JP2024009096A - 複合積層体形成装置およびその方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複合積層体形成装置およびその方法を提供すること。【解決手段】複合積層体を形成するための装置が提供される。装置は、上に複合積層体を形成することができる表面を有するマンドレルを含む。装置はさらに、貼付面と、所望の形状に切断された複合材料片を貼付面に移動させるように構成されたコンベヤとを含む。装置はまた、複合材料片をマンドレルの表面に貼付して複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するために、作動時に貼付面をマンドレルに向かって上方に持ち上げるための作動機構を備える。【選択図】図1

Description

本出願は複合積層体に関し、より詳細には複合積層体形成装置およびその方法に関する。
複合積層体は通常、切断機およびレイアップマンドレルを使用して形成される。切断機で布材料片を切断し、次いで切断された布片を切断機から移動し、レイアップマンドレル上に置いて複合積層体を形成する。切断された布片をレイアップマンドレルに移動し、切断された布片をレイアップマンドレルに置く既知の方法は、労働集約的で時間がかかる。切断された布片を移動し、レイアップマンドレル上に置いて複合積層体を形成する既知の方法の欠点を克服することが望ましいであろう。
一態様では、複合積層体を形成するための装置が提供される。装置は、上に複合積層体を形成することができる表面を有するマンドレルを含む。装置はさらに、貼付面と、所望の形状に切断された複合材料片を貼付面に移動させるように構成されたコンベヤとを含む。装置はまた、複合材料片をマンドレルの表面に貼付して複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するために、作動時に貼付面をマンドレルに向かって上方に持ち上げるための作動機構を備える。
別の態様では、倒立マンドレルの底面に複合積層体を形成するための装置が提供される。装置は、複合積層体の少なくとも一部を倒立マンドレルの底面に形成するために、作動時に複合材料片を倒立マンドレルの底面に持ち上げるための作動機構を備える。
さらに別の態様では、複合積層体を形成するための方法が提供される。この方法は、所望の形状に切断された複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送することを含む。この方法はさらに、複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送した後、複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するために、貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって移動させることを含む。
さらに別の態様では、複合積層体を形成するための方法が提供される。この方法は、裏材を有する複合層を所望の形状に自動的に切断することと、切断された複合層から裏材を除去することとを含む。この方法はさらに、切断された複合層を貼付面に移動させることと、貼付面を使用して切断された複合層をマンドレルに貼付することとを含む。
他の態様は、以下の詳細な説明、添付の図面および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
図1Aは一実施形態に従って構成された、開始状態の例示的複合積層体形成装置の立面図であり、図1Bは図1Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図2Aは布材料片が切断される複合積層体形成装置を示す、図1Aと同様の立面図であり、図2Bは図2Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図3Aはピッカーが布材料の切断片上で定位置に移動される複合積層体形成装置を示す、図2Aと同様の立面図であり、図3Bは図3Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図4Aは裏材が布材料の切断片から除去される複合積層体形成装置を示す、図3Aと同様の立面図であり、図4Bは図4Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図5Aは除去された裏材が廃棄される複合積層体形成装置を示す、図4Aと同様の立面図であり、図5Bは図5Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図6Aは裏材が布材料の全ての切断片から除去される複合積層体形成装置を示す、図5Aと同様の立面図であり、図6Bは図6Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図7Aは裏材が除去された布材料の全ての切断片が移動されメッシュコンベヤ上に配置される複合積層体形成装置を示す、図6Aと同様の立面図であり、図7Bは図7Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図8Aはメッシュコンベヤ上に配置されている切断片上を倒立レイアップマンドレルが移動する複合積層体形成装置を示す、図7Aと同様の立面図であり、図8Bは図8Aの複合積層体形成装置の上面図である。 マトリックス電気機械式アクチュエータの特定のアクチュエータが作動し、倒立レイアップマンドレルに向かって延出して、布材料の切断片の1つを倒立レイアップマンドレルに向かって持ち上げて、倒立レイアップマンドレルに付着させる複合積層体形成装置を示す、図8Aと同様の立面図であり、図9Bは図9Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図10Aは電気機械式アクチュエータのマトリックスの特定のアクチュエータが作動停止し、倒立レイアップマンドレルから引き離される複合積層体形成装置を示す、図9Aと同様の立面図であり、図10Bは図10Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図11Aは、裏材が、倒立レイアップマンドレルに付着している布材料の1つの切断片から除去される過程にある複合積層体形成装置を示す、図10Aと同様の立面図であり、図11Bは図11Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図12Aは除去された下側裏材が廃棄される過程にある複合積層体形成装置を示す、図11Aと同様の立面図であり、図12Bは図12Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図13Aは除去された下側裏材が廃棄される複合積層体形成装置を示す、図12Aと同様の立面図であり、図13Bは図13Aの複合積層体形成装置の上面図である。 図1の装置に関連し、複合積層体を形成するために装置を制御することができるコンピュータシステムの一例を示す図である。 一実施形態に従って複合積層体を形成するための例示的方法を示す流れ図である。 別の実施形態による複合積層体を形成するための例示的方法を示す流れ図である。 航空機の製造および保守点検方法の流れ図である。 航空機のブロック図である。
本出願は、複合積層体形成装置およびその方法に関する。複合積層体形成装置の具体的な構成、ならびに装置および方法が実施される産業は様々であり得る。以下の開示は、様々な実施形態の異なる特徴を実施するためのいくつかの実施形態または例を提供することを理解されたい。本開示を単純化するために、構成要素および配置の具体例を説明する。これらは単なる例であり、限定することを意図しない。
例として、以下の開示は、航空機部品用の複合積層体を形成するための装置および方法を説明している。複合積層体形成装置および方法は、軍事規則および宇宙規制に従って相手先商標製造会社(OEM)によって実施されてもよい。開示された複合積層体形成装置および方法は、多くの他の複合体製造産業において実施され得ることが考えられる。
図1Aを参照すると、開始状態にあり、一実施形態に従って構成された例示的複合積層体形成装置100の立面図が示されている。図1Bは、図1Aの複合積層体形成装置100の上面図である。
装置100は、切断領域を画定し、複合布材料のシート102を複合積層体の層を形成する片に切断するように構成された切断機110を備える。図2Aは、図1Aと同様の立面図であり、複合布材料のシート102から切断された布材料の片104を示す。図2Bは、図2Aの複合積層体形成装置の上面図である。切断機110は、任意の適切な市販の切断機を含み得る。切断機の構造および動作は既知であり、かつ従来のものであり、したがって説明しない。
図3Aを参照すると、図2Aと同様の立面図であり、ロボット制御式ピッカー120が布材料の切断片104の1つの上を定位置に移動する、複合積層体形成装置100を示す。図3Bは、図3Aの複合積層体形成装置の上面図である。ピッカー120は、布材料の切断片104の1つから裏材を除去し、それによって切断片104の付着性(例えば粘着性)上面106(図4B)を露出させるように構成され、本明細書で説明するように、これが倒立レイアップマンドレル140に押し付けられ、付着してもよい。図3Aと同様の立面図である図4Aに示されるように、裏材103は、布材料の切断片104の1つから除去される。図4Bは、図4Aの複合積層体形成装置の上面図である。
図5Aを参照すると、図4Aと同様の立面図であり、除去された裏材103がビン122内に廃棄される複合積層体形成装置100が示されている。図5Bは、図5Aの複合積層体形成装置の上面図である。次に、ピッカー120は、図5Aと同様の立面図である図6Aに示すように、布材料の他の全ての切断片104から裏材103を除去し、それによって全ての切断片104の付着性(例えば粘着性)上面106(図6B)を露出させ、本明細書で説明するように、これが倒立レイアップマンドレル140に押し付けられ、付着してもよい。図6Bは、図6Aの複合積層体形成装置の上面図である。布材料の他の全ての切断片104からの裏材103は、同様にしてビン122内に廃棄される。布材料の切断片104の各々の市松模様は、除去された裏材を示す。
図7Aを参照すると、複合積層体形成装置100を示す図6Aと同様の立面図が示されている。図7Aでは、裏材が除去された状態の布材料の切断片104の全てがベルトコンベヤ108に沿って移動され、メッシュコンベヤ130の上に配置される。図7Bは、図7Aの複合積層体形成装置の上面図である。
図7Aと同様の立面図である図8Aに示されるように、ロボット制御式倒立レイアップマンドレル140は、メッシュコンベヤ130上に配置された切断片104上を移動する。図8Bは、図8Aの複合積層体形成装置の上面図である。
図9Aを参照すると、複合積層体形成装置100を示す図8Aと同様の立面図が示されている。図9Aでは、電気機械式アクチュエータ132のマトリックスの特定のアクチュエータが作動し、倒立レイアップマンドレル140に向かって延出して、布材料の切断片104の1つを倒立レイアップマンドレル140に向かって持ち上げて、倒立レイアップマンドレル140に付着させる。倒立レイアップマンドレル140は、切断片104の最初の1つが倒立レイアップマンドレル140に付着できるように、炭素布原料内に予め含浸されている樹脂と組み合わせて予熱(マンドレルを予熱)されてもよい。図9Bは、図9Aの複合積層体形成装置の上面図である。
より具体的には、電気機械式アクチュエータ132のマトリックスは、作動可能ピン134のマトリックスと1対1で対応する(図9A)。各電気機械式アクチュエータ132は独立して制御可能であり、それによって対応する作動可能ピン134を独立して作動させる。各ピン134は、切断片104が倒立レイアップマンドレル140に向かって上方に持ち上げられたときに切断片104の形状が特定の作動ピンによって支持されるように、独立して作動可能である。
1つの特定の表現では、切断片104は一方向の材料片から形成されてもよい。裏材103が除去されて切断片104の付着性(例えば粘着性)上面106が露出すると、作動可能ピン134が切断片104を持ち上げて倒立レイアップマンドレル140に押し付け、同じ配向を有する層を形成することの一部として所望の場所に所望の配向で切断片104を粘着/圧縮する。例えば、切断片104を倒立レイアップマンドレル140に貼付して、一方向材料の連続層を形成することができる。次いで、作動可能ピン134を使用して、場合によっては異なる配向を有する別の層を前に貼付された層の上に貼付することができる。
作動可能ピン134および電気機械式アクチュエータ132のマトリックスは作動機構を構成する。作動可能ピン134のマトリックスの特定のピンが作動すると、作動機構は、切断片104を倒立レイアップマンドレル140の底面に持ち上げて、倒立レイアップマンドレル140の底面に複合積層体の少なくとも一部を形成する。特に、作動機構の特定のピンが作動して切断片104を倒立レイアップマンドレル140に向けて上方に持ち上げると、作動可能ピン134のマトリックスの作動ピンの端面が切断片104と係合する。
メッシュコンベヤ130は、作動機構が作動していないときに切断片104を支持する貼付面を画定するメッシュ面を有する。より具体的には、メッシュコンベヤ130のメッシュ面は貼付面の第1の部分を画定し、可動ピン134のマトリックスの作動ピンの端面は貼付面の第2の部分を画定する。作動可能ピン134は、電気機械式アクチュエータ132に動作可能に連結され、作動機構(すなわち、作動ピンに対応する電気機械式アクチュエータ)が作動したときに作動ピンがメッシュ表面の隙間(すなわち開口)を通って延出して、切断片104に係合し持ち上げるように、メッシュ面全体に分配される。ベルトコンベヤ108は、メッシュコンベヤ130のメッシュ面と実質的に平行なベルト面を有するベルトコンベヤの形態である。メッシュコンベヤ130のメッシュ面とベルトコンベヤ108のベルト面とは同期して一緒に動くため、切断片104は淀みなくベルトコンベヤ108からメッシュコンベヤ130へ移動することができる。
より具体的には、メッシュコンベヤ130は、メッシュコンベヤ130内の隙間および電気機械式アクチュエータピン134の位置と整列して停止するように割り出される。電気機械式アクチュエータ132は、電気機械式アクチュエータ132の物理的サイズおよびメッシュコンベヤ130のメッシュ内の隙間に合うように、一定のピッチおよびアレイでセットアップされている。電気機械式アクチュエータ132およびピン134は、メッシュコンベヤ130の動きを妨げないように後退位置にある。
図10Aを参照すると、複合積層体形成装置100を示す図9Aと同様の立面図が示されている。図10Aでは、電気機械式アクチュエータ132のマトリックスの特定のアクチュエータ(すなわち、図9Aに示す作動ピンに対応する電気機械式アクチュエータ)が作動停止され、倒立レイアップマンドレル140の底面から引き離される。図10Bは、図10Aの複合積層体形成装置の上面図である。次に、図10Aと同様の立面図である図11Aに示すように、下側裏材105は、倒立レイアップマンドレル140の底面に付着している1つの切断片104から除去される過程にある。図11Bは、図11Aの複合積層体形成装置の上面図である。
図12Aを参照すると、図11Aと同様の立面図であり、除去された下側裏材105がビン122内に廃棄される過程にある複合積層体形成装置100を示す。図12Bは、図12Aの複合積層体形成装置の上面図である。次に、図12Aと同様の立面図である図13Aに示すように、除去された下側裏材105はビン122内に廃棄される。図13Bは、図13Aの複合積層体形成装置の上面図である。
1つの切断片104の裏材103を剥がし、切断片104を持ち上げ、次いでその下側裏材105を除去する上述のプロセスは、まだメッシュコンベヤ130上にある別の切断片104に対して繰り返される。倒立レイアップマンドレル140は、倒立レイアップマンドレル140に向かって上方に持ち上げられて前の付着した切断片に付着する次の切断片を受けるように正しく配置されるように制御される。このプロセスは、所望の数の切断片(すなわち、所望の数の複合積層体の層)を有する複合積層体が形成され、倒立レイアップマンドレル140の底面に配置されるまで続く。(図13Aに示す切断片104のような)ただ1つの切断片を含み得る形成された複合積層体は、次いで、倒立レイアップマンドレル140の底面から手動で除去される。
図14を参照すると、複合積層体形成装置100の装置を制御することができる例示的コンピュータシステム1400が示されている。電線は実線で、機械的連結は二重の実線で示されている。
コンピュータシステム1400は、内部データ記憶ユニット1404、外部データ記憶ユニット(図示せず)、またはそれらの組み合わせに記憶されている命令を実行する処理ユニット1402を含む。処理ユニット1402は任意の種類の技術を含み得る。例えば、処理ユニット1402は汎用電子プロセッサを含むことができる。他の種類のプロセッサおよび処理ユニット技術も可能である。内部データ記憶ユニット1404は、任意の種類の技術を含み得る。例えば、内部データ記憶ユニット1404は、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリーメモリ(ROM)、ソリッドステートメモリ、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。他の種類のメモリおよびデータ記憶ユニット技術も可能である。
コンピュータシステム1400は、任意の種類の技術を含み得るいくつかの入力/出力(I/O)デバイス1406をさらに含む。例えば、I/Oデバイス1406は、キーパッド、キーボード、タッチセンシティブディスプレイスクリーン、液晶ディスプレイ(LCD)スクリーン、マイクロフォン、スピーカー、またはそれらの任意の組み合わせを含み得る。他の種類のI/Oデバイスおよび技術も可能である。任意選択の検知ユニット1410は、コンピュータシステム1400に入力信号を供給する。
処理ユニット1402は、以下により詳細に説明するように、切断機110が複合布材料のシート102から布材料の片104を切断し、ピッカー120が切断片104から裏材103を除去し、倒立レイアップマンドレル140が切断片104に対してそれ自体を正確に配置し、電気機械式アクチュエータ132のマトリックスが作動可能ピン134の作動を制御するように制御する。
コンピュータシステム1400は、コンピュータ数値制御(CNC)ベースのシステムを含み得る。CNCベースのシステムは、コンピュータシステム1400のデータ記憶ユニット1404に記憶されている予め作成されたCNCプログラムのパラメータの一部である位置座標(例えば、(x、y、z)座標)に依存する。記憶された位置座標は、以下を含む複合積層体形成装置100の制御を可能にする。
切断機110のベッド/テーブル上の切断片104の位置座標は、予め作成されたNCプログラムに記憶されている。切断片104の記憶された位置座標は、切断片104から裏材103を除去するためにピッカー120が移動する必要がある位置をピッカー120に伝える。同様に、ビン122の記憶された位置座標は、裏材103を廃棄するために移動する必要がある場所をピッカー120に伝える。切断片104の記憶された座標はまた、倒立レイアップマンドレル140上に積層される切断片104の上を移動するのに必要な場所を倒立レイアップマンドレル140に伝える。このプロセスを全ての切断片104について繰り返す。
記憶された位置座標は、ベルトコンベヤ108からメッシュコンベヤ130への切断片104の移行中にも使用される。ベルトコンベヤ108からメッシュコンベヤ130への切断片104の移動は同期化され、予め作成されたNCプログラムに記憶された位置座標に基づいて必要な場所で停止するように割り出される。メッシュコンベヤ130上の切断片104の位置座標は、どの電気機械式アクチュエータ132を作動させるべきかを伝える。より具体的には、倒立レイアップマンドレル140に持ち上げられ付着するべき切断片104の周囲内にある電気機械式アクチュエータ132およびアクチュエータピン134のみが作動する。このように、アクチュエータピン134の作動ピンは、メッシュコンベヤ130システムから持ち上げられ倒立レイアップマンドレル140に貼付されるまでの間、切断された複合層の形状を正確に支持する。このプロセスは、残りの切断片104が持ち上げられて倒立レイアップマンドレル140に付着するように(必要な順序で)繰り返される。
電気機械式アクチュエータ132のピッチおよびサイズ、ならびにメッシュコンベヤ130のメッシュサイズも、事前に作成されたNCプログラムに記憶されている。この情報は、作動可能ピン134がメッシュコンベヤ130の対応する隙間を通って移動して切断片104を倒立レイアップマンドレル140まで持ち上げることができるように、適切に整列するために移動する必要がある場所をメッシュコンベヤ130に知らせる。したがって、図14に示されるコンピュータシステム1400が複合積層体を形成するために複合積層体形成装置100の動作を制御することを可能にするためにセンサは必要とされない。
上記説明では、複合積層体形成装置100の動作を制御するためにセンサを必要としないものとしてコンピュータシステム1400を説明しているが、NCプログラムに記憶されている位置座標によって示された位置に対して切断片104の位置を検証するために、任意選択の検知ユニット1410(図14)を設けることが考えられる。それに応じて(処理ユニット1402を介して)切断片104の位置のあらゆる検出された差異を調整して、倒立レイアップマンドレル140を切断片104と正確に整列させることができる。任意選択の検知ユニット1410は、例えば、オーバーヘッドカメラ/光学認識システムを含み得る。
図15Aを参照すると、流れ図1500は、一実施形態に従って複合積層体を形成するために装置100の動作を制御するために図14の例示的コンピュータシステムを動作させるための例示的方法を示す。ブロック1510において、所望の形状に切断された複合材料片を、貼付面の第一の部分に搬送する。ブロック1520において、複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送した後、複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するために、貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって移動させる。そして処理は終了する。
図15Bを参照すると、流れ図1550は、別の実施形態に従って複合積層体を形成するために複合積層体形成装置100の動作を制御するように図14の例示的コンピュータシステム1400を動作させるための例示的方法を示す。ブロック1560において、裏材を有する複合層が所望の形状に自動的に切断される。ブロック1570において、裏材は切断された複合層から除去される。次に、ブロック1580において、切断された複合層を貼付面に移動させる。ブロック1585において、切断された複合層の上に倒立レイアップマンドレルを配置する。例えば、マンドレルを配置するステップは、切断された複合層をマンドレル上の所望の位置に押し付けることができるように(例えば、前に貼付された切断された複合層に対して端部から端部への配向)、切断された複合層に対してマンドレルを整列させることを含み得る。ブロック1590に示すように、切断された複合層を貼付面を用いてマンドレルに貼付する。そして処理は終了する。
切断された複合層をマンドレルに貼付するステップは、切断された複合層を作動可能ピンのマトリックスを使用して持ち上げることによって行われるものとして主に説明されているが、様々な代替案も考えられる。代替の一実施形態では、切断された複合層をマンドレルに貼付するステップは、切断された複合層をマンドレルに貼付するために、マンドレルを下げて切断された複合層と係合させることによって実施することができる。
上述の装置100は、ロボット制御式ピッカー120を使用して切断片104から裏材103を剥がし、次いで、倒立レイアップマンドレル140の底面に対して片を持ち上げるカスタマイズ可能なピン134のマトリックスを使用して、各切断片104を倒立レイアップマンドレル140の上に直接置くことは明らかであるはずである。切断された複合材片を作業員が拾い上げてレイアップマンドレルに移動させる必要がなくなる。このようにして、自動化プロセスが提供されて、複合積層体が形成される。したがって、自動化プロセスは、形成された複合積層体に対する潜在的な損傷を減らす。
また、倒立レイアップマンドレル140が、メッシュコンベヤ130上に置かれている切断片104上に逆さまの位置に(例えばロボットによって)保持されることも明らかであるはずである。切断とレイアップはより狭いスペースに統合される。これは、複合積層体の形成に必要な工場の床面積を減らすだけでなく、レイアップサイクル時間(すなわち、複合体片の切断から、切断された複合体片をマンドレルに積層するまでの時間)が削減されるため、複合積層体の形成に必要な時間も削減する。したがって、総生産コストが削減される。
上記説明は、図13Aに示すような実質的に平面形状の形成された複合積層体を記載しているが、形成された複合積層体は、任意の数の曲面を有する形成された複合積層体など、任意の輪郭を有し得ると考えられる。
また、上記説明は、作動可能ピン134のマトリックスと電気機械式アクチュエータ132のマトリックスとの配置を使用する作動機構を説明しているが、布材料の切断片104を倒立レイアップマンドレル140に向かって上方に持ち上げるために、ピンおよび電気機械的アクチュエータ以外の配置を使用することも考えられる。例えば、電気機械式アクチュエータ132の代わりに、空気圧式アクチュエータを使用することができる。別の例として、電気機械式アクチュエータ132の代わりに、油圧式アクチュエータを使用することができる。
本開示の例は、図16に示すように航空機の製造および保守点検方法1000、および図17に示すように航空機1002の文脈で説明することができる。試作中、航空機の製造および保守点検方法1000は、航空機1002の仕様および設計1004と、材料調達1006とを含み得る。生産中、航空機1002の部品/サブアセンブリ製造1008およびシステム統合1010が行われる。その後、航空機1002は、就航中1014になるために認証および搬送1012を経てもよい。顧客による就航中に、航空機1002は、定期的な整備および保守点検1016を予定されており、これにはまた、修正、再構成、改修などが含まれてもよい。
方法1000の各プロセスは、システムインテグレータ、第三者、および/またはオペレータ(例えば、顧客)によって実行または行われ得る。この説明の目的のために、システムインテグレータは、限定することなく、任意の数の航空機製造業者および主要システムの下請業者を含むことがあり、第三者には、限定することなく、任意の数のベンダー、下請業者、および供給業者を含むことがあり、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事組織、サービス組織などであり得る。
図17に示すように、方法例1000によって生産された航空機1002は、複数のシステム1020と内部1022を有する機体1018を含むことができる。複数のシステム1020の例は、推進システム1024、電気システム1026、油圧システム1028、および環境システム1030のうちの1つまたは複数を含み得る。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。
開示された装置および方法は、航空機の製造および保守点検方法1000のうちの任意の1つまたは複数の段階の間に採用され得る。一例として、部品/サブアセンブリ製造1008、システム統合1010、および/または整備および保守点検1016に対応する部品またはサブアセンブリは、開示された装置方法を使用して組み立てられてもよい。別の例として、機体1018は開示された装置および方法を使用して構成されてもよい。また、1つまたは複数の装置例、方法例、またはそれらの組み合わせは、例えば、機体1018および/または内部1022など、航空機1002の組立を実質的に促進するかまたはコストを削減することによって、部品/サブアセンブリ製造1008および/またはシステム統合1010の間に利用されてもよい。同様に、1つまたは複数のシステム例、方法例、またはそれらの組み合わせは、航空機1002が就航中である間に、例えば、限定ではないが整備および保守点検1016に利用されてもよい。
開示された実施形態の態様は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、またはそれらの組み合わせにおいて実施され得る。システムの様々な要素は、個別にまたは組み合わせて、プロセッサによる実行のために機械可読記憶装置(記憶媒体)に有形に具現化されたコンピュータプログラム製品(命令のプログラム)として実装することができる。実施形態の様々なステップは、コンピュータ可読媒体上に有形に具現化されたプログラムを実行するコンピュータプロセッサによって実行されて、入力に対して動作し出力を生成することによって機能を実行することができる。コンピュータ可読媒体は、例えば、開示される実施形態の態様を具現化するコンピュータプログラムをコンピュータにロードすることができるように、メモリ、コンパクトディスクなどの可搬媒体、またはフラッシュドライブであってもよい。
上述の装置および方法は航空機に関して説明されている。しかし、当業者は、開示された装置および方法が様々な用途に適しており、本開示が航空機製造用途に限定されないことを容易に認識するであろう。例えば、開示された装置および方法は、例えば、ヘリコプター、客船、自動車、水産業製品(ボート、モーターなど)を含む様々な種類のビークルにおいて実施されてもよい。ビークル以外の用途も考えられる。
また、上記説明は、軍用および宇宙の規制に従って航空産業における航空機部品用の複合積層体を形成するための装置および方法を説明しているが、装置および方法は、該当する業界標準に準拠したあらゆる業界で、複合積層体の形成を容易にするために実施され得る。特定の装置および方法は、特定の用途に応じて選択および調整することができる。
本装置および方法は、特許請求の範囲と混同されるべきものではない以下の節においても言及される。
A1.複合積層体を形成するための装置100であって、装置は、
上に複合積層体を形成することができる表面を有するマンドレル140と、
貼付面130、134と、
所望の形状に切断された複合材料片104を貼付面に移動させるように構成されたコンベヤ108と、
貼付面をマンドレルに向かって上方に持ち上げて複合材料片をマンドレルの表面に貼付するために、作動時に複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するための作動機構132、134と
を含む。
A2.(i)作動機構が、貼付面の少なくとも一部を画定する作動可能ピン134のマトリックスを含み、(ii)各ピンは、貼付面がマンドレルに向かって上方に持ち上げられると、複合材料片の形状が特定の作動ピンによって支持されるように独立して作動可能である、パラグラフA1の装置も提供される。
A3.(i)作動機構が、作動可能ピンのマトリックスに1対1で対応する電気機械式アクチュエータ132のマトリックスを含み、(ii)各電気機械式アクチュエータは、独立して制御可能であり、それによって対応する作動可能ピンを独立して作動させる、パラグラフA2の装置も提供される。
A4.貼付面が、貼付面を画定するメッシュコンベヤ130を含む、パラグラフA3の装置も提供される。
A5.作動機構が作動したときに、特定のピンがメッシュコンベヤの隙間を通って延出して複合材料と係合し持ち上げるように、作動可能ピンのマトリックスの作動可能ピンが作動機構に動作可能に連結され、メッシュコンベヤ全体に亘って分布する、パラグラフA4の装置も提供される。
A6.コンベヤが、メッシュコンベヤのメッシュ面と実質的に平行なベルト面を有するベルトコンベヤ108の形態である、パラグラフA5の装置も提供される。
A7.マンドレルが、ロボット制御式倒立レイアップマンドレルを含む、パラグラフA1の装置も提供される。
A8.複合材料片から裏材103を除去するように構成されたロボット制御式ピッカー120
をさらに含む、パラグラフA1の装置も提供される。
A9.パラグラフA1の装置を使用することを含む、航空機の一部を製作する方法が提供される。
本装置のさらなる態様によれば、以下のものが提供される。
B1.倒立マンドレル140の底面に複合積層体を自動的に形成するための装置100であって、装置は、
複合積層体の少なくとも一部を倒立マンドレルの底面に形成するために、作動時に複合材料片を倒立マンドレルの底面に持ち上げるための作動機構132、134
を備える。
B2.(i)作動機構が、作動可能ピン134のマトリックスを含み、(ii)各ピンは、複合材料片が倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げられると、複合材料片の形状が特定の作動ピンによって支持されるように独立して作動可能である、パラグラフB1の装置も提供される。
B3.(i)作動機構が、作動可能ピンのマトリックスに1対1で対応する電気機械式アクチュエータ132のマトリックスを含み、(ii)各電気機械式アクチュエータは、独立して制御可能であり、それによって対応する作動可能ピンを独立して作動させる、パラグラフB2の装置も提供される。
B4.作動機構が作動して複合材料片が倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げられると、作動可能ピンのマトリックスの作動ピンの端面が複合材料片と係合する、パラグラフB2の装置も提供される。
B5.作動機構が作動していないときに、上に複合材料片を支持する貼付面を画定するメッシュ面を有するメッシュコンベヤ130
をさらに備える、パラグラフB4の装置も提供される。
本方法のさらなる態様によれば、以下のものが提供される。
B6.パラグラフB1の装置を使用することを含む、航空機の一部を製造する方法が提供される。
C1.複合積層体を形成する方法1500であって、方法は、
所望の形状に切断された複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送するステップ1510と、
複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送した後、複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面に形成するために、貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって移動させるステップ1520と
を含む。
C2.複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面上に形成するために、貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって移動させるステップが、
複合積層体の少なくとも一部を倒立マンドレルの底面上に形成するために、貼付面の第2の部分を倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるステップ
を含む、パラグラフC1の方法も提供される。
C3.複合積層体の少なくとも一部を倒立マンドレルの底面に形成するために、貼付面の第2の部分を倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるステップが、
複合材料片を倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるために、作動可能ピンのマトリックスの特定のピンを作動させるステップ
を含む、パラグラフC2の方法も提供される。
C4.複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面上に形成するために、貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって移動させるステップが、
貼付面の第2の部分をマンドレルに向かって自動的に移動させるステップ
を含む、パラグラフC1の方法も提供される。
C5.所望の形状に切断された複合材料片から裏材を自動的に除去するステップ
をさらに含む、パラグラフC1の方法も提供される。
C6.複合材料片が貼付面の第1の部分に搬送される前に、複合材料片から裏材を除去するステップ
をさらに含む、パラグラフC1の方法も提供される。
C7.パラグラフC1に記載の方法が提供され、この方法は、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に有形に具現化されている命令の1つまたは複数のプログラムを実行するメモリを有するコンピュータによって実行される。
C8.パラグラフC1の方法に従って製造された航空機の一部が提供される。
本方法のさらなる態様によれば、以下のものが提供される。
D1.複合積層体を形成するための方法1550であって、
裏材を有する複合層を所望の形状に自動的に切断するステップ1560と、
切断された複合層から裏材を除去するステップ1570と、
切断された複合層を貼付面に移動させるステップ1580と、
貼付面を使用して、切断された複合層をマンドレルに貼付するステップ1590と
を含む。
D2.貼付面がメッシュコンベヤである、パラグラフD1の方法も提供される。
D3.切断された複合層をマンドレルに貼付するために、メッシュコンベヤから作動可能ピンのマトリックスを使用して、切断された複合層を持ち上げるステップ
をさらに含む、パラグラフD2の方法も提供される。
D4.切断された複合層をメッシュコンベヤからマンドレルに貼付されるまで持ち上げるステップ
をさらに含む、パラグラフD3の方法も提供される。
D5.メッシュコンベヤからマンドレルに貼付されるまで持ち上げる間、切断された複合層の形状を正確に支持するために、作動可能ピンのマトリックスのうちの少なくとも1つの作動可能ピンを作動させるステップ
をさらに含む、パラグラフD4の方法も提供される。
D6.メッシュコンベヤの上に持ち上げられた切断された複合層の位置に関連してマンドレルを位置決めするステップ1585
をさらに含む、パラグラフD6の方法も提供される。
D7.メッシュコンベヤの上に持ち上げられた切断された複合層の位置に関連してマンドレルをロボットにより位置決めするステップ1585
をさらに含む、パラグラフD7の方法も提供される。
D8.切断された複合層をマンドレルに貼付するステップが、先に貼付された切断された複合層に対して端部から端部への配向で、切断された複合層を貼付することを含む、パラグラフD1に記載の方法も提供される。
D9.裏材を除去するために、切断された複合層から裏材をロボットで拾い上げるステップ
をさらに含む、パラグラフD1の方法も提供される。
D10.メッシュコンベヤに隣接して切断領域を位置決めするステップ
をさらに含む、パラグラフD2の方法も提供される。
D11.切断された複合層をマンドレルに貼付するために、切断された複合層と係合するようにマンドレルを下げるステップ
をさらに含む、パラグラフD1の方法も提供される。
D12.マンドレルを予熱することをさらに含む、パラグラフD1の方法も提供される。
D13.パラグラフD1の方法に従って製造された航空機の一部が提供される。
さらに、開示された実施形態の様々な態様が示され説明されてきたが、明細書を読むと当業者には改変が想起され得る。本出願はそのような改変を含み、特許請求の範囲によってのみ限定される。
100 複合積層体形成装置
102 シート
103 裏材
104 切断片
105 下側裏材
106 上面
108 ベルトコンベヤ
110 切断機
120 ピッカー
122 ビン
130 メッシュコンベヤ、貼付面
132 電気機械式アクチュエータ、作動機構
134 作動可能ピン、貼付面、作動機構
140 レイアップマンドレル
1000 航空機の製造および保守点検方法
1002 航空機
1004 仕様および設計
1006 材料調達
1008 部品/サブアセンブリ製造
1010 システム統合
1012 認証および搬送
1014 就航中
1016 整備および保守点検
1018 機体
1020 システム
1022 内部
1024 推進システム
1026 電気システム
1028 油圧システム
1030 環境システム
1400 コンピュータシステム
1402 処理ユニット
1404 内部データ記憶ユニット
1406 I/Oデバイス
1410 検知ユニット
1440 コンピュータシステム
1500 方法
1550 方法

Claims (15)

  1. 複合積層体を形成するための装置100であって、前記装置は、
    上に前記複合積層体を形成することができる表面を有するマンドレル140と、
    貼付面130、134と、
    所望の形状に切断された複合材料片104を前記貼付面に移動させるように構成されたコンベヤ108と、
    前記複合材料片を前記マンドレルの前記表面に貼付して前記複合積層体の少なくとも一部を前記マンドレルの前記表面に形成するために、作動時に前記貼付面を前記マンドレルに向かって上方に持ち上げるための作動機構132、134と
    を含む、装置。
  2. (i)前記作動機構が、前記貼付面の少なくとも一部を画定する作動可能ピン134のマトリックスを含み、(ii)各ピンが、前記貼付面が前記マンドレルに向かって上方に持ち上げられると、前記複合材料片の形状が特定の作動ピンによって支持されるように独立して作動可能である、請求項1に記載の装置。
  3. (i)前記作動機構が、前記作動可能ピンのマトリックスに1対1で対応する電気機械式アクチュエータ132のマトリックスを含み、(ii)各電気機械式アクチュエータは、独立して制御可能であり、それによって対応する作動可能ピンを独立して作動させる、請求項2に記載の装置。
  4. 前記貼付面が、前記貼付面を画定するメッシュコンベヤ130を含む、請求項3に記載の装置。
  5. 前記作動機構が作動したときに、特定のピンが前記メッシュコンベヤの隙間を通って延出して前記複合材料片と係合し持ち上げるように、作動可能ピンのマトリックスの作動可能ピンが前記作動機構に動作可能に連結され、前記メッシュコンベヤ全体に亘って分布する、請求項4に記載の装置。
  6. 前記コンベヤが、前記メッシュコンベヤのメッシュ面と実質的に平行なベルト面を有するベルトコンベヤ108の形態である、請求項5に記載の装置。
  7. 前記マンドレルが、ロボット制御式倒立レイアップマンドレルを含む、請求項1に記載の装置。
  8. 前記複合材料片から裏材103を除去するように構成されたロボット制御式ピッカー120
    をさらに含む、請求項1に記載の装置。
  9. 複合積層体を形成する方法1500であって、前記方法が、
    所望の形状に切断された複合材料片を貼付面の第1の部分に搬送するステップ1510と、
    前記複合材料片を前記貼付面の前記第1の部分に搬送した後、マンドレルの表面に前記複合積層体の少なくとも一部を形成するために、前記貼付面の第2の部分を前記マンドレルに向かって移動させるステップ1520と
    を含む、方法。
  10. 前記複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面上に形成するために、前記貼付面の第2の部分を前記マンドレルに向かって移動させるステップが、
    倒立マンドレルの底面上に前記複合積層体の少なくとも一部を形成するために、前記貼付面の前記第2の部分を前記倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるステップ
    を含む、請求項9に記載の方法。
  11. 倒立マンドレルの底面に前記複合積層体の少なくとも一部を形成するために、前記貼付面の前記第2の部分を前記倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるステップが、
    前記複合材料片を前記倒立マンドレルに向かって上方に持ち上げるために、作動可能ピンのマトリックスの特定のピンを作動させるステップ
    を含む、請求項10に記載の方法。
  12. 前記複合積層体の少なくとも一部をマンドレルの表面上に形成するために、前記貼付面の第2の部分を前記マンドレルに向かって移動させるステップが、
    前記貼付面の前記第2の部分を前記マンドレルに向かって自動的に移動させるステップ
    を含む、請求項9に記載の方法。
  13. 所望の形状に切断された複合材料片から裏材を自動的に除去するステップ
    をさらに含む、請求項9に記載の方法。
  14. 前記複合材料片が前記貼付面の前記第1の部分に搬送される前に、前記複合材料片から裏材を除去するステップ
    をさらに含む、請求項9に記載の方法。
  15. 請求項9に記載の方法であって、前記方法が、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体に有形に具現化されている命令の1つまたは複数のプログラムを実行するメモリを有する前記コンピュータによって実行される、方法。
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