大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合材料纖維絲束鋪放的精度檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
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[0002]纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料與其他材料相比具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕和耐高溫等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，例如波音787客機(jī)的復(fù)合材料使用量高達(dá)50%，空客A380的復(fù)合材料使用量也達(dá)到25%左右。纖維鋪放技術(shù)是一種自動(dòng)化程度很高的復(fù)合材料制造技術(shù)，一般使用鋪絲機(jī)進(jìn)行自動(dòng)鋪放。對(duì)于大型復(fù)合材料構(gòu)件制造，纖維自動(dòng)鋪放技術(shù)具有成本低、生產(chǎn)效率高和易于保證成型質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]纖維絲束鋪放過(guò)程中，兩次鋪放行程之間存在一定的縫隙，在鋪絲過(guò)程中需要控制這個(gè)縫隙足夠小，并且均勻，才能保證航空復(fù)合材料構(gòu)件的均勻性和強(qiáng)度指標(biāo)。但是，在纖維絲束的鋪放過(guò)程中，由于兩次行程之間可能存在誤差，或者鋪絲機(jī)在工作過(guò)程中的各種干擾和不穩(wěn)定因素，例如電機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)、纖維喂料機(jī)構(gòu)波動(dòng)，都會(huì)造成鋪放過(guò)程拼接精度發(fā)生變化，因此需要對(duì)拼接精度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證鋪絲過(guò)程的均勻性。
[0004]目前，現(xiàn)有的針對(duì)纖維復(fù)合材料的拼接精度在線檢測(cè)技術(shù)一般都是通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)鋪絲過(guò)程的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如南京航空航天大學(xué)申請(qǐng)的專(zhuān)利CN200710024358.8以及CN200710024357.3，就是通過(guò)計(jì)算機(jī)視頻處理實(shí)現(xiàn)在線精度檢測(cè)的方法。但是，在該方法中，鋪放質(zhì)量檢測(cè)裝置的采用的是單一光源，在其設(shè)置的照明角度下，只能檢測(cè)上下層纖維絲束帶成45°角度左右的情況。但是，對(duì)于復(fù)雜的纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，在纖維絲束帶實(shí)際的鋪設(shè)過(guò)程中，兩層纖維絲束帶的角度可能是0° -90°之間的任何值，因此，采用單一的照明光源將無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際工業(yè)中的測(cè)量要求。而且，在這兩個(gè)專(zhuān)利中鏡頭與待檢測(cè)鋪放平面距離較近，鏡頭工作距離較短，因此工業(yè)CXD相機(jī)的視場(chǎng)范圍較小，只能檢測(cè)3-5條左右的少數(shù)絲束帶之間的間距，對(duì)于同時(shí)鋪設(shè)8條乃至16條絲束帶的大型鋪絲機(jī)結(jié)構(gòu)，無(wú)法滿(mǎn)足檢測(cè)要求。
[0005]在鋪絲頭鋪放纖維絲束帶的過(guò)程中，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制絲束帶之間的縫隙大小和是否出現(xiàn)絲束帶之間的重疊傾軋，而且，在鋪放的過(guò)程中，由于鋪絲機(jī)床的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境復(fù)雜，無(wú)法直接通過(guò)人工對(duì)鋪設(shè)狀況進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控，因此需要開(kāi)發(fā)一種裝置，對(duì)鋪絲機(jī)床的實(shí)時(shí)的鋪放拼接精度進(jìn)行監(jiān)控，以保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明的目的是為了克服上下層的纖維絲束帶存在不同角度時(shí)檢測(cè)困難的情況，提供了一種大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0008]大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置，包括左右對(duì)稱(chēng)設(shè)置的第一 N型安裝板和第二 N型安裝板，第一 N型安裝板和第二 N型安裝板的頂部通過(guò)相機(jī)固定盒相連，工業(yè)CCD相機(jī)安裝在相機(jī)固定盒的頂部，定焦鏡頭安裝在工業(yè)CCD相機(jī)上，且其安裝方向向下；
[0009]第一 N型安裝板和第二 N型安裝板的中部安裝有兩面平行設(shè)置的第一面反射鏡組件和第二面反射鏡組件，其中，第一面反射鏡組件的左右兩側(cè)分別安裝在第一N型安裝板和第二 N型安裝板的內(nèi)壁上，第二面反射鏡組件的背面安裝在二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)上，二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)安裝在連接梁上，該連接梁的左右兩端分別安裝在第一 N型安裝板和第二 N型安裝板的內(nèi)壁上；
[0010]第一 N型安裝板和第二 N型安裝板底部分別安裝有對(duì)稱(chēng)設(shè)置的兩個(gè)左側(cè)面光源垂直固定桿和兩個(gè)右側(cè)光源垂直固定桿；兩個(gè)左側(cè)面光源垂直固定桿通過(guò)一個(gè)側(cè)面光源水平固定桿相連，該側(cè)面光源水平固定桿上安裝有第一側(cè)面均勻高亮條形光源；兩個(gè)右側(cè)光源垂直固定桿通過(guò)一個(gè)側(cè)面光源水平固定桿相連，該側(cè)面光源水平固定桿上安裝有第二側(cè)面均勻高亮條形光源；前側(cè)的左側(cè)面光源垂直固定桿和右側(cè)光源垂直固定桿之間通過(guò)斜上側(cè)光源水平固定桿相連，該斜上側(cè)光源水平固定桿上安裝有斜上側(cè)均勻高亮條形光源。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一面反射鏡組件包括第一面反射鏡固定架以及設(shè)置在第一面反射鏡固定架中心的第一面反射鏡。
[0012]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第二面反射鏡組件包括第二面反射鏡固定架以及設(shè)置在第二面反射鏡固定架中心的第二面反射鏡。
[0013]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一 N型安裝板的中部上開(kāi)設(shè)有若干第一安裝孔，第二 N型安裝板的中部上開(kāi)設(shè)有若干與第一安裝孔相對(duì)應(yīng)的第二安裝孔，若干第一安裝孔和第二安裝孔用來(lái)與鋪絲頭設(shè)備固定，使其隨著鋪絲頭設(shè)備一同運(yùn)動(dòng)。
[0014]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一面反射鏡組件與第二面反射鏡組件之間的距離為60mm ;第一面反射鏡組件的設(shè)置角度是54±2度；第二面反射鏡組件通過(guò)二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)能夠調(diào)節(jié)的角度范圍是±3°。
[0015]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:第一側(cè)面均勻高亮條形光源和第二側(cè)面均勻高亮條形光源相對(duì)設(shè)置，且第一側(cè)面均勻高亮條形光源和第二側(cè)面均勻高亮條形光源的設(shè)置角度均為向內(nèi)側(cè)15度傾斜，朝下照明。
[0016]本發(fā)明進(jìn)一步的改進(jìn)在于:斜上側(cè)均勻高亮條形光源的設(shè)置角度是向內(nèi)側(cè)45度傾斜，朝下照明。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:
[0018]1、本發(fā)明不僅能夠測(cè)量上下兩層存在較大角度的纖維絲束帶的拼接精度，通過(guò)不同的光源組合，也能方便快速地檢測(cè)上下兩層纖維絲束帶平行或夾角較小的情況下的絲束帶拼接精度。同時(shí)，為了滿(mǎn)足同時(shí)檢測(cè)16條絲束帶，增大檢測(cè)范圍，本發(fā)明裝置中設(shè)置有兩面反射鏡組件，包含兩面反射鏡，實(shí)現(xiàn)了光路的彎折和延長(zhǎng)，使鏡頭具有較大的工作距離，實(shí)現(xiàn)了大的鋪放范圍檢測(cè)，一次可以檢測(cè)16條絲束帶的鋪放寬度。該發(fā)明裝置只需簡(jiǎn)單地安裝在鋪絲頭機(jī)構(gòu)上即可實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)功能，而且，該發(fā)明裝置可以通過(guò)調(diào)整二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)，來(lái)簡(jiǎn)單地校正由于安裝、制造誤差導(dǎo)致的檢測(cè)工業(yè)CCD相機(jī)視場(chǎng)范圍的變化。
[0019]2、本發(fā)明裝置可以有效地針對(duì)上下層纖維絲束帶存在不同的角度的情況，實(shí)現(xiàn)大范圍多角度高精度的纖維絲束拼接精度在線實(shí)時(shí)檢測(cè)；具體是:定焦鏡頭與工業(yè)CCD相機(jī)相連接用來(lái)采集纖維絲束帶鋪放拼接的圖像，鏡頭與工業(yè)CCD相機(jī)組合后通過(guò)相機(jī)固定盒來(lái)保證工業(yè)CXD相機(jī)工作姿態(tài)，安裝方向向下，并通過(guò)工業(yè)CXD相機(jī)、相機(jī)固定盒上的螺釘孔固定在本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的N型安裝板上。N型安裝板分為兩塊，安裝位置在工業(yè)CCD相機(jī)與鏡頭的兩側(cè)，在N型安裝板的中部安裝有兩面平行的單面反射鏡，單面反射鏡固定在反射鏡固定架中，反射鏡固定架由上下兩部分組成，第一面反射鏡的反射鏡固定架直接通過(guò)在側(cè)面的六個(gè)螺釘孔與兩側(cè)N型安裝板固定，第二面反射鏡的背面安裝有調(diào)節(jié)用的二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)，用于調(diào)節(jié)由于安裝、制造誤差導(dǎo)致的工業(yè)CCD相機(jī)視場(chǎng)變化，第二面反射鏡固定架通過(guò)螺釘與二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)相連結(jié)，二維水平調(diào)節(jié)臺(tái)通過(guò)一根連接梁與兩側(cè)N型安裝板相連結(jié)，在兩側(cè)N型安裝板下部伸出四根光源垂直固定桿，上面開(kāi)有螺栓孔，再通過(guò)三根水平固定桿來(lái)固定三根均勻高亮條形白色光源，一條均勻高亮條形光源在斜上45°照明，另外兩條均勻高亮條形光源在側(cè)面以?xún)A斜角15°照明。本發(fā)明裝置通過(guò)六顆螺栓固定在鋪絲頭的一側(cè)，在絲束鋪設(shè)過(guò)程中，該發(fā)明裝置會(huì)跟隨鋪絲頭一同運(yùn)動(dòng)，當(dāng)上下兩層的纖維絲束帶夾角在20° -90°的范圍內(nèi)時(shí)，控制鋪絲頭運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃的計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制斜上側(cè)45°的均勻條形光源開(kāi)啟，兩側(cè)的均勻條形光源關(guān)閉，被測(cè)絲束帶表面經(jīng)過(guò)兩次單面反射鏡的反射，折疊光路，并通過(guò)工業(yè)CCD相機(jī)采集圖像，這樣的照明條件可以使得采集得到的圖像中上層纖維絲束帶黑暗而下層纖維絲束帶明亮，存在明顯的對(duì)比，易于計(jì)算機(jī)識(shí)別絲束帶的拼接精度；而當(dāng)上下兩層的纖維絲束帶夾角在0° -20°的范圍內(nèi)時(shí)，控制鋪絲頭運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃的計(jì)算機(jī)發(fā)出指令，控制斜上側(cè)45°的均勻條形光源關(guān)閉，兩側(cè)的均勻條形光源開(kāi)啟，被測(cè)絲束帶表面經(jīng)過(guò)兩次單面反射鏡的反射，折疊光路，并通過(guò)工業(yè)CCD相機(jī)采集圖像，這樣的照明條件可以使得采集得到的圖像上層纖維絲束帶的邊界明亮而下層纖維絲束帶本身黑暗，存在明顯的對(duì)比，易于計(jì)算機(jī)識(shí)別絲束帶的拼接精度。
[0020]綜上所述，本發(fā)明可以檢測(cè)上下層纖維絲束帶夾角為0° -90°的情況，檢測(cè)視場(chǎng)范圍大，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝方便，通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)即可有效地校正由于安裝、制造誤差導(dǎo)致的待檢測(cè)視場(chǎng)范圍變化。
【附圖說(shuō)明】
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[0021]圖1是本發(fā)明大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置的軸測(cè)圖。
[0022]圖2是本發(fā)明大范圍多角度復(fù)合材料纖維鋪放拼接精度檢測(cè)裝置的主視圖。
[0023]圖3是圖2的A-A向剖視圖。
[0024]圖4是第二面反射鏡組件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4(a)是主視圖，圖4(b)是俯視圖。
[0025]圖5是第一面反射鏡組件的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖5(a)是主視圖，圖5(b)是俯視圖。
[0026]圖6是上下層纖維絲束帶成90°角度時(shí)，開(kāi)啟斜上側(cè)均勻高亮條形光源的實(shí)測(cè)結(jié)果圖。
[0027]圖7是上下層纖維絲束帶成0°角度時(shí)，開(kāi)啟第一側(cè)面均勻高亮條形光源和第二側(cè)面均勻高亮條形光源的實(shí)測(cè)結(jié)果圖。
[0028]圖中:1、工業(yè)CXD相機(jī)，2、相機(jī)固定盒，3、定焦鏡頭，4、第二 N型安裝板，5、第二面反射鏡