JP7217135B2 - 輪郭付ツール表面で複合プライを成形するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は、概して、複合材構造体の製造に関し、より具体的には、複雑な輪郭を有するツール表面における複合プライの成形に関する。

高度に輪郭形成された表面を有する複合積層構造体は、特に、生産速度の速い環境においては、製造が困難になりうる。構造体のレイアップにおいては、複雑な輪郭を有するツール表面上に複合プライを個々にレイアップして、襞や皺を作らないようにこれらの複合プライを掃引する（swept down）。レイアップ処理を部分的に自動化するために自動ピックアンドプレース装置（automated pick-and-place equipment）が開発されたが、このような装置の成形能力には限界がある。このため、複雑なアクチュエータ及び制御システムを用いる高度な自動化レイアップ成形具も開発されている。しかしながら、このような装置の成形能力にも限界があり、かなりの層せん断が要求される複雑なツール表面に対してプライを適合させることができない場合がある。

したがって、複雑な輪郭を有するツール表面に対してプライを搬送及び成形するための、費用効果が高く高効率な装置及び方法を提供することが望ましい。

本開示は、概して、複合積層構造体の製造に関し、より具体的には、複雑な輪郭を有するツール表面に対して複合プライを搬送及び成形するための自動装置及び方法に関する。上記装置は、ロボット型又は他のタイプのマニピュレータに取り付け可能に構成された全自動エンドエフェクタを含む。エンドエフェクタは、プリプレグなどの複合材料のプライを持ち上げ、この複合プライを、マンドレルなどの成形ツールに搬送し、複合プライをツールに対して配置及び固定し、ツールにおける複雑な表面輪郭に対して複合プライを押付成形することができる。エンドエフェクタは、可撓性成形膜と組み合わせて、真空吸着カップ及びベルヌーイカップを用いて複合プライをつかんで持ち上げる。エンドエフェクタにおけるアクチュエータは、必要に応じて成形膜を引き伸ばし、ツール表面に対して複合プライを押付成形する。成形中、複合プライの皺及び襞の発生を防ぐために、成形膜及び当該複合プライが、ベルヌーイカップの下方で滑動する。成形膜の剛性は、最適な成形特性を実現するために、補強材を用いて局所的に調整することができる。

本開示の実施形態の利点の１つは、プライのピックアップ、搬送、載置、及び、成形の工程が全て自動化されていることである。他の利点としては、エンドエフェクタの構造が比較的単純であり、費用効果が高いことが挙げられる。さらなる利点としては、閉じた輪郭を含む複雑なツール表面において、プリプレグなどの複合材料のプライを成形可能なことが挙げられる。

一側面によれば、輪郭付ツール表面に対して複合プライを搬送及び成形するために、エンドエフェクタが提供される。前記エンドエフェクタは、前記複合プライを把持するように構成された少なくとも１つの真空グリッパを含む。また、少なくとも１つのベルヌーイグリッパが提供される。このベルヌーイグリッパもまた、前記複合プライを把持するように構成されており、前記複合プライは、前記複合プライの成形中、前記ベルヌーイグリッパに対して滑動することができるように把持されている。前記エンドエフェクタは、前記複合プライ上に載置されるように構成された成形膜と、前記成形膜及び前記複合プライに係合して、前記輪郭付ツール表面に対して前記成形膜及び前記複合プライを押付成形するための成形具と、を含む。

他の側面によれば、輪郭付ツール表面に対して複合プライを載置及び成形するために装置が提供される。前記装置は、マニピュレータと、前記マニピュレータに取り付けられるとともに、前記マニピュレータによって動かされるフレームと、を含む。前記装置は、さらに可撓性成形膜を含み、当該可撓性成形膜は、前記フレームにより支持されるとともに、前記輪郭付ツール表面上に配置される。前記可撓性成形部材には、少なくとも１つの真空吸着カップが取り付けられており、前記真空吸着カップは、前記複合プライと係合してこれを把持することにより、前記フレームに対する前記複合プライの位置を固定するように構成されている。前記フレームにおけるクランプ装置は、前記輪郭付ツール表面において、前記可撓性成形膜及び前記複合プライの一部を固定するように構成されている。前記可撓性成形膜には、複数のベルヌーイカップが取り付けられている。前記ベルヌーイカップは、前記複合プライを把持するように構成されており、前記輪郭付ツール表面における前記複合プライの成形中、前記ベルヌーイカップの下方で前記複合プライを滑動させることができる。前記装置は、複数の成形具をさらに含む。前記成形具は、前記フレームに取り付けられるとともに、前記輪郭付ツール表面に対して、前記可撓性成形膜及び前記複合プライを押付成形するように構成されている。

さらに別の側面によれば、輪郭付ツール表面に対して複合プライを搬送及び成形する方法が提供される。前記方法は、マニピュレータに取り付け可能に構成されたエンドエフェクタにおける複数の把持カップを用いて、前記複合プライを把持することを含む。前記方法は、前記エンドエフェクタを用いて、前記輪郭付ツール表面に前記複合プライを搬送することと、前記エンドエフェクタを用いて、前記輪郭付ツール表面に前記複合プライを載置することと、を含む。前記方法は、前記エンドエフェクタを用いて、前記輪郭付ツール表面における前記複合プライ上に成形膜を載置することを、さらに含む。前記方法は、前記輪郭付ツール表面に対して、前記成形膜及び前記複合プライの一部を固定することと、前記複合プライの一部が前記輪郭付ツール表面に固定された状態で、前記複合プライを前記輪郭付ツール表面に対して押付成形することと、をさらに含む。前記複合プライの成形中、前記複合プライは、前記把持カップのうちの少なくとも所定のカップに対して滑動することができる。

上述した特徴、機能、及び利点は、本開示の様々な実施形態によって個別に達成されてもよいし、さらに他の実施形態と組み合わせてもよい。これについての詳細は、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。

例示的な実施形態に特有のものと考えられる新規な特徴は、添付の特許請求の範囲に記載されている。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、さらにその目的及び利点は、添付図面と共に本開示の例示的な実施形態の詳細な説明を参照することにより最もよく理解されるであろう。

輪郭付ツール表面に対して複合プライを搬送及び成形するための装置を示す斜視図であり、エンドエフェクタが複合プライをツールに載置している様子を示している。 図１に示すエンドエフェクタを示す図である。 装置を示すブロック図である。 複合プライを把持するベルヌーイカップを示す断面図であり、明瞭化のため成形膜を示していない。 成形膜に取り付けられるとともに、複合プライを把持する真空吸着カップを示す断面図である。 成形膜に取り付けられるとともに、複合プライを把持するベルヌーイカップを示す断面図である。 補強棒状部を含む成形膜の一実施形態を示す平面図である。 中央に配置された可撓性スプラインを含む成形膜の他の実施形態を示す平面図である。 縁に配置された可撓性スプラインを含む成形膜のさらなる実施形態を示す平面図である。 ツールに複合プライを載置するために配置されたエンドエフェクタを示す端面図である。 図１０と同様の図であるが、成形膜及び複合プライが、ツールの表面上に固定されている様子を示している。 図１１と同様の図であるが、複合プライが、ツールの表面に押付成形されている様子を示している。 図１２と同様の図であり、ツールに対して複合プライを押圧する準備として、複合プライの周りに任意の圧力リアクションボックスが設けられている。 ツールに対して複合プライを載置及び成形する方法を示すフロー図である。 ツールに対して複合プライを載置及び成形する別の方法を示すフロー図である。 航空機の製造及び保守方法を示すフロー図である。 航空機を示すブロック図である。

図１～３は、プリプレグシートなどのフラットな複合プライ２４を、マンドレル等のツール２８の輪郭付ツール表面３０上に搬送及び成形するための装置３６を示す。図示例においては、ツール２８は、モータ４０による回転を可能とする複数の支持体３８を含む回転台２９に取り付けられている。しかしながら、複雑な表面輪郭を有する他の形態のツールや、他の形態のツール取付装置であってもよい。装置３６は、概して、関節式ロボット２２などのマニピュレータ２０と、エンドエフェクタ３２と、関節式ロボット２２およびエンドエフェクタ３２の動作を自動制御するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）やＰＣ（パーソナルコンピュータ）などのプログラマブルコントローラ１０２（図３）と、を含む。同図には、エンドエフェクタ３２が、単一の複合プライ２４を搬送及び成形することが示されているが、これに代えて、エンドエフェクタは、プライの集合又は積層体を搬送して所望の輪郭に成形するために使用することもできる。

エンドエフェクタ３２は、関節式ロボット２２のアーム３４の手首（wrist）３５に取り付けられた調節可能なフレーム４２を含む。フレーム４２は、横方向に離間した一対のクロス部材４６が取り付けられた背骨部材（backbone）を含む。手首３５における背骨部材４４の直線方向の位置、及び、クロス部材４６の横方向の位置を調節して複合プライ２４の大きさ及び形状に合わせるために、電気式、空圧式、又は、油圧式のモータ４８、５０及び関連する駆動装置（図示略）を設けてもよい。なお、用途に応じて、様々な他のフレーム構造を採用することができる。また、他の実施形態においては、フレームを使用せずに、以下に説明するエンドエフェクタ３２の機能要素を当該エンドエフェクタ３２に配設することができる。エンドエフェクタ３２は、フレーム４２に取り付けられた可撓性成形膜６０をさらに含む。この成形膜は、所望の剛性を有するとともに、成形中に伸長することができる。成形膜６０は、複合プライ２４を搬送及び載置して、輪郭付ツール表面３０に押付成形する作業を補助する。成形膜６０は、例えば限定するものではないが、局所的に空気を透過可能な伸縮性の織布、編布、又は、エラストマー材料を含みうる。成形膜６０の剛性は、複合プライの成形を最適化するために、当該成形膜の領域において、特定のツール表面形状に最もよく合うように局所的に調整することができる。

エンドエフェクタ３２は、１つ又は複数の真空グリッパ５２と、互いに離間したベルヌーイグリッパ（Bernoulli grippers）５４とをさらに含み、これらは、成形膜６０に取り付けられている。真空グリッパ５２及びベルヌーイグリッパ５４は、複合プライ２４がピックアップ及び搬送されてツール２８上に載置されるときに、成形膜６０が複合プライ２４の背後にある状態で当該複合プライをつかみ且つ保持するように機能する。真空グリッパ５２は、エンドエフェクタ３２に対する複合プライ２４の位置を固定及び維持するものであり、従来型の真空吸着カップを含みうる。この真空カップは、真空力を用いて、成形膜６０に対して複合プライ２４を引き寄せる適切な真空源８４（図３）に接続されている。

真空グリッパ５２は、実質的に、成形膜６０の中心線に沿って設けられており、ベルヌーイグリッパ５４は、当該成形膜の両縁に沿って設けられている。ベルヌーイグリッパ５４は、従来型のベルヌーイカップを含みうる。このベルヌーイカップは、適切な圧力源８２（図３）に接続されるとともに、周知のベルヌーイ効果を用いて持ち上げ力Ｆ（図４）を生じさせて、複合プライ２４を成形膜６０の下で持ち上げて保持する。以下に詳述するように、ベルヌーイグリッパ５４は複合プライ２４と物理的に接触しない。この理由は、ベルヌーイグリッパ５４の下方に逃げる加圧空気流が、複合プライ２４とベルヌーイグリッパ５４との間にエアギャップを形成するためであり、これにより、複合プライの成形処理において、複合プライ２４が、ベルヌーイグリッパ５４の下方で、横方向に滑ったりシフトしたりすることができる。いくつかの実施形態においては、ベルヌーイグリッパ５４の代わりに真空グリッパを用いてプライ２４を保持して成形を行ってもよい。

マニピュレータ２０は、少なくとも１つのクランプ装置５７と、フレーム４２に担持された１つ又は複数の成形具５５とをさらに含む。クランプ装置５７（図３及び図１０を参照）は、クランプ部材５９を備える機械式アクチュエータ又は同様の機構を含みうる。クランプ装置５７は、ツール表面３０における指標位置（indexed location）で、ツール２８に対して成形膜６０及び複合プライ２４の一部を固定するとともに、成形処理の準備として当該位置でこれらの成形膜及び複合プライを保持する。図示例において、クランプ装置５７は、成形膜６０に対する係合及び固定を、その中心線に沿って行っているが、用途によっては、他の位置で成形膜６０をツール２８に対して固定してもよい。図１及び２に示すように、クランプ装置５７は、真空グリッパ５２に取り付けてもよい。この場合、真空グリッパ５２は、ツール２８に対して成形膜６０を固定するために用いられる。

成形具５５は、成形膜６０の２つの対向する縁の上方で整列した状態で、クロス部材４６にそれぞれ取り付けられている。成形具５５の各々は、例えば限定するものではないが、電気式、空圧式、又は、油圧式のリニアアクチュエータを含みうる。このリニアアクチュエータは、外端に成形部材８０が設けられた伸縮アーム５８を有する。成形部材８０は、成形処理中に、成形膜６０の表面の一部の上をスムーズに滑動又は転動することが可能な形状を有する。成形部材８０は、低摩擦材料で形成されてもよいし、ローラを含んでもよい。いくつかの実施形態においては、成形部材８０は、ツール表面３０上で成形膜６０及びプライ２４を成形するために、成形膜６０に取り付けられている。図３及び１３に示すように、必要に応じて、フレーム４２に圧力リアクションボックス９０を設けてもよい。この圧力リアクションボックスは、複合プライ２４がツール２８に対して押し付けられたことが認識されたのち、複合プライ２４に対し、さらに圧力を加える機能を有する。

図４は、ベルヌーイグリッパ５４の好適な一形態を示す。本実施形態においては、ベルヌーイグリッパ５４の各々は、ベルヌーイカップ体６２を含み、このカップ体は、圧力源８２に接続された中央空気インレット６８を有する。カップ体６２の底部には、環状ノズル７４を形成する内部コーン７２が設けられている。インレット６８に流入した空気は、環状ノズル７４を通ってカップ体６２から流出し、カップ体６２の底部と複合プライ２４との間の間隙Ｇを通って、横方向外側に移動する流れ７６となる。横方向の空気の流れ７６により持ち上げ力Ｆが生じ、この持ち上げ力により、複合プライ２４が上方に引き寄せられて、カップ体６２の直下で浮遊した状態で保持される。以下に詳述する複合プライ成形処理において、複合プライ２４は、間隙Ｇによってベルヌーイグリッパ５４の下方で横方向に滑るが、当該複合プライは、輪郭付ツール表面３０の型の上で変形（２４ａ）する場合においても、ベルヌーイグリッパ５４により継続して把持される。ベルヌーイグリッパ５４に対する加圧空気の流れが止まると、持ち上げ力Ｆが取り除かれ、複合プライ２４が解放される。

図５を参照すると、真空グリッパ５２は、接着剤などの任意の適切な技術を用いて、成形膜６０の表面に取り付けることができる。これに代えて、真空グリッパ５２は、インサート成形又は同様の製造技術によって、成形膜６０と一体化されていてもよい。

図６に示すように、各ベルヌーイグリッパ５４は、真空グリッパ５２を取り付けるのに用いた技術と同様の技術によって、成形膜６０に取り付けることができる。ベルヌーイグリッパ５４は、成形膜６０に埋め込まれており、当該グリッパの底面は、成形膜６０の底面と略面一である。上述したように、複合プライ２４とベルヌーイグリッパ５４の底部との間には間隙Ｇが存在しているため、複合プライ成形処理において、複合プライ２４は、ベルヌーイグリッパ５４の下方で滑動（９８）することができる。いくつかの実施形態においては、真空グリッパ５２もまた、成形膜６０への埋め込みが必要であるか、或いは望ましい場合がある。

成形膜６０は、局所的に剛性を調整可能な局所補強材を含みうる。これにより、成形膜６０は、ツール表面３０の特定の領域により良く適合することができる。例えば、図７に示すように、成形膜６０に棒状部(baton)９２を組み込んでもよい。本実施例においては、棒状部は、成形膜６０の長手方向の中央線の両側に設けられている。同様に、成形膜６０の特定の領域、例えば、図８に示すように当該成形膜の中央線に沿って、或いは、図９に示すように当該成形膜の外縁に沿って、可撓性スプライン（flexible splines）９４を設けることにより、これらの領域における成形膜６０の剛性を低減することもできる。

次に、図１０、１１、及び１２に注目すると、これらの図には、上述したエンドエフェクタ３２を用いて、輪郭付ツール表面３０に対して複合プライ２４を載置、成形、及び、押圧する一連の動作が示されている。これらの図において、ツール２８の中央線１００から外側に離れた機械式アクチュエータ５６の位置は、明瞭化のため誇張されている。図１０において、複合プライ２４は、エンドエフェクタ３２によって予めピックアップされ、ツール２８の真上の位置に動かされ、ツールの中央線１００と位置合わせされている。次に、図１１に示すように、エンドエフェクタ３２が、複合プライ２４を下降させてツールに載置するとともに、クランプ装置５７が作動することにより、クランプ部材５９が、ツール２８上で成形膜６０及び複合プライ２４を固定する。このとき、複合プライ２４の中央は、ツール表面３０上の指標位置で静止した状態で保持され、複合プライ２４の残りの領域は、ベルヌーイグリッパ５４により非接触で保持される。

図１２を参照すると、複合プライ２４の中央がツール表面３０に対して固定された状態で、機械式アクチュエータ５６が作動する。これにより、成形アーム５８が伸びて、成形部材８０が、成形膜６０と係合し且つこれを下方に掃引し、これにより、複合プライ２４がツール表面３０に沿うように押し付けられる。複合プライ成形処理の結果として生じる押圧の程度によっては、複合プライ２４のさらなる押圧が必要であるか、或いは望ましい場合がある。したがって、必要に応じて、図１３に示すように、成形膜６０及び複合プライ２４の周りに圧力リアクションボックス９０を設けてもよい。圧力リアクションボックス９０の内部８８は、例えば圧力源８２（図３）を用いて加圧することができ、これによって、複合プライ２４に対してさらなる押圧力が加えられる。いくつかの実施形態においては、圧力リアクションボックス９０は、エンドエフェクタ３２に取り付けられるとともに、当該エンドエフェクタによって担持される。複合プライ２４の成形／押圧が終了すると、成形アーム５８を退避させ、真空グリッパ５２から真空を除去し、ベルヌーイグリッパ５４から圧力を除去することにより、エンドエフェクタ３２が、成形膜６０を持ち上げて複合プライ２４から離すことができるようにする。

図面には示していないが、追加のプライ２４をツール２８にレイアップする前に、バッキングフィルム分離器（backing film extractor）を使用して、複合プライ２４からバッキングフィルムを除去することができる。製造する構造体に適したプライスケジュールに従って追加のプライ２４をレイアップするために、上述したシーケンスを繰り返して行うことができる。ツール２８は、エンドエフェクタに対する配向を変えるために、必要に応じて位置合わせされてもよい。例えば、図１を参照すると、次に追加のプライ２４をレイアップする際に、ツール２８を異なる指標位置まで僅かに回転させることができる。

次に図１４に注目すると、同図には、輪郭付ツール表面３０に対して複合プライ２４を搬送及び成形する方法のステップが概略的に示されている。最初に９３において、エンドエフェクタ３２における複数の把持カップ５２、５４を用いて、複合プライ２４を把持する。９５において、エンドエフェクタ３２を用いて、輪郭付ツール表面３０に複合プライ２４を搬送する。９７において、エンドエフェクタ３２を用いて、輪郭付ツール表面３０に複合プライ２４を載置する。９９において、エンドエフェクタ３２を用いて、ツール表面３０上の複合プライ２４に成形膜６０を載置する。１０１において、輪郭付ツール表面３０に対して、成形膜６０及び複合プライ２４の一部を固定する。次に、１０３において、複合プライ２４の一部がツール表面３０に固定された状態で、輪郭付ツール表面３０に対して複合プライ２４を押付成形する。成形中、複合プライ２４は、把持カップ５４に対して滑動することができる。

図１５には、複雑なツール表面３０に対して複合プライ２４を搬送及び成形する代替の方法のステップが概略的に示されている。最初に１０４において、回転台２９又は同様の支持体にツール２８を取り付ける。１０６において、エンドエフェクタ３２を用いて、テーブル２６又は他の位置に複合プライ２４を配置する。１０８において、エンドエフェクタ３２と、真空グリッパ５２及びベルヌーイグリッパ５４の組み合わせを用いて、複合プライ２４を持ち上げて搬送する。１１０において、エンドエフェクタ３２を用いて、ツール２８に対する複合プライ２４の位置合わせ及び載置を行う。１１２において、クランプ装置５７を起動して、成形膜６０及び複合プライ２４をツール２８に固定する。１１４において、成形具５５を起動して、成形部材８０が、ツール表面３０に対して成形膜６０及び複合プライ２４を押付成形するようにする。プライ２４の成形中、成形膜６０及び複合プライ２４は、ベルヌーイグリッパ５４の下方で滑動することができる。任意ではあるが、１１６において、成形された複合プライ２４の周りに圧力リアクションボックス９０を配置して、圧力リアクションボックス９０内を加圧することにより、ツール２８に対して複合プライ２４をさらに押圧する。１１８において、成形部材８０を開始位置に戻すとともに、グリッパ５２、５４から真空及び圧力を除去して、成形膜６０をツール２８から解放する。１２０において、エンドエフェクタ３２は、成形膜６０を持ち上げてツール２８から離す。１２２において、バッキングフィルム分離器または同様の装置を用いて、複合プライ２４からバッキングフィルムを除去する。１２４において、別の複合プライ２４を成形する準備として、ツール２８を再度位置合わせする。１２６において、プライ２４のレイアップ及び成形のステップを繰り返す。

さらに、本開示は、以下に列記の付記に記載の例を含む。

Ａ１．輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を搬送及び成形するためのエンドエフェクタ（３２）であって、前記複合プライ（２４）を把持するように構成された少なくとも１つの真空グリッパ（５２）と、前記複合プライ（２４）を把持するように構成されたベルヌーイグリッパ（５４）であって、その際、当該ベルヌーイグリッパに対して前記複合プライ（２４）を滑動させることができる、ベルヌーイグリッパ（５４）と、前記複合プライ（２４）上に載置されるように構成された成形膜（６０）と、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して前記成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）を押付成形するために、前記成形膜（６０）と係合可能である成形具（５５）と、を備えるエンドエフェクタ。

Ａ２．前記真空グリッパ（５２）及び前記ベルヌーイグリッパ（５４）の各々は、前記成形膜（６０）に取り付けられている、Ａ１に記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ３．前記成形膜（６０）は可撓性且つ透過性であって、空気を通過させることができ、前記真空グリッパ（５２）及び前記ベルヌーイグリッパ（５４）は、前記真空グリッパ（５２）及び前記ベルヌーイグリッパ（５４）と、可撓性の前記成形膜（６０）との間を空気が通過できるように、前記成形膜（６０）に取り付けられている、Ａ１又はＡ２に記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ４．前記真空グリッパ（５２）及び前記ベルヌーイグリッパ（５４）の各々は、前記プライ（２４）の表面と面一になるように、前記成形膜（６０）に埋設されている、Ａ１、Ａ２、又は、Ａ３に記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ５．前記真空グリッパ（５２）は、真空源（８４）に接続可能に構成された吸着カップであり、前記ベルヌーイグリッパ（５４）は、空圧源（８２）と接続可能に構成されたベルヌーイカップである、Ａ１～Ａ４のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ６．少なくとも１つのクランプ装置（５７）をさらに含み、前記クランプ装置は、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して、前記成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）の一部を固定することにより、成形中、前記輪郭付ツール表面（３０）における前記複合プライ（２４）の位置を維持するように構成されている、Ａ１～Ａ５のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ７．前記成形具（５５）は、伸縮アーム（５８）を有する機械式アクチュエータ（５６）と、前記伸縮アーム（５８）における成形部材（８０）とを含み、前記成形部材は、前記成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）に接触して、前記成形膜及び前記複合プライを前記輪郭付ツール表面（３０）に押し付けて掃引するように構成されている、Ａ１～Ａ６のいずれか１つに記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ａ８．さらに、互いに離間して前記成形膜（６０）に取り付けられるとともに、各々が、圧力源（８２）に接続可能に構成されたベルヌーイグリッパ（５４）と、互いに離間した複数の成形具（５５）と、をさらに含み、前記成形具（５５）の各々は、成形部材（８０）を有する伸縮アーム（５８）を含み、前記成形部材は、前記成形膜（６０）に係合して、前記輪郭付ツール表面（３０）を横切って掃引するように構成されている、Ａ１～Ａ７のいずれかに記載のエンドエフェクタ（３２）。

Ｂ１．輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を載置及び成形するための装置であって、マニピュレータ（２０）と、前記マニピュレータ（２０）に取り付けられるとともに、前記マニピュレータによって動かされるフレーム（４２）と、前記フレーム（４２）により支持されるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）上に配置されるように構成された可撓性成形膜（６０）と、前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられるとともに、前記複合プライ（２４）に係合してこれを把持するように構成された少なくとも１つの真空吸着カップ（５２）と、前記フレーム（４２）により支持されるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）において、前記可撓性成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）の一部を固定するように構成されたクランプ装置（５７）と、前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられるとともに、前記複合プライ（２４）を把持するように構成された複数のベルヌーイカップ（５４）であって、前記輪郭付ツール表面（３０）における前記複合プライ（２４）の成形中、前記複合プライ（２４）を滑動可能に把持する、ベルヌーイカップと、前記フレーム（４２）に取り付けられるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して前記可撓性成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）を押付成形するように構成された複数の成形具（５５）と、を含む装置。

Ｂ２．前記可撓性成形膜（６０）は透過性であって、空気を通過させることができ、前記真空吸着カップ（５２）は、前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられている、Ｂ１に記載の装置。

Ｂ３．前記ベルヌーイカップ（５４）は、前記可撓性成形膜（６０）に埋設されている、Ｂ１又はＢ２に記載の装置。

Ｂ４．前記成形具（５５）の各々は、伸縮アーム（５８）を有するアクチュエータ（５６）と、伸長して前記可撓性成形膜（６０）の一部と係合することができる成形部材（８０）とを含む、Ｂ１、Ｂ２、又は、Ｂ３に記載の装置。

Ｂ５．前記可撓性成形膜（６０）は、前記可撓性成形膜（６０）に対して局所的に調整された剛性を付与する構造体（９２、９４）を含む、Ｂ１～Ｂ４のいずれか１つに記載の装置。

Ｂ６．前記構造体（９２、９４）は、前記可撓性成形膜（６０）に組み込まれた棒状部（９２）、及び、前記可撓性成形膜に組み込まれたスプライン（９４）のうちの少なくとも一方を含む、Ｂ１～Ｂ５のいずれか１つに記載の装置。

Ｂ７．前記可撓性成形膜（６０）及び前記輪郭付ツール表面（３０）を囲むように構成された圧力リアクションボックス（９０）をさらに含み、前記圧力リアクションボックス（９０）は、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を押圧するための真空源（８４）に接続されている、Ｂ１～Ｂ６のうちのいずれか１つに記載の装置。

Ｂ８．前記圧力リアクションボックス（９０）は、前記フレーム（４２）に取り付けられている、Ｂ７に記載の装置。

Ｃ１．輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を搬送及び成形する方法であって、マニピュレータ（２０）に接続可能に構成されたエンドエフェクタ（３２）における複数の把持カップ（５２、５４）を用いて、前記複合プライ（２４）を把持することと、前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、前記輪郭付ツール表面（３０）に前記複合プライ（２４）を搬送することと、前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、輪郭付ツール表面（３０）に前記複合プライ（２４）を載置することと、前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、前記輪郭付ツール表面（３０）における前記複合プライ（２４）上に成形膜（６０）を載置することと、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して、前記成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）の一部を固定することと、前記複合プライ（２４）の一部が前記輪郭付ツール表面（３０）に固定された状態で、前記複合プライ（２４）を前記輪郭付ツール表面（３０）に対して押付成形することと、を含み、前記複合プライ（２４）が前記輪郭付ツール表面（３０）に対して押付成形されている間、前記複合プライ（２４）が、前記把持カップ（５２、５４）のうちの少なくとも所定のカップ（５４）に対して滑動しうるように構成されている、方法。

Ｃ２．前記複合プライ（２４）の成形は、前記エンドエフェクタ（３２）に担持される複数の成形具（５５）を用いて行われる、Ｃ１に記載の方法。

Ｃ３．前記複合プライ（２４）の把持は、前記エンドエフェクタ（３２）に担持される複数のベルヌーイカップ（５４）を用いて行われる、Ｃ１又はＣ２に記載の方法。

Ｃ４．前記成形膜（６０）を前記エンドエフェクタ（３２）に取り付けることをさらに含む、Ｃ１、Ｃ２、又は、Ｃ３に記載の方法。

本開示の実施形態は、様々な潜在的用途において使用可能であり、特に、航空宇宙、船舶、自動車を例とする輸送業における用途や、航空機における燃料系及び油圧系を例とする加圧流体チューブを用いる他の用途において使用可能である。したがって、図１６及び１７を参照すると、本開示の実施形態を、図１６に示すように航空機の製造及び保守方法１２８において使用し、図１７に示すように航空機１３０において使用することができる。本開示の実施形態における航空機の用途は、例えば限定するものではないが、複雑な特異部及び表面を有する複合構造体を含みうる。生産開始前の工程として、例示的な方法１２８は、航空機１３０の仕様決定及び設計１３２と、材料調達１３４とを含む。生産中の工程として、航空機１３０の部品及び小組立品の製造１３６、並びに、システムインテグレーション１３８が行われる。その後、航空機１３０は、認可及び納品１４０の工程を経て、就航期間１４２に入る。顧客による就航期間中は、航空機１３０は、定例のメンテナンス及び保守１４４のスケジュールに組み込まれるが、これは改良、再構成、改修なども含みうる。

方法１２８の各工程は、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）によって実行又は実施することができる。なお、システムインテグレータは、航空機メーカー及び主要システム下請業者をいくつ含んでもよいが、これに限定されない。第三者は、売主、下請業者、及び供給業者をいくつ含んでもよいが、これに限定されない。オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織等であってもよい。

図１７に示すように、例示的な方法１２８によって製造される航空機１３０は、複数のシステム１４８及び内装１５０を備える機体１４６を含みうる。高水準システム１４８の例としては、推進系１５２、電気系１５４、油圧系１５６、及び、環境系１５８のうちの１つ又は複数が挙げられる。また、その他のシステムをいくつ含んでもよい。航空宇宙産業に用いた場合を例として説明したが、本開示の原理は、船舶や自動車産業などの他の産業に適用することもできる。

本明細書で具現化されるシステム及び方法は、製造及び保守方法１２８における１つ又は複数のどの段階において使用してもよい。例えば、製造工程１３６に対応する部品又は小組立品は、航空機１３０の就航期間中に製造される部品又は小組立品と同様に組み立て又は製造することができる。また、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又は、これらの組み合わせを、製造段階１３６及び１３８で用いることによって、例えば、実質的に航空機１３０の組立速度を大幅に早めたりコストを削減したりすることができる。同様に、１つ又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又は、これらの組み合わせを、航空機１３０の就航期間中に、例えば限定するものではないが、整備及び保守１４４に用いることもできる。

本明細書において、「少なくとも１つの」との語句が、要素の列挙とともに用いられる場合、列挙された要素のうちの１つ又は複数を様々な組み合わせで使用する場合もあるし、列挙された要素のうちの１つのみを必要とする場合もあることを意味する。例えば、「要素Ａ、要素Ｂ、及び要素Ｃのうちの少なくとも１つ」は、限定するものではないが、要素Ａ、要素Ａと要素Ｂ、又は、要素Ｂを含みうる。また、この例では、要素Ａと要素Ｂと要素Ｃ、又は、要素Ｂと要素Ｃを含む場合もある。要素は、特定の対象、物、又はカテゴリであってもよい。すなわち、「少なくとも１つの」は、列挙された要素を任意の組み合わせで任意の数だけ使用してもよいが、列挙された要素の全てを必要としない場合もあることを意味する。

様々な実施形態の説明は、例示及び説明を目的として提示したものであり、全てを網羅したり、開示した態様の実施形態に限定したりすることを意図するものではない。多くの改変又は変形が当業者には明らかであろう。さらに、異なる例示的な実施形態は、他の例示的な実施形態とは異なる効果をもたらす場合がある。選択した実施形態は、実施形態の原理及び実際の用途を最も的確に説明するために、且つ、当業者が、想定した特定の用途に適した種々の改変を加えた様々な実施形態のための開示を理解できるようにするために、選択且つ記載したものである。

Claims (12)

1. 輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を載置及び成形するための装置であって、
   マニピュレータと、
   前記マニピュレータに取り付けられるとともに、前記マニピュレータによって動かされるフレーム（４２）と、
   前記フレーム（４２）により支持されるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）上に配置されるように構成された可撓性成形膜（６０）と、
   前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられるとともに、前記複合プライ（２４）に係合してこれを把持するように構成された少なくとも１つの真空吸着カップ（５２）であって、前記可撓性成形膜（６０）の中央線に沿って設けられており、前記複合プライ（２４）の一部を前記可撓性成形膜（６０）に対して固定する、少なくとも１つの真空吸着カップ（５２）と、
   前記フレーム（４２）により支持されるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）において、前記可撓性成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）の一部を固定するように構成されたクランプ装置と、
   前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられるとともに、前記複合プライ（２４）を把持するように構成された複数のベルヌーイカップ（５４）であって、前記輪郭付ツール表面（３０）における前記複合プライ（２４）の成形中、前記複合プライ（２４）が下方で滑動しうるように当該複合プライを把持し、前記複合プライ（２４）の縁が前記可撓性成形膜（６０）に対して滑動しうるように配置された、ベルヌーイカップと、
   前記フレーム（４２）に取り付けられるとともに、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して、前記可撓性成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）を押付成形するように構成された複数の成形具（５５）と、を含む装置。
2. 前記可撓性成形膜（６０）は透過性であって、空気を通過させることができ、
   前記真空吸着カップ（５２）は、前記可撓性成形膜（６０）に取り付けられている、請求項１に記載の装置。
3. 前記ベルヌーイカップ（５４）は、前記可撓性成形膜（６０）に埋設されている、請求項１又は２に記載の装置。
4. 前記成形具（５５）の各々は、伸縮アーム（５８）を有するアクチュエータ（５６）と、伸長して前記可撓性成形膜（６０）の一部と係合することができる成形部材（８０）とを含む、請求項１～３のいずれか１つに記載の装置。
5. 前記可撓性成形膜（６０）は、前記可撓性成形膜（６０）に対して局所的に調整された剛性を付与する構造体（９２、９４）を含む、請求項１～４のいずれか１つに記載の装置。
6. 前記構造体（９２、９４）は、
   前記可撓性成形膜（６０）に組み込まれた棒状部（９２）、及び、
   前記可撓性成形膜に組み込まれたスプライン（９４）、
   のうちの少なくとも一方を含む、請求項５に記載の装置。
7. 前記可撓性成形膜（６０）及び前記輪郭付ツール表面（３０）を囲むように構成された圧力リアクションボックス（９０）をさらに含み、前記圧力リアクションボックス（９０）は、前記輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を押圧するための真空源（８４）に接続されている、請求項１～６のうちのいずれか１つに記載の装置。
8. 前記圧力リアクションボックス（９０）は、前記フレーム（４２）に取り付けられている、請求項７に記載の装置。
9. 輪郭付ツール表面（３０）に対して複合プライ（２４）を搬送及び成形する方法であって、
   マニピュレータに接続可能に構成されたエンドエフェクタ（３２）における複数の把持カップ（５２、５４）であって、前記複数の把持カップ（５２、５４）は、少なくとも一つの真空グリッパ（５２）および少なくとも一つのベルヌーイグリッパ（５４）を含み且つ前記エンドエフェクタ（３２）の可撓性成形膜（６０）に取り付けられており、前記少なくとも一つの真空グリッパ（５２）は前記可撓性成形膜（６０）の中央線に沿って設けられて前記複合プライ（２４）の一部を前記可撓性成形膜（６０）に対して固定し、前記少なくとも一つのベルヌーイグリッパは前記複合プライ（２４）の縁が前記可撓性成形膜（６０）に対して滑動しうるように配置されている、複数の把持カップ（５２、５４）を用いて、前記複合プライ（２４）を把持することと、
   前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、前記輪郭付ツール表面（３０）に前記複合プライ（２４）を搬送することと、
   前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、前記輪郭付ツール表面（３０）に前記複合プライ（２４）を載置することと、
   前記エンドエフェクタ（３２）を用いて、前記輪郭付ツール表面（３０）における前記複合プライ（２４）上に成形膜（６０）を載置することと、
   前記輪郭付ツール表面（３０）に対して、前記成形膜（６０）及び前記複合プライ（２４）の一部を固定することと、
   前記複合プライ（２４）の前記一部が前記輪郭付ツール表面（３０）に固定された状態で、前記複合プライ（２４）を前記輪郭付ツール表面（３０）に対して押付成形することと、を含み、前記複合プライ（２４）が前記輪郭付ツール表面（３０）に対して押付成形されている間、前記複合プライ（２４）が、前記少なくとも一つのベルヌーイグリッパ（５４）に対して滑動しうるように構成されている、方法。
10. 前記複合プライ（２４）の成形は、前記エンドエフェクタ（３２）に担持される複数の成形具（５５）を用いて行われる、請求項９に記載の方法。
11. 前記複合プライ（２４）の把持は、前記エンドエフェクタ（３２）に担持される複数のベルヌーイカップ（５４）を用いて行われる、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記成形膜（６０）を前記エンドエフェクタ（３２）に取り付けることをさらに含む、請求項９～１１のいずれか１つに記載の方法。

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