CN114055814B - 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法 - Google Patents

一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114055814B
CN114055814B CN202111340733.6A CN202111340733A CN114055814B CN 114055814 B CN114055814 B CN 114055814B CN 202111340733 A CN202111340733 A CN 202111340733A CN 114055814 B CN114055814 B CN 114055814B
Authority
CN
China
Prior art keywords
product
repaired
laser
repairing
model
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111340733.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114055814A (zh
Inventor
韩蕾
龚文化
卢山
王欣怡
柳晓辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Original Assignee
Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology filed Critical Aerospace Research Institute of Materials and Processing Technology
Priority to CN202111340733.6A priority Critical patent/CN114055814B/zh
Publication of CN114055814A publication Critical patent/CN114055814A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114055814B publication Critical patent/CN114055814B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
    • B29C73/02—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D using liquid or paste-like material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
    • B29C73/24—Apparatus or accessories not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
    • B29C73/24—Apparatus or accessories not otherwise provided for
    • B29C73/26—Apparatus or accessories not otherwise provided for for mechanical pretreatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
    • B29C73/24—Apparatus or accessories not otherwise provided for
    • B29C73/26—Apparatus or accessories not otherwise provided for for mechanical pretreatment
    • B29C2073/262—Apparatus or accessories not otherwise provided for for mechanical pretreatment for polishing, roughening, buffing or sanding the area to be repaired
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C73/00—Repairing of articles made from plastics or substances in a plastic state, e.g. of articles shaped or produced by using techniques covered by this subclass or subclass B29D
    • B29C73/24—Apparatus or accessories not otherwise provided for
    • B29C73/26—Apparatus or accessories not otherwise provided for for mechanical pretreatment
    • B29C2073/268—Apparatus or accessories not otherwise provided for for mechanical pretreatment for drilling holes in the area to be repaired

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)

Abstract

本发明涉及一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，包括如下步骤：S1、识别待修补部位，确定待修补部位的损伤情况；S2、待修补部位预处理；S3、配制修补剂；S4、将S3中的修补剂注入待修补部位并进行固化操作；S5、修整已修补部位并检查修补效果。S1步骤中对标准产品进行检测以获得标准产品的第一基准数据以构造出用于比对的标准产品模型，而后利用成像检测模块对待检测产品进行扫描生成的第一数据模型，采用数据处理模块对标准产品模型和第一数据模型进行处理以获得初步缺陷部位，该初步缺陷部位用于进一步精确激光检测模块的检测范围以获得最终缺陷部位，采用数据处理模块对最终缺陷部位进行处理以区分缺陷种类和损伤情况。

Description

一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法。
背景技术
20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料(俗称玻璃钢)，从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
产品结构的复合材料化，可以大幅减重，增加飞机的装油量，有效提高航程和燃油经济性等性能，使用大量的复合材料替代金属材料已成为航空航天先进结构材料的发展方向。近年来，大型复合材料零件借助自动铺丝铺带等工艺和设备实现了低成本制造，展现出优于金属材料构件的性价比，并在飞机大型构件的制造中取代了金属材料。
现有技术中如公开号为CN103601528B的专利文献所提出的一种碳/碳复合材料局部涂层缺陷修补方法，采用热固性树脂与无机填料配制涂层修补剂涂覆涂层缺陷处，通过裂纹/孔洞填充与补强修补并扩展涂覆实现涂层裂纹缺陷的修补，使修补剂覆盖缺陷表面并渗透至缺陷内部，形成连续层，阻隔碳原子与氧原子发生氧化反应，之后在鼓风干燥箱内或通风环境中进行干燥固化，最后通过真空浸渍并干燥的方法进一步增加修补剂的厚度和致密性，该方法简单方便，易于实现，修补好的碳/碳复合材料性能质量高，在1200℃以下的氧化环境中可有效地保护该抗氧化碳/碳复合材料的局部缺陷区域不受氧化烧蚀，实现高性能抗氧化碳/碳复合材料涂层的长时间使用和重复使用。
如公开号为CN109454905A的专利文献所提出的树脂增强碳纤维复合材料表面气泡、缺胶缺陷的修复方法。该树脂增强碳纤维复合材料表面气泡、缺胶缺陷的修复方法具体包括以下步骤：步骤一：缺陷位置表面处理；步骤二：修复区域表面清理；步骤三：非修补区域防护；步骤四：树脂调配；步骤五：缺陷修补；步骤六：加热固化；按工艺要求设置固化制度尽量保证与原体系相同的固化制度；步骤七：硬度检测；步骤八：固化后打磨修整。该树脂增强碳纤维复合材料表面气泡、缺胶缺陷的修复方法在外观和强度及涂装后漆膜附着力和耐久性上有了很大的提高，降低维修成本；减少因该问题导致的售后问题。
但上述专利对待修补部位进行精确定位，且修补过程中无法实时检测修补效果。
此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于发明人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。
发明内容
本申请提出了一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，包括如下步骤：
S1、识别待修补部位，确定待修补部位的损伤情况；
S2、待修补部位预处理；
S3、配制修补剂；
S4、将S3中的修补剂注入待修补部位并进行固化操作；
S5、修整已修补部位并检查修补效果。
S1步骤中采用成像检测模块和激光检测模块对标准产品进行检测以获得标准产品的第一基准数据以构造出用于比对的标准产品模型，而后利用成像检测模块对待检测产品进行扫描生成的第一数据模型，采用数据处理模块对标准产品模型和第一数据模型进行处理以获得初步缺陷部位，该初步缺陷部位用于进一步精确激光检测模块的检测范围以获得最终缺陷部位，采用数据处理模块对最终缺陷部位进行处理以区分缺陷种类和损伤情况。
利用激光测距能够对物品进行三维成像，当该技术应用于复合材料的缺陷检测中，通过比对待检测产品和标准产品的三维成像模型能够有效识别出复合材料的鼓包等缺陷，但激光扫描过程较为复杂，如果对产品所有部分进行扫描，无疑会增加时间和能源消耗，因此本发明采用成像检测模块对待检测产品和标准产品进行初步对比，通过两者图像特征和红外特征的区别确定出初步缺陷部位，而后再利用激光检测模块对初步缺陷部位进行扫描，而后通过比对初步缺陷部位与标准产品的三维空间模型以确认最终缺陷部位，通过这种方式减小了激光扫描的范围从而提高缺陷的识别速度，基于三维空间模型比对的方式也消除了操作人员通过观察光线变化的主观判断而产生的误判等情况。优选地，数据处理模块通过对标准产品模型和待检测产品模型进行抽取特征点和网格化处理的方式进行模型简化，并且数据处理模块基于第一数据模型的初步缺陷部位的判断将标准产品模型和待检测产品模型的模型分区为若干个区块，以减小模型比对过程中的计算量进而提高缺陷识别速度。
在对表面存在鼓包的区域通过成像检测模块进行成像的过程中，通过初步扫描和精细扫描的模式进行扫描，第一次高速的红外扫描为初步扫描以确定大致缺陷区域(肉眼可见的鼓包区域)，而后对大致缺陷区域进行第二次较为慢速的精细红外扫描鼓包区域(特别是鼓包区域周围的区域)，以便二次确定不同于鼓包区域红外反射特征的梯度变化范围，从而基于红外反射的梯度变化趋势来逐步缩小初步缺陷部位的区域，以大幅度减少激光扫描的扫描区域。比如，在对产品鼓包进行判断的过程中，由于鼓包中空气和复合材料的红外特征不同，因此可大致确定鼓包位置，而后在精细扫描过程中对该区域进行精确扫描以明确鼓包边界。
此后的激光扫描主要针对红外反射特征的梯度变化区域，特别是变化不显著的区域，以避免红外不精确所引发的缺陷遗漏。
优选地，数据处理模块基于第一数据模型的比对结果生成第一预设阵列，将数据采集模块附接至第一预设阵列，通过激光检测模块扫描布置于第一预设阵列的数据采集模块的方式生成标记特征点以提高待检测产品的模型精确度和模型建立速度。
在模型比对过程中，基于激光扫描的像素过多，从而造成计算量剧增，降低了缺陷的检测速度，因此本发明采取抽取特征点的方式对模型进行简化，简化后部分数据会产生误差，不便于精确判断缺陷部位，因此可以根据生成的第一预设阵列，将数据采集模块附接至第一预设阵列的坐标上的方法对初步缺陷部位的信息进行收集，以达到简化模型和提高精准度的效果。
优选地，激光检测模块包括：激光扫描单元，其被配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束且能够将激光脉冲束引导至预扫描部位；激光控制单元，其被配置为用于调节激光脉冲束的功率参数。数据处理模块耦合至激光扫描单元和激光控制单元，数据处理模块控制激光扫描单元的扫描位置坐标的方式形成初步图层，并以初步图层与扫描位置的距离生成包含若干个图层的待检测产品模型以进行比对从而确认最终缺陷部位。
优选地，激光控制单元控制激光扫描单元将具有特定激光功率参数的激光脉冲束引导至待检测产品的内部预定位置以获取待检测产品的第二数据模型以确认最终缺陷部位。
处于复合材料内部中的脱粘或分层缺陷无法通过激光构建三维模型的方式进行识别，因此可采用激光冲击波结合力检测技术利用高功率纳秒脉冲激光辐照的方式形成高压等离子体冲击波，反射拉伸波会与压缩波的卸载波耦合并作用于胶粘界面，当耦合拉应力值超过粘接界面的结合强度，即会在该处发生层裂现象，从而可根据拉伸波应力值和层裂现象判断材料结合力是否满足设计标准。但其检测过程同样较为复杂，因此，本发明可通过红外特征区别确定初步缺陷部位，而后利用激光冲击波对初步缺陷部位进行检测，从而实现快速检测缺陷部位。
优选地，数据处理模块构建标准产品模型的数据包括基准数据和复合材料性能参数，基准数据包括成像检测模块和激光检测模块所采集到的标准产品的空间特性的第一基准数据以及激光检测模块所收集到的第二基准数据，其中，第二基准数据为激光脉冲束在标准产品中的衰减及反射规律。
优选地，S2步骤中的预处理操作包括清洗操作、打孔操作、加热操作、冷却操作，其中，打孔操作中相邻孔之间间距范围为10～100mm，加热操作的温度为第一温度，冷却操作的温度为第二温度。
优选地，S3步骤中修补剂的配置原料包括第一材料和第二材料，其中，第一材料和第二材料的质量比为2∶1，修补剂的放置时间≤2h。
优选地，在S4步骤中，当损伤类型为脱粘或分层缺陷时，将填好修补剂的产品绑定夹板或放入模具进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z＞50mm鼓包的情况下，将填好修补剂的产品放入产品成型模具中，并锁紧模具，而后进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z≤50mm的情况下，用金属夹板随产品外部轮廓绑定待修补部位，再用弓形夹夹紧金属夹板，而后进行修补剂固化操作。
优选地，S1步骤中基于复合材料表面光线变化和待修补部位和正常部位的不同声波特征对待修补部位进行辨别，损伤情况包括损伤类型、损伤位置以及损伤部位尺寸。
优选地，S2步骤中第一温度的温度范围为78℃～82℃，保温时间为1h，第二温度≤40℃。
优选地，所述S4步骤中的固化时间≥6h。
本发明的有益技术效果：基于空间特性和激光脉冲束的衰减及反射规律通过数据处理模块构建出标准产品模型和待检测产品的模型，比对上述模型以确定最终缺陷部位，使得缺陷的尺寸、位置等信息更加精确便于操作人员处理；通过激光脉冲束对待测复合材料进行冲击的方式检测出隐患部位，并基于此确定隐患部位和缺陷部位的位置，以便操作人员进行修补以减小安全事故发生的概率；通过对标准产品模型和待检测产品模型进行抽取特征点和网格化处理的方式进行模型简化，并且将标准产品模型和待检测产品模型的模型分区为若干个区块，以减小模型比对过程中的计算量进而提高缺陷识别速度；将数据采集模块附接至第一预设阵列，通过激光检测模块扫描布置于第一预设阵列的数据采集模块的方式生成标记特征点以提高待检测产品的模型精确度和模型建立速度。
附图说明
图1是本发明的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
本发明所提到的一种结构功能一体化复合材料，该复合材料产品采用内置功能橡胶贴片，外部整体包覆透波复合材料的设计方法。制造工艺为在130℃固化温度下成型，再降温到50℃下进行产品脱模。在降温过程中，功能橡胶贴片的线膨胀系数远大于复合材料，贴片的收缩量远大于已经成型的复合材料层板的收缩量，贴片受到较大挤压力出现内聚破坏现象，产生内部脱粘/分层缺陷或者外观鼓包，需要对该结构功能一体化产品开展有效修补，以保证产品质量。同时，该产品的功能橡胶贴片会干扰超声波，因此常用的基于超声波的检测工具无法分辨出内部脱粘和分层缺陷。
如图1所示，本申请提出了一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，包括如下步骤：
S1、识别待修补部位，确定待修补部位的损伤情况；
S2、待修补部位预处理；
S3、配制修补剂；
S4、将S3中的修补剂注入待修补部位并进行固化操作；
S5、修整已修补部位并检查修补效果。
优选地，S1步骤中基于复合材料表面光线变化和待修补部位和正常部位的不同声波特征对待修补部位进行辨别，损伤情况包括损伤类型、损伤位置以及损伤部位尺寸。S1步骤中基于复合材料表面光线变化和待修补部位和正常部位的不同声波特征对待修补部位进行辨别，损伤情况包括损伤类型、损伤位置以及损伤部位尺寸。具体地，当外观出现鼓包时，操作人员可根据机翼表面光线变化辨别出鼓包区域。内部脱粘或者分层缺陷这种位于材料内部的问题，由于该橡胶材料具有吸收超声波的性能，不能采取超声波进行探测，因此可采用敲击后通过辨别声音的方式对其脱粘或者分层缺陷进行辨别。
可选地，选用型号为WP-632型的敲击检测仪对产品进行检测，以判断产品内部是否存在脱粘/分层缺陷，同时能够对产品脱粘/分层的情况进行检测。
根据一种优选的实施方式，现有技术中的产品缺陷检测方法过多依赖于操作人员的主观经验，容易造成误判，致使缺陷部位未被修补从而造成严重的事故。为解决上述问题，本发明S1步骤中采用成像检测模块和激光检测模块对标准产品进行检测以获得标准产品的第一基准数据以构造出用于比对的标准产品模型，而后利用成像检测模块对待检测产品进行扫描生成的第一数据模型，采用数据处理模块对标准产品模型和第一数据模型进行处理以获得初步缺陷部位，该初步缺陷部位用于进一步精确激光检测模块的检测范围以获得最终缺陷部位，采用数据处理模块对最终缺陷部位进行处理以区分缺陷种类和损伤情况。
具体地，成像检测模块包括可见光探测单元和红外探测单元，基于相同条件下对标准产品和待检测产品的数据进行采集，其中，标准产品的数据为第一基准数据，待检测产品的数据为第一数据模型。
优选地，在对表面存在鼓包的区域通过成像检测模块进行成像的过程中，通过初步扫描和精细扫描的模式进行扫描，第一次高速的红外扫描为初步扫描以确定大致缺陷区域(肉眼可见的鼓包区域)，而后对大致缺陷区域进行第二次较为慢速的精细红外扫描鼓包区域(特别是鼓包区域周围的区域)，以便二次确定不同于鼓包区域红外反射特征的梯度变化范围，从而基于红外反射的梯度变化趋势来逐步缩小初步缺陷部位的区域，以大幅度减少激光扫描的扫描区域。比如，在对产品鼓包进行判断的过程中，由于鼓包中空气和复合材料的红外特征不同，因此可大致确定鼓包位置，而后在精细扫描过程中对该区域进行精确扫描以明确鼓包边界。
此后的激光扫描主要针对红外反射特征的梯度变化区域，特别是变化不显著的区域，以避免红外不精确所引发的缺陷遗漏。
优选地，在大致缺陷区域进一步确认鼓包区域的过程中，考虑到采集的标准产品的第一基准数据，通过与第一基准数据和大致缺陷区域的梯度变化范围进行比对，进行鼓包识别。设置一个较大的红外反射特征的梯度变化范围，如果大致缺陷区域的某区段红外反射特征的梯度变化处于该范围内，则认定大致缺陷区域的该区段所采集的数据为异常区段；如果大致缺陷区域的某区段红外反射特征的梯度变化处于该范围外，认为大致缺陷区域的部分区段为正常区段，此部分不再做进一步处理。而后缩小红外反射特征的梯度变化范围，进行识别。重复上述操作直至缩小到预定的红外反射特征的梯度变化范围内以完成红外扫描。
优选地，第一数据模型与标准产品模型的比对方法基于RANSAC算法，通过反复选择第一数据模型的数据中的一组随机子集来达成匹配，被选取的子集被假设为局内点，以产品模型测试待检测产品模型的所有数据，如果某个子集适用于产品模型，则标记为局内点。如果有足够多的子集被归类为假设的局内点，那么估计的模型就足够合理，然后用所有假设的局内点去重新估计待检测产品模型，通过估计局内点与待检测产品模型的错误率来评估模型进而区分缺陷部位。
通过上述方式比对第一数据模型与标准产品模型，进而得到第一数据模型中部分不匹配于标准产品模型的部分区域，并将其判定为初步缺陷部位。具体地，比对标准产品模型和第一数据模型，根据待检测产品和标准产品的红外特征和可见光特征区别，以确认鼓包、缺陷或脱粘的位置，进而生成初步缺陷部位，并利用数据处理模块对初步缺陷部位进行网格化和抽取特征点处理以在后续的激光扫描过程中提供用于精确扫描初步缺陷部位三维空间模型的初步缺陷部位坐标。
激光检测模块包括：激光扫描单元，其被配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束且能够将激光脉冲束引导至预扫描部位；激光控制单元，其被配置为用于调节激光脉冲束的功率参数。数据处理模块耦合至激光扫描单元和激光控制单元，数据处理模块控制激光检测模块对初步缺陷部位进行扫描以采集初步缺陷部位及其近旁的三维空间数据，利用数据处理模块对三维空间数据进行滤波处理以得到更加精确的空间三维模型。
比对第一数据模型和标准产品模型确定初步缺陷部位，并基于初步缺陷部位的位置坐标特征通过数据处理模块控制激光扫描单元的扫描位置坐标的方式形成初步图层，并以初步图层与扫描位置的距离作为参考系数生成包含若干个图层的待检测产品模型以获得初步缺陷部位及其近旁的三维空间数据，进而用于搭建待检测产品模型。
换言之，以初步缺陷部位的位置坐标为基础，通过控制激光扫描单元的扫描位置，以扫描位置与初步缺陷部位的距离为基准扫描出多个图层，从而得到初步缺陷部位的空间三维模型。利用数据处理单元对第一数据模型和空间三维模型建立待检测产品模型。
根据一种优选的实施方式，在比对标准产品模型和待检测产品模型时，由于制造过程中会产生部分误差，导致标准产品模型和待检测产品模型由于制造误差而不存在功能缺陷的情况而在比对过程被识别为缺陷，因此可基于光学采集的第一数据与标准产品模型进行初步匹配，数据处理模块通过对标准产品模型和待检测产品模型进行抽取特征点和网格化处理的方式进行模型简化，并且数据处理模块基于第一数据模型的初步缺陷部位的判断将标准产品模型和待检测产品模型的模型分区为若干个区块，以减小模型比对过程中的计算量进而提高缺陷识别速度。
具体地，以待检测产品的第一数据模型的比对结果为基础，将待检测产品分为两类区段，即待检测区段和正常区段，对正常区段进行设定低阈值以快速完成模型匹配，而后对待检测区段进行设定高阈值以提高模型匹配准确度。
优选地，数据处理模块基于第一数据模型的比对结果生成第一预设阵列，将数据采集模块附接至第一预设阵列，通过激光检测模块扫描布置于第一预设阵列的数据采集模块的方式生成标记特征点以提高待检测产品的模型精确度和模型建立速度。
具体地，激光检测模块能够产生不同于材料的反馈特征，从而在数据处理模块的处理过程中以呈阵列式的节点为标记特征点生成待检测产品的三维空间模型，在待检测产品模型与标准产品模型的比对过程中，增加标记特征点的权重，以快速完成比对和匹配。
优选地，待检测产品模型与标准产品模型的匹配方法为ICP算法，按照对应点集配准算法计算，重复迭代运行上述过程，直到均方差误差小于某个阀值。所述阈值设定基于产品的误差参数。
通过上述方式，可将待检测产品模型中未出现鼓包的区域一一对应，出现鼓包的区域与标准产品模型没有相应的对应点因而被标记，通过数据处理模块进一步处理未对应的数据节点从而生成鼓包区域的参数等。
根据一种优选的实施方式，树脂基复合材料部件可能由不同厚度层合板胶粘而成，胶粘界面就会处于不同深度。当需要检测不同胶粘形式复合材料部件，即指胶粘界面位于复合材料部件不同深度处，就需要调控反射拉伸波会与卸载波的耦合位置。根据激光冲击波在复合材料内部的传播规律可知，反射波与卸载波的耦合位置主要取决于激光脉冲宽度。激光控制单元控制激光扫描单元将具有特定激光功率参数的激光脉冲束引导至待检测产品的内部预定位置以获取待检测产品的第二数据模型以确认最终缺陷部位。
优选地，特定激光功率参数是指根据待测复合材料的粘接位置及粘接力指标、激光冲击波的衰减及反射规律确定脉冲激光的脉宽及能量。
优选地，获取激光冲击波的压力时空特性及待测复合材料的力学性能参数，再在激光冲击波的压力时空特性及待测复合材料的力学性能参数的基础上进行待测复合材料内激光冲击波的传播过程的数值模拟，得激光冲击波的衰减及反射规律。
根据一种优选的实施方式，在对复合材料进行修补时，通常需要将修复材料灌注至待修补部位，而后修补材料冷却或者高温加热成型，在该过程中，如果修复材料没有实现良好的修复效果，则会对修补过程造成更大的影响，此时，需要对修补的区域进行，这无疑会对产品造成破坏，为此为确保修复的效果，可采用激光检测模块监测修复过程。
优选地，S2步骤中采用清洗剂对待修补部位的表面进行清洗，可选地，清洗剂为丙酮。在清洗结束后，对产品进行晾置，晾置时间大于20min。S2步骤中对待修补部位进行打孔操作时，相邻孔间距范围为10～100mm。优选地，对待修补部位进行打孔时，钻头直径为1.5mm。
根据一种优选的实施方式，为确保固化后的产品能够达到预订的修补效果，避免因修补破坏产品结构，因此在固化前利用夹板或产品模具对待修补的产品进行固定以确保修补效果。可选地，修补剂沿S2步骤中打孔操作所形成的孔注入待修补部位。
优选地，S2步骤中的预处理操作包括清洗操作、打孔操作、加热操作、冷却操作，其中，打孔操作中相邻孔之间间距范围为10～100mm，加热操作的温度为第一温度，冷却操作的温度为第二温度。优选地，S2步骤中第一温度的温度范围为78℃～82℃，保温时间为1h，第二温度≤40℃。
优选地，S3步骤中修补剂的配置原料包括第一材料和第二材料，其中，第一材料和第二材料的质量比为2∶1，修补剂的放置时间≤2h。可选地，第一材料为型号为RTM135的树脂，第二材料为型号为RTMH137的树脂固化剂。
优选地，在S4步骤中，当损伤类型为脱粘或分层缺陷时，将填好修补剂的产品绑定夹板或放入模具进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z＞50mm鼓包的情况下，将填好修补剂的产品放入产品成型模具中，并锁紧模具，而后进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z≤50mm的情况下，用金属夹板随产品外部轮廓绑定待修补部位，再用弓形夹夹紧金属夹板，而后进行修补剂固化操作。
优选地，S4步骤中的固化时间≥6h，固化温度为常温，可选地，固化温度范围为20℃～25℃。
优选地，S5步骤中用酒精或丙酮去除产品表面残留的树脂，并用第一打磨材料将修补区域打磨至与零件外形一致，然后用第二打磨材料轻度打磨，使其满足产品表面光洁度的要求可选地，第一打磨材料为240目砂布，第二打磨材料的目数小于第一打磨材料。可选地，可采用酒精或丙酮去除产品表面残留的树脂对产品进行清洗操作。
在全文中，“优选地”所引导的特征仅为一种可选方式，不应理解为必须设置，故此申请人保留随时放弃或删除相关优选特征之权利。
需要注意的是，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，包括如下步骤：
S1、识别待修补部位，确定待修补部位的损伤情况；
S2、待修补部位预处理；
S3、配制修补剂；
S4、将S3中的修补剂注入待修补部位并进行固化操作；
S5、修整已修补部位并检查修补效果，
其特征在于，数据处理模块对标准产品模型和成像采集模块采集的第一数据模型进行比对以获得初步缺陷部位，该初步缺陷部位用于进一步精确激光检测模块的检测范围以获得最终缺陷部位；
所述激光检测模块包括：
激光扫描单元，其被配置为产生具有可调节激光功率参数的激光脉冲束且能够将激光脉冲束引导至预扫描部位；
激光控制单元，其被配置为用于调节激光脉冲束的功率参数，
所述数据处理模块耦合至所述激光扫描单元和所述激光控制单元，所述数据处理模块控制激光扫描单元的扫描位置坐标的方式形成初步图层，并以初步图层与扫描位置的距离生成包含若干个图层的待检测产品模型以进行比对从而确认最终缺陷部位。
2.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，所述激光控制单元控制所述激光扫描单元将具有特定激光功率参数的激光脉冲束引导至待检测产品的内部预定位置以获取所述待检测产品的第二数据模型以确认最终缺陷部位。
3.根据权利要求2所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，所述数据处理模块构建标准产品模型的数据包括基准数据和复合材料性能参数，所述基准数据包括成像检测模块和激光检测模块所采集到的标准产品的空间特性的第一基准数据以及激光检测模块所收集到的第二基准数据，其中，所述第二基准数据为激光脉冲束在标准产品中的衰减及反射规律。
4.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，S1步骤中基于复合材料表面光线变化和待修补部位和正常部位的不同声波特征对待修补部位进行辨别，损伤情况包括损伤类型、损伤位置以及损伤部位尺寸。
5.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，在所述S5步骤中，修整操作包括清洗操作和打磨操作，其中，打磨操作采用第一打磨材料进行打磨，使修补区域打磨至与零件外形一致，使用第二打磨材料进行打磨使修补区域满足产品表面光洁度的要求。
6.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，所述S2步骤中的预处理操作包括清洗操作、打孔操作、加热操作、冷却操作，其中，所述打孔操作中相邻孔之间间距范围为10~100 mm，所述加热操作的温度为第一温度，所述冷却操作的温度为第二温度。
7.根据权利要求6所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，S2步骤中采用清洗剂对待修补部位的表面进行清洗，在清洗结束后，对产品进行晾置，晾置时间＞20min。
8.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，所述S3步骤中修补剂的配置原料包括第一材料和第二材料，其中，所述第一材料和所述第二材料的质量比为2∶1，所述修补剂的放置时间≤2h。
9.根据权利要求1所述的一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法，其特征在于，在所述S4步骤中，当损伤类型为脱粘或分层缺陷时，将填好修补剂的产品绑定夹板或放入模具进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z＞50mm鼓包的情况下，将填好修补剂的产品放入产品成型模具中，并锁紧模具，而后进行修补剂固化操作；当损伤类型为鼓包且鼓包尺寸Z≤50mm的情况下，用金属夹板随产品外部轮廓绑定待修补部位，再用弓形夹夹紧金属夹板，而后进行修补剂固化操作。
CN202111340733.6A 2021-11-12 2021-11-12 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法 Active CN114055814B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111340733.6A CN114055814B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111340733.6A CN114055814B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114055814A CN114055814A (zh) 2022-02-18
CN114055814B true CN114055814B (zh) 2023-04-14

Family

ID=80271695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111340733.6A Active CN114055814B (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114055814B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115817977A (zh) * 2022-11-11 2023-03-21 航天特种材料及工艺技术研究所 一种大型复合材料包装箱的缺陷修补方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61270657A (ja) * 1985-05-25 1986-11-29 Hitachi Zosen Corp 超音波探傷試験方法
US5679899A (en) * 1995-03-06 1997-10-21 Holographics Inc. Method and apparatus for non-destructive testing of structures
JP2006323032A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Sony Corp フラットパネルディスプレイディバイスの欠陥画素リペア装置及びその欠陥画素リペア方法
JP2007113941A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Ohkura Industry Co 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
JP2009285917A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合材構造物の修理方法および複合材構造物
JP2012163406A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Toshiba Corp 材料検査補修装置および材料検査補修方法
CN104502363A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 湘潭大学 一种蓝宝石微缺陷无损检测装置
US9488592B1 (en) * 2011-09-28 2016-11-08 Kurion, Inc. Automatic detection of defects in composite structures using NDT methods
DE102018129495A1 (de) * 2018-11-22 2020-05-28 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils
CN113049682A (zh) * 2021-04-01 2021-06-29 北京航空航天大学 一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI290622B (en) * 2004-09-30 2007-12-01 Ritdisplay Corp Detection and repair system and method
JP4600476B2 (ja) * 2007-12-28 2010-12-15 日本電気株式会社 微細構造物の欠陥検査方法及び欠陥検査装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61270657A (ja) * 1985-05-25 1986-11-29 Hitachi Zosen Corp 超音波探傷試験方法
US5679899A (en) * 1995-03-06 1997-10-21 Holographics Inc. Method and apparatus for non-destructive testing of structures
JP2006323032A (ja) * 2005-05-17 2006-11-30 Sony Corp フラットパネルディスプレイディバイスの欠陥画素リペア装置及びその欠陥画素リペア方法
JP2007113941A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Ohkura Industry Co 欠陥検査装置及び欠陥検査方法
JP2009285917A (ja) * 2008-05-28 2009-12-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 複合材構造物の修理方法および複合材構造物
JP2012163406A (ja) * 2011-02-04 2012-08-30 Toshiba Corp 材料検査補修装置および材料検査補修方法
US9488592B1 (en) * 2011-09-28 2016-11-08 Kurion, Inc. Automatic detection of defects in composite structures using NDT methods
CN104502363A (zh) * 2014-12-30 2015-04-08 湘潭大学 一种蓝宝石微缺陷无损检测装置
DE102018129495A1 (de) * 2018-11-22 2020-05-28 Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg Verfahren zur Reparatur eines Metall-Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteils
CN113049682A (zh) * 2021-04-01 2021-06-29 北京航空航天大学 一种热固性复合材料结构的损伤监测及在线维修系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN114055814A (zh) 2022-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2390074B1 (en) Apparatus and closed-loop method for the manufacture of prepregs and/or laminates comprising the same
Whittingham et al. Micrographic studies on adhesively bonded scarf repairs to thick composite aircraft structure
EP3553492B1 (en) Methods of making a specimen with a predetermined wrinkle defect
CN114055814B (zh) 一种结构功能一体化复合材料产品的修补方法
EP3557219A1 (en) Methods of making a tubular specimen with a predetermined wrinkle defect
Sorrentino et al. Potentiality of Hot Drape Forming to produce complex shape parts in composite material
US9409278B2 (en) Method and system for the ply-by-ply machining of a component made of composite material, by applying energy
CN108205017B (zh) 用于制造在检查复合结构中使用的褶皱参比标准品的方法
US20110133358A1 (en) Method and device for treating a surface of a fibre composite material
US20090202780A1 (en) Forming a honeycomb structure
CA2983955C (en) Methods of making a specimen with a predetermined wrinkle defect
JP2007187545A (ja) 異方性繊維シートの繊維配向方向および輪郭の評価方法ならびに異方性繊維シートの積層装置
Kim The effect of additional surface coating on the performance of additively manufactured fiber reinforced composite mold
CN114986948B (zh) 复合材料蜂窝夹心结构的修理工艺及方法
CN113459546B (zh) 船用大厚度夹芯复合材料构件的修复方法
CN115782261A (zh) 复合材料密封箱体表层缺陷漏气位置的判定及修复方法
SORRENTINO et al. Crush core forming: An innovative technology to manufacture structural sandwich parts with variable thickness
Margueres et al. Combined approach for the characterization of composites manufactured by RFI and industrial application
Hergan et al. Influence of processing temperatures on the deflection of hybrid-metal-carbon composites made by resin transfer moulding
Kite Aspects of the Manufacture and Performance of a Compression Moulded Carbon Fibre Composite for Automotive Applications
Streeter Characterising the creation of defects in large scale vacuum assisted resin infusions in the marine industry
CN105225294B (zh) 抛放式飞行数据记录仪壳体及其制作方法
Shi et al. A simple spring-damper-slider model for laminate slippage
Holmes Jr et al. Anisotropy Characterization of Asymmetric Glass/Epoxy Composites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant