本发明专利技术公开了一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置及控制方法，纤维丝束料盘安装在放卷机构上，通过力矩电机驱动旋转放卷，依次经过张力调节辊、光学位置检测装置、伺服电机驱动的导丝摆轮机构等，可以实现纤维束传输过程中张力和传输路径的实时调控。其中，纤维丝束张力控制方法采用力矩电机与传感器配合的闭环柔顺控制策略，传输路径的控制通过伺服电机实现导丝机构对纤维摆角的精确跟随。本分明涉及到的各机构均安装在固定基板上，各机构的相对位置可根据实际工况进行调整，且控制原理简单、精度高，有效抑制了丝束在传输过程中因张力波动、横向摆动导致的扭曲等缺陷的形成，提高了纤维丝束的传输导向效率。提高了纤维丝束的传输导向效率。提高了纤维丝束的传输导向效率。
【技术实现步骤摘要】
一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置及控制方法
[0001]本专利技术涉及连续纤维复合材料成型
，具体来说，是一种用于纤维束螺旋放卷张紧、导向的主动调节装置及控制方法。
技术介绍
[0002]具有一定宽度的连续纤维预浸丝束出于节省空间的需求往往采用螺旋缠绕的方式储存在料盘上，放卷时丝束离开料盘的位置沿轴向分布，表现为丝束在空间内沿宽度方向横向摆动，极易造成丝束边缘与传送机构发生干涉、挤压，引起褶皱、扭曲等缺陷，降低了复合材料结构件的成型质量。
[0003]现有的纤维束导向装置大多基于抑制张力波动的要求通过引入柔性元件对纤维传输机构进行设计，即通过改变丝束传输辊轮的位置实现缓冲作用，例如采用舞蹈辊或摆杆对丝束的张力进行被动调节，调节范围窄，精度不高；且忽略了沿宽度方向的丝束运动对传输质量的影响，缺乏相应的调控机构与可靠的实时控制方法抑制丝束从放卷到最终成型之间传输过程中缺陷的形成。
[0004]因此，针对以上研究现状的短板和空白，设计一种适用于纤维束螺旋放卷过程中张紧、导向的集成装置及其相应的实时控制方法是克服现有技术问题的亟需。
技术实现思路
[0005]为了解决上述纤维束螺旋放卷时张力调控与传输导向的控制问题，本专利技术提出了一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置及控制方法，分别采用力矩电机和伺服电机对张紧、导向机构进行实时调控，实现了纤维束高效、高质量传输。
[0006]本专利技术一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，包括固定基板以及固定基板上安装的放卷机构、收膜机构、张力调节机构、摆角检测机构、导丝摆角调节机构及导丝转向机构。
[0007]所放卷机构实现纤维丝束的螺旋放卷；收膜机构用于实现隔离膜的同步收集。
[0008]张力调节机构具有左右方向设置的导轨以及导轨滑块上安装的张力调节辊。同时滑块通过弹簧连接导轨一侧固定安装的拉压传感器；纤维丝束从纤维料盘上螺旋放卷，在张力调节辊上往复摆动，纤维丝束的张力转换为弹簧的拉力，通过拉压传感器读取，作为张力控制系统的输入。
[0009]摆角检测机构具有激光发射器与激光接收器，对经过两者间区域的纤维丝束的位置进行测量。
[0010]导丝摆角调节机构对纤维丝束传输路径进行调整，为由电机驱动可绕电机输出轴水平方向摆动的旋转摆轮与固定摆轮。其中固定摆轮电机输出轴轴线自转，旋转摆轮绕电机输出轴线公转；纤维丝束经过摆角检测机构后依次经过旋转摆轮与固定摆轮，进入导丝转向机构。
[0011]本专利技术连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置的控制方法，包括纤维丝束放卷
张力控制、隔离膜收集张力控制及纤维丝束传输路径控制，具体为：
[0012]纤维丝束放卷张力控制：
[0013]采用被动调节和主动调节相结合的控制方式；放卷机构的放卷力矩由力矩电机控制，通过控制电流大小实现放卷力矩的调控。当纤维丝束在传输过程中发生张力波动时，由弹簧进行被动调节，当张力的变化导致张力调节辊的位置发生变化时，通过弹簧对这一过程产生抑制作用，避免张力发生突变。进一步，弹簧的状态变化会导致拉压传感器检测到的力信号发生变化，通过张力控制系统对力信号进行处理，并将指令信号传输给力矩电机，力矩电机随即对输出力矩进行调节。
[0014]隔离膜收集张力控制：
[0015]通过对调整螺母在收膜辊连接轴的位置进行调整，弹簧的压缩状态随之变化，进而改变了同步带轮与调整螺母间的摩擦力，使得两者之间发生打滑，实现了收膜机构与放卷机构转速不同、线速度相同，保证隔离膜的同步、恒张力收集。
[0016]纤维丝束传输路径控制：
[0017]摆角检测机构对纤维丝束实时位置进行检测，同时由丝束摆角控制系统根据纤维丝束的位置信号计算得到纤维丝束路径的实时摆角，进而控制电机驱动两摆轮摆动，使得两摆轮组成的传输路径与纤维丝束摆角相符，实现纤维丝束沿摆轮的走线槽中心传输。
[0018]本专利技术的优点在于：
[0019]1、本专利技术可以实现连续纤维预浸丝束从放卷、收膜到张紧、导向等一系列流程，装置集成度高，结构紧凑，可在不同成型设备上兼容使用，且多个装置组合可实现多丝束同步放卷、传输；
[0020]2、本专利技术采用拉压传感器与力矩电机配合，通过对丝束张力的实时检测及力矩电机扭矩的调控，构建基于智能算法优化的闭环柔顺控制策略，实现传输张力的精准控制，使得丝束传输全过程保持张紧状态，减小张力波动；
[0021]3、本专利技术构建收膜机构与放卷机构的差速传动机制，实现两者转速比随卷径变化而不断调节，保证隔离膜随放卷过程的恒张力收集。
[0022]4、本专利技术引入光学传感器对丝束摆动位置进行检测，伺服电机调整摆轮位置和角度对丝束传输路径进行调节，避免螺旋放卷的丝束与导向轮干涉导致褶皱、扭曲等缺陷，提高了丝束的传输效率。
附图说明
[0023]图1是本专利技术连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置主视图；
[0024]图2是本专利技术连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置俯视图；
[0025]图3是本专利技术连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置轴测图；
[0026]图4是在纤维丝束传输过程中应用本专利技术装置进行主被动张力调节控制下张力波动曲线图；
[0027]图5是当纤维丝束位于摆轮下方时，本专利技术装置进行摆角调节方式示意图；
[0028]图6是当纤维丝束位于摆轮上方时，本专利技术装置进行摆角调节方式示意图。
[0029]图中：
[0030]1‑
纤维丝束
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隔离膜
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固定基板
[0031]4‑
放卷机构
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401
‑
力矩电机
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402
‑
联轴器
[0032]403
‑
同步带轮
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404
‑
固定法兰
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405
‑
机械胀轴
[0033]406
‑
料盘
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收膜机构
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501
‑
收膜辊
[0034]502
‑
收膜辊连接轴
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503
‑
调整螺母
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504
‑
同步带轮
[0035]505
‑
环形同步带
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506
‑
弹簧
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507
‑
固定端盖
[0036]6‑
张力调节机构
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：包括固定基板以及固定基板上安装的放卷机构、收膜机构、张力调节机构、摆角检测机构、导丝摆角调节机构及导丝转向机构；所放卷机构实现纤维丝束的螺旋放卷；收膜机构用于实现隔离膜的同步收集；张力调节机构具有左右方向设置的导轨以及导轨滑块上安装的张力调节辊；同时滑块通过弹簧连接导轨一侧固定安装的拉压传感器；纤维丝束从纤维料盘上螺旋放卷，在张力调节辊上往复摆动，纤维丝束的张力转换为弹簧的拉力，通过拉压传感器读取，作为张力控制系统的输入；摆角检测机构具有激光发射器与激光接收器，对经过两者间区域的纤维丝束的位置进行测量；导丝摆角调节机构对纤维丝束传输路径进行调整，为由电机驱动可绕电机输出轴水平方向摆动的旋转摆轮与固定摆轮；其中固定摆轮电机输出轴轴线自转，旋转摆轮绕电机输出轴线公转；纤维丝束经过摆角检测机构后依次经过旋转摆轮与固定摆轮，进入导丝转向机构。2.如权利要求1所述一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：放卷机构中机械胀轴末端与收膜机构中收膜辊末端的连接轴间安装同步带轮，带轮间套接传动皮带实现传动；同时收膜辊末端的连接轴还套有弹簧，弹簧两端与同步带轮和挡片接触轴向定位；进一步连接轴上螺纹安装有调整螺母；通过旋转调整螺母调节弹簧压缩程度，进而调整同步带轮与调整螺母之间的摩擦力，改变连接轴与机械胀轴的随动状态。3.如权利要求1所述一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：摆角检测机构中激光发射器与接收器安装于滑轨基座上；其中激光发射机与导轨基座固连，接收器滑动安装于导轨基座的导轨上，使接收器与激光发射器间的检测区域宽度可调。4.如权利要求1所述一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：导丝摆角调节机构中，伺服电机通过电机支架安装于固定基板上，驱动电机输出轴竖直设置，轴上安装转轴；转轴两侧设计有L形支撑板，两支撑板间安装有等齿轮且轴线位于同一水平面上的固定摆轮和旋转摆轮。5.如权利要求1所述一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：导丝转向机构为由安装于轮架上的导丝转向轮；纤维丝束经摆角调节机构导向后，由固定摆轮向导丝转向轮沿竖直方向传输。6.如权利要求1所述一种连续纤维束螺旋放卷张紧、导向集成装置，其特征在于：固定基板纵向设置，放卷机构位于固定基板左侧，收膜机构位于放卷机构右侧；张力调节机构位于放卷机构与收膜机构上方，且张力调节辊位置靠近放卷机构；摆角检测机构位于张力调节机构右侧；导丝摆角调节机...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，衣明辉，张武翔，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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