(57)【要約】  複合的な構成要素４０２のためのプライブック２０４、７０８を設計する方法が開示されており、製造される複合的な構成要素４０２に対応する構成要素のボリューム１２を定義する工程と、構成要素のボリューム１２を充填するために複合材料の複数の連続したプライ２０を定義する工程と、複合材料の各プライ２０の少なくとも一部をシミュレートする工程および部分の局所条件に基づいて少なくとも部分的に複合材料の部分の硬化プライ厚さを推定する工程によって推定される可変的な硬化されたプライの厚さの推定値に基づいて複合材料の複数の連続するプライ２０の少なくともいくつかをシミュレートする工程と、を含む。プライブック２０４、７０８は、複数のシミュレートされたプライ２０に基づいて定義される。【選択図】図６
2019500665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合的な構成要素のためのプライブックを設計する方法であって、
製造される前記複合的な構成要素に対応する構成要素のボリュームを定義する工程と、
前記構成要素のボリュームを充填するための複合材料の複数の連続するプライを定義する工程と、
可変的な硬化されたプライの厚さの推定値に基づいて前記複合材料の複数の連続するプライの少なくともいくつかをシミュレートする工程であって、前記可変的な硬化されたプライの厚さは、
前記複合材料のそれぞれのプライの少なくとも一部をシミュレートする工程と、
部分的な局所条件に基づいて少なくとも部分的に複合材料の部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程と、
複数のシミュレートされた前記プライに基づいてプライブックを定義する工程と、によって推定される工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
複数の前記プライに基づいて前記複合的な構成要素のためのプライブックを定義する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プライのそれぞれを定義する工程およびシミュレートする工程は、前記複数の連続するプライのシミュレートされた第１のプライに少なくとも部分的に基づいて前記複数の連続するプライの第２のプライが定義されるように、各プライのそれぞれに順次実行される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素のボリュームは、開始面およびターゲット面を含み、複数の前記プライは、前記開始面から前記ターゲット面まで前記構成要素のボリュームを連続的に充填するように定義され、前記複数の連続するプライの各プライを定義する工程は、
基礎となる面に基づいて前記プライのための基準面を定義する工程と、
前記基準面を前記ターゲット面に投影して交差境界を定義する工程と、
前記交差境界に基づいて前記プライのプライ境界を定義する工程と、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記交差境界は、前記プライの境界を定義するために前記プライの基準面またはシミュレートされた前記プライに対応する面の上に投影される、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記複合材料の複数の連続するプライは、硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて前記構成要素のボリュームを充填するように定義された第１の複数の連続するプライであり、
前記可変的な硬化されたプライの厚さの推定値は、硬化されたプライの厚さの第２の推定値であり、
前記複合材料の前記第１の複数の連続するプライの少なくともいくつかは、誤差ボリュームを定義するために硬化されたプライの前記第２の推定値に基づいてシミュレートされ、
前記誤差ボリュームおよび前記構成要素のボリュームに基づいて誤差補償ボリュームを定義する工程と、
硬化されたプライの厚さの前記第１の推定値に基づいて前記誤差補償ボリュームを充填するための複合材料の第２の複数の連続するプライを定義する工程と、をさらに含み、
前記プライブックは、前記第２の複数のシミュレートされたプライに基づいて定義される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記構成要素のボリューム内の部分の位置と、
前記それぞれのプライ内の部分の位置と、
前記構成要素のボリュームに適用される部分の曲率と、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレートする工程によって決定される、シミュレートされた前記構成要素のボリュームにおける前記部分に局所的な自由ボリュームと、
からなるグループから選択される部分の１つ以上の局所条件に少なくとも部分的に基づく、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記構成要素のボリューム内の前記部分の前記位置を決定する工程と、
前記構成要素のボリュームの境界までの前記部分の近接の関数として前記部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
それぞれの前記プライ内の前記部分の前記位置を決定する工程と、
前記プライの端部への前記部分の近接の関数として前記部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項７または８に記載の方法。
【請求項１０】
複合材料のプライの部分のために前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記部分に関連する曲率のメトリックを決定する工程と、
前記曲率の関数としての前記部分のために前記硬化されたプライの厚さ推定する工程と、を含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
複合材料のプライの部分のために前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在を決定する工程によってシミュレートされた前記構成要素のボリューム中の前記部分に局所的な自由ボリュームのメトリックを決定する工程と、
自由ボリュームの前記メトリックに基づいて前記硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項６から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記シミュレートされたプライを積層するためのヘッドパスの少なくとも一部を決定する工程をさらに含み、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在は、前記ヘッドパスに従って前記構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースに基づいて決定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在は、前記ヘッドパスに従って前記構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースとの間の前記近接を分析することによって決定される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
複合材料の前記複数の連続するプライは離散化されたメッシュを用いてシミュレートされる、請求項1から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記離散化されたメッシュは、前記複合材料の各プライがシミュレートされると徐々に層状に成長する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
別々の離散化されたメッシュはシミュレートされた各プライのために定義される、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可変的な硬化されたプライの厚さは、前記メッシュのノードにおいて推定される、請求項１４から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
各メッシュ層の高さが、推定された前記硬化されたプライの厚さに従って変化する、請求項１４から１７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１９】
複合的な構成要素のためのプリフォームを積層する方法であって、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の前記複合的な構成要素のためのプライブックを定義する工程と、
前記プリフォームを形成するために前記プライブックの中で定義された各プライを積層するための複合的な積層機器を制御する工程と、を含む、方法。
【請求項２０】
コンピューターによって実行される、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項２１】
コンピューターによって読み取られると、請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含む、非一時的なコンピューター可読記憶媒体。
【請求項２２】
コンピューターによって読み取られると、請求項１から２０のいずれかに記載の方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含む信号。
【請求項２３】
コンピューターによって読み取られると、請求項１から２０のいずれかに記載の方法をコンピューターに実行させる、コンピュータープログラム。
【請求項２４】
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピューター可読命令を含む少なくとも１つのメモリと、を有し、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記コンピューター可読命令を読み取り、命令が前記プロセッサに請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法をコンピューターに実行させるように構成される、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合的な構成要素のためのプライブックを設計する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、特定の材料特性の組み合わせを必要とする構成要素に、益々使用されている。特に、炭素繊維強化樹脂（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｒｅ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｏｌｙｍｅｒ：ＣＦＲＰ）のような複合材料は、一般的にその高い剛性および軽さから、航空宇宙産業および他の産業の構成要素に使用されている。複合材料は、典型的には強化材料（例えば炭素繊維）およびマトリックス材（例えばエポキシ樹脂）を含む。
【発明の概要】
【０００３】
自動繊維配置（ＡＦＰ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）および自動テープ積層（ＡＴＬ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｔａｐｅ  Ｌａｙｉｎｇ）などの、構成要素のための複合材料を自動的に積層するための、いくつかの方法が知られている。ＡＦＰでは、複合材料のいくつかの個々の繊維が集められてトウ（束）を形成し、トウはツールの上に置かれ、周期的に切断されて複合材料のコース（層）を形成する。狭い幅のテープが、個々の繊維またはトウの代わりに使用されることもある。ＡＴＬでは、幅の広いテープが、コースにわたってツールに直接適用される。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＡＦＰとＡＴＬの両方において、複合材料は、典型的にアプリケータヘッドとして知られている、自動ツールを用いてツールに適用される。アプリケータヘッドは、各プライ（層）を形成するために所定のパターンに従ってツールにトウまたはテープのコースを適用する。所定のパターンは、手動、半自動または自動で、定義されうる。例えば、トウのコースのパターンは、プライブックデータファイル形式で入力を受け取りコンピューター上で動作するステアリングプログラムによって自動で定義されてもよく、アプリケータヘッドのためのヘッドパスデータファイルを生成する。プライブックデータファイルは、典型的に複数の連続するプライのための定義と、複合的な構成要素（または構成要素のためのプリフォーム）を形成するためのそれぞれのプライ形状と、を含む。ヘッドパスデータファイルは、典型的に、プライブックデータファイルにおいて定義されたプライを積層するための、切断位置およびステアリングパスの様々なセクションのための任意の速度定義と共にアプリケータヘッドのためのステアリングパスの定義を含む。
【０００５】
出願人は、製造される構成要素に対応するボリュームが定義される自動工程によってプライブックを過去に設計し（すなわち、複合材料の複数の連続するプライおよびそれらのそれぞれのプライ形状の定義）、プライはプライの厚さのための製造業者データを用いてボリュームにおいて適用されるようにシミュレートされる。
【０００６】
しかし、出願人は、このように設計されたプライブックに従って製造された構成要素は、典型的に構成要素のシミュレートされたボリューム（すなわち、設計したボリューム）より大きいか、または小さいことを見出した。したがって、典型的に、硬化する工程後に、機械加工のような、厚さに関する不適合活動に着手することが必要である。このような不適合活動は、典型的には手動であり、信頼性が低く、高価である。例えば、いくらかの機械加工の不適合活動は、その後不適合余剰材料を絶えず機械加工する目的のために、製造する間に構成要素に加えられる犠牲プライの追加を典型的に必要としてもよい。犠牲プライは構造繊維強化材料ではなく接着材料であってもよく、これにより機械加工がより容易になる。
【０００７】
したがって、複合的な構成要素のためのプライブックを設計する改良された方法を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によれば、複合的な構成要素のためのプライブックを設計する方法であって、製造される複合的な構成要素に対応する構成要素のボリュームを定義する工程と、構成要素のボリュームを充填するための複合材料の複数の連続するプライを定義する工程と、可変的な硬化されたプライの厚さの推定値に基づいて複合材料の複数の連続するプライの少なくともいくつかをシミュレートする工程と、を含み、可変的な硬化されたプライの厚さは、複合材料のそれぞれのプライの少なくとも一部をシミュレートする工程と、部分的な局所条件に基づいて少なくとも部分的に複合材料の部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程と、複数のシミュレートされたプライに基づいてプライブックを定義する工程と、によって推定される。
【０００９】
構成要素のボリュームは、例えば、コンピューターにおいて定義されるように、構成要素の３次元形状に関連する。構成要素のボリュームという用語は、「構成要素形状」または「シミュレートされた構成要素」と互換的に使用されうる。同様のことが、誤差ボリュームおよび誤差補償ボリュームを含む、以下の説明における同様に定義されたボリュームに適用される。疑いを避けるために、用語「ボリューム」は本明細書では変位ボリューム、すなわちオブジェクト構成要素の空間量のスカラー測量を参照するためには使用されない。
【００１０】
プライブックは、可変的な硬化されたプライの厚さの推定値に基づいて、構成要素のボリュームにおいてシミュレートされた複数の連続するプライに対応するように定義されてもよい。
【００１１】
プライブックは、積層されるプライの定義を含む。
【００１２】
複数のプライはシミュレートされたプライが構成要素のボリュームを充填するように定義されてもよい。言い換えれば、シミュレートされたプライによって占有されるボリュームは構成要素のボリュームに対応してもよく、または構成要素のボリュームと隣接してもよい。各プライは、構成要素のボリュームが充填されるまで構成要素のボリュームにおいて適用されるように順番に定義されシミュレートされてもよい。
【００１３】
各プライを定義する工程およびシミュレートする工程は、複数のシミュレートされた第１のプライに少なくとも部分的に基づいて複数の連続するプライの第２のプライが定義されるように、各それぞれのプライに順次実行されてもよい。
【００１４】
構成要素のボリュームは開始面（または積層面）およびターゲット面を含み、複数のプライは開始面からターゲット面まで構成要素のボリュームを連続的に充填するように定義されてもよい。複数の連続するプライの各プライを定義する工程は、基礎となる面に基づいてプライのための基準面を定義する工程と、基準面をターゲット面に投影して交差境界を定義する工程と、交差境界に基づいてプライのプライ境界を定義する工程と、を含む。
【００１５】
基準面は、開始面からターゲット面まで（および開始面からターゲット面への方向に沿って）延びる一般的な積層軸に沿ってターゲット面の上に投影されてもよい。交差境界は、プライの境界を定義するためにプライのための基準面またはシミュレートされたプライの対応する面の上に投影されてもよい。
【００１６】
複合材料の複数の連続するプライは、硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて構成要素のボリュームを充填するように定義された第１の複数の連続するプライであってもよい。可変的な硬化されたプライの厚さの推定値は、硬化されたプライの厚さの第２の推定値であってもよい。複合材料の第１の複数の連続するプライの少なくともいくつかは、誤差ボリュームを定義するために硬化されたプライの第２の推定値に基づいてシミュレートされてもよい。この方法は、誤差ボリュームおよび構成要素のボリュームに基づいて誤差補償ボリュームを定義する工程と、硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて誤差補償ボリュームを充填するための複合材料の第２の複数の連続するプライを定義する工程と、第２の複数のシミュレートされたプライに基づいてプライブックを定義する工程と、をさらに含む。
【００１７】
したがって、プライブックは誤差補償ボリュームにおいてシミュレートされた第２の複数の連続するプライに対応するように定義されてもよい。第１の複数の連続するプライは誤差補償ボリュームを決定するために使用されるので、プライブックは第１の複数の連続するプライに基づいて定義されてもよい。
【００１８】
言い換えれば、複合的な構成要素のためのプライブックを設計するコンピューター実装方法が提供され、製造される構成要素に対応する構成要素のボリュームを定義する工程と、第１の複数のプライの少なくともいくつかが硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて構成要素のボリュームに適用されるようにシミュレートされ、構成要素のボリュームを充填するために第１の複数の連続するプライを定義する工程と、複合材料のそれぞれのプライの少なくとも一部をシミュレートする工程、および部分的な局所条件に基づいて少なくとも部分的に複合材料の部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程によって可変的な硬化されたプライの厚さが推定され、誤差ボリュームを定義するために硬化されたプライの厚さの可変的な第２の推定値に基づいて第１の複数の連続するプライの少なくともいくつかをシミュレートする工程と、誤差ボリュームおよび構成要素ボリュームに基づいて誤差補償ボリュームを定義する工程と、硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて誤差補償ボリュームを充填するために複合材料の第２の複数の連続するプライを定義する工程と、第２の複数のシミュレートされたプライに基づいてプライブックを定義する工程と、を含む。
【００１９】
硬化されたプライの厚さの第１の推定値は、プライにわたって（すなわち、プライの全範囲にわたって）適用されうる一定の硬化されたプライの厚さの推定値であってもよい。
【００２０】
誤差補償ボリュームを定義する工程は、誤差ボリュームと構成要素のボリュームとを比較することによって厚さの誤差を決定する工程と、厚さの誤差に基づいて構成要素のボリュームを修正する工程と、を含んでもよい。したがって、誤差補償ボリュームは、厚さの誤差を補償してもよい。したがって、第２の複数の連続するプライに基づいて定義された第２のプライブック、および／またはプライブックに従って製造された構成要素は、厚さの誤差のために補償してもよい。
【００２１】
可変的な硬化されたプライの厚さは、再帰的に推定されてもよい。言い換えれば、可変的な硬化されたプライの厚さは、複合材料の部分のセットの各部分のために推定されてもよい。部分のセットは、複合材料のシミュレートされたプライのサブセットを形成してもよく、例えば、部分のセットは硬化されたプライの厚さに影響を及ぼしてもよい局所条件に影響を受けるシミュレートされたプライのそれらの部分に対応してもよく、またはそれぞれのボリュームのそれらの部分のために比較的多数のプライを有する。
【００２２】
複合材料のプライの部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
構成要素のボリューム内の部分の位置と、
それぞれのプライ内の部分の位置と、
構成要素のボリュームに適用される部分の曲率と、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレートする工程によって決定される、シミュレートされた構成要素のボリュームにおける部分に局所的な自由ボリュームと、
からなる、グループから選択される部分の１つ以上の局所条件に少なくとも部分的に基づかれてもよい。
【００２３】
複合材料のプライの部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程は、構成要素のボリューム内の部分の位置を決定する工程と、構成要素のボリュームの境界までの部分の近接の関数として部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む。
【００２４】
構成要素のボリュームの境界までの部分の近接の関数として部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、少なくとも部分的に構成要素の境界までの部分の近接に基づいて所定の境界近接関係を参照することを含んでもよい。所定の境界近接関係は、複合材料の組成のような、少なくとも部分的に他の局所条件に基づかれてもよい。
【００２５】
複合材料のプライの部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程は、それぞれのプライ内の部分の位置を決定する工程と、プライの端部への部分の近接の関数として部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含んでもよい。
【００２６】
プライの端部への部分の近接の関数として部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、少なくとも部分的に、構成要素のボリュームの境界までの部分の近接に基づいて所定の端部近接関係を参照することを含んでもよい。所定の境界近接関係は、複合材料の組成のような、少なくとも部分的に他の局所および／または全体条件に基づかれてもよい。
【００２７】
構成要素のボリュームの境界および／またはそれぞれのプライの端部までの部分の近接の関数として部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、製造工程の間の樹脂のブリード効果をシミュレートすることを含んでもよい。
【００２８】
複合材料のプライの部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、その部分に関連する曲率のメトリックを決定する工程と、曲率の関数としての部分のために硬化されたプライの厚さ推定する工程と、を含んでもよい。
【００２９】
その部分に関連する曲率のメトリックを決定する工程は、シミュレートされたプライの部分の曲率、または先行するプライの面、基準面、構成要素のボリュームの積層面（すなわち、プライブックの第１プライが積層されている面）などの関連面の曲率を評価する工程を含んでもよい。その部分に関連する曲率のメトリックを決定する工程は、例えば、その部分の１つ以上の主軸についての曲率の大きさである、曲率の大きさを評価する工程を含んでもよい。曲率のメトリックを決定する工程は、例えば、その部分がガウス曲率を有するか否かを評価する工程によって、曲率のタイプを評価する工程を含んでもよい。
【００３０】
曲率のメトリックの関数としての部分のために硬化されたプライの厚さ推定する工程は、少なくとも部分的に部分に関連する曲率に基づいて所定の曲率関係を参照する工程を含んでもよい。所定の曲率関係は、少なくとも部分的に複合材料の組成などの他の局所および／または全体条件に基づいていてもよい。
【００３１】
複合材料のプライの部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在を決定する工程によってシミュレートされた構成要素のボリューム中の部分に局所的な自由ボリュームのメトリックを決定する工程と、自由ボリュームのメトリックに基づいて硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含んでもよい。
【００３２】
自由ボリュームのメトリックの関数としての部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程は、少なくとも部分的にその部分に局所的な自由ボリュームのメトリックに基づいて所定の自由ボリューム関係を参照する工程を含んでもよい。所定の自由ボリューム関係は、少なくとも部分的に複合材料の組成などの他の局所および／または全体条件に基づかれてもよい。
【００３３】
本方法は、シミュレートされたプライを積層するためのヘッドパスの少なくとも一部を決定する工程をさらに含み、複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在は、ヘッドパスに従って構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースに基づいて決定されてもよい。
【００３４】
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在は、ヘッドパスに従って構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースとの間の近接を分析することによって決定されてもよい。
【００３５】
複合材料の複数の連続するプライは、離散化されたメッシュを用いてシミュレートされてもよい。離散化されたメッシュは、複合材料の各プライがシミュレートされると徐々に成長されてもよい。別々の離散化されたメッシュは、シミュレーションされた各プライのために定義されてもよい。
【００３６】
本発明の第２の態様によれば、本発明の第１の態様による複合的な構成要素のためのプライブックを定義する工程と、プリフォームを形成するためにプライブックにおいて定義された各プライを積層するための複合的な積層機器を制御する工程と、を含む、複合的な構成要素のためのプリフォームを積層する方法が提供される。
【００３７】
本方法は、コンピューターにおいて実行されてもよい。
【００３８】
第３の態様によれば、本発明の第１の態様による方法をコンピューターに実行させる、命令を伝達するコンピューター可読媒体が提供される。
【００３９】
本発明の第４の態様によれば、コンピューターによって読み取られると、第１の態様または第２の態様による方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含む非一時的なコンピューター可読記憶媒体が提供される。
【００４０】
本発明の第５の態様によれば、コンピューターによって読み取られると、本発明の第１または第２の態様による方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含む信号が提供される。
【００４１】
本発明の第７の態様によれば、コンピューターによって準備されると、本発明の第１または第２の態様による方法をコンピューターに実行させる、コンピュータープログラムが提供される。
【００４２】
本発明の第８の態様によれば、少なくとも１つのプロセッサと、コンピューター可読命令を含む少なくとも１つのメモリと、を含み、少なくとも１つのプロセッサはコンピューター可読命令を読み取り、本発明の第１または第２の態様による方法をコンピューターに実行させるように構成されている。
【００４３】
本発明は、添付した図面を参照して、例によって説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】複合的な構成要素に対応する構成要素のボリュームを概略的に示す斜視図である。
【図２】プライブックを設計し、複合的な構成要素を製造するための方法を示す図である。
【図３】構成要素のボリュームシミュレーションを概略的に示す斜視図および側面図である。
【図４】プライブックを設計する方法を示す図である。
【図５】積層機器を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態によるプライブックを設計する方法を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施形態によるプライブックを設計する方法を示す図である。
【図８】可変的な硬化されたプライの厚さのミュレートするプライを定義するための離散的アプローチを示す図である。
【図９】処理および積層装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
本発明の理解のため、まず、図１から図５を参照しつつ、出願人によって過去に検討された（しかし、開示されていない）複合的な構成要素のための例示的な設計および製造方法が以下に説明される。
【００４６】
図１は、コンピューターにおいてシミュレートされるような、複合的な構成要素、特に本明細書では構成要素のボリューム１２と呼ばれる、複合ファンブレード本体４０２の３次元表現を示す。ファンブレード本体４０２は、前縁、後縁および先端金属の取り付けのための凹部４０３を有する。
【００４７】
図２は、構成要素の積層工程を定義する例示的な方法（１００）、および構成要素を製造する例示的な方法（３００）を示す。積層工程を定義する例示的な方法（１００）は、構成要素のＣＡＤモデルを設計する工程（１０２）および対応する構成要素のボリューム１２をリソースに出力する工程と、構成要素のボリュームに基づいて構成要素のプライを定義する工程（１０４）および対応するプライブック２０４をリソースに出力する工程と、ヘッドパスを定義する工程（１０６）および対応するヘッドパスデータ２０６をリソースに出力する工程と、を含む、サブ方法を含む。
【００４８】
後続の製造方法（３００）は、複合的な構成要素４０２のためにプリフォーム４０４を製造するようにヘッドパスデータ２０６に基づいて積層装置を動作させる工程（３０２）と、完成した構成要素４０２を形成するためにプリフォーム４０４を硬化する工程（３０４）と、を含む。
【００４９】
構成要素のボリューム１２は、当技術分野において知られているように任意の適切なＣＡＤ設計方法１０２に従って生成されうる。
【００５０】
図３は単純化された構成要素のボリューム１２を示し、図４はプライ形状を定義する工程および構成要素のボリューム内のプライ２０をシミュレートする工程のための例示的なプライを定義する方法（１０４）を示す。
【００５１】
図３および図４に示されるように、例示的なプライの定義方法（１０４）の例において、複数の連続するプライ２０は、構成要素のボリューム１２の積層面１４上に配置された基底プライ２２から始まる、構成要素のボリューム１２において定義される。積層面１４は、構成要素のボリューム１２の範囲を定める複数の境界壁から選択され、構成要素のボリューム１２の反対側に位置する対向ターゲット面１６を有する。図３に示される実施形態では、ターゲット面１６は構成要素のボリューム１２の側面を含む。
【００５２】
この例では、各プライ２０は、構成要素のボリューム１２に基づいて、プライ２０のプライ形状を決定する工程（１１０）、および構成要素のボリューム１２に適用されるプライ２０をシミュレートする工程（１１２）によって定義される（１０４）。
【００５３】
この例では、プライ形状は、プライが適用される予定の面（すなわち、積層面１４からターゲット面に向かう方向の一番上の面）に基づいて最初に基準面１８を決定する工程（１１４）によって決定される。基底プライ２２のために、基準面１８は、これにより積層面１４に基づいて決定され、一方その後のプライ２０のために、基準面は、先行するプライプライ２０の「上側」または「露出」面に基づいて決定される。基準面１８は本質的に、対応する面のシミュレートされたコピーである。
【００５４】
次に、基準面１８は、この例では積層面１４とターゲット面１６との間に延びる構成要素のボリューム１２の軸として定義される一般的な積層軸２４に沿って所定の硬化されたプライの厚さだけオフセットされ（１１６）、その結果、交差境界を定義するために投影された基準面がターゲット面１６（構成要素のボリュームの側壁を含む）と交差する。次に、プライ形状は、交点に基づいて決定され（１１８）、プライは、構成要素のボリュームに適用されるようにシミュレートされる（１１２）。
【００５５】
したがって、各プライのプライ形状は、ターゲット面１６に基づいて定義され、その結果、連続するプライ上で、プライのスタックは、ターゲット面の形状および曲率に対応するために構成要素のボリューム内に構築される。
【００５６】
他の例では、各プライ２０は、まず構成要素のボリュームに適用されるようにシミュレートされ（１１２）、それぞれのプライ形状が続いて決定されてもよく（１１０）、それに応じてシミュレートされたプライの境界２８が修正される。
【００５７】
各プライ２０のためのプライ境界２８は、他の方法に従って定義されてもよいことが理解されるべきである。
【００５８】
基底プライ２２（および順番に連続する各プライ２０）は、一定の硬化されたプライの厚さ（ＣＰＴ）を有しそれぞれのプライのための所定のプライ境界において終端する連続するプライとして構成要素のボリューム１２において適用されるようにシミュレートされる（１１２）。ＣＰＴは、硬化した後のプライの厚さを表し、実施例においては、典型的に、繊維強化材料、マトリックス材（例えば、エポキシ樹脂）およびガス封入物の比率ならびに表面粗さを含む多くの要因による、各プライの積層された厚さの一部分である。ＣＰＴは、供給者データ（すなわち、複合材料の供給者）、または製造者によって決定された経験値に従って設定される。したがって、（積層された厚さとは対照的に）ＣＰＴに基づいてプライ２０をシミュレートすることによって、シミュレーションは構成要素のプリフォームではなく、硬化された構成要素４０２を表す。
【００５９】
次のプライ２０を定義するために、シミュレートされたプライ２０の最上面に基づいて新しい基準面１８が決定され、上述の方法に従って次のプライ２０が定義される。
【００６０】
最終プライ２０が成構成要素のボリューム１２を充填する（およびターゲット面１６に対応する）ように、十分なプライ２０が定義されると、プライの定義（すなわち、プライの相対位置および形状）を含むプライブック２０４が生成される。プライブックは徐々に生成されてもよい。
【００６１】
上述の例示的なプライの定義方法（１０４）は、プライを定義しプライブック２０４を生成するために使用することができる、過去にいくつか検討された方法の１つであることが理解されるべきである。
【００６２】
次いで、ヘッドパスは、当技術分野で知られているようにプライブック２０４に基づいて定義される（１０４）。ヘッドパスを決定する工程（１０６）は、プライブック２０４に定義されたそれぞれのプライ２０を形成するために積層される繊維の複合材料のコース（すなわち、コースの位置および程度）を決定する工程を含む。本工程は、手動、半自動または自動であり、プライを定義する方法（１０４）と同じリソースを用いて、または異なるリソースを用いて行われてもよい。例えば、プライは、第１のコンピューター上で定義されてもよく、ヘッドパスは、積層装置と一体化または別体化されうる他のコンピューターを用いて定義されてもよい。
【００６３】
ヘッドパスは、この例では積層機器がアプリケータヘッド４０８とツール４１０との間に相対移動をさせるための命令を含むデータファイルであり、そのため繊維複合材料のコースが構成要素４０２のためのプリフォーム４０４のプライ２０を形成するために積層される、ヘッドパスデータ２０６を提供する（すなわち出力する）ように決定される。例えば、ヘッドパスデータ２０６は、他のパラメータの中で、ヘッドパスを定義する一連の座標（例えば、ツール４１０に対するアプリケータヘッド４０８の位置）、および／または移動をもたらすように解釈されうる速度および／または加速度パラメータを含んでもよい。
【００６４】
製造方法（３００）では、ヘッドパスデータ２０６が積層装置４０６（図５）によって読み取られ、その装置が、対応するヘッドパスに沿って相対移動するように制御されると、複合材料のプライ２０がプライブック２０４に従って積層され、これにより構成要素４０２のためのプリフォーム４０４が形成される（３０２）。複合材料は、炭素繊維およびエポキシ樹脂を予め含浸させたトウの形式（「プリプレグ」）において積層装置４０６に供給される。
【００６５】
プリフォーム４０４は、その後、構成要素４０２を形成するために高温および高圧で硬化される（３０４）。この実施例では、プリフォームは、積層ツール４１０から硬化する工程（３０４）のための金型（図示されていない）に再配置される。
【００６６】
出願人は、上記の方法に従って製造されたプリフォームおよび構成要素が、それらの予想される形状から逸脱しうることを見出した。プリフォームの場合、これはプリフォームが硬化型に適合しないことを意味してもよく、したがってプリフォームを金型に適合させるために不適合活動（例えば、デバルキングおよび機械加工）が必要とされうる。同様に、硬化された構成要素４０２は、設計された形状から逸脱し、不適合活動は、典型的に手間がかかり、実施および検証するために不正確であり費用がかかる機械加工を含むさらなる是正活動につながりうる。
【００６７】
不適合問題は、典型的に、プライの定義および積層工程の固有の不正確性に起因し、これは典型的に、（少なくとも部分的に）これらの工程の手動の性質から生じると考えられる。したがって、このような不適合は、典型的に、硬化された構成要素を変更することによって対処される。
【００６８】
しかし、出願人は、積層工程のためのヘッドパスに沿った局所条件と一旦積層された複合材料のそれぞれの部分の硬化されたプライの厚さ（ＣＰＴ）との間に関係を見出した。本発明は、製造された構成要素４０２の不適合問題を緩和するために、これらの関係を考慮してプライを定義する方法に関する。
【００６９】
図６および図７に示されるように、本発明による積層工程を定義する例示的な方法は、少なくとも部分的に局所条件に基づいて推定される可変的な硬化されたプライの厚さに基づくプライ２０のシミュレーションを含む方法である点で、上記の例示的な方法（１００）とは異なる。
【００７０】
本発明によるプライを定義する例示的な方法（６０４、７０４）を説明する。
【００７１】
第１の例
図６に示される第１の例示的な実施形態（６０４）において、まず、各プライは、基準面１８に基づいて可変的なＣＰＴを定義する（６１２）ことによって決定され、続いて、プライ形状は、上述のように、可変的なＣＰＴに基づくにも関わらず、各プライ２０のために決定される（１１０）。次に、各プライは、構成要素のボリューム１２において適用されるようにシミュレートされる（６１４）。他の実施形態では、最初にプライ形状が推定され（１１０）、続いて可変的なＣＰＴが推定される（６１２）。
【００７２】
可変的なＣＰＴは、以下に詳述するように、各プライのそれぞれの部分のための局所条件に基づいて可変的な量として推定される（６１２）。
【００７３】
この例示的な実施形態では、プライ２０の部分のためのＣＰＴは、ＣＰＴおよび、構成要素のボリューム１２内の部分の位置と、それぞれのプライ２０内の部分の位置と、部分および／または基準面１８（または基礎となるプライ２０または積層面１４）の曲率と、複合的な材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレートすることに基づいて決定される部分に局所的な自由ボリュームと、を含むグループからの各局所条件の間の関係に基づいて推定される。他の例では、ＣＰＴは局所条件のサブセットまたは１つのみに基づいて推定されてもよい。
【００７４】
出願人は、構成要素のボリューム１２内およびそれぞれのプライ２０内のそれぞれの部分の位置がＣＰＴとの関係を有することを見出した。特に、構成要素４０２の製造（３００）（硬化する工程（３０４）を含む）の間、プリプレグの複合的な材料からのマトリックス材料（例えばエポキシ樹脂）は、加熱され、粘性が少なくなり、そのためプリフォーム４０４内を移動する（プリフォームが形成され硬化する間）。マトリックス材料の移行は、それぞれの部分が、それぞれのプライの境界（すなわちプライの平面ではなく、側面のプライの境界）の近くにある場合、および全体として構成要素４０２の境界の近くにある場合、特に顕著である。さらに、繊維強化材料の移行（例えばせん断および／または延展）、および／またはこれらの位置におけるプリフォーム４０４または構成要素４０２からのマトリックス材料の移行があってもよい。経験的分析を通じて、出願人は、ＣＰＴと、プライの境界へのプライの部分の近接および／または構成要素の境界への近接との間の、いくつかの関係を決定した。これらの関係は、（少なくとも）複合材料の性質および製造条件（例えば、温度および圧力）にも依存する。
【００７５】
また、出願人は、プライの部分の局所的な曲率がこのＣＰＴとの関係を有することを見出し、これに応じて曲率とＣＰＴとの間の多数の関係を経験的に決定した。出願人は、プライの曲率から生じてもよい隣接するトウおよび／または隣接するトウのコースとの間の、隙間および／または重なりの存在によって生じる関係を考慮する。指定された設計に厳密に従う構成要素を確実にするために、プライにおいて隙間および／または重なりの存在を最小にすることが望ましい。しかし、局所的な曲率が高度の場合、および／または曲率の性質がフィッティングされたまたは「覆われた」プライを排除する場合には、隙間および／または重なりは形成してもよい。フィッティングされたまたは覆われたプライは、曲面上に直接マップされうる。例えば、局所的な曲率が展開可能な面（すなわち、ゼロガウス曲率を有する面）に対応する場合、これは隙間および／または重なりが形成されることがある。展開可能な面とは、歪みのない平面にマップされうる面の１つである。対照的に、非ゼロガウス曲率を有する面は、プライが湾曲した局所的な幾何学的形状の周りで歪むことが要求されうる（非測地的ステアリングとして知られている）ので、隙間および／または重なりの形成が生じることがある。
【００７６】
したがって、出願人は、局所的な曲率の程度および性質の両方に対応する関係を決定した。出願人は、それぞれのプライ部分に局所的な基準面１８の曲率に基づいてこれらの関係を決定した。しかし、局所的な曲率の任意の適切なインジケーター（基礎となるプライの曲率、または構成要素のボリューム１２の局所的な曲率など）が使用されてもよいことが理解されるべきである。
【００７７】
上述の経験的に導かれた局所的な曲率とＣＰＴとの間の関係は、隣接するトウおよび／またはコース間の隙間および／または重なりの結果として、プリフォームにおいて局所的な自由ボリュームとＣＰＴとの間の間接的な関係として考えられてもよい。
【００７８】
さらに、出願人は、複合材料のトウおよび／またはコースの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレート（すなわち決定する）ことに基づいて決定されてもよい、ヘッドパスに沿った複合材料の部分に局所的な自由ボリュームのメトリックを決定する方法を開発した。特に、自由ボリュームは、初期プライブックを定義し、続いて初期プライブックに基づいて対応するヘッドパスを決定することによって、決定されうる（１０６）。次に、ヘッドパスは、隙間および／または重なりが発生する可能性がある場所、すなわちトウおよび／またはコースをシミュレートしこれらが発散し収束してもよい場所を決定するために、分析されうる。あるいは、自由ボリュームの推定値は、経験的試験を通して決定された関係に基づいて、局所曲率だけに基づいて決定されうる。したがって、ヘッドパスに沿った（または構成要素のボリューム１２内の）位置に相関する局所的な自由ボリュームのメトリックは、決定されメモリに記憶されうる。次に、プライブックは、局所的な自由ボリュームのメトリックに基づいて再定義されうる（６０４）。ヘッドパスとプライブックは、反復工程において再定義されうる。あるいは、ヘッドパスは、プライ形状のみに基づいて（すなわち、可変的なＣＰＴが推定される前に）一度に１つのプライを定義することができ、各プライのＣＰＴ評価の場合、それぞれのプライおよび任意の先行するプライ内の自由ボリュームのメトリックに基づいて推定されうる。
【００７９】
この実施形態では、ＣＰＴは、各プライの幅にわたって（すなわち、各プライの全体にわたって）可変的な量として推定される。他の実施形態では、ＣＰＴは、構成要素のボリューム１２の１つ以上の離散領域、例えば、可変的なＣＰＴ効果が特に重要な領域にわたって可変的な量としてのみ推定されてもよい。ＣＰＴは、プライの他の部分または領域にわたって一定であると想定されてもよく、または異なるモデルを用いて（例えば、異なる局所条件を使用して）推定されてもよい。例えば、可変的なＣＰＴ効果は、複合ファンブレード本体４０２の根元部分に大きな影響を及ぼし、本体４０２の翼型部分よりもかなり多くの複合材料の層が存在する。したがって、このような実施形態では、ＣＰＴは、構成要素のボリュームの選択された領域に対応する各プライの部分にわたって可変的な量として推定されてもよい。
【００８０】
プライ２０は、可変的なＣＰＴを収容するために適切な方法（６１４）に従って構成要素のボリュームに適用されるようにシミュレートされる。この例示的な実施形態では、プライ２０は、各基準面１８が順番に２次元メッシュに離散化され、各メッシュ要素の各ノードにおける局所条件に基づいてＣＰＴが推定される離散化アプローチを用いてシミュレートされる（図８に示されるように）。続いて、それぞれのプライ２０のＣＰＴは、各メッシュノードのための推定されたＣＰＴに対応する可変的な距離によって一般的な積層軸２４に沿ってメッシュを成長させることによってシミュレートされ、これによりボリューム測定のセルの３次元メッシュ層を形成する。
【００８１】
この例示的な実施形態では、メッシュは、構成要素のボリューム１２の側壁（すなわち、積層面１４とターゲット面１６の境界との間に延びる壁）に対応するように成長するにつれて修正される。この例示的な実施形態では、構成要素のボリューム１２の側壁に隣接するメッシュ要素は側壁に沿って成長し、その結果、側壁に隣接するメッシュノードは基礎となるメッシュノードに対して横方向に変位する。当技術分野で知られているように、メッシュを平滑にする工程は、境界付近のセルを束ねることを回避するように各メッシュ層を調整するために適用されうる。
【００８２】
したがって、定義される各プライ２０のための基準面１８は、基礎となる３次元メッシュの面として定義することができる。一例として、各層において少なくとも１０，０００メッシュのセルが存在してもよい。
【００８３】
他の実施形態では、各基準面１８および対応するプライ２０のために新たな２次元メッシュを作成することができる。したがって、メッシュノード、面およびセルの数および分布は、層ごとに異なる場合がある。このようなアプローチは、複雑な幾何学的形状のためのセルの境界においてセルを束ねることを回避してもよい。
【００８４】
一旦十分なプライ２０が、構成要素のボリュームを充填するようにシミュレートされると、連続するプライの定義（すなわち、少なくともプライ形状および相対位置）を含むプライブック２０４が、この実施形態ではコンピューターのメモリであるリソースに出力される。
【００８５】
プライ形状を定義し連続する各プライをシミュレートするために基準面１８を定義しオフセットする他の方法が使用されてもよいことが理解されるべきである。例えば、ポイントクラウド法または面方程式に基づいて基準面を定義およびオフセットすることが可能であってもよい。
【００８６】
第２の例
図７に示される本発明によるさらなる例（７０４）では、上述のように、一定のＣＰＴの第１の推定値に基づく過去に考察したプライの定義方法（１０４）が使用され、構成要素のボリューム１２は可変的なＣＰＴの改善された第２の推定値に基づいて誤差を補償するために調整される。
【００８７】
この例示的な実施形態では、製造される構成要素に対応する第１の構成要素のボリューム１２が上述のように定義される。
【００８８】
プライブックの第１のバージョン７０６は、実質的に上述したように、一定のＣＰＴに基づいて定義される（１０４）。特に、複合材料２０の複数の連続したプライは、構成要素のボリュームが充填されたと判断されるまで、順番に構成要素のボリューム１２に適用されるように定義され、シミュレートされる（１１０、１１２）。各プライ２０のために、プライ形状は上記のように定義され（１１０）、ＣＰＴは一定のＣＰＴの第１の推定値に基づかれ、プライは構成要素のボリューム１２に適用されるようにシミュレートされる（１１２）。プライブックの第１のバージョン７０６は、この実施形態ではコンピューターメモリであるリソースに出力される。
【００８９】
続いて、可変的なＣＰＴの第２の推定値は、プライの各々のためのＣＰＴの改善された推定値を提供する（７１２）ために使用され、プライ２０は第１のプライブック７０６のシミュレートされたプライ２０の累積する厚さに基づいて誤差ボリューム７２０を決定する（７２２）ためにもう一度シミュレートされる（７１４）。可変的なＣＰＴの第２の推定値によれば、プライの部分のＣＰＴは、第１の例示的な実施形態に関して上述したように局所条件に依存して変化し、
構成要素のボリューム内の部分の位置と、
それぞれのプライ内の部分の位置と、
部分および／または基準面１８（または基礎となるプライ２０または積層面１４）の曲率と、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレートすることに基づいて決定された部分に局所的な自由ボリュームと、
からなるグループから選択された１つ以上の局所条件に対する依存性を含む。
【００９０】
したがって、誤差ボリューム７２０は、プライブックの第１のバージョン４０６に従って製造されうる構成要素４０２のシミュレートされたバージョンを表す。
【００９１】
続いて、誤差ボリューム７２０が構成要素のボリューム１２と比較され、構成要素のボリューム１２と誤差ボリューム７２０との間の厚さにおける差に関する厚さの誤差７２４が決定される（７２６）。この例示的な実施形態では、厚さの誤差７２４は、ターゲット面１６にわたる複数の点において一般的な積層軸２４に沿ったオフセットまたは誤差のベクトルを決定するために、構成要素のボリュームのターゲット面１６と誤差ボリューム７２０の対応する面とを比較することに基づいて決定され、これによりターゲット面にわたる誤差を表す誤差ベクトルのマトリックスが形成される。
【００９２】
次に、厚さの誤差７２４が、誤差が反映される誤差補償ボリューム７３０を定義する（７２８）ために構成要素のボリューム１２のターゲット面１６に適用される（７１０）。例えば、厚さの誤差７２４が一般的に正であると分かった場合、誤差ボリューム７２０は一般的に構成要素のボリューム１２を越え（すなわち大きくなる）、厚さの誤差ベクトルは、誤差補償ボリューム７３０が応じて誤差補償ボリューム１２よりも小さくなるように、構成要素のボリューム１２のターゲット面から差し引かれるだろう。
【００９３】
したがって、誤差補償ボリューム７３０は、製造される構成要素４０２に直接対応しない。
【００９４】
次に、プライブックの第２のバージョン７０８は、再びＣＰＴの第１の推定値に基づいて、第２の構成要素のボリューム１３に適用された複合材料の複数の連続するプライ２０をシミュレートすることによって、上述のプライ定義方法（１０４）を用いて定義される。
【００９５】
したがって、プライブックの第２のバージョン７０８は、ＣＰＴの一定の推定値、および製造される構成要素の形状に直接対応しない誤差補償ボリューム７３０に基づいて定義される。しかし、誤差補償ボリューム７３０は、可変的なＣＰＴの第２の推定値に基づいて定義され、特に、構成要素４０２を製造するために一定のＣＰＴの第１の推定値を用いて生じる可能性がある誤差を反映するように定義されるので、出願人は、プライブックの第２のバージョン７０８が、設計された構成要素に密接に対応する硬化された構成要素４０２をもたらすことを見出した。
【００９６】
次に、この第２の例示的な実施形態では、第１の例示的な実施形態に関して上述されたものと同じ方法で、構成要素のためのプリフォーム４０４が、プライブックの第２のバージョン７０８に基づいて積層され（３０２）、硬化される（３０４）。
【００９７】
本発明の第２の例示的な実施形態の特に有利な点は、一定のＣＰＴに基づいてプライブックを設計するための既存のコンピューター実装工程を、プライブックを定義するために使用することができ、プライブックが、これらの工程のためのボリュームを適切に定義することによってＣＰＴの可変的な推定値に基づいていることである（すなわち、誤差補償ボリュームにおける厚さの誤差を反映することによって）。
【００９８】
他の実施形態では、ＣＰＴの第１の推定値は非一定であってもよいが、ＣＰＴの初期または粗い推定値であってもよく、一方で可変的なＣＰＴの第２の推定値はより正確または洗練された推定値である。
【００９９】
上述の説明では、方法の工程は、括弧内の参照番号を用いて識別されているが、構成要素１０および構成要素のボリューム１２などの物理的およびシミュレートされたものは、括弧なしの参照番号を用いて識別されている。
【０１００】
図９は、複合的な構成要素のためのプライブックを設計し複合的な構成要素を積層するための積層工程を任意に実行する方法を実行するための制御装置９１０および積層機器４０６の概略図を示す。制御装置９１０は、コントローラー９１２と、ユーザー入力デバイス９１８と、出力デバイス９１９と、を有する。いくつかの例では、装置９１０は、モジュールであってもよい。本明細書で使用される「モジュール」という用語は、１つ以上の特徴が、後で、他の製造者またはエンドユーザーによって含まれうるデバイスまたは装置を指す。例えば、装置がモジュールである場合、装置はコントローラーのみを含んでもよく、残りの特徴は他の製造者によって、またはエンドユーザーによって追加されてもよい。
【０１０１】
コントローラー９１２、ユーザー入力デバイス９１８、および出力デバイス９１９は、無線リンクを介して互いに接続されてもよく、したがってトランシーバー回路および１つ以上のアンテナを有してもよい。追加的または代替的に、コントローラー９１２およびユーザー入力デバイスおよび出力デバイスを含む制御装置９１０の様々な他の構成要素とは、有線リンクを介して互いに接続されてもよく、したがってインターフェース回路（ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ソケット）を有してもよい。コントローラー、ユーザー入力デバイス、および出力デバイスは、有線および無線リンクの任意の組み合わせを介して互いに接続されてもよいことが理解されるべきである。
【０１０２】
コントローラー９１２は、図６から図８を参照して本明細書で説明される方法を実行させる任意の適切な回路を含んでもよい。コントローラー９１２は、本方法を実行するために、少なくとも１つの特定用途向けの集積回路（ＡＳＩＣ）、および／または少なくとも１つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、および／またはシングルまたはマルチプロセッサ・アーキテクチャー、および／または連続的な（フォン  ノイマン：Ｖｏｎ  Ｎｅｕｍａｎｎ）／並列アーキテクチャー、および／または少なくとも１つのプログラマブルロジックコントローラー（ＰＬＣ）、および／または少なくとも１つのマイクロプロセッサ、および／または少なくとも１つのマイクロコントローラー、および／または中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）を有してもよい。
【０１０３】
一例として、コントローラーは、少なくとも１つのプロセッサ９１４および少なくとも１つのメモリ９１６を有してもよい。メモリ９１６は、プロセッサによって読み取られると図６から図８を参照して本明細書で説明される方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含むコンピュータープログラム９１７を記憶する。コンピュータープログラム９１７は、ソフトウェアまたはファームウェアであってもよいし、ソフトウェアとファームウェアの組み合わせであってもよい。
【０１０４】
プロセッサ９１４は、少なくとも１つのマイクロプロセッサと単一コアプロセッサを含んでもよく、複数のプロセッサコア（デュアルコアプロセッサまたはクワッドコアプロセッサなど）、または複数のプロセッサ（少なくとも１つは、複数のプロセッサコアを含む）を含んでもよい。
【０１０５】
メモリ９１６は、任意の適切な非一時的なコンピューター可読記憶媒体、１つまたは複数のデータ記憶デバイスであってもよく、ハードディスクおよび／または固体メモリ（フラッシュメモリなど）を有してもよい。メモリは、永続的な消去不能メモリであってもよいし、消去可能メモリ（例えば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）フラッシュドライブ）であってもよい。
【０１０６】
また、メモリ９１６は、構成要素および材料のデータベースおよび結合強度パラメータを記憶する。
【０１０７】
コンピュータープログラム９１７は、非一時的なコンピューター可読記憶媒体に記憶されてもよい。コンピュータープログラム９１７は、非一時的なコンピューター可読記憶媒体からメモリ９１６に転送されてもよい。非一時的コンピューター可読記憶媒体９１６は、例えば、ＵＳＢフラッシュドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）またはブルーレイ（Ｂｌｕ−ｒａｙ（登録商標））ディスクである。いくつかの例では、コンピュータープログラム９１７は、無線信号または有線信号を介してメモリ９１６に転送されてもよい。
【０１０８】
ユーザー入力デバイス９１８は、少なくとも部分的にオペレータが装置を制御することを可能にするための任意の適切なデバイスを有してもよい。例えば、ユーザー入力デバイス９１８は、キーボード、キーパッド、タッチパッド、タッチスクリーンディスプレイ、およびコンピューターマウスのうちの１つ以上を有してもよい。コントローラー９１２は、ユーザー入力デバイスから信号を受信するように構成される。
【０１０９】
出力デバイス９１９は、ユーザーに情報を伝達する任意の適切なデバイスであってもよい。例えば、出力デバイスは、ディスプレイ（液晶ディスプレイ、または発光ダイオードディスプレイ、またはアクティブマトリックス式有機発光ダイオードディスプレイ、または薄膜トランジスタディスプレイ、または陰極線管（ブラウン管）ディスプレイなど）、および／または拡声器、および／またはプリンター（インクジェットプリンターまたはレーザープリンターなど）であってもよい。コントローラー９１２は、出力デバイス９１９に信号を提供し、出力デバイスにユーザーに情報を送信するように構成される。
【０１１０】
制御装置は、構成要素のボリュームを定義するデータを受信するための入力インターフェース９２０と、積層機器４０６にプライブックデータを提供するための出力インターフェース９２２と、をさらに含む。制御装置９１０はコンピューターであってもよい。
【０１１１】
積層機器４０６は、さらなるコントローラー４１２と、アプリケータヘッド４０８およびツール４１０と、を含む。コントローラー４１２は、コントローラー４１２から受信した命令に基づく相対移動のためのアプリケータヘッド４０８および／またはツール４１０を制御するように構成される。他の実施形態では、積層機４０６を直接制御することができる制御装置のコントローラー９１２のみが存在してもよい（すなわち、コントローラー４１２は存在しなくてもよい）。
【０１１２】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本明細書に記載された概念から逸脱することなく様々な修正および改良を行いうることが理解される。互いに排他的な場合を除いて、特徴のいずれかを別個にまたは他の特徴と組み合わせて使用することができ、本開示は本明細書に記載される１つ以上の特徴のすべての組み合わせおよび部分的組み合わせを含む。
【図１】
2019500665.tif 000003
【図２】
2019500665.tif 000004
【図３】
2019500665.tif 000005
【図４】
2019500665.tif 000006
【図５】
2019500665.tif 000007
【図６】
2019500665.tif 000008
【図７】
2019500665.tif 000009
【図８】
2019500665.tif 000010
【図９】
2019500665.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成30年7月23日(2018.7.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合的な構成要素のためのプライブックを設計する方法であって、
製造される前記複合的な構成要素に対応する構成要素のボリュームを定義する工程と、
前記構成要素のボリュームを充填するための複合材料の複数の連続するプライを定義する工程と、
可変的な硬化されたプライの厚さの推定値に基づいて前記複合材料の複数の連続するプライの少なくともいくつかをシミュレートする工程であって、前記可変的な硬化されたプライの厚さは、
前記複合材料のそれぞれのプライの少なくとも一部をシミュレートする工程と、
部分的な局所条件に基づいて少なくとも部分的に複合材料の部分のための硬化されたプライの厚さを推定する工程と、
複数のシミュレートされた前記プライに基づいてプライブックを定義する工程と、によって推定される工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
複数の前記プライに基づいて前記複合的な構成要素のためのプライブックを定義する工程をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プライのそれぞれを定義する工程およびシミュレートする工程は、前記複数の連続するプライのシミュレートされた第１のプライに少なくとも部分的に基づいて前記複数の連続するプライの第２のプライが定義されるように、各プライのそれぞれに順次実行される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記構成要素のボリュームは、開始面およびターゲット面を含み、複数の前記プライは、前記開始面から前記ターゲット面まで前記構成要素のボリュームを連続的に充填するように定義され、前記複数の連続するプライの各プライを定義する工程は、
基礎となる面に基づいて前記プライのための基準面を定義する工程と、
前記基準面を前記ターゲット面に投影して交差境界を定義する工程と、
前記交差境界に基づいて前記プライのプライ境界を定義する工程と、
を含み、
場合により、前記交差境界は、前記プライの境界を定義するために前記プライの基準面またはシミュレートされた前記プライに対応する面の上に投影される、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複合材料の複数の連続するプライは、硬化されたプライの厚さの第１の推定値に基づいて前記構成要素のボリュームを充填するように定義された第１の複数の連続するプライであり、
前記可変的な硬化されたプライの厚さの推定値は、硬化されたプライの厚さの第２の推定値であり、
前記複合材料の前記第１の複数の連続するプライの少なくともいくつかは、誤差ボリュームを定義するために硬化されたプライの前記第２の推定値に基づいてシミュレートされ、
前記誤差ボリュームおよび前記構成要素のボリュームに基づいて誤差補償ボリュームを定義する工程と、
硬化されたプライの厚さの前記第１の推定値に基づいて前記誤差補償ボリュームを充填するための複合材料の第２の複数の連続するプライを定義する工程と、をさらに含み、
前記プライブックは、前記第２の複数のシミュレートされたプライに基づいて定義される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記構成要素のボリューム内の部分の位置と、
前記それぞれのプライ内の部分の位置と、
前記構成要素のボリュームに適用される部分の曲率と、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの存在をシミュレートする工程によって決定される、シミュレートされた前記構成要素のボリュームにおける前記部分に局所的な自由ボリュームと、
からなるグループから選択される部分の１つ以上の局所条件に少なくとも部分的に基づく、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記構成要素のボリューム内の前記部分の前記位置を決定する工程と、
前記構成要素のボリュームの境界までの前記部分の近接の関数として前記部分のために硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複合材料のプライの部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
それぞれの前記プライ内の前記部分の前記位置を決定する工程と、
前記プライの端部への前記部分の近接の関数として前記部分のための前記硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
複合材料のプライの部分のために前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
前記部分に関連する曲率のメトリックを決定する工程と、
前記曲率の関数としての前記部分のために前記硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項６から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
複合材料のプライの部分のために前記硬化されたプライの厚さを推定する工程は、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在を決定する工程によってシミュレートされた前記構成要素のボリューム中の前記部分に局所的な自由ボリュームのメトリックを決定する工程と、
自由ボリュームの前記メトリックに基づいて前記硬化されたプライの厚さを推定する工程と、を含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記シミュレートされたプライを積層するためのヘッドパスの少なくとも一部を決定する工程をさらに含み、
複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在は、前記ヘッドパスに従って前記構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースに基づいて決定され、
場合により、複合材料のトウおよび／またはコースとの間の隙間および／または重なりの前記存在は、前記ヘッドパスに従って前記構成要素のボリュームに適用されるトウおよび／またはコースとの間の前記近接を分析することによって決定される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
複合材料の前記複数の連続するプライは離散化されたメッシュを用いてシミュレートされる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記離散化されたメッシュは、前記複合材料の各プライがシミュレートされると徐々に層状に成長する、または
別々の離散化されたメッシュはシミュレートされた各プライのために定義される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記可変的な硬化されたプライの厚さは、前記メッシュのノードにおいて推定され、
場合により、各メッシュ層の高さが、推定された前記硬化されたプライの厚さに従って変化する、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
複合的な構成要素のためのプリフォームを積層する方法であって、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の前記複合的な構成要素のためのプライブックを定義する工程と、
前記プリフォームを形成するために前記プライブックの中で定義された各プライを積層するための複合的な積層機器を制御する工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
コンピューターによって読み取られると、請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法をコンピューターに実行させる、コンピューター可読命令を含む、非一時的なコンピューター可読記憶媒体、信号またはコンピュータープログラム。
【請求項１７】
少なくとも１つのプロセッサと、
コンピューター可読命令を含む少なくとも１つのメモリと、を有し、
前記少なくとも１つのプロセッサは、前記コンピューター可読命令を読み取り、命令が請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法を前記プロセッサに実行させるように構成される、装置。
【国際調査報告】
2019500665.tif 000012
2019500665.tif 000013