一种碳纤维布自动检偏矫正装置及其控制方法

1.本发明属于检偏矫正装置技术领域，尤其涉及一种碳纤维布自动检偏矫正装置及其控制方法。


背景技术：

2.碳纤维具有高碳含量，是一种纤维状材料，具有耐高温、耐腐蚀、抗摩擦等优秀性能，发展碳纤维制造业，掌握碳纤维制造核心技术迫在眉睫；碳纤维布拉挤工艺生产线中，碳纤维需要经过树脂槽浸润、预成型、加热固化、牵引、切割等工序，即可生产出碳纤维布；但是，在实际工程运用中常出现如下问题，在碳纤维布拉挤工艺生产线上，预成型的碳纤维布在进入加热固化模具之前，在传送的过程中可能左右偏，导致卡布。
3.传统的纠偏装置，如机械式纠偏装置，当碳纤维布走偏时，纠偏装置辊子的轴线按相应方向绕旋转中心偏转一定角度，从而在辊子与碳纤维布之间产生垂直于碳纤维布运行方向的横向摩擦力，使碳纤维布回到正确位置；基于图像的智能纠偏系统，以视觉检测为基础，利用图像识别技术来对碳纤维布运行过程中的走偏情况进行监控并调整，等等。
4.发明人发现，传统的纠偏装置存在以下缺点：机械式纠偏装置的纠偏能力会随着碳纤维布跑偏量增加而显著降低，可靠性低，从而有时需要人工辅助矫正，实时性差；机械式纠偏装置对传动辊质量要求严格，成本高；基于图像的智能纠偏系统使用的图像识别技术，需要ccd摄像系统以及高性能处理器，成本高；基于红外传感器的智能纠偏系统容易受环境光影响，容易造成系统误判，可靠性差。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了一种碳纤维布自动检偏矫正装置及其控制方法，本发明利用了光纤传感器对碳纤维布进行检偏，降低了成本，同时，配备色彩传感器，依据色彩传感器的信息，断定光纤传感器检测的是碳纤维布，而不是其他异物，排除误判的可能，提高了可靠性；基于检偏结果，通过伸缩结构带动的抓取结构对碳纤维布进行矫正，避免了传统机械式纠偏装置的缺点。
6.为了实现上述目的，第一方面，本发明提出了一种碳纤维布自动检偏矫正装置，采用如下技术方案：
7.一种碳纤维布自动检偏矫正装置，包括：
8.对称布置在碳纤维布两侧的第一控制主机和第二控制主机；
9.所述第一控制主机和所述第二控制主机上，位于碳纤维布上侧和下侧位置均固定有用于安装光纤传感器的固定杆；
10.位于碳纤维布上侧的固定杆上安装有光发射器阵列和色彩传感器；位于碳纤维布下侧的固定杆上安装有多个第一光探测器和多个第二光探测器；光发射器阵列发出的光束与所述碳纤维布的宽度相等；所述碳纤维布垂直向下的投影覆盖所述第一光探测器，且边与所述第一光探测器的边重合；所述碳纤维布垂直向下的投影不覆盖所述第二光探测器，
且边与所述第二光探测器的边重合；
11.所述第一控制主机和所述第二控制主机上，均垂直固定有伸缩结构，所述伸缩结构上安装有用于夹持所述碳纤维布的抓取结构。
12.进一步的，光发射器阵列与所述第一光探测器和所述第二光探测器垂直对齐。
13.进一步的，碳纤维布走偏时，至少第一光探测器接收光信号；在碳纤维布走偏时，至少一个第二光探测器不接收光信号。
14.进一步的，所述伸缩结构为直流推拉杆，所述抓取结构为机械爪。
15.进一步的，所述直流推拉杆中的直流电机为h桥驱动电路。
16.进一步的，所述光纤传感器使用方波脉冲驱动。
17.进一步的，所述光纤传感器的信号收发通道设有开关，由主控模块控制，只有收发信号时闭合开关。
18.进一步的，所述第一控制主机和所述第二控制主机内设置有主控模块、驱动电路模块、检测电路模块、执行电路模块和通讯电路模块；
19.所述主控模块与所述光发射器之间的发射开关包括波形发生器、程控放大器、电压跟随器、电压转电流器、射极跟随器、短路保护器和开关；
20.所述第一光探测器和所述第二光探测器与所述主控模块之间设置有开关、电流转电压器、差分放大器、程控放大器、电压比较器、平滑电容器和ttl电平转换器。
21.进一步的，所述色彩传感器，用于断定光纤传感器检测的是否为碳纤维布，排除误判。
22.为了实现上述目的，第二方面，本发明还提出了一种碳纤维布自动检偏矫正装置控制方法，采用如下技术方案：
23.一种碳纤维布自动检偏矫正装置控制方法，采用了如第一方面所述的碳纤维布自动检偏矫正装置，包括：
24.在碳纤维布走偏时，第一光探测器接收到光信号，第二光探测器不接收光信号；主控模块依据色彩传感器的信息，断定光纤传感器检测的是否为碳纤维布，排除误判；
25.主控模块驱动直流推拉杆和机械爪夹紧碳纤维布，并回拉。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
27.1、本发明利用了光纤传感器对碳纤维布进行检偏，降低了成本，同时，配备色彩传感器，依据色彩传感器的信息，断定光纤传感器检测的是碳纤维布，而不是其他异物，排除误判的可能，提高了可靠性；基于检偏结果，通过伸缩结构带动的抓取结构对碳纤维布进行矫正，避免了传统机械式纠偏装置的缺点；
28.2、本发明使用光纤传感器和低性能处理器等即可完成检偏以及矫正，极大地节约成本；
29.3、本发明光纤传感器使用方波脉冲驱动；信号收发通道设有开关，由主控模块控制，只有收发信号时闭合开关；检测电路模块设有差分信号输入；并且使用色彩传感器辅助检偏，不会因为环境光或者生产线中出现异物影响检测结果，抗干扰能力强；
30.4、本发明对接收信号进行程控放大、平滑和ttl电平转换，并且根据不同场地灵活调节电压比较器的参考电压值和光纤传感器阵列的数量、排布和径向伸出距离，检偏速度准确且迅速；
31.5、使用直流推拉杆连接机械爪的矫正方法，一旦检测到走偏，可迅速动作将碳纤维布拉回，直到主控模块判定碳纤维布回正时，直流推拉杆和机械爪停止动作，纠偏能力稳定且高效。
附图说明
32.构成本实施例的一部分的说明书附图用来提供对本实施例的进一步理解，本实施例的示意性实施例及其说明用于解释本实施例，并不构成对本实施例的不当限定。
33.图1为本发明实施例1的碳纤维布拉挤工艺生产线原理图；
34.图2为本发明实施例1的碳纤维布自动检偏矫正装置系统结构；
35.图3为本发明实施例1的纠偏设备的系统框图；
36.图4为本发明实施例1的xtr111典型接法；
37.图5为本发明实施例1的后级处理电路；
38.其中，1、碳纤维，2、第一表面材料，3、树脂槽，4、热加固化模具，5、牵引装置，6、切断装置，7、第二表面材料，8、直流推拉杆，9、机械爪，10、光发射器，11、色彩传感器，12、固定杆，13、碳纤维布，14、第一光探测器，15、第二光探测器，16、通讯线，17、第一控制主机，18、第二控制主机。
具体实施方式：
39.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
40.专业术语解释：
41.光纤传感器：光纤传感器是光电式传感器的一种，利用发光管或激光管发射的光，经过光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，沿光纤多次反射送到光探测器，经过解调后变成电信号。
42.色彩传感器：色彩传感器又叫颜色识别传感器或颜色传感器，它是将物体颜色同前面已经示教过的参考颜色进行比较来检测颜色的传感器，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，输出检测结果。
43.实施例1：
44.如图1所示，表示的是碳纤维布拉挤工艺生产线，碳纤维需要经过树脂槽3浸润、预成型、加热固化模具4的加热固化、牵引装置5的牵引、切割装置6的切割等工序，即可生产出碳纤维布；但是在实际工程运用中常出现如下问题，在碳纤维布拉挤工艺生产线上，预成型的碳纤维布在进入加热固化模具之前，在传送的过程中可能左右偏，导致卡布。
45.为了解决碳纤维布自动检偏矫正问题，本实施例提供了一种碳纤维布自动检偏矫正装置，包括：
46.对称布置在碳纤维布13左右两侧的第一控制主机17和第二控制主机18；
47.所述第一控制主机17和所述第二控制主机18上，位于碳纤维布13上侧和下侧位置均固定有用于安装光纤传感器的固定杆12；
48.位于碳纤维布上侧的固定杆上安装有光发射器10阵列和色彩传感器11；位于碳纤维布下侧的固定杆上安装有多个第一光探测器14和多个第二光探测器15；光发射器10阵列发出的光束与所述碳纤维布13的宽度相等；所述碳纤维布13垂直向下的投影覆盖所述第一
光探测器14，且边与所述第一光探测器14的边重合；所述碳纤维布13垂直向下的投影不覆盖所述第二光探测器15，且边与所述第二光探测器15的边重合；
49.所述第一控制主机18和所述第二控制主机18上，均垂直固定有伸缩结构，所述伸缩结构上安装有用于夹持所述碳纤维布的抓取结构。
50.具体的，碳纤维布自动检偏矫正装置由左右两台纠偏设备组成，每台纠偏设备都包括控制主机、直流推拉杆、机械爪、光发射器10、第一光探测器17、第二光探测器18、色彩传感器11和固定杆12。两台纠偏设备中间用通讯线16连接，每台纠偏设备上下各有一个固定12，用于固定传感器阵列。所述光发射器10要与所述第一光探测器保持垂直对齐，在碳纤维布13走偏时，所述第一光探测器14可以接收到所述光发射器10发出的光信号；所述第二光探测器15要安装在所述第一光探测器14的旁边，所述第二光探测器15要与所述第一光探测器14接收到等量的环境光，且在碳纤维布13走偏时，所述第二光探测器15不能接收到所述光发射器10发出的光信号；纠偏设备中间是直流推拉杆8和机械爪9组成的动作模块，碳纤维布13与所述机械爪9中心保持在水平面上，所述直流推拉杆8固定在控制主机的外壳上。
51.光纤传感器是光电式传感器的一种，利用光发射器(如：发光管、激光管)发射的光，经过光纤传输到被检测对象，被检测信号调制后，沿光纤多次反射送到光探测器(如光敏管)，经过解调后变成电信号。光纤传感器由光导纤维、光发射器、光探测器组成，其中光发射器是电流驱动型器件，要求电路有较强的带负载能力，光探测器接收到的光越充足，电流信号也就越大。利用这一特点，可通过碳纤维布遮挡光发射器发出的光信号量，来判断碳纤维布是否走偏。光信号具有抗扰能力强、灵敏度高、电绝缘等优点，因此利用光信号很适合用于检偏。
52.如图3所示，控制主机由主控模块、驱动电路模块、检测电路模块、执行电路模块和通讯电路模块组成；传感器阵列由光纤传感器阵列和色彩传感器11组成，其中光纤传感器阵列由光发射器10、第一光探测器14和第二光探测器15组成；动作模块由直流推拉杆8和机械爪9组成。
53.工作流程如下，首先驱动电路模块的波形发生模块发出特定频率的方波脉冲信号作为激励信号，频率由主控模块调控，进而实现对所述光纤传感器的驱动电流进行精确控制，应对不同的环境可灵活调整驱动电流，使得设备更加稳定和普适；激励信号经过程控放大模块，得到需要的波形，电压增益根据不同需要由主控模块灵活调整；电压跟随器起到缓冲和隔离的作用，并且可以提高带载能力；激励信号经过电压-电流转换模块后，电压信号被线性地转化为电流信号，例如可以使用电流输出芯片xtr111，其典型接法如图4所示。射极跟随器可以进一步提高带载能力；短路防护，发生短路故障时可有效保护电路；发射通道开关受控于主控模块，只有发射信号时闭合开关，可以进一步削弱环境光造成的干扰。发出的激励信号驱动光纤传感器的光发射器10发出光信号，光信号照射到碳纤维布13上，当碳纤维布13走偏时，所述第一光探测器即可收到由光发射器10发出的光信号。
54.光纤传感器的光探测器接收到光信号，转化为电流信号；此时的光信号，经过被检测对象的调制以后，包含了碳纤维布13是否走偏的信息，转化成的电流信号也就保留了这份信息；接收通道开关同样受控于主控模块，仅在主控模块发出信号时才闭合，可以进一步削弱环境光造成的干扰；电流信号经过电流-电压转换，线性地转化为电压信号；对电压信
号进行差分放大，消除环境光产出的电压信号，仅保留光发射器发出光线所产出的电压信号，屏蔽环境光造成的干扰；再对电压信号进行程控放大，使之便于后级电路的比较处理；输入信号经过两级放大后交由后级电路处理，后级电路如图5所示。经过电压比较器，与预先设定的参考电压进行比较，超过参考电压说明接收到的光信号较足，有输出信号；低于参考电压说明光信号较弱；没有输出信号(电压比较器使用单电源供电)；电压比较器出的电压信号经过平滑电容器以后，变成较稳定的直流信号；最后经过ttl电平转换模块，最后经过三极管开关电路，当信号平滑电容器有电压输出时，说明接收到的光信号充足，三极管导通，输出低电平；反之，三极管关断，输出高电平。由此，通过ttl电平信号，就可以迅速判别出碳纤维布是否走偏；除此之外，主控模块还要依据所述色彩传感器11的信息，断定光纤传感器检测的是碳纤维布，而不是其他异物，排除误判的可能。
55.如果判定碳纤维布13为走偏，那么主控模块的执行电路模块和通讯电路模块开始工作；首先，主控模块通过通讯电路检查另一台纠偏设备的工作状态，如过另一台纠偏设备处于空闲状态，则发出工作状态信号；隔离电路把两台设备的零电位参考点隔离开，使二者独立且稳定地工作；之后主控模块驱动直流推拉杆8和机械爪9夹紧碳纤维布，并回拉，驱动直流推拉杆中的直流电机可用h桥驱动电路；直到主控模块判定碳纤维布13回正时，直流推拉杆8和机械爪9停止动作，纠偏能力稳定且高效。
56.装置的驱动部分，使用了增益可调的程控放大电路，主控模块控制发生波形的增益，进而实现对光纤传感器的驱动电流进行精确控制，应对不同的环境可灵活调整驱动电流，使得设备更加稳定和普适。使用电压跟随器和射级跟随器，提高带负载能力。
57.装置对干扰信号屏蔽方面，光纤传感器使用方波脉冲驱动；信号收发通道设有开关，由主控模块控制，只有收发信号时闭合开关；检测电路模块设有差分信号输入；并且使用所述色彩传感器11辅助检偏，不会因为环境光或者生产线中出现异物影响检测结果，抗干扰能力强。
58.装置的检测部分，对接收信号进行程控放大、平滑和ttl电平转换，并且根据不同场地灵活调节电压比较器的参考电压值和光纤传感器阵列的数量、排布、径向伸出距离，使主控模块可以准确且迅速地判别出碳纤维布13是否走偏。
59.装置的动作模块，使用直流推拉杆连接机械爪9的矫正方法，一旦检测到走偏，可迅速动作将碳纤维布13拉回，直到主控模块判定碳纤维布13回正时，直流推拉杆8和机械爪9停止动作，纠偏能力稳定且高效。
60.波形发生模块，可以使用数字频率合成器，或者可以使用模/数芯片。
61.程控放大模块，可以使用其他可调增益的放大器实现。
62.所述色彩传感器11用于辅助检偏，也可以使用超声测距传感器或者其他传感器进行辅助。
63.双设备通讯使用继电器隔离，或者用光电耦合器或者其他隔离开关实现。
64.双设备通讯不一定使用有线传输，使用无线传输(如蓝牙)也可实现通讯。
65.直流推拉杆使用的h桥驱动电路，也可使用其他方案实现电机正反转，比如使用继电器。
66.本实施例的碳纤维布自动检偏矫正装置，光纤传感器使用方波脉冲驱动；信号收发通道设有开关，由主控模块控制，只有收发信号时闭合开关；检测电路模块设有差分信号
输入；并且使用所述色彩传感器11辅助检偏，不会因为环境光或者生产线中出现异物影响检测结果，抗干扰能力强。对接收信号进行程控放大、平滑和ttl电平转换，并且根据不同场地灵活调节电压比较器的参考电压值和光纤传感器阵列的数量、排布、径向伸出距离，使主控模块可以准确且迅速地判别出碳纤维布是否走偏。使用直流推拉杆连接机械爪的矫正方法，一旦检测到走偏，可迅速动作将碳纤维布拉回，直到主控模块判定碳纤维布回正时，直流推拉杆和机械爪停止动作，纠偏能力稳定且高效。
67.实施例2：
68.本实施例提供了一种碳纤维布自动检偏矫正装置控制方法，采用了如实施例1所述的碳纤维布自动检偏矫正装置，包括：
69.在碳纤维布走偏时，第一光探测器接收到光信号，第二光探测器不接收光信号；主控模块依据色彩传感器11的信息，断定光纤传感器检测的是否为碳纤维布，排除误判；
70.主控模块驱动直流推拉杆和机械爪夹紧碳纤维布，并回拉。
71.以上所述仅为本实施例的优选实施例而已，并不用于限制本实施例，对于本领域的技术人员来说，本实施例可以有各种更改和变化。凡在本实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实施例的保护范围之内。