用于制造离轴预浸料材料的系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于制造离轴预浸料材料的系统及方法。一种离轴预浸料材料制造机器(100)可包括机器人(120)，机器人(120)被构造成将预浸料件(172)定位成邻近预浸料层(180)的端部。所述机器(100)可另外包括对准系统(200)，对准系统(200)被构造成感测所述预浸料件(172)相对于所述预浸料层(180)的位置并且生成代表所述位置的位置信号。所述机器(100)还可包括控制器(192)，控制器(192)被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人(120)调节所述预浸料件(172)的所述位置，使得所述预浸料件(172)的端部边缘和所述预浸料层(180)的端部边缘(184)大致抵接。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体涉及复合材料，并且更具体地涉及用于制造离轴单向纤维增强的聚合物基质材料的系统及方法。
技术介绍
复合材料部件的制造可能涉及到层压由纤维增强的聚合物基质材料制成的多个层片或层。每个层均可由单向纤维形成。纤维可预浸有树脂(例如，预浸料)，以简化制造过程。复合材料部件的每个层中的纤维可相对于其它层的纤维取向定向为特定的角度，作为优化复合材料部件的强度和刚度性能的手段。单向预浸料在0°材料卷中是可用的，其中大多数纤维平行于材料的纵向方向定向。0°材料卷可用在不同的宽度中，供自动化铺放设备中使用。例如，0°预浸料带可设置在宽达12英寸以上的宽度中，供自动铺带(ATL)机器中使用。为了制造具有某些几何形状的复合材料部件，可期望铺放具有相对于材料的纵向方向非平行或离轴定向的纤维的单向预浸料带。使用0°预浸料带来铺放相对狭长宽度的复合材料部件的交叉层片(例如，45°层片、90°层片，等等)可能在交叉层片沿着该部件的长度铺放时需要ATL机器横动该部件无数次。不幸的是，ATL机器为了将交叉层片铺放在狭长宽度部件上所需要的多次停止和启动增加了完成该铺放过程所需要的时间量。在减少为了铺放单向预浸料的交叉层片所需要的时间量的尝试中，已制造离轴单向预浸料材料卷。然而，用于制造离轴单向预浸料的本方法是耗时的，并且需要高技能的劳动力来实现离轴预浸料材料卷所需要的质量水平。另外，使用常规方法来制造离轴单向预浸料材料的输出速率可小于为了提供足够体积的材料来支撑自动化铺放所需要的输出速率。如可以看到的，在本领域中存在对以高的生产速度和高的质量度来制造离轴单向预浸料材料的系统及方法的需要。
技术实现思路
与制造离轴单向预浸料材料关联的上述需要由本公开专门处理并缓解，在一个实施方式中，本公开提供了一种离轴预浸料材料制造机器。所述机器可包括机器人，所述机器人被构造成将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部。所述机器可另外包括对准系统，所述对准系统被构造成感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置并且生成代表所述位置的位置信号。所述机器还可包括控制器，所述控制器被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人调节所述预浸料件的位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘大致抵接。所述机器可另外包括焊接系统，所述焊接系统具有一个或多个焊靴(welding shoe)，所述焊靴被构造成将热和压力施加到所述预浸料件与预浸料层的抵靠端部边缘，以形成焊缝将所述预浸料件结合到所述预浸料层。还公开了一种制造离轴热塑性预浸料材料卷的方法。所述方法可包括：使用机器人将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部。所述方法可另外包括：使用对准系统感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置，以及生成代表所述位置的位置信号。另外，所述方法可包括：在控制器处接收来自所述对准系统的所述位置信号。所述方法可进一步包括：在所述控制器的命令下使用所述机器人来调节所述预浸料件的位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘在形成焊缝将所述预浸料件结合到所述预浸料层之前大致抵接。已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可组合在其它实施方式中，其进一步细节可以参考以下描述和下面的附图看到。附图说明本公开的这些及其它特征将在参考附图时变得更明显，其中相同的附图标记通篇指代相似的部件，并且其中：图1是用于制造离轴单向热塑性预浸料材料卷的机器的实例的框图；图2是离轴单向预浸料材料制造机器的实例的立体图；图3是图2的机器的俯视图；图4是图2的机器的侧视图；图5是机器的焊接系统的实例的立体图；图5A是真空头以及将预浸料件夹紧就位的上游夹紧杆的放大立体图；图6是0°材料卷的俯视立体图，并且说明了相对于0°材料卷的纵向方向以90°定向的预浸料切割线；图7是从图6的0°材料卷切割并旋转90°的预浸料件的俯视图；图8是通过使用本文中公开的机器和方法将图7的多个预浸料件焊接在一起而形成的90°材料卷的俯视立体图；图9是0°材料卷的俯视立体图，示出了相对于0°材料卷的纵向方向以45°定向的预浸料切割线；图10是从图9的0°材料卷切割并旋转45°的预浸料件的俯视图；图11是通过使用本文中公开的机器和方法将图10的多个预浸料件焊接在一起而形成的45°材料卷的俯视立体图；图12是将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部的机器人的示意图；图13是沿着图12的线13-13截取的截面图，并且说明了包括发出光束的光学传感器的对准系统，所述光学传感器用于在将预浸料件的端部边缘和预浸料层的端部边缘焊接在一起之前测量所述端部边缘之间的间隙；图14是沿着图12的线14-14截取的截面图，并且说明了由用于测量预浸料件的侧边缘和对应于预浸料层的侧边缘的指标特征之间的间隙的光学传感器发出的光束；图15是具有用于测量预浸料件相对于预浸料层的地点和取向的第一对光学传感器和第二对光学传感器的对准系统的俯视图；图16示出了预浸料件的旋转，在控制器的控制下使用机器人并且基于由第一对光学传感器和第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据，使得预浸料件的端部边缘和侧边缘与预浸料层的相应端部边缘和侧边缘(经由指标特征)定向为大致平行关系；图17示出了在控制器的控制下使用机器人并且基于由第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据将预浸料件的侧边缘平移成与指标特征大致抵接；图18示出了使用机器人基于由第一对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据将预浸料件的端部边缘平移成与预浸料层的端部边缘大致抵接；图19是包括第一对光学传感器和第二对光学传感器并且进一步包括用于测量预浸料件的长度的额外光学传感器的对准系统的另一实例的俯视图；图20是使用包括用于测量预浸料件的侧边缘相对于指标特征的位置的单个光学传感器的对准系统来定位预浸料件的另一实例的俯视图；图21示出了预浸料件的旋转，使用机器人基于由第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据，使得端部边缘的定向为平行于预浸料层的端部边缘；图22示出了将预浸料件的侧边缘平移成与指标特征抵接；图23示出了使用由第二对光学传感器提供的间隙测量数据将预浸料件的端部边缘平移成与预浸料层的端部边缘抵接；图24是位于检查站处的间隙探测器的俯视图，用于沿着将预浸料件的端部边缘结合到预浸料层的端部边缘的焊缝的长度来探测间隙的存在；图25是构造为光纤传感器的间隙探测器的实例的截面图，其包括用于接收由光纤传感器发出的扫描器射束的接收器，并且进一步说明了构造成探测焊缝的重叠是否存在的重叠传感器；图26是焊接站的立体图，并说明了构造成能沿着形成在台面中的焊接槽平移的激光测微计，并且其中激光测微计可部署成在其初始对准期间测量预浸料件的端部边缘和预浸料层的端部边缘之间的间隙；图27是在使预浸料件对准之后的焊接站的立体图，并且示出了激光测微计的收缩以及一对焊靴在上游夹紧杆和下游夹紧杆之间中的向下延伸；图28是焊靴的立体图，其延伸成沿着预浸料件与预浸料层的抵靠端部边缘滑动并接触所述抵靠端部边缘，以形成用于结合所述抵靠端部边缘的焊缝；图29是沿着图26的线29-29截取的焊接系统的截面图，并且说明了可部署的激光测微计以使发射器和接收器分别位于台面的上面及下面并由连杆联接，以可旋转的方式将发射器和接收器部署到位用以测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离轴预浸料材料制造机器(100)，所述离轴预浸料材料制造机器(100)包括：机器人(120)，所述机器人(120)被构造成将预浸料件(172)定位成邻近预浸料层(180)的端部(182)；对准系统(200)，所述对准系统(200)被构造成感测所述预浸料件(172)相对于所述预浸料层(180)的位置并且生成代表所述位置的位置信号；控制器(192)，所述控制器(192)被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人(120)调节所述预浸料件(172)的所述位置，使得所述预浸料件(172)的端部边缘(174)和所述预浸料层(180)的端部边缘(184)大致抵接；和焊接系统(318)，所述焊接系统(318)具有一个或多个焊靴(328)，所述焊靴(328)被构造成将热和压力施加到所述预浸料件(172)的抵靠端部边缘(174)和预浸料层(180)的抵靠端部边缘(184)并且形成焊缝(166)以将所述预浸料件(172)结合到所述预浸料层(180)。

【技术特征摘要】
2015.05.05 US 14/704,8041.一种离轴预浸料材料制造机器(100)，所述离轴预浸料材料制造机器(100)包括：机器人(120)，所述机器人(120)被构造成将预浸料件(172)定位成邻近预浸料层(180)的端部(182)；对准系统(200)，所述对准系统(200)被构造成感测所述预浸料件(172)相对于所述预浸料层(180)的位置并且生成代表所述位置的位置信号；控制器(192)，所述控制器(192)被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人(120)调节所述预浸料件(172)的所述位置，使得所述预浸料件(172)的端部边缘(174)和所述预浸料层(180)的端部边缘(184)大致抵接；和焊接系统(318)，所述焊接系统(318)具有一个或多个焊靴(328)，所述焊靴(328)被构造成将热和压力施加到所述预浸料件(172)的抵靠端部边缘(174)和预浸料层(180)的抵靠端部边缘(184)并且形成焊缝(166)以将所述预浸料件(172)结合到所述预浸料层(180)。2.一种制造离轴热塑性预浸料材料卷(154，156)的方法，所述方法包括以下步骤：使用机器人(120)将预浸料件(172)定位成邻近预浸料层(180)的端部(182)；使用对准系统(200)感测所述预浸料件(172)相对于所述预浸料层(180)的位置并且生成代表所述位置的位置信号；在控制器(192)处接收来自所述对准系统(200)的所述位置信号；以及在所述控制器(192)的命令下使用所述机器人(120)调节所述预浸料件(172)的所述位置，使得在形成焊缝(166)以将所述预浸料件(172)结合到所述预浸料层(180)之前使所述预浸料件(172)的端部边缘(174)和所述预浸料层(180)的端部边缘(184)大致抵接。3.根据权利要求2所述的方法，其中，感测以及调节所述预浸料件(172)的位置的步骤包括：使用视觉系统(202)探测所述预浸料件(172)的端部边缘相对于所述预浸料层(180)的端部边缘的地点和取向并且生成代表所述地点和取向的所述位置信号；以及使用所述机器人(120)调节所述预浸料件(172)的所述地点和取向，使得所述预浸料件(172)的所述端部边缘(174)和预浸料层(180)的所述端部边缘大致抵接。4.根据权利要求2所述的方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·R·培比尔，J·R·福克斯，R·D·威尔克森，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US