[发明专利]一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统

说明书

热固性复合材料，尤其是纤维增强热固性复合材料，具有密度小，比强度和比模量高，抗冲击韧性好，耐腐蚀，成型加工性能好等优点，热固性复合材料零部件应用越来越多。设备的检测和维修，是智能制造的一个重要方面，但是其发展水平远远落后于生产设备的智能制造，需要大力发展设备检修相关的技术。本发明涉及一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统，可以对航空航天、运输设备、矿用机械、海上平台、发电设施等设备中的热固性复合材料部件进行损伤识别、评估、定位和修复，特别适合有毒有害危险环境等不适宜人类作业的情况，具有适用性强、智能化程度高、成本低等优点，可降低后勤补给和仓储压力，工程应用前景广阔。

技术领域

本发明涉及航空航天设备、机械设备、特种车辆、石油管道、化工专用设备、发电专用设备、特种设备等设备中的热固性复合材料结构零部件损伤的实时测量、评估、定位以及在线维修系统，尤其涉及一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统，属于新材料、智能制造技术领域。

背景技术

热固性复合材料，尤其是纤维增强热固性复合材料，具有密度小，比强度和比模量高，抗冲击韧性好，耐腐蚀，成型加工性能好，可设计性好等优点，工程应用广泛，热固性复合材料(热固复材)零部件越来越多。智能制造发展迅速，对设备的自动化和无人化程度要求越来越高。但是，目前在设备的运行监测和维修方面，自动化程度仍然较低。厂房里面的生产机械、大型矿用设备、特种运输设备、海上平台等的检修，主要还是依靠人工检测和维修的方法，费时，效率低，而且维修速度慢。此外，还存在一些不适合传统人检修的场合和情况，例如：太空的空间站、卫星，有毒有害的环境中工作的设备等。这些设备中，很多零部件都是由热固性复合材料制造而成的。因此，需要发展适用于热固性复合材料结构的损伤监测和在线维修技术及系统，以提高设备检修的自动化程度，为无人工厂、无人电站、无人舰船、空间站等应用提供智能检修的技术基础。

发明内容

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统，实现热固性复合材料结构的损伤监测和自动化在线维修，为工作中设备上的热固性复合材料零部件的损伤识别、评估、定位和修复提供一种自动化的、高效率的在线检修系统，保障设备的运行安全可靠。

2、技术方案：

一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统，包括热固复材结构损伤识别及定位和评估子系统、声发射传感器、低噪声信号线、前置信号放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统、损伤定位系统；热固复材结构损伤区域扫描成像子系统、三维激光扫描仪、计算机、需修补区域的模型；热固复材结构损伤区域预处理子系统、损伤区域预处理控制系统、表面毛化装置、清理装置；热固复材结构损伤区域维修子系统、光固化3D打印控制系统、激光器、激光扫描系统、激光束、升降器、升降台、成型中零件、液态光敏树脂、容器、已成型零件、供胶管、胶粘剂盒；热固复材结构损伤区域维修后处理子系统、维修后表面处理系统、粘接线；含损伤热固复材部件、损伤区域、机械手、待修的热固复材结构、修后的热固复材结构、维修完成的热固复材结构；

所述热固复材结构损伤识别及定位和评估子系统，由声发射传感器、低噪声信号线、前置信号放大器、信号采集分析装置、损伤识别和评估系统和损伤定位系统组成；声发射传感器的具体型号根据使用环境而定，声发射传感器采用圆柱形阵列布置，即在含损伤热固复材部件的表面或近表面成上圆周阵列和下圆周阵列布置，从而形成一个圆柱形阵列，相比于目前的方形或菱形布置形式，圆柱形布置的监测范围更大，更为立体，而且可以与圆柱坐标系配合使用，利于损伤的准确定位；声发射传感器通过低噪声信号线或无线通讯方式与前置信号放大器连接，信号经过放大后传至信号采集分析装置，信号采集分析装置对信号进行滤波，对滤波后的波形信号进行分析得到不同传感器通道的波达时刻和振幅；损伤识别和评估系统将振幅与预先设定的损伤阈值进行比较，超过阈值即表示损伤已经产生，当振幅是阈值的1.5倍时，就需要对损伤区域进行维修了；损伤定位系统根据不同传感器通道的波达时刻的差值、声发射传感器的空间坐标和声速来计算判断损伤的位置；