熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，包括光纖導(dǎo)出口、光纖、調(diào)制解調(diào)儀；所述光纖導(dǎo)出口設(shè)置于熱壓罐罐壁上，所述光纖的一端連接到放置于熱壓罐內(nèi)腔的被測模具，另一端穿過所述光纖導(dǎo)出口并連接到所述調(diào)制解調(diào)儀；所述光纖包括測試光纖和溫度平衡光纖。本發(fā)明還涉及一種熱壓罐工藝模具的在線檢測方法，包括以下步驟：把光纖的一端粘貼于被測模具的測點(diǎn)位置；將光纖沿模具的邊緣從熱壓罐內(nèi)腔引至熱壓罐罐壁上的光纖導(dǎo)出口處；將光纖穿過光纖導(dǎo)出口引出熱壓罐外，并連接至調(diào)制解調(diào)儀的輸入接口；從調(diào)制解調(diào)儀獲得模具上測點(diǎn)的變形信息。
【專利說明】熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置和方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置。
[0002]本發(fā)明還涉及一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0003]熱壓罐工藝是目前大型復(fù)合材料高精度固化成型工藝的主流工藝，固化成型模具是熱壓罐成型工藝的重要組成部分，其型面尺寸精度、型面溫度均勻性和熱變形等都是影響熱壓罐工藝復(fù)合材料構(gòu)建尺寸精度的關(guān)鍵影響因素。目前熱壓罐工藝模具多采用低熱膨脹系數(shù)鋼材制造，隨著復(fù)合材料構(gòu)件尺寸日趨增大，模具尺寸也相應(yīng)不斷增長，而且復(fù)合材料構(gòu)建原材料固化溫度往往高于180°C，模具熱變形問題成為困擾復(fù)合材料熱壓罐成型工藝發(fā)展的突出問題。
[0004]為了能夠更好地分析和控制熱壓罐成型工藝過程中模具熱變形現(xiàn)象，對(duì)于熱壓罐工藝過程中模具變形的在線監(jiān)測技術(shù)需求十分迫切。傳統(tǒng)方法多采用在模具關(guān)鍵位置粘貼高溫應(yīng)變片的方法來獲取模具工藝過程中的熱變形特性。但是隨著熱壓罐工藝模具的大型化和復(fù)雜化，受到熱壓罐的熱密封要求的限制和應(yīng)變片測點(diǎn)數(shù)量的嚴(yán)格限制，其測試精度和測量點(diǎn)數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)無法滿足大型復(fù)合材料構(gòu)件熱壓罐成型工藝模具變形測試需求，因此迫切需求新技術(shù)的補(bǔ)充。
[0005]光纖光柵傳感器是隨著通信技術(shù)的發(fā)展新興起來，由于其體積小、重量輕，耐腐蝕性好，傳感器不受電磁干擾，被廣泛應(yīng)用于航天、船舶、建筑、工業(yè)等領(lǐng)域。光纖纖芯的主要成分是S12，因此可以經(jīng)受較高的溫度；測量使用光的傳輸，靈敏度、反應(yīng)速度也較高。光纖傳感器可以在單根光纖上布設(shè)多點(diǎn)，制作成分布式測量網(wǎng)絡(luò)，降低檢測路線的重量和成本。光纖傳感器由于其埋入性好，與基體相容性強(qiáng)，在復(fù)合材料健康檢測領(lǐng)域備受青睞，是大型復(fù)合材料熱壓罐成型工藝模具變形在線檢測的最佳方案之一。
[0006]但是光纖光柵由于脆性較大，如何將光纖從高溫密封的熱壓罐罐體內(nèi)引出到信號(hào)調(diào)制解調(diào)儀上的技術(shù)難題始終沒有得到很好的解決，導(dǎo)致光纖光柵方法一直沒有成功應(yīng)用于復(fù)合材料熱壓罐成型工藝模具變形檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)⒐饫w光柵傳感器應(yīng)用于熱壓罐成型工藝過程中模具熱變形的在線檢測裝置。與此相應(yīng)，本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)⒐饫w光柵傳感器應(yīng)用于熱壓罐成型工藝過程中模具熱變形的在線檢測方法。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，包括光纖導(dǎo)出口、光纖、調(diào)制解調(diào)儀；所述光纖導(dǎo)出口設(shè)置于熱壓罐罐壁上，所述光纖的一端連接到放置于熱壓罐內(nèi)腔的被測模具，另一端穿過所述光纖導(dǎo)出口并連接到所述調(diào)制解調(diào)儀；所述光纖包括測試光纖和溫度平衡光纖。
[0009]本發(fā)明中，所述的溫度平衡光纖有一個(gè)光柵測點(diǎn)，用于測試熱壓罐內(nèi)部溫度變化導(dǎo)致的光纖光柵傳感器輸出實(shí)時(shí)波長偏移量；所述的測試光纖可以有一個(gè)或者多個(gè)光柵測點(diǎn)，其光柵測點(diǎn)粘貼于需要測量變形量的測點(diǎn)位置，測試測點(diǎn)實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量。通過熱壓罐上的光纖導(dǎo)出口，將光纖一端引出到熱壓罐外部并連接到所述的調(diào)制解調(diào)儀。所述的調(diào)制解調(diào)儀提取溫度平衡光纖獲取的實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，并提取測試光纖獲取的測點(diǎn)波長信號(hào)偏移量，進(jìn)行波長信號(hào)與變形信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到模具上測點(diǎn)的變形量信息。因?yàn)橐ㄟ^光纖光柵傳感器測試模具變形，首先要濾除掉溫度變化導(dǎo)致的光纖光柵輸出信號(hào)的波長偏移量，并獲得單純由變形導(dǎo)致的信號(hào)偏移量，經(jīng)過計(jì)算才能獲得正確的變形信息，所以調(diào)制解調(diào)儀分別提取了溫度平衡光纖獲取的實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量和測試光纖獲取的測點(diǎn)實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，并且由調(diào)制解調(diào)儀計(jì)算得到兩者的差值，得到單純模具變形引起的光纖光柵測點(diǎn)信號(hào)波長變化，進(jìn)而通過波長信號(hào)與變形信號(hào)的轉(zhuǎn)換，最后計(jì)算出模具的分布式變形信息。由此，本技術(shù)方案提供了一種能夠?qū)⒐饫w光柵傳感器應(yīng)用于熱壓罐成型工藝過程中模具熱變形的在線檢測裝置。
[0010]本發(fā)明中，所述光纖導(dǎo)出口包括穿透所述熱壓罐罐壁的光纖導(dǎo)出口本體、套設(shè)于所述光纖導(dǎo)出口本體一端的光纖導(dǎo)出口蓋帽和插入所述光纖導(dǎo)出口蓋帽中用于密封所述光纖導(dǎo)出口本體的端部的密封塞。導(dǎo)出口本體連接于熱壓罐罐壁上，光纖由熱壓罐內(nèi)部引出后經(jīng)過本體腔由密封塞引出到外部。由于本體腔尺寸較小，且由熱壓罐側(cè)壁引出，其內(nèi)部氣體基本為恒壓靜止?fàn)顟B(tài)，基本不產(chǎn)生流動(dòng)，能夠有效避免高壓氣體流動(dòng)對(duì)脆性光纖的損害。這樣就能有效地解決光纖雖然光學(xué)特性和耐高溫特性都十分優(yōu)異，但是脆性較大、容易折斷、不能較大角度彎折的問題，從而保證在熱壓罐內(nèi)部高溫、高壓、高密封性要求的前提下，能夠安全地將光纖引出熱壓罐外進(jìn)行信號(hào)采集。本技術(shù)方案提供的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置能夠克服傳統(tǒng)的基于高溫應(yīng)變片測試技術(shù)在測試精度、測點(diǎn)數(shù)量等方面的不足，為高溫高壓環(huán)境下熱壓罐成型模具變形測量提供了一種耐高溫、分布式、快速響應(yīng)的集成化測試技術(shù)手段，滿足大型成型模具變形在線測試需求，為復(fù)合材料熱壓罐成型工藝模具設(shè)計(jì)與分析提供關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)。
[0011]作為本發(fā)明所提供的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置的一種改進(jìn)，所述的密封塞是由硅脂材料制成的。由此，密封塞可以具備良好的彈性和耐高溫特性。特別地，所述密封塞經(jīng)由所述光纖導(dǎo)出口蓋帽通過螺紋連接到所述光纖導(dǎo)出口本體上。由此，光纖引出后能夠與光纖外壁保持良好的接觸,在抵抗罐內(nèi)高溫氣體加熱的同時(shí)能夠維持良好的高溫、高壓密封特性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了在高溫、高壓熱壓罐環(huán)境中脆性光纖的引出操作。
[0012]作為本發(fā)明所提供的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置的一種改進(jìn)，所述溫度平衡光纖包括套筒針頭、光柵測點(diǎn)、封口材料；所述光柵測點(diǎn)通過封住所述套筒針頭兩端的所述封口材料被所述套筒針頭完好套住。所述的溫度平衡光纖結(jié)構(gòu)簡單，其測點(diǎn)光柵被注射器針頭與外界隔離，僅能夠識(shí)別外部溫度變化導(dǎo)致其輸出波長發(fā)生變化，而無論其固定在被測模具的任何位置，模具的變形都能被針頭屏蔽掉不能使光纖的輸出波長發(fā)生變化，所以可以十分簡單、方便地實(shí)現(xiàn)溫度平衡光纖的功能。進(jìn)一步地，封口材料是環(huán)氧樹脂膠，能夠方便地按照樹脂固化工藝進(jìn)行固化，完成溫度平衡光纖制作。
[0013]與此相應(yīng)，本發(fā)明還提供了一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測方法，使用上述的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置進(jìn)行有效檢測，能夠提供更高測試精度，同時(shí)滿足通過測點(diǎn)的集成能夠滿足分布式測試需求，包括以下步驟:
[0014](I)把光纖的一端粘貼于被測模具的測點(diǎn)位置；
[0015](2)將光纖沿模具的邊緣從熱壓罐內(nèi)腔引至熱壓罐罐壁上的光纖導(dǎo)出口處；
[0016](3)將光纖穿過光纖導(dǎo)出口引出熱壓罐外，并連接至調(diào)制解調(diào)儀的輸入接口 ；
[0017](4)從調(diào)制解調(diào)儀獲得模具上測點(diǎn)的變形信息。
[0018]本發(fā)明提供的熱壓罐工藝模具的在線檢測方法能夠克服傳統(tǒng)的基于高溫應(yīng)變片測試技術(shù)在測試精度、測點(diǎn)數(shù)量等方面的不足，為高溫高壓環(huán)境下熱壓罐成型模具變形測量提供了一種耐高溫、分布式、快速響應(yīng)的集成化測試技術(shù)手段，滿足大型成型模具變形在線測試需求，為復(fù)合材料熱壓罐成型工藝模具設(shè)計(jì)與分析提供關(guān)鍵支撐數(shù)據(jù)。
[0019]對(duì)于上述的熱壓罐工藝模具的在線檢測方法的進(jìn)一步改進(jìn)，上述所述的步驟(3)中“將光纖穿過光纖導(dǎo)出口引出熱壓罐外”包括如下步驟:光纖通過熱壓罐罐壁和導(dǎo)出口本體連接部位小孔進(jìn)入導(dǎo)出口本體腔；旋松光纖導(dǎo)出口蓋帽，用注射器針頭刺穿密封塞進(jìn)入導(dǎo)出口本體腔；將光纖通過注射器針頭內(nèi)腔引出通過密封塞到達(dá)熱壓罐外部，抽出注射器針頭，拉動(dòng)光纖至合適長度，旋緊光纖導(dǎo)出口蓋帽。由此，可以準(zhǔn)確、方便地將光纖穿過光纖導(dǎo)出口引出熱壓罐外，并且保護(hù)光纖不受到損傷。
[0020]本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置，所述調(diào)制解調(diào)儀提取溫度平衡光纖獲取的實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，并提取測試光纖獲取的測點(diǎn)實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，得到單純模具變形引起的光纖光柵測點(diǎn)信號(hào)波長變化，再進(jìn)行波長信號(hào)與變形信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到模具上測點(diǎn)的變形量信息。此方法具有所用部件簡單，操作方便，測量結(jié)果可靠的優(yōu)點(diǎn)。
[0021]本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置，所述的溫度平衡光纖的制備方法，包括以下步驟:將光纖穿入注射器針頭內(nèi)腔，使得光柵測點(diǎn)被注射器針頭完好套住，用環(huán)氧樹脂膠在注射器針頭兩端把光纖和注射器針頭膠結(jié)在一起，并按樹脂固化工藝進(jìn)行固化。采用這種方法制備的溫度平衡光纖由于其測點(diǎn)光柵被注射器針頭與外界隔離，僅能夠識(shí)別外部溫度變化導(dǎo)致其輸出波長發(fā)生變化，而無論其固定在被測模具的任何位置，模具的變形都能被針頭屏蔽掉不能使光纖的輸出波長發(fā)生變化，所以通過這種方法可以十分簡單、方便地實(shí)現(xiàn)溫度平衡光纖的功能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說明，其中:
[0023]圖1是本發(fā)明中的熱壓罐的光纖導(dǎo)出口的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2是本發(fā)明中的溫度平衡光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明中的總體原理圖。
[0026]圖4是圖3中虛線圈部分的局部放大圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0028]如圖3和圖4所示，本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置，包括光纖導(dǎo)出口12、光纖6、調(diào)制解調(diào)儀13 ;光纖6的一端連接到被測模具11，另一端穿過光纖導(dǎo)出口 12并連接到調(diào)制解調(diào)儀13 ;光纖6包括測試光纖15和溫度平衡光纖14。
[0029]如圖1所示，本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置中的光纖導(dǎo)出口 12，包括穿透熱壓罐罐壁I的光纖導(dǎo)出口本體2、套設(shè)于光纖導(dǎo)出口本體2 —端的光纖導(dǎo)出口蓋帽4和插入光纖導(dǎo)出口蓋帽4中用于密封所述光纖導(dǎo)出口本體2的端部的密封塞5。密封塞5可以由硅脂材料制成的，由蓋帽4通過螺紋連接到光纖導(dǎo)出口本體2上。
[0030]如圖2所示，本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置中的溫度平衡光纖14，包括注射器針頭9、光柵測點(diǎn)8、封口材料7 ;封口材料7封住注射器針頭兩端；光柵測點(diǎn)8被注射器針頭9完好套住。封口材料7可以是環(huán)氧樹脂膠。
[0031 ] 如圖1、3和4所示，本發(fā)明中的熱壓罐工藝模具的在線檢測方法如下。光纖6包括測試光纖15和溫度平衡光纖14，把光纖6的一端粘貼于被測模具11的測點(diǎn)位置；將光纖6沿模具11的邊緣從熱壓罐內(nèi)腔10引至熱壓罐罐壁I上的光纖導(dǎo)出口 12處，并將光纖6引入導(dǎo)出口本體腔3中；旋松光纖導(dǎo)出口蓋帽4，用注射器針頭刺穿密封塞5，并伸進(jìn)導(dǎo)出口本體腔3中；將光纖6穿入伸進(jìn)導(dǎo)出口本體腔3中的注射器針頭9的內(nèi)腔，并從注射器針頭9的內(nèi)腔的另一端穿出，從而使光纖6通過密封塞5到達(dá)熱壓罐外部；抽出注射器針頭，抽出光纖6至合適長度，旋緊光纖導(dǎo)出口蓋帽4，并將光纖6連接至調(diào)制解調(diào)儀13的輸入接口 ；調(diào)制解調(diào)儀13提取溫度平衡光纖14獲取的實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，并提取測試光纖15獲取的測點(diǎn)波長信號(hào)偏移量，進(jìn)行波長信號(hào)與變形信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到模具上測點(diǎn)的變形量信息。
[0032]如圖2所示，熱壓罐工藝模具的在線檢測裝置中的溫度平衡光纖的制備方法，包括以下步驟:將光纖6穿入注射器針頭9的內(nèi)腔，使得光柵測點(diǎn)8被注射器針頭9完好套住，用環(huán)氧樹脂膠7在注射器針頭9兩端把光纖6和注射器針頭9膠結(jié)在一起，并按樹脂固化工藝進(jìn)行固化。由此完成溫度平衡光柵的制備過程，使用時(shí)僅需把注射器針頭9粘貼在測試光纖15周圍即可。
[0033]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在所屬【技術(shù)領(lǐng)域】普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。
【權(quán)利要求】
1.一種熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，包括光纖導(dǎo)出口(12)、光纖￠)、調(diào)制解調(diào)儀(13);所述光纖導(dǎo)出口(12)設(shè)置于熱壓罐罐壁(I)上，所述光纖(6)的一端連接到放置于熱壓罐內(nèi)腔(10)的被測模具(11)，另一端穿過所述光纖導(dǎo)出口(12)并連接到所述調(diào)制解調(diào)儀(13);所述光纖(6)包括測試光纖(15)和溫度平衡光纖(14)。
2.如權(quán)利要求1所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述光纖導(dǎo)出口(12)包括穿透所述熱壓罐罐壁(I)的光纖導(dǎo)出口本體(2)、套設(shè)于所述光纖導(dǎo)出口本體(2) —端的光纖導(dǎo)出口蓋帽(4)、及插入所述光纖導(dǎo)出口蓋帽(4)中用于密封所述光纖導(dǎo)出口本體(2)的端部的密封塞(5)。
3.如權(quán)利要求2所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述密封塞(5)是由硅脂材料制成的。
4.如權(quán)利要求3所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述密封塞(5)經(jīng)由所述光纖導(dǎo)出口蓋帽(4)通過螺紋連接到所述光纖導(dǎo)出口本體(2)上。
5.如權(quán)利要求1所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述溫度平衡光纖(14)包括套筒針頭、光柵測點(diǎn)(8)、封口材料(7);所述光柵測點(diǎn)(8)通過封住所述套筒針頭兩端的所述封口材料(7)被所述套筒針頭完好套住。
6.如權(quán)利要求5所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述套筒針頭為醫(yī)用注射器不銹鋼針頭(9)。
7.如權(quán)利要求5所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置，其特征在于，所述封口材料(X)是環(huán)氧樹脂月父。
8.一種用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至7任一所述的熱壓罐工藝模具熱變形的在線檢測裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)把光纖￠)的一端粘貼于被測模具(11)的測點(diǎn)位置； (2)將所述光纖(6)沿所述被測模具(11)的邊緣從所述熱壓罐內(nèi)腔(10)引至所述熱壓罐罐壁(I)上的所述光纖導(dǎo)出口(12)處； (3)將所述光纖￠)穿過所述光纖導(dǎo)出口(12)引出熱壓罐外，并連接至所述調(diào)制解調(diào)儀(13)的輸入接口 ； (4)從所述調(diào)制解調(diào)儀(13)獲得所述被測模具上測點(diǎn)的變形信息。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述的步驟(3)中“將所述光纖(6)穿過所述光纖導(dǎo)出口(12)引出熱壓罐外”包括如下步驟:所述光纖(6)通過所述熱壓罐罐壁(I)和所述導(dǎo)出口本體(2)連接部位小孔進(jìn)入導(dǎo)出口本體腔(3);旋松所述光纖導(dǎo)出口蓋帽(4)，用注射器針頭刺穿密封塞(5)進(jìn)入所述導(dǎo)出口本體腔(3);將所述光纖(6)通過注射器針頭內(nèi)腔引出通過所述密封塞(5)到達(dá)熱壓罐外部，抽出所述注射器針頭，拉動(dòng)所述光纖(6)至合適長度，旋緊所述光纖導(dǎo)出口蓋帽(4)。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述調(diào)制解調(diào)儀(13)提取所述溫度平衡光纖(14)獲取的實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，并提取所述測試光纖(15)獲取的測點(diǎn)實(shí)時(shí)波長信號(hào)偏移量，得到單純模具變形引起的光纖光柵測點(diǎn)信號(hào)波長變化，再進(jìn)行波長信號(hào)與變形信號(hào)的轉(zhuǎn)換，得到模具上測點(diǎn)的變形量信息。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK104359416SQ201410640403
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】晏冬秀, 劉衛(wèi)平, 白光輝, 王霖, 邵嚴(yán), 王健, 徐少晨, 張博明 申請(qǐng)人:上海飛機(jī)制造有限公司, 中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司