淺談纖維纏繞張力控制機構的結構及控制系統設計論文

　　1 引言

　　纖維纏繞是玻璃鋼生產中的重要成型工藝之一，纖維纏繞工藝是纖維在一定的預張力作用下，浸漬樹脂粘結劑後，按照一定的線型有規律地排布在芯模上，在纏繞過程中，提高密實程度，進而提高製品的強度。在複合材料製品纏繞成型過程中，對纖維材料施加張力並對張力進行精密控制是十分重要的，施加張力可以使纖維拉直、驅除氣泡、滲透樹脂，使纏繞出的製品更加緊密，同時為了避免因張力過大造成纖維斷裂而影響產品的質量。這又對纏繞張力引數的控制提出了更高的要求。

　　2 裝置機構設計

　　計算機控制纏繞是用纖維預浸樹脂透過特定的機械和控制，將已浸過樹脂的纖維，按所要求的線型規律纏繞至芯模表面上，其效能水平對纏繞製品的質量和工作效能起著決定作用。

　　2. 1 纏繞工藝

　　玻璃纖維從帶有張力控制的紗架引出，經過樹脂浸透，進入安裝在行走軌道的纏繞小車上的繞絲嘴，並按一定規律均勻纏繞在旋轉的模具上。纏繞小車延軌道做縱向直線來回運動，繞絲嘴垂直軌道做徑向進退運動。

　　主軸模具1 由伺服電機根據要求透過減速機減速做均勻旋轉，其旋轉速度由編碼器輸出反饋; 纏繞小車3 由伺服電機根據所需的要求透過減速機減速延軌道4 做縱向均速來回運動，其行走速度由編碼器輸出反饋; 繞絲嘴2 由伺服電機根據要求透過減速機減速做徑向進退運動，其運動速度由編碼器輸出反饋。玻璃纖維5 從帶有張力測量反饋裝置7 的纖維安裝控制8 引出，經過膠槽6 浸透樹脂後，進入安裝在纏繞小車3 上的繞絲嘴2; 主軸的旋轉、小車的縱向運動和繞絲嘴的徑向運動組成纏繞機的主運動，由計算機控制。由於纖維纏繞於模具上的張力直接影響到產品的質量，所以纖維的張力控制是非常重要的。

　　2. 2 纏繞機結構

　　由於計算機控制纖維纏繞機是將纖維按照一定的規律均勻的纏繞在芯模上而成型的專用裝置，組成主體的各部件可實現計算機控制三座標。在滿足工藝要求的前提下，又考慮結構的緊湊性，為此總體佈局將主軸箱、尾座、軌道小車、繞絲嘴設計在一個主體框架上，並根據製品的大小設計成兩工位纏繞，如圖2。主軸、纏繞小車、繞絲嘴的運動均有資料反饋於計算機，輸入所需的要求完成產品纏繞。伺服電機1 驅動主軸旋轉，主軸端部安裝有三爪卡盤2，三爪卡盤2 可裝夾不同規格模具3，尾部用氣缸9 推動頂針7 快速將模具3 對中夾緊，尾架8可根據模具長度調整位置後固定在主框架10 上; 繞絲嘴6 安裝在纏繞小車4 上，纏繞小車4 由伺服電機控制延軌道5 縱向往復運動。

　　2. 3 纖維張力控制機構

　　由於纖維的張力對產品質量有很大影響，纖維的張力控制顯得尤為重要，為了保證纖維控制的精度，設計了單根纖維計算機控制。圖3 是纖維控制機構，已繞成線團狀的纖維，放在有獨立支撐的安裝架上，每根纖維由獨立的伺服電機控制，可以保證每根纖維在纏繞的過程中張力相同。

　　纖維紗團2 安裝在由伺服電機5 控制的輸出軸上，用帶錐度的`漲塞1 將纖維紗團2 固定夾緊，可保證纖維在纏繞過程中無打滑，為使纖維平穩進入測量裝置，結構上設計了一個長度超過紗團高的過渡輥3，纖維1 從過渡輥3 上方繞過進入測力裝置。纖維經過進出導向輥進入測力輥輪組，由測力感測器反饋單根纖維的張力。

　　纖維1 從成井狀的進導向輥6 進入測力反饋裝置，再從成井狀的出導向輥2 出測力反饋裝置，纖維1 由過渡輪3 和過渡輪5 調整走向，使纖維1 始終接合在測力輥4 上，將纖維1 的拉力無間斷的傳到感測器7 上。

　　3 控制系統的程式設計

　　3. 1 控制系統的組成

　　控制系統的核心部件是研華工控制機，訊號的A/D 和D/A 轉換分別採用研華PCL - 818HG 和PCL - 727 資料板卡，此類板卡可用於各類電訊號的採集、資料處理和控制運算後的電訊號輸出。PCL - 818HG 資料採集卡將從外界獲取的各種電訊號轉換為統一的數字訊號傳遞給計算機，並接收計算機傳來的數字或控制訊號; PCL - 727 資料輸出卡將模擬或數字訊號傳遞給外部裝置。

　　交流伺服電機為執行元件，控制紗團的轉速以調節張力，壓力感測器檢測紗團的動態張力值，進行A/D 轉換形成反饋訊號。與交流伺服電動機同軸相聯的編碼器，將電機的轉速訊號反饋至交流伺服驅動器，並設定驅動器為恆轉矩控制方式。

　　3. 2 A/D 採集卡的設定程式

　　由於VB 並不提供對計算機外設進行底層操作的語句或函式，因而要利用DLL 技術實現I /O 控制，才能實現對I /O 埠的控制與訪問。動態連線庫( DLL) 是一種函式庫，應用程式可以在執行時連結並使用它。

　　其中DRV - DeviceOpen 函式為初始化指定裝置，DRV -DeviceClose 函式用於關閉DRV - DeviceOpen 函式開啟的裝置，並釋放所分配的儲存空間，DRV_MAIConfig函式對設定取樣通道的電壓輸入範圍。DRV- MAIVoltageIn 函式為獲取相應埠的模擬電壓訊號，該函式被呼叫一次就對通道的設定完成一次I /O 操作，重複呼叫DRV - MAIVoltageIn 函式則可獲取相應埠的模擬電壓訊號。表1 為A/D 板卡初始化及資料採集的主要程式設計方法。

　　3. 3 D/A 輸出卡的設定程式

　　其中DRV - DeviceOpen 和DRV - DeviceClose 函式為開啟和關閉裝置，DRV_AOConfig 函式為模擬輸出通道的設定，DRV - AOVoltageOut( ) : 該函式被呼叫一次就對通道的設定完成一次I /O 操作。重複呼叫DRV - AOVoltageOut 函式則可從相應埠輸出模擬電壓訊號。

　　4 結語

　　基於計算機控制的纖維纏繞張力控制機的研製，具有引數設定方便，介面友好，控制精度滿足工藝要求。本文介紹了機構的結構設計和DLL 技術實現VB 程式設計環境下多通道資料訊號的檢測的方法。該機床在實際生產使用中具有明顯的優點。