(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの複合レイアップマンドレル（２４）を操作するためのオーバヘッドマニピュレータ（２３）であって、
（ａ）  オーバヘッド支持部（２８）と、
（ｂ）  複数の連結アーム組立体（２０）とを備え、前記連結アーム組立体の各々は、
１）  支持プレート（８０）と、
２）  １対の対向するブラケットとを含み、前記ブラケットの各々は少なくとも１つの外向きに延びるアーム（１２４）を含み、前記ブラケットは前記支持プレート（８０）に回転可能に結合され、それにより前記ブラケットのアーム（１２４）が、前記アームの外側端部（１３５）がある開いた位置と、前記アーム（１２４）の外側端部（１３５）が互いに向かい合う閉じた位置との間でおよそ同じ面において移動可能であり、さらに前記連結アーム組立体は、
３）  前記アーム（１２４）の各々を２つの複合レイアップマンドレル（２４）のうち１つに解放可能に装着するための装着手段と、
４）  駆動モータ（３０）と、
５）  前記対の対向するアームに前記駆動モータ（３０）を結合するための結合手段とを含み、それにより前記駆動モータ（３０）の動作が前記アーム（１２４）を前記開いた位置と前記閉じた位置との間で移動させ、さらに前記オーバヘッドマニピュレータは、
（ｃ）  前記オーバヘッド支持部に前記複数の連結アーム組立体を結合するための伸長および収縮機構（５４）を備え、それにより前記連結アーム組立体は、連結アーム組立体がオーバヘッド支持部に隣接する収縮位置と、連結アーム組立体がオーバヘッド支持部から間隔を置いて配置される伸長位置との間で鉛直方向に移動可能である、オーバヘッドマニピュレータ。
【請求項２】
前記装着手段が１対のピンブロック（１３０）を含み、前記ピンブロックのうち１つは各アームの外側端部に旋回的に結合され、さらに前記装着手段は１対のリフトピン（１５０）を含み、前記リフトピンのうち１つは前記ピンブロックの各々に取付けられる、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項３】
前記リフトピン（１５０）は前記ピンブロックを通して逆向きに挿入可能である、請求項２に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項４】
前記伸長および収縮機構が、前記連結アーム組立体を前記収縮位置側に付勢するための付勢手段（５２）を含む、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項５】
２つの複合レイアップマンドレルが前記アームに装着され、かつ前記アームが前記閉じた位置にあるときに前記対向ブラケットが圧縮力を生じさせる、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項６】
前記圧縮力が、予め定められた値を超えないようにするための手段をさらに含む、請求項５に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項７】
前記オーバヘッド支持部が、スペースの空けられた１対のチャネルを含む、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項８】
前記伸長および収縮機構が、
前記スペースの空けられた１対のチャネルの間に取付けられたブラケットと、前記ブラケットに取付けられた１対の縦軸と、
前記縦軸の上端部に取付けられるモータ取付部とを含み、前記駆動モータは前記モータ取付部によって支持され、さらに
前記対の対向ブラケットに前記縦軸の下端部を結合するための結合機構を含む、請求項７に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項９】
前記対の対向ブラケットが、外に向かって延びる２対のアームと、クロス部材とを含み、前記対のアームおよび前記クロス部材（１３３）は前記ブラケットが多数のＵ型形状を構成するよう結合され、前記多数のＵ型形状を構成する部分は、その間に鈍角を規定する２つの面上に前記クロス部材から外向きに延び、前記対の対向ブラケットはリンクによって前記支持プレートに回転可能に結合され、前記リンクは一端で前記プレートに止めつけられ、かつ他端で前記クロス部材に止めつけられる、請求項８に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項１０】
前記装着手段が１対のピンブロック（１３０）を含み、前記ピンブロックのうち１つが前記ブラケットの各々の１対のアームの間に取付けられ、さらに前記装着手段は１対のリフトピンを含み、前記リフトピンのうち１つは前記ピンブロックの各々に取付けられる、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【請求項１１】
前記支持プレートに前記駆動モータを結合するためのトムソン玉ねじを含み、それにより前記駆動モータを付勢することによって前記支持プレートが上向きおよび下向きに移動する、請求項１に記載のオーバヘッドマニピュレータ。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
この発明は複合構造を製造するための装置に関し、より特定的には複合レイアップマンドレルを操作するための装置に関する。
発明の背景
複合材料が導入されて以来、航空機および他の軽量構造の製造にこのような材料を用いることは着実に多くなった。複合材料は強度−重量比および剛性度が高いため、軽量構造の設計に適する。従来複合材料を用いることには製造コストが高いという欠点があった。複合部品を、それに匹敵する金属部品と同じコストで製造するのは困難であった。コストの差は険しい形状または複雑な形状を有する部品か、または大規模な部品に特に著しい。
複合構造のコストの、最も大きな要因のうち１つは製造の間必要とされる手仕事の量である。険しい形状または複雑な形状を有する複合部品は、レイアップマンドレル上に複合材料の個々の層を手動でレイアップして形成されなければならない。より緩やかな形状を有する大きな部品、たとえば大きなウイングスキンは自動テープ積み重ね機械を用いて製造されてもよい。
自動テープ積み重ね機械は、複合プレプレッグの個々の層をマンドレル上に置いて複合部品を形成するロボットアームを有する。自動テープ積み重ね機械はプレプレッグの個々の層を高速で置くことができるため、製造時間およびコストを削減できる。自動テープ積み重ね機械のメカニクスには、いくつかのジオメトリにわたって複合プレプレッグの層を配置できる能力に限界がある。一般的に自動テープ積み重ね機械は、険しい曲率または小さな曲率半径の周りに複合プレプレッグを置くことができない。
航空機および他の軽量構造の構築に用いられる一般的な複合支持構造は「Ｉ」ビームまたは「Ｉ」ストリンガである。曲率が険しいため、Ｉビームおよび他のビーム型複合構造は一般に、レイアップマンドレル上に複合材料の層を手動で置いて形成される。複合プレプレッグの各層を適当な形に切削するために自動切削機械が用いられる。その後プレプレッグの個々の層が２つの別個のレイアップマンドレル上に手で置かれる。プレプレッグの各層は適当に位置づけられると、レイアップマンドレルの外部形状に手動で形成されて、２つの「Ｃチャネル」を形成する。
Ｃチャネルおよびレイアップマンドレルがその後回転され、それによりＣチャネルはそれらの鉛直ウェブに沿って互いに結合されてＩビームを形成することができる。結合した後、結合の間に上部フランジおよび下部フランジの中央に形成された三角形の窪みに、三角形の複合半径充填材が置かれる。その後Ｉビームの上部および下部に、上部複合補強層および下部複合補強層が手動で置かれる。その後、結果として生じたＩビームが封入されて硬化される。
Ｉビームの製造プロセス全体は労働集約的であり、時間消費的である。複合材料を置くのに必要な労力に加えて、レイアップマンドレルを操作するための労力も必要である。一般にレイアップマンドレルは非常に大きくて重いため、操作するのが困難であり、かつ危険である。２つのＣチャネルが形成された後、個々のレイアップマンドレルを係合し、かつそれらを組立体テーブルに移動させるためにクレーンまたはそれに類似した処理装置が用いられる。マンドレルはその後レバーなどを用いて手動で操作され、回転され、かつ整列される。２つのチャネルはその後、労力および時間がかかるプロセスを経て真空薄膜を用いて互いに結合される。結合されると、三角形の半径充填剤が上部に加えられる。その後レイアップマンドレルは１８０°回転され、それによりＩビームの下部に三角形の半径充填材が与えられ得る。最後に、結果として生じたＩビームおよびレイアップマンドレルは、その後真空封入されて硬化されるよう硬化マンドレル上に置かれなければならない。
コストが高いことに加えて、製造プロセスの間手動労働を多く用いることにより品質管理の問題が生ずる。複合プレプレッグの個々の層は不正確に位置づけられることが多い。製造の間手動の処理を多く行なうことにより、完成部品の中に異質の材料が入る恐れも高まる。不正確に置かれた複合物の層および異質の材料は部品除去率全体の大きな要因である。
したがって構造物、特に、大きな構造物を複合材料から製造する間に必要な仕事の量を減らす方法および装置が必要である。この発明はこの必要性を満たすことに関する。
発明の概要
この発明はオーバヘッドマニピュレータであって、２つの細長い複合レイアップマンドレルが容易に動かされ、かつ操作されるようにするものである。オーバヘッドマニピュレータは、オーバヘッド支持部に取付けられる複数のマンドレルマニピュレータを含む。マンドレルマニピュレータの各々は鉛直方向の伸長および収縮機構と、連結アーム組立体とを含む。伸長および収縮機構は収縮位置と伸長位置との間で連結アーム組立体を移動させる。収縮位置では各連結アーム組立体はオーバヘッド支持部に隣接して置かれ、伸長位置では各連結アーム組立体はオーバヘッド支持部からスペースを空けられて置かれる。各連結アーム組立体は回転可能な１対の対向ブラケットと、ブラケットを細長い複合マンドレルに結合するための機構とを含む。ブラケットは開いた位置と閉じた位置との間で回転可能である。開いた位置と閉じた位置との間でブラケットが回転することにより、装着された複合レイアップマンドレルがおよそ９０°回転する。いずれの位置にあるときでも複合レイアップマンドレルは、対向ブラケットから切離すことができる。各連結アーム組立体はさらに、オペレータの入力に応答して、開いた位置と閉じた位置との間でブラケットを移動させる駆動モータを含む。
発明の他の局面に従って、ブラケットをマンドレルに結合するための機構は、各ブラケットおよびリフトピンに旋回的に装着されるピンブロックを含む。ピンブロックを通して複合マンドレルの中にリフトピンを挿入することによって、ピンブロックに複合レイアップマンドレルが装着される。
発明の他の局面に従って、伸長および収縮機構は連結アーム組立体を収縮位置に偏らせる。
この発明のさらなる局面に従って、複合レイアップマンドレルを回転させることに加えてブラケットはさらに、２つの複合レイアップマンドレルを互いに押しつける圧縮力を加える。好ましくは連結アーム組立体の各々は、複合レイアップマンドレルに加えられる圧縮力が、予め定められた値を超えないようにする装置を含む。
この発明は、製造プロセスの間複合レイアップマンドレルが簡単に拾い上げられ、かつ回転されるようにする。さらにこの発明は複合レイアップマンドレルを互いに押圧することができる。この発明は複合Ｉビームの製造に特に有用である。そのような用途においてこの発明は、マンドレルの周りに２つの複合Ｃセクションが形成された後に複合レイアップマンドレルを拾い上げるために用いることができる。その後この発明はレイアップマンドレルを回転し、かつそれらを付加的な製造設備に置くよう用いることができる。複合Ｉビームが形成された後、この発明は複合レイアップマンドレルに再度装着され、かつ付加的な製造設備からＩビームおよびマンドレルを取外すために用いることができる。この発明はレイアップマンドレルに圧縮力を加えて、その後真空封入および硬化設備に移動される間レイアップマンドレルと複合Ｉビームとをともに維持するために用いることができる。
この発明を用いることにより、製造プロセスに伴う手仕事の量が減る。この発明は、複合製造方法においてさらなる改善を達成するよう、同時係属中の特許出願に開示されている設備に用いられてもよい。他の同時係属中の出願のうち１つには、個々の複合チャージをＣセクションに真空形成するための方法および装置が開示されている。別の特許出願には、２つのＣセクションを接続をしてＩビームを形成するための方法および装置が開示されている。さらに別の特許出願には、硬化された複合部品からレイアップマンドレルを取外すための方法および装置が開示されている。
【図面の簡単な説明】
この発明の前述の局面およびそれに伴う利点の多くは、添付の図面と関連して読まれると以下の詳細な説明を参照することによってより簡単に理解されるだろう。
図１は、この発明に従って形成されたオーバヘッドマンドレルマニピュレータの斜視図である。
図２は、図１のマンドレルマニピュレータのうち１つの拡大斜視図である。
図３は、収縮位置に示された図２のマンドレルマニピュレータの側面図である。
図４は、伸長位置に示された図２のマンドレルマニピュレータの側面図である。
図５は、開いた位置にあるブラケットを示す、図２のマンドレルマニピュレータの部分拡大側面図である。
図６は、部分的に閉じた位置にあるブラケットを示す、図２のマンドレルマニピュレータの部分拡大側面図である。
図７は、閉じて圧縮された位置にあるブラケットを示す、図２のマンドレルマニピュレータの部分拡大側面図である。
図８は、閉じて解放された位置にあるブラケットを示す、図２のマンドレルマニピュレータの部分拡大側面図である。
図９は、図２のマンドレルマニピュレータの部分切取側面図である。
図１０は、図２のマンドレルマニピュレータの伸長および収縮機構の斜視図である。
図１１は、図２のマンドレルマニピュレータの連結アーム組立体の対向アームおよびピンブロックの部分切取斜視図である。
図１２は、図２のマンドレルマニピュレータの連結アーム組立体の駆動モータおよびプッシュブロックの斜視図である。
図１３は、図２のマンドレルマニピュレータのセンサ箱の部分切取側面図である。
図１４は、図２のマンドレルマニピュレータの連結アーム組立体のトムソン玉ねじおよびプッシュブロックの部分断面拡大図である。
好ましい実施例の詳細な説明
この発明に従って形成されたオーバヘッド複合マンドレルマニピュレータ２１が図１に示される。より特定的には図１は、１対の細長いＣ型支持ビーム２８によって形成されたオーバヘッド支持部上に取付けられた、複数のマンドレルマニピュレータ２３を示す。図２に示されるように、Ｃ型支持ビームはスペースが空けられて背中合わせの関係に位置づけられる。さらに図１には１対の処理トラック２５が示され、この処理トラック２５はオーバヘッド複合マンドレルマニピュレータを定位置に導くために他の機構（図示せず）が用いられ得る場所から場所へ、別個のクレーンシステムを用いてオーバヘッド複合マンドレルマニピュレータを移動させるために用いることができる。
図１に示されるオーバヘッド複合マンドレルマニピュレータは、複合構造を製造する間１対の細長い複合レイアップマンドレル２４（図２）を動かして操作するよう設計される。複合レイアップマンドレル２４は複合Ｉビームを形成するために用いられる。結果として生じた複合Ｉビームは航空機構造、たとえば商業用航空機のウイングスキンを補強するために用いられる。他の構造の形成に用いられるマンドレルを操作するために、発明の代替的な実施例を用いることができる。
一般に、航空機ウイングのＩビームの製造に用いられる複合レイアップマンドレル２４は１０から４５フィートの長さのオーダである。このようなマンドレルを係合して操作するために、先に述べたようにオーバヘッド支持ビーム２８の長さに沿って複数のマンドレルマニピュレータ２３が取付けられる。図２に示されるように、マンドレルマニピュレータの各々は連結アーム組立体２０を含み、この連結アーム組立体２０は、他のマニピュレータのアーム組立体と同時に動いて複合レイアップマンドレルを係合し、かつ移動させる。各アーム組立体２０は駆動モータ３０を含み、この駆動モータ３０はケーブル３４を通してインジケータパネル３２と、プログラマブル論理コントローラのような電気制御システム（図示せず）とに電気接続される。電気制御システムおよび制御パネル３２は、以下に述べられる態様で連結アーム組立体の動作を制御するのに用いられる電子装置および位置づけインジケータライトを含む。
電気制御システムおよび制御パネルはまた、各連結アーム組立体２０の１つの側に取付けられるセンサ箱３６に電気ケーブル３８によって電気接続される。以下に説明されるように、センサ箱３６は一連の近接スイッチおよび近接ターゲットを含む。近接スイッチおよび近接ターゲットは、関連する連結アーム組立体２０の位置および移動に関する情報をインジケータパネル３２に与える。駆動モータ３０、センサ箱３６およびインジケータパネル３２は電気ケーブル４０によって電源（図示せず）に接続される。
好ましい実施例においてインジケータパネル３２は４つの照明インジケータ、すなわち全部開いた状態を示すインジケータ４２と、２分の１インチ開いた状態を示すインジケータ４４と、閉じて圧縮された状態を示すインジケータ４６と、緩く接続された状態を示すインジケータ４８とを含む。以下に説明されるように、アーム組立体２０が適切な位置にあるときにそれぞれのインジケータが照明される。
各マンドレルマニピュレータ２３はさらに、支持ビーム２８に接続される伸長および収縮機構５４（図２および図９を含む。各伸長および収縮機構はスペースが空けられた１対の縦フランジ７０を含むヨーク組立体を含み、このヨーク組立体はボルトによる固定および溶接といったいかなる適切な方法で各支持ビーム２８の、向かい合う面に装着されてもよい。ヨーク組立体はさらにクロス部材７１を含み、このクロス部材７１は、フランジ７０の下部でそれら装着され、かつそれら間の距離に広がる。
伸長および収縮機構５４はさらに、モータ取付部７６と、１対の縦軸７４と、横受ブロック７８と、１対の定荷重ばね５２とを含む。モータ取付部は、クロス部材７１の上にあり、かつ縦軸７４の上端部に装着されるプレートである。縦軸は、ヨーク組立体のクロス部材７１に取付けられたブッシング７２を通る。軸受ブロックはクロス部材の下にあり、かつ縦軸７４の真ん中の領域に装着される。縦軸は下向きに延び、かつ以下に説明される態様で連結アーム組立体２０に装着される。
軸受ブロック７８はモータ取付部７６から充分な距離をおいて配置されて、ヨーク組立体内を軸７４が上下に摺動するにする。軸受ブロック７８は２つの軸７４にしっかりと装着されるため、予め定められた距離をおいて軸を維持する。軸受ブロック７８、モータ取付部７６およびブッシング７２の組合せにより、軸７４が互いに対して固定された関係で維持される。これにより、軸は上下に摺動す際にブッシング７２内で確実に結合しないようになる。
定荷重ばね５２は支持ビーム２８上に取付けられたＵ型ブラケット５３によって支持され、モータ取付部の両側にある。定荷重ばねの伸長エレメントの端部はモータ取付部の、向かい合う側に接続される。
図３および図４に示されるように各連結アーム組立体２０は、アーム組立体が支持ビーム２８の下表面に隣接する場所に上げられる収縮位置（図３）と、アーム組立体が支持ビーム２８の下表面から下向きにスペースを空けられて置かれる伸長位置（図４）との間で移動可能である。連結アーム組立体２０は２つの定荷重ばね５２によって収縮位置に偏る。
連結アーム組立体２０は、プッシュプレート８０の両端にあるアーム１１４の間に延びる細長い対向ハンドル１１６（図１２）を引下ろすことによって伸長位置と収縮位置との間を移動する。ハンドルは支持ビーム７８の縦軸に直交するよう置かれる。オペレータが連結アーム組立体２０を引下ろすと、軸７４は伸長および収縮機構５４のクロス部材７１を通って摺動する。
連結アーム組立体２０はプッシュプレート８０であって、軸受ブロック７８の下で伸長および収縮機構５４の２つの鉛直支持軸７４（図１０）に摺動可能に取付けられるものを含む。より特定的には、軸受プレート７８の下に延びる、伸長および収縮機構５４の軸７４の部分はプッシュプレート８０にある２つのブッシング８２（図１０）を貫通する。ブッシング８２は、プッシュプレート８０が軸７４上を上下に摺動するようにする。ここでもまた以下の説明からよりよく理解されるように、プッシュプレート８０は上下に移動する際にブラケット１２４を回転させ、このブラケット１２４がレイアップマンドレル２４を回転させる。
伸長および収縮機構５４の各軸７４の下端部には端部ブロック８４が取付けられる。端部ブロックは図２に示されて、以下に説明される、多数のＵ型アーム１２４のためのピボットプレートとしての役割を果たす。
プッシュプレート８０は下向きに延びる４つの駆動リンク１２８（図２）を支持する。駆動リンク１２８の上端部は、プッシュプレート８０の両端縁から外に向かって延びる１対の三角フランジ１２０に、ピン１３１によって回転可能に装着される。２つの駆動リンク１２８はプッシュプレート８０の両側にある。駆動リンクの各対は多数のＵ型ブラケット１２４を回転可能に支持する。より特定的には、多数のＵ型ブラケットの各々は、関連する対の駆動リンク１２８の間の距離に延びるクロス部材１３３を含む。図１１を参照されたい。１対のアーム１３５は第１の面上をクロス部材１３３から外向きに延び、第２の対のアーム１３７は第２の面上をクロス部材から外向きに延びる。このためクロス部材ならびに第１および第２の対のアームは２つのＵの形を形成する。図３から図８に最もよく見られるように、これらの対のアームがある面によって鈍角が規定される。
ピンブロック１３０は、多数のＵ型ブラケット１２４の各々の第１の対のアーム１３５の間で旋回可能に取付けられる。より特定的には各ピボットブロック１３０の外側端縁はピボットピン１３２（図２）によって第１の対のアーム１３５の外側端部の間に取付けられる。各ピボットブロック１３０の内側端縁は斜めにされ、かつ棚状突起部１４０（図１１）を含む。棚状突起部１４０はその上端部の近くで、ピボットブロックの斜壁１４２から外に向かって延びる。棚状突起部１４０はその下端部近くで、ブラケット１２４のクロス部材１３３の、隣接する外壁に形成されたショルダ１３８（図１１）を係合する。
ピボットブロック１３０は棚状突起部１４０がショルダ１３８に接触するまで、図１１の矢印１３９によって示されるように時計回りまたは逆時計回りに自由に旋回する。以下の説明からよりよく理解されるように、ブラケット１２４の第１の対のアーム１３５内をピボットブロック１３０がわずかに旋回できることにより、テーブルの上に置かれたときの連結アーム組立体２０と複合レイアップマンドレル２４との間の整列不良が補われるようになる。
リフトピン１５０は、ピンブロック１３０の各々を直交して通過する孔１４４に、摺動可能に取付けられる。リフトピン１５０は一端が他方端よりも大きな直径を有するようなサイズである。大きなまたは上端部は、マンドレルマニピュレータが以下に説明される態様で用いられる際にリフトピンが鉛直に配向されるとき、ピンがピンブロック１３０を通って摺動するのを防ぐ。リフトピン１３０の、小さな直径の端部は複数の捕獲軸受（capture bearings）１５４を含み、これらの捕獲軸受はリフトピン１５０の外側端部の近くの円周回りにある。リフトピンの、大きな直径の端部の先端にある押ボタン１５２が押されると捕獲軸受１５４はばね力（図示せず）に対して内に向かって移動できる。以下の説明からよりよく理解されるように、リフトピンの、小さな直径の端部はオーバヘッド複合レイアップマニピュレータ２１によって移動され、かつ操作される複合レイアップマンドレル２４にある受容体によって受入れられるサイズである。捕獲軸受が内に向かって移動できるよう押ボタンが押されるときにはリフトピンの、小さな直径の端部がマンドレル受容体の中に簡単に摺動でき、かつ押ボタンが解放されるときには挿入されたピンが比較的しっかりとマンドレルに装着されるようなサイズである。
次に図１１を参照して、伸長および収縮機構５４の軸受ブロック７８はトムソン玉ねじ（図１４）のための軸受支持部としての役割を果たす。トムソン玉ねじは連結アーム組立体の駆動機構の一部である。駆動機構はさらにモータ３０とギア箱９０とを含み、これらはモータ取付部７６の上に取付けられ、かつそれによって支持されて、トムソン玉ねじの軸９９が結合される鉛直駆動軸を作るようにする。
トムソン玉ねじ９８には、プッシュプレート８０の上部にあるキャビティ１０６（図１４）内に取付けられた駆動ブロック１００を通してねじ山がつけられている。以下の説明からよりよく理解されるように、トムソン玉ねじ９８の軸が回転すると駆動ブロック１００と、従ってプッシュプレート８０とは上下に移動する。より明瞭にするために、トムソン玉ねじの軸９９はその長さの一部にわたってのみねじ山がつけられて示される。しかしトムソン玉ねじの軸には実際には、その長さ全体にわたってねじ山がつけられている。
駆動ブロック１００はトムソン玉ねじの軸９９を囲む玉循環軸受ナット１０２と、キャビティ１０６内に取付けられた圧力ブロック１０４とを収める。圧力ブロック１０４はキャビティ１０６内を上下に移動してもよいが、ファスナ、保持クリップまたは他の適切な固定手段（図示せず）によってキャビティ内に維持される。圧力ブロック１０４はベルヴワッシャ（Bellevue washer)１０８によって上の方に偏り、それによりその上表面は駆動ブロック８０の上表面に隣接するよう置かれる。ベルヴワッシャ１０８は圧力ブロック１０４の下部とキャビティ１０６の下部との間に置かれる。
トムソン玉ねじ９８の軸９９が回転すると、そのねじ山は玉軸受ナット１０２の内側にあるねじ溝と係合し、これによりトムソン玉ねじの他の主なエレメントが形成される。この係合により、トムソン玉ねじの回転方向に依存して玉軸受ナット１０２と圧力ブロック１０４とプッシュプレート８０とが上下に移動する。以下に説明されるように、もし多数のＵ型ブラケット１２４によってプッシュプレート８０に十分な抵抗力が与えられると、圧力ブロック１０４はベルヴワッシャ１０８の偏位力に抗してキャビティ１０６内を下に移動する。圧力ブロック１０４は充分な距離だけ下に移動すると近接センサ１１２をトリガする。近接センサ１１２をトリガすることにより、以下に説明されるようにモータは切離され、かつトムソン玉ねじの軸の回転が止まる。
トムソン玉ねじはギア箱９０（図１２）を介して駆動モータ３０によって回転する。ギア箱９０は駆動モータの速度を落とし、トルクを高める。ギア箱９０の軸９４は軸受９２によってモータ取付部７６（図１０）内に回転可能に取付けられる。軸の下端部はカップリング９２（図１２）によってトムソン玉ねじの軸に結合される。
ピン１２６は図１１に示されるように、多数のＵ型ブラケット１２４の第２の対のアーム１３７から外向きに延びる。ピンの上には、伸長および収縮機構５４の縦軸７４の下端部に装着される端部ブロック８４が取付けられる。多数のＵ型ブラケットの各々のアーム１３７に端部ブロックが結合されるよう装着される。端部ブロックは同じブラケットのアーム間のスペースではない、ブラケットの間のスペースに延びる。したがって端部ブロックは異なったブラケット１２４に装着され、この一方でピボットブロックは同じブラケット１２４に装着される。プッシュプレート８０がトムソン玉ねじ９８の作用によって上または下に移動すると、駆動リンク１２８の上端部が上または下に移動する。この移動により、次に説明される発明の動作を示す図５から図８に最もよく見られるように、多数のＵ型ブラケット１２４がピボットピン１２６の周りを回転する。
動作において、連結アーム組立体２０が２つの複合レイアップマンドレル２４のすぐ上になるよう支持ビーム２８が移動される。図２および図３を参照されたい。支持ビーム２８はオーバヘッドクレーンまたはそれに類似する装置を用いて移動されてもよい。適当に位置づけられると、オペレータはハンドル１１４（図２）を引下げることによって各アーム組立体２０を下の方に移動させる。定荷重ばね５２は負荷のないアーム組立体２０をその上方の位置に偏らせるのに十分な力を与えるが、オペレータがアーム組立体を下の方に簡単に移動させるのを防ぐために余分な力を与えない。
ピンブロック１３０の孔１４４がレイアップマンドレルの、対応する受容体１５６（図５）に整列するよう各連結アーム組立体がレイアップマンドレル２４上に位置づけられる。アーム１２４がレイアップマンドレル２４に隣接する位置に置かれると、オペレータはレイアップマンドレルの受容体１５６と整列するピンブロックにある孔１４４を通してリフトピン１５０（図２）を摺動する。挿入の間捕獲軸受１５４は、リフトピンの上端部にあるボタン１５２をオペレータが押すことによって収縮できる。挿入された後ボタンが解放され、これによって、伸長した捕獲軸受１５４は、ピンが挿入されているレイアップマンドレルの受容体１５６のインサート１５８（図５）を係合する。この係合により、ボタン１５２が再び押されるまでレイアップマンドレル２４からリフトピン１５０が出ないようになる。リフトピン１５０すべてが適切に位置づけられると、支持ビーム２８、したがって連結アーム組立体２０および装着されたレイアップマンドレル２４が持上がる。
図５から図７においてマニピュレータは複合Ｉビームを形成して示される。この発明の部分を形成しない設備を用いて、複合チャージ２６はマンドレルが設備に位置づけられた後真空形成または別の適切な方法によってレイアップマンドレルのまわりのＣチャネルに形成される。Ｃチャネルが形成された後、レイアップマンドレル２４が連結アーム組立体２０（図５）に再び装着され、かつそれによって拾い上げられる。次に、レイアップマンドレル２４は図６に示されるようにおよそ９０°に回転される。これは駆動モータ３０を付勢し、かつトムソン玉ねじ９８の軸を回転させてプッシュプレート８０を下の方に移動させることによって行なわれる。プッシュプレート８０は下の方に移動すると、駆動リンク１２８を下の方に押す。この動きにより多数のＵ型ブラケット１２４、したがってレイアップマンドレルがピボットピン１２６（図６）の周りを回転する。なぜなら、多数のＵ型ブラケット１２４の第２の対のアーム１３７は端部ブロック８４に接続されているからである。示された実施例において、ブラケット１２４およびレイアップマンドレル２４の回転は、マンドレルがおよそ２分の１インチ離れたときに止まって、形成された複合Ｃチャネルが互いに接触するのを防ぐ。
その後レイアップマンドレル２４が付加的な製造設備のテーブル上に下ろされる。マンドレルがテーブルに接触するとピンブロック１３０はわずかに回転する。テーブルの上に置かれると、ピンは引っ込み、連結アーム組立体は片づけられる。付加的な製造設備がレイアップマンドレルを互いに押しつけて、それらの鉛直ウェブに沿って２つのＣチャネル２６を結合する。さらに、２つのＣチャネルの上部および下部交差部分に充填剤が与えられ、かつ付加的な補強キャッププライが加えられて複合Ｉビームを作る。
複合チャージ２６が結合されてＩビームを形成した後、図８に示されるように連結アーム組立体がレイアップマンドレルに再び装着される。この位置では、リフトピンを簡単に挿入できるよう８分の１インチのクリアランスが設けられる。リフトピン１５０が挿入された後、プッシュプレート８０はさらに下に向かって移動して、レイアップマンドレル２４に圧縮力を加える。この圧縮力により、その後マンドレルが次の製造ステーションへと移動する間レイアップマンドレル２４と、したがってＩビームとが離れないようになる。
レイアップマンドレルに加えられる圧縮力はベルヴワッシャ１０８（図１４）の強さによって調整される。大きな圧縮力がマンドレルに加えられると、圧力ブロック１０４はベルヴワッシャ１０８をゆっくりと圧縮する。圧力ブロック１０４が十分な距離だけ下向きに移動すると、圧力ブロックに取付けられた近接ターゲット１１０が近接センサ１１２をトリガする。近接センサ１１２がトリガされることにより制御システムに制御信号が送られて駆動モータ３０の動きが止まる。この形態によりさらに、幅の変更に関係なくマンドレルおよび複合Ｉビームに一定の力がかかるようになる。
レイアップマンドレルが互いに圧縮された後、それらは拾い上げられて、真空封入および硬化といった付加的な製造ステーションに移動されてもよい。レイアップマンドレルが、適当な位置に移動されると、マンドレルは下ろされ、圧縮力は緩和し、図８に示されるようにリフトピン１５０が取外される。
連結アーム組立体２０の、さまざまな動作位置はセンサ箱３６（図２）からの電気出力によって調整される。センサ箱３６（図１３）は２つの対向ロッド１７０を収容し、これらの対向ロッドはプッシュプレート８０の１つの側にしっかりと装着され、かつそこから上に向かって延びる。センサ箱３６の外部は２つの取付ロッド１６０によって軸受ブロック７８にしっかりと取付けられる。このためプッシュプレート８０が上下に移動すると、ロッド１７８は取付ロッド１６０に対して上下に移動する。
取付ロッド１６０の各々には２つの近接センサが取付けられる。近接センサをトリガするために用いられる近接ターゲットはロッド１７８に取付けられる。近接センサと近接ターゲットとの組合せにより、アーム１２４の位置に関する情報が制御パネル３２に与えられる。
全部開いた近接センサ１６４はロッド１７０に取付けられたターゲット１７２によってトリガされる。ターゲット１７２はロッド１７０に位置づけられ、このため連結アーム組立体が、図５に示される全部開いた位置にあるときにターゲット１７２は全部開いた近接センサをトリガする。同様に、２分の１インチ開いた近接センサ１６２は、連結アーム組立体が、図６に示される２分の１インチ開いた位置にあるときにターゲット１７４によってトリガされる。緩い接続の近接センサ１６８は、連結アーム組立体が、図８に示される緩く閉じた位置にあるときにターゲット１７６によってトリガされる。全部下の近接センサ１６６は、連結アームがその最大限に閉じた位置にあるときにターゲット１７８によってトリガされる。全近接センサ１６６は、レイアップマンドレル組立体が連結アーム組立体に装着されていないときにのみトリガされる。レイアップマンドレルがあるときには、連結アーム組立体がその最大限に閉じた位置になる前に近接スイッチ１１２（図１４）がトリガされることとなる。近接センサのうち１つがトリガされると、それは制御チャネル３２に電気信号を与える。制御パネルは近接センサによって与えられた情報を用いて、オペレータによって要求された配向で連結アーム組立体を停止する。
電気制御システム、たとえばプログラマブル論理コントローラは安全なインターロックをさらに含んで、連結アーム組立体が安全でない態様で動作するのを防ぐようにしてもよい。たとえば、レイアップマンドレルが連結アーム組立体内にあり、かつそれらが回転されているときに感知するようセンサが用いられてもよい。このようなセンサによって与えられる情報がインターロックをトリガするよう用いられて、マンドレルを含む複合Ｉビームセクションが連結アーム組立体内にあるときに連結アーム組立体が、開いた位置に移動されるのを防ぐようにしてもよい。
発明の好ましい実施例が示され、述べられてきたが、添付の請求の範囲の範囲内でさまざまな変更がなされ得ることを理解されたい。
【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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