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(shí)際上存在的問(wèn)題進(jìn)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(yùn)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(jìn)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(kuò)大，各機(jī)型型號(hào)的增加，以及各型號(hào)的生產(chǎn)批量的增加，對(duì)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(jìn)一步的提高，現(xiàn)有的手工鋪層已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)合材料產(chǎn)品的工藝要求，國(guó)外復(fù)合材料生產(chǎn)先進(jìn)的公司如BOING及ECF等公司現(xiàn)在都已將鋪層定位技術(shù)運(yùn)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(gòu)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(guó)內(nèi)首家能用，目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有成熟的使用工藝技術(shù)說(shuō)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(xiàng)技術(shù)真正的運(yùn)用到復(fù)合材料生產(chǎn)中，經(jīng)過(guò)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(yùn)用到生產(chǎn)中去，其中一些技術(shù)可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)的空白，為今后復(fù)合材料鋪層定位技術(shù)的運(yùn)用打下了堅(jiān)實(shí)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(dòng)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(lái)使用，放置于相對(duì)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(dòng)跟蹤、自動(dòng)檢測(cè)的功能、具有正向和逆向功能，逆向數(shù)字化精度≤±1.0㎜，當(dāng)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(jì)，以防止碳纖維及其它帶電微粒對(duì)內(nèi)部元件的破壞，系統(tǒng)能接受從FiberSIM，CATIA Covers 等軟件傳來(lái)的3維激光投影文件，該投影系統(tǒng)運(yùn)用virtek laseredge4.2.1軟件。系統(tǒng)硬件組成:1.計(jì)算機(jī)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(zhǔn)激光反射片6.逆向數(shù)字化激光牽引片7.校驗(yàn)工裝

三、系統(tǒng)的硬件組成及說(shuō)明

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

2、激光頭支架:分為固定式和可移動(dòng)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(jì)算機(jī)中傳來(lái)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(hù)操作員的視力，購(gòu)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(jìn)行固化時(shí)要要將工裝定位頭取下所以一種可移動(dòng)的。

5、手動(dòng)校準(zhǔn)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(jìn)行數(shù)據(jù)連接的手動(dòng)校準(zhǔn)工具，在最初的手工校準(zhǔn)以后，激光反射頭對(duì)工裝上的定位頭具有自動(dòng)控制功能以及超差自動(dòng)修正功能。

6、手動(dòng)校準(zhǔn)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(jìn)行數(shù)據(jù)連接的手動(dòng)校準(zhǔn)工具，在最初的手工校準(zhǔn)以后，激光反射頭對(duì)工裝上的定位頭具有自動(dòng)控制功能以及超差自動(dòng)修正功能。

7、檢驗(yàn)工裝

它是檢驗(yàn)激光頭的精確度的特殊專用工裝它上面有36個(gè)激光定位頭當(dāng)激光反射頭有誤差時(shí)通過(guò)校驗(yàn)工裝來(lái)進(jìn)行調(diào)整。

四、系統(tǒng)軟件及說(shuō)明

操作系統(tǒng)平臺(tái)為windows2000投影軟件在投影時(shí)它是正系統(tǒng)下進(jìn)行的，當(dāng)做逆向數(shù)字化時(shí)它是在DOS操作平臺(tái)下進(jìn)行。

要想能在工裝上投影文件系統(tǒng)必須三個(gè)文件

1、工裝校準(zhǔn)文件，格式為:工裝校準(zhǔn)名.cal

它是由放置在工裝上的各定位頭之間相對(duì)位置生成的空間坐標(biāo)，生成的三維坐標(biāo)文件是與激光發(fā)射頭之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的信息庫(kù)。注:當(dāng)作正向時(shí)它的定位頭坐標(biāo)是相對(duì)工裝本身固有的空間坐標(biāo)下的位置，當(dāng)作逆向時(shí)，它的空間坐標(biāo)是在工裝表面的定位頭自己的坐標(biāo)，和工裝自己的坐標(biāo)沒(méi)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(jìn)行投影掃描時(shí)的源文件;當(dāng)操作工進(jìn)行各層投影時(shí)，激光發(fā)射頭通過(guò)該數(shù)據(jù)文件對(duì)鋪層工裝表面進(jìn)行掃描，它包括文字說(shuō)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(duì)激光頭的系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。當(dāng)加拿大專家來(lái)廠的時(shí)候，根據(jù)我廠工裝制造的實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)配置參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，一般不需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改。

五、系統(tǒng)的使用:

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

首先打開UPS不間斷電源啟動(dòng)計(jì)算機(jī)。

輸入開機(jī)密碼，一般默認(rèn)設(shè)置為system進(jìn)入Windows2000操作系統(tǒng)界面。

點(diǎn)擊標(biāo)有OLT的圖標(biāo)出現(xiàn)用戶操作密碼權(quán)限，輸入密碼，一般設(shè)置為system，進(jìn)入laseredge 軟件界面。

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

將近2年的研究和實(shí)踐，哈飛復(fù)合材料廠現(xiàn)已將復(fù)才鋪層定位系統(tǒng)運(yùn)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(shuō)明如下:

復(fù)合材料鋪層投影是指通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)模通過(guò)CATIA Covers設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移成鋪層圖、下料圖進(jìn)行鋪層。

復(fù)材產(chǎn)品工裝在制造過(guò)程中，在工裝的切割線以外的邊緣布置最少7個(gè)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(gè)，在工裝制造完成后，將定位頭放置在套筒里，用激光跟蹤測(cè)量?jī)x測(cè)出該定位頭中心的x、y、z的3維坐標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)員提供該復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)模利用CATAI COVERS軟件生成3個(gè)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(zhǔn)文件，3，生成AutoCAD格式的下料文件，通過(guò)車間的數(shù)控下料機(jī)下料，車間工藝根據(jù)工裝的大小進(jìn)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(zhǔn)cal文件、系統(tǒng)cfg文件后按照鋪層定位系統(tǒng)操作來(lái)進(jìn)行措作投影，再將后綴為dwg下料文件在數(shù)控下料機(jī)上進(jìn)行下料操作，利用下好的料安照工藝的鋪層要求運(yùn)用鋪層定位系統(tǒng)進(jìn)行投影鋪層，成型后進(jìn)行固化。