CN109747861B - 用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法 - Google Patents

用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109747861B
CN109747861B CN201811292205.6A CN201811292205A CN109747861B CN 109747861 B CN109747861 B CN 109747861B CN 201811292205 A CN201811292205 A CN 201811292205A CN 109747861 B CN109747861 B CN 109747861B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strip
forming
forming surface
shape
end effector
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811292205.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109747861A (zh
Inventor
杰瑞·D·淳彬
渡边成美
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Boeing Co
Original Assignee
Boeing Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Boeing Co filed Critical Boeing Co
Publication of CN109747861A publication Critical patent/CN109747861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109747861B publication Critical patent/CN109747861B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/0073—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor of non-flat surfaces, e.g. curved, profiled
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/005—Manipulators for mechanical processing tasks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/0019—End effectors other than grippers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J15/00—Gripping heads and other end effectors
    • B25J15/06—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means
    • B25J15/0616—Gripping heads and other end effectors with vacuum or magnetic holding means with vacuum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/02—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material
    • B29C63/04—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material by folding, winding, bending or the like
    • B29C63/046—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor using sheet or web-like material by folding, winding, bending or the like using a folding shoulder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38—Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • B29C70/386—Automated tape laying [ATL]
    • B29C70/388—Tape placement heads, e.g. component parts, details or accessories
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0003—Producing profiled members, e.g. beams
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64F—GROUND OR AIRCRAFT-CARRIER-DECK INSTALLATIONS SPECIALLY ADAPTED FOR USE IN CONNECTION WITH AIRCRAFT; DESIGNING, MANUFACTURING, ASSEMBLING, CLEANING, MAINTAINING OR REPAIRING AIRCRAFT, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; HANDLING, TRANSPORTING, TESTING OR INSPECTING AIRCRAFT COMPONENTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B64F5/00—Designing, manufacturing, assembling, cleaning, maintaining or repairing aircraft, not otherwise provided for; Handling, transporting, testing or inspecting aircraft components, not otherwise provided for
    • B64F5/10—Manufacturing or assembling aircraft, e.g. jigs therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/0017—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor characterised by the choice of the material
    • B29C63/0021—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor characterised by the choice of the material with coherent impregnated reinforcing layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C63/00—Lining or sheathing, i.e. applying preformed layers or sheathings of plastics; Apparatus therefor
    • B29C63/0065—Heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00—Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/30—Vehicles, e.g. ships or aircraft, or body parts thereof
    • B29L2031/3076—Aircrafts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/40—Weight reduction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/30—End effector
    • Y10S901/40—Vacuum or mangetic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S901/00—Robots
    • Y10S901/30—End effector
    • Y10S901/41—Tool

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

提供了用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法。示例性机器人末端执行器包括可旋转卷轴，该可旋转卷轴具有缠绕在卷轴上的扁平材料条带。末端执行器进一步包括成形靴，该成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端对应于起始形状，并且成形表面的第二端对应于终止形状。在材料条带从成形表面的第一端传递到成形表面的第二端时，材料条带从起始形状过渡到终止形状并作为成形的桁条层沉积到施加表面上。成形靴可进一步包括真空系统，以沿着成形表面通过多个端口抽吸空气以推动材料条带抵靠成形表面。

Description

用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法
技术领域
本公开总体上涉及飞机支撑结构，并且更具体地，涉及飞机桁条的制造和构造。
背景技术
在飞机和运载火箭结构中，各种表面，例如飞机的蒙皮，可以附接到被称为桁条或纵梁或加强件的结构支撑构件。在飞机机身中，桁条连接到模型(也被称为机架)并在飞机的纵向方向上延伸。它们主要负责将作用在蒙皮上的空气动力载荷传递到机架和模型上。在机翼或水平稳定器中，纵梁沿翼展方向延伸并附接在肋条之间。这里的主要功能还在于将作用在机翼上的弯曲载荷传递到肋条和翼梁上。
复合零件上的加强构件的传统制造使用大量工具。由于机翼和机身的尺寸大，用于这些零件的成形和处理设备非常昂贵、笨重，并且需要大量的工厂占地面积、人力和时间。
因此，存在对用于制造飞机支撑结构的改进的且自动化的系统和方法的需要，该系统和方法减少了对人力、大量工具加工和材料处理设备的需求。
发明内容
下文呈现了本公开的简化概述，以提供对本公开的某些实施例的基本理解。该概述不是本公开的广泛概述，并且它没有标识本公开的关键和重要元件或描绘本公开的范围。其唯一目的是作为稍后呈现的更详细描述的序言以简化形式介绍本文公开的一些概念。
提供了用于制造和构造桁条和其他飞机支撑结构的机器人系统和末端执行器组件。在一些示例中，提供了一种机器人末端执行器，该末端执行器包括可旋转卷轴，其中扁平的材料条带缠绕在该卷轴上。末端执行器进一步包括成形靴(forming shoe)，该成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端对应于起始形状，并且成形表面的第二端对应于终止形状。
材料条带可以从成形表面的第一端传递到成形表面的第二端，使得材料条带从起始形状过渡到终止形状，并且作为成形的桁条层(ply)沉积到施加表面上。终止形状可以为“L”形。终止形状可以为帽形。
成形靴可进一步包括从成形表面延伸以在成形表面的第一端和第二端之间引导材料条带的一组导轨。成形靴可进一步包括真空系统，以沿着成形表面通过多个端口抽吸空气以推动材料条带抵靠成形表面。
机器人末端执行器可进一步包括压缩机构，以用于向成形的桁条层施加压力，以将成形的桁条层定位在施加表面上。压缩机构可进一步被配置成将成形的桁条层连接到以下中的一者或多者：施加表面和另一成形的桁条层。例如，压缩机构可包括圆盘，该圆盘包括用于接触成形的桁条层的一个或多个部分的接触表面。作为另一个示例，压缩机构可包括成角度的夹爪。
机器人末端执行器可进一步包括收集卷筒，其中，材料条带包括背衬基材，当材料条带从第一端传递到第二端时，背衬基材与材料条带分离并缠绕在收集卷筒上。背衬基材可包括多个穿孔。多个穿孔可以沿着材料条带的长度均匀地间隔开并用于从卷轴分配材料条带。
本公开的其他实施方式包括与所述设备相对应的系统和方法。例如，在可包括前述和/或后续示例和方面中的任一者的主题的至少一部分的另一方面中，提供了一种系统，该系统包括如上所述的机械臂和末端执行器。
还提供了一种构造飞机加强件的方法。该方法包括从卷轴分配复合材料条带并使复合材料条带穿过成形靴。成形靴包括与材料条带接触的成形表面。成形表面的第一端可以对应于起始形状，并且成形表面的第二端可以对应于终止形状。
材料条带从成形靴的第一端传递到成形靴的第二端，使得材料条带从起始形状过渡到终止形状以形成桁条层。
在一些实施例中，该方法进一步包括推动成形的桁条层远离成形表面的第二端并将成形的桁条层相对于施加表面定位。该方法进一步包括将成形的桁条层沉积到施加表面上。
下面参考附图进一步描述这些和其他实施例。
附图说明
图1A示出了根据一个或多个实施例的用于加强件制造的示例性末端执行器的透视图。
图1B示出了通过本文描述的方法和组件形成的桁条的横截面视图。
图1C和图1D示出了根据一个或多个实施例的用于形成帽形桁条的成形靴的透视图。
图2A和图2B示出了可以与本公开的各种实施例一起使用的各种复合材料层。
图3A示出了根据一个或多个实施例的用于L形加强件的末端执行器的另一示例的透视图。
图3B示出了通过本文描述的方法和组件形成的L形桁条的横截面视图。
图3C示出了根据一个或多个实施例的用于叶片形加强件的末端执行器的另一示例的透视图。
图3D示出了通过本文描述的方法和组件形成的叶片形桁条的横截面视图。
图3E和3F示出了根据一个或多个实施例的用于形成L形桁条的成形靴的透视图。
图4示出了根据一个或多个实施例的用于在较高的组件部件上制造最低限度地用工具加工的桁条的示例性过程顺序。
图5示出了根据一个或多个实施例制造的各种桁条类型的横截面视图。
图6示出了根据一个或多个实施例的用于制造飞机桁条的示例性方法。
图7为根据一个或多个实施例的可包括集成冷却系统的飞机的示意图，该集成冷却系统可与本文所述的系统和方法结合使用。
图8为可以利用本文描述的方法和组件的飞机生产和保养方法的框图。
具体实施方式
在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对所陈述概念的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实施所陈述的概念。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以免不必要地模糊所描述的概念。虽然将结合具体示例描述一些概念，但应理解，这些示例并非旨在限制。相反，旨在涵盖可包括在由所附权利要求限定的本公开的精神和范围内的替代、修改和等同物。
例如，将在特定飞机结构(例如蒙皮面板)的背景下描述本公开的技术。然而，应当指出，本公开的技术和机构可以应用于各种其他交通工具类型或建筑结构的各种其他装配部件。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下实现本公开的特定示例实施例。在其他情况下，没有详细描述公知的过程操作，以免不必要地模糊本公开。为清楚起见，有时将以单数形式描述本公开的各种技术和机构。然而，应当注意，除非另有说明，否则一些实施例包括技术的多次反复或机构的多个例示。
概述
本公开描述了一种用于构造用于飞机和其他交通工具或工业系统的各种加强结构支撑构件(例如桁条、纵梁和其他加强件)的新型装配系统。如本文所述，术语“桁条”、“纵梁”、“加强件”、“支撑结构”和“支撑构件”可互换使用。这种系统可以直接将由复合材料构成的多个层或板层施加到施加表面上以形成伸长的支撑结构。施加表面可包括任何较高水平的装配部件，包括各种面板、基础装料和/或支撑工具的部分。在飞机中，各种面板可包括蒙皮面板的一部分、或水平和垂直稳定器或控制表面中的结构。
该系统可包括机械臂或龙门架系统，其具有带有各种专用部件的末端执行器。末端执行器可以将复合材料作为条带存储在一个或多个卷轴上，该卷轴可以根据需要分配复合材料。当分配复合材料时，复合材料可以穿过具有成形表面的成形靴。成形表面包括具有对应的起始形状的第一端，该起始形状可以为扁平的或基本上扁平的。成形表面还包括具有对应的网状的第二端。成形表面的形状可以从起始形状逐渐过渡到终止形状。终止形状可以对应于桁条或其他支撑结构的期望形成的形状。
当复合材料条带穿过成形表面时，它保持与成形表面接触。因此，当其穿过成形表面时，复合材料条带从扁平或基本上扁平的形状过渡到网状以形成支撑结构的层压层。然后，末端执行器将成形的层沉积到施加表面的期望位置上。
可以形成额外的层并将其沉积在先前沉积的层上以增加厚度并构建支撑结构。
然而，每个复合材料条带可包括多个层，这些层可包括相同或不同的材料和/或特性。在每个复合材料条带中包括额外的层可以优化沉积速率和支撑结构的形成，使得末端执行器可需要较少次数地通过施加表面。在一些实施例中，末端执行器可仅需要通过施加表面一次以形成支撑结构。
末端执行器可进一步包括在支撑结构的构造中起作用的各种其他部件。例如，可以实施真空机构以沿着成形靴的成形表面通过一个或多个真空口产生抽吸力，使得复合材料条带在其穿过成形表面时被抽吸并被推动而抵靠成形表面。
作为另一个示例，可以实施各种压缩机构以推动成形的层远离成形靴和/或朝向施加表面以定位成形的层以用于沉积。压缩机构可包括圆盘、辊、液压囊或弹簧指状件。
在一些实施例中，可以使用在沉积到施加表面上之前或期间形成和组合的两个以上的材料条带来产生由多个层形成的复合支撑结构。例如，可以形成两个L形层并将其组合以产生沉积在施加表面上的叶片形桁条层。在一些实施例中，可以实施包括成角度的夹爪的压缩机构以将两个L形层连接在一起。
在一些实施例中，可以实施切割机构以将沉积的层与末端执行器分离。还可以实施支撑辊以在复合材料行进穿过末端执行器时调整并优化该复合材料的几何形状。本文描述的系统和组件还可用于沉积其他结构(包括保护帽)以及基础装料。
所描述的系统和组件提供了对制造结构支撑构件的现有系统的改进。加强构件的传统制造可能耗费大量人力和工具。例如，用于777X的110英尺桁条可能需要重量超过20,000磅的处理工具来运输它，此外还需要多套工具和设备来成形、翻转、定位和运输该部件。因此，现有方法可能非常昂贵并且需要大量的占地面积和安全设备。
所公开的系统和方法结合了来自纺织工业、薄膜工业、复合制造技术和自动化的现有设计要素，从而产生在整个航空航天工业中在该制造空间中看不到的效率。所提供的系统提供了成形的结构支撑构件的自动现场成形和沉积，这减少了人力并且消除了对大量工具和材料处理设备的需求。
示例实施例
参考图1A-图1C描述末端执行器的构造和部件的示例。图1A示出了根据一个或多个实施例的用于加强件制造的示例末端执行器100的透视图。根据各种实施例，末端执行器100包括卷轴110，其中复合材料条带102缠绕在卷轴110上。末端执行器100可进一步包括具有成形靴120、压实机构130和支撑辊140的部件。这些部件可以在各个附接点处联接到机器人组件。例如，在一些实施例中，这些部件可以联接到机械臂或龙门架的末端执行器。
机械臂可以控制末端执行器100的位置，以允许复合材料102即时(on-the-fly)形成在施加表面现场并且作为成形的桁条层104沉积到施加表面上。在各种实施例中，施加表面可以为各种结构中的任何一种。例如，施加表面可以为较高水平的装配结构150。在一些实施例中，较高水平的装配结构150可以为飞机面板的蒙皮。在各种实施例中，较高水平的装配结构150可以为其他飞机结构类型，例如水平和垂直稳定器或其他控制表面中的结构。作为另一个示例，施加表面的至少一部分可以包括支撑工具152或其他结构，例如基础装料。在又一个示例中，施加表面可以为另一复合材料条带102。施加表面可以为所描述的任何一个施加表面或另一适当的部件中的一者或多者的组合。
在各种实施例中，通过卷轴110的旋转从卷轴110分配复合材料102。如图1A所示，卷轴110可以在箭头B的方向上旋转，以将复合材料分配到成形靴120。在一些实施例中，卷轴110也可以在箭头A的相反方向上旋转。这可以允许各种功能，例如增加或保持复合材料102在整个末端执行器100中的部件之间的张力。在一些实施例中，卷轴110的旋转可以由电机装置(未示出)(例如DC电机、伺服电机、步进电机等)驱动。在一些实施例中，一个或多个电机可以联接到卷轴110并且引起卷轴在方向A或B上的旋转以分别卷绕或分配复合材料102。在一些实施例中，电机可经由齿轮传动机构或其他齿轮装置联接到卷轴110。在其他实施例中，卷轴110可以为被动的，并且复合材料102可以从卷轴110分配，因为成形的桁条层104在一端固定在施加表面上，并且末端执行器100在相反的方向上朝向相对端行进。
图2A和图2B中描绘了复合材料条带102的示例，该示例示出了复合材料102的各种层。图2A示出了可以与本公开的各种实施例一起使用的复合材料的各种层。在各种实施例中，复合材料102可包括各种预浸渍复合材料(或“预浸料”)，例如预浸渍有热固性聚合物基质材料或树脂体系(例如环氧树脂)的复合纤维。例如，树脂体系(通常为环氧树脂)可能已经包含适当的固化剂。因此，预浸料准备好被放置在模具或成形表面121中而不添加任何更多的树脂。在一些实施例中，复合材料102可以为树脂灌注的或加热成形的。
复合材料102可包括一层或多层材料。如所示的，复合条带102可包括第一层210、第二层212和第三层214。在一些实施例中，这些层可包括相同或不同的材料和构造。在一些实施例中，多个层可包括在复合材料102条带中，以优化沉积到较高水平的装配结构150上的速率。例如，可以包括在单个复合材料102条带中包括多个层以实现对于每个加强件层的期望厚度。包括多个层还可以减少对待沉积的额外材料的需求，从而减少制造期间出错的可能性。在各种实施例中，复合材料102可包括比图2A中描绘的更多或更少的层。
在一些实施例中，为了各种期望的机械特性，可以组合多个层。例如，相邻层可包括构造为垂直于另一层中的纤维的纤维，以增加整个复合材料的强度。在一些实施例中，可以改变每层的宽度以适应成形的桁条层104的各种设计特性或形状。例如，如图2A所示，第一层210可以包括相对于第二层212和第三层214较短的宽度。当复合材料条带形成为L形层时，外边缘可以在由标记为“F”的箭头所示的方向上弯曲，以形成L形。因此，当层弯曲到最终的L形位置时，每层的外边缘可以最终彼此均匀地齐平。
在一些实施例中，复合材料102衬有背衬基材202，这可以防止复合材料102自身粘附到卷轴110上。背衬基材202还可以用于防止复合材料102的卷起的层粘附到其他末端执行器部件。图2B描绘了背衬基材202的另一透视图。在各种实施例中，背衬基材可包括各种材料，例如纸、塑料、薄膜、布等。因此，对于树脂浸渍的材料102，可能不需要背衬基材202。
在一些实施例中，背衬基材202可以被分开以便于在复合材料102被分配时从复合材料102去除背衬基材202。例如，背衬基材202可以被分成两个背衬表面，该背衬表面可以在复合材料102条带的相对侧上剥离和去除。在一些实施例中，当背衬基材202从复合材料102去除时，背衬基材202可缠绕在一个或多个收集卷筒上。例如，如图1A所示，卷轴110上的复合材料102可包括背衬基材202。在其被分配时，去除背衬膜，并且暴露的复合材料102-A接合支撑辊140和成形靴120以待沉积。
在一些实施例中，背衬基材202可以在末端执行器中的其他位置处从复合材料102去除。例如，在一些实施例中，背衬基材202可在复合材料102穿过成形靴120的成形表面时与复合材料102分离。作为另一个示例，背衬基材202可以在复合材料102已穿过成形靴120的成形表面之后在复合材料102沉积到施加表面上之前与复合材料102分离。
在一些实施例中，背衬基材202可包括沿复合材料102条带的长度均匀地间隔开的多个穿孔207。在一些实施例中，类似于相机膜，穿孔207可以沿着复合材料102的每个边缘定位。在各种实施例中，穿孔可包括各种形状，例如圆形或方形。在一些实施例中，穿孔可用于控制卷轴110上的复合材料102条带。例如，末端执行器100的一个或多个部件(例如卷轴110、支撑辊140或收集卷筒)可包括形成链齿结构的突出部。这样的突出部可以形成并布置成使得突出部与穿孔对准以抓握背衬基材202以使其在特定方向(例如由箭头A或B所示的方向)上移动。
在一些实施例中，穿孔207可用于索引复合材料102条带以用于沿着末端执行器的部件重新对准条带。穿孔207还可以允许末端执行器跟踪分配或沉积到装配部件150上的材料的量。还可以使用穿孔207跟踪复合材料移动的速率。视觉系统可用于跟踪已行进穿过末端执行器100的特定点的穿孔的数量。
在各种实施例中，暴露的复合材料102-A可以沿着成形靴120的成形表面进给，使得暴露的复合材料102-A从扁平的起始形状转变为具有特定横截面构造的成形的桁条。然而，如上所述，复合材料102以及背衬基材202可以沿着成形靴120的表面通过。
使用末端执行器100形成的各种桁条类型可包括闭合的横截面形状(例如帽形桁条)或敞开的横截面形状(例如L形桁条)。其他形成的桁条类型可以包括叶片桁条、Z形桁条、C形桁条等。复合材料102可以形成为具有敞开或闭合的横截面的各种其他形状。图1B示出了通过本文描述的方法和组件形成的桁条104的横截面视图。如图1B所示，成形桁条104为具有中心帽部分105的帽形桁条。倾斜表面从中心帽部分105的每侧延伸到基本上水平的凸缘部分106中。
在一些实施例中，根据成形的桁条层104的横截面形状，成形靴可以通过外力移动，以在每个后续层104被施加到施加表面上时能够压实和改变形状。
参考图1C和图1D，图1C和图1D示出了根据一个或多个实施例的用于形成帽形桁条的成形靴120的透视图。在一些实施例中，成形靴可包括附接点122，附接点122可用作与末端执行器100的支撑结构联接的表面。在各种实施例中，成形靴(例如成形靴120)可包括成形表面121，成形表面121包括起始形状端部121-A和最终形状端部121-B。在各种实施例中，成形表面的形状包括从起始形状端部121-A的构造到最终形状端部121-B的构造的平滑过渡。
图1C描绘了从起始形状端部121-A的成形靴120的透视图。如所示的，在复合材料102或102-A最初从卷轴110分配时，起始形状端部121-A的形状可以为扁平的或接近扁平的，以对应于复合材料102或102-A的形状。图1D描绘了从最终形状端部121-B的成形靴120的透视图。如所示的，最终形状端部121-B对应于图1A和图1B中所示的成形的桁条102-A的形状。在一些实施例中，暴露的复合材料102-A的全部或一部分在其从卷轴110进给时保持与成形表面121接触。在复合材料102从起始形状端部121-A行进到最终形状端部121-B时，它可以从起始形状过渡到终止形状。例如，复合材料102可以从起始形状端部121-A的扁平或接近扁平的形状过渡到最终形状端部121-B的帽形形状，并且作为具有图1B所示的帽形横截面的成形的桁条层104沉积在较高水平的装配结构150上。
在各种实施例中，复合材料102-A被推动而抵靠成形表面121，使得复合材料102-A的全部或一部分保持与成形表面121接触。在一些实施例中，多个真空口126可包括在成形靴120的成形表面121上。这样的真空口126可以形成通向成形靴120内的互连的通道网的开口，通过该真空口，可以施加负压以抽吸复合材料102-A抵靠成形表面121。在一些实施例中，真空或其他抽吸机构可以在真空附件124处联接到成形靴120以产生抽吸力。在一些实施例中，抽吸机构可经由圆管或软管联接到真空附件124。在一些实施例中，抽吸机构可以为末端执行器100的附加部件。
在一些实施例中，可以实施其他机构以推动复合材料102-A抵靠成形表面121。例如，基础结构可以包括基础表面，该基础表面被配置为具有与成形表面121互补的形状。这种基础结构可以相对于成形靴定位，使得基础表面和成形表面121对准，使得复合材料102-A可以穿过基础表面和成形表面121之间的空间，从而复合材料102-A与基础表面和成形表面121两者接触。作为另一个示例，一个或多个压缩圆盘可以定位成接触复合材料102-A并推动复合材料102-A抵靠成形表面121。这种压缩圆盘可以旋转以适应复合材料102-A通过末端执行器100的行进方向。
在一些实施例中，成形靴120可包括一组导轨，该组导轨包括导轨128-A和128-B。导轨128-A和128-B可以为沿着关于成形表面121的长度的凸起结构。这种导轨可以用于接触复合材料102-A的边缘，以确保复合材料102-A在其穿过成形表面行进时沿着成形表面121居中。
在一些实施例中，末端执行器100可包括支撑辊140，支撑辊140可被实施为修改复合材料102的行进的几何形状。例如，支撑辊140可以定位成为复合材料102或102-A搁放提供可旋转的弯曲表面，使得其可以围绕弯曲表面弯曲并改变其行进的几何形状。这可以通过允许更有效地放置或构造卷轴110、成形靴120、压实机构130和/或其他末端执行器部件来最小化占用面积。在其他实施例中，如图1A所示，末端执行器100可包括额外的或更少的支撑辊。
在一些实施例中，可能需要加热暴露的复合材料102-A以形成最终成形的形状。在一些实施例中，加热机构可定位成将热量施加到复合材料102-A。另外地，和/或替代地，可以通过末端执行器100的一个或多个其他部件施加热量。例如，成形靴120可以在成形表面121处被加热，以在复合材料102接触成形表面121时将热量施加到复合材料102。在这样的实施例中，成形靴可包括加热元件，例如加热线圈。在其他实施例中，成形表面121可以通过其他方式加热，例如借助于磁感应。作为另一个示例，支撑辊(例如支撑辊140)可以被加热，并在复合材料102-A越过辊140的表面时将此热量传递给复合材料102-A。
在一些实施例中，成形的桁条层104可以沉积在沿着较高水平的装配结构150的表面放置的支撑工具152上。在一些实施例中，支撑工具152用于在放置或固化成形的桁条层104时支撑其形状。例如，支撑工具152可以为成形心轴。这种心轴可包括各种类型的心轴中的任何一种，例如实心橡胶心轴、膨胀橡胶心轴、由粘土或粉末形成的冲洗心轴以及飞离泡沫心轴。在其他示例中，支撑工具152可以为可充气的囊袋类型。在一些实施例中，其他支撑工具可包括各种半径填料，例如可在成形的桁条层104固化时支撑其形状的面条状材料。在一些实施例中，一个或多个支撑工具或半径填料可以形成为装配结构150的整体结构。
在一些实施例中，可以实施各种压缩机构以在成形的桁条上施加压力并推动其抵靠装配结构150和/或支撑工具152。例如，压缩机构可以为压缩圆盘130或辊，当其延伸超过成形的形状端部121-B时，其接触成形的桁条层104。在一些实施例中，压缩圆盘130可包括接触表面131，接触表面131在凸缘部分106处接触成形的桁条层104的上表面，以推动成形的桁条层104远离最终形状端部121-B或抵靠较高的装配结构150，使得桁条层104的底表面接触装配结构150。
其他压缩机构可包括成角度的夹爪、液压囊袋、其他软辊或弹簧指状件。在一些实施例中，可以在末端执行器100中实施各种类型的多个压缩机构。在一些实施例中，压缩机构还可以用于将成形的桁条层104连接到较高的装配结构150或连接到其他成形的层。
在一些实施例中，可以切割复合材料以将沉积的层与保留在末端执行器上的复合材料分离。可以利用各种压缩机构在接触点之后切割沉积的层104。在其他实施例中，沉积的层104可以在末端执行器的各种其他部分处切割，例如在成形靴和压缩机构之间切割。在一些实施例中，沉积的材料可以切割成与较高水平的装配部件齐平。末端执行器100可包括切割机构。
因此，所描述的末端执行器提供了用于飞机的伸长支撑结构的流线型制造的装配。通过在施加表面现场形成复合材料，减少了大量的工具和材料处理设备。在各种实施例中，所需的唯一工具为支撑工具，例如用于固化的心轴、面条状材料或囊袋。这大大减少了在用于制造结构支撑构件的现有系统中将支撑结构运输和装配到位所需的工厂占地面积、人力和时间。
参考图3A，图3A示出了根据一个或多个实施例的用于L形桁条的末端执行器300的另一示例的透视图。在各种实施例中，末端执行器300可以被配置成制造L形桁条304，L形桁条304可以包括一个或多个成形的层。如图3A所示，末端执行器300包括存储复合材料302的卷轴310、第一级压缩机构330和第二级压缩机构332。末端执行器还包括成形靴320。为了清楚起见，简化了成形靴320，并且指示与末端执行器300相对应的成形靴的相对定位。在一些实施例中，对应于末端执行器300的成形靴320可以为成形靴120或者参考图3E和图3F进一步描述的成形靴320-A或320-B。
如先前参考图1A所述，当卷轴310旋转时，复合材料302可从卷轴310分配。然后，材料302可以穿过成形靴320的成形表面，并从扁平或基本上扁平的形状过渡到L形桁条层304。参考图3B，图3B示出了由本文所述的方法和组件形成的L形桁条304的横截面视图。L形桁条304可包括对应于字母“L”的横截面形状，并包括彼此垂直或基本上垂直的水平支腿305和垂直支腿306。
在一些实施例中，复合材料302的背衬基材360可以在形成桁条层304的各种实例中的任何一个实例处被去除。如图3A所示，在形成桁条304之后，从材料302去除背衬基材360。如前所述，复合材料条带上的背衬基材可以在成形的L形层的每一侧处分为两个单独的片材并去除。如图3A所示，背衬基材360为分离的背衬基材的一部分，而另一部分可以在压缩机构330的另一侧上去除。如所示的，可以以一角度去除背衬基材360，以便不干扰成形的层与较高水平的装配结构350的粘附。
在一些实施例中，成形的L形桁条304可以沉积在较高水平的装配结构350上，该装配结构350可以包括一个或多个支撑工具352。如所示的，较高水平的装配结构350可包括水平表面350-A和垂直表面350-B。例如，桁条304可以沉积成使得水平支腿305接触组件350的水平表面350-A，并且垂直支腿306接触垂直表面350-B。如前所述，支撑工具352可以为各种类型的支撑工具(包括心轴、囊袋或面条状材料)中的任何一种。在一些实施例中，额外的L形桁条304可以沉积在较高水平的装配结构350的相对侧上。
在成形之后，然后可以通过一个或多个压缩机构推动成形的桁条远离成形靴。在图3A描述的实施例中，末端执行器300可包括第一级压缩机构330和第二级压缩机构332。在一些实施例中，压缩机构330和332可替代地和/或另外地用于朝向较高水平的装配结构350向成形桁条层304施加压力以用于连接。在各种实施例中，压缩机构330和332可以为本文描述的压缩机构中的任何一种。在一些实施例中，压缩机构可以为铰接的或包括多件，以便能够在添加额外层时进行均匀压实，从而使支撑结构改变厚度。
例如，如图3A所示，第一级压缩机构330可包括压缩圆盘，该压缩圆盘可接触成形的桁条层304的表面的至少一部分，并且第二级压缩机构332可包括成角度的夹爪，该成角度的夹爪可接触成形的桁条层304的表面的至少一部分。夹爪可包括与层的成形形状相容的形状，在这种情况下为敞开的L形。在一些实施例中，第一级压缩机构330的压缩圆盘可以对成形的桁条层304施加较轻的力，以推动其远离成形靴或将其朝向装配结构350定位。然后，第二级压缩机构332的夹爪可以对成形的桁条层304施加较大且更精确的力，以将其连接在装配结构350的一个或多个表面上。
在一些实施例中，两个L形桁条层可以抵靠另一个层被压缩以形成叶片形桁条。下面参考图3C进一步描述用于形成叶片形桁条370的末端执行器的实施例。图3C示出了根据一个或多个实施例的用于叶片形桁条370的末端执行器301的另一示例的透视图。在各种实施例中，末端执行器可以被配置成通过连接多个成形的层来构造复合支撑结构。例如，可以形成并组合两个L形层以产生单个叶片形桁条层370，这将参考图3D进一步描述。
在一些实施例中，末端执行器301可包括两个末端执行器300的实例，它们彼此呈约90度地垂直定位。换句话说，末端执行器301可包括对称配置的两个这样的相同组件。如图3C所示，末端执行器301包括两个复合材料卷轴，包括存储复合材料条带302-A的卷轴310-A和存储复合材料条带302-B的卷轴310-B。在一些实施例中，卷轴310-A和/或310-B可以为卷轴310，并且复合条带302-A和302-B可以为复合条带302。然后可以将材料302-A和302-B中的每者从相应的卷轴分配到成形靴，在该成形靴处，每个复合条带成形为L形层。复合条带302-A可以形成为L形层304-A，并且复合条带302-B可以形成为L形层304-B。
如图3C所示，为了清楚起见，简化了成形靴320，并且指示对应于末端执行器301的材料302-A的第一成形靴的相对定位。在一些实施例中，第一成形靴320可以为参考图3E和3F进一步描述的成形靴320-A或320-B。第二成形靴可以位于对应的位置以接合材料302-B。在各种实施例中，末端执行器301的第二成形靴可包括与末端执行器301的第一成形靴相同或不同的构造。
如前所述，复合条带302-A和302-B可各自包括背衬基材，以防止条带粘附到卷轴中的其自身或末端执行器301中的其他部件。在将复合条带302-A和302-B分别形成为L形层304-A和304-B之后，可以从复合材料302-A和302-B中去除背衬基材。如所示的，材料302-A可以包括分成背衬360-A1和360-A2的背衬基材，该背衬基材可以在复合条带302-A的任一侧上形成之后去除。在一些实施例中，背衬基材160-A1可缠绕在收集卷筒340上以用于收集并随后处理或回收。可以通过另外的收集卷筒(未示出)收集背衬360-A2。材料302-B还可以包括由相应的收集卷筒收集的分开的背衬基材帽。然而，在一些实施例中，材料302-B的分离的背衬中的一者可以由收集卷筒340与背衬360-A1一起收集。
如上所述，成形的L形层304-A和304-B可以连接在一起以形成叶片形桁条层370。如图3D所示，图3B示出了通过本文描述的方法和组件形成的叶片形桁条370的横截面视图。与桁条层304一样，每个L形层304-A和304-B可包括对应于字母“L”的横截面形状，并包括彼此垂直或基本上垂直的水平支腿375和垂直支腿376。
L形层304-A和304-B可以从成形靴朝向第一和第二级压缩机构延伸。第一级压缩机构330-A和第二级压缩机332-A可以接触成形的层304-A，而第一级压缩机构330-B和第二级压缩机构332-B可以接触成形的层304-B。如所示的，第一级压缩机构330-A和330-B可以为压缩圆盘，其推动成形的层远离它们各自的成形靴和/或朝向另一个成形的层。
在一些实施例中，第二级压缩机构332-A和332-B可包括成角度的夹爪。机构332-A和332-B可以对每个成形的层的支腿376施加相等且相反的压力，以连接垂直支腿376。一旦垂直支腿已粘附，就形成叶片形桁条层370。在各种实施例中，夹爪机构可以被实施为连接其他复合桁条形状，如参考图5进一步描述。在一些实施例中，第一级压缩机构330-A和330-B也可以向连接支腿376施加相反的压力。
然后可以将叶片形桁条370沉积到包括支撑工具352的施加表面350上。在一些实施例中，压缩机构还可以施加向下的压力以将桁条层370的水平支腿375连接到施加表面。在一些实施例中，叶片桁条370的垂直支腿376可以通过缝合机构缝制或缝合在一起以用于额外的附接支撑。例如，包含干的织物的复合材料可以用纤维缝制。在一些实施例中，缝合机构也可以为末端执行器的部件。在一些实施例中，缝合机构可以为单独的末端执行器或设备。
图3E和图3F示出了根据一个或多个实施例的用于形成L形桁条的成形靴的透视图。图3E示出了成形靴320-A，并且图3F示出了成形靴320-B。在各种实施例中，成形靴320-A和320-B可对应于末端执行器300和/或301的成形靴320。成形靴320-A和320-B可以被配置成用于形成L形桁条，例如桁条304、304-A和/或304-B。
如所示的，成形靴320-A可包括具有起始形状端部321-A1和最终形状端部321-A2的成形表面321-A。在一些实施例中，起始形状端部321-A1可以为扁平的或接近扁平的形状，以对应于当复合材料302最初从卷轴310分配时复合材料302的形状。在一些实施例中，最终形状端部321-A2对应于图3A和图3B中所示的成形的桁条302的L形。如所示的，成形靴320-B可包括具有起始形状端部321-B1和最终形状端部321-B2的成形表面321-B。在一些实施例中，起始形状端部321-B1可以为扁平的或接近扁平的形状，以对应于当复合材料302最初从卷轴310分配时复合材料302的形状。在一些实施例中，最终形状端部321-B2对应于图3A和图3B中所示的成形的桁条304的L形。
当复合材料越过成形表面321-A或321-B时，它分别从起始形状端部321-A1或321-B1的形状过渡到最终形状端部321-A2或321-B2的形状。图3E和图3F中描绘的M箭头指示复合材料302的行进方向。
成形靴320-A或320-B可经由各种附接点固定到末端执行器的结构，例如300或301。在一些实施例中，成形靴320-A可包括机械隔室323，在机械隔室323中，可以机械地固定接头或其他结构。在一些实施例中，成形靴320-B可包括附接点322，附接点322可用作进入末端执行器结构中的装置。本文描述的成形靴可以经由连接的结构或连接件联接到末端执行器，以允许在操作期间进行必要的移动和调整。
在一些实施例中，复合材料302被推动而抵靠成形表面321-A或321-B，以便在复合材料302从卷轴310进给并越过成形表面321-A时保持与成形表面321-A接触。如前所述，可以实施各种机构以使复合材料302保持抵靠成形表面。如图3E和图3F所示，成形靴320-A和320-B分别包括一个或多个真空口326-A和326-B。真空或其他抽吸机构通过真空口产生负压，以将复合材料302抽吸到成形表面上。在一些实施例中，抽吸机构可以为联接到末端执行器的额外部件。在一些实施例中，这种抽吸机构可位于机械隔室323中。
同样如前所述，加热机构也可以包括在末端执行器中以加热复合材料，以将其模制成所成形的桁条的终止形状。在一些实施例中，加热机构也可位于机械隔室323内。
在各种实施例中，成形靴320-A或320-B可进一步包括导轨，以在复合材料302分别越过成形表面321-A或321-B时保持复合材料302居中。成形靴320-A包括一组导轨，该组导轨包括第一导轨328-A和第二导轨328-B。成形靴320-B包括一组导轨，该组导轨包括第一导轨329-A和第二导轨329-B。如前所述，每个导轨可以被配置成在复合材料302越过时接触复合材料302的边缘以形成轨道，从而防止复合材料302在除由箭头M所示的任何其他方向上的横向移动。
图4示出了根据一个或多个实施例的用于在较高的组件部件上制造最低限度地用工具加工的桁条的示例性过程顺序400。图4描绘了装配部件的横截面视图。
在步骤(A)，可以准备较高水平的装配部件402并准备好桁条和其他支撑结构。如前所述，较高水平的装配部件可以为飞机的蒙皮面板以及其他结构，例如水平和垂直稳定器或控制表面中的结构。
在步骤(B)，可以使用交叉层辊定位基础装料404。在一些实施例中，基础装料404可包括多层复合材料。在一些实施例中，基础装料404还可以由如本文所述的机器人末端执行器自动地沉积。在各种实施例中，基础装料404形成适于所形成的复合材料的附着的均匀表面。
在步骤(C)，可以将支撑工具406(例如半径填料、心轴或囊袋)定位在基础装料404上。然后，在步骤(D)处，可以使用本文所述的末端执行器组件形成复合材料的第一层410，并将其定位在基础装料404和支撑工具406上。如所示的，在步骤(C)处沉积叶片形桁条，每个叶片形桁条包括两组L形桁条层。这种叶片形桁条层可以由所述末端执行器301形成和沉积。
然后，在步骤(E)，可以在第一层410上构建复合材料的第二层411。在各种实施例中，可以将额外的层添加到图4中所示的层。如所示的，额外的层411不连接在一起，而是反而包括单独的L形层。这样的层411可以由不同的末端执行器(例如300)形成和沉积。在一些实施例中，可以调整复合材料的额外层的尺寸以适合先前沉积的层。在一些实施例中，末端执行器的定位也可以自动调整到正确位置以沉积额外的成形层。
在步骤(F)，可以将保护帽408添加到沉积的层的各个位置。例如，可以将保护帽408添加到叶片形桁条层的顶端，在该顶端处，暴露复合材料的层。在一些实施例中，保护帽408可用于防止勉强可见冲击损伤(BVID)。在一些实施例中，还可以使用本文所述的系统和组件来形成和沉积保护帽408。
在步骤(G)，可以将隔板412放置成与沉积层的一个或多个表面接触。隔板412可以为光滑的没有表面缺陷的金属板，其被放置成与沉积的层接触以用于进行固化过程。它们可以传递正常的压力和温度，并在成品层压板上提供光滑的表面。然后可以将成形的层410和411和/或装配部件402放置在真空袋414内以用于获得额外的压力，以将复合层保持就位以用于在步骤(I)中进行固化。为了使预浸渍层压板固化，可能需要使用压力和热量的组合。
图5示出了根据一个或多个实施例制造的各种桁条类型的横截面视图。如先前参考图4所述，这种桁条可以沉积在较高水平的装配结构402和/或基础装料404上。这种桁条也可以利用一个或多个支撑工具406定位。在一些实施例中，所描述的系统和方法也可以用IML(内模线)永久性工具实现。
桁条502描绘了L形桁条。较小的L形桁条也可以沉积在桁条502旁边，并沿着它们的垂直支腿连接以用于提供额外的支撑。桁条504描绘了帽形桁条的变型。桁条506描绘了Z形桁条。在这里，较小的L形桁条也可以沉积在桁条506旁边，并沿着它们的垂直支腿连接以用于提供额外的支撑。桁条508描绘了包括类似于成形的桁条370的两个L形桁条的叶片形桁条。如前所述，桁条还可包括保护帽408。桁条510描绘了包括两个C形桁条511的I形桁条。I形桁条510可进一步包括顶部扁平层510-A以用于额外的支撑。桁条512描绘了另一个桁条形状，该桁条形状可包括敞开或闭合的轮廓节段。
所描绘的包括两个相同的半部的复合桁条结构(例如叶片形桁条508或I形桁条510)可以通过末端执行器沉积，该末端执行器配置有两个卷轴和对称地布置的成形靴，例如末端执行器301。这种末端执行器提供了将层连接在一起以形成复合桁条的解决方案。
操作方法
还提供了使用所描述的系统和组件制造飞机桁条的方法。参考图6，示出了根据一个或多个实施例的用于制造飞机桁条的示例性方法600。在各种实施例中，桁条可以由机器人末端执行器形成和沉积，以用于在制造期间利用最少的工具自动地放置飞机桁条。
在步骤610，从卷轴分配复合材料条带。在各种实施例中，复合材料可以为复合材料102或302。这种复合材料可以缠绕在卷轴(例如卷轴110或310上)。复合材料可以通过旋转卷轴来分配，使得其行进穿过末端执行器的各种部件。
在步骤620，使复合材料条带穿过成形靴。在各种实施例中，成形靴可以为成形靴120或320。该材料可以在起始形状端部处接触成形靴并且朝向最终形状端部行进越过成形表面，以在步骤630形成具有期望的最终形状的桁条层。成形靴的起始形状端部可以为扁平的或基本上扁平的形状，以对应于复合材料的形状。最终形状端部可包括对应于期望的桁条的形状的构造。
复合材料条带可以通过抽吸机构或其他机械机构推动而抵靠成形表面，使得它保持与成形表面接触。当复合材料朝向最终形状端部穿过成形表面时，复合材料条带可以从基本上扁平的形状过渡到最终期望的网状。
在步骤640，可以推动成形的复合材料远离成形靴，并且在650将其定位在施加表面上。如前所述，可以实施各种压缩机构(包括压缩圆盘、成角度的夹爪等)以将压力施加到成形的复合材料上。在一些实施例中，施加表面可以为较高水平的装配结构，例如150、350或402。较高的装配结构可以为蒙皮面板或基础装料。在一些实施例中，基础装料也可以通过如本文所述的末端执行器类似地沉积。在一些实施例中，施加表面的一部分还可包括各种支撑工具，例如心轴、面条状材料或囊袋，其用于保持成形的材料的形状。
在一些实施例中，施加表面可以为另一个成形的复合材料条带的表面。例如，可以同时形成两个复合材料条带并将它们推到一起以在从成形靴释放后形成具有最终的网状的单个桁条层。
然后，在步骤660，将成形的复合材料沉积在施加表面上。在一些实施例中，切割机构可以将沉积的材料与保留在末端执行器上的复合材料分离。在一些实施例中，沉积的材料可以在各种压缩机构之后切割。在一些实施例中，可以将沉积的材料切割成与较高水平的装配部件齐平。
在步骤670，可以确定是否需要额外的层。如果不需要额外的层，则该方法结束。如果需要额外的层，则该方法返回到步骤610，以分配额外的复合材料以待成形和分配在复合材料的先前沉积的层上。末端执行器还可以调整定位以将后续层带到适当位置以待沉积。在一些实施例中，末端执行器可以使用成像系统来识别用于沉积后续层的适当位置。
另外，在一些实施例中，可以修改复合材料条带的尺寸以符合施加表面。例如，当沉积复合材料的额外L形层以形成L形桁条时，可以减小用于后续L形层的表面积。因此，用于后续层的复合材料条带可能需要更薄。
飞机示例
可以在如图7所示的飞机700和如图8所示的飞机制造和保养方法800的背景下描述本公开的示例。图7为根据一个或多个实施例的可包括集成冷却系统的飞机700的示意图，该集成冷却系统可结合本文所述的系统和方法一起使用。如图7所示，飞机700包括具有内部770的机身750。飞机700包括联接到机身750的机翼720。飞机700还可包括由机翼720支撑的发动机730。在一些实施例中，飞行器700进一步包括多个高级检查系统，例如电气检查系统740和环境检查系统。
在其他实施例中，可以包括任何数量的其他检查系统。例如，飞机700可包括集成冷却系统760。这种冷却系统可以实现液体冷却以从各种电气和/或机械部件去除高的热负荷，否则其会损害系统的可靠性。集成冷却系统760可以实现与液体冷却回路的接触冷却，该液体冷却回路包括一系列泵、热交换器以及管道、管或软管。集成冷却系统760可以替代地和/或另外地实现机柜冷却，该机柜冷却通过使冷液体流过热交换器并经由热交换器的风扇将空气分配到机柜内来冷却容纳在机柜中的部件。集成冷却系统760可进一步包括用于传热流体的贮存器、以及用于容纳由本文所述的绝缘设备输送的冷凝和/或泄漏的排出容器。
根据说明性实施例，飞机700为其中可以实现和操作所描述的系统和方法(例如末端执行器100)的交通工具的一个示例。尽管示出了航空航天示例，但是本文公开的原理可以应用于其他行业，例如汽车行业。因此，除了飞机700之外，本文公开的原理可以适用于其他交通工具，例如陆地交通工具、海上交通工具、空间交通工具等。
图8为可以利用本文描述的方法和组件的飞机生产和保养方法的框图。在生产前期间，说明性方法800可以包括飞机700的规范和设计(框图804)以及材料采购(框图806)。在生产期间，可以进行飞机700的部件和子组件制造(框图808)和检查系统集成(框图810)。所描述的设备和对应的操作方法可以在飞机700的规格和设计(框图804)、材料采购(框图806)、部件和子组件制造(框图808)和/或检查系统集成(框图810)中的任一者中实现。
此后，飞机700可以通过认证和交付(框图812)以投入使用(框图814)。当投入使用时，飞机700可以被安排进行例行维护和保养(框图816)。例行维护和服务可以包括飞机700的一个或多个检查系统的修改、重新配置、翻新等。所述的设备和相应的操作方法可以在认证和交付(框图812)、投入使用(框814)和/或例行维护和保养(框816)中的任何一者中实现。
说明性方法800的每个过程可以由检查系统集成商、第三方和/或运营商(例如客户)执行或实现。为了本说明书的目的，检查系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞机制造商和主检查系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的销售商、分包商和供应商；而运营商可以为航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等等。
结论
尽管为了清楚理解的目的已经在一些细节上描述了前述概念，但是在阅读了上述公开内容之后，显而易见的是，可以在所附权利要求的范围内实施一些改变和修改。应当注意，有许多替代方法来实现所述过程、系统和自对准铆接工具。因此，本示例应被认为是说明性的而非限制性的。
在上述的描述中，阐述了许多具体细节以提供对所公开的概念的透彻理解，本公开可以在没有这些细节中的一些或全部细节的情况下实施。在其他情况下，已知装置和/或过程的细节已被省略，以避免不必要地使本公开模糊。虽然将结合具体示例描述一些概念，但应理解，这些示例并非旨在限制。

Claims (18)

1.一种机器人末端执行器，包括：
能旋转卷轴，其中，材料条带缠绕在所述能旋转卷轴上；
成形靴，包括与所述材料条带接触的成形表面，
其中，所述成形表面的第一端对应于起始形状，并且所述成形表面的第二端对应于终止形状；
其中，所述材料条带从所述成形表面的所述第一端传递到所述成形表面的所述第二端，使得所述材料条带从所述起始形状过渡到所述终止形状并作为成形的桁条层沉积到施加表面上；
其中，所述成形靴进一步包括真空系统，以沿着所述成形表面通过多个端口抽吸空气以推动所述材料条带抵靠所述成形表面。
2.根据权利要求1所述的机器人末端执行器，其中，所述成形靴进一步包括从所述成形表面延伸以在所述成形表面的所述第一端和所述第二端之间引导所述材料条带的一组导轨。
3.根据权利要求1或2所述的机器人末端执行器，进一步包括压缩机构，以用于向成形的桁条层施加压力，以将成形的桁条层定位在所述施加表面上。
4.根据权利要求3所述的机器人末端执行器，其中，所述压缩机构进一步被配置成将成形的桁条层连接到以下中的一者或多者：所述施加表面和另一成形的桁条层。
5.根据权利要求3所述的机器人末端执行器，其中，所述压缩机构包括圆盘，所述圆盘包括用于接触成形的桁条层的一个或多个部分的接触表面。
6.根据权利要求1或2所述的机器人末端执行器，进一步包括收集卷筒，其中，所述材料条带包括背衬基材，当所述材料条带从所述第一端传递到所述第二端时，所述背衬基材与所述材料条带分离并缠绕在所述收集卷筒上。
7.根据权利要求6所述的机器人末端执行器，其中，所述背衬基材包括多个穿孔，其中，所述多个穿孔沿着所述材料条带的长度均匀地间隔开并用于从所述卷轴分配所述材料条带。
8.根据权利要求1或2所述的机器人末端执行器，其中，所述终止形状为“L”形。
9.根据权利要求1或2所述的机器人末端执行器，其中，所述终止形状为帽形。
10.一种构造飞机加强件的系统，包括：
机械臂；以及
末端执行器，联接到所述机械臂，所述末端执行器包括：
能旋转卷轴，其中，材料条带缠绕在所述能旋转卷轴上；成形靴，包括与所述材料条带接触的成形表面，
其中，所述成形表面的第一端对应于起始形状，并且所述成形表面的第二端对应于终止形状；
其中，所述材料条带从所述成形表面的所述第一端传递到所述成形表面的所述第二端，使得所述材料条带从所述起始形状过渡到所述终止形状并作为成形的桁条层沉积到施加表面上；其中，所述成形靴进一步包括真空系统，以沿着所述成形表面通过多个端口抽吸空气以推动所述材料条带抵靠所述成形表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述成形靴进一步包括从所述成形表面延伸以在所述成形表面的所述第一端和所述第二端之间引导所述材料条带的一组导轨。
12.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述末端执行器进一步包括压缩机构，以用于向所述成形的桁条层施加压力，以将成形的桁条层定位在所述施加表面上。
13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述压缩机构进一步被配置成将成形的桁条层连接到以下中的一者或多者：所述施加表面和另一成形的桁条层。
14.根据权利要求12所述的系统，其中，所述压缩机构包括成角度的夹爪。
15.根据权利要求10或11所述的系统，其中，所述末端执行器进一步包括收集卷筒，其中，所述材料条带包括背衬基材，当所述材料条带从所述第一端传递到所述第二端时，所述背衬基材与所述材料条带分离并缠绕在所述收集卷筒上。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述背衬基材包括多个穿孔，其中，所述多个穿孔沿着所述材料条带的长度均匀地间隔开并用于从所述卷轴分配所述材料条带。
17.一种构造飞机加强件的方法，所述方法包括：
从能旋转卷轴分配复合材料条带；
使所述复合材料条带通过成形靴，所述成形靴包括与所述材料条带接触的成形表面，
其中，所述成形表面的第一端对应于起始形状，并且所述成形表面的第二端对应于终止形状；
其中，所述材料条带从所述成形靴的所述第一端传递到所述成形靴的所述第二端，使得所述材料条带从所述起始形状过渡到所述终止形状以形成桁条层；
其中，所述成形靴进一步包括真空系统，以沿着所述成形表面通过多个端口抽吸空气以推动所述材料条带抵靠所述成形表面；以及
将成形的桁条层沉积到施加表面上。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括：
推动成形的桁条层远离所述成形表面的所述第二端；以及
相对于所述施加表面定位成形的桁条层。
CN201811292205.6A 2017-11-02 2018-10-31 用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法 Active CN109747861B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/802,230 2017-11-02
US15/802,230 US10974850B2 (en) 2017-11-02 2017-11-02 Systems and methods for in situ manufacturing of minimally tooled stringers

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109747861A CN109747861A (zh) 2019-05-14
CN109747861B true CN109747861B (zh) 2024-01-05

Family

ID=63144861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811292205.6A Active CN109747861B (zh) 2017-11-02 2018-10-31 用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法

Country Status (4)

Country Link
US (2) US10974850B2 (zh)
EP (1) EP3480002B1 (zh)
JP (1) JP7156851B2 (zh)
CN (1) CN109747861B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10974850B2 (en) 2017-11-02 2021-04-13 The Boeing Company Systems and methods for in situ manufacturing of minimally tooled stringers
US11161252B2 (en) * 2019-10-02 2021-11-02 GM Global Technology Operations LLC Multi-tasking end effector
WO2021167504A1 (en) 2020-02-17 2021-08-26 Saab Ab A curved aerospace profile article and method of manufacture of the article
TWI716335B (zh) * 2020-09-04 2021-01-11 財團法人工業技術研究院 料帶貼合設備

Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2101519A (en) * 1981-06-22 1983-01-19 Vought Corp Apparatus for tape laying and manufacture of composite structures
US4491493A (en) * 1983-04-08 1985-01-01 Eaton Homer L Composite tape preparation and application
US4627886A (en) * 1985-05-30 1986-12-09 Cincinnati Milacron Inc. Composite tape laying machine with pivoting presser member
US4882007A (en) * 1986-04-28 1989-11-21 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Robot system for forming a structural component of a preimpreganted fiber reinforced tape
FI902686A0 (fi) * 1989-05-29 1990-05-29 Becker Gummiwerke Foerfarande foer framstaellning av dubbelsidigt belagda bandtransportoerer, i synnerhet foer pappers- och textilmaskiner, och anordning foer utfoering av foerfarandet.
JPH10315339A (ja) * 1997-05-21 1998-12-02 Sekisui Chem Co Ltd 異形断面複合材の製造方法及び異形断面複合材の製造装置
EP1029658A1 (en) * 1997-11-07 2000-08-23 Ube-Nitto Kasei Co. Ltd. Fiber-reinforced composite hollow structure, method for production thereof, and appartus therefor
DE10009559A1 (de) * 1999-03-02 2000-09-07 Sumitomo Chemical Co Verfahren zur Herstellung von expansionsgeformten Gegenständen aus faserverstärktem thermoplastischen Harz
DE10140450A1 (de) * 2001-08-17 2003-03-06 Sgh Metall Und Kunststoff Tech Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Profilschiene
EP1308266A1 (en) * 2001-10-30 2003-05-07 The Boeing Company Hollow cell core composite articles molded with a liquid resin and method of fabrication
FR2882681A1 (fr) * 2005-03-03 2006-09-08 Coriolis Composites Sa Tete d'application de fibres et machine correspondante
CN102407650A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 上海万格复合材料技术有限责任公司 一种复合材料0°铺层的成形方法及装置
CN203515969U (zh) * 2013-07-18 2014-04-02 航天材料及工艺研究所 基于网格桁条结构的复合材料风机叶片
CN103722755A (zh) * 2013-12-31 2014-04-16 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种用于铺带机的复合材料预浸带的导向装置
CN204604941U (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 南京京锦元科技实业有限公司 组合式多层纤维导向装置
CN106256538A (zh) * 2015-06-16 2016-12-28 波音公司 复合结构制作系统和方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3501365A (en) * 1969-07-11 1970-03-17 Litton Business Systems Inc Pressure sensitive label strip construction
US4527346A (en) * 1983-09-14 1985-07-09 Macpherson, Inc. Sheet material stacking, conveying and cutting method and apparatus
US4915771A (en) 1987-10-08 1990-04-10 The Boeing Company Segmented tape shoe
JPH0483713U (zh) * 1990-11-30 1992-07-21
US7341086B2 (en) * 2004-10-29 2008-03-11 The Boeing Company Automated fabric layup system and method
US7766063B2 (en) * 2005-04-28 2010-08-03 The Boeing Company Machine assisted laminator and method
US7993480B2 (en) * 2007-11-17 2011-08-09 The Boeing Company Method and apparatus for placing plies on curved substrates
WO2009135962A1 (es) * 2008-05-08 2009-11-12 Applus Servicios Tecnologicos, S.L. Equipo y método para obtener perfiles de material compuesto y perfil obtenido mediante dicho método
WO2013064187A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-10 Applus Servicios Tecnológicos S.L System for forming composite laminates
CN104023952A (zh) * 2011-12-07 2014-09-03 纳幕尔杜邦公司 使用单向纤维强化带材制成的复合制品
CA2906068C (en) * 2013-03-13 2021-11-09 Dsm Ip Assets B.V. Systems and method for producing three-dimensional articles from flexible composite materials
WO2014181003A1 (es) 2013-05-08 2014-11-13 Applus Servicios Tecnologicos, S.L. Sistema para conformar apilados de materiales compuestos
DE102014007869B4 (de) * 2014-06-03 2016-02-11 Airbus Defence and Space GmbH Vorrichtung und Verfahren zum Infiltrieren von Fasermaterial mit Harz zur Herstellung eines Faserverbundbauteils
US10829667B2 (en) * 2015-07-24 2020-11-10 The Boeing Company Method and apparatus for applying a strip of material over an edge on a structure
US10974850B2 (en) 2017-11-02 2021-04-13 The Boeing Company Systems and methods for in situ manufacturing of minimally tooled stringers

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2101519A (en) * 1981-06-22 1983-01-19 Vought Corp Apparatus for tape laying and manufacture of composite structures
US4491493A (en) * 1983-04-08 1985-01-01 Eaton Homer L Composite tape preparation and application
US4627886A (en) * 1985-05-30 1986-12-09 Cincinnati Milacron Inc. Composite tape laying machine with pivoting presser member
US4882007A (en) * 1986-04-28 1989-11-21 Messerschmitt-Boelkow-Blohm Gmbh Robot system for forming a structural component of a preimpreganted fiber reinforced tape
FI902686A0 (fi) * 1989-05-29 1990-05-29 Becker Gummiwerke Foerfarande foer framstaellning av dubbelsidigt belagda bandtransportoerer, i synnerhet foer pappers- och textilmaskiner, och anordning foer utfoering av foerfarandet.
JPH10315339A (ja) * 1997-05-21 1998-12-02 Sekisui Chem Co Ltd 異形断面複合材の製造方法及び異形断面複合材の製造装置
EP1029658A1 (en) * 1997-11-07 2000-08-23 Ube-Nitto Kasei Co. Ltd. Fiber-reinforced composite hollow structure, method for production thereof, and appartus therefor
DE10009559A1 (de) * 1999-03-02 2000-09-07 Sumitomo Chemical Co Verfahren zur Herstellung von expansionsgeformten Gegenständen aus faserverstärktem thermoplastischen Harz
DE10140450A1 (de) * 2001-08-17 2003-03-06 Sgh Metall Und Kunststoff Tech Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten einer Profilschiene
EP1308266A1 (en) * 2001-10-30 2003-05-07 The Boeing Company Hollow cell core composite articles molded with a liquid resin and method of fabrication
FR2882681A1 (fr) * 2005-03-03 2006-09-08 Coriolis Composites Sa Tete d'application de fibres et machine correspondante
CN102407650A (zh) * 2010-09-20 2012-04-11 上海万格复合材料技术有限责任公司 一种复合材料0°铺层的成形方法及装置
CN203515969U (zh) * 2013-07-18 2014-04-02 航天材料及工艺研究所 基于网格桁条结构的复合材料风机叶片
CN103722755A (zh) * 2013-12-31 2014-04-16 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 一种用于铺带机的复合材料预浸带的导向装置
CN204604941U (zh) * 2015-05-08 2015-09-02 南京京锦元科技实业有限公司 组合式多层纤维导向装置
CN106256538A (zh) * 2015-06-16 2016-12-28 波音公司 复合结构制作系统和方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
复合材料翼梁自动铺丝技术研究;孙成;中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑;第B020-43页 *
复合材料自动铺放工艺技术研究现状;张建宝;赵文宇;王俊锋;董波;蒋文革;航空制造技术(第016期);第80-83、94页 *
季申柯主编，张鄂等译.仪器仪表零部件设计.机械工业出版社,1985,(第1版),第154-166页. *
盛鸿亮等.精密机构与结构设计.北京理工大学出版社,1993,(第1版),第305-306页. *
飞机桁条快速设计技术研究;韩志仁;陶九超;陈帅;;沈阳航空航天大学学报(第04期);第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109747861A (zh) 2019-05-14
JP2019084818A (ja) 2019-06-06
EP3480002B1 (en) 2020-10-07
JP7156851B2 (ja) 2022-10-19
EP3480002A1 (en) 2019-05-08
US20190127087A1 (en) 2019-05-02
US10974850B2 (en) 2021-04-13
US20210179293A1 (en) 2021-06-17
US11565460B2 (en) 2023-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109747861B (zh) 用于现场制造最低限度地用工具加工的桁条的系统和方法
EP3106280B1 (en) Composite structure fabrication systems and methods
EP2604405B1 (en) Method and apparatus for fabricating large scale integrated airfoils
US8303758B2 (en) Methods for manufacturing composite sections for aircraft fuselages and other structures
US10226915B1 (en) Systems of forming a skin for a composite structure
US10814568B2 (en) Methods for forming a composite blade stiffener and facilitating application of barely visible impact damage treatments
EP3162551B1 (en) Rotational tooling apparatus for layup and cure of composite stringers
US10751955B2 (en) Unitized composite structure manufacturing system
US9221236B1 (en) Systems and methods for assembling stiffened composite structures
US9545758B2 (en) Two piece mandrel manufacturing system
US20220152880A1 (en) Demolding of Large Composite Parts for Aircraft
US11794376B2 (en) Application of gap fillers during layup of charges of composite material
US10913221B2 (en) Shaping a radius filler against a mandrel
EP4000852B1 (en) Demolding of large composite parts for aircraft

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant