CN212030464U - 一种碳纤维板蓝光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种碳纤维板蓝光检测装置，该碳纤维板蓝光检测装置可以得到碳纤维板材正面和反面的直观的回弹量情况，该蓝光检测装置额外设置了泡沫板，且在泡沫板上进行了贴点处理，从而通过贴点将碳纤维板材两面的数据进行连接，解决了超薄碳纤维板材侧壁不能贴点测量的问题，同时，通过在碳纤维板上额外设置一经过3D打印的已知尺寸的圆柱体，从而方便了后续数据建模处理等，同时可以进一步提高构建的碳纤维板云图精度。

Description

一种碳纤维板蓝光检测装置

技术领域

本实用新型涉及复合材料领域，具体涉及一种碳纤维板蓝光检测装置。

背景技术

碳纤维复合材料具有高强度、高模量、高比强度和高比模量等力学性能，因此一直是人们研究的热点。碳纤维复合材料构件通常使用模压成型、树脂传递模塑成型、注塑成型等方法成型，其中模压成型适合生产高性能、大批量、相对低成本的碳纤维板结构，应用广泛。其中使用模压成型制备而成的碳纤维板结构，由于通常使用碳纤维布层、基体树脂膜层交替放置在一定温度和压力下层压而成，因此模压成型的碳纤维板由于温度、压力等参数选择的不同，树脂在碳纤维布层各处浸润的情况也不同，从而会导致碳纤维板正面和反面两个成型表面的力学性能不同，回弹量也有所不同。而如何检测成型后的碳纤维板表面的回弹量，以对成型模具、模压成型温度、压力等进行合理设计和选择是至关重要的。现有技术中，对于碳纤维板表面回弹量的检测均没有提出一种有效的检测、分析方式，即使有，也是集中在针对金属板材冲压件的回弹量分析，由于金属板材与碳纤维板材成型方式不同，碳纤维板材是通过多层碳纤维布层压而成，因此，成型后的碳纤维板的正面与背面的回弹量是不同的，而金属板材在冲压时，金属板材的回弹量是由于板材整体受到相同的变形力后产生的，其正面与背面的回弹量是相同的，因此，现有技术中对于金属板材冲压件的回弹量分析都仅需要分析其中的一个面即可。如重庆大学的熊煜在其硕士论文《某车型前纵梁封板高强钢冲压成形工艺参数优化及回弹补偿研究》，第五节前纵梁封板回弹补偿研究与生产试制中就使用了基于三维蓝光扫描的回弹补偿方法来得到前纵梁封板表面的回弹量，但是，其对象是金属板材，因此，仅需要对单面进行扫描即可。

综上所述，现有技术中，均未提供一种专门针对由碳纤维布层压而成的碳纤维板表面的回弹量进行检测的装置，更没有提供一种碳纤维板蓝光检测装置。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种技术方案，一种碳纤维板蓝光检测装置，该装置包括碳纤维板、圆柱体、碳纤维板支撑三角架、硬质泡沫板、泡沫板支撑架以及蓝光扫描仪，三个碳纤维板支撑三角架放置于地面，碳纤维板放置于碳纤维板支撑三脚架上，圆柱体放置在碳纤维板正中位置处，该圆柱体为已知尺寸的3D打印件，泡沫板支撑架设置于碳纤维板支撑三角架侧边，硬质泡沫板固定于泡沫板支撑架上，在碳纤维板的上面、下面、圆柱体上表面以及硬质泡沫板的正面均经显像剂处理过，且均贴有标注点，硬质泡沫板的放置位置为使得在使用蓝光扫描仪对碳纤维板表面进行扫描时，能够同时扫描到硬质泡沫板的正面；

优选地，碳纤维板支撑三角架均匀布置在碳纤维板的下端，且从蓝光扫描仪沿着硬质泡沫板的方向，碳纤维板支撑三角架的布置方式为：一个支撑三角架在前面，两个支撑三角架在后面。

优选地，3D打印的圆柱体上表面贴三个点即可。

优选地，标注点的贴点要求为：前后左右每隔10cm贴一个点，贴出来的点要求不在同一直线，也不能构成等边三角形。

优选地，使用胶带将硬质泡沫板固定在泡沫板支撑架上。

优选地，蓝光扫描仪的型号为德国GOM公司的Gom ATOS Core 500。

优选地，3D打印的圆柱体上表面整体的平面度公差为0～0.1mm。

本实用新型的有益效果为：

1)、本实用新型的碳纤维板蓝光检测装置，专门针对由多层碳纤维布层压而成的碳纤维板构件，针对碳纤维板构件内部树脂在碳纤维布层各处浸润的情况不同，导致碳纤维板材正面与背面回弹量均不通的特点，检测装置可以采集板材两个面的数据，而不是现有技术中提到的仅采集金属板材的单个面的变形数据，通过分析各个面的回弹量，从而可以合理的选择在对碳纤维板进行模压工作时，模具所使用的压力、温度大小，以及加热、模压所选择的时间长短，从而能够制造出力学性能优异的碳纤维板结构；

2)、本实用新型的碳纤维板蓝光检测装置，针对成型后的碳纤维板材均比较薄，侧面无法贴点的特点，为了能够将碳纤维板材的正面采集数据和背面采集数据连接起来，从而形成一个完整的立体变形面，创新性的在碳纤维板材之外设置了一个独立的具有过渡点的硬质泡沫板，通过在使用蓝光扫描仪对碳纤维板材表面进行拍照取点时，同时拍摄硬质泡沫板上的过渡点，通过该过渡点将碳纤维板材的正面和背面点云数据连接起来，从而形成一个完整的碳纤维板材数据；

3)、本实用新型的碳纤维板蓝光检测装置，考虑到碳纤维板比较薄，在成型后各个地方的回弹量不确定，在进行数据分析时无法找到比较合适的基准，没有办法将原始数据与成型后的碳纤维板做拟合后对比分析，因此，本实用新型额外设置了一已知尺寸的圆柱体，以圆柱体的上表面为基准进行数据拟合分析；

4)、针对碳纤维板形变量较小，为了提高检测精度，使用3D打印技术而制得该圆柱体结构，从而可以保证3D打印的圆柱体上表面整体的平面度公差为0～0.1mm，进一步提高碳纤维板表面回弹量检测精度。

附图说明

图1为本实用新型碳纤维板蓝光检测装置的整体结构示意图；

图2为蓝光扫描仪拍摄碳纤维板下表面示意图；

图3A、3B分别示出了碳纤维板正、反面云图；

图4为碳纤维板反面标注示意图。

标号说明

1、碳纤维板；2、圆柱体；3、碳纤维板支撑三角架；4、硬质泡沫板；5、泡沫板支撑架；6、标注点；7、蓝光扫描仪；8、蓝光。

具体实施方式

下面，参照附图说明用于实施本实用新型的方式。

图1示出了本实用新型碳纤维板蓝光检测装置整体结构示意图，装置包括碳纤维板1、圆柱体2、碳纤维板支撑三角架3、硬质泡沫板4、泡沫板支撑架5以及蓝光扫描仪7(图中未画出)，使用多个碳纤维板支撑三角架3放置于地面，然后将碳纤维板1放置于碳纤维板支撑三脚架3上，在碳纤维板1正中位置放置好已知尺寸的3D打印好的圆柱体2，同时，在碳纤维板支撑三角架3旁边放置泡沫板支撑架5，将硬质泡沫板4固定于泡沫板支撑架5上即可以对压缩成型后的碳纤维板进行蓝光逆向扫描，分析碳纤维板在成型后正反面各个地方的回弹量。

如图2所示，碳纤维板支撑三角架3，均匀布置在碳纤维板1的下端，且在从蓝光扫描仪7沿着硬质泡沫板4的方向上，碳纤维板支撑三角架3的布置方式为，一个支撑三角架3在前面，两个支撑三角架3在后面，这样，在蓝光扫描仪7在拍摄碳纤维板1的下表面时，蓝光能够更容易的拍摄到碳纤维板1的下表面。

在碳纤维板的上面、下面、圆柱体上表面以及硬质泡沫板4的正面进行贴点处理，具体的贴点要求为：大约前后左右每隔10cm贴一个点，贴出来的点要求不在同一直线，也不能构成等边三角形；优选地，3D打印的圆柱体2上表面贴三个点即可，要求不在同一直线，也不能构成等边三角形；

如图1所示，在碳纤维板支撑三脚架3的侧边，放置一泡沫板支撑架5，使用胶带将硬质泡沫板4固定在泡沫板支撑架5上，调整硬质泡沫板4的位置，以使得在使用蓝光扫描仪7对碳纤维板表面进行扫描时，能够同时扫描到硬质泡沫板4的正面；

优选地，蓝光扫描仪7的型号为德国GOM公司的Gom ATOS Core 500；

上述装置架设好后，将蓝光扫描仪7放在专用扫描架上固定好，将扫描仪与电脑连接好，接通电源，检查周围环境，检查碳纤维板；

在启用蓝光扫描仪7之前，需要对蓝光扫描仪进行调试：先调蓝光扫描仪的曝光值和曝光时间，调曝光值一般情况下都是把相机里的扫描画面调亮但是不能出现红色，出现红色一般都是曝光过度，在我们扫描中曝光时间有三种，一般选第一种曝光时间，当我们拍照后发现画面上出现较多的洞的时候我们改用第二种曝光时间，第三种曝光时间我们一般不用，调好后就可以按空格拍照。

调试完成后，进行碳纤维板上表面拍照，先拍第一张照片，先拍硬质泡沫板4上的过渡点，从而让泡沫板上的标注点和碳纤维板1上表面的一些标注点出现在蓝光里；

然后调整蓝光扫描仪7从各个方向对碳纤维板1的上表面进行拍照，每次拍照后我们贴的标注点都会被标记，在拍下一张照片的时候画面中最少要有三个已知的标注点，查看电脑上的点云数据，再对缺少的棱棱角角进行补拍，蓝光扫描仪的扫描拍照的角度无特别要求，最终目的是能把碳纤维板1的点云数据全部显现出来，点云数据都是实时获得的，下一次扫描拍照点云数据就会和前面的点云拼接在一起；

接下来，对碳纤维板的下表面进行拍照，通常三个点可以确定一个空间，由于碳纤维板太薄，侧边无法贴点，如果不借助外点我们无法将正面和反面连接起来，所以此处就需要用到硬质泡沫板上的过渡点了，泡沫板上的点在拍正面的时候就已经被标记过了，只要我们不移动它，它在空间中就是一直存在的，在拍碳纤维板下表面的第一张照片时要有三个已经标记过的位于泡沫板上的过渡点，然后接下来和像拍正面一样将剩下的碳纤维板下表面拍完，如图2所示。

由于碳纤维板使用三脚架进行支撑，因此，前面扫描碳纤维板时用三脚架支撑的地方扫描仪扫描不到，对此需要借助其他软件，如Geomagic Wrap进行修补，我们将得到数据导入Geomagic Wrap软件中对三角化不足的地方进行简单修改，孔周围的杂点会影响填补曲率，先将孔周围的杂点修剪掉；修剪后选择填充单个孔，经过相同的处理将其他孔填充完毕，就可以得到完整的碳纤维板数据，保存stl文件格式；

接下来，对电脑上的数据进行处理，当全部拍完，且将碳纤维板下表面数据进行修正后，发现没有什么残缺的时候就可以对数据进行处理了，删除多余点云数据，比如出现在画面里的泡沫板、三脚架等，删除后对数据进行标准封装，然后就可以得到完整的碳纤维板数据了。

用螺旋测微器测出碳纤维板的厚度，可以多测几次求平均值，用UG画出与实际测量厚度一样的长方体，画出的长方体的边必须大于碳纤维板的对角线，从而能够使得长方体能全部覆盖碳纤维板，然后导出STEP格式；优选地，根据标准推荐，精度在0.1mm即可满足测量碳纤维板厚度要求，但为了实验更精确选择精度为0.01mm的螺旋测微器，能更精确的分析出碳纤维板的形变量；

同时，用UG画圆柱体，其尺寸与3D打印的圆柱体相同，画图时坐标系必须建在长方体和圆柱体的中心；

在GOM Inspect中导入扫描后的碳纤维板点云数据，其为stl文件格式，以及UG画的图，其为STEP文件格式，然后利用圆柱体将两个板数据，即扫描得到的实际碳纤维板数据与UG画出的理想板数据进行拟合，即圆柱体上3点对齐；

最后，再将碳纤维板即实际的碳纤维板扫描数据绕坐标系在圆柱中心的Z轴旋转到合适的位置，即得到碳纤维板正、反面云图，如图3A-3B所示。

最后，根据碳纤维板正、反面云图可以看出碳纤维板整体的回弹量情况，为了能够得到具体的回弹量数据，在碳纤维板正、反面云图上进行偏差标注，如图4所示。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于，该碳纤维板蓝光检测装置包括碳纤维板(1)、圆柱体(2)、碳纤维板支撑三角架(3)、硬质泡沫板(4)、泡沫板支撑架(5)以及蓝光扫描仪(7)，三个碳纤维板支撑三角架(3)放置于地面，碳纤维板(1)放置于碳纤维板支撑三角架(3)上，圆柱体(2)放置在碳纤维板(1)正中位置处，该圆柱体(2)为已知尺寸的3D打印件，泡沫板支撑架(5)设置于碳纤维板支撑三角架(3)侧边，硬质泡沫板(4)固定于泡沫板支撑架(5)上，在碳纤维板的上面、下面、圆柱体上表面以及硬质泡沫板(4)的正面均经由显像剂进行处理，且均贴有标注点(6)，在蓝光扫描仪(7)对碳纤维板(1)表面进行扫描时，蓝光扫描仪(7)能够同时扫描到硬质泡沫板(4)的正面。

2.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：碳纤维板支撑三角架(3)均匀布置在碳纤维板(1)的下端，且从蓝光扫描仪(7)沿着硬质泡沫板(4)的方向上一个碳纤维板支撑三角架(3)在前面，两个碳纤维板支撑三角架(3)在后面。

3.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：3D打印的圆柱体(2)上表面贴三个点。

4.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：所述标注点的贴点要求为：前后左右每隔10cm贴一个点，贴出来的点要求不在同一直线，也不构成等边三角形。

5.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：硬质泡沫板(4)通过胶带固定在泡沫板支撑架(5)上。

6.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：蓝光扫描仪(7)的型号为Gom ATOS Core 500。

7.如权利要求1所述的一种碳纤维板蓝光检测装置，其特征在于：3D打印的圆柱体上表面整体的平面度公差为0～0.1mm。

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