碳纤维精浸胶张力控制系统及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纤维张力控制装置及控制方法，具体涉及一种碳纤维精浸胶张力控制系统及控制方法，属于机电控制技术领域。
【背景技术】
[0002]在高端复合材料制造领域，碳纤维得到了越来越广泛的应用，随着复合材料制品工艺要求的不断提高，现有的浸胶张力控制系统已经无法满足需求。现有的碳纤维用浸胶张力控制系统大多采用浸胶路径复杂的多杆系统，使碳纤维磨损较为严重，影响碳纤维性能的充分发挥，最终直接影响复合材料制品的质量。另外，现有的浸胶张力控制系统通常采用控制刮胶片外缘或圆柱刮胶轮表面与浸胶辊表面的距离来控制浸胶辊表面胶层的厚度，其调节过程复杂，容易导致浸胶辊外表面胶层沿辊的轴向厚度不一，因此急需改进。再者，现有的浸胶张力控制系统通常采用被动浸胶方式，由纱束带动浸胶辊旋转，当芯模封头段速度发生改变时，通常会发生松纱现象，使缠绕张力发生突变，从而直接影响复合材料制品的质量。
【发明内容】
[0003]在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004]鉴于此，根据本发明的一个方面，提供了一种采用胶膜连续可调的主动浸胶张力控制方式，浸胶路径简单、张力控制精度高，碳纤维损伤小，可满足高性能复合材料制品的生产要求的碳纤维精浸胶张力控制系统及控制方法，以至少解决现有技术中存在的上述不足。
[0005]方案一:本发明提出的一种碳纤维精浸胶张力控制系统，包括碳纤维纱团、刮胶辊伺服电机驱动器、刮胶辊底座、刮胶辊移动平台、手轮、刮胶刀、刮胶辊伺服电机、刮胶辊、磁粉制动器、浸胶辊、压辊、浸胶辊伺服电机、浸胶辊伺服电机驱动器、PLC控制器、气缸、对辊和芯模；
[0006]所述刮胶辊与浸胶辊并列设置，刮胶辊通过刮胶辊移动平台安装在刮胶辊底座上，旋转手轮安装在刮胶辊移动平台上，通过旋转手轮带动刮胶辊移动平台沿刮胶辊底座水平移动来调节刮胶辊与浸胶辊之间的径向距离;刮胶刀位于刮胶辊的侧方用于刮掉刮胶辊表面多余的胶液;刮胶辊由刮胶辊伺服电机驱动，伺服电机驱动器与刮胶辊伺服电机连接，浸胶辊由浸胶辊伺服电机驱动，浸胶辊伺服电机驱动器与浸胶辊伺服电机连接;碳纤维纱团位于刮胶辊的斜上方，碳纤维由压辊压紧在浸胶辊上，再经对辊后送至芯模;碳纤维纱团由磁粉制动器控制动作;气缸与对辊连接;PLC控制器与刮胶辊伺服电机驱动器和浸胶辊伺服电机驱动器连接。
[0007]进一步地:所述碳纤维精浸胶张力控制系统，还包括电流放大器，PLC控制器与电流放大器及磁粉制动器依次连接。如此设置，PLC控制器会发出模拟量信号给电流放大器，电流放大器放大后传递给磁粉制动器，控制碳纤维的纤维输出张力值。
[0008]进一步地:所述碳纤维精浸胶张力控制系统，还包括两个滚轮，其中一个滚轮设置在碳纤维纱团和浸胶辊之间，另一个滚轮设置在浸胶辊和对辊之间，碳纤维经一个滚轮后由压辊压紧在浸胶辊上，再经另一个滚轮和对辊后送至芯模。如此设置，控制碳纤维的张紧。
[0009]进一步地:所述碳纤维精浸胶张力控制系统，还包括A/D模块和角度传感器，所述角度传感器安装在对辊上，PLC控制器依次连接A/D模块和角度传感器。如此设置，对辊的位置信号经由角度传感器连接至A/D模块，送给PLC控制器。
[0010]进一步地:所述碳纤维精浸胶张力控制系统，还包括D/A模块和电气比例阀，PLC控制器依次连接D/A模块、电气比例阀和气缸。如此设置，气缸内的气体压力由电气比例阀控制，电气比例阀的电压信号由PLC控制器经过D/A模块提供。
[0011]进一步地:所述碳纤维精浸胶张力控制系统，还包括触摸屏，触摸屏与PLC控制器连接。如此设置，碳纤维的张力设定值和实时变化情况显示在触摸屏界面上。
[0012]方案二:本发明提出的一种碳纤维精浸胶张力控制方法，包括以下几个步骤:
[0013](I)调整刮胶辊和浸胶辊之间的距离，设定初始浸胶膜的厚度；
[0014]具体地:通过旋转手轮带动刮胶辊移动平台沿刮胶辊底座水平移动来调节刮胶辊与浸胶辊之间的径向距离，调节胶膜的厚度；
[0015](2)控制系统初始化，设定碳纤维张力值后，PLC控制器设定电气比例阀的开度，启动控制系统工作；
[0016]具体地:控制系统初始化结束后，碳纤维精浸胶及张力控制系统界面出现在触摸屏界面上，设定碳纤维纱团的纤维输出张力值，设定完成后，PLC控制器发出模拟量信号给电流放大器，信号经电流放大器放大后，传递给磁粉制动器，控制碳纤维的纤维输出张力值；
[0017]PLC控制器根据设定的张力值，经计算后，输出控制信号经D/A模块传递给电气比例阀，控制气缸内的气体压力，使碳纤维经过对辊产生的作用力矩同气缸产生的反作用力矩相平衡，启动系统工作;此时，碳纤维经由滚轮后，由压辊压紧在浸胶辊上，再经由滚轮和对辊，送至芯模，碳纤维处于绷紧状态；
[0018](3)PLC控制器输出高速脉冲信号给刮胶辊伺服电机驱动器和浸胶辊伺服电机驱动器，刮胶辊伺服电机驱动器通过刮胶辊伺服电机控制刮胶辊转速，将浸胶辊表面多余的胶液刮掉，送回浸胶系统；
[0019]具体地:PLC控制器根据芯模的旋转速度，计算送纱速度，发出高速脉冲信号给刮胶辊伺服电机驱动器和浸胶辊伺服电机驱动器，使刮胶辊伺服电机驱动刮胶辊顺时针旋转，将浸胶辊表面多余的胶液刮掉，而刮胶辊表面上刮下的胶液由刮胶刀刮下后送回浸胶系统。浸胶辊伺服电机驱动浸胶辊顺时针旋转，将碳纤维输送到芯模表面。
[0020](4)PLC控制器根据角度传感器反馈回来的对辊实际位置信号，计算碳纤维的实际张力值与设定张力值之差，发出高速脉冲信号给浸胶辊伺服电机驱动器，通过浸胶辊伺服电机控制浸胶辊的转速，将对辊控制在垂直位置上，达到控制碳纤维张力的目的；
[0021]具体地:当系统处于理想工作状态时，对辊处于垂直位置，使碳纤维经过对辊产生的作用力矩同气缸产生的反作用力矩相平衡。当在实际工作过程中，角度传感器会将对辊实际位置信号反馈给PLC控制器，PLC控制器计算碳纤维的实际张力值与设定张力值之差，经PID环节运算后，得到碳纤维速度的变化值，发出高速脉冲信号给浸胶辊伺服电机驱动器，通过浸胶辊伺服电机控制浸胶辊的转速，调整碳纤维的送纱速度，重新将对辊控制在垂直位置上，达到控制碳纤维张力的目的。
[0022]本发明所达到的效果为:
[0023](I)胶膜的厚度连续可调，采用主动刮胶方式，可精确控制碳纤维的浸胶量；
[0024](2)浸I父路径简单，有效避免了对纤维的损伤，可大大提尚提尚复合材料制品的质量；
[0025](3)采用主动浸胶方式，应对张力的实时变化，可有效避免因芯模几何尺寸变化产生松纱现象造成的张力突变；
[0026](4)采用可编程控制器作为集成控制核心，制系统响应快、精度高且稳定性好。
【附图说明】
[0027]图1是本发明碳纤维精浸胶张力控制系统的结构示意图；
[0028]图中:1_电流放大器;2-刮胶辊伺服电机驱动器;3-刮胶辊底座;4-刮胶辊移动平台；5-手轮;6-刮胶刀;7-刮胶辊伺服电机;8-刮胶辊;9-磁粉制动器;10-碳纤维纱团；11-滚轮；12-浸胶辊；13-压辊；14-浸胶辊伺服电机；15-浸胶辊伺服电机驱动器；16-PLC控制器；17-触摸屏；18-A/D模块；19-D/A模块19; 20-电气比例阀；21-角度传感器;22-气缸;23-对辊；24-芯模。
【具体实施方式】
[0029]在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。
[0030]在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
[0031]如附图1所示，本发明的实施例提供了一种碳纤维精浸胶张力控制系统，包括碳纤维纱团10、电流放大器1、刮胶辊伺服电机驱动器2、刮胶辊底座3、刮胶辊移动平台4、手轮5、刮胶刀6、刮胶辊伺服电机7、刮胶辊8、磁粉制动器9、滚轮11、浸胶辊12、压辊13、浸胶辊伺服电机14、浸胶辊伺服电机驱动器15、PLC控制器16、触摸屏17、A/D模块18、D/A模块19、电气比例阀20、角度传感器21、气缸22、对辊23和芯模24;
[0032]通过旋转手轮5可带动刮胶辊移动平台4沿刮胶辊底座3水平