用于制造离轴预浸料材料的系统及方法与流程

本公开总体涉及复合材料，并且更具体地涉及用于制造离轴单向纤维增强的聚合物基质材料的系统及方法。

背景技术：

复合材料部件的制造可能涉及到层压由纤维增强的聚合物基质材料制成的多个层片或层。每个层均可由单向纤维形成。纤维可预浸有树脂(例如，预浸料)，以简化制造过程。复合材料部件的每个层中的纤维可相对于其它层的纤维取向定向为特定的角度，作为优化复合材料部件的强度和刚度性能的手段。单向预浸料在0°材料卷中是可用的，其中大多数纤维平行于材料的纵向方向定向。0°材料卷可用在不同的宽度中，供自动化铺放设备中使用。例如，0°预浸料带可设置在宽达12英寸以上的宽度中，供自动铺带(ATL)机器中使用。

为了制造具有某些几何形状的复合材料部件，可期望铺放具有相对于材料的纵向方向非平行或离轴定向的纤维的单向预浸料带。使用0°预浸料带来铺放相对狭长宽度的复合材料部件的交叉层片(例如，45°层片、90°层片，等等)可能在交叉层片沿着该部件的长度铺放时需要ATL机器横动该部件无数次。不幸的是，ATL机器为了将交叉层片铺放在狭长宽度部件上所需要的多次停止和启动增加了完成该铺放过程所需要的时间量。

在减少为了铺放单向预浸料的交叉层片所需要的时间量的尝试中，已制造离轴单向预浸料材料卷。然而，用于制造离轴单向预浸料的本方法是耗时的，并且需要高技能的劳动力来实现离轴预浸料材料卷所需要的质量水平。另外，使用常规方法来制造离轴单向预浸料材料的输出速率可小于为了提供足够体积的材料来支撑自动化铺放所需要的输出速率。

如可以看到的，在本领域中存在对以高的生产速度和高的质量度来制造离轴单向预浸料材料的系统及方法的需要。

技术实现要素：

与制造离轴单向预浸料材料关联的上述需要由本公开专门处理并缓解，在一个实施方式中，本公开提供了一种离轴预浸料材料制造机器。所述机器可包括机器人，所述机器人被构造成将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部。所述机器可另外包括对准系统，所述对准系统被构造成感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置并且生成代表所述位置的位置信号。所述机器还可包括控制器，所述控制器被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人调节所述预浸料件的位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘大致抵接。所述机器可另外包括焊接系统，所述焊接系统具有一个或多个焊靴(welding shoe)，所述焊靴被构造成将热和压力施加到所述预浸料件与预浸料层的抵靠端部边缘，以形成焊缝将所述预浸料件结合到所述预浸料层。

还公开了一种制造离轴热塑性预浸料材料卷的方法。所述方法可包括：使用机器人将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部。所述方法可另外包括：使用对准系统感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置，以及生成代表所述位置的位置信号。另外，所述方法可包括：在控制器处接收来自所述对准系统的所述位置信号。所述方法可进一步包括：在所述控制器的命令下使用所述机器人来调节所述预浸料件的位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘在形成焊缝将所述预浸料件结合到所述预浸料层之前大致抵接。

已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或者可组合在其它实施方式中，其进一步细节可以参考以下描述和下面的附图看到。

附图说明

本公开的这些及其它特征将在参考附图时变得更明显，其中相同的附图标记通篇指代相似的部件，并且其中：

图1是用于制造离轴单向热塑性预浸料材料卷的机器的实例的框图；

图2是离轴单向预浸料材料制造机器的实例的立体图；

图3是图2的机器的俯视图；

图4是图2的机器的侧视图；

图5是机器的焊接系统的实例的立体图；

图5A是真空头以及将预浸料件夹紧就位的上游夹紧杆的放大立体图；

图6是0°材料卷的俯视立体图，并且说明了相对于0°材料卷的纵向方向以90°定向的预浸料切割线；

图7是从图6的0°材料卷切割并旋转90°的预浸料件的俯视图；

图8是通过使用本文中公开的机器和方法将图7的多个预浸料件焊接在一起而形成的90°材料卷的俯视立体图；

图9是0°材料卷的俯视立体图，示出了相对于0°材料卷的纵向方向以45°定向的预浸料切割线；

图10是从图9的0°材料卷切割并旋转45°的预浸料件的俯视图；

图11是通过使用本文中公开的机器和方法将图10的多个预浸料件焊接在一起而形成的45°材料卷的俯视立体图；

图12是将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部的机器人的示意图；

图13是沿着图12的线13-13截取的截面图，并且说明了包括发出光束的光学传感器的对准系统，所述光学传感器用于在将预浸料件的端部边缘和预浸料层的端部边缘焊接在一起之前测量所述端部边缘之间的间隙；

图14是沿着图12的线14-14截取的截面图，并且说明了由用于测量预浸料件的侧边缘和对应于预浸料层的侧边缘的指标特征之间的间隙的光学传感器发出的光束；

图15是具有用于测量预浸料件相对于预浸料层的地点和取向的第一对光学传感器和第二对光学传感器的对准系统的俯视图；

图16示出了预浸料件的旋转，在控制器的控制下使用机器人并且基于由第一对光学传感器和第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据，使得预浸料件的端部边缘和侧边缘与预浸料层的相应端部边缘和侧边缘(经由指标特征)定向为大致平行关系；

图17示出了在控制器的控制下使用机器人并且基于由第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据将预浸料件的侧边缘平移成与指标特征大致抵接；

图18示出了使用机器人基于由第一对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据将预浸料件的端部边缘平移成与预浸料层的端部边缘大致抵接；

图19是包括第一对光学传感器和第二对光学传感器并且进一步包括用于测量预浸料件的长度的额外光学传感器的对准系统的另一实例的俯视图；

图20是使用包括用于测量预浸料件的侧边缘相对于指标特征的位置的单个光学传感器的对准系统来定位预浸料件的另一实例的俯视图；

图21示出了预浸料件的旋转，使用机器人基于由第二对光学传感器提供给控制器的间隙测量数据，使得端部边缘的定向为平行于预浸料层的端部边缘；

图22示出了将预浸料件的侧边缘平移成与指标特征抵接；

图23示出了使用由第二对光学传感器提供的间隙测量数据将预浸料件的端部边缘平移成与预浸料层的端部边缘抵接；

图24是位于检查站处的间隙探测器的俯视图，用于沿着将预浸料件的端部边缘结合到预浸料层的端部边缘的焊缝的长度来探测间隙的存在；

图25是构造为光纤传感器的间隙探测器的实例的截面图，其包括用于接收由光纤传感器发出的扫描器射束的接收器，并且进一步说明了构造成探测焊缝的重叠是否存在的重叠传感器；

图26是焊接站的立体图，并说明了构造成能沿着形成在台面中的焊接槽平移的激光测微计，并且其中激光测微计可部署成在其初始对准期间测量预浸料件的端部边缘和预浸料层的端部边缘之间的间隙；

图27是在使预浸料件对准之后的焊接站的立体图，并且示出了激光测微计的收缩以及一对焊靴在上游夹紧杆和下游夹紧杆之间中的向下延伸；

图28是焊靴的立体图，其延伸成沿着预浸料件与预浸料层的抵靠端部边缘滑动并接触所述抵靠端部边缘，以形成用于结合所述抵靠端部边缘的焊缝；

图29是沿着图26的线29-29截取的焊接系统的截面图，并且说明了可部署的激光测微计以使发射器和接收器分别位于台面的上面及下面并由连杆联接，以可旋转的方式将发射器和接收器部署到位用以测量预浸料件的和预浸料层的端部边缘之间的间隙；

图30是图29的激光测微计的发射器和接收器的立体图，并且示出了联接到传感器导轨的连杆用以调节激光测微计相对于待焊接在一起的预浸料件的侧边缘和预浸料层的横向地点；

图31是沿着图28的线31-31截取的焊接系统的截面图，并且说明了发射器和接收器旋转进入收缩位置，以允许将支持砧安装在台面下方而延伸穿过台面中的焊接槽且支撑预浸料件和预浸料层的下侧，从而抵抗在形成焊缝期间由焊靴沿着抵靠端部边 缘施加的向下压力；

图32是检查焊缝是否存在全厚度间隙的检查系统的实例的俯视立体图；

图33是检查系统的另一立体图，示出了台面的下侧并且示出了用于使分别安装在台面的上面及下面用以检查焊缝的全厚度间隙的光纤传感器和接收器的同步移动的滑轮系统；

图34是示出材料推进器实例的机器的台面的俯视立体图，所述材料推进器具有用于在形成焊缝之后推进预浸料层的上推进器杆；

图35是示出下推进器杆的台面的下侧的仰视立体图，所述下推进器杆可操作地联接到上推进器杆用以推进预浸料层；

图36是具有相对于预浸料层的纵向方向以45°角度定向以形成45°材料卷的焊接系统的机器实例的俯视图；

图37是用于将焊接系统相对于预浸料层的纵向方向的枢转进入到多个取向中的任一个取向的一对弧形导轨的立体图；

图38是具有用于形成两个离轴材料卷的单个机器人和两个焊接站的离轴材料卷制造机器的实例的立体图；

图39是具有可包括在制造离轴单向热塑性预浸料材料卷的方法中的一个或多个操作的流程图。

具体实施方式

现在参照附图，其中示出内容出于说明本公开的各种实施方式的目的，图1示出的是用于制造离轴单向热塑性预浸料材料卷的机器100的实例的框图。单向热塑性预浸料材料可包括预浸有热塑性基质材料162(图8)的多个增强纤维160(图8)。机器100可通过缝焊单向热塑性预浸料件172的端对端串联来制造离轴单向热塑性预浸料材料的长度。预浸料件172可初始由具有单向纤维160的0°单向热塑性预浸料材料卷(图9)切割而成，大多数单向纤维160可平行于0°材料的纵向方向188(图2)定向。预浸料件172可由期望大小和几何形状的供应器提供。

由本文中公开的机器和方法制造的离轴材料卷(例如，参见图8和图11)可包括与材料的纵向方向188不平行定向的纤维160(图8)。有利地，这样的离轴材料卷可允许热塑性复合材料部件的自动化制造。例如，离轴材料卷可装载到自动铺带设备(未 示出)中，诸如用于分配离轴材料以形成带有期望的层片堆叠顺序的复合铺放件的自动铺带(ATL)机器。本文中公开的机器和方法有利地以相对较高速率并以高精度水平及操作参数的可控性来执行热塑性预浸料件172的缝焊。所述机器和方法可包括用于检查焊缝166以维持最终离轴预浸料材料的高质量水平的一个或多个检查操作。虽然在通过使用材料卷绕器480将已焊接的预浸料层180卷绕到芯部482(图4)上而形成材料卷的背景下进行描述，但是所述机器和方法还可针对形成离轴单向热塑性预浸料材料的未卷起长度(未示出)进行实施。

在图1中，机器100可包括机器人120，机器人120可由控制器192控制，用于将预浸料件172相对于已存在的预浸料层180的端部182(图12)定位并对准。在启动形成离轴预浸料材料的过程时，已存在的预浸料层180可包括第一预浸料件172，第二预浸料件172可使用本文中公开的机器和方法缝焊到第一预浸料件172。机器人120可包括一个或多个臂124、126(图2)，用于将预浸料件172定位成邻近已存在的预浸料层180的端部边缘184。在这方面，控制器192可控制机器人120：从输入料斗136的预浸料堆叠170(图4)拾取最上面的预浸料件172，并且将预浸料件172定位成邻近预浸料层180的端部182。

机器100可包括对准系统200，对准系统200可包括视觉系统202，视觉系统202包括一个或多个光学传感器204(图4)。在一个实例中，视觉系统202可包括一个或多个激光测微计210，该激光测微计210被构造成测量每个新的预浸料件172的端部边缘174(图12)与已存在的预浸料层180的端部边缘184(图12)之间的间隙或距离。在一些实例中，对准系统200还可包括一个或多个光学传感器204，该光学传感器204用于测量新的预浸料件172的侧边缘176(图15)与已存在的预浸料层180的侧边缘186(图15)或代表预浸料层180的侧边缘186的指标特征112(图12)之间的间隙或距离。虽然在激光测微计210的背景下描述对准系统200的光学传感器204，但是光学传感器204可设置在任何类型的构造中，包括静态相机和/或视频相机、光纤传感器以及用于测量两个对象之间的间隙的任何其它类型的传感器。

在图1中，机器100可包括焊接系统318，焊接系统318被构造成形成将每个新的预浸料件172的端部边缘174结合到已存在的预浸料层180的端部边缘184的焊缝166。焊接系统318可包括一个或多个焊靴328，焊靴328被构造成沿着预浸料件172和预浸料层180的抵靠端部边缘174、184施加热。焊靴328可加热，使得当放置成 与预浸料件172和预浸料层180接触达到预定的时间段时，预浸料件172和预浸料层180的固体热塑性基质可能暂时熔化或者减小焊靴328与预浸料件172和预浸料层180相接触的地点处的粘度。抵靠端部边缘174、184的熔化或粘度减小的热塑性材料可至少部分地混杂，使得当焊靴328被从抵靠端部边缘174、184去除时，热塑性基质可冷却并重新固化，以形成可将预浸料件172永久地粘结到预浸料层180的焊缝166。

机器100还可包括检查系统402，检查系统402可位于焊接系统318的下游。检查系统402可被构造成扫描新形成的焊缝166，以确认不存在沿着焊缝166的长度的全厚度间隙。机器100可另外包括材料推进器450，材料推进器450被构造成在形成每个焊缝166之后定期推进预浸料层180，使得预浸料层180的端部边缘184在预浸料件172的端部边缘174以前可移动成与焊接站300对准。机器100还可包括材料卷绕器480，材料卷绕器480被构造成当新的预浸料件172连续地焊接到预浸料层180的端部边缘184时将已焊接的预浸料层180卷绕到卷轴或芯部482上。预浸料层180可卷绕到芯部上，以形成可诸如通过从自动铺带(ATL)机器分配离轴材料而在复合铺放件过程中使用的离轴材料卷。

图2是离轴预浸料材料卷制造机器100的实例的立体图，示出了可包括在机器100中的部件的布置。图3和图4是图2的机器100的相应俯视图和侧视图。机器人120示出为具有基座122，基座122可安装到机器100的台面104。台面104可支撑在框架上，该框架可支撑在制造设施的地板上。在未示出的实例中，机器人120可替代地安装到车间或除台面104之外的固定物。

仍参照图2至图4，机器人120可构造为具有基座122和至少一个臂124、126的拾取和放置设备。在示出的实例中，机器人120包括以可旋转的方式联接到基座122的第一臂124，并且包括以可旋转的方式联接到第一臂124的第二臂126。然而，机器人120可非限制性地设置成任何构造，并不限于图中示出的布置。机器人120的臂126可包括真空头128，真空头128被构造成从输入料斗136拾取预浸料件172，并且将预浸料件172放置成邻近已存在的预浸料层180的端部182。输入料斗136可位于机器100的装载站134处并且可构造成支撑包含任何数量的预浸料件172的预浸料堆叠170。预浸料件172可由0°单向热塑性预浸料材料卷切割成期望的构造，并且可手动地或自动地装载到输入料斗136中。

输入料斗136可包括用于包含预浸料件172的一个或多个导板138。导板138可安装到台面104并且可大致竖直定向且由相对刚性的金属和/或非金属材料形成。导板138可构造成当预浸料件172在输入料斗136中彼此上下堆叠时提供用于指示预浸料件172的侧边缘176和/或端部边缘174的特征。导板138是可调节的，用以容纳任何大小和几何形状的预浸料件172。

机器人120能以通信方式(communicatively)联接(例如，硬连线和/或无线地联接)到控制器192。控制器192可安置在控制柜194内。然而，控制器192或控制器192的各种子部件可并入机器100的一个或多个部件中。例如，机器人120可包括专用控制器192，专用控制器192能以通信方式联接到用于与由机器人120的专用控制器192对机器人120的控制同步地控制机器100的其它部件(例如，焊接系统318、检查系统402、材料推进器450、材料卷绕器480，等等)的控制系统。

在一个实施方式中，控制器192可以是构造成控制机器人120的可编程逻辑控制器192。在一些实例中，用于控制机器人120的控制器192还可构造成控制机器100的其它部件和/或系统，诸如预焊接对准系统200、焊接系统318、焊后检查系统402、材料推进器450和材料卷绕器480。控制器192可包括操作界面196，操作界面196被构造成允许监测和/或调节机器100的部件和/或系统的一个或多个操作参数。在示出的实例中，操作界面196可整合到显示屏198中，显示屏198可构造为触摸屏。替代地或另外地，操作界面196可包括键盘或任何数量的开关、旋钮、控制杆、转盘或允许调节机器100的一个或多个操作参数的其它调节装置。显示屏198可显示机器100的部件和/或系统的操作参数的图形和/或数字表示。例如，显示屏198可显示：预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的预焊接对准间隙的尺寸；预浸料件172的侧边缘176相对于预浸料层180的平行度；以及如由对准系统200探测并测量的代表预浸料件172相对于预浸料层180的位置和取向的其它值。

显示屏198还可显示指示与焊接系统318的操作关联的一个或多个焊接参数(例如，操作参数)的状态的图形和/或数字表示，包括但不限于：焊靴温度、焊靴压力、焊靴停留周期、焊靴速度及诸如可收缩的支持砧330的位置和温度的其它焊接参数，支持砧330可沿着抵靠端部边缘刚好在预浸料件172和预浸料层180下延伸到位，以对抗在形成焊缝166期间由焊靴328施加到预浸料件172和预浸料层180上的压力而提供支持表面。焊接系统318能以通信方式联接到控制器192用以控制焊靴328和支 持砧330的操作，并且可进一步以通信方式联接到检查系统402。显示屏198还可显示在检查每个焊缝166的过程中代表检查系统402的操作的一个或多个参数。例如，在由检查系统402探测焊缝166中的间隙时，显示屏198可生成数字、图形和/或听觉警报。显示屏198还可显示指示沿着焊缝166的间隙的地点的信息。

仍参照图2至图4，对准系统200可邻近焊接系统318定位。在示出的实例中，对准系统200可安装到台面104并且可包括视觉系统202(图13)，视觉系统202包括光学传感器204，光学传感器204被构造成探测并测量预浸料件172的端部边缘174和/或侧边缘176相对于预浸料层180的端部边缘184和/或侧边缘186的地点和取向。对准系统200可生成代表预浸料件172和预浸料层180的相对位置的位置信号。控制器192可接收所述位置信号，并且可计算预浸料件172的对准位置。控制器192可命令机器人120将预浸料件172平移和/或重新定向到对准位置中，使得预浸料件172的端部边缘174和预浸料层180的端部边缘184被放置成在致动焊靴328(图5)而形成焊缝166(图5)以结合抵靠端部边缘174、184之前沿着抵靠端部边缘174、184的长度的相当一部分(例如，沿着长度的至少50％)抵接或在至少0.030英寸内。另外，由机器人120将预浸料件172移入对准位置还可导致预浸料件172的侧边缘176平行于(例如，在0.05°内)和/或对准(例如，在0.030英寸内)预浸料层180的侧边缘186(可由指标特征112(例如，指标射束或栅栏)代表，预浸料层侧边缘186可抵靠所述指标特征)而定向。

在示出的实例中，焊接系统318可支撑在可移动的桥312上，桥312可安装到位于桥312的相反两端处的一对桥导轨314。桥导轨314(图26)可联接到台面104。在将新的预浸料件172对准到预浸料层180并使可部署的光学传感器204收缩以测量待结合的端部边缘174、184之间的间隙之后，控制器192可命令一个或多个桥驱动电机316使桥312沿着平行于预浸料层180的纵向方向188的方向平移，以在抵靠端部边缘174、184上将焊靴328放置到位，此后，焊靴328可向下延伸成与预浸料件172和预浸料层180接触，从而形成焊缝166以结合端部边缘174、184。

检查系统402也可安装到可移动的桥312。如下面更详细描述的，检查系统402可包括一个或多个光学传感器204(例如，参见图13、图15、图26)，诸如光纤传感器408，用于在由材料推进器450推进预浸料层180以将最新形成的焊缝166从焊接站300移向检查站400之后扫描每个焊缝166的长度。检查系统402的光学传感器 204可安装到桥312，使得当桥312处于收缩位置时(例如，在将新的预浸料件172与预浸料层180对准期间)，光学传感器204可定位在最新形成的焊缝166上，以允许光学传感器204检查焊缝166的长度以检查间隙，这在下面描述。

材料推进器450可位于焊接系统318的下游和/或检查系统402的下游。在示出的实例中，材料推进器450可构造成暂时夹紧预浸料层180并沿着预浸料层180的纵向方向188拉动预浸料层180。材料推进器450可包括上推进器杆452(图34)和下推进器杆454(图35)，上推进器杆452和下推进器杆454被构造成在形成每个焊缝166之后横跨预浸料层180的宽度夹紧。上推进器杆452和下推进器杆454可将预浸料层180拉向材料卷绕器480，使得预浸料层180的端部边缘184在焊接系统处移动到位，准备将新的预浸料件172对准并焊接到预浸料层180的端部边缘184。

在图2至图4中，材料卷绕器480可包括芯部，该芯部可由芯部驱动电机484驱动，用以将预浸料层180定期卷绕到芯部482上。芯部驱动电机484可与材料推进器450的操作同步进行操作。在接到控制器192的命令时，芯部驱动电机484可使芯部482旋转，用以在将每个新的预浸料件172焊接到已存在的预浸料层180之后与预浸料层180的推进同步地卷绕已焊接的预浸料层180。材料卷绕器480可包括一个或多个辊486，以便于将预浸料层180卷绕到芯部482上。例如，辊486可安装到台面104的端部，以朝向另一辊486向下引导预浸料层180，另一辊486被构造成在预浸料层180中施加预定的张紧量，以便于卷绕到芯部482上。

图5是机器100的焊接系统318和对准系统200的实例的立体图。如上面指示的，对准系统200可包括一个或多个光学传感器204(图13)。在示出的实例中，一个或多个光学传感器204可安装到一个或多个传感器支撑件224(例如，参见图26)，传感器支撑件224可固定地联接到台子102。光学传感器204可包括发射器212(图13)，发射器212被构造成将光束220向下发送到预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184和/或侧边缘176、186上。如下面描述的，每个光束220均可具有已知的光束宽度222(图13)并可穿过形成在台面104中的对准槽106。在示出的实例中，每个发射器212均可定位在台面104的上方，并且接收器214(图13)可定位在台面104的下方。然而，发射器212可位于台面104下方，并且接收器214可位于台面104的上方。

在示出的实例中，台面104可包括对准槽106(例如，参见图14和图26)，对准 槽106平行于预浸料层180的侧边缘186定向，以允许由一个或多个光学传感器204的发射器212发出的一个或多个光束220穿过，用以测量预浸料件172的侧边缘176与预浸料层180的侧边缘186的对准。台面104也可包括对准槽106(例如，参见图5A、图13和图26)，对准槽106平行于预浸料层180的端部边缘184定向，以允许一个或多个光束220穿过，用以测量预浸料件172的端部边缘174与预浸料层180的端部边缘184的对准。每个激光测微计210的每个发射器212均可包括接收器214，接收器214安装在台面104的与发射器212(例如，安装在台面104的上方)相反的那一侧(例如，安装在台面104的下面)并被构造成接收由发射器212发出的光束220。如下面更详细描述的，照在接收器214上的光束220的光束宽度222可指示预浸料件172的端部边缘174(或侧边缘176)相对于预浸料层180的相应端部边缘184(或侧边缘186)之间的间隙的大小。间隙测量数据被提供给控制器192，用以控制机器人120来调节预浸料件172的位置和取向，直到预浸料件172的端部边缘174基本抵靠(例如，在0.030英寸内)预浸料层180的端部边缘184，并且使得预浸料件172的侧边缘176以预定的公差(例如，在0.5°内，并且更优选地，在0.05°内)对准(例如，在0.030英寸内)且平行于预浸料层180的侧边缘186。

图5、图5A和图26还示出了用于在对准操作期间和/或在焊接操作期间将预浸料件172和/或预浸料层180保持就位的一个或多个机构。在示出的实例中，下游夹紧杆306可在对准并定位新的预浸料件172期间抵着台面104将预浸料层180夹紧就位。上游夹紧杆302可在将预浸料件172与预浸料层180对准之后抵着台面104将预浸料件172夹紧就位。上游夹紧杆302和下游夹紧杆306可在焊接抵靠端部边缘174、184期间继续将相应的预浸料件172和预浸料层180夹紧到台面104。

图5A是真空头128以及将预浸料件172夹紧就位的上游夹紧杆302的放大视图。还示出了安装在连杆216上的一个激光测微计210，连杆216穿过对准槽106。激光测微计210示出为以可旋转的方式部署到位，用以测量每个新的预浸料件172的端部边缘174(图12)和已存在的预浸料层180的端部边缘184(图12)之间的间隙，这在下面更详细描述。图5A还示出了上游夹紧杆302，上游夹紧杆302可包括构造成与多个间隔开的指132配合的多个间隔开的脚304，指132可包括在真空头128的一个或多个侧面上。这样的布置可允许真空头128在上游夹紧杆302下方插入预浸料件172的端部边缘174，直到预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184大致抵接。 上游夹紧杆302然后可向下延伸，直到上游夹紧杆302的脚304向下移入真空头128的指132之间的间隙中，以将预浸料件172夹紧到台面104，此后通向真空头128的真空压力可停止作用(deactivate)，从而允许真空头128释放预浸料件172。虽然未示出，但是上游夹紧杆302的一个或多个脚304的底表面可包括防护(例如，橡胶或其它粘弹性材料)垫，以保护预浸料件172防止出现压痕或标记断开。

上游夹紧杆302和/或下游夹紧杆306可诸如通过使用可由控制器192控制的一个或多个气缸(未示出)以气动方式致动。气缸可位于台面104下方并且可定位在夹紧杆302、306中的每个的相反两端上。机器100可包括气动系统(未示出)，所述气动系统可包括压缩空气罐或蓄能器。所述气动系统可构造成提供空气压力，用以操作一个或多个气动致动器，诸如用以致动焊靴328、夹紧杆302、306、材料推进器450及其它部件，和/或用以将真空压力提供给机器人120的真空头128来拾取预浸料件172。在夹紧杆302、306的替代中，预浸料层180和/或预浸料件172可使用真空压力在台面104上固定就位。例如，台面104可包括多个真空孔(未示出)，用以在对准操作、焊接操作和/或检查操作期间将预浸料层180和/或预浸料件172抽吸到台面104。

图6是0°材料卷150的俯视立体图，由此预浸料件172可在分离过程中诸如由供应器沿着预浸料切割线164切割而形成单独的预浸料件172(图7)。在图6中，预浸料切割线164相对于0°材料卷150的纵向方向188以90°定向。如上面指示的，0°单向热塑性预浸料包括预浸有热塑性基质材料的单向纤维。大多数纤维160平行于0°材料的纵向方向188定向。纤维160可由以下材料中的任一种形成：芳纶、聚烯烃、金属、玻璃、碳、硼、陶瓷、矿物以及各种其它材料或材料组合中的任一种。热塑性基质162可提供在以下材料成分中的至少一种中：丙烯酸树脂、碳氟化合物、聚酰胺(PA)、诸如聚对苯二甲酸乙酯(PET)的聚乙烯(PE)、聚酯、聚丙烯(PP)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚酮酮(PEKK)、聚醚酰亚胺(PEI)及其它材料成分。0°材料卷150以及因此预浸料件172可设置成任何厚度，诸如从0.0025到0.0175英寸以上。

图7说明了可沿着图6的预浸料切割线164通过供应器由0°材料卷150切割并旋转90°而形成的预浸料件172。0°材料卷150可设置成0°卷宽度152。预浸料切割线164之间的距离决定了每个预浸料件172的离轴卷宽度158。预浸料件172可由供 应器设置成期望的0°卷宽度152、离轴卷宽度158和几何形状(例如，矩形、方形、梯形)，并设置在纤维160和基质162的期望的材料系统中。多个预浸料件172可手动地或自动地装载到机器100的输入料斗136中(图2至图4)。

图8是90°材料卷156的实例的俯视立体图。通过以端对端关系将如图7所示构造的一系列预浸料件172焊接在一起，90°材料卷156可使用本文中公开的机器100和方法形成。90°材料卷156具有由在0°材料卷150上的预浸料切割线164之间的距离决定的离轴卷宽度158。

图9是具有预浸料切割线164的0°材料卷150的俯视立体图，预浸料切割线164相对于0°材料卷150的纵向方向188以45°定向。图10说明了预浸料件172，预浸料件172可沿着图9的预浸料切割线164通过材料供应器从0°材料卷150切割而成，并且在图10中显示为旋转45°。预浸料件172具有离轴卷宽度158，离轴卷宽度158由预浸料切割线164之间的法向距离限定。如上面指示的，预浸料件172可在离线过程中由材料供应器提供。0°材料卷150可被提供为刚开始为3至24英寸以上的0°卷宽度152且0.0025至0.0175英寸以上的厚度。

图11是45°材料卷154的实例的俯视立体图，其可使用本文中公开的机器100和方法通过以端对端关系将图10的一系列预浸料件172焊接在一起而形成。离轴卷宽度158可处于从2至40英寸以上的范围内。如下面更详细描述的，机器100可包括材料卷绕器480，材料卷绕器480被构造成将预浸料层180卷绕到芯部上以实现从3至12英寸以上的最终材料卷直径。

如可认识到的，具有除45°和90°之外的纤维角度(例如，15°、22.5°、30°、60°、75°，等等)的离轴材料卷还可使用本文中公开的系统及方法通过将适当几何形状和纤维取向的预浸料件172装载到机器100的输入料斗136中以及调节焊接系统318的取向以对应于预浸料件172的纤维角度而形成。在这方面，在图36至图38中示出并在下面描述的可选实施方式中，机器100可包括将焊接系统枢转到期望取向的能力。

图12是机器人120的臂的实例的示意图，其将预浸料件172定位成邻近预浸料层180的端部182。控制器192可初始命令机器人120将真空头128定位在包含于输入料斗136中的预浸料堆叠170的上方，然后降低真空头128使之接触预浸料堆叠170的顶部预浸料件172。真空头128可包括真空板，所述真空板被构造成提供为了准确放置预浸料件172而防止弯曲的相对刚性表面。所述真空板可具有不粘涂层，并 且可包括以下阵列：真空孔、真空端口130或可流体联接到真空源(例如，真空泵，未示出)的真空杯。在一些实例中，真空头128可包括真空歧管(未示出)，所述真空歧管可允许选择真空端口130中的某一些，以接收与将由真空头128处理的预浸料件172的大小对应的真空压力。

当真空压力施加到真空头128时，抽吸力可提起预浸料件172并将预浸料件172保持在真空板上。当去除真空压力时，真空头128可诸如在预浸料件172相对于预浸料层180被定位并且在启动焊接操作之前被夹紧到台面104之后释放预浸料件172。真空头128的大小被确定并构造成与输入料斗136中的预浸料件172的大小和形状互补。真空头128可包括快换接头(未示出)，以便于将一种大小和/或形状的真空头128快速手动或自动(例如，通过控制器的命令)地换为另一种大小和/或形状的真空头128。虽然本公开描述的是使用真空来拾取并放置预浸料件172，但是各种其它技术中的任一种都可实施来相对于预浸料层180将预浸料件172拾取并放置到位。例如，虽然未示出，但是机器人120可包括头，所述头被构造成机械地接合(例如，拾取并释放)预浸料件172而无需使用真空压力。

图12还说明了对准系统200的多个光学传感器204。光学传感器204可探测或感测新的预浸料件172相对于已存在的预浸料层180的地点和/或取向，并且可生成代表预浸料件172的相对地点和/或取向的位置信号。所述位置信号可在周期性基础或连续基础(例如，实时)上发射到控制器192。在这方面，控制器192可使用来自光学传感器204的反馈(例如，连续位置信号)，用以在预浸料层180的端部边缘184和/或侧边缘186的预定公差内定位预浸料件172的端部边缘174和/或侧边缘176。如下面更详细描述的，控制器192可命令机器人120在沿着抵靠端部边缘174、184的一个或多个地点处将预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184移动成大致抵接(例如，在0.030英寸内)，并且不会产生端部边缘174、184之间的重叠420。

预浸料层180的侧边缘186可定位成与指标特征112(诸如指标射束或栅栏)大致抵接，指标特征112可附于机器100的台面104。指标特征112可延伸经过预浸料层180的端部边缘184，并且可提供使预浸料件172的侧边缘186可基于由对准系统200的一个或多个光学传感器204提供的间隙测量数据来对准并定位成大致抵接的表面。通过将预浸料件172的侧边缘176与指标特征112对准，预浸料件172和预浸料层180的侧边缘可对准且笔直，当卷绕在芯部482(例如，图8和图11)上时，这可有利 地导致成品材料卷的侧面平坦。

图13是构造为激光测微计210的光学传感器204的截面图，其可包括在对准系统200中用以测量预浸料件172的端部边缘174和预浸料层180的端部边缘184之间的间隙226。对准系统200可包括一对光学传感器204(例如，第二对208激光测微计210，参见图15)，用以测量预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙226。如下面描述的，第一对206激光测微计210可测量预浸料件172和预浸料层180的侧边缘176、186之间的间隙228。

在图13中，一个激光测微计210可在指标特征112附近定位成邻近预浸料层180的侧边缘186。另一激光测微计210可定位在预浸料层180的相反侧边缘186附近。这一对激光测微计210可测量预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙226。来自激光测微计210的间隙测量可提供给控制器192，控制器192可计算由机器人120将预浸料件172的端部边缘174定位成与预浸料层180的端部边缘184大致抵接(例如，在0.05英寸内)所需要的平移量。另外，来自这一对激光测微计210的间隙测量可由控制器192用于计算由机器人120将预浸料件172的端部边缘174定向为与预浸料层180的端部边缘184平行对准(例如，对准到0.5°内，并且更优选地，对准到0.05°内)所需要的旋转量。

如图13所示，每个激光测微计210均可包括用于发出光束220的发射器212，光束220可由与发射器相反定位的接收器214接收。发射器212可定位在台面104的上面的某一地点处，使得光束220与预浸料层180的侧边缘186重叠。当机器人120将预浸料件172移动得足够接近预浸料层180的端部边缘184(例如，在1英寸内，并且更优选地，在0.25英寸内)时，光束220还可照在预浸料件172的端部边缘174上。光束220的未被预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184阻挡的部分可穿过对准槽106并照在位于台面104下方的接收器214上。照在接收器214上的光束220的光束宽度222可代表预浸料层180的端部边缘184和预浸料件172的端部边缘174之间的间隙大小。激光测微计210可向控制器192发射代表所述间隙测量的位置信号。控制器192可基于所述间隙测量来计算预浸料件172相对于预浸料层180的对准位置，并且可命令机器人120将预浸料件172移动到(例如，平移和/或旋转)对准位置，使得预浸料件172的端部边缘174和预浸料层180的端部边缘184沿着端部边缘174、184的长度的相当一部分大致抵接。

图14是激光测微计210的截面图，其可包括在对准系统200中，用以测量预浸料件172的侧边缘176和指标特征112(对应于预浸料层180的侧边缘186)之间的间隙228。如上面指出的，指标特征112可包括附于台面104的指标射束或栅栏。替代地，指标特征112可包括标记(未示出)(例如，台面104上的蚀刻标志或图形标记)，所述标记可由光学传感器204探测。预浸料层180的侧边缘186可定位成与指标特征112大致抵接或对准。对准系统200可包括第二对208光学传感器204，诸如第二对208激光测微计210(例如，参见图5和图15)，用以测量预浸料件172的侧边缘176和指标特征112之间的间隙228。每个激光测微计210均可发出光束220，光束220可被指标特征112和预浸料件172的侧边缘176局部地阻挡。光束220的剩余部分可穿过对准槽106并照在接收器214上以生成间隙测量。来自第二对208激光测微计210的间隙测量可提供给控制器192，控制器192可计算将预浸料件172的侧边缘176定位成与指标特征112大致抵接所需要的平移量和旋转量，并且使得预浸料件172的侧边缘176在预定的角度公差内(例如，大约0.05°)平行于指标特征112的侧边缘186。

图15是对准系统200的俯视图，其具有第一对206光学传感器204和第二对208光学传感器204(例如，激光测微计210)，用以测量预浸料件172相对于预浸料层180的地点和取向。机器人120可被编程来初始定位每个预浸料件172，使得预浸料件172的端部边缘174和侧面位于预浸料层180的相应端部边缘184和侧边缘186的预定距离内且位于预定的平行度内。机器人120相对于预浸料层180来初始定位预浸料件172的接近度可取决于由激光测微计210发出的光束220的标称光束宽度222。例如，针对大约1英寸的标称光束宽度222，机器人120可被预先编程来初始定位预浸料件172，使得预浸料件172的端部边缘174和侧边缘176距预浸料层180的相应端部边缘184和侧边缘186(经由指标特征112)0.5英寸内。光束220的更宽的光束宽度222(例如，2英寸)可允许更大的公差(例如，在1英寸内)来进行预浸料件172相对于预浸料层180的初始定位。

图16示出了在控制器192的命令下由机器人120使预浸料件172旋转。基于由第一对206和第二对208激光测微计210提供的间隙测量数据，控制器192可计算机器人120使预浸料件172取向的修正角度和旋转方向，使得预浸料件172的侧边缘176在预定公差内平行于预浸料层180的侧边缘186(经由指标特征112)。例如，预浸料件172的端部边缘174和侧边缘176可定向为与预浸料层180的相应端部边缘184 和侧边缘186大约成0.05°内。控制器192可构造成倘若超过角度公差(例如，0.05°)则生成提醒或警报来通知操作者。警报可以是听觉警报或可显示在控制柜194的显示屏198上的视觉警报。

图17示出了由机器人120使预浸料件172平移，以将预浸料件172的侧边缘176定位成与指标特征112大致抵接。控制器192可基于由第一对206激光测微计210提供给控制器192的位置信号的间隙测量数据来命令机器人120的操作。在一些实例中，激光测微计210可包括放大器，所述放大器用于在机器人120为了使侧边缘176接触指标特征112而将预浸料件172平移计算出的间隙距离时向控制器192提供关于当前间隙测量的实时反馈。

图18示出了由机器人120使预浸料件172平移，以将预浸料件172的端部边缘174定位成与预浸料层180的端部边缘大致抵接。机器人120可基于由第一对206光学传感器204提供给控制器192的间隙测量数据使预浸料件172平移。在本文中公开的任一个实例中，用于定位预浸料件172的光学传感器204可将实时(例如，连续)间隙测量数据提供给控制器192，以允许控制器192基于实时间隙测量数据来动态调节机器人120的运动。另外，预浸料件172的端部边缘174和/或侧边缘176可定位在预浸料层180的相应端部边缘184和/或侧边缘186的预定公差内(例如，在0.030英寸内)，并且可能不必要放置成与预浸料层180的相应端部边缘184和/或侧边缘186大致抵接。在一些实例中，控制器192可构造成倘若超过间隙公差(例如，0.030英寸)则生成警报来通知操作者。

预浸料件172的定位准确性可至少部分地取决于激光测微计210的分辨率和机器人120的运动分辨率(优选地彼此匹配)。例如，激光测微计210可限于测量不小于0.005英寸的间隙，并且机器人120可限于将预浸料件172定位到由控制器192计算的位置的0.005英寸内。利用这样的公差，预浸料件172的端部边缘174和/或侧边缘176可定位在预浸料层180的相应端部边缘184和/或侧边缘186的0.005英寸内。如可认识到的，激光测微计210和机器人120的更小分辨率可允许相对于预浸料层180更准确地定位预浸料件172，对离轴预浸料的生产速率有潜在影响。

图19是对准系统200的另一实例的俯视图，其包括第一对206和第二对208光学传感器204并包括额外光学传感器204以实现预浸料件172的离轴卷宽度158(例如，参见图7)的测量。额外光学传感器204可构造为具有发射器212的激光测微计 210，发射器212可将光束220向下发送到与由第二对208激光测微计210测量的侧边缘176相反的侧边缘176上。光束220可穿过形成在台面104中的额外对准槽106(未示出)并且可照在接收器214上，然后可根据相反的侧边缘176的激光测微计210基于额外激光测微计210的已知距离来生成长度测量。控制器192可构造成倘若预浸料件172的离轴卷宽度158超过已存在的预浸料层180的离轴卷宽度158达到预定量(例如，多于0.050英寸)则生成警报来通知操作者。

图20是对准系统200的另一实例的俯视图，其包括单个光学传感器204用于测量预浸料件172的侧边缘176相对于指标特征112的位置，并包括第一对206光学传感器204用于测量预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙。机器人120可被预先编程，以在输入料斗136处从预浸料堆叠170拾取预浸料件172，并且在预浸料层180的自由端处预先定位预浸料件172。图20中的光学传感器204可构造为激光测微计210或能够生成间隙测量并向控制器192发射位置信号的其它类型的光学传感器204。

图21示出了预浸料件172的由机器人120进行的旋转，使得预浸料件172的端部边缘174平行于预浸料层180的端部边缘184定向。旋转角度和旋转方向可基于由第一对206光学传感器204提供给控制器192的间隙测量数据而由控制器192计算。

图22示出了预浸料件172的由机器人120朝向指标特征112的平移，使得预浸料件172的侧边缘176移动成与指标特征112大致抵接。如上面指出的，指标特征112代表可抵靠指标特征112的预浸料层180的侧边缘186。光学传感器204可将间隙测量的连续反馈提供给控制器192，以允许控制器192在指标特征112附近的那一侧调节机器人120的运动。

图23示出了预浸料件172的由机器人120朝向预浸料层180的平移，使得预浸料件172的端部边缘174移动成与预浸料层180的端部边缘184大致抵接。机器人120的平移可使用提供在由第一对206光学传感器204发射到控制器192的位置信号中的间隙测量数据由控制器192进行计算。在一个实例中，机器人120可构造成将预浸料件172的端部边缘174定位到预浸料层180的端部边缘184的大约0.030英寸内，但是预浸料件172可定位成使得预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184间隔开大于0.030英寸的间隙。

图24是间隙探测器404的俯视图，其可位于机器100的检查站400处。在形成 每个焊缝166之后，预浸料层180可沿着台面104被推进，以将最新形成的焊缝166定位在可形成在台面104中的检查槽110(图25)上。检查槽110可横向于预浸料层180的纵向方向188或平行于焊缝166的取向定向。

图25是构造为光纤传感器408的间隙探测器404的实例的截面图，光纤传感器408包括扫描器接收器410，扫描器接收器410用于接收由光纤传感器408发出的扫描器射束412。间隙探测器404可定位在台面104之上以及焊缝166之上。扫描器接收器410可位于台面104下方并且定位在光纤传感器408正下方。当光纤传感器408将扫描器射束412向下连续发送到焊缝166上时，光纤传感器408和扫描器接收器410可沿着每个新产生的焊缝166的长度一致地平移。扫描器射束412可沿着其中预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184彼此抵靠的地点被引导。在一些实例中，扫描器射束412可具有小于1英寸的宽度。然而，光纤传感器408可构造成非限制性地发出任何宽度的扫描器射束412。

全厚度间隙(未示出)可在扫描器射束412穿过焊缝166和检查槽110并照在扫描器接收器410上的任何地点处在焊缝166中被检测到。扫描器接收器410可记录扫描器射束412照射并生成一信号，该信号可发射到控制器192以生成警报来提醒操作者。警报可以是听觉的和/或视觉的，诸如警告灯。在接收到警报时，操作者可停止离轴预浸料材料制造过程，以允许手动地检查全厚度间隙。在一些实例中，所述信号可包括指示沿着焊缝166的全厚度间隙的地点的信息。间隙探测器404可构造成在将新的预浸料件172与预浸料层180对准的同时扫描最新形成的焊缝166。

图25另外说明了至少一个重叠传感器416，其可包括在用于探测最新形成的焊缝166中是否存在重叠420的检查系统402中。在示出的实例中，一个或多个重叠传感器416可位于焊接站300和检查站400之间。然而，重叠传感器416可定位在沿着预浸料层180的长度的任何地点处(包括从检查站400起的下游)。当预浸料层180沿着台面104被推进以将最新形成的焊缝166定位成与间隙探测器404对准时，重叠传感器416可测量预浸料层180的厚度。在一个实例中，重叠传感器416可构造为有能力测量降至2微米(例如，大约0.0001英寸)的厚度改变的高精度数字接触传感器。在一些实例中，机器100可包括邻近预浸料层180的每个侧边缘186的重叠传感器416。每个重叠传感器416均可从预浸料层180的侧边缘186起在内侧达数英寸定位。然而，任何数量的重叠传感器416都可定位在沿着预浸料层180的宽度的任何地点处。

重叠传感器416均可包括末端418，末端418可定位在预浸料层180的顶表面正上方。末端418可定位成与预浸料层180的顶表面处于接触关系或者在预浸料层180的顶表面上方0.001英寸内。如果重叠420存在于焊缝166中，则当由材料推进器450使预浸料层180沿着台面104推进时，预浸料层180的局部厚度增加(例如，由于重叠420)可接触到末端418。局部厚度增加可触发重叠传感器416向控制器192发出信号，用以生成警报来提醒机器操作者。可选地，所述信号可包括指示沿着焊缝166的重叠420的地点的信息，并且可显示在显示屏198上。在接收到警报时，操作者可停止机器100，以允许手动地检查重叠420。

图26至图28说明了使用一对焊靴328形成焊缝166以将预浸料件172结合到预浸料层180的工艺的实例。虽然示出了一对焊靴328，但是焊接系统318可包括任何数量的焊靴328，包括用于形成焊缝166的单个焊靴328。在一个实例中，焊接系统318可包括可容纳不同焊缝166长度的多个靴。焊靴328可设置在这样的长度中，即该长度可在为满足从启动对准工艺到结束焊接工艺的期望周期时间所需要的时间量内允许焊靴328沿着焊缝166的长度滑动。在未示出的另一实例中，焊接系统318可包括这样的单个焊靴328，即该单个焊靴328可限于竖直运动以将焊靴328放置成与预浸料件172和预浸料层180的顶表面接触。这样的单个焊靴328可设置在等于待形成焊缝的宽度的长度中，使得不需要焊靴328沿着焊缝166平移。

图26示出了安装在桥312上的焊接系统的焊靴328，桥312能在桥312的相反两端沿着桥导轨314平移，如上所述。桥312示出为处于收缩位置。一个激光测微计210示出为处于部署位置，以允许在对准过程中测量预浸料层180和预浸料件172的端部边缘174、184之间的间隙。如上所述，对准系统200可包括第一对206激光测微计210，其中每个激光测微计210均可定位成邻近预浸料层180的侧边缘186，用以测量预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙。

在图26中，在启动离轴材料形成过程之前，预浸料层180可由下游夹紧杆306抵着台面104夹紧就位。一个激光测微计210(例如，图26中最左边的激光测微计210)的位置可沿着对准槽106调节，使得连杆216位于预浸料件172的侧边缘176外侧。利用在对准过程中收缩的桥312，激光测微计210可通过使图29所示且在下面更详细描述的连杆216旋转而部署到示出的位置中。在将预浸料件172与预浸料层180对准的过程之后，上游夹紧杆302可致动为抵着夹紧台子将预浸料件172夹紧到位。

图27示出了通过使连杆216旋转而使可部署的激光测微计210收缩。还示出了将桥312沿着纵向方向188平移，以将焊靴328定位在预浸料层180和预浸料件172的抵靠端部边缘174、184上。所述抵靠端部边缘可位于上游夹紧杆302和下游夹紧杆306之间。在示出的实例中，控制器192可调节焊靴328的横向位置，使得焊靴328位于预浸料层180的宽度的大致中点处。然后，焊靴328可向下延伸到上游夹紧杆302和下游夹紧杆306之间的空间中，直到焊靴328沿着抵靠端部边缘174、184接触预浸料层180和预浸料件172的顶表面。

图28示出的是，焊靴328与预浸料件172和预浸料层180接触，并且沿着抵靠端部边缘174、184的顶表面从预浸料件172和预浸料层180的宽度的中点朝向预浸料件172和预浸料层180的相对的侧边缘176、186平移(例如，被牵引)。当横跨顶表面滑动时，焊靴328可将预定量的压力施加到预浸料件172和预浸料层180。由焊靴328施加的压力可由可收缩的支持砧330(例如，参见图31)来抵抗，支持砧330可经由形成在台面104中的焊接槽108延伸到位，这在下面更详细描述。然而，在其它实例中，可省略支持砧330。例如，预浸料件172和预浸料层180可由台面104支撑在以下地点的下方：在该地点，焊靴328沿着抵靠端部边缘174、184的长度将向下压力施加到预浸料件172和预浸料层180上。

焊靴328可被加热，使得当放置成与预浸料件172和预浸料层180接触足够的时间周期(例如，停留周期)时，预浸料件172和预浸料层180的固体热塑性基质的粘度可在焊靴328与预浸料件172和预浸料层180的接触地点处暂时减小。沿着抵靠端部边缘174、184的粘度减小的热塑性材料可至少部分地混杂，使得当焊靴328被去除时，热塑性基质可冷却并重新固化而形成可将预浸料件172粘结到预浸料层180的焊缝166。

图29是可部署的激光测微计210的实例的截面图，其用于在对准预浸料件172期间进行间隙测量。如上面指示的，激光测微计210可包括分别位于台面104的上方和下方并由连杆216联接的发射器212和接收器214。连杆216可旋转(例如，90°)，以将激光测微计210的发射器212和接收器214放置到位(例如，如图29所示)，从而在将焊靴328移动到位以形成焊缝166之前的对准过程中允许激光测微计210测量预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙。可部署的激光测微计210可旋转回(例如，参见图31)到收缩位置中，为焊靴328腾出空间以由可移动的 桥312平移到位，从而启动焊接过程。

图30示出了联接到传感器导轨218的连杆216，传感器导轨218安装到台面104的下侧。在启动形成离轴材料卷的过程之前，连杆216的地点以及因此激光测微计210的地点可通过激活伺服电机(未示出)以使连杆216沿着传感器导轨移动而调节成与预浸料层180的宽度互补。激光测微计210的位置可调节成使得连杆216被定位成紧邻新的预浸料件172的侧边缘176，而不干扰机器人120对预浸料件172的定位。激光测微计210优选地沿着侧边缘176定位，使得当使连杆216旋转以将激光测微计210部署到位进行间隙测量时，由激光测微计210发出的光束220将照在预浸料层180的端部边缘184以及预浸料件172上。

返回参照图29，示出了可收缩的支持砧330，支持砧330可安装在台面104下方并示出为处于收缩位置。支持砧330可沿着砧导轨332延伸和收缩，砧导轨332可相对于台面104以一定角度定向。在示出的实例中，支持砧330可构造成向左下移动远离焊接槽108而进入图29所示的收缩位置，以避免阻碍可部署的激光测微计210的间隙测量。在完成间隙测量过程之后，可部署的激光测微计210可通过使连杆216旋转而收缩。支持砧330可沿着砧导轨332向右上延伸而进入焊接槽108，直到支持砧330的上表面与台面104齐平，以支撑预浸料件172和预浸料层180抵抗由焊靴328施加的向下压力。

图29还示出了用于将焊靴328联接到桥312的布置的实例。每个焊靴328均可使用焊靴致动器326致动(例如，竖直延伸和收缩)成与预浸料层180和预浸料件172的顶表面接触。如上面指出的，焊靴致动器326能以气动方式被驱动，用以将焊靴328放置成与预浸料件172和预浸料层180的顶表面接触并且用以在形成焊缝166期间对着预浸料件172和预浸料层180施加压力。然而，可实施其它手段来延伸并收缩焊靴328。例如，焊靴致动器326可使用一个或多个电动机(未示出)的布置进行机电致动(例如，延伸和收缩)。

每一个焊靴致动器326还可联接到焊靴安装块320的一个或多个焊靴导轨324。在示出的实例中，每一个焊靴致动器326均可诸如借助伺服电机旋转螺旋千斤顶(未示出)(焊靴致动器326可联接至该螺旋千斤顶)彼此协调地独立移动。在焊靴328已被放置成与预浸料件172和预浸料层180接触之后，伺服电机可被致动成使每个焊靴328沿着一个或多个焊靴导轨324水平平移(例如，牵引)。在示出的实例中，每一个 焊靴328均可被初始定位在预浸料层宽度的大致中点处并且被朝向侧边缘186牵引而形成焊缝166。

仍参照图29，焊靴安装块320可经由一个或多个安装块导轨322联接到桥312。安装块导轨322提供用于容纳不同宽度的预浸料层180的手段，使得焊靴328可被初始定位在预浸料层宽度的中点。在示出的实例中，一对焊靴328可被初始定位成彼此紧邻。为了基于预浸料层180的新宽度来调节焊靴328的初始定位，一个或多个伺服电机(未示出)可由控制器192启动，从而将焊靴328定位在预浸料层宽度的大致中点处。

图31是焊接系统318的截面图，示出激光测微计210的发射器212和接收器214被旋转进入收缩位置，为焊靴328和支持砧330腾出空间。支持砧330示出为延伸穿过形成在台面104中的焊接槽108。支持砧330支撑预浸料件172和预浸料层180的下侧，抵抗在形成焊缝166期间由焊靴328沿着抵靠端部边缘174、184施加的向下压力。

每个焊靴328均可设置于跨在预浸料件172和预浸料层180的抵靠端部边缘174、184上的宽度中。在一个实例中，每个焊靴328均可具有以下宽度：小于大约1英寸，并且更优选地，小于大约0.5英寸。当被竖直致动到位时，每个焊靴328的宽度优选地在预浸料件172和预浸料层180之间被等分。每一个焊靴328的底表面可呈大致矩形形状并且可具有斜角或圆角，以防止热塑性材料的标记断开。

每个焊靴328均可沿着预浸料件172和预浸料层180的顶表面平移并且可同时将压力施加到抵靠端部边缘上。每一个焊靴328均可至少沿着焊靴的底表面被加热。在一个实例中，每个焊靴328均可设置有带加热器，所述带加热器可沿着焊靴328的长度延伸以均匀加热焊靴328的表面。所述带加热器可以是可联接到焊靴或与焊靴合并的电阻型加热元件。替代地，可实施其它手段来加热焊靴328，包括但不限于感应加热。在其它实例中，焊接过程可涉及：在焊靴328沿着抵靠端部边缘174、184移动时直接加热热塑性材料，诸如通过红外加热(例如，经由红外灯)或辐射加热以在每个焊靴328的前缘的前面局部地熔化热塑性材料，焊靴328对着支持砧330将向下压力施加到抵靠端部边缘174、184上，以便于混杂端部边缘174、184的熔化的热塑性材料，从而将预浸料件172结合到预浸料层180。

焊靴328的与热塑性材料接触的部分优选地由具有相对较高导热性和较低摩擦 系数的材料形成。在一个实例中，焊靴328可由青铜、铜和/或黄铜或用于将热传导到热塑性材料中的其它合适的金属和/或非金属材料形成。在一些实例中，涂层可施加到焊靴328以防止残留物积聚并提高焊靴接触表面的耐久性而减少磨料磨损。焊靴材料和加热器可构造成允许焊靴在相对较窄的温度公差带内的相对精确加热控制。焊靴和加热器的构造优选地使得预浸料件172和预浸料层180的热塑性材料被局部地熔化(即，粘度降低)并且在相对较短的周期时间(例如，若干秒)内被重新固化，以减少形成每个焊缝的周期时间。

在一些实例中，支持砧330的与预浸料件172和预浸料层180接触的部分还可由金属材料(例如，青铜、铜和/或黄铜)和/或具有相对较高导热性的非金属材料形成，并且可加热以辅助焊靴328来形成焊缝166。在一些实例中，在系统焊接过程中，支持砧330可包括加热装置，诸如电阻型加热元件或感应加热机构。在本文中公开的任何实例中，焊靴328和/或支持砧330可整合有液体冷却系统(未示出)，以便于冷却焊靴328。例如，每个焊靴328的后缘部可主动冷却，以便于重新固化预浸料件172和预浸料层180的熔化的热塑性材料，作为一种手段来减少焊接过程的周期时间。虽然未示出，但是一个或多个焊靴328可包括构造成感测由焊靴328施加到热塑性材料上的压力的量值的一个或多个压力传感器。代表焊靴328压力的信号可实时发送到控制器192，以允许监测并调整由焊靴328施加的压力。

图32是检查系统402的实例的立体图，其用于检查焊缝166是否存在全厚度间隙(未示出)。图33是台面104的下侧的立体图，示出的滑轮系统414用于同步移动位于台面104上方的光纤传感器408和位于台面104下方的扫描器接收器410。光纤传感器408和/或扫描器接收器410可联接到检查导轨406，检查导轨406可安装到桥312。光纤传感器408可由沿着桥312的长度延伸的导杆来稳定以抵抗侧向运动。在光纤传感器408发出扫描器射束412时，伺服电机(未示出)可使光纤传感器408在焊缝166上平移。滑轮系统414可构造成当光纤传感器408沿着焊缝166平移时使得扫描器接收器410保持定位在光纤扫描器正下方。如上面指出的，光纤传感器408可在检查过程中将扫描器射束412向下连续发送到焊缝166上。如果扫描器射束412穿过焊缝166中的任何全厚度间隙(未示出)，则扫描器射束412将照在扫描器接收器410上，并且可触发扫描器接收器410以生成信号并将信号发送到控制器192。在接收到来自扫描器接收器410的信号时，控制器192可生成听觉和/或视觉警报来提醒操作 者，使得可以手动地检查全厚度间隙。

图34至图35示出了材料推进器450的实例，其用于在形成每个焊缝166之后推进预浸料层180。材料推进器450可位于检查站400的下游和/或焊接站300的下游。材料推进器450可定期沿着台面104平移或拉动预浸料层180，直到预浸料层180的端部边缘184定位在焊接站300处。预浸料层180的推进可将最新形成的焊缝166从焊接站300移向焊接站300下游的检查站400。

图34是具有上推进器杆452的材料推进器450的立体图。图35是台面104的下侧的立体图，示出了可操作地联接到上推进器杆452的下推进器杆454。在形成焊缝166之后，上推进器杆452可由位于上推进器杆452的相反两端上的一对推进器致动器462竖直向下致动，以抵着台面104夹紧预浸料层180，压力量足以防止预浸料层180相对于上推进器杆452的滑移。

在示出的实例中，上推进器杆452可包括推进器杆脚456，推进器杆脚456至少部分地延伸穿过形成在台面104中的多个对应的推进器杆槽458，以夹紧预浸料层180。替代地，下推进器杆454可包括向上延伸的推进器杆脚456(未示出)，用以将预浸料层180夹紧到上推进器杆452。在一些实例中，一个或多个推进器杆脚456的端部可至少部分地覆盖有相对较软材料，诸如位于脚的端部上的粘弹性或弹性顺应性垫，以避免在夹紧期间预浸料层180的标记断开。下推进器杆454可联接到推进器导轨460，推进器导轨460可由推进器电机464驱动以移动上推进器杆452和下推进器杆454。推进器致动器462和推进器电机464可由控制器192致动，以分别夹紧预浸料层180并推进预浸料层180，从而将最新形成的焊缝166移出焊接站300并将预浸料层180的新的端部边缘184(在预浸料件172的端部边缘174前面)定位在焊接站300处。

图36是制造机器100的实例的俯视图，其具有相对于预浸料层180的纵向方向188以45°角度定向的焊接系统318，用以形成45°材料卷154。检查系统402还可包括焊接系统318并且可支撑在桥312上并以与焊接系统318相同的角度定向。输入料斗136的导板138可构造成接收预浸料件172的预浸料堆叠170，具有45°纤维取向(例如，参见图10)。焊接系统318可支撑在弧形导轨308上，以允许将焊接系统318枢转并锁定到与待缝焊的预浸料件172的构造和几何形状对应的取向中。

图37是机器100的实例的立体图，其中台面104的一部分被去除以说明用于使 焊接系统318枢转的一对弧形导轨308。在这方面，将焊接系统318枢转到各种取向的任一个中提供了这样的手段，即以不同角度形成焊缝166来端对端地焊接预浸料件172，从而在各种纤维取向(例如，22.5°、30°、45°、60°、75°，等等)的任一个取向上形成离轴材料卷。枢转焊接系统318可安装在一个或多个焊接系统318的支撑柱310上，支撑柱310又可安装至接合到弧形导轨308的配件。焊接系统318的台面104可模块化，使得台面104的部分可被去除和/或安装，使得在制造过程中提供连续表面来支撑预浸料层180，而不管焊接系统318的取向。

图38是材料卷制造机器100的实例的立体图，其具有单个机器人120和两个(2)焊接系统318，以相对较高的速率同时制造两个(2)离轴材料卷。每一个焊接系统318均示出为相对于预浸料层180的纵向方向188以非垂直角度定向，以便生产使纤维160与预浸料层180的纵向方向188非垂直定向的离轴材料卷。例如，每一个焊接系统318均可相对于预浸料层180的纵向方向188以45°定向，用以生产45°材料卷154(例如，参见图11)。机器人120和焊接系统318可由控制器192控制，如检查系统402、材料推进器450和材料卷绕器480。

图39是具有一个或多个操作的流程图，其可包括在制造离轴热塑性预浸料材料卷的方法500中。方法的步骤502可包括：使用真空头128诸如从定位在输入料斗136中的预浸料堆叠170顶部拾取最上面的预浸料件172。如上面指出的，机器人120的操作可由控制器192命令，控制器192还可控制将真空施加到真空头128，用以从输入料斗136拾取预浸料件172。

在一些实例中，输入料斗136可包括在由真空头128拾取之前检查预浸料件172的能力。例如，输入料斗136可包括一个或多个传感器(未示出)，用于在真空头128拾取预浸料件172之前测量输入料斗136中的最上面的预浸料件172的几何形状和尺寸。一个或多个传感器可检查顶部预浸料件172的侧边缘176和端部边缘174的平行度和直线度，和/或可检查预浸料件172的角部角度的精度。如果任何测量都在预定的公差带之外，则信号可在预浸料件172被焊接到已存在的预浸料层180之前被发送到控制器192，以生成听觉或视觉警报来提醒操作者。

方法500的步骤504可包括：使用机器人120将预浸料件172定位成邻近预浸料层180的端部182。如上面指出的，机器人120可定位预浸料件172，使得预浸料件172的端部边缘174距预浸料层180的端部边缘184位于预定距离内。另外，机器人 120可使预浸料件172定向为使得预浸料件172的端部边缘174和/或侧边缘176大致平行(例如，在0.5°内)于预浸料层180的端部边缘184和/或侧边缘186。

在一些实例中，所述方法可包括：在探测并调节预浸料件172相对于预浸料层180的位置的同时，使用可移动的桥312使焊靴328收缩以远离抵靠端部边缘174、184的地点。如上面指出的，可移动的桥312可位于焊接站300处并且可构造成支撑焊接系统318和检查系统402。一旦预浸料件172与预浸料层180对准，则桥312可沿着预浸料层180的纵向方向188以可调节的方式平移，以在焊接操作之前和期间将焊靴328定位在抵靠端部边缘174、184之上。在完成焊接操作之后，桥312可收缩以远离焊接区的地点，为对准系统200腾出空间来测量新的预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙。

方法500的步骤506可包括：使用对准系统200感测预浸料件172相对于预浸料层180的位置(例如，地点和/或取向)；以及生成代表所述位置的位置信号。如上面指出的，对准系统200可包括一个或多个光学传感器204，光学传感器204可构造为如图12至图14所示的激光测微计210。激光测微计210可向控制器192发射代表间隙测量的位置信号。

方法500的步骤508可包括：在控制器192处接收位置信号；以及确定预浸料件172相对于预浸料层180的对准位置。控制器192可基于所述间隙测量来计算预浸料件172相对于预浸料层180的对准位置。例如，控制器192可使用由第一对206光学传感器204(例如，参见图15)提供的间隙测量数据，以确定预浸料件172的侧边缘176相对于其它机器100的指标特征112的距离和取向。控制器192可使用由第二对208光学传感器204提供的间隙测量数据，以确定预浸料件172的端部边缘174相对于预浸料层180的端部边缘184的距离和取向。

方法500的步骤510可包括：使用机器人120将预浸料件172调节或移动(例如，平移和/或旋转或重新定向)到对准位置中，使得预浸料件172的端部边缘174和预浸料层180的端部边缘184大致抵接(例如，在0.030英寸内)。在机器人120将预浸料件172移入对准位置时，光学传感器204可连续生成代表间隙测量的位置信号，并且向控制器192提供采取连续位置信号形式的连续反馈。控制器192可基于位置信号调节预浸料件172的地点和取向，直到预浸料件172的端部边缘174和侧边缘176距预浸料层180的端部边缘184和侧边缘186在预定距离内(例如，在0.010英寸内)和/或 在预定的平行公差内(例如，在0.05°内)。

所述方法可进一步包括：在预浸料件172与预浸料层180成一线之前使用至少一个夹紧杆将预浸料层180夹紧就位。例如，如上面指出的，预浸料层180可使用如图26所示的下游夹紧杆306被夹紧到台面104。一旦预浸料件172与预浸料层180对准，所述方法就可另外包括：在焊接预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之前和期间使用上游夹紧杆302将预浸料层180夹紧就位。

方法500的步骤512可包括：形成焊缝166，将预浸料件172的端部边缘174结合到预浸料层180的端部边缘184。如上面指出的，桥312可使焊靴328在预浸料件172和预浸料层180的抵靠端部边缘174、184正上方平移到位。焊靴致动器326可将焊靴328延伸成与预浸料件172和预浸料层180的顶表面接触。在一些实例中，所述方法可包括：将支持砧330从台面104下方延伸到形成在台面104中的焊接槽108中。如上面指出的，支持砧330可构造成当焊靴328将向下压力施加到预浸料件172和预浸料层180的顶表面上(形成焊缝166时)时支撑预浸料件172和预浸料层180的底表面。在完成焊缝166之后，支持砧330可收缩以离开焊接槽108，腾出空间来部署一个或多个激光测微计210，以测量新的预浸料件172的端部边缘174和预浸料层180的端部边缘184之间的间隙。

形成焊缝166的工艺可包括：在抵靠端部边缘174、184的地点处将至少一个焊靴328施加于预浸料件172和预浸料层180的顶表面上，使得焊靴328跨在抵靠端部边缘174、184上。所述方法可包括：使一对焊靴328沿着顶表面滑动，诸如从预浸料层宽度的中点滑向预浸料层180的相对侧边缘(例如，参见图27至图28)。所述方法可另外包括：使用焊靴328将局部热和压力施加到预浸料件172和预浸料层180，致使在使焊靴328沿着预浸料件172和预浸料层180的顶表面滑动的同时使预浸料件172和预浸料层180的热塑性基质材料沿着抵靠端部边缘174、184至少部分熔化以及混杂。所述方法可进一步包括：允许预浸料件172和预浸料层180的至少部分熔化的热塑性基质材料固化并形成焊缝166。

所述方法可包括：沿着或垂直于预浸料层180的纵向方向188或不垂直于预浸料层180的纵向方向188的方向形成焊缝166。例如，图2至图8和图12至图32涉及通过将焊接系统318和焊靴328定向为垂直于预浸料层180的纵向方向188来生产90°材料卷156(例如，参见图8)。图36至图38说明了这样的布置，其中焊接系统318 相对于预浸料层180的纵向方向188以45°角度定向，用以形成45°焊缝166来生产45°材料卷154(例如，参见图11)。

在一些实例中，所述方法可包括：使用控制器192监测和/或调整一个或多个焊接参数，包括但不限于：一个或多个焊靴328的压力、温度、速度和/或停留时间。在这方面，机器100可包括一个或多个温度传感器(未示出)，其被构造成监测焊靴328的温度和/或监测预浸料件172和预浸料层180的温度(在抵靠端部边缘的地点处)。这样的温度数据可发射到控制器192。

控制器192可调整焊靴328的操作，以将焊接参数维持在某些范围内。例如，在一个实施方式中，焊靴328的操作可使得在焊接期间，在沿着抵靠端部边缘174、184的任何给定地点处将热施加到热塑性材料，最多持续二十(20)秒。在另一实例中，热塑性控制的温度可维持在大约390至450℃(734至842°F)内。在又一实例中，由焊靴328沿着抵靠端部边缘174、184施加的压力大小可维持在2至6巴(29至87psi)内。

所述方法可包括：使用操作界面196(例如，显示屏198或触摸屏)调节机器100的一个或多个操作参数。例如，可调节的所述操作参数包括：焊靴328的温度、压力、停留周期和/或靴速度。可使用操作界面196调节的额外操作参数可包括：预浸料件172和预浸料层180的端部边缘174、184之间的间隙的预焊接对准公差；预浸料件172的侧边缘176距指标特征112的间隙公差；预浸料件172的侧边缘176相对于指标特征112的平行度；焊缝166的焊后检查，诸如全厚度间隙的最大可允许大小；以及其它操作参数。

方法500的步骤514可包括：使用间隙探测器404(例如，光纤扫描器)检查焊缝166是否存在全厚度间隙。在这方面，所述方法可包括：使间隙探测器404沿着焊缝166的长度平移，以探测是否存在全厚度间隙。在探测到焊缝166中的全厚度间隙时，所述方法可包括：将信号发送到控制器192，以生成警报来提醒操作者。所述信号可包括关于沿着焊缝166长度的间隙地点的信息，用于诸如显示在显示屏198上。

所述方法可另外包括：扫描预浸料层180，在最新形成的焊缝166中是否存在任何重叠420。在这方面，所述方法可包括：使用重叠传感器416测量预浸料层180在沿着焊缝166的横向方向190的一个或多个地点处的厚度。在焊缝166已形成且移向检查槽之后，在预浸料层180沿着台面104推进时，可测量预浸料层180的厚度。

所述方法还可包括：在形成焊缝166之后使用材料推进器450来推进预浸料层 180，使得预浸料层180的新的端部边缘184(在预浸料件172的端部边缘174前面)移向焊接站300，准备使新的预浸料件172对准并焊接到预浸料层180的端部边缘184。推进预浸料层180还可将最新形成的焊缝166从焊接站300移向位于焊接站300下游的检查站400(例如，检查槽)。材料推进器450能以半连续的方式推进预浸料层180，其中在预浸料层180的新的端部边缘184移向焊接站300时，新形成的焊缝166从焊接站300移向检查站400。

所述方法可另外包括：使用材料卷绕器480将预浸料层180卷绕到芯部482上。在一些实例中，预浸料层180的卷绕可与由材料推进器450对预浸料层180的上述推进协调地执行。在这方面，控制器192可将用于材料卷绕器480的芯部驱动电机484的致动与用于材料推进器450的伺服电机的致动协调。

条款1、一种离轴预浸料材料制造机器，所述离轴预浸料材料制造机器包括：

机器人，所述机器人被构造成将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部；

对准系统，所述对准系统被构造成感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置并且生成代表所述位置的位置信号；以及

控制器，所述控制器被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人调节所述预浸料件的所述位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘大致抵接。

条款2、根据条款1所述的机器，其中：

所述对准系统包括视觉系统，所述视觉系统被构造成探测所述预浸料件的所述端部边缘相对于所述预浸料层的所述端部边缘的地点和取向。

条款3、根据条款1所述的机器，其中：

所述对准系统包括视觉系统，所述视觉系统被构造成探测所述预浸料件的侧边缘相对于所述预浸料层的所述侧边缘的地点和取向。

条款4、根据条款1所述的机器，其中：

所述对准系统包括构造成测量所述预浸料件的所述端部边缘和预浸料层的所述端部边缘相对于彼此的位置的第一对激光测微计，并且包括构造成测量所述预浸料件的侧边缘和预浸料层的侧边缘相对于彼此的位置的第二对激光测微计。

条款5、根据条款1所述的机器，所述机器进一步包括：

输入料斗，所述输入料斗被构造成支撑预浸料件的预浸料堆叠以由所述机器人拾 取。

条款6、根据条款1所述的机器，其中：

所述机器人包括真空头，所述真空头被构造成使用抽吸力抵着所述真空头来提起并保持所述预浸料件。

条款7、根据条款1所述的机器，所述机器进一步包括：

至少一个焊靴，所述焊靴被构造成将热施加到所述预浸料件和预浸料层的抵靠端部边缘并且形成焊缝以将所述预浸料件结合到所述预浸料层。

条款8、根据条款7所述的机器，所述机器进一步包括：

支持砧，所述支持砧被构造成在形成所述焊缝期间支撑所述预浸料件和预浸料层，以抵抗由至少一个焊靴施加到所述预浸料件和预浸料层上的压力。

条款9、根据条款1所述的机器，所述机器进一步包括：

桥，所述桥被构造成支撑所述至少一个焊靴并且能沿着所述预浸料层的纵向方向以可调节的方式平移，以将所述焊靴定位在所述预浸料件和预浸料层的抵靠端部边缘上。

条款10、根据条款1所述的机器，其中：

焊接系统的取向能相对于所述预浸料层的纵向方向调节。

条款11、根据条款1所述的机器，所述机器进一步包括：

检查系统，所述检查系统包括以下中的至少一个：

间隙探测器，所述间隙探测器被构造成探测位于将所述预浸料件结合到所述预浸料层的焊缝中的全厚度间隙；以及

重叠传感器，所述重叠传感器被构造成探测所述焊缝的重叠。

条款12、一种离轴预浸料材料制造机器，所述离轴预浸料材料制造机器包括：

机器人，所述机器人被构造成将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部；

对准系统，所述对准系统被构造成感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置并且生成代表所述位置的位置信号；以及

控制器，所述控制器被构造成接收所述位置信号并且致使所述机器人调节所述预浸料件的所述位置，使得所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘大致抵接；和

焊接系统，所述焊接系统具有一个或多个焊靴，所述焊靴被构造成将热和压力施 加到所述预浸料件和预浸料层的抵靠端部边缘并且形成焊缝以将所述预浸料件结合到所述预浸料层。

条款13、一种制造离轴热塑性预浸料材料卷的方法，所述方法包括以下步骤：

使用机器人将预浸料件定位成邻近预浸料层的端部；

使用对准系统感测所述预浸料件相对于所述预浸料层的位置并且生成代表所述位置的位置信号；

在控制器处接收来自所述对准系统的所述位置信号；以及

在所述控制器的命令下使用所述机器人调节所述预浸料件的所述位置，使得在形成焊缝以将所述预浸料件结合到所述预浸料层之前使所述预浸料件的端部边缘和所述预浸料层的端部边缘大致抵接。

条款14、根据条款13所述的方法，其中，感测以及调节所述预浸料件的位置的步骤包括：

使用视觉系统探测所述预浸料件的端部边缘相对于所述预浸料层的端部边缘的地点和取向并且生成代表所述地点和取向的所述位置信号；以及

使用所述机器人调节所述预浸料件的所述地点和取向，使得所述预浸料件的所述端部边缘和预浸料层的所述端部边缘大致抵接。

条款15、根据条款13所述的方法，其中，感测以及调节所述预浸料件的位置的步骤包括：

使用视觉系统探测所述预浸料件的侧边缘相对于所述预浸料层的侧边缘的地点和取向并且生成代表所述地点和取向的所述位置信号；以及

使用所述机器人调节所述预浸料件的所述地点和取向，使得所述预浸料件的所述侧边缘和预浸料层的所述侧边缘被对准。

条款16、根据条款13所述的方法，其中：

所述对准系统包括激光测微计，所述激光测微计被构造成测量所述预浸料件的所述端部边缘和/或侧边缘相对于所述预浸料层的相应端部边缘和/或侧边缘的对准。

条款17、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：

使用所述机器人的真空头从输入料斗中的预浸料堆叠拾取最上面的预浸料件。

条款18、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：

在抵靠端部边缘的地点处将至少一个焊靴施加于所述预浸料件和预浸料层上；以 及

由于将所述至少一个焊靴施加于所述预浸料件和预浸料层上，形成将所述预浸料件的所述端部边缘结合到所述预浸料层的所述端部边缘的所述焊缝。

条款19、根据条款18所述的方法，所述方法进一步包括：

在形成所述焊缝期间使用支持砧支撑所述预浸料件和预浸料层，以抵抗由所述焊靴施加到所述预浸料件和预浸料层上的压力。

条款20、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：

在焊接所述预浸料件的所述端部边缘和所述预浸料层的所述端部边缘期间使用至少一个夹紧杆夹紧所述预浸料件和所述预浸料层中的至少一个。

条款21、根据条款13所述的方法，所述方法进一步包括：

检查焊缝的以下至少一个参数：

所述焊缝的全厚度间隙；以及

所述焊缝的重叠。

条款22、根据条款13所述的方法，其中，形成所述焊缝的步骤包括：

沿着非垂直于所述预浸料层和预浸料件的纵向方向的方向形成焊缝。

本公开的另外修改和改进可能对本领域普通技术人员是显而易见的。由此，本文中描述和说明的部分的特定组合意在仅代表本公开的某些实施方式，并非意在用来限制本公开的精神和范围内的替代实施方式或装置。