专利名称：保温材料自动化制作设备及制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备及制作方法。 根据铺设电热丝的基底的形状、电热丝的铺设密度，可实现电热丝的自动铺设, 从而快速制作出具有保温性的片状材料，可广泛应用于鞋垫、手套、服装等需 保温的物品的制作。
背景技术：
在以往的用电给服装等织物加热的设计中，织物的温度分布都是平均的， 没有重点部位加热的方案，这就造成用电量增大，较为耗能，因此，按照其设
计制作出的产品在严寒中(零下10°C至零下45°C)手和脚趾仍会被冻得僵硬甚 至是被冻伤，无法保持此条件下长时间在室外准确、灵活的操作或执勤；如果 给服装所用织物加热的电热丝的分布不均匀，其制作过程基本上均为手工，效 率低、成本高；由于固态的电热丝有一定的弹性，因此，在把其固定于基底的 过程中，比较麻烦且不可靠。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够自动化地制作利用电热丝加热的保温材料 的制作设备及制作方法，在制作保温材料时，可根据使用保温材料场合的温度 分布情况、形状及尺寸，实现自动地铺设电热丝。这种保温材料可在寒冷或潮 湿环境下，保持一定的温度，可安全、可靠地应用于鞋垫、手套、衣物等寒冷 或潮湿环境下使用的物品。
本发明是运用如下技术方案来实现发明目的的
利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，由机架、夹具、送丝机构、 吐胶机构、行走机构、卷丝机构、胶体固化装置和计算机构成；夹具安装于机 架的基座上，行走机构安装于机架上且位于夹具的上方；送丝机构、吐胶机构、
卷丝机构和胶体固化装置设置在行走机构上；
一一送丝机构，由供料滚轮、主动轮、电机、从动轮构成，电热丝缠绕在 供料滚轮上，从主动轮和从动轮之间的缝隙穿过，电机带动主动轮依靠摩擦力
送丝，电机由计算机控制实现丝材的匀速输送；
一一吐胶机构，由调压阀、气泵、电磁阀、气压阀和胶桶组成；计算机通 过电磁阀控制气压阀的开启与闭合，调压阀调节气泵输出的给气压阀提供的气 压，胶桶与出胶管相连，调节后的气压由气压阀的开启进入出胶管以控制胶体 的输出；
一一巻丝机构，由进料弯管、微型电机、卷丝轮、安装盒65构成。卷丝轮 上设有斜螺牙，进料弯管与斜螺牙衔接；电热丝进入弯管之后进入卷丝轮的斜 螺牙中，最后从安装盒下部的孔中出来，铺设到基底il上；微型电机可以带动 卷丝轮做一定角度的旋转运动并可回复到原位；
一一胶体固化装置，由紫外光源、快门、组合棱镜、光阑、耦合透镜和传 光光纤构成，紫外光源发出的紫外光通过组合棱镜和光闹后，由耦合透镜耦合 入传光光纤中，快门对紫外光的开启和闭合由计算机进行控制，光阑的开孔大 小由计算机进行控制；
一一行走机构，由x轴架、Y轴架和z轴架构成；x轴架安装在机架上，位 于夹具的侧部；Y轴架的一端通过x轴滑块安装在x轴架上，通过x轴电机驱动
X轴滑块带动Y轴架沿X轴水平移动；Y轴架位于夹具的上方；Z轴架通过Y轴
滑块安装在Y轴架上，通过Y轴电机驱动Y轴滑块带动Z轴架沿Y轴移动；Z轴 电机驱动Z轴滑块带动出胶管、光纤和卷丝机构上下移动；
一一计算机按照设定程序分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及送丝 机构电机、吐胶机构电磁闽、胶体固化装置和巻丝机构电机协调工作。
利用电热丝加热的保温材料的自动化制作方法，其步骤如下
1) 根据应用保温材料场合的温度分布情况、形状及尺寸，在控制系统中设 置各成型工艺参数。
2) 控制系统控制多维机械装置按照设置的成型工艺参数在基材上铺设电热丝。
3) 电热丝在铺设过程中，同时用胶或其他方式使其固定于基材上。
4) 随后在基材和电热丝之上再铺设辅助性材料，以作为电热丝的保护层。 本发明实现了保温性片材(如织物)的制作过程的自动化，可根据应用保
温性片材的物品(如手套、鞋垫等)的形状、温度分布要求情况，通过自动控 制系统设置电热丝的铺设密度、铺设位置等参数，以实现保温性片材的自动化 制作。
图l、是本发明利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备结构示意图； 图2、是本发明利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备自控系统框图； 图3、是送丝机构的结构示意图； 图4、是胶体固化装置的结构示意图； 图5、是吐胶机构的结构框图； 图6、是卷丝机构的结构示意图
图7、是用本发明方法制作鞋垫的示意图； 图8、是用本发明方法制作手套的示意图。
图中计算机l，送丝机构2，吐胶机构3，胶体固化装置4， Z轴电机5， Y向 电机6， X向电机7，光纤8，胶体9，丝材IO,基底ll,吐胶管12，夹具13, 基座14, X轴滑块15， Y轴滑块16, Z轴滑块n, X轴电机驱动器18， Y轴电 机驱动器19, Z轴电机驱动器20，供料滚轮21、主动轮22、电机23、从动轮 24,调压阀30,气泵31，电磁阀32,气压阀33,胶桶34，紫外光源41，快门 42,耦合透镜43,光阑44,组合棱镜45，机架51， X轴架52， Y轴架53, Z轴 架54，巻丝机构60，进料弯管61，微型电机62,卷丝轮63，斜螺牙64,基底 70,电热丝71，基底72，电热丝73。
具体实施例方式
实施例1、利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，如图l所示，由机 架51、夹具13、送丝机构2、吐胶机构3、行走机构、卷丝机构60、胶体固化 装置4和计算机1构成。夹具13安装于机架51的基座14上，行走机构安装于 机架51上且位于夹具13的上方。利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备 结构示意图见附图l,其控制框图见附图2。
图1中的送丝机构2，由供料滚轮21、主动轮22、电机23、从动轮24构 成，电热丝缠绕在供料滚轮上，从主动轮和从动轮之间的缝隙穿过，电机带动 主动轮依靠摩擦力送丝，电机由计算机控制实现丝材的句速输送。计算机1根 据设定的丝材铺设速度，控制电机23驱动主动轮22逆时针旋转，在从动轮24 的配合下使缠绕在供料滚轮21上的丝材10做勾速进给运动。送丝机构的结构 见附图3。
图1中的胶体固化装置4，由紫外光源41、快门42、组合棱镜45、光闹44、 耦合透镜43和传光光纤8构成。紫外光源41发出的紫外光由组合棱镜45进行 光路转换，然后经光阑44后，由耦合透镜43耦合入传光光纤8中，快门42对 紫外光的开启和闭合由计算机1进行控制，光阑44的开孔大小由计算机1进行 控制，光阑44的开孔大小决定了耦合入光纤8中的紫外光的能量大小。胶体固
化装置的结构见附图4。
图1中的吐胶机构3由调压阀30、气泵31、电磁阀32、气压闽33和胶桶 34及其他辅助元器件组成。计算机l通过电磁阀32控制气压阀33的开启与闭 合，调压阀30调节气泵31输出的给气压阀33提供的气压，胶桶34与出胶管 12相连，调节后的气压由气压阆33的开启进入出胶管12以控制胶体9的输出。 吐胶机构的结构见附图5。
图1中的卷丝机构60由进料弯管61、微型电机62、卷丝轮63、安装盒65、 连接件66构成。卷丝轮上设有斜螺牙64,进料弯管与斜螺牙衔接；当电热丝 IO的铺设轨迹为直线时，电热丝10进入弯管61，之后进入卷丝轮63的斜螺牙 64中，最后从安装盒65下部的孔中出来，铺设到基底ll上；当电热丝10铺设 到基底ll的边缘时，需要把进料弯管61中的电热丝IO折弯，此时，计算机l 控制微型电机62做一定角度的旋转运动(一般情况下，为180度角度旋转)， 卡在卷丝轮63中的螺牙64间的电热丝IO被瞬间折弯，之后微型电机62做反 向旋转运动回复到原位，电热丝IO沿与被折弯前的方向呈一定角度的方向(一 般为180度的角度)做直线铺设运动；当电热丝IO铺设到基底11的另一方向 边缘时，需要把进料弯管61中的电热丝10与上次被折弯的方向相反的方向再 次折弯电热丝IO，此时，计算机1控制微型电机62做一定角度的旋转运动(一 般情况下，为180度角度旋转)，卡在卷丝轮63中的螺牙64间的电热丝10被
瞬间折弯，之后微型电机62做反向旋转运动回复到原位，电热丝10沿与被折 弯前的方向呈一定角度的方向(一般为180度的角度)做直线铺设运动；如此 周而复始，直至铺丝工作结東。卷丝机构的结构见附图6。
图1中的行走机构由X轴架52、 Y轴架53和Z轴架54构成；X轴架52安 装在机架51上，位于夹具13的侧部；Y轴架53的一端通过X轴滑块15安装在 X轴架52上，通过X轴电机7驱动X轴滑块15带动Y轴架53沿X轴水平移动； Y轴架53位于夹具13的上方；Z轴架54通过Y轴滑块16安装在Y轴架53上， 通过Y轴电机6驱动Y轴滑块16带动Z轴架54沿Y轴移动；Z轴电机5驱动Z 轴滑块17带动出胶管12、光纤8和巻丝机构上下移动。
计算机1按照设定程序分别控制X轴电机7、 Y轴电机6、 Z轴电机5以及 送丝机构电机23、吐胶机构电磁阀32和胶体固化装置的光阑44和快门42协调 工作。
利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备的工作过程如下
1) 根据基底13的形状和保温材料的功能要求，在计算机1中设定铺设的 速度和铺设的密度；开启胶体固化装置4，使紫外光源41启动进行预热；开启 胶体吐出机构3的气泵31，使气压达到工作要求；
2) 当紫外光源41进入稳定状态和气泵31的气压达到工作要求时，计算机 1控制X轴电机7、 Y轴电机6，使Z轴架54运动到铺设电热丝的位置的上方， 计算机1再控制Z轴电机5使Z轴滑块17上的出胶管12、光纤8和巻丝机构 60到达工作起始位置；
3 )计算机1控制送丝机构2的电机23驱动主动轮22逆时针旋转，在从动 轮24的配合下使缠绕在供料滚轮21上的丝材10做匀速进给运动，丝材10进 入卷丝机构60的进料弯管61中，当电热丝IO铺设到基底11的边缘时，需要
把电热丝10折弯，此时，计算机1控制微型电机62做一定角度的旋转运动，
卡在卷丝轮63中的螺牙64间的电热丝10被瞬间折弯，之后微型电机62做反 向旋转运动回复到原位，丝材10仍沿铺设轨迹做直线铺设运动；之后每当运动 到基底11边缘需要进行折弯时，卷丝机构就动作一次使电热丝10瞬间折弯；
4 )当电热丝10被铺设到基底11上时，对紫外敏感的胶体(光敏胶)9从 出胶管12中随即喷到电热丝10上，光纤8中的紫外光也随即照射在胶体9上， 并迅速使电热丝10固化在基底11上；
5)不断重复3)、 4)两步骤，直至电热丝铺设动作完全完成，之后在铺设 好的电热丝层上再覆盖一层保护层，如此，含有电热丝的保温材料就制作完毕。 在使用保温材料时，把电热丝的两端连入电源的两极即可进行加热，实现保温 的目的。
本发明设备，还可以使用热固化胶或导电胶，当不是使用光敏胶时，本发 明设备不设置胶体固化装置4。取而代之的可以是，设置加热装置来固化胶体。
所用丝材可为电热丝，本发明设备也可用于其他普通丝材或其他有一定柔 性的线形材料的铺设。
传光光纤可以是液体光纤、石英光纤或其他可以有效进行光传输的导光体。
实施例2、
保暖手套、保暖鞋垫、保暖帽子甚至保暖鞋子在严寒环境下都有较多需求， 以下以保暖鞋垫的制作来说明本发明是如何应用于保暖性织物的快速制作过程 的。
图7是为保暖鞋垫的制作而铺设电热丝的方案示意图。其主要体现在对最易 冻伤的脚趾加以重点地保护，因此，位于脚趾部分的电热丝的铺设密度要高于 其它区域。保暖鞋垫的制作过程如下
1 )在铺设电热丝71时，把需要铺设电热丝的基底70的尺寸输入到计算机 1中，或者在计算机l中先建立数据库，再选择相应的鞋垫尺寸(也即是基底尺 寸)。
2) 计算机根据鞋垫尺寸，提供一组铺设电热丝轨迹的参数，操作员再根据 具体情况(如铺设密度、铺设高度等)，做细微的调整。
3) 计算机之后驱动X、 Y、 Z各轴带动铺设器自动化地铺设电热丝。
4) 计算机再通过驱动X、 Y、 Z各轴带动吐胶器自动化地沿着电热丝的铺设 轨迹喷涂粘结剂以把电热丝固定在基底上。
5) 再在基底和电热丝上铺设保护层材料，之后经过缝合或其它工序即可制 成鞋垫。
6) 如果选用的电热丝的弹性较大，可根据鞋垫或手套的尺寸制作一夹具以 固定电热丝，也可按照实施例1中的方法，即用对紫外光敏感的胶体进行电热 丝的固定。
7) 在鞋垫缝制好后，把电热丝连接到电源上即可实现加热保暖。
图8中的保暖手套的制作主要体现在对最易冻伤的手指加以重点地保护， 并使之能在严寒中保持灵活的运动功能，因此，位于手指部分的电热丝73的铺 设密度要高于其它区域。保暖手套的电热丝73在基底72上的铺设过程与保暖 鞋垫的类似，不再重复。
权利要求
1、一种利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，由机架(51)、夹具(13)、送丝机构(2)、吐胶机构(3)、行走机构、卷丝机构(60)、胶体固化装置(4)和计算机1构成；夹具安装于机架的基座上，行走机构安装于机架上且位于夹具的上方；送丝机构、吐胶机构、卷丝机构和胶体固化装置设置在行走机构上；其特征是——送丝机构(2)，由供料滚轮(21)、主动轮(22)、电机(23)、从动轮(24)构成，电热丝缠绕在供料滚轮上，从主动轮和从动轮之间的缝隙穿过，电机带动主动轮依靠摩擦力送丝，电机由计算机(1)控制实现丝材的匀速输送；——吐胶机构(3)，由调压阀(30)、气泵(31)、电磁阀(32)、气压阀(33)和胶桶(34)组成；计算机通过电磁阀控制气压阀的开启与闭合，调压阀调节气泵输出的给气压阀提供的气压，胶桶与出胶管相连，调节后的气压由气压阀的开启进入出胶管以控制胶体的输出；——卷丝机构(60)，由进料弯管(61)、微型电机(62)、卷丝轮(63)、安装盒(65)构成。卷丝轮上设有斜螺牙(64)，进料弯管与斜螺牙衔接；电热丝进入弯管之后进入卷丝轮的斜螺牙中，最后从安装盒下部的孔中出来，铺设到基底11上；微型电机可以带动卷丝轮做一定角度的旋转运动并可回复到原位；——胶体固化装置(4)，由紫外灯(41)、快门(42)、组合棱镜(45)、光阑(44)、耦合透镜(43)和传光光纤(8)构成，紫外灯发出的紫外光通过组合棱镜和光阑后，由耦合透镜耦合入传光光纤中，快门对紫外光的开启和闭合由计算机进行控制，光阑的开孔大小由计算机(1)进行控制；——行走机构，由X轴架(52)、Y轴架(53)和Z轴架(54)构成；X轴架安装在机架(51)上，位于夹具(13)的侧部；Y轴架的一端通过X轴滑块(15)安装在X轴架上，通过X轴电机(7)驱动X轴滑块带动Y轴架沿X轴水平移动；Y轴架位于夹具的上方；Z轴架通过Y轴滑块(16)安装在Y轴架上，通过Y轴电机(6)驱动Y轴滑块带动Z轴架沿Y轴移动；Z轴电机(5)驱动Z轴滑块(17)带动出胶管、光纤和卷丝机构上下移动；——计算机按照设定程序分别控制X轴电机、Y轴电机、Z轴电机以及送丝机构电机、吐胶机构电磁阀、胶体固化装置和卷丝机构电机协调工作。
2、 根据权利要求l所述的利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，其 特征在于:所述胶体固化装置的紫外光源，为紫外高压汞灯、紫外半导体二极管 光源或紫外半导体激光器光源。
3、 根据权利要求l所述的利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，其 特征在于:所述传光光纤，为液体光纤或石英光纤。
4、 一种利用电热丝加热的保温材料的自动化制作方法，其步骤如下a) 根据应用保温材料场合的温度分布情况、形状、尺寸及铺设速度，在控 制系统中设置各成型工艺参数；b) 控制系统控制多维机械装置按照设置的成型工艺参数在基材上铺设电热丝；c) 电热丝在铺设过程中，周时用胶或其他方式使其固定于基材上；d) 随后在基材和电热丝之上再铺设辅助性材料，以作为电热丝的保护层。
全文摘要
本发明公开了一种利用电热丝加热的保温材料自动化制作设备，由机架、夹具、送丝机构、吐胶机构、行走机构、卷丝机构、胶体固化装置和计算机构成；夹具安装于机架的基座上，行走机构安装于机架上且位于夹具的上方；送丝机构、吐胶机构、卷丝机构和胶体固化装置设置在行走机构上。送丝机构实现丝材的匀速输送；吐胶机构控制胶体的吐出量；自控计算机按照设定程序分别控制行走机构以及其他工作机构工作，自动铺设丝材和喷涂胶体。同时，还公开了利用该设备自动化制作保温材料的方法。本发明实现了保温性片材的制作过程的自动化，可根据应用保温性片材的物品的形状、温度分布要求情况，通过自动控制系统设置电热丝的铺设密度、铺设位置等参数，以实现保温性片材的自动化制作。
文档编号H05B3/00GK101106840SQ200710025449
公开日2008年1月16日 申请日期2007年7月31日 优先权日2007年7月31日
发明者俊 夏, 东 岳, 杨继全, 辉 葛 申请人:南京师范大学