[发明专利]一种纤维铺放张力控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及纤维的成套制造设备领域，特别是指一种纤维铺放张力控制系统。

背景技术

在复合材料的成型工艺中，纤维缠绕成型工艺是指采用连续纤维在浸渍树脂粘合剂后，在张力的作用下按照一定的线型有规律的排布在芯模上，然后通过加热是粘合剂固化而制成一定形状的工艺方法。纤维铺放技术全称是自动丝束铺放成型技术，也称自动铺丝技术(Automatic Fiber Placement,AFP)。该技术是20世纪70年代作为纤维缠绕和自动铺带技术的改革而发展起来的全自动复合材料加工技术，也是近年来发展最快效率最高的复合材料自动化成型制造技术之一。纤维铺放技术既可以铺凸面也可以铺凹面，还可以铺放复杂的双曲率构件，并具有在铺层时切割丝束的功能，可以满足对铺层惊醒剪裁以适应局部加厚，铺层递降和开口铺层的需要，因此相比纤维缠绕技术和自动铺带技术具有更广泛的应用价值。在复合材料的成型工艺中，合理的控制张力可以提高纤维的工作应力，充分发挥纤维材料的高强特效^[2]。复合材料制品的最终性能与其生产过程中的工艺参数密切相关。在铺放发动机壳体、压力容器时，铺放张力的大小，各束纤维间的张力的均匀性及各铺放层间纤维张力的量级变化对制品强度影响极大。研究证明，张力选择不当或张力不稳定，可使纤维缠绕制品的强度损失20～30％。可见，性能优良的纤维铺放机必须配上准确控制张力的张力控制器，才能对系统的高效可靠提供保障。为了满足高品质纤维制品的生产要求，就纤维铺放过程中恒定张力的控制方法进行了研究。因此，开发一种新的控制系统解决上述技术问题在本领域内具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本发明提供一种纤维铺放张力控制系统，为了适应智能化控制的发展方，使控制系统向一体化方向发展，方便进行复合材料制品的质量跟踪，提高纤维产品质量，张力控制系统将直接采用张力传感器实时监测张力，以直流力矩电机执行机构，利用直流力矩电机工作时提供的阻力矩恒定缠绕纤维上的张力，通过AT89C52微处理器控制直流力矩电机转矩，以达到控制张力的目的。为实现上述目的，本发明提出的一种纤维铺放张力控制系统，采用如下技术方案，该系统包括：

上位机，完成设定值的输入、数据处理和主控功能，作为整个张力控制系统的运算和控制中心；

控制器，用来给力矩电动机发运动指令；

A/D转换器，完成模拟信号转换为数字信号；

D/A转换器，完成数字量信号转换成模拟信号；

功放器，将电压信号进行放大后制动直流力矩电机；

力矩电机，为控制系统的执行机构；

丝卷，被控制执行的对象；

张力传感器，实时监测并显示纤维丝上的张力；

放大器；用于张力信号的放大和传输；

其中的上位机与控制器相连，控制器与D/A转换器相连，D/A转换器与功放器相连，功放器与力矩电机相连，力矩电机与丝卷相连；张力传感器与放大器相连，放大器与A/D转换器相连，A/D转换器与上位机相连。

对于本技术方案的进一步的改进，所述上位机选用AT89C52作为系统的处理器；

对于本技术方案的进一步的改进，A/D转换器选用AD1674作为核心装置，D/A转换器采用8位的DAC0832作为核心装置；

对于本技术方案的进一步的改进，张力传感器直接采用电阻应变丝、片来测定对象的应变和应力；

本发明的设备的工作原理主要在于：整套张力控制系统实行的是闭环反馈控制。系统运行时，首先通过张力传感器实时监测并显示纤维线绳上的张力，然后再通过控制系统执行机构直流力矩电机的阻力矩来稳定纤维线绳上的张力，达到恒定张力，提高纤维复合材料质量的目的。在铺放过程中共，系统随时监测纤维丝上的张力大小，经过CPU与设定值进行比较计算后，由D/A，数字量信号转换成模拟信号输出模拟控制电压信号，再由功率放大器放大后制动直流力矩电机，让其恒定运转，提供恒定的阻力距，从而稳定纤维丝上的张力大小以控制张力。