专利名称：控制复合部件的几何结构的方法及装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及控制复合部件的几何结构的方法及装置。
背景技术：
复合部件几何结构的相对精确的控制可以通过采用树脂传递模塑
(RTM)工艺来实现。将干增强预制坯安置在模制工具上，将第二模制 工具夹在第一模制工具上，并且将树脂注入到腔中。能够通过围绕部件
边缘的模制工具之间的相互衔接来控制模制工具之间的间隔(进而控制 部件厚度)。遗憾的是，这种模制工具的制造和操作成本昂贵，尤其在部 件为例如航空器机翼或机身蒙皮壁板这样的较大部件的情况下。
可以实现较低成本的方法，其要求只有单一模制工具。然而在这些 情况下难以准确地控制部件的几何结构。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种控制复合部件的几何结构的方法，该 方法包括利用压力传送器对所述部件施加压力；以及在所述施加压力期 间
加热所述部件；
测量所述压力传送器的位置以产生反馈信号；以及 响应于所述反馈信号的变化，移动所述压力传送器。 本发明的第二方面提供了一种控制复合部件的几何结构的装置，该 装置包括压力传送器；传感费系统，其被配置为测量所述压力传送器 的位置以产生反馈信号；以及致动器，其耦合到所述传感器系统并且被 配置为响应于所述反馈信号的变化，移动所述压力传送器。
所述部件可以是热塑性部件，或者是通过对该部件加热使该部件至少部分固化的热固性部件。所述部件通常为航空器部件，但并不专用于 航空器部件。例如，所述部件可以是机翼或机身蒙皮壁板，或者是加强 杆或翼肋部件。通常所述部件具有薄片状结构。
传感器系统可以使用各种方法来测量压力传送器的位置。例如，传
感器系统可以是LVDT位移传感器，其包括一组用于测量磁衔铁的位置 的线圈。另选地，传感器系统可以利用激光瞄准具。然而激光瞄准具的 问题在于，部件周围紊乱的加热环境可能导致激光束波长发生变化。因 此优选，通过从两个或更多个不同角度拍摄压力传送器的照相图像并对 该图像进行处理，来产生该反馈信号。通常处理步骤包括识别压力传送 器上的一个或更多个对象的图像一这种对象是压力传送器所必需的部 分，或通过例如粘合剂而贴附到压力传送器上。
通常，部件与模制工具衔接；并且传感器系统测量模制工具与压力 传送器之间的相对位置以产生反馈信号。
传感器系统可以测量压力传送器相对于不同参考基准点的位置。例 如，参考基准点可以是位于传感器自身上的点、压力传送器的初始位置、 或者某外部结构上的点。然而，优选的是，该系统测量压力传送器相对 于模制工具上的一个或更多个参考基准点的位置，从而能够对模制工具 与压力传送器之间的相对位置进行相对精确的测量。
在极端的示例中，可以只使用单一压力传送器。在该情况下，通常 压力传送器的接触区比模制工具小。但是优选地，使用多个该压力传送 器，对这多个压力传送器分别进行独立控制。
通常，压力增强器用于补充通过在部件上铺设真空袋而施加的流体 静压力，并且从真空袋的一侧进行抽真空。压力增强器可以经由真空袋 向部件施加压力，或者可以与部件直接衔接。
可以使用包括液压致动器、气动致动器以及电致动器在内的各种致 动器。这种致动器可以采用线性电机，线性电机通过螺杆将旋转运动转 换成线性运动。如果使用气动致动器，则优选致动器将氮气作为气动驱 动介质，因此通常在富氮(Nitrogenrich)的环境中进行处理。然而，优 选使用热致动器通过对压力传送器进行加热来移动压力传送器。这种热致动器能够精确地控制位置中的微小变化，并且具有相对较少的移动部 件。
可以响应于反馈信号的变化而使压力传送器旋转和/或沿基本上直 的峰径移动。
通常部件是纤维增强复合部件。
部件可以是所谓"预浸渍体"的叠层预先浸渍有环氧树脂基质的 增强材料的多层。不过这种预浸渍体可能是昂贵的，因此更优选地是该 部件包括可选择地与基质膜交织的增强材料的多层的叠层，当部件被加 热时基质膜融化并且注入到增强材料的多层中。
可以在注入阶段利用液相基质来对所述部件进行注入，并且优选在 注入阶段压力传送器縮回，从而不会妨碍基质的流动。
通常，压力增强器具有界面表面，所述界面表面具有中央部和一对 边缘部，所述一对边缘部的刚度比所述中央部的刚度低。
现在参照附图描述本发明的实施方式，附图中
图1是RFI模制工具的左侧透视图2是RFI模制工具的右侧透视图； '图3是第一增强器设计的横截面图4是第二增强器设计的横截面图5是第三增强器设计的横截面图6a是未编码对象的图； .图6b是已编码对象的图7是结合有照相测量系统的高压釜中的模制工具的示意图；以及
图8是高压釜温度(T)与时间(t)之间关系的曲线图。
具体实施例方式
图1和图2示出了树脂膜注入模制工具1。该模制工具具有支撑复 合叠层部(lay-up) 3的模制工具表面2。通过在模制工具表面2上铺设多层干织物增强层的叠层(stack)来安装叠层部3。增强层通常由碳纤维 形成，不过也可以使用包括玻璃纤维在内的各种增强材料。模制工具1 用于形成机翼蒙皮壁板，通过模制工具表面2来成形蒙皮的外部空气动 力面。虽然未在图1和2中示出，但是附接到蒙皮内表面的桁条沿翼展 方向延伸，并且为了增加所选区域中蒙皮的厚度而形成有斜面。
在模制工具上己经形成叠层部3后，通过在叠层部的顶部铺设真空 袋(未图示)，从而将叠层部3 "装袋"以准备进行注入和固化。
如图所示， 一组加工梁(tooling beam) 4以枢轴的方式安装在模制 工具上。在叠层和装袋过程中，梁4位于图1中左侧的两根梁所例示的 抬起位置。各个梁4承载有一排增强器6，各增强器6用于向叠层部的相 应界面区8施加压力。
在将叠层部3己经装袋后，梁4放低到图1中右侧的三根梁所例示 的位置，并在适当的位置通过锁定接合部5锁定。
在图3至6中例示了三种不同的增强器6。注意，为了清楚而在图3 至6中省略了真空袋。
图3中示出的增强器6a用于控制界面区8的厚度，在界面区8中不 存在斜面或桁条。增强器6a包括热致动器，热致动器包括嵌入在热膨胀 层21a中的线圈20a。热致动器耦合到具有一对减震器24a的压力传送器 23a，这一对减震器24a绕着压力传送器23a的下界面表面的外边缘来安 装。安装隔热层23a以使压力传送器23a与热膨胀层21a热隔离。
线圈20a通过线缆25a连接到致动器控制系统46 (如图7所示)。当 电流流过线圈20a时，线圈20a发热而使热膨胀层21a膨胀，使压力传送 器23a挤压复合叠层部3 (经由真空袋)。减震器24a由泡沫材料形成， 该泡沬材料的刚度比压力传送器23a的界面表面中央部分的刚度低。减 震器24a压縮以减轻叠层部中的纤维变形和减少叠层部中的树脂波纹的 形成。
图4中示出的增强器6b在整体形式上与增强器6a相似，并且对相 似的部件给出了相同的参考标号。相对于平坦的压力传送器23a，压力传 送器23b的轮廓设计为与叠层部3表面上的桁条26配合。图5中示出的增强器6c在整体形式上与增强器6a、 6b相似，并且 对相似的部件给出了相同的参考标号。在该情形下，压力传送器23c在 枢轴27上安装到梁4，设置了一对热致动器，枢轴27的每一侧各有一个。 热致动器各自包括旋转工具28，旋转工具28在热致动器与压力传送器 23c之间提供了滚动界面。这些热致动器可以一起被驱动，以使压力传送 器上下移动，或者以差动方式驱动这些热致动器而使压力传送器旋转。 图5示出了与叠层部3的斜面部29衔接的增强器6c。
照相测量对象应用于图1所示的模制工具1、以及应用于图3至5 所示的增强器6的压力传送器部分。这些对象是通过粘合剂贴上的。在 图1中将这些对象中的一对示例性对象标为9、 10,并且具体如图6a、 6b所示。对象9是具有光反射圆9a的未编码对象，光反射圆9a印制在 形成对比的黑背景9b上。对象10是具有一组光反射标记10a的已编码 对象， 一组光反射标记10a印制在形成对比的黑背景10b上。可以按照 与二维条形码类似的方式读取标记10a)的数量和位置，以提供对于对象 10唯一的代码。适当的对象是可得到的，如由美国FL (佛罗里达)州 Melbourne (墨尔本市)的Geodetic Systems, Inc.提供的V-STARSTM系统 的一部分。
如图1所示，将已编码对象及未编码对象应用于沿着模制工具1的 两侧所选择的基准位置。尽管在图1中已编码对象被示为代表了相同的 代码，但实际上已编码对象将各自表示不同的代码。在模制工具和一根 梁4上还安装有刻度条11、 12。各个刻度条ll、 12承载有一对未编码对 象，对象之间的间隙是精确获知的以提供基准长度。
如图3-5所示，还对压力传送器23a-23c应用了未编码对象30a-30c， 从而为照相测量系统提供了测量点。
在将梁4锁定在适当的位置后，工具1在轮13 (如图1和2所示) 上被运送到高压釜室40 (如图7所示)内。然后，在利用加热系统47对 如后面参照图8所描述的室40进行加热时，对叠层部3进行注入(infose) 和固化。通过将氮气引入到室中来提高高压釜中的压力，从而通过流体 静压力的方式压縮叠层部。还设置有用于从真空袋的一侧进行抽真空的真空系统41。通过增强器6的阵列还可以在离散的多个界面区8中施加 附加的压力。在固化周期期间，通过树脂注入系统48向叠层部中注入树 脂。
图7中示出的照相测量系统用于在固化周期中测量模制工具1与增 强器6之间的相对位置。照相测量系统例如可以是由美国FL(佛罗里达) 州Melbourne (墨尔本市)的Geodetic Systems, Inc.提供的V-STARSW系 统。关于该系统的工作原理的详细描述，可以参照 http :〃www. geodetic. com/v- stars/info. asp whati s 。
照相测量系统包括一组安装在高压釜室40中的照相测量相机、以及 位于室40外的照相测量控制系统45。这些相机中的一个如图7中的42 所示，其他相机沿着室40的长度方向设置。各个相机42都被安装在密 封且隔热的室43内以防止相机受到热和温度的影响。各个相机42包括 闪光灯(未图示)，闪光灯可以由控制系统45来驱动，以用白光照亮视 场。在图7中用虚线44表示相机42的视场。各个相机42拍摄各自视场 的照相图像，并且将图像发送给控制系统45来进行处理。
系统45识别模制工具1和增强器6上的照相测量对象的图像，根据 相机的不同视角，控制系统45能够利用三角测量的处理来推断增强器上 的对象相对于由模制工具上的对象定义的基准位置的XYZ坐标。 一旦得 知了对象的相对位置，就能够推断模制工具1与各个增强器6之间的间 隔，由此来生成针对各个增强器的反馈信号。控制系统45利用已编码对 象10上的代码来识别各相机视场中的对象，并使用刻度条ll、 12来对 图像提供标度(scale)。然后将反馈信号反馈到致动器控制系统46，将致 动器控制系统46配置成响应于图8中所示的各增强器各自的反馈信号的 变化而独立地移动图8中所示的各增强器，由此精确地控制界面区8中 的蒙皮的厚度。换言之，如果返回信号表示间隔过小(与所期望的间隔 相比)，则各增强器向上移动，而如果间隔过大，则各增强器向下移动。
图8是高压釜温度(T)与时间(t)之间的关系的曲线图。在初始 加热阶段50，室被加热至注入温度(infosiontemperature) 51，通过真空 系统41从干织物中去除空气。在初始的加热阶段50，增强器6位于图8所示的縮回位置，此时在压力传送器与真空袋之间存在间隙58。
在注入阶段52中，增强器保持在它们的縮回位置，通过树脂注入系 统48将环氧树脂注入到模制工具与真空袋之间。树脂由树脂注入系统48 从模制工具1的一侧注入，并由真空系统41从另一侧抽取。通过使增强 器在注入过程中保持在它们的縮回位置，树脂能够无阻碍地流动。在注 入阶段52的结尾53时，叠层部的注入完成，向下驱动增强器以施加压 力，如在59所示。
在第二加热阶段54，室被加热至大约为18(TC的固化温度55。在第 二加热阶段54和固化阶段56中，来自照相测量控制系统45的反馈信号 被反馈到致动器控制系统46，致动器控制系统46使各增强器向上和/或 向下移动(如在60所示)，以在模制工具与增强器之间保持所期望的间 隔(由此控制各界面区8中的部分的厚度)。
在冷却阶段57中，增强器可以保持在适当的位置，或者縮回，如在 61所示。
在固化后，利用蒙皮来装配机翼翼盒在机翼翼盒的上表面和下表 面上形成一对这种蒙皮，并且一系列翼肋沿翼弦方向跨越机翼翼盒延伸，
并通过翼肋脚而连接到上蒙皮和下蒙皮上。在图1和2所示的模制工具 中，界面区8是蒙皮上与翼肋脚交界的相对较小的区域。然而，也可以 使用类似的压力增强器来控制其他可能更大的关键界面区的厚度，例如 与具有靠近机翼翼盒的足端的齿轮肋的界面。界面区之间的蒙皮的厚度 并非特别关键，因此不需要对其进行如此严格的控制。
在上述实施方式中，在压力传送器与叠层部之间铺设了单个连续的 真空袋，因此压力传送器没有与叠层部直接衔接。这不被认为会产生问 题，因为能够相对精确地控制真空袋的厚度。在替代实施方式(未图示) 中，真空袋可以具有孔阵列，每个孔围绕各自压力传送器的边缘进行密 封。在该情况下，压力传送器将会与叠层部直接衔接。在另一替代实施 方式(未图示)中，真空袋可以在梁降低后铺设在梁上。而且在该情况 下，压力传送器也会与叠层部直接衔接。
在上述实施方式中，叠层部3只是由多层干织物层的叠层构成。在替代实施方式中，干织物层中可以与半固态的环氧树脂膜交织，当达到 注入温度时，该半固态的环氧树脂膜融化而流入到无空气的织物层中。 这确保了在注入后不存在无树脂的空洞。在叠层中设置有树脂膜的情况 下，在注入阶段可以注入或不注入其他树脂。
尽管在图7中将照相测量控制系统45和致动器控制系统46表示为 分离的硬件单元，但应理解，可以通过单个单元在软件中实现这两个系 统的功能。
尽管以上参照一个或多个优选实施方式描述了本发明，但应理解， 在不脱离所附权利要求书限定的本发明范围的情况下可进行各种改变或 修改。
权利要求
1、一种控制复合部件的几何结构的方法，该方法包括利用压力传送器对所述部件施加压力，以及在所述施加压力期间加热所述部件；测量所述压力传送器的位置以产生反馈信号；以及响应于所述反馈信号的变化，移动所述压力传送器。
2、根据权利要求1所述的方法，该方法还包括以下步骤 将所述部件与模制工具衔接；以及测量所述模制工具与所示压力传送器之间的相对位置以产生所述反 馈信号。
3、 根据权利要求1或2所述的方法，其中，'通过从两个或更多个不同的角度拍摄所述压力传送器的照相图像并 对该图像进行处理，来产生所述反馈信号。
4、 根据权利要求3所述的方法，其中，所述处理步骤包括识别所述 压力传送器上的一个或更多个对象的图像。
5、根据权利要求4所述的方法，该方法还包括将所述对象贴附于所 述压力传送器。
6、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，该方法包括利用两个 或更多个压力传送器对所述部件同时施加压力，以及在所述施加压力期 间 加热所述部件；测量各压力传送器的位置以产生两个或更多个反馈信号，各反馈信 号与相应压力传送器相关联；以及响应于所述两个或更多个压力传送器各自的反馈信号的变化，移动 所述压力传送器。
7、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，该方法还包括在所述 部件上铺设真空袋，以及从所述真空袋的一侧进行抽真空。
8、 、根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，通过加热所述压力传送器来移动所述压力传送器。
9、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，响应于所述反馈信号的变化使所述压力传送器旋转。
10、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中， 响应于所述反馈信号的变化使所述压力传送器沿基本上直的路径移动。
11、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中， 所述部件是热固性部件。
12、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中， 所述部件是纤维增强复合部件。
13、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中， 所述部件是航空器蒙皮壁板。
14、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，其中， 所述部件包括多层增强材料的叠层。
15、 根据前述权利要求中任意一项所述的方法，该方法还包括，在 注入阶段利用液相基质来对所述部件进行注入。
16、 根据权利要求15所述的方法，其中， 在注入阶段所述压力传送器縮回。
17、 一种控制复合部件的几何结构的装置，该装置包括 压力传送器；传感器系统，其被配置为测量所述压力传送器的位置以产生反馈信 号；以及致动器，其耦合到所述传感器系统并且被配置为响应于所述反馈 信号的变化，移动所述压力传送器。
18、 根据权利要求17所述的装置，其中，所述压力增强器具有界面表面，所述界面表面具有中央部和一对边 缘部，所述一对边缘部的刚度比所述中央部的刚度低。
19、 根据权利要求17或18所述的装置，其中， 所述传感器系统包括一个或更多个相机；以及处理器，其被配置为从所述相机接收照相图像并对该图像进行处理， 产生所述反馈信号。
20、 根据权利要求17 19中任意一项所述的装置，该装置包括两个 或更多个压力传送器，其中，所述传感器系统被配置为测量各压力传送器的位置并产生两个或 更多个反馈信号，各反馈信号与各自的压力传送器相关联；并且所述装置包括两个或更多个致动器，各致动器与所述传感器系统耦合并被配置为响应于压力传送器各自的反馈信号的变化，移动各 个压力传送器。
21、 根据权利要求17 20中任意一项所述的装置，该装置还包括真空袋和用于从所述真空袋的一侧进行抽真空的真空系统。
22、 根据权利要求17 21中任意一项所述的装置，其中， 所述致动器包括加热元件。
23、 根据权利要求22所述的装置，其中，所述致动器包括隔热层，该隔热层被配置为使所述压力传送器与所 述加热元件热隔离。
24、 根据权利要求17 23中任意一项所述的装置，其中， 所述致动器被配置为响应于所述反馈信号的变化，旋转压力传送器。
25、 根据权利要求17 24中任意一项所述的装置，其中， 所述致动器被配置为响应于所述反馈信号的变化，沿基本上直的路径移动所述压力传送器。
26、 根据权利要求17 25中任意一项所述的装置，其中， 所述传感器系统被配置为测量模制工具与所述压力传送器之间的相对位置。
全文摘要
一种控制复合部件(3)的几何结构的方法。该方法包括利用压力传送器(6)对所述部件施加压力；以及在所述施加压力期间加热所述部件；测量所述压力传送器的位置以产生反馈信号；以及响应于所述反馈信号的变化，移动所述压力传送器。
文档编号B29C70/42GK101535033SQ200780042174
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月12日 优先权日2006年11月14日
发明者克里斯多佛·格莱兹布鲁克 申请人:空中客车英国有限公司