向量空间分段中以叶瓣形式被可视化。通过检测这些局部最大值的至少一个(或在两个连续最大值之间的最小值)，可通过参考从其到该零向量的距离来获得在相邻平行纱线之间的多个距离。如果已经检测到了与该零向量最接近的局部最大值，那么这直接接近在相邻平行纱线之间的距离。

通过利用自相关，该方法消除了当操作员直观地读取该部件体积的图像时所产生的主观性。因此，该方法更准确且更可靠。这就是为什么该方法也不对噪声很敏感的原因。可以通过利用该部件体积图像的三维空间以非破坏性方式测量贯穿该部件的经纱线间和纬纱间的距离，而人类操作员通常在该体积图像的二维分段上操作。最后，它可被自动化，并且因此比依靠于通过人类操作员读取的方法更快。总之，它比不使用自相关的技术更准确和更容易实现。

需要指出的是，该方法适用于通过X射线断层扫描或通过使该部件的体积成像的任何其他技术所采集的图像。特别地，不应忘记的是，X射线并不是必要的，其他断层扫描方法是已知的，特别地核磁共振(NMR)断层扫描。

在一个非常有利的实施方式中，通过使用Wiener-Khinchin定理计算该自相关值，即通过使用由直接和逆傅里叶变换以及复数的模量函数组成的数学函数，并将其应用到所研究的复合材料部件的三维图像。这是一种很简单、适用于自动化，以及连续和详尽地计算所有自相关函数的过程，从而可以对在被称为“自相关”图像的三维“图像”中组合在一起的自相关值实施高质量研究。

在一个特定实施方式中，该方法包括检测在多个向量中，例如在自相关图像中该编织的特性方向。这涉及识别与经纱线或纬纱线方向对应的局部和全局最大值的对准。

在一个与先前的实施方式可选地组合的实施方式中，该方法包括预先重新对准该复合材料部件的三维图像，以使该编织轴线(特性方向)与该图像的轴线对准。