CN107984770A - 基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法及装置，装置包括底座、支架、控制装置、图像采集装置、升降机构、旋转机构、承载机构以及压制机构；通过机器视觉代替人眼进行精确掌握与控制铺层角度，鲁棒性强，可提高手糊压层法制作π/4特殊夹角铺层碳纤维板的效率，可检测任意的铺设角度，并为制作非π/4特殊夹角铺层碳纤维板提供便利。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维复合制备技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法及装置。
背景技术
树脂基碳纤维增强复合材料具有强度高、弹性模量低、重量轻等优点，使得碳纤维材料在飞机、风能叶片和汽车零部件的应用日益广泛。但单向碳纤维材料的纤维分布具有单一性，在受非平行于纤维的力的情况下容易发生断裂。为了增加强度，需要进行铺层设计。铺层设计是碳纤维复合材料性能的关键，它包括铺层角度、铺层顺序、铺层层数的设计，而且铺层设计是直接决定材料性能和强度的主要工序。合理设计纤维铺层角度，可优化局部部件的力学性能及其它性能。目前最常用的铺设角度为0°、45°、90°、135°(与45°正负关系)。铺层选择的π/4特殊夹角的主要原因是由于工艺操作容易精确掌握与控制，同时可以获得较大的面内剪切刚度与强度。
如果铺层角度铺放的不合理，会造成制品重量和成本的增加，并且铺层层间角度的偏差会产生层间剪切和耦合效应，会极大地影响结构所承受载荷。为了减少层间剪切以及耦合效应，层间角度偏差应尽可能减小。
目前市场上对于平板类构件的加工主要有两种方法。第一种是手糊压层法，该方法主要使用于小批量生产。将浸过胶后的碳纤维预浸料剪成所需的形状后叠放，或是一边铺层一边刷上树脂，再热压成型。这个方法可以任意选择纤维的方向、大小和铺层的厚度，被广泛使用。但是纯手工操作，对于铺层角度非π/4特殊角的情况下为保证精度效率往往很低。
另外一种是模压树脂传递成型工艺法(MRTP)，该种方法主要适用于大批量使用，该工艺是事先在模具中铺好纤维并加入树脂后合模，在模具的压力或其它加压装置的作用下，,树脂流动充满模腔，浸润纤维，在一定的固化条件下成型固化成型，得到制品。该方法较简单，适于成型形状不太复杂、面积不特别大的复合材料制品。但是对于非π/4特殊角的精确难以控制。
发明内容
针对现有技术中碳纤维预浸料铺放角度难以精确控制的问题，提出一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法及装置，能够有效提高碳纤维预浸料铺放角度控制的准确性。
一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，包括底座、支架、控制装置、图像采集装置、升降机构、旋转机构、承载机构以及压制机构；
所述底座和支架配合连接，所述图像采集装置、升降机构、旋转机构、承载机构以及压制机构安装于所述支架上；
所述承载机构包括抽屉托盘和旋转托盘，所述抽屉托盘设置于所述旋转托盘上方，所述抽屉托盘为U型结构，所述旋转托盘用于承载下层碳纤维预浸料，所述旋转托盘用于承载上层待铺放碳纤维预浸料；
所述升降机构和所述旋转机构与所述旋转托盘配合连接，用于控制所述旋转托盘升降以及旋转；
所述图像采集装置设置在所述承载机构上方，用于采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置，所述控制装置用于根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
所述控制装置用于根据夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据所述旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至所述旋转机构，所述旋转机构用于根据所述旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置；
所述压制机构用于当旋转托盘转动到相应位置后下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
进一步地，所述承载机构还包括滑轨、内挡块和外挡块；
所述滑轨设置在所述支架上，所述抽屉托盘与所述滑轨滑动连接；
所述内挡块和外挡块安装于所述支架上，用于对所述抽屉托盘进行限位。
进一步地，所述压制机构包括回字压头、光轴、光轴固定座、直线滑动轴承、压缩弹簧、压力板、施力杆以及受力板；
所述光轴的一端通过光轴固定座与所述回字压头连接，另一端与所述直线滑动轴承连接，所述直线滑动轴承与所述压缩弹簧、压力板以及施力杆配合连接，所述直线滑动轴承安装于所述受力板上。
进一步地，所述铺放装置还包括设置在所述旋转托盘周围的方形光源。
一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，采用上述的碳纤维预浸料定角度铺放装置进行碳纤维预浸料定角度的铺放，所述方法包括：
根据所需铺放的碳纤维预浸料的层数，通过所述升降机构调整所述旋转托盘与所述抽屉托盘之间的垂直距离至适当位置；
分别在所述旋转托盘和抽屉托盘上放置下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料；
通过图像采集装置采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置，
所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
所述控制装置根据所述夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据所述旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至所述旋转机构；
所述旋转机构根据所述旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置；
当旋转托盘转动到相应位置后所述压制机构下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
进一步地，所述承载机构还包括滑轨，所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料的纤维方向均垂直所述滑轨；
所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角，包括：
建立直角坐标系；
对所述下层碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述下层碳纤维预浸料与Y轴的第一角度；
对所述上层待铺放碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的第二角度；
所述第二角度与第一角度的差值为所述夹角。
进一步地，计算第一角度或者第二角度，包括：
采用最大类间法对图像进行自动阈值；
合并联通区域，并选取其中最大联通区域；
获取最大联通区域的最小外接矩形；
以0.8倍最小外接矩形作为检测感兴趣区域；
采用中值滤波去除噪声，并进行边缘提取；
对共线的边缘进行连接；
获取所有边缘对象的长度，并进行边缘过滤，
提取最大长度边缘和第1+N长度边缘，其中N<10；
对所述最大长度边缘和第1+N长度边缘进行直线拟合；
判断两条拟合直线角度差值，如果所述差值小于2度，计算平均值，所述平均值为所述第一角度或者第二角度。
进一步地，控制装置根据所述夹角计算所需转动角度，包括：
获取预设转动角度，计算所述预设转动角度与所述夹角的差值，所述预设转动角度与所述夹角的差值为所需转动角度。
进一步地，如果所述所需转动角度大于0°且小于90°，则旋转方向为顺时针方向；如果所需转动角度大于90°且小于180°，则旋转方向为逆时针方向。
本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法及装置，至少包括如下有益效果：
(1)通过机器视觉代替人眼进行精确掌握与控制铺层角度，鲁棒性强，可提高手糊压层法制作π/4特殊夹角铺层碳纤维板的效率，可检测任意的铺设角度，并为制作非π/4特殊夹角铺层碳纤维板提供便利；
(2)方形光源的设置，可采集得到突显碳纤维预浸料角度方向的图像，极大提高图像处理的稳定性和效率，进而提高铺放角度控制的准确性；
(3)检测的图像算法的检测效果好，鲁棒性强，可提高手糊压层法制作π/4特殊夹角铺层碳纤维板的效率，可检测任意的铺设角度，并为制作非π/4特殊夹角铺层碳纤维板提供便利。
附图说明
图1为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置一种实施例的结构示意图。
图2为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置一种实施例的侧视图。
图3为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置一种实施例的另一角度的侧视图。
图4为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置另一种实施例的结构示意图。
图5为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法一种实施例的流程图。
图6为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法中检测碳纤维预浸料与Y轴角度一种实施例的流程图。
图7为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法中
计算下层碳纤维预浸料与Y轴的第一角度、上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的第二角度的过程示意图。
图8为本发明提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法一种应用场景的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
参考图1-图3，本实施例提供一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，包括底座1、支架2、控制装置、图像采集装置3、升降机构4、旋转机构5、承载机构以及压制机构；
底座1和支架2配合连接，图像采集装置3、升降机构4、旋转机构5、承载机构以及压制机构安装于支架2上；
承载机构包括抽屉托盘6和旋转托盘7，抽屉托盘6设置于旋转托盘7上方，抽屉托盘7为U型结构，旋转托盘7用于承载下层碳纤维预浸料，旋转托盘7用于承载上层待铺放碳纤维预浸料；
升降机构4和旋转机构5与旋转托盘7配合连接，用于控制旋转托盘7升降以及旋转；
图像采集装置3设置在承载机构上方，用于采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置，控制装置用于根据下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
控制装置用于根据夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至旋转机构5，旋转机构5用于根据旋转控制信号控制旋转托盘7转动到相应位置；
压制机构用于当旋转托盘7转动到相应位置后下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
进一步地，承载机构还包括滑轨8、内挡块9和外挡块10；
滑轨8设置在支架2上，抽屉托盘6与滑轨8滑动连接，滑轨8的设置，能够有效减小抽屉托盘的滑动摩擦。
内挡块9和外挡块10安装于支架2上，用于对抽屉托盘6进行限位，当抽屉托盘6向外拖动至极限位置时，外挡块10对抽屉托盘6进行限位，当抽屉托盘6向内推动至极限位置是，内挡块9对其进行限位。
升降机构4为X型升降台。
具体地，在铺放碳纤维预浸料之前，根据所需铺放的层数，通过升降机构4调整旋转托盘7与抽屉托盘6之间的垂直距离，在旋转托盘7上铺放下层碳纤维预浸料，其纤维方向与导轨8垂直，通过图像采集装置3采集下层碳纤维预浸料图像，对下层碳纤维预浸料图像进行分析，在直角坐标系中得到下层碳纤维预浸料与Y轴的第一角度。
将抽屉托盘6往外拉至极限位置，放置上层待铺放碳纤维预浸料，其纤维方向同样与导轨8垂直，之后将抽屉托盘6复位，通过图像采集装置3采集上层待铺放碳纤维预浸料图像，对上层待铺放碳纤维预浸料图像进行分析，在直角坐标系中得到上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的第二角度。
第二角度与第一角度的差值，即为下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角。
根据预设铺放角度，计算旋转托盘7所需转动角度，预设铺放角度与夹角的差值即为所需转动角度。根据所需转动角度判断旋转托盘转动的方向，如果所需转动角度大于0°且小于90°，则旋转方向为顺时针方向；如果所需转动角度大于90°且小于180°，则旋转方向为逆时针方向。
进一步地，控制装置根据旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至旋转机构5，旋转机构5根据旋转控制信号控制旋转托盘7转动到相应位置，此时下层碳纤维预浸料的纤维和上层待铺放碳纤维预浸料的纤维之间的角度为预设铺放角度。
进一步地，压制机构包括回字压头11、光轴12、光轴固定座13、直线滑动轴承14、压缩弹簧15、压力板16、施力杆17以及受力板18；
光轴12的一端通过光轴固定座13与回字压头11连接，另一端与直线滑动轴承14连接，直线滑动轴承14与压缩弹簧15、压力板16以及施力杆17配合连接，直线滑动轴承14安装于受力板18上。
当旋转机构5根据旋转控制信号控制旋转托盘7转动到相应位置后，手动给施力杆17施力，使得带动回字压头11向下运动，将上层待铺放碳纤维预浸料与下层碳纤维预浸料压在一起，拉动抽屉托盘6，使上层待铺放碳纤维预浸料与其分离，上层待铺放碳纤维预浸料与下层碳纤维预浸料完全接触，至此，完成压制。如果需要进行多层的碳纤维预浸料的铺放，则继续在抽屉托盘6放置碳纤维预浸料。
作为一种优选的实施方式，参考图4，本实施例提供的铺放装置还包括设置在旋转托盘7周围的方形光源19。方形光源的设置，可采集得到突显碳纤维预浸料角度方向的图像，极大提高图像处理的稳定性和效率，进而提高铺放角度控制的准确性。
本实施例提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，通过机器视觉代替人眼进行精确掌握与控制铺层角度，鲁棒性强，可提高手糊压层法制作π/4特殊夹角铺层碳纤维板的效率，可检测任意的铺设角度，并为制作非π/4特殊夹角铺层碳纤维板提供便利。
实施例二
参考图5，本实施例提供一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，采用如实施例一所述的碳纤维预浸料定角度铺放装置进行碳纤维预浸料定角度的铺放，所述方法包括：
步骤S201，根据所需铺放的碳纤维预浸料的层数，通过所述升降机构调整所述旋转托盘与所述抽屉托盘之间的垂直距离至适当位置；
步骤S202，分别在所述旋转托盘和抽屉托盘上放置下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料；
步骤S203，通过图像采集装置采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置；
步骤S204，所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
步骤S205，所述控制装置根据所述夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据所述旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至所述旋转机构；
步骤S206，所述旋转机构根据所述旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置；
步骤S207，当旋转托盘转动到相应位置后所述压制机构下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置的结构请参考实施例一。
进一步地，承载机构还包括滑轨，所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料的纤维方向均垂直所述滑轨；
所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角，包括：
建立直角坐标系；
对所述下层碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述下层碳纤维预浸料与Y轴的第一角度；
对所述上层待铺放碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的第二角度；
所述第二角度与第一角度的差值为所述夹角。
进一步地，参考图6与图7，计算第一角度或者第二角度，包括：
采集得到具有一定铺设角度的碳纤维预浸料的图像，如图7(a)；
采用最大类间法对图像进行自动阈值，如图7(b)；
合并联通区域，并选取其中最大联通区域，如图7(c)；
获取最大联通区域的最小外接矩形，如图7(d)；
以0.8倍最小外接矩形作为检测感兴趣区域，如图7(e)；
采用中值滤波去除噪声，并进行边缘提取，如图7(f)；
对共线的边缘进行连接，如图7(g)；
获取所有边缘对象的长度，并进行边缘过滤，如图7(h)，
提取最大长度边缘和第1+N长度边缘，其中N<10，如图7(i)；
对所述最大长度边缘和第1+N长度边缘进行直线拟合，如图7(j)；
判断两条拟合直线角度差值，如果所述差值小于2度，计算平均值，所述平均值为所述第一角度或者第二角度，如图7(k)。
进一步地，控制装置根据所述夹角计算所需转动角度，包括：
获取预设铺放角度，计算所述预设铺放角度与所述夹角的差值，所述预设铺放角度与所述夹角的差值为所需转动角度。
进一步地，如果所述所需转动角度大于0°且小于90°，则旋转方向为顺时针方向；如果所需转动角度大于90°且小于180°，则旋转方向为逆时针方向。
控制装置根据旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至旋转机构，旋转机构根据旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置，此时下层碳纤维预浸料的纤维和上层待铺放碳纤维预浸料的纤维之间的角度为预设铺放角度。
当旋转机构根据旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置后，手动给施力杆施力，使得带动回字压头向下运动，将上层待铺放碳纤维预浸料与下层碳纤维预浸料压在一起，拉动抽屉托盘，使上层待铺放碳纤维预浸料与其分离，上层待铺放碳纤维预浸料与下层碳纤维预浸料完全接触，至此，完成压制。如果需要进行多层的碳纤维预浸料的铺放，则继续在抽屉托盘放置碳纤维预浸料。
以下通过具体的应用场景对本实施例提供的于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法做进一步说明。
参考图8，根据铺设方向设定，以顺时针旋转为正，逆时针旋转为负。设定所需铺放层数N＝4，实时铺放层数M＝0；
在旋转托盘上放置下层碳纤维预浸料；
设定预设铺放角度序列ψm＝[45°，-45°，120°]；
铺放第一层：
实时铺放层数m＝0,取θ0＝ψ0＝45°；
采集下层碳纤维预浸料图像，检测到下层碳纤维预浸料图像与Y轴的角度，得到1°，赋值给α，此时α＝1°；
在抽屉托盘放置第一上层待铺放碳纤维预浸料；
采集第一上层待铺放碳纤维预浸料，检测到第一上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的角度，得到2°，赋值给β，此时β＝2°；
计算实际铺放所需转动角度θ0＝θ0-(α-β)，得到θ0＝45°-(1°-2°)＝46°，根据角度互补以及考虑旋转工作效率，判断0°＜θ0＜90°，因而控制旋转托盘顺时针旋转46°。
通过对回字压头施力，抽屉托盘下压与旋转托盘顶层结合，旋转托盘顶层置换为抽屉托盘层，完成第一次铺放,此时m＝m+1＝1。实时铺放层数m＝1，实时铺放层数m+1<＝n(此时2<4),根据条件m<＝n时，继续铺放。
铺放第二层：
实时铺放层数m＝1,取θ1＝ψ1＝-45°；
采集旋转托盘上的下层碳纤维预浸料图像，检测到下层碳纤维预浸料图像与Y轴的角度，得到1°，赋值给α，此时α＝3°；
在抽屉托盘放置第二上层待铺放碳纤维预浸料；
采集第二上层待铺放碳纤维预浸料，检测到第二上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的角度，得到-1°，赋值给β，此时β＝-1°；
计算实际铺放所需转动角度θ1＝θ1-(α-β)。得到θ1＝-45°-(3°-(-1°))＝-41°，根据条件判断-90°＜θ1＜0°，因而控制旋转托盘逆时针旋转41°；
通过对回字压头施力，抽屉托盘层下压与旋转托盘顶层结合，旋转托盘顶层置换为抽屉托盘层，完成第二次铺放，此时m＝m+1＝2。实时铺放层数m＝2，实时铺放层数m+1<＝n(此时3<4),根据条件m<＝n时，继续铺放。
铺放第三层：
实时铺放层数m＝2,取θ2＝ψ2＝60°；
采集旋转托盘上的下层碳纤维预浸料图像，检测到下层碳纤维预浸料图像与Y轴的角度，得到3°，赋值给α，此时α＝3°；
在抽屉托盘放置第三上层待铺放碳纤维预浸料；
采集第三上层待铺放碳纤维预浸料，检测到第三上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的角度，得到2°，赋值给β，此时β＝2°；
计算实际铺放所需转动角度θ2＝θ2-(α-β)，得到θ2＝120°-(3°-2°)＝119°，根据条件判断90°＜θ2＜180°，则逆时针旋转180°-θ2＝61°，因而控制旋转托盘逆时针旋转61°；
通过对回字压头施力，抽屉托盘层下压与旋转托盘顶层结合，旋转托盘顶层置换为抽屉托盘层，完成第三次铺放，此时m＝m+1＝3。实时铺放层数m＝3，实时铺放层数m+1<＝n(此时4＝4)根据条件m<＝n时，继续铺放。
铺放第四层：
实时铺放层数m＝3,θ3＝ψ3＝-120°；
采集旋转托盘上的下层碳纤维预浸料图像，检测到下层碳纤维预浸料图像与Y轴的角度，得到3°，赋值给α，此时α＝3°；
在抽屉托盘放置第四上层待铺放碳纤维预浸料；
采集第四上层待铺放碳纤维预浸料，检测到第四上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的角度，得到2°，赋值给β，此时β＝2°；
计算实际铺放所需转动角度θ3＝θ3-(α-β)，得到θ3＝-120°-(3°-2°)＝-121°，根据条件判断，则顺时针旋转180°+θ3＝59°，因而控制旋转托盘顺时针旋转59°。
通过对回字压头施力，抽屉托盘层下压与旋转托盘顶层结合，旋转托盘顶层置换为抽屉托盘层，完成第二次铺放，此时m＝m+1＝4。实时铺放层数m＝4，实时铺放层数m+1>N(此时5>4),根据条件m+1>n时，完成铺放。
本实施例提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，通过机器视觉代替人眼进行精确掌握与控制铺层角度，检测的图像算法的检测效果好，鲁棒性强，可提高手糊压层法制作π/4特殊夹角铺层碳纤维板的效率，可检测任意的铺设角度，并为制作非π/4特殊夹角铺层碳纤维板提供便利。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，其特征在于，包括底座、支架、控制装置、图像采集装置、升降机构、旋转机构、承载机构以及压制机构；
所述底座和支架配合连接，所述图像采集装置、升降机构、旋转机构、承载机构以及压制机构安装于所述支架上；
所述承载机构包括抽屉托盘和旋转托盘，所述抽屉托盘设置于所述旋转托盘上方，所述抽屉托盘为U型结构，所述旋转托盘用于承载下层碳纤维预浸料，所述旋转托盘用于承载上层待铺放碳纤维预浸料；
所述升降机构和所述旋转机构与所述旋转托盘配合连接，用于控制所述旋转托盘升降以及旋转；
所述图像采集装置设置在所述承载机构上方，用于采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置，所述控制装置用于根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
所述控制装置用于根据夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据所述旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至所述旋转机构，所述旋转机构用于根据所述旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置；
所述压制机构用于当旋转托盘转动到相应位置后下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，其特征在于，所述承载机构还包括滑轨、内挡块和外挡块；
所述滑轨设置在所述支架上，所述抽屉托盘与所述滑轨滑动连接；
所述内挡块和外挡块安装于所述支架上，用于对所述抽屉托盘进行限位。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，其特征在于，所述压制机构包括回字压头、光轴、光轴固定座、直线滑动轴承、压缩弹簧、压力板、施力杆以及受力板；
所述光轴的一端通过光轴固定座与所述回字压头连接，另一端与所述直线滑动轴承连接，所述直线滑动轴承与所述压缩弹簧、压力板以及施力杆配合连接，所述直线滑动轴承安装于所述受力板上。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，其特征在于，所述铺放装置还包括设置在所述旋转托盘周围的方形光源。
5.一种基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述的碳纤维预浸料定角度铺放装置进行碳纤维预浸料定角度的铺放，所述方法包括：
根据所需铺放的碳纤维预浸料的层数，通过所述升降机构调整所述旋转托盘与所述抽屉托盘之间的垂直距离至适当位置；
分别在所述旋转托盘和抽屉托盘上放置下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料；
通过图像采集装置采集下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像并发送至控制装置，
所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角；
所述控制装置根据所述夹角计算所需转动角度并判断旋转方向，根据所述旋转方向和所需转动角度生成旋转控制信号发送至所述旋转机构；
所述旋转机构根据所述旋转控制信号控制旋转托盘转动到相应位置；
当旋转托盘转动到相应位置后所述压制机构下压将上层待铺放碳纤维预浸料和下层碳纤维预浸料压制为一体。
6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，其特征在于，所述承载机构还包括滑轨，所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料的纤维方向均垂直所述滑轨；
所述控制装置根据所述下层碳纤维预浸料图像和上层待铺放碳纤维预浸料图像计算所述下层碳纤维预浸料和上层待铺放碳纤维预浸料之间的夹角，包括：
建立直角坐标系；
对所述下层碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述下层碳纤维预浸料与Y轴的第一角度；
对所述上层待铺放碳纤维预浸料图像进行分析，计算所述上层待铺放碳纤维预浸料与Y轴的第二角度；
所述第二角度与第一角度的差值为所述夹角。
7.根据权利要求6所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，其特征在于，计算第一角度或者第二角度，包括：
采用最大类间法对图像进行自动阈值；
合并联通区域，并选取其中最大联通区域；
获取最大联通区域的最小外接矩形；
以0.8倍最小外接矩形作为检测感兴趣区域；
采用中值滤波去除噪声，并进行边缘提取；
对共线的边缘进行连接；
获取所有边缘对象的长度，并进行边缘过滤，
提取最大长度边缘和第1+N长度边缘，其中N<10；
对所述最大长度边缘和第1+N长度边缘进行直线拟合；
判断两条拟合直线角度差值，如果所述差值小于2度，计算平均值，所述平均值为所述第一角度或者第二角度。
8.根据权利要求7所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，其特征在于，控制装置根据所述夹角计算所需转动角度，包括：
获取预设转动角度，计算所述预设转动角度与所述夹角的差值，所述预设转动角度与所述夹角的差值为所需转动角度。
9.根据权利要求7所述的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放方法，其特征在于，如果所述所需转动角度大于0°且小于90°，则旋转方向为顺时针方向；如果所需转动角度大于90°且小于180°，则旋转方向为逆时针方向。
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