专利名称：用于生产纤维复合材料构件的生产系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的用于生产纤维复合材料构件的生
产系统。
背景技术：
从专利W02005/105641A2已知一种用于生产纤维复合材料构件的生产系统，其中用于引导生产单元的线性引导路径布置在构件模具的两上侧。两个生产单元可移动地设置在各引导路径上并用于向构件模具施用纤维复合材料。该生产系统具有主-从控制器。生产单元之一的控制器形成为主控制器，而其它生产单元的控制器形成为从属控制器。主控制器限定共同的时间基础，且借助从属控制器使生产单元的加工头的移动同步。由于基于多个生产单元，该生产系统具有高效率，但客户一方总是需要使纤维复合材料构件的生产更加有效和灵活。本发明的目的在于开发一种可以实现纤维复合材料构件的更有效和更灵活的生产的通用型生产系统。
发明内容
该目的通过具有权利要求1的特征的生产系统实现。由于形成围绕模具提供单元或构件模具延伸的引导路径，至少两个生产单元能沿引导路径以圆形方式围绕构件模具行进。因此，引导路径为所述至少两个生产单元形成用于生产纤维复合材料构件的环行路径，所述至少两个生产单元能以圆形模式在该路径上同时操作。由此确保了所述至少两个生产单元具有一致和恒定的行进方向，因此所述至少两个生产单元能相对于彼此以紧密间距操作。通过所述至少两个生产单元的圆形移动，以简单方式避免了生产单元之间的碰撞。由于一致和恒定的行进方向，特别是可以使大量生产单元以圆形模式操作，显著提高了效率。根据本发明的生产系统——根据待生产的纤维复合材料构件的尺寸——允许使用至少五个、特别是至少六个、且特别是至少八个生产单元。此外，与直线的非环行引导路径相比，所述生产单元的停滞时间减少，因为生产单元在材料施用过程后能直接继续新的材料施用过程，而在非环行引导路径的情况下，生产单元必须在材料施用过程后等待直到下一个生产单元也已经完成其材料施用过程且两个生产单元能执行行进方向的改变。当生产单元由于误差而必须中断材料施用过程时，也产生了重要的效率优点。在这种情况下，已中断材料施用过程的生产单元在行进过程后能在构件模具的起点开始新的材料施用过程，由此不会妨碍后续的生产单元。后续生产单元能可选地继续被中断的材料施用过程或者通过相应的适用的材料施用过程来对其进行补偿。总之，因此通过根据本发明的生产系统与现有技术相比实现了更高的系统利用率及因此更高的生产效率或生产率和更高的生产灵活性。根据权利要求2的生产系统确保了短的行进路径。结果是，优化了生产率。根据权利要求3的生产系统以简单的方式使所述至少两个生产单元的行进方向的快速改变成为可能。枢转/摆动工位是引导路径的一部分，因此行进方向可以以如下方式改变:生产单元被移动到枢转工位且然后借助枢转工位以生产单元能以改变的行进方向在引导路径上被进一步移动的方式枢转。枢转工位能枢转特别是90°、特别是至少180°且特别是至少360°。此外，枢转工位优选能沿两个枢转方向枢转。根据权利要求4的生产系统提高了生产率和灵活性。由于纤维复合材料能在两侧施用至所述至少一个构件模具，因此能使用大量生产单元更快速地生产例如飞行器的机身构件。此外，飞行器的两个机翼构件能例如使用两个设置在模具支承件上的构件模具同时生产。通过直线地形成的生产路径部分简化了材料施用过程。根据权利要求5的生产系统产生更高的生产率和灵活性。由于单独的维护路径部分，生产单元能经历维护过程和/或设置过程而不妨碍位于第一环行路径上的生产单元的行进过程。由此可以实现与纤维复合材料构件的生产分离和独立的维护过程和/或设置过程。例如，生产单元的一部分可处于生产过程中，而生产单元的其它部分经历设置过程，因此如果正在生产的生产单元由于材料的缺乏而必须中断生产过程，则设置好的生产单元能直接继续纤维复合材料构件的生产。根据权利要求6的生产系统提高了在生产单元的维护和设置期间的灵活性。因此，维护路径部分是环行路径的一部分，生产单元能在用于生产纤维复合材料构件的环行路径的各个部位被移除以进行维护或设置或在各个部位返回该环行路径。结果是，例如，能同时从生产过程移除生产单元以进行设置和将另一生产单元供给至生产过程。根据权利要求7的生产系统提高了在生产单元的维护和设置期间的灵活性。由于死端状工位路径部分，在维护或设置过程中的生产单元不会阻碍其它生产单元的维护或设置。该生产系统特别是具有至少三个、特别是至少四个、且特别是至少六个维护工位。根据权利要求8的生产系统确保维护工位的按需布置。设置在内部空间中的工位路径部分优化了生产系统的空间需求，而设置在外部空间中的工位路径部分可易于接近。于是实现大量维护工位，工位路径部分既设置在内部空间中又设置在外部空间中。根据权利要求9的生产系统产生生产率的显著提高。由于生产单元在纤维复合材料构件的生产期间以圆形模式操作，因此数量较多的生产单元能以小的间隔在生产中协作。此外，能与生产并行地维护和设置充足数量的生产单元，因此确保了具有高生产率的连续生产过程。根据权利要求10的生产系统具有完全自给的生产单元。能量供应装置特别是以相应生产单元能沿整个引导路径自由移动的方式形成。为此，能量供应装置例如可具有也在滑动件上被引导的电池或滑动触点以传输能量。特别地，生产单元却不具有受线路约束的能量传输，诸如能量链，因此确保了生产单元的自由移动。根据权利要求11的生产系统确保了相应生产单元的自由移动。第一滑动触点例如设置在滑动件上并与设置在引导路径上的相关的第二滑动触点接触。借助滑动触点向相应生产单元供应能量，不妨碍移动自由度。特别地，枢转工位的可枢转部分也具有用于枢转工位上的相应生产单元的能量供应的滑动触点。根据权利要求12的生产系统确保了纤维复合材料构件的生产的高灵活性。由于大量的枢转轴线，加工工具可以相对于构件模具灵活定位。使用能向构件模具施用所谓的预浸材料、换言之片材状(bahnforrniges)纤维复合材料的纤维施加头作为加工工具。
根据权利要求13的生产系统提高了生产率和灵活性。通过能被可更换地紧固至定位装置的加工工具，能使用生产系统执行大量的生产步骤。在纤维复合材料的施用后，能借助专用加工工具或专用末端执行器来进行所施加的纤维复合材料或所施加的层状件的品质检查。在层状件的单独的硬化过程后，可以进行机械加工。例如，能在纤维复合材料的硬化后执行钻削或磨削加工。根据权利要求14的生产系统允许以简单方式交换主控制装置/标准控制装置和生产单元的控制装置之间的NC控制程序。数据传输或NC控制程序的传输借助WLAN进行。出于此目的，WLAN例如具有多个所谓的访问位置，换言之能进行数据传输的连接区域。根据权利要求15的生产系统确保高灵活性和安全性。相应生产单元借助其控制装置被本地控制，因此主控制装置与生产单元的单独的控制装置之间不需要困难的数据传输。主控制装置和生产单元的控制装置特别是不具有在计算机周期同步意义上的共同时间基础和不具有共同的时间周期。生产单元的控制单元互相之间同样如此。例如，通过设置在生产单元处并结合相关的控制装置本地监控相应生产单元的移动的间距传感器来避免单独的生产单元之间的碰撞。此外，该生产系统可具有位置监控系统以避免碰撞，所述位置监控系统例如被配置为所谓的室内GPS系统。在NC控制程序中预先确定的期望位置与所确定的实际位置之间存在位置偏差的情况下，可以适配相应生产单元的移动。在纤维复合材料构件的生产过程中，主控制装置由于本地控制而不必引导和控制生产单元。但是，主控制装置可在紧急情况下用于执行紧急停机。在纤维复合材料构件的实际生产前，借助主控制装置将NC控制程序传输到相应的生产单元或相关的控制装置。
本发明的更多特征、优点和细节从以下对实施例的描述而显而易见，其中:图1示出用于使用多个能在引导路径上移动的生产单元来生产纤维复合材料构件的生产系统的立体图，图2示出图1中的生产系统的平面图，图3示出图1中的引导路径的枢转工位的立体图，图4示出穿过图3中的枢转工位的轴向截面图，图5示出图1中的生产单元的立体图，以及图6示出图5中的生产单元的局部剖视侧视图。
具体实施例方式用于生产两个纤维复合材料构件2的生产系统I具有模具提供单元3和八个相关的生产单元4至11。生产单元4至11可移动地设置在引导路径12上。模具提供单元3和引导路径12被紧固至基板13上。为了清楚，在图1中仅显示了八个生产单元4至11中的六个。模具提供单元3具有模具支承件14，用于两个飞行器机翼的两个构件模具15、16设置在所述模具支承件上。飞行器机翼由片材状纤维复合材料17制成并因此形成纤维复合材料构件2。模具支承件14包括两个支承件18、19，它们在水平的X方向上间隔开并且在它们之间可旋转地安装有轴20。轴20能借助两个驱动马达21、22绕平行于X方向延伸的水平旋转轴线23被可旋转地驱动。构件模具15、16被紧固在轴20的相对侧上。生产单元4至11用于向构件模具15、16施用纤维复合材料17。出于此目的，生产单元4至11能在引导路径12上互相独立地被移动。引导路径12基本上具有8字形并形成两个环行路径24、25。第一环行路径24在下文被称为处理环行路径，而第二环行路径25在下文被称为维护环行路径。处理环行路径24是矩形的并具有沿X方向延伸的两个生产路径部分26、27和沿垂直于X方向的y方向延伸的两个连接路径部分28、29。路径部分26至29在任何情况下都是直线的并限定出在其中设置模具提供单元3的加工空间30。因此形成围绕模具提供单元3延伸的引导路径12，以使生产单元4至11能沿处理环行路径24围绕模具提供单元3以圆形方式行进。为了改变行进方向或使生产单元4至11移动到相应的下一路径部分26至29，在处理环行路径24的相应角部上设置枢转工位31至34。枢转工位31至34在任何情况下都具有相关的枢转轴线35至38，所述枢转轴线平行于竖直的z方向延伸。X、y和z方向形成笛卡尔坐标系统。生产路径部分26、27被设置成彼此相对且在任何情况下都与构件模具15、16其中之一相关联。例如，生产路径部分27相对于构件模具15布置成:如果构件模具15沿生产路径部分27移动，则能借助生产单元4至11向构件模具15施用纤维复合材料17。生产路径部分26与相关的构件模具16同样如此。维护环行路径25用于维护或设置生产单元4至11。维护环行路径25是矩形的且包括生产路径部分27和与其平行设置并沿X方向延伸的维护路径部分39，它们通过沿y方向延伸的两个连接路径部分40、41互相连接。路径部分39至41也设计成直线的。路径部分27和39至41界定出维护内部空间42并将该内部空间42与维护外部空间43分离。三个死端状工位路径44至46和47至49在任何情况下都从维护路径部分39开始在维护内部空间42和维护外部空间43中延伸。工位路径部分44至46和47至49在X方向上彼此均匀地间隔开，以使得位于维护内部空间42中的工位路径部分44至49和位于维护外部空间43中的工位路径部分44至49成对地彼此相对。为了改变生产单元4至11的行进方向，在连接路径部分40或41与维护路径部分39之间以及维护路径部分39与工位路径部分44至49之间设置有另外五个枢转工位50至54，它们形成平行于z方向延伸的相关的枢转轴线55至59。邻近工位路径部分44至49形成多个维护工位60，以维护和/或设置生产单元4至11。引导路径12具有连接到基板13的支承框架61。生产单元4至11在其上被引导的两个侧向导轨62至63设置在支承框架61上。此外，引导路径12具有中央导槽64，生产单元4至11也在中央导槽64中被引导。带齿的条带73侧向地设置在导槽64中，以使生产单元4至11在引导路径12上移动。在支承框架61上侧向地设置滑动触点65，所述滑动触点65连接到中央能量供应源66，以用于向生产单元4至11传输能量。枢转工位31至34和50至54在结构上相同，因此以下仅描述枢转工位31。枢转工位31形成引导路径12的枢转路径部分67，其能借助驱动马达68绕枢转轴线35枢转。枢转路径部分67原则上与其余的引导路径12相似地形成，但在支承框架61与基板13之间另外设置能相对于彼此枢转的两个枢转部分69、70。支承框架61和驱动马达68设置在板状的第一枢转部分69上，而第二枢转部分70被紧固至基板13。第二枢转部分70在面向第一枢转部分69的一端具有齿圈71，能借助驱动马达68可旋转地驱动的齿轮72接合在所述齿圈71中。齿轮72能借助驱动马达68在两个旋转方向上被可旋转地驱动，因此枢转路径部分67能沿两个枢转方向枢转。枢转路径部分67能沿两个枢转方向枢转90°。生产单元4至11构造成自给的并能互相独立地移动。生产单元4至11在结构上相同，因此以下仅描述生产单元4。生产单元4具有滑动件74，该滑动件74安装在导轨62、63上并在其上和在导槽64中被引导。借助斜齿轮76可旋转地驱动齿轮77的两个驱动马达75被紧固至滑动件74的下侧。相应的齿轮77与带齿的条带73啮合，因此生产单元4能在引导路径12上线性地移动。滑动件74的上侧被用作用于定位装置78、两个可冷却的材料储器79、80、冷却装置81、能量供应装置82和控制装置83的平台。驱动马达75能借助控制装置83以在齿轮77与带齿的条带73之间产生预压和因此无游隙的驱动系统这种方式被致动，因此能实现高定位精度。定位装置78作为自动机械/机器人或工业自动机械构成并通过基部框架84刚性地设置在滑动件74上。在基部框架84上设置有被称为旋转传送装置的枢转部分85，该枢转部分85能借助驱动马达86绕平行于z方向延伸的竖直枢转轴线87枢转。在枢转部分85上设置有三个枢转臂88、89、90，它们在端部互相连接并能借助相应的驱动马达91、92、93绕相关的水平地延伸的枢转轴线94、95、96枢转。枢转臂89具有两部分构型并具有两个枢转部分97、98，这两个枢转部分能借助驱动马达99绕它们的中央中心纵向轴线100相对于彼此枢转。因此，枢转部分97、98的中心纵向轴线100形成又一枢转轴线。相应地，枢转臂90具有两部分构型并具有两个枢转部分116、117，这两个枢转部分能借助驱动马达118绕中心纵向轴线119相对于彼此枢转。中心纵向轴线100和中心纵向轴线119在图6中重合。因此，枢转部分116、117的中心纵向轴线119形成又一枢转轴线。作为纤维施加头形成的加工工具101在端部设置在枢转臂90上。因此，加工工具101能绕六个枢转轴线87、94、95、96、100和119枢转。当定位装置78能沿引导路径12移动时，引导路径12还提供了用于定位装置78的线性轴线。加工工具或末端执行器101用于向构件模具15、16施用纤维复合材料17。设置在滑动件74上的材料储器79、80用于提供纤维复合材料17。材料储器79、80在结构上相同，因此以下仅描述材料储器79。材料储器79具有壳体102，其内部空间103能借助冷却装置81来冷却。带有片材状纤维复合材料17的多个材料卷筒104可旋转地安装在内部空间103中。纤维复合材料17在任何情况下都从材料储器79通过多个转向轮105被引导并引导到加工工具101。通过施加拉力，能借助加工工具101从材料储器79移除纤维复合材料17。用于冷却两个材料储器79、80的冷却装置81设置在这两个材料储器之间。在冷却装置81上方和材料储器79、80之间设置有开关柜106，在开关柜106中设置有能量供应装置82和控制装置83。能量供应装置82构造成使生产单元4能沿整个引导路径12自由移动。出于此目的，能量供应装置82具有设置在滑动件74上的滑动触点107，其与滑动触点65接触。借助滑动触点65、107，能够通过中央能量供应源66将电能传输到能量供应装置82。能量供应装置82借助合适的电路为设置在滑动件74上的所有负载、特别是驱动马达75、86、91、92、93、99、118、冷却装置81和控制装置83供应电能。加工工具101被可更换地紧固至枢转臂90，因此其能用另一加工工具或另一末端执行器108替换。加工工具或末端执行器108例如在维护工位60之一处就位并用于纤维复合材料2的机械加工工序。加工工具108例如可以进行钻削或磨削加工。生产系统I具有主控制装置109，其借助无线网络、换言之WLAN与生产单元4至11的控制装置83信号连接以传输数据。由于生产系统I的尺寸，主控制装置109为此具有多个连接点110，其也被称为访问点。主控制装置109用于传输用于生产单元4至11的NC控制程序。因此，生产系统I能中央地配置，由此可以进行生产的快速转换。生产单元4至11借助相应的控制装置83被本地控制。因此，控制装置83配置成使得它们独立于主控制装置109控制生产单元4至11。生产系统I具有防护围栏111，其在周缘包围整个生产系统I。在生产路径部分27与维护工位60之间还设置有防护围栏112，并在连接路径部分40、41的区域内具有能借助相应挡光板致动的门113。防护围栏111、112仅在图2中示出。为了生产两个纤维复合材料构件2，生产单元4至7在处理环行路径24上以圆形模式操作并沿行进方向114在构件模具15、16周围移动。行进方向在生产路径部分26、27与位于其间的连接路径部分28、29之间的改变借助相应的枢转工位31至34进行。如果生产单元4至7位于生产路径部分26、27上，则纤维复合材料17被施用至相应的构件模具15、
16。其它生产单元8至11位于工位路径部分44、46、47、48上并在相关的维护工位60处维护和/或设置。只要生产单元4至7中的一个出现技术问题或由于缺乏材料而必须中断生产过程，能继续生产过程的生产单元8至11中的一个就直接就绪。例如，如果生产单元5必须中断生产过程，则能够借助枢转工位34、50和52向工位路径部分45供给生产单元8至11中的一个。同时，生产单元11能例如借助枢转工位53、54和33结合到处理环行路径24中，因此其能继续生产过程。相反，如果生产单元7由于材料的缺乏而必须中断生产过程，则其能借助枢转工位33从处理环行路径24被移出并借助枢转工位54、53供给至工位路径部分49。同时，例如，生产单元8能借助枢转工位51、50和34被供给至处理环行路径24，以使得其能继续生产过程。因此，枢转工位33和34是将生产单元4至11留在处理环行路径24中或将它们转移到维护环行路径25中的转向器。同时，枢转工位33、34用于将维护或设置好的生产单元4至11结合回到处理环行路径24中。生产单元4至11优选以这种方式操作:它们借助枢转工位34从处理环行路径24被移除并借助枢转工位33结合到处理环行路径24中。生产单元4至11因此在维护环行路径25中具有一致的行进方向115。生产单元4至11借助相应的控制装置83被本地控制和移动。因此，生产单元4至11的控制装置83相互之间或与主控制装置109不具有共同的时间基础。主控制装置109用于在构件的更换期间快速配置控制装置83。例如借助生产单元4至11处的间距传感器或借助位置监控系统进行用于避免生产单元4至11之间的碰撞的安全监控，所述位置监控系统例如被构造为室内GPS系统并监控生产单元4至11的位置。位置监控系统例如可与生产单元4至11和/或与主控制装置109信号连接，从而能够停止单独的生产单元4至11，以避免碰撞或总体而言能为所有生产单元4至11产生紧急停机信号。此外，生产单元4至11的单独的控制装置83能借助WLAN互相通信，以使得能通过生产单元4至11之间的本地通信来避免碰撞。生产系统I与已知的生产系统相比具有显著更高的生产率和灵活性。由于形成两个环行路径24、25的引导路径12的构型，提供了大量的行进可能性，因此在生产过程中以及生产单元4至11的维护和设置期间存在高度灵活性。这在生产单元4至11之一由于技术问题而短暂和意外地必须中断生产过程时特别适用。
权利要求
1.一种用于生产纤维复合材料构件的生产系统，具有 -模具提供单元(3)，所述模具提供单元具有至少一个设置在模具支承件(14)上的用于纤维复合材料构件(2)的构件模具(15，16)， -用于向所述至少一个构件模具(15，16)施用纤维复合材料(17)的至少两个生产单元(4至11)，所述至少两个生产单元可移动地设置在引导路径(12)上， 其特征在于， -所述引导路径(12)构造成围绕所述模具提供单元(3)延伸，和 -所述至少两个生产单元(4至11)围绕所述模具提供单元(3 )沿所述引导路径(12 )行进。
2.根据权利要求1所述的生产系统，其特征在于，所述引导路径(12)形成至少一个矩形环行路径(24，25)。
3.根据权利要求1或2所述的生产系统，其特征在于，所述引导路径(12)具有多个枢转工位(31至34和50至54),所述至少两个生产单元(4至11)能够借助所述枢转工位枢转以改变行进方向。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述引导路径(12)具有两个生产路径部分(26，27)，所述两个生产路径部分相对于所述模具提供单元(3)设置成使得所述纤维复合材料(17)能够在两侧施用至所述至少一个构件模具(15，16)，其中所述两个生产路径部分(26，27 )特别是直线的。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述引导路径(12)形成用于生产所述纤维复合材料构件(2)的第一环行路径(24)和用于维护所述至少两个生产单元(4至11)的与所述第一环行路径分离的维护路径部分(39)。
6.根据权利要求5所述的生产系统，其特征在于，所述维护路径部分(39)是第二环行路径(25)的一部分。
7.根据权利要求5或6所述的生产系统，其特征在于，在所述维护路径部分(39)上设置多个死端型工位路径部分(44至49)，以形成维护工位(60)。
8.根据权利要求7所述的生产系统，其特征在于，所述维护路径部分(39)将内部空间(42)与外部空间(43)分隔开，所述工位路径部分(44至49)设置在所述内部空间(42)和/或所述外部空间(43)中。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的生产系统，其特征在于，设置至少五个、特别是至少六个、且特别是至少八个自给地形成且能够互相独立地移动的生产单元(4至11)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述生产单元(4至11)中的每一个都包括: -滑动件(74)，所述滑动件能够在所述弓I导路径(12)上移动， -设置在所述滑动件(74 )上的定位装置(78 )， -用于施用所述纤维复合材料(17)的加工工具(101 )，所述加工工具设置在所述定位装置(78)上， -用于提供所述纤维复合材料(17)的材料储器(79，80)，所述材料储器设置在所述滑动件(74)上，所述材料储器特别是可冷却的， -能量供应装置(82 )，所述能量供应装置设置在所述滑动件(17)上并构造成使得所述生产单元(4至11)能够沿整个所述引导路径(12)自由移动，以及 -控制装置(83 )，所述控制装置设置在所述滑动件(74 )上。
11.根据权利要求10所述的生产系统，其特征在于，所述能量供应装置(82)具有第一滑动触点(107)，所述第一滑动触点与设置在所述引导路径(12)上的第二滑动触点(65)接触以传输电能。
12.根据权利要求10或11所述的生产系统，其特征在于，所述定位装置(78)构造为自动机械并具有用于所述加工工具(101)的至少四个、特别是至少五个且特别是至少六个枢转轴线(87，94，95，96，100，119)。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述生产单元(4至11)中的至少一个具有多个加工工具(101，108 )，所述加工工具(101，108 )中的每一个能够被可更换地紧固在所述定位装置(78)上。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述控制装置(83)构造成使得能够 从主控制装置(109)向所述控制装置(83)无线地传输数据。
15.根据权利要求10至14中任一项所述的生产系统，其特征在于，所述控制装置(83)构造成使得所述控制装置(83)独立于主控制装置(109)控制所述生产单元(4至11)的移动。
全文摘要
本发明涉及一种生产系统(1)，该生产系统具有包括至少一个构件模具(15，16)的模具提供单元(3)，以生产纤维复合材料构件(2)。纤维复合材料能借助至少两个生产单元(4至11)施用至所述至少一个构件模具(15，16)。为此，所述至少两个生产单元(4至11)能够在引导路径(12)上移动。该引导路径(12)设计为围绕模具提供单元(3)延伸，以使得所述至少两个生产单元(4至11)能围绕模具提供单元(3)沿引导路径(12)行进。由此能够提高生产过程的生产率和灵活性。
文档编号B25J9/00GK103108741SQ201180041825
公开日2013年5月15日 申请日期2011年8月25日 优先权日2010年8月30日
发明者C·伯格, M·迈尔, B·鲍斯, D·罗斯特蒙德 申请人:美格工业自动化系统有限公司