风电叶片大梁铺设系统及其控制方法与流程

本发明涉及铺设系统，特别涉及风电叶片大梁铺设系统及其控制方法。

背景技术：

目前风电叶片主梁的生产需要在大梁模具00上进行铺布，大梁模具00结构如图1和图2所示，具有如下特点：（1）大梁模具00在长度方向上呈现出上拱形或下拱形，大梁模具00总长度61.5m,最高点2.83m，最低点0.88m；（2）、卷材的铺设区域001在大梁模具00中呈现出下凹形状；（3）大梁模具00相同长度位置左右两边相对于水平面有高低落差，即玻璃钢模具002沿长度方向发生空间扭曲，相对于水平面，扭曲角度从-3.5°-11.2°发生变化；（4）模具支撑结构003左右两边垂直水平面并且宽度一致，两侧支撑方管0031重心线距离1180mm。

风电叶片主梁的生产在卷材铺设完成后将进行真空灌注以及灌注完成后的吊装，现有技术中，卷材铺设均是采用人工进行的，并且由人工进行卷材的平整及偏移量进行修正，效率十分低下，且由于大梁模具的非一致性人工铺布的精度难以保证，一般的机械行走结构（例如悬空龙门式结构、地轨移动式结构）也难以适用。

本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设风电叶片大梁铺设系统及其控制方法，使其更具有实用性。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供风电叶片大梁铺设系统，具有通过移动小车的支腿上的升降结构和直线导轨的配合，能够实现卷材在大梁模具上自动在线铺设的优点。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种风电叶片大梁铺设系统，包括

移动小车，沿着大梁模具延伸方向的直线轨道移动，用于卷材铺设；

两步纠偏装置，保证沿大梁模具延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致；

放卷装置，用于卷材的恒张力放卷；

plc控制器，用于控制所述移动小车、所述两步纠偏装置以及所述放卷装置的动作；

所述移动小车沿与卷材铺设方向垂直的方向滑移连接有第一底座，所述第一底座上滑移连接有第二底座，所述放卷装置安装于所述第二底座上；

其中，所述移动小车包括车架和四支腿，每一所述支腿上均设有升降结构，所述升降结构包括伺服电机、蜗轮和蜗杆；

所述支腿下端设有行走滚轮，所述行走滚轮安装于安装座上且与所述安装座转动连接，所述伺服电机安装于所述安装座上，所述伺服电机的输出轴与所述蜗杆同轴固定连接，所述蜗杆与所述蜗轮啮合，所述支腿下端设有螺纹段，所述蜗轮中部与所述螺纹段螺纹连接。

进一步的，所述两步纠偏装置包括色纱跟踪纠偏结构和卷材边缘检测纠偏结构，所述卷材边缘检测纠偏结构包括对边传感器和第一执行器，所述对边传感器与所述第一底座固定安装，所述第一执行器安装于第一底座上，所述第一执行器的推杆与所述第二底座相连；

所述色纱跟踪纠偏结构包括色纱传感器和第二执行器，所述色纱传感器与所述第一底座固定安装，所述色纱传感器的感应面向下，所述第二执行器安装于所述移动小车上，所述第二执行器的推杆与所述第一底座相连。

进一步的，所述色纱传感器与所述对边传感器之间的距离与相邻卷材的色纱间距一致。

进一步的，所述车架与所述第一底座之间设有第一导向组件，所述第一导向组件包括第一滑轨和第一滑块，所述第一滑轨安装于所述车架上，所述第一滑块安装于所述第一底座上，所述第一滑块和所述第一滑轨滑移连接。

进一步的，所述第一底座与所述第二底座之间设有第二导向组件，所述第二导向组件包括第二滑轨和第二滑块，所述第二滑轨安装于所述第一底座上，所述第二滑块安装于所述第二底座上，所述第二滑块和所述第二滑轨滑移连接。

进一步的，所述第二底座向下延伸有导布结构，所述导布结构包括两平行设置的引导辊，所述引导辊安装于安装支架上，所述安装支架与所述第二底座固定连接，靠近所述放卷装置的所述引导辊高于远离所述放卷装置的所述引导辊。

进一步的，所述第二底座远离放卷装置的一端设有橡皮板，所述橡皮板倾斜设置，所述橡皮板靠近放卷装置的一侧与所述第二底座固定连接，所述橡皮板远离所述放卷装置的一侧与卷材抵触。

本发明具有以下有益效果：

移动小车沿着大梁模具延伸方向两侧的直线轨道移动，用于卷材的铺设，通过在移动小车的每一支腿上均设置升降结构，在plc控制器的控制下，支腿的高度能够根据大梁模具延伸方向的高度进行实时调节，使卷材与铺设平面基本保持平行，从而实现卷材在大梁模具上自动在线铺设，通过移动小车的支腿结构的改变，降低了移动小车对于轨道形状的要求。

在卷材铺设的过程中，两步纠偏装置对卷材进行实时纠偏，保证沿大梁模具延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致，从而保证了卷材之间的铺设精度。

色纱跟踪纠偏结构具有以下效果：色纱传感器跟踪已经铺设好卷材表面的色纱（如果是第一层卷材，则是检测大梁模具上的色纱），当色纱传感器检测到已经铺设好的卷材表面的色纱后，调整第一底座的左右位置，对卷材的位置进行纠偏微调，这是第一步纠偏，以保证沿大梁模具延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致。关键点在于在每一层卷材铺设结束后，色纱跟踪纠偏结构保证了下一层卷材的基准为上一层卷材，从而保证两层卷材之间的间距准确。

卷材边缘检测纠偏结构具有以下效果：在卷材放卷时，通过对边传感器对卷材的边缘进行实时检测，保证对边传感器所检测到的卷材的位置值不变，通过调整第二底座的左右位置，一边放一边微调，时刻保持卷材与对边传感器的相对位置不变，以消除卷材在生产时，卷材收卷的偏移误差，这是第二部纠偏，进一步保证两层卷材之间的间距准确。

本发明的第二目的是提供风电叶片大梁铺设系统的控制方法，具有能够实现卷材在大梁模具上自动在线铺设，保证卷材之间铺设精度的优点。

一种风电叶片大梁铺设系统的控制方法，包括：

s1：移动小车架设于大梁模具两侧的直线轨道上，将卷材的一端固定于大梁模具的一端；

s2：色纱传感器追踪大梁模具上的色纱，当色纱传感器检测卷材的色纱后，传输给plc控制器，plc控制器控制第二执行器动作，调节第一底座移动，移动距离为每层卷材之间的色纱间距；

s3：移动小车在伺服电机驱动下沿着大梁模具两侧的直线轨道运动至另一端，完成第一层卷材的铺设，大梁模具延伸方向的高度数据预先采集至plc控制器，plc控制器控制伺服电机转动的圈数以匹配大梁模具的延伸方向的高度数据；

其中，在卷材铺设过程中，包括：

第一，卷材边缘检测纠偏：对边传感器检测卷材的边缘，对边传感器输出模拟量信号，传输给plc控制器，plc控制器控制第一执行器动作，调节第二底座移动，保证卷材相对于对边传感器的相对位置不变；

第二，色纱跟踪纠偏：色纱传感器检测卷材与大梁模具上的色纱之间的距离信号，传输给plc控制器，plc控制器控制第二执行器动作，调节第一底座移动，保证卷材与大梁模具上的色纱之间的距离不变；

s4：在每层卷材铺设完成后，色纱传感器追踪上一层已铺设好的色纱，调节第一底座移动，移动距离为每层卷材之间的色纱间距，在卷材铺设过程中，实时进行卷材边缘检测纠偏和色纱跟踪纠偏，依次铺设第二层至第n层卷材。

进一步的，每层卷材之间的色纱间距允许的误差为±2毫米。

本发明具有以下有益效果：

在plc控制器的控制下，支腿的高度能够根据大梁模具延伸方向的高度进行实时调节，使卷材与铺设平面基本保持平行，从而实现卷材在大梁模具上自动在线铺设，通过移动小车的支腿结构的改变，降低了移动小车对于轨道形状的要求。

通过上述控制方法，实现了移动小车对卷材沿大梁模具的延伸方向进行铺设，并通过两步纠偏装置对卷材铺设进行实时纠偏，第一步纠偏用于保证相邻两层卷材之间的间距保持一致，第二步纠偏用于消除卷材在生产时，卷材收卷所导致的卷材之间的偏移误差，通过两步纠偏保证了卷材在线铺设时的铺设精度，促成了铺设系统的落地实现，替代了人工铺设，显著降低了劳动成本，提高了生产效率。

附图说明

图1是现有技术中用于体现大梁模具的结构示意图；

图2是图1中a处用于体现铺设区域、玻璃钢模具以及模具支撑结构的局部放大图；

图3是实施例中用于体现铺设系统整体的结构示意图；

图4是实施例中用于体现色纱跟踪纠偏结构和卷材边缘检测纠偏结构的结构示意图；

图5是图3中b处用于体现第一导向组件和第二导向组件之间的连接关系放大图；

图6是实施例中用于体现引导辊和橡皮板的连接结构示意图。

图中，00、大梁模具；001、铺设区域；002、玻璃钢模具；003、模具支撑结构；0031、支撑方管；004、直线轨道；1、移动小车；11、车架；12、支腿；13、行走滚轮；14、安装座；15、伺服电机；16、蜗轮；17、蜗杆；21、色纱传感器；22、第二执行器；31、对边传感器；32、第一执行器；4、放卷装置；5、plc控制器；6、第一底座；7、第二底座；71、引导辊；72、橡皮板；73、安装支架；8、第一导向组件；81、第一滑轨；81、第一滑块；9、第二导向组件；91、第二滑轨；92、第二滑块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例1：一种风电叶片大梁铺设系统，如图3所示，包括移动小车1，沿着大梁模具00延伸方向的直线轨道004移动，用于卷材铺设；两步纠偏装置，保证沿大梁模具00延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致；放卷装置4，用于卷材的恒张力放卷，可通过气涨轴同轴固定连接磁粉制动器来实现；plc控制器5，用于控制移动小车1、两步纠偏装置以及放卷装置4的动作。移动小车1沿与卷材铺设方向垂直的方向滑移连接有第一底座6，第一底座6上滑移连接有第二底座7，放卷装置4安装于第二底座7上；第一底座6的移动用于调节相邻两层卷材之间的距离，第二底座7的移动用于调节卷材边缘相对于传感器的相对位置。

其中，如图3所示，移动小车1包括车架11和四支腿12，每一支腿12上均设有升降结构，升降结构包括伺服电机15、蜗轮16（图3中被壳体包裹住）和蜗杆17（图3中被壳体包裹住），支腿12下端设有行走滚轮13，行走滚轮13安装于安装座14上且与安装座14转动连接，伺服电机15安装于安装座14上，伺服电机15的输出轴与蜗杆17同轴固定连接，蜗杆17与蜗轮16啮合，支腿12下端设有螺纹段，蜗轮16中部与螺纹段螺纹连接。

移动小车1沿着大梁模具00延伸方向两侧的直线轨道004移动，用于卷材的铺设，通过在移动小车1的每一支腿12上均设置升降结构，在plc控制器5的控制下，支腿12的高度能够根据大梁模具00延伸方向的高度进行实时调节，使卷材与铺设平面基本保持平行，从而实现卷材在大梁模具00上自动在线铺设，通过移动小车1的支腿12结构的改变，降低了移动小车1对于轨道形状的要求。

其中，如图4所示，两步纠偏装置包括色纱跟踪纠偏结构和卷材边缘检测纠偏结构，卷材边缘检测纠偏结构包括对边传感器31和第一执行器32，对边传感器31与第一底座6固定安装，第一执行器32安装于第一底座6上，第一执行器32的推杆与第二底座7（参见图3）相连；色纱跟踪纠偏结构包括色纱传感器21和第二执行器22，色纱传感器21与第一底座6固定安装，色纱传感器21的感应面向下，第二执行器22安装于移动小车1上，第二执行器22的推杆与第一底座6相连。

在卷材铺设的过程中，两步纠偏装置对卷材进行实时纠偏，保证沿大梁模具00延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致，从而保证了卷材之间的铺设精度。

色纱跟踪纠偏结构的检测过程如下：色纱传感器21跟踪已经铺设好卷材表面的色纱（如果是第一层卷材，则是检测大梁模具00上的色纱），当色纱传感器21检测到已经铺设好的卷材表面的色纱后，调整第一底座6的左右位置，对卷材的位置进行纠偏微调，这是第一步纠偏，以保证沿大梁模具00延伸方向上每层卷材之间的色纱间距一致。关键点在于在每一层卷材铺设结束后，色纱跟踪纠偏结构保证了下一层卷材的基准为上一层卷材，从而保证两层卷材之间的间距准确。

卷材在生产时，卷材的收卷会出现一定程度的偏移，而由于在卷材进行铺设时，要求每层卷材间的边缘间距基本恒定，虽然对卷材进行了第一步纠偏（色纱跟踪纠偏），这只是保证了放卷装置4与第一层卷材间的间距。为了保证卷材在放卷时卷材原先的偏移误差能够得到消除，在卷材进行放卷的过程中，对卷材进行第二步纠偏（卷材边缘检测纠偏）。

卷材边缘检测纠偏结构的检测过程如下：在卷材放卷时，通过对边传感器31对卷材的边缘进行实时检测，保证对边传感器31所检测到的卷材的位置值不变，通过调整第二底座7的左右位置，一边放一边微调，时刻保持卷材与对边传感器31的相对位置不变，以消除卷材在生产时，卷材收卷的偏移误差，这是第二部纠偏，进一步保证两层卷材之间的间距准确。

如图4所示，色纱传感器21与对边传感器31之间的距离与相邻卷材的色纱间距一致。具体的，本实施例中，色纱传感器21与对边传感器31之间的距离均是指两者的感应位置之间的连线距离，且该连线距离与卷材的铺设方向垂直。相邻卷材的色纱间距为15cm，这是风电叶片大梁的工艺要求，色纱传感器21与对边传感器31之间的距离与相邻卷材的色纱间距一致的独特设计，保证了相邻两层卷材在铺设的时候直接保持间距为15cm，使卷材铺设更加方便、精准。

如图5所示，车架11与第一底座6之间设有第一导向组件8，第一导向组件8包括第一滑轨81和第一滑块81，第一滑轨81安装于车架11上，第一滑块81安装于第一底座6上，第一滑块81和第一滑轨81滑移连接。

如图5所示，第一底座6与第二底座7之间设有第二导向组件9，第二导向组件9包括第二滑轨91和第二滑块92，第二滑轨91安装于第一底座6上，第二滑块92安装于第二底座7上，第二滑块92和第二滑轨91滑移连接。

如图6所示，第二底座7向下延伸有导布结构，导布结构包括两平行设置的引导辊71，引导辊71安装于安装支架73上，安装支架73与第二底座7固定连接，靠近放卷装置4的引导辊71高于远离放卷装置4的引导辊71。两引导辊71将放卷装置4上的卷材引导至靠近铺设大梁模具00（参见图1）表面的位置，且对卷材进行张紧和预展平，双导辊的引导方式与单导辊相比，明显提高了卷材的预展平效果。

如图6所示，第二底座7远离放卷装置4的一端设有橡皮板72，橡皮板72倾斜设置，橡皮板72靠近放卷装置4的一侧通过安装支架73与第二底座7固定连接，橡皮板72远离放卷装置4的一侧与卷材抵触。具体的，橡皮板72的底面可以为平面，橡皮板72的底面可以与靠近放卷装置4的侧面圆弧过渡，一方面避免橡皮板72底面与侧面折角对柔性卷材的损伤，另一方面，能够增大与柔性卷材的包覆面积，提高橡皮板72对柔性卷材的赶平效果。

实施例2：一种风电叶片大梁铺设系统的控制方法，与实施例1的不同之处在于，如图3至图6所示，包括：

s1：移动小车1架设于大梁模具00两侧的直线轨道004上，将卷材的一端固定于大梁模具00的一端；

s2：色纱传感器21追踪大梁模具00上的色纱，当色纱传感器21检测卷材的色纱后，传输给plc控制器5，plc控制器5控制第二执行器22动作，调节第一底座6移动，移动距离为每层卷材之间的色纱间距；

s3：移动小车1在伺服电机作用下沿着大梁模具00两侧的直线轨道004运动至另一端，完成第一层卷材的铺设，其中，移动小车1的动力由驱动部13提供，卷材的铺设为恒张力放卷形式，其制动力由磁粉制动器提供；大梁模具00延伸方向的高度数据预先采集至plc控制器5，plc控制器5控制伺服电机15转动的圈数以匹配大梁模具00的延伸方向的高度数据；

其中，在卷材铺设过程中，包括：

第一，卷材边缘检测纠偏：对边传感器31检测卷材的边缘，对边传感器31输出模拟量信号，传输给plc控制器5，plc控制器5控制第一执行器32动作，调节第二底座7移动，保证卷材相对于对边传感器31的相对位置不变；

第二，色纱跟踪纠偏：色纱传感器21检测卷材与大梁模具00上的色纱之间的距离信号，传输给plc控制器5，plc控制器5控制第二执行器22动作，调节第一底座6移动，保证卷材与大梁模具00上的色纱之间的距离不变；

s4：在每层卷材铺设完成后，色纱传感器21追踪上一层已铺设好的色纱，调节第一底座6移动，移动距离为每层卷材之间的色纱间距，在卷材铺设过程中，实时进行卷材边缘检测纠偏和色纱跟踪纠偏，依次铺设第二层至第n层卷材。

这里，磁粉制动器、驱动部13、色纱传感器21、对边传感器31、第一执行器32以及第二执行器22均由plc控制器5进行控制。

通过上述控制方法，在plc控制器5的控制下，支腿12的高度能够根据大梁模具00延伸方向的高度进行实时调节，使卷材与铺设平面基本保持平行，从而实现卷材在大梁模具00上自动在线铺设，通过移动小车1的支腿12结构的改变，降低了移动小车1对于轨道形状的要求。

通过上述控制方法，实现了移动小车1对卷材沿大梁模具00的延伸方向进行铺设，并通过两步纠偏装置对卷材铺设进行实时纠偏，第一步纠偏用于保证相邻两层卷材之间的间距保持一致，第二步纠偏用于消除卷材在生产时，卷材收卷所导致的卷材之间的偏移误差，通过两步纠偏保证了卷材在线铺设时的铺设精度，促成了铺设系统的落地实现，替代了人工铺设，显著降低了劳动成本，提高了生产效率。

作为本实施例的优选，每层卷材之间的色纱间距允许的误差为±2毫米，保证风电叶片大梁的工艺要求。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。