一种曲面恒力敲击机及复合材料检测方法与流程

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本发明涉及复合材料检测领域，具体来说，涉及一种曲面恒力敲击机及复合材料检测方法。


背景技术：

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复合材料具有质量轻、高比强度、可设计性强、耐高温和腐蚀等特性而被大量地应用于现代新型飞机。无论是波音公司、空客公司还是国产大飞机，其生产飞机的复合材料用量占比逐步增长，复合材料大规模应用为民机设计、生产以及适航与维修带来了机遇，同时也面临巨大的挑战。复合材料在工艺过程中，由于增强纤维的表面状态、树脂粘度、低分子物含量、线性高聚物向体型高聚物转化的化学反应速度、树脂与纤维的浸渍性、组分材料热膨胀系数的差异以及工艺参数控制的影响等，在复合材料制品中难免会出现气孔、疏松、树脂开裂、分层和脱粘等缺陷。
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以敲击检测为基础的无损检测方法是目前在复合材料结构损伤检测中最常用的一种方法，相对x射线和超声波等其他无损检测方法，该方法具有简单、廉价和快速等优点。通常检测人员利用硬币或机头等工具敲击飞机表面，通过仔细辨别敲击声音的差异来查找损伤缺陷，这种方式严重依赖于操作人员的敲击手法和主观经验判断，检测人员需要经过长期专业的培训方能上岗。从事该项工作的人员也会因为长期的敲击声，对自身听力造成不可逆的损伤。操作人员每次敲击的手法和力度都会不一样，特别是遇到曲面复合材料每次敲击的力度就会产生更大的差别，导致检测结果产生了较大的误差，给飞行安全带来了危害。
[0004]
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

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针对相关技术中的问题，本发明提出一种曲面恒力敲击机及复合材料检测方法，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
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本发明的技术方案是这样实现的：
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一种曲面恒力敲击机，包括敲击机外壳体，所述敲击机外壳体内固定设有支撑钢板，所述支撑钢板上通过弱电缆线连接有激光测距仪，所述敲击机外壳体内位于所述支撑钢板下方设有步进电机，所述步进电机的下方通过缓冲支撑垫固定在所述敲击机外壳体内，所述步进电机上通过所述凸轮连接有敲击杆，所述敲击杆下方设有敲击头。
[0008]
进一步的，所述激光测距仪选用三角法测量类型的激光测距仪。
[0009]
进一步的，所述步进电机选用amam0820普通四相步进电机。
[0010]
进一步的，所述敲击机外壳体的底部对称设有支撑脚。
[0011]
进一步的，还包括齿轮联结器，所述齿轮联结器与所述步进电机连接。
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一种所述曲面恒力敲击机用于复合材料检测方法，包括步骤：
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s1:利用激光测距仪首先测出步进电机到复合材料曲面的距离，并将该距离传递
给单片机控制系统；
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s2:单片机控制系统接收到信息后进行处理，并将计算出的数据传递给步进电机；
[0015]
s3：通过调节步进电机的旋转角速度来实现控制敲击的力度和频率；
[0016]
s4：单片机控制系统系统实时采集和传输复合材料表面振动波形信号，快速检测出复合材料的强度和缺陷。
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本发明提供了一种曲面恒力敲击机，有益效果如下：
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(1)通过在支撑钢板上单片机控制系统通过弱电缆线连接有激光测距仪，敲击机外壳体内位于支撑钢板下方设有步进电机，步进电机的下方通过缓冲支撑垫固定在敲击机外壳体内，步进电机上通过述凸轮连接有敲击杆，敲击杆下方设有敲击头，在使用时，利用激光测距仪首先测出步进电机到复合材料曲面的距离，将该距离传递给单片机控制系统，单片机控制系统将计算出的数据传递给步进电机，通过调节步进电机的旋转角速度来实现控制敲击的力度和频率，实现对复合材料的敲击，这样的装置结构简单，取代了在复合材料表面的人工敲击，保证了每次敲击在曲面上的力度都一样，敲击的频率可以在1～10次/s范围内调节，敲击的力度可以自己设定，而且还可以方便携带和随时使用，且无噪音。
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(2)激光测距仪选用三角法测量类型的激光测距仪，该类型的激光测距仪具有直线性好，发散角小、能量集中的特点，能用于非常近距离测量，测量距离通常在几十毫米，测量精度可以达到微米级，测量时间非常短。
[0020]
(3)步进电机选用am0820普通四相步进电机，其工作性质稳定，工作时不会对敲击声产生干扰噪声
[0021]
(4)在敲击机外壳体的底部对称设有支撑脚，对敲击机外壳体起到支撑的作用。
[0022]
(5)曲面恒力敲击机的外壳体可以由尼龙、有机玻璃、钢、铜等制成，成本易得，价格便宜。
附图说明
[0023]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]
图1是根据本发明实施例的一种曲面恒力敲击机的结构示意图。
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图中：
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1、敲击机外壳体；2、支撑钢板；3、弱电缆线；4、激光测距仪；5、步进电机；6、缓冲支撑垫；7、敲击杆；8、敲击头；9、支撑脚；10、凸轮、11、齿轮联结器、12、单片机控制系统。
具体实施方式
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下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
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下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做出进一步的描述：
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实施例一：
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请参阅图1，根据本发明实施例的一种曲面恒力敲击机，包括敲击机外壳体1、单片机控制系统，所述敲击机外壳体1内固定设有支撑钢板2，所述支撑钢板2上单片机控制系统12通过弱电缆线3连接有激光测距仪4，所述敲击机外壳体1内位于所述支撑钢板2下方设有步进电机5，所述步进电机5的下方通过缓冲支撑垫6固定在所述敲击机外壳体1内，所述步进电机5上通过所述凸轮10连接有敲击杆7，所述敲击杆7下方设有敲击头8。
[0031]
进一步，还包括齿轮联结器11将步进电机的旋转角速度转变到敲击杆上，使敲击杆在复合材料的法线上产生敲击力。
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通过本发明的上述方案，通过在敲击机外壳体1内固定设有支撑钢板2，所述支撑钢板2上通过弱电缆线3连接有激光测距仪4，所述敲击机外壳体1内位于所述支撑钢板2下方设有步进电机5，所述步进电机5的下方通过缓冲支撑垫6固定在所述敲击机外壳体1内，所述步进电机5上通过所述凸轮10连接有敲击杆7，所述敲击杆7下方设有敲击头8，在使用时，利用激光测距仪4首先测出步进电机5到复合材料曲面的距离，将该距离传递给单片机控制系统，单片机控制系统将计算出的数据传递给步进电机5，通过调节步进电机5的旋转角速度来实现控制敲击的力度和频率，实现对复合材料的敲击，这样的装置结构简单，取代了在复合材料表面的人工敲击，保证了每次敲击在曲面上的力度都一样，可以方便携带和随时使用，且无噪音。
[0033]
实施例二：
[0034]
如图1所示，根据本发明实施例的一种曲面恒力敲击机，包括敲击机外壳体1，所述敲击机外壳体1内固定设有支撑钢板2，所述支撑钢板2上通过弱电缆线3连接有激光测距仪4，所述敲击机外壳体1内位于所述支撑钢板2下方设有步进电机5，所述步进电机5的下方通过缓冲支撑垫6固定在所述敲击机外壳体1内，所述步进电机5上通过所述凸轮10连接有敲击杆7，所述敲击杆7下方设有敲击头8。
[0035]
其中，所述激光测距仪4选用三角法测量类型的激光测距仪，该类型的激光测距仪具有直线性好，发散角小、能量集中的特点，能用于非常近距离测量，测量距离通常在几十毫米，测量精度可以达到微米级，测量时间非常短。
[0036]
其中，所述步进电机5选用am0820普通四相步进电机，其工作性质稳定，工作时不会对敲击声产生干扰噪声。具体地，步进电机选用l298n专用驱动芯片，利用单片机的p1口低4位实现四相双4拍控制原理控制步进电机上的凸轮控制敲击杆对复合材料进行敲击。
[0037]
单片机控制系统主要选用keil cv2.32单片机系统软件进行程序开发，单片机进行编译仿真后利用at89s52的isp下载功能，将机器代码下载到其自带ram中，系统软件就可将接收到的数据进行处理后，传递到步进电机进行敲击工作。敲击产生的振动信息被采集后，通过信号软件系统处理后就可检测出复合材料的强度和缺陷。齿轮联结器将步进电机的旋转角速度转变到敲击杆上，使敲击杆在复合材料的法线上产生敲击力。
[0038]
其中，所述敲击机外壳体1的底部对称设有支撑脚9，对敲击机外壳体1起到支撑的作用。
[0039]
实施例三
[0040]
一种如权1所述曲面恒力敲击机用于复合材料检测方法，包括步骤：
[0041]
s1:利用激光测距仪首先测出步进电机到复合材料曲面的距离，并将该距离传递
给单片机控制系统；
[0042]
s2:单片机控制系统接收到信息后进行处理，并将计算出的数据传递给步进电机；
[0043]
s3：通过调节步进电机的旋转角速度来实现控制敲击的力度和频率；
[0044]
s4：单片机控制系统系统实时采集和传输复合材料表面振动波形信号，快速检测出复合材料的强度和缺陷。
[0045]
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的工作原理或者操作方式进行详细说明。
[0046]
在实际应用时，在使用时，利用激光测距仪4首先测出步进电机5到复合材料曲面的距离，将该距离传递给单片机控制系统，单片机控制系统将计算出的数据传递给步进电机5，通过调节步进电机5的旋转角速度来实现控制敲击的力度和频率，实现对复合材料的敲击，这样的装置结构简单，取代了在复合材料表面的人工敲击，保证了每次敲击在曲面上的力度都一样，可以方便携带和随时使用，且无噪音。
[0047]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。