本公開(kāi)內(nèi)容涉及用于以非熱壓罐型(outofautoclave)工藝移除由復(fù)合材料制成的受損部分而修復(fù)該受損部分的機(jī)器。

背景技術(shù)：

飛行器復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可能具有必須被修復(fù)的由于撞擊影響而導(dǎo)致的受損區(qū)域。

如今，存在多種用于修復(fù)復(fù)合材料部分的技術(shù)。修復(fù)過(guò)程必須包括移除所述部分的步驟以及用于通過(guò)可被粘接至該結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料補(bǔ)片來(lái)修復(fù)所移除的部分的步驟。

對(duì)于非熱壓罐型粘接修復(fù)而言，存在已知的多個(gè)過(guò)程，比如機(jī)械銑削、噴水或激光技術(shù)。

ep2442941描述了一種如下的方法：該方法用于通過(guò)逐層地移除一定體積的復(fù)合材料并在移除層之后暫停機(jī)器以掃描該區(qū)域以及更換所述體積的結(jié)構(gòu)來(lái)修復(fù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，然而，仍需要設(shè)計(jì)能夠移除受損部分并原位修復(fù)受損部分的機(jī)器以最大可能地減少對(duì)復(fù)合材料部分搬運(yùn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明通過(guò)提供一種用于非熱壓罐型使用及產(chǎn)生粘接修復(fù)的系統(tǒng)，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，該系統(tǒng)包括下述三個(gè)部分：

-固定結(jié)構(gòu)，該固定結(jié)構(gòu)用于待被修復(fù)的復(fù)合材料受損區(qū)域，該固定結(jié)構(gòu)包括：

框架；以及

附接至框架的固定件；

-可移動(dòng)結(jié)構(gòu)，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)包括：

第一可旋轉(zhuǎn)軸，該第一可旋轉(zhuǎn)軸連接至構(gòu)造成使第一可旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第一發(fā)動(dòng)機(jī)，并且第一可旋轉(zhuǎn)軸附接至兩個(gè)固定裝置；

工具支架，該工具支架附接至第一可旋轉(zhuǎn)軸，該工具支架包括：第二可旋轉(zhuǎn)軸，該第二可旋轉(zhuǎn)軸連接至造成使第二可旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第二發(fā)動(dòng)機(jī)；以及附接至第二可旋轉(zhuǎn)軸的掃描工具、銑削工具、補(bǔ)片切削工具或復(fù)合材料補(bǔ)片搬運(yùn)工具；以及

兩個(gè)固定結(jié)構(gòu)，這兩個(gè)固定結(jié)構(gòu)各自包括通過(guò)第三可旋轉(zhuǎn)軸而彼此連接的兩個(gè)固定件，該第三可旋轉(zhuǎn)軸連接至構(gòu)造成使第三可旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的第三發(fā)動(dòng)機(jī)，這些固定件構(gòu)造成附接至用于受損部分的固定結(jié)構(gòu)的框架或者附接至補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)，使得這三個(gè)可旋轉(zhuǎn)軸各自根據(jù)用于三維空間的笛卡爾坐標(biāo)系而分別沿三個(gè)軸線x、y、z定向，以使上述工具沿三個(gè)軸線x、y和z移動(dòng)；以及

-補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)，補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)包括：

工作臺(tái)，該工作臺(tái)包括平臺(tái)移位軌，該平臺(tái)移位軌構(gòu)造成使平臺(tái)從工作臺(tái)的一側(cè)移動(dòng)到工作臺(tái)的另一側(cè)；

固定裝置，該固定裝置用于將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)固定至工作臺(tái)；

平臺(tái)，該平臺(tái)用于鋪設(shè)復(fù)合材料層，該平臺(tái)包括用于工作臺(tái)的移位裝置的附接裝置；以及

可選地，位于工作臺(tái)上方并且與平臺(tái)相對(duì)的樹(shù)脂模型，以及附接至工作臺(tái)的能夠使模型上下移動(dòng)的移位機(jī)構(gòu)，以在受損部分是彎曲的情況下原位制造彎曲的模型。

用于通過(guò)上述機(jī)器來(lái)移除復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受損部分并修復(fù)該受損部分的方法包括下列主要步驟：

1)掃描受損區(qū)域；

2)移除受損區(qū)域；

3)制造等同于該機(jī)加工的區(qū)域的補(bǔ)片；以及

4)使制造的補(bǔ)片移動(dòng)至該部分的機(jī)加工的區(qū)域中。

附圖說(shuō)明

下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，在附圖中：

圖1示出了被固定至待被修復(fù)的部分的固定結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖2示出了可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖3示出了帶有被附接至工具支架的掃描工具的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖4示出了掃描工具的正視圖；

圖5示出了銑削工具的正視圖；

圖6示出了帶有銑削工具的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖7示出了補(bǔ)片制造工作臺(tái)的立體圖；

圖8示出了圖7的側(cè)視圖；

圖9示出了圖7的正視圖；

圖10示出了帶有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)片制造工作臺(tái)的立體圖，其中，模型位于“上部”位置；

圖11示出了帶有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)片制造工作臺(tái)的正視圖，其中，切削工具在工具支架中并且模型在“上部”位置；

圖12示出了圖11的立體圖；

圖13示出了帶有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)片制造工作臺(tái)的正視圖，并且，可移動(dòng)的模型處于下部位置，平臺(tái)移動(dòng)至工作臺(tái)的另一側(cè)且位于模型上方；

圖14示出了圖13的立體圖；

圖15示出了帶有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)片制造工作臺(tái)的正視圖，并且，可移動(dòng)的模型處于下部位置，平臺(tái)位于模型的上方并且搬運(yùn)工具附接至工具支架；

圖16示出了帶有可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的補(bǔ)片制造工作臺(tái)的正視圖，其中，可移動(dòng)的模型處于上部位置并且平臺(tái)返回至其與平臺(tái)相對(duì)的初始位置；

圖17示出了圖16的立體圖；

圖18示出了帶有通過(guò)搬運(yùn)工具搬運(yùn)的補(bǔ)片的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖；

圖19示出了帶有通過(guò)附接至固定結(jié)構(gòu)的框架的搬運(yùn)工具搬運(yùn)的補(bǔ)片的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖；以及

圖20示出了附接至固定結(jié)構(gòu)的框架的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的正視圖，其中，補(bǔ)片被放置在該部分的機(jī)加工的區(qū)域中。

具體實(shí)施方式

圖1至圖20示出了用于非熱壓罐型使用及產(chǎn)生粘接修復(fù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：

-用于待修復(fù)的復(fù)合材料區(qū)域的工具移位結(jié)構(gòu)2的固定結(jié)構(gòu)1，固定結(jié)構(gòu)1包括：

框架4；以及

附接至框架4的固定件5、19，所述固定件5、19包括嘴口部(vent)和配重；

-可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2包括：

第一可旋轉(zhuǎn)軸6，第一可旋轉(zhuǎn)軸6連接至構(gòu)造成使第一可旋轉(zhuǎn)軸6旋轉(zhuǎn)第一發(fā)動(dòng)機(jī)7的該第一發(fā)動(dòng)機(jī)7，并且第一可旋轉(zhuǎn)軸6附接至兩個(gè)固定結(jié)構(gòu)32、32’；

工具支架8，該工具支架8附接至第一可旋轉(zhuǎn)軸6，該工具支架8包括：

第二可旋轉(zhuǎn)軸6’，該第二可旋轉(zhuǎn)軸6’連接至構(gòu)造成使第二可旋轉(zhuǎn)軸6’旋轉(zhuǎn)的第二發(fā)動(dòng)機(jī)7’；以及

附接至第二可旋轉(zhuǎn)軸6’的包括雙掃描頭的掃描工具9、銑削工具10、補(bǔ)片切削工具11或復(fù)合材料補(bǔ)片搬運(yùn)工具27；以及

兩個(gè)固定結(jié)構(gòu)32、32’，這兩個(gè)固定結(jié)構(gòu)各自包括通過(guò)第三可旋轉(zhuǎn)軸6”而彼此連接的兩個(gè)固定件，該第三可旋轉(zhuǎn)軸6”連接至構(gòu)造成使第三可旋轉(zhuǎn)軸6”旋轉(zhuǎn)的第三發(fā)動(dòng)機(jī)7”，使得固定件構(gòu)造成附接至用于受損部分的固定結(jié)構(gòu)1的框架4或者附接至補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3，

使得這三個(gè)可旋轉(zhuǎn)軸6、6’、6”各自根據(jù)用于三維空間的笛卡爾坐標(biāo)系而分別沿三個(gè)軸線x、y、z定向，以使上述工具9、10、11、27沿三個(gè)軸線x、y、z移動(dòng)；以及

-補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3，該補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3包括：

工作臺(tái)22，該工作臺(tái)22包括平臺(tái)移位軌31、31’，該平臺(tái)移位軌31、31’構(gòu)造成使平臺(tái)20從工作臺(tái)22的一側(cè)移動(dòng)至工作臺(tái)22的另一側(cè)；

固定件23、23’、23”、23”’、30、30’，所述固定件用于將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2固定至工作臺(tái)22；

平臺(tái)20，該平臺(tái)20用于鋪設(shè)復(fù)合材料層，該平臺(tái)20包括用于工作臺(tái)22的平臺(tái)移位軌31、31’的附接元件21，該附接元件21構(gòu)造成沿著平臺(tái)移位軌31、31’移動(dòng)；以及

可選地，補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3可包括定位在工作臺(tái)22上方并且與平臺(tái)21相對(duì)的模型24，并且包括能夠使模型24上下移動(dòng)的移位機(jī)構(gòu)26、26’、26”、26”’，比如附接至工作臺(tái)22的豎向軌和發(fā)動(dòng)機(jī)。

該模型是在受損部分是彎曲的情況下使用的樹(shù)脂模型，從而根據(jù)在受損區(qū)域的銑削步驟中獲得的3d掃描圖像通過(guò)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2的銑削工具10原位制造彎曲的模型。一旦彎曲的模型被制造，復(fù)合材料層被鋪設(shè)在彎曲的模型上方以通過(guò)可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2的切削工具被切削從而獲得所需的彎曲的補(bǔ)片。

用于通過(guò)用上述的機(jī)器以非熱壓罐方式移除復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的受損部分并原位修復(fù)該受損部分的方法包括下列主要步驟：

-掃描受損區(qū)域；

-移除所掃描出的受損區(qū)域，在待被修復(fù)的復(fù)合材料部分中留下機(jī)加工的區(qū)域；

-制造等同于機(jī)加工的區(qū)域的補(bǔ)片；以及

-將補(bǔ)片鋪設(shè)在機(jī)加工的區(qū)域上。

這些步驟通過(guò)所述系統(tǒng)以下列步驟和子步驟實(shí)施：

1)掃描受損的區(qū)域，如圖1至圖4中所示：

-將固定結(jié)構(gòu)1通過(guò)真空附接至受損部分；

-將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2組裝至固定結(jié)構(gòu)1；

-將包括雙激光掃描頭12、13的掃描工具9附接至可移動(dòng)結(jié)構(gòu)的工具支架；以及

-通過(guò)雙激光掃描頭生成受損區(qū)域的3d圖像；

2)移除受損區(qū)域，如圖5至圖6中所示：

-移除掃描工具9，并且將銑削工具10附接至可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2的工具支架8；

-通過(guò)銑削工具10移除受損區(qū)域的層，從而形成機(jī)加工的區(qū)域；以及

-通過(guò)掃描工具生成機(jī)加工的區(qū)域的新3d圖像；

3)制造等同于機(jī)加工的區(qū)域的補(bǔ)片，如圖7至圖14中所示：

-將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2從固定結(jié)構(gòu)1的框架4拆卸，并保持固定結(jié)構(gòu)1通過(guò)真空吸附而固定至待被修復(fù)的部分，以保持加工基準(zhǔn)；

-將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2配置在補(bǔ)片制造工作臺(tái)22上并且通過(guò)補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3的固定件23、23’、23”、23”’、30、30’將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2固定；

-將復(fù)合材料層鋪設(shè)在平臺(tái)20或模型24上。在受損部分是彎曲的情況下，在鋪設(shè)復(fù)合材料層之前，通過(guò)補(bǔ)片制造結(jié)構(gòu)3的模型24和銑削工具根據(jù)機(jī)加工的區(qū)域的3d圖像對(duì)樹(shù)脂模型進(jìn)行加工，并且然后將復(fù)合材料層鋪設(shè)在模型上；

-在受損部分非彎曲的情況下，用附接裝置21將平臺(tái)20通過(guò)平臺(tái)移位軌31、31’從工作臺(tái)22的一側(cè)移動(dòng)至工作臺(tái)22的另一側(cè)，其中，可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2已經(jīng)在先地通過(guò)固定件23、23’、23”、23”’、30、30’被固定；

-用在先地附接至可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2的工具支架8的補(bǔ)片切削工具11、根據(jù)在移除步驟中掃描而生成的3d圖像將復(fù)合材料層切削成具有與機(jī)加工的區(qū)域相同的體積，從而獲得補(bǔ)片28；

4)將補(bǔ)片移動(dòng)至修復(fù)部分的機(jī)加工的區(qū)域中，如圖15至圖19中所示：

-將可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2從工作臺(tái)22移除，其中，通過(guò)搬運(yùn)工具27、27’的嘴口部附接的所生產(chǎn)的補(bǔ)片28附接至可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2的工具支架(8)；以及

-將具有補(bǔ)片28的可移動(dòng)結(jié)構(gòu)2附接至保持附接至修復(fù)部分的固定結(jié)構(gòu)1的框架4上；以及

5)根據(jù)前述銑削基準(zhǔn)將制造的補(bǔ)片28附接至待被修復(fù)的復(fù)合材料部分的機(jī)加工的區(qū)域上，如圖20中所示。