CN111302108A - 单向预浸带材的自动布料设备及其工艺 - Google Patents
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Abstract
单向预浸带材的自动布料设备及其工艺，其中设备包括加料装置，所述加料装置包括规整平台、送料机构、放料机构、检测机构以及控制器，于所述规整平台的上方分别设置所述送料机构和所述放料机构，所述规整平台包括输送机构和定位机构，于所述输送机构的末端设置所述定位机构，所述定位机构的下一个工位为所述检测机构，所述送料机构、输送机构、定位机构、放料机构以及检测机构分别同所述控制器电连接或信号连接。检测前一块Y料尾部边沿位置，作为后一块Y料与之相连接、铺放的基准，简化了检测系统，系统运行更为可靠，既减少系统运行精度对Y料铺放位置准确性的影响，又消除检测尺寸的累计误差或者Y料自身的实际尺寸误差对铺放精度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及材料复合技术领域，尤其涉及一种由连续纤维增强热塑材料制成单向预浸带材的自动布料设备及其工艺。
背景技术
将玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或其他由有机或无机材料(如竹纤维、亚麻纤维等)制成的纤维，和一种热塑树脂(如PP、PE、PA6、PET、PEEK、PPS等)制成的单向增强的复合材料称为单向连续纤维增强热塑复合带材，简称单向预浸带材。此类单向预浸带材是生产、制造热塑复合板或以其为皮层的三明治复合板材的基本材料单元，其制成的复合板材或以其为增强皮层的各类三明治复合板材具有质量轻、较高的刚度/质量比和强度/质量比以及高的抗压强度等优点，被广泛应用于要求轻量化的领域，如用于飞机零部件的PEEK单向预浸带材、用于交通运输领域的各类由PP单向预浸带材为基本单元制成的复合板或三明治复合板、用于汽车塑料件结构增强的由单向预浸带材制成的复合板材等。
已知现有典型的复合板材常用结构为由X料(指摆放位置与设备运行方向平行的带材)和Y料(指摆放位置与设备运行方向垂直的带材)两层单向预浸带材上下叠加或由多层X料和Y料单向预浸带材上下叠加，经由传统的皮带式、钢带式或其它类型的连续热复合工艺设备通过加热、压合至冷却定型工序制备成相关的复合板材。在实际应用领域，为满足特定方向的力学性能要求，也有按照其它角度位置摆放的Y料，如与设备运行方向呈+/-45度方向铺层结构的复合板材。
其中，Y料铺料工序或是由人工操作完成，或是采用复杂的工艺设备完成。采用人工操作方式不仅需要较高的劳动力成本，而且由于长时间的重复性动作，极易造成操作员的厌烦情绪，进而影响产品质量；采用工艺装备是让X料进行周期性的停顿，在该段X料处于停止输送状态时完成Y料的布料工序。该运行系统复杂，除了必须的测长系统、夹持机构等外还需要以下装置得以实现自动布料操作：一方面，用于成卷的X料放卷装置需要有驱动机构，该驱动机构需按照布料周期启动和停止，但常用的卷材放卷设备并不配置类似的驱动机构；另一方面，为避免Y料在移动时造成对料误差，在完成Y料的布料时需采用在线焊接的办法，如超声波等热塑塑料焊接装置将Y料与X料进行物理连接。
因此，针对以上缺陷，需要对现有技术进行有效创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单向预浸带材的自动布料设备及其工艺，以满足加料位置精度要求，将重复单调的人工加料转变成简单、可靠的机器动作，能有效地降低人工成本，提高工艺质量。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
单向预浸带材的自动布料设备，包括加料装置，所述加料装置包括规整平台、送料机构、放料机构、检测机构以及控制器，于所述规整平台的上方分别设置所述送料机构和所述放料机构，所述规整平台包括输送机构和定位机构，于所述输送机构的末端设置所述定位机构，所述定位机构的下一个工位为所述检测机构，所述送料机构、输送机构、定位机构、放料机构以及检测机构分别同所述控制器电连接或信号连接；通过送料机构将Y料输送到规整平台的输送机构上，Y料在输送机构作用下继续输送，直至达到定位机构处，定位机构一方面对Y料的前部边沿进行调整，另一方面向控制器发讯，触发放料机构对Y料的拾取动作，放料机构拾取Y料后等待，直至检测机构检测到前一块的Y料尾部边沿，则放料机构再动作，沿着输送方向继续输送Y料，直至输送到的位置可以保证该片Y料的前部边沿与前一块Y料的尾部边沿相连接，再将该片Y料平铺于X料上，此外，定位机构检测到规整平台已经空出，向控制器发讯，控制器向送料机构发出指令，送料机构动作向规整平台继续输送下一块Y料；
相应的，所述送料机构包括送料吸盘，所述放料机构包括放料吸盘，且所述放料吸盘至少设置有两组，一组放料吸盘将Y料输送并铺放到X料上，当检测机构检测到前一块的Y料尾部边沿时，另一组放料吸盘马上将后一块Y料输送铺放到X料上，并保证后一块Y料的前部边沿与前一块Y料的尾部边沿相连接；
相应的，所述输送机构包括驱动机构和托盘，于所述托盘上设置所述驱动机构，所述驱动机构包括气缸，气缸动作，将Y料向前推，直至抵靠于定位机构上；
相应的，所述定位机构包括定位边和传感器，所述定位边为设置于所述规整平台末端的定位边界，用于对Y料的前部边沿位置进行校正，保证该前部边沿位置与主机运行方向角度要求，以及达到与前一块Y料的尾部边沿平行相接的需求，于所述定位机构的末端设置传感器，所述传感器包括接近开关，用于感应Y料已经由所述输送机构输送到位，并向所述控制器发送讯息，以启动放料机构动作；
相应的，所述检测机构包括检测板和检测开关，所述检测板设置在所述Y料下方且位于所述X料上方，所述检测板具有和所述Y料存在色差的颜色，所述检测开关设置于所述Y料上方且与所述检测板相对应，在Y料的尾部边沿从检测板上方移过时，检测开关就可准确识别出颜色变化，从而检测到Y料的尾部边沿；
相应的，所述自动布料设备还包括放卷装置、集料装置和横切机，所述放卷装置负责Y料的供给，Y料依次经所述集料装置和所述横切机后输送到所述加料装置；
相应的，所述放卷装置设置有两个放卷架；
相应的，所述集料装置包括传送辊，所述传送辊包括定辊和动辊，且所述定辊和所述动辊错开设置，Y料经定辊和动辊进行迂回传送，使得集料装置内可储存部分带材，防止放卷机构更换时不能连续供料，
相应的，所述动辊可上下升降，在其上下升降方向上设置若干检测开关，通过所述动辊的升降触发不同的检测开关，从而进行输送速度的控制；
相应的，所述横切机包括长度计量机构和裁剪机构，在Y料的输送过程中，长度计量机构计量Y料的长度，在测量达到设定长度时，通过裁剪机构将连续Y料裁剪成设定的长度。
本发明还提供一种单向预浸带材的自动布料工艺，包括如下步骤：
1)送料机构将Y料输送到规整平台；
2)规整平台对Y料进行输送并规整；
3)放料机构拾取已规整后的Y料，当检测机构检测到前一块的Y料尾部边沿时，放料机构开始输送Y料；
4)将Y料的前部边沿输送到可以与前一块Y料的尾部边沿相连接的位置后，将Y料铺放于X料上，随着X料继续输送；
5)直至检测机构检测到该片Y料的尾部边沿，则送料机构将下一块Y料输送到规整平台，以此重复；
相应的，在送料机构将Y料输送到规整平台前，先对Y料进行长度计量并裁剪成所需长度，且输送速度大于送料机构的送料速度，避免送料机构拖带Y料输送时阻力过大导致送料机构脱落；
相应的，在对Y料进行计量裁剪前，对Y料进行输送速度控制，以保证Y料的恒定张力；
相应的，步骤2)中，Y料在规整平台上输送，借助定位机构调整Y料的前部边沿处于需求位置，同时定位机构向控制器发送讯号，触发放料机构拾取动作；
相应的，步骤4)中，被放料机构拾取但未进行输送的Y料的前部边沿距检测开关的距离为固定值L，X料的输送速度为设定值V，从检测开关检测到前一块Y料的尾部边沿到放料机构输送Y料铺放到X料上的时间为T，在T时间内，前一块Y料尾部边沿随着X料的输送距离为S，则为了保证Y料的前部边沿与前一块Y料的尾部边沿相连接，则放料机构输送Y料所应经过的距离为：S+L＝V*T+L＝0.5*a*T*T，其中，a为放料机构输送Y料的加速度，根据需要设置a和T。
本发明的有益效果为：
1)检测前一块Y料尾部边沿位置，作为后一块Y料与之相连接、铺放的基准，该检测方法简单便捷，且简化了检测系统，使得系统运行更为可靠，既可以减少系统运行精度对Y料铺放位置准确性的影响，又可以消除检测尺寸的累计误差或者Y料自身的实际尺寸误差对铺放精度的影响；
2)通过对Y料的输送铺放计算，当检测开关发讯时，放料机构对Y料进行加速输送，使得Y料的前部边沿连接上前一块Y料的尾部边沿，前一块铺放于X料上的Y料无需暂停输送，则意味着X料可以连续放卷输送，无需周期性频繁起停，不仅简化了对X料放卷系统的控制与结构设计，也避免了因周期性起停影响X料的张力恒定；
3)通过设置横切机对Y料进行长度计量并裁剪，再将其放置到规整平台，对Y料的前部边沿位置进行校正，保证该前部边沿位置与主机运行方向角度要求，以及与前一块Y料的尾部边沿平行相接的需求。
附图说明
图1是本发明一实施例所述的单向预浸带材的自动布料设备的正面结构示意图；
图2是本发明一实施例所述的单向预浸带材的自动布料设备的俯视结构示意图；
图3是Y料从放卷装置、集料装置到横切机的作业示意图；
图4是Y料从横切机到加料装置的作业示意图；
图5、6是Y料从规整平台输送到检测机构工位的示意图；
图7、8是检测机构对Y料的尾部边沿进行检测的原理示意图；
图9是将Y料的前部边沿输送到和前一块Y料的尾部边沿相连接位置的逻辑分析示意图；
图中：
1、放卷装置；
2、集料装置；21、定辊；22、动辊；23、检测开关；
3、横切机；
4、加料装置；41、送料吸盘；42、放料吸盘；43、气缸；44、托盘；45、定位边；46、检测板；47、检测开关；
51、前牵引辊；52、前对辊；53、后牵引辊；54、后对辊；
6、Y料；7、X料；8、待放Y料；9、已放Y料。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1-9所示，在本发明的一个实施例中，单向预浸带材的自动布料设备包括放卷装置1、集料装置2、横切机3和加料装置4；
放卷装置1包括放卷架，为了避免放卷架上的Y料6用完，需要即时在放卷架上放入新的Y料6而中断Y料6的供应，因此，本实施例中设置两个放卷架，当一个放卷架上的Y料6供应完后，直接改用另一个放卷架上的Y料6，以此节省了时间成本，提高了生产效率；
集料装置2包括传送辊，传送辊由定辊21和动辊22组成，定辊21和动辊22错开设置，Y料6经定辊21和动辊22进行迂回传送，使得集料装置2内可储存部分带材，防止放卷机构1更换时不能连续供料，此外，鉴于布料过程中，存在不同速度的输送需求，因此，集料装置2还具备输送速度控制功能。更为具体的，动辊22为可上下升降的设置，在其上下升降方向上设置若干检测开关23，通过动辊22的升降触发不同的检测开关23，从而触发不同的输送速度。例如，在动辊22升降的方向上，设有上中下三个检测开关23(例如接近开关)，在横切机3启动向加料装置4方向输送Y料6时，集料装置2内因Y料6的向外输送而降低了储料量，动辊22因材料减少而上升，上升到中检测开关23处，中检测开关23发送信号，前牵引辊51和前对辊52启动向集料装置2输送Y料6，随着材料的增多，动辊22下降，因此，正常情况下，动辊22在中检测开关23和下检测开关23间升降，在特殊情况下，例如当主机速度过快，导致动辊22上升至上检测开关23的位置，为避免产线发生意外，上检测开关23发出信号，前牵引辊51和前对辊52加速向集料装置2输送Y料6，使动辊22快速下降，保证足量的Y料6存贮，当动辊22向下到达中检测开关23位置时，前牵引辊51和前对辊52对Y料的输送速度恢复正常速度；
横切机3包括长度计量机构和裁剪机构，在Y料6的输送过程中，长度计量机构计量Y料6的长度，在测量达到设定长度时，通过裁剪机构将连续Y料6裁剪成设定的长度；
加料装置4包括规整平台、送料机构、放料机构、检测机构以及控制器，于规整平台的上方分别设置送料机构和放料机构，本实施例中，为了简化说明，送料机构具体为送料吸盘41，放料机构具体为放料吸盘42，规整平台包括输送机构和定位机构，输送机构包括驱动机构和托盘44，于托盘44上设置驱动机构，本实施例中，驱动机构设置为气缸43，当然，采用本领域的其他的常用驱动机构也可行，于托盘44的末端设置定位机构，定位机构包括定位边45和传感器，定位边45为设置于托盘44末端的定位边界，于定位边44上设置传感器，传感器包括接近开关，放料吸盘42将Y料6输送到检测机构，检测机构包括检测板46和检测开关47，检测板46设置在Y料6下方且位于X料7上方，检测板46具有和Y料6存在色差的颜色(因为X料7和Y料6为相同的材料，没有颜色差别，所以需要以和Y料6存在色差的背景板作为检测板)，检测开关47设置于Y料6上方且与检测板46相对应；
送料机构、输送机构、定位机构、放料机构以及检测机构分别同控制器电连接或信号连接，控制系统包含PLC等电器元件，包含控制程序驱动各执行机构按照要求执行各自的动作。
根据本实施例所述的结构，可以得到如下实施方式：
1)放卷架放出Y料6后，Y料6经前牵引辊51、前对辊52(当然也可以是其他输送装置，只需满足具备牵引输送能力即可，下同)的牵引传送后，输送到集料装置2，并且借助集料装置2内的定辊21和动辊22进行曲折迂回传送，以便可以在集料装置2内存储部分带材，防止放卷架更换时供料的不连续，并通过动辊22的升降触发不同的检测开关23，由此触发不同的传送速度，以保持Y料6输送过程中的恒定张力；
2)从集料装置2中输出的Y料6经后牵引辊53、后对辊54输送到横切机3，横切机3将Y料6继续向送料机构方向输送。当Y料6被送到指定位置后(例如，送至送料吸盘41下方)，送料吸盘41吸住Y料6并向规整平台方向拖料，横切机3同步将Y料6送出。实际生产中，横切机3的送料速度略大于送料吸盘41的送料速度，避免因速度匹配问题，导致送料吸盘41吸料脱落。在前述两者同步输送过程中，长度计量机构对Y料6进行长度计量，当Y料6达到指定长度时，送料吸盘41和横切机3同时停止对Y料6的输送动作，由裁剪机构将连续的Y料6裁剪成设定的长度。裁剪完成后，送料吸盘41再次动作，继续将Y料6拖向规整平台(例如，将Y料6拖到规整平台的中心位置)，并将Y料6铺放在托盘44上，而后送料吸盘41返回。在Y料6被裁剪后由送料吸盘41送往托盘44的期间，横切机3将后续等待输送的Y料6再次向指定位置(例如，送至送料吸盘41下方)输送，以此重复；
3)Y料6被放在规整平台的托盘44上后，气缸43继续推送Y料6，直至Y料6的前部边沿全部靠上定位边，依靠定位边对Y料6的前部边沿位置进行了调整，同时设置于定位边上的接近开关向控制器发送讯息，控制器向其中一组放料吸盘42发送指令，使得该放料吸盘42动作，放料吸盘42拾取Y料6后原地等待；
4)直至检测开关47(为了提高检测点定位的精度，检测开关47发射的检测光点区域为两毫米的宽度，以此降低距离计算误差)检测到前一块Y料6的尾部边沿(前一块Y料6指已被放料吸盘42拾取并输送铺放于X料7上，随着X料7一并进行输送的Y料带材，以下简称已放Y料9)，则放料吸盘42立即动作，将已拾取的Y料6(以下简称待放Y料8)拖向已放Y料9的尾部边沿，实现铺放于X料7上的相邻的前后两片Y料6无缝对接，对接依据如下：
5)待放Y料8的前部边沿距检测开关47的距离为L，X料7的输送速度为V，从检测开关47检测到已放Y料9的尾部边沿到将待放Y料8输送并铺放到X料7上的时间为T，在T时间内，已放Y料9尾部边沿随着X料7的输送距离为S，则S＝V*T(鉴于已放Y料9已铺放于X料7上，因此已放Y料9的输送速度等于X料7的输送速度)，为了保证待放Y料8的前部边沿与已放Y料9的尾部边沿相连接，则放料吸盘42输送待放Y料8所应经过的距离为：S+L＝V*T+L＝0.5*a*T*T，其中，L为固定值，V为设定值，其都为已知值，a为放料吸盘42输送待放Y料8的加速度，因此，只需根据需要，设置a和T即可实现待放Y料8前部边沿和已放Y料9尾部边沿的对接；
6)同时，Y料6已经从托盘44中输出，即托盘44处于空出状态后，送料吸盘41立即将已拾取的Y料6向托盘44输送，以此重复。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (15)
1.单向预浸带材的自动布料设备，包括加料装置，其特征在于：所述加料装置包括规整平台、送料机构、放料机构、检测机构以及控制器，于所述规整平台的上方分别设置所述送料机构和所述放料机构，所述规整平台包括输送机构和定位机构，于所述输送机构的末端设置所述定位机构，所述定位机构的下一个工位为所述检测机构，所述送料机构、输送机构、定位机构、放料机构以及检测机构分别同所述控制器电连接或信号连接。
2.根据权利要求1所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述送料机构包括送料吸盘，所述放料机构包括放料吸盘，且所述放料吸盘至少设置有两组。
3.根据权利要求1所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述输送机构包括驱动机构和托盘，于所述托盘上设置所述驱动机构，所述驱动机构包括气缸。
4.根据权利要求1所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述定位机构包括定位边和传感器，所述定位边为设置于所述规整平台末端的定位边界，于所述定位机构的末端设置传感器，所述传感器包括接近开关，用于感应Y料已经由所述输送机构输送到位，并向所述控制器发送讯息，以启动放料机构动作。
5.根据权利要求1所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述检测机构包括检测板和检测开关，所述检测板设置在所述Y料下方且位于所述X料7上方，所述检测板具有和所述Y料存在色差的颜色。
6.根据权利要求1所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述自动布料设备还包括放卷装置、集料装置和横切机，所述放卷装置负责Y料的供给，Y料依次经所述集料装置和所述横切机后输送到所述加料装置。
7.根据权利要求6所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述放卷装置设置有两个放卷架。
8.根据权利要求6所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述集料装置包括传送辊，所述传送辊包括定辊和动辊，且所述定辊和所述动辊错开设置。
9.根据权利要求8所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述动辊可上下升降，在其上下升降方向上设置若干检测开关，通过所述动辊的升降触发不同的检测开关，从而进行输送速度的控制。
10.根据权利要求6所述的单向预浸带材的自动布料设备，其特征在于：所述横切机包括长度计量机构和裁剪机构，在Y料的输送过程中，长度计量机构计量Y料的长度，在测量达到设定长度时，通过裁剪机构将连续Y料裁剪成设定的长度。
11.基于权利要求1-10任一所述的单向预浸带材的自动布料工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)送料机构将Y料输送到规整平台；
2)规整平台对Y料进行输送并规整；
3)放料机构拾取已规整后的Y料，当检测机构检测到前一块的Y料尾部边沿时，放料机构开始输送Y料；
4)将Y料的前部边沿输送到可以与前一块Y料的尾部边沿相连接的位置后，将Y料铺放于X料上，随着X料继续输送；
5)检测机构检测到该片Y料的尾部边沿，则送料机构将下一块Y料输送到规整平台，以此重复。
12.根据权利要求11所述的单向预浸带材的自动布料工艺，其特征在于：在送料机构将Y料输送到规整平台前，先对Y料进行长度计量并裁剪成所需长度。
13.根据权利要求12所述的单向预浸带材的自动布料工艺，其特征在于：在对Y料进行计量裁剪前，对Y料进行输送速度控制，以保证Y料的恒定张力。
14.根据权利要求11所述的单向预浸带材的自动布料工艺，其特征在于：步骤2)中，Y料在规整平台上输送，借助定位机构调整Y料的前部边沿处于与前一块Y料的尾部边沿平行相接的需求位置，同时定位机构向控制器发送讯号，触发放料机构拾取动作。
15.根据权利要求11所述的单向预浸带材的自动布料工艺，其特征在于：步骤4)中，被放料机构拾取但未进行输送的Y料的前部边沿距检测开关的距离为固定值L，X料的输送速度为设定值V，从检测开关检测到前一块Y料的尾部边沿到放料机构输送Y料铺放到X料上的时间为T，在T时间内，前一块Y料尾部边沿随着X料的输送距离为S，则为了保证Y料的前部边沿与前一块Y料的尾部边沿相连接，则放料机构输送Y料所应经过的距离为：S+L＝V*T+L＝0.5*a*T*T，其中，a为放料机构输送Y料的加速度，根据需要设置a和T。
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