[发明专利]高对比度复合材料铺放间隙图像的采集参数

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料铺放工艺过程中对同一铺放层相邻预浸带间的缝隙自动检测时的视频图像采集参数，该方法用于复合材料结构件加工过程中的铺放层表面质量视频图像的稳定、可靠采集。

背景技术

先进复合材料结构具有高比强度、高比模量、耐疲劳、工艺性好等特点，能有效提高结构件的性能。大量使用复合材料是航空航天器发展趋势：如美国第四代战斗机(F22、F35)、大型飞机(A380、787和A400M等)均大量采用复合材料结构部件提高飞机性能。作为复合材料通用制造技术，复合材料铺放可以实现复合材料设计制造技术的大跨度进步，具有重要的应用价值与技术进步意义。复合材料铺放技术是一项新型的加工技术，涉及复合材料加工、机械制造、自动控制技术以及传感检测技术等相关领域内容，同时复合材料加工工艺对加工精度的要求较高，相关技术的研究正在展开，有大量问题需要解决。其中铺放过程中预浸带间隙的测量是实现铺放工艺自动化的前提保障和必要基础。

与传统机械加工工艺相比，复合材料的铺放具有以下几点特殊性：1、材料的特殊性：采用的预浸料成型，加工过程中的预浸料变形难以精确控制；2、加工工艺的特殊性：工件的加工通过逐层铺叠而非切削实现，容易产生加工形变；3、加工工件表面特性的特殊性：铺叠后的预浸料表面比较粗造。鉴于上述原因，复合材料铺放技术要求对铺放工艺过程实施严格的质量控制，确保加工工件的外形尺寸和质量符合工艺要求，铺放工艺过程中的间隙实时检测是解决上述问题的最有效方法之一。

预浸带是由直径0.15mm的纤维粘合制成，标准厚度仅为0.15mm，因此预浸带表面并非严格意义上的平面，其表面特性如图1所示。在复合材料的铺放过程中，在线质量检测主要的任务之一就是检测同一铺放层相邻两条预浸带间的间隙是否满足工艺要求，属于表面质量检测问题。由于预侵带厚度薄，表面呈波浪型，给检测带来了一定的困难。基于视频图像处理的检测技术是近几年发展起来的测控技术，相对于传统检测方法，设备简单，成本低廉，而且包含信息量巨大，非常适合于复合材料自动铺放工艺过程中的质量检测。如美国专利(7171003B2)利用背景光源组和CCD组成的视频图像采集系统，其中背景光源组中包括红外光源，提高图像对比度，采集反射的铺放表面图像，检测表面间隙，该发明采用光源入射角度为45°。该发明中利用设置阈值的方式二值化图像，并在此基础上实现检测。但是铺放表面的图像质量取决于很多因素，例如背景光源类型、复合材料表面铺放角度、光源入射位置等等。因此如何获得稳定的、高对比度的铺放间隙图像在基于视频图像的间隙检测过程中是非常重要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一组背景光源入射角度及CCD镜头位置参数，根据该参数可以在复合材料铺放工艺过程中采集到高质量的层间相邻预浸带间隙图像。

利用背景光源所采集的反射铺放表面的图像质量受到许多因素的影响，其中包括铺放表面纹理走向、光源位置、CCD镜头位置和光源强度等。针对铺放角度不同的两种复合材料，在镜头位置，光源类型，光源强度等参数固定的情况下，获得高质量铺放间隙图像所需的最佳光源入射角度和位置参数。

具体参数为：

铺放角度90°；预浸带宽度75mm；铺放间隙小于2mm；工件处于垂直位置。CCD和工件表面夹角为60°，确定光源水平入射角为61°±5°，俯仰角为0°±1°，光源和CCD的相对高度为4cm±1cm的范围内，可以获得比较理想的间隙图像。

铺放角度52°；预浸带宽度75mm；铺放间隙小于5mm；工件处于垂直位置。CCD和工件表面夹角为60°，确定光源水平入射角为56°±5°，俯仰角为19°±1°，光源和CCD的相对高度为9.5cm±1cm的范围内，可以获得比较理想的间隙图像。

本发明的有益效果是：根据本发明中提供的参数调节背景光源位置和CCD位置，针对两种不同铺放角度的复合材料可以获得高对比度的间隙图像。

附图说明

图1是本发明中的加工工件表面及图像采集示意图；

上述图中的标号名称：001-上层预浸带，002-下层预浸带，003-间隙，004-图像采集区。

图2是本发明的检测工件、光源与CCD相对位置关系示意图，其中图2(a)为正视图，图2(b)为俯视图，图2(c)为侧视图；

上述图中的标号名称：005-光源，006-工件表面，007-CCD，008-间隙。