CN112030380B - 航天器热控多层自动化铺缝一体设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备，包括机架，所述机架上依次设置有铺料模块、缝制模块和夹料机构,铺料模块和缝制模块能在所述安装机架上沿Y向移动，夹料机构固定多层芯料，铺料模块自动铺设多层芯料，缝制模块对多层芯料进行仿形缝制，从而完成航天器热控多层芯料自动铺设和缝制，提升热控多层的铺缝效率，制造精确度以及质量一致性水平。

Description

航天器热控多层自动化铺缝一体设备

技术领域

本发明一般涉及航天器热控多层制作领域，尤其涉及一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备。

背景技术

热控多层是航天器上的一类柔性产品，安装在航天器及设备表面，它直接影响到航天器的温度控制及在轨运行效果。热控多层芯料由单位质量≤10g/m²易伸缩涤纶网、6μm±1μm厚镀铝聚酯膜和18μm-20μm厚镀铝聚酯膜间隔层叠而成。面对各类复杂航天器的研制，以空间复杂曲面为代表的热控多层制造数量和难度不断增加，传统的手工下料、铺料、缝制制造模式严重影响的航天器热控多层制造的精确度、生产效率和质量一致性水平，是航天器研制过程中亟待解决的难题之一。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备，完成航天器热控多层芯料自动铺设和缝制，提升热控多层的铺缝效率，制造精确度以及质量一致性水平。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备，包括机架，所述机架上依次设置有铺料模块、缝制模块和夹料机构,所述夹料机构用于固定多层芯料，所述铺料模块和所述缝制模块可在所述安装机架上沿Y向移动，所述铺料模块用于多层芯料的自动铺设，所述缝制模块用于多层芯料的仿形缝制。

在一个实施例中，所述铺料模块包括张力控制装置、拉料装置和裁剪装置，所述张力控制装置实现材料在自动铺设过程中的张力控制，所述拉料装置夹持原材料在安装机架上行走到设定的位置，所述裁剪装置将原材料在出料口处裁断。

在一个实施例中，所述张力控制装置包括送料机构、张紧机构、传感器及固定座，所述送料机构与所述张紧机构位于所述固定座的同一表面且相距设置，所述送料机构包括至少一个缠绕隔热材料的料轴，通过所述料轴的转动输出所述隔热材料；所述张紧机构用于控制所述隔热材料的张紧程度；所述传感器用于实时检测所述隔热材料的输出量；在工作时，所述隔热材料的输出方向与所述隔热材料通过所述张紧机构时的方向相同。

在一个实施例中，所述张紧机构包括第二支撑架、至少一个施压件及至少一个升降件，所述升降件从上往下依次设置于所述第二支撑架，所述施压件设置于所述升降件，所述施压件用于提供作用力于所述隔热材料；所述升降件用于驱动所述施压件沿竖直方向运动且锁定所述施压件。

在一个实施例中，所述固定座设置有推进气缸，所述推进气缸具有缸身和相对所述缸身作往复直线运动的活动端，所述送料机构设置于所述缸身，所述张紧机构设置于所述活动端，使得所述张紧机构与所述送料机构之间的间距可以调整。

在一个实施例中，所述缝制模块包括缝制鞍架和缝制机头，缝制鞍架实现缝制机头在缝制平面内X向的精确移动，缝制机头实现垂直于缝制平面的Z向运动，以及缝制步长的控制。

在一个实施例中，所述夹料机构包括驱动机构、转轴、夹布梁、下夹板和上夹板，所述上夹板安装于所述夹布梁上，所述下夹板与所述下夹板一端铰接，所述驱动机构用于驱动所述下夹板的一端绕所述上夹板的一端转动。

在一个实施例中，所述驱动机构包括驱动气缸和传动结构，所述传动结构包括齿轮、齿条和转轴，所述夹布梁和所述驱动气缸分别设于所述齿条两端，所述齿轮转动连接于所述转轴上，所述第一驱动气缸与所述齿条固连，所述齿轮分别与所述齿条和所述下夹板的下端面啮合，所述下夹板的下端面为斜面。

在一个实施例中，所述机架上具有沿Y向设置的第一导轨，所述铺料模块和缝制模块安装于所述第一导轨上，所述夹料机构的设置数量至少两个，至少两个所述夹料机构分别设于所述第一导轨的两侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

根据本申请实施例提供的技术方案提出了一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备，包括机架，所述机架上依次设置有铺料模块、缝制模块和夹料机构,所述铺料模块和所述缝制模块能在所述安装机架上沿Y向移动，夹料机构固定多层芯料，铺料模块自动铺设多层芯料，缝制模块对多层芯料进行仿形缝制，从而完成航天器热控多层芯料自动铺设和缝制，提升热控多层的铺缝效率，制造精确度以及质量一致性水平。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例航天器热控多层自动化铺缝一体设备的结构示意图；

图2是本发明实施例夹料机构的结构示意图；

图3是本发明实施例铺料模块的结构示意图；

图4是本发明实施例张力控制装置的原理图；

图5是本发明实施例张力控制装置的结构示意图；

图6是本发明实施例缝制模块的结构示意图。

图中：1-铺料模块，11-张力控制装置，111-料轴，112-第一支撑架，113-施压件，114-升降件，115-第二支撑架，116-传感器，117-固定座，118-隔热材料，119-料筒，12-拉料装置，13-裁剪装置，2-缝制模块，21-缝制鞍架，22-缝制机头，3-安装机架，4-夹料机构，41-驱动气缸，42-齿条，43-转轴，44-齿轮，45-夹布梁，46-下夹板，47-上夹板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如背景技术中提到的，热控多层是航天器上的一类柔性产品，安装在航天器及设备表面，它直接影响到航天器的温度控制及在轨运行效果。热控多层芯料由单位质量≤10g/m²易伸缩涤纶网、6μm±1μm厚镀铝聚酯膜和18μm-20μm厚镀铝聚酯膜间隔层叠而成。面对各类复杂航天器的研制，以空间复杂曲面为代表的热控多层制造数量和难度不断增加，传统的手工下料、铺料、缝制制造模式严重影响的航天器热控多层制造的精确度、生产效率和质量一致性水平，是航天器研制过程中亟待解决的难题之一。

因此，如何提高航天器热控多层制造的精确度、生产效率和质量一致性水平将成为本申请的改进方向。本发明的基本构思是通过夹料机构固定多层芯料，铺料模块自动铺设多层芯料，缝制模块对多层芯料进行仿形缝制，从而完成航天器热控多层芯料自动铺设和缝制。

如图1至图6所示，其示出了本发明的航天器热控多层自动化铺缝一体设备。

如图1所示，航天器热控多层自动化铺缝一体设备，包括机架，所述机架上依次设置有铺料模块1、缝制模块2和夹料机构4,所述夹料机构4用于固定多层芯料，所述铺料模块1和所述缝制模块2可在所述安装机架3上沿Y向移动，所述铺料模块1用于多层芯料的自动铺设，所述缝制模块2用于多层芯料的仿形缝制。

其中，所述机架上具有沿Y向设置的第一导轨，所述铺料模块1和缝制模块2安装于所述第一导轨上，所述夹料机构4的设置数量至少两个，至少两个所述夹料机构4分别设于所述第一导轨的两侧。需要解释的是，Y向指的是安装机架3的长度方向。

如图2所示，在本实施例中，所述夹料机构4包括驱动机构、转轴43、夹布梁45、下夹板46和上夹板47，所述上夹板47安装于所述夹布梁45上，所述下夹板46与所述下夹板46一端铰接，所述驱动机构用于驱动所述下夹板46的一端绕所述上夹板47的一端转动。

其中，所述驱动机构包括驱动气缸41和传动结构，所述传动结构包括齿轮44、齿条42和转轴43，所述夹布梁45和所述驱动气缸41分别设于所述齿条42两端，所述齿轮44转动连接于所述转轴43上，所述第一驱动气缸41与所述齿条42固连，所述齿轮44分别与所述齿条42和所述下夹板46的下端面啮合，所述下夹板46的下端面为斜面。

夹料机构4实现在缝制过程中的位置固定。需要指出的是，夹料机构4的单侧夹持宽度为30mm。

如图3所示，在本实施例中，所述铺料模块1包括张力控制装置11、拉料装置12和裁剪装置13，所述张力控制装置11实现材料在自动铺设过程中的张力控制，所述拉料装置12夹持原材料在安装机架3上行走到设定的位置，所述裁剪装置13将原材料在出料口处裁断，将多层芯料松开实现铺设。

需要说明的是，拉料装置12的拉料距离0-4200mm，拉料最大速度为2m/s，加速度为4mm/s²。裁剪装置13的可裁断幅宽1.8m。

如图4和图5所示，在本实施例中，所述张力控制装置11包括送料机构、张紧机构、传感器116及固定座117，所述送料机构与所述张紧机构位于所述固定座117的同一表面且相距设置，所述送料机构包括至少一个缠绕隔热材料118的料轴111，通过所述料轴111的转动输出所述隔热材料118；所述张紧机构用于控制所述隔热材料118的张紧程度；所述传感器116用于实时检测所述隔热材料118的输出量；在工作时，所述隔热材料118的输出方向与所述隔热材料118通过所述张紧机构时的方向相同。

送料机构可以包括料轴111和驱动电机，驱动电机与料轴111可以通过皮带或链轮连接，驱动电机间接使得料轴111转动，从而控制隔热材料118的输出。传感器116可以位于送料机构的正上方或者正下方，传感器116和送料机构分别与该用于航天器隔热材料118铺设的控制装置的控制系统电连接，若传感器116获取单位时间内隔热材料118的输出量大于阈值，即隔热材料118的输出量大于实际在铺设时使用量，则控制系统控制送料机构动作，使得驱动电机降低转速。反之，若传感器116获取单位时间内隔热材料118的输出量小于阈值，则控制系统控制送料机构动作，使得驱动电机提高转速。

定义缠绕于料轴111的隔热材料118为料筒119，料筒119的半径r随着隔热材料118的输出逐渐变小。随着料筒119的半径r变小，通过送料机构与传感器116的协同配合，使得料轴111的转动速度逐渐提高，保证单位时间内输出隔热材料118量与单位时间内铺设隔热材料118量大致相等，从而实现精确、实时控制隔热材料118的输出，避免铺设时隔热材料118拉伸变形或者铺设后隔热材料118收缩褶皱。张紧机构的设置，进一步避免铺设时隔热材料118拉伸变形或者铺设后隔热材料118收缩褶皱，最终实现隔热材料118的自动化铺设。

作为可实现的优选方式，送料机构包括第一支撑架112和三个料轴111，该三个料轴111分别为：第一料轴、第二料轴及第三料轴，各料轴111从上往下依次转动连接至第一支撑架112。第一料轴缠绕双面镀铝聚酯膜，第二料轴缠绕涤纶网，第三料轴缠绕双面镀铝聚酯膜。第一料轴、第二料轴及第三料轴分别对应一个传感器116和一个驱动电机，实现第一料轴、第二料轴及第三料轴独立控制，有利于精确、实时控制双面镀铝聚酯膜或涤纶网的输出，避免铺设时隔热材料118拉伸变形或者铺设后隔热材料118收缩褶皱。

作为可实现的优选方式，张紧机构包括第二支撑架115、至少一个施压件113及至少一个升降件114。各升降件114从上往下依次设置于第二支撑架115，一个施压件113至少对应一个升降件114，且施压件113连接至升降件114。施压件113用于提供作用力于隔热材料118；升降件114用于驱动施压件113沿竖直方向往复运动且锁定施压件113。施压件113可以是滚轮、圆杆或者链轮等；升降件114可以是电动气缸、液压缸或者弹簧平衡器等。根据隔热材料118的张紧程度，调整升降件114的行程，实现隔热材料118处于合适的张紧状态。

具体地，施压件113为压杆，该压杆的截面为圆形且质量500g。升降件114为弹簧平衡器。弹簧平衡器借助卷簧积蓄的能量，使所悬挂的操作工具(如压杆)处于无重状态。一个压杆对应两个弹簧平衡器，一个弹簧平衡器悬挂压杆的一端，另一个弹簧平衡器悬挂压杆的另一端，两个弹簧平衡器输出力值相同且同步运动，使得沿竖直方向运动的压杆的轴线始终水平，其中，压杆的轴线与料轴111的轴线相互平行，使得上述的隔热材料118的输出方向与隔热材料118的通过方向相同。

压杆下压于隔热材料118，压杆与隔热材料118线接触。在压杆处于工作状态下，压杆处于静平衡，对压杆受力分析，隔热材料118向上支撑压杆的作用力为F2，卷簧向上拉压杆的作用力为F1，杆件的自重为G，故F1+F2＝G。当隔热材料118处于松弛状态，F2减小，压杆自动向下运动，至压杆再次下压于隔热材料118，F1增大至F1_a，F2减小至F2_a，F1_a+F2_a＝G，实现隔热材料118的自动张紧。当隔热材料118处于过于张紧状态，F2增大，F1减小，压杆自动向上运动，F1减小至F1_b，F2增大至F2_b，F1_a+F2_a＝G，实现隔热材料118的自动松弛，使得隔热材料118处于适当的张紧状态。上述结构的张紧机构，能够自动调节隔热材料118的张紧程度，有助于实现隔热材料118的自动化铺设。

作为可实现的优选方式，传感器116为光电传感器。光电传感器设置于送料机构的料轴111的正上方150mm～200mm，该光电传感器检测距离长，能够进行10m以上的检测距离；对检测物体的限制少，检测物体可以是木材、塑料、布料或者玻璃等；响应时间短。

作为可实现的优选方式，固定座117设置有推进气缸。推进气缸具有缸身和相对缸身作往复直线运动的活动端，第一支撑架112设置于缸身，第二支撑架115设置于活动端，使得第一支撑架112与第二支撑架115之间的间距可以调整，有利于精确、实时控制双面镀铝聚酯膜或涤纶网的输出，避免铺设时隔热材料118拉伸变形或者铺设后隔热材料118收缩褶皱。

如图6所示，所述缝制模块2包括缝制鞍架21和缝制机头22，缝制鞍架21实现缝制机头22在缝制平面内X向的精确移动，缝制机头22实现垂直于缝制平面的Z向运动，以及缝制步长的控制。需要解释的是，X向指的是安装机架3的宽度方向，Z向指的是安装机架3的高度方向。

具体地，缝制鞍架21可沿机架上沿Y向设置的第一导轨往复移动，缝制鞍架21上安装有X向导轨，使缝制机头22可沿导轨横向往复移动，缝制鞍架21工作中移动的最大速度为12.5mm/s，加速度为7.8mm/s²，从而使得缝制机头22可实现任意图形1-30mm范围步长的参数化设定缝制。需要强调的是，缝制模块2的缝制精度优于1mm。

热控多层芯料通过铺料模块1的张力控制装置11消除张力后由拉料装置12拉出，到设定长度后裁剪装置13将原材料裁断，重复该过程至设定的层数。机架上的夹料机构4将铺设后的多层芯料夹紧，缝制模块2的缝制鞍架21和缝制机头22协同工作完成料芯的缝制。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (4)

1.一种航天器热控多层自动化铺缝一体设备，其特征在于，包括机架，所述机架上依次设置有铺料模块、缝制模块和夹料机构, 所述夹料机构用于固定多层芯料，所述铺料模块和所述缝制模块可在所述机架上沿Y向移动，所述铺料模块用于多层芯料的自动铺设，所述缝制模块用于多层芯料的仿形缝制，

其中，所述铺料模块包括张力控制装置，所述张力控制装置实现材料在自动铺设过程中的张力控制，

所述张力控制装置包括送料机构、张紧机构、传感器及固定座，所述送料机构与所述张紧机构位于所述固定座的同一表面且相距设置， 所述送料机构包括至少一个缠绕隔热材料的料轴，通过所述料轴的转动输出所述隔热材料；所述张紧机构用于控制所述隔热材料的张紧程度；所述传感器用于实时检测所述隔热材料的输出量；在工作时，所述隔热材料的输出方向与所述隔热材料通过所述张紧机构时的方向相同；

其中，所述送料机构包括第一支撑架和三个所述料轴，各所述料轴从上往下依次转动连接至所述第一支撑架；所述张紧机构包括第二支撑架、至少一个施压件及至少一个升降件，各所述升降件从上往下依次设置于所述第二支撑架，所述施压件设置于所述升降件，所述施压件用于提供作用力于所述隔热材料，所述升降件用于驱动所述施压件沿竖直方向运动且锁定所述施压件；

其中，所述铺料模块还包括拉料装置和裁剪装置，所述拉料装置夹持原材料在安装机架上行走到设定的位置，所述裁剪装置将原材料在出料口处裁断；

其中，所述夹料机构包括驱动机构、转轴、夹布梁、下夹板和上夹板，所述上夹板安装于所述夹布梁上，所述上夹板与所述下夹板一端铰接，所述驱动机构用于驱动所述下夹板的一端绕所述上夹板的一端转动；

其中，所述驱动机构包括驱动气缸和传动结构，所述传动结构包括齿轮、齿条和转轴，所述夹布梁和所述驱动气缸分别设于所述齿条两端，所述齿轮转动连接于所述转轴上，所述驱动气缸与所述齿条固连，所述齿轮分别与所述齿条和所述下夹板的下端面啮合，所述下夹板的下端面为斜面。

2.根据权利要求1所述的航天器热控多层自动化铺缝一体设备，其特征在于，所述固定座设置有推进气缸，所述推进气缸具有缸身和相对所述缸身作往复直线运动的活动端， 所述送料机构设置于所述缸身，所述张紧机构设置于所述活动端，使得所述张紧机构与所述送料机构之间的间距可以调整。

3.根据权利要求1所述的航天器热控多层自动化铺缝一体设备，其特征在于，所述缝制模块包括缝制鞍架和缝制机头，缝制鞍架实现缝制机头在缝制平面内X向的精确移动，缝制机头实现垂直于缝制平面的Z向运动，以及缝制步长的控制。

4.根据权利要求1所述的航天器热控多层自动化铺缝一体设备，其特征在于，所述机架上具有沿Y向设置的第一导轨，所述铺料模块和缝制模块安装于所述第一导轨上，所述夹料机构的设置数量至少两个，至少两个所述夹料机构分别设于所述第一导轨的两侧。

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