CN104297070B - 一种织物铺覆变形特性测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明是一种织物铺覆变形特性测试仪，包括半球顶出机构、试样托台、压紧机构、限位装置、控制箱、计算机，可用于对织物铺覆变形特性进行测试。测试时，将织物试样置于试样托台的通孔上方，用压紧机构将试样周边压紧，在试样不被破坏的情况下，允许其变形，半球顶出机构自试样中心下方按计算机中调定的速度将其均匀顶出，使其沿半球头的外轮廓形成铺覆表面；通过辅助工具(相机、量尺等)采集铺覆表面信息，获取有效数据；用计算机进行处理分析，对织物铺覆后出现的缺陷进行定量表征，从而为优化织物制件成型工艺、提高其成型质量提供参考。

Description

一种织物铺覆变形特性测试仪

技术领域

本发明涉及一种测试仪器，具体地说，是一种对不同类型织物的铺覆变形特性进行测试的仪器。

背景技术

目前，织物被越来越多地用于航空、航天、汽车及船舶等领域中复杂形状制件的制备，其应用形式主要包括采用干态织物制备异型预成型体或利用织物预浸料进行铺覆成型。织物在进行铺覆成型时，受多个因素的影响，容易出现纤维错向、间隙及褶皱等铺覆缺陷，会严重影响制件的最终成型质量，而目前尚缺乏此类测试仪器，制约了织物制件的应用及发展。因此，有必要研制一种织物铺覆变形特性测试仪，在织物制件生产制造前，对织物铺覆变形特性进行测试，为优化织物制件成型工艺参数及提高其成型质量提供参考，这对降低织物制件的制造成本以及促进其在我国航空、航天、汽车及船舶等领域中的发展应用具有重要意义。

目前，国内外关于织物铺覆变形特性测试仪器的研究较少。德国的TEXTECHNO公司于2012年研发了一套DRAPETEST仪器(http：//www.textechno.com/index.php/en/fabric-testing-products-77/drapetestl-products-165)，用于对织物的铺覆特性进行检测。该测试仪主要由半球顶出装置、压紧装置、图像采集系统及控制系统组成，其测试性能较好，但压紧装置施加的压紧力不可调。J.Sirtautas，A.K.Pickett，P.Lépicier.A mesoscopic model for coupleddrape-infusion simulation of biaxial Non-Crimp Fabric[J].Composites：Part B，2013，V47：48-57.介绍了J.Sirtautas等人采用的一种织物铺覆变形特性测试装置，该测试装置结构简单，测试过程繁琐且测试精度不高。S.Bel，N.Hamila，P.Boisse，et al.Finite element model for NCF composite reinforcement preforming：Importanceofinter-ply sliding[J].Composites：Part A，2012，V43：2269-2277.介绍了S.Bel等人采用的一种织物铺覆变形特性测试装置，该测试装置结构过于简单，测试步骤繁琐、测试精度不高且重复性不好。

发明内容

本发明的目的是：设计一种织物铺覆变形特性测试仪，实现对织物试样铺覆时的变形特性进行测试，为优化织物铺覆工艺和提高织物复杂制件的成型质量提供技术支撑。

本发明的技术方案是这样实现的：织物铺覆变形特性测试仪主要由测试仪箱体、半球顶出机构、试样托台、压紧机构、限位装置、控制箱、计算机组成。测试时，将织物试样置于试样托台上的测试位置后，用压紧机构将其周边压紧，在试样不被破坏的情况下，允许其变形；半球顶出机构自试样中心下方按计算机中调定的速度将其均匀顶出，使其沿半球头外轮廓形成铺覆表面；通过辅助工具(如相机、量尺等)采集铺覆表面信息，并用计算机进行处理与分析，获得织物铺覆变形特性的准确数据，以对织物试样铺覆后出现的缺陷进行定量表征，这些缺陷主要包括纤维错向、间隙及褶皱等。通过对织物铺覆变形特性的测试，可为优化织物制件成型工艺参数、提高其成型质量提供技术支撑。

试样托台是测试操作的工作台，固定在测试仪箱体上方，其中心开有通孔，通孔直径大于半球头直径，半球头在运动时可穿过试样托台中心孔；沿中心孔周围开有环形凹槽，凹槽内径等于试样托台中心孔直径，外径大于压紧环外径。

半球顶出机构主要由电机座、电机、联轴器、丝杠、光杠、滑板、测力传感器、安装座、半球头组成。电机座上端固联在所述试样托台下表面，电机安装在电机座下端，并通过联轴器与丝杠相连，丝杠通过固定在所述试样托台下表面上的支撑座(二)和固联在电机座上的支撑座(一)实现双端支撑，丝杠螺母与一滑板相连，滑板通过滑动轴承与两根光杠相连，两根光杠顶端分别通过连接在所述试样托台下表面上的两个固定座实现单端支撑，丝杠起动力传递作用，光杠起辅助导向作用，丝杠及光杠的中心线所在的安装圆直径大于半球头的直径，相邻丝杠及光杠之间的夹角为120度；在滑板中心顶部安装有测力传感器，该测力传感器通过一个支撑座与一个半球头相连，可对半球头的顶出力进行准确测量，电机的转动通过丝杠和滑板转化成半球头的上下运动。

压紧机构由压紧环及压紧力调节机构组成，压紧环为环状结构，其内径大于试样托台中心孔直径，外径小于环形凹槽的外径；压紧力调节机构由压头、力传感器、支撑架、弹簧、调力螺栓组成，压头通过螺纹与力传感器相连，用于直接与压紧环上表面接触，力传感器固定在“L”形支撑架的一端，支撑架的另一端中心为“工”字形通孔结构，调力螺栓贯穿“工”字形通孔及安装在通孔底部的弹簧，并通过螺纹与所述试样托台相连，压紧力调节机构可绕调力螺栓旋转，从而便于取放压紧环，而通过旋转调力螺栓即可调整压在压紧环上的作用力的大小。压紧环置于试样托台环形凹槽内，n(n＝3，4，5，……)组压紧力调节机构均匀分布在环形凹槽外侧，相邻压紧力调节机构之间的夹角为360/n度，安装在支撑架“工”字形通孔底部的弹簧的内圈直径大于调力螺栓公称直径，外圈直径小于通孔底部的直径。

限位装置由光电传感器、遮光板、传感器安装座组成，传感器安装座固联于所述试样托台下表面，两个光电传感器分别固定在传感器安装座的两端，对应着滑板移动的两个极限位置，遮光板固联在滑板上，滑板运动到两个极限位置时遮光板能分别穿过两个光电传感器的凹槽，由此产生极限触发信号，用以实现对顶出机构的行程控制。

控制箱由电源、控制电路、电机驱动器、传感器信号放大器、控制按钮以及与计算机相连的通信接口组成，可实现对顶出机构的运动控制、传感器的信号采集以及与计算机之间的通信。

计算机内存储有测试仪运动控制及传感器信息采集程序，具有执行通信响应、信息采集、行程控制及数据存储功能。

本发明的织物铺覆变形特性测试仪的优点是：该测试仪的设计改善了传统织物铺覆变形特性测试中存在的测量精度低、可重复性差、顶出高度不可调、压紧力不可调等不足。该测试仪的半球顶出机构可实现顶出行程范围内任意顶出高度的可调控制，测力传感器可对半球头的顶出力进行精确测量；压紧机构可对试样周边施加均匀可调的压紧力，力传感器可对压头的压紧力进行精确测量；顶出力及压紧力信息通过控制箱传输到计算机上，以图表或数值形式显示并存储；同时，该测试仪具有结构紧凑合理、测试精准、操作简单等优点。通过该测试仪对织物铺覆变形特性进行测试，可为优化织物制件成型工艺参数及提高其成型质量提供参考，对促进织物制件在我国航空、航天、汽车及船舶等领域中的发展应用具有重要意义。

附图说明

本发明的具体结构由以下实施例及附图给出。

图1是本发明的织物铺覆变形特性测试仪的结构示意图。

图2是本发明的顶出机构的右侧面示意图。

图3是本发明的压紧机构的示意图。

下面结合图1、图2、图3对本发明详细说明。

图中：1、测试仪箱体，2、电机，3、联轴器，4、安装座(一)，5、电机座，6、丝杠，7、丝杠螺母，8、滑板，9、支撑座(二)，10、试样托台，11、压紧环，12、支撑架，13、压头，14、力传感器，15、半球头，16、遮光板，17、光电传感器，18、传感器安装座，19、计算机，20、显示器，21、光杠，22、控制箱，23、支撑地脚，24、滑动轴承，25、固定座，26、安装座，27、测力传感器，28、调力螺栓，29、弹簧

具体实施方式

如图1所示：测试仪箱体1通过支撑地脚23安放于地面上，试样托台10固定在测试仪箱体1上方，电机座5顶端固联在试样托台10下表面，电机2安装在电机座5下端，并通过联轴器3与丝杠6相连，丝杠6通过固定在试样托台10下表面上的支撑座(二)9和固联在电机座5上的支撑架(一)4实现双端支撑，丝杠螺母7与一滑板8相连；传感器安装座18固联在试样托台10下表面，两个光电传感器17分别固联于传感器安装座18的两端，对应着滑板8移动的两个极限位置，遮光板16固联在滑板8上，滑板8运动到两个极限位置时遮光板16能分别穿过两个光电传感器17的凹槽，由此产生极限触发信号，实现对半球顶出机构的行程控制，信号传输到控制箱22及计算机19中，并可在显示器20上显示。

如图2所示：滑板8通过滑动轴承24与两根光杠21相连，两根光杠21分别通过连接在试样托台10下表面上的两个固定座25实现单端支撑，丝杠6及光杠21均匀分布在试样托台10的中心孔外侧，其分布特点可保证滑板8平稳的上下运动而不会发生倾斜。在滑板8中心顶部安装有测力传感器27，测力传感27通过安装座26与半球头15相连；电机2的转动通过丝杠6和滑板8转化成半球头15的上下移动，通过半球头15的运动可将放置于试样托台10上的织物试样自中心下方将其顶起，使其沿半球头15外轮廓形成铺覆表面，测力传感器27可对半球头15的顶出力进行准确测量。

如图3所示：压紧环11为环状结构，压头13通过螺纹与力传感器14相连，用于直接与压紧环11的上表面接触，力传感器14固定在“L”形支撑架12的一端，支撑架12的另一端中心为“工”字形通孔结构，调力螺栓28贯穿“工”字形通孔及安装在通孔底部的弹簧29，并通过螺纹与试样托台10相连；支撑架12可绕调力螺栓28转动，以便于取放压紧环11，通过旋转调力螺栓29即可调整压在压紧环11上的作用力的大小，从而对织物试样施加可调压紧力。

Claims (6)

1.一种织物铺覆变形特性测试仪，包括测试仪箱体、半球顶出机构、试样托台、压紧机构、限位装置、控制箱、计算机，其特征在于：试样托台是测试操作的工作台，其中心开有通孔，固定在测试仪箱体上方；所述半球顶出机构由电机座、电机、联轴器、丝杠、光杠、滑板、半球头组成，电机座上端固联在所述试样托台下表面，电机安装在电机座下端，并通过联轴器与丝杠相连，丝杠通过固定在所述试样托台下表面上的支撑座和固联在电机座上的支撑座实现双端支撑，丝杠螺母与一滑板相连，滑板通过滑动轴承与两根光杠相连，两根光杠分别通过连接在所述试样托台下表面上的两个固定座实现单端支撑，在滑板中心顶部安装有测力传感器，该测力传感器通过一个安装座与一个半球头相连，电机的转动通过丝杠和滑板转化成半球头的上下运动；所述压紧机构由压紧环和压紧力调节机构组成，压紧环为环状结构，压紧力调节机构由压头、力传感器、支撑架、弹簧、调力螺栓组成，压头通过螺纹与力传感器相连，用于直接与压紧环上表面接触，力传感器固定在“L”形支撑架的一端，支撑架的另一端中心为“工”字形通孔结构，调力螺栓贯穿“工”字形通孔及安装在通孔底部的弹簧，并通过螺纹与所述试样托台相连，压紧力调节机构可绕调力螺栓旋转，从而便于取放压紧环，而通过旋转调力螺栓即可调整压在压紧环上的作用力的大小；所述限位装置由光电传感器、遮光板和传感器安装座组成，传感器安装座固联于所述试样托台下表面，两个光电传感器分别固联于传感器安装座的两端，对应着滑板移动的两个极限位置，遮光板固联在滑板上，滑板运动到两个极限位置时遮光板能分别穿过两个光电传感器凹槽，由此产生极限触发信号；整个测试仪由计算机及控制箱进行控制。

2.根据权利要求1中所述的织物铺覆变形特性测试仪，其特征在于：所述半球顶出机构中的丝杠数量为1根，光杠数量为2根，丝杠及光杠的中心线所在的安装圆直径大于所述半球头直径，相邻丝杠及光杠之间夹角为120度。

3.根据权利要求1中所述的织物铺覆变形特性测试仪，其特征在于：所述压紧力调节机构的数量为n组，n＝3，4，5，……，相邻压紧力调节机构之间的夹角为360/n度。

4.根据权利要求1中所述的织物铺覆变形特性测试仪，其特征在于：所述压紧力调节机构中弹簧的内圈直径大于调力螺栓公称直径，弹簧外圈直径小于支撑架“工”字形通孔底部的直径。

5.根据权利要求1中所述的织物铺覆变形特性测试仪，其特征在于：所述试样托台中心开有通孔，通孔直径大于所述半球头的直径。

6.根据权利要求1中所述的织物铺覆变形特性测试仪，其特征在于：所述试样托台的中心孔周边开有环形凹槽，其内径等于中心孔直径，外径大于所述压紧环的外径。