CN207549533U - 基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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、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

基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置

技术领域

本实用新型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。

实用新型内容

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、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；

所述旋转机构用于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。

本实用新型提供的基于机器视觉的碳纤维预浸料定角度铺放装置，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，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。

附图说明

图1为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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为本实用新型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。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、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实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

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、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；

旋转机构5用于控制旋转托盘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，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实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

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、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；

所述旋转机构用于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。