[发明专利]用于自动检查层板边界和取向的方法和系统

说明书

背景技术

本发明一般涉及分层复合材料的制造，更具体地，涉及用于自动检查层板 边界和取向的方法和系统。

在一些当前的生产条件中，需要制造者使用激光模板(OLT)来检查用于 复合结构的百分之百的层板位置。尽管可以使用其他大尺寸度量方法，诸如激 光雷达，但是OLT是目前最有效的检查方法。使用特定结构，对于每块层板而 言，这种检查过程平均花费的时间在30到90分钟之间。这些结构可以包括60 到70或更多个单个层板。如可以容易理解的，该OLT检查占据了结构制造中 使用的总流程时间的很大一部分，在一些情况中，该结构可以是飞机的复合机 身筒。尽管这在样机制造的情况下是可以接受的，但是其在制造情况下是不可 以接受的。在生产率提高的情况下，利用OLT过程来检查层板边界的任务大大 地限制了生产设备的生产能力。此外，因为复合结构可以被改造，例如，加长 复合机身，所以OLT在增大的表面上可能不具有以所需准确度投射的能力。

如上所述，OLT是目前检查单个层板的层板边界和层板取向的优选方法。 在使用例如纤维铺放机放置每个层板后，OLT单元被索引到固化心轴并且适当 层板被投射到当前正在被制造的复合结构的表面上。在投射被建立后，检查员 视觉比较投射层板边界的边缘与最近被放置的复合层板的边缘。测量和重做任 何有问题的区域。当工作于大结构时，诸如机身筒的整个表面，则会产生入射 角问题。具体地，由于激光投射和部件表面之间入射角的限制，必须以多段(即 至少6个)OLT的形式来投射整个机身层板以覆盖机身的全部周长。

如上所述，目前的OLT过程是耗时的。平均需要30个或更多个小时来检 查整个机身部件的层板边界和取向，这在高效率生产环境中是不可接受的。除 了目前OLT系统的生产效率限制外，也存在一些技术限制，诸如上面描述的入 射角问题。当单个OLT超出其操作能力时，要么必须放宽对部件公差的要求， 必须使用由度量系统增加的多个OLT，要么需要使用可替换的层板边界验证系 统。目前，没有比OLT更可接受和更有成本效益的用来检查层板边界的过程。

发明内容

在一个方面，提供一种在多层分层部件制造期间确定自动层压机的位置放 置准确性的方法。该方法包括测量坐标系统中层压机的铺放头(placement head) 的位置，确定层板边缘相对铺放头的位置，基于测得的头位置将层板边缘的位 置转换到一坐标系统中，将层板边缘的位置从该一坐标系统转换到与正在被制 造的部件相关联的第二坐标系统中，并且比较与正在被制造的部件有关联的该 第二坐标系统中实际层板边缘位置与该第二坐标系统中限定的预期层板边缘位 置，以确定机器放置的准确性。

在另一个方面，提供一种自动纤维铺放(AFP)机器。该机器包括AFP头， 被配置为在坐标系统内提供AFP头的位置的至少一个定位装置和视觉系统。该 视觉系统被配置为当AFP头放置材料时确定纤维材料层板的边缘放置。该机器 被编程为基于视觉系统相对AFP头的位置来计算层板边缘的位置，并且将该位 置从与AFP头相关联的坐标系统转换到与由该机器制造的部件相关联的坐标系 统中。

在又一个方面，提供一种在坐标系统内确定在部件心轴上放置的纤维材料 层板的边缘的位置的方法。该方法包括：利用在坐标系统中具有已知位置的多 个跟踪装置来确定与铺放头的距离；从惯性装置接收铺放头的取向；根据取向、 距离和已知位置来计算铺放头的空间位置和取向；基于铺放头的位置来识别、 利用视觉系统、纤维材料的边缘、视觉系统的位置；确定视觉系统相对部件心 轴的取向；并且基于铺放头的位置和视觉系统的取向来计算被识别边缘的位置。

附图说明

图1是图示说明表面公差对激光模板投射不确定性的影响。

图2是包括心轴的层板铺放系统的图示说明，碳纤维或其他材料围绕该心 轴放置。

图3是安装有视觉系统和其他组件的自动纤维铺放(AFP)头的详细视图。

图4是图示说明从AFP头坐标到心轴(部件)坐标系统转换的流程图。

具体实施方式

为了解决层板边界和取向检查/探伤的上述问题，利用所述方法和系统的实 施例来提高生产效率，减少循环的流程时间，减少劳动时间，并且能够对复合 结构的未来各种形式和变体进行层板检查/探伤，在特定实施例中，该复合结构 是机身筒的复合组件。