激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法技术

本发明专利技术提出的一种激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法，旨在提供一种高效、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。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在随同铺带头一起运动的安装架上，固联一个与主控平台计算机相连的激光投影机，激光投影机信号线缆集成在自动铺带机的伺服控制电路中；在铺带模具工装外缘上安装与铺带头激光定位仪和激光投影机共用的反射头；通过反射头反射感应建立激光定位仪与铺带模具工装的参考坐标系，通过计算机内置TruLASER软件程序建立层铺带轮廓的数字模型；激光投影机借助TruLASER采集反射头的位置坐标，生成每层带料的投影轮廓，通过激光投影机投射到铺带模具工装的工作表面上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料自动铺带精确检测方法。
技术介绍
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I个轴、衬纸回收系统I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3CN 102975375 A书明说2/4页量的引入手工铺叠，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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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在随同铺带头一起运动的安装架上，固联一个与主控平台计算机相连的激光投影机， 并将激光投影机信号线缆集成到自动铺带机的伺服控制电路中；然后在铺带模具工装外缘 上表面分布的至少四个对准销上安装与铺带头激光定位仪和上述激光投影机共用的反射 头，激光定位仪和激光投影机通过反射头反射感应建立激光定位仪与铺带模具工装两者相 同的参考坐标系，同时通过上述计算机内置TruLASER软件程序建立每一层铺带轮廓和每 条带料的数字模型；激光投影机借助激光定位仪系统程序软件TruLASER，自动采集反射头 的位置坐标，将激光定位仪校准坐标后的零件数据，通过TruLASER生成每层带料的投影轮 廓，检测时，通过操控主控平台计算机，将系统文件CAD数据定义的外形，通过激光投影机， 把形成的铺层轮廓图像，精确地投射到铺带模具工装的工作表面上，然后依据激光投影机 投射出的图像边界轮廓，辨别铺带机实际铺叠出的图形。本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果。激光定位仪精度投射出的铺带轮廓精度高，检测速度快，铺带机自动铺带轮廓与 激光投影机投射到工装表面的轮廓两者是否相符，一目了然，无需辅助检测工具，可以抛弃 传统的测量工具，如直尺、游标卡尺和角度尺等测量工具，实现自动铺带角度、轮廓、边界是 否满足要求的快速、准确测量。检测时，仅通过人工观察即可确定复合材料裁片外形、纤维 方向、铺放间隙等几何参数的精确度和铺叠位置、方向、角度的准确性，从而减轻了检验员 的劳动强度。利用本专利技术可以有效地节省检测时间，提高复材整体生产率。附图说明为了进一步说明而不是限制本专利技术的上述实现方式，下面结合附图和实施例对本 专利技术进一步说明，但并不因此将本专利技术限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为 本技术所公开的内容和本专利技术的保护范围。图I复合材料自动铺带机系统工作原理示意图。图2是本专利技术自动铺带机激光定位检测原理示意图。图中1铺带机，2铺带头，3激光投影机，4横梁及立杆，5平行轨道，6铺带模具工 装，7反射头，8激光定位仪，9激光束，10铺带片料，11激光投射的轮廓。具体实施方式参阅图I。在由台架系统和铺带头组成的自动铺带机系统中，本实施例采用的现4CN 102975375 A书明说3/4页有技术台架系统包括平行轨道5、横梁及立杆4。工装设计时与复合材料手工铺叠工装类 似。为了实现激光定位检测复合材料自动铺带质量，在随同铺带头2 —起运动的安装架上， 固联了一个与主控平台计算机相连的激光投影机3，该激光投影机3的实现电路融合在激 光定位仪系统中，可以通过支架与自动铺带机绕坐标系统Z轴旋转的C旋转轴上固联在一 起。在保证激光投影机与铺带模具工装6有足够的距离的同时，也可以将激光投影机3跟 随自动铺带机进行平移、旋转运动，其安装位置也可以在铺带机的其它部件或机构上，只是 损失了部分便利性而已。激光投影机3通过激光定位仪系统与自动铺带机集成在一起，控 制激光投影机的信号线缆集成在自动铺带机的伺服控制电路中，由自动铺带机主控计算机 控制激光投影机3的启动、停止及工作。激光定位仪8与采用一个或多个安装在铺带模具 工装6上方空间的激光投影机3与本地主控平台计算机相连，主控平台计算机内置有零件 数据、系统文件和TruLASER软件程序。铺带模具工装6外缘上表面四周分布至少四个或以 上，围绕复合材料铺叠材料工作面的对准销，对准销位于铺带模具工装6的精确位置上。反 射头7安装在对准销上。反射头工作面涂布有反光材料。铺带头激光定位仪8本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：在随同铺带头一起运动的安装架上，固联一个与主控平台计算机相连的激光投影机，并将激光投影机信号线缆集成到自动铺带机的伺服控制电路中；然后在铺带模具工装外缘上表面分布至少四个对准销上安装与铺带头激光定位仪和上述激光投影机共用的反射头；激光定位仪和激光投影机通过反射头反射感应建立激光定位仪与铺带模具工装两者相同的参考坐标系，同时通过上述计算机内置TruLASER软件程序建立每一层铺带轮廓和每条带料的数字模型；激光投影机借助激光定位仪系统程序软件TruLASER，自动采集反射头的位置坐标，将激光定位仪校准坐标后的零件数据，通过TruLASER生成每层带料的投影轮廓，检测时，通过操控主控平台计算机，将系统文件CAD数据定义的外形，通过激光投影机，把形成的铺层轮廓图像，精确地投射到铺带模具工装的工作表面上，然后依据激光投影机投射出的图像边界轮廓，辨别铺带机实际铺叠出的图形。

【技术特征摘要】
1.一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在随同铺带头一起运动的安装架上，固联一个与主控平台计算机相连的激光投影机，并将激光投影机信号线缆集成到自动铺带机的伺服控制电路中；然后在铺带模具工装外缘上表面分布至少四个对准销上安装与铺带头激光定位仪和上述激光投影机共用的反射头；激光定位仪和激光投影机通过反射头反射感应建立激光定位仪与铺带模具工装两者相同的参考坐标系，同时通过上述计算机内置TruLASER软件程序建立每一层铺带轮廓和每条带料的数字模型；激光投影机借助激光定位仪系统程序软件TruLASER，自动采集反射头的位置坐标，将激光定位仪校准坐标后的零件数据，通过TruLASER生成每层带料的投影轮廓，检测时，通过操控主控平台计算机，将系统文件CAD数据定义的外形，通过激光投影机，把形成的铺层轮廓图像，精确地投射到铺带模具工装的工作表面上，然后依据激光投影机投射出的图像边界轮廓，辨别铺带机实际铺叠出的图形。2.如权利要求I所述的激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法，其特征在于，激光投影机3的实现电路融合在激光定位仪系统中，通过支架与自动铺带机绕坐标系统Z轴旋转的C旋转轴上固联在一起。3.如权利要求I所述的激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法，其特征在于，激光定位仪8与采用一个或多个安装在铺带模具工装6上方空间的激光投影机3与本地主控平台计算机相连，主控平台计算机内置有零件数据、系统文件和TruLASER软件程序。4.如权利要求I所述的激光定位检测复合材料自动铺带质量的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：何凯，聂海平，
申请(专利权)人：成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：