一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置和方法，包括机械臂和控制系统；将光纤放入进给轮对通过进给轮对开始光纤预设路径的铺设，光纤由进给轮对慢慢带入，进入张紧轮；光纤通过张紧轮，顺利进入预应力施加轮的内固定轴轮凹槽；光纤经过内固定轴轮凹槽对齐预定的铺设路径；热源模块的聚酰亚胺加热膜薄型发热片加热一段时间后，使即将铺设的光纤局部碳纤维预浸料表面的粘性增加，光纤经过后压滚轮最后的压实作用使光纤传感器铺设在光纤局部碳纤维预浸料表面上。本发明专利技术提出了一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置和方法，克服了手工铺设光纤传感器可能导致应力不均匀的方法，做到了铺设高效，光学传输性能不受影响，铺设准确和牢固，装置结构简单，降低成本，适用于复杂多变的铺设路径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感器铺贴领域，特别涉及一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置和方法。
技术介绍
光纤是由石英拉成的细丝，直径为15μm～50μm，因而及其脆弱和易折断，所以多数光纤在使用前必须由几层保护结构包覆，包覆后的缆线即被称为光缆。由于光纤能够感受周围环境温度和应变的变化，故在很多场合采用光缆进行测温或测应变。碳纤维预浸料具有一定的粘性，粘性是指在一定温度下自身互相粘贴的能力，同一片预浸料，温度低可能失去粘性，温度高又有粘性，温度相差大约5℃，粘性就会有明显变化。对于粘性失去时间不长的预浸料，稍许提高温度，粘性得以改善，能实现部件的铺贴工艺，试验表明对其力学性能没有太大影响。粘性不宜太大，以便于铺层有误时可以分开重新进行铺贴而预浸料又不至于被损坏；粘性也不能太小，以使得在工作温度下两块预浸料能粘贴在一起不至于分开。现有的热源模块多采用红外探头,紫外探头或激光探头，价格普遍偏高，再者红外探头、紫外探头或红外探头的长时间照射，可能会改变碳纤维预浸料的物理性质，聚酰亚胺加热膜薄型发热片的使用，基本上避免了上述情况的发生。现有的光纤铺设方式多采用手动方式且铺设路径局限性大，效率极低，而且不均匀的预应力可能导致对分辨率有严格限制的分布式受激布里渊光纤解调系统不能正常工作，从而失去铺设光纤传感器的意义。
技术实现思路
为了解决上述技术中现有的不足，本专利技术提供了一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，包括机械臂和控制系统；其特征在于：控制系统上设有终端执行器，控制系统设置于机械臂的起始位置上；机械臂由若干个滚轮支架和旋转轴组成，若干个滚轮支架通过旋转轴连接在一起；滚轮支架上分别设有进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮；进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮从上到下依次排列在机械臂的滚轮支架上。进一步，所述张紧轮设有Z型杆，并可上下伸缩，Z型杆设有调高旋钮和角度调节旋钮，Z型杆的末端与滚轮支架的旋转轴处连接，连接处并联连接角度调节旋钮。保持张力恒定的同时可以缓冲张力的剧烈突变。进一步，所述热源模块由热良导体材料制成的半圆型瓦罩、聚酰亚胺加热膜薄型发热片组成；所述预应力施加轮由小滚轮、外滑动轴套凹槽、外滑动轴套、滚珠、内固定轴轮凹槽和内固定轴轮组成；所述后压轮由外轮、轮盖、方形砝码和扇形轮毂组成。根据实际情况适当放置方形砝码，避免因重量不够，出现压不实的现象发生，扇形轮毂放置在外轮的轮槽中，并可转动，但由于其自身重量和结构原因，将一直处在外轮轮槽的最低端，使整个轮子结构重心位置保持不变。相对于热源为红外,紫外和激光等，聚酰亚胺加热膜薄型发热片经济有效。进一步，所述预应力施加轮，内固定轴轮连接在滚轮支架上，并可小幅度的水平转动，外滑动轴套设于内固定轴轮的两边，内固定轴轮的中心处带有半圆凹槽，小滚轮位于内固定轴轮最下端的内固定轴轮凹槽内，小滚轮最低点与外滑动轴套的最低点位于同一条直线上，最终的预应力的施加由小滚轮完成。进一步，所述预应力施加轮的转角处设有拉线位移传感器，拉线位移传感器与旋转轴连接。进一步，所述旋转轴设有旋转电位器和步进电机，旋转电位器设置于步进电机前方。进一步，所述碳纤维预浸料为一层单向碳纤维预浸料，其依附在光纤上；所述光纤传感器为布拉格光栅或分布式光纤；所述控制系统的编程语言是VAL语言。用VAL语言程序编写了光纤的铺设路径，VAL语言命令简单、清晰易懂，描述机器人作业动作及与上位机的通信均较方便，实时功能强。由此实现铺设装置的自动功能，省去人工操作的麻烦，效率高。终端执行器由此控制着滚轮支架按预设路径行进。一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的方法，其特征在于，包括以下步骤：A)将光纤放入进给轮对通过进给轮对开始光纤预设路径的铺设，光纤由进给轮对慢慢带入，进入张紧轮；B)光纤通过张紧轮，顺利进入预应力施加轮的内固定轴轮凹槽；C)光纤进入预应力施加轮的内固定轴轮凹槽，光纤经过内固定轴轮凹槽对齐预定的铺设路径；D)热源模块的聚酰亚胺加热膜薄型发热片加热一段时间后，使即将铺设的光纤局部碳纤维预浸料表面的粘性增加，光纤经过后压滚轮最后的压实作用使光纤传感器铺设在光纤局部碳纤维预浸料表面上。其中，所述预应力施加轮的转角处的拉线位移传感器，用以测量预应力施加轮的偏转角，通过闭环控制系统，反馈给各个滚轮支架连接处的旋转电位器，旋转电位器将接受的位置改变信号转变为电压信号，最终经过压频转换器转换为脉冲信号传给步进电机，步进电机根据接受的脉冲数转动相应的角度，旋转轴转动，滚轮支架实现扩张或收缩，因此使铺设光纤传感器路径实现多样化，并不局限于简单的直线状态，可以实现精确的曲线路径铺设。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术的一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置克服了手工铺设光纤可能导致应力不均匀的方法，做到了铺设高效，光学传输性能不受影响。热源模块选用的聚酰亚胺加热膜薄型发热片，相比于红外探头,紫外探头或激光探头等经济又适用，制造成本大大降低。可伸缩式的滚轮支架，使装置变得灵活精巧，更好的适用于复杂多变的铺设路径。后压滚轮的利用，确保了光纤铺设的准确性和铺贴的牢固性。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术的立体结构示意图；图2为图1所示碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置的旋转轴内部立体结构示意图；图3为图1所示碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置的Z型杆结构示意图；图4为图1所示碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置的预应力施加轮结构示意图；图5为图4所示A局部放大图；图6为图1所示碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置的后压轮结构结构示意图；图7为曲线路径铺贴光纤传感器原理图；附图中：1-控制系统，11-终端执行器，2-机械臂，3-滚轮支架，42-旋转轴，421-旋转电位器，422-步进电机，5-进给轮，6-张紧轮，61-Z型杆，611-调高旋钮，612-角度调节旋钮，7-热源模块，8-预应力施加轮，81-外滑动轴套，82-内固定轴轮，83-滚珠，84-外滑动轴套凹槽，85-内固定轴轮凹槽，86-小滚轮，88-拉线位移传感器，9-后压轮，91-轮盖，92-方形砝码，93-扇形轮毂，94-外轮，10-光纤。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。如图1至6所示，一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，包括机械臂2和控制系统1；控制系统1上设有终端执行器11，控制系统1设置于机械臂2的起始位置上；机械臂2由若干个滚轮支架3和旋转轴42组成，若干个滚轮支架3通过旋转轴42连接在一起；滚轮支架3上分别设有进给轮5、张紧轮6、热源模块7、预应力施加轮8和后压轮9；进给轮5、张紧轮6、热源模块7、预应力施加轮8和后压轮9从上到下依次排列在机械臂2的滚轮支架3上。张紧轮6设有Z型杆61，并可上下伸缩，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，包括机械臂和控制系统；其特征在于：控制系统上设有终端执行器，控制系统设置于机械臂的起始位置上；机械臂由若干个滚轮支架和旋转轴组成，若干个滚轮支架通过旋转轴连接在一起；滚轮支架上分别设有进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮；进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮从上到下依次排列在机械臂的滚轮支架上。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，包括机械臂和控制系统；其特征在于：控制系统上设有终端执行器，控制系统设置于机械臂的起始位置上；机械臂由若干个滚轮支架和旋转轴组成，若干个滚轮支架通过旋转轴连接在一起；滚轮支架上分别设有进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮；进给轮、张紧轮、热源模块、预应力施加轮和后压轮从上到下依次排列在机械臂的滚轮支架上。2.如权利要求1所述一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，其特征在于：所述张紧轮设有Z型杆，并可上下伸缩，Z型杆设有调高旋钮和角度调节旋钮，Z型杆的末端与滚轮支架的旋转轴处连接，连接处并联连接角度调节旋钮。3.如权利要求1所述一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，其特征在于：所述热源模块由热良导体材料制成的半圆型瓦罩、聚酰亚胺加热膜薄型发热片组成；所述预应力施加轮由小滚轮、外滑动轴套凹槽、外滑动轴套、滚珠、内固定轴轮凹槽和内固定轴轮组成；所述后压轮由外轮、轮盖、方形砝码和扇形轮毂组成。4.如权利要求3所述一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，其特征在于：所述预应力施加轮，内固定轴轮连接在滚轮支架上，并可小幅度的水平转动，外滑动轴套设于内固定轴轮的两边，内固定轴轮的中心处带有半圆凹槽，小滚轮位于内固定轴轮最下端的内固定轴轮凹槽内，小滚轮最低点与外滑动轴套的最低点位于同一条直线上。5.如权利要求4所述一种碳纤维预浸料表面自动铺贴光纤传感器的装置，其特征在于：所述预应力施加轮的转角处设有拉线位移传感器，拉线位移传感器与旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱萍玉，孙孝鹏，张文力，李永敬，杨志超，施维，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东;44