CN110285745A - 一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，步骤1：按照气凝胶异形构件设计一套带有至少两个基准孔和一个基准平面的模具工装；步骤2：将抽真空孔通过真空气管连接真空罐再连接真空泵，将模具固定在真空检测台上，用气凝胶粉末将模具下表面和真空检测台密封好；步骤3：将待检测的气凝胶异形构件自然放置在模具上表面，四周对齐；步骤4：打开真空泵，用手向下压所述气凝胶异形构件，待真空泵压力表压力抽至‑0.05MPa时，用塞尺检查气凝胶异形构件与模具无间隙；步骤5：对型面进行检测，得到被测构件的型面偏差。本发明是一种方便、快捷、准确的检测方法，适用于航空航天用刚性气凝胶隔热复合材料异形构件型面检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种气凝胶异性构件的检测方法，具体涉及一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法及其系统。
背景技术
气凝胶为一种新型材料，具体为一种新型高效隔热材料，在航空航天和军事领域已显示出广阔的应用前景。新型航天飞行器飞行速度更高，飞行时间更长，机身表面收到的气动加热更加严酷，必须采取有效的热防护措施以保证机体结构和舱内仪器设备的正常工作。新型航天飞行器热防护系统迫切需求具有耐高温、轻质、高效隔热以及良好力学性能和尺寸型面精度高的气凝胶隔热复合材料构件。专利CN104529384B公布了一种气凝胶异型件及其制备方法。专利CN102050456B公布了一种二氧化硅气凝胶隔热复合材料成型方法。
由于新型航天飞行器型面、舱体等部位结构复杂，对气凝胶隔热复合材料的型面精度要求越来越高，希望气凝胶复合材料尺寸精度与金属舱体贴合良好，在有些位置希望气凝胶型面精度能够控制在±0.2mm以内。在某些部分，气凝胶隔热复合材料作为飞行器大面积外防热，其型面精度对飞行器的气动防热结果至关重要。
由于气凝胶隔热复合材料是一种具有一定弹性的多孔陶瓷材料，采用传统的关节臂测量设备检测时，由于气凝胶型面与金属模具之间有些贴合不紧，可能存在间隙，则容易造成测试误差，影响最终检测结果。采用手工压紧的方式容易造成力度控制不好，可能使气凝胶隔热复合材料本身受力压缩变形。
专利CN105444721B公开了一种非刚性异形复合材料构件的型面检测方法，其主要是通过将标准厚度薄膜覆盖整体并抽真空方式进行检测，但该方法检测前要对产品进行真空薄膜包覆，包覆比较费时，且包覆过程中一不小心可能就将薄膜弄破，从而出现漏气现象，导致产品于检测模具贴合不紧密，对检测精度有影响，不够方便快捷。同时，对于复杂异形件来说，包覆难度就更大，金属检测模具的尖角可能容易对薄膜刺破，从而失去真空。对于气凝胶隔热材料来说，产品表面有细小的粉末，在包覆薄膜过程中，细小粉末沾在薄膜胶带时，就容易产生漏气。因此气凝胶型面精度的检测结果准确性对装配使用过程具有重要的指导作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，该检测方法方便、快捷、准确、效率高。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
本发明提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，包括如下步骤：
步骤1：按照待检测的气凝胶异形构件设计一套带有至少两个基准孔和一个基准平面的模具工装；
所述的模具上表面加工有若干个吸附孔，模具的下表面加工出真空腔，所述真空腔与所述吸附孔相连通；
准备真空检测台，所述真空检测台加工出空腔，在真空检测台的侧面开设有抽真空孔；
在空腔处加工若干承重柱，在空腔的上方放置有密度板，用玻璃胶将密度板与真空检测台空腔四周密封好；
步骤2：将抽真空孔通过真空气管连接真空罐，所述真空罐连接有真空泵，将模具固定在真空检测台上，用气凝胶粉末将模具下表面和真空检测台密封好；
步骤3：将待检测的气凝胶异形构件自然放置在模具上表面，四周对齐；
步骤4：打开真空泵，用手向下压所述气凝胶异形构件，待真空泵压力表压力抽至-0.06～-0.03MPa时，用塞尺检查气凝胶异形构件与模具无间隙；
步骤5：采用关节臂测量仪对型面进行检测，采集得到被测气凝胶异形构件表面的坐标点；
将被测气凝胶异形构件表面采集的坐标点与理论模型相拟合，得到被测构件的型面偏差。
作为本发明的进一步方案，所述吸附孔直径为3-5mm，每相邻是两个吸附孔间距不超过80mm；所述真空腔的加工高度为5-10mm，为确保产品能够自然、均匀、牢固吸附在模具上表面，模具真空腔高度太高则模具成本高，太低则吸附力不够，所述真空腔真空腔31尺寸面积为模具底面面积的50％-80％，真空腔面积太低，吸附力不够，太高对模具结构强度有影响。
作为本发明的进一步方案，所述真空检测台长度为长度大于800mm，宽度大于800mm，所述空腔加工的深度为20-40mm，所述空腔长、宽尺寸不小于700mm，所述的抽真空孔的直径为10-15mm，所述承重柱的加工直径为40-50mm，每相邻两个所述承重柱的间距100-200mm；所述密度板的厚度为20-40mm。
本发明还提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，包括设置于支架上的真空检测台，所述真空检测台上部开设有空腔，所述空腔的上方设置有多孔结构的密度板，所述密度板上表面设置有模具，所述模具的上表面设置有待检测的气凝胶异形构件。
作为本发明的进一步方案，所述模具的上表面与气凝胶异形构件的形状相配合。
作为本发明的进一步方案，所述模具的侧面设置有至少两个凸耳，每个凸耳包括有一个基准孔，每个凸耳上还加工出同一水平高度的基准平面，所述基准孔的水平高度高于基准平面；所述基准孔孔径为Φ10-Φ20,目的是便于关节臂探针检测基准孔。
作为本发明的进一步方案，所述模具的底部设置有若干个真空腔，所述的模具的上表面加工有若干个吸附孔，所述真空腔与所述吸附孔相联通。
作为本发明的进一步方案，所述空腔处设置有承重柱。
作为本发明的进一步方案，所述真空检测台的侧面开设有抽真空孔，所述抽真空孔通过真空气管与真空泵相连，所述真空泵连接有真空罐。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，是一种方便、快捷、准确的检测方法，适用于航空航天用刚性气凝胶隔热复合材料异形构件型面检测。
(2)本发明通过采用模具设计过程中形成真空吸附空腔的方式，保证了刚性气凝胶异形构件表面与模具表面贴合紧密，解决了因二者之间贴合不好导致检测结果偏差的问题，且极大的提高了检测效率。
(3)本发明的检测方法适用于各种复杂异形气凝胶隔热构件型面检测，检测方便、快捷、准确、效率高。
(4)本发明将气凝胶异形构件的成型模具与检测模具设计为一体，本发明中的模具既是模具，还可以实现检具的功能。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统立体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统分解示意图；
图3是本发明实施例中模具的立体结构示意图；
图4是本发明实施例中模具结构的剖解示意图；
图5是本发明实施例中模具结构的另一视角剖解示意图。
图6是采用本发明实施例提供的一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法测试一气凝胶异形构件产品型面精度结果。
附图标记：
1真空检测台；10空腔；11承重柱；12抽真空孔；2气凝胶异形构件；3模具；30凸耳；300基准孔；301基准平面；31真空腔；32吸附孔；33上表面；34下表面；35让位槽；4支架；5密度板；6真空气管；7真空罐；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例1提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，该检测系统包括设置于支架4上的真空检测台1，所述真空检测台1上部开设有空腔10，所述空腔10的上方设置有密度板5，所述密度板5需要用加工中心铣平，确保平面平整。
所述密度板5上表面设置有模具3，所述模具3的上表面设置有待检测的气凝胶异形构件2。
所述模具3的上表面与气凝胶异形构件2的形状相配合。本发明实施例中气凝胶异形构件2为弧形。显然，本发明实施例不限制气凝胶异形构件2的形状，只要是异性即可。
所述模具3的侧面设置有至少两个凸耳30，每个凸耳30包括有一个基准孔300，每个凸耳30上还加工出同一水平高度的基准平面30，所述基准孔300的水平高度高于基准平面30。本发明实施例中基准孔300的水平高度高于基准平面30，是为了在安装凸模和凹模的时候起定位作用。成型模具包括凸模和凹模，在本发明实施例中，只用到了检测用的凸模，本发明实施例中的模具3可以起到定位的作用。
本实施例设置有四个凸耳30，因此，相应的每个凸耳30设置有基准孔300，在实际应用中，只需要两个基准孔300即可，另外两个基准孔300为备用的，当其他两个基准孔300因为生产中重复使用或意外损坏的情况下可能被堵住，则可以启用备用的基准孔300。
参见图3-5，所述模具3的底部设置有若干个真空腔31，本发明实施例设置有四个真空腔31，所述的模具3的上表面33加工有若干个吸附孔32，本发明实施例每个真空腔31加工有四个吸附孔32，所述真空腔31与所述吸附孔32相联通。
每个凸耳30的底部设置有让位槽35，用以节约空间，减少工人装模时底部不加扳手的目的。
所述空腔10处设置有承重柱11。
所述真空检测台1的侧面开设有抽真空孔12，本发明实施例在真空检测台1的一侧开设有两个抽真空孔12，显然，还可以在真空检测台1的两侧均开设有抽真空孔12，所述抽真空孔12通过真空气管6与真空罐7相连，所述真空罐7连接有真空泵(附图未示出)。
实施例2
本发明实施例2提供一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，包括如下步骤：
步骤1：按照气凝胶异形构件设计一套成型和检测一体的带有至少两个基准孔和一个基准平面的模具工装；本发明实施例加工出四个基准孔300和一个基准平面301，在实际使用的过程中，可以任意选择两个基准孔300使用即可，另外两个为备用的，当其他两个基准孔300因为生产中重复使用或意外损坏的情况下可能被堵住，则可以启用备用的基准孔300。所述基准孔孔径为Φ10-Φ20，目的是便于关节臂探针检测基准孔。
所述的模具3具有基准功能，通过基准孔300和基准平面301建立与理论模型拟合。
所述的模具3具有真空吸附功能，其模具3上表面与气凝胶异形构件2型面相同，模具3上表面具有吸附孔32，本实施例吸附孔32直径在5mm，吸附孔32间距在75mm，且模具3下表面加工形成一个封闭的真空腔31，真空腔31与吸附孔32连通，所述的真空腔31尺寸高度为10mm，长宽尺寸视模具尺寸大小而定。优选的，真空腔31尺寸面积为模具底面面积的50％-80％。在保证模具刚度不变形的条件下，真空腔31面积越大，高度越高，其吸附效果越好。
所述的模具3上表面33加工有若干个吸附孔32，模具3的下表面34加工出真空腔31，所述真空腔31与所述吸附孔32相连通；
准备一个真空检测台1，所述真空检测台1为碳钢工作台，所述真空检测台1加工出空腔10，在真空检测台1的侧面开设有抽真空孔12；
在空腔10处加工若干承重柱11，在空腔10的上方放置有密度板5。密度板5与真空检测台空腔10装配后，四周用玻璃胶密封良好，密度板5表面铣平。
本实施例将设计好的模具3放置在真空检测台1上，空腔10深度20mm-40mm深，长、宽尺寸视检测产品模具尺寸大小而定，一般为800×800mm，在真空检测台1的侧面开设有直径15mm的抽真空12，本实施例在真空检测台1的一侧开设有两个抽真空孔12，将抽真空孔12通过真空气管6与真空罐7连接。
本实施例在真空检测台1的空腔10处加工有直径为40-50mm的承重柱11，承重柱11的间距200mm，将40mm厚的密度板5放置在空腔10上方，四周用玻璃胶密封，采用加工中心，将密度板铣平，所述密度板5采用多孔结构，其选用的密度板5本身带有细微的通孔。本发明实施例采用密度板5的多孔结构，其目的是与模具3底部的真空腔31贴合好，通过抽真空方式，可将气凝胶异形构件2产品紧紧贴合在模具3型面上。
步骤2：将抽真空孔12通过真空气管6连接真空罐7，所述真空罐7连接有真空泵(附图未示出)，将模具3固定在真空检测台1上，用气凝胶粉末将模具3下表面和真空检测台1密封好；
步骤3：将待检测的气凝胶异形构件2自然放置在模具3上表面，四周对齐，将被测气凝胶异形构件2与模具3型面贴合，贴合过程中，气凝胶异形构件2的产品边缘与模具3的对应边产品边缘对齐。
步骤4：打开真空泵，进行抽真空，用手向下压所述气凝胶异形构件2，下压0.5mm左右，主要目的就是开机抽真空的时候，防止气凝胶异形构件2产品发生变动。待真空泵压力表压力抽至-0.06～-0.03MPa，本实施例真空泵压力表压力抽至-0.05MPa时，使得产品能够紧密吸附在模具表面，用塞尺检查气凝胶异形构件2与模具3无间隙。
抽真空泵的时候，其真空泵的压力表太低的话，吸附力不够，贴合不紧，太高的话可能会导致气凝胶型面压缩变形，检测结果失真，经过试验测试，发现压力表在-0.06～-0.03MPa时效果最优。
步骤5：采用关节臂对气凝胶异形构件2进行检测，本实施例采用关节臂进行检测；
将待测气凝胶异形构件2和模具3一体的理论数模导入关节臂用电脑检测软件中，根据模具建立检测基准；
采用打点方式进行型面检测，采集得到被测气凝胶异形构件2表面的坐标点；将采集好的数据(即被测气凝胶异形构件2表面采集的坐标点)导入检测软件中，将被测气凝胶异形构件2表面采集的坐标点与理论模型相拟合，计算出被检测气凝胶异形构件2与理论模型对应的偏离值，即型面偏差。
所述真空检测台1长度大于800mm，宽度大于800mm，本发明实施例真空检测台1长宽设置为800×800mm。所述空腔10加工的深度为40mm，空腔10长、宽尺寸均为700mm，所述的抽真空孔12的直径为15mm，所述承重柱11的加工直径为50mm，每相邻两个所述承重柱11的间距200mm；所述密度板5的厚度为40mm。
需要说明的是，本发明实施例中各种尺寸可以根据实际需要进行选择，可根据模具、产品的大小而定，本发明实施例中尺寸对本发明的保护范围不起限制作用。
本发明实施例的工作原理为：真空检测台1通过抽真空孔与真空气管6相连，真空气管6真空罐7相连，所述真空罐7与与真空泵(附图未示出)相连。打开真空泵，由于真空检测台1具有空腔10，可以通过抽真空的方式，将本发明实施例中真空检测台1内的空气抽走，使真空检测台产生负压。然后通过密度板5的多孔结构及模具3的真空腔31再次产生高负压，然后通过各个吸附孔32产生负压力达到吸附气凝胶异形构件2产品的目的。从而将真空检测台1与密度板5的下表面紧紧吸附在一起，将密度板5的上表面与模具3的下表面紧紧吸附在一起，将模具3的上表面与待检测气凝胶异形构件2的下表面紧紧吸附在一起。
本发明实施例通过这样一种真空吸附的方式，保证了刚性气凝胶异形构件表面与模具表面贴合紧密，解决了因两者贴合不好导致检测结果偏差的问题。该检测方法适用于各种复杂异形气凝胶隔热构件型面检测，检测方便、快捷、准确、效率高。
实验测试：
分别采用CN105444721B公布的包覆真空膜方法、传统的不包覆不抽真空的检测方法以及本发明实施例的真空吸附检测法对气凝胶异形构件进行检测，其他空白条件相同，实验结果如下：
图6为采用本发明实施例的检测方法(即真空吸附检测法)检测某一个气凝胶异形构件产品(产品长宽尺寸：320×240)型面测试结果，该图为关节臂检验数据图，从中可以看到本发明实施例采集的部分数据。
三种检测方法的实验结果见下表：
| 检测方法 | 检测时间 | 型面偏差 |
| 本发明实施例检测方法 | 15分钟 | ±0.15mm |
| CN105444721B包覆真空膜方法 | 2.5小时 | ±0.15mm |
| 传统的不包覆不抽真空的检测方法 | 15分钟 | ±0.4mm |
需要说明的是，在整个申请文件中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的试试方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：按照待检测的气凝胶异形构件(2)设计一套带有至少两个基准孔和一个基准平面的模具(3)工装；
所述的模具(3)上表面(33)加工有若干个吸附孔(32)，模具(3)的下表面(34)加工出真空腔(31)，所述真空腔(31)与所述吸附孔(32)相连通；
准备真空检测台(1)，所述真空检测台(1)加工出空腔(10)，在真空检测台(1)的侧面开设有抽真空孔(12)；
在空腔(10)处加工若干承重柱(11)，在空腔(10)的上方放置有密度板(5)；
步骤2：将抽真空孔(12)通过真空气管(6)连接真空罐(7)，所述真空罐(7)连接有真空泵，将模具(3)固定在真空检测台(1)上，用气凝胶粉末将模具(3)下表面和真空检测台(1)密封好；
步骤3：将待检测的气凝胶异形构件(2)自然放置在模具(3)上表面，四周对齐；
步骤4：打开真空泵，用手向下压所述气凝胶异形构件(2)，待真空泵压力表压力抽至-0.06～-0.03MPa时，用塞尺检查气凝胶异形构件(2)与模具(3)无间隙；
步骤5：采用关节臂测量仪对型面进行检测，采集得到被测气凝胶异形构件(2)表面的坐标点；
将被测气凝胶异形构件(2)表面采集的坐标点与理论模型相拟合，得到被测构件的型面偏差。
2.根据权利要求1所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，其特征在于，所述吸附孔(32)直径为3-5mm，每相邻是两个吸附孔(32)间距为不超过80mm；所述真空腔(31)的加工高度为5-10mm，所述真空腔(31)真空腔31尺寸面积为模具(3)底面面积的50％-80％。
3.根据权利要求1所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测方法，其特征在于，所述真空检测台(1)长度大于800mm，宽度大于800mm，所述空腔(10)加工的深度为20-40mm，空腔(10)长、宽尺寸不小于700mm，所述的抽真空孔(12)的直径为10-15mm，所述承重柱(11)的加工直径为40-50mm，每相邻两个所述承重柱(11)的间距100-200mm；所述密度板(5)的厚度为20-40mm，密度板(5)与真空检测台空腔(10)装配后四周用玻璃胶密封良好，密度板(5)表面铣平。
4.一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，包括设置于支架(4)上的真空检测台(1)，所述真空检测台(1)上部开设有空腔(10)，所述空腔(10)的上方设置有多孔结构的密度板(5)，所述密度板(5)上表面设置有模具(3)，所述模具(3)的上表面设置有待检测的气凝胶异形构件(2)。
5.根据权利要求4所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，所述模具(3)的上表面与气凝胶异形构件(2)的形状相配合。
6.根据权利要求4所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，所述模具(3)的侧面设置有至少两个凸耳(30)，每个凸耳(30)包括有一个基准孔(300)，每个凸耳(30)上还加工出同一水平高度的基准平面(30)，所述基准孔(300)的水平高度高于基准平面(301)，所述基准孔孔径为Φ10-Φ20。
7.根据权利要求4或6所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，所述模具(3)的底部设置有若干个真空腔(31)，所述的模具(3)的上表面(33)加工有若干个吸附孔(32)，所述真空腔(31)与所述吸附孔(32)相联通。
8.根据权利要求4所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，所述空腔(10)处设置有承重柱(11)。
9.根据权利要求4所述的一种刚性气凝胶异形构件型面检测系统，其特征在于，所述真空检测台(1)的侧面开设有抽真空孔(12)，所述抽真空孔(12)通过真空气管(6)与真空罐(7)相连，所述真空罐(7)连接有真空泵。
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