(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動繊維積層を使った複合材部品（１４０）のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御してプリプレグ繊維トウを含む複数の繊維トウ（１１２）から積層体（１１０）を製造するための自動インライン製造システム（１００、１５０）であって、
プリプレグ繊維トウを含む複数の繊維トウ（１１２）のフィードスルーを入力材（１１３）として受け取って、前記複数の繊維トウ（１１２）をレイアップして１つまたは複数のレイアップされたプライ（１１１）の積層体（１１０）を形成するように構成された自動レイアップシステム（１０５）と、
前記複数の繊維トウ（１１２）のレイアップ中に１つまたは複数のプライ（１１１）のサンプリングから測定データを取得する１または複数のセンサ（１３０）と、
前記１つまたは複数のサンプリングで取得された測定データに対応して、前記１つまたは複数の繊維トウ（１１２）のレイアッププログラム（１１７）を調節して、前記入力材の基準重量および前記積層体の基準重量のうちの１つまたは複数からの差異に対して補正するように構成されたコントローラ（１１６）と
を備え、
前記調節することが、前記複数の繊維トウ（１１２）の長さおよびレイアップされるプライ（１１１）の数を調節することを含む、自動インライン製造システム（１００、１５０）。
【請求項２】
前記１つまたは複数のセンサによる測定データの取得および前記コントローラによる差異に対する補正を、前記繊維トウ（１１２）のレイアップが完了するまで繰り返すよう構成された、請求項１記載の自動インライン製造システム（１００、１５０）。
【請求項３】
前記測定データが、前記入力材の重量、および前記積層体（１１０）の重量のうちの少なくとも１つを含む、請求項１又は２記載の自動インライン製造システム（１００、１５０）。
【請求項４】
前記システム（１５０）がさらに、自動樹脂供給、堆積および注入システム（１５２）を備え、前記コントローラ（１１６）がさらに、前記自動樹脂供給、堆積および注入システム（１５２）を通る樹脂（１５６）の流量を前記１つまたは複数のサンプリングで取得された測定データに基づくフィードバックを使って制御するように構成される、請求項１乃至３のいずれか１項記載の自動インライン製造システム（１５０）。
【請求項５】
自動インライン製造システム（１００、１５０）を使って製造される複合材部品（１４０）の厚さおよび重量を制御するための方法（２００、２５０、３００）であって、
（ａ）自動レイアップシステム（１０５）を使ってプリプレグ繊維トウを含む複数の繊維トウ（１１２）をレイアップ（２０２、２５４、３０２）して、１つまたは複数のレイアップされたプライ（１１１）の積層体（１１０）を形成するステップであって、前記レイアップ（２０２、２５４、３０２）するプロセスが、前記１つまたは複数の繊維トウ（１１２）を基材（１１４）の表面（１１５）に接着して前記積層体（１１０）を形成することを含み、前記自動レイアップシステム（１０５）が、前記複数の繊維トウ（１１２）のフィードスルーを入力材（１１３）として受け取るように構成される、ステップと、
（ｂ）前記複数の繊維トウ（１１２）の前記レイアップ（２０２、２５４、３０２）中に１つまたは複数のプライ（１１１）のサンプリングで測定データを取得するステップ（２１０、２６０、３０８）と、
（ｃ）前記１又は複数のサンプリングで取得された前記測定データに対応して、前記複数の繊維トウ（１１２）の前記レイアップのプログラム（１１７）を調節（２１４、２６４、３１４）して、前記入力材の基準重量および前記積層体の基準重量のうちの１つまたは複数からの差異に対して補正するステップと、
を含み、
前記調節することが、前記複数の繊維トウ（１１２）の長さおよびレイアップされるプライ（１１１）の数を調節することを含み、
前記方法は、
（ｄ）前記複数の繊維トウ（１１２）のレイアップが完了するまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップ（２１６、２６６、３１６）
をさらに含む方法。
【請求項６】
（ｅ）前記複数の繊維トウ（１１２）のレイアップが完了したことを判定するステップ（２１８、２６８、３１８）と、
（ｆ）前記積層体（１１０）を硬化するステップ（２２２、２７２、３２２）と、
（ｇ）前記完成した複合材部品（１４０）の重量を取得するステップ（２２４、２７４、３２４）と
をさらに含む、請求項５記載の方法（２００、２５０、３００）。
【請求項７】
前記測定データを取得するステップが、前記複数の繊維トウ（１１２）のレイアップ（２０２）中に前記入力材（１１３）のサンプリング（２０８）の重量を測るステップ、前記複数の繊維トウのレイアップ中に前記入力材の連続的なサンプリングの重量を測るステップ、前記複数の繊維トウ（１１２）のレイアップ中に所与の時間に前記入力材（１１３）のサンプリング（３０８）の重量を測って、前記所与の時間でレイアップされた入力材（１１３）の量に基づいて前記積層体（１１０）の重量を決定するステップ、および前記複数の繊維トウ（１１２）の前記レイアップ中に前記積層体（１１０）の重量を測るステップ（２６０）のうちの少なくとも１つを含む、請求項５又は６記載の方法（２００、２５０、３００）。
【請求項８】
前記測定データに対応して、前記複数の繊維トウ（１１２）の前記レイアップの前記プログラム（１１７）を調節（２１４、２６４、３１４）することが、前記複数の繊維トウ（１１２）の前記レイアップ（２０２、２５４、３０２）の必要な補正を計算するステップ（２１２、２６２、３１２）を含む、請求項５乃至７のいずれか１項記載の方法（２００、２５０、３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、自動繊維積層システムおよび方法に関し、より詳細には、自動繊維積層を使った複合材部品の製作中に１つまたは複数の変量を制御するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動繊維積層（ＡＦＰ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）および自動テープ積層（ＡＴＬ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｔａｐｅ  Ｌａｙｉｎｇ）などの自動レイアッププロセスの導入により、自動化され、より費用効果のある複合材部品の製造方法を利用することができる。さらに、ガスタービンエンジンで見られる複合材のファンブレードなどの大型の回転構成部品では、先端速度が音速に近い速度に達することがあり、これらの自動レイアッププロセスを使った製造のばらつきから生じるいかなる外形形状の差異、および隣接するブレード間での差異も、騒音、および燃料消費を増大させる空気力学的な損失に大きな影響を与える。一例として、ファンブレードの製造では、適合したファンブレードを作るためには、空気力学的な要件に合致するように正確な厚さにしなければならない。加えて、エンジンに取り付けるブレードはバランスがとれるように正確な重量が必要である。重量および厚さの制御を改善すると、廃棄物が減少し、第１パスの歩留まりが改善される。加えて、全体の構成部品の厚さおよび重量に関してエンジン内の１組のブレードを釣り合わせることによって、燃料効率の大幅な改善を実現することができ、エンジン騒音を低減することができる。
【０００３】
ブレード製造プロセスで使用されるような現状の製造プロセスは、典型的には、材料供給者によって供給されたままの炭素繊維プリプレグを含み、これは完成部品仕様に比べるとかなり大きな重量の差異がある。したがって、最終製品でそのような差異が出ないように、製作中に差異を低減するプロセスが必要である。
【０００４】
したがって、自動レイアッププロセス中に、製作される複合材部品の重量および／または厚さなどの１つまたは複数の変量を制御することができる、自動レイアッププロセスを使った新規の製作システムおよび方法が提供されるのが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４０３７０２３７号公報
【発明の概要】
【０００６】
従来技術のこれらおよび他の欠点は、自動インライン製造システム、ならびに自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品の厚さおよび重量を制御するための方法を含む本開示によって対処される。
【０００７】
簡単に言うと、本開示の１つの態様は、自動繊維積層を使った複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための自動インライン製造システムにある。自動インライン製造システムは、自動レイアップシステムとコントローラとを含む。自動レイアップシステムは、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材として受け取って、１つまたは複数の繊維トウをレイアップして１つまたは複数のレイアップされたプライの積層体を形成するように構成される。コントローラは、１つまたは複数のサンプリングで取得された測定データに対応して、１つまたは複数の繊維トウのレイアップを調節して、入力材の基準重量および積層体の基準重量のうちの１つまたは複数からの差異に対して補正するように構成される。
【０００８】
本開示の別の態様は、自動インライン製造システムで製造される複合材部品の厚さおよび重量のうちの少なくとも１つを制御するための自動インライン製造システムにある。自動インライン製造システムは、自動レイアップシステムとコントローラとを含む。自動レイアップシステムは、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材として受け取って、１つまたは複数の繊維トウをレイアップして１つまたは複数のレイアップされたプライの積層体を形成するように構成される。コントローラは、１つまたは複数のサンプリングで取得された測定データに基づくフィードバックを使って、繊維トウの長さ、およびレイアップされるプライの数を変えることのうちの少なくとも１つを調節して、入力材の基準重量および積層体の基準重量のうちの１つまたは複数からの差異に対して補正するように構成される。
【０００９】
本開示のさらに別の態様は、自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品の厚さおよび重量を制御するための方法にある。本方法は、（ａ）自動レイアップシステムを使って１つまたは複数の繊維トウをレイアップして、１つまたは複数のレイアップされたプライの積層体を形成するステップであって、レイアッププロセスが、１つまたは複数の繊維トウを基材の表面に接着して積層体を形成することを含み、自動レイアップシステムが、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材として受け取るように構成される、ステップと、（ｂ）１つまたは複数の繊維トウのレイアップ中に１つまたは複数のサンプリングで測定データを取得するステップと、（ｃ）測定データに対応して、１つまたは複数の繊維トウのレイアッププログラムを調節して、入力材の基準重量および積層体の基準重量のうちの１つまたは複数からの差異に対して補正するステップと、（ｄ）１つまたは複数の繊維トウのレイアップが完了するまでステップ（ａ）〜（ｃ）を繰り返すステップとを含む。
【００１０】
本開示のさまざまな態様に関連して上記の特徴のさまざまな改良が存在する。さらなる特徴もまた同様に、これらのさまざまな態様に組み入れることができる。これらの改良および追加の特徴は、個別に、または任意の組み合わせで存在することができる。例えば、例示される実施形態のうちの１つまたは複数に関連して以下で論じられるさまざまな特徴は、単独で、または任意の組み合わせで本開示の上記の態様のいずれかに組み入れることができる。上記で提示された簡単な概要もまた、特許請求される主題を限定することなく、読者に本開示の特定の態様および状況を周知させることのみを意図したものである。
【００１１】
本開示のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、図面全体を通して同様な符号が同様な部品を表す添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本明細書で示され、または説明される１つまたは複数の実施形態による、複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための自動インライン製造システムの概略側面図である。
【図２】本明細書で示され、または説明される１つまたは複数の実施形態による、複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための自動インライン製造システムの代替の実施形態の概略側面図である。
【図３】本明細書で示され、または説明される１つまたは複数の実施形態による、図１または図２の自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための方法の概略図である。
【図４】本明細書で示され、または説明される１つまたは複数の実施形態による、図１または図２の自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための代替の方法の概略図である。
【図５】本明細書で示され、または説明される１つまたは複数の実施形態による、図１または図２の自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品のレイアップ中に少なくとも１つの変量を制御するための別の代替の方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して全体的に説明するように、自動インラインレイアップシステム１０５およびコントローラ１１６を含んで、１つまたは複数の繊維トウ１１２をレイアップして複合材部品１４０を形成するための複合材自動インライン製造システム１００を開示する。非限定的な例として軽量で高強度の航空機および自動車部品を含む複合材部品１４０の厚さおよび重量を制御するために自動インライン製造システム１００を使用することができる。より詳細には、図１は、１つまたは複数の繊維トウ１１２を基材１１４上などにレイアップして、１つまたは複数のレイアップされたプライ１１１の積層体１１０を形成するための、本開示の態様による自動インライン製造システム１００の１つの実施形態の概略図である。本明細書で使用するとき、用語「基材」は、複合材部品を製作するために使われるフィルム、型、ツールなどを含むことができる。基材１１４は、自動インライン製造システム１００に手動で、または自動で所望の場所に配置することができる。基材には、自動インライン製造システム１００に対して基材１１４の位置を決める、および／または位置合わせをする際に使用するためのしるし、ピン、または他の適切な手段を操作可能に設けることができる。１つの実施形態では、自動インライン製造システム１００はプリプレグを利用することができ、それによって１つまたは複数の繊維トウ１１２は樹脂系を予め含浸させる。代替の実施形態では、自動インライン製造システム１００は、下記で説明するように、乾燥繊維トウを利用し、樹脂を供給するための手段を含むことができる。自動インライン製造システム１００はさらに、自動インライン製造システム１００、より具体的にはレイアッププログラム１１７、を制御するために動作可能な演算ユニットまたはコンピュータなどのコントローラ１１６を備える。
【００１４】
図１に示す配置の例では、複合自動インライン製造システム１００は、１つまたは複数の繊維トウ１１２を送り出すための繊維供給手段１１８を含み、ここでは、１つまたは複数の繊維トウ１１２はそれぞれ、各繊維の速度で動いている。すでに示したように、この特定の実施形態では、１つまたは複数の繊維トウ１１２は予め樹脂を含浸させており、これは一般にプリプレグと称する。繊維供給手段１１８は、１つまたは複数の繊維トウ１１２のそれぞれを別々に送り出すように構成することができ、その結果、設計パラメータに応じて、かつコントローラ１１６およびレイアッププログラム１１７に対応して、トウ１１２を異なる速度で、または同じ速度で送り出すことができる。１つの非限定的な例では、繊維供給手段１１８は１つまたは複数のスプール１２２と連通しており、１つまたは複数のトウ１１２の各トウは最初、スプール１２２のそれぞれ１つに巻かれている。
【００１５】
ある実施形態では、１つまたは複数の繊維トウ１１２は、任意の適切な補強材を含み、例えば、比較的連続した繊維またはトウは、繊維の単方向アレイを形成するように配置することができる。テープまたは織布などのこのような補強材内に含まれる有用な繊維には、限定するものではないが、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、アラミドフィラメントおよびボロンフィラメントを含む高分子繊維、シリカ繊維、銅繊維などが含まれる。これらの繊維は、複合繊維の所望の用途に応じて、非導電性、または導電性とすることができる。この特定の非限定的な例では、１つまたは複数の繊維トウ１１２は炭素繊維を含む。しかしながら、本開示はこれらの特定の繊維のタイプに限定するものではない。
【００１６】
図１に示すように、複合材自動インライン製造システム１００はさらにコントローラ１１６を含む。コントローラ１１６は、取得した測定データ（追って説明する）に対応して、計算された必要な補正に基づいて自動インライン製造システム１００を調節するように構成される。ある実施形態では、測定データには、入力材または母材、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２、の重量、ならびに／あるいは積層体１１０の重量のうちの少なくとも１つの、複合材部品１４０を形成する製作中、より具体的にはプライ１１１の積層中、における１つまたは複数のサンプルが含まれる。コントローラ１１６は、測定データに対応して、レイアップ、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２のフィードスルー、を調節して、入力材または積層体の基準重量からの差異に対して積層中に補正するように構成される。より具体的には、基準データからの測定データのばらつきに基づいて、コントローラ１１６、より具体的には自動インライン製造システム１００を制御しているレイアッププログラム１１７、が調節され、かつ／または追加のレイアッププログラムが付け加えられて差異に対して積層中に補正する。このような調節には、限定するものではないが、１つまたは複数のサンプリングの測定データに基づいたフィードバックを用いて、積層体１１０を形成するためにレイアップされるプライの数を変えること、および／または自動インライン製造システム１００内の１つまたは複数の繊維トウ１１２の長さを変えることのうちの１つまたは複数が含まれる。
【００１７】
測定データを提供するために、複合材自動インライン製造システム１００は１つまたは複数のセンサ１３０を含んで、入力材、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２、の重量、ならびに／あるいは積層体１１０の重量のうちの少なくとも１つを積層中にインライン監視／サンプリングすることができる。図１には単一のセンサ１３０が示されているが、複数のセンサ１３０を用いることができ、１つの非限定的な例では、１つのセンサ１３０が繊維トウ１１２のそれぞれに対して設けられる。センサの例としては、光学センサまたは接触センサが含まれる。
【００１８】
コントローラ１１６は、図１に示すように、自動インライン製造システム１００と情報交換して積層体１１０、したがって最終複合材部品１４０の製作を最適化することができる。コントローラ１１６は、積層体１１０に積層されるプライ１１１の数を調節する、かつ／または自動インライン製造システム１００内の１つまたは複数の繊維トウ１１２の長さを変えるように構成することができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１１６は１つまたは複数のプロセッサを含むことができる。本開示は、本開示の処理タスクを実行するためにいかなる特定のプロセッサにも限定されないことを留意されたい。「プロセッサ」という用語は、本明細書で使用されるとき、本開示のタスクを実行し、本開示の機械装置および電気装置を制御するのに必要な計算または演算を実行することができる任意の機械を意味することを意図する。用語「プロセッサ」は、当業者には理解されるように、構造化された入力を受け取ることができ、かつ／または所定の規則に従って入力を処理して出力を生成することができる任意の機械を意味することを意図する。
【００１９】
図１の実施形態では、自動インライン製造システム１００はさらに、少なくとも１つの転圧ローラ１３２とフィードスルーする位置に配置された、１つまたは複数のクランプ、送り出し、案内構成部品１２４、ならびに１つまたは複数の切断構成部品１２６を含み、転圧ローラ１３２は、１つまたは複数の繊維トウ１１２を基材１１４のレイアップ面１１５に接着するように力を加えて、１つまたは複数のレイアップされたプライ１１１の積層体１１０を形成するように構成される。自動インライン製造システム１００はさらに、加熱器１３４、トウ案内スクープ１３６、および基材１１４のレイアップ面１１５に転圧ローラ１３２を配向するための位置決めシステム（図示せず）を含むことができる。１つの非限定的な例では、インライン製造システム１００は、基材１１４または型の前でロボットヘッド（図示せず）に取り付けることができ、その結果、１つまたは複数の繊維トウ１１２は基材１１４に貼り付いて、自動インライン製造システム１００が基材１１４に対して移動すると、システム１００を通して繊維を引っ張って送り出す。複合材自動インライン製造システム１００の特定の構成は、用途に基づいて変わり得る。
【００２０】
次に図２を参照すると、自動インラインレイアップシステム１０５およびコントローラ１１６を含む、全体を１５０で参照された複合材自動インライン製造システムの代替の実施形態が示されている。図２に示す配置例では、図１と同一である特徴は詳細には説明する必要はなく、したがって、同様な要素を示すために同様な符号が使われている。図２の実施形態では、複合材自動インライン製造システム１５０は乾燥繊維トウを利用することができ、したがって、自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２をさらに含む。
【００２１】
図１の実施形態と同様に、複合材自動インライン製造システム１５０は、１つまたは複数の繊維トウ１１２を送り出すための繊維供給手段１１８を含み、ここでは、繊維トウ１１２はそれぞれ、各繊維の速度で動いている。この特定の実施形態では、１つまたは複数の繊維トウ１１２は乾燥繊維トウである。前述の実施形態のように、繊維供給手段１１８は、１つまたは複数の繊維トウ１１２のそれぞれを別々に送り出すように構成することができ、その結果、設計パラメータに応じて、かつコントローラ１１６および計算された必要なレイアップ補正に対応して、トウ１１２を異なる速度で、または同じ速度で送り出すことができる。
【００２２】
この特定の実施形態では、１つまたは複数の乾燥繊維トウ１１２は、クランプ、送り出し、案内構成部品１２４から自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２の樹脂供給、堆積、注入部１５４へ移動する。図２に示すように、自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２は、樹脂１５６を１つまたは複数の繊維トウ１１２に供給、堆積、注入するための手段を備える樹脂供給、堆積、注入部１５４を含む。図示の実施形態では、樹脂供給、堆積、注入部１５４は、別々の構成部品を含んで形成されるが、この開示によって単一の構成部品の供給、堆積、注入部１５４が予想されることを理解すべきである。樹脂１５６および１つまたは複数のトウ１１２に関しては、本開示は特定の樹脂または繊維のタイプに限定していない。利用することができる自動樹脂供給、堆積、注入システムおよび樹脂のタイプの付加の態様は、「Ｒｅｓｉｎ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｉｎｆｕｓｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｌａｙｕｐ  Ｓｙｓｔｅｍ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｕｓｅ」という名称の米国特許出願（弁理士側処理番号第２４５６５２−１）、および、同じ譲渡人が出願し、本願明細書に援用する米国特許出願第１２／８８９，７８５号でさらに説明される。
【００２３】
加えて、自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２が組み入れられる実施形態では、任意の適切な補強材が、本明細書で説明する装置、システム、および方法を使って注入される。テープまたは織布などのこのような補強材内に含まれる有用な繊維には、限定するものではないが、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、アラミドフィラメントおよびボロンフィラメントを含む高分子繊維、シリカ繊維、銅繊維などが含まれる。これらの繊維は、複合繊維の所望の用途に応じて、非導電性、または導電性とすることができる。この特定の非限定的な例では、樹脂１５６はエポキシ樹脂であり、１つまたは複数の繊維トウ１１２は炭素繊維を含む。しかしながら、本開示はこれらの特定の樹脂または繊維のタイプに限定するものではない。
【００２４】
図１の実施形態と同様に、複合材自動インライン製造システム１５０はさらにコントローラ１１６を含む。コントローラ１１６は、測定データに対応して、計算された必要な補正に基づいて自動インライン製造システム１５０、より具体的にはレイアップ、を調節するように構成される。ある実施形態では、測定データには、入力材または母材、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２、の重量、ならびに／あるいは積層体１１０の重量のうちの少なくとも１つの、製作中、または部品積層中における１つまたは複数のサンプリングが含まれ得る。コントローラ１１６は、測定データに対応して、追加のレイアッププログラムを付け加え、かつ／または既存のレイアッププログラム１１７を調節し、したがって１つまたは複数の繊維トウ１１２のフィードスルーを調節して、入力材、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２、の基準重量からの差異、または積層体１１０の所定の基準重量からの差異に対する補正するように構成される。より具体的には、対象の基準からのサンプルのばらつきに基づいて、コントローラ１１６は、より具体的には自動インライン製造システム１５０を制御しているレイアッププログラム１１７は、１つまたは複数のトウ１１２または積層体１１０の差異に対して積層中に補正するように調節される。このような調節には、限定するものではないが、１つまたは複数のサンプリングの測定データに基づいたフィードバックを用いて、積層体１１０を形成するためにレイアップされるプライの数を変えること、自動インライン製造システム１５０内の１つまたは複数の繊維トウ１１２の長さを変えること、および／または自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２を通る樹脂１５６の流量または量を制御することが含まれる。
【００２５】
前述の実施形態と同様に、測定データを提供するために、複合材自動インライン製造システム１５０は１つまたは複数のセンサ１３０を含んで、入力材、より具体的には１つまたは複数の繊維トウ１１２、の重量、ならびに／あるいは積層体１１０の重量のうちの少なくとも１つを製作中の自動インライン製造システム１５０内での積層中にインライン監視／サンプリングすることができる。
【００２６】
コントローラ１１６は、レイアッププログラム１１７を調節して、かつ／または追加のレイアッププログラムを付け加えて、積層体１１０、したがって複合材部品１４０の製作を最適化することができる。既述のように、コントローラ１１６は、積層体１１０にレイアップされるプライの数を調節する、１つまたは複数の繊維トウ１１２の長さを変える、かつ／または自動樹脂供給、堆積、注入システム１５２を通る樹脂１５６の流量または量を制御するように構成することができる。
【００２７】
図２の実施形態では、自動インライン製造システム１５０は、少なくとも１つの転圧ローラ１３２とフィードスルーする位置に配置され、転圧ローラ１３２は、１つまたは複数の繊維トウ１１２を基材１１４のレイアップ面１１５に接着するように力を加えて、積層体１１０を形成するように構成される。位置決めシステム１３８を、基材１１４のレイアップ面１１５に転圧ローラ１３２を配向するために含むことができる。複合材自動インライン製造システム１５０の特定の構成は、用途に基づいて変わり得る。
【００２８】
次に図３を参照すると、図１または２の自動インライン製造システム１００、１５０などの自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品１４０などの複合材部品の厚さおよび／または重量を制御する方法２００が示されている。図３に最もよく示されるように、はじめにステップ２０２において、「ｘ」回目のプライがレイアップされて積層体を形成する。ここで、各プライは、図１および２の１つまたは複数の繊維トウ１１２などの１つまたは複数の繊維トウを含む。プライをレイアップするプロセスは、１つまたは複数の繊維トウ１１２を、図１および２の基材１１４の表面１１５などの基材の表面に接着して、図１および２の複合材部品１４０などの複合材部品を形成することを含む。自動レイアップシステムは、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材または母材として受け取るように構成される。次に、ステップ２０４において、２１８で示すようにプライのレイアップが完了したか、または２０６で示すように完了していないかに関して判定する。完了していなければ、ステップ２０８において、既知の時間「ｔx」で繊維トウから１つまたは複数のサンプルを採って測定データを取得するプロセスが開始され、ステップ２１０において、サンプルの重量を測って必要な測定データを取得する。代替の実施形態では、プライをレイアップするステップの前に、必要な測定データとして繊維トウからサンプリングを取得することができる。ステップ２１２において、はじめにレイアッププロセスの必要な補正を計算することに次いで測定データに対する対応が行われる。必要な補正を計算するステップは、測定データ、より詳細にはレイアッププロセス中の時間「ｔx」での入力材の重量、を採って、入力材の基準重量からの差異を決定することを含む。あるいは、必要な補正を計算するステップは、測定データ、より詳細にはレイアッププロセス中の時間「ｔx」での入力材の重量および時間「ｔx」でレイアップされた材料の量に関するデータ、を採って、時間「ｔx」においてレイアップされた積層体の全重量を計算することを含む。時間「ｔx」においてレイアップされた積層体の計算重量は、レイアップのこの段階（時間「ｔx」）において構成部品の要件に従って必要とされる積層体の基準重量に比べられる。次に、ステップ２１４において、計算された必要な補正に対応して、レイアッププログラムが調節される、または追加のレイアッププログラムが付け加えられる。より詳細には、本方法は、入力材の重量、またはレイアップのこの段階（時間「ｔx」）において構成部品の要件に従って得ることが必要とされる積層体の重量の差異に対して補正するように測定データに対応することを含む。この対応は、トウのレイアップ長さの１つまたは複数を調節すること、プライの数を変えること、またはシステムの一部として含まれる場合は樹脂の供給量を調節することの形態とすることができる。ステップ２１８のようにレイアップが完了したと判定される時間まで、ステップ２０２〜２１４は２１６で示すように連続したプロセスで繰り返される。この時点で、完了したレイアップは、より具体的には積層体は、積層体を真空バッグ内に配置することを含むことができるステップ２２０で���硬化の準備がなされる。積層体は次に、ステップ２２２において硬化され、ステップ２２４において最終構成部品の重量が測られる。
【００２９】
次に図４を参照すると、図１または２の自動インライン製造システム１００、１５０などの自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品１４０などの複合材部品の厚さおよび／または重量を制御する代替の方法２５０が示されている。図４に最もよく示されるように、はじめにステップ２５２において、基材の重量を測って初期重量を取得する。本明細書で使用するとき、用語「基材」は、前述したように、複合材部品を製作するために使われるフィルムなど、または型、および／またはツールを示すために使用することができる。次に、ステップ２５４において、「ｘ」回目のプライがレイアップされる。ここで、各プライは、図１および２の１つまたは複数の繊維トウ１１２などの１つまたは複数の繊維トウを含む。図１および２の前述の実施形態と同様に、プライをレイアップして積層体１１０を形成するプロセスは、１つまたは複数の繊維トウ１１２を、図１および２の基材１１４の表面１１５などの基材の表面に接着して、積層体１１０、ならびに図１および２の複合材部品１４０などの最終複合材部品を形成することを含む。自動レイアップシステムは、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材として受け取るように構成される。次に、ステップ２５６において、１つまたは複数の繊維トウのレイアップ、より具体的には積層体を形成するプライのレイアップが完了したか２６８、または完了していないか２５８に関して判定する。完了していなければ、ステップ２６０において、はじめに基材の重量を測り、まだ完了していないプライのレイアップ、または基材上の積層体の重量を測って、測定データを取得するプロセスが開始される。ステップ２６２において、レイアッププロセスの必要な補正を最初に計算することに次いで測定データに対する対応が行われる。必要な補正を計算するステップは、測定データ、より詳細には、まだレイアップが完了していないプライ（積層体）と基材との組み合わさった重量を採って、測定された合計重量から基材の重量を差し引いて、時間「ｔx」における積層体の重量を取得することを含む。時間「ｔx」においてレイアップされた積層体の計算重量はレイアップのこの段階（時間「ｔx」）において構成部品の要件に従って必要とされる積層体の基準重量に比べられる。次に、ステップ２６４において、計算された必要な補正に対応して、レイアッププログラムが調節される、かつ／または追加のレイアッププログラムが付け加えられる。より詳細には、本方法は、レイアップのこの段階（時間「ｔx」）において構成部品の要件に従って得ることが必要とされる積層体の基準重量からの差異に対して補正するように測定データに対応することを含む。これらの対応は、トウのレイアップ長さを調節すること、プライの数を変えること、またはシステムの一部として含まれる場合は樹脂の供給量を調節することのうちの１つまたは複数の形態とすることができる。ステップ２６８のようにレイアップが完了したと判定される時間まで、ステップ２５４〜２６４は２６６で示すように連続したプロセスで繰り返される。この時点で、完了したレイアップは、積層体を真空バッグ内に配置することを含むことができるステップ２７０で、硬化する準備がな��れる。積層体は次に、ステップ２７２において硬化され、ステップ２７４において最終構成部品の重量が測られる。
【００３０】
次に図５を参照すると、図１または２の自動インライン製造システム１００、１５０などの自動インライン製造システムを使って製造される複合材部品１４０などの複合材部品の厚さおよび／または重量を制御するさらに別の代替の方法３００の実施形態が示されている。図５に最もよく示されるように、はじめにステップ３０２において、「ｘ」回目のプライがレイアップされる。ここで、各プライは、図１および２の１つまたは複数の繊維トウ１１２などの１つまたは複数の繊維トウを含む。プライをレイアップするプロセスは、１つまたは複数の繊維トウ１１２を、図１および２の基材１１４の表面１１５などの基材の表面に接着して、積層体１１０、ならびに図１および２の積層体１１０および複合材部品１４０などの積層体、したがって最終複合材部品を形成することを含む。自動レイアップシステムは、１つまたは複数の繊維トウのフィードスルーを入力材または母材として受け取るように構成される。次に、ステップ３０４において、３１８で示すようにプライのレイアップが完了したか、または３０６で示すように完了していないかに関して判定する。ステップ３０８で示すように、入力材のレイアップのプロセス中、レイアップ前の入力材の連続インライン測定データが取得される。連続して取得された測定データは、レイアッププロセス３００で連続補正をするためにステップ３１２において実施される計算を行うことを可能にする。より詳細には、必要な補正を計算するステップは、連続して取得される測定データ、より詳細にはレイアッププロセス前の入力材の重量、を採って、入力材の基準重量からの差異を同定することを含む。次に、レイアッププログラムは、ステップ３１４において、計算された必要な補正に対応して、レイアッププロセス中に連続して調節される。より詳細には、本方法は、測定データに対応して、構成部品の要件で必要とする入力材の基準重量からの入力材の重量の差異に対して補正することを含む。これらの対応は、トウのレイアップ長さを調節すること、プライの数を変えること、またはシステムの一部として含まれる場合は樹脂の供給量を調節することのうちの１つまたは複数の形態とすることができる。ステップ３１８のようにレイアップが完了したと判定される時間まで、ステップ３０２〜３１４は３１６で示すように連続したプロセスで繰り返される。この時点で、完了したレイアップは、レイアップしたプライを真空バッグ内に配置することを含むことができるステップ３２０で、硬化する準備がなされる。完了したレイアップは次に、ステップ３２２において硬化され、ステップ３２４において最終構成部品の重量が測られる。
【００３１】
測定された材料特性にレイアッププロセスを適合させる機能、より具体的にはレイアッププロセス中に１つまたは複数の変量を適合させる機能を自動レイアップシステムと一体化することによって、複雑な形状であっても追加の製造プロセスおよびステップなしに高度な複合材構造物を製作してニアネットシェイプを実現することができることは有利である。本開示の複合材自動インライン製造システムはこの機能を統合して、入力材に比べて厚さおよび重量分布の差異を小さくした部品を製作する。したがって、本開示の自動プロセスによって、複雑な複合材構造物を、従来の繊維積層システムよりも改良された制御および低コストで製作することができる。このプロセスによって、必要な調節を自動化して決定することができ、それを自動繊維積層プログラムに組み込むことができることは有利である。複合材自動インライン製造システムは、サンプル測定に対応する調節のための多数のアルゴリズムを収めるのに十分な柔軟性を有する。商業的には、部品製作中に、測定された材料特性にレイアップを適合させる機能を自動レイアップシステムと一体化することによって、完全な自動化が達成され、それによってサイクルタイムおよびコストが削減される。本明細書で開示したような方法およびシステムによって、入力材と比べて厚さおよび重量分布の差異が小さい部品を製作することができる。
【００３２】
本明細書では、本開示の特定の特徴のみを図示し、説明してきたが、当業者は多くの修正および変更を想到するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の趣旨の範囲内にあるこのような修正および変更のすべてを包含するように意図されていることを理解されたい。
【符号の説明】
【００３３】
１００  複合材自動インライン製造システム
１０５  自動インラインレイアップシステム
１１０  積層体
１１１  プライ
１１２  １つまたは複数の繊維トウ
１１３  入力材
１１４  基材
１１５  基材の表面
１１６  コントローラ
１１７  レイアッププログラム
１１８  繊維供給手段
１２２  １つまたは複数のスプール
１２４  クランプ、送り出し、案内構成部品
１２６  切断構成部品
１３０  センサ
１３２  転圧ローラ
１３４  加熱器
１３６  トウ案内スクープ
１３８  位置決めシステム
１４０  複合材部品
１５０  複合材自動インライン製造システム
１５２  自動樹脂供給、堆積、注入システム
１５４  樹脂供給、堆積、注入システム
１５６  樹脂
２００  方法
２０２  ステップ
２０４  ステップ
２０６  ステップ
２０８  ステップ
２１０  ステップ
２１２  ステップ
２１４  ステップ
２１６  ステップ
２１８  ステップ
２２０  ステップ
２２２  ステップ
２２４  ステップ
２５０  方法
２５２  ステップ
２５４  ステップ
２５６  ステップ
２５８  ステップ
２６０  ステップ
２６２  ステップ
２６４  ステップ
２６６  ステップ
２６８  ステップ
２７０  ステップ
２７２  ステップ
２７４  ステップ
３００  方法
３０２  ステップ
３０４  ステップ
３０６  ステップ
３０８  ステップ
３１２  ステップ
３１４  ステップ
３１６  ステップ
３１８  ステップ
３２０  ステップ
３２２  ステップ
３２４  ステップ
【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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