Выявление дефектов в волокнистых композитных материалах в процессе производства станет возможным в будущем благодаря новому радиолокационному методу, который автоматически и неразрушающим образом контролирует процесс производства волокнистых композитных материалов, таких как лопасти ротора ветряной турбины. До сих пор мониторинг состоял из визуальных осмотров. Институт физики высоких частот Фраунгофера и радиолокационных технологий FHR сотрудничал с партнерами по консорциуму Рурского университета Бохума, Ахенского университета прикладных наук и Aeroconcept GmbH для разработки инновационного метода в рамках проекта FiberRadar.

В процессе производства конструкционных компонентов, армированных стекловолокном, таких как лопасти ротора, волокнистая структура фиксируется матрицей из смолы. Неровности в выравнивании и/или потоке армирующего волокна могут изменить структурные свойства и, как следствие, снизить качество конечного композитного материала.

«При изготовлении лопастей ротора слои стекловолокна накладываются друг на друга в оболочке. Если это сделать неаккуратно, это может привести к различным дефектам, таким как волнистость. свойств компонента», — объясняет д-р Андре Фрёли, руководитель проекта Fraunhofer FHR в Вахтберге.

До сих пор не было возможности надежно проанализировать направление и слои волокон до нанесения полимерной матрицы, а это означает, что дефекты обнаруживались только впоследствии, например, с помощью ультразвукового исследования. Это делало невозможным управление технологической цепочкой и приводило к дорогостоящим доработкам, а иногда даже к утилизации компонентов.

Большой потенциал для производства композитов

Исследователи, участвующие в проекте FiberRadar, разработали новый метод, который впервые позволяет проверять выравнивание нижних слоев стекловолокна неразрушающим и автоматизированным способом. В процессе используется система сканирования миллиметрового диапазона, состоящая из радара , полностью поляриметрического робота и соответствующего программного обеспечения для обработки изображений. Система также использует поляризацию электромагнитных волн, поэтому она также может выявлять возможные дефекты по изменению направления поляризации.

Поляризация — это термин, используемый в антенной технике для обозначения направления составляющей электрического поля электромагнитной волны. Робот сканирует компонент, и в каждой позиции радар выполняет измерение. Затем они объединяются в 3D-изображение с помощью программного обеспечения. Особенность: в то время как обычные радары имеют только один канал и поэтому используют одну поляризацию как для передачи, так и для приема, новый радар отправляет и принимает сигналы с двумя поляризациями. Это не только обеспечивает визуализацию структуры волокна с высоким разрешением, но также упрощает выявление любых дефектов в более глубоких слоях.

Кроме того, компенсация преломления улучшает качество изображений: она уменьшает нежелательные эффекты из-за преломления, особенно в более глубоких слоях. Используя радар для сканирования отдельных слоев, исследователи также могут выявлять любые аномалии в ориентации волокон и исследовать весь объем материала неразрушающим образом.

Проект FiberRadar объединил интегрированную радарную технологию Рурского университета, опыт Fraunhofer FHR в области алгоритмов и опыт FH Aachen в области робототехники для создания измерительной системы, которая позволяет производить волокнистые композитные материалы и контролировать производимые компоненты с уровнями точности, которые ранее были невозможны. Благодаря опыту Aeroconcept GmbH эта технология может быть интегрирована непосредственно в процесс производства и контроля производства лопастей ветряных турбин и стать ключевой технологией для высококачественных композитов.

«Мы очень довольны многообещающими результатами, знаменующими завершение проекта FiberRadar, — говорит Андре Фроэли. «Мы планируем использовать последующие проекты для дальнейшего развития системы, чтобы она была готова к использованию в производственных процессах. Мы стремимся улучшить как скорость, так и разрешение по глубине, чтобы обнаруживать еще больше потенциальных дефектов за более короткий период времени.»