【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料铺层缺陷检测和铺层质量控制，具体为一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，所属分类号涉及b29c70/38，g01n21/88以及g01b11/24。
技术介绍
1、碳纤维增强树脂基复合材料在现代航空技术的发展中发挥了重要作用，频繁地被使用于现代飞机的结构中。相较于传统铝合金材料，碳纤维增强树脂基复合材料具有更高的比强度和比模量，优异的抗腐蚀性和疲劳性能。自动铺丝技术能够制造形状复杂且含有曲面的零件，具有自动化、高效率的优势，是一种先进的复合材料构件制造工艺。自动铺丝机的铺丝头以预浸料窄带为单元进行铺放，在纤维铺放过程中，每个窄带可以被独立地分配、切割，且铺丝头可进行三维的运动，为制造提供了高度的灵活性。
2、由于自动铺丝技术十分复杂且难以控制，在制造过程中容易出现缺陷，如间隙、褶皱等，自动铺丝缺陷直接影响复合材料零件的多种性能。如何对自动铺丝缺陷进行实时检测与识别，并进而实现对工件的质量控制以降低不良品率，是自动铺丝技术发展面临的一个关键问题。
3、针对这一问题，国际上，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、中国航空制造技术研究院等机构也研究了基于图像处理技术对复合材料铺层图像的高质量采集、图像预处理、图像分割以及缺陷识别等技术，实现了对复合材料铺放缺陷的实时检测。如公开号为cn113176265a的中国专利公开了一种复合材料自动铺丝搭接及缝隙缺陷在机检
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题：
2、现有的复合材料铺层质量或缺陷在线检测方法都是以铺层缺陷识别为目的，重点在于如何准确识别缺陷和缺陷种类，并未考虑实际生产过程中的复合材料零件质量控制问题，即现有技术均未考虑在识别出缺陷后如何处理。由于自动铺丝工艺复杂，如果在线检测过程中一旦发现缺陷就停止铺丝，待撕除有缺陷铺层后重新铺丝，必然会导致加工成本高昂，因此有必要在识别出缺陷后，设计相应的质量控制策略，既避免零件制造完成后因存在不可接受的缺陷状况而报废，也减少铺丝过程中因少许缺陷而重复返工导致的额外成本。
3、本专利技术的技术方案：
4、为解决上述技术问题，本专利技术提出一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，在复合材料自动铺丝过程中对铺丝缺陷进行实时检测和识别，重点在于通过神经网络模型对铺丝缺陷的长度、角度、体积等特征参数进行计量与分析，结合缺陷种类，明确了不同缺陷特征对应不同力学性能要求的权重，从而能够准确判断缺陷对零件力学性能折减程度，根据零件力学性能折减程度对复合材料零件加工过程进行质量控制，实现从缺陷检测到质量控制的闭环控制。
5、本专利技术具体包括以下步骤：
6、步骤1：在复合材料自动铺丝过程中，对复合材料成型工件中的铺丝缺陷进行实时检测，实时获取缺陷的种类和尺寸；
7、步骤2：对缺陷导致复合材料成型工件力学性能折减程度变量s进行累计，当s达到阈值smax时，停止铺放，对复合材料成型工件已铺放结构进行维修并调整铺丝工艺参数，然后返回步骤1，直至完成铺放；其中维修后的缺陷不再用于变量s的累计。
8、进一步的，步骤1中，在复合材料自动铺丝过程中，自动铺丝机的铺丝头带动数据采集装置，实时采集复合材料成型工件铺层表面轮廓数据，对所述复合材料成型工件铺层表面轮廓数据进行预处理后，输入至训练好的神经网络模型，根据神经网络模型输出，判断当前铺层是否存在缺陷以及缺陷的种类和尺寸。
9、进一步的，步骤2中，所述变量s根据公式
10、
11、计算得到，其中为第i处缺陷的权重因子，为第i处缺陷影响区域的体积占比，n表示当前已铺放结构中参与变量s累计的缺陷个数。
12、进一步的，权重因子根据公式
13、
14、确定，其中为第i处缺陷的缺陷种类的权重因子，为第i处缺陷方向角的权重因子；所述方向角为所述力学性能的指标方向与缺陷所在铺层方向的夹角。
15、进一步的，体积占比根据公式
16、
17、确定，其中为第i处缺陷的面积，为单个铺层厚度，为复合材料工件的理论总体积。
18、进一步的，所述力学性能包括纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横向拉伸强度、横向压缩强度、面内剪切强度；对于纵向拉伸强度和纵向压缩强度，其指标方向与复合材料成型工件主方向一致；对于横向拉伸强度、横向压缩强度，其指标方向垂直于复合材料成型工件主方向，对于面内剪切强度，其指标方向与复合材料成型工件主方向一致。
19、进一步的，所述缺陷种类包括间隙、搭接、扭转、褶皱、桥接、异物。
20、进一步的，当要求的力学性能为纵向拉伸强度和横向拉伸强度时，缺陷种类对应的权重因子为：
21、
22、对于纵向拉伸强度，缺陷方向角对应的权重因子为：
23、
24、对于横向拉伸强度，缺陷方向角对应的权重因子为：
25、
26、当要求的力学性能为纵向压缩强度和横向压缩强度时，缺陷种类对应的权重因子为：
27、
28、对于纵向压缩强度，缺陷方向角对应的权重因子为：
29、
30、对于横向压缩强度，缺陷方向角对应的权重因子为：
31、
32、当要求的力学性能为面内剪切强度时，缺陷种类对应的权重因子为：
33、
34、对于面内剪切强度，缺陷方向角对应的权重因子为：
35、
36、进一步的，当复合材料成型工件需要同时考察多个力学性能时，则分别设置各个力学性能的阈值，并分别计算各个力学性能对应的折减程度累计变量，只有当各个力学性能对应的折减程度累计变量均小于各自对应的阈值，才继续铺层。
37、进一步的，权重因子根据公式
38、
39、得到，其中为放大系数，若当前铺层中的第个缺陷的覆盖区域与上一铺层中的缺陷覆盖区域没有重叠，则，否则，其中当相邻两个铺层的铺层角不同时，，当相邻两个铺层的铺层角相同时，。
40、有益效果：
41、本专利技术提出的复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，在复合材料自动铺丝过程中对铺丝缺陷进行实时检测和识别，重点通过神经网络模型对铺丝缺陷的长度、角度、面积、体积等特征参数进行计量与分析，结合缺陷种类，明确了不同缺陷特征对应不同力学性能要求的权重，从而能够准确判断缺陷对零件力学性能折减程度，根据零件力学性能折减程度对复合材料零件加工过程进行质量控制，实现从缺陷检测到质量控制的闭环控制；通过该方法能够在自动铺丝缺陷对力学性能的影响达到阈值时，自动铺丝并提示技术人员进行维修和工艺调整，避本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：步骤1中，在复合材料自动铺丝过程中，自动铺丝机的铺丝头带动数据采集装置，实时采集复合材料成型工件铺层表面轮廓数据，对所述复合材料成型工件铺层表面轮廓数据进行预处理后，输入至训练好的神经网络模型，根据神经网络模型输出，判断当前铺层是否存在缺陷以及缺陷的种类和尺寸。
3.根据权利要求1所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：步骤2中，所述变量S根据公式
4.根据权利要求3所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：权重因子根据公式
5.根据权利要求3所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：体积占比根据公式
6.根据权利要求4所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：所述力学性能包括纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横向拉伸强度、横向压缩强度、面内剪切强度；对于纵向拉伸强度和纵向压缩强
7.根据权利要求6所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：所述缺陷种类包括间隙、搭接、扭转、褶皱、桥接、异物。
8.根据权利要求7所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：当要求的力学性能为纵向拉伸强度和横向拉伸强度时，缺陷种类对应的权重因子为：
9.根据权利要求6所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：当复合材料成型工件需要同时考察多个力学性能时，则分别设置各个力学性能的阈值，并分别计算各个力学性能对应的折减程度累计变量，只有当各个力学性能对应的折减程度累计变量均小于各自对应的阈值，才继续铺层。
10.根据权利要求3所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：权重因子根据公式
...【技术特征摘要】
1.一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：步骤1中，在复合材料自动铺丝过程中，自动铺丝机的铺丝头带动数据采集装置，实时采集复合材料成型工件铺层表面轮廓数据，对所述复合材料成型工件铺层表面轮廓数据进行预处理后，输入至训练好的神经网络模型，根据神经网络模型输出，判断当前铺层是否存在缺陷以及缺陷的种类和尺寸。
3.根据权利要求1所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：步骤2中，所述变量s根据公式
4.根据权利要求3所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：权重因子根据公式
5.根据权利要求3所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：体积占比根据公式
6.根据权利要求4所述一种复合材料自动铺丝缺陷实时检测与质量控制方法，其特征在于：所述力学性能包括纵向拉伸强度、纵向压缩强度、横向拉伸强度、横向压缩...
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