[發(fā)明專(zhuān)利]一種熱固性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)及在線(xiàn)維修系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110353809.2
• 申請(qǐng)日: 2021-04-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113049682A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李立軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N29/14
• 分類(lèi)號(hào): G01N29/14;G01N29/07;G01B11/24;G06T7/521;B29C73/12;B29C73/24;B29C73/26
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1.一種熱固性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的損傷監(jiān)測(cè)及在線(xiàn)維修系統(tǒng)，其特征在于，包括熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及定位和評(píng)估子系統(tǒng)、聲發(fā)射傳感器、低噪聲信號(hào)線(xiàn)、前置信號(hào)放大器、信號(hào)采集分析裝置、損傷識(shí)別和評(píng)估系統(tǒng)、損傷定位系統(tǒng)；熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域掃描成像子系統(tǒng)、三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)、需修補(bǔ)區(qū)域的模型；熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域預(yù)處理子系統(tǒng)、損傷區(qū)域預(yù)處理控制系統(tǒng)、表面毛化裝置、清理裝置；熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域維修子系統(tǒng)、光固化3D打印控制系統(tǒng)、激光器、激光掃描系統(tǒng)、激光束、升降器、升降臺(tái)、成型中零件、液態(tài)光敏樹(shù)脂、容器、已成型零件、供膠管、膠粘劑盒；熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域維修后處理子系統(tǒng)、維修后表面處理系統(tǒng)、粘接線(xiàn)；含損傷熱固復(fù)材部件、損傷區(qū)域、機(jī)械手、待修的熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)、修后的熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)、維修完成的熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)；

所述熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別及定位和評(píng)估子系統(tǒng)，由聲發(fā)射傳感器、低噪聲信號(hào)線(xiàn)、前置信號(hào)放大器、信號(hào)采集分析裝置、損傷識(shí)別和評(píng)估系統(tǒng)和損傷定位系統(tǒng)組成；聲發(fā)射傳感器的具體型號(hào)根據(jù)使用環(huán)境而定，聲發(fā)射傳感器采用圓柱形陣列布置，即在含損傷熱固復(fù)材部件的表面或近表面成上圓周陣列和下圓周陣列布置，從而形成一個(gè)圓柱形陣列，相比于目前的方形或菱形布置形式，圓柱形布置的監(jiān)測(cè)范圍更大，更為立體，而且可以與圓柱坐標(biāo)系配合使用，利于損傷的準(zhǔn)確定位；聲發(fā)射傳感器通過(guò)低噪聲信號(hào)線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)通訊方式與前置信號(hào)放大器連接，信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后傳至信號(hào)采集分析裝置，信號(hào)采集分析裝置對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，對(duì)濾波后的波形信號(hào)進(jìn)行分析得到不同傳感器通道的波達(dá)時(shí)刻和振幅；損傷識(shí)別和評(píng)估系統(tǒng)將振幅與預(yù)先設(shè)定的損傷閾值進(jìn)行比較，超過(guò)閾值即表示損傷已經(jīng)產(chǎn)生，當(dāng)振幅是閾值的1.5倍時(shí)，就需要對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行維修了；損傷定位系統(tǒng)根據(jù)不同傳感器通道的波達(dá)時(shí)刻的差值、聲發(fā)射傳感器的空間坐標(biāo)和聲速來(lái)計(jì)算判斷損傷的位置；

所述熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域掃描成像子系統(tǒng)，由三維激光掃描儀、計(jì)算機(jī)和需修補(bǔ)區(qū)域的模型組成，主要功能是對(duì)損傷區(qū)域進(jìn)行掃描成像和建模；三維激光掃描儀得到損傷定位系統(tǒng)傳來(lái)的損傷位置信息后，對(duì)含損傷熱固復(fù)材部件上的損傷區(qū)域進(jìn)行激光掃描，在計(jì)算機(jī)中創(chuàng)建損傷區(qū)域幾何表面的點(diǎn)云，使用這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)插值建成損傷區(qū)域的三維模型，與計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)的熱固性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整模型做布爾運(yùn)算，得到需修補(bǔ)區(qū)域的模型，將需修補(bǔ)區(qū)域的模型轉(zhuǎn)化為光固化3D打印可識(shí)別的STL格式文件，得到需修補(bǔ)區(qū)域的模型(STL格式)；

所述熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域預(yù)處理子系統(tǒng)，由損傷區(qū)域預(yù)處理控制系統(tǒng)、表面毛化裝置和清理裝置組成，主要功能是對(duì)需修補(bǔ)的損傷區(qū)域進(jìn)行表面粗糙化處理和灰塵雜質(zhì)清理；首先，損傷區(qū)域預(yù)處理控制系統(tǒng)控制表面毛化裝置使用鋼絲刷子、砂紙等對(duì)機(jī)械手抓取的待修的熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)上的損傷區(qū)域進(jìn)行刷擦、打磨等操作，使損傷區(qū)域的待粘接復(fù)合材料表面粗糙化，有利于3D打印制造的補(bǔ)片與損傷區(qū)域的粘接結(jié)合更加牢固，提高粘接強(qiáng)度；然后，損傷區(qū)域預(yù)處理控制系統(tǒng)控制清理裝置對(duì)損傷區(qū)域吹壓縮空氣，壓縮空氣的氣壓在0.1-0.3MPa之間，清理?yè)p傷區(qū)域表面的灰塵和雜質(zhì)；

所述熱固復(fù)材結(jié)構(gòu)損傷區(qū)域維修子系統(tǒng)，由光固化3D打印控制系統(tǒng)、激光器、激光掃描系統(tǒng)、激光束、升降器、升降臺(tái)、成型中零件、液態(tài)光敏樹(shù)脂、容器、已成型零件、供膠管和膠粘劑盒組成；光固化3D打印控制系統(tǒng)對(duì)需修補(bǔ)區(qū)域的模型(STL格式)進(jìn)行切片處理，根據(jù)各層切片的平面幾何信息生成激光掃描系統(tǒng)和升降器的運(yùn)動(dòng)指令；容器中盛放液態(tài)光敏樹(shù)脂，激光器發(fā)出的355nm波長(zhǎng)的激光經(jīng)過(guò)激光掃描系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)聚焦成激光束，激光束在光固化3D打印控制系統(tǒng)的控制下根據(jù)切片的截面信息在光敏樹(shù)脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)域的樹(shù)脂產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而固化成樹(shù)脂薄層，樹(shù)脂薄層置于升降臺(tái)的工作臺(tái)上，一層固化完畢后，升降器控制工作臺(tái)下移一個(gè)層厚的距離，以使在已經(jīng)固化好的樹(shù)脂表面成型一層新的樹(shù)脂，新固化的一層可以牢固地粘接在前一層樹(shù)脂層上，樹(shù)脂薄片疊加堆積形成成型中零件，如此重復(fù)直至3D打印完畢，得到已成型零件；膠粘劑盒中存放有環(huán)氧膠粘劑、酚醛膠粘劑、甲基丙烯酸膠粘劑、聚氨酯膠粘劑等膠粘劑，每種膠粘劑置于一個(gè)盒內(nèi)，這些盒子呈圓周陣列排布，需要使用某一種膠粘劑時(shí)，膠粘劑盒旋轉(zhuǎn)，將這種膠粘劑轉(zhuǎn)到出膠口，為供膠管送膠，這種設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足不同材料結(jié)構(gòu)的粘接需求，提高維修系統(tǒng)的適應(yīng)性和通用性；光固化3D打印控制系統(tǒng)控制供膠管將膠粘劑涂抹在復(fù)合材料損傷區(qū)域，機(jī)械手將已成型零件放到待修復(fù)的損傷區(qū)域中，實(shí)現(xiàn)與熱固性復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的粘接，膠粘劑固化完畢，即完成損傷區(qū)域的修補(bǔ)工作。