(57)【要約】      （修正有）【課題】複合プライを形成ツール上にレイアップする方法において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高いシステム及び方法を提供する。【解決手段】形成ツール２２０上に物質層４５８を形成するための装置２００で、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６の上へ側方にスイープするように構成された少なくとも１つのノーズピースを含む。さらに、装置２００は、物質層４５８を有するプライ担持体４５０の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームを含む。プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６に形成している間、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータを含む。一又は複数のアクチュエータは、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６に形成している間、プライ担持体４５０の側方張力を感知し制御するように構成される。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
形成ツール（２２０）上に物質層（４５８）を形成するための装置（２００）であって、
プライ担持体（４５０）を形成ツールの輪郭（２３６）の上へ側方にスイープするように構成された少なくとも１つのノーズピース（５５２）と、
その下面（４５２）に装置された物質層（４５８）を有するプライ担持体（４５０）の対向している側部（４５４）を支持するように構成された一対の張力アーム（４１４）と、
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツールの輪郭（２３６）に形成中に、前記張力アーム（４１４）を位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータ（４０６、４１０）と、
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツールの輪郭（２３６）に形成中に、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知し制御するように構成されている一又は複数のアクチュエータ（４０６、４１０）と
を備える装置（２００）。
【請求項２】
前記張力アーム（４１４）の前記アクチュエータ（４０６、４１０）は、
前記張力アーム（４１４）の内の少なくとも１つを移動させ、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知するように動作可能な張力アーム（４１４）垂直位置アクチュエータ（４０６）と、
前記張力アーム（４１４）垂直位置アクチュエータ（４０６）が、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知し、既定範囲内に維持することができるように、移動中に前記張力アーム（４１４）の質量の釣り合いを取るように動作可能な垂直カウンターバランスシリンダー（４０８）と
を含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項３】
前記張力アーム（４１４）の前記アクチュエータ（４０６、４１０）が、
前記張力アーム（４１４）の角度位置を調節して、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知するように動作可能な回転位置アクチュエータ（４１０）と、
前記回転位置アクチュエータ（４１０）が、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知し、既定範囲内に維持することができるように、旋回中に前記張力アーム（４１４）の質量の釣り合いを取るように動作可能な回転カウンターバランスシリンダー（４１２）と
を含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項４】
対向している端部を有し、前記張力アーム（４１４）を支持している翼弦フレーム（２８０）と、
前記形成ツール（２２０）に対して前記翼弦フレーム（２８０）のピッチ角を調節するように動作可能な、前記翼弦フレーム（２８０）の各端部の一又は複数のＺアクチュエータ（２８８）と
を更に含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項５】
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツール（２２０）に締付けするように動作可能な少なくとも１つのストンピング脚部アクチュエータ（３１２）と、
翼弦フレーム（２８０）に結合され、前記ストンピング脚部アクチュエータ（３１２）を支持しているストンピングビーム（３０２）と、
前記ストンピングビーム（３０２）を前記翼弦フレーム（２８０）に対して垂直に位置決めするように構成された少なくとも１つのストンピングビームアクチュエータ（３０４）と
を更に含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項６】
前記形成ツール（２２０）に沿ってスイープして、前記プライ担持体（４５０）と物質層（４５８）とを前記形成ツールの輪郭（２３６）に合わせるように構成された少なくとも１つのノーズピース（５５２）と、
前記ノーズピース（５５２）によって前記プライ担持体（４５０）上に印加された圧密圧力を感知し制御するように構成された一又は複数の形成モジュールアクチュエータ（５３０）と
を更に含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項７】
翼弦フレーム（２８０）に結合され、各々ノーズピース（５５２）を有する形成モジュール（５２０）のアレイを支持している一対の形成ビーム（５０２）と、
前記形成ビーム（５０２）それぞれの各対向している端部にあり、前記形成ビーム（５０２）を前記翼弦フレーム（２８０）に対して移動させるように構成された一対の形成Ｚ´アクチュエータ（５０４）と一対の形成Ｙアクチュエータ（５１４）と
を更に含む、請求項１に記載の装置（２００）。
【請求項８】
物質層（４５８）をレイアップする方法であって、プライ担持体（４５０）の下面（４５２）に装置された物質層（４５８）を有する前記プライ担持体（４５０）を形成ツール（２２０）の上に位置決めするステップと、
前記プライ担持体（４５０）を形成ツールの輪郭（２３６）に合わせるステップと、
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツールの輪郭（２３６）に合わせている間、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を既定範囲内に維持するステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を維持するステップが、
一又は複数のアクチュエータ（４０６、４１０）によって駆動される一対の張力アーム（４１４）を使用して、前記プライ担持体（４５０）を対向している側部（４５４）で支持することと、
前記張力アーム（４１４）の質量の釣り合いを取ることと、
前記質量の釣り合いを取った後に、前記張力アーム（４１４）に残っている力に基づいて、前記一又は複数のアクチュエータ（４０６、４１０）を使用して、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知することと、
前記一又は複数のアクチュエータ（４０６、４１０）を使用して、前記側方張力（４６２）が既定範囲内に維持されるように、前記張力アーム（４１４）の位置を調節することと
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記プライ担持体（４５０）を剥離している間、前記プライ担持体（４５０）の側方張力（４６２）を感知して、既定範囲内に維持することによって、前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツール（２２０）から剥離させる
ステップを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記プライ担持体（４５０）を合わせるステップが、
前記形成ツール（２２０）を横切ってノーズピース（５５２）を側方にスイープして、前記プライ担持体（４５０）と物質層（４５８）を前記形成ツール（２２０）に対して圧縮することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツールの輪郭（２３６）に合わせる前に、前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツール（２２０）上にストンピングすること
を更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記プライ担持体（４５０）を位置決めするステップが、
前記プライ担持体（４５０）を前記形成ツールの輪郭（２３６）に合わせる前に、前記形成ツール（２２０）の局所的な翼弦角を補完するように前記プライ担持体（４５０）のピッチ角を調節することを含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して複合物の製造に関し、より具体的には、複合構造のレイアップシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合構造は、様々な用途に広く使用されている。航空機の建造において、胴体、翼、尾翼部、及び他の構成部品を形成するために使用される複合物の量は増大している。例えば、航空機の翼を、翼長方向に翼外板に沿って延在しているストリンガ等の複合補強要素を有する複合翼外板で構成することができる。ストリンガを翼外板に付着させて、翼外板の曲げ強度と剛性を上げることができる。
【０００３】
幅広い種類の断面形状のストリンガを提供することができる。例えば、ストリンガを、基部と、基部から延在している一対のウェブとを含むハット型の断面を有するハット型ストリンガとして提供することができる。基部は、例えば翼外板等の外板部材に結合させる（例：付着させる）ための一対のフランジを含みうる。ストリンガを、Ｔ字状断面を有し、一対のＬ字状のストリンガの半片を組み立てることによって形成されうるブレードストリンガとして提供することもできる。各Ｌ字状のストリンガの半片は、フランジ及びウェブを有しうる。一対のＬ字状のストリンガの半片のウェブを背中合わせに互いに付着させて、ブレードストリンガを形成することができる。ブレードストリンガのフランジを、例えば翼外板等の外板部材に付着させることができる。
【０００４】
複合ストリンガは、複数の複合プライをストリンガの最終形状を有するマンドレル又は形成ツールの上にレイアップすることによって、形成することができる。レイアップが終了した後に、熱及び／又は圧力を印加して複合プライを硬化させることができる。個々の複合プライを形成ツールの上にレイアップする現在の方法は、手で又は機械によって実施される。手でのレイアップは、複数の複合プライレイアップするために大量の接触作業を実施する大勢の作業員を必要とする時間のかかるプロセスである。接触作業の量は、大規模な構造及び高い生産率に対して重要でありうる。自動テープ敷設（ＡＴＬ）機等の機械により、複合構造をレイアップするための接触作業の量を削減することができる。しかしながら、ＡＴＬ機は通常大きく複雑で、大規模な生産プログラムをサポートするのに必要とされるＡＴＬ機の総量により、極めて高価なものになりうる。加えて、ＡＴＬ機では大量の機械経路プログラミングが必要となり得るため、生産コストとスケジュールに影響を与えうる。
【０００５】
以上のように、当技術分野において、最小限の接触作業で、効率的な、費用効率の高い方法で、複合プライを形成ツール上にレイアップするためのシステム及び方法が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
複合ストリンガの形成に係る上述した必要は、一実施形態において、形成ツール上に物質層を自動的に形成するための装置を提供する本発明によって特に対処され、緩和される。この装置は、プライ担持体を形成ツールの輪郭の上へ側方にスイープ（ｓｗｅｅｐ）するように構成された少なくとも１つのノーズピースを含みうる。装置は更に、その下面に装置された物質層を有するプライ担持体の対向している横側面を支持するように構成された一対の張力アームを含みうる。装置はまた、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成している間、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータも含みうる。一又は複数のアクチュエータは、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成している間、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成されうる。
【０００７】
更なる実施形態では、複合材料のコース（ｃｏｕｒｓｅ）を形成ツール上にレイアップするためのストリンガ形成装置が開示されている。装置は、それに装置されたコースを有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された、一対の張力アームを有する張力管理システムを含みうる。張力管理システムは、形成ツールの輪郭に形成している間、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成された一又は複数のアクチュエータを含みうる。装置は更に、プライ担持体を形成ツール上に締付けするように構成されたストンピング（ｓｔｏｍｐｉｎｇ）脚部アクチュエータのアレイを有するストンピングシステムを含みうる。装置はまた、プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成し、ノーズピースによってプライ担持体上に印加された圧密圧力を感知し制御するように構成されたノーズピースを各々含む形成モジュールのアレイを有する形成システムも含みうる。
【０００８】
さらに、物質層をレイアップする方法が開示される。本方法は、プライ担持体を形成ツールの上に位置決めすることを含みうる。物質層を、プライ担持体の下面に装置することができる。本方法は更に、プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせることを含みうる。加えて、本方法は、プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせている間、プライ担持体の側方張力を既定範囲内に維持することを含みうる。
【０００９】
本明細書に記載された特徴、機能及び利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。
【００１０】
本開示のこれらの特徴及びその他の特徴は、図面を参照することでより明確になり、図面では、その全体を通じて類似の番号は類似の部品を表している。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】航空機の斜視図である。
【図２】航空機の翼のストリンガの側面図である。
【図３】図２の線３に沿って切り取ったブレードストリンガの断面図であり、一対のストリンガの半片を互いに背中合わせに配置して組み立てることによって形成され、基部チャージで組み立てられたブレードストリンガのＴ字状断面を示す。
【図４】図２の線４で切り取ったブレードストリンガの断面図であり、ウェブに対して非直角のフランジ角に配向されたストリンガフランジを示す。
【図５】図２の線５で切り取ったブレードストリンガの断面図であり、図４のフランジ角よりも大きいフランジ角に配向されたストリンガフランジを示す。
【図６】ブレードストリンガ又はハット型ストリンガ等の複合構造を自動的にレイアップするためのストリンガ形成装置の一例のブロック図である。
【図７】複合プライを形成ツール上に連続的にレイアップするためにストリンガ形成レーンに沿って移動可能でありうる、ブレードストリンガを形成するためのストリンガ形成装置を含む、ストリンガ形成システムの斜視図である。
【図８】一対のカーレールに沿って移動可能に構成されたストリンガ形成装置の一例の斜視図である。
【図９】翼弦フレームを示す、図８のストリンガ形成装置の側面図である。
【図１０】形成ツールの局部角とおおむね一致するピッチ角に配向された翼弦フレームの側面図である。
【図１１】ブレードストリンガを形成するためのブレード形成ツールの上に装着された、図８のストリンガ形成装置の端面図である。
【図１２】ブレード形成ツールの反対側のウェブの輪郭に対して直角に配向されたブレード形成ツールのフランジの輪郭を示す、図７の線１２に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
【図１３】ブレード形成ツールの垂直に配向されたウェブの輪郭に対して非直角のフランジ角に配向されたブレード形成ツールのフランジの輪郭を示す、図７の線１３に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
【図１４】図１３に示すフランジ角よりも大きいフランジ角で配向されたフランジの輪郭を示す、図７の線１４に沿って切り取ったツールテーブルとブレード形成ツールの断面図である。
【図１５】翼弦フレームに組み立てられたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの一例の斜視図である。
【図１６】翼弦フレームに組み立てられた、図１５のストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの上面図である。
【図１７】翼弦フレームに装着されたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの側面図である。
【図１８】翼弦フレームに装着されたストンピングシステム、張力管理システム、及び形成システムの端面図である。
【図１９】張力アーム、垂直位置アクチュエータ、回転位置アクチュエータ、対応する垂直カウンターバランスシリンダー及び回転カウンターバランスシリンダーを含む張力管理システムの一例の斜視図である。
【図２０】図１９の張力管理システムの端面図である。
【図２１】形成ツール上にプライ担持体と物質層を締付けするように構成されたストンピングシステムの一例の斜視図である。
【図２２】図２１のストンピングシステムの側面図である。
【図２３】ストンピングビームによって支持されるストンピング脚部アクチュエータのアレイの斜視図である。
【図２４】プライ担持体と物質層を形成ツールの輪郭に形成し、形成モジュールのアレイをそれぞれ支持するための一対の形成ビームを含みうる形成システムの一例の斜視図である。
【図２５】図２４の形成システムの上面図である。
【図２６】図２４の形成システムの側面図である。
【図２７】各形成ビームに装着された形成モジュールを示す、図２４の形成システムの端面図である。
【図２８】ノーズピースを駆動させるための垂直力シリンダーと側方力シリンダーを含む形成モジュールの斜視図である。
【図２９】ノーズピースを支持している側方に滑動可能なブラケットに側方力シリンダーを相互接続させる連結具を示すために側面プレートを除去した、形成モジュールの側面図である。
【図３０】垂直力シリンダーが引込位置にある形成モジュールの側面図である。
【図３１】垂直力シリンダーが延長位置にある形成モジュールの側面図である。
【図３２】ストリンガをレイアップする方法に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。
【図３３】プライ担持体をブレード形成ツール上に形成するプロセスを開始する前にそれぞれの初期位置にある張力管理システム、ストンピングシステム、及び形成システムを示す、ブレードストリンガを形成するためのストリンガ形成装置の一例の端面図である。
【図３４】プライ担持体と接触するように延びているストンピング脚部アクチュエータを示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図３５】プライ担持体をブレード形成ツールに対して捕捉しているストンピング脚部を示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図３６】ブレード形成ツールの反対側のフランジの輪郭に対してプライ担持体を合わせる中央データムの右及び左側のノーズピースを示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図３７】中央データムの左及び右側のノーズピースが、ブレード形成ツールの反対側の各半径遷移点に到達した後の、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図３８】下向きに回転した張力アームを示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図３９】ノーズピースが、プライ担持体をブレード形成ツールの反対側のウェブの輪郭に合わせる時の、張力アームのさらなる回転を示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図４０】上向きに移動した張力アームと、ブレード形成ツールのウェブの輪郭から剥離されたプライ担持体とを示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図４１】プライ担持体がブレード形成ツールのフランジの輪郭から剥離される時に、張力アームが更に上向きに移動したところを示す、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図４２】プライ担持体がブレード形成ツールから剥離された後の、図３３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図４３】第１と第２のストリンガの半片の一対をそれぞれ形成するための対称的なブレード形成ツールの断面図である。
【図４４】第１と第２のストリンガの半片の一対をそれぞれ形成するための対称的なブレード形成ツールの断面図である。
【図４５】第１のストリンガの半片と第２のストリンガの半片からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガの断面図である。
【図４６】第１のストリンガの半片と第２のストリンガの半片からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガの断面図である。
【図４７】ハット型ストリンガをレイアップするためのハット型形成ツールの断面図である。
【図４８】本明細書に記載されるストリンガ形成装置を使用して形成することができるハット型ストリンガの断面図である。
【図４９】ストリンガ形成装置のさらなる例の斜視図である。
【図５０】図４８に示すハット型ストリンガを形成するためのハット型形成ツールの上に装着されたストリンガ形成装置を示す、図４９の線５０に沿って切り取った端面図である。
【図５１】各張力アームの各端部に回転位置アクチュエータと回転カウンターバランスシリンダーとをそれぞれ有する一対の張力アームを含む、図４９のストリンガ形成装置の張力管理システムの一例の斜視図である。
【図５２】各張力アームの各端部にそれぞれ回転位置アクチュエータと回転カウンターバランスシリンダーとを有する一対の張力アームを示す、図５１の線５２に沿って切り取った断面図である。
【図５３】プライ担持体をハット型形成ツール上に形成するプロセスを開始する前に、それぞれの初期位置にある張力管理システム、ストンピングシステム、及びノーズピースを示す、ストリンガ形成装置の一例の端面図である。
【図５４】ハット型形成ツールに対してプライ担持体を捕捉しているストンピング脚部アクチュエータと、プライ担持体と接触するように延びているノーズピースとを示す、図５３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図５５】ノーズピースがハット型形成ツールの両側の内径に到達しているところを示す、プライ担持体がハット型形成ツールの反対側のウェブの輪郭に形成された後の、図５３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図５６】ノーズピースにより、プライ担持体がハット型形成ツールの反対側のフランジの輪郭に形成された後の、図５３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図５７】張力アームが回転し上向きに移動することでハット型ツールからプライ担持体が剥離されるところを示す、図５３のストリンガ形成装置の端面図である。
【図５８】ハット型形成ツールからプライ担持体が剥離されたところを示す、図５３のストリンガ形成装置の端面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで図面を参照する。これらの図面は本開示の様々な好適な実施形態を例示するためのものであり、図１に胴体１０２と尾翼部を有する航空機１００を示す。航空機１００は、胴体１０２から外に向かって延在している一対の翼１０４を含み得る。胴体１０２、翼１０４、及び／又は尾翼部は複合材料でできていてよく、胴体１０２、翼１０４、及び尾翼部をカバーしている外板部材の曲げ剛性及び／又は強度を上げるために、複合ストリンガ１０６等の補強要素を含みうる。例えば、翼１０４は、翼外板の曲げ剛性と強度を上げるために、各翼１０４のインボード側の基底部からアウトボード側の先端部まで延在している複数の翼長ストリンガ１０６を含みうる。
【００１３】
図２は、ストリンガ形成装置２００（図６）と本明細書に開示されている方法を使用して形成されたＴ字状のブレードストリンガ１２２の一例の側面図である。ブレードストリンガ１２２は、翼外板の翼長曲率と一致しうる翼長曲率を有しうる。図３〜５に、インボード側の基底部からアウトボード側の先端部までストリンガ１０６の長さに沿った異なる部位におけるブレードストリンガ１２２の様々な断面形状を示す。図３に、フランジ１１６をカバーしている基部チャージで互いに背中合わせに配置された一対のストリンガの半片１０８を組み立てることによって形成されうるＴ字状の断面を示す、基底部におけるブレードストリンガ１２２の断面を示す。図３において、各ストリンガの半片１０８のフランジ１１６は、各ストリンガの半片１０８のウェブ１２０に対して垂直に配向されている。図４に、ウェブ１２０に対して非垂直のフランジ角１１８に配向されたブレードストリンガ１２２のフランジ１１６を示す。図５に、図４よりも大きいフランジ角１１８に配向されたブレードストリンガ１２２のフランジ１１６を示す。
【００１４】
図２〜５は、ストリンガ形成装置２００（図６）と本明細書に開示されている方法を使用してレイアップされた複合構造に含まれうる翼長曲率と、様々な断面形状の非限定的な例を示すものである。ストリンガ形成装置２００と方法を、航空機１００（図１）の翼１０４（図１）等のブレードストリンガ１２２のレイアップを背景に説明しているが、ストリンガ形成装置２００及び方法を、非限定的に、任意のサイズ、形状、及び構成の複合構造を形成するために実装することができる。加えて、ストリンガ形成装置２００及び方法は、本明細書に開示されているストリンガ１０６の例等、長さが延長した、あるいは長さ対幅の高い縦横比を有する複合構造を形成することに限定されない。この点において、ストリンガ形成装置２００及び方法を、比較的小さい複合構造をレイアップするために、及び／又は比較的小さい長さ対幅の縦横比を有しうる複合構造をレイアップするために実装することができる。
【００１５】
図６は、ストリンガ形成装置２００の一例のブロック図である。ストリンガ形成装置２００は、ストリンガ形成装置２００の一又は複数の構成要素を支持するように構成されたフレームアセンブリ２６２を含みうる。例えば、フレームアセンブリ２６２は、ストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００を支持するように構成されうる翼弦フレーム２８０を含むことができ、ストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００は全て、マンドレル又は形成ツール２２０の上に材料（例：複合プライ）の一又は複数のコース４６０をレイアップするために協働して動作することが可能である。形成ツール２２０を、ツールテーブル２４６等の表面上に支持することができる。翼弦フレーム２８０を、一又は複数のＺアクチュエータ２８８によってフレームアセンブリ２６２に装着することができる。一実施形態では、一対のＺアクチュエータ２８８は、翼弦フレーム２８０の対向している端部の各端部に位置づけすることができる。Ｚアクチュエータ２８８を、形成ツール２２０に対する翼弦フレーム２８０の各端部の垂直位置を調節するように構成することができる。Ｚアクチュエータ２８８も、形成ツール２２０の所定の翼長部位の局部角と一致させて、形成ツール２２０上に複合材料のコース４６０をレイアップしやすくするために、翼弦フレーム２８０のピッチ角を変更するようにも動作可能である。
【００１６】
図６においては、ストリンガ形成装置２００は、形成プロセスの開始前に、プライ担持体４５０を形成ツール２２０に締付けするためのストンピングシステム３００を含みうる。プライ担持体４５０は、プライ担持体４５０の下面に装置された又は取り付けられた物質層４５８（例えば複合材料のコース）を含みうる。物質層４５８を、非限定的に任意の材料で形成することができる。例えば、物質層４５８は、エポキシ−炭素繊維プリプレグ等の繊維強化ポリマーマトリクス材料（例：プリプレグ）の予め含浸された複合プライ等の複合材料のコース４６０であってよい。コース４６０は、非限定的に、単向性テープ、単向性布、織物、短繊維マット、及びその他様々な繊維形態の内の任意のものを含む、任意の種類の複合材料で形成することができる。
【００１７】
本明細書に開示されているストリンガ形成装置２００の実施形態すべてにおいて、プライ担持体４５０を、側方に沿ったプライ担持体４５０の面内伸縮性又は弾性係数に対して、プライ担持体４５０の長さ方向に沿って高い弾性係数（例：面内伸縮性）を有する材料で形成することができる。例えば、プライ担持体４５０を、長さ方向に沿って伸縮性の又は弾性であり、側方に沿って非伸縮性又は非弾性であるように構成されたラテックス及び織物材料で形成することができる。上述したように、ノーズピース５５２は、プライ担持体４５０と物質層４５８を形成ツール２２０に合わせる時に、おおむね側方に沿って移動する。ノーズピース５５２のスイープ方向に平行する側方に沿ってプライ担持体４５０の弾性係数が高い、又は面内剛性が高いために、けん引きしているノーズピース５５２の圧密圧力によるプライ担持体４５０と物質層４５８の変形が防止されうる。長さ方向に沿ったプライ担持体４５０の伸縮性が大きくなることで、ストリンガ形成装置２００が、物質層４５８に変形、皺又はひだが生じさせることなく、プライ担持体４５０と物質層４５８を形成ツールの輪郭２３６（図１２）の翼長曲率に合わせることができるようになりうる。
【００１８】
図６において、ストンピングシステム３００は、一又は複数のストンピングビームアクチュエータ３０４によって駆動されうるストンピングビーム３０２を含みうる。ストンピングビームアクチュエータ３０４は、形成プロセス中に、翼弦フレーム２８０に対してストンピングビーム３０２を垂直に位置決めするように動作することができる。一例において、ストンピングビーム３０２の対向している各端部を、ストンピングビームアクチュエータ３０４を用いて翼弦フレーム２８０の対応する端部に結合させることができる。ストンピングシステム３００は、ストンピングビーム３０２に装着されたストンピング脚部３１０アクチュエータのアレイを含みうる。各ストンピング脚部アクチュエータ３１２はストンピング脚部３１０を含みうる。ストンピング脚部アクチュエータ３１２は協働して、プライ担持体４５０を形成ツール２２０に締付けして、形成プロセス中に動かないようにプライ担持体４５０の位置をロックするように動作しうる。
【００１９】
ストリンガ形成装置２００（図６）は、翼弦フレーム２８０に装着することができ、形成プロセス中に、プライ担持体４５０（図６）の側方張力４６２（図３３）を位置決めし管理するように構成することができる張力管理システム４００を含みうる。張力管理システム４００は、プライ担持体４５０の対向している側面４５４（図２０）の内の１つをそれぞれ支持している一又は複数の張力アーム４１４を含みうる。張力管理システム４００は、翼弦フレーム２８０（図６）に対して張力アーム４１４の垂直位置及び／又は角度位置を調節するための一又は複数のアクチュエータを含みうる。例えば、各張力アーム４１４の各端部は、張力アーム４１４の端部を翼弦フレーム２８０に結合させる張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６を含みうる。張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６（図６）を、翼弦フレーム２８０に対して張力アーム４１４の垂直位置を調節するように構成することができる。張力管理システム４００を更に、翼弦フレーム２８０に対して張力アーム４１４（図６）の角度位置を調節するように構成された一又は複数の回転位置アクチュエータ４１０を含みうる。
【００２０】
図６において、張力管理システム４００はまた、プライ担持体４５０を形成ツール２２０に形成するプロセスの最中にプライ担持体４５０の側方張力４６２（図３３）を正確に感知することができるように張力アーム４１４の質量の釣り合いを取るための一又は複数の装置も含みうる。この件に関しては、張力管理システム４００はプライ担持体４５０の側方張力４６２を感知して、側方張力４６２を既定の張力範囲内に維持することができ、これにより物質層を、皺又はひだを形成することなく形成ツール２２０に適用することができる。下に更に詳細に説明するように、張力管理システム４００は、物質層４５８が十分に引っ張られ、ノーズピース５５２がプライ担持体４５０と物質層４５８を形成ツール２２０に合わせている部位以外のところで、プライ担持体４５０と物質層４５８の形成ツール２２０との接触が防止されるように、プライ担持体４５０の側方張力４６２を維持することができる。
【００２１】
張力管理システム４００（図６）はまた、プライ担持体４５０（図６）の側方張力４６２（図３３）を十分に緩く維持して、ノーズピース５５２のアレイ（図６）が形成ツール２２０（図６）に対して物質層４５８に所望の量の圧密圧力を印加し、物質層４５８を形成ツールの輪郭２３６に合わせることを可能にしうる。加えて、張力管理システム４００は側方張力４６２を既定の範囲内に維持することができ、これにより、ノーズピース５５２がプライ担持体４５０に適切なレベルの圧密圧力を印加することが可能になり、コース４６０（図６）又は物質層４５８の粘着性（例：粘性）により、物質層４５８（図６）を基板（例：形成ツール２２０、又は事前に適用された物質層４５８）に付着させることができ、これにより、プライ担持体４５０を形成ツール２２０から剥離するプロセスの間、コース４６０又は物質層４５８が基板に付着したまま保たれる。
【００２２】
この件に関しては、張力管理システム４００（図６）は、一又は複数のカウンターバランスシリンダーを含みうる。例えば、張力アーム４１４が垂直に移動している間に張力アーム４１４（図６）の質量の釣り合いを取るために、垂直カウンターバランスシリンダー４０８（図６）を各垂直位置アクチュエータ４０６（図６）に含むことができる。張力アーム４１４が旋回している又は角度をつけて位置決めされている間に張力アーム４１４の質量の釣り合いを取るために、回転カウンターバランスシリンダー４１２（図６）を各回転位置アクチュエータ４１０（図６）に含むことができる。カウンターバランス装置は、垂直及び回転位置アクチュエータ４０６、４１０と共に含まれうる力感知機構から張力アーム４１４の質量を有利に除去することができ、これにより、上記垂直及び回転位置アクチュエータ４０６、４１０がプライ担持体４５０の側方張力４６２（図３３）を正確に感知し所望の範囲内に維持することが可能になる。更にこの件については、張力管理システム４００はまた、形成プロセス中に物質層４５８の変形、ひだ、又は皺の発生が回避されるような方法で、また、プライ担持体４５０を形成ツール２２０（図６）から剥離している間に物質層４５８（図６）が早く分離しすぎることを防止するような方法で、プライ担持体４５０（図６）の張力を感知し管理することもできる。
【００２３】
形成システム５００（図６）は、プライ担持体４５０（図６）と物質層４５８（図６）を形成ツール２２０上に合わせて圧縮するプロセス中に、またプライ担持体４５０を形成ツール２２０（図６）から剥離する間に、ストンピングシステム３００（図６）と張力管理と協働して動作することができる。幾つかの例において、形成システム５００は一対の形成ビーム５０２（図６）を含みうる。形成ビーム５０２を、一又は複数の形成アクチュエータによって、翼弦フレーム２８０（図６）に動作可能に結合させることができる。例えば、形成ビーム５０２を各Ｚ´軸とＹ軸に沿って位置決めするように構成することができる形成Ｚ´アクチュエータ５０４と形成Ｙアクチュエータ５１４（図６）によって、各形成ビーム５０２の各端部を翼弦フレーム２８０に結合させることができる。形成システム５００はまた、各形成ビーム５０２に装着された形成モジュール５２０（図６）のアレイを含むこともできる。各形成モジュール５２０は、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６に合わせるプロセスの間、ノーズピース５５２（図６）を操作するための垂直力シリンダー５３２（図６）と側方力シリンダー５４０（図６）とを含みうる。各形成モジュール５２０の垂直力シリンダー５３２と側方力シリンダー５４０を、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６（図１２）に合わせるプロセスの間、ノーズピース５５２によってプライ担持体４５０に対して印加された圧密圧力を感知して、各ノーズピース５５２の圧密圧力を既定範囲内に維持するように構成することができる。
【００２４】
図７に、ストリンガ形成装置２００をそれに沿って移動させることができる少なくとも１つのストリンガ形成レーン２０２を有するストリンガ形成装置２００の一例を示す。各ストリンガ形成レーン２０２は、形成ツール２２０を装着することができるツールテーブル２４６を含みうる。ツールテーブル２４６は、複合プライを連続的なレイアップしてストリンガを形成するところにおいて、ストリンガ形成装置２００の移動を案内するためのカーレール２０４を含みうる。例えば、工程のあるモードにおいて、ストリンガ形成装置２００を、形成ツール２２０（図６）の端部等、形成レーン２０２に沿った第１の翼長部位に位置決めすることができる。予め装備された材料（例：織又は単向性プリプレグ複合プライ）のコース（図示せず）を、プライ担持体４５０（図６）の下面４５２（図２０）に取り付けることができる。プライ担持体４５０の側部４５４（図２０）を、張力管理システム４００の張力アーム４１４に取り付けることができる。ストンピングシステム３００（図６）、張力管理システム４００、及び形成システム５００（図６）を協働する形で動作させて、プライ担持体４５０を第１の翼長部位において形成ツール２２０（図６）に合わせることができ、その後、コース４６０（図６）を形成ツール２２０に残してプライ担持体４５０を剥離することができる。空のプライ担持体４５０を張力管理システム４００の張力アーム４１４（図６）から取り外すことができ、コース４６０を含む新たなプライ担持体４５０を張力アーム４１４に取り付けることができる。
【００２５】
ストリンガ形成装置２００（図７）を、ストリンガ形成レーン２０２に沿って次の翼長部位に移動させることができ、材料の第２のコースと材料の第１のコースの端部と端部を接続して形成ツール２２０に適用することができる。このプロセスを繰り返して、形成ツール２２０（図６）の所望の長さに沿って一連のコース４６０（図６）の端部と端部を接続してレイアップすることができる。上述したような方法で、ストリンガの所望のプライ積層順序が完了するまで事前にレイアップされたプライの上に追加するプライを適用することができる。レイアップが完了した後に、完成したレイアップを形成ツール２２０から取り外して、硬化及び／又は組立てて、完成したストリンガを形成することができる。図７に、単一のストリンガ形成レーン２０２を示したが、任意の数のストリンガ形成レーン２０２を提供することができる。例えば、複数のブレードストリンガ１２２（図２）形成レーン２０２と、複数のハット型ストリンガ１２４（図４８）形成レーン２０２を同じ場所で動作させることができる。
【００２６】
図８に、形成ツール２２０に沿って異なる翼長部位における一連の個別のコース４６０（図６）の連続的な適用を行いやすくするために、一対のカーレール２０４に沿って移動可能に適合された形成カー２６０として構成されたストリンガ形成装置２００の一例を示す。形成ツール２２０を任意の長さで提供することができる。例えば、航空機の翼において、ストリンガ用の形成ツール２２０は、最大１３０フィート又はそれ以上の長さを有しうる。図８では、カーレール２０４は、形成ツール２２０を支持するツールテーブル２４６に装着されている。しかしながら、カーレール２０４を工場の床又は別の面に装着することができる。上述したように、形成ツール２２０を、Ｔ字状の断面を有するブレードストリンガ１２２を形成するためのブレード形成ツール２２２として構成することができる。別の例としては、形成ツール２２０を、ハット型の断面を有するハット型ストリンガ１２４を形成するためのハット型ツール２２４として構成することができる。しかしながら、形成ツール２２０を非限定的に、様々な代替的断面形状のうちの任意の一つで提供することができる。
【００２７】
本開示において、ストリンガ形成装置２００の様々な構成要素の構造及び動作を、直交座標系を参照しながら説明することができる。例えば、図８〜９において、Ｘ方向をツールテーブル２４６の長さ方向として示すことができる。上述したように、ストリンガ形成装置２００はＸ方向に沿って移動可能である。Ｙ方向を、ツールテーブル２４６の幅を横切る側方２３０として示すことができる。個別の形成ビーム５０２（図６）は、Ｙ軸に沿って移動可能である。Ｚ方向は、Ｘ−Ｙ平面に対して垂直であるとして示すことができる。翼弦フレーム２８０の各端部を、Ｚ方向に沿って個別に移動させることができる。
【００２８】
図８において、ストリンガ形成装置２００は、翼弦フレーム２８０を支持するためのフレームアセンブリ２６２を含みうる。フレームアセンブリ２６２を、平行カーレール２０４等のトラックシステムに装着することができる。しかしながら、図示していない実施形態においては、ストリンガ形成装置２００は固定されている、又は移動不能であってよく、工場の床又は別の移動不能なフィーチャに結合させることができる。本開示においては、フレームアセンブリ２６２は、対向している対の端部フレーム２６４を有しうる。端部フレーム２６４の各端部フレームは、カーレール２０４上に支持されうるフレーム脚部２６８で終端しうるフレーム脚部２６６を有しうる。翼弦フレーム２８０の各端部を、端部フレーム２６４に結合させることができる。ストリンガ形成装置２００には、電気装置、スイッチ、配線、相互接続及びその他の構成要素を収容するための、一又は複数の電気容器２７０が含まれ得る。ストリンガ形成装置２００には、端部フレーム２６４と翼弦フレーム２８０の構成要素との間に延在している電気配線を支持するための、一又は複数のケーブル担持体２９６が含まれ得る。空気圧シリンダーとアクチュエータのための空気タンク２７２等の追加の装置も、翼弦フレーム２８０に装着させることができる。
【００２９】
図９は、翼弦フレーム２８０をフレームアセンブリ２６２の端部フレーム２６４に結合させうる例を示す、ストリンガ形成装置２００の側面図である。翼弦フレーム２８０には、翼弦フレーム２８０の長さ方向に沿って延在している一対の側面ビーム２８２が含まれ得る。ストリンガ形成装置２００の本例では、図１９で最もよくわかるように、側面ビーム２８２は、側面ビーム２８２間に延在している端部ビーム２８４によって相互接続されうる。端部ビーム２８４は、翼弦フレーム２８０の対向している端部に位置づけされうる。側面ビーム２８２を、一又は複数のクロスビーム２８６（図１５）によって相互接続させることもできる。クロスビーム２８６は、端部ビーム２８４と平行するように配向されていてよく、側面ビーム２８２間に延在していてよい。図示した例において、クロスビーム２８６を側面ビーム２８２の上部に装着させることができる。
【００３０】
図９〜１０を参照する。図９〜１０において、翼弦フレーム２８０の各端部を一対の翼弦フレーム案内レール２９４によって端部フレーム２６４に結合させることができ、一対の翼弦フレーム案内レール２９４により、Ｚ軸に沿った翼弦フレーム２８０の端部の滑動的な動きが可能になりうる。一対のＺアクチュエータ２８８（例：サーボモータ）を、各端部フレーム２６４に結合させることができる。各Ｚアクチュエータ２８８は、端部フレーム２６４に装着されたＺアクチュエータ案内レール２９０に沿って移動可能でありうる。各Ｚアクチュエータ２８８を、フレームリンク２９２によって翼弦フレーム２８０に結合させることができる。翼弦フレーム２８０の各端部のＺアクチュエータ２８８を同期した形で、別々に動作させて、Ｚ方向に沿った翼弦フレーム２８０の各端部の垂直位置を調節することができる。Ｚアクチュエータ２８８を差動させることにより、ツールテーブル２４６の上面に対する翼弦フレーム２８０のピッチ角Ｂを調整することが可能になりうる。例えば、Ｚアクチュエータ２８８を調節して、翼弦フレーム２８０のピッチ角Ｂを、端部フレーム２６４間の所定の部位（例：中央点）の形成ツール２２０の翼長曲率２２８の局部接線（図示せず）に対しておおむね平行するように配向することができる。
【００３１】
図１１は、カーレール２０４に装着された端部フレーム２６４を示すストリンガ形成装置２００の端面図である。図示したフレーム脚部２６６は、ツールテーブル２４６に支持された形成ツール２２０をまたいでいる。また、翼弦フレーム２８０の端部の垂直位置を調節している時に、Ｚアクチュエータ２８８の垂直の動きを案内するためのＺアクチュエータ案内レール２９０も示す。形成ツール２２０の上で張力アーム４１４によって支持されているプライ担持体４５０を示す。プライ担持体４５０の上に位置決めされているのは、中央に位置づけされたストンピング脚部３１０のアレイの反対側のノーズピース５５２の左側及び右側のアレイである。
【００３２】
図１２〜１４は、ブレードストリンガ１２２（図２）の形成において実装可能な形成ツール２２０の一例の断面図である。形成ツール２２０はツールテーブル２４６（図１１）に装着され、カーレール２０４との間に位置づけされる。形成ツール２２０は、形成プロセスの間、プライ担持体４５０（図１１）を形成ツール２２０に締付けするための中央データム２３４を有する。形成ツール２２０はまた、左側のストリンガの半片１０８と右側のストリンガの半片１０８をレイアップするためのツールの輪郭２３６も有する。レイアップが完了した後で、左側と右側のストリンガの半片１０８を形成ツール２２０から取り外して組み立てて、図２〜５に示し、上述したように、完成したブレードストリンガ１２２を形成することができる。
【００３３】
図１２では、形成ツール２２０の上部の中央データム２３４の反対側のフランジの輪郭２３８は、形成ツール２２０の側面のウェブの輪郭２４０に対して垂直に配向されている。フランジの輪郭２３８は、形成ツール２２０の長さに沿って延在しうる、平坦で水平に配向された中央データム２３４によって分離されている。中央データム２３４が、形成ツール２２０上に平坦な領域を提供し、この領域においてストンピング脚部３１０のアレイ（図１１）がプライ担持体４５０（図１１）を形成ツール２２０に締付けしうるため、有利である。これに関しては、中央データム２３４は、形成ツール２２０の指標付けフィーチャとして機能する。
【００３４】
図１３に、形成ツール２２０に沿って別の翼長部位にある形成ツールの輪郭２３６を示す。フランジの輪郭２３８は、形成ツール２２０の反対側の垂直ウェブの輪郭２４０に対して非垂直のフランジ角１１８に配向されている。図１４に、図１３に示すフランジ角１１８よりも大きいフランジ角１１８を有する、形成ツール２２０に沿って別の翼長部位にある形成ツールの輪郭２３６を示す上述したように、形成ツール２２０は、異なる形成ツールの輪郭２３６の内の様々な任意の輪郭のものを提供することができ、図１２〜１４に示すブレード形成ツール２２２に限定されない。例えば、形成ツール２２０を、下に更に詳しく説明するように、ハット型の構成を有するハット型ストリンガ１２４（図４８）を形成するためのハット型形成ツール２２４（図４７）として構成することができる。
【００３５】
図１５は、翼弦フレーム２８０に組み立てられたストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００の斜視図である。翼弦フレーム２８０に装着されたシステムの向き及び動きは、Ｘ´軸（Ｘダッシュ記号）、Ｙ´軸（Ｙダッシュ記号）、及びＺ´軸（Ｚダッシュ記号）の観点で説明することができる。Ｘ´軸を、形成ビーム５０２の長さに沿って延在するものとして示すことができる。Ｙ´軸は、Ｘ´軸に対して垂直に配向されており、翼弦フレーム２８０の端部ビーム２８４及び／又はクロスビーム２８６の向きとして示すことができる。Ｚ´軸は、Ｘ´−Ｙ´平面に垂直に配向されている。張力管理システム４００の張力アーム４１４、形成システム５００の形成ビーム５０２は、Ｚ´軸に沿って移動するものとして示すことができる。
【００３６】
図１６は、翼弦フレーム２８０に組み立てられたストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００の上面図である。図面において、ストンピングシステム３００は、翼弦フレーム２８０の端部ビーム２８４の間に延在しうる中央に位置づけされたストンピングビーム３０２を含みうる。張力管理システム４００は、翼弦フレーム２８０の側部に平行するように配向された平行する一対の張力アーム４１４を含みうる。形成システム５００は、翼弦フレーム２８０の中央ストンピングビーム３０２と側面ビーム２８２との間にそれぞれ位置づけされる平行する一対の形成ビーム５０２を含みうる。中央ストンピングビーム３０２の反対側の各形成ビーム５０２に装着された形成モジュール５２０のアレイを示す。
【００３７】
図１７は、翼弦フレーム２８０に装着されたストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００の側面図である。ストンピングビームアクチュエータ３０４は、ストンピングビーム３０２の対向している端部に位置づけすることができる。同様に、形成システム５００の形成Ｚ´アクチュエータ５０４と形成Ｙアクチュエータ５１４を、形成ビーム５０２の対向している端部に位置づけすることができる。形成モジュール５２０のアレイを、各形成ビーム５０２の長さに沿って均一に配分することができる。張力管理システム４００のアクチュエータ４０６、４１０（図１８）とカウンターバランスシリンダー４０８、４１２（図１８）は、翼弦フレーム２８０の対向している端部に位置づけすることができる。
【００３８】
図１８は、一対の張力アーム４１４の動きを制御するためのアクチュエータ４０６、４１０とカウンターバランスシリンダー４０８、４１２のセットを示す、張力管理システム４００の端面図である。張力アーム４１４は、翼弦フレーム２８０の対向している側面に沿って延在し、垂直に移動可能、あるいは旋回点４２０を中心として角度をつけて回転可能（例：旋回可能）でありうる。上述したように、各張力アーム４１４は、他の張力アーム４１４とは関係なく移動可能である。しかしながら、張力アーム４１４を同期した状態で動作させて、形成ツール２２０（図１１）に対してプライ担持体４５０（図１１）を支持し位置決めすることができる。加えて、プライ担持体４５０の側方張力４６２（図３３）を既定範囲内に維持するように、張力アーム４１４を構成することができる。上述したように、プライ担持体４５０を、複合材料のコース４６０等の物質層４５８（図６）を支持するように構成することができる。幾つかの例において、物質層４５８を、プライ担持体４５０の下面４５２に開放可能に付着させることができる。
【００３９】
図１９は、対の内の他方の張力アーム４１４と同様に構成及び動作可能な、張力管理システム４００の張力アーム４１４の内の一方の一例の斜視図である。上述したように、各張力アーム４１４は、アクチュエータとカウンターバランスシリンダーのセットを含みうる。各張力アーム４１４は、プライ担持体４５０の側部４５４に沿って延在しているストレッチャーレール４５６（図３３〜４２）を支持するように構成された張力ビーム４１６を含みうる。張力アーム４１４は、張力ビーム４１６の各対向している端部から側方に延在している一対の旋回アーム４１８として組み立てることができる。
【００４０】
図２０は、張力管理システム４００の端面図である。張力アーム４１４の各端部は、翼弦２８０に張力アーム４１４を結合させることができ、翼弦フレーム２８０に対する張力アーム４１４の垂直位置を制御することができる張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６を含むことができる。一例において、各張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６を、張力アーム装着ブラケット４０４によって翼弦フレーム２８０の端部ビーム２８４に装着することができる。張力アーム支持ブラケット４０２を、張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６に結合させることができる。電子機械アクチュエータ（例：サーボモータ）として示したが、張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６を、翼弦フレーム２８０に対する張力アーム４１４の垂直移動を促進するいかなる構成でも提供することが可能である。一例では、張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６は、翼弦フレーム２８０に対して張力アーム４１４を垂直に位置決めするボールネジアクチュエータでありうる。
【００４１】
図２０では、回転位置アクチュエータ４１０を各旋回アーム４１８に結合させることができる。各張力アーム４１４の対の回転位置アクチュエータ４１０を協働する形で動作させて、旋回アーム４１８を旋回点４２０を中心として回転させて、翼弦フレーム２８０に対する旋回アーム４１８の角度位置を調節することができる。垂直カウンターバランスシリンダー４０８を、各張力アーム支持ブラケット４０２に装着することができる。垂直に移動している間、各張力アーム４１４の垂直カウンターバランスシリンダー４０８を協働する形で動作させて、張力アーム４１４の質量の釣り合いを取り、プライ担持体４５０の側方張力４６２（図３３）を感知し既定範囲内に維持することができる。
【００４２】
加えて、一又は複数の回転カウンターバランスシリンダー４１２を、各張力アーム支持ブラケット４０２（図２０）に装着することができる。張力アームが旋回している間、各張力アーム４１４の回転カウンターバランスシリンダー４１２（図２０）を、張力アーム４１４（図２０）の質量の釣り合いを取るように動作させることができる。このように、カウンターバランスシリンダー４０８、４１２（図２０）により、垂直及び回転位置アクチュエータ４０６、４１０（図２０）が、プライ担持体４５０と物質層４５８（図２０）を形成ツール２２０（図１１）上に形成し圧縮するプロセスの間、及びプライ担持体４５０（図２０）を剥離するプロセスの間、プライ担持体４５０内の側方張力４６２（図３３）を感知し既定範囲内に維持することが可能になる。垂直位置アクチュエータ４０６と垂直カウンターバランスシリンダー４０８が動作している時は、回転位置アクチュエータ４１０と回転カウンターバランスシリンダー４１２は動作していない（又は、回転位置アクチュエータ４１０と回転カウンターバランスシリンダー４１２が動作している時は、垂直位置アクチュエータ４０６と垂直カウンターバランスシリンダー４０８は動作していない）ため、垂直位置アクチュエータ４０６は、回転位置アクチュエータ４１０から影響を受けずに、プライ担持体４５０の側方の力を正確に感知することができる。
【００４３】
ブレード形成ツール２２２（図８）にレイアップされた炭素繊維の単向性プライ材料のコースの側方張力４６２（図３３）の大きさの一例においては、張力管理システム４００を、側方張力４６２を感知してプライ担持体４５０（図２０）の側部４５４（図１１）に沿って約０．２〜０．８ポンド／リニア・インチ（ｐｌｉ）、より好ましくは約０．５ｐｌｉの範囲内に維持するように構成することができる。６０インチの長さを有するプライ担持体４５０においては、各張力アーム４１４（図２０）の側方張力４６２の総計の大きさは約３０ポンド（例：０．５ｐｓｉ×６０インチ）であってよい。当然ながら、側方張力４６２の大きさは、コース４６０（図２０）を形成する材料システム、プライ担持体４５０を形成する材料、形成ツール２２０（図１１）の形状、プライ担持体４５０の側方幅、及びその他の因子によって変わりうる。
【００４４】
図２１は、プライ担持体４５０（図１１）と物質層４５８（図１１）を形成ツール２２０（図１１）上に締付けするように構成されたストンピングシステム３００の一例の斜視図である。図２２は、ストンピングシステム３００の側面図である。ストンピングビーム３０２は、翼弦フレーム２８０の対向している端部ビーム２８４の間に延在しうる。ストンピングビーム端部ブラケット３０６を、ストンピングビーム３０２の各端部に装着することができる。各ストンピングビーム端部ブラケット３０６を、ストンピングビームアクチュエータ３０４に結合させることができる。ストンピングビームアクチュエータブラケット３０８を、ストンピングビームアクチュエータ３０４に動作可能に結合させることができる。図示した例では、ストンピングビームアクチュエータ３０４を、電気サーボモータとして構成することができる。しかしながら、ストンピングビームアクチュエータ３０４を、空気式アクチュエータ、電気機械アクチュエータ、又はその他何らかのアクチュエータの構成又はこれらの組み合わせとして提供することができる。ストンピングビームアクチュエータ３０４は協働する形で、ストンピングビーム３０２をＺ´軸に沿って移動させて、ストンピングビーム３０２を翼弦フレーム２８０に対して位置決めするように動作することができる。
【００４５】
図２３は、ストンピングビーム３０２によって支持されているストンピング脚部アクチュエータ３１２のアレイの斜視図である。図示した例においては、ストンピングビームアクチュエータ３０４（図２２）を、ストンピングビーム３０２の下側に装着することができる。各ストンピング脚部アクチュエータ３１２を、位置のフィードバックで案内される空気式シリンダー３１４として構成することができる。各ストンピング脚部３１０は、空気式シリンダー３１４の延長及び引込方向によって規定されるＺ´´軸（Ｚのダブルダッシュ記号）に沿って移動することができる。各ストンピング脚部アクチュエータ３１２の動作可能な端部は、ストンピング脚部３１０を受けるチャネルを有するストンピングセグメント３１６を含みうる。一又は複数のストンピング脚部３１０はオプションとして、プライ担持体４５０（図１１）を形成ツール２２０（図１１）に締付けしている間、プライ担持体４５０を真空補助により保持するための真空プレナムを含みうる。図示した例において、柔軟なストンピングストリップ３１８は、複数のストンピングセグメント３１６にわたって延在しうる。ストンピングストリップ３１８は、形成ツール２２０の翼長曲率２２８（図１０）に合うように構成された連続的なストリップでありうる。ストンピングストリップ３１８は、各ストンピング脚部３１０によって形成ツール２２０に対してプライ担持体４５０に加わる点荷重を配分しうる。
【００４６】
下にさらに詳細に示すように、ストンピングビームアクチュエータ３０４（図２２）は、プライ担持体４５０（図１１）と物質層４５８（図１１）を、形成ツール２２０（図１１）の中央データム２３４（図１２）上に締め付けするように動作可能でありうる。ストンピングビームアクチュエータ３０４は、プライ担持体４５０の側方位置をロックすることにより、形成プロセスの間、形成ツール２２０に対するプライ担持体４５０の側方の移動を防止することができる。下に更に詳しく記載するように、一又は複数のストンピング脚部アクチュエータ３１２（図２２）は、形成ツール２２０に最初に締め付けしている間、ストンピング脚部３１０の形成ツール２２０との接触を感知する位置センサを含みうる。
【００４７】
図２４〜２７に、形成モジュール５２０の平行アレイ５２０を使用して、プライ担持体４５０（図１１）と物質層４５８（図１１）を形成し、形成ツール２２０（図１１）に対して圧縮させる形成システム５００の一例を示す。各形成モジュール５２０は、ノーズピースを駆動させることができる。この件に関し、形成システム５００は、同期した形で、形成ツール２２０の輪郭に沿って側方２３０にスイープして、プライ担持体４５０と物質層４５８とを形成ツールの輪郭２３６に合わせるように別々に動作しうるノーズピース５５２の平行アレイを提供する。加えて、形成モジュール５２０は、物質層４５８を基板上に圧縮させるためにノーズピース５５２（図２９）によって加えられる圧密圧力の大きさを感知し制御しうる。本発明において、基板は形成ツール２２０、又は事前にレイアップされた物質層４５８のいずれかとして記載することができる。
【００４８】
図２５〜２６は、翼弦フレーム２８０（図３３）に支持されうる形成システム５００のそれぞれ上面図及び側面図である。上述したように、形成システム５００は、形成モジュール５２０のアレイ（図６）を形成ツール２２０に近接して位置決めするために、翼弦フレーム２８０に対して同期した形で移動可能でありうる一対の形成ビーム５０２を含みうる。各形成ビーム５０２を、翼弦フレーム２８０に移動可能に結合させることができる。
【００４９】
図示した例では、各形成ビーム５０２（図２５）の対向している端部とおおよその中央点を、各部位においてＺ´案内ブラケット５０８によって翼弦フレーム２８０（図３３）の各クロスビーム２８６（図２５）に結合させることができる。Ｚ´スライダブラケット５１２（図２５）を、各Ｚ´案内ブラケットと共に含まれ得るＺ´案内レール５１０（図２５）に垂直に滑動可能に嵌合させることで、Ｚ´軸に沿って形成ビーム５０２が動くことが可能になりうる。各Ｚ´スライダブラケット５１２はまた、クロスビームレール５１８（図２６）に滑動可能に嵌合させることもでき、クロスビームレール５１８（図２６）をクロスビーム２８６の下側に装着して、形成ビーム５０２のＹ´軸に沿った動きを可能にすることができる。
【００５０】
形成ビーム５０２（図２６）の端部はそれぞれ、形成Ｚ´アクチュエータ５０４（図２６）を含みうる。形成Ｚ´アクチュエータブラケット５０６（図２６）は、Ｚ´スライダブラケット５１２（図２６）を形成Ｚ´アクチュエータ５０４に結合させて、翼弦フレーム２８０（図１８）に対しＺ´方向に沿って形成ビーム５０２を駆動させることができる。各形成ビーム５０２の各端部はまた、形成Ｙアクチュエータブラケット５１６（図２６）を介して、Ｚ´スライダブラケット５１２に動作可能に結合させることができる形成Ｙアクチュエータ５１４（図２６）も含みうる。形成Ｙアクチュエータ５１４は、翼弦フレーム２８０に対しＹ方向に沿って形成ビーム５０２を移動させることができる。形成Ｚ´アクチュエータ５０４と形成Ｙアクチュエータ５１４を協働する形で、形成ビーム５０２を形成ツール２２０（図１４）に対して位置決めするように動作させることができる。
【００５１】
図２７は、形成システム５００の形成ビーム５０２に装着された形成モジュール５２０の一例を示す、形成システム５００の端面図である。形成モジュール５２０は、プライ担持体４５０と物質層４５８を形成ツール２２０に合わせるプロセスの間、ノーズピース５５２を形成ツール２２０（図１１）に対して位置決めするために、Ｚ´´（Ｚのダブルダッシュ記号）方向に沿って移動可能でありうる。形成モジュール５２０はまた、合わせるプロセスの間に、Ｙ´（Ｙダッシュ記号）方向に沿ってノーズピース５５２を移動させるようにも動作可能である。
【００５２】
図２８に、形成モジュール５２０の一例を示す。上述したように、形成モジュール５２０のアレイを、各形成ビーム５０２（図２７）に装着させることができる。各形成モジュール５２０は、プライ担持体４５０（図１１）と物質層４５８（例：複合材料のコース４６０）（図１１）をツールの輪郭２３６（図１２）又は事前に適用された物質層４５８（図１１）に合わせ圧縮するように駆動可能であるノーズピース５５２（図２９）を含みうる。図示した例では、形成モジュール５２０は、モジュール装着ブラケット５２４によって形成ビーム５０２に結合された形成モジュールフレーム５２２を含みうる。モジュール装着ブラケット５２４を、形成ビーム５０２、例えば形成ビーム５０２の下側等に留めることができる。モジュール装着ブラケット５２４は、垂直力シリンダー５３２によって駆動された時に、形成ビーム５０２に対して形成モジュール５２０の（例：Ｚ´´軸に沿った）垂直の動きを案内するために、形成モジュールフレーム５２２の形成モジュール案内レール５２６に滑動可能に嵌合させることができるモジュール装着スライダブラケット５２８を含みうる。図２７〜３１に示すＺ´´軸は垂直に配向されているが、形成モジュール５２０を、Ｚ´´軸がわずかに垂直からずれる、あるいは非垂直になるように形成ビーム５０２に装着することが可能である。
【００５３】
この件に関しては、各形成モジュール５２０（図２８）は、形成プロセスの間に、形成ツール２２０（図１１）に対するノーズピース５５２（図２９）の垂直位置及び／又は側方位置を制御するための、一又は複数の形成モジュール機構又はアクチュエータ５３０（図２７）を含みうる。加えて、ノーズピース５５２の垂直位置及び／又は側方位置を制御するための一又は複数の機構には、ノーズピース５５２によって、形成ツール２２０に対してプライ担持体４５０（図１１）上に印加された圧密圧力を感知し、動的に変更する機能が含まれ得る。
【００５４】
ブレードストリンガを形成するための、図８〜３１、及び３３〜４２に示す形成装置２００の例において、ノーズピース５５２（図２９）の垂直位置及び／又は側方位置を制御するための形成モジュール機構又はアクチュエータ５３０（図２７）には、各形成モジュール５２０（図２８）用の垂直力シリンダー５３２（図２８）と側方力シリンダー５４０（図２８）とが含まれ得る。幾つかの例では、垂直力シリンダー５３２及び／又は側方力シリンダー５４０は、空気タンク２７２（図８）によって供給されうる空気圧を介して動作する空気圧シリンダーでありうる。垂直力シリンダー５３２を形成モジュールフレーム５２２（図２８）に装着させることができ、電気サーボ位置制御装置を介した位置のフィードバックを含みうる。垂直力シリンダー５３２は、上述したように、Ｚ´´（Ｚのダブルダッシュ記号）方向に沿った形成モジュール５２０と取り付けられたノーズピース５５２の位置及び動きを制御することができる。Ｚ´´ダッシュ記号方向は、垂直力シリンダー５３２から延長可能で引込可能な垂直シリンダーロッド５３４（図２８）の駆動方向に平行しうる。図３０〜３１にそれぞれ、引込位置（図３０）と延長位置（図３１）にある垂直力シリンダー５３２を有する形成モジュール５２０を示す。
【００５５】
垂直力シリンダー５３２（図２８）には、垂直シリンダーロッドの位置をロックするための機構が含まれ得る。例えば、垂直力シリンダー５３２には、命令で形成モジュール５２０（図２８）とノーズピース５５２（図２９）の垂直位置をロックするための、垂直シリンダーロッドロック５３６（図２８）が含まれ得る。加えて、垂直力シリンダー５３２には、形成プロセスの間にノーズピース５５２によってプライ担持体４５０（図１１）に印加された圧密圧力を感知するための位置フィードバックが含まれ得る。位置フィードバックにより、垂直力シリンダー５３２がノーズピース５５２の圧密圧力を既定範囲内に維持することが可能になりうる。
【００５６】
側方力シリンダー５４０（図２８）は、形成モジュール５２０（図２８）の側方力機構５３８（図２８）の一部でありうる。側方力シリンダー５４０は、形成ツール２２０（図１１）に対するノーズピース５５２（図２９）の側方の動きを制御することができる。側方力シリンダー５４０を形成モジュールフレーム５２２（図２８）に装着することができ、位置フィードバック（例：電気サーボの位置制御装置）を含みうる。側方力機構５３８は、側方力シリンダー５４０からの側方力ロッドの延長及び引込を制御することによって、Ｙ´方向に沿ってノーズピース５５２の位置及び動きを制御することができる。Ｙ´方向は、形成モジュールと共に含まれうる一又は複数のノーズピースレール５４８（図２８）の長さ方向の配向に対して平行しうる。
【００５７】
図２８〜３１に、形成モジュール５２０、例えば形成モジュールフレーム５２２の下側等に装着された一対のノーズピースレール５４８を示す。ノーズピーススライダブラケット５４６は、ノーズピースレール５４８に滑動可能に嵌合し、装着されうる。ノーズピーススライダブラケット５４６は、側方力シリンダー５４０から延在している側方シリンダーロッド５４２を延長する、また引き込むことによって、ノーズピースレール５４８に沿って側方に移動可能でありうる。連結具５４４により、側方シリンダーロッド５４２をノーズピーススライダブラケット５４６に結合させることができ、側方シリンダーロッド５４２の線形（例：垂直）の動きを、ノーズピーススライダブラケット５４６の側方の動きに変換することができる。図２９は、側方力シリンダー５４０を側方に滑動可能なノーズピースに内部接続させている連結具５４４を示すために、側面プレートが除去された形成モジュール５２０の側面図である。ノーズピーススライダブラケット５４６は、ノーズピースチャネルセグメント５５０を含みうる。ノーズピースチャネルセグメント５５０は、ノーズピースを支持するように構成されうる。
【００５８】
図示した例において、ノーズピースチャネルセグメント５５０は、ノーズピースチャネルセグメント５５０（図３０）とノーズピース５５２（図３０）がたわんで、形成ツール２２０（図１１）の局部輪郭、並びに翼長の凹凸曲率に合うようにするスロットを含みうる。一例において、ノーズピース５５２は、最小約３０００インチ以下の凹部半径１２８（図２）から最大約５８００インチ以上の凸部半径までの範囲の翼長曲率２２８に合うように構成されうる。しかしながら、ノーズピース５５２を、５０インチ未満の曲率の凸部半径に合うように構成することができる。幾つかの例では、ノーズピース５５２を、形成ツール２２０の１０インチの長さ以内で少なくとも０．０３０インチ以上の形成ツールの輪郭の局所的な変化に合うように構成することができる。ノーズピース５５２がプライ担持体４５０と物質層４５８とを、単一のコース４６０の長さに沿って形成ツール２２０の凹部の翼長曲率と凸部の翼長曲率の両方に合わせることができるように、ストリンガ形成装置２００を構成することができる。
【００５９】
形成モジュール５２０のアレイ（図３０）により、隣接するノーズピース５５２間の間隙が比較的小さい、端と端が接しているノーズピース５５２のアレイ（図３０）が得られるように、ノーズピース５５２をサイズ調整し、構成することができる。ノーズピース５５２は非限定的に、多種多様な異なるサイズ、形状及び構成のうちのいずれかのサイズ、形状及び構成で提供されうる。図示した例では、ノーズピース５５２は空洞でありうる。しかしながら、ノーズピース５５２を固形化された要素として形成することができる。ノーズピース５５２は、プライ担持体４５０（図３３）上に既定範囲内の圧密圧力を正確に加えることができる材料で形成することができる。ノーズピース５５２の外面は、ノーズピース５５２が、形成プロセス中に低い摩擦抵抗でプライ担持体４５０に沿って滑動することができるように、例えばポリマー材料（例：ＮｙｌｏｎＴＭ）等の低摩擦材料で形成することができる。
【００６０】
図３２は、ストリンガをレイアップする方法６００に含まれ得る一又は複数の工程を示すフロー図である。本明細書に開示されているように、ストリンガ形成装置２００（図１１）を使用して一又は複数の工程を実施することができる。方法６００には、プライ担持体４５０に物質層４５８（例：複合材料のコース４６０）を装置することが含まれうる。例えば、物質層４５８を、プライ担持体４５０の下面４５２に開放可能に付着させることによって、物質層４５８（図３３）をプライ担持体４５０（図３３）の下面４５２（図３３）に適用することができる。プライ担持体４５０は、プライ担持体４５０の側部４５４（図３３）を、張力管理システム４００の張力アーム４１４に取り付けることによって、ストリンガ形成装置２００に入れることができる。プライ担持体４５０の対向している端部は自由で支持されていなくてよい。
【００６１】
方法６００のステップ６０２には、プライ担持体４５０に物質層４５８を結合させて、形成ツール２２０の上にプライ担持体４５０を位置決めすることが含まれうる。図３３は、プライ担持体４５０交換位置におけるストリンガ形成装置２００（図１１）の一例の端面図である。図３３に、プライ担持体４５０を形成ツール２２０上に形成するプロセスを開始する前、それぞれの初期位置にある張力管理システム４００、ストンピングシステム３００、及び形成システム５００を示す。張力管理システム４００の張力アーム４１４は、プライ担持体４５０の側部４５４を形成ツール２２０の上で支持する。翼弦フレーム２８０（図３３）を最も高い部位に位置決めすることができ、ツールテーブル２４６の上面に平行するように配向させることができる。張力アーム４１４も最も高い部位にあってよく、プライ担持体４５０が全体的に平面になり、ツールテーブル２４６の上面に対して平行に配向されるように配向させることができる。
【００６２】
ストンピング脚部３１０のアレイの各ストンピング脚部アクチュエータ３１２（図３３）を完全に延長させることができ、ストンピングビーム３０２（図３３）を最も高い部位まで引き込むことができる。上記の配置では、各ストンピング脚部３１０（図３３）を完全に上に、全体的に平面のプライ担持体４５０（図３３）とは接触しないように位置決めすることができる。ストンピング脚部真空システムがある場合には、最初は駆動させないままでよい。各形成ビーム５０２（例：左側の形成ビームと右側の形成ビーム）（図３１）を、翼弦フレーム２８０（図３３）に対して最も高い部位に位置決めすることができ、またＹ軸に沿ってインボード側の限界に（例：ストンピングビーム３０２の最も近いところに）位置決めすることもできる。左側と右側の形成ビーム５０２上のアレイの内の各形成モジュール５２０（図２９）の垂直シリンダーロッド５３４（図３０）は、垂直力シリンダー５３２（例：空気圧）（図３０）の中に完全に引き込むことが可能である。加えて、各側方力シリンダー５４０の側方シリンダーロッド５４２（図２９）は、各ノーズピース５５２（図２９）がインボード側の限界に来るように完全に延長させることができる。
【００６３】
方法６００のステップ６０４には、コース又は物質層によってカバーされるべき形成ツール２２０（図１１）の一部の局所的な翼弦角（図示せず）を補完するようにプライ担持体４５０（図１１）のピッチ角Ｂ（図１０）を調節することが含まれうる。ピッチ角Ｂを調節するステップには、翼弦フレーム２８０（図３３）の一方又は両方の端部の少なくとも１つのＺアクチュエータ２８８（図１１）を駆動させて、Ｚアクチュエータ２８８の駆動に応じて、形成ツール２２０に対する翼弦フレーム２８０のピッチ角を調節することが含まれうる。ピッチ角Ｂを、翼弦フレーム２８０の各端部にオプションとして位置づけすることができる一又は複数の光センサ（図示せず）によって感知することができる。各端部の光センサによって放射される光ビームが割れるまで、翼弦フレーム２８０を下げることができる。幾つかの例においては、プライ担持体４５０が形成ツール２２０の中央データム２３４の約６インチ上になるまで、翼弦フレーム２８０を下げることができる。
【００６４】
方法６００のステップ６０６には、プライ担持体４５０の長さ方向の中央部分が、形成ツール２２０の長さ方向の曲率に合うように、形成ツール２２０上にプライ担持体４５０をストンピングすることが含まれうる。ストンピングするステップには、ストンピング脚部３１０のアレイが形成ツール２２０と接触し、プライ担持体４５０を形成ツール２２０に締付けすることにより、形成ツール２２０に対してプライ担持体４５０の側方位置をロックするまで、少なくとも１つのストンピングビームアクチュエータ３０４を使用して、翼弦フレーム２８０に対してストンピングビーム３０２を垂直に移動させることが含まれうる。より具体的には、図３４を参照すると、ステップ６０６には、各ストンピング脚部アクチュエータ３１２（例：空気圧シリンダー）を延長させ、ストンピングビームアクチュエータ３０４を駆動して、ストンピング脚部３１０がプライ担持体４５０の上部と接触するまでストンピングビーム３０２を下げることによって、プライ担持体４５０を予め成形することが含まれうる。
【００６５】
真空が供給される場合、プライ担持体４５０（図３４）がストンピング脚部３１０のアレイ（図３４）と真空結合されるように、プライ担持体４５０の中央線の指標づけを確立する手段としてストンピング真空をかけることができる。ストンピングビームアクチュエータ３０４（図２２）は、各ストンピング脚部アクチュエータ３１２の位置フィードバックが、ストンピング脚部３１０が形成ツール２２０（図３４）の中央データム２３４（図３４）と接触したことを示すまでストンピングビーム３０２を下げ続けることにより、形成ツール２２０に対してプライ担持体４５０を捕捉することができる。ストンピング脚部アクチュエータ３１２（図３４）に連続的に加圧することができ、最初に完全に延長させておくことができる。各ストンピング脚部アクチュエータ３１２の位置センサは、ストンピング脚部３１０が形成ツール２２０と接触したことを感知することができる。プライ担持体４５０が形成ツール２２０上に完全に締付けされたことが示されたら、ストンピング脚部３１０の真空を停止することができる。
【００６６】
プライ担持体４５０（図３４）の中央線がストンピング脚部３１０（図３４）によって形成ツール２２０（図３４）の中央指標づけと接触するように操作された時に、張力管理システム４００（図３４）の張力アームを回転させて、ストンピング脚部３１０が下向きに移動することによって引き起こされた張力を緩めることができる。この件に関し、上述した張力管理システム４００の垂直及び回転位置アクチュエータ４０６、４１０（図２０）と、垂直及び回転カウンターバランスシリンダー４０８、４１２（図２０）が協働して、アクチュエータ４０６、４１０がプライ担持体４５０の両側の側方張力４６２（図３４）を感知し既定範囲内に維持することにより、プライ担持体４５０と物質層４５８（図２０）がたるんで形成ツール２２０と接触するのを防止し、しかもストンピング脚部３１０がプライ担持体４５０を形成ツール２２０上に締付けすることができるほど十分なたるみも得ることができるようになる。
【００６７】
アレイの内の最後のストンピング脚部アクチュエータ３１２が形成ツール２２０と接触（又は事前に適用された物質層４５８と接触）した時に、最後のストンピング脚部アクチュエータ３１２の位置センサが信号をストンピングビームアクチュエータ３０４（図２２）へ送って、ストンピングビーム３０２の垂直の移動を停止させることができる。プライ担持体４５０が形成ツール２２０上でストンピングされると、プライ担持体４５０の両側が、中央指標づけに締付けされたところ以外の任意の部位において形成ツール２２０と接触することを防止するプライ担持体角Ｃに配向される。図３４に示す配置では、プライ担持体４５０の両面を、水平に対して約２０〜２５度のプライ担持体角Ｃに配向させることができる。図３５に、形成ツール２２０に対してプライ担持体４５０を捕捉しているストンピング脚部３１０を示す。
【００６８】
方法６００のステップ６０８は、プライ担持体４５０（図３５）と取り付けられた物質層４５８（図３５）とを形成ツールの輪郭２３６（図３５）に合わせることを含み得る。合わせるステップには、ノーズピース５５２の左側と右側のアレイ（図３４）を、形成ツール２２０（図３５）を横切っておおむねインボードからアウトボード方向に側方にスイープすることと、ノーズピース５５２をスイープしている間、プライ担持体４５０と物質層４５８（例：コース４６０）を形成ツール２２０に対して圧縮することとが含まれ得る。プライ担持体４５０の圧縮は、形成モジュール５２０のアレイを使用して、ノーズピース５５２のアレイを移動させることによって行うことができる。幾つかの例においては、プライ担持体４５０を形成ツール２２０に形成するプロセスの間、形成モジュール５２０の左側と右側のアレイ（図３０）を別々にではあるが、同時に動作させることができる。形成プロセスの間、翼弦フレーム２８０（図３３）とストンピングビーム３０２（図３５）は、前のステップと同じ位置に維持されうる。形成Ｚ´アクチュエータ５０４（図１１）を使用して、形成ビーム５０２（図３０）の両方を翼弦フレーム２８０に対して（例えば約２インチ）下げることができる。形成Ｙアクチュエータ５１４（図２７）を使用して、形成ビーム５０２を側方に移動させ、ノーズピース５５２のアレイをフランジの輪郭２３８のインボードエッジの上の、中央データム２３４の両側に位置決めすることができる。各ノーズピース５５２（例えば、ノーズピーススライダブラケット５４６）がインボード側の限界に来るように、各側方力シリンダー５４０の側方シリンダーロッド５４２（図２９）を完全に延長したままにすることができる。ノーズピース５５２がプライ担持体４５０に接触して、物質層４５８（図３５）を中央データム２３４の両側において形成ツール２２０に対して圧縮させるまで、垂直シリンダーロッド５３４を垂直力シリンダー５３２の外へ延長させることができる。
【００６９】
図３６に、フランジ形成プロセスの開始を示す。フランジ形成プロセスの開始において、中央データム２３４の左側及び右側のノーズピース５５２を反対方向に側方にスイープして、プライ担持体４５０をブレード形成ツール２２２（図１１）の対向している側面においてフランジの輪郭２３８に対して合わせる。翼弦フレーム２８０（図３３）及びストンピング脚部３１０は、前のステップと同じ位置に維持されうる。各形成ビーム５０２を、前のステップと同じＺ´位置に維持することもできる。形成Ｙアクチュエータ５１４は、各形成ビーム５０２（図３０）を側方にアウトボード側に移動し、ノーズピース５５２を中央データム２３４の両側においてプライ担持体４５０を横切って側方に引っぱることができる。形成モジュール５２０の垂直力シリンダー５３２（例：空気圧）は、各ノーズピース５５２が、形成ツール２２０の両側のフランジの輪郭２３８とウェブの輪郭２４０の接点の半径２４２（図３８）遷移点に到達するまで、形成ツール２２０のフランジの輪郭２３８を受動的にフォロー（ｆｏｌｌｏｗ）しうる。
【００７０】
方法６００のステップ６１０には、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６（図３６）に合わせる間、プライ担持体４５０（図３６）へのノーズピース５５２（図３６）の圧密圧力を感知し既定範囲内に維持することが含まれ得る。上述したように、各形成モジュール５２０の垂直力シリンダー５３２（図３０）と側方力シリンダー５４０（図２８）の位置フィードバックにより、形成プロセスの間、ノーズピース５５２によってプライ担持体４５０上へ印加されている圧密圧力を感知することができる。位置フィードバックにより、垂直力シリンダー５３２と側方力シリンダー５４０がノーズピース５５２の圧密圧力を既定範囲内に維持することが可能になりうる。
【００７１】
図３７は、フランジ形成プロセスの終わりのストリンガ形成装置２００（図１８）の端面図である。フランジ形成プロセスの終わりでは、形成ツール２２０の左側及び右側のノーズピース５５２が形成ツール２２０の対向している側面のそれぞれの半径２４２に到達している。この件に関しては、各形成モジュール５２０（図３０）のＺ´´位置とＹ位置をフランジ形成プロセスの間、監視することができる。Ｚ´´位置（例：デルタＺ´´´）の変化、及びＹ位置（例：デルタＹ）の変化が互いに等しい時に、半径２４２を感知することができる。形成ツール２２０の所定の側のアレイの最後のノーズピース５５２が半径２４２遷移点に到達すると、そのアレイのＹの動きが停止しうる。垂直力シリンダー５３２のシリンダーロッドロック５３６（図２８）を駆動させることによって、Ｚ´´の動きも止めることができる。プライ担持体４５０を形成ツール２２０に形成するプロセスの間、形成ツール２２０の両側のプライ担持体４５０の側方幅は、物質層４５８が形成ツール２２０に付着する、又は前に適用された物質層４５８に付着するにつれ、縮小する。図３７に示すように、プライ担持体４５０の両側を、水平に対して上向きのプライ担持体角Ｃに配向させることができる。この件に関し、プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２の方向は、側方又はわずかに上向きであってよい。プライ担持体４５０を、形成ツール２２０の両側のフランジの輪郭２３８に対して形成するプロセスの間、張力アーム４１４が旋回点４２０を中心として下向きに回転して、プライ担持体４５０の張力を緩めることができる。
【００７２】
図３８は、プライ担持体４５０の下向きの移動の開始、及びウェブ形成プロセスの開始における、ストリンガ形成装置２００（図１１）の端面図である。図３８において、翼弦フレーム２８０（図３３）、ストンピング脚部３１０のアレイ、形成モジュール５２０（図２８）、及び形成ビーム５０２（図３０）は、前のステップと同じ位置を維持している。全てのノーズピース５５２が半径２４２遷移点に到達した後で、張力アーム４１４が下向きに、水平に対して既定のプライ担持体角Ｃまで回転しうる。図示した例では、形成ツール２２０の両側のプライ担持体４５０は、水平に対して下向きのプライ担持体角Ｃに配向されうる。プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２が既定の最小値に到達するまで、張力アーム４１４は張力アーム４１４の個別のＺ´軸上を下向きに、垂直に移動されうる。プライ担持体角Ｃが下向きに配向されると、側方張力４６２のベクトルもおおむね下向きに配向されうる。
【００７３】
方法６００のステップ６１２には、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６（図３８）に合わせるプロセスの間、プライ担持体４５０（図３８）の側方張力４６２（図３８）を感知して既定範囲内に維持することが含まれ得る。上述したように、張力管理システム４００（図３８）は、プライ担持体４５０をフランジの輪郭２３８（図３８）とウェブの輪郭２４０に合わせる時に、プライ担持体４５０の側方張力４６２を制御することにより、プライ担持体４５０と物質層４５８が、ノーズピース５５２が物質層４５８を形成ツール２２０と合わせている部位以外のところで物質層４５８（図３８）の形成ツール２２０（図３８）との接触が防止されるほど物質層４５８（図３８）が十分に張るようになり、また、ノーズピース５５２が物質層４５８に所望の量の圧密圧力を印加して形成ツール２２０、あるいは前に適用された物質層４５８に物質層４５８を付着させることが可能であるほど十分に緩くなるように構成される。本明細書に開示されるストリンガ形成装置２００では、プライ担持体４５０の側方張力４６２を感知し維持するステップには、対の張力アーム４１４（図３８）を使用してプライ担持体４５０の側部４５４（図３８）を支持することが含まれ得る。本方法は更に、一又は複数のアクチュエータ、例えば成上述した垂直位置アクチュエータ４０６（図１８）及び回転位置アクチュエータ４１０を使用して、形成ツールに対して各張力アーム４１４の垂直位置及び／又は角度位置を調節することを含みうる。
【００７４】
本方法は追加的に、一又は複数のカウンターバランスシリンダー４０８、４１２（図１８）を使用して、張力アーム４１４が垂直及び／又は角度方向に動いている間、各張力アーム４１４（図３８）の質量の釣り合いをとることが含まれ得る。例えば、垂直カウンターバランスシリンダー４０８は、垂直位置アクチュエータ４０６（図１８）に対して張力アーム４１４の質量のバランスを取ることができる。回転カウンターバランスシリンダー４１２は、回転位置アクチュエータ４１０（図１８）に対して張力アーム４１４の質量のバランスを取ることができる。本方法は追加的に、アクチュエータを使用して、張力アーム４１４の質量（例：慣性）が原因で力のない張力アーム４１４への力を感知することと、アクチュエータを使用して、プライ担持体４５０（図３８）の側方張力４６２（図３８）が既定範囲内に維持されるように、張力アーム４１４の垂直及び／又は角度位置を調節することとを含みうる。上述したプライ担持体４５０の側方張力４６２を感知し維持するプロセスは、連続的に、又はプライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６（図３８）に合わせるプロセスの間の一又は複数の時点で行うことができる。プライ担持体４５０の側方張力４６２を感知し維持するプロセスはまた、プライ担持体４５０を形成ツール２２０（図３８）から剥離している時に行うことも可能である。プライ担持体４５０の張力を形成中に管理して、物質層４５８（図３８）にひだや皺が形成されないようにすることができる。張力アーム４１４の位置を制御して、プライ担持体４５０の両側のプライ担持体角Ｃを制御することができる。この件に関しては、物質層４５８の一又は複数の部分のプライ担持体４５０からの中途半端な分離が防止されるように、張力アーム４１４の位置と、結果的なプライ担持体角Ｃを制御することができる。
【００７５】
図３９は、形成ツール２２０の対向している端部においてプライ担持体４５０（図３８）と物質層４５８とをウェブの輪郭２４０に対して形成するプロセスを示す、ストリンガ形成装置２００（図１１）の端面図である。翼弦フレーム２８０（図３３）、ストンピング脚部３１０のアレイ、及び形成モジュール５２０（図２８）は、前のステップと同じ位置を維持することができる。張力アーム４１４は、形成ツール２２０の両側で一定の張力アーム４１４角を維持するように位置決めすることができる。ノーズピース５５２が形成ツール２２０のウェブの輪郭２４０に沿ってスイープされた時に、各形成モジュール５２０のＹの運動機能及びＺ´´の運動機能を、Ｚ´及びＹ´軸が形成ビーム５０２と形成モジュール５２０の運動に関して作動するように停止させることができる。張力管理システム４００もまた、ノーズピース５５２がウェブの輪郭２４０に沿ってスイープされた時に、Ｚ´軸に沿って作動しうる。
【００７６】
形成ビーム５０２（図３０）を（例えば、形成Ｚ´アクチュエータ５０４を介して）駆動して、形成モジュール５２０のそれぞれのアレイを、形成ツール２２０の各側面上のウェブの輪郭２４０の長さに少なくとも沿ったＺ´方向に沿って移動させることができる。形成ツール２２０の両側のノーズピース５５２のアレイがウェブの輪郭２４０に対して圧縮されると、各形成ビーム５０２の形成Ｙアクチュエータ５１４（図２７）がロックされ得、各形成モジュール５２０側方力シリンダー５４０（例：空気圧シリンダー）は側方のウェブの輪郭２４０のいかなる変化もフォローすることができる。ノーズピース５５２（図２９）がウェブの輪郭２４０に沿って下向きに移動するにつれプライ担持体４５０の両側側方幅が縮小すると、プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２は各張力アーム４１４を下向きに旋回させることにより緩めることができる。上述したように、形成ツール２２０の両側においてプライ担持体４５０をフランジの輪郭２３８及びウェブの輪郭２４０に対して形成するプロセスの間、形成モジュール５２０が、ノーズピース５５２の圧密圧力を継続的に感知する一方で、張力管理システム４００は、プライ担持体４５０の両側の側方圧力を継続的に感知することができる。圧密圧力の範囲は、  材料システム、形成ツール２２０に適用されるコース４６０（図６）の繊維配向（例：０度、４５度、９０度繊維角）、及びその他の因子によって変化しうる。
【００７７】
本方法６００のステップ６１４には、物質層４５８（図３９）が形成ツール２２０に残るように、形成ツール２２０（図３９）からプライ担持体４５０（図３８）を剥離することが含まれ得る。ノーズピース５５２（図３９）がウェブの輪郭２４０（図３９）の底部に到達したら、形成Ｚ´アクチュエータ５０４の最大ストロークが達成されうると言える。プライ担持体４５０を形成ツール２２０から剥離するプロセスの準備において、各形成モジュール５２０の側方力シリンダー５４０を引き込むことができ、これによりノーズピース５５２のアレイがプライ担持体４５０との接触から引き離される。あるいは、ノーズピース５５２は、低下した又はわずかな圧密圧力でプライ担持体４５０と接触したままであってよく、形成Ｚ´アクチュエータ５０４（図２６）が方向を逆転させ、形成モジュール５２０を上向きに移動させて、形成ツール２２０の両側においてウェブの輪郭２４０とフランジの輪郭２３８からプライ担持体４５０を強制的に剥離することができる。
【００７８】
剥離プロセスの間、翼弦フレーム２８０（図３３）は、前のステップと同じ位置を維持することができる。形成ビーム５０２（図２６）をＺ´方向に完全に引き込むことができる。各垂直力シリンダー５３２（図２８）のシリンダーロッドロック５３６（図２８）を停止させることができ、各垂直シリンダーロッド５３４（図２８）を垂直力シリンダー５３２の中に完全に引き込むことができる。形成ビーム５０２を、最大限のインボード側のＹ位置まで戻すことができる。加えて、ストンピング脚部３１０（図３９）のアレイを、ストンピング脚部アクチュエータ３１２（図３９）の軸と共に完全に引き込むことができる。
【００７９】
図４０は、ウェブの輪郭２４０から剥離させた後に、形成ツール２２０の両側のフランジの輪郭２３８からの剥離を開始したところのプライ担持体４５０を示すストリンガ形成装置２００の端面図である。図４１に、プライ担持体４５０が形成ツール２２０のフランジの輪郭２３８から剥離される時の張力アーム４１４の上向きの更なる移動を示す。幾つかの例では、剥離ステップの間中、水平に対して一定のプライ担持体角Ｃを維持するように張力アーム４１４を位置決めすることができる。その他の例では、プライ担持体４５０が形成ツール２２０から剥離される時にプライ担持体角Ｃが変化しうる。張力アーム垂直位置アクチュエータ４０６（図６）を駆動して、完全に引き込まれたＺ´位置まで上向きに張力アーム４１４を垂直に移動させることで、プライ担持体４５０がウェブの輪郭２４０の残りの部分から剥離されうる。
【００８０】
図４２に、プライ担持体４５０（図４１）が形成ツール２２０から剥離された後に、張力管理システム４００、ストンピングシステム３００、及び形成システム５００（図３０）がそれぞれの初期位置にある、ストリンガ形成装置２００（図１１）を示す。張力アーム４１４がそれらのＺ´の方向に引き込まれた後で、翼弦フレーム２８０（図３３）が回転して水平に対して０度のピッチ角Ｂまで戻りうる。翼弦フレーム２８０が回転して水平の向きに戻ると、形成ツール２２０のフランジの輪郭２３８（図４１）上の低い点からプライ担持体４５０の剥離が始まりうる。翼弦フレーム２８０はＺ方向に沿ってその最大の高さまで上がることができ、こうして、プライ担持体４５０を形成ツール２２０（図３４）から剥離するプロセスが完了しうる。各張力アーム４１４は、０度の回転角度まで戻ることができ、これにより、ストンピングビーム３０２、張力管理システム４００、及び形成システム５００が図３３に示し、上述したように、担持体の交換位置に来ることができる。ストリンガ形成装置２００は、形成ツール２２０に沿って次の翼長位置２０６（図７）までカーレール２０４に沿って移動しうる。空のプライ担持体４５０を張力アームから取り外して、新たな物質層４５８（図４１）を支持しているプライ担持体４５０と交換することができる。プライ担持体４５０をストンピングする、合わせる、及び剥離する上述したサイクルを反復して、新たな物質層４５８を形成ツール２２０の新たな翼長位置２０６に適用することができる。
【００８１】
図４３〜４４は、ストリンガ形成装置２００（図１１）をと共に使用するために実装可能な、形成ツール２２０（図３４）の代替実施形態の断面図である。完全なストリンガ１０６（図３〜５）の内の第１のストリンガの半片１１０（例：左側の半分）と第２のストリンガの半片１１２（例：右側の半分）を両方レイアップするのに使用される、図３３〜４２のブレード形成ツール２２２とは異なり、図４３〜３３の各ブレード形成ツール２２２は対称的であり、一対の第１のストリンガの半片１１０と、一対の第２のストリンガの半片１１２とをレイアップするために使用可能である。例えば、図４３のブレード形成ツール２２２を使用して、一対の第１のストリンガの半片１１０をレイアップすることができる。図４４のブレード形成ツール２２２を使用して、一対の第２のストリンガの半片１１２をレイアップすることができる。
【００８２】
図４５〜４６は、第１のストリンガの半片１１０と第２のストリンガの半片１１２からそれぞれ組み立てられたブレードストリンガ１２２チャージ（ｃｈａｒｇｅ）の断面図である。図４５に、図４３の形成ツール２２０にレイアップされた第１のストリンガの半片１１０と、図４４の形成ツール２２０にレイアップされた第２のストリンガの半片１１２から組み立てられたブレードストリンガ１２２を示す。図４６に、図４３の形成ツール２２０にレイアップされた第１のストリンガの半片１１０と、図４４の形成ツール２２０にレイアップされた第２のストリンガの半片１１２から組み立てられたブレードストリンガ１２２を示す。図４３〜３３の各形成ツール２２０には、航空機１００（図１）の左右の翼１０４（図１）の翼外板の曲率に対応する翼長曲率２２８（図１０）が含まれうる。この件に関しては、図４５及び４６のブレードストリンガ１０６が左右の翼１０４にそれぞれ対応しうる、又はその逆もしかりである。
【００８３】
図４７は、ハット型形成ツール２２４の断面図である。図４８は、本明細書に開示されているハット型形成ツール２２４とストリンガ形成装置２００（図８）とを使用してレイアップすることができるハット型ストリンガ１２４の断面図である。上述したように、ハット型ストリンガ１２４は、キャップ１２６と、対応する対のフランジ１１６まで延在している一対のウェブ１２０を含むハット型の断面を有しうる。ハット型ストリンガ１２４をレイアップするプロセスは、ブレードストリンガ１２２（図４５）を置くために上述したプロセスと同様のやり方で行うことができる。
【００８４】
図４９は、ハット型形成ツール２２４の翼長セグメントにハット型ストリンガ１２４を形成する背景において説明したストリンガ形成装置２００の更なる一例の斜視図である。図４９のストリンガ形成装置２００は、上述した図８のストリンガ形成装置２００と同様のやり方で動作することができる。図４９のストリンガ形成装置２００を、複合プライを連続的にレイアップしてハット型ストリンガ１２４を形成するようにストリンガ形成装置２００を案内するために、ハット型形成ツール２２４のカーレール２０４に沿って移動しうる形成カー２６０（図７）として構成することができる。しかしながら、ストリンガ形成装置２００も固定することが可能である。
【００８５】
図４９のストリンガ形成装置２００には、張力管理システム４００、ストンピングシステム３００、及び形成システム５００を支持するための翼弦フレーム２８０が含まれうる。図４９の翼弦フレーム２８０は、図４９の翼弦フレーム２８０が対向している対の端部ビーム２８４によって相互接続されうる平行する対の側面ビーム２８２を含みうることにおいて、図１５の翼弦フレームと同様でありうる。翼弦フレーム２８０には、ストンピングビーム３０２を支持するための一又は複数のクロスビーム２８６が含まれうる。図示した例において、翼弦フレーム２８０は、Ａフレームクロスビーム２８６の先端にストンピングビーム３０２を支持するためのＡフレーム構成を形成する角度をなした部分からなる一対のクロスビーム２８６を含む。しかしながら、クロスビーム２８６は、図１５に示すようなまっすぐな構成を含む任意の構成で提供することができる。図４９には示していないが、翼弦フレーム２８０は、ストリンガ形成装置２００の対向している端部の一対の端部フレーム２６４によって支持されうる。上述したように、翼弦フレーム２８０の垂直位置及びピッチ角Ｂを調節して、ハット型形成ツール２２４の翼長曲率の局部接線に合わせるために翼弦フレーム２８０を別々に移動させるため、端部フレーム２６４にＺアクチュエータ２８８を装着することができる。
【００８６】
図５０は、ハット型形成ツール２２４の上に吊り下げられたストリンガ形成装置２００を示す、図４９の線５０に沿って切り取ったストリンガ形成装置２００の端面図である。上述したように、端部フレーム２６４のフレーム脚部２６６（例：図１１参照）はハット型形成ツール２２４をまたいでいてよく、カーレール２０４に移動可能に結合されうる。下に更に詳細に説明するように、ストリンガ形成装置２００には、物質層４５８をハット型形成ツール２２４に適用している間、プライ担持体４５０を支持するための張力管理システム４００が含まれうる。例えば複合プライ等の物質層（図示せず）を、プライ担持体４５０の下面４５２に装置することができる。翼弦フレーム２８０の側面ビーム２８２によって支持されたＡフレームクロスビーム２８６によって支持されているストンピングビーム３０２を示す。
【００８７】
ストンピングビーム３０２は、ストンピングシステム３００の一部であり、図２１〜２３に関して上述したものである。ストンピングシステム３００には、ストンピングビーム３０２に動作可能に結合され、協働する形で駆動されて、物質層４５８をハット型形成ツール２２４に合わせるプロセスの間、プライ担持体４５０と物質層４５８をハット型形成ツール２２４に締付けしうるストンピング脚部アクチュエータ３１２のアレイが含まれうる。ストンピングビーム３０２は、翼弦フレーム２８０の対向している端部ビーム２８４の間に延在しうる。ストンピングビーム３０２が翼弦フレーム２８０に対して垂直に移動可能である、図２１のストンピングシステム３００とは対照的に、図４９〜５０に示すストンピングビーム３０２は、Ａフレームクロスビーム２８６を用いて翼弦フレーム２８０に堅く又は動かないように結合されうる。ストンピングビーム３０２の垂直方向の位置決めは、Ｚアクチュエータ２８８を使用して翼弦フレーム２８０を全体的に移動させて、ストンピングビーム３０２をハット型形成ツール２２４に対して位置決めすることによって達成されうる。
【００８８】
図５０では、ストリンガ形成装置２００には、中央に位置づけされたストンピング脚部３１０のアレイの対向している側面のノーズピース５５２の左側及び右側のアレイが含まれうる。ノーズピース５５２は、形成モジュール５２０のアレイの一部である。形成モジュール５２０を、ストンピングビーム３０２のそれぞれ対向している側面上の一対の形成ビーム５０２に装着することができる。形成モジュール５２０の各アレイを、各形成ビーム５０２の長さに沿って均等に配分することができ、プライ担持体４５０と物質層４５８を形成ツールの輪郭２３６に合わせるプロセスの間、ハット型形成ツールの輪郭２３６に対してプライ担持体４５０に圧密圧力を印加するように構成されうる。ストンピングビーム３０２の両側において、各形成ビーム５０２は、Ａフレームクロスビーム２８６の角度がついた部分に沿って個別に移動可能でありうる。Ａフレームクロスビーム２８６のそれぞれの角度の付いた部分には、形成ビーム５０２がアクチュエータブラケットを介して滑動可能に結合されうるクロスビームレール５１８が含まれうる。各形成ビーム５０２のクロスビームアクチュエータ５１９は、同期した形で動作して、ストンピングビーム３０２の両側のＡフレームクロスビーム２８６の角度のついた部分に沿った形成ビーム５０２の動きを制御することができる。
【００８９】
各形成モジュール５２０には、形成モジュールアクチュエータ５３０が含まれうる。ストンピングビーム３０２の両側の形成モジュールアクチュエータ５３０のアレイは、Ａフレームクロスビーム２８６の角度がついた部分の向きに対して垂直（例：９０度）の方向に沿ってノーズピース５５２の位置を制御するように動作しうる。しかしながら、形成モジュールアクチュエータ５３０は、Ａフレームクロスビーム２８６の角度がついた部分の向きに対して９０度以外の方向に沿って、ノーズピース５５２の位置を制御するように構成されうる。下に更に詳しく説明するように、クロスビームアクチュエータ５１９と形成モジュールアクチュエータ５３０とは協働する形で、プライ担持体４５０と物質層４５８とを形成ツールの輪郭２３６に合わせるプロセスの間、ハット型形成ツール２２４の輪郭に沿ってノーズピース５５２を側方にスイープさせるように動作することができる。幾つかの実施形態では、形成モジュール５２０は、プライ担持体４５０を形成ツールの輪郭２３６に合わせるプロセスの間、動的フィードバックを介してノーズピース５５２によってプライ担持体４５０上に印加される圧密圧力の大きさを感知し制御する機能を有するアクチュエータを含みうる。しかしながら、その他の実施形態では、クロスビームアクチュエータ５１９と形成モジュールアクチュエータ５３０とは圧密圧力を感知する機能がなくてよく、形成ツール２２４に対するばね荷重又はノーズピース５５２の付勢によりノーズピース５５２が形成ツール２２４に対してプライ担持体４５０上に圧密圧力を印加しながら形成ツールの輪郭２３６を受動的にフォローするように、ノーズピース５５２の動きを予めプログラミングしておくことができる。更に別の実施形態では、クロスビームアクチュエータ５１９と形成モジュールアクチュエータ５３０とを、ノーズピース５５２が側方にスイープしている間にノーズピース５５２の速度を変化させて、形成ツール２２０の形状にプライ担持体４５０と物質層４５８とを合わせることが最適化されるように構成することができる。ノーズピース５５２が能動的モードで動作している（例えば、アクチュエータ５１９及び／又は５３０が圧密圧力を感知している）時、及び／又はノーズピース５５２が受動的モードで動作している（例えばアクチュエータ５１９及び／又はアクチュエータ５３０が圧密圧力を感知する機能がない）時、ノーズピース５５２の速度を変化させることができる。
【００９０】
図５１は、図４９のストリンガ形成装置２００の張力管理システム４００の一例の斜視図である。張力管理システム４００は、プライ担持体４５０の側部を支持するように構成された一対の張力アーム４１４が含みうる。各張力アーム４１４は、張力ビーム４１６と、張力ビーム４１６の対向している端部から側方に延在している一対の旋回アーム４１８とを備えうる。各旋回アーム４１８は、翼弦フレーム２８０の各端部において張力アーム支持ブラケット４０２上の旋回点４２０おいて回転可能に支持されうる。各張力アーム４１４の対向している各端部の垂直位置アクチュエータ４１０によって張力アーム４１４が翼弦フレーム２８０に対して垂直に移動可能である、図１８〜２０の張力管理システム４００とは対照的に、張力アーム支持ブラケット４０２を翼弦フレーム２８０に堅く、又は動かないように結合させることができる。
【００９１】
図５２は、各張力アーム４１４の各端部に回転位置アクチュエータ４１０と、回転カウンターバランスシリンダー４１２とをそれぞれ有する対の張力アーム４１４を示す、図５１の線５２に沿って切り取った断面図である。各張力アーム４１４は、プライ担持体４５０の側部に沿って延在しているストレッチャーレール４５６を支持するように構成された張力ビーム４１６を含みうる。例えば複合材料のプライ等の物質層４５８を、プライ担持体４５０の下面４５２に開放可能に付着させることができる。本明細書に開示されているストリンガ形成装置２００の任意の実施形態において、プライ担持体４５０の側部４５４の内の１つを支持しているストレッチャーレール４５６を張力ビーム４１６に固定して取り付ける（例えば、指標づけされたハードストップ（ｈａｒｄ−ｓｔｏｐ））ことができ、プライ担持体４５０の反対側の側部４５４を支持している残りの張力ビーム４１６にばね荷重をかけて、プライ担持体４５０の製造幅の変動、及び／又は時間経過によるプライ担持体４５０の摩耗（例えばわずかな側方の伸び）、及び／又はストリンガ形成装置２００の摩耗が原因で発生しうるプライ担持体４５０のたるみをストレッチャーレール４５６により引き締めることが可能になる。プライ担持体４５０のたるみを引き締めるためにストレッチャーレール４５６にバネが位置づけされた機能を提供することにより、形成ツール２２０上のレイアップに移送される物質層４５８の正確な相対的部位が可能になりうる。張力アーム４１４の動きに関しては、各張力アーム４１４は、一又は複数の回転位置アクチュエータ４１０を使用して旋回点４２０を中心として回転可能であってよい。旋回点４２０は、張力アーム支持ブラケット４０２に含まれうる。幾つかの例では、各張力アーム支持ブラケット４０２はストンピングビーム３０２からある角度をなして下向きに延在しうる。
【００９２】
各張力アーム４１４の対向している端部の回転位置アクチュエータ４１０は、プライ担持体４５０をハット型形成ツール２２４に形成するプロセスの間、ハット型形成ツール２２４に対する張力アーム４１４の位置決めを制御しうる。ハット型形成ツール２２４に対する張力アーム４１４の位置ぎめは、Ｚアクチュエータ２８８（図８）を使用して翼弦フレーム２８０を全体的に垂直に移動させることによっても支援可能である。図３３〜４２に関して上述したように、各張力アーム４１４の回転カウンターバランスシリンダー４１２は、張力アーム４１４の質量の釣り合いを取ることができ、これにより、プライ担持体４５０と物質層４５８とを形成ツール２２４上に形成するプロセスの間、及びプライ担持体４５０を形成ツール２２４から剥離するプロセスの間、回転位置アクチュエータ４１０がプライ担持体４５０の側方張力４６２を正確に感知して、既定範囲内に維持することが可能になる。
【００９３】
図５３〜５８に、プライ担持体４５０と物質層４５８とをハット型形成ツール２２４に合わせて、合わせるプロセスが完了した後に、プライ担持体４５０をハット型形成ツール２２４から剥離するプロセスの一連の工程を示す。一連の工程には、ストンピングシステム３００、張力管理システム４００、及び形成システム５００の構成要素の協働的な動作が伴いうる。図５３〜５８の工程の順序を、物質層をハット型形成ツールに形成することを背景に説明したが、工程の順序は、非限定的に、物質層を任意の構成の形成ツールに形成するために実行することができる。
【００９４】
図５３に、プライ担持体４５０をハット型形成ツール２２４上に形成するプロセスの開始前に、それぞれの初期位置にある翼弦フレーム２８０、張力管理システム４００、ストンピングシステム３００、及びノーズピース５５２を示す、ハット型ストリンガ１２４を形成するための上述したストリンガ形成装置２００の端面図を示す。回転位置アクチュエータ４１０を駆動して、プライ担持体４５０がおおむね平面であり、ハット型形成ツール２２４のツールテーブル２４６におおむね平行して配向されるように、形成ビーム５０２を配向することができる。上述したように、翼弦フレーム２８０の各端部のＺアクチュエータ２８８（図８）を駆動して、プライ担持体４５０が形成ツール２２４の局部接線（図示せず）におおむね平行するように、翼弦フレーム２８０のピッチ角Ｂを調節することができる。翼弦フレーム２８０を、プライ担持体４５０がハット型形成ツール２２４のキャップの輪郭２４４の何インチか上になるまで下げることができる。ストンピング脚部アクチュエータ３１２を引き込むことができ、ストンピング脚部３１０を、プライ担持体４５０の上に、おおむね平面のプライ担持体４５０と接触しないように位置決めすることができる。ストンピングビーム３０２の反対側の形成ビーム５０２を、ストンピングビーム３０２のインボード側の限界に位置決めすることができる。加えて、ノーズピース５５２がプライ担持体４５０のすぐ上に位置決めされ、プライ担持体４５０と接触しないように、各形成モジュール５２０の形成アクチュエータを引き込むことができる。
【００９５】
図５４は、ストンピング脚部３１０がハット型形成ツール２２４のキャップの輪郭２４４上でプライ担持体４５０をストンピングするように、ストンピング脚部アクチュエータ３１２が延長され、翼弦フレーム２８０が下がったところを示す、図５３のストリンガ形成装置２００の端面図である。上述したように、ストンピングシステム３００は、最後のストンピング脚部アクチュエータ３１２がいつ形成ツール２２４と接触したかの表示を提供するための、ストンピング脚部アクチュエータ３１２の一又は複数の位置センサを含みうる。この件に関し、最後のストンピング脚部アクチュエータ３１２は、Ｚアクチュエータ２８８へ信号を送って、翼弦フレーム２８０が垂直に下がるのを止めることができる。プライ担持体４５０を形成ツール２２４上に締付けすることにより、プライ担持体４５０の側方位置をロックすることができ、ハット型形成ツール２２４のキャップの輪郭２４４に対して物質層４５８を圧縮することもできる。ストンピング脚部アクチュエータ３１２によって、形成ツール２２４にプライ担持体４５０が締付けされると、形成モジュールアクチュエータ５３０が延長されて、ストンピング脚部３１０の反対側の形成ツール２２４に対してプライ担持体４５０とノーズピース５５２が接触しうる。
【００９６】
ストンピングするステップの間、張力管理システム４００の回転カウンターバランスシリンダー４１２が張力アーム４１４の質量の釣り合いを取ることができ、これにより、回転位置アクチュエータ４１０が、プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２を感知し、既定範囲内に維持することが可能になる。加えて、回転位置アクチュエータ４１０は、プライ担持体４５０の形成ツール２２４への接触を防止するためにプライ担持体４５０の両側のプライ担持体角Ｃを制御するように動作可能である。図示した例において、プライ担持体４５０の両側を、水平に対して比較的浅いプライ担持体角Ｃ（例：１５度未満）に配向させることができる。
【００９７】
図５５は、ノーズピース５５２によりキャップの輪郭２４４の両側の半径２４２の周囲にプライ担持体４５０を形成した後の、図５３のストリンガ形成装置２００の端面図である。上述したように、形成モジュールアクチュエータ５３０とクロスビームアクチュエータ５１９が協働して、ノーズピース５５２のアレイが形成ツールの輪郭２３６に対してプライ担持体４５０を側方にスイープするように、ストンピングビーム３０２の両側の形成モジュールアクチュエータ５３０のアレイを移動させることができる。上述したように、形成ツール２２４の輪郭をフォローして、これにより、ノーズピース５５２が形成ツールの輪郭２３６に対してプライ担持体４５０上に圧密圧力を受動的に印加するように、形成モジュールアクチュエータ５３０を予めプログラミングしておくことができる。別の実施形態では、一又は複数の形成モジュールアクチュエータ５３０は、プライ担持体４５０上へのノーズピース５５２の圧密圧力を感知する機能を含みうる。例えば、一又は複数の形成モジュールアクチュエータ５３０は、形成モジュールアクチュエータ５３０がノーズピース５５２への力を感知し、ノーズピース５５２の圧密圧力を既定範囲内に維持するために形成モジュールアクチュエータを調節することを可能にする位置フィードバックを含みうる。一例において、形成モジュールアクチュエータ５３０は、上述した垂直力シリンダー５３２と同様に構成されうる。
【００９８】
図５５に、ノーズピース５５２がハット型形成ツール２２４の両側の内径にプライ担持体４５０を合わせているところを示す。張力アーム４１４の旋回点４２０は、図５４と同じ垂直位置に維持することができ、回転位置アクチュエータ４１０は、張力アーム４１４を下向きに回転させて、側方張力４６２を既定範囲内に維持することができる。加えて、回転位置アクチュエータ４１０は、張力アーム４１４の位置を制御して、プライ担持体４５０の両側の形成ツールの輪郭２３６への接触が防止されるように、プライ担持体４５０の角度Ｃを制御することができる。
【００９９】
図５６は、ノーズピース５５２がハット型形成ツール２２４の反対側のフランジの輪郭２３８にプライ担持体４５０を形成した後の、図５３のストリンガ形成装置２００の端面図である。張力アーム４１４の旋回点４２０は、図５５と同じ垂直位置に維持することができ、回転位置アクチュエータ４１０は、物質層４５８が形成ツール２２４に、又は前に適用された物質層４５８に付着して、形成ツール２２４の両側のプライ担持体４５０の側方幅が減少するように、張力アーム４１４を下向きに回転させることができる。加えて、張力アーム４１４を、プライ担持体４５０の両側が水平に対して上向きのプライ担持体角Ｃに配向され、これにより、プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２がわずかに上向きになるように、旋回点４２０を中心として旋回させることができる。
【０１００】
回転カウンターバランスシリンダー４１２は、回転位置アクチュエータ４１０が側方張力４６２を既定の最小値を上回るように維持して、プライ担持体４５０に十分な側方張力４６２が維持されない場合に起こりうる物質層４５８のひだ又は皺の形成が回避されるように、回転位置アクチュエータ４１０の張力アーム４１４の質量の釣り合いを取ることができるため、有用である。加えて、回転位置アクチュエータ４１０は、側方張力４６２を既定の最大値を下回るように維持して、過剰な側方張力４６２がプライ担持体４５０にかかった場合に起こりうる、物質層４５８のプライ担持体４５０からの早すぎる分離を防止することができる。上述したように、プライ担持体への側方圧力の範囲は、物質システム、形成ツールに適用されている複合層の繊維配向、及び他の因子によって変化しうる。
【０１０１】
図５７は、物質層４５８が形成ツール２２４上に残るように、形成ツール２２４からプライ担持体４５０を剥離しているところを示す、図５３のストリンガ形成装置２００の端面図である。図から分かるように、ノーズピース５５２のアレイは、例えば形成モジュールアクチュエータ５３０を引き込むこと等によって、形成ツール２２４から引き込まれうる。加えて、翼弦フレーム２８０を、Ｚアクチュエータ２８８（図８）を駆動させること等によって垂直に上向きに移動させることにより、ストンピング脚部３１０が形成ツール２２４のキャップの輪郭２４４から締付けを解除し、垂直に上向きに移動させることができる。翼弦フレーム２８０が上向きに移動するのと同時に、形成ツール２２４の両側の張力アーム４１４を下向きに回転させることにより、プライ担持体４５０をハット型形成ツール２２４から剥離させて、物質層４５８を形成ツール２２４に残すことができる。上述したように、回転位置アクチュエータ４１０は、張力アーム４１４を位置決めして、プライ担持体を剥離するプロセスの間、プライ担持体４５０の両側の側方張力４６２を既定範囲内に維持して、物質層４５８を形成ツール２２４から引っ張りうる過剰な側方張力４６２を回避することができる。加えて、プライ担持体４５０が剥離されているその部位に対してプライ担持体４５０が垂直に配向されている場合に起こりうるように、形成ツール２２４から物質層４５８が引っ張られないようにするために、剥離プロセスの最中にプライ担持体４５０の両側が既定のプライ担持体角Ｃに維持されるように張力アーム４１４の位置を制御することができる。
【０１０２】
図５８は、ハット型ツール２２４から剥離された後のプライ担持体４５０を示す、図５３のストリンガ形成装置２００の端面図である。張力アーム４１４を回転させて、図５３に示す位置まで戻すことができる。翼弦フレーム２８０を持ち上げて、形成ツール２２４との空間距離を得ることができる。加えて、翼弦フレーム２８０を回転させて、水平に対して０度のピッチ角Ｂまで戻して、プライ担持体４５０を担持体交換位置に配置することができる。ストリンガ形成装置２００を形成ツール２２４に沿って次の翼長位置まで移動させることができ、空のプライ担持体４５０を張力アーム４１４から取り外して、新たな物質層４５８を支持している新たなプライ担持体４５０と交換することができる。上述したプロセスを繰り返して、新たな物質層４５８を形成ツール２２４の新たな翼長位置に適用することができる。
【０１０３】
ストリンガ形成装置２００（図８及び４９）及び方法の上述した例は、高いコスト効率で、また人の介入を最小限に抑えながら、比較的長さが長い形成ツール２２０（図３４及び５３）の上に一又は複数の物質層又は複合プライを自動的にレイアップする手段を有利に提供する。加えて、ストリンガ形成装置２００及び方法により、高い生産率で、また高い精度及び整合性で、ストリンガ（図４５）及びハット型ストリンガ（図４８）を含む任意の構成のストリンガを形成することが可能になりうる。ストリンガ形成装置２００は、幅広い種類の形成ツール形状に適合可能であり、ブレード形成ツール（図３４）及びハット型形成ツール（図５３）に限定されない。更に、ストリンガ形成装置２００は、翼長方向２２６に沿った、及び／又は形成ツール２２０の側方２３０に沿った輪郭の変化に対応しうる。
【０１０４】
更に、本発明は下記の条項による実施形態を含む。
【０１０５】
条項１．形成ツール上に物質層を形成するための装置であって、
プライ担持体を形成ツールの輪郭の上へ側方にスイープするように構成された少なくとも１つのノーズピースと、
その下面に装置された物質層を有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成中に、張力アームを位置決めするように構成された一又は複数のアクチュエータと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成中に、前記プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成されている一又は複数のアクチュエータと
を備える。
【０１０６】
条項２．張力アームのアクチュエータは、張力アームの内の少なくとも１つを移動させて、プライ担持体の側方張力を感知するように動作しうる張力アーム垂直位置アクチュエータ
を含む、条項１に記載の装置。
【０１０７】
条項３．張力アーム垂直位置アクチュエータが、プライ担持体の側方張力を感知し、既定範囲内に維持することができるように、移動中に張力アームの質量の釣り合いを取るように動作可能な垂直カウンターバランスシリンダー
を更に含む、条項２に記載の装置。
【０１０８】
条項４．張力アームのアクチュエータが、張力アームの角度位置を調節して、プライ担持体の側方張力を感知するように動作可能な回転位置アクチュエータ
を含む、条項１に記載の装置。
【０１０９】
条項５．回転位置アクチュエータが、プライ担持体の側方張力を感知し、既定範囲内に維持することができるように、旋回中に、張力アームの質量の釣り合いを取るように動作可能な回転カウンターバランスシリンダー
の内の少なくとも１つを更に含む、条項４に記載の装置。
【０１１０】
条項６．対向している端部を有し、張力アームを支持している翼弦フレームと、
形成ツールに対して翼弦フレームのピッチ角を調節するように動作可能な、翼弦フレームの各端部の一又は複数のＺアクチュエータと
を更に含む、条項１に記載の装置。
【０１１１】
条項７．プライ担持体を形成ツールに締め付けするように動作可能な、少なくとも１つのストンピング脚部アクチュエータ
を更に含む、条項１に記載の装置。
【０１１２】
条項８．翼弦フレームに結合され、ストンピング脚部アクチュエータを支持しているストンピングビームと、ストンピングビームを翼弦フレームに対して垂直に位置決めするように構成された少なくとも１つのストンピングビームアクチュエータと
を更に含む、条項５に記載の装置。
【０１１３】
条項９．形成ツールに沿ってスイープして、プライ担持体と物質層とを形成ツールの輪郭に合わせるように構成された少なくとも１つのノーズピース
を更に含む、条項１に記載の装置。
【０１１４】
条項１０．ノーズピースによってプライ担持体上に対して印加された圧密圧力を感知し制御するように構成された一又は複数の形成モジュールアクチュエータ
を更に含む、条項６に記載の装置。
【０１１５】
条項１１．翼弦フレームに結合され、各々ノーズピースを有する形成モジュールのアレイを支持している一対の形成ビームと、
各形成ビームの各対向している端部にあり、形成ビームを翼弦フレームに対して移動させるように構成された一対の形成Ｚ´アクチュエータと一対の形成Ｙアクチュエータと
を更に含む、条項９に記載の装置。
【０１１６】
条項１２．プライ担持体が、形成ツールの側方に沿ってよりも、長さ方向に沿って高い弾性を有する、条項１に記載の装置。
【０１１７】
条項１３．形成ツールに複合材料のコースをレイアップするためのストリンガ形成装置であって、
その上に装置されたコースを有するプライ担持体の対向している側部を支持するように構成された一対の張力アームと、
形成ツールの輪郭に形成中に、プライ担持体の側方張力を感知し制御するように構成された一又は複数のアクチュエータと
を含む、張力管理システムと、
プライ担持体を形成ツール上に締め付けするように構成されたストンピング脚部アクチュエータのアレイ
を含むストンピングシステムと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に形成し、ノーズピースによってプライ担持体上に対して印加された圧密圧力を感知し制御するように構成されたノーズピースを各々含む形成モジュールのアレイ
を含む形成システムと
を備える装置。
【０１１８】
条項１４．物質層をレイアップする方法であって、
プライ担持体の下面に装置された物質層を有するプライ担持体を形成ツールの上に位置決めするステップと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせるステップと、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせている間、プライ担持体の側方張力を既定範囲内に維持するステップと
を含む方法。
【０１１９】
条項１５．プライ担持体の側方張力を維持するステップが、
一又は複数のアクチュエータによって駆動された一対の張力アームを使用して、プライ担持体を対向している側部上で支持することと、
張力アームの質量の釣り合いを取ることと、
質量の釣り合いを取った後に、張力アームに残っている力に基づいて、一又は複数のアクチュエータを使用して、プライ担持体の側方張力を感知することと、
一又は複数のアクチュエータを使用して、側方張力が既定範囲内に維持されるように、張力アームの位置を調節することと
を含む、条項８に記載の方法。
【０１２０】
条項１６．プライ担持体を形成ツールから剥離する
ステップを更に含む、条項８に記載の方法。
【０１２１】
条項１７．プライ担持体を剥離するステップが、
プライ担持体を剥離している間、プライ担持体の側方張力を感知して、既定範囲内に維持することを含む、条項１０に記載の方法。
【０１２２】
条項１８．プライ担持体を合わせるステップが、形成ツールを横切ってノーズピースを側方にスイープすることを含む、条項８に記載の方法。
【０１２３】
条項１９．ノーズピースを側方にスイープするステップが、ノーズピースをスイープしている間、プライ担持体と物質層を形成ツールに対して圧縮することを含む、条項１１に記載の方法。
【０１２４】
条項２０．プライ担持体と物質層を圧縮するステップが、
形成モジュールアクチュエータとシリンダーの内の少なくとも１つを使用して、プライ担持体へのノーズピースの圧密圧力を感知し既定範囲内に維持すること
を含む、条項１９に記載の方法。
【０１２５】
条項２１．プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせる前に、プライ担持体を形成ツール上にストンピングすること
を更に含む、条項８に記載の方法。
【０１２６】
条項２２．プライ担持体を位置決めするステップが、
プライ担持体を形成ツールの輪郭に合わせる前に、形成ツールの局所的な翼弦角が補完されるようにプライ担持体のピッチ角を調節すること
を含む、条項１４に記載の方法。
【０１２７】
本開示の追加的な改変及び改善が、当業者には明白でありうる。ゆえに、本書で説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある特定の実施形態のみを表すことを意図しており、本開示の本質及び範囲に含まれる代替的な実施形態又は装置を限定する役割を果たすことは意図していない。
【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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【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【外国語明細書】
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