一種解決復(fù)合材料鋪放過程中的回彈現(xiàn)象的系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種解決復(fù)合材料鋪放過程中的回彈現(xiàn)象的系統(tǒng)，用于復(fù)合材料自動鋪放領(lǐng)域，解決在預(yù)浸帶鋪放過程中產(chǎn)生的回彈現(xiàn)象。實現(xiàn)真正意義上的復(fù)合材料的全自動鋪放。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣泛，并顯示出不可替代的重要地位。
[0003]復(fù)合材料以碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料為代表，具有輕質(zhì)、高強、高模量、耐疲勞、抗腐蝕、結(jié)構(gòu)功能一體化和設(shè)計制造一體化、易于成型大型構(gòu)件等突出優(yōu)點。大量應(yīng)用先進復(fù)合材料是提高航空航天飛行器、運載工具和武器裝備效能的重要途徑，其用量業(yè)已成為航空航天飛行器先進性的重要標(biāo)志。
[0004]先進復(fù)合材料以其優(yōu)異的綜合性能在航空航天工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，但先進復(fù)合材料的成本遠高于金屬材料，高成本已經(jīng)成為復(fù)合材料擴大應(yīng)用的主要障礙。
[0005]經(jīng)過多年的努力，已經(jīng)形成了由低成本材料技術(shù)、低成本設(shè)計制造技術(shù)以及使用維護技術(shù)組成的復(fù)合材料低成本技術(shù)體系。目前，先進復(fù)合材料低成本制造技術(shù)主要包括兩類:1)基于液體成型的RTM、VARTM等技術(shù)；2)基于預(yù)浸帶(料)成形的纖維纏繞技術(shù)、拉擠成型技術(shù)和自動鋪放技術(shù)。其中，復(fù)合材料自動鋪放技術(shù)是增加復(fù)合材料用量、提高制造技術(shù)水平與效率、保證產(chǎn)品質(zhì)量和降低成本的關(guān)鍵技術(shù)。
[0006]在國外，自動鋪放技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，并大量應(yīng)用于實際生產(chǎn)。國內(nèi)也進行了相關(guān)技術(shù)的研究，也取得了相應(yīng)的進展，但是距離實際工程應(yīng)用還存在很大的距離，確實還存在很多問題有待解決，其中，在復(fù)合材料的鋪放過程中的回彈現(xiàn)象就是一個方面。
[0007]本發(fā)明所涉及到的回彈現(xiàn)象主要指的是在自動鋪放曲面工件的過程中，由于壓輥壓力的不均勻等因素導(dǎo)致待鋪放預(yù)浸帶無法與芯?；蛘咭呀?jīng)鋪放好的下面一層的預(yù)浸帶緊密地結(jié)合在一起，最后由于張力的作用，使得本來已經(jīng)鋪覆好的預(yù)浸帶重新彈起，即所謂的回彈現(xiàn)象，如附圖3所示，其中a為芯模表面或者已經(jīng)鋪放好的預(yù)浸帶，b為產(chǎn)生回彈現(xiàn)象的預(yù)浸帶。
[0008]這種回彈屬于復(fù)合材料鋪放領(lǐng)域一個重要的缺陷，如果不處理將嚴(yán)重影響最終成品的質(zhì)量，使得廢品率大大提升，大幅提升了生產(chǎn)成本，嚴(yán)重造成資源浪費，最重要的是，這種方式生產(chǎn)出來的工件大部分應(yīng)用于航空領(lǐng)域，這種潛在的質(zhì)量缺陷如果沒有檢測出來的話將造成不可估量的損失，因此找到一種解決回彈現(xiàn)象的方法至關(guān)重要。
[0009]目前，國內(nèi)主要采用人工實時監(jiān)測并手動壓實的方法來解決，看起來可行，實際上卻是一種半自動鋪放，有違自動鋪放的初衷，同時增加了工作人員的勞動強度，最重要的是嚴(yán)重影響鋪放質(zhì)量和效率，因此，尋求一種預(yù)防回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生或者在回彈現(xiàn)象產(chǎn)生之后檢測其是否產(chǎn)生的方法，并且采取相應(yīng)的措施解決這種現(xiàn)象，仍然具有很大的研究價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問題；提供了一種全過程完全自動檢測、分析、處理，基本不需人為參與，大大降低了人力、物力成本，顯著提升了鋪放質(zhì)量和鋪放效率的一種解決復(fù)合材料鋪放過程中的回彈現(xiàn)象的系統(tǒng)。
[0011]本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的:
[0012]一種解決復(fù)合材料鋪放過程中的回彈現(xiàn)象的系統(tǒng)，其特征在于，包括6軸機器人、設(shè)置在6軸機器人上的鋪帶頭、設(shè)置在鋪帶頭下方的工件、一個用于進行二次壓實的輔助壓實裝置和一個輔助加熱系統(tǒng)；所述工件上方設(shè)有一個三維形貌測量系統(tǒng)；
[0013]所述輔助壓實裝置和輔助加熱系統(tǒng)均連接在鋪帶頭上隨著鋪帶頭一起運動，所述輔助壓實裝置包括一個只有一個上下運動的自由度的氣缸以及連接在氣缸驅(qū)動桿的輔助壓輥，輔助壓輥的軸線與鋪帶頭的主壓輥的軸線的水平距離應(yīng)該大于系統(tǒng)的反應(yīng)時間與發(fā)生回彈現(xiàn)象所需的時間之和與鋪放速度的乘積，即:假設(shè)該距離為d，鋪放速度為V，預(yù)浸帶從鋪覆到工件上到產(chǎn)生回彈現(xiàn)象所經(jīng)歷的時間為tl，系統(tǒng)的反應(yīng)時間為t2，則d>v*(tl+t2)；
[0014]所述輔助加熱系統(tǒng)位于主壓輥與輔助壓輥之間，用于對輔助壓輥下的預(yù)浸帶進行加熱，熱源采用熱風(fēng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對需要加熱區(qū)域的快速加熱，使該區(qū)域的預(yù)浸帶軟化，粘性增強，便于輔助壓實裝置對產(chǎn)生回彈現(xiàn)象區(qū)域的預(yù)浸帶的重新壓實；
[0015]所述6軸機器人、輔助壓實裝置和輔助加熱系統(tǒng)均與一個控制器連接；
[0016]該系統(tǒng)還包括一個力/力矩傳感器，安裝在六軸機器人末端與鋪帶頭的連接部位，用于實時檢測鋪放過程中主壓輥與工件的壓力，來控制恒壓力的鋪放，預(yù)防回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生，與此同時，三維形貌測量系統(tǒng)進行三維形貌測量，檢測是否發(fā)生了回彈現(xiàn)象，再通過控制器啟動輔助壓實裝置和輔助加熱系統(tǒng)工作來解決回彈。
[0017]在上述的一種解決復(fù)合材料鋪放過程中的回彈現(xiàn)象的系統(tǒng)，所述三維形貌測量系統(tǒng)用于對工件輪廓的實時反饋，然后通過主控制器發(fā)出信號控制輔助加熱系統(tǒng)和輔助壓實裝置的工作，該三維輪廓測量系統(tǒng)包括構(gòu)成工件輪廓檢測單元的傳感器，所述傳感器是3維激光測距儀或基于飛秒激光的3維測距儀或二維光柵或雙目攝像頭。
[0018]因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:1、首先由力矩/力傳感器的反饋來保證恒張力鋪放，從根本原因上預(yù)防回彈現(xiàn)象的產(chǎn)生，再通過輔助壓實裝置將仍然可能產(chǎn)生的小幅度回彈現(xiàn)象消除，這樣基本上能夠徹底解決回彈現(xiàn)象，從而保證了最終成品的質(zhì)量；2、由于全過程完全自動檢測、分析、處理，基本不需人為參與，大大降低了人力、物力成本，顯著提升了鋪放質(zhì)量和鋪放效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是本發(fā)明中鋪帶頭的三維結(jié)構(gòu)圖，用于說明輔助壓實裝置。
[0021]圖3是本發(fā)明中發(fā)生回彈現(xiàn)象的示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明中回彈區(qū)域