[发明专利]一种基于碳纤维的复杂敏感元自动化制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维传感器制造技术领域，特别是涉及一种基于碳纤维的复杂敏感元自动化制造装置。

背景技术

碳纤维(Carbon Fiber，简称CF)，是一种含碳量在95％以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。碳纤维具有许多优良的性能，如轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳、腐蚀性好，热膨胀系数小且具有各向异性及良好的导电导热性能等。碳纤维丝在拉应变下其电阻随应变呈正比例增加，在压应变下电阻随应变的增加而呈正比例减小，呈现出良好的导电性和压阻效应，具有良好的自感知特性。

例如公开号为CN103422587A的专利文献公开了一种碳纤维电阻传感层智能监测免维护屈曲约束支撑，包括耗能钢芯、GFRP约束段、波形节、成型泡沫、传感层电极和碳纤维智能传感层，所述GFRP约束段的两端设有波形节，GFRP约束段和波形节的内部中心设有耗能钢芯，GFRP约束段沿耗能钢芯对称布置，所述碳纤维智能传感层位于GFRP约束段内，碳纤维智能传感层平行设置在耗能钢芯的长边两侧，碳纤维智能传感层与耗能钢芯之间留有间隙，碳纤维智能传感层与传感层电极连接，碳纤维智能传感层与GFRP约束段连接形成整体结构的空隙内填充有成型泡沫。上述装置具有结构合理、自重轻、耐腐蚀、免维护、能智能监控的特点。

已有研究将碳纤维作为敏感元，设计制造碳纤维智能层，用于大型结构件的健康监测，取得了良好的效果。为了制造出性能优良的智能层格栅，有研究者提出制造此类格栅的方法，申请公布号CN 105082557 A的专利文献公开了一种格栅的制造方法，该制造方法包括：在用于制造格栅的模具内铺设碳纤维预浸料；在该碳纤维预浸料上方形成超材料微结构层；进行合模，并使树脂材料进入该模具内；对该模具内的树脂材料进行固化，之后进行脱模。上述方法通过在模具中加入碳纤维和树脂材料，并对模具内的树脂材料进行固化，不仅能够使格栅具备理想的强度和成型好的特性，而且能够让格栅在面对电磁波时展现出更好的特性，此外，通过上述的方法制造的格栅的密度可以被控制在较低范围，因此.不会显著增加格栅的重量，保证了格栅的轻便性，让格栅便于加工和运输。

但上述方法只对制造过程进行了细化，目前制造智能层格栅时大多采用手工方式，过程繁杂且由于过多引入不可控人为因素，导致所制造传感器重复性差，需对制造的每一个传感器进行标定，不易实现批量化。因此，建立一种高效可控自动化装置对于制造碳纤维传感器，特别是对于碳纤维丝复杂布置结构传感器具有十分重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种基于碳纤维的复杂敏感元自动化制造装置，实现自动化批量生产碳纤维敏感元，制造的重复性好、效率高。

一种基于碳纤维的复杂敏感元自动化制造装置，包括：

工作台；

升降和平移模块，安装在工作台上；

水平移动台，水平移动地安装在工作台上，顶面安装有用于铺丝的托板；在水平移动台上设有可拆卸托板，便于制造好的碳纤维智能层传感元的后续处理，如填加电极、进一步固化等。

储丝模块；

铺丝模块，安装在升降和平移模块的动力输出端，用于在托板上铺设来自储丝模块的纤维丝；

预浸模块，布置在储丝模块与铺丝模块之间的纤维丝路径上用于对纤维丝进行预处理；

树脂填充模块，形成用于容纳碳纤维敏感元的树脂层。

本发明通过设置纤维丝驱动箱和树脂填充模块，驱动纤维丝运动，代替人工涂脂和铺丝过程，克服因过多引入人工不可控因素导致所制造传感器重复性差及效率低下问题，易于实现批量化制造。

为了准确、灵活、稳定地输出纤维丝，优选的，所述铺丝模块包括：

安装座，与升降和平移模块的动力输出端固定连接；

纤维丝驱动箱，固定在所述安装座上；

铺丝头，安装在所述纤维丝驱动箱下方，所述纤维丝驱动箱将储丝模块的纤维丝牵引至铺丝头并驱动纤维丝自该铺丝头出丝。本发明中纤维丝驱动箱直接安装在动力输出端上，距离所述铺丝头的出丝口很近，可以稳定有效输送纤维丝。

为了制造结构多样的敏感元，优选的，所述铺丝模块还包括安装在纤维丝驱动箱的下方且水平转动的回转台以及回转台驱动装置，所述回转台中间开设有过丝孔，所述纤维丝驱动箱输出的纤维丝穿过该过丝孔至铺丝头，所述树脂填充模块安装在所述回转台的周向边缘上。

优选的，所述升降和平移模块包括：

两根立柱，间隔地固定在工作台上，至少一根立柱上设有升降机构；

横梁，两端安装在两根立柱上，通过升降机构实现上下移动；