热塑性复合材料层合板翘曲缺陷识别与优化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.011

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (3): 60-64.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.03.011

热塑性复合材料层合板翘曲缺陷识别与优化

冯梦尧, 信春玲, 任峰(), 翟玉娇, 许文翀, 马驰原, 马宇飞, 何亚东()

北京化工大学机电工程学院，北京 100029

收稿日期:2024-04-30 出版日期:2025-03-26 发布日期:2025-03-24
通讯作者: 任峰，renfeng@mail.buct.edu.cn
何亚东，Heyd@mail.buct.edu.cn
E-mail:renfeng@mail.buct.edu.cn;Heyd@mail.buct.edu.cn

Identification and optimization of warping defects in thermoplastic composite laminates

FENG Mengyao, XIN Chunling, REN Feng(), ZHAI Yujiao, XU Wenchong, MA Chiyuan, MA Yufei, HE Yadong()

College of Mechanical and Electrical Engineering，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China

Received:2024-04-30 Online:2025-03-26 Published:2025-03-24
Contact: REN Feng, HE Yadong E-mail:renfeng@mail.buct.edu.cn;Heyd@mail.buct.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

基于纤维铺放成型生产的复合材料层合板所出现的翘曲缺陷，运用合理表征方法，并运用形态学原理搭建无接触视觉测量平台对其进行识别，通过设计不同工艺参数对其进行优化，并探究翘曲度与拉伸性能的关系，并进一步对翘曲缺陷进行优化。结果表明，无接触视觉测量平台可以精准识别翘曲度，热风枪温度由300 ℃升到500 ℃，翘曲缺陷减小；翘曲度与拉伸性能呈负相关。通过加热模具的措施可以进一步优化翘曲。

关键词: 热塑性复合材料, 纤维铺放成型, 翘曲缺陷, 边缘检测算法

Abstract:

In this paper， the warping defects appearing in composite laminates produced by fiber placement was addressed. A suitable characterization method was adopted and a non⁃contact visual measurement platform based on morphological principles was established to identify these defects. Through the design of different process parameters， the optimization for solving the detect problem was performed. The relationship between warping degree and tensile performance was explored to further optimize the warping defects. The experimental results indicate that the non⁃contact visual measurement platform could identify the warping degree accurately. The warping defects were reduced with an increase in the heat gun temperature from 300 to 500 ℃. There is a negative correlation between warping degree and tensile performance. The warping can be further optimized by heating the mold.

Key words: thermoplastic composite material, automated fiber placement, warpage, canny edge detection

中图分类号:

TQ320.66

冯梦尧, 信春玲, 任峰, 翟玉娇, 许文翀, 马驰原, 马宇飞, 何亚东. 热塑性复合材料层合板翘曲缺陷识别与优化[J]. 中国塑料, 2025, 39(3): 60-64.

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图/表 16

图1 龙门式纤维铺放机器人

Fig.1 Gantry⁃type fiber placement robot

图2 纤维铺放头

Fig.2 Fiber placement head

图3 铺放过程工作示意图

Fig.3 Schematic diagram of the laying process

图4 玻璃纤维聚丙烯单向带形成层合板过程

Fig.4 Process of forming laminate from GFPP

图5 复合材料层合板翘曲程度测量方法

Fig.5 Measurement method for warpage degree of composite laminate

图6 视觉测量硬件平台设计流程图

Fig.6 Flowchart of visual measurement hardware platform design

图7 视觉测量硬件平台

Fig.7 Vision measurement hardware platform

图8 翘曲度算法设计

Fig.8 Warpage algorithm design

图9 Canny边缘检测算法处理前后的图像

Fig.9 Images before and after processing with the Canny edge detection algorithm

图10 轮廓识别与翘曲轮廓输出

Fig.10 Contour recognition and warping contour output

图11 翘曲度计算输出

Fig.11 Warping degree calculation output

试验编号	热风枪温度/ ℃	铺放速度/ mm·s^-1	压辊压力/ MPa	翘曲度
1	350	6	0.175	0.057
2	500	6	0.175	0.035
3	350	8	0.175	0.045
4	500	8	0.175	0.038
5	350	7	0.150	0.050
6	500	7	0.150	0.042
7	350	7	0.200	0.059
8	500	7	0.200	0.037
9	425	6	0.150	0.034
10	425	8	0.150	0.044
11	425	6	0.200	0.050
12	425	8	0.200	0.049
13	425	7	0.175	0.042
14	425	7	0.175	0.037
15	425	7	0.175	0.038
16	425	7	0.175	0.036
17	425	7	0.175	0.038

表1 不同工艺参数实验及翘曲度

Tab.1 Experiments with different process parameters and warpage

图12 翘曲度与拉伸性能趋势

Fig.12 Trends between warping degree and tensile performance

试验编号	热风枪温度/ ℃	铺放速度/ mm·s^-1	压辊压力 /MPa	模具温度 /℃	翘曲度
1	500	6	0.175	50	0.029
2	350	8	0.175	50	0.041
3	500	8	0.175	50	0.027
4	425	7	0.150	25	0.036
5	425	7	0.200	25	0.045
6	425	7	0.150	75	0.025
7	425	7	0.200	75	0.019
8	350	7	0.175	25	0.044
9	500	7	0.175	25	0.037
10	350	7	0.175	75	0.026
11	500	7	0.175	75	0.029
12	425	6	0.150	50	0.033
13	425	8	0.150	50	0.028
14	425	6	0.200	50	0.035
15	425	8	0.200	50	0.038
16	350	7	0.150	50	0.037
17	500	7	0.150	50	0.029
18	350	7	0.200	50	0.041
19	500	7	0.200	50	0.034
20	425	6	0.175	25	0.044
21	425	8	0.175	25	0.042
22	425	6	0.175	75	0.022
23	425	8	0.175	75	0.021
24	425	7	0.175	50	0.031
25	425	7	0.175	50	0.029
26	425	7	0.175	50	0.029
27	425	7	0.175	50	0.029

表2 铺放机器人加热模具试验

Tab.2 Experiments with a heated mold for the placement robot

图13 模具温度与翘曲度关系

Fig.13 The relationship between mold temperature and warpage

图14 热风枪温度、铺放速度、压辊压力相同时加热模具前后翘曲度对比

Fig.14 Comparison of warpage before and after heating the mold

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Identification and optimization of warping defects in thermoplastic composite laminates

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