CN117545618A - 具有增强重启的纤维放置头 - Google Patents

Abstract

一种用于将多个复合带区段施加在模具上的纤维放置头，包括：预启动通道组件，具有预启动动力辊，该预启动动力辊从复合带源移动复合带区段；重启通道组件，具有重启动力辊，该重启动力辊也从复合带源移动复合带区段；以及切割通道组件，具有往复式切割刀片，其中，预启动动力辊从复合带源拉出复合带，并且重启动力辊将复合带区段定位在模具上。

Description

具有增强重启的纤维放置头

技术领域

本申请涉及纤维放置机器，并且更特别地，涉及纤维放置头。

背景技术

纤维放置机器用于制造复合工件(composite workpiece)。浸渍有树脂的纤维材料形式的复合材料或带由机器以精确的位置和长度施加到模具或心轴(mandrel)，以共同形成复合工件。纤维放置机器使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(composite tape)。随着纤维放置头移动，它在模具上留下多个复合带区段(segment)，也称为铺层(course)或丝束(tow)。虽然多个复合带区段可以作为铺层的一部分被同时施加，但纤维放置头可以作为施加铺层的一部分单独地控制每个丝束。这些复合带区段在模具上的自动施加涉及保持、移动和最终切割复合带的多样化机构的合作。

纤维放置头可以包括切割、夹持和移动特征，其从一源拉出复合带，划分复合带的每个通道，并将复合带区段施加到模具。随着纤维放置头施加复合带区段的速度增加，以足够的精度设计通过头到模具的复合带的切割、夹持和移动的合作的挑战也随之增加。

发明内容

在一个实施方式中，一种用于将多个复合带区段施加在模具上的纤维放置头，包括：预启动通道组件，具有预启动动力辊，该预启动动力辊从复合带源移动复合带区段；重启通道组件，具有重启动力辊，该重启动力辊也从复合带源移动复合带区段；以及切割通道组件，具有往复式切割刀片，其中，预启动动力辊从复合带源拉出复合带，并且重启动力辊将复合带区段定位在模具上。

在一个实施方式中，一种用于将多个复合带区段施加在模具上的纤维放置头，包括：预启动通道组件，具有预启动动力辊，该预启动动力辊从复合带源移动复合带区段；重启通道组件，具有重启动力辊，该重启动力辊也从复合带源移动复合带区段；以及切割通道组件，具有往复式切割刀片，其中，预启动动力辊从复合带源拉出复合带，并且在重启动力辊将复合带区段定位在模具上时减小预启动动力马达与重启动力马达之间的张力的量。

附图说明

图1是描绘纤维放置机器的实施方式的立体图；

图2是描绘纤维放置头的实施方式的另一立体图；

图3是描绘纤维放置头的一部分的实施方式的立体图；以及

图4是描绘纤维放置头的一部分的实施方式的另一立体图。

具体实施方式

纤维放置机器可以使用机械臂承载具有切割、夹持和重启(CCR)组件的纤维放置头。CCR组件包括多个切割通道组件、夹持通道组件、重启通道组件和预启通道组件，这些组件中的每个都可以能移除地联接到纤维放置头。每个通道组件可以被设计成处理穿过它的一股或多股复合带。预启动和重启通道组件可以一起工作以从纤维源拉出复合带并将带移动到模具。

过去的纤维放置头缺乏预启动通道组件，而是仅依赖于重启通道组件及其从动辊，以从复合带源(诸如卷轴)拉出纤维，并且还将复合带输送到模具。使用重启通道组件从复合带源移除复合带并进给复合带，使得复合带可以以更高的铺放速度(例如，>900英寸/分钟)定位在模具上，这可导致当复合带从复合带源拉出时复合带上的张力升高。例如，在较高的铺放速度下，夹持通道组件可以保持复合带区段，然后突然释放该区段。当夹持通道组件释放带并且重启通道组件加速复合带区段到模具时，复合带区段的释放可在复合带区段上施加瞬间的张力尖峰。张力尖峰可使复合带区段相对于重启辊移位或滑动，从而当带区段被施加到模具时导致位置不准确。

在纤维放置头上包括预启动通道组件以及重启通道组件可以从复合带源移除复合带，并且还可将复合带区段精确地定位在模具上，从而避免复合带上的瞬间的张力尖峰。例如，预启动组件可以包括动力辊和夹送辊，动力辊和夹送辊可以最靠近复合带源定位并且共同负责从源拉出复合带。预启动组件的性能可以被设计成从复合带源拉出复合带并将带朝向夹持通道组件和重启通道组件输送。重启通道组件可以包括动力辊和夹送辊，并且主要负责将复合带定位在模具上。重启通道组件和预启动通道组件可以协同工作，以在这些组件之间的复合带中引入一定量的松弛。例如，预启动通道组件可以以比重启通道组件的动力辊稍高的角速度操作其动力辊。这可以减少或消除预启动通道组件下游的复合带区段上的张力，并且有助于重启通道组件将复合带区段更准确地定位在模具上。

图1中示出了纤维放置机器10的实施方式。纤维放置机器10包括与纤维放置头14可拆卸地联接的机械臂12。机械臂可以由底座16支撑，机械臂在底座上围绕轴线(x)线性移动。多个能移动区段18可以从底座16向外延伸，该多个能移动区段可以通过例如枢转、旋转或伸缩而移动。机械臂12可以围绕多个轴线相对于底座16移动。例如，第一区段18a可以在一端处可旋转地联接到底座16，使得机械臂12可以围绕底座16旋转。第二区段18b可以与第一区段18a枢转地联接，并且第三区段18c可以与第二区段枢转地联接。第四区段18d可以联接到第三区段18c并且可伸缩地远离和朝向第三区段移动。可以使用流体柱塞(ram，冲柱)、电机或这些的某些组合或其他驱动元件相对于彼此移动区段18，以相对于用于制造工件的模具20或心轴移动机械臂12的远端。

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、电机或其他驱动元件的移动，从而控制机械臂12的可移动区段18的移动和位置。微处理器可以是能够处理电子指令的任何类型的装置，包括微控制器、主机处理器、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。微处理器执行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。使机械臂移动的机构(诸如流体柱塞或电机)与微处理器之间的通信可以通过通信总线进行。机械臂12可以沿着三个轴线移动纤维放置头14，以将头14定位成用于维修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装置的其他实施方式。

机械臂12的远离底座16的端部可以包括卡盘22，该卡盘能释放地接合纤维放置头14。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可以能释放地抓取纤维放置头14。在一个实施方式中，纤维放置头14包括与头14的表面正交延伸的圆柱形柄。机械臂12可以定位卡盘22，使得卡盘与柄接合，并且纤维放置头14弹性地联接到臂12。

如图2-图4所示，纤维放置头14可以包括：筒子架(creel)24，包括多个卷轴26，卷轴存储复合带，作为用于头14的该带的来源；以及切割、夹持、重启(CCR)组件32。CCR组件32可以包括压实辊34，该压实辊可以从卷轴26接收复合带并将其施加到模具20以制造复合部件。筒子架框架24包括多个外表面36和相对于外表面36正交地安装的芯柱(spindle)38。当带被施加到模具20时，可以使用气动、机械或流体控制的调节元件(dancer element)来使芯柱38移动以产生带张力，该调节元件有助于维持复合带上的张力。复合带可以从卷轴26上解开并行进到压实辊34中以最终施加到模具20。

纤维放置头14可以包括CCR框架40，用于支撑纤维放置头14、CCR组件32和压实辊34的部件，压实辊最终将复合带区段的铺层压到模具20上。在到达压实辊34之前，复合带的一部分可以穿过上进给部42，复合带的另一部分可以穿过下进给部44。上进给部42可以处理偶数编号的复合带，下进给部44可以处理奇数编号的复合带，这些复合带在压实辊34处相遇。例如，对于具有八个纤维路径或通道的纤维放置头14，上进给部42可以处理由数字2、4、6和8标识的复合带，而下进给部44可以处理由数字1、3、5和7标识的复合带。上进给部42和下进给部44可以以角度(α)分开。上进给辊46和下进给辊48可以有助于将复合带从卷轴26分别引导到上进给部42和下进给部44。上进给部42和下进给部44可以包括多个通道组件54。上进给部42和下进给部44中的每个都可以包括用于致动通道组件54的移动部件的歧管。机电阀可以邻接通道组件54，使得阀选择性地将压缩空气供应到组件54以用于致动。在一个实施方式中，电磁阀包括接收由开关控制的电压的螺线管，微处理器打开和关闭以控制通道组件54的致动。

通道组件54包括由CCR框架40承载的预启动通道组件54a、夹持通道组件54b、重启通道组件54c和切割通道组件54d。总的来说，通道组件54从卷轴26拉出复合带并将带施加到模具20。预启动通道组件54a均可以包括最初从卷轴26拉动复合带60的预启动动力辊56和预启动夹送辊58。预启动动力辊56可以通过电机旋转，并且包括马达编码器，该马达编码器向微处理器发送指示复合带60的位置的信号。微处理器还可以对供应给驱动预启动动力辊58的电机的电流进行控制。预启动动力辊56和预启动夹送辊58可以移动以能释放地接合复合带60的相对侧，并且沿相对的旋转方向旋转以将复合带60拉向其他通道组件54。在一个实施方式中，预启动动力辊56和预启动夹送辊58可以使用压缩空气移动得更靠近或更远离复合带60。复合带60接下来可以穿过夹持通道组件54b。夹持通道组件54b可以包括定位在复合带60的相对侧上的夹持辊62，该夹持辊能释放地接合带并将带保持在固定位置持续一短时间量。夹持辊62可以移动得更靠近或更远离复合带，并且还被保持以防止辊62旋转，从而防止带移动。

然后，复合带60可以穿过重启组件54c，该重启组件可以包括重启动力辊64和重启夹送辊66。重启组件54c可以负责将复合带60的区段准确地定位在模具20上。重启动力辊64可以通过电机旋转，并且包括马达编码器，该马达编码器向微处理器(未示出)发送指示复合带60的位置的信号。微处理器还可以以与上文关于预启动动力辊56所述的类似方式控制驱动重启动力辊64的电机。重启动力辊64和重启夹送辊66可以移动以接合复合带60的相对侧并且沿相反的旋转方向旋转以将复合带60的区段精确地定位在模具20上。可以控制预启动动力辊58以比重启动力辊64旋转的角速度大的角速度旋转限定的时间段，使得动力辊58、64之间的复合带60上的张力减小或完全减轻，从而存在松弛并且复合带60上没有张力。在另一实施方式中，预启动动力辊58可以以与重启动力辊64相同的角速度操作。重启组件54c则可以将复合带60的区段非常精确地部署在模具20上，而不受升高的复合带张力的干扰。切割通道组件54d可以包括往复切割刀片68，以选择性地切割复合带60，从而制造被施加到模具20且是工件的一部分的限定长度的复合带60。

应当理解，前述内容是对本发明的一个或多个实施例的描述。本发明不限于本文公开的特定实施例，而是仅由下面的权利要求限定。此外，前述描述中包含的陈述涉及特定实施例，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的定义的限制，除非上面明确定义了术语或短语。各种其他实施例以及对所公开的实施例的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。所有这些其他实施例、改变和修改旨在落入所附权利要求的范围内。

如在本说明书和权利要求书中所使用的，术语“如”、“例如”、“比如”、“诸如”和“类似”以及动词“包括”、“具有”、“包含”及它们的其他动词形式，当与一个或多个部件或其他物品的列表一起使用时，这些术语中的每一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、额外的部件或物品。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 (12)

1.一种用于将多个复合带区段施加在模具上的纤维放置头，包括：

预启动通道组件，具有预启动动力辊，所述预启动动力辊从复合带源移动复合带区段；

重启通道组件，具有重启动力辊，所述重启动力辊也从所述复合带源移动所述复合带区段；以及

切割通道组件，具有往复式切割刀片，其中，所述预启动动力辊从所述复合带源拉出复合带，并且所述重启动力辊将复合带区段定位在模具上。

2.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述预启动动力辊以比所述重启动力辊的角速度大的角速度操作，从而减小所述预启动动力辊与所述重启动力辊之间的所述复合带区段上的张力的量。

3.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述张力的量为零。

4.根据权利要求1所述的纤维放置头，其中，所述纤维放置头以等于或大于900英寸/分钟的铺放速度移动复合带。

5.根据权利要求1所述的纤维放置头，还包括预启动夹送辊，所述预启动夹送辊与所述预启动动力辊能释放地接合并且保持所述复合带区段。

6.根据权利要求1所述的纤维放置头，还包括重启夹送辊，所述重启夹送辊与所述重启动力辊能释放地接合并且保持所述复合带区段。

7.一种用于将多个复合带区段施加在模具上的纤维放置头，包括：

预启动通道组件，具有预启动动力辊，所述预启动动力辊从复合带源移动复合带区段；

重启通道组件，具有重启动力辊，所述重启动力辊也从所述复合带源移动所述复合带区段；以及

切割通道组件，具有往复式切割刀片，其中，所述预启动动力辊从所述复合带源拉出复合带，并且在所述重启动力辊将复合带区段定位在模具上时减小预启动动力马达与重启动力马达之间的张力的量。

8.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述预启动动力辊以比所述重启动力辊的角速度大的角速度操作，从而减小所述预启动动力辊与所述重启动力辊之间的所述复合带区段上的张力的量。

9.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述张力的量为零。

10.根据权利要求7所述的纤维放置头，其中，所述纤维放置头以等于或大于900英寸/分钟的铺放速度移动复合带。

11.根据权利要求7所述的纤维放置头，还包括预启动夹送辊，所述预启动夹送辊与所述预启动动力辊能释放地接合并且保持所述复合带区段。

12.根据权利要求7所述的纤维放置头，还包括重启夹送辊，所述重启夹送辊与所述重启动力辊能释放地接合并且保持所述复合带区段。