用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制方法及装置，包括放卷电机、背衬纸收集辊、摆杆机构、张力缓冲机构、角度检测机构与控制系统；其中，料卷与放卷电机相连，料卷上的碳纤维预浸带由放卷电机主动放出，绕过背衬纸收集辊实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，角度检测机构用于将碳纤维预浸带中张力大小的变化转换为角度大小的变化，并实时反馈给控制系统，实现张力控制。本发明专利技术中通过小位移大角度的转化，有利于提高张力控制的快速响应性大大地提高控制的响应性，能够快速地对张力进行调节控制。本发明专利技术结构简单，穿绕预浸带方便，工作效率高，同时节约了在纱架中的占用空间。
Angle type tension control method and device for stable conveying of carbon fiber prepreg belt
【技术实现步骤摘要】
用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制方法及装置
本专利技术属于纤维自动化铺放
，涉及自动铺丝设备中张力控制的重要模块，具体涉及用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制方法及装置。
技术介绍
复合材料是由增强相和基体相组成的多相材料。纤维增强复合材料的增强相为纤维，基体相多为有机聚合物，具有高比模量、高比强度、良好的抗疲劳性与抗腐蚀性以及可设计性强等诸多优点，因此在航空、航天、风电叶片以及汽车等多个领域得到了日益广泛的应用。纤维自动铺丝技术是在纤维缠绕成型技术与纤维自动铺带技术的基础上发展起来的一种自动化程度很高的新型复合材料成型制造技术，并继承了纤维缠绕和自动铺带技术的优点，为加工复杂形体的构件提供可能。在碳纤维预浸带铺放过程中，预浸带的张力对于提高复合材料构件力学性能、避免加工缺陷、保证重送精度具有重要作用。所以保证预浸带输送张力稳定是预浸带输送系统的重要任务之一。铺放速度的变化是导致预浸带张力变化的主要原因。当由低速逐渐加速到高速的过程中，张力将会增大，反之将会减小。在加工封闭型面复合材料构件时，对于凹曲面零件，过大的张力会导致“桥架”现象，无法粘接在构件上一铺层表面；过低的张力则会在铺层表面产生褶皱，导致构件局部树脂含量过高，力学性能降低。
技术实现思路
为了解决碳纤维预浸带输送张力稳定的控制问题，本专利技术提出了一种用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制方法及装置。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，包括放卷电机、背衬纸收集辊、摆杆机构、张力缓冲机构、角度检测机构与控制系统；其中，料卷与放卷电机相连，料卷上的碳纤维预浸带由放卷电机主动放出，绕过背衬纸收集辊实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，角度检测机构用于将碳纤维预浸带中张力大小的变化转换为角度大小的变化，并实时反馈给控制系统，实现张力控制。本专利技术进一步的改进在于，摆杆机构包括旋转气缸与摆杆；旋转气缸固定在机架上，摆杆与旋转气缸的输出轴一端固定，旋转气缸带动摆杆做往复摆动。本专利技术进一步的改进在于，摆杆为U型摆杆。本专利技术进一步的改进在于，张力缓冲机构包括张力辊、支撑轴、连接板、直线导轨、滑块、轴向挡圈以及滚轮；其中，支撑轴的一端设置有滚轮，滚轮设置在摆杆内，并能够沿摆杆内表面进行移动；张力辊设置在支撑轴上，支撑轴的另一端设置有连接板，连接板上设置有直线导轨，直线导轨上设置有滑块，并且滑块能够沿直线导轨移动。本专利技术进一步的改进在于，还包括角度放大机构，角度放大机构用于将张力辊的小位移转化为大角度，并传递给角度检测机构。本专利技术进一步的改进在于，角度放大机构包括大齿轮、齿条、大齿轮支撑轴、小齿轮、小齿轮支撑轴与轴套；其中，齿条设置在连接板上，大齿轮设置在大齿轮支撑轴上，大齿轮支撑轴上套装有轴套，小齿轮设置在小齿轮支撑轴上，齿条经大齿轮将转矩传递给小齿轮。本专利技术进一步的改进在于，角度检测机构包括角度位移传感器、弹性联轴器、轴承座与传感器支架；其中，角度位移传感器设置在传感器支架上，角度位移传感器与弹性联轴器相连，弹性联轴器与小齿轮相连，轴承座上设置小齿轮支撑轴。一种基于上述装置的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制方法，在纤维铺放过程中，预浸带从料卷送出，经过背衬纸收集辊，再绕上张力辊，最后送入铺丝头；当预浸带中的张力发生变化时，张力辊会沿着直线导轨做往复直线运动，同时角度位移传感器的读数也发生变化并反馈给控制系统，控制系统通过改变放卷电机的转速从而对张力进行调节。本专利技术进一步的改进在于，根据所需控制张力的大小，选取某一位置为张力辊的平衡位置，此时角度传感器的读数为θ1，将指定大小的气压作用在旋转气缸上，输出恒定的转矩并与预浸带对张力辊的力平衡；若预浸带中张力增大，将带动张力辊往下运动，将张力辊的直线运动转化为大齿轮的旋转运动，并通过小齿轮传递给角度位移传感器，此时角度位移传感器的读数变为θ2并反馈给控制系统，控制系统加快放卷电机的转速使张力辊再次达到平衡位置；反之，当预浸带中张力减小时，放卷电机降低转速，从而实现张力的稳定。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过设置摆杆机构、张力缓冲机构、角度检测机构与控制系统；料卷上的碳纤维预浸带由放卷电机主动放出后绕过背衬纸收集辊实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，角度检测机构用于将碳纤维预浸带中张力大小的变化转换为角度大小的变化，并实时反馈给控制系统，实现张力控制，克服了现有技术中，因张力过大或过小造成的“桥架”现象以及产生褶皱的问题。本专利技术中通过小位移大角度的转化，有利于提高张力控制的快速响应性能够快速地对张力进行调节控制。本专利技术在更换料卷重新穿绕预浸带时，穿绕预浸带方便，可大幅减少额外的穿带时间，提升工作效率，同时节约了在纱架中的占用空间。进一步的，本专利技术采用旋转气缸，占用空间小，并且张力辊的缓冲距离可随着摆杆长度的增大而增大，更具有调节灵活性。进一步的，本专利技术通过齿轮齿条的组合，将张力辊的直线运动转化为齿轮的旋转运动，且结构紧凑，传动可靠。进一步的，本专利技术可改变大小齿轮的齿数比从而实现不同程度的角度增益，提高响应速度。本专利技术采用旋转气缸以一定的气压带动摆杆，通过摆杆使张力辊保持在一个平衡位置。此时旋转气缸所提供的扭矩与预浸带中张力作用在摆杆上的力矩保持平衡，并且角度位移传感器的读数为θ1。当预浸带中张力发生变化时，会导致张力辊脱离平衡位置，再通过齿轮齿条，可将张力辊的位移转化为小齿轮的旋转，此时角度位移传感器的读数为θ2，并实时反馈给控制系统，再通过调节放卷电机的转速实现预浸带中的张力控制，使摆杆再次回到平衡位置。附图说明图1是预浸带输送示意图。图2是机构传动路线示意图。图3是张力缓冲调节示意图。图4是角度放大原理示意图。图5是角度检测机构剖面示意图。图中：1为放卷电机；2为料卷；3为张力辊；4为背衬纸收集辊；5为支撑轴；6为摆杆；7为旋转气缸；8为滚轮；9为直线导轨；10为传感器支架；11为轴承座；12为大齿轮；13为弹性联轴器；14为轴套；15为角度位移传感器；16为大齿轮支撑轴；17为滚动轴承；18为齿条；19为连接板；20为滑块；21为小齿轮支撑轴；22为小齿轮；23为半圆头平键。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做详细描述。参见图1，本专利技术的一种用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，包括放卷电机1、背衬纸收集辊4、摆杆机构、张力缓冲机构、角度放大机构以及角度检测机构；其中，料卷2与放卷电机1相连，料卷2上的碳纤维预浸带由放卷电机1主动放出，绕过背衬纸收集辊4实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，实现张力调控。摆杆机构包括旋转气缸7、摆杆6以及紧定螺钉。旋转气缸7固定在机架上，摆杆6通过紧定螺钉与旋转气缸7的输出轴一端固定，旋转气缸7作本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，包括放卷电机(1)、背衬纸收集辊(4)、摆杆机构、张力缓冲机构、角度检测机构与控制系统；其中，料卷(2)与放卷电机(1)相连，料卷(2)上的碳纤维预浸带由放卷电机(1)主动放出，绕过背衬纸收集辊(4)实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，角度检测机构用于将碳纤维预浸带中张力大小的变化转换为角度大小的变化，并实时反馈给控制系统，实现张力控制。/n
【技术特征摘要】
1.用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，包括放卷电机(1)、背衬纸收集辊(4)、摆杆机构、张力缓冲机构、角度检测机构与控制系统；其中，料卷(2)与放卷电机(1)相连，料卷(2)上的碳纤维预浸带由放卷电机(1)主动放出，绕过背衬纸收集辊(4)实现预浸带与背衬纸的分离，然后经摆杆机构进入张力缓冲机构，角度检测机构用于将碳纤维预浸带中张力大小的变化转换为角度大小的变化，并实时反馈给控制系统，实现张力控制。
2.根据权利要求1所述的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，摆杆机构包括旋转气缸(7)与摆杆(6)；旋转气缸(7)固定在机架上，摆杆(6)与旋转气缸(7)的输出轴一端固定，旋转气缸(7)带动摆杆(6)做往复摆动。
3.根据权利要求2所述的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，摆杆(6)为U型摆杆。
4.根据权利要求3所述的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，张力缓冲机构包括张力辊(3)、支撑轴(5)、连接板(19)、直线导轨(9)、滑块(20)、轴向挡圈以及滚轮(8)；其中，支撑轴(5)的一端设置有滚轮(8)，滚轮(8)设置在摆杆(6)内，并能够沿摆杆(6)内表面进行移动；张力辊(3)设置在支撑轴(5)上，支撑轴(5)的另一端设置有连接板(19)，连接板(19)上设置有直线导轨(9)，直线导轨(9)上设置有滑块(20)，并且滑块(20)能够沿直线导轨(9)移动。
5.根据权利要求1所述的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，还包括角度放大机构，角度放大机构用于将张力辊(3)的小位移转化为大角度，并传递给角度检测机构。
6.根据权利要求5所述的用于碳纤维预浸带稳定输送的角度式张力控制装置，其特征在于，角度放大机构包括大齿轮(12)、齿条(18)、大齿轮支撑轴(16)、小齿轮(2...
【专利技术属性】
技术研发人员：段玉岗，朱彦松，辛志博，肖鸿，张小辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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