一种碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种纤维增强复合材料缺陷的检测方法，具体涉及碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，属于材料性能检测技术领域。

背景技术

碳纤维具有很好的机械性能，在许多领域有着广泛的应用。在工业上经常需要铺层碳纤维，然而在铺层过程中会出现肉眼难以看见的气泡缺陷，最终会影响最终的工业产品产量。

因此，为解决上述问题，一种能立即发现铺层碳纤维出现气泡缺陷的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，成为目前急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其能够在保证不影响碳纤维铺放过程前提下，实现对碳纤维铺放过程中产生气泡的检测，能够有效地解决提高工业产量。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

1.一种碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、在碳纤维铺层机上加装激光发射器和多普勒测振仪；

步骤2、所述激光发射器将激光照射在刚铺层完的碳纤维表面上，所述多普勒测振仪用于检测所述激光照射在碳纤维表面后产生的兰姆波信号；

步骤3、所述多普勒测振仪连接微型计算机，并根据所述兰姆波信号变化判断所述碳纤维表面铺放过程中是否产生气泡；

步骤4、当所述兰姆波信号变化差异超越设定阈值，则碳纤维铺层机停止运行；如果兰姆波信号差异小于设定阈值，则正常则铺层机继续运行。

2.如权利要求1所述的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其特征在于：在步骤2中，所述多普勒测振仪检测兰姆波信号的方法包括如下步骤：

步骤2-1、将固定在所述碳纤维铺层机的所述激光发射器的发射端向下对准在刚铺层完的所述碳纤维铺层上；

步骤2-2、启动激光发射器，将所述激光照射在所述碳纤维铺层上；

步骤2-3、所述碳纤维铺层收到激光照射后产生兰姆波信号；

步骤2-4、所述多普勒测振仪通过对所述碳纤维铺层反射来的所述兰姆波信号进行探测。

3.如权利要求1所述的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其特征在于：在步骤4中，当兰姆波信号通过有气泡的碳纤维铺层时，其频率和幅值会发生的变化，由所述多普勒测振仪探测后对信号进行处理，根据信号差异来判断铺层纤维段是否有气泡缺陷。

4.如权利要求3所述的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其特征在于：步骤4)中，所述超声信号的处理步骤如下：

步骤A，先铺层一段固定长度确认没有气泡缺陷的碳纤维层，使用激光发射器激发超声信号，多普勒测振仪接收信号y

步骤B，再铺层同样固定长度的碳纤维层，使用激光发射器激发超声信号，多普勒测振仪接收信号x

步骤C，微型计算机计算超声信号的信号差异系数SDCij的计算公式如下：

其中，t

步骤D)，铺层机铺放碳纤维，铺层机上的激光发射器激发在刚刚铺层好的碳纤维上产生兰姆波信号，多普勒测振仪探测激光发生的兰姆波信号，连接的计算机计算SDCij,如果计算的SDCij数值超过设定阈值，则铺层机停止铺放碳纤维，反之继续铺放碳纤维。

5、一种碳纤维铺放气泡检测装置，其特征在于，包括碳纤维铺层机、激光发射器和多普勒测振仪，其中，所述碳纤维铺层机的铺丝机气阀表面上设置有2个可调节支架，所述激光发射器和所述多普勒测振仪通过对应的可调节支架固定在所述碳纤维铺层机上。

6、根据权利要求5所述的一种碳纤维铺放气泡检测装置，其特征在于，所述激光发射器将激光照射在刚铺层完的碳纤维表面上，所述多普勒测振仪检测所述激光照射在碳纤维表面后产生的兰姆波信号。

7、根据权利要求6所述的一种碳纤维铺放气泡检测装置，其特征在于，当所述兰姆波信号变化差异超越设定阈值，则碳纤维铺层机停止运行；如果兰姆波信号差异小于设定阈值，则正常则铺层机继续运行。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法采用激光发射器和多普勒测振仪作为碳纤维铺层机铺层过程检测气泡的传感器，一方面激光发射器和多普勒测振仪是安装在碳纤维铺层机上的，无需像一些其他传感器需要安装在铺层位置的表面占用空间影响铺层结构，另一方面传感器与铺层机是一体的，完全不影响碳纤维铺层机铺层规定位置的过程。

2.本发明的碳纤维铺放过程中的在线气泡检测方法将激光发射器和多普勒测振仪安装在碳纤维铺层机上，兰姆波信号由激光产生，因此也无需占用碳纤维铺层位置处的表面空间，当激光对准聚焦在碳纤维上会产生兰姆波，多普勒测振仪将会收到兰姆波信号，可以通过计算兰姆波的信号差异系数发现碳纤维的气泡缺陷情况，能够在保证不影响碳纤维铺层过程的前提下，实现对碳纤维气泡缺陷实时检测。

附图说明

图1是铺丝机加装激光发射器和多普勒测振仪示意图。

图2是仪器发射接收兰姆波示意图。

图3是碳纤维有无气泡缺陷接收兰姆波示意图。

图4是碳纤维有无气泡缺陷接收兰姆波对比图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本发明的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本发明的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，省略了对已知功能和构造的描述。

应理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“一实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一个实施例中”或“在一实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

在本发明的各种实施例中，应理解，下述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

由附图1至附图4所示，本发明为一种碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法，其包括如下步骤：

1)，在碳纤维铺层机上加装激光发射器1和多普勒测振仪2；

1-1)，在铺丝机气阀3表面加装两个可调节支架5

1-2)，再在可调节支架5上加装激光发射器1和多普勒测振仪2便于调节仪器高度和探测距离，探测距离为10cm-30cm；

2)，激光发射器1激发激光8在刚铺层完的碳纤维6上，多普勒测振仪2检测激光8信号；

2-1)，激光发射器1激发在刚铺层完的碳纤维铺层6上，当激光的能量聚焦照射到弹性材料表面时，部分会转移到材料本身并以热能和应力波动能的形式表现出来。利用高能激光脉冲8与物质表面的瞬时热作用，通过热弹效应在碳纤维表面产生应变和应力场，使粒子产生波动，进而在碳纤维复合材料板内部产生兰姆波信号7并散射为若干个对称兰姆波信号和反对称兰姆波信号。

2-2)，多普勒测振仪2通过光束10多普勒效应探测碳纤维表面6的微小振动变化，如果有气泡缺陷9，激光发射器1激发产生的兰姆波信号7就会有一定衰弱，根据这种差异来确定是否有气泡缺陷9。

本发明的碳纤维铺放过程中的气泡在线检测方法进一步为：当超声信号通过有气泡9的碳纤维铺层6时，其频率和幅值会发生较大变化，可以根据信号差异系数来判断铺层纤维段是否有气泡9缺陷。

3)，多普勒测振仪2连接微型计算机，判断激光8产生的兰姆波信号差异大小进而确定是否产生气泡，如果信号差异过大，则碳纤维铺层机停止运行，如果信号差异正常则铺层机继续运行。

3-1)，先铺层一段固定长度确认没有气泡缺陷的碳纤维层6，使用激光发射器1激发超声信号，多普勒测振仪2接收信号y

3-2)，再铺层同样固定长度的碳纤维层，使用激光发射器1激发超声信号，多普勒测振仪接收信号x

3-3)，微型计算机计算超声信号的信号差异系数SDCij：

其中，t

表1

表1为兰姆波参考数据表，连接的计算机计算出SDCij值后与该表中的设定阈值进行比对,如果计算出的SDCij数值超过设定阈值，则铺层机停止铺放碳纤维，反之继续铺放碳纤维。

表2

如表2所示，本申请实施例中按照不同的探测距离，使用多普勒测振仪2对刚铺层完的碳纤维6上进行多次探测，根据计算得到的探测数据以及计算机是否继续控制铺放碳纤维。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。