KR101962983B1 - 복합물 적층 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

복합 테이프는 기판의 길이를 따라 테이프 적층 헤드를 이동시키기 위해 갠트리를 사용하여 기판 상에 적층된다. 적층 헤드는 기판의 폭을 가로질러 확장되는 갠트리에 빔을 따라 이동하기 위해 장착된다. 적층의 방향은 빔의 각도 방향을 변경시킴으로써 변경될 수 있다.

Description

복합물 적층 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR LAMINATING COMPOSITES}

본 발명은 일반적으로 복합 구조물의 제조에 관한 것으로, 특히 자동화 플라이 적층을 이용하여 구조물을 레이업(lay up)하기 위한 방법 및 장치를 다룬다.

자동차, 해양 및 항공 우주 산업에 사용되는 것과 같은 복합 구조물은, 일반적으로 자동 섬유 배치(automated fiber placement: AFP) 기계 및 복합 테이프 레이업 기계(composite tape layup machine: CTLM)로 불리는 자동화된 복합 재료 응용 기계를 사용하여 제조될 수 있다. 이들 기계는, 예를 들어 도구(tool) 상에 압축(compact)되어 있는 단일의 넓은 균일한 대역폭을 형성하는 연속적인 에지-투-에지 접촉(edge-to-edge contact: 가장자리 대 가장자리 접촉)으로 복수의 테이프 스트립을 배치함으로써 대규모 구조물을 제작하기 위해, 항공 우주 응용에 사용될 수 있다.

위에서 설명한 기계는, 다른 것들과 독립적으로 인접한 테이프 스트립의 일부 또는 전부를 추가하거나 감소, 절단하는 능력을 포함하여 비교적 높은 운영 유연성의 정도를 갖는 섬유 배치 헤드를 채용한다. 그러나, 이들 기계는 제로도 섬유 방향(zero degree fiber orientation)을 갖는 긴 테이프 코스(course: 과정), 및 비제로도 섬유 방향의 많은 짧은 테이프 코스를 필요로 하는 스파(spar) 및 스트링거(stringer)와 같은 비교적 길고 좁은 구조물을 레이업(lay up)하는데 적합하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제한 없이, 위에서 언급한 자동화된 기계는 형성 중에 링클링(wrinkling: 주름)이 적용되지 않는 긴 제로도 테이프 코스를 레이다운(lay down)하는데 어려움을 가질 수 있고, 많은 급속한 시작-정지 기계 이동을 필요로 하는 비교적 짧은 비제로 테이프 코스를 레이다운하는데 유효하지 않을 수 있다.

따라서, 플라이 링클링을 감소시키거나 제거하고, 재료 폐기물을 줄이며, 비제로 방향으로 된 테이프 코스의 레이다운 속도를 증가시키는 비교적 길고 좁은 부품을 레이업하는데 적합한 자동화된 복합 테이프 적층을 위한 방법 및 장치에 대한 필요가 있다.

개시된 실시예는, 단방향 복합 테이프로부터 형성된 섬유 방향이 서로 다른 여러 플라이를 구비하는 스트링거 및 스파와 같은 비교적 길고 좁은 적층 구조물을 적층하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 이 실시예는 폭이 좁은 테이프를 사용하고, 폐기물을 줄이기 위해 길고 좁은 부품의 폭 치수를 잘 매칭할 수 있다. 비교적 긴 제로도 테이프 코스는 향상된 링클 감소 측정 방법으로 적층될 수 있고, 비제로 테이프 코스는 적층 속도를 증가시키면서 재료 폐기물을 줄일 수 있는 방식으로 효과적으로 가로놓이거나 절단될 수 있다. 이 장치는 폐기물을 제거하는 절단을 행하기 위해 다른 절단 각도로 회전될 수 있는 급속 단두대형 테이프 커터(cutter: 절단기)인 점에 특징이 있다. 테이프의 아주 짧은 코스는 신속하게 적층될 수 있다. 단두대형 커터는 빠른 커터 이동을 달성하기 위해 특별히 설계된 보이스 코일 액추에이터인 점에 특징이 있다. 커터 블레이드는 테이프 장력에서의 바람직하지 않은 스파이크(spike)를 줄이기 위해 테이프의 이동과 함께 선회(pivot)한다. 적층 헤드는 인접한 테이프 스트립 사이의 간극(gap)을 조정하기 위해 횡으로 조정할 수 있는 여러 테이프 제어 모듈을 구비한다. 제로도 코스를 적층하기 위해 사용되는 테이프 제어 모듈은 플라이 링클링을 줄일 수 있는 불연속 테이프 코스를 형성하기 위해 상당한 간극 없이 테이프 세그먼트 사이의 절단을 허용한다. 적층 헤드는, 원하는 경우, 테이프 스트립 사이의 간극이 변화될 수 있도록 서로에 관하여 정확하게 위치결정될 수 있다.

하나의 개시된 실시예에 따르면, 제1 축을 따라 기판에 대해 이동가능한 라미네이터를 구비한 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 장치가 제공된다. 라미네이터는 이격된 제1 및 제2 지지대와 제2 축을 따라 기판을 가로질러 연장되는 빔을 포함하고 있다. 빔과 지지대의 각각 사이의 피봇 연결부(pivotal connection)는 제1 축에 관하여 빔의 각도 방향(angular orientation)의 변화를 허용한다. 이 장치는 상기 빔 상에 형성되어 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 적어도 하나의 테이프 적층 헤드를 더 구비한다. 라미네이터는 복수의 빔과 이들 빔 각각의 테이프 적층 헤드를 포함할 수 있다. 이 장치는 제1 축에 관하여 빔 각각의 각도 방향의 변화를 허용하기 위해 빔과 지지대(support)의 각각 사이에 형성된 복수의 피봇 연결부를 더 구비한다. 상기 지지대는 제1 축에 실질적으로 평행한 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하다. 상기 빔과 상기 지지대 중 하나 사이의 슬라이드가능한 연결부는 빔의 각도 방향이 변화될 때 상기 빔이 상기 지지대에 관하여 슬라이드되도록 한다. 상기 테이프 적층 헤드는, 상기 빔을 따라 실질적으로 평행 이동하기 위해 장착된 복수의 캐리지, 및 상기 캐리지의 각각에 형성되어 기판에 복합 테이프의 스트립을 레이다운하기 위한 테이프 제어 모듈을 포함하고 있다.

다른 실시예에 따르면, 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 축을 따라 테이프 라미네이터 및 기판을 상대적으로 이동시키는 단계; 라미네이터 및 기판이 서로에 대해 이동함에 따라 라미네이터로서의 캔트리 상의 빔을 따라 테이프 제어 모듈을 이동시키는 단계를 구비한다. 이 방법은 테이프 제어 모듈을 이용하여 기판에 복합 테이프의 적어도 하나의 스트립을 적층하는 단계; 및 축에 관하여 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계를 더 구비한다. 빔의 각도 방향을 변경하는 것은 빔을 선회(pivot)시킴으로써 수행된다.

다른 실시예에 따르면, 복합 테이프 적층 헤드는 복합 테이프의 공급장치와 기판에 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러를 구비한다. 헤드는 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리와, 압축 롤러로 공급되는 테이프를 절단하기 위한 왕복 커터 블레이드를 포함하는 커터 어셈블리를 더 포함하고 있다. 커터 어셈블리는 복수의 절단 각도 중의 어느 하나로 커터 블레이드을 회전시키기 위한 회전자 어셈블리(rotor assembly)를 포함하고 있다. 회전자 어셈블리는 하우징과 이 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더를 포함하고 있고, 커터 어셈블리는 커터 블레이드와 결합되어 실린더 내에 왕복 이동가능하게 장착된 피스톤을 포함하고 있다.

다른 실시예에 따르면, 기판의 가장자리에 비스듬한 각도로 기판을 가로질러 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계를 구비하는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 상기 기판 가장자리에 실질적으로 평행하게 테이프를 절단하는 단계와 기판 상으로 테이프를 압축하는 단계를 포함하고서, 적층 헤드가 기판 위로 이동하고 있는 동안 복합 테이프의 길이를 절단하는 단계를 더 구비한다.

다른 실시예에 따르면, 복합 테이프 적층 헤드는 복합 테이프의 공급장치, 기판 위로 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러, 및 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리를 구비하고 있다. 적층 헤드는, 테이프가 절단되는 동안 테이프와 함께 이동가능한 절단 블레이드를 포함하고서, 테이프를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 더 구비하고 있다. 테이프 절단 어셈블리는 헤드 상에 블레이드를 선회가능하게 장착하기 위한 트러니언(trunnion)을 포함하고 있다. 블레이드는 절단 중에 원호(arc)를 따라 선회가능하고, 테이프 절단 어셈블리는 블레이드가 테이프를 절단하는 앤빌(anvil)을 포함하고 있으며, 앤빌은 블레이드와 함께 원호를 따라 선회가능하게 되어 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 기판을 가로질러 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계와, 적층 헤드 상의 압축 롤러로 복합 테이프를 공급하는 단계를 구비하는 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 블레이드가 테이프를 절단하는 동안 테이프와 함께 블레이드를 이동시키는 단계를 포함하고서, 적층 헤드가 기판 위로 이동하는 동안 절단 블레이드를 이용하여 복합 테이프의 길이를 절단하는 단계를 더 구비한다. 이 방법은 또한 기판 상으로 테이프를 압축하는 단계를 구비하고 있다. 테이프와 함께 블레이드를 이동시키는 단계는, 실질적으로 같은 속도로 원호를 따라 블레이드와 테이프를 이동시키는 단계를 포함하고 있다.

더욱 다른 실시예에 따르면, 복합 테이프 적층 헤드는 복합 테이프의 공급장치와, 기판 상으로 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러를 구비하고 있다. 헤드는 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리, 및 이동가능한 절단 블레이드와 블레이드가 테이프를 절단하는 이동가능한 앤빌을 포함하고서, 테이프를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 더 구비하고 있다. 적층 헤드는 블레이드와 앤빌을 서로 동기하여 이동시키기 위한 구동 시스템을 더 구비하고 있다. 블레이드 및 앤빌은 각각 회전가능하고, 구동 시스템은 실질적으로 동일한 회전 속도로 블레이드와 앤빌을 각각 회전시키기 위한 한 쌍의 모터를 포함하고 있다.

더욱 다른 실시예에 따르면, 기판 위로 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계와, 적층 헤드 상의 압축 롤러로 복합 테이프를 공급하는 단계를 구비하는 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 실질적으로 동일한 회전 속도로 절단 블레이드와 앤빌을 회전시키는 단계, 절단 블레이드와 앤빌을 이용하여 테이프를 절단하는 단계, 및 기판 상으로 테이프를 압축하는 단계를 더 구비하고 있다. 블레이드와 앤빌을 회전시키는 단계는, 별도의 모터를 이용하여 블레이드와 앤빌을 회전시키는 단계와 모터의 속도를 동기화시키는 단계를 포함하고 있다. 테이프를 절단하는 단계는 회전하는 블레이드와 회전하는 앤빌 사이의 닙(nip)에 테이프를 공급하는 단계를 포함하고 있다.

더욱 다른 실시예에 따르면, 길이와 폭을 갖는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 장치가 제공된다. 이 장치는 적어도 기판의 길이를 따라 이동가능한 제1 라미네이터를 구비하고 있다. 제1 라미네이터는 한 쌍의 이동가능한 지지대 및 기판의 폭을 가로질러 연장되어 지지대의 각각과 결합된 빔을 포함하고 있다. 이 장치는 또한 빔 상에 장착되어 빔을 따라 이동가능하되 기판의 폭을 가로질러 복합 테이프를 적층하기 위한 제1 적층 헤드를 구비하고 있다. 제1 적층 헤드는 복합 테이프의 공급장치, 기판 상으로 테이프를 압축하기 위한 압축 롤러, 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리, 및 압축 롤러로 공급되는 테이프의 길이를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 포함하고 있다. 테이프 절단 어셈블리는 테이프와 함께 이동하기 위해 그리고 복수의 절단 각도 위치 중의 어느 하나로 회전가능하게 장착된 절단 블레이드를 포함하고 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 기판의 길이를 따라 제1 라미네이터와 기판을 상대적으로 이동시키는 단계와 제1 라미네이터의 제1 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 폭을 가로질러 테이프를 적층하는 단계를 구비하는 길이와 폭을 갖는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 기판의 길이를 따라 제2 라미네이터와 기판을 상대적으로 이동시키는 단계와 제2 라미네이터의 제2 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 길이를 따라 테이프를 적층하는 단계를 더 구비하고 있다.

요약하면, 본 발명의 한 국면(局面)에 따르면, 제1 축을 따라 기판에 대해 이동가능하되, 이격된 제1 및 제2 지지대와 제2 축을 따라 기판을 가로질러 연장되는 빔을 포함하는 라미네이터; 빔과 지지대의 각각 사이에 형성되어 제1 축에 관하여 빔의 각도 방향의 변화를 허용하기 위한 피봇 연결부; 및 빔 상에 형성되어 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 적어도 하나의 테이프 적층 헤드를 포함하고서 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 장치는 상기 라미네이터가 복수의 빔과, 이 빔의 각각에 형성되어 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 테이프 적층 헤드를 포함하고, 상기 장치가 빔과 지지대의 각각 사이에 형성되어 제1 축에 관하여 빔의 각각의 각도 방향의 변화를 허용하기 위한 복수의 피봇 연결부를 더 구비하고 있다.

바람직하게는, 상기 장치는 상기 지지대가 제1 축에 실질적으로 평행한 방향으로 서로 독립적으로 이동가능하다.

바람직하게는, 상기 장치는 상기 빔과 상기 지지대 중 하나 사이에 형성되어 상기 빔이 그 하나의 지지대에 관하여 슬라이드하도록 하기 위한 슬라이드가능한 연결부를 더 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 테이프 적층 헤드가 상기 빔을 따라 실질적으로 평행 이동을 위해 장착된 복수의 캐리지; 상기 캐리지의 각각에 형성되어 기판에 복합 테이프의 스트립을 레이다운하기 위한 적어도 하나의 테이프 제어 모듈; 및 상기 빔의 각도 방향이 변경될 때 서로에 관하여 테이프 제어 모듈을 정렬하기 위한 수단을 포함하고 있다.

본 발명의 다른 국면에 따르면, 축을 따라 테이프 라미네이터 및 기판을 상대적으로 이동시키는 단계; 라미네이터의 빔을 따라 테이프 제어 모듈을 이동시키는 단계; 테이프 제어 모듈을 이용하여 기판에 복합 테이프의 적어도 하나의 스트립을 적층하는 단계; 및 축에 관하여 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계를 포함하고서, 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계가 빔을 선회시킴으로써 수행된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계가 상기 빔의 단부에 각각 2개의 지지대를 상대적으로 이동시킴으로써 수행된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 축에 관하여 상기 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계가 상기 지지대 중 하나에 관하여 상기 빔을 선형으로 슬라이딩시키는 단계를 포함하고, 상기 방법이 상기 빔의 각도 방향의 변경에 기초해서 상기 테이프 제어 모듈의 시작 위치를 변경시키는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 복합 테이프의 공급장치; 기판에 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러; 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리; 및 압축 롤러로 공급되는 테이프를 절단하기 위한 왕복 커터 블레이드를 포함하는 커터 어셈블리를 포함하되, 커터 어셈블리가 복수의 절단 각도 중의 어느 하나로 커터 블레이드를 회전시키기 위한 회전자 어셈블리를 포함하고 있는 복합 테이프 적층 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 회전자 어셈블리가 하우징, 이 하우징에 회전가능하게 장착된 실린더, 및 커터 블레이드와 결합되어 실린더 내에 왕복 이동가능하게 장착된 피스톤을 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 상기 회전자 어셈블리가 복수의 회전 위치 중의 어느 하나로 실린더를 회전시키기 위해 실린더와 결합된 액추에이터를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 상기 커터 어셈블리가 압축 공기 소스와 결합되도록 채용된 밸브, 및 이 밸브를 작동시키기 위한 전기 음성 코일을 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 상기 커터 어셈블리가 테이프가 블레이드에 의해 절단될 수 있는 앤빌을 더 포함하며, 엔빌이 실린더와 회전가능하게 결합된다.

본 발명의 더욱이 또 다른 국면에 따르면, 기판의 가장자리에 비스듬한 각도로 기판을 가로질러 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계; 상기 기판 가장자리에 실질적으로 평행하게 테이프를 절단하는 단계를 포함하고서, 적층 헤드가 기판을 가로질러 이동하는 동안 복합 테이프의 길이를 절단하는 단계; 및 기판 상으로 테이프를 압축하는 단계를 포함하는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 적층 헤드 상의 압축 롤러에 복합 테이프를 공급하는 단계를 더 포함하고, 상기 테이프를 압축하는 단계가 적층 헤드 상의 압축 롤러에 의해 수행된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 절단 블레이드를 왕복 이동시키는 단계, 및 상기 블레이드를 기판의 가장자리와 실질적으로 평행하게 방향을 맞추는(orienting) 단계를 포함하는 테이프의 길이를 절단하는 단계를 더 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 블레이드를 회전시키는 단계를 포함하는 상기 블레이드의 방향을 맞추는 단계를 더 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 블레이드를 이용하여 앤빌에 대해 테이프를 절단하는 단계, 및 블레이드의 방향에 기초한 위치로 앤빌의 방향을 맞추는 단계를 포함하는 테이프의 길이를 절단하는 단계를 더 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 복합 테이프의 공급장치; 기판 위로 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러; 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리; 및 테이프가 절단됨에 따라 테이프와 함께 이동가능한 절단 블레이드를 포함하고서, 테이프를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 포함하는 복합 테이프 적층 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 테이프 절단 어셈블리가 헤드 상에 블레이드를 선회가능하게 장착하기 위한 트러니언(trunnion)을 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 블레이드가 절단 중에 원호(arc)를 따라 선회가능하고, 테이프 절단 어셈블리는 블레이드가 테이프를 절단하는 앤빌을 포함하고 있으며, 앤빌은 블레이드와 함께 원호를 따라 선회가능하다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 프레임을 더 포함하고, 테이프 절단 어셈블리는 프레임에 선회가능하게 장착된다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 테이프 절단 어셈블리가 헤드에 대한 복수의 절단 각도 중의 어느 하나로 회전가능하다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 기판을 가로질러 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계; 적층 헤드 상의 압축 롤러로 복합 테이프를 공급하는 단계; 및 블레이드가 테이프를 절단함에 따라 테이프와 함께 블레이드를 이동시키는 단계를 포함하고서, 적층 헤드가 기판 위로 이동함에 따라 절단 블레이드를 이용하여 복합 테이프의 길이를 절단하는 단계를 포함하는 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 테이프와 함께 블레이드를 이동시키는 단계가 상기 블레이드 및 상기 테이프를 원호를 따라 이동시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 블레이드가 테이프와 실질적으로 동일한 속도로 원호를 따라 이동된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 절단 블레이드를 이용하여 테이프의 길이를 절단하는 단계가 앤빌에 대해 테이프를 절단하는 단계; 및 블레이드와 함께 앤빌을 이동시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 테이프와 함께 절단 블레이드를 이동시키는 단계가 테이프가 압축 롤러로 공급됨에 따라 블레이드를 선회시키는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 복합 테이프의 공급장치; 기판 상으로 테이프를 압축하도록 채용된 압축 롤러; 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리; 이동가능한 절단 블레이드와 블레이드가 테이프를 절단하는 이동가능한 앤빌을 포함하고서, 테이프를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리; 및 블레이드와 앤빌을 서로 동기하여 이동시키기 위한 구동 시스템을 포함하는 복합 테이프 적층 헤드가 제공된다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 블레이드 및 앤빌이 각각 회전가능하다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 구동 시스템이 실질적으로 동일한 회전 속도로 블레이드와 앤빌을 각각 회전시키기 위한 한 쌍의 모터를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 상기 모터가 실질적으로 동일한 속도로 블레이드 및 앤빌을 각각 회전시키도록 동기화된다.

바람직하게는, 상기 헤드는, 테이프 절단 어셈블리가 하우징; 및 하우징에 회전을 위해 축받이(journal)되고, 그것과 함께 회전하기 위해 거기에 고정된 블레이드 및 앤빌을 각각 갖는 제1 및 제2 회전자를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 기판 위로 테이프 적층 헤드를 이동시키는 단계; 적층 헤드 상의 압축 롤러로 복합 테이프를 공급하는 단계; 실질적으로 동일한 회전 속도로 절단 블레이드와 앤빌을 회전시키는 단계; 절단 블레이드와 앤빌을 이용하여 테이프를 절단하는 단계; 및 기판 상으로 테이프를 압축하는 단계를 포함하는 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 블레이드 및 앤빌을 회전시키는 단계가, 별도의 모터를 이용하여 블레이드와 앤빌을 회전시키는 단계; 및 모터의 속도를 동기화시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 테이프를 절단하는 단계가 회전하는 블레이드와 회전하는 앤빌 사이의 닙(nip)에 테이프를 공급하는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 테이프를 절단 및 압축하는 단계가, 테이프 세그먼트 사이에 간극 없이 실질적으로 일련의 인접하는 테이프 세그먼트를 절단 및 압축함으로써 기판에 불연속 테이프 코스를 형성하는 단계를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 적어도 기판의 길이를 따라 이동가능하되, 한 쌍의 이동가능한 지지대 및 기판의 폭을 가로질러 연장되어 지지대의 각각과 결합된 빔을 포함하고 있는 제1 라미네이터; 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 빔 상에 장착되어 빔을 따라 이동가능한 제1 적층 헤드를 포함하되, 제1 적층 헤드가 복합 테이프의 공급장치, 기판 상으로 테이프를 압축하기 위한 압축 롤러, 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리, 및 압축 롤러로 공급되는 테이프의 길이를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 포함하고 있고, 테이프 절단 어셈블리가 테이프와 함께 이동하기 위해 장착되되 복수의 절단 각도 위치 중의 어느 하나로 회전가능하게 장착된 절단 블레이드를 포함하고 있는 길이와 폭을 갖는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 다른 장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 장치는, 빔과 지지대 사이에 형성되어 빔의 각도 방향의 변화를 허용하는 피봇 연결부를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는, 제1 적층 헤드가 기판의 폭을 가로질러 복합 테이프를 적층하고, 지지대가 기판의 길이를 따라 서로에 대해 이동가능하다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 테이프 절단 어셈블리가 테이프 절단 중에 테이프 및 블레이드와 함께 원호를 통해 이동가능한 앤빌을 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 장치는, 기판의 폭을 가로질러 연장되는 빔을 포함하고서 상기 기판의 길이를 따라 이동가능한 제2 라미네이터; 및 제2 라미네이터의 빔에 장착되어 상기 기판의 길이를 따라 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 제2 적층 헤드를 더 포함하되, 상기 제2 적층 헤드가 복합 테이프의 공급장치, 기판 상으로 테이프를 압축하기 위한 압축 롤러, 테이프 공급장치로부터 압축 롤러로 테이프를 공급하기 위한 테이프 공급 어셈블리, 및 압축 롤러로 공급되는 테이프의 길이를 절단하기 위한 테이프 절단 어셈블리를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 제2 적층 헤드의 테이프 절단 어셈블리가 회전하는 커터 블레이드, 회전하는 앤빌 및 실질적으로 동일한 회전 속도로 블레이드와 앤빌을 각각 회전시키기 위해 서로 동기화되는 한 쌍의 모터를 포함하고 있다.

본 발명의 또 다른 국면에 따르면, 기판의 길이를 따라 제1 라미네이터와 기판을 상대적으로 이동시키는 단계; 제1 라미네이터의 제1 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 폭을 가로질러 테이프를 적층하는 단계; 기판의 길이를 따라 제2 라미네이터와 기판을 상대적으로 이동시키는 단계; 및 제2 라미네이터의 제2 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 길이를 따라 테이프를 적층하는 단계를 포함하는, 길이와 폭을 갖는 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 방법이 제공된다.

바람직하게는, 상기 방법은, 제1 라미네이터의 제1 테이프 적층 헤드를 이용하여 테이프를 적층하는 단계가 기판의 가장자리에 실질적으로 평행한 테이프의 단부를 절단하는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 기판의 가장자리에 실질적으로 평행한 테이프의 단부를 절단하는 단계가 기판 가장자리에 실질적으로 평행한 블레이드 방향으로 절단 블레이드를 회전시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 제1 라미네이터의 제1 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 폭을 가로질러 테이프를 적층하는 단계가 절단 블레이드를 이용하여 앤빌에 대해 테이프의 길이를 절단하는 단계, 테이프가 절단됨에 따라 이 테이프와 함께 블레이드 및 앤빌을 이동시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 제2 라미네이터의 제2 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 길이를 따라 테이프를 적층하는 단계가 회전하는 절단 블레이드와 회전하는 앤빌 사이의 닙(nip)에 테이프를 통과시키는 단계; 및 테이프가 절단됨에 따라 실질적으로 동일한 회전 속도로 블레이드 및 앤빌을 회전시키는 단계를 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 제1 테이프 적층 헤드를 이용하여 기판의 폭을 가로질러 테이프를 적층하는 단계가 제1 적층 헤드를 빔을 따라 이동시키는 단계를 포함하고 있고, 상기 방법이 빔의 각도 방향을 바꿈으로써 테이프가 상기 제1 적층 헤드에 의해 기판 상으로 적층되는 방향을 바꾸는 단계를 더 포함하고 있다.

바람직하게는, 상기 방법은, 그물 모양으로 부품 레이업을 트리밍하는 단계와 제2 라미네이터를 이용하여 레이업 전면에 트리머를 이동시키는 단계를 더 포함한다.

유익한 실시예의 특성이라고 믿어지는 신규한 특징이 첨부된 청구범위에 명시되어 있다. 그렇지만, 유익한 실시예 뿐만 아니라 그 사용, 더 한층의 목적과 이점의 기본 모드는, 첨부된 도면과 함께 읽을 때 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해할 수 있을 것이다:
도 1은 복합 재료를 적층하는 장치의 기능 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다;
도 2는 복합 재료를 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 3은 도 1에 도시된 장치의 일 실시예의 평면도를 나타낸 도면이다;
도 4는 도 3에 있어서 "도 4"로 지정된 영역의 평면도를 나타낸 도면이다;
도 5는 도 3 및 도 4에 도시된 장치의 부품을 형성하는 레이업 비제로 플라이(layup non-zero ply)에 사용되는 비제로도 라미네이터(non-zero degree laminator)의 등각 투영도(isometric view)를 나타낸 도면이다;
도 6은 도 4에 있어서 "도 6"으로 지정된 방향에서 본 단면도(end view)를 나타낸 도면이다;
도 7은 도 5와 유사한 도면이지만, 45도 테이프 코스를 레이다운하도록 새로 방향이 정해진 비제로도 라미네이터를 나타낸 도면이다;
도 8은 도 7에 도시된 라미네이터의 평면도를 나타낸 도면이다;
도 9는 도 5-도 8에 도시된 비제로도 라미네이터의 부품을 형성하는 갱 빔(gang beam) 중 하나의 측면도를 나타낸 도면이다;
도 10은 도 9에 도시된 갱 빔의 사시도(perspective view)를 나타낸 도면이다;
도 11은 도 9 및 도 10에 도시된 갱 빔의 부품을 형성하는 테이프 제어 모듈과 관련 캐리지 가이드 레일(carriage guide rail) 중 하나의 사시도를 나타낸 도면이다;
도 12는 도 11에 도시된 테이프 제어 모듈 및 관련된 캐리지의 사시도를 나타낸 도면이다;
도 13은 45도 플라이를 형성하기 위해 비제로 라미네이터의 연속 패스에 의해 가로놓인 테이프 코스를 나타낸 도면이다;
도 14는 도 5-도 8에 도시된 비제로도 라미네이터를 이용하여 복합물을 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 15는 실질적으로 제로도 플라이를 레이업하기 위한 도 1 및 도 2에 도시된 제로도 라미네이터의 등각 투영도를 나타낸 도면이다;
도 16은 도 15에 도시된 제로도 라미네이터의 또 다른 등각 투영도를 밑으로부터 본 도면이다;
도 17은 도 15 및 도 16에 도시된 제로도 라미네이터에 의해 레이업된 단일 테이프 코스를 나타낸 도면이다;
도 18은 도 15 및 도 16에 도시된 제로도 라미네이터에서 이용되는 테이프 제어 모듈의 한쪽 측면을 나타낸 도면이다;
도 19는 도 18에 도시된 테이프 제어 모듈의 다른 쪽 측면을 나타낸 도면이다;
도 20은 도 19와 유사한 도면이지만, 테이프 제어 모듈의 서브어셈블리(subassembly: 하위 부품)를 나타내기 위해 확대한 도면이다;
도 21은 도 18-도 20에 도시된 테이프 제어 모듈의 부품을 형성하는 커터 회전자와 앤빌 회전자(anvil rotor)의 단면도이다;
도 22는 도 15 및 도 16에 도시된 제로도 라미네이터에 의해 레이업된 불연속 테이프 코스를 갖는 플라이의 평면도를 나타낸 도면이다;
도 23은 도 22에 있어서 "도 23"으로 지정된 영역을 나타낸 도면이다;
도 24는 도 15 및 도 16에 도시된 제로도 라미네이터를 이용하여 복합물을 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 25는 도 5-도 8에 도시된 비제로도 라미네이터에서 사용되는 테이프 제어 모듈 중 하나의 일부분의 등각 투영도를 나타낸 도면이다;
도 26은 도 25에 도시된 테이프 제어 모듈의 부품을 형성하는 커터 어셈블리의 추가적인 상세(詳細)를 보여주는 사시도를 나타낸 도면이다;
도 27은, 절단 중에 테이프 및 앤빌과 함께, 도 25 및 도 26에 도시된 커터 어셈블리의 절단 블레이드(cutting blade: 칼날)의 이동을 보여주는 개략도를 나타낸 도면이다;
도 28은 도 25에 도시된 테이프 제어 모듈을 이용하여 테이프를 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 29는 기판에 평행한 각도로 절단한 45도 테이프 코스를 나타낸 도면으로서, 각 절단에 의해 회피되는 폐기물의 영역을 나타낸 도면이다;
도 30은 도 29에 도시된 바와 같은 기판 가장자리(edge)에 평행한 테이프 절단을 이용하여 복합 재료를 적층하는 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 31은 도 25에 도시된 테이프 제어 모듈의 부품을 형성하는 테이프 커터 어셈블리의 사시도를 나타낸 도면이다;
도 32는 도 31에 있어서 선 32-32을 따라 절단한 단면도를 나타낸 도면이다;
도 33은 도 32와 유사한 단면도를 나타낸 도면이지만, 커터 어셈블리의 추가적인 상세를 나타낸 도면이다;
도 34는 도 26에 도시된 테이프 제어 모듈의 상부 단면을 나타낸 도면으로서, 제1 위치에서 블레이드 회전자 액추에이터를 나타낸 도면이다;
도 35는 도 34와 유사한 도면이지만, 제2 위치로 작동되는 블레이드 회전자 액추에이터를 나타낸 도면이다;
도 36-도 38은 각각 도 31-도 33에 도시된 커터 어셈블리를 세 가지의 서로 다른 회전 위치에서 나타낸 도면이다;
도 39는 도 1 및 도 3에 도시된 장치의 기본적인 전기 및 영구 공기압 컴포넌트의 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다;
도 40은 항공기 생산 및 서비스 방법의 흐름도를 나타낸 도면이다;
도 41은 항공기의 블록 다이어그램을 나타낸 도면이다.

먼저 도 1을 참조하면, 테이블(54) 또는 도구를 구비할 수 있는 기판에 복합 부품(52)을 레이업(lay up)하기 위한 적층 장치(50)는, 각각이 PC, PLC(programmable logic controller: 프로그래머블 로직 컨트롤러) 또는 다른 전자 컨트롤러를 구비할 수 있는 컨트롤러(86)에 의해 자동적으로 작동되는 제1 및 제2 라미네이터(56, 58)를 광범위하게 구비할 수 있다. 테이블 또는 기판(54) 및 라미네이터(56, 58)는 상대적으로 이동가능한바, 도시된 실시예에서는 라미네이터(56, 58)는 테이블(54)에 관하여 독립적으로 이동될 수 있지만, 다른 실시예에서는 이 상대적인 이동이 라미네이터(56, 58)에 관하여 테이블(54)을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 테이블(54)은 테이블(54)의 상승, 따라서 부품 레이업(part layup; 52)과 라미네이터(56, 58) 사이의 수직 거리의 상승을 제어하기 위한 테이블 상승 제어기(53)를 구비하고 있다. 부품 레이업(52)은 적층된 복합 테이프의 여러 플라이(도시하지 않음)를 구비할 수 있고, 이들 플라이의 각각은 테이블(54) 또는 부품 레이업(52)의 이전에 가로놓인 플라이의 어느 하나에 단방향 테이프의 여러 코스(course; 과정)를 적층함으로써 형성된다. 부품 레이업(52)의 플라이는 소정의 플라이 스케줄에 기초한 섬유 방향(fiber orientation)을 가질 수 있다. 아래에서 보다 자세히 언급되는 바와 같이, 적층 장치(50)는 특히 항공 우주 산업에서 사용되는 스트링거 및 스파 등과 같은 비교적 길면서 좁은 부품(도시하지 않음)을 레이업하는데 적합하다.

때때로 이후에 제로도 라미네이터(58)로서 불리는 제2 라미네이터(58)는, 일반적으로 제로도 방향으로 단방향 복합 테이프의 여러 코스(도 1에는 도시하지 않음)를 동시에 적층(laminate)하도록 채용된다. 비교적 길고 좁은 부품 레이업(52)의 경우, 제로도 방향이 부품 레이업(52)의 길이를 따라 확장된다. 라미네이터(58)는 테이블(54)을 가로질러 확장되되 지지대(support; 62, 64)에 의해 그 양쪽 끝에서 지지되는 크로스 빔(60)을 구비하는 갠트리(gantry; 57)를 포함하고 있다. 하나 이상의 테이프 적층 헤드(66)는 빔(60)에 따른 이동을 위해 장착되어 있다. 적층 헤드(66)의 각각은, 복합 테이프(도 1에는 도시되지 않음)의 부품 레이업(52) 위로의 절단, 추가 및 압축을 행하도록 기능하는 하나 이상의 테이프 제어 모듈(68)을 포함할 수 있다.

때때로 이후에 비제로 라미네이터(56)로서 불리는 제1 라미네이터(56)는, 제로도 방향 이외의 방향을 따라 단방향 복합 테이프를 적층한다. 예를 들어, 제1 라미네이터(56)는, 제한 없이 부품 레이업(52)의 길이 방향 축(도 3에서는 X축)과 같은 기준 방향에 관하여 45, 90 또는 135도에 방향이 맞추어진 단방향 복합 테이프를 적층할 수 있다. 적층 방향의 다른 각도 방향도 또한 가능한다. 비제로 라미네이터(56)는 한 쌍의 지지 프레임(72, 74)에 의해 지지되는 실질적으로 평행한 빔(76)의 갱(gang: 조직)을 구비하는 갠트리(59)를 포함하고 있다. 지지 프레임(72, 74)은 테이블(54)의 길이에 따른 이동을 위해 테이블(54; 도 3, 6) 상의 레일(107)에 장착되어 있다. 빔(76)의 각각은 하나 이상의 적층 헤드(78)를 포함한다. 적층 헤드(78)의 각각은, 적층 헤드(78)가 빔(76)을 따라 여행하는 동안, 단방향 복합 테이프의 부품 레이업(52) 위로의 절단, 추가 및 압축을 행하도록 기능하는 하나 이상의 테이프 제어 모듈(80)을 포함하고 있다. 제1 세트의 액추에이터(82)는 빔(76) 사이의 간격을 조정하기 위해 제공될 수 있고, 제2 세트의 액추에이터(84)는 적층 헤드(78)의 각각의 테이프 제어 모듈(80) 중 인접한 것들 사이의 간격을 조정하기 위해 제공될 수 있다.

도 2는 도 1에 도시된 적층 장치(50)를 이용하여 복합 부품을 적층하는 방법을 도시한다. 스텝 88에서 시작하여, 제1의 비제로도 라미네이터(56) 및 기판(54)이 서로에 대해 상대적으로 이동된다. 이전에 언급한 바와 같이, 기판은 테이블(54), 도구, 또는 플라이 레이업(52)의 부품을 형성하는 이전에 가로놓인 플라이를 구비할 수 있다. 단계 90에서, 비제로도 라미네이터(56) 상의 하나 이상의 적층 헤드(78)는 기판(54)의 길이(X축(98))에 관하여 비제로 각도에서 기판(54)의 폭(도 3에서는 Y축(98))을 가로질러 복합 테이프를 적층하는데 사용된다. 단계 92에서, 제로도 라미네이터(58) 및 기판(54)은 기판(52, 54)의 길이(X축(98))에 따라 축 방향으로 서로에 대해 상대적으로 이동된다. 단계 94에서, 제로도 라미네이터(58) 상의 하나 이상의 적층 헤드(66)는 기판(54)의 길이를 따라 단방향 복합 테이프를 적층하는데 사용된다. 단계 88-94는, 부품 레이업(52)의 여러 플라이를 형성하는 복합 테이프의 복수의 코스를 적용하기 위해 반복될 수 있다. 도시된 예에서는, 기판(54)은 고정되고 라미네이터(56, 58)는 기판(54)에 관하여 이동할 수 있지만, 다른 실시예에서는 기판(54)을 라미네이터(56, 58)에 관하여 이동시키는 것이 가능할 수 있다.

도 3 및 도 4는 적층 장치(50)의 하나의 전형적인 실시예를 나타낸다. 적층 장치(50)는, X축이 부품 레이업(52)의 길이에 해당하고, Y축(98)이 부품 레이업(52)의 폭 "W"에 해당하며, Z축(98)이 X-Y 평면에 실질적으로 수직하게 연장되는, 3차원 X, Y, Z 좌표 시스템(98)에서 동작한다. 라미네이터(56, 58)는 각각 서로 정렬(align)되고, 테이블 표면(54a)에 부품 레이업(52)의 플라이를 레이업하기 위해 테이블(54)의 길이(X축(98))를 따라 테이블(54) 상의 레일(107)을 독립적으로 이동한다. 앞에서 언급한 바와 같이, 부품 레이업(52)은 그 폭 "W"과 비교하여 비교적 길어질 수 있으며, 항공 우주 또는 다른 응용에서 사용되는 스파 또는 스트링거 등과 같은 복합 부품을 구비할 수 있다. 도시된 예에서는 테이블 표면(54a)는 실질적으로 평평하지만, 다른 실시예에서는 표면(54a)은 어느 정도의 곡률 또는 윤곽을 갖는 도구(도시하지 않음)일 수 있다.

테이블 표면(54a)은 부품 레이업(52)을 가열함으로써 적층 비율을 높이기 위해 저항 가열 요소(도시하지 않음)를 통합할 수 있다. 테이블(54)은 기계 활용도를 높이기 위해 완성된 부품 레이업(52)의 오프 라인 전송이 가능한 이동형 및/또는 휴대형으로 할 수 있다. 테이블(54)은 컨트롤러(86)에 의해 작동되는 모터(도시하지 않음)에 의해 Z축(98)을 따라 수직으로 변위(displace)될 수 있다. 테이블 상승 제어기(53; 도 1)를 사용하는 Z축(98)에 따른 테이블 위치의 조절 기능(adjustability)은 변경 테이블 표면(54a; 도 1)/부품 레이업(52)과 적층 헤드(66) 사이의 거리에 있어서 변화가 만들어지도록 한다. 이것은, 압축 스트로크를 비교적 짧게 유지하고, 테이블 상부 표면(54a)의 빠른 교환을 허용하면서, 추가 플라이가 배치될 때 라미네이트 부품 두께의 증가에 대해 이루어지는 보상을 허용한다.

제로도 라미네이터(58)의 부품을 형성하는 갠트리(gantry; 57)는 X축(98)과 실질적으로 평행하게 독립적으로 이동가능한 한 쌍의 지지대(62, 64)에 그 양단에서 선회(pivot) 가능하게 연결된 세로로 연장되는 빔(60)을 구비하고 있다. 지지대(62, 64)는 X축(98)에 따른 이동을 위해 테이블(54) 상의 레일(107)에 장착될 수 있다. 테이블(54)의 폭을 세로로 가로지르는 빔(60)에 따른 이동을 위해 하나 이상의 적층 헤드(66)가 장착되어 있다.

비제로도 라미네이터(56)의 부품을 형성하는 갠트리(59)는, 각각이 가로로 이격된 한 쌍의 프레임 지지대(72, 74) 위에 지지되고 프레임 지지대(72, 74)와 그 양단에서 선회가능하게 결합된 실질적으로 평행한 복수의 빔(76)을 구비하고 있다. 프레임 지지대(72, 74)는 테이블(54)의 길이를 따라 갠트리(59)를 이동시키는 갠트리 구동 모터(103)에 의해 레일(107)을 따라 구동된다(도 3, 6 참조). 그 대신에, 갠트리(59)는 테이블(54)의 길이를 따라 갠트리(59)의 이동을 안내하기 위한 바퀴(wheel; 도시하지 않음) 또는 기타 구조물에 지지될 수 있다. 한 쌍의 캔틸레버된 아암(cantilevered arm; 100)은 컨트롤러(86; 도 1)를 액추에이터(82, 84), 테이프 제어 모듈(80) 및 라미네이터(58)의 부품을 형성하는 기타 제어 요소와 결합하는 플렉시블한 제어 케이블(102)을 지지한다.

도 5 및 도 6은 비제로도 라미네이터(56)의 추가적인 상세(詳細)를 나타낸다. 갠트리(59)의 프레임 지지대(72, 74)의 각각은 일반적으로 직사각형이며, 한 단부(104)를 통해 빔(76)의 각각이 통과할 수 있는 열린 면(open side; 72a, 74a)을 포함하고 있다. 빔(76)의 각각은 프레임 지지대(72, 74)의 부품을 형성하는 수평 프레임 부재(72b)로부터 일시 중지된다. 액추에이터(82)는 빔(76)과 프레임 부재(74b) 사이에 결합되어 빔(76) 사이의 피치 또는 간격 "D"를 조정하도록 기능한다. 도시된 실시예에서, 빔(76)의 각각은 3개의 테이프 제어 모듈(80)의 갱(gang: 조직)을 구비하는 적층 헤드(78)를 포함하고 있다. 그러나, 3개보다 더 많거나 적은 테이프 제어 모듈(80)이 적용될 수도 있다. 또한, 4개의 빔(76)이 설명되어 있지만, 4개보다 더 많거나 적은 빔이 적용될 수도 있다. 예시적인 실시예에서는, 라미네이터(56)는 기판(54) 위로 4개의 집단을 이루는 적층 헤드(78)의 각각의 패스(pass: 경로)를 가진 테이프의 12개의 코스까지 동시에 적층할 수 있다.

적층 헤드(78)의 각각은 빔(76) 상의 인접한 테이프 제어 모듈(80) 사이의 피치 또는 거리 "D₂"를 제어하는 액추에이터(84)를 포함하고 있다. 도 3-도 6에 있어서, 갠트리(59)는 빔(76)이 실질적으로 Y축에 평행하게 정렬되는 그 90도 방향으로 도시되어 있고 테이프 제어 모듈(80)은 실질적으로 90도 섬유 방향을 갖는 단방향 테이프를 레이다운(lay down)하기 위해 빔(76)을 따라 횡단한다. 이 구성에서는, 프레임 지지대(72, 74)는 실질적으로 X축(98)에 따른 여행의 방향으로 서로 정렬된다.

프레임 지지대(72, 74)는, 프레임 지지대(72, 74)에 선회가능하게 장착되어 있는 빔(76)의 각각의 각도 방향(angular orientation)을 변화시키기 위해, 서로에 관하여 독립적으로 X축(98)에 평행하게 이동가능하다. 빔(76)의 일반적인 각도 방향은 45, 90 및 135도이지만, 다른 각도 방향이 가능하다. 도 7 및 도 8은 X축(98)에 관하여 45도 각도로 빔(76)의 방향을 맞추기 위해 서로에 관하여 X축(98)을 따라 시프트된 프레임 지지대(72, 74)를 나타낸다. 빔(76)의 각도 방향 및 빔(76)에 따른 적층 헤드(78)의 여행의 방향의 변화는, 프레임 지지대(72, 74) 중의 적어도 하나가 다른 프레임 지지대(72, 74)에 관하여 X축(98)에 평행하게 변위되도록 하는 구동 모터(103)로 제어 신호를 보냄으로써 변경될 수 있다. 프레임 지지대(72, 74)가 서로에 관하여 변위됨에 따라, 빔(76)은 Z축(98)에 평행한 축에 관해 원하는 각도 방향으로 선회된다. 빔(76)이 원하는 적층 각도로 선회될 때, X축(98)에 따른 서로에 대한 테이프 제어 모듈(80)의 정렬은, 모듈(80)이 동시에 기판(54)의 가장자리에서 테이프를 레이다운하는 것을 시작할 수 있도록 조정될 수 있다. 도시된 예에서는, 빔(76)이 X축(98)에 관하여 45도 방향으로 선회됨과 더불어, 적층 헤드(78)가 동시에 45도 각도 방향을 갖는 테이프의 여러 코스를 레이다운한다. 일련의 테이프 코스가 레이다운된 후에, 갠트리(59)는 점진적으로 비제로 테이프 코스가 적층 헤드(78)에 의해 레이다운되는 다음의 인덱스 위치로 X축(98)을 따라 진행된다. 빔(76)이 원하는 각도로 선회될 수 있고, 테이프 제어 모듈(80)이 동시에 비제로도 플라이를 적층하는 것을 시작하기 위해 서로에 관하여 다시 정렬될 수 있기 때문에, 테이프 코스의 넓은 폭(swath)이 높은 적층 비율을 초래하는 모듈(80)의 초과 여행(over-travel: 초과 이동) 없이 레이다운될 수 있다. 앞에서 언급한 바와 같이, 테이블(54)은 각각의 방금 가로놓인 플라이의 두께를 보상함으로써 압축 스트로크를 비교적 짧게 유지하기 위해 컨트롤러(86)에 의해 작동되는 모터(도시하지 않음)에 의해 Z축(98)을 따라 점진적으로 변위될 수 있다.

도 9 및 도 10은 빔(76) 중의 하나와 관련된 적층 헤드(78)의 추가적인 상세를 나타낸다. 빔(76)의 각각은 그 일단의 피봇 베어링(pivotal bearing; 118), 및 피봇 베어링(118)으로부터 이격된 피봇 슬라이드 베어링(120)을 포함하고 있다. 피봇 베어링(118)은 빔(76)을 프레임 지지대(72) 중의 하나에 선회가능하게 결합하고, 피봇 슬라이드 베어링(120)은 빔(76)이 그 각도 방향을 변경함에 따라 피봇 이동 및 선형 슬라이딩 모션을 위해 빔(76)을 다른 프레임 지지대(74)에 선회가능하게 결합한다. 이전에 언급한 바와 같이, 적층 헤드(78)는 3개의 테이프 제어 모듈(80)의 조직을 구비하고 있지만, 3개보다 많거나 적은 테이프 제어 모듈(80)이 가능하다. 도시된 예에서, 적층 헤드(78)의 각각은 기판(54)에 단방향 복합 테이프의 실질적으로 평행한 스트립을 3개 적층한다. 또한 이제 도 11 및 도 12를 참조하면, 테이프 제어 모듈(80)의 각각은 지지대(106)의 선형 레일을 따라 슬라이드하는 선형 레일 실행 블록(110, 112)을 갖는 캐리지(108)에 고정된다. 캐리지(108)는 캐리지(108)에 장착된 선형 서보 모터(115)에 의해 레일(116)을 따라 구동된다. 지지대(106)의 각각은 빔(76) 중의 하나에 로크-다운(lock-down) 액추에이터(114)에 의해 장착된다.

도 13은 비제로도 라미네이터(58)을 사용하여 기판(52)에 45도 섬유 방향을 갖는 비교적 좁은 플라이(147)를 적층하는 것을 나타낸다. 플라이(147)는 기판(52) 위의 빔(76) 상의 4개의 적층 헤드(78)의 복수의 패스에 의해 형성된다. 적층 헤드(78)의 제1 패스(124) 중에, 화살표(145)에 의해 나타낸 바와 같이, 서로에 대해 이격된 관계로 4개의 빔(76) 상에 12개의 테이프 제어 모듈(80)에 의해 12개의 45도 테이프 스트립(132)이 레이다운된다. 제1 패스(124) 후에, 갠트리(59)가 X축(98)을 따라 증분 거리(incremental distance)만큼 이동되고, 적층 헤드(78)가 제2 패스(126)에서 45도 테이프 스트립의 제2 세트를 레이다운한다. 이 레이다운 프로세스는, 테이프 스트립(132)이 실질적으로 연속적인 플라이(147)를 형성할 때까지 제3 패스(128) 및 제4 패스(130) 중에 반복된다. 각 플라이(147)가 형성된 후에, 테이블(54; 도 4)은 플라이(147)에 의해 추가되는 추가적인 적층 두께를 보상하기 위해 테이블 상승 제어기(53)에 의해 Z축(98)을 따라 아래쪽으로 점진적으로 변위될 수 있다.

도 14는 도 5-도 8에 나타낸 라미네이터(56)를 사용하여 기판(52 또는 54)에 복합 테이프를 적층하는 방법의 전체 단계를 나타낸다. 134에서 시작하여, 라미네이터(56) 및 기판(52/54)은 도시된 예에서는 X축(98)인 축(98)을 따라 서로에 대해 상대적으로 이동된다. 136에서는 하나 이상의 테이프 제어 모듈(80)이 라미네이터(56) 상에서 빔(76)을 따라 이동되고, 138에서는 테이프 제어 모듈(80)이 기판(52/54)에 테이프의 적어도 하나의 스트립을 적층하기 위해 사용된다. 140에서는, 빔(76)을 Z축(98)에 관해 선회시키는 것에 의해, 빔(76)의 각도 방향을 X축(98)에 대해 변경함으로써 적층 방향이 변경된다. 단계 134-140에서 각 플라이가 기판(52/54)에 적층된 후에, 기판(52/54)의 테이프 제어 모듈(80)에 대한 높이, 및 그들 사이의 거리가, 방금 가로놓인 플라이의 두께를 보상하기 위해 Z축(98)을 따라 조정될 수 있다. 이 조정은 도 3 및 도 4에 나타낸 테이블(54)의 상승을 조정함으로써 수행될 수 있다.

설명은 이제 도 1, 도 3 및 도 4에 나타낸 제로도 라미네이터(58)의 추가적인 상세를 나타내는 도 15 및 도 16으로 진행된다. 라미네이터(56)는 테이블(54)의 양면에 각각 한 쌍의 지지대(62, 64)를 구비한 갠트리(57), 및 테이블(54)을 가로질러 확장되고 지지대(62, 64)에 의해 유지되는 빔(60)을 포함하고 있다. 빔(60)은 도 9 및 도 10과 관련하여 이전에 언급한 피봇 베어링(118, 120)과 유사한 이격된 피봇 베어링(150, 152)에 의해 지지대(62, 64)에 연결되어 있다. 도면에 도시하지는 않았지만, 피봇 베어링(152)은 이 피봇 베어링(152)이 선형으로 슬라이드하도록 하는 도 10에 나타낸 피봇 슬라이드 베어링(120)에 사용된 것과 유사한 슬라이드 어셈블리를 포함할 수 있다. 피봇 베어링(150, 152)은 빔(60)이 X축(98)에 관하여 그 각도 방향을 변경하도록 한다. 이러한 각도 방향의 변화는 X축(98)을 따라 지지대(62, 64) 중의 하나를 다른 지지대(62, 64)에 관하여 이동시킴으로써 영향을 미칠 수 있다. 한 쌍의 테이프 적층 헤드(66)가 빔(60)의 길이에 따른 이동을 위해 레일(148)에 장착되어 있다. 적층 헤드(66)의 각각은 후에 더 자세히 설명될 복수의 테이프 제어 모듈(68)을 포함하고 있다. 다른 실시예에서는, 라미네이터(58)는 3개 이상의 적층 헤드(66) 또는 단일의 적층 헤드(66)를 포함할 수 있다.

테이프 제어 모듈(68)은, X축(98)의 방향으로, 부품 레이업(52)의 길이를 따라 에지-투-에지 관계(edge-to-edge relationship: 가장자리 대 가장자리 관계)로 복합 테이프의 연속 또는 불연속 코스를 레이다운할 수 있다. 그러나, 도 17에 나타낸 바와 같이, 빔(60)의 각도 방향이 변경될 수 있기 때문에, 테이프 코스의 각도 방향(α)을 X축(98)에 관하여 변화시키는 것이 가능하다. 일부 실시예에서는, 빔(60)의 각도 방향은, 테이프 코스(155)의 각도(α)가 약 0∼5도 사이에 있도록, 비교적 작은 양만큼 변경될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서는, 특정 부품 레이업(52)을 위해 명시된 플라이 스케줄에 따라, 빔(60)은 테이프 코스(155)의 각도(α)가 5도보다 크고 약 45도까지 이르도록 각도 방향으로 회전될 수 있다. 약 5∼45도 사이의 방향 각(α)을 갖는 부품 레이업(52)의 길이를 따라 라미네이터(58)에 의해 적층된 테이프 코스(155)는, 비제로도 라미네이터(56)에 의해 적층되는 것이 필요한 크로스 플라이(cross ply)의 수를 저감할 수 있거나, 및/또는 부품의 성능을 향상시킬 수 있는 추가적인 크로스 플라이 강도(stiffness)를 부품에 제공할 수 있다. 라미네이터(56)는 그물(net) 모양의 부품에 레이업을 트리밍(trimming)하기 위해 초음파 트림 헤드(ultrasonic trim head; 142), 및 적층된 테이프의 인접한 코스 사이의 간극(gap)을 측정하기 위해 공정 중 간극 검사 장치(in-process gap inspection apparatus; 144)를 더 포함할 수 있다. 트림 헤드(142)를 사용하여 그물 모양으로 부품 레이업을 트리밍하는 것은, 그것이 경화된 후에 부품 레이업을 기계가공하기 위한 필요성을 제거할 수 있고, 부품이 다른 부품과 공동 결합되는 것이 아니라 공동 경화되도록 할 수 있기 때문에 유익하다. 도면에는 도시하지 않았지만, 테이프 코스(155)의 각도 방향(α)은 Z축(98)에 관한 회전을 위해 적층 헤드(66)를 빔(60)에 장착함으로써 변경될 수 있다.

설명은 이제 도 15 및 도 16에 나타낸 라미네이터(58)에 사용되는 테이프 제어 모듈(68) 중의 하나의 추가적인 상세를 나타내는 도 18, 도 19 및 도 20으로 진행된다. 테이프 공급 어셈블리(160)는 단방향 테이프의 릴(reel; 172)을 구비하고, 테이프 공급을 위해 적당한 능동 장력 및 파괴 매커니즘(도시하지 않음)을 포함할 수 있다. 테이프 공급 어셈블리(162)는 공급 어셈블리(160)로부터 테이프를 끌어당겨 이것을 커터 어셈블리(166)에 공급한다. 커터 어셈블리(166)는 하우징(188)에 장착된 한 쌍의 동기화된 서보 모터(182, 184)를 구비하는 동기화된 커터 구동 시스템을 포함하고 있다. 서보 모터(182, 184)는 각각 하우징(188) 내에서의 회전을 위해 축받이(journal)된 커터 회전자(190) 및 앤빌 회전자(192)를 구동한다. 커터 회전자(190) 및 앤빌 회전자(192)는 함께 테이프가 커터 블레이드(200)와 앤빌 회전자(192) 상의 앤빌 표면(195) 사이에 공급되어 절단되는 닙(nip; 197)(도 18 및 도 21)을 형성한다.

추가/압축 어셈블리(179)는, 핀치 롤러(176; 도 18) 및 릴(172)로부터 기판(54; 도 18) 상으로의 테이프(156)의 절단 길이를 압축하는 압축 롤러(178)까지 테이프를 안내하는 슈트(chute; 186)를 포함하고 있다. 픽업 어셈블리(168)는 테이프(156)가 압축 롤러(178)로 공급되기 전에 테이프(156)로부터 박리되는 종이 뒷면(paper backing; 도시하지 않음)을 픽업하고, 종이 뒷면을 권취 릴(take up reel; 180) 상으로 굴린다. 엘리베이터 어셈블리(164)는 어셈블리(160, 162, 179 및 186)를 리프트하여 하강시키고, 압축 롤러(178)에 의해 테이프(156)에 가해지는 압축력을 제어한다.

도 21은 도 18-도 20에 나타낸 테이프 제어 모듈(160)에 사용되는 커터 회전자(190) 및 앤빌 회전자(192)의 일 실시예를 나타낸다. 커터 회전자(190)는 회전자 바디(194)에 장착된 길다란 커터 블레이드(200)를 포함하고 있다. 회전자 바디(194)의 양단에 있는 한 쌍의 베어링(196)은 도 20에 나타낸 하우징(188)에 회전을 위한 롤러(190)를 장착한다. 회전자 바디(194)와 결합된 축(198)은 서보 모터(182)와 연결되어 있다. 커터 회전자(190) 및 앤빌 회전자(192)는 테이프(156)가 공급되는 닙(197)을 형성하도록 위치결정되어 있다. 앤빌 회전자(192)는 장착 베어링(191)을 갖춘 앤빌 바디(anvil body; 193), 및 블레이드(200)가 테이프(156)를 절단하는 외부 앤빌 표면(195)을 포함하고 있다. 도 19 및 도 20에 나타낸 서보 모터(182, 184)는 실질적으로 동일한 속도로 커터 회전자(190) 및 앤빌 회전자(192)를 구동하도록 동기화된다.

도 22 및 도 23은 복수의, 실질적으로 평행한 제로도 테이프 코스(208)로 형성된 전형적인 복합 플라이(206)를 나타낸다. 위에서 설명한 커터 및 앤빌 속도 동기화는, 불연속 테이프 코스(208)를 형성하기 위해, 커터 어셈블리(166; 도 20)로 들어가는 테이프(156)가 그들 사이에 실질적인 갭이 없이 엔드-투-엔드 인접(end-to-end abutment: 단부 대 단부 인접)으로 가로놓이는 짧은 스트립 세그먼트(208a)로 연속적으로 절단되도록 한다. 참조번호 210은 코스(208)의 각각이 불연속인 플라이(206)의 영역(210)을 지시하고, 절단(212)에 의해 분리된 복수의 세그먼트(208a)를 구비하고 있다. 도 23에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 각 코스(208)에서 테이프 세그먼트(208a)를 인접하게 함으로써, 그들 사이의 갭이 작거나 갭이 없이 서로에 대해 실질적으로 인접한다. 갭이 작거나 갭이 없이 테이프 코스(208)에서 복수의 절단을 사용함으로써, 성형 중에 플라이(208)의 링클링(wrinkling: 주름)을 감소시키거나 제거하는데 도움을 줄 수 있다. 플라이(208)의 섹션(210)만이 복수의 절단(212)을 갖는 것으로서 나타내어져 있고, 복수의 절단(212)을 갖는 테이프 코스(208)는 플라이(206)의 임의의 영역에 형성될 수 있거나, 또는 플라이(206)의 하나 이상 또는 모든 코스(208)에 걸쳐 확장될 수 있다.

도 24는 도 18-도 20에 도시된 테이프 제어 모듈(160)을 사용하여 복합 테이프를 적층하는 방법을 나타낸다. 214에서 시작하여, 테이프 적층 헤드(66)가 기판(54) 위로 이동되고, 216에서 테이프가 테이프 제어 헤드(66)의 부품을 형성하는 하나 이상의 테이프 제어 모듈(160)의 압축 롤러(compaction roller; 178)로 공급된다. 218에서는 절단 블레이드(200) 및 앤빌(192)은 실질적으로 동일한 속도로 회전되고, 220에서는 블레이드(200) 및 앤빌(192)이 테이프를 불연속 스트립 또는 세그먼트로 절단하기 위해 사용된다. 222에서, 불연속 테이프 스트립 또는 세그먼트(208a)는 기판(54) 상으로 압축된다. 마지막으로, 단계 214-222에서 플라이가 기판(54) 상으로 적층된 후에, 적층 헤드(66)에 대한 기판(54)의 높이, 따라서 그들 사이의 거리가 방금 가로놓인 플라이의 두께를 보상하기 위해 Z축(98)을 따라 조정될 수 있다. 이 조정은 도 3 및 도 4에 나타낸 테이블(54)의 상승을 조정함으로써 수행될 수 있다.

설명은 이제 적층 헤드(78; 도 1, 도 5-도 12)에 사용되는 테이프 제어 모듈(80) 중의 하나의 일부분을 나타내는 도 25로 진행된다. 테이프 추가/커터 어셈블리(226)는 적층 헤드(78)의 여행의 방향(도시하지 않음)에 수직하게 연장되는 축(234)에 대한 피봇 모션을 위해 서브 프레임(230)에 트러니언(trunnion; 232)에 의해 장착된다. 서브 프레임(230)은 슬라이드 어셈블리(228)에 의해 메인 프레임(224)에 선형 업다운 이동(linear up and down movement)을 위해 장착된다. 선회하는 어셈블리(226)는 실질적으로 앤빌(250)을 통과하는 테이프(도시하지 않음)를 절단하는 어셈블리(226)의 중심에 위치된 왕복 이동하는 단두대(guillotine)형 커터 블레이드(238)를 포함하고 있다. 롤러(242)는 테이프 절단 중에 앤빌(250)에 대항하는 위치에 블레이드(238)를 유지한다. 테이프/추가/커터 어셈블리(226)는 지속적으로 정확하게 테이프의 단부를 위치결정한다. 후에 더 상세히 언급되는 바와 같이, 커터 블레이드(238)는 도 3과 관련하여 이전에 설명한 것과 같은 각도 테이프 절단을 만들기 위하여 복수의 절단 위치 중의 임의의 위치로 액추에이터(240)에 의해 회전될 수 있다.

특히 도 26을 참조하면, 테이프 제어 모듈(80) 상의 테이프 공급장치(도시하지 않음)로부터의 복합 테이프는 가이드(244)를 통해 롤러(246)를 가로질러 블레이드(238)에 의해 절단하는 피봇 테이프 추가/커터 어셈블리(226)로 공급된 후에, 서브 프레임(230) 상의 압축 롤러(236)에 의해 기판(도시하지 않음)에 대해 압축된다. 테이프 절단 중에, 블레이드(238)가 테이프를 통과하여 이것을 앤빌(250)에 대해 제공함에 따라 피봇 어셈블리(226)는 축(234)에 대해 선회한다.

도 28은 피봇 어셈블리(226)에 의해 "즉석에서(on the fly)" 만들어지는 테이프 절단을 개략적으로 나타낸다. 절단 중에, 블레이드(238) 및 앤빌(250)은 256으로 표시된 위치로부터 258로 표시된 위치로 원호(arc; 252)를 통해 서로 함께 이동한다. 256에서 블레이드(238)는 아래쪽으로 254로 이동하고 처음에 테이프(156)를 계합(engage)한다. 블레이드(238) 및 앤빌(250)이 원호(252)를 따라 이동함에 따라, 블레이드(238)는 테이프가 258에 제공될 때까지 테이프(156)을 통해 이동하여 앤빌(250)을 지나간다. 따라서, 블레이드(238)는 절단이 완료될 때까지 앤빌(250)뿐만 아니라 절단 중의 테이프(156)와 함께 이동한다. "즉석에서" 절단하는 동안의 이러한 블레이드(238)와 테이프(156)의 동시 이동의 결과로, 압축 롤러(236)로의 테이프의 원활한 공급에 도움을 주고 압축 후에 테이프가 기판으로부터 리프트되는 가능성을 저감하는 테이프(156)에서의 장력 스파이크(tension spike)가 저감될 수 있다.

도 28은 도 25 및 도 26에 도시된 피봇 커터 어셈블리(226)를 사용하는 형태의 적층 헤드(78)를 사용하여 기판(54)에 복합 테이프를 적층하는 방법의 단계를 나타낸다. 270에서 시작하여, 테이프 적층 헤드(78)가 기판 위로 이동되고, 272에서 테이프가 압축 롤러(236)로 공급된다. 274에서는, 테이프 적층 헤드(78)가 계속해서 이동하고 있는 동안의 테이프의 길이를 절단하기 위해 블레이드(238)가 사용된다. 블레이드(238)는 절단 중에 테이프와 함께 이동된다. 276에서는, 절단된 테이프의 길이가 기판(54) 상으로 압축된다.

이제 도 29를 참조하면, 도 13과 관련하여 전에 언급한 바와 같이, 도 26 및 도 27에 나타낸 형태의 테이프 제어 모듈(80)을 사용하는 적층 헤드(78)는 비제로 테이프 코스(132)를 기판(54) 상으로 적층하기 위해 사용될 수 있는데, 이 경우에 테이프 코스(132)의 단부(85)는 기판(52)의 가장자리(52a)에 실질적으로 평행하게 각지게(angularly) 절단된다. 테이프(132)의 단부(85)를 테이프(132)의 종방향 가장자리(longitudinal edge; 135)에 수직이 아니라 실질적으로 기판 가장자리(52a)에 평행하게 절단함으로써, 크로스 해칭된 영역(cross hatched area; 132a)에 의해 표시된 낭비되는 테이프의 영역이 회피된다. 이들 각도 테이프 절단은, 기판 가장자리(52a)에 실질적으로 평행하게 되도록 커터 블레이드(238)를 회전시킴으로써 달성된다.

도 30은 도 29에 도시된 각도 테이프 절단을 이용하여 비제로 테이프 코스를 기판(54) 상으로 적층하는 방법을 나타낸다. 280에서 시작하여, 적층 헤드(78)가 기판(54)의 가장자리(52a)에 비스듬한 각도(137; 도 29)로 기판(54) 위로 이동된다. 282에서는, 헤드(78)가 기판(54) 위로 이동하고 있는 동안 테이프(132)의 길이가 절단되고; 테이프(132)는 기판 가장자리(52a)에 실질적으로 평행하게 절단된다. 284에서는, 절단된 테이프(132)가 기판(54) 상으로 압축된다.

도 31, 도 32 및 도 33은 도 25 및 도 26과 관련하여 이전에 언급한 피봇 추가/커터 어셈블리(226)의 추가적인 상세, 및 특히 위에서 설명한 바와 같이 각도 테이프 절단이 이루어질 수 있도록 하는 특징을 나타낸다. 커터 어셈블리(226)는 하우징(288) 내에서 회전가능한 베어링(314)을 갖는 실린더(248)를 구비하는 회전자 어셈블리(245)를 포함하고 있다. 실린더(248)는 이 실린더(248)와 함께 회전하는 실린더 정상부(290)를 포함하고 있다. 실린더(248) 내에서 왕복 이동하는 피스톤(300)은 블레이드(238)의 상부 단부에 고정되어 있다. 블레이드(238)는, 블레이드가 절단 중에 테이프의 수지에 붙는 것을 방지하기 위해, 티타늄 질화물 또는 PVD(physical vapor deposition: 물리적 기상 증착)와 같은 적절한 비스틱 코팅(non-stick coating; 도시하지 않음)을 가질 수 있다. 테이프 지지대(286)와 더불어 앤빌(250)은 실린더(248)에 앤빌 아암(anvil arm; 304)에 의해 연결되고, 그에 따라 하우징(288) 내에서 실린더(248)와 함께 회전한다. 블레이드 래치(308)는 블레이드(238)를 피스톤(300)에 고정하고, 어셈블리(226)의 바닥으로부터 블레이드의 제거 및 교체를 허용하도록 해제될 수 있다. 피스톤(300)이 그 상부 극한(upper extremity)에 도달할 때 피스톤(300)의 이동을 완화하기 위해 피스톤(300)과 실린더 정상부(290) 사이에 발포 댐퍼(foam damper; 298)가 제공될 수 있다.

피스톤(300), 및 그에 따른 블레이드(238)의 왕복 이동(reciprocating movement)은, 공기 유입 포트(296)를 통해 커터 어셈블리(226)로 들어오는 압축 공기에 의해 구동된다. 도 33에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 공기 유입 포트(296)로 들어오는 공기는 전기 음성 코일(294)에 의해 제어되는 스풀 밸브(spool valve; 308)를 통과한다. 절단 주기 중에 밸브(308)를 통과하도록 허용된 압축 공기는 실린더(248) 내로 밸브 포트(310)와 실린더 정상부(290)로 들어간다. 실린더(248) 및 블레이드(238)의 회전 위치에 따라 밸브(308)를 실린더(248)와 각각 연결하는 여러 쌍의 밸브 포트(310)가 제공된다. 실린더(248)로 들어오는 압축 공기는 피스톤(300)을 밀어내고 따라서 앤빌(250)에 대항하여 테이프의 길이를 절단하도록 블레이드(238)를 아래쪽으로 밀어낸다. 보이스 코일(294)은 동작을 예외적으로 빠르게 하여 스풀 밸브(308)가 작동되어 블레이드(238)에 의한 빠른 절단 스트로크를 촉진하는 높은 속도로 후퇴하도록 한다.

도 34 및 도 35는 도 25 및 도 26에 도시된 3개의 위치 선형 액추에이터 (240)와 실린더 정상부(290) 사이의 기계적 접속을 나타낸다. 도시된 예에서 선형 액추에이터는 압축 공기로 작동되는 3위치 실린더이지만, 다른 형태의 액추에이터가 가능하다. 3위치 액추에이터(240)는 출력 샤프트(240a)를 3개의 선형 위치 중의 어느 하나로 선형으로 변위한다. 출력 샤프트(240a)는 실린더 정상부(290)에 선회가능하게 접속되어 도시된 실시예에서 테이프 제어 모듈(80)의 여행의 방향에 관하여 45, 90 및 135도 위치를 갖는 회전 피스톤의 소망하는 수 중 어느 하나로 실린더(248), 블레이드(238) 및 앤빌(250)과 함께 실린더 정상부(290)를 회전시킨다. 도 36, 도 37 및 도 38은 각각 45, 135, 및 90도 절단 위치로의 블레이드(238)의 회전을 나타낸다.

도 39는 장치(50)의 제어 컴포넌트를 나타내는 기능 블록도이다. 이전에 지적한 바와 같이, 컨트롤러(86)는 PC, PLC 또는 다른 전자 컨트롤러 장치를 포함할 수 있고, 라미네이터(56, 58)의 각각 및 테이블 상승 제어기(53)에 일련의 압축 공기 및 전기 제어를 제어하도록 기능한다. 컨트롤러(86)에 의해 제어되는 제1 라미네이터(56)의 요소(element)는, 커터 구동부(322), 테이프 제어 모듈 기능부(324), 테이프 제어 모듈 선형 모터(115), 빔 간격 및 테이프 제어 모듈 간격 액추에이터(82, 84) 각각, 및 갠트리 구동 모터(102)를 포함한다. 컨트롤러(86)는 도 13과 관련하여 설명한 바와 같이 갠트리(59) 및 집단화된 빔(76)을 다음 적층 위치로 전진시키도록 갠트리 프레임 구동 모터(102)를 동작시킨다. 갠트리 프레임 구동 모터(102)가 프레임 지지대(72, 74)를 서로에 대해 변위시킴으로써 빔(76)의 적층 각도를 변경시키면, 모듈(80)이 기판(54)의 시작 가장자리(예를 들면 도 13에서 가장자리(52a))를 따라 테이프를 가로놓는 것을 시작할 수 있도록, 컨트롤러(86)는 빔(76)을 따라 서로에 대해 모듈(80)을 재정렬하는 테이프 제어 모듈 선형 구동 모터(115)로 제어 신호를 보낸다.

라미네이터(58)의 경우, 컨트롤러(86)는 갠트리 이동 구동부(318), 블레이드 회전자 모터(182), 앤빌 회전자 모터(184) 및 예를 들어 테이프 추가 및 절단 기능뿐만 아니라 압축 압력을 포함하는 테이프 모듈 제어 기능부(320)를 제한 없이 제어한다. 컨트롤러(86)는 또한 부품 레이업(52)을 그물 모양으로 절단하는 데 사용될 수 있는 라미네이터(58) 상의 하나 이상의 트림 헤드(144)의 동작을 제어할 수 있다. 서보 모터(182, 184)의 속도는 이전에 언급한 바와 같이 컨트롤러(86)에 의해 동기화된다. 갠트리 구동부(318)는, 제한 없이 예를 들어 테이블(54)의 길이를 따라 갠트리(57; 도 15 및 도 16)를 구동하는 휠 모터(wheel moter; 도시하지 않음)뿐만 아니라 갠트리 빔(60)을 가로질러 적층 헤드(766)를 구동하는 모터(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예는, 다양한 잠재적인 응용, 특히 예를 들어 항공, 선박, 자동차 응용 및 자동화된 레이업 장비가 사용될 수 있는 기타 응용을 포함하는 운송 산업에서의 용도(use)를 찾을 수 있다. 따라서, 이제 도 40 및 도 41을 참조하면, 본 발명의 실시예는 도 40에 나타낸 바와 같은 항공기 제조 및 서비스 방법(326) 및 도 41에 나타낸 바와 같은 항공기(328)의 맥락(context)에서 사용될 수 있다. 공개된 실시예의 항공기 응용은, 예를 들어 제한 없이 스파 및 스트링거와 같은 스티프너 부재의 레이업을 포함할 수 있다. 사전 제작(pre-production) 중에, 예시적인 방법(326)은 항공기(328) 및 자재 조달(332)의 사양 및 설계(330)를 포함할 수 있다. 생산 중에, 항공기(328)의 컴포넌트 및 서브어셈블리 제조(334) 및 시스템 통합(336)이 일어난다. 그 후, 항공기(328)는 실제 비행(340)에 배치되기 위해 인증 및 배달(338)을 검토할 수 있다. 고객에 의한 서비스 중에는, 항공기(328)는 수정, 재구성, 보수 등을 포함할 수 있는 일상적인 유지 보수 및 서비스(342)를 위해 스케줄링된다.

방법(326)의 각 프로세스는, 시스템 인테그레이터(system integrator), 제3자 및/또는 오퍼레이터(예를 들어, 고객)에 의해 수행되거나 행하여질 수 있다. 이 설명을 목적으로, 시스템 인테그레이터는 항공기 제조 업체 및 주요 시스템 하청 업체의 임의의 번호를 제한 없이 포함할 수 있고, 제3자는 공급 업체, 하청 업체 및 공급자를 제한 없이 포함할 수 있으며, 오퍼레이터는 항공사, 임대 회사, 군사 기업, 서비스 조직 등일 수 있다.

도 41에 나타낸 바와 같이, 예시적인 방법(326)에 의해 생산된 항공기(328)는 복수의 시스템(346)과 내부(interior; 348)를 갖춘 기체(airframe; 344)를 포함할 수 있다. 하이레벨 시스템(346)의 예는, 추진 시스템(350), 전기 시스템(352), 유압 장치(354), 및 환경 시스템(356)의 하나 이상을 포함할 수 있다. 임의의 수의 다른 시스템이 포함될 수 있다. 항공 우주 예가 나타내어져 있지만, 본 발명의 원리는 해양 및 자동차 산업 등과 같은 다른 산업에 적용될 수 있다.

여기에서 구현된 시스템 및 방법은, 생산 및 서비스 방법(326)의 임의의 하나 이상의 스테이지 중에 적용될 수 있다. 예를 들어, 생산 공정(334)에 대응하는 컴포넌트나 서브어셈블리은 항공기(328)가 사용되고 있는 동안에 생산된 컴포넌트와 서브어셈블리과 유사한 방식으로 제작되거나 제조될 수 있다. 또한, 하나 이상의 장치 실시예, 방법 실시예, 또는 그 조합이, 예를 들어 실질적으로 항공기(328)의 어셈블리를 처리하거나 또는 항공기(328)의 비용을 줄임으로써, 생산 스테이지(334 및 336) 중에 활용될 수 있다. 마찬가지로, 항공기(328)가 사용되고 있는 동안에 장치 실시예, 방법 실시예 또는 그 조합 중의 하나 이상이 예를 들어 제한 없이 유지 보수 및 서비스(342)에 활용될 수 있다.

다른 유리한 실시예의 설명이 도시 및 설명을 목적으로 제시되고 있으며, 하나도 빠뜨리는 것 없이 만들거나 개시된 형태의 실시예에 한정하려고 의도하는 것은 아니다. 많은 수정 및 변형이 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람들에게 명백하게 될 것이다. 더욱이, 다른 유리한 실시예가 그 이외의 다른 유리한 실시예에 비해 다른 장점을 제공할 수 있다. 실시예의 원리, 실질적인 응용을 가장 잘 설명하고, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람 이외의 사람들이 생각되는 특별한 이용에 잘 부합하는 것과 같은 다양한 수정이 있는 다양한 실시예에 대한 설명을 이해하는 것을 가능하게 하기 위해, 실시예 또는 실시예들이 선택되고 선별되고 개시된다.

Claims (9)

1. 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 장치로서,
   제1 축을 따라 기판에 대해 이동가능하되, 이격된 제1 및 제2 지지대와 제2 축을 따라 기판을 가로질러 연장되는 빔을 포함하는 라미네이터;
   제1 축에 관하여 빔의 각도 방향의 변화를 허용하기 위해 빔과 지지대의 각각 사이에 형성된 피봇 연결부; 및
   빔 상에 형성되어 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 적어도 하나의 테이프 적층 헤드를 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 적층 장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 라미네이터가 복수의 빔과, 이들 빔의 각각에 형성되어 기판에 복합 테이프를 적층하기 위한 테이프 적층 헤드를 포함하고,
   상기 장치가,
   제1 축에 관하여 빔의 각각의 각도 방향의 변화를 허용하기 위해 빔과 지지대의 각각 사이에 형성된 복수의 피봇 연결부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적층 장치.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 지지대가 제1 축에 평행한 방향으로 서로 독립적으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 적층 장치.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 빔과 상기 지지대 중 하나 사이에 형성되어 상기 빔이 하나의 지지대에 관하여 슬라이드하도록 하기 위한 슬라이드가능한 연결부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적층 장치.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 테이프 적층 헤드는,
   상기 빔을 따라 실질적으로 평행 이동을 위해 장착된 복수의 캐리지;
   상기 캐리지의 각각에 형성되어 기판에 복합 테이프의 스트립을 레이다운하기 위한 적어도 하나의 테이프 제어 모듈; 및
   상기 빔의 각도 방향이 변경될 때 서로에 관하여 테이프 제어 모듈을 정렬하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 장치.
   
6. 기판에 복합 테이프를 적층하는 방법으로서,
   축을 따라 테이프 라미네이터 및 기판을 상대적으로 이동시키는 단계;
   라미네이터 상의 빔을 따라 테이프 제어 모듈을 이동시키는 단계;
   테이프 제어 모듈을 이용하여 기판에 복합 테이프의 적어도 하나의 스트립을 적층하는 단계; 및
   상기 빔이 선회되도록 상기 빔의 단부에서 2개의 지지대를 각각 상대적으로 이동시킴으로써 축에 관하여 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 적층 방법.
   
7. 삭제
8. 삭제
9. 제6항에 있어서, 축에 관하여 상기 빔의 각도 방향을 변경시키는 단계가 상기 지지대 중 하나에 관하여 상기 빔을 선형으로 슬라이딩시키는 단계를 포함하고,
   상기 방법이,
   상기 빔의 각도 방향의 변경에 기초해서 상기 테이프 제어 모듈의 시작 위치를 변화시키는 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 적층 방법.

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