复合材料数字化智能铺放方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种复合材料数字化智能铺放方法及系统，包括设定铺放路径；进行基于模仿学习的纤维铺放工艺参数模型构建，根据铺放路径以及成形构件的表面形状得到实际铺放路径下的工艺参数；在给出的铺放路径和工艺参数条件下，规划纤维自动铺放子系统的协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹；在所得协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹的条件下，控制纤维自动铺放子系统和智能分区域温控模具进行铺放；在铺放过程中采用激光超声无损检测指导复合材料铺放，包括对复合材料自动铺放过程中的层内缺陷进行快速检测和成像，根据层间缺陷对铺放工艺参数进行实时调整。本发明专利技术实用性强，数字化、智能化程度高，铺放实施结果精度能够显著提升。

【技术实现步骤摘要】
复合材料数字化智能铺放方法及系统
本专利技术涉及智能制造
，具体涉及一种复合材料数字化智能铺放技术方案。
技术介绍
复合材料具有轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀等优点，同时适用于大尺寸和复杂构件的制造，减少了零件数目，也减少了连接件的使用，从而降低了成品质量，提高了能量利用率，被广泛应用于航空航天、汽车船舶等领域。复合材料自动铺放技术能够提高生产效率、保证产品性能，被广泛应用于复合材料零件的制造过程。在复合材料零件自动铺放过程中，固定模具使机械臂的运动更加复杂，且需要额外关注铺放头与模具之间的干涉以及机械臂的死点问题。树脂基复合材料尤其是热塑性树脂基复合材料的高质量铺放对温度场的控制提出了较高的要求。激光超声等技术被应用于复合材料零件的离线无损检测，然而，在铺放过程中对缺陷进行在线检测则能够及时采取补救措施，提高良品率降低成本。在含孔零件的加工方面，机械加工仍是孔加工的主要手段，但由于复合材料的性质与金属不同，在复合材料的加工中无法直接沿用金属材料的工艺。越来越多的特种加工方式也被应用在了复合材料加工上，主要包括电火花加工、激光加工、磨料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合材料数字化智能铺放方法，其特征在于：包括以下步骤，/n步骤1，设定铺放路径；/n步骤2，进行基于模仿学习的纤维铺放工艺参数模型构建，根据铺放路径以及成形构件的表面形状得到实际铺放路径下的工艺参数；/n步骤3，在步骤1给出的铺放路径和步骤2给出的工艺参数条件下，规划纤维自动铺放子系统的协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹；/n步骤4，在步骤3所得协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹的条件下，控制纤维自动铺放子系统和智能分区域温控模具进行铺放；/n步骤5，在铺放过程中采用激光超声无损检测指导复合材料铺放，包括对复合材料自动铺放过程中的层内缺陷进行快速检测和成像，根据层间缺陷对铺放工艺参数进...

【技术特征摘要】
1.一种复合材料数字化智能铺放方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤1，设定铺放路径；
步骤2，进行基于模仿学习的纤维铺放工艺参数模型构建，根据铺放路径以及成形构件的表面形状得到实际铺放路径下的工艺参数；
步骤3，在步骤1给出的铺放路径和步骤2给出的工艺参数条件下，规划纤维自动铺放子系统的协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹；
步骤4，在步骤3所得协作机械臂和多自由度运动平台的轨迹的条件下，控制纤维自动铺放子系统和智能分区域温控模具进行铺放；
步骤5，在铺放过程中采用激光超声无损检测指导复合材料铺放，包括对复合材料自动铺放过程中的层内缺陷进行快速检测和成像，根据层间缺陷对铺放工艺参数进行实时调整。


2.根据权利要求1所述一种复合材料数字化智能铺放方法，其特征在于：步骤1中，若成形构件为含孔零件，采用含孔复合材料结构件成型方式规划铺放路径，实现如下，
根据结构件的应力分布与损伤演化规律建立孔边纤维铺放角度梯度变化理论模型，根据该模型确定孔边关键区域，并对关键区域内的纤维走向进行优化，根据优化结果得到的纤维铺放路径在孔边缘附近的关键区域内环绕孔进行变角度铺放。


3.根据权利要求1所述一种复合材料数字化智能铺放方法，其特征在于：步骤2实现如下，
设置一种基于模仿学习的纤维铺放工艺参数模型构建子系统，包括本体以及控制本体的控制单元；
所述控制单元包括以下模块，
人工铺放示教模块：用于示教者人工进行纤维铺放工作，包含一个小型、半自动化的人工纤维铺放头；
基于协作机械臂的纤维自动铺放模块：利用学习到的模型结果，结合智能控制算法完成纤维的自动铺放，包含协作型机械臂、小型自动化纤维铺放头、模具旋转台；
动作捕捉模块：用于完成铺放头在模具上的绝对位置反馈，包含成套动作捕捉系统；
视频记录模块：记录手工铺放作业过程，用于有效铺放数据筛选，包含摄像机；
工艺参数传感模块：采集并反馈铺放头进行纤维铺放作业过程中的工艺参数，包含张力传感器、六维力/力矩传感器、旋转编码器、热成像仪；
模仿学习算法处理模块：利用采集到的工艺参数信息与铺放曲面模型信息，构建“工艺参数-曲面曲率”的概率映射模型，包含一台高性能工控机；
本体包括平台基座、协作型机械臂、六维力/力矩传感器、纤维铺放头、张力传感器、旋转编码器、热成像仪、模具旋转台、曲面模具、摄像机、动作捕捉系统和工控机；
平台基座作为整个铺放系统的安装基座，协作型机械臂和模具旋转台安装并固定在平台基座上；曲面模具安装于模具旋转台上；张力传感器、旋转编码器、热成像仪传感模块安装在设计的纤维铺放头上；纤维铺放头、六维力/力矩传感器、协作型机械臂顺次安装构成纤维自动铺放装置，工控机用于控制所有模块。


4.根据权利要求3所述一种复合材料数字化智能铺放方法，其特征在于：基于纤维铺放工艺参数模型构建子系统，实现纤维铺放工艺参数模型构建，包括以下步骤，
步骤a1，利用人工铺放示教模块进行多次人工铺放作业；铺放过程中视频记录模块、工艺参数传感模块分别进行视频记录与多种工艺参数数据采集工作，工作捕捉模块实时获取并记录当前铺放点的空间位置信息；
步骤a2，对曲面上的复合材料铺放质量进行评价；结合视频记录模块筛选质量良好的铺放数据，对有效数据进行规整生成参数数据集；
步骤a3，在已建立工艺参数数据集的基础上，在模仿学习算法处理模块中利用训练集对选用的模型进行训练获得工艺参数映射模型并采用增量式学习方法提升模型泛化能力；
步骤a4，利用基于协作机械臂的纤维自动铺放模块，结合工艺参数模型输出结果，对上述工艺参数进行跟踪控制，实现曲面零件上铺放工艺参数的精密控制。


5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖晓晖，何思宇，段宝阁，杨尚尚，王镇，陆伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42