CN104359416B - 热压罐工艺模具热变形的在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热压罐工艺模具热变形的在线检测装置，包括光纤导出口、光纤、调制解调仪；所述光纤导出口设置于热压罐罐壁上，所述光纤的一端连接到放置于热压罐内腔的被测模具，另一端穿过所述光纤导出口并连接到所述调制解调仪；所述光纤包括测试光纤和温度平衡光纤。本发明还涉及一种热压罐工艺模具的在线检测方法，包括以下步骤：把光纤的一端粘贴于被测模具的测点位置；将光纤沿模具的边缘从热压罐内腔引至热压罐罐壁上的光纤导出口处；将光纤穿过光纤导出口引出热压罐外，并连接至调制解调仪的输入接口；从调制解调仪获得模具上测点的变形信息。

Description

热压罐工艺模具热变形的在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种热压罐工艺模具热变形的在线检测装置。

本发明还涉及一种热压罐工艺模具热变形的在线检测方法。

背景技术

热压罐工艺是目前大型复合材料高精度固化成型工艺的主流工艺，固化成型模具是热压罐成型工艺的重要组成部分，其型面尺寸精度、型面温度均匀性和热变形等都是影响热压罐工艺复合材料构建尺寸精度的关键影响因素。目前热压罐工艺模具多采用低热膨胀系数钢材制造，随着复合材料构件尺寸日趋增大，模具尺寸也相应不断增长，而且复合材料构建原材料固化温度往往高于180℃，模具热变形问题成为困扰复合材料热压罐成型工艺发展的突出问题。

为了能够更好地分析和控制热压罐成型工艺过程中模具热变形现象，对于热压罐工艺过程中模具变形的在线监测技术需求十分迫切。传统方法多采用在模具关键位置粘贴高温应变片的方法来获取模具工艺过程中的热变形特性。但是随着热压罐工艺模具的大型化和复杂化，受到热压罐的热密封要求的限制和应变片测点数量的严格限制，其测试精度和测量点数已经远无法满足大型复合材料构件热压罐成型工艺模具变形测试需求，因此迫切需求新技术的补充。

光纤光栅传感器是随着通信技术的发展新兴起来，由于其体积小、重量轻，耐腐蚀性好，传感器不受电磁干扰，被广泛应用于航天、船舶、建筑、工业等领域。光纤纤芯的主要成分是S_iO₂，因此可以经受较高的温度；测量使用光的传输，灵敏度、反应速度也较高。光纤传感器可以在单根光纤上布设多点，制作成分布式测量网络，降低检测路线的重量和成本。光纤传感器由于其埋入性好，与基体相容性强，在复合材料健康检测领域备受青睐，是大型复合材料热压罐成型工艺模具变形在线检测的最佳方案之一。

但是光纤光栅由于脆性较大，如何将光纤从高温密封的热压罐罐体内引出到信号调制解调仪上的技术难题始终没有得到很好的解决，导致光纤光栅方法一直没有成功应用于复合材料热压罐成型工艺模具变形检测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测装置。与此相应，本发明还要解决的技术问题是提供一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热压罐工艺模具热变形的在线检测装置，包括光纤导出口、光纤、调制解调仪；所述光纤导出口设置于热压罐罐壁上，所述光纤的一端连接到放置于热压罐内腔的被测模具，另一端穿过所述光纤导出口并连接到所述调制解调仪；所述光纤包括测试光纤和温度平衡光纤。

本发明中，所述的温度平衡光纤有一个光栅测点，用于测试热压罐内部温度变化导致的光纤光栅传感器输出实时波长偏移量；所述的测试光纤可以有一个或者多个光栅测点，其光栅测点粘贴于需要测量变形量的测点位置，测试测点实时波长信号偏移量。通过热压罐上的光纤导出口，将光纤一端引出到热压罐外部并连接到所述的调制解调仪。所述的调制解调仪提取温度平衡光纤获取的实时波长信号偏移量，并提取测试光纤获取的测点波长信号偏移量，进行波长信号与变形信号的转换，得到模具上测点的变形量信息。因为要通过光纤光栅传感器测试模具变形，首先要滤除掉温度变化导致的光纤光栅输出信号的波长偏移量，并获得单纯由变形导致的信号偏移量，经过计算才能获得正确的变形信息，所以调制解调仪分别提取了温度平衡光纤获取的实时波长信号偏移量和测试光纤获取的测点实时波长信号偏移量，并且由调制解调仪计算得到两者的差值，得到单纯模具变形引起的光纤光栅测点信号波长变化，进而通过波长信号与变形信号的转换，最后计算出模具的分布式变形信息。由此，本技术方案提供了一种能够将光纤光栅传感器应用于热压罐成型工艺过程中模具热变形的在线检测装置。

本发明中，所述光纤导出口包括穿透所述热压罐罐壁的光纤导出口本体、套设于所述光纤导出口本体一端的光纤导出口盖帽和插入所述光纤导出口盖帽中用于密封所述光纤导出口本体的端部的密封塞。导出口本体连接于热压罐罐壁上，光纤由热压罐内部引出后经过本体腔由密封塞引出到外部。由于本体腔尺寸较小，且由热压罐侧壁引出，其内部气体基本为恒压静止状态，基本不产生流动，能够有效避免高压气体流动对脆性光纤的损害。这样就能有效地解决光纤虽然光学特性和耐高温特性都十分优异，但是脆性较大、容易折断、不能较大角度弯折的问题，从而保证在热压罐内部高温、高压、高密封性要求的前提下，能够安全地将光纤引出热压罐外进行信号采集。本技术方案提供的热压罐工艺模具的在线检测装置能够克服传统的基于高温应变片测试技术在测试精度、测点数量等方面的不足，为高温高压环境下热压罐成型模具变形测量提供了一种耐高温、分布式、快速响应的集成化测试技术手段，满足大型成型模具变形在线测试需求，为复合材料热压罐成型工艺模具设计与分析提供关键支撑数据。

作为本发明所提供的热压罐工艺模具的在线检测装置的一种改进，所述的密封塞是由硅脂材料制成的。由此，密封塞可以具备良好的弹性和耐高温特性。特别地，所述密封塞经由所述光纤导出口盖帽通过螺纹连接到所述光纤导出口本体上。由此，光纤引出后能够与光纤外壁保持良好的接触，在抵抗罐内高温气体加热的同时能够维持良好的高温、高压密封特性，进而实现了在高温、高压热压罐环境中脆性光纤的引出操作。

作为本发明所提供的热压罐工艺模具的在线检测装置的一种改进，所述温度平衡光纤包括套筒针头、光栅测点、封口材料；所述光栅测点通过封住所述套筒针头两端的所述封口材料被所述套筒针头完好套住。所述的温度平衡光纤结构简单，其测点光栅被注射器针头与外界隔离，仅能够识别外部温度变化导致其输出波长发生变化，而无论其固定在被测模具的任何位置，模具的变形都能被针头屏蔽掉不能使光纤的输出波长发生变化，所以可以十分简单、方便地实现温度平衡光纤的功能。进一步地，封口材料是环氧树脂胶，能够方便地按照树脂固化工艺进行固化，完成温度平衡光纤制作。

与此相应，本发明还提供了一种热压罐工艺模具热变形的在线检测方法，使用上述的热压罐工艺模具的在线检测装置进行有效检测，能够提供更高测试精度，同时满足通过测点的集成能够满足分布式测试需求，包括以下步骤：

(1)把光纤的一端粘贴于被测模具的测点位置；

(2)将光纤沿模具的边缘从热压罐内腔引至热压罐罐壁上的光纤导出口处；

(3)将光纤穿过光纤导出口引出热压罐外，并连接至调制解调仪的输入接口；

(4)从调制解调仪获得模具上测点的变形信息。

本发明提供的热压罐工艺模具的在线检测方法能够克服传统的基于高温应变片测试技术在测试精度、测点数量等方面的不足，为高温高压环境下热压罐成型模具变形测量提供了一种耐高温、分布式、快速响应的集成化测试技术手段，满足大型成型模具变形在线测试需求，为复合材料热压罐成型工艺模具设计与分析提供关键支撑数据。

对于上述的热压罐工艺模具的在线检测方法的进一步改进，上述所述的步骤(3)中“将光纤穿过光纤导出口引出热压罐外”包括如下步骤：光纤通过热压罐罐壁和导出口本体连接部位小孔进入导出口本体腔；旋松光纤导出口盖帽，用注射器针头刺穿密封塞进入导出口本体腔；将光纤通过注射器针头内腔引出通过密封塞到达热压罐外部，抽出注射器针头，拉动光纤至合适长度，旋紧光纤导出口盖帽。由此，可以准确、方便地将光纤穿过光纤导出口引出热压罐外，并且保护光纤不受到损伤。

本发明中的热压罐工艺模具的在线检测装置，所述调制解调仪提取温度平衡光纤获取的实时波长信号偏移量，并提取测试光纤获取的测点实时波长信号偏移量，得到单纯模具变形引起的光纤光栅测点信号波长变化，再进行波长信号与变形信号的转换，得到模具上测点的变形量信息。此方法具有所用部件简单，操作方便，测量结果可靠的优点。

本发明中的热压罐工艺模具的在线检测装置，所述的温度平衡光纤的制备方法，包括以下步骤：将光纤穿入注射器针头内腔，使得光栅测点被注射器针头完好套住，用环氧树脂胶在注射器针头两端把光纤和注射器针头胶结在一起，并按树脂固化工艺进行固化。采用这种方法制备的温度平衡光纤由于其测点光栅被注射器针头与外界隔离，仅能够识别外部温度变化导致其输出波长发生变化，而无论其固定在被测模具的任何位置，模具的变形都能被针头屏蔽掉不能使光纤的输出波长发生变化，所以通过这种方法可以十分简单、方便地实现温度平衡光纤的功能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本发明中的热压罐的光纤导出口的结构示意图。

图2是本发明中的温度平衡光纤的结构示意图。

图3是本发明中的总体原理图。

图4是图3中虚线圈部分的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。

如图3和图4所示，本发明中的热压罐工艺模具的在线检测装置，包括光纤导出口12、光纤6、调制解调仪13；光纤6的一端连接到被测模具11，另一端穿过光纤导出口12并连接到调制解调仪 13；光纤6包括测试光纤15和温度平衡光纤14。

如图1所示，本发明中的热压罐工艺模具的在线检测装置中的光纤导出口12，包括穿透热压罐罐壁1的光纤导出口本体2、套设于光纤导出口本体2一端的光纤导出口盖帽4和插入光纤导出口盖帽4中用于密封所述光纤导出口本体2的端部的密封塞5。密封塞5 可以由硅脂材料制成的，由盖帽4通过螺纹连接到光纤导出口本体2 上。

如图2所示，本发明中的热压罐工艺模具的在线检测装置中的温度平衡光纤14，包括注射器针头9、光栅测点8、封口材料7；封口材料7封住注射器针头两端；光栅测点8被注射器针头9完好套住。封口材料7可以是环氧树脂胶。

如图1、3和4所示，本发明中的热压罐工艺模具的在线检测方法如下。光纤6包括测试光纤15和温度平衡光纤14，把光纤6的一端粘贴于被测模具11的测点位置；将光纤6沿模具11的边缘从热压罐内腔10引至热压罐罐壁1上的光纤导出口12处，并将光纤6 引入导出口本体腔3中；旋松光纤导出口盖帽4，用注射器针头刺穿密封塞5，并伸进导出口本体腔3中；将光纤6穿入伸进导出口本体腔3中的注射器针头9的内腔，并从注射器针头9的内腔的另一端穿出，从而使光纤6通过密封塞5到达热压罐外部；抽出注射器针头，抽出光纤6至合适长度，旋紧光纤导出口盖帽4，并将光纤6连接至调制解调仪13的输入接口；调制解调仪13提取温度平衡光纤 14获取的实时波长信号偏移量，并提取测试光纤15获取的测点波长信号偏移量，进行波长信号与变形信号的转换，得到模具上测点的变形量信息。

如图2所示，热压罐工艺模具的在线检测装置中的温度平衡光纤的制备方法，包括以下步骤：将光纤6穿入注射器针头9的内腔，使得光栅测点8被注射器针头9完好套住，用环氧树脂胶7在注射器针头9两端把光纤6和注射器针头9胶结在一起，并按树脂固化工艺进行固化。由此完成温度平衡光栅的制备过程，使用时仅需把注射器针头9粘贴在测试光纤15周围即可。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种用于实现热压罐工艺模具热变形的在线检测装置的方法，其特征在于，所述热压罐工艺模具热变形的在线检测装置包括光纤导出口(12)、光纤(6)、调制解调仪(13)；所述光纤导出口(12)设置于热压罐罐壁(1)上，所述光纤(6)的一端连接到放置于热压罐内腔(10)的被测模具(11)，另一端穿过所述光纤导出口(12)并连接到所述调制解调仪(13)；所述光纤(6)包括测试光纤(15)和温度平衡光纤(14)；其中，所述温度平衡光纤(14)包括套筒针头、光栅测点(8)、封口材料(7)；所述光栅测点(8)通过封住所述套筒针头两端的所述封口材料(7)被所述套筒针头完好套住，

其中所述方法包括以下步骤：

(1)把光纤(6)的一端粘贴于被测模具(11)的测点位置；

(2)将所述光纤(6)沿所述被测模具(11)的边缘从所述热压罐内腔(10)引至所述热压罐罐壁(1)上的所述光纤导出口(12)处；

(3)将所述光纤(6)穿过所述光纤导出口(12)引出热压罐外，并连接至所述调制解调仪(13)的输入接口；

(4)从所述调制解调仪(13)获得所述被测模具上测点的变形信息，

其中，所述的步骤(3)中“将所述光纤(6)穿过所述光纤导出口(12)引出热压罐外”包括如下步骤：所述光纤(6)通过所述热压罐罐壁(1)和所述导出口本体(2)连接部位小孔进入导出口本体腔(3)；旋松所述光纤导出口盖帽(4)，用注射器针头刺穿密封塞(5)进入所述导出口本体腔(3)；将所述光纤(6)通过注射器针头内腔引出通过所述密封塞(5)到达热压罐外部，抽出所述注射器针头，拉动所述光纤(6)至合适长度，旋紧所述光纤导出口盖帽(4)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调制解调仪(13)提取所述温度平衡光纤(14)获取的实时波长信号偏移量，并提取所述测试光纤(15)获取的测点实时波长信号偏移量，得到单纯模具变形引起的光纤光栅测点信号波长变化，再进行波长信号与变形信号的转换，得到模具上测点的变形量信息。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光纤导出口(12)包括穿透所述热压罐罐壁(1)的光纤导出口本体(2)、套设于所述光纤导出口本体(2)一端的光纤导出口盖帽(4)、及插入所述光纤导出口盖帽(4)中用于密封所述光纤导出口本体(2)的端部的密封塞(5)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述密封塞(5)是由硅脂材料制成的。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述密封塞(5)经由所述光纤导出口盖帽(4)通过螺纹连接到所述光纤导出口本体(2)上。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述套筒针头为医用注射器不锈钢针头(9)。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述封口材料(7)是环氧树脂胶。