一种蜂窝芯制作设备及方法与流程

本公开涉及复合材料制造领域，特别涉及一种蜂窝芯制作设备及方法。

背景技术：

蜂窝板作为一种绿色环保新型复合材料，具有抗压、减震、保温、隔热、隔音、阻燃、无污染、重量轻等优良性能，广泛应用于航天航空、列车、船舶、建筑和装修等方面。蜂窝板制作由两部分组成，第一部分是蜂窝芯的制作工艺，第二部分是上下面板与蜂窝芯的结合工艺。蜂窝芯是蜂窝板的核心结构，它是根据自然蜂巢结构原理制作的。

目前蜂窝芯有两种制作方式：(1)拉伸法：通过卷装材料错位涂胶，多片涂胶材料堆压成块，按需切分成条状，然后拉伸成为蜂窝芯，拉伸法又分为缠绕式制芯和层叠式制芯两种方法，拉伸法基本都是人工操作，易造成拉伸程度不均，蜂窝芯不规则的问题；(2)轧制法：对于壁厚较大的金属、非金属材料或特殊的非正六边形的蜂窝芯，使用滚压机将材料压制成波纹状，然后将波纹状材料叠合并胶接而成，堆积后进行烘烤，并施以适当的压力，由于施加的压力不能太大，所以涂胶所占的比重大，通常达到蜂窝重的10％，导致整个蜂窝芯重量大，而且在高温、低温、湿气大的环境下使用也容易脱胶，强度较差，所以很少使用这种方法。

蜂窝芯的质量除了与所选用的片状材质有关外，还取决于结合质量。对于金属蜂窝芯，使用涂胶方式制作蜂窝芯的不足之处在于在制造、使用过程中容易产生脱胶、剥离强度低等缺陷。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种基于成像装置和图像处理的蜂窝芯制作设备及方法，能够实现蜂窝芯的自动化生产，提高蜂窝芯的质量、降低蜂窝芯的重量。

本公开的一方面提供一种蜂窝芯制作设备，包括：

支撑架，用于支撑蜂窝芯；

移动装置，包括相对于所述支撑架固定的传动部件和设置于所述传动部件的第一可移动部件、第二可移动部件和第三可移动部件，所述第一可移动部件、第二可移动部件和第三可移动部件能够相对于所述传动部件沿横向和纵向移动；

涂覆装置，包括设置于所述第一可移动部件上的喷嘴，所述喷嘴用于涂覆结合材料；

成像装置，包括设置于所述第一可移动部件上的第一成像器件和设置于所述第二可移动部件上的第二成像器件；

吸附装置，包括设置于所述第三可移动部件上的吸嘴；

图像处理装置，用于接收并处理所述第一成像器件和第二成像器件拍摄的图像；以及

控制器，用于控制所述第一可移动部件、第二可移动部件和第三可移动部件相对于所述传动部件的移动。

优选地，所述第一成像器件和第二成像器件是成像传感器。

优选地，所述传动部件包括平行设置的传动轴和齿条，平行设置的三根横梁跨于所述传动轴和齿条之间且能够沿所述传动轴和齿条横向移动，所述第一可移动部件、第二可移动部件和第三可移动部件分别设置于所述三根横梁上，且均能够沿所述横梁纵向移动。

本公开的另一方面提供一种蜂窝芯制作方法，利用上述蜂窝芯制作设备，包括以下步骤：

步骤1：拍摄蜂窝芯的带槽封边的图像ic，对所述图像ic进行处理，获得所述带槽封边的每个槽口的世界坐标pc，并在所述每个槽口处涂覆结合材料；

步骤2：将一条波纹状金属箔片插入所述带槽封边最后端的槽口中；

步骤3：拍摄所述金属箔片的图像ij，对图像ij进行处理，获得所述金属箔片的波峰世界坐标pf和波谷世界坐标pg；

步骤4：在所述金属箔片的波峰和/或波谷上涂覆结合材料；

步骤5：将涂覆过的所述金属箔片插入所述带槽封边最前端的槽口中；

步骤6：依次重复所述步骤2和步骤4，并将涂覆过的金属箔片按照从前端到后端的顺序依次插入所述带槽封边的槽口中，每个槽口中插入两条金属箔片。

优选地，所述蜂窝芯制作方法还包括以下步骤：

在最前端和最后端的金属箔片上朝向所述蜂窝芯外侧的波峰或波谷处涂覆结合材料，然后分别在所述最前端的金属箔片的前方和所述最后端的金属箔片的后方设置无槽封边。

优选地，所述槽口整体为y字型，槽口的上半部分呈v字型，下半部分呈u字型。

优选地，通过以下步骤对所述图像ic进行处理，获得所述槽口的下半部分u字型的左边缘和右边缘的世界坐标：

步骤110：对所述图像ic进行滤波去噪；

步骤120：对滤波去噪后的图像进行二值化处理，得到二值化图像；

步骤130：对所述二值化图像进行线段检测；

步骤140：提取检测到的每条线段的端点坐标；

步骤150：根据所述端点坐标识别所有的平行线段；

步骤160：分别计算相邻平行线段之间的距离；

步骤170：根据所述平行线段的端点坐标和相邻平行线段之间的距离分别确定距离每个槽口的中心最近的两条平行线段的坐标，即每个槽口的下半部分u字型的左边缘和右边缘的坐标；

步骤180：将所述左边缘和右边缘的坐标转换为所述左边缘和右边缘的世界坐标。

优选地，通过以下步骤对所述图像ij进行处理，获得所述金属箔片的波峰世界坐标pf和波谷世界坐标pg：

步骤310：对所述图像ij进行滤波去噪；

步骤320：对滤波去噪后的图像进行二值化处理，得到二值化图像；

步骤330：对二值化图像进行线段检测；

步骤340：分别提取检测到的每条线段的端点坐标；

步骤350：根据所述端点坐标确定所述金属箔片的波峰和波谷坐标；

步骤360：将所述波峰和波谷坐标分别转换为波峰世界坐标pf和波谷世界坐标pg。

优选地，所述蜂窝芯制作方法还包括以下步骤：

裁剪具有相同长度和宽度的金属箔片；以及

通过模具将所述金属箔片制成具有相同规格的波纹状金属箔片。

优选地，所述蜂窝芯制作方法还包括以下步骤：

完成涂覆后，对所述蜂窝芯进行真空焊接。

与现有技术相比，本公开的有益效果在于：

1.蜂窝芯制作设备包括成像装置、图像处理装置和控制器，实现了蜂窝芯的自动化生产，减少了人工的参与，降低了人工操作技术要求，提高了蜂窝芯的生产效率；

2.通过成像装置确定金属箔片的待涂覆部位，通过喷嘴在待涂覆部位涂覆结合材料，对于相同规格的金属箔片，只需通过成像装置进行一次定位即可，提高了涂覆效率；

3.本公开的蜂窝芯制作设备和方法制作的蜂窝芯通过波纹状金属箔片叠合的方式形成，蜂窝芯的每个子芯形状规则且均匀，此外，通过改变金属箔片的波纹形状和尺寸，可制作具有不同形状、尺寸的蜂窝芯，通过改变金属箔片的厚度，可制作具有不同壁厚的蜂窝芯，通过改变金属箔片的宽度、长度、封边材料的长度和间距，可以制作具有不同长度、宽度和高度的蜂窝芯；

4.利用金属焊料作为结合材料，不仅解决了金属箔片之间的脱裂问题，提高了金属箔片的结合质量，还减少了结合材料的使用，减轻了蜂窝芯的重量；

5.蜂窝芯具有封边，保证了蜂窝芯具有足够的强度、刚度和良好的外观效果，而且通过封边之间的拼接可制作不同尺寸规格的蜂窝芯；

6.蜂窝芯的封边设置有槽口，使得金属箔片可以顺利插入封边中，通过设计槽口的形状，可以使金属箔片插入槽口之后不易倾斜。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了根据示例性实施例的待制作的蜂窝芯的剖视图；

图2a和图2b分别示出了根据示例性实施例的待制作的蜂窝芯的俯视图和侧视图；

图3示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备的示意图；

图4示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备的局部示意图；

图5示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备的移动装置的示意图；

图6示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作方法的流程图。

主要附图标记说明：

100：六边形子芯；

102：波峰；

104：波谷；

110：带槽封边；

112：槽口；

114：无槽封边；

120：第一可移动部件；

122：喷嘴；

124：相机；

130：第二可移动部件；

132：相机；

140：第三可移动部件；

142：吸嘴；

150：支撑架；

160：横梁；

162：滑动模块；

164：传动轴；

166：齿条。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下，底、顶、前、后、左、右、内、外、横、纵”通常是在本公开提供的蜂窝芯制作设备正常使用的情况下定义的，具体地可参考附图所示的图面方向。

图1示出了根据示例性实施例的待制作的蜂窝芯的剖视图，图2a和图2b分别示出了根据示例性实施例的待制作的蜂窝芯的俯视图和侧视图。如附图所示，根据示例性实施例的蜂窝芯包括三部分，即多个六边形子芯100、无槽封边114和带槽封边110。其中六边形子芯100是由包括波峰102和波谷104的波纹状金属箔片结合而成，两条相对的无槽封边114和两条相对的带槽封边110包围六边形子芯100。

带槽封边110上平行且等间距地设置至少一个槽口112，金属箔片可插入槽口112中进行固定。作为优选方案，槽口112整体可近似于y字型，槽口的上半部分呈v字型，下半部分呈u字型，以便于金属箔片插入，而且插入槽口112之后不易倾斜。更为优选地，y字型槽口112下部的竖直部分宽度可为金属箔片厚度的2.2～6倍，一个槽口需要放置两条金属箔片和结合材料。

可以通过改变金属箔片的厚度、宽度、压制模具，制作具有不同壁厚、高度、边长的蜂窝芯。此外，根据示例性实施例的蜂窝芯具有封边，保证了蜂窝芯具有足够的强度、刚度和良好的外观效果。对封边的蜂窝芯进行拼接可制作具有不同规格的蜂窝芯。

在实际生产时，首先根据需求裁剪具有相同长度和宽度的金属箔片，再使用模具将金属箔片压制成具有相同规格的波纹状金属箔片，这里可以根据需求确定蜂窝芯的材质、壁厚、高度、边长和夹角等参数。然后，在波纹状金属箔片的波峰波谷处以及带槽封边的槽口处涂覆金属焊料，并将涂覆了金属焊料的蜂窝芯进行组装。最后对组装好的蜂窝芯进行高温真空焊接，完成蜂窝芯的制造。

根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备用于在波纹状金属箔片和封边上涂覆以金属焊料为例的结合材料，并组装蜂窝芯。以下详细描述根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备。

图3示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备的示意图，图4示出了根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备的局部示意图，根据示例性实施例的蜂窝芯制作设备包括：支撑架150、移动装置、涂覆装置、成像装置、吸附装置、图像处理装置和控制器。

支撑架150用于支撑蜂窝芯。

移动装置包括相对于支撑架150固定的传动部件和设置于传动部件的第一可移动部件120、第二可移动部件130和第三可移动部件140，第一可移动部件120、第二可移动部件130和第三可移动部件140能够相对于传动部件沿横向和纵向移动。在图3和图4中，横向是指沿纸面所示的左右方向，纵向是指沿纸面所示的上下方向。

在一个示例中，传动部件包括平行设置的传动轴164和齿条166(见图5)。平行设置的三根横梁160跨于传动轴164和齿条166之间，横梁160可沿传动轴164和齿条166横向移动。优选地，横梁160可通过滑动模块162跨于传动轴164和齿条166之间。第一可移动部件120、第二可移动部件130和第三可移动部件140分别设置于三根横梁160上，且均可沿横梁160纵向移动，其中第三可移动部件140可为u型连接件，能够设置两个吸嘴142。通过这种设置，可以实现第一可移动部件120、第二可移动部件130和第三可移动部件140相对于支撑架150的横向和纵向移动，从而能够到达支撑架150的任意位置。

涂覆装置包括设置于第一可移动部件120上的喷嘴122，喷嘴122用于在金属箔片上涂覆结合材料，在示例性实施例中，结合材料是金属焊料。

成像装置包括设置于第一可移动部件上的第一成像器件和设置于第二可移动部件上的第二成像器件。第一成像器件用于对金属箔片进行成像，特别是对金属箔片的波峰102和波谷104进行成像，第二成像器件用于对带槽封边110进行成像。第一成像器件和第二成像器件可以是成像传感器、照相机、摄像机等。在实施例中，第一成像器件是相机124，第二成像器件是相机132。

吸附装置包括设置于第三可移动部件上的吸嘴142，吸嘴142用于吸附金属箔片，以将金属箔片移动和放置在指定位置。

图像处理装置用于接收并处理第一成像器件和第二成像器件拍摄的图像，特别地，其能够接收第一成像器件和第二成像器件拍摄的图像，并根据预定算法计算金属箔片的波峰102和波谷104的坐标以及带槽封边110的槽口112的坐标。

控制器用于控制第一可移动部件120、第二可移动部件130和第三可移动部件140相对于传动部件的移动。

特别地，控制器通过控制第一可移动部件120、第二可移动部件130相对于传动部件的移动，从而将第一成像器件、第二成像器件带动到指定位置，以便对带槽封边110和金属箔片进行成像。

控制器还可以基于图像处理装置的处理结果控制第一可移动部件120、第三可移动部件140相对于传动部件的移动，从而将喷嘴122和吸嘴142带动到指定位置，以便涂覆结合材料或吸附金属箔片。具体来说，控制器可以基于图像处理装置的处理结果，即获得的金属箔片的波峰102和波谷104的坐标以及槽口112的坐标，控制第一可移动部件120的移动，从而带动喷嘴122到达波峰波谷处以及槽口处，在这些位置涂覆结合材料。控制器还可以基于图像处理装置的处理结果，即获得的槽口112的坐标，控制第三可移动部件140的运动，从而带动吸嘴142到达指定位置，吸附金属箔片并将金属箔片插入带槽封边的槽口中。

第一可移动部件、第二可移动部件、第三可移动部件的运动是彼此独立的。

根据示例性实施例的蜂窝芯制作方法包括以下步骤：

步骤1：拍摄蜂窝芯的带槽封边的图像ic，对图像ic进行处理，获得带槽封边的每个槽口的世界坐标pc，从而在每个槽口处涂覆结合材料。

拍摄时，可通过第二可移动部件130带动第二成像器件相对于支撑架150移动，从而拍摄带槽封边110的图像ic。通过对图像ic进行处理，可以获得带槽封边的每个槽口112的世界坐标pc，从而可通过喷嘴122在带槽封边的每个槽口112处涂覆结合材料，使得带槽封边110可以与金属箔片结合在一起。

步骤2：将一条波纹状金属箔片插入带槽封边最后端的槽口中

在步骤1中已经确定了每个槽口112的位置，可通过吸嘴142吸附一条波纹状金属箔片，并将其插入带槽封边110最后端(图4中的最右端)的槽口中。

步骤3：拍摄所述金属箔片的图像ij，对图像ij进行处理，获得金属箔片的波峰世界坐标pf和波谷世界坐标pg

通过第一成像器件拍摄带槽封边110最后端的槽口中的金属箔片的图像ij，通过图像处理装置对图像ij进行处理，可以得到该条金属箔片的每个波峰的世界坐标pf和每个波谷的世界坐标pg。

步骤4：在金属箔片的波峰和/或波谷上涂覆结合材料

根据步骤3获得的金属箔片的波峰位置pf和波谷位置pg，可由喷嘴122在该条金属箔片的波峰和/或波谷处涂覆结合材料。根据实际需要，可以仅在金属箔片的波峰或波谷处涂覆结合材料，以节约耗材，降低蜂窝芯的重量，或者也可以在金属箔片的波峰和波谷处均涂覆结合材料，以提高结合强度。

步骤5：将涂覆过的金属箔片插入带槽封边最前端的槽口中

根据在步骤1中确定的槽口的位置，通过吸嘴142吸附涂覆过的金属箔片，将其移动并插入到带槽封边110最前端(图4中的最左端)的槽口中。

步骤6：依次重复以上步骤2和步骤4，并将涂覆过的金属箔片按照从前端到后端的顺序依次插入带槽封边的槽口中，每个槽口中插入两条金属箔片。

由于每条金属箔片的规格都是相同的，每条金属箔片的波峰和波谷位置相同或者相反(即前一条金属箔片的波峰对应于后一条金属箔片的波谷)，因此只需要将待涂覆的金属箔片依次放置在带槽封边110的最后端的槽口中，根据第一次确定的波峰位置和/或波谷位置在金属箔片上进行涂覆即可。完成涂覆的金属箔片沿着带槽封边按照从前端向后端的顺序依次插入带槽封边的槽口中，每个槽口中插入两条金属箔片。

作为优选方案，如果在之前的步骤中仅在金属箔片的波峰或波谷处涂覆结合材料，那么可以继续执行以下步骤：

步骤7：在最前端和最后端的金属箔片上朝向蜂窝芯外侧的波峰或波谷处涂覆结合材料，然后分别在最前端的金属箔片的前方和最后端的金属箔片的后方设置无槽封边114，以便分别与最前端和最后端的金属箔片结合。

最后，所有的金属箔片及无槽封边组装、涂覆完成后，可以轻轻向蜂窝芯中心挤压无槽封边114，使得金属箔片间充分接触，然后进行高温真空焊接。

作为优选方案，带槽封边110的槽口112近似于y字型，以便于金属箔片插入。y字型槽口112的上半部分呈v字型，下半部分呈u字型，u字型下半部分具有左边缘和右边缘。

优选地，将金属箔片插入槽口112中时，吸嘴122吸附金属箔片在槽口112的u字型下半部分的左边缘和右边缘处将金属箔片插入槽口112。以下详细描述成像处理装置对第二成像器件122拍摄的带槽封边的图像ic进行处理，确定带槽封边的每个槽口的u字型下半部分的左边缘和右边缘的世界坐标的方法，其包括以下步骤：

步骤110：对带槽封边的图像ic进行滤波去噪；

步骤120：对滤波去噪后的图像进行二值化处理，得到二值化图像；

步骤130：对二值化图像进行线段检测；

步骤140：提取检测到的每条线段的端点坐标；

步骤150：根据端点坐标识别所有的平行线段；

步骤160：分别计算相邻平行线段之间的距离；

步骤170：根据平行线段的端点坐标和相邻平行线段之间的距离分别确定距离每个槽口的中心最近的两条平行线段的坐标，即每个槽口的下半部分u字型的左边缘和右边缘的坐标；

通过步骤150，可以识别出多组平行线段，每组平行线段包括四条平行线段，分别是上半部分v字型的左边缘和右边缘以及下半部分u字型的左边缘和右边缘。每组平行线段中，最短距离的两条线段的中心即为槽口的中心。

在本步骤中，根据平行线段的端点坐标和相邻平行线段之间的距离，就可以确定距离槽口的中心最近的两条平行线段的坐标，即槽口的下半部分u字型的左边缘和右边缘的坐标。

步骤180：将所述左边缘和右边缘的坐标转换为左边缘和右边缘的世界坐标；

在此步骤中，如果成像器件是相机，则根据相机标定参数将上述左边缘和右边缘的坐标转换为左边缘和右边缘的世界坐标。

左边缘和右边缘的世界坐标是绝对坐标。左边缘和右边缘的世界坐标被传输至控制器，控制器通过左边缘和右边缘的世界坐标控制第三可移动部件140运动，从而带动吸嘴142分别在每个槽口的u字型下半部分的左边缘和右边缘处插入金属箔片。

作为优选方案，成像处理装置对第一成像器件拍摄的金属箔片图像ij进行处理，确定金属箔片的波峰和波谷的世界坐标，其包括以下步骤：

步骤310：对金属箔片图像ij进行滤波去噪；

步骤320：对滤波去噪后的图像进行二值化处理，得到二值化图像；

步骤330：对二值化图像进行线段检测；

步骤340：分别提取检测到的每条线段的端点坐标；

步骤350：根据端点坐标确定金属箔片的波峰和波谷坐标；

步骤360：将波峰和波谷坐标转换为波峰和波谷的世界坐标。在此，如果成像器件是相机，则根据相机标定参数将波峰和波谷坐标转换为波峰和波谷世界坐标。

金属箔片的波峰和波谷的世界坐标是绝对坐标，波峰和波谷的世界坐标被传输至控制器，控制器根据涂覆需求控制第一可移动部件移动，从而带动喷嘴移动到金属箔片的波峰、波谷处，在波峰、波谷处涂覆结合材料。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。