CN1056800C - 手动辅助操作层压系统 - Google Patents

Abstract

一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置(1)，所述装置(1)包括：(a)叠放器(31)，用于接纳各复合层压材料层；(b)支承台装置(34)，用于支承所述叠放器(31)；(c)真空/压缩空气系统，将所述支承台(34)抽真空，和向所述支承台(34)提供压缩空气；(d)激光投影系统(72)，用于标示出所述复合层压材料层的位置以引导操作人员，所述激光投影系统能将一激光束(30)投射到所述叠放器(31)上，从而所述激光束(30)划出由一数据组限定的层轮廓；(e)形成/加压袋系统(35)，用于形成放在所述叠放器(31)上的复合层压材料的层并加压；以及(f)电子控制系统(47)，用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述激光投影系统(72)和所述形成/加压袋系统(35)。

Description

手动辅助操作层压系统

本发明涉及一种用于使复合材料成形和压实以便制成各种可具有三维(3-D)外形轮廓表面的层压制品的手动辅助操作层压(HAL)系统方法和装置。三维外形轮廓表面是具有X维、Y维和Z维(Z维为竖直方向维)的表面。更确切地说，本发明涉及这样一种方法和装置，即在其中将轮廓纤维加强的预浸处理(prepreg)的复合材料层一次放置一层，然后依靠一具有三维成轮廓的表面的叠放器具成形和压实。本发明还可描述为一种计算机辅助复合材料层压系统。该HAL系统将对环境产生良好的影响，这是因为它的采用将消除由预浸处理的材料构成的大量废料，这种废料是，在先有的手叠放层压方法中，由于操作人员的失误无意中产生的。

在制造民用飞机时，采用纤维加强的复合材料来制造层压结构的元件用于飞机的主要和辅助结构的元件正在日益推广，这是因为能节省最终的重量，为民用飞机驾驶人员节省燃油从而节省费用。用于制造先进的复合层压材料的制造方法需要将各预浸处理的复合材料层例如石墨纤维-环氧树脂材料一次放置一层以及各层精确地按各种不同的方位定位在叠放器具(也称为叠放用卷筒)上。每层必须成形并压实，以便在放下下一层之前与叠放器具的轮廓相一致。每层的压实用以除去夹在各层之间的空气，以便制造无孔隙和空洞的层压结构元件。因此，每层必须精确地在先前的一层上定位和定向，在叠加下一层之前必须将每一层压靠在叠放器具上的前一层上。按照先有技术的手动叠放层压方法，这些步骤既费力又耗时，因此，形成的结构元件费用很高。

因而长期感到需要一种机械或自动装置来制造用于飞机或用于其它例如汽车的层压结构元件，以便降低元件成本。在Mittelstadt等人的4,475,976号美国专利中公开了一种自动操作方法和装置，用以制造某些类型的复合材料制品，例如飞机用的通道式纵梁。在通道式纵梁的实例中，呈带状的纤维加强的复合材料层被一由一机架携带的带叠放头敷设。该带层放置在一具有通常为U形横断面和有真空排气口的上表面的叠放用卷筒(mandrel)上。该带层置于该卷筒的顶部腹板(web)上，带层的侧沿放置呈悬臂梁形。一柔性气袋膨胀成为张开状态并下降到卷筒和该带层的顶部上方。该气袋沿卷筒碾过使该带层向下沿着卷筒成形。随着该气袋碾过该卷筒，气袋使带层沿着在卷筒上的腹板和凸缘之间的两条弯曲轮廓线之间折弯并且同时约束该带层避免沿直线压折。当气袋完全张开时，气袋与由卷筒所携带的密封件相对接。通过该卷筒的真空排气口从在密封件内部介于气袋和卷筒之间的区域抽走空气产生真空以对该带层加压。因此在放另一带层之前每一复合带形材料层成形并压实。

在Mittelstadt等人的4,475,976号美国专利中的方法在成带形的纤维加强的复合材料层可以被一由一机架携带的带层叠放头叠放的情况下效果良好，并且有效地降低成本。但是，在具有更复杂的三维轮廓的结构元件的情况下，(即在例如在Mittelstad等人的上述专利中所介绍的由一机架携带的带层叠放头不适于放下预浸处理的材料层的情况下)，采用的是一种利用大的手动操作叠放用模板的费用很高的手动叠放压层方法，其中操作人员得用手将每一预剪的预浸处理的复合材料层按适当的位置和取向放置在叠放器上(即在该叠放器或先前预浸处理的材料层顶面上)。对于每一个结构元件，手动叠放压层方法包含使用一个或多个这样的手动叠放用模板。手动叠放用模板是由其中开有各种开口的柔性材料制成的，在接近每个开口处的模板的顶表面上写有层号和其它标记，以便引导操作人员使用模板。先有技术的手动叠放压层方法如下文实施。

由操作人员放置一正确的叠放模板(下文称为手动叠放模板)在该叠放器上部。每个预剪的预浸处理的复合材料层，需要按照适当的顺序将模板放置在叠放器上并利用定位销将该模板按适当的位置和取向固定。然后操作人员通过模板开口对于该层号形成一些标记，借此确定在前一层表面要放的下一层的轮廓线。操作人员从叠放器取走模板，然后放下一材料层并使其形状与叠放器的轮廓相一致，按照由轮廓线标记指示的该材料层的适当的位置和取向置于先前一层的顶面上。

为了压实该层(即除去在新的一层和先前的一层之间夹带的空气)，操作人员将一FEP层(一种由涂有聚四氟乙烯的聚酯薄膜制成的分离层)置于叠放器上然后操作人员在该FEP顶面上放一通气材料层(透气编织物或玻璃纤维布)。在这两种层的顶面上，操作人员放一尼龙袋材料层，利用一种胶粘带状材料围绕叠放器的周边形成密封。然后通过尼龙袋中的排气口抽真空以便对该层加压。由操作人员控制和监视时间和压力。解除真空和取走袋层。对于每一顺序的预浸处理的复合材料层重复整个过程，直到达到该层压的结构元件所需的层数。

该先有技术的手动叠放方法存在如下的缺点或问题：(1)由于取回一错误的手动叠放模板和/或标记错误顺序的材料层，可能导致人为失误；(2)由于制作、存放和使用各种模板导致成本增加；(3)为了使各层完全成形需要手工劳动，这也使成本增加和给操作人员带来疲劳和健康问题；(4)在每个元件完全层压之后，该通气材料和尼龙袋材料将被弃去，这又表示增加了制造的费用；(5)在加压过程中，3层材料的放置以及尼龙袋材的密封都是手动操作的，使操作人员疲劳并且不易自动化。这又表示增加了劳动费用；(6)真空压力和时间这些关键的工艺参数不能由操作人员保持一致；(7)几层材料(分离层，通气层以及尼龙袋)不是十分容易展开的，因此需要仔细地放置和将尼龙袋层折成复杂的三维元件几何形状。操作不良将会引起最终的元件产生缺陷。

本发明的手动辅助操作的层压(HAL)系统解决或消除了先有技术的手动叠放方法的很多上述缺点。该HAL系统能使用于飞机和用于其它最终用途例如汽车的复合材料结构元件的制造成本下降，并对环境产生良好的影响，因为其消除在先有技术的手动叠放层压方法中由于操作人员失误经常引起的由预浸处理的复合材料构成的废料。

在下文将要更详细介绍的HAL系统的第一和第二实例中，由于取消了手动叠放的模板，因此制造可具有三维轮廓形状的复合结构元件的劳动量和成本可以大为降低。

HAL系统的第一和第二实例，每个包括的子系统包含快速扫描激光投影系统，利用三维(3-D)数字控制(NC)数据组在叠放器(具)的3-D轮廓表面上或已经放置在叠放器(具)上的一些材料层上投影。单一激光束进行快速扫描，因此在叠放器上投影呈现由人眼看来是连续的轮廓线，该轮廓线代表在该叠放器上需要放置的下一层的位置，因此为操作人员显示下一层放置的确切位置。由于投影到叠放器上的激光束起一个模板的作用，指引操作人员将预浸处理的复合材料层定位和定向，并且因为利用激光投影的轮廓线替代了先有技术的手动放置的模板，快速扫描的激光投影子系统被称为光学叠放用模板(OLT)。

上述快速扫描激光投影系统即光学叠放用模板(OLT)的结构和使用的详细情况在两个待审的美国专利申请中详细介绍：(1)序号为07/951,603的美国专利申请，1992年9月28日申请，现在的1994年8月23日授权的美国专利5,341,183，名称为“用于控制光学叠放模板的投影的方法”由John W.Dorsey-Palmateer发明，共同转让给波音公司，代理协议书号为89-299；(2)序号为08/113,456的美国专利申请，是利用序号为TB375106699US的美国快递邮件于1993年8月27日申请的，现在的1995年9月12日授权的美国专利5,450,147，名称为“用于利用协同工作的目标控制光学叠放模板的投影的方法”，由John W.Dorsey-Palmateer发明，共同转让给波音公司，代理协议号为89-299A。John W.Dorsey Palmateer的两个专利申请在本专利申请中引用作为参考。这两个专利申请在下文分别被称为Palmateer专利申请89-299和Palmateer专利申请89-299A。

为了更好地理解本发明，以及了解怎样实现本发明，下面通过举例参照附图进行说明。在不同的附图中，利用相同的标号标注具有相应功能的元件。

图1是手动辅助操作层压(HAL)系统装置的第一实施例的简化透视图；

图2是图1所示装置在加压箱处于存放位置时的简化正面图；

图3是图1所示装置在加压箱处于展开位置时的简化的正面图；

图4是图1所示装置在加压箱处于展开位置时的简化平面图；

图5是一可以在图1所示装置中采用的一叠放器具的透视图；

图6是图5所示的叠放器具的另一透视图，以虚线的方式表示该器具的内部结构；

图7是图5中所示叠放器具的侧视图，以虚线的方式表示该器具的内部结构；

图8是沿图6中所示的线VIII-VIII所取的断面图；

图9是另一种叠放器具的透视图，该器具是中空的并具有截断(blocked)端；

图10是另一种叠放器具的透视图，该器具是中空的并具有闭合端。这是一个用于飞机肋的叠放器具；

图11是一光学叠放模板(OLT)阴极射线管(CRT)显示器的实例的透视图；

图12表示光学叠放模板(OLT)投影形状表(table)。该表具有3阶，这些阶沿水平从左到右然后下降到下一阶读取。该表的3个阶中的每一个表示一层的实例、用于这一层的实例的光学叠放模板(OLT)阴极射线管(CRT)显示器、以及对于这一层的实例的OLT投射的激光图像(每个图像是利用快速扫描的激光束描绘的轮廓线，该激光束用箭头来表示)；

图13-31是表示图1所示的手动辅助操作层压(HAL)系统装置的第一实施例的工作方式的逻辑流程图，下面详细解释各个逻辑流程图；

图32是手动辅助操作层压(HAL)系统装置的第二实施例的简化透视图；

图33是手动辅助操作层压(HAL)系统装置的第三实施例的简化透视图。

第一实施例

作为本发明的第一实施例的HAL系统包括作为叠层标记装置的数控激光投影子系统(在本文引为参考的Palmateer的专利申请中详细介绍)。当在叠放器具上标示该材料层位置时，操作人员手动使该层定位在标示的位置。在该HAL系统中，由于一个可重新使用的成形和加压的袋结合到该系统中，操作人员无需使该复合材料与叠放器具完全一致。

在将该层恰当地置于该器具上和局部形成外形轮廓之后，操作人员然后将一层多孔的聚四氟乙烯薄膜置于该层上，然后，起动该系统进入成形/加压循环操作。该成形和加压袋然后完成成形使复合材料按叠放器具的形状成形并真空加压该层。该加压/成形袋是由硅橡胶制成的并具有特殊的表面结构，即具有与袋材料的工作表面侧间隔开的隆起六角形垫，该隆起的垫的功能是在各垫之间形成一空气通道，以使真空能够沿该层的表面移动，使得不再需要单独的通气材料。

由于成形是半自动化的，加压是在一次最短时间的操作完成的，减少使用可消耗的材料，所以节省了相当多的制造时间。这种方法与先前的手动叠放方法相比，较少依赖于操作人员的技术熟练程度。由于各层的形状和叠放顺序是直接由原始的工程NC数据组中得出的，其优点是不会有损允许公差、避免混乱放置各层(或位置错误)，以及以极力简化的方式(以比手动叠放模板低得多的成本)维持结构形状控制的能力。

用于制造高级的复合材料压层的制造方法要求每一层复合材料精确地定位及完全在器具上成形。在叠加下一层之前，必须压实以除去夹带的空气。生产车间还必须保证按照适当的顺序和按照适当的纤维取向叠放所有各层。

HAL系统的第一实施例辅助层压各高级的复合材料层的操作人员：(1)确定各层位置；(2)使各层成形；(3)在叠放器具上将各层压实；以及(4)自动地确保操作人员使所有各层按适当的顺序和方位放置。与先有的手动叠放方法比较，本发明对一层定位降低劳动时间达95％，对一材料层成形降低达50％，对一层加压的时间降低达80％。所有的叠放操作的总的劳动时间降低高达50％。其它重要的益处包含：提高了最终的元件的质量可靠性，对于操作人员减少了人机控制的问题(例如使操作人员背部紧张)以及获取用于进行按统计规律的过程控制(SPC)的关键的过程数据参数。

图1-4是表示HAL系统装置第一实施例的简化示意图。各图简化在于为了清晰某些特征已被略去，某些特征是示意表示的。在图1中，HAL工作站或单元包括如下的子系统及其元件。

计算机控制子系统

计算机控制子系统或主控制器47控制HAL单元1的机械和机电系统以及HAL单元1的激光投影系统72。主控制器47包括主计算机71、安装在控制台101内的可编程通用数字计算机。适用于此目的的计算机是具有Intel80486微处理器的计算机。控制台具有一显示屏，例如连接到计算机71上由操作人员观察的阴极射线管(CRT)48。一例如为键盘50的输入装置连接到计算机71。一例如为光笔51的条形码读取器也向计算机71提供输入。一电子式数字数据存储装置102(在控制台101内)也连接到计算机71。还有一可清除的数据存储装置102a连接到计算机71。例如该可清除的数据存储装置102a可以是软盘。一输出打印机(未表示)也连接到计算机71。向打印机输出的数据还送到该可清除的数据存储装置102a。

计算机控制系统47提供操作人员界面并具有足够的控制逻辑来防止或降低操作人员失误的可能性。通过在显示屏48上按适当的顺序自动地显示的元件数据指导和指令操作人员操作来实现这一点。例如，在图1中表示在CRT48上显示的指令操作人当时要放的一层为梯形49。图像49精确地表示当时一层的形状，即操作人员要在叠放器具31上放下的一层的形状。图像49还与利用激光85在叠放器具31上进行扫描得到的激光束梯形轮廓线33的形状相同，预先切割的实际的预浸处理的复合材料层具有与激光轮廓线33相同的尺寸和梯形形状。

操作人员由存放架上取一材料层并将该层置于在叠放器具上的激光束轮廓线33内。然后操作人员返回到键盘50向计算机71输入该层已放下的信息。当然，图1中所示的呈梯形的该层仅是可能的一个实例，但在屏幕48上的图像49的形状总是要与激光束轮廓线33相同，以及要放下到叠放器具上的该层的尺寸和形状要与激光轮廓线33相同。

在图1所示的HAL单元1的第一实施例中，为操作人员在键盘50上设有专用的功能键，以便在层压过程中控制操作HAL单元1。某些功能键如下：

(1)用于投影该材料层的功能键。这个键将会使当时的一层即操作人员正作业的一层利用激光投影到该叠放器具(或投影到先前在叠放器具顶部上已放的各层)上。在显示屏48上将出现关于该层的层号和其它有关的信息。

(2)用于增放材料层的功能键。这个键会使被投影和显示的层号增加到叠放顺序中的下一层。

(3)用于缩减材料层的功能键。这个键会使投影和显示的层号缩减到叠放顺序中的前一层。

(4)用于起动成形/压实循环工作的功能键。这个键会使该系统张开气袋，以便完成在叠放器具上的复合材料的成形以及提供叠放过程中的真空加压的循环作业。利用该系统控制真空压力和处于真空的时间。直到达到预置的真空值，才开始计时。

因此，具有可编程的计算机控制系统47以及在屏幕48上指令操作人员的显示器的HAL单元1，通过向计算机71顺序输入该作业已经完成的信息，会使操作人员跟随正确的机器的循环工作状态。

激光投影控制系统

在图1中所示的由NC数据驱动的激光投影控制子系统72是一个材料层标示装置。激光系统72将描绘该层轮廓线33的激光束30投射到叠放器具31上。激光投影器85安装在壳体29的内。一种适用于此目的激光投影器是由麻省波士顿通用扫描公司销售的名称为OLT3000的产品。在作为本文参考文献的Palmateer的89-299A专利申请中更详细地解释了该激光投影控制系统、用于导引激光束的检流计式镜系统和用于从模拟式基准(位置)传感器返回的信号得到测量值的系统。

激光器壳体29刚性地安装在一固定到框架元件10和11上的结构臂21。正如在Palmateer的89-299A专利申请中所解释的，利用一可编程逻辑控制器控制来自激光投影器85的激光束30。在图1所示的HAL单元1中，控制激光投影器85的(从而控制激光束30和所形成的激光轮廓线33的形状)可编程逻辑控制器是位于控制台101内的控制器71a。激光投影控制器71a包括位于控制台101内的第二计算机(激光控制计算机)。适合于此目的的计算机可以是具有Intel 80486微处理器或具有Motorola 68000微处理器的计算机。

利用从文件服务器(未表示)沿电通信线103下载到控制器71a的NC控制程序来控制该激光投影控制器71a。该NC控制程序是直接由用于所要制造的元件的工程设计数据组中产生的。在图1中所示的激光束30还对在台37中安装的模拟式基准位置传感器(目标)41、42、43和44进行扫描，以便对台37和激光投影器85之间的任何移动进行自动补偿。这种利用在台37内安装的模拟式基准位置传感器的特定类型的激光投影系统是在Palmateer89-299A号专利申请中的图1中表示的那种类型的激光投影控制系统。通过利用下载激光投影系统72中的基准位置传感器(目标)41、42、43和44，按尺寸进行自动补偿，防止投影误差。

基准位置传感器41、42、43和44分别连接到电通信线57、58、60和61。正如在Palmateer的89-299A号专利申请中所解释的，4个模拟信号送到4个缓冲放大器(未表示)，接着将4个模拟输出信号送到4个多路通道转换器(未表示)，接着再将一模拟输出信号送到一模数转换器(未表示)，接着再将数字输出信号送到激光投影控制器71a。激光控制器71a然后将数字控制数据沿双向电通信线52送到激光投影器85。激光投影控制器71a从属于主计算机71。

加压气袋子系统

在图1中，加压气袋子系统35具有一矩形支承框架22、一个等效于整体通气体(上述各垫)的可膨胀成形/加压用气袋23以及一环绕支承箱框架22的下沿的周边安装的真空密封条36。该气袋系统35自动展开、按顺序和定时动作以便使在叠放器具31上的材料层成形并压实。

该成形/加压用气袋23是由可伸展的硅橡胶材料制成，使得成形的元件的成形和压实大为简化。如上所述，该成形/加压用气袋23具有特殊的表面结构，其具有与通气材料的作业表面侧(面向叠放器具侧)间隔开的隆起的六角形的垫，各隆起的垫的功能是使空气能够沿材料层的表面通过，使得无需另外的通气材料。适合于这一目的硅橡胶气袋材料是由Mosites Corporation ofFort Worth，Texas销售的压花的号码为14116T的产品或压花的号码为1453D的产品。

气袋23如图1所示安装在矩形支承框架22的底侧。在支承框架22的顶侧是如在图4所示的矩形板81。板81由纯净的塑料材料制成。气袋23、支承框架22以及板81形成一个呈箱形气袋壳体的封闭体。气袋壳体载在结构臂19和20上。臂19和20围绕一在竖直框架元件7和8中安装的轴承上旋转的轴18可以旋转。

一线性致动机构46的下端安装在水平框架构件15上，线性致动机构46的轴的上端连接到在轴18上安装的U形件上。因此，线性致动机构46的轴的伸缩使轴18旋转，接着再使臂19和20以及气袋壳体(支承框架23、气袋23和板81)旋转90°，即气袋壳体由竖直向上位置(在图1和2中的存放位置)旋转到水平平放位置(在图3和图4中的展开位置)。

线性致动机构46的可反向的电动机从该加压气袋子系统控制器69经双向电通信线62接收控制信号，如图1所示。来自控制器69的控制信号使电动机沿第一方向运转，使线性致传动机构的轴伸出，因此使该加压气袋系统35向下旋转到如图3和4中所示的展开位置。或者来自控制器69的控制信号使电动机沿相反的方向运转，使线性致传动机构的轴缩回，如图1所示，从而使该加压气袋系统35旋转到如图1和2中所示的存放位置。因此，按照计算机控制系统47和控制器69的指令，气袋系统35自动地在叠放器具31上方向下旋转，无需人的介入。接着向上旋转到存放位置，使得由激光投影系统72能标示出下一层的位置，这样操作人员就可放下下一层。

当操作人员已放下该材料层，然后按下在键盘50上的按钮开始成形/加压循环操作(见图23A)时，控制器69沿电通信线53向安装在如图1所示的框架构件12上的压气机24发出指令信号。压气机24然后产生足够的空气压力，通过软管25传送到该气袋壳体，使气袋23膨胀。利用位于在如图4中所示的板81的上侧的两个空气减压阀84在气袋壳体内的空气压力维持在恒定的预定值。每个阀门84由纯洁的塑料材料83制的圆形件构成，利用4个位置围绕通过板81开的圆形开孔82的螺栓88使之保持定位。每个螺栓88的轴有一个拉伸安装的弹簧。因此，如果气袋壳体中的空气压力超过预定的最佳数值，由于空气压力向上推动各圆形件83克服了弹力使得阀84打开，使得空气由气袋壳体排出。

在气袋系统35向下旋转到展开位置(如图3所示)之前，支承该叠放器件31的灵敏移动的台37下降到在图2和3中用虚线37a表示的完全降下的位置。需要将灵敏移动的台下降到该降下位置，防止当气袋系统沿弧线下降到如在图3中所示的水平展开位置时膨胀的气袋23与在叠放器具的顶面上的材料层用摩擦或擦伤。在膨胀的气袋23已经到达水平展开位置之后，灵敏移动的台37上升接触在气袋壳体的下沿上的密封条36。同时，膨胀的气袋23与叠放器具31以及在叠放器具顶面上的该材料层相接触，因此对该材料层施加压力。同时，正如下面将要介绍的，该台37开始抽真空。作用在该层上的作用力之和，即气袋23的压力和由真空产生的作用力(将气袋23下拉使该层压得更密实)的综合作用实现了在叠放器具31上的该材料层的成形和压实。

叠放器具支承子系统

叠放器具支承子系统34支承和适当定位HAL单元1中的叠放器具31。该器具支承系统34包括：竖直可动的支承台或灵敏移动的工作台37，在如图1所示的激光投影系统运行的循环操作过程中的一点处，将叠放器具31支承和定位在由操作人员选择的适合的作业高度上，而在循环操作过程中的另一点处，在气袋壳体向下旋转之前，台37缩回到在图2和3中用虚线37a表示的完全降下的位置，以及在循环操作过程中的再一个点上，台37伸出到如图3所示的完全上升的位置。

由于计算机控制系统的控制在气袋展开之前，台37下降到如在图2和3中以虚线形式表示的下部位置37a。如上所述，台37的下降使得当气袋向下旋转到水平位置时，气袋23将不摩擦在叠放器具上的顶部材料层。当气袋在水平位置完全展开时，台37于是上升到高的位置，使得台37的上表面接触气袋支承框架22的密封条36并形成密封，如图3所示。

在该台的底盘下部有一覆盖该机械的成褶状的材料38。在图2中以虚线示有两个用于升降该台37的剪刀状的装置78和79，它们安装在底座89上。通过动作该剪刀状组件，一个滚珠螺旋致动组件80使该台升降。该滚珠螺旋致动组件包括一驱动双链轮74的可反向电动机73。该双链轮74带有一链条，该链条驱动在第一双链轮上方的第二双链轮。第二双链轮安装在由轴承75支承的螺纹轴77上。第二双链轮的另一侧安装在螺纹轴77a的左端。一装到剪刀形件78上的可动滚珠75在左螺纹轴77上移动，而一装到剪刀形件79上的可动滚珠76在右螺纹轴77a上移动。由图2中可以看出的，当可动滚珠75、76移动远离中心时，它们抬起剪刀形件78和79。当可动滚珠75、76朝中心移动时，它们降低剪刀形件78和79。

在图1中，该灵敏移动的台37的底盘接纳两个器具定位销(未表示)，它们通过在叠放器具31中的定位孔39和40而定位，以便将器具31相对于基准位置传感器(目标)41、42、43和44精确定位，从而校准激光投影系统72。

该器具支承系统34还包括真空/压缩空气子系统。在图1中，该真空/压缩空气子系统包括：一连接到真空源(例如车间真空系统或就地的真空泵)的真空软管27和一连接到清洁的压缩空气源(例如车间压缩空气系统和就地的空气压缩机)的压缩空气软管26。压缩空气必须是清洁的，以避免污染预浸处理的复合材料层。真空轻管27和压缩空气轻管26引入真空/压缩空气调节盘45的后侧。真空/压缩空气调节盘45是一个公用盘，包含空气压力调节器(未表示)、真空调节器(未表示)、压力仪表66、真空仪表67以及相连的管道硬件。一双用软管28由真空/压缩空气调节盘45引到支承台37的下侧在此连接到在该处的一适配器(未表示)，接着再与在台37内的各种内部空气通道(未表示)连接。双用软管28在循环周期的一个阶段输送压缩空气，在循环周期的另一个阶段抽真空。在台37中的某些空气通道在成形/加压循环周期中用于通过在台37上表面中的真空排气口(未表示)抽真空，然后，在该循环周期完成后，通过软管28和在该台中的相同孔口提供压缩空气，以解除在叠放器具31上的真空。

在台37中的其它的内部的空气通道用于向安装在台37上部中的承座内的多个滚珠回转轮(未表示)输送压缩空气。当压缩空气供到该滚珠回转轮时，在承座中的球上升。因此，球的上部伸到台37表面之上，因此为沉重的叠放器具31的底座提供滚珠支承，因此通过在滚珠回转轮上浮动，使器具31可以易于移入在台上的位置或在操作结束时移到离开该台。

图5、6、7和8表示由耐用金属材料制成的叠放器具92。器具92是可以在图1、32、33、34所示的HAL单元中采用的具有3维轮廓表面的叠放器具的一个实例。器具92具有带定位孔93和93a的平的底座95。轮廓中心表面区域98是放置预浸处理的复合材料层的地方。围绕该中心区域98的特殊的边界96是细砂窄条。该细砂窄条96具有多个小的隆起的表面凸起。该细砂窄条实现的功能是在压实的过程中形成一个摩擦表面使各层保持就位防止滑动。确切地说，细砂窄条提供摩擦，以便使位于夹在各层之间的作为该结构一部分的一块蜂窝芯料之下和之上的各层保持就位。在固化过程中使各层保持就位保护该蜂窝芯料防止压碎。

器具92具有内部联条和加强肋97，以便产生很强的强度和刚性，这是因为叠放器具必须能够利用铲车来提升。图8中的断面图表示放在轮廓表面区98的顶面上的几个压实的预浸处理的复合层94。

图9是可以在图1、32、33和34中的HAL单元中采用的具有截断(blocked)的端部和3-D轮廓表面的中空的钢制叠放器具99。HAL单元的硅橡胶气袋使在器具99的不规则表面上的材料层成形和压实。在器具99上制作的元件是制造的KEVLAR。

图10是可以在图1、32、33和34中的HAL单元中采用的具有3-D轮廓表面的叠放器具100的再一个实例。器具100是中空的具有封密的端部，用以制造飞机肋。此外，器具100具有HAL单元的硅橡胶气袋的按照器具和元件的会聚角成形和压实的能力。器具100还使具有V形部分的预浸处理的复合平片可以完全成形在器具上。

图11是分为三个窗口的光学叠放模板(OLT)阴极射线管(CRT)显示屏105的一个实例的特写视图。第一窗口是向操作人员显示利用激光对当时的一层投影的轮廓线的材料层形状窗口106。在图11所示的特定的实例中，窗口106显示的一层具有两个分开的部分。在窗口106中的虚线表示该元件的周边。菜单窗口107显示如下介绍的键盘上的功能键的作用。在箭头108窗口显示的信息为功能键PF1是系统菜单。在箭头109，窗口显示的信息为功能键PF2为操作人员登录。在箭头110，窗口显示的信息是键PF3是寻找目标。在箭头111，窗口显示的信息为键PF4为层号。在箭头112，窗口显示的信息为功能键PF5是激光通/断。在箭头113，窗口显示的信息是功能键PF6是变焦窗口。在箭头114，窗口显示的信息是功能键PF7是注销。

第二窗口是状态窗口115，显示提示、误差和状态信息。在图11的实例中，窗口115显示的状态为激光正在投影层(n)，其中n是一特定层的层号。第三窗口是注示窗口116，显示材料层信息，例如材料、方位、拼接、系紧等等。在图11的实例中，窗口116显示的信息是当时层是一填充层(n)，其中n是具体层的层号，即有1.0英寸XS(过余量)(该过余材料在元件固化之后将被修整掉)，以及允许一端面拼接。

图12是光学叠放模板(OLT)投影形状表(table)。该表具有3个阶，沿水平方向从左到右然后下降到下一阶读取。该表中3个阶的每一个表示一材料层实例、用于这一材料层实例的光学叠放模板(OLT)阴极射线管(CRT)显示器、以及对于这一材料层实例的实际的OLT激光投影的图像(每个图像是利用快速扫描的激光束描绘的轮廓线，该激光束用箭头来表示)。

图12中，第一个层实例是一完整层117。OLT CRT屏幕上显示图像118。实际的OLT投影图像是在叠放器具上的激光轮廓线119。第二层实例包含画框叠合层或填充层120。OLT CRT屏幕显示图像121。实际的OLT投影的图像是在叠放器具上的激光轮廓线122。第三层实例包含内部各层或芯料位置123。OLT CRT屏幕显示图像124。实际的OLT投影的图像是在叠放器具上的激光轮廓线125。

                         过程介绍

在实际的叠放过程中，操作人员利用本发明的第一实施例，即图1中的HAL单元1，来向操作人员显示该层的边界位置(激光投影器投影这一信息)、该层类型(屏幕显示这一信息)以及纤维取向(激光投影器在叠放器具上投影这一信息以及屏幕也显示这一信息)。然后操作人员将一适当的材料层放在正确的位置按照在显示器上识别的区域在该器具上使该层成形。操作人员然后在该部分成形的层上散布一层FEP。操作人员然后按下在键盘上的功能键，开始成形/加压循环周期(如上所述)。HAL单元1对在该器具上的该层进行成形加工和真空加压。操作人员检验各层叠放的作业质量，继续该工艺流程和子流程直到完成该元件。然后移走该器具，完成叠放过程。过程的记录打印出来，以便附加到元件的文件中以及存储在可按去的存储器102a中。

通过参照在图13-31中的流程图可以更完整地介绍图1中所示的第一实施例即HAL单元1的工艺流程和子流程。

图13是表示在HAL系统工作时各主要流程程序块的逻辑流程图，即如下：进行冷启动(见图14)的主流程程序块1000；进行监督管理操作(见图15)的主流程程序块2000；层压各元件(见图20)的主流程程序块3000；进行辅助操作流程(见图26)的主流程程序块4000。如图13中所示，由主流程程序块1000进行冷启动，系统进入层压各元件的主流程程序块3000；系统还可以进入到进行监督管理操作的主流程程序块2000或进行辅助操作流程的主流程程序块4000。由进行监督管理操作的主流程程序块2000，系统可往复进入到层压各元件的主流程程序块3000。由进行辅助操作流程的主流程程序块4000，系统可以往复进入到层压各元件的主流程程序块3000。

图14是表示由图13中的进行冷启动的主流程程序块1000中的步骤的逻辑流程图。如图14所示，手动操作程序块1010是接通主电源开关。由程序块1010，系统进入自动操作程序块1020，下载所有执行程序并进行诊断。该执行程序是专用的计算机操作程序，实现在HAL系统中的所有基本的操作功能。例如有一个计算机执行程序实现与操作人员的通信，还有另一个计算机执行程序实现线路通信，用于由文件服务器下载NC控制数据。

由程序块1020，系统进入到初始化通信的自动操作流程程序块1030。由程序块1030，系统进入到自动操作流程程序块1040，检验加压用气袋是否处在原有位置，并开始将压缩空气送入加压用气袋。由程序块1040，系统进入到程序块1050，屏幕上提醒操作人员扫他的或她的在叠放工位处的识别标记读取器。(扫该识别标记意思是将条形码读取器的光笔(杆式笔)沿在识别标记上的条形码通过，使得条形码读取器读出在识别标记上的条形码)。系统随后进入到层压各元件的主流程程序块3000。

图15是表示图13的进行监督管理操作的主流程程序块2000中的步骤的逻辑流程图。如图15所示，由层压元件的主流程程序块3000，系统进入到手动操作流程程序块2118，其中操作人员通过条形码读取器他的识别标记。在程序块2120中，系统检索在数据库中的用户文件中的授权的使用人(操作人员)的目录表。判定程序块2122质询：使用人的识别号码是否在授权的使用人的目录表中？如果回答是否定的，程序块2124显示“无效用户”。由程序块2124，程序块2128显示“登录”提示。如果判定程序块2122的回答是肯定的，程序块2126显示口令提示。在手动操作的流程程序块2130中，操作人员输入口令。系统检索在数据库中用户文件中的授权的口令。判定程序块2134质询：该口令是否正确？假如口令不正确，系统返回到程序块2126，口令提示。如果口令是正确的，系统进入到程序块2136，显示设备操作的菜单。操作人员选择其中一个数据块：2138、2142、2144或2140。如果操作人员选择程序块2138，系统进入到程序块2010，增加或减少一个操作人员(见图16)。如果操作人员选择程序块2140，系统进入到程序块2020，打印或显示报告(见图17)。如果操作人员选择程序块2142，系统进入到程序块2030，下载数据(见图18)。如果操作人员选择程序块2144，系统进入到程序块2040，增加或编辑元件号码标志(见图19)。

图16表示图15的流程程序块2010逻辑步骤，增/减操作人员的功能。下面参阅图16，流程程序块2000进行监督管理操作。程序块2012是对于操作人员类型的菜单提示。在手动操作流程程序块2014中，选择操作人员类型。然后，系统在程序块2015中对使用人文件数据库进行检索。判定程序块2016质询：这种类型是否是授权的。如果是未经授权的，程序块2018显示“这种选择是未授权的”。如果是已授权的，流程进入到流程块2022，显示增或减操作人员的菜单。然后，流程进入到手动操作流程程序块2024，选择增或减操作人员。在自动操作流程程序块2026中，更新使用人数据库。在程序块2028检索使用人文件数据库。显示程序块2030提示操作人员利用条形码读取器扫操作人员的标记。流程然后进入到判断程序块2032，质询：是否退出？如果回答“是”，在程序块2046，操作人员按下“退出”功能键。然后流程返回到主流程程序块2000，进行监督管理操作。如果回答“否”。流程进入到手动操作流程程序块2034，扫它的识别标记。然后流程进入到程序块2036，提示输入操作人员的姓名。在手动操作流程程序块2038，操作人员输入其姓名。然后流程进入到判断程序块2040，质询：是否需要口令？如果回答“是”，流程进入到程序块2042，提示需要口令。在程序块2044，操作人员输入口令。然后，流程返回到程序块2026。如果回答“否”，系统返回到程序块2026。

图17表示图15的流程程序块2020中的步骤，执行打印或显示各种报告的功能。在进行监督管理操作的主流程程序块2000中有一显示程序块2050，为报告类型的菜单提示。在手动操作流程程序块2052中，选择报告的类型。然后流程进入到显示程序块2054，提示选择输出设备。在手动操作流程程序块2056中，选择输出设备。在程序块2058，打印或显示报告。然后流程返回到主流程程序块2000，进行监督管理操作。

图18表示图15下载数据的流程程序块2030中的步骤。在进行监督管理操作的主流程程序块2000中，有一个提示输入元件号数的显示程序块2060。在手动操作的流程程序块2062中，操作人员扫完元件号码后按“输入”键。在自动操作的流程程序块2064中，系统将元件文件下载就地存储器中。在信息程序块2066中，系统显示所下载的元件号码数据组以及元件状态。程序块2068显示“登录”提示。然后系统返回到进行监督管理操作的主流程程序块2000。应注意，某些前端的处理器仅允许一次下载一个数据组。利用这种硬件，操作人员将仅对于下载的一个元件号码扫描。

图19表示图15的增加或编辑元件号码属性的主流程程序块2040中的步骤。在图19中，在进行监督管理操作的主流程程序块2000中，显示程序块2070提示扫描或输入元件号码。然后流程进入到手动操作流动程序块2072，其中操作人员扫入或输入元件号码。在程序块2074，系统检索在数据库中的元件号码文件。在自动操作流程程序块2076中，为了属性增加或编辑将该元件号码排队。程序块2078显示元件号码和器具表。在手动操作流程程序块2080，操作人员输入或编辑该表的登记项目。程序块2082显示第一或下一材料层表。手动操作流程程序块2084输入或编辑该表的登记项目。判断程序块2086询问这是不是最后一层。如果回答“否”，流程返回到上述显示程序块2082。如果回答“是”，流程返回到进行监督管理操作的主流程程序块2000。

图20表示图13的层压元件的主流程程序块3000的步骤。如图20中所示，第一步骤是叠放操作人员登录的流程程序块3100。然后流程进入到主流程程序块3200，准备元件。然后流程进入到流程程序块3300，层压各层。然后流程可以往复进入到由材料层缺陷重新恢复的流程程序块3400，或者辅助加压的流程程序块3600。此外，由程序块3300，流程可以进入到叠放操作人员注销的流程程序块3500，或者流程可以返回到程序块3200。

图21表示图20中的叠放操作人员登录的流程程序块3100中的步骤。如图21中所示，在进行冷启动的主流程序块1000中，显示程序块3110提示操作人员在叠放工位处的条形码读取器上扫他或她的识别标记。然后，操作人员执行手动操作流程程序块3 112，利用条形码读取器扫该标记。然后系统在程序块3114中检索使用人文件数据库。判断程序块3116询问使用人的身份是否是正确的。如果答案是“否”，程序块3118显示“无效使用人”信息持续5秒。流程然后返回到程序块3110。如果答案是“是”，操作人员在自动操作流程程序块3120登录。流程然后进入到流程程序块3200，准备元件(参阅图22，下面解释)。

图22表示图20的准备一个要制作的特定元件的流程程序块3200中的步骤。如图22中所示，流程程序块3100为该叠放操作人员进行登录。程序块3202提示操作人员对于要制造的这一特定元件根据制作计划扫此元件号码条形码。(对于每个元件的制作计划是一系列的确定对于这一特定元件的制作步骤的纸页)。手动操作流程程序块3204是利用条形码读取器扫入元件号码的条形码。在程序块3206中，对就地的元件号码数据库检索以便取出对于这一元件的NC数据组。在判断程序块3208中，询问对于这一元件的NC数据组是否在就地的数据库中？如果回答是“否”，程序块3210显示“元件号码未在就地存储器中”。然后操作人员通知它的上级这一情况，然后在下载数据的主流程程序块2000中，进行下载数据组。如果回答是“是”，自动操作流程程序块3212对元件号码排队以便加工作业。程序块3214提示操作人员扫叠放器具条形码。然后流程进入到手动操作流程程序块3216，操作人员扫该器具条形码。判断程序块3218询问该器具号码是否对于这一元件号码合适？如果回答是“否”，程序块3220显示“对于这一元件号码该器件是错误的”持续5秒。判断程序块3222询问该器具条形码是否已经检查3次以上？如果回答是“否”，流程返回到程序块3214。如果回答是“是”，流程返回到程序块3202。在程序块3218中，如果器具号码对于这一元件号码是合适的，流程进入到自动操作流程程序块3224，输入对于该器具序号的型值(offset)并转换激光投影数据。流程进入到程序块3226，显示“下载器具”。在手动操作流程程序块3228中，操作人员通过提升在该台中的滚珠回转轮装上该器具，然后将该叠放器具定位在正确的位置。然后操作人员将销置入在叠放器具上的定位孔中并退回滚珠回转轮。自动操作流程程序块3230检验各销是否插入以及叠放器具在台上是否平。判断程序块3232询问叠放器具的位置是否合适？如果回答是“是”，系统进入到层压各层的主流程程序块3200。假如回答是“否”，信息程序块3234显示“器具未正确对准”。在手动操作流程程序块3236，操作人员按下“确认”功能键。流程然后返回到手动操作流程程序块3228，操作人员正确地将器具对准在该台上。

图23A、23B是图20的层压各层的主流程程序块3300中的步骤。如在图23A中所示，由准备元件的流程程序块3200，流程进入到手动操作流程程序块3302，操作人员按下“投影”功能键。流程然后进入到自动操作流程程序块3304，其中激光识别各基准目标并形成最终的数据校正值。然后激光开始投影第一层。然后流程进入到手动操作流程程序块3306，其中操作人员将当前的材料层(或第一层)放在投影线上，并使该层(通过手动操作)成形在叠放器具的示有轮廓的表面上。流程进入到手动操作流程程序块3308，操作人员检查该层是否处在正确的位置上，操作人员还检查是否有外来物体或损害该层。然后操作人员将CIMS标记附着到对于这一特定元件的制造计划。(CIMS是一缩写，代表复合信息管理系统。CIMS标记是一种用于为保持记录，识别用以制作这一元件的预处理的复合材料的标记)。流程进入到判断程序块3310，询问是否存在缺陷？假如回答“是”，流程进入到流程程序块3400，材料层故障恢复(见图24)。如果回答“否”，流程进入到判断程序块3312，询问该材料层是否完成？如果回答“否”，流程进入到手动操作流程程序块3320，操作人员递增当前的材料层。然后流程返回到手动操作流程程序块3302，操作人员按下“投影”功能键。假如对判断程序块3312回答是“是”，流程进入到手动操作流程程序块3314，操作人员将FEP(一种分离膜)分布到器具上并按下键以便开始成形/加压循环操作。流程进入到自动操作流程程序块3316，检查(或确定)气袋是否膨胀。流程进入到自动操作流程程序块3318，进行定位并降下加压器。流程继续进行图23B中所示的步骤。

如图23B中所示，下一步是抽真空的自动操作流程程序块3322。下一步是询问是否达到真空的判断程序块3324。如果回答是“否”，流程进入到程序块3326，显示真空故障的信息。然后流程进入到流程程序块3328，从系统故障中重新恢复。如果对程序块3324的回答是“是”，流程进入到流程程序块3330，对加压过程计时。然后流程进入到自动操作流程程序块3332，封闭真空管线。流程进入到自动操作流程程序块3334，对真空管线加压并起动计时器。流程然后进入到自动操作流程程序块3336，到达定时时间时终止对真空管线的加压。流程然后进入到手动操作流程程序块3338，提升压缩器并返回到原来位置。流程进入到自动操作流程程序块3340，操作人员通过观察该层是否褶皱和/或起皮。流程然后进入到程序块3342，询问该层是否合格？如果回答是“否”，流程进入到流程程序块3400，由材料层不良重新恢复(见图24)。如果对程序块3342的回答是“是”，流程进入到手动操作流程程序块3344，盖印和标注制作计划。流程然后进入到判断程序块3346，询问元件是否完成？如果回答是“否”，流程进入到手动操作流程程序块3348，递增当前的层。流程然后由程序块3348返回到图23A中的手动操作流程程序块3302，按下“投影”功能键。如果对程序块3346回答是“是”，流程进入到显示程序块3350，显示图纸元件记录以及异常报告。然后，流程进入到手动操作流程程序块3352，操作人员移去叠放器具及将该元件的报告附加到制造计划上。然后流程返回到流程程序块3200，准备下一个元件(见图22)。

图24表示图20的由材料层不良重新恢复的流程程序块3400的步骤。如图24中所示，由层压各层的流程程序块3300，流程进入到判断程序块3402，询问是否更换材料层？如果回答是“否”，流程进入到手动操作流程程序块3404，操作人员手工修理该材料层。流程返回到流程程序块3300层压各层。如果对程序块3402的回答是“是”，流程进入到手动操作流程程序块3406，操作人员手工移去该材料层。流程进入到手动操作流程程序块3408，操作人员输入CIMS反常材料层处理条形码。流程进入到手动操作流程程序块3410，操作人员裁剪新的一层及制造计划上盖印以及标示日期。操作人员然后输入CIMS附加处理为新的材料提供资料。流程进入到手动操作流程程序块3412，操作人员可以将报废(rejection)标志输入到CIMS。流程然后返回到流程程序块3300，层压各层。

图25表示图20在叠放操作人员注销的流程程序块3500中的步骤。如图25中所示，由层压各材料层的流程程序块3000，进行到手动操作流程程序块3502，操作人员按下“注销”功能键。自动操作流程程序块3504中止该单元并将该排号的元件暂停在当前的材料层。自动操作流程程序块3506注销当前的操作人员。程序块3508显示对下一个操作人员的提示，在叠放工位扫入他的识别标志。系统然后进入到流程程序块3100，该叠放操作人员登录(见图21)。

图26表示图13的辅助操作流程的主流程程序块4000中的步骤。如图26中所示，由层压各层的流程程序块3000，系统流程可以进入到紧急停机(见图27)的流程程序块4100，或者进入到供料暂停(见图28)的流程程序块4200，或进入到由系统故障重新恢复(见图29)的流程程序块4300，或进入到进行维护(见图30)的流程程序块4400，或手动控制机械(见图31)的流程程序块4500。由图26可以看出，由紧急停机的流程程序块4100，系统返回到流程程序块3000，层压各层。对于流程程序块4200、4300、4400和4500同样如此。

图27表示图26紧急停机的流程程序块4100中的步骤。如图27中所示，在手动操作流程程序块4102中，操作人员选择紧急停机，或在自动操作流程程序块4104中，设备故障引起紧急停机。自动操作流程程序块4106所有的轴驱动器断电。程序块4108显示诊断情况。手动操作流程程序块4110是操作人员介入。手动操作流程程序块4112使气袋壳体复位。手动操作流程程序块4114选择循环操作开始。流程程序块2200是继续层压各元件。

图28表示图26供料暂停的流程程序块4200中的步骤。自动操作流程程序块4202在气袋加压阶段检测操作人员是否处在非安全区域，手动操作流程程序块4204选择供料暂停，接着是自动操作流程程序块4206，停止所有各轴运动。手动操作流程程序块4208是操作人员介入。手动操作流程程序块4102选择开始气袋加压阶段或顺序增/减键。系统流程然后进入到层压各元件的流程程序块2200。

图29表示图26的由系统故障重新恢复的流程程序块4300中的步骤。自动操作流程程序块4302中止该流程或系统。程序块4304显示相应的诊断结果和登录提示。手动操作流程程序块4306是操作人员介入。手动操作流程程序块4308选择气袋加压阶段开始或材料层增/减键。流程程序块4310返回到加工过程中。

图30表示图26的进行维护的流程程序块4400中的步骤。如图30中所示，手动操作流程程序块3601是为维护选择MCU(MCU代表机械控制装置(即控制器))。手动操作流程程序块3602将MCU设置到当地。手动操作流程程序块3604进行维护。流程程序处3606将MCU设置为遥控。

图31表示图26的手动控制机械的流程程序块4500。如图31中所示，手动操作流程程序块3702在机械MCU就地选择供料暂停。手动操作流程程序块3706置MCU于遥控方式。手动操作流程块3703是按照需要就地实现各种功能。手动操作流程程序块3704选择JOG(JOG开关是使操作人员能够以递增方式或以单个轴方式运动某些机械元件的开关)手动操作流程程序块3705是将气袋壳体置于零基准位置。应注意，很多机器功能是机器所特有的。此外，所有的机器功能可能不全依靠控制器。

第二实施例

装置介绍

图32表示本发明的第二实施例，HAL单元301。除去单元301采用安装在叠放器具308上的协同工作的目标302、303、304、305、306和307以外，HAL单元301与图1中HAL单元1相似。该协同工作的目标例如为回复反射目标。其它实例如Palmateer的89-299A专利申请的12页上所述，这里引用为参考。该协同工作的各目标的采用使得无须用图1中所示的电通信线57、58、60和61。

在这里引用供参考的Palmateer的89-299A专利申请中解释了协同工作的各目标应用、为了实现这种应用所需的OLT头的设计和用C编写的用于计算和装入为求解OLT投影头的位置以及余弦角矩阵的排列方向的偏导数求解方法。

在另外一些方面，在HAL单元301中的装置与在图1中所示的HAL单元1相同，上面对HAL单元1的介绍这里引用作为参考，因为这些介绍适合于图32中的HAL单元301。

过程介绍

正如上面解释的，除去单元301采用安装在叠放器具308中的协同工作的各目标302、303、304、305、306和307外，HAL单元301与图1中的HAL单元1相似。采用协同工作的各目标无须用图1中所示的电通信线57、58、60和61。在这里引用供参考的Palmateer的89-299A的专利申请中解释了该协同工作的各目标的使用。

因此，HAL单元301的流程程序和子程序与图1中的HAL单元1相同，将对在以上图13-31中的流程图所表示的HAL单元1的流程程序和子程序的介绍在这里引用作为参考，因为该介绍同样适合于图32中的HAL单元301。

第三实施例

装置介绍

图33表示本发明的第三实施例，HAL单元501。HAL单元501没有采用激光投影系统；因此，台502不需要基准位置传感器目标，叠放器具503无需协同工作的各目标。操作人员将使用一手动叠放用模板来标示各材料层在叠放器具503上的位置和取向。

控制系统

在图33中，一可编程逻辑控制器504位于安装在机器右侧在框架件2和3之间的控制盘505之内。适合于这一目的可编程逻辑控制器是Allen-Bradley PLC-5。该控制器504具有足够的控制逻辑以防止或减少操作人员误操作的可能性。通过在显示屏506上自动呈现机器工作状态，以便监视机器工作状况和指令操作人员来实现这一点。在图33中，显示装置506安装在控制盘505上方。适合于此目的的显示装置是Allen-Bradley DataLiner，其具有双行数字显示。显示装置506的用途是对单元状态、当前循环操作的信息以及可能发生的报警的状况提供及时的报告。

利用固定的控制程序或封装的程序控制该控制器504，能够保证成形过程、真空水平和真空维持时间能保持一致。在控制盘505上为操作人员设有专用的功能键，以便在层压过程的成形和加压循环过程中控制HAL单元501。

各功能键如下：

(1)用于起动成形/加压循环操作的功能键。这一键将使系统展开气袋，完成在叠放器具上的复合材料的成形和保证叠放过程的真空压实阶段。由系统控制真空压力和真空时间。真空压力值达到预定值才开始计时。

(2)高低真空功能键。高真空键将使22英寸汞柱的真空值或其以上的真空作用在材料层上。低真空键将使8-10英寸汞柱的真空作用在材料层上。低真空键用于蜂窝状芯料是该结构部分的情况下。低真空度防止在这种情况产生元件缺陷。

(3)用于人机控制工作台的功能键。这一键将使操作人员能够将该台置于正确的作业高度，使操作人员能避免背部紧张。

在利用手动叠放模板将材料层标示在叠放器具503上之后，操作人员由存放架上取得材料层以及将该层放在叠放器具上。然后操作人员返回到控制盘505，按下在盘面上的功能键开始成形/加压循环操作。具有可编程控制器504和显示屏506的HAL单元501将使操作人员总能遵循正确的操作循环周期。这样会导致最终的元件的质量可靠度提高。

过程介绍

对图33中的第三实施例HAL单元501的简化的流程程序和子程序介绍如下。首先，司机给该工作单元带来输送新的叠放器具和加工单的运输车辆。操作人员依据该器具/工具检查加工单。操作人员将加压用台502放于第一位置即下部位置。司机往复驾驶该车辆到停靠位置并操作该台锁定按键。司机启动安全用销和滚球。司机启动车辆移动滚子，将该器具由车辆移到加压用台。司机为操作人员将叠放器具放在正确位置并将移动滚球和安全销撤去。司机解除该台锁定并将车辆开往下一工位。

操作人员将加压用台置于适合的作业高度。如果在叠放器具表面上需要粘接剂，涂复该粘接剂，进行3分钟的加压。操作人员将第一层放在叠放器具上以便加压。操作人员检查加工单以便核实加压所需真空度。操作人员选择或高或低的正确的真空度。操作人员按下加压按键。该单元状态灯产生黄色闪光信号和移动告警声音。加压台下降。加压用箱式压气机起动。加压用箱开始展开，并到达展开位置。然后加压用台开始上升并继续上升直到该加压用台和加压用箱处于结合位置的高度。然后建立真空并达到所需的真空。

操作人员根据计划书监视材料层是否有错。操作人员准备下一层。计时器起动以及在达到正确的时间后计时器停止。将真空(系统)连通到大气环境。系统将车间压缩空气通到器具/气袋界面。加压箱返回到收藏位置。加压用箱式压气机停止。加压用台返回到原来位置或返回到操作人员的高度。操作人员准备下一层。

该单元状态灯发出绿色亮光。加工循环操作重复进行直到完成该元件。当该元件完成时，操作人员将一热压处理袋套在完工的元件和叠放器具上。操作人员呼调运输车辆。运输车辆带着新的叠放器具和新的元件的加工单到达。操作人员将加压用台置于第二位置即高的位置。司机然后将车开到停靠位置。司机操作该台锁定按键。然后司机启动安全销和滚球。下面司机启动车辆往复滚子，并将完工的元件和叠放器具装上汽车和完成卸载。撤去运输用滚球和安全销。司机解除台的锁定。操作人员或司机将加压用台置于第一位置即下部位置。司机操作该台锁定按键。司机启动安全销和滚球。司机启动车辆往复滚子和将新的叠放器具移到该台上。司机为操作人员将新的叠放器具放在正确的位置。撤去运输滚球和安全销。司机解除台的锁定状态。司机发货驾驶车辆到热压工位。

对于了解本发明的本技术领域的人员来说很明显，在不脱离本发明的构思和主要特点的前提下，本发明可以按与上面具体公开的不同的形式来实现。因而上面介绍的本发明的特定实施例和所述方法的具体细节在各方面应认为是说明性的，而不是限定性的。本发明的范围是按照提出的权利要求中所述的而不是局限于在上面介绍的各种实例。任何等效物都包含在权利要求中。

Claims (12)

1.一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置，所述装置包括：

(a)叠放器，用于接纳各复合层压材料层；

(b)支承台装置，用于支承所述叠放器；

(c)真空/压缩空气系统，将所述支承台抽真空，和向所述支承台提供压缩空气；

(d)激光投影系统，用于标示出所述复合层压材料层的位置以引导操作人员，所述激光投影系统能将一激光束投射到所述叠放器上，从而所述激光束划出由一数据组限定的层轮廓；

(e)形成/加压袋系统，用于形成放在所述叠放器上的复合层压材料的层并加压；以及

(f)电子控制系统，用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述激光投影系统和所述形成/加压袋系统。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述层压复合制品具有3维轮廓形状，所述叠放器具有3维轮廓表面，所述数据组是一3维数据组。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电子控制系统是一程序化计算机控制系统。

4.一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置，所述装置包括：

(a)叠放器，用于接纳各复合层压材料层；

(b)支承台，用于支承所述叠放器，所述支承台具有多个参考传感器；

(c)真空/压缩空气系统，将所述支承台抽真空，和向所述支承台提供压缩空气；

(d)激光投影系统，用于标示出所述复合层压材料层的位置以引导操作人员，所述激光投影系统能将一激光束投射到所述叠放器上，从而所述激光束划出由一数据组限定的层轮廓；

所述多个参考传感器与划出所述层轮廓的所述激光束的所述数据组具有同样坐标系统；

(e)形成/加压袋系统，用于形成放在所述叠放器上的复合层压材料的层并加压；以及

(f)电子控制系统，用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述激光投影系统和所述形成/加压袋系统。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述层压复合制品具有3维轮廓形状，所述叠放器具有3维轮廓表面，所述数据组是一3维数据组。

6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电子控制系统是一程序化计算机控制系统。

7.一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置，所述装置包括：

(a)叠放器，用于接纳各复合层压材料层，所述叠放器上具有多个合作的目标；

(b)支承台，用于支承所述叠放器；

(c)真空/压缩空气系统，将所述支承台抽真空，和向所述支承台提供压缩空气；

(d)激光投影系统，用于标示出所述复合层压材料层的位置以引导操作人员，所述激光投影系统能将一激光束投射到所述叠放器上，从而所述激光束划出由一数据组限定的层轮廓；

所述多个合作的目标与划出所述层轮廓的所述激光束的所述数据组具有同样坐标系统；

(e)形成/加压袋系统，用于形成放在所述叠放器上的复合层压材料的层并加压；以及

(f)电子控制系统，用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述激光投影系统和所述形成/加压袋系统。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述层压复合制品具有3维轮廓形状，所述叠放器具有3维轮廓表面，所述数据组是一3维数据组。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述电子控制系统是一程序化计算机控制系统。

10.一种用于制造层压复合制品的手动辅助层压装置，所述装置包括：

(a)叠放器，用于接纳各复合层压材料层；

(b)支承台，用于支承所述叠放器，所述支承台的垂直高度可调；

(c)真空/压缩空气系统，将所述支承台抽真空，和向所述支承台提供压缩空气；

(d)形成/加压袋系统，用于形成放在所述叠放器上的复合层压材料的层并加压；

(e)电子控制系统，用于控制所述真空/压缩空气系统，控制所述支承台和所述形成/加压袋系统；

(f)一可视显示屏，显示机器的操作状态，操作人员可监视所述机器的操作，该显示屏可显示引导操作人员工作的指导。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述层压复合制品具有3维轮廓形状，所述叠放器具有3维轮廓表面。

12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述电子控制系统是一程序化计算机控制系统。

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