固定式分配器を使用する繊維配置のための方法およびシステム
【課題】繊維配置動作を行うに際し、繊維量の制限が少なく、また、繊維や樹脂の屑による材料の詰まりも無く、複合繊維製品を作製するのに、稼働停止時間が少なく、生産効率の良いシステムを提供する。
【解決手段】ロボットアーム１６２を有するモーションシステムと、ロボットアーム１６２に搭載された繊維配置レイアップ心棒１１０と、配送ヘッド１２４を有する繊維配置配送システム１２０とを含む。ロボットアーム１６２は、複合繊維部品を作製するために、配送ヘッド１２４に対して配送ヘッド１２４の近くで心棒１１０を運動させるように動作することができる。
【解決手段】ロボットアーム１６２を有するモーションシステムと、ロボットアーム１６２に搭載された繊維配置レイアップ心棒１１０と、配送ヘッド１２４を有する繊維配置配送システム１２０とを含む。ロボットアーム１６２は、複合繊維部品を作製するために、配送ヘッド１２４に対して配送ヘッド１２４の近くで心棒１１０を運動させるように動作することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、繊維配置システムに関し、より詳細には、固定式分配器を使用する繊維配置のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な繊維配置システムでは、モーションシステム（ロボットまたは他の数値制御機器など）が、複雑な繊維分配システムまたは繊維分配ヘッドを、固定式心棒または回転軸に搭載された心棒のいずれかの上方に進めるために使用される。しかし、繊維分配システムを動かし、かつ繊維材料を可動ヘッドに供給することは、複雑かつ困難である。例えば、繊維分配システムはヘッドの一部であり、それゆえヘッドは、必然的に寸法が大きくなる。繊維を分配するために複雑な形状の心棒の上方でヘッドを動かすとき、分配ヘッドがかさ高いため、ヘッドと、レイアップされる部品との間で不慮の衝突が発生する可能性がある。繊維材料を最適に配置するためには、ヘッドを、材料が分配されている面に垂直にさせることが望ましいと考えられる場合、そのような可能性は大きくなる。クリール組立体を使用して、ヘッドの上ではなく機械の上に搭載された材料を有する繊維配置機械に対しては、１軸または２軸の機械の上に搭載されたクリールから、６軸以上に搭載された配送ヘッドまで材料を案内するために、複数の方向転換器（redirect）、櫛状の器具および滑車組立体が使用されるため、繊維経路は複雑となる可能性があり、材料の中に欠陥を含みやすくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前の段落で言及されたように、伝統的な繊維配置システムは、繊維分配器を心棒の上方で動かす。そのようなシステムに対する１つの不利点は、モーションシステムが、繊維材料の供給源を、繊維配置動作を完了するために必要なすべての電気的、機械的および空気的システムと共に運ぶ必要があるか、またはクリールシステムを、動くシステムの一部として、システムの複雑さのすべてを有するヘッド付近の機械上のどこかに搭載する必要があることである。それゆえ、ヘッドに搭載される材料に対して、伝統的な繊維配置システムによって無理なく運ばれうる繊維の量は制限され、そのことが稼働停止時間につながる。機械に搭載されたクリールに対して、付加的なヘッドの関節を介してヘッドに材料を案内するために必要な、複数の材料方向転換システムが、材料の中に欠陥を誘発する可能性のある接触点を生成するか、または繊維または樹脂からの屑を集積して材料の詰まりを引き起こし、結果として稼働停止時間をもたらす。加えて、生産計画が、心棒からより大きな組立体まで材料のパッチを移すことを必要とするならば、第２のモーションシステムが使用される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、繊維配置システムが提供される。繊維配置システムは、ロボットアームを有するモーションシステムと、ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、配送ヘッドを有する繊維配置配送システムとを含む。ロボットアームは、複合繊維部品を作製するために、配送ヘッドに対して配送ヘッドの近くで心棒を運動させるように動作することができる。
【０００５】
別の態様では、複合繊維部品を作製する方法が提供される。方法は、選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることとを含む。
【０００６】
さらに別の実施形態では、繊維配置システムは、ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、固定式繊維配置配送システムとを含み、ロボットアームは、固定式繊維配置配送システムに対して心棒を運動させるように動作することができる。
【０００７】
論じられてきた特徴、機能および利点は、種々の実施形態において個々に達成されてよく、またはさらに他の実施形態の中に組み合わされてよく、実施形態のさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照して理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】知られている繊維配置装置を示す図である。
【図２】ロボットに搭載されたレイアップ心棒および固定式繊維配置分配システムを含む繊維配置システムを示す図である。
【図３】複合材料のパッチを部品上に配置する図２のシステムを示す図である。
【図４】心棒が、複合材料のパッチを配置した後、繊維配置分配システムに戻ることを示す、図２のシステムを示す図である。
【図５】図２〜図４の繊維配置システムでの使用に適切なシステム２００のブロック線図である。
【図６】図５のシステムにおいて使用される制御器のための１つの可能なシステムアーキテクチャの図である。
【図７】図２〜図４のシステムを使用して部品を作製し配置するためのプロセスを示す流れ図である。
【図８】航空機の生産およびサービスの手順の流れ図である。
【図９】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、位置決め装置１２およびエンドエフェクタ１４を含む、知られている繊維配置装置１０の図である。位置決め装置１２は、エンドエフェクタ１４の運動を、位置決めするか、そうでなければ制御するように構成される。特に、位置決め装置１２は、多軸の運動を制御するように構成された、ロボットアーマチャ、ガントリ型、またはポストミル型の位置決め装置である。
【００１０】
繊維配置装置１０は、型枠２０の上にコース材料１８を貼付することによって、品目１６を作製するように構成される。通常、品目１６は、互いに隣接して敷設された一連の材料コース１８を含む、多数のプライまたは層から作製される。種々の形態では、エンドエフェクタ１４は、コース材料１８を型枠２０に貼付するために、転圧ローラ（図１に示さず）および／またはスイープを含む。型枠２０は、プライ配置のために、適度に安定な、みがかれた表面をもたらすように構成される。図示のように、型枠２０は、軸回りに回転するように制御される。このように回転するように制御されるとき、型枠２０は、通常、心棒と呼ばれる。型枠２０、すなわち心棒は、作製される部品に応じて形状が非常に複雑になる可能性があり、深くくぼんだ表面を含む可能性があることを理解されたい。他の実施形態では、型枠２０は、固定されてよく、または種々の軸内で動くように制御されてよい。例えば、型枠２０は、すべりテーブルまたはＸ−Ｙテーブルに固定されてよい。型枠２０の運動および位置決め装置１２の運動は、エンドエフェクタ１４を位置決めするように作用する。
【００１１】
さらに、型枠２０および位置決め装置１２の運動は、両装置が、本質的に単一のユニットとして動作する程度まで、全体として協調的である。寸法、形状、輪郭、他など、型枠２０の特徴は、品目１６の設計パラメータに基づく。品目１６は、複数のコース２４で構築されている図１に示される。型枠２０、または基板２６の上に配置されるコース２４の各層は、プライとして説明され、品目１６は、通常、複数のプライで作製される。基板２６は、型枠２０の表面および／または前に貼付されたコース２４を含む。上述のように、型枠の寸法、形状および輪郭が複雑になるならば、部品を作製するときに、型枠とエンドエフェクタとの間に好ましからざる物理的な接触を生じることなく、エンドエフェクタ１４を適切な位置に配置することは困難である可能性がある。
【００１２】
知られている繊維配置装置についての上の説明に関して、以下の段落で説明される実施形態は、繊維の配置のための製造方法およびシステムに向けられる。図２を参照すると、繊維配置システム１００は、ロボット１１２に搭載されたレイアップ心棒１１０を含む。レイアップ心棒１１０は、ロボット１１２を使用して作製される少量または中量のチャージを、例えば複合材料のパッチ１５０の作製を結果としてもたらすパターンで、固定式繊維配置システム１２０の上方で心棒１１０に渡すことを可能にする、固定式繊維配置分配システム１２０と連係する。説明された実施形態に関して、いくつかの既存の繊維配置機械は、フィラメントワインディングと類似の、バレル状の構造を造るために、回転軸の中に搭載された心棒または工具を有する。繊維配置システム１００は、レイアップ心棒を２自由度以上で操作する一方、繊維配置分配システム１２０は固定のままである。
【００１３】
繊維配置分配システム１２０は、繊維を心棒１１０上に配置するために、配送ヘッド１２４の末端部の近くに転圧ローラ１２２を含む。本明細書で使用される場合、配送ヘッドは、材料を分配し、転圧し、または切断することができるシステムの組立体を指す。配送ヘッド１２４の一部は、転圧ローラ１２２である。心棒１１０が、複数の寸法、形状および輪郭を有するように作製されてよいこと、ならびに、固定式分配システム１２０の１つの利点が、配置される繊維を運ぶ必要がある従来技術のシステムと比べて、より大きな繊維のスプールが使用されうることにあることに、留意されたい。繊維配置システム１００の別の利点は、そのようなより大きい繊維１４４のスプール１４２の大きさに作られた１つまたは複数のより大きなクリール１４０が、配送ヘッド１２４とクリール１４０との間に固定された繊維経路を組み入れ、クリール１４０から配送ヘッド１２４までの繊維１４４の搬送を簡素化しながら、固定した場所に設置されてよいことである。そのような実施形態では、心棒１１０のために配送ヘッド１２４に対してより大きな間隙をもたらし、それにより、部品の作製がより大きな輪郭を組み入れることを可能にするために、クリール１４０およびスプール１４２が、実際の配送ヘッド１２４から離れて搭載されてよい。図２に示される実施形態では、複数のクリール１４０およびスプール１４２が、図示のように分配システム１２０内に設置される。
【００１４】
より具体的には、複雑な繊維配置装置（分配システム１２０）が固定され、ロボット１１２が、複合材料が心棒１１０の上で転圧され、心棒１１０に付着するように、心棒１１０を転圧ローラ１２０周りに動かす。図示のように、ロボットは軌道１６０の上を動くことができ、関節アーム１６２を有する。さらに、ひとたび材料が、ロボットに搭載された心棒１１０の上に堆積されると、ロボット１１２は、心棒１１０を、バレルレイアップ１３０など、より大きな組立体まで容易に動かし、図３および図４に示されるように、複合繊維材料のパッチ１５０を移すことができる。別の実施形態では、ロボットアームが搭載された無人搬送車（ＡＧＶ）が設けられ、ＡＧＶは、複合繊維の部品を心棒１１０からバレルレイアップ１３０などの組立体の上に移すために、ロボットアームを動かすように動作することができる。別の実施形態では、複合繊維の部品が全体として、他のレイアップに移されることなく、心棒１１０の上に配置される。使用される特定の実施形態は、少なくとも部分的には、作製される部品の寸法および複雑さによって決まる。
【００１５】
説明される実施形態によって、ロボットアームに搭載された分配装置を使用して、固定式心棒または１軸回転の心棒の上に繊維を敷設する従来の解決策は断念される。代わりに、図３にさらに示されるように、心棒１１０は、繊維を分配システムから心棒１１０に貼付する間、および材料のパッチ１５０を、バレルレイアップ１３０上に配置されるように、より大きなレイアップに移す間に、ロボット１１２によって運ばれる。図４に示されるように、複数のクリール１４０およびスプールは、また、個別の繊維１４４が、配送ヘッド１２４への経路を定めるために分配システムの中に送り込まれる状態で、分配システム１２０から離れて設置されてよい。そのような実施形態の動作は、多数の繊維部品を作製するために、付加的なスプール１４２が同時に使用されることを可能にする。加えて、そのような配列は、さらに大きな繊維１４２のスプールが使用されることを可能にする。
【００１６】
現在存在するシステムにおいてなされるようなモーションシステムによって運ばれる代わりに、システム１００は、床１７０に搭載された材料配送システム（分配システム１２０）を含む。さらに、システム１００では、心棒１１０は、現在存在するシステムの場合のように床１７０に搭載される代わりに、モーションシステム（ロボット１１２）に搭載される。一実施形態では、転圧ローラ１２２が、異なる繊維の角度に適応し、心棒１１０の動きの少なくとも一部を最小化するために、単一の回転軸を組み入れる。一例では、高アスペクト比の心棒が、その動きの範囲を通して心棒１１０をスピンさせる必要なく、一般的に使用される０°／４５°／―４５°／９０°のプライの向きに対して転圧ローラ１２２が回転することから、恩恵を受ける。
【００１７】
システム１００は、伝統的な繊維配置における材料の配送および貼付が、複雑な電子的、空圧的および機械的システムを必要とすることにおいて、既存の解決策と区別される。そのように複雑なシステムがロボットアームに搭載されるならば、電気的および空気的なケーブルおよびホースを移動式配送ヘッドに運ぶことが必要となることによって、複雑さが悪化する。配送ヘッドの上ではなく、配送ヘッドの近くに搭載されるクリールに対して、材料をヘッドに搬送することは、依然として複雑なままである。加えて、移動式配送ヘッドの重量および寸法が、モーションシステムが材料を貼付することができる速度を制限する。
【００１８】
また、移動式配送ヘッドの寸法は、作製される部品の高い輪郭の領域におけるアクセスを制限する可能性がある。本明細書で説明される実施形態に対して、心棒１１０は、制御システムおよびケーブルもしくはホースを持たずにロボットアームに搭載された、簡単な固体の工具である。複雑な材料配送構成要素は、分配システムの一部として、床に搭載される。上述の制約を解決することに加えて、床に搭載された配送システムは、より大きな原材料のキャッシュを収容することができ、そのことが、より少ない動作の停止時間を可能にする。
【００１９】
最後に、システム１００は、パッチ１５０など、材料のパッチをレイアップし、次いで、パッチ１５０を心棒１１０からバレルレイアップ１３０など、より大きな組立体に移すことが望ましいときに、解決策をもたらす。心棒１１０を運ぶロボット１１２は、パッチ１５０を配送システム（分配器１２０）から組立体の領域（レイアップバレル１３０）まで、ステップを付加することなく簡単に動かすことができる。
【００２０】
図５は、繊維配置システム１００での使用に適するシステム２００のブロック図である。図示のように、システム２００は、制御器２０２を含む。制御器２０２は、コンピュータ可読コードを実行するように動作することができる。この関連で、システム２００は、一式のコンピュータ可読の命令またはコード２０４を含む。コード２０４によって、制御器２０２は、ファイル２０６にアクセスするように構成される。このファイル２０６は、以下の、作製されるべき複合品目（例えば、パッチ１５０）のコンピュータ可読モデル；心棒１１０の表面のコンピュータ可読表現；バレルレイアップ１３０の表面のコンピュータ可読表現；バレルレイアップ１３０の縁部のコンピュータ可読表現；作製されるべき複合品目の厚さ；作製されるべき複合品目、心棒１１０およびバレルレイアップ１３０のうちの少なくとも１つに基づくソースコード；ソースコードに基づく、ロボット１１２に対する一式の運動命令；作製されるべき複合品目をレイアップする間に収集されたデータ；タイムスタンプ情報；位置情報；識別番号；他、のうちの１つまたは複数を含む。
【００２１】
さらに、制御器２０２は、ネットワーク２０８を通じて通信するように構成される。ネットワーク２０８は、付加的なデータ記憶および／または処理能力をもたらすために、任意選択で含まれる。この観点から、ネットワークはデータベース２１０およびサーバ２１２を含む。データベース２１０は、コード２０４および／またはファイル２０６のコピーを記憶するように構成される。サーバ２１２は、コード２０４および／またはファイル２０６の任意の適切な処理を発生させ、記憶し、実施するように構成される。このようにして、例えば、サーバ２１２など、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）機械で発生された、複合品目（パッチ１５０）などの複合品目が、繊維配置システム１００に転送されてよい。加えて、サーバ２１２は、ネットワーク２０８を介して、コード２０４および／またはファイル２０６に対するアップデートを転送するように動作することができる。加えて、システム２００は、メモリ２１４を任意選択で含む。メモリ２１４は、存在する場合は、コード２０４および／またはファイル２０６のコピーを記憶するように構成される。
【００２２】
位置決め装置制御器２１６は、繊維配置システム１００に関連する種々のアクチュエータおよび／またはサーボモータの必要性に応じて、システム２００の中に任意選択で含まれる。繊維配置システム１００の特定の構成に応じて、複数のアクチュエータおよび／またはサーボモータが、繊維配置システム１００のロボット１１２、したがって心棒１１０の回転、位置、速度、方向、他を調節する。より具体的には、ロボット１１２のこれらのアクチュエータおよび／またはサーボモータは、少なくとも、心棒１１０の種々の軸を調節し、かつ／または分配システム１２０、例えばクランプ、テンショナ、スプール、切断組立体およびその中のカッタ、の動作を制御するように構成される。位置決め装置制御器２１６が存在する場合、そのパラメータは、種々のアクチュエータ、サーボ、および／または制御器２０２の仕様に基づく。位置決め装置制御器２１６は、存在する場合、これらのアクチュエータおよび／またはサーボモータのいくつかのまたはすべてを制御するように構成される。加えて、これらのアクチュエータおよび／またはサーボモータは、制御器２０２によって直接調節されるように、任意選択で動作することができ、したがって、システム２００は、位置決め装置制御器２１６を省略することができる。
【００２３】
さらに、システム２００は、繊維配置システム１００の種々の適切な動作の条件または属性を感知するように構成された複数のセンサを、任意選択で含む。適切な属性の例は、繊維および／または心棒の温度、供給速度および方向、材料の配置、裏地の一体性、トウの供給、および／またはその他のうちのいくつかのまたはすべてを含む。
【００２４】
図６は、制御器２０２に対する可能なシステムアーキテクチャである。図示のように、制御器２０２は、プロセッサ３００を含む。プロセッサ３００は、電源３０２、メモリ３０４、クロック３０６、アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）３０８、および入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート３１０に、動作可能に接続される。Ｉ／Ｏポート３１０は、任意の適切に装着された電子装置から信号を受け、これらの信号をＡ／Ｄ ３０８および／またはプロセッサ３００に転送するように構成される。信号がアナログ形式であれば、信号はＡ／Ｄ ３０８を介して進んでよい。この観点から、Ａ／Ｄ ３０８は、アナログ形式の信号を受け、これらの信号を対応するディジタル形式の信号に変換するように構成される。反対に、Ａ／Ｄ ３０８は、プロセッサ３００からディジタル形式の信号を受け、これらの信号をアナログ形式に変換し、アナログ信号をＩ／Ｏポート３１０に転送するように構成される。このようにして、アナログ信号を受けるように構成された電子装置が、プロセッサ３００と互いに通信することができる。
【００２５】
プロセッサ３００は、信号を、Ａ／Ｄ ３０８および／またはＩ／Ｏポート３１０から受け、Ａ／Ｄ ３０８および／またはＩ／Ｏポート３１０に送信するように構成される。さらに、プロセッサ３００は、クロック３０６から時間信号を受けるように構成される。加えて、プロセッサ３００は、電子データを、メモリ３０４に記憶し、メモリ３０４から検索するように構成される。さらに、プロセッサ３００は、位置決め装置制御器２１６を調節するように動作することができる信号を確定し、それにより、繊維配置システム１００の種々のアクチュエータおよび／またはサーボモータに特定の力を出させ、かつ／または特定の角度に回転させるように制御するように構成される。
【００２６】
一実施形態では、プロセッサ３００は、コード２０４を実行するように構成される。この一式の命令および繊維配置システム１００の種々の構成要素からの信号に基づいて、プロセッサ３００は、ロボット１１２（およびロボット１１２に装着された心棒１１０）に対する一式の運動命令を確定し、繊維の繰り出し（disbursement）、などのために、分配システム１２０に命令を供給するように構成される。
【００２７】
図７は、本明細書で説明された繊維配置システム１００を使用して、部品を作製し、配置するためのプロセスを示す流れ図４００である。４０２で特定の部品を製造するためのプログラムが選択される。４０４で選択された部品に適した心棒がロボットアームに添付される。次いで、４０６で選択されたプログラムが実行され、繊維配置配送システムが繊維を心棒上に分配するにつれて、ロボットアームが、繊維配置システムの転圧ローラおよび配送ヘッドに対して心棒を動かす。部品の作製が完了すると、４０８で心棒が、部品が工具上に配置されるべき位置に動かされ、４１０で部品が心棒から工具上に取り外される。
【００２８】
説明された実施形態は、一般に、ロボットまたは他の数値制御のモーションシステムと、モーションシステムに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、固定的に搭載された繊維配置配送システムと、ロボット（およびそれゆえ心棒）を案内し、同時に繊維配置配送システムを制御するための制御ソフトウェアとを含む繊維配置システムに関する。一般に、そのような実施形態は、寸法または構成において制限されないが、説明されたシステムは、小型から中型の部品に複合物のチャージの繊維配置を実施することに対してとりわけ有用である。そのような部品の寸法は、心棒を操作するために使用される装置の載荷能力）によってのみ制限される。加えて、このシステムは、複合材料の中間パッチ（ダブラー）、を繊維配置領域から胴体バレル（fuselage barrel）などのより大きなレイアップに移すために使用されてよい。
【００２９】
本開示の実施形態は、図８に示されるような航空機の製造およびサービスの方法５００、ならびに図９に示されるような航空機６００を背景として説明されてよい。試作の間、航空機の製造およびサービスの方法５００は、航空機６００に対して、５０２で仕様および設計、ならびに５０４で材料の調達を含んでよい。
【００３０】
生産の間、航空機６００に対して、５０６で構成要素および部分組立品の製造、ならびに５０８でシステム統合が行われる。その後、航空機６００は、５１２で就航させるために、５１０で認証を受けて納品を完了する。顧客による就航中に、航空機６００は、５１４で定期的な保守管理サービス（同様に、変更、再構成、改修、などを含んでよい）が予定されている。
【００３１】
航空機の製造およびサービスの方法５００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者機関、および／またはオペレータ（例えば、顧客）によって実施または遂行されてよい。この説明のために、システムインテグレータは、限定なしに、任意の数の航空機製造会社および大きなシステムの下請け業者を含んでよく；第三者機関は、例えば、限定なしに、任意の数の販売会社、下請け業者および納入業者を含んでよく；オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関、などであってよい。
【００３２】
図９に示されるように、航空機の製造およびサービスの方法５００によって生産される航空機６００は、複数のシステム６０４およびインテリア６０６を有する機体６０２を含んでよい。システム６０４の例は、推進システム６０８、電気システム６１０、油圧システム６１２、および環境システム６１４のうちの１つまたは複数を含む。任意の数の他のシステムが、この例に含まれてよい。航空宇宙産業の例が示されるが、本開示の原理は、自動車産業など、他の産業に適用されてよい。
【００３３】
本明細書に盛り込まれた装置および方法は、航空機の製造およびサービスの方法５００のうちの任意の１つまたは複数の段階の間に使用されてよい。例えば、限定なく、５０６での構成要素および部分組立品の製造に対応する構成要素および部分組立品は、航空機６００が就航中に生産される構成要素または部分組立品に類似する方式で、作製または製造されてよい。
【００３４】
また、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、例えば、限定なく、大幅に、航空機６００の組み立てを促進するか、またはコストを削減することによって、５０６での構成要素および部分組立品の製造、および５０８でのシステム統合の間に使用されてよい。同様に、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、航空機６００が就航中に使用されてよく、例えば、限定なく、５１４での保守管理サービスが、５０８でのシステム統合の間に使用されてよく、および／または５１４での保守管理サービスが、部品が互いに接続および／または嵌合されてよいかどうかを確定するために使用されてよい。
【００３５】
異なる有利な実施形態の説明は、例示および説明を目的として提示されており、完全であること、または実施形態を開示された形態に限定することは意図されていない。多くの改変形態および変更形態が、当業者には明らかとなろう。さらに、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態に比べて、異なる利点を提供することができる。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も良く説明し、考慮された特定の使用に適合された種々の改変形態を伴う種々の実施形態に対する本開示を、他の当業者が理解することを可能にするために、選択され、説明される。
【００３６】
この書面による説明は、当業者が、任意の装置またはシステムを作り使用すること、および任意の組み入れられた方法を実施することを含む、そのような実施形態を実施することを可能にするために、最良のモードを含む種々の実施形態を開示するために、例を使用する。特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想起する他の例を含んでよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言葉と異なることのない構造的要素を有するならば、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とごくわずかに異なる、等価な構造的要素を有するならば、特許請求の範囲の中にあることが、意図されている。
【００３７】
本発明は、以下にも関している。
１． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対して前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記繊維配置配送システムが、
表面に搭載された固定式システムと、
前記固定式システムに動作可能に装着された配送ヘッドであって、前記配送ヘッドの末端部に転圧ローラを備え、前記転圧ローラが単一の回転軸を有する、配送ヘッドと
を備える、繊維配置システム。
２． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記ロボットアームを案内して前記繊維配置配送システムの動作を制御するようにプログラムされた処理装置をさらに備える、繊維配置システム。
３． 前記処理装置が、作製されるべき複合繊維部品のコンピュータ可読モデルと、前記心棒の表面のコンピュータ可読表現と、複合繊維部品が配置されるべき表面のコンピュータ可読表現と、作製されるべき複合繊維部品の厚さとのうちの少なくとも１つに対してプログラムされる、項目２に記載の繊維システム配置。
４． 前記処理装置が、前記モーションシステムに対する一式の運動命令と、前記繊維配置配送システムから繊維材料を分配するための一式の命令とのうちの少なくとも１つに対してプログラムされる、項目２に記載の繊維システム配置。
５． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記ロボットアームが、２自由度以上で前記心棒を運動させるように動作することができる、繊維配置システム。
６． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、心棒を動かすようにロボットアームを動作させることが、ロボットアームを動作させて、固定式繊維配置配送システムに、配送ヘッドを介して複合繊維を分配させるように選択されたプログラムを実行することを含む方法。
７． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、作製されるべき複合繊維部品に関連するプログラムを選択することをさらに含む方法。
８． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、
作製された複合繊維部品が工具上に配置されるべき位置に心棒を動かすことと、
部品を心棒から取り外すことと
をさらに含む方法。
９． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、作製された複合繊維部品を心棒から組立体に移すために、ロボットアームを軌道に沿って動かすことをさらに含む方法。
１０． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、繊維を配送ヘッドに配送するために、繊維配置配送システム内の材料配送構成要素を動作させるためのプログラムを実行することをさらに含む方法。
１１． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすようにロボットアームを動作させることが、ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することを含む方法。
１２． ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することが、
作製されるべき複合繊維部品のコンピュータ可読モデルを供給するプログラムを実行することと、
選択された心棒の表面のコンピュータ可読表現を供給するプログラムを実行することと、
複合繊維部品が配置されるべき表面のコンピュータ可読表現を供給するプログラムを実行することと
のうちの少なくとも１つを含む、項目１１に記載の方法。
１３． ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することが、ロボットアームに関連するモーションシステムに対する一式の運動命令と、繊維配置配送システムから繊維材料を分配するための一式の命令とを実行することを含む、項目１１に記載の方法。
１４． ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
固定式繊維配置配送システムと
を含み、前記ロボットアームが、前記固定式繊維配置配送システムに対して前記心棒を運動させるように動作することができる繊維配置システム。
１５． 軌道を搭載されたモーションシステムと、前記ロボットアームが搭載された無人搬送車とのうちの少なくとも１つを備える、項目１４に記載の繊維配置システム。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ 繊維配置装置
１２ 位置決め装置
１４ エンドエフェクタ
１６ 品目
１８ コース材料
２０ 型枠
２４ コース
２６ 基板
１１０ レイアップ心棒
１１２ ロボット
１２０ 固定式繊維配置システム
１２２ 転圧ローラ
１２４ 配送ヘッド
１３０ バレルレイアップ
１４０ クリール
１４２ スプール
１４４ 繊維
１５０ パッチ
１６０ 軌道
１６２ 関節アーム
１７０ 床
２００ システム
２０２ 制御器
２０４ コンピュータ可読の命令またはコード
２０６ ファイル
２０８ ネットワーク
２１０ データベース
２１２ サーバ
２１４ メモリ
２１６ 位置決め装置制御器
３００ プロセッサ
３０２ 電源
３０４ メモリ
３０６ クロック
３０８ アナログ−ディジタル変換器
３１０ 入力／出力ポート
６００ 航空機
６０２ 機体
６０４ システム
６０６ インテリア
６０８ 推進システム
６１０ 電気システム
６１２ 油圧システム
６１４ 環境システム
【技術分野】
【０００１】
本開示の分野は、一般に、繊維配置システムに関し、より詳細には、固定式分配器を使用する繊維配置のための方法およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
伝統的な繊維配置システムでは、モーションシステム（ロボットまたは他の数値制御機器など）が、複雑な繊維分配システムまたは繊維分配ヘッドを、固定式心棒または回転軸に搭載された心棒のいずれかの上方に進めるために使用される。しかし、繊維分配システムを動かし、かつ繊維材料を可動ヘッドに供給することは、複雑かつ困難である。例えば、繊維分配システムはヘッドの一部であり、それゆえヘッドは、必然的に寸法が大きくなる。繊維を分配するために複雑な形状の心棒の上方でヘッドを動かすとき、分配ヘッドがかさ高いため、ヘッドと、レイアップされる部品との間で不慮の衝突が発生する可能性がある。繊維材料を最適に配置するためには、ヘッドを、材料が分配されている面に垂直にさせることが望ましいと考えられる場合、そのような可能性は大きくなる。クリール組立体を使用して、ヘッドの上ではなく機械の上に搭載された材料を有する繊維配置機械に対しては、１軸または２軸の機械の上に搭載されたクリールから、６軸以上に搭載された配送ヘッドまで材料を案内するために、複数の方向転換器（redirect）、櫛状の器具および滑車組立体が使用されるため、繊維経路は複雑となる可能性があり、材料の中に欠陥を含みやすくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
前の段落で言及されたように、伝統的な繊維配置システムは、繊維分配器を心棒の上方で動かす。そのようなシステムに対する１つの不利点は、モーションシステムが、繊維材料の供給源を、繊維配置動作を完了するために必要なすべての電気的、機械的および空気的システムと共に運ぶ必要があるか、またはクリールシステムを、動くシステムの一部として、システムの複雑さのすべてを有するヘッド付近の機械上のどこかに搭載する必要があることである。それゆえ、ヘッドに搭載される材料に対して、伝統的な繊維配置システムによって無理なく運ばれうる繊維の量は制限され、そのことが稼働停止時間につながる。機械に搭載されたクリールに対して、付加的なヘッドの関節を介してヘッドに材料を案内するために必要な、複数の材料方向転換システムが、材料の中に欠陥を誘発する可能性のある接触点を生成するか、または繊維または樹脂からの屑を集積して材料の詰まりを引き起こし、結果として稼働停止時間をもたらす。加えて、生産計画が、心棒からより大きな組立体まで材料のパッチを移すことを必要とするならば、第２のモーションシステムが使用される必要がある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一態様では、繊維配置システムが提供される。繊維配置システムは、ロボットアームを有するモーションシステムと、ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、配送ヘッドを有する繊維配置配送システムとを含む。ロボットアームは、複合繊維部品を作製するために、配送ヘッドに対して配送ヘッドの近くで心棒を運動させるように動作することができる。
【０００５】
別の態様では、複合繊維部品を作製する方法が提供される。方法は、選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることとを含む。
【０００６】
さらに別の実施形態では、繊維配置システムは、ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、固定式繊維配置配送システムとを含み、ロボットアームは、固定式繊維配置配送システムに対して心棒を運動させるように動作することができる。
【０００７】
論じられてきた特徴、機能および利点は、種々の実施形態において個々に達成されてよく、またはさらに他の実施形態の中に組み合わされてよく、実施形態のさらなる詳細は、以下の説明および図面を参照して理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】知られている繊維配置装置を示す図である。
【図２】ロボットに搭載されたレイアップ心棒および固定式繊維配置分配システムを含む繊維配置システムを示す図である。
【図３】複合材料のパッチを部品上に配置する図２のシステムを示す図である。
【図４】心棒が、複合材料のパッチを配置した後、繊維配置分配システムに戻ることを示す、図２のシステムを示す図である。
【図５】図２〜図４の繊維配置システムでの使用に適切なシステム２００のブロック線図である。
【図６】図５のシステムにおいて使用される制御器のための１つの可能なシステムアーキテクチャの図である。
【図７】図２〜図４のシステムを使用して部品を作製し配置するためのプロセスを示す流れ図である。
【図８】航空機の生産およびサービスの手順の流れ図である。
【図９】航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、位置決め装置１２およびエンドエフェクタ１４を含む、知られている繊維配置装置１０の図である。位置決め装置１２は、エンドエフェクタ１４の運動を、位置決めするか、そうでなければ制御するように構成される。特に、位置決め装置１２は、多軸の運動を制御するように構成された、ロボットアーマチャ、ガントリ型、またはポストミル型の位置決め装置である。
【００１０】
繊維配置装置１０は、型枠２０の上にコース材料１８を貼付することによって、品目１６を作製するように構成される。通常、品目１６は、互いに隣接して敷設された一連の材料コース１８を含む、多数のプライまたは層から作製される。種々の形態では、エンドエフェクタ１４は、コース材料１８を型枠２０に貼付するために、転圧ローラ（図１に示さず）および／またはスイープを含む。型枠２０は、プライ配置のために、適度に安定な、みがかれた表面をもたらすように構成される。図示のように、型枠２０は、軸回りに回転するように制御される。このように回転するように制御されるとき、型枠２０は、通常、心棒と呼ばれる。型枠２０、すなわち心棒は、作製される部品に応じて形状が非常に複雑になる可能性があり、深くくぼんだ表面を含む可能性があることを理解されたい。他の実施形態では、型枠２０は、固定されてよく、または種々の軸内で動くように制御されてよい。例えば、型枠２０は、すべりテーブルまたはＸ−Ｙテーブルに固定されてよい。型枠２０の運動および位置決め装置１２の運動は、エンドエフェクタ１４を位置決めするように作用する。
【００１１】
さらに、型枠２０および位置決め装置１２の運動は、両装置が、本質的に単一のユニットとして動作する程度まで、全体として協調的である。寸法、形状、輪郭、他など、型枠２０の特徴は、品目１６の設計パラメータに基づく。品目１６は、複数のコース２４で構築されている図１に示される。型枠２０、または基板２６の上に配置されるコース２４の各層は、プライとして説明され、品目１６は、通常、複数のプライで作製される。基板２６は、型枠２０の表面および／または前に貼付されたコース２４を含む。上述のように、型枠の寸法、形状および輪郭が複雑になるならば、部品を作製するときに、型枠とエンドエフェクタとの間に好ましからざる物理的な接触を生じることなく、エンドエフェクタ１４を適切な位置に配置することは困難である可能性がある。
【００１２】
知られている繊維配置装置についての上の説明に関して、以下の段落で説明される実施形態は、繊維の配置のための製造方法およびシステムに向けられる。図２を参照すると、繊維配置システム１００は、ロボット１１２に搭載されたレイアップ心棒１１０を含む。レイアップ心棒１１０は、ロボット１１２を使用して作製される少量または中量のチャージを、例えば複合材料のパッチ１５０の作製を結果としてもたらすパターンで、固定式繊維配置システム１２０の上方で心棒１１０に渡すことを可能にする、固定式繊維配置分配システム１２０と連係する。説明された実施形態に関して、いくつかの既存の繊維配置機械は、フィラメントワインディングと類似の、バレル状の構造を造るために、回転軸の中に搭載された心棒または工具を有する。繊維配置システム１００は、レイアップ心棒を２自由度以上で操作する一方、繊維配置分配システム１２０は固定のままである。
【００１３】
繊維配置分配システム１２０は、繊維を心棒１１０上に配置するために、配送ヘッド１２４の末端部の近くに転圧ローラ１２２を含む。本明細書で使用される場合、配送ヘッドは、材料を分配し、転圧し、または切断することができるシステムの組立体を指す。配送ヘッド１２４の一部は、転圧ローラ１２２である。心棒１１０が、複数の寸法、形状および輪郭を有するように作製されてよいこと、ならびに、固定式分配システム１２０の１つの利点が、配置される繊維を運ぶ必要がある従来技術のシステムと比べて、より大きな繊維のスプールが使用されうることにあることに、留意されたい。繊維配置システム１００の別の利点は、そのようなより大きい繊維１４４のスプール１４２の大きさに作られた１つまたは複数のより大きなクリール１４０が、配送ヘッド１２４とクリール１４０との間に固定された繊維経路を組み入れ、クリール１４０から配送ヘッド１２４までの繊維１４４の搬送を簡素化しながら、固定した場所に設置されてよいことである。そのような実施形態では、心棒１１０のために配送ヘッド１２４に対してより大きな間隙をもたらし、それにより、部品の作製がより大きな輪郭を組み入れることを可能にするために、クリール１４０およびスプール１４２が、実際の配送ヘッド１２４から離れて搭載されてよい。図２に示される実施形態では、複数のクリール１４０およびスプール１４２が、図示のように分配システム１２０内に設置される。
【００１４】
より具体的には、複雑な繊維配置装置（分配システム１２０）が固定され、ロボット１１２が、複合材料が心棒１１０の上で転圧され、心棒１１０に付着するように、心棒１１０を転圧ローラ１２０周りに動かす。図示のように、ロボットは軌道１６０の上を動くことができ、関節アーム１６２を有する。さらに、ひとたび材料が、ロボットに搭載された心棒１１０の上に堆積されると、ロボット１１２は、心棒１１０を、バレルレイアップ１３０など、より大きな組立体まで容易に動かし、図３および図４に示されるように、複合繊維材料のパッチ１５０を移すことができる。別の実施形態では、ロボットアームが搭載された無人搬送車（ＡＧＶ）が設けられ、ＡＧＶは、複合繊維の部品を心棒１１０からバレルレイアップ１３０などの組立体の上に移すために、ロボットアームを動かすように動作することができる。別の実施形態では、複合繊維の部品が全体として、他のレイアップに移されることなく、心棒１１０の上に配置される。使用される特定の実施形態は、少なくとも部分的には、作製される部品の寸法および複雑さによって決まる。
【００１５】
説明される実施形態によって、ロボットアームに搭載された分配装置を使用して、固定式心棒または１軸回転の心棒の上に繊維を敷設する従来の解決策は断念される。代わりに、図３にさらに示されるように、心棒１１０は、繊維を分配システムから心棒１１０に貼付する間、および材料のパッチ１５０を、バレルレイアップ１３０上に配置されるように、より大きなレイアップに移す間に、ロボット１１２によって運ばれる。図４に示されるように、複数のクリール１４０およびスプールは、また、個別の繊維１４４が、配送ヘッド１２４への経路を定めるために分配システムの中に送り込まれる状態で、分配システム１２０から離れて設置されてよい。そのような実施形態の動作は、多数の繊維部品を作製するために、付加的なスプール１４２が同時に使用されることを可能にする。加えて、そのような配列は、さらに大きな繊維１４２のスプールが使用されることを可能にする。
【００１６】
現在存在するシステムにおいてなされるようなモーションシステムによって運ばれる代わりに、システム１００は、床１７０に搭載された材料配送システム（分配システム１２０）を含む。さらに、システム１００では、心棒１１０は、現在存在するシステムの場合のように床１７０に搭載される代わりに、モーションシステム（ロボット１１２）に搭載される。一実施形態では、転圧ローラ１２２が、異なる繊維の角度に適応し、心棒１１０の動きの少なくとも一部を最小化するために、単一の回転軸を組み入れる。一例では、高アスペクト比の心棒が、その動きの範囲を通して心棒１１０をスピンさせる必要なく、一般的に使用される０°／４５°／―４５°／９０°のプライの向きに対して転圧ローラ１２２が回転することから、恩恵を受ける。
【００１７】
システム１００は、伝統的な繊維配置における材料の配送および貼付が、複雑な電子的、空圧的および機械的システムを必要とすることにおいて、既存の解決策と区別される。そのように複雑なシステムがロボットアームに搭載されるならば、電気的および空気的なケーブルおよびホースを移動式配送ヘッドに運ぶことが必要となることによって、複雑さが悪化する。配送ヘッドの上ではなく、配送ヘッドの近くに搭載されるクリールに対して、材料をヘッドに搬送することは、依然として複雑なままである。加えて、移動式配送ヘッドの重量および寸法が、モーションシステムが材料を貼付することができる速度を制限する。
【００１８】
また、移動式配送ヘッドの寸法は、作製される部品の高い輪郭の領域におけるアクセスを制限する可能性がある。本明細書で説明される実施形態に対して、心棒１１０は、制御システムおよびケーブルもしくはホースを持たずにロボットアームに搭載された、簡単な固体の工具である。複雑な材料配送構成要素は、分配システムの一部として、床に搭載される。上述の制約を解決することに加えて、床に搭載された配送システムは、より大きな原材料のキャッシュを収容することができ、そのことが、より少ない動作の停止時間を可能にする。
【００１９】
最後に、システム１００は、パッチ１５０など、材料のパッチをレイアップし、次いで、パッチ１５０を心棒１１０からバレルレイアップ１３０など、より大きな組立体に移すことが望ましいときに、解決策をもたらす。心棒１１０を運ぶロボット１１２は、パッチ１５０を配送システム（分配器１２０）から組立体の領域（レイアップバレル１３０）まで、ステップを付加することなく簡単に動かすことができる。
【００２０】
図５は、繊維配置システム１００での使用に適するシステム２００のブロック図である。図示のように、システム２００は、制御器２０２を含む。制御器２０２は、コンピュータ可読コードを実行するように動作することができる。この関連で、システム２００は、一式のコンピュータ可読の命令またはコード２０４を含む。コード２０４によって、制御器２０２は、ファイル２０６にアクセスするように構成される。このファイル２０６は、以下の、作製されるべき複合品目（例えば、パッチ１５０）のコンピュータ可読モデル；心棒１１０の表面のコンピュータ可読表現；バレルレイアップ１３０の表面のコンピュータ可読表現；バレルレイアップ１３０の縁部のコンピュータ可読表現；作製されるべき複合品目の厚さ；作製されるべき複合品目、心棒１１０およびバレルレイアップ１３０のうちの少なくとも１つに基づくソースコード；ソースコードに基づく、ロボット１１２に対する一式の運動命令；作製されるべき複合品目をレイアップする間に収集されたデータ；タイムスタンプ情報；位置情報；識別番号；他、のうちの１つまたは複数を含む。
【００２１】
さらに、制御器２０２は、ネットワーク２０８を通じて通信するように構成される。ネットワーク２０８は、付加的なデータ記憶および／または処理能力をもたらすために、任意選択で含まれる。この観点から、ネットワークはデータベース２１０およびサーバ２１２を含む。データベース２１０は、コード２０４および／またはファイル２０６のコピーを記憶するように構成される。サーバ２１２は、コード２０４および／またはファイル２０６の任意の適切な処理を発生させ、記憶し、実施するように構成される。このようにして、例えば、サーバ２１２など、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）機械で発生された、複合品目（パッチ１５０）などの複合品目が、繊維配置システム１００に転送されてよい。加えて、サーバ２１２は、ネットワーク２０８を介して、コード２０４および／またはファイル２０６に対するアップデートを転送するように動作することができる。加えて、システム２００は、メモリ２１４を任意選択で含む。メモリ２１４は、存在する場合は、コード２０４および／またはファイル２０６のコピーを記憶するように構成される。
【００２２】
位置決め装置制御器２１６は、繊維配置システム１００に関連する種々のアクチュエータおよび／またはサーボモータの必要性に応じて、システム２００の中に任意選択で含まれる。繊維配置システム１００の特定の構成に応じて、複数のアクチュエータおよび／またはサーボモータが、繊維配置システム１００のロボット１１２、したがって心棒１１０の回転、位置、速度、方向、他を調節する。より具体的には、ロボット１１２のこれらのアクチュエータおよび／またはサーボモータは、少なくとも、心棒１１０の種々の軸を調節し、かつ／または分配システム１２０、例えばクランプ、テンショナ、スプール、切断組立体およびその中のカッタ、の動作を制御するように構成される。位置決め装置制御器２１６が存在する場合、そのパラメータは、種々のアクチュエータ、サーボ、および／または制御器２０２の仕様に基づく。位置決め装置制御器２１６は、存在する場合、これらのアクチュエータおよび／またはサーボモータのいくつかのまたはすべてを制御するように構成される。加えて、これらのアクチュエータおよび／またはサーボモータは、制御器２０２によって直接調節されるように、任意選択で動作することができ、したがって、システム２００は、位置決め装置制御器２１６を省略することができる。
【００２３】
さらに、システム２００は、繊維配置システム１００の種々の適切な動作の条件または属性を感知するように構成された複数のセンサを、任意選択で含む。適切な属性の例は、繊維および／または心棒の温度、供給速度および方向、材料の配置、裏地の一体性、トウの供給、および／またはその他のうちのいくつかのまたはすべてを含む。
【００２４】
図６は、制御器２０２に対する可能なシステムアーキテクチャである。図示のように、制御器２０２は、プロセッサ３００を含む。プロセッサ３００は、電源３０２、メモリ３０４、クロック３０６、アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ）３０８、および入力／出力（Ｉ／Ｏ）ポート３１０に、動作可能に接続される。Ｉ／Ｏポート３１０は、任意の適切に装着された電子装置から信号を受け、これらの信号をＡ／Ｄ ３０８および／またはプロセッサ３００に転送するように構成される。信号がアナログ形式であれば、信号はＡ／Ｄ ３０８を介して進んでよい。この観点から、Ａ／Ｄ ３０８は、アナログ形式の信号を受け、これらの信号を対応するディジタル形式の信号に変換するように構成される。反対に、Ａ／Ｄ ３０８は、プロセッサ３００からディジタル形式の信号を受け、これらの信号をアナログ形式に変換し、アナログ信号をＩ／Ｏポート３１０に転送するように構成される。このようにして、アナログ信号を受けるように構成された電子装置が、プロセッサ３００と互いに通信することができる。
【００２５】
プロセッサ３００は、信号を、Ａ／Ｄ ３０８および／またはＩ／Ｏポート３１０から受け、Ａ／Ｄ ３０８および／またはＩ／Ｏポート３１０に送信するように構成される。さらに、プロセッサ３００は、クロック３０６から時間信号を受けるように構成される。加えて、プロセッサ３００は、電子データを、メモリ３０４に記憶し、メモリ３０４から検索するように構成される。さらに、プロセッサ３００は、位置決め装置制御器２１６を調節するように動作することができる信号を確定し、それにより、繊維配置システム１００の種々のアクチュエータおよび／またはサーボモータに特定の力を出させ、かつ／または特定の角度に回転させるように制御するように構成される。
【００２６】
一実施形態では、プロセッサ３００は、コード２０４を実行するように構成される。この一式の命令および繊維配置システム１００の種々の構成要素からの信号に基づいて、プロセッサ３００は、ロボット１１２（およびロボット１１２に装着された心棒１１０）に対する一式の運動命令を確定し、繊維の繰り出し（disbursement）、などのために、分配システム１２０に命令を供給するように構成される。
【００２７】
図７は、本明細書で説明された繊維配置システム１００を使用して、部品を作製し、配置するためのプロセスを示す流れ図４００である。４０２で特定の部品を製造するためのプログラムが選択される。４０４で選択された部品に適した心棒がロボットアームに添付される。次いで、４０６で選択されたプログラムが実行され、繊維配置配送システムが繊維を心棒上に分配するにつれて、ロボットアームが、繊維配置システムの転圧ローラおよび配送ヘッドに対して心棒を動かす。部品の作製が完了すると、４０８で心棒が、部品が工具上に配置されるべき位置に動かされ、４１０で部品が心棒から工具上に取り外される。
【００２８】
説明された実施形態は、一般に、ロボットまたは他の数値制御のモーションシステムと、モーションシステムに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、固定的に搭載された繊維配置配送システムと、ロボット（およびそれゆえ心棒）を案内し、同時に繊維配置配送システムを制御するための制御ソフトウェアとを含む繊維配置システムに関する。一般に、そのような実施形態は、寸法または構成において制限されないが、説明されたシステムは、小型から中型の部品に複合物のチャージの繊維配置を実施することに対してとりわけ有用である。そのような部品の寸法は、心棒を操作するために使用される装置の載荷能力）によってのみ制限される。加えて、このシステムは、複合材料の中間パッチ（ダブラー）、を繊維配置領域から胴体バレル（fuselage barrel）などのより大きなレイアップに移すために使用されてよい。
【００２９】
本開示の実施形態は、図８に示されるような航空機の製造およびサービスの方法５００、ならびに図９に示されるような航空機６００を背景として説明されてよい。試作の間、航空機の製造およびサービスの方法５００は、航空機６００に対して、５０２で仕様および設計、ならびに５０４で材料の調達を含んでよい。
【００３０】
生産の間、航空機６００に対して、５０６で構成要素および部分組立品の製造、ならびに５０８でシステム統合が行われる。その後、航空機６００は、５１２で就航させるために、５１０で認証を受けて納品を完了する。顧客による就航中に、航空機６００は、５１４で定期的な保守管理サービス（同様に、変更、再構成、改修、などを含んでよい）が予定されている。
【００３１】
航空機の製造およびサービスの方法５００の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者機関、および／またはオペレータ（例えば、顧客）によって実施または遂行されてよい。この説明のために、システムインテグレータは、限定なしに、任意の数の航空機製造会社および大きなシステムの下請け業者を含んでよく；第三者機関は、例えば、限定なしに、任意の数の販売会社、下請け業者および納入業者を含んでよく；オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関、などであってよい。
【００３２】
図９に示されるように、航空機の製造およびサービスの方法５００によって生産される航空機６００は、複数のシステム６０４およびインテリア６０６を有する機体６０２を含んでよい。システム６０４の例は、推進システム６０８、電気システム６１０、油圧システム６１２、および環境システム６１４のうちの１つまたは複数を含む。任意の数の他のシステムが、この例に含まれてよい。航空宇宙産業の例が示されるが、本開示の原理は、自動車産業など、他の産業に適用されてよい。
【００３３】
本明細書に盛り込まれた装置および方法は、航空機の製造およびサービスの方法５００のうちの任意の１つまたは複数の段階の間に使用されてよい。例えば、限定なく、５０６での構成要素および部分組立品の製造に対応する構成要素および部分組立品は、航空機６００が就航中に生産される構成要素または部分組立品に類似する方式で、作製または製造されてよい。
【００３４】
また、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、例えば、限定なく、大幅に、航空機６００の組み立てを促進するか、またはコストを削減することによって、５０６での構成要素および部分組立品の製造、および５０８でのシステム統合の間に使用されてよい。同様に、１つまたは複数の装置の実施形態、方法の実施形態、またはそれらの組合せは、航空機６００が就航中に使用されてよく、例えば、限定なく、５１４での保守管理サービスが、５０８でのシステム統合の間に使用されてよく、および／または５１４での保守管理サービスが、部品が互いに接続および／または嵌合されてよいかどうかを確定するために使用されてよい。
【００３５】
異なる有利な実施形態の説明は、例示および説明を目的として提示されており、完全であること、または実施形態を開示された形態に限定することは意図されていない。多くの改変形態および変更形態が、当業者には明らかとなろう。さらに、異なる有利な実施形態は、他の有利な実施形態に比べて、異なる利点を提供することができる。選択された１つまたは複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最も良く説明し、考慮された特定の使用に適合された種々の改変形態を伴う種々の実施形態に対する本開示を、他の当業者が理解することを可能にするために、選択され、説明される。
【００３６】
この書面による説明は、当業者が、任意の装置またはシステムを作り使用すること、および任意の組み入れられた方法を実施することを含む、そのような実施形態を実施することを可能にするために、最良のモードを含む種々の実施形態を開示するために、例を使用する。特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想起する他の例を含んでよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の文字通りの言葉と異なることのない構造的要素を有するならば、または特許請求の範囲の文字通りの言葉とごくわずかに異なる、等価な構造的要素を有するならば、特許請求の範囲の中にあることが、意図されている。
【００３７】
本発明は、以下にも関している。
１． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対して前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記繊維配置配送システムが、
表面に搭載された固定式システムと、
前記固定式システムに動作可能に装着された配送ヘッドであって、前記配送ヘッドの末端部に転圧ローラを備え、前記転圧ローラが単一の回転軸を有する、配送ヘッドと
を備える、繊維配置システム。
２． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記ロボットアームを案内して前記繊維配置配送システムの動作を制御するようにプログラムされた処理装置をさらに備える、繊維配置システム。
３． 前記処理装置が、作製されるべき複合繊維部品のコンピュータ可読モデルと、前記心棒の表面のコンピュータ可読表現と、複合繊維部品が配置されるべき表面のコンピュータ可読表現と、作製されるべき複合繊維部品の厚さとのうちの少なくとも１つに対してプログラムされる、項目２に記載の繊維システム配置。
４． 前記処理装置が、前記モーションシステムに対する一式の運動命令と、前記繊維配置配送システムから繊維材料を分配するための一式の命令とのうちの少なくとも１つに対してプログラムされる、項目２に記載の繊維システム配置。
５． ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備えており、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができ、前記ロボットアームが、２自由度以上で前記心棒を運動させるように動作することができる、繊維配置システム。
６． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、心棒を動かすようにロボットアームを動作させることが、ロボットアームを動作させて、固定式繊維配置配送システムに、配送ヘッドを介して複合繊維を分配させるように選択されたプログラムを実行することを含む方法。
７． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、作製されるべき複合繊維部品に関連するプログラムを選択することをさらに含む方法。
８． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、
作製された複合繊維部品が工具上に配置されるべき位置に心棒を動かすことと、
部品を心棒から取り外すことと
をさらに含む方法。
９． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、作製された複合繊維部品を心棒から組立体に移すために、ロボットアームを軌道に沿って動かすことをさらに含む方法。
１０． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、繊維を配送ヘッドに配送するために、繊維配置配送システム内の材料配送構成要素を動作させるためのプログラムを実行することをさらに含む方法。
１１． 複合繊維部品を作製する方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアームに配置することと、
繊維配置配送システムが複合繊維を選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすように、ロボットアームを動作させることと
を含み、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して心棒を動かすようにロボットアームを動作させることが、ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することを含む方法。
１２． ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することが、
作製されるべき複合繊維部品のコンピュータ可読モデルを供給するプログラムを実行することと、
選択された心棒の表面のコンピュータ可読表現を供給するプログラムを実行することと、
複合繊維部品が配置されるべき表面のコンピュータ可読表現を供給するプログラムを実行することと
のうちの少なくとも１つを含む、項目１１に記載の方法。
１３． ロボットアームを案内して繊維配置配送システムの動作を制御するように、処理装置内でプログラムを実行することが、ロボットアームに関連するモーションシステムに対する一式の運動命令と、繊維配置配送システムから繊維材料を分配するための一式の命令とを実行することを含む、項目１１に記載の方法。
１４． ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
固定式繊維配置配送システムと
を含み、前記ロボットアームが、前記固定式繊維配置配送システムに対して前記心棒を運動させるように動作することができる繊維配置システム。
１５． 軌道を搭載されたモーションシステムと、前記ロボットアームが搭載された無人搬送車とのうちの少なくとも１つを備える、項目１４に記載の繊維配置システム。
【符号の説明】
【００３８】
１０、１００ 繊維配置装置
１２ 位置決め装置
１４ エンドエフェクタ
１６ 品目
１８ コース材料
２０ 型枠
２４ コース
２６ 基板
１１０ レイアップ心棒
１１２ ロボット
１２０ 固定式繊維配置システム
１２２ 転圧ローラ
１２４ 配送ヘッド
１３０ バレルレイアップ
１４０ クリール
１４２ スプール
１４４ 繊維
１５０ パッチ
１６０ 軌道
１６２ 関節アーム
１７０ 床
２００ システム
２０２ 制御器
２０４ コンピュータ可読の命令またはコード
２０６ ファイル
２０８ ネットワーク
２１０ データベース
２１２ サーバ
２１４ メモリ
２１６ 位置決め装置制御器
３００ プロセッサ
３０２ 電源
３０４ メモリ
３０６ クロック
３０８ アナログ−ディジタル変換器
３１０ 入力／出力ポート
６００ 航空機
６０２ 機体
６０４ システム
６０６ インテリア
６０８ 推進システム
６１０ 電気システム
６１２ 油圧システム
６１４ 環境システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備え、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができる、繊維配置システム。
【請求項２】
前記配送ヘッドが固定式である、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項３】
前記繊維配置レイアップ心棒が複数の心棒を備えており、前記心棒が、前記ロボットアームから取り外し可能であり、複数の部品を作製するために、複数の寸法、形状および輪郭を有するように作製されている、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項４】
前記モーションシステムが軌道を有し、前記ロボットアームが、前記複合繊維部品を前記心棒から組立体上に移すために、前記軌道に沿って動くことができる、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項５】
前記モーションシステムが、前記複合繊維部品を前記心棒から組立体上に移すために、前記ロボットアームを動かすように動作することができる無人搬送車を備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項６】
前記ロボットアームが関節アームを備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項７】
前記繊維配置配送システムが、繊維を前記配送ヘッドまで配送するように動作することができる材料配送構成要素を備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項８】
複合繊維部品の作製方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアーム上に配置することと、
繊維配置配送システムが前記複合繊維を前記選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して前記心棒を動かすように前記ロボットアームを動作させることと
を含む方法。
【請求項１】
ロボットアームを備えるモーションシステムと、
前記ロボットアームに搭載された繊維配置レイアップ心棒と、
配送ヘッドを備える繊維配置配送システムと
を備え、前記ロボットアームが、複合繊維部品を作製するために、前記配送ヘッドに対し前記配送ヘッドの近くで前記心棒を運動させるように動作することができる、繊維配置システム。
【請求項２】
前記配送ヘッドが固定式である、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項３】
前記繊維配置レイアップ心棒が複数の心棒を備えており、前記心棒が、前記ロボットアームから取り外し可能であり、複数の部品を作製するために、複数の寸法、形状および輪郭を有するように作製されている、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項４】
前記モーションシステムが軌道を有し、前記ロボットアームが、前記複合繊維部品を前記心棒から組立体上に移すために、前記軌道に沿って動くことができる、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項５】
前記モーションシステムが、前記複合繊維部品を前記心棒から組立体上に移すために、前記ロボットアームを動かすように動作することができる無人搬送車を備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項６】
前記ロボットアームが関節アームを備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項７】
前記繊維配置配送システムが、繊維を前記配送ヘッドまで配送するように動作することができる材料配送構成要素を備える、請求項１に記載の繊維配置システム。
【請求項８】
複合繊維部品の作製方法であって、
選択された部品を作製するための心棒をロボットアーム上に配置することと、
繊維配置配送システムが前記複合繊維を前記選択された心棒上に分配するにつれて、固定式繊維配置配送システムの配送ヘッドに対して前記心棒を動かすように前記ロボットアームを動作させることと
を含む方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１２６１３４（Ｐ２０１２−１２６１３４Ａ）
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−２６４４９０（Ｐ２０１１−２６４４９０）
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月５日（２０１２．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６４４９０（Ｐ２０１１−２６４４９０）
【出願日】平成２３年１２月２日（２０１１．１２．２）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]