CN103774289A - 一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，包括底板，其上设有一个落针孔、一个电机轴孔和三个激光通道小孔；底板下安装有步进电机，其输出端与一转轴相连，转轴穿过电机轴孔露在底板上为竖直设置，两端分别固定有转盘A并在转盘A之间固定有两个转盘B，转盘A均布有多个阶梯孔，转盘B均布有与之数量相同的通孔且中心线一一对应重合，中心线重合的阶梯孔和通孔内设有储针管，其穿过转盘B的通孔两端由转盘A的阶梯孔固定；底板下安装有一导向头，其上设有导向孔，导向孔中心线与底板上落针孔的中心线重合；底板的上面还安装有三台红光十字激光器，其轴线分别与底板激光通道小孔中心线重合。本发明实现了超长穿刺钢针施放的自动化、连续化。

Description

一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置

技术领域

本发明涉及一种三维织物整体穿刺成型的成套加工设备，尤其涉及一种整体穿刺钢针阵列布放装置的超长穿刺钢针的存储及施放装置。

背景技术

三维织物是近40年来发展起来的性能最优的纤维增强结构，主要用于航空、航天、汽车、医疗及新技术领域。整体穿刺技术是三维织物的一种成型技术，整体穿刺的钢针阵列是指将钢针放入穿刺模板数千至数万个精密微小孔中形成的穿刺阵列。

随着科学技术的进步，人们逐步将以往手工操作的流程、工艺与信息、微电子、自动化、精密制造等技术有机结合起来，以提高生产效率、降低劳动强度。与传统的手工操作相比，自动化生产装备具有操作准确，生产效率高，降低劳动强度，节省生产成本的优点。为此，人们研制了各种穿刺设备。

科技论文“立体编制预制体用自动单针插刺机设计”（玻璃纤维2011（3）：18-20）介绍了一种自动单针插刺机用于三维编织预制体成型工艺过程中的单针插刺，实现单针插刺的自动化。该设备与传统手工单针插刺工艺相比，虽然具有单针插刺间距一致性好，生产效率高，劳动强度低等特点，可更好的适应三维编制预制体形状复杂化、大型化趋势要求等优点。但其不足之处在于：不能满足整体穿刺工艺，仅能实现单根钢针对多层碳布的插刺。

专利号为201310228228.1的中国专利文献中公开了一种穿刺钢针阵列布放装置，其布针机构底板上面的一端设有可更换的储针机构，从可更换的储针机构的中插装有一推板，底板的中间部位固定有挡板，挡板上穿过一推杆，推杆的两端与推板和凯夫拉绳连接，推杆上套有弹簧；步进电机驱动绞轮转动，实现推板做直线往复运动；布针机构在水平工作太的带动下使得钢针连续竖直掉落进入穿刺模板微小孔中，形成穿刺钢针阵列。其不足之处在于，推板频繁做往复运动降低了钢针施放的速度及效率。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供了一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，用于三维织物整体穿刺成型钢针阵列的布放装置，将一组超长穿刺钢针逐一高效准确的布放在穿刺模板的数千乃至数万个等距密排的微小孔中。本发明实现了整体穿刺钢针布放的自动化、连续化，提高了超长穿刺钢针阵列布放的效率。

为了解决上述技术问题本发明一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置予以实现的技术方案是：该装置包括底板，所述底板上设有一个落针孔、一个电机轴孔和三个激光通道小孔；所述底板的下面安装有步进电机，所述步进电机的输出端与一转轴相连,所述转轴穿过电机轴孔后露在底板的上面，所述转轴为竖直设置，所述转轴的两端分别固定有转盘A，所述转轴上在位于两个转盘A之间固定有两个转盘B，所述转盘A上均布有多个阶梯孔，所述转盘B上均布有多个通孔，多个阶梯孔和多个通孔的数量一致，且中心线一一对应重合，中心线重合位置的阶梯孔和通孔内设有储针管，装配时，所述储针管穿过两个转盘B上的通孔、所述储针管的两端分别由两个转盘A上的阶梯孔来固定，从而实现储针管的轴向定位；所述底板的下面安装有一导向头，所述导向头上设有导向孔，所述导向孔的中心线与设置在底板上的落针孔的中心线重合；所述底板的上面还安装有三台红光十字激光器，三台红光十字激光器的轴线分别与底板上的三个激光通道小孔的中线线重合。

本发明旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，其中，所述步进电机选用选用KH42HM2B115型，所述红光十字激光器采用远大激光器YD-C650W5-9-22型和AVOIDEXPOSURE LD-G650A23型中的一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明用于碳纤维三维织物整体穿刺钢针阵列布放装置的钢针存储及施放机构，实现整体穿刺超长钢针的自动化、连续化布放。提高超长穿刺钢针的布放速度和布放效率，降低操作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本发明旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置的主视图；

图2是图1所示装置的左视图；

图3是图1所示装置的俯视图；

图4是图1中所示底板的俯视图；

图5-1是图1中所示转盘A的端向视图；

图5-2是图5-1所述转盘A的侧视剖视图；

图6-1是图1中所示转盘B的端向视图；

图6-2是图6-1所述转盘B的侧视剖视图；

图7-1是图1中所示导向头的主视图；

图7-2是图7-1所示导向头的俯视图；

图8-1是图1中所示转轴的主视图；

图8-2是图8-1所示转轴的全剖左视图；

图8-3是图8-1所述转轴的右视图。

图中：1-底板，2-转盘A，3-转盘B，4-转轴，41-轴孔，42-连接孔，43-定位平面，44-顶丝孔，5-储针管，6-红光十字激光器，7-支架，8-超长穿刺钢针，9-导向头，10-步进电机，11-落针孔，12-导向头安装螺纹孔，13-红光十字激光器安装孔，14-电机轴孔，15-阶梯孔，16-通孔，17-长孔，18-导向孔，19-激光通道小孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。

如图4所示，本发明一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，包括底板1，所述底板1上设有一个落针孔11、一个电机轴孔14和三个激光通道小孔19。

如图1、图2和图3所示，所述底板1的下面安装有步进电机10，所述步进电机（10）可以选用KH42HM2B115型步进电机，所述步进电机10的输出端与一转轴4相连,所述转轴4穿过电机轴孔14后露在底板1的上面，所述转轴4为竖直设置，所述转轴4的两端分别固定有转盘A2，所述转轴4上在位于两个转盘A2之间固定有两个转盘B3，如图5-1和图5-2所示，所述转盘A2上均布有多个阶梯孔15，如图6-1和图6-2所示，所述转盘B3上均布有多个通孔16，多个阶梯孔15和多个通孔16的数量一致，且中心线一一对应重合，中心线重合位置的阶梯孔15和通孔16内设有储针管5，装配储针管5时，所述储针管5穿过两个转盘B3上的通孔16、所述储针管5的两端分别由两个转盘A2上的阶梯孔来固定，从而实现储针管5的轴向定位；转盘B3起着穿过储针管5及保证其直线度的作用，两个转盘A2上的阶梯孔用于从上下两个方向固定储针管5，并与转盘B3一起保证储针管5的直线度。

如图1和图2所示，所述底板1的下面安装有一导向头9，其作用在于超长穿刺钢针通过落针孔11继续保持竖直下落状态，使其准确的施放于指定位置。如图7-1和图7-2所示，所述导向头9上设有导向孔18，所述导向孔18的中心线与设置在底板1上的落针孔11的中心线重合，导向头9上设有两个长孔17，用于方便调整安装位置，用螺栓穿过导向头9上的长孔17和底板1上的导向头安装螺纹孔12，调整好位置（即保证所述导向孔18的中心线与设置在底板1上的落针孔11的中心线重合）后拧紧螺母即可。

如图1、图2和图3所示，所述底板1的上面还设有三个红光十字激光器安装孔13，并分别通过三个支架7固定安装有三台红光十字激光器6，三台红光十字激光器6的轴线分别与底板1上的三个激光通道小孔19的中心线重合，所述三个激光通道小孔19的直径与用于盛放竖直落下的超长穿刺钢针的穿刺模板（与本发明配合使用的）等距密排精密微小孔的直径相等，同时，所述三个激光通道小孔19之间的距离分别为穿刺模板等距密排精密微小孔孔间距的整数倍。三台红光十字激光器6位于底板上，三台红光十字激光器6安装位置（也是三个激光通道小孔19的位置）的连线的布局是围绕转轴4的旋转中心、并呈直角三角形分布，利用红光十字激光器6激光直线性好、发散度极小的特点，使红光十字激光器6发出的红色十字激光穿过底板1的激光通道小孔19照射到穿刺模板等距密排精密微小孔中对应的基准孔，通过判断穿过穿刺模板中基准孔的红色十字线中两条直线的长度是否相等来确定激光通道小孔19的轴线与穿刺模板基准孔轴线是否重合及确定穿刺模板每行及每列小孔是否与底板1中的激光通道小通孔的连线是否保持平行或垂直。若三台红光十字激光器6发出的红色十字激光穿过穿刺模板基准孔后的十字线中的两条相互垂直的直线长度相等即可确定落针孔与穿刺模板基准孔的位置关系。因此，本发明中的三台红光十字激光器6用于标定穿刺模板工装中的等距密排小孔的位置，同时检验穿刺模板固定的位置是否保证等距密排小孔每行、每列与水平与竖直布置的红光十字激光器形成的直线重合或平行；本发明中，所述红光十字激光器6可以选用远大激光器YD-C650W5-9-22型和AVOIDEXPOSURE LD-G650A23型中的一种。

本发明中，转轴4的结构如图8-1、图8-2和图8-3所示，转轴4下端的轴头用于安装步进电机10，在该轴头部位设有用于与步进电机10输出端连接的连接孔42和用于定位的顶丝孔44，所述转轴4的另一端设有轴孔41，所述轴孔41是用于减轻转轴4的重量，降低步进电机10的负载，以使步进电机10在频繁启动、停止时更加平稳。在转轴4上分别固定转盘A2和转盘B3的位置处加工出定位平面43，在转盘A2和转盘B3上也分别设有紧定螺栓孔，转盘A2和转盘B3套装在转轴4的相应位置后分别通过紧定螺栓将转盘A2和转盘B3固定在转轴4上。所述步进电机10驱动所述转轴4，转轴4只是在步进电机10的驱动下转动，两个转盘A2安装在转轴4的两端并固定，两个转盘B3均布固定在转轴4的中间，装配时，要求转盘A2和转盘B3的均布孔均分别同轴，图5-1和图6-1中均显示出本发明实施例中是具有20根储针管5穿过转盘B3并被转盘A2的阶梯孔上下固定。如图1和图2所示，超长穿刺钢针8由装填装置或者人工放入储针管5中，将20根超长穿刺钢针分别放入所述储针管5中，通过步进电机10驱动转轴4转动，进而带动转盘A2、转盘B3及储针管5转动，从而实现储针管5中存储的超长穿刺钢针的绕轴转动，当储针管5正好转动到位于底板1上的落针孔11的上方并与落针孔11的中心线重合时，在重力的作用下超长穿刺钢针8通过导向头9落下，从而实现了布针动作，此时，其他的储针管5中的超长穿刺钢针竖直的放置、且针尾处于底板1的平面上，而未处于底板1上落针孔11的上方，即实现了预先布放钢针的存储，以此类推，在转轴4转动过程中，超长穿刺钢针8可以通过底板1上的落针孔11和导向头9上的导向孔18连续掉落，使得超长穿刺钢针8连续并有规律的施放。

使用本发明旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置时，先通过红光十字激光器6确定落针孔11与穿刺模板等距密排精密微小孔中基准孔的位置关系，定位时，打开红光十字激光器6其发出红色十字激光，使其穿过下方放置的穿刺模板等距密排精密微小孔的对应小孔（3个基准孔）。当红色十字激光穿过穿刺模板上对应的基准小孔后，将这三个基准小孔周边的其他小孔遮挡住以免对定位造成干扰，然后对穿刺模板的位置进行微调以保证红光十字激光器6发出的红色十字激光通过底板1的激光通道小孔19及穿刺模板对应的基准小孔后的红色十字的两条直线的距离相等，这样就表明激光通道小孔19与穿刺模板对应基准小孔的中心线重合，进而帮助确定了落针孔11与穿刺模板基准小孔的位置关系，然后将穿刺模板固定。然后，启动步进电机10驱动转轴4转动，带动转盘A2、转盘B3及储针管5转动一定角度后，并停留在恰好使落针孔11位于两个储针管5的中间，接下来，使用超长穿刺钢针装填装置或人工放置的方法将20根超长穿刺钢针8分别通过转盘A2和转盘B3放入储针管5中，完成将超长穿刺钢针8放入储针管5的工作后即可进行钢针的布放。步进电机10驱动转轴4转动，按第一次转动的角度α₁及后续转过的固定角度α转动，依次将超长穿刺钢针8运送至落针孔11的上方，使超长穿刺钢针8在其重力的作用下穿过落针孔11及导向头9的导向孔18竖直下落，从而完成布放。本发明实现了超长穿刺钢针施放的自动化，提高了钢针施放的速度、可靠性，降低了工人的劳动强度。

如图3所示，钢针存储及施放装置施放钢针时的始位置需使落针孔11恰好处于两个储针管5的中间，以防止钢针掉落。根据超长穿刺钢针存储及施放装置能够存储的最多钢针的数量，设为n，可以求出施放每根钢针时（施放第一根钢针时除外）步进电机每次转过的固定角度α，计算公式如下：

$\mathrm{\α}=\frac{360}{n}$

布放装置在装填满钢针后第一次转动的角度α₁为：

${\mathrm{\α}}_1=\frac{360}{2n}$

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (3)

1.一种旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，包括底板（1），其特征在于：

所述底板（1）上设有一个落针孔（11）、一个电机轴孔（14）和三个激光通道小孔（19）；

所述底板（1）的下面安装有步进电机（10），所述步进电机（10）的输出端与一转轴（4）相连,所述转轴（4）穿过电机轴孔（14）后露在底板（1）的上面，所述转轴（4）为竖直设置，所述转轴（4）的两端分别固定有转盘A（2），所述转轴（4）上在位于两个转盘A（2）之间固定有两个转盘B（3），所述转盘A（2）上均布有多个阶梯孔（15），所述转盘B（3）上均布有多个通孔（16），多个阶梯孔（15）和多个通孔（16）的数量一致，且中心线一一对应重合，中心线重合位置的阶梯孔（15）和通孔（16）内设有储针管（5），装配时，所述储针管（5）穿过两个转盘B（3）上的通孔（16）、所述储针管（5）的两端分别由两个转盘A（2）上的阶梯孔来固定，从而实现储针管（5）的轴向定位；

所述底板（1）的下面安装有一导向头（9），所述导向头（9）上设有导向孔（18），所述导向孔（18）的中心线与设置在底板（1）上的落针孔（11）的中心线重合；

所述底板（1）的上面还安装有三台红光十字激光器（6），三台红光十字激光器（6）的轴线分别与底板（1）上的三个激光通道小孔（19）的中心线重合。

2.根据权利要求1所述旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，其特征在于：所述步进电机（10）选用KH42HM2B115型。

3.根据权利要求1所述旋转式超长穿刺钢针存储及施放装置，其特征在于：所述红光十字激光器（6）采用远大激光器YD-C650W5-9-22型和AVOID EXPOSURE LD-G650A23型中的一种。

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