CN114516181A - 复合材料零件的连续流水线制造 - Google Patents

Abstract

本公开涉及复合材料零件的连续流水线制造。提供了用于形成层压件的系统和方法。所述方法包括：将铺设心轴转位到处于第一位置处的层压工位；将所述层压工位和所述铺设心轴在处理方向上从所述第一位置朝向第二位置运输；在层压机器和所述铺设心轴在所述处理方向上运输的同时，经由所述层压机器将包括纤维增强材料的层的所述层压件铺设到所述铺设心轴上；在所述第二位置处，去除所述铺设心轴和所述层压件；以及将所述层压机器返回到所述第一位置，以在另一心轴上铺设另一层压件。

Description

复合材料零件的连续流水线制造

技术领域

本公开涉及制造领域，并且具体地，涉及制造复合材料零件。

背景技术

构成材料(例如，碳纤维增强聚合物(CFRP))的多层层压件可以形成为各种形状中的任一种，以硬化成复合材料零件。为了有助于复合材料零件的制造，可以利用诸如自动纤维放置(AFP)机这样的机器人。例如，大型(例如，多吨)AFP机可以占据一个单元，其中，AFP机铺设一层或更多层构成材料的带束，这些层形成接着被固化的层压件。

然而，复合材料零件的制造仍然耗时，这是因为诸如铺设、固结、装袋和固化这样的个体操作是在制造环境中的不同单元处执行的，并且技术人员必须在另一单元中进行制造工艺的下一步骤之前物理地运输手推车上的层压件。

因此，期望有至少考虑以上所讨论问题中的至少一些以及其他可能问题的方法和系统。

EP 3653369 A1的摘要记载了“一种制造系统包括多个层压头部(300)和限定连续环形层压路径(122)的头部移动系统，该头部移动系统被配置为使层压头部(300)沿着层压路径(122)串行移动。该制造系统还包括沿着层压路径(122)的一部分设置的至少一个层压心轴(146，148，150)。层压头部(300)均被配置为将铺设材料(316)分配到至少一个层压心轴(146，148，150)上或先前施加到层压心轴(146，148，150)上的铺设材料(316)上，同时层压头部(300)被头部移动系统移动通过层压路径(122)的一圈或更多圈以铺设复合材料层压件(400，402，404)。”

发明内容

本文中描述的实施方式提供了层压机器，该层压机器在用于层压件的心轴(和层压机器本身)正被运输时主动地铺设层压件。这提供了在单个工位内铺设和运输的双重益处，并使得层压件能够作为连续移动流水线过程的一部分制造。该布置还将制造工作分解成更小的多个部分，并使得能够立即检测和响应于铺设期间遇到的超出公差范围的状况。

一个实施方式是一种用于形成层压件的方法。所述方法包括：将铺设心轴转位到设置于第一位置的层压工位；在处理方向上从所述第一位置朝向第二位置运输所述层压工位和所述铺设心轴；在所述处理方向上运输层压机器和所述铺设心轴的同时，经由所述层压机器将具有纤维增强材料的层的所述层压件铺设到所述铺设心轴上；在所述第二位置处，去除所述铺设心轴和所述层压件；并且将所述层压工位返回到所述第一位置，以在另一心轴上铺设另一层压件。

其他实施方式是一种实施编程指令的非暂态计算机可读介质，所述编程指令在由处理器执行时能操作成执行形成层压件的方法。所述方法包括：将铺设心轴转位到设置于第一位置的层压工位；在处理方向上从所述第一位置朝向第二位置运输所述层压工位和所述铺设心轴；在所述处理方向上运输层压机器和所述铺设心轴的同时，经由所述层压机器将具有纤维增强材料的层的所述层压件铺设到所述铺设心轴上；在所述第二位置处，去除所述铺设心轴和所述层压件；并且将所述层压工位返回到所述第一位置，以在另一心轴上铺设另一层压件。

其他实施方式是一种用于形成层压件的系统，该层压件具有纤维增强材料的多个层。该系统包括层压工位，该层压工位包括具有心轴转位元件的铺设心轴。层压系统还包括往复运动件，该往复运动件具有用于接合铺设心轴的心轴转位元件的往复运动件转位元件。该层压工位还包括附接到往复运动件的层压机器，并且层压系统还包括驱动系统，该驱动系统在层压机器将层压件的多个层铺设到铺设心轴上的同时在处理方向上运输往复运动件。

下面，可描述其他例示性实施方式(例如，与前述实施方式相关的方法和计算机可读介质)。已讨论的特征、功能和优点可在各种实施方式中独立地实现或者可在其他实施方式组合，可参照以下描述和附图发现这些方面的其他细节。

附图说明

现在，只以举例方式参考附图来描述本公开的一些实施方式。在所有附图上，相同的附图标记表示相同的元件或相同类型的元件。

图1是例示性实施方式中的层压系统的示意图。

图2是可以与图1中示出的层压系统一起使用的层压工位的示意性框图。

图3是可以与图1和图2中示出的层压工位一起使用的承载层压机器和心轴的往复运动件的立体图。

图4是例示性实施方式中的图3中的往复运动件的剖切侧视图。

图5是例示性实施方式中的包括图3中的往复运动件的层压工位的俯视图。

图6是例示性实施方式中的彼此交互作用的多个层压工位的俯视图。

图7是例示性实施方式中的图6中的层压工位之间的心轴传递的俯视图。

图8是例示性实施方式中的在两个方向上制造层压件的多个层压工位的俯视图。

图9是例示了操作图1至图8中示出的层压系统和层压工位的方法的流程图。

图10是其中可以使用图1至图8的层压工位和/或图9的方法的航空器制造和检修的流程图。

图11是可以使用图1至图8的层压工位和/或图9和图10的方法制造的航空器的框图。

具体实施方式

附图和以下描述提供了本公开的特定例示性实施方式。因此，将理解，本领域的技术人员将能够设计出尽管未在本文中明确描述或示出但实施本公开的原理并且被包括在本公开的范围内的各种布置。此外，本文中描述的任何示例旨在帮助理解本公开的原理，并且将被解释为不限于这种具体阐述的示例和条件。结果，本公开不限于下述的特定实施方式或示例，而是受权利要求书限制。

诸如CFRP零件这样的复合材料零件初始地铺设成多个层，这多个层一起被称为层压件或“预制件”。层压件的每层内的个体纤维彼此平行对准，但不同层可以表现出不同的纤维取向，以便增加最终复合材料零件的沿着不同维度的强度。层压件可以包括粘性树脂，该粘性树脂固化以便将层压件硬化成复合材料零件(例如，以便用在航空器中)。用未固化的热固性树脂或热塑性树脂浸渍的碳纤维被称为“预浸料”。其他类型的碳纤维包括“干纤维”，它没有用热固性树脂浸渍，但可以包括增粘剂或粘结剂。可以用树脂注入干纤维，之后进行固化。对于热固性树脂，硬化是被称为固化的单向过程，而对于热塑性树脂，如果树脂被重新加热，则它可以达到粘性形式。

图1是用于制造流水线10内的层压系统50的示意图。层压系统50可以是组成制造流水线10的一系列系统中的一个系统。例如，制造流水线10还可以包括设置在层压系统50之后的紧固件安装系统。层压系统50且更具体地层压工位100用于形成层压件140。层压件140包括纤维增强材料147的至少第一层141和第二层142。

层压系统50具有层压工位100和铺设心轴130。层压系统50可以包括不止一个层压工位100，使得第一层压工位100和第二层压工位100’沿着制造流水线10的处理方向190是串联的。在这样的实施方式中，层压系统50还包括可以在层压系统50的层压工位100、100’之间移动的传送机器60。如相对于图7更详细描述的，传送机器60被配置为在传送铺设心轴130期间保持静止。

仍参照图1，层压系统50还包括驱动系统150。驱动系统150移动层压工位100和/或铺设心轴130，以执行本文中描述的方法。更具体地，驱动系统150将层压工位100沿着处理方向190从第一位置102向或朝向第二位置104移动。在本文中描述的示例中，驱动系统150使层压工位100的往复运动件120从第一位置102朝向第二位置104移动。层压系统50还可以包括轨道系统160。当层压系统50包括轨道系统160时，驱动系统150使层压工位100和/或铺设心轴130沿着轨道系统160至少从第一位置102朝向第二位置104移动。另外，驱动系统150可以包括通电轨/供电轨162。供电轨162可以被集成在轨道系统160上的轨道中，或者可以与轨道系统的轨道分离。当供电轨162被包括在层压系统50中时，驱动系统150使往复运动件120沿着供电轨162移动，以运输层压工位100。

另外，层压系统50可以包括不止一个铺设心轴130，诸如包括铺设心轴130和新的铺设心轴130’。铺设心轴130、130’可以在同一层压工位100内使用，或者均可以与相应的层压工位100、100’一起使用。铺设心轴130包括心轴转位元件132，如下文将更详细说明的。当层压系统50包括不止一个铺设心轴130、130’时，各铺设心轴130、130’包括心轴转位元件132。

图2是可以在层压系统50中使用的层压工位100的示意性框图。铺设工位100包括在铺设心轴130在处理方向190上连续移动的同时可操作地将层压件140铺设到铺设心轴130上的任何系统、设备或部件。如相对于图5、图6和图8更详细描述的，层压工位100还可以在相反处理方向192上移动通过层压系统50。参照图2，层压工位100包括往复运动件120和层压机器110。在该实施例中，层压工位100与轨道系统160关联，驱动系统150沿着轨道系统160运输往复运动件120。驱动系统150可以包括与轨道系统160联接的链传动器152或沿着轨道系统160移动的发动机154。在这样的实施例中，可以经由轨道系统160的通电轨或供电轨162向往复运动件120(例如，压板、真空压板、平坦表面等)(或驱动往复运动件120的发动机154)提供电力。在另外的实施例中，往复运动件120由充当驱动系统150的自主引导载具(AGV)或其他自动化设备运输，而不使用轨道系统160。往复运动件120包括诸如杯锥转位系统这样的往复运动件转位元件122。

往复运动件转位元件122使得铺设心轴130能够可去除地放置在往复运动件120处，与层压机器110存在已知偏移。铺设心轴130包括与往复运动件转位元件122互补的心轴转位元件132。往复运动件转位元件122被配置为接合(诸如，接纳)心轴转位元件132。往复运动件转位元件122与心轴转位元件132的接合使铺设心轴130对准往复运动件120。例如，在如图4中所示的实施方式中，往复运动件转位元件122是杯，心轴转位元件132是形状与杯的形状互补的锥。这使得能够经由设置在铺设心轴130和往复运动件120处的互补的转位元件将铺设心轴130转位到往复运动件120。

层压机器110设置在/附连到往复运动件120，往复运动件120在处理方向190上被驱动。层压机器110铺设具有纤维增强材料147的层141、142的层压件140，纤维增强材料147包括由纤维146增强的树脂148。在一个实施方式中，由层压机器110铺设的每个层141、142包括单向纤维增强聚合物的带束。层压机器110包括末端执行器115。末端执行器115可以由运动链114驱动。在一些实施方式中，运动链114和末端执行器115是机器人臂。末端执行器115包括头部116，头部116能够以期望的纤维取向(例如，零度、正四十五度、负四十五度和九十度)分配储存在线轴117中的纤维增强材料147。

层压机器110还包括控制器112和存储器113。控制器112操作运动链114以根据存储在存储器113中的数控(NC)程序中的指令来控制末端执行器115的移动。在来自线轴117的纤维增强材料147耗尽后，控制器112操作运动链114和末端执行器115，以去除头部116并获取备用头部116’的备用件119和/或去除线轴117并用满载纤维增强材料147的备用线轴117’更换线轴117。备用件119(例如，备用头部116’、备用线轴117’)可以储存在往复运动件120上、第二往复运动件120’上或沿着轨道系统160的已知位置处。控制器112可以被实现为例如定制电路、执行编程指令的硬件处理器、或其某种组合。

在其他实施方式中，电源170和/或气体供应源180设置在往复运动件120上，用于向层压机器110提供电力并向其供应加压气体。在其他实施方式中，往复运动件120包括与驱动系统150的供电轨162联接的接口(I/F)124。接口124被配置为从轨道系统160的通电轨/供电轨162获取电力。即，接口124与供电轨162(驱动系统150沿着供电轨162运输往复运动件120)联接以向往复运动件120上的部件传送电力，诸如，向往复运动件120上的层压机器110传送电力。

在操作期间，铺设心轴130被加载到往复运动件120上，并且在层压机器110将层压件140铺设在铺设心轴130上时，往复运动件120在处理方向190上移动。然后，铺设心轴130(和层压件140)前进至层压系统50中的第二层压工位100’或制造流水线10中的另一系统(图1中所示)，以进行另外的层压(如果需要)，从而进行固结、装袋和固化或以其他方式的准备，以便制造成复合材料零件。

图3是例示性实施方式中的承载层压机器110和铺设心轴130的往复运动件120的立体图。在该实施方式中，层压机器110沿着附接到或限定在往复运动件120的主体320中的路径318移动。路径318使得层压机器110能够在与处理方向190相同的第一方向322上或在与处理方向190相反的第二方向324上移动。层压机器110可以沿着路径318在第一方向322或第二方向324上移动，而不管往复运动件120在方向190或192中的哪个上移动。因此，层压机器110可以在第一方向322上移动以将第一层141铺设在铺设心轴130上，并在第二方向324上移动以将第二层142铺设在第一层141上。层压机器110可以在路径318中来回移动以铺设层压件140的层141、142，同时往复运动件120在处理方向190、相反处理方向192上移动，或者是静止的。

例如，在操作期间，层压机器110在往复运动件120处沿着路径318移动，这使得层压机器110的末端执行器115(诸如，末端执行器115的头部116)沿着层压件140的长度L铺设纤维增强材料147的层141、142(诸如带束)。往复运动件120的主体320可以由轨道系统160(图1和图2中示出)承载，由拖拽平台沿着轨道系统160驱动，由AGV承载，或者以其他方式在层压工位100、层压系统50和/或制造流水线10内的位置之间运输。然而，为了简洁起见，在图3中未例示往复运动件120的运输的可能变形形式。该运输过程有助于促成层压件140在对层压件140执行重复或不同动作的层压工位100、100’之间的交接。

图4是例示性实施方式中的图3中的往复运动件120的剖切图。图4例示了往复运动件120包括用于与诸如链传动器这样的驱动系统150(图2中示出)接合的机械联接件440(例如，钩)，以便沿着轨道系统160(图1和图2中示出)运输。图4还例示了铺设心轴130包括锥432作为心轴转位元件132，并且往复运动件120包括杯422作为往复运动件转位元件122。锥432与杯422接合(即，接纳杯422)，以促成将铺设心轴13转位到往复运动件120。当铺设心轴130被放置在往复运动件120处时，往复运动件转位元件122和心轴转位元件132的几何形状自动地使铺设心轴130与往复运动件120对准(只要各锥432的尖端放置在其对应的杯422内的任何地方即可)。也就是说，铺设心轴130的重量将铺设心轴130推动到位，使得当铺设心轴130被释放时，锥432在杯422上居中。

在上面关于图3和图4提供的往复运动件120和构成部件的设计的讨论中，图5和图6中的进一步讨论侧重于以促成制造处理的方式在层压工位100内布置轨道系统160和往复运动件120。

图5是例示性实施方式中的包括图3中的往复运动件120的层压工位100的俯视图。如图5中所示，轨道系统160可以包括第一轨道510、第二轨道530和第三轨道560。轨道系统160还包括在轨道系统160的至少两个轨道510、530之间延伸的第一切换轨道520和第二切换轨道540。在图5中，往复运动件120经由切换轨道520和540在第一轨道510和第二轨道530之间横穿。层压机器110在往复运动件120沿着第一轨道510前进的同时执行铺设。层压机器110可以在经由第一切换轨道520和第二轨道530前进之前被重新填装、重新贮存或以其他方式补充，以接纳待铺设的另一心轴(例如，图1中示出的新的铺设心轴130’)。在到达第一切换轨道520后，层压机器110可以与向层压机器110提供电力和加压气体的脐带式管缆或其他部件断开。然而，在其他实施方式中，层压机器110由往复运动件120的内部或上面的自包含式电源和压力源(诸如电源170和/或气体供应源180)提供动力。

在操作期间，当铺设心轴130在往复运动件120的顶部在处理方向190上前进时，第二往复运动件550以与往复运动件120跨第一轨道510运输相同的速率跨第三轨道560运输。在第二往复运动件550处的第二层压机器570与层压机器110相继地执行铺设。例如，这些层压机器110、570都可以根据相同的NC程序进行操作。

简言之，如图5中所示，制造过程可以包括将另外的第二层压机器570在处理方向190上从第一位置102朝向第二位置104运输，并且可以经由层压机器110和另外的第二层压机器570的协调动作执行层压件140的铺设。在这种情况下，通过使用两个末端执行器115(例如，末端执行器115的头部116)进行工作以同时构建层压件140来提高制造速率。以这种方式，多个层压机器110、570可以同时操作，以将纤维增强材料147的层141、142(图1和图2中示出)施加到相同的铺设心轴130上。例如，层压机器110将第一层141铺设在铺设心轴130上，并且第二层压机器570跟随层压机器110将第二层142铺设到第一层141上，以形成层压件140。

图5中的实施方式还允许层压系统50使用在同一层压工位100处的不同层压机器110、570同时形成层压件140的至少两个不同部分580、582、584、586。另选地，层压件140的不同部分580、582、584、586可以由不同的层压机器110、110’在不同的层压工位100、100’中同时形成。在图5中示出的示例中，第一层压机器110形成层压件140的第一轴向部分582/586，并且第二层压机器570形成层压件140的第二轴向部分580/584。另选地，第一层压机器110形成层压件140的第一纵向部分584/586，并且第二层压机器570形成层压件140的第二纵向部分580/582。部分580、582、584和/或586也可以是构成层压件140的个体层或层的子集。

图6是例示性实施方式中的具有彼此交互的多个层压工位100、100’、100”的层压系统50的俯视图。当铺设心轴130在处理方向190上运输(例如，沿着轨道系统160)时，层压工位100、100’、100”可以彼此交互以交接层压件140(或硬化的复合材料零件)，以便执行诸如层压、固结、装袋、固化等这样的不同任务。每个层压工位100、100’、100”可以类似地配置(例如，具有相同的部件)，如相对于图1至图4描述的。然而，在图6的实施方式中，各层压工位100被略微不同地配置。例如，如上所述，第一层压工位100是层压工位610，第二层压工位100’是固结工位620，并且第三层压工位100”是装袋工位630。

在图6的实施方式中，第一层压工位610将层压件140铺设在铺设心轴130上，并且第二固结工位620通过从第一层压工位100拾取铺设心轴130来接纳层压件140并固结层压件140。第三装袋工位630通过拾取铺设心轴130来接纳固结层压件140，并在固结的层压件140的顶部上施加真空袋640。然后，可以将铺设心轴130移动到加热器(例如，压热器)并进行硬化。

图7是使用传送机器60在层压工位100、100’之间传送铺设心轴130的俯视图。在图7的例示性实施方式中，传送机器60将铺设心轴130在第一层压工位100的往复运动件120和第二层压工位100’的第二往复运动件120’之间传送。根据图7，在往复运动件120、120’相对于传送机器60移动以将铺设心轴130在往复运动件120和120’之间传送时，传送机器60是静止的。传送机器60具有可以插入铺设心轴130中的臂722，并将臂722在传送方向740上移动。传送方向740可以与处理方向190相同；然而，传送方向740可以与处理方向190相反。这将铺设心轴130从左侧的第一层压工位100上的往复运动件120传送到右侧的第二层压工位100’上的第二往复运动件120’，以继续铺设层压件140。

图8是例示性实施方式中的层压系统50的俯视图，层压系统50具有在两个方向190和192上制造层压件140的多个层压工位100、100’、100”、100”’。利用在两个方向190、192上工作的多个层压工位100的实施方式通过增强生产量和/或确保在层压工位100的所有移动期间执行工作来提供技术益处。另外，各层压工位100可以在同一轨道系统160上操作，或者至少一个层压工位100可以在单独的轨道系统或AGV上操作。第一层压工位100、第二层压工位100’、第三层压工位100”和第四层压工位100”’中的每个包括至少一些类似的部件，以同时执行类似的层压处理来形成相应的层压件140。另选地，轨道系统160的同一轨道(第一轨道510或第二轨道530)上的层压工位100一起工作，以执行复合制造过程的不同部分来形成层压件140或140”。层压件140和140”可以是相同类型或不同类型的层压件。在这样的实施方式中，层压工位100可以类似地配置有末端执行器115，末端执行器115能够执行多个不同的复合制造过程和/或形成不止一种类型的层压件。

根据图8，第一层压工位100的往复运动件120和第二层压工位100’的第二往复运动件120’在沿着第一轨道510向右前进的同时进行操作，以铺设第一层压件140。第三层压工位100”的第三往复运动件120”和第四层压工位100”’的第四往复运动件120”’在沿着第二轨道530向左前进的同时进行操作，以铺设第二层压件140”。往复运动件120和120”按从第一轨道510到第一切换轨道520、到第二轨道530、到第二切换轨道540并回到第一轨道510的循环移动。

第一层压工位100操作层压机器110以将第一层压件140放置在铺设心轴130上，并且第三层压工位100”操作层压机器110”以将第二层压件140”放置在心轴130”上。第一层压件140从往复运动件120传送到第二往复运动件120’(例如，使用传送机器60)并向右(例如，在处理方向190上)前进，而第二层压件140”从第三往复运动件120”传送到第四往复运动件120”’(例如，使用第二传送机器60’)，并向左(例如，在对象的处理方向192上)前进。以这种方式，通过迭代地操作，层压工位100、100’、100”、100”’可以沿着处理方向190和相对的相反处理方向192制造两种单独类型的层压件140、140’。

将针对图9讨论层压系统50和层压工位100的操作的例示性细节。对于该实施方式，假定铺设心轴130设置为靠近往复运动件120，在末端执行器115的可及范围内，诸如在末端执行器115的致动臂的可及范围内。

图9是例示了操作图1至图8中示出的层压系统50和层压工位100以形成层压件140的方法900的流程图。参考层压工位100描述方法900中的步骤，但本领域的技术人员将理解，可以在其他系统中执行方法900。本文中描述的流程图中的步骤并没有都被包括在内，可以包括未示出的其他步骤。也可以按替代顺序执行本文中描述的步骤。

参照图1、图2和图9，方法900包括：转位902铺设心轴130；运输904层压工位100和铺设心轴130；并且经由层压机器110将层压件140铺设906到铺设心轴130上。方法900还包括：去除908铺设心轴130和层压件140；并且将层压工位100返回910到第一位置102。

当层压系统50如图5中地配置时，方法900可以先开始将层压件140细分912为部分580、582、584和/或586。在沿着处理方向190布置的多个层压机器110、570中的每个处独立地执行定转位902、运输904、铺设906、去除908和返回910步骤。多个层压机器110、570中的每个形成层压件140的部分580、582、584和/或586中的一个。在一个实施方式中，层压件140被细分912为部分580、582、584和/或586(例如，纵向部分、层的特定子集等)，并且在沿着处理方向190布置的多个层压机器110、110’和/或多个层压工位100、100’中的每个处独立地执行转位902、运输904、铺设906、去除908和返回910步骤。多个层压机器110、110’中的每个铺设层压件140的被细分912的部分580、582、584和/或586中的一个，并且在处理中的层压件140被在层压机器110、110’之间交接。

在转位902时，铺设心轴130被转位到层压工位100。更具体地，当层压工位100在第一位置102(例如，轨道系统160的左侧)处时，铺设心轴130被转位902到层压工位100的往复运动件120。将铺设心轴130转位到层压工位100也使铺设心轴130转位到层压机器110。当铺设心轴130转位到往复运动件120(层压机器110设置在往复运动件120上)时，发生铺设心轴130转位902到层压机器110。将铺设心轴130转位902到层压机器110包括经由设置在铺设心轴130和往复运动件120处的心轴转位元件132和往复运动件转位元件122将铺设心轴130转位到往复运动件120。

转位902铺设心轴130可以包括将铺设心轴130抬升或滑动到其中使心轴转位元件132与往复运动件转位元件122对准和/或接合的位置。转位902可以由致动臂(例如，层压机器110的运动链114和末端执行器115或铺设工位100外部的另一机器人臂)执行，从而基于NC程序中的指令来拾取铺设心轴130并将其在往复运动件120上放置就位。在其他实施方式中，不必由机器人进行拾取，因为在平台轨道和心轴轨道相交并且往复运动件转位元件122和心轴转位元件132对准和/或接合的情况下可以发生经由转位902进行的接合。

在运输904时，层压机器110和铺设心轴130在处理方向190上从第一位置102朝向第二位置104(例如，当查看附图时，在轨道系统160右侧的最终位置)运输。例如，在处理方向190上驱动往复运动件120，以运输904层压机器110和铺设心轴130。为了执行运输904操作，控制器112可以引导驱动系统150以将往复运动件120以期望速率沿着轨道系统160移动。在驱动系统150包括AGV的实施方式中，驱动系统150可以由另一控制器独立地操作。在驱动系统150包括链传动器的实施方式中，往复运动件120处的机械联接器440(图4中示出)可以与链传动器接合，以便将往复运动件120以期望速率运输904。在如图6至图8中所示的层压系统50的示例中，多个层压工位100中的每个处的往复运动件120可以经由驱动系统150运输，以便确保层压工位100以均匀的速率操作。

在铺设906时，铺设工位110将具有纤维增强材料147的层141、142的层压件140铺设到铺设心轴130上。在示例性实施方式中，在层压工位100和铺设心轴130在处理方向190上运输904时发生铺设906。当层压系统50如图8中地配置时，在层压工位100和铺设心轴130正在相反处理方向192上移动时，也执行运输904和铺设906。铺设906包括将第一层141铺到铺设心轴130上，将第二层142铺到第一层141上等等，直到将层压件140的多个层铺设906到铺设心轴130上。

在一个实施方式中，铺设906层压件140包括将层压机器110在沿着处理方向的第一方向322操作914以铺设906第一层141，并将层压机器110在与处理方向190相对的第二方向324上操作916以铺设906第二层142。重复操作步骤914、916，以添加更多层从而建立层压件140。即，在铺设906期间，层压机器110独立于处理方向190移动918，并可以在任何合适的方向上移动以执行铺设906。

铺设906层压件140包括使层压机器110独立于处理方向190移动918。更具体地，层压机器110与层压工位100的往复运动件120移动的方向独立地移动918，因为层压机器110相对于往复运动件120沿着路径318移动918，如相对于图3更详细描述的。

当如图5中所示层压系统50包括多个层压机器110、570时，铺设906层压件140包括同时操作920多个层压机器110、570，以将纤维增强材料147的层141、142施加到铺设心轴130上。

因为铺设心轴130被转位902到往复运动件120，并且因为层压机器110被附连到往复运动件120，所以层压机器110与铺设心轴130之间的任何偏移都是已知的。这意味着，不管往复运动件120沿着轨道系统160的位置如何，层压机器110继续按照NC程序不中断地操作。

再次参照运输904，在其他实施方式中，在层压工位100和铺设心轴130在处理方向190(和/或当层压系统50如图8中地配置时的相反处理方向192)上运输904时，末端执行器115固结922层压件140。通过在层压工位100和铺设心轴130在处理方向190(和/或当层压系统50如图8中地配置时的相反处理方向192)上运输904时向层压件140施加压力来执行固结922。往复运动件120的运输904的速率可以是诸如每小时十分之一英里(每秒0.05米)或其他速度这样的任何期望速度。

在铺设906期间，头部116处的线轴117可能耗尽纤维增强材料147，或者层压机器110可以被编程以使用不同的头部执行后续处理。在这种情形下，方法900包括在运输904期间更换924头部116和/或线轴117。例如，当层压工位100在处理方向190或相反处理方向192上运输904时，头部116被备用头部116’更换924和/或线轴117被备用线轴117’更换924。在特定示例中，控制器112可以操作运动链114和末端执行器115，以在运输904期间更换924层压机器110的头部116(或线轴117)。更换924可以包括从往复运动件120或从以相同速度在相同方向上行进和/或相对于往复运动件120和/或轨道系统160处于已知偏移的偏离往复运动件位置处的第二往复运动件120’获取备用件119，

在去除908时，在第二位置104处，去除铺设心轴130和层压件140。更具体地，在第二位置104处，从层压工位100处去除908其上带有层压件140的铺设心轴130。在一个实施方式中，去除908包括操作机器人臂(例如，在层压机器110处)和/或传送机器60以将铺设心轴130(进而层压件140)从层压工位100移动到层压系统50或制造流水线10中的另一工位。另一工位可以铺设906层压件140的另一部分，可以通过施加压力来固结922层压件140，可以将真空袋640施加到层压件140，或者可以甚至经由施加热来固化层压件140。

在返回910时，层压工位100返回到第一位置102，以在新的铺设心轴130’上形成另外的层压件140’。例如，层压机器110被承载在往复运动件120上，往复运动件120沿着轨道系统160(诸如，沿着平行轨道510、530、560)运输928，以返回910到第一位置102。在一个实施方式中，轨道系统160形成回路，或者包括用于将往复运动件120运送到返回轨道(诸如第二轨道530)的切换轨道520、540。以这种方式，多个往复运动件120、120’可以一致地在第一位置102和第二位置104之间来回行进而彼此不干扰。

在一个实施方式中，在回路上返回910之前或与此同时，新的铺设心轴130’被转位926到层压工位100。新的铺设心轴130’的转位926类似于第一铺设心轴130的转位902。例如，新的铺设心轴130’的心轴转位元件132与往复运动件转位元件122对准和/或接合，以将新的铺设心轴130’转位926到往复运动件120。在特定示例中，在层压工位100处于第二位置104时，新的铺设心轴130’被转位926到层压机器110。

当层压工位100被提供新的铺设心轴130’时，层压机器110可以继续执行铺设906，以在新的铺设心轴130’上形成另外的层压件140’。在这样的实施方式中，在去除908第一铺设心轴130之后，层压工位100和新的铺设心轴130’在与处理方向190相对的相反处理方向192上从第二位置104朝向第一位置102运输928。层压机器110将具有纤维增强材料147的层141、142的附加层压件140’铺设906到新的铺设心轴130’上，同时层压工位100和新的铺设心轴130’与处理方向190相对地运输928。在相反处理方向192上的运输928可以基本上类似于上述的运输904。例如，铺设906、固结922和/或更换924可以在在相反处理方向192上运输928期间发生。

为了使层压机器110执行方法900中的步骤，为层压机器110提供电力930。更具体地，层压机器110由设置在往复运动件120处的电源170提供电力930。另外地或另选地，层压机器110经由供电轨162(层压工位100在运输904期间沿着供电轨162行进)提供电力930。提供电力930至少在铺设906期间发生，并还可以在输送904期间发生(例如，以执行固结922和/或更换924)或在方法900的任何其他步骤(层压机器110正在执行动作或处于非活动但准备就绪状态)期间发生。

方法900提供了优于现有系统和技术的优点，因为方法900可以使得连续的流水线制造技术能够应用于诸如航空器(例如，图11中示出的航空器1002)的长桁或框架这样的复合材料零件，同时用于这些零件的层压件通过制造流水线10(图1中示出)运动。此外，方法900不需要诸如AFP机器这样的专门的重型机械。因此，如果一个层压机器110在执行方法900期间需要维护，则层压机器110、末端执行器115、头部116或线轴117可以由技术人员(或另一AFP机器)在不中断制造处理的情况下快速更换。

实例

在以下实例中，在用于复合材料零件的连续流水线制造处理的背景下描述另外的处理、系统和方法。

更具体地参照附图，可在如图10中所示的航空器制造和检修方法1000和如图11中所示的航空器1002的背景下描述本公开的实施方式。在前期生产过程中，方法1000可包括航空器1002的规格和设计1004和材料采购1006。在生产过程中，进行航空器1002的部件和子组件制造1008以及系统整合1010。方法900(图9中示出)可以在部件和子组件制造1008期间执行，以生产航空器1002的一部分。此后，航空器1002可经过检定和交付1012，以便投入服役1014。在被客户投入服役期间，航空器1002被安排进行维护和检修1016的例行工作(也可包括改造、重构、翻新等)。

可以在方法1000中描述的生产和检修的任一个或更多个合适阶段(例如，规格和设计1004、材料采购1006、部件和子组件制造1008、系统整合1010、认证和交付1012、服役1014、维护和检修1016)期间和/或生产航空器1002的任何合适部件(例如，机体1018、系统1020、内部1022、推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028、环境系统1030)中采用本文中实施的系统和方法。

可以由系统集成商、第三方及/或运营商(例如，客户)进行或执行方法1000的处理中的每个。出于本描述的目的，系统集成商可以包括但不限于任一数量的航空器制造商与主系统分包商；第三方可以包括但不限于任一数量的供应商、转包商以及供货商；并且运营商可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

如图11中所示，用方法1000生产的航空器1002可包括具有多个高级系统1020的机体1018和内部1022。系统1020的示例包括推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028和环境系统1030中的一个或更多个。可以包括任何数量的其他系统。尽管示出了航空航天的示例，但本公开的原理可以应用于诸如汽车工业这样的其他工业。

如以上已经提到的，可以在方法1000中描述的生产和检修的任一个或更多个阶段期间采用本文中实施的层压系统50和方法900(图10中示出)。例如，能以类似于航空器1002在服役时生产部件或子组件的方式，制成或制造与部件和子组件制造1008对应的部件或子组件。另外，可以在子组件制造1008和系统整合1010期间，例如，通过大幅地加快航空器1002的组装或减少航空器1302的成本，利用一个或更多个系统实施方式、方法实施方式或其组合。

类似地，可以在航空器1002服役(例如而不限于维护和检修1016期间)时利用系统实施方式、方法实施方式或其组合中的一个或更多个。例如，本文中描述的方法900和层压系统50可以用于材料采购1006、部件和子组件制造1008、系统整合1010、服役1014和/或维护和检修1016、和/或可用于机体1018和/或内部1022。这些方法900和层压系统50甚至可以用于针对包括例如推进系统1024、电气系统1026、液压系统1028和/或环境系统1030的系统1020形成任何合适的零件。

在一个实施方式中，零件包括机体1018的一部分，并使用方法900和层压系统50在部件和子组件制造50期间制造。然后，可以在系统整合1010中将零件组装到航空器1002中，然后在服役1014中利用，直到零件将被更换。然后，在维护和检修1016中，零件可以被丢弃并用使用诸如方法900这样的任何合适方法制成的新制造的零件更换。为了制造新零件，可以在整个部件和子组件制造1008中利用本发明的系统和方法。

图中示出或本文中描述的各种控制元件(例如，电气或电子部件)中的任一个都可被实现为硬件、实现软件的处理器、实现固件的处理器或这些的某种组合。例如，元件可被实现为专用硬件。专用硬件元件可被称为“处理器”、“控制器”或一些类似术语。当由处理器提供时，这些功能可由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，这些处理器中的一些可被共享。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为排他性地指能够执行软件的硬件，并且可隐含地包括而不限于数字信号处理器(DSP)硬件、网络处理器、专用集成电路(ASIC)或其他电路、现场可编程门阵列(FPGA)、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器、逻辑器件、或某种其他物理硬件部件或模块。

另外，控制元件可被实现为可由处理器或计算机执行以执行该元件的功能的指令。指令的一些示例是软件、程序代码和固件。指令在由处理器执行时是可操作的，以指导处理器执行元件的功能。指令可被存储在处理器可读的存储装置上。存储装置的一些示例是数字或固态存储器、诸如磁盘和磁带这样的磁存储介质、硬驱动器或光学可读数字数据存储介质。

尽管本文中描述了特定的实施方式，但本公开的范围不限于那些特定的实施方式。本公开的范围由以下权利要求限定。

Claims (15)

1.一种用于形成层压件(140)的方法(900)，所述方法(900)包括以下步骤：

将铺设心轴(130)转位(902)到设置于第一位置(102)的层压工位(100)；

在处理方向(190)上从所述第一位置(102)朝向第二位置(104)运输(904)所述层压工位(100)和所述铺设心轴(130)；

在所述处理方向(190)上运输层压机器(110)和所述铺设心轴(130)的同时，经由所述层压机器(110)将具有纤维增强材料(147)的层(141，142)的所述层压件(140)铺设(906)到所述铺设心轴(130)上；

在所述第二位置(104)处，去除(908)所述铺设心轴(130)和所述层压件(140)；并且

使所述层压工位(100)返回(910)到所述第一位置(102)，以在新的铺设心轴(130’)上铺设另外的层压件(140’)。

2.根据权利要求1所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，其中：

所述层压机器(110)设置在往复运动件(120)上，所述往复运动件(120)在所述处理方向(190)上被驱动，并且

将所述铺设心轴(130)转位(902)到所述层压工位(100)的步骤包括经由设置在所述铺设心轴(130)和所述往复运动件(120)处的互补的转位元件(132，122)将所述铺设心轴(130)转位到所述往复运动件(120)，优选地还包括经由设置在所述往复运动件(120)处的电源(170)为所述层压机器(110)提供电力(930)。

3.根据权利要求1或2所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，其中：

铺设(906)所述层压件(140)的步骤包括使所述层压机器(110)独立于所述处理方向(190)移动(918)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，所述方法(900)还包括以下步骤：

经由供电轨(162)为所述层压机器(110)提供电力(930)，所述层压工位(100)在运输(904)步骤期间沿着所述供电轨(162)行进。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，所述方法(900)还包括以下步骤：

在运输(904)步骤期间更换(924)所述层压机器(110)的头部(116)，和/或

在运输(904)步骤期间更换(924)所述层压机器(110)的线轴(117)，和/或

在所述处理方向(190)上运输(904)所述层压工位(100)和所述铺设心轴(130)的同时，固结(922)所述层压件(140)，和/或其中：

铺设(906)所述层压件(140)的步骤包括；使所述层压机器(110)在所述处理方向(190)上操作(914)以铺设(906)第一层(141)；并且使所述层压机器(110)在与所述处理方向(190)相反的第二方向(324)上操作(916)以铺设(906)第二层(142)，和/或

将所述新的铺设心轴(130’)转位(926)到所述层压工位(100)；

在与所述处理方向(190)相反的相反处理方向(192)上从所述第二位置(104)朝向所述第一位置(102)运输(928)所述层压工位(100)和所述新的铺设心轴(130’)；并且

在所述相反处理方向(192)上运输(928)所述层压工位(100)和所述新的铺设心轴(130’)的同时，经由所述层压机器(110)将包括纤维增强材料(147)的层(141，142)的另外的层压件(140’)铺设(906)到所述新的铺设心轴(130’)上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，其中，所述层压工位(100)包括多个层压机器(110，570)，所述方法(900)还包括以下步骤：

将所述层压件(140)细分(912)为多个部分(580，582，584，586)；并且

在沿着所述处理方向(190)布置的所述多个层压机器(110，570)中的每个处独立地执行转位(902)步骤、运输(904)步骤、铺设(906)步骤、去除(908)步骤和返回(910)步骤，其中，所述多个层压机器(110，570)中的每个形成所述层压件(140)的所述多个部分(580，582，584，586)中的一个。

7.根据权利要求6所述的用于形成层压件(140)的方法(900)，其中，所述层压工位(100)包括多个层压机器(110，570)并且：

铺设(906)所述层压件(140)的步骤包括同时操作(920)所述多个层压机器(110，570)，以将纤维增强材料(147)的层(141，142)施加到所述铺设心轴(130)上。

8.使用权利要求1至7中任一项所述的用于形成层压件(140)的方法(900)制造航空器(1002)的一部分。

9.一种用于形成层压件(140)的层压系统(50)，所述层压件(140)具有纤维增强材料(147)的多个层(141，142)，所述层压系统(50)包括：

铺设心轴(130)，其具有心轴转位元件(132)；

层压工位(100)，其包括：

往复运动件(120)，其包括用于接合所述铺设心轴(130)的所述心轴转位元件(132)的往复运动件转位元件(122)；以及

层压机器(110)，其附接到所述往复运动件(120)；以及

驱动系统(150)，其在所述层压机器(110)将所述层压件(140)的所述多个层(141，142)铺设到所述铺设心轴(130)上的同时在处理方向(190)上运输所述往复运动件(120)。

10.根据权利要求9所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)，所述层压系统(50)还包括：

传送机器(60)，其在已铺设了所述层压件(140)之后将所述铺设心轴(130)从所述层压工位(100)运输到另一层压工位(100’)，其中，优选地，所述传送机器(60)包括插入所述铺设心轴(130)中的臂(722)。

11.根据权利要求9或10所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)，其中：

所述往复运动件(120)包括电源(170)和气体供应源(180)，所述电源(170)和所述气体供应源(180)使得所述层压机器(110)能够在所述驱动系统(150)运输所述往复运动件(120)的同时操作。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)，其中：

所述驱动系统(150)包括供电轨(162)，所述驱动系统(150)沿着所述供电轨(162)运输所述往复运动件(120)；并且

所述往复运动件(120)包括与所述供电轨(162)联接的接口(124)。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)，其中：

所述驱动系统(150)包括自主引导载具，和/或

所述驱动系统(150)包括与所述往复运动件(120)联接的链传动器(152)，和/或

所述往复运动件(120)包括用于所述层压机器(110)的备用头部(116’)和备用线轴(117’)中的至少一个，和/或

所述层压工位(100)铺设所述层压件(140)的一部分(580，582，584，586)，并且

所述层压系统(50)还包括另外的层压工位(100’)，所述另外的层压工位(100’)铺设所述层压件(140)的另外的部分(580，582，584，586)，并且所述层压系统(50)被配置为将所述铺设心轴(130)从所述层压工位(100)传送到所述另外的层压工位(100’)，和/或

所述层压机器(110)被配置为在所述处理方向(190)上被运输的同时铺设所述层压件(140)的多个层(141，142)，和/或

所述往复运动件转位元件(122)包括杯(422)，并且所述心轴转位元件(132)包括锥(432)。

14.根据权利要求9至13中任一项所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)，还包括：

第二往复运动件(550)，其包括第二层压机器(570)，其中，所述层压机器(110)和所述第二层压机器(570)被配置为经由协调动作铺设所述层压件(140)。

15.使用权利要求9至14中任一项所述的用于形成层压件(140)的层压系统(50)制造航空器(1002)的一部分。

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