CN107053708B - 用于非热压罐型粘接修复的系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种用于非热压罐型粘接修复的系统，该系统包括：用于待修复的复合材料区域的固定结构(1)，该固定结构包括框架(4)以及附接至框架(4)的固定件(5、19)；能够被附接至固定结构(1)或附接至补片制造结构(3)的可移动结构(2)，该可移动结构(2)包括三个轴(6、6’、6”)和构造成能够使工具支架沿三个轴线X、Y和Z移动的三个发动机，以及用于扫描工具(9)、铣削工具(10)、补片切削工具(11)或复合材料补片搬运工具(11)的工具支架；以及补片制造结构(3)。

Description

用于非热压罐型粘接修复的系统
技术领域
本公开内容涉及用于以非热压罐型(out of autoclave)工艺移除由复合材料制成的受损部分而修复该受损部分的机器。
背景技术
飞行器复合材料结构可能具有必须被修复的由于撞击影响而导致的受损区域。
如今，存在多种用于修复复合材料部分的技术。修复过程必须包括移除所述部分的步骤以及用于通过可被粘接至该结构的复合材料补片来修复所移除的部分的步骤。
对于非热压罐型粘接修复而言，存在已知的多个过程，比如机械铣削、喷水或激光技术。
EP2442941描述了一种如下的方法：该方法用于通过逐层地移除一定体积的复合材料并在移除层之后暂停机器以扫描该区域以及更换所述体积的结构来修复复合材料结构，然而，仍需要设计能够移除受损部分并原位修复受损部分的机器以最大可能地减少对复合材料部分搬运。
发明内容
本发明通过提供一种用于非热压罐型使用及产生粘接修复的系统，从而解决了现有技术的上述缺点，该系统包括下述三个部分：
-固定结构，该固定结构用于待被修复的复合材料受损区域，该固定结构包括：
框架；以及
附接至框架的固定件；
-可移动结构，可移动结构包括：
第一可旋转轴，该第一可旋转轴连接至构造成使第一可旋转轴旋转的第一发动机，并且第一可旋转轴附接至两个固定装置；
工具支架，该工具支架附接至第一可旋转轴，该工具支架包括：第二可旋转轴，该第二可旋转轴连接至造成使第二可旋转轴旋转的第二发动机；以及附接至第二可旋转轴的扫描工具、铣削工具、补片切削工具或复合材料补片搬运工具；以及
两个固定构件，这两个固定构件各自包括通过第三可旋转轴而彼此连接的两个固定件，该第三可旋转轴连接至构造成使第三可旋转轴旋转的第三发动机，这些固定件构造成附接至用于受损部分的固定结构的框架或者附接至补片制造结构，
使得这三个可旋转轴各自根据用于三维空间的笛卡尔坐标系而分别沿三个轴线X、Y、Z定向，以使上述工具沿三个轴线X、Y和Z移动；以及
-补片制造结构，补片制造结构包括：
工作台，该工作台包括平台移位轨，该平台移位轨构造成使平台从工作台的一侧移动到工作台的另一侧；
固定装置，该固定装置用于将可移动结构固定至工作台；
平台，该平台用于铺设复合材料层，该平台包括用于工作台的移位装置的附接装置；以及
可选地，位于工作台上方并且与平台相对的树脂模型，以及附接至工作台的能够使模型上下移动的移位机构，以在受损部分是弯曲的情况下原位制造弯曲的模型。
用于通过上述机器来移除复合材料结构的受损部分并修复该受损部分的方法包括下列主要步骤：
1)扫描受损区域；
2)移除受损区域；
3)制造等同于该机加工的区域的补片；以及
4)使制造的补片移动至该部分的机加工的区域中。
附图说明
下面将参照附图对本发明的优选实施方式进行描述，在附图中：
图1示出了被固定至待被修复的部分的固定结构的正视图；
图2示出了可移动结构的正视图；
图3示出了带有被附接至工具支架的扫描工具的可移动结构的正视图；
图4示出了扫描工具的正视图；
图5示出了铣削工具的正视图；
图6示出了带有铣削工具的可移动结构的正视图；
图7示出了补片制造工作台的立体图；
图8示出了图7的侧视图；
图9示出了图7的正视图；
图10示出了带有可移动结构的补片制造工作台的立体图，其中，模型位于“上部”位置；
图11示出了带有可移动结构的补片制造工作台的正视图，其中，切削工具在工具支架中并且模型在“上部”位置；
图12示出了图11的立体图；
图13示出了带有可移动结构的补片制造工作台的正视图，并且，可移动的模型处于下部位置，平台移动至工作台的另一侧且位于模型上方；
图14示出了图13的立体图；
图15示出了带有可移动结构的补片制造工作台的正视图，并且，可移动的模型处于下部位置，平台位于模型的上方并且搬运工具附接至工具支架；
图16示出了带有可移动结构的补片制造工作台的正视图，其中，可移动的模型处于上部位置并且平台返回至其与平台相对的初始位置；
图17示出了图16的立体图；
图18示出了带有通过搬运工具搬运的补片的可移动结构的正视图；
图19示出了带有通过附接至固定结构的框架的搬运工具搬运的补片的可移动结构的正视图；以及
图20示出了附接至固定结构的框架的可移动结构的正视图，其中，补片被放置在该部分的机加工的区域中。
具体实施方式
图1至图20示出了用于非热压罐型使用及产生粘接修复的系统，该系统包括：
-用于待修复的复合材料区域的工具移位结构2的固定结构1，固定结构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；
-可移动结构2，可移动结构2包括：
第一可旋转轴6，第一可旋转轴6连接至构造成使第一可旋转轴6旋转第一发动机7的该第一发动机7，并且第一可旋转轴6附接至两个固定构件32、32’；
工具支架8，该工具支架8附接至第一可旋转轴6，该工具支架8包括：
第二可旋转轴6’，该第二可旋转轴6’连接至构造成使第二可旋转轴6’旋转的第二发动机7’；以及
附接至第二可旋转轴6’的包括双扫描头的扫描工具9、铣削工具10、补片切削工具11或复合材料补片搬运工具27；以及
两个固定构件32、32’，这两个固定构件各自包括通过第三可旋转轴6”而彼此连接的两个固定件，该第三可旋转轴6”连接至构造成使第三可旋转轴6”旋转的第三发动机7”，使得固定件构造成附接至用于受损部分的固定结构1的框架4或者附接至补片制造结构3，
使得这三个可旋转轴6、6’、6”各自根据用于三维空间的笛卡尔坐标系而分别沿三个轴线X、Y、Z定向，以使上述工具9、10、11、27沿三个轴线X、Y、Z移动；以及
-补片制造结构3，该补片制造结构3包括：
工作台22，该工作台22包括平台移位轨31、31’，该平台移位轨31、31’构造成使平台20从工作台22的一侧移动至工作台22的另一侧；
固定件23、23’、23”、23”’、30、30’，所述固定件用于将可移动结构2固定至工作台22；
平台20，该平台20用于铺设复合材料层，该平台20包括用于工作台22的平台移位轨31、31’的附接元件21，该附接元件21构造成沿着平台移位轨31、31’移动；以及
可选地，补片制造结构3可包括定位在工作台22上方并且与平台21相对的模型24，并且包括能够使模型24上下移动的移位机构26、26’、26”、26”’，比如附接至工作台22的竖向轨和发动机。
该模型是在受损部分是弯曲的情况下使用的树脂模型，从而根据在受损区域的铣削步骤中获得的3D扫描图像通过可移动结构2的铣削工具10原位制造弯曲的模型。一旦弯曲的模型被制造，复合材料层被铺设在弯曲的模型上方以通过可移动结构2的切削工具被切削从而获得所需的弯曲的补片。
用于通过用上述的机器以非热压罐方式移除复合材料结构的受损部分并原位修复该受损部分的方法包括下列主要步骤：
-扫描受损区域；
-移除所扫描出的受损区域，在待被修复的复合材料部分中留下机加工的区域；
-制造等同于机加工的区域的补片；以及
-将补片铺设在机加工的区域上。
这些步骤通过所述系统以下列步骤和子步骤实施：
1)扫描受损的区域，如图1至图4中所示：
-将固定结构1通过真空附接至受损部分；
-将可移动结构2组装至固定结构1；
-将包括双激光扫描头12、13的扫描工具9附接至可移动结构的工具支架；以及
-通过双激光扫描头生成受损区域的3D图像；
2)移除受损区域，如图5至图6中所示：
-移除扫描工具9，并且将铣削工具10附接至可移动结构2的工具支架8；
-通过铣削工具10移除受损区域的层，从而形成机加工的区域；以及
-通过扫描工具生成机加工的区域的新3D图像；
3)制造等同于机加工的区域的补片，如图7至图14中所示：
-将可移动结构2从固定结构1的框架4拆卸，并保持固定结构1通过真空吸附而固定至待被修复的部分，以保持加工基准；
-将可移动结构2配置在补片制造工作台22上并且通过补片制造结构3的固定件23、23’、23”、23”’、30、30’将可移动结构2固定；
-将复合材料层铺设在平台20或模型24上。在受损部分是弯曲的情况下，在铺设复合材料层之前，通过补片制造结构3的模型24和铣削工具根据机加工的区域的3D图像对树脂模型进行加工，并且然后将复合材料层铺设在模型上；
-在受损部分非弯曲的情况下，用附接装置21将平台20通过平台移位轨31、31’从工作台22的一侧移动至工作台22的另一侧，其中，可移动结构2已经在先地通过固定件23、23’、23”、23”’、30、30’被固定；
-用在先地附接至可移动结构2的工具支架8的补片切削工具11、根据在移除步骤中扫描而生成的3D图像将复合材料层切削成具有与机加工的区域相同的体积，从而获得补片28；
4)将补片移动至修复部分的机加工的区域中，如图15至图19中所示：
-将可移动结构2从工作台22移除，其中，通过搬运工具27、27’的嘴口部附接的所生产的补片28附接至可移动结构2的工具支架(8)；以及
-将具有补片28的可移动结构2附接至保持附接至修复部分的固定结构1的框架4上；以及
5)根据前述铣削基准将制造的补片28附接至待被修复的复合材料部分的机加工的区域上，如图20中所示。

Claims (12)

1.一种用于非热压罐型粘接修复的系统，其特征在于，所述系统包括：
-用于待修复的复合材料受损区域的固定结构(1)，所述固定结构(1)包括：
框架(4)；以及
附接至所述框架(4)的固定件(5、19)；
-可移动结构(2)，所述可移动结构(2)包括第一可旋转轴(6)、工具支架(8)以及两个固定构件(32、32’)，其中：
所述第一可旋转轴(6)连接至构造成使所述第一可旋转轴(6)旋转的第一发动机(7)，并且所述第一可旋转轴(6)附接至所述两个固定构件(32、32’)；
所述工具支架(8)附接至所述第一可旋转轴(6)，所述工具支架(8)包括：第二可旋转轴(6’)，所述第二可旋转轴(6’)连接至构造成使所述第二可旋转轴(6’)旋转的第二发动机(7’)；以及附接至所述第二可旋转轴(6’)的扫描工具(9)、铣削工具(10)、补片切削工具(11)或复合材料补片搬运工具(27)；
所述两个固定构件(32、32’)各自包括通过第三可旋转轴(6”)而彼此连接的两个固定件，所述第三可旋转轴(6”)连接至构造成使所述第三可旋转轴(6”)旋转的第三发动机(7”)，所述固定件构造成附接至用于受损部分的所述固定结构(1)的框架(4)或者附接至补片制造结构(3)，
使得所述第一可旋转轴(6)、所述第二可旋转轴(6’)和所述第三可旋转轴(6”)各自根据用于三维空间的笛卡尔坐标系分别沿三个轴线X、Y、Z定向，以使所述扫描工具(9)、所述铣削工具(10)、所述补片切削工具(11)或所述复合材料补片搬运工具(27)沿所述三个轴线X、Y、Z移动；以及
-所述补片制造结构(3)，所述补片制造结构(3)包括固定装置(23、23’、23”、23”’、30、30’)，所述固定装置(23、23’、23”、23”’、30、30’)用于将所述可移动结构(2)固定至所述补片制造结构(3)上。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述补片制造结构包括工作台(22)和平台(20)，所述工作台(22)包括平台移位装置(31、31’)，所述平台移位装置(31、31’)能够使平台(20)从所述工作台(22)的一侧移动至所述工作台(22)的另一侧，所述平台(20)用于铺设复合材料层，所述平台(20)包括用于所述工作台(22)的所述平台移位装置(31、31’)的附接装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述补片制造结构包括与所述平台(20)相对布置的模型(24)以及附接至所述工作台的能够使所述模型(24)上下移动的移位机构(26、26’、26”、26”’)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述模型为树脂模型。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统，其中，所述扫描工具(9)包括双激光扫描头(12、13)。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的系统，其中，附接至所述固定结构(1)的所述框架(4)的所述固定件(5、19)包括嘴口部和配重。
7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述补片搬运工具包括用于搬运所述补片的两个嘴口部(27、27’)。
8.一种利用根据权利要求1所述的系统移除及修复复合材料结构的受损部分的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
-扫描受损区域；
-移除所扫描出的受损区域，在待被修复的复合材料部分中留下机加工的区域；
-制造等同于所扫描出的受损区域的补片；以及
-将所述补片铺设在所述机加工的区域上。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，扫描步骤包括通过包括双激光扫描头的扫描工具进行扫描而生成所述受损区域的3D图像的步骤。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，移除所述受损区域的步骤包括通过铣削工具移除所述受损区域的层而形成所述机加工的区域并且生成所述机加工的区域的新的3D图像的步骤。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，制造所述补片的步骤包括将复合材料层铺设在平台(20)或树脂模型(24)上并且根据在移除所述受损区域的步骤中扫描而生成的所述3D图像来将所述复合材料层切削成具有与所述机加工的区域相同的体积从而获得所述补片(28)的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，制造所述补片的步骤包括根据所扫描出的所述机加工的区域来制造树脂模型并且然后将所述复合材料层铺设在所述树脂模型上。
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