[發(fā)明專(zhuān)利]一種融合成型質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)的連續(xù)纖維復(fù)合材料原位增材制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210048758.7
• 申請(qǐng)日: 2022-01-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114474719B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 紀(jì)毓楊;欒叢叢;姚鑫驊;牛成成;傅建中
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B29C64/165
• 分類(lèi)號(hào): B29C64/165;B29C64/393;B29C64/386;B29C64/268;B33Y10/00;B33Y30/00;B33Y50/00;B33Y50/02
• 代理公司: 杭州天勤知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 彭劍

1.一種融合成型質(zhì)量實(shí)時(shí)檢測(cè)的連續(xù)纖維復(fù)合材料原位增材制造方法，其特征在于，采用的制造系統(tǒng)包括增材制造設(shè)備、光學(xué)隔振臺(tái)以及設(shè)置在光學(xué)隔振臺(tái)上的溫度檢測(cè)模塊和光束質(zhì)量分析模塊；

所述的增材制造設(shè)備包括懸掛基板以及固定在懸掛基板板面上的料盤(pán)、固定導(dǎo)向輪、氮?dú)獯邓驮O(shè)備、可調(diào)節(jié)帶導(dǎo)向壓輥總成、角度和位置可調(diào)的激光器和CCD相機(jī)，所述懸掛基板的上端與外部移動(dòng)設(shè)備固定；所述的光束質(zhì)量分析模塊包括衰減裝置和光束質(zhì)量分析儀；所述的溫度檢測(cè)模塊包括熱成像測(cè)溫儀以及內(nèi)置熱電偶陣列的弧形預(yù)制板；

所述的料盤(pán)和固定導(dǎo)向輪分別通過(guò)料盤(pán)軸和固定導(dǎo)向輪軸活動(dòng)固定在懸掛基板上；所述的氮?dú)獯邓驮O(shè)備上設(shè)有進(jìn)氣嘴和送氣管，氮?dú)獯邓驮O(shè)備固定在懸掛基板靠近下端的板面上，送氣管與氮?dú)獯邓驮O(shè)備固定連接；所述的可調(diào)節(jié)帶導(dǎo)向壓輥總成通過(guò)滑臺(tái)氣缸固定在懸掛基板上，所述的滑臺(tái)氣缸用于控制可調(diào)節(jié)帶導(dǎo)向壓輥總成上下運(yùn)動(dòng)；所述的激光器通過(guò)精密光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)與設(shè)置在懸掛基板上的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)固定，所述的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)用于驅(qū)動(dòng)激光器水平和豎直方向的運(yùn)動(dòng)；所述的CCD相機(jī)活動(dòng)固定在懸掛基板下部的滑槽內(nèi)；

所述的可調(diào)節(jié)帶導(dǎo)向壓輥總成包括與滑臺(tái)氣缸固定的頂端連接板、對(duì)稱(chēng)設(shè)置在頂端連接板下端的兩個(gè)側(cè)面安裝導(dǎo)向板、通過(guò)壓輥軸和配套的壓輥緊固螺母可拆卸固定在兩個(gè)側(cè)面安裝導(dǎo)向板之間的壓輥、通過(guò)螺桿和配套的緊固螺母可拆卸固定在兩個(gè)側(cè)面安裝導(dǎo)向板之間的可調(diào)導(dǎo)向輪；

兩個(gè)側(cè)面安裝導(dǎo)向板上均設(shè)有豎向的安裝槽，所述的螺桿兩端分別穿過(guò)兩個(gè)安裝槽后與兩個(gè)側(cè)面安裝導(dǎo)向板通過(guò)緊固螺母可拆卸固定；

所述的二維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括帶水平滑塊的水平導(dǎo)軌以及帶豎直滑塊的豎直導(dǎo)軌；所述的水平導(dǎo)軌通過(guò)水平導(dǎo)軌安裝板固定在懸掛基板的板面上，所述的豎直導(dǎo)軌通過(guò)導(dǎo)軌連接板固定在水平滑塊上；

所述的精密光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)固定在豎直滑塊上，所述的精密光學(xué)轉(zhuǎn)臺(tái)上固定有激光器高度補(bǔ)償塊，所述的激光器通過(guò)激光器連接板固定在激光器高度補(bǔ)償塊上；

連續(xù)纖維復(fù)合材料原位增材制造方法的具體步驟如下：

（1）根據(jù)不同材料或不同加工目標(biāo)及要求，針對(duì)不同加工或?qū)嶒?yàn)方案對(duì)激光器的角度和位置進(jìn)行調(diào)整；

（2）使用外部移動(dòng)設(shè)備移動(dòng)增材制造設(shè)備至光束質(zhì)量檢測(cè)模塊，根據(jù)激光器的角度和位置對(duì)光束質(zhì)量分析模塊中衰減裝置和光束質(zhì)量分析儀的位置及姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整；使光束質(zhì)量分析模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焦點(diǎn)位置、光斑形狀、光斑大小、光斑能量分布的測(cè)量；

（3）移動(dòng)增材制造設(shè)備至溫度檢測(cè)模塊，開(kāi)始在溫度檢測(cè)模塊中的弧形預(yù)制板上鋪放連續(xù)纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料，通過(guò)弧形預(yù)制板內(nèi)部的熱電偶陣列獲得不同鋪層過(guò)程中內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布信息，并通過(guò)熱成像測(cè)溫儀對(duì)鋪放過(guò)程中表面溫度進(jìn)行測(cè)量，以獲得鋪放全程的全方位熱歷史信息，用于分析冷卻過(guò)程及熱傳導(dǎo)過(guò)程；

（4）以層為單位利用CCD相機(jī)結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對(duì)弧形鋪放過(guò)程中可能造成的鋪層缺陷進(jìn)行探測(cè)，一旦檢測(cè)到缺陷，停止鋪放并廢棄，直到每層合格的條件下達(dá)到預(yù)定層數(shù)，得到成型件；具體過(guò)程為：

將CCD相機(jī)的位置進(jìn)行調(diào)整，照明光源由激光器鏡頭邊緣照明燈和外部設(shè)備共同提供，在一層鋪設(shè)的過(guò)程中，利用CCD相機(jī)在加工過(guò)程中按確定間隔實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前層的鋪設(shè)圖像，保證每一塊鋪放區(qū)域都被拍攝下來(lái)，將拍攝的圖像傳送到計(jì)算機(jī)中；

由于在環(huán)形平面件鋪設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)起皺、層間粘合不良的缺陷，通過(guò)計(jì)算機(jī)結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對(duì)照片鋪放層進(jìn)行邊緣識(shí)別，使用創(chuàng)建的缺陷知識(shí)庫(kù)對(duì)深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行訓(xùn)練，然后使用訓(xùn)練好的算法對(duì)處理好的照片邊緣內(nèi)的各類(lèi)缺陷進(jìn)行識(shí)別，傳入的照片一張張進(jìn)行識(shí)別，未識(shí)別的排隊(duì)等待，一旦識(shí)別出來(lái)較大缺陷，將缺陷信息標(biāo)號(hào)并保留到數(shù)據(jù)庫(kù)中，清空等待列表，將當(dāng)前件停止鋪放并廢棄；

（5）使用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)不同熱源角度及位置制造的成型件進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，得到成型件的拉伸強(qiáng)度及模量、彎曲強(qiáng)度及模量、層間剪切強(qiáng)度；

（6）根據(jù)預(yù)設(shè)測(cè)試方案改變激光器的角度及位置，并重復(fù)步驟（2）-（5），對(duì)步驟（2）、步驟（3）和步驟（5）獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合不同激光角度及位置的多組數(shù)據(jù)，匯總激光角度對(duì)加工質(zhì)量的影響、不同角度激光加熱原理和最優(yōu)鋪放角度工藝參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)纖維復(fù)合材料原位增材制造方法，其特征在于，所述的外部移動(dòng)設(shè)備為機(jī)械臂或龍門(mén)架，外部移動(dòng)設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)增材制造設(shè)備的大范圍移動(dòng)及360度角度變化。