KR20140050085A - 첨단 복합 라미네이트를 제조하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

첨단 복합 라미네이트를 제조하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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KR20140050085A
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tape section
section
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welding
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KR1020147005215A
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데이비드 알. 크레이머
돈 오. 에반스
크리스티나 엠. 맥러드
덴니스 엘. 웨이맨
Original Assignee
디펜바허 게엠베하 마쉬넨- 운트 안라게바우
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Abstract

첨단 복합 라미네이트를 제조하기 위한 시스템 및 방법은 테이프 분배 시스템, 테이프 배치 헤드 및 공구세공 표면을 포함한다. 테이프 섹션이 형성되고 그립핑 조립체를 이용하여 테이프 섹션 가이드를 통해 이동된다. 테이프 섹션 가이드 시스템은 공구세공 표면 위에 매달려 있다. 테이프 섹션이 공구세공 표면상의 필요한 위치 위에 배치되면, 테이프 태킹 디바이스가 테이프 섹션을 공구세공 표면 또는 다른 하부 테이프 섹션에 태킹하거나 또는 다른 방법으로 부착한다.

Description

첨단 복합 라미네이트를 제조하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR MAKING ADVANCED COMPOSITE LAMINATES}
본 출원은 2011년 7월 28일 제출된 미국 가특허출원 제61/512,632호의 이득을 청구하며, 상기 가특허출원은 그 전체를 본원이 참고로 포함하고 있다. 또한 본 출원은 2011년 11월 1일 발행된 미국특허 제8,048,253호(2008년 9월 24일 제출된 미국특허출원 제12/237,077호), 2012년 5월 1일 발행된 미국 특허 제8,168,029호(2011년 10월 3일 제출된 미국특허출원 제13/251,360호), 및 2012년 3월 30일 제출된 미국특허출원 제13/435,006호와 관련되어 있고, 이들 공보는 그 전체를 본원이 참고로 포함하고 있다.
본 실시예는 일반적으로 첨단복합재료에 관한 것으로서, 특히 자동 설비를 이용하여 최소의 파편(scrap)을 가지면서 첨단 복합 라미네이트(advanced composite laminate)를 신속하게 제조하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
첨단복합재료는 경량 및 고강도(high strength) 및/또는 고강성도(high stiffness)를 필요로 하는 고성능 구조적 제품에서 점차 많이 사용되고 있다. 복합재료는 2개 이상의 성분을 포함하는 가공 재료이다. 실시예는 탄소섬유, 유리섬유 또는 기타 보강 섬유와 같은 보강 섬유와, 에폭시, 나일론, 폴리에스터, 폴리프로필렌 또는 기타 수지와 같은 열경화성 또는 열가소성 폴리머 수지를 조합하는 폴리머 복합재에 관한 것이다. 섬유는 통상적으로 섬유 길이의 방향을 따라 강성도 및 강도를 제공하며, 수지는 형상 및 인성을 제공하고 또한 섬유들 사이에 하중을 전달하는 작용을 한다. 첨단 복합 부품의 구조적 성능은 섬유 대 수지의 비율(또한 섬유 체적 분율이라고도 함)의 증가, 섬유 길이의 증가, 부품을 통과하는 섬유 배향과 하중 경로 사이의 밀접한 정렬(무작위 섬유 배향과는 대조적으로), 및 섬유들의 직선도에 따라 증가한다. 첨단 복합 부품의 중량은 또한 큰 응력을 받는가 또는 작은 응력을 받는가에 따라서 선택적으로 재료를 추가하거나 빼는 것에 의하여 최적화될 수 있다.
통상적으로, 고성능 첨단 복합 부품의 제조는 느린 노동 집약적인 공정이다. 따라서, 첨단 복합 부품의 제조를 자동화하기 위한 여러 가지 해법은 손 노동(hand labor)을 줄이고, 사이클 시간을 감소시키며, 부품 품질 및 반복성을 향상시키도록 개발되어 왔다. 그러한 기계는 항공기 동체 및 내부 구조적 부재로부터 압력 용기, 파이프, 풍력 터빈용 블레이드 및 날개 스킨에 이르기까지 작고 큰 부품들을 제조하는데 사용되고 있다. 이러한 기계는 통상적으로 다중축 CNC 조작기(manipulator)상에 장착된 재료 배치 헤드를 이용하여 테이프 재료를 직접 맨드릴 또는 금형에 배치한다. 재료가 놓이게 되면, 재료는 어떠한 하부 층과 함께 경화된다. 이것은 "원위치(in situ)" 경화(consolidation)라고 부른다.
본원에 참조로 포함되어 있는, 미국특허 제6,607,626호 및 제6,939,423호에 기재된 다른 해법은 실질적으로 평평한 "맞춤식 블랭크(tailored blank)"를 설치하는 것이며, 여기서 복합 라미네이트의 플라이 모두가 함께 태킹(tacking)된다. 일단 맞춤식 블랭크가 제작되면, 후속 가공 단계가 사용되어 플라이들을 함께 경화하여 블랭크를 최종 형상으로 형성하게 된다.
테이프 및 섬유 배치 기계에 전형적인 하나의 특성은 재료를 공구세공 표면에 적용하도록 사용된 전체 기술이며; 그러한 기계는 공구세공 표면에서 테이프 또는 견인(tow) 재료를 점진적으로 펼치며, 상기 공구세공 표면은 부품의 유사한 전체 형상과 일치시키며, 재료가 표면에 공급될 때 하나 이상의 압착 롤러(compaction roller) 또는 슈(shoe)를 이용하여 제 위치에 태킹하도록 구성되어 있다. 이러한 기술은 고품질 부품을 생산하는 반면, 재료 배치 비율의 증가가 대형의 고동력 기계를 필요로 한다는 하나의 주요한 제한사항이 있으며, 이는 시스템 크기, 에너지 소비, 원가 및 정밀성에 대해 복합적인 영향을 미친다. 많은 시스템에서, 또한 특히 통상적으로 용해된 다음에 배치 중에 다시 응고되는 열가소성 복합재에 대해 열전달율에 의해 속도가 제한된다.
섬유 배치 및 테이프 적층 기계의 다른 제한사항은, 상기 기계가 통상적으로 최종 전체 형상에 매우 가까운 부품을 생성하며 따라서 달성가능한 부품 복잡성 및 외형이 레이업(layup) 헤드가 부착되어 있는 조작기의 크기 및 능력(dexterity)에 의해 좌우된다. 그러한 시스템은 통상 상술한 부품들의 유형들을 생산하기 위해 5 내지 6개의 자유도(degree of freedom)를 필요로 한다.
실시예는 복합 테이프 재료를 공구세공 표면에 적용하기 위한 시스템 및 방법을 제공한다. 부품의 전체 형상으로 구성되어 있고 원위치 경화되는, 공구세공 표면에 점진적으로 테이프를 적용하는 대신에, 실시예는 예정된 길이의 테이프 재료를 공급하여 공구세공 표면보다 위에 배치함으로써 사후 경화 및 성형 작업을 하기에 적합한 실질적으로 평평한 형태로 테이프의 코스를 배치한다. 테이프는 테이프 섹션으로 사전에 절단될 수 있고 또는 테이프 공급부로부터 공급되어서(예로서 잡아당겨서) 필요한 길이의 테이프 섹션(또는 "코스(course)")으로 절단될 수 있다. 테이프 섹션은 공구세공 표면을 향하여 이동될 수 있다. 일단 공구세공 표면에 또는 그 부근에 있게 되면, 전체 테이프 섹션이 하나의 작업으로 하부(underlying) 재료에 태킹될 수 있다. 태킹은 예를 들어 스폿 용접기 또는 융합 공정을 이용하여 격리된 장소에서 하부 재료에 테이프 섹션을 융합하는 것을 포함할 수 있다. 테이프 공급 작업을 태킹 작업과 분리하면 시스템을 자동으로 더욱 빠르게 그리고 더욱 신뢰성있게 작동시킬 수 있다.
하나의 실시예는, 하나 이상의 테이프 섹션을 다중축 모션 테이블 위에 배치하고 다음에 테이프 섹션을 테이블상으로 하강시켜서 스폿 용접 유닛의 어레이를 사용하여 사전에 놓여진 재료에 상기 테이프 섹션을 태킹함으로써 고성능 첨단 복합 라미네이트를 제조하는 시스템 및 방법을 포함한다.
하나의 양상에서, 테이프 재료로부터 복합 프리폼을 제조하기 위한 방법은, 테이프 섹션의 제1 단부가 초기에 테이프 섹션 가이드의 제1 위치에 배치되고 상기 테이프 섹션의 제2 단부가 초기에 상기 테이프 섹션 가이드의 제2 위치에 배치되도록, 상기 테이프 섹션을 공구세공 표면(tooling surface)을 가로질러 상기 테이프 섹션을 매달고 있는 상기 테이프 섹션 가이드에 공급하는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은, 공구세공 표면에 대하여 필요한 장소 및 배향으로 상기 테이프 섹션을 위치설정하기 위해 상기 테이프 섹션 가이드와 상기 공구세공 표면 사이에 상대운동을 제공하는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은, 제1 단부가 제3 위치로 이동되고 제2 단부가 상기 테이프 섹션 가이드의 제4 위치로 이동되도록 상기 테이프 섹션을 이동시키는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은, 테이프 섹션을 공구세공 표면 및 사전-배치된 테이프 섹션 중 적어도 하나에 고정하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 테이프 재료로부터 복합 프리폼을 제조하기 위한 방법은, 테이프의 일부분을 테이프 섹션 가이드에 공급하는 단계와; 상기 테이프의 일부분의 단부를 붙잡아서 상기 테이프의 일부분을 상기 테이프 섹션 가이드를 따라 잡아당기는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은, 테이프의 일부분의 단부가 예정된 장소로 당겨졌을 때 테이프 섹션을 형성하도록 상기 테이프의 일부분을 절단하는 단계를 포함한다. 또한 이 방법은, 테이프 섹션을 상기 공구세공 표면 및 사전-배치된 테이프 섹션 중 적어도 하나에 고정하는 단계를 포함한다.
다른 양상에서, 복합 테이프로부터 복합 프리폼을 제조하기 위한 장치는, 테이프 섹션을 수용하는 테이프 섹션 가이드, 및 상기 테이프 섹션을 상기 테이프 섹션 가이드에서 파지하도록 구성된 테이프 그립핑(gripping) 조립체를 포함한다. 또한 이 장치는, 테이프 섹션을 다른 유사한 테이프 섹션에 태킹하도록 구성된 테이프 태킹 디바이스를 포함한다. 상기 테이프 그립핑 조립체는 그립핑 부재를 포함하고, 상기 그립핑 부재는 테이프 섹션의 일부분을 파지하여 테이프 섹션 가이드의 길이와 관련된 축을 따라 이동시키도록 구성되어 있다. 그립핑 부재는 테이프 섹션 가이드의 제1 위치로부터 상기 테이프 섹션 가이드의 제2 위치로 이동하고 이에 따라 상기 테이프 섹션의 일부분을 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동시킨다.
실시예들의 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점이 아래의 도면 및 상세한 설명을 시험하여 기술에 숙련된 자에게는 명백히 나타날 것이다. 그러한 추가의 시스템, 방법, 특징 및 장점이 본 설명 및 개요에 포함되며 실시예의 범위 내에 들어가며 청구범위에 의하여 보호받도록 계획되어 있다.
실시예는 아래 도면과 설명을 참고함으로써 더욱 잘 이해될 수 있다. 도면의 구성요소들은 반드시 비율대로 도시되어 있지는 않으며, 대신에 실시예의 원리를 예시한다는 점에서 강조되어 있다. 더구나, 도면에서 유사한 참고부호는 다른 도면 전체를 통해 대응하는 부분을 지칭한다.
도 1은 맞춤식 블랭크(tailored blank)의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 2는 복합 테이프를 적용하기 위한 시스템의 실시예의 등축도를 도시하는 개략도이다.
도 3은 도 2에 도시된 시스템의 전방도를 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 2에 도시된 시스템의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 5는 재료 분배 시스템 및 테이프 운송 레일의 실시예의 상세 도면을 도시하는 개략도이다.
도 6은 재료 분배 시스템 및 자동공급기 유닛의 실시예의 상세 도면을 도시하는 개략도이다.
도 7은 배치 헤드의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 8은 전방 프레임판을 제거한 공급-커터 유닛의 실시예의 측면도를 도시하는 개략도이다.
도 9a 및 도 9b는 테이프 배치 헤드의 실시예의 상세 도면을 도시하는 개략도이다.
도 10은 테이프 캐리지의 실시예의 상세 도면을 도시하는 개략도이다.
도 11은 캐리지 프레임의 실시예의 단부 도면을 도시하는 개략도이다.
도 12는 캐리지 프레임의 실시예의 슬롯형 구멍들을 도시하는 개략도이다.
도 13은 테이프가 공급-커터 유닛의 출구를 통과하여 캐리지 프레임의 가이드 레일로 들어가는 실시예의 측면도를 도시하는 개략도이다.
도 14는 용접기 프레임 유닛의 실시예의 전방 도면을 도시하는 개략도이다.
도 15는 프레셔 풋(pressure foot)을 부착한 단일 용접기 유닛의 실시예의 전방 도면을 도시하는 개략도이다.
도 16은 풀기-완화(unwind and slack) 시스템의 구성의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 17은 단일 자동공급기 유닛의 실시예의 상세 도면을 도시하는 개략도이다.
도 18은 가이드 레일과 공구세공 표면에 대하여 하강된 가이드 레일 수직 위치 사이에서 커핑(cupping)하는 테이프 섹션의 실시예의 단부 도면을 도시하는 개략도이다.
도 19는 테이프 섹션이 하부 테이프 섹션에 태킹되어 있는 실시예의 단부 도면을 도시하는 개략도이다.
도 20은 가이드 레일이 후퇴하고 프레셔 풋이 테이프 섹션을 제 위치에 보유할 때 테이프 섹션이 가이드 레일로부터 제거되는 실시예의 단부 도면을 도시하는 개략도이다.
도 21은 후퇴한 가이드 레일과 후퇴한 프레셔 풋의 단부 도면의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 22는 앵글형 커터를 갖는 가이드 레일의 측방향 운동의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 23은 절단각이 +45°컷 위치에 있는 상태에서 앵글형 커터 및 수평 작동 가이드 레일 기구의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 24는 절단각이 +45°컷 위치에 있는 상태에서, 도 23의 앵글형 커터 및 수평 작동 가이드 레일 기구의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 25는 절단각이 0°컷 위치에 있는 상태에서, 도 23의 앵글형 커터 및 수평 작동 가이드 레일 기구의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 26은 절단각이 -45°컷 위치에 있는 상태에서, 도 23의 앵글형 커터 및 수평 작동 가이드 레일 기구의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 27은 복합 테이프를 적용하기 위한 시스템의 다른 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 28은 도 27에 도시된 시스템의 평면도를 도시하는 개략도이다.
도 29는 도 28에 도시된 단면 라인을 따라 취한, 도 27에 도시된 시스템의 부분 횡단면도를 도시하는 개략도이다.
도 30은 테이프 분배 시스템의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 31은 재료 구동 시스템의 실시예의 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 32는 도 31의 재료 구동 시스템의 절개도를 도시하는 개략도이다.
도 33은 재료 구동 시스템에 사용하기 위한 척 부재의 실시예에 대한 등측 분해도를 도시하는 개략도이다.
도 34는 도 33의 척 부재의 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 35는 자동 테이프 로딩 시스템의 실시예의 등측도에 대한 개략도이다.
도 36은 도 35의 자동 테이프 로딩 시스템의 다른 등측도이다.
도 37은 용접 시스템의 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 38은 도 37의 용접 시스템의 분해 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 39는 컷팅 시스템의 실시예의 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 40은 용접 유닛의 실시예의 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 41은 그립핑 조립체의 실시예의 도면을 도시하는 개략도이다.
도 42는 도 41의 그립핑 조립체의 분해 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 43은 그립핑 부재의 실시예의 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 44는 도 43의 그립핑 부재의 분해 등측도를 도시하는 개략도이다.
도 45는 실시예에 따른 일부 센서의 위치를 도시하는 개략도이다.
도 46a 내지 도 46g는 하나의 실시예에 따라 테이프 섹션을 공구세공 표면에 적용하기 위한 방법에서 단계들의 순서를 도시하고 있다.
도 47a 및 도 47b는 하나의 실시예에 따라 테이프 섹션을 공구세공 표면에 적용하기 위한 방법에서 단계들의 다른 순서를 도시하고 있다.
도 48은 테이프 공급 유닛에 사용하기 위한 드라이버 롤러 조립체 및 패시브 롤러 조립체의 실시예의 개략도를 도시한다.
도 49는 테이프 공급 유닛의 일부 구성요소의 개략도를 도시한다.
실시예는 테이프 배치 방법을 제공한다. 아래에 상세히 기재된 바와 같이, 테이프 배치 방법은 재료 배치 헤드를 공구세공 표면 위에 위치설정하는 단계와, 공구세공 표면 위에서 테이프를 보유하는 가이드 내로 테이프를 공급하는 단계와, 공급원료부터 오는 테이프를 테이프 섹션으로 절단하는 단계와, 테이프 섹션을 공구세공 표면상에 또는 그 부근으로 이동하는 단계와, 테이프 섹션을 어떠한 하부 테이프 층들에 태킹하거나 또는 테이프 섹션을 공구세공 표면에 고정하는 단계를 포함한다.
재료
본 실시예는, 미리함침된(preimpregnated) 섬유 및 폴리머 테이프와, 순수 폴리머 테이프와 같은 테이프 재료로부터 첨단 복합 프리폼을 생성하는데 사용될 수 있다. 첨단복합재료는 보강섬유, 폴리머 수지, 및 가끔 발포재 또는 허니콤(honeycomb)과 같은 코어 재료를 포함한다. 부품은 재료의 층들을 하나 이상의 방위, 또는 플라이 각도로 적층(stacking)함으로써 만들어진다. 플라이 각도는 부품의 하중 필요조건에 의해 결정된다. 통상, 라미네이트를 포함하는 재료는 보강섬유 및 폴리머 수지를 포함하는 미리함침된 섬유가 될 것이다. 그러나, 응용의 필요조건에 기초하여 비강화(unreinforced) 폴리머 테이프, 코어 재료 또는 금속성 필름과 같은 다른 재료가 라미네이트에 포함될 수 있다.
보강섬유는 예를 들어 탄소, 유리, 현무암, 폴리에틸렌, 또는 어떤 다른 보강재로 제조될 수 있다. 스트링, 로프, 머리카락, 또는 다른 섬유와 같이, 폴리머 복합재에 사용된 보강섬유는 섬유 길이의 방향으로 따라서 부품에 강도(strength) 및 강성도(stiffness)를 부가한다. 섬유는 길이가 연속적이거나 거의 연속적이며 테이프 길이(또는 테이프의 길이방향 축)에 평행하게 정렬되는 것이 양호하며, 그러나 테이프 내에 특정한 보강 포맷을 요구하지는 않는다. 덧붙여, 테이프의 에지에 평행하게 실질적으로 정렬되지 않는 연속 또는 불연속 섬유와 수지를 포함하는 테이프가 사용될 수 있다. 폴리머 수지는 열가소성(예로서, 폴리아미드, 폴리페닐렌 설파이드) 또는 열경화성(예로서, 에폭시, 비닐 에스테르, 또는 폴리에스터)을 가질 수 있다. 가장 많은 폴리머 복합 응용예에서와 같이, 사용된 특정 수지 및 섬유와 복합재 내의 그들의 비율 및 포맷은 제조될 부품의 특정 필요조건에 의해 결정된다.
프로세스
본 실시예는 테이프 재료의 다중 플라이를 포함하는 라미네이트를 생성하는데 사용될 수 있다. 각각의 플라이는 서로 평행하게 배치된 하나 이상의 테이프 섹션(소위 "코스"라고도 함)을 포함하고, 각각의 플라이는 하나 이상의 하부 플라이에 융합된다. 각각의 플라이의 형상과, 라미네이트에서 다른 플라이 내의 섬유에 대하여 플라이 내의 섬유의 배향, 또는 각도는, 최종 제조 부품이 필요한 구조적 특성들을 가지도록 선택된다. 맞춤식 블랭크를 제작하는데 사용된 방법의 제1 단계는 스풀(spool)로부터 특정 길이의 테이프 재료를 테이프 섹션 위치설정 시스템 내로 공급하는 것이며, 상기 테이프 섹션 위치설정 시스템은 테이프가 배치될 공구세공 표면 위에서 테이프를 매달고 있게 된다. 제1 단계와 동시에 발생할 수 있는, 제2 단계는, 테이프 섹션이 공구상으로 하강될 때 테이프 섹션이 부품을 위한 정확한 위치 및 방위에 있도록 공구에 대하여 테이프 섹션을 위치설정하는 것이다. 제3 단계에서, 가이드는 테이프 섹션을 하강시켜서, 그 섹션이 하부 재료에 태킹되거나 또는 공구 표면에 고정되게 한다. 공구세공 표면에 직접 접촉하는 어떤 재료가, 테이프 층들을 서로 태킹하는데 사용된 방법과 다를 수 있는 기법(예로서, 진공)을 사용하여 공구에 고정될 수 있다. 일단 재료의 섹션이 하부 재료 또는 공구세공 표면에 고정되면, 테이프 섹션 위치설정 시스템 및 태킹 시스템이 그들의 시작 위치로 복귀하고, 새로운 재료 섹션이 가이드에 공급된다. 다음에 프로세스의 전술한 단계들이 블랭크가 완성될 때까지 반복될 수 있다.
이러한 전체 프로세싱 방법의 여러 가지 변경예 또는 실시예가 사용될 수 있다. 프로세스가 여기에 연속적 단계들의 시리즈로 기재되어 있지만, 이 방법의 실시예는 전체 프로세싱 시간을 감소시키기 위해 상기 단계들을 동시에 실행할 수 있다. 예를 들어, 테이프 섹션 위치설정 시스템 및/또는 공구를 제 위치에 이동하는 것은, 가이드가 상승 및/또는 하강하는 동안 및/또는 테이프가 가이드에 공급되는 동안에 발생할 수 있다. 또한, 이러한 방법의 실시예는 보조 배치 헤드를 기계에 합체시킴으로써 1회에 1개 이상의 섹션을 배치할 수 있다. 따라서 본 설명에서는 섹션들이 반드시 1회에 1개가 배치될 것을 암시하지 않는다. 이 방법의 특정 실시예는 또한 단일 블랭크에서 가변 폭 또는 다중 재료를 배치할 수 있는 능력을 포함할 수도 있다.
덧붙여, 대안 실시예는 테이프가 가이드 레일에 공급된 후에 테이프를 절단하기보다는 사전에 절단되어 있는 테이프 섹션을 배치하는 것을 포함할 수 있다. 가이드 레일 앞에 사전-절단된 테이프를 배치하는 것은, 절단 작업이 기계 작동의 순서의 중대한 경로에서 제거될 수 있기 때문에 기계의 작업 속도를 높일 수 있다. 추가로, 사전-절단된 테이프 섹션을 사용하는 것은, 프로세스의 테이프 배치 부분으로부터 동역학적 장력 제어를 위한 필요조건을 제거할 수 있다. 테이프 섹션은 공급 및 배치와 일렬로 사전-절단될 수 있고, 또는 테이프 섹션은 오프라인에서 사전-절단되어 가이드 레일에 공급하도록 키트(kit)처럼 적재될 수 있다.
플라이들을 함께 태킹하는데 사용된 방법과, 플라이들이 태킹되는 정도는 다른 실시예에서 변화될 수 있는 다른 파라미터이다. 코스를 하부 플라이에 태킹하는 방법은 접촉 가열, 초음파 용접, 유도용접, 레이저 가열, 고압가스(hot gas), 또는 플라이를 서로 부착하기 위한 다른 방법을 포함할 수 있다. 또한 이 방법은 관절식 헤드 또는 가동 공구세공 표면과 함께 사용될 수 있고, 또는 2가지 위치설정 해법을 조합하여 사용될 수 있다. 여기에 기재된 실시예가 x 및 y 방향으로 이동할 수 있을 뿐만 아니라 회전할 수 있는 실질적으로 평평한 공구세공 표면 위에 배치되는 고정식 재료 배치 헤드를 사용하지만, 배치 헤드를 이동시키거나 또는 2개를 조합함으로써 배치 헤드와 공구세공 표면 사이에 상대 운동이 달성될 수 있다.
실행
특정한 실행이 도 2 내지 도 16에 도시되어 있다. 이러한 예시적 시스템은 재료 분배 시스템(1), 테이프 운송 레일(2), 배치 헤드(3), 블랭크 공구세공 표면으로서 작용하는 진공 테이블(4), 3-축 모션 테이블(5), 및 구조빔(6)을 포함한다. 배치 헤드(3) 및 테이프 운송 레일(2)은 구조빔에 부착되어 모션 테이블(5) 및 진공 테이블(4) 위에 배치된다. 추가의 지원 시스템이 도시되어 있으며, 이 지원 시스템은 조작자 인터페이스 컴퓨터(7), 전자기기 제어 캐비넷(8), 진공 펌프(9), 및 주변 안전가드(safety garding)(10)를 포함한다.
예를 들어 도 5, 도 6, 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 재료 분배 시스템(1)(또한 "크릴 랙(creel rack)"이라고도 함)은 테이프 언스풀러(unspooler) 기구(11)를 수용하는 하나 이상의 크릴 박스(35)를 포함한다. 이 시스템에서, 테이프 롤(47)이 스핀들(12)에 적재되어 제 위치에 고정된다. 스풀 가드(13)가 테이프의 에지를 정렬 상태로 유지하기 위해 제 위치에 배치된다. 테이프의 선두 에지가 크릴 공급 장치(14)에서 공급 롤러들(15) 사이에서 제1 가이드 롤러(48) 둘레에 공급되어 제2 가이드 롤러(49)를 통과한다. 하나의 테이프 코일이 전체 스풀의 외측 둘레에 감기고, 크릴 공급 장치 내에 있는 가이드 롤러(16)의 추가 세트 둘레에 공급되고, 그리고 자동공급기 유닛(17)으로 배출된다. 일단 테이프가 자동공급기 유닛에 공급되면, 자동공급기 핀치 롤러(18)가 테이프와 결합하여 테이프를 공급 가이드(19)(예로서 도 17에 도시됨)를 통해 공급하며, 테이프 운송 레일을 가로질러 테이프 배치 헤드(3)에 공급한다. 테이프가 테이프 배치 헤드(도 9a 및 도 9b)의 공급 롤러(23)들을 통과하면, 이 롤러(23)들은 결합하고, 자동공급기의 롤러(18)들은 해제된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 테이프 배치 헤드(3)는 3개의 보조시스템; 즉 테이프 공급 커터 유닛(2), 용접 유닛(21), 및 테이프 캐리지 유닛(22)을 갖는다. 테이프가 테이프 공급 커터 유닛(20)을 통해 다음에 피동 공급 롤러(23)의 세트를 통해 들어간다. 예를 들어 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이, 공급 롤러(23)들은 테이프를 잡아서 조정가능한 테이프 정렬판(44)을 지나서 테이프-절단 유닛(24)을 거쳐서, 테이프 캐리지 유닛(22)의 부품인 가이드 레일(25)(도 10)로 밀고 간다. 도 13에 도시된 바와 같이, 테이프는, 테이프 단부와 커터 블레이드(45) 사이의 거리가 필요한 스트립 길이(26)와 동일하게 될 때까지 가이드 레일(25)을 통해 공급된다. 이 지점에 도달되면, 핀치 롤러가 공급되는 테이프를 정지시키고, 커터 유닛이 테이프를 절단한다. 이것으로 인하여 가이드 레일(25)들 사이에 알려진 길이의 테이프 섹션(27)이 매달려 있게 된다.
도 8에 도시된 공급-커터 유닛에서, 커터 유닛(24)은 블레이드와 앤빌을 포함하고, 상기 블레이드와 앤빌 사이로 공급 유닛이 테이프를 공급하고, 블레이드와 앤빌의 운동은 블레이드가 앤빌을 지나며 절단할 때 테이프가 테이프 섹션으로 절단되도록 제어된다. 또한 대안의 커터 실시예가 사용될 수 있는데, 예를 들어 회전 나이프 커터, 초음파 나이프, 또는 테이프를 절단하기 위해 테이프의 폭을 가로지르는 폭을 횡단할 수 있는 레이저를 포함한다. 횡단하는 커터 또는 유사한 디바이스에 의하여, 커트라인이 비직선형이 될 수 있으며, 예로서 굴곡형이거나, 들쭉날쭉하게 되거나 또는 톱날같이 될 수 있다.
가이드 레일(25)은 테이프 캐리지 유닛(22)(도 7 및 도 10 참조)의 부품이다. 이 실시예에서, 시스템은 캐리지 프레임(28)의 세트에 각각 부착되어 있는 실질적으로 평행한 2개의 가이드 레일(25)을 포함한다. 테이프의 각각의 에지에 대해 하나의 가이드 레일과 하나의 캐리지 프레임이 있다. 각 캐리지 프레임은 선형 슬라이드(30) 및 선형 액추에이터(31)를 경유하여 메인 용접기 프레임(29)에 부착되어 있다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 캐리지 프레임의 수평부(43)에서 슬롯형 부착 구멍(42)들은 테이프(48)의 중심선으로부터 가이드들의 거리를 조정할 수 있게 허용한다.
이 실시예에서, 테이프 섹션은 테이프의 에지들이 정착해 있는 가이드 레일들 내의 홈들에 의하여 가이드 레일들 사이에 유지되어 있다. 일정한 횡단 강성도(즉, 테이프 섹션의 폭을 가로지르는 강성도)를 갖는 테이프는 홈들에 정착함으로써 바로 제 위치에 머물러 있다. 홈들 내에 머물기에 불충분한 횡단 강성도를 갖는 테이프의 경우, 가이드 레일은 테이프가 압착되어 그 에지보다 더 높은 테이프 중심을 갖는 상태로 커핑되도록 함께 밀접하게 이동될 수 있다. 커핑된 형상은 테이프 섹션에 추가의 횡단 강성도를 제공하여 테이프 섹션이 가이드에 의하여 유지될 수 있게 한다.
도 18 내지 도 21은 테이프 섹션(56)을 취급하고, 배치하고 하부 테이프 섹션에 태킹하는 예시적 시스템 및 방법을 도시한다. 이 실례에서, 테이프 섹션(56)은 단순히 가이드 레일(25)들 내의 홈들의 하부면의 상단에 정착함으로써 홈들 내에 유지되기에 불충분한 횡단 강성도를 갖는다. 따라서, 가이드 레일(25)들은, 테이프 섹션(56)의 에지들이 홈들의 수직벽들에 의해 압착되도록 함께 밀접하게 조정되고, 그 결과 테이프 섹션(56)이 도 18에 도시된 바와 같이 그 에지(53)보다 더 높은 테이프 섹션의 중심을 갖는 상태로 커핑되게 된다. 다시 말하면, 테이프 섹션(56)의 폭은 도 18에서 수평에 대하여 볼록하다. 커핑된 형상은 테이프 섹션에 추가의 횡단 강성도를 제공하여 테이프 섹션이 가이드 레일(25) 내의 홈들에 의하여 적절하게 지지될 수 있게 한다.
가이드 레일(25)들 내에 테이프 섹션(56)이 있는 상태에서, 가이드 레일(25)은 도 18에 도시된 바와 같이 공구세공 표면(4) 바로 위의 지점까지 하강한다. 다음에, 도 19에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 프레셔 풋(54)이 하강하여 테이프 섹션(56)을 눌러 하부의 재료와 접촉하게 한다. 이 실시예에서, 또한 기재되어 있는 전용 프레셔 풋(33)에 추가하여, 용접기 팁(46)은 그 자신이(도 15 참조) 프레셔 풋으로서 작용한다. 대안으로서, 용접기 팁 및 프레셔 풋은 단일의 통합 디바이스가 될 수 있다. 테이프가 제 위치에 있고 용접기 팁이 하강한 상태에서, 그때 테이프 섹션은 어떠한 하부 재료에 가용접(tack weld)된다. 일부의 경우, 테이프 섹션은 직접 공구세공 표면(4)에 접촉하고, 다른 경우에 테이프 섹션은 이미 배치된 테이프 섹션(55)에 접촉할 것이다. 용접기 팁 아래의 테이프 섹션 직접 공구세공 표면에 직접 닿게 되면, 그때 그 특별한 용접기는 동력이 차단되는데, 왜냐하면 테이프 섹션의 그 부분이 예를 들어 진공에 의해 테이블에 고정되어 있기 때문이다.
일단 용접이 되면, 도 20에 도시된 바와 같이, 프레셔 풋이 테이프를 여전히 누르고 있는 상태에서 가이드 레일(25)이 상승한다. 이러한 가이드 레일의 상승은 테이프 에지들이 가이드 레일(25)의 홈에서 빠져나오게 하며, 따라서 테이프 섹션(56)을 가이드 레일(25)에서 해방시킨다. 다음에 도 21에 도시된 바와 같이, 테이프 섹션(56)이 공구세공 표면(4)상의 제 위치에 고정된 채로 남겨두고 프레셔 풋이 후퇴한다.
이 실시예에서, 진공 테이블(4)은 부품이 제작되는 공구세공 표면으로서 작용한다. 진공 테이블은, 배치 헤드 아래에 진공 테이블을 정확하게 배치하는 3축 모션 플랫폼(5)(도 2, 도 3 및 도 4 참조)에 부착되어 있다. 오프라인 프로그램으로부터 오는 지령은 필요한 테이프의 길이와 테이블상의 테이프 위치 및 방위를 결정한다. 테이프가 가이드 레일(25)에 공급되고 있는 동안에, 모션 플랫폼(5)이 진공 테이블(4)을 배치 헤드 아래에서 필요한 x-축, y-축 및 회전각 좌표로 이동시킨다. 다른 실시예에서, 공구세공 표면은 진공 테이블이 아닐 수 있다. 일부의 경우, 예를 들어 공구세공 표면에 테이프 섹션 또는 다른 부품을 유지하기 위해 정전기 전하가 사용될 수 있다. 더 나아가서, 공구세공 표면에 재료를 유지하기 위해 기술에 공지된 어떠한 방법이 다른 실시예에서 사용될 수 있다.
상기 보조시스템 각각의 형태 및 기능을 설명하였는데, 전체 테이프 배치 프로세스는 아래와 같이 작동한다.
테이프가 가이드 레일(25)에 공급되어 롤에서부터 테이프 섹션으로 절단되고 그리고 진공 테이블(4)이 필요한 위치 및 배향으로 배치되면, 테이프 섹션이 이미 배치된 플라이 또는 공구세공 표면에 거의 접촉할 때까지 캐리지 프레임(28)이 하강한다. 다음에 하나 이상의 용접기 유닛의 어레이가 용접 유닛(21)에서 하강하여 공구(또는 이미 배치된 플라이)상에 있는 테이프의 섹션을 누른다. 참고로, 3축 용접기 유닛이 도 2, 도 4 및 도 7에 도시되어 있다. 용접기 팁(46)에 추가하여, 프레셔 풋(33)이 각각의 용접기 액추에이터(예로서 도 14 및 도 15 참조)에 부착되어 있다. 이러한 프레셔 풋은 또한 공구세공 표면(4) 또는 이미 배치된 플라이와 테이프를 접촉상태로 유지하기 위해 테이프를 압박하는 작용을 한다.
테이프 섹션이 공구세공 표면(4)과 직접 접촉 상태로 배치되어 있는 조건에서는, 테이프 섹션은 테이블의 진공에 의하여 제 위치에 보유될 수 있다. 테이프 섹션이 이미 배치된 플라이의 상단에 배치되어 있는 조건에서는, 용접기가 작동하여 하부 재료에 테이프의 상단층을 태킹할 수 있다. 하나의 실시예로서, 용접기는 이러한 용접을 만들기 위해 초음파 임펄스를 사용할 수 있다.
용접/태킹 단계가 완료될 때, 용접 유닛이 테이프와 접촉상태로 유지되는 동안, 캐리지 프레임이 상승되어 그 로딩 위치로 복귀하기 시작한다. 테이프의 중심이 공구에 고정된 채로 유지되며 용접기 유닛에 의해 구속(pin down)되어 있기 때문에, 정지된 테이프 섹션과 상승하는 가이드 레일(25) 사이의 상대 운동이 테이프의 에지들을 가이드 레일(25)로부터 벗어나도록 끌어당기게 한다. 테이프 에지들이 가이드 레일(25)로부터 자유롭게 되면, 용접기 유닛이 후퇴하며 테이프 섹션을 공구세공 표면(4)상의 제 위치에 남겨 둔다.
이러한 과정은 블랭크를 포함하는 재료의 각 섹션에 대해 반복된다. 최종 테이프 섹션이 배치된 후, 테이블의 진공이 꺼지고, 이것이 부품을 테이블로부터 용이하게 제거할 수 있게 한다.
테이프를 신속히 가이드 레일(25)에 공급하기 위한 배치 헤드(3)에 대해서, 테이프는 매우 낮은 역장력(back tension)을 가지도록 구성될 수 있다. 장력이 너무 크면, 공급 롤러가 테이프를 제 위치로 밀 때 재료의 스풀의 관성이 테이프의 급속한 가속도 및 감속도에 저항할 수 있다. 따라서, 도 16에 도시된 바와 같이, 재료 분배 시스템(1)은 활성적으로 재료 롤을 풀어지게 하여서 재료 롤이 크릴 박스(35) 내에 있는 재료(34)의 최종 루프에서 슬랙(slack)을 만들게 한다. 슬랙의 양은 배치될 테이프 섹션의 길이에 의해 결정된다. 이러한 슬랙 루프는 테이프에서 역장력을 거의 만들지 않으며 배치 헤드가 재료를 매우 신속하게 공급하도록 허용한다. 크릴 박스(36) 내의 센서들은 슬랙 루프가 너무 작거나 너무 큰지 여부를 제어 시스템에 통보한다.
핀치 롤러는 테이프를 스풀로부터 당겨서 크릴 박스 내의 테이프의 슬랙 코일에 공급할 수 있으며, 하나 이상의 슬랙 루프 위치 센서에 의한 피드백을 사용하여 결정된 범위 내에서 슬랙 루프 크기를 유지하도록 구성될 수 있다. 테이프 스풀의 단부에서 슬랙을 유지하는 것은 테이프가 공급될 때 테이프의 역장력을 감소시킨다. 테이프 공급 유닛의 테이프 스풀을 활성적으로 푸는 것은 테이프 공급 유닛과 테이프 스풀 사이에서 테이프 장력을 최소화한다.
작동 중에, 여러 가지 사건이 정상적인 작용 순서를 방해할 수 있다. 여러 개의 센서가 제 위치에 배치되어 그러한 사건을 신호하여 관리하도록 한다. 그러한 사건의 하나는 공급 롤러가 테이프의 정확한 양을 공급하지 못하는 것이다. 이것은 공급되고 있는 테이프의 길이를 측정하는 엔코더 휠(37)(도 9a)을 설치함으로써 해결되었다. 측정된 공급 길이가 필요한 공급 길이에 대해 일정한 허용오차 내에 들어오지 않으면, 그때 교정 작용이 행해진다.
또한 시스템은 재료 롤의 끝에 도달되었을 때를 감지한다. 롤의 끝에 도달될 때, 자동공급기 유닛(17)의 센서(38)(도 17)가 테이프의 단부를 검출한다. 시스템은, 배치 헤드(3)의 입구에 있는 제2 재료 검출 센서(39)(도 8)가 테이프 단부를 검출할 때까지 계속 테이프를 공급한다. 테이프 단부가 이 지점을 통과할 때, 공급 롤러가 정지하고, 방향수정(redirect) 판(40)이 결합되어 테이프 단부를 하향으로 편향시킨다. 다음에 모션 플랫폼이 배치 헤드 아래에서부터 진공 테이블(4)을 밖으로 이동시키고, 공급 롤러(23)가 그 운동을 역전시키며, 따라서 테이프의 최종 스트립을 집수구(catch basin)(41)(도 2 참조)에 공급한다. 제2 크릴 박스에 테이프의 동일한 형식 및 크기가 로딩되면, 그때 시스템은 배치 헤드에 새로운 재료를 로딩하도록 자동공급기를 작동시킬 수 있으며, 더 이상의 지체 없이 계속 작동될 수 있다.
제2 크릴 박스는 한가지 이상의 목적에 사용될 수 있다. 맞춤식 블랭크가 테이프 재료의 한가지 이상의 형식(예로서, 유리 섬유 테이프 및 탄소 섬유 테이프)를 포함하면, 그때 크릴 박스에는 다른 재료가 로딩될 수 있다. 다음에 배치 헤드는 수동으로 재로딩되지 않고 2가지 형식의 재료를 쌓을 수 있다. 하나의 크릴 박스의 자동공급기 유닛에 있는 핀치 롤러는 다른 크릴 박스로부터의 테이프가 배치 헤드에 공급될 수 있도록 충분한 거리로 테이프를 후퇴시킬 것이다.
여기세 기재된 실시예에서, 기계는 다른 테이프 폭을 처리하기 위해 셋업될 수 있다. 처리하기 위한 테이프의 폭을 변화시키기 위해, 테이프 롤의 중심선이 용접기 팁의 중심선과 정렬되도록 크릴 박스들을 조정한다. 그때 공급 가이드의 가이드 에지들과, 테이프 운송 레일들과 캐리지 프레임 사이의 거리들이 필요한 테이프 폭을 수용하도록 확장되거나 축소된다. 하나의 실시예에서, 수동으로 조정하게 된다. 다른 실시예는 자동 폭 조정을 사용한다. 이러한 자동 조정은 다른 폭의 재료를 운행시키기 위해 장비를 셋업하는데 필요한 시간을 감소시킬 수 있다. 추가로, 자동 조정 기구는 장비를 조정하기 위해 생산을 중단하지 않고 다양한 폭의 테이프를 단일 블랭크에 쌓을 수 있게 한다.
대안 실시예는 절단날(cut edge)이 항상 테이프의 측면들에 수직이 되지 않도록 테이프를 절단할 수 있는 능력을 추가한다. 컷 각도를 변화시키는 능력을 추가하는 것은 맞춤식 블랭크에 많은 자유도를 부여할 수 있으며, 이는 향상된 블랭크 성능을 초래할 뿐만 아니라, 트리밍(trim)될 파편의 양을 감소시킨다. 예시적인 앵글형 컷팅 시스템이 하나의 실시예에 따라 도 22 내지 도 26에 도시되어 있다. 이 시스템에서, 커터 유닛(50)은 그 중심에 대하여 회전하고, 가이드 레일(51)들이 각각 전후 이동하며 테이프 섹션(27)의 절단날(52)과 가이드 레일(51)들 사이에서 정밀한 거리를 유지한다. 도시된 실시예에서, 수직 배향된 선형 슬라이드(58) 및 액추에이터가 장착되어 있는 용접기 프레임(59)에 수평 배향된 선형 슬라이드(57) 및 액추에이터를 부가함으로써 수평 운동이 달성된다. 커터 유닛이 규정 각도(3가지 다른 각도로 위치한 시스템 구성이 도 24 내지 도 26에 도시되어 있다)로 회전할 때, 커터의 한 측면이 가이드 레일을 향하여 이동하고 다른 측면이 가이드 레일에서 멀어진다. 이러한 운동은 커터와 레일 사이에 최소의 갭을 유지하기 위해 가이드 레일들에 의해 매칭될 수 있다. 최소의 갭을 유지하는 것은, 테이프 섹션의 단지 작은 부분만이 가이드 레일을 돌출하며, 테이프 섹션의 단부가 가이드 레일의 단부에서 처지지 않게 방지하며 테이프 섹션의 취급을 방해하지 않는다는 것을 보장한다.
설명된 시스템의 다른 변경예는 가이드 레일을 테이프 공급 방향을 따라 수직으로뿐 아니라 수평으로도 이동시키는 캐리지 시스템을 포함한다. 이러한 운동은 용접기 헤드에 대하여 테이프의 더욱 정밀한 위치설정을 가능하게 하고, 그리고 커터 블레이드와 제1 용접기 헤드 사이의 거리보다 더 짧은 경로들이 배치될 수 있게 한다. 커터가 테이프 섹션을 절단한 후, 그리고 테이프가 가이드 레일 내에 있으면, 캐리지가 커터로부터 멀리 수평 이동하고 테이프 섹션을 퇴적하기 위해 공구세공 표면을 향하여 하강한다. 따라서, 가이드 레일의 측방향 운동이 독립적 개념으로서 포함되며, 그러나 가이드 레일의 측방향 운동이 또한 앵글형 컷팅 시스템의 특징부가 될 수도 있다.
하나의 실시예에서, 공구세공 표면 및 가이드 레일 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 서로에 대하여 상대 변위를 제공하도록 이동한다. 그러한 운동은 수평, 수직 또는 이들의 조합과 같이 어떠한 방향으로도 가능하며, 병진이동, 회전, 또는 피봇운동과 같은 운동을 포함할 수 있다.
통상의 기술자라면 인식할 수 있듯이, 여기에 기재된 가이드 레일은 테이프를 공구세공 표면보다 위에서 매달기 위해 그리고 테이프가 공급되어 절단되었으면 테이프를 위치설정하기 위해 사용될 수 있는 많은 수단들 중 하나에 불과하다. 공구세공 표면 위에서 테이프를 매달기 위해 진공을 사용하는 다른 방법, 가이드 레일들 사이에서 거리를 증가시킴으로써 테이프를 방출하는 트레이, 후퇴가능한 트레이, 또는 기타 장치들이 또한 사용될 수 있다.
대안 실행
테이프를 이용하여 첨단 복합 맞춤식 블랭크를 만들기 위한 방법 및 시스템은 테이프 재료의 특성 및/또는 크기가 다른 종류에 자동으로 적응하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법 및 시스템은 다양한 강성도를 갖는 테이프에 사용될 수 있는 공구세공 표면을 따라 테이프 섹션을 가이드하기 위한 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 방법 및 시스템은 직접구동형 모터를 이용하여 풀리는 테이프 스풀을 포함할 수 있다. 그런 경우, 테이프에 역장력을 가하는 것은 댄서 롤러를 위시하여 다양한 형식의 롤러를 사용하여 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 방법 및 시스템은 테이프 태킹 디바이스에 공급된 테이프를 잡는 테이프 그립핑 조립체를 포함할 수 있다. 테이프 그립핑 조립체는 테이프의 끝 부분을 잡아서 테이프 공급부로부터 테이프를 필요한 길이까지 당기며(pull), 여기서 테이프가 테이프 섹션으로 절단된다. 이러한 "풀 형태(pull configuration)"는, 상술한 실시예에서 예를 들어 핀치 롤러를 사용하여 테이프 공급부로부터 테이프를 테이프 섹션 가이드로 미는(push) "푸시 형태(push configuration)"와 대조된다. 풀 형태의 일부 실시예에서, 테이프는 그립퍼 조립체가 테이프의 끝부분을 잡을 수 있도록 커터를 통해 충분히 멀리 밀릴 수 있으며(예로서, 핀치 롤러), 이 지점에서 테이프가 더 이상 밀리지 않으며(예로서 핀치 롤러에 의해 해방되며), 그립퍼 조립체가 남아있는 테이프를 당긴다. 풀 형태는 테이프의 더 정확하고 신뢰성 있는 공급과 시스템을 위한 더 신속한 처리 속도(through-put speed)를 가능하게 한다.
도 27 내지 도 49는 첨단 복합 맞춤식 블랭크를 제조하기 위한 시스템의 추가 실시예의 다른 도면들을 도시한다. 이러한 추가 실시예의 일부 장치들은 도 1 내지 도 26에 도시된 실시예를 참고하여 설명한 장치들과 유사하다. 명료성을 위해서, 유사한 부호는 유사한 부품에 사용되고 있다. 그러나, 도 27 내지 도 49에 도시된 실시예는 이전 실시예에서 사용되지 않은 추가의 장치들을 포함할 수 있다. 유사한 방법으로, 본 실시예는 도 1 내지 도 26에 도시된 실시예에서 사용된 일부 장치를 배제할 수 있다. 또한, 여전히 다른 실시예는 도 1 내지 도 26에 도시된 실시예와 도 27 내지 도 49에 도시된 실시예에서 나오는 장치들의 조합을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
테이프 재료의 다중 플라이를 포함하는 라미네이트를 제조하는 프로세스는 대체로 몇 가지 변경과 함께 위에서 설명한 바와 유사한 방법으로 진행될 수 있다. 특히, 제1 단계 동안에 테이프 재료는 스풀로부터 테이프 배치 헤드로 공급될 수 있다. 이 실시예에서, 테이프는 모터 구동 및 종동 핀치 롤러를 사용하여 스풀로부터 풀릴 수 있으며, 역장력은 댄서 롤러를 사용하여 제어될 수 있다. 테이프는 테이프 컷팅 시스템을 통해 공급되며 끝부분이 테이프 그립핑 조립체에 의해 파지될 수 있다. 테이프 컷팅 시스템을 통해 테이프를 공급하는데 사용되는 기구(예로서, 테이프를 미는 핀치 롤러)는 테이프 그립핑 조립체가 테이프를 잡은 후에 테이프를 해방시킬 수 있다. 다음에, 테이프 그립핑 조립체는 테이프 공급부로부터 테이프를 필요한 길이까지 당기며, 여기서 테이프가 컷팅 시스템에 의하여 절단되어 테이프 섹션을 만들게 된다. 다음에, 공구세공 표면에 대해서, 테이프 그립핑 조립체는 용접 시스템과 같은 테이프 태킹 디바이스의 길이를 따라서 테이프 섹션을 이동시키는데 사용될 수 있다. 또한, 공구세공 표면은 테이프 태킹 디바이스의 길이와 직각인 제 1 축을 따라 이동할 뿐 아니라 회전한다. 일부의 경우에, 테이프 태킹 디바이스는 또한 테이프 태킹 디바이스의 길이에 평행한 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 일부의 경우에, 테이프 태킹 디바이스는 테이프 섹션이 배치될 때 공구세공 표면을 향하여 하강될 수 있다. 이 지점에서, 테이프 섹션은 하부의 재료에 태킹되거나 또는 공구세공 표면에 고정될 수 있다.
도 27 내지 도 29를 참고하면, 시스템의 하나의 실시예는 재료 분배 시스템(101), 테이프 배치 헤드(103), 블랭크 공구세공 표면으로서 작용하는 진공 테이블(104), 모션 테이블(105), 및 구조빔(106)을 포함할 수 있다. 재료 분배 시스템(101) 및 테이프 배치 헤드(103)는 구조빔(106)에 부착되어 모션 테이블(105) 및 진공 테이블(104) 위에 배치될 수 있다. 도시된 바와 같이, 추가의 지원 시스템으로서 조작자 인터페이스 컴퓨터(107), 전자기기 제어 캐비넷(108), 진공 시스템(109), 및 주변 안전가드(110)를 포함할 수 있다.
현재의 실시예에서, 재료 분배 시스템(101)은 도 2 내지 도 5에 도시된 재료 분배 시스템(1)에 대안적인 분배 형태를 제공할 수 있다. 그러나, 재료 분배 시스템(101)은 실례로 의도되어 있고 다른 실시예에서 다른 형식의 재료 분배 시스템이 사용될 수 있음을 이해할 것이다. 특히, 테이프를 저장하거나 및/또는 테이프 배치 헤드(103)에 테이프를 배달하도록 구성된 어떠한 시스템이 사용될 수 있다. 재료 분배 시스템은 롤러로부터 테이프를 분배하거나 또는 사전-절단된 테이프 섹션을 분배하도록 구성될 수 있다.
도시된 바와 같이, 예를 들어 도 29 및 도 30에서, 재료 분배 시스템(101)은 스핀들(112)을 포함할 수 있다. 이 시스템에서, 테이프의 롤은, 제1 스핀들(118) 및 제2 스핀들(119)을 포함하는 스핀들(112)상에 로딩되어 제 위치에 고정될 수 있다. 일부의 경우에, 스풀 가드(113)는 테이프의 에지들을 정렬된 채로 유지하기 위해 사용될 수 있다. 다른 경우에, 스핀들(112)은 어떠한 스풀 가드 없이 사용될 수 있다. 그때 테이프의 단부는 자동 테이프 로딩 시스템(199)을 통해 공급될 수 있으며, 상기 자동 테이프 로딩 시스템은 이하에 더 상세히 설명된 바와 같이 롤러 조립체(120)뿐만 아니라 테이프 공급 시스템(130)을 포함할 수 있다. 이하에 기재된 바와 같이, 테이프 공급 시스템(130)은 적어도 2개의 개별 테이프 공급 조립체뿐만 아니라 대응하는 모터를 포함할 수 있다.
도 31 내지 도 34는 재료 구동 시스템(300)의 하나의 가능한 실시예에 대한 다양한 도면들을 도시한다. 재료 구동 시스템(300)은 스핀들(118)뿐만 아니라 스핀들(118)에 테이프의 스풀을 고정하기 위한 수단들을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 테이프의 스풀은 재료 구동 시스템(300)의 척 부재(302)에 배치될 수 있다. 척 부재(302)는 스풀을 제 위치에 보유하며 그리고 테이프가 풀릴 때 롤의 높은 관성 가속 및 감속 부하에 반응할 수 있는 능력을 가지도록 구성될 수 있다.
도 32 내지 도 34를 참고하면, 척 부재(302)는 스풀링 베이스(304) 및 슬리브 부재(306)를 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 슬리브 부재(306)는 압축 스프링(308)에 접촉하는 판(307)을 추가로 포함할 수 있다. 판(307)은 상기 판(307)의 다양한 오목부(309)와 압축 스프링(308)의 정렬상태를 보이기 위해 도 33에서 슬리브 부재(306)로부터 벗어나서 분해된 채로 도시되어 있다. 일부의 경우에, 압축 스프링(308)은 슬리브 부재(306)를 디폴트(default) 위치로 편향시킬 할 수 있다. 척 부재(302)의 웨지 부재(310)들은 슬롯(312)들로부터 외향으로 연장하며, 따라서 테이프 롤을 잡기 위한 외향 접촉력을 가한다.
일부의 경우에, 웨지 부재(310)들을 후퇴시켜, 테이프 롤을 제거 및/또는 교체하기 위해, 슬리브 부재(306)는 스프링(308)을 압축하도록 스풀링 베이스(304) 내에서 축방향으로 이동될 수 있다. 이에 의하여 웨지 부재(310)들이 슬롯(312)들 내에서 후퇴할 수 있게 되며, 따라서 테이프 스풀에서의 웨지 부재들의 그립(grip)이 해제된다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 공압 액추에이터(320)가 포스트(324)에 대해 압축시키기 위해 압력판(322)을 연장시킨다. 다음에 포스트(324)가 슬리브 부재(306)를 스풀링 베이스(304)를 따라 축방향 외부 방향으로 병진이동시키며 웨지 부재(310)가 슬리브 부재(306)의 리세스(330) 내로 후퇴하기 위한 틈을 제공한다. 리세스(330)는 슬리브 부재(306)를 위한 감소된 직경의 영역일 수 있다. 웨지 부재(310)가 후퇴한 상태에서, 테이프 롤은 제거 및/또는 설치될 수 있다. 테이프 롤이 공급되지 않는 상황에서는, 웨지 부재(310)가 그 이동을 제한하기 위해 단단한 정지부에 접촉할 수 있다.
웨지 부재(310)를 연장시켜서 스핀들(118)상의 제 위치에 재료 롤을 고정시키기 위해, 공압 액추에이터가 압력을 해제하여, 슬리브 부재(306)가 디폴트 위치로 복귀할 때까지 압축 스프링(308)이 축방향 내부 방향으로 활주할 수 있게 허용한다. 슬리브 부재(306)가 이러한 디폴트 위치에 있는 상태에서, 웨지 부재(310)가 리세스(330)에서 빠져나와 스풀링 베이스(304)로부터 외부로 연장될 수 있다. 일부의 경우에, 웨지 부재(310)는 슬리브 부재(306)의 축방향 운동에 대하여 웨지 부재(310)의 축방향 병진이동 및 반경방향 병진이동 모두를 용이하게 안내하는 앵글부(311)를 포함한다.
일부 실시예에서, 척 부재(302)와 테이프 스풀 상의 접촉력을 강화시키기 위해서, 웨지 부재(310)는 테이프 롤과 견인 또는 그립을 강화하는 형태부(features)를 포함할 수 있다. 예를 들어 일부의 경우에, 웨지 부재(310)는 표면에서 테이프 스풀을 잡는 치형부 및/또는 널(knurls)을 포함할 수 있다. 다른 경우에, 웨지 부재(310)는 테이프 스풀을 잡는 능력을 강화하기 위해 비교적 높은 마찰계수를 갖는 패드 또는 이와 유사한 재료를 포함할 수 있다.
척 부재(302)를 위한 이러한 형태는 신속한 재료 로딩을 용이하게 하며 테이프 롤들을 회전축을 따라 동심으로 정렬시킨 상태를 유지하는데 도움을 줄 수 있다. 덧붙여, 이러한 형태는 테이프의 스풀을 신속하게 가속화하기 위해 적용될 필요가 있는 고토크 부하에 반응할 수 있다. 더 나아가서, 이러한 디자인은 공통으로 사용되어 테이프 공급자로부터 구매할 수 있는 표준 카드보드 코어에 호환할 수 있게 한다. 스풀 내부에 힘을 발생하기 위해 압축 스프링을 사용함으로써, 공기압 보다는 현재의 디자인이 견고성을 향상시키며 시간이 흘러도 더욱 일관성 있는 성능을 가질 수 있다.
이제 도 30, 도 35, 도 36, 도 48 및 도 49를 참고하면, 자동 테이프 로딩 시스템(199)은 아이들러 롤러(126)뿐만 아니라 제1 댄서 롤러(121) 및 제2 댄서 롤러(122)를 포함할 수 있는 롤러 조립체(120)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 스핀들(118)로부터 나오는 테이프는 제1 아이들러 롤러(127)를 돌고 제1 댄서 롤러(121)를 돌고 제2 댄서 롤러(128)를 돌아서 테이프 공급 시스템(130)으로 공급될 수 있다.
테이프 공급 시스템(130)이 테이프를 신속히 공급하도록 하기 위해서, 테이프는 매우 낮은 역장력을 가지도록 구성될 수 있다. 활성적인 장력 제어장치가 없으면, 그립핑 조립체가 테이프를 제 위치로 당길 때 재료의 스풀의 관성이 테이프의 급격한 가속도 및 감속도에 저항할 수 있다. 역장력을 제어하기 위해, 현재의 실시예는 테이프를 따라 역장력을 최소화하기 위해 이동할 수 있는, 제1 댄서 롤러(121) 및 제2 댄서 롤러(122)를 이용할 수 있다. 역장력을 관리하기 위해 댄서 롤러를 이용하면 이전 디자인에 비하여 시스템에 테이프를 더욱 편리하게 로딩할 수 있다. 또한, 댄서 롤러는 시스템에 의하여 일정한 장력을 유지하면서, 또한 핀치 롤러 시스템을 통해 공급되는 테이프와 척부재에 의하여 재료 스풀로부터 풀리는 재료 사이에 가속도 차이를 허용하는데 사용될 수 있다.
테이프 공급 시스템(130)은 추가로 제1 테이프 공급 유닛(402) 및 제2 테이프 공급 유닛(404)을 포함할 수 있다. 제1 테이프 공급 유닛(402)은 제1 핀치 롤러 조립체(420)를 포함할 수 있고, 제2 테이프 공급 유닛(404)은 제2 핀치 롤러 조립체(422)를 포함할 수 있고, 이들은 도 48 및 도 49에 가장 명료하게 도시되어 있다. 제1 핀치 롤러 조립체(420)는 드라이버 롤러 조립체(480) 및 패시브 롤러 조립체(482)를 포함할 수 있다. 드라이버 롤러 조립체(480)는 모터(484)에 부착될 수 있는 반면, 패시브 롤러 조립체(482)는 공기 실린더 조립체(488)와 연결될 수 있다. 연결되지 않은 위치에서, 패시브 롤러 조립체(482)는 후퇴되어 있고 드라이버 롤러 조립체(480)를 압축하지 않는다. 연결된 위치에서, 공기 실린더 조립체(488)는 패시브 롤러 조립체(482)가 드라이버 롤러 조립체(480)를 압축하도록 작용한다. 제2 핀치 롤러 조립체(422)는 드라이버 롤러 조립체(490) 및 패시브 롤러 조립체(492)를 이용하여 유사한 방법으로 동작할 수 있다. 일부의 경우에, 예를 들어, 드라이버 롤러 조립체(490)는 모터(485)를 이용하여 동력을 받는다. 또한, 제1 핀치 롤러 조립체(420) 및 제2 핀치 롤러 조립체(422)는 각각 제1 테이프 공급 가이드(410) 및 제2 테이프 공급 가이드(428)와 연결될 수 있다. 일부의 경우에, 도 35, 도 36 및 도 49에 도시된 바와 같이, 제1 테이프 공급 가이드(410) 및 제2 테이프 공급 가이드(428)는 제1 핀치 롤러 조립체(420) 및 제2 핀치 롤러 조립체(422)와 정렬될 수 있다. 이러한 배열에 의하여, 테이프는 테이프 컷팅 시스템(150)과 정렬되기 위하여 제1 테이프 공급 유닛(402) 또는 제2 테이프 공급 유닛(404)을 통해 공급될 수 있다(도 38 및 도 39 참조).
일부 실시예에서, 자동 테이프 로딩 시스템(199)의 구성요소들은 판(430)에 장착될 수 있다. 일부의 경우에, 판(430)은 제1 테이프 공급 유닛(402) 또는 제2 테이프 공급 유닛(404)을 컷팅 시스템(150)과 정렬시키기 위해 수직으로 병진이동될 수 있고, 이에 의하여 스풀이 계속 사용될 수 있다. 이러한 배열은 단일 컷팅 시스템을 어느 스핀들로부터 오는 테이프와 사용될 수 있게 허용한다.
이제 도 37 내지 도 39를 참고하면, 테이프 배치 헤드(103)는 몇 개의 보조시스템을 포함하는데, 즉 컷팅 시스템(150), 용접 시스템(160) 및 테이프 섹션 가이드(170)를 포함할 수 있다. 컷팅 시스템(150)은 테이프를 절단하기 위한 어떤 수단을 포함할 수 있다. 컷팅 시스템(150)은 블레이드 및 앤빌을 포함할 수 있으며, 블레이드와 앤빌 사이에 자동 테이프 로딩 시스템(199)이 테이프를 공급하고, 그들의 운동은 블레이드가 앤빌을 지나며 전단할 때 테이프가 테이프 섹션으로 절단되도록 제어된다. 도 39에 도시된 바와 같이, 컷팅 시스템(150)의 하나의 실시예는 컷팅 앤빌(153), 컷팅 슬롯(154), 블레이드 장착부(156), 및 앤빌 브라켓(157)을 포함할 수 있다. 블레이드는 슬롯(154)을 통해 삽입된 테이프를 절단하기 위해 앤빌(153)을 통해 이동하도록 구성될 수 있다. 일부의 경우에, 카바이드 절삭날이 컷팅을 용이하게 하기 위해 슬롯(154)과 연결될 수 있다. 또한 대안적인 커터 실시예가 사용될 수 있는데, 예를 들어 회전 나이프 커터, 초음파 나이프, 또는 테이프를 절단하기 위해 테이프의 폭을 횡단하는 경로를 따라 횡단이동할 수 있는 레이저를 포함한다. 횡단이동 커터 또는 이와 유사한 디바이스에 의하여, 커트 라인이 또한 비직선형으로, 예를 들어 곡선형, 뾰족뾰족한 모양, 또는 톱날모양이 될 수 있다.
도 37 및 도 38을 다시 참고하면, 용접 조립체(160)는 용접 프레임 조립체(162), 용접 유닛(164), 및 용접기 트랙(166)을 포함할 수 있다. 용접 유닛(164)은 용접기 트랙(166)에 이동가능하게 부착되어서, 용접 유닛(164)이 용접기 트랙(166)을 따라 활주하도록 허용되어 있다. 용접 유닛(164) 및 용접기 트랙(166)은 용접 프레임 조립체(162) 내에 지지되어 있다.
다른 실시예로서, 하나 이상의 용접 유닛의 운동은 변할 수 있다. 일부 실시예에서, 용접 유닛은 용접기 트랙을 따라 단일 유닛처럼 이동될 수 있다. 하나의 예로서, 현재 실시예는 용접기 트랙(166)을 따라 모두 함께 병진이동하는 18개의 용접 유닛을 포함한다. 다른 실시예에서, 용접 유닛들은 용접 유닛들이 그룹을 이루도록 구성될 수 있으며, 여기서 각 그룹은 다른 그룹들과 독립적으로 이동할 수 있다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 18개의 용접 유닛은 6개의 용접 유닛이 3개의 그룹을 이루어서, 용접 유닛들의 그룹 각각이 나머지 2 그룹과 독립적으로 병진이동될 수 있도록 구성될 수 있다. 여전히 다른 실시예에서, 각 용접 유닛은 다른 모든 용접 유닛과 독립적으로 이동하도록 구성될 수 있다. 기술에 알려진 어떠한 방법이라도 용접 유닛을 이동시키는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 각 용접 유닛이 다른 모든 용접 유닛과 독립적으로 이동하는 실시예에서, 용접 유닛들은 트랙 또는 스크류 드라이브를 따라 유닛을 구동하는 모터를 각각 포함할 수 있다.
도 40을 참고하면, 예시적 용접 유닛(450)이 예증을 위해 단독으로 도시되어 있다. 용접 유닛(450)은 용접 팁(454)을 추가로 포함하는 용접 디바이스(452)를 포함할 수 있다. 또한 용접 유닛(450)은 용접 팁(454) 둘레에 배열되어 있는 프레셔 풋(456)을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 용접 유닛(450)은 또한 용접 디바이스(452)를 용접 조립체에 부착시키는데 사용되는 받침판(462)을 포함할 수 있다. 수직운동을 용이하게 하기 위하여, 용접 유닛(450)은 용접 디바이스(452)의 확장에 이어서 용접 디바이스(452)를 디폴트 상승 위치로 복귀하도록 복귀력을 제공하는 신장 스프링(458)을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 용접 유닛(450)은 내부 가이드를 갖는 공압 실린더를 사용하여 수직방향으로 이동될 수 있다. 또한 신장 스프링(458)은, 시스템 내의 공기압이 상실되면 용접 유닛(450)을 상승 위치에서 유지하도록 도와줄 수 있다. 덧붙여, 일부의 경우에, 용접 유닛(450)은, 용접 유닛(450)이 수직방향으로 병진이동함에 따라 와이어 및 다른 다용도 접속부(utility connections)를 관리하는 것을 도와주는 트랙(460)들을 포함할 수 있다.
일부의 경우에, 용접 유닛(450)을 사용하여 용접을 실시하기 위하여, 용접 디바이스(452)가 받침판(462)에 대하여 아래로 병진이동할 수 있다. 용접 디바이스(452)가 아래로 이동할 때, 프레셔 풋(456)은 어떤 하부의 테이프 재료에 접촉하여 테이프 재료에 접촉 압력을 가하며 진공 테이블 또는 이미 배치된 테이프 섹션에서 테이프 재료를 유지한다. 용접 팁(454)이 테이프 재료에 접촉할 때, 용접 디바이스(452)가 에너지를 받아 접촉 위치에 용접을 적용한다. 이 후에, 용접 디바이스(452)는 프레셔 풋(456)과 함께, 스프링(458)의 도움을 받아 후퇴될 수 있다. 용접 유닛에 대한 이러한 배열은 프레셔 풋 및 용접 디바이스의 수직 운동과 통합할 수 있다. 더구나, 현재의 디자인에서 프레셔 풋(456)의 배열은 초음파 용접 동안에 용접 팁(454)의 어느 측면에서 테이프를 제 위치에 유지할 수 있는 능력을 제공할 수 있다.
이러한 상세할 설명에 기재된 실시예의 용접 조립체는 일부 대안 디자인에 비하여 개량된 작동을 제공할 수 있다. 예를 들어, 주문형 용접 유닛은 일부 전통적인 유닛과 비교할 때 더 정밀한 허용오차, 더 신속한 작동 및 더 저렴한 비용을 제공한다.
도 38에 도시된 바와 같이, 테이프 섹션 가이드(170)는 제1 가이드 지지부(167) 및 제2 가이드 지지부(168)를 포함할 수 있으며, 전체적으로 테이프 가이드 지지부(169)로서 언급된다. 테이프 가이드 지지부(169)는 용접 조립체(160)의 길이를 따라 테이프 섹션을 안내하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 테이프 가이드 지지부(169)는 테이프 섹션의 에지들을 수용하며 테이프 섹션이 진공 테이블/공구세공 표면 위로 매달려 있게 허용하는 홈들을 포함할 수 있다. 적절한 홈 디자인의 실례는 이미 도 13을 참고하여 설명되었다. 그러나, 대안 실시예는 인접한 가이드 지지부들 사이에서 테이프 재료를 보유하기 위한 다른 방법을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서 예를 들어, 홈들은 제거되고, 테이프 지지 가이드들의 에지들과 일렬로 정렬되는 다수의 작은 핀치 롤러로 대체될 수 있다. 이러한 핀치 롤러들은 테이프 재료를 테이프 섹션 가이드(170)를 통해 운반하기 위하여 테이프 재료의 측면 에지들을 붙잡을 수 있다. 그러한 실시예에서, 테이프가 일부의 경우에 단지 피동(driven) 핀치 롤러만을 사용하여 테이프 섹션 가이드(170) 내에서 이동될 수 있을 때, 테이프의 선두 에지를 붙잡는 추가의 그립핑 시스템은 선택사양이 될 수 있다.
테이프 섹션 가이드(170)는 추가로 테이프 그립핑 조립체(180)를 포함할 수 있다. 도 41 및 도 42에 더욱 상세히 도시된 그립핑 조립체(180)는 트랙 부재(182), 케이블 트레이(tray)(184) 및 트랙 암(186)을 포함할 수 있다. 트랙 부재(182)는 가이드 레일 또는 트랙에 의해 지지된 피동 벨트를 포함할 수 있다. 피동 벨트는 모터(183)에 의해 동력을 받을 수 있다. 동력 체인(184)은 트랙 암(186)과 함께 이동하며 동력 및 공기를 그리퍼 유닛(190)에 전달한다.
그립핑 조립체(180)는 추가로 그립핑 부재(190)를 포함할 수 있다. 도 43 및 도 44에 도시된 바와 같이, 그립핑 부재(190)는. 테이프가 테이프 섹션 가이드(170) 및 용접 조립체(160)를 따라서 다양한 위치로 끌려갈 수 있도록 테이프의 에지 또는 다른 부분을 파지하도록 구성되어 있다. 일부의 경우에, 그립핑 부재(190)는 테이프의 일부를 붙잡기 위한 그립핑 풋(192) 및 그립핑 노즈(nose)(194)를 포함할 수 있다. 또한, 그립핑 부재(190)는, 그립핑 부재(190)가 트랙 부재(182)를 따라 활주할 수 있도록 트랙 암(186)에서 트랙 부재(182)에 부착될 수 있다.
일부의 경우에, 테이프 재료 또는 테이프 섹션에 대한 그립핑 부재(190)의 상대 위치가 변할 수 있다. 예를 들어, 테이프의 폭이 조정될 때, 그립핑 부재(190)는 다른 테이프 폭에 해당하는 다른 상태들 사이를 바꿀 수 있다. 특히, 하나의 실시예로서, 그립핑 부재(190)는, 그립핑 풋(192) 및 그립핑 노즈(194)가 상대적으로 좁은 테이프 섹션의 중심을 따라 대략 정렬되는 좁은 상태와, 그립핑 풋(192) 및 그립핑 노즈(194)가 상대적으로 넓은 테이프 섹션의 중심을 따라 대략 정렬되는 넓은 상태 사이로 이동할 수 있다. 이러한 상태 변화는 예를 들어, 공압 실린더(195)를 트랙 암(186)으로부터 외향으로 신장시키고 다음에 이것이 그립핑 풋(192) 및 그립핑 노즈(194)를 이동시키는 것에 의하여 발생할 수 있다.
테이프 섹션들은 테이프가 자동 테이프 로딩 시스템(199)으로부터 테이프 배치 헤드(103)로 운반될 때 만들어질 수 있다. 테이프 단부가 컷팅 시스템(150)을 통해 이동할 때(예로서, 핀치 롤러들에 의해 밀릴 때), 그립핑 부재(190)가 테이프를 파지할 수 있다. 테이프를 공급하는 기구(예로서, 핀치 롤러들)가 그립핑 부재(190)가 테이프를 파지한 후 테이프를 해제할 수 있다. 그립핑 부재(190)는 그때 제1 가이드 지지부(167)와 제2 가이드 지지부(168) 사이에서 이들 가이드 지지부들에 대해 대체로 평행한 방향으로(도 37 참조), 테이프 단부와 컷팅 시스템(150) 사이의 거리가 필요한 스트립 길이와 동일하게 될 때까지 테이프를 이동시킬 수 있다. 이러한 지점에 도달되면, 그립핑 부재(190)가 정지하고, 컷팅 시스템(150)이 테이프를 절단하는 동안 테이프를 제 위치에 보유한다. 이것은 테이프 섹션 가이드(170) 내에 매달린 알려진 길이의 테이프 섹션을 생성한다. 이 다음에, 그립핑 부재(190)가 새로이 절단된 테이프 섹션을 가이드 지지부(169) 내의 다른 위치로 이동시킬 수 있다. 대안으로서, 컷팅 시스템(150)이 충분히 빠르면, 그립핑 부재(190)가 테이프 절단을 위해 정지하지 않을 수도 있다.
일부 실시예에서, 제1 가이드 지지부(167) 및 제2 가이드 지지부(168)는 용접 조립체(160)와 진공 테이블(104) 사이에서 테이프를 안내하기, 지지하기 및/또는 매달기 위한 수단들을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 테이프 섹션 가이드(170)는, 테이프 섹션 가이드(170)를 용접 프레임 조립체(162)와 연결시키는 가이드 운동 디바이스(135)와 같이(도 38 참조), 제1 가이드 지지부(167)와 제2 가이드 지지부(168)를 상승 및 하강시키는 수단을 포함할 수 있다. 덧붙여, 일부의 경우에, 제1 가이드 지지부(167)와 제2 가이드 지지부(168) 사이의 간격 또는 폭은 가변적인 테이프 폭에 적응하기 위하여 자동으로 조정될 수 있다. 이러한 자동 폭 조정은 가이드 운동 디바이스(135) 또는 어떤 다른 디바이스 또는 장치를 이용하여 달성될 수 있다. 일부의 경우에, 지지 가이드(169)는 수평으로 또는 폭방향으로 조정을 가능하게 하는 가이드 운동 디바이스(135)의 수평 트랙에 장착될 수 있다. 덧붙여, 일부의 경우에, 지지 가이드(169)는 테이프 섹션 가이드(170)가 진공 테이블에 대하여 상승 및 하강할 수 있도록 허용하는 방법으로 가이드 운동 디바이스(135)에 장착될 수 있다.
가이드 시스템의 자동 폭 조정은 시스템이 조작자 간섭이 없이 재료들 및 폭들이 다른 테이프 사이로 자동으로 전환할 수 있게 허용하며, 따라서 시스템의 효율 및 처리 시간(through-put time)을 향상시킨다. 또한 이러한 구성은 모든 구성요소의 자동 정렬을 가능하게 한다. 특히, 이러한 구성은 다른 조작자가 기계를 셋업하고 조정하는 것으로부터 초래되는 고유의 변동을 제거함으로써 배치 일관성을 향상시킬 수 있게 한다. 또한 이러한 구성은 덜 엄격한 슬릿팅(slitting) 허용오차를 가져도 재료를 운행할 수 있는 시스템의 능력을 향상시킬 수 있다. 인라인(in-line) 폭 측정이 시스템에 첨가될 수 있는 다른 실시예에서, 기계는 실제 테이프 폭으로 가이드 지지부를 자동으로 조정할 수 있고 그리고 테이프 배치 장소를 자동으로 조정하여 테이프 섹션들 사이의 갭 및 오버랩을 최소로 할 수 있다.
이제 도 45를 참고하면, 일부 실시예는 테이프 분배 및 테이프 로딩 양태를 포함하는 시스템의 작동을 모니터하기 위한 수단뿐만 아니라, 그립핑 시스템의 작동을 모니터하기 위한 수단을 포함할 수 있다. 명료성을 위해서, 도 45는 이러한 목적에 사용될 수 있는 일부 센서들의 대략적인 위치를 가리키는데 사용된다. 그러나, 센서들의 특별한 위치는 실시예마다 변할 수 있다. 제1 직경 센서(502) 및 제2 직경 센서(504)는 스핀들(118) 및 스핀들(119) 각각의 작동을 모니터하도록 구성될 수 있다. 특히, 이러한 직경 센서들은 테이프 롤 직경을 측정하는데 사용될 수 있다. 일부의 경우에, 테이프 롤 직경은 드라이버 롤러 조립체(480) 및 드라이버 롤러 조립체(490)의 폐쇄루프 제어부에 입력하기 위해 사용될 수 있다. 덧붙여, 일부의 경우에, 테이프 텐션 센서(510) 및 테이프 텐션 센서(512)는 롤러 조립체(120)의 아이들러 롤러들의 텐션을 모니터하며, 필요한 역장력을 달성하기 위해 크릴 유닛의 감기 속도를 조정하는데 사용될 수 있다. 일부의 경우에, 댄서 롤러(121) 및 댄서 롤러(122)는 텐션 센서들로부터 수집한 정보에 반응하여 텐션 레벨을 조정하도록 작동될 수 있다.
또한 시스템은 제1 테이프 공급유닛(402) 및 제2 테이프 공급유닛(404)과 각각 연관된 사전공급 롤러 센서(520) 및 사전공급 롤러 센서(522)를 포함할 수 있으며, 상기 롤러 센서들은 언제 테이프가 자동 테이프 로딩 시스템(199)에 로딩되는지 검출할 수 있다. 일부의 경우에, 공급 롤러 센서들은 또한 언제 테이프 롤의 단부가 도달되었는지 검출할 수 있다. 일부 실시예에서, 사후공급 롤러 센서(531) 및 사후공급 롤러 센서(533)(도 48 참조)는 대응하는 공급 롤러들 이후에 테이프의 존재를 감지한다. 사후공급 롤러 센서(531) 및 사후공급 롤러 센서(533)의 대략적 위치들은 도 45에서 대체로 영역(530) 및 영역(532)으로서 나타나 있으며, 한편 이러한 센서들의 예시적 위치에 대한 더 상세한 도면은 도 48에 도시되어 있다. 이러한 센서들로부터의 정보는, 테이프가 활동 속도를 변화시키기 전에 커터 유닛으로부터 언제 후퇴되는지 결정하기 위해 그리고 테이프의 전단부를 위치설정하기 위해 사용될 수 있다. 테이프의 단부의 위치를 알게 되면 상당히 느린 전방 공급 정확성을 가능한 회피하기 위해 초기 테이프 공급 중에 그립퍼로 향하여 정확한 양이 공급되고 있음을 확실히 보장한다.
일부 실시예는 또한 그립핑 부재(190)와 연관되어 있는 센서(540)를 포함할 수 있다. 센서(540)로부터의 정보는 그립핑 부재(190)가 테이프를 보유하고 있는지 여부를 결정하는데 사용될 수 있다. 이것은, 테이프가 테이프 섹션 가이드(170)로 들어가면 발생할 수 있는, 번칭(bunching) 또는 정체(jamming)와 같은 가능한 테이프 분배 문제를 검출하는데 유용하다.
도 30, 도 35, 도 36 및 도 45를 참고하면, 자동 테이프 로딩 시스템(199)은 기계에서 테이프의 새로운 롤의 선두 에지를 위치설정하기 위해 그리고 테이프 공급 롤들 사이의 자동 전환을 위한 시스템을 제공할 수 있다. 테이프 위치설정 헤드로 공급된 재료가 제1 크릴(또는 제1 스핀들)로부터 제2 크릴(또는 제2 스핀들)로 변하는 예시적 상황을 이제 설명한다. 제1 스핀들(118)로부터 현재의 테이프 재료가 사후 핀치 롤러 센서(530)를 지나서 후퇴되어서 테이프 가이드 또는 커터 유닛에 테이프가 없다는 것을 보장하게 한다. 롤러 조립체(120) 및 테이프 공급 시스템(130)은 수직방향으로 이동하여 제2 테이프 공급 유닛(404)을 컷팅 시스템(150)과 정렬시키고 테이프 배치 헤드(103)로 향하는 입구와 정렬시킨다. 수직 운동과 동시에, 테이프 섹션 가이드(170)의 폭이 또한 제2 스핀들(119)의 테이프 재료에 적응하기 위해 필요하면 조정될 수 있다. 다음에 제2 테이프 공급 유닛(404)의 핀치 롤러들이 테이프를 제2 스핀들(119)로부터 사후 핀치 롤러 센서(532)를 지나서 제2 테이프 공급 유닛(404)을 통과하고 컷팅 시스템(150)을 통과하도록 이동시킬 수 있다. 이 지점에서, 스핀들(119)로부터 새로운 테이프 재료가 그립핑 부재(190)에 대해 위치설정되어서 테이프를 고정시키며 가이드 레일들에서 테이프를 레이아웃하기 시작한다. 여기에 기재된 프로세스는 제1 재료 스풀 및 제2 재료 스풀로부터 오는 재료들 사이에서 전후로 변화시키는데 사용될 수 있음을 인식할 것이다.
자동 테이프 로딩 시스템(199)에 대한 이러한 구성은 롤들이 조작자 간섭없이 전환되도록 허용하며, 따라서 시스템의 정지시간을 감소시킨다. 또한 이러한 시스템은 다중 재료를 포함하는 블랭크(탄소섬유 테이프 섹션 및 유리강화 테이프 섹션을 모두 갖는 블랭크와 같은 것)를 자동 제조하기 위한 수단뿐만 아니라 다중 폭 테이프를 갖는 블랭크(예로서, 6인치 테이프 및 2인치 테이프 섹션을 포함하는 블랭크)를 자동 제조하기 위한 수단을 제공한다. 또한 시스템은 폭 및 원료가 다른 재료들로부터 블랭크를 제조하기 위한 수단을 제공한다.
도 46a 내지 도 46g는 진공 테이블(104) 및/또는 다른 테이프 섹션들에 대해 테이프 섹션을 취급하고, 배치하고 태킹하기 위한 예시적 시스템 및 방법의 개략도를 도시한다. 명료성을 위해서, 현재 시스템의 몇몇의 구성요소들은 개략적으로 도시되어 있다. 예를 들어, 용접 조립체(160)는 여기서 5개의 용접 유닛(205)을 포함하는 것으로 도시되어 있으며, 한편 도 38 및 도 39에 도시된 실시예는 18개의 용접 유닛(164)을 포함하고 있다. 유사하게, 컷팅 시스템(150)은 여기서 컷팅 블레이드(204)로서 개략적으로 도시되어 있다. 또한, 도 46a 내지 도 46g와 도 47a 및 도 47b에 도시된 용접 유닛이 개략적으로 도시되어 있다. 용접 유닛에 대한 더 상세한 도면은 도 40을 참고하기 바란다.
초기에 도 46a에 도시된 바와 같이, 그립핑 부재(190)는 컷팅 블레이드(204) 및 가이드 운동 디바이스(206)에 인접한 제1 위치(220)에 배치될 수 있다. 그립핑 부재(190)는 테이프 배치 헤드(103)로 공급된 테이프의 단부를 붙잡는다. 일부의 경우에, 자동 테이프 로딩 시스템(199)의 핀치 롤러들이 컷팅 시스템(150)을 통과하여 그립핑 부재(190)를 향하여 가도록 테이프를 밀 수 있다. 이 지점에서, 그립핑 부재(190)는 테이프를 붙잡을 수 있고 핀치 롤러들은 그립핑 부재(190)가 이동을 시작하기 전에 테이프를 해제할 수 있다. 일부의 경우에, 테이프 단부는 그립핑 부재(190)의 그립핑 풋(192)과 그립핑 노즈(194) 사이에 파지될 수 있다(도 43 및 도 44).
다음에, 도 46b에 도시된 바와 같이, 진공 테이블(104)이 회전되며 동시에 축(210)을 따라 병진이동될 수 있다. 덧붙여, 용접 유닛(205)이 축(212)을 따라 용접기 트랙(166)상에서 이동될 수 있다. 축(212)은 축(210)에 대해 대략 수직이 될 수 있다. 따라서, 축(212)을 따른 용접 유닛(205)의 병진이동과 축(210)을 따른 진공 테이블(104)의 병진이동과 가이드 조립체(170) 내에서 테이프 섹션의 병진이동과, 중앙 테이블 축에 대한 진공 테이블(104)의 회전운동과의 조합된 운동은 진공 테이블(104)상에서 테이프 섹션의 어떠한 필요한 위치설정 및 배향을 가능하게 한다.
도 46c에 도시된 바와 같이, 그립핑 부재(190)는 제1 위치(220)로부터 제2 위치(222)로 이동할 수 있다. 제1 위치(220) 및 제2 위치(222)는 테이프 섹션 가이드(170) 및/또는 용접 조립체(160)에 대한 상대 위치들의 경계를 정할 수 있다. 제2 위치(222)는 그립핑 부재(190)와 컷팅 블레이드(204) 사이의 거리가 테이프 섹션(250)을 위한 필요한 길이와 일치하도록 선택된다. 그립핑 부재(190)가 제2 위치(222)로 이동되면, 컷팅 블레이드(204)가 테이프(화살표 299로 지시한 바와 같이)를 절단하여 도 46d에 도시된 바와 같이 필요한 테이프 섹션(250)을 형성할 수 있다. 이 지점에서, 테이프 섹션(250)은 테이프 섹션 가이드(170)를 따라서 제1 위치(220)에 배치된 제1 단부(271)와 제2 위치(222)에 배치된 제2 단부(272)를 갖는 테이프 길이를 포함한다. 일부의 경우에, 핀치 롤러들은 결합된 드라이버 롤러 조립체로부터 테이프 재료가 후퇴되는 것을 방지하기 위하여, 테이프 섹션이 절단되기 직전에, 또는 동시에 또는 직후에 자동 테이프 로딩 시스템(199)으로부터 공급된 테이프 재료를 즉시 클램프할 수 있다.
도 46e에 도시된 바와 같이, 테이프를 테이프 섹션(250)으로 절단한 후에, 그립핑 부재(190)는 테이프 섹션(250)을 진공 테이블(104)상의 필요한 위치 위에 정렬시키기 위하여 제2 위치(222)로부터 제3 위치(224)로 이동시킬 수 있다. 따라서 이 단계에서, 테이프 섹션은, 제1 단부(271)가 제4 위치(223)에 있는 한편 제2 단부(272)(그립핑 부재(190)에 의해 붙잡혀 있는)가 제3 위치(224)에 있게 되도록 그립핑 부재(190)에 의하여 테이프 섹션 가이드(170)를 통하여 끌려간다. 또한, 그립핑 부재(190)가 제3 위치(224)로 이동됨에 따라, 테이프 섹션 가이드(170)가 동시에 진공 테이블(104)로 하강되어 화살표(298)로 나타난 바와 같이 테이프 섹션이 용접될 준비를 갖추게 한다.
다음에, 도 46f에 도시된 바와 같이, 테이프 섹션(250)은 진공 테이블(104) 또는 어떤 하부의 테이프 섹션들에 태킹되거나 용접될 수 있다. 특히, 제1 용접 유닛(231) 및 제2 용접 유닛(232)이 하강되어서 제1 용접 팁(241) 및 제2 용접 팁(242)이 테이프 섹션(250)에 접촉하여 테이프 섹션(250)을 진공 테이블(104)에 태킹하게 한다. 그 동안에, 인접한 용접 유닛들의 나머지 그룹(즉, 도 47a에 도시된, 제3 용접 유닛(233), 제4 용접 유닛(234) 및 제5 용접 유닛(235))은 정지된 채로 유지되고 테이프 섹션(250)과 결합하지 않는다. 일부의 경우에, 테이프 섹션(250)은 진공 테이블(104)에 직접 접촉하고, 다른 경우에는 테이프 섹션은 미리 배치된 테이프 섹션들에 접촉할 수 있다. 용접기 팁 아래에 있는 테이프 섹션이 직접 공구세공 표면에 있게 되면, 그때 그 용접기는 동력을 받지 않을 수 있는데, 왜냐하면 테이프 섹션의 그 부분이 예를 들어 진공에 의하여 테이블에 고정될 수 있기 때문이다. 일부의 경우에, 그립핑 부재(190)는, 용접 유닛(205)기 테이프 섹션과 결합해 있는 동안, 또는 그 직전에 테이프를 해제할 수 있다. 이것은 테이프 섹션들의 용접시에 그립핑 부재(190)에 의한 어떤 간섭을 회피할 수 있다.
도 46g는, 가이드 조립체(170) 및 용접 유닛(205)이 진공 테이블(104)로부터 떨어져 상승된 후에 진공 테이블(104)에 태킹된 테이프 섹션의 예시적 실시예를 도시한다. 가이드 조립체(170) 내에서 테이프 섹션(250)을 매다는 수단에 따라, 가이드 조립체(170)로부터 테이프 섹션을 해제하기 위한 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 20에 도시된 실시예를 참고하여 설명한 바와 같이, 일단 테이프 섹션이 하부의 테이프 섹션에 용접되면, 프레셔 풋 또는 용접 팁이 여전히 테이프를 누르고 있는 상태에서 가이드 레일(25)이 상승될 수 있다. 이것에 의하여 테이프 에지들이 가이드 레일(25)이 홈들에서 빠져나오게 되고, 가이드 레일(25)로부터 테이프 섹션을 해제시킨다. 일단 테이프 섹션이 가이드 레일들에서 해제되면, 용접 유닛의 프레셔 풋이 후퇴될 수 있다. 가이드 시스템의 폭이 자동으로 조정될 수 있는 실시예에서, 테이프 섹션은 가이드 지지부들 사이의 폭을 연장시키고 다음에 공구세공 표면으로부터 가이드 지지부들을 상승시킴으로써 해제될 수 있다.
도 47a는 테이프 섹션(280)을 위한 예정된 길이를 만들기 위하여 그립핑 부재(190)가 위치(260)로 이동되어 있는 다른 구성을 도시하고 있다. 그때 테이프 섹션은 도 47b에 도시된 바와 같이 그립핑 부재(190)가 위치(262)로 이동할 때 재배치될 수 있다. 또한, 도 47b에 도시된 프로세스의 지점에서, 테이프 섹션 가이드(170)가 진공 테이블(104)로 하강되었고(화살표 "297"), 용접 유닛(205)들 중 몇 개가 하강되었다. 특히, 제2 용접 유닛(232), 제3 용접 유닛(233) 및 제4 용접 유닛(234)이 테이프 섹션을 태킹하거나 용접하기 위해 하강되어 있는 반면, 제1 용접 유닛(231) 및 제5 용접 유닛(235)은 상승 위치에 유지되어 있다. 용접 유닛들의 이러한 선택적 작동은 테이프 섹션의 길이 및 위치와 상호조화되며, 더욱 신속하고 효율적인 제작을 제공할 수 있다.
다른 실시예에서, 용접 유닛의 운동은 수직 운동 및 용접 조립체의 길이를 따라가는 운동에 제한받지 않을 수 있다. 다른 실시예에서 예를 들어, 용접 유닛은 테이프 섹션 가이드와 관련된 길이방향에 대해 수직인 방향으로 이동하도록 구성될 수 있다. 따라서 일부의 경우에, 하나 이상의 용접 유닛은 테이프 섹션 가이드와의 수직 정렬되며 수직정렬에서 벗어나도록 취할 수 있는, 수직방향에서 이동할 수 있다. 그러한 실시예는 용접 조립체에 아래에서 병렬로 배열된 2개 이상의 다른 테이프 섹션 가이드에 대해 용접 유닛의 단일 세트를 작동시키는데 도움을 줄 수 있다.
도 46a 내지 도 46g와 도 47a 및 도 47b를 참고하여 알 수 있듯이, 여기에 기재된 시스템은 구성요소들과 부속시스템들 사이에 다른 상대 운동들의 넓은 변화를 제공한다. 그래서, 예를 들어, 용접 유닛들, 용접 조립체(160), 테이프 섹션 가이드(170), 그립핑 부재(190), 진공 테이블(104), 컷팅 시스템(150)뿐만 아니라 이 실시예들에서 설명된 기타 구성요소들 및 시스템들의 운동들은 필요한 제작 프로세스 및 그 결과로 인한 제작 부품들을 달성하도록 상호작용될 수 있다. 하나의 예로서, 그립핑 부재(190)는 용접 조립체(160)의 길이를 따라 진공 테이블(104)의 운동과 동시에 이동하여서, 테이프 섹션 가이드(170)내의 테이프 섹션들이 진공 테이블(104)의 사전-배치된 테이프 섹션들과 적절한 장소에서 정렬되게 된다. 다른 예로서, 용접 유닛의 운동은 그립핑 부재(190)의 운동과 상호작용하여서, 그립핑 부재(190)가 테이프 섹션 가이드(170)를 통해 테이프 섹션들을 당길 때 용접 유닛이 그립핑 부재(190)의 경로와 간섭하지 않게 한다. 여전히 다른 실시예에서, 용접 조립체(160)와 진공 테이블(104) 및 테이프 섹션 가이드(170)내의 테이프 섹션 사이의 상대 운동들의 어떠한 순서가 만들어질 수 있다.
진공 테이블(104)은 부품이 형성되는 동안 공구세공 표면으로서 작용할 수 있다. 진공 테이블(104)은 플랫폼(105)에 부착될 수 있으며, 상기 플랫폼은 테이프 배치 헤드(103)의 길이에 대해 대략 수직인 축을 따르는 병진이동뿐만 아니라 회전 운동을 이용하여 테이프 배치 헤드(103) 아래에 진공 테이블(104)을 정확하게 위치설정한다. 정확한 정렬을 용이하게 실행하기 위해, 용접 유닛(164)들은 또한 플랫폼(105)의 병진이동 축에 대해 수직인 축을 따라 병진이동될 수 있다. 오프라인 프로그램으로부터의 지령은 테이프의 길이와 테이블상의 테이프 위치 및 배향을 결정할 수 있다.
그립핑 부재 및 용접 유닛들을 이동시키는 능력은, 테이프 섹션이 형성된 후 테이프 및 용접기들이 정렬될 수 있기 때문에 배치 정확도를 증가시킬 수 있다. 이러한 배치구조는 또한 코스 길이의 증가를 용이하게 실행할 수 있으며, 2.82 미터 또는 그보다 긴 길이가 가능하다. 덧붙여, 이러한 구성은, 테이프 속도가 레일들을 통해 밀리게 될 강성도와 같은 테이프의 고유 성질에 의존하기보다는, 테이프의 공급 및 테이프 섹션 이동의 속도를 제어하기 위해 그립핑 부재에 의존함으로써 처리 속도를 증가시키는데 도움을 준다. 공구세공 표면이 2개의 수직방향과 대조적으로 단 하나의 직선 방향으로 병진이동함으로써 비용 절감을 제공할 수도 있다. 덧붙여, 전체 기계 점유공간(footprint)이 2개의 직선 운동축과 공구세공 표면에 대한 회전을 포함하는 유사한 디자인에 비하여 감소될 수 있다.
현재의 구성은 또한 테이프를 저장하는 다중 헤드를 동시에 동일한 플라이상에서 허용한다. 대안 실시예로서, 테이프는, 예를 들어 테이프 배치 헤드(103)의 제1 측면(147)(이는 도시된 실시예에서 사용된 구성이다)과 테이프 배치 헤드(103)의 제2 측면(149) 양쪽에 재료 분배기들(스풀들 및 로딩 시스템들)을 제공함으로써 속도를 개선하기 위해 테이프 배치 헤드(103)의 양측면으로부터 공급될 수 있다(테이프 배치 헤드(103)의 제1 측면(147) 및 제2 측면(149)은 도 27에 도시되어 있다). 특히, 도시된 실시예에서 테이프를 제1 측면(147)으로 공급하는데 사용되는 스풀들 및 로딩 시스템들의 실질적으로 유사한 구성이 테이프 배치 헤드(103)의 제2 측면(149)으로 테이프를 공급하기 위해 제공될 수 있다. 덧붙여, 테이프 배치 헤드(103)는 보조 컷팅 블레이드, 그립핑 시스템뿐만 아니라 테이프 배치 헤드(103)의 제2 측면(149)으로 테이프 및 테이프 섹션들을 조절하기 위한 가능한 다른 수단을 갖도록 구성될 수 있다. 더구나, 현재의 구성은 또한 공급 오류없이 다양한 종류의 테이프를 취급하기 위해 시스템의 능력을 향상시킴으로써 기계 견고성(robustness)을 향상시킬 수 있다.
테이프가 테이프 섹션 가이드(170)로 공급되어 롤에서 섹션으로 절단되었고, 그립핑 부재(190)가 테이프 섹션 가이드(170)를 따라서 정확한 장소에 테이프를 배치하였고, 진공 테이블(104) 및 용접 유닛(164)들이 필요한 장소에 배치되었을 때, 제1 가이드 지지부(167) 및 제2 가이드 지지부(168)는 테이프 섹션이 미리 배치된 플라이 또는 공구세공 표면에 거의 접할 때까지 하강될 수 있다. 다음에 하나 이상의 용접 유닛(164)의 어레이가 용접 조립체(160)로부터 하강하여 테이프의 섹션을 공구상에서 누를 수 있다.
용접/태킹 단계가 완료될 때, 용접 유닛(164)들은 테이프와 접촉상태로 유지될 수 있고, 제1 가이드 지지부(167) 및 제2 가이드 지지부(168)는 초기 로드 위치로 상승될 수 있다. 일부의 경우에, 가이드들은 용접/태킹이 완료되기 전에 상승될 수 있다. 테이프의 중심이 용접기 유닛에 의하여 공구에 고정되어 억제된 채로 유지되기 때문에, 이것은 테이프의 에지들을 테이프 섹션 가이드(170)로부터 빠져나오게 끌어당긴다. 테이프 에지들이 테이프 섹션 가이드(170)로부터 자유롭게 되면, 용접기 유닛이 후퇴하고, 테이프 섹션을 진공 테이블 공구세공 표면상의 제 위치에 남겨두게 된다.
이러한 과정은 블랭크를 포함하게 될 재료의 각 섹션에 대해 반복될 수 있다. 최종 테이프 섹션이 배치된 후, 테이블의 진공이 차단될 수 있으며, 이는 부품을 테이블로부터 용이하게 제거할 수 있게 한다.
전술한 바와 같이, 테이프 섹션 가이드(170)는 가변 폭들의 테이프 섹션에 적응하기 위하여, 제1 가이드 지지부(167) 및 제2 가이드 지지부(168) 사이의 간격을 자동으로 조정하도록 구성될 수 있다. 이것은, 예를 들어 폭들이 다른 테이프 롤들을 갖는 제1 스핀들(118) 및 제2 스핀들(119)을 로딩함으로써 프리폼들이 적어도 2개의 다른 폭을 갖는 테이프 섹션과 함께 제조될 수 있게 한다. 다음에, 다른 스핀들에서 나오는 테이프 섹션들이 테이프 배치 헤드(103)로 공급될 때, 테이프 섹션 가이드(170)가 다른 테이프 섹션 폭들에 적응하도록 자동으로 조정될 수 있다.
하나의 실시예에서, 공구세공 표면 및 가이드 지지부들 중 어느 하나 또는 양쪽은 서로에 대하여 상대 변위를 제공하도록 이동한다. 그러한 이동은 수평, 수직 또는 이들의 조합된 방향과 같이, 어느 방향으로도 가능하며, 병진이동, 회전, 또는 피봇 운동과 같은 운동을 포함할 수 있다.
일부 실시예들은 테이프 섹션들을 함께 용접하기 위한 양상(aspects)을 강화하거나 다른 방법으로 미세 조정하는(fine tune) 수단을 포함할 수 있다. 일부 실시예들은 다중 플라이들 사이의 용접부들이 서로 중복하여 직접적으로 놓이는 것을 방지하기 위한 수단을 포함할 수 있으며, 서로 중복하여 직접적으로 놓이는 것은 완성된 복합 재료에 대해 불필요한 구조적 특성들을 초래할 수 있다. 일부의 경우에, 복합재의 다른 층들상의 용접부들이 진공 테이블의 평면에서 갈짓자로 되어서 수직방향에서 서로에 대해 직접 배치되지 않도록 용접부들의 위치를 자동으로 조정하는 프로그램이 사용될 수 있다. 여전히 다른 실시예는 2개의 층 사이에 연속적 용접부들을 만들기 위한 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예로서, 하나의 테이프 섹션의 여러 위치에 대해 연속적으로 접촉하여 하나의 용접부를 인가하는 연속 회전 용접기가 사용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 회전 용접기는 그립핑 부재에 부착되는 휠을 포함한다. 그립핑 부재가 가이드 시스템 내에서 진공 테이블상의 필요한 위치에 걸쳐 테이프 섹션을 배치하였다면, 회전 용접기가 테이프 섹션의 길이 전체 또는 일부에 걸쳐 이동하여 실질적으로 연속 용접을 인가할 수 있다.
일부 실시예는, 테이프 공급이 정지되는 시간을 감소함으로써, 또는 용접 후에 그립핑 부재를 재배치하는데 필요한 시간을 감소함으로써 처리 시간을 감소시키는 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 테이프 재료가 시스템을 통해 연속으로 공급되는 동안 테이프 재료를 테이프 섹션들로 절단하는 수단을 포함할 수 있다. 일부의 경우에, 예를 들어, 절단작업은 테이프 공급을 정지하지 않고 실시될 수 있으며, 이는 시스템에 대한 처리 속도를 증가시킬 수 있게 한다.
일부 실시예는 하나 이상의 용접 유닛이 진공 테이블을 향하여 연장되어 있는 동안에도 그립핑 부재가 테이프 배치 헤드를 통해 이동할 수 있게 허용하는 수단을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 실시예는 힌지형 장착부를 사용하여 트랙에 장착되어 있는 그립핑 부재를 사용하여서, 상기 그립핑 부재가 용접이 인가되고 있을 때 가이드 지지부들 및 테이프 섹션의 평면으로 스윙하거나 그 평면에서 벗어날 수 있게 한다. 그립핑 부재는 용접 유닛 뒤에 배치되어 있는 위치로 스윙할 수 있다. 이것은 그립핑 부재가 용접이 인가되고 있을 때 용접 유닛 뒤로 그리고 컷팅 시스템을 향하여 이동할 수 있게 허용한다.
하나의 실시예에서, 예를 들어, 힌지형 접속부(도시 안 됨)가 그립핑 부재(190)를 장착하기 위한 부분(197)에 제공될 수 있다(도 44 참조). 일부의 경우에, 부분(197)은 익스텐더(extender)(195)의 내측 에지가 될 수 있다. 그러한 실시예에서, 익스텐더(195), 그립핑 풋(192) 및 그립핑 노즈(184)는, 그립핑 부재(190)가 더 이상 용접 유닛들의 경로에 있지 않도록 위로 스윙할 수 있다. 이것은 그립핑 부재(190)가 하강될 수 있는 어떤 용접 유닛(164)들과 간섭하지 않고 트랙 부재(182)를 따라 어떠한 위치로 이동할 수 있게 허용한다. 여기에 기재된 힌지에 대해 제안한 위치는 단지 실례를 들기 위한 것으로 이해해야 한다. 다른 경우에, 힌지 또는 힌지형 접속부는 그립핑 부재(195)의 어떤 부분에도 배치될 수 있다.
이러한 배치구조에 의하여, 용접 유닛들이 상승되자마자 그립핑 부재가 테이프의 새로운 섹션을 즉시 붙잡아 당길 수 있기 때문에, 처리 시간이 감소될 수 있다. 이것은 용접 유닛들이 상승될 때까지 그립핑 부재가 디폴트 위치로 복귀할 수 없는 종래 실시예와는 대조적이다.
다른 가능한 실시예로서, 그립핑 부재는 가이드 지지부들 사이의 영역뿐만 아니라 가이드 지지부들의 외측에 있는 영역을 따라서 이동하는 트랙에 장착될 수 있다. 이것은, 그립핑 부재가 가이드 지지부들 사이의 예정된 위치로 테이프 섹션을 이동시키고, 테이프 섹션이 적어도 하나의 용접 유닛과 결합되면 테이프 섹션을 해제하고, 다음에 용접이 완료되기 전에 트랙을 따라 계속 이동하여 커터 부근의 위치로 가이드 지지부들 둘레를 이동할 수 있게 허용한다. 하나의 가능한 실시예에서, 트랙은 용접 유닛들 뒤에 위치한 영역을 따라 연장되어 있어서 그립핑 부재가 용접 유닛들과 간섭하지 않고 테이프 배치 헤드를 따라 이동할 수 있게 허용한다.
기술에 숙련된 자는 인식하는 바와 같이, 가이드 지지부들을 포함하여 여기에 기재된 가이드 시스템은, 공구세공 표면 위에서 테이프를 매달고 있으며 테이프가 일단 공급되어 절단되었으면 테이프를 배치하는데 사용될 수 있는 많은 수단들 중 어느 하나에 불과하다. 공구세공 표면 위에서 테이프를 매달기 위해 진공을 사용하는 다른 방법, 가이드 레일들 사이의 거리를 증가시킴으로써 테이프를 해제하는 트레이들, 후퇴식 트레이, 또는 다른 메카니즘들이 채용될 수 있다.
상술한 시스템 및 방법은 단일 블랭크에서 다른 종류의 재료를 배치할 수 있는 능력을 갖게 한다. 예를 들어, 하나의 스핀들에는 제1 재료로 제조된 테이프가 로딩될 수 있는 반면, 제2 스핀들에는 제2 재료로 제조된 테이프가 로딩될 수 있다. 재료들 모두가 테이프 섹션들을 형성하기 위해 그리고 다양한 테이프 섹션들을 함께 용접하기 위해 가이드 시스템으로 공급될 수 있다.
위에 기재된 실시예들은 예시와 설명을 위한 목적으로 제시되어 있다. 다른 실시예들을 기재된 정확한 형태로 제한하거나 배제할 의도가 아니다. 여기에 기재된 실시예들의 많은 변경예 및 수정예는 상기 기재에 비추어 기술에 숙련된 자에게는 명백하다. 실시예의 범위는 여기에 첨부된 청구항들에 의하여 그리고 그들의 동등물에 의하여서만 한정되어야 한다.
또한, 본 실시예들의 대표적인 실시예를 설명함에 있어서, 명세서는 현재의 실시예의 방법 및/또는 프로세스를 특별한 단계들의 순서로서 제시할 수 있다. 그러나, 이 방법 또는 프로세스가 여기서 설명된 특별한 단계들의 순서에 의존하지 않는 정도로, 이 방법 또는 프로세스 설명된 단계들의 특별한 순서를 제한하지 않을 수 있다. 기술에 숙련된 자는 인식하는 바와 같이, 단계들의 다른 순서도 가능하다. 따라서 명세서에 설명된 단계들의 특별한 순서는 청구항들에서의 한계로 간주될 수 없다. 덧붙여, 본 실시예의 방법 및/또는 프로세스에 관한 청구항들은 그들 단계들의 실시를 기록된 순서로 제한하지 않아야 하며, 기술에 숙련된 자는 그 순서들이 본 실시예의 정신 및 범위 내에서 변할 수 있으며 유지될 수 있음을 용이하게 인식할 수 있다.

Claims (24)

  1. 테이프 재료로부터 복합 프리폼(composite preform)을 제조하기 위한 방법으로서,
    테이프 섹션의 제1 단부가 초기에 테이프 섹션 가이드의 제1 위치에 배치되고 상기 테이프 섹션의 제2 단부가 초기에 상기 테이프 섹션 가이드의 제2 위치에 배치되도록, 상기 테이프 섹션을 공구세공 표면(tooling surface)을 가로질러 상기 테이프 섹션을 매달고 있는 상기 테이프 섹션 가이드에 공급하는 단계;
    상기 공구세공 표면에 대하여 필요한 장소 및 방위로 상기 테이프 섹션을 위치설정하기 위해 상기 테이프 섹션 가이드와 상기 공구세공 표면 사이에 상대운동을 제공하는 단계;
    상기 제1 단부가 상기 테이프 섹션 가이드의 제3 위치로 이동되고 상기 제2 단부가 상기 테이프 섹션 가이드의 제4 위치로 이동되도록 상기 테이프 섹션을 이동시키는 단계; 및
    상기 테이프 섹션을 상기 공구세공 표면 및 사전-배치된 테이프 섹션 중 적어도 하나에 고정하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 이동 단계는 그립핑 부재(gripping member)로 상기 테이프 섹션을 파지하고 상기 그립핑 부재를 상기 테이프 섹션 가이드를 따라 이동시키는 단계를 포함하는 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 공급 단계는 그립핑 부재를 사용하여 테이프 공급원으로부터 테이프를 당기며 상기 테이프를 상기 테이프 섹션으로 절단하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 고정 단계는 적어도 하나의 용접 유닛을 포함하는 용접 조립체를 이용하여 사전-배치된 테이프 섹션에 상기 테이프 섹션을 태킹(tacking)하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 용접 조립체는 길이방향 축을 따라 배열된 제1 용접 유닛, 제2 용접 유닛 및 제3 용접 유닛을 포함하고, 상기 제2 용접 유닛은 상기 제1 용접 유닛과 상기 제3 용접 유닛 사이에 배치되고,
    상기 제조 방법은,
    상기 테이프 섹션을 상기 제2 용접 유닛과 정렬되게 위치설정하고 그리고 상기 길이방향 축을 따라 초기 위치에서 상기 제1 용접 유닛, 상기 제2 용접 유닛 및 상기 제3 용접 유닛과 정렬되게 위치설정하는 단계;
    초기 위치에 상기 제1 용접 유닛 및 제2 용접 유닛을 유지하면서 상기 제2 용접 유닛을 상기 초기 위치로부터 상기 테이프 섹션을 향하여 이동시키는 단계; 및
    상기 테이프 섹션을 상기 제2 용접 유닛을 이용하여 상기 사전-배치된 테이프 섹션에 태킹하는 단계를 추가로 포함하는, 제조 방법.
  6. 테이프 재료로부터 복합 프리폼을 제조하기 위한 방법으로서,
    테이프의 일부분을 테이프 섹션 가이드에 공급하는 단계;
    상기 테이프의 일부분의 단부를 붙잡아서 상기 테이프의 일부분을 상기 테이프 섹션 가이드를 통해서 잡아당기는 단계;
    상기 테이프의 일부분의 단부가 예정된 장소로 당겨졌을 때 테이프 섹션을 형성하도록 상기 테이프의 일부분을 절단하는 단계; 및
    상기 테이프 섹션을 공구세공 표면 및 사전-배치된 테이프 섹션 중 적어도 하나에 고정하는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 테이프 섹션을 상기 테이프 섹션 가이드를 통해서 이동시키는 단계를 추가로 포함하는 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 고정 단계는 상기 테이프 섹션에 대하여 예정된 위치에 상기 테이프 섹션을 향하여 테이프 태킹 디바이스를 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 테이프 태킹 디바이스 이동 단계 및 상기 테이프 섹션 이동 단계는 실질적으로 동시에 발생하는, 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제조 방법은 상기 공구세공 표면을 이동시키는 단계를 추가로 포함하고, 상기 사전-배치된 테이프 섹션은 상기 공구세공 표면에 배치되는, 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 테이프 섹션을 상기 사전-배치된 테이프 섹션에 고정시키는 단계는 테이프 태킹 디바이스를 상기 테이프 섹션을 향하여 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 테이프 섹션 및 상기 공구세공 표면은 실질적으로 동시에 이동될 수 있는, 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 고정 단계는 상기 테이프 섹션을 상기 사전-배치된 테이프 섹션에 태킹하는 단계를 포함하고, 상기 테이프 섹션을 상기 사전-배치된 테이프 섹션에 태킹하는 단계는 한 세트의 용접 유닛들로부터 다수의 용접 유닛들을 활성화하는 단계를 포함하고, 활성화된 상기 용접 유닛들의 개수는 상기 테이프 섹션의 길이 및 위치에 의존하는, 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    인접한 용접 유닛들의 제1 그룹은 상기 테이프 섹션을 향하여 하강되고, 인접한 용접 유닛들의 제2 그룹은 상기 인접한 용접 유닛들의 제1 그룹에 대하여 정지된 채로 유지되는, 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 세트의 용접 유닛들은 제1 용접 유닛, 제2 용접 유닛 및 제3 용접 유닛을 포함하고, 상기 제2 용접 유닛은 상기 제1 용접 유닛과 상기 제3 용접 유닛 사이에 배치되고, 상기 용접 유닛들을 활성화하는 단계는 상기 제1 용접 유닛 및 상기 제2 용접 유닛에 대하여 상기 제2 용접 유닛을 하강시키는 단계를 포함하는, 제조 방법.
  14. 복합 테이프로부터 복합 프리폼들을 제조하기 위한 장치로서,
    테이프 섹션을 수용하는 테이프 섹션 가이드;
    상기 테이프 섹션을 상기 테이프 섹션 가이드에서 파지하도록 구성된 테이프 그립핑 조립체; 및
    상기 테이프 섹션을 다른 유사한 테이프 섹션들에 태킹하도록 구성된 테이프 태킹 디바이스를 포함하고,
    상기 테이프 그립핑 조립체는 그립핑 부재를 포함하고, 상기 그립핑 부재는 상기 테이프 섹션의 일부분을 파지하여 상기 테이프 섹션 가이드의 길이와 관련된 축을 따라 이동시키도록 구성되고,
    상기 그립핑 부재는 상기 테이프 섹션 가이드의 제1 위치로부터 상기 테이프 섹션 가이드의 제2 위치로 이동하고 이에 따라 상기 테이프 섹션의 일부분을 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 이동시키는, 제조 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 테이프 그립핑 조립체는 트랙을 포함하고, 상기 그립핑 부재는 상기 트랙을 따라 활주하도록 구성되어 있는, 제조 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 테이프 태킹 디바이스는 적어도 하나의 용접 유닛을 포함하는 용접 조립체인, 제조 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    테이프 절단 시스템이 상기 테이프 섹션 가이드의 단부에 배치되고, 상기 테이프 절단 시스템은 테이프를 테이프 섹션들로 절단하도록 구성되어 있는, 제조 장치.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 그립핑 부재는 상기 테이프 섹션 가이드의 제1 가이드 지지부와 제2 가이드 지지부 사이를 이동하는, 제조 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 그립핑 부재는 상기 테이프 섹션의 단부를 잡기 위한 그립핑 노즈(gripping nose) 및 그립핑 풋(gripping foot)을 포함하는, 제조 장치.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 테이프 섹션은 테이프 롤로부터 형성되고, 상기 테이프 롤로부터의 테이프는 드라이버 롤러 조립체 및 적어도 하나의 댄서 롤러(dancer roller)를 이용하여 상기 테이프 섹션 가이드에 공급되는, 제조 장치.
  21. 제14항에 있어서,
    상기 테이프 섹션 가이드는 폭이 변하는 테이프 섹션들을 자동으로 조정하도록 구성되어 있는, 제조 장치.
  22. 제16항에 있어서,
    공구세공 표면을 추가로 포함하고, 상기 공구세공 표면은 제1 축을 따라 이동하며 회전하고, 상기 적어도 하나의 용접 유닛은 상기 제1 축에 실질적으로 수직인 제2 축을 따라 이동하는, 제조 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 그립핑 부재는 상기 제2 축에 평행한 방향으로 이동하는, 제조 장치.
  24. 제14항에 있어서,
    상기 테이프 섹션들은 사전에 절단되어 개별적으로 상기 테이프 섹션 가이드에 공급되는, 제조 장치.
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