一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备的制作方法

1.本发明涉及碳纤维生产线设备技术领域，尤其涉及一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备。


背景技术：

2.碳纤维作为一种新型材料，碳纤维具有高强度、高模量的优异力学性能，又具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等优良特性。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，是制造航天航空等高技术器材的优良材料。近年来，随着航空航天产业的发展，国内碳纤维需求量高速增长，国内碳纤维制造商在规模化生产和技术上均有所突破，实现了碳纤维的连续生产作业。
3.目前，在碳纤维生产线的收卷工序，碳纤维由自动化收丝机将碳纤维卷绕成型在碳纤维空卷上，然后由工人将碳纤维满卷从收丝机上取下，再安装上碳纤维空卷，继续收卷。此工序需要人工操作完成，由于碳纤维生产的连续性，工人需要24h在岗，劳动作业强度大，对工作专注度要求高；若不能及时取下碳纤维满卷，会导致碳纤维生产线停车，造成碳纤维的浪费，影响碳纤维生产线效率。


技术实现要素：

4.本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备。
5.本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，包括有车架、存储架、激光打标机、机械手运动平台、机械手、碳纤维满卷和碳纤维空卷；所述的车架用于控制设备的移动，包括水平和转弯运动；所述的存储架用于放置碳纤维满卷和碳纤维空卷；所述的机械手安装在机械手运动平台上，机械手用于抓取碳纤维生产线上的碳纤维满卷，并对取下的碳纤维满卷进行称重测量，并将测量数据反馈给激光打标机，机械手将碳纤维满卷放入存储架，并从存储架上取下碳纤维空卷，再放入碳纤维生产线；所述的机械手运动平台用于实现机械手在三个方向的水平运动和垂直方向的旋转运动；所述的激光打标机用于对取下的碳纤维满卷进行激光打标，并记录所取下的碳纤维满卷的重量、生产时间信息。
6.所述的车架包括有机架、电池动力组、主动差速轮、从动辅助轮和存储架旋转器，所述的电池动力组安装于机架的底部；所述的主动差速轮有两个，位于机架底部两侧，主动差速轮由电机驱动，通过调节两个主动差速轮的运动速度差，实现机架的水平移动和转弯运动；所述的从动辅助轮安装在机架的底部两端，随主动差速轮进行万向运动；所述的存储架旋转器位于机架底部两侧，所述的存储架分别安装在存储架旋转器上，存储架旋转器带动存储架进行绕轴旋转。
7.所述的存储架包括有支撑底座；在支撑底座上固定有支撑立柱，在支撑立柱上从上到下依次固定有多个支撑横杆，支撑立柱位于支撑横杆的中部位置，所述的支撑底座安
装于所述的存储架旋转器上，由存储架旋转器驱动支撑架底座和支撑立柱绕自身轴线进行旋转；支撑横杆的两端分别用于存储碳纤维满卷和碳纤维空卷。
8.所述的激光打标机安装在车架的顶部，机械手将碳纤维满卷从碳纤维生产线上取下后进行称重，并将重量、生产时间信息反馈给激光打标机，激光打标机将附有信息的标识打印至碳纤维满卷内壁。
9.所述的机械手运动平台包括有前后运动模组、左右运动模组、上下运动模组和旋转运动模组，所述的前后运动模组、左右运动模组和上下运动模组实现机械手在三个方向的平移运动；旋转运动模组实现机械手沿垂直方向的绕轴旋转。
10.所述的前后运动模组安装在所述机架的顶部左右端，所述的左右运动模组安装在前后运动模组之间，左右运动模组的两端滑动安装在前后运动模组上，前后运动模组带动左右运动模组前后移动，所述上下运动模组的顶端滑动安装在左右运动模组的下侧面，左右运动模组带动上下运动模组左右移动，所述的旋转运动模组滑动安装在上下运动模组前侧面，上下运动模组带动旋转运动模组上下移动，所述的机械手安装在旋转运动模组上。
11.所述的机械手包括有基座、卡爪、连杆机构、涨紧电机和称重传感器；所述的基座与所述的旋转运动模组连接，所述的涨紧电机安装在基座上，称重传感器安装于基座与涨紧电机之间；所述的卡爪通过连杆机构与涨紧电机连接，通过连杆机构将涨紧电机的拉伸运动转换为卡爪的开合运动；称重传感器测量机械手取下的碳纤维满卷的重量。
12.在所述的卡爪上设有外侧卡槽和内侧卡槽，卡爪的外侧卡槽伸入碳纤维满卷内壁，卡爪外张，卡住碳纤维满卷内壁，抓取碳纤维满卷；卡爪的内侧卡槽张口后，箍紧碳纤维空卷外侧，抓取碳纤维空卷。
13.本发明的优点是：本发明的设备可实现碳纤维生产线的自动换卷，实现了机械化作业；本发明实现了碳纤维满卷在生产线上的自动称重、标识，减少了工作节拍，提高了工作效率；本发明摒弃了人工的重复、繁琐作业，用机器代替工人作业，解放了工人的双手，有效节省了人力成本，同时可降低安全事故的发生。
14.本发明的设备实现了碳纤维生产线换卷工序的自动化作业，提高了生产线的自动化程度，降低了人工劳动作业强度，实现了碳纤维满卷的在线称重测量及标识，有效提高了生产线的工作效率，实现了产品的数字化管控。
附图说明
15.图1为本发明的设备整体结构示意图；图2为本发明车架的结构示意图；图3为本发明存储架的结构示意图；图4为本发明机械手运动平台的结构示意图；图5为本发明机械手的结构示意图；图6为本发明机械手的剖切图；图中标号：1-车架、2-存储架、3-激光打标机、4-机械手运动平台、5-机械手、6-碳纤维满卷、7-碳纤维空卷；11-机架、12-电池动力组、13-主动差速轮、14-从动辅助轮、15-存储架旋转器；
21-支撑底座、22-支撑立柱、23-支撑横杆；41-前后运动模组、42-左右运动模组、43-上下运动模组、44-旋转运动模组；51-基座、52-卡爪、53-连杆机构、54-涨紧电机、55-称重传感器。
具体实施方式
16.如图1所示，一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，包括有车架1、存储架2、激光打标机3、机械手运动平台4、机械手5、碳纤维满卷6和碳纤维空卷7；所述的车架1用于控制设备的移动，包括水平和转弯运动；所述的存储架2用于放置碳纤维满卷6和碳纤维空卷7；所述的机械手5安装在机械手运动平台4上，机械手5用于抓取碳纤维生产线上的碳纤维满卷6，并对取下的碳纤维满卷6进行称重测量，并将测量数据反馈给激光打标机3，机械手5将碳纤维满卷6放入存储架2，并从存储架2上取下碳纤维空卷7，再放入碳纤维生产线；所述的机械手运动平台4用于实现机械手5在三个方向的水平运动和垂直方向的旋转运动，使机械手5能运动至指定位置；所述的激光打标机3用于对取下的碳纤维满卷6进行激光打标，并记录所取下的碳纤维满卷的重量、生产时间信息。
17.如图2所示，所述的车架1包括有机架11、电池动力组12、主动差速轮13、从动辅助轮14和存储架旋转器15，所述的机架11是整个设备的框架，用于设备电气元件等的安装固定；所述的电池动力组12安装于机架11的底部，为整个设备提供电力，驱动设备进行运转；所述的主动差速轮13有两个，位于机架11底部两侧，主动差速轮13由电机驱动，通过调节两个主动差速轮13的运动速度差，实现机架11的水平移动和转弯运动；所述的从动辅助轮14安装在机架11的底部两端，所述的从动辅助轮14用于设备的辅助支撑，可随主动差速轮13进行万向运动；所述的存储架旋转器15位于机架11底部两侧，所述的存储架2分别安装在存储架旋转器15上，存储架旋转器15带动存储架2进行绕轴旋转。存储架旋转器15通过电机带动旋转。
18.如图3所示，所述的存储架2包括有支撑底座21；在支撑底座21上固定有支撑立柱22，在支撑立柱22上从上到下依次固定有多个支撑横杆23，支撑立柱22位于支撑横杆23的中部位置，所述的支撑底座21安装于所述的存储架旋转器15上，由存储架旋转器15驱动支撑架底座21和支撑立柱22绕自身轴线进行旋转；支撑横杆23的两端分别用于存储碳纤维满卷6和碳纤维空卷7。
19.所述的激光打标机3安装在车架1的顶部，机械手5将碳纤维满卷6从碳纤维生产线上取下后进行称重，并将重量、生产时间信息反馈给激光打标机3，激光打标机将附有信息的标识打印至碳纤维满卷6内壁。
20.如图4所示，所述的机械手运动平台4包括有前后运动模组41、左右运动模组42、上下运动模组43和旋转运动模组44，所述的前后运动模组41、左右运动模组42和上下运动模组43实现机械手5在三个方向的平移运动，通过多个方向运动的配合，使机械手5完成所需的运动；旋转运动模组44实现机械手沿垂直方向的绕轴旋转。
21.所述的前后运动模组41安装在所述机架11的顶部左右端，所述的左右运动模组42安装在前后运动模组之间，左右运动模组42的两端滑动安装在前后运动模组41上，前后运动模组41带动左右运动模组42前后移动，所述上下运动模组43的顶端滑动安装在左右运动模组42的下侧面，左右运动模组42带动上下运动模组43左右移动，所述的旋转运动模组44
滑动安装在上下运动模组43前侧面，上下运动模组43带动旋转运动模组44上下移动，所述的机械手5安装在旋转运动模组44上，可以通过螺栓将基座固定在旋转运动模组上。以上所述的滑动安装均是采用滑块滑轨的方式实现的。前后运动模组是通过气缸带动发生位移的、左右运动模组和上下运动模组是通过电机带动丝杆组件发生位移的，旋转运动模组通过电机旋转带动发生旋转的。
22.如图5、6所示，所述的机械手5包括有基座51、卡爪52、连杆机构53、涨紧电机54和称重传感器55；所述的基座51与所述的旋转运动模组44连接，所述的涨紧电机54安装在基座51上，称重传感器55安装于基座51与涨紧电机54之间；所述的卡爪52通过连杆机构53与涨紧电机54连接，通过连杆机构53将涨紧电机54的拉伸运动转换为卡爪52的开合运动；称重传感器55测量机械手取下的碳纤维满卷6的重量。
23.在所述的卡爪52上设有外侧卡槽和内侧卡槽，卡爪的外侧卡槽伸入碳纤维满卷内壁，卡爪外张，卡住碳纤维满卷内壁，抓取碳纤维满卷；卡爪的内侧卡槽张口后，箍紧碳纤维空卷外侧，抓取碳纤维空卷。
24.当碳纤维生产线上收丝机满卷时，由整体控制系统将满卷信号发送给本发明设备；设备通过车架1底部的主动差速轮13运动至满卷收丝机位置；利用机械手将碳纤维满卷从收丝机上取下进行称重，并将重量等信息反馈给激光打标机3；机械手5将碳纤维满卷6移动至激光打标机3位置，由激光打标机3在碳纤维满卷内壁进行标识；完成标识后，机械手5将碳纤维满卷放置在存储架2上，用于暂存；机械手5再从存储架2上取下碳纤维空卷，将碳纤维空卷7安装至收丝机上。

技术特征：
1.一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：包括有车架、存储架、激光打标机、机械手运动平台、机械手、碳纤维满卷和碳纤维空卷；所述的车架用于控制设备的移动，包括水平和转弯运动；所述的存储架用于放置碳纤维满卷和碳纤维空卷；所述的机械手安装在机械手运动平台上，机械手用于抓取碳纤维生产线上的碳纤维满卷，并对取下的碳纤维满卷进行称重测量，并将测量数据反馈给激光打标机，机械手将碳纤维满卷放入存储架，并从存储架上取下碳纤维空卷，再放入碳纤维生产线；所述的机械手运动平台用于实现机械手在三个方向的水平运动和垂直方向的旋转运动；所述的激光打标机用于对取下的碳纤维满卷进行激光打标，并记录所取下的碳纤维满卷的重量、生产时间信息。2.根据权利要求1所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的车架包括有机架、电池动力组、主动差速轮、从动辅助轮和存储架旋转器，所述的电池动力组安装于机架的底部；所述的主动差速轮有两个，位于机架底部两侧，主动差速轮由电机驱动，通过调节两个主动差速轮的运动速度差，实现机架的水平移动和转弯运动；所述的从动辅助轮安装在机架的底部两端，随主动差速轮进行万向运动；所述的存储架旋转器位于机架底部两侧，所述的存储架分别安装在存储架旋转器上，存储架旋转器带动存储架进行绕轴旋转。3.根据权利要求2所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的存储架包括有支撑底座；在支撑底座上固定有支撑立柱，在支撑立柱上从上到下依次固定有多个支撑横杆，支撑立柱位于支撑横杆的中部位置，所述的支撑底座安装于所述的存储架旋转器上，由存储架旋转器驱动支撑架底座和支撑立柱绕自身轴线进行旋转；支撑横杆的两端分别用于存储碳纤维满卷和碳纤维空卷。4.根据权利要求3所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的激光打标机安装在车架的顶部，机械手将碳纤维满卷从碳纤维生产线上取下后进行称重，并将重量、生产时间信息反馈给激光打标机，激光打标机将附有信息的标识打印至碳纤维满卷内壁。5.根据权利要求4所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的机械手运动平台包括有前后运动模组、左右运动模组、上下运动模组和旋转运动模组，所述的前后运动模组、左右运动模组和上下运动模组实现机械手在三个方向的平移运动；旋转运动模组实现机械手沿垂直方向的绕轴旋转。6.根据权利要求5所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的前后运动模组安装在所述机架的顶部左右端，所述的左右运动模组安装在前后运动模组之间，左右运动模组的两端滑动安装在前后运动模组上，前后运动模组带动左右运动模组前后移动，所述上下运动模组的顶端滑动安装在左右运动模组的下侧面，左右运动模组带动上下运动模组左右移动，所述的旋转运动模组滑动安装在上下运动模组前侧面，上下运动模组带动旋转运动模组上下移动，所述的机械手安装在旋转运动模组上。7.根据权利要求6所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：所述的机械手包括有基座、卡爪、连杆机构、涨紧电机和称重传感器；所述的基座与所述的旋转运动模组连接，所述的涨紧电机安装在基座上，称重传感器安装于基座与涨紧电机之间；所述的卡爪通过连杆机构与涨紧电机连接，通过连杆机构将涨紧电机的拉伸运动转换为卡爪的开合运动；称重传感器测量机械手取下的碳纤维满卷的重量。
8.根据权利要求7所述的一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，其特征在于：在所述的卡爪上设有外侧卡槽和内侧卡槽，卡爪的外侧卡槽伸入碳纤维满卷内壁，卡爪外张，卡住碳纤维满卷内壁，抓取碳纤维满卷；卡爪的内侧卡槽张口后，箍紧碳纤维空卷外侧，抓取碳纤维空卷。

技术总结
本发明公开了一种用于碳纤维生产线自动换卷的设备，包括车架、存储架、激光打标机、机械手运动平台、机械手、碳纤维满卷和碳纤维空卷组成。机械手从碳纤维生产线上将碳纤维满卷取下、称重测量，并将重量、生产时间、生产批次等信息反馈给激光打标机，由激光打标机将含有此信息的标识打印在碳纤维满卷内壁；打标后，机械手将碳纤维满卷暂存于存储架上，并从存储架上取下碳纤维空卷，装入碳纤维生产线，继续收卷。本发明实现碳纤维生产线的自动换卷，实现了碳纤维满卷在生产线上的自动称重检测、标识及存储，实现了产品的数字化管控。本发明摒弃了人工的重复、繁琐作业，由机器作业替代人工作业，有效节省了人力成本，提高了生产线的工作效率。工作效率。工作效率。


技术研发人员：孙兴祥 罗海良
受保护的技术使用者：绍兴宝旌复合材料有限公司 绍兴宝旌复合材料技术研发有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/16