本發(fā)明屬于復合材料自動化成型領域，具體涉及一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測裝置及方法。

背景技術：

復合材料自動鋪放是將具有一定剛度的各向異性粘彈預浸料按照特定纖維拓撲要求，在熱、力等外場作用下粘合為一體并附著于模具表面、從而形成復合材料預制件的制造過程，具有高效、高質量、高可靠性、高材料利用率、低成本的優(yōu)點，特別適合于大尺寸和復雜構件的制造，減少了拼裝零件的數(shù)目，節(jié)約了制造和裝配成本，并極大地降低了構件的廢品率和制造工時。

但是，對于大型復雜復合材料預制件，在鋪放熱影響區(qū)域內纖維樹脂受到熱、力耦合作用，造成鋪放層間發(fā)生復雜的粘塑性行為，極易導致鋪層間產生不可預見的褶皺畸變等缺陷，從而造成鋪放質量的降低。為了滿足大型復雜承力構件的成型要求，除了整體固化成型后的無損檢測之外，還有必要實現(xiàn)鋪放缺陷的在線動態(tài)檢測。

常見的影響復合材料性能的鋪放缺陷包括孔隙、夾雜、搭接、間隙以及層間分層和纖維架橋。其中，鋪放過程中的間隙與搭接主要是通過機器視覺的方式結合圖像識別來實現(xiàn)在線監(jiān)測。而孔隙、分層與纖維架橋這類缺陷主要是由鋪放壓力不足造成的層間粘結強度偏低、以及過大的纖維張力引起的，而夾雜主要是由于鋪放過程中引入的雜質顆粒以及未完全剝離的背襯紙、膜造成。由于這類缺陷存在于預浸帶鋪層內部，不能有效地通過視覺的方式來識別和分析，因此有必要采用無損檢測的方式來進行識別和檢測。

目前適合于復合材料缺陷的無損檢測方法主要包括超聲C掃描和X射線檢測等，其中超聲C掃描必須使用介質，如水等，會污染復合材料鋪層，而空氣介質的超聲C掃描技術對信號處理技術要求較高，提高空氣耦合超聲信號的信噪比；X射線檢測則主要適用于發(fā)現(xiàn)材料厚度或密度1%-2%的變化等缺陷，但是對分層缺陷不敏感，且安全性要求較高，因此目前急需一種能快速準確識別缺陷且對信號處理技術要求不高的方法來檢測自動鋪放缺陷。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述現(xiàn)有技術的不足提供一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測裝置及方法，本基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測裝置及方法可以實現(xiàn)快速準確檢測鋪放缺陷，且對典型鋪放缺陷的識別度較高和可實現(xiàn)缺陷尺寸定量分析。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測裝置，包括鋪放裝置和缺陷檢測裝置，所述鋪放裝置包括料盤、送料輥、鋪放壓輥、熱風管和鋪放模具，所述缺陷檢測裝置包括紅外熱源、紅外熱像儀和圖像處理系統(tǒng)，所述料盤上設有預浸帶，所述預浸帶依次與送料輥、鋪放壓輥和鋪放模具傳動連接，所述紅外熱源設置在所述鋪放模具的上方，所述紅外熱像儀設置在所述鋪放模具的上方，所述紅外熱像儀與所述圖像處理系統(tǒng)連接。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述紅外熱源為陣列式紅外熱源。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述預浸帶為T800碳纖維或X850樹脂預浸料。

為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明采取的另一種技術方案為：

一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測方法，包括鋪放裝置和缺陷檢測裝置，所述鋪放裝置包括料盤、送料輥、鋪放壓輥、熱風管和鋪放模具，所述缺陷檢測裝置包括紅外熱源、紅外熱像儀和圖像處理系統(tǒng)，所述料盤上設有預浸帶，具體包括以下步驟：

步驟1：送料輥從料盤上牽引出預浸帶，熱風管對預浸帶進行加熱，鋪放壓輥沿著鋪放模具表面預先設定的軌跡對加熱后的預浸帶進行加壓鋪放，鋪放的預浸帶與鋪放模具貼合在一起從而形成預浸帶鋪層；

步驟2：紅外熱源對預浸帶鋪層進行均勻加熱，紅外熱像儀對加熱后的預浸帶鋪層表面的溫度及溫度分布進行動態(tài)采集從而獲得紅外熱像圖，紅外熱像儀將紅外熱像圖發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對紅外熱像圖進行識別和檢測，從而檢測出預浸帶鋪層是否具有鋪放缺陷；

步驟3：根據(jù)預浸帶所需要鋪放的層數(shù)并按照步驟1的方法將料盤上的預浸帶連續(xù)逐層鋪放到預浸帶鋪層上從而形成多層預浸帶鋪層，在逐層鋪放的過程中，紅外熱源按照步驟2的方法對鋪放好的每層預浸帶鋪層都進行均勻加熱，紅外熱像儀對加熱后的每層預浸帶鋪層表面的溫度及溫度分布進行動態(tài)采集從而獲得多張紅外熱像圖，紅外熱像儀將多張紅外熱像圖發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對多張紅外熱像圖進行識別和檢測從而檢測出鋪放的每層預浸帶鋪層是否具有鋪放缺陷。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述紅外熱源為陣列式紅外熱源。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述預浸帶為T800碳纖維或X850樹脂預浸料。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述紅外熱源與鋪放模具的距離為100mm，所述紅熱成像儀與紅外熱源的距離為100mm。

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述鋪放裝置的鋪放速度為10m/min；

作為本發(fā)明進一步改進的技術方案，所述鋪放缺陷包括孔隙缺陷、分層缺陷，夾雜缺陷和纖維架橋缺陷。

本發(fā)明采用基于溫度場分布原理的紅外熱成像檢測技術，利用被檢測預浸帶鋪層的不連續(xù)性缺陷對熱傳導性能的影響，進而反映在預浸帶鋪層表面溫度的差別上，本發(fā)明利用主動式紅外熱成像方式實現(xiàn)鋪放缺陷的在線動態(tài)檢測，紅外熱源采用陣列的方式實現(xiàn)預浸料的均勻快速加熱，采用紅外熱像儀監(jiān)測預浸帶鋪層的表面的溫度變化及分布后，結合圖像處理系統(tǒng)實現(xiàn)對圖像進行處理從而識別缺陷的位置和尺寸，最終實現(xiàn)典型的鋪放缺陷在自動鋪放成型過程中的在線動態(tài)檢測，為提高大型復雜復合材料構件的鋪放成型質量提供高效的檢測方法。

本發(fā)明通過紅外熱源和紅外熱像儀利用主動式的紅外熱成像方式實現(xiàn)鋪放缺陷的在線動態(tài)檢測的優(yōu)點具體在于：（1）基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測方式具有非接觸、可大面積掃描、快速響應等特點，可實現(xiàn)鋪放缺陷的快速測量和準確檢測，且對信號處理技術要求不高；（2）采用紅外熱源的陣列的方式，實現(xiàn)被測鋪放預浸帶的均勻加熱，有助于提高缺陷的識別度以及缺陷尺寸的定量分析精度；（3）通過與鋪放裝置的集成，可實現(xiàn)大型復雜承力復合材料構件自動鋪放成型過程中的缺陷的在線檢測，有助于提高鋪放構件質量的提高，從而節(jié)省了返工時間以及提高鋪放構件的性能。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

下面根據(jù)圖1和圖2對本發(fā)明的具體實施方式作出進一步說明：

參見圖1，一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測裝置，包括鋪放裝置和缺陷檢測裝置，所述鋪放裝置包括料盤1、送料輥3、鋪放壓輥5、熱風管4和鋪放模具10，所述缺陷檢測裝置包括紅外熱源7、紅外熱像儀8和圖像處理系統(tǒng)9，所述料盤1上設有預浸帶2，所述預浸帶2依次與送料輥3、鋪放壓輥5和鋪放模具10傳動連接，所述紅外熱源7設置在所述鋪放模具10的上方，所述紅外熱像儀8設置在所述鋪放模具10的上方，所述紅外熱像儀8與所述圖像處理系統(tǒng)9連接。

實施例中，所述紅外熱源7為陣列式紅外熱源7。

實施例中，所述預浸帶2為T800碳纖維或X850樹脂預浸料。

本實施例通過鋪放壓輥5沿著被鋪放模具10表面按照預設的軌跡進行連續(xù)鋪放，在間隔鋪放壓輥5一定距離的位置設置有陣列式的紅外熱源7，用于對被檢測預浸帶2的均勻加熱，從而利用缺陷與基體材料之間的熱性能的差異，在預浸帶鋪層6表面形成溫度分布，其中紅外熱源7與被測預浸帶鋪層6之間的距離取決于紅外熱源7的功率以及分布。在實現(xiàn)了對預浸帶鋪層6的均勻動態(tài)加熱的基礎上，設置紅外熱像儀8對其進行表面溫度及其分布的動態(tài)采集，采集頻率和溫度精度取決于紅外熱像儀8自身的參數(shù)；采集的紅外熱像圖結合圖像處理系統(tǒng)9，圖像處理系統(tǒng)9根據(jù)紅外熱像圖顯示的溫度分布實現(xiàn)典型缺陷，如孔隙、分層、夾雜等缺陷的快速識別，同時對缺陷的尺寸進行定量分析，最終實現(xiàn)大型復雜構件的自動鋪放成型過程中的缺陷在線動態(tài)快速檢測。

本實施例還提出一種基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測方法，包括鋪放裝置和缺陷檢測裝置，所述鋪放裝置包括料盤1、送料輥3、鋪放壓輥5、熱風管4和鋪放模具10，所述缺陷檢測裝置包括紅外熱源7、紅外熱像儀8和圖像處理系統(tǒng)9，所述料盤1上設有預浸帶2，參見圖2，具體包括以下步驟：

（1）送料輥3從料盤1上牽引出預浸帶2，熱風管4對牽引出的預浸帶2進行加熱，鋪放壓輥5沿著鋪放模具10表面預先設定的軌跡對加熱后的預浸帶2進行加壓鋪放，在熱風管4對預浸帶2的加熱和鋪放壓輥5對預浸帶2的加壓鋪放的作用下預浸帶2與鋪放模具10貼合在一起從而形成第一層的預浸帶鋪層6；

（2）紅外熱源7對第一層的預浸帶鋪層6進行均勻加熱，紅外熱像儀8對加熱后的第一層的預浸帶鋪層6表面的溫度及溫度分布進行動態(tài)采集從而獲得紅外熱像圖，紅外熱像儀8將紅外熱像圖發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)9，圖像處理系統(tǒng)9對紅外熱像圖進行識別和檢測，從而檢測出第一層的預浸帶鋪層6是否具有鋪放缺陷；

（3）送料輥3從料盤1上牽引出預浸帶2，熱風管4對牽引出的預浸帶2進行加熱，鋪放壓輥5沿著鋪放模具10表面預先設定的軌跡在第一層的預浸帶鋪層6的上面對加熱后的預浸帶2進行加壓鋪放，在熱風管4對預浸帶2的加熱和鋪放壓輥5對預浸帶2的加壓鋪放的作用下預浸帶2與第一層的預浸帶鋪層6貼合在一起從而形成第二層的預浸帶鋪層6；

（4）紅外熱源7對第二層的預浸帶鋪層6進行均勻加熱，紅外熱像儀8對加熱后的第二層的預浸帶鋪層6表面的溫度及溫度分布進行動態(tài)采集從而獲得紅外熱像圖，紅外熱像儀8將紅外熱像圖發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)9，圖像處理系統(tǒng)9對紅外熱像圖進行識別和檢測，從而檢測出第二層的預浸帶鋪層6是否具有鋪放缺陷；

（5）本實施例鋪放后形成的成品構件所需要鋪放的層數(shù)為N, 同理步驟（3）和步驟（4），根據(jù)預浸帶2所需要鋪放的層數(shù)N并按照步驟（3）的方法將料盤1上的預浸帶2連續(xù)逐層鋪放到第二層的預浸帶鋪層6上從而形成N-2層預浸帶鋪層6，在逐層鋪放的過程中，紅外熱源7按照步驟（4）的方法對鋪放裝置每次鋪放好的每層預浸帶鋪層6依次進行均勻加熱，紅外熱像儀8對加熱后的每層預浸帶鋪層6表面的溫度及溫度分布進行動態(tài)采集從而獲得N-2張紅外熱像圖，紅外熱像儀8將N-2張紅外熱像圖發(fā)送給圖像處理系統(tǒng)9，圖像處理系統(tǒng)9對N-2張紅外熱像圖進行識別和檢測從而檢測出鋪放的每層預浸帶鋪層6是否具有鋪放缺陷；

（6）同理按照步驟（3）和步驟（4）的方法，圖像處理系統(tǒng)9對本實施例鋪放后形成的成品構件中所包含的所有N層預浸帶鋪層6依次進行鋪放缺陷檢測，檢測完成后結束。

實施例中，所述紅外熱源7為陣列式紅外熱源。

實施例中，所述預浸帶2為T800碳纖維或X850樹脂預浸料。

實施例中，所述紅外熱源7與鋪放模具10的距離為100mm，所述紅熱成像儀與紅外熱源7的距離為100mm，紅外熱源7的加熱電源功率為1000W。

實施例中，所述鋪放裝置的鋪放速度為10m/min；

實施例中，所述鋪放缺陷包括孔隙缺陷、分層缺陷，夾雜缺陷和纖維架橋缺陷。

本發(fā)明通過紅外熱源7和紅外熱像儀8利用主動式的紅外熱成像方式實現(xiàn)鋪放缺陷的在線動態(tài)檢測的優(yōu)點具體在于：基于紅外成像的自動鋪放缺陷在線動態(tài)檢測方式具有非接觸、可大面積掃描、快速響應等特點，可實現(xiàn)鋪放缺陷的快速測量和準確檢測，且對信號處理技術要求不高；采用紅外熱源7的陣列的方式，實現(xiàn)被測鋪放預浸帶2的均勻加熱，有助于提高缺陷的識別度以及缺陷尺寸的定量分析精度；通過與鋪放裝置的集成，可實現(xiàn)大型復雜承力復合材料構件自動鋪放成型過程中的缺陷的在線檢測，有助于提高鋪放構件質量的提高，從而節(jié)省了返工時間以及提高鋪放構件的性能。

本發(fā)明的保護范圍包括但不限于以上實施方式，本發(fā)明的保護范圍以權利要求書為準，任何對本技術做出的本領域的技術人員容易想到的替換、變形、改進均落入本發(fā)明的保護范圍。