CN110285908B - 一种复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法 - Google Patents

一种复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法 Download PDF

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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands

Abstract

本发明涉及一种复合材料制造过程中，多束纤维张力的实时在线检测方法，属于复合材料、机械制造和计算机技术的交叉领域。本发明方法的步骤为：采用工业CCD相机自动采集制造过程中的多束纤维的灰度图像，对灰度图像进行中值滤波处理，采用加阈值的Canny算子边缘提取算法提取图像内纤维和背景间的边缘线，利用B样条曲线自动搜索多根纤维边缘线，通过公式计算纤维的实时张力。本发明提出的复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，自动化程度高，可实现多束纤维张力的实时在线检测。相对于传统张力检测的方法，可有效的降低多纤维张力值的检测成本，降低设备控制难度，同时相比于接触式测量，可避免纤维因摩擦产生的磨损。

Description

一种复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测 方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料预制体制造过程中张力检测的方法，属于复合材料、机械制造与计算机技术的交叉技术领域。
背景技术
以连续纤维增强复合材料为代表的先进复合材料具有远高于钢铁材料的比刚度和比强度，此外还具有耐腐蚀、抗疲劳性能好以及可设计性强等优势，被广泛应用于运载火箭、卫星、风力发电、轨道交通等工业领域。长久以来，二维结构复合材料由于制作简单、成形工艺及设备成熟，是复合材料结构中应用最为广泛的结构之一。
三维结构复合材料在厚度方向引入增强体，解决了二维复合材料分层阻抗低、易脱层等问题，是目前先进复合材料研究的主要方向，其中针对三维结构复合材料的新工艺和新装备成为研究的热点和难点。现有的三维结构复合材料制备工艺较为繁琐、制造周期长且人工干预较多，造成复合材料的成形性能不稳定；此外，在制造过程中，设备的自动化水平较低，工艺参数检测和调控方法还不成熟。
近年来，研究人员对张力的检测方法进行了大量的研究，但大多为采用张力传感器且仅对单根纤维的张力进行检测。本发明提出了一种基于机器视觉的多束纤维张力的实时检测方法。可对多束纤维张力进行实时在线检测，该方法能够有效的检测制造过程中各根纤维的实时张力，为后续的张力调控提供反馈信息，以达到复合材料预制体的形性控制，避免复合材料构件的反复试制，缩短复合材料构件的制造周期、降低制造成本，为实现大型、复杂结构高性能复合材料构件的高精高效制造提供了基础。
发明内容
本发明主要是提供一种复合材料预制体制造过程中张力检测的方法，从而实现了大型、复杂结构高性能复合材料预制体制造过程中的张力的低成本、快速精准检测。
1.一种复合材料预制体制造过程中张力检测的方法，具体步骤如下：
①图像采集；采用线阵CCD工业相机自动采集制造过程中包含多束纤维图像，其中，纤维处于条形光源和CCD相机中间，条形光源的亮度可通过光源控制器设置，采用工业CCD相机自动采集制造过程中的多束纤维图像，采集的图像为灰度图像，图像尺寸、对比度固定不变；
②纱线边缘提取；对采集到的图像进行中值滤波，并得到二值化图像，在二值化图像中的纱线为白色区域，在图像处理过程中，由于算法的问题纱线的白色区域中不免会有黑色斑点，为了提高边缘识别的精度，对图像进行填充处理，并采用设置上下阈值Canny的方法，对图像中的边缘进行提取；
③根据灰度图像，绘制垂直于碳纤维运动路径的截线B样条曲线，其中，截线像素值i为X轴，灰度值ft(j)为Y轴，对B样条曲线进行一阶差分和二阶差分；
④从左往右搜索一阶差分第一个和第二个由正变负的零点i0和i'0，过零点往左右两侧搜索二阶差分过零点i1、i2、i3及i4，取t1＝i1+i2/2，t2＝i3+i4/2作为碳纤维两端的边缘线；
⑤绘制点r1＝t1+t2/2在制造过程中的波动曲线，得到曲线的角频率ω，根据公式
Figure GDA0003355254540000021
获得曲线的频率，根据公式T＝4αf2l2ρ+β得出碳纤维的张力值，其中，f为获得曲线的频率，l为所测段碳纤维的长度，ρ为碳纤维的密度，α和β为修正系数；
⑥重复步骤④和⑤，分别同时提取出同一平面内2根及以上的多束纤维的边缘，也可对处于不同平面但在空间内平行且无相互遮挡的2根及以上的纤维边缘进行提取，同时还能提取出2根及以上纤维间为不同方向纤维的边缘，进而实现2根及以上的多束纤维的张力提取。
2.所述的纤维为碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纳米管纤维中的一种或多种。
3.所述的碳纤型号为1k、3k、6k、12k和24k。
4.所述的方法图像采集方法可为单目、双目或多目。
5.所述的方法光源可为线光源、面光源、圆形光源、激光光源。
本发明有益的效果是：
1.该方法自动化程度高，可实现多束纤维张力的实时在线检测，满足大型、复杂结构复合材料预制体制造过程中对张力检测的需要。
2.相比于传统张力传感器的检测张力的方法，该方法可有效的降低多纤维张力值的检测成本，降低设备控制难度。
3.该方法属于无接触式测量，相比于接触式测量，可避免纤维因摩擦产生的磨损。
附图说明
图1为本发明复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法的示意图。
附图标记
1—工业相机2—多束纤维3—线性光源
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的说明。
本发明的多束碳纤维张力检测方法具体步骤如下：
A、采用线性CCD相机自动采集制造过程中的多束纤维图像，其中，纤维处于条形光源和CCD相机中间，条形光源的亮度可通过光源控制器设置，采集的图像为灰度图像，图像尺寸480×360及对比度-4固定不变；
B、对灰度图像进行中值滤波处理，实现图像边缘保真情况下图像的降噪复原。设置灰度阈值，将灰度图转化为二值图；其中，纱线区域呈白色，背景区域呈黑色；将图像上灰度值小于90的像素点置为0，图像上灰度值大于等于90的像素点置为255，将整个图像呈现出明显的黑白效果，在黑白二值图中的纱线白色区域，由于图像拍摄角度以及材质反光原因会产生“黑色缺失区域”，为避免将其误判断为纱线边缘，对其进行区域填充处理，采用加阈值的Canny算子边缘提取算法提取图像内纤维和背景间的边缘线，其中Canny算子的阈值设为[0.1,0.3]；
C、根据灰度图像，绘制垂直于碳纤维运动路径的截线B样条曲线。其中，截线像素值i为X轴，灰度值ft(j)为Y轴；对B样条曲线进行一阶差分和二阶差分；
D、从左往右搜索一阶差分第一个和第二个由正变负的零点i0和i'0，过零点往左右两侧搜索二阶差分过零点i1、i2、i3及i4。取t1＝i1+i2/2，t2＝i3+i4/2作为碳纤维两端的边缘线；
E、绘制点r1＝t1+t2/2在制造过程中的波动曲线，得到曲线的角频率ω，根据公式
Figure GDA0003355254540000041
获得曲线的频率。根据公式T＝4αf2l2ρ+β得出碳纤维的张力值，其中，f为获得曲线的频率，l为所测段碳纤维的长度，ρ为碳纤维的密度，α和β为修正系数；
F、重复步骤D和E，分别同时提取出同一平面内2根及以上的多束纤维的边缘，也可对处于不同平面但在空间内平行且无相互遮挡的2根及以上的纤维边缘进行提取，同时还能提取出2根及以上纤维间为不同方向纤维的边缘，进而实现2根及以上的多束纤维的张力提取，进而计算出各根碳纤维的张力值，实现多束纤维的实时在线检测。
上述实施例是对本发明的上述内容作进一步的说明，不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于上述实施例。

Claims (5)

1.一种复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，具体步骤如下：
①图像采集；采用线阵CCD工业相机自动采集制造过程中包含多束纤维图像，其中，纤维处于条形光源和CCD相机中间，条形光源的亮度可通过光源控制器设置，采集的图像为灰度图像，图像尺寸、对比度固定不变；
②纱线边缘提取；对采集到的图像进行中值滤波，并得到二值化图像，在二值化图像中的纱线为白色区域，在图像处理过程中，由于材质反光和图像采集角度的问题纱线的白色区域中不免会有黑色斑点，为了提高边缘识别的精度，对图像进行填充处理，并采用设置上下阈值Canny的方法，对图像中的边缘进行提取；
③根据灰度图像，绘制垂直于碳纤维运动路径的截线B样条曲线，其中，截线像素值i为X轴，灰度值ft(j)为Y轴，对B样条曲线进行一阶差分和二阶差分；
④从左往右搜索一阶差分第一个和第二个由正变负的零点i0和i'0，过零点往左右两侧搜索二阶差分过零点i1、i2、i3及i4，取t1＝i1+i2/2，t2＝i3+i4/2作为碳纤维两端的边缘线；
⑤绘制点r1＝t1+t2/2在制造过程中的波动曲线，得到曲线的角频率ω，根据公式
Figure FDA0003355254530000011
获得曲线的频率，根据公式T＝4αf2l2ρ+β得出碳纤维的张力值，其中，f为获得曲线的频率，l为所测段碳纤维的长度，ρ为碳纤维的密度，α和β为修正系数；
⑥重复步骤④和⑤，分别同时提取出同一平面内2根及以上的多束纤维的边缘，也可对处于不同平面但在空间内平行且无相互遮挡的2根及以上的纤维边缘进行提取，同时还能提取出2根及以上纤维间为不同方向纤维的边缘，进而实现2根及以上的多束纤维的张力提取。
2.根据权利要求1所述的复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，其特征在于，所述的纤维为碳纤维、芳纶纤维、尼龙纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纳米管纤维中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，其特征在于，所述的碳纤型号为1K、3k、6k、12k和24k。
4.根据权利要求1所述的复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，其特征在于，所述的方法图像采集方法可为单目、双目或多目。
5.根据权利要求1所述的复合材料预制体制造过程中多束纤维张力实时在线检测方法，其特征在于，所述的方法光源可为线光源、面光源、圆形光源、激光光源。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3713290A1 (de) * 1987-04-18 1988-11-03 Barmag Barmer Maschf Fadenzugkraftmessvorrichtung mit federnd bewegbarem fadenfuehler
JP5531169B1 (ja) * 2012-10-29 2014-06-25 バンドー化学株式会社 ベルト張力算出プログラム及びベルト固有周波数算出プログラム、並びにこれらの方法及び装置
CN105976352B (zh) * 2016-04-14 2019-01-11 北京工业大学 一种基于灰度图像形态学的焊缝表面缺陷特征提取方法
CN105931227B (zh) * 2016-04-14 2018-11-02 北京工业大学 一种基于图像灰度b扫曲线的焊缝表面缺陷特征提取方法
CN106840498A (zh) * 2017-01-10 2017-06-13 岳永刚 拉线张力的测试方法、装置和系统及张力测试仪
CN108375442B (zh) * 2018-01-19 2020-07-14 西北工业大学 一种非接触式测量系绳张力与摆角的装置

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