[发明专利]一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法

说明书

一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法，包括以下步骤：提取待成型零件的贴模面，并将贴模面用点云表示；根据铺丝程序的理论轨迹，在第一铺层上提取每条丝束的中心线，并依次在后续铺层上提取所有中心线；对于任一铺层，求取点云任一点与铺层上任一中心线的垂线，垂线长度；根据计算得到的点与中心线之间的距离，判定点是否落在预浸料覆盖区域，依次对点云每个点进行判定，筛选出落在预浸料覆盖区域的点，去除落在预浸料覆盖区域外的点，新的点云用来表达本铺层的理论厚度；对全部铺层进行分析，将表示每层理论厚度的点云进行叠加，对重复点计数，根据计数结果进行着色，计数大小对应不同色谱来表达最终全铺层理论厚度。

技术领域

本发明涉及自动铺丝领域，特别涉及一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法。

背景技术

复合材料自动铺丝技术的全称是自动丝束铺放成形技术ATP(Automated TowPlace-ment)，也称为纤维铺放技术(FiberPlacement)。自动铺丝技术是于20世纪70年代作为缠绕与铺带技术的改革提出来的，旨在克服缠绕技术在“周期性、稳定性和非架空”方面以及自动铺带必须沿“自然路径”的限制，用于复合材料机身结构制造，核心技术是多丝束铺放头的设计研制和相应材料体系开发。Boeing公司和Hercules公司从1982年开始研制自动铺丝技术，包括设备设计、工艺与材料研制等多项工作。Boeing公司的机械工程师提出了“AVSD铺放头”(AutomatedVariable Strand Dispensing Head)设想，解决了纤维束压实、切断和重送的问题。1985年Hercules公司研制出了第一台原理样机；20世纪80年代后期由专业数控加工设备制造商进一步完善。1989年Cncinnati Milacron公司设计出第一台自动铺丝系统并于1990年投入使用；1995年Ingersoll公司研制出其第一台铺放机。20世纪90年代由专业软件制造商提供的高端CAD/CAM软件(如Vistage公司基于CATIA平台的Fiber-Sim)。自动铺丝技术是目前发展应用最为迅速的复合材料自动化技术之一，已在飞机机身结构和航天器制造方面得到广泛应用。

自动铺丝技术是先进复合材料成型方法之一，随着航空航天领域复合材料用量越来越大，自动铺丝技术应用需求也明显提升。针对结构复杂零件，丝束在铺放过程中无法达到100％全铺覆，存有三角镂空区域，后续多层三角区的重叠势必影响固化完成后零件厚度，并进一步影响零件成型质量。因此，在铺放程序的编制过程中应尽量避免层与层之间三角区的重叠，以获取最终制件更为均匀的厚度。

传统的厚度测量方法为待复材制件固化后利用超声等手段进行测量，固化前理论厚度尚无手段进行表征，仅能够依靠编程人员经验避免三角区重叠，以尽量达到理论厚度，这种方法存在误差大，试错反复等问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法，重点关注自动铺丝程序编制过程中出现的层与层之间三角镂空区的重叠问题，通过理论分析进行迭代，避免了实际铺放验证，提高程序编制效率；同时根据理论分析结果，能够更准确地预测制件固化后厚度，解决了上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于自动铺丝技术的铺层理论厚度测算方法，包括以下步骤：

步骤S1：提取待成型零件的贴模面，并将贴模面用点云表示，获取点P1，P2，P3…Pn；

步骤S2：根据铺丝程序的理论轨迹，在第一铺层L1上提取每条丝束的中心线L1S1，L1S2，L1S3…L1Sn，并依次在后续铺层L2，L3，L4…Ln上提取所有中心线；

步骤S3：对于任一铺层Ln，求取点云任一点Pn与铺层上任一中心线LnSn的垂线，垂线长度

步骤S4：根据计算得到的Pn点与中心线之间的距离，判定Pn点是否落在预浸料覆盖区域，依次对点云每个点进行判定，筛选出落在预浸料覆盖区域的点，去除落在预浸料覆盖区域外的点，新的点云用来表达本铺层的理论厚度；