專利名稱：用于形成和施加具有復(fù)雜幾何形狀的復(fù)合鋪層的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開大體涉及復(fù)合部件的制造，且更具體地涉及用于形成和施加復(fù)合鋪層(例如倍增件)到具有復(fù)雜幾何形狀的部件表面上的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
自動(dòng)纖維鋪設(shè)(AFP)機(jī)可用于鋪層/鋪放(Iayup)復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)，該復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)包含具有多個(gè)纖維取向中的一個(gè)纖維取向的多個(gè)層板。在使用AFP機(jī)制造整個(gè)結(jié)構(gòu)的情況下，建構(gòu)速率可以取決于AFP機(jī)的速度，因?yàn)閷影逋ǔｍ樞蛐纬?。為了加速建?gòu)過程，可以手工建構(gòu)結(jié)構(gòu)的某些部段并將其作為預(yù)裝配套件施加到結(jié)構(gòu)。例如，可在AFP建構(gòu)序列中作為子任務(wù)手工地預(yù)裝配并施加倍增件。但是，手工預(yù)裝配倍增件鋪層可能是費(fèi)時(shí)且困難的，尤其在倍增件必須被施加到具有復(fù)雜表面幾何形狀的結(jié)構(gòu)的情況下，例如飛機(jī)的多輪廓機(jī)頭或機(jī)尾部段。使用自動(dòng)機(jī)械預(yù)裝配倍增件的現(xiàn)有嘗試已經(jīng)局限于或者平坦或者在一個(gè)維度中具有不變曲率的鋪層。因此，存在對(duì)用于形成和施加鋪層(例如倍增件)至具有包括多種輪廓的復(fù)雜表面幾何形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和設(shè)備的需要。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的實(shí)施例提供用于形成和施加鋪層到具有復(fù)雜形狀的復(fù)合結(jié)構(gòu)(例如多輪廓部件)上的方法和設(shè)備。鋪放、施加和壓緊需求被整合到可使用單個(gè)工具的一個(gè)過程中。可使用AFP機(jī)將復(fù)合材料鋪放到具有與部件表面基本匹配的多輪廓工具面的工具上而快速形成匹配部件表面的幾何形狀的鋪層。該工具也可以用于鋪設(shè)和壓緊鋪層到部件表面上。所公開的方法和設(shè)備允許在主裝配線之外制造鋪層(例如倍增件)，因此允許它們根據(jù)需要被重做且被檢查而不會(huì)減慢主裝配過程。根據(jù)一個(gè)公開實(shí)施例，提供了一種形成和鋪設(shè)復(fù)合鋪層到輪廓性部件(即具有一定輪廓的部件，contoured part)上的方法。該方法包括在工具上形成輪廓性復(fù)合鋪層，其中該工具的輪廓與所述部件的輪廓基本匹配。該方法還包括產(chǎn)生表示所述部件相對(duì)于所述工具的位置的一組位置數(shù)據(jù)。該方法使用操縱器和所述位置數(shù)據(jù)將所述工具移動(dòng)至靠近所述部件并且將所述輪廓性鋪層鋪設(shè)到該部件上。使用自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)來自動(dòng)將復(fù)合材料鋪設(shè)到所述工具上，從而形成所述輪廓性復(fù)合鋪層。通過給所述工具上的氣囊充氣和/或通過給所述工具上的袋充氣從而抵靠所述部件壓緊所述鋪層。通過給所述袋放氣而使所述袋和被壓緊的鋪層分離。通過確定工具輪廓在共用3-D坐標(biāo)系中相對(duì)于部件輪廓的3-D位置的三維(3-D)位置來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生所述位置數(shù)據(jù)。根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種施加復(fù)合倍增件到具有多輪廓表面的部件上的方法。該方法包含抽吸真空袋使其下降到與部件表面輪廓大體匹配的工具的多輪廓面上。復(fù)合層板被鋪放到所述袋之上在工具面上。該方法包括產(chǎn)生表示所述工具面相對(duì)于所述部件表面的位置的一組位置數(shù)據(jù)。該方法進(jìn)一步包含使用所述位置數(shù)據(jù)和操縱器將所述工具自動(dòng)移動(dòng)至靠近所述部件并抵靠所述部件表面鋪設(shè)所述鋪層。該方法還包括通過給所述袋充氣而抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層。抽吸所述袋使其下降到所述工具面上是通過在所述袋內(nèi)抽真空而實(shí)施的。根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種施加鋪層到具有多輪廓表面的部件上的方法。該方法包括抽吸柔性袋使其下降到與部件表面輪廓大體匹配的工具的多輪廓面上。該方法包括在被袋覆蓋的工具面上鋪放復(fù)合鋪層，并且移動(dòng)所述工具至靠近所述部件并使用所述工具鋪放所述鋪層到所述部件表面上。該方法還包括通過給所述袋充氣而抵靠所述部件壓緊所述鋪層，以及通過在所述袋中抽真空而將所述袋與被壓緊的鋪層分開。該方法可進(jìn)一步包含通過給所述工具面和所述袋之間的氣囊充氣而抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層。根據(jù)另一實(shí)施例，提供了一種用于在輪廓性基底上施加復(fù)合鋪層的設(shè)備。該設(shè)備包括工具、第一和第二壓緊器以及用于控制所述第一和第二壓緊器的裝置。所述工具適于被安裝到操縱器上以便將所述工具移動(dòng)至靠近所述基底，且該工具包括與所述基底的輪廓大體匹配的輪廓性工具面。第一柔性壓緊器覆蓋所述工具面并適于將復(fù)合鋪層鋪設(shè)在其上。第二柔性壓緊器被置于所述第一壓緊器和所述工具面之間，以便用于將所述鋪層壓緊到所述基底上。所述第一壓緊器可包括密封至所述工具的真空袋，且所述第二壓緊器可包括柔性可充氣的氣囊。用于控制所述第一和第二壓緊器的裝置可包括壓力源、真空源和使用所述壓力源和所述真空源給所述第一和第二壓緊器選擇性地增壓和降壓的控制器。根據(jù)另一實(shí)施例，提供了用于在具有多輪廓表面的部件上形成和施加復(fù)合鋪層的設(shè)備。該設(shè)備包含具有與部件表面的輪廓大體匹配的多輪廓面的工具、在所述工具上的柔性袋、操縱器和控制器。柔性袋覆蓋且符合所述工具面的輪廓，且該柔性袋適于使鋪層鋪設(shè)到其上且被增壓以抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層。所述操縱器操縱所述工具使其靠近所述部件且在所述部件表面上鋪設(shè)所述鋪層?？刂破骺刂扑霾倏v器的操作和所述袋的增壓。該設(shè)備可以進(jìn)一步包含在所述工具面和所述袋之間用于抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層的可充氣氣囊。在一個(gè)實(shí)施例中，所述工具由結(jié)構(gòu)性泡沫形成。根據(jù)又一實(shí)施例，提供了用于在具有多輪廓表面的部件上形成和施加復(fù)合鋪層的設(shè)備。該設(shè)備包含工具、機(jī)器人操縱器、自動(dòng)復(fù)合纖維鋪設(shè)機(jī)、定位器系統(tǒng)、壓緊器和控制裝置。所述工具包括與部件表面的輪廓大體匹配的多輪廓面。機(jī)器人操縱器具有被安裝在其上的工具以便操縱所述工具。自動(dòng)復(fù)合纖維鋪設(shè)機(jī)包括用于在所述工具面上形成多層復(fù)合鋪層的纖維鋪設(shè)頭。定位器系統(tǒng)產(chǎn)生在共用空間坐標(biāo)系中相對(duì)于彼此定位所述纖維鋪設(shè)頭、所述工具面和所述部件表面的一組位置數(shù)據(jù)。在所述工具上的壓緊器抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層，且控制裝置基于所述位置數(shù)據(jù)控制所述操縱器、所述自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)和所述壓緊器的操作。7. 一種在具有多輪廓表面的部件上施加復(fù)合倍增件的方法，包含抽吸真空袋使其下降到與部件表面輪廓大體匹配的工具的多輪廓面上；在所述袋之上在工具面上鋪設(shè)復(fù)合層；產(chǎn)生表示所述工具面相對(duì)于所述部件表面的位置的一組位置數(shù)據(jù)；使用所述位置數(shù)據(jù)和操縱器將所述工具自動(dòng)移動(dòng)至靠近所述部件并且抵靠所述部件表面鋪設(shè)所述鋪層；以及
通過給所述袋充氣而抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中抽吸所述袋使其下降到所述工具面上是通過在所述袋內(nèi)抽吸真空而實(shí)施的。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包含通過在所述袋中抽吸真空而將所述袋與被壓緊的所述鋪層分開。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，進(jìn)一步包含 通過給所述袋與所述工具面之間的氣囊充氣而抵靠所述部件壓緊所述鋪層。11. 一種在具有多輪廓表面的部件上施加鋪層的方法，包含抽吸柔性袋使其下降到與部件表面輪廓大體匹配的工具的多輪廓面上；在被袋覆蓋的工具面上鋪設(shè)復(fù)合鋪層；移動(dòng)所述工具至靠近所述部件并使用所述工具在所述部件表面上鋪設(shè)所述鋪層；通過給所述袋充氣而抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層；以及通過在所述袋中抽吸真空而將所述袋與被壓緊的所述鋪層分開。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包含通過給所述工具面和所述袋之間的氣囊充氣而抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中抽吸所述袋使其下降到所述工具面上包括在所述袋中抽吸真空，并且移動(dòng)所述袋至靠近所述部件是通過使用被控制器操作的操縱器而實(shí)施的，其中使用將所述部件在空間中的位置和所述工具面的位置關(guān)聯(lián)的一組數(shù)據(jù)來對(duì)所述控制器編程。17.用于在具有多輪廓表面的部件上形成和施加復(fù)合鋪層的設(shè)備，包含具有與部件表面的輪廓大體匹配的多輪廓面的工具；在所述工具上覆蓋且符合所述工具面的輪廓的柔性袋，所述袋適于使鋪層鋪設(shè)在其上且被增壓以抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層；用于操縱所述工具使其靠近所述部件且在所述部件表面上鋪設(shè)所述鋪層的操縱器；用于控制所述操縱器的操作和所述袋的增壓的控制器。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，進(jìn)一步包含在所述工具面和所述袋之間用于抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層的可充氣氣囊。19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中所述工具是結(jié)構(gòu)性泡沫。20.用于在具有多輪廓表面的部件上形成和施加復(fù)合鋪層的設(shè)備，包含具有與部件表面的輪廓大體匹配的多輪廓面的工具；機(jī)器人操縱器，其具有被安裝在其上的工具以便操縱所述工具；包括用于在所述工具面上形成多層復(fù)合鋪層的纖維鋪設(shè)頭的自動(dòng)復(fù)合纖維鋪設(shè)機(jī)；用于產(chǎn)生在共用空間坐標(biāo)系中相對(duì)于彼此定位所述纖維鋪設(shè)頭、所述工具面和所述部件表面的一組位置數(shù)據(jù)的定位器系統(tǒng)；在所述工具上用于抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層的壓緊器；以及用于基于所述位置數(shù)據(jù)控制所述操縱器、所述自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)和所述壓緊器的操作的控制裝置。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中所述壓緊器包括密封至所述工具且覆蓋所述工具面的可增壓袋，所述袋適于被增壓以抵靠所述部件表面對(duì)所述鋪層施力。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的設(shè)備，進(jìn)一步包含在所述工具上布置在所述工具面和所述袋之間用于通過所述袋施加壓緊壓力到所述鋪層的可增壓氣囊。23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，進(jìn)一步包含壓力源；真空源；以及被所述控制裝置操作的一組閥，用于選擇性地將所述壓力源和所述真空源與所述袋和所述氣囊中的每個(gè)連接在一起。24.用于在具有多輪廓表面的復(fù)合飛機(jī)部件上形成和施加復(fù)合倍增件的設(shè)備，包含具有與部件表面的輪廓大體匹配的多輪廓面的結(jié)構(gòu)性泡沫工具；用于操縱所述工具的機(jī)器人操縱器；用于將所述工具可釋放地安裝到所述操縱器上且允許改變所述操縱器上的所述工具的安裝適配器；包括用于在所述工具面上形成多層復(fù)合鋪層的纖維鋪設(shè)頭的自動(dòng)復(fù)合纖維鋪設(shè)機(jī)；用于產(chǎn)生在共用空間坐標(biāo)系中定位所述纖維鋪設(shè)頭、所述工具面和所述部件表面的一組位置數(shù)據(jù)的定位器系統(tǒng)；覆蓋所述工具面且密封至所述工具以便抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層的可充氣袋；在所述工具面上且在所述袋內(nèi)用于抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層的可充氣氣 ；壓力源；真空源；用于給所述袋和所述氣囊中的每一個(gè)單獨(dú)充氣和放氣的裝置，其包括用于選擇性地將所述壓力源和所述真空源中的每一個(gè)與所述袋和所述氣囊連接在一起的閥系統(tǒng)；以及用于協(xié)調(diào)和控制所述操縱器、所述自動(dòng)纖維鋪設(shè)頭和所述閥系統(tǒng)的操作的控制
ο25. 一種用于在具有多輪廓表面的復(fù)合飛機(jī)部件上形成和施加復(fù)合倍增件的方法，包含在與部件表面的輪廓大體匹配的工具的多輪廓面之上鋪設(shè)柔性袋；密封所述袋至所述工具以形成大體真空密閉腔；通過在所述真空腔中抽吸真空而抽吸所述袋使其下降到所述工具面上；使用自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)以便在所述袋上形成復(fù)合鋪層且使其符合所述工具面的輪廓；安裝所述工具到自動(dòng)控制的操縱器上；
產(chǎn)生在3-D空間坐標(biāo)系中相對(duì)于所述部件表面定位所述工具面的一組位置數(shù)據(jù)；使用所述操縱器移動(dòng)所述工具至靠近所述部件且在所述部件表面上鋪設(shè)所述鋪層；給所述工具面和所述袋之間的氣囊充氣以抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層；給所述袋充氣以進(jìn)一步抵靠所述部件表面壓緊所述鋪層；以及通過在所述袋中抽吸真空而給所述袋放氣；以及使用已編程的控制器以便協(xié)調(diào)和控制所述自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)、所述袋、所述氣囊和所述操縱器的操作。


圖1是用于形成和施加具有復(fù)雜幾何形狀的復(fù)合鋪層的設(shè)備的功能方框圖。圖2是飛機(jī)的多輪廓機(jī)頭部段的透視圖，該機(jī)頭部段具有根據(jù)公開實(shí)施例施加和壓緊至其上的復(fù)合倍增件。圖3是用于形成和施加圖2所示倍增件的工具的等軸側(cè)視圖，為了清楚沒有使出壓緊袋和氣囊。圖4是用于形成和施加具有復(fù)雜幾何形狀的復(fù)合鋪層至圖2所示的機(jī)頭部段的設(shè)備的側(cè)視圖。圖5是工具和定位器系統(tǒng)的剖面圖和示意圖結(jié)合的示圖。圖6A是最初裝配時(shí)工具的剖面圖。圖6B是圖6A所示工具的透視圖。圖7A是類似于圖6A的示圖，但示出袋已經(jīng)被抽吸而下降抵靠工具表面。圖7B是類似于圖6B的示圖，但示出袋已經(jīng)被抽吸而下降抵靠工具表面。圖8A是工具的剖面圖，示出用于在工具面上形成鋪層的自動(dòng)纖維鋪設(shè)頭。圖8B是工具的透視圖，示出已經(jīng)被部分形成在工具面上的鋪層。圖9A是工具的剖面圖，示出鋪層已經(jīng)被鋪設(shè)在部件表面上，且氣囊已經(jīng)被充氣而抵靠部件表面壓緊鋪層。圖9B是示出將鋪層鋪設(shè)到部件表面上的工具的透視圖。
圖10是類似與圖9A的示圖，但示出工具上的袋已經(jīng)被充氣以進(jìn)一步抵靠部件表面壓緊鋪層。圖11是類似于圖10的示圖，但示出由于向袋施加了真空而使得袋已經(jīng)與鋪層分
1 O圖12是流程圖，示出在多輪廓部件表面上形成和鋪設(shè)具有復(fù)雜幾何形狀的鋪層的方法。圖13是飛機(jī)制造和服役方法論的流程圖。圖14是飛機(jī)的方框圖示圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1-3，該公開的實(shí)施例涉及用于在具有復(fù)雜幾何形狀的基底22上形成和鋪設(shè)復(fù)合鋪層20的方法和設(shè)備，基底22可以包括圖2所示的部件M的多輪廓表面22。在所示實(shí)施例中，部件M包含飛機(jī)的機(jī)頭部段，且鋪層22包含加固機(jī)頭部段M的區(qū)域34的倍增件(doubler)20。該設(shè)備包括安裝到由一個(gè)或更多個(gè)控制器35操作的適當(dāng)操縱器36上的工具組件25。操縱器36可包含機(jī)器人或類似自動(dòng)儀器，其基于控制器35所用的編程指令組使得工具組件25沿著坐標(biāo)系55中的多條軸線移動(dòng)。工具組件25包括具有多輪廓工具面28的工具沈，多輪廓工具面28與區(qū)域34中的多輪廓部件表面22匹配，其中在區(qū)域34處將要將鋪層20施加到部件M。工具組件25 還包括分別用于抵靠部件表面22壓緊鋪層20的第一和第二壓緊器M、56。工具組件25還包括工具基部30，工具沈安裝到該工具基部30上。分別使用由一個(gè)(多個(gè))控制器35操作的壓力源62和真空源64給壓緊器M、56中的每一個(gè)充氣和放氣。鋪層20可以通過自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)(AFP)42被形成在多輪廓工具面觀上，其中該自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)42也由(多個(gè))控制器35操作。定位器系統(tǒng)45產(chǎn)生一組位置數(shù)據(jù)45a， 該組位置數(shù)據(jù)4 在三維特殊坐標(biāo)系55中相對(duì)于部件表面22定位工具面28的位置和取向。類似地，定位器系統(tǒng)45可由控制器35用于定位和協(xié)調(diào)AFP機(jī)42相對(duì)于工具面觀的運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在注意示出設(shè)備額外細(xì)節(jié)的圖4和圖5。在該實(shí)施例中，操縱器36包含被安裝為沿著一對(duì)軌道38線性移動(dòng)的機(jī)器人36。機(jī)器人36包括機(jī)器人臂40，機(jī)器人臂40具有借助于速變適配器32 (圖5)安裝到其端部的工具組件25。速變適配器25允許具有不同構(gòu)造的工具沈快速安裝到臂40上，從而將不同構(gòu)造的鋪層20鋪設(shè)到具有不同幾何形狀的部件M的不同區(qū)域上。如前所述，機(jī)器人36被一個(gè)或更多個(gè)已編程控制器35 (圖1)操作且能夠沿空間坐標(biāo)系55中的多條軸線平移工具組件25。機(jī)器人36操縱工具組件25以便在部件M的多輪廓表面22上的目標(biāo)區(qū)域34中鋪設(shè)倍增件或其它鋪層20。AFP機(jī)42可包含被安裝為沿著軌道38線性移動(dòng)的第二機(jī)器人儀器42a，且AFP機(jī) 42包括安裝在機(jī)器人臂46的端部上的自動(dòng)纖維鋪設(shè)頭44。如下面將介紹的，頭44在工具面觀上鋪下多條或多道(course)復(fù)合纖維帶或束，以形成多輪廓鋪層20，然后鋪層20被由機(jī)器人36定位的工具組件25鋪設(shè)且壓緊到工具表面22上。在可替換實(shí)施例中，鋪層20 在傳送器(未示出)或傳送帶(未示出)上被裝配且被運(yùn)送至機(jī)器人。定位器系統(tǒng)45(圖1)監(jiān)測(cè)和更新工具沈且因而監(jiān)測(cè)和更新工具面觀(圖1)相對(duì)于部件對(duì)，尤其是相對(duì)于部件表面22的位置。定位器系統(tǒng)45的使用允許工具組件25和機(jī)器人36是可運(yùn)動(dòng)的，而不是被安裝到固定位置。這種運(yùn)動(dòng)性可提高鋪設(shè)準(zhǔn)確度同時(shí)有利于簡(jiǎn)化制造過程。如前所述，定位器系統(tǒng)45 (圖1)產(chǎn)生一組位置數(shù)據(jù)45a (圖1)從而協(xié)調(diào) AFP機(jī)42、工具組件25以及部件M在共用空間坐標(biāo)系55 (圖幻中的運(yùn)動(dòng)。位置數(shù)據(jù)4 可在閉合反饋環(huán)中被一個(gè)(多個(gè))控制器35持續(xù)更新和使用，以便將鋪層20準(zhǔn)確鋪設(shè)在部件表面22上。定位器系統(tǒng)45可包含一個(gè)或更多個(gè)激光追蹤器48，其通過將激光束52引導(dǎo)到位于工具組件25和部件M上的反射目標(biāo)50上而產(chǎn)生位置數(shù)據(jù)。定位器系統(tǒng)45可以可選地進(jìn)一步包括記錄從反射器50反射出的激光束光的位置的照相測(cè)量照相機(jī)33，從而測(cè)量工具組件25在空間坐標(biāo)系55中相對(duì)于部件表面22的位置。照相測(cè)量照相機(jī)33可包含(例如但不限于)商業(yè)可獲得的照相機(jī)，例如商業(yè)可獲得的V-star照相機(jī)。使用對(duì)多個(gè)目標(biāo)50 的照相測(cè)量和激光追蹤器測(cè)量的組合，可確定工具面20a在共用空間坐標(biāo)系55中相對(duì)于部件表面22的位置。多個(gè)目標(biāo)50的位置的照相測(cè)量和激光追蹤器測(cè)量可以利用可包含一部分控制器35的一個(gè)或更多個(gè)計(jì)算機(jī)和軟件程序被整合在一起。包括反射目標(biāo)50的定位器系統(tǒng)45可類似于2009年9月8日授權(quán)的美國(guó)專利No. 7，5897，258號(hào)中公開的定位器系統(tǒng)， 該專利全部?jī)?nèi)容通過引用合并于此?，F(xiàn)在特別參照?qǐng)D5，工具沈可包含(例如但不限于)輕質(zhì)結(jié)構(gòu)性泡沫，工具面28 可通過多種公知制造技術(shù)(例如但不限于機(jī)加工和模制)中的任意技術(shù)被形成在輕質(zhì)結(jié)構(gòu)性泡沫中?？墒褂玫统杀局圃旆椒ㄓ善渌统杀静牧现圃旃ぞ呱?，從而降低工具沈的成本。第一壓緊器M可包含可充氣氣囊M，可充氣氣囊M可以被定位在工具面觀上或稍微凹入工具面28內(nèi)，如在5 處所示。第二壓緊器56可包含柔性真空袋56，柔性真空袋56 將圍繞其周邊56a密封到工具沈，從而在工具面28之上形成可增壓的大體真空密閉腔65。 通氣件58可設(shè)置在工具面28與袋56之間以便在抽真空過程中允許空氣在袋56下面運(yùn)動(dòng)。 袋56和通氣件58 二者覆蓋工具面28，由此保護(hù)工具面觀不受損壞，且有利于從工具沈去除鋪層20。袋56可具有在鋪層過程中允許復(fù)合鋪層預(yù)浸料坯粘到其表面而不變形的表面紋理，不過袋56具有足夠彈性以充氣、壓緊和釋放在部件表面22上的鋪層20。袋56可由例如但不限于具有帶紋理或不帶紋理表面的膠乳膜、聚乙烯包裝膜或聚氨酯橡膠形成。在圖5、圖6A、圖7A、圖8A、圖9A和圖10中所示的實(shí)施例中，氣囊M被示為一系列大體平行的分隔開但互連的氣囊Mb，氣囊54b作為單個(gè)氣囊M而起作用。但是在其他實(shí)施例中，氣囊M可包含大體在整個(gè)工具面28之上延伸的單個(gè)氣囊。氣囊M可被成形、 設(shè)定尺寸且排列其充氣的順序，從而最佳地壓緊到部件表面22。氣囊M和袋56中的每個(gè)都通過一系列流動(dòng)控制閥72和三向控制閥70被連接到壓力源62和真空源64?？刂崎y70 被可與先前介紹的控制器35 (圖1)相同或不同的控制器74操作，并且起作用以選擇性地將壓力源62或真空源64連接到氣囊M和袋56。因此，自動(dòng)操作的控制閥70可將氣囊M 和袋58中的任一個(gè)或兩個(gè)都連接至壓力源62，從而增壓且由此給氣囊M或袋56充氣。類似地，控制閥70可將真空源64連接至氣囊M或袋56，從而使氣囊M放氣或排空袋56，使袋56下降到工具面28上。在一些實(shí)施例中，工具面28可具有也可與控制閥70連接的真空槽60從而輔助給腔65增壓/降壓。圖6-11示出工具組件25的用法和用于形成多輪廓鋪層M，然后將其鋪設(shè)和壓緊到部件表面22上的連續(xù)步驟。首先參照?qǐng)D6A和圖6B，在將工具沈固定到工具基部30之后，袋56和通氣件58被安裝在工具面28之上，且袋56的周邊56a被密封至工具沈，從而在袋56和工具沈之間形成基本真空密閉的可增壓腔65(圖5和圖6)。然后真空管路66 和壓力管路68(圖幻被安裝和連接至氣囊M和袋58 二者。此時(shí)，管路75和管路77都既不通過控制閥70 (圖幻連接到壓力源62也不通過控制閥70 (圖幻連接到真空源64，而是向大氣開放，因此氣囊M和腔65都大體處于大氣壓?，F(xiàn)在參照?qǐng)D7A和圖7B，通過使用控制閥70連接真空源64到管路75和77而準(zhǔn)備好工具組件25，這導(dǎo)致氣囊討大體充分的放氣和從腔65排空空氣。從腔65中排空空氣導(dǎo)致袋65被抽吸而下降到工具表面28上，從而使袋56大體符合工具表面28的多個(gè)輪廓。參照?qǐng)D8A和圖8B，袋已經(jīng)被抽吸而下降到工具面28上，纖維鋪設(shè)頭44可根據(jù)預(yù)定層板方案開始將復(fù)合纖維材料鋪放到袋56上。層板隨著由AFP機(jī)42形成而符合工具面 28的輪廓，因此鋪層20具有與部件表面22的輪廓大體匹配的輪廓。當(dāng)鋪層20被形成在工具面觀上時(shí)，管路75和77仍然保持與真空源64連接。參照?qǐng)D9A和圖9B，在鋪層20已經(jīng)被形成在工具沈上后，機(jī)器人36將工具組件 25移動(dòng)至靠近部件M處，且在期望位置34 (圖4)處在部件表面22上施加鋪層20。在鋪層20被施加至部件表面22且與其接觸時(shí)，壓力源62與管路75連接，同時(shí)真空源64保持與管路77連接。管路75的增壓導(dǎo)致氣囊M的充氣，使得氣囊M充氣且施加壓力至鋪層 20，這導(dǎo)致抵靠部件表面22壓緊鋪層。在氣囊M壓緊鋪層20的過程中，由于通過管路77 施加真空，袋56保持被放氣。接下來，如圖10所示，壓力源62連接管路77，管路77給袋56增壓且充氣，使其膨脹且施加壓力至鋪層20，這進(jìn)一步抵靠部件表面22壓緊鋪層20。圖11示出該過程的下一步驟，其中真空源64與管路75和77都連接，從而導(dǎo)致氣囊M和袋56都放氣。袋56的放氣導(dǎo)致袋56與鋪層20分開且從鋪層20縮回。當(dāng)袋56 與鋪層20分開時(shí)，機(jī)器人56將工具組件25返回至待命位置(未示出)以準(zhǔn)備好下一鋪層 /施加循環(huán)?，F(xiàn)在注意圖12，其大體示出形成和施加復(fù)合鋪層至多輪廓部件表面的方法的步驟。開始于步驟76，工具沈被制造，在所示示例中，這是通過將結(jié)構(gòu)性泡沫形成為具有與部件表面22大體匹配的多輪廓工具面沈的理想形狀而實(shí)施的。如前所述，可使用各種已知制造過程中任意過程將結(jié)構(gòu)性泡沫形成為理想工具形狀，所述過程包括但不限于機(jī)加工和模制。接下來，在步驟78，真空/壓力管路75、77被布置在工具沈內(nèi)且與流動(dòng)控制閥72 連接。在步驟80，使用先前描述的照相測(cè)量和/或激光追蹤技術(shù)或其它技術(shù)產(chǎn)生一組位置數(shù)據(jù)，以便相對(duì)于部件表面22定位工具面26。在步驟82，真空被施加至氣囊M和袋56 二者，使得袋56被抽吸而下降到多輪廓工具面沈上。在步驟83，通過使用AFP機(jī)42在袋56 之上形成與工具面26相符合的一個(gè)或更多個(gè)層板，從而在工具面26上形成復(fù)合鋪層42。在已經(jīng)形成多輪廓鋪層20的情況下，然后在步驟84，機(jī)器人36或其它操縱器將工具組件25移動(dòng)至靠近部件M，且將鋪層20鋪設(shè)到部件表面22上。接下來，如步驟86所示，氣囊M被增壓，使其充氣且施加壓緊力至鋪層20，同時(shí)真空袋56保持被放氣。然后，在步驟88，袋56也被增壓，使其充氣且施加額外壓緊力至鋪層20，這進(jìn)一步抵靠部件表面22 壓緊鋪層20。在壓緊之后，真空首先被施加至袋56然后被施加至氣囊54，使它們中的每一個(gè)都放氣且被抽吸而遠(yuǎn)離鋪層20。在該方法的一個(gè)實(shí)際實(shí)施例中，氣囊討被充氣一分鐘而真空被施加至袋56。然后，袋56被充氣一分鐘，隨后真空被施加至袋56，這有助于將袋56 拉離壓緊的鋪層20。最后，在步驟92，工具組件25被縮回至待命位置，準(zhǔn)備重復(fù)鋪層形成和鋪設(shè)循環(huán)。本公開的實(shí)施例可用于多種可能的應(yīng)用，尤其在運(yùn)輸業(yè)中，包括例如航空航天業(yè)、 海運(yùn)業(yè)和汽車應(yīng)用。因此，現(xiàn)在參考圖13和圖14，本公開的實(shí)施例可被用于圖13所示的飛機(jī)制造和服役方法94以及如圖14所示的飛機(jī)96的情況中。所公開的實(shí)施例中的飛機(jī)應(yīng)用可包括例如許多種組件和子組件，例如但不限于結(jié)構(gòu)性構(gòu)件和內(nèi)部部件。在預(yù)生產(chǎn)過程中，示例性方法94可包括飛機(jī)96的技術(shù)規(guī)格和設(shè)計(jì)98以及材料獲取100。在生產(chǎn)過程中，進(jìn)行飛機(jī)96的部件和子組件制造102以及系統(tǒng)整合104。此后，飛機(jī)96可經(jīng)過認(rèn)證和交付106，以便服役108。當(dāng)被消費(fèi)者使用時(shí)，規(guī)定了飛機(jī)96的例行維護(hù)和保養(yǎng)110(這可包括修改、重構(gòu)、翻新等等)。
可由系統(tǒng)整合者、第三方和/或操作者(例如，消費(fèi)者)執(zhí)行或?qū)嵤┓椒?4的每個(gè)過程。為了描述的目的，系統(tǒng)整合者可包括但不限于任意數(shù)量的飛機(jī)制造商和主系統(tǒng)次承包商；第三方可包括但不限于任意數(shù)量的銷售商、次承包商和供應(yīng)商；并且操作者可以是航空公司、租賃公司、軍事實(shí)體、服務(wù)機(jī)構(gòu)等等。如圖14所示，通過示例性方法94制造出的飛機(jī)96可包括具有多個(gè)系統(tǒng)114和內(nèi)部設(shè)施116的機(jī)身112。高級(jí)系統(tǒng)114的示例包括推進(jìn)系統(tǒng)120、電氣系統(tǒng)120、液壓系統(tǒng) 122和環(huán)境系統(tǒng)124中的一個(gè)或更多個(gè)。可包括任意數(shù)量的其它系統(tǒng)。所公開的方法可用于制造用于內(nèi)部設(shè)施116或機(jī)身112中的部件、結(jié)構(gòu)性構(gòu)件、組件或子組件。雖然示出了航空航天示例，但是本公開的原理可適用于其它工業(yè)，例如海運(yùn)業(yè)和汽車產(chǎn)業(yè)?？稍谥圃旌头鄯椒?4的任意一個(gè)或更多個(gè)階段中采用本文包含的系統(tǒng)和方法。例如可以以類似于當(dāng)飛機(jī)96服役時(shí)制造部件、結(jié)構(gòu)性構(gòu)件、組件或子組件的方式制作或加工對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)過程102的部件、結(jié)構(gòu)元件、組件或構(gòu)件。同樣，一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合可用于生產(chǎn)階段102和104中，例如，通過極大加速飛機(jī)96的組裝或減少飛機(jī)96的成本。類似地，一個(gè)或更多個(gè)設(shè)備實(shí)施例、方法實(shí)施例或其組合可在飛機(jī) 96服役時(shí)被使用，例如但不限于維護(hù)和保養(yǎng)110。雖然已經(jīng)關(guān)于某些示例性實(shí)施例描述了本公開的實(shí)施例，但應(yīng)當(dāng)明白，具體實(shí)施例是為了說明而不是限制的目的，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員將想到其他變體。
權(quán)利要求
1.一種在輪廓性部件上形成和鋪設(shè)復(fù)合鋪層的方法，包含在工具上形成輪廓性復(fù)合鋪層，該工具的輪廓與所述部件的輪廓大體匹配； 產(chǎn)生表示所述部件相對(duì)于所述工具的位置的一組位置數(shù)據(jù)；以及使用操縱器和所述位置數(shù)據(jù)將所述工具移動(dòng)至靠近所述部件并將所述輪廓性復(fù)合鋪層鋪設(shè)到所述輪廓性部件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使用自動(dòng)纖維鋪設(shè)機(jī)在所述工具上自動(dòng)鋪設(shè)復(fù)合材料從而形成所述輪廓性復(fù)合鋪層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含通過給所述工具上的氣囊充氣而抵靠所述部件壓緊所述鋪層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，進(jìn)一步包含通過給所述工具上的袋充氣而抵靠所述部件進(jìn)一步壓緊所述鋪層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，進(jìn)一步包含 通過給所述袋放氣而使所述袋縮回遠(yuǎn)離被壓緊的鋪層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生所述位置數(shù)據(jù)是通過確定所述工具輪廓在共用三維坐標(biāo)系中相對(duì)于所述部件輪廓的三維位置的三維位置而實(shí)施的。
7.一種在輪廓性基底上施加復(fù)合鋪層的設(shè)備，包含工具，其適于被安裝到操縱器上以便將所述工具移動(dòng)至靠近所述基底，所述工具包括與所述基底的輪廓大體匹配的輪廓性工具面；在所述工具上用于將鋪層壓緊到所述基底上的至少第一柔性壓緊器，所述第一壓緊器覆蓋所述工具面并適于使復(fù)合鋪層鋪設(shè)在其上；以及用于控制所述第一壓緊器的控制裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，進(jìn)一步包含在所述工具上介于所述第一壓緊器和所述工具面之間的第二柔性壓緊器，其用于將所述鋪層壓緊到所述基底上，且其中所述控制裝置控制所述第二壓緊器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中 所述第一壓緊器包括密封至所述工具的真空袋， 所述第二壓緊器包括柔性可充氣的氣囊，并且所述控制裝置包括壓力源、真空源和將所述壓力源和所述真空源與所述袋和所述氣囊選擇性地連接在一起的控制器。
全文摘要
復(fù)合鋪層被形成在工具上且被鋪設(shè)到輪廓性部件上。該工具的輪廓與所述部件的輪廓大體匹配。產(chǎn)生表示部件在空間中相對(duì)于所述工具的位置的一組位置數(shù)據(jù)。自動(dòng)操縱器使用所述位置數(shù)據(jù)來將所述工具移動(dòng)至靠近所述部件并將所述輪廓性鋪層鋪設(shè)到所述部件上。
文檔編號(hào)B32B37/10GK102233708SQ20111004
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者B·G·羅賓斯, D·M·羅特爾, K·S·威爾登, W·S·霍倫斯泰納 申請(qǐng)人:波音公司