CN103687716A - 层合复合件的方法和设备 - Google Patents

Abstract

利用台架（57，59）将带层合头（66，78）沿着基体的长度方向移动，从而将复合带层合到基体上。层合头被安装用于沿着在台架上的梁（60，76）运动，其中台架延伸过基体的宽度。层合的方向可以由梁的角度方向的变化而改变。

Description

层合复合件的方法和设备

技术领域

本发明大体涉及复合结构的制造，并且更具体地，涉及使用自动层板层合来铺放结构的方法和设备。

背景技术

诸如应用于汽车工业、航海业和航空航天的复合结构可以使用自动复合材料施加机器被制造，该机器一般指的是自动纤维铺设（AFP）机和复合带铺放机（CTLM）。这些机器可以被用于航空航天领域，例如，通过以连续的边对边接触的方式放置多个带条以形成被压实到工具上的单个宽型带宽从而制造大型结构。

上述机器采用具有操作灵活性比较高的纤维铺设头，其包括独立于其他任何带条进行添加、减少或切断任一或所有的相连带条的能力。但是，这些机器可能不会很好地适用于铺放相对长且窄的结构，诸如翼梁和纵梁，其需要具有零角度纤维方向的长带道（tape course）以及许多非零角度纤维方向的短带道。例如，但不局限于，上述自动化机器可能难以铺放在成型过程中不起皱的零角度长带道，并且不能有效地铺放需要多次快速启动-停止机器运动的相对短的非零角度带道。

因此，这就需要一种能够很好地适合用于铺放长且窄部分的自动化复合带层合的方法和设备，其减少或消除层板起皱、减少材料的浪费并且提高非零方向带道的铺放率。

发明内容

所公开的实施例提供一种用于层合相对长且窄的层合结构（比如包括由单向复合带形成的具有不同纤维方向的多层层板的纵梁和翼梁）的方法和设备。这些实施例使用窄带并且能够更好地与长窄部分的宽度尺寸相匹配从而减少浪费。相对长的零角度带道可以用改善的减少起皱的措施被层合，并且非零角度带道可以被有效地铺层，并且以减少材料浪费且同时提高层合率的方式被切断。该设备的特征是快速铡刀型带切割刀具，其可以旋转到不同切割角度进行切割以消除浪费。非常短的带道能够被快速层合。铡刀型切割刀具的特征是有专门设计的音圈致动器以实现快速的切割运动。切割刀具刀片随着带的运动一起枢转，从而减少带张力的不期望的尖峰。层合头包括多个带控制模块，其横向可调以调节邻接带条之间的间隔。用于层合零角度带道的带控制模块允许带段之间的无明显间隙的切口，从而形成可以减少层板起皱的不连续的带道。层合头能够彼此相对精确定位，以便如果需要的话则带条之间的间隙能够被改变。

根据一个公开的实施例，提供一种用于将复合带层合到基体上的设备，所述设备包括相对于基体沿着第一轴线可移动的层合机。层合机包括第一和第二分隔开的支撑件以及沿第二轴线延伸过基体的梁。梁与每个支撑件之间的枢转连接允许梁相对于第一轴线的角度方向的变化。该设备还包括梁上的至少一个带层合头，其用于将复合带层合到基体上。该层合机还包括多个梁和在每个梁上的带层合头。该设备还包括位于每个梁和支撑件之间的多个枢转链接，其用于允许每个梁相对于第一轴线的角度方向的改变。支撑件可以相互独立地沿大致平行于第一轴线的方向运动。当梁的角度方向已经变化时，梁与一个支撑件之间的可滑动连接允许梁相对于支撑件滑动。带层合头包含被安装成沿着梁基本上平行运动的多个托架以及在每一个托架上的用于将复合带条铺放到基体上的带控制模块。

根据另一实施例，提出了一种将复合带层合到基体上的方法。该方法包括：使层合机和基体沿着轴线相对运动，和随着层合机与基体相对彼此运动，使带控制模块沿着台架上的梁运动。该方法还包括：使用带控制模块来层合至少一条复合带到基体上，和改变梁相对于轴线的角度方向。改变梁的角度方向是通过梁的枢转被实现的。

根据另一实施例，复合带层合头包含复合带的供应，和适用于将带压实到基体上的压紧辊。该头还包含：带进给组件，其用于将带从带供应进给到压紧辊；及切割组件，其包含往复运动的切割刀片以用于切割被进给到压实辊的带。该切割组件包含转子组件以用于旋转切割刀片至多个切割角度中的任意角度。该转子组件包含壳体和可旋转地安装在壳体上的气缸，并且切割组件还包含与切割刀片联接并且往复运动地安装在气缸里的活塞。

根据另一实施例，提出一种将复合带层合到基体上的方法，所述方法包含使带层合头以倾斜于基体边缘的角度移动过基体。该方法还包含随着层合头移动越过基体，切割复合带的长度，其包括大致平行于基体边缘切割所述带，和将带压实到基体上。

根据另一实施例，复合带层合头包括复合带的供应、适用于将带压实到基体上的压紧辊和将带从带供应进给到压紧辊的带进给组件。层合头还包含用于切割带的带切割组件，其包含切割刀片，所述切割刀片能够在带被切割时随着带一起运动。带切割组件包括用于将刀片枢转地安装在层合头上的耳轴。刀片在切割过程中可以沿着圆弧轴转，并且该带切割组件包括砧座，刀片抵靠该砧座切割带，其中该砧座可随刀片沿着圆弧枢转。

根据另一实施例，提出了一种将复合带层合到基体上的方法，该方法包含使带层合头运动过基体，和进给复合带到层合头上的压紧辊。该方法还包括随着层合头移动越过基体，使用切割刀片切割复合带的长度，其包括随着刀片切割带，使刀片随着带一起移动。该方法还包括将带压实到基体上。使刀片随着带一起移动包括以基本上相同的速度沿着弧度移动刀片和带。

根据又一实施例，复合带层合头包括层合带的供应和适用于将带压实到基体上的压紧辊。头还包括用于将带供应进给给压紧辊的带进给组件和用于切割带的带切割组件，其包括可移动切割刀片和可移动砧座，刀片抵靠该砧座切割带。层合头还包括驱动系统，以用于使刀片和砧座相互同步地运动。刀片和砧座都是可旋转的，并且该驱动系统包括一对电机以用于以基本上相同的旋转速度分别旋转刀片和砧座。

根据又一实施例，提出了一种将复合带层合到基体上的方法，该方法包括使带层合头移动过基体，以及进给复合带到层合头上的压紧辊。该方法还包括以基本相同的旋转速度旋转切割刀片和砧座，使用切割刀片和砧座切割带，和将带压实到基体上。旋转刀片和砧座包括使用单独的电机使刀片和砧座旋转，并使得电机的转速同步。切割带包括进给带到旋转刀片和旋转砧座间的辊隙（nip）。

根据又一实施例，提出了一种将复合带层合到有一定长度和一定宽度的基体的设备，该设备包括可以沿着基体的长度运动的至少一个第一层合机。该第一层合机包括一对可移动支撑件和延伸过基体的宽度并且与每个支撑件联接的梁。该设备还包括安装在梁上且可沿梁移动以用于穿过基体的宽度层合复合带的第一层合头。该第一层合头包括：复合带的供应、用于将带压实到基体上的压紧辊、用于将来自带供应的带进给到压紧辊的带进给组件以及切割进给到压紧辊的带的长度的带切割组件。带切割组件包括切割刀片，其被安装成随着带一起运动并且可旋转到多个切割角度位置中的任意角度。

根据又一实施例，提出了一种将复合带层合到具有一定长度和一定宽度的基体的方法，该方法包括使第一层合机和基体沿着基体的长度相对运动，和使用第一层合机上的第一带层合头从而穿过基体的宽度层合带。该方法还包括使第二层合机和基体沿着基体长度相对运动，和使用第二层合机上的第二带层合头从而穿过基体的宽度层合带。

总之，根据本发明的一个方面，提出了一种用于将复合带层合到基体上的设备，该设备包括相对于基体沿着第一轴线可移动的层合机，该层合机包括间隔开的第一和第二支撑件以及沿着第二轴线延伸过基体的梁；梁与每个支撑件之间的枢转连接，其允许梁相对于第一轴线的角度方向的变化；和梁上的至少一个带层合头，其用来层合复合带到基体上。

该设备的优点是，层合机包括多个梁和在每个梁上用于将复合带层合到基体上的带层合头，并且该设备还包括：在每个梁与支撑件间的多个枢转连接，其允许每个梁相对第一轴线的角度方向变化。

该设备的优点是，该支撑件可以以大致平行于第一轴线的方向相互独立的运动。

该设备的优点还包括位于梁和其中一个支撑件之间的可滑动连接，其允许梁相对于该一个支撑件滑动。

该设备的优点是，带层合头包括多个托架，其被安装成沿梁基本上平行运动；每个托架上的至少一个带控制模块，其用于铺放复合带条到基体上；以及当梁的角度方向变化时用于将带控制模块相对彼此对齐的装置。

根据本发明的另一方面，提出了一种将复合带层合到基体上的方法，该方法包括：使带层合机和基体沿着轴线相对运动；使带控制模块沿着层合机上的梁运动；使用带控制模块在基体上层合至少一个复合带条；和改变梁相对于轴线的角度方向。

该设备的优点是，通过枢转梁来实现改变梁的角度方向。

该设备的优点是，通过相对移动分别位于梁的末端上的两个支撑件来实现改变梁的角度方向。

该设备的优点是，改变梁相对于轴线的角度方向包括相对于一个支撑件线性滑动该梁，并且该方法包括基于梁的角度方向的改变而改变的带控制模块的起始位置。

根据本发明的又一方面，提出了一种复合带层合头，其包括：复合带的供应；适合于将带压实到基体上的压紧辊；用于将来自带供应的带进给到压紧辊的带进给组件；以及切割组件，其包括往复运动的切割刀片以用于将进给到压紧辊的带切断，该切割组件还包括旋转体组件以用于旋转切割刀片到多个角度中的任意角度。

该设备的优点是，旋转体组件还包括壳体、旋转安装在壳体上的气缸和与切割刀片联接且在气缸内往复运动的活塞。

该设备的优点是，旋转体组件包括与气缸联接的致动器以用于旋转气缸至多个旋转位置中的任意位置。

该设备的优点是，切割组件还包括适用于与压缩空气源联接的阀和用于操作该阀的电音圈。

该设备的优点是，切割组件还包括带被刀片切割时抵靠的砧座，该砧座被联接到气缸连接并且可随气缸旋转。

根据本方面的又一个方面，提出了一种将复合带层合到基体上的方法，该方法包括：以倾斜于基体边缘的角度在基体之上移动带层合头；随着层合头运动过基体，切割复合带的长度，其包括基本平行于基体边缘切割带；和将带压实到基体上。

该设备的优点还包括将复合带进给到层合头上的压紧辊，并且其中压实该带是通过压实层合头上的压紧辊实现。

该设备优点还包括，切割带的长度包括，使得切割刀片往复运动，和基本平行于基体边缘定向刀片。

该设备的优点还包括，定向刀片包括旋转刀片。

该设备的优点还包括，切割带的长度包括使用刀片抵靠砧座切割带，和基于刀片的方向定向砧座至某一位置。

仍然根据本发明的又一个方面，一种复合带层合头被提供，其包括复合带的供应；适用于压实带到基体上的压紧辊；用于将来自带供应的带进给到压紧辊的带进给组件；和用于切割带的带切割组件，所述带切割组件包括随着带被切割可以随着带一起移动的切割刀片。

该设备的优点是，其中带切割组件包括用于将刀片枢转安装在头上的耳轴。

该设备的优点是，刀片在切割期间可沿圆弧枢转，带切割组件包括刀片切割带时抵靠的砧座，砧座可随刀片一起随着圆弧枢转。

该设备的优点是，还包括框架，带切割组件被枢转的安装在框架上。

该设备的优点是，带切割组件可以在层合头上旋转到多个切割角度中的任意角度。

根据本发明的另一方面，提出了一种层合复合带到基体上的方法，该方法包括：在基体之上移动带层合头；进给复合带到层合头上的压紧辊；随着在基体之上移动层合头，使用切割刀片来切割复合带的长度，其包括随着刀片切割带，使刀片随着带一起运动；和将带压实到基体上。

该设备的优点是，其中使刀片随着带一起运动包括使刀片和带沿圆弧运动。

该设备的优点是，其中刀片以与带大致相同的速度沿圆弧运动。

该设备的优点是，其中使用切割刀片切割带的长度包括抵靠砧座切割带和使砧座随着刀片一起运动。

该设备的优点是，其中使刀片随着带一起运动包括随着带被进给到压紧辊，枢转刀片。

根据本发明的又一方面，提出了一种复合带层合头，所述复合带层合头包括：复合带的供应；适用于将带压实到基体上的压紧辊；用于将来自带供应的带进给给压紧辊的带进给组件；用于切割带的带切割组件，其包括可移动切割刀片和可移动砧座，刀片抵靠该砧座切割所述带；和用于使得刀片和砧座彼此同步地运动的驱动系统。

该设备的优点是，刀片和砧座均可旋转。

该设备的优点是，其中驱动系统包括一对电机以用于分别旋转刀片和砧座。

该设备的优点是，其中电机是同步的从而以大致相同的旋转速度分别旋转刀片和砧座。

该设备的优点是，其中所述带切割组件包括：壳体；和第一转子和第二转子，所述转子被轴颈地安装（journalled）以用于在壳体上旋转并且分别具有所述刀片和固定到其上随其旋转的所述砧座。

根据本发明的又一方面，提出了一种层合复合带到基体上的方法，该方法包括：在基体之上移动带层合头；进给复合带到层合头上的压紧辊；使切割刀片和砧座以基本相同的旋转速度旋转；使用切割刀片和砧座切割所述带；和将带压实到基体上。

该设备的优点是，其中旋转刀片和砧座包括使用单独的电机旋转刀片和砧座；并且使电机的速度同步。

该设备的优点是，其中切割带包括将带进给至旋转刀片和旋转砧座间的辊隙。

该设备的优点是，其中切割和压实所述带包括通过在带段之间无间隙的情况下切割和压实一系列邻接带段来形成不连续的带道。

根据本发明的又一方面，提出了另一种用来将复合带层合到具有一定长度和一定宽度的基体上的设备，其包括可沿基体长度运动的至少一个第一层合机，所述第一层合机包括一对可运动支撑件及延伸过基体宽度并与每个支撑件联接的梁；安装到所述梁上并且可以沿着所述梁移动以用来层合复合带到基体上的第一层合头，所述第一层合头包括复合带的供应、用于将带压实到基体上的压紧辊、将来自带供应的带进给到压紧辊的带进给组件以及用于切割进给到压紧辊的带的长度的带切割组件，所述带切割组件包括被安装成用于随着所述带一起运动并且可以旋转到多个切割角度位置中的任意位置的切割刀片。

该设备的优点是，所述设备还包括在梁与支撑件之间允许使梁的角度方向改变的枢转连接。

该设备的优点是，其中第一层合头穿过基体的宽度层合复合带；和所述支撑件可以沿着基体长度相对于彼此移动。

该设备优点是，其中带切割组件包括在切割带过程中可以随着带和刀片一起移动通过圆弧的砧座。

该设备的优点是，所述设备还包括可以沿着基体的长度移动的第二层合机，所述第二层合机包括：延伸过基体宽度的梁；安装在第二层合机的梁上以用来沿着基体长度将复合带层合到基体上的第二层合头，所述第二层合头还包括复合带的供应、将带压实到基体上的压紧辊、将来自带供应的带进给到压紧辊的带进给组件以及用于切割进给到压紧辊的带的长度的带切割组件。

该设备的优点是，其中第二层合头上的所述带切割组件包括旋转的切割刀片、旋转砧座和一对彼此同步的电机，所述电机分别用于使刀片和砧座以基本相同的旋转速度旋转。

根据本发明的另一方面，提出了另一种在有一定长度和一定宽度的基体上层合复合构件铺层的方法，该方法包括：使得第一层合机和基体沿着基体长度相对运动；使用第一层合机上的第一带层合头从而穿过基体宽度层合带；使得第二层合机和基体沿着基体长度相对运动；和使用第二层合机上的第二带层合头从而沿着基体长度层合带。

该设备的优点是，其中使用第一层合机上的第一带层合头层合带包括大致平行于基体边缘切割带的端部。

该设备的优点是，其中基本平行于基体边缘切割带的端部包括旋转切割刀片到基本平行于基体的边缘的刀片方向。

该设备的优点是，其中使用第一层合机上的第一带层合头从而穿过基体宽度层合带包括使用切割刀片抵靠砧座切割带的长度，和随着带被切割使刀片和砧座随着带一起运动。

该设备的优点是，其中使用第二层合机上的第二带层合头从而沿着基体长度层合带包括使带通过旋转的切割刀片和旋转砧座之间的辊隙；和随着带被切割使得刀片和砧座以基本相同的旋转速度旋转。

该设备的优点是，其中使用第一带层合头穿过基体宽度层合带包括使第一层合头沿着梁运动，该方法还包括通过梁的角度方向的变化来改变通过第一层合头将带层合到基体上的方向。

该设备的优点是，所述设备还包括将构件铺层修整成净形状，使用第二层合机从而在铺层之上移动修剪器。

附图说明

本发明的认为是优选实施例的特征的新颖特征在附加的权利要求书中阐述。然而，优点实施例，以及优选的使用模式，通过参考下面对优点实施例的详细描述并当结合附图阅读时，本发明进一步目的和优点将会得到更好的理解，其中：

图1用于层合复合材料的设备的功能框图；

图2是一种层合复合材料的方法的流程图；

图3是图1中的设备的一种实施例的平面视图；

图4是图3中按“图4”所指定区域的平面图；

图5是非零角度层合机的等轴侧视图，其被用于铺放非零层板以形成图3和图4所示的设备的部分；

图6是图4中按“图6”指定方向的端面视图；

图7与图5相似，只是显示的是被重新定向成铺放45度带道的非零角度层合机；

图8是图7中的层合机的平面图；

图9是套梁中的一根的侧视图，它形成了图5到图8中的非零角度层合机的部分；

图10是图9中套梁的透视图；

图11是带控制模块中的一个和相关联的托架导轨的透视图，它们形成图9和图10中套梁的一部分；

图12是图11中带控制模块和相关托架的透视图；

图13是示出通过非零层合机的连续行进以形成45度层板来铺放带道的图示；

图14是使用如图5到图8中的非零角度层合机层合复合件的方法的流程图；

图15是图1和图2中用于铺放基本零角度层板的零角度层合机的等轴侧视图；

图16是从底部看的图15中的零角度层合机的另一等轴侧视图；

图17是利用图15和图16中的零角度层合机来铺放单个带道；

图18是图15和图16中的零角度层合机中所用的带控制模块的一侧的图示；

图19是图18中的带控制模块的另一侧的图示；

图20与图19相似，只是被分解以显示带控制模块的子组件；

图21是切割转子和砧座转子的端面视图，其形成了图18到图20中的带控制模块的一部分；

图22是具有利用图15和图16中的零角度层合机铺放的不连续带道的层板的平面图；

图23是图22里按“图23”指定的区域；

图24是使用图15和图16中的零角度层合机来层合复合件的方法的流程图；

图25是图5到图8的非零角度层合机中所用的一个带控制模块的一部分的等轴侧视图；

图26是示出了形成图25的带控制模块的一部分的切割组件的额外细节的透视图；

图27是图25和图26的切割组件的切割刀片的运动的视图，其在切割带时随着带和砧座一起运动；

图28是使用图25的带控制模块压来层合带的方法的流程图；

图29是以平行于基体被切割的单个45度带道及通过角度切割所避免的浪费区域；

图30是使用同图29一样平行于基体边缘切割的带来层合复合材料的方法的流程图；

图31是形成图25的带控制模块的一部分的带切割组件的透视图；

图32是沿着图31中的32-32截取的剖视图；

图33是与图32相似的剖视图，但是显示了切割组件的额外细节；

图34是图26的带控制模块的俯视图，显示了在第一位置的刀片旋转致动器；

图35与图34相似，只是显示了已经被致动到第二位置的刀片旋转致动器；

图36到图38分别是处在三个不同旋转位置的图31到图33的切割组件；

图39是图1和图3中的设备的基本电路和气路部件的方框图。

图40是飞行器生产和使用方法的流程图。

图41是飞行器的方框图。

具体实施方式

首先参照图1，用于将复合构件52铺设在基体上的层合设备50，该基体可以包括平台54或工具，该层合设备50一般来说包括第一层合机56和第二层合机58，每个层合机均由控制器86自动操纵，所述控制器86可以包括计算机、PLC（可编程逻辑控制器）或其他电子控制器。平台或基体54和层合机56、58能相对运动；在说明的实施例中，层合机56、58可以相对于平台54独立运动，但是，在其他实施例中，这个相对运动可以通过相对于层合头56、58移动平台54来实现。平台54可以包括平台高度控制53，其用于控制平台54的高度并且因此控制构件铺层52与层合机56、58之间的竖直距离的高度。构件铺层52可以包括层合复合带构成的多个层板（未示出），其中通过在平台54上或在构件铺层52的预先铺放好的层板上层合多道单向带来形成每个层板。构件铺层52的层板可以具有基于预定层板安排的纤维取向。如下面将更加详细讨论的，层合设备50特别适合用于铺放相对长且窄的构件，诸如在航空业中使用的纵梁和翼梁（未示出）。

第二层合机58（有时在下文里指的是零角度层合机58）适合于以大体零角度取向同时层合多道（在图1中未示出）单向复合带。在相对长且窄的构件铺层52的情况下，零角度取向沿着构件铺层52的长度延伸。层合机58包含台架57，其包含延伸过平台54并且在其相反末端由支撑件62、64支撑的横梁60。一个或更多个带层合头66被安装成用于沿着梁60运动。每个层合头66可以包括一个或更多个带控制模块68，其用于切割、添加和压实成段的复合带（在图1中未示出）到构件铺层52上。

第一层合机56（有时在下文里指的是非零角度层合机56）沿着非零角度取向的取向来层合单向复合带。例如，但不局限于，第一层合机56可以层合相对于参考方向（诸如构件铺层52的纵轴线（见图3中的X轴线））以45度、90度或135度取向的单向复合带。层合方向的其他角度取向也是可能的。非零角度层合机56包括台架59，其包含由一对支撑框架72、74所支撑的一组基本平行的梁76。支撑框架72、74被安装在平台54上的导轨107（见图3和图6）上，用于沿着平台54的长度运动。每根梁76均包含一个或更多个层合头78。每个层合头78都包含一个或更多个带控制模块80，其用于在层合头78随着梁76行进时切割、添加和压实单向复合带到构件铺层52上。第一组致动器82被提供用于调整梁76之间的间隔，并且第二组致动器84被提供用于调整在每个层合头78上的相邻的带控制模块80之间的间隔。

图2图示说明一种使用图1所示出的层合设备50来层合构件的方法。从步骤88开始，第一非零角度层合机56和基体54相对于彼此运动。如前面所提到的，基体可以包括平台54、工具或形成层板铺层52的一部分的预先铺放的层板。在步骤90，在非零角度层合机56上的一个或更多个层合头78被用于相对于基体54的长度（X轴线98）以所需非零角度在基体54的宽度上（见图3中的Y轴线98）层合复合带。在步骤92，零角度层合机58和基体54相对于彼此沿着基体52、54的长度（X-轴线98）轴向运动。在步骤94，在零角度层合机58上的一个或更多个层合头66被用来沿着基体54的长度层合单向复合带。步骤88到94可以被重复从而施加多道复合带，从而形成构件铺层52的多个层板。在所说明的示例中，基体54被固定，并且层合机56、58可以相对于基体54运动，但是在其他实施例中，可以使基体54相对于层合机56、58移动。

图3和图4是层合设备50的一种典型实施例的说明。该层合设备50在三维坐标系（X、Y、Z）坐标系98中操作，其中X轴线对应于构件铺层52的长度，Y轴线98对应于构件铺层52的宽度“W”，Z轴线98大致正交于X-Y平面延伸。层合机56、58相互对齐并且沿着平台54的长度（X轴线98）独立地在平台54上的导轨107上运动从而在平台表面54a上铺放构件铺层52的层板。如前面所提到的，构件铺层52相对于其宽度“W”是相对较长的并且其可以包括如应用于航空业中的翼纵梁或翼梁或其他应用的复合构件。在所述的示例中，平台表面54a基本上是平的，但是在其他实施例中，表面54a可以是具有一定程度弯曲或复杂轮廓的工具（未示出）。

平台表面54a可包含电阻加热元件（未示出），以便加热构件铺层52并且因而提高层合率。平台54可以是可移除的和/或便携式的从而允许完成的构件铺层52被线下运输以提高机器的利用率。平台54可以通过由控制器86操纵的电机（未示出）沿Z轴线98竖直移动。利用平台高度控制53（见图1）调节沿着Z轴线98的平台位置允许平台表面54a（图1）/构件铺层52与层合头66、78之间的距离发生改变。这允许在附加的层板被放置时可以对增加的层合厚度做出补偿，且同时保持压实冲程相对较短并允许平台上表面54a的快速更换。

形成零角度层合机58的一部分的台架57包括横向延伸的梁60，所述梁60在其相反端部被枢转连接到一对支撑件62、64，其中支撑件62、64能够大致平行于X轴线98独立运动。所述支撑件62、64可以被安装在平台54上的导轨107上以用于沿着X轴线98运动。一个或更多个层合头66被安装成用于沿着梁60横向穿过平台54的宽度运动。

形成非零角度层合机56的一部分的台架59包括多个大致平行的梁76，每个梁在其相反端部被支撑在一对侧面间隔的框架支撑72、74上且与其枢转地联接。通过台架驱动电机103沿着导轨107（见图3和图6）驱动框架支撑72、74，其中所述台架驱动电机103使台架59沿着平台54的长度运动。可替代地，台架59可以被支撑到轮子（未示出）或者其他结构上以用于引导台架59沿着平台54的长度的运动。一对悬臂100支撑柔性控制线缆102，其联接控制器86（见图1）与致动器82、84、带控制模块80和其他的形成层合机58的一部分的受控元件。

图5和图6图示说明了非零角度层合机56的其他细节。台架59的每个框架支撑件72、74是大体矩形的并且包括两个开口侧72a、74a，每根梁76的一端104可以穿过所述开口侧。每根梁76都悬挂于水平框架部件72b、74b，其形成了框架支撑件72、74的一部分。致动器82被联接在梁76与框架部件74b之间，并且其作用是调整梁76之间的节距或间隔“D“。在所说明的实施例中，每根梁76都包括层合头78，所述层合头78包括一组三个带控制模块80。但是，多于或少于三个带控制模块也可以被采用。另外，虽然说明了四根梁76，但是多于或少于四根梁也可以被采用。在示例的实施例中，在四个成组层合头78在基体之上每次穿过时，层合机56可以同时层合高达12道带。

每个层合头78包括控制梁76上相邻带控制模块80之间的节距或间隔“D₂”的致动器84。在图3到图6中，台架59被示出为在其90度角度取向，其中梁76被基本平行于Y轴线对齐，并且带控制模块80沿梁76横移从而铺放具有基本90度纤维取向的单向带。在这种构造中，框架支撑件72、74以沿着X轴线98在行进方向上相互对齐。

框架支撑件72、74可平行于X轴线98相对于彼此独立地运动，以便改变每根梁76的角度取向，所述梁76被枢转地安装在框架支撑件72、74上。梁76的通常角度取向是45度、90度和135度，但是，其他的角度取向也是可能的。图7是和图8图示说明了框架支撑件72、74沿着X轴线78相对彼此已发生移位，以便相对于X轴线98以45度角来定向梁76。梁76的角度取向的变化且因此层合头78沿梁76的行进方向的变化可以通过发送控制信号到驱动电机103来改变，其导致至少其中一个支撑框架72、74相对于另一个支撑框架72、74平行于X轴线98移动。在支撑框架72、74相对于彼此移动时，梁76绕着平行于Z轴线98的轴线枢转到期望的角度取向。当梁76被枢转到期望的层合角度时，带控制模块80沿X轴线98相对彼此的对齐可以被调整成以便模块80可以同时开始在基体54边缘铺放带。在所说明的示例中，在梁76已经相对于X轴线98枢转到45度取向时，层合头78同时铺放多道具有45度角度取向的带。在一组带道被铺放后，台架59沿着X轴线98被递增前进到下一个索引位置，在此下一组非零角度的带道通过层合头78被铺放。由于梁76能够被枢转到期望的角度并且带控制模块80能够相对于彼此被重新对齐从而同时开始铺放非零角度层板，所以宽幅的带道可以被铺层而不存在模块80的越程（over-travel），从而导致高的层合率。如前面所提到的，通过由控制器86操纵的电机（未示出），平台54可以被沿着Z轴线98递增地移动从而补偿每个刚被铺放的层板的厚度，从而保持压实冲程相对较短。

图9和图10图示说明了其中一根梁76和相关联的层合头78的附加的细节。每根梁76包括：在其一端上的枢转轴承118，和与枢转轴承118隔开的枢转且滑动轴承120。枢转轴承118枢转地联接梁76至一个框架支撑件72，并且枢转且滑动轴承120联接梁76至另一个框架支撑件74以用于在梁76改变其角度取向时进行枢转运动和线性滑动运动二者。如先前所述，层合头78包含一组三个带控制模块80，但是多于或少于三个带控制模块80也是可能的。在所说明的示例中，每一个层合头78将三条大致平行的单方向带条层合到基体54上。现在还参照图11和图12，每个带控制模块80被固定到具有直线导轨运行块110、112的托架108，所述直线导轨运行块沿着支撑件106的直线导轨116滑动。托架108被安装在托架108上的线性伺服电机115沿着导轨116驱动。每个支撑件106被锁定致动器114安装在一根梁76上。

图13图示说明了使用非零角度层合机58将有45度纤维取向的相对较窄层板147层合到基体52上。通过在梁76上的四个层合头78在基体52之上多次通过而形成层板147。在层合头78的第一次通过124期间，十二个45度带条132被四根梁76上的十二个带控制模块80铺放，所述四根梁76相互彼此间隔开，如图中的箭头145所示出。在第一次通过124以后，台架59沿着X轴线移动一个递增距离，并且层合头78在第二次通过126时铺放第二组45度带条。这个铺放过程在第三次通过128和第四次通过130期间被重复直到带条132形成基本上连续的层板147。在每个层板147被形成以后，平台54（见图4）可以通过平台高度控制53沿着Z轴线98向下递增移动来补偿由于层板147所增加的额外的层合厚度。

图14图示说明了使用图5到图8中的层合机58来层合复合带到基体52或54上的一种方法的总体步骤。从步骤134开始，层合机56和基体52/54沿轴线98相对于彼此运动，在所说明的示例中，轴线98是X轴线98。在136，一个或更多个带控制模块80被沿着层合机56上的梁76移动；在138，带控制模块80被用来将至少一条带层合到基体52/54上。在140，通过绕Z轴线98枢转梁76来改变梁76相对于X轴线98的角度取向，从而改变层合方向。在已经在步骤134-140中将每个层板层合到基体52/54上之后，基体52/54相对于带控制模块80的高度以及因此二者间的距离可以沿着Z轴线98被调整，以补偿刚铺放好的层板的厚度。这个调整是通过调整图3和图4中所示平台54的高度来完成的。

现在注意到图15和图16，其图示说明图1、图3和图4中的零角度层合机58的额外的细节。层合机56包括台架57，所述台架57包含一对分别位于平台54相反两侧的支撑件62、64以及延伸过平台54并由支撑件62、64支撑的梁60。梁60通过间隔的枢转轴承150、152被连接到支撑件62、64，其中枢转轴承150、152与先前在图9和图10中所讨论的枢转轴承118、120相似。尽管没有在图中示出，不过枢转轴承152可以包括与图10中使用的枢转且滑动轴承120相似的滑动组件，其允许枢转轴承152线性滑动。枢转轴承150、152允许梁60改变其相对于X轴线98的角度取向。这种角度取向的改变可以受到一个支撑件62、64相对于另一个支撑件62、64沿着X轴线98的运动的影响。一对带层合头66被安装在轨道148上以用于沿着梁66的长度运动。每个层合头66包括多个带控制模块68，其将在后面被更详细的描述。在其他实施例中，层合机58可以包括多于三个层合头66或者只有单个层合头66。

在X轴线98方向，带控制模块68可以沿着构件铺层52的长度以边对边关系铺放连续或不连续的复合带道。然而，如图17所示，由于梁60的角度取向可以被改变，所以可以改变带道155相对于X轴线98的角度取向α。在一些实施例中，梁60的角度取向可以改变相对较小的量，以便带道155的角度α在近似0度到5度之间。然而，在其他实施例中，根据规定用于特定构件铺层52的层板安排，梁60可以被旋转到一定的角度取向，以便带道155的角度α大于5度并达到近似45度。通过层合机58沿着构件铺层52的长度铺放的具有在近似5度与45度之间的取向角度α的带道155可以提供具有额外的斜交层板刚度的铺层，其可以减少需要由非零角度层合机56层合的斜交层板的数量并/或提高层板的性能。层合头56还可以包括用于将铺层修剪成净形状的超声波修剪头142，和用于测量相邻层合带道之间的间隔的进程中间隔检查设备144。使用修剪头142将构件铺层修剪成净形状是有利的，因为这省去了固化后机加工构件铺层的需求，并且可以允许构件被共同固化而不是与其他构件结合在一起。尽管没有在图中示出，不过带道155的角度取向α可以通过安装在梁66上的层合头66绕Z轴线98的旋转而改变。

现在注意指向图18、图19和图20，其说明图15和图16的层合机56中所应用的一个带控制模块68的额外细节。带供应组件160包括单向带的卷轴172并且可以包括用于带进给的适合的主动张力和阻断机构（未示出）。带进给组件162从供应系统160抽出带，并将其进给到切割组件166。切割组件166包括同步的切割驱动系统，其包括一对安装在壳体188上的同步伺服电机182、184。伺服电机182、184分别驱动切割转子190和砧座转子192，切割转子190和砧座转子192在壳体188内轴颈式旋转。切割转子190和砧座转子192一起形成辊隙197（见图18和图21），带被进给到辊隙197内，并且在切割刀片200和在砧座转子192上的砧座表面之间被切割。

添加/压实组件197包括压带轮176（见图18）和斜槽186，其引导带从卷轴172到压紧辊178，该压紧辊178将带156的切割长度压实到基体54上（见图18）。拾取系统168在带156被进给到压紧辊178之前拾取从带156抽回的纸（未示出），并将纸卷回到收集卷轴180上。升降组件164能够提升和降低组件160、162、179和186，并且控制利用压紧辊178施加到带156的压紧力。

图21图示说明了在图18-图20中所示的带控制模块60中所用的切割转子190和砧座转子192的一种实施例。切割转子190包括安装在转子主体194上的细长切割刀片200。在转子主体194的相反端上的一对轴承196将转子190安装成在如图20中的壳体188内旋转。与转子主体194联接的轴198被连接到伺服电机182。切割转子190和砧座转子192被定位成形成辊隙197，带被进给到该辊隙197内。砧座转子192包括具有安装轴承191的砧座主体193以及刀片200切割带156所抵靠的外部砧座表面195。图19和图20中的伺服电机182、184是同步的，以便以大致相同的速度分别驱动切割转子190和砧座转子192。

图22和图23说明的一种典型的由多个基本平行的零角度带道208所形成的复合层板206。前述切割和砧座速度的同步性可以使带156进入到切割组件166（见图20）内以便被相继切割成端对端邻接而其间基本没有间隙的短的条段208a，从而形成不连续的带道208。标记210指的是层板206的区域210，在此每道208均是不连续的，并且均包含多个由切口212所分隔的段208。如图23可以最清晰地看到，每道208内的邻接带段208a基本彼此连续且它们之间的间隔很小或者没有。带道208内几乎没有或没有间隔的多个切口的使用可以帮助减少或消除层板208在成形期间的起皱现象。虽然只有层板208的区段210被显示为具有多个切口212，但是可以在层板206的任意区域内形成具有多个切口212的带道208，或者具有多个切口212的带道208可以延伸遍及层板206的一个或多个或所有道208。

图24是使用图18-图20的带控制模块160层合复合带的一种方法的说明。从步骤214开始，层合头66在基体54之上运动；在步骤216，带被进给到形成层合头66的一部分的一个或更多个带控制模块160的压紧辊178。在步骤218，切割刀片200和砧座192以基本相同的速度旋转，并且在步骤220，刀片200和砧座192被用来将带切割成不连续的条或段208a。在步骤222，不连续的条或段208a被压实到基体54上。最后，在步骤214-222层板已经被压实到基体54之后，基体54相对于层合头66的高度并且因此二者之间的距离可以沿着Z轴线98进行调整以补偿刚铺放好的层板的厚度。这个调整可以通过调节图3和图4中所示平台54的高度来实现。

现在将注意集中在图25和图26，它们示出了在层合头78（见图1、图5-图12）中使用的一个带控制模块80的部分的说明。利用耳轴232将带添加/切割组件226安装在副框架230上以便绕正交于层合头78的行进方向（未示出）的轴线234进行枢转运动。副框架230被安装成在主框架224上借助于滑动组件228线性上下运动。枢转组件226包括往复式闸刀型的切割刀片238，其大致位于组件226的中心、用于切割在砧座250之上通过的带（未示出）。在切割带时，辊242保持刀片238抵靠砧座250就位。带添加/切割组件226一贯且准确地定位带的末端。这将在以后做更加详细的讨论，切割刀片238可以借助致动器240旋转到多个切割位置中的任意位置以便产生成角度的带切口，这与先前如图13所描述的有关。

特别参照图26，来自带控制模块80上的带供应（未示出）的复合带被进给通过导向件244并经过辊245到枢转的带添加/切割组件226，在此其被刀片238切割并且之后被副框架230上的压紧辊236压实到基体（未示出）上。在带被切割的过程中，随着刀片238通过带并抵靠砧座250将其切断，枢转组件226绕轴线234枢转运动。

图28是利用枢转组件226在“过程中（on the fly）”产生的带切口的图解说明。在切割过程中，刀片238和砧座250随彼此从256所示位置到256所示位置运动通过圆弧252。在256位置，刀片238向下运动254，并且最初接合带156。随着刀片238和砧座250继续沿着圆弧252运动，刀片238运动通过带156并经过砧座250直到带在258被切断。因此，在切割期间刀片238随着砧座250以及随着带156运动，直到完成切口。因此在“过程中”切割期间刀片238和带156的这种同时运动，所以带156内的张力尖峰可以降低，这能够有助于带被平缓地进给到压紧辊236，并且这降低了压实后带从基体被提起的可能性。

图28图示说明一种利用使用了图25和图26的枢转切割组件226类型的层合头78来将复合带压实到基体54上的方法的步骤。从270开始，带层合头78在基体之上运动；并且在272，带被进给到压紧辊236。在274，随着头78继续运动，刀片238被用于切割成段的带。在切割过程中，刀片238随着带一起运动。在276，带的被切割长度段被压实到基体54上。

现在参照图29，如前面联系图13中所讨论，采用如图26和图27的带控制模块80类型的层合头78可以被用来层合非零角度带道132到基体54上，其中带道132的末端85基本平行于基体52的边缘52a被有角度地切割。通过基本平行于基体边缘52a切割带132的末端85，而不是正交于带132的纵向边缘135切割，避免了浪费带的由阴影区域132a指出的区域。这些成角度的带切割是通过旋转切割刀片238以致其基本平行于基体边缘52a而实现的。

图30图示说明一种使用如图29的成角度带切割来层合非零角度带道到基体54上的方法。从步骤280开始，层合头78以倾斜于基体54的边缘52a的角度137（见图29）在基体54之上运动。在步骤282，随着头78在基体54之上运动，成段的带132被切割；大致平行于基体边缘32a切割带132。在步骤284，被切割的带132被压实到基体54上。

图31、图32和图33图示说明与先前结合图25和图26讨论的枢转的添加/切割组件226的另外的一些细节，并且特别是允许进行已经在上文描述的成角度带切割的特征。切割组件226包括转子组件245，其包括具有可以在壳体288内旋转的轴承314的气缸248。气缸248包括随着气缸248一起旋转的气缸顶部290。在气缸248内往复运动的活塞300被固定到刀片238的上端。刀片238可以具有合适的不粘涂层（未示出），如氮化钛或PVD（物理气相沉积），以防止刀片在切割过程中粘到带的树脂。砧座250与带支撑件286一起被砧座臂304连接到气缸248，并且因此可以与在壳体288内的气缸248一起旋转。刀片锁紧件308将刀片238固定到活塞300，并且可以被释放以允许从组件226底部移除和更换刀片。泡沫阻尼器298被提供在活塞300与气缸顶部290之间，从而在活塞到达其运动的上极限时缓冲活塞300的运动。

活塞300且因此刀片238的往复运动由通过进气口296进入切割组件226的增压空气驱动。如图33所示，进入进气口296的空气通过由电动音圈294控制的滑阀308。在切割循环中被允许通过阀308的增压空气进入阀口310和气缸顶部290，然后到气缸248内。多对阀口310被提供，其取决于气缸248和刀片238的旋转位置相应连接阀308与气缸248。进入气缸248的增压空气强迫活塞300且因此强迫刀片238向下运动从而抵靠砧座250切割带的一个长度段。音圈294能够非常快的响应，并且使滑阀308快速被致动和缩回，从而有助于刀片238的快速切割冲程。

图34和图35图示说明如图25和图26中所示的三位置线性致动器240与气缸顶部290之间的机械连接。在所说明的示例中，线性致动器是气动操作的三位置气缸，但是，其他形式的致动器也是可能的。这个三位致动器240线性移动输出轴240a到三个线性位置中的任意位置。输出轴240a被枢转连接到气缸顶部290，并且使气缸顶部290随着气缸248、刀片238和砧座250一起旋转到所需数量的旋转位置中的任意位置，所述数量的旋转位置在所说明的实施例中包括相对于带控制模块80的行进方向在45度、90度和135度的位置。图36、图37和图38分别说明了刀片238旋转到45度、135度和90度的切割位置。

图39是示出设备50的控制部件的功能模块图。正如先前所指出的，控制器86可以包括计算机、PLC（可编程逻辑控制器）或其它电子控制装置，并且用于控制在每个层合机56、58上的一系列的气动和电动控制及平台高度控制53。控制器86控制的第一层合机56的元件包括切割驱动322、带控制模块功能324、带控制模块线性电机115、梁间距和带控制模块间距致动器82、84以及台架驱动电机115。控制器86操纵台架框架驱动102，以便递增地向前推进台架59且因此推进联动梁76到下一个层合位置，这与图13描述的有关。当台架框架驱动102通过相对彼此移动框架支撑件72、74来改变梁76的层合角度时，控制器86发送控制信号到带控制模块线性驱动电机115，这使得模块80随梁76相互重新对齐，以致模块80可以同时开始沿着基体54的起始边缘（例如，图13里的边缘52a）铺放带。

就层合机58来说，控制器86控制台架运动驱动318、刀片转子电机182、砧座转子电机184和带模块控制功能320，带模块控制功能320包括例如但不限于带添加和切割功能以及压紧压力。控制器86也可以控制层合机58上的可以被用于将构件铺层52切割为净形状的一个或更多个修剪头53的操作。正如前面所讨论的，由控制器86同步伺服电机182、184的速度。台架驱动318可以包括例如但不限于沿着平台54长度驱动台架57（见图15和图16）的轮毂电机（未示出）以及驱动层合头66穿过台架梁60的电机（未示出）。

公开的实施例可以发现在各个行业有潜在的应用，特别是在交通运输行业，包括如航空航天、航海、汽车行业及其他行业，这些行业中都可以应用到自动铺放设备。因此，现在参照图40和图41，本发明的实施例可以应用在如图40所示的飞行器制造和服务方法326和如图41所示的飞行器328的背景下。已公布的在飞行器应用的实施例可以包括，例如，但不限于，如纵梁和翼梁的加劲部件的铺层。在预生产过程中，示例性方法326可以包括飞行器330的规格和设计330，及材料采购332。在生产过程中，发生飞行器328的部件和子组件制造334及系统集成336。之后，飞行器328可以通过认证和交付338以便投入使用340。当被客户使用时，飞行器328还需要日常的维护和维修342，它也可以包括改良、重构、翻新等。

方法326的每一个过程可由系统集成商、第三方和/或操作者（如客户）执行或实施。出于本说明的目的，系统集成商可以包括但不限于任意数量的飞行器制造商及主要系统分包商；第三方可以包括但不限于任意数量的销售商、分包商和供应商；并且操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体和服务组织等。

如图41所示，通过示例性方法326制造的飞行器328可以包括具有多个系统346的机身344及内部348。高级系统346的示例包括一个或更多个推进系统350、电气系统352、液压系统354和环境系统356。其他任意数量的系统也可能被包括。尽管是以航空航天业为例进行的说明，不过本发明的实施例也可以应用于其他行业，例如航海业、汽车工业。

本文的系统和方法的实施例可以在生产和服务方法326的任意一个或更多个阶段进行。例如，对应生产过程334的部件或子组件可以以类似于当飞行器328使用中所生产的部件或子组件的方式进行生产或制造。同样的，一个或多个设备实施例、方法实施例或者二者的组合可以在生产阶段334和336中被利用，例如，通过显著加快飞行器328的组装或者降低飞行器328的成本。类似的，一个或更多个设备实施例、方法实施例或者二者的组合可以在飞行器138的使用过程中被利用，例如，但不限于，在维护和维修342。

已经出于解释和描述的目的提出了对不同优点实施例的说明，但其并非意在穷举或限制于所公开的形式的发明。对本领域的普通技术人员来说许多修改和变化是显而易见的。然而，不同的优点实施例与其他优点实施例相比可以提出不同的优点。选择对一个或多个实施例的描述的目的是为了更好的解释本实施例中原理，实际应用，及使本领域的其他普通技术人员能够了解已经公布的各种修改的实施例，以适合于所设想的特定的用途。

Claims (9)

1.用于在基体上层合复合带的设备，所述设备包括：

能够相对于基体沿着第一轴线运动的层合机，所述层合机包括第一和第二隔开的支撑件和沿着第二轴线延伸穿过所述基体的梁；

在所述梁与每个所述支撑件之间的枢转连接，其允许所述梁相对于所述第一轴线的角度取向发生改变；以及

在所述梁上的至少一个带层合头，其用于在所述基体上层合复合带。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述层合机还包括多个梁以及在每个所述梁上的用于在所述基体上层合复合带的带层合头，并且该设备还包括：

在每个所述梁与所述支撑件之间的多个枢转连接，其允许每个所述梁相对于所述第一轴线的角度取向发生改变。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，该支撑件能够沿基本平行于所述第一轴线的方向相互独立地运动。

4.根据任意上述权利要求所述的设备，还包括在所述梁与所述支撑件中的一个支撑件之间的可滑动连接，其允许所述梁相对于另一支撑件滑动。

5.根据任意上述权利要求所述的设备，所述带层合头包括：

多个托架，其被安装成沿着所述梁基本平行运动；

在所述托架中的每个托架上的至少一个带控制模块，其用于在所述基体上铺放复合带条；以及

用于在所述梁的角度取向改变时使得所述带控制模块相对彼此重新对齐的器件。

6.在基体上层合复合带的方法，该方法包括：

沿轴线相对移动带层合机和所述基体；

沿所述层合机上的梁移动带控制模块；

使用所述带控制模块在所述基体上层合至少一条复合带；以及

相对于所述轴线改变所述梁的角度取向。

7.根据权利要求6所述的方法，其中改变所述梁的角度取向是通过枢转所述梁来实现的。

8.根据权利要求6或者权利要求7所述的方法，其中改变所述梁的角度取向是通过相对移动分别位于所述梁的末端上的两个支撑件来实现的。

9.根据权利要求要求6-8中任意权利要求所述的方法，其中相对于所述轴线改变所述梁的角度取向包括相对于所述支撑件中的一个支撑件线性滑动所述梁，并且该方法还包括：

基于所述梁的角度取向的改变来改变所述带控制模块的起始位置。

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