激光鋪層定位系統(tǒng)在復(fù)合材料鋪層中的應(yīng)用

摘要:本文初步研究在激光鋪層定位系統(tǒng)在復(fù)合材料鋪層系統(tǒng)中應(yīng)用，將在實際上存在的問題進行總結(jié)，作為以后工作的依據(jù)。

關(guān)鍵詞:定位頭激光鋪層工裝投影

一、前言

激光鋪層定位技術(shù)運用在復(fù)合材料零件制造領(lǐng)域中，這一技術(shù)被列為復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)工藝中最先進的技術(shù)之一，該生產(chǎn)工藝已用在復(fù)合材料件成型鋪層這一工序中，能夠節(jié)約材料、降低成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，隨著哈飛復(fù)合材料廠生產(chǎn)規(guī)模的擴大，各機型型號的增加，以及各型號的生產(chǎn)批量的增加，對現(xiàn)有的產(chǎn)品的質(zhì)量以及互換性和協(xié)調(diào)性的要求都有進一步的提高，現(xiàn)有的手工鋪層已遠遠不能滿足復(fù)合材料產(chǎn)品的工藝要求，國外復(fù)合材料生產(chǎn)先進的公司如BOING及ECF等公司現(xiàn)在都已將鋪層定位技術(shù)運用到復(fù)合材料零件成型制造工藝中。

二、研究的目的和依據(jù)

哈飛復(fù)合材料廠購買了三套加拿大公司產(chǎn)的激光投影系統(tǒng)，由于我廠是國內(nèi)首家能用，目前國內(nèi)還沒有成熟的使用工藝技術(shù)說明，現(xiàn)結(jié)合我們復(fù)合材料廠現(xiàn)有的復(fù)合材料工藝制造技術(shù)、生產(chǎn)能力以及現(xiàn)有的工裝等條件，如何能正確的合理的將該項技術(shù)真正的運用到復(fù)合材料生產(chǎn)中，經(jīng)過近一年的研究，同加拿大VIRTEK廠家及我廠的技術(shù)工藝等部門多次探討，現(xiàn)基本上能夠?qū)亴佣ㄎ患夹g(shù)運用到生產(chǎn)中去，其中一些技術(shù)可以填補國內(nèi)的空白，為今后復(fù)合材料鋪層定位技術(shù)的運用打下了堅實的基礎(chǔ)。

我廠現(xiàn)有的三套三維激光投影系統(tǒng)，其中兩套單頭為可移動式，投影頭距地面高度為3.7米，一套雙頭系統(tǒng)，為固定式的，距地面高度為4.5米它們可以分別可以二、三、四串聯(lián)使用起來使用，放置于相對濕度為35-40%，溫度為18-24℃的工作環(huán)境中，投影直徑為0.8-1.0㎜的激光束，顏色為綠色，它具有自動跟蹤、自動檢測的功能、具有正向和逆向功能，逆向數(shù)字化精度≤±1.0㎜，當激光束與工裝的平面法線夾角≤±30度，激光投影頭采用防塵設(shè)計，以防止碳纖維及其它帶電微粒對內(nèi)部元件的破壞，系統(tǒng)能接受從FiberSIM，CATIA Covers 等軟件傳來的3維激光投影文件，該投影系統(tǒng)運用virtek laseredge4.2.1軟件。系統(tǒng)硬件組成:1.計算機控制系統(tǒng)2.激光頭支架3.激光發(fā)射頭4.定位頭5.系統(tǒng)校準激光反射片6.逆向數(shù)字化激光牽引片7.校驗工裝

三、系統(tǒng)的硬件組成及說明

1、計算機:建立鋪層數(shù)據(jù)的信息庫，建立后將生成的鋪層文件傳送到激光發(fā)射頭上進行投影。

2、激光頭支架:分為固定式和可移動式支架。固定式又分為單頭和雙頭固定激光發(fā)射頭的托架，可旋轉(zhuǎn)激光頭。

3、激光投影頭:將接受從計算機中傳來的信息文件后發(fā)射激光束到復(fù)合材料的鋪層工裝上，我廠為了保護操作員的視力，購買的是綠光投影頭，它是鋪層定位系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部位。

4、工裝定位頭Target:它是放置在復(fù)合材料工裝的邊緣，垂直放置于工裝表面切線，有30°、45°、0°的定位頭文件，在它的頂部有一種能沿入射線方向反射的特殊光學(xué)材料所制成的，它是連接工裝與激光之間的信息通道，將工裝周邊區(qū)域的三維信息空間數(shù)據(jù)經(jīng)工裝定位頭傳向激光反射頭，由于反射材料不耐高溫，在復(fù)材進行固化時要要將工裝定位頭取下所以一種可移動的。

5、手動校準反射片(Retro-relective):它是牽引激光頭的光線能掃描在激光定位頭上的反射光薄片，它是最初激光定位頭與激光反射頭之間進行數(shù)據(jù)連接的手動校準工具，在最初的手工校準以后，激光反射頭對工裝上的定位頭具有自動控制功能以及超差自動修正功能。

6、手動校準反射片(retro-relective):它是牽引激光頭的光線能掃描在激光定位頭上的反射光薄片，它是最初激光定位頭與激光反射頭之間進行數(shù)據(jù)連接的手動校準工具，在最初的手工校準以后，激光反射頭對工裝上的定位頭具有自動控制功能以及超差自動修正功能。

7、檢驗工裝

它是檢驗激光頭的精確度的特殊專用工裝它上面有36個激光定位頭當激光反射頭有誤差時通過校驗工裝來進行調(diào)整。

四、系統(tǒng)軟件及說明

操作系統(tǒng)平臺為windows2000投影軟件在投影時它是正系統(tǒng)下進行的，當做逆向數(shù)字化時它是在DOS操作平臺下進行。

要想能在工裝上投影文件系統(tǒng)必須三個文件

1、工裝校準文件，格式為:工裝校準名.cal

它是由放置在工裝上的各定位頭之間相對位置生成的空間坐標，生成的三維坐標文件是與激光發(fā)射頭之間進行數(shù)據(jù)交換的信息庫。注:當作正向時它的定位頭坐標是相對工裝本身固有的空間坐標下的位置，當作逆向時，它的空間坐標是在工裝表面的定位頭自己的坐標，和工裝自己的坐標沒有聯(lián)系。

2、鋪層數(shù)據(jù)文件，格式為:鋪層名:ply

它是激光反射頭進行投影掃描時的源文件;當操作工進行各層投影時，激光發(fā)射頭通過該數(shù)據(jù)文件對鋪層工裝表面進行掃描，它包括文字說明、鋪層方向、鋪層形狀等信息。

3、系統(tǒng)配置文件，格式為:系統(tǒng)配置名.Cfg

它是對激光頭的系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置。當加拿大專家來廠的時候，根據(jù)我廠工裝制造的實際情況對系統(tǒng)配置參數(shù)進行了設(shè)置，一般不需要對參數(shù)進行修改。

五、系統(tǒng)的使用:

該套系統(tǒng)的virtek laseredge4.2.1簡單易學(xué)。下面將該軟件的操作簡單介紹一下:

首先打開UPS不間斷電源啟動計算機。

輸入開機密碼，一般默認設(shè)置為system進入Windows2000操作系統(tǒng)界面。

點擊標有OLT的圖標出現(xiàn)用戶操作密碼權(quán)限，輸入密碼，一般設(shè)置為system，進入laseredge 軟件界面。

系統(tǒng)分制三個操作級別，分別為:1.操作者 2.高級操作者 3.系統(tǒng)管理員三個級別，它們分別進行不同的權(quán)限操作。一般情況操作者只能打開已設(shè)計好的程序直接對工裝鋪層進行投影，高級操作者能夠?qū)Ω魍队拔募M行配置，而系統(tǒng)管理員可以對CFG這一文件進行修改，當將前面所說的cal文件，ply文件 cfg文件配置好后即可進行鋪層投影。結(jié)論

將近2年的研究和實踐，哈飛復(fù)合材料廠現(xiàn)已將復(fù)才鋪層定位系統(tǒng)運用在EC120的頂棚、中心罩、左右艙門等零件的鋪層，現(xiàn)將所研究關(guān)于激光鋪層定位系統(tǒng)在復(fù)合材料鋪層系統(tǒng)中應(yīng)用所總結(jié)歸納的結(jié)論流程說明如下:

復(fù)合材料鋪層投影是指通過產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模通過CATIA Covers設(shè)計轉(zhuǎn)移成鋪層圖、下料圖進行鋪層。

復(fù)材產(chǎn)品工裝在制造過程中，在工裝的切割線以外的邊緣布置最少7個內(nèi)徑為ф6的定位頭的套筒，如果工裝大的話可以每隔0.4米布一個，在工裝制造完成后，將定位頭放置在套筒里，用激光跟蹤測量儀測出該定位頭中心的x、y、z的3維坐標，根據(jù)設(shè)計員提供該復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計數(shù)模利用CATAI COVERS軟件生成3個文件，1，后綴為.ply投影圖形數(shù)據(jù)文件2，后綴為.cal的工裝校準文件，3，生成AutoCAD格式的下料文件，通過車間的數(shù)控下料機下料，車間工藝根據(jù)工裝的大小進行定位系統(tǒng)cfg文件的配置，根據(jù)前面的介紹，有了投影圖形ply數(shù)據(jù)文件、工裝校準cal文件、系統(tǒng)cfg文件后按照鋪層定位系統(tǒng)操作來進行措作投影，再將后綴為dwg下料文件在數(shù)控下料機上進行下料操作，利用下好的料安照工藝的鋪層要求運用鋪層定位系統(tǒng)進行投影鋪層，成型后進行固化。