CN218084262U - 一种铺贴复合材料料片的终端执行器及铺贴系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及用于铺贴复合材料料片设备，公开一种铺贴复合材料料片的终端执行器及铺贴系统，包括固定框架(10)、活动框架(11)和用于吸附料片的吸盘(12)，活动框架(11)和吸盘(12)都安装在固定框架(10)上；活动框架(11)上安装有筒架驱动器(13)和料筒架(14)，筒架驱动器(13)与料筒架(14)连接并驱动其在活动框架(11)上移动，料筒架(14)上安装有用于抓取料片的料筒(15)和用于压实料片到模具上的压实机构(16)，压实机构(16)设在料筒(15)与吸盘(12)之间。采用了压实辊将料片铺贴压实在模具上的方式，且边释放料片边压实，能有效减少料片层间的气穴或气泡的产生。

Description

一种铺贴复合材料料片的终端执行器及铺贴系统

技术领域

本实用新型涉及用于铺贴复合材料料片设备，尤其涉及一种铺贴复合材料料片的终端执行器及铺贴系统。

背景技术

复合材料部件具有高比刚度、高强度、抗振等特点，被广泛应用于航空航天、车辆、医学和武器装备等领域。虽然复合材料部件性能较金属材料更优异，但其制造难度更大且成本更高。

一些复合材料部件的制作，通常先制作模具，然后将预先制作的复合材料料片一层层的铺贴到模具上，铺贴需要与模具形状相符，尤其是在多层铺贴时，还需要多层料片之间不能形成气穴或气泡。这点对于铺贴很重要，因为这可能会在最终产品中导致不期望的结果，例如，铺贴成形后的复合材料部件，需要后续注入环氧树脂或BMI树脂浸渍、压实，并在高压釜中固化成形。这种铺贴时在层间形成的气穴或气泡随着时间的推移，可能有损害部件结构完整性的风险，例如在反复的冲击或应力影响时。因此，复合材料部件的制造需要对铺贴过程仔细检查，甚至无损检测(如超声波扫描)检查气穴或气泡。由于单层料片的铺贴不充分，可能会导致整个复合材料部件报废，因为固化后不可能返工，因此需要减少每块料片在铺贴时出现的胀形、起皱和损伤等。

一些形状特别复杂的复合材料部件，如表面是弯曲的，通常需要人工进行铺贴，人工铺贴是重复性的且劳动量很大的工作，不仅需要高技能和训练有素的操作人员，还需要昂贵的洁净车间，而且人工铺贴仍存在铺贴过程中料片出现胀形、起皱和损伤现象。为了提高生产效率，一些自动化解决方案逐步应用在复杂形状复合材料部件成形方面，因为这些自动化设备可以由硬件处理器通过编程控制来执行一系列复杂的动作。这类自动化解决方案通常包括一个终端执行器，该终端执行器在机械手的操作下，能抓取柔性的复合材料料片，抓取后，机械手移动终端执行器至模具位置，通常移动过程中需要保持所抓取的复合材料料片保持抓取位置，与终端执行器之间不发生位移变化。在模具位置处，机械手操作终端执行器将复合材料料片铺贴在模具上。

一些实现能实现复合材料抓取、移动、铺贴的终端执行器已有专利申请。例如，美国专利申请US2014199153A1公开了一种终端执行器，包括在终端执行器底部有可变性的柔性板，柔性板通过阵列布置伸缩致动器例如气弹簧与框架连接，柔性板上设置有阵列真空吸盘。真空吸盘用来抓取柔性材料料片，伸缩致动器带动柔性板变形在铺贴时与模具形状近似一致。

WO2021048105A1公开了一种终端执行器，包括阵列布置的伸缩致动器和在其末端连接的抓取装置，特别的，伸缩致动器具有可偏转设置，抓取装置之间(纵向、横向)由柔性弹簧连接，因此该终端执行性其具有更好适应性以适应更复杂的表面形状。

用于复合材料抓取、移动、铺贴的终端执行器其他例子包括US 2018304556 A1,EP2626181 A2,和WO 2016075424 A1等。

上述的终端执行器均采用阵列方式布置，通过阵列设置的抓取装置抓取柔性材料料片，能很好的实现料片抓取、移动和放置，所说的放置就是将料片放置在模具上，仅通过阵列设置的抓取装置对料片实施局部的压实，并展平，没有对料片全面积范围内进行压实，以减少后期额外增加压实工序和进一步降低层间气穴和气泡产生的可能性。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中的缺点，提供一种铺贴复合材料料片的终端执行器及铺贴系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

一种铺贴复合材料料片的终端执行器，包括固定框架、活动框架和用于吸附料片的吸盘，活动框架和吸盘都安装在固定框架上；活动框架上安装有筒架驱动器和料筒架，筒架驱动器与料筒架连接并驱动其在活动框架上移动，料筒架上安装有用于抓取料片的料筒和用于压实料片到模具上的压实机构，压实机构设在料筒与吸盘之间。采用了压实机构将料片铺贴压实在模具上，料筒边移动边释放料片，压实机构进行同步移动并压实料片到模具上，能有效减少料片层间的气穴或气泡的产生。

作为优选，压实机构包括压实驱动器和压实辊，压实驱动器与压实辊连接并带动其升降。压实辊用于压实料片到模具上，压实驱动器驱动压实辊升降，从而驱动压实辊紧密的将料片压紧在模具上。

作为优选，固定框架上安装有驱动活动框架摆动的框架驱动器，活动框架一端铰接在固定框架上，其另一端与框架驱动器连接。当模具为非平面时，框架驱动器能够驱动活动框架摆动，活动框架转动一定的角度，使其大致与模具形状相符，提高料片在模具上的压实效果。

作为优选，固定框架上安装有吸盘驱动器，吸盘驱动器与吸盘连接并带动其升降。抓取料片时，吸盘驱动器带着吸盘压紧在料台上，从而方便料筒边滚动边卷料片；压实料片时，吸盘能够将料片压紧在模具上，从而方便料筒边滚动边释放料片。

作为优选，料筒上设置有真空吸附装置或料片夹持装置。真空吸附装置或料片夹持装置用于抓取料台上的料片。

作为优选，活动框架的数量为两个时，两个活动框架铰接在固定框架同一端部，吸盘设置在相邻两个压实机构之间并位于活动框架铰接处的下方。两个活动框架时，吸盘设置在两个活动框架中间位置，将料片进行中间定位，两侧料片分别卷附在两个料筒上，在料片转移过程中，机械手的加减速以及其他方面引起的冲击等不会使料片与终端执行器之间发生位移，保持料片期间不会出现褶皱等现象。

一种铺贴复合材料料片的铺贴系统，包括位移系统、料台和模具；包括铺贴复合材料料片的终端执行器，位移系统与终端执行器连接，位移系统驱动终端执行器移动至料台上并抓取其上的料片移动到模具上。

作为优选，模具为凸模具或凹模具或平面模具。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

复合材料料片铺贴终端执行器，采用了压实辊将料片铺贴压实在模具上的方式，且边释放料片边压实，能有效减少料片层间的气穴或气泡的产生。

复合材料料片铺贴终端执行器，抓取料片时，采用了将料片中间定位，两侧料片卷附在料筒上的方式，在料片转移过程中，机械手的加减速以及其他方面引起的冲击等不会使料片与终端执行器之间发生位移，保持料片期间不会出现褶皱等现象。

附图说明

图1是本实用新型中终端执行器的结构示意图。

图2是本实用新型中终端执行器在凸形料台上工作的结构示意图。

图3是本实用新型中终端执行器在平面料台上工作的结构示意图。

图4是本实用新型中铺贴系统的结构示意图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：

10—固定框架

11—活动框架

12—吸盘

13—筒架驱动器

14—料筒架

15—料筒

16—压实机构、161—压实驱动器、162—压实辊

17—框架驱动器

18—吸盘驱动器

20—位移系统

30—料台

40—模具。

具体实施方式

下面结合附图1-4与实施例对本实用新型作进一步详细描述。

实施例1

一种铺贴复合材料料片的终端执行器，包括固定框架10、活动框架11和用于吸附料片的吸盘12，活动框架11和吸盘12都安装在固定框架10上。活动框架11上安装有筒架驱动器13和料筒架14，本实施例筒架驱动器13为气缸，在其他实施例中筒架驱动器13也可以为电机。筒架驱动器13与料筒架14连接并驱动其在活动框架11上移动。料筒架14上安装有用于抓取料片的料筒15和用于压实料片到模具上的压实机构16，压实机构16设在料筒15与吸盘12之间。活动框架11与固定框架10通过气缸和转动销轴连接，活动框架11可在气缸作用下围绕转动销轴相对于固定框架10转动。活动框架11的数量根据模具40的形状设置，例如对称形状设置两个活动框架11，非对称单边形状设置一个活动框架11，本实施例活动框架11的数量为一个，在抓取料片时，在料台30上吸盘12吸附住料片一端，吸盘12安装在活动框架11的端部为近端，活动框架11 另一端则为远端，料筒15从活动框架11的远端向吸盘12端移动，将料片卷附在料筒15上。当压实机构16压紧料片时，吸盘12将料片压紧在模具40上，料筒15从活动框架11的近端向远端移动，将料片释放在模具40上，压实机构 16与料筒15同步移动并将料片压实在模具40上。

压实机构16包括压实驱动器161和压实辊162，本实施例压实驱动器161 为气缸，在其他实施例中压实驱动器161也可以为电机。压实驱动器161内的伸缩推杆与压实辊162连接并带动其升降。在压实料片时，压实驱动器161能够将压实辊162压紧在料片上，当料筒架14滚动时，压实机构16与料筒架14 同步移动，从而将料片压紧在模具上。

固定框架10上安装有吸盘驱动器18，本实施例吸盘驱动器18为气缸，在其他实施例中吸盘驱动器18也可以为电机，吸盘驱动器18的伸缩推杆与吸盘 12连接并带动其升降。

料筒15上设置有真空吸附装置，采用真空吸附装置时，真空吸附装置与料筒15同步转动。压实辊162通过气动式的压实驱动器161将料片压紧在模具40 上，并维持一定的压实力。

实施例2

实施例2与实施例1特征基本相同，不同的是料筒15上设置有料片夹持装置，采用料片夹持装置时，料片夹持装置与料筒15同步转动。

实施例3

实施例3与实施例1特征基本相同，不同的是固定框架10上安装有驱动活动框架11摆动的框架驱动器17，本实施例框架驱动器17为气缸，在其他实施例中框架驱动器17也可以为电机。活动框架11一端铰接在固定框架10上，其另一端与框架驱动器17连接，框架驱动器17的伸缩推杆能够带着活动框架11 移动，从而使得活动框架11能够绕着固定框架10上的销轴摆动。活动框架11 转动一定的角度，大致与模具形状相符，筒架驱动器13启动，料筒架14沿活动框架11向端部移动，边释放料片，边被压实辊162压实。

实施例4

实施例4与实施例1或2或3特征基本相同，不同的是活动框架11的数量为两个时，两个活动框架11铰接在固定框架10同一端部，吸盘12设置在相邻两个压实机构16之间并位于活动框架11铰接处的下方，即吸盘12设置在固定框架10中间位置。终端执行器在料台30上接触料片时，中间的吸盘12启动，将料片中间部分吸住并压紧在料台30上。然后料筒15上设置的抓取装置抓住料片的端部，筒架驱动器13启动，料筒15旋转且向中间位置移动，将料片卷附在料筒15上。至中间位置时停止。

实施例5

一种铺贴复合材料料片的铺贴系统，包括位移系统20、料台30和模具40。铺贴系统包括实施例1或2或3或4中的铺贴复合材料料片的终端执行器，位移系统20与终端执行器连接，位移系统20驱动终端执行器移动至料台30上并抓取其上的料片移动到模具40上。

模具40为凸模具或凹模具或平面模具，本实施例模具40为凸模具，活动框架11向下摆动。在其他实施例中模具40为可以为凹模具或者平面模具，当模具40为凹模具时，活动框架向上摆动；模具40为平面模具时，活动框架11 不需要摆动。

采用终端执行器的铺贴方法

①抓取料片，位移系统20将终端执行器移动至料台30处，进行料片的抓取；位移系统20为机械手结构，机械手与终端执行器通过法兰连接，机械手能够带动终端执行器在各个工作台上移动。

②终端执行器与料台30上的料片接触时，吸盘12启动，吸盘12吸附料片并将该料片压紧在料台30上；

③料筒15上的抓取装置抓取料片，筒架驱动器13启动并带动料筒15向吸盘12方向移动，料片卷附在料筒15上；

④铺贴料片，位移系统20将带有料片的终端执行器移动至模具40上；

⑤吸盘12上的料片接触到模具40时，吸盘驱动器18启动并将料片压紧在模具40上；

⑥筒架驱动器13启动并带动料筒15向活动框架11的端部移动，料筒15 边移动边释放料片，压实机构16与料筒15同步移动并将料片压紧在模具40上。

在①时，料筒15处在活动框架11的端部，远离吸盘12，压实机构16处于抬升状态。

在⑥时，框架驱动器17启动并转动活动框架11，活动框架11的转动角度与模具40形状大致相符。

Claims (8)

1.一种铺贴复合材料料片的终端执行器，包括固定框架(10)、活动框架(11)和用于吸附料片的吸盘(12)，活动框架(11)和吸盘(12)都安装在固定框架(10)上；其特征在于：活动框架(11)上安装有筒架驱动器(13)和料筒架(14)，筒架驱动器(13)与料筒架(14)连接并驱动其在活动框架(11)上移动，料筒架(14)上安装有用于抓取料片的料筒(15)和用于压实料片到模具上的压实机构(16)，压实机构(16)设在料筒(15)与吸盘(12)之间。

2.根据权利要求1所述的一种铺贴复合材料料片的终端执行器，其特征在于：压实机构(16)包括压实驱动器(161)和压实辊(162)，压实驱动器(161)与压实辊(162)连接并带动其升降。

3.根据权利要求1所述的一种铺贴复合材料料片的终端执行器，其特征在于：固定框架(10)上安装有驱动活动框架(11)摆动的框架驱动器(17)，活动框架(11)一端铰接在固定框架(10)上，其另一端与框架驱动器(17)连接。

4.根据权利要求1所述的一种铺贴复合材料料片的终端执行器，其特征在于：固定框架(10)上安装有吸盘驱动器(18)，吸盘驱动器(18)与吸盘(12)连接并带动其升降。

5.根据权利要求1所述的一种铺贴复合材料料片的终端执行器，其特征在于：料筒(15)上设置有真空吸附装置或料片夹持装置。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种铺贴复合材料料片的终端执行器，其特征在于：活动框架(11)的数量为两个时，两个活动框架(11)铰接在固定框架(10)同一端部，吸盘(12)设置在相邻两个压实机构(16)之间并位于活动框架(11)铰接处的下方。

7.一种铺贴复合材料料片的铺贴系统，包括位移系统(20)、料台(30)和模具(40)，其特征在于：包括权利要求1-6任一项所述的铺贴复合材料料片的终端执行器，位移系统(20)与终端执行器连接，位移系统(20)驱动终端执行器移动至料台(30)上并抓取其上的料片移动到模具(40)上。

8.根据权利要求7所述的一种铺贴复合材料料片的铺贴系统，其特征在于：模具(40)为凸模具或凹模具或平面模具。

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