(57)【要約】複合アイテムを製造するためのシステムはエンドエフェクタ32、ロボットビークル12、センサ38、切断システム48を含んでいる。エンドエフェクタはコース28をレイアップ型へ与える。ロボットビークルはエンドエフェクタを位置付ける。センサは先に供給されたコースのエッジを感知する。切断システムは感知されたエッジに応答してコース上のプロフィールを切断する。【選択図】図１
2008539105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レイアップ型へコースを供給するためのエンドエフェクタと、
エンドエフェクタを位置付けるためのロボットビークルと、
先に供給されたコースのエッジを感知するためのセンサと、
感知されたエッジに応答してコース上のプロフィールを切断するための切断システムとを具備している複合アイテムの製造システム。
【請求項２】
さらに、複数のエンドエフェクタと、
複合アイテムを共同動作で製造するための複数のロボットビークルとを具備している請求項１記載のシステム。
【請求項３】
複合アイテムは複数のプライから構成され、複数のロボットビークルは共同動作で複数のプライの１つのプライを供給する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
複数のビークルは複数のプライのサブセットを通してコースを共同動作で編み合わせる請求項３記載のシステム。
【請求項５】
さらに、ロボットビークルを誘導する誘導システムを具備している請求項１記載のシステム。
【請求項６】
前記誘導システムは、
ロボットビークルを誘導する信号を放射するレーザエミッタと、
その放射された信号を受信し、受信された信号に応答してロボットビークルを制御するためにロボットビークル上に配置されているレーザ受信機とを具備している請求項５記載のシステム。
【請求項７】
さらに、コースとレイアップ型との間に部分的な真空を発生するように構成されている真空位置付けシューを具備し、コースは大気圧により型に圧接される請求項１記載のシステム。
【請求項８】
プライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を生成する手段と、
レイアップ型に沿って部分的な真空およびプライ材料を前進させる手段と、
プライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知する手段と、
感知されたエッジに応答してプライ材料におけるプロフィールを切断する手段とを具備している複合アイテムの製造装置。
【請求項９】
さらに、共同動作で複合アイテムを製造するために複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライをレイアップ型に沿って本質的に同時に前進させる手段を具備している請求項８記載の装置。
【請求項１０】
さらに、複合アイテムのプライを複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライにより製造する手段を具備している請求項９記載の装置。
【請求項１１】
さらに、複合アイテムを製造するために複数の対応する材料のプライを編み合わせる手段を具備している請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
さらに、部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導する手段を具備している請求項８記載の装置。
【請求項１３】
さらに、部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するための信号を放射する手段と、
その放射された信号に応答して、レイアップ型に沿った部分的な真空およびプライ材料の前進を制御する手段とを具備している請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
さらに、プライ材料の温度を感知する手段と、
感知された温度に応答して、プライ材料の温度を変化させる手段とを具備している請求項８記載の装置。
【請求項１５】
プライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を発生し、
レイアップ型に沿って部分的な真空およびプライ材料を前進させ、
プライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知し、
感知されたエッジに応答して、プライ材料でプロフィールを切断するステップを含んでいる複合アイテムの製造方法。
【請求項１６】
さらに、共同動作で複合アイテムを製造するために複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライをレイアップ型に沿って基本的に同時に前進させるステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
さらに、複合アイテムのプライを複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライにより製造するステップを含んでいる請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
さらに、複合アイテムを製造するために複数の対応する材料のプライを編み合わせるステップを含んでいる請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
さらに、部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項２０】
さらに、部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するために信号を放射し、
その放射された信号に応答して、レイアップ型に沿った部分的な真空およびプライ材料の前進を制御するステップを含んでいる請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
さらに、プライ材料の温度を感知し、
感知された温度に応答して、プライ材料の温度を変化させるステップを含んでいる請求項１５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプライ配置装置に関し、特に本発明はプライを表面上に配置する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合アイテムは共に積層される材料の層から通常構成される。これらの層はしばしば部分的または完全なプライと呼ばれる。有効な材料幅を超える構造に対しては、各層は典型的に相互に隣り合う、またはある程度までオーバーラップしているエッジとエッジで配置された一連の条帯または材料のコースから形成されている。各プライは織物の繊維、一方向ファイバ材料、金属ホイル、接着フィルム、または種々の他の形態であることができる。一方向ファイバ材料はしばしば「テープ」と呼ばれる。ファイバは任意の多くの天然および／またはファイバガラス、グラファイト、Ｋｅｖｌａｒ（商標名）等のような「人工」材料から作られることができる。
【０００３】
コースは通常、コース材料の「自然路」に沿って型またはツール上に置かれる。用語「自然路」はツールの表面で圧延されるときにコース材料がたどる通路を指している。自然路からのずれは通常コース材料の幅を横切って力を加えることにより実現される。テープは典型的に織物よりも剛性であり、この力に対する抵抗の程度がさらに大きい傾向がある。加えられる力が材料の屈曲能力を超えるとき、皺およびブリッジがコース材料に形成される。さらにより広いコースはさらにコース材料に皺を付ける傾向がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
テープコースは典型的にエッジ対エッジに与えられる。内部の空洞を減少するために、通常テープコース間のギャップ距離または公差を減少することが有効である。例えば航空宇宙産業のようなある比較的高度の技術産業では、ギャップ距離は０．１０インチ以下に保持されることができる。平坦または円筒形の複合アイテムでは、各コースの自然路は隣接するコースと整列する。しかしながら輪郭を付けられたアイテムでは、隣接するコースの自然路はコースを集中させるか発散させる傾向がある。これらのずれが許容度を超えてコースをオーバーラップまたは発散させるのを防止するために、通常の自動化されたテープ積層マシン（「ＡＴＬＭ」）は通常、比較的多数の比較的狭いコース材料を使用する。残念ながら、狭くされたコース材料の利用はレイダウン速度を減少する。
【０００５】
したがって、少なくともある程度までここで説明されている欠点を克服することのできる方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前述の要求はかなりの程度まで本発明により満たされる。１特徴では、ある実施形態で正確にプライを基板上に配置する装置および方法が提供される。
【０００７】
本発明の１実施形態は複合アイテムを製造するためのシステムに関する。このシステムはエンドエフェクタ、ロボットビークル、センサ、切断システムを含んでいる。エンドエフェクタはコースをレイアップ型に供給する。ロボットビークルはエンドエフェクタを位置付ける。センサは先に供給されたコースのエッジを感知する。切断システムは感知されたエッジに応答してコース上のプロフィールを切断する。
【０００８】
本発明の別の実施形態は複合アイテムを製造するための装置に関する。この装置は生成する手段と、前進する手段と、感知する手段と、切断する手段とを含んでいる。生成する手段はプライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を発生する。前進する手段は部分的な真空とプライ材料をレイアップ型に沿って前進させる。感知する手段はプライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知する。切断する手段は感知されたエッジに応答してプライ材料上でプロフィールを切断する。
【０００９】
本発明のさらに別の実施形態は複合アイテムの製造方法に関する。この方法では部分的な真空がプライ材料とレイアップ型との間で発生され、部分的な真空とプライ材料はレイアップ型に沿って前進される。さらに先に供給されたプライ材料のコースのエッジが感知され、その感知されたエッジに応答してプライ材料でプロフィールが切断される。
【００１０】
したがって、さらに良好に理解されることができ、技術に対する本発明の貢献がより良好に認識されることができるように、本発明のある実施形態を広く概説する。勿論、本発明の付加的な実施形態を以下説明し、これは特許請求の範囲の主題を形成する。
【００１１】
これに関して、本発明の少なくとも１つの実施形態を詳細に説明する前に、本発明はその応用において構造の詳細および以下の説明で述べられているか図面に示されているコンポーネントの構成に限定されないことが理解されよう。本発明は説明された事柄に付加された実施形態が可能であり、種々の方法で実施され実行されることができる。また、ここで使用される語法および用語と要約は説明のためのものであり、技術的範囲の限定として考えるべきではないことが理解されよう。
【００１２】
したがって、当業者はこの説明が基づいている概念が本発明の幾つかの目的を実行するためのその他の構造、方法、システムの設計に基づいて容易に使用されることができることを認識するであろう。それ故、特許請求の範囲はこのような等価構造が本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、これらを含むものと考えられることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明を図面を参照して説明し、類似の参照符合は全体を通して類似の部分を指している。図１に示されているように、本発明の１実施形態で使用するのに適したマシン支援ラミネータ10（“ＭＡＬ”）はアイテム18を生成するため型16上にプライ材料14を位置付けるための１以上のロボットビークル12を含んでいる。このロボットビークル12は誘導システム20により誘導される。誘導システム20は１以上のレーザエミッタ22、レーザ受信機24、制御装置26を含んでいる。制御装置26はユーザから命令を受信し、その命令をレーザエミッタ22へ転送するように構成されている。レーザエミッタ22はレーザを介して信号をレーザ受信機24へ転送し、それによってロボットビークル12の動作を制御するように構成されている。このようにして、コンピュータの読取可能な命令のセットはアイテム18を製造するためにＭＡＬ10により利用される。ロボットビークル12と誘導システムのさらに詳細な説明はそれ故、2004年11月12日出願で発明者Roger J. LEDETと、John E. YESTRAUによる米国特許出願第10/986,292号明細書（発明の名称“OPTICAL LASER GUIDANCE SYSTEM APPARATUS AND METHOD”）に記載されており、この説明はその全体がここで参考文献とされている。
【００１４】
１実施形態では、ＭＡＬ10はプライ材料14を型16へ共同動作で与えるように構成されている２以上のロボットビークル12を含んでいる。例えば図１に示されているように、各ロボットビークル12は型16の中心部またはその付近でプライ材料14の配置を開始し、その後、外方向の、型16の異なる部分へ共同動作する。したがって本発明の実施形態の利点は材料のレイダウン速度がただ１つのみの通常のエンドエフェクタを有するＡＴＬＭよりも増加されることである。別の例では、ロボットビークル12は型16上で共にプライ材料14の２以上の層を共同動作で編むように構成されている。したがって本発明の実施形態の利点は、プライ材料14の多数の層を共に編むことによってアイテム18の構造的な統合性が増加され、アイテム18の層間剥離が減少されることである。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、ＭＡＬ10は型16上にプライ材料を位置付けるか、或いはそれでなければその位置付けを制御するように構成されているロボットの電機子またはガントリ型の位置付け装置を含んでいる。特定の例では、ガントリ型の位置付け装置は１０個の運動軸(ガントリの５個の軸とエンドエフェクタの５個の軸)を制御するように構成されている。しかしながら、軸の特定の数は特定の動作状態にしたがうことができ、制御される軸の数は本発明にとって臨界的ではないことが理解されよう。さらに他の実施形態では、コンピュータの読取可能な命令のセットはツール16の動作を制御するために使用される。例えばツール16は回転マンドレルまたはＸ−Ｙテーブルを含んでいる。
【００１６】
各ロボットビークル12は型16上にコース材料14を与えるように構成されている。種々の形態では、ロボットビークル12はコース材料14を型16へ与えるため圧縮ローラ、掃引および／または真空配置シューを含んでいる。型16はプライの配置のため安定な仕上げ表面を適切に与えるように構成されている。寸法、形状、外形等のような型16の特性はアイテム18の設計パラメータに基づいている。図１に示されているアイテム18は複数のコース28から構成されている。型16または基板30上に配置されているコース28の各層はプライとして記載され、アイテム18は典型的に複数のプライから製造される。基板30は型16の表面および／または先に供給されたコース28を含んでいる。
【００１７】
図２はＭＡＬ10と共に使用するのに適したエンドエフェクタ32の前面の斜視図である。エンドエフェクタ32はロボットビークル12、または例えばロボット電機子、ガントリ型の装置等のような任意の適切な位置付け装置により位置付けられる。図２に示されているように、エンドエフェクタ32はコース材料14を放出するための供給ロール34を含んでいる。この供給ロール34は支持体36により支持される。特定の実施形態では、支持体36は供給ロール34の回転を助長するための１対のローラを含んでいる。このようにして、コース材料14は供給ロール34から引き出される。特に、ローラは供給ロール34からのコース材料14のパワーの不要なまたは「フリーホイールされた」取出しを容易にする。即ちコース材料14は比較的複雑なサーボモータおよび制御システムを必要とせずにエンドエフェクタ32の動作によって供給ロール34から引出される。したがって簡単にし、信頼性を改良する。
【００１８】
コース材料14は任意の適切なコース材料を含んでいる。適切なコース材料の例は種々のファイバ、フィルム、ホイル等を含んでいる。ファイバの特定の例はガラス、アラミド、カーボン、一方向の「テープ」、編まれた織物、二軸布等の形態の種々のその他のファイバを含んでいる。さらに、コース材料は樹脂その他の結合材料で予め含浸されてもよい。コース材料14はロール形態であるときにこれ自身が実質的に接着しないように裏張りまたはセパレータフィルム40（図４に示されている）を随意選択的に含んでいる。
【００１９】
エンドエフェクタ32はさらにセンサ38を含んでいる。センサ38は任意の適当な感知装置を含んでいる。適当な感知装置の例は赤外線（ＩＲ）、マイクロ波等のような種々の形態の電磁放射を使用する触覚的、光学的なシステムを含んでいる。特定の例では、ここでさらに説明されているように、センサ38は先に供給されたコース28のエッジ42の位置を決定するように構成されているマシン視覚システムを含んでいる。種々の他の例では、センサ38は基板30に接触し高さの差を感知する感知装置のアレイと、基板30から反射された入射光の差を感知する光検出器のアレイを含んでいる。
【００２０】
ＭＡＬ10は典型的に「自然路」に沿って基板30上にコース材料14を供給する。通常、自然路はコース材料14が基板30上で転がるときに通過する通路の意味で記載されている。特に、自然路の中心線44は基板30上の測地曲線として幾何学的に説明される。即ち基板30上に位置する２つの点間の最短距離である。
【００２１】
図２はさらに２つの隣接するコース28間に配置されるインターフェース46を示している。このインターフェース46は通常、側面のコース28の縦方向と一致する。インターフェース46はコース28のテーパーまたはプロフィールにしたがって、側面のコース28の一方または両者の縦方向からやや逸れている可能性がある。アイテム18は典型的に多数のプライを含んでおり、２以上のプライが同じまたはほぼ同じ縦方向に位置することは普通でなくはない。同じ縦方向に存在するプライは通常、他の縦方向の幾つかのプライにより分離されている。さらに、同じまたは類似の縦方向に位置するプライのインターフェース46は整列していないことが好ましい。本発明の利点は、インターフェース56の整列が決定され、整列していることが分かった場合には調節されまたはオフセットされることである。
【００２２】
図３はＭＡＬ10と共に使用するのに適したエンドエフェクタ32の後面の斜視図である。図３に示されているように、エンドエフェクタ32はさらにコース材料14を切断するように構成されている切断アセンブリ48を含んでいる。通常、切断アセンブリ48は側面のエッジプロフィールを生成するために切断を行う。さらに切断アセンブリは前縁と後縁のような端部の切断を行う。切断アセンブリ48はコース材料14を切断またはその他の方法で切断するように動作可能な任意の適切な切断装置50を含んでいる。適切な装置は超音波ナイフ、鋸、レーザ等を含んでいる。さらに切断アセンブリ48はコース材料14を横断するレール54に沿って切断装置50を位置させるためのアクチュエイタ52を含んでいる。このアクチュエイタ52は制御装置からの信号に応答するように構成されている。
【００２３】
動作において、ＭＡＬ10はアイテム18のプライを生成するためにコース28を供給するように構成されている。コース材料14は典型的に製造業者の仕様にしたがって供給される。例えば一方向のテープのコースは基本的にオーバーラップ許容度なしで、典型的に約０．１０インチのギャップ許容度内で接触および／または供給される。別の例では、織地は典型的にギャップ許容度をもたないが、０．２５乃至０．５０インチのオーバーラップ許容度を有することができる。基板30の外形に応じて、コースの自然路はこれらの許容度を超えて収斂または発散する可能性がある。１実施形態では、コース28の通路はオーバーラップ56が生成されるように規定される。オーバーラップ56は、２つの接触するコース28間の相対的な最大の発散で、接触するコース28のそれぞれのエッジがギャップ許容度よりさらに離れないように構成されている。オーバーラップ56がオーバーラップ許容度を超えた場合、過剰なコース材料14はトリムされる。トリムする過剰量は先に供給されたコース28の感知されたエッジに基づいて決定される。例えば一方向テープを供給するとき、切断アセンブリ48は先に供給されたコース28のエッジと基本的に一致するようにコース材料14のエッジに沿ってプロフィールを切断するように制御される。
【００２４】
好ましい実施形態では、切断アセンブリ48は真空位置付けシューＳと共に機能するように構成されている。通常、真空位置付けシューＳはプライ材料14と基板30との間に部分的な真空を発生するように構成されている。エンドエフェクタ32が前進しプライ材料14が真空位置付けシューＳから引き出されるとき、プライ材料14は気圧により基板30上に圧接される。特に真空位置付けシューＳは基板30の一部を覆って密封を形成し、密封された領域内に部分的な真空を発生する。プライ材料14は密封された領域を通して供給され、気圧により基板30上に圧接される。真空位置付けシューＳのより詳細な説明は2003年５月14日出願で発明者Roger J. LEDETと、Arnold J. LAUDERと、Matthew J. SHEWFELTによる米国特許出願第10/437,067号明細書（発明の名称“VACCUM ASSISTED PLY PLACEMENT SHOE AND METHOD”）に記載されており、その説明はその全体がここで参考文献とされている。
【００２５】
図４は本発明の１実施形態によるプライレイアップの分解図である。図４に示されているように、プライ58は型16上に固化される。即ちコース28は型16に与えられ、共にこれらのコースはプライ58を生成する。図４に示されている例では、セパレータフィルム40が条帯40Aと40Bに切断されて示されており、条帯40Aはプライ58を生成するために使用されるコース材料14部分を被覆し、条帯40Bはトリムされた過剰なコース材料14Bを被覆する。別の実施形態では、セパレータフィルム40は基本的にエッジ切断動作期間中には何もされていない状態である。例えば切断アセンブリ48はセパレータフィルム40側ではなくコース材料14側に配置され、切断アセンブリ48はコース材料14が切断されるとき実質的にセパレータフィルム40を切断されていない状態に残すように構成されている。
【００２６】
１実施形態では、セパレータフィルム40はプライ58の製造の後に除去される。この実施形態の利点はセパレータフィルム40が実質的に過剰なコース材料14Bが先に供給されたコース28に接着しないようにすることである。図４に示されているように、セパレータフィルム40Aは実質的に過剰なコース材料14Bが先に供給されたコース28に接着しないようにする。さらに、セパレータフィルム40Aは塵、埃および例えばひっかき傷、磨耗等のような物理的損傷からのプライ58の保護を容易にする。種々の実施形態では、セパレータフィルム40は、コース材料14の連続的なコースのエッジがオーバーラップされる場合のように、コース材料14の連続的なコースの供給の前または供給期間中に除去される。このような場合には、巻取りリールは例えばセパレータフィルム40、40Aおよび／または40Bおよび／または過剰なコース材料14Bを累積するように構成されている。ＭＡＬ10と共に使用するのに適切な巻取りリールは2004年10月29日出願で発明者W. Robert NELSONと、Michael C. DOWLINGと、Mark K.STEPHENと、Raymond L.ROYALと、C. Tim HARBAUGHによる米国特許出願第10/975,433号明細書（発明の名称“AUTOMATED FABRICLAYUP SYSTEM AND METHOD”）に記載されており、この説明はその全体がここで参考文献とされている。
【００２７】
図５はＭＡＬ10と共に使用するのに適したシステム60のブロック図である。図５に示されているように、システム60は制御装置62を含んでいる。この制御装置62はコンピュータの読取可能なコードを実行するように動作可能である。これに関して、システム60はコンピュータの読取可能な命令またはコード64のセットを含んでいる。コード64にしたがって、制御装置62はファイル66にアクセスするように構成されている。このファイル66は、複合アイテムのコンピュータの読取可能なモデル、レイアップ型または型16の表面のコンピュータの読取可能な表示、型16のエッジのコンピュータの読取可能な表示、複合アイテムの厚さ、複合アイテムと型16の少なくとも一方に基づいたソースコード、ソースコードに基づいた動作命令のセット、複合アイテムを積層する間に集められたデータ、時間スタンプ情報、位置情報、識別番号等の１以上のものを含んでいる。制御装置62はさらにネットワーク68を横切って通信するように構成されている。ネットワーク68は付加的なデータ記憶および／または処理能力を与えるように随意選択的に含まれる。これに関してネットワークはデータベース70とサーバ72を含んでいる。データベース70はコード64および／またはファイル66のコピーを記憶するように構成される。サーバ72はコード64および／またはファイル66を生成し、記憶し、その任意の適切な処理を行うように構成されている。この方法で、サーバ72のようなコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）マシンで生成される複合アイテムは例えばＭＡＬ10へ転送されることができる。さらにサーバ72はネットワーク68を介してコード64および／またはファイル66の更新を転送するように動作可能である。さらにシステム60は随意選択的にメモリ74を含んでいる。メモリ74が存在するならば、メモリ74はコード64および／またはファイル66のコピーを記憶するように構成されている。
【００２８】
さらに図５にはロボットビークル12および／または他のこのような位置付け装置を制御するための位置付け装置の制御装置76が示されている。位置付け装置の制御装置76はＭＡＬ10の種々のアクチュエイタおよび／またはサーボモータの要求にしたがってシステム60に随意選択的に含まれている。即ちＭＡＬ10の特定の構造にしたがって、複数のアクチュエイタおよび／またはサーボモータはＭＡＬ10の種々のコンポーネントの回転、位置、方向などを変化させる。特に、ロボットビークル12および／または位置付け装置のこれらのアクチュエイタおよび／またはサーボモータは少なくとも、ロボットビークル12を前進または他の方法でエンドエフェクタ32および／またはＭＡＬ10の種々の軸を変更するように構成されている。存在するならば、位置付け装置の制御装置76のパラメータは種々のアクチュエイタ、サーボおよび／または制御装置62の仕様に基づいている。位置付け装置の制御装置76は、それが存在するならば、これらのアクチュエイタおよび／またはサーボモータの幾つかまたは全てを制御するように構成されている。さらにこれらのアクチュエイタおよび／またはサーボモータは制御装置62によって直接変更されるように随意選択的に動作可能であり、したがってシステム60は位置付け装置の制御装置76を含まなくてもよい。
【００２９】
さらに、制御装置62はセンサ38から信号を受信するように構成され、これらの信号の受信に応答して、先に供給されたコース28のエッジ42の位置を決定する。例えば光センサを使用して、画像信号はセンサ38と制御装置62から受信され、画像解析アルゴリズムを使用して、エッジ42と下に位置する基板30との間の差を識別する。特定の例では、セパレータフィルム40は白色または薄い色であり、コース材料14および型16は黒色または比較的暗い色である。したがって白色と黒色領域との間のインターフェースを識別することによって、エッジの位置が決定される。別の例では、コース材料14は比較的明るい色でありセパレータフィルム40は比較的暗い色である。同様に、他の区別的な光学特定がエッジを決定するために使用されることができる。別の例では、センサ38は基板に接触し、センサ38からの信号を先に供給されたコース28と下に位置する基板30との間の高さの差を決定するために使用する感知装置を含んでいる。
【００３０】
制御装置62はさらに例えばサーボモータ、ラックおよびピニオン、線形駆動ベルト、線形スライド、Ｘ−Ｙテーブル、空気ラム、線形のアクチュエイタ等のような任意の適切なアクチュエイタを変化させるように構成されている。特に制御装置62は先に供給されたコース28の感知されたエッジに応答して、アクチュエイタ52の動作を制御するように構成される。このようにしてプロフィールは実質的に感知されたエッジに適合する切断アセンブリによって、コース材料14のエッジで切断される。
【００３１】
システム60はさらに随意選択的にＭＡＬ10の種々の適切な動作状態または属性を感知するように構成された複数のセンサを含んでいる。適切な属性の例にはコース材料14の温度、セパレータフィルム40がコース材料14から分離される位置（解放点）の温度、供給速度および方向、材料の位置付け、裏張りとの一体性、コース材料14の供給等の幾つかまたは全てが含まれている。
【００３２】
システム60は随意選択的にヒータ80を含んでいる。このヒータ80は例えば電気加熱素子および送風器、赤外線装置、誘導加熱器等のような任意の適切な加熱装置を含んでいる。特別な例では、ヒータ80は加熱素子と、適切に加熱された空気流を導くように構成された送風器を含んでいる。さらにヒータ80は随意選択的にニブヒータ、シュートヒータ、解放点送風器を含んでいる。これらの装置は存在するならば制御装置62により変調される。ニブヒータは制御装置62により発生された制御信号に応答して、制御された量の熱を型16と、コース材料14および／またはセパレータフィルム40へ与える。同様にシュートヒータは制御装置62により発生された制御信号に応答して、制御された量の熱をコース材料14および／またはセパレータフィルム40へ与える。さらに、解放点送風器は制御装置62により発生された制御信号に応答して、解放点方向へ空気流を導く。
【００３３】
図６はシステム60で使用するのに適している制御装置62のシステムアーキテクチャである。図６に示されているように、制御装置62はプロセッサ90を含んでいる。このプロセッサ90は電源92、メモリ94、クロック96、アナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）98、入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート100に接続されて動作する。Ｉ／Ｏポート100は任意の適当に取付けられた電子装置から信号を受信し、これらの信号をＡ／Ｄ98および／またはプロセッサ90へ転送するように構成されている。信号がアナログフォーマットであるならば、信号はＡ／Ｄ98を介して伝送されることができる。これに関してＡ／Ｄ98はアナログフォーマット信号を受信し、これらの信号を対応するデジタルフォーマット信号に変換するように構成されている。反対に、Ａ／Ｄ98はデジタルフォーマット信号をプロセッサ90から受信し、これらの信号をアナログフォーマットに変換し、アナログ信号をＩ／Ｏポート100へ転送するように構成されている。このようにして、アナログ信号を受信するように構成されている電子装置はプロセッサ90と相互通信することができる。
【００３４】
プロセッサ90はＡ／Ｄ98および／またはＩ／Ｏポート100との間で信号を受信し、また送信するように構成されている。プロセッサ90はさらにクロック96から時間信号を受信するように構成されている。プロセッサはさらにメモリ94に電子データを記憶し、そのデータを検査するように構成されている。さらに、プロセッサ90は位置付け装置の制御装置76を変調するように動作可能な信号を決定し、それによって特定の力を加えるようにＭＡＬ10の種々のアクチュエイタおよび／またはサーボモータを制御し、および／または特定の角度へ回転するように構成されている。
【００３５】
本発明の１実施形態によれば、プロセッサ90はコード64を実行するように構成されている。ＭＡＬ10の種々のコンポーネントからのこの命令のセットおよび信号に基づいて、プロセッサ90は制御信号のセットを決定し、これらの信号をヒータ80と切断アセンブリ48等へ転送するように構成されている。
【００３６】
図７は複合構造またはプロダクトを製造するためにパイルを位置付ける方法110に含まれるステップを示している。方法110の開始前に、複合プロダクトが設計され、この設計に基づいて、アイテム18のような複合プロダクトの属性を特定する一連のコンピュータの読取可能な命令が発生される。さらに、材料の最大幅はアイテム18の外形に基づいて決定される。例えばコースの通路に沿った外形が決定され、外形がコース材料の特定の幅に対して推奨された外形を超えたならば、より狭いかその他の方法でより適合する材料が選択され、コースの通路は適切であるように計算しなおされる。
【００３７】
さらに、類似する縦方向に置かれたパイル58間のインターフェース46が決定される。２以上のインターフェースがほぼオーバーラップするならば、少なくとも１つのパイルのコースの通路は調節またはオフセットされ、コースの通路は適切であるように計算しなおされる。コンピュータの読取可能な命令はＭＡＬ10の動作を制御するために使用される。さらに型16のような型またはツールが設計され、複合プロダクトの設計に基づいて構成される。さらに、供給ロール34はエンドエフェクタ32中に設置され、コース材料14はエンドエフェクタ32を通して装着される。
【００３８】
さらに、複数のロボットビークル12の調節された動作は随意選択的に決定される。これらの調節される動作はそれが行われるならば、ファイル66に記憶され、アイテム18を製造するために使用される。調節される動作の１例はコース材料14を型16へ同時に供給し、それによって通常のＡＴＬＭと比較して材料のレイダウン速度を増加するための複数のロボットビークル12に対する命令を含んでいる。調節される動作の別の例は、コース材料14の編まれたパターンを型16へ基本的に同時に供給し、それによって通常のＡＴＬＭと比較してアイテム18の統合性を増加させるための複数のロボットビークル12に対する命令を含んでいる。
【００３９】
ステップ112で、方法110は前述したＭＡＬ10の種々のコンポーネントをオンに切り換えてコンピュータの読取可能な命令を実行することにより開始される。
【００４０】
ステップ114で、コース材料14は位置付け装置12および／または供給ロール34の動作により変調される。例えば型16のエッジとは異なるコース材料14の端部に応答して、コース材料14は切断アセンブリ48により切断される位置にある。１実施形態では、コース材料14は基本的に常に一方または両方のエッジ（プロフィール）に沿って切断され、ステップ114は前縁の切断のためにコース材料14を位置付けるように随意選択的に動作が行われることに注意すべきである。この実施形態の利点はエッジ材料の実質的に連続的なバンドがコース材料14の位置付けを通して維持され、それによって型16からの過剰なコース材料14Bの除去を容易にする。
【００４１】
ステップ116で、ファイル66からの命令はコースの開始においてコース材料14の適切な前縁および／またはプロフィールを切断するために使用される。その命令に応答して、切断アセンブリ48は前縁および／またはプロフィールを切断する。さらに、プロフィールおよびはす切りは型16に関するエンドエフェクタ32の運動により行われる。これに関して、切断動作と位置付け装置12の移動は通常同時に行われる。さらにコース材料14が前進している間に、ファイル66に基づいたエッジプロフィールの切断が切断アセンブリ48によりコース材料14に対して行われる。別の実施形態では、先に供給されたコース28のエッジはステップ120と類似の方法で感知され、コース材料14のプロフィールはステップ116の前および／またはその期間中にステップ122と類似する方法で切断される。
【００４２】
ステップ118で、コース材料14は基板30に「取付け」られる。基板30は少なくとも型16および／または先に供給されたコース28を含んでいる。例えば位置付け装置12はエンドエフェクタ32をコース28に対する開始点へ、適切な方向へ移動するように制御される。下方向の力がコース材料14に与えられ、接着させるのに十分な力でコース材料14を型16上で下方向に圧接される。さらに、型16上の位置は一連のコンピュータの読取可能な命令および／または先に位置されたコース材料14の位置に基づいて決定される。ここで説明するように、先に位置されたコース材料14に隣接して位置されるコース28の通路は先に供給されたコース28上でオーバーラップ56を発生するようにオフセットされている。このオーバーラップ56またはその一部分はステップ122でコース材料14のエッジのプロフィール期間中に切除される。
【００４３】
ステップ120で、先に供給されたコース28は存在する場合にはそれが感知される。即ち、第２のコース28を供給するとき、第１のコースのエッジが感知される。特に、第１のコース28と第２のコースの通路との間のインターフェースにおける第１のコース28のエッジが感知される。同様に、その後のコース28が感知される。
【００４４】
ステップ122で、コース材料14のプロフィールはステップ120で感知されたエッジに応答して生成される。例えばセンサ38からの信号に応答して、制御装置92は感知されたエッジに対応するプロフィールを決定する。制御装置92はさらに決定されたプロフィールにしたがって切断アセンブリ48を変調するための信号を発生する。これらの信号はアクチュエイタ52へ転送される。このようにして、プロフィールは実質的に先に供給されたコース28に対応するコース材料14上に生成される。コース材料14にしたがって、このプロフィールが生成され、それによってこれは先に供給されたコース28のエッジとオーバーラップし、接触し、または近接して生成される。プライの切断および提供のためのこの方法のさらに詳細な説明は、2005年2月16日出願で発明者Roger J. LEDETと、Trevor M. MCDONALDと、Arnold J. LAUDERによる米国特許出願第11/058,267号明細書（発明の名称“SLIT-COURSEPLAYPLACEMENT DEVICE AND METHOD”）に記載されており、この説明はその全体がここで参考文献とされている。
【００４５】
ステップ124で、コース材料14は型16を横切って路に沿って供給される。ここで説明するように、コース材料14の変形（例えば皺）を最小にするために、この通路は典型的に型16の任意の外形に基づいて「自然路」と一致するように計算される。エンドエフェクタ32が型16を横切ってその通路に沿って制御されるとき、コース材料14は基板30に関するエンドエフェクタ32の移動により、供給ロール34から引き出されるか「フリーホイール」される。即ちコース材料14の接着された部分はコース材料14を供給ロール34から引っ張るように作用する。他の実施形態では、コース材料14は供給ロール34、任意の適切な供給アセンブリ、巻取りロール等の作用により前進される。コース材料14が放出または供給されるとき、コース材料14の１以上のエッジプロフィールはステップ122に説明されているように、ステップ120で感知されたエッジに応答して切断アセンブリ48の動作により切断される。
【００４６】
ステップ126で、型16上におけるコース材料14の位置付けは随意選択的に評価される。例えばオペレータまたはセンサはコース28の相対位置を感知し、これらのコースの間の距離が予め定められた許容度内であるか否かを決定する。これらのコースの間の距離が予め定められた許容度内ではないならば、ステップ128でエラーが発生される可能性がある。これらのコースの間の距離が予め定められた許容度内であるならば、ステップ130で通路の最後に到達しているか否かが決定される。コース材料14の位置付けに加えて、皺、ブリッジ、外来物、埃等がオペレータおよび／またはセンサによって随意選択的に感知される。何等かのこのような異常が感知されたならば、エラーが発生される。さらに、または代わりに、コース28の位置付けはプライ58の終了に続いて随意選択的に評価される。１実施形態では、プライ58の終了までコース材料14上にセパレータフィルム40を残すことによって、プライ58は評価期間中に生じうる汚染および／または物理的な傷から保護される利点がある。
【００４７】
ステップ130で、コースの最後が到達したか否かが決定される。特に、切断アセンブリ48に近づいているコース材料14が端部の切断部分であるか否かが決定される。一連のコンピュータの読取可能な命令に基づいて、コース材料14がコースの端部まで進行していないことが決定されたならば、先に供給されたコースのエッジはステップ120で感知される。コース材料14がコースの端部まで前進していることが決定されたならば、コース材料14はステップ132で端部を切断される。
【００４８】
ステップ132で、コース材料14の端部はファイル66に含まれている一連のコンピュータの読取可能な命令、先に位置付けられたコース材料14の方向および／または先に位置付けられたコース材料14の位置に基づいて切断される。
【００４９】
ステップ134で、複合プロダクトのコース材料14の位置付けが完了しているか否かが決定される。例えばファイル66中の全てのコンピュータの読取可能な命令が完了しているならば、アイテム18のパイル58の位置付けが完了されていることが決定され、ＭＡＬ10は別の一連のコンピュータの読取可能な命令が開始されるまでアイドル状態であることができる。アイテム18のコース材料14の位置付けが完了していないことが決定されたならば、付加的なコース材料14の位置付けがステップ114で行われることができる。
【００５０】
方法110に続いて、複合プロダクトは任意の適切な方法で硬化されることができる。航空宇宙産業では、熱硬化性樹脂は通常、プライ材料を事前に含浸するために使用される。これらの熱硬化性樹脂は典型的に上昇された温度および圧力で予め定められた時間量で硬化される。時間、圧力、温度は使用される樹脂、複合プロダクトの寸法および厚さ等にしたがって選択されることができる。
【００５１】
エンドエフェクタ32の１例が示され、これはロボットビークル12により制御されているが、他の制御装置が使用されることができることが認識されるであろう。これに関して、ガントリシステム、ロボット電機子、マンドレル、または任意の適切なエンドエフェクタの動作を支援し制御するその他のこのような位置付け装置はエンドエフェクタ32と共に使用するのに適している。またＭＡＬ10は航空機産業の複合プロダクトのためのプライを位置付けるために便利であるが、複合プロダクトを構成するその他の産業で使用するにも適している。これらの産業には自動車、船舶、宇宙船、建築、消費者プロダクトが含まれているがそれらに限定されない。
【００５２】
本発明の多くの特徴および利点は詳細な説明から明白であり、したがって特許請求の範囲によって、本発明の技術的範囲内である本発明の全てのこのような特徴および利点をカバーすることが意図されている。さらに多数の変形および変更が当業者に容易に行われるので、本発明を例示し、説明された正確な構造および動作に限定することを望んでいるのではなく、全ての適切な変更および等価物は本発明の技術的範囲内に含まれるべきものである。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の１実施形態による自動化されたテープ積層マシンの斜視図。
【図２】図１の自動化されたテープ積層マシンと共に使用するのに適したエンドエフェクタの前面の斜視図。
【図３】図１の自動化されたテープ積層マシンと共に使用するのに適したエンドエフェクタの後面の斜視図。
【図４】本発明の１実施形態によるプライレイアップの分解図。
【図５】本発明の１実施形態による自動化されたテープ積層システムのシステムアーキテクチャのブロック図。
【図６】図５によるシステムで使用するのに適した制御装置のシステムアーキテクチャのブロック図。
【図７】本発明の１実施形態による方法のステップを示すフロー図。
【図１】
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【図２】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年2月25日(2008.2.25)
【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】
レイアップ型へコースを供給するためのエンドエフェクタと、
エンドエフェクタを位置付けるためのロボットビークルと、
先に供給されたコースのエッジを感知するためのセンサと、
感知されたエッジに応答してコース上のプロフィールを切断するための切断システムとを具備している複合アイテムの製造システム。
【請求項２】
さらに、複数のエンドエフェクタと、
複合アイテムを共同動作で製造するための複数のロボットビークルとを具備している請求項１記載のシステム。
【請求項３】
複合アイテムは複数のプライから構成され、複数のロボットビークルは共同動作で複数のプライの１つのプライを供給する請求項２記載のシステム。
【請求項４】
複数のビークルは複数のプライのサブセットを通してコースを共同動作で編み合わせる請求項３記載のシステム。
【請求項５】
さらに、ロボットビークルを誘導するための誘導システムを具備している請求項１記載のシステム。
【請求項６】
さらに、コースとレイアップ型との間に部分的な真空を発生するように構成されている真空位置付けシューを具備し、コースは大気圧により型に圧接される請求項１記載のシステム。
【請求項７】
プライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を生成し、
レイアップ型に沿って部分的な真空およびプライ材料を前進させ、
プライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知し、
感知されたエッジに応答してプライ材料におけるプロフィールを切断するステップを含んでいる複合アイテムの製造方法。
【請求項８】
さらに、共同動作で複合アイテムを製造するために複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライをレイアップ型に沿って本質的に同時に前進させるステップを含んでいる請求項７記載の方法。
【請求項９】
さらに、複合アイテムのプライを複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライにより製造し、複合アイテムを製造するために複数の対応する材料のプライを編み合わせるステップを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
さらに、部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するステップを含んでいる請求項７記載の方法。
【請求項１１】
プライ材料の温度を感知し、
感知された温度に応答して、プライ材料の温度を変化させるステップを含んでいる請求項７記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
したがって、当業者はこの説明が基づいている概念が本発明の幾つかの目的を実行するためのその他の構造、方法、システムの設計に基づいて容易に使用されることができることを認識するであろう。それ故、特許請求の範囲はこのような等価構造が本発明の技術的範囲を逸脱しない限り、これらを含むものと考えられることが重要である。
複合アイテムを製造するためのシステムはレイアップ型へコースを供給するためのエンドエフェクタと、エンドエフェクタを位置付けるためのロボットビークルと、先に供給されたコースのエッジを感知するためのセンサと、感知されたエッジに応答してコース上のプロフィールを切断するための切断システムとを含んでいる。システムはさらに複数のエンドエフェクタと、複合アイテムを共同動作で製造するための複数のロボットビークルとを含むことができる。このシステムでは、複合アイテムは複数のプライから構成され、複数のロボットビークルは共同動作で複数のプライの１つのプライを供給する。このシステムでは複数のビークルは複数のプライのサブセットを通してコースを共同動作で編み合わせる。システムはさらにロボットビークルを誘導する誘導システムを含むことができる。このシステムでは誘導システムはさらにロボットビークルを誘導する信号を放射するレーザエミッタと、その信号を受信し、受信された信号に応答してロボットビークルを制御するためにロボットビークル上に配置されているレーザ受信機を含むことができる。システムはさらにコースとレイアップ型との間に部分的な真空を発生するように構成されている真空位置付けシューを含み、コースは大気圧により型に圧接される。
複合アイテムを製造するための装置はプライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を生成する手段と、レイアップ型に沿って部分的な真空およびプライ材料を前進させる手段と、プライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知する手段と、感知されたエッジに応答してプライ材料におけるプロフィールを切断する手段とを含むことができる。装置はさらに共同動作で複合アイテムを製造するために複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライをレイアップ型に沿って本質的に同時に前進させる手段を含むことができる。装置はさらに複合アイテムのプライを複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライにより製造する手段を含むことができる。装置はさらに複合アイテムを製造するために複数の対応する材料のプライを編み合わせる手段を含むことができる。装置はさらに部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導する手段を含むことができる。装置はさらに部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するための信号を放射する手段と、その信号に応答して、レイアップ型に沿った部分的な真空およびプライ材料の前進を制御する手段を含むことができる。装置はさらにプライ材料の温度を感知する手段と、感知された温度に応答して、プライ材料の温度を変化させる手段とを含むことができる。
複合アイテムを製造する方法は方法プライ材料とレイアップ型との間に部分的な真空を発生し、レイアップ型に沿って部分的な真空およびプライ材料を前進させ、プライ材料の先に供給されたコースのエッジを感知し、感知されたエッジに応答して、プライ材料でプロフィールを切断するステップを含むことができる。方法はさらに共同動作で複合アイテムを製造するために複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライをレイアップ型に沿って基本的に同時に前進させるステップを含むことができる。方法はさらに複合アイテムのプライを複数の部分的な真空および複数の対応する材料のプライにより製造するステップを含むことができる。方法はさらに複合アイテムを製造するために複数の対応する材料のプライを編み合わせるステップを含むことができる。方法はさらに部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するステップを含むことができる。方法はさらに部分的な真空およびプライ材料の前進をレイアップ型に沿って誘導するために信号を放射し、その信号に応答して、レイアップ型に沿った部分的な真空およびプライ材料の前進を制御するステップを含むことができる。方法はさらにプライ材料の温度を感知し、感知された温度に応答して、プライ材料の温度を変化させるステップを含むことができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明を図面を参照して説明し、類似の参照符合は全体を通して類似の部分を指している。図１に示されているように、本発明の１実施形態で使用するのに適したマシン支援ラミネータ10（“ＭＡＬ”）はアイテム18を生成するため型16上にプライ材料14を位置付けるための１以上のロボットビークル12を含んでいる。このロボットビークル12は誘導システム20により誘導される。誘導システム20は１以上のレーザエミッタ22、レーザ受信機24、制御装置26を含んでいる。制御装置26はユーザから命令を受信し、その命令をレーザエミッタ22へ転送するように構成されている。レーザエミッタ22はレーザを介して信号をレーザ受信機24へ転送し、それによってロボットビークル12の動作を制御するように構成されている。このようにして、コンピュータの読取可能な命令のセットはアイテム18を製造するためにＭＡＬ10により利用される。ロボットビークル12と誘導システムのさらに詳細な説明はそれ故、2004年11月12日出願の米国特許出願第10/986,292号明細書（発明の名称“OPTICAL LASER GUIDANCE SYSTEM APPARATUS AND METHOD”）に記載されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
好ましい実施形態では、切断アセンブリ48は真空位置付けシューＳと共に機能するように構成されている。通常、真空位置付けシューＳはプライ材料14と基板30との間に部分的な真空を発生するように構成されている。エンドエフェクタ32が前進しプライ材料14が真空位置付けシューＳから引き出されるとき、プライ材料14は気圧により基板30上に圧接される。特に真空位置付けシューＳは基板30の一部を覆って密封を形成し、密封された領域内に部分的な真空を発生する。プライ材料14は密封された領域を通して供給され、気圧により基板30上に圧接される。真空位置付けシューＳのより詳細な説明は2003年５月14日出願の発明者米国特許出願第10/437,067号明細書（発明の名称“VACCUM ASSISTED PLY PLACEMENT SHOE AND METHOD”）に記載されている。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
１実施形態では、セパレータフィルム40はプライ58の製造の後に除去される。この実施形態の利点はセパレータフィルム40が実質的に過剰なコース材料14Bが先に供給されたコース28に接着しないようにすることである。図４に示されているように、セパレータフィルム40Aは実質的に過剰なコース材料14Bが先に供給されたコース28に接着しないようにする。さらに、セパレータフィルム40Aは塵、埃および例えばひっかき傷、磨耗等のような物理的損傷からのプライ58の保護を容易にする。種々の実施形態では、セパレータフィルム40は、コース材料14の連続的なコースのエッジがオーバーラップされる場合のように、コース材料14の連続的なコースの供給の前または供給期間中に除去される。このような場合には、巻取りリールは例えばセパレータフィルム40、40Aおよび／または40Bおよび／または過剰なコース材料14Bを累積するように構成されている。ＭＡＬ10と共に使用するのに適切な巻取りリールは2004年10月29日出願の米国特許出願第10/975,433号明細書（発明の名称“AUTOMATED FABRICLAYUP SYSTEM AND METHOD”）に記載されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2008539105.tif 000010
【国際調査報告】
2008539105.tif 000011
2008539105.tif 000012
2008539105.tif 000013