[發(fā)明專利]復(fù)合材料鋪放質(zhì)量視頻檢測裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710024358.8
• 申請日: 2007-06-14
• 公開（公告）號: CN101074878A
• 公開（公告）日: 2007-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曹力;肖軍;郭琪超;陳文
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01C11/36
• 分類號: G01C11/36
• 代理公司: 南京蘇高專利事務(wù)所
• 代理人: 闕如生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合材料鋪放工藝過程中同一鋪放層相鄰預(yù)浸帶間的縫隙自動檢測設(shè)備，該設(shè)備用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件加工過程中的鋪放層表面質(zhì)量視頻圖像的穩(wěn)定、可靠采集。

背景技術(shù)

先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐疲勞、工藝性好等特點，能有效提高結(jié)構(gòu)件的性能。大量使用復(fù)合材料是航空航天器發(fā)展趨勢：如美國第四代戰(zhàn)斗機(jī)(F22、F35)、大型飛機(jī)(A380、787和A400M等)均大量采用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件提高飛機(jī)性能。作為復(fù)合材料通用制造技術(shù)，復(fù)合材料鋪放可以實現(xiàn)復(fù)合材料設(shè)計制造技術(shù)的大跨度進(jìn)步，具有重要的應(yīng)用價值與技術(shù)進(jìn)步意義。復(fù)合材料鋪放技術(shù)是一項新型的加工技術(shù)，涉及復(fù)合材料加工、機(jī)械制造、自動控制技術(shù)以及傳感檢測技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)容，同時復(fù)合材料加工工藝對加工精度的要求較高，相關(guān)技術(shù)的研究正在展開，有大量問題需要解決。其中鋪放過程中預(yù)浸帶間隙的測量是實現(xiàn)鋪放工藝自動化的前提保障和必要基礎(chǔ)。

與傳統(tǒng)機(jī)械加工工藝相比，復(fù)合材料的鋪放具有以下幾點特殊性：1、材料的特殊性：采用的預(yù)浸料成型，加工過程中的預(yù)浸料變形難以精確控制；2、加工工藝的特殊性：工件的加工通過逐層鋪疊而非切削實現(xiàn)，容易產(chǎn)生加工形變；3、加工工件表面特性的特殊性：鋪疊后的預(yù)浸料表面比較粗造。鑒于上述原因，復(fù)合材料鋪放技術(shù)要求對鋪放工藝過程實施嚴(yán)格的質(zhì)量控制，確保加工工件的外形尺寸和質(zhì)量符合工藝要求，鋪放工藝過程中的間隙實時檢測是解決上述問題的最有效方法之一。

預(yù)浸帶是由直徑0.15mm的纖維粘合制成，標(biāo)準(zhǔn)厚度僅為0.15mm，因此預(yù)浸帶表面并非嚴(yán)格意義上的平面，其表面特性如圖1所示。在復(fù)合材料的鋪放過程中，在線質(zhì)量檢測主要的任務(wù)之一就是檢測同一鋪放層相鄰兩條預(yù)浸帶間的間隙是否滿足工藝要求，屬于表面質(zhì)量檢測問題。由于預(yù)侵帶厚度薄，表面呈波浪型，給檢測帶來了一定的困難。表面檢測最典型的測量方法是激光檢測技術(shù)，激光不斷地掃描被檢測區(qū)域，獲得被測工件表面的高度差信息，以此判斷檢測面的質(zhì)量缺陷。但由于預(yù)浸帶表面特性影響反射光的接收效果，使得檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性不理想，同時要求激光檢測系統(tǒng)精度高，設(shè)備昂貴。采用光學(xué)視頻的檢測方法可以在一定程度上提高檢測系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如在美國早期專利(5562788)中，利用激光位移傳感器的視覺圖像，實現(xiàn)間隙的實時檢測，測量精度及實時性可以滿足目前工藝要求；但航空復(fù)合材料構(gòu)件形狀復(fù)雜，表面檢測過程中激光反射特性不穩(wěn)定，給反射光的接收以及后續(xù)的檢測數(shù)據(jù)處理帶來困難。另一項美國專利(7171003B2)利用由紅外光源組成的背景光源組和CCD組成的視頻圖像采集系統(tǒng)，采集反射的鋪放表面圖像，檢測表面間隙，該發(fā)明采用光源入射角度為45°。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于視頻圖像采集的復(fù)合材料鋪放工藝過程中層間相鄰預(yù)浸帶間隙表面測量的裝置，一種復(fù)合材料鋪放質(zhì)量視頻檢測裝置，其特點在于：包括視頻采集單元、背景光照單元、光源入射距離微調(diào)單元、光源入射角調(diào)節(jié)單元及運動控制單元，所述視頻采集單元連于鋪放點，該視頻采集單元包括CCD攝像機(jī)、鏡頭、攝像支架及標(biāo)準(zhǔn)視頻信號輸出接口，其中CCD攝像機(jī)與鏡頭相連，CCD攝像機(jī)通過攝像支架固定在鋪放頭上；所述背景光照單元與光源入射角調(diào)節(jié)單元相連，該背景光照單元包括背景光源、光源電源、光源支架，其中光源與光源電源相連，光源裝在光源支架上，光源支架安裝在鋪放頭上；所述光源入射距離微調(diào)單元包括步進(jìn)電機(jī)、調(diào)節(jié)絲杠、運動滑塊及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，其中步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與調(diào)節(jié)絲杠相連，調(diào)節(jié)絲杠兩端裝在鋪放頭上，運動滑塊安裝在調(diào)節(jié)絲杠上，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)的輸入端相連；所述光源入射角調(diào)節(jié)單元包括入射角度調(diào)節(jié)電機(jī)和入射角調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動器，其中入射角度調(diào)節(jié)電機(jī)的輸出軸通過連桿與上述光源入射距離微調(diào)單元中的運動滑塊相連，入射角調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動器的輸出與入射角度調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入相連，入射角調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動器的輸入連于上述光源入射距離微調(diào)單元中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的輸出；所述的運動控制單元包括運動控制卡、運動控制計算機(jī)，其中運動控制計算機(jī)的輸出連于運動控制卡的輸入。該運動控制卡的輸出連于上述光源入射距離微調(diào)單元中的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的輸入端和上述光源入射角調(diào)節(jié)單元中的入射角調(diào)節(jié)電機(jī)驅(qū)動器的輸入端。

本發(fā)明能有效地提高圖像對比度，獲得高質(zhì)量的、穩(wěn)定的視頻圖像，用于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件加工過程中的鋪放間隙檢測。

附圖說明

圖1為復(fù)合材料鋪放采用的預(yù)浸帶表面特性示意圖；

圖2是本發(fā)明的復(fù)合材料鋪放質(zhì)量視頻檢測裝置的組成原理示意圖；