JP7396797B2 - 複合積層体形成装置およびその方法 - Google Patents

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Description

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

Claims (13)

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