CN108170098B - 一种检查头路径数据的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种检查用于铺层操作的头路径数据的方法，其中纤维增强材料通过涂抹器头的涂抹器辊被施加在工具上，涂抹器辊通过压实力沿着压实轴被偏压在所述工具上。该方法包括接收基线头路径数据，基线头路径数据限定相对于工具的涂抹器头的基线头路径位置；以及确定沿着压实轴的头位移，头位移对应于压实力与通过纤维增强材料的反作用力之间的平衡状态。该方法还包括检查纤维增强材料的非压实部分以及涂抹器头与障碍物的交叉区域中的至少一个。

Description

一种检查头路径数据的方法
本发明涉及检查铺层程序的头路径数据的方法。
通过控制被配置为施加纤维材料的涂抹器头相对工具移动以将纤维增强材料施加到工具上，来执行用于制造复合部件的铺层程序是已知的。
在先前考虑的铺层程序的示例中，铺层程序的头路径包括工具表面上的一系列点，并且涂抹器头被控制为相对于工具移动，使得涂抹器头的涂抹器辊追踪限定头路径的点。
根据第一方面，提供了一种检查铺层操作的头路径数据的计算机实现的方法，其中纤维增强材料通过涂抹器头的涂抹器辊被施加在工具上，该涂抹器辊通过压实力沿着压实轴被偏压在该工具上，该方法包括：接收基线头路径数据，基线头路径数据限定相对于工具的涂抹器头的基线头路径位置，用于通过涂抹器辊将纤维增强材料施加到基底表面上；确定沿着压实轴的头位移，该头位移对应于压实力与通过涂抹器辊施加的纤维增强材料的反作用力之间的平衡状态；以及检查以下中的至少一个：基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓，沿着涂抹器辊的横向范围的纤维增强材料的非压实部分；基于头位移距离，涂抹器头和障碍物的交叉区域。
基线头路径位置可以是在抽象工具表面上的位置，该位置限定处于未变形形态的涂抹器辊的接触位置。换句话说，基线头路径位置可以是用于控制涂抹器头的方位(或位置)的点，使得涂抹器辊将在基线头路径位置接触抽象工具表面。例如，基于基线头路径位置，涂抹器头可以被定位使得压实轴与基线头路径位置交叉，并且使得基线头路径位置位于沿着涂抹器辊的移动线的中点处(即，涂抹器辊沿着压实轴的移动范围)，特别是处于未变形形态的涂抹器辊的远端(距涂抹器头的主体最远的端部)的移动线。头位移可以对应于(相当于)涂抹器辊的辊轴从处于与基线头路径位置接触的未变形形态的辊的抽象位置，到处于将纤维增强材料压靠在偏离抽象工具表面的基底表面上的变形形态的辊的平衡位置的位移。
涂抹器辊沿着其横向范围可以是可变形的(换句话说，可压缩的或可压扁的)。在其未变形形态中，辊可以大致是圆柱形的。
该方法可以进一步包括模拟基底表面，例如，基于限定如何将纤维增强物施加到工具上以逐渐形成基底的头路径数据。
该方法可以进一步包括：确定处于基线头路径位置的涂抹器头与障碍物的交叉区域。可以限定从基线头路径位置偏离的偏离头路径位置以避开交叉区域。可以限定用于包括偏离头路径位置的铺层操作的生产头路径数据。
交叉区域可以基于涂抹器头的几何形状以及一个或多个障碍物的几何形状来确定，例如包括工具，施加在工具上的基底(即，预成形，部分或完全施加)，用于涂抹器或工具的支撑物，诸如真空装袋装置和加热器的辅助设备。涂抹器头的几何形状可以是关于障碍物或每一障碍物的几何形状相对可平移的和可旋转的，例如，可以具有用于模拟其相对位置的六个自由度。
该方法可以包括基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓来确定纤维增强材料的非压实部分。从基线头路径位置偏离的偏离头路径位置可以基于非压实部分的位置来限定，以使涂抹器辊的中心与基底表面上对应于非压实部分的位置横向偏离。可以限定用于包括偏离头路径位置的铺层操作的生产头路径数据。
横向可以是对应于工具的基底表面上的头路径的副法线方向(或副法线矢量)，头路径具有头路径方向，纤维增强材料沿着头路径方向被施加并穿过基线头路径位置。为了避免疑义，副法线矢量是与曲线的切线矢量和曲线的法线矢量都正交的矢量。
偏离头路径位置可以被限定为抑制沿着涂抹器辊的横向范围的纤维增强材料的非压实。例如，由于涂抹器辊在基底表面的特征上的桥接(例如基底表面的局部凹陷)，可能发生非压实。将偏离头路径位置限定为从基线头路径位置横向偏离，使得涂抹器辊的中心从基底表面上对应于非压实的位置(例如相应特征的位置)横向偏离，可以导致(i)涂抹器辊避开(即，经过)基底表面上的相应位置以避免非压实或(ii)基底表面上的位置朝向涂抹器辊的端部区域相对移动。涂抹器辊的端部区域可以更柔软/可变形和/或不太容易受桥接影响。
涂抹器辊的中心可以是横向中心，例如沿着涂抹器辊的横向范围的中点(例如在辊轴上或沿着涂抹器辊的远端)。
该方法可以进一步包括重复检查纤维增强材料的非压实部分和/或涂抹器头与障碍物在偏离头路径位置处的交叉区域。
偏离头路径位置可以被迭代地限定。偏离头路径位置可以通过偏离或偏转头路径来限定，用于涂抹器头相对于工具的相对运动。
该方法可以进一步包括基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓来确定纤维增强材料的非压实部分。可以限定用于包括基线头路径位置的铺层操作的生产头路径数据。生产头路径数据可以限定有待被施加在基线头路径位置的纤维增强物的减小的横向范围，以排除非压实部分。
生产头路径数据可以被限定用于铺层操作，其中多个横向相邻的丝束是由涂抹器辊施加。基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓，可以确定至少一根丝束是未压实的。生产头路径数据可以被限定以排除基线头路径位置处的至少一根丝束。
当涂抹器辊的变形轮廓的相应部分是非物理的，或者当通过该变形轮廓的该相应部分的反作用力低于预定阈值时，可以确定非压实部分。
预定阈值可以限定纤维增强材料的充分压实所需的最小力。例如，预定阈值可以对应于30N的每根丝束的力。
通过将涂抹器辊的横向轮廓映射到基底表面，可以确定在平衡状态下的变形轮廓。通过确定作为变形轮廓的函数的通过纤维增强材料的反作用力，分析平衡状态以确定头位移。
沿着涂抹器辊的横向范围，涂抹器辊可以基于限定纤维增强材料的压实区域的迭代调整的压实轮廓确定通过纤维增强材料的反作用力。压实轮廓可以迭代地调整以排除涂抹器辊的非物理变形的区域进而压实纤维增强材料。可以基于压实轮廓检查纤维增强材料的非压实部分。基于涂抹器辊的变形与沿着涂抹器辊横向变化的反作用力之间的相关性，可以确定通过纤维增强材料的反作用力。
根据第二方面，提供了一种限定头路径数据的方法，该头路径数据包括多个头路径位置，该头路径位置限定涂抹器头相对于工具的相对运动的头路径，进而通过涂抹器头的涂抹器辊将纤维增强材料施加到基底表面上。根据该第二方面，当基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓确定了纤维增强材料的非压实时，以及当生产头路径数据被限定用于包括基线头路径位置的铺层操作时，根据本发明的第一方面检查和限定用于至少一个头路径位置的头路径数据，其中生产头路径数据限定有待被施加在基线头路径位置的纤维增强材料的减小的横向范围，以排除非压实部分。根据该第二方面，有待被施加的纤维增强材料的横向范围沿着头路径变化。
应当理解，基线头路径位置可以被限定为先前的迭代和调整的结果(例如，偏离先前存在的头路径位置)。
根据第三方面，提供了一种包括计算机可读指令的非暂时性计算机可读的存储介质，该计算机可读指令被处理器执行时引起根据第一或第二方面的方法的执行。
根据第四方面，提供了一种包括计算机可读指令的信号，该计算机可读指令被处理器执行时引起根据第一或第二方面的方法的执行。
根据第五方面，提供了一种计算机程序，该计算机程序被计算机读取时引起根据第一或第二方面的方法的执行。
根据第六方面，提供了一种装置，该装置包括：至少一个处理器；包括计算机可读指令的至少一个存储器；其中至少一个处理器被配置为读取计算机可读指令并引起根据该第一或第二方面的方法的执行。
本领域技术人员应当理解，除了相互排斥之外，关于上述任一方面所述的特征可以适应性地应用于任何其他方面。此外，除了相互排斥之外，本文所述的任何特征可以应用于本文所述的任何方面和/或与本文所述的任何其他特征结合。
现在将仅以举例的方式参考附图来描述本发明，其中附图包括：
图1是将纤维增强材料施加在工具上的涂抹器头的示意性透视图；
图2是将纤维增强材料施加至容纳在工具上的基底上的涂抹器辊的横截面示意图；
图3是示出了辊挤压和头移位尺寸的处于变形形态中的涂抹器辊的示意图；
图4是示出了在平衡状态下的力平衡的图4的涂抹器辊的示意图；
图5是示出了作为涂抹器辊变形的函数在不同丝束位置处的反作用分布的曲线图；
图6是检查头路径数据的方法的流程图；
图7是示出了确定涂抹器头的头位移的方法的流程图；
图8是示出了示例基底表面特征的丝束压实力、表面轮廓和辊轮廓的大致为凹线的图；
图9是示出了示例基底表面特征的丝束压实力、表面轮廓和辊轮廓的大致为凸线的图；
图10是示出了检查和限定头路径数据的示例方法的流程图；
图11是示出了检查和限定头路径数据的示例方法的流程图；
图12示意性地示出了用于执行检查以及可选地限定头路径数据的方法的控制器；以及
图13示意性地示出了包括指令和处理器的计算机可读介质。
图1示出了限定铺层表面12的示例工具10，以及设置在工具10上并且相对于工具10可移动以将纤维增强材料的多个丝束16施加到铺层表面12上的示例涂抹器头14。涂抹器头14包括头主体18，头主体18沿着大致纵向方向延伸并且在其远端支撑涂抹器辊20，涂抹器辊20被配置为在铺层表面12上来回移动以将纤维增强材料施加到铺层表面12上。
如图1所示，在该示例中，头主体18沿着大致纵向的轴从离工具最远的近端延伸到远端，涂抹器辊20设置在该远端用于压靠工具10。
涂抹器头14和工具10在包括三个平移度和三个旋转度的六个自由度中相对彼此可以移动。在该特定的示例中，自由度分布在工具和头之间，使得工具10和涂抹器头14都被配置为(相对不同的自由度)移动。例如，工具10可以被配置为关于两个旋转自由轴(例如俯仰和横滚)和一个平移自由度(例如垂直或“z”方向)旋转，而涂抹器头14可以被安装到支撑件(未示出)上并且被配置为相对剩余的旋转自由度(例如“偏航”)和平移自由度(横向或“x”和“y”方向)移动。在其他示例中，工具10可以被配置为保持静止，而涂抹器头10可以被安装到被配置为以多达六个自由度操纵涂抹器头10的支撑件(未示出)上。在又一些示例中，涂抹器头14可以保持静止，并且工具10可以被配置为相对于涂抹器头10移动，但是在其他示例中，自由度可以以任何组合被分配在工具和头之间。
涂抹器头14通过弹性安装件被安装到支撑件上，使得涂抹器头14响应于与工具10或容纳在工具10上的基底的接合，相对弹性安装件沿着压实轴平移。例如，弹性安装件可包括导轨，该导轨被配置为支撑涂抹器头并且允许涂抹器沿着压实轴22相对于导轨的相对移动。弹性安装件可以耦合到支撑件上，从而平移和旋转操作经由弹性安装件被施加到涂抹器头14上，与涂抹器头沿着压实轴22相对弹性安装件平移的自由度分开。
弹性安装件限定涂抹器头14沿着压实轴22的行程(即，有限范围的线性运动)，并且设置有偏置机构以使涂抹器头14沿着压实轴相对弹性安装件朝向工具10推动。例如，行程可以在5mm和20mm之间，并且可以取决于将要形成的工具和部件的几何形状。在该具体示例中，偏置机构包括压缩气体装置，该压缩气体装置包括压缩气体储存器、压力保持阀和用于沿着压实轴22驱动涂抹器头14的气动执行器。设置压缩气体储存器，从而不管涂抹器头14在其行程中的位置如何，沿着压实轴22作用在涂抹器头14上的压实压力或压实力(例如，大约500N至1000N)基本保持恒定。
图2示出了具有容纳在工具10的铺层表面12上的基底24的工具10的部分横截面图。在该示例中，基底24是用于复合部件的部分铺设的预成型件，包括容纳铺层表面12上的多个连续的纤维增强材料层。
如图2中示意性所示，涂抹器辊20设置在基底24和工具10的上方，使得在铺层操作期间将多个丝束16压靠在基底24的基底表面26上。涂抹器辊20具有辊轴28，涂抹器辊20可以围绕辊轴28旋转以在基底表面26上移动，进而将纤维增强材料丝束施加到基底表面26上。在该示例中，辊轴28相对压实轴22正交，但是在其他示例中，辊轴28可以是可转动的进而变得相对压实轴倾斜。例如，如图2所示，为了使辊轴28关于与压实轴22和辊轴28两者正交的第三轴旋转，可能存在一定量的转动空间。
申请人先前已经采用了铺层纤维增强材料的方法，在该方法中控制涂抹器头将涂抹器辊的中心点对准一系列头路径点。涂抹器辊的中心点可以被限定为处于未变形形态的涂抹器辊的远端线或表面上的点(即，在压靠工具的大致圆柱形的辊的表面上的最远端的线)，并且在相对涂抹器辊的横向范围的中心位置。在一些示例方法中，涂抹器头可以具有如上所述的压实轴，该压实轴可以延伸穿过涂抹器辊的远端线或表面并且居中对齐，使得中心点可以被限定为压实轴与涂抹器辊的远端线或表面的交叉区域。
申请人已经发现在铺层过程中，头路径点可以不直接对应于纤维增强材料将被施加到的基底表面。例如，基底表面可以是用于复合部件的部分形成的预成型件的暴露表面，并且头路径点可以对应于下面的工具表面。
应当理解，在涂抹器头沿着压实轴不能弹性移动的区域，头路径点的限定中的任何不准确将导致，如果头路径点设置得太高则涂抹器辊不接触基底表面(即，在真正的基底表面之外)，或者如果头路径点设置得太低则被驱动到基底表面中(即在真实中基底表面之内或之下)。在后一种情况下，实际上可以通过可变形的涂抹器辊的变形来调整小的公差。
在涂抹器头沿着压实轴偏置的示例方法中，如果涂抹器头沿着压实轴的行程足够高，头路径点和真实的基底表面之间的差异可以被调整。涂抹器头沿着压实轴的偏置可以因此提高将纤维增强材料压实在基底表面上的可靠性。然而，可能会出现铺设缺陷(不一致)，诸如可能发生纤维增强材料的非压实以及涂抹器头和障碍物之间的碰撞。
现在将参考图3-9来描述，基于确定涂抹器头14沿着压实轴22相对各头路径位置的位移(压实)，申请人已经开发出检查和限定头路径数据的方法。
如将在下面详细描述的，确定涂抹器头的位移使得涂抹器头的位置可以被预测，这使得与障碍物的任何碰撞可以被预测。此外，这些方法提供用于确定涂抹器辊的变形轮廓，这使得纤维增强材料的非压实可以被预测。纤维增强材料的非压实可能导致铺设缺陷，诸如纤维增强材料桥接在基底表面26中的凹陷(或凹处)上，或者在铺层操作期间不足以施加用于粘附和/或摩擦阻力的力或压力来引起纤维增强材料的位移。
图3和图4分别示出了用于各头路径位置的涂抹器辊20的力平衡和位移的图。
在该示例中，限定了对应于在抽象或虚拟工具表面上的位置的抽象或虚拟头路径位置100。在该示例中，基底被模拟为施加在虚拟工具表面上以限定基底表面102，这在图3和图4中示出了具有从虚拟头路径位置100偏离的可变轮廓。
应当理解，在使用中涂抹器头14被设置为将涂抹器辊20的中心点引导至虚拟头路径位置100。在该特定示例中，涂抹器头14被设置，当涂抹器辊的中心点位于处于未变形形态的虚拟头路径位置100时，使得其将位于涂抹器头14的行程中的中间位置(即中心位置)。以这种方式设置涂抹器头14可以允许涂抹器头的缩回和延伸。
如图3所示，如果假定涂抹器辊20变形以对应基底表面102的轮廓，则涂抹器辊20沿着涂抹器辊的横向范围在其远端线或表面上的变形轮廓104将对应于基底表面102的轮廓。从k1到kN的多个丝束i沿着轮廓的变形k是可变的并被示为离散的，其中N是待被施加的丝束16的编号。变形k在涂抹器辊的变形轮廓与该辊的未变形轮廓之间。中心点106(在未变形的远端线或表面上位于中心横向位置处的点)被示出以说明涂抹器辊20的未变形轮廓。
中心点106与虚拟头路径位置100之间的距离表示涂抹器头14沿着压实轴22的位移D。
图3还示出了涂抹器辊20的位移变形s。沿着平行于压实轴28的方向从虚拟头路径位置100(即，辊20的未变形形态)到涂抹器辊的变形轮廓104测量到的位移变形s相当于涂抹器辊20的累积位移和变形。在特定的示例中，并且与变形k一样，根据沿着辊的横向范围被施加的丝束i的编号，位移变形s可以是离散的。
通过确定涂抹器辊的变形轮廓104相应部分和对应于虚拟头路径位置100的副法线矢量108之间的距离可以计算每一丝束位置的移位变形si。为了避免疑义，副法线矢量是与曲线的切线矢量和曲线的法线矢量都正交的矢量。关于虚拟头路径位置100的副法线矢量108可以被确定为与延伸穿过连续的虚拟头路径位置100的头路径的切线矢量正交，并且与在虚拟工具路径位置处的虚拟工具表面的法线矢量正交。在本文描述的示例中，涂抹器头14可以被设置使得压实轴22与虚拟头路径位置处的虚拟工具表面的法线矢量对齐。然而，在其他示例中，压实轴22可以关于法线矢量可控制地且可变地倾斜，例如，在多达30°的范围内(这对于避障碍物可能是有用的)。
图4示出了处于平衡状态的涂抹器辊的力平衡的图，其中当涂抹器辊20变形以对应于基底表面102的轮廓时，通过涂抹器头14施加的压实力C等于通过纤维增强材料相应部分(在本文的示例中，相应丝束16)的反作用力Ri的总和。力平衡可以如方程式1所示以数学方式表示。
Figure BDA0001497659060000091
方程式1
在本文所述的示例中，如图5所示，反作用力Ri取决于涂抹器辊20的非线性方式的局部变形。此外，在本文所述的示例中，反作用力Ri取决于沿着涂抹器辊的横向位置(再次，如图5所示)。例如，在沿着涂抹器辊的横向范围的中心位置处涂抹器辊可以更不易变形(例如，由于辊的横向相邻部分的支撑)，而朝向其横向端部更容易变形。图5示出了关于不同丝束位置的局部辊变形的反作用力的曲线，其中丝束1表示朝向涂抹器辊的横向端部的丝束位置，并且其中丝束6表示横向相邻涂抹器辊的中心点106的丝束位置。
反作用力的曲线通过测试作为局部辊变形(以及任选地，丝束位置)的函数可以根据经验来确定。在其他示例中，可以基于理论模型来确定或计算反作用力的曲线。
在本文所述的具体示例中，在各丝束位置处的反作用力的曲线是根据经验确定的以得出数值相关性(即，可以被表示为代数公式)，特别是二次方程式，对于每一丝束位置i，如方程式2所示。
Figure BDA0001497659060000101
方程式2
现在将描述检查头路径数据的具体示例方法，仅通过举例的方式，参照图6-8并基于以上关于图1-5提供的装置位移和力平衡的描述。
图6示出了检查用于铺层操作的头路径数据的方法600的流程图，其中纤维增强材料通过涂抹器辊14被施加在工具10上，通过压实力C沿着压实轴22被偏压在该工具上，如以上关于图1-4所述。
在框602中，基线头路径数据被接收，例如从存储在计算机的存储器中的头路径数据文件中接收。在该示例中，基线头路径数据限定用于相对工具设置涂抹器头14的基线头路径位置。
在框604中，基于评估压实力C和通过纤维增强材料16的反作用力之间的平衡状态，确定涂抹器头14在基线头路径位置处的头路径位移D，如将在下文关于图7所详细描述的。
在框606中，对沿着涂抹器辊的横向范围的纤维增强材料16的非压实部分，以及基于头位移的涂抹器头14与障碍物的交叉区域中的至少一个进行检查。
在该特定示例中，进行两个检查。对纤维增强材料16的非压实部分的检查是基于在平衡状态下的涂抹器辊的变形轮廓来进行的，如下文关于图7将详细描述的。
对涂抹器头14与障碍物的交叉区域的检查通过模拟涂抹器头14相对障碍物或障碍物组的几何形状来进行。在该示例中，该障碍物组包括工具10、容纳在工具10上的基底24(例如，施加到工具10上的用于复合部件的部分形成的预成型件)、用于涂抹器头14和工具10的支撑设备，以及任何辅助设备，例如真空装袋设备(未示出)。通过首先确定头位移D，可以精确地预测涂抹器头14相对工具10(以及其他障碍物，相应地)的位置。
图7示出了确定头位移D的子方法604的流程图(对应于图6中的框604)。将通过参照如图8中所示的示例基底表面轮廓102来描述子方法。
图8示出了描绘基底表面102(数据系列“表面轮廓”)的轮廓的组合图。在本文所述的示例中，基底表面102是例如通过进行方法600的计算机的处理器模拟的表面。当各头路径位置对应于待被直接铺设到工具10上的头路径时，基底表面102可以对应于工具10的铺层表面，或者可以对应于被模拟为施加到工具上的基底24的暴露(或上部)表面。例如，对于与用于复合部件的预成形件的中间深度层相对应的头路径位置，可以将基底24模拟为施加在工具上直到各头路径位置。
如图8所示，在该示例中，除了对应于丝束位置6和7的表面轮廓的中心部分之外，表面轮廓102与涂抹器辊20的变形轮廓104(数据序列“辊轮廓”)基本相同。
参照回图7，在子方法604的框702中，将辊的轮廓(即变形轮廓104)映射到基底表面的轮廓，以反映辊20可以变形以压实沿着辊的横向范围被施加的所有丝束16的假设。因此，在框702中，辊的变形轮廓104被设定为与基底表面的表面轮廓102匹配。该初始状态与图7中关于中心丝束位置(位置6和7)所示的相反，原因在下面的描述中将变得清楚。
在框704中，当通过被辊20压实的纤维增强材料的反作用力等于将涂抹器头14(包括辊20)偏压到工具10的压实力C时，基于评估辊20平衡状态来确定头位移D。在该特定示例中，可以基于如前述关于方程式1和2以及图5的关系来确定在丝束位置i处通过相应丝束16的反作用力Ri，并且现在将参照图3和4的力平衡、位移以及变形的图解说明来描述。
由于每一丝束位置i的辊变形ki等于相应丝束的位移变形si减去头位移D(即，ki＝si-D)，所以平衡反作用力Ri和头压实力C之和的平衡方程式可以如以下方程式组3所示重新排列。
Figure BDA0001497659060000121
Figure BDA0001497659060000122
Figure BDA0001497659060000123
Figure BDA0001497659060000124
Figure BDA0001497659060000125
方程式组3
方程式组3中的最终方程是二次方程式，该二次方程式是D的函数，并且因此使用如方程式4所示的二次公式可以求解D(注意，在该特定的示例中，正解是物理的而负解是非物理的)。
Figure BDA0001497659060000126
方程式4
基于每一丝束位置处的头位移D和位移变形si，可以基于方程式5来确定丝束位置处的相应变形ki。
κi＝si-D
方程式5
在框706中，确定是否每一丝束位置的变形ki是负值，使得在各丝束位置处的变形将被确定为非物理的。当变形ki为负值时，辊20的延伸部分隐含在其未变形形态中，而不是辊20的凹陷(或挤压)。
如果确定任何丝束位置的变形ki是负值，则在框708中，涂抹器辊的压实轮廓，最初假设为代表沿着辊的整个横向范围(如上所述)的纤维增强材料的压实，被调整以排除由于非物理变形的原因被确定为非压实的丝束。
基于经调整的压实轮廓，然后如上所述在框704中重新计算压头位移D。
在该特定的示例中，并如图8所示，头位移D的初始计算导致在丝束位置6和7处的辊20的非物理压实，如在框706中所确定的，使得在框708中这些丝束位置处的压实轮廓被调整，以及在框704中重新计算头位移D。
在该示例中，在第二次计算头位移D后，发现在框706中辊20的变形轮廓104在所有丝束位置i处是物理的(而不是非物理的或退化的)。在框710中，将涂抹器辊20的变形轮廓104存储为与相应的头路径位置相关，例如在计算机的存储器中，为了后续读取。
在框712中，在丝束位置i处通过每一相应丝束16的涂抹器辊20上的反作用力Ri基于方程式6确定。
Figure BDA0001497659060000131
方程式6
如上所述关于图8的示例的反作用力Ri在图8中示为与各丝束位置对应的。可以看出，对涂抹器辊的这些最严重变形(挤压)的横向位置来说，反作用力是峰值以适应基底表面轮廓102，特别在涂抹器辊的横向端部区域。反作用力随着变形k减小而减小，并且在辊20的变形轮廓104离开基底表面轮廓102的情况下为零，使得纤维增强材料的相应部分未压实(即，在丝束位置6和7)。
参照回图6，在框606中对纤维增强材料非压实的检查，在该示例中是基于比较辊20的变形轮廓104与基底表面轮廓102来进行的，使得当存储在存储器中的变形轮廓104与基底表面轮廓不同时确定非压实存在。在其他示例中，纤维增强材料的非压实可以基于压实轮廓来确定，这在确定头位移D的子方法604的框706中基于涂抹器辊的变形轮廓104被确定。
尽管以上检查头路径数据的示例是关于单个基线头路径位置来描述的，应当理解，在其他示例中限定一系列基线头路径位置的头路径数据可以被检查。
图9示出了在第二基线头路径点处涂抹器辊20变形以适应基底表面轮廓102的另一个示例。在该示例中，基底表面轮廓102大致为凸的。在计算头位移D的过程中，确定在涂抹器辊20的横向端部的丝束位置1和12处存在非物理变形，使得这些丝束位置被排除在反作用力计算之外，并因此压实轮廓如上所述被调整。
在上述示例中，检查头路径数据的方法使得能够生成关于非压实或碰撞的反馈(例如，在头路径验证或设计过程中)。现在将描述基于上述检查头路径数据的方法头路径数据被限定的示例方法。
图10示出了检查和限定头路径数据的示例方法1000，其中根据上述关于图6和7的方法600接收限定基线头路径位置100的基线头路径数据(框602)，确定头位移(框604)，以及执行检查(框606)。
在该示例中，基于在框606中对交叉区域(也称为碰撞)的检查，在框1002中确定交叉区域。例如，交叉区域可以在部分涂抹器头和部分工具10之间。对于高度弯曲的工具和基底几何形状或小部分，这种交叉区域可能特别容易发生。
在框1004中，基于基线头路径位置来限定偏离头路径位置。然后在框604中重新确定头位移D，并在框606中对偏离头路径位置重复检查。可以重复该循环直到该检查或每一检查是清楚的(即，没有检测到交叉区域/碰撞，和/或没有纤维增强材料的非压实部分)。在框1006中，基于偏离头路径位置来限定生产头路径数据(即，用于铺层过程的头路径数据)。
可以限定偏离头路径位置以避开被检测到的交叉区域。例如，可以在涂抹器头14和障碍物之间检测到交叉区域，并且可以限定偏离头路径位置以相对障碍物平移涂抹器头14以避开障碍物。
偏离头路径位置可以被限定为限定偏离头路径的一部分。例如，包括多个基线头路径位置的基线头路径的部分，对其一个或多个不一致的检查返回肯定结果(例如，碰撞或纤维增强材料的非压实)，该部分可能通过偏离基线头路径被重画以限定偏离头路径。可以基于计算机程序的偏离过程自动地限定偏离头路径或单独的偏离头路径位置，或者通过突出显示不一致性的位置(例如，碰撞或纤维增强材料的非压实)，并为用户输入提供偏离基线头路径或基线头路径位置的提示来半自动地限定(例如，通过在虚拟工具表面100上点击和拖动基线头路径位置)。
图11示出了检查和限定头路径数据的另一个示例方法1100。
如先前关于图10所描述的，该方法包括接收限定基线头路径位置的基线头路径数据(框602)，确定头位移D(框604)，以及进行不一致或有效性检查(框606)。
在该示例方法中，在框1102中，确定非压实的纤维增强材料的一部分。在该示例中，基于涂抹器辊20的压实轮廓来确定非压实，该压实轮廓在如上所述确定涂抹器辊20的变形轮廓和头位移D的过程中被迭代地调整。
在该实例中，通过识别发生非压实的丝束位置来确定非压实的纤维增强材料的部分。将图9的基底表面作为示例，在框1102中对于丝束位置1和12将被确定为非压实。
在其他示例中，可以在提供为带(如在自动铺带(Automatic Tape Laying，ATL)过程中)，或者一束纤维(如在自动纤维缠绕中(Automatic Filament Winding))的部分纤维增强材料上确定非压实，并且被涂抹器辊施加的纤维增强材料的横向范围可以相应地离散化，例如在预定宽度部分。
在框1104中，基于基线头路径数据限定生产头路径数据，使得待被施加的纤维增强材料的横向范围相对默认或标准横向范围减小。
默认或标准横向范围可以是纤维增强材料的最大横向范围，其可以通过涂抹器辊被施加，或者在基线头路径数据的限定中被选择为施加的最大值。该标准横向范围可以如确定的一样对应于沿着生产头路径的最大横向范围，使得横向范围沿着头路径变化。
在该特定示例中，接收指定沿着头路径被施加的12个丝束的基线头路径数据。在该示例中，在框1104中，生产头路径数据被限定为在铺层过程中将处于丝束位置1和12的丝束从被施加的丝束中排除，从而避免纤维增强材料的非压实。
应当理解，生产头路径数据可以被限定使得每一丝束具有被施加的最小伸长范围，并且因此用于限定生产头路径数据的任何指令可以包括用于基于在其他头路径位置处待被施加的横向范围，确定在特定头路径位置处待被施加的横向范围的程序。
在一些示例中，在确定非压实的情况下，即使确定非压实仅在子集处，这可能是头路径位置中的一个，对应于多个连续的头路径位置的头路径部分上的横向范围将相应地减小。这可以避免待被施加的纤维增强材料在横向范围的不连续性。在确定非压实朝向涂抹器辊的横向端部的情况下，这可能是特别合适的。
在其他示例中，当确定非压实时可以限定新的偏离头路径位置(或偏离头路径)，使得涂抹器辊20的中心点对应于纤维增强材料的非压实相对基底表面的特征移动。在一些示例中，涂抹器辊可以偏离，使得在偏离头路径位置处，涂抹器辊不接合基底表面的相应特征。在其他示例中，涂抹器辊在偏离头路径位置处可以偏离，使得基底表面的相应特征相对地远离涂抹器辊的中心点并朝向涂抹器辊的横向端部移动。举一个示例，考虑到参照图8所述的大致为凹形的基底表面102，在中心丝束位置(丝束位置6和7)处的非压实可以导致横向地偏离基线头路径位置以限定偏离头路径位置，这导致丝束路径位置1和2，或11和12下方的相应基底表面特征对应于涂抹器辊的横向端部。在一些示例中，这可以使得涂抹器辊压实相应的部分，例如因为涂抹器辊在其横向端部处可以更容易变形，或者因为涂抹器头14的方向可以基于基底表面相应部分的法线矢量倾斜，使得涂抹器辊的远端线或表面更好地对应于基底表面的轮廓。相应地，诸如横向相邻位置之类的头路径的其他部分可以是偏离的。
术语“生产头路径数据”在本文中用于指代可以在制造过程中，即在验证过程之后使用的头路径数据。为了避免疑惑，基于基线头路径数据限定生产头路径数据的上述描述并不排除具有其他中间步骤的这种过程，例如，在头路径位置以及待被施加纤维增强材料的横向范围进行的进一步的检查和优化。
尽管本文已经描述了关于以多个横向相邻丝束(自动纤维铺放，(AutomaticFibre Placement，AFP))的形式施加纤维增强物的具体示例，但是应该理解，其他示例方法可以基于施加纤维增强带(自动铺带，ATL)或一束纤维(自动纤维缠绕)。
应当理解，本文所述的关于图3-11的方法可以在计算机中实现，诸如通用计算机，或者在包括被配置为实现这些方法的控制器的装置中实现。
图12中以示例的方式示出了示例控制器1200。在该示例中，控制器包括至少一个处理器1202和至少一个存储器1204。存储器1204存储包括计算机可读指令的计算机程序，当该计算机可读指令被处理器读取时引起执行本文关于图6-7和10-11所述方法中的至少一个。计算机程序可以是软件或固件，或者可以是软件和固件的组合。
处理器1202可以包括至少一个微处理器并且可以包括单核处理器，可以包括多个处理器核(诸如双核处理器或四核处理器)，或者可以包括多个处理器(其中至少一个包括多个处理器核)。
存储器1204可以是任何合适的非暂时性计算机可读存储介质、一个或多个数据存储设备，并且可以包括硬盘和/或固态存储器(例如闪存)。存储器1204可以是永久性的不可移动的存储器，或者可以是可移动的存储器(诸如通用串行总线(USB)闪存驱动器)。
如图13所示，计算机程序1304可以被存储在非暂时性计算机可读存储介质1302上。计算机程序可以被处理器1202执行，以引起执行本文关于图6-7和10-11所述方法中的至少一个。计算机程序1304可以从非暂时性计算机可读存储介质1302传输到图12中的存储器1204。非暂时性计算机可读存储介质1302可以是，例如，USB闪存驱动器，紧致磁盘(CD)，数字通用磁盘(DVD)或蓝光磁盘。在一些示例中，计算机程序可以经由无线信号或经由有线信号被传输到存储器。
此外，包括计算机可读指令的计算机程序可以通过信号来传送，当该信号被处理器执行时引起执行本文关于图6-7和10-11所述方法中的至少一个。
应当理解的是，本发明不限于上述示例，并且在不脱离本文所述构思的情况下可以进行各种修改和改进。除了互相排斥的情况外，可以单独使用或与任何其他特征组合使用任何特征，并且本发明延伸至并且包括本文所述一个或多个特征的所有组合和子组合。

Claims (15)

1.一种检查用于铺层操作的头路径数据的计算机实现的方法，其中纤维增强材料通过涂抹器头的涂抹器辊被施加在工具上，所述涂抹器辊通过压实力沿着压实轴被偏压在所述工具上，所述涂抹器头通过弹性安装件被安装到支撑件上，使得涂抹器头可相对所述弹性安装件沿着所述压实轴平移，所述方法包括：
接收基线头路径数据，所述基线头路径数据限定相对于所述工具的所述涂抹器头的基线头路径位置，用于通过所述涂抹器辊将纤维增强材料施加到基底表面上；
确定沿着所述压实轴相对各头路径位置的头位移，所述头位移对应于所述压实力与通过所述涂抹器辊施加的纤维增强材料的反作用力之间的平衡状态；以及
检查以下中的至少一个：
基于在所述平衡状态下的所述涂抹器辊的变形轮廓，沿着所述涂抹器辊的横向范围的纤维增强材料的非压实部分；以及
基于所述头位移的距离，所述涂抹器头和障碍物的交叉区域。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
确定处于所述基线头路径位置的所述涂抹器头与所述障碍物的交叉区域；
限定从所述基线头路径位置偏离的偏离头路径位置以避开所述交叉区域；以及
限定用于包括所述偏离头路径位置的铺层操作的生产头路径数据。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于在所述平衡状态下的所述涂抹器辊的所述变形轮廓，确定纤维增强材料的非压实部分；
基于所述非压实部分的位置，限定从所述基线头路径位置偏离的偏离头路径位置，以使所述涂抹器辊的中心与所述基底表面上对应于所述非压实部分的位置横向偏离；以及
限定用于包括所述偏离头路径位置的铺层操作的生产头路径数据。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，进一步包括重复检查纤维增强材料的非压实部分和/或所述涂抹器头与障碍物在所述偏离头路径位置处的交叉区域。
5.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括：
基于在所述平衡状态下的所述涂抹器辊的所述变形轮廓，确定纤维增强材料的非压实部分；
限定用于包括所述基线头路径位置的铺层操作的生产头路径数据，其中所述生产头路径数据限定有待被施加在所述基线头路径位置的纤维增强物的减小的横向范围，以排除所述非压实部分。
6.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述生产头路径数据可以被限定用于铺层操作，其中多个横向相邻的丝束是由所述涂抹器辊施加的，基于在所述平衡状态下的所述涂抹器辊的所述变形轮廓，确定其中至少一根丝束是未压实的；以及其中所述生产头路径数据被限定以排除在基线头路径位置处的至少一根丝束。
7.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，当所述涂抹器辊的所述变形轮廓的相应部分是非物理的，或者当通过所述变形轮廓的所述相应部分的反作用力低于预定阈值时，确定非压实部分。
8.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通过将沿着所述涂抹器辊的所述横向范围的横向轮廓映射到所述基底表面的轮廓，确定在所述平衡状态下的所述变形轮廓。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过确定作为所述变形轮廓的函数的通过纤维增强材料的所述反作用力，分析所述平衡状态以确定所述头位移。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，沿着所述涂抹器辊的所述横向范围，所述涂抹器辊基于限定纤维增强材料的压实区域的迭代调整的压实轮廓确定通过纤维增强材料的所述反作用力，并且其中所述压实轮廓可以迭代地调整以排除所述涂抹器辊的非物理变形的区域进而压实纤维增强材料。
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，基于所述涂抹器辊的变形与沿着所述涂抹器辊横向变化的所述反作用力之间的相关性，确定通过纤维增强材料的所述反作用力。
12.如权利要求5所述的方法，包括限定的头路径数据，所述限定的头路径数据包括多个头路径位置，所述头路径位置限定所述涂抹器头相对于工具的相对运动的头路径，进而通过所述涂抹器头的所述涂抹器辊将纤维增强材料施加到基底表面上；以及
其中根据权利要求5检查和限定用于至少一个所述头路径位置的所述头路径数据，使得有待被施加的纤维增强材料的横向范围沿着所述头路径变化。
13.如权利要求6所述的方法，所述头路径数据包括多个头路径位置，所述头路径位置限定所述涂抹器头相对于工具的相对运动的头路径，进而通过所述涂抹器头的所述涂抹器辊将纤维增强材料施加到基底表面上；以及
其中根据权利要求6检查和限定用于至少一个所述头路径位置的所述头路径数据，使得有待被施加的纤维增强材料的横向范围沿着所述头路径变化。
14.一种包括计算机可读指令的非暂时性计算机可读的存储介质，所述计算机可读指令被处理器执行时，引起根据权利要求1-4及9-13中任一项所述的方法的执行。
15.一种装置，包括：
至少一个处理器；
包括计算机可读指令的至少一个存储器；
至少一个所述处理器被配置为读取所述计算机可读指令并引起根据权利要求1-13中任一项所述的方法的执行。
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