[发明专利]一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置

摘要

本发明公开了一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，其包括上位机(101)、电源模块(102)、控制单元(103)、液压单元(104)、温度采集单元(105)、激光加热单元(106)、铺放平台(107)和固化度测量单元(108)。该装置采用激光辅助加热与压辊辊压成型工艺相结合，采用液压辊碾压复合材料预浸带成型来提高板材成型的均匀性，通过精确控制激光功率来保证板材成型的质量和生产效率，采用拉曼光谱测试方法实现复合材料固结程度的在线非接触测量，采用自动化铺放成型实现复合材料预浸带的多层铺放及多种运动轨迹铺放，在整个工艺过程中无需操作人员值守。

主权项

1.一种热塑性复合材料板材激光热压铺放成型装置，其特征在于包括上位机(101)、电源模块(102)、控制单元(103)、液压单元(104)、温度采集单元(105)、激光加热单元(106)、铺放平台(107)和固化度测量单元(108)；其中操作人员通过对上位机(101)设置铺放轨迹、加热温度、固化度及铺放压力等参数，并向控制单元(103)发送控制指令；电源模块(102)向上位机(101)、控制单元(103)、液压单元(104)、温度采集单元(105)、激光加热单元(106)、铺放平台(107)和固化度测量单元(108)供电；控制单元(103)根据上位机(101)发送的控制指令来实现对液压单元(104)、激光加热单元(106)、铺放平台(107)和固化度测量单元(108)的控制，控制液压单元(104)加载和卸除压力，采集来自温度采集单元(105)获取的温度信息和固化度测量单元(108)获取的复合材料固化度信息，调节激光加热单元(106)的功率并保证辐照位置的预浸料能够稳定在设定的温度范围，根据温度采集单元(105)采集的温度值与设定值比较来反馈控制激光加热单元(106)的功率；控制压辊(218)的运动轨迹，根据固化度测量单元(108)测量的固化度值与设定值比较来控制压辊(218)的运动速度；所述的上位机(101)为工控计算机或触摸屏；所述的电源模块(102)为复合型稳压电源模组；所述的控制单元(103)为单片机控制器或PLC控制器；所述的液压单元(104)由液压泵(301)、液压执行机构(302)、电磁换向阀(303)和油管(304)组成；其中液压泵(301)、液压执行机构(302)和油管(304)组成液压油的闭合回路，液压泵(301)在电源模块(102)的供电下工作，电磁换向阀(303)在控制单元(103)的控制指令下实现液压执行机构(302)输出轴的伸和缩，从而实现载荷的加载和卸除；所述的液压泵(301)为螺杆泵；所述的液压执行机构(302)由压辊架(216)、压辊轴(217)、压辊(218)、液压缸(220)、导向槽(221)、转接块A(222)、隔热板(223)、转接块B(224)和支撑杆(225)组成；所述的压辊架(216)为耐高温316L不锈钢材质“L”型架，通过螺钉固定在转接块B(224)上；所述的压辊轴(217)为耐高温316L不锈钢材质的空心管，其两端有内螺纹；所述的压辊(218)为耐高温316L不锈钢材质轴承辊，通过压辊轴(217)与压辊架(216)联接；所述的液压缸(220)为活塞式油缸，通过外接螺栓与导向槽(221)一起固定在转接板(214)上，其输出的压力和拉力载荷依次通过转接块A(222)、隔热板(223)、转接块B(224)和压辊架(216)传递给压辊(218)；所述的导向槽(221)为“U”型方形槽；所述的转接块A(222)和转接块B(224)均为耐高温材质的金属块，通过外接螺钉将转接块A(222)、转接块B(224)与隔热板(223)固定，通过螺钉与液压缸(220)的输出轴连接；所述的隔热板(223)为硅酸盐材质的长方体；所述的支撑杆225为铝合金材质金属杆，一侧通过螺钉固定在压辊架(216)上。所述的温度采集单元(105)为由收集光学系统、红外测温传感器和处理电路组成的红外测温仪，通过支架(202)固定到支撑板(205)上；所述的支撑板(205)为“L”型板架，通过螺钉固定在输出导向槽(221)上；所述加热单元(106)由整形光学系统和激光器组成，其发射光束为强度分布均匀的平顶激光束，激光器的波长为808nm、880nm、915nm、940nm、976nm、980nm、1030nm或1064nm，通过固定块(201)固定在支撑板(205)上；所述的铺放平台(107)由位移台A(208)、位移台B(209)、顶部框架(210)、电控旋转台(211)、位移台C(212)、立柱(213)、平台底板(215)和夹持与导向单元组成；所述的位移台A(208)、位移台B(209)和位移台C(212)为步进电机或伺服电机驱动的一维电控位移平台，位移台A(208)和位移台B(209)平行放置，并且位移台A(208)和位移台B(209)中的传动丝杠具有相同的螺距，位移台A(208)和位移台B(209)的运动受同一个外部信号控制，分别通过螺钉固定在顶部框架(210)上，位移台C(212)的两端分别固定在A(208)和位移台B(209)中的滑台上；所述的顶部框架(210)为“日”字形状的金属材质框架，位于立柱(213)的上端，并通过螺钉分别与四支立柱(213)固定；所述的电控旋转台(211)为步进电机或伺服电机驱动的一维电控旋转台，通过螺钉固定在位移台C(212)中的滑台上；所述的立柱(213)为长方体或圆柱体形状的金属材料，数量为四支，其上、下两端通过外接螺钉分别与顶部框架(210)和平台底板(215)固定联接；所述的转接板(214)为金属材质的“L”型板；所述的平台底板(215)为表面光滑的金属材质平板，与立柱(213)的下端固定；所述的夹持与导向单元由固定架A(203)、导向轮A(204)、固定架B(206)、筒轴(207)和导向轮B(219)组成；其中复合材料预浸带筒悬挂在筒轴(207)上，复合材料预浸带从复合材料预浸带筒出发依次经过导向轮A(204)和导向轮B(219)后被输送到压辊(218)；所述的导向轮A(204)和导向轮B(219)均为限位带轮，分别通过螺栓悬挂在固定架A(203)和压辊架(216)上；所述的固定架A(203)固定在导向槽(221)上；所述的固定架B(206)固定在转接板(214)上；所述的固化度测量单元(108)为拉曼光谱仪，通过螺钉固定在支撑杆(225)上。