CN108747409B - 一种风机叶片基材自动化加工系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机叶片基材自动化加工系统及方法，涉及自动化技术领域，该系统包括执行机构和上位机，上位机连接并控制执行机构，执行机构包括工作台、送料机构、切割机构、缓存台、打标机、卷料机构、机械臂以及内筒放置机，工作台、缓存台、卷料机构和机械臂沿着基材物料的输送方向依次设置，送料机构和切割机构均设置在工作台上，打标机设置在缓存台上并朝向缓存台，内筒放置机设置在机械臂的操作范围内；本申请采用自动化流水线作业，由上位机进行集中管理，执行机构中各个机构紧密配合，可以实现风机叶片基材物料的自动化切割、送料、打标、收卷和转移收卷成品，自动化程度较高，大幅提升自动化作业效率。

Description

一种风机叶片基材自动化加工系统及方法

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其是一种风机叶片基材自动化加工系统及方法。

背景技术

随着化石能源的日渐枯竭及其对环境污染的日渐严重，风力发电作为一种新能源，正步入快速发展时期。风力发电机通过机架顶端的叶片来捕捉风能从而发电，叶片长度越长，其能捕捉的风能越多，风力发电机的发电效率越高、成本越低，但同时叶片也更容易受到损坏，因此可以采用高强度高模量玻璃纤维编织物来作为制造叶片的基材，从而使得叶片具有更高的轻度和模量，则随着风力发电的蓬勃发展，高强度高模量玻璃纤维编织物的开发也在不断加强、产量在不断加大，对高强度高模量玻璃纤维编织物的切割和收卷也提出了更高的要求。

目前传统的方法是先采用切割机对编织物进行切割，再采用收卷机进行收卷，很难保证对高性能玻璃纤维编织物的切割和收卷的要求，且自动化程度低、效率低下。

发明内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种风机叶片基材自动化加工系统及方法，使用该系统可以实现对风机叶片基材的自动化切割与收卷，并通过上位机系统的集中管理使各执行机构紧密配合，大幅提升自动化作业效率。

本发明的技术方案如下：

一种风机叶片基材自动化加工系统，该系统包括执行机构和上位机，执行机构包括工作台、送料机构、切割机构、缓存台、打标机、卷料机构、机械臂以及内筒放置机，上位机连接并控制送料机构、切割机构、打标机、卷料机构以及机械臂；

送料机构和切割机构分别设置在工作台上，送料机构至少包括送料电机、两个送料滚筒和送料带，上位机连接并控制送料电机，两个送料滚筒分别设置在工作台的前端和尾端，送料带绕设在两个送料滚筒和工作台的外壁，送料电机连接并驱动两个送料滚筒朝工作台的尾端滚动，两个送料滚筒带动送料带朝工作台的尾端输送；工作台的两侧在沿着送料带输送方向开设有导轨，切割机构至少包括切割电机、刀架和切割刀，上位机连接并控制切割电机，刀架跨设在工作台上方且刀架的两侧分别设置在工作台两侧的导轨中，刀架在位于工作台上方的位置处设置有移动组件，切割刀设置在刀架的移动组件上且竖直向下朝向工作台，切割电机连接并驱动刀架沿着工作台的导轨滑动，切割电机还连接并驱动的刀架上的移动组件带动切割刀沿着刀架移动和/或沿着垂直于工作台的方向移动进行切割；缓存台设置在工作台的尾端且缓存台的前端与工作台的尾端对接，打标机设置在缓存台上且朝向缓存台；卷料机构至少包括卷料电机、卷料辊和卷料轴，上位机连接并控制卷料电机，卷料辊跨设在缓存台上，卷料轴设置在缓存台的尾端处且平行于卷料辊，卷料电机连接并驱动卷料辊和卷料轴滚动；机械臂设置在卷料机构远离缓存台的一侧，且工作台和卷料机构均在机械臂的操作范围内，内筒放置机设置在机械臂的操作范围内，内筒放置机中放置有收卷内筒；机械臂用于抓取待加工的基材物料并放置在工作台的送料带上，上位机控制切割机构对待加工的基材物料切割得到成品物料，并控制送料机构将成品物料输送至卷料机构的缓存台处，上位机控制机械臂从内筒放置机中抓取收卷内筒放置在卷料机构的卷料轴上，上位机控制打标机在成品物料上打标并控制卷料机构将打标后的成品物料绕制在收卷内筒上加工得到收卷成品。

其进一步的技术方案为，系统还包括安全围栏和成品台，执行机构和成品台设置在安全围栏内，上位机设置在安全围栏外，成品台设置在机械臂的操作范围内，机械臂还用于抓取收卷成品并放置在成品台上。

一种风机叶片基材自动化加工方法，该方法应用于上述系统中，该方法包括：

上位机确定加工参数，加工参数至少包括成品参数和物料编号，成品参数至少包括成品尺寸和成品形状；

上位机控制机械臂抓取待加工的基材物料并将待加工的基材物料放置在工作台上；

上位机控制切割机构按照成品参数对待加工的基材物料进行切割得到M组成品物料，并控制送料机构将第i组成品物料输送至缓存台，M为正整数，i为参数为i的起始值为1；

上位机控制机械臂从成品参数对应的内筒放置机中抓取收卷内筒并放置在卷料机构的卷料轴上；

上位机控制打标机在第i组成品物料上打印物料编号，并控制卷料机构将打标后的第i组成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品；

检测是否满足i＜M，若满足，则令i＝i+1，并再次执行控制送料机构将第i组成品物料输送至缓存台的步骤。

其进一步的技术方案为，第i组成品物料位于卷料机构的卷料辊下方且与卷料辊接触，控制卷料机构将打标后的第i组成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品，包括：

上位机控制卷料电机驱动卷料辊转动，卷料辊带动第i组成品物料向收卷内筒输送；

当第i组成品物料的前沿与收卷内筒齐平时，上位机控制机械臂将第i组成品物料的边缘与收卷内筒的边缘对齐并固定；

上位机控制卷料电机驱动卷料轴带动收卷内筒转动，将第i组成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品。

其进一步的技术方案为，待加工的基材物料包括N张重叠的基材物料，则每组成品物料中包括N张重叠的成品物料，N≥2且N为整数，则加工参数还包括基材层数，基材层数为基材物料中重叠的张数；

则上位机控制打标机在第i组成品物料上打印物料编号，并控制卷料机构将打标后的第i组成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品，包括：

上位机控制打标机在第i组成品物料的从上至下第j张成品物料上打印物料编号，并控制卷料机构将打标后的第j张成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品，j为参数且j的起始值为1；

检测是否满足j＜N；

若满足，则令j＝j+1，并再次执行上位机控制机械臂从成品参数对应的内筒放置机中抓取收卷内筒并放置在卷料机构的卷料轴上的步骤；

若不满足，则执行检测是否满足i＜M的步骤。

本发明的有益技术效果是：

本申请公开了一种风机叶片基材自动化加工系统及方法，该系统采用自动化流水线作业，由上位机进行集中管理，执行机构中各个机构紧密配合，可以实现风机叶片基材物料的自动化切割、送料、打标、收卷和转移收卷成品，自动化程度较高，大幅提升自动化作业效率。

附图说明

图1是本申请公开的风机叶片基材自动化加工系统中的执行机构的结构示意图。

图2是本申请公开的风机叶片基材自动化加工系统中的卷料机构的结构示意图。

图3是本申请公开的风机叶片基材自动化加工系统的系统结构图。

图4是本申请公开的风机叶片基材自动化加工方法的实例流程图。

图5是上位机控制切割机构和送料结构进行切割和送料的流程示意图。

图6是上位机控制机械臂抓取收卷内筒的流程示意图。

图7是上位机控制卷料机构进行收卷的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种风机叶片基材自动化加工系统，该系统包括执行机构和上位机，上位机连接并控制执行机构进行自动化加工。本申请中的上位机由VB(Visual Basic)编程语言进行编译，窗口包括参数控制区，参数显示器和系统工作状态区，参数控制区用于对加工参数进行设定，参数显示区用于显示各加工参数的具体数值，系统工作状态区用于显示整个加工系统的工作状态。

请参考图1示出的执行机构的机构图，执行机构包括工作台10、送料机构20、切割机构30、缓存台40、打标机50、卷料机构60、机械臂70以及内筒放置机80，工作台10、缓存台40、卷料机构60和机械臂70沿着基材物料的输送方向依次设置，送料机构20和切割机构30均设置在工作台10上，打标机50设置在缓存台40上并朝向缓存台40，实际也可以只是设置在缓存台40的对应区域内而不一定必须设置在缓存台40上，机械臂70通常设置在卷料机构60远离缓存台40的一侧，其实际的设置位置不固定，只要工作台10和卷料机构60均在其操作范围内即可，内筒放置机80的设置位置也不固定，其设置在机械臂70的操作范围内即可，内筒放置机80中放置有收卷内筒，通常情况下一个内筒放置机80中放置的收卷内筒的尺寸均相同，则该系统中可以包括至少两个内筒放置机80，这两个内筒放置机80分别用于存放不同尺寸的收卷内筒，使得该系统可以加工形成不同尺寸的收卷成品。上位机连接并控制送料机构20、切割机构30、打标机50、卷料机构60以及机械臂70。

具体的，送料机构20至少包括送料电机、两个送料滚筒和送料带，上位机连接并控制送料电机，两个送料滚筒分别设置在工作台10的前端和尾端，工作台10从前端至尾端的方向为基材物料的输送方向。送料带绕设在两个送料滚筒和工作台10的外壁，送料电机连接并驱动两个送料滚筒朝工作台10的尾端滚动，两个送料滚筒在滚动过程中带动送料带朝工作台10的尾端输送，送料带带动其上的基材物料向工作台10的尾端输送。工作台10的两侧在沿着送料带输送方向开设有导轨，切割机构30至少包括切割电机、刀架31和切割刀，上位机连接并控制切割电机，刀架31跨设在工作台10上方且刀架31的两侧分别设置在工作台10两侧的导轨中，刀架31在位于工作台10上方的位置处设置有移动组件32，切割刀设置在刀架31的移动组件32上且竖直向下朝向工作台10，切割刀可以是刀片式切割刀、激光切割刀和光纤切割刀等，切割电机连接并驱动刀架31沿着工作台10的导轨滑动，切割电机还连接并驱动刀架31上的移动组件32带动切割刀沿着刀架31在工作台10的两侧之间移动和/或沿着垂直于工作台的方向上下移动进行切割，也即切割机构30的刀架31可以沿着基材物料输送方向前后滑动，移动组件32可以带动切割刀左右移动以及上下移动。实际实现时，刀架31的移动组件32上还设置有定位组件，该定位组件用于在移动组件32带动切割刀对基材物料进行切割的过程中进行自动定位切割，该定位组件可以是CCD(Charge-coupled Device，电荷耦合元件)摄像机或红外线激光定位器等。本申请中的工作台10、送料机构20和切割机构30所组成的送料和切割结构可以认为是现有的送料机与切割机的结合，送料机构20包含的组件以及具体结构可以参考现有市售的送料机，切割机构30包含的组件以及具体结构可以参考现有市售的切割机，因此本申请对此不再详细描述，图1也未详细示意送料机构20和切割机构30的结构。

缓存台40设置在工作台10的尾端且缓存台40的前端与工作台的尾端10对接，基材物料从工作台10的尾端进入缓存台40。卷料机构60至少包括卷料电机、卷料辊和卷料轴，上位机连接并控制卷料电机，卷料电机连接并驱动卷料辊和卷料轴滚动。请参考图2示出的卷料结构60的侧视图，该图中未示出卷料电机，卷料辊61跨设在缓存台40上，且当缓存台40上有基材物料时，基材物料位于卷料辊61下方且与卷料辊61接触，如图2虚线框部分即为基材物料。卷料轴62设置在缓存台40的尾端处且平行于卷料辊61，该卷料轴62用于套设收卷内筒。实际实现时，卷料结构60还包括设置在所述卷料轴62下方与收卷内筒接触的夹紧装置63以及位于其下方的挡板64。卷料机构60包含的组件以及具体结构可以参考现有市售卷料机，本申请对此不作详细介绍。

请参考图3示出的系统结构图，可选的，该系统还包括安全围栏90和成品台100，执行机构和成品台100设置在安全围栏90内，保证系统进行自动化加工时的安全性，上位机110设置在安全围栏90外，方便用户进行控制和操作。可选的，执行机构中的所有组件不需要全部设置在安全围栏90内，如图3所示，可以仅将机械臂70和内筒放置机80设置在安全围栏90中，另外安全围栏90还开设有围栏门，方便操作人员对成品台上的收卷成品进行整理，实际安全围栏可以自定义设置。在实际实现时，成品台100还可以细分为成品缓存区和成品放置区，该系统自动化加工完成后的收卷成品放置在成品缓存区，操作人员对成品缓存区的收卷成品进行整理后放置到成品放置区。

图1-3所示的系统可以实现对风机叶片的基材物料的自动化的切割和收卷，其对应的风机叶片基材自动化加工方法的流程包括如下几个步骤：

步骤S1：操作人员对该系统上电，并在上位机中设定相关的加工参数，加工参数至少包括成品参数和物料编号，成品参数至少包括成品尺寸和成品形状，可选的，在对基材物料进行加工时，通常是对4-8层基层材料一起加工的，因此待加工的基材物料实际有N张重叠的基材物料，N≥2且N为整数，则加工参数还包括基材层数，该基材层数即为基材物料中重叠的张数。上位机根据用户的设定确定得到加工参数。

步骤S2：上位机控制执行机构开始工作，首先上位机控制机械臂抓取待加工的基材物料并将待加工的基材物料放置在工作台上的送料带上的预定位置，预定位置可以自定义。

步骤S3：上位机控制切割机构按照成品参数中的成品尺寸和成品形状对待加工的基材物料进行切割得到M组成品物料，成品物料也即切割后的尺寸和形状都符合成品参数的基材物料，其大致方法为：上位机控制切割电机，切割电机驱动刀架和/或移动组件移动，在刀架和移动组件的移动过程中，通过定位组件对基材物料进行自动定位尺寸和形状，然后通过切割刀进行切割，切割机构的按照成品参数对基材物料进行切割的方法可以参照现有市售的切割机的切割方法，本申请不详细介绍，M为正整数。

步骤S4：上位机控制送料机构将第i组成品物料输送至缓存台，当待加工的基材物料包括n张重叠的基材物料时，切割得到的每一组成品物料中也包括n张重叠的成品物料，M为正整数，i为参数为i的起始值为1。

步骤S5：上位机检测到成品物料进入缓存台后，具体可以通过在缓存台上设置红外传感器或CCD相机等方式实现检测，上位机控制机械臂从成品参数对应的内筒放置机中抓取收卷内筒并放置在卷料机构的卷料轴上，成品参数与内筒放置机的对应关系为预先设定的，也可以由用户直接在上位机中输入内筒放置机的编号，则上位机直接控制机械臂从对应编号的内筒放置机中抓取收卷内筒。

步骤S6：在上位机控制机械臂抓取收卷内筒的同时，上位机控制打标机在第i组成品物料上打印物料编号，并控制卷料电机驱动卷料辊向缓存台的前端转动，卷料辊在转动过程中带动第i组成品物料反向运动向套设在卷料轴上的收卷内筒输送小段距离。可选的，当每组成品物料中包括N张重叠的成品物料时，上位机控制打标机在第i组成品物料的从上至下第j张成品物料上打印物料编号，并控制卷料电机驱动卷料辊向缓存台的前端转动带动第j张成品物料反向运动向套设在卷料轴上的收卷内筒输送小段距离，j为参数且j的起始值为1。

步骤S7：当上位机控制卷料电机驱动卷料辊转动预定圈数时，可以认为卷料辊已经将成品物料输送出合适的距离使得成品物料的前沿与收卷内筒齐平，当每组成品物料中仅包括一张成品物料时，这里的成品物料指的就是第i组成品物料，当每组成品物料中包括N张成品物料时，这里的成品物料指的是第i组成品物料中的第j张成品物料。此时上位机控制机械臂与卷料机构上的夹紧装置配合将成品物料的边缘与收卷内筒的边缘对齐并固定，预定圈数由各个部件的距离和自身参数决定，因此可以由实际实验得到。对其和固定后，上位机控制机械臂松臂，并控制卷料电机驱动卷料轴带动收卷内筒转动，从而将成品物料绕制在收卷内筒上得到收卷成品，然后上位机控制机械臂抓取收卷成品并放置至成品台，并控制机械臂归位，等待执行后续操作。

步骤S8：检测是否满足j＜N。若满足j＜N，则表示缓存台上的第i组成品物料还未全部绕制完成，则令j＝j+1，并再次执行上述步骤S5。若不满足j＜N，则表示缓存台上的第i组成品物料已经全部绕制完成，则令j＝1，并继续执行下列步骤S9。当加工参数中不包括基材层数N时，可以认为N＝1。

步骤S9：检测是否满足i＜M，若满足i＜M，则表示M组成品物料还未完全加工完，则令i＝i+1，并再次执行上述步骤S4，继续按如上方法加工第i+1组成品物料。若不满足i＜M，，则表示M组成品物料均已加工完毕，此时上位机可以发出提示信息来提示操作人员待加工的基材物料已经全部加工完成，且此时已加工完成得到M*N个收卷成品，操作人员接收到提示信息后，可以对成品台上的收卷成品进行整理，比如上位机控制机械臂抓取收卷成品放置在成品台的成品缓存区，则操作人员接收到提示信息后对成品缓存区的M*N个收卷成品进行人工检查，并将人工检查合格的收卷成品放置到成品台的成品放置区，等待后续运输。

以待加工的基材物料包括N张重叠的基材物料为例，本申请公开的自动化加工方法的实例流程图请参考图4。其中，上位机控制切割机构对设置在工作台上的待加工的基材物料进行切割，然后控制送料机构将成品物料输送到缓存台的流程示意图请参考图5。上位机控制机械臂从内筒放置机中抓取内筒放置到卷料机构处的流程示意图请参考图6。上位机控制卷料机构进行卷料的流程示意图请参考图7，以N＝5为例，5张成品物料重叠放置，上位机控制卷料机构中的卷料辊将5张成品物料中的第1张成品物料输出至收卷内筒，然后控制卷料轴转动绕制成收卷成品，依次类推。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种风机叶片基材自动化加工系统，其特征在于，所述系统包括执行机构和上位机，所述执行机构包括工作台、送料机构、切割机构、缓存台、打标机、卷料机构、机械臂以及内筒放置机，所述上位机连接并控制所述送料机构、切割机构、打标机、卷料机构以及机械臂；

所述送料机构和所述切割机构分别设置在所述工作台上，所述送料机构至少包括送料电机、两个送料滚筒和送料带，所述上位机连接并控制所述送料电机，所述两个送料滚筒分别设置在所述工作台的前端和尾端，所述送料带绕设在所述两个送料滚筒和所述工作台的外壁，所述送料电机连接并驱动所述两个送料滚筒朝所述工作台的尾端滚动，所述两个送料滚筒带动所述送料带朝所述工作台的尾端输送；所述工作台的两侧在沿着送料带输送方向开设有导轨，所述切割机构至少包括切割电机、刀架和切割刀，所述上位机连接并控制所述切割电机，所述刀架跨设在所述工作台上方且所述刀架的两侧分别设置在所述工作台两侧的导轨中，所述刀架在位于所述工作台上方的位置处设置有移动组件，所述切割刀设置在所述刀架的移动组件上且竖直向下朝向所述工作台，所述切割电机连接并驱动所述刀架沿着所述工作台的导轨滑动，所述切割电机还连接并驱动所述的刀架上的移动组件带动所述切割刀沿着所述刀架移动和/或沿着垂直于所述工作台的方向移动进行切割；所述缓存台设置在所述工作台的尾端且所述缓存台的前端与所述工作台的尾端对接，所述打标机设置在所述缓存台上且朝向所述缓存台；所述卷料机构至少包括卷料电机、卷料辊和卷料轴，所述上位机连接并控制所述卷料电机，所述卷料辊跨设在所述缓存台上，所述卷料轴设置在所述缓存台的尾端处且平行于所述卷料辊，所述卷料电机连接并驱动所述卷料辊和卷料轴滚动；所述机械臂设置在所述卷料机构远离所述缓存台的一侧，且所述工作台和所述卷料机构均在所述机械臂的操作范围内，所述内筒放置机设置在所述机械臂的操作范围内，所述内筒放置机中放置有收卷内筒；所述机械臂用于抓取待加工的基材物料并放置在所述工作台的送料带上，所述上位机控制所述切割机构对所述待加工的基材物料切割得到成品物料，并控制所述送料机构将所述成品物料输送至所述卷料机构的缓存台处，所述上位机控制所述机械臂从所述内筒放置机中抓取收卷内筒放置在所述卷料机构的卷料轴上，所述上位机控制所述打标机在所述成品物料上打标并控制所述卷料机构将打标后的所述成品物料绕制在所述收卷内筒上加工得到收卷成品；

其中：

所述上位机确定加工参数，所述加工参数至少包括成品参数和物料编号，所述成品参数至少包括成品尺寸和成品形状；

所述上位机控制所述机械臂抓取待加工的基材物料并将所述待加工的基材物料放置在所述工作台上；

所述上位机控制所述切割机构按照所述成品参数对所述待加工的基材物料进行切割得到M组成品物料，并控制所述送料机构将第i组成品物料输送至所述缓存台，M为正整数，i为参数为i的起始值为1；

所述上位机控制所述机械臂从所述成品参数对应的内筒放置机中抓取收卷内筒并放置在所述卷料机构的卷料轴上；

所述上位机控制所述打标机在所述第i组成品物料上打印所述物料编号，并控制所述卷料机构将打标后的所述第i组成品物料绕制在所述收卷内筒上得到收卷成品；

检测是否满足i＜M，若满足，则令i=i+1，并再次执行所述控制所述送料机构将第i组成品物料输送至所述缓存台的步骤；

其中，所述待加工的基材物料包括N张重叠的基材物料，则每组成品物料中包括N张重叠的成品物料，N≥2且N为整数，则所述加工参数还包括基材层数，所述基材层数为所述基材物料中重叠的张数；

则所述上位机控制所述打标机在所述第i组成品物料上打印所述物料编号，并控制所述卷料机构将打标后的所述第i组成品物料绕制在所述收卷内筒上得到收卷成品，包括：

所述上位机控制所述打标机在所述第i组成品物料的从上至下第j张成品物料上打印所述物料编号，并控制所述卷料机构将打标后的所述第j张成品物料绕制在所述收卷内筒上得到收卷成品，j为参数且j的起始值为1；

检测是否满足j＜N；

若满足，则令j=j+1，并再次执行所述上位机控制所述机械臂从所述成品参数对应的内筒放置机中抓取收卷内筒并放置在所述卷料机构的卷料轴上的步骤；

若不满足，则执行所述检测是否满足i＜M的步骤。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括安全围栏和成品台，所述执行机构和所述成品台设置在所述安全围栏内，所述上位机设置在所述安全围栏外，所述成品台设置在所述机械臂的操作范围内，所述机械臂还用于抓取所述收卷成品并放置在所述成品台上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第i组成品物料位于所述卷料机构的卷料辊下方且与所述卷料辊接触，所述控制所述卷料机构将打标后的所述第i组成品物料绕制在所述收卷内筒上得到收卷成品，包括：

所述上位机控制所述卷料电机驱动所述卷料辊转动，所述卷料辊带动所述第i组成品物料向所述收卷内筒输送；

当所述第i组成品物料的前沿与所述收卷内筒齐平时，所述上位机控制所述机械臂将所述第i组成品物料的边缘与所述收卷内筒的边缘对齐并固定；

所述上位机控制所述卷料电机驱动所述卷料轴带动所述收卷内筒转动，将所述第i组成品物料绕制在所述收卷内筒上得到所述收卷成品。

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