[發明專利]基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料的方法及裝置

有效

• 申請號: 201410055030.2
• 申請日: 2014-02-18
• 公開（公告）號: CN103792033A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 段玉崗;李金鍵;王奔;高侃
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;中國電子科技集團公司第二十三研究所
• 主分類號: G01L1/24
• 分類號: G01L1/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及光纖智能復合材料制造領域，涉及一種預浸帶保護式光纖自動植入方法及裝置，具體涉及一種基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料的方法及裝置。

背景技術

光纖智能復合材料是目前國內外研究較多的一種智能復合材料，將光纖傳感器埋入到復合材料中就構成了簡單的智能復合材料。當復合材料板受到外力的作用時，復合材料板會發生形變，埋入到復合材料內部的光纖傳感器會發生相應的變形從而引起光纖信號的變化，這些信號的變化直接反映了材料內部的狀態，通過對信號的處理就可以獲得材料內部的破壞及應變狀態。自動纖維鋪放技術主要應用于航空航天，船舶，汽車等工業領域中，是一種復合材料高質量自動化制造技術，具有一致性好，效率高，材料利用率高等優點。

目前光纖智能復合材料制作過程中光纖的植入過程大多數采用手工方法。在制作光纖智能復合材料過程中首先將預浸帶鋪至所需的層數，然后采用手工定位等方法確定光纖在本層的所需位置上，進而手工將光纖固定，最后再鋪一定層數的預浸帶至所需厚度，從而得到所需要的光纖智能復合材料。手工植入光纖的方法費時費力，需要度量相應的尺寸來確定光纖的植入位置，且需要手工將光纖固定在該植入位置上，植入效率低，同時光纖的定位精度比較低，無法滿足批量大規模高精度制作的要求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料的方法及裝置，能夠克服手工植入光纖的缺點與不足，結合自動纖維鋪放完成光纖在復合材料中的自動化植入。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料的方法，包括以下步驟：

1）使光纖及位于其上下兩側的單層預浸帶共同進入輸送通道中進行約束定位，然后先經紅外燈加熱裝置加熱，再經柔性壓輥擠壓，使光纖上下兩側的單層預浸帶粘結在一起，并將光纖包裹起來，得到中間包裹光纖的雙層預浸帶；

2）使至少一根單層預浸帶和至少一根中間包裹光纖的雙層預浸帶分別進入若干個預浸帶輸送通道中進行約束定位，其中每個預浸帶輸送通道只輸送一根單層預浸帶或中間包裹光纖的雙層預浸帶，單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶在柔性輸送壓輥的作用下向鋪放頭處輸送；

3）由預先設置在機械手控制面板中的鋪放程序控制鋪放頭在基板上鋪放單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶，先按照鋪放程序設定的運動軌跡逐層累積鋪放單層預浸帶以達到所需厚度，得到已鋪層預浸帶板，再用鋪放壓輥在已鋪層預浸帶板上按需求鋪放一根或多根中間包裹光纖的雙層預浸帶，最后在鋪放了中間包裹光纖的雙層預浸帶的已鋪層預浸帶板上逐層累積鋪放單層預浸帶以達到所需厚度，得到自動植入了光纖的智能復合材料，完成基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料過程。

所述的紅外燈加熱裝置的加熱溫度為40～50℃。

所述的單層預浸帶為碳纖維預浸帶。

所述的柔性壓輥的壓緊力控制在45～55N；所述的鋪放壓輥的壓緊力控制在150～250N。

所述的柔性壓輥、柔性輸送壓輥和鋪放壓輥均為硅膠材質壓輥。

一種基于纖維鋪放的光纖自動植入復合材料的裝置，包括設置在基座上的用于鋪放單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶的機械手，機械手的前端設有用于將單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶鋪放在基板上的鋪放頭，機械手上設有用于將單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶輸送到鋪放頭處的預浸帶輸送通道，其中中間包裹光纖的雙層預浸帶是由光纖及分別設置在光纖上下兩側的單層預浸帶共同經紅外燈加熱裝置加熱和柔性壓輥的擠壓后得到的。

所述的機械手上設置若干個預浸帶輸送通道，每個預浸帶輸送通道單獨輸送一根單層預浸帶或中間包裹光纖的雙層預浸帶，機械手上至少設置一個用于輸送單層預浸帶的預浸帶輸送通道，機械手上至少設置一個用于輸送中間包裹光纖的雙層預浸帶的預浸帶輸送通道。

所述的鋪放頭上設有用于鋪放單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶的鋪放壓輥。

所述的機械手上還設有用于將單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶輔助輸送至鋪放頭處的中繼輸送模塊，中繼輸送模塊內設有用于傳動單層預浸帶和中間包裹光纖的雙層預浸帶的柔性輸送壓輥。

所述的中繼輸送模塊將預浸帶輸送通道分隔成兩部分，其中一部分預浸帶輸送通道的一端設置在鋪放頭上，另一端設置在中繼輸送模塊上；另一部分預浸帶輸送通道的一端設置在中繼輸送模塊上，另一端設置在料柜上；料柜內設有由單層預浸帶卷成的單層預浸帶料卷和由中間包裹光纖的雙層預浸帶卷成的中間包裹光纖的雙層預浸帶料卷。