(57)【要約】      （修正有）【課題】航空機のための胴体セクションといった樽型複合構造体をレイアップ（積層）するための方法及び装置を提供する。【解決手段】上に複合レイアップが形成されうる内側ツール表面を有するＯＭＬモールド２６を提供すること、及びマニピュレータ３０をモールドの内側を通って移動させることによって、回転体複合構造体が製造される。マニピュレータのエンドエフェクタを用いて複合材料がツール表面に付着され、そして当該エンドエフェクタはツール表面上で周方向に動かされる。【選択図】図４
2012071824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樽型複合構造体の製造方法であって、
上に複合レイアップが形成されうる内側ツール表面を有するＯＭＬモールドを提供することと、
マニピュレータをモールドの内側を通って移動させることと、
マニピュレータのエンドエフェクタを用いて複合材料をツール表面に付着させることであって、エンドエフェクタをツール表面上で周方向に移動させることを含むことと
を含む方法。
【請求項２】
レイアップの形成中にＯＭＬモールドを固定して保持することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
マニピュレータをモールド内で移動させることが、マニピュレータをＯＭＬモールドの長手軸に沿って略直線的に変位させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
マニピュレータを略直線的に移動させることが、
マニピュレータを支持体上に取り付けることと、
支持体を用いてマニピュレータの直線移動をガイドすることと
によって実行される、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
樽型複合構造体を製造するための装置であって、
構造体の外側モールドラインを画定する樽型内側ツール表面を有するモールドと、
複合材料をツール表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドと、
モールド表面上でヘッドを周方向に移動させる手段を含む、アプリケータヘッドを操作するためのマニピュレータと、
モールドの内側を通って移動するようにマニピュレータを取り付けるための手段と
を備えた装置。
【請求項６】
モールドを支持表面上に固定して取り付けるように構成された手段
を更に備えた、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
マニピュレータがパラレル運動機械を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項８】
パラレル運動機械が、
共通軸の周りを回転する第一、第二及び第三のアームと、
アームとアプリケータヘッドの間に枢動可能に連結されたリンクと
を含む、請求項５に記載の装置。
【請求項９】
取り付け手段が、
その反対端に支持されるように構成されて、モールドの長手軸と実質的に一直線上に並ぶ細長い支持体と、
支持体に沿って移動するように取り付けられたキャリッジと
を含み、マニピュレータはキャリッジに取り付けられている、請求項５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して複合部品の製造に関し、より特定すると、航空機のための胴体セクションといった樽型複合構造体をレイアップ（積層）するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
胴体樽型セクションといった回転体複合構造体は、完成した構造体の内側モールドライン（ＩＭＬ）を画定するマンドレルの外側ツール表面上にレイアップされうる。自動繊維配置（ＡＦＰ）機械を用いて、マンドレルの回転中に繊維テープ又は麻くず状の複合材料をツール表面に付着させることができる。これらのマンドレルは、自立式であり、ＡＦＰ機械によって加えられる力と開始／停止減速の両方に反応しなければならず、その結果、それらの製造は比較的大規模、複雑、且つコスト高である。また、追加の外部ツール据付が、構造体の外側モールドライン（ＯＭＬ）上に所望の表面を形成するために必要となりうる。例えば、航空機胴体セクションの場合、外部ツール据付が、構造体のＯＭＬ（外側モールドライン）上に空気力学的表面を作成するために必要となりうる。また、相当な土台と、大きなモータ及びブレーキが、マンドレルの比較的大きな回転質量を支え且つ回転させるために必要となり、及びマンドレルを工場の作業場に移動させるために大きなクレーンが必要となりうる。上述した不都合に加えて、マンドレルが回転できる速度はそれらの大きな動質量により制限されているため、レイアップ速度及び生産速度は制限される。
【０００３】
複合構造体のＯＭＬに相当するマンドレルの内側樽型ツール表面上に複合材料をレイアップするために、他の生産装置が考案された。当該装置は、カンチレバー支持式ガントリーに取り付けられたＡＦＰヘッドを用いて、マンドレルの回転中に内側ツール表面（内側モールドライン）に複合材料を付着させる。よって、当該装置もまた、ツール表面の周方向に複合材料を付着させるために、比較的巨大なマンドレルの回転に依存し、その結果、複合材料が回転中のマンドレルの外側ツール表面に付着されるという生産技術の不都合を数多く呈する。
【０００４】
したがって、比較的巨大なマンドレルの回転に依存しない樽型複合構造体を形成するための方法及び装置が必要である。また、複合材料のレイダウン速度を上げ且つ生産効率を引き上げるとともに、ツール据付コストを低減する方法及び装置が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４６９９６８３号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００７−００２９０３０号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１０−０２３００４３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１０−０２２４７１６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００９−０２１１６９８号明細書
【特許文献６】国際公開第０３／１０６１１５号
【特許文献７】国際公開第０２／２２３２０号
【特許文献８】国際公開第２００４／０５６５３８号
【特許文献９】国際公開第０３／０６６２８９号
【特許文献１０】国際公開第０２／０５８８９５号
【特許文献１１】米国特許第６４１２３６３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
開示される実施形態は、ＡＦＰ（自動繊維配置）ヘッドを用いて固定されたＯＭＬモールドツール（成形型）に複合材料を付着することによって、樽型複合構造体をレイアップする方法及び装置を提供する。ＯＭＬモールドツール上に複合レイアップを形成することより、完成した構造体のＯＭＬ表面を修正するための追加のツールの必要性が低減されうる。ＯＭＬモールドツールの固定取り付けにより、ツールの回転に必要とされる機構が不要になる。ＡＦＰヘッドをツール表面上で動かすための連続回転マニピュレータの使用は、複合材料の連続レイアップを可能とし、よってレイアップ速度及び生産効率が上がる。生産効率は、ツール表面上でのＡＦＰヘッドの高動的動作を提供するＰＫＭ（パラレル運動機械）タイプのマニピュレータの使用によって更に高まる。固定されたＯＭＬモールドツールの使用は、ＰＫＭマニピュレータによって発生される高重力への反応により適している。ＰＫＭマニピュレータによって生成された高Ｇ力は、レイアップ速度が増すにつれて複合材料に付加的な接着圧力を付与するのに役立ちうる。ＯＭＬモールドツールの固定取り付けは、自立式である必要がなく、また回転中のツールの緊急停止減速によって生じる慣性負荷に反応する必要がないため、ツールの質量を低減しうる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
開示される実施形態の１つによると、回転体複合構造体の製造方法が提供される。当該方法は、上に複合レイアップが形成されうる内側ツール表面を有するＯＭＬモールドを提供すること、及びマニピュレータをモールドの内側を通って移動させることを含む。当該方法は更に、マニピュレータのエンドエフェクタを用いて複合材料をツール表面に付着させることを含み、これはエンドエフェクタをツール表面上で周方向に移動させることを含む。当該方法は更に、レイアップの形成中にＯＭＬモールドを固定して保持することを含む。マニピュレータをモールド内で移動させることは、マニピュレータをＯＭＬモールドの長手軸に沿って略直線的に変位させることを含む。マニピュレータを略直線的に変位させることは、マニピュレータを支持体上に取り付けることと、支持体を用いてマニピュレータの直線移動をガイドすることとによって実行される。
【０００８】
別の実施形態によると、樽型複合構造体の製造方法が提供される。当該方法は、構造体の外側モールドラインを画定する内側表面を有する樽型モールドを提供すること、及びモールドを実質的に固定して保持することを含む。当該方法は更に、モールドが実質的に固定して保持されている間にモールドの内側表面上に複合レイアップを形成することを含む。レイアップの形成は、自動アプリケータヘッドを用いて複合材料をモールドの内側表面に付着させること、及びマニピュレータを用いてアプリケータヘッドをモールド内を通って移動させ且つ内側表面に複合材料を付着させることを含む。
【０００９】
更なる実施形態によると、航空機の樽型胴体セクションの製造方法が提供される。当該方法は、上に複合レイアップが形成されうる樽型内側モールド表面を有するモールドを提供すること、及びマニピュレータをモールドの内側を通って略直線的に移動させることを含む。当該方法は更に、マニピュレータのアプリケータヘッドを用いてモールド表面に複合材料を付着させることを含み、これはモールドが固定されたままである間にアプリケータヘッドをモールド表面上で周方向に移動させることを含む。
【００１０】
また別の実施形態によると、マンドレル上に複合材料をレイアップする方法が提供される。当該方法は、ＯＭＬモールドを提供すること、ＯＭＬモールド内で軸に沿って軸方向に及び軸の周りを回転して移動するようにレイアップヘッドを位置決めすること、複合材料をＯＭＬマンドレル上にレイアップすることを含む。当該方法は更に、レイアップヘッド・エンドエフェクタをリストと連結すること、及びリストを少なくとも１つのアームに連結することを含む。当該方法は更に、アームが軸に対して回転して及び／又は軸方向に移動し及び／又は軸に対するその方向を変更できるように、少なくとも１つのアームを軸の周りに連結することを含む。
【００１１】
また別の実施形態によると、樽型複合構造体を製造するための装置が提供される。当該装置は、構造体の外側モールドラインを画定する樽型内側ツール表面を有するモールド、及び複合材料をツール表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドを備える。当該装置は更に、モールド表面上でヘッドを周方向に移動させる手段を含む、アプリケータヘッドを操作するためのマニピュレータ、及びモールドの内側を通って移動するようにマニピュレータを取り付けるための手段を備える。
【００１２】
更に別の実施形態によると、航空機の胴体を製造するための装置が提供される。当該装置は、概ね開口した内部と、上に湾曲した複合胴体レイアップが形成されうる湾曲した内側モールド表面とを有する固定モールドを備える。当該装置は更に、モールドを固定位置に保持するための手段、及び複合材料を湾曲した内側モールド表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドを備える。当該装置はまた、内側モールド表面上でアプリケータヘッドを移動させるためのマニピュレータ、及びモールドの開口内部を通ってマニピュレータをガイドするための手段を含む。
【００１３】
本発明は、
上に複合レイアップが形成されうる内側ツール表面を有するＯＭＬモールドを提供することと、
マニピュレータをモールドの内側を通って移動させることと、
マニピュレータのエンドエフェクタを用いて複合材料をツール表面に付着させることであって、エンドエフェクタをツール表面上で周方向に移動させることを含むことと、
を含む、樽型複合構造体の製造方法に関する。
【００１４】
本発明は更に、
レイアップの形成中にＯＭＬモールドを固定して保持すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００１５】
本発明は更に、マニピュレータをモールド内で移動させることが、マニピュレータをＯＭＬモールドの長手軸に沿って略直線的に変位させることを含む、上述の方法に関する。
【００１６】
本発明は更に、マニピュレータを略直線的に変位させることが、
支持体上にマニピュレータを取り付けることと、
支持体を用いてマニピュレータの直線移動をガイドすることと、
によって実行される、上述の方法に関する。
【００１７】
本発明は、
構造体の外側モールドラインを画定する内側表面を有する回転体モールドを提供することと、
モールドを実質的に固定して保持することと、
モールドが実質的に固定して保持されている間にモールドの内側表面上に複合レイアップを形成することであって、
自動アプリケータヘッドを用いて複合材料をモールドの内側表面に付着させることと、
マニピュレータを用いてアプリケータヘッドをモールド内を通って移動させ且つ内側表面に複合材料を付着させることと、
を含むことと、
を含む、回転体複合構造体の製造方法に関する。
【００１８】
本発明は更に、マニピュレータを用いてアプリケータヘッドを移動させることが、マニピュレータを略直線的な経路に沿ってモールドを通って移動させることを含む、上述の方法に関する。
【００１９】
本発明は更に、マニピュレータを直線的な経路に沿って移動させることが、マニピュレータをモールドの内側を通る支持体に沿ってガイドすることを含む、上述の方法に関する。
【００２０】
本発明は更に、マニピュレータを用いてアプリケータヘッドを移動させることが、マニピュレータを用いてアプリケータヘッドをモールドの内側表面上で周方向に移動させることを含む、上述の方法に関する。
【００２１】
本発明は更に、
アプリケータヘッド及びマニピュレータを、当該アプリケータヘッド及び当該マニピュレータに制御信号を無線送信することにより制御すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００２２】
本発明はまた、
上に複合レイアップが形成されうる樽型内側モールド表面を有するモールドを提供することと、
マニピュレータをモールドの内側を通って略直線的に移動させることと、
マニピュレータのアプリケータヘッドを用いてモールド表面に複合材料を付着させることであって、モールドが固定されたままである間にアプリケータヘッドをモールド表面上で周方向に移動させることを含むことと、
を含む、航空機の樽型胴体セクションの製造方法に関する。
【００２３】
本発明は更に、
アプリケータヘッドがモールド表面上で周方向に移動させられている間、モールドを固定して保持すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００２４】
本発明は更に、アプリケータヘッドをモールド表面上で周方向に移動させることが、マニピュレータをモールドの長手軸の周りを回転させることによって実行される、上述の方法に関する。
【００２５】
本発明は更に、マニピュレータを略直線的に移動させることが、
マニピュレータを支持体上に取り付けることと、
支持体を用いてマニピュレータの直線移動をガイドすることと、
によって実行される、上述の方法に関する。
【００２６】
本発明は、
ＯＭＬモールドを提供することと、
ＯＭＬモールド内で軸に沿って軸方向に及び軸の周りを回転して移動するようにレイアップヘッドを位置決めすることと、
複合材料をＯＭＬマンドレル上にレイアップすることと、
を含む、マンドレル上に複合材料をレイアップする方法に関する。
【００２７】
本発明は更に、
レイアップヘッド・エンドエフェクタをリストと連結すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００２８】
本発明は更に、
リストを少なくとも１つのアームに連結すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００２９】
本発明は更に、
アームが軸に対して回転して及び／又は軸方向に移動し及び／又は軸に対するその方向を変更できるように、少なくとも１つのアームを軸の周りに連結すること
を更に含む、上述の方法に関する。
【００３０】
本発明はまた、
構造体の外側モールドラインを画定する樽型内側ツール表面を有するモールドと、
複合材料をツール表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドと、
モールド表面上でヘッドを周方向に移動させる手段を含む、アプリケータヘッドを操作するためのマニピュレータと、
モールドの内側を通って移動するようにマニピュレータを取り付けるための手段と、
を備えた、樽型複合構造体を製造するための装置に関する。
【００３１】
本発明は更に、
モールドを支持表面上に固定して取り付けるように構成された手段
を備えた、上述の装置に関する。
【００３２】
本発明は更に、マニピュレータがパラレル運動機械を含む、上述の装置に関する。
【００３３】
本発明は更に、パラレル運動機械が、
共通軸の周りを回転する第一、第二及び第三のアームと、
アームとアプリケータヘッドの間に枢動可能に連結されたリンクと、
を含む、上述の装置に関する。
【００３４】
本発明は更に、取り付け手段が、
その反対端に支持されるように構成され且つモールドの長手軸と実質的に一直線上に並ぶ、細長い支持体と、
支持体に沿って移動するように取り付けられたキャリッジと、
を含み、マニピュレータはキャリッジに取り付けられている、上述の装置に関する。
【００３５】
本発明は、
概ね開口した内部と、上に湾曲した複合胴体レイアップが形成されうる湾曲した内側モールド表面とを有する固定モールドと、
モールドを固定位置に保持するための手段と、
複合材料を湾曲した内側モールド表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドと、
内側モールド表面上でアプリケータヘッドを移動させるためのマニピュレータと、
モールドの開口内部を通ってマニピュレータをガイドするための手段と、
を備えた、航空機の胴体を製造するための装置に関する。
【００３６】
本発明は更に、
ガイド手段が、モールドの長手軸と一直線上に並んだ支持ガイドを含み、及び
マニピュレータが、支持ガイド上に支持され且つ支持ガイドに沿って移動するように取り付けられた管状ベースを有するＳＣＡＲＡ  Ｔａｕ型のパラレル運動機械を含む、
上述した装置に関する。
【００３７】
本発明は、
内側ＯＭＬツール表面を有するマンドレルを提供することと、
マンドレルの固定取り付けによって樽セクションのレイアップ中にマンドレルの移動を防止することと、
細長い支持体ガイドを、その長手軸をマンドレルの長手軸と一直線上に並べてマンドレル内に位置決めすることと、
ＰＫＭマニピュレータを、支持体ガイドに沿って直線的に移動し且つ支持体ガイドの周りに回転するように取り付け、管状ベースを支持体ガイド上に設置することと、
リストを、複数の動作自由度を有するマニピュレータ上に取り付けることと、
自動繊維配置ヘッドをリスト上に取り付けることと、
マニピュレータを支持体ガイドに沿って直線的に移動させることと、
マニピュレータを用いてヘッドをツール表面上で移動させることであってことと、
ヘッドを用いて複合材料をツール表面に付着させることと、
を含む、航空機胴体の複合樽型セクションのレイアップ方法に関する。
【００３８】
本発明は、
樽型セクションの外側モールドラインを画定する樽形状内側ツール表面を有するマンドレルと、
マンドレルの内部を通って延び、且つその長手軸がマンドレルの長手軸と一直線上に並べられた、細長い支持体ガイドと、
支持体ガイドを支持するための、支持体ガイドの反対端にある支持体と、
管状ベース、ベース上で共通軸の周りを回転するように取り付けられた少なくとも３つのアーム、作業プラットフォーム、及びアームをプラットフォームと接続するリンクを有するＳＣＡＲＡ  Ｔａｕ型のパラレル運動機械と、
管状ベースを、支持体ガイドに沿って直線的に移動するように取り付けるキャリッジと、
複数の動作自由度を有するプラットフォーム上に取り付けられたリストと、
複合材料をツール表面に付着させるための複合材料アプリケータヘッドと、
を備えた、航空機胴体の複合樽型セクションをレイアップするための装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】開示する実施例による、樽型複合構造体をレイアップするための装置の機能ブロック図を示す。
【図２】航空機のための樽型胴体セクションの斜視図を示す。
【図３】樽型複合構造体をレイアップするための方法の簡単なフロー図を示す。
【図４】図１に示した装置の斜視図を示す。
【図５】図４に示した、マンドレルの内側ツール表面上に複合材料をレイダウンするマニピュレータ、リスト及びヘッドのブロック図を示す。
【図６】破線で概略的に示されるマンドレルとの関連で示されたマニピュレータの側面図を示し、明確にするためにＡＦＰヘッドは図示されていない。
【図７】図６に示したマニピュレータの拡大等角図を示す。
【図８】図４の線８−８に沿った縦断面図を示す。
【図９】マニピュレータの代替取り付け方法を示す縦断面図を示す。
【図１０】図１及び４〜９に示した装置の制御要素形成部分のブロック図を示す。
【図１１】航空機生産及び実用稼動（サービス）手順のフロー図である。
【図１２】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
最初に図１を参照して、開示する実施例は、本明細書においてＯＭＬモールド２６と称されることもあるＯＭＬモールドツール２６上に、回転体複合構造体をレイアップするための装置２０に関する。ここで用いられる「回転体」とは、平面又は複素曲線（図示せず）を同一平面上にある軸（図示せず）の周りで回転させることによって得られる構造体を指す。図示した実施例で、回転体は、図２に示された樽型セクション４４といった樽型構造体として開示されているが、他の回転体、例えば及び限定するものではないが先端の切れた錐体といったものも想定される（図示せず）。
【実施例１】
【００４１】
図２に示された樽型複合セクション４４は、航空機胴体（図示せず）の一部を成してよく、ＯＭＬツール２６上にレイアップされる複数の積層プライ（図示せず）を備える。樽型セクション４４は、プライダブラー又は補強を成す個々のプライセクション４６を含みうる。説明の簡単化及び簡易化のために、用語「樽」「樽型」及び「樽セクション」はこれより、開示される方法及び装置によって製造されうる全ての複合回転体の形状を述べるために用いられ、円筒形状又は樽のような形状の意味に限定することを意図するものではない。
【００４２】
図１に示した装置２０は更に、ガイド支持体５４によってＯＭＬモールド２６の開口内部２４内でＯＭＬモールド２６の長手軸３４に沿って双方向運動３２するように取り付けられた、ロボット又は工作機械と称されることもあるマニピュレータ３０を備える。ＡＦＰヘッド２８の形態のエンドエフェクタが、マニピュレータ３０によって担持されるリスト２９上に取り付けられる。リスト２９は、ＡＦＰヘッド２８を複数軸（図示せず）に沿って又はその周りを移動させることができる。ＡＦＰヘッド２８は、プリプレグテープ、繊維又は繊維麻くずの形態の複合材料２２をＯＭＬモールド２６の内側ツール表面２６ａに付着させる、当該技術分野で良く知られた種類の自動繊維配置機械を備えうる。本実施例で、ツール表面２６ａは略円筒形状であり、その結果、略樽型のレイアップが形成される。後に詳述するが、マニピュレータ３０は、ＯＭＬモールド２６の長手軸３４の周りを完全に又は連続的に回転可能であり、それによりＡＦＰヘッド２８は、ＯＭＬモールド２６が固定されている間に複合材料２２を、矢印５５で示されたように円周方向に、又は所要の角度でツール表面２６ａに付着させることができる。
【００４３】
次に、樽型複合構造体４４のレイアップ方法の全体的なステップを概略的に示す図３を見る。ステップ３６から開始して、図示された実施形態で円筒形状又は樽型を有する所望の回転面に相当するツール表面２６ａ（図１）を有するＯＭＬモールド２６が提供される。ステップ３８で、ＯＭＬモールド２６が、工場の作業場といった適切な支持体又は土台（図示せず）上に固定して取り付けられる。ステップ４０で、マニピュレータ３０が、ＯＭＬモールド２６内で直線移動するように取り付けられる。ステップ４２で、ＡＦＰヘッド２８が、ＯＭＬモールド２６の内側ツール表面２６ａ上にプライ（図示せず）をレイアップするために用いられる。このレイアップ工程は、モールド２６の長手軸３４に沿って又はそれに平行して直線的にマニピュレータ３０を移動させること、及びマニピュレータ３０を用いてＡＦＰヘッド２８を、ツール表面２６ａ上で図１で矢印５５によって示されたように円周方向に移動させ、ＯＭＬモールド２６の実質的に全周で、ツール表面２６ａ上に複合材料をレイアップすることを含む。これらの直線及び円周方向の移動は協調されてよく、よってマニピュレータ３０は、ツール表面２６ａ上で所望の角度で移動される。
【００４４】
図４は、図１に示した装置２０を更に詳細に示したものである。ガイド支持体５４は、工場の作業場４８または他の土台に支持された支柱５６に固定された対向する両端を有する円筒形状管を備えうる。他の実施形態で、ガイド支持体５４は、複数の支持体要素（図示せず）を備えてよく、及び／又は、他の断面形状を有してよい。ＯＭＬモールド２６は、土台４８に載り且つＯＭＬモールド２６に固定された架台５０によって工場の作業場４８上に固定取り付けされる。ＯＭＬモールド２６の固定取り付けのための他の技術も可能である。
【００４５】
マニピュレータ３０は、ガイド支持体５４を袖状に覆う管状ベース５２によってガイド支持体５４上に取り付けられる。管状ベース５２は、ＯＭＬモールド２６の長手軸３４（図１）に相当する参照番号４５によって示される座標系のＺ軸に沿った直線移動と、Ｚ軸の周りの回転の両方をするようにマニピュレータ３０をガイド支持体５４上に取り付ける。図４に示されたように、リスト２９はマニピュレータ３０上に取り付けられ、ＡＦＰヘッド２８は、特定のアプリケーションの要件に応じて複数方向での運動の自由（自由度）を有しうるリスト２９上に取り付けられている。後に詳述するが、マニピュレータ３０は、矢印５７の方向並びにツール表面２６ａ上の円周方向５５に、ＯＭＬモールド２６の内部２４を通ってＺ軸に沿って直線的にＡＦＰヘッド２８を移動させる。これらの組み合わされた運動によって、アプリケータヘッド２８は実質的にツール表面２６ａ全体を旋回移動することができる。
【００４６】
図５は、ヘッド２８及びリスト２９を示す。ヘッド２８は、ツール表面２６ａに麻くず又はスリットテープ２２の群をレイダウンできる複数の周知の繊維配置機械のいずれかを備えうる。例えば、アプリケータヘッド２８は、以下に開示するアプリケータに類似するか又はその特徴を有してよく、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる：１９８７年１０月１３日発行の米国特許第４６９９６８３号、２００７年２月８日公開の米国特許出願公開第２００７−００２９０３０号、２０１０年９月１６日公開の米国特許出願公開第２０１０−０２３００４３号、２０１０年９月９日公開の米国特許出願公開第２０１０−０２２４７１６号、及び２００９年８月２７日公開の米国特許出願公開第２００９−０２１１６９８号。
【００４７】
次に、マニピュレータ３０を更に詳細に示した図６及び７を見る。図６及び７に示された特定のマニピュレータ３０は、ＳＣＡＲＡ（選択的コンプライアンス組み立てロボットアーム）Ｔａｕと称されるタイプのパラレル運動機械（ＰＫＭ）である。ＰＫＭ機構は、エンドエフェクタ（図示せず）が少なくとも２つの独立した運動学的鎖によってベース（図示せず）に接続されている閉ループ機構として定義されうる。ＳＣＡＲＡタイプのＰＫＭマニピュレータは、物体の傾斜を変えずに物体を移動及び回転することでよく知られている。ＳＣＡＲＡタイプのマニピュレータは、直列に連結された運動学的リンクを備え、且つ通常、ｘ、ｙ、ｚ方向での４つの自由度と、Ｚ軸に平行な軸の周りでの物体の回転とを有する。ＳＣＡＲＡ  Ｔａｕ  ＰＫＭ形式は、高速なレイアップ動作及びより良いレイアップ生産性を生む非常に高動的動作を可能とする。このマニピュレータ形式は、その移動質量が比較的低く、且つ慣性中心が、当該アプリケーションでＯＭＬモールド２６の長手軸３４（図１）に相当する動作軸に近接していることにより、高動力学が可能である。
【００４８】
マニピュレータ３０は、概して、対応する回転ベアリング６８，７０，７２によって管状ベース５２上に直列にそれぞれ取り付けられた３つのアーム６２，６４，６６を備える。リスト２９及びヘッド２８が取り付けられうる作業プラットフォーム８０（図６及び７には図示せず）は、一連のリンク７４，７６，７８，７９によってアーム６２，６４，６６のそれぞれに枢動可能に接続される。より特定すると、単一のリンク７４は、回転の軸となる接続部８４によってそれぞれアーム６２の端部とプラットフォーム８０とに枢動可能に連結された対向する端部を有する。２つの平行するリンク７６のそれぞれは、回転の軸となる接続部８４によってそれぞれアーム６４の端部とプラットフォーム８０とに枢動可能に接続された対向する端部を有する。最後に、第一及び第二の平行するリンク７８及び第三の平行するリンク７９は、回転の軸となる接続部８４によってそれぞれ第三のアーム６６の端部と作業プラットフォーム８０とに接続された対向する端部を有する。多数の他のアーム及びリンクの組合せが可能である。
【００４９】
適切なＳＣＡＲＡ  Ｔａｕタイプのマニピュレータ３０の操作に関する更なる詳細及び説明は、以下の公報に見出され、その内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる：２００３年１２月２４日公開の国際公開第０３／１０６１１５号、２００２年３月２１日公開の国際公開第０２／２２３２０号、２００３年４月１日発行の米国特許第６５４０４７１号、２００４年７月８日公開の国際公開第２００４／０５６５３８号、２００３年８月１４日公開の国際公開第０３／０６６２８９号、２００２年８月１日公開の国際公開第０２／０５８８９５号、及び２００２年７月２日発行の米国特許第６４１２３６３号。
【００５０】
次に図８を参照して、アーム６２，６４，６６のそれぞれは、対応する回転ベアリング６８，７０及び７２によって管状ベースに取り付けられる。電気モータ８６，８８，９０は、アーム６２，６４，６６を管状ベース５２の周りに回転させるリングギア１０８，１１０及び１１２を回動する対応するピニオン８５，８７，８９を駆動する。管状ベース５２は、管状シリンダベース５２内に位置決めされた電気モータ９８によって駆動されるキャリッジ９６を用いてガイド支持体５４に沿って直線移動するように取り付けられる。電気ケーブル１０２，１０６は、モータ８６，８８，９０及びＡＦＰヘッド２８（図４）といった電子部品を、後述する場外コントローラ１１６（図１０）と連結するケーブル鎖９２に担持されている。１つ又は複数のスイベル１１８がワイヤ１０２，１０６をケーブル鎖９２からマニピュレータ３０へと経路付けし、且つマニピュレータ３０がガイド支持体５４に沿って移動する間にワイヤ１０２，１０６が捩れたり、もつれたり、巻いたりしないように旋回する。スイベル出力ロック１１５は、ワイヤ１０２，１０６がもつれたり延びたりしないようにスイベル１１８の回転する出力セクション１１５ａをロックする。
【００５１】
開示したＳＣＡＲＡ  Ｔａｕ形式のマニピュレータ３０は、アーム６２，６４，６６及び３−２−１構成のリンク７４，７６，７８，７９の配置を有し、これにはリスト２９は６つの自由度を有することが必要である。３−２−１構成とは、アーム６２，６４，６６のそれぞれに取り付けられるリンク７４，７６，７８の数を指す。また別の形式を用いて、非心質量を下げ、マニピュレータ３０の慣性モーメントの時間を低減することができる。例えば、各アーム６２，６４，６６は、別個のモータ（図示せず）上にテープで留められてよく、作業プラットフォーム８０に傾斜と回転が付与される。また、アーム６２，６４，６６の２つ又は３つは、例えばボールねじ（図示せず）を用いた伸縮自在なものであってもよい。これによっても作業プラットフォームに傾斜と回転が付与され、また他の利点もある。
【００５２】
使用において、回転マニピュレータ３０によって発生する高重力は、固定ＯＭＬモールド２６によって反応される。よって、マニピュレータ３０は、より軽微な機構でより高い速度及び重力を達成しうるか、又は更なる重力を支えうる（例えばクリール材料（creel material））。増加する重力はまた、更に、レイアップ速度が増すにつれ、複合材料に接着圧力を付与するのに役立ちうる。
【００５３】
マニピュレータの水平取り付けが図４、６、７及び８に示されているが、図９に示されたようにマニピュレータ３０を垂直操作するように取り付けることが可能である。当該実施形態で、ガイド支持体５４は、略垂直に配され且つベース１１４上に支持される。ＯＭＬモールド２６は、ＯＭＬモールド２６の長手軸３４と実質的に同軸のガイド支持体５４に沿って直線移動するように位置決めされたマニピュレータ３０を有する支持体５０上に固定取り付けされる。
【００５４】
次に、装置２０の追加の構成要素及び制御要素を示す図１０を見る。アプリケータヘッド２８、リスト２９及びマニピュレータ３０は、場外コントローラ１１６と電気接続されてよく、当該コントローラは、限定するものではないがＰＣ（パソコン）、ＰＬＣ（プログラマブル論理コントローラ）、又は他の適切な種類のコントローラを含みうる。他の実施形態で、コントローラ１１６はマニピュレータ３０上に取り付けられうる。スイベル接続１１８は、マニピュレータ３０のガイド支持体５４に対する位置及び／又は移動に関係なく、アプリケータヘッド２８、リスト２９及びマニピュレータ３０上の電気部品とコントローラ１１６との間の電気接点を維持する図８に示されたスイベル接続１１８と同様であってよい。コントローラ１１６が場外にあるのではなくマニピュレータ３０上に取り付けられているこれらの実施形態では、単一のスイベル接続１１８だけが、電力を電源１２４からモータ／ブレーキ１２２に供給するのに必要とされうる。
【００５５】
マニピュレータ３０は、追加のスイベル接続１１８を介してコントローラ１１６にフィードバックされるアーム６２，６４，６６（図８）の位置といった、マニピュレータ３０の１つ又は複数の要素の位置を決定する機能を果たすレゾルバ及び／又はエンコーダ１２０を含みうる。同様に、モータ８６，８８，９０及び９８並びに対応するブレーキ１２２は、追加のスイベル接続１１８によって適切な電力源１２４に連結されうる。いくつかのアプリケーションでは、スイベル接続１１８を使用する替わりに、マニピュレータ３０上に取り付けられた受信機／送信機１２６と、コントローラ１１６と連結された地上の受信機／送信機１２８との間でプロセス制御及びフィードバック信号を無線送信することが可能でありうる。
【００５６】
次に図１１及び１２を参照して、開示された実施形態は、図１１に示された航空機製造及び実用稼動方法１３０及び図１２に示された航空機１３２に関連して使用されうる。生産前において、例示的方法１３０は、航空機の仕様及び設計１３４及び資材調達１３６を含みうる。生産中、航空機１３２の部品及びサブアセンブリの製造１３８、及びシステム統合１４０が行われる。ステップ１３８では、開示された方法及び装置を用いて胴体セクションといった複合部分を製造でき、該部分は次にステップ１４０で組み立てられる。その後、航空機１３２は、実用稼動１４４するために認証及び搬送１４２を経る。顧客による実用稼動中、航空機１３２は、日常保守及びアフターサービス１４６（改良、再構成、改修等も含みうる）が予定されうる。
【００５７】
方法１３０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）によって実行又は遂行されうる。本明細書において、システムインテグレータとは、限定するものではないが任意の数の航空機製造業者及び主要システム下請け業者を含んでよく、第三者とは、限定するものではないが任意の数のベンダー、下請け業者及びサプライヤーを含んでよく、そしてオペレータとは、航空会社、リース会社、軍事体、サービス組織等であってよい。
【００５８】
図１２に示されたように、例示的方法１３０によって生産された航空機１３２は、複数のシステム１５０を有した機体１４８及び内部１５２を含みうる。開示された方法及び装置を用いて、機体１４８の一部を成す胴体セクションが製造されうる。高レベルのシステム１５０の例には、１つ又は複数の推進システム１５４、電気システム（系統）１５６、油圧システム（系統）１５８、及び環境システム１６０が含まれる。任意の数の他のシステムも含まれうる。航空機の例が示されているが、本発明の原理は、自動車産業といったほかの産業に適用可能である。
【００５９】
本明細書で具体化された装置は、生産及び実用稼動方法１３０のいずれか１つ又は複数の段階中に使用されうる。例えば、生産工程１３８に対応する部品又はサブアセンブリは、航空機１３２が実用稼働中に生産される部品又はサブアセンブリと同様の方法で製作又は製造されうる。また、１つ又は複数の装置実施形態は、生産段階１３８及び１４０で、例えば実質的に航空機１３２の組み立てを促進するか又はコストを軽減することに利用されうる。同様に、１つ又は複数の装置実施形態は、航空機１３２の実用稼働中に、例えば及び限定するものではないが保守及びアフターサービス１４６で利用されうる。
【００６０】
本開示の実施形態は特定の例示的実施形態について説明したが、特定の実施形態は例示を目的としたものであり、限定するものではなく、当業者は他の変形も考えうることを理解されたい。
【符号の説明】
【００６１】
２０  装置
２２  複合材料、麻くず、スリットテープ
２４  開口内部
２６  ＯＭＬモールドツール（型）
２６ａ  内側ツール表面
２８  アプリケータヘッド、ＡＦＰヘッド
２９  リスト
３０  マニピュレータ
３２  双方向運動
３４  長手軸
４４  樽型複合セクション
４５  座標系
４６  各プライセクション
４８  工場作業場、土台
５０  架台、支持体
５２  管状ベース
５４  ガイド支持体
５６  支柱
６２，６４，６６  アーム
６８，７０，７２  回転ベアリング
７４，７６，７８，７９  リンク
８０  作業プラットフォーム
８５，８７，８９  ピニオン
８６，８８、９０  電気モータ
９２  ケーブル鎖
９８  電気モータ
１０２，１０６  電気ケーブル、ワイヤ
１１５  スイベル出力ロック
１１５ａ  回転する出力セクション
１１６  コントローラ
１１８  スイベル、スイベル接続
１２０  レゾルバ、エンコーダ
１２２  ブレーキ、モータ
１２４  電力源
１２６  マニピュレータ３０上に取り付けられた受信機／送信機
１２８  コントローラ１１６と連結された地上の受信機／送信機
１３０  航空機製造及び実用稼動方法
１３２  航空機
１３４  仕様及び設計
１３６  資材調達
１３８  部品及びサブアセンブリの製造
１４０  システム統合
１４２  認証及び搬送
１４４  実用稼動
１４６  日常保守及びアフターサービス
１４８  機体
１５０  システム
１５２  内部
１５４  推進システム
１５６  電気システム
１５８  油圧システム
１６０  環境システム
【図１】
2012071824.tif 000003
【図２】
2012071824.tif 000004
【図３】
2012071824.tif 000005
【図４】
2012071824.tif 000006
【図５】
2012071824.tif 000007
【図６】
2012071824.tif 000008
【図７】
2012071824.tif 000009
【図８】
2012071824.tif 000010
【図９】
2012071824.tif 000011
【図１０】
2012071824.tif 000012
【図１１】
2012071824.tif 000013
【図１２】
2012071824.tif 000014
【外国語明細書】
2012071824000001.pdf
2012071824000002.pdf
2012071824000003.pdf
2012071824000004.pdf