[發明專利]一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法

有效

• 申請號: 202011047133.6
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112297282B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 單忠德;郭子桐;戰麗;李思源;劉云志;劉陽;李軍
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: B29B11/04
• 分類號: B29B11/04;B29C65/62
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1，將碳纖維預制體工件放置于工作臺(1)上，工作臺上有工件夾持裝置(9)保證工件工作時的穩定，啟動紗線輥升降機構(8)，將紗線(2)升至預制體陣列鋼針(11)第一排處；

步驟2，工業相機(4)通過視覺定位，指導機械臂(3)，夾持替換陣列鋼針的替紗鉤針(10)定位到第一排第一根陣列鋼針軸向延長線上，沿陣列鋼針軸向移動，陣列鋼針在軸向推力作用下移出預制體工件，通過陣列鋼針夾持機構(5)，將陣列鋼針從預制體工件中拔出，完成替紗鉤針對陣列鋼針的替換；

步驟3，替紗鉤針鉤取住步驟1中預留好的紗線(2)，在機械臂的作用下原路返回形成線環(12)；然后將替紗鉤針向前移動至與線環脫離，并用機械臂沿X方向移開，保證替紗鉤針前端與預制體的初始距離不變；

步驟4，啟動紗線線環成形機構(6)，將鉤取紗線環的鉤針移動到線環處，鉤取紗線，將線環開口增大，金屬棒輸送機構(7)，將攜帶紗線的金屬棒(13)輸送到線環處；

步驟5，將替紗鉤針再次移動至同一排相鄰導向陣列處，重復步驟3和步驟4；

步驟6，金屬棒穿過第一排線環后，將金屬棒從線環處拔出，紗線留在線環處；

步驟7，重復上述步驟1至步驟5，完成對預制體工件Z向纖維的植入。

2.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，所述機械臂(3)形成線環后令其沿Y方向向上移動，保證與紗線線環成形機構(6)和金屬棒輸送機構(7)在運動過程中不發生干涉。

3.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，所述紗線線環成形機構(6)和金屬棒輸送機構(7)設計在工件兩側，且上下交錯向線環方向移動，不會發生干涉。

4.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，所述機械臂夾持替紗鉤針通過視覺定位及機械臂坐標相對變換，將替紗鉤針精準定位到陣列鋼針軸向延長線上，具體表現為通過對陣列鋼針圖像做基于直方圖的灰度處理和濾波處理，利用Hough變換對圓柱形陣列鋼針檢測識別，然后根據相機圖像像素坐標與世界坐標的對應關系求取目標實際位姿，最后得到機械臂末端夾持替紗鉤針的坐標系相對于機械臂基坐標系的位姿實現替紗鉤針的精確定位。

5.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，預制體一側每成形一個線環，都會由金屬棒穿過，且金屬棒與線環之間不發生干涉。

6.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，可將直徑1.2mm的替紗鉤針(10)精準定位到陣列鋼針同軸處，陣列鋼針最小直徑為1.2mm，中心間距為2.4mm。

7.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，本次設計采用的是單目視覺定位，也可用雙目、多目視覺定位，增加定位處理速度。

8.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，預制體一側陣列鋼針由于伸出預制體較長，多呈發散狀態，因此需要視覺定位來確定替紗鉤針的位姿，預制體另一側陣列鋼針伸出預制體較短，坐標位置固定，因此陣列鋼針夾持機構通過控制移動模組便可完成該側陣列鋼針的拔出。

9.根據權利要求1所述一種復合材料預制體Z向纖維自動化植入方法，其特征在于，所述紗線輥升降機構(8)，兩個紗線輥內部分別設計有扭矩彈簧，紗線固定在扭矩彈簧上，保證紗線架上的紗線處于張緊狀態，不會與其他陣列鋼針發生干涉。