專利名稱：保溫材料自動化制作設備及制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備及制作方法。 根據鋪設電熱絲的基底的形狀、電熱絲的鋪設密度，可實現電熱絲的自動鋪設, 從而快速制作出具有保溫性的片狀材料，可廣泛應用于鞋墊、手套、服裝等需 保溫的物品的制作。
背景技術：
在以往的用電給服裝等織物加熱的設計中，織物的溫度分布都是平均的， 沒有重點部位加熱的方案，這就造成用電量增大，較為耗能，因此，按照其設
計制作出的產品在嚴寒中(零下10°C至零下45°C)手和腳趾仍會被凍得僵硬甚 至是被凍傷，無法保持此條件下長時間在室外準確、靈活的操作或執(zhí)勤；如果 給服裝所用織物加熱的電熱絲的分布不均勻，其制作過程基本上均為手工，效 率低、成本高；由于固態(tài)的電熱絲有一定的彈性，因此，在把其固定于基底的 過程中，比較麻煩且不可靠。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠自動化地制作利用電熱絲加熱的保溫材料 的制作設備及制作方法，在制作保溫材料時，可根據使用保溫材料場合的溫度 分布情況、形狀及尺寸，實現自動地鋪設電熱絲。這種保溫材料可在寒冷或潮 濕環(huán)境下，保持一定的溫度，可安全、可靠地應用于鞋墊、手套、衣物等寒冷 或潮濕環(huán)境下使用的物品。
本發(fā)明是運用如下技術方案來實現發(fā)明目的的
利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，由機架、夾具、送絲機構、 吐膠機構、行走機構、卷絲機構、膠體固化裝置和計算機構成；夾具安裝于機 架的基座上，行走機構安裝于機架上且位于夾具的上方；送絲機構、吐膠機構、
卷絲機構和膠體固化裝置設置在行走機構上；
一一送絲機構，由供料滾輪、主動輪、電機、從動輪構成，電熱絲纏繞在 供料滾輪上，從主動輪和從動輪之間的縫隙穿過，電機帶動主動輪依靠摩擦力
送絲，電機由計算機控制實現絲材的勻速輸送；
一一吐膠機構，由調壓閥、氣泵、電磁閥、氣壓閥和膠桶組成；計算機通 過電磁閥控制氣壓閥的開啟與閉合，調壓閥調節(jié)氣泵輸出的給氣壓閥提供的氣 壓，膠桶與出膠管相連，調節(jié)后的氣壓由氣壓閥的開啟進入出膠管以控制膠體 的輸出；
一一巻絲機構，由進料彎管、微型電機、卷絲輪、安裝盒65構成。卷絲輪 上設有斜螺牙，進料彎管與斜螺牙銜接；電熱絲進入彎管之后進入卷絲輪的斜 螺牙中，最后從安裝盒下部的孔中出來，鋪設到基底il上；微型電機可以帶動 卷絲輪做一定角度的旋轉運動并可回復到原位；
一一膠體固化裝置，由紫外光源、快門、組合棱鏡、光闌、耦合透鏡和傳 光光纖構成，紫外光源發(fā)出的紫外光通過組合棱鏡和光鬧后，由耦合透鏡耦合 入傳光光纖中，快門對紫外光的開啟和閉合由計算機進行控制，光闌的開孔大 小由計算機進行控制；
一一行走機構，由x軸架、Y軸架和z軸架構成；x軸架安裝在機架上，位 于夾具的側部；Y軸架的一端通過x軸滑塊安裝在x軸架上，通過x軸電機驅動
X軸滑塊帶動Y軸架沿X軸水平移動；Y軸架位于夾具的上方；Z軸架通過Y軸
滑塊安裝在Y軸架上，通過Y軸電機驅動Y軸滑塊帶動Z軸架沿Y軸移動；Z軸 電機驅動Z軸滑塊帶動出膠管、光纖和卷絲機構上下移動；
一一計算機按照設定程序分別控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機以及送絲 機構電機、吐膠機構電磁閩、膠體固化裝置和巻絲機構電機協調工作。
利用電熱絲加熱的保溫材料的自動化制作方法，其步驟如下
1) 根據應用保溫材料場合的溫度分布情況、形狀及尺寸，在控制系統(tǒng)中設 置各成型工藝參數。
2) 控制系統(tǒng)控制多維機械裝置按照設置的成型工藝參數在基材上鋪設電熱絲。
3) 電熱絲在鋪設過程中，同時用膠或其他方式使其固定于基材上。
4) 隨后在基材和電熱絲之上再鋪設輔助性材料，以作為電熱絲的保護層。 本發(fā)明實現了保溫性片材(如織物)的制作過程的自動化，可根據應用保
溫性片材的物品(如手套、鞋墊等)的形狀、溫度分布要求情況，通過自動控 制系統(tǒng)設置電熱絲的鋪設密度、鋪設位置等參數，以實現保溫性片材的自動化 制作。


圖l、是本發(fā)明利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備結構示意圖； 圖2、是本發(fā)明利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備自控系統(tǒng)框圖； 圖3、是送絲機構的結構示意圖； 圖4、是膠體固化裝置的結構示意圖； 圖5、是吐膠機構的結構框圖； 圖6、是卷絲機構的結構示意圖
圖7、是用本發(fā)明方法制作鞋墊的示意圖； 圖8、是用本發(fā)明方法制作手套的示意圖。
圖中計算機l，送絲機構2，吐膠機構3，膠體固化裝置4， Z軸電機5， Y向 電機6， X向電機7，光纖8，膠體9，絲材IO,基底ll,吐膠管12，夾具13, 基座14, X軸滑塊15， Y軸滑塊16, Z軸滑塊n, X軸電機驅動器18， Y軸電 機驅動器19, Z軸電機驅動器20，供料滾輪21、主動輪22、電機23、從動輪 24,調壓閥30,氣泵31，電磁閥32,氣壓閥33,膠桶34，紫外光源41，快門 42,耦合透鏡43,光闌44,組合棱鏡45，機架51， X軸架52， Y軸架53, Z軸 架54，巻絲機構60，進料彎管61，微型電機62,卷絲輪63，斜螺牙64,基底 70,電熱絲71，基底72，電熱絲73。
具體實施例方式
實施例1、利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，如圖l所示，由機 架51、夾具13、送絲機構2、吐膠機構3、行走機構、卷絲機構60、膠體固化 裝置4和計算機1構成。夾具13安裝于機架51的基座14上，行走機構安裝于 機架51上且位于夾具13的上方。利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備 結構示意圖見附圖l,其控制框圖見附圖2。
圖1中的送絲機構2，由供料滾輪21、主動輪22、電機23、從動輪24構 成，電熱絲纏繞在供料滾輪上，從主動輪和從動輪之間的縫隙穿過，電機帶動 主動輪依靠摩擦力送絲，電機由計算機控制實現絲材的句速輸送。計算機1根 據設定的絲材鋪設速度，控制電機23驅動主動輪22逆時針旋轉，在從動輪24 的配合下使纏繞在供料滾輪21上的絲材10做勾速進給運動。送絲機構的結構 見附圖3。
圖1中的膠體固化裝置4，由紫外光源41、快門42、組合棱鏡45、光鬧44、 耦合透鏡43和傳光光纖8構成。紫外光源41發(fā)出的紫外光由組合棱鏡45進行 光路轉換，然后經光闌44后，由耦合透鏡43耦合入傳光光纖8中，快門42對 紫外光的開啟和閉合由計算機1進行控制，光闌44的開孔大小由計算機1進行 控制，光闌44的開孔大小決定了耦合入光纖8中的紫外光的能量大小。膠體固
化裝置的結構見附圖4。
圖1中的吐膠機構3由調壓閥30、氣泵31、電磁閥32、氣壓閩33和膠桶 34及其他輔助元器件組成。計算機l通過電磁閥32控制氣壓閥33的開啟與閉 合，調壓閥30調節(jié)氣泵31輸出的給氣壓閥33提供的氣壓，膠桶34與出膠管 12相連，調節(jié)后的氣壓由氣壓閬33的開啟進入出膠管12以控制膠體9的輸出。 吐膠機構的結構見附圖5。
圖1中的卷絲機構60由進料彎管61、微型電機62、卷絲輪63、安裝盒65、 連接件66構成。卷絲輪上設有斜螺牙64,進料彎管與斜螺牙銜接；當電熱絲 IO的鋪設軌跡為直線時，電熱絲10進入彎管61，之后進入卷絲輪63的斜螺牙 64中，最后從安裝盒65下部的孔中出來，鋪設到基底ll上；當電熱絲10鋪設 到基底ll的邊緣時，需要把進料彎管61中的電熱絲IO折彎，此時，計算機l 控制微型電機62做一定角度的旋轉運動(一般情況下，為180度角度旋轉)， 卡在卷絲輪63中的螺牙64間的電熱絲IO被瞬間折彎，之后微型電機62做反 向旋轉運動回復到原位，電熱絲IO沿與被折彎前的方向呈一定角度的方向(一 般為180度的角度)做直線鋪設運動；當電熱絲IO鋪設到基底11的另一方向 邊緣時，需要把進料彎管61中的電熱絲10與上次被折彎的方向相反的方向再 次折彎電熱絲IO，此時，計算機1控制微型電機62做一定角度的旋轉運動(一 般情況下，為180度角度旋轉)，卡在卷絲輪63中的螺牙64間的電熱絲10被
瞬間折彎，之后微型電機62做反向旋轉運動回復到原位，電熱絲10沿與被折 彎前的方向呈一定角度的方向(一般為180度的角度)做直線鋪設運動；如此 周而復始，直至鋪絲工作結東。卷絲機構的結構見附圖6。
圖1中的行走機構由X軸架52、 Y軸架53和Z軸架54構成；X軸架52安 裝在機架51上，位于夾具13的側部；Y軸架53的一端通過X軸滑塊15安裝在 X軸架52上，通過X軸電機7驅動X軸滑塊15帶動Y軸架53沿X軸水平移動； Y軸架53位于夾具13的上方；Z軸架54通過Y軸滑塊16安裝在Y軸架53上， 通過Y軸電機6驅動Y軸滑塊16帶動Z軸架54沿Y軸移動；Z軸電機5驅動Z 軸滑塊17帶動出膠管12、光纖8和巻絲機構上下移動。
計算機1按照設定程序分別控制X軸電機7、 Y軸電機6、 Z軸電機5以及 送絲機構電機23、吐膠機構電磁閥32和膠體固化裝置的光闌44和快門42協調 工作。
利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備的工作過程如下
1) 根據基底13的形狀和保溫材料的功能要求，在計算機1中設定鋪設的 速度和鋪設的密度；開啟膠體固化裝置4，使紫外光源41啟動進行預熱；開啟 膠體吐出機構3的氣泵31，使氣壓達到工作要求；
2) 當紫外光源41進入穩(wěn)定狀態(tài)和氣泵31的氣壓達到工作要求時，計算機 1控制X軸電機7、 Y軸電機6，使Z軸架54運動到鋪設電熱絲的位置的上方， 計算機1再控制Z軸電機5使Z軸滑塊17上的出膠管12、光纖8和巻絲機構 60到達工作起始位置；
3 )計算機1控制送絲機構2的電機23驅動主動輪22逆時針旋轉，在從動 輪24的配合下使纏繞在供料滾輪21上的絲材10做勻速進給運動，絲材10進 入卷絲機構60的進料彎管61中，當電熱絲IO鋪設到基底11的邊緣時，需要
把電熱絲10折彎，此時，計算機1控制微型電機62做一定角度的旋轉運動，
卡在卷絲輪63中的螺牙64間的電熱絲10被瞬間折彎，之后微型電機62做反 向旋轉運動回復到原位，絲材10仍沿鋪設軌跡做直線鋪設運動；之后每當運動 到基底11邊緣需要進行折彎時，卷絲機構就動作一次使電熱絲10瞬間折彎；
4 )當電熱絲10被鋪設到基底11上時，對紫外敏感的膠體(光敏膠)9從 出膠管12中隨即噴到電熱絲10上，光纖8中的紫外光也隨即照射在膠體9上， 并迅速使電熱絲10固化在基底11上；
5)不斷重復3)、 4)兩步驟，直至電熱絲鋪設動作完全完成，之后在鋪設 好的電熱絲層上再覆蓋一層保護層，如此，含有電熱絲的保溫材料就制作完畢。 在使用保溫材料時，把電熱絲的兩端連入電源的兩極即可進行加熱，實現保溫 的目的。
本發(fā)明設備，還可以使用熱固化膠或導電膠，當不是使用光敏膠時，本發(fā) 明設備不設置膠體固化裝置4。取而代之的可以是，設置加熱裝置來固化膠體。
所用絲材可為電熱絲，本發(fā)明設備也可用于其他普通絲材或其他有一定柔 性的線形材料的鋪設。
傳光光纖可以是液體光纖、石英光纖或其他可以有效進行光傳輸的導光體。
實施例2、
保暖手套、保暖鞋墊、保暖帽子甚至保暖鞋子在嚴寒環(huán)境下都有較多需求， 以下以保暖鞋墊的制作來說明本發(fā)明是如何應用于保暖性織物的快速制作過程 的。
圖7是為保暖鞋墊的制作而鋪設電熱絲的方案示意圖。其主要體現在對最易 凍傷的腳趾加以重點地保護，因此，位于腳趾部分的電熱絲的鋪設密度要高于 其它區(qū)域。保暖鞋墊的制作過程如下
1 )在鋪設電熱絲71時，把需要鋪設電熱絲的基底70的尺寸輸入到計算機 1中，或者在計算機l中先建立數據庫，再選擇相應的鞋墊尺寸(也即是基底尺 寸)。
2) 計算機根據鞋墊尺寸，提供一組鋪設電熱絲軌跡的參數，操作員再根據 具體情況(如鋪設密度、鋪設高度等)，做細微的調整。
3) 計算機之后驅動X、 Y、 Z各軸帶動鋪設器自動化地鋪設電熱絲。
4) 計算機再通過驅動X、 Y、 Z各軸帶動吐膠器自動化地沿著電熱絲的鋪設 軌跡噴涂粘結劑以把電熱絲固定在基底上。
5) 再在基底和電熱絲上鋪設保護層材料，之后經過縫合或其它工序即可制 成鞋墊。
6) 如果選用的電熱絲的彈性較大，可根據鞋墊或手套的尺寸制作一夾具以 固定電熱絲，也可按照實施例1中的方法，即用對紫外光敏感的膠體進行電熱 絲的固定。
7) 在鞋墊縫制好后，把電熱絲連接到電源上即可實現加熱保暖。
圖8中的保暖手套的制作主要體現在對最易凍傷的手指加以重點地保護， 并使之能在嚴寒中保持靈活的運動功能，因此，位于手指部分的電熱絲73的鋪 設密度要高于其它區(qū)域。保暖手套的電熱絲73在基底72上的鋪設過程與保暖 鞋墊的類似，不再重復。
權利要求
1、一種利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，由機架(51)、夾具(13)、送絲機構(2)、吐膠機構(3)、行走機構、卷絲機構(60)、膠體固化裝置(4)和計算機1構成；夾具安裝于機架的基座上，行走機構安裝于機架上且位于夾具的上方；送絲機構、吐膠機構、卷絲機構和膠體固化裝置設置在行走機構上；其特征是——送絲機構(2)，由供料滾輪(21)、主動輪(22)、電機(23)、從動輪(24)構成，電熱絲纏繞在供料滾輪上，從主動輪和從動輪之間的縫隙穿過，電機帶動主動輪依靠摩擦力送絲，電機由計算機(1)控制實現絲材的勻速輸送；——吐膠機構(3)，由調壓閥(30)、氣泵(31)、電磁閥(32)、氣壓閥(33)和膠桶(34)組成；計算機通過電磁閥控制氣壓閥的開啟與閉合，調壓閥調節(jié)氣泵輸出的給氣壓閥提供的氣壓，膠桶與出膠管相連，調節(jié)后的氣壓由氣壓閥的開啟進入出膠管以控制膠體的輸出；——卷絲機構(60)，由進料彎管(61)、微型電機(62)、卷絲輪(63)、安裝盒(65)構成。卷絲輪上設有斜螺牙(64)，進料彎管與斜螺牙銜接；電熱絲進入彎管之后進入卷絲輪的斜螺牙中，最后從安裝盒下部的孔中出來，鋪設到基底11上；微型電機可以帶動卷絲輪做一定角度的旋轉運動并可回復到原位；——膠體固化裝置(4)，由紫外燈(41)、快門(42)、組合棱鏡(45)、光闌(44)、耦合透鏡(43)和傳光光纖(8)構成，紫外燈發(fā)出的紫外光通過組合棱鏡和光闌后，由耦合透鏡耦合入傳光光纖中，快門對紫外光的開啟和閉合由計算機進行控制，光闌的開孔大小由計算機(1)進行控制；——行走機構，由X軸架(52)、Y軸架(53)和Z軸架(54)構成；X軸架安裝在機架(51)上，位于夾具(13)的側部；Y軸架的一端通過X軸滑塊(15)安裝在X軸架上，通過X軸電機(7)驅動X軸滑塊帶動Y軸架沿X軸水平移動；Y軸架位于夾具的上方；Z軸架通過Y軸滑塊(16)安裝在Y軸架上，通過Y軸電機(6)驅動Y軸滑塊帶動Z軸架沿Y軸移動；Z軸電機(5)驅動Z軸滑塊(17)帶動出膠管、光纖和卷絲機構上下移動；——計算機按照設定程序分別控制X軸電機、Y軸電機、Z軸電機以及送絲機構電機、吐膠機構電磁閥、膠體固化裝置和卷絲機構電機協調工作。
2、 根據權利要求l所述的利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，其 特征在于:所述膠體固化裝置的紫外光源，為紫外高壓汞燈、紫外半導體二極管 光源或紫外半導體激光器光源。
3、 根據權利要求l所述的利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，其 特征在于:所述傳光光纖，為液體光纖或石英光纖。
4、 一種利用電熱絲加熱的保溫材料的自動化制作方法，其步驟如下a) 根據應用保溫材料場合的溫度分布情況、形狀、尺寸及鋪設速度，在控 制系統(tǒng)中設置各成型工藝參數；b) 控制系統(tǒng)控制多維機械裝置按照設置的成型工藝參數在基材上鋪設電熱絲；c) 電熱絲在鋪設過程中，周時用膠或其他方式使其固定于基材上；d) 隨后在基材和電熱絲之上再鋪設輔助性材料，以作為電熱絲的保護層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用電熱絲加熱的保溫材料自動化制作設備，由機架、夾具、送絲機構、吐膠機構、行走機構、卷絲機構、膠體固化裝置和計算機構成；夾具安裝于機架的基座上，行走機構安裝于機架上且位于夾具的上方；送絲機構、吐膠機構、卷絲機構和膠體固化裝置設置在行走機構上。送絲機構實現絲材的勻速輸送；吐膠機構控制膠體的吐出量；自控計算機按照設定程序分別控制行走機構以及其他工作機構工作，自動鋪設絲材和噴涂膠體。同時，還公開了利用該設備自動化制作保溫材料的方法。本發(fā)明實現了保溫性片材的制作過程的自動化，可根據應用保溫性片材的物品的形狀、溫度分布要求情況，通過自動控制系統(tǒng)設置電熱絲的鋪設密度、鋪設位置等參數，以實現保溫性片材的自動化制作。
文檔編號H05B3/00GK101106840SQ200710025449
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月31日 優(yōu)先權日2007年7月31日
發(fā)明者俊 夏, 東 岳, 楊繼全, 輝 葛 申請人:南京師范大學