CN116018252A - 自动穿线的纤维放置头 - Google Patents

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CN116018252A CN202080103799.0A CN202080103799A CN116018252A CN 116018252 A CN116018252 A CN 116018252A CN 202080103799 A CN202080103799 A CN 202080103799A CN 116018252 A CN116018252 A CN 116018252A
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Abstract

一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件，包括被配置为从复合带源接收复合带并将复合带施加到模具的纤维放置头。该组件还包括一个或多个气动输送机，与纤维放置头相耦合，每个气动输送机具有被配置为从复合带源接收复合带端部的入口、被配置为将复合带端部提供给纤维放置头的出口、以及一个或多个在线真空输送机，在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将压缩流体引向出口，从而将复合带端部从入口输送到出口并进入纤维放置头。

Description

自动穿线的纤维放置头
技术领域
本申请涉及纤维放置机，并且更具体地，涉及将复合带从卷轴(spool)穿入头部的纤维放置头。
背景技术
纤维放置机用于制造复合工件。浸渍有树脂的纤维材料形式的复合带或材料，由机器以精确的位置和长度施加到模具或心轴上，以共同形成复合工件。纤维放置机将纤维放置头移动到模具上方，以便以复合工件的最终形状精确地施加复合带。随着纤维放置头移动，它在模具后面留下多个复合带段，也称为铺层(course)，或丝束(tow)。当复合带段被施加到模具上时，段的长度由切割动作定义，该切割动作将段与卷轴上的复合带供应分开。一些工件涉及不同尺寸的复合带的应用，这些复合带可以存放在其他卷轴和/或纤维放置头或由其他卷轴和/或纤维放置头携带。当需要不同的复合带时，机械臂可以释放穿有一种类型或尺寸的复合带的现有的纤维放置头，并选择穿有不同类型或尺寸的复合带的新的不同纤维放置头。每个纤维放置头可以通过人工预穿复合带，诸如通过机器操作员，手动将复合带端部从卷轴穿到纤维放置头。然而，维护多个纤维放置头，其中每个纤维放置头都具有其自己的手动穿线的复合带，这会增加成本和复杂性。
发明内容
在一个实施方式中，一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件包括：纤维放置头，被配置为从复合带源接收复合带并将复合带施加至模具。该组件还包括一个或多个与纤维放置头相耦合的气动输送机，每个气动输送机具有被配置为从复合带源接收复合带端部的入口、被配置为将复合带端部提供给纤维放置头的出口、以及一个或多个在线真空输送机，一个或多个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将压缩流体引向出口，从而将复合带端部从入口输送到出口并进入纤维放置头。
在另一个实施方式中，一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件包括：纤维放置头，被配置为从复合带源接收复合带并将复合带施加至模具；一个或多个气动输送机，与纤维放置头相耦合，每个气动输送机具有被配置为接收复合带端部的入口、被配置为将端部提供至纤维放置头的出口、以及一个或多个在线真空输送机，一个或多个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将压缩流体引向出口，从而将复合带端部从入口输送到出口并进入纤维放置头；以及多个复合带源，每个复合带源被配置为与纤维放置头可释放地耦合，并且包括夹辊组件(pinch rollerassembly)，该夹辊组件选择性地将复合带供应至气动输送机的入口。
在又一个实施方式中，一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件，包括：纤维放置头，被配置为从复合带源接收复合带并将复合带施加至模具；多个气动输送机，与纤维放置头相耦合，每个输送机具有被配置为接收复合带端部的入口、被配置为将端部提供至纤维放置头的出口、以及至少一个在线真空输送机，至少一个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将压缩流体引向出口，从而将纤维复合带端部从入口输送到出口并进入纤维放置头；多个复合带源，每个复合带源被配置为与纤维放置头可释放地耦合，并且包括：存放复合带的卷轴、选择性地将复合带供应至气动输送机的入口的夹辊组件、以及在源和夹辊组件之间接触复合带的至少一个转向辊(redirect roller)。
附图说明
图1描绘了纤维放置机的实施方式的透视图；
图2描绘了纤维放置头的一部分的实施方式的透视图；
图3描绘了纤维放置头的一部分的实施方式的另一个透视图；
图4描绘了纤维放置头的一部分的实施方式的另一个透视图；
图5描绘了复合带源和气动输送机的实施方式的剖视图；
图6描绘了复合带源到气动输送机的另一个剖视图；
图7描绘了复合带源和气动输送机的另一个实施方式的剖视图；
图8描绘了复合带源到气动输送机的另一个实施方式的另一个剖视图；
图9描绘了气动输送机的实施方式的剖视图。
具体实施方式
纤维放置机可使用携带纤维放置头的机械臂，该纤维放置头可释放地与多个复合带源连接并自动将复合带从复合带源传到至纤维放置头。纤维放置头可以包括从自气动输送机接收压缩空气并从复合带源延伸至纤维放置头的管道。该管道可以将复合带从源传到纤维放置头。在纤维放置头附连到复合带源之后，复合带端部可以位于管道的入口处。气动输送机可以将压缩空气或流体沿着朝向纤维放置头的方向供给到管道中，从而在管道的入口处从复合带源拉出复合带，并将复合带端部传送到管道的出口，到纤维放置头的辊，其中，复合带可通过头部控制并在复合工件形成期间施加到模具上。用于制造复合工件的复合带通常由浸渍有树脂的纤维材料组成，树脂在热激活后为复合工件提供强度。这通常被称为“预浸”复合材料。复合材料的一个示例是碳纤维。
图1中示出了纤维放置机10的实施方式。纤维放置机10包括与纤维放置头14可拆卸耦合的机械臂12。机械臂可以由底座16支撑，在底座16上绕轴(x)线性移动。可以通过例如枢转、旋转或伸缩来移动的多个可移动段(segment)18可以从底部16向外延伸。机械臂12可以相对于底座16围绕多个轴移动。例如，第一段18a可以在一端可旋转地耦合到底座16，使得机械臂12可以围绕底座16旋转。第二段18b可以与第一段18a可枢转地耦合，并且第三段18c可以与第二段可枢转地耦合。第四段18d可以耦合到第三段18c，并且可伸缩地从第三段移开以及朝向第三段移动。可以使用流体柱塞、电动马达或这些或其他驱动元件的某些组合来相对于彼此移动段18，以使机械臂12的远端相对于用于制造工件的模具20或心轴移动。
多个复合带源24(有时称为纱架(creel))可以与纤维放置头14可释放地耦合。在此实施例中，机械臂12可沿轴(a)移动，使得纤维放置头14接近第一复合带源24a。机械臂12可以与第一复合带源24a耦合，使得随着臂12沿着轴(a)移动，源24a随臂12一起移动。第一复合带源24a可以将一种类型或尺寸的复合带供应到纤维放置头14。图2中更详细地示出的纤维放置头14可以使用由压缩流体诸如压缩空气供应并由头部14携带的气动输送机将由第一复合带源24a供应的复合带端部拉向其压实辊(compaction roller)。下面将更详细地讨论气动输送机。纤维放置头14从第一复合带源24a接收复合带，直到需要不同类型的复合带。然后机械臂12可以沿轴(a)移动到其沿轴(a)的可用行程范围的一端，切割复合带，并从第一复合带源24a分离，在轴(a)的一端留下源24a。然后机械臂12可以远离第一复合带源24a朝轴(a)的另一端移动，其中，机械臂12可以与第二复合带源24b耦合。如上所述，纤维放置头14可以使用由压缩空气供应并由头部14携带的气动输送机将由第二复合带源24b供应的复合带端部拉向其压实辊。
与具有可执行指令的计算机可读存储介质通信的微处理器(未示出)可以控制流体柱塞、电动马达或其他驱动元件的移动，从而控制机械臂12的可移动段18的移动和位置。该微处理器还可以控制向气动输送机和辊组件的压缩流体供应。微处理器可以是任何类型的能够处理电子指令的设备，包括微控制器、主处理器、控制器和专用集成电路(ASIC)。它可以是仅用于执行机械臂12的控制的专用处理器或者可以与其他机器功能共享。微处理器贯彻各种类型的数字存储指令，诸如存储在存储器中的软件或固件程序。移动机械臂的机构(诸如流体柱塞或电动马达)与微处理器之间的通信可以通过通信总线执行。机械臂12可沿三个轴移动纤维放置头14以定位放置头14用于服务或将复合带施加到模具20。虽然这是可以与纤维放置头一起使用的机械臂12的一个实施方式，但是也可以使用施加复合带的机械臂或机械设备的其他实施方式。
机械臂12远离底座16的一端可以包括可释放地接合纤维放置头14的卡盘(chuck)22。卡盘22和纤维放置头14的一部分可以具有相应的特征，使得卡盘22可以可释放地抓住纤维放置头14。在一个实施方式中，纤维放置头14包括与头部14的表面正交延伸的圆柱柄。机械臂12可以定位卡盘22以使其接合该柄并且纤维放置头14弹性耦合到臂12。
如图3-4所示，纤维放置头14可以包括气动输送机26和切割、夹紧、重启(CCR)组件32(在图4中更详细地示出)。CCR组件32可以包括压实辊34(或者可选地压实滑块)，通过气动输送机26从复合带源24接收复合带并将其施加到模具20以制造复合部件。复合带可以由复合带源24提供并进入压实辊34用于最终施加到模具20。在本实施例中，气动输送机26被描绘为向纤维放置头14的一个通道(lane)供应复合带。然而，应当理解的是，纤维放置机10可以包括额外的气动输送机26，以将额外的复合带供应到纤维放置头14的独立通道或各个纤维路径，如图4所示。
纤维放置头14可以包括用于支撑纤维放置头14、CCR组件32、以及最终将复合带层压到模具20上的压实辊34的部件的CCR框架40。在到达压实辊34之前，复合带的一部分可以通过上进料部42并且复合带的另一部分可以通过下进料部44。上进料部42可以处理偶数号的复合带，下进料部44可以处理在压实辊34处相遇的奇数号的复合带。比如，对于具有八个纤维路径或通道的纤维放置头14，上进料部42可以处理由数字2、4、6和8标识的复合带，而下进料部44可以处理由数字1、3、5和7标识的复合带。上进料部42和下进料部44可以通过角度(α)分开。上进料部42和下进料部44可以包括多个通道组件54。上进料部42和下进料部44中的每一个都可以包括用于接收多个安装底座52的歧管64，该安装底座52可以可释放地接收多个通道组件54。安装底座52可以包括阀附件68，阀附件68将底座52相对于歧管64进行定位并且相对于纤维放置头14可释放地耦合多个通道组件54。阀附件68，诸如球形锁，将流体通路66从安装底座52定位到歧管64，并有助于与底座52形成流体密封。
机电阀62邻接(abut)通道组件54并且可以耦合到安装底座52。每个通道组件54可邻接电磁阀62，使得阀62选择性地向组件54供应压缩空气以用于致动。安装底座52可以与歧管64耦合并且流体通路将来压缩空气从源(未示出)传送到机电阀62，最终到达耦合至底座52的通道组件54。压缩空气可以通过电磁阀62选择性地供应到通道组件54，从而传达来自歧管64的空气。在一个实施方式中，电磁阀62包括接收电压的螺线管(solenoid)，该电压由微处理器打开和关闭的开关来进行控制，以控制通道组件54的致动。具有多个管道的气动输送机26可以耦合到歧管64，使得管道的出口或输出90以流体密封的方式连接到歧管64。气动输送机26的管道可以在没有操作员手动协助的情况下将纤维束传到CCR组件32。在一些实施方式中，可以在管道的出口90处邻近歧管64形成多个通气孔100。这些通气孔100可以促进压缩空气流动通过管并帮助纤维束移动通过管。
转到图5-6，示出了复合带源24和气动输送机26的实施方式。复合带源24包括携带复合带的供应卷轴70、固定的转向辊72、浮动安装转向辊(dancer-mounted redirectroller)74、夹辊组件(pinch roller assembly)76和切割组件(cutting assembly)78。复合带可以缠绕供应卷轴70上，供应卷轴70安装在由复合带源24携带的心轴(未示出)上。心轴可以固定到复合带源24的位置。离合器可以与心轴耦合以选择性地允许心轴旋转并且还在离开供应卷轴70的复合带上保持所需的张力。夹辊组件76包括制动辊78和动力辊80，其中至少一个可以具有可移动的旋转轴，使得制动辊80的径向外表面更接近动力辊82的径向外表面以便接合复合带束的相对侧。也就是说，旋转轴可以沿着线性路径滑动。可以允许制动辊80旋转或可以保持不动而不旋转，这取决于复合带是否被提供给气动输送机26。离合器可以包括在制动辊80中并且选择性地启动以允许制动辊80旋转或者保持制动辊80不动。动力辊82可以与选择性地旋转动力辊82以将复合带移向气动输送机26的电动马达耦合。浮动安装转向辊74可以安装在心轴(未显示)上，该心轴可沿轴(d)移动并沿一个方向偏置，以在夹辊组件76和复合带源24之间的复合带上保持确定的张力。可以被动制造偏置，诸如通过弹簧，或通过各种机制中的任何一种来主动制造偏置，诸如流体柱塞或螺线管。浮动安装转向辊74可以在从供应卷轴70移除的复合带上保持所需的张力。
复合带源24可以与由供应卷轴70携带的复合带的端部一起穿过浮动安装转向辊74、固定转向辊72，并与制动辊80和动力辊82接合。在机械臂12移动纤维放置头14使得复合带源24与头部14耦合之后，夹辊组件78可以将复合带端部移动到离源24最近的气动输送机26一端处的入口82。气动输送机26可以包括从复合带源24延伸到纤维放置头14的一段管道86。管道可以用各种材料中的任何一种来实施，诸如塑料；示例包括PTFE。输送机26包括位于沿着一段管道86某处的一个或多个在线真空输送机88，其从源(未示出)接收压缩流体并将该压缩流体引向纤维放置头14。气动输送机26包括靠近纤维放置头14(图3所示)的出口90，复合带可以在此处输送。在一个实施例中，出口90位于邻近上进料辊46或下进料辊48。
在图7-8中，示出了复合带源24和气动输送机26的另一个实施方式。如图7-8所示的实施方式类似于图5-6中所示的，但缺少夹辊组件76。替代地，夹辊组件可以用被动转向辊82’代替。
转到图9，(多个)在线真空输送机88的实施方式可以包括入口92、出口94、流体供应孔口(orfice)96、以及多个流体喷射器(未示出)，这些喷射器在流体供应孔口96处接收压缩流体，并将压缩流体引向纤维放置头14和输送机26的出口90。出口90和/或入口92可以装在管道86的内径内并且与软管夹(hose clamp)耦合。或者在其他实施方式中，出口90和/或入口92可以与管道86上相应的螺纹进行螺纹连接。由在线真空输送机88制造的压缩流体的流动朝向纤维放置头14可以在邻近复合带源24的气动输送机26的入口处制造真空，复合带源24可以将复合带端部携带到纤维放置头14并且在没有人工协助的情况下从出口排出。在线真空输送机88的一个实施方式使用名称“Line VacTM”进行描述，并由ExairCorporation进行商业销售。虽然上述实施例描绘了一个气动输送机和一个源，但应该理解的是，不同的实施方式可以使用多个气动输送机，诸如一个输送机用于由纤维放置头同时施加到模具的多个复合带中的每个复合带。或者在一些实施方式中，一段管道86可以包括一个以上的在线真空输送机88。
包括砧板(anvil)98和往复式切割刀片100的切割组件78可以位于夹辊组件76和气动输送机26之间。当切割刀片100与砧板98分开时，复合带可在通往气动输送机26的途中从两者之间通过。夹辊组件76可以在切割刀片100和砧板98之间移动复合带26；切割刀片100可抵靠砧板98移动穿过该带以切割复合带。当机械臂12与复合带源24分离并将其移动到存放位置时，可以切割复合带。
应当理解的是，前述是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于本公开的特定实施例，而是仅由以下权利要求定义。此外，前述说明书中包括的陈述涉及(多个)特定实施例，并且不应被解释为对本发明的范围或对权利要求中使用的术语定义的限制，除非上面明确定义了术语或词语。对本领域技术人员来说其他各种实施例以及对(多个)所公开实施例的各种变更和修改将是显而易见的。所有这样的其他实施例、变更和修改应落在所附权利要求的范围内。
如在本说明书和权利要求书中所用，术语“如”、“例如”、“比如”、“诸如”和“类似”以及动词“包括”、“具有”、“包括”及它们的其他动词形式，当与一个或多个组件或其他物品的列表一起使用时，每个都应解释为开放式的，这意味着该列表不应被视为排除了其他、额外的组件或物品。其他术语应使用其最广泛的合理含义进行解释，除非在需要不同解释的语境中使用。

Claims (14)

1.一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件，包括：
纤维放置头，所述纤维放置头被配置为从复合带源接收复合带并将所述复合带施加至所述模具；以及
一个或多个气动输送机，与所述纤维放置头相耦合，每个气动输送机具有被配置为从所述复合带源接收复合带端部的入口、被配置为将所述复合带端部提供至所述纤维放置头的出口、以及一个或多个在线真空输送机，所述一个或多个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将所述压缩流体引向所述出口，从而将所述复合带端部从所述入口输送到所述出口并进入所述纤维放置头。
2.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述纤维放置头包括多个纤维路径和多个气动输送机。
3.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述气动输送机包括具有所述入口和所述出口的一段管道，所述在线真空输送机位于所述入口处、所述出口处或所述入口和所述出口之间。
4.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述复合带源被配置为可释放地耦合至所述纤维放置头。
5.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述复合带源包括夹辊组件和切割组件。
6.根据权利要求5所述的纤维放置头，其中，所述复合带源包括在所述夹辊组件和所述切割组件之间接触复合带的转向辊。
7.一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件，包括：
纤维放置头，所述纤维放置头被配置为从复合带源接收复合带并将所述复合带施加至所述模具；
一个或多个气动输送机，与所述纤维放置头相耦合，每个气动输送机具有被配置为接收复合带端部的入口、被配置为将所述端部提供至所述纤维放置头的出口、以及一个或多个在线真空输送机，所述一个或多个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将所述压缩流体引向所述出口，从而将所述复合带端部从所述入口输送到所述出口并进入所述纤维放置头；以及
多个复合带源，每个复合带源被配置为与所述纤维放置头可释放地耦合，并且包括：夹辊组件，所述夹辊组件选择性地将复合带供应至所述气动输送机的入口。
8.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述纤维放置头包括多个纤维路径和多个气动输送机。
9.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述气动输送机包括具有所述入口和所述出口的一段管道，所述在线真空输送机位于所述入口处、所述出口处或所述入口和所述出口之间。
10.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述复合带源包括夹辊组件和切割组件。
11.根据权利要求10所述的纤维放置头，其中，所述复合带源包括在所述夹辊组件和所述切割组件之间接触复合带的转向辊。
12.一种用于在模具上施加多个复合带段的纤维放置头组件，包括：
纤维放置头，所述纤维放置头被配置为从复合带源接收复合带并将所述复合带施加至所述模具；
多个气动输送机，与所述纤维放置头相耦合，每个气动输送机具有被配置为接收复合带端部的入口、被配置为将所述端部提供至所述纤维放置头的出口、以及至少一个在线真空输送机，所述至少一个在线真空输送机被配置为从源接收压缩流体并将所述压缩流体引向所述出口，从而将所述复合带端部从所述入口输送到所述出口并进入所述纤维放置头；
多个复合带源，每个复合带源被配置为与所述纤维放置头可释放地耦合，并且包括：存放复合带的卷轴、选择性地将复合带供应至所述气动输送机的入口的夹辊组件、以及在所述源和所述夹辊组件之间接触所述复合带的至少一个转向辊。
13.根据权利要求12所述的纤维放置头，其中，所述纤维放置头包括多个纤维路径。
14.根据权利要求12所述的纤维放置头，其中，所述气动输送机包括具有所述入口和所述出口的一段管道，所述在线真空输送机位于所述入口处、所述出口处或所述入口和所述出口之间。
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