[发明专利]一种超声波自动植入钢针装置

说明书

技术领域

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

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。

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俱增。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。

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：1)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

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。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

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。

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。

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。

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。

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本申请将钢针的一端定义为针尖、另一端定义为钢针根部。