JP2005049344A - 複合構造の製造の際に、欠陥ならびに異物および破片を識別するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複合構造の製造の際に、異物および破片（ＦＯＤ）ならびに欠陥を識別するためのシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】 このシステムは、明視野照明で複合構造の一部を照明し、また暗視野照明で複合構造の別の部分を照明する光を発するように位置付けられた、少なくとも１つの光源を含む。明視野照明は、複合構造における欠陥によって、複合構造のうち欠陥のない部分とは異なるように反射される。暗視野照明は、複合構造上のＦＯＤによって、複合構造のうちＦＯＤがない表面とは異なるように反射される。このシステムはまた、複合構造の照明された部分の画像を受信するための少なくとも１つのカメラを含む。カメラによって受信された画像は、処理装置によって処理され得、この処理装置は次に画像に基づいて、欠陥ならびに異物および破片を識別する応答を出力する。
【選択図】 図１

Description

著作権通知
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分野
本発明は一般的に複合構造の製造に関し、より特定的には、複合構造の製造の際に、異物および破片（ＦＯＤ）ならびに欠陥を見つけるためのシステムおよび方法に関する。

背景
複合構造は、長年当該技術において知られている。複合構造は、多くの異なる態様で形成することができるが、複合構造を形成するための１つの有利な技術は、繊維配置または自動照合プロセスである。従来の自動照合技術に従うと、複合材料（複合ストランドまたはトウとしても知られる）の１つ以上のリボンを基板上に置く。基板は、工具またはマンドレルであるかもしれないが、より従来的には、複合材料のうち以前に置かれ圧縮された１つ以上の基礎をなす層で形成される。

従来の繊維配置プロセスは、熱源を用いて、局部的なニップポイントでの複合材料のプライの圧縮を助ける。特に、複合材料のリボンまたはトウおよび基礎をなす基板は、ニップポイントで加熱されて、圧縮力に晒されている間にプライの樹脂の粘着性を増大させ、基盤への粘着が保証される。部品を完成させるために、複合材料の追加のストリップを並行した態様で各々の層に与えることができ、圧密化プロセスの間に局部熱および圧力にかけることができる。

あいにく、複合ストリップを基礎をなす複合構造に置く際に欠陥が生じるおそれがある。このような欠陥は、トウの裂け目、部分的重複、落下したトウ、皺および捩れを含む可能性がある。さらに、樹脂玉および毛羽玉等の異物および破片（ＦＯＤ）が複合構造の表面上に蓄積するおそれがある。樹脂玉は、予め含浸されたトウが案内およびカッタを通過するときに、繊維配置ヘッドの表面上に蓄積した、整然とした樹脂の小片である。この樹脂玉は、繊維配置機の動作および振動によって取除かれ、プライの表面に落下する。取除かれなければ、その後の過程によって樹脂玉が覆われ、積層板に隆起が生じ、そこでトウは圧縮されないかもしれない。トウがカッタアセンブリを通過する際、繊維がトウの縁でほころんで裂けるときに、毛羽玉が形成される。裂けた繊維は、小さな塊となって積もり、積層板へと落下し、取除かれなければ、次の過程によって覆われる。

繊維配置プロセスによって製造された複合積層板は、典型的に、欠陥およびＦＯＤの双方のために１００％のプライごとの目視検査にかけられる。典型的に、これらの検査は手動で行なわれ、その間検査およびその後の修理があればそれが完了するまで、繊維配置機は停止され、材料を置くプロセスは停止される。一方で、製造プロセスは、手動の検査プロセスおよびそれに付随する機械の休止時間によって不利に減速される。

最近、手動の検査のために機械を停止することなく、製造プロセスの際に複合構造における欠陥を識別することのできる検査システムが開発されている。このような検査システムは、意図された目的のためにはうまく機能するが、発明者は、複合構造の製造の際の製造過程においてもＦＯＤを識別することができればさらに有利であることを認識している。これはさらに、手動のＦＯＤ検査およびそれに付随する機械の休止時間の必要性を排除する。

概要
当該技術におけるこれらのおよび他の必要性を解決するために、本発明の発明者は、複合構造の製造の際に異物および破片（ＦＯＤ）ならびに欠陥を識別するためのシステムおよび方法を設計することに成功した。一実施例において、このシステムは、明視野照明で複合材料のある部分を照明し、また暗視野照明で複合構造の別の部分を照明する光を発するように位置付けられた少なくとも１つの光源を含む。明視野照明は、複合構造における欠陥によって、欠陥のない複合構造の部分とは異なるように反射される。暗視野照明は、複合構造上のＦＯＤによって、ＦＯＤのない複合構造の表面とは異なるように反射される。このシステムはまた、複合構造の照明された部分の画像を受信するための少なくとも１つのカメラを含む。

本発明の適用可能性のさらに他の領域が、以下で与えられる詳細な説明から明らかになる。詳細な説明および特定の例は、本発明の少なくとも１つの例示の実施例を示す際に、例示のためにのみ示されることが意図され、本発明の範囲を制限することは意図されていないことを理解すべきである。

本発明は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解される。

対応する参照符号は、図面のいくつかの図にわたって対応する特徴を示している。

例示の実施例の詳細な説明
複合構造の製造の際に異物および破片（ＦＯＤ）ならびに欠陥を識別するためのシステムの実施例が、図１，２および４の参照番号１０によって一般的に示されている。図１に示されるように、システム１０は、複合構造２２に近接して位置付けられ、この複合構造は、一般的に複合テープの複数の隣接したトウまたはストリップ２４からなる。ストリップ２４は、典型的に、加熱すると粘着性になるまたは流動性を有する樹脂または他の材料に埋め込まれた複数の繊維を含む。ストリップ２４は、２００２年２月６日出願の、米国特許出願第１０／０６８，７３５号の、「複合材料照合機およびそれに関連した複合材料の高速照合のための方法（“Composite Material Collation Machine and Associated Method for High Rate Collation of Composite Materials”）」に記載されるように、テーブル、マンドレルまたは他の工具２６等の加工物の表面上に配置され、圧縮ローラ２０（図２）で圧縮されて、自動照合技術に従った複合構造２２を形成する。米国特許出願第１０／０６８，７３５号の内容は、本明細書において完全に述べられるように、その全体が引用により援用される。

図１をさらに参照すると、システム１０は少なくとも１つのカメラ１２および少なくとも１つの光源１４を含む。カメラ１２は、以下でより完全に説明されるように、カメラ１２が捉えた画像を解釈するための処理装置６６に、もしくは画像を記憶するための記憶装置６４に、またはその双方に接続される。

光源１４は、明視野照明（入射光としても知られる）で複合構造２２の第１の部分１７
を照明し、一方で暗視野照明（間接光としても知られる）で第２の部分１９も照明する光を発するように位置付けられる。より特定的に、明視野照明は、複合構造２２の第２の部分１９に「波及」し、暗視野照明で第２の部分１９を照明する。

明視野照明は、複合構造における欠陥によって、複合構造のうち欠陥のない部分とは異なるように反射される。たとえば、複合構造２２の欠陥のない部分を反射する明視野照明および複合構造２２における欠陥を反射することのできない光、またはその逆も、カメラ１２によって捉えることのできる可視画像を生成する。製造の際に複合構造における欠陥を識別するためのシステムおよび方法に関する詳細は、２００１年３月２８日出願の、米国特許出願第０９／８１９，９２２号の「複合構造における欠陥を識別するためのシステムおよび方法（“System and Method for Identifying Defects in a Composite Structure”)」に、ならびに２００２年８月１３日出願の、米国特許出願第１０／２１７，８０５号の、「複合構造における欠陥を識別するためのシステム（“System for Identifying
Defects in a Composite Structure”)」に含まれる。米国特許出願番号第０９／８１９，９２２号および第１０／２１７，８０５号の内容は、本明細書で完全に述べられるように、引用により援用される。

さらに、暗視野照明は、複合構造２２上のＦＯＤによって、複合構造のうちＦＯＤのないの表面とは異なるように反射される。たとえば、複合構造２２上で樹脂玉および毛羽玉等のＦＯＤを反射する暗視野照明、および複合構造２２のＦＯＤのない部分を反射することのできない暗視野照明、またはその逆も、以下で詳細に説明されるように、カメラ１２によって捉えることのできる可視画像を生成する。

図１に示されるように、カメラ１２は、複合構造２２のうち、典型的に複合トウが基礎構造と接合するニップポイントのすぐ下流にある照明された部分１７および１９の画像を捉えるように、複合構造２２の近くに位置付けられる。代わりに、図２に示されるように、反射面１６を複合構造（図２では図示せず）の近くに位置付け、それが複合構造の照明部分１７の画像を反射するような角度に曲げてもよい。一実施例において、複合構造に対する反射面１６の角度は、約６５°であるが、複合構造の照明部分の画像をカメラ１２に反射するために、反射面１６をいかなる適切な角度で位置付けることもできる。さらにカメラ１２を、反射面１６から複合構造の照明部分の近距離画像を捉えるために、反射面１６に向かって位置付けてもよい。１つ以上の反射面１６を、本発明のさらに他の実施例において利用してもよく、これらの反射面１６は、複合構造の照明部分の画像をカメラ１２に向けるために協働する。

曲面／輪郭をつけられた面を有する複合構造に関して、複合構造の画像は、処理するために複合構造の正確な表示を得るために、できるだけニップポイントに近接した位置から有利に捉えられる。したがって、図２に示された構成は、複合構造の曲面／輪郭をつけられた面の画像を捉えるのに特に有利である。なぜなら、反射面１６は、カメラ１２が複合構造にできるだけ近接した位置から画像を捉えるように、複合構造の画像を反射するからである。さらに、この構成では、カメラ１２を反射面１６よりも複合構造から遠くに置いて、カメラ１２が繊維配置装置の他の部分の機能性をまたはその逆を妨げないようにすることができる。さらに、反射面１６は、検査される領域の「スクエアオン（“square on”）」図を与えることもでき、これはさらに、合格／不合格の決定のために、２つの裂け目を必要な大きさにする能力を実質的に向上させることができる。

黒および白の画像を得ることのできる市販のカメラを含む広範囲のカメラを使用することができる。一実施例において、カメラ１２は、テレビ、またはイメージセンサ（図示せず）と、カメラ１２が動作しているときに光が通過するレンズ１３とを有する他のタイプのビデオカメラである。赤外線感度カメラ、赤外線通過フィルタ機能を有する可視光カメ
ラ、光ファイバカメラ、同軸カメラ、電荷結合素子（ＣＤＤ）または相補型金属酸化物センサ（ＣＭＯＳ）等の、他の種類のカメラまたはイメージセンサを用いることもできる。カメラ１２は、スタンド(図示せず）上で複合構造２２に隣接して位置付けるか、またはフレーム２８もしくは同様の装置に装着することができる。反射面１６を含まない本発明の実施例において、カメラ１２は、図１に示されるように、複合構造２２の表面から約６インチのところに位置付け、かつブラケット３０および関連するコネクタ３２によってフレーム２８に装着し得る。

しかしながら、反射面１６を含む実施例において、反射面１６は、複合構造２２の表面から約３インチのところに位置付け得、反射面１６の方を指すカメラ１２は、上述のように、複合構造からさらに離れて位置付け得る。本発明のさらに他の実施例において、反射面１６は、複合構造２２の表面から１から６インチ等の他の距離で位置付けて、カメラ１２に対する複合構造の表面の画像を正確に反射し得る。反射面を利用して、カメラを、さもなければ圧縮ローラ２０（図２）の一部および／または繊維配置システムの他の部分によって遮られるかもしれない有利な位置に置くことができる。

コネクタ３２は、カメラ１２を静止した位置でフレーム２８に装着するリベット、ねじ等であるかもしれない。代わりに、コネクタ３２は、カメラ１２，光源１４および関連するアセンブリが、複合構造２２から離れて回転できるようにするヒンジタイプのコネクタであってもよい。この実施例は、材料配置装置の他の部分、特にカメラ１２および関連するアセンブリの裏にある部分に、保守、洗浄等のためにアクセスしなければならない状況のおいて有利である。

図２は、ヒンジタイプのコネクタ３２の代替の実施例を示しており、このコネクタは、カメラ１２、反射面１６、光源１４および関連するアセンブリ（すなわちカメラアセンブリ）を、ブラケット３０によってフレーム２８に装着する。蝶ねじ等の好適な留め具、または比較的容易に取外すかもしくは緩め得る何らかの他の留め具を、孔３４を通して挿入して、さらにしっかり締めて、カメラアセンブリを動作のために適所に固定することができる。留め具は、緩めるかまたは取外して、たとえばカメラアセンブリを圧縮ローラ２０および繊維配置装置の他の部分から離れて回転させ得る。

図１をさらに参照すると、特定の態様で光をフィルタに通すために、フィルタ１５をレンズ１３上に置くことができる。一実施例において、フィルタ１５は、光の赤外線成分またはある赤外線波長または波長領域のみが、カメラ１２へ進むことができるように、光をフィルタに通すように設計されている。したがって、フィルタ１５は、周囲の可視光がカメラ１２に入って捉えられた画像の外観を変えるのを防ぐ。

光をフィルタに通す他の方法を用いて、同じまたは少なくとも同様の結果を得ることができる。たとえば、カメラは、均等の光学特徴の内蔵フィルタを含むように設計し得る。さらに、フィルタをカメラレンズ１３およびイメージセンサの間に置くことができる。代わりに、カメラは、赤外線スペクトル（すなわち赤外線感度カメラ）においてのみ感度の良いイメージセンサを含んで、フィルタの必要性を排除し得る。

ここでシステム１０の光源１４を詳細に説明する。光源１４は、明視野照明（すなわち入射光）で複合構造２２の第１の部分１７を照明し、一方で暗視野照明（すなわち間接光）で第２の部分１９を照明する光を発するように位置付けられている。一実施例において、明視野照明は、第２の部分１９に「波及」して、暗視野照明で第２の部分１９を照明する。

図１において、光源１４は、複合構造２２に対して斜めの角度３７で位置付けられた状
態で示されている。斜めの角度３７は、約４５°であるかもしれないが、適用に依存して他の角度が可能である。さらに、光源１４は、以下に記載されるように、欠陥３６に光を当てるために、ストリップ２４の配置の方向に対して概ね垂直の方向に光を発するように位置付けられた状態で示されている。

さらに、システム１０は、１つを超える光源を含み得る。たとえば、図２の実施例は２つの光源１４を含み、これらの光源は、反射面１６およびカメラ１２のいずれかの側で複合構造および圧縮ローラ２０に対して位置付けられている。２つの光源１４を含む別の例示の実施例が図４に示されており、２つの直線の光ファイバアレイが、カメラ１２の向かい合った側に位置付けられている。

図１において、光源１４は、それを装着装置２７に装着するまたは取付けることによって、複合構造２２に対して調整可能に位置付けられている。装着装置２７は、主軸２９、二次的な軸３１および光源１４の位置を迅速かつ適切に調整するためのロッククランプ３３を含むことができる。装着装置２７はさらに、フレーム２８、カメラ１２、ブラケット３０、または光源１４およびカメラ１２の双方にとって共通の位置を規定するいくつかの他の物体に取付けられて、光源１４およびカメラ１２が、互いに対して一定の空間的関係を保つようにすることができる。

複合構造の表面の照明の質および規模は、周囲の照明および材料の反射率によって大きく影響される。したがって、本発明の実施例は、赤外線光源を有利に用いて、暗い背景上で暗い割れ目をより効果的に照明する。これに関して、光源１４は、赤外線光またはハロゲン光源（図３）もしくは他の白熱光源（図示せず）等の赤外線成分を有する別の種類の光から選択することができる。他の実施例において、光源１４はまた、蛍光性光源（たとえば白色光ＬＥＤ、低圧／水銀を充填した蛍光ガラス管等）、ストロボまたはストロボ光源、希ガスアークランプ（たとえばキセノンアーク等）、金属アークランプ（たとえばハロゲン金属等）およびレーザ（たとえばパルスレーザ、ソリッドステートレーザダイオードアレイ、赤外線ダイオードレーザアレイ等）を含むことができる。光源１４からの光は、図４に示されるように、光ファイバから供給地点に送り込んでもよい。

いくつかの実施例において、光源１４は、炭素等の暗いトウ材料を検査するのに有効に機能する光の赤外線（ＩＲ）成分を最大化するか、または少なくとも大幅に増大させる出力レベルで動作する。この点で、約７００ナノメートルから１０００ナノメートル（７００ｎｍ〜１０００ｎｍ）の波長帯において約１５０ワット（１５０Ｗ）までの範囲の例示の出力レベルで足りる。しかしながら、特定の出力レベルおよび光源のための波長はおそらく、少なくとも部分的には、数ある要素の中でも、カメラの速度および感度、材料が置かれる速度、供給損失および検査されている材料の反射率に依存する。たとえば、他の実施例において、反射率の高い材料を検査するのに好適な波長および出力レベルを用いることができる。

図１に示された実施例において、光源１４は、アレイまたはクラスタ形成で配置された複数のＬＥＤを含み得る。１つの特定の実施例において、光源１４は、３平方インチのプリント基板上のアレイに装着された２４のＬＥＤを含む。

図２および３に示された別の実施例において、光源１４は、４個のハロゲン電球３８を含むが、他の数量を用いることもできる。ＦＯＤ２１を検出するための暗視野照明を生じるために、１つ以上の電球３８を停止状態にする／切るか、または不透明の材料で覆う。一実施例において、電球３８はスイッチング装置に結合され、このスイッチング装置によって、オペレータは個々の電球３８および／または群をなす電球３８を選択的に作動させ、停止することができる。スイッチング装置は、従来のスイッチまたは以下で記載される
ユーザインターフェイス７６に加えられた制御機能によって実現することができる。

図４に示された実施例において、光源１４は、カメラ１２の向かい合った側に位置付けられた２つの直線の光ファイバアレイを含む。このアレイは、リモートソース（図示せず）から光ファイバ束２５を通って与えられる光を放つ。ＦＯＤ２１を検出する際に使用される暗視野照明を生じるために、各々のアレイ１４の部分３５は、不透明の材料で遮られるかまたは覆われて、アレイ１４を効果的に短くする。図５において、部分３５が覆われずに、アレイ全体が完全に照明される直線のアレイ１４が示されている。

再び図２を参照すると、システム１０は、光源１４の付近にある光反射要素１８をさらに含み得る。反射要素１８は、光を照明される所望の領域に向け直す一連の光反射面４０（図３）を含む。これは、表面全体にわたる照明を均一化し、光源１４の最も明るい部分によって生成された強い光（すなわち過剰照明部：ホットスポット）の領域を排除するかまたは少なくとも大幅に減じる。ホットスポットが望まれないのは、それによって、複合構造の均一な照明が妨げられ、これによりカメラ１２が捉えた画像の処理の際に、誤りがもたらされるかもしれないからである。

光反射要素４０は、複合構造の曲面／輪郭をつけられた面を照明するのに特に有利である。なぜなら、光を向け直すことによって、複合構造のより広い部分を均等に照明することができるからである。

図３に示されるように、反射要素１８は、光源１４のまわりでたとえば放物線形状に曲げられる。反射要素１８のうち光源１４に面する表面上で、反射要素１８は、光源１４に実質的に平行な湾曲したステップ（段差部）４０を含む。ステップ４０間の距離およびその湾曲は、関心のある領域の両側の１つで、２つの光源の合計から均一な照明を与えるのに十分になるように選択することができる。これによって、反射要素１８は、複合構造２２をより均一に照明することができ、これにより複合構造２２の不均一な照明のために生じる画像処理の誤りが防がれるかまたは少なくとも減じられる。代わりに、反射要素１８の形状および／または表面の構成を、同様に複合構造２２の所望の部分にわたって、光源１４によって生成された光を均一に照明し分散する他の方法で修正することができる。

例示の実施例において、反射要素１８は、１７の放物線状の湾曲したステップ４０を有する概して放射線の形状であり、このステップの幅は反射要素１８の外縁における約０．１２５インチから反射要素１８の中心における約０．２５０インチの範囲である。反射要素１８はまた、約０．１１６インチの高さの均一のステップを有する。しかしながら、他の実施例において、反射要素には異なった均一のまたはさまざまな幅、および異なった均一のまたはさまざまなステップの高さを有する異なる数のステップが与えられるかもしれない。

さらに、光源１４によって生成されかつ反射要素１８によって分散された光を複合構造の所望の部分に向けるために、反射要素１８を調整し得る。たとえば、図３に示されるように、反射要素１８は、留め具４２で装着装置２７に調整可能に装着される。緩められた留め具４２は、スロット４４内部で動いて、複合構造に対する反射要素１８の角度をそれに応じて調整することができる。一旦反射要素１８が適切に位置付けられると、留め具４２をしっかり締めて、反射要素１８を所望の位置に固定する。反射要素１８の調整は、反射要素１８の遠隔調整を可能にする電子手段等の他の方法によって行なうこともできる。

複合構造２２は、ストリップ２４の配置の方向と交差する方向に照明されるときに強いグレア（glare）を生じるが、ストリップ２４の配置の方向に沿って照明されるときには実質的により弱いグレアを生じることが観察されている。少なくともいくつかの実施例の
システムおよび方法は、光を複合ストリップ２４の上部層にわたってストリップ２４の配置の方向に対して実質的に垂直の方向に放つことによって、強いグレア／弱いグレアの現象を利用する。これは、複合構造２２の上部層で比較的大量のグレアを生じる。その配向のために上部層よりも実質的に弱いグレアを生じる基礎をなす層は、上部層における何らかの裂け目または他の欠陥を通して現れるため、容易に見つけられる。さらに、上部層における捩れおよび他の表面の欠陥によって、上部層におけるストリップの配向が変わるため、それに応じて欠陥位置での上部層のグレアが変わるすなわち減じられる。

可視光または赤外線光のいずれかで照明されたときに強いグレア／弱いグレアの現象が生じる際に、システム１０の一実施例で使用されるフィルタ１５は、周囲の光によってもたらされたグレアを実質的に取除いて、赤外線光源によってもたらされたグレアのみが、欠陥およびＦＯＤを見つけるのに用いられるようにする。したがって、フィルタ１５は、複合構造２２が欠陥およびＦＯＤの検査をされている間に、周囲の光の干渉を排除する。

本明細書に記載されたシステムの実施例のいずれにおいても、１つ以上のカメラ１２および／または、反射要素１８を有するもしくは有さない１つ以上の光源１４（以下では総称して光源という）があるかもしれない。さらに、１つ以上のカメラ１２および／または１つ以上の光源１４は、複合構造に対して可動であるかもしれない。多数のカメラ１２および／または多数の光源１４、ならびにカメラ１２および／または光源の可動性は、複合構造の最も適切な画像を捉えるために、システム１０に柔軟性を与える。多数のおよび／または可動の光源１４によって、複合構造の形状にかかわらず、複合構造の所望の部分を均一かつ十分に照明することができる。同様に、多数のおよび／または可動のカメラ１２は、複合構造の形状にかかわらず、複合構造のいかなる領域の適切な画像も捉えることができる。このようにして、多数のおよび／もしくは可動の光源、ならびに／またはカメラは、複合構造の湾曲した／輪郭をつけられた部分の画像を照射し捉えるときに特に有利である。多数のおよび／もしくは可動の光源ならびに／またはカメラは、ストリップ全体の画像を照明しおよび／または捉えるのが難しい幅を有する複合ストリップの画像を照明し捉える際にも有利であり、光源および／もしくはカメラの位置を、ストリップ全体にわたって移動してもよく、ならびに／または多数の静止した光源および／もしくはカメラを、ストリップ全体を覆うように位置付けてもよい。可動のカメラおよび光源を含むシステムは、先述の米国特許出願第１０／２１７，８０５号に詳細に記載されている。

図１に示されるように、システム１０は、複合構造２２上の欠陥およびＦＯＤの位置に印を付けるためのマーキング装置６２を含むこともできる。マーキング装置６２は、フレーム２８に取付けられ、かつオペレータに報告されるべき欠陥３６またはＦＯＤ２１が検出されたときに、処理装置６６または同様の装置によって作動され得る。マーキング装置６２は、複合構造２２の欠陥３６およびＦＯＤが検出された領域に、ある量のインク、ペンキ等を吹付けるかあるいは付着し得る。複合構造２２のマーキングによって、欠陥および／またはＦＯＤの位置が、その後で自動または手動のいずれかで容易に識別することができる。

特定の示された実施例において、マーキング装置６２は、インクジェットマーキングシステムであり、これは少量の適合する目立つ色のインクを複合構造２２の表面の欠陥またはＦＯＤの位置に吹付けて、修復および処分のために迅速にアクセスできるようにする。マーキング装置６２は、欠陥に印をつけるのに用いられたのとは異なる色付きインクでＦＯＤに印をつけるようにされてもよい。代わりに、ポンプ送り式フェルトペン、ばね押し式マーキングペン、視聴覚警報等の他のマーキング方法を用いることもできる。

自動照合プロセスは、複合ストリップ２４（図１）を材料クリール（図示せず）からシンシナティ・ミラクロン（Cincinnati-Milacron）やインガーソル・ミリング・マシン（I
ngersoll Milling Machines）によって製造された機械等の自動照合または繊維配置機へ案内するステップを含む。特に、複合ストリップ２４は、ヘッド装置２３（図３）へ案内され、圧縮ローラ２０の下に送られる。焦点を合わせた熱エネルギを次に、入ってくる材料および２つの材料を付着させるように以前に置かれた基礎をなす材料に与える。圧力および熱の組合せによって、複合ストリップ２４は前の層へと固まるため、複合構造２２の追加の層を形成する。あいにく、複合ストリップ２４を基礎をなす複合構造２２に置く際に、欠陥３６が生じることがあり、および／またはＦＯＤが複合構造の表面上に蓄積するかもしれない。

カメラ１２および／または反射面１６は、光源１４および何らかの反射要素１８とともに、ヘッド装置に装着することができ、ヘッド装置が複合構造２２を横断しかつ複合ストリップ２４が下に置かれるときに、カメラ１２が複合構造２２およびストリップ２４のリアルタイムでの画像を連続して捉えることができるようにする。複合構造２２が平面でなければ、検査点は、先述のように、できるだけニップポイントに近接していなければならない。複合構造２２が平面であれば、検査点は配置ヘッド装置からより遠くに置くことができる。いずれの場合にせよ、以下でより完全に説明するように、画像を、将来の分析のために記憶装置６４に記憶するおよび／または処理装置６６によって即座に処理することができる。

図６は、例示の未加工または未処理のカメラ画像６８を示しており、これは黒から複数の灰色の陰を通して白に至る範囲を有する複数の画素を含む。画像６８は、明視野６９および暗視野７１を含む。明視野６９は、複合構造のうち明視野照明で照明された第１の部分１７（図１）に対応し、一方で暗視野７１は、暗視野照明で照明された第２の部分１９（図１）に対応する。

未処理のカメラ画像６８における暗視野６９は、トウの裂け目等の潜在的な欠陥７５および複合構造２２のうち欠陥のない残余の部分のコントラストを示している。明視野６９の示された実施例において、潜在的な欠陥が黒または灰色の領域７０として示されており、一方で複合構造２２の欠陥のない残余の部分は概ね白７２のままである。しかしながら、一旦潜在的な欠陥が見つかると、以下に記載されるように、その潜在的な欠陥は引き続きそれが容認できるものかまたはできないものかを決定するためのさらに他の処理を必要とし得る。

未処理のカメラ画像６８の暗視野７１は、ＦＯＤによって反射された暗視野照明および複合構造２２のうちＦＯＤのない残余の部分のコントラストを示している。暗視野７１の示された実施例において、樹脂玉が、その両側で可視の２つの概ね白い反射点７７によって示されている。潜在的な毛羽玉が、概ね白い領域７９として示されており、この領域は暗視野照明が毛羽玉の縁部および繊維の端部から反射されていることを示している。複合構造２２のうちＦＯＤのない残余の部分は、黒または灰色のままである。

樹脂玉および毛羽玉は、画像６８において視覚的に異なるが、樹脂玉と毛羽玉とを区別して、たとえばマーキング装置６２（図１）が毛羽玉に印をつけるるのに用いられるのとは異なる色のインクで樹脂玉に印をつけることができるようにするには、さらに他の処理を必要とし得る。樹脂玉と毛羽玉を区別するために、既知の「斑点」画像処理（“blob”imaging process）を用いることができ、一連の決定は、数学操作および特定の形状にとっての既定の基準との比較に基づいて行なわれる。樹脂玉と毛羽玉とを区別するのに用いることのできる１つの差別化要因は縁部の粗さである。なぜなら毛羽玉は、樹脂玉よりも縁部がより粗いからである。

最大許容寸法パラメータに従って潜在的なＦＯＤの異常が容認できるかできないかを決
定するために、さらに他の処理を必要とし得る。すなわち、このシステムは、最大許容寸法パラメータを超えるＦＯＤに印をつけるまたは警告をするのみであるかもしれない。この決定を行なうために、このシステムは、潜在的なＦＯＤの異常によって反射された暗視野照明を示す特定の画像領域内での画素数を数え得る。このシステムはさらに、画素数を用いて、画素数およびＦＯＤの寸法の予め定められた関係を含む相関データに基づく特定のＦＯＤの異常のための間接的な定量的測度を計算し得る。

図１をさらに参照すると、処理装置６６は、カメラ１２からまたは画像６８が記憶されている記憶装置６４から画像６８を受信する。処理装置６６は、次に画像を処理し分析して、欠陥およびＦＯＤの確実な検出を容易にする。少なくとも１つの実施例において、処理装置６６および記憶装置６４は、従来のコンピュータの構成要素である。

システム１０はまた、処理装置６６と通信したユーザインターフェイス７６を含み得る。ユーザインターフェイス７６は、ＤＯＳ、ウインドウズ９８（登録商標）、ウインドウズ／ＮＴ(登録商標）、ウインドウズ２０００(登録商標）、ウインドウズＣＥ（登録商標）、リナックス、ユニックス（登録商標）およびその均等物を含むがこれらに限定されない広範囲のソフトウェアアプリケーションから実行することができるようにプログラムすることができる。

図７に示されるように、ユーザインターフェイス７６は、コンピュータモニタ等の表示画面８０を含み、またオペレータが表示画面８０のまわりでカーソルを動かし、かつさまざまなシステム設定およびパラメータを入力するのを可能にするキーボードおよびマウス（図示せず）等の入力機器を含むことができる。表示画面８０は、オペレータが表示画面の領域を手で触れることによって所望の設定を入力できるように、タッチセンシティブとすることもできる。

ユーザインターフェイス７６は、オペレータまたは他のユーザが見るための、複合構造２２の画像７４が表示されたウインドウ８１を含む。画像７４は、未処理のカメラ画像６８（図６）とすることができるが、図７に示された画像７４は、矩形の領域７３が２値化されている処理済の画像である。２値化の際に、予め定められたしきい値よりも高い灰色陰すべてを白に変えることができ、一方でしきい値よりも低い灰色の陰すべてを黒に変えて、欠陥のコントラストを高め、欠陥検出の精度を向上させる。他の実施例においては、２値化のステップを行なう必要はないが、代わりに未加工の画像、未加工の画像における光源レベルの変化率および／または画像における色の変化を用いて、欠陥およびＦＯＤを識別することができる。

ユーザインターフェイス７６はまた、システムへのさまざまなユーザ入力を可能にするためのユーザ制御７８を設ける。図７の特定の示された実施例において、ユーザインターフェイス７６によって、２値化しきい値を調整することができる。一般的に、２値化しきい値の設定には、欠陥が検出される感度および欠陥が表わされる解像度の相殺が含まれる。一実施例において、２値化しきい値は約１２８に設定され、これは０から２５５の８ビットのデジタル化範囲の中間点に対応する。しかしながら、数ある要素の中で、少なくとも部分的に特定の適用例、利用可能な照明、カメラ設定に依存して、他の２値化しきい値を用いることができる。

ユーザ制御７８はまた、ユーザがウインドウ８１内の表示画面を調整または移動できるようにする。動作の際に、カメラ１２および／または反射面１８が複合構造２２に対して動かされる間、ウインドウ８１は、複合構造２２のうち照明された部分１７および１９がリアルタイムで動くビデオ画像を表示する。ユーザ制御７８にアクセスすることによって、ユーザは、ウインドウ８１を移動または調整することができ、ウインドウ８１は同時に
明視野６９および暗視野７１の双方を表示する。

インターフェイス７６はまた、ユーザが、容認できる欠陥およびＦＯＤの最大許容寸法パラメータを入力するおよび／または特に最大寸法パラメータの容認可能な許容差を入力できるようにし得る。

複合構造２２の画面を表示することに加えて、表示画面８０はまた欠陥表８２を含み、この表は発見された欠陥を列挙し、かつ位置、寸法等の、各々の欠陥についての情報を与える。表示画面８０は、発見されたＦＯＤの異常に関する情報を列挙し与えるためのＦＯＤ表（図示せず）を含むこともできる。表示画面８０はさらに状態標識８４を含むことができ、この状態標識は、最大許容寸法パラメータおよび許容差等の予め規定された標準に基づいて、特定の画像領域が容認できるかできないかをユーザに通知する。

図８は、複合構造２２の画像を捉えるための２つ以上のカメラ１２を含むシステム１０で使用し得るユーザインターフェイス７６の別の実施例を示している。示されるように、ユーザインターフェイス７６は、オペレータまたは他のユーザが見るための複合構造２２の画面８８および９０を表示する表示画面８６を含む。画面８８は、第１のカメラによって捉えられ、複合構造２２のうち明視野照明で照明された部分１７を表わす。暗視野画像９０は、第２のカメラによって捉えられ、複合構造２２のうち暗視野照明で照明された部分１９を表わす。代わりに、多数のユーザインターフェイスを用いて、各々のインターフェイスが１つ以上のカメラからの画像を表示し、かつ他のカメラからの画像を表示するユーザインターフェイスへの１つ以上のリンクを与える、多数のカメラ１２の画像を表示することができる。並行に装着された多数のカメラからの画像を集めて、複合構造のより広い領域の複合画面を形成することができる。

別の形態において、本発明は、複合構造の製造の際に、ＦＯＤおよび欠陥を識別するための方法を提供する。一実施例において、この方法は一般的に、明視野照明で複合構造の一部を照明するステップと、暗視野照明で複合構造の別の部分を照明するステップと、複合構造の照明された部分の画像を獲得するステップと、画像を分析して複合構造のうち明視野照明で照明された部分における欠陥を識別するステップと、画像を分析して、複合構造のうち暗視野照明で照明された別の部分上の異物および破片を識別するステップとを含む。

したがって、本発明の実施例は、従来の繊維配置システムよりも中断がより少ない状態で、より効果的に動作することができる。なぜなら、欠陥ならびに異物および破片のための複合構造の検査に、人による介入が必要ないからである。代わりに、本発明の実施例は、欠陥およびＦＯＤを迅速に検出し識別することができるため、これらは後で、欠陥を修復するおよび／またはＦＯＤを取除く修復行為の際に容易に識別することができる。これらの欠陥およびＦＯＤは、さもなければ複合構造の完全性に影響を及ぼし得る構造的な割れ目または不整合を生じることになる。このようにして、浪費される材料が減じられ、検査に費やされる労働力が減じられ、製造プロセスの際に生じる機械の休止時間が減じられる。したがって、平均してより低コストの複合構造が達成される。さらに、実施例は、製造される部品の全体的な質を向上させることもできる。なぜなら、本発明のさまざまな自動化システムおよび方法を用いて、欠陥およびＦＯＤを従来の人間による検査よりもより均一にかつ確実に検出することができるからである。

本発明の説明は、単に例示的な性質のものであり、決して本発明、その適用または用途を限定することを意図するものではない。したがって、本発明の内容から逸脱しない変形が、本発明の範囲内に含まれることが意図される。このような変形は、本発明の精神および範囲から逸脱するものとして見なされない。

本発明の一実施例に従って複合構造の製造の際にＦＯＤおよび欠陥を識別するためのシステムの概略図である。 本発明の別の実施例に従って複合構造の製造の際にＦＯＤおよび欠陥を識別するためのシステムの斜視図である。 図２に示されたシステムの実施例に従った光源の斜視図である。 本発明の別の実施例に従って複合構造の製造の際にＦＯＤおよび欠陥を識別するためのシステムの斜視図である。 図４に示されたシステムの実施例に従った光源の斜視図である。 本発明の一実施例によって捉えられるようなＦＯＤおよびトウの間の裂け目の双方を捉えたビデオフレームである。 本発明の一実施例に従ったコンピュータ表示および選択されたユーザ制御の図である。 本発明の別の実施例に従ったコンピュータ表示および選択されたユーザ制御の図である。

符号の説明

１２ カメラ、１４ 光源、１５ フィルタ、１６ 反射面、１８ 反射要素、２０ 圧縮ローラ、２２ 複合構造、２３ ヘッド装置、２４ ストリップ、２７ 装着装置、２８ フレーム、３２ コネクタ、３８ 電球、４２ 留め具、６２ マーキング装置、６４ 記憶装置、６６ 処理装置、７６ ユーザインターフェイス、７８ ユーザ制御、８０ 表示画面。

Claims (37)

1. 複合構造の製造の際に、欠陥ならびに異物および破片を識別するためのシステムであって、
   明視野照明で複合構造のある部分を照明し、かつ暗視野照明で複合構造の別の部分を照明するための光を発するように位置付けられた少なくとも１つの光源を含み、明視野照明は、複合構造における欠陥によって、複合構造のうち欠陥のない部分とは異なるように反射され、暗視野照明は、複合構造上の異物および破片によって、複合構造のうち異物および破片を有さない表面とは異なるように反射され、前記システムはさらに、
   複合構造のうち照明された部分の画像を受信するための少なくとも１つのカメラを含む、システム。
2. 画像を処理し、かつ画像に基づいて欠陥ならびに異物および破片を識別する応答を出力するための処理装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
3. 処理装置に対する少なくとも１つのユーザ入力を可能にするためのインターフェイスをさらに含む、請求項２に記載のシステム。
4. 処理装置は、予め定められた灰色のレベルよりも暗い色を示すすべての画素を黒または白のうちの１つに設定し、かつ他のすべての画素を他方の黒または白に設定することによって画像を２値化することができ、
   ユーザインターフェイスは、ユーザが、処理装置によって利用される予め定められた灰色のレベルを示すしきい値を設定して、画像を２値化することができるようにする、請求項３に記載のシステム。
5. 画像を記憶するための記憶装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
6. 光源は、複合構造に対して可動である、請求項１に記載のシステム。
7. 少なくとも１つの光源は、複合構造に対して異なるそれぞれの位置にある複数の光源を含む、請求項１に記載のシステム。
8. 少なくとも１つの光源は、光源を選択的に作動させ停止させるためのスイッチング装置に結合された複数の光源を含む、請求項１に記載のシステム。
9. スイッチング装置はユーザインターフェイスを含む、請求項８に記載のシステム。
10. カメラは、複合構造に対して可動であり、
    カメラは、それが複合構造に対して移動する間、複合構造の照明された部分のリアルタイムでの画像を受信する、請求項１に記載のシステム。
11. カメラおよび光源は、繊維配置機のヘッド装置に装着される、請求項１に記載のシステム。
12. カメラは、ヘッド装置が複合構造を横断する間、複合構造の照明された部分のリアルタイムでの画像を受信する、請求項１１に記載のシステム。
13. カメラおよび光源は繊維配置機の圧縮ローラの付近にある、請求項１に記載のシステム。
14. 少なくとも１つのカメラは、
    複合構造のうち明視野照明によって照明されている部分の画像を受信するための第１のカメラと、
    複合構造のうち暗視野照明によって照明されている部分の画像を受信するための第２のカメラとを含む、請求項１に記載のシステム。
15. 反射面からの画像の反射に伴いカメラが照明された部分の画像を受信するように、複合構造に近接した少なくとも１つの反射面をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
16. 反射面および光源は、繊維配置機のヘッド装置に装着される、請求項１５に記載のシステム。
17. 反射面および光源は、繊維配置機の圧縮ローラに近接している、請求項１５に記載のシステム。
18. カメラは少なくとも１つの
    赤外線感度カメラと、
    赤外線通過フィルタ機能を有する可視光カメラとを含む、請求項１に記載のシステム。
19. 概ねすべての周囲の可視光がカメラに入ってくるのを防ぐためのフィルタをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
20. カメラは、光源からの光と周囲の可視光とを区別することができる、請求項１に記載のシステム。
21. 光源からの光を複合構造に向け直すための、光源に近接した光反射要素をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
22. 光反射要素は、段のある構成において複数の反射性の放射線曲面を含む、請求項２１に記載のシステム。
23. 光源は、赤外線成分を含む、請求項１に記載のシステム。
24. 光源は、少なくとも１つの
    白熱光と、
    発光ダイオードと、
    希ガスアークランプと、
    金属アークランプと、
    ストロボと、
    蛍光灯と、
    レーザとを含む、請求項１に記載のシステム。
25. 複合構造は、共通の方向に位置付けられた複数の隣接した複合ストリップを含み、
    光源は、光を複合ストリップの共通の方向に対して実質的に垂直の方向に発するように位置付けられた、請求項１に記載のシステム。
26. システムによって識別された欠陥ならびに異物および破片に印をつけるためのマーキング装置をさらに含む、請求項１に記載のシステム。
27. マーキング装置は、インクジェット噴霧器およびポンプ送り式フェルトペンのうち少な
    くとも１つを含む、請求項２６に記載のシステム。
28. 製造の際に、複合構造上の異物および破片を識別するためのシステムであって、
    暗視野照明で複合構造の少なくとも一部を照明するための光を発するように位置付けられた少なくとも１つの光源を含み、暗視野照明は、複合構造上の異物および破片によって、複合構造のうち異物および破片を有さない表面とは異なるように反射され、前記システムはさらに、
    複合構造のうち照明された部分の画像を受信するための少なくとも１つのカメラを含む、システム。
29. 光源からの光は、明視野照明で複合構造の別の部分を照明し、明視野照明は、複合構造における欠陥によって、複合構造のうち欠陥のない部分とは異なるように反射される、請求項２８に記載のシステム。
30. 画像を処理し、かつ画像に基づいて異物および破片を識別する応答を出力するための処理装置をさらに含む、請求項２８に記載のシステム。
31. 複合構造の製造の際に、欠陥ならびに異物および破片を識別するための方法であって、
    複合構造における欠陥によって、複合構造のうち欠陥のない部分とは異なるように反射される明視野照明で複合構造の一部を照明するステップと、
    複合構造上の異物および破片によって、複合構造のうち異物および破片を有さない表面とは異なるように反射される暗視野照明で複合構造の別の部分を照明するステップと、
    複合構造の照明された部分の画像を獲得する方法と、
    画像を分析して、明視野照明によって照明された複合構造の部分における欠陥を識別するステップと、
    画像を分析して、暗視野照明によって照明された複合構造の別の部分の異物および破片を識別するステップとを含む、方法。
32. 画像を分析して欠陥を識別するステップは、明視野照明の反射を示す画像部分を分析するステップと、
    画像を分析して異物および破片を識別するステップは、暗視野照明の反射を示す画像部分を分析するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
33. 画像を分析して欠陥を識別するステップは、画像の少なくとも一部をしきい値よりも高いまたは低い二分した表示に変換するステップを含む、請求項３１に記載の方法。
34. 複合構造上の欠陥ならびに異物および破片に印をつけるステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
35. 少なくとも１つの光源を、明視野照明で複合構造の一部を照明し、また一方で暗視野照明で複合構造の別の部分を照明するための光を発するように位置付けるステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
36. 光源を複合構造に対して移動させて、明視野照明および暗視野照明で複合構造の他の部分を照明するステップをさらに含む、請求項３１に記載の方法。
37. カメラを複合構造に対して移動させて、カメラで他の照明された部分の画像を獲得するステップをさらに含む、請求項３６に記載の方法。