JP2009505075A - 自動機械用の工程中視覚検査のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

自動機械用の工程中視覚検査のためのシステムおよび方法を開示する。一実施例では、ヘッドアセンブリ（１１０）は、被加工物（１４２）上を移動可能であり、かつ、被加工物上で製造作業を行なうように適合されるツールと、ツールに近接して動作可能に位置決めされ、かつ、被加工物に対してツールとともに移動可能な検査ユニット（１６０）とを含む。検査ユニットは、被加工物上で製造作業が行なわれるのと同時に、被加工物のある部分の視覚検査を行なうように適合される。特定の実施例では、検査ユニットは、ツールが製造作業を行なった被加工物の部分を含むエリアをモニタリングするように適合されるカメラ（１６２）と、カメラに動作可能に結合され、かつ、カメラから画像を受取り、画像を分析して、被加工物の部分内の欠陥の存在を判断するように適合されるプロセッサとを含む。

Description

発明の分野
この発明は、目視検査のためのシステムおよび方法に関し、より詳細には、自動多ヘッド複合テープ配置機械などを含む自動機械用の工程中視覚検査のためのシステムおよび方法に関する。

発明の背景
複合構造は、通常、薄い複合テープ（またはトウ）の複数の層を積み重ねて敷設した状態の構造を漸進的に構築することによって製造される。典型的には、生産されるべき物体の所望の形状に概して対応する構成を有する開始テンプレートまたはツールの上に１つ以上のテープを敷設することによって作業が開始する。製造システムのテープ配置ヘッドが、テンプレートの表面上を移動し、複合材料からなる１つ以上のテープをテンプレート上に誘導する。ヘッドは通常、複合材料が完全に並べられるまで規定のパターンでテンプレート上で工程を繰返し、複合テープの連続的な層を構築して、所望の被加工物を形成する。典型的には圧縮ローラを使用してテープを被加工物に押し付け、それによって、連続的な層が付着しやすくなる。被加工物は次いで硬化プロセス（たとえば、加熱）を受けてもよく、さらに複合層を付着および接着させる。テープの連続的な層を使用して複合構造を形成するための従来のシステムは、たとえばホームズ（Holmes）らに発行された米国特許第６，７９９，６１９ Ｂ２号およびエンゲルバート（Engelbart）らに発行された米国特許第６，８７１，６８４ Ｂ２号に開示されるシステムを含む。

このような先行技術のシステムを使用して望ましい結果を達成してきたが、改良の余地が存在し得る。たとえば、上述のシステムを使用して製造される複合部品の質を確保するための検査にはダウンタイムが必要である可能性があり、これは製造プロセスの生産速度および効率を低減し、製造プロセスの全体的なコストを増大させる。したがって、複合部品を製造する間の検査に関連付けられるダウンタイムを低減または排除する新規のシステムおよび方法が有用であろう。

発明の概要
この発明は、自動機械用の工程中視覚検査のためのシステムおよび方法に向けられる。この発明に従うシステムおよび方法の実施例は、先行技術と比較して、被加工物の異なる領域上で同時に工程中検査を有利に行なうことができ、ダウンタイムおよび関連付けられるコストを低減できる。

一実施例では、被加工物上で製造作業を行なうように適合されるヘッドアセンブリは、被加工物上で移動可能であり、かつ、被加工物上で製造作業を行なうように適合されるツールと、検査ユニットとを含む。検査ユニットは、ツールに近接して動作可能に位置決めされ、被加工物に対してツールとともに移動可能である。検査ユニットは、被加工物上で製造作業が行なわれるのと同時に、ツールが製造作業を行なった被加工物のある部分の視覚検査を行なうように適合される。特定の実施例では、検査ユニットは、ツールが製造作業を行なった被加工物の部分を含むエリアを少なくとも部分的にモニタリングするように適合されるカメラと、カメラに動作可能に結合され、かつ、カメラから画像を受取り、画像を分析して、被加工物の部分内の欠陥の存在を判断するように適合されるプロセッサと
を含む。代替的な実施例では、視覚検査は、ストライピングプロセスおよび照射プロセスのうちの少なくとも１つを含む欠陥検出プロセスを含む。

以下の図面を参照して、この発明の実施例について以下で詳細に説明する。

詳細な説明
この発明は、自動多ヘッド複合テープ配置機械などを含む自動機械用の工程中視覚検査のためのシステムおよび方法に関する。この発明の特定の実施例の多くの具体的な詳細について、このような実施例を完全に理解できるようにするために、以下の説明および図１〜図１４で説明する。この発明は、さらなる実施例を有してもよく、または以下に記載する１つ以上の詳細なしに実施してもよい。

概して、この発明に従うシステムおよび方法の実施例は、繊維強化複合テープをテンプレート上に貼付けるなどの所望の製造作業を行なって複合積層被加工物を形成するように適合されるヘッドアセンブリと動作可能に結合される視覚ユニットを提供する。視覚ユニットは、ヘッドアセンブリが製造作業を行なう間に製造作業の目視検査を有利に行なう。したがって、この発明の実施例は、先行技術のシステムおよび方法と比較して、複合部品の製造を含む製造作業中の検査の実施に関連付けられる労力および費用を有利に低減し、生産速度および効率を改善し、コストを低減する。

図１は、この発明の実施例に従う複合部品を製造するためのシステム１００の等角図である。この実施例では、システム１００は、移動プラットホーム１３０に結合され、かつ、形成ツール（またはテンプレート）１４０に近接して動作可能に位置決めされる複数のヘッドアセンブリ１１０を含む。以下にさらに十分に記載するように、移動プラットホーム１３０は、形成ツール１４０に近接した移動経路（たとえば、三次元の経路）に沿ってヘッドアセンブリ１１０を系統立てて移動させるように適合され、各ヘッドアセンブリ１１０は、形成ツール１４０上に繊維強化複合テープ材料を配置および圧密して積層複合被加工物１４２を生産するように適合される。

図２は、図１の製造システム１００の制御システム１５０の概略図である。この実施例では、制御システム１５０は、移動プラットホーム１３０およびヘッドアセンブリ１１０に動作可能に結合されるマシンコントローラ１５２を含む。マシンコントローラ１５２は、移動プラットホーム１３０およびヘッドアセンブリ１１０に制御信号を伝送する制御コードを実行するように適合される。制御信号は、移動プラットホーム１３０およびヘッドアセンブリ１１０の移動ならびに機能を命じ、それによって、形成ツール１４０上に積層複合被加工物１４２を自動的に（または半自動的に）製造させる。図１に示す実施例では、製造システム１００は多ヘッドテープ積層機械（multi-head tape lamination machine）（ＭＨＴＬＭ）として公知のタイプのシステムである。１つの具体的な実施例では、システム１００は複合テープを配置するために８つのヘッドアセンブリ１１０を含むが、代替的な実施例では、任意の所望の数のヘッドアセンブリ１１０を利用してもよい。

図３は、図１の製造システム１００のヘッドアセンブリ１１０の側面図である。この実施例では、ヘッドアセンブリ１１０は、繊維強化複合テープ１１５の巻き１１４を保持するように適合されるスピンドル１１２と、巻き１１４から被加工物１４２上にテープ１１５を受け、誘導し、送り、貼付けるように適合されるフィードアセンブリ１１６とを含む。より具体的には、フィードアセンブリ１１６は、巻き１１４からテープ１１５を受けるフィードローラ１１７と、被加工物１４２上にテープ１１５を貼付けて圧縮する圧縮ローラ１１８とを含む。フィードアセンブリ１１６は、巻き１１４から圧縮ローラ１１８までテープ１１５を協働して受け、送り、誘導するように適合されるさまざまな他の構成要素
（たとえば、モータ、ローラ、誘導装置、センサなど）を含んでいてもよく、これらの構成要素は、たとえばホームズらに発行された米国特許第６，７９９，６１９ Ｂ２号およびエンゲルバートらに発行された米国特許第６，８７１，６８４ Ｂ２号、ならびに同時係属中の、共通に所有されている米国特許出願番号第０９／９９８，４７８号および第１０／６４４，１４８号にさらに十分に記載され、これらの特許および係属中の特許出願は引用によって本明細書に援用される。

ヘッドアセンブリ１１０は、ヘッドアセンブリ１１０が行なう製造プロセス（この場合には、複合テープ貼付けプロセス）の工程中検査を行なうように適合される視覚ユニット１６０をさらに含む。図４は、図３の視覚ユニット１６０の拡大等角図である。図５および図６は、ヘッドアセンブリ１１０の他の部分に結合される視覚ユニット１６０の正面図であり、図７および図８は、ヘッドアセンブリ１１０の他の部分に結合される視覚ユニット１６０の部分等角図である。

図３および図６に最もよく示すように、視覚ユニット１６０は、テープ１１４が被加工物１４２上に貼付けられ、圧縮されているときに、テープ１１４を含む、圧縮ローラ１１８に近接したエリアを写すように動作可能に位置決めされるカメラ１６２を含む。視覚コンピュータ（または他の好適なプロセッサ）１６４は、カメラ１６２に結合され、カメラ１６２によって与えられる、欠陥についての画像を取得して分析するように適合される。以下にさらに十分に記載するように、視覚コンピュータ１６４は、たとえば、画像を分析して、任意の生じ得る欠陥またはエラーが画像の中に存在するかどうかを判断し、視覚コンピュータ１６４内に記憶されているかまたはそうでなければユーザインターフェイスを介して入力された１つ以上の予め定められた基準に基づいて受入／拒否決定を行なうように適合されてもよい。

図２に示すように、各視覚コンピュータ１６４は中央コンピュータ１５４に結合され、中央コンピュータ１５４は次にマシンコントローラ１５２に結合される。視覚ユニット１６０と中央コンピュータ１５４との間の通信は、標準的なイーサネット（登録商標）接続によって達成される場合もあれば、または代替的に特注のネットワークもしくはサーバによって達成される場合もある。また、通信は、スペクトル拡散ＲＦを利用して典型的な工場環境における干渉源を克服する無線ネットワークを介して達成されてもよい。

続いて図４〜図８を参照して、視覚ユニット１６０は、エンコーダ駆動装置１７０に結合された駆動ベルト１６８によって駆動されるエンコーダ１６６も含む。この実施例では、エンコーダ駆動装置１７０は、圧縮ローラ１１８が被加工物１４２に沿って転がるときにエンコーダ駆動装置１７０が駆動ベルト１６８を介してエンコーダ１６６を駆動するように圧縮ローラ１１８と動作可能に係合している。エンコーダ１６６は、視覚コンピュータ１６４が示す生じ得る欠陥の場所を調整するために位置情報を視覚コンピュータ１６４に与える。図５に最もよく示すように、カメラ１６２が写す、圧縮ローラ１１８に近接したエリアを照射するために２つの照明源１７２がエンコーダ駆動装置１７０の両側の側面に配置される。ミラー１７４は、照明源１７２の間の中央に配置され、圧縮ローラ１１８に近接して位置決めされ、レーザ装置１７６は、カメラ１６２が写すエリアの一部を通してレーザ線１７８を投射するように位置決めされる。ミラー１７４は、圧縮ローラ１１８によって配置されているテープ１１４を撮像することと、レーザ装置１７６から投射されるレーザ線１７８の変化を検出することとを同時にカメラ１６２が行なうことができるように動作可能に位置決めされてもよい。

動作時に、ヘッドアセンブリ１１０が被加工物１４２上に複合テープ１１５を貼付けるように動かされるときに、視覚コンピュータ１６４は貼付けプロセスをモニタリングし、生じ得る製造時の欠陥についての画像をリアルタイムで分析し、画像分析の結果を中央コ
ンピュータ１５４に伝送する。上述のように、各視覚コンピュータ１６４は、画像を分析して、任意の生じ得る欠陥またはエラーが画像の中に存在するかどうかを判断し、受入／拒否決定を行なうように適合され得る。視覚コンピュータ１６４は、欠陥またはエラーが画像の中に存在するかどうかを判断し、受入／拒否決定を行なうためのさまざまな好適な方法およびアルゴリズムを使用してもよく、これらの方法およびアルゴリズムは、たとえば２００５年３月２９日にエンゲルバートらに発行された米国特許第６，８７１，６８４号に開示される方法およびアルゴリズム、ならびに以下の同時係属中の、共通に所有されている特許出願に開示される方法およびアルゴリズムを含み、これらは引用によって本明細書に援用される。同時係属中の、共通に所有されている特許出願とは、２００１年３月２８日に出願されたエンゲルバートらによる米国特許出願番号第０９／８１９，９２２号、２００３年７月２８日に出願された米国特許出願番号第１０／６２８，６９１号、２００３年１２月２日に出願されたエンゲルバートらによる米国特許出願番号第１０／７２６，０９９号、２００４年９月２１日に出願されたエンゲルバートらによる米国特許出願番号第１０／９４６，２６７号、２００４年１１月２４日に出願されたエンゲルバートらによる米国特許出願番号第１０／９０４，７２７号、および２００４年１１月２４日に出願されたエンゲルバートらによる米国特許出願番号第１０／９０４，７１９号である。

一実施例では、視覚コンピュータ１６４は、生じ得る製造時のエラーまたは欠陥を示す分析結果を中央コンピュータ１５４に伝送するが、製造時のエラーが示されなければ分析結果を伝送しない。代替的に、中央コンピュータ１５４は、視覚ユニット１６０のカメラ１６２を介して見られる画像（生じ得る欠陥のある画像もない画像も）の連続表示を受取り、維持してもよい。ヘッドアセンブリ１１０が複数の場合には、これは、各ヘッドアセンブリ１１０からのビュー表示を同時に別個のウインドウで示す分割された画面表示によって達成されてもよい。また、それは、（たとえば、図１０に示す）リストから各ヘッドアセンブリ１１０を選択することによってそのヘッドアセンブリ１１０のビュー表示を個々に表示することによってなされてもよい。

欠陥情報を受取ると、中央コンピュータ１５４は、生じ得る欠陥の座標（たとえば、ｘ−ｙ座標）についてマシンコントローラ１５２に照会でき、さらにエンコーダ１６６から位置情報を受取ることができる。中央コンピュータ１５４は次いで、視覚コンピュータ１６４が感知した欠陥に関する情報をシステムエラーファイル２００に書込むことができ、対応する画像を視覚コンピュータ１６４からアーカイブし得る。

図９は、中央コンピュータ１５４が生成する代表的なシステムエラーファイル２００である。この実施例では、システムエラーファイル２００は、生じ得る欠陥の場所に関するさまざまな情報（たとえば、日付、時刻、プライ、コース、フレーム、アクティブプログラム、現在のブロック、現在のヘッド、マシンコントローラ１５２からの座標情報、エンコーダ１６６からの位置情報など）を提供する複数のエラーファイル項目２０２を含む。１つの特定の実施例では、中央コンピュータ１５４は機械座標によって欠陥の場所の実行リストを維持し、各々の完成したプライ（または層）の端部で、中央コンピュータ１５４は実行リストをレーザ投射システム１５６に送信する。図１および図２に示すように、レーザ投射システム１５６は、生じ得る欠陥に関する情報を中央コンピュータ１５４から受取ることができ、欠陥識別子１５７を被加工物１４２上に投射することができる。レーザ投射システム１５６は、詳細な検査および行なわれる可能性のある修復のために生じ得る欠陥の場所を突き止め、生じ得る欠陥に印を付ける目的で機械座標を変換するプロセッサを含んでいてもよい。レーザ投射システム１５６は、たとえば２００４年４月１２日に出願された同時係属中の、共通に所有されている米国特許出願番号第１０／８２２，５３８号に開示される投射システムを含む任意の好適な投射システムであってもよく、この出願は引用によって本明細書に援用される。

中央コンピュータ１５４はさらに、視覚コンピュータ１６４からの対応する画像および関連するエラーファイル項目２０２をアーカイブすることができ、その後ディスプレイ装置１５８（図２）上で閲覧および検査するためにそれらを利用できるようにし得る。ディスプレイ装置１５８は、中央コンピュータ１５４によって駆動されてもよく、または代替的には、データアーカイブタスク用に中央コンピュータ１５４の処理速度を維持するために二次的なコンピュータを使用してディスプレイ装置１５８を作動させてもよい。

一実施例では、エラーファイル２００から適切なエラーファイル項目２０２を選択することによって、視覚コンピュータ１６４からの生じ得る欠陥の場所の画像がディスプレイ装置１５８に与えられる。たとえば、図１０は、図４の視覚ユニット１６０によって与えられる画像２５２を含むディスプレイ装置１５８からの代表的な画面例２５０である。画面例２５０は、生じ得る欠陥の場所に関する情報を与える、エラーファイル項目２０２に対応する複数の識別データ２５４も含む。この実施例では、ヘッドアセンブリ１１０のリスト２５６が与えられ、リスト２５６から各ヘッドアセンブリ１１０（たとえば、ヘッド３）を選択することによって、そのヘッドアセンブリ１１０からの画像を個々に見ることができる。

ここで、図１１〜図１４を参照して、製造システム１００の全体的な動作について説明する。具体的には、図１１および図１２は、較正板１８０と連動して動作中の製造システム１００の等角図であり、図１３は、被加工物１４２（図１）上で動作中の製造システム１００の等角図である。図１４は、この発明の実施例に従う製造作業を行なう方法３００を示すフローチャートである。方法３００は、ブロック３０２において形成ツール１４０に近接してヘッドアセンブリ１１０を位置決めすることと、ブロック３０４においてヘッドアセンブリ１１０の動作を開始させることと、ブロック３０６において移動プラットホーム１３０を使用してヘッドアセンブリ１１０の移動を開始させることとを含む。ブロック３０８において、繊維強化複合テープ１１５が形成ツール１４０に（または、以前に貼付けられた被加工物１４２の層に）貼付けられる。

ブロック３１０において、テープの貼付け（ブロック３０８）と同時に、視覚ユニット１６０を用いて検査が行なわれる。より具体的には、第１の動作モードにおいて、視覚ユニット１６０は、レーザストライピングモードで動かされて、最近貼付けられたテープの部分と以前に貼付けられたテープの部分との間に間隙を検出する。（前に引用によって本明細書に援用された）上で参照した発行済み特許および係属中の特許出願にさらに十分に記載されるように、レーザストライピング動作モードでは、レーザ装置１７６からのビームはレンズシステムによって調節されて、複数の横縞１８２を形成する。図１１に示すように、横縞１８２は、カメラ１６２によってモニタリングされるエリアの少なくとも一部の上に投射される。図１１に示す例では、横縞１８２は較正板１８０の上に投射されるが、実際の製造作業中には、横縞１８２は図１３に示すように被加工物１４２の上に投射される。複数の較正溝１８４が較正板１８０（図１１および図１２）の表面に形成される。横縞１８２が溝１８４のうちの１つと交わるときに、横縞１８２における切れ目（または凹凸または間隙表示）１８６が明らかになる。同様に、被加工物１４２上では、最近貼付けられたテープの部分と以前に貼付けられたテープの部分との間に生じ得る間隙も間隙表示１８６として現われる。実際の製造作業中には、このような間隙表示１８６は、カメラ１６２が取得した画像を分析する間に視覚コンピュータ１６４によって検出され、対応するエラーメッセージが生成されて、間隙が検出されたことを知らせる。

代替的に、視覚ユニット１６０を使用して行なわれる検査（ブロック３１０）中に、（異物および破片（foreign objects and debris）（ＦＯＤ）を含む）欠陥が第２のまたは「照射」動作モードを使用して検出されてもよい。やはり、（前に引用によって本明細書に援用された）上で参照した発行済み特許および係属中の特許出願にさらに十分に記載さ
れるように、照射動作モードにおいて、照明源１７２を起動して、カメラ１６２によってモニタリングされるエリアを明るく照射する。たとえば、図１２は、照射動作モードにおいて較正板１８０上で動作する照明源１７２を示す。視覚コンピュータ１６４は、切れ目についての結果として生じる画像を反射光強度の点で分析し、１つ以上の予め定められた基準に基づいて欠陥（たとえば、バンプ、波形、むらなど）が較正板１８０上（または被加工物１４２上）に存在するかどうかを判断する。１つ以上の予め定められた基準は、たとえば、推定されるエリアによって規定されてもよい。推定されるエリアを満たすまたは推定されるエリアを超えるエリアを有する、反射光強度の点で検出された切れ目はいずれも欠陥として分類することができ、対応するエラー指標メッセージが視覚コンピュータ１６４によって返され得る。

続いて図１４を参照して、判断ブロック３１２において、方法３００は、視覚ユニットを使用して行なわれた検査（ブロック３１０）が結果として欠陥を検出したかどうかを判断する。検出していなければ、方法３００は判断ブロック３２０に進み、製造作業が完了しているかどうかを判断する。製造作業が完了していなければ、方法３００はブロック３０８に戻り、繊維強化複合テープの貼付けおよび検査の実施（ブロック３１０）を続け、必要に応じてこれらの作業を繰返す。

代替的に、ブロック３１２において欠陥が判断されると、次いでブロック３１４において、欠陥に関連する情報が中央コンピュータ１５４（図２）に出力される。ブロック３１６において、投射システム１５６を使用して生じ得る欠陥のエリアを照射でき、ブロック３１８において、必要であれば生じ得る欠陥のエリアをさらに検査、分析および修復できる。方法３００は次いで判断ブロック３２０に進み、製造作業が完了しているかどうかを判断し、製造作業が完了していなければ、方法３００はブロック３０８に戻り、繊維強化複合テープの貼付けおよび検査の実施（ブロック３１０）を続け、必要に応じてこれらの作業を繰返す。製造作業が完了していれば、次いでブロック３２２において方法３００は終了する。

この発明に従うシステムおよび方法の実施例は、先行技術に勝る大幅な利点を提供し得る。たとえば、ヘッドアセンブリ１１０が、検査を行なうためのそれ自体の専用の視覚ユニット１６０を含んでいるので、ヘッドアセンブリ１１０が同時に製造作業を行なっているときに被加工物１４２の異なる領域上で工程中検査を同時に行なうことができる。ヘッドアセンブリ１１０間で検査ハードウェアを移動させる必要性を低減または排除することによって、視覚ユニット１６０は製造システム１００のダウンタイムを有利に低減する。また、中央コンピュータ１５４は、視覚コンピュータ１６４による画像の取得、画像の分析および意思決定のタスクから解放されたので、ヘッドアセンブリ１１０による材料の配置および検査の速度に歩調を合わせるように比較的迅速に他のタスク（たとえば、アーカイブタスク）を行なうことができる。

この発明に従うさまざまな実施例を考案できること、ならびにこの発明が上述のおよび添付の図面に示す特定の実施例に限定されないことが理解される。たとえば、代替的な実施例では、中央コンピュータ１５４およびマシンコントローラ１５２（図２）の機能は単一のコンピュータに組合せられてもよい。同様に、ディスプレイ１５８は中央コンピュータ１５４またはマシンコントローラ１５２と統合されてもよい。もちろん、さまざまな他の構成要素を組合せることによってさまざまな他の実施例を考案してもよい。

さらに、この発明の実施例は、幅広い種々の製品用の幅広い種々の構成要素を製造するための幅広い種々の製造アプリケーションで使用されてもよい。たとえば、図１に示す製造システム１００では、形成ツール１４０は管状の細長い被加工物１４２の形成に適合される。１つの具体的な実施例では、被加工物１４２は、イリノイ州シカゴのボーイング・
カンパニー（The Boeing Company）から市販されている７８７型旅客機などの航空機の胴体部分である。しかしながら、この発明の代替的な実施例は、民間航空機および軍用機、回転翼航空機、ミサイルまたは他のタイプの飛行体のための他の構成要素、ならびにボート、自動車、トラックおよび他のタイプの地上車両および他の所望の構造のための構成要素を含むさまざまな他の製品用の複合部品を製造するために利用されてもよいことが理解される。

さらに、開示された実施例は繊維強化複合テープを貼付け、並べるように適合されるように記載してきたが、代替的な実施例では、この発明に従う視覚検査ユニットを有するヘッドアセンブリは他のタイプの製造作業を行なうための他のタイプのツールを備えていてもよいことが理解され得る。たとえば、代替的な実施例では、この発明に従うアセンブリは、リベッタ、溶接機、レンチ、クランプ、サンダー、釘打ち機、スクリュガン、機械的および電磁的なデントプラー、ならびに事実上他の所望のタイプの製造ツールおよび測定機器を含んでいてもよい。

この発明の実施例を上に示し、記載してきたが、この発明の精神および範囲から逸脱することなく多くの変更がなされ得る。したがって、この発明の範囲はこれらの実施例を開示することによって限定されるものではない。その代わりに、この発明はもっぱら以下の特許請求の範囲を参照することによって決定されるべきである。

この発明の実施例に従う複合部品を製造するためのシステムの等角図である。 図１の製造システムの検査システムの概略図である。 図１の製造システムのヘッドアセンブリの側面図である。 図１の製造システムの視覚ユニットの拡大等角図である。 図４の視覚ユニットの後部正面図である。 図４の視覚ユニットの側面図である。 図３のヘッドアセンブリを含む製造システムの一部の第１の等角図である。 図３のヘッドアセンブリを含む製造システムの一部の第２の等角図である。 この発明の実施例に従う図１の製造システムが生成するシステムエラーファイルである。 この発明のさらに別の実施例に従う図４の視覚ユニットによって与えられる代表的な画像である。 較正板と連動した第１の動作モードにおける製造システムの等角図である。 較正板と連動した第２の動作モードにおける製造システムの等角図である。 図１の被加工物上で動作中の製造システムの等角図である。 この発明の実施例に従う製造作業を行なう方法を示すフローチャートである。

Claims (22)

1. 被加工物上で製造作業を行なうように適合されるヘッドアセンブリであって、
   前記被加工物に対して移動可能であり、かつ、前記被加工物上で前記製造作業を行なうように適合されるツールと、
   前記ツールに近接して動作可能に位置決めされ、かつ、前記被加工物に対して前記ツールとともに移動可能な検査ユニットとを備え、前記検査ユニットは、前記被加工物上で前記製造作業が行なわれるのと同時に、前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物のある部分の視覚検査を行なうように適合される、ヘッドアセンブリ。
2. 前記視覚検査は、ストライピングプロセスおよび照射プロセスのうちの少なくとも１つを含む欠陥検出プロセスを含む、請求項１に記載のヘッドアセンブリ。
3. 前記ツールは、前記被加工物上へのテープの貼付けを行なうように適合され、前記視覚検査は、最近貼付けられたテープの部分と以前に貼付けられたテープの部分との間の間隙、バンプ、波形、むら、異物および破片のうちの少なくとも１つを検出することを含む、請求項１に記載のヘッドアセンブリ。
4. 前記ツールは、
   複合材料からなるテープの供給部を支持するように適合されるスピンドルと、
   前記供給部から前記被加工物上に前記テープを送るように適合されるフィードアセンブリとを含み、前記フィードアセンブリは、前記被加工物上に前記テープを貼付けるように適合される回転可能な圧縮ローラを有する、請求項１に記載のヘッドアセンブリ。
5. 前記検査ユニットは、
   前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物の部分を含むエリアを少なくとも部分的にモニタリングするように適合されるカメラと、
   前記カメラに動作可能に結合され、かつ、前記カメラから画像を受取り、前記画像を分析して、前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の欠陥の存在を判断するように適合されるプロセッサとを含む、請求項１に記載のヘッドアセンブリ。
6. 前記ツールは、
   テープ供給部から前記被加工物上にテープを送るように適合されるフィードアセンブリを含み、前記フィードアセンブリは、前記被加工物上に前記テープを貼付けるように適合される回転可能な圧縮ローラを有し、前記検査ユニットは、
   前記圧縮ローラと係合しかつ前記圧縮ローラによって回転可能な駆動ローラと、
   駆動部材によって前記駆動ローラに動作可能に結合されるエンコーダとをさらに含み、前記エンコーダは前記プロセッサに位置表示を与えるように適合される、請求項５に記載のヘッドアセンブリ。
7. 前記検査ユニットは、
   前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の前記被加工物上に少なくとも１つのレーザストライプを与えるように適合されるレンズアセンブリを有するレーザ、および
   前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の前記被加工物を照射するように適合される照射源のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項５に記載のヘッドアセンブリ。
8. 被加工物上で製造作業を行なうように適合されるシステムであって、
   前記被加工物上で前記製造作業を行なうように適合される少なくとも１つのヘッドアセ
   ンブリと、
   前記少なくとも１つのヘッドアセンブリに結合される移動プラットホームとを備え、前記移動プラットホームは、前記被加工物に近接して前記ヘッドアセンブリを動作可能に位置決めし、かつ、前記被加工物に近接した移動経路に沿って前記ヘッドアセンブリを系統立てて移動させるように適合され、前記ヘッドアセンブリは、
   前記被加工物に対して移動可能であり、かつ、前記被加工物上で前記製造作業を行なうように適合されるツールと、
   前記ツールに近接して動作可能に位置決めされ、かつ、前記被加工物に対して前記ツールとともに移動可能な検査ユニットとを含み、前記検査ユニットは、前記被加工物上で前記製造作業が行なわれるのと同時に、前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物のある部分の視覚検査を行なうように適合される、システム。
9. 製造プロセス中に前記被加工物を支持するように適合される形成ツールをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
10. 前記移動プラットホームは、前記移動プラットホームおよび前記ヘッドアセンブリの移動ならびに機能を命じて、自動化された製造作業および半自動化された製造作業のうちの少なくとも１つを行なうように適合されるコントローラを含む、請求項８に記載のシステム。
11. 前記ツールは前記被加工物上へのテープの貼付けを行なうように適合され、前記視覚検査は、最近貼付けられたテープの部分と以前に貼付けられたテープの部分との間の間隙、バンプ、波形、むら、異物および破片のうちの少なくとも１つを検出することを含む、請求項８に記載のシステム。
12. 前記少なくとも１つのヘッドアセンブリは複数のヘッドアセンブリを備え、前記システムは、前記ヘッドアセンブリに動作可能に結合され、かつ、１つ以上の欠陥表示および対応する画像を前記ヘッドアセンブリから受取り、前記１つ以上の欠陥表示および対応する画像をアーカイブするように適合される中央コンピュータをさらに備える、請求項８に記載のシステム。
13. 前記中央コンピュータに動作可能に結合され、かつ、前記１つ以上の欠陥表示に対応する位置情報を受取り、前記１つ以上の欠陥表示に対応する場所の前記被加工物上に欠陥識別子を投射するように適合される投射システムをさらに備える、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記ツールは、
    複合材料からなるテープの供給部を支持するように適合されるスピンドルと、
    前記供給部から前記被加工物上に前記テープを送るように適合されるフィードアセンブリとを含み、前記フィードアセンブリは、前記被加工物上に前記テープを貼付けるように適合される回転可能な圧縮ローラを有する、請求項８に記載のシステム。
15. 前記検査ユニットは、
    前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物の部分を含むエリアを少なくとも部分的にモニタリングするように適合されるカメラと、
    前記カメラに動作可能に結合され、かつ、前記カメラから画像を受取り、前記画像を分析して、前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の欠陥の存在を判断するように適合されるプロセッサとを含む、請求項８に記載のシステム。
16. 前記ツールは、
    テープ供給部から前記被加工物上にテープを送るように適合されるフィードアセンブリを含み、前記フィードアセンブリは、前記被加工物上に前記テープを貼付けるように適合される回転可能な圧縮ローラを有し、前記検査ユニットは、
    前記圧縮ローラと係合しかつ前記圧縮ローラによって回転可能な駆動ローラと、
    駆動部材によって前記駆動ローラに動作可能に結合されるエンコーダとをさらに含み、前記エンコーダは、前記プロセッサに位置表示を与えるように適合される、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記検査ユニットは、前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の前記被加工物上に少なくとも１つのレーザストライプを与えるように適合されるレンズアセンブリを有するレーザ、および前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の前記被加工物を照射するように適合される照射源のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
18. 被加工物上で製造作業を行なう方法であって、
    前記被加工物に対して移動可能なツールを使用して前記被加工物のある部分上で前記製造作業を行なうことと、
    前記製造作業を行なうのと同時に、前記ツールに近接して位置決めされかつ前記被加工物に対して前記ツールとともに移動可能な検査ユニットを使用して、前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物の部分の少なくとも一部の視覚検査を行なうこととを備える、方法。
19. 視覚検査を行なうことは、ストライピングプロセスおよび照射プロセスのうちの少なくとも１つを含む欠陥検出プロセスを行なうことを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 視覚検査を行なうことは、検査ユニットを使用して欠陥検出プロセスを行なうことを含み、前記検査ユニットは、
    前記ツールが前記製造作業を行なった前記被加工物の部分を含むエリアを少なくとも部分的にモニタリングするように適合されるカメラと、
    前記カメラに動作可能に結合され、かつ、前記カメラから画像を受取り、前記画像を分析して、前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の欠陥の存在を判断するように適合されるプロセッサとを含む、請求項１８に記載の方法。
21. 前記製造作業を行なうことは、前記被加工物上へのテープの貼付けを行なうことを含み、視覚検査を行なうことは、最近貼付けられたテープの部分と以前に貼付けられたテープの部分との間の間隙、バンプ、波形、むら、異物および破片のうちの少なくとも１つを含む欠陥を検出することを含む、請求項１８に記載の方法。
22. 視覚検査を行なうことは、カメラによってモニタリングされるエリア内の前記被加工物上に少なくとも１つのレーザストライプを与えるように適合されるレンズアセンブリを有するレーザを動かすこと、および前記カメラによってモニタリングされる前記エリア内の前記被加工物を照射するように適合される照射源を動かすことのうちの少なくとも１つを含む、欠陥を検出することを含む、請求項１８に記載の方法。

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