(57)【要約】      （修正有）【課題】積層体をレイアップするためのシステム及び方法の提供。【解決手段】繊維強化材料（１１３）の多層積層体を表面（１５０）にレイアップすることを含む方法に関する。このレイアップは、繊維強化材料（１１３）のテープ（１１４）を切出し片に切断するテープカッター（１３０）に、係るテープ（１１４）を給送すること、進行方向（Ｄ）に沿って順に配置された複数の積層ユニット（１１０）の各々において、繊維強化材の切出し片を保持・載置機（１４０）によりピックアップすること、表面（１５０）と積層ユニット（１１０）の相対位置を変化させるのに伴って、保持・載置機（１４０）により前記繊維強化材料（１１３）の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされることを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化材料の多層積層体を表面にレイアップする方法であって、
繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送し、
進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材の切出し片を保持・載置機によりピックアップし、
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされる、方法。
【請求項２】
前記積層ユニットは、進行方向に沿って順に配置されている、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記積層ユニットにおいて、前記テープカッターにより前記材料のテープを切出し片に切断し、この際に、複数の前記積層ユニットは、前記テープを異なる角度で切断することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記積層ユニットを同時に操作することをさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
異なる積層ユニットにおいて切断された切出し片は、前記積層体の異なる層に配置される、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させることは、前記表面を移動させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させることは、前記積層ユニットを移動させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
異なる積層ユニットにおいて切断された切出し片は、異なる繊維配向で前記積層体に配置される、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
各保持・載置機につき１つのテープディスペンサが、前記テープを給送する、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記テープは、１つのテープディスペンサから複数の保持・載置機に給送される、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
異なる保持・載置機は、前記積層体の異なる層をレイアップする、
請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つのセンサからの入力に基づいて、切出し片を配置して前記積層体を形成するように前記保持・載置機を制御すること、をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
プロセッサにより実行されると、積層体を表面にレイアップするための方法を実行させるようプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送することと、
進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材料の切出し片を保持・載置機によりピックアップすることと、
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされることと、を含む、コンピュータ可読媒体。
【請求項１４】
複数の保持・載置機と、
コントローラと、
前記コントローラに接続されたセンサと、
繊維強化材料の材料片を前記保持・載置機に供給する複合材料供給デバイスと、
積層が行われている表面の位置を前記保持・載置機に対して変化させる移動装置と、を含む装置であって、
前記コントローラは、前記センサからの入力に基づいて前記保持・載置機の操作を制御する、装置。
【請求項１５】
表面と、
前記表面に対する位置を変化させ、進行方向に沿って順に配置されており、各々が繊維強化材料の多層積層体の切出し片を前記表面にレイアップする複数の積層ユニットと、を含むシステムであって、各積層ユニットは、
前記材料のテープを所与の角度で切出し片に切断するとともに、動作中に回転して前記角度を変更可能なプライカッターと、
前記切出し片をピックアップして、当該切出し片を前記積層体に配置することにより、前記積層体に層をレイアップする保持・載置機と、を含む、システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合材料製造の分野に関し、具体的には、硬化させて複合部品にする構成材料の複数の層を自動でレイアップするシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
材料（例えば、未硬化の炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ））の多層積層体は任意の様々な形状に成形することができ、これを硬化させることで、ストリンガ、床梁、その他の複合部品が作製される。複合部品の作製を容易にするため、フラットテープラミネータ（ＦＴＬＭ）などのロボットを利用することができる。例えば、ＦＴＬＭは、材料の１つ以上の層をレイアップして平坦な積層体を成形することができ、これを切断し、他の材料と一緒にレイアップし、硬化することで、複合部品が作製される。
【０００３】
ＦＴＬＭの動作は、レイアップの進行に伴って積層体上方でのＦＴＬＭヘッドの移動を命令する数値制御（ＮＣ）プログラムによって制御することができる。平坦な積層体のレイアップは、依然として時間のかかる作業である。これは、１つの層における新たな経路での材料レイアップの度に、ＦＴＬＭヘッドの再配置が必要となりうるためである。つまり、１つの平坦層のレイアップでも、完了までにＦＴＬＭを何往復もさせる必要が生じうる。加えて、一層ごとにＦＴＬＭヘッドの向きを再調整して次の繊維配向と整列させる場合もあり、これによっても、レイアップ時間が長くなる。
【０００４】
現在のＦＴＬＭ技術では、平坦な積層体のレイアップ処理をジャスト・イン・タイム方式で実行するのに十分に高い処理量をこなすことはできない。ＦＴＬＭ技術は、平坦な積層体のレイアップに相当の時間を要するため、積層体は、例えば、いくつかまとめて作製され、保存、冷凍された後、使用の際に解凍される。このような積層体を保存及び冷凍する設備は、いずれも大型であり、また、高価である。よって、製造コスト低減のため、製造速度を向上させるシステム及び方法が技術者から要望されている。
【発明の概要】
【０００５】
本明細書に記載の実施形態は、順に並んで配置された積層ユニットを用いる。各積層ユニットは、材料を切出し片に切断し、ピックアップし、平坦な積層体上に配置することで、積層体を形成する層をレイアップする。このようにして、１つの積層体における複数の層を一度にレイアップすることができるので、製造速度が大幅に向上する。積層体は、これらロボットに対して相対的に移動するので、全体の速度が向上するとともに、コンポーネントの再配置が一切不要になる。
【０００６】
一実施形態は、繊維強化材料の多層積層体を表面にレイアップすることを含む方法に関する。当該レイアップは、繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送し、進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材の切出し片を保持・載置機によりピックアップし、前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成することを含み、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされる。
【０００７】
さらに他の実施形態は、プロセッサにより実行されると方法を実行させるようプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体に関する。前記方法は、繊維強化材料の多層積層体を表面にレイアップすることを含み、当該レイアップは、繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送することと、進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材料の切出し片を保持・載置機によりピックアップすることと、前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされることと、を含む。
【０００８】
さらに他の実施形態は、装置に関する。前記装置は、複数の保持・載置機と、コントローラと、前記コントローラに接続されたセンサと、繊維強化材料の材料片を前記保持・載置機に供給する複合材料供給デバイスと、積層が行われている表面の位置を前記保持・載置機に対して変化させる移動装置と、を含む。前記コントローラは、前記センサからの入力に基づいて前記保持・載置機の操作を制御する。
【０００９】
さらに他の実施形態は、表面と、前記表面に対して相対的に進行方向に沿って移動し、前記進行方向に沿って順に配置されており、各々が繊維強化材料の多層積層体の切出し片を前記表面にレイアップする複数の積層ユニットと、を含むシステムに関する。各積層ユニットは、前記材料のテープを供給する送りローラと、前記テープを所与の角度で切出し片に切断するとともに、動作中に回転して前記角度を変更可能なプライカッターと、前記切出し片をピックアップして、当該切出し片を前記積層体に配置することにより、前記積層体に層をレイアップする保持・載置機と、を含む。
【００１０】
他の例示的な実施形態（例えば、上述の実施形態に関する方法及びコンピュータ可読媒体）については、以下に説明されている。上述の特徴、機能及び効果は、様々な実施形態において個別に達成可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。この詳細については、以下の記載と図面から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
以下に、添付図面を参照して本開示のいくつかの実施形態を例として説明する。すべての図面において、同じ参照符号は、同じ要素、又は、同じ種類の要素を表している。
【００１２】
【図１】例示的な実施形態における積層システムの斜視図である。
【図２】例示的な実施形態における積層システムの側面図である。
【図３】例示的な実施形態における積層システムの拡大図であり、テープから裏当てを分離する部分が示されている。
【図４】例示的な実施形態における積層システムの上面図である。
【図５】例示的な実施形態における積層システムの操作方法を示すフローチャートである。
【図６−９】例示的な実施形態における積層システムによる積層体における積み重ねの様子を示している。
【図１０】例示的な実施形態における積層システム用のプライカッターを示す斜視図である。
【図１１−１３】例示的な実施形態における積層ユニットを表面に対して相対移動させるシステムを示す図である。
【図１４】例示的な実施形態における積層システムのブロック図である。
【図１５】例示的な実施形態における航空機の製造及び使用方法を示すフロー図である。
【図１６】例示的な実施形態における航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図面及び以下の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態を示す。よって、当業者であれば、本明細書に明瞭に記載又は図示されていなくても、本開示の原理を具現化する様々な変形を創出することが可能であり、そのような変形も本開示の範囲に包含されることは、理解されるであろう。また、本明細書に記載のすべての実施例は、本開示の原理に対する理解を助けることを意図しており、これらの具体的に説明された実施例又は条件に限定するものであると解釈すべきではない。よって、本開示は、以下に説明する特定の実施形態又は実施例に限定されるのではなく、請求の範囲及びその均等範囲のみによって限定される。
【００１４】
図１は、例示的な実施形態における積層システム１００の斜視図である。積層システム１００は、後に硬化させて複合部品にする繊維強化材料１１３の多層積層体１７０をレイアップする。繊維強化材料１１３は、例えば、硬化性樹脂を予備含浸させた未硬化の炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）であっても、乾燥炭素繊維であっても、熱可塑性ベールで結合された乾燥炭素繊維であっても、ガラス繊維積層品であってもよい。積層体１７０が進行方向（direction of travel）Ｄに移動すると、積層体１７０は、積層ユニット１１０近傍を通過する。積層ユニット１１０は、進行方向Ｄに沿って順に並んで配置されている。積層体１７０のレイアップでは、各積層ユニット１１０は、材料１１３（たとえば、任意の適当な幅を有する炭素繊維テープ、ＦＴＬＭに用いられるよりも幅広のテープでもよい）を切出し片（piece）に切断し、積層体１７０上に配置する。例えば、一実施形態において、各積層ユニット１１０が、積層体１７０に１つの層をレイアップし、この際、各層内での繊維配向は、互いに平行である。
【００１５】
積層システム１００のフレーム１５２は、表面１５０（例えば、マンドレルの表面）を支持する。この実施形態では、表面１５０は、コンベヤのベルトの上面であり、積層体１７０を方向Ｄに沿って搬送する。他の実施形態では、表面１５０は、シャトル台の表面、又は、積層ユニット１１０が相対移動する固定テーブルの表面であってもよい。ほとんどの実施形態において、この移動は、線形の移動である。技術的には、積層片（即ち、切出し片１１８）を配置する度に、積層付加面（laminate application surface）（即ち、表面１５０）を直線的に前進させることを含む。ただし、他の実施形態では、円弧状の移動を行ってもよく、場合によっては、回転移動を行ってもよい。レイアップは、インラインラミネータ（in-line laminator）１６０から開始される。インラインラミネータは、支持体１６２に支持されており、送りローラ（テープディスペンサ）１１２を用いて、材料１１３を積層体１７０上に送る。インラインラミネータ１６０から供給される材料１１３は、方向Ｄに平行な繊維配向を有する。インラインラミネータ１６０は、独立のゼロ度テープ付加モジュール（independent zero degree tape application module）と称される場合もあり、複数の付加モジュール（即ち、積層ユニット１１０）から独立して、積層付加面（即ち、表面１５０）に対して相対的な移動を行わせる。積層体１７０は方向Ｄに沿って連続し、積層ユニット１１０に到達する。各積層ユニット１１０は、テープ１１４を保存・供給する送りローラ（複合材供給デバイス）１１２を含む。テープ１１４は、駆動ローラ１１６によって送りローラ１１２から引き出され、駆動ローラの回転によってテープ１１４に力が印加されて、テープ１１４が前方に送られる。このプロセスの間に、使い捨ての裏当て（backing）１２２がテープ１１４から分離され、巻取りリール１２４に巻き取られる。付加モジュール（即ち、積層ユニット１１０）は、一方向（unidirectional）テープ１１４を繰り出すことができる。
【００１６】
各プライカッター（ply cutter）１３０は、テープ１１４を切出し片１１８に切断する。切出し片は、対応する保持・載置機（pick-and-place device）１４０によって積層体１７０にレイアップされる。本実施形態において、プライカッター１３０は、ブレード１３２及び回転台１３４を含む。したがって、プライカッター１３０は、積層片（即ち、切出し片１１８）を回転台に載せ、当該積層片を付加モジュール（即ち、積層ユニット１１０）から切り離すよう動作しうる。保持・載置機１４０は、支持体１４２によって固定されており、把持部材、又は、切出し片１１８に差圧真空（differential vacuum）を印加する部材を用いて、搬送中に切出し片１１８を保持する装置である。保持・載置機１４０は、エンドエフェクタ１４８（例えば、ピックアップした積層片の形状に適合させた真空プラテンのエンドエフェクタ）によるロボット作業で各積層片をピックアップするよう動作しうる。この技術は、さらに、エンドエフェクタ１４８（例えば、積層片の形状に適合させた真空プラテンのエンドエフェクタ）で、各積層片を真空吸着する（vacuum picking）ことを含みうる。
【００１７】
図１には、コントローラ１８０も示されている。コントローラ１８０は、積層ユニット１１０、インラインラミネータ１６０及び／又は表面１５０の動作を管理して、積層体１７０のレイアップを制御する。例えば、コントローラ１８０は、１つ以上の数値制御（ＮＣ）プログラムを実行して、保持・載置機１４０、プライカッター１３０などの動作を管理する。コントローラ１８０は、カスタマイズされた回路、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサ、又は、その組み合わせにより実現することができる。
【００１８】
ＦＴＬＭを用いるシステムは、可動ヘッドの向き及び位置を頻繁に再調整するために、レイアップ作業が遅くなるが、積層システム１００は、これとは異なる。具体的には、積層システム１００は、ＦＴＬＭを全く必要とせず、複数の層（例えば、各積層ユニット１１０につき１層）を積層体１７０に同時にレイアップすることを可能にし、これにより、レイアップ全体の速度を高めている。さらに、複雑なＦＴＬＭの代わりに保持・載置機１４０を用いるので、比較的単純（また安価）な機械を製造に使用することが可能になる。さらに、保持・載置機１４０は、回転、並進及び捩りを伴うＦＴＬＭの操作を必要としないので、それに関わる力学的／運動学的な問題（dynamics/kinematics issues）を回避することができる。
【００１９】
積層システム１００の詳細は、図２にさらに示されている。同図は、図１の矢印２の方向でみた側面図である。図２は、図１に示した部材に加えて、センサ１４４（例えば、投影したレーザグリッドの画像を取得するカメラ）を示している。センサ１４４は、保持・載置機１４０により利用されて、積層体１７０に隙間が生じないように材料１１３の切出し片１１８を積層体１７０にレイアップすることを可能にする。例えば、センサ１４４は、エンドエフェクタ１４８における切出し片１１８の存在を検出し、さらに、エンドエフェクタ１４８に対する切出し片１１８の相対位置を検出する。つまり、各保持・載置機１４０は、それぞれ異なる連続層を形成するように切出し片１１８を積層体１７０に配置することができる。例えば、１つのプライカッター１３０が４５度の角度で切出し片１１８を切断した場合、対応する保持・載置機１４０は、切出し片１１８を４５度回転させ、積層体１７０において、これら切出し片１１８が隙間なく互いに連続する単一の層を形成するように配置する。このように、各層の繊維配向は、当該層に用いる切出し片１１８を切断するプライカッター１３０の角度に対応する。
【００２０】
本実施形態では、切出し片１１８のレイアップ前に、保持・載置機１４０におけるヒータ１４６（例えば、ラジエントヒータ）が、切出し片１１８を粘着温度（例えば、１９０°Ｆ）に加熱する。よって、方法は、保持・載置処理中に積層片を加熱することを含みうる。図２は、さらに、送りローラ１１２が送出したテープ１１４から裏当て１２２が分離される様子を領域３に示している。また、積層システム１００に沿って配置された１つ以上のセンサ１４４（例えば、圧力センサ、カメラ、レーザ又は超音波による測距装置など）を示している。センサ１４４は、プライカッター１３０による切断の前又は最中に、切出し片１１８の位置を検出するのに用いられる。センサ１４４は、さらに、センサデータを提供することができ、これは、保持・載置機１４０のエンドエフェクタ１４８による切出し片１１８の取得動作中に、切出し片１１８を検出するのに利用することができ、エンドエフェクタ１４８上の切出し片１１８の存在を検出するのに利用することができ、また、ピックアップ位置又はドロップ位置に対するエンドエフェクタ１４８の位置を検出するのに利用することができる。センサ入力は、さらに、ピックアップ位置又はドロップ位置に対するエンドエフェクタ１４８の位置／配向を検出し、切出し片１１８を積層体１７０に接合させるための印加圧力を特定し、積層体１７０への切出し片１１８の接合を検出し、及び／又は、場合によっては、切出し片１１８の温度を検出することができる。センサ１４４の詳細は、以下に図５を参照してさらに説明する。
【００２１】
さらに他の実施形態において、エンドエフェクタ１４８は、所定数のセンサ１４４を含む。本明細書において、「所定数の」センサは、１つ以上のセンサを含む。したがって、センサ１４４は、任意の所望の個数のセンサを含む。センサ１４４は、任意の所望の種類の測定値をセンサデータとして生成する。図では、センサ１４４はエンドエフェクタ１４８の近傍に位置しているが、いくつかの実施形態においては、センサ１４４は、保持・載置機１４０に接続されているか、エンドエフェクタ１４８に接続されているか、あるいは、その他の配置でシステム１００に含まれているかの少なくともいずれか１つである。例えば、センサ１４４をシステム１００全体に配置して、エンドエフェクタ１４８の移動を追跡することができる。さらに他の実施形態では、センサ１４４をシステム１００に配置して、積層体１７０についてのセンサデータ（例えば、位置データ）を生成することができる。さらに他の実施形態では、センサ１４４は、エンドエフェクタ１４８にではなく、保持・載置機１４０に接続することができる。さらに他の実施形態では、所定数のセンサ１４４は、保持・載置機１４０に加えて、エンドエフェクタ１４８にも接続することができる。
【００２２】
図３は、図２の領域３の拡大図であり、駆動ローラ１１６と対をなす巻取りローラ３００を示している。裏当て１２２は、当該裏当て１２２が巻取りローラ３００を周ることにより、巻取りリール１２４に向かう。一方、テープ１１４は、プライカッター１３０に向かって進む。プライカッターは、テープ１１４を切断するテープカッターとして動作しうる。このような実施形態においては、任意の適当な組み合わせの駆動ローラ１１６及び／又は巻取りローラ３００に能動的に動力を供給してもよいし、任意の組み合わせのローラを、駆動及び／又は従動ローラとして動作させてもよい。
【００２３】
図４は、図２の矢印４で示した方向から見た上面図において、積層システム１００をさらに示す。図４は、方向Ｄに沿って（例えば、Ｘ軸に沿って）異なる位置を占めるインラインラミネータ１６０及び積層ユニット１１０を示す。これらの位置を、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４として示す。積層体１７０が方向Ｄに沿って進むと、インラインラミネータ１６０が材料１１３の第１の層を付加し、Ｘ２に位置する積層ユニット１１０が材料１１３の第２の層を付加し、Ｘ３に位置する積層ユニット１１０が材料１１３の第３の層を付加し、Ｘ４に位置する積層ユニット１１０が材料１１３の第４の層を付加する。例えば、切出し片４００は、材料１１３の第４の層として積層体１７０にレイアップされる。よって、積層体１７０は、方向Ｄに沿って移動するにつれて厚みが増す。このレイアッププロセスを、図６〜図９を参照して以下に説明する。いくつかの実施形態では、Ｘ１に位置するインラインラミネータ１６０は、一般的なものよりもかなり幅広のテープを使用可能である。また、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４においては、これらのステーションは移動の必要がないので、ＦＴＬＭに一般的なものよりも幅広のテープを使用可能である。
【００２４】
積層システム１００の操作の詳細を、図５を参照して以下に記載する。なお、本実施形態については、オペレータが、送りローラ１１２にテープ１１４を充填済みであり、コントローラ１８０が、積層ユニット１１０及びインラインラミネータ１６０を起動済みであるとする。
【００２５】
図５は、例示的な実施形態における積層システムの操作方法５００を示すフローチャートである。図１の積層システム１００を参照して方法５００のステップを説明するが、方法５００は他のシステムでも実行可能なことは、当業者には理解されよう。本明細書に記載のフローチャートのステップが必ずしも全てではなく、図示していない他のステップも含まれうる。本明細書に記載のステップは、別の順で実行することも可能である。
【００２６】
駆動ローラ１１６は、繊維強化材料１１３のテープ１１４を切出し片に切断する１つ以上のテープ／プライカッター１３０に、テープ１１４を給送する（ステップ５０１）。コントローラ１８０は、繊維強化材料１１３を表面１５０に配置するよう命令して、材料１１３の複数の層を積層体１７０にレイアップするプロセスを開始する（ステップ５０２）。このプロセスは、表面１５０及び／又は積層ユニット１１０を相対移動させることを含む（ステップ５０４）。例えば、この移動は、実施形態によっては、コントローラ１８０が表面１５０をコンベヤにより方向Ｄに前進させ、積層ユニットは静止させておくことを含み、あるいは、積層ユニットを移動させ、表面１５０は静止させておくこと、などを含みうる。図１１〜図１３に示すさらに他の実施形態は、表面１５０を積層ユニット１１０に対して相対移動させる仕組みがそれぞれ異なる。一実施形態において、インラインラミネータ１６０は、方向Ｄに平行な繊維配向の層をレイアップする。この場合、インラインラミネータ１６０におけるプライカッター（図示せず）は、１つの層全体としてテープ１１４の１つの切出し片１１８を切り出す。
【００２７】
表面１５０及び／又は積層ユニット１１０が前進するのに伴って、テープ１１４が送りローラ１１２から駆動ローラ１１６の作用によって引き出され、積層ユニット１１０において、プライカッター１３０がテープ１１４を切出し片１１８に切断する（ステップ５０６）。所定時間ごとに引き出されるテープの量は、コントローラ１８０が、送りローラ１１２における張力センサ（図示せず）に基づいて調整しうる。各プライカッター１３０の角度は、調整可能であり、コントローラ１８０は、積層ユニット１１０を制御し、各積層ユニット１１０が互いに異なる角度でテープ１１４を切断するようにできる。この技術により、積層体１７０の各層が異なる繊維配向を有するようにして、複数の次元で強度を高めることができるので望ましい。
【００２８】
１つ以上のセンサ（図示せず）によって、プライカッター１３０の回転量、及び／又は、プライカッター１３０による切断の適否を定量化することができる。例えば、回転センサは、プライカッター１３０が所定量だけ回転する度に信号を生成し、コントローラ１８０がこの情報を分析して、プライカッター１３０における所定の回転を判定することができる。さらに他の実施形態では、プライカッター１３０は、他の構成を有しうるが、その場合でも、センサを利用してプライカッター１３０の動作を制御することが可能である。
【００２９】
これらの技術において、さらに、１つ以上のセンサ１４４（例えば、ラップセンサ及びギャップセンサ）を利用しうる。例えば、１つ以上のセンサ１４４（例えば、カメラ）が画像を供給し、コントローラ１８０は、これを利用して、切出し片１１８の搬送前、搬送中、搬送後に、切出し片１１８（及び／又は、切出し片１１８の配向）に対する保持・載置機１４０の配向及び／又は距離を特定しうる。センサ１４４（例えば、ラップセンサ及びギャップセンサを含む）を利用したフィードバック制御で、積層付加面（即ち、表面１５０）に対する積層片（即ち、切出し片１１８）の配置を監視することができる。さらに他の実施例において、１つ以上のセンサ１４４（例えば、レーザ又は超音波による距離センサ）が距離の情報を取得し、切出し片１１８の搬送前、搬送中、搬送後において、保持・載置機１４０のエンドエフェクタ１４８から切出し片１１８までの距離を特定することができる。
【００３０】
エンドエフェクタ１４８が切出し片１１８に接触すると、１つ以上のセンサ１４４（例えば、圧力センサ）が、保持・載置機１４０の動作中（例えば、所望の位置への切出し片１１８の搬送中）、保持・載置機１４０と切出し片１１８との接触圧を示す圧力の情報／データを取得する。例えば、コントローラ１８０は、センサ１４４からの圧力データを利用して、切出し片１１８に対するエンドエフェクタの接触力を調整したり、切出し片１１８を積層体１７０に圧着させる（compaction）際に切出し片１１８に印加される圧力を調整したり、及び／又は、切出し片１１８がエンドエフェクタ１４８から解放された旨を確認することができる。
【００３１】
コントローラ１８０は、上述の様々な情報を用いて、保持・載置機１４０のエンドエフェクタ１４８及び／又は他の部材のフィードバック制御を実行することができる。例えば、コントローラ１８０は、エンドエフェクタ１４８を操作／制御する際に、１つ以上のセンサ１４４から入力された画像及び／又は距離を利用して、切出し片１１８の位置、配向及び形状を検出することが可能である。コントローラ１８０は、さらに、センサ１４４からの圧力データを用いて、切出し片１１８がエンドエフェクタ１４８に存在すること（例えば、保持されたこと）、及び／又は、エンドエフェクタ１４８における切出し片１１８の位置や回転を検出することができる。さらに、１つ以上のセンサ１４４からの入力は、圧力、距離及び／又は画像データを含み、コントローラ１８０は、これを利用して、切出し片１１８をエンドエフェクタに保持させたり、マンドレル（例えば、設置位置）に対する切出し片１１８の相対位置を把握することができる。これを実行するために、例えば、コントローラ１８０は、画像及び／又は距離データに基づいてマンドレルを検知し、エンドエフェクタ１４８を制御して切出し片１１８をマンドレルに接触させる。１つ以上センサ１４４は、積層体１７０に配置された切出し片１１８の正確な位置を示す画像又は距離の入力をすることも可能であるので、コントローラ１８０によるフィードバック制御が容易になる。コントローラ１８０は、１つ以上のセンサ１４４から通知された圧縮力の大きさに基づいて、切出し片１１８を積層体１７０に圧着させる所定の大きさの力を正確に印加することができる。コントローラ１８０は、さらに、エンドエフェクタを制御する際に、保持・載置機１４０のフィードバック制御をセンサ１４４からの入力に基づいて実行することができる。
【００３２】
図５には示していないが、エンドエフェクタ１４８又は保持・載置機１４０に任意の所望の数又は種類のセンサ１４４を接続して、処理を制御することが可能である。例えば、少なくともエンドエフェクタ１４８又は保持・載置機１４０の一方は、少なくともエンドエフェクタ１４８又は保持・載置機１４０の一方に接続された所定数のセンサ（図示せず）に基づいて制御される。所定数のセンサ（図示せず）による測定値を用いることにより、保持・載置機１４０を移動させるタイミング、エンドエフェクタ１４８を真空引きするタイミング、エンドエフェクタ１４８への圧力印加のタイミング、エンドエフェクタ１４８が複合材料（図示せず）を保持されたとき、又は、複合材料の切出し片１１８がエンドエフェクタ１４８から分離され、積層構造体（図示せず）に圧着されたときを特定できる。
【００３３】
いくつかの例示的な実施例において、１つ以上のセンサ１４４により取得された距離データは、エンドエフェクタ１４８から複合材料の切出し片１１８までの距離、又は、この切出し片１１８を受ける積層体１７０までの距離の少なくとも一方を示す。つまり、方法５００は、切出し片１１８の位置を示すセンサデータを受信することを含む（ステップ５０７）。一実施例において、所定数のセンサ１４４は、エンドエフェクタ１４８が切出し片１１８に向かって降下し、切出し片１１８をピックアップするのに伴って、複合材料からのエンドエフェクタ１４８の距離を示す距離データを生成する。他の例では、所定数のセンサ１４４は、切出し片１１８が積層構造体に配置されるのに伴って、切出し片１１８からのエンドエフェクタ１４８の距離を示すデータを生成する。一実施例において、所定数のセンサ１４４は、エンドエフェクタ１４８が切出し片１１８及び／又は積層体１７０から遠ざかるのに伴って、切出し片１１８からのエンドエフェクタ１４８の距離を示すデータを生成する。
【００３４】
いくつかの例示的な実施例において、所定数のセンサ１４４は、切出し片１１８がエンドエフェクタ１４８に保持されている場合に切出し片１１８の存在を検出する。いくつかの例示的な実施例において、所定数のセンサ１４４は、切出し片１１８に印加された圧力の大きさを圧力データとして検出する。いくつかの例示的な実施例において、切出し片１１８がエンドエフェクタ１４８に保持されていない状態になったことを圧力データ又は距離データの少なくとも一方が示すと、エンドエフェクタ１４８は、積層体１７０（又は、他の表面）に圧着させた切出し片１１８から遠ざかるように移動される。
【００３５】
コントローラ１８０を用いて積層ユニット１１０（具体的には、保持・載置機１４０）を制御して、各積層ユニット１１０に切出し片１１８をピックアップさせる（ステップ５０８）。この制御は、センサ１４４からのフィードバックセンサデータに基づいて実行され、これにより、切出し片１１８のアライメント及びピックアップが容易になる。なお、フィードバックに用いられるセンサデータは、画像データ、距離データ又は圧力データのうちの少なくとも１つを含む。表面１５０及び積層ユニット１１０が相対位置を変化させるのに伴って、保持・載置機１４０は、切出し片１１８を積層体１７０に配置する（ステップ５１０）。例えば、コントローラ１８０は、センサ１４４からの入力に基づいて、切出し片１１８に対するエンドエフェクタ１４８の接触を制御する。一実施形態では、コントローラ１８０は、切出し片１１８の位置及び形状を感知するセンサ１４４から入力を受け取り、この入力に基づいてエンドエフェクタ１４８を制御する。コントローラ１８０は、さらに、エンドエフェクタ１４８に命令して切出し片１１８を保持させ、この切出し片１１８を、例えばマンドレルなどの表面に配置させる。表面（例えば、マンドレルの表面）の存在は、センサ１４４により検出され、コントローラ１８０は、エンドエフェクタ１４８を制御して、切出し片１１８を表面に配置させる。さらに他の実施形態において、センサ１４４は、表面及び／又は積層体１７０に切出し片１１８が配置及び／又は圧着される際に、積層体１７０の位置を示す入力を提供する。コントローラ１８０は、センサ１４４からの検出情報に基づいて任意の適当な形態のフィードバック制御を行って、エンドエフェクタ１４８による切出し片の１１８のピックアップ、移動及び／又は配置を制御することができる。
【００３６】
切出し片１１８がレイアップされたことを示すフィードバックセンサデータ（例えば、切出し片１１８の圧着及び解放が問題なく実行されたことを示す圧力データ）に応じて、（例えば、保持・載置機１４０を再配置することで）積層ユニット１１０を再配置して、次の切出し片１１８のピックアップに備える（ステップ５１２）。このように、コントローラ１８０は、センサデータに基づいて積層体１７０の積層を繰り返し実行させ、これにより多層積層体１７０が作製される。
【００３７】
切出し片１１８のピックアップ及び配置は、各積層ユニット１１０が積層体１７０に異なる層をレイアップするように実行されうる。例えば、各保持・載置機１４０は、送られてくる切出し片１１８の所望の繊維配向に基づいて、これら切出し片１１８を選択的に回転及び／又は配置しうる。これにより、積層体１７０が各積層ユニット１１０を通過するのに伴って、各積層ユニット１１０は、積層体１７０に層をレイアップする。
【００３８】
方法５００によれば、複合部品として硬化させる積層体を作製するに際し、複数層の迅速なレイアップが可能になるので、従来のシステムを上回る実質的な利益がもたらされる。具体的には、複数の積層ユニット１１０が積層体１７０のレイアップを並列及び／又は同時に実行する。したがって、積層体１７０が積層ユニット１１０を一度通過するだけで、複数の層がレイアップされるので、積層体１７０のレイアップ速度を大幅に高めることができる。つまりは、本明細書に記載のシステムは、材料の４つ（又はそれ以上）のプライの同時レイアップを可能にし、また、従来技術よりも幅の広いテープの使用も可能にし、これにより製造速度がさらに向上する。なお、１つの積層ユニットにつき、任意の適当な数の保持・載置機、送りローラ及び／又はプライカッターを利用することができる。また、任意の適当な数の積層ユニットを利用することができる。
【００３９】
図６〜図９は、積層ユニット１１０に対する積層体１７０の移動に伴って、積層体１７０が積層される様子を示している。具体的には、図６は、レイアップ中の積層体１７０の側面図である。これらの図には、Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３及びＸ４を含む横方向位置が示されている。また、これらの図面には、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３などを含む示す縦方向位置が示されている。積層体１７０が前進してＸ１を通過するのに伴って、インラインラミネータ１６０によって第１の層６１０がＬ１にレイアップされる。積層体１７０がさらに進み、積層体１７０がＸ２を通過するのに伴って、Ｘ２に位置する積層ユニット１１０によって、第２の層６２０がＬ２にレイアップされる。層６２０は、複数の切出し片１１８で形成される。このため、積層片（即ち、切出し片１１８）は、積層付加面（即ち、表面１５０）上に、当該積層付加面において連続するように配置される。切出し片１１８間の境界６５０も図示されている。同様に、積層体１７０の一部がＸ３を通過し（この結果、層６３０がＬ３にレイアップされ）、また、Ｘ４を通過する（この結果、層６４０がＬ４にレイアップされる）のに伴って、引き続きレイアップが行われる。積層体１７０は、相当に長尺（例えば、数十フィート、例えば、６０フィート）であるので、積層ユニット１１０に対する積層体１７０の相対移動に伴って、インラインラミネータ１６０及び積層ユニット１１０は、各層を同時且つ連続的にレイアップするよう並列に動作しうる。各層は、異なる繊維配向（例えば、０°、＋４５°、−４５°、９０°など）を示してもよいが、同一の繊維配向を有する複数の層がレイアップされてもよい。
【００４０】
図７は、図６に示す積層体１７０の上面図であり、図６の矢印７の方向視に対応している。図７は、本実施形態において、各層の繊維配向が各層の切出し片１１８の形状に関係することを示す。例えば、層６２０と層６４０には、平行四辺形の切出し片１１８が用いられており、一方、層６３０には、矩形の切出し片１１８が用いられている。層６１０は領域Ｒ１沿いに見えており、層６２０は領域Ｒ２沿いに見えており、層６３０は領域Ｒ３沿いに見えており、層６４０は領域Ｒ４沿いに見えている。非直交の繊維配向を有する層の終端である端部片７４０も図示されている。端部片７４０は、対応する層の終端がきっちりとＸ軸に沿うように、プライカッター１３０によって三角形又は台形の形状に切断される。これを実現するため、コントローラ１８０は、層のレイアップ中に（特に、１つの切出し片１１８を切り出す切断と切断の間に）プライカッター１３０を制御して角度を変更する。これにより、異なる角度で切断された両端７４２を有する端部片が形成される。
【００４１】
これらの処理の間、積層システム１００に配置された１つ以上のセンサ１４４（例えば、圧力センサ、カメラ、レーザ又は超音波による測距装置など）から、コントローラ１８０が積層ユニットのフィードバック制御を実行するためのセンサデータを取得することができる。例えば、センサ１４４を用いて、プライカッター１３０による切断前又は切断中に切出し片１１８の位置を検出することができる。さらに、センサ１４４により供給されうるデータには、保持・載置機１４０のエンドエフェクタ１４８が切出し片１１８取得のために移動する際に、切出し片１１８を検出するのに利用可能なセンサデータ、エンドエフェクタ１４８に切出し片１１８が在ることを検出するのに利用可能なセンサデータ、及び、ピックアップ位置又はドロップ位置に対するエンドエフェクタ１４８の相対位置を検出するのに利用可能なセンサデータが含まれる。さらに、センサ入力は、ピックアップ位置又はドロップ位置に対するエンドエフェクタ１４８の位置／配向の検出、切出し片１１８を積層体１７０に付着させるために使用される圧力の検出、積層体１７０に切出し片１１８が配置されたことの検出、及び／又は、場合によっては、切出し片１１８の温度の検出にも利用可能である。
【００４２】
図８は、方向Ｄへの積層体１７０の移動が完了した後の積層体１７０を示す。本実施形態において、積層体１７０、矩形の形状をしている。ただし、さらに他の実施形態では、積層体１７０に含まれる様々な層の長さを異ならせて、積層体１７０に傾斜部又はその他の特異部を形成してもよい。
【００４３】
最初の組の層についてレイアップが完了すると、積層体１７０は、図９に示すように、方向Ｄを反転させる。よって、以降のレイアップは、積層体１７０がＸ軸に沿って後退移動するのに伴って実行される。コントローラ１８０は、積層体１７０が方向を反転する前に、プライカッター１３０の角度を調整して、新たな繊維配向にする。次いで、反転させた新たな方向Ｄに沿って積層体１７０が移動するのに伴ってレイアップを継続し、（Ｘ４から始まる）層をＬ５に、（Ｘ３から始まる）層をＬ６に、（Ｘ２から始まる）層をＬ７に、（Ｘ１から始まる）層をＬ８に積層する。
【００４４】
積層システム１００で用いられるプライカッター１３０は、実施形態によって異なるものでもよい。図１０に示す一実施形態において、各プライカッター１３０は、回転台１３４のスロット１０１０内を往復するように取り付けられた斜めブレード（angled blade）１０００（例えば、ギロチンナイフ）を含む。この態様では、回転台１３４の角度を調整することにより、ブレード１０００の角度を調整することができる。回転台１３４の表面１０２０は、ポリエチレンなどの低摩擦性材料からなる。一実施形態において、プライカッター１３０は、一体型のクーラ１０３０（例えば、冷媒又は冷却流体を循環させる装置）により冷却されて、処理中に、繊維強化材料の切出し片１１８がブレード１０００に付着、あるいは、「引っ掛かる（gum up）」ことを防止できる。さらに他の実施形態において、プライカッター１３０は、任意の適当な切断装置であってもよく、例えば、Ｘ軸及びＹ軸に沿って移動するアクチュエータに装着された超音波カッターのブレードでもよい。
【００４５】
図１１〜図１３は、例示的な実施形態における積層ユニットをプラットフォームに対して移動させるシステムを示す図である。図１１は、図１と同様の積層システム１１００を示す図であり、剛性のフレーム１１１０がコンベヤベルト（移動装置）１１２０を支持しており、積層体を移動させて積層ユニット１１３０を通過させる。また、図１２は、積層システム１２００を示しており、積層体１７０は、レール１２２０に沿って移動して積層ユニット１２３０を通過する可動シャトル台（移動装置）１２１０に載置されている。図１３は、積層システム１３００を示しており、積層モジュールは、軌条１３２０に沿って移動するカート（移動装置）１３３０に固定されており、積層体１７０がレイアップされている固定フレーム１３１０を通過する。
【００４６】
＜実施例＞
下記の実施例では、炭素繊維強化材料からなる直線的な多層積層体のレイアップを迅速に行う積層システム１４００に関し、追加のプロセス、システム及び方法を説明する。
【００４７】
図１４は、例示的な実施形態における積層システム１４００のブロック図である。積層システム１４００は、コンベヤ１４１２により方向Ｄに沿って移動される表面１４１０を含み、これにより、積層体１４２０を前進させる。積層ユニット１４５０は、材料の切出し片１４８０を積層体１４２０に積層して、層１４２２を形成する。本実施形態において、積層ユニット１４５０は、駆動ローラ１４６０の作用により引き出された繊維強化テープ１４５４を給送する送りローラ１４５２を含む。裏当て１４５６はローラ１４５８で分離され、このローラは、裏当て１４５６を巻取りローラ１４５７に向かわせる。テープカッター１４７０は、テープ１４５４をブレード１４７２で切断し、この際の角度は調整可能であり、回転台１４７４は、この角度を調整すべく回転される。保持・載置機１４８２は、切出し片１４８０をピックアップし、積層体１４２０の層１４２４に配置する。インラインラミネータ１４９０も図示されており、これは、Ｄ方向に沿った繊維配向を有するテープ１４９３をレイアップする。送りローラ１４９２は、コンベヤ１４１２の作用により引き出されたテープ１４９３を給送する。ブレード１４９４は、層１４２２が完了すると、テープ１４９３を切断する。
【００４８】
センサ１４９８は、積層ユニット１４５０の様々な部品を操作するための入力を提供する。例えば、１つ以上のセンサ１４９８により提供される入力には、送りローラ１４５２の制御を容易にする入力（例えば、張力センサによる）、テープカッター１４７０用の入力（例えば、適切に行われた切断を検出する圧力センサ、又は、回転台１４７４の回転量を検出するセンサによる）、切出し片１４８０を保持・載置機１４８２に対応付けるもの（例えば、圧力センサによる）、保持・載置機１４８２における切出し片の位置１４８０を通知するもの（例えば、レーザセンサなどの測距センサによる）、保持・載置機１４８２に切出し片１４８０がセットされたことを感知するもの（例えば、圧力センサによる）、積層体１４２０における所望の配置位置に対する保持・載置機１４８２の相対位置を特定するもの（例えば、カメラによる）、切出し片１４８０を配置する際の位置及び／又は配向データを提供するもの、積層体１４２０に対する切出し片１４８０の圧縮力を通知するもの（例えば、圧力センサによる）が含まれる。コントローラ１４９９は、上述した様々なセンサ１４９８からのセンサデータ１４９７に基づいて、積層ユニット１４５０の様々な部材を操作して、様々な積層ユニットのフィードバック制御を実行しうる。
【００４９】
図面をより具体的に参照すると、本開示の実施形態は、図１５に示した航空機の製造及び使用方法１５００に関連させて、また、図１６に示した航空機１５０２に関連させて、説明することができる。生産開始前の工程として、航空機の製造及び使用方法１５００は、航空機１５０２の仕様決定及び設計１５０４と、材料調達１５０６とを含む。生産中は、航空機１５０２の部品及び小組立品（subassembly）の製造１５０８及びシステム統合１５１０が行われる。その後、航空機１５０２は、例えば認証及び納品１５１２を経て、就航１５１４に入る。就航の期間中は、航空機１５０２は、定例の整備及び保守１５１６のスケジュールに組み込まれる（この工程は、変更、再構成、改装なども含みうる）。本明細書で具体化した装置及び方法は、製造及び使用方法１５００における１つ以上の任意の適当な段階（例えば仕様決定及び設計１５０４、材料調達１５０６、部品及び小組立品の製造１５０８、システム統合１５１０、認可及び納品１５１２、就航１５１４、整備及び保守１５１６）、及び／又は、航空機１５０２の任意の適当なコンポーネント（例えば機体１５１８、システム１５２０、内装１５２２、推進系１５２４、電気系１５２６、油圧系１５２８、環境系１５３０）において、採用することができる。
【００５０】
方法１５００の各工程は、システムインテグレータ、第三者、及び／又は、オペレータ（例えば顧客）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレータは、航空機メーカ及び主要システム（majority-system）下請業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、供給業者をいくつ含んでいてもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体（military entity）、サービス組織（service organization）などであってもよい。
【００５１】
図１６に示すように、例示的な方法１５００によって製造される航空機１５０２は、複数のシステム１５２０及び内装１５２２を備えた機体１５１８を含む。ハイレベルシステム１５２０の例は、駆動系１５２４、電気系１５２６、油圧系１５２８及び環境系１５３０のうちの１つ又は複数を含む。また、その他のシステムをいくつ含んでいてもよい。航空宇宙産業の例を説明したが、本発明の原理は、例えば自動車産業などの他の産業にも適用可能である。
【００５２】
上述したように、本明細書で具体化した装置及び方法は、製造及び使用方法１５００における、１つ以上の任意の段階において採用できる。例えば、部品及び小組立品製造１５０８に対応する部品又は小部品は、航空機１５０２の就航期間中に作製される部品又は小部品と同様に作製又は製造することができる。また、装置の実施形態、方法の実施形態、又は、その組み合わせのうちの１つ以上を、製造工程１５０８及び１５１０で用いることによって、例えば、航空機１５０２の組み立て速度の大幅な向上、又は、大幅なコスト削減が可能になる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又は、その組み合わせのうちの１つ以上を、航空機１５０２の就航期間中、及び／又は、整備及び保守１５１６中に用いてもよいが、これに限定されない。例えば、本明細書に記載の技術及びシステムは、ステップ１５０６、１５０８、１５１０、１５１４及び／又は１５１６に利用可能であり、及び／又は、機体１５１８及び／又は内装１５２２に利用可能である。さらに、これらの技術及びシステムは、例えば、推進系１５２４、電気系１５２６、油圧系１５２８及び／又は環境系１５３０を含むシステム１５２０にも利用可能である。
【００５３】
一実施形態では、部品及び小組立品製造１５０８において、積層体１７０を硬化させることで機体１５１８の部分などの複合部品が作製される。このような複合部品は、次に、システム統合１５１０において航空機に組み込まれ、次いで、当該複合部品が摩耗によって使用不可能になるまで、就航１５１４において使用される。次に、整備及び保守段階１５１６において、積層体１７０は、廃棄され、新たに製造された部品と交換される。積層体１７０のレイアップのための本発明のコンポーネント及び方法は、部品及び小組立品の製造１５０８において新たな部品の製造に用いることができる。
【００５４】
図示あるいは本明細書に記載した様々な制御要素（例えば電気又は電子部品）はいずれも、ハードウェア、ソフトウェアを実現するプロセッサ、ファームウェアを実現するプロセッサ、又は、これらの何らかの組み合わせとして実現することができる。例えば、ある要素を、専用ハードウェアとして実現することができる。専用ハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラ」、又は、他の同様の用語で呼ばれる場合がある。プロセッサによって実現される場合、機能は、単一の専用プロセッサ、単一の共有プロセッサ、又は、共有可能な複数の個別プロセッサによって、実現することができる。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラ」なる用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行可能なハードウェアのみを指すと解釈されるべきではない。限定するものではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェア格納用の読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、論理回路、又は、他の物理的なハードウェア部品若しくはモジュールを暗黙的に含みうる。
【００５５】
また、制御要素は、プロセッサ又はコンピュータによって実行可能であって、当該要素の機能を実行する命令として実現することができる。命令の例をいくつか挙げると、ソフトウェア、プログラムコード及びファームウェアがある。これらの命令は、プロセッサにより実行されると、当該プロセッサに命令して要素の機能を実行させるように働く。命令は、プロセッサによる読み取りが可能な記憶装置に格納することができる。記憶装置の例としては、デジタルメモリ若しくは固体メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、又は、光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体などが挙げられる。
【００５６】
本発明は、以下の付記においても言及されるが、これらは請求の範囲と混同されるべきではない。
【００５７】
Ａ１．繊維強化材料の多層積層体を表面にレイアップする方法であって、
繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送し（５０１）、
進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材の切出し片を保持・載置機によりピックアップし（５０８）、
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされる（５１０）、方法。
【００５８】
Ａ２．前記積層ユニットは、進行方向に沿って順に配置されている、
項Ａ１に記載の方法。
【００５９】
Ａ３．前記積層ユニットにおいて、前記テープカッターにより前記材料のテープを切出し片に切断し、この際に、複数の前記積層ユニットは、前記テープを異なる角度で切断すること（５０６）をさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００６０】
Ａ４．前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記積層ユニットを同時に操作することをさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００６１】
Ａ５．異なる積層ユニットにおいて切断された切出し片は、前記積層体の異なる層に配置される、
項Ａ１に記載の方法。
【００６２】
Ａ６．前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させることは、前記表面を移動させることを含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００６３】
Ａ７．前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させることは、前記積層ユニットを移動させることを含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００６４】
Ａ８．異なる積層ユニットにおいて切断された切出し片は、異なる繊維配向で前記積層体に配置される、
項Ａ１に記載の方法。
【００６５】
Ａ９．各保持・載置機につき１つのテープディスペンサが、前記テープを給送する、
項Ａ１に記載の方法。
【００６６】
Ａ１０．前記テープは、１つのテープディスペンサから複数の保持・載置機に給送される、
項Ａ１に記載の方法。
【００６７】
Ａ１１．異なる保持・載置機は、前記積層体の異なる層をレイアップする、
項Ａ１に記載の方法。
【００６８】
Ａ１２．センサから、切出し片に対する保持・載置機の位置を示す入力を受け取ることと、
センサから、前記積層体に対する切出し片の位置を示す入力を受け取ることと、をさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００６９】
Ａ１３．少なくとも１つのセンサからの入力に基づいて、切出し片を配置して前記積層体を形成するように前記保持・載置機を制御すること、をさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００７０】
Ａ１４．１つの積層付加面に対して積層片を連続して配置することをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つであり、前記積層付加面は、前記表面である、
項Ａ１に記載の方法。
【００７１】
Ａ１５．積層付加面に対する積層片の配置を監視するフィードバック制御において、ラップセンサ及びギャップセンサを操作することをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つであり、前記積層付加面は、前記表面である、
項Ａ１に記載の方法。
【００７２】
Ａ１６．複数の付加モジュールとは独立して積層付加面に対して移動する独立ゼロ度テープ付加モジュールを操作することをさらに含み、前記積層付加面は、前記表面である、
項Ａ１に記載の方法。
【００７３】
Ａ１７．付加モジュールが一方向テープを繰り出すことをさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００７４】
Ａ１８．回転台に積層片を載せ、次いで、当該積層片を付加モジュールから切り離すことをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つである、
項Ａ１に記載の方法。
【００７５】
Ａ１９．ギロチンナイフを用いて積層片を切断することをさらに含む、
項Ａ１に記載の方法。
【００７６】
Ａ２０．ピックアップした積層片の形状に適合させた真空プラテンエンドエフェクタによるロボット作業で各積層片をピックアップすることをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つである、
項Ａ１に記載の方法。
【００７７】
Ａ２１．ピックアップした積層片の形状に適合させた真空プラテンエンドエフェクタにより、真空吸着させて当該積層片をピックアップすることをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つである、
項Ａ１に記載の方法。
【００７８】
Ａ２２．前記ピックアップ及び配置のプロセス中に積層片を加熱することをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つである、
項Ａ１に記載の方法。
【００７９】
Ａ２３．積層片を配置する毎に積層付加面を直線的に前進させることをさらに含み、前記積層片は、前記切出し片のうちの１つであり、前記積層付加面は、前記表面である、
項Ａ１に記載の方法。
【００８０】
Ａ２４．プロセッサにより実行されると、積層体を表面にレイアップするための方法を実行させるようプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、前記方法は、
繊維強化材料のテープを、当該テープを切出し片に切断するテープカッターに給送すること（５０１）と、
進行方向に沿って順に配置された複数の積層ユニットの各々において、前記繊維強化材料の切出し片を保持・載置機によりピックアップすること（５０８）と、
前記表面と前記積層ユニットの相対位置を変化させるのに伴って、前記保持・載置機により前記繊維強化材料の切出し片を配置して積層体を形成し、この際に、複数の切出し片が同時にレイアップされること（５１０）と、を含む、コンピュータ可読媒体。
【００８１】
Ｃ１．複数の保持・載置機（１４０）と、
コントローラ（１８０）と、
前記コントローラに接続されたセンサ（１４４）と、
繊維強化材料（１１３）の材料片を前記保持・載置機に供給する複合材料供給デバイス（１１２）と、
積層が行われている表面（１５０）の位置を前記保持・載置機に対して変化させる移動装置（１１２０）と、を含む装置であって、
前記コントローラは、前記センサからの入力に基づいて前記保持・載置機の操作を制御する、装置。
【００８２】
Ｃ２．前記移動装置は、前記保持・載置機を通過するように移動するシャトル台（１２１０）を含む、
項Ｃ１に記載の装置。
【００８３】
Ｃ３．前記移動装置は、前記保持・載置機を通過するように前記積層体を搬送するコンベヤ（１１２０）を含む、
項Ｃ１に記載の装置。
【００８４】
Ｃ４．前記表面は、静止しており、
前記保持・載置機の各々は、当該保持・載置機を前記表面に沿って移動させるカート（１３３０）に装着されている、
項Ｃ１に記載の装置。
【００８５】
Ｃ５．インラインラミネータ（１６０）をさらに含み、当該インラインラミネータは、
進行方向（Ｄ）に平行な繊維配向を有する前記材料のテープ（１１４）を給送する送りローラ（１１２）と、
前記送りローラからテープを引き出す駆動ローラ（１１６）と、
前記テープから単一の切出し片（１１８）を切り出すことで、前記積層体の一層全体を形成するプライカッター（１３０）と、を含む、
項Ｃ１に記載の装置。
【００８６】
Ｃ６．保持・載置機用に送りローラに蓄積された前記テープは、裏当て（１４５６）に付着されており、
前記駆動ローラは、前記テープを前記裏当てから分離し、
前記装置は、さらに、
前記駆動ローラによって前記テープが引き出されるのに伴って、前記テープから分離された前記裏当てを蓄積する巻取りリール（１４５７）と、
前記テープから分離された前記裏当てを前記巻取りリールに向かわせるローラ（１４５８）と、を含む、
項Ｃ１に記載の装置。
【００８７】
Ｄ１．表面（１５０）と、
前記表面に対する位置を変化させ、進行方向（Ｄ）に沿って順に配置されており、各々が繊維強化材料（１１３）の多層積層体（１７０）の切出し片（１１８）を前記表面にレイアップする複数の積層ユニット（１１０）と、を含むシステムであって、各積層ユニットは、
前記材料のテープ（１１４）を所与の角度で切出し片に切断するとともに、動作中に回転して前記角度を変更可能なプライカッター（１３０）と、
前記切出し片をピックアップして、当該切出し片を前記積層体に配置することにより、前記積層体に層をレイアップする保持・載置機（１４０）と、を含む、システム。
【００８８】
Ｄ２．前記積層ユニットは、
切出し片を第１繊維配向で配置して第１の層を形成する第１積層ユニット（１１０）と、
前記第１積層ユニットの下流に配置されており、切出し片を第２繊維配向で配置して第２の層を形成する第２積層ユニット（１１０）と、を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００８９】
Ｄ３．前記表面は、前記積層ユニットを通過するように移動するシャトル台（１２１０）の一部である、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９０】
Ｄ４．前記表面は、前記積層ユニットを通過するように前記積層体を搬送するコンベヤ（１１２０）の一部である、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９１】
Ｄ５．前記表面は、静止しており、
前記積層ユニットの各々は、前記表面に沿って当該積層ユニットを移動させるカート（１３３０）に装着されている、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９２】
Ｄ６．インラインラミネータ（１６０）をさらに含み、当該インラインラミネータは、
前記進行方向に平行な繊維配向を有する前記材料のテープ（１１４）を供給する送りローラ（１１２）と、
前記送りローラからテープを引き出す駆動ローラ（１１６）と、
前記テープから単一の切出し片を切り出すことで、前記積層体の一層全体を形成するプライカッター（１３０）と、を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９３】
Ｄ７．前記積層ユニットの送りローラに蓄積された前記テープは、裏当て（１４５６）に付着されており、
前記駆動ローラは、前記テープを前記裏当てから分離し、
各積層ユニットは、さらに、
前記駆動ローラによって前記テープが引き出されるのに伴って、前記テープから分離された前記裏当てを蓄積する巻取りリール（１４５７）と、
前記テープから分離された前記裏当てを前記巻取りリールに向かわせるローラ（１４５８）と、を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９４】
Ｄ８．各積層ユニットは、前記積層体の異なる層をレイアップする、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９５】
Ｄ９．各積層ユニットについて、前記プライカッターの前記角度を決定し、前記保持・載置機を制御して、前記切出し片を当該角度に対応する繊維配向で、連続層として前記積層体に配置させるコントローラ（１８０）をさらに含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９６】
Ｄ１０．前記コントローラは、動作中にプライカッターを制御して前記角度を変更させて、異なる角度の両端を有する端部片を形成させる、
項Ｄ９に記載のシステム。
【００９７】
Ｄ１１．複数の前記プライカッターは、前記テープを互いに異なる角度で切出し片に切断する、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９８】
Ｄ１２．各プライカッターは、回転台（１４７４）に装着されたブレード（１４７２）を有する、
項Ｄ１に記載のシステム。
【００９９】
Ｄ１３．前記回転台は、ポリエチレン性の表面（１０２０）を含む、
項Ｄ１２に記載のシステム。
【０１００】
Ｄ１４．前記プライカッターは、切断の前に前記テープの温度を下げるクーラ（１０３０）を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０１】
Ｄ１５．各プライカッターは、超音波式ブレード（１０００）を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０２】
Ｄ１６．前記材料は、硬化性樹脂を予備含浸させた炭素繊維テープ（１１４）を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０３】
Ｄ１７．前記材料は、ガラス繊維を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０４】
Ｄ１８．各保持・載置機は、前記切出し片を前記積層体に配置する前に、当該切出し片を加熱するヒータ（１４６）を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０５】
Ｄ１９．各保持・載置機は、前記切出し片を、当該切出し片の繊維配向に基づいて回転させる、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０６】
Ｄ２０．各保持・載置機は、前記積層体に配置中の切出し片の位置を検出するセンサ（１４４）を含む、
項Ｄ１に記載のシステム。
【０１０７】
本明細書において特定の実施形態を説明したが、本開示の範囲はこれらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、下記の特許請求の範囲及びその均等範囲により規定される。
【図１】
2018199328.tif 000003
【図２】
2018199328.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【外国語明細書】
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2018199328000002.pdf
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