[發(fā)明專利]一種纖維鋪放張力控制系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410609019.6
• 申請日: 2014-11-03
• 公開（公告）號: CN104444597A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 祝龍云
• 申請（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江奧立特機(jī)械制造有限公司
• 主分類號: B65H59/40
• 分類號: B65H59/40
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 陳偉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維的成套制造設(shè)備領(lǐng)域，特別是指一種纖維鋪放張力控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在復(fù)合材料的成型工藝中，纖維纏繞成型工藝是指采用連續(xù)纖維在浸漬樹脂粘合劑后，在張力的作用下按照一定的線型有規(guī)律的排布在芯模上，然后通過加熱是粘合劑固化而制成一定形狀的工藝方法。纖維鋪放技術(shù)全稱是自動絲束鋪放成型技術(shù)，也稱自動鋪絲技術(shù)(Automatic?Fiber?Placement,AFP)。該技術(shù)是20世紀(jì)70年代作為纖維纏繞和自動鋪帶技術(shù)的改革而發(fā)展起來的全自動復(fù)合材料加工技術(shù)，也是近年來發(fā)展最快效率最高的復(fù)合材料自動化成型制造技術(shù)之一。纖維鋪放技術(shù)既可以鋪凸面也可以鋪凹面，還可以鋪放復(fù)雜的雙曲率構(gòu)件，并具有在鋪層時切割絲束的功能，可以滿足對鋪層驚醒剪裁以適應(yīng)局部加厚，鋪層遞降和開口鋪層的需要，因此相比纖維纏繞技術(shù)和自動鋪帶技術(shù)具有更廣泛的應(yīng)用價值。在復(fù)合材料的成型工藝中，合理的控制張力可以提高纖維的工作應(yīng)力，充分發(fā)揮纖維材料的高強(qiáng)特效^[2]。復(fù)合材料制品的最終性能與其生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)密切相關(guān)。在鋪放發(fā)動機(jī)殼體、壓力容器時，鋪放張力的大小，各束纖維間的張力的均勻性及各鋪放層間纖維張力的量級變化對制品強(qiáng)度影響極大。研究證明，張力選擇不當(dāng)或張力不穩(wěn)定，可使纖維纏繞制品的強(qiáng)度損失20～30％。可見，性能優(yōu)良的纖維鋪放機(jī)必須配上準(zhǔn)確控制張力的張力控制器，才能對系統(tǒng)的高效可靠提供保障。為了滿足高品質(zhì)纖維制品的生產(chǎn)要求，就纖維鋪放過程中恒定張力的控制方法進(jìn)行了研究。因此，開發(fā)一種新的控制系統(tǒng)解決上述技術(shù)問題在本領(lǐng)域內(nèi)具有重大的意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明提供一種纖維鋪放張力控制系統(tǒng)，為了適應(yīng)智能化控制的發(fā)展方，使控制系統(tǒng)向一體化方向發(fā)展，方便進(jìn)行復(fù)合材料制品的質(zhì)量跟蹤，提高纖維產(chǎn)品質(zhì)量，張力控制系統(tǒng)將直接采用張力傳感器實時監(jiān)測張力，以直流力矩電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，利用直流力矩電機(jī)工作時提供的阻力矩恒定纏繞纖維上的張力，通過AT89C52微處理器控制直流力矩電機(jī)轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到控制張力的目的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的一種纖維鋪放張力控制系統(tǒng)，采用如下技術(shù)方案，該系統(tǒng)包括：

上位機(jī)，完成設(shè)定值的輸入、數(shù)據(jù)處理和主控功能，作為整個張力控制系統(tǒng)的運算和控制中心；

控制器，用來給力矩電動機(jī)發(fā)運動指令；

A/D轉(zhuǎn)換器，完成模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；

D/A轉(zhuǎn)換器，完成數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬信號；

功放器，將電壓信號進(jìn)行放大后制動直流力矩電機(jī)；

力矩電機(jī)，為控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

絲卷，被控制執(zhí)行的對象；

張力傳感器，實時監(jiān)測并顯示纖維絲上的張力；

放大器；用于張力信號的放大和傳輸；

其中的上位機(jī)與控制器相連，控制器與D/A轉(zhuǎn)換器相連，D/A轉(zhuǎn)換器與功放器相連，功放器與力矩電機(jī)相連，力矩電機(jī)與絲卷相連；張力傳感器與放大器相連，放大器與A/D轉(zhuǎn)換器相連，A/D轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)相連。

對于本技術(shù)方案的進(jìn)一步的改進(jìn)，所述上位機(jī)選用AT89C52作為系統(tǒng)的處理器；

對于本技術(shù)方案的進(jìn)一步的改進(jìn)，A/D轉(zhuǎn)換器選用AD1674作為核心裝置，D/A轉(zhuǎn)換器采用8位的DAC0832作為核心裝置；

對于本技術(shù)方案的進(jìn)一步的改進(jìn)，張力傳感器直接采用電阻應(yīng)變絲、片來測定對象的應(yīng)變和應(yīng)力；

本發(fā)明的設(shè)備的工作原理主要在于：整套張力控制系統(tǒng)實行的是閉環(huán)反饋控制。系統(tǒng)運行時，首先通過張力傳感器實時監(jiān)測并顯示纖維線繩上的張力，然后再通過控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)直流力矩電機(jī)的阻力矩來穩(wěn)定纖維線繩上的張力，達(dá)到恒定張力，提高纖維復(fù)合材料質(zhì)量的目的。在鋪放過程中共，系統(tǒng)隨時監(jiān)測纖維絲上的張力大小，經(jīng)過CPU與設(shè)定值進(jìn)行比較計算后，由D/A，數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出模擬控制電壓信號，再由功率放大器放大后制動直流力矩電機(jī)，讓其恒定運轉(zhuǎn)，提供恒定的阻力距，從而穩(wěn)定纖維絲上的張力大小以控制張力。