[發明專利]一種Z?PIN插針控制系統及插補方法

在審

• 申請號: 201711365191.1
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN107908151A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 謝瑋;葉選新;呂曉敏;金同興;馬家辰;黃勝輝
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G05B19/4103
• 分類號: G05B19/4103
• 代理公司: 威海科星專利事務所37202
• 代理人: 于濤

技術領域

本發明涉及復合材料Z-PIN增強技術領域，尤其涉及一種用于在生產Z-PIN增強復合材料中進行Z-PIN預植入的Z-PIN插針控制系統及插補方法。

背景技術

近年來，先進復合材料憑借其優異的力學性能、結構高度可設計性等突出優點，廣泛的應用于各種軍用、民用領域。

層合板作為纖維增強復合材料的基本結構形式，面內機械性能優越，但是層合結構形式使得它層間強度及層間的斷裂韌性較弱，在低能量沖擊下容易產生分層，這一點嚴重限制其在工程上的應用。目前，有一種提高層間性能的方法為Z-PIN增強技術，如圖1所示，即將針狀細桿Z-PIN植入到未固化的層合構件形成三維增強，從而提高其層間抗破壞能力。

當前國內先進復合材料的發展，特別是Z-PIN增強復合材料還停留在實驗室測試研究階段，對Z-PIN生產設備的研究較少，也缺乏相應的生產設備，基本上手工預植入Z-PIN的占主流。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提出了一種Z-PIN插針控制系統及插補方法，以便能夠有效提高插針效率，節省金錢及人力成本。

為了實現上述目的，本發明的一方面提出了一種Z-PIN插針控制系統，包括中心控制單元，所述中心控制單元分別與RS232接口單元、第一電機控制單元、第二電機控制單元、第三電機控制單元以及第四電機控制單元相連接，所述Z-PIN插針控制系統還包括電源單元，所述電源單元為所述中心控制單元、RS232接口單元、第一電機控制單元、第二電機控制單元、第三電機控制單元以及第四電機控制單元供電；其中所述第一電機控制單元用于控制第一電機，使得插針能沿X軸移動，第二電機控制單元用于控制第二電機，使得插針能沿Y軸移動，第三電機控制單元用于控制第三電機，使得插針能沿Z軸移動，第四電機控制單元用于控制第四電機，使得插針能繞Z軸做旋轉運動；所述第一電機控制單元、第二電機控制單元、第三電機控制單元以及第四電機控制單元的結構相同，均包括電機A相和B相反饋脈沖單元、電機使能與中斷控制單元、原點與接近信號反饋單元以及電機動作控制單元。

優選的是，所述中心控制單元采用型號為TCA-4CE6-22的FPGA最小系統開發板。

優選的是，所述電機A相和B相反饋脈沖單元的電路結構如下，第一連接端(PA_neg)以及第二連接端(PA_pos)用于外接電機驅動器，所述第一連接端(PA_neg)以及第二連接端(PA_pos)分別連接至第一MAX485接口芯片(U2)的7引腳以及6引腳，所述第一MAX485接口芯片(U2)的2～5引腳均接地，所述第一MAX485接口芯片(U2)的8引腳接VCC_5V電壓，其1引腳接至型號為HCPL2630的第一光電耦合器(ISO1)的2引腳，所述第一光電耦合器(ISO1)的1引腳經第六電阻(R6)接VCC_5V電壓，所述第一光電耦合器(ISO1)的5引腳接第一地，其8引腳接VCC_5V電壓，該8引腳還經第九電容(C9)接第一地，所述第一光電耦合器(ISO1)的7引腳接至型號為74LS14的六路施密特觸發反向器(U7)的5引腳，所述第一光電耦合器(ISO1)的7引腳還經第五電阻(R5)接VCC_5V電壓；所述六路施密特觸發反向器(U7)的14引腳接VCC_5V電壓，其7引腳接第一地，所述六路施密特觸發反向器(U7)的6引腳連接至中心控制單元(1)，所述六路施密特觸發反向器(U7)的6引腳向中心控制單元(1)傳輸的是電機A相反饋脈沖信號；第三連接端(PB_neg)以及第四連接端(PB_pos)用于外接電機驅動器，所述第三連接端(PB_neg)以及第四連接端(PB_pos)分別連接至第二MAX485接口芯片(U3)的7引腳以及6引腳，所述第二MAX485接口芯片(U3)的2～5引腳均接地，所述第二MAX485接口芯片(U3)的8引腳接VCC_5V電壓，其1引腳接至第一光電耦合器(ISO1)的3引腳，所述第一光電耦合器(ISO1)的4引腳經第七電阻(R7)接VCC_5V電壓，所述第一光電耦合器(ISO1)的6引腳接至所述六路施密特觸發反向器(U7)的9引腳，所述第一光電耦合器(ISO1)的6引腳還經第八電阻(R8)接VCC_5V電壓；所述六路施密特觸發反向器(U7)的8引腳連接至中心控制單元(1)，所述六路施密特觸發反向器(U7)的8引腳向中心控制單元(1)傳輸的是電機B相反饋脈沖信號；在所述電機A相和B相反饋脈沖單元中，VCC_5V電壓還經并聯的第十電容(C10)以及第十一電容(C11)接地。