一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统，用于复合材料自动铺放领域，解决在预浸带铺放过程中产生的回弹现象。实现真正意义上的复合材料的全自动铺放。
【背景技术】
[0002]复合材料在航空航天领域应用越来越广泛，并显示出不可替代的重要地位。
[0003]复合材料以碳纤维增强树脂基复合材料为代表，具有轻质、高强、高模量、耐疲劳、抗腐蚀、结构功能一体化和设计制造一体化、易于成型大型构件等突出优点。大量应用先进复合材料是提高航空航天飞行器、运载工具和武器装备效能的重要途径，其用量业已成为航空航天飞行器先进性的重要标志。
[0004]先进复合材料以其优异的综合性能在航空航天工业领域得到了广泛的应用，但先进复合材料的成本远高于金属材料，高成本已经成为复合材料扩大应用的主要障碍。
[0005]经过多年的努力，已经形成了由低成本材料技术、低成本设计制造技术以及使用维护技术组成的复合材料低成本技术体系。目前，先进复合材料低成本制造技术主要包括两类:1)基于液体成型的RTM、VARTM等技术；2)基于预浸带(料)成形的纤维缠绕技术、拉挤成型技术和自动铺放技术。其中，复合材料自动铺放技术是增加复合材料用量、提高制造技术水平与效率、保证产品质量和降低成本的关键技术。
[0006]在国外，自动铺放技术已经相当成熟，并大量应用于实际生产。国内也进行了相关技术的研究，也取得了相应的进展，但是距离实际工程应用还存在很大的距离，确实还存在很多问题有待解决，其中，在复合材料的铺放过程中的回弹现象就是一个方面。
[0007]本发明所涉及到的回弹现象主要指的是在自动铺放曲面工件的过程中，由于压辊压力的不均匀等因素导致待铺放预浸带无法与芯模或者已经铺放好的下面一层的预浸带紧密地结合在一起，最后由于张力的作用，使得本来已经铺覆好的预浸带重新弹起，即所谓的回弹现象，如附图3所示，其中a为芯模表面或者已经铺放好的预浸带，b为产生回弹现象的预浸带。
[0008]这种回弹属于复合材料铺放领域一个重要的缺陷，如果不处理将严重影响最终成品的质量，使得废品率大大提升，大幅提升了生产成本，严重造成资源浪费，最重要的是，这种方式生产出来的工件大部分应用于航空领域，这种潜在的质量缺陷如果没有检测出来的话将造成不可估量的损失，因此找到一种解决回弹现象的方法至关重要。
[0009]目前，国内主要采用人工实时监测并手动压实的方法来解决，看起来可行，实际上却是一种半自动铺放，有违自动铺放的初衷，同时增加了工作人员的劳动强度，最重要的是严重影响铺放质量和效率，因此，寻求一种预防回弹现象的产生或者在回弹现象产生之后检测其是否产生的方法，并且采取相应的措施解决这种现象，仍然具有很大的研究价值。
【发明内容】
[0010]本发明主要是解决现有技术所存在的技术问题；提供了一种全过程完全自动检测、分析、处理，基本不需人为参与，大大降低了人力、物力成本，显著提升了铺放质量和铺放效率的一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统。
[0011]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:
[0012]一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统，其特征在于，包括6轴机器人、设置在6轴机器人上的铺带头、设置在铺带头下方的工件、一个用于进行二次压实的辅助压实装置和一个辅助加热系统；所述工件上方设有一个三维形貌测量系统；
[0013]所述辅助压实装置和辅助加热系统均连接在铺带头上随着铺带头一起运动，所述辅助压实装置包括一个只有一个上下运动的自由度的气缸以及连接在气缸驱动杆的辅助压辊，辅助压辊的轴线与铺带头的主压辊的轴线的水平距离应该大于系统的反应时间与发生回弹现象所需的时间之和与铺放速度的乘积，即:假设该距离为d，铺放速度为V，预浸带从铺覆到工件上到产生回弹现象所经历的时间为tl，系统的反应时间为t2，则d>v*(tl+t2)；
[0014]所述辅助加热系统位于主压辊与辅助压辊之间，用于对辅助压辊下的预浸带进行加热，热源采用热风，能够实现对需要加热区域的快速加热，使该区域的预浸带软化，粘性增强，便于辅助压实装置对产生回弹现象区域的预浸带的重新压实；
[0015]所述6轴机器人、辅助压实装置和辅助加热系统均与一个控制器连接；
[0016]该系统还包括一个力/力矩传感器，安装在六轴机器人末端与铺带头的连接部位，用于实时检测铺放过程中主压辊与工件的压力，来控制恒压力的铺放，预防回弹现象的产生，与此同时，三维形貌测量系统进行三维形貌测量，检测是否发生了回弹现象，再通过控制器启动辅助压实装置和辅助加热系统工作来解决回弹。
[0017]在上述的一种解决复合材料铺放过程中的回弹现象的系统，所述三维形貌测量系统用于对工件轮廓的实时反馈，然后通过主控制器发出信号控制辅助加热系统和辅助压实装置的工作，该三维轮廓测量系统包括构成工件轮廓检测单元的传感器，所述传感器是3维激光测距仪或基于飞秒激光的3维测距仪或二维光栅或双目摄像头。
[0018]因此，本发明具有如下优点:1、首先由力矩/力传感器的反馈来保证恒张力铺放，从根本原因上预防回弹现象的产生，再通过辅助压实装置将仍然可能产生的小幅度回弹现象消除，这样基本上能够彻底解决回弹现象，从而保证了最终成品的质量；2、由于全过程完全自动检测、分析、处理，基本不需人为参与，大大降低了人力、物力成本，显著提升了铺放质量和铺放效率。
【附图说明】
[0019]图1是整个系统的结构示意图。
[0020]图2是本发明中铺带头的三维结构图，用于说明辅助压实装置。
[0021]图3是本发明中发生回弹现象的示意图。
[0022]图4是本发明中回弹区域