一种气模生产用质检设备及其方法与流程

本发明涉及新材料相关服务，尤其涉及一种气模生产用质检设备及其方法，具体为一种模拟气模新材料在非均匀内压与拉伸耦合下损伤演化过程的质检设备及方法。

背景技术：

1、目前，用于气模（如充气城堡、充气广告模型、充气水上乐园设施等）生产的新材料（多为高强度复合织物或高分子薄膜）质检，主要依赖以下独立设备和方法：

2、万能材料试验机：对裁切好的条形或哑铃形试样进行单轴拉伸、撕裂及剥离测试，测量其抗拉强度、断裂伸长率和撕裂强度。

3、气密性试验台：将材料制成封闭气室或覆盖于标准透气筒上，施加气压，通过压力降或气泡法检测其透气率和气密性。

4、常规胀破强度仪：通过液压或气压胀破试样，仅记录极限胀破压力，试样边界被完全固定，只能被动膨胀。

5、这些现有技术的特点是：各检测项目分离、加载模式单一、试样边界完全刚性固定，均无法反映气模材料在实际充气服役中“内压与膜面张力耦合、边界可有限滑移”的真实多轴应力状态。

6、现有技术的不足在于：

7、不足1：无法模拟气模材料在真实充气工况下的多应力耦合作用。

8、实际气模充气后，膜材料同时承受内压引起的双向鼓胀应力和边界连接处的拉伸牵引力，这两种载荷是同时存在且相互影响的。现有技术要么只做单轴拉伸（忽略内压鼓胀），要么只做固定边界的胀破（忽略边界拉伸），无法还原“内压鼓胀—边界拉伸”联动下的材料损伤演化和真实失效模式，导致质检数据与产品实际使用寿命偏差大，难以准确评价新材料是否合格。

9、不足2：检测过程分离导致效率低，且无法形成一体化的“新材料检测服务”能力。

10、客户需要将同批材料先后送往拉伸实验室和气密实验室，更换夹具和流程，耗时长，也无法在同一个试样上同步获得系统的服役性能评价参数，不利于提供快速、完整的第三方新材料检测服务。

11、现有技术无法在单一检测中实现非均匀应力场下的梯度耦合加载及加载全程的微损伤定位与演化追踪。

12、传统气模薄膜质检工况单一，难复现实际耦合受力；早期微损伤难捕捉，声发射串联信号衰减，传感器易脱耦，红外测温受温漂干扰，边界夹持易滑移，检测精准度与全面性不足。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决传统气模薄膜质检工况单一，难复现实际耦合受力；早期微损伤难捕捉，声发射串联信号衰减，传感器易脱耦，红外测温受温漂干扰，边界夹持易滑移，检测精准度与全面性不足的缺点，而提出的一种气模生产用质检设备及其方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种气模生产用质检设备，包括工作台，所述工作台的顶部固定安装有四个机架，四个机架的顶部安装有同一个机架板，所述工作台上开设有安装孔，还包括：

4、新材料膜支撑腔，安装在工作台的顶部，机架板上设置有稳定压膜机构，所述稳定压膜机构与新材料膜支撑腔相配合，用于对新材料薄膜进行压紧密封固定；稳定压膜机构可实现薄膜边缘密闭压紧，保障腔体充气后的密封性，为气压胀形检测提供基础条件。

5、四个边界拉伸机构，安装在工作台的顶部，四个边界拉伸机构均匀设置在新材料膜支撑腔的四边，用于对新材料薄膜四边进行独立可控拉伸、应力调节与双向褶皱诱导；可精准调控薄膜边界双向张力，模拟复杂双向受力工况，完成屈曲疲劳稳定测试。

6、水平调节机构，安装在机架板的底部，所述水平调节机构的底部设置有新材料检测机构，用于对新材料薄膜进行全域移动扫描与多维度质检；可带动新材料检测机构横向、纵向位移，实现薄膜全表面无死角检测。

7、气压机构，安装在工作台的底部，并与新材料膜支撑腔相连通，用于可控充气、稳压与气压监测，驱动薄膜均匀膨胀形变；能够精准调节腔体内气压大小，模拟气模实际充气使用状态。

8、四个声发射传感器阵列，位于新材料膜支撑腔的四边，可拆卸设置在新材料薄膜上，用于独立采集薄膜微损伤声振动信号，完成早期损伤精准定位与类型识别；可捕捉材料微裂纹、层间剥离等隐蔽损伤产生的高频应力波信号。

9、优选的，所述新材料膜支撑腔的顶部为开口结构并设置有密封条，所述新材料膜支撑腔上开设有多个气压孔；密封条配合压膜结构实现密封贴合，气压孔用于均匀导气，保证腔体内气压分布均匀稳定。

10、优选的，所述稳定压膜机构包括两个第一电动气缸，两个第一电动气缸均安装在机架板的顶部，两个第一电动气缸的输出轴上安装有固定条，两个固定条的底部均安装有固定杆，四个固定杆的底部安装有同一个压膜框，所述压膜框的底部设置有柔性密封唇，所述压膜框通过柔性密封唇和密封条与新材料膜支撑腔配合；利用气缸驱动下压，柔性密封唇柔性贴合薄膜边缘，密封效果好，避免硬质挤压造成薄膜预损伤。

11、优选的，所述边界拉伸机构包括支撑台，所述支撑台固定安装在工作台的顶部，所述支撑台的顶部滑动安装有受力条，所述受力条上安装有两个横向杆，两个横向杆上安装有同一个u型压紧条，所述u型压紧条的顶部安装有两个气缸，两个气缸的输出端安装有同一个第二摩擦条，所述u型压紧条的底部内壁上设置有第一摩擦条，所述第一摩擦条与第二摩擦条相对端面均设置防滑齿纹，所述第一摩擦条与第二摩擦条相配合夹紧薄膜，支撑台的顶部安装有第二电动气缸，所述第二电动气缸的输出轴与受力条之间安装有压力传感器；上下摩擦条采用防滑齿纹设计，杜绝薄膜拉伸滑移，四边机构独立协同调控，可精准调节双向拉伸量与面内压应力，稳定诱导可控褶皱，压力传感器实时闭环监控拉伸载荷。

12、优选的，所述水平调节机构包括x向电动滑台和y向电动滑台，所述x向电动滑台安装在机架板的底部，所述y向电动滑台安装在x向电动滑台上，所述新材料检测机构安装在y向电动滑台上；双滑台组合实现平面精准位移，带动新材料检测机构全域扫描，满足大范围薄膜检测需求。

13、优选的，所述新材料检测机构包括检测盒，所述检测盒的底部四角均设置有定位传感器，所述检测盒的底部安装有两个梯度胀形测量模块和红外热像监测单元，所述检测盒上设置有接口，所述梯度胀形测量模块、红外热像监测单元和定位传感器均与接口电性连接，所述梯度胀形测量模块、红外热像监测单元、定位传感器上连接有数据处理与分析单元，所述数据处理与分析单元安装在机架板的顶部，梯度胀形测量模块为工业相机；集成双目视觉形变测量、红外热点监测、边界定位多重检测模块，设备搭载环境温度补偿算法与遮光降噪程序，可抵消开放式环境温漂干扰，适配微小温升精准检测。

14、优选的，所述数据处理与分析单元上连接有主控制器，所述主控制器上电性连接有手动控制器，所述手动控制器安装在工作台的顶部；主控制器负责整机程序运行、多源数据统筹与算法运算，手动控制器便于人工调试、参数设定与紧急操控。

15、优选的，所述声发射传感器阵列包括矩形盒，所述矩形盒上独立安装有单个压电陶瓷传感器，各压电陶瓷传感器采用独立单通道并行接线，杜绝串联干扰，分别独立接入主控制器，所述矩形盒的底部固定安装有第一磁条，所述第一磁条的底部磁吸配合有第二磁条，第一磁条与第二磁条相对面增设柔性阻尼垫层，矩形盒通过磁吸柔性贴合夹持在新材料薄膜外侧，保证薄膜形变过程中传感器全程紧密耦合，压电陶瓷传感器为声发射专用检测元件；单路独立信号采集、柔性阻尼贴合结构，彻底解决信号衰减、阻抗失配、形变脱耦问题，微弱损伤振动信号采集稳定可靠。

16、优选的，所述气压机构包括圆盒，所述圆盒安装在新材料膜支撑腔的底部，圆盒通过气压孔与新材料膜支撑腔相连通，圆盒安装在安装孔内，所述圆盒的底部连通有气压管，所述气压管上设置有气压阀，所述气压管上连通有气泵，所述气泵上设置有进气管；气泵提供稳定气源，搭配高精度气压阀实现梯度加压、稳压保压、精准泄压，稳定模拟气模交变气压工况。

17、一种气模生产用质检方法，需要使用到气模生产用质检设备，包括以下步骤：

18、s1：接通电源并启动主控制器，主控制器执行预设的循环式耦合加载、褶皱生成、形变恢复程序。首先，选取待检测新材料薄膜放置在新材料膜支撑腔的顶部，稳定压膜机构工作，通过两个第一电动气缸推动固定条、固定杆和压膜框向下运动，通过柔性密封唇与密封条的紧密配合，将新材料薄膜压紧密封固定在新材料膜支撑腔的顶部。

19、同步地，主控制器控制薄膜四边对应的边界拉伸机构协同工作，新材料薄膜边缘放置在u型压紧条内部，且位于第一摩擦条与第二摩擦条之间，气缸推动第二摩擦条向下运动，利用防滑齿纹配合将新材料薄膜边缘稳固防滑夹持，防止循环拉伸过程中滑移错位。

20、s2：通过第一磁条与第二磁条磁吸配合，配合底部柔性阻尼垫层，依次将四个声发射传感器阵列贴合固定在新材料薄膜四边外侧，四路压电陶瓷传感器分别独立布线、单通道接入主控制器，完成微弱振动信号独立传输，避免信号串扰与衰减。

21、启动气泵，通过气压管向圆盒内部充气，经由多个气压孔均匀增加新材料膜支撑腔内部气压，气压阀实时闭环检测并调控腔体内部气压，使新材料薄膜均匀向外膨胀形变，模拟气模充气使用状态。

22、四边第二电动气缸同步配合动作，通过压力传感器精准调控拉伸行程，可单侧或多侧同步释放边界拉伸量，形成双向可控面内压缩应力场，当压缩应力超出薄膜临界屈曲应力时，薄膜局部稳定发生失稳形变，生成规律可控褶皱，精准模拟材料屈曲受力状态。

23、s3：随后，主控制器反向执行复位动作，调控气压机构将新材料膜支撑腔内部气压恢复至基准数值，同时各边界拉伸机构同步复归原位，双向压缩载荷解除，薄膜褶皱被均匀拉伸展平复原。

24、设备周期性循环执行“降气压、释放应力、诱导起皱”和“升气压、拉伸校正、褶皱展平”工序，使新材料薄膜局部反复承受屈曲、拉伸切换的交变载荷；持续的反复弯折作用会加速材料内部微裂纹萌生与扩展，主动激发出高强度声发射信号，四路独立压电陶瓷传感器可分别精准捕获局部微弱振动，充分暴露薄膜早期隐蔽性损伤缺陷。

25、s4：x向电动滑台与y向电动滑台协同运行，带动新材料检测机构完成x、y轴向全域移动扫描，定位传感器实时识别新材料薄膜边界轮廓，保障检测区域全覆盖；两组梯度胀形测量模块采用双目立体视觉布置，新材料薄膜表面预先喷涂散斑图案，测量过程中同步连续采集薄膜表面图像。

26、数据处理与分析单元依托数字图像相关法，匹配图像散斑点视差数据，计算薄膜各测点三维空间坐标，对比初始参考状态，精准获取薄膜全域离面位移、胀形高度及面内位移场数据，完整还原薄膜在梯度气压载荷下的非均匀三维形貌，精准捕捉局部褶皱、凹陷等细微几何缺陷。

27、压电陶瓷传感器基于正压电效应开展检测，当薄膜内部出现纤维断裂、基体开裂、层间剥离等微损伤时，内部弹性能快速释放并产生高频应力波；针对高分子柔性薄膜各向异性、应力波衰减快、传播速度动态变化的特性，系统搭载实时动态波速标定算法，实时修正波速参数，采用时差定位法联立求解损伤平面坐标，保证柔性材料损伤定位精度。

28、同时通过小波变换与频谱分析，提取信号频带能量、幅值、持续时间等特征参数，结合预设高分子薄膜损伤数据库，智能区分纤维断裂、基体开裂、层间剥离等不同损伤类型。

29、s5：红外热像监测单元依托红外热辐射探测原理，结合自带环境温度补偿与遮光降噪程序，有效抵消环境温漂干扰，精准采集薄膜表面微小温差；薄膜在气压与拉伸耦合载荷作用下，应力集中、微裂纹尖端区域产生塑性内耗并释放微量热量，红外热像监测单元可稳定捕捉微小温升，精准标记高温异常损伤区域。

30、数据处理与分析单元对双目形变数据、多路独立声发射损伤数据、红外温度场数据进行多源融合处理，统一时空坐标建立关联判定逻辑；同步标记高置信损伤区域，以时间、循环次数为基准，构建动态损伤演化图谱，直观呈现薄膜从微裂纹萌生、扩展至整体失效的全过程。

31、s6：主控制器实时监测声发射事件增长率、残余不可恢复变形、腔体气压稳定性等关键参数，自动判定设备加载中止时机；当出现声发射事件突增、永久性残余褶皱、腔体气压骤降等异常时，立即停机预警。

32、检测中止后，设备自动记录起裂气压、疲劳循环次数、极限承载参数、损伤分布路径、缺陷类型统计等核心数据，自动生成多维质检报告，以耦合能量密度、抗屈曲疲劳次数作为核心判定指标，完成新材料薄膜合格性综合判定。

33、本发明中，所述一种气模生产用质检设备及其方法的有益效果：

34、首创气压胀形+四边独立双向拉伸耦合加载结构，可主动调控面内压缩应力，稳定诱导可控屈曲褶皱，精准复现气模薄膜实际交变疲劳受力工况。

35、摒弃传统串联接线弊端，采用四路压电陶瓷传感器独立单通道并行采集，杜绝信号衰减与阻抗干扰，大幅提升微损伤声发射信号采集可靠性。

36、设计磁吸式柔性阻尼贴合传感器安装结构，适配薄膜反复拉伸、褶皱形变，全程保持应力波紧密耦合传导，解决柔性材料传感器易脱耦的行业难题。

37、内置柔性材料动态波速标定算法，可实时修正高分子薄膜应力波动态变化参数，突破传统刚性材料固定波速定位局限，损伤定位精度显著提升。

38、集成双目dic三维形变测量、红外微温升补偿监测、声发射损伤识别多物理场融合检测，实现几何变形、热场异常、微观损伤一体化同步检测。

39、采用齿纹防滑双向夹持结构，结合拉力闭环控制，彻底解决循环加载过程中薄膜滑移问题，保障疲劳试验数据精准稳定。

40、构建循环屈曲—展平疲劳加载机制，主动加速材料早期微裂纹扩展，可高效暴露隐蔽性早期损伤，弥补传统静态质检的局限性。

41、整体结构模块化集成设计，密封压膜、应力调控、气压加载、全域检测功能协同联动，自动化程度高，适配不同规格气模薄膜批量质检。

42、本发明采用气压与边界拉伸耦合加载，可主动诱导薄膜屈曲疲劳形变，搭载独立声发射采集、双目三维形变测量与红外补偿测温模块，多源融合精准识别早期微损伤，柔性传感器贴合设计适配薄膜形变，动态算法修正检测误差，自动化循环检测，抗干扰能力强，全面提升气模薄膜质检精度与效率。