CN105040267A - 一种三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法，其环向伺服电机固定于固定架上；减速自锁机构分别连接环向伺服电机和下转动杆架，使环向伺服电机驱动下转动杆架转动；上转动杆架和下转动杆架联接，其上安装有轴向伺服电机；联轴器分别连接轴向伺服电机和丝杆；滑块螺接于丝杆上，其上安装有伸缩探杆；红外线探头安装于伸缩探杆的底部；芯轴穿过下转动杆架，其表面覆盖有织物；红外线探头和织物相对设置。本发明能够对三维多层编织的层间偏移进行准确的控制，而层间的偏移能够使得编织的结构力学性能得到改善，对于编织复合材料的刚度和强度的提升都有促进作用。

Description

一种三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及一种三维环形编织机的组成装置，具体涉及一种三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法，属于纺织机械技术领域。

【背景技术】

目前，复合材料由于其较轻的重量但较高的强度的特性，使得它的应用范围日益增大，特别是在航天航空邻域。其中，纤维增强复合材料由于纤维强度较高且增强体结构优化空间较大的优点而在汽车工业、运动器材、能源等邻域被广泛采用。

三维编织复合材料是其中一种较为常见的纤维增强复合材料，其编织增强体是通过三维环形编织机中编织盘的转动以及芯轴的移动来产生的。其中多层编织由于比单层编织拥有更加优越的力学性能而备受青睐。但是目前多层编织过程中编织物层间的偏移并没有引起足够的重视，使得产生的结构存在很大的偶然性。在后期编织复合材料的制作过程中，由于编织物结构的随机性，而它本身在复合材料中充当增强体结构，这使得多层编织复合材料的强度达不到最高的水准。其次由于编织过程中参与编织的纱线较多，对编织芯轴产生的作用力也较大，使得人为手动调整较为费力。而在编织完成后期，虽然可以通过对多件单层编织物进行手动的偏移组合，但是其偏移的距离准度受人为影响较大，多层的组合过程中会使得原先的结构发生改变，而且生产效率低下。因此，准确有效得控制多层编织物的层间偏移对于提升后期编织复合材料的力学性能具有重大的意义。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述技术问题，本发明的目的在于一种结构合理，工作效率高，且偏移距离调整准确的三维环形多层编织层间偏移控制装置。

本发明的另一目的在于提供一种三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法。

为实现上述第一目的，本发明采取的技术方案为：一种三维环形多层编织层间偏移控制装置，其包括固定架、环向伺服电机、减速自锁机构、上转动杆架、轴向伺服电机、下转动杆架、联轴器、丝杆、滑块、伸缩探杆、红外线探头以及芯轴；其中，所述环向伺服电机固定于固定架上；所述减速自锁机构分别连接环向伺服电机和下转动杆架，使环向伺服电机驱动下转动杆架转动；所述上转动杆架和下转动杆架联接，其上安装有轴向伺服电机；所述联轴器分别连接轴向伺服电机和丝杆；所述滑块螺接于丝杆上，其上安装有伸缩探杆；所述红外线探头安装于伸缩探杆的底部；所述芯轴穿过下转动杆架，其表面覆盖有织物；所述红外线探头和织物相对设置。

本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置进一步设置为：其连接至一信号处理控制电路上，该信号处理控制电路包括AD采样电路、信号处理模块、微机处理器以及驱动电路模块；所述AD采样电路、信号处理模块、微机处理器和驱动电路模块依次电性连接；所述红外线探头电性连接至AD采样电路；所述环向伺服电机和轴向伺服电机分别电性连接至驱动电路模块；所述微机处理器连接至一三维编织机主控器。

本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置还设置为：所述织物由编织纱I、编织纱II和轴纱编织而成。

为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：一种三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法，其包括如下步骤：

1），在编织前将其中一根轴纱替换为标志性颜色的轴纱；

2），当编织机将第一层编织完成后，通过手动调节伸缩探杆，使得红外线探头贴近编织物表面的标志性轴纱；通过红外线探头反馈所探测到的信号；

3），当选择在环形进行偏移时，轴向伺服电机不转动，环向伺服电机匀速转动，使探头能够跨越标志性轴纱；在第一次探测信号发生变化时开始记录环向伺服电机反馈回来的角度值，在下一次探测信号发生改变是再次记录环向伺服电机反馈回来的角度值；然后根据两次的角度值之差，计算出所要转动的角度，并将结果传给三维编织机主控器；

4），当选择轴向进行偏移时，环向伺服电机不转动，轴向伺服电机匀速转动；丝杠随着轴向伺服电机而转动，带动滑块及探测杆进行轴向的平移运动，使探头沿着标志性轴纱运动；通过两次信号所记录的轴向伺服电机转动角度之差，计算得出轴向需要偏移的距离，并将此值传给三维编织机主控器；

5），三维编织机主控器根据层间偏移控制器传回来的环向偏移角度和轴线偏移距离，在下一次编织前通过对编织机执行机构的调整完成层间偏移准备。

本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法进一步为：所述标志性轴纱的颜色为白色。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置及其控制方法克服了多层编织物层间偏移距离的随机性，层间偏移进行了准确的控制，弥补了人为手工调整带来的误差以及效率低下的缺点；同时产生的多层编织物具有比较理想的结构，使得在后期形成的编织复合材料具有更加优越的力学性能，对于编织复合材料的刚度和强度的提升都有促进作用。

【附图说明】

图1是本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置的结构示意图。

图2是本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制原理图。

图3是织物的编织示意图。

【具体实施方式】

请参阅说明书附图1至附图3所示，本发明为一种三维环形多层编织层间偏移控制装置，其由固定架6、环向伺服电机7、减速自锁机构5、上转动杆架1、轴向伺服电机2、下转动杆架3、联轴器13、丝杆11、滑块12、伸缩探杆10、红外线探头9以及芯轴4等几部分组成。

其中，所述环向伺服电机7固定于固定架6上。所述减速自锁机构5分别连接环向伺服电机7和下转动杆架3，使环向伺服电机7驱动下转动杆架3转动。

所述上转动杆架1和下转动杆架3联接，其上安装有轴向伺服电机2。所述联轴器13分别连接轴向伺服电机2和丝杆11。所述滑块12螺接于丝杆11上，其上安装有伸缩探杆10。所述红外线探头9安装于伸缩探杆10的底部。

所述芯轴4穿过下转动杆架3，其表面覆盖有织物8；所述红外线探头9和织物8相对设置。所述织物8由编织纱I15、编织纱II16和轴纱17编织而成。

本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置连接至一信号处理控制电路18上，该信号处理控制电路18包括AD采样电路19、信号处理模块20、微机处理器21以及驱动电路模块22。所述AD采样电路19、信号处理模块20、微机处理器21和驱动电路模块22依次电性连接；所述红外线探头9电性连接至AD采样电路19；所述环向伺服电机7和轴向伺服电机2分别电性连接至驱动电路模块22；所述微机处理器21连接至一三维编织机主控器23。

当环向伺服电机7转动，轴向伺服电机2静止时，通过减速自锁机构带动下转动架3和上转动架1。而轴向伺服电机2固定在上转动架1上。接下来将带动联轴器13，滑块12，丝杠11，伸缩探杆10及红外线探头9的整体转动。这种转动能够实现编织物环向的探测，在红外线探头9传递的两次信号变化的区间内，记录了该过程中环向伺服电机7转过的角度，在信号处理控制电路中将该角度带入换算公式，并将结果传递给编织机主控器。

同理，当轴向伺服电机2转动，环向伺服电机7静止时。轴向伺服电机2通过联轴器13带动丝杠11的转动，而丝杠11的转动会引起滑块12，伸缩探杆10以及红外线探头9的整体平移。这种平移能够实现编织物轴向的探测，但探测过程中必须保证探头沿着标志性的纱线移动。在红外线探头传递的两次变化信号的区间内，记录了该过程中轴向伺服电机2转过的角度，在信号处理控制电路中将该角度带入换算公式，并将结果传递给编织机主控器。

采用本发明的三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法如下：

1），在编织前将其中一根轴纱替换为标志性颜色的轴纱17；一般在编织中选择黑色的碳纤维作为编织材料，因此可以将其中的一根轴纱颜色改变为白色，使其可以被识别；

2），当编织机将第一层编织完成后，通过手动调节伸缩探杆10，使得红外线探头9贴近编织物8表面的标志性轴纱；通过红外线探头反馈所探测到的信号；

3），当选择在环形进行偏移时，轴向伺服电机2不转动，环向伺服电机7匀速转动，使探头9能够跨越标志性轴纱17；在第一次探测信号发生变化时开始记录环向伺服电机7反馈回来的角度值，在下一次探测信号发生改变是再次记录环向伺服电机7反馈回来的角度值；然后根据两次的角度值之差，信号处理控制电路18计算出所要转动的角度，并将结果传给三维编织机主控器23；

4），当选择轴向进行偏移时，环向伺服电机7不转动，轴向伺服电机2匀速转动；丝杠11随着轴向伺服电机2而转动，带动滑块12及探测杆10进行轴向的平移运动，使探头9沿着标志性轴纱17运动；通过两次信号所记录的轴向伺服电机2转动角度之差，信号处理控制电路18计算得出轴向需要偏移的距离，并将此值传给三维编织机主控器23；

5），三维编织机主控器23根据层间偏移控制器传回来的环向偏移角度和轴线偏移距离，在下一次编织前通过对编织机执行机构的调整完成层间偏移准备。

以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种三维环形多层编织层间偏移控制装置，其特征在于：包括固定架、环向伺服电机、减速自锁机构、上转动杆架、轴向伺服电机、下转动杆架、联轴器、丝杆、滑块、伸缩探杆、红外线探头以及芯轴；其中，所述环向伺服电机固定于固定架上；所述减速自锁机构分别连接环向伺服电机和下转动杆架，使环向伺服电机驱动下转动杆架转动；所述上转动杆架和下转动杆架联接，其上安装有轴向伺服电机；所述联轴器分别连接轴向伺服电机和丝杆；所述滑块螺接于丝杆上，其上安装有伸缩探杆；所述红外线探头安装于伸缩探杆的底部；所述芯轴穿过下转动杆架，其表面覆盖有织物；所述红外线探头和织物相对设置。

2.如权利要求1所述的三维环形多层编织层间偏移控制装置，其特征在于：其连接至一信号处理控制电路上，该信号处理控制电路包括AD采样电路、信号处理模块、微机处理器以及驱动电路模块；所述AD采样电路、信号处理模块、微机处理器和驱动电路模块依次电性连接；所述红外线探头电性连接至AD采样电路；所述环向伺服电机和轴向伺服电机分别电性连接至驱动电路模块；所述微机处理器连接至一三维编织机主控器。

3.如权利要求2所述的三维环形多层编织层间偏移控制装置，其特征在于：所述织物由编织纱I、编织纱II和轴纱编织而成。

4.一种采用如权利要求3所述的三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：

1），在编织前将其中一根轴纱替换为标志性颜色的轴纱；

2），当编织机将第一层编织完成后，通过手动调节伸缩探杆，使得红外线探头贴近编织物表面的标志性轴纱；通过红外线探头反馈所探测到的信号；

3），当选择在环形进行偏移时，轴向伺服电机不转动，环向伺服电机匀速转动，使探头能够跨越标志性轴纱；在第一次探测信号发生变化时开始记录环向伺服电机反馈回来的角度值，在下一次探测信号发生改变是再次记录环向伺服电机反馈回来的角度值；然后根据两次的角度值之差，计算出所要转动的角度，并将结果传给三维编织机主控器；

4），当选择轴向进行偏移时，环向伺服电机不转动，轴向伺服电机匀速转动；丝杠随着轴向伺服电机而转动，带动滑块及探测杆进行轴向的平移运动，使探头沿着标志性轴纱运动；通过两次信号所记录的轴向伺服电机转动角度之差，计算得出轴向需要偏移的距离，并将此值传给三维编织机主控器；

5），三维编织机主控器根据层间偏移控制器传回来的环向偏移角度和轴线偏移距离，在下一次编织前通过对编织机执行机构的调整完成层间偏移准备。

5.如权利要求4所述的三维环形多层编织层间偏移控制装置的控制方法，其特征在于：所述标志性轴纱的颜色为白色。