CN1320191C - 制造由数个叠加层组成的织物构造的机械以及方法 - Google Patents

Abstract

一种用于对由数个叠加层(12)组成的织物构造进行缝纫-冲孔的机械，包括一个可垂直运动的缝纫工作台(10)，一个缝纫头(14)，带有垂直设置在缝纫工作台上的确定数量的带刺针(18)，和使缝纫头垂直往复运动的装置，该装置用于针最大穿刺的低点，测量装置(36)配备在机械的缝纫头中，用于在针最大穿刺的低点测量织物构造顶表面的位置。测量装置优选设置在缝纫头的中平面，垂直于织物构造的前进方向。

Description

制造由数个叠加层组成的织物构造的机械以及方法

技术领域

本发明涉及制造针刺织物构造，供制造用于高温环境的保护部件，火箭发动机构件，高性能的航空器或陆地车辆的制动盘。

背景技术

制动盘必须经受住产生非常大的剪切力的刹车。由于施加于制动盘的应力很大，这一剪切力现象在航空器上尤为明显。

为了经受住这些导致脱层后果的剪切力，制动盘必须以可最大地减小结构不均匀性的方式来制造。不均匀的盘中存在有应力不均匀的局部区域，这种区域大大地增加了撕裂风险。

通常，制动盘用由数个叠加层构成的加强织物构造制造而成，叠加层通过一组Z方向，即相对于层横切方向针刺的带刺针针刺在一起。在按尺寸剪裁之后，织物构造被碳化，然后使用点阵造型材料使其密实，最后进行可选的热处理。层叠加在支撑物上。因为建立起叠加层，向下运动步骤一般作用在支撑物，针刺在不同的层中进行。用此方式获得的最终产品的机械特性很大程度上取决于纺织加强结构中的实际针刺密度。术语“实际”针刺密度是由织物构造的体积单元来看，每立方厘米针刺数的函数，因此涉及单位面积的针刺密度，Z针刺的延伸区域，下移步骤的尺寸，和针的功能特性。

现有针刺方法使得很难获得所希望的理想的均匀性，即使某些方法确有好的效果，特别是通过着眼于向下步骤的尺寸。可参见美国专利4 790 052，其建议对于每个叠加层，以相当针刺层厚度的距离，增加针和层支撑物之间的距离。还可参见欧洲专利0 736 115，其通过对于具有尺寸按预定关系减小的层支撑物采用移动步骤，而对不同的叠加层设法获得恒定的厚度。

这些方法的不理想是由于用于层支撑物的下移步骤的尺寸一般是按理论基础预先计算的，特别是作为形成最终织物构造的层的数量的函数，而并没有按针的实际针刺深度计算。但遗憾的是，为保证获得均匀性良好的最终织物构造所要求的均匀的针刺密度，必需知道这一参数。另外，织物构造的厚度越大，有关对针刺深度的认识误差范围就越大。

欧洲专利申请0 695 823，用在针刺操作之间测量织物构造顶表面位置、并设置在针工作区域旁边的探测辊，设法改进对针针刺深度的认识。

然而，这样的解决方案已证明是不令人满意的，因为在针刺力的作用下，织物构造被压缩，进行的测量没有检测到。没有考虑到织物构造变形的这个缺陷意味着对于针的实际针刺深度没有准确的认识。

发明内容

因此，本发明提供一种能够克服上述缺陷的针刺机械及相关的方法，本发明能够在对构成织物的不同的层进行针刺操作时，以考虑到结构变形的方式来测量针刺织物构造的针的实际针刺深度。

该目的可由一种针刺由数个叠加层组成的织物构造的机械来实现，该机械包括一个垂直运动的针刺工作台，一个针刺头，带有预定数量的垂直地设置在针刺工作台的带刺针，和驱动所述针刺头的装置，该装置使其垂直往复地运动，来限定在所述织物构造中针最大针刺的低点，该机械的特征在于其进一步包括测量装置，设置在所述针刺头中，用于测量在针最大针刺的低点所述织物构造顶表面的位置。

因此，通过将测量装置设置在针板上，就可能考虑到织物构造在针刺力作用下被压缩的程度，由此能够精确地确定出针的实际针刺深度。

优选地，所述测量装置设置在所述针刺头的中平面，垂直于所述织物构造的前进方向。

在一个优选实施方案中，所述测量所述织物构造顶表面位置的装置包括一个光学组件，用于进行无接触测量。优选地，其包括一个宽束型的激光发射器/接收器。

在一个可选实施方案，所述测量装置可包括一个机械探测器，用于接触测量。

还可以配有一个传感器，该传感器优选为感应或光学类型的，以确定所述针最大针刺的低点，还配有处理器装置，用于控制所述针刺工作台的垂直移动，所述移动是所述测量装置在所述针最大针刺的低点测量的织物构造顶表面的位置的函数。

本发明还提供一种使用上述机械制织物构造的方法，以及用该方法获得的织物构造。织物构造顶表面的位置优选通过在织物构造整个长度上实时进行的瞬时测量来测量。

附图说明

通过下述非限制性的说明及结合附图，可更清楚地理解本发明。

图1是用于针刺织物构造的本发明机械第一实施方案的示意图；

图2是用于针刺织物构造的本发明机械第二实施方案的示意图；和

图3是图2中的机械的侧视图，右手部分示出针的最大针刺位置。

具体实施方式

图1和2示出用于针刺平面的织物构造的机械的两个实施方案。当然，可以理解，本发明没有仅被限制在制造平面结构，卷绕纤维片(fiber sheet)制造的结构也构成本发明者一个应用，片或织物可以环向和螺旋扭曲来形成平的叠加圈，片也可以卷在心轴上来形成叠加圈。

机械通常包括“针刺”工作台10，用于支撑层或片12，该层或片12的长度和宽度取决于制造出的最终构造。相继给料，从而叠加成连续的层。工作台垂直设置在针刺头14下面，该针刺头具有装在针板16上的确定数量的常规带刺针18，该针刺头通过一个或多个马达驱动的一个或多个曲柄部件20的驱动，而垂直地住复运动。固定到机械的机架24的脱模器22安装在针刺工作台之上，防止织物构造在针抬起时发生变形。当然，工作台和脱模器都分别穿有孔26，28，用于使针通过。工作台在例如由电机驱动的蜗杆所组成的装置30的驱动下垂直运动。两组驱动辊32，34(也称为入口和出口压紧件)设置在机械的上游和下游，用于朝针刺头水平地输送织物构造。

本发明配有装置36，用于测量织物构造顶表面位置，并位于针刺头14中，以便确定在最大针刺的低点时，针在织物构造中的实际针刺深度。由于针的行程相对于其被连接到的机架是恒定的，而且由于针刺工作台相对机架设置在已知距离，因此可方便地显示出，针针刺纺织材料的深度直接取决于在针刺工作台和所测顶表面之间的材料的厚度。

为此目的，测量装置36固定于机架24，针板16(和脱模器22)钻有孔38和40，以使测量装置能够与织物构造的顶表面相配合。

在所示实施方案中，该配合可以无接触地(遥控测量织物构造顶表面的位置)或有接触地(将机械探测器降低到织物构造的顶表面)进行。

图1示出本发明的一个优选实施方案，其中无接触测量装置由光学测量组件组成，如激光发射器/接收器42。发射器发送一个激光束，穿过针板和脱模器，朝着织物构造的顶表面，然后顶表面将光束反射到接收器。假设发射器和针刺工作台之间的距离为前先的测量所知，因此发射器和织物构造顶表面之间的距离可通过分析激光束去程和回程路径来确定，足以准确地定出针刺工作台所支撑的织物构造的厚度。另外，为避免织物构造上明显的缺陷的问题，激光组件优选宽光束类型(由于该类型的激光通过在光束整个宽度上的测量有综合作用)。当然，完全可以使用工作在红外线的光学测量组件，但不是必需优选红外线。

图2示出一个可选的实施方案，其中，测量装置由固定到机架24的内柱塞44形成的机械探测器组成，外套筒46滑动地安装在其上，套筒有一个略圆的端部，用于直接地接触织物构造(在通过针板和脱模器之后)。套筒的滑动，由优选为压缩气体的流体从固定到机架24的控制模块48受控制地喷射进活塞，而被驱动。流体的压力调整为织物构造的特性(硬度，弹性反作用)的函数，其被调整以确保套筒不在所述织物构造上弹跳。套筒还包括在其顶端的反射套环50，用于与同样固定在机架24的光学测量组件，如激光或红外线发射器/接收器52相配合。发射器将光束射向套筒的套环，光线又被其反射回接收器。当探测器的端部和针刺工作台接触时，假设发射器和接收器之间的距离为先前的测量所知，因此，在所述端部与织物构造的顶表面接触时确定发射器和接收器之间的距离(通过分析光束去程和回程路径)，在本案中也足以能够准确地定出针刺工作台所支持的织物构造的厚度。

在上述两个实施方案中，测量装置36优选设置在针刺头14的中平面中，垂直于织物构造前进的方向(尽管当然可以较远地从其离开)。如果织物构造的形式是两个相邻的互相平行的在针刺头下前进的片，则测量装置可是成对的。在图3所示的结构中，针刺头可包括两个并排设置的独立的针板，带有随后基本设置在各片中间的测量装置。为便于理解，图3示出上文可选实施方案中的机械，在两个不同的位置，一个位置(图3的左半边)相对应于一个针头抬起的静止位置，另一(右边部分)相对应于所述头在其针最大针刺的低点位置。

针最大针刺的低点在实时由例如感应或光学类型的传感器54确定，传感器固定在机架，与例如曲柄组件20上的一个特定的凸轮侧面56相配合，从而控制针刺头的垂直往复运动。该凸轮侧面用来确定一段时间(不仅仅是一个单独的瞬时测量瞬间)在针板的下行程过程中，优选接近低点，在此过程中测量装置36工作，可获得数个测量值，连接到传感器54和测量装置36的处理器模块58根据这些测量值来确定一个针刺层的第一平均值。这些测量随后在织物构造的各个水平的前进步骤之后反复进行，在给定通道端部获得的这组值用来确定针的实际平均针刺深度，在此基础上，用于驱动针刺工作台并连接到处理器装置58的装置30可自动地使工作垂直运动以容纳下面的通道，工作台的向下步骤的尺寸被控制，以便针在织物构造中针刺确定的距离。

因此，本发明机械所进行的针刺方法概述如下。开始，第二厚度叠加在设置在针刺工作台上的第一层厚度上，此方法叠加的这两个层在预定条件下被针刺头的带刺针结合在一起。其后，针刺工作台相对针刺头移动一个距离，该距离被确定为以适当的测量装置、在最大针刺的低点处测得的两叠加层表面位置的函数。最后，第三层厚度叠加前述两层之上，所述第三层厚度在相同的预定条件下被结合到前述两层。随后，对于后面的层，这些步骤重复进行，直到织物构造达到所希望的厚度为止。

在上述机械中使用的方法包括：首先，将一个或两个叠加的层放到工作台10上，然后，使用针板16，同时利用驱动辊32，34使织物构造在整个宽度上水平地运动，使各层通过针刺结合在一起。然后，工作台以确定尺寸的移动步骤下降，从而第三层可以被叠加，并依次被针刺到另外两层，并继续进行直到获得所希望的厚度为止。

在本发明中，尺寸确定的移动步骤不是不变的，也不依据预定的下降关系，而是由在针最大针刺的低点测量的针在织物构造的上述层中的实际针刺深度所决定的，从而获得所述织物构造的所希望的实际的针刺密度，密度可是恒定的，或者可随织物构造的厚度变化。因此，所述织物构造顶表面的位置在针的中间被测量，从而产生针刺工作台向下步骤的尺寸，以使针以确定距离针刺织物构造。

Claims (10)

1.一种用于对由数个叠加层(12)组成的织物构造进行针刺的机械，所述机械包括：一个可垂直运动的针刺工作台(10)，一个针刺头(14)，带有垂直设置在所述针刺工作台上方的确定数量的带刺针(18)，和驱动所述针刺头使其垂直往复运动的装置，用于确定针在所述织物构造中最大针刺的低点，所述机械其特征在于：还包括设置在所述针刺头中的测量装置(36)，用于在所述针最大针刺的低点测量所述织物构造顶表面的位置。

2.如权利要求1所述的机械，其特征在于，所述测量装置设在所述针刺头的中平面，垂直于所述织物构造的前进方向。

3.如权利要求1或2所述的机械，其特征在于，测量所述织物构造顶表面位置的所述装置包括光学组件(42)，用于进行无接触测量。

4.如权利要求1或2所述的机械，其特征在于，所述测量装置包括激光发射器和接收器。

5.如权利要求4所述的机械，其特征在于，所述激光发射器和接收器是宽光束类型的。

6.如权利要求1或2所述的机械，其特征在于，测量所述织物构造顶表面位置的所述装置包括接触测量的机械探测器。

7.如权利要求1所述的机械，其特征在于，进一步包括感应或光学类型的传感器(54)，用于确定所述针的最大针刺的所述低点。

8.如权利要求7所述的机械，其特征在于，进一步包括处理器装置(58)，控制所述针刺工作台的垂直移动，该垂直移动是在所述针最大针刺的低点由所述测量装置测量的所述织物构造顶表面的位置的函数。

9.一种制造由数个叠加层(12)组成的织物构造的方法，所述方法包括下列步骤：

a)将第二层厚度叠加在设置在针刺工作台(10)上的第一层厚度上；

b)使用针刺头(14)的带刺针(18)，在预定条件下，将此方式叠加的所述两层厚度结合在一起；

c)所述针刺工作台相对所述针刺头移动一个距离，该距离被确定为在所述针最大针刺的低点测得的两叠加层顶表面位置的函数；

d)在所述步骤b)中结合在一起的两层的厚度上叠加新一层厚度；

e)在所述预定条件下，将所述新一层厚度连接在所述步骤b)中结合在一起的两层的厚度上；以及

f)对于后续层的厚度重复步骤c)，d)，和e)，步骤c)中的移动确定为所做织物构造顶表面位置函数，该位置在所述针最大针刺的低点在所述针刺头中被测量。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，根据对在所述织物构造整个长度之上在实时内进行的瞬时测量值进行平均，来确定针的实际针刺深度。