用于制成高級復(fù)合層疊件的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于制造高級復(fù)合層疊件的系統(tǒng)和方法包括帶材分配系統(tǒng)、帶材鋪放頭和工具表面。形成帶材部段并用抓持組件使帶材部段運(yùn)動通過帶材部段引導(dǎo)件。帶材部段引導(dǎo)系統(tǒng)懸置于工具表面上。一旦將帶材部段定位到工具表面上的期望位置，帶材粘結(jié)裝置將帶材部段粘結(jié)到或以其它方式附連到工具表面或另一下置的帶材部段。
【專利說明】用于制成高級復(fù)合層疊件的系統(tǒng)和方法
[0001]本申請要求了 2011年7月28日提交的美國臨時申請第61/512，632號的權(quán)益，該申請的全部內(nèi)容以參見的方式納入本文。該申請還涉及2011年11月I日授權(quán)的美國專利號8,048,253 (2008年9月24日提交的美國專利申請?zhí)?2/237，077)、2012年5月I日授權(quán)的美國專利第8，168,029號(2011年10月3日提交的美國專利申請?zhí)?3/251,360)以及2012年3月30日提交的美國專利申請第13/435，006號，這些專利和專利申請的全部內(nèi)容以參見的方式納入本文。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的實(shí)施例總地涉及高級復(fù)合材料，并且更具體地涉及用于使用自動化設(shè)備快速制造具有最少廢料的聞級復(fù)合層置件的系統(tǒng)和方法。
[0003]高級復(fù)合材料日益用于需要小重量和高強(qiáng)度和/或高剛度的高性能結(jié)構(gòu)產(chǎn)品。復(fù)合材料是包括兩種或更多種成分的工程材料。實(shí)施例涉及組合有諸如碳纖維、玻璃纖維的增強(qiáng)纖維或者具有諸如環(huán)氧物、尼龍、聚酯、聚丙烯或其它樹脂的熱固性或熱塑性聚合物樹脂的其它增強(qiáng)纖維的聚合物復(fù)合物。纖維通常沿纖維長度方向提供剛度和強(qiáng)度，而樹脂提供形狀和韌性，并還起到在纖維之間傳遞負(fù)荷的作用。高級復(fù)合部件的結(jié)構(gòu)性能隨著纖維-樹脂比(也被稱為纖維體積率)的增加、纖維長度的增加、纖維定向與通過部件的負(fù)荷路徑之間更精確的對準(zhǔn)(與隨機(jī)纖維定向相比)以及纖維的平直度而增加。也可通過根據(jù)所受應(yīng)力輕重而選擇性地加入或減去材料來優(yōu)化高級復(fù)合部件的重量。
[0004]通常，高性能高級復(fù)合材料部件的制造是又慢又耗費(fèi)勞力的過程。因此，已開發(fā)出用于自動制造高級復(fù)合部件的若干方法來減少手工勞動量、降低循環(huán)時間并提高部件質(zhì)量和可重復(fù)性。這種機(jī)器用于制造從飛機(jī)機(jī)身和內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件到壓力容器、管道、用于風(fēng)力機(jī)的葉輪和飛機(jī)翼板的小型和大型部件。這些機(jī)器通常使用安裝在多軸CNC操作機(jī)上的材料鋪放頭來將帶材直接鋪放到芯軸或模具上。當(dāng)鋪設(shè)好材料時，材料與任一下置層固結(jié)。這被稱為“現(xiàn)場”固結(jié)。
[0005]在以參見方式納入本文的美國專利第6，607, 626號和第6，939，423號中描述的不同方法是鋪設(shè)大致平坦的“定制坯件”，其中，僅將復(fù)合層疊件的所有層片粘結(jié)在一起。一旦制成定制坯件，后續(xù)加工步驟用于使各層片固結(jié)在一起，并將坯件成型為其最終形狀。
[0006]對于帶材和纖維鋪放機(jī)來說是典型的一種特征是用于將材料施加于工具表面的總體技術(shù):這種機(jī)器將帶材或成束的材料逐步展開到工具表面上，該工具表面構(gòu)造成與零件的近終形(near net shape)相匹配,并且當(dāng)將材料饋送到表面上時,使用一個或多個壓實(shí)輥或座板將其粘結(jié)到位。盡管該技術(shù)產(chǎn)出高質(zhì)量零件，但它的一個主要限制是材料鋪設(shè)率的增加需要更大、更高功率的機(jī)器，這對系統(tǒng)尺寸、能量消耗、成本和精度產(chǎn)生復(fù)合效應(yīng)。在許多系統(tǒng)中，特別是對于通常熔化然后在鋪設(shè)過程中再冷凍的熱塑性復(fù)合物來說，速度也受到傳熱率的限制。
[0007]纖維鋪放機(jī)和帶材鋪設(shè)機(jī)的另一限制是它們大多通常產(chǎn)生非常接近于最終形狀的零件，由此，通過附連有鋪設(shè)頭的操縱器的尺寸和靈巧度來控制可實(shí)現(xiàn)的零件復(fù)雜度和輪廓。這種系統(tǒng)通常需要五個或者六個自由度來生產(chǎn)出上述類型的零件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]實(shí)施例提供一種用于將復(fù)合帶材施加于工具表面上的系統(tǒng)和方法。作為對將構(gòu)造成部件的最終形狀并在原位固結(jié)的帶材逐步施加于工具表面的替代，這些實(shí)施例通過饋送預(yù)定長度的帶材并將它定位在工具表面上方來鋪放處于大致平坦構(gòu)造的帶層，該構(gòu)造適于后固結(jié)和成形操作?？蓪⒃搸Р念A(yù)切割成帶材部段，或者可從帶材供料源饋送(例如，拉動)該帶材并將該帶材切成期望長度的帶材部段(或“帶層”)。帶材部段可朝向工具表面運(yùn)動。一旦在工具表面附近或之上，整個帶材部段可在一次操作中粘結(jié)到下置材料。粘結(jié)可包括例如使用點(diǎn)焊機(jī)或者其它熔合工藝在分離位置處將帶材部段熔合到下置材料。使帶饋送操作與粘結(jié)操作分離可允許該系統(tǒng)自動地、更快和更可靠地運(yùn)行。
[0009]一個實(shí)施例包括用于通過如下方式制成高性能的高級復(fù)合層疊件的系統(tǒng)和方法，即，通過將一個或多個帶材部段定位到多軸運(yùn)動臺上，然后將帶材部段降低到臺上，并使用點(diǎn)焊單元陣列將這些帶材部段粘結(jié)到之前鋪放的材料。
[0010]在一方面，用于由帶材制成復(fù)合預(yù)制件的方法包括將帶材部段饋送到帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)，該帶材部段引導(dǎo)件將帶材部段懸置于工具表面上，以使帶材部段的第一端起初設(shè)置在帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的第一位置，而帶材部段的第二端起初設(shè)置在帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的第二位置。該方法還包括提供帶材部段引導(dǎo)件與工具表面之間的相對運(yùn)動，以將帶材部段相對于工具表面定位在期望位置和定向。該方法還包括使帶材部段運(yùn)動，以使使第一端運(yùn)動到帶材部段引導(dǎo)件中的第三位置，而第二端運(yùn)動到帶材部段引導(dǎo)件中的第四位置。該方法還包括將帶材部段固定到工具表面和預(yù)先存在的帶材部段中的至少一個上。
[0011]在另一方面，用于由帶材制成復(fù)合預(yù)制件的方法包括將帶材的一部分饋送到帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)，并抓持帶材的該部分的端部，并沿帶材部段引導(dǎo)件拉動帶材的該部分。該方法還包括:當(dāng)帶材的該部分的端部被拉到預(yù)定位置時，切下帶材的該部分，以形成帶材部段。該方法還包括將帶材部段固定到工具表面和預(yù)先存在的帶材部段中的至少一個。
[0012]在另一方面，用于由復(fù)合帶材制造復(fù)合預(yù)制件的設(shè)備包括接納帶材部段的帶材部段引導(dǎo)件以及構(gòu)造成抓持位于帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的帶材部段的帶材抓持組件。該設(shè)備還包括構(gòu)造成將帶材部段粘結(jié)到其它類似帶材部段的帶材粘結(jié)裝置。帶材抓持組件包括抓持構(gòu)件，其中，抓持構(gòu)件構(gòu)造成抓持帶材部段的一部分，并沿與帶材部段引導(dǎo)件的長度相關(guān)聯(lián)的軸線運(yùn)動。抓持構(gòu)件從帶材部段引導(dǎo)件的第一位置運(yùn)動到帶材部段引導(dǎo)件的第二位置，并由此使帶材部段的該部分從第一位置運(yùn)動到第二位置。
[0013]在研究下述附圖和詳細(xì)說明之后，實(shí)施例的其它系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)將要或者將變得對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯然的。所有這種附加的系統(tǒng)、方法、特征和優(yōu)點(diǎn)意在包含到該說明書和該
【發(fā)明內(nèi)容】
中、并且在實(shí)施例的范圍內(nèi)，并且受權(quán)利要求書的保護(hù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]參照下述附圖和說明書能更好地理解實(shí)施例。附圖中的部件不一定按比例繪制，而是重點(diǎn)放在說明本發(fā)明的原理上。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示不同視圖中的對應(yīng)元件。[0015]圖1是示出定制坯件的實(shí)施例的示意圖。
[0016]圖2是示出用于施加復(fù)合帶材的系統(tǒng)的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。
[0017]圖3是示出圖2中所示的系統(tǒng)的正視圖的示意圖。
[0018]圖4是示出圖2中所示的系統(tǒng)的俯視圖的示意圖。
[0019]圖5是示出材料分配系統(tǒng)和帶材運(yùn)輸導(dǎo)軌的實(shí)施例的詳細(xì)視圖的示意圖。
[0020]圖6是示出材料分配系統(tǒng)和自動饋送單元的實(shí)施例的詳細(xì)視圖的示意圖。
[0021]圖7是示出鋪放頭的實(shí)施例的示意圖。
[0022]圖8是示出饋送和刀具單元的實(shí)施例的側(cè)視圖的示意圖，其移除了前框架板。
[0023]圖9a和9b是示出帶材鋪放頭的實(shí)施例的詳細(xì)視圖的示意圖。
[0024]圖10是示出帶材托架的實(shí)施例的詳細(xì)視圖的示意圖。
[0025]圖11是示出托架框架的實(shí)施例的端視圖的示意圖。
[0026]圖12是示出托架框架的實(shí)施例中的有槽孔的示意圖。
[0027]圖13是示出穿過饋送和刀具單元的出口并進(jìn)入托架框架的導(dǎo)軌的帶材的實(shí)施例的側(cè)視圖的示意圖。
[0028]圖14是示出焊接機(jī)框架單元的實(shí)施例的正視圖的示意圖。
[0029]圖15是示出附連有壓腳的單個焊接機(jī)單元的實(shí)施例的正視圖的示意圖。
[0030]圖16是示出退繞和松弛系統(tǒng)的構(gòu)造的實(shí)施例的示意圖。
[0031]圖17是示出單個自動饋送單元的實(shí)施例的詳細(xì)視圖的示意圖。
[0032]圖18是示出在導(dǎo)軌之間形成杯狀帶材部段和相對于工具表面降低的導(dǎo)軌垂直位置的實(shí)施例的端視圖的示意圖。
[0033]圖19是示出粘結(jié)到下置帶材部段的帶材部段的實(shí)施例的端視圖的示意圖。
[0034]圖20是示出當(dāng)導(dǎo)軌撤回并且壓腳將帶材部段保持在位時從導(dǎo)軌移除的帶材部段的實(shí)施例的端視圖的示意圖。
[0035]圖21是示出撤回的導(dǎo)軌和撤回的壓腳的端視圖的實(shí)施例的示意圖。
[0036]圖22是示出具有成角度刀具的導(dǎo)軌的側(cè)向運(yùn)動的實(shí)施例的示意圖。
[0037]圖23是示出成角度的刀具和水平致動的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的實(shí)施例的示意圖，其中，切割角度處于+45°切割位置。
[0038]圖24是示出圖23的成角度的刀具和水平致動的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的俯視圖的示意圖，其中，切割角度處于+45°切割位置。
[0039]圖25是示出圖23的成角度的刀具和水平致動的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的俯視圖的示意圖，其中，切割角度處于0°切割位置。
[0040]圖26是示出圖23的成角度的刀具和水平致動的導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)的俯視圖的示意圖，其中，切割角度處于-45°切割位置。
[0041]圖27是示出用于施加復(fù)合帶材的系統(tǒng)的另一實(shí)施例的示意圖。
[0042]圖28是示出圖27中所示的系統(tǒng)的俯視圖的示意圖。
[0043]圖29是示出如由圖28中所示的截面線所截取的、圖27中所示系統(tǒng)的局部剖視圖的示意圖。
[0044]圖30是示出帶材分配系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
[0045]圖31是示出材料驅(qū)動系統(tǒng)的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。[0046]圖32是示出圖31的材料驅(qū)動系統(tǒng)的剖切圖的示意圖。
[0047]圖33是示出用于材料驅(qū)動系統(tǒng)的卡盤構(gòu)件的實(shí)施例的分解軸測圖的示意圖。
[0048]圖34是示出圖33的卡盤構(gòu)件的軸測圖的示意圖。
[0049]圖35是自動帶材加載系統(tǒng)的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。
[0050]圖36是圖35的自動帶材加載系統(tǒng)的另一軸測圖。
[0051]圖37是示出焊接系統(tǒng)的實(shí)施例的示意圖。
[0052]圖38是示出圖37的焊接系統(tǒng)的分解軸測圖的示意圖。
[0053]圖39是示出切割系統(tǒng)的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。
[0054]圖40是示出焊接單元的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。
[0055]圖41是示出抓持組件的實(shí)施例的示意圖。
[0056]圖42是示出圖41的抓持組件的分解軸測圖的示意圖。
[0057]圖43是示出抓持構(gòu)件的實(shí)施例的軸測圖的示意圖。
[0058]圖44是示出圖43的抓持組件的分解軸測圖的示意圖。
[0059]圖45是示出根據(jù)一實(shí)施例的一些傳感器的位置的示意圖。
[0060]圖46a_46g不出根據(jù)一實(shí)施例的、在將帶材部段施加到工具表面的過程中的一系列步驟。
[0061]圖47a和47b示出根據(jù)一實(shí)施例的、在將帶材部段施加到工具表面的過程中的又一系列步驟。
[0062]圖48示出用于帶材饋送單元的驅(qū)動輥?zhàn)咏M件和被動輥?zhàn)咏M件的實(shí)施例的示意圖。
[0063]圖49示出帶材饋送單元的一些部件的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]實(shí)施例提供一種帶材鋪放方法。如下詳細(xì)所述，帶材鋪放方法涉及將材料鋪放頭定位到工具表面上方、將帶材饋送到將帶材保持在工具表面上方的引導(dǎo)件內(nèi)、將帶材從進(jìn)料切成帶材部段、使帶材部段運(yùn)動到工具表面附近或工具表面上、然后將該帶材部段粘結(jié)到任何下置帶材層或者將帶材部段固定到工具表面。
[0065]材料
[0066]本實(shí)施例可用于由帶材來形成高級復(fù)合預(yù)制件，帶材諸如是預(yù)浸潰纖維和聚合物帶材和純聚合物帶材。高級復(fù)合材料包含增強(qiáng)纖維、聚合物樹脂以及有時是諸如泡沫或蜂窩部的芯部材料。通過沿一個或多個定向或?qū)悠嵌葘⒉牧系母鲗佣询B起來，以制成該部件。由部件的負(fù)載要求來確定層片角度。通常，包括層疊件的材料將是包含增強(qiáng)纖維和聚合物樹脂的預(yù)浸潰帶材。然而，未加強(qiáng)的聚合物帶材、芯部材料或諸如金屬膜之類的其它材料可基于應(yīng)用要求而包含到層疊件內(nèi)。
[0067]增強(qiáng)纖維可例如由碳、玻璃、玄武巖、芳族聚酰胺、聚乙烯或任何其它增強(qiáng)物來構(gòu)成。用于聚合物復(fù)合物的增強(qiáng)纖維像細(xì)繩、繩索、毛發(fā)或其它纖維那樣沿纖維長度向部件增加強(qiáng)度和剛度。纖維在長度上較佳為連續(xù)的或者幾乎連續(xù)的，并且與帶材長度(或者帶材的縱向軸線)平行對準(zhǔn)，但帶材內(nèi)無需有專門的增強(qiáng)配方。此外，可采用包括樹脂和連續(xù)或不連續(xù)纖維的帶材，此處的纖維并未與帶材的邊緣平行對準(zhǔn)。聚合物樹脂可以是熱塑性的(例如，聚酰胺、聚苯硫醚)或熱固性的(例如，環(huán)氧物、乙烯基酯或聚酯)。與大多數(shù)聚合物復(fù)合物應(yīng)用一樣，由待制造的部件的特定要求來確定所用的特定樹脂和纖維以及它們在復(fù)合物內(nèi)的比例和配方。
[0068]工藝討稈
[0069]本實(shí)施例可用于形成包括有帶材的多個層片在內(nèi)的層疊件。每個層片包含彼此平行鋪放的一個或多個帶材部段(也被稱為帶材層)，并且將每個層片熔合至一個或多個下置層片。將層疊件中的每個層片的形狀和該層片內(nèi)的纖維相對于其它層片內(nèi)的纖維的定向或角度選擇成最終生產(chǎn)出的部件將具有期望的結(jié)構(gòu)特性。用于制成定制坯件的方法的第一步驟是將特定長度的帶材從卷軸饋送到帶材部段定位系統(tǒng)，該帶材部段定位系統(tǒng)將帶材懸置于工具表面上方，在該工具表面上將鋪放有該帶材?？膳c步驟一同時進(jìn)行的第二步驟涉及將帶材部段相對于工具定位成:當(dāng)將帶材部段降低到工具上時,帶材部段處于對于部件來說正確的位置和定向。在第三步驟中，引導(dǎo)件使帶材部段降低，并且?guī)Р牟慷握辰Y(jié)到下置材料上或者固定到工具表面上?？墒褂门c使帶材各層彼此粘結(jié)所用的方法不同的技術(shù)(例如，真空)將直接碰到工具表面的任何材料固定到工具。一旦材料部段固定到下置材料或工具表面，帶材部段定位系統(tǒng)和粘結(jié)系統(tǒng)返回到它們的起始位置，并將新的材料部段饋送到引導(dǎo)件內(nèi)。然后可重復(fù)該過程中的前述步驟直至完成坯件。
[0070]可采用該總體加工方法中的若干變型或?qū)嵤├?。盡管該過程在此描述為一系列相繼步驟，但該方法的實(shí)施例可同時執(zhí)行這些步驟以減少總體加工時間。例如，在引導(dǎo)件升高和/或降低的同時和/或在帶材饋送到引導(dǎo)件內(nèi)的同時可使帶材部段定位系統(tǒng)和/或工具運(yùn)動到位。同樣，該方法的實(shí)施例可通過將附加的鋪放頭結(jié)合到機(jī)器內(nèi)來同時鋪放多于一個的部段。因此，該說明書中并未暗示一定是一次鋪放一個部段。該方法的具體實(shí)施例還可包括能在單個坯件內(nèi)鋪放不同寬度材料或多種材料。
[0071]此外，替代實(shí)施例可涉及鋪放已被預(yù)切割的帶材部段，而不是在將帶材饋送到導(dǎo)軌內(nèi)之后切割帶材。將預(yù)切割帶材安排在導(dǎo)軌之前可加速機(jī)器的操作，這是因?yàn)閷臋C(jī)器操作次序的關(guān)鍵路徑中免去切割操作。此外，使用預(yù)切割帶材部段可從該過程的帶材鋪放部分免除了對動態(tài)張力控制的需求。帶材部段可與饋送和鋪放一起在線進(jìn)行預(yù)切割，或者帶材部段可離線進(jìn)行預(yù)切割，并布置成一套而饋送到導(dǎo)軌內(nèi)。
[0072]用于將各層片粘結(jié)到一起的方法以及各層片粘結(jié)的程度是可在不同實(shí)施例中變化的另一參數(shù)。用于將各層片粘結(jié)到下置層片的方法可包括接觸加熱、超聲波焊接、感應(yīng)焊接、激光加熱、熱氣加熱或使各層片彼此粘附的其它方法。同樣，該方法可用于鉸接頭或運(yùn)動工具表面或者兩種定位方式的組合。盡管文中所述實(shí)施例采用固定的材料鋪放頭，該材料鋪放頭定位到大致平坦的工具表面上方，該工具表面能沿X和I方向運(yùn)動以及轉(zhuǎn)動，但也可通過使鋪放頭運(yùn)動或者兩者組合來實(shí)現(xiàn)鋪放頭和工具表面之間的相對運(yùn)動。
[0073]實(shí)施方式
[0074]圖2-16中示出【具體實(shí)施方式】。該示例性系統(tǒng)包括材料分配系統(tǒng)1、帶材運(yùn)輸導(dǎo)軌
2、鋪放頭3、用作坯件工具表面的真空臺4、三軸運(yùn)動臺5和結(jié)構(gòu)梁6。鋪放頭3和帶材運(yùn)輸導(dǎo)軌2固定到結(jié)構(gòu)梁，并定位在運(yùn)動臺5和真空臺4上方。示出了附加的支承系統(tǒng)，它們包括操作者界面計算機(jī)7、電子操控室8、真空泵9和周界安全防護(hù)裝置10。
[0075]如例如在圖5、6、16和17中所示的，也被稱為條筒架的材料分配系統(tǒng)I包含一個或多個條筒盒35，條筒盒包含帶材展開機(jī)構(gòu)11。在此系統(tǒng)中，將一卷帶材47加載到芯軸12上并固定在位。將卷軸防護(hù)裝置13放置到位，以保持帶材的各邊緣對準(zhǔn)。將帶材的前邊緣繞過第一引導(dǎo)輥?zhàn)?8、在條筒饋送機(jī)構(gòu)14內(nèi)的饋送輥?zhàn)?5之間饋送，并饋送經(jīng)過第二引導(dǎo)輥?zhàn)?9然后，將一匝帶材環(huán)繞到整個卷軸外面、繞過條筒饋送機(jī)構(gòu)內(nèi)的附加的引導(dǎo)輥?zhàn)咏M16饋送,并饋送出來并到達(dá)自動饋送單元17。一旦將帶材饋送到自動饋送單元內(nèi)，自動饋送夾持輥?zhàn)?8與該帶材配合，并將帶材饋送通過饋送引導(dǎo)件19 (例如參見圖17)，并經(jīng)過帶材運(yùn)輸導(dǎo)軌而饋送到帶材鋪放頭3內(nèi)。一旦帶材經(jīng)過帶材鋪放頭內(nèi)的饋送輥?zhàn)?3(參見圖9a和％)，這些輥?zhàn)?3相配合，而自動饋送機(jī)內(nèi)的輥?zhàn)?8脫開。
[0076]如圖7中所示，鋪放頭3具有三個子系統(tǒng):帶材饋送和刀具單元20、焊接單元21和帶材托架單元22。帶材進(jìn)入帶材饋送和刀具單元20,并通過一組被驅(qū)動的饋送棍子23。如例如在圖9a和9b中所示的,饋送棍子23夾持該帶材并推動該帶材經(jīng)過可調(diào)節(jié)的帶材對準(zhǔn)板44、通過帶材切割單元24并進(jìn)入導(dǎo)軌25內(nèi)(參見圖10)，導(dǎo)軌是帶材托架單元22的一部分。如圖13中所示，將帶材饋送通過導(dǎo)軌25直至帶材端部與刀具刀片45之間的距離等于所期望的條帶長度26。一旦到達(dá)該點(diǎn)，夾持輥?zhàn)油Ｖ桂佀蛶Р?，并且刀具單元切割帶材。這使已知長度的帶材部段27懸置于導(dǎo)軌25之間。
[0077]在圖8中所示的饋送和刀具單元中，刀具單元24包括刀片和砧座，饋送單元將帶材饋送到刀片和砧座之間，并且將它們的運(yùn)動控制成當(dāng)?shù)镀暨^砧座時將帶材切成帶材部段。也可采用替代的刀具實(shí)施例，這些實(shí)施例包括例如轉(zhuǎn)動直犁刀、超聲刀或激光器，它們可橫過在整個帶材寬度上的路徑，以對帶材進(jìn)行切割。借助橫過的刀具或者類似裝置，切割線也可以是非直線的，例如是彎曲的、參差不齊的或鋸齒形的。
[0078]導(dǎo)軌25是帶材托架單元22的一部分(參見圖7和10)。在此實(shí)施例中，系統(tǒng)包括兩個大致平行的導(dǎo)軌25，它們各自附連到一組托架框架28。對于帶材的每條邊緣來說有一個導(dǎo)軌和一個托架框架。每個托架框架經(jīng)由線性滑動件30和線性致動器31固定到主焊接機(jī)框架29。如圖11和12中所示，托架框架的水平部分43內(nèi)的有槽附連孔42允許調(diào)節(jié)引導(dǎo)件離開帶材48中心線的距離。
[0079]在此實(shí)施例中，通過導(dǎo)軌內(nèi)的凹槽將帶材部段保持在導(dǎo)軌之間，而帶材的邊緣擱置于這些凹槽內(nèi)。具有一定橫向剛度(即，在帶材部段的寬度方向上的剛度)的帶材僅通過擱置于凹槽上而保留在位。為了使橫向剛度不足的帶材留在凹槽內(nèi)，導(dǎo)軌可更靠近地運(yùn)動，從而帶材受擠壓并變成杯狀，其中，帶材的中心高于其邊緣。杯狀的形狀為帶材部段提供附加的橫向剛度，從而允許其由弓I導(dǎo)件來保持。
[0080]圖18-21示出用于將帶材部段56搬運(yùn)、鋪放和粘結(jié)到下置帶材部段的示例性系統(tǒng)和方法。在此示例中，帶材部段56具有僅僅通過擱置于導(dǎo)軌25內(nèi)的凹槽的下表面頂上不足以留在凹槽內(nèi)的橫向剛度。因此，將導(dǎo)軌25調(diào)節(jié)成更靠近在一起，從而帶材部段56的邊緣被凹槽的垂直壁擠壓，使帶材部段56變成杯狀，而帶材部段的中心比其邊緣53高，如圖18中所示。換言之，帶材部段56的寬度相對于圖18的水平方向是凸出的。杯狀的形狀為帶材部段提供附加的橫向剛度，從而允許該帶材部段由導(dǎo)軌內(nèi)的凹槽充分地保持。
[0081]在帶材部段56位于導(dǎo)軌25內(nèi)的情況下，導(dǎo)軌25降低到剛好位于工具表面4上方的位置，如圖18中所示。接下來，如圖19中所示，一個或多個壓腳54降低以將帶材部段56壓成與下置材料接觸。在本實(shí)施例中，除了已描述的專用壓腳33外，焊接機(jī)末端(參見圖15)也用作壓腳?；蛘?，焊接機(jī)末端和壓腳可以是單個一體式的裝置。在帶材在位并且焊接機(jī)末端降低的情況下，帶材部段隨后被預(yù)焊到任何下置材料。在一些情況下，帶材部段將與工具表面4直接接觸，而在其它情況下，帶材部段將與之前鋪放的帶材部段55接觸。如果位于焊接機(jī)末端下方的帶材部段直接碰到工具表面，則該特定焊接機(jī)不通電，這是因?yàn)閹Р牟慷蔚脑摬糠掷缬谜婵展潭ǖ脚_。
[0082]一旦如圖20中所示進(jìn)行焊接，導(dǎo)軌25向上升高，而壓腳仍壓在帶材上。這造成帶材邊緣被拉出導(dǎo)軌25的凹槽，由此從導(dǎo)軌25釋放帶材部段56。然后，如圖21中所示，壓腳撤回，使帶材部段56在工具表面4上固定到位。
[0083]在該實(shí)施例中，真空臺4用作在其上形成零件的工具表面。真空臺附連到三軸運(yùn)動平臺5(參見圖2、3和4)，該運(yùn)動平臺將真空臺精確定位在鋪放頭下方。來自離線程序的指令決定所需的帶材長度以及帶材在工作臺上的位置和定向。當(dāng)將帶材饋送到導(dǎo)軌25內(nèi)時，運(yùn)動平臺5使真空臺4在鋪放頭下方運(yùn)動到期望的X軸、y軸和轉(zhuǎn)角坐標(biāo)。在其它實(shí)施例中，工具表面可以不是真空臺。在一些情況下，例如，靜電電荷可用來將帶材部段或其它部件保持到工具表面。此外，用于將材料保持到工具表面的本領(lǐng)域中已知的任何方法也可用于其它實(shí)施例。
[0084]在描述了上述子系統(tǒng)中每一個的構(gòu)造和功能之后，整個帶材鋪放過程如下操作:
[0085]一旦將帶材饋送到導(dǎo)軌25內(nèi)并從帶材卷被切成帶材部段，并且真空臺4已定位在期望位置和定向，托架框架28降低，直至帶材部段幾乎碰到之前鋪設(shè)的層片或工具表面。然后，一個或多個焊接機(jī)單元的陣列從焊接單元21降低，并將帶材部段壓到工具(或之前鋪設(shè)的層片)上。作為參照，在圖2、4和7中示出三個六焊接機(jī)單元。除了焊接機(jī)末端46，壓腳33也附連到每個焊接機(jī)致動器(例如，參見圖14和15)。該壓腳也用于下壓到帶材上，以保持帶材與工具表面4或之前鋪設(shè)的層片接觸。
[0086]對于將帶材部段放置成與工具表面4直接接觸的狀況，可通過臺的真空將帶材部段保持在位。對于帶材部段放置于之前鋪設(shè)的層片頂上的狀況，焊接機(jī)可接通，并將帶材的頂層粘結(jié)到下置材料。在一個實(shí)施例中，焊接機(jī)可采用超聲波脈沖來進(jìn)行這些焊接。
[0087]當(dāng)完成焊接/粘結(jié)步驟時，焊接單元保持與帶材接觸，同時托架框架開始升高，并返回到它的加載位置。由于帶材的中心保持固定到工具并且被焊接機(jī)單元下壓，靜止的帶材部段和升高的導(dǎo)軌25之間的相對運(yùn)動使帶材的邊緣被拉出導(dǎo)軌25。一旦帶材邊緣與導(dǎo)軌25脫開，焊接機(jī)單元撤回，從而使帶材部段在工具表面4上就位。
[0088]針對將組成坯件的每個材料部段重復(fù)該過程。在鋪放好最后的帶材部段之后，切斷工作臺的真空，這使得能容易地從工作臺移除部件。
[0089]為了使鋪放頭3將帶材快速地饋送到導(dǎo)軌25內(nèi)，帶材可構(gòu)造成具有非常小的反張力。如果張力太高，當(dāng)饋送輥?zhàn)訉Р耐频轿粫r，材料卷軸的慣性會抵抗帶材的快速加速和減速。因此，如圖16中所示，材料分配系統(tǒng)I主動展開材料卷，這使條筒盒35內(nèi)的最后一圈材料34松弛。由待鋪放的帶材部段的長度來確定松弛量。該松弛的圈使帶材內(nèi)的反張力非常小，并允許鋪放頭非?？焖俚仞佀筒牧稀l筒盒36內(nèi)的傳感器告知控制系統(tǒng)松弛的圈是否太小或太大。
[0090]夾持輥?zhàn)涌蓪Р膹木磔S饋送到條筒盒內(nèi)的松弛帶材圈內(nèi)，并可構(gòu)造成使用一個或多個松弛圈位置傳感器的反饋將松弛圈尺寸保持在確定范圍內(nèi)。當(dāng)帶材進(jìn)行饋送時，在帶材卷軸端部處保持松弛可使帶材內(nèi)的反張力減小。主動展開帶材供料單元的帶材卷軸使帶材饋送單元和帶材卷軸之間的帶材張力減到最小。
[0091]在操作過程中，若干事件會中斷動作的正常順序。將若干傳感器放置到位以標(biāo)記這種事件并管理該事件。一個這種事件是饋送輥?zhàn)訜o法饋送正確量的帶材。通過包含測量正在饋送的帶材長度的編碼器輪37 (圖9a)而解決了該問題。如果測得的饋送長度并未在期望饋送長度的一定容差內(nèi)，則采取校正動作。
[0092]該系統(tǒng)還感測何時到達(dá)材料卷的端部。當(dāng)?shù)竭_(dá)帶材卷的端部時，自動饋送單元17中的傳感器38 (圖17)檢測到帶材的端部。系統(tǒng)繼續(xù)饋送帶材，直到位于鋪放頭3入口處的第二材料檢測傳感器39 (圖8)檢測到帶材的端部。當(dāng)帶材的端部經(jīng)過該位點(diǎn)時，饋送輥?zhàn)油Ｏ?，且鋪放頭內(nèi)的改向板40被配合，從而使帶材的端部向下偏轉(zhuǎn)。然后，運(yùn)動平臺使真空臺4從鋪放頭下方運(yùn)動離開，并且饋送輥?zhàn)?3使其運(yùn)動反向，由此將最后一條帶材饋送到捕獲盆41內(nèi)(參見圖2)。如果第二條筒盒加載有相同類型和尺寸的帶材，則該系統(tǒng)可運(yùn)行自動饋送機(jī)來使鋪放頭加載新材料，并且在沒有進(jìn)一步延遲的情況下繼續(xù)該操作。
[0093]第二條筒盒可用于多于一個目的。如果定制坯件包括多于一種的材料(例如，玻璃纖維帶材和碳纖維帶材)，則條筒盒可加載有不同材料。然后，鋪放頭能在不必手動重新加載的情況下鋪設(shè)兩種類型的材料。一個條筒盒的自動饋送機(jī)單元中的夾持輥?zhàn)邮箮Р某坊刈銐虻木嚯x，以使來自另一條筒盒的帶材能饋送到鋪放頭內(nèi)。
[0094]在文中所述實(shí)施例中，機(jī)器可設(shè)定成加工不同的帶材寬度。為了改變要加工的帶材寬度，對條筒盒進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使帶材卷的中心線與焊接機(jī)末端的中心線對準(zhǔn)。然后，使饋送引導(dǎo)件的引導(dǎo)邊緣、帶材運(yùn)輸導(dǎo)軌和托架框架之間的距離加寬或變窄，以適應(yīng)期望的帶材寬度。在一個實(shí)施例中，手動進(jìn)行調(diào)節(jié)。另一實(shí)施例采用自動寬度調(diào)節(jié)。該自動調(diào)節(jié)可減少將設(shè)備設(shè)定到處理不同寬度材料所需的時間。此外，自動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可允許在單個坯件內(nèi)鋪設(shè)多種帶材寬度，而不中斷生產(chǎn)以調(diào)節(jié)該設(shè)備。
[0095]替代實(shí)施例增加切割帶材的能力，以使切割邊緣不總是垂直于帶材的側(cè)邊。增加改變切割角度的能力可給予定制坯件更多自由度，這又可產(chǎn)生提高的坯件性能以及減少被修剪掉的廢料量。根據(jù)一實(shí)施例，在圖22-26中示出示例性成角度的切割系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，刀具單元50繞其中心轉(zhuǎn)動，并且導(dǎo)軌分別向前和向后運(yùn)動，以保持帶材部段27的切割邊緣52與導(dǎo)軌51之間較近的距離。在所示實(shí)施例中，通過向其上安裝有垂直定向的線性滑動件58和致動器的焊接機(jī)框架59增加水平定向的線性滑動件57和致動器來實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動。當(dāng)?shù)毒邌卧D(zhuǎn)動到特定角度(在圖24-26中示出處于三種不同角度下的系統(tǒng)構(gòu)造)時，刀具的一側(cè)向?qū)к夁\(yùn)動，而另一側(cè)遠(yuǎn)離導(dǎo)軌運(yùn)動。該運(yùn)動可通過導(dǎo)軌來匹配，以保持刀具和導(dǎo)軌之間的最小間隙。保持最小間隙確保帶材部段的僅一小部分懸掛于導(dǎo)軌上，并且防止帶材部段的端部從導(dǎo)軌的端部下垂，并阻礙帶材部段的搬運(yùn)。
[0096]所述系統(tǒng)的另一變型包括托架系統(tǒng)，該托架系統(tǒng)使導(dǎo)軌不僅垂直地還水平地沿帶材饋送方向運(yùn)動。該運(yùn)動允許相對于焊接機(jī)頭更精確地定位帶材，并且它允許鋪放比刀具刀片與第一焊接機(jī)頭之間的距離短的帶材層。在刀具切割帶材部段且?guī)Р奈挥趯?dǎo)軌內(nèi)之后，托架水平地遠(yuǎn)離刀具運(yùn)動，并向工具表面降低，以堆放該帶材部段。由此，作為獨(dú)立構(gòu)思，包含橫向?qū)к夁\(yùn)動，盡管它也可以是成角度的切割系統(tǒng)的特征。
[0097]在一實(shí)施例中，工具表面和導(dǎo)軌中的一個或兩個運(yùn)動，以提供相對彼此的相對位移。這種運(yùn)動能沿任何方向，諸如水平、垂直或它們的組合，并可包括諸如平移、轉(zhuǎn)動或樞轉(zhuǎn)運(yùn)動之類的運(yùn)動。
[0098]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到的那樣，文中所述的引導(dǎo)系統(tǒng)是能用于一旦饋送并切割帶材就將帶材懸置于工具表面上方并且定位該帶材的許多手段中的僅僅一種。還可采用使用真空來將帶材懸置于工具表面上方的其它方法、通過增加導(dǎo)軌之間的距離來釋放帶材的盤、可縮回盤或其它機(jī)構(gòu)。
[0099]替代實(shí)施方式
[0100]使用帶材來形成高級復(fù)合定制坯件的方法和系統(tǒng)可包括用于自動適應(yīng)于不同類型的帶材特性和/或尺寸的裝置。例如，一種方法和系統(tǒng)可包括可用于變化剛度的帶材的、在工具表面上引導(dǎo)帶材部段的裝置。在一些實(shí)施例中，一種方法和系統(tǒng)可包括帶材卷軸，帶材卷軸使用直接驅(qū)動馬達(dá)來進(jìn)行退繞。在這種情況下，可采用各種類型的輥?zhàn)?、包括浮動輥?zhàn)觼砉芾韼Р牡姆磸埩Α?br> [0101]在一些實(shí)施例中，一種方法和系統(tǒng)可包括帶材抓持組件，該帶材抓持組件抓持供給到帶材粘結(jié)裝置的帶材。帶材抓持組件可抓持帶材的端部，并將帶材從帶材供料源拉到將帶材切成帶材部段的期望長度。該“拉動構(gòu)造”與諸如上述采用例如夾持輥?zhàn)訉碜詭Р墓┝系膸Р耐苿拥綆Р牟慷我龑?dǎo)件內(nèi)的實(shí)施例的“推動構(gòu)造”不同。在拉動構(gòu)造的一些實(shí)施例中，可將帶材推到(例如通過夾持輥?zhàn)?足夠遠(yuǎn)以使之通過刀具，從而抓持組件可抓持住帶材的端部，此時，帶材不再被推動(例如被夾持輥?zhàn)俞尫?，并且抓持組件在剩余路程中拉動該帶材。拉動構(gòu)造可使帶材的饋送更精確和可靠，并且使系統(tǒng)的產(chǎn)出速度更快。
[0102]圖27-49示出用于產(chǎn)生高級復(fù)合定制坯件的系統(tǒng)的附加實(shí)施例的不同視圖。這些附加實(shí)施例中的一些裝置可類似于參照圖1-26中所示實(shí)施例公開的裝置。為了清楚的目的，相同附圖標(biāo)記用于表示相同的部件。然而，圖27-49中所示的實(shí)施例可包括不用于之前實(shí)施例的附加裝置。同樣，這些實(shí)施例可排除用于圖1-26中所示的前述實(shí)施例的一些裝置。還應(yīng)理解到另外其它實(shí)施例可包括圖1-26中所示實(shí)施例和圖27-40中所示實(shí)施例的裝置的組合。
[0103]產(chǎn)生包括多層帶材的層疊件的過程可一般以類似于上述的方式進(jìn)行，只是有一些變型。特別是，在第一步驟中，可將帶材從卷軸饋送到帶材鋪放頭。在本實(shí)施例中，帶材可采用馬達(dá)驅(qū)動和被驅(qū)動的夾持輥?zhàn)佣鴱木磔S退繞，并且可采用浮動輥?zhàn)觼砜刂品磸埩??？蓪Р酿佀屯ㄟ^帶材切割系統(tǒng)，并且由帶材抓持組件在端部處抓持該帶材。用于饋送帶材通過帶材切割系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)(例如，推動帶材的夾持輥?zhàn)?可在帶材抓持組件抓持帶材之后釋放該帶材。接下來，帶材抓持組件可從帶材供料源將帶材拉到帶材可由切割系統(tǒng)切成帶材部段的期望長度。接下來，關(guān)于工具表面，帶材抓持組件可用于使帶材部段沿諸如焊接系統(tǒng)之類的帶材粘結(jié)裝置的長度運(yùn)動。此外，工具表面可沿第一軸線運(yùn)動并轉(zhuǎn)動，該第一軸線與帶材粘結(jié)裝置的長度垂直。在一些情況下，帶材粘結(jié)裝置還可構(gòu)造成沿與帶材粘結(jié)裝置的長度平行的方向運(yùn)動。在一些情況下，當(dāng)帶材部段定位時，可朝向工具表面降低帶材粘結(jié)裝置。此時，帶材部段可粘結(jié)到下置的材料或者固定到工具表面。
[0104]參照圖27-29，系統(tǒng)的一個實(shí)施例可包括材料分配系統(tǒng)101、帶材鋪放頭103、用作坯件工具表面的真空臺104、運(yùn)動臺105和結(jié)構(gòu)梁106。材料分配系統(tǒng)101和帶材鋪放頭103可固定到結(jié)構(gòu)梁106，并定位到真空臺104和運(yùn)動臺105上方。如所示，附加的支承系統(tǒng)可包括操作者界面計算機(jī)107、電子操控柜108、真空系統(tǒng)109和周界安全防護(hù)裝置110。
[0105]在本實(shí)施例中，材料分配系統(tǒng)101可提供針對圖2-5中所示的材料分配系統(tǒng)I的替代的分配構(gòu)造。然而，應(yīng)理解到材料分配系統(tǒng)101僅意在示例性的，并且在其它實(shí)施例中，可采用任何其它類型的材料分配系統(tǒng)。特別是，可采用構(gòu)造成儲存帶材和/或?qū)Р倪f送到帶材鋪放頭103的任何系統(tǒng)。材料分配系統(tǒng)可構(gòu)造成分配來自輥?zhàn)拥膸Р幕蛘叻峙漕A(yù)切割的帶材部段。
[0106]如例如在圖29和30中所示的，材料分配系統(tǒng)101可包括芯軸112。在此系統(tǒng)中，可將一卷帶材加載到包括第一芯軸118和第二芯軸119的芯軸112上，并固定在位。在一些情況下，卷軸防護(hù)件113可用于保持帶材的邊緣對準(zhǔn)。在其它情況下，可以在不使用任何卷軸防護(hù)件的情況下使用芯軸112。然后，可將帶材的端部饋送通過自動帶材加載系統(tǒng)199，該自動帶材加載系統(tǒng)可包括如下面更詳細(xì)討論的輥?zhàn)咏M件120以及帶材饋送系統(tǒng)130。如下所述，帶材饋送系統(tǒng)130可包括至少兩個單獨(dú)的帶材饋送組件以及對應(yīng)的馬達(dá)。
[0107]圖31到34示出材料驅(qū)動系統(tǒng)300的一個可能的實(shí)施例的各種視圖。材料驅(qū)動系統(tǒng)300可包括芯軸118以及用于將帶材的卷軸固定到芯軸118的裝置。在一些情況下，帶材的卷軸可鋪放到材料驅(qū)動系統(tǒng)300的卡盤構(gòu)件302上。卡盤構(gòu)件302可構(gòu)造成將帶材卷軸保持在位，并且具有在退繞帶材時對帶材卷的高慣性加速度和減速度負(fù)載作出反應(yīng)的能力。
[0108]參照圖32到34，卡盤構(gòu)件302可包括卷繞基部304和套筒構(gòu)件306。在一些情況下，套筒構(gòu)件306還可包括與壓簧308接觸的板307。出板307在圖33中顯示為從套筒構(gòu)件306中分解出來，以示出板307的各種凹入部分309與壓簧308的對準(zhǔn)。在一些情況下，壓簧308可將套筒構(gòu)件306偏置到默認(rèn)位置?？ūP構(gòu)件302的楔形構(gòu)件310從槽312向外延伸，由此施加用于抓持帶材卷的向外接觸力。
[0109]在一些情況下，為了使楔形構(gòu)件310縮回并移除和/或替換帶材卷，套筒構(gòu)件306可在卷繞基部304內(nèi)作軸向運(yùn)動，以壓縮彈簧308。這允許楔形構(gòu)件310在槽312內(nèi)縮回，由此釋放它們對帶材卷的抓持。例如，在一個實(shí)施例中，氣動致動器320使壓板332延伸，以壓抵于凸柱324。然后，凸柱324又可使套筒構(gòu)件306沿軸向向外的方向沿卷繞基座304移動，從而為楔形構(gòu)件310縮回到套筒構(gòu)件306的凹部330內(nèi)提供間隙。凹部330可以是用于套筒構(gòu)件306的直徑縮小的區(qū)域。當(dāng)楔形構(gòu)件310縮回時，可移除和/或安裝帶材卷。在沒有帶材卷的情況下，楔形構(gòu)件310可與硬止擋件接觸，以限制它們的行程。
[0110]為了使楔形構(gòu)件310延伸并由此將材料卷在芯軸118上鎖定到位，氣動致動器可釋放壓力，并允許壓簧308使套筒構(gòu)件306沿軸向向內(nèi)的方向滑動，直至套筒構(gòu)件306返回到默認(rèn)位置。在套筒構(gòu)件306處于該默認(rèn)位置的情況下，楔形構(gòu)件310可移位離開凹槽330，并從卷繞基部304向外延伸。在一些情況下，楔形構(gòu)件310包括傾斜部311，這些傾斜部便于引導(dǎo)楔形構(gòu)件相對于套筒構(gòu)件306的軸向運(yùn)動作軸向和徑向移動。
[0111]在一些實(shí)施例中，為了加強(qiáng)卡盤構(gòu)件302和帶材卷軸之間的接觸力，楔形構(gòu)件310可包括加強(qiáng)對于帶材卷的牽引或抓持的特征。例如，在一些情況下，楔形構(gòu)件310可在抓持帶材卷軸的表面包括齒和/或滾花。在其它情況下，楔形構(gòu)件310可包括具有相對較高摩擦系數(shù)的墊子或類似材料，以加強(qiáng)它們抓持帶材卷軸的能力。
[0112]用于卡盤構(gòu)件302的構(gòu)造可便于快速的材料加載，并有助于保持帶材卷沿轉(zhuǎn)動軸線以同心方式對準(zhǔn)。此外，該構(gòu)造可響應(yīng)于高轉(zhuǎn)矩負(fù)載，需要施加這些高轉(zhuǎn)矩負(fù)載以快速加速帶材的卷軸。此外，該設(shè)計可允許與通常使用并可從帶材供應(yīng)商處購得的標(biāo)準(zhǔn)卡紙板芯部兼容。通過使用壓簧來產(chǎn)生卷軸內(nèi)部的力而不是空氣壓力，該當(dāng)前設(shè)計可提高牢固性，并具有隨著時間更一致的性能。
[0113]現(xiàn)參照圖30，35，36，48和49，自動帶材保持系統(tǒng)199可包括輥?zhàn)咏M件120，該輥?zhàn)咏M件可包括惰輥?zhàn)?26以及第一浮動輥?zhàn)?21和第二浮動輥?zhàn)?22。例如，來自芯軸118的帶材可繞第一惰輥?zhàn)?27、繞第一浮動輥?zhàn)?21和第二浮動輥?zhàn)?22饋送，然后將帶材饋送到帶材饋送系統(tǒng)130內(nèi)。
[0114]為了使帶材饋送系統(tǒng)130快速饋送帶材，帶材構(gòu)造成具有非常小的反張力。在沒有主動張力控制的情況下，當(dāng)抓持組件將帶材拉到位時，材料卷軸的慣性會抵抗帶材的快速加速和減速。為了控制反張力，本實(shí)施例可利用第一浮動輥?zhàn)?21和第二浮動輥?zhàn)?22，它們可運(yùn)動以將沿帶材的反張力減到最小。使用浮動輥?zhàn)觼砉芾矸磸埩墒沟门c之前設(shè)計相比系統(tǒng)更方便地加載有帶材。此外，系統(tǒng)可使用浮動輥?zhàn)?，以保持恒定張力，同時允許饋送通過夾持輥?zhàn)酉到y(tǒng)的帶材與通過卡盤構(gòu)件從材料卷軸退繞的材料之間的加速度變化率有差異。
[0115]帶材饋送系統(tǒng)130還可包括第一帶材饋送單元402和第二帶材饋送單元404。第一帶材饋送單元402可包括第一夾緊輥?zhàn)咏M件420，而第二帶材饋送單元404可包括第二夾緊輥?zhàn)咏M件422，它們在圖48和49中最清楚可見。第一夾緊輥?zhàn)咏M件420可包括驅(qū)動輥?zhàn)咏M件480和被動輥?zhàn)咏M件482。驅(qū)動輥?zhàn)咏M件480可附連到馬達(dá)184，而被動輥?zhàn)咏M件482可與氣缸組件488相關(guān)聯(lián)。在未配合位置，被動輥?zhàn)咏M件482縮回，并且不壓抵于驅(qū)動輥?zhàn)咏M件480。在配合位置，氣缸組件488致動以使被動輥?zhàn)咏M件482壓抵于驅(qū)動輥?zhàn)咏M件480。第二夾緊輥?zhàn)咏M件422可采用驅(qū)動輥?zhàn)咏M件490和被動輥?zhàn)咏M件492以類似方式進(jìn)行操作。例如，在一些情況下，驅(qū)動輥?zhàn)咏M件490使用馬達(dá)485來驅(qū)動。此外，第一夾緊輥?zhàn)咏M件420和第二夾緊輥?zhàn)咏M件422可分別與第一帶材饋送引導(dǎo)件410和第二帶材饋送引導(dǎo)件428相關(guān)聯(lián)。在一些情況下，如圖35、36和49中可見，第一帶材饋送引導(dǎo)件410和第二帶材饋送引導(dǎo)件428可與第一夾緊輥?zhàn)咏M件420和第二夾緊輥?zhàn)咏M件422對準(zhǔn)。在此結(jié)構(gòu)中，帶材可被饋送通過第一帶材饋送單元402或第二帶材饋送單元404，以與帶材切割系統(tǒng)150對準(zhǔn)(參見圖38和39 )。
[0116]在一些實(shí)施例中，自動帶材加載系統(tǒng)199的部件可安裝到板430上。在一些情況下，板430可垂直移動，以根據(jù)目前正在使用哪個卷軸而使第一帶材饋送單元402或第二帶材饋送單元404與切割系統(tǒng)150對準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)允許將單個切割系統(tǒng)用于來自任一芯軸的帶材。
[0117]現(xiàn)參照圖37到39，帶材鋪放頭103可包括若干子系統(tǒng):切割系統(tǒng)150、焊接組件160和帶材部段引導(dǎo)件170。切割系統(tǒng)150可包括用于切割帶材的任何裝置。切割系統(tǒng)150可包括刀片和砧座，自動帶材加載系統(tǒng)199將帶材饋送到刀片和砧座之間，并且將它們的運(yùn)動控制成當(dāng)?shù)镀暨^砧座時，將帶材切成帶材部段。如圖39中所示，切割系統(tǒng)150的一個實(shí)施例可包括切割砧座153、切割槽154、刀片安裝件156和砧座支架157。刀片可構(gòu)造成運(yùn)動通過砧座153，以切割通過槽154插入的帶材。在一些情況下，硬質(zhì)合金切割刃與槽154相關(guān)聯(lián)以便于進(jìn)行切割。也可使用替代的刀具實(shí)施例，包括例如轉(zhuǎn)動直犁刀、超聲刀或激光器，它們可橫過在整個帶材寬度上的路徑以切割帶材。在橫過刀具或相似裝置的情況下，切割線可以是非直線的，例如彎曲的、參差不齊的或鋸齒狀的。
[0118]參照回到圖37和38，焊接組件160可包括焊接框架組件162、焊接單元164和焊接機(jī)軌道166。焊接單元16可動地附連到焊接機(jī)軌道166，從而允許焊接單元164沿焊接機(jī)軌道166滑動。焊接單元164和焊接機(jī)軌道166支承于焊接框架組件162內(nèi)。
[0119]在不同實(shí)施例中，一個或多個焊接單元的運(yùn)動可變化。在一些實(shí)施例中，焊接單元可作為單個單元沿焊接機(jī)導(dǎo)軌運(yùn)動。作為一個示例，本實(shí)施例包括全部沿焊接機(jī)導(dǎo)軌166一起移動的十八個焊接單元。換言之，焊接單元可構(gòu)造成多組焊接單元，每組能與其它組獨(dú)立地進(jìn)行運(yùn)動。例如，在另一實(shí)施例中，十八個焊接單元可構(gòu)造成三組六個焊接單元，因而，每組焊接單元能獨(dú)立于其余兩組來移動。在其它實(shí)施例中，每個焊接單元可構(gòu)造成獨(dú)立于所有其它焊接單元運(yùn)動。本領(lǐng)域中已知的任何方法可用于使焊接單元運(yùn)動。例如，在每個焊接單元與所有其它焊接單元獨(dú)立地運(yùn)動的實(shí)施例中，焊接單元可各自包括沿軌道或螺紋驅(qū)動裝置驅(qū)動單元的馬達(dá)。
[0120]參照圖40，為了說明的目的單獨(dú)地示出示例性焊接單元450。焊接單元450可包括焊接裝置452，該焊接裝置還包括焊接末端454。焊接單元450還可包括設(shè)置在焊接末端454周圍的壓腳456。在一些情況下，焊接單元450還可包括背襯板462，該背襯板用于將焊接裝置452固定到焊接組件。為了便于垂直運(yùn)動，焊接單元450可包括拉伸彈簧458，該拉伸彈簧提供回復(fù)力以在焊接裝置452伸出之后使焊接裝置452返回到默認(rèn)的升高位置。在一些情況下，可使用具有內(nèi)部引導(dǎo)件的氣動缸使焊接單元450沿垂直方向運(yùn)動。如果系統(tǒng)內(nèi)空氣壓力有損失，拉伸彈簧458還可有助于將焊接單元450保持在升高位置。此外，在一些情況下，焊接單元450可包括導(dǎo)軌460，當(dāng)焊接單元450沿垂直方向移動時，這些導(dǎo)軌有助于管理線材和其它實(shí)用連接件。
[0121]在一些情況下，為了使用焊接單元450來實(shí)施焊接，焊接裝置452可相對于背襯板462向下移動。當(dāng)焊接裝置452向下運(yùn)動時，壓腳456可與任何下置的帶材接觸，以將接觸壓力施加于帶材，并保持帶材抵靠于真空臺或者之前鋪放的帶材部段。當(dāng)焊接末端454與帶材材料接觸時，焊接裝置452可通電，并在接觸位置進(jìn)行焊接。在此之后，可借助彈簧458使焊接裝置452與壓腳456 —起縮回。用于焊接單元的該結(jié)構(gòu)可集成壓腳和焊接裝置的垂直運(yùn)動。此外，本設(shè)計中的壓腳456結(jié)構(gòu)可提供在超聲波焊接過程中在焊接末端454的任一側(cè)將帶材保持在位的能力。
[0122]在此詳細(xì)說明書中所述實(shí)施例的焊接組件可提供與一些替代設(shè)計相比改進(jìn)的操作。例如，與一些傳統(tǒng)單元相比，專用的焊接單元提供更緊的容差、更快的操作和更低的成本。
[0123]如圖38中所示，帶材部段引導(dǎo)件170可包括總地被稱為帶材引導(dǎo)支承件169的第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168。帶材引導(dǎo)支承件169可有助于沿焊接組件160的長度引導(dǎo)帶材部段。在一些實(shí)施例中，帶材引導(dǎo)支承件169可包括凹槽，這些凹槽接納帶材部段的邊緣，并允許帶材部段懸置于真空臺/工具表面上方。上文已參照圖13描述了合適的帶材凹槽設(shè)計的示例。然而，替代實(shí)施例可包括用于將帶材保持在相鄰的引導(dǎo)支承件之間的其它方法。在另一實(shí)施例中，例如，可去除凹槽，并用多個小夾持輥?zhàn)哟姘疾?，這些小夾持輥?zhàn)邮箮Р闹С幸龑?dǎo)件的邊緣對準(zhǔn)。這些夾持輥?zhàn)涌勺コ謳Р牡膫?cè)邊緣，以將帶材運(yùn)輸通過帶材部段引導(dǎo)件170。在這種實(shí)施例中，抓持帶材的前邊緣的附加抓持系統(tǒng)是可選的，因?yàn)樵谝恍┣闆r下可僅使用被驅(qū)動夾持輥?zhàn)觼硎箮Р脑趲Р牟慷我龑?dǎo)件170內(nèi)運(yùn)動。
[0124]帶材部段引導(dǎo)件170還可包括帶材抓持組件180。圖41和42中進(jìn)一步詳細(xì)示出的抓持組件180包括軌道構(gòu)件182、電纜架184和軌道臂186。軌道構(gòu)件182可包括由導(dǎo)軌或軌道支承的被驅(qū)動皮帶。被驅(qū)動皮帶可由馬達(dá)183驅(qū)動。動力鏈184隨軌道臂186運(yùn)動，并將動力和空氣遞送到抓持單元190。
[0125]抓持組件180還可包括抓持構(gòu)件190。如圖43和44中所示，抓持構(gòu)件190構(gòu)造成抓持帶材的邊緣或其它部分，因而，帶材能被拉到沿帶材部段引導(dǎo)件170和焊接組件160的各種位置。在一些情況下，抓持構(gòu)件190可包括用于抓持帶材的一部分的抓持腳部192和抓持鼻部194。此外，抓持構(gòu)件190可在軌道臂186處附連到軌道構(gòu)件182，以使抓持構(gòu)件190可沿軌道構(gòu)件182滑動。
[0126]在一些情況下，抓持構(gòu)件190相對于帶材或帶材部段的相對位置可變化。例如，當(dāng)調(diào)節(jié)帶材的寬度時，抓持構(gòu)件190可對應(yīng)于不同帶材寬在不同狀態(tài)之間進(jìn)行變化。特別是，在一個實(shí)施例中，抓持構(gòu)件190可在窄狀態(tài)和寬狀態(tài)之間運(yùn)動，在窄狀態(tài)下，抓持腳部192和抓持鼻部194沿相對較窄的帶材部段的中心大致對準(zhǔn)，而在寬狀態(tài)下，抓持腳部192和抓持鼻部194沿相對較寬的帶材部段的中心大致對準(zhǔn)。可例如通過如下方式進(jìn)行這種狀態(tài)變化，例如，通過使氣動缸195從導(dǎo)軌臂186向外伸出，這又使抓持腳部192和抓持鼻部194運(yùn)動。
[0127]當(dāng)將帶材從自動帶材加載系統(tǒng)199運(yùn)輸?shù)綆Р匿伔蓬^103時，可形成帶材部段。當(dāng)帶材的端部運(yùn)動通過切割系統(tǒng)150 (例如，被夾持輥?zhàn)油苿?時，抓持構(gòu)件190可抓持該帶材。饋送帶材的機(jī)構(gòu)(例如，夾持輥?zhàn)?可在抓持構(gòu)件190抓持該帶材之后釋放該帶材。然后，抓持構(gòu)件190可使帶材在第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168之間并沿大致與其平行的方向運(yùn)動(參照圖37)，直至帶材端部與切割系統(tǒng)150之間的距離等于期望的條帶長度。一旦到達(dá)該點(diǎn)，抓持構(gòu)件190停下并將帶材保持在位，同時切割系統(tǒng)150切割該帶材。這產(chǎn)生懸置于帶材部段引導(dǎo)件170內(nèi)的已知長度帶材部段。此后，抓持構(gòu)件190可將新切好的帶材部段運(yùn)動到引導(dǎo)支承件169內(nèi)的另一位置?；蛘?，如果切割系統(tǒng)150足夠快，抓持構(gòu)件190可不必為切割帶材而停下。
[0128]在一些實(shí)施例中，第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168可包括用于將帶材引導(dǎo)、支承和/或懸置在焊接組件160和真空臺104之間的裝置。在一些情況下，帶材部段引導(dǎo)件170可包括用于使第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168升高和降低的裝置，如引導(dǎo)運(yùn)動裝置135 (參見圖38)，這些引導(dǎo)運(yùn)動裝置將帶材部段引導(dǎo)件170與焊接框架組件162連接。此外，在一些情況下，第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168之間的間距或?qū)挾瓤勺詣诱{(diào)節(jié)以適應(yīng)變化的帶材寬度?？墒褂靡龑?dǎo)運(yùn)動裝置135或任何其它裝置或系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)該自動寬度調(diào)節(jié)。在一些情況下，支承引導(dǎo)件169可安裝到允許水平或?qū)挾确较蛘{(diào)節(jié)的引導(dǎo)運(yùn)動裝置135的水平軌道上。此外，在一些情況下，能以允許帶材部段引導(dǎo)件170相對于真空臺升高和降低的方式將支承引導(dǎo)件169安裝到引導(dǎo)運(yùn)動裝置135。
[0129]引導(dǎo)系統(tǒng)的自動寬度調(diào)節(jié)允許在沒有操作者干預(yù)的情況下使系統(tǒng)在不同材料和寬度的帶材之間自動切換，由此改進(jìn)系統(tǒng)的效率和產(chǎn)出時間。該構(gòu)造還可允許所有部件的自動對準(zhǔn)。特別是，該構(gòu)造可通過消除由于設(shè)立和調(diào)節(jié)機(jī)器的不同操作者造成的固有變動來允許提高鋪放的一致性。該構(gòu)造還可提高系統(tǒng)以不太嚴(yán)的裁切容差來處理材料的能力。在可將在線寬度測量添加到系統(tǒng)的其它實(shí)施例中，機(jī)器可將引導(dǎo)支承件自動調(diào)節(jié)到實(shí)際帶材寬度，并自動調(diào)節(jié)帶材鋪放位置以使帶材部段之間的間隙和重疊部分減到最少。
[0130]現(xiàn)參照圖45，一些實(shí)施例可包括在帶材分配和帶材加載方面監(jiān)測系統(tǒng)操作的裝置以及用于監(jiān)測抓持系統(tǒng)操作的裝置。為了清楚的目的，圖45用于指示可用于這些目的的一些傳感器的大致位置。然而，傳感器的具體位置可隨實(shí)施例的不同而變化。第一直徑傳感器502和第二直徑傳感器504可構(gòu)造成分別監(jiān)測芯軸118和芯軸119的操作。特別是，這些直徑傳感器可用于測量帶材卷的直徑。在一些情況下，帶材卷直徑可用于輸入到驅(qū)動輥?zhàn)咏M件480和驅(qū)動輥?zhàn)咏M件490的閉環(huán)控制。此外，在一些情況下，監(jiān)測輥?zhàn)咏M件120的惰輥?zhàn)觾?nèi)的張力的帶材張力傳感器510和帶材張力傳感器512可用于調(diào)節(jié)條筒單元的退繞速度，以實(shí)現(xiàn)期望的反張力。在一些情況下，浮動輥?zhàn)?21和浮動輥?zhàn)?22可操作成響應(yīng)于由張力傳感器收集的信息來調(diào)節(jié)張力水平。
[0131]該系統(tǒng)還可包括預(yù)饋送輥?zhàn)觽鞲衅?20和預(yù)饋送輥?zhàn)觽鞲衅?22，它們分別與第一帶材饋送單元402和第二帶材饋送單元404相關(guān)聯(lián),傳感器可檢測到何時將帶材加載到自動帶材加載系統(tǒng)199內(nèi)。在一些情況下，饋送輥?zhàn)觽鞲衅鬟€可檢測何時到達(dá)帶材輥的端部。在一些實(shí)施例中，后饋送輥?zhàn)觽鞲衅?31和后饋送輥?zhàn)觽鞲衅?33 (參見圖48)測量在對應(yīng)的饋送輥?zhàn)又笫欠翊嬖趲Р?。后饋送輥?zhàn)觽鞲衅?31和后饋送輥?zhàn)觽鞲衅?33的大致位置在圖45中大致表示為區(qū)域530和區(qū)域532，而圖48中示出用于這些傳感器的示例性位置的更詳細(xì)視圖。來自這些傳感器的信息可用于確定在改變主動卷軸之前帶材何時從刀具單元縮回并用于定位帶材的前端。知曉帶材端部的位置確保在初始帶材饋送過程中將正確的量向前饋送到抓持機(jī)構(gòu)，以盡可能避免緩慢的向前饋送校正。
[0132]一些實(shí)施例還可包括與抓持構(gòu)件190相關(guān)聯(lián)的傳感器540。來自傳感器540的信息可用于確定抓持構(gòu)件190是否保持著帶材。這對于檢測一旦帶材進(jìn)入帶材部段引導(dǎo)件170就會出現(xiàn)的可能的帶材分配問題、諸如是起褶或夾住會是有用的。
[0133]參照圖30、35、36和45，自動帶材加載系統(tǒng)199可提供用于將新的一卷帶材的前邊緣定位到機(jī)器內(nèi)并用于在帶材供料卷之間自動切換的系統(tǒng)。現(xiàn)在描述這樣的示例性情況，即，饋送到帶材定位頭內(nèi)的帶材材料從第一筒架(或第一芯軸)變化到第二筒架(或第二芯軸)。來自第一芯軸118的已有帶材縮回并經(jīng)過后夾緊輥?zhàn)觽鞲衅?30，以確保在帶材引導(dǎo)件或切割單元內(nèi)沒有帶材。輥?zhàn)咏M件120和帶材饋送系統(tǒng)130可垂直運(yùn)動，以使第二帶材饋送單元404與切割系統(tǒng)150和帶材鋪放頭103的入口對準(zhǔn)。如有必要，還可與垂直運(yùn)動同時地調(diào)節(jié)帶材部段引導(dǎo)件170的寬度，以適應(yīng)第二芯軸119的帶材材料。然后，第二帶材饋送單元404的夾持輥?zhàn)涌墒箮Р膹牡诙据S119經(jīng)過后夾持輥?zhàn)觽鞲衅?32運(yùn)動通過第二帶材饋送單元404并通過切割系統(tǒng)150。此時，來自芯軸119的新的帶材可為抓持構(gòu)件190定位，以固定該帶材并開始在導(dǎo)軌內(nèi)布置該帶材。應(yīng)理解到文中所述的過程可用于在來自第一材料卷軸和材料卷軸的材料之間來回變化。
[0134]用于自動帶材加載系統(tǒng)199的該構(gòu)造允許在沒有操作者干預(yù)的情況下切換帶材卷，由此減少系統(tǒng)的停工時間。該系統(tǒng)還提供自動制成包括多種材料在內(nèi)的坯件(諸如具有碳纖維帶材部段和玻璃增強(qiáng)帶材部段的坯件)的裝置以及自動制成具有多種寬度帶材的坯件(例如，包括6英寸帶材和2英寸帶材部段的坯件)的裝置。此外，系統(tǒng)提供用于由不同寬度和材料制成的坯件的裝置。
[0135]圖46a_46g示出用于將帶材部段搬運(yùn)、鋪放和粘結(jié)到真空臺104和/或其它帶材部段的示例性系統(tǒng)和方法的示意圖。為了清楚的目的，示意性地示出當(dāng)前系統(tǒng)的一些部件。例如，焊接組件160在此示出為包括五個焊接單元205，雖然圖38和39中所示的實(shí)施例是包括十八個焊接單元164。同樣，切割系統(tǒng)150在此示意地示出為切割刀片204。此外，示意地示出圖46a-g和47a和47b中所示的焊接單元。為了更詳細(xì)觀察焊接單元，參照圖40。
[0136]起初，如圖46a中所示，抓持構(gòu)件190可設(shè)置在與切割刀片204和引導(dǎo)運(yùn)動裝置206相鄰的第一位置220。抓持構(gòu)件190抓持已饋送到帶材鋪放頭103內(nèi)的帶材端部。在一些情況下，自動帶材加載系統(tǒng)199的夾持輥?zhàn)涌蓪Р慕?jīng)切割系統(tǒng)150推到抓持構(gòu)件190。此時，抓持構(gòu)件190可抓持帶材，而夾持輥?zhàn)涌稍谧コ謽?gòu)件190開始運(yùn)動之前釋放帶材。在一些情況下，帶材的端部可被夾持在抓持構(gòu)件190的抓持腳部192和抓持鼻部194之間(參見圖43和44)。
[0137]接下來，如圖46b中所示，真空臺104可轉(zhuǎn)動并同時沿軸線210移動。此外，焊接單元205可在焊接機(jī)軌道166上沿軸線212運(yùn)動。軸線212可以是大致垂直于軸線210的軸線。由此，焊接單元205沿軸線212的移動、真空臺104沿軸線210的移動、帶材部段在引導(dǎo)組件170內(nèi)的移動以及真空臺104繞中心臺軸線的轉(zhuǎn)動的組合允許帶材部段在真空臺104上的任意期望的定位和定向。
[0138]如圖46c中所示,抓持構(gòu)件190可從第一位置220運(yùn)動到第二位置222。第一位置220和第二位置222可劃分出相對于帶材部段引導(dǎo)件170和/或焊接組件160的位置。選擇第二位置222，以使抓持構(gòu)件190與切割刀片204之間的距離對應(yīng)于帶材部段250的期望長度。一旦抓持構(gòu)件190運(yùn)動到第二位置222，切割刀片204可切割帶材(如由箭頭299所示)，以如圖46d中所示形成期望的帶材部段250。此時，帶材部段250包括一段長度的帶材，該段長度帶材的第一端部271設(shè)置在沿帶材部段引導(dǎo)件170的第一位置220，而第二端部272則設(shè)置在沿帶材部段引導(dǎo)件170的第二位置222的。在一些情況下，就在切割帶材部段之前、在切割帶材部段的同時或者在切割帶材部段之后不久，夾持輥?zhàn)涌芍苯訆A到由自動帶材加載系統(tǒng)199饋送的帶材上，以防止帶材從所配合的驅(qū)動輥?zhàn)咏M件縮回。
[0139]如圖46e中所示，在將帶材切成帶材部段250之后，抓持構(gòu)件190可從第二位置222運(yùn)動到第三位置224，以在真空臺104上的期望位置使帶材部段250對準(zhǔn)。因此，在該步驟中，通過抓持構(gòu)件190將帶材部段拉過帶材部段弓I導(dǎo)件170，因而，第一端部271位于第四位置223，而第二端部272 (由抓持構(gòu)件190保持)位于第三位置224。此外，當(dāng)抓持構(gòu)件190運(yùn)動到第三位置224時，帶材部段引導(dǎo)件170可同時降低到真空臺104，以為了如箭頭298所示焊接而制備帶材部段。
[0140]接下來，如圖46f中所示，帶材部段250可粘結(jié)到或焊接到真空臺104上或任何下置的帶材部段。特別是，第一焊接單元231和第二焊接單元232降低到使第一焊接末端241和第二焊接末端242與帶材部段250接觸，并將帶材部段250粘結(jié)到真空臺104。同時，其余組的相鄰焊接單元(即，圖47a中所示的第三焊接單元233、第四焊接單元234和第五焊接單元235)保持靜止，并且不與帶材部段250配合。在一些情況下，帶材部段250可與真空臺104直接接觸，而在其它情況下，帶材部段可與之前鋪放的帶材部段接觸。如果位于焊接機(jī)末端下方的帶材部段直接位于工具表面上，則該焊接機(jī)不通電，這是因?yàn)閹Р牟慷蔚脑摬糠挚衫缬谜婵展潭ǖ脚_。在一些情況下，抓持構(gòu)件190可在焊接單元205與帶材部段配合的過程中或就在焊接單元205與帶材部段配合之前釋放帶材。這可避免在焊接帶材部段時受到抓持構(gòu)件190的任何干擾。
[0141]圖46g示出在從真空臺104抬離引導(dǎo)組件170和焊接單元205之后粘結(jié)到真空臺104的帶材部段的示例性實(shí)施例。根據(jù)將帶材部段250懸置于引導(dǎo)組件170內(nèi)的手段，可使用從引導(dǎo)組件170釋放帶材部段的不同方法。例如，如參照圖20中所示實(shí)施例所公開的那樣，一旦將帶材部段焊接到下置的帶材部段，導(dǎo)軌25可升高，而壓腳或焊接末端還壓在帶材上。這使得帶材邊緣被拉出導(dǎo)軌25的凹槽，從而從導(dǎo)軌25釋放帶材部段。一旦從導(dǎo)軌釋放帶材部段，焊接單元的壓腳就可縮回。在引導(dǎo)系統(tǒng)的寬度可自動調(diào)節(jié)的情況下，可通過延長引導(dǎo)支承件之間的寬度、然后從工具表面升高引導(dǎo)支承件來釋放帶材部段。
[0142]圖47a示出另一構(gòu)造，其中抓持構(gòu)件190運(yùn)動到位置260以形成預(yù)定長度的帶材部段280。然后，如圖47b中所示，當(dāng)抓持構(gòu)件190運(yùn)動到位置262時，可重新定位帶材部段。同樣，在圖47b中所示過程時，帶材部段引導(dǎo)件170降低到真空臺104 (由箭頭297表示)，并且焊接單元205中的一些已降低。特別是，第二焊接單元232、第三焊接單元233、第四焊接單元234降低，以粘結(jié)或焊接帶材部段，而第一焊接單元231和第五焊接單元235留在升高的位置。對焊接單元的這種與帶材部段的長度和位置相協(xié)調(diào)的選擇性操作可提供更快和更有效的制造。
[0143]在其它實(shí)施例中，焊接單元的運(yùn)動可以不受限于垂直運(yùn)動和沿焊接組件的長度的運(yùn)動。在另一實(shí)施例中，例如，焊接單元可構(gòu)造成沿與縱向垂直的方向而與帶材部段引導(dǎo)件相關(guān)聯(lián)地運(yùn)動。因此，在一些情況下，一個或多個焊接單元可沿垂直方向運(yùn)動，這可使它們進(jìn)入或脫離與帶材部段引導(dǎo)件的垂直對準(zhǔn)。這種實(shí)施例可有助于針對在焊接組件下方平行設(shè)置的兩個或更多個不同帶材部段引導(dǎo)件來操作單組焊接單元。
[0144]參照圖46a_g以及圖47a和47b，文中所述的系統(tǒng)提供部件和子系統(tǒng)之間的較寬范圍的不同相對運(yùn)動。因此，例如，焊接單元、焊接組件160、帶材部段引導(dǎo)件170、抓持構(gòu)件190、真空臺104、切割系統(tǒng)150以及實(shí)施例中所述的其它部件和系統(tǒng)的運(yùn)動可協(xié)調(diào)，以實(shí)現(xiàn)期望的制造過程和所得制造好的部件。作為一個示例，抓持構(gòu)件190可沿焊接組件160的長度基本上與真空臺104的運(yùn)動同時地進(jìn)行運(yùn)動，從而帶材部段引導(dǎo)件170內(nèi)的帶材部段相對于真空臺104上的預(yù)先存在的帶材部段在適當(dāng)位置對準(zhǔn)。作為另一示例，焊接單元的運(yùn)動可與抓持構(gòu)件190的運(yùn)動協(xié)調(diào)，以確保焊接單元不與抓持構(gòu)件190的路徑相干涉，抓持構(gòu)件將帶材部段拉過帶材部段引導(dǎo)件170。此外，在其它實(shí)施例中，焊接組件160、真空臺和帶材部段引導(dǎo)件170內(nèi)的帶材部段之間的相對運(yùn)動的任何順序都是可以的。
[0145]真空臺104可用作在其上形成零件的工具表面。真空臺104可附連到平臺105,該平臺通過沿與帶材鋪放頭103大致垂直的軸線的運(yùn)動以及使用轉(zhuǎn)動運(yùn)動將真空臺104精確地定位到帶材鋪放頭103下方。為了便于精確對準(zhǔn)，焊接單元164還可沿與平臺105的移動軸線垂直的軸線移動。來自離線程序的指令可確定帶材的長度以及它在工作臺上的位置和定向。
[0146]可提供使抓持構(gòu)件和焊接單元運(yùn)動的能力以加大鋪放精度，這是因?yàn)閹Р暮秃附訖C(jī)可在形成帶材部段之后對準(zhǔn)。該結(jié)構(gòu)還可便于增加帶材層長度，長度達(dá)到2.82米或甚至更大也可以。此外，該構(gòu)造通過抵靠于抓持構(gòu)件上以控制帶材的饋送以及帶材部段運(yùn)動的速度來幫助增加產(chǎn)出速度，而不是使帶材速度依賴于帶材的本質(zhì)特性，諸如被推過導(dǎo)軌的剛度。使工具表面僅沿一個線性方向而不是兩個垂直方向平移也可使得成本降低。此外，整個機(jī)器占地面積可比包含用于工具表面的兩個直線運(yùn)動軸和轉(zhuǎn)動的相似設(shè)計少。
[0147]本構(gòu)造還可允許多個頭將帶材同時鋪放在同一層片上。在替代實(shí)施例中，帶材可從帶材鋪放頭103的任一側(cè)饋送，以例如通過在帶材鋪放頭103 (是用于所示實(shí)施例的構(gòu)造)的第一側(cè)147和帶材鋪放頭103的第二側(cè)149 (在圖27中示出帶材鋪放頭103的第一側(cè)147和第二側(cè)149)提供材料分配器(卷軸和加載系統(tǒng))來提高速度。特別是，可提供在所示實(shí)施例中用于將帶材饋送到第一側(cè)147的卷軸和加載系統(tǒng)的基本上相似的構(gòu)造，以將帶材饋送到帶材鋪放頭103的第二側(cè)149。此外，帶材鋪放頭103可構(gòu)造有附加的切割刀片、抓持系統(tǒng)以及用于操縱被饋送到帶材鋪放頭103的第二側(cè)149內(nèi)的帶材和帶材部段的其它可能裝置。此外，本構(gòu)造還可通過提高系統(tǒng)在沒有饋送錯誤的情況下處理多種帶材的能力來提高機(jī)械穩(wěn)固性。
[0148]當(dāng)帶材已饋送到帶材部段引導(dǎo)件170內(nèi)并從帶材卷切成帶材部段時，抓持構(gòu)件190沿帶材部段引導(dǎo)件170將帶材定位到正確位置，且真空臺104和焊接單元164定位在期望位置，第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168可降低，直至帶材部段幾乎碰到之前鋪放的層片或工具表面。然后，一個或多個焊接單元164的陣列可從焊接組件160降下，并且將帶材部段按壓到工具上。
[0149]當(dāng)完成焊接/粘結(jié)步驟時，焊接單元164可保持與帶材接觸，并且第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168可升高到初始加載位置。在一些情況下，可在完成焊接/粘結(jié)之前升高引導(dǎo)件。由于帶材的中心保持固定到工具并被焊接單元下壓，這使帶材的邊緣被拉出帶材部段引導(dǎo)件170。一旦帶材邊緣脫離帶材部段引導(dǎo)件170，焊接單元就縮回，從而使帶材部段在真空臺工具表面上就位。
[0150]可以針對將構(gòu)成坯件的每個材料部段重復(fù)該過程。在鋪放好最后一個帶材部段之后，可切斷工作臺真空，這允許容易地從工作臺移除部件。
[0151]如之前討論的那樣，帶材部段引導(dǎo)件170可構(gòu)造成自動調(diào)節(jié)第一引導(dǎo)支承件167和第二引導(dǎo)支承件168之間的間距，以適應(yīng)寬度變化的帶材部段。這允許用至少兩種不同寬度的帶材部段來形成預(yù)制件，例如通過使第一芯軸118和第二芯軸119加載有不同寬度的帶材卷來進(jìn)行。然后，當(dāng)將來自不同芯軸的帶材部段饋送到帶材鋪放頭103內(nèi)時，帶材部段引導(dǎo)件170可自動調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同帶材部段的寬度。
[0152]在一實(shí)施例中，工具表面和引導(dǎo)支承件中的一個或兩個運(yùn)動，以提供相對彼此的相對位移。這種運(yùn)動可以是沿任何方向，諸如水平、垂直或它們的組合，并可包括諸如平移、轉(zhuǎn)動或樞轉(zhuǎn)運(yùn)動之類的運(yùn)動。
[0153]一些實(shí)施例可包括加強(qiáng)或以其它方式精細(xì)地調(diào)節(jié)將帶材部段焊接在一起的各方面。一些實(shí)施例可包括防止多個層片之間的焊接部直接位于彼此之上的裝置，這會造成對于完成的復(fù)合材料來說不期望的結(jié)構(gòu)特征。在一些情況下，可使用程序來自動調(diào)節(jié)焊接部的位置，從而使復(fù)合物的不同層上的焊接部在真空臺的平面內(nèi)交錯，并且沿垂直方向不直接定位在彼此之上。還有其它實(shí)施例可包括用于在兩層之間形成連續(xù)焊接部的裝置。例如，在一個實(shí)施例中，可采用連續(xù)轉(zhuǎn)動焊接機(jī)，該焊接機(jī)與帶材部段的各部分連續(xù)地進(jìn)行接觸并在各部分上進(jìn)行焊接。在一個實(shí)施例中，轉(zhuǎn)動焊接機(jī)包括附連到抓持構(gòu)件的輪。一旦抓持構(gòu)件將帶材部段定位在引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)以及在真空臺上的期望位置，轉(zhuǎn)動焊接機(jī)可在帶材部段的一些或全部長度上運(yùn)動，以施加基本上連續(xù)的焊接部。
[0154]一些實(shí)施例可包括通過減少停止帶材饋送的時間或者在焊接之后重新定位抓持構(gòu)件的時間來減少產(chǎn)出時間的裝置。例如，一些實(shí)施例可包括在帶材繼續(xù)饋送通過系統(tǒng)的同時將帶材切成帶材部段的裝置。在一些情況下，例如，可以在不停止帶材饋送的情況下進(jìn)行切割，這會造使系統(tǒng)的產(chǎn)出速度增加。
[0155]一些實(shí)施例可包括甚至當(dāng)一個或多個焊接單元向真空臺伸出時也允許抓持構(gòu)件在整個帶材鋪放頭上運(yùn)動的裝置。例如，一個實(shí)施例可采用抓持構(gòu)件，該抓持構(gòu)件使用鉸鏈?zhǔn)桨惭b件來安裝到導(dǎo)軌，從而當(dāng)進(jìn)行焊接時，該抓持構(gòu)件可向上擺動并擺到引導(dǎo)支承件和帶材部段的平面外。抓持構(gòu)件可擺動到設(shè)置在焊接單元后面的位置。當(dāng)進(jìn)行焊接時，這將允許抓持構(gòu)件在焊接單元后面運(yùn)動，并朝向切割系統(tǒng)運(yùn)動。
[0156]在一個實(shí)施例中，例如鉸接連接件(未示出)可設(shè)置在抓持構(gòu)件190的部分197處(參見圖44)。在一些情況下，該部分197可以是延伸件195的內(nèi)邊緣。在這種實(shí)施例中，延伸件195、抓持腳部192和抓持鼻部184可向上擺動以使抓持構(gòu)件190不再位于焊接單元的路徑內(nèi)。這將允許抓持構(gòu)件190沿導(dǎo)軌構(gòu)件182運(yùn)動到任何位置，而不會與可降低的焊接單元164中的任一個相干涉。應(yīng)理解到用于文中所述的鉸鏈的建議位置僅意為示例性的。在其它情況下，鉸鏈或鉸接連接件可設(shè)置在抓持構(gòu)件195的任何部分上。
[0157]在此結(jié)構(gòu)情況下，產(chǎn)出時間會減少，這是因?yàn)橐坏┖附訂卧撸コ謽?gòu)件就立即抓持和拉出新一段帶材。這與本實(shí)施例的不同之處在于抓持構(gòu)件直到焊接單元升高才返回到默認(rèn)位置。
[0158]作為另一可能的實(shí)施例，抓持構(gòu)件可安裝到軌道，該軌道沿弓I導(dǎo)支承件之間的區(qū)域以及引導(dǎo)支承件外的區(qū)域運(yùn)動。這將允許抓持構(gòu)件使帶材部段運(yùn)動到引導(dǎo)支承件之間的預(yù)定位置，一旦帶材部段被至少一個焊接單元配合就釋放該帶材部段，然后繼續(xù)沿軌道運(yùn)動，并在焊接完成之前繞引導(dǎo)支承件到達(dá)刀具附近的位置。在一個可能的實(shí)施例中，軌道將在位于焊接單元后面的區(qū)域上方延伸，以允許抓持構(gòu)件沿帶材鋪放頭運(yùn)動，而不會與焊接單元相干涉。
[0159]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解到的那樣，包括引導(dǎo)支承件在內(nèi)的文中所述的引導(dǎo)系統(tǒng)只是能用于一旦帶材被饋送并切割就將帶材懸置于工具表面上方并且定位該帶材的許多手段中的一種?？刹捎檬褂谜婵諄韺Р膽抑糜诠ぞ弑砻嫔戏降钠渌椒?、通過增加導(dǎo)軌之間的距離來釋放帶材的盤、可縮回盤或其它機(jī)構(gòu)。
[0160]上述系統(tǒng)和方法允許將不同材質(zhì)的材料鋪設(shè)成單個坯件的能力。例如，一個芯軸可加載有由第一材料制成的帶材，而第二芯軸可加載有由第二材料制成的帶材?？蓪煞N材料饋送到引導(dǎo)系統(tǒng)內(nèi)，以形成帶材部段，并將各種帶材部段焊接到一起。
[0161]為了說明和描述的目的已呈現(xiàn)了實(shí)施例的前述公開內(nèi)容。并不意在窮舉或?qū)⑵渌鼘?shí)施例限制于公開的精確形式。鑒于上述公開內(nèi)容，文中所述實(shí)施例的許多變型和修改對于本領(lǐng)域中普通技術(shù)人員是顯然的。實(shí)施例的范圍僅由所附權(quán)利要求書及其等同物來限定。
[0162]此外，在描述本發(fā)明實(shí)施例的代表實(shí)施例時，說明書可作為特定步驟順序來表示本實(shí)施例的方法和/或過程。然而，就方法或過程不依賴于文中闡釋的特定步驟次序而言，方法或過程不應(yīng)限于所述特定步驟順序。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到其它步驟順序也可以。因此，說明書中闡釋的特定步驟次序不應(yīng)理解為對權(quán)利要求的限制。此外，涉及本實(shí)施例的方法和/或過程的權(quán)利要求不應(yīng)限于以所寫的次序執(zhí)行它們的步驟，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可容易理解到順序可變化并且仍留在本實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種由帶材制造復(fù)合預(yù)制件的方法，所述方法包括: 將帶材部段饋送到帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)，所述帶材部段引導(dǎo)件橫跨工具表面而懸置所述帶材部段，以使所述帶材部段的第一端起初設(shè)置在所述帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的第一位置，而所述帶材部段的第二端起初設(shè)置在所述帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的第二位置； 提供所述帶材部段引導(dǎo)件與所述工具表面之間的相對運(yùn)動，以將所述帶材部段定位在相對于所述工具表面的期望位置和定向上； 使所述帶材部段運(yùn)動以使所述第一端運(yùn)動到所述帶材部段引導(dǎo)件中的第三位置并且使所述第二端運(yùn)動到所述帶材部段引導(dǎo)件中的第四位置；以及 將所述帶材部段固定到所述工具表面和預(yù)先存在的帶材部段中的至少一個。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使所述帶材部段運(yùn)動包括用抓持構(gòu)件抓持所述帶材部段并使所述抓持構(gòu)件沿所述帶材部段引導(dǎo)件運(yùn)動。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，饋送所述帶材部段包括使用抓持構(gòu)件從帶材供料源拉出帶材并且將所述帶材切成帶材部段。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，固定所述帶材部段包括使用包括至少一個焊接單元的焊接組件來將所述帶材部段粘結(jié)到預(yù)先存在的帶材部段。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述焊接組件包括沿縱向軸線設(shè)置的第一焊接單元、第二焊接單元和第三焊接單元，其中所述第二焊接單元設(shè)置在所述第一焊接單元與所述第三焊接單元之間，并且所述方法還包括: 與所述第二焊接單元對準(zhǔn)并且沿所述縱向軸線地來定位所述帶材部段，而所述第一焊接單元、所述第二焊接單元和`所述第三焊接單元處于初始位置； 使所述第二焊接單元從初始位置向所述帶材部段運(yùn)動，同時保持所述第一焊接單元和所述第三焊接單元處于所述初始位置；以及 使用所述第二焊接單元將所述帶材部段粘結(jié)到預(yù)先存在的帶材部段。
6.一種由帶材制造復(fù)合預(yù)制件的方法，所述方法包括: 將帶材的一部分饋送到帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)； 抓持所述帶材的所述部分的端部，并拉動所述帶材的所述部分通過所述帶材部段引導(dǎo)件； 當(dāng)所述帶材的所述部分被拉到預(yù)定位置時，切割所述帶材的所述部分，以形成帶材部段；以及 將所述帶材部段固定到工具表面和預(yù)先存在的帶材部段中的至少一個。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還包括使所述帶材部段運(yùn)動通過所述帶材部段引導(dǎo)件。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，固定所述帶材部段包括使帶材粘結(jié)裝置向著所述帶材部段運(yùn)動到相對于所述帶材部段的預(yù)定位置，且使所述帶材粘結(jié)裝置運(yùn)動和使所述帶材部段運(yùn)動基本上同時發(fā)生。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法還包括使所述工具表面運(yùn)動，其中所述預(yù)先存在的帶材部段設(shè)置在所述工具表面上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，將所述帶材部段固定到所述預(yù)先存在的帶材部段包括使帶材粘結(jié)裝置向著所述帶材部段運(yùn)動，所述帶材部段和所述工具表面能基本上同時運(yùn)動。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，固定所述帶材部段包括將所述帶材部段粘結(jié)到所述預(yù)先存在的帶材部段，其中將所述帶材部段粘結(jié)到所述預(yù)先存在的帶材部段包括致動來自一組焊接單元的多個焊接單元，且所致動的焊接單元數(shù)目取決于所述帶材部段的長度和位置。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，將第一組相鄰的焊接單元朝向所述帶材部段降低，而第二組相鄰的焊接單元相對于所述第一組相鄰的焊接單元保持靜止。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，焊接單元組包括第一焊接單元、第二焊接單元和第三焊接單元，其中，所述第二焊接單元設(shè)置在所述第一焊接單元和所述第三焊接單元之間，且致動所述焊接單元包括相對于所述第一焊接單元和所述第二焊接單元降低所述第二焊接單元。
14.一種由復(fù)合帶材制造復(fù)合預(yù)制件的設(shè)備，所述設(shè)備包括: 接納帶材部段的帶材部段引導(dǎo)件； 帶材抓持組件，所述帶材抓持組件構(gòu)造成抓持所述帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)的所述帶材部段；以及 帶材粘結(jié)裝置，所述帶材粘結(jié)裝置構(gòu)造成將所述帶材部段粘結(jié)到其它類似的帶材部段， 其中，所述帶材抓持組件包括抓持構(gòu)件，所述抓持構(gòu)件構(gòu)造成抓持所述帶材部段的一部分，并沿與所述帶材部段引導(dǎo)件的長度相關(guān)聯(lián)的軸線運(yùn)動，以及 所述抓持構(gòu)件從所述帶材部段引導(dǎo)件的第一位置運(yùn)動到所述帶材部段引導(dǎo)件的的第二位置，并由此使所述帶材部段的所述部分從所述第一位置運(yùn)動到所述第二位置。
15.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶材抓持組件包括軌道，且所述抓持構(gòu)件構(gòu)造成沿所述軌道滑動。
16.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶材粘結(jié)裝置是包括至少一個焊接單元的焊接組件。
17.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，帶材切割系統(tǒng)設(shè)置在所述帶材部段引導(dǎo)件的端部處，且所述帶材切割系統(tǒng)構(gòu)造成將帶材切成帶材部段。
18.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述抓持構(gòu)件在所述帶材部段引導(dǎo)件的第一引導(dǎo)支承件和第二引導(dǎo)支承件之間運(yùn)動。
19.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述抓持構(gòu)件包括用于抓持所述帶材部段的端部的抓持鼻部和抓持腳部。
20.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶材部段由帶材卷形成，并且使用驅(qū)動輥?zhàn)咏M件和至少一個浮動輥?zhàn)訉碜运鰩Р木淼膸Р酿佀偷剿鰩Р牟慷我龑?dǎo)件內(nèi)。
21.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶材部段引導(dǎo)件構(gòu)造成自動調(diào)節(jié)到寬度變化的帶材部段。
22.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其特征在于，還包括工具表面，所述工具表面沿第一軸線運(yùn)動并轉(zhuǎn)動，且所述至少一個 焊接單元沿與所述第一軸線大致垂直的第二軸線運(yùn)動。
23.如權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其特征在于，所述抓持構(gòu)件沿與所述第二軸線平行的 向 。
24.如權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，所述帶材部段被預(yù)先切割，并被個別地饋送到所述帶材部段引導(dǎo)件內(nèi)。`
【文檔編號】B29C65/00GK103796815SQ201280037179
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2012年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月28日
【發(fā)明者】D·R·克拉默, D·O·伊萬斯, C·M·麥克拉德, D·L·威曼 申請人:迪芬巴赫機(jī)械工程有限公司