JP2021505451A - ローラー交換装置 - Google Patents

Abstract

ここで開示するローラー交換装置２００は、複合材料レイアップヘッド２０２に配置される支持部２０２と、それぞれのローラー３１２、３１４が配置される複数のローラーマウント２０８と、を有し、それぞれのローラーマウント２０８は、支持部２０２に対するそれぞれの係合位置へ選択的に移動可能であり、それぞれのローラーマウント２０８の係合位置は、支持部がヘッドに配置された状態において、ヘッドに対する圧縮位置に保持されたそれぞれのローラーと対応している。【選択図】図３

Description

本発明は、複合材料をレイアップするためのローラー交換装置に関する。

材料特性の特定の組み合わせを必要とするコンポーネントへの複合材料の使用が非常に多くなっている。特に、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）などの複合材料は、剛性が高く軽量であるため、航空宇宙やその他の産業のコンポーネントに一般的に使用されている。

複合材料を製造するためのレイアッププロセスでは、レイアップヘッドがヘッドパスをたどって、繊維強化材（トウまたはテープなど）をツールに配置し、所定のコンポーネントに用いるプリフォームの連続したプライを構築する。マトリックス材料は、繊維強化材（事前含浸、または「プリプレグ」）に予め適用されるか、または、後に、硬化前に適用される。所定の長さを持つ繊維強化材がレイアップヘッドから供給され、アプリケーターローラーによってツールに対して圧縮される。

本発明の一態様によれば、以下を含むローラ交換装置が提供される。複合材料レイアップヘッドに取り付けるための支持部と、それぞれのローラーを取り付けるための複数のローラーマウントと、を有し、それぞれのローラーマウントは、支持部に対するそれぞれの係合位置へ選択的に移動可能である。ここで、それぞれのローラーマウントの係合位置は、サポートがヘッドに取り付けられたときに、ヘッドに対して圧縮位置に保持されているそれぞれのローラーと対応している。

ヘッドに対する圧縮位置は、複合材料をヘッドからワークピースに対して圧縮するためのローラーの位置にすることができる。

それぞれのローラーマウントは、それぞれのローラーマウントをその係合位置へ移動させるために、支持部に対して回転可能な回転可能部材に配置されてもよい。回転可能部材またはそれぞれの回転可能部材は、それぞれのローラーマウントを係合位置へ動かすために、支持部材に対して回転可能なアームであってもよい。

それぞれのローラーマウントは、支持部に対して係合位置まで独立して移動可能であり得る。コントローラは、ローラーマウントの動きを制御するために提供されてもよい。コントローラは、一度に１つのローラマウントのみがそれぞれの係合位置にあるように構成されてもよい。

２つのローラーマウントのそれぞれが回転中心の周りで支持部に対して回転可能な回転可能部材に配置されてもよい。２つのローラー量は、回転中心の両側の正反対の位置にあってもよく、一緒に回転するように拘束されてもよい。２つのローラーマウントを同じ回転可能部材に配置できる。

複数のローラーマウントは、支持部に対して一緒に移動するように拘束することができる。したがって、１つのローラーマウントがそれぞれの係合位置に移動すると、別のローラーマウントがそれぞれの係合位置から離れるように移動し得る。

それぞれのローラーマウントの係合位置は、ローラーマウント間で共通でもよい。したがって、係合位置は、共通係合位置と呼ばれる場合がある。

それぞれのローラーマウントは、複数のローラーマウントのうちの少なくとも１つの他のローラーマウントに対して移動可能であり得る。それぞれのローラーマウントは、独立して（すなわち、他のそれぞれのローラーマウントから独立して）移動可能であり得る。

それぞれのローラーマウントは、支持部に対して、直線状の経路に沿ってそれぞれの係合位置に移動可能であり得る。それぞれのローラーマウントは、それぞれの直線状の経路に沿って移動可能でもよく、直線状の経路は、焦点の周りに角度的に分配され得る。その結果、それぞれのローラーマウントの係合位置は、共通の圧縮位置に保持されるそれぞれのローラーと対応する。それぞれのローラーマウントは、支持部に対して係合位置まで独立して移動可能であり得る。

直線状の経路は、焦点軸の周りに角度を付けて分布させることができる。それぞれのローラーマウントは、焦点軸と平行なローラー軸を中心にして、回転可能なローラーを保持するように構成され得る。

ローラー交換デバイスは、それぞれのローラーを保持するように構成され、それぞれのローラーの回転のためのローラー軸を規定する複数のローラーホルダーをさらに備えてもよい。それぞれのローラーホルダーは、それぞれのローラーマウントに取り付けることができる。

ローラー交換デバイスは、共通のローラー軸の周りを回転するために複数のローラーを保持するように構成され得る。それぞれのローラーマウントおよびそれぞれのローラーホルダーは、ローラーマウントがそれぞれの係合位置にある状態で、それぞれのローラー軸がローラーホルダーの少なくとも１つの構成において共通のローラー軸と整列するように協働的に構成され得る。

少なくとも１つのローラーホルダーは、それぞれのローラー軸が並進および／または回転においてそれぞれのローラーマウントに対して移動可能であるように構成され得る。その結果、ローラーマウントがそれぞれの係合位置にあるとき、ローラーは、ヘッドに対して一定範囲の対応する圧縮位置を持つそれぞれのローラーホルダーにより保持される。

少なくとも１つのローラーホルダーは、それぞれのローラーに加わる圧縮力に応答して、ローラーホルダーが弾性的に線形に圧縮可能であるように構成された弾性構成を有することができる。線形圧縮は、ばねなどの弾性装置の圧縮であり得る。弾性線形圧縮という用語は、ローラーホルダーが作られているバルク材料の熱によるひずみや圧縮、または弾性圧縮を含むことを意図していない。言い換えれば、弾性構成は、弾性線形圧縮軸に沿ったローラーホルダーの範囲が、バルク材料の単位力あたりの弾性圧縮ひずみに対応する速度（すなわち、単位力あたりの圧縮距離）よりも大きい速度で圧縮可能であるように構成することができる。

少なくとも１つのローラーホルダーは、ローラーホルダーがローラーマウントに対して弧状経路に沿って移動可能であるように、それぞれのローラーマウントと協働するように構成され得る。例えば、ローラーホルダーおよびローラーマウントは、弧状のレールまたは溝、および対応するフィッティングが協働する構成によって結合され得る。弧状経路は、ローラー軸および圧縮軸（ローラーに沿って圧縮力がそれに沿って加えられる）に直交する傾斜軸の周りに延びることができる。したがって、マウントに対するローラーホルダーの動きは、レイアップヘッドに対するローラー軸の傾斜角の変化をもたらし得る。レイアップヘッドは、第１の長手方向軸に沿って移動可能とすることができ、ローラー交換デバイスは、圧縮軸が長手方向の軸に垂直であるか、または長手方向の軸の法線に対して傾斜するように構成され得る。圧縮軸が縦軸の法線に対して傾斜している場合、ローラー軸の傾きにより、ローラー軸の一端が縦軸に沿って前方に移動し、反対側の端が縦軸に沿って後方に移動する。したがって、縦軸の参照フレーム（適用される表面またはワークピースの接平面に対応）で見ると、傾斜運動にはヨーイング（ねじれ）とローリング（縦軸を中心とした角運動）の両方の成分がある。

第２の態様によれば、第１の態様によるローラ交換デバイスを備えるローラ交換アセンブリが提供される。そして、複数のローラーのそれぞれがローラーマウントのそれぞれ１つに取り付けられている。

少なくとも２つのローラーは、以下のグループ、軸方向の寸法、材料、およびヤング率から選択された異なるローラー特性の値を持つことができる。

少なくとも１つのローラーホルダーは、それぞれのローラー軸の並進および／または回転において、それぞれのローラーマウントに対して移動可能であるように構成され得る。その結果、ローラーマウントがそれぞれの係合位置にあるとき、ローラーは、ヘッドに対して一定範囲の対応する圧縮位置を持つそれぞれのローラーホルダーによって保持される。少なくとも２つのローラーは、それぞれのローラーマウントが係合位置にあるときに、支持部に対する並進および／または回転のそれぞれの範囲に対応する異なるローラーエンベロープを有し得る。少なくとも２つのローラーのうちの１つは、圧縮位置に限定されたローラーエンベロープを有することができる。

ローラー交換アセンブリは、複数のローラーを保持して、支持部に対する共通の係合位置でワークピースと係合するように構成され得る。それぞれのローラーマウント、それぞれのローラー、およびそれぞれのローラーホルダー（存在する場合）は、ローラーマウントがそれぞれの係合位置にある状態で、それぞれのローラーが保持されて共通の係合位置でワークピースに係合するように協働的に構成され得る。

係合位置は、ローラー軸の位置ではなく、ローラーの表面がワークピースに当接する位置と関連し得る。

第３の態様によれば、レイアップヘッドに取り付けられた第１または第２の態様によるローラー交換装置またはローラー交換アセンブリを備える複合材料レイアップ装置が提供される。

本発明は、相互に排他的であるような組み合わせを除いて、本明細書に記載される特徴の任意の組み合わせを含み得る。

次に、添付の図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１は、レイアップヘッドの側面図および正面図を概略的に示す。 図２は、レイアップ手順におけるヘッド経路を概略的に示す。 図３は、ローラー交換デバイスを含むレイアップヘッドの一例を概略的に示す。 図４は、図３のローラー交換装置を概略的に示す。 図５は、各ローラーホルダーと、ローラーを備えた２つのローラーマウントを概略的に示す。 図６は、さらに他の例のローラー交換デバイスを概略的に示す。

図１の側面図および正面図によりレイアップヘッド１０の一例を示す。レイアップヘッド１０は、ツール１４に適用するために、繊維強化材１２を案内して切断するように構成されている。ヘッド１０がヘッド経路１８に沿ってツール１４に対して移動するときに、アプリケータローラ１６は、先端領域に隣接する圧縮位置に保持されて、先端領域からツール１４に対して繊維強化材を圧縮する。ヘッド１０は、アプリケーターローラー１６を介して圧縮軸Ｃに沿って圧縮力を加えるように構成されている。

この例では、アプリケータローラ１６は、ローラ軸Ｒを中心に回転するように取り付けられる。ローラ１６の取り付け機構は、ローラ軸Ｒ’が下側に位置するツール１４の表面と一致するように傾斜軸Ｔを中心に傾いて配置されるように提供される。この例では、傾斜軸Ｔは、圧縮軸およびローラ軸に対して直交している。

レイアップヘッド１０は、複数のコース２０、２２を含むヘッド経路１８に沿ってツール１４に対して移動することにより、繊維強化材１２を適用するように構成される。図２に示すように、例示的なヘッド経路１８は、ツール１４またはコンポーネントの第１の端から第２の端に向かってレイアップヘッド１０が横断して繊維強化材を配置し、後にツールの第１の端に戻ることにより完了する一方向コース２０の配列を含んでいてもよい。また、ヘッド経路１８は、ヘッドがコースの途中で向きを変える双方向コース２２を含んでいてもよい。

図３は、繊維ガイド部および切断装置を囲むヘッド本体１０２を備える例示的なレイアップヘッド１００を示す。この例では、レイアップヘッド１００は、ツール（図示省略）に対してヘッドボディ１０２を動かす６自由度マニピュレータのような多軸マニピュレータに取り付けることができる。他の例では、レイアップヘッド１００が静止して、ツールがヘッドに対して移動するように構成されてもよいし、ヘッドおよびツールの両方が互いに異なる自由度で相対移動できるように構成されてもよい。

レイアップヘッド１００は、レイアップヘッドの後端で受け取られた繊維強化材を先端領域１０６に向けるように構成される。ここで、繊維強化材は、圧縮させるためにツールに向かって案内され、切断され得る。この例では、レイアップヘッド１００は、並べられた繊維強化材の複数のトウ、例えば、８つのトウを案内し、切断するように構成されている。他の例では、レイアップヘッドは、繊維の束またはテープを案内するように構成し得る。

図３に示されるように、第１のアプリケーターローラー３１２は、先端領域１０６から受け取った繊維強化材をツールに対して圧縮するために、レイアップヘッド１００の先端領域１０６に隣接する圧縮位置に提供される。

ローラー３１２は、先端領域１０６に隣接した圧縮位置に保持される第１のローラー３１２と第２のローラー３１４とを切り替えるために、レイアップヘッド１００に取り付けられたローラー交換装置２００によって保持される。

この例では、ローラー交換装置２００は、レイアップヘッド１００に取り付けられた支持部２０２と、スイング軸Ａの軸周りで支持部に対して相対的に回転可能となるように支持部２０２に連結された回転可能部材２０４を含む。回転可能部材２０４は、例えば、旋回リング軸受を含む。回転アクチュエータ２０５は、支持部２０２および回転可能部材２０４に連結されており、回転可能部材２０４を選択的に回転させる。この特定の例では、回転アクチュエータ２０５は、コントローラに結合されたエアシリンダアクチュエータであるが、他の例では、任意の適切なアクチュエータを利用し得る。

第１のローラー３１２および第２のローラー３１４は、回転軸Ａに対して半径方向の相対する位置で回転可能部材２０４に取り付けられている。そのため、ローラー３１２とローラー３１４とは、支持部に対する回転可能部材２０４の回転によって切り替えることができる。そのような切り替えは、例えば、レイアップ手順のコース間で、予め係合されたローラー３１２、３１４の一方をツールから持ち上げて離したときに行うことができる。

例示的なローラー交換デバイス２００を図４にさらに詳細に示す。この例では、回転可能部材２０４は、スイング軸に直交し、かつ、互いに反対方向に延びる２つのアーム２０６を画定する。回転可能部材は、スイング軸Ａに対する平面法線方向において実質的に平面をなしている。

ローラーマウント２０８は、ローラーを交換装置２００に取り付けるために各アーム２０６に配置される。この例では、各ローラーマウント２０８は、回転可能部材の平面から突出する弧形レールの形態であり、対応するそれぞれのローラーホルダー３０２、３０４（図４に破線で示されている）のフィッティング３０８を受容可能に構成されている。弧形レール２０８とローラーホルダー３０２、３０４の対応したフィッティング３０８は、各ローラーホルダー３０２、３０４がそれぞれのローラーマウント２０８に対して弧状経路に沿って移動することにより、ホルダー３０２、３０４に保持された各ローラー３１２、３１４のローラー軸Ｒを傾けることができるように構成される。

図３および図４は、第１のローラー３１２がレイアップヘッドの先端領域１０６に対して圧縮位置にあり、第２のローラー３１４が第１のローラーに対して直径方向の反対側の非係合位置にある、ローラー交換デバイス２００の第１の構成を示す。

第１の構成では、第１のローラー３１２に対応する第１のローラーマウント２０８は、支持部２０２に対してマウント２０８が係合される係合位置に配置される。この例では、スイング軸Ａ周りにおけるローラーマウント２０８の最も低い位置（または「６時」位置）である。第１のローラーマウント２０８は、スイング軸Ａに対して一定の半径方向距離を空けて回転可能部材２０４に配置される。

第１のローラーホルダー３０２は、第１のローラーマウント２０８に取り付けられており、かつ、その遠位端で第１のローラー３１２のローラー軸Ｒを規定するように半径方向外側に延びている。第１のローラマウント２０８が係合位置にある第１の構成では、第１のローラーホルダー３０２は、レイアップヘッド１００の先端領域に対して第１のローラ３１２を圧縮位置に保持する。この例では、第１のローラホルダ３０２は、上述のように、ローラーマウント２０８に対して弧状経路に沿って移動可能である。したがって、ローラー３１２は、ローラーホルダー３０２の移動範囲に対応した圧縮位置のローラー対応エンベロープを有する。この特定の例では、第１のローラーマウント２０８は、弧状経路が、ローラー３１２の幅方向におけるローラー３１２の中間点に位置する第１のローラーホルダー３０２により規定されるローラー軸Ｒに対して直交及び交差する傾斜軸Ｔに対して、ローラーの動作が回転可能となる範囲を提供するように構成されている。したがって、ローラー３１２の中間点は、ローラー３１２が傾斜している間、第１のローラーマウント２０８に対して静的な状態を維持する。そのため、ローラーエンベロープは、傾斜軸Ｔ周りにおけるローラー３１２の傾斜動作に対応した所定の圧縮位置の範囲を含む。

第１および第２のローラーマウント２０８は、両者の同期した回転が維持されるように、回転可能部材２０４に静的に取り付けられている。したがって、この例では、第２のローラーマウント２０８は、回転可能部材２０４の回転に関係なく、スイング軸Ａを基準にして、第１のローラーマウント２０８と常に正反対側で対向している。

回転可能部材２０４が第１の構成から１８０°離れるように回転すると、第１のローラーホルダー３０２がその係合位置から離脱位置に移動し、第２のローラマウント２０８がその離脱位置からその係合位置に移動する。

この例では、第１および第２のローラーマウント２０８は、同一の弧形レールの構造を有しており、両者の間には、スイング軸に対して１８０°の角度間隔で同じ半径方向の距離だけスイング軸Ａから離間している。したがって、第１および第２のローラーマウント２０８の係合位置は、それぞれの係合解除位置と同様に、両者の間で共通である。

この例では、第１および第２のローラーホルダー３０２、３０４と、両者の各ローラ３１２、３１４は、ローラー軸に沿ったローラー３１２、３１４の幅に関して、互いに異なる。図４に示されるように、第１のローラー３１２およびローラーホルダー３０２の各々は、第２のローラー３１４およびローラーホルダー３０４の各々と比較して幅広である。したがって、この例では、ローラー交換デバイス２００は、異なる幅のローラー３１２、３１４間で切り替えが可能である。

次に、レイアップ手順中に、圧縮位置で使用中のローラー３１２、３１４間の切り替えを行うことを含むレイアップ指令の例について説明する。

レイアップ装置を制御するレイアップ手順でコントローラが用いるレイアップ指令は、手動で、またはコンピュータプログラムの補助によって定義できる。レイアップ指令は、レイアップヘッドとツールの相対的な動き、およびレイアップヘッドによってガイドされ、かつ、アプリケーターローラーによりツールに対して適用された繊維強化材のアプリケーションをコントロールすることができる。

レイアップ指令は、レイアップヘッドとツールの相対的な動きに関するヘッドパスの定義を含むことができる。この例では、レイアップ指令には、ヘッドパスの定義と、配置される繊維強化材の幅に対応した可変幅パラメーターが含まれている。この特定の例では、幅パラメーターは、ヘッドパスのそれぞれのコースに沿って配置される並べられたトウの数であるが、他の例では、幅パラメーターは特定の幅のローラーのＩＤ、幅寸法、またはローラー間の切り替えを開始するための他の適切なパラメーターであってもよい。

この例では、レイアップ手順は、ガスタービンエンジンのファンブレードに適用できる。レイアップ手順は、そのスパンに沿ってプロファイルが非常に変化し、ルートに向かって曲率が比較的高い領域と、先端に向かって曲率が比較的低い領域と、を含む。

レイアップ手順は、ファンブレードの形状に適合するように定義された連続するヘッドパスの分析に基づいて繰り返し定義される。特に、適用される表面（すなわち、ツールまたはファンブレード用の部分的に敷設されたプリフォームの露出面）の曲率は、ヘッドパスに沿って分析される。この曲率によって比較的広い範囲の第１のローラー３１２を使用するかどうかを決定する。第２のローラー３１４は比較的狭い範囲を有する。

適用される表面において高い湾曲を有する領域は、適用される表面に配置された繊維強化材の圧縮を阻害する可能性がある。通常、アプリケーターローラーは、圧縮力の下で変形可能であり、凹面であろうと凸面であろうと、有限量の曲率に対応する。特に、適用される表面が凸状である場合、圧縮力は、アプリケーターローラーの中央領域を押し下げるように作用し、その結果、アプリケーターローラーの外側領域が繊維強化材に当接して、強化繊維材を圧縮させることができる。同様に、適用される表面が凹面である場合、圧縮力は、アプリケーターローラーの外側領域を押し下げるように作用することができ、その結果、アプリケーターローラーの中央領域は、繊維強化材に当接して、強化繊維材を圧縮させることができる。

ローラーの外端に向かって非圧縮性が発生するように、ローラーの適用される表面が非常に凸状に湾曲している。そのため、レイアップ指示が定義され、または調整される。したがって、それぞれのコースにおいて、アプリケーターローラーの中央領域のみを使用して繊維強化材を適用することができる。例えば、トウの数は、アプリケーターローラーの中央領域を使用して適用される数へ減らすことができる。

しかしながら、ローラーの中央領域に向かって非圧縮性が発生するように、ローラーの適用される表面が非常に凹状に湾曲している場合、繊維強化材の幅を制限したり、トウの数を制限してその制限に対応した手順を採用したりすると、ローラーの効果が十分なものとはならず、ローラーの外側領域は、ローラーの中央領域での圧縮を妨げるように適用される表面に対して衝撃を付与する。

この例では、レイアップ指令の定義中に、そのような非圧縮性が識別または予測されると、それぞれのコースに比較的狭いアプリケーターローラーが使用されるように、レイアップ命令が定義または調整される。例として、レイアップ指令は、比較的広い第１のローラー３１２ではなく、図３および図４の比較的狭い第２のローラー３１４がそれぞれのコースで使用されるように定義され得る。

非圧縮性の問題が発生しないコースの場合、レイアップ手順は、比較的幅の広いアプリケーターローラーを使用するように定義される。理解されるように、分析が実行されて非圧縮性が識別された場合、連続した定義の間でコースの幅が変化する可能性があるため、レイアップ指令を繰り返し定義することができる。

上記の例に従って、異なる幅のアプリケーターローラーを切り替えるためのレイアップ指令を定義することにより、複雑な曲率を備える構成要素のためのレイアップ手順は、非圧縮性の発生に伴う製造欠陥を防ぎながら、より効率的に実行することができる。特に、ある程度の曲率が許容される場合、比較的広いアプリケーターローラーを使用することにより、コースの長さにわたって材料を効率的にレイアップすることができる。曲率の高い領域では、比較的狭いアプリケーターローラーを使用できる。特定のレイアップ手順において、アプリケーターローラーの幅は、最適化プロセスを使用して選択することができる。

上記の例では、レイアップ指令はレイアップ装置とは別のコンピュータープログラムによって定義されている。レイアップ装置で利用できるローラーの特性は、コンピュータープログラムで取り扱うことができる。そのため、レイアップ指令は適切に定義される。他の例では、レイアップ装置は、レイアップ装置が所定のパラメータに従ってローラーを切り替えるために、レイアップ装置が受信したレイアップ指令を変更するためのコンピュータプログラム（すなわち、非一時的な機械可読媒体に格納された命令）を含むことができる。例えば、コンピュータプログラムは、ローラーの適用される表面の曲率を分析して、各コースに使用する適切な幅のローラーを決定し、それに応じてコースとヘッドパス自体を再定義することができる。

他の例では、レイアップ手順のレイアップ指令は、特定のレイアップ装置に固有のものではなく、一般的なものであってもよい。レイアップ装置のコントローラは、レイアップ指令を解釈し、ローラ交換デバイスを制御して、所定の指示に基づいて、たとえば図３および図４のローラ交換デバイス２００により提供される特定の方法でアプリケータローラを切り替えることができる。切り替えは、回転式エアシリンダを制御して、支持部２０２に対して回転可能部材２０４を１８０°回転させることによって行われる。

上記の例示的なレイアップ指令、および図３、図４の例示的なローラー交換デバイス２００では、第１のローラー３１２および第２のローラー３１４は、それらの幅（軸方向寸法）のみが異なる。他の例では、他のローラーの特性は、ローラー交換デバイスまたはアセンブリ（すなわち、ローラーを含むローラー交換デバイス）のローラー間で異なり得る。たとえば、ローラーの半径、ローラーの材質、ヤング率などのローラーの特性は、ローラー交換デバイスのローラー間で異なる場合がある。

特に、比較的大きい半径のローラーは、比較的小さい半径のローラーよりも、ヘッドパス方向を横切る局所的な高い湾曲部分に対応するために、より大きな量で変形することができる可能性がある。一方、比較的小径のローラーは、ヘッドパスに沿った曲率の領域に適している。

異なる半径のローラーが使用されている場合、それぞれのローラーマウントは、ローラー軸とローラーの表面の間における異なる距離を補正するために、オフセットするための係合位置を持ってしてもよいし、もしくは任意のローラーホルダー（提供されている場合）は、ローラーマウントとローラー軸との間で異なる長さを持っていてもよい。それ以外の場合は、それぞれのローラーマウントは、長さが異なるローラーホルダーを備えていてもよい。

第１の材料のローラーは、異なる第２の材料のローラーよりも容易に変形可能でもよい。上述のように、選択されたコース上でより容易に変形可能なローラーを使用すると、曲率が大きいことにより、非圧縮化を防ぐことができる。同様に、ヤング率が比較的低いローラーは、変形しやすい場合がある。一方で、比較的変形に強いローラーを使用すると、構成部品のプリフォームの圧縮が向上し、欠陥が形成される可能性が低くなる。

図５は、さらに別の例のローラー交換デバイス５００の部分図を示す。この例のローラー交換デバイス５００は、支持部と、一緒に回転するように拘束されたローラーマウント５０８、５１０を備え、直径方向の対向する位置に配置された２つの回転可能部材５０４と、を有する点で上述した図３および図４と同様である。図５は、スイング軸Ａと交差する平面に沿って切断されたローラー交換装置の２つの対向するアーム５０６の二等分図を示している。そのため、各アーム５０６は、互いに向かい合うのではなく、別々に並べて示されている。この図により、各ローラーマウント５０８、５１０の係合位置の比較ができる。

この図に示されているように、各ローラー５１２、５１４のローラー軸とスイング軸Ａの間の半径距離は、各ローラー５１２、５１４で同一である。ただし、この例では、第１のローラーマウント５０８は、半径方向においてスイング軸Ａに比較的近く、第２のローラーマウント５１０は、半径方向においてスイング軸Ａから比較的遠い。この例では、第１のローラーホルダー５１６は、比較的近いローラーマウント５０８を保障するために半径方向に沿って比較的長い。一方、第２のローラーホルダー５１８は、半径方向に沿って比較的短い。したがって、第１のローラーマウント５０８および第２のローラマウント５１０のそれぞれが半径方向に関して異なる半径方向係合位置を有するにも関わらず、それぞれのローラーマウントがそれぞれの係合位置にあるとき、それぞれのローラーを同じ圧縮位置に保持することができる。両方のローラーマウント５０８、５１０は、同じ角度の係合位置を有する。

この例では、それぞれのローラーマウント５０８、５１０の構成が異なるため、ローラーエンベロープ（つまり、ローラーがローラーマウントに対して相対的に移動できる圧縮位置の範囲）は、第１ローラー５１２と第２ローラー５１４で異なる。特に、この例では、各ローラーマウント５０８、５１０は、ローラーマウント５０８、５１０とそれぞれのローラーホルダー５１６、５１８の間の相対移動のための弧状の経路を定義する。両方のマウントは焦点軸Ｔ（傾斜軸）を中心に弧状である。ただし、第１のローラーマウントの焦点半径は、第２のローラーマウントの焦点半径よりも大きい。したがって、ローラーの動的な傾斜応答は、第１のローラ５１２と第２のローラー５１４で異なり得る。特に、第２のローラ５１４は、傾斜運動のためのより大きな角度範囲（傾斜に対してより大きなローラーエンベロープ）を有し得る。

図６は、さらなる例のローラー交換デバイス６００を備えたレイアップヘッド１００を示す。ローラー交換デバイス６００は、ヘッドパス方向１８に対してレイアップヘッド１００から後方に延在し、所定の角度方向に離間された直線状の支持レール６０３のアレイを含む。支持レール６０３は、ローラーマウント６０８およびローラー６１２に対応するように角度的に離間されたアレイをスライド可能に支持する。

ローラーマウント６０８は、レイアップヘッド１００の先端領域１０６の下流側に位置する焦点軸Ｆの周りに角度的に間隔を空けて配置されている。それぞれのローラーマウント６０８は、焦点軸Ｆの周りの半径方向に対して独立して直線的に移動可能である。それぞれのローラーマウント６０８には、焦点軸Ｆにおいて（すなわち、ローラー６１２のローラー軸が焦点軸Ｆと実質的に同軸になるように）、ローラー６１２が取り付けられる。

この例では、支持本体６０２は、焦点軸Ｆを中心に概ね弧形であり、直線状の支持レール６０３は、支持本体６０２上で角度的に離間しており、ローラーマウント６０８と協働する。したがって、支持レール６０３も角度的に離間している。支持レール６０３の焦点軸は平行であるが、ローラーマウント６０８の焦点軸Ｆからオフセットされていることが理解される。

各ローラーマウント６０８は、後退位置（図６の３つのローラーマウントについて示される）と、係合位置（レイアップヘッド１００に最も近いローラーマウント６０８として示される）と、を有しており、それぞれの支持レール６０３に対して、焦点軸Ｆに対する半径方向に沿って直線的に相対移動可能である。例えば、ローラー交換デバイス６００は、ローラーマウント６０８を後退位置と係合位置との間で移動させるための線形アクチュエーターのアレイを含み得る。

この例では、各ローラーマウント６０８は、ローラーマウント６０８によって保持されるローラーの回転のためのローラー軸を規定する。各ローラーマウント６０８は、それぞれのローラー６１２を共通の圧縮位置に保持することにより、それぞれのローラー軸が焦点軸Ｆと同軸になるように構成される。したがって、それぞれのローラーマウント６０８が係合位置にあるとき、ローラー６１２のそれぞれは、共通のローラー軸を有する。

使用に備えて、異なるローラー特性を有するローラーをそれぞれのローラーマウント６０８に取り付けて保持させることができる。使用時には、レイアップヘッドの先端領域１０６から導かれる繊維強化材を圧縮するために、ローラー６１２の１つが選択される。それぞれのローラーマウント６０８は、それぞれのローラー６１２が、ローラー６１２のローラー軸が焦点軸Ｆと同軸である圧縮位置に保持されるように、後退位置から係合位置に移動するように作動する。レイアップヘッド１００は、ツール１４に対してヘッドパス１８に沿って移動する。その結果、ある長さの繊維強化材がレイアップヘッド１００からアプリケーターローラー６１２へ案内され、アプリケーターローラー６１２によってツール上で圧縮される。

異なるローラー６１２が必要であると判断された場合、ローラーは交換される。この例では、ローラー６１２を介した圧縮力を軽減させるために、レイアップヘッド１００をツールから持ち上げることができる。そして、既に圧縮に使用されたローラーマウント６０８が作動し、直線経路に沿って、その後退位置に戻る。次に、使用の決定がなされた異なるローラー６１２に対応するローラーマウント６０８は、後退位置から係合位置へ移動するように作動する。

図３および図４のローラー交換デバイス２００で前述したように、ローラー交換デバイス６００は、ローラー６１２をいつ切り替えるかを決定するために、レイアップ指令に基づいて、かつ、レイアップヘッドまたはローラー交換デバイス６００のコントローラーによって、以下のように制御できる。

この例では、各ローラーマウント６０８は、それぞれのローラー軸がローラーマウント６０８に対して固定されるように、それぞれのローラー６１２を保持するように構成される。しかし、他の例では、各ローラー６１２は、ローラーマウントに取り付けられたローラーホルダーによって保持されてもよい。ローラーマウント６０８は、ローラーマウント６０８に対するローラーまたはローラー軸の並進および／または回転を可能にするように構成される。例えば、図３および図４のローラー交換デバイス２００に関して上述したものと同様のローラーホルダーを、ローラーマウント６０８とそれぞれのローラー６１２との間に使用してもよい。

さらに、他の例では、ローラマウント６０８は、それらが共通のローラー軸を共有しないように、異なる圧縮位置でそれぞれのローラーを保持するように移動可能であってもよい。

Claims (19)

1. 複合材料レイアップヘッドに取り付けられる支持部と、
   ローラーがそれぞれ取り付けられる複数のローラーマウントであって、
   それぞれの前記ローラーマウントは、前記支持部に対して、それぞれの係合位置へ選択的に移動可能であり、
   それぞれの前記ローラーの前記係合位置は、前記支持部が前記ヘッドに取り付けられたときに前記ヘッドに対する圧縮位置で保持されたそれぞれの前記ローラーに対応している、ローラー交換装置。
2. それぞれの前記ローラーマウントは、それぞれの前記ローラーマウントをその係合位置で回転させる前記支持部に対して回転可能な回転可能部材に配置される、請求項１に記載のローラー交換装置。
3. 前記回転可能部材またはそれぞれの前記回転可能部材は、前記支持部に対して回転可能であり、かつ、それぞれの前記ローラーマウントを前記係合位置へ移動させるアームである、請求項２に記載のローラー回転装置。
4. ２つの前記ローラーマウントのそれぞれが、回転中心の周りで前記支持部に対して回転可能である回転可能部材に配置されており、
   ２つの前記ローラーマウントのそれぞれは、前記回転中心の半径方向において対向したいずれかの側に配置されており、かつ、一緒に回転するように拘束されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のローラー交換装置。
5. ２つの前記ローラーマウントは、同一の前記回転可能部材に配置されている、請求項４に記載のローラー交換装置。
6. 前記ローラーマウントが前記支持部と一緒に動作するように拘束されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のローラー交換装置。
7. それぞれの前記ローラーマウントは、複数の前記ローラーマウントに含まれる少なくとも一つの他のローラーマウントに対して回転可能である、請求項１に記載のローラー交換装置。
8. それぞれの前記ローラーマウントは、前記支持部に対して直線状の経路に沿ってそれぞれの前記係合位置へ移動可能である、請求項７に記載のローラー交換装置。
9. それぞれの前記ローラーマウントは、それぞれの前記直線状の経路に沿って移動可能であり、
   前記直線状の経路は焦点の周りで角度方向に分布しており、それぞれの前記ローラーマウントの前記係合位置は、共通の圧縮位置に保持されたそれぞれの前記ローラーに対応している、請求項８に記載のローラー交換装置。
10. 前記直線状の経路は、焦点軸の周りに角度的に分布されており、
    それぞれの前記ローラーマウントは、前記焦点軸と並行なローラー軸の周りで前記回転可能部材を保持するように構成されている、請求項９に記載のローラー交換装置。
11. それぞれの前記ローラーを保持するとともに、それぞれの前記ローラーを回転させる回転軸を定義するようにそれぞれ構成された複数のローラーホルダーをさらに有し、
    それぞれの前記ローラーホルダーは、それぞれの前記ローラーマウントに配置されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のローラー交換装置。
12. 複数の前記ローラーを共通の回転軸で保持するように構成されており、
    それぞれの前記ローラーマウントとそれぞれの前記ローラーホルダーは協働するように構成されており、
    それぞれの前記ローラー軸は、前記ローラーマウントのそれぞれが前記係合位置に配置される前記ローラーホルダーの少なくとも一つの構成において、共通の前記回転軸に配置されている、請求項１１に記載のローラー交換装置。
13. 少なくとも１つの前記ローラーホルダーは、それぞれの前記ローラー軸の並進および／または回転において、それぞれの前記ローラーマウントに対して移動可能に構成されており、
    前記ローラーマウントがそれぞれの前記係合位置に配置された状態で使用される際、それぞれの前記ローラーホルダーによって保持された前記ローラーには、前記ヘッドに対して対応した複数の圧縮位置が存在する、請求項１１または請求項１２に記載のローラー交換装置。
14. 少なくとも一つの前記ローラーホルダーは、それぞれの前記ローラーと協働するように構成されており、前記ローラーホルダーは、前記ローラーマウントに対して弧状の経路に沿って移動可能である、請求項１３に記載のローラー交換装置。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載に前記ローラー交換装置と、
    前記ローラーマウントの一つに対してそれぞれ配置される複数の前記ローラーと、を有するローラー交換アセンブリ。
16. 半径、軸方向長さ、材料、及びヤング率からなる群から任意に選択される異なる性質のローラー特性を備える少なくとも二つの前記ローラーを有する、請求項１５に記載のローラー交換アセンブリ。
17. 前記ローラー交換デバイスが請求項１３または請求項１４に記載の前記ローラー交換デバイスであって、
    少なくとも二つのローラーは、それぞれの前記ローラーマウントが前記係合位置にあるときに前記支持部に対するそれぞれの並進範囲および／または回転範囲に対応した異なるローラーエンベロープを有する、請求項１５または請求項１６に記載のローラー交換アセンブリ。
18. 複数の前記ローラーを、前記支持部に対する共通の係合位置に配置されたワークピースに対して保持するように構成されており、
    それぞれの前記ローラーマウント、それぞれの前記ローラー、およびそれぞれの前記ローラーホルダーは、所定のときに協働するように構成されており、
    前記ローラーマウントがそれぞれの前記係合位置にあるとき、それぞれの前記ローラーは、前記共通の係合位置にある前記ワークピースに対して係合するように保持される、請求項１５〜１７のいずれか１項に記載のローラー交換アセンブリ。
19. ワークピースに向けて複合材料を案内するレイアップヘッドと、
    前記レイアップヘッドに配置された、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の前記ローラー交換装置または前記ローラー交換アセンブリと、を有する、複合材料レイアップ装置。