[发明专利]用于制造航空零件的定位、处理和组装系统

说明书

技术领域

如本描述性说明书的题目所述，本发明涉及用于制造由复合材料制成的航空零件的定位、处理和组装系统，其允许准备，包括航空工业中零件制造中所使用的工具的定位和取出。

背景技术

在近几十年来，在航空工业中引入先进复合材料已经得到了很大的推动，代替了商用飞机中的大的主要结构（包括机翼和稳定装置的升力面和机身）制造中的铝合金。

这些复合材料结构（通常称作外皮的由二维面板成形的外皮或罩）与它们的金属前体没有很大不同，这些复合材料结构通过梁式元件（纵梁）加强，并且继而由结构元件支撑，该结构元件维持这些面板的几何形状并提供具有整体刚性的结构，其在机身的情况下为环形架并且在升力面的情况下为横梁和肋。

本发明的复合材料引入已经成为可能，这是因为自动堆叠和片层切割的技术和设备的改进，这种改进是通过由预浸有聚合树脂的加强纤维组成的带获得的，并且在近年来，改进了纵梁的自动成形和定位技术。然而，仍存在非常高的手工操作百分比，这与纵梁结合工艺以及与其有关的工具的放置和移除相关联。

存在各种利用复合材料的制造工艺来实现构成加固罩的所有零件的结合。最著名的是：共成化，共胶合和二次胶合。所选择的工艺影响机械性能，制造成本和几何特性。

共成化通过以下方式利用两个新部件完成：两个新部件有效地固化在一起从而形成单件。其具有非常好的结构特性并在单固化周期中执行，但是需要非常复杂的工具来使其能够这样。

共胶合使用粘合剂来在新部件的固化周期期间将固化的部件和新部件结合。其具有非常好的结构特性并且比上述情况具有更少的复杂工具，但是其具有需要使用两个固化周期的缺点。

二次胶合也使用粘合剂，但是在这种情况下结合两个之前固化的部件。其具有非常好的结构特性并且制造的件能够被存储而没有任何特殊条件，但是其也需要两个固化周期。

在本情况中，所提出的解决方案在共胶合工艺中应用，因为在本情况中工具更简单，但是本发明的适用性取决于工具，而不是工艺的类型。

复合材料部件的制造工艺的一般阶段是：准备工具，放置纤维，切割，热成形，真空袋的准备，蒸压釜中聚合，从模具中取出，修剪和检查。

迄今为止，工具的定位、处理和组装工艺已经被主要地手工执行，因为其自动化非常复杂，这是由于碳纤维零件的制造中所使用的工具的构造和形状。被提倡的此处以及系统所使用的工具除了确保零件的正确制造以外允许这些操作自动化。

系统防止在工具取出时发生任何分层，其利用光学定位系统恰当地放置（或根据情况而取出）工具并且其确保工具相对于所附工具件的正确放置。

发明内容

一般来说，用于制造航空零件的定位、处理和组装系统构成了本发明的目的，其由减小碳纤维航空零件的制造中所用的时间量和人力资源的需要而产生，更具体地是在用于制造罩的工具的准备、定位和组装的手工操作中（其导致了高成本工艺）。

系统包括具有六个铰接臂的球型机械手，其具有用于处理工具的特殊头部，可以使机械手移动的外部轴，一些存储取出的工具的容器和允许定位机械部的光学系统。

纵梁的工具是由INVAR材料制成的角元件的“L”形截面。角元件复制其所靠在（覆盖）的件和纵梁的整个外表面的几何形状。这些工具的芯上部具有一些“堆垛”以此来促进它们的处理和取出。这样，得到了角元件和机械手之间的接口，其集成到实际元件中，节省了INVAR材料，确保了该对角元件的封闭并促进真空袋在该区域的适应性。其形状的光滑性不损害真空袋。

在“堆垛”的上部提供了一些小槽，或小突出肋，其当被头部保持在垂直位置时防止工具落下，因为该头部具有某些互补固定装置。

定位角元件之后的步骤如下：

1. 机械手自动捡起其控制的具有特殊头部的相对应工具件（INVAR角元件）。由于头部装有特殊存在传感器所以系统始终知道夹具中是否保持着工具。

2. 机械手利用光学控制系统将工具放置于适当位置。

3. 一旦角元件已经被放置就位，机械手收集下一件工具件并把其放置在靠近第一个或任何其对应的位置。依照此方法连续进行直到所有角元件的部段与已经放置就位的纵梁的一个面相对应。角元件的其他面然后放置就位，然后纵梁被引入角元件之间。然后阵列被定位在罩上并被引入蒸压釜进行固化。

当罩从蒸压釜中暴露出来并再次定位在机械手的区域中时，之前阶段中被放置的工具件然后通过以下操作进行到被取出。