CN113030085A - 一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及聚合物复合材料检测技术领域，尤其涉及一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，系统包括固化收缩测试单元、成像单元和图像处理单元，固化收缩测试单元用以为待测样品提供固化反应场所，固化收缩测试单元包括用于盛放液体介质的第一透明容器，第一透明容器内的液体介质的凹液面能够间接反映固化反应全过程中待测样品的体积变化；成像单元用于采集刻度图像；图像处理单元用于根据刻度图像输出固化过程体积收缩率数据和体积收缩率随时间的变化关系曲线。本发明提出的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，解决了现有测试系统存在难以获取固化全过程中的树脂复合材料体积变化数据的问题。

Description

一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料检测技术领域，尤其涉及一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法。

背景技术

树脂在固化过程中由于交联反应等进行会产生体积减小的化学收缩现象，化学收缩以及固化结束后的热收缩是树脂复合材料产品制造过程产生内应力的主要来源，这种内应力时常会导致产品出现褶皱、翘曲或裂纹等缺陷，极大降低复合材料的性能。因此，准确的检测树脂复合材料在固化过程的体积收缩是至关重要的。

固化收缩一般有两种测试方法：非体积膨胀法和体积膨胀法。其中非体积膨胀法一般是通过接触或非接触式传感器从一维或二维尺寸上来测量体积变化。但这种方法往往不能直接测量树脂的体积变化，需要通过测量与树脂接触的其他固体介质的变化来间接反映树脂体积变化，因此往往只能测量树脂凝胶后的体积收缩。另外这类方法还有一个共同的缺陷就是对测量仪器的精度以及测量环境的条件要求较高，因此只能在实验室内完成，无法应用于实际生产过程。体积膨胀法主要有毛细管膨胀计法、柱塞式膨胀计法和基于浮力原理的排水法等。其中膨胀计法是通过树脂固化过程体积变化产生的毛细管力或推拉力使毛细管内的液面或活塞运动来监控体积变化，该方法由于缺少数字输出系统，人为因素影响较大，测试精度低。而浮力法是使树脂悬浮在特定密度的液体介质中，通过固化前后树脂的密度变化引起的浮力变化，利用阿基米德原理测得体积变化。然而这种方法最大的问题在于浮力变化往往很小，测试结果受外界影响较大。

现有测量方法基本都是基于以上原理或方法发展或改进而来。如采用经过多次改良的毛细管膨胀计法来测量树脂的固化收缩。其将环氧树脂置于柔软PE袋内部，后置于充满蒸馏水的滴瓶中，滴瓶用橡皮塞密封，橡皮塞内插有一只带刻度的移液管，用于记录蒸馏水高度的变化。另外还采用一个对照瓶，来排除由于温度的变化所带来的热膨胀的影响。通过恒温水浴来使固化反应进行，通过读取这一过程中移液管的刻度变化来实时记录树脂的体积收缩。

申请号为CN109975531，专利名称为：胶凝固化体积收缩率的测试装置及测试方法中采用一个带刻度的圆台形容器盛放树脂，通过灯箱或加热箱使树脂发生固化，根据读取的刻度值并代入相应的体积计算公式来获得固化收缩率。

综上所述，现有技术缺点在于：难以获得整个固化程序(升温、保温和降温)的体积变化数据；体积刻度线数据的读取采用人工肉眼估读，存在人为误差(如误读和视差等)，测量精度低；人工读数还占用大量劳动时间，人力成本高，效率低下；树脂固化过程一般时间较长，实时在线监测过程往往产生大量数据，因此数据处理耗时较长，也变相提高了人力成本，降低测试效率。

发明内容

本发明提出一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统及方法，以解决现有测试系统存在难以获取固化全过程中的树脂复合材料体积变化数据的问题，并且同时提供测量精度和效率。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，包括固化收缩测试单元、成像单元和图像处理单元，其中：

固化收缩测试单元用以为待测样品提供固化反应场所，所述固化收缩测试单元包括第一透明容器，所述第一透明容器用于盛放液体介质，所述第一透明容器的外壁上刻有刻度，所述第一透明容器内的液体介质的凹液面能够随固化反应过程中待测样品的体积变化而变化；

所述成像单元用于采集刻度图像，其中所述刻度图像为在固化反应过程中所述液体介质凹液面刻度变化的图像；

所述图像处理单元被配置为：接收所述成像单元传输的刻度图像；通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化全过程中待测样品的体积收缩率数据和体积收缩率随时间的变化关系曲线。

优选的是，所述固化收缩测试单元还包括加料装置、固定支架和温控装置；

所述温控装置用于监测和控制固化反应所需要的温度，所述第一透明容器安置在所述温控装置中，所述第一透明容器远离所述温控装置的一端通过固定支架固定，所述第一透明容器内设置有用于盛接待测样品的第一敞口模具；

所述加料装置通过所述固定支架安置在第一透明容器的正上方，用于向所述第一敞口模具中加入待测样品。

优选的是，所述固定支架包括底座，所述底座与支撑杆的一端固定连接，所述支撑杆上可拆卸连接有第一支撑架和第二支撑架，所述第一支撑架在远离支撑杆的一端设置有第一夹钳，所述第二支撑架在远离支撑杆的一端设置有第二夹钳、第三夹钳和第四夹钳，所述第二夹钳设置在第一夹钳的正下方。

优选的是，所述温控装置包括油浴锅、温度控制器以及与温度控制器电连接的热电偶和加热套，所述油浴锅用于盛放液体传热介质；

所述热电偶的一端通过第三夹钳固定，另一端置于油浴锅的液体传热介质中，所述加热套套设在油浴锅的外壁上；所述油浴锅的材质为透明材质。

优选的是，所述成像单元包括CMOS成像设备，所述CMOS成像设备的一端设置有长焦距成像镜头，所述长焦距成像镜头上安装有偏振镜片。

优选的是，所述成像单元与第一透明容器之间的距离大于2m；所述CMOS成像设备的光轴与液体介质的凹液面以及第一透明容器上的刻度垂直。

优选的是，还包括用于对照的第二透明容器，所述第二透明容器与第一透明容器相对于油浴锅的中心线对称设置，且第二透明容器与第一透明容器处于同一对焦成像平面；

所述第二透明容器内设置有第二敞口模具。

优选的是，所述第一透明容器与第二透明容器材质、规格一致，外壁刻度的精度为0.02mL；所述第一敞口模具与第二敞口模具的材质、规格一致。

另一方面，本发明还提供一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试方法，利用所述的监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统进行收缩率的测试，包括以下步骤：

S1：将一定体积的液体传热介质、液体介质、待测样品分别加入至所述油浴锅、第一透明容器和加料装置中，液体介质的凹液面高于第一敞口模具上边缘3个刻度以上；

S2：将待测样品通过所述加料装置加入至所述第一透明容器的第一敞口模具中以排出第一敞口模具中的液体介质，并启动温度控制器按预设的加热速率和固化温度对第一敞口模具内的待测样品进行固化；

S3：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中所述刻度图像为所述第一透明容器内的液体介质凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元，利用图像处理单元接收所述成像单元传输的刻度图像，并通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

优选的是，所述步骤1还包括：根据预设体积偏差修正函数修正图像识别软件得到修正后的图像识别软件；并将一定体积的液体介质加入所述第二透明容器中作为对照组；

所述步骤3具体包括：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中所述刻度图像为所述第一透明容器和第二透明容器内的液体介质凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元，利用图像处理单元接收所述成像单元传输的刻度图像，通过预设偏差修正函数修正后的图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)可获取树脂复合材料固化全过程(升温、保温和降温)的体积变化率。

(2)体积刻度数据采集和处理完全由成像系统和计算机系统完成，大大降低了人工读取和处理数据所产生的误差，使得测试结果具有较高精度。

(3)体积刻度数据采集和处理过程无需人工参与，具有较低的人力成本和高的测试效率。

附图说明

图1为本发明测试系统的主视图。

图2为本发明测试系统的示意图。

图3为本发明测试系统固化体积收缩测试结果曲线。

图中：1-固化收缩测试单元，2-CMOS成像设备，3-长焦距成像镜头，4-图像处理单元，5-三脚架，6-照明光源，7-白板，8-固定支架，81-底座，82-支撑杆，83-第一支撑架，84-第二支撑架，85-第一夹钳，86-第二夹钳，87-第三夹钳，88-第四夹钳，9-支撑座，10-待测样品，11-第一敞口模具，12-加料装置，13-热电偶，14-加热套，15-温度控制器，16-第一透明容器，17-温控装置，18-油浴锅，19-液体传热介质，20-第二透明容器，21-第二敞口模具，22-液体介质。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，包括固化收缩测试单元1、成像单元、图像处理单元4，成像单元用于实时监测和采集体积刻度，图像处理单元4用于对采集的体积刻度图像进行识别和计算。

固化收缩测试单元1用以为待测样品10提供固化反应场所，固化收缩测试单元1包括加料装置12、固定支架8、温控装置17和第一透明容器16。

加料装置12用于向第一透明容器16中加入待测样品10；温控装置17用于监测和控制固化反应所需要的温度；固定支架8用于为各个装置提供支撑和固定；第一透明容器16内盛放有液体介质22，第一透明容器16内设置有第一敞口模具11，第一敞口模具11位于第一透明容器16的底部。本发明利用加料装置12将待测样品10加入至第一透明容器16的第一敞口模具11中以排出第一敞口模具11中的液体介质22，通过液体介质22的凹液面刻度变化间接的反映固化全过程中待测样品10的体积变化。

成像单元用于采集刻度图像，其中刻度图像为在固化反应过程中液体介质22凹液面刻度变化的图像；

图像处理单元4被配置为：接收成像单元传输的刻度图像；通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化全过程中待测样品10的体积收缩率数据和体积收缩率随时间的变化关系曲线。

作为本发明一个优选实施例：第一透明容器16为低膨胀玻璃材质，其外壁上刻有刻度，刻度精度为0.02mL。第一敞口模具11的上口敞开底部封堵，可盛放一定体积的待测样品10，第一敞口模具11的容积为第一透明容器16最大量程的1/3～1/2，其外径较第一透明容器16内径小0.5～1mm。第一敞口模具11的材质需与待测样品10的亲和性较差，可避免与器壁粘连束缚，从而保证其固化过程体积自由变化，因此选用疏脂性材质，优选为聚四氟乙烯。

作为本发明一个优选实施例：温控装置17包括油浴锅18、温度控制器15、与温度控制器15电连接的热电偶13和加热套14。

油浴锅18中盛放有透明的液体传热介质19，其优选为硅油，第一透明容器16安置于油浴锅18的液体传热介质19中，液体传热介质19的液面高于第一透明容器16的最高刻度线；热电偶13测温点置于液体传热介质19中，热电偶13测温点与第一透明容器16盛接的待测样品10之间的距离不超过1cm；油浴锅18为透明玻璃材质，其外壁上套设有加热套14，加热套14上边缘高度不超过第一透明容器16中第一敞口模具11上边缘的高度。

作为本发明一个优选实施例：加料装置12包括但不限于注射器等压力驱动型装置，其通过固定支架8安置在第一透明容器16的正上方，用于向所述第一敞口模具11中加入待测样品10。

作为本发明一个优选实施例：第一透明容器16旁边还设置了一个第二透明容器20作为对照组，第一透明容器16中盛放有相同体积的透明液体介质22，第二透明容器20内设置有第二敞口模具21，第二敞口模具21位于第二透明容器20的底部。第二透明容器20和第二敞口模具21的材质、规格分别与第一透明容器16和第一敞口模具11的材质、规格一致。第二透明容器20作为对照组不加入待测样品10，用于排除反应容器、液体介质22和模具热膨胀对测试结果的影响。

作为本发明一个优选实施例：固定支架8包括底座81，底座81与支撑杆82的一端固定连接，支撑杆82上可拆卸连接有第一支撑架83和第二支撑架84，第一支撑架83在远离支撑杆82的一端设置有第一夹钳85，第二支撑架84在远离支撑杆82的一端设置有第二夹钳86、第三夹钳87和第四夹钳88，第二夹钳86设置在第一夹钳85的正下方。

第一透明容器16和第二透明容器20由固定支架8上的第一夹钳85和第四夹钳88夹持并固定于油浴锅18的透明液体传热介质19中；油浴锅18置于加热套14内，加热套14置于固定支架8的支撑座9上，油浴锅18中盛放的透明液体传热介质19用于热传导并保持固化反应容器中的温度；热电偶13由第三夹钳87固定并伸入透明液体传热介质19中距待测样品10约1cm处。

作为本发明一个优选实施例：成像单元包括一个CMOS成像设备2，以及一个配套的100-400mm长焦距成像镜头3，长焦距的目的在于获得更精细区域的刻度数据，使体积刻度采集、识别更精确，长焦距成像镜头3前安装有一块用于消除玻璃器壁和液体反光的偏振镜片。CMOS成像设备2和长焦距成像镜头3为一体并由一个三脚架5固定，以保证实时监测固化的过程中机位始终不变，机位位于固化收缩测试单元1的正前方2-10m处，机位距第一透明容器16必须大于5m，以保证CMOS成像设备2光轴与液体介质22的凹液面以及第一透明容器16的刻度基本保持90°垂直关系。

成像单元还包括两个用于对固化收缩测试单元1进行补光的高功率照明光源6，两个照明光源6采用灯架固定并以适当角度和高度放置于固化收缩测试单元1前；此外还包括一块放置在固化收缩测试单元1后方的白板7，用于增加刻度线的对比度，使刻度图像对比度更高更易于识别。

作为本发明一个优选的实施例：图像处理单元4包括一台电脑和经过体积偏差修正图像识别算法软件，电脑通过数据线与CMOS成像设备2互连进行数据传输，CMOS成像设备2将采集到的第一透明容器16中液体介质22凹液面的刻度图像实时传输给电脑，通过电脑中的图像识别软件将刻度图像转化为刻度数据(体积数据)，并换算成体积收缩率数据，同时绘制出固化过程体积收缩率随时间的变化关系曲线，最终自动输出数据和曲线结果。

作为本发明一个优选的实施例：图像处理单元4包括一台电脑和经过体积偏差修正图像识别算法软件，电脑通过数据线与CMOS成像设备2互连进行数据传输，CMOS成像设备2将采集到的第一透明容器16中液体介质22凹液面和第二透明容器20中液体介质22凹液面的刻度图像实时传输给电脑，通过电脑中的修正后的图像识别算法软件将刻度图像转化为刻度数据，并将同一时刻第一透明容器16中液体介质22凹液面对应的体积数据减去第二透明容器20中液体介质22凹液面的体积数据，换算成待测样品10固化过程体积收缩率数据，同时绘制出固化全过程体积收缩率随时间的变化关系曲线，最终自动输出数据和曲线结果并导出固化过程体积收缩率数据和曲线结果。

作为本发明一个优选的实施例：图像处理单元4包括一台电脑和经过体积偏差修正图像识别算法软件，电脑通过数据线与CMOS成像设备2互连进行数据传输，CMOS成像设备2将采集到的第一透明容器16中液体介质22凹液面和第二透明容器20中液体介质22凹液面的刻度图像实时传输给电脑，通过电脑中的修正后的图像识别软件对刻度图像进行处理，分别输出固化全过程中第一透明容器16中液体介质22凹液面和第二透明容器20中液体介质22凹液面对应的体积数据随固化反应时间的变化关系曲线，再通过软件将同一时刻第一透明容器16中液体介质22凹液面对应的体积数据减去第二透明容器20中液体介质22凹液面对应的体积数据，经计算处理便可得到待测树脂复合材料固化过程体积或体积收缩率随时间的变化关系曲线。

由于第一透明容器16和第二透明容器20受热会发生轻微膨胀，使得由刻度反映的体积数据略小于实际体积数据，因此需要预先根据第一透明容器16和第二透明容器20尺寸和热膨胀参数计算其在不同温度条件下测量值的体积偏差百分比，汇编成体积偏差修正函数输入图像处理软件，通过修正后的算法对上述实验结果进行处理，变可得到准确的体积收缩率变化关系曲线。

一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试方法，利用监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统进行收缩率的测试，包括以下步骤：

S1：将一定体积的液体传热介质19、液体介质22、待测样品10分别加入至油浴锅18、第一透明容器16和加料装置12中，液体介质22的凹液面高于第一敞口模具11上边缘3个刻度以上；

S2：将待测样品10通过加料装置12加入至第一透明容器16的第一敞口模具11中以排出第一敞口模具11中的液体介质22，并同时启动温度控制器15按预设的加热速率和固化温度对第一敞口模具11内的待测样品10进行固化；

S3：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中刻度图像为第一透明容器16内的液体介质22凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元4，利用图像处理单元4接收成像单元传输的刻度图像，并通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

作为本发明一个优选实施例：步骤1还包括：根据体积偏差修正函数修正图像识别软件得到修正后的图像识别软件；并将一定体积的液体介质22加入第二透明容器20中作为对照组；

步骤3具体包括：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中刻度图像为第一透明容器16和第二透明容器20内的液体介质22凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元4，利用图像处理单元4接收成像单元传输的刻度图像，通过修正后的图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

实施例1：一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，包括10mL量筒(刻度精度为0.05mL)，量筒中装有4mL硅油以及聚四氟乙烯中空模具，聚四氟乙烯中空模具可盛接4.5mL未固化树脂样品；相对应地，量筒旁边还安置了一个完全相同的量筒作为对照组，其中盛放有相同体积的硅油以及完全相同的聚四氟乙烯中空模具，对照组不加入未固化树脂样品，用于排除反应容器、硅油和模具热膨胀对测试结果的影响。

量筒由一个固定支架8上的夹钳夹持并固定于透明水槽中，透明水槽中盛放有一定量的硅油，硅油体积没过了量筒的刻度线，用以保证量筒内温度保持稳定；透明水槽置于温控装置17的加热套14内，加热套14置于固定支架8的金属支架上，温控装置17的热电偶13由夹钳固定并伸入硅油，其测温点距量筒中的待测样品10约1cm。将未固化树脂样品加入至量筒的聚四氟乙烯中空模具中以排出聚四氟乙烯中空模具中的硅油，并利用硅油的凹液面刻度变化间接的反映固化全过程未固化树脂样品的体积变化。

系统还包括成像单元和图像处理单元4，成像单元包括一个CMOS成像设备2，以及一个配套的200mm焦距成像镜头，焦距成像镜头前安装有一块用于消除玻璃器壁和液体反光的偏振镜片，CMOS成像设备2和成像镜头为一体并由一个三脚架5固定，以保证实时监测固化的过程中机位始终不变，机位位于固化收缩测试单元1的正前方6m处，以保证CMOS成像设备2光轴与硅油的凹液面以及量筒刻度基本保持90°垂直关系；此外还包括两个用于对固化收缩测试单元1进行补光的200W照明光源6，两个照明光源6采用灯架固定并以适当角度和高度放置于固化收缩测试单元1前。固化收缩测试单元1正后方1m处放置有白板7，用于增加刻度线的对比度，使刻度图像对比度更高更易于识别。

图像处理单元4包括一台电脑和经过体积偏差修正的图像识别算法软件，图像处理单元4接收成像单元传输的刻度图像，通过经过体积偏差修正后的图像识别软件对实验组和对照组量筒中硅油的凹液面的刻度图像进行处理，分别输出固化全过程实验组和对照组量筒中硅油的凹液面对应的体积数据随固化反应时间的变化关系曲线，再通过软件将同一时刻实验组量筒中硅油的凹液面对应的体积数据减去对照组量筒中硅油的凹液面的体积数据，便可得到待测树脂复合材料固化过程体积随时间的变化关系曲线。

实施例2：一种高效监测树脂复合材料固化体积收缩率的方法，利用高效监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，包括如下步骤：

P1：将相同尺寸和规格的第一敞口模具11和第二敞口模具21分别置入第一透明容器16和第二透明容器20中，并分别向第一敞口模具11和第二敞口模具21中加入硅油，直至加满整个敞口模具并使硅油凹液面溢出敞口模具上边缘3个刻度以上为止；并用第二夹钳86和第四夹钳19将第一透明容器16和第二透明容器20固定于油浴锅18中；并保证第一透明容器16和第二透明容器20处于同一对焦成像平面并保持中心对称关系。

P2：将待测树脂复合材料通过加料装置12加入至第一透明容器16的第一敞口模具11中以排出敞口模具中的硅油，待测树脂复合材料的加入体积不超过第一敞口模具11容积；

P3：启动温度控制器15并按预设的加热速率和固化温度对待测树脂复合材料进行固化；

P4：与P3启动温度控制器15同步启动成像单元2和图像处理单元4，在此之前对CMOS成像设备2设置一定光圈、快门、ISO、色温和采样间隔，对长焦距成像镜头3设置一定焦距并手动对焦于待测树脂复合材料的焦平面，并打开照明光源6进行补光。另外，在开始测试前打开图像处理单元4，并打开数据信号互连开关以同步传输图像数据。

P5：待固化程序结束，利用图像处理单元4中的修正后的图像识别算法软件将刻度图像转化为刻度数据，并将同一时刻第一透明容器16中液体介质22凹液面对应的体积数据减去第二透明容器20中液体介质22凹液面的体积数据，换算成待测样品10固化过程体积收缩率数据，同时绘制出固化全过程体积收缩率随时间的变化关系曲线，最终自动输出数据和曲线结果并导出固化过程体积收缩率数据和曲线结果。

实施例3：利用实施例2中的测试系统对待待测树脂复合材料固化收缩率的进行测试，具体包括如下步骤：

P1：将容积为4.5mL的聚四氟乙烯中空模具置于10mL特制量筒中，向中空模具中加入硅油，直至加满整个模具并使硅油凹液面溢出模具上边缘3个刻度以上为止；另外，以同样方法制作对照组，将实验组和对照组量筒用夹钳固定于透明水槽中，并保证实验组和对照组量筒处于同一对焦成像平面并保持中心对称关系；

P2：将4mL待测树脂复合材料通过注射器加入至10mL特制量筒的中空模具中以排出模具中的硅油；

P3：室温25℃时，启动温度控制器15并按10℃/min的升温速率升温至165℃，使待测树脂复合材料在165℃固化2h，再保持所有装置不动自然降温至室温；

P4：对P3的固化反应过程进行全程监测，与P3启动温度控制器15同步启动成像单元和图像处理单元4。

图像处理单元4接收成像单元传输的刻度图像，通过经过体积偏差修正后的图像识别软件对实验组和对照组量筒中硅油的凹液面的刻度图像进行处理，分别输出固化全过程实验组和对照组量筒中硅油的凹液面对应的体积数据随固化反应时间的变化关系曲线，再通过软件将同一时刻实验组量筒中硅油的凹液面对应的体积数据减去对照组量筒中硅油的凹液面对应的体积数据，经计算处理便可得到待测树脂复合材料固化过程体积或体积收缩率随时间的变化关系曲线。

P5：待固化程序结束，由图像处理单元4计算并导出固化过程体积收缩率数据和曲线结果，结果如图3所示，由图可知待测样品10的固化收缩率为5.12％。

以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，包括固化收缩测试单元(1)、成像单元和图像处理单元(4)，其中：

固化收缩测试单元(1)用以为待测样品(10)提供固化反应场所，所述固化收缩测试单元(1)包括第一透明容器(16)，所述第一透明容器(16)用于盛放液体介质(22)，所述第一透明容器(16)的外壁上刻有刻度，所述第一透明容器(16)内的液体介质(22)的凹液面能够随固化反应过程中待测样品(10)的体积变化而变化；

所述成像单元用于采集刻度图像，其中所述刻度图像为在固化反应过程中所述液体介质(22)凹液面刻度变化的图像；

所述图像处理单元(4)被配置为：接收所述成像单元传输的刻度图像；通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化全过程中待测样品(10)的体积收缩率数据和体积收缩率随时间的变化关系曲线。

2.根据权利要求1所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述固化收缩测试单元(1)还包括加料装置(12)、固定支架(8)和温控装置(17)；

所述温控装置(17)用于监测和控制固化反应所需要的温度，所述第一透明容器(16)安置在所述温控装置(17)中，所述第一透明容器(16)远离所述温控装置(17)的一端通过固定支架(8)固定，所述第一透明容器(16)内设置有用于盛接待测样品(10)的第一敞口模具(11)；

所述加料装置(12)通过所述固定支架(8)安置在第一透明容器(16)的正上方，用于向所述第一敞口模具(11)中加入待测样品(10)。

3.根据权利要求2所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述固定支架(8)包括底座(81)，所述底座(81)与支撑杆(82)的一端固定连接，所述支撑杆(82)上可拆卸连接有第一支撑架(83)和第二支撑架(84)，所述第一支撑架(83)在远离支撑杆(82)的一端设置有第一夹钳(85)，所述第二支撑架(84)在远离支撑杆(82)的一端设置有第二夹钳(86)、第三夹钳(87)和第四夹钳(88)，所述第二夹钳(86)设置在第一夹钳(85)的正下方。

4.根据权利要求3所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述温控装置(17)包括油浴锅(18)、温度控制器(15)以及与温度控制器(15)电连接的热电偶(13)和加热套(14)，所述油浴锅(18)用于盛放液体传热介质(19)；

所述热电偶(13)的一端通过第三夹钳(87)固定，另一端置于油浴锅(18)的液体传热介质(19)中，所述加热套(14)套设在油浴锅(18)的外壁上；所述油浴锅(18)的材质为透明材质。

5.根据权利要求1所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述成像单元包括CMOS成像设备(2)，所述CMOS成像设备(2)的一端设置有长焦距成像镜头(3)，所述长焦距成像镜头(3)上安装有偏振镜片。

6.根据权利要求5所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述成像单元与第一透明容器(16)之间的距离大于2m；所述CMOS成像设备(2)的光轴与液体介质(22)的凹液面以及第一透明容器(16)上的刻度垂直。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，还包括用于对照的第二透明容器(20)，所述第二透明容器(20)与第一透明容器(16)相对于油浴锅(18)的中心线对称设置，且第二透明容器(20)与第一透明容器(16)处于同一对焦成像平面；

所述第二透明容器(20)内设置有第二敞口模具(21)。

8.根据权利要求7所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统，其特征在于，所述第一透明容器(16)与第二透明容器(20)材质、规格一致，外壁刻度的精度为0.02mL；所述第一敞口模具(11)与第二敞口模具(21)的材质、规格一致。

9.一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试方法，其特征在于，利用权利要求7所述的监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试系统进行收缩率的测试，包括以下步骤：

S1：将一定体积的液体传热介质(19)、液体介质(22)、待测样品(10)分别加入至所述油浴锅(18)、第一透明容器(16)和加料装置(12)中，液体介质(22)的凹液面高于第一敞口模具(11)上边缘3个刻度以上；

S2：将待测样品(10)通过所述加料装置(12)加入至所述第一透明容器(16)的第一敞口模具(11)中以排出第一敞口模具(11)中的液体介质(22)，并同时启动温度控制器(15)按预设的加热速率和固化温度对第一敞口模具(11)内的待测样品(10)进行固化；

S3：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中所述刻度图像为所述第一透明容器(16)内的液体介质(22)凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元(4)，利用图像处理单元(4)接收所述成像单元传输的刻度图像，并通过图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

10.根据权利要求9所述的一种监测树脂复合材料固化体积收缩率的测试方法，其特征在于，

所述步骤1还包括：根据预设体积偏差修正函数修正图像识别软件；并将一定体积的液体介质(22)加入所述第二透明容器(20)中作为对照组；

所述步骤3具体包括：启动成像单元以一定的采样间隔采集刻度图像，其中所述刻度图像为所述第一透明容器(16)和第二透明容器(20)内的液体介质(22)凹液面刻度变化的图像；

在启动成像单元的同时启动图像处理单元(4)，利用图像处理单元(4)接收所述成像单元传输的刻度图像，通过预设偏差修正函数修正后的图像识别软件对刻度图像进行处理后输出固化过程体积收缩率数据和积收缩率随时间的变化关系曲线。

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