一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法技术

本发明专利技术涉及一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，包括：检测弹簧辊的位置偏差量，通过位置偏差量计算调整量，通过调整量调整放料辊和衬纸回收辊的转速，以实现铺放压辊在模具上的丝束张力调节；获取八个所述弹簧辊在集成铺丝头里初始安装位置；当集成铺丝头安装在结构为XYZABC的六轴设备上时，实时采集A轴、B轴和C轴的坐标数据；当集成铺丝头安装在结构为XYZC1AC2的六轴设备上时，实时采集C1轴、A轴和C2轴的坐标数据，根据八个所述弹簧辊的重力数据和扰动量数学模型进行计算得到补充数据，然后根据所述补充数据完成重力扰动量补偿调节。本发明专利技术应用于航空技术领域。本发明专利技术应用于航空技术领域。本发明专利技术应用于航空技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法


[0001]本专利技术涉及航空
，特别是涉及一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法。

技术介绍

[0002]飞机为代表的航空航天飞行器研制生产中，针对复合材料结构，自动铺丝技术已得到广泛应用，是目前最重要的先进复合材料自动化成型制造工艺技术，是实现大尺寸复杂异型复合材料结构制造的关键技术，是复合材料成型制造自动化、工艺装备数字化及产品生产智能化必要的制造技术基础。
[0003]铺丝设备主要由铺丝头、储丝机构、铺丝主体结构构成，铺丝头是实现复杂构件铺放成型的核心功能部件，为满足应用需求，各铺丝设备供应商采用不同的研制理念，研制出多种结构形式的铺丝头。常见的铺丝头结构形式有分体式的和集成式的，分体式铺丝头主要是指丝束的存储、输送和铺放机构是分体的，而集成铺丝头是指丝束的存储、输送、铺放是一体式的。
[0004]在丝束的铺放过程中，丝束的铺放张力一般需要控制在2
‑
6N之间，为了抑制由铺放速度的波动对丝束铺放张力控制带来的不利影响，在集成铺丝头的张力控制系统中增加了浮动弹簧辊。但该弹簧辊在不同的铺放姿态下，会引入弹簧辊的重力扰动量，重力扰动量换算成对张力的影响为
±
2N，该重力扰动量的大小不容忽视，会影响铺放过程中张力的精确控制。

技术实现思路

[0005](1)要解决的技术问题
[0006]本专利技术实施例提供了一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，解决了铺放过程中张力控制精度低的技术问题。
>[0007](2)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，包括：
[0009]检测弹簧辊的位置偏差量，通过位置偏差量计算调整量，通过调整量调整放料辊和衬纸回收辊的转速，以实现铺放压辊在模具上的丝束张力调节；获取八个所述弹簧辊在集成铺丝头里初始安装位置；
[0010]当集成铺丝头安装在结构为XYZABC的六轴设备上时，实时采集A轴、B轴和C轴的坐标数据，根据八个所述弹簧辊的重力数据和扰动量数学模型进行计算得到补充数据，然后根据所述补充数据完成重力扰动量补偿调节；
[0011]当集成铺丝头安装在结构为XYZC1AC2的六轴设备上时，实时采集A轴、C1轴和C2轴的坐标数据，根据八个所述弹簧辊的重力数据和扰动量数学模型进行计算得到补充数据，然后根据所述补充数据完成重力扰动量补偿调节。
[0012]可选地，获取八个所述弹簧辊在集成铺丝头里初始安装位置，其中，一号所述弹簧辊和二号所述弹簧辊的位置矢量为：
[0013][0014]三号所述弹簧辊和四号所述弹簧辊的位置矢量为：
[0015][0016]五号所述弹簧辊和六号所述弹簧辊的位置矢量为：
[0017][0018]七号所述弹簧辊和八号所述弹簧辊的位置矢量为：
[0019][0020]可选地，当集成铺丝头安装在结构为XYZABC的六轴设备上时，所述六轴设备的运动控制指令为X_Y_Z_A_B_C_，所述六轴设备的末端执行器的姿态为：
[0021][0022]其中，R
Z,C
表示绕着Z轴旋转了角度C，R
Y,B
表示绕着Y轴旋转了角度B，R
X,A
表示绕着X轴旋转了角度A，向量表示所述末端执行器的姿态，根据旋转矩阵的齐次变换可计算得到向量为：
[0023][0024]假设所述弹簧辊的重量为M
t
，所述六轴设备的矢量矩阵为：
[0025][0026]根据和得到补偿量：
[0027][0028]根据和得到补偿量：
[0029][0030]根据和得到补偿量：
[0031][0032]根据和得到补偿量：
[0033][0034]可选地，当集成铺丝头安装在结构为XYZC1AC2的六轴设备上时，所述六轴设备的运动控制指令为X_Y_Z_A_C1_C2_，所述六轴设备的末端执行器的姿态为：
[0035][0036]其中，R
Z,C1
表示绕着Z轴旋转了角度C1，R
X,A
表示绕着X轴旋转了角度A，R
Z,C2
表示绕
着Z轴旋转了角度C2，向量表示六轴设备的集成铺丝头的姿态，根据旋转矩阵的齐次变换可计算得到向量为：
[0037][0038]假设所述弹簧辊的重量为M
t
，所述六轴设备的矢量矩阵为：
[0039][0040]根据和得到补偿量：
[0041][0042]根据和得到补偿量：
[0043][0044]根据和得到补偿量：
[0045][0046]根据和得到补偿量：
[0047][0048]可选地，所述六轴设备为六轴卧式机床或六轴立式机床或六轴机器人。
[0049]可选地，将所述补偿量发送给张力控制器，由张力控制器来实现对所述弹簧辊的重力扰动量的实时补偿。
[0050]可选地，通过张力检测机构检测所述弹簧辊的位置偏差量。
[0051](3)有益效果
[0052]综上，本专利技术通过获取集成铺丝头的实时姿态，将弹簧辊的重力矢量与铺放矢量进行合成计算，从而得到实时的重力扰动量，然后对重力扰动量进行补偿，以消除重力的扰动，实现高精度铺放张力的控制。
[0053]本专利技术基于多体系统运动学理论，建立了集成铺丝头在不同的铺放姿态下弹簧辊重力扰动的数学模型，通过计算与分析得到弹簧辊重力扰动量，对这个重力扰动量进行实时补偿，为高精度铺放张力控制的提升提供了理论依据，通过数控系统的实时补偿实现了铺放过程中张力的精确控制，对复合材料自动铺放成型领域有着十分重要的作用。
[0054]本专利技术针对集成铺丝头的结构，充分考虑了丝束铺放张力控制的弹簧辊重力扰动影响因素，建立了集成铺丝头在不同的铺放姿态下弹簧辊重力扰动量的数学模型，从而可演化到立式、卧式、机器人式等类型的自动铺丝设备上。
附图说明
[0055]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对本专利技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0056]图1是本专利技术一实施例中张力控制系统的结构示意图；
[0057]图2是本专利技术一实施例中集成铺丝头上八套张力控制系统的布置示意图。
[0058]图3是本专利技术一实施例中集成铺丝头应用在结构为XYZABC的六轴设备上，弹簧辊重力扰动量受A、B、C角度的变化影响；
[0059]图4是本专利技术一实施例中集成铺丝头应用在六轴结构为XYZC1AC2的六轴设备上，弹簧辊重力扰动量受A、C1、C2角度的变化影响；
[0060]图5是本专利技术一实施例中消除重力扰动高精度铺放张力控制方法的流程图。
[0061]图中：
[0062]1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，其特征在于，包括：检测弹簧辊的位置偏差量，通过位置偏差量计算调整量，通过调整量调整放料辊和衬纸回收辊的转速，以实现铺放压辊在模具上的丝束张力调节；获取八个所述弹簧辊在集成铺丝头里初始安装位置；当集成铺丝头安装在结构为XYZABC的六轴设备上时，实时采集A轴、B轴和C轴的坐标数据，根据八个所述弹簧辊的重力数据和扰动量数学模型进行计算得到补充数据，然后根据所述补充数据完成重力扰动量补偿调节；当集成铺丝头安装在结构为XYZC1AC2的六轴设备上时，实时采集A轴、C1轴和C2轴的坐标数据，根据八个所述弹簧辊的重力数据和扰动量数学模型进行计算得到补充数据，然后根据所述补充数据完成重力扰动量补偿调节。2.根据权利要求1所述的消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，其特征在于，获取八个所述弹簧辊在集成铺丝头里初始安装位置，其中，一号所述弹簧辊和二号所述弹簧辊的位置矢量为：三号所述弹簧辊和四号所述弹簧辊的位置矢量为：五号所述弹簧辊和六号所述弹簧辊的位置矢量为：七号所述弹簧辊和八号所述弹簧辊的位置矢量为：3.根据权利要求2所述的消除重力扰动高精度铺放张力控制方法，其特征在于，当集成铺丝头安装在结构为XYZABC的六轴设备上时，所述六轴设备的运动控制指令为X_Y_Z_A_B_C_，所述六轴设备的末端执行器的姿态为：其中，R
Z,C
表示绕着Z轴旋转了角度C，R
Y,B
表示绕着Y轴旋转了角度B，R
X,A
表示绕着X轴旋转了角度A，向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张盛桂，高诚，马志涛，张喻琳，李佳益，冯长征，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：