ES2322093T3 - Metodo de modelado y simulacion de asignacion de cabezales para una maquina de laminacion de cabezales multiples. - Google Patents
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Abstract
Un método de modelar asignaciones de cabezales de una máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples que tiene un conjunto de cabezales, incluyendo el método: recibir una geometría de pliegues (72) para una parte compuesta; recibir una configuración (70) para la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples; generar (92) una constelación de posiciones de cabezal en respuesta a la geometría de pliegues (72) y la configuración (70) para la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples; asignar (96) una posición de cabezal de la constelación de posiciones de cabezal a un cabezal correspondiente del conjunto de cabezales; y generar (102) un modelo gráfico que simule la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples aplicando el material compuesto sobre la parte compuesta en respuesta a las posiciones de cabezal asignadas.
Description
Método de modelado y simulación de asignación de
cabezales para una máquina de laminación de cabezales múltiples.
La presente invención se refiere en general a
sistemas de colocación de cinta y fibra. Más en concreto, la
presente invención se refiere a un método de modelado y simulación
de asignación de cabezales en un dispositivo de colocación de fibra
y de laminación de cinta compuesta, de control numérico por
ordenador.
Cada vez se utilizan más materiales compuestos
en varias industrias, incluyendo las industrias automovilística,
marina y aeroespacial. En algunos casos, las partes compuestas se
pueden formar usando máquinas automáticas de aplicación de material
compuesto, tal como máquinas de laminación de cinta compuesta o
máquinas de colocación de fibra compuesta.
Algunas máquinas convencionales de aplicación de
material compuesto, por ejemplo, una laminadora de cinta plana
(FTLM) o una laminadora de cinta contorneada (CTLM), producen partes
compuestas planas o suavemente contorneadas colocando tiras
relativamente anchas de cinta compuesta sobre superficies de
utillaje generalmente horizontales o verticales, tal como un
mandril. Otras máquinas convencionales de aplicación de material
compuesto, por ejemplo, una máquina automatizada de colocación de
fibra (AFP), se usan para producir partes compuestas generalmente
cilíndricas o tubulares envolviendo tiras relativamente estrechas de
cinta compuesta, o filas, alrededor de una herramienta rotativa de
fabricación, tal como un mandril.
Generalmente, las máquinas automáticas
existentes de aplicación de material compuesto tienen un solo
cabezal de aplicación de material compuesto. Correspondientemente,
los sistemas existentes de programación de máquinas de aplicación
de material compuesto son generalmente capaces de producir un
programa de control numérico (CN) o control numérico por ordenador
(CNO) diseñado para controlar una sola máquina de aplicación de
material compuesto que tiene un solo cabezal de aplicación de
material compuesto.
Para producir más eficientemente partes
compuestas relativamente grandes, incluyendo secciones de fuselaje
de aviones, se ha concebido una máquina de aplicación de material
compuesto, de cabezales múltiples y alta velocidad. Tal como se ha
concebido, la máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples deberá ser capaz de fabricar una amplia
variedad de partes compuestas, tal como largueros planos,
travesaños, intradoses y secciones de cañón del fuselaje, así como
partes compuestas en otras industrias, tal como las industrias del
automóvil, marina, vehículos industriales y estructuras
arquitectónicas prefabricadas.
Sin embargo, los sistemas existentes de
programación de partes compuestas no tienen la capacidad de
programar eficientemente una máquina de aplicación de material
compuesto con múltiples cabezales de aplicación de material
compuesto para formar varias partes compuestas. Consiguientemente,
es deseable proporcionar un método y aparato que puedan producir
eficientemente un programa de partes compuestas para una máquina de
aplicación de material compuesto de alta velocidad con múltiples
cabezales de aplicación de material compuesto para formar varias
partes compuestas sin requerir excesiva programación manual.
US 4696 707 describe un aparato de colocación de
cinta compuesta con medios naturales de generación de recorrido. El
aparato de colocación de cinta forma pliegues de un artículo
laminado colocando tramos de cinta compuesta a lo largo de
recorridos naturales o no tensados de una superficie compuesta
contorneada usando un solo cabezal de colocación de cinta.
US 2005/0039843 describe una laminadora
automática de compuestos de múltiples cabezales para la fabricación
de componentes grandes de secciones de cañón. La laminadora incluye
una estructura mecánica de soporte que soporta múltiples cabezales
de suministro de material.
La presente invención satisface en gran medida
las necesidades anteriores, donde, en un aspecto, se facilita un
modelo visual de asignaciones de cabezales para una máquina de
aplicación de material compuesto de cabezales múltiples que tiene
un conjunto de cabezales.
Según un aspecto de la presente invención se
facilita un método y sistema según las reivindicaciones
acompañantes.
Un medio legible por ordenador que incorpora
software informático incluyendo un conjunto de instrucciones para
ejecutar un método de modelar asignaciones de cabezales para una
máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples
que tiene un conjunto de cabezales. En este método se recibe una
geometría de pliegues para una parte compuesta y se recibe una
configuración para la máquina de aplicación de material compuesto
de cabezales múltiples. Además, se genera una constelación de
posiciones de cabezal en respuesta a la geometría de pliegues y la
configuración para la máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples. Además, se asigna una posición de cabezal de
la constelación de posiciones de cabezal a un cabezal
correspondiente del conjunto de cabezales y se genera un modelo
gráfico de la máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples aplicando el material compuesto sobre la parte
compuesta en respuesta a las posiciones de cabezal asignadas.
Un sistema para modelar asignaciones de
cabezales de una máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples tiene un conjunto de cabezales. El sistema
incluye un generador de constelación de cabezales, gestor de
asignación de cabezales, y visualizador de constelación de
cabezales. El generador de constelación de cabezales genera una
constelación de posiciones de cabezal en respuesta a recibir una
geometría de pliegues y una configuración para la máquina de
aplicación de material compuesto de cabezales múltiples. El gestor
de asignación de cabezales asigna una posición de cabezal de la
constelación de posiciones de cabezal a un cabezal correspondiente
del conjunto de cabezales. El visualizador de constelación de
cabezales genera un modelo gráfico de la máquina de aplicación de
material compuesto de cabezales múltiples aplicando el material
compuesto sobre la parte compuesta en respuesta a recibir las
posiciones de cabezal asignadas.
Un método de modelar asignaciones de cabezales
para una máquina de aplicación de material compuesto de cabezales
múltiples tiene un conjunto de cabezales. En este método, se recibe
una geometría de pliegues para una parte compuesta y se recibe una
configuración para la máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples. Además, se genera una constelación de
posiciones de cabezal en respuesta a la geometría de pliegues y la
configuración para la máquina de aplicación de material compuesto
de cabezales múltiples. Además, se asigna una posición de cabezal
de la constelación de posiciones de cabezal a un cabezal
correspondiente del conjunto de cabezales y se genera un modelo
gráfico de la máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples aplicando el material compuesto sobre la parte
compuesta en respuesta a las posiciones de cabezal asignadas.
La figura 1 es un diagrama de bloques que
ilustra un generador de programa de parte compuesta de un tipo
adecuado para llevar a cabo las funciones de una realización de la
invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva que
ilustra una parte compuesta grande generalmente cilíndrica que
representa recorridos designados de aplicación de material compuesto
y tramos de cinta que pueden ser programados por una realización
preferida de la invención.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una
arquitectura de sistema para un módulo de simulación y asignación
de cabezales según una realización de la invención.
La figura 4 es un diagrama de flujo que ilustra
pasos que pueden seguirse para asignar y simular movimientos de
cabezal según la realización de la figura 3.
La figura 5 es un diagrama de sistema de un
gestor de cabezal de tramo para asignar cabezales de suministro a
tramos respectivos según una realización de la invención.
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra
pasos que pueden seguirse para generar recorridos independientes de
la máquina en el método de la figura 5.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
pasos que pueden seguirse para generar recorridos específicos de
máquina en el método de la figura 5.
La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra
una secuencia de pasos detallados que se pueden llevar a cabo con
el fin de generar recorridos específicos de máquina según la figura
7.
Una realización según la presente invención
proporciona un generador de programa de parte compuesta, que puede
incluir una interface de sistema de diseño asistido por ordenador
(CAD), un generador de recorrido, un gestor de cabezal de tramo, un
post-procesador y un simulador de máquina. El
generador de programa de parte compuesta es capaz de producir
programas de parte compuesta para una amplia variedad de partes
compuestas complejas grandes, incluyendo partes compuestas
relativamente planas, contorneadas o generalmente cilíndricas. Este
método de programación puede reducir la mano de obra requerida para
producir un programa de parte compuesta para una máquina de
aplicación de material compuesto de cabezales múltiples en un orden
de magnitud con respecto a los métodos de programación manuales o
automatizados existentes.
El generador de programa de parte compuesta
puede producir, por ejemplo, programas de parte compuesta para uso
con máquinas de aplicación de material compuesto y de control
numérico por ordenador (CNO) que tienen un solo cabezal de
aplicación de material compuesto, tal como las máquinas existentes
de colocación de cinta compuesta y las máquinas automatizadas de
colocación de fibra. Además, el generador de programa de parte
compuesta puede producir programas de parte compuesta para uso con
máquinas de aplicación de material compuesto de CNO y cabezales
múltiples, así como equipo de fabricación compuesto de múltiples
máquinas.
La interface CAD puede recibir una definición de
diseño de parte compuesta de un sistema CAD y convertir los datos a
una definición de superficie de herramienta de fabricación y
múltiples definiciones de pliegue compuesto. El generador de
recorrido puede producir recorridos de aplicación de material
compuesto independientes de máquina basados en la definición de
superficie de herramienta de fabricación y múltiples definiciones de
pliegue compuesto. Además, el gestor de cabezal de tramo puede
asignar los recorridos independientes de máquina a cabezales
específicos de aplicación de material compuesto de un tipo
específico de máquina de aplicación de material compuesto para
producir recorridos específicos de máquina.
Además, el post-procesador puede
definir una ruta de herramienta de fabricación, calcular posiciones
de eje de máquina, y componer un programa de parte compuesta que
puede ser usado para controlar la máquina de aplicación de material
compuesto y guiar los cabezales de aplicación de material compuesto
a lo largo de los recorridos. Además, el simulador de máquina puede
simular el tipo específico de máquina de aplicación de material
compuesto y controladores asociados para verificar el correcto
funcionamiento del programa de parte compuesta. Así, el generador
de programa de parte compuesta puede ayudar al programador a evitar
conflictos de máquinas o de cabezales de aplicación de material
compuesto, tal como colisiones.
El generador de programa de parte compuesta
puede facilitar la asignación eficiente de cabezales o máquinas de
aplicación de material compuesto a recorridos de aplicación de
material compuesto y secuencias de pliegues. Además, el generador
de programa de parte compuesta puede producir programas de parte
compuesta para controlar un mayor número de ejes de máquina que el
permitido por el tamaño máximo del grupo de interpolación de algunos
controladores CNO existentes. Por ejemplo, algunos métodos
existentes de programación compuesta se limitan a un aplicador de
material compuesto, o cabezal de suministro, mientras que el método
aquí descrito se ha comprobado en configuraciones de cuatro
cabezales y de ocho cabezales que tienen hasta 50 ejes de máquina
en un carro de herramienta móvil común y una herramienta de
fabricación rotativa correspondiente. Además, este método puede ser
escalado para uso con máquinas que tienen al menos dieciséis
cabezales de suministro o sistemas que tienen al menos dieciséis
máquinas de cabezal único.
La invención se describirá ahora con referencia
a las figuras del dibujo, en las que números de referencia análogos
se refieren a partes análogas en todas ellas. Una realización según
la presente invención proporciona un generador de programa de parte
compuesta 10 para producir un programa de parte compuesta que puede
controlar una máquina de aplicación de material compuesto de CNO y
cabezal único o cabezales múltiples. La figura 1 ilustra una
realización de una realización representativa de un generador de
programa de parte compuesta 10, incluyendo un procesador 12,
memoria 14, interface CAD 16, generador de recorrido 18, gestor de
cabezal de tramo 20, post-procesador 22, simulador
de tasa 23, simulador de máquina 24 y un dispositivo de
entrada/salida (E/S) 26, todos los cuales están interconectados por
un enlace de datos 27.
El procesador 12, la memoria 14 y el dispositivo
de entrada/salida 26 pueden ser parte de un ordenador general, tal
como un ordenador personal (PC), una estación de trabajo UNIX, un
servidor, un ordenador mainframe, un asistente digital personal
(PDA), o alguna combinación de estos. Los componentes restantes
pueden incluir código de programación, tal como código fuente,
código objeto o código ejecutable, almacenado en un medio legible
por ordenador que puede ser cargado en la memoria 14 y procesado por
el procesador 12 con el fin de realizar las funciones deseadas del
generador de programa de parte compuesta 10.
La interface CAD 16 puede recibir una definición
de parte compuesta de un sistema CAD, tal como AutoCAD, fabricado
por Autodesk, Inc., de San Rafael, California; Pro/Engineer,
fabricado por Parametric Techonology Corp., de Needham,
Massachusetts; Microstation, fabricado por Bentley Systems de Exton,
Pennsylvania; SolidWorks, fabricado por SolidWorks Corp., de
Concord, Massachusetts; o CATIA, fabricado por Dassault Systèmes S.
A., de Suresnes, Francia. La definición de parte compuesta puede
ser recibida en cualquier formato de archivo de datos adecuado,
incluyendo un formato de gráficos vectoriales, tal como los formatos
de archivo .dwg o .dxf (usados por AutoCAD) y el formato de archivo
.dgn (usado por Microstation); un formato de representación límite,
tal como el formato de archivo B-REP (usado por
CATIA V4) en base a límites topológicos geométricos; o un formato
en base a sólido paramétrico/elemento superficial (usado por CATIA
V5).
La definición de parte compuesta puede constar
de secuencias conteniendo pliegues. Las secuencias representan
generalmente capas de un material compuesto que forman la parte
compuesta, y los pliegues representan generalmente una región de
una capa de material compuesto. En el formato de datos CAD, por
ejemplo, cada pliegue puede ser modelado como un límite en una
superficie compleja, con propiedades asociadas de material y
orientación.
La interface CAD 16 puede convertir el formato
de datos de definición de parte compuesta recibido, que puede ser
único para el sistema CAD específico, a un formato que sea
compatible con el generador de recorrido 18. Por ejemplo, la
interface CAD 16 puede crear dos archivos de datos. El primer
archivo puede contener la definición de superficie completa de la
parte compuesta, o de una herramienta de fabricación, tal como un
mandril, sobre la que se ha de formar la parte compuesta. Este
primer archivo puede contener datos que definen cada región
superficial de la parte compuesta, por ejemplo, en un formato
B-Spline. El primer archivo también puede definir
las curvas límite para cada región superficial. Además, el primer
archivo puede contener las varias relaciones entre las curvas
límite para cada región superficial de componente, describiendo cómo
las varias regiones superficiales encajan conjunta-
mente.
mente.
El segundo archivo puede contener definiciones
de pliegue para los varios pliegues que forman la parte compuesta.
Las definiciones de pliegue pueden incluir, por ejemplo, datos de
límite de pliegue, datos de material de pliegue y datos de
orientación de pliegue. Además, cada pliegue puede especificar un
"punto semilla", es decir, un punto asociado con el pliegue
que define una posición a través de la que debe pasar la línea
central del primer segmento de material compuesto para dicho
pliegue.
En base a la definición de superficie de parte
compuesta y definiciones de pliegue, el generador de programa de
parte compuesta 10 puede generar recorridos que los cabezales de
aplicación de material compuesto pueden seguir para aplicar el
material compuesto sobre la superficie de la herramienta de
fabricación, o sobre una superficie de pliegue anterior, con el fin
de formar la parte compuesta. Por ejemplo, la figura 2 ilustra una
herramienta de fabricación 28, o mandril, para una parte compuesta
grande generalmente cilíndrica con ocho recorridos representativos
de aplicación de material compuesto 30 designados en una dirección
generalmente horizontal a través de la superficie de la herramienta
de fabricación 28.
La figura 2 ilustra además un primer límite de
pliegue 32 y un segundo límite de pliegue 34. Ocho segmentos
contiguos de material compuesto, en este caso tramos de cinta 36,
que corresponden a los recorridos de aplicación de material
compuesto 30, están delineados dentro del primer límite de pliegue
32. Igualmente, siete tramos contiguos de cinta compuesta 38 están
delineados dentro del segundo límite de pliegue 34, incluyendo un
tramo de cinta no estándar 40 que tiene una anchura que es
sustancialmente menor que la distancia entre cada uno de los pares
de recorridos adyacentes 30, o la anchura nominal de la cinta
compuesta.
Como un ejemplo, una máquina de colocación de
cinta compuesta puede tener uno o más cabezales de aplicación de
material compuesto unidos a un carro de herramienta y configurados
para aplicar cinta compuesta que tiene una anchura estándar o
nominal de tres pulgadas, seis pulgadas, o cualquier otra anchura
adecuada. La máquina de colocación de cinta compuesta puede incluir
además un cabezal de aplicación de material compuesto que aplica
una tira o múltiples tiras de cinta compuesta que tienen una anchura
no estándar. Por ejemplo, una máquina de colocación de cinta
compuesta representativa de cabezales múltiples puede incluir uno o
más cabezales estándar que aplican tiras de cinta compuesta de tres
pulgadas de anchura nominal, así como uno o más cabezales
especializados que aplican tiras de cinta compuesta de anchura no
estándar, tal como tiras de un octavo de pulgada o de un cuarto de
pulgada de ancho, o "filas". Además, un cabezal especializado
puede tener la capacidad de aplicar múltiples tiras no estándar
hasta una anchura agregada igual a la anchura nominal de la cinta,
por ejemplo, hasta veinticuatro tiras de cinta compuesta de un
octavo de pulgada en una máquina que tiene una anchura de cinta
nominal estándar de tres pulgadas.
Aunque los recorridos de aplicación de material
compuesto 30 y los tramos de cinta 36, 38 representados en la
figura 2 son generalmente horizontales, o paralelos al eje de la
herramienta de fabricación 28 (para referencia en este ejemplo, la
orientación de fibra de cero grados), pliegues adicionales pueden
tener otras orientaciones de fibra, tal como noventa grados o
cuarenta y cinco grados, o cualquier orientación de fibra adecuada
para satisfacer los requisitos de diseño de la parte compuesta.
Además, se han establecido normas para poner límites al tamaño de
los intervalos o el solapamiento de segmentos adyacentes de material
compuesto.
Con referencia de nuevo a la figura 1, los
recorridos de aplicación de material compuesto 30 pueden ser
definidos por el generador de recorrido 18. En una realización del
generador de programa de parte compuesta 10, el generador de
recorrido 18 puede implementar un sistema de coordenadas
cartesianas, por ejemplo, para producir partes generalmente planas
o contorneadas. En otras realizaciones, el generador de recorrido 18
puede implementar cualquier sistema de coordenadas adecuado, por
ejemplo, un sistema de coordenadas polares, tal como un sistema de
referencia angular, por ejemplo, para producir partes generalmente
cilíndricas en una herramienta rotativa de fabricación 28, un
sistema de coordenadas circulares, un sistema de coordenadas
esféricas, un sistema de coordenadas curvilíneas o
análogos.
análogos.
El generador de recorrido 18 puede usar las
definiciones de límite de pliegue creadas por la interface CAD 16,
que describen las zonas donde se ha de aplicar material compuesto
para formar las secuencias, o capas, de la parte compuesta, y la
definición de superficie de herramienta de fabricación creada por la
interface CAD 16, que describe la superficie sobre la que se ha de
formar la parte compuesta, para generar los recorridos de
aplicación de material compuesto 30. Si el punto de semilla para un
pliegue no se especifica en la definición de parte, el generador de
recorrido puede seleccionar un "punto de semilla", por ejemplo,
el centroide del pliegue, como el punto de inicio en el que
comenzar la generación de recorridos para un pliegue dado.
En varias realizaciones del generador de
programa de parte compuesta 10, el generador de recorrido 18 puede
analizar las definiciones de superficie de la herramienta de
fabricación y pliegue para generar los recorridos de aplicación de
material compuesto 30, asegurando al mismo tiempo que los intervalos
o el solapamiento de recorridos adyacentes cumplan el estándar o la
especificación de intervalos. Los recorridos se pueden optimizar
según la forma de la superficie general, así como regiones locales
de la superficie. En una realización preferida, el generador de
recorrido 18 puede realizar un análisis tridimensional
(3-D) para generar los recorridos 30. Sin embargo,
en una realización alternativa, el generador de recorrido 18 puede
realizar un análisis bidimensional (2D) para generar los recorridos
30. Así, el generador de recorrido 18 puede poblar el área
superficial de cada pliegue con recorridos que están espaciados la
anchura nominal de un segmento de material compuesto estándar, tal
como un tramo de cinta, dentro de una tolerancia que cumple con las
especificaciones de intervalo o solapamiento.
El generador de recorrido 18 puede definir
además los segmentos individuales de material compuesto. Por
ejemplo, en una realización preferida de la invención, el generador
de recorrido 18 puede seleccionar una superficie de referencia
2-D apropiada para representar la superficie de la
herramienta de fabricación, o la superficie de parte compuesta, y
colocar inicialmente los segmentos de material compuesto en la
superficie de referencia 2-D. Por ejemplo, el
generador de recorrido 18 puede seleccionar una superficie
simplificada, tal como un cilindro, esfera o cono, que puede ser
modelada fácilmente por una función matemática o un conjunto de
funciones matemáticas, proyectar la herramienta de fabricación o
superficie de parte compuesta sobre la superficie simplificada, y
"desenrollar" o aplanar la superficie simplificada para crear
una superficie de referencia planar sobre la que extender los
segmentos de material
compuesto.
compuesto.
En el caso de una laminadora de cinta, el
generador de recorrido 18 puede definir los tramos de cinta
individuales 36, 38 en base a las intersecciones de los recorridos
30 con los límites de pliegue 32, 34. Estas intersecciones pueden
definir configuraciones de corte de cinta necesarias para formar los
tramos de cinta. En una realización del generador de programa de
parte compuesta 10, las configuraciones de corte de cinta se pueden
definir como cortes a tope normales a la línea central de los
tramos de cinta 36, 38, mientras que en otras realizaciones las
configuraciones de corte de cinta se pueden definir como
configuraciones más complejas que constan, por ejemplo, de una
combinación de segmentos de línea.
Después de tender los segmentos de material
compuesto en la superficie de referencia, el generador de recorrido
18 puede transformar o redefinir los segmentos de material compuesto
en términos de la herramienta de fabricación 3-D
real o superficie de parte compuesta. Esta transformación se puede
realizar, por ejemplo, aplicando una función inversa a los datos de
tramo de cinta 2-D en base a la función, o
funciones, usadas para crear la superficie de referencia de la
herramienta de fabricación real 28 o la superficie de parte
compuesta. Además, para cada secuencia de pliegues, el generador de
recorrido 18 puede actualizar la definición de superficie para
añadir el grosor del material compuesto sobre cada zona de pliegue
de la secuencia.
Los recorridos 30 definidos por el generador de
recorrido 18 pueden ser independientes de cualquier máquina de
aplicación de material compuesto. Posteriormente, los recorridos
independientes de máquina 30 pueden ser asignados a cabezales de
suministro específicos de un tipo específico de máquina de
aplicación de material compuesto por el gestor de cabezal de tramo
20 para generar recorridos específicos de máquina.
El gestor de cabezal de tramo 20 puede recibir
la geometría tridimensional (3-D) relativamente
compleja de los recorridos de aplicación de material compuesto 30
definidos por el generador de recorrido 18 y comprobar si en los
recorridos 30 hay errores, tal como puntos redundantes o análogos.
Si se identifican errores, el gestor de cabezal de tramo 20 puede
corregir los errores, por ejemplo, quitar puntos redundantes.
Además, el gestor de cabezal de tramo 20 puede analizar la
geometría 3-D de cada uno de los recorridos 30 para
determinar cuál, si lo hay, de los recorridos 30 tiene que ser
asignado a cabezales de suministro especializados.
Además, el gestor de cabezal de tramo 20 puede
realizar un algoritmo de optimización específico de máquina para
determinar las asignaciones más eficientes de cabezal a recorrido de
aplicación de material compuesto, es decir, las asignaciones que
darán lugar al tiempo de producción más corto necesario para
fabricar la parte compuesta. Por ejemplo, el gestor de cabezal de
tramo 20 puede asignar los recorridos a cabezales de aplicación de
material compuesto específicos y pasadas específicas del carro de
herramienta utilizando uno de dos esquemas de optimización. En una
realización, se realiza una u otra optimización en base a si la
máquina incluye o no un cabezal especial.
En primer lugar, para máquinas con todos los
cabezales estándar, el gestor de cabezal de tramo 20 puede disponer
los cabezales en una configuración de constelación fija en el carro
de herramienta, que puede ser movido sobre la superficie. En este
caso, se precisan diseños de constelación distintos para cada
combinación de orientación de pliegue y dirección de avance del
carro de herramienta a lo largo de los recorridos 30. En general, el
diseño de constelación está configurado para aumentar la eficiencia
maximizando el número de cabezales que se puede emplear para
aplicar cinta al mandril. Una descripción más detallada de la
constelación y el diseño de constelación se describe aquí con
referencia a las figuras 4 y 5. Además, cada cabezal se puede mover
con relación a la constelación dentro de un rango limitado para
rastrear la geometría 3-D exacta del recorrido
correspondiente 30 sobre la superficie. Además, las limitaciones o
tolerancias del movimiento de los cabezales individuales de
aplicación de material compuesto dentro de la constelación pueden
evitar colisiones entre los cabezales de aplicación de material
compuesto, o entre los cabezales de aplicación de material compuesto
y otra estructura de la máquina.
En segundo lugar, para máquinas que tienen uno o
más cabezales especializados de aplicación de material compuesto,
el gestor de cabezal de tramo 20 puede usar "optimización
exhaustiva" para asignar eficientemente los recorridos 30 a los
cabezales de aplicación de material compuesto. Es decir, por cada
pasada del carro de herramienta, se asigna un número máximo posible
de recorridos 30 a dicha pasada, con sujeción a dos condiciones:
primera: si es posible, a cada cabezal especial se le puede asignar
un recorrido 30 que precise dicho cabezal; segunda: siempre que sea
posible, se asigna un grupo de recorridos contiguos 30 a todos los
cabezales de aplicación de material compuesto, con el fin de no
dejar recorridos no asignados. En algunos casos, la no
disponibilidad de suficientes cabezales especializados puede
requerir que un recorrido 30 que requiera un cabezal especializado
quede sin asignar entre recorridos asignados. Sin embargo, cuando es
posible, esto se evita a causa de la dificultad de llenar
eficientemente un recorrido saltado en una pasada posterior.
En algunas realizaciones del generador de
programa de parte compuesta 10, el gestor de cabezal de tramo 20
puede construir una representación 2-D en base a la
geometría 3-D de los recorridos 30 para crear un
conjunto ordenado de recorridos lógicos, y realizar el análisis de
asignación de cabezal a recorrido en el ámbito 2-D.
En estas realizaciones, el gestor de cabezal de tramo 20 puede
asociar posteriormente los recorridos 3-D con las
respectivas asignaciones 2-D de cabezales de
aplicación de material compuesto y pasadas de carro de herramienta.
En otras realizaciones, el gestor de cabezal de tramo 20 puede
realizar el análisis de asignación de cabezal a recorrido en el
ámbito 3-D. Además, el gestor de cabezal de tramo 20
puede realizar varias tareas de limpieza para organizar los datos
resultantes.
Los datos resultantes de asignación de recorrido
y cabezal pueden ser usados por el post-procesador
22 para generar programas de parte CNO en formato de código máquina
que pueden ser ejecutados en una máquina de aplicación de material
compuesto de cabezales múltiples, así como en una máquina de
aplicación de material compuesto de un solo cabezal convencional.
En post-procesado, el
post-procesador 22 puede proporcionar la capacidad
de que el programador gestione la dinámica de los cabezales de
aplicación de material compuesto, tal como aproximar o alejar la
herramienta de fabricación o superficie de parte compuesta, e
iniciar, parar y cortar el material compuesto. El
post-procesador 22 también permite al programador
controlar las aceleraciones y velocidades del eje de máquina, con
el fin de mejorar u optimizar la tasa general de aplicación de
material compuesto.
Inicialmente, el post-procesador
22 puede recibir los datos de recorrido, incluyendo las definiciones
de recorrido así como las asignaciones de cabezal a recorrido y
pasada de carro. El post-procesador 22 puede añadir
datos de control del movimiento del eje de máquina para
acercamiento del cabezal de aplicación de material compuesto a la
herramienta de fabricación o superficie de parte compuesta al inicio
de cada pasada del carro de herramienta o segmento de material
compuesto y salida del cabezal de aplicación de material compuesto
de la superficie al final de cada pasada o segmento. Es decir, para
cada cabezal de aplicación de material compuesto que tiene un
recorrido asignado en una pasada dada del carro de herramienta, el
post-procesador 22 puede añadir una definición de
acercamiento a superficie, o perfil de movimiento, y una definición
de alejamiento de superficie, o perfil de movimiento. En algunas
realizaciones del generador de programa de parte compuesta 10, el
post-procesador 22 puede añadir un perfil de
acercamiento y perfil de salida de cabezal para cada recorrido de
aplicación de material compuesto 30. En otras realizaciones, el
post-procesador 22 puede añadir un perfil de
acercamiento y perfil de salida de cabezal para cada segmento de
material compuesto a lo largo de cada uno de los recorridos 30.
Así, para cada recorrido de aplicación de
material compuesto 30, o para cada segmento de material compuesto a
lo largo de cada recorrido 30, el post-procesador 22
puede añadir datos de control del movimiento del eje de máquina
para acelerar el cabezal correspondiente en avance, posteriormente
decelerar momentáneamente el cabezal, cortar un extremo del
material compuesto, iniciar la alimentación de material compuesto, y
acelerar el cabezal para recolocar el cabezal en una posición
nominal con relación al carro de herramienta o constelación y
adaptar la velocidad del carro de herramienta. Este proceso,
denominado "adición en vuelo", puede ser sincronizado de modo
que el extremo del material compuesto se coloque en una posición
exacta. Por ejemplo, en una máquina de colocación de cinta, el
proceso de "adición en vuelo" puede ser sincronizado de tal
manera que el extremo de la cinta pase por debajo de un dispositivo
de compactación de cabezal correspondiente exactamente en la
posición especificada por la definición de segmento de material
compuesto, es decir, de acuerdo con una tolerancia especificada de
colocación del extremo del material compuesto.
Igualmente, para cada recorrido de aplicación de
material compuesto 30, o para cada segmento de material compuesto a
lo largo de cada recorrido 30, el post-procesador 22
puede añadir datos de control del movimiento del eje de máquina
para acelerar el cabezal correspondiente en avance, decelerar
después el cabezal para adaptarlo momentáneamente a la velocidad de
la superficie de la herramienta de fabricación, cortar un extremo
del material compuesto, parar la alimentación de material
compuesto, y acelerar el cabezal para recolocar el cabezal en una
posición nominal con relación al carro de herramienta o
constelación. Este proceso, denominado "corte en vuelo",
también se puede sincronizar de modo que el extremo de material
compuesto se coloque en una posición exacta. Por ejemplo, en una
máquina de colocación de cinta, el proceso de "corte en vuelo"
se puede sincronizar de tal manera que el extremo de cinta pase por
debajo del dispositivo de compactación de cabezal correspondiente
exactamente en la posición especificada por la definición de
segmento de material compuesto, es decir, de acuerdo con una
tolerancia especificada de colocación del extremo del material
compuesto. Además, el proceso de "corte en vuelo" puede
incluir decelerar el cabezal para mantener momentáneamente una
posición fija con respecto a la herramienta de fabricación o
superficie de parte compuesta para dejar tiempo para cortar el
material compuesto en posición.
Los perfiles de movimiento de "adición en
vuelo" y "corte en vuelo", así como los perfiles de
movimiento de acercamiento a superficie y salida de superficie,
pueden ser dinámicos, es decir, los perfiles de movimiento pueden
variar dependiendo de la longitud de los segmentos individuales de
material compuesto y las distancias respectivas entre los segmentos
de material compuesto. Por lo tanto, el
post-procesador 22 puede verificar además que los
perfiles de movimiento de acercamiento y salida del cabezal de
aplicación de material compuesto, así como los perfiles de
movimiento de "adición en vuelo" y "corte en vuelo", en
todos los puntos definan un movimiento continuo y suave del
cabezal, con respecto a la posición absoluta del cabezal
correspondiente de aplicación de material compuesto así como la
posición relativa del cabezal con respecto a la posición del carro
de herramienta. Además, el post-procesador 22 puede
verificar que los perfiles de movimiento de acercamiento, salida,
"adición en vuelo" y "corte en vuelo" no violen requisitos
o especificaciones relativos a la dinámica de la máquina de
aplicación de material compuesto.
\newpage
En algunas realizaciones del generador de
programa de parte compuesta 10, el post-procesador
22 puede incluir en la definición de acercamiento a superficie una
posición especificada donde se ha de activar un dispositivo de
compactación de aplicador de material compuesto, o posición de
"compactación activada". Igualmente, el
post-procesador 22 puede incluir en la definición de
salida de superficie una posición especificada donde se ha de
desactivar el dispositivo de compactación de aplicador de material
compuesto, o posición de "compactación desactivada". En otras
realizaciones, el post-procesador 22 puede
especificar una posición de "compactación activada" y una
posición de "compactación desactivada" para cada segmento de
material compuesto a lo largo de cada uno de los recorridos 30, por
ejemplo, en el caso de una máquina de colocación de cinta compuesta,
para cada tramo de cinta a lo largo de cada recorrido 30.
Además, el post-procesador 22
puede definir un recorrido de constelación, o una secuencia de
recorridos de constelación. Es decir, el
post-procesador 22 puede evaluar un grupo de
recorridos de aplicación de material 30 asignados a una sola pasada
de carro de herramienta y determinar un recorrido medio con relación
al grupo de recorridos 30. Por ejemplo, el
post-procesador 22 puede determinar un recorrido de
constelación ideal con respecto a cada cabezal de aplicación de
material compuesto que tiene un recorrido asignado para la pasada
de carro de herramienta, y en base al conjunto de recorridos ideales
determinar un recorrido de constelación medio. El
post-procesador puede verificar además que cada
cabezal sea capaz de llegar a todos los puntos de las posiciones de
recorrido correspondientes en base al recorrido de constelación.
Adicionalmente, el
post-procesador 22 puede extender el recorrido medio
y definir puntos de inicio y fin de constelación para la pasada, es
decir, el post-procesador 22 puede especificar una
posición en la que el cabezal de aplicación de material compuesto
se puede poner o colocar en una configuración de constelación
específica, y una posición en la que el cabezal de aplicación de
material compuesto se puede volver a poner o volver a colocar en
una configuración de constelación diferente. El
post-procesador 22 puede conectar además los
recorridos de constelación secuenciales a una cadena continua de
recorridos direccionales, o un solo recorrido continuo.
Además, en base a los recorridos 30 y el
recorrido de constelación correspondiente, el
post-procesador 22 puede definir un recorrido
relativo para cada cabezal de aplicación de material compuesto que
tiene un recorrido asignado. Los recorridos relativos relacionan
los recorridos individuales 30 con el recorrido de constelación.
Consiguientemente, el post-procesador puede
determinar soluciones de eje de máquina para controlar los
movimientos de cabezales individuales con respecto al carro de
herramienta en base a los recorridos relativos. Por ejemplo, el
post-procesador 22 puede implementar lógica de
cinemática clásica de máquinas para generar soluciones de posición
de eje de máquina en base a los puntos de recorrido de constelación,
los puntos de recorrido individuales y la superficie de la
herramienta de fabricación o datos normales superficiales
actualizados. Las soluciones de eje de máquina se pueden usar para
controlar los movimientos de la máquina de aplicación de material
compuesto por medio de servo motores, o cualquier accionador
adecuado para producir el movimiento del cabezal de aplicación de
material compuesto, carro de herramienta o herramienta de
fabricación.
Dado que siempre hay al menos una dirección de
movimiento de eje de máquina común compartida entre todos los
cabezales de aplicación de material compuesto, los ejes de máquina
de todos los cabezales se interpolan como un grupo. Sin embargo,
los controladores CNO existentes no tienen la capacidad de
interpolar un número relativamente grande de ejes en un solo grupo
de interpolación. Así, con el fin de superar las limitaciones del
controlador CNO existente en el número de ejes, el
post-procesador 22, más bien que el controlador CNO,
puede calcular la posición de eje de máquina individual, la
velocidad, la aceleración, y la sacudida u oscilación en todos los
puntos. El post-procesador 22 puede verificar además
que las soluciones de eje de máquina no violen las limitaciones o
especificaciones de la máquina y hacer ajustes menores en las
soluciones de eje de máquina para producir transiciones físicas
suaves, manteniendo al mismo tiempo recorridos exactos de aplicación
de material compuesto. Así, el post-procesador
puede sincronizar estrechamente las soluciones de eje de máquina de
los cabezales de aplicación de material compuesto.
En base al recorrido de constelación, el
post-procesador 22 puede definir una ruta de carro
de herramienta y una ruta de herramienta de fabricación o mandril.
Por ejemplo, el post-procesador 22 puede determinar
una secuencia de pasadas direccionales del carro de herramienta a
través de la superficie de la herramienta de fabricación o parte
compuesta, y una secuencia de movimientos rotacionales o angulares
para un mandril rotativo o movimientos de traslación para un
mandril plano o contorneado. Dado que el movimiento de los cabezales
de aplicación de material compuesto sobre la herramienta de
fabricación o superficie de parte compuesta depende de la posición
relacional del carro de herramienta con respecto a la herramienta de
fabricación, algunos movimientos de los cabezales de aplicación de
material compuesto sobre la herramienta de fabricación o superficie
de parte compuesta pueden ser determinados por cambios en la
posición del carro de herramienta, la posición de la herramienta de
fabricación, o ambas. Así, la ruta de herramienta de fabricación y
la ruta de carro de herramienta pueden ser interdependientes.
Consiguientemente, el
post-procesador 22 puede sincronizar la ruta de
herramienta de fabricación con la ruta de carro de herramienta para
determinar una combinación eficiente u óptima de movimientos de
herramienta de fabricación y carro de herramienta para obtener las
posiciones relacionales requeridas en base al recorrido de
constelación. Es decir, el post-procesador 22 puede
implementar lógica de cinemática clásica de máquinas para generar
simultáneamente soluciones de eje de máquina para el carro de
herramienta y para la herramienta de fabricación con el fin de
efectuar el recorrido de constelación. Además, el
post-procesador 22 puede sincronizar estrechamente
las soluciones de eje de máquina de cabezales individuales con el
carro de herramienta y soluciones de eje de máquina de herramienta
de fabricación con el fin de mantener un control exacto del cabezal
de aplicación de material compuesto.
En una realización preferida del generador de
programa de parte compuesta 10, una relación de ejes
maestro-esclavo a través de múltiples controladores
CNO distribuidos se puede acomodar para gestionar el número
relativamente grande de ejes de máquina coordinados. Por ejemplo,
la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales
múltiples puede ser controlada por un controlador CNO maestro y
múltiples controladores CNO esclavos. El controlador maestro y los
controladores esclavos pueden estar en red conjuntamente en un bus
de alta velocidad que puede facilitar el intercambio de datos
relevantes entre los varios controladores durante cada ciclo de
interpolación. Así, el controlador maestro puede coordinar los
ciclos de interpolación CNO individuales.
Por ejemplo, cada uno de los controladores CNO
se puede configurar con tres canales de proceso, cada uno de los
cuales puede tener un programa de parte permanente que se ejecuta
cíclicamente durante actividades de aplicación de material
compuesto. Los programas de parte permanentes pueden ser usados, por
ejemplo, para coordinar el movimiento de cabezales individuales
cuando el cabezal no está adyacente a la herramienta de fabricación
o superficie de parte compuesta. Además, los programas de parte
permanentes pueden ser usados para coordinar la carga de fondo
incremental de datos de tabla de curvas en la memoria de controlador
individual y controlar la secuencia de enganche de tabla de curvas
a los servo ejes y flujos de datos de código auxiliares.
Además, con el fin de aumentar la tasa general
de aplicación de material compuesto, el
post-procesador 22 puede establecer una tasa de
constelación, o la tasa de movimiento de un eje maestro -que puede
corresponder, por ejemplo, al movimiento del carro de herramienta,
al movimiento de la herramienta de fabricación, o a una combinación
del movimiento del carro de herramienta y el movimiento de la
herramienta de fabricación- a una de varias tasas predeterminadas
que corresponden a varias operaciones de la máquina de aplicación de
material compuesto por cada pasada del carro de herramienta. Por
ejemplo, en una realización preferida, la tasa de constelación
puede ser ajustada a una de tres tasas básicas, que corresponden a
operaciones de la máquina de "añadir", "tender" y
"cortar" material compuesto. Generalmente, la tasa de
constelación puede estar limitada por la dinámica del peor caso de
cualquier cabezal activo de aplicación de material compuesto en
cualquier punto del tiempo de una pasada del carro de herramienta,
permitiendo el tiempo de aceleración y deceleración.
Además, el post-procesador 22
puede comprobar los límites de eje de máquina para todos los
cabezales de aplicación de material compuesto, carro de herramienta
y ejes de máquina de herramienta de fabricación con el fin de
verificar que los límites de eje de máquina no se superen en ningún
momento. Además, el post-procesador 22 puede
comprobar todas las posiciones de cabezal de aplicación de material
compuesto con el fin de asegurar que los recorridos de movimiento
de los cabezales de aplicación de material compuesto estén libres de
colisión. Además, el post-procesador 22 puede
calcular e informar el uso total de material compuesto para el
programa de parte compuesta.
Finalmente, el post-procesador
22 puede crear un archivo de salida, o un conjunto de archivos de
salida, conteniendo los resultados de las soluciones de eje de
máquina en un formato de datos que es compatible con el controlador
CNO usado en unión con la máquina específica de aplicación de
material compuesto. Por ejemplo, en una realización preferida del
generador de programa de parte compuesta 10, el archivo de salida se
puede escribir en un formato único de tabla de curvas que es
compatible con la familia de controladores CNO Siemens 840D. En
algunas realizaciones se puede crear un archivo de salida o un
conjunto de archivos de salida para cada pasada de carro de
herramienta definida por el programa de parte compuesta.
Por ejemplo, para cada pasada de carro de
herramienta, el post-procesador 22 puede producir un
archivo de tabla de curvas para cada eje de máquina para
proporcionar datos posicionales, tales como pares de puntos de
coordenadas de interpolación lineal o definiciones de funciones
polinómicas, incluyendo las relaciones
maestro-esclavo necesarias. Además, para cada pasada
de carro de herramienta, el post-procesador 22 puede
producir un archivo de tabla de curvas adicional para que cada
cabezal de aplicación de material compuesto proporcione
definiciones de código auxiliares, tal como datos de control de
alimentación de material compuesto, datos de control de cuchilla,
etc. Así, el post-procesador 22 puede crear
múltiples programas de parte compuesta concurrentes para uso con un
controlador CNO y una máquina de aplicación de material compuesto,
tal como una máquina de laminación de cinta compuesta o una máquina
automatizada de colocación de fibra (AFP) para fabricar una parte
compuesta.
En algunas realizaciones, el formato de datos de
archivo de salida puede ser compatible con un esquema de control
CNO maestro-esclavo, como el aquí descrito. Por
ejemplo, en una realización preferida, el formato de tabla de
curvas Siemens 840D puede implementar las relaciones de eje
maestro-esclavo de la máquina de aplicación de
material compuesto de cabezales múltiples. Esto es posible porque la
tabla de curvas puede proporcionar una definición matemática entre
una variable directa y una variable esclava que se pueden aplicar a
ambos pares de ejes de máquina, además de variables de control CNO
convencionales aplicadas a cada eje de máquina.
En una realización preferida de la invención, el
post-procesador 22 puede crear un archivo de salida
suplementario, o un conjunto de archivos de salida suplementarios,
en un formato de datos que es compatible con el simulador de
máquina 24. Por ejemplo, el post-procesador 22 puede
producir un archivo de salida conteniendo un muestreo temporal de
los datos posicionales de eje de máquina para uso por el simulador
de máquina 24, que puede no ser capaz de interpretar el programa de
parte compuesta, por ejemplo, en el formato de tabla de curvas
Siemens 840D.
El simulador de máquina 24 puede recibir el
archivo de salida o el archivo de salida suplementario y simular
las operaciones de la máquina de aplicación de material compuesto,
incluyendo múltiples cabezales de aplicación de material compuesto
con múltiples ejes de máquina. Por ejemplo, el simulador de máquina
24 puede modelar la máquina física, replicar las funciones del
controlador CNO, y producir información de ciclo con el fin de
facilitar la prevención de colisión de máquina y el refinamiento del
proceso. Así, el simulador de máquina 24 puede eliminar el
desperdicio y aumentar el valor económico del proceso de fabricación
CNO.
Durante el desarrollo de un programa de parte
compuesta, antes de ejecutar el programa en una máquina real de
aplicación de material compuesto, el programa de parte compuesta, o
el equivalente suplementario, puede ser simulada por el simulador
de máquina 24 para verificar que el programa de parte compuesta no
contiene errores, en particular, errores posicionales que podrían
dañar potencialmente la máquina, como colisiones entre el cabezal
de aplicación de material compuesto o entre un cabezal individual de
aplicación de material compuesto y otras estructuras de la
máquina.
El simulador de máquina 24 puede proporcionar
realimentación de usuario, por ejemplo, por medio de una pantalla
gráfica o mediante mensajes de precaución. El simulador de máquina
24 puede funcionar como un entorno interactivo de simulación
3-D. Así, el simulador de máquina 24 puede realizar
la visualización y el análisis de la funcionalidad -por ejemplo, un
proceso de aplicación o extracción de material compuesto- de la
máquina física, incluyendo un controlador CNO. El simulador de
máquina 24 puede permitir al usuario mejorar la calidad o eficiencia
del programa de parte compuesta, eliminar errores catastróficos de
programación, y optimizar los procesos de maquinado.
Por ejemplo, en una realización preferida de la
invención, el simulador de máquina 24 se puede basar en el sistema
de simulación DELMIA VNC, fabricado por Dassault Systèmes S.A. De
Suresnes, Francia. Sin embargo, una versión existente de DELMIA VNC
se limita a simular el movimiento de dieciocho o menos ejes de
máquina en un modo de simulación sincronizado. Con el fin de
soportar simulación de un mayor número de ejes, cada cabezal de
aplicación de material compuesto puede ser definido como un
dispositivo separado o independiente que tiene cinco ejes. Los
cabezales individuales de aplicación de material compuesto pueden
ser sincronizados en la simulación simulando señales de
comunicación digitales (E/S) entre los dispositivos. Este proceso de
simulación puede permitir la simulación sincronizada de un mayor
número de ejes; por ejemplo, una máquina con cuarenta y dos ejes ha
sido simulada en modo sincronizado usando este proceso.
Los dispositivos de laminado que incluyen
generalmente múltiples cabezales de dispensación y, más en concreto,
tecnología de laminadora de cinta de cabezales múltiples (MHTFM)
proporcionan la posibilidad de incrementar de forma significativa
la tasa de colocación de cinta compuesta. Sin embargo, sin
simulación y modelado adecuados, la optimización de las
configuraciones de los cabezales, los recorridos y análogos es un
problema caro y lento. El simulador de tasa 23 incluye un programa
de simulación de eventos discretos que imita las funciones de una
MHTLM propuesta y predice su rendimiento potencial. El simulador de
tasa 23 proporciona estadística detallada de una MHTLM particular y
algoritmo de asignación de cabezal para ingenieros de diseño y otros
usuarios. El simulador de tasa 23 permite la predicción y
verificación del rendimiento de un diseño propuesto de MHTLM y
algoritmo de asignación de cabezal sin construcción real. Es decir,
se pueden comprobar diseños MHTLM hipotéticos y es posible un
amplio estudio comercial de los diferentes diseños. Esto puede
reducir de forma significativa el costo y el tiempo de desarrollo y
facilitar el diseño de una configuración de MHTLM óptima así como un
algoritmo óptimo de asignación de cabezal. El simulador de tasa 23
también genera una recogida de valiosos datos estadísticos de
operaciones de cabezales y recorridos para uso por parte de los
ingenieros de diseño al construir el hardware.
El simulador de tasa 23 está configurado para
simular geometría plana, cilíndrica y/o irregular usada por MHTLM,
máquina de laminación de cinta contorneada (CTLM), laminadora de
cinta plana (FTLM), o cualquier máquina conocida de colocación de
cinta. Los datos estructurales de un diseño particular de MHTLM y/o
una herramienta particular se usan para generar un modelo de
sistema representativo. Cambiando los parámetros de diseño, es
posible un amplio estudio comercial de muchos diseños de MHTLM.
Dados los datos de pliegue deseados, el simulador de tasa 23 estima
tasas de colocación de material de un diseño concreto y reporta
varios datos estadísticos detallados de varios aspectos del
rendimiento. La detallada presentación visual del proceso de
simulación también mejora la potencia del simulador de tasa 23. Es
decir, viendo una imagen y/o película simulada del diseño MHTLM que
fabrica el elemento compuesto dado, los ingenieros de diseño y otros
usuarios reciben información que permite una identificación rápida
y eficiente de problemas potenciales. Además, la información en este
formato proporciona una potente herramienta de marketing para
usuarios más familiarizados con medios visuales.
La figura 3 es un diagrama de bloques de una
arquitectura de sistema para el simulador de máquina 24 según una
realización de la invención. Como se representa en la figura 3, el
simulador de máquina 24 incluye un gestor de datos MHTLM 50,
generador de recorrido 18, gestor de cabezal de tramo 20, generador
de constelación de cabezales 56, gestor de eventos MHTLM 58, y
visualizador de constelación de cabezales 60.
El gestor de datos MHTLM 50 accede y envía
datos, según sea apropiado, a los otros varios módulos del simulador
de máquina 24. Por ejemplo, el gestor de datos MHTLM 50 accede a un
conjunto de datos de control de simulación 62. El conjunto de datos
de control de simulación 62 incluye un archivo de datos de
herramienta deseado 64, archivo de datos de orientación de cinta
66, y archivo de datos de petición de presentación visual 68.
Además, el gestor de datos MHTLM 50 accede a un archivo de
configuración MHTLM 70 y archivo de datos de geometría de pliegues
72. El gestor de datos MHTLM 50 comunica además con el generador de
recorrido 18, el gestor de cabezal de tramo 20, el generador de
constelación de cabezales 56, el gestor de eventos MHTLM 58, y el
visualizador de constelación de cabezales 60 y suministra los datos
pedidos, según sea apropiado, a estos módulos.
El proceso de encintado para una geometría de
pliegues dada se divide en una serie de recorridos de cinta sobre
los que la MHTLM aplica cinta. El simulador de máquina 24 recibe un
conjunto de recorridos ideales que han sido calculados por el
generador de recorrido 18 y se basan en una representación numérica
de la herramienta de fabricación 28 y la cinta a aplicar. El
generador de recorrido 18 calcula recorridos para aplicación de la
cinta en el elemento compuesto. Por ejemplo, dado un elemento
compuesto esencialmente cilíndrico tal como el formado en la
herramienta de fabricación 28 de la figura 2, el generador de
recorrido 18 puede calcular un espacio bidimensional equivalente
correspondiente a la superficie de la herramienta de fabricación 28.
Dados los datos de geometría de pliegues 72 (en polígonos anidados,
por ejemplo) y archivo de datos de orientación de cinta 66, el
generador de recorrido 18 calcula los recorridos que cubren los
pliegues deseados en una anchura apropiada de la cinta. Los
recorridos calculados se denominan típicamente recorridos
"ideales". Esta información es utilizada para generar un
modelo ideal de recorrido y superficie 74. En otros ejemplos, el
generador de recorrido 18 puede calcular recorridos para
superficies planas, contorneadas y/o irregulares.
Como se ha descrito en la figura 5, el gestor de
cabezal de tramo 20 genera una secuencia de pasadas de
"constelación". Una constelación es una disposición de
posiciones relativas de cabezal. En una realización, la disposición
relativa de posiciones de cabezal es esencialmente fija para una
constelación dada. Esta disposición está configurada para
satisfacer las limitaciones impuestas por la MHTLM con respecto a
dónde se pueden colocar los cabezales sin interferir uno con otro,
con la estructura de la MHTLM, y/o con la estructura de la
herramienta de fabricación 28. Se puede generar diseños de
constelación separados para alguna o cada combinación de ángulo de
pliegue y dirección de recorrido (hacia adelante o hacia atrás a lo
largo del recorrido), y cuando se cambia un aspecto de la
configuración de la MHTLM y/o la herramienta de fabricación 28.
Dado el modelo ideal de recorrido y superficie
74, los datos de geometría de pliegues 72, y el archivo de datos de
orientación de cinta 66, el gestor de cabezal de tramo 20 genera una
secuencia del archivo de pasadas de constelación 76. Para cada
pasada, a los cabezales se les asigna recorrido particular. También
se asigna la dirección de movimiento de toda la constelación para
esta pasada.
El generador de constelación de cabezales 56
determina una constelación de cabezales para un conjunto dado de
parámetros. Más en concreto, dado el archivo de datos de orientación
de cinta 66 y el archivo de configuración de MHTLM 70, el generador
de constelación de cabezales 56 calcula una constelación consistente
con la necesidad de asignación de cabezal para la orientación
especificada. Esta información se guarda en un archivo de datos de
constelación 78.
El gestor de eventos MHTLM 58 incluye 2 módulos,
un módulo de movimiento 58A que determina movimientos específicos
de los cabezales y un módulo de temporización 58B que genera
predicciones de rendimiento e informes de tiempo. Los movimientos
de cabezal o los eventos de cabezal incluyen generalmente rotaciones
de cabezal en los varios ejes, eventos de adición y corte de cinta,
y análogos. Por ejemplo, cuando la constelación de cabezales esté
pasando por los recorridos asignados en cada pasada, el cabezal de
cinta girará según sea apropiado, realizará acciones de adición y/o
corte y colocará la cinta sobre la zona especificada. El módulo de
movimiento 58A genera el evento para cada cabezal para las varias
acciones que tienen lugar durante el recorrido particular. Después
de terminar el cálculo de estos eventos para toda la constelación de
cabezales para una pasada particular, el módulo de temporización
58B una y clasifica los varios eventos y calcula el tiempo
transcurrido para realizar la pasada. El módulo de temporización
58B también recoge una variedad de datos adecuados de cada evento
para referencia posterior. Ejemplos de tales datos adecuados
incluyen usos de cinta, información de recorridos especiales, y
análogos. Al final del proceso de encintado de un pliegue dado, se
registra el tiempo. Se envía un resumen de los datos de estos
eventos como un archivo de eventos de cabezal 80 y/o un archivo de
predicción de rendimiento e informe de tiempo 82. Estos informes
pueden ser evaluados por los ingenieros u otros usuarios, por
ejemplo.
El visualizador de constelación de cabezales 60
genera medios visuales en base a modelos numéricos asociados y/o
cálculos de movimiento. El visualizador de constelación de cabezales
60 recibe los varios archivos de datos, modelos, y/o eventos del
gestor de datos MHTLM 50 para generar imágenes 2D y/o 3D, y/o vídeo
del proceso de encintado en forma de un archivo de salida visual
84. El archivo de salida visual 84 del visualizador de constelación
de cabezales 60 se puede ver en cualquier formato adecuado. El
visualizador de constelación de cabezales 60 puede además estar
configurado para modificar el ángulo de visión, la distancia, la
iluminación 3D, y presentar el tiempo de simulación.
La figura 3 también es un diagrama de bloques de
una arquitectura de sistema para el simulador de tasa 23 según una
realización de la invención. El simulador de tasa 23 incluye una
arquitectura de sistema que es ampliamente similar al simulador de
máquina 24 y así, por razones de brevedad, solamente se describirán
más adelante los elementos diferentes. Una diferencia entre los dos
es que el simulador de tasa 23 utiliza datos relativamente menos
detallados que el simulador de máquina 24. Más en concreto, el
simulador de tasa utiliza datos preliminares generados por el
generador de recorrido 18, el gestor de cabezal de tramo 20, y el
generador de constelación de cabezales 56. Es una ventaja del
simulador de tasa 23 que los resultados predictivos en base a los
datos menos detallados pueden ser generados más rápidamente. La
rápida generación de múltiples configuraciones proporciona a los
ingenieros la oportunidad de probar múltiples escenarios de "qué
si" y por ello optimizar el proceso de fabricación. En la
práctica, el simulador de tasa 23 puede ser utilizado de forma
relativamente precoz en el diseño del proceso de constelación para
identificar configuraciones prometedoras. Estas configuraciones
prometedoras pueden ser utilizadas posteriormente como el punto de
inicio de análisis adicional.
La figura 4 es un diagrama de flujo de un método
90 que ilustra pasos que pueden seguirse para asignar y simular
movimientos de cabezal según la realización de la figura 3. Como se
representa en la figura 4, el método 90 se inicia generando la
constelación 78 en el paso 92. La constelación 78 es generada en el
paso 92 por el generador de constelación de cabezales 56 en
respuesta a recibir el archivo de configuración de MHTLM 70, el
archivo de datos de geometría de pliegues 72, y el archivo de datos
de orientación de cinta 66.
En el paso 94, el modelo ideal de recorrido y
superficie 74 es generado por el generador de recorrido 18 en
respuesta a recibir el archivo de datos de herramienta deseado
64.
En el paso 96, la secuencia del archivo de
pasadas de constelación 76 es generada por el gestor de cabezal de
tramo 20 en respuesta a recibir el modelo ideal de recorrido y
superficie 74 y el archivo de datos de constelación 78.
En el paso 98, el archivo de eventos de cabezal
80 es generado por el gestor de eventos MHTLM 58 en respuesta a
recibir la secuencia del archivo de pasadas de constelación 76.
En el paso 100, el archivo de predicción de
rendimiento e informe de tiempo 82 es generado por el gestor de
eventos MHTLM 58 en respuesta a recibir el archivo de eventos de
cabezal 80.
En el paso 102, el archivo de salida visual 84
es generado por el visualizador de constelación de cabezales 60 en
respuesta a recibir el archivo de eventos de cabezal 80.
Siguiendo el método 90, el simulador de máquina
24 puede estar inactivo o parar hasta que el método 90 sea iniciado
de nuevo.
La figura 5 es un diagrama de sistema del gestor
de cabezal de tramo 20 para asignar cabezales de suministro a
tramos respectivos según una realización de la invención. En
general, el gestor de cabezal de tramo 20 está configurado para
maximizar la eficiencia y/o la tasa de colocación de la MHTLM. La
MHTLM incluye un carro para soportar los múltiples cabezales. Cada
vez que este carro pasa de un extremo de la herramienta de
fabricación al otro extremo, se dice que el carro ha realizado una
pasada. Idealmente, todos los cabezales dispensarán cinta durante
la pasada. En general, incrementando la eficiencia de la asignación
de cabezales, se puede reducir el número total de pasadas requerido
para fabricar el elemento compuesto. La eficiencia se define como el
porcentaje medio de cabezales que están colocando cinta en
cualquier tiempo concreto en comparación con el número total de
cabezales. Sin embargo, en algunos casos esto no es apropiado, por
ejemplo cuando la anchura de un pliegue no es suficientemente ancha
para que todos los cabezales apliquen cinta.
Además, para maximizar la tasa de colocación de
cinta, es deseable usar cinta relativamente ancha siempre que sea
posible. Sin embargo, en algunos casos esto no es apropiado, por
ejemplo cuando la anchura de un pliegue no es un múltiplo de la
anchura de la cinta, o cuando la curvatura superficial produciría
arrugas en una cinta ancha. Por lo tanto, el gestor de cabezal de
tramo 20 acomoda cabezales que pueden incluir una variedad de
características de cabezal y que pueden estar dispensando cinta que
incluye una variedad de características de cinta. En general, las
características de cabezal incluyen limitaciones o capacidades del
cabezal particular. Los ejemplos de limitaciones y/o capacidades de
cabezal incluyen uno o más de: capacidades de dispensación de
anchura de cinta; requisitos de holgura de los cabezales;
dimensiones de cada pliegue; ángulo de corte, tal como a tope,
ahusado, etc; tamaño del cabezal; rango de movimiento; número de
filas por cabezal; y análogos. Las características de cinta
incluyen anchura, grosor, rigidez, curvatura en plano y/o
capacidades de discontinuidad en pendiente, constituyentes de
material, y análogos. Además el gestor de cabezal de tramo 20 puede
acomodar otras varias características de cabezal y cinta.
Como se representa en la figura 5, el gestor de
cabezal de tramo 20 incluye un pre-procesador de
gestor de cabezal de tramo (CHM) 110, núcleo de gestor de cabezal
de tramo (CHM) 112, y post-procesador de gestor de
cabezal de tramo (CHM) 114.
En una realización, el gestor de cabezal de
tramo 20 utiliza una disposición lógica 2D de recorridos de cinta,
más bien que una representación 3D de los recorridos. El
preprocesador CHM 110 accede a los recorridos 3D relativamente
complejos definidos por el generador de recorrido 18, comprueba y
corrige errores tales como, por ejemplo, quitar puntos redundantes
y análogos, y genera un archivo 116 que incluye los recorridos 2D
lógicos que son utilizados por el núcleo CHM 112. Para reducir la
complejidad de esta disposición lógica 2D, se puede suponer que
cada recorrido tiene esencialmente la misma anchura (anchura nominal
de la cinta + intervalo ordenado nominal). Además, el
pre-procesador CHM 110 realiza varias pruebas en los
recorridos 3D para determinar qué recorridos pueden ser asignados a
cabezales especializados. Para reducir la complejidad de asignación
de cabezales, cada recorrido puede ser asignado a un solo cabezal
de cinta en cualquier pasada dada.
Los recorridos producidos por el generador de
recorrido 18 incluyen una colección de tramos de cinta tal como los
tramos de cinta 36. Un tramo es un segmento de cinta que se ha de
colocar. Cada tramo referencia un recorrido, que es el recorrido 3D
que una línea central de cinta tomaría a través de la herramienta de
fabricación 28 o superficie del mandril. Típicamente, cada
recorrido soporta de 1 a 4 tramos; sin embargo la asociatividad es
tramo a recorrido, no recorrido a tramo. Algunos recorridos pueden
no tener tramos más grandes que la longitud mínima que puede ser
colocada, y por lo tanto se pueden considerar recorridos vacíos.
El pre-procesador CHM 110 agrupa
tramos de cinta proporcionados por el generador de recorrido 18 a
sus recorridos asociados, y clasifica los recorridos por orden
(izquierda a derecha, arriba abajo), usando algoritmos de
clasificación que emplean coordenadas cilíndricas y/o coordenadas
cartesianas. El núcleo CHM 112 determina los recorridos en base al
orden de recorridos, conjuntamente con las anchuras de recorrido
nominales asociadas. Como tal, los recorridos vacíos se pueden
conservar en la estructura lógica si modifican la geometría. Por
ejemplo, los recorridos vacíos que separan recorridos no vacíos
pueden modificar la estructura o la disposición de los
recorridos.
Además, el pre-procesador CHM
110 determina si los tramos de cinta cumplen un conjunto
predeterminado de parámetros en base a factores como, por ejemplo,
características de cinta, características de cabezal, curvatura de
la herramienta de fabricación 28, y análogos. Más en concreto, el
pre-procesador CHM 110 puede determinar si cada
tramo de cinta incluye una anchura de cinta completa sustancialmente
constante. El pre-procesador CHM 110 puede
determinar además si la curvatura en plano y/o discontinuidad en
pendiente de cada tramo de cinta excede de un umbral predeterminado
a través de la longitud del tramo. Si se determina que estos u otros
parámetros exceden de los respectivos valores umbral, el
pre-procesador CHM 110 puede marcar el tramo
particular y/u otros tramos que forman el pliegue para indicar el
uso de un cabezal especializado. De esta manera, el
pre-procesador CHM 110 puede reducir o eliminar el
rizado de la cinta aplicada u otros problemas potenciales.
El núcleo CHM 112 generalmente asigna los
recorridos lógicos de cinta a cabezales específicos en pasadas
específicas del carro de herramienta. Matemáticamente hablando,
demostrar que una asignación particular de cabezales es más
eficiente que cualquier otra posible asignación de cabezales es un
problema computacionalmente intratable. Por lo tanto, una
realización del núcleo CHM 112 incluye una combinación de heurística
y optimización a pequeña escala para determinar asignaciones de
cabezales. Además, el núcleo CHM 112 tiene en cuenta los tipos de
configuraciones MHTLM utilizadas durante el proceso de
determinación. Estas configuraciones MHTLM incluyen generalmente:
máquinas laminadoras que solamente incluyen cabezales estándar o
solamente incluyen un tipo de cabezal; y máquinas laminadoras que
incluyen al menos un cabezal especial.
El núcleo CHM 112 está configurado para utilizar
el concepto de una constelación para determinar asignaciones de
cabezales para máquinas laminadoras que solamente incluyen un tipo
de cabezal o cabezales de cinta estándar, cada uno de los cabezales
puede aplicar cinta a cualquier recorrido. Una constelación es una
disposición de posiciones de cabezal que permanece relativamente
fija durante una pasada. El núcleo CHM 112 determina o selecciona
una constelación particular que satisface las limitaciones impuestas
por la MHTLM con respecto a dónde se pueden colocar los cabezales
sin interferir uno con otro, la estructura de la MHTLM, y/o la
herramienta de fabricación 28. Además, la constelación particular
seleccionada por el núcleo CHM 112 está configurada para satisfacer
estas limitaciones cuando las posiciones de cabezal individuales son
moduladas dentro de un presupuesto predefinido a lo largo de cada
eje. Estos presupuestos predefinidos se establecen con el fin de
permitir que los cabezales individuales sigan la geometría 3D
exacta de sus recorridos asignados en la superficie de la
herramienta de fabricación 28. Además, la constelación particular
seleccionada por el núcleo CHM 112 puede proporcionar eficiencia a
100% en pliegues completos. Los pliegues completos se definen como
los pliegues que cubren toda la superficie de la herramienta de
fabricación 28. En una realización, esto se realiza construyendo la
constelación de modo que un pequeño número de pasadas con la misma
constelación cubra un bloque contiguo de recorridos, trabajando
esencialmente cada cabezal todo el tiempo.
En una realización, para cada combinación de
ángulo de pliegue y dirección de recorrido (hacia adelante o hacia
atrás a lo largo del recorrido), se calcula o selecciona una
constelación correspondiente. Por ejemplo, cuando se cambia
esencialmente cualquier aspecto de la configuración general de la
máquina, la constelación correspondiente se modifica
consiguientemente.
En una realización, el núcleo CHM 112 está
configurado para optimizar la asignación de cabezal para cualquier
cabezal especial presente. Por ejemplo, el núcleo CHM 112 puede
utilizar optimización "exhaustiva" para máquinas laminadoras
con uno o unos pocos cabezales especiales, siendo el resto cabezales
estándar. Es decir, el núcleo CHM 112 está configurado para forzar
la asignación de cabezales especiales presentes de tal manera que
cada cabezal especial sea asignado a un recorrido que requiera el
cabezal especial siempre que sea posible. En un ejemplo particular,
el núcleo CHM 112 calcula asignaciones de cabezales usando las
condiciones siguientes, en orden de prioridad decreciente: 1) no se
ha asignado ningún recorrido a una pasada previa; 2) a cada cabezal
especial se le asigna un recorrido que precisa dicho cabezal, si es
posible; 3) se evitan los intervalos en la asignación de cabezales,
a no ser que lo exija la no disponibilidad de suficientes cabezales
especiales. Un "intervalo" se define aquí como un solo
recorrido no vacío no asignado rodeado por recorridos asignados. El
núcleo CHM 112 está configurado para reducir los casos de intervalos
porque son generalmente difíciles de llenar eficientemente en una
pasada posterior.
El núcleo CHM 112 puede generar además un
archivo de asignación de cabezales 118 que incluye las asignaciones
de cabezales. El post-procesador CHM 114 accede al
archivo de asignación de cabezales 118 y el modelo ideal de
recorrido y superficie 74 y generalmente asocia los recorridos 3D de
cinta con sus respectivas asignaciones. Además, el
post-procesador CHM 114 realiza varias tareas de
limpieza y escribe código fuente APT que puede ser leído por el
post CN. Esta información es utilizada para generar la secuencia de
archivo de pasadas de constelación 76.
Una ventaja del gestor de cabezal de tramo 20 es
una reducción significativa del tiempo del usuario y del gasto al
preparar la fabricación de un elemento compuesto. Hasta la fecha, no
hay ningún sistema computerizado capaz de asignar recorridos a una
máquina laminadora de múltiples cabezales de suministro tal como la
MHTLM. Como tal, en los sistemas convencionales, un ingeniero u
otro usuario debe gastar mucho tiempo en determinar manualmente las
asignaciones de cabezales. Los errores en estas asignaciones pueden
dar lugar a ineficiencias de colocación y/o daño de la MHTLM y/o la
herramienta de fabricación. A este respecto, otra ventaja del gestor
de cabezal de tramo 20 es que se mejoran las eficiencias de
colocación y se reducen los errores de asignación. Por ejemplo, el
gestor de cabezal de tramo 20 puede tomar en cuenta más factores,
limitaciones, y/o capacidad de forma más rápida y exacta de lo que
puede hacer el usuario.
Otra ventaja adicional del gestor de cabezal de
tramo 20 es que las asignaciones de cabezales pueden ser modeladas
y/o simuladas y visualizadas en formato visual para evaluación por
el usuario. Es decir, después de determinar una asignación viable
de cabezales, las imágenes fijas y/o películas pueden ser
visualizadas para el usuario por el visualizador de constelación de
cabezales 60, por ejemplo. De esta manera, el usuario recibe un
producto relativamente rápido y eficiente para evaluar la
asignación de cabezales.
La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra
una secuencia de pasos que pueden ser realizados para generar un
programa de parte compuesta. El proceso puede comenzar pasando al
paso número 120, "Recibir datos CAD", donde un generador de
programa de parte compuesta puede recibir una definición de parte
compuesta de un sistema CAD y convertir el formato de datos de
definición de parte compuesta recibido, que puede ser único para el
sistema CAD específico, a un formato que sea compatible con un
generador de recorrido. Por ejemplo, como se ha explicado
anteriormente, en el paso 122, "Crear definición de
superficie", el generador de programa de parte compuesta puede
crear un primer archivo de datos conteniendo la definición de
superficie completa de una herramienta de fabricación o de una
parte compuesta, y en el paso 124, "Crear definiciones de
pliegue", el generador de programa de parte compuesta puede
crear un segundo archivo de datos conteniendo definiciones de
pliegue para los varios pliegues que forman la parte compuesta.
El proceso puede continuar entonces al paso 126,
"Generar recorridos independientes de máquina", donde el
generador de programa de parte compuesta puede definir recorridos,
como se ha descrito anteriormente, que el cabezal de aplicación de
material compuesto asociado con una máquina de aplicación de
material compuesto puede seguir para aplicar un material compuesto
sobre la superficie de la herramienta de fabricación, o sobre una
superficie de pliegue anterior, con el fin de formar la parte
compuesta. Como también se ha descrito anteriormente, el generador
de programa de parte compuesta puede usar la superficie de la
herramienta de fabricación y definiciones de límite de pliegue
creadas en los pasos 122 y 124 para generar los recorridos. Además,
como se ha explicado anteriormente, en el caso de una máquina de
colocación de cinta, se pueden definir tramos de cinta individuales
en base a las intersecciones de los recorridos con los límites de
pliegue.
La figura 7 es un diagrama de flujo que ilustra
una secuencia de pasos detallados que pueden ser realizados con el
fin de generar recorridos independientes de la máquina en el paso
126. En base a la definición de superficie de herramienta de
fabricación, en el paso 138, "Seleccionar punto de semilla de
pliegue", el generador de programa de parte compuesta puede
seleccionar un punto de inicio apropiado dentro de un límite de
pliegue en la superficie 2-D en que comenzar la
generación de un pliegue dado. Esta selección puede ser realizada
para cada pliegue definido de una secuencia.
A continuación, en el paso 140, "Tender
recorridos", en base a la definición de superficie y las
definiciones de pliegue, el generador de programa de parte
compuesta puede tender recorridos paralelos en la superficie de
referencia para cubrir toda la superficie en base a una anchura
nominal del material compuesto, tomando en cuenta cualquier
intervalo deseado entre las piezas de material. Como se ha explicado
anteriormente, el generador de programa de parte compuesta puede
analizar la superficie de la herramienta de fabricación y las
definiciones de pliegue para generar los recorridos de aplicación de
material compuesto, asegurando al mismo tiempo que cualesquiera
intervalos o el solapamiento de recorridos adyacentes cumplan con el
intervalo estándar, o especificación. Los recorridos también pueden
ser optimizados según la forma superficial.
Después, en el paso 142, "Seleccionar
superficie de referencia 2-D", el generador de
programa de parte compuesta puede determinar una superficie de
referencia bidimensional apropiada para representar la superficie de
la herramienta de fabricación o la superficie de parte compuesta.
Por ejemplo, el generador de programa de parte compuesta puede
seleccionar una superficie simplificada que puede ser modelada
fácilmente por una función matemática o un conjunto de funciones
matemáticas para representar la herramienta de fabricación más
compleja de la superficie de parte compuesta. En este caso, la
herramienta de fabricación o superficie de parte compuesta se puede
proyectar sobre la superficie simplificada, y la superficie
simplificada puede ser "desenrollada" o aplanada para crear
una superficie 2-D representativa sobre la que
tender inicialmente los recorridos.
En el caso de un programa de máquina de
laminación de cinta compuesta, en base a las intersecciones entre
los límites de pliegue y los recorridos, en el paso 144, "Delinear
tramos de cinta 2D", el generador de programa de parte compuesta
puede delinear tramos de cinta bidimensionales correspondientes a
cada recorrido dentro de los límites de cada pliegue de la
secuencia. En el paso 146, "Definir cortes de cinta
2-D", el generador de programa de parte
compuesta también puede delimitar las configuraciones exactas de
corte de cinta requeridas para formar los tramos de cinta
individuales en base a las intersecciones de los límites de pliegue
y los recorridos.
Después de colocar los tramos
2-D, en el paso 148, "Transformar sobre superficie
3-D", el generador de programa de parte
compuesta puede redefinir los recorridos en términos de la
herramienta de fabricación 3-D real o la superficie
de parte compuesta. Como se ha explicado anteriormente, esta
transformación puede ser realizada, por ejemplo, aplicando una
función inversa a los datos 2-D en base a la función
usada para crear la superficie de referencia. Finalmente, en el
paso 150, "Actualizar superficie", el generador de programa de
parte compuesta puede actualizar la definición de superficie para
añadir el grosor del material compuesto añadido a cada zona de
pliegue de la secuencia, de modo que los recorridos
3-D y tramos de cinta definidos para la secuencia
posterior puedan estar situados sobre la superficie de la secuencia
corriente.
Con referencia de nuevo a la figura 6, después
de generar los recorridos independientes de máquina en el paso 126,
el control puede pasar al paso 128, "Generar recorridos
específicos de máquina", donde el generador de programa de parte
compuesta puede asignar los recorridos independientes de máquina a
cabezales de suministro específicos asociados con pasadas
específicas del carro de herramienta de un tipo específico de
máquina de aplicación de material compuesto para generar recorridos
específicos de máquina. Como se ha descrito anteriormente, el
generador de programa de parte compuesta puede realizar optimización
específica de máquina para determinar las asignaciones más
eficientes de cabezal de aplicación de material compuesto a
recorrido.
La figura 8 es un diagrama de flujo que ilustra
una secuencia de pasos detallados que pueden ser realizados con el
fin de generar recorridos específicos de máquina en el paso 128. En
base a las orientaciones de pliegue definidas y las direcciones de
recorrido del carro de herramienta con relación a la superficie de
la herramienta de fabricación (en cada una de dos direcciones a lo
largo de los recorridos correspondientes), en el paso 152,
"Resolver configuraciones de constelación", el generador de
programa de parte compuesta puede definir configuraciones de
constelación de cabezales de aplicación de material compuesto
correspondientes a cada combinación de orientación de pliegue, u
orientación de fibra, y dirección de recorrido del carro de
herramienta.
Después, en el paso 154, "Analizar recorridos
3-D", el generador de programa de parte compuesta
puede analizar la geometría 3-D de cada uno de los
recorridos independientes de la máquina para determinar cuál, si lo
hay, de los recorridos requieren una función especial de un cabezal
de suministro especializado. A continuación, como se ha explicado
mejor anteriormente, en el paso 156, "Crear recorridos lógicos
2-D". El generador de programa de parte
compuesta puede construir una representación 2D en base a la
geometría 3-D de los recorridos para crear un
conjunto ordenado de recorridos lógicos con igual espaciación.
Posteriormente, en el paso 158, "Asignar
recorridos de cabezal especializado", el generador de programa de
parte compuesta puede realizar optimización específica de máquina
para determinar las asignaciones más eficientes de cabezal a
recorrido de aplicación de material compuesto, y asignar los
recorridos que requieren funciones especiales de cabezal de
aplicación de material compuesto a cabezales especializados
específicos de pasadas específicas del carro de herramienta. Como
se ha descrito anteriormente, el generador de programa de parte
compuesta puede aplicar "optimización exhaustiva" para
determinar la asignación más eficiente de los cabezales
especializados.
Después, en el paso 160, "Asignar recorridos
de cabezal estándar", el generador de programa de parte compuesta
también puede realizar optimización específica de máquina y asignar
recorridos al cabezal estándar de aplicación de material compuesto.
A continuación, en el paso 162, "Asociar recorridos a pasadas de
carro de herramienta", el generador de programa de parte
compuesta puede asignar, o asociar, cada uno de los recorridos a una
pasada específica de carro de herramienta sobre la superficie de la
herramienta de fabricación. En algunas realizaciones, los pasos
158, 160 y 162 pueden ser sincronizados, por ejemplo, por una
repetición iterativa de los pasos individuales, para producir la
asignación general más eficiente de cabezales de aplicación de
material compuesto. Después de determinar las asignaciones de
cabezal a recorrido, en el paso 164, "Asociar recorridos
3-D". El generador de programa de parte compuesta
puede asociar los recorridos 3-D con las respectivas
asignaciones 2- D de cabezal de aplicación de material compuesto y
pasada de carro de herramienta.
Posteriormente, en el paso 166, "Delinear
recorridos de constelación", el generador de programa de parte
compuesta puede delinear un recorrido de constelación. Por ejemplo,
como se ha explicado anteriormente, el generador de programa de
parte compuesta puede determinar un recorrido de constelación ideal
con respecto a cada cabezal de aplicación de material compuesto que
tenga un recorrido asignado para la pasada de carro de herramienta,
y en base al conjunto de recorridos ideales determinar un recorrido
de constelación medio, y conectar los recorridos de constelación
resultantes a una cadena continua de recorrido direccional, o un
solo recorrido continuo. Entonces, en el paso 168, "Determinar
recorridos relativos de cabezales", el generador de programa de
parte compuesta puede definir un recorrido relativo para cada
cabezal de aplicación de material compuesto que relacione los
recorridos individuales con el recorrido de constelación.
Con referencia de nuevo a la figura 6, el
control pasa al paso 130, "Calcular posiciones de eje de
máquina", donde el generador de programa de parte compuesta
puede determinar soluciones de eje de máquina para controlar los
movimientos de cabezales individuales con respecto al carro de
herramienta en base a los recorridos relativos, controlar los
movimientos del carro de herramienta, y controlar los movimientos de
la herramienta de fabricación. Por ejemplo, como se ha descrito
anteriormente, el generador de programa de parte compuesta puede
implementar lógica de cinemática clásica de máquinas para generar
soluciones de posición de eje de máquina de cabezal de aplicación
de material compuesto en base a los puntos de recorrido de
constelación, los puntos de recorrido individuales y la superficie
de la herramienta de fabricación o datos normales superficiales
actualizados. Así, como se ha explicado anteriormente, las
soluciones de eje de máquina para el cabezal de aplicación de
material compuesto, el carro de herramienta y la herramienta de
fabricación pueden estar estrechamente sincronizadas. Además, el
generador de programa de parte compuesta puede verificar que no se
excedan los límites del eje de máquina en ningún momento, y
comprobar todas las posiciones de cabezal de aplicación de material
compuesto para asegurar que los recorridos de movimiento de los
cabezales estén libres de colisiones.
A continuación, en el paso 132, "Escribir
archivo de salida CNO", como se ha explicado anteriormente, el
generador de programa de parte compuesta puede crear un programa de
parte compuesta compuesto de un conjunto de archivos de salida
conteniendo los resultados de las soluciones de eje de máquina en un
formato de datos que sea compatible con el controlador CNO usado en
unión con la máquina específica de aplicación de material compuesto,
por ejemplo, en el formato de tabla de curvas Siemens 840D. A
continuación, en el paso 134, "Escribir archivo de salida de
simulación", el generador de programa de parte compuesta puede
crear opcionalmente un conjunto de archivos de salida
suplementarios conteniendo un muestreo temporal de los datos
posicionales de eje de máquina en un formato de datos de
simulación.
Más tarde, en el paso 136, "Simular
máquina", el generador de programa de parte compuesta puede
simular las operaciones de la máquina de aplicación de material
compuesto, incluyendo múltiples cabezales de aplicación de material
compuesto con múltiples ejes de máquina. Por ejemplo, como se ha
descrito anteriormente, el generador de programa de parte compuesta
puede modelar la máquina física, replicar las funciones del
controlador CNO, y producir información de ciclo con el fin de
facilitar la prevención de colisión de máquina y el refinamiento
del proceso.
Las figuras 1, 3, 4, 5, 6, 7, y 8 son diagramas
de bloques y diagramas de flujo de métodos, aparatos y productos de
programa de ordenador según varias realizaciones de la presente
invención. Se entenderá que cada bloque o paso de las ilustraciones
de diagrama de bloques, diagrama de flujo y flujo de control, y
combinaciones de las ilustraciones bloques en el diagrama de
bloques, diagrama de flujo y flujo de control, se puede implementar
mediante instrucciones de programa de ordenador u otros medios.
Aunque se explican instrucciones de programa de ordenador, un
aparato según la presente invención puede incluir otros medios, como
hardware o alguna combinación de hardware y software, incluyendo
uno o más procesadores o controladores, para realizar las funciones
descritas.
A este respecto, la figura 1 ilustra el aparato
de una realización incluyendo varios de los componentes clave de un
ordenador de propósito general con el que se puede implementar una
realización de la presente invención. Los expertos en la técnica
apreciarán que un ordenador puede incluir muchos más componentes que
los representados en la figura 1. Sin embargo, no es necesario que
todos estos componentes generalmente convencionales se representen
con el fin de describir una realización ilustrativa para llevar a la
práctica la invención. El ordenador de propósito general puede
incluir una unidad de procesado 12 y una memoria de sistema 14, que
puede incluir memoria de acceso aleatorio (RAM) y memoria de
lectura solamente (ROM). El ordenador también puede incluir memoria
de almacenamiento no volátil, tal como una unidad de disco duro,
donde se pueden guardar datos adicionales.
Una realización de la presente invención también
puede incluir uno o más dispositivos de entrada o salida 28, tales
como un ratón, teclado, monitor, y análogos. Se puede facilitar una
pantalla para ver texto y datos gráficos, así como una interface de
usuario para que el usuario pueda pedir operaciones específicas.
Además, una realización de la presente invención puede estar
conectada a uno o más ordenadores remotos mediante una interface de
red. La conexión puede ser por una red de área local (LAN), red de
área ancha (WAN), y puede incluir toda la circuitería necesaria
para tal conexión. En una realización de la presente invención, la
recogida de documentos incluye documentos recibidos por Internet.
Otras realizaciones son posibles, incluyendo: una recogida local de
documentos, es decir, todos los documentos en un ordenador,
documentos almacenados en un servidor o un cliente en un entorno de
red, etc.
Típicamente, las instrucciones de programa de
ordenador se pueden cargar en el ordenador u otra máquina
programable de propósito general para producir una máquina
especializada, de tal manera que las instrucciones que se ejecutan
en el ordenador u otra máquina programable creen medios para
implementar las funciones especificadas en los diagramas de
bloques, diagramas esquemáticos o diagramas de flujo. Tales
instrucciones de programa de ordenador también se pueden guardar en
un medio legible por ordenador que, cuando se cargue en un ordenador
u otra máquina programable, pueda hacer que la máquina funcione de
una manera particular, de tal manera que las instrucciones
almacenadas en el medio legible por ordenador produzcan un artículo
manufacturado incluyendo medios de instrucción que implementan la
función especificada en los diagramas de bloques, diagramas
esquemáticos o diagramas de
flujo.
flujo.
Además, las instrucciones de programa de
ordenador se pueden cargar en un ordenador u otra máquina
programable para hacer que una serie de pasos operativos sean
realizados por el ordenador u otra máquina programable para
producir un proceso implementado por ordenador, de tal manera que
las instrucciones que se ejecutan en el ordenador u otra máquina
programable realicen pasos para implementar las funciones
especificadas en el diagrama de bloques, diagrama esquemático,
diagrama de flujo o paso.
Consiguientemente, los bloques o pasos de las
ilustraciones del diagrama de bloques, diagrama de flujo o flujo de
control soportan combinaciones de medios para realizar las funciones
especificadas, combinaciones de pasos para realizar las funciones
especificadas y medios de instrucciones de programa para realizar
las funciones especificadas. También se entenderá que cada bloque o
paso de los diagramas de bloques, diagramas esquemáticos o
diagramas de flujo, así como combinaciones de bloques o pasos,
pueden ser implementados por sistemas informáticos basados en
hardware de propósito especial, o combinaciones de instrucciones de
ordenador y hardware de propósito especial, que realizan las
funciones especificadas o pasos.
Por ejemplo, a efectos de ilustración solamente,
una herramienta de software de entrada de datos de una aplicación
de motor de búsqueda pueden ser unos medios representativos para
recibir una consulta incluyendo uno o más términos de búsqueda.
Similares herramientas de software de aplicaciones, o
implementaciones de realizaciones de la presente invención, pueden
ser medios para realizar las funciones especificadas. Por ejemplo,
una realización de la presente invención puede incluir software de
ordenador para la interface de un elemento de procesado con un
dispositivo de entrada controlado por el usuario, tal como un ratón,
teclado, pantalla táctil, escáner, o análogos. Igualmente, una
salida de una realización de la presente invención puede incluir,
por ejemplo, una combinación de software de visualización, hardware
de tarjeta vídeo, y hardware de visualización. Un elemento de
procesado puede incluir, por ejemplo, un controlador o
microprocesador, tal como una unidad central de proceso (CPU),
unidad lógica aritmética (ALU), o unidad de control.
Las muchas características y ventajas de la
invención son evidentes por la memoria descriptiva detallada, y
así, se ha previsto que las reivindicaciones anexas cubran todas las
características y ventajas de la invención.
Además, dado que los expertos en la técnica
pensarán fácilmente en numerosas modificaciones y variaciones, no
se desea limitar la invención a la construcción y operación exactas
ilustradas y descritas, y consiguientemente, se puede recurrir a
todas las modificaciones y equivalentes adecuados que caigan dentro
del alcance de la invención.
Claims (15)
1. Un método de modelar asignaciones de
cabezales de una máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples que tiene un conjunto de cabezales, incluyendo
el método:
- recibir una geometría de pliegues (72) para una parte compuesta;
- recibir una configuración (70) para la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples;
- generar (92) una constelación de posiciones de cabezal en respuesta a la geometría de pliegues (72) y la configuración (70) para la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples;
- asignar (96) una posición de cabezal de la constelación de posiciones de cabezal a un cabezal correspondiente del conjunto de cabezales; y
- generar (102) un modelo gráfico que simule la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples aplicando el material compuesto sobre la parte compuesta en respuesta a las posiciones de cabezal asignadas.
2. El método según la reivindicación 1,
incluyendo además:
- recibir un archivo de herramientas deseado (64) correspondiente a la parte compuesta.
3. El método según la reivindicación 2,
incluyendo además:
- generar (94) un recorrido y un modelo de superficie de herramienta deseado en respuesta a recibir el archivo de herramientas deseado (64).
4. El método según la reivindicación 3,
incluyendo además:
- generar una secuencia de pasadas de constelación (76) en respuesta a recibir la constelación de posiciones de cabezal, el recorrido y el modelo de superficie de herramienta deseado, donde la secuencia de pasadas de constelación (76) incluye una constelación correspondiente de posiciones de cabezal para cada pasada de la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples a lo largo del modelo de superficie de herramienta deseado.
5. El método según la reivindicación 4,
incluyendo además:
- generar (98) un conjunto de eventos de cabezal en respuesta a la secuencia de pasadas de constelación, donde el conjunto de eventos de cabezal incluye instrucciones de movimiento para el conjunto de cabezales.
6. El método según la reivindicación 5,
incluyendo además:
- generar (100) un informe de predicción de rendimiento en respuesta a recibir el conjunto de eventos de cabezal.
7. El método según la reivindicación 5,
incluyendo además:
- generar un vídeo de una simulación de la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples aplicando material compuesto sobre el modelo de superficie de herramienta deseado en base al conjunto de eventos de cabezal.
8. Un sistema para modelar asignaciones de
cabezales de una máquina de aplicación de material compuesto de
cabezales múltiples que tiene un conjunto de cabezales, incluyendo
el sistema:
- un generador de constelación de cabezales (56) para generar una constelación de posiciones de cabezal en respuesta a recibir una geometría de pliegues (72) y una configuración (70) para la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples;
- un gestor de asignación de cabezales (20) para asignar una posición de cabezal de la constelación de posiciones de cabezal a un cabezal correspondiente del conjunto de cabezales; y
- un visualizador de constelación de cabezales (60) para generar un modelo gráfico que simula la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples aplicando el material compuesto sobre la parte compuesta en respuesta a recibir las posiciones de cabezal asignadas.
\newpage
9. El sistema según la reivindicación 8,
incluyendo además:
- un gestor de datos (50) para recibir datos de un conjunto de componentes del sistema y enviar datos al conjunto de componentes.
10. El sistema según la reivindicación 8,
incluyendo además:
- un generador de recorrido (18) para generar un recorrido y un modelo de superficie de herramienta deseado en respuesta a recibir un archivo de herramientas deseado (64) correspondiente a la parte compuesta.
11. El sistema según la reivindicación 10,
donde:
- el gestor de asignación de cabezales (20) está dispuesto para generar una secuencia de pasadas de constelación en respuesta a recibir la constelación de posiciones de cabezal, el recorrido y el modelo de superficie de herramienta deseado, donde la secuencia de pasadas de constelación incluye una constelación correspondiente de posiciones de cabezal para cada pasada de la máquina de aplicación de material compuesto de cabezales múltiples a lo largo del modelo de superficie de herramienta deseado.
12. El sistema según la reivindicación 11,
incluyendo además:
- un gestor de eventos (58) para generar un conjunto de eventos de cabezal en respuesta a la secuencia de pasadas de constelación, donde el conjunto de eventos de cabezal incluye instrucciones de movimiento para el conjunto de cabezales.
13. El sistema según la reivindicación 12, donde
el gestor de eventos (58) está configurado además para generar un
informe de predicción de rendimiento en respuesta a recibir el
conjunto de eventos de cabezal.
14. El sistema según la reivindicación 12, donde
el visualizador de constelación de cabezales (60) está configurado
además para generar un vídeo de una simulación de la máquina de
aplicación de material compuesto de cabezales múltiples aplicando
material compuesto sobre el modelo de superficie de herramienta
deseado en base al conjunto de eventos de cabezal.
15. Un medio legible por ordenador que incorpora
código de software dispuesto para realizar los pasos de cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 7.
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