ES2337290T3 - Laminador asistido por maquina y metodo. - Google Patents

Abstract

Un sistema (10) para fabricar un artículo compuesto (18) comprendiendo el sistema: un efector final (32) para aplicar una pasada (14) a una forma colocada (16); un vehículo robótico (12) para posicionar el efector final; un sensor (38) para detectar un borde de una pasada aplicada previamente; y un sistema de corte (48) para cortar un perfil en la pasada en respuesta al borde detectado.

Description

Laminador asistido por máquina y método.

Campo del invento

El presente invento se refiere en general a un dispositivo de colocación de capa o lámina. Más particularmente, el presente invento pertenece a un dispositivo y método para colocar capas o láminas sobre una superficie.

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Antecedentes del invento

Artículos compuestos son construidos generalmente a partir de capas de material que son estratificadas juntas. Estas capas a menudo son denominadas como capas o láminas parciales o completas. Para estructuras que exceden de la anchura de material disponible, cada capa o lámina está típicamente hecha de una serie de tiras o pasadas de material colocadas borde a borde una a continuación de la otra o están solapadas en una cierta extensión. Cada capa o lámina puede tener la forma de fibras tejidas en un tejido, material de fibra unidireccional, láminas metálicas, películas adhesivas o una variedad de otras conformaciones. El material de fibra unidireccional es a menudo denominado "cinta". Las fibras pueden estar hechas a partir de cualquiera de una multitud de materiales naturales y/o "fabricados por el hombre" tales como fibra de vidrio, grafito, Kevlar y similares.

Las pasadas o recorridos son generalmente depositados sobre la forma o útil a lo largo de un "trayecto natural" del material tendido en una pasada. El término "trayecto natural" se refiere al trayecto que el material tendido en una pasada seguiría cuando fuera laminado sobre la superficie del útil. Desviaciones del trayecto natural son conseguida generalmente aplicando fuerza a través de la anchura del material tendido en una pasada. La cinta es típicamente más rígida que el tejido y tiende a resistir esta fuerza en una mayor magnitud. Cuando la fuerza aplicada excede de la capacidad de flexión del material, se forman arrugas o puentes en el material tendido en una pasada. Además, cuanto más ancha es la pasada, más propenso es el material tendido en una pasada a arrugarse.

Las pasadas de cinta son aplicadas típicamente borde a borde. Para reducir los vacíos o huecos internos, es ventajoso generalmente reducir la distancia de intersticio o tolerancia entre las pasadas de la cinta. Por ejemplo, en ciertas industrias con tecnología relativamente elevada tales como la industria aeroespacial, la distancia del intersticio puede ser conservada en 2,54 mm o menos. Para artículos compuestos planos o cilíndricos, el trayecto natural de cada pasada está en alineación con las pasadas adyacentes. Sin embargo, para artículos contorneados, el trayecto natural de las pasadas adyacentes puede tender a hacer que las pasadas converjan o diverjan. Para impedir que estas desviaciones hagan que las pasadas se solapen o divergen en exceso de la tolerancia, las máquinas de estratificación de cinta automatizadas tradicionales ("ATLM") utilizan generalmente un número relativamente mayor de un material tendido en una pasada relativamente más estrecho. Desgraciadamente, utilizar un material tendido en una pasada más estrecho reduce las tasas de depósito.

Consiguientemente, es deseable proporcionar un método y aparato capaces de superar las desventajas descritas aquí al menos en cierta magnitud.

El documento US 2004/0226651 muestran un sistema para fabricar un artículo compuesto, comprendiendo el sistema:

un efector final para aplicar una pasada a una forma colocada;

un sistema de control para posicionar el efector final;

un sensor para detectar un borde de una pasada aplicada previamente; y

un sistema de corte para cortar un perfil en la pasada en respuesta al borde detectado.

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Sumario del invento

Las anteriores necesidades son satisfechas, en una gran magnitud, por el presente invento, en el que en un aspecto son proporcionados un aparato y método que en algunas realizaciones colocan de modo exacto capas o láminas sobre un sustrato.

Una realización del presente invento se refiere a un sistema para fabricar un artículo compuesto. El sistema incluye un efector final, un vehículo robótico, un sensor, y un sistema de corte. El efecto final aplica una pasada a una forma colocada. El vehículo robótico posiciona el efector final. El sensor detecta un borde de una pasada aplicada previamente. El sistema de corte corta un perfil en la pasada en respuesta al borde detectado.

Aún otra realización del presente invento se refiere a un método de fabricar un artículo compuesto. En este método, se genera un vacío parcial entre un material de capa o lámina y una forma colocada y el vacío parcial y el material de capa o lámina son hechos avanzar a lo largo de la forma colocada. Además, un borde de una pasada aplicada previamente del material de capa o lámina es detectado y un perfil es cortado sobre el material de capa o lámina en respuesta al borde detectado.

Se han esquematizado así, en vez de hacerlo ampliamente, ciertas realizaciones del invento a fin de que su descripción detallada aquí contenida pueda ser mejor comprendida, y a fin de que la presente contribución a la técnica pueda ser mejor apreciada. Hay, desde luego, realizaciones adicionales del invento que serán descritas más abajo y que formarán el objeto de las reivindicaciones adjuntas.

A este respecto, antes de explicar al menos una realización del invento en detalle, ha de comprenderse que el invento no está limitado en su aplicación a los detalles de construcción y a las disposiciones de los componentes descritos en la siguiente descripción o ilustrados en los dibujos. El invento es capaz de otras realizaciones además de las descritas y de ser puesto en práctica y realizado de distintos modos. También ha de comprenderse que la fraseología y terminología empleadas aquí, así como el resumen, lo son con propósito de descripción y no deberían ser considerados como limitativos.

Como tal, los expertos en la técnica apreciarán que la concepción sobre la que está basada esta exposición puede ser fácilmente utilizada como una base para el diseño de otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a la práctica los varios propósitos del presente invento. Es importante, por ello, que la reivindicaciones sean consideradas como que incluyen tales construcciones equivalentes en tanto en cuanto no salgan del marco del presente invento según ha sido definido en las reivindicaciones.

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Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 es una vista en perspectiva de una máquina de estratificación de cinta automatizada de acuerdo con una realización del invento.

La fig. 2 es una vista en perspectiva de una parte frontal de un efector final adecuado para usar con la máquina de estratificación de cinta automatizada de la fig. 1.

La fig. 3 es una vista en perspectiva de una parte posterior de un efector final adecuado para usar con la máquina de estratificación de cinta automatizada de la fig. 1.

La fig. 4 es una vista despiezada ordenadamente de una colocación y curado de una capa o lámina según una realización del invento.

La fig. 5 es un diagrama de bloques de una arquitectura de sistema para un sistema de estratificación de cinta automatizado de acuerdo con una realización del invento.

La fig. 6 es un diagrama de bloques de una arquitectura de sistema para un controlador adecuado para usar en el sistema de acuerdo con la fig. 5.

La fig. 7 es un diagrama de flujo que ilustra operaciones de un método de acuerdo con una realización del invento.

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Descripción detallada de la realización preferida

El invento será descrito a continuación con referencia a las figuras de los dibujos, en las que números de referencia similares se refieren a partes similares a lo largo de todas ellas. Como se ha mostrado en la fig. 1, un laminador 10 asistido por máquina ("MAL") adecuado para usar en una realización del invento incluye uno o más vehículos robóticos 12 para posicionar un material de capa o lámina 14 sobre una forma 16 para generar un artículo 18. Los vehículos robóticos 12 están guiados por un sistema de guiado 20. El sistema de guiado 20 incluye uno o más emisores láser 22, receptores láser 24, y una unidad de control 26. La unidad de control 26 está configurada para recibir instrucciones de un usuario y enviar instrucciones a los emisores láser 32. Los emisores láser 22 están configurados para enviar señales, mediante láser, a los receptores láser 24 y controlar por ello el movimiento de los vehículos robóticos 12. De esta manera, un conjunto de instrucciones legibles por ordenador son utilizadas por el MAL 10 para fabricar el artículo 18. Una descripción más detallada de los vehículos robóticos 12 y del sistema de guiado por ello han de encontrarse en la solicitud de patente norteamericana número de serie 10/986.292, titulada, "Aparato y método de un sistema de guiado óptico por láser", presentada el 12 de noviembre de 2004, habiendo sido sus inventores Roger J. LEDET y John E. YESTRA.

En una realización, el MAL 10 incluye dos o más vehículos robóticos 12 configurados para aplicar cooperativamente el material de capa o lámina 14 a la forma 16. Por ejemplo, como se ha mostrado en la fig. 1, cada vehículo robótico 12 inicia la colocación del material de capa o lámina 14 en o cerca de una parte central de la forma 16 y a continuación trabaja cooperativamente hacia fuera y a diferentes partes de la forma 16. Así, es una ventaja de las realizaciones del invento que las tasas de depósito o colocación de material son aumentadas sobre las ATLM que tiene solamente un efector final tradicional. En otro ejemplo, los vehículos robóticos 12 están configurados para tejer o entrelazar cooperativamente dos o más capas del material de capa o lámina 14 juntas sobre la forma 16. Así, es una ventaja de las realizaciones del invento que la integridad estructural del artículo 18 es aumentada y la desestratificación del artículo 18 es disminuida tejiendo múltiples capas del material de capa o lámina 14 juntas.

En otra realización del invento, el MAL 10 incluye una armadura robótica o dispositivo de posicionamiento de tipo pórtico configurado para posicionar o controlar de otro modo la colocación del material de capa o lámina sobre la forma 16. En un ejemplo particular, el dispositivo de posicionamiento de tipo pórtico está configurado para controlar diez ejes de movimientos (cinco ejes del pórtico y cinco ejes de un efector final). Sin embargo, ha de comprenderse que el número específico de ejes puede depender de la condición operativa particular y así, el número de ejes controlado no es crítico para el invento. Aún en otras realizaciones, el conjunto de instrucciones legibles por ordenador es utilizado para controlar los movimientos del útil 16. Por ejemplo, el útil 16 incluye un mandril giratorio o tabla X-Y.

Cada vehículo robótico 12 está configurado para aplicar material tendido en una pasada 14 sobre la forma 16. En distintas formas, los vehículos robóticos 12 incluyen un rodillo de compactación, barrido, y/o zapata de colocación de vacío para aplicar el material tendido en una pasada 14 a la forma 16. La forma 16 está configurada para proporcionar una superficie adecuadamente estable y terminada para la colocación de la capa o lámina. Características de la forma 16, tales como tamaño, forma, contorno, y similares, están basadas en parámetros de diseño de un artículo 18. El artículo 18 está mostrado en la fig. 1 como siendo construido a partir de una pluralidad de pasadas 28. Cada capa de las pasadas 28 colocada sobre la forma 16 o un sustrato 30 está descrita como una capa o lámina y el artículo 18 está fabricado típicamente a partir de una pluralidad de capas o láminas. El sustrato 30 incluye la superficie de la forma 16 y/o la pasada 28 aplicada previamente.

La fig. 2 es una vista en perspectiva una parte frontal de un efector final 32 que es adecuado para usar con el MAL 10. El efector final 32 es posicionado por el vehículo robótico 12. Como se ha mostrado en la fig. 2, el efector final 32 incluye un rollo de alimentación 34 para dispensar un material tendido en una pasada 14. Este rollo de alimentación 34 está soportado por un soporte 36. En una realización particular, el soporte 36 incluye un par de rodillos para facilitar la rodadura del rollo de alimentación 34. De esta manera, el material tendido en una pasada 14 es retirado del rollo de alimentación 34. Específicamente, los rodillos facilitan una extracción sin motorizar o "en rueda libre" del material tendido en una pasada 14 desde el rollo de alimentación 34. Es decir, el material tendido en una pasada 14 es retirado del rollo de alimentación 34 mediante el movimiento del efector final 32 sin necesidad de servomotores y sistemas de control relativamente complejos. Así, se simplifica y se mejora la fiabilidad.

El material tendido en una pasada 14 incluye cualquier material tendido en una pasada adecuado. Ejemplos de material tendido en una pasada adecuado incluyen distintas fibras, películas, láminas u hojas, y/o similares. Ejemplos particulares de fibras incluyen vidrio, aramida, carbono, y distintas otras fibras en formas de "cinta" unidireccional, tejido plano, tela biaxial y similares. Además, el material tendido en una pasada 14 puede estar impregnado con una resina u otra sustancia aglutinante similar. El material tendido en una pasada 14 incluye opcionalmente un película de respaldo o separadora 40 (mostrada en la fig. 4) para impedir sustancialmente que el material tendido en una pasada 14 se adhiera a sí mismo mientras está en forma de rollo.

El efector final 32 incluye además un sensor 38. El sensor 38 incluye cualquier dispositivo de detección adecuado. Ejemplos de dispositivos de detección adecuados incluyen sistemas táctiles, ópticos y aquellos que emplean distintas formas de radiación electromagnética tal como infrarrojos (IR), microondas, y similares. En un ejemplo particular y como se ha descrito adicionalmente aquí, y el sensor 38 incluye un sistema de visión de máquina configurado para determinar la posición de un borde 42 de una pasada 28 aplicada previamente. En otros distintos ejemplos, el sensor 38 incluye un grupo de palpadores que contactan con el sustrato 30 y detectan una diferencia de altura y/o una agrupación de fotodetectores que detectan diferencias en la luz incidente reflejada desde el sustrato 30.

El MAL 10 aplica típicamente el material tendido en una pasada 14 sobre el sustrato 30 a lo largo de un "trayecto natural". Generalmente, el trayecto natural es descrito como un trayecto que el material tendido en una pasada 14 tomaría cuando fuera desenrollado sobre el sustrato 30. Más específicamente, una línea central 44 del trayecto natural está descrita geométricamente como una curva geodésica sobre el sustrato 30. Es decir, la distancia más corta entre dos puntos que están sobre el sustrato 30.

La fig. 2 ilustra adicionalmente un enlace 46 dispuesto entre dos pasadas adyacentes 28. Este enlace 46 coincide generalmente con la dirección de enrollado de las pasadas flanqueadas 28. El enlace 46 puede divergir algo de la dirección de enrollado de una o ambas pasadas flanqueadas 28 dependiendo del estrechamiento o perfil de las pasadas 28. El artículo 18 incluye típicamente múltiples capas o láminas y no es inusual que dos o más capas o láminas puedan encontrarse en la misma o casi en la misma dirección de enrollado. Las capas o láminas que se encuentran en la misma dirección de enrollado están generalmente separadas por varias capas o láminas en otras direcciones de enrollado. Aún, es preferible que los enlaces 46 de las capas o láminas que se encuentran en la misma o similar dirección de enrollado no estén en alineación. Es una ventaja de una realización que la alineación de los enlaces 46 sea determinada y ajustada o desplazada si se ha encontrado que están en alineación.

La fig. 3 es una vista en perspectiva de una parte posterior del efector final 32 adecuado para usar con el MAL 10. Como se ha mostrado en la fig. 3, el efector final 32 incluye además un conjunto de corte 48 configurado para cortar el material tendido en una pasada 14. En general, el conjunto de corte 48 realiza cortes para generar un perfil de borde lateral. Además, el conjunto de corte realiza cortes de extremidad, tales como cortes del borde anterior y del borde posterior. El conjunto de corte 48 incluye cualquier dispositivo de corte 50 adecuado operable para partir o cortar de otro modo el material tendido en una pasada 14. Los dispositivos adecuados incluyen cuchillos ultrasónicos, sierras, láseres, y similares. Además, el conjunto de corte 48 incluye un accionador 52 para posicionar el dispositivo de corte 50 a lo largo de un carril 54 que atraviesa el material tendido en una pasada 14. El accionador 52 está configurado para responder a señales procedentes de un dispositivo de control.

En funcionamiento, el MAL 10 está configurado para aplicar las pasadas 28 para generar una capa o lámina del artículo 18. El material tendido en una pasada 14, es aplicado típicamente de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Por ejemplo, las pasadas o recorridos de cinta unidireccional hacen tope típicamente y/o son aplicados dentro de una tolerancia de espacio de aproximadamente 2,54 mm sin tolerancia de solapamiento esencialmente. En otro ejemplo, el tejido típicamente no tiene tolerancia de espacio, sino que en vez de ello, puede tener una tolerancia de solapamiento de 6,35 a 12,7 mm. Dependiendo del contorno del sustrato 30, el trayecto natural de las pasadas puede converger o divergir más allá de estas tolerancias. En una realización, los trayectos de las pasadas 28 son definidos de tal manera que se genera un solapamiento 56. El solapamiento 56 está configurado de tal manera que en una divergencia relativa máxima entre dos pasadas 28 que hacen tope, los bordes respectivos de las pasadas 28 que hacen tope no están más separados que la tolerancia de espacio. En el caso de que el solapamiento 56 exceda de la tolerancia de solapamiento, el exceso de material tendido en una pasada 14 es recortado. La cantidad de exceso a recortar es determinada basada sobre el borde detectado de la pasada 28 aplicada previamente. Por ejemplo, cuando se aplica una cinta unidireccional, el conjunto de corte por 48 es controlado para cortar un perfil a lo largo del borde del material tendido en una pasada 14 para coincidir de manera esencial con el borde de la pasada 28 aplicada previamente.

En una realización preferida, el conjunto de corte 48 está configurado para funcionar con una zapata S de establecimiento de vacío. En general, la zapata S de establecimiento de vacío está configurada para generar un vacío parcial entre el material de capa o lámina 14 y el sustrato 30. Cuando el efector final 32 avanza y el material de capa o lámina 14 es retirado de la zapata S de colocación de vacío, el material de capa o lámina 14 es presionado sobre el sustrato 30 mediante presión atmosférica. Específicamente, la zapata S de establecimiento de vacío está configurada para formar un cierre hermético sobre una parte del sustrato 30 y generar un vacío parcial dentro del área sellada. El material de capa o lámina 14 es alimentado a través del área sellada y presionado sobre el sustrato 30 mediante presión atmosférica. Una descripción más detallada de la zapata de establecimiento de vacío se ha de encontrar en la solicitud de patente norteamericana número de serie 10/437.067, titulada "Zapata y método de colocación de capa o lámina asistida por vacío", presentada el 14 de mayo, de 2003, teniendo como inventores a Roger J. LEDET, Arnold J. LAUDER, y Matthew J. SHEWFELT.

La fig. 4 es una vista despiezada ordenadamente de una colocación de capa o lámina de acuerdo con una realización del invento. Como se ha mostrado en la fig. 4, una capa o lámina 58 es consolidada sobre la forma 16. Es decir, las pasadas 28 son aplicadas a la forma 16 y juntas estas pasadas generan la capa o lámina 58. En el ejemplo ilustrado en la fig. 4, la película separadora 40 está mostrada cortada en tiras 40A y 40B cubriendo la tira 40A la parte del material tendido en una pasada 14 utilizado para generar la capa o lámina 58 y cubriendo la tira 40B un exceso recortado de material tendido en una pasada 14B. En otra realización, la película separadora 40 está esencialmente dejada intacta durante las operaciones de corte del borde. Por ejemplo, el conjunto de corte 48 está dispuesto sobre el costado del material tendido en una pasada 14 en vez de sobre el costado de la película separadora 40 y el conjunto de corte 48 está configurado para dejar sustancialmente la película separadora 40 sin cortar cuando el material tendido en una pasada 14 es cortado.

De acuerdo con una realización, la película separadora 40 es retirada después de la fabricación de la capa o lámina 58. Es una ventaja de esta realización que la película separadora 40 impida sustancialmente que el exceso de material tendido en una pasada 14B se adhiera a la pasada 28 aplicada previamente. Como se ha mostrado en la fig. 4, la película separadora 40A impide sustancialmente que el exceso del material tendido en una pasada 14B se adhiera a la pasada 28 aplicada previamente. Además, la película separadora 40A facilita la protección de la capa o lámina 58 del polvo, desechos, y daños físicos tales como, por ejemplo, arañazos, abrasión, y similares. En distintas realizaciones, la película separadora 40 es retirada antes o durante la aplicación de pasadas sucesivas del material tendido en una pasada 14 al sustrato 30, como sucede cuando los bordes de pasadas sucesivas del material tendido en una pasada 14 son solapados. En tales casos, un carrete de recogida, por ejemplo, está configurado para acumular la película separadora 40,40A y/o 40B, y/o el exceso del material tendido en una pasada 14B. Un carrete de recogida adecuado para usar con el MAL 10 está descrito en la solicitud de patente norteamericana número de serie 10/975.433, titulada, "Sistema y método de colocación y curado de tejido automatizado", presentada el 29 de octubre de 2004, teniendo como inventores a W. Robert NELSON, Michael C. DOWLING, Mark K. STEPHEN, Raymond L. ROYAL, y C. Tim HARBAUGH.

La fig. 5 es un diagrama de bloques de un sistema 60 adecuado para usar con el MAL 10. Como se ha mostrado en la fig. 5, el sistema 60 incluye un controlador 62. El controlador 62 es operable para ejecutar un código legible por ordenador. A este respecto, el sistema 60 incluye un conjunto de instrucciones o código 64 legibles por ordenador. De acuerdo con el código 64, el controlador 62 está configurado para acceder a un archivo 66. Este archivo 66 incluye uno o más de lo siguiente: un modelo legible por ordenador del artículo compuesto; una representación legible por ordenador de la superficie de la forma colocada o de la forma 16; una representación legible por ordenador de los bordes de la forma 16; el espesor del artículo compuesto; un código fuente basado sobre al menos uno o del artículo compuesto o de la forma 16; un conjunto de instrucciones de movimiento basado en el código fuente; datos recogidos mientras se coloca y cura el artículo compuesto; información del sello del tiempo; información posicional; números de identificación; y similares. El controlador 62 está configurado además para comunicar a través de una red 68. La red 68 está incluida opcionalmente para proporcionar almacenamiento de datos adicional y/o capacidades de tratamiento. A este respecto, la red incluye una base de datos 70 y un servidor 72. La base de datos 70 está configurada para almacenar una copia del código 64 y/o del archivo 66. El servidor 72 está configurado para generar, almacenar, y realizar cualquier tratamiento adecuado del código 64 y/o del archivo 66. De esta manera, los artículos compuestos generados sobre máquinas de diseño asistido por ordenador (CAD) tales como el servidor 72, por ejemplo, pueden ser enviados al MAL 10. Además, el servidor 72 es operable, mediante la red 68, para enviar actualizaciones para el código 64 y/o el archivo 66. Además, el sistema 60 incluye opcionalmente una memoria 74. Si está presente, la memoria 74 está configurada para almacenar una copia del código 64 y/o del archivo 66.

Se ha mostrado también en la fig. 5 un controlador 76 de dispositivo de posicionamiento para controlar el vehículo robótico 12 y/o otros dispositivos de posicionamiento similares. El controlador 76 de dispositivo de posicionamiento está incluido opcionalmente en el sistema 60 dependiendo de los requisitos de los distintos accionadores y/o servomotores del MAL 10. Es decir, dependiendo de la configuración particular del MAL 10, una pluralidad de accionadores y/o servomotores modulan la rotación, posición, velocidad, dirección, y similares de los distintos componentes del MAL 10. Más particularmente, estos accionadores y/o servomotores del vehículo robótico 12 y/o dispositivo de posicionamiento están configurados al menos para hacer avanzar el vehículo robótico 12 o modular de otro modo los distintos ejes del efector final 32 y/o del MAL 10. Si están presentes, los parámetros del controlador 76 del dispositivo de posicionamiento están basados en la especificación de los distintos accionadores, servos, y/o el controlador 62. El controlador 76 del dispositivo de posicionamiento, si está presente, está configurado para controlar algunos o todos los accionadores y/o servomotores. Además, estos accionadores y/o servomotores son operables opcionalmente para ser modulados por el controlador 62 directamente, y así, el sistema 60 puede no incluir el controlador 76 del dispositivo de posicionamiento.

Además, el controlador 62 está configurado para recibir señales desde el sensor 38 y, en respuesta a estas señales, determinar la posición del borde 42 de una pasada 28 aplicada previamente. Por ejemplo, empleando un sensor óptico, son recibidas señales de imagen desde el sensor 38 y el controlador 62, utilizando algoritmos de análisis de imagen, identifica diferencias entre el borde 42 y el sustrato subyacente 30. En un ejemplo particular, la película separadora 40 es un color blanco o claro y el material tendido en una pasada 14 y la forma 16 son negros o un color relativamente más oscuro. Así, identificando un enlace entre las regiones blanca y negra, es determinada la posición del borde. En otro ejemplo, el material tendido en una pasada 14 es de un color relativamente claro y la película separadora 40 es de un color relativamente más oscuro. De manera similar, otras características ópticas diferenciadoras pueden ser empleadas para determinar el borde. En otro ejemplo, el sensor 38 incluye palpadores que hacen contacto con el sustrato y las señales procedentes del sensor 38 son utilizadas para determinar una diferencia de altura entre la pasada 28 aplicada previamente y el sustrato subyacente 30.

El controlador 62 está configurado además para modular cualquier accionador adecuado tal como, por ejemplo, el servomotor, cremallera y piñones, cintas de accionamiento lineal, correderas o patines lineales, tablas X-Y, pistones neumáticos, accionadores lineales, y similares. En particular, el controlador 62 está configurado para controlar la acción del accionador 52 en respuesta al borde detectado de la pasada 28 aplicada previamente. De esta manera, un perfil es cortado sobre un borde del material tendido en una pasada 14, por el conjunto de corte que se adapta sustancialmente al borde detectado.

El sistema 60, incluye además, opcionalmente, una pluralidad de sensores configurados para detectar las distintas condiciones o atributos operativos adecuados del MAL 10. Ejemplos de atributos adecuados incluyen alguna o todas las temperaturas del material tendido en una pasada 14, la temperatura en la posición en la que la película separadora 40 es separada del material tendido en una pasada 14 (punto de liberación), tasa y dirección de alimentación, colocación del material, integridad del respaldo o soporte, suministro del material tendido en una pasada 14, y/o similares.

El sistema 60 incluye opcionalmente un calentador 80. El calentador 80 incluye cualquier dispositivo de calentamiento adecuado tal como, por ejemplo un elemento de calentamiento eléctrico y soplante, dispositivo de infrarrojos, calentador por inducción, y/o similares. En un ejemplo particular, el calentador 80 incluye un elemento de calentamiento y una soplante configurada para dirigir una corriente de aire caliente según sea apropiado. Además, el calentador 80 incluye opcionalmente un calentador de extremidad, calentador de conducto o rampa, y soplante de punto de liberación. Si están presentes, estos dispositivos son modulados por el controlador 62. El calentador de extremidad aplica una cantidad controlada de calor a la forma 16, al material tendido en una pasada 14 y/o a la película separadora 40 en respuesta a señales de control generadas por el controlador 62. De forma similar, el calentador de conducto aplica una cantidad controlada de calor al material tendido en una pasada 14 y/o a la película separadora 40 en respuesta a señales de control generadas por el controlador 62. Además, la soplante de punto de liberación dirige un flujo de aire hacia el punto de liberación en respuesta a señales de control generadas por el controlador 62.

La fig. 6 es una arquitectura del sistema para el controlador 62 adecuada para usar en el sistema 60. Como se ha mostrado en la fig. 6, el controlador 62 incluye un procesador 90. Este procesador 90 está conectado operativamente a una alimentación de corriente 92, memoria 94, reloj 96, convertidor de analógico a digital (A/D) 98, y un puerto 100 de entrada/salida (I/O). El puerto 100 de I/O está configurado para recibir señales desde cualquier dispositivo electrónico unido de modo adecuado y enviar estas señales al A/D 98 y/o al procesador 90. Si las señales están en formato analógico, las señales pueden proseguir mediante el A/D 98. A este respecto, el A/D 98 está configurado para recibir señales de formato analógico y convertir estas señales en señales correspondientes de formato digital. En sentido contrario, el A/D 98 está configurado para recibir señales de formato digital procedentes del procesador 90, convertir estas señales a formato analógico, y enviar las señales analógicas al puerto 100 de I/O. De esta manera, los dispositivos electrónicos configurados para recibir señales analógicas pueden intercomunicar con el procesador 90.

El procesador 90 está configurado para recibir y transmitir señales a y desde el A/D 98 y/o el puerto 100 de I/O. El procesador 90 está configurado además para recibir señales de tiempo procedentes del reloj 96. además, el procesador 90 está configurado para almacenar y recuperar datos electrónicos a y desde la memoria 94. Además, el procesador 90 está configurado para determinar señales operables para modular el controlador 76 del dispositivo de posicionamiento y por ello controlar los distintos accionadores y/o servomotores del MAL 10 para ejercer una fuerza particular y/o hacer girar a un grado particular.

De acuerdo con una realización del invento, el procesador 90 está configurado para ejecutar el código 64. Basado en este conjunto de instrucciones y señales procedentes de los distintos componentes del MAL 10, el procesador 90 está configurado para determinar un conjunto de señales de control y enviar estas señales al calentador 80, conjunto de corte 48, y similares.

La fig. 7 ilustra operaciones implicadas en un método 110 de colocar capas o láminas para producir una estructura o producto compuesto. Antes de la iniciación del método 110, un producto compuesto es diseñado y, basado en este diseño, se genera una serie de instrucciones legibles por ordenador que especifican atributos del producto compuesto, tales como el artículo 18. Además, se determina una anchura máxima de material basado en los contornos del artículo 18. Por ejemplo, el contorno a lo largo de los trayectos de pasada es determinado y si un contorno excede de un contorno recomendado para una anchura particular de material tendido en una pasada, se selecciona un material más estrecho o que se acomoda más de otro modo y los trayectos de pasadas son recalculados según sea apropiado.

Además, las enlaces entre capas o láminas 58 depositadas en una dirección de enrollado similar son determinados. Si dos o más de los enlaces 46 se solapan aproximadamente, los trayectos de pasada de al menos una de las capas o láminas son ajustados o desplazados y los trayectos de pasada son recalculados según sea apropiado. Las instrucciones legibles por ordenador son utilizadas para controlar las operaciones del MAL 10. Además, una forma o útil tal como la forma 16 es diseñado y construido basado en el diseño del producto compuesto. Además, el rollo de alimentación 34 es instalado en el efector final 32 y el material tendido en una pasada 14 es enfilado a través del efector final 32.

Además, los movimientos coordinados de una pluralidad de vehículos robóticos 12 son determinados opcionalmente. Estos movimientos coordinados, sí están presentes, son almacenados en el archivo 66 y utilizados para fabricar el artículo 18. Un ejemplo de los movimientos coordinados incluye instrucciones para una pluralidad de los vehículos robóticos 12 para aplicar de modo simultáneo esencialmente el material tendido en una pasada 14 a la forma 16, aumentando con ello la tasa de material depositado en comparación con los ATLM tradicionales. Otro ejemplo de movimientos coordinados incluye instrucciones para la pluralidad de los vehículos robóticos 12 para aplicar de modo simultáneo esencialmente un diseño tejido del material tendido en una pasada 14 a la forma 16, aumentando por ello la integridad del artículo 18 en comparación a los ATLM tradicionales.

En la operación 112, el método 110 es iniciado poniendo en marcha los distintos componentes del MAL 10 descritos aquí anteriormente y ejecutando las instrucciones legibles por ordenador.

En la operación 114, el material tendido en una pasada 14 es modulado por la acción del dispositivo de posicionamiento 12 y/o el rollo de alimentación 34. Por ejemplo, en respuesta al final del material tendido en una pasada 14 que difieren del borde de la forma 16, el material tendido en una pasada 14 está en posición para ser cortado por el conjunto de corte 48. Ha de observarse que en la realización, el material tendido en una pasada 14 es esencialmente siempre cortado a lo largo de uno o ambos bordes (perfiles) y que la operación 114 es opcionalmente realizada para posicionar el material tendido en una pasada 14 para un corte de borde anterior. Es una ventaja de esta realización que una banda sustancialmente continua de material de borde sea mantenida a lo largo de toda la colocación del material tendido en una pasada 14 para facilitar la retirada del exceso de material tendido en una pasada 14B de la forma
16.

En la operación 116, las instrucciones procedentes del archivo 66 son utilizadas para cortar un borde y/o perfil anterior apropiado para el material tendido en una pasada 14 al comienzo de una pasada. En respuesta a las instrucciones, el conjunto de corte 48 corta el borde y/o perfil anterior. Además, los cortes de perfil y diagonal son realizados en unión con el movimiento del efector final 32 con relación a la forma 16. A este respecto, las operaciones de corte y el movimiento del dispositivo de posicionamiento 12 son generalmente realizadas al mismo tiempo. Además, mientras el material tendido en una pasada 14 está siendo hecho avanzar, los cortes de perfil de borde basados en el archivo 66 son realizados sobre el material tendido en una pasada 14 por el conjunto de corte 48. En otra realización, un borde de una pasada 28 aplicada previamente es detectado de una manera similar a la operación 120 y el perfil del material tendido en una pasada 14 es cortado de una manera similar a la operación 122 antes y/o durante la operación
116.

En la operación 118, el material tendido en una pasada 14 es "pegado" al sustrato 30. El sustrato 30 incluye, al menos, la forma 16 y/o una pasada 28 aplicada previamente. Por ejemplo, el dispositivo 12 de posicionamiento es controlado para mover el efector final 32 a una posición de comienzo para la pasada 28 y a una orientación adecuada. Una fuerza hacía bajo es aplicada al material tendido en una pasada 14 apretando el material tendido en una pasada 14 hacia abajo a la forma 16 con suficiente fuerza para causar su adhesión. Además, la posición sobre la forma 16 es determinada basado en las series de instrucciones legibles por ordenador y/o la posición de un material 14 tendido en una pasada previamente posicionado. Como se ha descrito aquí, el trayecto de una pasada 28 colocada junto a una pasada 28 aplicada previamente es desplazado para generar un solapamiento 56 sobre la pasada 28 aplicada previamente. Este solapamiento 56 o una parte del mismo es cortado durante el perfilado del borde del material tendido en una pasada 14 en la operación 122.

En la operación 120, una pasada 28 aplicada previamente, si está presente, es detectada. Es decir, cuando se aplica una segunda pasada 28, el borde de la primera pasada es detectado. Más particularmente, el borde 42 de la primera pasada 28 en el enlace entre la primera pasada 28 y el trayecto de la segunda pasada 28 es detectado. De una manera similar, son detectadas las pasadas 28 subsiguientes.

En la operación 122, el perfil del material tendido en una pasada 14 es generado en respuesta al borde detectado en la operación 120. Por ejemplo, en respuesta a señales procedentes del sensor 38, el controlador 92 determina un perfil que corresponde al borde detectado. El controlador 92 genera además señales para modular el conjunto de corte 48 de acuerdo con el perfil determinado. Estas señales son enviadas al accionador 52. De esta manera, un perfil es generado sobre el material tendido en una pasada 14 que sustancialmente corresponde a la pasada 28 aplicada previamente. Dependiendo del material tendido en una pasada 14, este perfil es generado de tal modo que se solape, haga tope o se aproxime al borde de la pasada 28 aplicada previamente. Una descripción más detallada de este método de hender y aplicar capas o láminas ha de ser encontrada en la solicitud de patente norteamericana número de serie 11/058.267 titulada, "Dispositivo y método para la colocación de capa o lámina de pasada hendida", presentada el 16 de febrero de 2005 teniendo como inventores a Roger J. LEDET, Trevor M. MCDONALD y Arnold J. LAUDER.

En la operación 124, el material tendido en una pasada 14 es dispensado a lo largo de un trayecto a través de la forma 16. Como se ha descrito aquí, a fin de minimizar deformaciones en el material tendido en una pasada 14 (por ejemplo, arrugas), este trayecto es calculado típicamente para coincidir con un "trayecto natural" basados en cualesquiera contornos de la forma 16. Como el efector final 32 es controlado lo largo del trayecto a través de la forma 16, el material tendido en una pasada 14 es retirado o "dejado en rueda libre" desde el rollo de alimentación 34 mediante el movimiento del efector final 32 con relación al sustrato 30. Es decir, la parte pegada del material tendido en una pasada 14 actúa para estirar del material tendido en una pasada 14 del rollo de alimentación 34. En otras realizaciones, el material tendido en una pasada 14 es hecho avanzar mediante la acción del rollo de alimentación 34, cualquier conjunto adecuado de alimentación, rollo de recogida, y similares. Cuando el material tendido en una pasada 14 es dispensado o aplicado, uno o más perfiles de borde del material tendido en una pasada 14 son cortados, como se ha descrito en la operación 122, mediante la acción del conjunto de corte 48 en respuesta al borde detectado en la operación 120.

En la operación 126, la colocación del material 14 tendido en una pasada sobre la forma 16 es evaluada opcionalmente. Por ejemplo, un operador o un sensor detecta la posición relativa de las pasadas 28 y determina si la distancia entre estas pasadas está dentro de una tolerancia predeterminada. Si la distancia entre estas pasadas no está dentro de la tolerancia predeterminada, puede generarse un error en la operación 128. Sí la distancia entre estas pasadas está dentro de la tolerancia predeterminada, se ha determinado si el final del trayecto ha sido alcanzado en la operación 130. Además de la colocación del material tendido en una pasada 14, arrugas, puentes, objetos extraños, desechos, y similares son opcionalmente detectados por un operador y/o sensor. Si es detectada cualquier anormalidad, se genera un error. Además o alternativamente, la colocación de las pasadas 28 es opcionalmente evaluada siguiendo la terminación de la capa o lámina 58. Es una ventaja de una realización que dejando la película separadora 40 sobre el material tendido en una pasada 14 hasta la terminación de la capa o lámina 58, la capa o lámina 58 es protegida de la contaminación y/o daño físico que puedan tener lugar durante la evaluación.

En la operación 130, se ha determinado si el final de la pasada ha sido alcanzado. Más específicamente, se ha determinado si el material tendido en una pasada 14 que se está aproximando al conjunto de corte 48 ha de ser cortado en su extremo. Sí, basado en la serie de instrucciones legibles por ordenador, se determina que el material tendido en una pasada 14 no ha avanzado al final de la pasada, el borde de la pasada aplicada previamente es detectado en la operación 120. Sí se determina que el material tendido en una pasada 14 ha avanzado al final de la pasada, el material tendido en una pasada 14 es cortado en su extremo en la operación 132.

En la operación 132, el final del material 14 tendido en una pasada es cortado basado en las series de instrucciones legibles por ordenador contenidas en el archivo 66, la orientación de un material tendido en una pasada 14 previamente posicionado y/o la posición de un material tendido en una pasada 14 previamente posicionado.

En la operación 134, se ha determinado si la colocación del material tendido en una pasada 14 sobre el producto compuesto ha sido completada. Por ejemplo, si todas las instrucciones legibles por ordenador en el archivo 66 han sido completadas, puede determinarse que la colocación de las capas o láminas 58 para el artículo 18 ha sido completada y el MAL 10 puede girar en vacío hasta que otras series de instrucciones legibles por ordenador sean iniciadas. Si se ha determinado que la colocación del material 14 tendido en una pasada para el artículo 18 no se ha completado, puede procederse a una colocación adicional del material tendido en una pasada 14 en la operación 114.

Siguiendo el método 110, el producto compuesto puede ser curado de cualquier manera adecuada. En la industria aeroespacial, la resinas termoendurecibles son generalmente utilizadas para impregnar previamente el material de la capa o lámina. Estas resinas termoendurecible son curadas típicamente a una elevada temperatura y presión durante una cantidad de tiempo predeterminada. Tiempos, presiones, y temperaturas pueden ser seleccionados dependiendo de la resina usada, el tamaño y espesor del producto compuesto, y similares.

Aunque una ejemplo del efector final 32 está mostrado como siendo controlado por el vehículo robótico 12, se apreciará que pueden usarse otros sistemas de control. A este respecto, un sistema de pórtico, armadura robótica, mandril o otro de tales dispositivos de posicionamiento que soportan y controlan el movimiento de cualquier efector final adecuado son adecuados para usar con el efector final 32. También, aunque el MAL 10 es útil para colocar capas o láminas para productos compuestos en la industria aeronáutica es también adecuado para usar en otras industrias que construyen productos compuestos. Estas industrias incluyen, pero no están limitadas a las del automóvil, industria marina, aeronáutica, edificación, y productos de consumidor.

Las muchas características y ventajas del invento son evidentes a partir de la memoria detallada, y así, se ha pretendido por la reivindicaciones adjuntas cubrir la totalidad de tales características y ventajas del invento que caen dentro del marco del invento, según ha sido definido en las reivindicaciones. Además, como a los expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente numerosas modificaciones y variaciones, no se desea limitar el invento a la construcción y operación exactas ilustradas y descritas, y por consiguiente, todas las modificaciones adecuadas y equivalentes pueden ser recurridas, cayendo dentro del marco del invento.

Claims (11)

1. Un sistema (10) para fabricar un artículo compuesto (18) comprendiendo el sistema: un efector final (32) para aplicar una pasada (14) a una forma colocada (16); un vehículo robótico (12) para posicionar el efector final; un sensor (38) para detectar un borde de una pasada aplicada previamente; y un sistema de corte (48) para cortar un perfil en la pasada en respuesta al borde detectado.

2. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además: una pluralidad de efectores finales; y una pluralidad de vehículos robóticos (12) para fabricar por cooperación el artículo compuesto.

3. El sistema según la reivindicación 2, en el que el artículo compuesto está comprendido de una pluralidad de capas o láminas y en el que la pluralidad de vehículos robóticos aplican cooperativamente una capa o lámina de la pluralidad de capas o láminas.

4. El sistema según la reivindicación 3, en el que la pluralidad de vehículos entrecruzan cooperativamente la pasada a través de un subconjunto de la pluralidad de capas o láminas.

5. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además: un sistema de guiado (20) para guiar el vehículo robótico (12).

6. El sistema según la reivindicación 1, que comprende además: una zapata de establecimiento de vacío configurada para generar un vacío parcial entre la pasada y la forma colocada, y en el que la pasada es presionada sobre la forma mediante presión atmosférica.

7. Un método para fabricar un artículo compuesto (18), comprendiendo el método: proporcionar un efector final (32) con una zapata (S) de establecimiento de vacío; proporcionar un vehículo robótico (12) para posicionar el efector final (32); generar un vacío parcial entre un material de capa o lámina y una forma colocada con la zapata de establecimiento de vacío; hacer avanzar el efector final con dicha zapata de establecimiento de vacío para hacer avanzar el vacío parcial y el material de capa o lámina a lo largo de la forma colocada; detectar un borde de una pasada aplicada previamente del material de capa o lámina; y cortar un perfil sobre el material de capa o lámina en respuesta al borde detectado.

8. El método según la reivindicación 7, que comprende además: hacer avanzar de modo simultáneo esencialmente una pluralidad de vacíos parciales y una pluralidad de capas o láminas correspondientes de material a lo largo de la forma colocada para fabricar cooperativamente el artículo compuesto.

9. El método según la reivindicación 8, que comprende además: fabricar una capa o lámina del artículo compuesto con la pluralidad de vacíos parciales y la pluralidad de capas o láminas de material correspondientes; y entrecruzar la pluralidad de capas o láminas correspondientes de material para fabricar el artículo compuesto.

10. El método según la reivindicación 7, que comprende además: guiar el avance del vacío parcial y el material de capa o lámina a lo largo de la forma colocada.

11. El método según la reivindicación 7, que comprende además: detectar una temperatura del material de capa o lámina; y modular la temperatura del material de capa o lámina en respuesta a la temperatura detectada.