Colocación automatizada de fibras que usa múltiples cabezales de colocación, estizolas sustituibles y cabezales de colocación sustituibles.

Un método para formar una pieza compuesta en la superficie de una herramienta,

comprendiendo el método colocar material compuesto sobre la superficie de la herramienta (118) con dos o más máquinas de colocación de fibras (102, 104, 106, 108) teniendo cada una un respectivo cabezal de colocación de fibras (110, 112, 114, 116), siendo capaces todas las máquinas de colocación de fibras (102, 104, 106, 108) y los cabezales de colocación de fibras (110, 112, 114, 116) de moverse simultáneamente independientemente unos con respecto a otros y con respecto a la superficie de la herramienta (118), pero estando los cabezales de colocación de fibras (110, 112, 114, 116) sincronizados dinámicamente para el funcionamiento con respecto a una base de tiempo común.

Colocación automatizada de fibras que usa múltiples cabezales de colocación, estlzolas sustltulbles y cabezales de colocación sustltulbles.

Campo de la invención

Esta Invención se refiere a la formación de estructuras compuestas con máquinas de colocación automatizada de fibras, y más en particular, a una colocación automatizada de fibras que usa múltiples cabezales de colocación de fibras.

Antecedentes de la invención

Las máquinas de colocación automatizada de fibras se usan mucho para fabricar piezas, componentes y estructuras a partir de material compuesto. Los materiales usados en la colocación automatizada de fibras se componen normalmente de fibras longitudinales y resina consolidada en cintas, o finas tiras comúnmente conocidas como "estopas". Las cintas individuales o estopas se manipulan mediante la máquina de colocación de fibras para formar una banda de material que se deposita en una herramienta. Las piezas se construyen capa a capa, con cintas o estopas de material compuesto, determinándose el ángulo en el que cada "hebra" de capa se pone sobre la máquina mediante la máquina de colocación de fibras.

La colocación automatizada de fibras permite la construcción de estructuras compuestas complejas que usan trayectorias de fibra guiadas o curvilíneas. Este método de producir estructuras compuestas es más rentable que el método manual. Proporciona una eficacia estructural mejorada debido a su capacidad para orientar las fibras a lo largo de trayectorias de carga internas y locales, lo que tiene como resultado potencialmente estructuras más ligeras que también tienen menos costes que las estructuras realizadas mediante otros métodos de producción.

Para reducir el tiempo y el coste requerido para formar grandes estructuras, como revestimientos de alas de aeronaves, o secciones de fuselaje, usando la colocación automatizada de fibras, es aconsejable utilizar múltiples máquinas de colocación automatizada de fibras como en el documento WO 3/3538. Para utilizar de manera efectiva, eficaz y segura varias máquinas de colocación automatizada de fibras para depositar fibras sobre una superficie de herramienta común, es necesario proporcionar un aparato y un método para controlar simultáneamente las máquinas de colocación de fibras.

Para conseguir la fabricación de una pieza grande, también es aconsejable que se proporcione un método y un aparato para reponer los suministros de materiales compuestos disponibles en las máquinas de colocación automatizada de fibras, sin interrumpir el proceso de colocación de fibras apagando todas las máquinas, cuando uno cualquiera de los cabezales de colocación de fibras necesita que se reponga su suministro de materiales compuestos. De manera similar, es aconsejable tener la capacidad de cambiar los cabezales de colocación de fibras de las máquinas de colocación de fibras, sin interrumpir el proceso de colocación de fibras, para que los cabezales puedan someterse a un mantenimiento periódico y limpiarse para mantener las velocidades operativas óptimas del proceso de colocación de fibras.

Breve sumario de la invención

La invención proporciona un método y un aparato mejorados para formar una pieza compuesta en una superficie de herramienta, durante un proceso de colocación automatizada de fibras, depositando el material compuesto sobre la superficie de la herramienta con dos o más cabezales de colocación de fibras que son capaces de moverse de manera simultánea independientemente uno con respecto a otro y con respecto a la superficie de la herramienta, pero sincronizados dinámicamente para el funcionamiento con respecto a una base de tiempo común.

La invención también puede incluir sustituir uno o más de los cabezales de colocación de fibras durante la fabricación de la pieza compuesta.

La invención puede incluir además suministrar material compuesto a cada uno de los cabezales de colocación de fibras desde una estizola separada, y cambiar una o más de las estizolas durante la fabricación de la pieza compuesta.

Al practicar la invención, cada uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras puede controlarse mediante su propio controlador, con uno seleccionado de los controladores funcionando como un controlador maestro y uno o más de los controladores restantes funcionando como controladores esclavos, conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los cabezales de colocación de fibras conectados de manera operativa a los controladores maestros y esclavos. Una base de tiempo del controlador maestro puede utilizarse como la base de tiempo común. La invención puede incluir además ajustar proporcionalmente la base de tiempo común, si el controlador maestro se anula manualmente por un operador, para mantener por tanto los cabezales de colocación de fibras funcionando gracias a los controladores esclavos que funcionan dentro de límites

prescritos de su movimiento.

La invención puede practicarse con superficies de herramienta estacionarias o rotativas. Para las superficies rotativas, la superficie de la herramienta puede rotar alrededor de un eje compartido de los múltiples cabezales de colocación de fibras. En formas de la invención donde la superficie de la herramienta puede rotar alrededor de un eje compartido de los dos o más cabezales de colocación de fibras, cada uno de los cabezales de colocación de fibras puede controlarse mediante su propio controlador, con uno seleccionado de los controladores funcionando como un controlador maestro y uno o más de los controladores restantes funcionando como controladores esclavos, conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los cabezales de colocación de fibras conectados a los controladores maestros y esclavos, con el controlador maestro usándose también para controlar la rotación de la superficie de la herramienta alrededor del eje compartido. La base de tiempo del controlador maestro puede usarse como la base de tiempo común. Las tasas de suministro y aceleraciones potenciales de los cabezales de colocación controlados mediante los controladores esclavos, que son resultado de las órdenes generadas por el controlador maestro, pueden evaluarse entre sí y la tasa de suministro y aceleración potenciales del cabezal de colocación controlado directamente por el controlador maestro, ajustándose la velocidad rotativa de la superficie de la herramienta, según se necesite, para impedir superar las capacidades operativas de cualquier cabezal de colocación controlado por un controlador esclavo.

Otros aspectos, objetivos y ventajas de la invención serán más aparentes a partir de la siguiente descripción detallada cuando se tomen junto con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una ilustración en perspectiva de un aparato de colocación automatizada de fibras, de acuerdo

con la invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva ampliada de una porción del aparato de la Figura 1, que ilustra características estructurales y operativas de una máquina de colocación de fibras de la realización ejemplar del aparato de colocación de fibras mostrado en la Figura 1.

La Figura 3 es una vista en perspectiva ampliada de un cabezal de colocación de fibras de la máquina de colocación de fibras mostrada en la Figura 2.

Las Figuras 4A-4C son ilustraciones esquemáticas orientadas hacia abajo en la realización ejemplar del aparato de colocación de fibras de la Figura 1, que muestran varias ubicaciones alternativas de cuatro máquinas de colocación de fibras de la realización ejemplar del aparato de colocación de fibras mostrado en la Figura 1.

La Figura 5 es una segunda realización ejemplar de un aparato de colocación de fibras, de acuerdo con la invención, que tiene una herramienta, para recibir materiales compuestos, que no es rotativa.

Aunque la invención se describirá en relación con ciertas realizaciones preferentes, no se pretende limitarla a esas realizaciones. Al contrario, la intención es cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalentes como se incluyen dentro del espíritu y alcance de la invención tal como se define mediante las reivindicaciones adjuntas.

Descripción detallada de la invención

La Figura 1 muestra una primera realización ejemplar de un aparato 1 de colocación automatizada de fibras, de acuerdo con la invención. El aparato 1 incluye una primera, una segunda, una tercera y una cuarta máquina de colocación de fibras 12, 14, 16, 18, teniendo cada una un respectivo cabezal de colocación de fibras 11, 112, 114, 116 unido a ella. Tal como se muestra en la Figura 1,... [Seguir leyendo]

1. Un método para formar una pieza compuesta en la superficie de una herramienta, comprendiendo el método colocar material compuesto sobre la superficie de la herramienta (118) con dos o más máquinas de colocación de fibras (12, 14, 16, 18) teniendo cada una un respectivo cabezal de colocación de fibras (11, 112, 114, 116), siendo capaces todas las máquinas de colocación de fibras (12, 14, 16, 18) y los cabezales de colocación de fibras (11, 112, 114, 116) de moverse simultáneamente independientemente unos con respecto a otros y con respecto a la superficie de la herramienta (118), pero estando los cabezales de colocación de fibras (11, 112, 114, 116) sincronizados dinámicamente para el funcionamiento con respecto a una base de tiempo común.

2. El método de la reivindicación 1, que comprende además sustituir uno o más de los dos o más cabezales de colocación de fibras durante la fabricación de la pieza compuesta.

3. El método de la reivindicación 1, que comprende además:

suministrar material compuesto a cada uno de los cabezales de colocación de fibras desde una estizola separada; y

cambiar una o más de las estizolas durante la fabricación de la pieza compuesta.

4. El método de la reivindicación 1, en el que cada uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras se controla mediante su propio controlador, y el método comprende además hacer funcionar uno seleccionado de los controladores como un controlador maestro y uno o más de los controladores restantes como controladores esclavos conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los cabezales de colocación de fibras que se conectan de manera operativa a los controladores maestros y esclavos.

5. El método de la reivindicación 4, que comprende además utilizar una base de tiempo del controlador maestro como la base de tiempo común.

6. El método de la reivindicación 5, que comprende además ajustar proporcionalmente la base de tiempo común, si el controlador maestro lo anula manualmente un operador, para mantener por tanto los cabezales de colocación de fibras funcionando mediante controladores esclavos que funcionan dentro de limites prescritos de su movimiento.

7. El método de la reivindicación 1, en el que la superficie de la herramienta rota alrededor de un eje compartido de los dos o más cabezales de colocación de fibras.

8. El método de la reivindicación 7, en el que cada uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras se controla mediante su propio controlador, y el método comprende además:

hacer funcionar uno seleccionado de los controladores como un controlador maestro y uno o más de los controladores restantes como controladores esclavos conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los controladores maestros y esclavos: y controlar la rotación de la superficie de la herramienta alrededor del eje compartido con el controlador maestro.

9. El método de la reivindicación 8, que comprende además utilizar una base de tiempo del controlador maestro como la base de tiempo común.

1. El método de la reivindicación 9, que comprende además ajustar proporcionalmente la base de tiempo común, si el controlador maestro lo anula manualmente un operador, para mantener por tanto los cabezales de colocación de fibras funcionando mediante controladores esclavos que funcionan dentro de límites prescritos de su movimiento.

11. El método de la reivindicación 9, que comprende además:

evaluar la tasa de suministro y la aceleración de los cabezales de colocación controlados mediante controladores esclavos, que resultan potencialmente de las órdenes generadas mediante el controlador maestro, entre sí y la tasa de suministro y la aceleración de la cabeza de colocación controlada directamente mediante el controlador maestro; y

ajustar la velocidad rotacional de la superficie de la herramienta para evitar superar las capacidades operativas de cualquier cabezal de colocación controlado mediante un controlador esclavo.

12. Un aparato para formar una pieza compuesta en la superficie de una herramienta, comprendiendo el aparato dos o más máquinas de colocación de fibras (12, 14, 16, 18) teniendo cada una un respectivo cabezal de colocación de fibras (11, 112, 114, 116), siendo capaces todas las máquinas de colocación de fibras (12, 14, 16, 18) y los cabezales de colocación de fibras (11, 112, 114, 116) de moverse simultáneamente independientemente unos con respecto a otros y con respecto a la superficie de la herramienta (118), pero estando los cabezales de colocación de fibras (11, 112, 114, 116) sincronizados dinámicamente para el funcionamiento con respecto a una base de tiempo común, para colocar material compuesto sobre la superficie de la herramienta (118).

13. El aparato de la reivindicación 12, en el que al menos uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras se configura para su sustitución durante la fabricación de la pieza compuesta.

14. El aparato de la reivindicación 12, que comprende además:

estizolas separadas para suministrar material compuesto a cada uno de los cabezales de colocación de fibras; y una o más de las estizolas se configura para su sustitución durante la fabricación de la pieza compuesta.

15. El aparato de la reivindicación 12, en el que cada uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras se controla mediante su propio controlador, y el aparato comprende además configurar los controladores de manera que uno seleccionado de los controladores funciona como un controlador maestro y uno o más de los controladores restantes funciona como un controlador esclavo conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los controladores maestros y esclavos.

16. El aparato de la reivindicación 15, en el que el controlador maestro define una base de tiempo del controlador maestro, y todos los controladores se configuran para utilizar la base de tiempo del controlador maestro como la base de tiempo común.

17. El aparato de la reivindicación 16, en el que los controladores se configuran además para ajustar proporcionalmente la base de tiempo común, si el controlador maestro lo anula manualmente un operador, para mantener por tanto los cabezales de colocación de fibras funcionando mediante los controladores esclavos que funcionan dentro de límites prescritos de su movimiento.

18. El aparato de la reivindicación 12, en el que la superficie de la herramienta se monta para rotar alrededor de un eje compartido de los dos o más cabezales de colocación de fibras.

19. El aparato de la reivindicación 18, en el que cada uno de los dos o más cabezales de colocación de fibras incluye un controlador asociado con los mismos, con uno seleccionado de los controladores configurado para el funcionamiento como un controlador maestro y configurándose uno o más de los controladores restantes para el funcionamiento como controladores esclavos conectados de manera operativa al controlador maestro, para sincronizar por tanto los movimientos de los cabezales de colocación de fibras conectados de manera operativa a los controladores maestros y esclavos, configurándose además el controlador maestro para controlar la rotación de la superficie de la herramienta alrededor del eje compartido.

2. El aparato de la reivindicación 19, en el que el controlador maestro define una base de tiempo del controlador maestro que también se utiliza como la base de tiempo común.

21. El aparato de la reivindicación 2, en el que el aparato ajusta proporcionalmente la base de tiempo común, si el controlador maestro lo anula manualmente un operador, para mantener por tanto los cabezales de colocación de fibras funcionando mediante los controladores esclavos que funcionan dentro de límites prescritos de su movimiento.

22. El aparato de la reivindicación 2, que comprende además un post-procesador para evaluar la tasa de suministro y la aceleración de los cabezales de colocación controlados mediante los controladores esclavos, que resultan potencialmente de las órdenes generadas mediante el controlador maestro, entre sí y la tasa de suministro y la aceleración potenciales del cabezal de colocación controlado directamente mediante el controlador maestro, y ajustar la velocidad rotacional de la superficie de la herramienta para evitar superar las capacidades operativas de cualquier cabezal de colocación controlado mediante un controlador esclavo.