[发明专利]一种Z‑PIN插针控制系统及插补方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料Z-PIN增强技术领域，尤其涉及一种用于在生产Z-PIN增强复合材料中进行Z-PIN预植入的Z-PIN插针控制系统及插补方法。

背景技术

近年来，先进复合材料凭借其优异的力学性能、结构高度可设计性等突出优点，广泛的应用于各种军用、民用领域。

层合板作为纤维增强复合材料的基本结构形式，面内机械性能优越，但是层合结构形式使得它层间强度及层间的断裂韧性较弱，在低能量冲击下容易产生分层，这一点严重限制其在工程上的应用。目前，有一种提高层间性能的方法为Z-PIN增强技术，如图1所示，即将针状细杆Z-PIN植入到未固化的层合构件形成三维增强，从而提高其层间抗破坏能力。

当前国内先进复合材料的发展，特别是Z-PIN增强复合材料还停留在实验室测试研究阶段，对Z-PIN生产设备的研究较少，也缺乏相应的生产设备，基本上手工预植入Z-PIN的占主流。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种Z-PIN插针控制系统及插补方法，以便能够有效提高插针效率，节省金钱及人力成本。

为了实现上述目的，本发明的一方面提出了一种Z-PIN插针控制系统，包括中心控制单元，所述中心控制单元分别与RS232接口单元、第一电机控制单元、第二电机控制单元、第三电机控制单元以及第四电机控制单元相连接，所述Z-PIN插针控制系统还包括电源单元，所述电源单元为所述中心控制单元、RS232接口单元、第一电机控制单元、第二电机控制单元、第三电机控制单元以及第四电机控制单元供电；其中所述第一电机控制单元用于控制第一电机，使得插针能沿X轴移动，第二电机控制单元用于控制第二电机，使得插针能沿Y轴移动，第三电机控制单元用于控制第三电机，使得插针能沿Z轴移动，第四电机控制单元用于控制第四电机，使得插针能绕Z轴做旋转运动；所述第一电机控制单元、第二电机控制单元、第三电机控制单元以及第四电机控制单元的结构相同，均包括电机A相和B相反馈脉冲单元、电机使能与中断控制单元、原点与接近信号反馈单元以及电机动作控制单元。

优选的是，所述中心控制单元采用型号为TCA-4CE6-22的FPGA最小系统开发板。

优选的是，所述电机A相和B相反馈脉冲单元的电路结构如下，第一连接端(PA_neg)以及第二连接端(PA_pos)用于外接电机驱动器，所述第一连接端(PA_neg)以及第二连接端(PA_pos)分别连接至第一MAX485接口芯片(U2)的7引脚以及6引脚，所述第一MAX485接口芯片(U2)的2～5引脚均接地，所述第一MAX485接口芯片(U2)的8引脚接VCC_5V电压，其1引脚接至型号为HCPL2630的第一光电耦合器(ISO1)的2引脚，所述第一光电耦合器(ISO1)的1引脚经第六电阻(R6)接VCC_5V电压，所述第一光电耦合器(ISO1)的5引脚接第一地，其8引脚接VCC_5V电压，该8引脚还经第九电容(C9)接第一地，所述第一光电耦合器(ISO1)的7引脚接至型号为74LS14的六路施密特触发反向器(U7)的5引脚，所述第一光电耦合器(ISO1)的7引脚还经第五电阻(R5)接VCC_5V电压；所述六路施密特触发反向器(U7)的14引脚接VCC_5V电压，其7引脚接第一地，所述六路施密特触发反向器(U7)的6引脚连接至中心控制单元(1)，所述六路施密特触发反向器(U7)的6引脚向中心控制单元(1)传输的是电机A相反馈脉冲信号；第三连接端(PB_neg)以及第四连接端(PB_pos)用于外接电机驱动器，所述第三连接端(PB_neg)以及第四连接端(PB_pos)分别连接至第二MAX485接口芯片(U3)的7引脚以及6引脚，所述第二MAX485接口芯片(U3)的2～5引脚均接地，所述第二MAX485接口芯片(U3)的8引脚接VCC_5V电压，其1引脚接至第一光电耦合器(ISO1)的3引脚，所述第一光电耦合器(ISO1)的4引脚经第七电阻(R7)接VCC_5V电压，所述第一光电耦合器(ISO1)的6引脚接至所述六路施密特触发反向器(U7)的9引脚，所述第一光电耦合器(ISO1)的6引脚还经第八电阻(R8)接VCC_5V电压；所述六路施密特触发反向器(U7)的8引脚连接至中心控制单元(1)，所述六路施密特触发反向器(U7)的8引脚向中心控制单元(1)传输的是电机B相反馈脉冲信号；在所述电机A相和B相反馈脉冲单元中，VCC_5V电压还经并联的第十电容(C10)以及第十一电容(C11)接地。