本發(fā)明涉及一種風電葉片真空灌注制造中纖維布的自動鋪層設備，屬于風電葉片自動制造領域。

背景技術：

目前，在風電葉片真空灌注的制造過程中，玻璃纖維的鋪層還處于自動化程度極低的手工鋪層，主流的手工鋪層方法是行車吊裝纖維布卷，在葉片模具上方縱向移動鋪放，鋪放過程中由人工對鋪放在葉片模具內的纖維布進行調整鋪平，對于鋪放在葉片模具邊緣多余的纖維布進行手工裁剪。這種方法不僅生產效率低下，而且生產的葉片質量不可控。因此如何實現(xiàn)纖維布的自動鋪層成為葉片自動制造領域亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種風電葉片真空灌注制造中纖維布的自動鋪層設備，該設備可以實現(xiàn)纖維布的準確、快速、高質量自動鋪層。

本發(fā)明所述的風電葉片制造過程中纖維布自動鋪層設備，包括機械臂、鋪放頭，鋪放頭通過回轉支承安裝在機械臂末端。鋪放頭中安裝用于安裝料輥的支架、纖維布輸出裝置一、纖維布切割裝置、纖維布輸出裝置二、用于壓實纖維布的壓實裝置、粘合劑噴涂裝置、光學定位檢測裝置和三維激光掃描儀，壓實裝置、粘合劑噴涂裝置、光學定位檢測裝置和三維激光掃描儀依次安裝在鋪放頭的底面上。纖維布輸出裝置一和纖維布輸出裝置二均包括上壓輥和下壓輥。纖維布切割裝置安裝在纖維布輸出裝置一、纖維布輸出裝置二之間，并且位于纖維布鋪放面的上方，此鋪放面與安裝纖維布后的纖維布面為同一面。

優(yōu)選的，所述的機械臂通過安裝座安裝在導軌上，安裝座上具有與導軌配合的滑槽，機械臂的安裝座可沿導軌移動。機械臂帶動鋪放頭沿導軌，完成纖維布在葉片模具或上一層纖維布表面上的鋪放。

優(yōu)選的，增設壓緊裝置，壓緊裝置包括連接板和壓緊彈簧，連接板連接兩個纖維布輸出裝置的下壓輥的輥軸，壓緊彈簧的一端固定在連接板上，另外一端固定在鋪放頭上。為了對上壓輥和下壓輥起壓緊作用，還可以采用以下方式：對應每組纖維布輸出裝置上均安裝壓緊彈簧，壓緊彈簧的一端安裝在下壓輥的輥軸上，另外一端固定在鋪放頭上。

優(yōu)選的，所述的纖維布切割裝置由支撐板、切割刀和帶動切割刀移動的位移機構組成。支撐板固定在鋪放頭上，切割刀安裝在位移機構上，位移機構安裝在支撐板上。支撐板可以直接固定在鋪放頭上，也可以為了安裝更加方便，通過固定板固定在鋪放頭上，固定板和支撐板固定連接在一起(或者直接一體成型)。

優(yōu)選的，所述的切割刀采用常規(guī)的超聲波切割刀，其本身的超聲波發(fā)生器啟動后，會將超聲加載到切割的刀具上，使刀具產生超聲波振動，起到切割的效果。它可以根據(jù)計算控制平臺指令對自動鋪層過程中葉片模具輪廓外面多余的纖維布進行實時切割，保證纖維布與葉片模具輪廓的完美貼合，另外當鋪放到指定長度時切割刀用于切斷玻璃纖維布。

為了方便描述，設定纖維布的輸出方向為X軸，Y軸在纖維布鋪放面上垂直X軸，Z軸垂直纖維布鋪放面。

優(yōu)選的，所述的位移機構采用十字導軌，十字導軌包括Y向絲杠直線導軌和Z向絲杠直線導軌，Y向絲杠直線導軌和Z向絲杠直線導軌共用一個滑臺；Y向絲杠直線導軌固定在支撐板上，Z向絲杠直線導軌上安裝切割刀。Y向絲杠直線導軌和Z向絲杠直線導軌采用常規(guī)的絲杠直線導軌，在應用時二者共用一個滑臺，即滑臺同時與Z向絲杠直線導軌中的絲杠螺母以及Y向絲杠直線導軌中的絲杠螺母裝配，實際應用時，將Y向絲杠螺母安裝在滑臺的下部，Z向絲杠螺母安裝在滑臺上部。工作時，Z向絲杠直線導軌由Z向伺服電機控制，啟動Z向伺服電機，由于滑臺位置不變，因此在Z向伺服電機的帶動下，Z向絲杠旋轉，通過Z向絲杠與Z向絲杠螺母的配合，將Z向伺服電機輸出軸的旋轉運動轉換成Z向絲杠直線導軌的直線運動，Z向絲杠直線導軌運動到指定切割高度后，啟動Y向伺服電機，Y向絲杠旋轉，將Y向伺服電機輸出軸的旋轉運動轉換成滑臺的直線運動，滑臺帶動Z向絲杠直線導軌完成對纖維布的切割動作。此位移機構還可以通過氣缸裝置實現(xiàn)，氣缸裝置包括Y向氣缸、氣缸固定板和Z向氣缸，氣缸固定板安裝在Y向氣缸的活塞桿末端，Z向氣缸固定安裝在氣缸固定板上，Y向氣缸固定在支撐板上，Z向氣缸上安裝切割刀。切割刀隨Z向氣缸的運動完成Z向上下移動，當切割刀到達指定切割高度后，Z向氣缸帶著切割刀隨Y向氣缸的運動完成Y向移動，最終完成對纖維布的切割動作。

優(yōu)選的，所述的粘合劑噴涂裝置由粘合劑噴頭和粘合劑儲料箱組成，粘合劑儲料箱中存儲粘合劑，粘合劑噴頭安裝在粘合劑儲料箱上，當需要將纖維布固定粘合到葉片模具或者上一層纖維布時，粘合劑噴頭噴涂粘合劑。

優(yōu)選的，所述的壓實裝置包括壓輥和能夠帶動壓輥發(fā)生上下位移的驅動裝置一。驅動裝置一采用第一氣缸，第一氣缸帶動壓輥實現(xiàn)對纖維布的壓實和結束壓實動作后的抬起。

優(yōu)選的，增設平整機構，平整機構安裝在鋪放頭底面上，并且在壓實裝置之后。平整機構包括平整刷和能夠帶動平整刷發(fā)生上下位移的驅動裝置二。驅動裝置二采用第二氣缸，第二氣缸帶動平整刷實現(xiàn)對纖維布的平整壓實和結束平整壓實動作后的抬起。

優(yōu)選的，所述的平整機構的平整刷由一對呈八字形排列的刷子組成。呈八字型排列的一對刷子相較于一字型排列的刷子能更好起到平整壓實鋪放在葉片模具內纖維布的作用。

優(yōu)選的，所述的三維激光掃描儀，運用三維激光掃描儀獲取鋪放頭與葉片模具間的距離、葉片模具邊緣參數(shù)和葉片模具輪廓曲面參數(shù)。其巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)，這樣可以高效地對葉片模具三維建模和虛擬重現(xiàn)。

優(yōu)選的，所述的光學定位檢測裝置為一臺工業(yè)攝像機，運用機器視覺技術，對鋪放的纖維布進行拍攝，利用拍攝的纖維布圖像邊緣灰度的變化判斷纖維布邊緣位置，從而對纖維布之間的搭接間隙進行調整，確保搭接處不出現(xiàn)空隙。

優(yōu)選的，所述的纖維布輸出裝置一和纖維布輸出裝置二中的上壓輥為主動輥，由驅動裝置帶動其旋轉，下壓輥為從動輥，其與上壓輥通過傳動機構連接，配合上壓輥完成纖維布的輸送。驅動裝置優(yōu)選無極調速電機。無極調速電機的轉速與機械臂的移動速度相匹配，以保證纖維布的出料速度和鋪放速度相同，并且纖維布輸出裝置通過無極調速電機調整纖維布的適當張力以供切割裝置工作。

優(yōu)選的，所述的纖維布輸出裝置的上壓輥、下壓輥和壓實裝置的壓輥的材料可選用橡膠，降低了纖維布磨損率，減小了對纖維布的沖擊性，可以極大限度的對鋪放的纖維布起到保護作用。

優(yōu)選的，所述的控制中心可以對回轉支承、鋪放頭、三維激光掃描儀、光學定位檢測裝置、粘合劑噴涂裝置、切割刀、第一氣缸、第二氣缸、無極調速電機、Y向伺服電機、Z向伺服電機、機械臂、導軌、Y向氣缸、Z向氣缸進行控制。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比所具有的有益效果是：

本發(fā)明所述的一種風電葉片真空灌注制造中纖維布的自動鋪層裝置，能夠極大地提高鋪層質量，增強葉片制造的可靠性，自動鋪層裝置各個功能的實現(xiàn)完全自動化，可以極大提高風電葉片的生產效率，同時顯著地降低人工成本。

附圖說明

圖1為鋪放頭結構示意圖；

圖2為鋪層裝置整體結構示意圖；

圖3為鋪放頭功能結構示意圖；

圖4為纖維布切割裝置的結構示意圖之一；

圖5為纖維布切割裝置的結構示意圖之二。

圖中：1、回轉支承；2、鋪放頭；3、上壓輥；4、纖維布切割裝置；5、料輥；6、支架；7、下壓輥；8、連接板；9、壓緊彈簧；10、三維激光掃描儀；11、光學定位檢測裝置；12、粘合劑噴頭；13、粘合劑儲料箱；14、壓輥；15、第一氣缸；16、平整刷；17、第二氣缸；18、纖維布；19、Y向絲杠直線導軌；20、固定板；21、Z向絲杠直線導軌；22、支撐板；23、無極調速電機；24、Y向伺服電機；25、滑臺；26、超聲波發(fā)生器；27、切割刀；28、Z向伺服電機；29、機械臂；30、導軌；31、Y向氣缸；32、氣缸固定板；33、Z向氣缸。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述：

如圖1～3所示，本發(fā)明所述的風電葉片制造過程中纖維布自動鋪層設備包括機械臂29、鋪放頭2，鋪放頭2通過回轉支承1安裝在機械臂29末端。鋪放頭2中安裝用于安裝料輥5的支架6、纖維布輸出裝置一、纖維布切割裝置4、纖維布輸出裝置二、用于壓實纖維布的壓實裝置、粘合劑噴涂裝置、光學定位檢測裝置11和三維激光掃描儀10，壓實裝置、粘合劑噴涂裝置、光學定位檢測裝置11和三維激光掃描儀10依次安裝在鋪放頭的底面上。纖維布輸出裝置一和纖維布輸出裝置二均包括上壓輥3和下壓輥7，此結構為常規(guī)結構，工作時，每組輸出裝置中的上壓輥3、下壓輥7的轉向相反，當纖維布經過上壓輥3、下壓輥7之間時，會在上壓輥3、下壓輥7的相對擠壓作用下發(fā)生移動，從而實現(xiàn)纖維布的輸送。纖維布切割裝置4安裝在纖維布輸出裝置一、纖維布輸出裝置二之間，并且位于纖維布鋪放面的上方，此鋪放面與安裝纖維布18后的纖維布面為同一面。

本實施例中：

機械臂29通過安裝座安裝在導軌上，安裝座上具有與導軌30配合的滑槽，機械臂29的安裝座可沿導軌30移動。機械臂29帶動鋪放頭2沿導軌30移動，完成纖維布在葉片模具或上一層纖維布表面上的鋪放。

增設壓緊裝置，壓緊裝置包括連接板8和壓緊彈簧9，連接板8連接兩個纖維布輸出裝置的下壓輥7的輥軸，壓緊彈簧9的一端固定在連接板8上，另外一端固定在鋪放頭2上。采用另外一種方式也可以對上壓輥3和下壓輥7起壓緊作用，即對應每組纖維布輸出裝置上均安裝壓緊彈簧9，壓緊彈簧9的一端安裝在該組纖維布輸出裝置的下壓輥7的輥軸上，另外一端固定在鋪放頭2上。

纖維布切割裝置由支撐板22、切割刀27和帶動切割刀移動的位移機構組成，為了方便描述，設定纖維布的輸出方向為X軸，Y軸在纖維布鋪放面上垂直X軸，Z軸垂直纖維布鋪放面。所述位移機構的具體實現(xiàn)形式有多種，本發(fā)明采用以下兩種方案：

方案一：

上述位移機構采用十字導軌，即纖維布切割裝置由支撐板22、切割刀27和十字導軌組成，支撐板22通過固定板20與鋪放頭2固定連接，如圖4所示，十字導軌包括Y向絲杠直線導軌19和Z向絲杠直線導軌21，Y向絲杠直線導軌19和Z向絲杠直線導軌21共用一個滑臺25，Y向絲杠直線導軌19固定在支撐板22上，Z向絲杠直線導軌上安裝切割刀27。Y向絲杠直線導軌19和Z向絲杠直線導軌21采用常規(guī)的絲杠直線導軌，在應用時二者共用一個滑臺25，即滑臺25同時與Z向絲杠直線導軌21中的絲杠螺母以及Y向絲杠直線導軌19中的絲杠螺母裝配，實際應用時，將Y向絲杠螺母安裝在滑臺25的下部，Z向絲杠螺母安裝在滑臺25上部。工作時，Z向絲杠直線導軌21由Z向伺服電機28控制，啟動Z向伺服電機28，由于滑臺25位置不變，因此在Z向伺服電機28的帶動下，Z向絲杠旋轉，通過Z向絲杠與Z向絲杠螺母的配合，將Z向伺服電機28輸出軸的旋轉運動轉換成Z向絲杠直線導軌21的直線運動，Z向絲杠直線導軌21運動到指定切割高度后，啟動Y向伺服電機24，Y向絲杠旋轉，將Y向伺服電機24輸出軸的旋轉運動轉換成滑臺25的直線運動，滑臺25帶動Z向絲杠直線導軌21完成對纖維布的切割動作。

方案二：

上述位移機構采用氣缸裝置，即纖維布切割裝置由支撐板22、切割刀27和氣缸裝置組成，支撐板22通過固定板20與鋪放頭2固定連接，如圖5所示，氣缸裝置包括Y向氣缸31、氣缸固定板32和Z向氣缸33，氣缸固定板32安裝在Y向氣缸31的活塞桿末端，Z向氣缸33固定安裝在氣缸固定板32上，Y向氣缸31固定在支撐板22上，Z向氣缸33上安裝切割刀27。切割刀27隨Z向氣缸33的運動完成Z向上下移動，當切割刀27到達指定切割高度后，Z向氣缸33帶著切割刀27隨Y向氣缸31的運動完成Y向移動，最終完成對纖維布的切割。切割刀27優(yōu)選常規(guī)的超聲波切割刀，其本身的超聲波發(fā)生器26啟動后，會將超聲加載到切割的刀具上，使刀具產生超聲波振動，起到切割的效果。它可以根據(jù)計算控制平臺指令對自動鋪層過程中葉片模具輪廓外面多余的纖維布進行實時切割，保證纖維布與葉片模具輪廓的完美貼合，另外當鋪放到指定長度時切割刀用于切斷玻璃纖維布。

粘合劑噴涂裝置由粘合劑噴頭12和粘合劑儲料箱13組成，粘合劑儲料箱13中存儲粘合劑，粘合劑噴頭12安裝在粘合劑儲料箱13上，當控制中心發(fā)出噴涂信號時，粘合劑儲料箱13通過粘合劑噴頭12向葉片模具或上一層纖維布上噴涂粘合劑。

壓實裝置包括壓輥14和能夠帶動壓輥14發(fā)生上下位移的驅動裝置一。驅動裝置一可采用第一氣缸15，第一氣缸15帶動壓輥14實現(xiàn)對纖維布的壓實和結束壓實動作后的抬起。

增設平整機構，平整機構安裝在鋪放頭2底面上，并且在壓實裝置之后。平整機構包括平整刷16和能夠帶動平整刷16發(fā)生上下位移的驅動裝置二。驅動裝置二可采用第二氣缸17，第二氣缸17帶動平整刷16實現(xiàn)對纖維布的平整壓實和結束平整壓實動作后的抬起。本實施例中，平整刷16由一對呈八字形排列的刷子組成。呈八字型排列的一對刷子相較于一字型排列的刷子能更好起到平整壓實鋪放在葉片模具內纖維布的作用。

三維激光掃描儀，運用三維激光掃描儀10獲取鋪放頭與葉片模具間的距離、葉片模具邊緣參數(shù)和葉片模具輪廓曲面參數(shù)。通過掃描獲得數(shù)據(jù)，然后反饋給控制中心，控制中心通過計算控制各部進行纖維布的鋪放。其巨大優(yōu)勢就在于可以快速掃描被測物體，不需反射棱鏡即可直接獲得高精度的掃描點云數(shù)據(jù)，這樣可以高效地對葉片模具三維建模和虛擬重現(xiàn)。

光學定位檢測裝置11為一臺工業(yè)攝像機，運用機器視覺技術，對鋪放的纖維布18進行拍攝，利用拍攝的纖維布圖像邊緣灰度的變化判斷纖維布18邊緣位置，從而對纖維布18之間的搭接間隙進行調整，確保搭接處不出現(xiàn)空隙。

纖維布輸出裝置一和纖維布輸出裝置二中的上壓輥3為主動輥，由驅動裝置帶動其旋轉，下壓輥7為從動輥，其與上壓輥3通過傳動機構連接，配合上壓輥3完成纖維布的輸送。驅動裝置優(yōu)選無極調速電機23。無極調速電機23的轉速與機械臂29的移動速度相匹配，以保證纖維布的出料速度和鋪放速度相同，并且纖維布輸出裝置通過無極調速電機23調整纖維布的適當張力以供切割裝置工作。

纖維布輸出裝置的上壓輥3、下壓輥7和壓實裝置的壓輥14的材料可選用橡膠，降低了纖維布磨損率，減小了對纖維布的沖擊性，可以極大限度的對鋪放的纖維布起到保護作用。

本發(fā)明的工作原理及具體工作步驟作如下描述：

步驟一：給控制計算平臺輸入風電葉片模具的三維模型、鋪層層數(shù)以及纖維布的寬度。

步驟二：控制計算平臺根據(jù)步驟一所輸入的數(shù)據(jù)計算出自動鋪層的初始路徑。

步驟三：將安裝玻璃纖維布的料輥5安裝在支架6上，將纖維布的一端穿過兩纖維布輸出裝置的上壓輥3和下壓輥7之間。

步驟四：啟動自動鋪層程序，機械臂29帶動鋪放頭2移動至初始路徑的起點。

步驟五：三維激光掃描儀10測量距離，反饋給計算控制平臺，計算控制平臺通過控制機械臂29各關節(jié)和鋪放頭2，使鋪放頭2懸停在葉片模具上方合適高度。

步驟六：通過粘合劑儲料箱13的粘合劑噴頭12往葉片模具表面或上一層纖維布表面噴涂粘合劑。

步驟七：無極調速電機23帶動纖維布輸出裝置的上壓輥3轉動拉出合適長度的纖維布。

步驟八：第一氣缸15的活塞桿伸出帶動壓輥14下降，將拉出的纖維布壓在噴有粘合劑的葉片模具表面。

步驟九：機械臂29沿導軌30移動，移動速度與纖維布輸出裝置輸出纖維布的速度相同。

步驟十：經過纖維布輸出裝置輸出的纖維布鋪放在葉片模具或者上一層纖維布表面后，第一氣缸15帶動壓輥14抬起，同時第二氣缸17帶動呈八字形排列的一對平整刷16立即下降，以合適的壓力對纖維布進行平整壓實。

步驟十一：機械臂29帶動鋪放頭2移動時，三維激光掃描儀10實時將檢測到的其下方葉片模具的三維曲面?zhèn)魉偷接嬎憧刂破脚_，計算控制平臺同步控制鋪放頭2和回轉支承1調整姿態(tài)適應貼合下方的葉片模具曲面輪廓，避免碰撞葉片模具。

步驟十二：當鋪層過程中三維激光掃描儀10檢測到其下方是葉片模具的邊緣時，Z向伺服電機28啟動，使Z向絲杠直線導軌21下降，固連在Z向絲杠直線導軌下端的超聲波切割刀接觸到纖維布時，Z向伺服電機28停止轉動，Z向絲杠直線導軌21停止下降，同時超聲波發(fā)生器26啟動，超聲波切割刀完成切割準備，與此同時根據(jù)三維激光掃描儀10測得的葉片模具邊緣參數(shù)，由Y向伺服電機24通過滑臺25帶動Z向絲杠直線導軌21沿Y向移動，即在纖維布上橫向移動，此時Z向絲杠直線導軌21下方固定連接的超聲波切割刀在導軌的帶動下實現(xiàn)實時隨形切除鋪到葉片模具外面的多余纖維布的動作。

步驟十三：每鋪放一定長度后，粘合劑噴頭12噴涂粘合劑固定纖維布。

步驟十四：根據(jù)先前輸入控制計算平臺的葉片模具三維模型，基于葉片根部至葉尖厚度逐漸減小的特性，自動計算每層纖維布的鋪放長度，到達預定長度后，纖維布切割裝置4切斷纖維布。

步驟十五：完成一次鋪放后，根據(jù)計算出的鋪設軌跡，機械臂29帶動鋪放頭2返回，并移動至下一個鋪放初始點。

步驟十六：重復步驟五到十五，并由光學定位檢測裝置11檢測相鄰纖維布之間的相對位置，反饋至控制計算平臺，對鋪放頭2位置進行微調，確保搭接處不出現(xiàn)空隙。