專利名稱：鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和器械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及復(fù)合零件的制造，更具體地涉及鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和器械，例如飛行器的機(jī)身部分。
背景技術(shù)：
諸如機(jī)身筒形部分的回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)可以鋪設(shè)在心軸的外部工具表面上，其代表了完成結(jié)構(gòu)的內(nèi)模線(IML)。當(dāng)心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，自動(dòng)纖維鋪放(AFP)機(jī)床可以用于將纖維帶或纖維束形式的復(fù)合材料鋪在工具表面。這些心軸是自支持的，且必須在同時(shí)有AFP機(jī)床和開始/停止制動(dòng)減速施加的力下起作用，因此，心軸是相對(duì)笨重的、復(fù)雜的和制造昂貴的。 而且，需要外部加工來(lái)形成結(jié)構(gòu)的外模線(OML)上的所需表面。例如，在飛行器機(jī)身部分的情形中，可能需要外部加工來(lái)產(chǎn)生在結(jié)構(gòu)的OML(外模線)上的空氣動(dòng)力學(xué)表面。此外，可能需要大量的機(jī)座和大型馬達(dá)和制動(dòng)器來(lái)支撐和旋轉(zhuǎn)心軸的相對(duì)大的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，和需要大型起重機(jī)來(lái)移動(dòng)在工廠地面上的心軸。除了以上討論的缺點(diǎn)以外，由于可以旋轉(zhuǎn)具有大的動(dòng)態(tài)質(zhì)量的心軸的速度限制，鋪層速度和生產(chǎn)率是受限的。已經(jīng)設(shè)計(jì)了其他生產(chǎn)設(shè)備用于將復(fù)合材料鋪設(shè)在對(duì)應(yīng)于復(fù)合結(jié)構(gòu)OML的心軸的內(nèi)部筒形工具表面上。該設(shè)備使用安裝在懸臂支撐的門架上的AFP頭，以便當(dāng)旋轉(zhuǎn)心軸時(shí)將復(fù)合材料施加于內(nèi)部工具表面(內(nèi)模線)。因此，該設(shè)備還依賴于相對(duì)重的心軸的旋轉(zhuǎn)， 為的是在工具表面周向內(nèi)施加復(fù)合材料，因此呈現(xiàn)出在復(fù)合材料被施加于旋轉(zhuǎn)心軸的外部工具表面的生產(chǎn)技術(shù)的許多缺點(diǎn)。因此，需要一種形成可以不依賴于相對(duì)重的心軸旋轉(zhuǎn)的筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和器械。還需要一種降低加工花費(fèi)同時(shí)增加復(fù)合材料的沉積率和提高生產(chǎn)效率的方法和器械。

發(fā)明內(nèi)容
所公開的實(shí)施例提供了通過(guò)利用AFP(自動(dòng)纖維鋪放)頭將復(fù)合材料施加于靜止 OML模具工具而鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法和器械。在OML模具工具上形成復(fù)合鋪層可以降低額外加工以修改完成結(jié)構(gòu)的OML表面的需求。OML模具的靜止安裝消除了對(duì)旋轉(zhuǎn)工具所需的機(jī)構(gòu)的需求。使用連續(xù)旋轉(zhuǎn)操縱器在工具表面之上移動(dòng)AFP頭允許復(fù)合材料的連續(xù)鋪層，因而增加了鋪層速度和生產(chǎn)效率。通過(guò)使用PKM(并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床)類型的操縱器進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，PKM提供了 AFP頭在工具表面之上的高速動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。使用靜止OML模具工具更適用于反作用于由PKM操縱器產(chǎn)生的大重力。當(dāng)鋪層速度增加時(shí)，由PKM操縱器產(chǎn)生的大重力可以用于提供對(duì)于復(fù)合材料的額外附著壓力。OML模具工具的靜止安裝可以降低工具的質(zhì)量，因?yàn)镺ML模具不需要是自支持的，或者不需要反作用于旋轉(zhuǎn)期間由工具的緊急停止減速所產(chǎn)生的慣性載荷。根據(jù)一個(gè)公開的實(shí)施例，提供了制造回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。該方法包含提供具有內(nèi)部工具表面的OML模具，復(fù)合鋪層可以在內(nèi)部工具表面上形成；和移動(dòng)操縱器穿過(guò)模具的內(nèi)部。該方法進(jìn)一步包含使用操縱器上的末端執(zhí)行器從而將復(fù)合材料施加到工具表面，包括在工具表面之上周向地移動(dòng)末端執(zhí)行器。該方法進(jìn)一步包含保持OML模具靜止同時(shí)形成鋪層。移動(dòng)操縱器穿過(guò)模具包括沿著OML模具的縱軸線基本線性地移位操縱器。基本線性地移動(dòng)操縱器是通過(guò)將操縱器安裝在支架上和利用支架來(lái)引導(dǎo)操縱器的線性移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。該方法包含提供具有定義了結(jié)構(gòu)外模線的內(nèi)表面的筒形模具；和保持模具基本靜止。該方法進(jìn)一步包括在模具的內(nèi)表面上形成復(fù)合鋪層，同時(shí)保持模具基本靜止。形成鋪層包括利用自動(dòng)化的涂敷器頭將復(fù)合材料施加到模具的內(nèi)表面，和利用操縱器來(lái)移動(dòng)涂敷器頭穿過(guò)模具的內(nèi)部以及將復(fù)合材料施加到內(nèi)表面。根據(jù)進(jìn)一步的實(shí)施例，提供了制造飛行器的筒形機(jī)身部分的方法。該方法包含提供具有筒形內(nèi)模具表面的模具，復(fù)合鋪層在筒形內(nèi)模具表面上形成；和基本線性地移動(dòng)操縱器穿過(guò)模具的內(nèi)部。該方法進(jìn)一步包含利用操縱器上的涂敷器頭將復(fù)合材料施加于模具表面，包括在模具表面之上周向地移動(dòng)涂敷器頭同時(shí)模具保持靜止。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了將復(fù)合材料鋪設(shè)在心軸上的方法。該方法包含提供 OML模具，定位鋪層頭以用于沿著OML模具內(nèi)的軸線軸向地移動(dòng)和關(guān)于OML模具內(nèi)的軸線旋轉(zhuǎn)，以及將復(fù)合材料鋪設(shè)在OML心軸上。該方法進(jìn)一步包含將鋪層頭末端執(zhí)行器與肘節(jié)連接在一起，和將肘節(jié)與至少一個(gè)臂連接在一起。該方法進(jìn)一步包含環(huán)繞軸線連接至少一個(gè)臂，以便于臂可以關(guān)于該軸線旋轉(zhuǎn)地和/或軸向地移動(dòng)，以及或改變其關(guān)于該軸線的取向。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的器械。該器械包含具有定義了結(jié)構(gòu)的外模線的筒形內(nèi)部工具表面的模具，和用于將復(fù)合材料施加于工具表面的復(fù)合材料涂敷器頭。該器械進(jìn)一步包含操縱涂敷器頭的操縱器，其包括在模具表面之上周向地移動(dòng)頭的裝置，和安裝操縱器以用于移動(dòng)穿過(guò)模具內(nèi)部的裝置。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，提供了制造飛行器機(jī)身的器械。該器械包含具有大體開放的內(nèi)部和彎曲的內(nèi)部模具表面的靜止模具，彎曲的復(fù)合機(jī)身鋪層在所述彎曲的內(nèi)部模具表面上形成。該器械進(jìn)一步包含保持模具位于靜止位置的裝置，和用于將復(fù)合材料施加于彎曲的內(nèi)部模具表面的復(fù)合材料涂敷器/施加器(applicator)。該器械還包括用于在內(nèi)部模具表面之上移動(dòng)涂敷器頭的操縱器，和用于引導(dǎo)操縱器穿過(guò)模具的開放內(nèi)部的裝置。1. 一種制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包含提供具有內(nèi)部工具表面的OML模具，復(fù)合鋪層可以在內(nèi)部工具表面上形成；移動(dòng)操縱器穿過(guò)所述模具的內(nèi)部；利用所述操縱器上的末端執(zhí)行器將復(fù)合材料施加于所述工具表面，包括在工具表面之上周向地移動(dòng)所述末端執(zhí)行器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含保持所述OML模具靜止同時(shí)形成所述鋪層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，移動(dòng)所述操縱器穿過(guò)所述模具包括沿著所述OML模具的縱軸線基本線性地移位所述操縱器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，基本線性地移動(dòng)所述操縱器是通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)的將所述操縱器安裝在支架上，和
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利用所述支架來(lái)引導(dǎo)所述操縱器的線性移動(dòng)。5. 一種制造回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包含提供具有限定所述結(jié)構(gòu)的外模線的內(nèi)表面的回轉(zhuǎn)體模具；保持所述模具基本靜止；以及在所述模具的內(nèi)表面上形成復(fù)合鋪層，且同時(shí)保持所述模具基本靜止，包括利用自動(dòng)化的涂敷器頭將復(fù)合材料施加于所述模具的內(nèi)表面，和利用操縱器來(lái)移動(dòng)所述涂敷器頭穿過(guò)所述模具的內(nèi)部且將復(fù)合材料施加于所述內(nèi)表面。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中利用操縱器來(lái)移動(dòng)所述涂敷器頭包括沿著穿過(guò)所述模具的基本線性路徑移動(dòng)所述操縱器。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中沿著線性路徑移動(dòng)所述操縱器包括沿著穿過(guò)所述模具的內(nèi)部的支架引導(dǎo)所述操縱器。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中利用操縱器來(lái)移動(dòng)所述涂敷器頭包括利用所述操縱器在所述模具的內(nèi)部之上周向地移動(dòng)所述涂敷器頭。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包含通過(guò)將控制信號(hào)無(wú)線傳送至所述涂敷器頭和所述操縱器來(lái)控制所述涂敷器頭和操縱器。10. 一種制造飛行器的筒形機(jī)身部分的方法，其包含提供具有筒形內(nèi)部模具表面的模具，復(fù)合鋪層可以在筒形內(nèi)部模具表面上形成；基本線性地移動(dòng)操縱器穿過(guò)所述模具的內(nèi)部；利用所述操縱器上的涂敷器頭將復(fù)合材料施加于所述模具表面，包括在模具表面之上周向地移動(dòng)所述涂敷器頭，且同時(shí)所述模具保持靜止。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，進(jìn)一步包括保持所述模具靜止，同時(shí)所述涂敷器頭在所述模具表面之上周向地移動(dòng)。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述模具表面之上周向地移動(dòng)所述涂敷器頭是通過(guò)圍繞所述模具的縱軸線旋轉(zhuǎn)所述操縱器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中基本線性地移動(dòng)所述操縱器是通過(guò)以下實(shí)現(xiàn)的將所述操縱器安裝到支架上，和利用所述支架來(lái)引導(dǎo)所述操縱器的線性移動(dòng)。14. 一種將復(fù)合材料鋪設(shè)在心軸上的方法，其包含提供OML模具；定位鋪層頭末端執(zhí)行器以用于沿著所述OML模具內(nèi)的軸線軸向移動(dòng)和圍繞所述 OML模具內(nèi)的該軸線旋轉(zhuǎn)移動(dòng)；和將復(fù)合材料鋪設(shè)在所述OML心軸上。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包含將所述鋪層頭末端執(zhí)行器聯(lián)接于肘節(jié)。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包含
將所述肘節(jié)聯(lián)接于至少一個(gè)臂。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包含圍繞所述軸線聯(lián)接至少一個(gè)臂，以便所述臂能夠相對(duì)于該軸線旋轉(zhuǎn)和/或軸向移動(dòng)以及或改變其關(guān)手所述軸線的取向。18. 一種制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的器械，其包含具有限定所述結(jié)構(gòu)的外模線的筒形內(nèi)部工具表面的模具；用于將復(fù)合材料施加于所述工具表面的復(fù)合材料涂敷器頭；用于操縱所述涂敷器頭的操縱器，包含用于在所述模具表面之上周向地移動(dòng)所述頭的裝置；和安裝所述操縱器以用于移動(dòng)穿過(guò)所述模具的內(nèi)部的裝置。19.根據(jù)權(quán)利要求20所述的器械，進(jìn)一步包含適用于將所述模具靜止地安裝在支撐面上的裝置。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的器械，其中所述操縱器包括并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床。21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的器械，其中所述并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床包括圍繞公共軸線旋轉(zhuǎn)的第一、第二和第三臂，和樞轉(zhuǎn)地連接在所述臂和所述涂敷器頭之間的連桿。22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的器械，其中所述安裝裝置包括細(xì)長(zhǎng)支架，適用于被支撐在其相反端上且與所述模具的縱軸線基本對(duì)齊，和安裝成沿著所述支架移動(dòng)的滑動(dòng)臺(tái)架，其中所述操縱器被安裝在所述滑動(dòng)臺(tái)架上。23. 一種制造飛行器機(jī)身的器械，其包含具有大體開放的內(nèi)部和彎曲的內(nèi)部模具表面的靜止模具，彎曲的復(fù)合機(jī)身鋪層可以在彎曲的內(nèi)部模具表面上形成；保持所述模具處于靜止位置的裝置；用于將復(fù)合材料施加于所述彎曲的內(nèi)部模具表面的復(fù)合材料涂敷器頭；用于在所述內(nèi)部模具表面之上移動(dòng)所述涂敷器頭的操縱器；和引導(dǎo)所述操縱器穿過(guò)所述模具的所述開放的內(nèi)部的裝置。24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的器械，其中所述引導(dǎo)裝置包括與所述模具的縱軸線對(duì)齊的支撐引導(dǎo)件，和所述操縱器包括SCARA Tau型的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床，其具有支撐其的管狀底座，且該管狀底座被安裝成沿著所述支撐弓I導(dǎo)件移動(dòng)。25. 一種鋪設(shè)飛行器機(jī)身的復(fù)合筒形部分的方法，其包含提供具有內(nèi)部OML工具表面的心軸；通過(guò)靜止地安裝所述心軸在所述筒形部分的鋪層期間防止所述心軸移動(dòng)；將細(xì)長(zhǎng)支撐引導(dǎo)件定位在所述心軸內(nèi)且其縱軸線與所述心軸的縱軸線對(duì)齊；安裝PKM操縱器以用于沿著所述支撐引導(dǎo)件移動(dòng)和圍繞所述支撐引導(dǎo)件旋轉(zhuǎn)，將管狀底座放置在所述支撐引導(dǎo)件之上；將肘節(jié)安裝操縱器上以具有多自由度運(yùn)動(dòng)；將自動(dòng)化的纖維鋪放頭安裝在所述肘節(jié)上；
沿著所述支撐弓I導(dǎo)件線性地移動(dòng)所述操縱器；利用所述操縱器在所述工具表面之上移動(dòng)所述頭，包括圍繞所述心軸的縱軸線完全周向地移動(dòng)所述頭；和利用所述頭在所述工具表面之上施加復(fù)合材料。26. 一種鋪設(shè)飛行器機(jī)身的復(fù)合筒形部分的器械，其包含具有限定所述筒形部分的外模線的筒形內(nèi)部工具表面的心軸；貫穿所述心軸的內(nèi)部延伸的細(xì)長(zhǎng)支撐引導(dǎo)件，其具有的縱軸線與所述心軸的縱軸線對(duì)齊；在所述支撐引導(dǎo)件的相反端上的支架，用于支撐所述支撐引導(dǎo)件；SCARA Tau型并聯(lián)運(yùn)動(dòng)操縱器，其具有管狀底座、安裝成在底座上關(guān)于公共軸線旋轉(zhuǎn)的至少三個(gè)臂、工作臺(tái)和連接所述臂與所述工作臺(tái)的連桿；滑動(dòng)臺(tái)架，其將管狀底座安裝成沿著所述支撐引導(dǎo)件線性移動(dòng)；安裝在工作臺(tái)上的肘節(jié)，其具有多自由度運(yùn)動(dòng)；和復(fù)合材料涂敷器頭，用于在所述工具表面之上施加復(fù)合材料。


圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的器械的功能框圖的圖解。圖2是飛行器的筒形機(jī)身部分的透視圖的圖解。圖3是鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法的簡(jiǎn)單流程圖的圖解。圖4是圖1中所示器械的透視圖的圖解。圖5是操縱器、肘節(jié)和頭的框圖，其用于將復(fù)合材料鋪設(shè)在圖4中所示心軸的內(nèi)部工具表面上。圖6是關(guān)于示意性地用虛線表明的心軸所示的操縱器的側(cè)視圖的圖解，為了簡(jiǎn)潔起見未示出AFP頭。圖7是以更大比例呈現(xiàn)的圖6中所示的操縱器的等距視圖。圖8是沿著圖4中的線8-8截取的縱向截面圖的圖解。圖9是示出了操縱器的可選安裝布置的縱向截面圖的圖解。圖10是形成圖1和圖4-9中所示器械的零件的控制元件的方框圖的圖解。圖11是飛行器生產(chǎn)和服役方法的流程圖。圖12是飛行器的方框圖。
具體實(shí)施例方式首先參考圖1，公開的實(shí)施例涉及將回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在OML模具工具沈上的器械20，這里OML模具工具沈有時(shí)也被稱為OML模具26。如這里所使用的，“回轉(zhuǎn)體”指的是通過(guò)圍繞位于相同平面內(nèi)的軸線(未示出)旋轉(zhuǎn)平面或復(fù)雜曲面(未示出)所獲得的結(jié)構(gòu)。在所示的實(shí)施例中，回轉(zhuǎn)體被公開為筒形結(jié)構(gòu)，例如圖2中所示的筒形部分44，然而可以考慮其他的回轉(zhuǎn)體，例如但不限于，截錐體(未示出)。圖2中所示的筒形復(fù)合部分44可以形成飛行器機(jī)身(未示出)的零件，包含鋪設(shè)在OML工具沈上的多個(gè)層壓層板(未示出)。筒形部分44可以包括單獨(dú)的層板部分46，其形成層板倍增件或加固物。為了簡(jiǎn)潔起見和方便描述，以下將使用術(shù)語(yǔ)“筒”、“筒形”和 “筒形部分”描述通過(guò)公開的方法和器械可以制造的所有復(fù)合回轉(zhuǎn)體的形狀，并且這些術(shù)語(yǔ)并不是為了將形狀限制為圓柱形或筒形的。圖1中所示的器械20進(jìn)一步包含操縱器30 (有時(shí)也被稱為機(jī)器人或機(jī)器工具)， 其被安裝以用于借助于引導(dǎo)支架M在OML模具沈的開放內(nèi)部M內(nèi)沿OML模具沈的縱軸線34雙向移動(dòng)32。AFP頭觀形式的末端執(zhí)行器被安裝在由操縱器30承載的肘節(jié)四上。 肘節(jié)四能夠沿著或圍繞多個(gè)軸線(未示出)移動(dòng)AFP頭觀。AFP頭觀可以包含本領(lǐng)域已知類型的自動(dòng)化纖維鋪放機(jī)構(gòu)，其將預(yù)浸漬帶、纖維、或纖維束形式的復(fù)合材料22施加于 OML模具沈的內(nèi)部工具表面26a上。在本示例中，工具表面26a是基本圓筒形的，這導(dǎo)致形成的鋪層是基本筒形的。以下將更詳細(xì)地討論，操縱器30圍繞OML模具沈的縱軸線34完全或連續(xù)可旋轉(zhuǎn)，從而允許AFP頭觀將復(fù)合材料周向地(如箭頭55所示)或以所需角度地施加于工具表面26a之上，且同時(shí)OML模具沈保持靜止?，F(xiàn)在注意力轉(zhuǎn)向圖3，其概括地示出了鋪設(shè)筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)44的方法的整體步驟。 在36開始，提供具有對(duì)應(yīng)于所需回轉(zhuǎn)表面的工具表面^a (圖1)的OML模具沈，在所示的實(shí)施例中，該所需回轉(zhuǎn)表面包含圓柱形或筒形。在38，OML模具沈靜止地安裝在合適的支架或基座(未示出)上，例如工廠地面。在40，操縱器30被安裝成在OML模具沈內(nèi)線性地移動(dòng)。在42，AFP頭觀用于將層板(未示出)鋪放在OML模具沈的內(nèi)部工具表面26a上。 該鋪放過(guò)程包含沿著或平行于模具26的縱軸線34線性地移動(dòng)操縱器30，和利用操縱器30 在工具表面26a之上周向地(由圖1中的箭頭55所示)移動(dòng)AFP頭28，以便基本圍繞OML 模具26的整個(gè)圓周將復(fù)合材料鋪放在工具表面26a上。這些線性和周向移動(dòng)可以被協(xié)調(diào)， 以便以期望角度在工具表面26a之上移動(dòng)操縱器30。圖4示出了圖1中所示器械20的額外的細(xì)節(jié)。引導(dǎo)支架討可以包含圓柱形管，該管的相反端被靜止地固定在被支撐在工廠地面48或其他基座上的柱子56上。在其他實(shí)施例中，引導(dǎo)支架M可以包含多個(gè)支撐元件(未示出)和/或可以具有其他的橫截面形狀。 通過(guò)擱置在基座48上且固定于OML模具沈的托架50，OML模具沈被靜止地安裝在工廠地面48上。靜止地安裝OML模具沈的其他技術(shù)也是可以的。操縱器30借助于套在引導(dǎo)支架M上的管狀底座52被安裝在引導(dǎo)支架M上。管狀底座52將操縱器30安裝在引導(dǎo)支架M上以用于沿著對(duì)應(yīng)于OML模具沈的縱軸線34 (圖 1)的由數(shù)字45所示的坐標(biāo)系Z軸線線性運(yùn)動(dòng)，以及圍繞Z軸線旋轉(zhuǎn)。如圖4中所示，肘節(jié) 29被安裝在操縱器30上，AFP頭觀被安裝在肘節(jié)四上，其可以具有多個(gè)方向的自由移動(dòng) (“自由度”)，這取決于具體應(yīng)用的需求。如以下將更詳細(xì)地討論，操縱器30沿著穿過(guò)OML 模具沈的內(nèi)部M的Z軸線沿箭頭57方向線性移動(dòng)以及在工具表面26a之上周向55地移動(dòng)AFP頭28。這些組合移動(dòng)允許涂敷器頭28基本地橫穿整個(gè)工具表面^a。圖5示出了頭觀和肘節(jié)四。頭觀可以包含將大群的纖維束或狹縫帶22鋪放在工具表面26a上的數(shù)個(gè)公知纖維鋪放機(jī)構(gòu)中的任何一種。例如，涂敷器頭觀可以與下面公開的涂敷器相似或具有下面公開的涂敷器的特征，下面公開的整個(gè)內(nèi)容以參考方式包括進(jìn)本發(fā)明1987年10月13日授權(quán)的美國(guó)專利4，699, 683 ；2007年2月8日公開的美國(guó)專利公開20070(^9030A1 ；2010年9月16日公開的美國(guó)專利公開20100230043 ；2010年9月9日公開的美國(guó)專利公開201002M716 ；和2009年8月27日公開的美國(guó)專利公開20090211698。
現(xiàn)在注意力指向圖6和圖7，其示出了操縱器30的額外的細(xì)節(jié)。圖6和圖7中所示的具體操縱器30是并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床(PKM)，這種類型被稱為SCARA (選擇性柔順性裝配操縱器臂)Tau。PKM機(jī)構(gòu)可以被定義為閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其中末端執(zhí)行器(未示出)通過(guò)至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈被連接底座(未示出)。SCARA型PKM操縱器公知地用于移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)物體而不會(huì)改變物體的傾角。SCARA型操縱器包含串聯(lián)連接的傳動(dòng)連桿，且一般具有χ、y、ζ方向以及物體圍繞平行于Z軸線的軸線的旋轉(zhuǎn)的四個(gè)自由度。SCARA Tau PKM設(shè)計(jì)允許產(chǎn)生快速鋪層運(yùn)動(dòng)和較高的鋪層生產(chǎn)率的極度高速動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。這種操縱器設(shè)計(jì)能夠具有高速動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槠湟苿?dòng)質(zhì)量相對(duì)小且非常接近運(yùn)動(dòng)軸線的慣性中心(未示出)，該運(yùn)動(dòng)軸線在該應(yīng)用中對(duì)應(yīng)于OML模具沈的縱軸線34 (圖1)。操縱器30概括地包含分別通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸承68、70、72被串聯(lián)安裝在管狀底座52上的三個(gè)臂62、64、66。肘節(jié)四和頭觀可以被安裝在其上(圖6和圖7中未示出)的工作臺(tái) 80是通過(guò)一連串連桿74、76、78、79被樞轉(zhuǎn)地連接于每個(gè)臂62、64、66。更具體地，單個(gè)連桿 74具有通過(guò)樞轉(zhuǎn)連接件84分別樞轉(zhuǎn)地連接到臂62末端和工作臺(tái)80的相反端。兩個(gè)平行的連桿76中的每個(gè)連桿都具有通過(guò)樞轉(zhuǎn)連接件84分別樞轉(zhuǎn)地連接到臂64末端和工作臺(tái) 80的相反端。最后，第一和第二平行連桿78與第三平行連桿79具有通過(guò)樞轉(zhuǎn)連接件84分別連接到第三臂66末端和工作臺(tái)80的相反端。許多其他的臂和連桿組合是可能的。在下面的其整體以參考方式包括進(jìn)本發(fā)明的公開中可以發(fā)現(xiàn)適當(dāng)SCARA Tau型操縱器30的額外細(xì)節(jié)和說(shuō)明2003年12月M日公開的國(guó)際公開WO 03/106115 Al ；2002年 3月21日公開的國(guó)際公開W002/22320 Al ；2003年4月1日授權(quán)的美國(guó)專利6，M0，471 ； 2004年7月8日公開的國(guó)際公開WO 2004/056538 Al ；2003年8月14日公開的國(guó)際公開 WO 03/066289 Al ；2002年8月1日公開的國(guó)際公開WO 02/058895 Al ；和2002年7月2日授權(quán)的美國(guó)專利6，412，363。現(xiàn)在參考圖8，每個(gè)臂62、64、66都通過(guò)對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)軸承68、70和72被安裝在管狀底座上。電動(dòng)馬達(dá)86、88、90驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)的小齒輪85、87、89，小齒輪85、87、89又轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)形齒輪108、110、112，這些環(huán)形齒輪108、110、112環(huán)繞管狀底座52旋轉(zhuǎn)臂62、64、66。管狀底座52被安裝成通過(guò)由定位在管狀圓柱形底座52內(nèi)的電動(dòng)馬達(dá)98驅(qū)動(dòng)的滑動(dòng)臺(tái)架96而沿著引導(dǎo)支架M線性移動(dòng)。電力電纜102、106被承載在電纜鏈92中，電纜鏈92將諸如馬達(dá) 86、88、90的電子部件和AFP*^ (圖4)與稍后討論的外接控制器116 (圖10)連接在一起。一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)連接件118將來(lái)自電纜鏈92的線102、106布線至操縱器30和旋轉(zhuǎn)連接件，從而當(dāng)操縱器30沿著引導(dǎo)支架M移動(dòng)時(shí)防止線102、106的纏繞、纏結(jié)和/或粘結(jié)。 旋轉(zhuǎn)連接件輸出鎖115鎖住旋轉(zhuǎn)連接件118的旋轉(zhuǎn)輸出部分115a，以便線102、106不會(huì)纏結(jié)或伸出。公開的SCARA Tau型操縱器30具有處于3_2_1構(gòu)造的臂62、64、66和連桿74、76、 78,79設(shè)置，這要求肘節(jié)四具有六個(gè)自由度。3-2-1構(gòu)造指的是連接每個(gè)臂62、64、66的連桿74、76、78的數(shù)目?？梢允褂每蛇x形式來(lái)降低偏心質(zhì)量和減少操縱器30的慣性瞬間。例如，每個(gè)臂62、64、66可以系在單獨(dú)的馬達(dá)(未示出)上，從而引起工作臺(tái)80傾斜和旋轉(zhuǎn)。 而且，臂62、64、66中的兩個(gè)臂或三個(gè)臂是可例如利用滾珠絲杠(未示出)伸縮的。這也將引起工作臺(tái)80傾斜和旋轉(zhuǎn)，并且可以具有其他的優(yōu)勢(shì)。在使用中，靜止OML模具沈反作用于由旋轉(zhuǎn)操縱器30所產(chǎn)生的大重力。因此，操縱器30可以在具有較輕機(jī)構(gòu)的情況下達(dá)到更高的速度和更大重力，或攜帶更多的配重(例如經(jīng)軸架材料)。當(dāng)鋪設(shè)速度增加時(shí)，增加的重力也可以用來(lái)為復(fù)合材料進(jìn)一步提供附著壓力。盡管圖4、圖6、圖7和圖8中示出了操縱器的水平安裝，但是如圖9中所示將操縱器30安裝成用于豎直操作也是可以的。在該實(shí)施例中，引導(dǎo)支架M基本豎直地放置且被支撐在底座114上。OML模具沈被靜止安裝在支架50上，且操縱器30被定位成沿著支架引導(dǎo)支架54、與OML模具沈的縱軸線34基本同軸地線性移動(dòng)?，F(xiàn)在注意力轉(zhuǎn)向圖10，其示出了器械20的額外的部件和控制元件。涂敷器頭觀、 肘節(jié)四和操縱器30可以電連接于外接控制器(off-board controller) 116，外接控制器 116可以包含但不限于PC(個(gè)人電腦)、PLC(可編程邏輯控制器)或其他合適類型的控制器。在其他的實(shí)施例中，控制器116可以安裝在操縱器30上。旋轉(zhuǎn)連接件118可以與圖8 中所示的旋轉(zhuǎn)連接件118相似，無(wú)論操縱器30關(guān)于引導(dǎo)支架M的位置和/或移動(dòng)如何，其中圖8中的旋轉(zhuǎn)連接件118保持涂敷器頭觀、肘節(jié)四和操縱器30上的電氣元件與控制器 116之間的電接觸。在控制器116被安裝在操縱器30而不是外接的實(shí)施例中，僅需要單個(gè)旋轉(zhuǎn)連接件18來(lái)將來(lái)自電源124的電力供應(yīng)給馬達(dá)/制動(dòng)器122。操縱器30可以包括分解器和/或編碼器120，其用于確定操縱器30的一個(gè)或多個(gè)元件的位置，例如臂62、64、66(圖8)的位置，位置信息通過(guò)額外的旋轉(zhuǎn)連接件118被反饋至控制器116。類似地，馬達(dá)86、88、90和98以及對(duì)應(yīng)的制動(dòng)器122可以借助于額外的旋轉(zhuǎn)連接件118被耦合到合適的電源124。在某些應(yīng)用中，作為旋轉(zhuǎn)連接件118的可替代方案， 可以在被安裝在操縱器20上的接收器/發(fā)送器1 和被耦合到控制器116的基于地面的接收器/發(fā)送器1 之間無(wú)線傳送過(guò)程控制和反饋信號(hào)。繼續(xù)參考圖11和圖12，公開的實(shí)施例可以用在圖11中所示的飛行器制造和服役方法130和圖12中所示的飛行器132的環(huán)境中。在預(yù)生產(chǎn)期間，示例性的方法130可以包括飛行器132的規(guī)格和設(shè)計(jì)134與材料采購(gòu)136。在生產(chǎn)期間，進(jìn)行飛行器132的部件和組件制造138與系統(tǒng)集成140。在步驟138期間，公開的方法和器械可以用于制造諸如機(jī)身部分的復(fù)合零件，復(fù)合零件然后在步驟140中被組裝。然后，飛行器132可以進(jìn)行認(rèn)證和交付 142，以便進(jìn)行服役144。當(dāng)由顧客使用時(shí)，飛行器132可以定期例行維修和維護(hù)146(也可以包括修改、重組、翻新等)。方法130的每個(gè)過(guò)程都可以由系統(tǒng)綜合供應(yīng)商、第三方和/或操作員(如顧客) 來(lái)執(zhí)行或?qū)嵤?。為了描述的目的，系統(tǒng)綜合供應(yīng)商可以包括但不限于任意數(shù)量的飛行器制造商和主系統(tǒng)轉(zhuǎn)包商；第三方可以包括但不限于任意數(shù)量的賣主、轉(zhuǎn)包商和供應(yīng)商；以及操作員可以是航空公司、租賃公司、軍事機(jī)構(gòu)、服務(wù)組織等。如圖12所示，由示例性的方法130生產(chǎn)的飛行器132可以包括具有多個(gè)系統(tǒng)150 和內(nèi)部152的機(jī)身148。公開的方法和器械可以用于制造機(jī)身部分，其形成機(jī)身148的零件。高級(jí)系統(tǒng)150的示例包括一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)154、電氣系統(tǒng)156、液壓系統(tǒng)158和環(huán)境系統(tǒng)160?？梢园ㄔS多其他系統(tǒng)。盡管示出了航空航天示例，不過(guò)本發(fā)明的原理可以適用于其他領(lǐng)域，例如汽車領(lǐng)域。在制造和服役方法130的任何一個(gè)或多個(gè)階段可以使用這里具體化的器械。例如，可通過(guò)與飛行器132服役時(shí)的部件或子組件生產(chǎn)類似的方式來(lái)制作或制造相應(yīng)于生產(chǎn)過(guò)程138的部件或子組件。而且，在生產(chǎn)階段138和140期間可以使用一個(gè)或多個(gè)器械實(shí)施例，例如，通過(guò)顯著加速飛行器132的裝配或降低飛行器132的費(fèi)用。類似地，當(dāng)飛行器 132在服役時(shí)可以使用一個(gè)或多個(gè)器械實(shí)施例，例如但不限于，為了維護(hù)和維修146。
盡管已經(jīng)關(guān)于某些示例性的實(shí)施例描述了本公開的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解的是，具體的實(shí)施例是為了說(shuō)明而非限制本發(fā)明，因?yàn)楸绢I(lǐng)域的技術(shù)人員將理解其他的改變。
權(quán)利要求
1.一種制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，其包含提供具有內(nèi)部工具表面的OML模具，復(fù)合鋪層可以被形成在所述內(nèi)部工具表面上； 移動(dòng)操縱器穿過(guò)所述模具的內(nèi)部；利用所述操縱器上的末端執(zhí)行器將復(fù)合材料施加于所述工具表面，包括在所述工具表面之上周向地移動(dòng)所述末端執(zhí)行器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包含 保持所述OML模具靜止且同時(shí)形成所述鋪層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中移動(dòng)所述操縱器穿過(guò)所述模具包括沿著所述OML 模具的縱軸線基本線性地移位所述操縱器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中基本線性地移動(dòng)所述操縱器是由以下實(shí)現(xiàn)的 將所述操縱器安裝在支架上；和利用所述支架來(lái)引導(dǎo)所述操縱器的線性移動(dòng)。
5.一種制造筒形復(fù)合結(jié)構(gòu)的器械，其包含模具，該模具具有限定所述結(jié)構(gòu)的外模線的筒形內(nèi)部工具表面； 用于將復(fù)合材料施加于所述工具表面的復(fù)合材料涂敷器頭； 操縱所述涂敷器頭的操縱器，包括在所述模具表面之上周向地移動(dòng)所述頭的裝置；和安裝所述操縱器以用于運(yùn)動(dòng)穿過(guò)所述模具的內(nèi)部的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，進(jìn)一步包含 適于將所述模具靜止安裝在支撐表面上的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，其中所述操縱器包括并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，其中所述并聯(lián)運(yùn)動(dòng)機(jī)床包括 圍繞公共軸線旋轉(zhuǎn)的第一、第二和第三臂，和樞轉(zhuǎn)地聯(lián)接在所述臂和所述涂敷器頭之間的連桿。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器械，其中所述安裝裝置包括適于被支撐在其相反端上且與所述模具的縱軸線基本對(duì)齊的細(xì)長(zhǎng)支架，和被安裝成沿著所述支架移動(dòng)的滑動(dòng)臺(tái)架， 其中所述操縱器被安裝在所述滑動(dòng)臺(tái)架上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過(guò)提供具有內(nèi)部工具表面的OML模具，和移動(dòng)操縱器穿過(guò)所述模具的內(nèi)部來(lái)制造所述回轉(zhuǎn)體復(fù)合結(jié)構(gòu)，復(fù)合鋪層可以在內(nèi)部工具表面上形成。操縱器上的末端執(zhí)行器用于將復(fù)合材料鋪在工具表面，并將在工具表面之上周向地移動(dòng)復(fù)合材料。
文檔編號(hào)B29C70/30GK102431182SQ20111028207
公開日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者P·J·克勞澤斯 申請(qǐng)人:波音公司