[发明专利]用于形成和施加具有复杂几何形状的复合铺层的方法和设备

说明书

技术领域

本公开大体涉及复合部件的制造，且更具体地涉及用于形成和施加复合铺层(例如倍增件)到具有复杂几何形状的部件表面上的方法和设备。

背景技术

自动纤维铺设(AFP)机可用于铺层/铺放(layup)复合层压结构，该复合层压结构包含具有多个纤维取向中的一个纤维取向的多个层板。在使用AFP机制造整个结构的情况下，建构速率可以取决于AFP机的速度，因为层板通常顺序形成。为了加速建构过程，可以手工建构结构的某些部段并将其作为预装配套件施加到结构。例如，可在AFP建构序列中作为子任务手工地预装配并施加倍增件。但是，手工预装配倍增件铺层可能是费时且困难的，尤其在倍增件必须被施加到具有复杂表面几何形状的结构的情况下，例如飞机的多轮廓机头或机尾部段。使用自动机械预装配倍增件的现有尝试已经局限于或者平坦或者在一个维度中具有不变曲率的铺层。

因此，存在对用于形成和施加铺层(例如倍增件)至具有包括多种轮廓的复杂表面几何形状的复合结构的方法和设备的需要。

发明内容

所公开的实施例提供用于形成和施加铺层到具有复杂形状的复合结构(例如多轮廓部件)上的方法和设备。铺放、施加和压紧需求被整合到可使用单个工具的一个过程中。可使用AFP机将复合材料铺放到具有与部件表面基本匹配的多轮廓工具面的工具上而快速形成匹配部件表面的几何形状的铺层。该工具也可以用于铺设和压紧铺层到部件表面上。所公开的方法和设备允许在主装配线之外制造铺层(例如倍增件)，因此允许它们根据需要被重做且被检查而不会减慢主装配过程。

根据一个公开实施例，提供了一种形成和铺设复合铺层到轮廓性部件(即具有一定轮廓的部件，contoured part)上的方法。该方法包括在工具上形成轮廓性复合铺层，其中该工具的轮廓与所述部件的轮廓基本匹配。该方法还包括产生表示所述部件相对于所述工具的位置的一组位置数据。该方法使用操纵器和所述位置数据将所述工具移动至靠近所述部件并且将所述轮廓性铺层铺设到该部件上。使用自动纤维铺设机来自动将复合材料铺设到所述工具上，从而形成所述轮廓性复合铺层。通过给所述工具上的气囊充气和/或通过给所述工具上的袋充气从而抵靠所述部件压紧所述铺层。通过给所述袋放气而使所述袋和被压紧的铺层分离。通过确定工具轮廓在共用3-D坐标系中相对于部件轮廓的3-D位置的三维(3-D)位置来实现产生所述位置数据。

根据另一实施例，提供了一种施加复合倍增件到具有多轮廓表面的部件上的方法。该方法包含抽吸真空袋使其下降到与部件表面轮廓大体匹配的工具的多轮廓面上。复合层板被铺放到所述袋之上在工具面上。该方法包括产生表示所述工具面相对于所述部件表面的位置的一组位置数据。该方法进一步包含使用所述位置数据和操纵器将所述工具自动移动至靠近所述部件并抵靠所述部件表面铺设所述铺层。该方法还包括通过给所述袋充气而抵靠所述部件表面压紧所述铺层。抽吸所述袋使其下降到所述工具面上是通过在所述袋内抽真空而实施的。

根据另一实施例，提供了一种施加铺层到具有多轮廓表面的部件上的方法。该方法包括抽吸柔性袋使其下降到与部件表面轮廓大体匹配的工具的多轮廓面上。该方法包括在被袋覆盖的工具面上铺放复合铺层，并且移动所述工具至靠近所述部件并使用所述工具铺放所述铺层到所述部件表面上。该方法还包括通过给所述袋充气而抵靠所述部件压紧所述铺层，以及通过在所述袋中抽真空而将所述袋与被压紧的铺层分开。该方法可进一步包含通过给所述工具面和所述袋之间的气囊充气而抵靠所述部件表面压紧所述铺层。

根据另一实施例，提供了一种用于在轮廓性基底上施加复合铺层的设备。该设备包括工具、第一和第二压紧器以及用于控制所述第一和第二压紧器的装置。所述工具适于被安装到操纵器上以便将所述工具移动至靠近所述基底，且该工具包括与所述基底的轮廓大体匹配的轮廓性工具面。第一柔性压紧器覆盖所述工具面并适于将复合铺层铺设在其上。第二柔性压紧器被置于所述第一压紧器和所述工具面之间，以便用于将所述铺层压紧到所述基底上。所述第一压紧器可包括密封至所述工具的真空袋，且所述第二压紧器可包括柔性可充气的气囊。用于控制所述第一和第二压紧器的装置可包括压力源、真空源和使用所述压力源和所述真空源给所述第一和第二压紧器选择性地增压和降压的控制器。