[发明专利]用于将复合板层成形到成型工具表面上的方法和设备

说明书

本申请涉及一种用于将复合板层成形到成型工具表面上的方法和设备。末端执行器将复合板层传送、放置和成形到具有复杂工具表面的工具上。末端执行器包括：真空和伯努利夹持器的组合，用于在复合板层被传送和成形时保持复合板层；以及一组机械致动器，其将复合板层成形到工具表面上。伯努利夹持器允许复合板层在保持和成形时滑动。

技术领域

本公开总体上涉及复合结构的制造，并且更具体地涉及将复合板层成形到具有复杂轮廓的工具表面上。

背景技术

具有高度成型表面的复合叠层结构在制造期间可能存在挑战，特别是在高生产率环境中。在结构的铺设期间，复合板层必须单独铺设并向下扫过具有复杂轮廓的工具表面而没有起褶或起皱。已开发出自动取放设备以部分地自动化铺设过程，但是具有有限的成形能力。还已开发出更先进的自动铺设/成形设备，其采用复杂致动器和控制系统。然而，该设备还具有有限的成形能力，并且可能无法使板层与需要显著板层剪切的复杂工具表面相符。

因此，期望提供一种用于将板层传送和成形到具有复杂轮廓的工具表面上的成本有效的、高效的设备和方法。

发明内容

本公开总体上涉及复合叠层结构的制造，并且更具体地涉及用于将复合板层传送和成形到具有复杂轮廓的工具表面上的自动化设备和方法。设备包括全自动末端执行器，其配置为安装在机器人或其它类型的操纵器上。末端执行器能够提升复合材料(例如预浸料)板层，将复合板层传送至成形工具(例如芯轴)，将复合板层定位和夹紧在工具上，并且然后将复合板层向下成形到工具上的复杂表面轮廓上。末端执行器使用真空吸杯和伯努利杯、结合柔性成形膜夹持并提升复合板层。末端执行器上的致动器根据需要拉伸并拉动成形膜，以将复合板层向下成形在工具表面上和上方。在成形过程中，成形膜和复合板层在伯努利杯下方滑动，以防止复合板层的打皱或起皱。可以使用增强件局部地定制成形膜的硬度，以提供最佳成形特性。

所公开的实施例的优点之一是拾取、运输、放置和成形板层的过程是完全自动化的。另一个优点是末端执行器的结构相对简单并且是成本有效的。另一个优点是复合材料(例如预浸料)板层可以在包括封闭轮廓的复杂工具表面上成形。

根据一个方面，提供了一种用于将复合板层传送和成形到成型工具表面上的末端执行器。末端执行器包括配置成夹持复合板层的至少一个真空夹持器。提供至少一个伯努利夹持器，其配置为还能够夹持复合板层，同时在复合板层成形时允许复合板层相对于伯努利夹持器滑动。末端执行器进一步包括配置为放置在复合板层上的成形膜、以及用于将成形膜和复合板层向下接合并成形在成型工具表面上的成形装置。

根据另一个方面，提供了一种用于将复合板层放置和成形到成型工具表面上的设备。设备包括操纵器和安装在操纵器上并可由操纵器传送的框架。设备还包括由框架支撑的柔性成形膜，该柔性成形膜配置为放置在成型工具表面上。至少一个真空吸杯安装在柔性成形构件上并配置为接合并夹持复合板层，从而固定复合板层在框架上的位置。框架上的夹紧装置配置为将柔性成形膜和复合板层的一部分夹紧在成型工具表面上。多个伯努利杯安装在柔性成形膜上，并且配置为夹持复合板层，同时在板层成形到成型工具表面上时允许板层在伯努利杯下方滑动。设备还包括安装在框架上的多个成形装置，这些成形装置配置为将柔性成形膜和复合板层向下成形到成型工具表面上。

根据再一个方面，提供了一种用于将复合板层传送和成形到成型工具表面上的方法。方法包括使用末端执行器上的多个夹持杯夹持复合板层，该末端执行器配置为安装在操纵器上。方法包括使用末端执行器将复合板层传送到成型工具表面，并且使用末端执行器将复合板层放置在成型工具表面上。方法进一步包括使用末端执行器将成形膜放置在成型工具表面上的复合板层上。方法还包括将成形膜和复合板层的一部分夹紧在成型工具表面上，并且然后将复合板层向下成形到成型工具表面上，同时复合板层的一部分保持夹紧在成型工具表面上。在复合板层的成形期间，允许复合板层相对于至少某些夹持杯滑动。

特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立地实现，或者可以在另外其它实施例中组合，参考以下描述和附图可以看到其中进一步的细节。