浅谈复合材料自动铺带机的系统控制

复合材料自动铺带工艺中的纤维导向性控制研究复合材料是一种由两种或多种不同材料组合而成的材料，具有较高的强度、刚度和韧性，被广泛应用于航空航天、汽车、建筑等领域。

自动铺带工艺是一种常用于制造复合材料的工艺，通过自动化设备将纤维预浸料沿着预定路径铺放在模具上，形成复合材料的结构。

纤维导向性是指纤维在复合材料中的方向分布。

研究纤维导向性控制是为了实现材料性能的优化，提高复合材料的力学性能和使用寿命。

以下将介绍复合材料自动铺带工艺中的纤维导向性控制的研究。

首先，纤维导向性控制的研究在工艺参数的选择上起着重要作用。

工艺参数包括纤维预浸料的黏度、纤维排列方向、铺带速度等。

黏度的选择应该能够保证纤维在铺带过程中的排列紧密，且能够保持一定的流动性，以便铺带过程中纤维的排列受到控制。

纤维排列方向的选择是非常关键的，它决定了复合材料的力学性能和细观结构。

铺带速度也需要合理选择，过快的铺带速度容易导致纤维排列的不均匀性。

其次，纤维导向性控制的研究还涉及到铺带工艺中辅助设备的改进。

自动铺带工艺需要使用自动化设备将纤维预浸料铺放在模具上，而这些设备的性能和精度会对纤维导向性控制产生影响。

因此，改进设备的控制系统、传动系统和定位系统等方面，提高设备的稳定性和精确度，对纤维导向性的控制具有重要意义。

另外，材料科学领域中涌现出许多新的纤维导向性调控方法，例如电场辅助法、磁场辅助法和声场辅助法等。

这些方法可以通过改变外界的物理场来调控纤维的方向，以实现纤维导向性的控制。

这些新的方法不仅可以提高复合材料的力学性能，还可以控制材料的微观结构。

此外，纤维导向性控制的研究还需要关注其实际应用中的工艺难题。

在自动铺带工艺中，由于纤维预浸料在铺放过程中的流变性质的变化，纤维的纵向伸长性质会发生改变，从而影响纤维排列的方向。

因此，需要研究如何在铺带工艺中解决纤维纵向伸长性质的变化对纤维导向性控制的影响，并通过优化工艺参数和改进设备来实现纤维导向性的精确控制。

碳纤维复材自动铺贴原理一、引言碳纤维复材是一种轻质高强度的复合材料，由碳纤维和树脂基体组成。

它具有重量轻、强度高、刚性好、耐腐蚀等优点，在航空航天、汽车制造、体育器材等领域得到广泛应用。

而碳纤维复材的自动铺贴技术是一种高效、精准的生产工艺，本文将探讨碳纤维复材自动铺贴的原理和应用。

二、碳纤维复材自动铺贴原理碳纤维复材自动铺贴是指通过机器人或自动化设备，将预先裁剪好的碳纤维布料按照设计要求精确地贴合在工件表面上。

其原理主要包括以下几个方面：1. 碳纤维布料的预处理在自动铺贴之前，需要对碳纤维布料进行预处理。

首先，将碳纤维布料进行裁剪，根据工件的形状和尺寸进行合理的切割。

其次，对碳纤维布料进行预浸渍处理，使其具有一定的柔韧性和可塑性，便于在铺贴过程中贴合到工件表面。

2. 工件表面的准备在进行自动铺贴之前，需要对工件表面进行准备。

首先，清洁工件表面，确保无尘、无污染。

然后，根据设计要求，在工件表面涂覆一层适当的胶粘剂，以提供粘结力和附着力，使碳纤维布料能够牢固地粘贴在工件表面。

3. 自动铺贴机器人的控制自动铺贴过程中，机器人是关键的执行工具。

机器人通过预先编程的路径和规则，在工件表面上按照设计要求进行碳纤维布料的铺贴。

机器人配备的传感器可以实时检测工件表面的形状和尺寸，确保铺贴的准确性和精度。

同时，机器人的控制系统可以实时调整铺贴的速度和力度，以适应不同形状和曲率的工件表面。

4. 质量控制和质检自动铺贴完成后，需要进行质量控制和质检。

通过对铺贴质量的检测和评估，可以及时发现并修复可能存在的问题，确保产品的质量和性能。

三、碳纤维复材自动铺贴的应用碳纤维复材自动铺贴技术在航空航天、汽车制造、体育器材等领域有着广泛的应用。

1. 航空航天领域碳纤维复材具有高强度和轻质的特点，广泛应用于飞机的结构件，如机翼、机身等。

自动铺贴技术可以确保碳纤维布料在飞机结构上的精确贴合，提高飞机的结构强度和整体性能。

2. 汽车制造领域碳纤维复材具有优异的刚性和耐腐蚀性能，广泛应用于汽车制造中的车身和底盘部件。

自动铺带技术在复合材料加工中的误差分析与校正自动铺带技术是一种广泛应用于复合材料加工中的先进制造技术。

利用机器人系统，该技术能够实现快速、精确地将预浸料纤维带自动铺设在模具上，形成复合材料结构件。

然而，由于制造过程中存在各种误差，如机器人姿态误差、纤维带张力变化等，导致最终产品中可能存在不可忽视的误差。

因此，对自动铺带技术中的误差进行分析和校正是提高加工精度和质量的重要步骤。

首先，自动铺带技术中的误差可以分为几个方面。

机器人姿态误差是指由于控制系统不稳定或机械结构刚度不足等原因导致的机器人末端工具姿态与期望姿态之间的偏差。

纤维带张力误差则是由于张力传感器精度不高、张力控制系统不稳定等造成的纤维带张力变化不均匀。

此外，还存在其他误差源，如纤维带宽度和厚度的不均匀性、模具表面的几何变形等。

针对机器人姿态误差，可以通过提高控制系统的稳定性和增强机械结构的刚度来减小误差。

采用先进的机器视觉系统，能够实时获取铺带工具的位置和姿态信息，并与期望姿态进行比较，通过调整机器人控制指令来实现姿态误差的校正。

此外，引入自适应控制算法和传感器反馈控制系统，能够进一步提高铺带过程中的精度和稳定性。

对于纤维带张力误差，可以采用多传感器监测系统来实时监测纤维带的张力变化情况，并通过自适应控制算法来调整张力控制系统，使张力变化更加均匀稳定。

此外，对张力传感器进行校准和精度提高也是减小纤维带张力误差的关键措施。

除了机器人姿态误差和纤维带张力误差，纤维带宽度和厚度的不均匀性以及模具表面的几何变形也对最终产品的精度产生影响。

为了减小这些误差，可以在铺带前对纤维带进行预处理，通过切割和裁剪等方式将其调整为均匀宽度和厚度。

同时，在模具制造过程中，需要采用高精度的数控加工设备，并进行严格的质量控制，以减小模具表面的几何变形。

此外，误差分析与校正还需要借助先进的测量设备和方法。

利用三维扫描仪、光学显微镜等设备，能够实现对复合材料件的形状、尺寸和表面质量等的精确测量和分析。

自动铺带技术在复合材料制造中的应用探索自动铺带技术是一种现代化的复合材料制造方法，通过利用机器人或自动化设备来将预浸料或干型纤维材料连续地铺放在模具上，进而实现复合材料的制造。

这种技术相比传统的手工铺带，具有更高的生产效率、更好的一致性和更高的品质控制。

本文将探讨自动铺带技术在复合材料制造中的应用，并分析其优势和潜在的挑战。

一、自动铺带技术的优势1.提高生产效率：自动铺带技术利用机器人或自动化设备代替人工操作，能够大幅提高生产效率。

在传统的手工铺带中，工人需要一遍遍地将铺带逐一放置，而自动铺带技术可以连续不断地进行铺带，大大减少了制造时间。

2.保证产品一致性：自动铺带技术能够精确地控制铺带的速度、压力和纤维摆放方向，保证每一块复合材料的质量一致性。

而手工操作容易受到工人技术水平和疲劳程度的影响，导致产品质量的波动。

3.提高产品质量：自动铺带技术可以实现更精确、更均匀地铺放纤维材料，避免了手工操作中可能出现的误差。

同时，自动铺带技术还能控制纤维材料的厚度和纤维摆放的角度，使得复合材料具有更好的力学性能和表面质量。

二、自动铺带技术在复合材料制造中的应用1.航空航天领域：复合材料在航空航天领域具有广泛的应用前景，而自动铺带技术可以大幅提高复合材料的制造效率和产品质量。

通过自动铺带技术，可以制造出轻质、高强度的航空航天结构件，满足航空航天工业对材料性能和质量控制的高要求。

2.汽车工业：自动铺带技术在汽车工业中有着广泛的应用。

通过在汽车零部件中使用复合材料，可以实现车身的轻量化，并提高汽车的燃油效率。

自动铺带技术可以大幅提高复合材料零部件的制造效率，满足汽车工业对大规模生产和高品质产品的需求。

3.建筑领域：自动铺带技术也可以应用于建筑领域的复合材料制造。

复合材料在建筑领域有着广泛的应用前景，可以用于制造建筑结构件、装饰材料等。

自动铺带技术可以提高建筑材料的生产效率，同时保证产品的一致性和质量，满足建筑行业对快速和高质量产品的需求。

基于机器学习的复合材料自动铺带工艺质量预测研究引言：随着复合材料在航空、汽车以及其他领域中的广泛应用，提高复合材料构件的制造质量和效率成为一项重要任务。

自动铺带工艺是目前最常用的复合材料制造技术之一，该技术可以快速、高效地制造复材构件。

然而，如何准确预测铺带工艺的质量仍然是一个具有挑战性的问题。

机器学习作为一种强大的数据分析工具，可以通过学习大量的铺带数据和相关参数来预测铺带工艺的质量。

本文将探讨基于机器学习的复合材料自动铺带工艺质量预测的研究。

一、复合材料自动铺带工艺的基本原理和挑战复合材料自动铺带工艺是一种基于纤维或片材的加工技术，通过自动机械系统将纤维或预浸料片材按照预定的路径和层压顺序，精确地叠加摆放在模具上，最终制成复合材料构件。

该工艺可以提高生产效率，减少材料浪费，并且可以制造各种复材构件的复杂形状。

然而，复合材料自动铺带工艺也面临一些挑战。

首先，铺带路径的规划需要考虑复材构件的形状、尺寸和层压顺序等因素，这使得自动铺带工艺的路径规划变得复杂。

其次，复材构件的制造质量受到多个参数的影响，如铺带速度、张力、温度和环境湿度等。

这些参数的选择和控制对于复材构件的性能具有重要影响，但其关系难以建模。

因此，如何实现对铺带工艺质量的准确预测成为一个关键问题。

二、机器学习在复合材料自动铺带工艺的应用机器学习是一种通过从数据中学习模式和关系来进行预测和决策的方法。

在复合材料自动铺带工艺中，机器学习可以通过学习大量的铺带数据和相关参数，建立复材构件制造质量的预测模型。

1. 数据收集与预处理机器学习的第一步是收集和整理铺带数据，包括工艺参数（如铺带速度、张力、温度等）和质量数据（如平整度、厚度均匀性等）。

收集到的数据需要进行预处理，包括数据清洗、去除异常值和缺失值处理等。

2. 特征工程特征工程是机器学习中一个重要的环节，它能够将原始数据转化为适合机器学习算法处理的特征。

在复合材料自动铺带工艺中，特征可以包括铺带路径的形状特征、工艺参数的统计特征和质量数据的频谱特征等。

自动铺带技术对复合材料构件性能的影响研究自动铺带技术是一种应用于复合材料制造工艺中的先进技术。

它通过使用机器人或自动化系统来精确地铺设纤维材料，从而实现复合材料构件的生产。

本文将探讨自动铺带技术对复合材料构件性能的影响，并分析其在强度、耐久性和成本等方面的优势。

首先，自动铺带技术在提高复合材料构件强度方面发挥着重要作用。

相比传统的手工铺设方法，自动铺带技术能够更准确地控制纤维材料的排布和分布密度。

这样一来，每一块纤维都能够按照设计要求被正确地定位和安装，从而最大程度地发挥复合材料的强度潜力。

此外，自动铺带技术还能够降低纤维布料的错位和重叠现象，提高纤维层间的粘结力，进一步增强了构件的强度。

其次，自动铺带技术对构件的耐久性有着显著影响。

由于自动铺带技术能够准确地控制纤维材料的排布，可以使纤维以最佳的角度和方式进行铺设。

这种定制化的铺设方式能够最大限度地提高构件的强度和刚度，并且减少因纤维排布不合理而引起的应力集中和构件疲劳的可能性。

此外，自动铺带技术还可以实现纤维材料在构件表面的无缝铺设，减少了结构中的潜在损伤点，从而提高了构件的耐久性和使用寿命。

另外，自动铺带技术在复合材料构件制造过程中具有显著的经济效益。

相比传统的手工铺设方法，自动铺带技术能够大大减少人力成本和生产周期。

通过机器人或自动化系统的精确控制，可以快速、高效地完成铺设工作，大大提高了生产效率。

此外，自动铺带技术还可以减少材料浪费，优化材料使用，降低了制造成本。

这一系列的经济优势使得自动铺带技术在复合材料构件的大规模生产中具有巨大的潜力和应用前景。

除了上述优势，自动铺带技术还具有一些辅助性的影响。

例如，自动铺带技术能够实现对纤维材料的自动切割和粘接，减少了人工操作的繁琐程度，提高了生产效率。

同时，自动铺带技术还能够在铺设过程中实时监测和调节纤维材料的张力和排布，避免了因人为因素引起的误差，提高了构件的一致性和准确性。

这些辅助性的特点进一步加强了自动铺带技术在复合材料构件制造领域的竞争力和应用优势。

自动铺带技术在复合材料结构件制造中的应用案例分析引言复合材料作为一种重要的材料，在航空航天、汽车、船舶等领域中得到了广泛应用。

复合材料的制造过程对于最终产品的质量和性能至关重要。

其中，自动铺带技术作为一种高效、精确的制造方法，被广泛应用于复合材料结构件的生产。

本文将分析自动铺带技术在复合材料结构件制造中的应用案例，并通过实例探讨其优势和挑战。

1. 自动铺带技术简介自动铺带技术是一种将预浸料纤维布按照设计要求排列、覆盖在模具上的制造方法。

该技术主要包括铺带过程、固化过程和模具脱模过程。

铺带过程中，机器人根据CAD文件或数控编程指令精确控制铺带头的运动，将预浸料纤维布覆盖在模具上。

固化过程中，通过烘烤或加热使得预浸料纤维布固化成为强度和刚度较高的复合材料。

脱模过程中，复合材料从模具上剥离，并进行后续加工。

2. 自动铺带技术在飞机制造中的应用案例2.1 A380机身板制造欧洲航天防务集团（EADS）使用自动铺带技术制造A380机身板。

铺带机器人根据设计要求，精确控制铺带头和纤维布的运动，将预浸料铺到模具上。

该技术不仅提高了生产效率，还保证了复合材料结构件的质量和一致性。

同时，相比于传统的手工操作，自动铺带技术减少了人力成本和人为误差，提高了产品质量。

2.2 波音787机翼制造波音公司采用自动铺带技术制造787机翼。

自动铺带机器人可以精确控制铺带头的运动，并快速、准确地排列纤维布。

该技术不仅提高了工作效率，还避免了手工操作中可能产生的纤维布错位、损坏等问题。

通过自动铺带技术，波音公司实现了大规模、高质量的机翼制造，为航空业带来了突破性的创新。

3. 自动铺带技术的优势和挑战3.1 优势（1）高效准确：自动铺带技术可以实现高速而精确的铺带，提高了生产效率和产品质量。

（2）一致性和可重复性：机器人通过程序控制，可以确保每次铺带过程的一致性，减少了人为误差。

（3）节约成本：相比于传统的手工操作，自动铺带技术可以减少人力成本，并大幅提高生产效率。

复合材料自动化制造过程的质量控制【摘要】本文以某型机尾翼壁板为例，探讨了自动化制造过程的质量管控重点以及风险点，从原材料、铺贴、装配组合以及数字化检测四方面对自动化实现过程提出质量管控措施。

【关键词】自动化制造质量控制1.前言复合材料技术是当前航空制造领域的关键技术之一，尤其是纤维增强树脂基复合材料，以其比强度大、比刚度高、抗疲劳性能好、各向异性以及材料性能可设计等特点，在航空领域的应用日益广泛。

传统的复合材料零件制造工艺以手工铺叠为主，零件的铺叠、周转、组合都依靠人工操作完成，零件生产周期长且质量稳定性难以保证，因此在复材制造行业，越来越强调自动铺丝、自动铺带、热隔膜成型等自动化制造技术的应用[1]。

某型机尾翼壁板属于加筋结构，由蒙皮和T型长桁组成，采用自动化制造，即自动铺带+热隔膜成型+共固化热压罐成型技术，蒙皮采取手工铺贴+自动铺带组合的方式进行，预浸料织物和防雷击膜在成型模上采用手工铺贴，碳带采用自动铺带机铺贴后平移至成型工装与织物和防雷击膜进行抽真空压实，长桁采用自动铺带+超声波自动铣切模式，通过热隔膜进行预成型后通过新设计的翻转设备与蒙皮“杯锥”组合精确装配组合定位。

“杯锥”组合在很大程度上可减少共固化过程长桁发生偏移进而导致固化后轴线度超差的质量问题，制造过程见图1。

图1 尾翼壁板自动化制造过程示意图2.自动化制造过程质量控制2.1质量控制要素及风险点自动化制造过程涉及流程多且各个环节控制要素多，其中材料、铺贴、装配组合、数字化检测四大类为质量控制关键控制项目。

表1 复材制件质量控制要素及风险点3.2原材料控制复合材料的原材料大都是温度和时间敏感材料，对于低温材料，在运输、储存、使用的全过程中控制并记录材料所处环境的温湿度。

原材料质量是复材制件质量保证的前提处于复材制造的源头，因此必须列为关键控制项目进行重点管控。

3.3铺贴过程在铺带过程中，需检查预浸料卷的直径，不宜偏差过大，同时要注意进行废料检查。

复合材料构件自动铺带数控编程系统技术应用复材构件手工成型时，预浸带经剪裁后手工铺叠、压实到模具表面。

随着复材构件在现代大型飞机上广泛应用，人工铺放工艺已难以满足实际需要，急需自动铺带技术来提高生产效率，改善制造过程的可控制性，降低成本以及提高产品质量。

自动铺带技术利用数控技术实现预浸带剪裁、定位、铺叠的自动化。

与手工相比，自动铺带技术可降低制造成本30%~50%，主要适用于各种大尺寸、小曲率部件的制造。

与传统的数控加工不同，自动铺带技术属于典型的增料制造技术，由装备技术、软件技术和工艺技术构成，国外均已形成相关的工业产品。

在自动铺带CAD/CAM软件方面，西方发达国家经过几十年的研究，已经开发了多套商用自动铺放CAD/CAM软件，并形成了完备的复合材料设计制造解决方案。

其中，Tapelay软件应用比较成熟，Tapelay软件是由空中客车公司（AIRBUS）与法国应用数学中心（CIMPA）以航空航天领域广泛采用的CATIAV5软件为平台，基于CATIACAAV5技术联合开发的自动铺带CAD/CAM软件。

该软件可直接集成到CATIAV5系列软件中，包括自动铺带CAD部分的TapeGeneration模块和CAM部分的T apeManufacturing模块。

TapeManufacturing模块则能针对部分一步法铺带机与两步法铺带机生成相应的加工NC代码[1]。

目前，国内报道可见的自动铺带CAD/CAM技术研究主要集中在轨迹规划和加工仿真的基础理论方面。

CATIA/CAA二次开发自动铺带数控编程系统采用组件应用架构（ComponentApplicationArchitecture，CAA）C++二次开发实现。

AutomationAPI（自动化应用接口）与CAAC++是CATIA二次开发常用的两种方法，AutomationAPI入门容易，但功能限制大，CAAC++入门困难，但提供的接口全面，开发的程序效率高，能够满足用户深层次专业化的要求。

航空复合材料零件自动铺带技术研究航空航天复合材料由于其高强度、高比刚度、良好的疲劳性能和设计而被广泛用于航空航天工程，例如飞机材料。

随着科学技术的发展，航空复合材料制造技术逐渐趋于一体化、自动化、成本化，复合材料的质量逐渐成为各大飞机制造商竞争的重要举措。

因此航空航天复合材料的研发和应用是非常重要的。

标签：航空复合材料;设计与制造;发展趋势引言在我国，航空航天复合材料于20世纪60年代引入，并且越来越广泛地被广泛使用。

空间科学技术的发展促进了飞机在高空、高速、智能化方向和成本方向上的不断发展，航空航天复合材料的发展，实现了制造技术和材料特性的突破。

我国航天复合材料的研究时间较晚，复合材料的设计和制造不足，复合材料的种类较少。

并且整体性能较差，因此要进行有效生产，必须付出很大的努力来提高设计和制造水平。

一、当前的发展趋势目前大型外国军用、民用飞机复合部件的份额迅速上升，波音787客机使用超过50%的复合部件结构，A350复合部件将占结构重量的52%，俄罗斯MC21的发展，复合材料量也將是结构重量的40%至45%。

A400 M军用输送机上的复合材料数量已达到结构重量的35%。

国产复合材料在ARJ21并未广泛使用，大型零件仅在舵上使用复合材料。

大型飞机正在开发中，考虑到目前和飞机制造与国际先进水平存在差距，相对于国外A380、波音787、A350、A400 M、MC21和其他大型飞机落后至少7-8年。

以及国内设计能力、试验能力、生产设备和技术水平条件有限，对大型飞机复合构件的核算至少不小于25%（重量），采用机翼或水平舵复合结构。

同时对于复合材料零件的生产，自动铺带技术是目前最有效的制造工艺。

二、自动铺带技术的发展所谓的自动铺带技术，是利用数控设备帘布层，通过数字化，复合预浸料的自动化手段，连续自动切割和自动胶带放置。

主要工艺：复合预浸料卷安装在贴装头中，预浸材料由一组辊组成，由压辊按压机构或保形层制成或在工具上平面化。

复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料结构高质高效制造平台复合材料自动铺放设备——基于预浸料的复合材料结构高质高效制造平台中航工业制造所孙年俊先进复合材料因比模量、比强度高，抗疲劳、耐腐蚀、可设计和工艺性好，成为飞机结构重要发展方向之一。

轻质、高强、性能优异的复合材料成为理想的结构用材，并逐渐从小型、简单、次承力结构向大型、复杂、主承力结构过渡。

国外军机上复合材料用量普遍占结构重量的25%～50%；在民用领域，波音公司787飞机的复合材料用量达到50%，而A350XWB复合材料用量达到了创纪录的52%。

用于复合材料结构制造的先进专用工艺装备在国外迅速发展，特别是基于预浸料的复合材料自动铺放设备，包括自动铺带机和铺丝机，已在国外最先进的战机和民机制造中得到广泛应用。

这些先进铺放装备具有人工/半自动人工铺放所不可比拟的优点（对比如表1所示）。

复合材料铺放制造技术包括铺放装备技术、铺放CAD/CAM技术、铺放工艺技术、预浸料制备技术、铺放质量控制、一体化协同数字化设计等一系列技术，主要是自动铺放装备技术、应用软件技术以及材料工艺技术的融合集成。

其中自动铺放装备技术是整个技术的基础和核心，而铺放装备技术中最关键的是铺放头多功能集成技术和多坐标、多系统运动协同控制技术。

复合材料铺放制造过程为铺放头在多坐标联动控制下，快速准确地运动到复合材料将要铺放的模具表面，并按照铺放程序的指令准确、无误、高效、自动地完成装在专用卷轴上的预浸料（带或丝束）的铺放，包括完成送料、定位、切割、加热、压紧、回收等动作，保证铺放质量满足工艺要求。

欧美少数几个国家已具有较为成熟的复合材料自动铺放设备设计制造能力，研制了立式、卧式、龙门式、集成工业机器人等各种结构形式的复合材料自动铺带机和铺丝机，在机身、机翼、进气道等飞机大型复杂复材结构制造中得到应用，为提升复合材料在军机和民机中的用量做出了重要贡献。

国内在该设备研制方面尚处于原理性研究和工程样机研制阶段。

第４９卷第３期２０２１年３月塑料工业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ先进复合材料自动铺带技术∗王雨思１ꎬ张㊀磊２ꎬ王㊀瑛１ꎬ李㊀茂３ꎬ吴嘉栋４ꎬ张崇印４ꎬ高㊀缘１ꎬ石姗姗１ꎬ吴新锋１ꎬ４ꎬ∗∗(１.上海海事大学海洋科学与工程学院ꎬ上海２０１３０６ꎻ２.中广核俊尔新材料有限公司ꎬ浙江温州３２５０１１ꎻ３.上海宇航系统工程研究所ꎬ上海２０１１０９ꎻ４.上海航天设备制造总厂有限公司ꎬ上海航天特种环境高分子功能材料工程技术研究中心ꎬ上海２００２４５)㊀㊀摘要:人类社会的发展ꎬ科技的进步都让复合材料登上了工业制造的舞台中央ꎮ自动铺带技术是一种自动化数控制造技术ꎬ如今凭借其成本低㊁效率高等明显优势成为了制造大型复杂组件的不二选择ꎮ概述了自动铺带技术在全球的发展情况ꎬ详细介绍了自动铺带技术的应用领域和技术工艺方法ꎬ在此基础上展望了自动铺带技术在我国的发展前景ꎮ关键词:先进复合材料ꎻ自动铺带ꎻ预浸料中图分类号:ＴＪ４３０ ４㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００５－５７７０(２０２１)０３－００２３－０４ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２１ ０３ ００５开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅＬａｙｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒＡｄｖａｎｃｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓＷＡＮＧＹｕ￣ｓｉ１ꎬＺＨＡＮＧＬｅｉ２ꎬＷＡＮＧＹｉｎｇ１ꎬＬＩＭａｏ３ꎬＷＵＪｉａ￣ｄｏｎｇ４ꎬＺＨＡＮＧＣｈｏｎｇ￣ｙｉｎ４ꎬＧＡＯＹｕａｎ１ꎬＳＨＩＳｈａｎ￣ｓｈａｎ１ꎬＷＵＸｉｎ￣ｆｅｎｇ１ꎬ４(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＯｃｅａｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１３０６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣＧＮＪｕｎｅｒＮｅｗＭａｔｅｒｉａｌｓＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＷｅｎｚｈｏｕ３２５０１１ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＳｙｓｔｅｍｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１０９ꎬＣｈｉｎａꎻ４.ＳｈａｎｇｈａｉＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔｓＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＳｐｅｃｉａｌｉｚｅｄＰｏｌｙｍｅｒＭａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒＡｅｒｏｓｐａｃｅꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２５６ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｕｍａｎｓｏｃｉｅｔｙａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｄｂｒｏｕｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｔｏｔｈｅｃｅｎｔｅｒｏｆｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｓｔａｇｅ.Ａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓａｋｉｎｄｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｎｏｗａｄａｙｓꎬｗｉｔｈｉｔｓｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓꎬｓｕｃｈａｓꎬｌｏｗｃｏｓｔａｎｄｈｉｇｈｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬｉｔｈａｄｂｅｃｏｍｅｔｈｅｂｅｓｔｃｈｏｉｃｅｆｏｒｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｌａｒｇｅａｎｄｃｏｍｐｌｅｘｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ.Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅｗｏｒｌｄꎬａｎｄｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｆｉｅｌｄｓａｎｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.ＯｎｔｈｉｓｂａｓｉｓꎬｉｔｆｏｒｅｃａｓｔｅｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＡｄｖａｎｃｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎻＡｕｔｏｍａｔｅｄＴａｐｅＬａｙｉｎｇꎻＰｒｅｐｒｅｇ１㊀自动铺带技术概述１ １㊀简㊀介图１㊀自动铺带技术流程Ｆｉｇ１㊀Ｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃｔａｐｅｌａｙｉｎｇ自动铺带(ＡＴＬ)技术是一种优秀的复合材料快速高效率自动成型工艺ꎬ该技术不仅可以将定位精度提高至少两个量级ꎬ而且铺叠速度几乎是手工铺叠速度的１０倍ꎬ在生产过程中材料利用率高㊁废品产出少ꎬ得到的复合材料质量稳定ꎬ成本低廉ꎮ从图１可以看出ꎬ该技术的主要工艺流程是:调整多轴机械臂ꎬ使其自动控制材料的合适的铺放位置ꎬ并预先设定好切割机的运行轨迹ꎬ铺放头中填充好复合材料预浸带ꎬ并将预浸带使用滚轮导出ꎬ预浸带经加热辊加热后有序铺叠到工装或铺放好的上一层材料上ꎬ与此同时再次使用滚轮回收背衬材料ꎬ切割机切断预浸带ꎬ使材料按照所需工装的外形铺放完毕ꎮ１ ２㊀全球最新发展情况概述Ｓｌａｎｇｅ等[１]提出了一种工艺路线ꎬ重点是快速铺叠ꎬ而３２ ∗中国博士后科学基金(２０１７Ｍ６１１７５７)ꎬ上海市科技人才计划项目(１９ＱＢ１４０２２００)ꎬ上海市科委 科技创新行动计划地方院校能力建设项目(１９０４０５０１８００)∗∗通信联系人:吴新锋ꎬ男ꎬ１９８２年生ꎬ副教授ꎬ主要从事高分子复合材料的研究ꎮｘｆｗｕ＠ｓｈｍｔｕ ｅｄｕ ｃｎ作者简介:王雨思ꎬ女ꎬ２０００年生ꎬ本科ꎬ主要从事高分子复合材料的研究ꎮ８１４４６６９１１＠ｑｑ ｃｏｍ塑㊀料㊀工㊀业２０２１年㊀㊀不是现场固结ꎬ而最终固结质量和形状是通过模压成型来实现的ꎻ针对预浸带可能重叠的问题ꎬＺｈａｎｇ等[２]提出了一种新的用于自动胶带放置的轨迹规划方法ꎬ该方法利用复合带的允许平面内变形能力来优化连续带之间的关系ꎬ同时还规定了复合带的变形以防止起皱ꎻＳｃｈｕｌｚ等[３]提出了一种超声波切割台的方案ꎬ以研究超声波切割工艺的参数ꎬ分析功能需求ꎬ完成胶带铺设过程时能够准确㊁迅速地将预浸料带切割成指定形状ꎻＣｌａｎｃｙ等[４]将自动铺带技术用于加工可变角度拖曳(ＶＡＴ)层压板ꎬ从而可以修改层压板内的载荷路径ꎬ产生更有利的应力分布并改善层压板性能ꎬ可以得到铺放速度和转向半径对缺陷频率和结合强度的影响ꎻＳｃｈｕｇ等[５]研究了形成碳纤维增强聚酰胺６铺层的无需进行任何预备的固结的方法ꎬ并使用热成像㊁显微切片㊁空隙含量和纤维体积分数测量查验了成型零件的质量ꎻ为了改善玻璃钢内部和外部手动执行的高成本和低效率ꎬＬｅｅ等[６]使用自动铺带机开发了管根ꎬ以改善玻璃钢(ＧＲＰ)管内部的黏合过程ꎻＫｕｄｒｉｎ等[７]开发了一种适用于自动铺带技术预浸料的ＭＡＧＶｉｐｅｒ１２００系统ꎬ具有进一步高压灭菌成型的预浸料技术(预浸料是用未固化的聚合物黏合剂浸渍的碳纤维或玻璃纸)ꎻＢｕｄｅｌｍａｎｎ等[８]试图使用建模方法来指导预浸料的黏性表征ꎬ有望通过提高处理层压板缺陷和机器故障的稳健性来实现铺带速度或材料存储方面的工艺改进ꎬ提高生产效率ꎮ２㊀自动铺带技术应用２ １㊀生产碳纤维胶带在国外的研究进展中ꎬ科学家们已经提出了一种将自动铺带机应用于制造由长回收碳纤维(ＬｒＣＦ)制成的新零件的工艺链ꎬ该工艺链的核心要素之一是使用有着良好的内聚力和含有的黏合剂材料的自动铺带机ꎬ图２ａ是该机器通过用黏结剂网状材料包裹来从条状原料中生产ＬｒＣＦ黏结剂带并在成型工艺中进一步处理这些黏合带ꎮ在施加黏合剂期间ꎬ已经实现了薄片的进一步拉伸以及使用黏合剂材料将该状态冻结ꎮ图２ｂ是对纤维进行拉伸实验ꎬ力学性能表明ꎬ与随机原始纤维毡材料相比ꎬ利用各向异性效应能够更有效地利用纤维特性ꎮａｂ图２㊀自动铺带机生产由ＬｒＣＦ制成的新零件(ａ)和纤维拉伸性能试验(ｂ)[９]Ｆｉｇ２㊀ＡｕｔｏｍａｔｉｃｔａｐｅｌａｙｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｄｕｃｅｓｎｅｗｐａｒｔｓｍａｄｅｏｆＬｒＣＦ[９](ａ)ａｎｄｆｉｂｅｒｔｅｎｓｉｌｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｔｅｓｔ[９](ｂ)２ ２㊀生产金属纤维层压板由玻璃纤维预浸料和薄铝板制成的金属纤维层压板是飞机机身的替代材料ꎮＵｃａｎ[１０]和Ｓｃｈｅｌｌｅｒｂ等[１１]认为已被确定为航空航天应用的上乘材料的金属纤维层压板ＦＭＬ(尤其是ＧＬＡＲＥ)具有成为下一代单通道飞机的基准材料的潜力ꎮ同时ＰｒｅｍｉｕｍＡＥＲＯＴＥＣ公司的Ｈｉｌｍａｒ[１２]和Ｕｃａｎ[１３]提出用于自动化和减少当前供应链的解决方案ꎬ为以高生产率引入纤维金属层压板奠定了基础ꎮ图３是ＰｒｅｍｉｕｍＡＥＲＯＴＥＣ公司已经研制出的能够铺设４６０ｍｍ宽度的自动铺带机铺带头ꎬ铺带头固定在标准机器人上ꎬ预浸料通过输送头送入ꎬ并通过具有可调压力的悬垂单元铺设在固化单元中ꎮ然后ꎬ在铺设过程之后ꎬ将用于固定预浸料的背纸作为单独的卷剥离ꎮ最后将带有玻璃纤维预浸料的完整卷插入末端执行器中ꎮ同时末端执行器连接到机器人上以便灵活部署ꎮ此原理可用于生产任何所需的几何形状ꎬ从而构成了以高生产率在飞机上生产金属纤维层压板的基础施工ꎮ图３㊀自动铺带机生产金属纤维层压板[１２]Ｆｉｇ３㊀Ａｕｔｏｍａｔｉｃｔａｐｅｌａｙｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｐｒｏｄｕｃｅｓｍｅｔａｌｆｉｂｅｒｌａｍｉｎａｔｅ[１２]２ ３㊀制造望远镜ＳＩＭＯＮＳ天文台针对大口径望远镜(ＳＯＬＡＴ)以及具有相同镜面支撑结构的其他望远镜一直有大量的需求ꎮＣＣＡＴ￣ｐｒｉｍｅ是直径６ｍ的望远镜ꎬ表面精度为１０μｍꎬ工作在亚毫米至毫米的波长下ꎬ位于智利北部阿塔卡马沙漠中的塞罗查南托的５６００ｍ高处ꎮ望远镜的两个主镜由大型碳纤维增强复合材料(ＣＦＰＲ)结构支撑ꎬ其结构设计使热膨胀接近于零ꎬ且由于重力效应其变形最小ꎮ对于这两种望远镜ꎬ总共将处理１９０００ｍ２或１２６ｋｍ的超低色散的预浸带(ＵＤ预浸带)ꎮＡｉｒｂｏｒｎｅ将自动铺带机与机器人的铺放过程结合在一起ꎮ机械手安装的ＡＴＬ末端执行器用于创建大型基础层压板ꎮ然后使用机器人安装的超声波刀将层压板切成较小的坯料ꎮ最后ꎬ使用带有真空夹具的自动安装的Ｐ＆Ｐ末端执行器ꎬ将各个坯料拾起并放置在所需的位置ꎬ以制成桁架结构ꎮ２ ４㊀灌注制造风叶片采用激光辅助自动铺带技术ꎬ图４展示了将干纤维带转变为稳定的网状干纤维预制体ꎬ再注入液态树脂制备复合材料层压板ꎮ采用两种不同的水基黏结剂对碳纤维基复合材料进行浸涂加固时ꎬ一方面ꎬ自动预成型提高纤维体积分数高达９％ꎬ与手工预成型相比ꎬ自动预成型使层压板的总厚度减少了１７％~２０％ꎻ另一方面ꎬ弯曲强度相对于基线有２％的边际改善ꎮ除此之外ꎬ在所有情况下黏结剂的存在都会降低弯曲模量ꎮ自动化预制件的表现优于手动预制件的６％ꎮ总体而言ꎬ自动铺带技术可以自动化生产稳定的网状干４２第４９卷第３期王雨思ꎬ等:先进复合材料自动铺带技术纤维预制件ꎬ这是兼容的液体树脂输液过程ꎮ这种用于预制件制造的自动化方法对于通过液体树脂灌注制造大型厚构件具有巨大的潜力ꎬ如船舶船体㊁风叶片以及需要自动沉积干纤维以减少生产时间的零部件ꎬ也有助于避免在高生产率环境中预制件瓶颈ꎮ图４㊀预制棒制备[１２]Ｆｉｇ４㊀Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｅｆｏｒｍ[１２]３㊀自动铺带技术工艺方法３ １㊀原位电子束固化将高能束固化技术应用于自动铺带成型工艺ꎬ不仅省去了制造大型复杂材料所需的热压罐固化程序ꎬ而且无需再使用高成本的抽真空环境ꎬ这在实际的生产过程中可以有效地节约资金ꎬ尤其是针对大型的航空航天制造商以及交通运输制造商ꎬ原位电子束固化与自动铺带技术的结合能将构件的制造成本降低最多６０％ꎮ为了开发用于高级聚合物复合材料的非高压釜制造工艺ꎬＡｂｌｉｚ[１５]探索了一种将自动胶带放置与低能电子束辐射固化相结合的新工艺ꎬ在胶带放置的过程中实现对先进复合材料进行原位电子束逐层固化ꎮ通过调整预浸料中的电子束剂量深度分布优化辐照过程以实现均匀固化ꎮ图５描述的放置过程是用低能ＥＢ发射器辐照到一定剂量后ꎬ立即用胶带贴装机将辐照过的ＥＢ固化预浸料压实在模具表面上ꎮ图５㊀低能量ＥＢ固化胶带放置过程Ｆｉｇ５㊀ＬｏｗｅｎｅｒｇｙＥＢｃｕｒｉｎｇｔａｐｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ３ ２㊀红外线铺带技术ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩＰＴ[１７]开发了一种基于红外(ＩＲ)的热塑性塑料原位铺带工艺ꎬ该工艺引起了业界的广泛关注ꎮ设计和优化生产除了优化工艺参数外ꎬ机器设计以及包括几何形状和毛坯设计都涉及到工艺引起的影响ꎮ由ＦｒａｕｎｈｏｆｅｒＩＰＴ开发的ＰｒｅＰｒｏ®２Ｄ系统已用于生产热塑性ＵＤ胶带制成的定制复合材料坯料ꎮ它基于连接到龙门系统的胶带铺设头和加热的旋转工作台ꎮ旋转台根据所需的纤维方向旋转ꎬ并且还负责胶带铺设的方向和速度ꎮ胶带铺设头负责胶带在转盘上的位置和长度ꎮ由图６可见ꎬＰｒｅＰｒｏ®２Ｄ机器基于坚固的加固辊而不是钢带ꎮ固结辊由单个温度控制单元加热ꎬ其压力由Ｆｅｓｔｏ压力控制阀控制ꎮ系统中集成了用于验证的Ｈｅｉｔｒｏｎｉｘ高温计和ＤＩＡＳ红外热像仪ꎮ由于红外辐射会干扰高温计的波长ꎬ以及磁带铺设头的现有空间ꎬ因此这两个测量系统都分别位于夹持点或合并辊之后ꎮ通过实施这种方法ꎬ可以优化工艺参数并调整胶带铺放系统ꎮ图６㊀ＰｒｅＰｒｏ®２Ｄ磁带铺设系统[１７]Ｆｉｇ６㊀ＰｒｅＰｒｏ®２Ｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｓｙｓｔｅｍ[１７]３ ３㊀逆光学模型优化激光辅助胶带成型ＦｒａｎｋＳｅｂａｓｔｉａａｎ[１７]提出一种激光辅助胶带缠绕/放置(ＬＡＴＷ/Ｐ)过程ꎬ其中纤维增强的热塑性预浸料坯由激光源加热并通过压实辊原位固结ꎮ为了将加工温度分布保持在期望的条件下ꎬ图７的流程图展示了一种用于激光功率分布的新的工艺优化方法ꎮ在优化方案中考虑了具有可变功率分布的激光源ꎬ该激光源可以通过实现所需的恒定咬合点温度分布来提高最终产品的黏合质量ꎮ垂直腔表面发射激光器(ＶＣＳＥＬ)技术实际上可以实现可变的激光功率分布ꎮ在直接光学模型中ꎬ已知激光功率分布以及输出的热通量分布ꎮ在逆热模型中使用给定的温度曲线来计算相同热节点上所需的热通量分布ꎮ根据预浸带和基材上的表面温度分布ꎬ计算出理想的激光功率分布ꎮ基于两个不同的输入温度曲线ꎬ即逐步和线性斜坡曲线ꎬ进行了两个不同的优化研究ꎮ首先ꎬ逆热模型用于计算所需的热通量分布ꎬ并将其作为逆光学模型的输入ꎮ使用射线追踪方法的光学模型ꎬ将获得的热通量分布转换为激光功率分布ꎮ将使用逆光学模型获得的激光功率分布与计算出的激光功率分布进行比较ꎬ作为已开发的光热模型的输入ꎮ图７㊀完整模型方法的流程图Ｆｉｇ７㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｃｏｍｐｌｅｔｅｍｏｄｅｌｍｅｔｈｏｄ３ ４㊀多层刀片 生产薄壁ＣＦＲＰ结构多层刀片 (ＭＬＩ)项目为薄壁ＣＦＲＰ结构中使用的刀片提出了新的设计ꎮ多层刀片由多个薄金属板组成ꎬ在内在杂交过程中与层压板同时积聚ꎬ消除了耗时的后处理步骤ꎮ此外ꎬ与传统刀片相比ꎬ在同等重量下ꎬ这种刀片可大大增加金属和ＣＦＲＰ之间的黏合面积ꎮ５２Ｇｒｏβ[１８]目前正在开发这样一个全自动化的生产工艺ꎬ以实现刀片的同步构建ꎮ两者均将单个金属板的放置过程和相应的切割工艺集成到ＡＴＬ工艺中ꎬ以形成预层中的切口ꎮ在保持高铺设速度的同时可以将刀片放置集成到ＡＴＬ流程中ꎮ为了满足基于生产的限制以及机械原因ꎬ刀片被集成到双层层压板中(见图８)ꎮ这意味着ꎬ层压板由具有相同方向的层对组成ꎮ这种铺面可确保黏合曲面独立于相邻双层的取向和角度差ꎮ因此ꎬ对于所有双层ꎬ金属板与光纤方向的方向可以相同ꎮ这大大简化了金属板的铺设ꎬ因为它们的放置方向相对于铺设方向恒定ꎮ从机械的角度来看ꎬ这种设计增加了可用的黏合面积ꎬ并确保负载传输到至少一个具有相同的光纤方向的相邻层ꎮ图８㊀双层层压板Ｆｉｇ８㊀Ｄｏｕｂｌｅ￣ｌａｙｅｒｌａｍｉｎａｔｅ４㊀前景展望自动铺带技术已经经过了半个世纪的发展与更新ꎬ随着复合材料大型构件的应用领域越来越广泛ꎬ生产需求的数量㊁质量和性能也越来越高ꎬ复合材料成型自动化是未来复合材料制造技术发展的必然结果ꎮ尽管国内的先进复合材料成型工艺仍以手工铺带为主ꎬ自动铺带机仍然无法进行大规模流水线的生产ꎬ但我国一直重视自动铺带技术ꎬ积极吸取先进经验和技术ꎬ努力推动其向自动化㊁数字化㊁标准化方向发展ꎮ与此同时ꎬ本文提到的许多先进的自动铺带技术成型工艺以及自动铺带技术能运用的新领域也亟待我国的科研人员去挖掘和探索ꎮ相信抓住复合材料成型自动化这个机遇ꎬ一定能够实现我国自主研发高精尖成型设备和技术并将其投入相应的制造领域的美好愿景ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]ＳＬＡＮＧＥＴＫꎬＧＲＯＵＶＥＷＪＢꎬＷＡＲＮＥＴＬＬꎬｅｔａｌ.Ｔｏｗａｒｄｓｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｌａｙ￣ｕｐａｎｄｓｔａｍｐｆｏｒｍｉｎｇｆｏｒｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｔａｉｌｏｒｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＭａｎｕｆａｃ￣ｔｕｒｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１１９:１６５－１７５.[２]ＺＨＡＮＧＰꎬＺＨＯＵＺＨꎬＣＨＥＮＧＢꎬｅｔａｌ.Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｌａｙ￣ｕｐｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔａｐｅｓｂａｓｅｄｏｎｉｍｐｒｏｖｅｄｇｅｏｄｅｓｉｃｓｔｒａｔｅｇｙｆｏｒａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＩｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｓꎬＰａｒｔＣ.ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅꎬ２０１８ꎬ２３２(２２):４０８４－４０９７.[３]ＨＯＰＭＡＮＮＣꎬＯＰＨＶＬＳＭꎬＳＣＨＵＬＺＭꎬｅｔａｌ.Ｉｎｄｉ￣ｖｉｄｕａｌｉｚｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｂｅｒ￣ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｈｙｂｒｉｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ[Ｊ].ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎＷｏｒｌｄｗｉｄｅꎬ２０１９ꎬ１２(４):６４－７１.[４]ＣＬＡＮＣＹＧꎬＰＥＥＴＥＲＳＤꎬＯＬＩＶＥＲＩＶꎬｅｔａｌ.Ａｓｔｕｄｙｏｆｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｓｔｅｅｒｉｎｇｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｒｅ/ＰＥＥＫｔａｐｅｓｕｓｉｎｇｌａｓｅｒ￣ａｓｓｉｓｔｅｄｔａｐｅｐｌａｃｅｍｅｎｔ[Ｊ].Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬ２０１９ꎬ１６３(ＡＰＲ.１５):２４３－２５１.[５]ＳＣＨＵＧＡꎬＲＩＮＫＥＲＤꎬＨＩＮＴＥＲＨＯＥＬＺＬＲꎬｅｔａｌ.Ｅ￣ｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｆｏｒｍｉｎｇｓｐｏｔ￣ｗｅｌｄｅｄｌａｙｕｐｓｏｕｔｏｆｆｉｂｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｔａｐｅｗｉｔｈｏｕｔｐｒｅｖｉｏｕｓｃｏｎｓｏｌｉ￣ｄａｔｉｏｎ[Ｊ].ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌＦｏｒｍｉｎｇꎬ２０１９ꎬ１２(２):２７９－２９３.[６]ＬＥＥＪＹꎬＪＵＮＧＭＳꎬＳＨＩＮＫＢꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆａｕｔｏｍａｔｅｄｌａｙ￣ｕｐｒｏｂｏｔｓｙｓｔｅｍｆｏｒｊｏｉｎｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆＧＲＰｐｉｐｅｓ[Ｊ].ＭｏｄｅｒｎＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓＢꎬ２０２０ꎬ３４(０７ｎ０９):２５７－２６３.[７]ＫＵＤＲＩＮＡＭꎬＫＡＲＡＥＶＡＯＡꎬＧＡＢＲＩＥＬ ＳＫＳꎬｅｔａｌ.Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｄａｐｔａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｆｏｒｓｙｓｔｅｍｓｏｆａｕ￣ｔｏｍａｔｅｄｌａｙｉｎｇｏｆＰＣＭｓｆｏｒａｖｉａｔｉｏｎｐｕｒｐｏｓｅｓ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＳｃｉｅｎｃｅＳｅｒｉｅｓＤꎬ２０１９ꎬ１２(３):３３６－３４０.[８]ＢＵＤＥＬＭＡＮＮＤꎬＳＣＨＭＩＤＴＣꎬＭＥＲＩＮＥＲＳＤꎬｅｔａｌ.Ｐｒｅｐｒｅｇｔａｃｋ:Ａｒｅｖｉｅｗｏｆｍｅｃｈａｎｉｓｍｓꎬｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔꎬａｎｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＰｏｌｙｍｅｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬ２０２０ꎬ４１(９):１－１９.[９]ＯＬＩＶＥＲＲꎬＤＡＶＩＤＭꎬＣＨＲＩＳＴＩＡＮＧꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐ￣ｍｅｎｔａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｒｅｃｙｃｌｅｄｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒ￣ｂａｓｅｄｂｉｎｄｅｒｔａｐｅｓｆｏｒａｕｔｏｍａｔｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１９ꎬ５３(２３):１－１２[１０]ＵＣＡＮＨꎬＡＰＭＡＮＮＨꎬＧＲＡ＆ＳＺＬＩＧＬＧꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｍａｄｅｆｒｏｍｆｉｂｒｅ￣ｍｅｔａｌｌａｍｉｎａｔｅｓｉｎａｉｒｃｒａｆｔｆｕｓｅｌａｇｅｓ[Ｊ].ＣＥＡＳＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＪｏｕｒｎａｌꎬ２０１９ꎬ１０(２):４７９－４８９[１１]ＳＣＨＥＬＬＥＲＪꎬＤＩＥＣＫＨＯＦＦＳꎬＳＴＡＮＤＦＵβＪꎬｅｔａｌ.Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｔｈｅａｕｔｏｍａｔｅｄｆｉｂｅｒｍｅｔａｌｌａｍｉｎａｔｅｓｐｒｏ￣ｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎＷｏｒｌｄｗｉｄｅꎬ２０１９ꎬ１２(２):５０－５７.[１２]ＨＩＬＭＡＲＡꎬＭＡＴＴＨＩＡＳＢꎬＤＵＪＹꎬｅｔａｌ.Ａｕｔｏｍａｔｅｄｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｏｆｆｉｂｒｅｍｅｔａｌｌａｍｉｎａｔｅｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｈｉｇｈｒａｔｅｏｆｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ[Ｊ].ＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＤｅｓｉｇｎｗｏｒｌｄｗｉｄｅꎬ２０１７ꎬ１０(４):２８－３３[１３]ＵＣＡＮＨꎬＳＣＨＥＬＬＥＲＪꎬＮＧＵＹＥＮＣꎬｅｔａｌ.Ａｕｔｏｍａ￣ｔｅｄꎬｑｕａｌｉｔｙａｓｓｕｒｅｄａｎｄｈｉｇｈｖｏｌｕｍｅｏｒｉｅｎｔｅｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｏｆｆｉｂｅｒｍｅｔａｌｌａｍｉｎａｔｅｓ(ＦＭＬ)ｆｏｒｔｈｅｎｅｘｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｐａｓｓｅｎｇｅｒａｉｒｃｒａｆｔｆｕｓｅｌａｇｅｓｈｅｌｌｓ[Ｊ].ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉ￣ｎｅｅｒｉｎｇｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１９ꎬ２６(１):５０２－５０８.(下转第５８页)现象ꎮ这种薄壁ＰＰ配方技术ꎬ在基本保证注塑部件功能不低于普通注塑部件性能的基础上ꎬ可以明显减轻制件质量和成型周期ꎬ并具翘曲小ꎬ平直度高ꎬ没有缩水ꎬ尺寸稳定ꎮ可用于设计多功能㊁形状复杂㊁大型薄壁化产品ꎬ在生产过程中可缩短加工周期ꎬ降低加工温度ꎬ降低注射压力和能耗ꎬ具有加工性好ꎬ优良的充模性等优点ꎮ从而较传统ＰＰ成型部件成型技术更为充分地实现了减重㊁高效㊁低成本的生产ꎮ对于进一步提高资源利用率㊁减轻汽车质量㊁降低能源消耗具有重要意义ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]张云ꎬ葛骞.薄壁注塑聚丙烯综述[Ｊ].当代化工ꎬ２０１８ꎬ４７(３):６００－６０６.ＺＨＡＮＧＹꎬＧＥＱ.ＡｎｏｖｅｒｖｉｅｗｏｆｔｈｅＴＷＩＭｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌ￣ｅｎｅ[Ｊ].ＣｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙＣｈｅｍｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１８ꎬ４７(３):６００－６０６.[２]陈廷勇ꎬ方鹤ꎬ夏俊ꎬ等.薄壁注塑专用高熔体流动速率ＰＰ的开发进展[Ｊ].合成树脂及塑料ꎬ２０１８ꎬ３５(４):８５－８８.ＣＨＥＮＴＹꎬＦＡＮＧＨꎬＸＩＡＪꎬｅｔａｌ.ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｈｉｇｈＭＦＲＰＰｆｏｒｔｈｉｎｗａｌｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ[Ｊ].ＣｈｉｎａＳｙｎｔｈｅｔｉｃＲｅｓｉｎａｎｄＰｌａｓｔｉｃｓꎬ２０１８ꎬ３５(４):８５－８８.[３]ＡＲＩＥＬ.青岛炼化携手美利肯开发含Ｈｙｐｅｒｆｏｒｍ®成核剂的薄壁注塑专用聚丙烯树脂[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０１４(２):８８.ＡＲＩＥＬ.ＱｉｎｇｄａｏＲｅｆｉｎｅｒｙａｎｄＭｉｌｌｉｋｅｎｊｏｉｎｔｌｙｄｅｖｅｌｏｐｐｏｌ￣ｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｒｅｓｉｎｆｏｒｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇｃｏｎｔａｉｎｉｎｇＨｙｐｅｒｆｏｒｍ®ｎｕｃｌｅａｔｉｎｇａｇｅｎｔ[Ｊ].ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＰｌａｓｔｉｃｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎꎬ２０１４(２):８８.[４]孟永智ꎬ胡琳ꎬ曾祥国ꎬ等.高熔薄壁注塑聚丙烯新产品１０４０ＴＥ开发与应用[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１９ꎬ４７(１):５２－５４.ＭＥＮＧＹＺꎬＨＵＬꎬＺＥＮＧＸＧꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｈｉｇｈｍｅｌｔｉｎｇｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｎｅｗｐｒｏｄｕｃｔ１０４０ＴＥ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１９ꎬ４７(１):５２－５４.[５]袁莹莹.基于Ｍｏｌｄｆｌｏｗ技术汽车保险杠翘曲变形分析与优化[Ｄ].杭州:浙江工业大学ꎬ２０１３.ＹＵＡＮＹＹ.Ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｗａｒｐａｇｅｏｆａｕｔｏ￣ｍｏｂｉｌｅｂｕｍｐｅｒｂａｓｅｄｏｎｍｏｌｄｆｌｏｗｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｄ].Ｈａｎｇ￣ｚｈｏｕ:ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１３. [６]周陆腾ꎬ蒋炳炎ꎬ楚纯朋ꎬ等.界面传热对薄壁注塑成型质量的影响[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１４ꎬ４２(３):６７－７９.ＺＨＯＵＬＴꎬＪＩＡＮＧＢＹꎬＣＨＵＣＰꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｏｎｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１４ꎬ４２(３):６７－７９. [７]许冰ꎬ黄宗斌ꎬ韦超忠.长玻纤增强聚丙烯注塑成型薄壁制件的结构和性能研究[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１８ꎬ４６(３):９７－１００.ＸＵＢꎬＨＵＡＮＧＺＢꎬＷＥＩＣＺ.Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｓｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｆｏｒｍｅｄｐａｒｔｓｗｉｔｈｌｏｎｇｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ[Ｊ].ＣｈｉｎａＰｌａｓｔｉｃｓＩｎｄｕｓｔｒｙꎬ２０１８ꎬ４６(３):９７－１００. [８]ＡＺＡＭＡＮＭＤꎬＳＡＰＵＡＳＭꎬＳＵＬＡＩＭＡＮＳꎬｅｔａｌ.Ｓｈｒｉｎｋａｇｅｓａｎｄｗａｒｐａｇｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓａｂｉｌｉｔｙｏｆｗｏｏｄ￣ｆｉｌｌｅｄｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄｐａｒｔｓｆｏｒｍｅｄｂｙｉｎｊｅｃｔｉｏｎｍｏｌｄｉｎｇ[Ｊ].ＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＤｅｓｉｇｎꎬ２０１３(５２):１０１８－１０２６.(本文于２０２０－１１－２４收到)㊀(上接第２６页)[１４]ＫＡＤＩＹＡＬＡＡＫꎬＰＯＲＴＥＬＡＡꎬＤＥＶＬＩＮＫꎬｅｔａｌ.Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｎｄｆａｉｌｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｍｉｎａｔｅｓｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｄｕｓｉｎｇａｕｔｏｍａｔｅｄｄｒｙｆｉｂｒｅｔａｐｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｌｉｑｕｉｄｒｅｓｉｎｉｎｆｕｓｉｏｎ[Ｊ/ＯＬ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２１ꎬ２０１:１０８５１２.[１５]ＡＢＬＩＺＤꎬＤＵＡＮＹꎬＺＨＡＯＸꎬｅｔａｌ.Ｌｏｗ￣ｅｎｅｒｇｙｅ￣ｌｅｃｔｒｏｎｂｅａｍｃｕｒｅｄｔａｐｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｏｒｏｕｔ￣ｏｆ￣ａｕｔｏｃｌａｖｅｆａｂ￣ｒｉｃａｔｉｏｎｏｆａｄｖａｎｃｅｄｐｏｌｙｍｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬＰａｒｔＡ:ＡｐｐｌｉｅｄＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２０１４ꎬ６５:７３－８２.[１６]ＳＣＨＵＬＺＭꎬＪＡＮＳＳＥＮＨꎬＢＲＥＣＨＥＲＣꎬｅｔａｌ.Ａｄｉｇｉｔａｌｓｈａｄｏｗｆｏｒｔｈｅｉｎｆｒａｒｅｄ￣ｂａｓｅｄｔａｐｅｌａｙｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔａｉｌｏｒｅｄｂｌａｎｋｓｏｕｔｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｔａｐｅ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｄｉａＣＩＲＰꎬ２０１９ꎬ８５:２２４－２２９.[１７]ＥＳＳＥＬＩＮＫＦＳꎬＡＭＩＮＨＳＭꎬＢＡＲＡＮＩꎬｅｔａｌ.Ｏｐｔｉ￣ｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｌａｓｅｒ￣ａｓｓｉｓｔｅｄｔａｐｅｗｉｎｄｉｎｇ/ｐｌａｃｅｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｕｓｉｎｇｉｎｖｅｒｓｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＰｒｏｃｅｄｉａＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇꎬ２０２０ꎬ４７:１８２－１８９.[１８]ＧＲＯβＬꎬＨＥＲＷＩＧＡꎬＢＥＲＧＤＣꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ￣ｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎｏｆａｈｙｂｒｉｄｌｏａｄｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｌｅｍｅｎｔｆｏｒｔｈｉｎ￣ｗａｌｌｅｄＣＦＲＰＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ[Ｊ].ＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１８ꎬ１２(１):１－８.(本文于２０２０－１２－１４收到)。

基于机器视觉的复合材料自动铺带过程质量控制技术研究摘要：随着复合材料工业的快速发展，对于复合材料自动铺带过程的质量控制需求日益增加。

传统的质量控制方法受制于人工操作和主观因素，效率低且容易出错。

为了提高质量控制水平，机器视觉技术逐渐应用于复合材料自动铺带过程中。

本文通过综述相关研究成果，介绍了基于机器视觉的复合材料自动铺带过程质量控制技术的研究现状、关键技术以及存在的挑战和解决方法，并展望了未来发展的方向。

1. 引言近年来，复合材料作为一种新型材料，被广泛应用于航空、汽车、船舶、建筑等领域。

在复合材料的制造过程中，自动铺带是一种常见的工艺，其质量控制直接关系到最终产品的性能和使用寿命。

传统的质量控制方法往往由人工操作和主观因素决定，存在效率低下和易出错的问题，为了提高质量控制水平，引入机器视觉技术成为必要的选择。

2. 机器视觉技术在复合材料自动铺带过程中的应用研究现状目前，机器视觉技术在复合材料自动铺带过程中的应用已经取得了一些研究成果。

首先，在图像处理方面，研究者利用机器视觉算法对复合材料铺带过程中的图像进行分割和识别，从而实现对铺带质量的控制和评估。

其次，在控制系统方面，利用机器视觉技术实现对机器人铺带过程参数的测量与调整，提高铺带的准确性和一致性。

此外，还有一些研究者通过机器视觉技术实现对铺带过程中的缺陷和瑕疵的自动检测和分类，为后续的质量控制和修复提供依据。

3. 基于机器视觉的复合材料自动铺带过程质量控制技术的关键技术基于机器视觉的复合材料自动铺带过程质量控制技术的关键技术主要包括图像处理算法、模型建立和识别技术以及控制系统设计。

首先，图像处理算法是实现铺带过程图像分割、特征提取和缺陷检测的基础，需要具备高效、准确、稳定的性能。

其次，模型建立和识别技术用于实现对铺带过程中各种材料、工艺参数及特征的建模和识别，为质量控制提供判定依据。

最后，控制系统设计将机器视觉技术与机器人控制相结合，实现对复合材料自动铺带过程中各个参数的测量和调整。

复合材料自动铺带机器人系统的设计与开发在当今工业领域中，复合材料在航空航天、汽车制造、建筑等领域有着广泛的应用。

为了提高复合材料制造的效率和质量，设计与开发一种高效的自动铺带机器人系统是至关重要的。

本文将详细探讨复合材料自动铺带机器人系统的设计与开发。

1. 引言复合材料是由两种或多种不同性质的材料通过机械或化学方法组合而成的新材料。

与传统材料相比，复合材料具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好等优点。

因此，复合材料在许多领域被广泛应用。

为了满足不同领域的需求，复合材料的生产需要高度自动化的生产线。

2. 自动铺带机器人系统的组成自动铺带机器人系统是指能够自动化完成复合材料的铺带工作的机器人系统。

它由以下几个主要组成部分构成：2.1 机械臂机械臂是自动铺带机器人系统的核心组件，它能够在三维空间中精确地运动。

机械臂的设计需要考虑其运动范围、载荷能力以及精度等因素。

现如今，基于伺服控制的多关节机械臂已经成为自动铺带机器人系统的主要选择。

同时，机械臂还需要配备相应的传感器，以实现质量控制和误差修正。

2.2 控制系统自动铺带机器人系统的控制系统是保证机械臂和其他部件协同工作的关键。

控制系统包括硬件和软件两部分。

硬件方面，它通常由运动控制卡、传感器和执行机构等组成。

而软件方面，则需要实现轨迹规划、动作控制和异常处理等功能。

2.3 铺带头铺带头是负责将复合材料铺带到工作区域的组件。

铺带头需要具备高速度、高精度和可靠性的特点。

此外，为了适应不同的铺带形状和材料特性，铺带头还需要具备一定的装备可调整性。

3. 自动铺带机器人系统的关键技术3.1 路径规划与轨迹生成自动铺带机器人系统需要能够根据零件的形状和尺寸，生成合理的铺带轨迹。

路径规划和轨迹生成是自动铺带机器人系统中的关键技术。

在路径规划过程中，需要考虑到复杂曲面的特点以及材料的性质，保证铺带的质量和效率。

3.2 感知与控制自动铺带机器人系统需要能够感知工作环境的状态，及时调整工作姿势和路径。

复合材料自动铺带工艺中的孔洞分布控制研究随着科技的不断进步，复合材料在各个领域中被广泛应用，其中复合材料自动铺带工艺是一种常见且重要的制造工艺。

而在这个过程中，孔洞分布控制是一个需要深入研究的问题。

复合材料是由两种或更多种材料组成的，通过混合在一起形成新的材料，具有优异的性能，如高强度、轻质和耐腐蚀等。

而在复合材料自动铺带工艺中，通过将纤维或片材按照一定的规则排列在模具内，然后进行固化，形成所需的形状和结构。

然而，孔洞的存在对复合材料的性能产生了重要影响。

孔洞的存在会降低复合材料的强度、刚度和耐久性，从而降低材料的可靠性和使用寿命。

因此，控制复合材料自动铺带工艺中的孔洞分布是提高材料质量和性能的关键因素之一。

在复合材料自动铺带工艺中，孔洞的分布是由多种因素所决定的。

首先，材料的浸润性是决定孔洞形成与否的重要因素。

浸润性差的材料容易在工艺过程中形成孔洞。

因此，在选择材料时，应优先选择具有良好浸润性的材料。

其次，材料的表面状态也对孔洞分布起着关键作用。

表面的凹凸不平、污垢或氧化层会导致材料与固化剂的接触不良，形成孔洞。

因此，在工艺过程中，需要对材料进行表面处理，保证材料的表面光滑、干净，确保与固化剂的接触良好。

此外，工艺参数的选择对孔洞分布也具有重要影响。

工艺参数包括铺带速度、减速时间、固化温度和压力等。

这些参数的选择应综合考虑材料的性质和工艺要求。

过高或过低的压力、温度或速度都可能导致孔洞的形成。

因此，通过优化工艺参数的选择，可以控制孔洞的分布。

另外，模具设计也是影响孔洞分布的重要因素之一。

模具的形状、尺寸和表面光滑度都会影响复合材料的铺带和固化过程。

因此，合理设计模具，确保铺带均匀且紧密，有助于减少孔洞的形成。

综上所述，复合材料自动铺带工艺中的孔洞分布控制是一个复杂而重要的问题。

通过选择合适的材料、进行表面处理、优化工艺参数和合理设计模具，可以控制孔洞分布，提高复合材料的性能和质量。

对于不同的应用领域，我们需要深入研究孔洞分布的规律，以满足各种不同的性能要求。

自动铺丝机AFP调研报告——复合材料自动铺丝机的结构和工作原理综述摘要：本文是关于不同铺丝机产品结构和工作原理调研的一篇综述。

先介绍了项目的研究意义和内容，接着详实细致的调研了现有的各类铺丝机产品的结构和工作原理，包括剪切，重送，张力控制，铺压和加热几个部分。

最后通过对比与研究，发现问题，找出不同产品的共同性与差异性。

为之后的项目研究作铺垫。

关键词：复合材料；自动铺丝机；铺丝头；丝束引言复合材料作为现代先进大型飞机主结构用材已是明显的发展趋势。

作为铺放制造复材整体构件的自动铺带机与自动铺丝机则随之得到极为快速发展和广泛应用，成为现代先进大型飞机制造的关键设备之一，其应用日益完善，并开始向非航空应用领域扩展现代大型飞机主结构件设计制造已越来越多釆用复材整体构件，并已从大型机翼长梁、蒙皮壁板等相对简单复材构件发展到大型飞机整体筒壳机身段及中小型飞机整体筒壳机身等复材构件，且构件尺寸越来越大，整体结构越来越复杂。

传统AFW和ATL已很难满足航空飞机制造的实际应用需求。

因此产生了将AFW机床缠绕功能和ATL 机床层铺、压紧、切割和重铺等加工能力融合集成在一台设备上，也就是高端自动铺丝机（AFP）。

今天自动铺丝机和软件有很多相似之处。

因为基础设施的高成本，除了最大的制造商以外技术很难采用。

工艺的复杂性以及不同厂家的AFP要求不同的软件,导致软件实现和升级受限。

与高速数控铣床“cm/min”的切割速度相同，自动铺带机/自动铺丝机（ATL/AFP）是促进复材“kg/hr”的铺放生产速率的基础,而往往忽略必须解决快速铺放等其他重要过程的复杂性。

然而相似之处还不止这些,就像计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)软件必须不断地随着新加工技术发展,AFP软件编程法也必须发展以适应技术的进步发展。

软件如果只支持一个品牌、时代、或一种AFP模型机,很快就会变得不适用和过时。

因此本项目对不同铺丝机产品结构和工作原理调研，最后通过对比与研究，发现问题，找出不同产品的共同性与差异性，提出解决方案为之后的项目研究作铺垫。