利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备及方法技术

本发明专利技术是一种利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备及方法，其包含有一第一机械手臂、一供料装置、一加热装置、一贴合装置及一裁切装置。第一机械手臂的一端具有可移动且可转动的结合座，前述各装置均设于结合座。供料装置朝贴合装置输送复合材料，过程中以加热装置预热复合材料。贴合装置具有一缓冲件及一压轮，压轮透过缓冲件连接结合座，复合材料受压轮紧抵而贴合于一目标物上。第一机械手臂带动该压轮沿目标物的表面移动，以使该复合材料覆盖目标物而形成复合材料结构物。借此，本发明专利技术可提高制作速度及质量，并且可制作质轻且高强度的结构件。度的结构件。度的结构件。

【技术实现步骤摘要】
利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备及方法


[0001]本专利技术涉及一种复合材料结构物的制作装置及方法，尤指一种结合铺设贴合与缠绕的设备，以复合材料卷带的形式，利用自动控制设备或机械手臂以黏贴或缠绕的方式形成结构物的加工设备及方法。

技术介绍

[0002]现有的复合材料结构物，如应用于汽车或航天领域的复合材料零组件，或是碳纤维压力容器壳体等，在制作时以人工的方式将多个片状的复合材料覆盖在一模具上，接着将树脂涂布于复合材料上形成结构物的形状，然后进行加热固化，使复合材料形成具强度的结构物。
[0003]然而，以人工的方式制作复合材料结构物具有以下缺点：
[0004]第一，人工贴附的位置重复性不佳，也就是说，每一个结构物上的复合材料的位置及角度都会有些许差异，导致产品的质量较不稳定，且制作速度缓慢。
[0005]第二，目前复合材料产品制程中，现场人员与有机溶剂直接接触，潜存现场作业人员健康危害。
[0006]第三，当使用的复合材料为碳纤维时，碳纤维的延伸方向(即纤维贴附的角度)会对结构物的强度产生很大的影响，然而传统制程较难精确地控制结构物各个位置的碳纤维排列角度，只能大略地将碳纤维以水平、垂直或是大致斜向45度等方式贴附在模具上，无法充分发挥碳纤维的强度。尤其当结构物具有曲面(如压力容器的两端)时，以传统制程工法不易完整铺设贴合于曲面上，须以更多补强材增强结构物强度，除增加材料成本及耗费制程时间，亦影响结构物强度。
[0007]因此，虽然复合材料本身是一种轻量且强度极佳的材料，理论上能够制作出比现有金属材料更轻且强度更佳的结构物，但受限于目前的传统制程工法，通常只能用于制作对强度要求不高的外观零组件，而无法用于制作需要强度的结构零组件。
[0008]因此，现有技术中制作复合材料结构物的加工设备及方法实有待加以改良及整合。

技术实现思路

[0009]有鉴于前述的现有技术的缺点及不足，本专利技术提供一种结合铺设贴合及缠绕工法的机构设备，可利用自动化系统设备或机械手臂制作复合材料结构物的加工设备及方法，使复合材料结构物的生产能够自动化，借此提升产品质量及生产速度，并且维护作业人员的健康。
[0010]为达到上述的专利技术目的，本专利技术所采用的技术手段为设计一种利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，用以将带状的复合材料贴合至一目标物；该加工设备包含：
[0011]一第一机械手臂，其一端具有一结合座，该第一机械手臂能带动该结合座移动及转动；
[0012]一供料装置，其设于该结合座上，且用以朝该贴合装置输送该复合材料；
[0013]一加热装置，其设于该结合座上，且用以加热该复合材料；
[0014]一贴合装置，其设于该结合座上，该加热装置位于该贴合装置及该供料装置之间，该贴合装置具有：
[0015]一缓冲件，其具有一固定端及一移动端；该固定端固设该结合座，该移动端能移动地连接该固定端；
[0016]一压轮，其能转动地设于该缓冲件的该移动端；该压轮用以紧抵该复合材料，以使该复合材料紧抵并贴合该目标物；
[0017]一裁切装置，其设于该结合座上，且用以裁断该复合材料；
[0018]其中，该第一机械手臂以该结合座带动该压轮沿该目标物的表面移动，以使该复合材料覆盖该目标物。
[0019]为达到上述的专利技术目的，本专利技术进一步提供一种利用机械手臂制作复合材料结构物的方法，其将一带状的复合材料加热后，以一第一机械手臂带动一能转动的压轮紧抵该复合材料，并使该复合材料紧抵并贴合一目标物；接着以该第一机械手臂带动该压轮沿该目标物的表面移动，以使该复合材料覆盖该目标物；该第一机械手臂及该压轮之间设有一缓冲件，该缓冲件使该压轮抵靠于该目标物时，能朝向该第一机械手臂移动以达缓冲的效果；最后以一裁切装置裁断该复合材料。
[0020]本专利技术于使用时，将预浸有树脂的复合材料设置于供料装置。供料装置处的复合材料经加热装置加热提高附着性后输送至压轮处，并借由压轮的紧抵而贴合于目标物的表面。同时，借由机械手臂的移动，压轮将复合材料沿着事先估算好的最佳路径贴合覆盖目标物的表面而形成结构物的形状。结构物再经加热固化及修边后成为成品。其中所谓覆盖不以完全覆盖目标物的外表面为限，也可以仅覆盖目标物的其中一侧面，甚至也可以只覆盖目标物其中一侧面的局部区域。
[0021]本专利技术的优点在于：
[0022]第一，第一机械手臂能够模仿人类手臂功能并可精准且迅速地将复合材料沿着特定路径黏贴覆盖于目标物上，借此提高制作速度，并且可提供稳定的产品质量。本专利技术将传统铺设贴合及缠绕所需的二种设备，整合为单一设备，并可直接结合传统自动控制设备与机械手臂使用。
[0023]第二，搭配复合材料预浸带卷方式进行加工制程，增进作业现场环境安全，降低人员曝露有机溶剂危害风险。
[0024]第三，能够事先根据结构物的强度需求估算出结构物上每个位置的最佳纤维排列角度，并以机械手臂将碳纤维精准的依照估算的位置及角度覆盖于目标物的表面，即使在结构物的曲面处也能准确控制碳纤维的位置及角度。借此，本专利技术能够充分发挥碳纤维的强度，制作出比现有的复合材料重量更轻、强度更高且质量稳定的结构物，特别适合用于制作工字梁或压力容器等需要强度的结构零组件。
[0025]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中进一步具有一上胶装置；该上胶装置设于该结合座，并位于该加热装置及该供料装置之间；该上胶装置用以朝该复合材料涂布附着剂。
[0026]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中该复合
材料混合有树脂，并且该复合材料的一侧面进一步贴附有离型纸；该加工设备进一步包含有一离型纸复卷装置，其具有一复滚动条及一伺服马达；该复滚动条用以供该离型纸卷绕；该伺服马达驱动该复滚动条转动。
[0027]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中该复合材料为混合有树脂的复合材料预浸布。
[0028]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中：该供料装置具有一供料轴及一供料马达；该供料轴用以供该复合材料卷绕；该供料马达驱动该供料轴转动；该加工设备进一步具有一张力传感器，其用以抵靠并侦测该复合材料之张力；该张力传感器电连接该供料马达，以控制该复合材料的张力。
[0029]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中该缓冲件电连接该第一机械手臂，并透过程控而使该移动端相对该固定端的位置根据该第一机械手臂的位置及角度而改变，以控制该压轮用以紧抵该复合材料的力量。
[0030]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其中进一步具有一第二机械手臂；该第二机械手臂用以夹持该目标物，并且可用以改变该目标物的位置及角度。
[0031]进一步而言，所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的方法，其中将该复合材料加热前，先以一上胶装置朝该复合材料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，用以将带状的复合材料贴合至一目标物；其特征在于，该加工设备包含：一第一机械手臂，其一端具有一结合座，该第一机械手臂能带动该结合座移动及转动；一供料装置，其设于该结合座上，且用以朝该贴合装置输送该复合材料；一加热装置，其设于该结合座上，且用以加热该复合材料；一贴合装置，其设于该结合座上，该加热装置位于该贴合装置及该供料装置之间，该贴合装置具有：一缓冲件，其具有一固定端及一移动端；该固定端固设该结合座，该移动端能移动地连接该固定端；一压轮，其能转动地设于该缓冲件的该移动端；该压轮用以紧抵该复合材料，以使该复合材料紧抵并贴合该目标物；一裁切装置，其设于该结合座上，且用以裁断该复合材料；该第一机械手臂以该结合座带动该压轮沿该目标物的表面移动，以使该复合材料覆盖该目标物。2.如权利要求1所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其特征在于，该加工设备具有一上胶装置；该上胶装置设于该结合座，并位于该加热装置及该供料装置之间；该上胶装置用以朝该复合材料涂布附着剂。3.如权利要求1所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其特征在于，该复合材料混合有树脂，并且该复合材料的一侧面贴附有离型纸；该加工设备包含有一离型纸复卷装置，其具有一复滚动条及一伺服马达；该复滚动条用以供该离型纸卷绕；该伺服马达驱动该复滚动条转动。4.如权利要求3所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其特征在于，该复合材料为混合有树脂的复合材料预浸布。5.如权利要求1至4中任一项所述的利用机械手臂制作复合材料结构物的加工设备，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨景森，魏嘉正，蔡宗翰，
申请(专利权)人：魏嘉正蔡宗翰，
类型：发明
国别省市：