[发明专利]基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及光纤智能复合材料制造领域，涉及一种预浸带保护式光纤自动植入方法及装置，具体涉及一种基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料的方法及装置。

背景技术

光纤智能复合材料是目前国内外研究较多的一种智能复合材料，将光纤传感器埋入到复合材料中就构成了简单的智能复合材料。当复合材料板受到外力的作用时，复合材料板会发生形变，埋入到复合材料内部的光纤传感器会发生相应的变形从而引起光纤信号的变化，这些信号的变化直接反映了材料内部的状态，通过对信号的处理就可以获得材料内部的破坏及应变状态。自动纤维铺放技术主要应用于航空航天，船舶，汽车等工业领域中，是一种复合材料高质量自动化制造技术，具有一致性好，效率高，材料利用率高等优点。

目前光纤智能复合材料制作过程中光纤的植入过程大多数采用手工方法。在制作光纤智能复合材料过程中首先将预浸带铺至所需的层数，然后采用手工定位等方法确定光纤在本层的所需位置上，进而手工将光纤固定，最后再铺一定层数的预浸带至所需厚度，从而得到所需要的光纤智能复合材料。手工植入光纤的方法费时费力，需要度量相应的尺寸来确定光纤的植入位置，且需要手工将光纤固定在该植入位置上，植入效率低，同时光纤的定位精度比较低，无法满足批量大规模高精度制作的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料的方法及装置，能够克服手工植入光纤的缺点与不足，结合自动纤维铺放完成光纤在复合材料中的自动化植入。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料的方法，包括以下步骤：

1）使光纤及位于其上下两侧的单层预浸带共同进入输送通道中进行约束定位，然后先经红外灯加热装置加热，再经柔性压辊挤压，使光纤上下两侧的单层预浸带粘结在一起，并将光纤包裹起来，得到中间包裹光纤的双层预浸带；

2）使至少一根单层预浸带和至少一根中间包裹光纤的双层预浸带分别进入若干个预浸带输送通道中进行约束定位，其中每个预浸带输送通道只输送一根单层预浸带或中间包裹光纤的双层预浸带，单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带在柔性输送压辊的作用下向铺放头处输送；

3）由预先设置在机械手控制面板中的铺放程序控制铺放头在基板上铺放单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带，先按照铺放程序设定的运动轨迹逐层累积铺放单层预浸带以达到所需厚度，得到已铺层预浸带板，再用铺放压辊在已铺层预浸带板上按需求铺放一根或多根中间包裹光纤的双层预浸带，最后在铺放了中间包裹光纤的双层预浸带的已铺层预浸带板上逐层累积铺放单层预浸带以达到所需厚度，得到自动植入了光纤的智能复合材料，完成基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料过程。

所述的红外灯加热装置的加热温度为40～50℃。

所述的单层预浸带为碳纤维预浸带。

所述的柔性压辊的压紧力控制在45～55N；所述的铺放压辊的压紧力控制在150～250N。

所述的柔性压辊、柔性输送压辊和铺放压辊均为硅胶材质压辊。

一种基于纤维铺放的光纤自动植入复合材料的装置，包括设置在基座上的用于铺放单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带的机械手，机械手的前端设有用于将单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带铺放在基板上的铺放头，机械手上设有用于将单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带输送到铺放头处的预浸带输送通道，其中中间包裹光纤的双层预浸带是由光纤及分别设置在光纤上下两侧的单层预浸带共同经红外灯加热装置加热和柔性压辊的挤压后得到的。

所述的机械手上设置若干个预浸带输送通道，每个预浸带输送通道单独输送一根单层预浸带或中间包裹光纤的双层预浸带，机械手上至少设置一个用于输送单层预浸带的预浸带输送通道，机械手上至少设置一个用于输送中间包裹光纤的双层预浸带的预浸带输送通道。

所述的铺放头上设有用于铺放单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带的铺放压辊。

所述的机械手上还设有用于将单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带辅助输送至铺放头处的中继输送模块，中继输送模块内设有用于传动单层预浸带和中间包裹光纤的双层预浸带的柔性输送压辊。

所述的中继输送模块将预浸带输送通道分隔成两部分，其中一部分预浸带输送通道的一端设置在铺放头上，另一端设置在中继输送模块上；另一部分预浸带输送通道的一端设置在中继输送模块上，另一端设置在料柜上；料柜内设有由单层预浸带卷成的单层预浸带料卷和由中间包裹光纤的双层预浸带卷成的中间包裹光纤的双层预浸带料卷。