用于将复合板层成形到成型工具表面上的方法和设备技术

本申请涉及一种用于将复合板层成形到成型工具表面上的方法和设备。末端执行器将复合板层传送、放置和成形到具有复杂工具表面的工具上。末端执行器包括：真空和伯努利夹持器的组合，用于在复合板层被传送和成形时保持复合板层；以及一组机械致动器，其将复合板层成形到工具表面上。伯努利夹持器允许复合板层在保持和成形时滑动。

Method and equipment for forming laminated sheets onto the surface of forming tools

【技术实现步骤摘要】
用于将复合板层成形到成型工具表面上的方法和设备
本公开总体上涉及复合结构的制造，并且更具体地涉及将复合板层成形到具有复杂轮廓的工具表面上。
技术介绍
具有高度成型表面的复合叠层结构在制造期间可能存在挑战，特别是在高生产率环境中。在结构的铺设期间，复合板层必须单独铺设并向下扫过具有复杂轮廓的工具表面而没有起褶或起皱。已开发出自动取放设备以部分地自动化铺设过程，但是具有有限的成形能力。还已开发出更先进的自动铺设/成形设备，其采用复杂致动器和控制系统。然而，该设备还具有有限的成形能力，并且可能无法使板层与需要显著板层剪切的复杂工具表面相符。因此，期望提供一种用于将板层传送和成形到具有复杂轮廓的工具表面上的成本有效的、高效的设备和方法。
技术实现思路
本公开总体上涉及复合叠层结构的制造，并且更具体地涉及用于将复合板层传送和成形到具有复杂轮廓的工具表面上的自动化设备和方法。设备包括全自动末端执行器，其配置为安装在机器人或其它类型的操纵器上。末端执行器能够提升复合材料(例如预浸料)板层，将复合板层传送至成形工具(例如芯轴)，将复合板层定位和夹紧在工具上，并且然后将复合板层向下成形到工具上的复杂表面轮廓上。末端执行器使用真空吸杯和伯努利杯、结合柔性成形膜夹持并提升复合板层。末端执行器上的致动器根据需要拉伸并拉动成形膜，以将复合板层向下成形在工具表面上和上方。在成形过程中，成形膜和复合板层在伯努利杯下方滑动，以防止复合板层的打皱或起皱。可以使用增强件局部地定制成形膜的硬度，以提供最佳成形特性。所公开的实施例的优点之一是拾取、运输、放置和成形板层的过程是完全自动化的。另一个优点是末端执行器的结构相对简单并且是成本有效的。另一个优点是复合材料(例如预浸料)板层可以在包括封闭轮廓的复杂工具表面上成形。根据一个方面，提供了一种用于将复合板层传送和成形到成型工具表面上的末端执行器。末端执行器包括配置成夹持复合板层的至少一个真空夹持器。提供至少一个伯努利夹持器，其配置为还能够夹持复合板层，同时在复合板层成形时允许复合板层相对于伯努利夹持器滑动。末端执行器进一步包括配置为放置在复合板层上的成形膜、以及用于将成形膜和复合板层向下接合并成形在成型工具表面上的成形装置。根据另一个方面，提供了一种用于将复合板层放置和成形到成型工具表面上的设备。设备包括操纵器和安装在操纵器上并可由操纵器传送的框架。设备还包括由框架支撑的柔性成形膜，该柔性成形膜配置为放置在成型工具表面上。至少一个真空吸杯安装在柔性成形构件上并配置为接合并夹持复合板层，从而固定复合板层在框架上的位置。框架上的夹紧装置配置为将柔性成形膜和复合板层的一部分夹紧在成型工具表面上。多个伯努利杯安装在柔性成形膜上，并且配置为夹持复合板层，同时在板层成形到成型工具表面上时允许板层在伯努利杯下方滑动。设备还包括安装在框架上的多个成形装置，这些成形装置配置为将柔性成形膜和复合板层向下成形到成型工具表面上。根据再一个方面，提供了一种用于将复合板层传送和成形到成型工具表面上的方法。方法包括使用末端执行器上的多个夹持杯夹持复合板层，该末端执行器配置为安装在操纵器上。方法包括使用末端执行器将复合板层传送到成型工具表面，并且使用末端执行器将复合板层放置在成型工具表面上。方法进一步包括使用末端执行器将成形膜放置在成型工具表面上的复合板层上。方法还包括将成形膜和复合板层的一部分夹紧在成型工具表面上，并且然后将复合板层向下成形到成型工具表面上，同时复合板层的一部分保持夹紧在成型工具表面上。在复合板层的成形期间，允许复合板层相对于至少某些夹持杯滑动。特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在另外其它实施例中组合，参考以下描述和附图可以看到其中进一步的细节。附图说明被认为是示例性实施例的特性的新颖特征在所附权利要求中阐述。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的示例性实施例的以下详细描述，将最好地理解示例性实施例以及优选的使用模式、其进一步目标和优点，其中：图1是用于将复合板层传送和成形到成型工具表面上的设备的透视图的图示，示出了将复合板层放置在工具上的末端执行器。图2是图1中所示的末端执行器的图示。图3是设备的框图的图示。图4是夹持复合板层的伯努利杯的横截面图的图示，为了清楚起见未示出成形膜。图5是安装在成形膜上并夹持复合板层的真空吸杯的横截面图的图示。图6是安装在成形膜上并夹持复合板层的伯努利杯的横截面图的图示。图7是包含增强棒的成形膜的一个实施例的平面图的图示。图8是包含中心定位的柔性板条的成形膜的另一个实施例的平面图的图示。图9是包含柔性边缘板条的成形膜的另一个实施例的平面图的图示。图10是定位成将复合板层放置在工具上的末端执行器的图解端视图的图示。图11是类似于图10的图示，但示出了成形膜和复合板层被夹紧在工具的表面上。图12是类似于图11的图示，但示出了将复合板层向下成形到工具表面上。图13是类似于图12的图示，其中，在复合板层周围已安装有可选的压力反应箱，以准备将复合板层压实在工具上。图14是将复合板层放置和成形到工具上的方法的流程图的图示。图15是将复合板层放置和成形到工具上的替代方法的流程图的图示。图16是飞行器生产和维修方法的流程图的图示。图17是飞行器的框图的图示。具体实施方式图1-图3示出了一种用于将诸如预浸料片材的扁平复合板层24传送和成形到工具28或类似芯轴的成型工具表面30上的设备36。在图示的实例中，工具28安装在旋转支架29上，旋转支架29包括用于通过电机40旋转的支撑件38，然而具有复杂表面轮廓的其它形式的工具以及其它形式的工具安装布置也是可能的。设备36主要包括操纵器20，例如但不限于关节型机器人22、末端执行器32和可编程控制器102(图3)，例如PLC(可编程逻辑控制器)或PC(个人计算机)，其自动地控制关节型机器人22和末端执行器32的操作。虽然图示了传送和成形单个复合板层24，但是可以采用末端执行器32来将一组或一叠板层传送并成形为期望轮廓。末端执行器32包括安装在关节型机器人22的臂34的腕部35上的可调节框架42。框架42包括支柱，在支柱上安装有一对横向间隔地横向构件46。可以提供电动、气动或液压电机48、50和相关联的驱动器(未示出)以调节腕部35上的支柱44的线性位置以及横向构件46的横向位置，以适应复合板层24的尺寸和形状。然而，取决于应用，各种其它框架配置是可能的。此外，在其它实施例中，下面描述的末端执行器32的功能元件可以在不使用框架的情况下布置和安装在末端执行器32上。末端执行器32进一步包括安装在框架42上的柔性成形膜60，其具有期望的硬度和在成形期间拉伸的能力。成形膜60有助于传送和放置复合板层24，并将其向下成形在成型工具表面30上。成形膜60可以包含例如但不限于可局部透气的可拉伸机织或针织织物或弹性体材料。成形膜60的硬度可以在其区域上局部定制，以最佳地适合特定的工具表面几何形状，以优化复合板层成形。末端执行器32进一步包括一个或多个真空夹持器52和多个间隔的伯努利夹持器54，其附接至成形膜60。当复合材料24被拾取、传送和放置在工具28上时，真空夹持器52和伯努利夹持器54用于夹持并保持复合板层24抵靠成形膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于将复合板层(24)放置和成形到成型工具表面(30)上的设备，包括：操纵器(20)；框架(42)，安装在所述操纵器(20)上并能由所述操纵器传送；柔性成形膜(60)由所述框架(42)支撑并配置为放置在所述成型工具表面(30)上；至少一个真空吸杯(52)，安装在所述柔性成形膜(60)上并配置为接合并夹持所述复合板层(24)；夹紧装置(57)，由所述框架(42)支撑并配置为将所述柔性成形膜(60)和所述复合板层(24)的一部分夹紧在所述成型工具表面(30)上；多个伯努利杯(54)，安装在所述柔性成形膜(60)上并配置为夹持所述复合板层(24)，同时允许所述复合板层(24)在所述复合板层(24)成形到所述成型工具表面(30)上期间在所述伯努利杯下方滑动；以及多个成形装置(55)，安装在所述框架(42)上并配置为将所述柔性成形膜(60)和所述复合板层(24)向下成形到所述成型工具表面(30)上。

【技术特征摘要】
2017.12.14 US 15/841,4321.一种用于将复合板层(24)放置和成形到成型工具表面(30)上的设备，包括：操纵器(20)；框架(42)，安装在所述操纵器(20)上并能由所述操纵器传送；柔性成形膜(60)由所述框架(42)支撑并配置为放置在所述成型工具表面(30)上；至少一个真空吸杯(52)，安装在所述柔性成形膜(60)上并配置为接合并夹持所述复合板层(24)；夹紧装置(57)，由所述框架(42)支撑并配置为将所述柔性成形膜(60)和所述复合板层(24)的一部分夹紧在所述成型工具表面(30)上；多个伯努利杯(54)，安装在所述柔性成形膜(60)上并配置为夹持所述复合板层(24)，同时允许所述复合板层(24)在所述复合板层(24)成形到所述成型工具表面(30)上期间在所述伯努利杯下方滑动；以及多个成形装置(55)，安装在所述框架(42)上并配置为将所述柔性成形膜(60)和所述复合板层(24)向下成形到所述成型工具表面(30)上。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述柔性成形膜(60)是能渗透的并允许空气从中通过，并且所述真空吸杯(52)附接至所述柔性成形膜(60)。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述伯努利杯(54)凹入到所述柔性成形膜(60)内。4.根据权利要求1或2所述的设备，其中：每个所述成形装置(55)包括具有能伸展臂(58)的致动器(56)、以及能伸展成与一部分所述柔性成形膜(60)接合的成形构件(80)。5.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述柔性成形膜(60)包括为所述柔性成形膜(60)提供局部定制硬度的结构(92、94)。6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述结构(92、94)包括以下中的至少一个：结合到所述柔性成形膜(60)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：布赖斯·A·约翰逊，迈克尔·罗伯特·安德森，柯蒂斯·舒德贝格·维尔登，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国,US