一种复合材料成品件孔质量的检测装置的制作方法

1.本发明属于纤维增强复合材料的机械加工技术领域，具体涉及一种复合材料成品件孔质量的检测装置。


背景技术：

2.复合材料钻孔缺陷的检测具有重大意义，一方面可以对孔加工质量进行评估，另一方面又对钻孔加工的过程具有指导意义。
3.目前，复合材料损伤的检测方法包括红外检测、微波检测、x射线检测、涡流检测、超声检测等。现有技术中，超声检测具有缺陷定位准确、适用范围广等特点，在复合材料的损伤检测和质量评估中应用广泛。如专利cn112730454a采用超声波与红外波融合检测。但面对近年来不断推出的新型复合材料，超声波在其内部结构传播的过程愈加复杂，增加了检测的难度。钻孔缺陷的超声检测主要针对复合材料层压板，而对复杂曲面板材和加筋壁板等变截面结构的检测，由于超声波在其内部传播的过程中衰弱明显，检测误差频增。同时如何实现快速钻孔缺陷的可视化检测、实时检测，也是复合材料孔检测难题之一。
4.常规超声检测和相控阵超声检测均是利用压电超声换能器产生超声波，然后通过换能器和被检测工件之间的耦合介质将超声波传入到被检测材料中，声学耦合会对超声检测结果产生影响。而激光超声检测技术不需要耦合介质，直接由激光激发产生超声波。如专利cn112763486a利用激光检测扫描的复材壁板阵列孔。复合材料受脉冲激光能量聚焦辐照时将产生热弹性效应或热烧蚀效应，部分激光能量会被复合材料本身吸收，并转化为热能及应力波动能，材料局部温度骤升产生热膨胀在固体材料表面产生应变和应力场，使粒子产生波动，从而在材料内部及表面传播形成超声波。激光检测中，激光参数控制难度大，超声激励设备光声转换效率低，设备价格昂贵，且存在缺陷检测灵敏度低、易受材料表面结构和试验环境振动等因素影响的缺点，难以大规模应用。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种无须后期信号处理，降低装置整体造价，实现快速可视化检测的复合材料成品件孔质量的检测装置。
6.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种复合材料成品件孔质量的检测装置，包括检测系统和工作台，所述工作台包括底座，所述底座上安装有测试台和立杆，所述检测系统通过升降装置安装于立杆上，该检测系统包括镜头套筒，所述镜头套筒上方安装有镜头成像系统，该镜头套筒一侧安装有灯筒，所述灯筒内设置有光源和漫射板，所述漫射板安装于光源输出端的正前方，该漫射板使照明更加均匀，所述镜头套筒内底部设置有导光棒，所述导光棒底端45
°
面外侧设有导光棒镀膜层，所述镜头套筒内对应灯筒的位置设置有分光镜，所述分光镜设置有分光镜镀膜层，所述镜头套筒经旋转驱动装置驱动旋转。
7.所述镜头成像系统包括可替换镜头和相机成像系统，所述相机成像系统端部设置内螺纹，镜头通过螺纹与相机成像系统相连。
8.优选地，所述升降装置包括齿条，所述齿条通过螺栓安装于立杆上，所述检测系统的支撑架通过滑槽卡扣与齿条相连，进而通过齿条沿着杆轴向运动，实现镜头的轴向伸缩。
9.优选地，所述光源为led灯组。
10.优选地，所述旋转驱动装置包括第一齿轮和第二齿轮，电机、轴承和第一齿轮通过法兰轴相连，所述第一齿轮与第二齿轮啮合，所述第二齿轮安装于镜头套筒上。
11.优选地，所述螺栓包括螺栓ⅰ和螺栓ⅱ，所述螺栓ⅰ安装在齿条左侧，所述螺栓ⅱ安装在齿条后侧，所述螺栓ⅰ通过旋入的长度控制检测系统绕立杆轴心转动，所述螺栓ⅱ控制镜头沿立杆在z方向上的移动。
12.优选地，所述分光镜为棱镜，所述分光镜镀膜层为半透半反射镀膜层。
13.优选地，所述导光棒镀膜层为全反射镀膜层，材质为金属膜或电介质膜。
14.优选地，所述镜头采用直径为φ3mm、φ6mm、φ10mm、φ20mm或φ30mm的镜头。
15.由于采用上述技术方案，本发明的镜头套筒接近孔入口时，led灯组所发出的光首先通过漫射板均匀照射在棱镜上，然后通过棱镜折射射向导光棒，由于导光棒镀膜层的作用，光源均匀的照射在孔壁上，导光棒向下深入孔壁内后进行旋转照射四周，实时通过照相机屏幕可以观测孔壁质量(或最终生成孔壁质量图)；通过棱镜折射光，可以使成像时中央和边缘的锐度差别不大，使画面的细腻度得到很好的平衡。当表面平整的情况下，根据光源的特点，只有制孔表面平整才能较好的将光反射到镜头中，产生不平整(制孔缺陷)的表面上的光将被斜着反射到其他地方，因此会在图像中呈现暗色。所以根据成像后的孔壁质量图可以分辨出制孔的质量。
16.本发明具有的优点和积极效果是：本发明操作便捷，适合各种大小孔型的检测，提高检测效率的同时能够清晰的显示出孔的质量，广泛用于不同汽车用复合材料成品件。
附图说明
17.下面通过参考附图并结合实例具体地描述本发明，在附图中：
18.图1是本发明的结构示意图
19.图2是本发明另一方向的结构示意图
20.图3是本发明检测系统的结构示意图
21.图4是本发明工作台的结构示意图
22.图5是本发明旋转驱动装置的结构示意图
23.图中：
24.1、导光棒镀膜层
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2、导光棒
25.3、镜头套筒
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4、分光镜
26.5、镜头成像系统
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6、漫射板
27.7、光源
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8、灯筒
28.9、孔壁
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10、底座
29.11、测试台
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12、齿条
30.13、立杆
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14、螺栓ⅰ31.15、螺栓
ⅱꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
1、电机
[0032]5‑
2、轴承
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3、法兰轴
[0033]5‑
4、第一齿轮
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
5、第二齿轮
具体实施方式
[0034]
下面结合实施例及其附图进一步描述本发明。
[0035]
如图1至图5所示，本发明一种复合材料成品件孔质量的检测装置，包括检测系统和工作台，工作台包括底座10，底座10上安装有测试台11和立杆13，检测系统包括镜头套筒3，镜头套筒3上方安装有镜头成像系统，该镜头套筒3一侧安装有灯筒8，灯筒8内设置有光源7和漫射板6，光源7包括led灯组，漫射板6安装于led灯组输出端的正前方，漫射板6使照明更加均匀，镜头套筒3内底部设置有导光棒2，该镜头套筒3内对应灯筒8的位置设置有分光镜4。光源7由led灯组发出，经漫射板6均匀后射向分光镜4，在经分光镜4反射后射向导光棒2，光源7通过导向棒2照射孔壁9四周，再反射到镜头中完成成像。
[0036]
镜头成像系统5包括可替换镜头和相机成像系统，相机成像系统端部设置内螺纹，镜头通过螺纹与相机成像系统相连。
[0037]
镜头套筒3经旋转驱动装置驱动旋转，旋转驱动装置包括第一齿轮5
‑
4和第二齿轮5
‑
5，电机5
‑
1、轴承5
‑
2和第一齿轮5
‑
4通过法兰轴5
‑
3相连，所述第一齿轮5
‑
4与第二齿轮5
‑
5啮合，所述第二齿轮5
‑
5安装于镜头套筒3上。工作过程中，电机5
‑
1带动第一齿轮5
‑
4旋转，第一齿轮5
‑
4通过啮合带动第二齿轮5
‑
5运动，第二齿轮5
‑
5安装在镜头套筒3上，进而控制镜头套筒3内导光棒2进行旋转照射四周。
[0038]
检测系统通过升降装置安装于立杆13上，升降装置包括齿条12，齿条12通过螺栓安装于立杆13上，检测系统的支撑架通过滑槽卡扣与齿条12相连，进而通过齿条12沿着立杆13轴向运动，实现镜头的轴向伸缩。
[0039]
通过移动齿条12和立杆13的相对位置来控制检测系统与被测件的相对高度。螺栓ⅰ14安装在齿条12左侧，螺栓ⅱ15安装在齿条12后侧；螺栓ⅰ14通过旋入的长度控制检测系统绕立杆13轴心转动，同理螺栓ⅱ15控制镜头沿立杆13在z方向上的移动。
[0040]
镜头采用直径为φ3mm、φ6mm、φ10mm、φ20mm或φ30mm的镜头。
[0041]
工作原理如下：在复合材料层合板上钻有若干个孔，检测复合材料层合板孔质量时，首先先将其放置于测试台11上，根据孔直径选择合适的镜头并完成更换，之后操作工作台，使镜头套筒3置于待测孔上。
[0042]
完成以上准备后打开内置光源7，光源7由led灯组组成。led灯组可根据所检测的不同材料更换为不同光源颜色，来检测不同材料孔的质量。灯筒8通过卡扣分别与镜头套筒3和支撑架相连。灯筒8内部在距离led灯组一定位置设有一块漫射板6用来改善光源的指向性，使光源亮度有所降低，照明比较柔和均匀，一般直射角度的光源，经漫射板作用后，可以变成漫射的光源从而提供更佳的漫射效果，获得均匀而稳定的漫射光照射区域(漫射板的参数可由实际情况选用)。镜头套筒3内部正对灯筒8处安装有分光镜4，该分光镜4设置有分光镜镀膜层，分光镜4为棱镜，分光镜镀膜层为半透半反射镀膜层，导光棒2安装在镜头套筒3底端，导光棒2底端45
°
面外侧设有导光棒镀膜层1，该导光棒镀膜层1为全反射镀膜层，材质为金属膜或电介质膜，可控制光路反射角度。
[0043]
镜头套筒3接近孔入口时，led灯组所发出的光首先通过漫射板6均匀照射在棱镜上，然后通过棱镜折射射向导光棒2，由于镀膜层1的作用，光源均匀的照射在孔壁9上，导光
棒2向下深入孔壁9内后进行旋转照射四周，实时通过照相机屏幕5可以观测孔壁9质量(或最终生成孔壁质量图)；通过棱镜折射光，可以使成像时中央和边缘的锐度差别不大，使画面的细腻度得到很好的平衡。当表面平整的情况下，根据光源7的特点，只有制孔表面平整才能较好的将光反射到镜头中，产生不平整(制孔缺陷)的表面上的光将被斜着反射到其他地方，因此会在图像中呈现暗色。所以根据成像后的孔壁质量图可以分辨出制孔的质量。
[0044]
以上对本发明的实例进行了详细说明，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，凡依本发明范围所作的变化与改进等，均仍属于本发明的保护之内。