АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СОТОВОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ С МЕМБРАННЫМИ КРЫШКАМИ
AUTOMATED METHOD FOR PRODUCING A CELLULAR FILLER WITH MEMBRANE COVERS

Изобретение относится к области акустики, к устройствам для подавления акустических колебаний и может применяться преимущественно для изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками (колпачками), который входит в состав звукопоглощающей конструкции мотогондолы авиационных двигателей, применяемой для снижения шума авиационных двигателей.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, и выбранному за прототип, является автоматизированный способ изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками, разработанный компанией BOEINGCO (патент US 10542363, МПК B25J15/00; B25J15/06; B32B37/00, опубл. 21.01.2020) заключающийся в том, что сотовый заполнитель с шестигранными ячейками подают на рабочий стол, далее в портальную лазерную установку заправляют рулон акустического материала, из которого вырезают мембранные крышки с помощью лазерной резки, захват и перемещение вырезанных мембранных крышек осуществляют инструментом с вакуумным захватом, закрепленным на фланце манипулятора, подносят инструментом мембранные крышки к ячейкам сотового заполнителя, выравнивают с помощью устройства обзора относительно ячеек, далее вставляют мембранные крышки в ячейки сотового заполнителя.
Недостатком прототипа является: невозможность работы с различным типом формы ячеек сотового заполнителя (к примеру, треугольник, квадрат, прямоугольник, окружность), невозможность установки мембранных крышек на различную глубину ячеек сотового заполнителя (одинаковую или различную для всех ячеек), отсутствие промежуточного контроля качества заполнения ячеек сотового заполнителя мембранными крышками и приклейки, отсутствие возможности выделения одной или нескольких областей сотового заполнителя для выборочной установки и приклейки мембранных крышек, невозможность изготовления сотовых заполнителей с различным рабочим температурным диапазоном, также отсутствие возможности работы с сотовыми заполнителями с различными размерами, имеющих нерегулярную структуру ячеек.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является невозможность работы с различным типом формы ячеек сотового заполнителя, невозможность установки мембранных крышек на различную глубину ячеек сотового, отсутствие промежуточного контроля качества заполнения ячеек сотового заполнителя мембранными крышками и приклейки, отсутствие возможности выделения одной или нескольких областей сотового заполнителя для выборочной установки и приклейки мембранных крышек, невозможность изготовления сотовых заполнителей с различным рабочим температурным диапазоном, также отсутствие возможности работы с сотовыми заполнителями с различными размерами, имеющих нерегулярную структуру ячеек.
Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение более полной автоматизации процесса изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками, обеспечение возможности работы с различным типом формы ячеек сотового заполнителя, обеспечение возможности вставки мембранных крышек на различную глубину, обеспечение возможности выделения одной или нескольких областей сотового заполнителя для выборочной установки и приклейки мембранных крышек, обеспечение возможности изготовления сотовых заполнителей с мембранными крышками, применимых для работ в различных температурных диапазонах, обеспечение возможности работы с сотовыми заполнителями с различными размерами, имеющих нерегулярную структуру ячеек.
согласно изобретению
Техническая проблема решается тем, что в автоматизированном способе изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками сотовый заполнитель с шестигранными ячейками подают на рабочий стол, в портальную лазерную установку заправляют рулон акустического материала, из которого изготавливают мембранные крышки с помощью лазерной выкройки, передают набор цифровых инструкций для управления движением инструмента с вакуумным захватом, закрепленного на фланце манипулятора, захватывают этим инструментом вырезанные мембранные крышки с рабочей поверхности портальной лазерной установки, удерживают мембранные крышки силой всасывания, подносят к ячейкам сотового заполнителя, выравнивают с помощью устройства обзора относительно ячеек, далее вставляют мембранные крышки в ячейки сотового заполнителя, , дополнительно используют как минимум два манипулятора, далее дополнительно с помощью устройства обзора выполняют автоматический контроль качества геометрии ячеек сотового заполнителя,  с помощью набора цифровых инструкций выполняют настройку автоматизированной системы на изготовление сотового заполнителя с мембранными крышками с заданными  параметрами, в устройство подачи и нанесения клея заправляют клей, в устройство подачи и нанесения гидрофобного покрытия заправляют гидрофобизатор, захватывают первым манипулятором из загрузочной зоны сотовый заполнитель, прошедший контроль качества геометрии ячеек, и укладывают на рабочий стол, устройством обзора анализируют размеры и координаты ячеек сотового заполнителя, в портальную лазерную установку передают форму и размеры каждой ячейки сотового заполнителя, вырезают мембранные крышки с лепестками индивидуально по типу, форме и размерам под каждую ячейку сотового заполнителя, устройством обзора выравнивают положение вакуумного захвата второго манипулятора относительно мембраной крышки и захватывают их по одной, дополнительно на мембранные крышки наносят гидрофобное покрытие, вставляют мембранные крышки по одной на заданную глубину с ориентацией лепестков по стенкам сотового заполнителя, третьим манипулятором индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты) отдельно в каждую ячейку, с помощью устройства обзора производят промежуточный контроль качества заполнения ячеек сотового заполнителя мембранными крышками и приклейки, в случае выявления отклонений по качеству мембранные крышки изымают вручную, далее повторяют процесс вставки и приклейки, мембранных крышек в ячейки сотового заполнителя, в которых был выявлен дефект, с помощью устройства обзора производят повторный промежуточный контроль качества заполнения ячеек мембранными крышками и приклейки,  дополнительно используют сушильный шкаф, после прохождения промежуточного контроля качества сотовый заполнитель со вставленными и приклеенными мембранами крышками первым манипулятором передают в сушильный шкаф, сушат, по окончании сушки сотовый заполнитель с мембранными крышками выгружают первым манипулятором из сушильного шкафа в зону окончательного контроля, с помощью устройства обзора выполняют окончательный контроль качества готовой продукции, далее сотовый заполнитель с мембранными крышками перемещают первым манипулятором в зону готовой продукции.
согласно изобретению
Кроме того, , вторым манипулятором захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки, а далее третьим манипулятором параллельно индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты).
согласно изобретению
Кроме того, , третьим манипулятором индивидуально наносят клей на стенки ячеек, а далее вторым манипулятором параллельно захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки.
согласно изобретению
Кроме того, , при помощи второго и третьего манипулятора захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки, а далее вторым и третьим манипулятором индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты).
согласно изобретению
Кроме того, , при помощи второго и третьего манипулятора захватывают мембранные крышки, подносят их к системе дозирования клея и индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек, а далее вторым и третьим манипулятором вставляют мембранные крышки с клеем в ячейки.
согласно изобретению
Кроме того, , используют низкотемпературный исходный материал для изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками (низкотемпературный сотовый заполнитель, низкотемпературный акустический материал, низкотемпературный клей).
согласно изобретению
Кроме того, , используют высокотемпературный исходный материал для изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками (высокотемпературный сотовый заполнитель, высокотемпературный акустический материал, высокотемпературный клей).
согласно изобретению
Кроме того, , используют сотовые заполнители с различным типом формы ячеек: треугольник, квадрат, прямоугольник, окружность.
согласно изобретению
Кроме того, , используют сотовые заполнители с регулярной структурой ячеек.
согласно изобретению
Кроме того, , используют сотовые заполнители с нерегулярной структурой ячеек.
согласно изобретению
Кроме того, , вставляют по несколько мембранных крышек в каждую ячейку.
В предлагаемом изобретении, сотовый заполнитель с шестигранными ячейками подают на рабочий стол, в портальную лазерную установку заправляют рулон акустического материала, из которого изготавливают мембранные крышки с помощью лазерной выкройки, передают набор цифровых инструкций для управления движением инструмента с вакуумным захватом, закрепленного на фланце манипулятора, захватывают этим инструментом вырезанные мембранные крышки с рабочей поверхности портальной лазерной установки, удерживают мембранные крышки силой всасывания, подносят к ячейкам сотового заполнителя, выравнивают с помощью устройства обзора относительно ячеек, далее вставляют мембранные крышки в ячейки сотового заполнителя.
В предлагаемом изобретении, в отличии от прототипа, дополнительно используют как минимум два манипулятора для ускорения процесса изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками. Все три манипулятора могут представлять собой 6-ти осевые промышленные роботы, к примеру, фирм KUKA, FANUC, ABB.
Дополнительно с помощью устройства обзора выполняют автоматический контроль качества геометрии ячеек сотового заполнителя. Устройство обзора представляет собой лазерную (к примеру, один или несколько 2D лазерных триангуляционных датчиков, установленных на устройстве перемещения, для выполнения сканирования всей поверхности сотового заполнителя) или оптическую систему контроля (к примеру, оптический 3D сканер типа GOMATOS, оптический сканер LMIGocator 3200 series, широкоформатный плоттерный сканер VersaScan 3650, камеру или набор камер технического зрения). Полученные данные с устройства обзора автоматически обрабатываются в программном обеспечении (к примеру, выделяет необходимые области, удаляет лишнюю информацию, выполняет преобразования цвета изображения, выполняет построения плоскостей, сечений и примитивов, выполняет геометрические построения и измерения), оцениваются геометрические параметры сотового заполнителя в целом (к примеру, габаритные размеры, криволинейность плоских поверхностей и/или краев/торцев) и геометрические размеры каждой ячейки в отдельности (к примеру, размеры сторон профиля ячейки, площадь ячейки, диаметр максимальной вписанной окружности в ячейку, площадь максимальной вписанной окружности), далее на основе заданного критерия принимается решение о годности каждой ячейки в отдельности и сотового заполнителя в отдельности. По окончании контроля годные и негодные сотовые заполнители раскладываются в соответствующие стопки.
С помощью набора цифровых инструкций выполняют настройку автоматизированной системы на изготовление сотового заполнителя с мембранными крышками с заданными  параметрами (к примеру, указывают размеры сотового заполнителя, тип сотового заполнителя, тип акустического материала, тип клея, тип формы ячейки сотового заполнителя, загружают список высот установки мембранных крышек для каждой ячейки, режим сушки для сушильного шкафа, выделяют одну или несколько областей сотового заполнителя для выборочной установки и приклейки мембранных крышек). Настройка параметров может выполняться к примеру, путем ввода, выбора или загрузки данных по информационной сети или внешнего носителя.
В устройство подачи и нанесения клея заправляют клей. Система подачи и нанесения клея, к примеру, может быть реализована на базе оборудования ООО «АСД-Техника» республика Беларусь (https://asdteh.com/).
В устройство подачи и нанесения гидрофобного покрытия заправляют гидрофобизатор. Гидрофобное покрытие предназначено для предотвращения затекания клея на рабочую/резонаторную поверхность мембраны. В зависимости от типа используемой ткани и клея гидрофобное покрытие может применяться, а может и не применяться.
Захватывают первым манипулятором из загрузочной зоны сотовый заполнитель, прошедший контроль качества геометрии ячеек, укладывают на рабочий стол и фиксируют в специальной оснастке.
Устройством обзора анализируют размеры и координаты ячеек сотового заполнителя. Устройство обзора, к примеру, может быть реализовано на базе камеры или набора камер технического зрения и программного обеспечения, которое распознает размеры и координаты ячеек. Полученная информация далее используется при выкройке мембран на лазерной установке, при вставке и приклейке мембран.
В портальную лазерную установку передают форму и размеры каждой ячейки сотового заполнителя. Вырезают мембранные крышки с лепестками индивидуально по типу, форме и размерам под каждую ячейку сотового заполнителя (путем выбора из набора/списка выкроек – подготавливается заранее под различные формы и размеры ячеек или путем онлайн автогенерации выкроек индивидуально под каждую ячейку, на основе данных с устройства обзора), ввиду того, что сотовый заполнитель может иметь регулярную или не регулярную структуру ячеек (размеры и форма всех ячеек различна).
Устройством обзора выравнивают положение вакуумного захвата второго манипулятора относительно мембраной крышки и далее захватывают их по одной. Выравнивание положения вакуумного захвата необходимо для правильного захвата мембраны: для осуществления захвата за центр мембраны, для выравнивания ориентации лепестков мембраны по отношению к захвату – необходимо для последующей операции вставки мембраны в ячейку, чтобы лепестки мембраны были ориентированы по стенкам ячейки).
Дополнительно на мембранные крышки наносят гидрофобное покрытие. В зависимости от типа используемой ткани и клея гидрофобное покрытие может применяться, а может и не применяться.
Вставляют мембранные крышки по одной на заданную глубину с ориентацией лепестков по стенкам сотового заполнителя. Ориентация лепестков влияет на плотность прилегания мембраны к стенкам ячейки и, как следствие, на наличие зазоров и выходные характеристики готовой продукции – сотового заполнителя с мембранными крышками (зазоры ухудшают выходные характеристики).
Третьим манипулятором индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты) отдельно в каждую ячейку.
С помощью устройства обзора производят промежуточный контроль качества заполнения ячеек сотового заполнителя мембранными крышками и приклейки. Объем контроля может содержать, например, следующие проверки: отсутствие повреждений сотового заполнителя, заполненность всех ячеек сотового заполнителя мембранами, наличие по одной мембране в каждой ячейке сотового заполнителя, правильность ориентации лепестков мембраны по боковым стенкам ячейки сотового заполнителя, отсутствие наложения лепестков мембраны друг на друга, при котором нет плотного прилегания лепестков к стенкам сотового заполнителя, соответствие размера мембраны размерам ячейки сотового заполнителя, плотность примыкания мембран к стенкам ячеек, отсутствие перекоса мембран в ячейках сотового заполнителя, правильность высоты установки мембран во всех ячейках, отсутствие повреждений мембран (проколы, надрезы, разлохмачивания и другое), выполнена приклейка мембран во всех ячейках, отсутствие клеевых подтеков, капель клея, а также затекания клея на рабочую/резонаторную поверхность мембраны, отсутствие расслоений клеевого шва между лепестками мембраны и стенками соты. Контроль необходим для раннего выявления брака пока он исправим (до сушки клея). В случае выявления замечаний по результатам промежуточного контроля качества мембранные крышки изымают вручную.
Повторяют процесс вставки и приклейки, мембранных крышек в ячейки сотового заполнителя, в которых был выявлен дефект.
С помощью устройства обзора производят повторный промежуточный контроль качества заполнения ячеек мембранными крышками и приклейки (к примеру, конкретно в зоне, в которой выявлен дефект или полностью весь сотовый заполнитель).
Дополнительно используют сушильный шкаф, после прохождения промежуточного контроля качества сотовый заполнитель со вставленными и приклеенными мембранами крышками первым манипулятором передают в сушильный шкаф для отверждения клея, сушат при температуре в диапазоне от 30 до 300°С заданное время по технологическому процессу, в зависимости от типа исходных материалов, используемых для изготовления сотового заполнителя (акустический материал мембран, сотовый заполнитель, клей).
По окончании сушки сотовый заполнитель с мембранными крышками выгружают первым манипулятором из сушильного шкафа в зону окончательного контроля.
С помощью устройства обзора выполняют окончательный контроль качества готовой продукции. Объем контроля может содержать, например, операции, аналогичные операциям промежуточного контроля, а также дополнительно контроль на отсутствие расслоений клеевого шва между лепестками мембраны и стенками соты. Далее сотовый заполнитель с мембранными крышками перемещают первым манипулятором в зону готовой продукции.
Устройство обзора в зависимости от выполняемых функций, операций, удаленности рабочих мест, в которых оно применяется, может использоваться одно или несколько.
Возможны различные вариации и последовательности выполняемых работ манипуляторов.
1 случай
Вторым манипулятором захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки, а далее третьим манипулятором параллельно индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты).
2 случай
Третьим манипулятором индивидуально наносят клей на стенки ячеек, а далее вторым манипулятором параллельно захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки.
3 случай
При помощи второго и третьего манипулятора захватывают и вставляют мембранные крышки в ячейки, а далее вторым и третьим манипулятором индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек (на место примыкания лепестков к стенкам соты).
4 случай
При помощи второго и третьего манипулятора захватывают мембранные крышки, подносят их к системе дозирования клея и индивидуально наносят клей на лепестки мембранных крышек, а далее вторым и третьим манипулятором вставляют мембранные крышки с клеем в ячейки.
Наличие различных вариаций и последовательности выполняемых действий вторым и третьим манипулятором связано с использованием различных исходных материалов для изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками (сотовый заполнитель, акустический материал, клей), с разной технологией изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками из различных исходных материалов, с разной трудоемкостью операций при работе с различными исходными материалами, а также необходимостью обеспечения заданной производительности.
В зависимости от типа звукопоглощающей конструкции для изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками используют низкотемпературный исходный материал (низкотемпературный сотовый заполнитель, низкотемпературный акустический материал, низкотемпературный клей), либо высокотемпературный исходный материал (высокотемпературный сотовый заполнитель, высокотемпературный акустический материал, высокотемпературный клей).
Низкотемпературный исходный материал имеет рабочую температуру эксплуатации в диапазоне не менее от -60°С до +120°С и используется для изготовления звукопоглощающих конструкций с рабочей температурой в рамках указанного диапазона.
Высокотемпературный исходный материал имеет рабочую температуру эксплуатации в диапазоне не менее от -60°С до +260°С и используется для изготовления звукопоглощающих конструкций с рабочей температурой в рамках указанного диапазона.
В зависимости от типа звукопоглощающей конструкции используют сотовые заполнители с различным типом формы ячеек: треугольник, квадрат, прямоугольник, окружность.
Ввиду того, что исходные сотовые заполнители, могут иметь различное качество структуры ячеек, то для исключения зависимости от их качества обеспечена техническая возможность работать с регулярной и нерегулярной структурой ячеек. На фиг. 2-4 представлены примеры сечений сотовых заполнителей (форма ячеек шестигранная) с нерегулярной структурой ячеек, на фиг. 5 и 6 с регулярной структурой ячеек.
В зависимости от типа звукопоглощающей конструкции в ячейки сотового заполнителя вставляют по несколько мембранных крышек в каждую ячейку. Это позволяет при использовании одного и того же акустического материала получать различные значения акустического сопротивления и тем самым осуществлять «тонкую настройку» акустических характеристик сотового заполнителя с мембранными крышками в целом.
На фиг. 1 представлена блок-схема применения изобретения.
На фиг. 2-4 представлены примеры сечений сотовых заполнителей (форма ячеек шестигранная) с нерегулярной структурой ячеек.
На фиг. 5-6 представлены примеры сечений сотовых заполнителей (форма ячеек шестигранная) с регулярной структурой ячеек.
На фиг. 7 представлена выкройка мембранной крышки для вставки в шестигранную ячейку.
На фиг. 8 представлена схема сотового заполнителя с мембранными крышками, с обозначением функциональных элементов.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет обеспечить более полную автоматизацию процесса изготовления сотового заполнителя с мембранными крышками, обеспечивает возможность работы с различным типом формы ячеек сотового заполнителя, обеспечивает возможность вставки мембранных крышек на различную глубину, обеспечивает возможность выделения одной или нескольких областей сотового заполнителя для выборочной установки и приклейки мембранных крышек, обеспечивает возможность изготовления сотовых заполнителей с мембранными крышками, применимых для работ в различных температурных диапазонах, обеспечивает возможность работы с сотовыми заполнителями с различными размерами, имеющих нерегулярную структуру ячеек.