【原创资讯】手工铺网等劳动密集型复合材料的自动化解决方案
商业化航空航天复合材料制造过程的自动化主要集中在大型结构（例如机身和机翼蒙皮、纵梁、框架、翼梁和翼盒）的自动纤维铺放（AFP）和自动胶带铺放（ATL）的使用上。但是，对于通常使用手工铺网或其他手动工艺制造的离散零件和结构而言，自动化很难证明其合理性。
位于美国特拉华州纽瓦克的Accudyne Systems Inc.公司开发出一种称为自动化辅助工作单元的设备。它由五个协同工作的自动化设备“元素”组成：工具定位、激光投影层模板、层支持责任制、工作订单和配方管理以及与制造信息系统（MIS）集成。Accudyne已与制造激光投影设备的Aligned Vision（美国马萨诸塞州切尔姆斯福德）合作，为航空客户在商业生产中构建和集成了自动化辅助工作单元。
多轴工作单元提供最高水平的自动化
Accudyne Systems已为多种制造过程构建了自动化辅助工作单元，但在复合材料制造领域中，三种设备类别脱颖而出：取放/放置/成型/紧凑工作单元、桁条成型机和修整单元以及多轴铺放工作单元。在这三个设备示例之间，几乎可以容纳任何尺寸或形状的复合零件的制造，从适合于4×4×4英尺工作范围内的旋转或棱柱形零件到4–65英尺长的“棍子”形状。
拾取/放置/成型/紧凑型工作单元设计用于放置各种棒形恒定横截面零件（C、T、Z、L等）。如果需要，该系统还可以适应容纳更长或更长时间的组件。该机器包括一个取放头、两个成型头、两个散装工位以及一个两工位的工具穿梭机，可以方便地同时放置两个零件。该工作单元配备了工具定位，工作单和配方管理以及MIS集成功能，但该设备具有形成X，Y基准的参考边缘，而不是通过激光投影来定位板层，从而可以手动对齐板层以进行拾取和放置功能。如果需要，可以将帘布层责任追究制整合到单元中。
拾取/放置/成型/紧凑型工作单元
多轴工作单元提供最高水平的自动化，并在节省空间的占地面积内完全集成了所有五个关键的自动化辅助工作单元。该单元具有符合人体工程学的增强功能，三轴工具定位（线性垂直轴和两个旋转轴）可以针对每个操作员进行调整。
多轴工作单元
Accudyne Systems设计并建造了桁条成型机和修整单元，目前用于航空业的客户生产欧米茄形的桁条。该单元可容纳长达20英尺长的零件，以及各种类似的形状，层压板厚度可达0.25英寸。零件制造过程说明了工作单元功能的功能，以及客户如何定制设备以满足生产和价格要求。
桁条成型机和修整室
与Accudyne建造的其他工作单元类似，桁条成型机和装饰单元可容纳两个工具，以方便同时制造两个复合零件。在生产之前，将设备的两个激光投影仪校准到两个由伺服电机驱动的压板位置。在此过程中，LASERGUIDE投影仪（来自Aligned Vision）可识别并定位工具压板上的多个目标。这些点用于在生产过程中建立激光投影仪和工具之间的参考系。
在预备工作站上向操作员提供了包含复合预浸料的预切割帘布套件。控制面板提示操作员（作为工单和配方管理工具的一部分）输入工单编号，然后继续执行多个验证步骤，以确保工单，配方和工具均正确匹配。一旦通过验证，操作员将选择批准的配方，并且屏幕将显示完成复合零件铺放所需的操作顺序说明。配方和相关数据不在本地存储，而是存储在确保数据完整性和版本控制的制造信息系统（MIS）中。
可向Accudyne的工作单元提供多个运动轴，以利于人体工学工具定位，从而减轻操作员的疲劳感。但是，在纵梁成型机和修整单元中的刀具位置每个刀具压板仅包含一个轴。例如，同一平面内的横向运动。放置好工具后，激光投影仪就会照亮工具上第一层的周边。也可以对激光投影仪进行编程，以直接在工具上显示织物的层数或方向。
在将层板放在工具上并将其定位后，操作员会走出准备区域，按下“就绪”按钮，然后通过伺服电机将工具横向移入工作单元的自动成型区域。在工具的几何形状上形成帘布层，然后将工具移回到准备区域进行操作员检查。完成检查后，操作员会离开准备区域，然后将工具移入工作单元的自动压实区，该工作区配有永久压实气囊。将工具放置在气囊下方，并将框架降低到工具表面，直到获得真空密封为止。在气囊下方抽真空，通过安装在机架上的真空储存器系统在10-15秒内排空整个气囊。控制器监视压实过程，并可进行编程以根据组件配方提供各种压实周期参数。
在形成，压实和/或修整一个组件时，操作员可以在第二个组件上取得进步。铺设和压紧步骤将继续进行，直到完成组件配方。操作员选择“修剪循环”模式，由顶置框式机架支撑的定制六轴CNC超声波修剪头以每秒约1英寸的速度修剪零件的周边。超声刀边缘可将零件修整到航空级公差。修整周期完成后，将检查零件，将其从成形工具中取出，然后放置在另一个工具上以进行后续制造操作。
自动化辅助工作单元中的激光投影仪通过Aligned Vision提供的软件开发工具包（SDK）集成到过程工作流中，并由Accudyne集成到该单元中。SDK的主要优点之一是它提供了对高级激光投影系统功能的访问，例如将伺服轴位置作为通用坐标系参考系进行通信。在整个零件制造过程中均以对操作员透明的方式维护该坐标系。每当将工具重新放置在3D空间中时，控制器都会将新的工具位置传达给激光投影仪。激光投影仪使用矩阵几何变换来重新计算和校正新参考系的投影几何。
（来源composites World，本公众号编译）