【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能连续纤维增强树脂，尤其是涉及一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法及设备。
技术介绍
1、碳纤维增强树脂基复合材料以其优异的比强度、耐腐蚀及疲劳性、可回收性、一次成型性等特性成为了传统金属材料优秀替代品。近年来，原位固结增材制造技术作为一种制造复杂复合材料构件的高效方法的受到了科学界和工业界的广泛关注，拓展了复合材料构件的应用场景。随着碳纤维增强复合材料的高端应用，对成型件的质量提出了更高的要求。而预浸带的质量和增材制造工艺会最终成型件结构质量由非常重要的影响。
2、目前常见的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷主要包括间隙/重叠，起皱，皱纹，桥接，边界覆盖，角度偏差，折叠，扭曲，徘徊拖曳，松动拖曳，缺失丝束，拼接，位置误差和异物。这些缺陷的存在会显著影响成型件性能。为了检测这些缺陷，目前主要采用超声检测、计算机断层扫描检测等等，如公开号为cn115488349a的中国专利文献公开的一种用于原位断层扫描重建和成像检测的粉末床增减材制造装置及其使用方法，在制造过程中可使用x射线原位扫描打印的当前层。但是这些方法基本都是都无法完成在线实时检测，具有很大的滞后性，且成本较高。
3、近些年提出的基于视觉的在线缺陷检测方法如热成像检测等则需要无遮挡、光线充足的测试环境，这限制了其在复杂构件中的应用。公开号为cn114740048a的中国专利文献公开了一种基于主动式激光红外热成像的增材制造质量在线监测系统及方法，通过红外热像仪采集该区域表面温度图像从而实现其内部缺陷的检测。
4、因此
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法及设备，通过对传统压辊进行改进，可以在完全不影响增材制造过程的情况下实现缺陷的快速实时原位检测，以便针对产生的缺陷进行及时的干预，节约时间和材料成本。
2、一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，包括连接架以及固定在连接架上的料盘、导向轮、热源设备以及带缺陷检测功能的自适应压辊总成；
3、所述的自适应压辊总成包括宽度调节板以及对称固定在宽度调节板下端面的两个侧面安装板，两个侧面安装板的下端之间通过辊轮销轴固定有绝缘轴承，所述的绝缘轴承由内而外依次套设有辊轮金属层、辊轮硅胶层、高导电检测层；
4、两个侧面安装板的中部通过调节弹簧与检测导电板的中部连接，所述检测导电板的上端通过导电板绝缘棒与宽度调节板可转动固定，检测导电板靠近下端位置与高导电检测层相抵；
5、所述检测导电板与检测设备的一个接口连接，检测设备的另一个接口与等电位层连接，所述的等电位层的上表面用于铺放碳纤维增强复合材料层，所述的检测设备用于检测电阻或电感。
6、进一步地，所述宽度调节板的上端面通过气缸连接板与设置在连接架上的气缸固定。
7、进一步地，所述的宽度调节板上设有位置调节孔，所述侧面安装板的上端设有与位置调节孔滑动配合的定位块；
8、所述的侧面安装板通过定位块在位置调节孔内定位滑动以适应不同宽度的辊轮，位置确定后通过螺栓锁紧。
9、进一步地，两个侧面安装板的中部设有带通孔的调节连接板，通孔内穿设有带螺纹的绝缘调节棒，所述绝缘调节棒的前端穿过通孔后与调节弹簧连接，后端设有调节螺母，通过调节螺母来调节绝缘调节棒前端伸出通孔的长度，从而改变调节弹簧的拉伸力。
10、进一步地，所述侧面安装板的内表面设有绝缘侧板。
11、进一步地，所述连接架的上端面设有连接板，通过连接板与外部移动设备固定连接。
12、一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法，用于对两侧小开口的压力容器模具的表面进行铺放和检测，基于上述原位增材制造设备，包括以下步骤：
13、步骤1，在压力容器模具的首层材料底部粘贴等电位层；然后最后将检测设备的正极和负极分别与检测导电板和等电位层联通；
14、步骤2，将压力容器模具通过延长杆固定放置在延长杆支撑脚总成上，通过电机带动压力容器模具转动；
15、步骤3，在压力容器模具首层铺设的基础上开始后续铺放，原位增材制造设备在外部移动设备的带动下开始运动，带缺陷检测功能的自适应压辊总成的高导电检测层随之移动；由于碳纤维增强复合材料自身具有导电性，在铺放位置与底部的等电位层形成导电通路，根据铺放位置界面的情况，检测设备记录下各个位置的电阻值；
16、在每一层的铺放过程中，根据已铺放材料层数不同会导致导电路径的规律性变化，从而确定出目前铺放所在的层数信息；然后进一步对当前层进行质量检测，对记录的电阻曲线进行分析后得到缺陷检测结果。
17、进一步地，步骤2中，所述的延长杆支撑脚总成包括支撑楔块、手动调节杆、调节丝杆和调节底座；
18、其中，调节丝杆的上端与支撑楔块同轴配合，用于调节支撑楔块的方向；调节丝杆的下端与调节底座通过螺纹配合，用于调节支撑楔块的高度；所述的手动调节杆设置在调节丝杆上设置的水平孔中。
19、步骤3中，对记录的电阻曲线进行分析后得到缺陷检测结果具体为：
20、根据电阻曲线出现的稳定波动、急速上升、急速下降、超出量程四种情况，分别进行判断；
21、当电阻曲线稳定波动时，判断检测位置无缺陷或者缺陷在允许范围内；
22、当电阻曲线急速上升时，判断检测位置存在导电性一般的缺陷，包括外部导电杂质掺杂缺陷、预浸带扭转缺陷、预浸带重叠缺陷、起皱缺陷；导电性一般的缺陷导致导电路径变长，从而使电阻曲线急速上升；
23、当电阻曲线急速下降时，判断检测位置存在导电性良好的缺陷，包括外部导电杂质掺杂缺陷；导电性良好的缺陷促进了材料层间的接触，降低了层间电阻，从而使电阻曲线急速下降；
24、当电阻曲线超出量程时，判断检测位置存在导电性非常差的缺陷，包括孔隙缺陷、不导电杂质掺杂；导电性非常差的缺陷导致检测设备的两级被隔开，导致超出量程。
25、得到缺陷检测结果后，判断缺陷能否能够修复；如果能够修复，则进行缺陷修复，修复完成后继续进行下一层铺放和检测；如果缺陷不能够修复，则将铺放件废弃重新开始铺放。
26、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
27、1、本专利技术不添加其他传感器，利用碳纤维增强复合材料自身的导电特性对压辊结构进行改进，不改变原有增材制造设备的整体布局，可以实现以层为单位的实时原位缺陷检测，可以实时检测到缺陷实时停止，也可以将数据保存，推知每一层的缺陷具体位置；还可以根据实时电阻曲线变化对包括外部杂质掺杂、预浸带扭转、预浸带重叠、空隙等缺陷的具体位置和大小进行精确检测。
28、2、本专利技术中的自适应压辊总成可以自适应辊轮宽度和直径，简单调节后即可实现滚压和检测双功能，可以满足不同情景的加工需求。
29、3、自适应压辊总成的设计本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，包括连接架(1)以及固定在连接架(1)上的料盘(104)、导向轮(105)、热源设备以及带缺陷检测功能的自适应压辊总成(2)；
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述宽度调节板(201)的上端面通过气缸连接板(103)与设置在连接架(1)上的气缸固定。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述的宽度调节板(201)上设有位置调节孔，所述侧面安装板(202)的上端设有与位置调节孔滑动配合的定位块；
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，两个侧面安装板(202)的中部设有带通孔的调节连接板(203)，通孔内穿设有带螺纹的绝缘调节棒(205)，所述绝缘调节棒(205)的前端穿过通孔后与调节弹簧(210)连接，后端设有调节螺母(204)，通过调节螺母(204)来调节绝缘调节棒(205)前端伸出通孔的长度，从而改变调节弹簧(210)的拉伸力。
5.根
6.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述连接架(1)的上端面设有连接板(101)，通过连接板(101)与外部移动设备固定连接。
7.一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法，用于对两侧小开口的压力容器模具的表面进行铺放和检测，其特征在于，基于权利要求1～6任一项所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法，其特征在于，步骤2中，所述的延长杆支撑脚总成(7)包括支撑楔块(701)、手动调节杆(702)、调节丝杆(703)和调节底座(704)；
9.根据权利要求7所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法，其特征在于，步骤3中，对记录的电阻曲线进行分析后得到缺陷检测结果具体为：
10.根据权利要求7所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测方法，其特征在于，步骤3中，得到缺陷检测结果后，判断缺陷能否能够修复；如果能够修复，则进行缺陷修复，修复完成后继续进行下一层铺放和检测；如果缺陷不能够修复，则将铺放件废弃重新开始铺放。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，包括连接架(1)以及固定在连接架(1)上的料盘(104)、导向轮(105)、热源设备以及带缺陷检测功能的自适应压辊总成(2)；
2.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述宽度调节板(201)的上端面通过气缸连接板(103)与设置在连接架(1)上的气缸固定。
3.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述的宽度调节板(201)上设有位置调节孔，所述侧面安装板(202)的上端设有与位置调节孔滑动配合的定位块；
4.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，两个侧面安装板(202)的中部设有带通孔的调节连接板(203)，通孔内穿设有带螺纹的绝缘调节棒(205)，所述绝缘调节棒(205)的前端穿过通孔后与调节弹簧(210)连接，后端设有调节螺母(204)，通过调节螺母(204)来调节绝缘调节棒(205)前端伸出通孔的长度，从而改变调节弹簧(210)的拉伸力。
5.根据权利要求1所述的碳纤维复合材料原位增材制造缺陷实时监测设备，其特征在于，所述侧面安装...
【专利技术属性】
技术研发人员：纪毓杨，栾丛丛，姚鑫骅，丁泽泉，牛成成，董宁国，傅建中，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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