JP6817179B2 - ヘッド経路データをチェックする方法 - Google Patents

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Description

本開示は、積層(layup)プロシージャー(procedure)のためのヘッド経路データをチェックする方法に関する。
繊維強化材料を適用するように構成されたアプリケーターヘッドを制御し、ツールを相対的に移動させ、ツール上へ繊維強化材料を適用することによって、複合材料コンポーネントの製造の積層プロシージャーを実施することは、知られている。
積層プロシージャーのこれまで考慮された例においては、積層プロシージャーのためのヘッド経路は、ツールの表面上の一連のポイントを有し、また、アプリケーターヘッドは、制御されて、ツールを相対的に移動させることにより、アプリケーターヘッドのアプリケーターローラーは、ヘッド経路を定義しているポイントをたどる。
第1様相によれば、圧縮(compaction)力によって圧縮軸に沿ってツールに対してバイアスされるアプリケーターヘッドのアプリケーターローラーによって、繊維強化材料が前記ツール上に適用される積層オペレーションのためのヘッド経路データを、チェックするためのコンピューターで実行される方法が、提供される。この方法は、前記アプリケーターローラーによって繊維強化材料を基材(substrate)表面上へ適用するために、前記ツールに対する前記アプリケーターヘッドのベースラインヘッド経路位置を定義しているベースラインヘッド経路データを受信すること、前記圧縮力と前記アプリケーターローラーによって適用される前記繊維強化材料を介する反力(reaction force)との間の平衡条件に対応する前記圧縮軸に沿ったヘッド変位(displacement)を決定すること、および、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの変形プロファイルに基づく前記アプリケーターローラーの横方向範囲(lateral extent)に沿った繊維強化材料の非圧縮部位と、前記ヘッド変位距離に基づく前記アプリケーターヘッドと障害物との交差と、の少なくとも1つをチェックすること、を有する。
ベースラインヘッド経路位置は、非変形形状(un−deformed configuration)での前記アプリケーターローラーの接触位置を定義する概念的ツール表面上の位置とすることが可能である。換言すれば、前記ベースラインヘッド経路位置は、前記アプリケーターヘッドの配向(orientation)(あるいは位置)を制御するためのポイントとすることが可能であり、前記アプリケーターローラーは、前記ベースラインヘッド経路位置において概念的ツール表面と接触することとなる。例えば、ベースラインヘッド経路位置に基づいて、アプリケーターヘッドが配置することが可能であり、非変形形状において、圧縮軸は、ベースラインヘッド経路位置と交差し、そして、ベースラインヘッド経路位置は、プリケーターローラーのトラベルライン(すなわち、圧縮軸に沿ったアプリケーターローラーの移動レンジ)、特に、アプリケーターヘッドの本体部から先端部(distal end)(アプリケーターヘッドの本体部から最遠端)のトラベルラインに沿って、中間ポイントにある。ヘッド変位は、非変形形状におけるローラーの概念的な位置からの、アプリケーターローラーのローラー軸の変位と対応させる(等しくする)ことが可能であり、概念的ツール表面からオフセットしている基材表面に対して繊維強化材料を押圧するため、ベースラインヘッド経路位置および変形形状におけるローラーの平衡位置と接触している。
前記アプリケーターローラーは、その横方向範囲に沿って変形可能(換言すれば、圧縮可能(compressible)あるいはクラッシュ可能)とすることが可能である。その非変形形状において、前記ローラーは、略円筒状とすることが可能である。
前記方法は、例えば、繊維強化材料を前記ツール上にどのように適用して徐々に前記基材を形成するかを定義するヘッド経路データに基づいて、前記基材表面をシミュレーションすることを、さらに有することが可能である。
前記方法は、前記ベースラインヘッド経路位置にある前記アプリケーターヘッドと障害物との交差を決定することを、さらに有することが可能である。前記交差を避けるため、前記ベースラインヘッド経路位置からオフセットされるオフセットヘッド経路位置は、前記交差を避けるように定義することが可能である。生産ヘッド経路データは、前記オフセットヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのために、定義することが可能である。
前記交差は、前記アプリケーターヘッドの形状寸法(geometry)および1つ以上の障害物の形状寸法に基づいて決定することが可能であり、前記障害物は、例えば、前記ツール、前記ツールに適用される基材(すなわち、プレフォーム、部分的あるいは完全に適用される)、前記アプリケーターヘッドあるいは前記ツールのための支持体、および、真空袋詰め装置および加熱装置等の補助装置を含んでいる。前記アプリケーターヘッドの形状寸法は、特定のあるいは各々の障害物の形状寸法に関し、相対的に平行移動可能(translatable)および回転可能とすることができ、例えば、それらの相対位置をシミュレーションするための6つの自由度が存在することが可能である。
前記方法は、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて、繊維強化材料の非圧縮部位を決定することを有することが可能である。前記ベースラインヘッド経路位置からオフセットしているオフセットヘッド経路位置は、前記アプリケーターローラーのセンターを、前記非圧縮部位に対応する前記基材表面上の位置から横方向にオフセットするため、前記非圧縮部位の前記ロケーションに基づいて、定義することが可能である。生産ヘッド経路データは、前記オフセットヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのために、定義することが可能である。
前記横方向は、ツールに対応する基材表面上のヘッド経路の従法線方向(あるいは従法線ベクトル(binormal vector)とすることが可能であり、前記ヘッド経路は、ヘッド経路方向を有し、このヘッド経路方向に沿って、繊維強化材料が適用され、そして、ベースラインヘッド経路位置を通過する。疑義の生じるのを避けるため、従法線ベクトルは、曲線(curve)の接ベクトルと曲線の法線ベクトルとに対して直交するベクトルである。
オフセットヘッド経路位置は、アプリケーターローラーの横方向範囲に沿った、繊維強化材料の非圧縮を禁止するために定義することが可能である。例えば、非圧縮は、基材表面のフィーチャー(feature)、例えば、基材表面の局部的な陥没を、またがるアプリケーターローラーのブリッジングに起因して、発生する虞がある。オフセットヘッド経路位置が、ベースラインヘッド経路位置から横方向にオフセットされるように定義し、アプリケーターローラーのセンターが、非圧縮に対応する基材表面上の位置(例えば、各フィーチャーの位置)から横方向にオフセットされることは、(i)アプリケーターローラーが、非圧縮を避けるため、基材表面上の各位置を避ける(すなわち、そばを通過する(pass by))こと、または、(ii)基材表面上の位置を、アプリケーターローラーの端領域に向かって相対的に移動させること、のどちらかを引き起こすことが可能である。アプリケーターローラーの端領域は、より曲がり易い/変形し易い、および/又は、ブリッジングに対してより影響され難いものとすることが可能である。
アプリケーターローラーのセンターは、横方向センター、例えば、アプリケーターローラーの横方向範囲に沿った中間ポイント(例えば、ローラー軸上あるいはアプリケーターローラーの先端部に沿った)とすることが可能である。
前記方法は、繊維強化材料の非圧縮部位、および/又は、前記オフセットヘッド経路位置における前記アプリケーターヘッドと障害物との交差を、チェックすることを繰り返すことを、さらに有することが可能である。
オフセットヘッド経路位置は、反復定義することが可能である。オフセットヘッド経路位置は、ツールに対するアプリケーターヘッドの相対的な移動のために、ヘッド経路をオフセットあるいは偏向(deflect)させることによって、定義することが可能である。
前記方法は、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて繊維強化材料の非圧縮部位を決定することを、さらに有することが可能である。生産ヘッド経路データは、前記ベースラインヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのために、定義することが可能である。前記生産ヘッド経路データは、前記非圧縮部位を除外するため、前記ベースラインヘッド経路位置において適用される繊維強化材料の縮小された横方向範囲を、定義することが可能である。
前記生産ヘッド経路データは、横方向に隣接する複数のトウ(tow)が前記アプリケーターローラーによって適用される積層オペレーションのために、定義することが可能である。少なくとも1つのトウは、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて、圧縮されていないと決定することが可能である。前記生産ヘッド経路データは、前記ベースラインヘッド経路位置において少なくとも1つのトウを除外するために、定義することが可能である。
前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルの対応部位が、非実体的(non−physical)である場合、あるいは、前記変形プロファイルの前記対応部位を介する反力が、所定の閾値未満である場合、非圧縮部位を決定することが可能である。前記所定の閾値は、繊維強化材料の適正な圧縮のために必要である最小の力を定義することが可能である。例えば、前記所定の閾値は、30Nのトウ当たりの力に対応することが可能である。
前記平衡条件における前記変形プロファイルは、前記アプリケーターローラーの横方向プロファイルを、前記基材表面にマッピングすることによって、決定することが可能である。前記ヘッド変位を決定する前記平衡条件は、前記変形プロファイルの関数として前記繊維強化材料を介する前記反力を決定することによって、解くことが可能である。
前記繊維強化材料を介する反力は、前記アプリケーターローラーの前記横方向範囲に沿って、前記アプリケーターローラーによって前記繊維強化材料の圧縮の領域を定義している反復調整圧縮プロファイルに基づいて決定することが可能である。前記圧縮プロファイルは、前記繊維強化材料を圧縮するため、前記アプリケーターローラーの非実体的な変形の領域を除外するように反復調整することが可能である。繊維強化材料の非圧縮部位をチェックすることは、前記圧縮プロファイルに基づくことが可能である。前記繊維強化材料を介する前記反力は、前記アプリケーターローラーの変形と、前記アプリケーターローラーに沿って横方向に変化する前記反力と、の間の相関に基づいて決定することが可能である。
第2様相によれば、ヘッド経路データを定義する方法が提供され、前記ヘッド経路データは、アプリケーターヘッドのアプリケーターローラーによって基材表面上へ繊維強化材料を適用するツールに対する前記アプリケーターヘッドの相対的移動のヘッド経路を定義している複数のヘッド経路位置を含んでいる。前記第2様相によれば、前記ヘッド経路位置の少なくとも1つのための前記ヘッド経路データは、繊維強化材料の非圧縮が、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて決定される場合、および、生産ヘッド経路データが、ベースラインヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのために定義される場合、本発明の第1様相に基づいて、チェックおよび定義される。前記生産ヘッド経路データは、前記非圧縮部位を除外するため、前記ベースラインヘッド経路位置において適用される繊維強化の縮小された横方向範囲を定義する。前記第2様相によれば、適用される繊維強化材料の横方向範囲は、前記ヘッド経路に沿って変化する。
ベースラインヘッド経路位置を、これまでの反復(iteration)および調整(例えば、既存のヘッド経路位置をオフセットすること)の結果として、定義することが可能であることは、理解される。
第3様相によれば、コンピューター読み取り可能な命令を有する非一時的(non−transitory)コンピューター読み取り可能な記憶媒体が提供され、前記コンピューター読み取り可能な命令は、プロセッサーによって実行される場合、前記第1様相あるいは前記第2様相に基づく方法の動作(performance)を引き起こす。
第4様相によれば、コンピューター読み取り可能な命令を有する信号が提供され、前記コンピューター読み取り可能な命令は、プロセッサーによって実行される場合、前記第1様相あるいは前記第2様相に基づく方法の動作を引き起こす。
第5様相によれば、コンピュータープログラムが提供され、前記コンピュータープログラムは、コンピューターによって読み取られる場合、前記第1様相あるいは前記第2様相に基づく方法の動作を引き起こす。
第6様相によれば、装置が提供され、前記装置は、少なくとも1つのプロセッサー、および、コンピューター読み取り可能な命令を有する少なくとも1つのメモリーを有し、前記少なくとも1つのプロセッサーは、前記コンピューター読み取り可能な命令を読み取り、前記第1様相あるいは前記第2様相に基づく方法の動作を引き起こすように構成されている。
当業者は、互いに排他的な場合を除き、上述の様相のいずれか1つに関して記載されている特徴が、必要な変更を加えて、任意の他の様相に適用することが可能であることを理解するだろう。さらに、互いに排他的な場合を除き、ここで説明されている任意の特徴は、ここで説明されている任意の様相に適用し、および/又は、任意の別の特徴と組み合わせることが、可能である。
ツール上に、繊維強化材料を適用しているアプリケーターヘッドの概略斜視図である。 ツールに支持されている基材上に、繊維強化材料を適用しているアプリケーターローラーの概略断面図である。 ローラークラッシュおよびヘッド変位サイズを示している変形形状のアプリケーターローラーの図である。 平衡条件における力の釣り合いを示している図4のアプリケーターローラーの図である。 アプリケーターローラー変形の関数として、異なるトウ位置での反力プロファイルを示しているプロットである。 ヘッド経路データをチェックする方法のフローチャートである。 アプリケーターヘッドのヘッド変位を決定する方法を示しているフローチャートである。 略凹面形状である例示的基材表面フィーチャーのためのトウ圧縮力、表面プロファイルおよびローラープロファイルを示しているプロットである。 略凸面形状である例示的基材表面フィーチャーのためのトウ圧縮力、表面プロファイルおよびローラープロファイルを示しているプロットである。 ヘッド経路データをチェックおよび定義する例示的方法を示しているフローチャートである。 ヘッド経路データをチェックおよび定義する例示的方法を示しているフローチャートである。 ヘッド経路データをチェックし、そして、状況に応じてヘッド経路データを定義する方法を実行するための制御装置を概略的に示している図である。 命令を有するコンピューター読み取り可能な媒体およびプロセッサーを概略的に示している図である。
本発明は、以下において、図を参照し、一例として説明され、
図1は、ツール上に、繊維強化材料を適用しているアプリケーターヘッドの概略斜視図であり、
図2は、ツールに支持(received on)されている基材上に、繊維強化材料を適用しているアプリケーターローラーの概略断面図であり、
図3は、ローラークラッシュおよびヘッド変位サイズ(dimension)を示している変形形状のアプリケーターローラーの図であり、
図4は、平衡条件における力の釣り合いを示している図4のアプリケーターローラーの図であり、
図5は、アプリケーターローラー変形の関数として、異なるトウ位置での反力プロファイルを示しているプロットであり、
図6は、ヘッド経路データをチェックする方法のフローチャートであり、
図7は、アプリケーターヘッドのヘッド変位を決定する方法を示しているフローチャートであり、
図8は、略凹面形状である例示的基材表面フィーチャーのためのトウ圧縮力、表面プロファイルおよびローラープロファイルを示しているプロットであり、
図9は、略凸面形状である例示的基材表面フィーチャーのためのトウ圧縮力、表面プロファイルおよびローラープロファイルを示しているプロットであり、
図10は、ヘッド経路データをチェックおよび定義する例示的方法を示しているフローチャートであり、
図11は、ヘッド経路データをチェックおよび定義する例示的方法を示しているフローチャートであり、
図12は、ヘッド経路データをチェックし、そして、状況に応じてヘッド経路データを定義する方法を実行するための制御装置を概略的に示し、
図13は、命令を有するコンピューター読み取り可能な媒体およびプロセッサーを概略的に示している。
図1は、積層表面12を定義している例示的ツール10および例示的アプリケーターヘッド14を示しており、アプリケーターヘッド14は、ツール10上に配置され、かつ、ツール10に対して移動可能であり、積層表面12上へ繊維強化材料の複数のトウ16を適用する。アプリケーターヘッド14は、ヘッド本体部18を有しており、ヘッド本体部18は、略縦方向に沿って延長し、かつ、その先端部でアプリケーターローラー20を支持しており、積層表面12を横断し(traverse)、それに対して繊維強化材料を適用するように構成されている。
図1に示されるように、この実施の形態においては、ヘッド本体部18は、ツールから最遠の基端部(proximal end)から、アプリケーターローラー20がツール10を押圧するために配置されている先端部に向かって、略縦軸に沿って延長している。
アプリケーターヘッド14およびツール10は、3つの平行移動(translation)自由度および3つの回転自由度を含んでいる6つの自由度で、互いに対して移動可能である。この特定の実施の形態において、自由度は、ツールとヘッドとの間で分配されており、ツール10およびアプリケーターヘッド14の両方は、移動するように構成されている(異なる自由度に関し)。例えば、ツール10を、2つの回転軸(例えば、ピッチおよびロール)および1つの平行移動自由度(例えば、垂直方向あるいは「z」方向)に関して回転するように構成することも可能であり、かつ、アプリケーターヘッド14を、支持体(不図示)にマウントし、残りの回転自由度(例えば、「ヨー(yaw)」および平行移動自由度(横方向、あるいは「x」および「y」方向)に関し、移動するように構成することが可能である。別の実施の形態において、ツール10を、固定的(static)に維持されるように構成し、かつ、アプリケーターヘッド10を、最高6つの自由度を有し、アプリケーターヘッド10を操作するように構成される支持体(不図示)にマウントすることが可能である。さらに別の実施の形態において、アプリケーターヘッド10を固定的に維持し、かつ、ツール10をアプリケーターヘッド10に対して移動するように構成することが可能である。しかし、別の実施の形態において、自由度は、ツールとヘッドとの間で、任意の組合わせで分配することが可能である。
アプリケーターヘッド14は、弾性マウントによって基材に取り付けられており、ツール10あるいはツール10に支持される基材との係合に応じて、圧縮軸に沿って、弾性マウントに関して平行移動可能である。例えば、弾性マウントは、アプリケーターヘッドを支持するように構成されるレールを有することが可能であり、レールに対し、圧縮軸22に沿ったアプリケーターの相対的な移動を許容することが可能である。弾性マウントは、支持体に連結することが可能であり、平行移動および回転操作は、弾性マウントに関して圧縮軸22に沿って平行移動するアプリケーターヘッドの自由度とは別に、弾性マウントを介してアプリケーターヘッド14に伝えられる。
弾性マウントは、圧縮軸22に沿ったアプリケーターヘッド14のトラベル(すなわち、直線的移動の有限範囲)を定義し、ツール10に向かって圧縮軸に沿って弾性マウントに対してアプリケーターヘッド14を付勢するバイアス機構が、提供されている。例えば、トラベルは、5mmおよび20mmの間であることが可能であり、ツールおよび形成されるコンポーネントの形状寸法に従属することが可能である。この特定の実施の形態においては、バイアス機構は、圧縮ガス装置を有しており、前記圧縮ガス装置は、圧縮ガスタンク、圧力維持バルブ、および、圧縮軸22に沿ってアプリケーターヘッド14を駆動するための空圧式アクチュエーターを含んでいる。また、圧縮ガスタンクが提供されており、圧縮軸22に沿ってアプリケーターヘッド14に作用している圧縮圧力あるいは圧縮力(例えば、約500N〜1000N)は、そのトラベルの範囲内におけるアプリケーターヘッド14の位置とは関係なく、略一定に維持される。
図2は、ツール10の積層表面12に支持される基材24と共にツール10の部分断面図を示している。この実施の形態において、基材24は、複合材料コンポーネントのための部分的に積層されたプレフォームであり、積層表面12に支持される繊維強化材料の複数の連続層(plies)を有する。
図2にて概略的に示されるように、アプリケーターローラー20は、基材24およびツール10上に配置され、積層オペレーションの間、基材24の基材表面26に対して、複数のトウ16を押圧する。アプリケーターローラー20は、ローラー軸28を有し、回転自在であり、基材表面26上を移動して、それに対して繊維強化材料のトウを適用する。この実施の形態において、ローラー軸28は、圧縮軸22に関して直交しているが、別の実施の形態において、ローラー軸28は、圧縮軸に対して傾斜するように、ピボット式とすることが可能である。例えば、図2に示されるように、圧縮軸22およびローラー軸28の両方に対して直交する第3軸に関し、ローラー軸28をピボットさせるための遊び(play)量が存在することも可能である。
出願人が以前利用していた繊維強化材料を積層する方法においては、アプリケーターヘッドを制御して、一連のヘッド経路ポイントに対してアプリケーターローラーの中心点を配置している。アプリケーターローラーの中心点は、非変形形状におけるアプリケーターローラーの先端ラインあるいは表面(すなわち、ツールに対して押圧する略円筒状ローラー表面上の最先端ライン)上、かつアプリケーターローラーの横方向範囲に関する中心位置におけるポイントとして定義することが可能である。例示的方法によっては、アプリケーターヘッドは、アプリケーターローラーの先端ラインあるいは表面を経由して延長し、中央に位置合わせされる上述の圧縮軸を有することが可能であり、中心点は、アプリケーターローラーの先端ラインあるいは表面と、圧縮軸が交差する場所として定義することが可能である。
出願人は、ヘッド経路ポイントが、積層プロシージャーの間において、繊維強化材料が適用される基材表面と、直接的には対応していない可能性があることが分かった。例えば、基材表面は、複合材料コンポーネントのための部分的に形成されるプレフォームの露出表面であってもよく、そして、ヘッド経路ポイントは、下方に位置するツール表面と対応することが可能である。
アプリケーターヘッドが圧縮軸に沿って弾性的に移動可能でないところでは、ヘッド経路ポイントの定義の誤差(inaccuracy)は、ヘッド経路ポイントが過度に高く設定されている(すなわち、真の基材表面の外側)場合においては、アプリケーターローラーが基材表面に接触しない結果となり、あるいは、ヘッド経路ポイントが過度に低く設定されている(すなわち、真の基材表面の範囲内あるいは下方)場合、アプリケーターローラーが基材表面に対して駆動される(すなわち、衝突する)結果となることが、理解される。後者の場合、実際には、小さい許容差(tolerances)が提供される場合、変形可能なアプリケーターローラーの変形によって調整する(accommodate)ことが可能である。
アプリケーターヘッドが圧縮軸に沿ってバイアスされる例示的方法において、ヘッド経路ポイントと真の基材表面との間の不一致は、圧縮軸に沿ったアプリケーターヘッドのトラベルが十分に大きい場合、調整することが可能である。したがって、圧縮軸に沿ったアプリケーターヘッドのバイアスは、基材表面に対して繊維強化材料を圧縮する際の向上した信頼性を与えることが可能である。しかし、積層不良(不適格)、例えば、繊維強化材料の非圧縮、アプリケーターヘッドと障害物との間の衝突が、発生する可能性がある。
図3〜9に関して説明すると、出願人は、各ヘッド経路位置に対して圧縮軸22に沿ったアプリケーターヘッド14の変位(圧縮)を決定することに基づいて、ヘッド経路データをチェックおよび定義する方法を開発した。
以下に詳述するように、アプリケーターヘッドの変位を決定することは、アプリケーターヘッドの位置を予測することを可能にし、そして、それは、障害物との衝突を予測することを可能にする。さらに、前記方法は、アプリケーターローラーの変形プロファイルを決定することを提供し、そして、それは、繊維強化材料の非圧縮を予測することを可能にする。繊維強化材料の非圧縮は、積層不良、例えば、基材表面26の陥没(あるいは凹部)上での繊維強化材料のブリッジング、あるいは、積層オペレーションの間における繊維強化材料の変位に対する付着および/又は摩擦抵抗のための力あるいは圧力の不十分な付与を、結果的に導く可能性がある。
図3および図4は、各ヘッド経路位置のためのアプリケーターローラー20の力の釣り合いの図および変位の図を、それぞれ示している。
この実施の形態においては、理論あるいは仮想ヘッド経路位置100は、理論あるいは仮想ツール表面上の位置と対応して定義される。この実施の形態においては、基材は、基材表面102を定義する仮想ツール表面に適用されるようにシミュレーションされ、そして、それは、仮想ヘッド経路位置100からオフセットされている可変プロファイルを有する図3および4に、示されている。
理解されるように、使用中では、アプリケーターヘッド14は、アプリケーターローラー20の中心点が、仮想ヘッド経路位置100に対して向くように、位置決めされる。この特定の実施の形態において、アプリケーターヘッド14は位置決めされており、アプリケーターローラーの中心点が非変形形状の仮想ヘッド経路位置100にある場合、アプリケーターヘッド14のトラベルの範囲内の中間位置(すなわち、中心点)に位置する。このようなアプリケーターヘッド14の位置決めは、アプリケーターの収縮(retraction)および拡張(extension)を可能としている。
図3に示されるように、アプリケーターローラー20が基材表面102のプロファイルと対応するように変形すると仮定する場合、その先端ラインあるいは表面におけるアプリケーターローラーの横方向範囲に沿ったアプリケーターローラー20の変形プロファイル104は、基材表面102のプロファイルと対応する。プロファイルに沿った変形kは、変数であり、また、kからkまでの複数のトウiに関して離散化(discretized)されて示されており、Nは、適用されるトウ16の数である。変形kは、アプリケーターローラーの変形プロファイルとローラーの非変形プロファイルとの間にある。中心点106(非変形先端ライン上の点あるいは中央横方向位置における表面)は、アプリケーターローラー20の非変形プロファイルを説明するために、示されている。
中心点106と仮想ヘッド経路位置100との間の離隔距離(separation)は、圧縮軸22に沿ったアプリケーターヘッド14の変位Dを意味している。
図3もまた、アプリケーターローラー20の変位変形を示している。変位変形sは、仮想ヘッド経路位置100(すなわち、ローラー20の非変形形状)から、圧縮軸28に平行な方向に沿ってアプリケーターローラーの変形プロファイル104まで測定されたアプリケーターローラー20の累積的な変位および変形に等価である。特定の実施の形態においては、変形kと同様に、変位変形sは、ローラーの横方向範囲に沿って適用されるトウiの数に基づいて離散化することが可能である。
各トウ位置のための変位変形sは、アプリケーターローラーの変形プロファイル104の各部位と、仮想ヘッド経路位置100に対応する従法線ベクトル108との間の離間距離を決定することによって、計算することが可能である。疑義の生じるのを避けるため、従法線ベクトルは、曲線の接ベクトルおよび曲線の法線ベクトルの両方に対して直交するベクトルである。仮想ヘッド経路位置100に関する従法線ベクトル108は、連続した仮想ヘッド経路位置100を経由して延長するヘッド経路の接ベクトルに対して直交し、また、仮想ツール経路位置における仮想ツール表面の法線ベクトルに対して直交するように、決定することが可能である。ここで説明されている実施の形態において、アプリケーターヘッド14は、圧縮軸22が仮想ヘッド経路位置において仮想ツール表面の法線ベクトルと位置合せされるように、位置決めすることが可能である。しかし、別の実施の形態において、圧縮軸22を制御可能し、例えば、30°までの範囲において、法線ベクトルに関して可変的に傾斜させることが可能である(これは、障害物を避けるため役立つだろう)。
図4は、平衡条件におけるアプリケーターローラーのための力の釣り合い図を示しており、アプリケーターローラー20が基材表面102のプロファイルと対応するように変形する場合、アプリケーターヘッド14を介して適用される圧縮力Cは、繊維強化材料の各部位(ここの実施の形態においては各トウ16)を介する反力Rの合計に等しい。力の釣り合いは、式1に示されるように数学的に表すことが可能である。
ここで説明されている実施の形態において、図5に示されるように、反力Riは、非線形的に、アプリケーターローラー20の局所的変形に従属している。さらに、ここで説明されている実施の形態において、反力Rは、アプリケーターローラーに沿った横方向位置に従属している(また図5に示されるように)。例えば、アプリケーターローラーは、その横方向範囲に沿った中心点における変形に、抵抗力がより大きく(例えば、ローラーの横方向隣接部位による支持に起因し)、また、その横方向端に向かう変形に、抵抗力がより小さくなるようにすることが可能である。図5は、異なるトウ位置に関する局所的ローラー変形に対する反力のプロファイルを示しており、トウ1は、アプリケーターローラーの横方向端に向かうトウ位置を示しており、そして、トウ6は、アプリケーターローラーの中心点106に横方向に隣接するトウ位置を示している。
反力のプロファイルは、局所的ローラー変形の関数および状況に応じてトウ位置の関数としてテストすることによって、実験的に決定することが可能である。別の実施の形態において、反力のプロファイルは、理論モデルに基づいて、決定あるいは計算することが可能である。
ここで説明されている特定の実施の形態において、各トウ位置における反力のプロファイルは、式2に示されるように、実験的に決定され、各トウ位置iのため、数値の相関(すなわち、代数式として表すことが可能であるもの)、特に、二次方程式が導かれる。
ヘッド経路データをチェックするための特定の例示的方法は、図6〜8を参照し、また、図1〜5に関して上述された装置変位および力の釣り合いの説明に基づいて、一例としてのみ説明される。
図6は、積層オペレーションのためのヘッド経路データをチェックする方法600のフローチャートを示しており、図1〜4に関して上述されたように、繊維強化材料は、圧縮軸22に沿ってツールに対してバイアスされているアプリケーターローラー14によって、圧縮力Cによって、ツール10上に適用される。
ブロック602において、ベースラインヘッド経路データは、例えば、コンピューターのメモリーに記憶されるヘッド経路データファイルから受信される。この実施の形態においては、ベースラインヘッド経路データは、ツールに対してアプリケーターヘッド14を位置決めするためのベースラインヘッド経路位置を定義する。
ブロック604において、ベースラインヘッド経路位置におけるアプリケーターヘッド14のヘッド経路変位Dは、図7に関して詳細に後述されるように、圧縮力Cと繊維強化材料16を介する反力との間の平衡条件を評価することに基づいて、決定される。
ブロック606において、チェックは、ヘッド変位に基づいて、アプリケーターローラーの横方向範囲に沿った繊維強化材料16の非圧縮部位の少なくとも1つ、および、アプリケーターヘッド14と障害物との交差に関し、実施される。
この特定の実施の形態において、両方のチェックが実施される。繊維強化材料16の非圧縮部位のためのチェックは、図7に関して以下に詳細に説明するように、平衡条件におけるアプリケーターローラーの変形プロファイルに基づいて実施される。
アプリケーターヘッド14と障害物との交差のチェックは、障害物あるいは一組の障害物に対するアプリケーターヘッド14の形状寸法をシミュレーションすることによって、実施される。この実施の形態において、一組の障害物は、ツール10、ツール10上に支持される基材24(例えば、ツール10上に適用される複合材料コンポーネントのための部分的に形成されるプレフォーム)、アプリケーターヘッド14およびツール10のための支持装置、および、任意の補助装置、例えば、真空袋詰め装置(不図示)を、含んでいる。ヘッド変位Dを第1に決定することによって、ツール10(および、したがって別の障害物)に対するアプリケーターヘッド14の位置を、正確に予測することが可能である。
図7は、ヘッド変位D(図6のブロック604に対応する)を決定する副方法604のフローチャートを示している。副方法は、図8に示される例示的な基材表面プロファイル102を参照することによって、説明される。
図8は、基材表面102のプロファイルを表している組合わせプロット(データ系列「表面プロファイル」)を示している。ここで説明されている実施の形態において、基材表面102は、例えば、方法600を実行するコンピューターのプロセッサーによってシミュレーションされる表面である。基材表面102は、各ヘッド経路位置が、ツール10上に直接配置されるヘッド経路と対応している場合、ツール10の積層表面と対応することが可能であり、あるいは、ツールに適用されるようにシミュレーションされる基材24の露出された(あるいは上部の)表面と対応することが可能である。例えば、複合材料コンポーネントのためのプレフォームの中間深さ層に対応するヘッド経路位置のために、基材24は、各ヘッド経路位置までツール上に適用されるようにシミュレーションされることが可能である。
図8に示されるように、この実施の形態においては、表面プロファイル102は、トウ位置6および7に対応する表面プロファイルの中心部位以外の全てのためのアプリケーターローラー20の変形プロファイル104(データ系列「ローラープロファイル」)と、略同一である。
図7に戻って参照し、副方法604のブロック702において、ローラーのプロファイル(すなわち、変形プロファイル104)は、ローラーの横方向範囲に沿って適用される全てのトウ16を圧縮するためにローラー20が変形できるという仮定を反映するため、基材表面のプロファイルにマッピングされる。したがって、ブロック702において、ローラーの変形プロファイル104は、基材表面の表面プロファイル102にマッチするようにセットされる。この初期状態は、以下の説明において明白になる理由のために、中央トウ位置(位置6および7)に関して、図7に示されているものに反している。
ブロック704において、ヘッド変位Dは、ローラー20によって圧縮される繊維強化材料を介する反力が、ツール10に対してアプリケーターヘッド14(ローラー20を含む)をバイアスする圧縮力Cに、等しい場合において、ローラー20の平衡条件を評価することに基づいて決定される。この特定の実施の形態において、トウ位置iにおける各トウ16を介する反力Rは、式1、式2および図5に関して前述された関係に基づいて、決定することが可能であり、また、図3および図4における力の釣り合い、変位および変形の略図を参照し、以下において説明される。
各トウ位置iに関するローラー変形kは、ヘッド変位Dを差し引いた各トウのための変位変形sと等しいため(すなわち、k=s−D)、反力Rの合計とヘッド圧縮力Cとを釣り合せる平衡式は、以下の一組の式3に示されるように、再配置することが可能である。
一組の式3における最後の式は、Dの関数である二次方程式であり、したがって、Dは、式4に示されるように、二次方程式の解の公式を使用して解くことが可能である(この特定の実施の形態において、正の解は、実体的(physical)であり、負の解は、非実体的であることに注意すること)。
各トウ位置におけるヘッド変位Dおよび変位変形sに基づいて、トウ位置における各変形kは、式5に基づいて決定することが可能である。
ブロック706において、各トウ位置の変形kが負であるか否かが決定され、負である場合、各トウ位置の変形は非実体的であると決定される。変形kが負である場合、ローラー20の陥没(またはクラッシュ)ではなく、その非変形形状から、ローラー20の拡張が示唆される。
いずれかのトウ位置の変形kが負であると決定される場合、ブロック708において、アプリケーターローラーの圧縮プロファイルは、(上述されるように)ローラーの横方向範囲の全部に沿って、繊維強化材料の圧縮を表すと初期において仮定されるが、非実体的変形のために圧縮されていないと決定されるトウを、除外するように調整される。
そして、ヘッド変位Dは、上述されたように、調整された圧縮プロファイルに基づいて、ブロック704において再計算される。
この特定の実施の形態において、そして、図8に示されるように、ヘッド変位Dの初期計算は、ブロック706において決定されるように、結果がトウ位置6および7におけるローラー20の非実体的圧縮となり、圧縮プロファイルは、ブロック708のこれらのトウ位置において調整され、そして、ヘッド変位Dは、ブロック704において再計算される。
この実施の形態においては、ヘッド変位Dの第2計算の後、ローラー20の変形プロファイル104は、ブロック706の全てのトウ位置iにおいて、実体的である(非実体的あるいは変質したものではない)ことが検出される。ブロック710において、アプリケーターローラー20の変形プロファイル104は、例えば、後の検索のため、コンピューターのメモリーに、各ヘッド経路位置と相関させて記憶される。
ブロック712において、トウ位置における各トウ16を介してアプリケーターローラー20に付与される反力Rは、式6に基づいて決定される。
図8に関して上述された実施の形態に関する反力Rは、各トウ位置毎に図8に示される。反力は、特に、アプリケーターローラーの横方向端領域において、基材表面プロファイル102に適合するため、最も激しく変形(クラッシュ)されるアプリケーターローラーの横方向部位に関して、ピークにあることを、理解することが可能である。反力は、変形kが縮小するにつれて縮小し、そして、ローラー20の変形プロファイル104が基材表面プロファイル102から離れるところにおいてゼロであり、繊維強化材料の対応部位の非圧縮が存在する(すなわち、トウ位置6および7において)。
図6に戻って参照し、繊維強化材料の非圧縮のためのブロック606におけるチェックは、この実施の形態においては、ローラー20の変形プロファイル104と基材表面プロファイル102とを比較し、メモリーに記憶されている変形プロファイル104が、基材表面プロファイルと異なるところに、非圧縮が存在すると決定することに基づいて、実施される。別の実施の形態において、繊維強化材料の非圧縮は、圧縮プロファイルに基づいて決定することが可能であり、圧縮プロファイルは、アプリケーターローラーの変形プロファイル104に基づいて、ヘッド変位Dを決定する副方法604のブロック706において、決定される。
ヘッド経路データをチェックする上記の実施の形態は、単一のベースラインヘッド経路位置に関して記載されているけれど、別の実施の形態において、一連のベースラインヘッド経路位置を定義するヘッド経路位置を、チェックすることが可能である。
図9は、第2ベースラインヘッド経路ポイントにおいて基材表面プロファイル102に適合するアプリケーターローラー20の変形のさらなる実施の形態を示している。この実施の形態においては、基材表面プロファイル102は、略凸面形状である。ヘッド変位Dの計算の間において、アプリケーターローラー20の横方向端のトウ位置1および12において非実体的変形が存在すると決定されると、これらのトウ位置は、反力計算から除外され、そして、圧縮プロファイルは、したがって、上述されているように調整される。
上述の実施の形態において、ヘッド経路データをチェックする方法は、非圧縮あるいは衝突に関し、フィードバックを発生させることを可能とする(例えば、ヘッド経路妥当性検査あるいは設計プロシージャーの範囲内において)。ヘッド経路データをチェックする上述の方法に基づいてヘッド経路データが定義される例示的方法について、説明される。
図10は、ヘッド経路データをチェックおよび定義する例示的方法を示しており、図6および7に関して上述された方法600に基づいて、ベースラインヘッド経路位置100を定義しているベースラインヘッド経路データは、受信され(ブロック602)、ヘッド変位は決定され(ブロック604)、そして、チェックが実行される(ブロック606)。
この実施の形態においては、交差は、ブロック606における交差(衝突とも呼ばれる)のためのチェックに基づいて、ブロック1002において決定される。例えば、交差は、アプリケーターヘッドの一部とツール10の一部との間にあってもよい。この種の交差は、非常に湾曲したツールおよび基材形状寸法の場合あるいは小さなパーツの場合に、特に起こりやすい。
ブロック1004において、オフセットヘッド経路位置は、ベースラインヘッド経路位置に基づいて定義される。次に、ヘッド変位Dは、ブロック604において再決定され、そして、チェックは、ブロック606において、オフセットヘッド経路位置に関して繰り返される。このループは、特定のチェックあるいは各チェックがクリアーされる(すなわち、交差/衝突の非検出および/または繊維強化材料の非圧縮部位の非検出)まで、繰り返することが可能である。ブロック1006において、生産ヘッド経路データ(すなわち、積層プロシージャーのためのヘッド経路データ)は、オフセットヘッド経路位置に基づいて定義される。
オフセットヘッド経路位置は、検出される交差を避けるように定義することが可能である。例えば、交差はアプリケーターヘッド14と障害物との間で検出することが可能であり、オフセットヘッド経路位置は、障害物に対してアプリケーターヘッド14を平行移動させて、障害物を避けるように、定義することが可能である。
オフセットヘッド経路位置は、オフセットヘッド経路を定義する一部として、定義することが可能である。例えば、1つ以上の不適格チェックが肯定的な結果をリターンする複数のベースラインヘッド経路位置を有するベースラインヘッド経路ラインの部位(例えば、繊維強化材料の衝突あるいは非圧縮)は、オフセットヘッド経路を定義するため、ベースラインヘッド経路をオフセットすることによって、再プロットすることが可能である。ヘッド経路オフセットあるいは個々のオフセットヘッド経路位置は、コンピュータープログラムのオフセットプロシージャーに基づいて、自動的に定義することが可能であり、あるいは、不適格(例えば、繊維強化材料の衝突あるいは非圧縮)のロケーションを強調し、そして、ベースラインヘッド経路あるいはベースラインヘッド経路位置をオフセットするためのユーザー入力のプロンプトを提供することによって(例えば、仮想ツール表面100の上のベースラインヘッド経路位置をクリックおよびドラッグすることによって)、半自動式に定義することが可能である。
図11は、ヘッド経路データをチェックおよび定義するさらなる例示的方法1100を示している。
図10に関して以前に説明されたように、前記方法は、ベースラインヘッド経路位置を定義しているベースラインヘッド経路データを受信すること(ブロック602)、ヘッド変位Dを決定すること(ブロック604)、および、不適格あるいは妥当性確認(validation)チェックを実施すること(ブロック606)を有する。
この例示的方法において、ブロック1102において、繊維強化材料の非圧縮部位が、決定される。この実施の形態においては、非圧縮は、アプリケーターローラー20の圧縮プロファイルに基づいて決定され、前記圧縮プロファイルは、上述にように、アプリケーターローラー20の変形プロファイおよびヘッド変位Dの決定の間において、反復調整される。
この実施の形態においては、繊維強化材料の非圧縮部位は、非圧縮が発生するトウ位置を識別することによって、決定される。一例として図9の基材表面を考慮すると、非圧縮は、ブロック1102において、トウ位置1および12に対して決定される。
別の実施の形態において、非圧縮は、テープ(自動テープ積層(ATL:Automatic Tape Laying)のように)として、あるいは、繊維の束(自動フィラメントワインディング)として提供される繊維強化材料の一部に関して、決定することが可能であり、そして、アプリケーターローラーによって適用される繊維強化材料の横方向範囲は、したがって、例えば、所定幅の部位において、離散化することが可能である。
ブロック1104において、生産ヘッド経路データは、ベースラインヘッド経路データに基づいて定義されており、適用される繊維強化材料の横方向範囲は、デフォルトあるいは標準横方向範囲に比較し、縮小される。
デフォルトあるいは標準横方向範囲は、アプリケーターローラーによって適用すること、あるいは、ベースラインヘッド経路データの定義における適用の最大として選択される繊維強化材料の最大の横方向範囲とすることが可能である。標準横方向範囲は、横方向範囲がヘッド経路に沿って変化するように、生産ヘッド経路に沿って決定される最大横方向範囲と対応させることが可能である。
この特定の実施の形態において、12個のトウがヘッド経路に沿って適用されることを規定しているベースラインヘッド経路データが、受信される。この実施の形態においては、ブロック1104において、生産ヘッド経路データは、繊維強化材料の非圧縮を避けるため、積層プロシージャーの間においてトウ位置1および12におけるトウが適用されることを排除するように、定義される。
生産ヘッド経路データは、各トウが適用される最小伸張(elongate)範囲を有するように定義することが可能であり、したがって、生産ヘッド経路データを定義する命令は、別のヘッド経路位置において適用される横方向範囲に基づいて、特定のヘッド経路位置において適用される横方向範囲を決定するためのプロシージャーを含むことが可能であることが、理解される。
実施の形態によっては、非圧縮が決定されるところでは、ヘッド経路位置の1つであるかもしれないサブセットにおいて非圧縮が決定されるだけの場合であっても、複数の連続したヘッド経路位置に対応するヘッド経路部位にわたって、それに応じて、横方向範囲は縮小される。これは、適用される繊維強化材料の横方向範囲の不連続を避けることが可能である。これは、アプリケーターローラーの横方向端に向かって非圧縮が決定される場合においては、特に妥当であり得る。
別の実施の形態において、アプリケーターローラー20の中心点が、繊維強化材料の非圧縮に対応する基材表面のフィーチャーに対して移動するように、非圧縮が決定される場合、新規なオフセットヘッド経路位置(あるいはオフセットヘッド経路)を定義することが可能である。実施の形態によっては、アプリケーターローラーをオフセットさせ、オフセットヘッド経路位置において、アプリケーターローラーが、基材表面の各フィーチャーと係合(engage)しないようにすることが可能である。別の実施の形態において、アプリケーターローラーをオフセットヘッド経路位置においてオフセットさせることが可能であり、基材表面の各フィーチャーは、アプリケーターローラーの中心点から、アプリケーターローラーの横方向端に向かって、相対的に移動する。一例を挙げると、図8に関して説明されている略凹面形状の基材表面102を考慮し、中央トウ位置(トウ位置6および7)における非圧縮は、ベースラインヘッド経路位置を横方向にオフセットして、オフセットヘッド経路位置を定義することになり、各基材表面フィーチャーは、アプリケーターローラーの横方向端に対応し、トウ経路位置1および2、あるいはトウ経路位置11および12の下方に位置することになる。実施の形態によっては、これは、例えば、アプリケーターローラーがその横方向端においてより容易に変形可能であるため、あるいは、アプリケーターヘッド14の配向を、基材表面の各部位の法線ベクトルに基づいて傾斜させ、アプリケーターローラーの先端部ラインあるいは表面を、より良く基材表面のプロファイルと対応させることが可能であるため、アプリケーターローラーが各部位を圧縮することを可能とする。その結果、横方向隣接位置等のヘッド経路の他の部位を、オフセットさせることが可能である。
用語「生産ヘッド経路データ」は、ここにおいて、ヘッド経路データを参照するために使用され、ヘッド経路データは、製造プロセス、すなわち、妥当性確認プロセスの後において使用することが可能である。疑義の生じるのを避けるため、ベースラインヘッド経路データに基づく生産ヘッド経路データの定義の上述の説明は、さらなる中間ステップ、例えば、適用される繊維強化材料のヘッド経路位置および横方向範囲に関して実行されるチェックおよび最適化を有するようなプロセスを、除外しない。
具体的な実施の形態は、複数の横方向隣接トウの形態で、繊維強化材料を適用すること(自動繊維配置(AFP:Automatic Fibre Placement))に関し、ここにおいて記載されているが、その他の例示的方法は、繊維強化テープ(自動テープ積層ATL)あるいは繊維束(自動フィラメントワインディング)を適用することに基づくことが可能であることが理解される。
図3〜11に関してここで説明されている方法は、汎用コンピューター等のコンピューターにおいて、あるいは、前記方法を実行するように構成される制御装置を有する装置において、実行することが可能であることが理解される。
一例として、図12に例示的な制御装置1200が示される。この実施の形態においては、制御装置は、少なくとも1つのプロセッサー1202および少なくとも1つのメモリー1204を有する。メモリー1204は、コンピューター読み取り可能な命令を有するコンピュータープログラムを記憶しており、前記命令は、プロセッサーによって読み取られる場合、図6、図7、図10および図11に関し、ここで記載されている方法の少なくとも1つの動作を引き起こす。コンピュータープログラムは、ソフトウェア、ファームウェア、あるいは、ソフトウェアとファームウェアとの組合わせとすることが可能である。
プロセッサー1202は、少なくとも1つのマイクロプロセッサー、シングルコアプロセッサー、多重プロセッサーコア(例えば、デュアルコアプロセッサーあるいは クアッドコアプロセッサー)、あるいは、複数のプロセッサー(少なくとも1つは多重プロセッサーコアを有することができる)を含むことが可能である。
メモリー1204は、任意の適当な非一時的コンピューター読み取り可能な記憶媒体、単一のデータ記憶装置、あるいは複数のデータ記憶装置であってもよく、また、ハードディスクおよび/又はソリッドステートメモリー(例えば、フラッシュメモリー)を有することが可能である。メモリー1204は、固定式非リムーバブルメモリー、あるいは、リムーバブルメモリー(例えば、ユニバーサルシリアルバス(USB)フラッシュドライブ)とすることが可能である。
図13に示されるように、コンピュータープログラム1304は、非一時的コンピューター読み取り可能な記憶媒体1302に、記憶することが可能である。コンピュータープログラムは、プロセッサー1202によって実行可能であり、図6、図7、図10および図11に関し、ここで記載されている方法の少なくとも1つの動作を引き起こす。コンピュータープログラム1304は、非一時的コンピューター読み取り可能な記憶媒体1302から、図12のメモリー1204に転送することが可能である。非一時的コンピューター読み取り可能な記憶媒体1302は、例えば、USBフラッシュドライブ、コンパクトディスク(CD)、デジタル多目的ディスク(DVD)あるいはブルーレイディスクとすることが可能である。実施の形態によっては、コンピュータープログラムは、無線信号あるいは有線信号を介してメモリーへ転送することが可能である。
さらに、コンピューター読み取り可能な命令を有するコンピュータープログラムは、信号によって送信することが可能であり、プロセッサーによって実行される場合、図6、図7、図10および図11に関し、ここで記載されている方法の少なくとも1つの動作を引き起こす。
本発明は、上述の実施の形態に限定されず、また、ここで説明されているコンセプトから逸脱することなく、多様な修正および改良を実施することが可能であることが、理解される。互いに排他的な場合を除き、任意の特徴を、独立して、あるいは、任意の別の特徴と組合わせて、使用することが可能であり、また、本開示は、ここで説明されている1つ以上の特徴の全てのコンビネーションおよびサブコンビネーションに及んでおり、そして、含んでいる。

Claims (15)

  1. 圧縮力によって圧縮軸に沿ってツールに対してバイアスされるアプリケーターヘッドのアプリケーターローラーによって、繊維強化材料が前記ツール上に適用される積層オペレーションのためのヘッド経路データを、チェックするためのコンピューターで実行される方法であって、
    前記アプリケーターローラーによって繊維強化材料を基材表面上へ適用するために、前記ツールに対する前記アプリケーターヘッドのベースラインヘッド経路位置を定義しているベースラインヘッド経路データを受信すること、
    前記圧縮力と前記アプリケーターローラーによって適用される前記繊維強化材料を介する反力との間の平衡条件に対応する前記圧縮軸に沿ったヘッド変位を決定すること、および、
    前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの変形プロファイルに基づく前記アプリケーターローラーの横方向範囲に沿った繊維強化材料の非圧縮部位と、前記ヘッド変位距離に基づく前記アプリケーターヘッドと障害物との交差と、の少なくとも1つをチェックすること、を有することを特徴とする方法。
  2. 前記ベースラインヘッド経路位置にある前記アプリケーターヘッドと障害物との交差を決定すること、前記交差を避けるため、前記ベースラインヘッド経路位置からオフセットされるオフセットヘッド経路位置を定義すること、および、前記オフセットヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのための生産ヘッド経路データを定義すること、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて繊維強化材料の非圧縮部位を決定すること、前記アプリケーターローラーのセンターを、前記非圧縮部位に対応する前記基材表面上の位置から横方向にオフセットするため、前記非圧縮部位のロケーションに基づいて前記ベースラインヘッド経路位置からオフセットしているオフセットヘッド経路位置を定義すること、および、前記オフセットヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのための生産ヘッド経路データを定義すること、をさらに有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 繊維強化材料の非圧縮部位、および/又は、前記オフセットヘッド経路位置における前記アプリケーターヘッドと障害物との交差を、チェックすることを繰り返すことを、さらに有することを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の方法。
  5. 前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて繊維強化材料の非圧縮部位を決定すること、および、
    前記ベースラインヘッド経路位置を含んでいる積層オペレーションのための生産ヘッド経路データを定義すること、をさらに有し、
    前記生産ヘッド経路データは、前記非圧縮部位を除外するため、前記ベースラインヘッド経路位置において適用される繊維強化材料の縮小された横方向範囲を定義することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記生産ヘッド経路データは、横方向に隣接する複数のトウが前記アプリケーターローラーによって適用される積層オペレーションのために定義され、
    少なくとも1つのトウは、前記平衡条件における前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルに基づいて、圧縮されていないと決定され、そして、
    前記生産ヘッド経路データは、前記ベースラインヘッド経路位置において少なくとも1つのトウを除外するために、定義されることを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の方法。
  7. 前記アプリケーターローラーの前記変形プロファイルの対応部位が、非実体的である場合、あるいは、前記変形プロファイルの前記対応部位を介する反力が、所定の閾値未満である場合、非圧縮部位は、決定されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 前記平衡条件における前記変形プロファイルは、前記アプリケーターローラーの横方向プロファイルを、前記基材表面にマッピングすることによって、決定されることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 前記ヘッド変位を決定する前記平衡条件は、前記変形プロファイルの関数として前記繊維強化材料を介する前記反力を決定することによって、解かれることを特徴とする請求項8に記載の方法。
  10. 前記繊維強化材料を介する反力は、前記アプリケーターローラーの前記横方向範囲に沿って、前記アプリケーターローラーによって前記繊維強化材料の圧縮の領域を定義している反復調整圧縮プロファイルに基づいて決定され、そして、前記圧縮プロファイルは、前記繊維強化材料を圧縮するため、前記アプリケーターローラーの非実体的な変形の領域を除外するように反復調整されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
  11. 前記繊維強化材料を介する前記反力は、前記アプリケーターローラーの変形と、前記アプリケーターローラーに沿って横方向に変化する前記反力と、の間の相関に基づいて決定されることを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の方法。
  12. ヘッド経路データを定義する方法であって、
    前記ヘッド経路データは、アプリケーターヘッドのアプリケーターローラーによって基材表面上へ繊維強化材料を適用するツールに対する前記アプリケーターヘッドの相対的移動のヘッド経路を定義している複数のヘッド経路位置を含んでおり、そして、
    前記ヘッド経路位置の少なくとも1つのための前記ヘッド経路データは、請求項5又は請求項6に基づいて、チェックおよび定義されており、適用される繊維強化材料の横方向範囲は、前記ヘッド経路に沿って変化することを特徴とする方法。
  13. プロセッサーによって実行される場合、請求項1〜12のいずれかに基づく方法の動作を引き起こすコンピューター読み取り可能なプログラムが記憶された非一時的コンピューター読み取り可能な記憶媒体。
  14. コンピューターによって読み取られる場合、請求項1〜12のいずれかに基づく方法の動作を引き起こすコンピュータープログラム。
  15. 少なくとも1つのプロセッサー、および、
    コンピューター読み取り可能な命令を有する少なくとも1つのメモリーを有し、
    前記少なくとも1つのプロセッサーは、前記コンピューター読み取り可能な命令を読み取り、請求項1〜12のいずれかに基づく方法の動作を引き起こすように構成されていることを特徴とする装置。

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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GB201907654D0 (en) * 2019-05-30 2019-07-17 Rolls Royce Plc A fibre placement head
CN112223788B (zh) * 2020-09-08 2022-02-01 武汉大学 纤维自动铺放系统以及其铺放轨迹的规划方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7643970B2 (en) * 2005-11-09 2010-01-05 The Boeing Company Tape course generation method and apparatus for programming a composite tape lamination machine
US7376480B2 (en) * 2005-11-09 2008-05-20 The Boeing Company Multihead composite material application machine programming method and apparatus for manufacturing composite structures
US8108058B2 (en) * 2009-02-09 2012-01-31 The Boeing Company Method of analyzing composite structures
JP2012167959A (ja) * 2011-02-10 2012-09-06 Toyota Motor Corp ペースト評価装置,ペースト評価方法,および電極板の製造方法
US8826957B2 (en) * 2012-08-31 2014-09-09 General Electric Company Methods and systems for automated ply layup for composites
JP6366611B2 (ja) * 2013-03-12 2018-08-01 ディーフェンバッハー ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング マシーネン− ウント アンラーゲンバウDieffenbacher GmbH Maschinen− und Anlagenbau 先進複合構成部材を製造する方法及びシステム
CN105804758B (zh) * 2016-04-22 2018-02-16 中国电建集团铁路建设有限公司 浅覆土大断面小间距的矩形顶管上跨地铁隧道施工方法
CN105930619B (zh) * 2016-05-17 2018-09-21 上海交通大学 纤维增强复合材料物理非线性模拟的态型近场动力学方法
CN106113463B (zh) * 2016-08-23 2019-06-07 江门市辉隆塑料机械有限公司 一种增加挤出复合剥离强度的方法和装置

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