JP2010000693A - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外観検査における精度を向上すると共に、高速化を可能とする。
【解決手段】繊維束をマンドレルに巻き付けた巻付けマンドレルＭ２の輪郭形状を形状データとして取得する取得部６２，６１ａと、基準の輪郭形状を基準データとして記憶する記憶部６１ｂと、形状データと基準データとを比較する比較部６１ｃと、比較部の比較結果に基づいて、巻付けマンドレルＭ２の輪郭形状の良否を判定する判定部６１ｄとを備えた。
【選択図】図８

Description

本発明は、フープ巻及びヘリカル巻で繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置に関する。

フィラメントワインディング装置は、フィラメントワインディング法によって、圧力タンク等の中空容器及びパイプ等を製造する装置である（例えば特許文献１）。フィラメントワインディング法は、繊維束をマンドレル（ライナー）に巻き付けて製造物（圧力タンク等）を製造する。繊維束は、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂を用いた繊維材料からなる。

フィラメントワインディング装置は、ヘッド部から繰り出される繊維束をマンドレルに巻き付ける。ヘッド部は、フープ巻で巻き付けるフープ巻ヘッド、ヘリカル巻で巻き付けるヘリカル巻ヘッドを備える。フープ巻は、マンドレルの軸方向に対して略直角に繊維束を巻き付ける（図７（ａ））。ヘリカル巻は、マンドレルの軸方向に対して所定の角度で繊維束を巻き付ける（図７（ｂ）及び（ｃ））。

そして、繊維束を巻き付けた巻付けマンドレルについて、形状的な異常や巻き崩れなどが生じていないかの外観検査は、作業者が手作業で行う。作業者は、ノギスやハイトゲージ等を用いて外観寸法を測定したり、巻き崩れや異常などを目視で検査する。しかし、作業者による目視検査等では、判断ミスやバラつきが生じることがある。さらに、作業者の目視検査では、検査ごとに装置を停止する必要があり、また、手作業のため検査に時間がかかるので、高速化できない。
特許第３６７１８５２号

本発明が解決しようとする課題は、上記した問題点に鑑みて、外観検査における精度を向上すると共に、高速化を可能とするフィラメントワインディング装置を提供することである。

本発明に係るフィラメントワインディング装置は、
繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
繊維束をマンドレルに巻き付けた巻付けマンドレルの輪郭形状を形状データとして取得する取得部と、
基準の輪郭形状を基準データとして記憶する記憶部と、
形状データと基準データとを比較する比較部と、
比較部の比較結果に基づいて、巻付けマンドレルの輪郭形状の良否を判定する判定部と、を備えた。

好ましくは、取得部は、所定位置から巻付けマンドレルまでの距離を計測する計測部を備え、計測部の計測結果に基づいて形状データを取得する。

好ましくは、取得部は、巻付けマンドレルの輪郭形状を撮像する撮像部と、撮像部の撮像画像を処理する画像処理部とを備え、画像処理部の処理結果に基づいて形状データを取得する。

好ましくは、巻付けマンドレルを回転する回転機構と、取得部で形状データを取得しながら、回転機構で巻付けマンドレルを回転する制御部とを備えている。

本発明に係るフィラメントワインディング装置によれば、取得部で巻付けマンドレルの輪郭形状を形状データとして取得して、比較部で形状データと基準データとを比較することによって、判定部で巻付けマンドレルの輪郭形状の良否を判定する。

従って、本発明に係るフィラメントワインディング装置は、作業者による目視検査ではなく、形状データと基準データとの比較によって、判定部が輪郭形状の良否を判定するので、検査判断のミスやバラつきが生じることなく、さらに、作業者よりも短時間に判定できるので、生産ラインの高速化及び自動化を可能とし、生産効率及び検査精度を向上することができる。

以下、図面に基づいて、本発明に係るフィラメントワインディング装置及び方法について説明する。

［装置構成］
図１は、フィラメントワインディング装置を示す一部省略斜視図である。フィラメントワインディング装置は、巻付け装置１と供給部２とを備える。

巻付け装置１は、マンドレルＭに繊維束Ｒを巻き付ける。供給部２は、クリール支持部２１，２１に複数のクリール２０を備える。クリール２０は、繊維束Ｒを巻き取って収納している。

繊維束Ｒは、例えば、ガラス繊維等の繊維材料や合成樹脂を用いた繊維材料からなる。供給部２は、各クリール２０から引き出された繊維束Ｒを巻付け装置１へ供給する。

繊維束Ｒは、予め熱硬化性の合成樹脂材が含浸されている。なお、繊維束Ｒは、樹脂が含浸されていない場合もある。その場合は、巻付け装置１と供給部２との間に、樹脂含浸装置（図示略）が設けられており、樹脂含浸装置が、クリール２０から引き出された繊維束Ｒに樹脂を塗布して、巻付け装置１へ供給する。

巻付け装置１の両側（図手前及び奥）には、複数のマンドレルＭ（Ｍ１，Ｍ２）が並べれらている。巻付け装置１の前方側（図手前）には、巻付け前のマンドレルＭ１が、後方側（図奥）には、巻付け装置１により繊維束Ｒを巻付けた後のマンドレルＭ２が並べられる。そして、巻付け装置１の一端側（図左）に、マンドレルＭ１，Ｍ２が配置される。

［巻付け装置］
図２は、図１の巻付け装置を示す拡大斜視図である。巻付け装置１は、機台１０を備える。機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の平行な第一ガイドレール部１０ａ，１０ａを備える。巻付け装置１は、機台１０にマンドレル移動台１１を備える。マンドレル移動台１１は、第一ガイドレール１０ａ，１０ａに沿って長手方向１ａに往復移動可能である。

マンドレルＭは、マンドレル軸方向Ｍｃに延設されたマンドレル用スピンドルＳを備える。マンドレル移動台１１は、両側の回転機構１１１でスピンドルＳを回転支持する。回転機構１１１は、スピンドルＳと共にマンドレルＭを中心軸周りに回転する。

圧力タンクを製造する場合、マンドレルＭは、高強度アルミニウム製、金属製、樹脂製等で形成され、円筒部Ｍａとその両側のドーム部Ｍｂとを有する形状である（図７）。スピンドルＳは、マンドレルＭに着脱可能に固定される。機台１０の長手方向１ａは、マンドレル軸方向Ｍｃとなる。なお、マンドレルＭは、製造物に応じて材料や形状等を変更可能である。

巻付け装置１は、フープ巻ヘッド１２と、ヘリカル巻ヘッド１３とを備える。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをフープ巻で巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭに対して繊維束Ｒをヘリカル巻で巻き付ける。

巻付け装置１は、制御部６によって駆動を制御される。制御部６は、マンドレル移動台１１の往復移動、マンドレルＭの回転、フープ巻ヘッド１２の往復移動、ボビン１２ｂの旋回等を制御する。また、制御部６は、後述するマンドレル移動台１１の側壁部１１ｂ，１１ｂの駆動を制御する。

フープ巻ヘッド１２は、本体フレーム１２ａを備える。本体フレーム１２ａは、中央に開口する挿通部１２ｄを備える。フープ巻ヘッド１２は、挿通部１２ｄを通じてマンドレルＭを挿通する。

機台１０は、長手方向１ａに延設された一対の第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂを平行に備える。フープ巻用ヘッド１２は、移動ベース１２ｆを備え、第二ガイドレール１０ｂ，１０ｂに沿って長手方向１ａに往復移動する。これにより、フープ巻用ヘッド１２は、挿通部１２ｄにマンドレルＭを挿通した状態で往復移動する。

フープ巻ヘッド１２は、繊維束Ｒを巻き取り収納する複数（例えば２〜４本）のボビン１２ｂを備える。後述する通り、フープ巻ヘッド１２は、旋回機構１２０を備える。旋回機構１２０は、ボビン１２ｂをマンドレル周方向Ｍｄに旋回する。旋回するボビン１２ｂから繰り出される繊維束Ｒは、マンドレルＭに巻き付けられる。

ヘリカル巻ヘッド１３は、本体フレーム１３ａを備える。本体フレーム１３ａは、中央に開口する挿通部１３ｄを備える。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄを通じてマンドレルＭを挿通する。ヘリカル巻ヘッド１３は、機台１０の長手方向１ａの中央部に位置固定されている。

ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄにマンドレルＭを挿通した状態で、マンドレル移動台１１が往復移動する。これにより、ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭに対して長手方向１ａに相対的に往復移動する。

ヘリカル巻ヘッド１３は、供給部２から引き出される繊維束ＲをマンドレルＭに巻き付ける。ヘリカル巻ヘッド１３は、挿通部１３ｄの周囲に、マンドレル周方向Ｍｄに沿って延設された環状のガイドリング部１５を備える。本体フレーム１３ａは、ガイドリング部１５の両側にテンション部１３ｂを備える。さらに、ヘリカル巻ヘッド１３は、本体フレーム１３ａの両側にガイドローラ１３ｃを備える。

ヘリカル巻ヘッド１３は、クリール２０から引き出された繊維束Ｒをガイドローラ１３ｃ，１３ｃでガイドして、テンション部１３ｂ，１３ｂへ導く。テンション部１３ｂ，１３ｂは、繊維束Ｒに所定の樹脂と張力を付与する。テンション部１３ｂ，１３ｂが繊維束Ｒに所定の張力を与えることにより、繊維束ＲをしっかりとマンドレルＭに巻き付けることができる。

［ヘリカル巻ヘッド］
図３は、ヘリカル巻ヘッド１３を示す正面図である。ヘリカル巻ヘッド１３は、リング状の複数の補助ガイド１３ｅを備えている。補助ガイド１３ｅは、ガイドリング部１５の外側に沿って配置されている。

クリール２０から引き出される繊維束Ｒは、ヘリカル巻ヘッド１３の両側からガイドローラ１３ｃを通じてテンション部１３ｂへ供給される。複数の繊維束Ｒは、テンション部１３ｂから各補助ガイド１３ｅを経て、ガイドリング部１５へ案内される。さらに、複数の繊維束Ｒは、ガイドリング部１５に沿って設けられた複数のガイド孔１５ａを経て、マンドレルＭに案内される。

［開繊ガイド］
図４は、開繊ガイドを示す斜視図である。開繊ガイド１６は、ヘリカル巻ヘッド１３のガイドリング部１５の内側に、ガイド孔１５ａ毎に設けられている。開繊ガイド１６は、一対の回転自在な開繊ローラ１６ａ，１６ａを備える。

開繊ローラ１６ａ，１６ａは、ガイド孔１５ａの径方向に平行に設けられる。開繊ガイド１６は、ガイド孔１５ａの中心周りに回転自在な回転ベース１６ｂを備えている。回転ベース１６ｂは、開繊ローラ１６ａ，１６ａを支持する。

開繊ガイド１６は、一対の開繊ローラ１６ａ，１６ａの間に繊維束Ｒが挿通する。これにより、開繊ガイド１６は、マンドレルＭへの繊維束Ｒの巻付け角度θが変わっても自在に回転して、開繊ローラ１６ａ，１６ａで繊維束Ｒを開繊状態（幅を広げた状態）にしてマンドレルＭに巻き付けることができる。

［フープ巻ヘッド等］
図５は、巻付け装置を示す一部側面図である。図６は、マンドレル軸方向から見た一部正面図で、（ａ）はフープ巻ヘッド、（ｂ）はヘリカル巻ヘッドである。

［旋回機構］
図５及び図６（ａ）に示す通り、フープ巻ヘッド１２は、ボビン１２ｂをマンドレルＭの周りに旋回する旋回機構１２０を備える。旋回機構１２０は、回転盤１２ｃを備える。回転盤１２ｃは、本体フレーム１２ａに対して回転自在に支持される。回転盤１２ｃは、本体フレーム１２ａと同様に挿通部１２ｄを有し、マンドレルＭを挿通する。回転盤１２ｃは、マンドレルＭの周りを回転する。

ボビン１２ｂは、回転盤１２ｃに回転自在に支持される。旋回機構１２０は、モーター等からなるボビン回転駆動部１２ｅを備える。旋回機構１２０は、ボビン回転駆動部１２ｅの回転軸に連結されたプーリー１２ｈを備える。回転盤１２ｃ及びプーリー１２ｈは、無端ベルト１２ｇを介して連結される。

フープ巻ヘッド１２は、ボビン回転駆動部１２ｅを駆動することによって、プーリー１２ｈを回転し、無端ベルト１２ｇを介して回転盤１２ｃを回転する。これにより、ボビン１２ｂは、自転しながらマンドレルＭの周りを公転して、マンドレルＭに繊維束Ｒを繰り出し巻き付ける。

なお、ボビン旋回機構１２０は、上記したベルト方式の機構に限らず、歯車方式等の機構を採用できる。

［回転機構］
図５に示す通り、マンドレル移動台１１は、マンドレルＭを中心軸周りに回転するための回転機構１１１を備える。回転機構１１１は、モーター等からなるマンドレル回転駆動部１１ａを備える。マンドレル回転駆動部１１ａは、その回転軸の端部にチャック部１１ｃを有する。チャック部１１ｃは、マンドレル用スピンドルＳをスプライン結合等で回転規制に着脱可能である。

回転機構１１１は、マンドレル回転駆動部１１ａを駆動することにより、チャック部１１ｃに連結されたマンドレル用スピンドルＳを介して、マンドレルＭを中心軸周りに回転する。

［移動機構］
図５では、機台１０は二点鎖線で示され、その内部構造が実線で示されている。機台１０は、マンドレルＭを長手方向１ａに往復移動するためのマンドレル移動機構１０１と、フープ巻ヘッド１２を長手方向１ａに往復移動するためのフープ巻ヘッド移動機構１２１とを備える。

マンドレル移動機構１０１は、モーター等からなるマンドレル移動駆動部１０ｃを備える。マンドレル移動機構１０１は、長手方向１ａに延設されたマンドレル用ボールねじ軸１０ｄを備える。マンドレル用ボールねじ軸１０ｄは、マンドレル移動駆動部１０ｃに連結されており、マンドレル移動駆動部１０ｃの駆動で回転する。

マンドレル移動機構１０１は、マンドレル用ボールねじ軸１０ｄに螺合されたマンドレル用ボールナット１０ｅを備える。マンドレル用ボールナット１０ｅは、マンドレル移動台１１に連結されている。

従って、マンドレル用ボールねじ軸１０ｄが正逆回転して、マンドレル用ボールナット１０ｅがボールねじ軸１０ｄ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する。そして、マンドレル用ボールナット１０ｅに連結されたマンドレル移動台１１は、第１ガイドレール部１０ａ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する（図２）。

フープ巻ヘッド移動機構１２１は、モーター等からなるフープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆを備える。フープ巻ヘッド移動機構１２１は、長手方向１ａに延設されたフープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇを備える。フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇは、フープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆに連結されており、フープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆの駆動で回転する。

フープ巻ヘッド移動機構１２１は、フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇに螺合されたフープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈを備える。フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈは、フープ巻ヘッド１２の移動ベース１２ｆに連結されている。

従って、フープ巻ヘッド用ボールねじ軸１０ｇが正逆回転して、フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈがボールねじ軸１０ｇ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する。そして、フープ巻ヘッド用ボールナット１０ｈに連結されたフープ巻ヘッド１２（移動ベース１２ｆ）が、第２ガイドレール部１０ｂ（長手方向１ａ）に沿って往復移動する（図２）。

なお、マンドレル移動機構１０１及びフープ巻ヘッド移動機構１２１は、上記したボールねじ方式の機構に限らず、アクチュエータ方式等の機構を採用できる。

［制御部］
制御部６は、ボビン回転駆動部１２ｅ、マンドレル回転駆動部１１ａ、マンドレル移動駆動部１０ｃ及びフープ巻ヘッド移動駆動部１０ｆに接続されている。これにより、制御部６は、予め設定された駆動データ或いは入力される駆動データに基づいて、旋回機構１２０、回転機構１１１、マンドレル移動機構１０１及びフープ巻ヘッド移動機構１２１を制御する。

［フープ巻・ヘリカル巻］
図６（ａ）に示す通り、フープ巻を行う間、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの周りを正方向６０ａ（図時計回り）に旋回する。フープ巻を行う間、マンドレルＭの回転は停止する。

図６（ｂ）に示す通り、ヘリカル巻を行う間、マンドレルＭは、マンドレル中心軸周りに逆方向６０ｂ（図反時計回り）に回転する。また、ヘリカル巻を行う間、後述するが、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの周りを逆方向６０ｂ（図反時計回り）に旋回する（図６（ａ））。

図７は、フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。図７（ａ）に示すように、フープ巻は、マンドレル軸方向Ｍｃに対して略直角に繊維束Ｒを巻き付ける。図７（ｂ）・（ｃ）に示すように、ヘリカル巻は、マンドレル軸方向Ｍｃに対して所定の角度θ（θ１，θ２）で繊維束Ｒを巻き付ける。前述の通り、フープ巻ヘッド１２により、フープ巻が行われ、ヘリカル巻ヘッド１３により、ヘリカル巻が行われる。

［検査機構］
（第１実施形態）
図８は、第１実施形態の検査機構を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
図８（ａ）に示す通り、フィラメントワインディング装置は、計測部（取得部）６２を備える。計測部６２は非接触式の光学式センサーからなる。計測部６２は、垂直方向に延設された支持アーム６２ａに支持される。計測部６２は、天井部Ｔに設けられたガイドレール（図示略）に沿って、水平方向に移動自在な移動ベース６２ｂを備える。移動ベース６２ｂは、制御部６によって駆動制御される。

計測部６２は、被検査物である巻付けマンドレルＭ２の上方に所定距離を置いて配置される。計測部６２は、支持アーム６２ａで水平な天井部Ｔから一定距離Ｔ１を保持される。そして、計測部６２は、移動ベース６２ｂを介して、長手方向１ａ（軸方向Ｍｃ）に沿って移動する。
なお、「巻付けマンドレルＭ２」は、最終製品となるマンドレルだけでなく、繊維束Ｒが巻き付けられたマンドレルＭであって、各巻付け工程後や途中段階のマンドレルも含むものである。

図８（ｂ）に示す通り、計測部６２は、垂直方向にレーザー光を照射して、計測部６２から巻付けマンドレルＭ２までの距離６２０を計測する。計測部６２で距離６２０を計測しながら、計測部６２の位置を停止した状態で、巻付けマンドレルＭ２を軸方向中心に一回転する。

これにより、所定位置における巻付けマンドレルＭ２の一周囲の形状を認識できる。そして、計測部６２を、長手方向１ａ（Ｍｃ）に所定ピッチＰ（例えば０．５〜１０ｍｍ）だけ移動して停止する。その位置で、計測部６２で距離６２０を計測しながら、巻付けマンドレルＭ２を一回転する。これを繰り返し行うことにより、所定ピッチＰごとにおける、巻付けマンドレルＭ２の周囲の形状を認識できる。

図８（ａ）に示す通り、フィラメントワインディング装置は、演算手段６１を備える。演算手段６１は、計測部６２からのデータを取得して、判定結果に基づいて、所定の駆動を行うように制御部６に制御信号を出力する。

図８（ｂ）に示す通り、演算手段６１は、計測データ記憶部６１ａを備える。計測データ記憶部６１ａは、計測部６２に接続される。計測部６２は、例えば、レーザー光を照射して反射光を検出するまでの時間を測定して、巻付けマンドレルＭ２までの距離６２０を測定する。計測データ記憶部６１ａは、距離６２０を所定時間間隔で取り込んで記憶する。これにより、巻付けマンドレルＭ２の輪郭（周囲）を形状データとして取得する。

演算手段６１は、基準データ記憶部６１ｂを備える。基準データ記憶部６１ｂは、予め設定された、所定ピッチＰごとにおける巻付けマンドレルＭ２の輪郭（周囲）の基準データが記憶される。基準データは、予め検査に合格した巻付けマンドレルＭ２を計測して取得したり、設計データに基づいて取得する。

演算手段６１は、比較部６１ｃを備える。比較部６１ｃは、計測データ記憶部６１ａ及び基準データ記憶部６１ｂから形状データ及び基準データを所定時間間隔で取得する。そして、比較部６１ｃは、形状データと基準データとを比較して差データを演算する。

演算手段６１は、判定部６１ｄを備える。判定部６１ｄは、比較部６１ｃからの差データを取得して、差データが予め設定した許容範囲内か否か（良否）を判別して、許容範囲外のときに、巻付けマンドレルＭ２の輪郭形状が異常であると判定し、所定のエラー信号を制御部６に出力する。

フィラメントワインディング装置は、作業者に異常を知らせるアラーム等の報知手段６５を備える。演算手段６１からのエラー信号を取得した制御部６は、フィラメントワインディング装置の駆動を停止すると共に、報知手段６５を起動する。これにより、作業者は、巻付けマンドレルＭ２の巻き崩れなどの形状異常を認識して、所定の作業を行う。

なお、測定部６２を長手方向１ａ（Ｍｃ）に移動しながら、巻付けマンドレルＭ２を回転して、距離６２０を計測することにより、巻付けマンドレルＭ２の輪郭形状を螺旋状に検査することもできる。

測定部６２は、光学式センサーの他に磁界式及び音波式の非接触センサーを適用することができる。さらに、測定部６２は、ローラー等を巻付けマンドレルＭ２に接触して、距離６２０を計測する、接触式の変位計を適用することもできる。巻付けマンドレルＭ２における繊維の種類及び検査精度等を考慮して、測定部６２の種類を選択できる。

（第２実施形態）
図９は、第２実施形態の検査機構を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
第２実施形態の検査機構について説明するが、上記第１実施形態と同様の構成については説明を省略する。

図９（ａ）に示す通り、フィラメントワインディング装置は、撮像部（取得部）６３を備える。撮像部６３はＣＣＤカメラ等からなる。撮像部６３は、垂直方向に延設された支持アーム６３ａに支持される。撮像部６３は、天井部Ｔに設けられたガイドレール（図示略）に沿って、水平方向に移動自在な移動ベース６３ｂを備える。移動ベース６３ｂは、制御部６によって駆動制御される。

図９（ａ）及び（ｂ）に示す通り、撮像部６３は、巻付けマンドレルＭ２の側面全体を撮像して全体画像６３０を取得する。そして、巻付けマンドレルＭ２を所定ピッチ角Ｐθ（例えば０．５〜１０度）だけ回転する。この状態で、撮像部６３で全体画像６３０を取得する。これを繰り返し行うことにより、所定ピッチ角Ｐθごとにおける、巻付けマンドレルＭ２の全面の輪郭画像を取得する。

図９（ｂ）に示す通り、撮像部６３は、画像処理部６３ｃを備える。画像処理部６３ｃは、図９（ｃ）のように、取得した画像６３０をマンドレル部６３０ａと背景部６３０ｂとに２値化して画像処理する。そして、画像処理部６３ｃは、画像６３０を形状データとして取得する。撮像部６３は、演算手段６１に接続される。画像処理部６３ｃは、形状データを演算手段６１に出力する。

計測データ記憶部６１ａは、所定ピッチ角Ｐθごとにおける、画像６３０の形状データを記憶する。基準データ記憶部６１ｂは、所定ピッチ角Ｐθごとにおける、巻付けマンドレルＭ２の輪郭画像の基準データが記憶される。基準データは、予め検査に合格した巻付けマンドレルＭ２を撮像して取得したり、設計データに基づいて取得する。

そして、比較部６１ｃは、所定ピッチ角Ｐθごとに、形状データと基準データとを比較して差データを演算する。例えば、画像６３０を複数に区画して、各区画ごとのマンドレル部６３０ａの面積について、形状データと基準データとの差データを演算する。

そして、判定部６１ｄは、比較部６１ｃからの差データが予め設定した許容範囲内か否かを判別して、許容範囲外のときに、巻付けマンドレルＭ２の輪郭形状が異常であると判定し、制御部６にエラー信号を出力する。そして、制御部６は、フィラメントワインディング装置を停止し、報知手段６５を起動する。

さらに、巻付けマンドレルＭ２を複数に区画し、撮像部６３を移動して、各区画ごとの分割画像６３０’を撮像することもできる。そして、分割画像６３０’ごとに、上記判定を行うこともできる。また、画像処理部６３ｃ等で、各分割画像６３０’を連結して全体画像６３０を取得して、上記判定を行うこともできる。

また、巻付け工程の途中で外観検査を行う場合、繊維束Ｒを切断できないので、巻付けマンドレルＭ２を回転せずに、撮像部６３で一方向からの画像６３０のみを取得したり、撮像部６３を移動して複数方向からの画像６３０を取得して判定できる。

［巻付け工程］
図１０及び図１１は、フィラメントワインディング装置の巻付け動作を示す側面図である。

図１０（ａ）に示すように、フープ巻を行う際、制御部６によって、フープ巻ヘッド１２が次のように動作する。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ移動しながら、ボビン１２ｂが旋回する。なお、マンドレル移動台１１は停止しているので、マンドレルＭは移動及び回転しない。

これにより、各ボビン１２ｂから繊維束Ｒが繰り出される。繊維束Ｒは、マンドレル軸方向Ｍｃ（図７）に対して略直交（若干傾斜）に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、フープ巻ヘッド１２の移動速度及びボビン１２ｂの旋回速度が決定される。

フープ巻ヘッド１２が、マンドレル円筒部Ｍａ（図７）の他端（図右）から一端（図左）へ移動することにより、マンドレル円筒部Ｍａに一層の繊維束Ｒが積層される。そして、必要層の繊維束Ｒが積層されるまで、フープ巻ヘッド１２は、マンドレル円筒部Ｍａの一端（図左）と他端（図右）とを往復移動する。

フープ巻完了後、図１０（ｂ）に示すように、フープ巻ヘッド１２は、マンドレル移動台１１の一端側（図左）へ退避する。フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭから所定距離Ｗを置いて、マンドレル用スピンドルＳ上に配置される。

図１１（ａ）に示すように、ヘリカル巻を行う際、制御部６によって、マンドレル移動台１１が次のように動作する。マンドレル移動台１１は、ヘリカル巻ヘッド１３がマンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ相対的に移動するよう、移動する。この移動と共に、マンドレル回転駆動部１１ａ，１１ａがマンドレルＭを回転する。

ヘリカル巻ヘッド１３から繰り出される複数の繊維束Ｒは、マンドレル平行部でマンドレル軸方向Ｍｃ（図７）に対して巻付け角度θ１に、それぞれが重ならないように隙間なく平行に巻き付けられる。このように巻付くよう、マンドレル移動台１１（ヘリカル巻ヘッド１３）の移動速度及びマンドレル回転駆動部１１ａ（マンドレルＭ）の回転速度が決定される。

ヘリカル巻ヘッド１３が、マンドレルＭの他端（図右）から一端（図左）へ移動することにより、マンドレルＭに、一層の繊維束Ｒが積層される。そして、必要層の繊維束Ｒが積層されるまで、ヘリカル巻ヘッド１３は、マンドレルＭの一端（図左）と他端（図右）とを往復移動する。

さらに、フープ巻ヘッド１２は、マンドレルＭからの所定距離Ｗを保つように、マンドレル移動台１１と同期して移動する。また、マンドレルＭの回転により、ボビン１２ｂから余分な繊維束Ｒが繰り出されてスピンドルＳに巻き付かないように、ボビン１２ｂは、マンドレルＭの回転と同期してマンドレルと同方向に回転する。

そして、図１１（ｂ）に示すように、巻付け角度θ２（＞θ１）のヘリカル巻を行う際や、その後、再度巻付け角度θ１のヘリカル巻を行う際、上記と同様に、マンドレル移動台１１及びフープ巻ヘッド１２が動作する。

［検査工程］
巻付けマンドレルＭ２の外観検査の工程は、上記した検査機構を用いて、繊維束を全て巻き付けた最終製品となる巻付けマンドレルＭ２に対して行う。また、（ｉ）フープ巻工程、（ｉｉ）ヘリカル巻工程、（ｉｉｉ）最終工程において、（ｉ）〜（ｉｉｉ）の各工程後に検査工程を行ったり、各工程後のいずれかで検査工程を行っても良い。さらに、（ｉ）及び（ｉｉ）の各工程の途中で行っても良い。

フィラメントワインディング装置を示す一部省略斜視図である。 図１の巻付け装置を示す拡大斜視図である。 ヘリカル巻ヘッド１３を示す正面図である。 開繊ガイドを示す斜視図である。 巻付け装置を示す一部側面図である。 マンドレル軸方向から見た一部正面図で、（ａ）はフープ巻ヘッド、（ｂ）はヘリカル巻ヘッドである。 フープ巻及びヘリカル巻を示す側面図である。 第１実施形態の検査機構を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 第２実施形態の検査機構を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 フィラメントワインディング装置の巻付け動作を示す側面図である。 図１０に続く側面図である。

符号の説明

１ 巻付け装置
１０ 機台
１１ マンドレル移動台
１２ フープ巻ヘッド
１２ｂ ボビン
１３ ヘリカル巻ヘッド
６ 制御部
６１ 演算手段
６１ａ 計測データ記憶部
６１ｂ 基準データ記憶部
６１ｃ 比較部
６１ｄ 判定部
６２ 計測部（取得部）
６３ 撮像部（取得部）
６３ｃ 画像処理部
１ａ 長手方向
Ｍｃ マンドレルの軸方向
Ｍ マンドレル
Ｓ マンドレル用スピンドル
Ｒ 繊維束

Claims (4)

1. 繊維束をマンドレルに巻き付けるフィラメントワインディング装置において、
   前記繊維束を前記マンドレルに巻き付けた巻付けマンドレルの輪郭形状を形状データとして取得する取得部と、
   基準の輪郭形状を基準データとして記憶する記憶部と、
   前記形状データと前記基準データとを比較する比較部と、
   前記比較部の比較結果に基づいて、前記巻付けマンドレルの輪郭形状の良否を判定する判定部と、
   を備えたことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
2. 前記取得部は、所定位置から前記巻付けマンドレルまでの距離を計測する計測部を備え、前記計測部の計測結果に基づいて前記形状データを取得することを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
3. 前記取得部は、前記巻付けマンドレルの輪郭形状を撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像画像を処理する画像処理部とを備え、前記画像処理部の処理結果に基づいて前記形状データを取得することを特徴とする請求項１に記載のフィラメントワインディング装置。
4. 前記巻付けマンドレルを回転する回転機構と、前記取得部で前記形状データを取得しながら、前記回転機構で前記巻付けマンドレルを回転する制御部とを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のフィラメントワインディング装置。

Images