CN110983578A - 一种三维织造张力控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维增强复合材料预制体制造领域，具体涉及一种复合材料三维织造张力控制方法。本发明的步骤为：设定纱线张力，计算出在织造过程中，织造针在任意位置的理论纱线织造偏角。织造过程中通过对织造偏角进行实时检测，并与理论织造偏角对比，主动收放张力施加线，实现对织造偏角的控制从而实现对张力的控制。本发明提出的三维织造张力控制方法实现了预制体三维织造过程的张力控制，有利于提高三维织造过程的可控化、自动化程度。

Description

一种三维织造张力控制方法
技术领域
本发明涉及复合材料预制体制造技术领域，具体涉及一种复合材料三维织造张力控制方法。
背景技术
由于近些年能源的逐渐匮乏，材料制造业的生产和运输成本大大增加，因此很多研究者着重于研究材料的轻量化技术。20世纪60年代以来，多种具有三维结构的纤维增强复合材料发展起来，因为其具有损伤容限高、层间性能好、结构设计灵活等优点，广泛应用于航空航天、国防军工等尖端领域。
随着复合材料预制体三维成形技术的发展，预制体生产过程向着自动化、可控化方向发展，预制体成形的质量稳定性要求也越来越高。常规使用张力传感器直接在工艺过程中进行张力检测并进行控制的方式存在着对纤维磨损大，占地空间大，织造张力难以控制的问题，缺乏一种适用于三维织造的张力控制方法。
发明内容
本发明主要提供一种三维织造张力控制方法，该方法主要解决三维织造领域中织造张力难以控制的问题。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提出了一种三维织造张力控制方法，具体步骤如下：
(a)根据织造的纱线12规格、预留纱线12长度，设定纱线12的张力，并根据织造针11与已织造预制体13的高度差、预留纱线12的长度，计算出在织造过程中织造针11在任意位置的理论纱线织造偏角；
(b)织造过程中，实时检测织造偏角，织造偏角大于理论纱线织造偏角进入步骤(c)，织造偏角小于理论纱线织造偏角进入步骤(d)；
(c)张力施加线15主动放线，使纱线织造偏角等于理论纱线织造偏角；
(d)张力施加线15主动收线，使纱线织造偏角等于理论纱线织造偏角；
(e)重复步骤(b),完成单层纱线织造；
(f)张力控制停止。
进一步地，织造偏角为织造过程中，靠近地面一侧纱线与地面所形成的夹角。
进一步地，采用非接触测量的方式检测织造偏角。
进一步地，张力施加线的材质为高抗拉刚度线材，包括但不限于碳纤维、芳纶纤维。
本发明的有益效果是：
1)能够实现在预制体织造过程中的张力控制，对多根纱线同时进行控制，能够减少织造过程中纱线打结、张力突变等问题的出现，有利于提高三维织造过程的可控化、自动化程度。
2)采用非接触的检测方式，不占用纱路空间，减小了织造过程中的纱线磨损，有利于复合材料预制体的高质量成形。
附图说明
图1为本发明三维织造张力控制方法原理示意图
图2为本发明三维织造张力控制方法具体实施方式示意图
图3为本发明三维织造张力控制方法流程图
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下结合附图对本发明进行详细的说明。
根据本发明的典型实施例，如图2所示，根据织造针21与已织造预制体23的高度差75mm、张力边棒25选取直径3mm的不锈钢棒、纱线24为T300-3K碳纤维复丝、预留长度310mm，设置织造过程中纱线24的张力为25cN，获得织造针21织造过程中，纱线24与地面产生的理论织造偏角由6.9°逐渐变小为2.6°。
织造过程中，织造针21向着预制体23水平运动，到张力施加线26绕过张力边棒25两端对张力边棒25施加拉力，使纱线24产生张力。纱线24与地面产生织造偏角，该织造偏角随着织造过程的进行发生变化。相机22在织造过程中实时获得纱线24的图像信息，通过霍夫直线检测算法对图像信息中的纱线24的织造偏角进行提取。
当提取的织造偏角小于该织造针所在位置所施加张力的理论织造偏角时，使电机27转动，带动卷扬轮28使张力施加线26长度变短，从而使纱线24的织造偏角变大。
当提取的织造偏角大于该织造针所在位置所施加张力的理论织造偏角时，使电机27转动，带动卷扬轮28使张力施加线26长度变长，从而使纱线24的织造偏角变小。
织造过程中，纱线24逐渐进入预制体23中，实时检测并调整织造偏角，直至纱线24全部进入时，张力控制停止，张力施加线26脱开张力边棒25，完成单层织造。
相对已有的复合材料织造张力控制方法来说，本发明所提供的张力控制方法，其优势在于：
(1)能够实现在预制体织造过程中的张力控制，对多根纱线同时进行控制，能够减少织造过程中打结、张力突变等问题的出现，有利于提高三维织造过程的可控化、自动化程度。
(2)采用非接触的检测方式，不占用纱路空间，减小了织造过程中的纱线磨损有利于复合材料预制体的高质量成形。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及尝试直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或先用技术中心常用公知技术的替代，以及特征的变化与修饰，例如，收放卷采用直线滑台牵拉张力施加线，织造偏角采用激光位移传感器测量等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于专利保护范围。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三维织造张力控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据织造的纱线12规格、预留纱线12长度，设定纱线12的张力，并根据织造针11与已织造预制体13的高度差、预留纱线12的长度，计算出在织造过程中织造针11在任意位置的理论纱线织造偏角；
(2)织造过程中，实时检测织造偏角，织造偏角大于理论纱线织造偏角进入步骤(3)，织造偏角小于理论纱线织造偏角进入步骤(4)；
(3)张力施加线15主动放线，使纱线织造偏角等于理论纱线织造偏角；
(4)张力施加线15主动收线，使纱线织造偏角等于理论纱线织造偏角；
(5)重复步骤(2),完成单层纱线织造；
(6)张力控制停止。
2.根据权利要求1所述的三维织造张力控制方法，其特征在于，所述的织造偏角为织造过程中靠近地面一侧纱线与地面所形成的夹角。
3.根据权利要求1所述的三维织造张力控制方法，其特征在于，所述的实时检测织造偏角是采用非接触测量的方式。
4.根据权利要求1所述的三维织造张力控制方法，其特征在于，所述的张力施加线是高抗拉刚度线材，包括但不限于碳纤维、芳纶纤维。
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