CN112693132B - 增强预成型件和模制的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及增强预成型件和模制的方法。一种增强预成型件包括具有相对的第一和第二边缘的增强材料的片材，每个边缘具有沿着其定位的相应的第一连接点。预成型件还包括第一和第二栓系件，每个栓系件在其相应的第一端部处附接到第一连接点中相应的一个，并且其相应的第二端部终止于以下至少一个：系在相应的第二端部处的相应的套环、系在相应的第二端部处的相应的结、相应的第二端部连接到其的相应的可抓握构件、以及到沿着片材的周边定位的相应第二连接点的附接件。还公开了用于模制增强预成型件的方法和模具。

Description

增强预成型件和模制的方法
政府资助
本发明是在政府的支持下根据由能源部授予的第DE-EE0006826号协议完成的。政府可能在本发明中拥有某些权利。
技术领域
本公开总体上涉及由增强材料制成的增强预成型件，以及用于模制这种预成型件的方法和模具。
背景技术
一种用于制造结构或装饰部件的方法是将增强预成型件的一个或多个层放置到由阳模具半部和阴模具半部组成的两部分模具中，然后将模具半部压制在一起形成部件。在一个或多个层由模具压制和形成后，可以重复该过程，将附加层添加到已经形成的层中，直到达到期望的厚度并生产出成品部件。
增强预成型件在模具中的放置或对准的可变性有时会导致关于模制部件的最终特性的不确定性。另外，由于预成型件的放置或对准中的不一致或错误，褶皱、扭结、聚束和其它不期望的特征可能会无意中引入部件。
发明内容
根据一个实施例，一种增强预成型件包括具有相对的第一和第二边缘的增强材料的片材，每个边缘具有沿着其定位的相应的第一连接点。预成型件还包括第一和第二栓系件，每个栓系件在其相应的第一端部处附接到第一连接点中相应的一个，并具有终止于以下至少一个中的相应的第二端部：
系在相应的第二端部处的相应的套环、系在相应的第二端部处的相应的结、相应的第二端部连接到其的相应的可抓握构件、以及到沿着片材的周边定位的相应第二连接点的附接件。预成型件还可以包括至少两个对准孔口，这些对准孔口形成在增强材料的片材中并且彼此间隔开。
可抓握构件可以是环、杆和T形构件中的一种，并且栓系件可以由增强材料制成。每个第一连接点可以位于第一和第二边缘中相应的一个的相应拐角处。第一和第二栓系件中的每一个的相应的第一和第二连接点可以在第一和第二边缘中相应的一个上。栓系件和增强材料的片材可以在单一制造过程期间一起形成。栓系件和增强材料的片材可以从增强材料的单个坯料上切割下来，或者栓系件和增强材料的片材可以通过增材制造形成为一体结构。替代地，栓系件可以与增强材料的片材单独形成，并且可以在增强材料的片材制造之后附接到增强材料的片材。
根据一个实施例，一种用于模制增强预成型件的模具包括具有第一模制表面的第一模具半部和具有第二模制表面的第二模具半部，第一和第二模具半部设置成第一和第二模制表面彼此面对。模具半部可以被构造成在打开位置和大体闭合位置之间转换，在打开位置，模具半部彼此间隔开，在大体闭合位置，模具半部彼此靠近，并限定在第一和第二模制表面之间具有空腔的模具主体。模具还可以包括第一和第二移动构件，第一和第二移动构件各自具有相应的联接器和相应的致动器，该联接器被构造成用于与增强预成型件的相应部分连接，该致动器被构造成用于在相应的第一位置和相应的第二位置之间移动相应的联接器，在第一位置，相应的联接器设置在距模具主体的中心相应的第一距离处，在第二位置，相应的联接器设置在距模具主体的中心相应的第二距离处，第二距离大于第一距离，其中每个相应的联接器的第一位置位于第一模具半部中、第二模具半部中或模具主体外部。
第一模制表面可以大体上从第一模具半部向外突出，并且第二模制表面可以大体上缩回到第二模具半部中。增强预成型件可以被构造成用于放置在第一模制表面上，并且联接器可以被构造成用于与增强预成型件的相应部分连接。
该模具还可以包括：第一发射器，其设置在第一模具半部中，并且被构造成从其向空腔发射光；第一接收器，其设置在第二模具半部中，并且被构造成从第一发射器接收光并且产生指示从第一发射器接收的光的第一信号；第二发射器，其设置在第一和第二模具半部中的一个中，并且被构造成从其向空腔发射光；以及第二接收器，其设置在第一和第二模具半部中的另一个中，并且被构造成从第二发射器接收光并且产生指示从第二发射器接收的光的第二信号。模具还可以包括控制器，该控制器可操作地连接到第一和第二发射器、第一和第二接收器以及第一和第二移动构件，该控制器被构造成：(i)导致每个相应的致动器将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到其相应的第二位置，(ii)导致第一和第二发射器发射光，(iii)从第一和第二接收器接收第一和第二信号，(iv)基于第一和第二信号确定对准条件，(v)确定对准条件是否满足预定标准，(vi)如果对准条件满足预定标准，则将模具半部从打开位置转换到大体关闭位置，以及(vii)发送错误条件警报，和/或基于对准条件导致致动器中的至少一个将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到不同于第二位置的相应的调整后的位置。
根据一个实施例，一种用于在模具中模制增强预成型件的方法，其中预成型件包括增强材料的片材，并且具有相对的第一和第二侧部分，并且其中模具具有呈现相应的第一和第二模制表面的第一和第二模具半部，第一和第二模具半部限定模具主体，并且设置成第一和第二模制表面彼此面对，包括：将预成型件定位在第一和第二模具半部之间，以及将第一和第二侧部分中的至少一个远离模具主体的中心移动，以便拉伸增强材料的片材。该方法还可以包括通过在第一方向上移动第一和第二侧部分和/或将树脂添加到增强材料的片材来调整预成型件的放置。该方法还可以包括将第一和第二模具半部从打开位置转换到大体关闭位置，从而形成模制预成型件，在打开位置，模具半部彼此间隔开，在大体关闭位置，模具半部彼此靠近。该方法还可包括将第一和第二模具半部从大体关闭位置转换到打开位置，以及将另一个增强预成型件放置在第一和第二模具半部之间，与模制预成型件配准。
本发明提供下列技术方案。
方案1. 一种增强预成型件，包括：
增强材料的片材，其具有相对的第一和第二边缘，每个边缘具有沿着其定位的相应的第一连接点；和
第一和第二栓系件，所述第一和第二栓系件各自在其相应的第一端部处附接到所述第一连接点中相应的一个，并具有终止于以下至少一个中的相应的第二端部：
相应的套环，其系在所述相应的第二端部处；
相应的结，其系在所述相应的第二端部处；
相应的可抓握构件，所述相应的第二端部连接到该相应的可抓握构件；和
附接件，其到沿着所述片材的周边定位的相应的第二连接点。
方案2. 根据技术方案1所述的增强预成型件，还包括：
至少两个对准孔口，其形成在所述增强材料的片材中并且彼此间隔开。
方案3. 根据技术方案1所述的增强预成型件，其中，所述可抓握构件是环、杆和T形构件中的一种。
方案4. 根据技术方案1所述的增强预成型件，其中，每个第一连接点位于所述第一边缘和所述第二边缘中相应的一个的相应拐角处。
方案5. 根据技术方案1所述的增强预成型件，其中，所述栓系件由增强材料制成。
方案6. 根据技术方案5所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材在单一制造过程期间一起形成。
方案7. 根据技术方案6所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材从增强材料的单个坯料上切割下来。
方案8. 根据技术方案6所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材通过增材制造形成为一体结构。
方案9. 根据技术方案5所述的增强预成型件，其中，所述栓系件与所述增强材料的片材单独形成，并且在制造所述增强材料的片材之后附接到所述增强材料的片材。
方案10. 根据技术方案1所述的增强预成型件，其中，所述第一和第二栓系件中的每一个的所述相应的第一和第二连接点在所述第一和第二边缘中相应的一个上。
方案11. 一种用于模制增强预成型件的模具，包括：
第一模具半部，其具有第一模制表面；
第二模具半部，其具有第二模制表面；
所述第一和第二模具半部设置成所述第一和第二模制表面彼此面对，所述模具半部被构造成在打开位置和大体关闭位置之间转换，在所述打开位置，所述模具半部彼此间隔开，在所述大体关闭位置，所述模具半部彼此靠近并限定在所述第一和第二模制表面之间具有空腔的模具主体；和
第一和第二移动构件，所述第一和第二移动构件各自具有相应的联接器和相应的致动器，所述联接器被构造成用于与所述增强预成型件的相应部分连接，所述致动器被构造成用于在相应的第一位置和相应的第二位置之间移动所述相应的联接器，在所述第一位置，所述相应的联接器设置在距所述模具主体的中心相应的第一距离处，在所述第二位置，所述相应的联接器设置在距所述模具主体的中心相应的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离，
其中，每个相应的联接器的所述第一位置位于所述第一模具半部中、所述第二模具半部中或所述模具主体外部。
方案12. 根据技术方案11所述的模具，其中，所述第一模制表面大体上从所述第一模具半部向外突出，并且所述第二模制表面大体上缩回到所述第二模具半部中。
方案13. 根据技术方案12所述的模具，其中，所述增强预成型件被构造成用于放置在所述第一模制表面上，并且所述联接器被构造成用于与所述增强预成型件的所述相应部分连接。
方案14. 根据技术方案11所述的模具，还包括：
第一发射器，其设置在所述第一模具半部中，并且被构造成将光从所述第一发射器发射到所述空腔中；
第一接收器，其设置在所述第二模具半部中，并且被构造成从所述第一发射器接收光并产生指示从所述第一发射器接收的所述光的第一信号；
第二发射器，其设置在所述第一和第二模具半部中的一个中，并且被构造成将光从所述第二发射器发射到所述空腔中；和
第二接收器，其设置在所述第一和第二模具半部中的另一个中，并且被构造成从所述第二发射器接收光并产生指示从所述第二发射器接收的所述光的第二信号。
方案15. 根据技术方案14所述的模具，还包括：
控制器，其可操作地连接到所述第一和第二发射器、所述第一和第二接收器以及所述第一和第二移动构件，所述控制器被构造成：
导致每个相应的致动器将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到其相应的第二位置，
导致所述第一和第二发射器发射光，
从所述第一和第二接收器接收所述第一和第二信号，
基于所述第一和第二信号确定对准条件，
确定所述对准条件是否满足预定标准，
如果所述对准条件满足所述预定标准，则将所述模具半部从所述打开位置转换到所述大体关闭位置，以及
如果所述对准条件未能满足所述预定标准，则发送错误条件警报，和/或基于所述对准条件导致所述致动器中的至少一个将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到不同于所述第二位置的相应的调整后的位置。
方案16. 一种用于在模具中模制增强预成型件的方法，其中，所述预成型件包括增强材料的片材，并且具有相对的第一和第二侧部分，并且其中，所述模具具有呈现相应的第一和第二模制表面的第一和第二模具半部，所述第一和第二模具半部限定模具主体，并且设置成所述第一和第二模制表面彼此面对，所述方法包括：
将所述预成型件定位在所述第一和第二模具半部之间；和
移动所述第一和第二侧部分中的至少一个远离所述模具主体的中心，以便拉伸所述增强材料的片材。
方案17. 根据技术方案16所述的用于模制的方法，还包括：
通过在第一方向上移动所述第一和第二侧部分来调整所述预成型件的放置。
方案18. 根据技术方案16所述的用于模制的方法，还包括：
将树脂添加到所述增强材料的片材。
方案19. 根据技术方案16所述的用于模制的方法，还包括：
将所述第一和第二模具半部从打开位置转换到大体关闭位置，从而形成模制预成型件，在所述打开位置，所述模具半部彼此间隔开，在所述大体关闭位置，所述模具半部彼此靠近。
方案20. 根据技术方案19所述的用于模制的方法，还包括：
将所述第一和第二模具半部从所述大体关闭位置转换到所述打开位置；和
将另一个增强预成型件放置在所述第一和第二模具半部之间，与所述模制预成型件配准。
当结合附图考虑时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面对如所附权利要求中限定的用于执行本教导的一些最佳模式和其他实施例的详细描述中变得显而易见。
附图说明
图1至图6是增强预成型件的各种实施例的示意性俯视图。
图7至图8分别是处于打开位置和大体关闭位置的模具的示意性半截面前视图。
图9是模具和增强预成型件的一个实施例的示意性俯视图。
图10是模具和增强预成型件的另一个实施例的示意性俯视图。
图11是夹在顶部和底部模具半部之间的增强预成型件的示意性透视俯视图。
图12是沿着图11的线12-12观察的图11的预成型件和模具半部的示意性前视图。
图13是模具和增强预成型件的又一个实施例的示意性俯视图。
图14是沿着图13的线14-14观察的图13的预成型件和模具的示意性前视图。
图15是用于模制增强预成型件的控制器步骤的序列。
图16是用于模制增强预成型件的方法的一个实施例的流程图。
图17是用于模制增强预成型件的方法的另一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在参考附图，其中在几个视图中相同的标记指示相同的部件，在此示出并描述了增强预成型件20、用于模制增强预成型件20的模具70以及用于在模具70中模制增强预成型件20的方法200、300。
图1至图6示出了根据本公开的增强预成型件20的各种实施例的示意性俯视图。每个预成型件20包括具有相对的第一边缘24和第二边缘26的增强材料的片材22。尽管片材22在附图中示出为大体上矩形的，但是片材22可以呈现任何合适的形状并且不限于大体上矩形的。增强材料可以是在一个或多个层片或层中并且有或没有树脂/粘合剂的玻璃纤维、聚酯、聚酰胺、碳纤维、布/织物和/或其他类似材料，其可以以股线、细丝、编织物、条、片材、短切段等形式呈现。相对的第一边缘24和第二边缘26中的每一个具有沿着其定位的相应的一个或多个第一连接点32、34、36、38。
每个预成型件20包括第一和第二栓系件50。每个栓系件50在其相应的第一端部52处附接到第一连接点32、34、36、38中相应的一个，并且其相应的第二端部54终止于以下至少一个中：(i)系在相应的第二端部54处的相应的套环56；(ii)系在相应的第二端部54处的相应的结58；(iii)相应的第二端部54连接到其的相应的可抓握构件60；和(iv)到沿着片材22的周边定位的相应第二连接点35、39的附接件。(例如，周边可以包括边缘24、26、28和30)。可抓握构件60可以是环60R、杆60B、T形构件60T等。如本文所用，附图标记60表示任何类型的可抓握构件，而带下标的附图标记60R、60B和60T表示特定类型或构造的可抓握构件。图1、图2和图5示出了成形为环的可抓握构件60R的使用，而图3示出了成形或构造为杆60B或T形构件60T的可抓握构件60的使用。T形构件60T可以包括轴向部分62和横向部分64，栓系件50的第二端部54附接到这些部分62、64中的一个或两个。图3还示出了系在或形成在栓系件50的第二端部54处的套环56或结58的使用。注意，环60R或其他可抓握构件60中的每一个可以附接到单个栓系件50(如在图1和图5中)或两个或更多个栓系件50(如在图2中)。图4和图6示出了栓系件50终止于到沿着片材22的周边定位的相应的第二连接点35、39的附接件中。
如图1、图3、图2的右手侧或第二边缘26以及图4的左手侧或第一边缘24所示，每个第一连接点32、34、36、38可以位于第一边缘24和第二边缘26中相应的一个的相应拐角37处。或者，如图5、图2的左手侧或第一边缘24以及图4的右手侧或第二边缘26所示，每个第一连接点32、34、36、38可以在不同于拐角37的点处沿着相应的边缘24、26，诸如大体上在边缘24、26的中间(图5)，或者稍微远离拐角37但在其附近(图2和图4)。如图4所示，第一和第二栓系件50中的每一个的相应的第一连接点32、36和第二连接点35、39可以都在第一边缘24和第二边缘26中相应的一个上。例如，在图4的左手侧上的栓系件50沿着第一/左边缘24具有其相关联的第一连接点32和第二连接点35，并且在右手侧上的栓系件50沿着第二/右边缘26具有其第一连接点36和第二连接点39。然而，在图6中，与每个栓系件50相关联的第一连接点32、36和第二连接点35、39不位于同一边缘上。例如，图6中的左上栓系件50沿着第一/左边缘24具有其相关联的第一连接点32和沿着相邻顶边缘28的其第二连接点35，并且右下栓系件50沿着第二/右边缘26具有其第一连接点36和沿着相邻底边缘30的其第二连接点39。
栓系件50可以由增强材料制成，该增强材料可以与制造片材22的增强材料相同或不同。栓系件50和增强材料的片材22可以在单一制造过程期间一起形成，诸如从增强材料的单个坯料上切割下来，或者通过诸如3D印刷的增材制造过程形成为一体结构。替代地，栓系件50可以与增强材料的片材22单独形成，并且可以在片材22制造之后附接到片材22，诸如通过使用粘合剂、树脂、机械联接器等。
每个增强材料的片材22还可以包括形成在片材22中并彼此间隔开的两个或更多个对准孔口40。这些孔口40可以用于确保预成型件20或片材22在模具70内正确定向和对准，诸如通过将孔口40与发射器82和接收器/传感器84在模具70内对准，如下文进一步讨论的。
图7至图14示出了根据本公开的用于模制增强预成型件20的模具70的各种构造。模具70包括具有第一模制表面74的第一模具半部72和具有第二模制表面78的第二模具半部76。注意，在图7和图9的左下角提供了x-y-z坐标轴。(这些遵循用于限定每个轴线的相应的正方向和负方向的传统的“右手定则”方法。注意，负y方向在图7中表示为内部带有“X”的圆，指示箭头的尾部指向页面之外的观察者处，箭头的头部在正y方向远离查看者指向页面内。类似地，在图9中，正z方向由内部有点的圆来表示，指示箭头的头部在正z方向上指向页面之外的观察者处。)这些坐标轴仅用于参考目的，但对于定义某些任意方向是有用的，这些方向在本文中是为了说明的目的而参考的。例如，正z方向可以与诸如“向上”、“顶部”、“上方”等的方向、位置和取向相关联，而负z方向可以与“向下”、“底部”、“下方”等相关联。与正z方向和负z方向相关的方向、位置和取向分别由附图标记87T和87B表示(其中下标“T”表示“顶部”，并且“B”表示“底部”)。类似地，87F和87R分别表示在负y方向和正y方向上的“前/向前”和“后/向后”方向、位置和取向。同样，88L和88R分别表示在负x方向和正x方向上的“第一/左/向左”和“第二/右/向右”侧、方向、位置和取向。因此，附图标记87T可以指模具70的顶部上方的空间，和/或模具70本身的顶部外表面(即，与第二模制表面78相对的第二/顶部模具半部76的表面)。同样，附图标记87B、87F、87R、88L和88R可以各自分别表示模具70的下方、前方、后方、左侧和右侧的空间，和/或分别表示模具70的底部、前部、后部、左侧和右侧外表面。
第一模具半部72和第二模具半部76设置或定向成第一模制表面74和第二模制表面78彼此面对，模具半部72、76被构造成在打开位置79和大体关闭位置80之间转换，在打开位置79，模具半部72、76彼此间隔开(图7)，在大体关闭位置80，模具半部72、76彼此靠近并限定在第一模制表面74和第二模制表面78之间具有空腔81的模具主体86(图8)。当模具半部72、76在大体关闭位置80被挤压在一起时，该空腔81可以提供用于捕获夹在相对的模制表面74、78之间的一层或多层增强片材22或预成型件20。(注意，模具半部72、76可以被构造成使得当增强片材22或预成型件20的连续层被添加到模具70中已经模制的层时，分隔两个模制表面74、78的距离可以增加)。
模具70还包括第一移动构件89L和第二移动构件89R，每个移动构件具有相应的联接器90和相应的致动器92，该联接器90被构造成用于与增强预成型件20的相应部分68连接，该致动器92被构造成用于在相应的第一位置94和相应的第二位置96之间移动相应的联接器90，在第一位置94，相应的联接器90设置在距模具主体86的中心86C的相应的第一距离95处，在第二位置96，相应的联接器90设置在距模具主体86的中心86C的相应的第二距离97处，该第二距离大于第一距离95。如图8、图9和图13所示，第一距离94和第二距离96可以从模具主体86的中心86C直接测量(如在图13中)，或者它们可以测量到模具主体86的边缘91，该边缘91位于距中心86C给定距离93处(如在图8至图9中)。注意，第一移动构件89L和第二移动构件89R中的每一个可以被构造成在其相应的第一位置94和第二位置96之间在x方向、y方向和z方向的任意组合上移动并且移动到其他位置(包括下面讨论的调整位置98)。
当设计预成型件20时，可以确定每个第一位置94和第二位置96的期望的x、y和z坐标。在该设计阶段期间，确定增强部件的布局，包括制造该部件所需的预成型件20或层的数量，以及每个预成型件20的各种特征(诸如栓系件50和对准孔40)的大小、形状、尺寸和布局。最终的增强部件可以利用多层预成型件20，并且这些预成型件20可以都是相同的，或者它们可以在某些方面不同。设计阶段可以包括模拟和有限元分析工作，以对(i)增强部件及其预成型件20和(ii)模具70两者的特性和细节建模，包括模制表面74、78的布局以及每个移动构件89L、89R相应的第一位置94和第二位置96(设计阶段还可以包括确定发射器/接收器对82、84的位置，如下文所讨论)。作为设计阶段的一部分，还确定预成型件20或增强材料的片材22应该被拉伸多少以及当其被放置到模具70中时应该在什么方向上拉伸，以便避免或最小化褶皱和其它潜在缺陷，或者以其它方式优化成品部件的布局、强度或其它特性。注意，对准孔口40中的一个或多个可以是形成在预成型件40和最终增强部件中的螺栓孔或其它通孔，这可以在模制过程之后起到作用。任选地，成品部件的一个或多个区域或部分可以在模制过程之后被切掉或切除，其可以包括栓系件50和/或对准孔口40中的一个或多个。
在前述布置中，每个相应的联接器90的第一位置94可以位于第一模具半部72中、第二模具半部76中或模具主体86外部。根据每个移动构件89L、89R的第一位置94和第二位置96之间的距离，每个相应的联接器90的第二位置96本身可以位于第一模具半部72中、第二模具半部76中或模具主体86外部。例如，在图7至图10中，每个移动构件89L、89R完全位于模具主体86外部；第一移动构件89L位于模具主体86的第一/左横向侧88L上，并且第二移动构件89R位于模具主体86的第二/右横向侧88R上。然而，在图13至图14中，第一移动构件89L位于第一模具半部72内，并且第二移动构件89R部分地位于第一模具半部72内，并且部分地位于模具主体86外部，其第一位置94在第一模具半部72中，并且其第二位置96在模具主体86外部。
联接器90通过其被构造用于连接的增强预成型件20的部分68(在本文中有时称为侧部分68)可以包括栓系件50(以及附接或终止于其第二端部54处的元件)，和/或可以包括预成型件20或片材22的相对的第一边缘24和第二边缘26。每个联接器90可以被构造成接合其相应的部分/侧部分68。例如，如果联接器90将在栓系件50的第二端部54处与环形可抓握构件60R接合，则联接器90可以被构造为量规销(gage pin)、圆形销、拉杆等。或者，如果联结器90将在栓系件50的第二端部54处与套环56、结58、可抓握杆60B、可抓握T形构件60T或其它类似元件接合或连接，则联结器90可以被构造为钩、爪、扣件、扣钩或其它合适的机械元件。替代地，如果要被抓握的部分68仅仅是预成型件20或片材22的边缘24、26，则联接器90可以被构造为夹具、夹持器、爪或能够抓握该部分68的其它元件。如本文所用，除非上下文明确地另外指明，否则词语“抓握”、“连接”、“附接”和“接合”(以及它们的各种名词、动词和形容词形式)可以互换使用。
第一模制表面74可以大体上从第一模具半部72向外突出，并且第二模制表面78可以大体上缩回到第二模具半部76中。例如，如图7至图8所示，第一(下)模具半部72可以是“阳”模具半部，其第一模制表面74大体上从第一/下/阳模具半部72向外(向上)突出，并且第二(上)模具半部76可以是“阴”模具半部，其第二模制表面78大体上缩回到第二/上/阴模具半部76中。然而，模具半部72、76的其它构造和布置也是可能的。增强预成型件20可以被构造成用于放置在第一(例如，阳/下)模制表面74上，并且联接器90可以被构造成用于与增强预成型件20的相应部分68连接。注意，这里使用的“上方”可以表示“在...上”、“在...的顶部上”、“在...上面”、“在...的表面上方”等，并且可以包括预成型件20与模具表面74的至少一些部分接触或者简单地在模具表面74的上方/上面悬停一些距离。
模具70还可以包括：第一发射器82，其设置在第一模具半部72中，并且被构造成从其向空腔81发射光83；第一传感器/接收器84，其设置在第二模具半部76中，并且被构造成从第一发射器82接收光83并且产生指示从第一发射器82接收的光83的第一信号；第二发射器82，其设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的一个中，并且被构造成从其向空腔81发射光83；以及第二接收器84，其设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的另一个中，并且被构造成从第二发射器82接收光83并且产生指示从第二发射器82接收的光83的第二信号。注意，尽管附图显示了在第一模具半部72中的两个发射器82和在第二模具半部76中的两个接收器84，但是其它布置也是可能的。例如，两个发射器82可以在第二模具半部76中，并且两个接收器84可以在第一模具半部72中，或者一个发射器82和一个接收器84可以在两个模具半部72、76的每一个中。在每种构造中，每个发射器82与相应的接收器84配对，使得每个接收器84被构造成从其相应的发射器82接收光83。每个发射器/接收器对82、84可以布置在模具70内，使得成对的装置82、84彼此横跨空腔81定位，目的是当增强预成型件20或增强材料的片材20被适当地定位在模具70内时，光83将被每个发射器82引导通过片材/预成型件22、20中的相应对准孔口40，并且将被相应的传感器/接收器84接收，如图11、图12和图14所示。每个接收器84可以包括一个或多个光电传感器、光学传感器或其它光电检测装置，并且每个接收器84被构造成产生指示由接收器84接收的光83的量(和/或其它特性或质量)的信号。例如，每个信号可以提供与由接收器84接收的光的量相关的单个电压，或者它可以包括指示由接收器表面的多个区域或区接收的光的量的两个或更多个信号(或单个多路复用或多部分信号)。(也就是说，接收器84的表面可以具有多个单独的单元，每个单元能够接收光并产生其自己的信号或其对总信号的贡献。)如果预成型件20或片材22被正确定位，使两个对准孔口40与它们对应的发射器/接收器对82、84对准(例如，线性对准)，则产生的信号将指示这种对准。同样，当孔口40中的一个或两个不对准时，信号也可以指示这一点，包括哪个孔口40以及在哪个方向上不对准。(任何未对准的具体细节可以作为信号的一部分包括在内，或者这些细节可以从信号中推导出来，诸如由如下所述的控制器85。)注意，虽然在附图中示出了两个发射器/接收器对82、84，但是也可以使用附加的对82、84。
模具70还可以包括控制器85，其可操作地连接到第一和第二发射器82、第一和第二接收器84以及第一移动构件89L和第二移动构件89R。如图15所示，控制器85可以被构造成遵循如下的过程或步骤序列100。在框110，导致每个相应的致动器92将其相应的联接器90从其相应的第一位置94移动到其相应的第二位置96，从而拉伸片材/预成型件22、20。在框120，导致第一和第二发射器82发射光83，诸如通过向发射器82供应所需的电压或信号。注意，导致发射器82发射光83的步骤120也可以在框110之前发生。在框130，从第一和第二接收器84接收第一和第二信号。在框140，基于第一和第二信号确定对准条件。对准条件指示预成型件的对准孔口40在模具70内相对于相应的发射器82和接收器84对准得有多好。控制器85可以利用算法、例程或其它过程来基于第一和第二信号计算、推断或推理孔口40的对准或未对准的程度和质量。注意，第一和第二信号可以在被控制器85接收之前被组合或复用，使得仅单个信号被控制器85接收。在框150，控制器85确定对准条件是否满足预定标准。这些预定标准指示孔口40相对于它们对应的发射器/接收器对82、84的位置和/或取向所期望的定量和/或定性条件(以及允许的变化和公差)。在框140做出的确定可以是通过/不通过类型（go/no-go type）的确定(即，孔口40被正确对准或未被正确对准)，或者它可以更多的是定性确定(例如，每个孔口40在x和y方向上偏离其理想/期望的位置或取向一定量和/或围绕z方向顺时针或逆时针角向旋转一定量)。如果对准条件满足预定标准，则在框160，通过将模具半部72、76从打开位置79移动到大体关闭位置80来“关闭”模具70。否则，如果对准条件不满足预定标准，则在框170，发送错误条件警报，和/或基于对准条件导致致动器92中的至少一个将其相应的联接器90从其相应的第一位置94移动到相应的调整后的位置98。在框180，可以出现几个选项中的一个，诸如确定新的对准条件并将其与预定标准进行比较、再次移动预成型件20和/或移动构件89L、89R、重定向回到先前的框、导致发射器82停止发射光83、或者停止以等待人类模具操作者的干预。
图16示出了用于在模具70中模制增强预成型件20的方法200。这里，预成型件20包括增强材料的片材22，并具有相对的第一和第二侧部分68，并且模具70具有呈现相应的第一模制表面74和第二模制表面78的第一模具半部72和第二模具半部76。第一模具半部72和第二模具半部76限定了模具主体86，并且设置或定向成第一模制表面74和第二模制表面78彼此面对。在框210，预成型件20被定位在第一模具半部72和第二模具半部76之间。在框220，抓住第一和第二侧部分68(例如，通过与第一移动构件89L和第二移动构件89R接合或连接)，并且在框230，第一和第二侧部分68中的至少一个远离模具主体86的中心86C移动(例如，通过从模具主体86的中心86C向外移动一个或多个联接器90)，以便拉伸增强材料的片材22。方法200还可包括：在框250，将第一模具半部72和第二模具半部76从打开位置79转换到大体关闭位置80，在打开位置79，模具半部72、76彼此间隔开，在大体关闭位置80，模具半部72、76彼此靠近，从而形成模制预成型件；在框270，将第一模具半部72和第二模具半部76从大体关闭位置80转换到打开位置79；并且，在框280，将另一个增强预成型件20放置在第一模具半部72和第二模具半部76之间，与模制预成型件配准。这里，“配准”可以包括将添加的预成型件40的对准孔口40与已经模制的预成型件40的对应对准孔口40对准，使得从相应的发射器82发射的光83可以穿过对准的孔口40并且被相应的接收器84接收。也可以执行附加的任选步骤，如虚线框所指示；这些步骤包括：在框240，通过在第一方向上移动第一和第二侧部分68来调整预成型件20的放置、位置和/或取向(例如，在将改善孔口40与它们相应的发射器/接收器对82、84的对准的方向上，诸如通过基于接收的第一和第二信号确定对准条件、将对准条件与预定标准进行比较、以及确定预成型件20在其中可以移动、旋转或以其它方式调整的第一方向)；以及在框260，将树脂添加到增强材料的片材20。
还示出了用于模制增强预成型件20的模具70，其中预成型件20中具有至少两个对准孔口40。模具70包括具有第一模制表面74的第一模具半部72和具有第二模制表面78的第二模具半部76，第一和第二模具半部设置或定向成第一模制表面74和第二模制表面78彼此面对。模具半部72、76被构造成在打开位置79和大体关闭位置80之间转换，在打开位置79，模具半部72、76彼此间隔开，在大体关闭位置80，模具半部72、76彼此靠近，并在第一模制表面74和第二模制表面78之间限定空腔81。第一发射器82设置在第一模具半部72中，并且被构造成将光83从那里发射到空腔81中。第一接收器84设置在第二模具半部76中，并且被构造成从第一发射器82接收光83，并产生指示从第一发射器82接收的光83的第一信号。第二发射器82设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的一个中，并且被构造成将光83从那里发射到空腔81中。第二接收器84设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的另一个中，并且被构造成接收来自第二发射器82的光83并产生指示从第二发射器83接收的光83的第二信号。模具70还可以包括控制器85，其可操作地连接到第一和第二发射器82以及第一和第二接收器84，控制器85被构造成导致第一和第二发射器82发射光83并从第一和第二接收器84接收第一和第二信号。
两个模具半部72、76可以限定模具主体86，模具70还包括第一移动构件89L和第二移动构件89R，每个移动构件具有相应的联接器90和相应的致动器92，联接器90被构造成用于与增强预成型件20的相应的侧部分68连接，致动器92被构造成用于在相应的第一位置94和相应的第二位置96之间移动相应的联接器90，在第一位置94，相应的联接器90设置在距模具主体86的中心86C的相应的第一距离95处，在第二位置96，相应的联接器90设置在距模具主体89的中心86C的相应的第二距离97处，第二距离97大于第一距离95。在这种布置中，每个相应的联接器90的第一位置94可以位于第一模具半部72中、第二模具半部76中或模具主体86外部。第一移动构件89L和第二移动构件89R可以被构造成使得：当增强预成型件20被放置在第一模具半部72和第二模具半部76之间，并且每个联接器90与其相应的侧部分68连接，并且致动器92将它们相应的联接器90从它们相应的第一位置94移动到它们相应的第二位置96时，第一移动构件89L和第二移动构件89R有效地拉伸增强预成型件20。模具70还可以包括控制器85，该控制器85可操作地连接到第一和第二发射器82、第一和第二接收器84以及第一移动构件89L和第二移动构件89R，控制器85被构造成执行上述过程步骤的序列100。
图17示出了用于在模具70中模制增强预成型件20的另一个方法300。预成型件20在其中具有第一和第二对准孔口40，并且模具70具有呈现相应的第一模制表面74和第二模制表面78的第一模具半部72和第二模具半部76。第一模具半部72和第二模具半部76设置成第一模制表面74和第二模制表面78彼此面对。模具70还包括：(i)第一发射器82，其设置在第一模具半部72中，并且被构造成从其发射光83；(ii)第一接收器84，其设置在第二模具半部76中，并且被构造成从第一发射器82接收光83并且产生指示从第一发射器82接收的光83的第一信号；(iii)第二发射器82，其设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的一个中，并且被构造成从其发射光83；以及(iv)第二接收器84，其设置在第一模具半部72和第二模具半部76中的另一个中，并且被构造成从第二发射器84接收光83并且产生指示从第二发射器84接收的光83的第二信号。
作为任选步骤，在框310，预成型件20的相对的第一和第二侧部分68可以被抓握(诸如通过移动构件89L、89R或上述其它方法)。在框320，预成型件20被定位在第一模具半部72和第二模具半部76之间，第一对准孔口40设置在第一发射器82和第一接收器84之间，并且第二对准孔口40设置在第二发射器82和第二接收器84之间。(这种类型的对准在图11至图12中示出，其中从每个发射器82发射的光83通过相应的对准孔口40前进到相应的接收器84上。)在框330，第一和第二侧部分68中的一个或两个从预成型件20的中心21向外移动，以便拉伸预成型件20。例如，这可以通过抓握相对的侧部分68来实现(如在任选框310中)，诸如通过使用其联接器90附接到预成型件20的侧部分68的移动构件89L、89R，然后使用致动器92将它们相应的联接器90从它们的第一位置94移动到它们的第二位置96。在框340，导致第一和第二发射器82发射光83，并且在框350，从第一和第二接收器84接收第一和第二信号。在框360，基于第一和第二信号确定对准条件。在框370，确定对准条件是否满足某些预定标准。如果对准条件满足预定标准，则在框380，模具70可以如上所述被“关闭”。然而，如果对准条件不满足预定标准，则在框390，发送错误条件警报，和/或在第一方向上调整第一和第二侧部分68的位置，以便调整预成型件20的放置、位置和/或取向。在框400，可以出现几个选项中的一个，诸如确定新的对准条件并将其与预定标准进行比较、再次移动预成型件20和/或移动构件89L、89R、重定向回到先前的框、导致发射器82停止发射光83、停止以等待人类模具操作者的干预或动作等。
增强预成型件20、模具70和方法200、300提供了优于先前方法的各种优点。例如，栓系件50的使用允许预成型件20容易被操作人员和机器人搬运设备操纵。栓系件50和在栓系件50的第二端部54处的套环56、结58和可抓握构件60以及栓系件50在第一连接点32、34、36、38和第二连接点35、39处附接到片材22的周边，允许通过移动构件89L、89R在相对侧24、26上抓握预成型件20，使得片材22可以被适当地拉伸，从而有助于消除褶皱、扭结和其它不一致。布置在对应位置的预成型件20中的对准孔口40和模具半部72、76中的发射器/接收器对82、84的使用有助于确定当预成型件20定位在模具半部72、76之间时预成型件20是否正确对准，并且能够检测和校正任何未对准。
上面的描述旨在为说明性的，而不是限制性的。虽然已经呈现了各种具体实施例，但是本领域技术人员将认识到，在权利要求的精神和范围内，可以通过各种修改来实践本公开。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。虽然本文描述的材料的尺寸和类型旨在为说明性的，但是它们决不是限制性的，而是示例性的实施例。此外，在所附权利要求书中，术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等的使用仅用作标签，并且不旨在对其对象强加数值或位置要求。另外，短语“A和B中的至少一个”应该理解为表示“仅A、仅B、或A和B两者”。并且当诸如“基本上”和“大体上”的广义描述性副词用于修饰形容词时，这些副词表示“大部分”、“很大程度上”和/或“在很大程度上”，而不一定表示“完全地”、“彻底地”、“严格地”或“全部地”。另外，词语“靠近”在本文中可以用于描述物体或其一部分相对于另一物体或其一部分的位置，和/或描述两个物体或其相应部分相对于彼此的位置关系，并且可以表示“附近”、“邻近”、“接近”、“在...近旁近”、“在...处”等。
附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。虽然本文所述方法是使用特定的步骤序列来说明的，但是这些步骤的顺序可以改变。在这点上，流程图或框图中的每个框可以表示模块、段或代码的部分，其包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令。这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该计算机可读介质可以指示控制器或其他可编程数据处理设备以特定方式操作，使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和框图中指定的功能和/或动作的指令的制品。
本书面描述使用包括最佳模式在内的示例来使本领域技术人员能够根据本公开制造和使用装置、系统和物质组成，并执行方法。以下权利要求，包括等同物，限定了本公开的范围。

Claims (20)

1.一种增强预成型件，包括：
增强材料的片材，其具有相对的第一和第二边缘，每个边缘具有沿着其定位的相应的第一连接点；和
第一和第二栓系件，所述第一和第二栓系件各自在其相应的第一端部处附接到所述第一连接点中相应的一个，并具有终止于以下至少一个中的相应的第二端部：
相应的套环，其系在所述相应的第二端部处；
相应的结，其系在所述相应的第二端部处；
相应的可抓握构件，所述相应的第二端部连接到该相应的可抓握构件；和
附接件，其到沿着所述片材的周边定位的相应的第二连接点。
2.根据权利要求1所述的增强预成型件，还包括：
至少两个对准孔口，其形成在所述增强材料的片材中并且彼此间隔开。
3.根据权利要求1所述的增强预成型件，其中，所述可抓握构件是环、杆和T形构件中的一种。
4.根据权利要求1所述的增强预成型件，其中，每个第一连接点位于所述第一边缘和所述第二边缘中相应的一个的相应拐角处。
5.根据权利要求1所述的增强预成型件，其中，所述栓系件由增强材料制成。
6.根据权利要求5所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材在单一制造过程期间一起形成。
7.根据权利要求6所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材从增强材料的单个坯料上切割下来。
8.根据权利要求6所述的增强预成型件，其中，所述栓系件和所述增强材料的片材通过增材制造形成为一体结构。
9.根据权利要求5所述的增强预成型件，其中，所述栓系件与所述增强材料的片材单独形成，并且在制造所述增强材料的片材之后附接到所述增强材料的片材。
10.根据权利要求1所述的增强预成型件，其中，所述第一和第二栓系件中的每一个的所述相应的第一和第二连接点在所述第一和第二边缘中相应的一个上。
11.一种用于模制如权利要求1至10中任一项所述的增强预成型件的模具，包括：
第一模具半部，其具有第一模制表面；
第二模具半部，其具有第二模制表面；
所述第一和第二模具半部设置成所述第一和第二模制表面彼此面对，所述模具半部被构造成在打开位置和关闭位置之间转换，在所述打开位置，所述模具半部彼此间隔开，在所述关闭位置，所述模具半部彼此靠近并限定在所述第一和第二模制表面之间具有空腔的模具主体；和
第一和第二移动构件，所述第一和第二移动构件各自具有相应的联接器和相应的致动器，所述联接器被构造成用于与所述增强预成型件的相应部分连接，所述致动器被构造成用于在相应的第一位置和相应的第二位置之间移动所述相应的联接器，在所述第一位置，所述相应的联接器设置在距所述模具主体的中心相应的第一距离处，在所述第二位置，所述相应的联接器设置在距所述模具主体的中心相应的第二距离处，所述第二距离大于所述第一距离，
其中，每个相应的联接器的所述第一位置位于所述第一模具半部中、所述第二模具半部中或所述模具主体外部。
12.根据权利要求11所述的模具，其中，所述第一模制表面从所述第一模具半部向外突出，并且所述第二模制表面缩回到所述第二模具半部中。
13.根据权利要求12所述的模具，其中，所述增强预成型件被构造成用于放置在所述第一模制表面上。
14.根据权利要求11所述的模具，还包括：
第一发射器，其设置在所述第一模具半部中，并且被构造成将光从所述第一发射器发射到所述空腔中；
第一接收器，其设置在所述第二模具半部中，并且被构造成从所述第一发射器接收光并产生指示从所述第一发射器接收的所述光的第一信号；
第二发射器，其设置在所述第一和第二模具半部中的一个中，并且被构造成将光从所述第二发射器发射到所述空腔中；和
第二接收器，其设置在所述第一和第二模具半部中的另一个中，并且被构造成从所述第二发射器接收光并产生指示从所述第二发射器接收的所述光的第二信号。
15.根据权利要求14所述的模具，还包括：
控制器，其可操作地连接到所述第一和第二发射器、所述第一和第二接收器以及所述第一和第二移动构件，所述控制器被构造成：
导致每个相应的致动器将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到其相应的第二位置，
导致所述第一和第二发射器发射光，
从所述第一和第二接收器接收所述第一和第二信号，
基于所述第一和第二信号确定对准条件，
确定所述对准条件是否满足预定标准，
如果所述对准条件满足所述预定标准，则将所述模具半部从所述打开位置转换到所述关闭位置，以及
如果所述对准条件未能满足所述预定标准，则发送错误条件警报，和/或基于所述对准条件导致所述致动器中的至少一个将其相应的联接器从其相应的第一位置移动到不同于所述第二位置的相应的调整后的位置。
16.一种用于在如权利要求11-15中任一项所述的模具中模制如权利要求1-10中任一项所述的增强预成型件的方法，其中，所述预成型件包括增强材料的片材，并且具有相对的第一和第二侧部分，并且其中，所述模具具有呈现相应的第一和第二模制表面的第一和第二模具半部，所述第一和第二模具半部限定模具主体，并且设置成所述第一和第二模制表面彼此面对，所述方法包括：
将所述预成型件定位在所述第一和第二模具半部之间；和
移动所述第一和第二侧部分中的至少一个远离所述模具主体的中心，以便拉伸所述增强材料的片材。
17.根据权利要求16所述的用于模制的方法，还包括：
通过在第一方向上移动所述第一和第二侧部分来调整所述预成型件的放置。
18.根据权利要求16所述的用于模制的方法，还包括：
将树脂添加到所述增强材料的片材。
19.根据权利要求16所述的用于模制的方法，还包括：
将所述第一和第二模具半部从打开位置转换到关闭位置，从而形成模制预成型件，在所述打开位置，所述模具半部彼此间隔开，在所述关闭位置，所述模具半部彼此靠近。
20.根据权利要求19所述的用于模制的方法，还包括：
将所述第一和第二模具半部从所述关闭位置转换到所述打开位置；和
将另一个增强预成型件放置在所述第一和第二模具半部之间，与所述模制预成型件配准。
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