JP6971600B2

JP6971600B2 - 複合材料の施工のための装置

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Publication number: JP6971600B2
Application number: JP2017053856A
Authority: JP
Inventors: シャティル・シンハ; ジェームス・デュヴァル・ボラッカー; マシュー・ハーパー・ホッケマイヤー; ニティン・ガージ; ヨンクー・チョン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-03-21
Also published as: EP3222412A2; EP3222412A3; CN107225774A; EP3222412B1; CA2960900C; CN107225774B; JP2017170897A; CA2960900A1; US20170274636A1; US10821713B2

Description

本開示の分野は、一般的には、表面に材料を施工するための装置に関し、より具体的には、表面に複合材料を施工するための装置に関する。

自動化された繊維配置（ＡＦＰ）などの複合部品の製造を自動化するために多くの公知の方法が使用されており、それは乾燥繊維又は予め含浸された繊維のいずれかの大型スプールを用いている。材料は、通常、多軸ロボットアームなどのマニピュレータによって、ヘリコプターの機体などのツール表面上に配置される。公知のＡＦＰ方法は、大型スプールにパッケージされ、マニピュレータによってほどくことができる材料との使用に限定される。しかし、いくつかの公知のセラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料及びポリマーマトリクス複合（ＰＭＣ）材料は、現在の製造上の限界により大型スプールで利用することができない。従来のＡＦＰ装置を使用してツール表面上にこれらの複合材料を配置することは、スプールでこれらの複合材料を利用することができないので不可能である。

米国特許出願公開第２０１５／００３４２４７号明細書

一態様では、表面上に材料を配置するための装置が提供される。装置は、ハウジングと、ハウジングに結合されたモータと、ハウジングに結合され、モータによって駆動される駆動部品とを含む。装置は、駆動部品と共にガイドチャネルを画成する１以上のガイドシュートをさらに含む。装置は、ガイドチャネルに隣接するハウジングに結合されたレイアップローラをさらに含む。レイアップローラは、ローラ表面を含み、ガイドチャネルは、一定量の材料をローラ表面に排出するように構成される。レイアップローラは、表面上に材料を堆積させるように構成される。

別の態様では、表面上に材料を配置するための装置が提供される。装置は、ハウジングと、ハウジングに結合されたアクチュエータと、アクチュエータに結合されたサクションアームと、ハウジング及びサクションアームに結合されたリニアガイドとを含む。装置は、サクションアームに結合されたサクションヘッドをさらに含む。アクチュエータは、ツール表面に垂直に定義された垂直軸に沿ってサクションアームを平行移動させるように構成される。リニアガイドは、横軸及び長手方向軸に沿ったサクションアームの並進運動を回避するように構成され、横軸及び長手方向軸は、互いに直交するとともに、垂直軸に対しても直交するように定義される。サクションヘッドは、材料に結合し、表面から離れた第１の位置から材料を除去し、表面上の第２の位置にストリップを配置するように構成される。

さらに別の態様では、装置を用いて表面に材料を付着させる方法が提供される。装置は、モータと、モータによって駆動される駆動ベルトとを含む。装置は、駆動ベルトに対向する受動ベルトをさらに含み、受動ベルト及び駆動ベルトは、ベルトチャネルを画成する。装置は、１以上のガイドシュートを含み、ガイドシュート及び駆動ベルトは、ガイドチャネルを画成する。装置は、ガイドチャネルに隣接するレイアップローラをさらに含む。本方法は、材料をガイドチャネル内に位置決めするステップと、材料が駆動ベルトからガイドチャネルへレイアップローラに隣接する位置に移動するように駆動ベルトを駆動するステップと、材料がツール表面に付着するように、表面に平行な平面に沿って装置を平行移動させるステップとを含む。

本開示のこれらの、並びに他の特徴、態様及び利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。

例示的な自動材料供給装置の正面図である。図１に示し、領域２で囲まれた自動材料供給装置の拡大斜視図である。図１に示した自動材料供給装置と共に使用するためのストリップホルダの例示的な実施形態の斜視図である。線４−４に沿った図１に示した自動材料供給装置の断面図である。その場カッターをさらに含む、図１に示した自動材料供給装置の斜視図である。光ヒータをさらに含む、図１に示した自動材料供給装置の斜視図である。液体スプレーノズルをさらに含む、図１に示した自動材料供給装置の斜視図である。図１に示し、領域８で囲まれた自動材料供給装置の拡大斜視図である。

特に明記しない限り、本明細書において提供される図面は、本開示の実施形態の特徴を例示するものである。これらの特徴は、本開示の１以上の実施形態を含む多種多様なシステムで使用できると考えられる。したがって、図面は、本明細書に開示される実施形態の実施のために必要とされる当業者に知られているすべての従来の特徴を含むわけではない。

以下の明細書及び特許請求の範囲において、いくつかの用語に言及するが、それらは以下の意味を有すると規定する。

単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、及び「この（ｔｈｅ）」は、文脈が特に明確に指示しない限り、複数の言及を含む。

「任意の（ｏｐｔｉｏｎａｌ）」又は「任意に（ｏｐｔｉｏｎａｌｌｙ）」は、続いて記載された事象又は状況が生じてもよいし、また生じなくてもよいことを意味し、かつ、その説明が、事象が起こる場合と、それが起こらない場合とを含むことを意味する。

近似する文言は、本明細書及び特許請求の範囲の全体にわたってここで用いられるように、それが関連する基本的機能の変更をもたらすことなく許容範囲で変化することができる定量的表現を修飾するために適用することができる。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」、「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」、及び「実質的に（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」などの用語で修飾された値は、明記された厳密な値に限定されるものではない。少なくともいくつかの例では、近似する文言は、値を測定するための機器の精度に対応することができる。ここで、並びに明細書及び特許請求の範囲の全体を通じて、範囲の限定は組合せ及び／又は置き換えが可能であり、文脈及び文言が特に指示しない限り、このような範囲は識別され、それに包含されるすべての部分範囲を含む。

本明細書で用いられる「プロセッサ」及び「コンピュータ」という用語及び関連する用語、例えば「処理装置」、「コンピューティング装置」、及び「コントローラ」は、従来技術においてコンピュータと呼ばれているそれらの集積回路に限定されず、広く、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及びその他のプログラム可能な回路を意味し、これらの用語は、本明細書において互換的に用いられる。本明細書で説明する実施形態では、メモリは、以下に限らないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ可読媒体、及びフラッシュメモリなどのコンピュータ可読不揮発性媒体を含むことができる。或いは、フロッピーディスク、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、及び／又はデジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もまた、使用することができる。また、本明細書で説明する実施形態では、追加の入力チャネルは、以下に限定されないが、マウス及びキーボードなどのオペレータインターフェースに関係するコンピュータ周辺機器であってもよい。或いは、例えば、これに限定されないが、スキャナを含むことができる他のコンピュータ周辺装置も使用することができる。さらに、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、これに限定されないが、オペレータインターフェースモニタを含むことができる。

さらに、本書で用いられる「ソフトウェア」及び「ファームウェア」という用語は交換可能であり、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアント及びサーバによって実行するための、メモリに記憶された任意のコンピュータプログラムを含む。

本明細書で用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール及びサブモジュール、或いは任意の装置の他のデータなどの情報の短期的及び長期的記憶のための任意の方法又は技術で実施される、任意の有形のコンピュータに基づく装置を表すことを意図している。したがって、本明細書に記載する方法は、これらに限らないが、記憶装置及びメモリ装置を含む、有形の非一時的コンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、プロセッサによって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部をプロセッサに実行させる。さらに、本明細書に用いられる「非一時的コンピュータ可読媒体」という用語は、すべての有形のコンピュータ可読媒体を含み、これらは非一時的コンピュータ記憶装置を含むが、これに限定されるものではなく、揮発性及び不揮発性媒体、並びにファームウェア、物理及び仮想記憶装置、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤなどの取り外し可能及び取り外し不可能な媒体、並びにネットワークもしくはインターネットなどの他の任意のデジタルソース、並びにこれまでに開発されたデジタル手段を含むが、これらに限定されるものではなく、一時的な伝播する信号がその唯一の例外である。

本明細書に記載の自動材料供給装置は、自動材料供給装置とは別個の装置のための部品の製造を容易にする。自動材料供給装置は、ツール表面上に材料の薄いストリップを配置することで、部品の製造を容易にする。ツール表面は、例えば、限定はしないが、エンジン部品、ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、及びライナを含む。本明細書に記載する装置及び方法を使用してストリップを配置することにより、部品を製造する際のより多くの程度の制御及び柔軟性を容易にする。部品は、一旦製造されると、構造部品を製造する航空機産業での使用などの多種多様な産業用途を有している。薄いストリップは、ツール表面に複雑な幾何学的形状に適応して輪郭付けることが可能であり、ストリップの複合繊維のしわの発生の可能性を低減する。さらに、薄いストリップは、生の複合材料の廃棄量を減少させることによって、材料の利用率を向上させる。本明細書に記載する装置は、ツール表面上にストリップを配置することの自動化を容易にすると共に、部品の品質及び部品の表面の一貫性を改善する。

図１は、例示的な自動材料供給装置１００の正面図である。装置１００は、ベルトハウジング１０４に結合されたカートリッジ１０２を含む。駆動部品１０６及び受動部品１０８は、少なくとも部分的にベルトハウジング１０４内のモータ１１０によって駆動される。例示的な実施形態では、駆動部品１０６は駆動ベルト１０６であり、対向する部品１０８は受動ベルト１０８である。代替的な実施形態では、駆動部品１０６は、装置１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の適切な部品であり、これらに限らないが、ローラ、ベルト、及び把持を改善するための吸引孔を有するベルトを含む。代替的な実施形態では、受動部品１０８は、装置１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする任意の適切な部品であり、これらに限らないが、ローラ、ベルト、及び把持を改善するための吸引孔を有するベルトを含む。

例示的な実施形態では、以下でより詳細に説明するように、駆動ベルト１０６が平行移動すると、駆動ベルト１０６は、第１のガイドシュート１１１（本明細書では第１のガイド面とも記載する）及び第２のガイドシュート１１２（本明細書では第２のガイド面とも記載する）を通過する。レイアップローラ１１４は、ベルトハウジング１０４に結合され、かつアクチュエータ１１６の反対側に配置され、アクチュエータ１１６は、レイアップローラ１１４をツール表面１１７に向かって選択的に平行移動させる（図２参照）。例示的な実施形態では、装置１００は、ベルトハウジング１０４に結合された第１のリニアアクチュエータ１１８と、リニアアクチュエータ１１８に結合されたサクションアーム１２０とをさらに含み、それは、サクションアーム１２０の遠位端にあるサクションヘッド１２２が垂直軸１２３に沿った動きにより別のトレイ（図示せず）内に配置された層材料のストリップ１２１を選択的に係合することを可能にする。装置１００は、ベルトハウジング１０４及びサクションアーム１２０に結合された第２のリニアアクチュエータ１２４（本明細書ではリニアガイド１２４とも記載する）をさらに含み、それは、本明細書でさらに説明するように、サクションヘッド１２２がストリップ１２１を選択的に係合することを可能にする。代替的な実施形態では、第１のガイドシュート１１１及び第２のガイドシュート１１２は、ガイド面１１１、１１２とストリップ１２１との間の摩擦を低減しつつ、ストリップ１２１を所定の位置に導くことを可能にする任意の適切な表面であり、限定ではないが、ローラ、ベルト、エアベアリングを含む。

図２は、領域２で囲まれた自動材料供給装置１００（図１に示す）の一部の拡大斜視図である。例示的な実施形態では、ストリップ１２１は、折り曲げられてツール表面１１７上に配置され、レイアップローラ１１４によりツール表面１１７に圧縮される。ストリップ１２１は、短いテープとしても知られており、材料の実質的に矩形の片である。例示的な実施形態では、ストリップ１２１は、セラミックマトリクス複合（ＣＭＣ）材料又はポリマーマトリクス複合（ＰＭＣ）材料を含む。代替的な実施形態では、ストリップ１２１は、任意の適切な形状であって、装置１００が本明細書に記載するように機能することを可能にする任意の適切な材料を含み、限定ではないが、ストリップとして特徴付けられない材料のパーセルを含む。

図３は、自動材料供給装置１００（図１に示す）と共に使用するためのストリップホルダ１２９の例示的な実施形態の斜視図である。より具体的には、ストリップホルダ１２９は、カートリッジ１０２に結合される。ストリップホルダ１２９は、ストリップホルダ１２９の外面の周りに円周方向にストリップホルダ１２９に結合された複数のストリップ１２１を保持するように構成されている。ストリップホルダ１２９は、カートリッジ１０２の内部で回転するように構成され、以下で説明する動作と同様に、第１のガイドシュート１１１に向かって一度に１つのストリップ１２１を排出するように構成される。代替的な実施形態では、ストリップ１２１がストリップホルダ１２９の体積内に保持され、ストリップホルダ１２９の外側に出ないように、ストリップホルダ１２９はテープローラの形状を有する。他の代替的な実施形態では、ストリップホルダ１２９が存在せず、カートリッジ１０２は、第１のガイドシュート１１１に向けて１以上のストリップ１２１を排出するように構成される。

図４は、線４−４に沿った自動材料供給装置１００の断面図である。カートリッジ１０２は、ストリップホルダ１２９（図３に示す）を含むか、或いは、ストリップホルダ１２９などの機構から独立したカートリッジ１０２内の複数のストリップ１２１（図２に示す）含む。いずれにしても、ニップローラ１３０は、一度に１つのストリップ１２１と係合して、各々のストリップ１２１を駆動ベルト１０６及び第１のガイドシュート１１１により画成されたチャネル１６０（本明細書ではガイドチャネルとも呼ばれる）内に位置決めする。ストリップホルダ１２９（図３に示す）が回転してストリップ１２１をチャネル１６０内に位置決めすると、ニップローラ１３０がベルト１０６から外れて、ニップローラ１３０とベルト１０６との間に十分な空間を提供する。ストリップホルダ１２９がストリップ１２１をチャネル１６０内に位置決めすると、ニップローラ１３０が駆動ベルト１０６に係合して、ニップローラ１３０とベルト１０６との間のストリップ１２１を挟む。例示的な実施形態では、ニップローラ１３０が、限定はしないがリニア電磁モータ、空気圧シリンダ又は液圧シリンダなどの、リニアアクチュエータ（図示せず）により平行移動され、ニップローラ１３０がベルト１０６と係合及び分離して、押圧力を制御し、ベルト１０６が平行移動するとストリップ１２１がベルト１０６と共に移動することができる。駆動ベルト１０６は、テープ供給ベルト１０６又は供給ベルト１０６とも記載され、モータ１１０によって駆動され、プーリ１４２、１４４、１４６の周りで方向１４０に平行移動する。テンショナ１４８は、駆動ベルト１０６に張力を生じさせる。対向ベルト１０８は、コーナーベルト１０８とも記載され、モータ１１０により駆動され、プーリ１５２、１５４の周りで方向１５０に回転する。この例示的な実施形態では、モータ１１０は電気モータである。代替的な実施形態では、モータ１１０は、装置１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切なモータである。

駆動ベルト１０６及び第１のガイドシュート１１１は、ストリップ１２１がカートリッジ１０２から駆動ベルト１０６に沿って第２のガイドシュート１１２に向かって移動するためのチャネル１６０を画成する。ストリップ１２１は、チャネル１６０から駆動ベルト１０６に沿って、駆動ベルト１０６と対向ベルト１０８との間に画成されるチャネル１６２内、並びに第２のガイドシュート１１２及び駆動ベルト１０６によって画成されるチャネル１６４（本明細書ではガイドチャネルとも記載される）内に移動する。ストリップ１２１が第２のガイドシュート１１２からレイアップローラ１１４に向かって排出されると、ストリップ１２１がレイアップローラ１１４の表面１６６に接触するように、第２のガイドシュート１１２は第１のガイドシュート１１１に対してある角度で位置決めされる。したがって、ガイドチャネル１６４は、ストリップ１２１をレイアップローラ１１４の表面１６６に排出するように構成される。レイアップローラ１１４がツール表面１１７上の位置にストリップ１２１を導く間に、アクチュエータ１１６は、レイアップローラ１１４をツール表面１１７に向かって押し付けて、レイアップローラ１１４が方向１６８に回転するにつれて、ストリップ１２１をツール表面１１７上に圧縮する。レイアップローラ１１４は、ストリップ１２１に実質的に一定の圧力を加えて、ツール表面１１７の輪郭に適合させる装置１００の能力を高める。したがって、レイアップローラ１１４は、ストリップ１２１をツール表面１１７上に堆積させるように構成される。ストリップ１２１の導かれた配置は、ツール表面１１７上へのストリップ１２１の位置決め、及びツール表面１１７へのストリップ１２１の付着の両方を制御するのに役立つ。この処理は、ストリップ１２１をツール表面１１７の有用な部分に配置し、旋盤もしくはミル又は他の加工装置により除去される領域などのツール表面１１７の非有用部分には配置しないように、戦略的に配置することによって、廃棄物を減少させ、浪費される過剰な材料の量を減少させる。ストリップ１２１がレイアップローラ１１４の下方の位置まで前進すると、駆動ベルト１０６は、レイアップローラ１１４がストリップ１２１自体を前進させ続けることを可能にするように受動的なアイドル状態であるか、或いは駆動ベルト１０６は、ストリップ１２１がレイアップローラ１１４に接触する際にストリップ１２１の可能性のある剪断力を低減するように能動的に制御される。例示的な実施形態では、アクチュエータ１１６は、空気圧アクチュエータである。代替的な実施形態では、アクチュエータ１１６は、装置１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切なアクチュエータである。

代替的な実施形態では、ストリップ１２１は、カートリッジ１０２内に組み立てられるのではなく、装置１００から離れて、スタック（図示せず）内に組み立てられる。さらなる代替的な実施形態では、ストリップ１２１は、限定ではないが、分散された複数のストリップ１２１のトレイ（図示せず）などの、アクセス可能な表面上の装置１００から離れた位置に配置される。さらに、代替的な実施形態では、１以上のストリップ１２１は、任意の適切な形状であって、サクションヘッド１２２が本明細書に記載するように機能することを可能にする任意の適切な材料を含み、限定ではないが、ストリップとして特徴付けられない材料のパーセルを含む。サクションアーム１２０は、アクチュエータ１１８及びリニアガイド１２４によって軸１２３に沿って作動され、ストリップ１２１又はストリップ１２１のスタックの上にサクションヘッド１２２を位置決めする。それからサクションヘッド１２２は、１以上のストリップ１２１に吸引又は部分的真空を適用する。したがって、アクチュエータ１１８及びサクションヘッド１２２は、アーム１２０を平行移動させて、ツール表面１１７に垂直に定義された垂直軸１２３に沿って平行移動するように構成される。リニアガイド１２４は、アーム１２０と、したがってサクションヘッド１２２とが軸１２３に沿って平行移動することを可能にし、軸１２５、１２７によって規定される直交する平面に沿ってストリップ１２１の移動を回避する。したがって、リニアガイド１２４は、横軸１２５及び長手方向軸１２７に沿ったアーム１２０の並進運動を回避するように構成される。それから各ストリップ１２１は、サクションヘッド１２２によってスタック（本明細書では第１の位置とも呼ばれる）からピックアップされて、ツール表面１１７（本明細書では第２の位置とも呼ばれる）の上に位置決めされ得る。したがって、サクションヘッド１２２は、最初にツール表面１１７から離れるように第１の位置からストリップ１２１を除去し、ツール表面１１７上の第２の位置にストリップ１２１を位置決めして、ツール表面１１７上の第２の位置でストリップ１２１を解放することによって、複数のストリップ１２１を結合するように構成される。ストリップ１２１が並進アクチュエータ１１８により、したがってサクションアーム１２０により、ツール表面１１７に垂直な平面においてツール表面１１７上に配置されると、ストリップ１２１に圧力が加わり、ストリップ１２１がツール表面１１７上に圧縮される。代替的な実施形態では、ストリップ１２１がサクションヘッド１２２によってツール表面１１７上に配置されると、レイアップローラ１１４は、ツール表面１１７に垂直な平面でアクチュエータ１１６を作動させることによりストリップ１２１を圧縮して、ツール表面１１７上にストリップ１２１を圧縮するように構成される。

図５は、その場カッター２０２をさらに含む自動材料供給装置１００の斜視図である。その場カッター２０２は、第２のガイドシュート１１２に結合され、ストリップ１２１がレイアップローラ１１４に到達する前にその場カッター２０２を通過するように配置される。ストリップ１２１が以上説明したように装置１００を通して供給され、その場カッター２０２は、ストリップ１２１がレイアップローラ１１４によりツール表面１１７（図２に示す）上で圧延される前に、ストリップ１２１を小さいストリップ１２１に切断するように構成される。例示的な実施形態では、その場カッター２０２は、ストリップ１２１を実質的に長方形の形状に切断する。代替的な実施形態では、得られたストリップ１２１が台形になり、本明細書で説明するようにストリップ１２１が装置１００によりツール表面１１７上に配置されることを可能にするように、その場カッター２０２が任意の適切な角度でストリップ１２１を切断する。

図６は、加熱装置３０２をさらに含む自動材料供給装置１００の斜視図である。加熱装置３０２は、第２のガイドシュート１１２に結合され、ストリップ１２１がツール表面１１７上に配置される前に、少なくともツール表面１１７の一部（図２に示す）及び／又はストリップ１２１の表面を加熱するように構成される。ストリップ１２１がツール表面１１７上に圧延される前にツール表面１１７を加熱することにより、ストリップ１２１をツール表面１１７により効果的に付着させる。代替的な実施形態では、ストリップ１２１がツール表面１１７上に圧延される前に、ツール表面１１７全体が装置１００（図示せず）の外部で加熱される。この例示的な実施形態では、加熱装置３０２は、赤外線ヒータ又は赤外レーザである。代替的な実施形態では、加熱装置３０２は、装置１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする任意の適切な加熱装置である。

図７は、スプレーノズル４０２をさらに含む自動材料供給装置１００の斜視図である。スプレーノズル４０２は、第２のガイドシュート１１２に結合され、ツール表面１１７に向けて外部ソース（図示せず）から接着促進液をスプレーして、ストリップ１２１のツール表面１１７への接着を容易にするように構成され、ストリップ１２１とツール表面１１７との間の結合を向上させる。代替的な実施形態では、スプレーノズル４０２は、スプレーノズル４０２に接着促進液を供給する液体圧力源と、ツール表面１１７上に接着剤の実質的に均一な分布を容易にするエアロゾルを液体スプレーが形成することを可能にする空気圧力源とを含む。これらの実施形態では、空気供給源と液体供給源の圧力は、圧力調整器により制御され、レイアップ工程中、すなわちツール表面１１７にストリップ１２１を付着させる間にのみアクティブである。

図８は、領域８で囲まれた自動材料供給装置１００（図１に示す）の一部の拡大斜視図である。例示的な実施形態では、センサ５０２がハウジング１０４に結合されている。センサ５０２は、ストリップ１２１が装置１００を介して供給される際に、ストリップ１２１の、破線で示す第１のストリップ位置５０４と第２のストリップ位置５０６とを検出するように構成される。センサ５０２は、ストリップ１２１の位置が変化したことを検出するようにさらに構成される。図示する実施形態では、センサ５０２は、ストリップ１２１がニップローラ１３０により係合される際にストリップ１２１の第１のストリップ位置５０４を検出し、ストリップ１２１が駆動ベルト１０６によりチャネル１６０（図４に示す）内に平行移動される際にストリップ１２１の第２のストリップ位置５０６を検出する。代替的な実施形態では、センサ５０２は、センサ５０２がストリップ１２１の位置又は位置の変化を検出することを可能にする装置１００の他の任意の部分に結合される。他の代替的な実施形態では、センサ５０２は、ハウジング１０４に結合され、ストリップ１２１のスタック内のストリップ１２１の位置などの、装置１００の外部のストリップ１２１の位置又は位置の変化を検出する。他の代替的な実施形態では、センサ５０２は、ストリップホルダ１２９の位置を検出するように構成される。他の代替的な実施形態では、センサ５０２は、装置１００に結合されず、外面（図示せず）に結合され、装置１００に対するストリップ１２１の位置、例えばサクションヘッド１２２に対するストリップ１２１の位置などを検出する。例示的な実施形態では、センサ５０２は光学センサである。代替的な実施形態では、センサ５０２は、近接センサ、又は装置１００が本明細書で説明されるように機能することを可能にする他の任意の適切なセンサである。

上述した自動材料供給装置は、公知の装置に関連するいくつかの欠点を克服する。本明細書に記載の装置は、自動材料供給装置とは別個の装置のための部品の製造を容易にする。自動材料供給装置は、ツール表面上に材料の薄いストリップを配置することで、部品の製造を容易にする。ツール表面は、例えば、限定はしないが、エンジン部品、ブレード、ベーン、ノズル、シュラウド、及びライナを含む。本明細書に記載する装置及び方法を使用してストリップを配置することにより、部品を製造する際のより多くの程度の制御及び柔軟性を容易にする。部品は、一旦製造されると、構造部品を製造する航空機産業での使用などの多種多様な産業用途を有している。薄いストリップは、ツール表面に複雑な幾何学的形状に適応して輪郭付けることが可能であり、ストリップの複合繊維のしわの発生の可能性を低減する。さらに、薄いストリップは、生の複合材料の廃棄量を減少させることによって、材料の利用率を向上させる。本明細書に記載する装置は、ツール表面上にストリップを配置することの自動化を容易にすると共に、部品の品質及び部品の表面の一貫性を改善する。

本明細書の方法、システム、及び装置の例示的な技術的効果は、（ａ）スプール内に製造するのに望ましくない材料について、ツール表面上に複合材料のストリップを付着又は位置決めすること、（ｂ）材料のより大きなシートを用いて過剰な部分を切り取るのではなくて、材料の小さなストリップを戦略的に位置決めすることにより材料廃棄物を低減すること、（ｃ）ストリップをツール表面の有用な部分のみに配置し、例えば、旋盤又は他の加工装置により後で除去されるツール表面の領域には配置しないようにすることによって、材料廃棄物を低減すること、（ｄ）複合材料を配置することに含まれる手作業を低減し、より高い品質の部品とストリップを配置する際のより高い正確さをもたらすこと、並びに（ｅ）ストリップ上に一定の圧力のローラを用いることにより、ツール表面の輪郭に適合する能力を向上させること、のうちの少なくとも１つを含む。

自動材料供給装置の例示的な実施形態について上で詳細に説明した。自動材料供給装置、並びにこのようなシステム及び装置を製造又は動作させる方法は、本明細書に記載した特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、システムの構成要素及び／又は方法のステップは、本明細書に記載した他の構成要素及び／又はステップから独立してかつ別個に利用することができる。例えば、システム、装置、及び方法は、他のタイプの材料と組合せても使用することもでき、本明細書で説明した複合材料のみを用いて実施することに限定されない。むしろ、例示的な実施形態は、自動材料供給装置を用いることにより利益を得ることができる他の多くの用途、機器、及びシステムに関連して実施及び利用することができる。

本開示の様々な実施形態の具体的な特徴をいくつかの図面には示してあって、他の図面には示していないが、これは単に便宜上のためである。本開示の原理によれば、図面の任意の特徴は、他の任意の図面の任意の特徴と組合せて参照及び／又は請求することができる。

いくつかの実施形態は、１以上の電子装置又はコンピューティングデバイスの使用を含む。このような装置は、典型的には、汎用中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）、マイクロコントローラ、縮小命令セットコンピュータ（ＲＩＳＣ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラマブル論理回路（ＰＬＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号処理（ＤＳＰ）装置などのプロセッサ、処理装置、もしくはコントローラ、及び／又は本明細書に記載した機能を実行することができる他の任意の回路もしくは処理装置を含む。本明細書に記載した方法は、これらに限らないが、記憶装置及び／又はメモリ装置を含むコンピュータ可読媒体で具現化された実行可能命令として符号化することができる。このような命令は、処理装置によって実行された場合に、本明細書に記載する方法の少なくとも一部を処理装置に実行させる。上記の例は例示的なものにすぎず、したがって、プロセッサ及び処理装置という用語の定義及び／又は意味を決して限定するものではない。

本明細書は、実施形態を開示するために実施例を用いており、最良の形態を含んでいる。また、いかなる当業者も実施形態を実施することができるように実施例を用いており、任意の装置又はシステムを製造し使用し、任意の組み込まれた方法を実行することを含んでいる。本開示の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、又は特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。

２領域
８領域
１００自動材料供給装置
１０２カートリッジ
１０４ベルトハウジング
１０６駆動部品、テープ供給ベルト、駆動ベルト
１０８受動部品、対向する部品、受動ベルト、対向ベルト、コーナーベルト
１１０モータ
１１１第１のガイドシュート、ガイド面
１１２第２のガイドシュート、ガイド面
１１４レイアップローラ
１１６アクチュエータ
１１７ツール表面
１１８第１のリニアアクチュエータ、並進アクチュエータ
１２０サクションアーム
１２１ストリップ
１２２サクションヘッド
１２３垂直軸
１２４第２のリニアアクチュエータ、リニアガイド
１２５横軸
１２７長手方向軸
１２９ストリップホルダ
１３０ニップローラ
１４０方向
１４２プーリ
１４４プーリ
１４６プーリ
１４８テンショナ
１５０方向
１５２プーリ
１５４プーリ
１６０ガイドチャネル
１６２部品チャネル
１６４ガイドチャネル
１６６レイアップローラの表面
１６８方向
２０２その場カッター
３０２加熱装置
４０２スプレーノズル
５０２センサ
５０４第１のストリップ位置
５０６第２のストリップ位置

Claims

表面（１１７）上に材料を配置するための装置（１００）であって、当該装置（１００）が、
ハウジング（１０４）と、
前記ハウジング（１０４）に結合されたモータ（１１０）と、
前記ハウジング（１０４）に結合され、前記モータ（１１０）により駆動される駆動部品（１０６）と、
１以上のガイドシュート（１１１、１１２）であって、当該ガイドシュート（１１１、１１２）及び前記駆動部品（１０６）がガイドチャネル（１６０、１６４）を画成する、１以上のガイドシュート（１１１、１１２）と、
前記ガイドチャネル（１６０、１６４）に隣接する前記ハウジング（１０４）に結合され、かつローラ表面（１６６）を含むレイアップローラ（１１４）であって、前記ガイドチャネル（１６０、１６４）が一定量の前記材料（１２１）を前記ローラ表面（１６６）に排出するように構成され、前記レイアップローラ（１１４）が前記材料（１２１）を前記表面（１１７）上に堆積させるように構成される、レイアップローラと、
前記ハウジング（１０４）に結合されたカートリッジ（１０２）であって、前記カートリッジ（１０２）が前記材料（１２１）を前記ガイドチャネル（１６０、１６４）に排出するように構成され、当該カートリッジ（１０２）が、前記材料（１２１）を保持するように構成されたストリップホルダ（１２９）を含み、前記材料（１２１）は複数のストリップ（１２１）を含み、前記ストリップホルダ（１２９）が、前記ガイドチャネル（１６０、１６４）に向けて一度に１つの前記ストリップ（１２１）を排出するようにさらに構成される、カートリッジと、
を含み、
１以上の前記ガイドシュート（１１１、１１２）の第１のガイドシュート（１１１）が、前記カートリッジ（１０２）から垂直軸に沿って下方に延在する、装置（１００）。
１以上の前記ガイドシュート（１１１、１１２）に結合されたカッター（２０２）をさらに含む、請求項１に記載の装置（１００）。
１以上の前記ガイドシュート（１１１、１１２）に結合された加熱装置（３０２）をさらに含み、前記加熱装置（３０２）が前記表面（１１７）を加熱するように構成される、請求項１に記載の装置（１００）。
１以上の前記ガイドシュート（１１１、１１２）に結合されたスプレーノズル（４０２）をさらに含み、前記スプレーノズル（４０２）が、前記表面（１１７）に向けて接着促進液をスプレーするように構成される、請求項１に記載の装置（１００）。
前記レイアップローラ（１１４）に結合された第１のアクチュエータ（１１６）をさらに含み、前記第１のアクチュエータ（１１６）が、前記表面（１１７）に垂直な平面に沿って前記レイアップローラ（１１４）を平行移動させるように構成され、前記第１のアクチュエータ（１１６）が、前記レイアップローラ（１１４）と前記表面（１１７）との間の前記材料（１２１）を圧縮するようにさらに構成される、請求項１に記載の装置（１００）。
前記駆動部品（１０６）に対向する受動部品（１０８）をさらに含み、前記受動部品（１０８）及び前記駆動部品（１０６）が部品チャネル（１６２）を画成する、請求項１に記載の装置（１００）。
前記受動部品（１０８）が前記モータ（１１０）によって駆動される、請求項６に記載の装置（１００）。
１以上の前記ガイドシュート（１１１、１１２）が前記第１のガイドシュート（１１１）及び第２のガイドシュート（１１２）を含み、前記第１のガイドシュート（１１１）及び前記駆動部品（１０６）が第１のガイドチャネル（１６０）画成し、前記第２のガイドシュート（１１２）及び前記駆動部品（１０６）が第２のガイドチャネル（１６４）を画成し、前記第１のガイドチャネル（１６０）、前記部品チャネル（１６２）及び前記第２のガイドチャネル（１６４）が、前記材料（１２１）を前記ローラ表面（１６６）に連続して排出するように構成される、請求項６に記載の装置（１００）。
前記ハウジング（１０４）に結合されたセンサ（５０２）をさらに含み、前記センサ（５０２）が前記材料（１２１）の位置の変化を検出するように構成される、請求項１に記載の装置（１００）。
前記ハウジング（１０４）に結合された第２のアクチュエータ（１１８）と、
前記第２のアクチュエータ（１１８）に結合されたサクションアーム（１２０）と、
前記ハウジング（１０４）及び前記サクションアーム（１２０）に結合されたリニアガイド（１２４）と、
前記サクションアーム（１２０）に結合されたサクションヘッド（１２２）と
を含み、
前記第２のアクチュエータ（１１８）が、前記サクションアーム（１２０）を前記表面（１１７）に垂直に定義された垂直軸（１２３）に沿って平行移動させるように構成され、前記リニアガイド（１２４）が、横軸（１２５）及び長手方向軸（１２７）に沿った前記サクションアーム（１２０）の並進運動を回避するように構成され、前記横軸（１２５）及び前記長手方向軸（１２７）が互いに直交するとともに前記垂直軸（１２３）に対しても直交するように定義され、前記サクションヘッド（１２２）が、前記材料（１２１）に結合し、前記表面（１１７）から離れた第１の位置から前記材料（１２１）を除去し、前記材料（１２１）を前記表面（１１７）上の第２の位置に配置するように構成される、請求項１に記載の装置（１００）。
前記サクションヘッド（１２２）が、前記第２の位置に前記材料（１２１）を解放するように構成される、請求項１０に記載の装置（１００）。
前記レイアップローラ（１１４）が、前記第２の位置で前記表面（１１７）に前記材料（１２１）を圧縮するように構成されている、請求項１０に記載の装置（１００）。