一种碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制系统及方法与流程

本发明涉及电机控制，特别是涉及一种碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制系统及方法。

背景技术：

1、随着航天航空事业的快速发展，碳纤维复材在该行业的重要性愈发明显，这也带动自动铺放技术的发展。自动铺丝机是生产航天航空构件的主要设备之一。在铺丝机铺放碳纤维丝束时，碳纤维丝束需要保持稳定的张力，这是保证铺放质量和精度的基础。

2、现有技术的缺陷和不足：

3、1.目前自动铺丝机铺放碳纤维丝束时张力控制以半闭环为主，即通过位移或者角度的变化从而演算出张力的大小，这就有可能导致演算结果与实际值发生偏差；

4、2.现有某些张力控制及检测装置，或只用于测试热固性丝束，或只用于测试热塑性丝束，或者只用于测试丝束幅宽不大于6.35mm的丝束；

5、3.敞开式的碳纤维丝束张力检测装置在高速运转时，容易对手指等造成伤害，这给安全带来一定的隐患，同时外观上不够美观。

6、因此，本领域亟需一种能够实现精确张力控制、兼容多种碳纤维丝束类型与宽度、且具备更高安全性的碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制方法。

7、公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够实现精确张力控制、兼容多种碳纤维丝束类型与宽度、且具备更高安全性的碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制系统，包括：

4、电气柜；

5、设置于所述电气柜内的plc控制面板；

6、张力测试及绕丝单元，所述张力测试及绕丝单元进一步包括：

7、放料卷轴组件，用于承载碳纤维丝束；

8、收料卷轴组件，用于收集丝束；

9、放料张力传感器，用于检测放料过程中丝束的张力；

10、收料张力传感器，用于检测收料过程中丝束的张力；

11、放料卷径超声波传感器，用于检测放料卷轴上材料的直径；

12、收料卷径超声波传感器，用于检测收料卷轴的直径；

13、张力产生源，用于给丝束提供张力；以及

14、牵引组件，用于牵引丝束；

15、其中，所述plc控制面板被配置为执行半闭环张力控制模式或全闭环张力控制模式；

16、所述半闭环张力控制模式为：利用所述放料卷径超声波传感器和/或所述收料卷径超声波传感器自动检出碳纤维丝束的卷径并自动进行张力演算，然后由控制器自动调整所述张力产生源进行张力控制；

17、所述全闭环张力控制模式为：通过所述放料张力传感器和/或所述收料张力传感器测定碳纤维丝束的张力，然后由所述控制器自动调整所述张力产生源来控制丝束的张力。

18、可选的，所述张力产生源为制动器或者电机。

19、可选的，还包括导向轮，所述导向轮的沟槽宽度被配置为能够满足最大幅宽为12.7mm的碳纤维丝束的张力测试。

20、可选的，还包括防护柜，所述张力测试及绕丝单元设置于所述防护柜内部；所述防护柜的壳体为透明pvc板。

21、可选的，所述张力测试及绕丝单元还包括：

22、背膜缠绕卷轴，用于剥离并收集碳纤维丝束上的背膜，同时牵引丝束传送；

23、丝杠牵引组件：用于在收料时，轴向来回牵引丝束；

24、张力辊组件：用于张紧丝束，使丝束始终保持一定的张力；

25、牵引电机：用于驱动牵引组件，把丝束传送到收料区；

26、丝杠牵引电机：用于驱动丝杠运动；

27、收料卷轴电机：用于驱动收料卷轴旋转，从而收集丝束。

28、可选的，还包括：通风口：由于电气柜内电子元件工作时会产生热量，通风口用于冷热空气流通，降低柜内温度；

29、长把手：用于方便移动电气柜；

30、电源接口：用于连接电源，给电气柜提供电能；

31、急停按钮：用于发生紧急情况时，可以及时停止测试柜工作；

32、照明灯：用于照明防护柜内部，以便观察测试状态；

33、开关按钮：用于机器的启动、停止、点动及急停；

34、主开关：用于接通电源，给电气柜提供电能；

35、风扇：用于排出电气柜的热量，降低柜内温度；

36、底座：用于支撑、移动装置。

37、一种碳纤维自动铺丝设备的伺服电机控制方法，包括以下步骤：

38、通过plc控制面板选择半闭环张力控制模式或全闭环张力控制模式；

39、若选择所述半闭环张力控制模式，则利用放料卷径超声波传感器和/或收料卷径超声波传感器自动检出碳纤维丝束的卷径并自动进行张力演算，然后由控制器自动调整张力产生源进行张力控制；

40、若选择所述全闭环张力控制模式，则通过放料张力传感器和/或收料张力传感器测定碳纤维丝束的张力，然后由所述控制器自动调整所述张力产生源来控制丝束的张力。

41、可选的，所述半闭环张力控制模式采用控制阻力矩产生张力，所述全闭环张力控制模式采用控制速度产生张力。

42、可选的，还包括：通过所述全闭环张力控制模式验证所述半闭环张力控制模式的准确性，并根据验证结果对所述半闭环张力控制模式进行修正。

43、可选的，还包括：通过背膜缠绕卷轴剥离并收集碳纤维丝束上的背膜，同时牵引丝束传送。

44、可选的，还包括：通过丝杠牵引组件在收料时轴向来回牵引丝束，使丝束均匀缠绕在收料卷轴上。

45、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

46、提供双模式张力控制，兼顾精度与适应性：本发明同时支持半闭环张力控制模式和全闭环张力控制模式，用户可根据实际需求灵活选择。半闭环模式利用超声波传感器检测卷径并演算张力，适用于常规工况；全闭环模式通过张力传感器实时反馈并调节张力，可显著提高张力控制精度。

47、能够对半闭环模式进行验证与修正：通过全闭环张力控制方式获得的精确张力值，可以对半闭环张力控制模式的演算结果进行验证，并根据偏差进行修正，从而进一步提升半闭环模式的控制可靠性。

48、兼容多种丝束类型及更宽的丝束幅宽：本装置设计了背膜缠绕卷轴，可适用于热固性预浸丝束和热塑性预浸丝束的张力测试；同时，导向轮经过改进设计，其沟槽宽度能够满足最大幅宽为12.7mm的碳纤维丝束，显著提升了设备的通用性。

49、提升操作安全性与外观美观度：张力测试及绕丝单元整体设置于防护柜内部，防护柜采用透明pvc板，既便于观察测试过程，又能有效防止高速运转部件对操作人员造成伤害，同时使整机外观更加整洁美观。

50、集成自动绕丝功能，提高工作效率：装置通过丝杠牵引组件和收料卷轴组件的配合，能够在收料过程中自动实现丝束的轴向来回牵引，使丝束均匀缠绕在收料卷轴上，减少了人工干预，提高了绕丝质量和自动化程度。