[发明专利]激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合材料自动铺带精确检测方法。

背景技术

自动铺带技术是欧美国家广泛发展和应用的自动化成型技术之一，集预浸料剪裁、定位、铺叠、压实、加温等功能于一体的集成化数控成型技术。它涉及自动铺放装备技术、预浸料切割技术、铺放CAD/CAM技术、自动铺放工艺技术、铺放质量监控、模具技术、成本分析等多个研究方向。所谓自动铺带技术，就是采用数控铺层设备，通过数字化、自动化的手段实现复合材料预浸布带的连续自动切割和自动铺放。主要工作过程为：将复合材料预浸料卷安装在铺放头中，预浸材料由一组滚轮导出，并由压紧滚轮或可随形机构压紧在工装或上一层已铺好的材料上，切割刀将材料按设定好的方向切断，能保证铺放的材料与工装的外形相一致。铺放的同时，回料滚轮将背衬材料回收。

目前国内多家航空制造企业已从国外引进自动铺带机，在铺叠技术方面进行了相关的试验研究。自动铺带机分为平板式自动铺带机（FTLM）和曲面自动铺带机（CTLM）2种。FTLM有4个联动轴，主要适用于平板或小曲率机翼壁板的制造；CTLM有5个联动轴，适用于单曲面中等曲率壁板（如大尺寸机身）的制造。自动铺带机系统由台架系统（平行轨道、横梁及立杆）和铺带头组成，分为单架式和双架式。其中双台架自动铺带机的特点是机器长度可调，为长机翼蒙皮构造，适合于连续操作。铺带头是自动铺带设备的核心，目前除法国里内公司生产的双工位铺带头外，其余铺带机均为单工位铺带头，单工位铺带头一般至少由6个轴（2套切割系统共4个轴，预浸带送进系统1个轴、衬纸回收系统1个轴）。铺带头的主要构成包括：预浸带装夹和释放系统、衬纸回收系统、缺陷检测系统、预浸带输送导向系统、预浸带切割系统、预浸带加热系统、铺带和压实系统、激光辅助定位找正系统。其中预浸带通过铺带头的输送轴和拉紧轴传送。自动铺带机不仅要精确控制铺带头运动轨迹，而且要实现铺带头内部预浸带输送、铺放和切割等运动，并可对预浸带质量(宽度、夹杂、缺纱等)、预浸带进给、切割质量、成型温度、成型压力和铺带间隙等技术指标进行精确控制。故自动铺带机不但需要明显高于其他复合材料自动化设备的加工精度和运行平稳，而且需要更强大的控制功能和灵活性(多轴插补、多I／O控制点、多模拟量控制)。

自动铺带监控参数通常包括，铺放间隙测控，预侵带、丝质量控制，铺放角度等，目前的研究主要集中在铺放间隙和铺放表面缺陷的检测，而对于铺放角度的检测较少。复合材料构件的表面复杂性给铺放过程中工艺参数的实时监控带来了一定的难度,尤其是铺放头的铺放角度这一重要参数。目前检测铺带机铺出的每层带料是否正确的方式采用传统的测量工具如直尺、游标卡尺和角度尺。但这种测量方法测量精度低、对于大型的产品无法进行准确测量，且测量周期长。由于复合材料制件的特殊工艺性，手工铺叠方式中采用样板定位方式铺叠制件质量很难保证，且随着复合材料制件的尺寸越来越大，使用样板定位的方式正在逐步被淘汰。而目前采用激光定位仪的铺叠定位方式，不仅能减少手工铺叠时工人的操作复杂度、增加定位精度，使得制件的质量得到大大的提升，因而激光定位仪正被大量的引入手工铺叠，作为其辅助的工具使用。

目前主要依靠控制铺放头运动过程和利用光电传感器纤维带在导向琨处是否跑偏间隙检测。目前为止还没有一种能够应用于工程实际的高效、快速、精确地自动铺放质量检查方法。

发明内容

本发明的任务是利用激光定位技术，提供一种高效、快速，能够精确检查自动铺带角度、轮廓、边界等自动铺放质量的方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来实现。一种激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法，其特征在于包括如下步骤：