JP7156851B2 - 最小限に加工されたストリンガーの現場製造のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本開示は、概して航空機支持構造に関し、より具体的には、航空機ストリンガーの製造及び構築に関する。

航空機及び打ち上げロケットの構築では、航空機の外板などの、種々の表面が、ストリンガー又は縦通材又は補剛材として知られる構造支持部材に取り付けられることがある。航空機の胴体では、ストリンガーが、成形具（フレームとも称される）に取り付けられて航空機の長手方向に延在する。ストリンガーは、外板に作用する空力荷重をフレームと成形具とに伝達する役割を主に担う。翼又は水平尾翼では、縦通材が、翼長方向に延びてリブ間に取り付けられる。ここでの主な機能は、翼に作用する曲げ荷重をリブと翼桁とに伝達することでもある。

複合部品における補剛部材の従来の製造では、非常に多くのツーリングが必要となる。翼及び胴体の大きなサイズを考慮すると、これらの部品用の成形及び運搬設備は、非常に高価で、重量があり、且つ膨大な工場床面積、労力、及び時間を必要とする。

したがって、労力、大がかりなツーリング、及び材料運搬設備の必要性を低減する、航空機支持構造を製造するための改良及び自動化されたシステム及び方法が必要である。

以下では、本開示のある実施形態の基本的な理解を提供するために本開示の簡略化された概要を提示する。この概要は、開示の広範な概説ではなく、本開示の主要且つ重要な要素を特定するものでも、本開示の範囲を描写するものでもない。その唯一の目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、本明細書に開示されるいくつかの概念を簡略化された形で提示することである。

ストリンガー及び他の航空機支持構造の製造及び構築のためのロボットシステム及びエンドエフェクタ組立体が提供される。いくつかの例では、リールに巻き付けられた平坦な材料ストリップを備えた回転可能なリールを備えるロボットエンドエフェクタが提供される。エンドエフェクタは、材料ストリップに接触する成形表面を含む成形シューを更に備える。成形表面の第1の端部は始端形状に対応し、且つ成形表面の第2の端部は終端形状に対応する。

材料ストリップが、始端形状から終端形状に移行して、形成されたストリンガープライとして貼付表面上に堆積されるように、材料ストリップは、成形表面の第1の端部から成形表面の第2の端部へと通過してもよい。終端形状は「L」字形状であってもよい。終端形状はハット形状であってもよい。

成形シューは、成形表面の第1の端部と第2の端部との間に材料ストリップを案内するために成形表面から延伸する1組のレールを更に含み得る。成形シューは、材料ストリップを成形表面に対して付勢するために成形表面に沿った複数のポートを通して空気を吸引するための真空システムを更に含み得る。

ロボットエンドエフェクタは、形成されたストリンガープライを貼付表面上に位置決めするために形成されたストリンガープライに圧力を加えるための圧縮機構を更に備え得る。圧縮機構は更に、形成されたストリンガープライを貼付表面及び形成された別のストリンガープライのうちの1つ又は複数に接合するように構成されてもよい。例えば、圧縮機構は、形成されたストリンガープライの1つ又は複数の部分に接触するための接触表面を含むディスクを備え得る。別の例として、圧縮機構は、傾斜した締付顎を備え得る。

ロボットエンドエフェクタは、回収スプールを更に備え得、材料ストリップは、材料ストリップが第1の端部から第2の端部へと通されるときに材料ストリップから分離されて回収スプールに巻き付けられる裏当て基板を含む。裏当て基板は、複数の穿孔を含み得る。複数の穿孔は、材料ストリップの長さに沿って等間隔に配置され、且つリールから材料ストリップを分配するために使用されてもよい。

本開示の他の実施態様は、説明する装置に対応するシステム及び方法を含む。例えば、先行する及び／又は以下の例及び態様のいずれかの主題の少なくとも一部分を含み得る、別の態様では、上で説明したようにロボットアームとエンドエフェクタとを備えるシステムが提供される。

航空機補剛材を構築する方法も提供される。方法は、リールから複合材料ストリップを分配するステップと、複合材料ストリップを成形シューに通すステップとを含む。成形シューは、材料ストリップに接触する成形表面を含む。成形表面の第1の端部は始端形状に対応し得、且つ成形表面の第2の端部は終端形状に対応し得る。

材料ストリップは、材料ストリップが始端形状から終端形状に移行してストリンガープライを形成するように、成形シューの第1の端部から成形シューの第2の端部へと通過する。

いくつかの実施形態において、方法は、形成されたストリンガープライを成形表面の第2の端部から離れる方向に付勢するステップと、形成されたストリンガープライを貼付表面に対して位置決めするステップとを更に含む。方法は、形成されたストリンガープライを貼付表面上に堆積させるステップを更に含む。

これら及び他の実施形態について、図面を参照して以下に更に説明する。

1つ又は複数の実施形態による、補剛材製造用の例示的なエンドエフェクタの斜視図を図示する。 本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたストリンガーの断面図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、ハット形ストリンガーを形成するための成形シューの斜視図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、ハット形ストリンガーを形成するための成形シューの斜視図を図示する。 本開示の種々実施形態で使用できる複合材料の種々の層を図示する。 本開示の種々実施形態で使用できる複合材料の種々の層を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、L字形補剛材用のエンドエフェクタの別の例の斜視図を図示する。 本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたL字形ストリンガーの断面図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、ブレード形補剛材用のエンドエフェクタの別の例の斜視図を図示する。 本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたブレード形ストリンガーの断面図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、L字形ストリンガーを形成するための成形シューの斜視図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、L字形ストリンガーを形成するための成形シューの斜視図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、高次組立構成要素上に最小限に加工されたストリンガーを製造するための例示的な工程順序を図示する。 1つ又は複数の実施形態に従って製造された種々のストリンガーのタイプの断面図を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、航空機のストリンガーを製造するための例示的な方法を図示する。 1つ又は複数の実施形態による、本明細書で記載するシステム及び方法と併せて使用され得る一体型冷却システムを含み得る航空機の概略図である。 本明細書で説明する方法及び組立体を利用し得る航空機生産及び保守点検方法のブロック図である。

以下の説明では、提示する概念が完全に理解されるように、数多くの具体的な詳細が記載されている。提示する概念は、これらの具体的な詳細の一部又は全てがなくても実行され得る。他の例では、説明する概念を不必要に曖昧にしないために、周知の工程動作は詳細に説明されていない。いくつかの概念が具体的な例と併せて説明されているが、これらの例は限定的なものと意図されていないことが理解されるであろう。反対に、添付の特許請求の範囲により定義される本開示の精神及び範囲に含まれ得る、代替案、修正及び均等物を網羅することが意図されている。

例えば、本開示の技術について、外板パネルなどの、特定の航空機構造の文脈で説明する。しかしながら、本開示の技術及び機構が他の種々のビークルタイプ又は建築構造の他の種々の組立構成要素に適用され得ることに留意すべきである。以下の説明では、本開示が完全に理解されるように、数多くの具体的な詳細が記載されている。本開示の特定の例示的な実施形態は、これらの具体的な詳細の一部又は全てがなくても実施され得る。他の例では、本開示を不必要に曖昧にしないために、周知の工程動作は詳細に説明されていない。本開示の種々の技術及び機構は、明確にするために単数形で説明されることがある。しかしながら、いくつかの実施形態が、別段の断りのない限り、技術の複数の繰り返し又は機構の複数のインスタンス化を含むことに留意すべきである。

概説
本開示は、航空機及び他のビークル又は産業システム用の、ストリンガー、縦通材、及び他の補剛材などの、補剛された種々の構造支持部材の構築のための新規な組立システムを説明する。本明細書で説明する場合、「ストリンガー」、「縦通材」、「補剛材」、「支持構造」、及び「支持部材」という用語は、交換可能に使用される場合がある。かかるシステムは、細長い支持構造を形成するために、複合材料から形成されたある長さの層又はプライを貼付表面上に直接貼り付けてもよい。貼付表面は、種々のパネルの部分、基部装填物、及び／又は支持ツーリングを含む、任意の高レベル組立構成要素を含み得る。航空機では、種々のパネルは、外板パネルの部分、又は水平尾翼若しくは垂直尾翼における構造又は制御表面を含み得る。

システムは、種々の特殊な構成要素を備えたエンドエフェクタを備えたロボットアーム又はガントリーシステムを備え得る。エンドエフェクタは、必要に応じて複合材料を分配し得る1つ又は複数のリール上に複合材料をストリップとして収容してもよい。複合材料が分配されるときに、複合材料は、成形表面を備えた成形シューを通過してもよい。成形表面は、平坦又は略平坦であり得る対応する始端形状を備えた第1の端部を含む。成形表面はまた、対応する網形状を備えた第2の端部を含む。成形表面の形状は、始端形状から終端形状に徐々に移行してもよい。終端形状は、ストリンガー又は他の支持構造の形成される所望の形状に対応し得る。

複合材料ストリップが成形表面を通過するときに、複合材料ストリップは、成形表面に接触したままである。したがって、複合材料ストリップが成形表面を通過するときに、複合材料ストリップは、平坦又は略平坦な形状から網形状に移行して支持構造の積層プライを形成する。次いで、エンドエフェクタは、形成されたプライを貼付表面の所望の箇所に堆積させる。

厚さを増加させて支持構造を構築するために、追加の層が形成され先に堆積されたプライ上に堆積されてもよい。

しかしながら、各複合材料ストリップは、同じ若しくは異なる材料及び／又は特性を含み得る複数の層を含み得る。各複合材料ストリップに追加の層を含めることにより、エンドエフェクタが貼付表面上のより少ない回数の通過しか必要としないように支持構造の堆積及び形成の速度が最適化され得る。いくつかの実施形態において、エンドエフェクタは、支持構造を作製するために貼付表面上の1回の通過しか必要としなくてもよい。

エンドエフェクタは、支持構造の構築において機能する他の種々の構成要素を更に含み得る。例えば、複合材料ストリップが成形表面を通過するときに複合材料ストリップが成形表面に抗して吸引されて成形表面に対して付勢されるように成形シューの成形表面に沿って1つ又は複数の真空ポートを通して吸引力を生成するために、真空機構が実装されてもよい。

別の例として、種々の圧縮機構は、形成された層を成形シューから離れる方向に及び／又は貼付表面に向けて付勢して堆積のために形成された層を位置決めするために、実装されてもよい。圧縮機構は、ディスク、ローラー、油圧ブラダー、又はばねフィンガーを含み得る。

いくつかの実施形態において、複数のプライにより形成された複合支持構造は、貼付表面上への堆積前又は堆積中に形成されて組み合わされる2つ以上の材料ストリップを使用して作製されてもよい。例えば、貼付表面上に堆積されるブレード形ストリンガープライを作製するために、2つのL字形プライが形成されて組み合わされてもよい。いくつかの実施形態において、傾斜した締付顎を備える圧縮機構は、2つのL字形プライを互いに接合するために実装されてもよい。

いくつかの実施形態において、切断機構は、堆積されたプライをエンドエフェクタから分離するために実装されてもよい。また、支持ローラーは、複合材料がエンドエフェクタを通って進むときに複合材料の幾何学形状を調整及び最適化するために実装されてもよい。本明細書で説明するシステム及び組立体はまた、基部装填物だけでなく、保護キャップを含む、他の構造を堆積させるために使用されてもよい。

説明するシステム及び組立体は、構造支持部材を製造する既存のシステムに対する改良を提供する。補剛部材の従来の製造では、非常に多くの労力及びツーリングが必要となる場合がある。例えば、777X用の110フィートのストリンガーは、部品の形成、反転、配置、及び移送のための複数組のツーリング及び設備に加えて、ストリンガーを移送するために20，000ポンドを超える重量の運搬ツールを必要とする場合がある。したがって、既存の方法は、非常にコストがかかり、且つ膨大な床面積と安全設備とを必要とする場合がある。

開示のシステム及び方法は、繊維産業、フィルム産業、複合製造技術による既存の設計要素と自動化とを組み合わせて、航空宇宙産業全体でその製造空間には見られない効率をもたらす。提供するシステムは、労力を低減し且つ大がかりなツーリング及び材料運搬設備の必要性を排除する形成される構造支持部材の自動化された現場での形成及び堆積を提供する。

例示的な実施形態
エンドエフェクタの構成及び構成要素の例について、図1A～図1Cを参照して説明する。図1Aは、1つ又は複数の実施形態による、補剛材製造用の例示的なエンドエフェクタ100の斜視図を図示している。種々の実施形態によれば、エンドエフェクタ100は、リール110に巻き付けられた複合材料ストリップ102を備えたリール110を備える。エンドエフェクタ100は、成形シュー120と、圧密機構130と、支持ローラー140とを含む構成要素を更に備え得る。これらの構成要素は、種々の取付点においてロボット組立体に結合されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、構成要素は、ロボットアーム又はガントリーのエンドエフェクタに結合されてもよい。

ロボットアームは、複合材料102が貼付表面部位において即座に形成され、形成されたストリンガープライ104として貼付表面上に堆積されることを可能にするために、エンドエフェクタ100の位置を制御してもよい。種々の実施形態において、貼付表面は、種々の構造のいずれか1つであってもよい。例えば、貼付表面は、高レベル組立構造150であってもよい。いくつかの実施形態において、高レベル組立構造150は、航空機パネルの外板であってもよい。種々の実施形態において、高レベル組立構造150は、水平尾翼若しくは垂直尾翼における構造又は他の制御表面などの、他の航空機構造型であってもよい。別の例として、貼付表面の少なくとも一部分は、支持ツール152又は、基部装填物などの、他の構造を含み得る。更に別の例において、貼付表面は、別の複合材料ストリップ102であってもよい。貼付表面は、説明する貼付表面のいずれか1つ若しくは別の適切な部分の1又は複数の組み合わせであってもよい。

種々の実施形態において、複合材料102は、リール110の回転によりリール110から分配される。図1Aに示すように、リール110は、複合材料を成形シュー120に分配するために矢印B方向に回転してもよい。いくつかの実施形態において、リール110はまた、逆の矢印A方向に回転してもよい。このことは、エンドエフェクタ100全体にわたる構成要素間の複合材料102の引張りを増加させる又は維持するなどの、種々の機能を可能にし得る。いくつかの実施形態において、リール110の回転は、DCモーター、サーボモーター、ステッピングモーターなどの、モーター構成（図示せず）により駆動されてもよい。いくつかの実施形態において、1つ又は複数のモーターは、リール110に結合されて、複合材料102を巻き付けるか又は分配するためにリールを方向A又はBにそれぞれ回転させてもよい。いくつかの実施形態において、モーターは、ギヤ駆動構成又は他のギヤ構成を介してリール110に結合されてもよい。他の実施形態において、リール110は受動的なものであってもよく、且つ複合材料102は、形成されたストリンガープライ104が貼付表面上の一端部に固定されてエンドエフェクタ100が反対側端部に向かって反対方向に進むときに、リール110から分配されてもよい。

複合材料ストリップ102の例が、複合材料102の種々の層を図示する図2A及び図2Bに描かれている。図2Aは、本開示の種々の実施形態で使用できる複合材料の種々の層を図示している。種々の実施形態において、複合材料102は、エポキシなどの、熱硬化性ポリマー母材又は樹脂系を予め含浸させた複合繊維などの、種々の予備含浸複合材料（すなわち「プリプレグ」）を含み得る。例えば、樹脂系（典型的にはエポキシ）は、適切な硬化剤を既に含み得る。結果として、プリプレグは、これ以上の樹脂の添加なしに成形型又は成形表面121に載置される準備が整っている。いくつかの実施形態において、複合材料102は、樹脂注入又は熱成形されてもよい。

複合材料102は、1つ又は複数の材料層を含み得る。図示のように、複合ストリップ102は、第1の層210と、第2の層212と、第3の層214とを含み得る。いくつかの実施形態において、層は、同じ又は異なる材料及び構成を含み得る。いくつかの実施形態では、高レベル組立構造150上への堆積の速度を最適化するために複数の層が複合材料ストリップ102に含まれてもよい。例えば、各補剛材プライの所望の厚さを達成するために、単一の複合ストリップ102に複数の層を含むことが含まれてもよい。複数の層を含むことはまた、追加の材料を堆積させる必要性を低減し、それにより、製造時の誤差の可能性を低減し得る。種々の実施形態において、複合材料102は、図2Aに描かれている層よりも多い又は少ない層を含み得る。

いくつかの実施形態において、複数の層は、種々の所望の機械的特性のために組み合わされてもよい。例えば、隣り合う層は、複合材料全体の強度を増加させるために他の層内の繊維に直交するように構成される繊維を含み得る。いくつかの実施形態において、各層の幅は、形成されたストリンガープライ104の種々の設計特性又は形状に対応するように異なっていてもよい。例えば、図2Aに示すように、第1の層210は、第2の層212及び第3の層214に比べて短い幅を含み得る。複合材料ストリップがL字形プライに成形されるときに、外縁部は、L字形状を形成するように「F」と記した矢印で示す方向に湾曲してもよい。したがって、層が最終的なL字形位置まで湾曲したときに、各層の外縁部が、最終的に互いに平らに面一になってもよい。

いくつかの実施形態において、複合材料102は、リール110上の複合材料102自体への複合材料102の接着を防止し得る、裏当て基板202で裏打ちされる。裏当て基板202はまた、複合材料102のロール層が他のエンドエフェクタ構成要素に接着するのを防止するように機能してもよい。図2Bは、裏当て基板202の別の斜視図を描いている。種々の実施形態において、裏当て基板は、紙、プラスチック、フィルム、布などの、種々の材料を含み得る。したがって、裏当て基板202は、樹脂注入材料102に対しては必要ない場合がある。

いくつかの実施形態において、裏当て基板202は、複合材料102が分配されるときに複合材料102からの裏当て基板202の除去を容易にするために分割されてもよい。例えば、裏当て基板202は、複合ストリップ102の両側で剥離されて除去され得る2つの裏当て表面に分割されてもよい。いくつかの実施形態において、裏当て基板202は、複合材料102から除去されるときに1つ又は複数の回収スプールに巻き付けられてもよい。例えば、図1Aに描かれているように、リール110上の複合材料102は、裏当て基板202を含み得る。複合材料102が分配されるときに、裏当てフィルムが除去され、露出した複合材料102－Aが、堆積されるように支持ローラー140及び成形シュー120に係合する。

いくつかの実施形態において、裏当て基板202は、エンドエフェクタにおける他の箇所において複合材料102から除去されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、裏当て基板202は、複合材料102が成形シュー120の成形表面を通過するときに複合材料102から分離されてもよい。別の例として、裏当て基板202は、複合材料102が貼付表面上に堆積される前に複合材料102が成形シュー120の成形表面を通過した後に複合材料102から分離されてもよい。

いくつかの実施形態において、裏当て基板202は、複合材料ストリップ102の長さに沿って等間隔に配置された複数の穿孔207を含み得る。いくつかの実施形態において、穿孔207は、カメラフィルムと同様に、複合材料102の各縁部に沿って位置してもよい。種々の実施形態において、穿孔は、円形又は正方形などの、種々の形状を含み得る。いくつかの実施形態において、穿孔は、リール110上の複合材料ストリップ102を制御するために使用されてもよい。例えば、リール110、支持ローラー140、又は回収スプールなどの、エンドエフェクタ100の1つ又は複数の構成要素は、スプロケット構造を形成する突起を含み得る。そのような突起は、例えば矢印A又はBで示す、特定の方向に裏当て基板202を移動させるために突起が穿孔と整合して裏当て基板202を把持するように形状決めされ配設されてもよい。

いくつかの実施形態において、穿孔207は、エンドエフェクタの構成要素に沿ったストリップの再位置合わせのために複合ストリップ102に指標付けするために使用されてもよい。穿孔207はまた、組立構成要素150上に分配又は堆積された材料の量をエンドエフェクタが追跡することを可能にしてもよい。複合材料の移動速度も、穿孔207を使用して追跡されてもよい。視覚システムは、エンドエフェクタ100の特定の地点を横切って進んだ穿孔の数を追跡するために使用されてもよい。

種々の実施形態において、露出した複合ストリップ102－Aは、露出した複合材料102－Aが平坦な始端形状から特定の断面構成を備えた形成されたストリンガーに変形するように、成形シュー120の成形表面に沿って供給されてもよい。しかしながら、上で説明したように、材料102は、裏当て基板202と共に成形シュー120の表面に沿って通されてもよい。

エンドエフェクタ100を使用して形成された種々のストリンガーのタイプは、ハット形ストリンガーなどの閉断面形状、又はL字形ストリンガーなどの開断面形状を含み得る。形成される他のストリンガーのタイプは、ブレードストリンガー、Z字形ストリンガー、C字形ストリンガーなどを含み得る。複合材102は、開断面又は閉断面を備えた他の種々の形状に成形されてもよい。図1Bは、本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたストリンガー104の断面図を図示している。図1Bに示すように、形成されたストリンガー104は、中央キャップ部分105を備えたハット形ストリンガーである。傾斜表面は、中央キャップ部分105の各側部から略水平であるフランジ部分106に延伸する。

いくつかの実施形態において、形成されるストリンガープライ104の断面形状に応じて、成形シューは、各後続のプライ104が貼付表面に貼り付けられるように形状の圧密化及び変更を可能にするために外力により移動してもよい。

図1C及び図1Dを参照すると、1つ又は複数の実施形態による、ハット形ストリンガーを形成するための成形シュー120の斜視図が示されている。いくつかの実施形態において、成形シューは、エンドエフェクタ100の支持構造と結合する表面としての役割を果たし得る取付点122を含み得る。種々の実施形態において、成形シュー120などの、成形シューは、始端形状端部121－Aと最終形状端部121－Bとを含む、成形表面121を含み得る。種々の実施形態において、成形表面の形状は、始端形状端部121－Aの構成から最終形状端部121－Bの構成への滑らかな移行部を含む。

図1Cは、始端形状端部121－Aから見た成形シュー120の斜視図を描いている。図示のように、始端形状端部121－Aは、複合材料102又は102－Aがリール110から最初に分配されるときに複合材料102又は102－Aの形状に対応するように平坦又はほぼ平坦な形状であってもよい。図1Dは、最終形状端部121－Bから見た成形シュー120の斜視図を描いている。図示のように、最終形状端部121－Bは、図1A及び図1Bに示す形成されたストリンガー102－Aの形状に対応する。いくつかの実施形態において、露出した複合材料102－Aの全部又は一部分は、複合材料102－Aがリール110から供給されるときに成形表面121に接触したままである。複合材料102が始端形状端部121－Aから最終形状端部121－Bに進んだときに、複合材料102は、始端形状から終端形状に移行してもよい。例えば、複合材料102は、始端形状端部121－Aの平坦又はほぼ平坦な形状から最終形状端部121－Bのハット形状に移行し、図1Bに示すハット形断面を備えた形成されたストリンガープライ104として高レベル組立構造150上に堆積されてもよい。

種々の実施形態において、複合材料102－Aは、複合材料102－Aの全部又は一部分が成形表面121に接触したままであるように成形表面121に対して付勢される。いくつかの実施形態において、複数の真空ポート126は、成形シュー120の成形表面121に含まれてもよい。そのような真空ポート126は、成形表面121に抗するように複合材料102－Aを吸引するために負圧が加えられ得る、成形シュー120内の相互に連結されたチャネル網への開口部を形成してもよい。いくつかの実施形態において、真空機構又は他の吸引機構は、吸引力を生成するために真空アタッチメント124において成形シュー120に結合されてもよい。いくつかの実施形態において、吸引機構は、管又はホースを介して真空アタッチメント124に結合されてもよい。いくつかの実施形態において、吸引機構は、エンドエフェクタ100の追加の構成要素であってもよい。

いくつかの実施形態では、複合材料102－Aを成形表面121に対して付勢するために他の機構が実装されてもよい。例えば、基部構造は、成形表面121と相補的な形状で構成される基部表面を含み得る。そのような基部構造は、複合材料102－Aが基部表面と成形表面121の両方に接触するように基部表面と成形表面121との間の空間を通過し得るように基部表面と成形表面121とが位置合わせされるように成形シューに対して位置決めされてもよい。別の例として、1つ又は複数の圧縮ディスクは、複合材料102－Aに接触して複合材料102－Aを成形表面121に対して付勢するように位置決めされてもよい。そのような圧縮ディスクは、エンドエフェクタ100を通る複合材料102－Aの進行方向に対応するように回転してもよい。

いくつかの実施形態において、成形シュー120は、レール128－A及び128－Bを備える1組のガイドレールを含み得る。ガイドレール128－A及び128－Bは、成形表面121の長さに沿った隆起構造であってもよい。そのようなレールは、複合材料102－Aが成形表面を横切って進むときに複合材料102－Aが成形表面121に沿って中央に配置されることを確実にするために、複合材料102－Aの縁部に接触するように機能してもよい。

いくつかの実施形態において、エンドエフェクタ100は、複合材料102の進行の際の幾何学形状を修正するように実装され得る支持ローラー140を含み得る。例えば、支持ローラー140は、複合材料102又は102－Aが湾曲表面の周りに湾曲して複合材料102又は102－Aの進行の際の幾何学形状を変更し得るように複合材料102又は102－Aが横たわる回転可能な湾曲表面を提供するように位置決めされてもよい。支持ローラー140は、リール110、成形シュー120、圧密機構130、及び／又は他のエンドエフェクタ構成要素のより効果的な配置又は構成を可能にすることによりフットプリントを最小限に抑えるように機能してもよい。他の実施形態において、エンドエフェクタ100は、図1Aに描かれているように追加の又はより少ない支持ローラーを含み得る。

いくつかの実施形態において、露出した複合材料102－Aは、最終的に形成される形状に成形されるように加熱される必要がある場合がある。いくつかの実施形態において、加熱機構は、複合材料102－Aに熱を加えるように位置決めされてもよい。追加的及び／又は代替的に、エンドエフェクタ100の1つ又は複数の他の構成要素により熱が加えられてもよい。例えば、成形シュー120は、複合材料102が成形表面121に接触するときに複合材料102に熱を加えるように成形表面121において加熱されてもよい。そのような実施形態において、成形シューは、加熱コイルなどの、加熱要素を含み得る。他の実施形態において、成形表面121は、磁気誘導によるなどの、他の手段により加熱されてもよい。別の例として、支持ローラー140などの、支持ローラーは、加熱されて、複合材料102－Aがローラー140の表面を通過するときにかかる熱を複合材料102－Aに伝達してもよい。

いくつかの実施形態において、形成されたストリンガープライ104は、高レベル組立構造150の表面に沿って配置される支持ツール152の上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、支持ツール152は、ストリンガープライ104が固化又は硬化するときに形成されるストリンガープライ104の形状を支持するように機能する。例えば、支持ツール152は、成形マンドレルであってもよい。そのようなマンドレルは、固体ゴムマンドレル、膨張ゴムマンドレル、粘土又は粉末で形成されたウォッシュアウトマンドレル、及びフライアウェイフォームマンドレルなどの、種々のタイプのマンドレルのいずれか1つを含み得る。他の例において、支持ツール152は、膨張可能なブラダー型であってもよい。いくつかの実施形態において、他の支持ツールは、ストリンガープライ104を硬化させたときに形成されるストリンガープライ104の形状を支持し得るヌードルなどの、種々の角部充填材を含み得る。いくつかの実施形態において、1つ若しくは複数の支持ツール又は角部充填材は、組立構造150の一体構造として形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、形成されたストリンガーに圧力を加えてストリンガーを組立構造150及び／又は支持ツール152に対して付勢するために、種々の圧縮機構が実装されてもよい。例えば、圧縮機構は、ストリンガープライ104が最終形状端部121－Bを越えて進んだときに形成されたストリンガープライ104に接触する圧縮ディスク130又はローラーであってもよい。いくつかの実施形態において、圧縮ディスク130は、ストリンガープライ104の底部表面が組立構造150に接触するように、形成されたストリンガープライ104を最終形状端部121－Bから離れる方向に又は高次組立構造150に対して付勢するために、形成されたストリンガープライ104の上側表面にフランジ部分106において接触する接触表面131を含み得る。

他の圧縮機構は、傾斜した締付顎、油圧ブラダー、他の軟質ローラー、又はばねフィンガーを含み得る。いくつかの実施形態では、種々のタイプの複数の圧縮機構がエンドエフェクタ100に実装されてもよい。いくつかの実施形態において、圧縮機構はまた、形成されたストリンガープライ104を高次組立構造150又は形成された他の層に接合するように機能してもよい。

いくつかの実施形態において、複合材料は、堆積されたプライをエンドエフェクタに残存する複合材料から分離するために切断されてもよい。堆積されたプライ104は、種々の圧縮機構との接触点の後で切断されてもよい。他の実施形態において、堆積されたプライ104は、成形シューと圧縮機構との間などの、エンドエフェクタの他の種々の部分において切断されてもよい。いくつかの実施形態において、堆積された材料は、高レベル組立構成要素と面一になるように切断されてもよい。エンドエフェクタ100は、切断機構を含み得る。

したがって、説明するエンドエフェクタは、航空機用の細長い支持構造の合理化された製造のための組立体を提供する。貼付表面においてその場で複合材料を成形することにより、大がかりなツーリング及び材料運搬設備が削減される。種々の実施形態において、必要とされる唯一のツーリングは、硬化のためのマンドレル、ヌードル、又はブラダーのなどの、支持ツーリングである。支持ツーリングにより、構造支持部材を製造するための既存のシステムにおいて、支持構造を移送して適所に適合させるために必要となる、工場床面積、労力、及び時間が大幅に低減される。

図3Aを参照すると、1つ又は複数の実施形態による、L字形ストリンガー用のエンドエフェクタ300の別の例の斜視図が示されている。種々の実施形態において、エンドエフェクタ300は、形成された1つ又は複数のプライを備え得る、L字形ストリンガー304を製造するように構成されてもよい。図3Aに描かれているように、エンドエフェクタ300は、複合材料302を収容するリール310と、第1段圧縮機構330と、第2段圧縮機構332とを含む。エンドエフェクタはまた、成形シュー320を含む。成形シュー320は、明確にするために且つエンドエフェクタ300に対応する成形シューの相対的な位置決めを示すために簡略化されている。いくつかの実施形態において、エンドエフェクタ300に対応する成形シュー320は、成形シュー120、又は図3E及び図3Fを参照して更に説明する成形シュー320－A若しくは320－Bであってもよい。

図1Aを参照して先に説明したように、複合材料302は、リール310を回転させたときにリール310から分配されてもよい。次いで、材料302は、成形シュー320の成形表面を通過して、平坦又は略平坦な形状からL字形ストリンガープライ304に移行してもよい。図3Bを参照すると、本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたL字形ストリンガー304の断面図が示されている。L字形ストリンガー304は、文字「L」に対応する断面形状を含み、且つ互いに直交又は略直交する水平脚305及び垂直脚306を含み得る。

いくつかの実施形態において、複合材料302の裏当て基板360は、ストリンガープライ304の形成の種々の例のいずれか1つにおいて除去されてもよい。図3Aに示すように、裏当て基板360は、ストリンガー304の形成後に材料302から除去される。先に説明したように、複合材料ストリップ上の裏当て基板は、形成されたL字形プライの各側で2つの別個の部片として分割されて除去されてもよい。図3Aに示すように、裏当て基板360は分割された裏当て基板の一部分であり、その一方で、別の部分は圧縮機構330の他方側で除去されてもよい。図示のように、裏当て基板360は、高レベル組立構造350に対する形成されたプライの接着を妨げないような角度で除去されてもよい。

いくつかの実施形態において、形成されたL字形ストリンガー304は、1つ又は複数の支持ツール352を含み得る高レベル組立構造350上に堆積されてもよい。図示のように、高レベル組立構造350は、水平表面350－Aと垂直表面350－Bとを含み得る。例えば、ストリンガー304は、水平脚305が組立体350の水平表面350－Aに接触し且つ垂直脚306が垂直表面350－Bに接触するように堆積されてもよい。先に説明したように、支持ツール352は、マンドレル、ブラダー、又はヌードルを含む種々のタイプの支持ツーリングのいずれか1つであってもよい。いくつかの実施形態において、追加のL字形ストリンガー304は、高レベル組立構造350の反対側に堆積されてもよい。

次いで、形成後に、形成されたストリンガーは、1つ又は複数の圧縮機構により成形シューから離れる方向に付勢されてもよい。図3Aにより説明する実施形態において、エンドエフェクタ300は、第1段圧縮機構330と、第2段圧縮機構332とを含み得る。いくつかの実施形態において、圧縮機構330及び332は、代替的及び／又は追加的に、接合のために高レベル組立構造350に向けて、形成されたストリンガープライ304に圧力を加えるように機能してもよい。種々の実施形態において、圧縮機構330及び332は、本明細書で説明する圧縮機構のいずれか1つであってもよい。いくつかの実施形態において、圧縮機構は、追加の層が追加されて支持構造の厚さが変化するときに圧密化さえも可能にするために連接され得るか又は複数の部片を備え得る。

例えば、図3Aに描かれているように、第1段圧縮機構330は、形成されたストリンガープライ304の表面の少なくとも一部分に接触し得る圧縮ディスクを備え得、且つ第2段圧縮機構332は、形成されたストリンガープライ304の表面の少なくとも一部分に接触し得る傾斜した締付顎を備え得る。締付顎は、形成されるプライの形状、この場合は開いたL字形状に適合してもよい。いくつかの実施形態において、第1段圧縮機構330の圧縮ディスクは、ストリンガープライ304を成形シューから離れる方向に付勢するか又はストリンガープライ304を組立構造350に向けて位置決めするために、形成されたストリンガープライ304に軽い力を加えてもよい。次いで、第2段圧縮機構332の締付顎は、形成されたストリンガープライ304を組立構造350の1つ又は複数の表面に対して接合するためにストリンガープライ304に対してより大きく且つ極めて正確に向けられる力を加えてもよい。

いくつかの実施形態において、2つのL字形ストリンガープライは、ブレード形ストリンガーを形成するために他方に対して圧縮されてもよい。ブレード形ストリンガー370を形成するためのエンドエフェクタの実施形態について、図3Cを参照して以下で更に説明する。図3Cは、1つ又は複数の実施形態による、ブレード形補剛材370用のエンドエフェクタ301の別の例の斜視図を図示している。種々の実施形態において、エンドエフェクタは、形成された複数のプライを接合することにより複合支持構造を構築するように構成されてもよい。例えば、2つのL字形プライは、図3Dを参照して更に説明する、単一のブレード形ストリンガープライ370を作製するために形成されて組み合わされてもよい。

いくつかの実施形態において、エンドエフェクタ301は、互いに約90度をなして直交して位置決めされる、エンドエフェクタ300の2つの例を含み得る。換言すれば、エンドエフェクタ301は、対称に構成される2つの同一の組立体を備え得る。図3Cに描かれているように、エンドエフェクタ301は、複合材料ストリップ302－Aを収容するリール310－Aと複合材料ストリップ302－Bを収容するリール310－Bとを含む複合材料の2つのリールを備える。いくつかの実施形態において、リール310－A及び／又は310－Bはリール310であってもよく、且つ複合ストリップ302－A及び302－Bは複合ストリップ302であってもよい。次いで、材料302－A及び302－Bの各々は、各複合ストリップがL字形プライに成形される、成形シューにそれぞれのリールから分配されてもよい。複合ストリップ302－AはL字形プライ304－Aに成形されてもよく、且つ複合ストリップ302－BはL字形プライ304－Bに成形されてもよい。

図3Cに描かれているように、成形シュー320は、明確にするために且つエンドエフェクタ301の材料302－Aに対応する第1の成形シューの相対的な位置決めを示すために簡略化されている。いくつかの実施形態において、第1の成形シュー320は、図3E及び3Fを参照して更に説明する成形シュー320－A又は320－Bであってもよい。第2の成形シューは、材料302－Bに係合するように対応する位置に位置してもよい。種々の実施形態において、エンドエフェクタ301の第2の成形シューは、エンドエフェクタ301の第1の成形シューと同じ又は異なる構成を含み得る。

先に説明したように、複合ストリップ302－A及び302－Bは各々、リール内のストリップ自体への又はエンドエフェクタ301における他の構成要素へのストリップの接着を防止するための裏当て基板を含み得る。複合ストリップ302－A及び302－BをそれぞれL字形プライ304－A及び304－Bに成形した後に、裏当て基板は、複合材302－A及び302－Bから除去されてもよい。図示のように、材料302－Aは、複合ストリップ302－Aのいずれかの側において形成後に除去され得る、裏当て材360－A1及び360－A2に分割される裏当て基板を含み得る。いくつかの実施形態において、裏当て基板360－A1は、回収及びその後の廃棄又は再利用のために回収スプール340に巻き付けられてもよい。裏当て材360－A2は、追加の回収スプール（図示せず）により回収されてもよい。材料302－Bはまた、それぞれの回収スプールにより回収される分割された裏当て基板を含み得る。しかしながら、いくつかの実施形態において、材料302－Bの分割された裏当て材の1つは、裏当て材360－A1と共に回収スプール340により回収されてもよい。

説明するように、形成されたL字形プライ304－A及び304－Bは、ブレード形ストリンガープライ370を形成するように互いに接合されてもよい。図3Dは、本明細書で説明する方法及び組立体により形成されたブレード形ストリンガー370の断面図を図示している。ストリンガープライ304と同様に、各L字形プライ304－A及び304－Bは、文字「L」に対応する断面形状を含み、且つ互いに直交又は略直交する水平脚375及び垂直脚376を含み得る。

L字形プライ304－A及び304－Bは、成形シューから第1及び第2段圧縮機構に向かって進んでもよい。第1段圧縮機構330－B及び第2段圧縮機構332－Bが、形成されたプライ304－Bに接触し得る一方で、第1段圧縮機構330－A及び第2段圧縮機構332－Aは、形成されたプライ304－Aに接触してもよい。図示のように、第1段圧縮機構330－A及び330－Bは、形成されたプライをそれらのそれぞれの成形シューから離れる方向に及び／又は形成された他のプライに向けて付勢する圧縮ディスクであってもよい。

いくつかの実施形態において、第2段圧縮機構332－A及び332－Bは、傾斜した締付顎を備え得る。機構332－A及び332－Bは、垂直脚376を接合するために形成された各プライの脚376に対して等しく且つ互いに対向する圧力を加えてもよい。垂直脚が接着した時点で、ブレード形ストリンガープライ370が形成される。種々の実施形態において、締付顎機構は、図5を参照して更に説明する、他の複合ストリンガー形状を接合するために実装されてもよい。いくつかの実施形態において、第1段圧縮機構330－A及び330－Bはまた、互いに対向する圧力を接合脚376に加えてもよい。

次いで、ブレード形ストリンガー370は、支持ツール352を含む貼付表面350上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、圧縮機構はまた、ストリンガープライ370の水平脚375を貼付表面に接合するために下向き圧力を加えてもよい。いくつかの実施形態において、ブレードストリンガー370の垂直脚376は、追加の取付支持のために縫合機構により互いに縫い付け又は縫い合わせられてもよい。例えば、乾燥織布を備える複合材料は、繊維で縫い付けられてもよい。いくつかの実施形態において、縫合機構はまた、エンドエフェクタの構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、縫合機構は、別個のエンドエフェクタ又は装置であってもよい。

図3E及び図3Fは、1つ又は複数の実施形態による、L字形ストリンガーを形成するための成形シューの斜視図を図示している。図3Eは成形シュー320－Aを図示しており、且つ図3Fは成形シュー320－Bを図示している。種々の実施形態において、成形シュー320－A及び320－Bは、エンドエフェクタ300及び／又は301の成形シュー320に対応し得る。成形シュー320－A及び320－Bは、ストリンガー304、304－A、及び／又は304－Bなどの、L字形ストリンガーを形成するように構成されてもよい。

図示のように、成形シュー320－Aは、始端形状端部321－A1と最終形状端部321－A2とを備えた成形表面321－Aを含み得る。いくつかの実施形態において、始端形状端部321－A1は、複合材料302がリール310から最初に分配されるときに複合材料302の形状に対応するように平坦又はほぼ平坦な形状であってもよい。いくつかの実施形態において、最終形状端部321－A2は、図3A及び図3Bに示す形成されたストリンガー302のL字形状に対応する。図示のように、成形シュー320－Bは、始端形状端部321－B1と最終形状端部321－B2とを備えた成形表面321－Bを含み得る。いくつかの実施形態において、始端形状端部321－B1は、複合材料302がリール310から最初に分配されるときに複合材料302の形状に対応するように平坦又はほぼ平坦な形状であってもよい。いくつかの実施形態において、最終形状端部321－B2は、図3A及び図3Bに示す形成されたストリンガー304のL字形状に対応する。

複合材料を成形表面321－A又は321－Bに通過させたときに、複合材料は、始端形状端部321－A1又は321－B1の形状から最終形状端部321－A2又は321－B2の形状にそれぞれ移行する。図3E及び図3Fに描かれているM矢印は、複合材料302の進行方向を示す。

成形シュー320－A又は320－Bは、種々の取付点を介して300又は301などのエンドエフェクタの構造に固定されてもよい。いくつかの実施形態において、成形シュー320－Aは、継手又は他の構造が機械的に固定され得る機構区画323を含み得る。いくつかの実施形態において、成形シュー320－Bは、エンドエフェクタ構造への取付手段として機能し得る取付点322を含み得る。本明細書で説明する成形シューは、動作中の必要な移動及び調整を可能にするために接合構造又は連結部を介してエンドエフェクタに結合されてもよい。

いくつかの実施形態において、複合材料302は、複合材料302がリール310から供給されて成形表面を通過するときに成形表面321－Aに接触したままであるように成形表面321－A又は321－Bに対して付勢されてもよい。先に説明したように、複合材料302を成形表面に対して保持するために種々の機構が実装されてもよい。図3E及び図3Fに示すように、成形シュー320－A及び320－Bは、1つ又は複数の真空ポート326－A及び326－Bをそれぞれ含む。成形表面に抗するように複合材料302を吸引するために真空ポートを通して負圧を生成するための真空機構又は他の吸引機構。いくつかの実施形態において、吸引機構は、エンドエフェクタに結合された追加の構成要素であってもよい。いくつかの実施形態において、そのような吸引機構は、機構区画323内に位置してもよい。

先にも説明したように、加熱機構もまた、形成されたストリンガーの終端形状に複合材料が成形されるように複合材料を加熱するためにエンドエフェクタに含まれてもよい。いくつかの実施形態において、加熱機構もまた、機構区画323内に位置してもよい。

種々の実施形態において、成形シュー320－A又は320－Bは、複合材料302が成形表面321－A又は321－Bをそれぞれ通過するときに複合材料302を中央に保持するためのガイドレールを更に含み得る。成形シュー320－Aは、第1のレール328－A及び第2のレール328－Bを備える1組のレールを含む。成形シュー320－Bは、第1のレール329－A及び第2のレール329－Bを備える1組のレールを含む。先に説明したように、各ガイドレールは、矢印Mで示す方向以外の方向への複合材料302の横移動を防止する経路を形成するように複合材料302が横切って進むときに複合材料302の縁部に接触するように構成されてもよい。

図4は、1つ又は複数の実施形態による、高次組立構成要素上に最小限に加工されたストリンガーを製造するための例示的な工程順序400を図示している。図4は、組立構成要素の断面図を描いている。

ステップ（A）では、高レベル組立構成要素402が準備され、ストリンガー及び他の支持構造に対する高レベル組立構成要素402の準備が整っていてもよい。先に説明したように、高レベル組立構成要素は、航空機の外板パネル、並びに水平尾翼若しくは垂直尾翼における構造又は制御表面などの他の構造であってもよい。

ステップ（B）では、クロスプライロールを使用して基部装填物404が位置決めされてもよい。いくつかの実施形態において、基部装填物404は、複合材料の複数の層を備え得る。いくつかの実施形態において、基部装填物404はまた、本明細書で説明するようにロボットエンドエフェクタにより自動的に堆積されてもよい。種々の実施形態において、基部装填物404は、形成された複合材料の取り付けに好適である平らな表面を形成する。

ステップ（C）では、角部充填材、マンドレル、又はブラダーなどの、支持ツール406が基部装填物404上に位置決めされてもよい。次いで、工程（D）において、複合材料の第1のプライ410は、本明細書で説明するエンドエフェクタ組立体を使用して形成され、基部装填物404及び支持ツール406上に位置決めされてもよい。図示のように、2組のL字形ストリンガープライを各々備える、ブレード形ストリンガーが、ステップ（C）において堆積されている。そのようなブレード形ストリンガープライは、説明したエンドエフェクタ301により形成され堆積されてもよい。

次いで、複合材料の第2のプライ411は、ステップ（E）において第1のプライ410上に積み重ねられてもよい。種々の実施形態において、追加のプライは、図4に示すプライに追加されてもよい。図示のように、追加のプライ411は、互いに接合されるのではなく、その代わりに別個のL字形プライを含む。そのようなプライ411は、300などの異なるエンドエフェクタにより形成され堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、複合材料の追加の層のサイズは、先に堆積された層に適合するように調整されてもよい。いくつかの実施形態において、エンドエフェクタの位置決めはまた、形成された追加のプライを堆積させるために正しい位置に自動的に調整されてもよい。

ステップ（F）において、保護キャップ408は、堆積されたプライの種々の箇所に追加されてもよい。例えば、保護キャップ408は、複合材料の層が露出しているブレード形ストリンガープライの先端に追加されてもよい。いくつかの実施形態において、保護キャップ408は、目視確認困難な衝撃損傷（BVID）から保護するために使用されてもよい。いくつかの実施形態において、保護キャップ408はまた、本明細書で説明するシステム及び組立体を使用して形成され堆積されてもよい。

ステップ（G）において、カウルプレート412は、堆積層の1つ又は複数の表面に接触して配置されてもよい。カウルプレート412は、堆積されたプライに硬化工程のために接触して配置される、表面欠陥のない滑らかな金属プレートであってもよい。カウルプレート412は、常圧及び常温を伝達するとともに、完成した積層体の上に滑らかな表面を提供してもよい。形成された層410及び411、並びに／又は組立構成要素402は、ステップ（I）での硬化のために複合層を適所に保持するための追加の圧力のために真空バッグ414内に配置されてもよい。プリプレグ積層体が硬化するように、圧力と熱との組み合わせを使用する必要がある場合がある。

図5は、1つ又は複数の実施形態に従って製造された種々のストリンガーのタイプの断面図を図示している。図4を参照して先に説明したように、そのようなストリンガーは、高レベル組立構造402及び／又は基部装填物404上に堆積されてもよい。かかるストリンガーはまた、1つ又は複数の支持ツール406と共に位置決めされてもよい。いくつかの実施形態において、説明するシステム及び方法はまた、IML（内側モールドライン）永久ツーリングを用いて実現されてもよい。

ストリンガー502は、L字形ストリンガーを描いている。より小さなL字形ストリンガーもまた、ストリンガー502と並べて堆積され、追加の支持のためにこれらストリンガーの垂直脚に沿って接合されてもよい。ストリンガー504は、ハット形ストリンガーの変形形態を描いている。ストリンガー506は、Z字形ストリンガーを描いている。ここでもまた、より小さなL字形ストリンガーもまた、ストリンガー506と並べて堆積され、追加の支持のためにこれらストリンガーの垂直脚に沿って接合されてもよい。ストリンガー508は、形成されたストリンガー370と同様に、2つのL字形ストリンガーを備えるブレード形ストリンガーを描いている。先に説明したように、ストリンガーはまた、保護キャップ408を含み得る。ストリンガー510は、2つのC字形ストリンガー511を備えるI字形ストリンガーを描いている。I字形ストリンガー510は、追加の支持のための上部平坦層510－Aを更に含み得る。ストリンガー512は、開いた又は閉じた輪郭断面を含み得る別のストリンガー形状を描いている。

ブレード形ストリンガー508又はI字形ストリンガー510などの、2つの同一の半部を含む、描かれている複合ストリンガー構造は、エンドエフェクタ301などの、2つのスプールと対称に配設された成形シューとを備えるように構成されたエンドエフェクタにより堆積されてもよい。そのようなエンドエフェクタは、複合ストリンガーを形成するために層を互いに接合することに対する解決策を提供する。

動作方法
説明するシステム及び組立体を使用して航空機ストリンガーを製造する方法も提供される。図6を参照すると、1つ又は複数の実施形態による、航空機ストリンガーを製造するための例示的な方法600が示されている。種々の実施形態において、ストリンガーは、製造中における最小限のツーリングを用いた航空機ストリンガーの自動配置のためにロボットエンドエフェクタにより形成され堆積されてもよい。

ステップ610において、複合材料ストリップはリールから分配される。種々の実施形態において、複合材料は、複合材料102又は302であってもよい。このような複合材料は、リール110又は310などの、リールに巻き付けられてもよい。複合材料は、複合材料がエンドエフェクタの種々の構成要素を通って進むようにリールの回転により分配されてもよい。

ステップ620では、複合材料ストリップが成形シューに通される。種々の実施形態において、成形シューは、成形シュー120又は320であってもよい。材料は、始端形状端部において成形シューに接触し、ステップ630において所望の最終形状を備えたストリンガープライに成形されるように最終形状端部に向かって成形表面を横切って進んでもよい。成形シューの始端形状端部は、複合材料の形状に対応するように平坦又は略平坦な形状であってもよい。最終形状端部は、所望のストリンガーの形状に対応する構成を含み得る。

複合材料ストリップは、複合材料ストリップが成形表面に接触したままであるように吸引機構又は他の機械的機構により成形表面に対して付勢されてもよい。複合材料が成形表面上を最終形状端部に向かって通過するときに、複合材料ストリップは、略平坦な形状から最終的な所望の網形状に移行してもよい。

形成された複合材料は、ステップ640において成形シューから離れる方向に付勢され、且つ650において貼付表面上に位置決めされてもよい。先に説明したように、圧縮ディスク、傾斜した締付顎などを含む、形成された複合材料に圧力を加えるために、種々の圧縮機構が実装されてもよい。いくつかの実施形態において、貼付表面は、150、350、又は402などの高レベル組立構造であってもよい。高次組立構造は、外板パネル又は基部装填物であってもよい。いくつかの実施形態において、基部装填物もまた、本明細書で説明するようにエンドエフェクタにより同様に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、貼付表面の一部分はまた、形成された材料の形状を維持するように機能する、マンドレル、ヌードル、又はブラダーなどの、種々の支持ツーリングを含み得る。

いくつかの実施形態において、貼付表面は、形成された別の複合材料ストリップの表面であってもよい。例えば、2つの複合材料ストリップは、同時に形成されて、成形シューから解放された後に最終的な網形状を備えた単一のストリンガープライを形成するために互いに付勢されてもよい。

次いで、形成された複合材料は、ステップ660において貼付表面上に堆積されてもよい。いくつかの実施形態において、切断機構は、堆積された材料をエンドエフェクタに残存する複合材料から分離してもよい。いくつかの実施形態において、堆積された材料は、種々の圧縮機構の後で切断されてもよい。いくつかの実施形態において、堆積された材料は、高レベル組立構成要素と面一になるように切断されてもよい。

ステップ607では、追加の層が必要であるかどうかが決定されてもよい。追加の層が必要でない場合には、方法が終了する。追加の層が必要である場合には、先に堆積された複合材料の層上に形成し分配すべき追加の複合材料を分配するために、方法がステップ610に戻る。エンドエフェクタはまた、後続の層を堆積させるべき適切な箇所に移動させるために位置決めを調整してもよい。いくつかの実施形態において、エンドエフェクタは、後続の層を堆積させるための適切な位置を特定するために撮像システムを使用してもよい。

追加的に、いくつかの実施形態において、複合材料ストリップのサイズは、貼付表面に一致するように修正されてもよい。例えば、複合材料の追加のL字形層がL字形ストリンガーを形成するように堆積されるときに、後続のL字形層の表面積が減少することがある。それゆえ、後続の層のための複合材料ストリップは、より薄い必要がある場合がある。

航空機の例
本開示の例は、図7に示す航空機700並びに図8に示す航空機の製造及び保守点検方法800の文脈で説明され得る。図7は、1つ又は複数の実施形態による、本明細書で説明したシステム及び方法と併せて使用され得る一体型冷却システムを含み得る航空機700の概略図である。図7に描かれているように、航空機700は、内部770を備えた機体750を備える。航空機700は、機体750に結合された翼720を含む。航空機700はまた、翼720により支持されたエンジン730を含み得る。いくつかの実施形態において、航空機700は、電気検査システム740及び環境検査システムなどのいくつかの高レベル検査システムを更に含む。

他の実施形態では、任意の数の他の検査システムが含まれてもよい。例えば、航空機700は、一体型冷却システム760を含み得る。そのような冷却システムは、除去しなければシステムの信頼性を損ねる可能性のある、高熱負荷を種々の電気的及び／又は機械的構成要素から除去するために液体冷却を実施してもよい。一体型冷却システム760は、一連のポンプと、熱交換器と、パイプ、管、又はホースとを備える液体冷却ループとの接触冷却を実施してもよい。一体型冷却システム760は、代替的及び／又は追加的に、熱交換器を通じて冷液を流して熱交換器のファンにより空気をキャビネット内に分配することにより、キャビネット内に収容された構成要素を冷却するキャビネット冷却を実施する。一体型冷却システム760は、本明細書で説明する断熱装置により移送される凝縮液及び／又は漏液を収容するための排液容器に加えて、伝熱流体用のリザーバを更に備え得る。

航空機700は、例示的実施形態による、エンドエフェクタ100などの、説明したシステム及び方法を実現し且つ動作させ得るビークルの一例である。航空宇宙産業の例が示されているが、本明細書で説明する原理は、自動車産業などの、他の産業にも適用され得る。よって、航空機700に加えて、本明細書に開示する原理は、例えば、陸上ビークル、海洋ビークル、宇宙ビークルなどの、他のビークルにも適用され得る。

図8は、本明細書で説明する方法及び組立体を利用し得る航空機生産及び保守点検方法のブロック図である。生産前の段階では、例示的方法800は、航空機700の仕様及び設計（ブロック804）と、材料調達（ブロック806）とを含み得る。生産段階では、航空機700の構成要素及び部分組立品の製造（ブロック808）並びに検査システム統合（ブロック810）が行なわれ得る。説明した装置、及び対応する動作方法は、航空機700の仕様及び設計（ブロック804）、材料調達（ブロック806）、構成要素及び部分組立品の製造（ブロック808）、並びに／又は検査システム統合（ブロック810）のいずれかで実現され得る。

その後、航空機700は、認証及び搬送（ブロック812）を経て就航され得る（ブロック814）。運航されている間、航空機700には日常的な整備及び保守点検が予定され得る（ブロック816）。日常的な整備及び保守点検は、航空機700の1つ又は複数の検査システムの修正、再構成、改修などを含み得る。説明した装置、及び対応する動作方法は、認証及び搬送（ブロック812）、運航（ブロック814）、及び／又は日常的な整備及び保守点検（ブロック816）のいずれかで実現され得る。

例示的方法800の工程の各々は、検査システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）により実施又は実行され得る。本説明の目的で、検査システムインテグレータは、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要検査システムの下請業者を含み得、第三者は、非限定的に、任意の数の納入業者、下請業者、及び供給業者を含み得、並びに、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであり得る。

結論
理解を明確にする目的で前述の概念をある程度詳細に説明してきたが、上記の開示を読み終えた後に、ある変更及び修正が添付の特許請求の範囲内で実行され得ることが明らかであろう。工程、システム、及び自動位置合わせ式リベット打ちツールを実現する多くの代替的な方法があることに留意すべきである。よって、本例は、例示的なものとみなされるべきであり、限定的なものとみなされるべきではない。

上の説明では、開示の概念が完全に理解されるように、数多くの具体的な詳細が記載されているが、これらの詳細事項の一部又は全てがなくても、それら概念は実行され得る。他の例では、本開示を不必要に不明瞭にしないために、既知の装置及び／又はプロセスの詳細が省略されている。いくつかの概念が具体的な例と併せて説明されているが、これらの例が限定的なものと意図されていないことが理解されるであろう。

100 エンドエフェクタ
102 複合材料、複合材、樹脂注入材料、複合ストリップ
102－A 複合材料、複合材料ストリップ
104 ストリンガープライ、ストリンガー
105 中央キャップ部分
106 フランジ部分
110 リール
120 成形シュー
121 成形表面
121－A 始端形状端部
121－B 最終形状端部
122 取付点
124 真空アタッチメント
126 真空ポート
128－A ガイドレール
128－B ガイドレール
130 圧密機構、圧縮ディスク
131 接触表面
140 支持ローラー
150 高レベル組立構造、高次組立構造、組立構成要素
152 支持ツール
202 裏当て基板
207 穿孔
210 第1の層
212 第2の層
214 第3の層
300 エンドエフェクタ
301 エンドエフェクタ
302 複合材料、ストリンガー、複合ストリップ
302－A 複合材料
302－B 複合材料
304 L字形ストリンガー、L字形ストリンガープライ
305 水平脚
306 垂直脚
310 リール
310－A リール
310－B リール
320 成形シュー
322 取付点
323 機構区画
326－A 真空ポート
326－B 真空ポート
328－A 第1のレール
328－B 第2のレール
330 第1段圧縮機構
330－A 第1段圧縮機構
330－B 第1段圧縮機構
332 第2段圧縮機構
332－A 第2段圧縮機構
332－B 第2段圧縮機構
340 回収スプール
350 高レベル組立構造、組立体、貼付表面
350－A 水平表面
350－B 垂直表面
352 支持ツール
360 裏当て基板
360－A1 裏当て基板
360－A2 裏当て基板
370 ブレード形ストリンガー、ブレード形ストリンガープライ、ブレード形補剛材、ブレードストリンガー
370 ブレード形補剛材
375 水平脚
376 垂直脚、接合脚
400 工程順序
402 高レベル組立構成要素、高レベル組立構造
404 基部装填物
406 支持ツール
408 保護キャップ
410 第1のプライ、層
411 第2のプライ
412 カウルプレート
414 真空バッグ
502 ストリンガー
506 ストリンガー
508 ブレード形ストリンガー
510 I字形ストリンガー
510－A 上部平坦層
511 C字形ストリンガー
512 ストリンガー
600 方法
700 航空機
720 翼
730 エンジン
740 電気検査システム
750 機体
760 一体型冷却システム
770 内部
800 航空機の製造及び保守点検方法
A 矢印
B 矢印

Claims (18)

1. ロボットエンドエフェクタであって、
   材料ストリップが回転可能なリールに巻き付けられる、前記回転可能なリールと、
   前記材料ストリップに接触する成形表面を含む成形シューであって、前記成形表面の第１の端部が始端形状に対応し、且つ前記成形表面の第２の端部が終端形状に対応し、前記成形シューが、前記成形表面の前記第１の端部と前記第２の端部との間に前記材料ストリップを案内するために前記成形表面から延伸する１組のレールを更に含む、成形シューと
   を備え、
   前記材料ストリップが、前記始端形状から前記終端形状に移行して、形成されたストリンガープライとして貼付表面上に堆積されるように、前記材料ストリップが、前記成形表面の前記第１の端部から前記成形表面の前記第２の端部へと通過する、
   ロボットエンドエフェクタ。
2. 前記成形シューが、前記材料ストリップを前記成形表面に対して付勢するために前記成形表面に沿った複数のポートを通して空気を吸引するための真空システムを更に含む、請求項１に記載のロボットエンドエフェクタ。
3. 前記形成されたストリンガープライを前記貼付表面上に位置決めするために前記形成されたストリンガープライに圧力を加えるための圧縮機構を更に備える、請求項１または２に記載のロボットエンドエフェクタ。
4. 前記圧縮機構が更に、形成されたストリンガープライを前記貼付表面及び形成された別のストリンガープライのうちの１つ又は複数に接合するように構成される、請求項３に記載のロボットエンドエフェクタ。
5. 前記圧縮機構が、形成されたストリンガープライの１つ又は複数の部分に接触するための接触表面を含むディスクを備える、請求項３又は４に記載のロボットエンドエフェクタ。
6. 回収スプールを更に備え、前記材料ストリップは、前記材料ストリップが前記第１の端部から前記第２の端部へと通されるときに前記材料ストリップから分離されて前記回収スプールに巻き付けられる裏当て基板を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のロボットエンドエフェクタ。
7. 前記裏当て基板が複数の穿孔を含み、前記複数の穿孔が、前記材料ストリップの長さに沿って等間隔に配置され、且つ前記リールから前記材料ストリップを分配するために使用される、請求項６に記載のロボットエンドエフェクタ。
8. 前記終端形状が「Ｌ」字形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットエンドエフェクタ。
9. 前記終端形状がハット形状である、請求項１から７のいずれか一項に記載のロボットエンドエフェクタ。
10. システムであって、
    ロボットアームと、
    前記ロボットアームに結合されたエンドエフェクタであって、
    材料ストリップが巻き付けられている回転可能なリールと、
    前記材料ストリップに接触する成形表面を含む成形シューであって、前記成形表面の第１の端部が始端形状に対応し、且つ前記成形表面の第２の端部が終端形状に対応し、前記成形シューが、前記成形表面の前記第１の端部と前記第２の端部との間に前記材料ストリップを案内するために前記成形表面から延伸する１組のレールを更に含む、成形シューと
    を備え、
    前記材料ストリップが、前記始端形状から前記終端形状に移行して、形成されたストリンガープライとして貼付表面上に堆積されるように、前記材料ストリップが、前記成形表面の前記第１の端部から前記成形表面の前記第２の端部へと通過する、
    前記エンドエフェクタと
    を備える、システム。
11. 前記成形シューが、前記材料ストリップを前記成形表面に対して付勢するために前記成形表面に沿った複数のポートを通して空気を吸引するための真空システムを更に含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記エンドエフェクタが、前記形成されたストリンガープライを前記貼付表面上に位置決めするために前記形成されたストリンガープライに圧力を加えるための圧縮機構を更に備える、請求項１０または１１に記載のシステム。
13. 前記圧縮機構が更に、形成されたストリンガープライを前記貼付表面及び形成された別のストリンガープライのうちの１つ又は複数に接合するように構成される、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記圧縮機構が、傾斜した締付顎を備える、請求項１２又は１３に記載のシステム。
15. 前記エンドエフェクタが回収スプールを更に備え、前記材料ストリップは、前記材料ストリップが前記第１の端部から前記第２の端部へと通されるときに前記材料ストリップから分離されて前記回収スプールに巻き付けられる裏当て基板を含む、請求項１０から１４のいずれか一項に記載のシステム。
16. 前記裏当て基板が複数の穿孔を含み、前記複数の穿孔が、前記材料ストリップの長さに沿って等間隔に配置され、且つ前記リールから前記材料ストリップを分配するために使用される、請求項１５に記載のシステム。
17. 航空機補剛材を構築する方法であって、前記方法は、
    回転可能なリールから複合材料ストリップを分配するステップと、
    前記複合材料ストリップを成形シューに通すステップであって、前記成形シューが、
    前記複合材料ストリップに接触する成形表面を含み、
    前記成形表面の第１の端部が始端形状に対応し、且つ前記成形表面の第２の端部が終端形状に対応し、
    前記成形シューが前記成形表面の前記第１の端部と前記第２の端部との間に前記材料ストリップを案内するために前記成形表面から延伸する１組のレールを更に含み、
    前記複合材料ストリップが前記始端形状から前記終端形状に移行してストリンガープライを形成するように、前記複合材料ストリップが、前記成形シューの前記第１の端部から前記成形シューの前記第２の端部へと通過する、
    前記ステップと、
    前記形成されたストリンガープライを貼付表面上に堆積させるステップと
    を含む、方法。
18. 前記形成されたストリンガープライを前記成形表面の前記第２の端部から離れる方向に付勢するステップと、
    前記形成されたストリンガープライを前記貼付表面に対して位置決めするステップと
    を更に含む、請求項１７に記載の方法。

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