复合半径填料制造方法及相关系统技术方案

本公开涉及一种复合半径填料制造方法及相关系统。示例材料进给系统包括被配置为容纳复合材料的材料容器和材料进给致动器。材料进给系统还包括耦接到材料容器的喷嘴和被配置为提供关于工件的信息的工件传感器。材料进给系统还包括控制器。该控制器被配置为从工件传感器接收工件信息。工件信息指示工件的至少一个表面。控制器还被配置为基于工件信息使材料进给致动器向容纳在材料容器中的复合材料施加力，以便将复合材料的至少一部分挤出喷嘴并且挤出到工件的表面上。

【技术实现步骤摘要】
复合半径填料制造方法及相关系统
本公开涉及用于应用复合半径填充材料的系统及方法。可以利用半径填料或“条形件(noodle)”来填充层压接头中的层片之间的界面。
技术介绍
复合翼梁、肋条或纵梁构件可以通过耦接两个复合结构而形成。复合结构可以由碳纤维预浸材料形成，并且可以采取形状类似字母“C”、“V”或“U”的通道的形式。这种通道的层片以预定的半径弯曲，以形成这种形状并且不具有突变的角度。这种通道可以以背靠背布置的方式耦接，以形成纵梁构件。在这种布置中，纵梁构件可以类似于其中接合有圆形通道的空腔、凹窝或圆形v形槽。可以将半径填充材料添加到空腔区域，以便加强纵梁构件。被添加到空腔区域的半径填料可以减少纵梁构件在负载条件下可能经历的变形。然而，常规的半径填料应用技术缓慢且效率低下。
技术实现思路
一方面，描述了一种系统。该系统包括材料进给系统。材料进给系统包括被配置为容纳复合材料的材料容器、材料进给致动器以及耦接到材料容器的喷嘴。该系统还包括被配置为提供关于工件的信息的工件传感器。另外，该系统包括被配置为从工件传感器接收工件信息的控制器。工件信息指示工件的至少一个表面。控制器还被配置为基于工件信息使材料进给致动器向容纳在材料容器中的复合材料施加力，以便将复合材料的至少一部分挤出喷嘴并且挤出到工件的表面上。另一方面，描述了一种方法。该方法包括从工件传感器接收关于工件的至少一个表面的工件信息。该方法还包括基于工件信息使材料进给系统的材料进给致动器向容纳在材料容器中的复合材料施加力，以便将复合材料的至少一部分挤出耦接到材料容器的喷嘴并且挤出到工件的表面上。通过在适当的情况下参考附图阅读以下详细描述，其他方面、示例以及实现对于本领域普通技术人员将变得显而易见。附图说明在所附权利要求中阐述了被认为是说明性示例的特性的新颖特征。然而，当结合附图阅读时，通过参考本公开的说明性示例的以下详细描述，将最好地理解说明性示例以及优选的使用模式、进一步的目标及其描述，其中：图1示出了根据示例性实施方式的工件。图2示出了根据示例性实施方式的系统。图3示出了根据示例性实施方式的涉及图2的系统的操作场景。图4A示出了根据示例性实施方式的涉及图2的系统的操作场景。图4B示出了根据示例性实施方式的通过图2的系统获得的数据。图5A示出了根据示例性实施方式的涉及图2的系统的操作场景。图5B示出了根据示例性实施方式的各种条形件形状。图6示出了根据示例性实施方式的方法。具体实施方式I.概述本文描述了示例方法、装置以及系统。应当理解，词语“示例”和“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例”或“示例性”的任何示例或特征不必被解释为比其他示例或特征优选或有利。在不脱离本文呈现的主题的范围的情况下，可以利用其他示例，并且可以进行其他改变。因此，本文描述的示例并不意味着是限制性的。如本文一般描述和图中所示，本公开的各方面可以以各种各样的不同配置来布置、替换、组合、分离以及设计，所有这些在本文中被考虑。此外，除非上下文另有提议，否则每个图中示出的特征可以彼此结合使用。因此，通常将图视为一个或多个总体示例的组件方面，应理解并非每个示例都需要所有示出的特征。本公开描述了可以有益地改进半径填充材料的制造并且当结合使用时可以改进复合部件的可靠性和性能以及降低其制造成本的几个步骤。在示例实施方式中，方法可以包括利用激光扫描仪获得由半径填充材料填充的空腔区域的轮廓。例如，可以通过激光扫描仪获得指示空腔区域的至少一个表面的信息。该信息可以包括多个激光深度测量。即，可以在垂直于纵梁构件的长度的方向上扫描空腔区域的深度。可以由空腔区域的顶部与底部之间的距离限定空腔区域的深度。可以使用至少四个连续的深度测量(或线扫描)(例如，使用移动平均方法)来获得栅极高度的平均值。可以使用深度测量来确定空腔区域的平均横截面面积。基于空腔区域的平均横截面面积，可以从查找表中确定各种过程变量(例如，栅极高度、挤出速度等)。在这种场景中，基于空腔区域的横截面面积，可以控制挤压系统以最有效地用半径填充材料填充空腔区域。另外或可选地，在一些实施方式中，可以使用快速傅里叶变换来减少或减轻深度测量和/或横截面面积数据的高频波动。例如，可以通过一种或多种数学算法和/或变换来分析由激光轮廓测定仪获得的深度信息。在一些实施方式中，可以通过使深度信息经过快速傅里叶变换(FFT)来处理深度信息，该快速傅里叶变换(FFT)可以提供深度信息的空间频率表示。在一些实施方式中，可以调整空间频率表示以便提供低通滤波。可以利用反傅里叶变换(IFT)反转空间频率表示，以便重建低通滤波后的深度信息。以这种方式，可以根据沿着纵梁构件的距离平滑和/或平均横截面面积数据。除了根据沿着纵梁构件的距离精确地监测空腔区域的深度和/或横截面面积之外，还可以实时监测和控制挤压系统的各种操作参数。例如，挤压系统可以包括辊式编码器装置。辊式编码器装置中的至少一个辊可以与半径填料“条形件”直接接触来监测挤出速度。另外或可选地，还可以使用诸如激光多普勒系统的非接触方法来监测条形件的实时挤出速度。在一些实施方式中，挤压系统可以包括侧视扫描仪，以监测挤压系统的喷嘴开口与压实辊之间的挤出条形件的实时斜率(例如，形状)。在这种场景中，可以调整沿着纵梁构件的挤出速度和/或机器人控制挤出的速度，以便维持条形件的预定形状或形状范围。作为实例，条形件以比预定阈值小的曲率半径弯曲可以指示条形件正被压缩(机器人速度太慢)，而以比预定阈值大的曲率半径弯曲可以指示条形件正被拉伸(例如，机器人速度太快)。在其他实施方式中，可以利用视觉系统(例如，相机和/或激光成像系统)来密切监测和维持机器人的喷嘴与纵梁构件之间的相对位置。例如，视觉系统可以基于确定两条切线的交点来扫描并确定纵梁构件在X方向和Z方向上的中心。通过确定纵梁构件的中心，本文的系统和方法可以引导机器人维持喷嘴与纵梁构件之间的期望的目标距离和/或目标取向。可以通过监测和调整被施加到提供挤压力的一个或多个柱塞式伺服系统的扭矩来控制半径填充材料的挤出。在一些实施方式中，系统可以被配置为挤出大约6英寸的材料以建立扭矩反馈和/或用于校准目的。在下文中，可以夹紧条形件的导入部分以便避免滑动。一旦导入部分被夹紧并且被适当地进给，则可编程逻辑控制器可以控制实时挤压过程。在一些实施方式中，系统可以被配置为检测纵梁构件的末端。在这种场景中，系统可以基于释放喷嘴开口处的材料压力所需的活塞扭矩的百分比来调整柱塞式伺服系统和/或活塞的位置或扭矩。可变栅极可以完全闭合，以从剩余的半径填充材料切割条形件。然后，机器人手臂可以被定位，以便确保在重置下一个纵梁构件之前干净切割条形件。与常规的半径填料安装相比，本文描述的系统和方法可以提供一种半径填料制造和沉积技术，其可以减少制造前导时间(manufacturingleadtim本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合半径填料系统(100)，包括：/n材料进给系统(110)，包括：/n材料容器(112)，被配置为容纳复合材料(115)；/n材料进给致动器(116)；以及/n喷嘴(118)，耦接到所述材料容器(112)；/n工件传感器(140)，被配置为提供关于工件(10)的信息；以及/n控制器(150)，被配置为：/n从所述工件传感器(140)接收工件信息，其中，所述工件信息指示所述工件(10)的至少一个表面；并且/n基于所述工件信息使所述材料进给致动器(116)向容纳在所述材料容器(112)中的所述复合材料(115)施加力，以将所述复合材料(115)的至少一部分挤出所述喷嘴(118)并且挤出到所述工件(10)的表面上。/n

【技术特征摘要】
20190325 US 16/364,1671.一种复合半径填料系统(100)，包括：
材料进给系统(110)，包括：
材料容器(112)，被配置为容纳复合材料(115)；
材料进给致动器(116)；以及
喷嘴(118)，耦接到所述材料容器(112)；
工件传感器(140)，被配置为提供关于工件(10)的信息；以及
控制器(150)，被配置为：
从所述工件传感器(140)接收工件信息，其中，所述工件信息指示所述工件(10)的至少一个表面；并且
基于所述工件信息使所述材料进给致动器(116)向容纳在所述材料容器(112)中的所述复合材料(115)施加力，以将所述复合材料(115)的至少一部分挤出所述喷嘴(118)并且挤出到所述工件(10)的表面上。


2.根据权利要求1所述的系统，还包括可变栅极(120)，其中，所述控制器(150)还被配置为基于所述工件信息调整所述可变栅极(120)的至少一个栅极孔叶片(122)，以便控制被挤出所述喷嘴(118)的所述复合材料(115)的尺寸。


3.根据权利要求1所述的系统，还包括：
挤出材料传感器(130)，被配置为提供挤出信息，其中，所述挤出信息指示被挤出所述喷嘴(118)的所述复合材料(115)的线性挤出速度。


4.根据权利要求3所述的系统，还包括耦接到所述工件(10)的移动台(160)，其中，所述控制器(150)还被配置为：
移动所述移动台(160)，使得所述工件(10)相对于所述材料进给系统(110)的相对速度与被挤出所述喷嘴(118)的所述复合材料(115)的所述线性挤出速度相同。


5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制器(150)还被配置为：
基于所述工件信息或所述挤出信息移动所述移动台(160)，使得被挤出所述喷嘴(118)的所述复合材料(115)与沿着所述工件(10)的表面的空腔(14)对准。


6.根据权利要求3所述的系统，其中，所述挤出材料传感器(130)包括辊式传感器、编码器轮式传感器、激光多普勒传感器(134)和相机(136)中的至少一个。


7.根据权利要求1所述的系统，还包括真空系统(119)，所述真空系统被配置为维持所述材料容器(112)内期望的真空度。


8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工件传感器(140)包括激光轮廓测定仪，其中，所述工件信息指示沿着所述工件(10)的表面的空腔(14)的深度、宽度和横截面面积中的至少一个。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述工件信息指示导入条件和导出条件中的至少一个，其中，所述控制器(150)还被配置为响应于确定所述导入条件或所述导出条件来调整施加到所述材料容器(112)中的所述复合材料(115)的力。


10.根据权利要求1所述的系统，还包括：
压实辊(172)，被配置为对在所述工件(10)上的被挤出所述喷嘴(118)的所述复合材料(115)成型...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡费，宋伟东，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US