一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及碳纤维复合材料结构件成型技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统及采用该系统实现的基于机器视觉的预浸料铺层检测方法。该系统包括滑轨，置于模具的一侧，模具用于铺放预浸料，模具上设定有基准线；图像采集器，可沿滑轨移动地设于滑轨上，用于采集铺放至模具上的预浸料的图像；驱动组件，驱动图像采集器沿滑轨移动；控制器，与图像采集器通信连接，并根据图像采集器采集到的预浸料的图像计算预浸料相对基准线的角度偏差值和相拼接的预浸料之间的拼接间隙宽度值；控制器与驱动组件通信连接，并控制驱动组件驱动图像采集器沿滑轨移动指定距离。能够实现预浸料铺层角度偏差与拼接间隙宽度的实时测量。时测量。时测量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及碳纤维复合材料结构件成型
，尤其涉及一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统及一种基于机器视觉的预浸料铺层检测方法。

技术介绍

[0002]碳纤维预浸料是由碳纤维纱、树脂基体、离型纸等材料，经过涂膜、热压、冷却、覆膜、卷取等工艺加工而成的一系列高性能复合材料。碳纤维预浸料在飞机制造、汽车工业、轨道交通以及火箭发动机等领域有大量应用。在航空复材制造领域，通常是采用单向碳纤维预浸料，在工装模具上通过手工铺叠、自动铺丝或铺带等方式实现碳纤维复合材料结构件的预成型，其中手工铺叠的方式在在研和批量生产的航空用先进复合材料结构件设计中占较大比重。在航空复材结构件设计中，通常采用0
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、90
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方向的铺层设计，其先用自动下料机裁取对应角度的单向碳纤维预浸料，然后沿着激光投影仪投射的边缘轮廓线手工铺叠。在铺叠过程中，通过使用自动下料机对预浸料裁切边缘的平整度和尺寸精度控制，以确保预浸料的铺叠边缘平整度和尺寸精度；通过使用激光投影仪对手工铺叠外延轮廓的定位，以确保手工铺叠的外延轮廓精度。
[0003]然而，在铺叠过程中也会产生两个问题：一是不同角度的预浸料在手工铺叠过程中的角度相对于基准线是否偏离难以判断，即预浸料在铺叠过程中出现了偏差，而这种偏差未被发现，将会影响到最终零件的铺贴质量；二是受限于预浸料原材料幅宽的限制，对于
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的单向预浸料势必要用多块拼接的方式实现大型结构件的铺贴，多块拼接的铺贴方法难以准确测量间隙宽度，即两块预浸料之间的拼接间隙宽度超过了设计上限，从而影响零件的力学性能。目前，针对以上两个问题主要采用的检测方式是通过人眼观察预浸料与边缘轮廓线铺叠是否吻合，或利用游标卡尺悬空测量预浸料拼接间隙宽度，这两种测量方法得到的误差较大，无法定量地给出角度偏差与拼接间隙宽度的准确数值。
[0004]相较于人眼观察和游标卡尺粗略测量，也有研究人员通过使用激光跟踪仪和激光投影仪测量预浸料铺层的角度偏差与拼接间隙宽度，但这些方法由于其具有一定的不足并没有被广泛采用。就激光跟踪仪而言，其固然具有较高的精度，但其不可避免地带来测量成本高、转站定位耗时、测量过程繁琐、靶标会直接接触预浸料等问题。就激光投影仪而言，其激光投影的刻线宽度约为1mm，对于要求精度在1mm以下的间隙判断不准，且投影出的激光在使用过程中反射出的光线较强，长时间观察对眼睛有一定的损伤。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统及方法，能够实现预浸料铺层角度偏差与拼接间隙宽度的实时测量。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统，包括：滑轨，置于模具的一侧，模具用于铺放预浸料，模具上在铺放预浸料的区域内设定有基准线；图像采集器，可沿
滑轨移动地设于滑轨上，图像采集器用于采集铺放至模具上的预浸料的图像；驱动组件，驱动图像采集器沿滑轨移动；控制器，控制器与图像采集器通信连接，并根据图像采集器采集到的铺放至模具上的预浸料的图像计算预浸料相对基准线的角度偏差值和相拼接的预浸料之间的拼接间隙宽度值；控制器与驱动组件通信连接，并控制驱动组件驱动图像采集器沿滑轨移动指定距离。
[0008]优选地，还包括竖直连接杆和水平连接杆，竖直连接杆的下端连接滑轨，竖直连接杆的上端连接水平连接杆的近端，水平连接杆的远端连接图像采集器，竖直连接杆和/或水平连接杆为可伸缩连杆。
[0009]优选地，驱动组件包括电机、螺杆、螺母和滑块，电机与控制器通信连接，螺杆连接电机的输出轴并与滑轨相平行，螺母与螺杆通过螺纹配合连接，滑块连接螺母并与滑轨滑动配合连接，图像采集器设于滑块上。
[0010]优选地，还包括光源，光源向模具和铺放至模具上的预浸料提供照明。
[0011]优选地，光源与图像采集器可沿滑轨同步移动地设于滑轨上。
[0012]优选地，还包括全景采集器，全景采集器用于采集模具的全景图像，控制器与全景采集器通信连接，并根据全景采集器采集到的模具的全景图像判断铺放至模具上的预浸料是否放置到模具上的指定位置。
[0013]本专利技术还提供一种基于机器视觉的预浸料铺层检测方法，采用如上所述的基于机器视觉的预浸料铺层检测系统，通过控制器控制驱动组件驱动图像采集器沿滑轨移动至模具的正上方，在模具上铺放预浸料，由图像采集器采集铺放至模具上的预浸料的图像，由控制器根据图像采集器采集到的铺放至模具上的预浸料的图像计算预浸料相对模具的基准线的角度偏差值和相拼接的预浸料之间的拼接间隙宽度值，根据控制器计算出的角度偏差值和拼接间隙宽度值实时调整预浸料的位置，直至角度偏差值和拼接间隙宽度值满足设定要求后，用刮板按压预浸料进行随形铺贴。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有显著的进步：
[0015]本专利技术通过视觉检测和图像处理实时获取预浸料铺层角度偏差与拼接间隙宽度，能够在预浸料铺贴过程中对预浸料铺层角度偏差与拼接间隙宽度进行在线实时检测，并且该在线实时检测是快速、非接触、高精度、无损伤、自动化的定量检测。相较于现有技术中的目视检验和游标卡尺检验，本专利技术具有快速测量、能够对铺层整体成像的优点；相较于现有技术中的激光跟踪仪，本专利技术免去了建立坐标系和放置靶标的步骤，在保证测量精确度的情况下，大大提升了效率；相较于现有技术中的激光投影仪，本专利技术的分辨能力不会受到投影出的激光线粗细的影响，并且能够定量地表征预浸料铺层角度偏差与拼接间隙宽度的大小。
附图说明
[0016]图1是本专利技术实施例的基于机器视觉的预浸料铺层检测系统的工作示意图。
[0017]图2是本专利技术实施例的基于机器视觉的预浸料铺层检测系统的结构示意图。
[0018]其中，附图标记说明如下：
[0019]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
滑轨
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图像采集器
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驱动组件
[0022]31
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电机
[0023]32
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螺杆
[0024]33
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螺母
[0025]34
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滑块
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控制器
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竖直连接杆
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水平连接杆
[0029]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的预浸料铺层检测系统，其特征在于，包括：滑轨(1)，置于模具(100)的一侧，所述模具(100)用于铺放预浸料(200)，所述模具(100)上在铺放预浸料(200)的区域内设定有基准线；图像采集器(2)，可沿所述滑轨(1)移动地设于所述滑轨(1)上，所述图像采集器(2)用于采集铺放至所述模具(100)上的预浸料(200)的图像；驱动组件(3)，驱动所述图像采集器(2)沿所述滑轨(1)移动；控制器(4)，所述控制器(4)与所述图像采集器(2)通信连接，并根据所述图像采集器(2)采集到的铺放至所述模具(100)上的预浸料(200)的图像计算预浸料(200)相对所述基准线的角度偏差值和相拼接的预浸料(200)之间的拼接间隙宽度值；所述控制器(4)与所述驱动组件(3)通信连接，并控制所述驱动组件(3)驱动所述图像采集器(2)沿所述滑轨(1)移动指定距离。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的预浸料铺层检测系统，其特征在于，还包括竖直连接杆(5)和水平连接杆(6)，所述竖直连接杆(5)的下端连接所述滑轨(1)，所述竖直连接杆(5)的上端连接所述水平连接杆(6)的近端，所述水平连接杆(6)的远端连接所述图像采集器(2)，所述竖直连接杆(5)和/或所述水平连接杆(6)为可伸缩连杆。3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的预浸料铺层检测系统，其特征在于，所述驱动组件(3)包括电机(31)、螺杆(32)、螺母(33)和滑块(34)，所述电机(31)与所述控制器(4)通信连接，所述螺杆(32)连接所述电机(31)的输出轴并与所述滑轨(1)相平行，所述螺母(33)与所述螺杆(32)通过螺纹配合连接，所述滑块(34)连接所述螺母(33)并与所述滑轨(1)滑动配合连接，所述图像...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪宝，陈安，齐磊，张佳瑜，白玉龙，
申请(专利权)人：中国建材集团有限公司，
类型：发明
国别省市：