一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统及控制方法，该系统包括主控制器、硬件I/O连接板，所述主控制器与硬件I/O连接板连接，硬件I/O连接板分别与路径控制模块和丝束管理模块连接，路径控制模块输出端与八轴主位移控制器连接，丝束管理模块的输出端与八丝束碳纤维自动铺放装置连接。本发明专利技术的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，采用CNCU进行集中控制的方式有利于对各分模块进行统一的配置和数据监控，特别适合丝束放置在铺放装置前端的一体化铺丝头，便于在任意复杂曲面铺放过程丝束控制与运动控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及集成式碳纤维自动铺放装置控制系统及控制方法，属于铺丝领域。
技术介绍
作为一种不可替代的复合纤维材料制造技术的纤维铺放技术，自动纤维铺放机是一种先进的制造设备，包含机械制造、复合材料、控制理论、自动化、机械传动和信息化等多项先进技术，采用自动铺放方法成型的复合材料构件具有铺层角度精确、层间压力好、材料利用率高、层间缺陷少、产品质量稳定性好、产品力学性能好、效率高等一系列优势，是大型复杂结构件的优选成型方式。自动铺放方法能够有效地克服手工铺放过程中产品质量不稳定、缺陷多、力学性能低以及人力投入大、有机溶剂对人体的伤害等缺点，国外自上世纪70年代以来，开始研究自动铺放技术来取代人工铺放。美国波音公司联合Cincinnati公司1989年研制成功自动铺丝系统并投入使用。美国Ingersoll公司1995年研制铺丝机，采用FANUC数控系统开发了系列的各种构型铺丝机。国外的铺丝机大都把铺丝机主体与丝束控制分开控制，且丝束一般都安装于本体的纱箱上，从丝束控制到末端铺放过程路径较长，控制精度不高，且只能选择一种机型进行铺放，不能针对不同构型特别是复杂曲面选择不同FMM进行铺放。而自动铺带机对于结构复杂、要求铺放角度连续变化以及铺放宽度变化的情况无法适用，而自动铺丝机能够对每一根丝束进行单独的控制，能够实现大型复杂变角度、变厚度、变宽度铺放，是近年来发展迅速的复合材料自动成型工艺。丝束自动铺放装置主要由芯模夹紧机构、铺放传动机构、铺放头构成。而铺放路径以及成型的过程主要是通过计算机程序来控制的。目前国外主流的铺丝机以Cincinnati、Forest_line等为代表，主要采用工业数控系统进行多轴同步运动控制(另外也有厂家采用运动控制卡)，而丝束的夹紧、重送、剪切等控制采用单独的PLC控制，另外国外设备丝束大都放置在运动平台的尾端，由专门的沙箱进行丝束的温度、湿度控制，这种控制方式比较繁琐，控制系统占用空间大，设备较为笨重，同时控制系统响应较慢，在进行比较复杂如曲率不断变化的曲面上进行连续丝束铺放时容易因为控制系统的精度不高、冗余性大等问题造成丝束来不及切断或是夹紧、重送，会导致产品生产过程中需要较多的人为干预，出现局部角度不准确、局部丝束缺陷，甚至可能导致张力系统报警导致机器故障停机等。申请号201510048582.5的一种用于复合材料自动铺放的模块化铺丝头及方法，仅仅增加的是运动机构的自由度即机器人的自由度。而要想在一些曲率不断变化的曲面上进行铺放，以及纤维铺放件内壁网格形状的加 强筋的成型，我们需要铺放过程丝束控制与路径运动的高精度同步控制。以往专利里FMM的控制与TCM的控制往往都是物理分开的，这样降低了两个模块单独控制的难度，对于大多数情况铺放都能适用。但是对于比较复杂的产品或者性能比较高，对铺放角度、丝束铺层均匀性、平整性以及外形精度要求高的情况下，误差会比较大，严重影响铺丝的质量。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统及控制方法，具有操作简单、系统稳定性好、维护方便等优点。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，包括主控制器、硬件I/O连接板，所述主控制器与硬件I/O连接板连接，硬件I/O连接板分别与路径控制模块和丝束管理模块连接，路径控制模块输出端与八轴主位移控制器连接，丝束管理模块的输出端与八丝束碳纤维自动铺放装置连接。作为优选，所述八丝束碳纤维自动铺放装置包含张紧模块、加热模块、冷却模块、剪切模块、夹紧模块、重送模块和集合模块，所述张紧模块包含张力测力传感器和位移作动器，所述张力测力传感器包括绕线辊轴和压电晶体测力头，所述位移作动器包括伺服微型直线电机和位移头，所述位移头与张力测力传感器的绕线辊轴相连，位移头与伺服微型直线电机连接，丝束缠绕在绕线辊轴上，伺服微型直线电机与丝束管理模块连接，当丝束张力需要自动调整时，丝束管理模块控制伺服微型直线电机的驱动头移动从而位移头带动绕线辊轴移动，调节丝束张力。作为优选，所述冷却模块包含冷风喷头和气流分配阀，所述冷风喷头用于冷却丝束，冷风喷头与气流分配阀连接，气流分配阀通过管道与涡流管连接，涡流管通过管道与压缩机连接，压缩机与丝束管理模块连接，丝束管理模块控制压缩机压缩空气，在涡流管内产生冷空气，冷空气通过气流分配阀进入冷风喷口，对丝束进行冷却。作为优选，所述加热模组包括红外加热并列多灯管和测温传感器，红外加热并列多灯管和测温传感器同时与丝束管理模块连接，丝束管理模块根据测温传感器测量丝束铺设温度，控制红外加热并列多灯管的加热温度。作为优选，所述夹紧模块包含夹紧轮轴、位于夹紧轮轴上的夹紧下压轮组和固定在支撑板上的夹紧弯板，所述夹紧弯板与夹紧固定板连接，夹紧固定板上安装有若干个夹紧气缸，夹紧气缸与丝束管理模块连接，夹紧气缸与夹紧压轮连接，通过夹紧气缸带动夹紧压轮运动从而与夹紧下压轮组配合压紧丝束。作为优选，所述重送模块包含重送轮轴和固定在支撑板上的重送弯板，所述重送弯板与重送固定板连接，重送固定板上安装有重送气缸，重送气缸与丝束管理模块连接， 重送气缸与重送轮连接，所述重送轮轴上套有重送滚筒，重送气缸运动带动重送轮移动，夹在重送轮和重送滚筒之间的丝束通过重送滚筒带动移动。作为优选，所述剪切模块包含固定在支撑板上的剪切弯板和剪切固定板，剪切固定板上安装有剪切气缸，剪切气缸与丝束管理模块连接，剪切气缸与剪切刀片连接，剪切刀片下面垫有砧板，丝束在剪切刀片与砧板穿过，在气缸驱动下剪切刀片下移与砧板配合剪切丝束。一种上述的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统的控制方法，包括以下步骤：(1)自动铺丝设备启动，安装纱筒，人工送丝到压辊；(2)丝束管理模块控制压缩机压缩空气，冷风喷头喷出冷却风；(3)向路径控制模块中输入预设路径，控制器启动路径控制模块，路径控制模块驱动八轴主位移控制器控制各自电机运动；(4)铺丝头压下，丝束管理模块控制张紧模块、剪切模块、夹紧模块、重送模块和集合模块工作，同时控制加热模块开始加热，开始铺丝；(5)在铺丝过程中是否需要开窗，若是，丝束切断、重送，然后继续铺丝，若不是，继续铺丝；(6)判断是否已铺设到边界，若是，丝束管理模块控制剪切模块切断丝束，重送模块继续铺丝，直到铺丝结束，丝束管理模块控制加热模块停止工作，铺丝头抬起；若不是边界，继续铺丝，直到铺设到边界；(7)判断是否已铺完，若是，某一层铺丝结束，判断是否所有层铺完，若是，结束停机，若不是，进入步骤(3)；若没铺完，铺丝头换向，进入步骤(4)。在本专利技术中，所述的FMM(丝束管理模块)采用PLC控制器，该控制器设置的丝束控制包括丝束的张紧模块、加热模块、冷却模块、剪切模块、夹紧模块、重送模块与集合模块，实现任意复杂曲面自动铺放过程中丝束的恒张力与恒温恒湿环境，以及随着路径轨迹运动对单个丝束的提前剪切、夹紧与重新送丝，为保证各丝束间的间隙满足工艺要求还要保持持续地对丝束进行密排控制。在本专利技术中，所述的TCM(路径控制模块)采用数字化驱动控制器，实现xyz型多轴联动运动平台、机器人运动平台以及两轴工件翻转与移动平台的位移控制。所述的CNCU集成了FMM与TCM的核心处理器，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：包括主控制器、硬件I/O连接板，所述主控制器与硬件I/O连接板连接，硬件I/O连接板分别与路径控制模块和丝束管理模块连接，路径控制模块输出端与八轴主位移控制器连接，丝束管理模块的输出端与八丝束碳纤维自动铺放装置连接。

【技术特征摘要】
1.一种集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：包括主控制器、硬件I/O连接板，所述主控制器与硬件I/O连接板连接，硬件I/O连接板分别与路径控制模块和丝束管理模块连接，路径控制模块输出端与八轴主位移控制器连接，丝束管理模块的输出端与八丝束碳纤维自动铺放装置连接。2.根据权利要求1所述的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：所述八丝束碳纤维自动铺放装置包含张紧模块、加热模块、冷却模块、剪切模块、夹紧模块、重送模块和集合模块，所述张紧模块包含张力测力传感器和位移作动器，所述张力测力传感器包括绕线辊轴和压电晶体测力头，所述位移作动器包括伺服微型直线电机和位移头，所述位移头与张力测力传感器的绕线辊轴相连，位移头与伺服微型直线电机连接，丝束缠绕在绕线辊轴上，伺服微型直线电机与丝束管理模块连接，当丝束张力需要自动调整时，丝束管理模块控制伺服微型直线电机的驱动头移动从而位移头带动绕线辊轴移动，调节丝束张力。3.根据权要求2所述的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：所述冷却模块包含冷风喷头和气流分配阀，所述冷风喷头用于冷却丝束，冷风喷头与气流分配阀连接，气流分配阀通过管道与涡流管连接，涡流管通过管道与压缩机连接，压缩机与丝束管理模块连接，丝束管理模块控制压缩机压缩空气，在涡流管内产生冷空气，冷空气通过气流分配阀进入冷风喷口，对丝束进行冷却。4.根据权利要求2所述的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：所述加热模组包括红外加热并列多灯管和测温传感器，红外加热并列多灯管和测温传感器同时与丝束管理模块连接，丝束管理模块根据测温传感器测量丝束铺设温度，控制红外加热并列多灯管的加热温度。5.根据权利要求2所述的集成式碳纤维自动铺放装置控制系统，其特征在于：所述夹紧模块包含夹紧轮轴、位于夹紧轮轴上的夹紧下压轮组和固定在支撑板上的夹紧弯板，所述夹紧弯板与夹紧固定板连接，夹紧固定板上安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军利，刘志强，程涛，
申请(专利权)人：李军利，
类型：发明
国别省市：江苏;32