一种超声波自动植入钢针装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种超声波自动植入钢针装置，从上到下依次包括三坐标直线移动机构、超声波植入机构、钢针导向机构和工作平台；其中，超声波植入机构连在三坐标直线移动机构上。本发明超声波自动植入钢针装置结构简单紧凑，实现了立体织物制备中钢针植入的自动化，有效提高了生产效率、控制精度以及产品质量的稳定性，且成本低廉。
【专利说明】
一种超声波自动植入钢针装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种超声波自动植入钢针装置，属于立体织物编织领域。
【背景技术】
[0002]三维立体织物，作为复合材料增强体，因纤维在内部空间中相互交织，形成层间连接，使复合材料获得优异的整体结构及突出的力学性能，从根本上克服了传统的层合结构复合材料层间剪切强度低、抗冲击性能低、易分层等缺点。同时，利用三维立体织物作为增强体的复合材料，大大减少了后期因机械加工所造成的纤维损伤，显著提高了复合材料整体强度和刚度，具有良好的耐烧蚀和抗损伤性。因此，三维结构编织复合材料在航空、航天、军工、汽车、医疗等领域得到了广泛应用。
[0003]随着当前市场的快速发展，对于大尺寸、高厚度的三维立体织物产品需求与日倶增。传统的细编穿刺制备立体织物工艺，在成型大尺寸构件时所需的成本高、效率低、产品质量稳定性差。如何成型平面大尺寸、高厚度的立体织物成为当下立体织物产业发展的亟待解决的问题。
[0004]申请号为201410741142.3的专利提供了一种立体织物制备中超声波植入钢针的方法，工艺利用超声波振动器产生的机械微振动原理，通过人工操作超声波设备，将预设置好的钢针植入到立体织物中，待钢针植入完毕后将所植入的钢针置换成纤维或纤维棒形成最终的立体织物，解决了平面大尺寸、高厚度的立体织物的成型问题。但上述方法中，植入钢针采用机械夹具装夹超声波振动器，通过机械拨叉机构，利用人工拨动手柄的方式推动超声波振动器完成植入动作，同时，导向钢针利用可拆卸的模板，采用人工反复抽插模板的方式完成，其不足之处在于:I)人工操作为主，生产成本高、效率低;2)辅助设备的机械化程度低;3)钢针在植入方向上容易产生偏差，导致产品质量稳定性差。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中平面大尺寸、高厚度立体织物的成型难题，以及现有工艺操作过程中机械化程度低、生产效率低、成本高和产品质量稳定性差等问题，本发明提供一种超声波自动植入钢针装置。
[0006]为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下:
[0007]—种超声波自动植入钢针装置，从上到下依次包括三坐标直线移动机构、超声波植入机构、钢针导向机构和工作平台；其中，超声波植入机构连在三坐标直线移动机构上。
[0008]基于以上装置采用台达PLC+运动控制器的控制方式实现对装置内所有伺服的位置控制，从而实现自动化，具体参见现有技术。
[0009]使用时，将立体织物铺设在工作平台上，将钢针按照设计性质预设在钢针导向机构内，利用超声波植入机构所产生的机械微振动，将钢针植入立体织物铺层中，振动频率可调节。
[0010]为了提高植入精度，超声波植入机构包括夹持装置和超声波振动器，超声波振动器通过夹持装置安装在三坐标直线移动机构上。即夹持装置固定在三坐标直线移动机构上，超声波振动器被夹持在夹持装置上。
[0011]为了进一步提高植入精度，钢针导向机构包括导向柱、导向平板、压板和升降机；
[0012]导向柱为阶梯轴状，具体为由两根不同直径的柱体拼接而成，其中，大直径柱体位于下方，小直径柱体位于上方，在拼接处形成定位轴肩；导向平板和压板均穿过导向柱，导向平板位于压板上方，压板固定在定位轴肩的位置，导向平板和压板上均设有导向孔，导向平板上的导向孔和压板上导向孔位置相对设置;工作平台位于压板下方；
[0013]升降机的底部固定，升降机的头部穿过压板、与导向平板连接，并驱动导向平板上下移动。
[0014]前述升降机的底部固定指，升降机的底部固定在地面或其他工作面，升降机可采用的驱动形式有多种，如:液压或电动;压板固定在定位轴肩的位置指压板由于轴肩的阻挡不能继续向下运动，但可相对导向柱向上滑动，这样方便钢针植入完毕后钢针的脱出。本申请上、下指超声波自动植入钢针装置工作时的相对位置。导向平板上的导向孔和压板上导向孔位置相对设置，指同一钢针同时穿过导向平板上的导向孔及与其相对设置的压板上的导向孔。导向平板和压板上的导向孔用于钢针的定位和导向。
[0015]为了提高植入精度，同时满足一般需求，导向平板和压板上的导向孔均呈矩阵分布或蜂窝状分布。
[0016]为了提高生产的稳定性，导向平板和压板均为矩形状;导向柱有四根，分别位于导向平板和压板的四角处。
[0017]为了保证钢针植入的稳定性，升降机有两个，分别与导向平板长度方向上的两端底部连接。
[0018]为了方便植入钢针的后处理，工作平台包括底座和位于底座上的下模板。
[0019]本申请将钢针的一端定义为针尖、另一端定义为钢针根部。
[0020]使用时，将立体织物铺设在下模板上，将钢针排放在导向平板和压板上的导向孔内，针尖向下、且落于立体织物表面，超声波振动器在三坐标直线移动机构的带动下向下运动直至接触钢针根部(即超声波振动器的底部与钢针根部接触)，而后按照设定好的路径执行钢针向下植入的动作，工作时，超声波振动器每次植入深度为设定值，导向平板待超声波振动器完成单次植入深度任务后，在升降机的带动下向下垂直位移相同距离(指与前次的超声植入深度相同)，继续植入，待钢针针尖穿透立体织物的整个厚度方向后，会刺入布层下方的下模板之，当针尖刺入下模板50-100mm时，超声波植入机构停止工作并退回初始位置。钢针的长度应保证钢针植入完毕后，针尖超出立体织物底面50-100mm(即针尖刺入下模板50-100mm)，钢针根部超出立体织物顶面50-100mm，方便下一步操作。
[0021]三坐标直线移动机构采用门式结构，包含相互垂直的X向、y向和z向线性执行器，超声波植入机构连在Z向线性执行器上。这样可实现三坐标高精度的自动控制技术。三坐标直线移动机构结构形式有多种，如滚珠螺杆、齿形带和齿轮齿条等。
[0022 ]本申请立体织物包括无纺布、机织布及预浸料等。
[0023]本发明未提及的技术均参照现有技术。
[0024]本发明超声波自动植入钢针装置结构简单紧凑，实现了立体织物制备中钢针植入的自动化，有效提尚了生广效率、控制精度以及广品质量的稳定性，且成本低廉。
【附图说明】
[0025]图1为本发明超声波自动植入钢针装置的主视图；
[0026]图2为图1的俯视图；
[0027]图3为本发明的工作原理图；
[0028]图4为超声波植入机构安装示意图；
[0029]图5为夹持装置；
[0030]图中，I三坐标直线移动机构、2超声波植入机构、3钢针矩阵、4钢针导向机构、5工作平台、6夹持装置、7超声波振动器、8导向柱、9导向平板、10压板、11升降机、12立体织物、13下模板、14底座。
【具体实施方式】
[0031]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0032]实施例1
[0033]如图1-3所示，超声波自动植入钢针装置，从上到下依次包括三坐标直线移动机构、超声波植入机构、钢针导向机构和工作平台；
[0034]三坐标直线移动机构采用门式结构，包含相互垂直的X向、y向和z向线性执行器，三坐标直线移动机构结构形式为滚珠螺杆式;超声波植入机构包括夹持装置和超声波振动器，超声波振动器通过夹持装置安装在z向线性执行器上，如图4所示。
[0035]钢针导向机构包括导向柱、导向平板、压板和升降机；
[0036]导向柱由两根不同直径的柱体拼接而成，其中，大直径柱体位于下方、并通过螺纹固定方式安装于地面之上，小直径柱体位于上方，在拼接处形成定位轴肩，即从下到上依次为大直径柱体和小直径柱体;导向平板和压板均穿过导向柱，导向平板位于压板上方，压板固定在定位轴肩的位置，导向平板和压板上均设有蜂窝状分布的导向孔，导向平板上的导向孔和压板上导向孔位置相对设置;工作平台位于压板下方；
[0037]升降机的底部固定，升降机的头部穿过压板、与导向平板通过法兰固定，并驱动导向平板上下移动，导向柱为导向平板导向；
[0038]导向平板和压板均为矩形状;导向柱有四根，分别位于导向平板和压板的四角处；升降机有两个，分别与导向平板长度方向上的两端底部连接。
[0039]工作平台位于压板下方，包括底座和位于底座上的下模板，下模板为泡沫板。
[0040]工作前，将立体织物布设在下模板上，钢针预设置入导向平板和压板的导向孔内，使钢针针尖自由下落至立体织物表面。工作时，如图3所示，利用升降机驱动导向平板，沿垂直方向运动至距针尖指定高度处后停止;待整体系统稳定后，顶部超声波振动器向下运动直至接触钢针矩阵的钢针根部，而后按照设定好的路径执行钢针向下植入的动作;超声波振动器每次植入深度为设定值;待超声波振动器完成当前次植入深度的任务后，导向平板自动向下垂直位移与前次植入深度相同距离，并反馈信号给三坐标直线移动机构，准备开始执行下一次植入任务;待钢针针尖穿透立体织物的整个厚度方向后，会刺入立体织物下方的下模板之中；工作结束时，超声波工作装置运行达到指定的深度，停止工作并退回初始位置;而后导向平板和压板依次沿垂直方向向上运动并脱离钢针矩阵，从而完成钢针的自动植入。
【主权项】
1.一种超声波自动植入钢针装置，其特征在于:从上到下依次包括三坐标直线移动机构、超声波植入机构、钢针导向机构和工作平台；其中，超声波植入机构连在三坐标直线移动机构上。2.如权利要求1所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:超声波植入机构包括夹持装置和超声波振动器，超声波振动器通过夹持装置安装在三坐标直线移动机构上。3.如权利要求1或2所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:钢针导向机构包括导向柱、导向平板、压板和升降机； 导向柱由两根不同直径的柱体拼接而成，其中，大直径柱体位于下方，小直径柱体位于上方，在拼接处形成定位轴肩；导向平板和压板均穿过导向柱，导向平板位于压板上方，压板固定在定位轴肩的位置，导向平板和压板上均设有导向孔，导向平板上的导向孔和压板上导向孔位置相对设置;工作平台位于压板下方； 升降机的底部固定，升降机的头部穿过压板、与导向平板连接，并驱动导向平板上下移动。4.如权利要求3所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:导向平板和压板上的导向孔均呈矩阵分布或蜂窝状分布。5.如权利要求3所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:导向平板和压板均为矩形状;导向柱有四根，分别位于导向平板和压板的四角处。6.如权利要求5所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:升降机有两个，分别与导向平板长度方向上的两端底部连接。7.如权利要求1或2所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:工作平台包括底座和位于底座上的下模板。8.如权利要求1或2所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:三坐标直线移动机构采用门式结构，包含相互垂直的X向、y向和z向线性执行器，超声波植入机构安装在Z向线性执行器上。9.如权利要求1或2所述的超声波自动植入钢针装置，其特征在于:三坐标直线移动机构结构形式为滚珠螺杆式、齿形带式或齿轮齿条式。
【文档编号】B29B11/00GK105922474SQ201610349737
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月24日
【发明人】蒋轩, 张方超, 董伟峰
【申请人】中材科技股份有限公司