多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造方法和装置制造方法及图纸

多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造方法和装置，包括依次设置的自动铺放工位、转运中转工位、连续辊压工位和检测裁切工位；每个工位上设置有机器人、移动导轨、工作台和自动化制造装置；自动化制造装置安装在机器人的第六关节上，机器人安装在移动导轨上，在移动导轨的一侧或者两侧设置有工作台或回转模具，通过机器人带动自动化制造装置，将复合材料预浸料铺放在工作台或者回转模具上，或者通过连续辊压操作，实现复合材料异形长桁的制造。本发明专利技术通过“制造—检测—再制造”分组式制造方式，结合轮廓尺寸、表面质量在线质量检测方法和装置，能够及时发现制造过程中的缺陷和质量问题，有效提高复合材料长桁构件的质量稳定性和可控性。定性和可控性。定性和可控性。

【技术实现步骤摘要】
多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造方法和装置


[0001]本专利技术涉及的是树脂基纤维增强复合材料自动化制造
，具体为一种多工位机器人式复合材料异形长桁制造方法和装置。

技术介绍

[0002]以碳纤维增强树脂基复合材料为代表的先进复合材料具有高比模量、高强度等优点，广泛应用于航空航天等领域，并显示出越来越重要的地位。随着航空航天高端装备的快速发展和应用，先进复合材料用量不断增加，其应用已从次承力构件逐步扩展到主承力构件，传统的金属构件已经逐渐被先进复合材料构件所替代。
[0003]复合材料在航空航天器上有大量的应用，其中长桁作为机身结构的纵向构件，在机身中主要用来承受机身弯曲引起的轴向力。长桁对蒙皮有支持作用，它提高了蒙皮的受压、受剪失稳临界应力；其次它承受部分作用在机身蒙皮上的气动力并传给隔框等主承力构件。根据相关资料在一架商用飞机中，长桁构件的总长可达6000
‑
8000米。
[0004]长桁为细长类构件，其长度最大可达数十米。常见的长桁截面形状有T型，工字型，C型和帽型(Ω型)等结构形式。为了适应机身气动外形，长桁在长度尺寸方向上多为变曲率的设计。因此复合材料长桁具有长径比大、截面形状复杂、加工精度要求高等特点，制造工艺难度非常大。目前，国内长桁类构件的制造工艺以人工铺贴为主，劳动强度大，质量稳定性差，生产效率较低，无法满足快速发展的航空航天领域的需求。

技术实现思路

[0005]为了解决复合材料异形长桁制造难度大，质量不稳定，效率低的问题，本专利技术的目的是提供一种多工位机器人式复合材料异形长桁制造方法和装置，采用成熟的工业机器人制造单元作为制造主体，通过多功能自动化制造装置来实现复合材料长桁的高效率自动化制造。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造装置，包括依次设置的自动铺放工位、转运中转工位、连续辊压工位和检测裁切工位；每个工位上设置有机器人、移动导轨、工作台和自动化制造装置；自动化制造装置安装在机器人的第六关节上，机器人安装在移动导轨上，在移动导轨的一侧或者两侧设置有工作台或回转模具，通过机器人带动自动化制造装置，实现复合材料异形长桁的制造；或者将碳纤维复合材料预浸料铺放在工作台或者回转模具上，通过连续辊压操作，实现复合材料异形长桁的制造将碳纤维复合材料预浸料。
[0008]进一步的，所述的自动铺放工位上设置有自动铺放机器人、机器人移动导轨、回转模具驱动伺服转台、回转模具支撑尾架、伺服转台底座、回转模具、自动换头系统支架、可换自动铺放装置、自动换枪盘、自动铺放装置、预浸料铺层组和自动铺放工作台；
[0009]其中，自动铺放装置通过自动换枪盘安装在自动铺放机器人第六关节上，自动铺放机器人安装在机器人移动导轨上，并能够在机器人移动导轨上移动；自动铺放工作台位
于机器人移动导轨的一侧；
[0010]回转模具驱动伺服转台和回转模具支撑尾架安装在伺服转台底座上，回转模具驱动伺服转台和回转模具支撑尾架相连，伺服转台底座位于机器人移动导轨的另一侧，回转模具设置在回转模具驱动伺服转台和回转模具支撑尾架之间；
[0011]自动换头系统支架、可换自动铺放装置以及自动换枪盘位于机器人移动导轨的端部一侧，自动换枪盘安装在可换自动铺放装置上。
[0012]所述的转运中转工位上设置有转运机器人和转运抓取装置；转运抓取装置安装在转运机器人第六关节上。
[0013]进一步的，所述的自动铺放装置为盘式短传纱结构形式，包括自动换头法兰，盘式预浸丝束纱架系统，预浸丝束料卷和自动铺放头系统，其中，盘式预浸丝束纱架系统底面设置自动铺放头系统以及周向均匀布置的若干预浸丝束料卷，盘式预浸丝束纱架系统顶面设置有自动换头法兰。
[0014]进一步的，所述的连续辊压工位上设置有加热机器人，连续辊压机器人，组合加热装置，连续辊压装置，辊压工作台，可加热辊压模具，连续辊压装置支架，组合加热装置支架，辊压机器人移动导轨和预浸料铺层组；其中，组合加热装置安装在加热机器人第六关节上，连续辊压装置安装在连续辊压机器人第六关节上，加热机器人和连续辊压机器人均安装在辊压机器人移动导轨上；可加热辊压模具安装在辊压工作台上，辊压工作台位于辊压机器人移动导轨一侧；连续辊压装置支架和组合加热装置支架位于辊压机器人移动导轨一侧。
[0015]进一步的，所述的组合加热装置包括C型可移动加热装置、L型可移动加热装置和帽型可移动加热装置，可移动加热装置通过可换头法兰安装在加热机器人第六关节，在加热机器人带动下移动，用于加热预浸料铺层毛坯上表面，C型可移动加热装置、L型可移动加热装置、帽型可移动加热装置均设置在可加热模具装置内部，用于加热预浸料铺层毛坯下表面，通过组合加热方式使预浸料铺层能够达到设定的加热温度。
[0016]进一步的，所述的连续辊压装置包括辊压装置机架、可换头连接法兰，柔性气囊以及刚性压辊组；其中，柔性气囊和刚性压辊组安装在辊压装置机架上，辊压装置机架上设置可换头连接法兰，辊压装置机架通过可换头连接法兰安装在连续辊压机器人第六关节上。
[0017]进一步的，所述的检测裁切工位上设置有检测裁切机器人，检测装置，自动裁切装置，可换头支架装置和预浸料预成型体；检测装置和自动裁切装置分别安装在检测裁切机器人第六关节上，检测裁切机器人安装在机器人移动导轨上。
[0018]进一步的，所述的自动检测装置包括用于检测预浸料预成型体轮廓尺寸误差的激光轮廓扫描系统和用于检测预浸料预成型体表面质量缺陷的机器视觉检测系统。
[0019]进一步的，所述的自动裁切装置包括自动换头装置，超声波发生器，裁切超声刀具；其中，超声波发生器顶面设置自动换头装置，超声波发生器底端设置有裁切超声刀具。
[0020]一种基于上述的装置的多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造方法，包括以下步骤：
[0021]步骤一：在自动铺放工位，采用自动铺放机器人带动自动铺放装置制造预浸料铺层；或者厚度≤2mm的预浸料铺层组，预浸料铺层组的预浸料铺层至少包括0
°
、
±
45
°
和90
°
四个角度的预浸料铺层；
[0022]步骤二：将铺放好的预浸料铺层或预浸料铺层组运输至转运中转工位或连续辊压工位的成型模具上，组合加热机器人带动组合加热装置首先加热预浸料铺层组，然后由连续辊压机器人带动连续辊压装置实施连续辊压成型工艺动作；在组合加热装置的温度场和连续辊压装置压辊组的压力场共同作用下，使得预浸料铺层组变形，并贴敷在成型模具表面；组合加热机器人沿着辊压机器人移动导轨移动，在整个长桁构件长度上实施第一次连续辊压成型；
[0023]步骤三：扫描连续辊压后的预浸料铺层组，检测是否有缺陷；如果有缺陷重复步骤二或者人工干预进行处理；如果没有缺陷，则进行下一步骤；
[0024]步骤四：重复步骤一到步骤三，将预浸料铺层组逐次放置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造装置，其特征在于，包括依次设置的自动铺放工位(1)、转运中转工位(2)、连续辊压工位(3)和检测裁切工位(4)；每个工位上设置有机器人、移动导轨、工作台和自动化制造装置；自动化制造装置安装在机器人的第六关节上，机器人安装在移动导轨上，在移动导轨的一侧或者两侧设置有工作台或回转模具，通过机器人带动自动化制造装置，将碳纤维复合材料预浸料铺放在工作台或者回转模具上，实现复合材料异形长桁的制造；或者将碳纤维复合材料预浸料铺放在工作台或者回转模具上，通过连续辊压操作，实现复合材料异形长桁的制造将碳纤维复合材料预浸料。2.根据权利要求1所述的多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造装置，其特征在于，所述的自动铺放工位(1)上设置有自动铺放机器人(1
‑
1)、机器人移动导轨(1
‑
2)、回转模具驱动伺服转台(1
‑
3)、回转模具支撑尾架(1
‑
4)、伺服转台底座(1
‑
5)、回转模具(1
‑
6)、自动换头系统支架(1
‑
7)、可换自动铺放装置(1
‑
8)、自动换枪盘(1
‑
9)、自动铺放装置(1
‑
10)、预浸料铺层组(1
‑
11)和自动铺放工作台(1
‑
12)；其中，自动铺放装置(1
‑
10)通过自动换枪盘(1
‑
9)安装在自动铺放机器人(1
‑
1)第六关节上，自动铺放机器人(1
‑
1)安装在机器人移动导轨(1
‑
2)上，并能够在机器人移动导轨(1
‑
2)上移动；自动铺放工作台(1
‑
12)位于机器人移动导轨(1
‑
2)的一侧；回转模具驱动伺服转台(1
‑
3)和回转模具支撑尾架(1
‑
6)安装在伺服转台底座(1
‑
5)上，回转模具驱动伺服转台(1
‑
3)和回转模具支撑尾架(1
‑
6)相连，伺服转台底座(1
‑
5)位于机器人移动导轨(1
‑
2)的另一侧，回转模具(1
‑
6)设置在回转模具驱动伺服转台(1
‑
3)和回转模具支撑尾架(1
‑
4)之间；自动换头系统支架(1
‑
7)、可换自动铺放装置(1
‑
8)以及自动换枪盘(1
‑
9)位于机器人移动导轨(1
‑
2)的端部一侧，自动换枪盘(1
‑
9)安装在可换自动铺放装置(1
‑
8)上；所述的转运中转工位(2)上设置有转运机器人(2
‑
1)和转运抓取装置(2
‑
2)；转运抓取装置(2
‑
2)安装在转运机器人(2
‑
1)第六关节上。3.根据权利要求2所述的多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造装置，其特征在于，所述的自动铺放装置(1
‑
10)为盘式短传纱结构形式，包括自动换头法兰(1
‑
10
‑
1)，盘式预浸丝束纱架系统(1
‑
10
‑
2)，预浸丝束料卷(1
‑
10
‑
3)和自动铺放头系统(1
‑
10
‑
4)，其中，盘式预浸丝束纱架系统(1
‑
10
‑
2)底面设置自动铺放头系统(1
‑
10
‑
4)以及周向均匀布置的若干预浸丝束料卷(1
‑
10
‑
3)，盘式预浸丝束纱架系统(1
‑
10
‑
2)顶面设置有自动换头法兰(1
‑
10
‑
1)。4.根据权利要求1所述的多工位机器人式复合材料异形长桁自动化制造装置，其特征在于，所述的连续辊压工位(3)上设置有加热机器人(3
‑
1)，连续辊压机器人(3
‑
2)，组合加热装置(3
‑
3)，连续辊压装置(3
‑
4)，辊压工作台(3
‑
5)，可加热辊压模具(3
‑
6)，连续辊压装置支架(3
‑
7)，组合加热装置支架(3
‑
8)，辊压机器人移动导轨(3
‑
9)和预浸料铺层组(3
‑
10)；其中，组合加热装置(3
‑
3)安装在加热机器人(3
‑
1)第六关节上，连续辊压装置(3
‑
4)安装在连续辊压机器人(3
‑
2)第六关节上，加热机器人(3
‑
1)和连续辊压机器人(3
‑
2)均安装在辊压机器人移动导轨(3
‑
9)上；可加热辊压模具(3
‑
6)安装在辊压工作台(3
‑
5)上，辊压工作台(3
‑
5)位于辊压机器人移动导轨(3
‑
9)一侧；连续辊压装置支架(3
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：