CN111136992A - 自穿入层压头和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及自穿入层压头和方法。层压头具有材料供应滚筒、背衬层收集滚筒和背衬层分离组件。材料供应滚筒支撑背衬材料的材料卷，该背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。背衬层收集滚筒从收集滚筒原始位置移动到靠近材料供应滚筒的收集滚筒接合位置，接合材料卷上的背衬层前边缘，并移动回到收集滚筒原始位置，同时分配至少背衬层的可穿入部分。背衬层分离组件具有背衬层分离装置和背衬层分离机构。背衬层分离装置从分离装置原始位置平移到分离装置接合位置，并且将可穿入部分拉动成靠近背衬层分离机构，用于将背衬层与铺设材料分离。

Description

自穿入层压头和方法
技术领域
本公开总体上涉及制造系统，并且更具体地涉及用于铺设复合层压件并且具有自穿入能力(self-threading capability)的层压头。
背景技术
复合材料由于其有利的性能诸如高比强度、高比刚度和高耐腐蚀性而被广泛用于各种应用中。复合结构的制造通常包括在铺设表面上以堆叠形式铺设多片层铺设材料以形成复合层压件。铺设材料通常是用未固化树脂预浸渍的纤维材料(例如预浸料坯)。例如，铺设材料可以是环氧树脂浸渍的碳纤维预浸料坯。
由于自动铺设机的相对高的沉积速率，自动铺设机使得能够以相对高的生产速率铺设复合层压件。条带层压头是一种类型的自动铺设机，其中当层压头在铺设表面上移动时，诸如预浸料坯条带的连续条的铺设材料从层压头分配到铺设表面上。层压头可通过连续地以彼此并排平行的关系铺设多排或多铺层的条带而形成每个复合片层。
传统的层压头可在沿第一行进方向移动时铺设条带的每个新的铺层。在铺层结束时，层压头抬离铺设表面，并在与第一行进方向相反的第二行进方向上在铺设表面上移回，并开始沿着第一方向施加条带的另一铺层。每当层压头沿着第二方向移动时，层压头的离件移动(off-part movement)不希望地增加了生产流程时间。
某些类型的层压头可以被构造成在第一铺层结束时旋转180度，然后反转方向以在第一铺层旁边或上面铺设第二铺层的铺设材料。由于需要旋转层压头、材料供应装置、支撑电缆和其它相关部件的整个重量，旋转层压头的能力增加了层压系统的复杂性。进一步增加复杂性的是需要在旋转之前暂时将层压头抬离铺设表面，然后一旦旋转完成就将层压头放下降低到铺设表面上。
与传统的层压头相关的另一个缺点是关于在铺设条带之前必须执行的条带的初始穿入。预浸料坯条带通常以卷的形式设置在材料供应滚筒上，然后将该材料供应滚筒安装在层压头上。为了防止在材料卷上的预浸料坯条带的相临卷绕之间的粘附，预浸料坯条带由背衬层支持。当从材料卷分配条带并将条带施加到铺设表面时，移除背衬层并将其卷绕到安装在层压头上的背衬层收集滚筒上。当材料卷的条带耗尽时，需要更换耗尽的材料卷并在层压头上安装新的材料卷。在每次材料卷更换之后，来自新的材料卷的条带必须穿过层压头部件并穿到背衬层收集滚筒上。
在传统的层压头中，穿入条带的过程是耗时的操作，这会导致重大的层压头停机时间。在铺设单个复合层压件的过程中，可能需要执行许多材料卷更换，这些材料卷更换中的每一个需要手动穿入条带，这增加了层压头停机时间并且增加了生产流程时间。
如可看到的，在本领域中存在对减少层压头的离件移动的层压头的需要。此外，在本领域中存在对允许使条带快速穿过层压头的层压头的需要。
发明内容
与制造复合层压件相关的上述需要通过本公开具体地解决和减轻，本公开提供了具有自穿入能力和/或双向铺设能力的层压头。在实施方式中，层压头具有自穿入能力，并且包括材料供应滚筒、背衬层收集滚筒和背衬层分离组件。材料供应滚筒被构造成支撑背衬材料的材料卷。背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。背衬层收集滚筒被构造成从收集滚筒原始位置移动到靠近材料供应滚筒的收集滚筒接合位置，接合材料卷上的背衬层的背衬层前边缘，并且移动回到收集滚筒原始位置，同时在材料供应滚筒和背衬层收集滚筒之间分配至少背衬层的可穿入部分(a threadable portion)。背衬层分离组件具有背衬层分离装置和至少一个背衬层分离机构。背衬层分离装置被构造成从分离装置原始位置平移到分离装置接合位置，并且接合可穿入部分，用于将可穿入部分移动成靠近背衬层分离机构，用于在将铺设材料施加到基底上之前将背衬层从铺设材料分离。
在另一实施例中，具有自穿入能力的层压头包括被构造成支撑背衬材料的材料卷的材料供应滚筒。如上所述，背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。此外，层压头包括背衬层收集滚筒，该背衬层收集滚筒被构造成从收集滚筒原始位置移动到靠近材料供应滚筒的收集滚筒接合位置，接合材料卷上的背衬层的背衬层前边缘，并且移动回到收集滚筒原始位置，同时在材料供应滚筒和背衬层收集滚筒之间分配至少背衬层的可穿入部分。层压头还包括具有背衬层分离装置和至少一个背衬层分离机构的背衬层分离组件。背衬层分离装置被构造成从分离装置原始位置平移到分离装置接合位置，并且接合可穿入部分，用于将可穿入部分移动成靠近背衬层分离机构，用于在将铺设材料施加到基底上之前将背衬层从铺设材料分离。背衬层分离机构具有背衬层分离器，该背衬层分离器被构造成将背衬层从铺设材料分离并将铺设材料朝向基底引导。
还公开了一种将铺设材料穿过层压头的方法。该方法包括在材料供应滚筒上支撑背衬材料的材料卷。背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。该方法还包括将背衬层收集滚筒从收集滚筒原始位置平移到靠近材料供应滚筒的收集滚筒接合位置，将背衬层收集滚筒接合到材料卷上的背衬层的背衬层前边缘，以及将背衬层收集滚筒平移回到收集滚筒原始位置，同时在材料供应滚筒和背衬层收集滚筒之间分配至少背衬层的可穿入部分。该方法还包括将背衬层方向控制装置从分离装置原始位置平移到分离装置接合位置。该方法还包括响应于背衬层方向控制装置的平移，将可穿入部分移动成靠近至少一个背衬层分离机构，该背衬层分离机构被构造成在将铺设材料施加到基底上之前将背衬层从铺设材料分离。
此外，公开了一种具有双向铺设能力的层压头。层压头包括被构造成支撑背衬材料的材料卷的材料供应滚筒。背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。层压头包括背衬层分离组件，该背衬层分离组件被构造成从材料供应滚筒接收背衬材料。该层压头具有背衬层方向控制装置、第一背衬层分离机构和第二背衬层分离机构。背衬层方向控制装置可至少在第一模式分离位置和第二模式分离位置之间移动。处于第一模式分离位置的背衬层方向控制装置与第一背衬层分离机构对准，用于在层压头沿第一行进方向移动时，将背衬层从铺设材料分离，同时将铺设材料施加到基底。处于第二模式分离位置的背衬层方向控制装置与第二背衬层分离机构对准，用于当层压头沿着与第一行进方向相反的第二行进方向移动时，将背衬层从铺设材料分离，同时将铺设材料施加到基底。
在另一实施例中，具有自穿入能力的层压头包括被构造成支撑背衬材料的材料卷的材料供应滚筒。背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。层压头包括背衬层分离组件，该背衬层分离组件被构造成从材料供应滚筒接收背衬材料，并具有背衬层方向控制装置、第一背衬层分离机构和第二背衬层分离机构。背衬层方向控制装置可至少在第一模式分离位置和第二模式分离位置之间移动。处于第一模式分离位置的背衬层方向控制装置与第一背衬层分离机构对准。第一背衬层分离机构具有第一背衬层分离器，该第一背衬层分离器被构造成在层压头沿第一行进方向移动时将背衬层从铺设材料分离并将铺设材料朝向基底引导。处于第二模式分离位置的背衬层方向控制装置与第二背衬层分离机构对准。第一背衬层分离机构具有第二背衬层分离器，该第二背衬层分离器被构造成在层压头沿第二行进方向移动时将背衬层从铺设材料分离并将铺设材料朝向基底引导。
还公开了一种将铺设材料双向施加到基底上的方法。该方法包括将背衬材料从材料卷供给到层压头的背衬层分离组件。该材料卷被支撑在材料供应滚筒上。背衬材料包括由背衬层支持的铺设材料。背衬层分离组件具有可在第一模式分离位置和第二模式分离位置之间移动的背衬层方向控制装置。该方法还包括当沿着第一行进方向移动层压头时，在背衬层方向控制装置处于第一模式分离位置的情况下，使用第一背衬层分离机构将铺设材料从背衬层分离，同时将铺设材料施加到基底。该方法还包括将背衬层方向控制装置从第一模式分离位置移动到第二模式分离位置，在背衬层方向控制装置处于第二模式分离位置的情况下，当沿着与第一行进方向相反的第二行进方向移动层压头时，使用第二背衬层分离机构将铺设材料从背衬层分离，同时将铺设材料施加到基底。
已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可以在其他实施方式中组合，其进一步的细节可以参考下面的描述和附图看到。
附图说明
参考附图，本公开的这些和其它特征将变得更加明显，其中相同的附图标记始终指代相同的部件，并且其中：
图1是示出了将铺设材料施加到基底的层压头的实施例的制造系统的立体图；
图2是示出了支撑层压头的台架的制造系统的实施例的俯视图；
图3是图2的制造系统的侧视图；
图4是图2的制造系统的端视图；
图5是由台架支撑的层压头的正视图；
图6是具有材料供应滚筒的层压头的正视图，该材料供应滚筒支撑包括由背衬层支持的铺设材料的背衬材料的材料卷，并且还示出了示出为位于收集滚筒原始位置的背衬层收集滚筒、示出为在压板原始位置的切割器压板、示出为在分离装置原始位置的背衬层分离装置、第一背衬层分离组件和第二背衬层分离组件；
图7是层压头的视图，示出了在从收集滚筒原始位置移动到邻近材料供应滚筒的收集滚筒接合位置之后的背衬层收集滚筒；
图8是图7的由附图标记8标识的环绕区域的放大图，并且示出了具有背衬层拾取元件的背衬层收集滚筒，该背衬层拾取元件被构造为磁体，用于磁性附接到磁性元件，该磁性元件安装到材料卷上的背衬层的背衬层前边缘；
图9是图8的由附图标记9标识的环绕区域的放大图，并且示出了构成卷绕在材料卷上的背衬材料的铺设材料和背衬层；
图10是背衬层拾取元件的实施例，该背衬层拾取元件被构造为流体联接到真空源的真空喷嘴，用于真空接合到背衬层前边缘的外表面；
图11是被构造为钩元件的背衬层拾取元件的实施例，该钩元件被构造成接合安装在背衬层前边缘上的相应环元件；
图12是层压头的视图，示出了移动到收集滚筒原始位置的背衬层收集滚筒，同时将背衬层的可穿入部分分配在材料供应滚筒和背衬层收集滚筒之间；
图13是层压头的视图，示出了被构造为背衬层方向控制装置的背衬层分离装置，该背衬层方向控制装置被构造为枢转装置，该枢转装置示出为从分离装置原始位置移动到分离装置接合位置，并且还示出了从压板原始位置移动到压板接合位置的切割器压板；
图14是沿图13的线14-14截取的层压头的截面图，并示出了移动到层压头内的缩回位置的背衬层方向控制装置；
图15是层压头的视图，示出了从中立位置移动到第一模式分离位置的背衬层方向控制装置；
图16是图15的由附图标记16标识的环绕区域的放大图，并且示出了背衬层方向控制装置，该背衬层方向控制装置枢转到第一模式分离位置并与第一背衬层分离机构对准，该第一背衬层分离机构用于在层压头沿着第一行进方向移动时在将背衬层从铺设材料分离的同时将铺设材料施加到基底；
图17是层压头的视图，示出了移动到第二模式分离位置的背衬层方向控制装置；
图18是图17的由附图标记18标识的环绕区域的放大图，并且示出了处于第二模式位置并且与第二背衬层分离机构对准的背衬层方向控制装置，该第二背衬层分离机构用于在层压头沿着与第一行进方向相反的第二行进方向移动时在将背衬层从铺设材料分离的同时将铺设材料施加到基底；
图19是层压头的视图，示出了移动回到分离装置原始位置的背衬层方向控制装置，并示出了移动回到压板原始位置的切割器压板，并且还示出了在耗尽的材料卷和背衬层收集滚筒之间延伸的背衬材料；
图20是层压头的视图，示出了从收集滚筒原始位置移动到收集滚筒接合位置的背衬层收集滚筒，用于将背衬层卷绕到安装在材料供应滚筒上的耗尽的材料卷上；
图21是层压头的视图，示出了移动回到收集滚筒原始位置的背衬层收集滚筒，并且还示出了卷绕在材料供应滚筒上的背衬层；
图22是沿图21的线22-22截取的切割器压板的视图，并示出了沿与背衬材料的材料供给速率互补的刀片角度路径横跨背衬材料而移动的切割器刀片的实施例；
图23是切割器压板的视图，示出了切割器刀片沿着板路径角度的进一步前进以沿着预定切割线切割铺设材料；
图24是切割器的视图，其示出了在沿着垂直于背衬材料的纵长方向定向的预定切割线切割铺设材料期间切割器板的更进一步前进；
图25是在沿着预定切割线切割背衬材料之后的切割器压板的视图；
图26是层压头的端部实施例的视图，其中背衬层方向控制装置被构造为可在中立位置、第一模式分离位置和第二模式分离位置之间移动的平移装置；
图27是层压头的实施例的立体图，该层压头具有安装在安装框架的第一侧上的第一层压组件和安装在安装框架的第二侧上的第二层压组件，该第二层压组件可绕竖直轴线枢转，以允许第一层压组件沿第一行进方向将铺设材料施加到基底，并允许第二层压组件沿第二行进方向将铺设材料施加到基底；
图28是包括在使铺设材料穿过层压头的方法中的操作的流程图；
图29是包括在将铺设材料双向施加到基底上的方法中的操作的流程图。
具体实施方式
现在参考示出本公开的优选和各种实施方式的附图，图1中示出的是制造系统100的立体图，示出了将铺设材料166的铺层178施加到基底118上的层压头140的实施例，该基底118被构造为诸如心轴的铺设工具114的铺设表面116。层压头140包括材料供应滚筒160，该材料供应滚筒160可安装到安装框架142，该安装框架142可构造为板或为骨架或桁架结构。材料供应滚筒160被构造成支撑背衬材料164的材料卷162。背衬材料164包括由一条背衬层168支持的连续条的铺设材料166(例如，预浸料坯条带)。层压头140还包括背衬层分离组件220，该背衬层分离组件220被构造成将背衬层168从铺设材料166分离，并将铺设材料166朝向基底118引导。另外，层压头140包括层压头部件，例如切割器组件340，该切割器组件340被构造成当层压头140接近铺设材料166的铺层178的每个指定的开始位置和结束位置时切割铺设材料166。层压头140另外包括背衬层收集滚筒180，该背衬层收集滚筒180被构造成在背衬层168从铺设材料166分离之后将背衬层168卷取到背衬层收集滚筒180上。
在实施方式中，层压头140被构造成具有自穿入能力，其中，背衬层168自动地(例如，无需人工干预)从材料卷162穿入并穿过层压头部件并穿到背衬层收集滚筒180上，如下面更详细地描述的。有利的是，层压头140的自穿入能力减少了在更换材料卷162期间的层压头停机时间。层压头停机时间的减少减少了生产流程时间，并允许复合层压件179生产速率相应增加。此外，由于在每次更换材料卷162时不需要人员手动地将背衬层168穿过层压头140，层压头140的自穿入能力降低了生产成本。
另外地或替代地，层压头140被构造成具有双向铺设能力，其中，层压头140被构造成在第一行进方向370(图16)上将铺设材料166施加到基底118，并且还在与第一行进方向370相反的第二行进方向372(图18)上将铺设材料166施加到基底118，如以下更详细地描述的。有利的是，层压头140的双向能力减少了层压头140的离件移动，如果层压头140被限制为在单个行进方向上施加铺设材料166或者如果在相反方向上施加铺设材料166之前层压头140需要既被提升又旋转180度，则将需要离件移动。例如，限制为在单个行进方向上铺设的层压头140需要层压头140在铺设材料166的每个铺层178的结束时抬离铺设表面116，在与第一行进方向370相反的第二行进方向372上在铺设表面116上向后移动，并且在沿着第一行进方向370移动的同时开始平行于先前铺层178来施加铺设材料166的另一铺层178。如可以理解的，层压头140的双向铺设能力不需要沿着第二行进方向372的离件移动，这显著地减少了生产流程时间。在一些实施例中，被构造成具有自穿入能力的层压头140可以或可以不被构造成具有双向铺设能力，如下所述。在其它实施例中，被构造成具有双向铺设能力的层压头140可以或可以不被构造成具有自穿入能力，如下所述。
参照图2至图5，示出了支撑在台架104上的层压头140的实施例，该台架104用于在被构造为心轴的铺设表面116上移动层压头140。台架104可以包括支撑在诸如工厂地面的表面上的一个或多个细长的基部构件102。台架104可以包括大致水平定向的台架横梁106，该台架横梁106具有分别联接到一对大致竖直定向的梁支撑件110的相对端。每一个梁支撑件110可以经由沿着基部构件102的纵长方向延伸的台架轨道108而支撑在基部构件102中的一个上。梁支撑件110可以经由一个或多个线性致动机构(未示出)可沿着台架轨道108移动，用于沿着平行于台架轨道108的心轴的纵长方向移动层压头140。此外，层压头140可以经由线性致动机构(未示出)可沿着结合到台架横梁106中的水平轨道(未示出)移动，用于沿着垂直于台架轨道108的横向方向移动层压头140。此外，台架横梁106可以是可竖直移动的，用于沿着平行于层压头140的竖直轴线148(图4至图5)的竖直方向移动层压头140。例如，台架横梁106的相对端可以经由线性致动机构(未示出)可沿着竖直轨道(未示出)移动，该线性致动机构可以结合到梁支撑件110中。尽管附图示出了层压头140的竖直轴线148，但是由于层压头140的双向铺设能力，有利地避免了在复合层压件的铺设期间绕竖直轴线148旋转层压头140的需要。然而，层压头140可绕竖直轴线148旋转，以便于执行某些非层压活动，例如提供改进的通道，用于对层压头140的头部件执行维护，或者在更换层压头140上的一个或多个材料卷162时。具有自穿入能力但缺少如下所述的双向铺设能力的层压头140也可以绕竖直轴线148旋转，以提供在相反的两个方向上分配铺设材料166的能力。
尽管示出为由台架104支撑，但是层压头140可以由多种布置中的任何一种支撑，包括但不限于机器人装置、悬臂支撑系统、轨道安装系统或其它布置。另外，层压头140不限于将铺设材料166施加到静止铺设表面116，并且可以包括将铺设材料166施加到可移动成形工具，例如可平移和/或可旋转心轴。在另一个实施方式中，层压头140可以是固定的或不可移动的，并且当层压头140将铺设材料166施加到基底118时，铺设表面116或基底118可以相对于层压头140移动。在本公开中，基底118可以是铺设工具114的铺设表面116，或者基底118可以是铺设材料166的最近施加的层。
在本公开中，层压头140沿着上述纵长方向、横向方向和竖直方向的移动可由执行可计算的可读程序指令(例如，数控程序)的控制器130(图4)控制。另外，使得层压头140能够自穿入的层压头部件的下述移动也可以由控制器130控制，使得能够将铺设材料166双向施加到基底118上的层压头部件的移动也可以由控制器130控制。例如，材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180(图5)可各自被由控制器130控制的马达(未示出)主动地可旋转地驱动。或者，一旦铺设材料166被粘住，在分配到铺设表面166上或到先前施加的铺设材料166上期间，由于铺设材料166的移动，材料供应滚筒160(以及可选的背衬层收集滚筒180)可以被被动地可旋转地驱动。在使层压头140穿入期间，背衬层收集滚筒180的下述移动(例如平移)可由线性致动机构(未示出)例如联接到伺服马达的驱动螺杆来促进，该伺服马达可由控制器130控制。控制器130还可以与对背衬层分离组件220(图5)的控制相协调地控制铺设材料166的切割，用于在铺设材料166被施加到基底118并且背衬层168被卷绕到背衬层收集滚筒180上时将铺设材料166从背衬层168分离。
参照图6，示出了在将背衬层168(图5)从材料供应滚筒160穿入到背衬层收集滚筒180之前的层压头140的实施例。如上所述，层压头140包括背衬层分离组件220(图5)，该背衬层分离组件220包括背衬层分离装置222和至少一个背衬层分离机构250、270。在图中所示的实施例中，背衬层分离装置222被构造为背衬层方向控制装置224，该背衬层方向控制装置224可在第一模式分离位置304(图16)和第二模式分离位置306(图18)之间移动，这使得能够沿着第一行进方向370(图16)和沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372(图18)双向施加铺设材料166，如上所述。然而，具有自穿入能力的层压头140可以被构造为不具有双向铺设能力，在这种情况下，背衬层分离装置222将层压头140限制为在沿着单个行进方向(例如，第一行进方向370)移动时在分配铺设材料166的同时将铺设材料166施加到基底118，并且在沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动时不能分配铺设材料166。
在图6中，作为使背衬层168(图5)穿过层压头140的过程的一部分，背衬层分离装置222可从分离装置原始位置226(图12)移动到分离装置接合位置228(图13)。层压头140的切割器组件340(图5)包括切割器压板342和切割器模块348。切割器模块348在控制器130的控制下可从压板原始位置344移动到压板接合位置346(图13)，从而使背衬层168被捕获在切割器压板342和切割器模块348之间。切割器压板342从压板原始位置344到压板接合位置346的移动可以是使背衬层168穿入的过程的一部分。在压板接合位置346，切割器压板342转位到切割器模块348。当从层压头140分配铺设材料166时，切割器压板342可以保持在压板接合位置346。当材料卷162耗尽铺设材料166时，可以命令切割器压板342返回到压板原始位置344，以允许材料卷162如下所述地被替换。当切割器压板342处于压板接合位置346时，切割器模块和切割器压板342协作以根据控制器130的命令切割铺设材料166。当背衬层168穿过切割器组件340时，切割器模块348和切割器压板342可以切割铺设材料166，如以下更详细地描述的。切割器模块348和切割器压板342协作以切割铺设材料166而不完全切透背衬层168，以便在从层压头140分配铺设材料166期间允许沿着背衬层168的长度保持张力。
如上所述，材料供应滚筒160被构造成支撑背衬材料164的材料卷162，该背衬材料164包括由背衬层168支持的连续条的铺设材料166。铺设材料166可以是纤维增强聚合物基体材料，例如预浸渍树脂条带。条带中的纤维可以是单向的，或者纤维可以被布置为编织织物。可以以多种厚度和宽度中的任何一种来提供铺设材料166。例如，可以将铺设材料166提供为0.007英寸或更厚的厚度和9至12英寸的宽度的预浸料坯条带，尽管可以将铺设材料166提供为大于0.007英寸的厚度和/或小于9英寸或大于12英寸的宽度。聚合物基体材料可以是热固性树脂或热塑性树脂。纤维可以是碳纤维，或者纤维可以由诸如玻璃、硼、芳族聚酰胺、陶瓷或其它非金属材料或金属材料的替代材料形成。在一些实施例中，材料供应滚筒160可被构造成支撑非复合材料的材料卷162。例如，材料卷162可包括诸如金属箔或金属网的铺设材料166(例如，由背衬层168支持)，并且该铺设材料166可在复合层压件179的复合层片的铺设之前、期间和/或之后由层压头140施加(图1)。
参照图6至图7，层压头140包括上述背衬层收集滚筒180，该背衬层收集滚筒180被构造成在将铺设材料166施加到基底118时在背衬层168从铺设材料166分离期间卷取背衬层168。为了开始层压头140的自穿入，背衬层收集滚筒180被构造成从收集滚筒原始位置182(图6)移动到当安装在材料供应滚筒160上时靠近材料卷162的收集滚筒接合位置184(图7)。在所示的实施例中，背衬层收集滚筒180沿着线性路径水平平移，以开始背衬层168的穿入。作为线性移动的替代，层压头140可被构造成使得背衬层收集滚筒180沿着非线性路径或沿着弓形路径从收集滚筒原始位置182移动到收集滚筒接合位置184。在收集滚筒接合位置184，背衬层收集滚筒180被构造成接合背衬层168的背衬层前边缘170。例如，背衬层收集滚筒180可被构造成物理接触并主动接合材料供应滚筒160上的背衬层前边缘170(图8)。在接合背衬层前边缘170时，背衬层收集滚筒180被构造成在控制器的控制下从收集滚筒接合位置184平移回到收集滚筒原始位置182，同时将背衬层168的可穿入部分172(或背衬层168加上铺设材料166的前部分)分配在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间，如图12所示。
在背衬层收集滚筒180与背衬层前边缘170接合之前和/或期间，控制器130可被构造成旋转材料供应滚筒160和/或背衬层收集滚筒180，使得背衬层前边缘170与背衬层拾取元件190对准，该背衬层拾取元件190可以包括有背衬层收集滚筒180。在背衬层收集滚筒180移动回到收集滚筒原始位置182期间，控制器130可以以与背衬层收集滚筒180的旋转同步的方式旋转材料供应滚筒160，以在背衬层168的可穿入部分172内保持预定量的张力。在一些实施例中，控制器130可使材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的旋转同步，以将一定量(例如，至少一个完整的缠绕)的背衬层168卷绕到背衬层收集滚筒180上，作为用于在继续使铺设材料166穿过层压头140之前将背衬层168固定到背衬层收集滚筒180的手段。背衬层168卷绕到背衬层收集滚筒180上的量可部分地由施加到背衬层168的张力水平和/或背衬层168与背衬层收集滚筒180之间的摩擦水平决定，该摩擦水平是避免背衬层168在背衬层收集滚筒180上的旋转滑动所需的。
图8示出了可以包括有背衬层收集滚筒180的背衬层拾取元件190的实施例。如上所述，背衬层拾取元件190被构造成接合材料卷162上的背衬层前边缘170。在背衬层拾取元件190接合到背衬层前边缘170之后，背衬层收集滚筒180在控制器130的命令下从图6中的收集滚筒接合位置184移动回到收集滚筒原始位置182(图7)，从而拉动背衬层前边缘170使之远离材料供应滚筒160。
图9示出了构成卷绕在材料卷162上的背衬材料164的铺设材料166和背衬层168的实施例。材料卷162的最外缠绕通常仅为背衬层168(即仅为背衬层的部分)，而没有任何铺设材料166。例如，材料卷162可在材料卷162的开始处设有额外的几英尺(例如，高达15英尺)的仅为背衬层的部分。背衬层168可以由防止相邻的铺设材料166的缠绕彼此粘附的任何材料形成。例如，背衬层168可以是在一侧用硅树脂涂覆的纸，或者背衬层168可以是薄塑料膜，例如聚乙烯膜。
返回参考图8，示出了背衬层拾取元件190，该背衬层拾取元件190被构造为磁体192，用于磁性附接到磁性元件194，该磁性元件194可安装到材料卷162上的背衬层前边缘170。磁性元件194可以是钢网或其它类型的磁性或含铁材料。磁性元件194优选地是柔性的。在所示的实施例中，磁性元件194可在背衬层前边缘170处联接到背衬层168的径向内侧。例如，磁性元件194可使用第一层双面胶带196粘附到背衬层168的径向内侧。第二层双面胶带196可安装在磁性元件194的径向内侧上，用于将背衬层前边缘170固定到材料卷162，使得磁性元件194被夹在第一和第二层双面胶带196之间。第二层双面胶带196可以在面向磁性元件194的一侧设有相对高的粘性或粘附力，而在面向材料卷162的一侧设有相对低的粘性或粘附力。这样，当背衬层前边缘170被拉动远离材料卷162时，第二层双面胶带196与磁性元件194保持在一起。磁性元件194和双面胶带196的组合提供了一种布置，其允许背衬层拾取元件190的磁体192在开始自穿入期间磁性地接合背衬层前边缘170上的磁性元件194，并且还提供了一种机构，其用于在铺设材料166耗尽之后将背衬层168卷绕回到材料供应滚筒160(例如，图21)上之后固定背衬层168，如下所述。
图10示出了背衬层拾取元件190的实施例，该背衬层拾取元件190被构造为用于真空接合到背衬层前边缘170的径向外表面的真空喷嘴198。真空喷嘴198可流体地联接到真空源200，例如可包括有制造系统100中的真空泵。真空喷嘴198和真空泵之间的流体联接(未示出)可延伸穿过背衬层收集滚筒180的轴(未示出)。一旦背衬层收集滚筒180处于收集滚筒接合位置184(图7)并且背衬层收集滚筒180已经旋转使得真空喷嘴198与背衬层前边缘170对准，则真空源200可被启动。对于图10的布置，单层双面胶带196可将背衬层前边缘170固定到材料卷162，直到真空喷嘴198接合背衬层前边缘170的径向外表面，并且当背衬层收集滚筒180从收集滚筒接合位置184(图7)移动回到收集滚筒原始位置182(图12)时，拉动背衬层前边缘170远离材料卷162。双面胶带196可在径向内侧设有相对高的粘性，而在双面胶带196的径向外侧设有相对低的粘性。这样，当背衬层前边缘170被拉动远离材料卷162时，双面胶带196将与材料卷162保持在一起。
图11是被构造为钩元件202或环元件204(例如，VelcroTM)的背衬层拾取元件190的实施例，该钩元件202或环元件204被构造成接合安装在背衬层前边缘170的径向外侧上的相应环元件204或钩元件202。与真空喷嘴198的上述布置类似，图11中的背衬层前边缘170可借助于单片双面胶带196固定到材料卷162。双面胶带96可以以与上面关于图10所述的相同方式被构造成在径向内侧具有高粘性而在径向外侧具有低粘性。
图12示出了在从收集滚筒接合位置184(图7)移动到收集滚筒原始位置182之后的背衬层收集滚筒180，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配背衬层168的可穿入部分172。如上所述，背衬层收集滚筒180的移动可由线性致动机构(未示出)来促进，例如由马达旋转的驱动螺杆，该马达由控制器130(图4)控制。控制器130还可被构造成控制材料供应滚筒160和/或背衬层收集滚筒180的旋转，以在背衬层收集滚筒180从收集滚筒接合位置184移动到收集滚筒原始位置182期间在可穿入部分172中维持预定水平的张力。
在图12中，背衬层168的可穿入部分172在背衬层方向控制装置224(即背衬层分离装置222)和至少一个背衬层分离机构之间延伸，在图中，该至少一个背衬层分离机构被示出为第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270。例如，背衬层方向控制装置224被示出为位于可穿入部分172上方，并且第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270被示出为位于可穿入部分172下方。类似地，可穿入部分172在切割器压板342与切割器模块348之间延伸。例如，切割器压板342被示出为位于可穿入部分172的上方，而切割器模块348被示出为位于可穿入部分172下方。
图13示出了从压板原始位置344平移到压板接合位置346的切割器压板342。切割器压板342的竖直向下移动可以通过可由控制器130控制的线性致动机构(未示出)来实现。还示出了背衬层方向控制装置224从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228。背衬层方向控制装置224的竖直向下移动也可以通过可由控制器130控制的线性致动机构(未示出)来实现。在竖直向下移动期间，切割器压板342和背衬层方向控制装置224接合或接触背衬层168的可穿入部分172，并分别朝向切割器模块348和第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270向下驱动背衬层168。当向下拉动背衬层168的可穿入部分172时，控制器130可控制材料供应滚筒160和/或背衬层收集滚筒180的旋转，以在可穿入部分172中保持预定水平的张力。切割器压板342转位到切割器模块348，并且背衬层168被捕获在切割器压板342和切割器模块348之间。可以通过销型布置(未示出)或通过用于将切割器压板342精确地对准到切割器模块348的光学激光引导来促进将切割器压板342转位到切割器模块348，以允许精确地控制切割器模块348的切割器刀片350(在图22至图25中示意性地示出)的切割深度，以仅切割铺设材料166并保持背衬层168完整。
在图13中，背衬层方向控制装置224被示出为处于分离装置接合位置228，该分离装置接合位置228靠近第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270。在分离装置接合位置228，背衬层方向控制装置224可处于中立位置300，在该中立位置300，背衬层方向控制装置224将背衬层168放置成与第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270中的任意一个成非对准关系。在这点上，当背衬层方向控制装置224处于中立位置300时，背衬层168定位成使得第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270都不能将铺设材料166从背衬层168分离。中立位置300可有利地提供间隙和通向第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270的通道，例如用于维护。
在图13中，背衬层方向控制装置224可从中立位置300移动到第一模式分离位置304(图15)或者第二模式分离位置306(图17)两者之一。在第一模式分离位置304，背衬层方向控制装置224将背衬层168放置成与第一背衬层分离机构250对准，从而当背衬材料164被供给穿过层压头140时，使第一背衬层分离机构250接合铺设材料166的铺设材料前边缘174(例如，图25)。铺设材料前边缘174可以位于在材料卷162的开始处的上述仅为背衬层的部分的尾端(未示出)处。铺设材料前边缘174还可以是当背衬材料164被供给穿过层压头140时切割器组件340(即，切割器压板342和切割器模块348)切割铺设材料166的结果，如下面关于图22至图25所述。如上所述，当从层压头140分配铺设材料166时，切割器压板342保持在压板接合位置346。切割器模块和切割器压板342协作以根据控制器130的命令切割铺设材料166。当背衬层方向控制装置224处于第二模式分离位置306(图17)时，背衬层方向控制装置224将背衬层168放置成与第二背衬层分离机构270对准，从而在背衬材料164被供给穿过层压头140时使第二背衬层分离机构270结合铺设材料前边缘174。
在图中，层压头140被示出具有第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270，并且背衬层分离装置222被构造为可在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动的背衬层方向控制装置224，并且其允许将铺设材料166双向施加到基底118上，如下面更详细地描述的。然而，对于具有自穿入能力但缺少双向铺设能力的层压头140的上述实施方式，层压头140可包括单个背衬层分离机构，例如仅有第一背衬层分离机构250，而不具有第二背衬层分离机构270，并且层压头140可包括背衬层分离装置222，该背衬层分离装置222被限制到第一模式分离位置304，并缺少第二模式分离位置306。在这种实施例中，在铺设材料166的穿入期间，背衬层分离装置222从分离装置原始位置226(图12)移动到分离装置接合位置228(图13)，该分离装置接合位置228可以是如上所述的中立位置300。或者，在铺设材料166的穿入期间，背衬层分离装置222可从分离装置原始位置226移动到分离装置接合位置228，该分离装置接合位置228将背衬层168放置成与单个背衬层分离机构(例如，第一背衬层分离机构250)对准，用于在背衬材料164被供给穿过层压头140时接合铺设材料前边缘174，从而使铺设材料166被施加到基底118。
在具有双向铺设能力但缺少自穿入能力的层压头140的上述实施方式中，背衬层收集滚筒180可以可旋转地固定在收集滚筒原始位置182(图13)处的适当位置，并且层压头140可以缺少自穿入能力另外所需的收集滚筒接合位置184(图7)。类似地，切割器压板342可固定在压板接合位置346(图13)处的适当位置，并且层压头140可缺少自穿入能力另外所需的压板原始位置344(图12)。另外，背衬层分离装置222包括定位在分离装置接合位置228(图13)处的背衬层方向控制装置224(图13)，并且层压头140可缺少自穿入能力另外所需的分离装置原始位置226(图7)。
图14是在背衬层方向控制装置224的位置处沿图13的线14截取的层压头140的一部分的截面图。图14示出了层压头140的实施例，其中背衬层方向控制装置224可从中立位置300移动到缩回位置302，在该中立位置300背衬层方向控制装置224，在该缩回位置302背衬层方向控制装置224处于层压头140内。在使背衬层168穿过层压头140的上述过程之前，背衬层方向控制装置224可移动到缩回位置302。有利地，将背衬层方向控制装置224移动到层压头140内的缩回位置302可提供额外的间隙，以及通向第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270的通道，例如为了维护目的。
图15示出了从中立位置300(图13)移动到第一模式分离位置304的背衬层方向控制装置224。在所示的实施例中，背衬层方向控制装置224被构造为具有近端312和远端314的枢转装置310。枢转装置310可绕近端312枢转，以使远端314在中立位置300(图13)、第一模式分离位置304(图15至图16)和第二模式分离位置306(图17至图18)之间移动。当移动到第一模式分离位置304时，枢转装置310的远端314将背衬材料164定位成与第一背衬层分离机构250对准。同样，如图17至图18所示和如下所述，当移动到第二模式分离位置306时，枢转装置310的远端314将背衬材料164定位成与第二背衬层分离机构270对准。
参照图16，示出了层压头140的下部分的放大图，示出了被构造为辊机构的枢转装置310，该辊机构具有彼此间隔开并被连续辊带319围绕的近侧带辊316和远侧带辊318。辊带319被构造成当背衬层168沿着辊带319移动时围绕近侧和远侧辊316、318循环。或者，枢转装置310可形成为整体结构，其中远端314具有可供背衬层168在其上滑动的静止表面。尽管图16示出背衬层方向控制装置224为枢转装置310，但背衬层方向控制装置224可以以替代的构造提供，例如下文所述和图26所示的平移装置320。
图16示出了处于第一模式分离位置304并与第一背衬层分离机构250对准的背衬层方向控制装置224，该第一背衬层分离机构250用于在层压头140沿第一行进方向370移动时将背衬层168从铺设材料166分离用于将铺设材料166施加到基底118。第一背衬层分离机构250具有第一背衬层分离器252和第一引导构件256。同样，图18示出了具有第二背衬层分离器272和第二引导构件276的第二背衬层分离机构270。第一背衬层分离器252和第二背衬层分离器272分别具有第一分离器边缘254和第二分离器边缘274，该第一分离器边缘254和第二分离器边缘274被构造成将背衬层168从铺设材料166分离并将铺设材料166朝向基底118引导。第一分离器边缘254和第二分离器边缘274可以定位成紧密靠近背衬材料164，这取决于背衬层方向控制装置224是否处于第一模式分离位置304(图16)还是第二模式分离位置306(图18)，用于在背衬材料164移动穿过层压头140时分别使第一分离器边缘254或第二分离器边缘274接合铺设材料前边缘174(图25)。第一引导构件256具有第一引导表面258，而第二引导构件276具有第二引导表面278。每个引导表面258、278可以定向为不垂直于铺设材料166，以在铺设材料166从背衬层168分离之后支撑铺设材料166，并将铺设材料166引导到基底118上。在图18中，最靠近背衬层方向控制装置224的远端314的第二分离器边缘274的部分优选地定向为近似平行于当背衬层168围绕远端314移动时在铺设材料166与背衬层168分离的位置处的远端314的切线。
参照图16和图18，在一些实施例中，第一背衬层分离机构250的第一引导构件256和/或第二背衬层分离机构270的第二引导构件276可以是可枢转地调节的，用于分别调节第一引导表面258(图16)和第二引导表面278(图18)的各自的第一螺旋角260(图16)或第二螺旋角280(图18)。第一引导表面和第二引导表面278的各自的第一螺旋角260和第二螺旋角280相对于分别直接在第一引导构件256和第二引导构件276上游的铺设材料166的部分来测量。第一引导表面258和第二引导表面278的各自的第一螺旋角260和第二螺旋角280对于具有相对高的轴向刚度的铺设材料166可以比对于具有相对低的轴向刚度的铺设材料166的第一螺旋角260和第二螺旋角280更大。铺设材料166的轴向刚度可以主要是铺设材料内的纤维定向的函数。例如，具有单向增强纤维(未示出)的铺设材料166的轴向刚度可高于具有编织增强纤维(未示出)的铺设材料166的轴向刚度。铺设材料162和背衬层168之间的粘附力或粘性水平也可对分别为第一引导表面和第二引导表面278选择的第一螺旋角260和第二螺旋角280具有显著影响。例如，在图16中，铺设材料162和背衬层168之间的相对高水平的粘附力可导致在背衬层方向控制装置224的远端314的外周上在更下游的位置处铺设材料162从背衬层168分离，这可为第一引导表面258决定比铺设材料162和背衬层168之间的相对低水平的粘附力所需的螺旋角更大的第一螺旋角260。
在本公开中，背衬层分离装置222(例如背衬层方向控制装置224)的最靠近背衬层168的部分可具有相对小的半径。与背衬层168的轴向刚度相比，铺设材料166可具有更高的轴向刚度，使得当背衬材料164围绕背衬层分离装置222的相对小的半径移动时，超过铺设材料166和背衬层168之间的结合强度，从而导致铺设材料前边缘174从背衬层168剥离并导致铺设材料166从背衬层168分离。第一分离器边缘254或第二分离器边缘274可以接合铺设材料前边缘174而不接触背衬层168。第一分离器边缘254或第二分离器边缘274与铺设材料前边缘174的接合可以有助于将铺设材料166从背衬层168剥离，并且将铺设材料166分别朝向第一引导表面258或第二引导表面278引导，这取决于背衬层方向控制装置224是否处于第一模式分离位置304还是第二模式分离位置306。
切割器模块348的切割器刀片350(图21至图25)可以被构造成优选地切割铺设材料166而不切割背衬层168。切割器模块348可由控制器130手动预调节和/或控制，以切割背衬层168。控制器130以与将要施加到基底118的铺设材料166的新的铺层178(图1)的接近开始相协调地命令切割器模块348切割铺设材料166。另外，控制器130以与当前施加到基底118的铺设材料166的铺层178的接近结束相协调地命令切割器模块切割铺设材料166。如上所述，通过切割器模块348切割铺设材料166产生铺设材料前边缘174(图25)和邻接或面对铺设材料前边缘174的铺设材料后边缘176(图25)。
仍然参考图16，当层压头140沿着第一行进方向370移动并且接近待施加到基底118的铺设材料166的新的铺层178(图1)的开始的预定位置时，第一背衬层分离器252的第一分离器边缘254接合铺设材料前边缘174并且朝向第一引导构件256的第一引导表面258转移铺设材料166，该第一引导构件256将铺设材料166引导到基底118上。当层压头140在沿着第一行进方向370移动的同时接近铺设材料166的铺层178的结束的预定位置时，切割器模块348在铺设材料166中进行另一切割(图25)。在切割到达第一背衬层分离器252之前，背衬层方向控制装置224和/或第一背衬层分离器252可以可选地稍微远离背衬材料164移动，这允许切割的铺设材料后边缘176继续在第一引导构件256上，并且还防止第一分离器边缘254接合铺设材料前边缘174，从而防止位于铺设材料前边缘174上游的铺设材料166跟随第一引导表面258上的铺设材料后边缘176并到基底118上。相反，位于铺设材料前边缘174上游的短段(未示出)的铺设材料166保持粘附到背衬层168，并与背衬层168一起朝向背衬层收集滚筒180移动。预期在层压头140反转方向以沿着第二行进方向372移动之后将铺设材料166的新的铺层178施加到基底118，切割器模块348在铺设材料166中进行另一切割(图25)，并且背衬层方向控制装置224从如图16所示的第一模式分离位置304移动到如图17至图18所示的第二模式分离位置306。在新的铺层的预期中进行的切割限定了最终与背衬层168一起卷绕到背衬层收集滚筒180上的上述短段的铺设材料166的铺设材料后边缘176。在新的铺层的预期中进行的切割还限定了新的铺层的铺设材料前边缘176。
每当层压头140沿着第一行进方向370到达铺层178的结束并且反转方向以沿着第二行进方向372开始新的铺层178时，短段的铺设材料166最终卷绕到背衬层收集滚筒180上。更具体地，由于背衬层方向控制装置224的远端314向上游沿着背衬材料164从第一模式分离位置304(例如，其可限定切割的大致位置，该切割限定最新铺层的结束)移动到第二模式分离位置306(例如，其可限定切割的大致位置，该切割限定最新铺层的开始)，同时背衬材料164或停止或继续在正常的下游方向上朝向背衬层收集滚筒180移动穿过层压头140，因此产生了每个短段的铺设材料166。在这点上，每个短段的长度可以近似等于处于第一模式分离位置304的背衬层方向控制装置224的远端314和处于第二模式分离位置306的远端314之间的距离。然而，如果背衬材料164可以暂时反转方向以在铺设材料166中的切割到达远端314的第一模式分离位置304时在上游方向上朝向材料供应滚筒160移动，则由切割限定的铺设材料前边缘170可以向上游移动到远端314的第二模式分离位置306的位置。当背衬材料再次反转以在正常的下游方向上移动时，在上游方向上暂时移动背衬材料164以将铺设材料前边缘170移动到第二模式分离位置306允许第二分离器边缘274接合铺设材料前边缘170，并且从而将铺设材料166引导到第二引导构件276上以开始新的铺层178，并且避免产生上述短段的铺设材料。
参照图17至图18，示出了处于第二模式分离位置306的背衬层方向控制装置224。在所示的实施例中，第二引导构件276和第二背衬层分离器272形成为整体结构。然而，第二引导构件276和第二背衬层分离器272可以是类似于第一引导构件256和第一背衬层分离器252的单独布置的单独部件。如图18所示，第二背衬层分离器272位于邻近背衬层168，而第二引导构件276位于在第二背衬层分离器272的下游。第二引导构件276的第二引导表面278可以是弯曲的，用于在层压头140沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动时将铺设材料166重新引导到适当定向用于施加到基底118(图15至图16)。如上所述，第二引导构件276和第二背衬层分离器272的整体结构可以是可枢转地调节的，用于基于铺设材料166的轴向刚度和铺设材料166与背衬层168之间的粘附力水平调节第二引导表面278的第二螺旋角280。
在图18中，示出了层压头140的下部分的放大图，示出了与第二背衬层分离机构270对准的背衬层方向控制装置224，用于在层压头140沿着第二行进方向372移动时将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118。如上所述，当背衬材料164围绕背衬层方向控制装置224的相对小的半径移动时，随着铺设材料前边缘174从背衬层168剥离，第二背衬层分离器272的第二分离器边缘274接合铺设材料前边缘174。第二背衬层分离器272将铺设材料166朝向第二引导构件276的第二引导表面278引导，该第二引导构件将铺设材料166引导到基底118上，同时层压头140沿着第二行进方向372移动。
如上关于图16所述，当层压头140在沿着第二行进方向372移动的同时接近铺设材料166的铺层178的结束的预定位置时，切割器模块348切割铺设材料166以形成用于当前施加的铺设材料166的铺层178的铺设材料后边缘176(图25)。在切割到达第二背衬层分离器272之前，背衬层方向控制装置224和/或第二背衬层分离器272(和第二引导构件276)可以稍微远离背衬材料164移动，以允许铺设材料后边缘176继续在第二引导构件276上，并且从而防止第二背衬层分离器272的第二分离器边缘274接合铺设材料前边缘174。
如图15至图19所示，层压头140可包括位于第一引导构件256下游的第一压紧装置262。当层压头140沿着第一行进方向370移动时，第一压紧装置262可以将压紧压力施加到铺设材料166上使之抵靠基底118。层压头140还可包括位于第二引导构件276下游(相对于铺设材料166的供给方向)的第二压紧装置282。当层压头140沿着第二行进方向372移动时，第二压紧装置282可将压紧压力施加到铺设材料166上。第一压紧装置262和/或第二压紧装置282可以以多种构造中的任何一种设置，包括但不限于压紧辊、压紧靴、压紧囊或用于将铺设材料166压紧到基底118上的其它构造。
层压头140还可包括一个或多个重新引导辊210，以在将铺设材料166施加到基底118期间在背衬材料164中保持张力。一个或多个重新引导辊210可在背衬材料164中保持张力，同时适应背衬层方向控制装置224在第一模式分离位置304、中立位置300和第二模式分离位置306之间的移动。层压头140可以包括附加的部件，例如一个或多个加热器(未示出)，例如红外加热器、激光加热器或热空气加热器，用于刚好在将铺设材料166施加到基底118上之前局部加热铺设材料166和/或局部加热基底118。对铺设材料166和/或基底118的局部加热可以增加铺设材料166的粘性，从而改善铺设材料166对基底118的粘附。
参照图19，示出的是背衬层分离装置222，其被构造成在材料供应滚筒160上的材料卷162例如耗尽铺设材料166(图12)之后，在控制器130的控制下从分离装置接合位置228(图18)移动(例如平移)到分离装置原始位置226(图19)。然而，可以出于许多原因更换材料卷162，包括更换用于不同材料构造的材料卷162的材料卷162，或者在超过其分配的运行时间时更换材料卷162，或者如果材料卷162上的铺设材料166的剩余长度不足以使层压头140能够将铺设材料166施加到基底118上。切割器压板342被构造成在控制器130的控制下，或者与背衬层分离装置222的移动同时地和/或在背衬层分离装置222移动到分离装置原始位置226之前或之后，从压板接合位置346(图18)移动(例如，平移)到压板原始位置344(图19)。还示出了在材料卷162(耗尽的)和可以主要包含背衬层168的背衬层收集滚筒180之间延伸的背衬层168或背衬材料164(即，由背衬层168支持的铺设材料166)的纵长部分。控制器130可以以这样的方式旋转背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160，即，当背衬层分离装置222和切割器压板342分别移动回到分离装置原始位置226和压板原始位置344时，在背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160之间延伸的背衬材料164的长度内保持张力。
如图20所示，背衬层收集滚筒180被构造成从收集滚筒原始位置182移动(例如平移)到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，以使得能够将背衬层168(主要地)从背衬层收集滚筒180转移或重绕到材料供应滚筒160。在背衬层收集滚筒180移动到收集滚筒接合位置184期间，控制器130可以以避免在背衬层168或背衬材料164的纵长部分中形成松弛的方式来控制材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的旋转。控制器130可控制背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160的旋转，以将背衬层168从背衬层收集滚筒卷绕或重绕到材料供应滚筒160上。
如图21所示，在背衬层168被卷绕或重绕到材料供应滚筒160上之后，背衬层收集滚筒180被构造成在控制器130的命令下从收集滚筒接合位置184(图20)移动回到收集滚筒原始位置182。然后，主要包含背衬层168的材料卷162可从材料供应滚筒160移除，并用相同或不同背衬材料164的新材料卷162替换。材料卷162的移除和更换可以由操作者或技术人员手动地执行。或者，可通过可包括有制造系统100(图2至图3)的材料再装载系统(未示出)自动地(即，无需人工干预)执行材料卷162的移除和更换。作为将背衬层168卷绕或重绕到材料供应滚筒160上的替代，背衬层收集滚筒180可在材料卷162耗尽之后保持在收集滚筒原始位置182中，并且背衬层168的卷可手动地或自主地从背衬层收集滚筒180移除。然后，新的材料卷162可被装载到材料供应滚筒160上，并且层压头140可被促使用于如上所述的自穿入。
参照图22至图25，示出了当背衬材料164以材料供给速率360移动穿过切割器组件340时在铺设材料166中形成的切割的前进。图22是切割器压板342的视图，示出了在切割器刀片350沿着刀片路径角度352横跨背衬材料164移动之前，在预定切割线358的开始位置处的切割器刀片350的实施例。如上所述，切割器模块348可以包括一个或多个切割器刀片350，用于当背衬层168沿着切割器压板342的表面滑动时切割铺设材料166。切割器刀片350的移动可由控制器130控制。在未示出的实施方式中，切割器模块348可被构造成沿至少两个轴线(未示出)移动至少一个切割器刀片350，用于在背衬材料164移动穿过切割器组件340时在铺设材料166中形成复杂的切割(例如，非直线切割)。例如，代替将切割器刀片350的移动限制为如图22至图25所示的直线移动，切割器模块348可被构造成在使切割器刀片350横跨背衬材料164的宽度移动的同时使切割器刀片350枢转。
图23至图24示出了沿着刀片路径角度352以刀片速度移动的切割器刀片350，该刀片速度限定了用于沿着预定切割线358切割铺设材料166的刀片行进矢量354。切割器刀片350以刀片行进矢量354横跨材料宽度移动，该刀片行进矢量354具有平行于背衬材料164的纵长方向的纵向分量356。刀片行进矢量354的纵向分量356与材料供给速率360成比例。
图25示出了沿着预定切割线358在铺设中形成的切割。控制切割器刀片350的深度，使得在切割铺设材料166期间，背衬层168可以保持至少部分完整。在所示的实施例中，预定切割线358垂直于背衬材料164的纵长方向定向。对于垂直于背衬材料164的纵长方向定向的预定切割线358，刀片行进矢量354的纵向分量356等于材料供给速率360。对于非垂直(未示出)于背衬材料164的纵长方向定向的预定切割线358，刀片行进矢量354的纵向分量356小于或大于材料供给速率360。有利地，沿着上述刀片行进矢量354移动切割器刀片350使得能够切割铺设材料166而不停止将铺设材料166施加到基底118。在这点上，相对于传统的层压头(未示出)，在层压头140继续将铺设材料166施加到基底118的同时切割铺设材料166增加了生产速率，该传统的层压头必须在每次需要在铺设材料166中进行切割时暂时停止铺设铺设材料166。然而，还应当注意，如果需要允许切割器组件340例如在铺设材料166中形成复杂的切割(未示出)，则层压头140可以被构造成暂时减慢或停止铺设材料166的分配。
参照图26，示出了层压头140的实施例，其中背衬层方向控制装置224被构造为可在中立位置300、第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动的平移装置320。平移装置320可被构造成在中立位置300、第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间沿线性路径和/或沿弓形路径平移。平移装置320在中立位置300、第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间的移动可由线性移动机构(未示出)例如螺杆驱动来促进，该螺杆驱动可经由伺服马达旋转，该伺服马达由控制器130以上面关于图15至图18中所示的上述枢转装置310所述的方式控制。
在图26中，平移装置320可以设置为短柱322，该短柱322在几何学上被构造成楔形件、圆柱体或柱。短柱322可具有不可移动的外表面，该外表面可以是低摩擦表面，例如光滑或抛光表面，从而使得背衬层168在背衬层168被供给穿过层压头140时能够在外表面上滑动。在一个替代实施方式中，短柱322可被构造为辊，该辊被构造成当背衬层168围绕辊移动时绕辊轴线(未示出)自由地旋转。可以理解，平移装置320可以以各种各样的不同尺寸和形状提供。无论构造如何，平移装置320可以具有相对小的半径，该半径可以基于铺设材料166的轴向刚度和/或基于铺设材料166和背衬层168之间的粘附力水平来确定尺寸。在这点上，平移装置320的尺寸可以被确定为使得在分别用于第一背衬层分离器252或第二背衬层分离器272的第一分离器边缘254或第二分离器边缘264的推动下，铺设材料前边缘174从背衬层168剥离，如以上关于图15至图18中所示的枢转装置310所述。
图27示出了具有安装框架142的层压头140的实施例，该安装框架142具有第一侧144和位于与第一侧144相对的第二侧146。层压头140包括安装在安装框架142的第一侧144上的第一层压组件152和安装在安装框架142的第二侧146上的第二层压组件154。第一层压组件152包括用于将铺设材料166施加到基底118的上述头部件，包括材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离组件220。第一层压组件152可以另外包括切割器组件340、重新引导辊210和其它层压头部件。第二层压组件154可具有与第一层压组件152基本相同的头部件的布置，至少包括材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离组件220。
在图27中，安装框架142可以绕竖直轴线148枢转，以允许第一层压组件152可用于将铺设材料166施加到基底118，而第二层压组件154可用于(例如，物理上可接近)替换或更换第二层压组件154的材料卷162。例如，在从第一层压组件152移动层压头140或分配铺设材料166之前，第二层压组件154的材料卷162可以用于手动或自主更换，如上所述。或者，安装框架142可以绕竖直轴线148枢转，使得第二层压组件154可用于分配铺设材料166，而第一层压组件152可用于手动或自主更换或替换第一层压组件152的材料卷162。使层压头的安装框架142绕竖直轴线148枢转用于使第一层压组件152或第二层压组件154可用于分配铺设材料166，而其余的第一层压组件152或第二层压组件154可用于更换材料卷162的能力可以避免与双层压头(未示出)相关的成本和复杂性，在双层压头中，一个层压头可用于分配铺设材料，而另一个层压头重新装载有新的或不同的材料卷。
图28是包括在将铺设材料166穿入被构造成支撑材料供应滚筒160的层压头140中的方法400中的操作的流程图。方法400的步骤402包括在材料供应滚筒160上支撑背衬材料164的材料卷162，如图6所示。如上所述，背衬材料164包括由背衬层168支持的铺设材料166。同样如上所述，材料卷162的最外缠绕通常仅由背衬层168(即仅为背衬层的部分)构成，而没有任何铺设材料166。仅为背衬层的部分可自穿过层压头，如下所述。然而，材料卷162可被提供为不具有仅为背衬层的部分，在这种情况下，背衬材料164(例如，由背衬层168支持的铺设材料166)可以与以下对于具有仅为背衬层的部分的材料卷162所述的相同方式自穿过层压头140。
方法400的步骤404包括将背衬层收集滚筒180从收集滚筒原始位置182平移到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，如图6至图7所示。如上所述，背衬层收集滚筒180可在层压头140的控制器130的命令下通过线性致动机构(未示出)移动。
方法400的步骤406包括使背衬层收集滚筒180与材料卷162上的背衬层168的背衬层前边缘170接合。如上所述，材料卷162上的最外缠绕可以主要仅由背衬层168(例如，仅为背衬层的部分)构成，而在背衬层168上没有任何铺设材料166。或者，如上所述，材料卷162上的最外缠绕可由背衬材料164(例如，由背衬层168支持的铺设材料166)构成。不管材料卷162的最外缠绕的构造如何，使背衬层收集滚筒180与背衬层前边缘170接合的步骤可包括使背衬层收集滚筒180的背衬层拾取元件190接合到材料卷162上的背衬层前边缘170，如图7所示。该方法还可包括当将背衬层收集滚筒180平移到收集滚筒接合位置184时，使用背衬层收集滚筒180拉动背衬层前边缘170远离材料供应滚筒160，如图12所示。
简要参照图8至图11，使背衬层拾取元件190与背衬层前边缘170接合的过程可通过多种不同选择中的任何一种来执行。例如，如图8所示，通过将背衬层收集滚筒180上的磁体192磁性地联接到安装在背衬层前边缘170上的磁性元件194，可以执行将背衬层拾取元件190与背衬层前边缘170的接合。在另一实施例中，背衬层拾取元件190可以是真空喷嘴198，该真空喷嘴198被构造成用于真空附接到背衬层前边缘170的外表面，如图10所示。在又一个实施例中，背衬层拾取元件190与背衬层前边缘170的接合可通过将背衬层收集滚筒180上的钩元件202接合到安装在背衬层前边缘170上的环元件204来执行，用于将背衬层收集滚筒180上的环元件204接合到安装在背衬层前边缘170上的钩元件202上，如图11所示。
方法400的步骤408包括将背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配至少背衬层168的可穿入部分172，如图12所示。在背衬层收集滚筒180平移到收集滚筒原始位置182期间，控制器130可控制材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的旋转，以在背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160之间延伸的可穿入部分172内保持预定水平的张力。
方法400的步骤410包括将背衬层分离装置222从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228。对于如上所述具有双向铺设能力的层压头140的实施方式，背衬层分离装置222可构造为背衬层方向控制装置224(图7)，该背衬层方向控制装置224被构造成便于在第一模式分离位置304(图15)和第二模式分离位置306(图17)两者中使铺设材料166从背衬层168分离，如上所述。
方法400的步骤412包括将可穿入部分172移动成靠近背衬层分离机构，如图13所示。如上所述，层压头140包括至少一个背衬层分离机构，该背衬层分离机构被构造成在将铺设材料166施加到基底118上之前将背衬层168从铺设材料166分离。例如，附图示出了用于具有双向铺设能力的层压头140的实施方式的具有第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270的层压头140。然而，如上所述，层压头140可设置在具有单个背衬层分离机构(例如，第一背衬层分离机构250)的实施方式中。
将可穿入部分172移动成靠近至少一个背衬层分离机构(例如，第一背衬层分离机构250或第二背衬层分离机构270)的步骤412可包括将可穿入部分172移动成与背衬层分离器和背衬层分离机构的引导构件对准(例如，图15)。另外，步骤412可以包括使用定位成紧密靠近背衬材料164的分离器边缘将背衬层168从铺设材料166分离，以及使用引导构件的引导表面将铺设材料166引导到基底118上，如图16所示。
参考图12，作为穿入过程的一部分，方法400可包括在背衬层分离装置222从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228之前、期间或之后，将切割器压板342从压板原始位置344平移到压板接合位置346。如上所述，该方法可以包括响应于切割器压板342的平移而将可穿入部分172移动成与切割器模块348接合，以允许在施加到基底118上期间切割铺设材料166。如上所述，当背衬材料164穿过切割器组件340时，切割器组件340可以切割铺设材料166，同时保持背衬层168完整。
简要参照图22至图25，方法400可包括当背衬材料164移动穿过切割器组件340时切割铺设材料166，作为减少层压头停机时间的手段。例如，该方法可包括沿着具有纵向分量356的刀片行进矢量354使切割器刀片350移动穿过铺设材料166，该纵向分量356与材料供给速率360成比例，背衬材料164以该材料供给速率360穿过切割器组件340。为了形成垂直(图25)于背衬材料164的纵长方向定向的预定切割线358，切割器刀片350可以以刀片行进矢量354移动，该刀片行进矢量354具有等于材料供给速率360的纵向分量356。对于非垂直(未示出)于背衬材料164的纵长方向定向的预定切割线358，切割器刀片350可沿着具有或小于或大于材料供给速率360的纵向分量356的刀片行进矢量354移动。
如上所述，层压头140具有至少一个背衬层分离组件220，该背衬层分离组件220包括背衬层分离器(例如，第一背衬层分离器252和/或第二背衬层分离器272)和引导构件(例如，第一引导构件256和/或第二引导构件276)。在一些实施例中，方法400可包括以分别调节引导表面258、278的各自螺旋角260、280的方式调节第一引导构件256和/或第二引导构件276的定向。如上所述和如图16所示，第一和第二螺旋角260、280可以相对于分别紧接在第一引导构件256和第二引导构件276上游的铺设材料166的一部分测量。为了允许铺设材料前边缘174传递到第一引导构件256或第二引导构件276的各自的第一引导表面258或第二引导表面278上而不使铺设材料166扭结或弯曲，可基于铺设材料166的轴向刚度调节第一螺旋角260或第二螺旋角280。例如，第一引导构件256或第二引导构件276可以可枢转地调节，使得相应的第一引导表面258或第二引导表面278分别以第一螺旋角260或第二螺旋角280定向，对于具有相对高的轴向刚度的铺设材料166(例如，单向预浸料坯条带)该第一螺旋角260或第二螺旋角280大于对于具有相对低的轴向刚度的铺设材料166(例如，编织布预浸料坯条带)的第一螺旋角260或第二螺旋角280。如图16和图18所示，具有双向铺设能力的层压头140包括具有第一背衬层分离器252和第一引导构件256的第一背衬层分离机构250，并且层压头140还有具有第二背衬层分离器272和第二引导构件276的第二背衬层分离机构270。第一引导构件256和/或第二引导构件276可以可枢转地调节，使得相应的第一引导表面258和第二引导表面278与铺设材料166的轴向刚度互补。
对于具有双向铺设能力的层压头140，背衬层分离装置222被构造为如上所述的背衬层方向控制装置224。在该实施例中，方法400可包括在第一模式分离位置304(图15至图16)和第二模式分离位置306(图17至图18)之间移动背衬层方向控制装置224。当背衬层方向控制装置224处于第一模式分离位置304时，该方法包括在层压头140沿第一行进方向370(图16)移动时将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118。当背衬层方向控制装置224处于第二模式分离位置306时，方法400包括在层压头140沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动时，将背衬层168从铺设材料166分离(图18)，同时将铺设材料166施加到基底118。
在一些实施例中，方法400可包括在中立位置300(图13)、第一模式分离位置304(图15)和第二模式分离位置306(图17)之间移动背衬层方向控制装置224。如图13所示，中立位置300可位于第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间。如上所述，当背衬层方向控制装置224处于中立位置300时，第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270可能各自不能将铺设材料166从背衬层168分离。有利地，中立位置300可提供间隙和通向第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270的通道，例如用于维护。
简要参照图19至图21，当材料供应滚筒160上的材料卷162耗尽铺设材料166时，方法400可包括将背衬层分离装置222(例如，背衬层方向控制装置224)从分离装置接合位置228平移回到分离装置原始位置226，如图19所示。另外，该方法可以包括将切割器压板342从压板接合位置346平移到压板原始位置344，也如图19所示。以这样的方式可操作控制器130以使材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180旋转，即，在背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160之间延伸的至少背衬层168的纵长部分内保持预定水平的张力，如图19所示。
方法400可包括响应于材料供应滚筒160耗尽背衬材料164而将背衬层收集滚筒180从收集滚筒原始位置182(图19)平移到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，如图20所示。该方法可另外包括在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的同步旋转期间将背衬层168卷绕到材料供应滚筒160上，如图21所示。在背衬层168被卷绕到材料供应滚筒160上之后，方法400可包括将背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182，如图21所示，在这之后该方法可包括从材料供应滚筒160移除材料卷162(仅包含背衬层168)用于可能用新的或不同的材料卷162替换。
简要参照图27，层压头140可以可选地包括安装框架142，该安装框架具有安装到安装框架142的第一侧144的第一层压组件152和安装到安装框架142的与第一侧144相对的第二侧146的第二层压组件154。如上所述，第一层压组件152和第二层压组件154可各自包括至少材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离组件220。在这种实施例中，方法400可以包括使用第一层压组件152将铺设材料166施加到基底118，使安装框架142绕竖直轴线148枢转，以及使用第二层压组件154将铺设材料166施加到基底118。当第一层压组件152可用于施加或分配铺设材料166时，第二层压组件154可用于替换第二层压组件154上的材料卷162。相反，当第二层压组件154可用于施加或分配铺设材料166时，第一层压组件152可用于替换第一层压组件152上的材料卷162。如上所述，使层压头140绕竖直轴线148枢转用于使第一层压组件152可用于分配铺设材料166，而剩下的第二层压组件154可用于替换材料卷162的能力可以避免需要两个单独的层压头(未示出)，其中一个层压头定位成用于分配铺设材料，而另一个层压头定位成用于重新装载有新的或不同的材料卷。
参照图29，示出了包括在将铺设材料166双向施加到基底118上的方法500中的操作的流程图。方法500的步骤502包括将背衬材料164从材料卷162供给到层压头140的背衬层分离组件220。如上所述和如图所示，材料卷162安装在材料供应滚筒160上。背衬材料164包括由背衬层168支持的铺设材料166。背衬层分离组件220具有背衬层方向控制装置224，该背衬层方向控制装置224可在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动，如图6所示。
当背衬层方向控制装置224处于如图16所示的第一模式分离位置304时，方法500的步骤504包括使用第一背衬层分离机构250将铺设材料166从背衬层168分离，同时在沿第一行进方向370移动层压头140时将铺设材料166施加到基底118。方法500的步骤506包括将背衬层方向控制装置224从第一模式分离位置304移动到第二模式分离位置306，如图17所示。将背衬层方向控制装置224从第一模式分离位置304(图16)移动到第二模式分离位置306(图18)的步骤506可以通过使枢转装置310绕枢转装置310的近端312枢转来执行。由于使枢转装置310绕近端312枢转，枢转装置310的远端314在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动。如上所述，枢转装置310的远端314将背衬材料164定位成紧密靠近第一背衬层分离机构250或第二背衬层分离机构270，以分别允许第一分离器边缘254或第二分离器边缘274接合铺设材料前边缘174。
简要参照图26，在替代实施方式中，将背衬层方向控制装置224从第一模式分离位置304移动到第二模式分离位置306的步骤506可通过在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间平移平移装置320来执行。例如，传递装置可以经由由控制器130控制的线性移动机构(未示出)来平移。如上所述，平移装置320可设置为短柱322、辊324或被构造成在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间平移的各种其它装置中的任何一种。
在又一些实施例中，方法500可包括在中立位置300、第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动背衬层方向控制装置224。如上所述和图13所示，中立位置300可位于第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间。将背衬层方向控制装置224定位在中立位置300可以提供用于维修第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270的间隙和通道。当背衬层方向控制装置224处于中立位置300时，通过将背衬层方向控制装置224至少部分地缩回至层压头140内的缩回位置302，也可向第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270提供通道中的间隙，如图14所示。
当背衬层方向控制装置224处于如图18所示的第二模式分离位置306时，方法500包括步骤508，即，当沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动层压头140时，使用第二背衬层分离机构270将铺设材料166从背衬层168分离，同时将铺设材料166施加到基底118。如上所述，在沿着第一行进方向370和/或沿着第二行进方向372施加铺设材料166期间，方法500可包括通过使切割器刀片350横跨铺设材料166移动来切割铺设材料166，如图22至图25所示。在保持背衬层168完整的同时切割铺设材料166导致产生铺设材料前边缘174和铺设材料后边缘176。如上所述，第一背衬层分离器252的第一分离器边缘254和第二背衬层分离器272的第二分离器边缘274均被构造成当背衬层方向控制装置224分别处于第一模式分离位置304(图16)和第二模式分离位置306(图18)时接合铺设材料前边缘174并将铺设材料166分别引导到第一引导构件256和第二引导构件276上。
方法500可包括当背衬材料164移动穿过切割器组件340时切割铺设材料166。例如，如图22至图25所示和如上所述，该方法可包括沿着与背衬材料164的材料供给速率360成比例的刀片行进矢量354使切割器刀片350移动横跨铺设材料166。为了形成垂直于背衬材料164的纵长方向定向的预定切割线358，方法500包括以具有等于材料供给速率360的纵向分量356的刀片行进矢量354使切割器刀片350横跨铺设材料166的材料宽度移动。
在一些实施例中，使用第一背衬层分离机构250将铺设材料166从背衬层168分离的步骤504，以及使用第二背衬层分离机构270将铺设材料166从背衬层168分离的步骤508分别包括使用第一背衬层分离器252或第二背衬层分离器272的各自的第一分离器边缘254或第二分离器边缘274将背衬层168从铺设材料166分离，以及分别使用第一引导构件256或第二引导构件276的各自的第一引导表面258或第二引导表面278支撑与背衬层168分离后的铺设材料166并将铺设材料166引导到基底118上。例如，步骤504包括使用第一背衬层分离器252将铺设材料前边缘174从背衬层168分离，并使用第一引导构件256将铺设表面116引导到基底118上。步骤508包括使用第二背衬层分离器272将铺设材料前边缘174从背衬层168分离，并使用第二引导构件276将铺设表面116引导到基底118上。方法500可包括在背衬层168从铺设材料166分离期间将背衬层168卷绕到背衬层收集滚筒180上。
如上关于图16和图18所述，第一引导构件256和第二引导构件276均具有引导表面258、278，在将铺设材料166施加到基底118上之前，铺设材料166在该引导表面258、278上滑动。方法500可另外包括基于铺设材料166的轴向刚度调节第一引导构件256或第二引导构件278的各自的第一引导表面258或第二引导表面278的各自的第一螺旋角260或第二螺旋角280(图16和图18)。如上所述，第一引导表面258或第二引导表面278的各自的第一螺旋角260或第二螺旋角280相对于分别位于紧接第一引导构件256或第二引导构件276上游的铺设材料166的部分测量。第一螺旋角260或第二螺旋角280可以被调节为对于具有相对高的轴向刚度的铺设材料166比对于具有相对低的轴向刚度的铺设材料166的螺旋角260、280更大。如图16和图18所示，方法500还可以包括使用第一压紧装置262或第二压紧装置282以在层压头140分别沿着第一行进方向370和第二行进方向372移动时将压紧压力施加到铺设材料166上使之抵靠基底118。
在具有自穿入能力的层压头140的上述实施例中，方法500可包括在将铺设材料166从材料供应滚筒160供给到背衬层分离组件220之前将背衬层收集滚筒180从收集滚筒原始位置182(图6)平移到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184(图7)。该方法可另外包括使背衬层收集滚筒180与背衬层168的背衬层前边缘170接合，如图7所示。在接合背衬层前边缘170时，该方法可包括将背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配至少背衬层168的可穿入部分172，如图12所示。该方法然后可包括将背衬层方向控制装置224从分离装置原始位置226(图12)平移到分离装置接合位置228，如图13所示。另外，该方法可包括将可穿入部分172移动成靠近第一背衬层分离机构250和/或第二背衬层分离机构270。当材料供应滚筒160上的材料卷162耗尽铺设材料166时，方法500可以包括将背衬层收集滚筒180上的背衬层168重绕回到材料供应滚筒160上，如以上对于方法400所述和如图19至图21所示。
此外，本公开包括在以下列举的条款中描述的实施例：
条款1.一种具有自穿入能力的层压头140，该层压头140包括：材料供应滚筒160，其被构造成支撑背衬材料164的材料卷162，背衬材料164包括由背衬层168支持的铺设材料166；背衬层收集滚筒180，其被构造成从收集滚筒原始位置182移动到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，接合材料卷162上的背衬层168的背衬层前边缘170，并且移动回到收集滚筒原始位置182，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配至少背衬层168的可穿入部分172；以及背衬层分离组件220，其具有背衬层分离装置222和至少一个背衬层分离机构250、270，背衬层分离装置222被构造成从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228并且接合可穿入部分172，用于将可穿入部分172移动成靠近背衬层分离机构250、270，用于在将铺设材料166施加到基底118上之前将背衬层168从铺设材料166分离。
条款2.条款1的层压头140，其中，在材料供应滚筒160上的材料卷162耗尽铺设材料166之后：背衬层分离装置222被构造成从分离装置接合位置228移动回到分离装置原始位置226，并导致至少背衬层168的一段长度在背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160之间延伸；背衬层收集滚筒180被构造成从收集滚筒原始位置182移动到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，用于在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的同步旋转期间将背衬层168卷绕到材料供应滚筒160的材料卷162上，在这之后背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182；并且包含背衬层168的材料卷162可从材料供应滚筒160移除。
条款3.条款1或2的层压头140，其中：背衬层收集滚筒180包括背衬层拾取元件190，该背衬层拾取元件190被构造成接合材料供应滚筒160上的材料卷162上的背衬层168的背衬层前边缘170，并且当背衬层收集滚筒180从收集滚筒接合位置184平移到收集滚筒原始位置182时，拉动背衬层前边缘170远离材料供应滚筒160。
条款4.条款1、2或3的层压头140还包括：切割器组件340，其包括切割器压板342和切割器模块348，切割器压板342被构造成从压板原始位置344移动到压板接合位置346并且接合可穿入部分172，用于朝向切割器模块348驱动背衬层168以便捕获在切割器压板342和切割器模块348之间。
条款5.条款4的层压头140，其中：铺设材料166具有材料宽度并且以材料供给速率360移动；并且切割器模块348具有至少一个切割器刀片350，该切割器刀片350被构造成在沿着具有与材料供给速率360成比例的纵向分量356的刀片行进矢量354移动横跨材料宽度的同时切割铺设材料166。
条款6.条款1至5中任一项的层压头140，其中：背衬层分离机构250、270具有背衬层分离器252、272和引导构件256、276；背衬层分离器252、272具有分离器边缘254、274，该分离器边缘被构造成将背衬层168从铺设材料166分离；以及具有引导表面258、278的引导构件256、276，该引导表面被构造成支撑从背衬层168分离之后的铺设材料166并且将铺设材料166引导到基底118上。
条款7.条款6的层压头140，其中：引导构件256、276是可枢转地调节的，用于相对于位于紧接引导构件256、276上游的铺设材料166的一部分调节引导表面258、278的螺旋角260、280。
条款8.条款1至7中任一项的层压头140，其中：至少一个背衬层分离机构250、270包括第一背衬层分离机构250和第二背衬层分离机构270；背衬层分离装置222被构造为背衬层方向控制装置224，该背衬层方向控制装置224可至少在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动；处于第一模式分离位置304的背衬层方向控制装置224与第一背衬层分离机构250对准，用于在层压头140沿第一行进方向370移动时将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118；以及处于第二模式分离位置306的背衬层方向控制装置224与第二背衬层分离机构270对准，用于在层压头140沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动时将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118。
条款9.条款1至8中任一项的层压头140，还包括：安装框架142，其具有第一侧144和与第一侧144相对的第二侧146；第一层压组件152，其安装到第一侧144并且具有材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离组件220；第二层压组件154，其安装到第二侧146并且具有与第一层压组件152中相同的材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离组件220的布置；并且安装框架142可绕竖直轴线148枢转，以允许第一层压组件152沿着第一行进方向370将铺设材料166施加到基底118上，并且允许第二层压组件154沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372将铺设材料166施加到基底118上。
条款10.一种具有自穿入能力的层压头140，该层压头140包括：材料供应滚筒160，其被构造成支撑背衬材料164的材料卷162，背衬材料164包括由背衬层168支持的铺设材料166；背衬层收集滚筒180，其被构造成从收集滚筒原始位置182移动到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184，接合材料卷162上的背衬层168的背衬层前边缘170，并且移回到收集滚筒原始位置182，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配至少背衬层168的可穿入部分172；背衬层分离组件220，其具有背衬层分离装置222和至少一个背衬层分离机构250、270，背衬层分离装置222被构造成从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228并且接合可穿入部分172，用于将可穿入部分172移动成靠近背衬层分离机构250、270，用于在将铺设材料166施加到基底118上之前将背衬层168从铺设材料166分离；以及背衬层分离机构250、270，其具有背衬层分离器252、272，该背衬层分离器被构造成将背衬层168从铺设材料166分离并且朝向基底118引导铺设材料166。
条款11.一种使铺设材料166穿过层压头140的方法，该方法包括：在材料供应滚筒160上支撑背衬材料164的材料卷162，背衬材料164包括由背衬层168支持的铺设材料166；将背衬层收集滚筒180从收集滚筒原始位置182平移到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184；将背衬层收集滚筒180接合到材料卷162上的背衬层168的背衬层前边缘170；将背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182，同时在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180之间分配至少背衬层168的可穿入部分172；将背衬层方向控制装置224从分离装置原始位置226平移到分离装置接合位置228；以及响应于背衬层方向控制装置224的平移，将可穿入部分172移动成靠近至少一个背衬层分离机构250、270，该背衬层分离机构被构造成在将铺设材料166施加到基底118上之前将背衬层168从铺设材料166分离。
条款12.条款11的方法，还包括：在材料供应滚筒160上的材料卷162耗尽铺设材料166之后，将背衬层方向控制装置224从分离装置接合位置228平移回到分离装置原始位置226，导致至少背衬层168的一段长度在背衬层收集滚筒180和材料供应滚筒160之间延伸；以及将背衬层收集滚筒180从收集滚筒原始位置182平移到靠近材料供应滚筒160的收集滚筒接合位置184；在材料供应滚筒160和背衬层收集滚筒180的同步旋转期间，将背衬层168卷绕到材料供应滚筒160上的材料卷162上；将背衬层收集滚筒180平移回到收集滚筒原始位置182；以及从材料供应滚筒160移除包含背衬层168的材料卷162。
条款13.条款11或12的方法，其中，使背衬层收集滚筒180接合到背衬层前边缘170的步骤包括：使背衬层收集滚筒180的背衬层拾取元件190接合到材料供应滚筒160上的来自材料卷162的背衬层前边缘170；以及
当将背衬层收集滚筒180平移到收集滚筒接合位置184以分配至少背衬层168的可穿入部分172时，使用背衬层收集滚筒180拉动背衬层前边缘170远离材料供应滚筒160。
条款14.条款13的方法，其中，使背衬层拾取元件190与背衬层前边缘170接合包括以下之一：将背衬层拾取元件190的磁体192磁性地联接到安装在背衬层前边缘170上的磁性元件194；将背衬层拾取元件190的真空喷嘴198真空联接到背衬层前边缘170的外表面；以及将背衬层拾取元件190的钩元件202和环元件204中的一个接合到安装在背衬层前边缘170上的相应的环元件204或钩元件202。
条款15.条款11至14中任一项的方法，还包括：将切割器压板342从压板原始位置344平移到压板接合位置346；以及响应于切割器压板342的平移，将可穿入部分172移动成与切割器模块348接合，以允许切割铺设材料166。
条款16.条款15的方法，还包括：通过沿着具有与背衬材料164的材料供给速率360成比例的纵向分量356的刀片行进矢量354使切割模块348的切割器刀片350横跨铺设材料166移动来切割铺设材料166。
条款17.条款11至16中任一项的方法，其中，将可穿入部分172移动成靠近至少一个背衬层分离机构250、270包括：将可穿入部分172移动成靠近背衬层分离机构250、270的背衬层分离器252、272和引导构件256、276；使用背衬层分离器252、272的分离器边缘254、274将背衬层168从铺设材料166分离；以及使用引导构件256、276的引导表面258、278将铺设材料166引导到基底118上。
条款18.条款17的方法，还包括：调节引导构件256、276用于调节引导表面258、278的螺旋角260、280，螺旋角260、280是相对于位于紧接引导构件256、276上游的铺设材料166的一部分。
条款19.条款11至18中任一项的方法，还包括：至少在第一模式分离位置304和第二模式分离位置306之间移动背衬层方向控制装置224；当背衬层方向控制装置224处于第一模式分离位置304时，在层压头140沿着第一行进方向370移动时，将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118；以及当背衬层方向控制装置224处于第二模式分离位置306时，在层压头140沿着与第一行进方向370相反的第二行进方向372移动时，将背衬层168从铺设材料166分离，同时将铺设材料166施加到基底118。
条款20.根据条款11至19中任一项的方法，其中，层压头140包括安装框架142，该安装框架具有第一层压组件152和第二层压组件154，该第一层压组件152安装到安装框架142的第一侧144，支撑材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离机构250、270，该第二层压组件154安装到安装框架142的与第一侧144相对的第二侧146，第二层压组件154支撑与第一层压组件152中相同的材料供应滚筒160、背衬层收集滚筒180和背衬层分离机构250、270的布置，该方法还包括：使用第一层压组件152将铺设材料166施加到基底118；以及绕竖直轴线148枢转安装框架142，以使第二层压组件154可用于将铺设材料166施加到基底118，同时使第一层压组件152可用于更换材料卷162。
本公开的另外的修改和改进对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。因此，本文描述和示出的部件的特定组合旨在仅代表本公开的某些实施方式，而不旨在用作对本公开的精神和范围内的替代实施方式或装置的限制。

Claims (14)

1.一种具有自穿入能力的层压头(140)，所述层压头(140)包括：
材料供应滚筒(160)，其被构造成支撑背衬材料(164)的材料卷(162)，所述背衬材料(164)包括由背衬层(168)支持的铺设材料(166)；
背衬层收集滚筒(180)，其被构造成从收集滚筒原始位置(182)移动到靠近所述材料供应滚筒(160)的收集滚筒接合位置(184)、接合所述材料卷(162)上的所述背衬层(168)的背衬层前边缘(170)，并且被构造成在所述材料供应滚筒(160)和所述背衬层收集滚筒(180)之间分配至少所述背衬层(168)的可穿入部分(172)的同时移动回到所述收集滚筒原始位置(182)；以及
背衬层分离组件(220)，其具有背衬层分离装置(222)和至少一个背衬层分离机构(250、270)，所述背衬层分离装置(222)被构造成从分离装置原始位置(226)平移到分离装置接合位置(228)并且接合所述可穿入部分(172)以将所述可穿入部分(172)移动成靠近所述背衬层分离机构(250、270)，用于在将所述铺设材料(166)施加到基底(118)上之前将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离。
2.根据权利要求1所述的层压头(140)，其中，在所述材料供应滚筒(160)上的所述材料卷(162)耗尽铺设材料(166)之后：
所述背衬层分离装置(222)被构造成从所述分离装置接合位置(228)移动回到所述分离装置原始位置(226)，并导致至少所述背衬层(168)的一段长度在所述背衬层收集滚筒(180)和所述材料供应滚筒(160)之间延伸；
所述背衬层收集滚筒(180)被构造成从所述收集滚筒原始位置(182)移动到靠近所述材料供应滚筒(160)的所述收集滚筒接合位置(184)，用于在所述材料供应滚筒(160)和背衬层收集滚筒(180)的同步旋转期间将所述背衬层(168)卷绕到所述材料供应滚筒(160)的所述材料卷(162)上，在这之后所述背衬层收集滚筒(180)平移回到所述收集滚筒原始位置(182)；并且
含有背衬层(168)的所述材料卷(162)能够被从所述材料供应滚筒(160)移除。
3.根据权利要求1或2所述的层压头(140)，其中：
所述背衬层收集滚筒(180)包括背衬层拾取元件(190)，所述背衬层拾取元件(190)被构造成接合所述材料供应滚筒(160)上的所述材料卷(162)上的所述背衬层(168)的背衬层前边缘(170)，并且所述背衬层拾取元件(190)被构造成当所述背衬层收集滚筒(180)从所述收集滚筒接合位置(184)平移到所述收集滚筒原始位置(182)时拉动所述背衬层前边缘(170)远离所述材料供应滚筒(160)。
4.根据权利要求1或2所述的层压头(140)，所述层压头(140)还包括：
切割器组件(340)，其包括切割器压板(342)和切割器模块(348)，所述切割器压板(342)被构造成从压板原始位置(344)移动到压板接合位置(346)并且接合所述可穿入部分(172)，用于朝向所述切割器模块(348)驱动所述背衬层(168)以便捕获在所述切割器压板(342)和所述切割器模块(348)之间。
5.根据权利要求1或2所述的层压头(140)，其中：
所述背衬层分离机构(250、270)具有背衬层分离器(252、272)和引导构件(256、276)；
所述背衬层分离器(252、272)具有分离器边缘(254、274)，所述分离器边缘被构造成将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离；以及
所述引导构件(256，276)具有引导表面(258，278)，该引导表面被构造成支撑从所述背衬层(168)分离之后的所述铺设材料(166)并且将所述铺设材料(166)引导到所述基底(118)上。
6.根据权利要求1或2所述的层压头(140)，其中：
所述至少一个背衬层分离机构(250、270)包括第一背衬层分离机构(250)和第二背衬层分离机构(270)；
所述背衬层分离装置(222)被构造为背衬层方向控制装置(224)，所述背衬层方向控制装置(224)能够至少在第一模式分离位置(304)和第二模式分离位置(306)之间移动；
处于所述第一模式分离位置(304)的所述背衬层方向控制装置(224)与所述第一背衬层分离机构(250)对准，用于在所述层压头(140)沿第一行进方向(370)移动时将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离，同时将所述铺设材料(166)施加到基底(118)；并且
处于所述第二模式分离位置(306)的所述背衬层方向控制装置(224)与所述第二背衬层分离机构(270)对准，用于在所述层压头(140)沿着与所述第一行进方向(370)相反的第二行进方向(372)移动时将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离，同时将所述铺设材料(166)施加到所述基底(118)。
7.根据权利要求1或2所述的层压头(140)，所述层压头(140)还包括：
安装框架(142)，其具有第一侧(144)和与所述第一侧(144)相对的第二侧(146)；
第一层压组件(152)，其安装到所述第一侧(144)并且具有所述材料供应滚筒(160)、所述背衬层收集滚筒(180)和所述背衬层分离组件(220)；
第二层压组件(154)，其安装到所述第二侧(146)并且具有与所述第一层压组件(152)中相同的所述材料供应滚筒(160)、所述背衬层收集滚筒(180)和所述背衬层分离组件(220)的布置；并且
所述安装框架(142)能够绕竖直轴线(148)枢转，以允许所述第一层压组件(152)沿着第一行进方向(370)将铺设材料(166)施加到所述基底(118)上，并且允许所述第二层压组件(154)沿着与所述第一行进方向(370)相反的第二行进方向(372)将铺设材料(166)施加到所述基底(118)上。
8.一种使铺设材料(166)穿过层压头(140)的方法，所述方法包括：
将背衬材料(164)的材料卷(162)支撑在材料供应滚筒(160)上，所述背衬材料(164)包括由背衬层(168)支持的铺设材料(166)；
将背衬层收集滚筒(180)从收集滚筒原始位置(182)平移到靠近所述材料供应滚筒(160)的收集滚筒接合位置(184)；
将所述背衬层收集滚筒(180)接合到所述材料卷(162)上的所述背衬层(168)的背衬层前边缘(170)；
将所述背衬层收集滚筒(180)平移回到所述收集滚筒原始位置(182)，同时在所述材料供应滚筒(160)和所述背衬层收集滚筒(180)之间分配至少所述背衬层(168)的可穿入部分(172)；
将背衬层方向控制装置(224)从分离装置原始位置(226)平移到分离装置接合位置(228)；以及
响应于所述背衬层方向控制装置(224)的平移，将所述可穿入部分(172)移动成靠近至少一个背衬层分离机构(250、270)，该背衬层分离机构被构造成在所述铺设材料(166)施加到基底(118)上之前将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：
在所述材料供应滚筒(160)上的所述材料卷(162)耗尽铺设材料(166)之后，将所述背衬层方向控制装置(224)从所述分离装置接合位置(228)平移回到所述分离装置原始位置(226)，导致至少所述背衬层(168)的一段长度在所述背衬层收集滚筒(180)和所述材料供应滚筒(160)之间延伸；以及
将所述背衬层收集滚筒(180)从所述收集滚筒原始位置(182)平移到靠近所述材料供应滚筒(160)的所述收集滚筒接合位置(184)；
在所述材料供应滚筒(160)和背衬层收集滚筒(180)的同步旋转期间，将所述背衬层(168)卷绕到所述材料供应滚筒(160)上的所述材料卷(162)上；
将所述背衬层收集滚筒(180)平移回到所述收集滚筒原始位置(182)；以及
从所述材料供应滚筒(160)移除包含背衬层(168)的所述材料卷(162)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，将所述背衬层收集滚筒(180)接合到所述背衬层前边缘(170)的步骤包括：
将所述背衬层收集滚筒(180)的背衬层拾取元件(190)接合到所述材料供应滚筒(160)上的来自所述材料卷(162)的背衬层前边缘(170)；以及
当将所述背衬层收集滚筒(180)平移到所述收集滚筒接合位置(184)以分配至少所述背衬层(168)的所述可穿入部分(172)时，使用背衬层收集滚筒(180)拉动所述背衬层前边缘(170)远离所述材料供应滚筒(160)。
11.根据权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括：
将切割器压板(342)从压板原始位置(344)平移到压板接合位置(346)；以及
响应于所述切割器压板(342)的平移，使所述可穿入部分(172)移动成与切割器模块(348)接合，以允许切割所述铺设材料(166)。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其中，将所述可穿入部分(172)移动成靠近所述至少一个背衬层分离机构(250、270)包括：
使所述可穿入部分(172)移动成靠近所述背衬层分离机构(250、270)的背衬层分离器(252、272)和引导构件(256、276)；
使用所述背衬层分离器(252、272)的分离器边缘(254、274)将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离；以及
使用所述引导构件(256、276)的引导表面(258、278)将所述铺设材料(166)引导到所述基底(118)上。
13.根据权利要求8或9所述的方法，所述方法还包括：
使所述背衬层方向控制装置(224)至少在第一模式分离位置(304)和第二模式分离位置(306)之间移动；
当所述背衬层方向控制装置(224)处于所述第一模式分离位置(304)时，在所述层压头(140)沿着第一行进方向(370)移动时，将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离，同时将所述铺设材料(166)施加到基底(118)；以及
当所述背衬层方向控制装置(224)处于所述第二模式分离位置(306)时，在所述层压头(140)沿着与所述第一行进方向(370)相反的第二行进方向(372)移动时，将所述背衬层(168)从所述铺设材料(166)分离，同时将所述铺设材料(166)施加到所述基底(118)。
14.根据权利要求8或9所述的方法，其中，所述层压头(140)包括安装框架(142)，所述安装框架具有第一层压组件(152)和第二层压组件(154)，所述第一层压组件安装到所述安装框架(142)的第一侧(144)并支撑所述材料供应滚筒(160)、所述背衬层收集滚筒(180)和所述背衬层分离机构(250、270)，所述第二层压组件安装到所述安装框架(142)的与所述第一侧(144)相对的第二侧(146)，所述第二层压组件(154)支撑与所述第一层压组件(152)中相同的所述材料供应滚筒(160)、所述背衬层收集滚筒(180)和所述背衬层分离机构(250、270)的布置，所述方法还包括：
使用所述第一层压组件(152)将铺设材料(166)施加到所述基底(118)；以及
使所述安装框架(142)绕竖直轴线(148)枢转，以使所述第二层压组件(154)能够用于将铺设材料(166)施加到所述基底(118)，同时使所述第一层压组件(152)能够用于更换所述材料卷(162)。
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