纤维缠绕含胶量的激光传感器测量系统研究与设计

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与其他成型工艺相比,缠绕成型的复合材料制品因具有强度高、耐腐蚀、重量轻等优良特性而在航空航天、建筑、汽车以及军工等各领域得到广泛应用。将连续的纤维浸过树脂胶液或直接采用预浸料,通过张力控制,然后按照一定规律缠绕到芯模上,经固化、脱模等工艺,最终得到制品,这就是纤维缠绕技术的整个工艺流程。根据工艺流程中树脂基体的物理化学状态不同,缠绕技术分为干法、湿法和半干法缠绕三种。三种方法中,为了得到质量优良的制品,含胶量的测量都是急需解决的问题,但是由于缠绕加工过程的特殊性,含胶量难以在线测量,也就无法实时控制。因此,急需一种快速、高精度、自动化程度高、能实现在线测量的测量系统。激光传感器是目前应用很广的一种非接触测量仪器,它具有速度快、精度高、抗干扰能力强等优点。利用激光传感器的测量技术在工业自动化生产和控制中都有着很重要的应用。本文分析了当前国内外含胶量测量方面的研究情况,比较了各种含胶量测量方法的优缺点,确定本课题设计的基础为传统的非接触式激光三角法测量原理。以干法预浸料制备中的含胶量测量为研究对象,通过计算得出了含胶量与浸胶后纤维截面面积的关系式,利用激光位移传感器获得浸胶后纤维预浸带的截面轮廓,经过处理,转换成面积值,通过程序处理,得到含胶量,从而实现含胶量实时在线测量。论文主要内容包括:1.介绍了激光传感器。作为一种新型非接触式测量仪器,它具有快速、高精度、信号处理简单等优点,使用非常广泛。论文选用一款激光位移传感器作为系统的面积探测器,介绍了测量原理,提出了测量系统的整体设计方案。2.给出了测量系统的硬件实现和软件编程,解决了激光传感器的放置和固定以及系统各部分通信的问题,利用Visual Basic语言编写了测量程序。3.针对该系统,对影响测量结果的各种因素和测量分辨率进行了分析,修正了测量公式,实现了误差补偿,然后用试验验证了该测量系统的可行性。4.在测量的基础上,提出了控制方案,以达到实时调整含胶量的目的。使用虚拟仪器LabVIEW软件进行了控制仿真。
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