KR20040025665A - Method and control device for advancing a needle punched fibrous sheet - Google Patents
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Abstract
본 발명은 직물구조물을 바늘작업하는 방법에 관한 것으로, 바늘작업될 섬유구조물은 이 섬유구조물에 관통하고 이어서 섬유구조물을 나오는 다수의 왕복운동하는 바늘을 갖는 바늘작업헤드에 대하여 앞쪽으로 구동된다. 바늘이 상기 구조물에 관통할 때 섬유구조의 순간전진속도는 바늘에 의해 가해진 전진저항에 응하여 감소되고, 이어서 상기 전진속도는 바늘의 재처리에 의해 증가하여, 바늘이 구조물 내에 있는 전체기간 동안에 전진운동이 완전히 방해됨 없이, 상기 구조물의 전진운동에 의해 바늘에 가해진 힘은 제한된다. 상기 전진속도는 섬유구조물의 전진속도의 감소를 흡수할 수 있는 탄력있는 느슨함을 갖는 변속기가 구비된 구동장치를 사용하여 바늘에 의해 가해진 전진저항에 의해서 직접 감소될 수 있다.The present invention relates to a method of needleworking a fabric structure wherein the fiber structure to be needled is driven forward with respect to the needle work head having a plurality of reciprocating needles penetrating the fiber structure and then exiting the fiber structure. As the needle penetrates the structure, the instantaneous forward speed of the fibrous structure is reduced in response to the forward resistance exerted by the needle, and then the forward speed is increased by reprocessing the needle, so that the needle moves forward for the entire period of time within the structure. Without this complete obstruction, the force exerted on the needle by the forward motion of the structure is limited. The forward speed can be directly reduced by the forward resistance exerted by the needle using a drive with a transmission having an elastic slack that can absorb a decrease in the forward speed of the fibrous structure.
Description
잘 알려진 방법에서, 바늘작업될 섬유구조물은 바늘작업헤드(needling head)에 갖춰진 한 세트의 바늘을 지나서 전진되고, 구조물의 전진방향에 대하여 가로질러 뻗은 방향으로 바늘작업헤드에 왕복운동을 전달하여서, 바늘이 주기적으로 섬유구조물에 삽입되고, 이로부터 나오게 되어 있다.In a well-known method, the fibrous structure to be needled is advanced past a set of needles provided in the needle head and transmits a reciprocating motion to the needle work head in a direction extending transverse to the forward direction of the structure, Needles are periodically inserted into and out of the fibrous structure.
평평하게 포개어진 겹들이나 하나 위에 다른 하나를 감음으로써 형성된 층을 연속적으로 바늘작업하여 바늘작업된 섬유구조물을 만드는 미국특허 제 4,790,052호가 특별히 참조되어질 수 있다. 상기 특허의 의도된 분야는 열구조적인 복합재료부와 특히 섬유보강부가 탄소나 세라믹 매트릭스(matrix)에 의해서 밀도가 높아지게 되는 세라믹 매트릭스 복합재료부나 탄소-탄소 복합재료부를 위한 섬유보강부를만드는 것이다. 바늘작업된 섬유구조물은 전형적으로 탄소섬유나 세라믹섬유와 같은 내화섬유로 이루어지는데, 섬유물질이 탄소나 세라믹에 대해 선구물질상태에 있는 동안에 섬유를 바늘작업할 수 있게 되고, 바늘작업 후에 선구물질이 열처리에 의해서 변형된다. 상기 특허의 의도된 용도는 브레이크 디스크나 로켓엔진의 확대부이고, 상기 용도는 좋은 기계적 성질과 고온에서의 보존성이 있는 재료를 요구한다.Particular reference may be made to US Pat. No. 4,790,052, which continuously stitches a layer formed by winding flatly folded plies or one on top of another to form a needled fibrous structure. The intended field of the patent is to create a fiber reinforced composite part or a ceramic matrix composite part or a carbon-carbon composite part in which the thermal structural composite part and in particular the fiber reinforcement part are made denser by carbon or ceramic matrix. Needleworked fibrous structures typically consist of refractory fibers such as carbon fibers or ceramic fibers, which allow the fiber to be needled while the fiber material is in the precursor to carbon or ceramic, It is deformed by heat treatment. The intended use of the patent is an enlargement of a brake disc or rocket engine, which requires a material with good mechanical properties and shelf life at high temperatures.
섬유의 포개어진 층들을 바늘작업하는 것은 섬유를 Z방향으로 즉 상기 층들에 대하여 가로지르는 방향으로 이동하게 한다. 이것은 비균일성을 줄이고 박리를 견디어내는 성능이 향상된, 즉 특히 브레이크 디스크에서 받을 수 있는 전단력에 의해 분리되는 층들에 증가된 저항성이 있는 구조물을 형성한다.Needleing the nested layers of fiber causes the fiber to move in the Z direction, ie in the direction transverse to the layers. This results in a structure with increased non-uniformity and improved resistance to delamination, ie increased resistance to the layers, in particular separated by the shear forces available on the brake discs.
섬유구조물의 전체 표면적에 대하여 바늘작업하기 위해서, 이 구조물은 바늘작업헤드를 지나서 전진된다. 각각 새로이 포개어진 층에 바늘작업이 수행될 때, 전진운동은 새로운 층이 위치될 때마다 이루어져서, 바늘작업헤드가 가장 나중에 포개어진 층의 전체 표면적을 휩쓸고 지나간다.In order to needle the entire surface area of the fibrous structure, the structure is advanced past the needlework head. When needle work is performed on each newly nested layer, the forward movement is made each time a new layer is placed, so that the needle work head sweeps over the entire surface area of the last nested layer.
만약, 상기 섬유구조물이 일정한 속도로 계속 전진하게 되면, 섬유구조물도 바늘이 관통하는 동안에 바늘에 대하여 가로질러 움직이게 된다. 특히, 상기 구조물이 두껍거나 두꺼워지면, 힘이 작용된 전진은 바늘을 구부러지게 하여 바늘을 부러뜨릴 수도 있다. 부러진 바늘이 교체될 필요가 있다는 점과 더불어, 섬유구조물 내에 부러진 바늘은 상기 구조물을 차후에 사용할 때 바람직하지 않다.If the fibrous structure continues to advance at a constant speed, the fibrous structure also moves across the needle while the needle is penetrating. In particular, if the structure becomes thick or thick, the force acting advance may bend the needle by bending it. In addition to the need for a broken needle to be replaced, a broken needle in a fibrous structure is undesirable when the structure is used later.
상기 구조물이 매우 천천히 전진하여, 바늘이 상기 섬유구조물 내에 있는 동안 상기 바늘에 가해진 굽힘력이 최소화되거나, 상기 구조물을 불연속적으로 전진시켜 바늘의 관통동안에 정지되게 하는 것이 예상될 수 있다.It can be expected that the structure is advanced very slowly such that the bending force exerted on the needle while the needle is in the fibrous structure is minimized, or the structure is discontinuously advanced to stop during the penetration of the needle.
그러나, 이러한 해법은 완전히 상기 구조물을 바늘작업하는 과정에 필요한 시간과 이에 따른 비용을 상당히 증가시키는 명백한 결점을 나타낸다.However, this solution presents the obvious drawback of significantly increasing the time and hence the cost required to fully needle the structure.
바늘작업기계에서 전진을 제어하는 또 다른 방법은 프랑스 특허 제 2,729,404호에 나타나 있는데, 여기에서는 바늘작업되는 섬유구조물을 위한 유도롤러(calling roller)의 회전속도가 조정되어, 이 회전속도가 바늘의 다른 위치에 대해서는 다른 값을 가진다. 이어서, 다양한 속도로 상기 롤러가 구동되게 하는 시스템을 필요로 한다. 또한, 속도의 변화는 바늘에 가해진 실제 순간 힘을 고려하지 않는다.Another method of controlling advancement in a needleworking machine is shown in French Patent No. 2,729,404, in which the speed of the calling roller for the fiberwork being needled is adjusted so that the speed of the needle It has a different value for location. There is then a need for a system that allows the rollers to be driven at various speeds. Also, the change in speed does not take into account the actual instantaneous force applied to the needle.
본 발명은 섬유구조물의 바늘작업에 관한 것이다. 본 발명의 특별하나 비제한적인 분야는 복합재료의 보강부를 구성하는 데에 적합한 판이나, 슬리이브 또는 예컨대 환형상의 모양인 바늘작업된 예비성형품을 만드는 것이다.The present invention relates to the needle work of a fibrous structure. A particular but non-limiting field of the present invention is to make a plate, a sleeve or a needleworked preform, for example an annular shape, suitable for constructing a reinforcement of a composite material.
도 1은 바늘작업장치의 개략적인 정면도이고,1 is a schematic front view of a needle working device,
도 2는 도 1에 도시된 장치의 일부분이 확대된 개략적인 측단면도,FIG. 2 is a schematic side sectional view in which a portion of the device shown in FIG. 1 is enlarged;
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른, 도 1과 도 2에 도시된 종류의 장치를 통해 바늘작업하는 동안에 섬유구조물이 전진될 수 있게 하는 구동장치의 개략도,3 is a schematic illustration of a drive device that allows the fiber structure to be advanced during needle work through an apparatus of the type shown in FIGS. 1 and 2, in accordance with an embodiment of the present invention;
도 4는 도 3에 도시된 실시예에 대하여 바늘작업될 섬유구조물의 전진속도가 시간의 함수에 따라 변화하는 것을 나타내는 그래프,4 is a graph showing that the advancing speed of the fibrous structure to be needled changes as a function of time for the embodiment shown in FIG.
도 5는 도 3의 실시예에서 바늘작업될 섬유구조물의 변위를 나타내는 그래프,5 is a graph showing the displacement of the fiber structure to be needled in the embodiment of FIG.
도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른, 바늘작업될 섬유구조물을 위한 구동장치의 개략도,6 is a schematic view of a drive device for a fibrous structure to be needled, according to a second embodiment of the invention,
도 7은 본 발명의 제 2실시예에서 섬유구조물의 구동을 제어하는 과정을 나타내는 순서도이다.7 is a flowchart illustrating a process of controlling the driving of the fiber structure in the second embodiment of the present invention.
본 발명의 목적은 심지어 두꺼운 구조물이라고 하더라도, 상기 방법의 속도를 상당히 희생시키지 않고서 바늘이 부러지는 문제를 해결할 수 있는 섬유구조물을 바늘작업하는 방법을 제공하는 데에 있다.It is an object of the present invention to provide a method of needlework a fibrous structure which can solve the problem of needle breakage, even at the expense of the speed of the method, even for thick structures.
본 발명에 따르면, 상기 섬유구조물의 순간전진속도는 상기 구조물을 관통하는 바늘에 의해 가해진 전진에 대한 저항에 응하여 감소되고, 상기 바늘이 빠져나온 후에 증가하여, 상기 구조물의 전진에 의해 바늘에 가해진 힘이 제한되되, 바늘이 상기 구조물에 있는 전체 기간 동안에 전진을 완전히 방해하지는 않는다.According to the invention, the instantaneous forward speed of the fibrous structure is reduced in response to the resistance to advance applied by the needle passing through the structure, and increases after the needle exits, thereby increasing the force applied to the needle by the advancement of the structure. This is limited, but the needle does not completely impede advancement for the entire period of time in the structure.
바람직한 실시예에서, 전진속도의 감소는 상기 구조물을 관통하고 있는 바늘에 의해서 가해진 전진에 대한 저항에 의해서 직접 발생된다.In a preferred embodiment, the reduction in the forward speed is caused directly by the resistance to the forward force exerted by the needle passing through the structure.
상기 구조물이 변속기에 의해 구동모터에 연결된 제어부재에 의해서 움직일 때, 전진속도의 감소는 변속기 내에서의 기계적인 느슨함에 의해 흡수될 수 있다. 이러한 경우에, 상기 모터가 일정한 속도로 구동되기 때문에, 바늘이 빠져나온다면, 바람직하게 탄력있는 상기 느슨함이 자동적으로 줄어든다.When the structure is moved by the control member connected to the drive motor by the transmission, the reduction in the forward speed can be absorbed by mechanical loosening in the transmission. In this case, since the motor is driven at a constant speed, the looseness, which is preferably elastic, is automatically reduced if the needle is pulled out.
그러므로, 상기 바늘이 관통되는 동안, 상기 구조물의 전진속도는 상기 모터의 속도에 따른 평균전진속도 이하로 감소되고, 바늘이 빠져나온다면 상기 속도는 평균전진속도 이상으로 증가된다.Therefore, while the needle is penetrating, the forward speed of the structure decreases below the average forward speed according to the speed of the motor, and if the needle exits the speed increases above the average forward speed.
섬유구조물의 속도가 감소됨으로써 토크가 주어진 한계값보다 작아질 때 모터의 속도를 감소시키기 위해서, 섬유구조물과 맞물리는 구동부재에서 토크가 측정될 수 있다.In order to reduce the speed of the motor when the speed of the fibrous structure is reduced so that the torque is less than a given limit value, the torque can be measured at the drive member that engages the fibrous structure.
상기 방법의 다른 실시예에서, 상기 섬유구조물을 구동하기 위해 가해진 힘의 표본값이 측정되고, 측정값이 제 1한계값보다 크거나 같게 될 때 섬유구조물의 구동속도는 감소되고, 상기 속도가 감소된 후에 측정값이 제 2한계값보다 낮아질 때 상기 구동속도는 증가한다.In another embodiment of the method, a sample value of the force applied to drive the fiber structure is measured, and when the measured value is greater than or equal to the first limit value, the driving speed of the fiber structure is decreased, and the speed is decreased. The drive speed is increased when the measured value is lower than the second limit value after being set.
상기 제 2한계값은 제 1한계값보다 작거나 같게 될 수 있다.The second limit value may be less than or equal to the first limit value.
상기 측정값은 예컨대 섬유구조물에 대해서 구동부재에 의해 가해진 토크의 표본값이다.The measured value is, for example, a sample of the torque applied by the drive member on the fibrous structure.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법이 실시가능한 장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an apparatus in which the method can be implemented.
이 목적은 섬유구조물을 바늘작업하는 장치에 의해서 달성되는 바, 이 장치는 다수의 바늘을 갖춘 바늘작업헤드와, 상기 바늘에 왕복운동을 전달하도록 바늘작업헤드를 구동하는 구동장치, 상기 바늘작업헤드를 향하여 위치되는 바늘작업될 섬유구조물을 위한 지지대 및, 이 지지대 위에서 전진운동을 전달하도록 상기 섬유구조물을 구동하기 위한 구동장치를 구비하되, 본 발명에 따른 상기 장치에서 상기 섬유구조물의 구동장치는 상기 지지대에 의해 이송되는 섬유구조물의 전진속도가 상기 섬유구조물 내에 바늘이 있는 기간 동안에 전진을 완전히 방해하지 않고서 상기 섬유구조물을 관통하는 바늘에 의해 가해진 전진에 대한 저항에 응하여 순간적으로 감소될 수 있도록 되어 있다.This object is achieved by a device for working with a fibrous structure, the device comprising: a needle working head having a plurality of needles, a driving device for driving the needle working head to transmit a reciprocating motion to the needle, the needle working head A support for the fibrous structure to be needlework positioned toward and a drive device for driving the fibrous structure to transmit a forward motion on the support, wherein the drive device of the fibrous structure in the device according to the invention comprises: The advancement speed of the fibrous structure carried by the support can be reduced instantaneously in response to the resistance to the advance applied by the needle penetrating the fibrous structure without completely disturbing the advancement during the period of needle in the fibrous structure. .
본 발명은 첨부도면을 참조로 하여 비제한적으로 주어진 다음 설명으로 더욱 잘 이해될 수 있다.The invention can be better understood by the following description given without limitation with reference to the accompanying drawings.
도 1과 도 2는 판모양의 섬유구조물(10)을 바늘작업하는 장치를 도시한다.1 and 2 show an apparatus for needle working a plate-shaped fibrous structure 10.
상기 구조물(10)은 평평하게 쌓여진 2차원 겹들로 형성되고 이들 겹을 함께 묶어주기 위해 서로 바늘작업되며, 상기 판에 박리에 대한 저항성을 제공한다.The structure 10 is formed of flatly stacked two-dimensional plies and needled together to tie them together, providing the plate with resistance to delamination.
예로서, 상기 개개의 겹들은 짜여진 천이나, 예컨대 서로 다른 방향으로 포개어진 1차원 시트(sheet)로 구성되고서 가벼운 바늘작업으로 함께 묶여지는 다른 2차원 섬유의 조각이다.By way of example, the individual plies are pieces of woven fabric, for example, two-dimensional fibers composed of one-dimensional sheets superimposed in different directions and tied together by light needlework.
예로서, 상기 겹들은 개별적으로 바늘작업되는데, 각각의 새로운 겹이 섬유판 위에 포개어진 후에, 바늘작업과정이 상기 섬유판의 전체 표면적에 걸쳐 수행된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명의 범위는 2개 이상의 겹을 그 위에 포갠 후에 바늘작업과정을 수행하는 것과, 심지어 상기 판을 이루는 각각의 겹이 그 위에 포개어진 후에 2개 이상의 바늘작업과정을 수행하는 것으로 확장된다.By way of example, the plies are needled individually, after each new ply is superimposed on the fiberboard, the needlework is performed over the entire surface area of the fiberboard. Nevertheless, the scope of the present invention extends to carrying out a needle work after laying two or more plies on it, and even to carrying out two or more needle work after each ply of the plate is laid on it. do.
바늘작업될 상기 판(10)은 바늘작업부의 양쪽에 위치된 제 1지지테이블(12)과 제 2지지테이블(14) 사이에 있는 바늘작업부(20)를 통해 수평하게 이동한다. 상기 판은 테이블(12)에서 테이블(14)로 한쪽방향에서 반대방향으로, 그리고 다시 뒤로 번갈아 움직인다.The plate 10 to be needled is moved horizontally through the needle work 20 between the first support table 12 and the second support table 14 located on both sides of the needle work. The plates alternate from table 12 to table 14 in one direction and in the opposite direction and back again.
바늘작업부(20)에서, 상기 판은 바늘작업헤드(24)의 아래에 위치된 바늘작업플래튼(22) 의 위로 지나간다. 적어도 하나의 크랭크 및 커넥팅로드 조립체로 이루어진 구동시스템(26)은 모터(도시되지 않음)의 제어하에서 바늘작업헤드(24)에 수직왕복운동을 전달한다. 상기 바늘작업헤드(24)는 상기 판(10)의 전체 폭에 걸쳐 뻗어 있고, 다수의 바늘(28)을 갖춘다. 구멍(22a)이 상기 바늘(28)에 맞춰 상기 플래튼(22)에 형성되어 있다.In the needle work section 20, the plate passes over the needle work platen 22 located below the needle work head 24. The drive system 26, consisting of at least one crank and connecting rod assembly, transmits a vertical reciprocating motion to the needle work head 24 under the control of a motor (not shown). The needle work head 24 extends over the entire width of the plate 10 and has a plurality of needles 28. A hole 22a is formed in the platen 22 in accordance with the needle 28.
상기 판(10)은 바늘작업플래튼(22)과 각각의 테이블(12, 14) 사이에 위치된 압착롤러쌍(40, 50)에 의해 전진하게 된다. 각각 쌍으로 된 압착롤러(40, 50)에서, 롤러(42, 44; 52, 54)는 회전하도록 구동되고, 각 쌍에서 예컨대 하부롤러(44, 54)와 같은 적어도 하나의 롤러는 압착을 해제하도록 되어 있다. 상기 판(10)이 테이블(12)로부터 테이블(14) 쪽으로 움직일 때, 롤러(44)와 롤러(42)가 떨어져 있으면서 롤러들(52, 54)은 서로를 향하여 압착되어 구동이 이루어진다. 반대로, 판(10)이 테이블(14)로부터 테이블(12) 쪽으로 움직일 때에는, 롤러(54)와 롤러(52)가 떨어져 있으면서 롤러들(42, 44)이 서로를 향하여 압착되어 구동이 이행된다.The plate 10 is advanced by a pair of pressing rollers 40, 50 positioned between the needle work platen 22 and the respective tables 12, 14. In the paired pressing rollers 40 and 50, respectively, the rollers 42, 44; 52 and 54 are driven to rotate, and at least one roller, such as the lower rollers 44 and 54, in each pair is released. It is supposed to be. When the plate 10 moves from the table 12 toward the table 14, the rollers 52 and 54 are pressed against each other while the roller 44 and the roller 42 are separated from each other to drive. On the contrary, when the plate 10 moves from the table 14 toward the table 12, the rollers 42 and 44 are pressed against each other while the roller 54 and the roller 52 are separated, and driving is performed.
구동되지 않는 한 쌍의 롤러에서 단지 하나의 롤러가 떨어져 있을 때에는, 압착하고 있는 롤러로부터 임의의 구동의 효과를 방지하도록 롤러에 의해서 가해진압력을 제거하는 것이 바람직하다.When only one roller is separated from a pair of rollers which are not driven, it is preferable to remove the pressure exerted by the rollers to prevent any driving effect from the roller being pressed.
하부롤러(44, 54)는 테이블(12, 14)로 구성할 수도 있는 컨베이어벨트로 대체될 수 있다.The lower rollers 44 and 54 may be replaced by conveyor belts, which may be constituted by the tables 12 and 14.
각각의 바늘작업과정 후에 상기 판(10)이 테이블(12) 또는 테이블(14)에 도달하면, 새로운 겹이 포개어지고, 새로운 바늘작업과정이 상기 판(10)을 다른 쪽 테이블(14, 12)을 향하여 움직이게 함으로써 수행된다. 각각의 바늘작업과정 동안에, 상기 바늘(28)은 판(10)으로 수직하게 관통한다. 판(10)에서 상기 바늘(28)의 침투깊이는 수직행정의 끝들 중 하나에서 바늘작업플래튼(22)에 대하여 측정되는 바늘작업헤드의 위치의 함수이다.When the plate 10 reaches the table 12 or the table 14 after each needle work, a new layer is superimposed and a new needle work is used to move the plate 10 to the other table 14, 12. By moving towards the end. During each needle operation, the needle 28 penetrates vertically into the plate 10. The penetration depth of the needle 28 in the plate 10 is a function of the position of the needle work head measured relative to the needle work platen 22 at one of the ends of the vertical stroke.
상기 바늘의 침투깊이는 포개어진 겹들의 여러 두께를 통해 뻗을 수 있다. 이 깊이는 상기 판의 두께를 통해 바늘작업밀도에 요구되는 분포에 따라 조정될 수 있다. 대체로 균일한 침투깊이가 요구되면, 새로운 겹이 포개어진 후에 바늘작업플래튼(22)과 바늘작업헤드 사이의 거리는 바늘작업테이블에 하향이동단계(down step)를 부가함으로써 점진적으로 증가한다. 상기 언급된 미국 특허 제 4,790,052호가 참조될 수 있다. 비슷한 하향이동단계가 테이블들(12, 14)에 전달될 수 있는데, 통상 수직하게 이동가능한 프레임에 이들 테이블과 플래튼(22)이 장착되어 있다. 그러므로, 상기 판(10)을 구성하는 제 1겹의 바늘작업 동안에, 상기 바늘(28)은 모든 겹을 관통하여 상기 구멍(22a)으로 들어간다. 상기 판(10)이 어떤 두께로 만들어지면, 상기 바늘(28)은 더이상 플래튼(22)에 도달하지 못하게 된다.The penetration depth of the needle may extend through several thicknesses of the nested plies. This depth can be adjusted according to the distribution required for the needle working density through the thickness of the plate. If a generally uniform depth of penetration is required, the distance between the needle work platen 22 and the needle work head increases gradually by adding a down step to the needle work table after the new fold is overlaid. See above-mentioned US Pat. No. 4,790,052. Similar downshifting steps can be transferred to the tables 12, 14, which are typically mounted on the table and platen 22 in a vertically movable frame. Therefore, during the needle work of the first ply constituting the plate 10, the needle 28 passes through all plies and enters the hole 22a. If the plate 10 is made to a certain thickness, the needle 28 will no longer reach the platen 22.
본 발명에 의하면, 판의 전진속도는 바늘이 판으로 들어갈 때 감소되어, 판의 전진으로 인해 상기 바늘에 가해진 굽힘력을 제한하고, 따라서 바늘이 부러질 위험이 제거되거나 적어도 감소한다.According to the invention, the forward speed of the plate is reduced as the needle enters the plate, limiting the bending force exerted on the needle due to the advancement of the plate, thus eliminating or at least reducing the risk of the needle breaking.
이를 위해 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 판의 전진을 막는 힘을가하는 바늘의 관통에 의해서 직접 감속이 달성된다. 이것은 구동모터와 쌍으로 된압착롤러들 사이에 있는 변속기에서 기계적인 느슨함으로 달성될 수 있다.To this end, in a preferred embodiment of the present invention, direct deceleration is achieved by the penetration of a needle which exerts a force that blocks the advancement of the plate. This can be achieved by mechanical loosening in the transmission between the drive motor and the pair of compacting rollers.
도 3은 압착롤러를 구동하는 장치를 도시하되, 이 장치는 일정한 속도로 회전하면서 압착롤러들(42, 44; 52, 54)을 지나는 벨트(62)를 구동시키는 모터(60)를 구비한다. 상기 모터(60)와 상부롤러(42)사이의 경로에는, 상기 벨트(62)가 인장롤러(64)와 조정롤러(65)를 지나고, 상부롤러(52)와 모터(60) 사이의 경로에서는 상기 벨트(62)가 조정롤러(67)와 인장롤러(66)를 지난다.3 shows a device for driving a compaction roller, which has a motor 60 for driving the belt 62 passing through the compaction rollers 42, 44; 52, 54 while rotating at a constant speed. In the path between the motor 60 and the upper roller 42, the belt 62 passes through the tension roller 64 and the adjustment roller 65, in the path between the upper roller 52 and the motor 60 The belt 62 passes through the adjusting roller 67 and the tension roller 66.
상기 벨트(62)와 이 벨트가 지나가는 롤러들 사이에서 상대적인 미끄러짐을 방지하기 위해서, 벨트와 접촉하게 되는 롤러의 표면에 형성된 대응 돋음새김과 맞물리는 톱니벨트를 사용하는 것이 바람직하다.In order to prevent relative slippage between the belt 62 and the rollers through which the belt passes, it is preferable to use a toothed belt which engages with the corresponding embossing formed on the surface of the roller which comes into contact with the belt.
상기 인장롤러(64, 66)는 힌지식 지렛대를 형성하는 각 아암(68, 70)의 끝단부에 고정되고, 이들 아암은 상기 벨트(62)가 영구적으로 인장되도록 각각의 장치(72, 74)에 의해 가해진 탄반력을 받게 된다. 탄반력을 가하는 상기 장치(72, 74)는 스프링의 형태로 될 수 있거나, 바람직하게는 공압댐퍼의 형태로 될 수 있다. 이 공압댐퍼에서의 압력은 바람직하게 조정가능하다.The tension rollers 64, 66 are secured to the ends of each arm 68, 70 forming a hinged lever, which arms each device 72, 74 so that the belt 62 is permanently tensioned. You will receive the force of repulsion. The device 72, 74, which exerts a repulsive force, may be in the form of a spring, or preferably in the form of a pneumatic damper. The pressure in this pneumatic damper is preferably adjustable.
이제, 작동에 대해 설명하자면, 상기 판(10)이 테이블(14)에서 테이블(12)쪽으로 움직일 때, 적어도 하부롤러(54)가 압착롤러쌍(50)에서 떨어져 있는 동안 상기 판은 압착롤러(42, 44)에 의해 구동된다. 상기 모터(60)는 화살표(F1)로 표시된 방향으로 회전한다. 상기 바늘이 판(10)을 관통할 때, 상기 판은 바늘에 의해 감속되어 롤러(42, 44)의 회전속도를 감소시킨다. 상기 벨트(62)가 모터(60)에 의해 일정한 속도로 구동되기 때문에, 상기 모터(60)와 상기 롤러(42) 사이의 길이는 증가한다. 이 길이의 증가는 화살표(F2)로 표시된 방향으로 지렛대(68)를 선회시켜 댐퍼(72)에 의해 가해진 탄반력의 작용 아래에서 인장롤러(64)에 의해 흡수된다. 반대로, 롤러(52)와 모터(60) 사이의 길이는 감소되어, 댐퍼(74)에 의해 가해진 힘에 대하여 화살표(F3)로 표시된 방향으로 레버(70)가 선회되게 한다. 이어서, 바늘이 판으로부터 되돌아 나올 때, 압착롤러(42,44)는 가속되고, 모터(60)와 롤러(42) 사이에 축적된 벨트의 길이는 2개의 인장롤러(64, 66)가 평형위치로 돌아올 때까지 줄어든다.Referring now to the operation, when the plate 10 moves from the table 14 toward the table 12, the plate is pressed while the at least the lower roller 54 is separated from the pressing roller pair 50. 42, 44). The motor 60 rotates in the direction indicated by arrow F 1 . When the needle passes through the plate 10, the plate is decelerated by the needle to reduce the rotational speed of the rollers 42 and 44. Since the belt 62 is driven at a constant speed by the motor 60, the length between the motor 60 and the roller 42 increases. This increase in length is absorbed by the tension roller 64 under the action of the repulsive force exerted by the damper 72 by pivoting the lever 68 in the direction indicated by the arrow F 2 . In contrast, the length between the roller 52 and the motor 60 is reduced, causing the lever 70 to pivot in the direction indicated by the arrow F 3 relative to the force exerted by the damper 74. Then, when the needle comes out of the plate, the pressing rollers 42 and 44 are accelerated, and the length of the belt accumulated between the motor 60 and the rollers 42 is equal to the length of the two tension rollers 64 and 66. Until it returns to.
댐퍼(72, 74)의 압력을 조정하여, 댐퍼가 가하는 탄발력을 조정할 수 있고, 동기화가 성취되어 적절한 구동시스템의 작동이 달성될 수 있다.By adjusting the pressures of the dampers 72 and 74, the elastic force exerted by the dampers can be adjusted, and synchronization can be achieved to achieve proper operation of the drive system.
판(10)이 테이블(12)로부터 테이블(14)로 쪽으로 움직일 때의 작동은 전술된 것과 대칭이다.The operation when the plate 10 moves from the table 12 to the table 14 is symmetrical to that described above.
도 4는 상기 판이 테이블(12)로부터 테이블(14) 쪽으로 가는 동안에 또는 그 반대의 경우에 상기 판(10)의 전진속도가 시간의 함수에 따라 변화하는 것을 나타내는데, 곡선(C1)은 바늘작업부에 들어갈 때 판의 속도를 나타내고, 곡선(C2)는 바늘작업부를 떠날 때의 속도를 나타낸다. 속도는 판의 위에 위치하고서 전진하는 판에 의해서 회전하는 피동휠(follower wheel)을 갖춘 센서에 의해서 측정될 수 있다. 곡선 (A)은 바늘의 최고점과 최저점 사이에서의 바늘의 변위를 나타낸다. 입구와 출구에서의 전진속도 사이의 차이는 바늘작업 때문이다. 섬유가 Z방향으로 이송되기 때문에, 바늘작업부에서 상류인 바늘작업되지 않은 상부층에서 측정된 속도는 바늘작업 후에 측정된 판의 속도보다 더 빠르다. 시간(t1)과 시간(t2)은 바늘이 판으로 관통하는 시작과 바늘이 판으로부터 완전히 빠져나왔을 때를 나타낸다. 시간(t1)과 시간(t2) 사이의 시간차(△t)는 바늘에 따라 선택된 관통깊이에 의존한다.4 shows that the advancing speed of the plate 10 changes as a function of time while the plate is moving from the table 12 toward the table 14 or vice versa, the curve C 1 being a needle work. The speed of the plate as it enters the part, and the curve C 2 shows the speed when leaving the needle work part. The speed can be measured by a sensor with a follower wheel which is located on the plate and rotates by the advancing plate. Curve (A) shows the displacement of the needle between the highest and lowest points of the needle. The difference between the forward speed at the inlet and the outlet is due to the needle action. Since the fibers are conveyed in the Z direction, the speed measured in the unthreaded upper layer upstream of the needlework is faster than the speed of the plate measured after the needlework. The times t 1 and t 2 represent the beginning of the needle penetrating into the plate and when the needle is completely out of the plate. The time difference Δt between the time t 1 and the time t 2 depends on the penetration depth selected according to the needle.
모터(60)와 압착롤러쌍(40, 50) 사이의 변속기에서 탄력적인 느슨함이 존재하기 때문에, 판(10)의 전진속도는 상기 바늘이 판에 있지 않는 동안에 모터의 속도에 따른 평균전진속도보다 빠른 최고속도와, 상기 바늘이 판에 있는 동안에 상기 평균전진속도보다 느린 최저속도 사이에서 연속적으로 변화하나, 시간(t1)과 시간(t2) 사이의 시간동안에 전진은 방해받지 않는다.Since there is elastic looseness in the transmission between the motor 60 and the pressing roller pairs 40 and 50, the forward speed of the plate 10 is the average forward speed according to the speed of the motor while the needle is not on the plate. There is a continuous change between the faster peak speed and the lowest speed slower than the average advance speed while the needle is in the plate, but advancement is not disturbed during the time between time t 1 and time t 2 .
도 5에서, 곡선은 첫째로 바늘작업영역에 들어갈 때 마지막 층에서 측정된 것(D1)과, 둘째로 바늘작업영역에서 나올 때 측정된 것(D2)과 같이, 시간의 함수로 판의 변위를 나타내고, 곡선(A)은 바늘의 변위를 나타낸다. 출구와 입구에서의 변위는 판이 전진하는 거리를 나타내는 신호를 제공하는 각각의 센서에 의해서 측정된다.In FIG. 5, the curve is plotted as a function of time, as measured first in the last layer when entering the needle work area (D 1 ) and second measured when exiting the needle work area (D 2 ). The displacement represents curve A and the displacement of the needle. Displacement at the exit and inlet is measured by each sensor providing a signal indicating the distance the plate is advanced.
출구에서, 즉 판을 구동하는 압착롤러로부터의 바로 하류에서, 바늘이 침투하는 시간(t1)의 직후에 판의 전진은 감소되고, 바늘이 판으로부터 완전히 후퇴되었을 때인 시간(t2)의 직후에 증가하기 시작한다.At the exit, i.e. immediately downstream from the compaction roller driving the plate, immediately after the time t 1 the needle penetrates, the advancing of the plate is reduced and immediately after the time t 2 when the needle is fully retracted from the plate. To begin to increase.
바늘작업영역의 입구에서, 즉 떨어져 있는 압착롤러로부터의 바로 상류에서, 전진은 역전되기 전에 시간(t1)후에계속해서 증가한다.이것은 관련된 실시예에서 바늘이 침투하는 동안에 판을 아래로 유지시키는 노루발(presser foot)로 구성된 형태의 스트리퍼 부재가 사용되지 않았다는 점과 더불어, 길이방향으로 시트가 탄성적으로 변형되는 성능에 의해서 설명될 수 있다. 결과적으로, 바늘이 올려질 때, 자유롭게 되고 다시 바늘작업플래튼으로 떨어지기 전에 바늘은 판을 약간 들어올리는 경향이 있다.At the inlet of the needle working area, ie immediately upstream from the distant compaction roller, the advancement continues to increase after time t 1 before reversing. This in a related embodiment keeps the plate down during penetration of the needle. In addition to the fact that a stripper member of the form consisting of a presser foot is not used, this can be explained by the ability of the sheet to elastically deform in the longitudinal direction. As a result, when the needle is raised, the needle tends to lift the plate slightly before it frees and falls back onto the needlework platen.
전술된 실시예의 변형에서, 상기 판의 감속은 상기 판의 구동을 보장하는 하나 또는 양쪽 압착롤러의 축의 끝단에서 토크를 측정함으로써 검출될 수 있다. 바늘의 관통의 결과로서 모터와 구동롤러 사이의 벨트부의 길어짐은 판의 감속을 증명하는 측정된 토크의 감소를 일으킨다. 측정된 토크의 감소가 주어진 한계값에 도달할 때, 지정된 값에서부터 구동모터의 감속을 제어하는 것이 가능함에 덧붙여, 바늘에 의해서 가해진 전진에 대한 저항에 신속히 반응하도록 변속기에서 탄력적인 느슨함의 효과를 갖는다. 섬유구조물에서 바늘이 추출될 때, 벨트부의 짧아짐은 구동하는 압착롤러를 가속되게 한다. 그러므로, 모터의 속도는 증가되고, 측정된 토크의 증가의 검출에 반응하여 지정된 값으로 되돌아간다.In a variant of the embodiment described above, the deceleration of the plate can be detected by measuring the torque at the end of the shaft of one or both pressing rollers which ensures the driving of the plate. The elongation of the belt portion between the motor and the drive roller as a result of the penetration of the needle causes a reduction in the measured torque which proves the deceleration of the plate. In addition to being able to control the deceleration of the drive motor from the specified value when the measured torque reduction reaches a given limit value, it has the effect of elastic slack in the transmission to respond quickly to the resistance to forward forces exerted by the needle. . When the needle is extracted from the fibrous structure, the shortening of the belt portion causes the driving roller to be accelerated. Therefore, the speed of the motor is increased and returned to the designated value in response to the detection of the increase in the measured torque.
분명하게, 토크의 측정은 판의 변위방향에 따라 한쪽 압착롤러 쌍과 다른쪽 압착롤러 쌍에서 번갈아 수행된다.Obviously, the measurement of the torque is carried out alternately in one pressing roller pair and the other pressing roller pair depending on the displacement direction of the plate.
상기 변형에서, 상기 모터는 일정하나 조정가능한 속도로 제어된다.In this variant, the motor is controlled at a constant but adjustable speed.
본 발명의 한 실시예는 바늘작업부를 통해 직선으로 이동하는 판을 바늘작업하기 위한 것으로 그럼에도 불구하고 당해업자는 본 발명이 평평하게 포개어진 감음으로 섬유구조물을 나선형으로 감아 형성된 환형상의 섬유구조물을 바늘작업하거나, 포개어진 감음의 섬유를 감아서 형성된 슬리브형상의 구조물을 바늘작업하는 데에 동등하게 적용가능하되, 상기 구조물은 바늘작업헤드를 지나서 회전구동될 것이다. 이러한 상황에서, 상기 섬유의 전진운동은 1차원적이다.One embodiment of the present invention is to needle the plate moving in a straight line through the needle working portion nevertheless those skilled in the art needle the annular fibrous structure formed by spirally winding the fiber structure with the present invention flatly folded Equally applicable for working or needleworking sleeve-like structures formed by winding overlaid fibers, the structures will be rotated past the needlework head. In this situation, the forward motion of the fiber is one-dimensional.
변속기내에 수반되는 탄력적인 느슨함에 의해서, 바늘로 발생된 전진에 대한 저항으로 직접 섬유구조물의 전진속도를 감속시키는 것은 여러 장점을 나타내는 바, 특히 상기 겹들이 형성되고 형성 초기에 상기 구조물의 두께가 증가됨에 따라 자기-순응적이며, 상기 바늘이 구조물 내에 있지 않을 때 전진의 가속이 상기 바늘관통에 의해 발생된 전진의 감속을 보상하기 때문에, 비교적 높은 평균전진속도를 유지하는 것이 가능하다.Due to the elastic looseness involved in the transmission, slowing the rate of advancement of the fiber structure directly with resistance to needle-generated advances has several advantages, in particular the formation of the plies and an increase in the thickness of the structure at the beginning of formation. It is possible to maintain a relatively high average forward speed since it is self-compliant and the acceleration of the forward compensates for the slowdown of the forward caused by the needle penetration when the needle is not in the structure.
그럼에도 불구하고, 상기 섬유구조물의 전진속도는 상기 섬유구조물을 움직이기 위해 가해진 힘을 나타내는 측정값에 따라 제어될 수 있다.Nevertheless, the rate of advancement of the fibrous structure can be controlled in accordance with a measure indicating the force exerted to move the fibrous structure.
이와 같은 값은 예컨대 상기 섬유구조물을 옮기기 위해서 가해져야 하는 토크이다. 상기 토크는 예컨대 구동모터의 수준에서와 같은 구동부재의 수준에서 측정될 수 있다.This value is, for example, the torque that must be applied to move the fibrous structure. The torque can be measured at the level of the drive member, for example at the level of the drive motor.
도 6은 도 3의 실시예와 다른 구동장치를 나타내는데, 이는 탄력적인 느슨함을 포함하지 않는다. 상기 모터(60)는 조정롤러(65, 67; 64', 66')를 지나는벨트(62)에 의해 압착롤러(42-44; 52-54)를 구동하고, 상기 조정롤러는 도 3의 롤러(64, 66)와는 반대의 고정된 축을 가진다.FIG. 6 shows a drive different from the embodiment of FIG. 3, which does not include elastic looseness. The motor 60 drives the compression rollers 42-44; 52-54 by belts 62 passing through the adjustment rollers 65, 67; 64 ', 66', and the adjustment rollers are rollers of FIG. It has a fixed axis opposite to (64, 66).
센서(도시되지 않음)는 예컨대 모터에 의해서 소비된 전류를 측정하여, 모터에 의해 가해진 토크값(CM)을 나타내는 신호(SC)를 제공한다. 상기 모터는 제어회로(80)에 의해서 제어되는 스텝모터로 구성될 수 있다.A sensor (not shown) measures the current consumed by the motor, for example, and provides a signal S C representing the torque value C M applied by the motor. The motor may be configured as a step motor controlled by the control circuit 80.
도 7에 도시되듯이, 모터(60)는 본래 미리 결정된 지정속도(VC)로 제어된다(단계 81). 만약 측정된 토크가 최대 한계값(Cmax)보다 같거나 커지면(테스트 82), 테스트 82로 돌아가기 전에 모터의 속도는 증분 △V에 의해서 감소된다(단계 83).As shown in FIG. 7, the motor 60 is originally controlled at a predetermined predetermined speed V C (step 81). If the measured torque is equal to or greater than the maximum limit C max (test 82), the speed of the motor is reduced by the increment ΔV before returning to test 82 (step 83).
만약 측정된 토크(CM)가 최대한계값(Cmax)보다 낮고(테스트 82), 모터속도(VM)가 지정값(VC)보다 낮다면(테스트 84), 속도(VM)는 △V와 같거나 다른 증분(△'V)에 의해서 증가된다(단계 85). 그렇지 않고, 속도(VM)가 VC와 같거나 크면, 변하지 않고 유지되거나 VC로 되돌아 간다(단계 81로 돌아감).If the measured torque (C M ) is lower than the maximum value (C max ) (test 82), and the motor speed (V M ) is lower than the specified value (V C ) (test 84), the speed (V M ) Incremented by an increment equal to or different from [Delta] V ([Delta] 'V) (step 85). Otherwise, if the speed V M is equal to or greater than V C , it remains unchanged or returns to V C (return to step 81).
변형으로서는, 도 7에 점선으로 도시되듯이 CM이 Cmax와 같거나 낮고, VM＜VC이면, 상기 토크 (CM)가 Cmax보다 낮은 한계값(Cmin)보다 낮아지는지를 알아볼 수 있다(테스트 86). 만약 그렇다면, 속도(VM)는 증분(△'V)에 의해서 증가되고, 그렇지 않으면 상기 속도는 변하지 않게 되며, 과정이 테스트 82로 되돌아 간다.As a variant, as shown by the dotted line in FIG. 7, if C M is equal to or lower than C max, and if V M <V C, then it is determined whether the torque C M is lower than the threshold value C min lower than C max. (Test 86). If so, the speed V M is increased by an increment DELTA 'V, otherwise the speed remains unchanged and the process returns to test 82.
바늘이 섬유구조물 내로 관통할 때, 바늘에 의해 가해진 전진에 대한 저항은지정속도에서 섬유구조물을 계속해서 구동시키도록 토크를 증가시킨다. 이 속도는 토크가 한계값(Cmax)에 도달하자마자 증분(△V)에 의해서 감소된다. 여러 연속적인 속도감소증분은 바늘의 관통동안에 필요할 수 있다. 바늘이 빠져나올 때, 상기 속도는 지정된 속도값에 이를 때까지 토크(CM)가 Cmax나 Cmin보다 낮게 되면, 여러 연속적인 증분 중 하나에 의해 증가된다.As the needle penetrates into the fibrous structure, the resistance to advancement exerted by the needle increases the torque to continue to drive the fibrous structure at the specified speed. This speed is reduced by the increment DELTA V as soon as the torque reaches the limit value C max . Several successive slowdown increments may be needed during needle penetration. When the needle exits, the speed is increased by one of several successive increments if the torque C M becomes lower than C max or C min until the specified speed value is reached.
도 6과 도 7의 실시예에서, 섬유구조물과 구동하는 압착롤러 사이에서 어떠한 미끄럼도 없다는 것이 가정되었다.6 and 7, it is assumed that there is no slip between the fibrous structure and the driving roller.
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