风电叶片真空灌注制造中纤维布的自动铺层设备的利记博彩app

本发明涉及一种风电叶片真空灌注制造中纤维布的自动铺层设备，属于风电叶片自动制造领域。

背景技术：

目前，在风电叶片真空灌注的制造过程中，玻璃纤维的铺层还处于自动化程度极低的手工铺层，主流的手工铺层方法是行车吊装纤维布卷，在叶片模具上方纵向移动铺放，铺放过程中由人工对铺放在叶片模具内的纤维布进行调整铺平，对于铺放在叶片模具边缘多余的纤维布进行手工裁剪。这种方法不仅生产效率低下，而且生产的叶片质量不可控。因此如何实现纤维布的自动铺层成为叶片自动制造领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供一种风电叶片真空灌注制造中纤维布的自动铺层设备，该设备可以实现纤维布的准确、快速、高质量自动铺层。

本发明所述的风电叶片制造过程中纤维布自动铺层设备，包括机械臂、铺放头，铺放头通过回转支承安装在机械臂末端。铺放头中安装用于安装料辊的支架、纤维布输出装置一、纤维布切割装置、纤维布输出装置二、用于压实纤维布的压实装置、粘合剂喷涂装置、光学定位检测装置和三维激光扫描仪，压实装置、粘合剂喷涂装置、光学定位检测装置和三维激光扫描仪依次安装在铺放头的底面上。纤维布输出装置一和纤维布输出装置二均包括上压辊和下压辊。纤维布切割装置安装在纤维布输出装置一、纤维布输出装置二之间，并且位于纤维布铺放面的上方，此铺放面与安装纤维布后的纤维布面为同一面。

优选的，所述的机械臂通过安装座安装在导轨上，安装座上具有与导轨配合的滑槽，机械臂的安装座可沿导轨移动。机械臂带动铺放头沿导轨，完成纤维布在叶片模具或上一层纤维布表面上的铺放。

优选的，增设压紧装置，压紧装置包括连接板和压紧弹簧，连接板连接两个纤维布输出装置的下压辊的辊轴，压紧弹簧的一端固定在连接板上，另外一端固定在铺放头上。为了对上压辊和下压辊起压紧作用，还可以采用以下方式：对应每组纤维布输出装置上均安装压紧弹簧，压紧弹簧的一端安装在下压辊的辊轴上，另外一端固定在铺放头上。

优选的，所述的纤维布切割装置由支撑板、切割刀和带动切割刀移动的位移机构组成。支撑板固定在铺放头上，切割刀安装在位移机构上，位移机构安装在支撑板上。支撑板可以直接固定在铺放头上，也可以为了安装更加方便，通过固定板固定在铺放头上，固定板和支撑板固定连接在一起(或者直接一体成型)。

优选的，所述的切割刀采用常规的超声波切割刀，其本身的超声波发生器启动后，会将超声加载到切割的刀具上，使刀具产生超声波振动，起到切割的效果。它可以根据计算控制平台指令对自动铺层过程中叶片模具轮廓外面多余的纤维布进行实时切割，保证纤维布与叶片模具轮廓的完美贴合，另外当铺放到指定长度时切割刀用于切断玻璃纤维布。

为了方便描述，设定纤维布的输出方向为X轴，Y轴在纤维布铺放面上垂直X轴，Z轴垂直纤维布铺放面。

优选的，所述的位移机构采用十字导轨，十字导轨包括Y向丝杠直线导轨和Z向丝杠直线导轨，Y向丝杠直线导轨和Z向丝杠直线导轨共用一个滑台；Y向丝杠直线导轨固定在支撑板上，Z向丝杠直线导轨上安装切割刀。Y向丝杠直线导轨和Z向丝杠直线导轨采用常规的丝杠直线导轨，在应用时二者共用一个滑台，即滑台同时与Z向丝杠直线导轨中的丝杠螺母以及Y向丝杠直线导轨中的丝杠螺母装配，实际应用时，将Y向丝杠螺母安装在滑台的下部，Z向丝杠螺母安装在滑台上部。工作时，Z向丝杠直线导轨由Z向伺服电机控制，启动Z向伺服电机，由于滑台位置不变，因此在Z向伺服电机的带动下，Z向丝杠旋转，通过Z向丝杠与Z向丝杠螺母的配合，将Z向伺服电机输出轴的旋转运动转换成Z向丝杠直线导轨的直线运动，Z向丝杠直线导轨运动到指定切割高度后，启动Y向伺服电机，Y向丝杠旋转，将Y向伺服电机输出轴的旋转运动转换成滑台的直线运动，滑台带动Z向丝杠直线导轨完成对纤维布的切割动作。此位移机构还可以通过气缸装置实现，气缸装置包括Y向气缸、气缸固定板和Z向气缸，气缸固定板安装在Y向气缸的活塞杆末端，Z向气缸固定安装在气缸固定板上，Y向气缸固定在支撑板上，Z向气缸上安装切割刀。切割刀随Z向气缸的运动完成Z向上下移动，当切割刀到达指定切割高度后，Z向气缸带着切割刀随Y向气缸的运动完成Y向移动，最终完成对纤维布的切割动作。

优选的，所述的粘合剂喷涂装置由粘合剂喷头和粘合剂储料箱组成，粘合剂储料箱中存储粘合剂，粘合剂喷头安装在粘合剂储料箱上，当需要将纤维布固定粘合到叶片模具或者上一层纤维布时，粘合剂喷头喷涂粘合剂。

优选的，所述的压实装置包括压辊和能够带动压辊发生上下位移的驱动装置一。驱动装置一采用第一气缸，第一气缸带动压辊实现对纤维布的压实和结束压实动作后的抬起。

优选的，增设平整机构，平整机构安装在铺放头底面上，并且在压实装置之后。平整机构包括平整刷和能够带动平整刷发生上下位移的驱动装置二。驱动装置二采用第二气缸，第二气缸带动平整刷实现对纤维布的平整压实和结束平整压实动作后的抬起。

优选的，所述的平整机构的平整刷由一对呈八字形排列的刷子组成。呈八字型排列的一对刷子相较于一字型排列的刷子能更好起到平整压实铺放在叶片模具内纤维布的作用。

优选的，所述的三维激光扫描仪，运用三维激光扫描仪获取铺放头与叶片模具间的距离、叶片模具边缘参数和叶片模具轮廓曲面参数。其巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，这样可以高效地对叶片模具三维建模和虚拟重现。

优选的，所述的光学定位检测装置为一台工业摄像机，运用机器视觉技术，对铺放的纤维布进行拍摄，利用拍摄的纤维布图像边缘灰度的变化判断纤维布边缘位置，从而对纤维布之间的搭接间隙进行调整，确保搭接处不出现空隙。

优选的，所述的纤维布输出装置一和纤维布输出装置二中的上压辊为主动辊，由驱动装置带动其旋转，下压辊为从动辊，其与上压辊通过传动机构连接，配合上压辊完成纤维布的输送。驱动装置优选无极调速电机。无极调速电机的转速与机械臂的移动速度相匹配，以保证纤维布的出料速度和铺放速度相同，并且纤维布输出装置通过无极调速电机调整纤维布的适当张力以供切割装置工作。

优选的，所述的纤维布输出装置的上压辊、下压辊和压实装置的压辊的材料可选用橡胶，降低了纤维布磨损率，减小了对纤维布的冲击性，可以极大限度的对铺放的纤维布起到保护作用。

优选的，所述的控制中心可以对回转支承、铺放头、三维激光扫描仪、光学定位检测装置、粘合剂喷涂装置、切割刀、第一气缸、第二气缸、无极调速电机、Y向伺服电机、Z向伺服电机、机械臂、导轨、Y向气缸、Z向气缸进行控制。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：

本发明所述的一种风电叶片真空灌注制造中纤维布的自动铺层装置，能够极大地提高铺层质量，增强叶片制造的可靠性，自动铺层装置各个功能的实现完全自动化，可以极大提高风电叶片的生产效率，同时显著地降低人工成本。

附图说明

图1为铺放头结构示意图；

图2为铺层装置整体结构示意图；

图3为铺放头功能结构示意图；

图4为纤维布切割装置的结构示意图之一；

图5为纤维布切割装置的结构示意图之二。

图中：1、回转支承；2、铺放头；3、上压辊；4、纤维布切割装置；5、料辊；6、支架；7、下压辊；8、连接板；9、压紧弹簧；10、三维激光扫描仪；11、光学定位检测装置；12、粘合剂喷头；13、粘合剂储料箱；14、压辊；15、第一气缸；16、平整刷；17、第二气缸；18、纤维布；19、Y向丝杠直线导轨；20、固定板；21、Z向丝杠直线导轨；22、支撑板；23、无极调速电机；24、Y向伺服电机；25、滑台；26、超声波发生器；27、切割刀；28、Z向伺服电机；29、机械臂；30、导轨；31、Y向气缸；32、气缸固定板；33、Z向气缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

如图1～3所示，本发明所述的风电叶片制造过程中纤维布自动铺层设备包括机械臂29、铺放头2，铺放头2通过回转支承1安装在机械臂29末端。铺放头2中安装用于安装料辊5的支架6、纤维布输出装置一、纤维布切割装置4、纤维布输出装置二、用于压实纤维布的压实装置、粘合剂喷涂装置、光学定位检测装置11和三维激光扫描仪10，压实装置、粘合剂喷涂装置、光学定位检测装置11和三维激光扫描仪10依次安装在铺放头的底面上。纤维布输出装置一和纤维布输出装置二均包括上压辊3和下压辊7，此结构为常规结构，工作时，每组输出装置中的上压辊3、下压辊7的转向相反，当纤维布经过上压辊3、下压辊7之间时，会在上压辊3、下压辊7的相对挤压作用下发生移动，从而实现纤维布的输送。纤维布切割装置4安装在纤维布输出装置一、纤维布输出装置二之间，并且位于纤维布铺放面的上方，此铺放面与安装纤维布18后的纤维布面为同一面。

本实施例中：

机械臂29通过安装座安装在导轨上，安装座上具有与导轨30配合的滑槽，机械臂29的安装座可沿导轨30移动。机械臂29带动铺放头2沿导轨30移动，完成纤维布在叶片模具或上一层纤维布表面上的铺放。

增设压紧装置，压紧装置包括连接板8和压紧弹簧9，连接板8连接两个纤维布输出装置的下压辊7的辊轴，压紧弹簧9的一端固定在连接板8上，另外一端固定在铺放头2上。采用另外一种方式也可以对上压辊3和下压辊7起压紧作用，即对应每组纤维布输出装置上均安装压紧弹簧9，压紧弹簧9的一端安装在该组纤维布输出装置的下压辊7的辊轴上，另外一端固定在铺放头2上。

纤维布切割装置由支撑板22、切割刀27和带动切割刀移动的位移机构组成，为了方便描述，设定纤维布的输出方向为X轴，Y轴在纤维布铺放面上垂直X轴，Z轴垂直纤维布铺放面。所述位移机构的具体实现形式有多种，本发明采用以下两种方案：

方案一：

上述位移机构采用十字导轨，即纤维布切割装置由支撑板22、切割刀27和十字导轨组成，支撑板22通过固定板20与铺放头2固定连接，如图4所示，十字导轨包括Y向丝杠直线导轨19和Z向丝杠直线导轨21，Y向丝杠直线导轨19和Z向丝杠直线导轨21共用一个滑台25，Y向丝杠直线导轨19固定在支撑板22上，Z向丝杠直线导轨上安装切割刀27。Y向丝杠直线导轨19和Z向丝杠直线导轨21采用常规的丝杠直线导轨，在应用时二者共用一个滑台25，即滑台25同时与Z向丝杠直线导轨21中的丝杠螺母以及Y向丝杠直线导轨19中的丝杠螺母装配，实际应用时，将Y向丝杠螺母安装在滑台25的下部，Z向丝杠螺母安装在滑台25上部。工作时，Z向丝杠直线导轨21由Z向伺服电机28控制，启动Z向伺服电机28，由于滑台25位置不变，因此在Z向伺服电机28的带动下，Z向丝杠旋转，通过Z向丝杠与Z向丝杠螺母的配合，将Z向伺服电机28输出轴的旋转运动转换成Z向丝杠直线导轨21的直线运动，Z向丝杠直线导轨21运动到指定切割高度后，启动Y向伺服电机24，Y向丝杠旋转，将Y向伺服电机24输出轴的旋转运动转换成滑台25的直线运动，滑台25带动Z向丝杠直线导轨21完成对纤维布的切割动作。

方案二：

上述位移机构采用气缸装置，即纤维布切割装置由支撑板22、切割刀27和气缸装置组成，支撑板22通过固定板20与铺放头2固定连接，如图5所示，气缸装置包括Y向气缸31、气缸固定板32和Z向气缸33，气缸固定板32安装在Y向气缸31的活塞杆末端，Z向气缸33固定安装在气缸固定板32上，Y向气缸31固定在支撑板22上，Z向气缸33上安装切割刀27。切割刀27随Z向气缸33的运动完成Z向上下移动，当切割刀27到达指定切割高度后，Z向气缸33带着切割刀27随Y向气缸31的运动完成Y向移动，最终完成对纤维布的切割。切割刀27优选常规的超声波切割刀，其本身的超声波发生器26启动后，会将超声加载到切割的刀具上，使刀具产生超声波振动，起到切割的效果。它可以根据计算控制平台指令对自动铺层过程中叶片模具轮廓外面多余的纤维布进行实时切割，保证纤维布与叶片模具轮廓的完美贴合，另外当铺放到指定长度时切割刀用于切断玻璃纤维布。

粘合剂喷涂装置由粘合剂喷头12和粘合剂储料箱13组成，粘合剂储料箱13中存储粘合剂，粘合剂喷头12安装在粘合剂储料箱13上，当控制中心发出喷涂信号时，粘合剂储料箱13通过粘合剂喷头12向叶片模具或上一层纤维布上喷涂粘合剂。

压实装置包括压辊14和能够带动压辊14发生上下位移的驱动装置一。驱动装置一可采用第一气缸15，第一气缸15带动压辊14实现对纤维布的压实和结束压实动作后的抬起。

增设平整机构，平整机构安装在铺放头2底面上，并且在压实装置之后。平整机构包括平整刷16和能够带动平整刷16发生上下位移的驱动装置二。驱动装置二可采用第二气缸17，第二气缸17带动平整刷16实现对纤维布的平整压实和结束平整压实动作后的抬起。本实施例中，平整刷16由一对呈八字形排列的刷子组成。呈八字型排列的一对刷子相较于一字型排列的刷子能更好起到平整压实铺放在叶片模具内纤维布的作用。

三维激光扫描仪，运用三维激光扫描仪10获取铺放头与叶片模具间的距离、叶片模具边缘参数和叶片模具轮廓曲面参数。通过扫描获得数据，然后反馈给控制中心，控制中心通过计算控制各部进行纤维布的铺放。其巨大优势就在于可以快速扫描被测物体，不需反射棱镜即可直接获得高精度的扫描点云数据，这样可以高效地对叶片模具三维建模和虚拟重现。

光学定位检测装置11为一台工业摄像机，运用机器视觉技术，对铺放的纤维布18进行拍摄，利用拍摄的纤维布图像边缘灰度的变化判断纤维布18边缘位置，从而对纤维布18之间的搭接间隙进行调整，确保搭接处不出现空隙。

纤维布输出装置一和纤维布输出装置二中的上压辊3为主动辊，由驱动装置带动其旋转，下压辊7为从动辊，其与上压辊3通过传动机构连接，配合上压辊3完成纤维布的输送。驱动装置优选无极调速电机23。无极调速电机23的转速与机械臂29的移动速度相匹配，以保证纤维布的出料速度和铺放速度相同，并且纤维布输出装置通过无极调速电机23调整纤维布的适当张力以供切割装置工作。

纤维布输出装置的上压辊3、下压辊7和压实装置的压辊14的材料可选用橡胶，降低了纤维布磨损率，减小了对纤维布的冲击性，可以极大限度的对铺放的纤维布起到保护作用。

本发明的工作原理及具体工作步骤作如下描述：

步骤一：给控制计算平台输入风电叶片模具的三维模型、铺层层数以及纤维布的宽度。

步骤二：控制计算平台根据步骤一所输入的数据计算出自动铺层的初始路径。

步骤三：将安装玻璃纤维布的料辊5安装在支架6上，将纤维布的一端穿过两纤维布输出装置的上压辊3和下压辊7之间。

步骤四：启动自动铺层程序，机械臂29带动铺放头2移动至初始路径的起点。

步骤五：三维激光扫描仪10测量距离，反馈给计算控制平台，计算控制平台通过控制机械臂29各关节和铺放头2，使铺放头2悬停在叶片模具上方合适高度。

步骤六：通过粘合剂储料箱13的粘合剂喷头12往叶片模具表面或上一层纤维布表面喷涂粘合剂。

步骤七：无极调速电机23带动纤维布输出装置的上压辊3转动拉出合适长度的纤维布。

步骤八：第一气缸15的活塞杆伸出带动压辊14下降，将拉出的纤维布压在喷有粘合剂的叶片模具表面。

步骤九：机械臂29沿导轨30移动，移动速度与纤维布输出装置输出纤维布的速度相同。

步骤十：经过纤维布输出装置输出的纤维布铺放在叶片模具或者上一层纤维布表面后，第一气缸15带动压辊14抬起，同时第二气缸17带动呈八字形排列的一对平整刷16立即下降，以合适的压力对纤维布进行平整压实。

步骤十一：机械臂29带动铺放头2移动时，三维激光扫描仪10实时将检测到的其下方叶片模具的三维曲面传送到计算控制平台，计算控制平台同步控制铺放头2和回转支承1调整姿态适应贴合下方的叶片模具曲面轮廓，避免碰撞叶片模具。

步骤十二：当铺层过程中三维激光扫描仪10检测到其下方是叶片模具的边缘时，Z向伺服电机28启动，使Z向丝杠直线导轨21下降，固连在Z向丝杠直线导轨下端的超声波切割刀接触到纤维布时，Z向伺服电机28停止转动，Z向丝杠直线导轨21停止下降，同时超声波发生器26启动，超声波切割刀完成切割准备，与此同时根据三维激光扫描仪10测得的叶片模具边缘参数，由Y向伺服电机24通过滑台25带动Z向丝杠直线导轨21沿Y向移动，即在纤维布上横向移动，此时Z向丝杠直线导轨21下方固定连接的超声波切割刀在导轨的带动下实现实时随形切除铺到叶片模具外面的多余纤维布的动作。

步骤十三：每铺放一定长度后，粘合剂喷头12喷涂粘合剂固定纤维布。

步骤十四：根据先前输入控制计算平台的叶片模具三维模型，基于叶片根部至叶尖厚度逐渐减小的特性，自动计算每层纤维布的铺放长度，到达预定长度后，纤维布切割装置4切断纤维布。

步骤十五：完成一次铺放后，根据计算出的铺设轨迹，机械臂29带动铺放头2返回，并移动至下一个铺放初始点。

步骤十六：重复步骤五到十五，并由光学定位检测装置11检测相邻纤维布之间的相对位置，反馈至控制计算平台，对铺放头2位置进行微调，确保搭接处不出现空隙。