[发明专利]一种复合材料铺层质量在线检测系统及检测方法

说明书

本发明公开了一种复合材料铺层质量在线检测系统及检测方法，该检测系统包括铺丝设备、线激光传感器、机械连接机构与电气控制系统，线激光传感器通过机械连接机构安装于铺丝设备上；电气控制系统包括W轴电机、W轴电机编码器、激光测量控制器与铺丝设备数控系统；线激光传感器随铺丝设备沿铺丝曲面的法向发射激光，返回铺层的轮廓信息。本发明能及时对铺层的铺放缺陷进行处理，且检测精度高，能有效识别出丝束的间隙、搭接等缺陷，并且检测出铺层缺陷时，能根据缺陷的位置快速定位到铺层的准确位置，方便用户快速处理缺陷。

技术领域

本发明属于检测技术领域，具体涉及一种复合材料铺层质量在线检测系统及检测方法。

背景技术

目前，先进复合材料成型技术已经广泛应用于汽车制造业、化工、医学设备以及航空航天等制造领域，随着其需求量的不断增加，先进复合材料制造业迅速发展，市场也越来越多地关注复合材料的成型加工效率和加工质量。

复合材料的自动铺放在完成每次铺层过程中，往往容易出现间隙、搭接、重叠、皱褶、扭转等问题。丝束之间的搭接导致构件局部尺寸超厚，在装备要求严格的航空航天领域，零件几何尺寸要求苛刻，难以满足使用要求；丝束间隙过大将导致构件的力学性能指标达不到要求，无法交付用户使用。另外丝束的桥接、褶皱等铺放缺陷均会导致构件成型后性能上或多或少的缺陷，难以在性能上满足应用领域的要求，导致次品的产生，造成资源浪费。

为解决上述问题，美国的Boeing公司、Schmitt公司和EI公司利用图像采集处理系统实现了基于铺层表面图像的铺层质量在线检测方法，并形成了较为成熟的产品。南京航空航天大学研究了基于图像处理技术对预浸纱图像的高质量采集、图像预处理、图像分割以及缺陷识别等技术，实现了对预浸纱铺放缺陷的动态检测。现有技术缺陷主要表现为自动化程度不高，检测结果不准确，检测装置易受外界环境干扰。

发明内容

本发明提供一种复合材料铺层质量在线检测系统及检测方法，该检测系统能在机检测出铺层的铺放质量，能及时对铺层的铺放缺陷进行处理，且检测精度高，能有效识别出丝束的间隙、搭接等缺陷，并且检测出铺层缺陷时，能根据缺陷的位置快速定位到铺层的准确位置，方便用户快速处理缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种复合材料铺层质量在线检测系统，包括铺丝设备、线激光传感器、机械连接机构与电气控制系统，线激光传感器通过机械连接机构安装于铺丝设备上；电气控制系统包括W轴电机、W轴电机编码器、激光测量控制器与铺丝设备数控系统，W轴电机安装于铺丝设备上，铺丝设备数控系统的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端连接，线激光传感器的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端连接，W轴电机编码器的信号输出端与激光测量控制器的信号输入端以及铺丝设备数控系统的信号输入端均连接；线激光传感器随铺丝设备沿铺丝曲面的法向发射激光，返回铺层的轮廓信息。

进一步地，线激光传感器与激光测量控制器构成线激光测量系统，线激光传感器的线激光测量头由激光测量控制器控制采集数据，W轴电机编码器作为线激光测量系统的触发信号，记录线激光传感器当前位置信息，铺丝设备数控系统发出使能信号控制激光测量控制器的启停，进而控制线激光测量头的启停。

进一步地，线激光传感器随铺丝设备沿铺放轨迹的法向扫描被测工件的铺层信息，并将铺层信息传给铺丝设备数控系统的工控机，铺层信息经过工控机软件处理，识别当前铺层信息是否存在缺陷，如存在缺陷，则根据W轴的坐标信息和当前铺层信息，追踪到每条线激光数据在被测工件数模上的扫描轨迹，进而根据铺层缺陷的分析结果将缺陷从被测工件数模上标注具体的位置信息。

进一步地，线激光测量头的采样频率由W轴电机编码器的脉冲信号控制触发。

一种复合材料铺层质量在线检测系统的检测方法，通过线激光传感器随铺丝设备运动过程中，实时返回当前铺层轮廓的高度数值矩阵，利用高度数值矩阵进行数据处理，数据处理方法包括以下步骤：