JP2011104906A

JP2011104906A - 検査方法、複合材部品の製造方法、検査装置、及び複合材部品製造装置

Info

Publication number: JP2011104906A
Application number: JP2009263306A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kawaguchi; 貴之川口; Tetsuya Kawamura; 哲也川村; Hide Watanabe; 秀渡辺; Akira Nooka; 暁野岡; Hideomi Ono; 英臣大野; Yukio Takeuchi; 幸生武内
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2009-11-18
Filing date: 2009-11-18
Publication date: 2011-06-02
Also published as: WO2011062178A1; US20120120228A1; EP2502731A1

Abstract

【課題】本発明の目的は、繊維強化プラスチックテープ間の隙間量が精度よく測定される検査方法、複合材部品の製造方法、検査装置、及び複合材部品製造装置を提供することである。
【解決手段】検査方法は、積層ヘッド２３が移動しながら繊維強化プラスチックテープ７０を貼り付ける貼り付け中に積層ヘッド２３に取り付けられた撮影ユニット３１が画像を撮影すること、繊維強化プラスチックテープ７０の貼り付け中における積層ヘッド２３の移動変位の撮影ユニット３１の光軸方向の移動変位第１成分と、移動変位の光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分と、画像とに基づいて、繊維強化プラスチックテープ７０と他の繊維強化プラスチックテープの間の隙間量を算出すること、を具備する。
【選択図】図３

Description

本発明は、繊維強化プラスチック部材を用いた複合材部品の製造に関する。

繊維強化プラスチック部材は、航空機の構造部材等として用いられている。特許文献１は、ファイバプレスメント（ＦｉｂｅｒＰｌａｃｅｍｅｎｔ）法により繊維強化プラスチックテープの積層成形を自動的に実行する自動積層成形装置を開示している。

特許文献２に開示された撮像対象物品の認識検定システムにおいて、電子カメラのレンズ焦点距離、電子カメラが撮像した対象物品の画像中の特定線分の画像線分長、及び特定線分に対応する対象物品のＣＡＤデータ上の実物線分長に基づいて対物基準距離が算出される。対物基準距離が測定された測定時点での電子カメラの光軸方向が距離座標軸として設定され、測定時点での電子カメラと対象物品との相対位置に関する距離座標軸上の値が基準座標値として記憶される。電子カメラまたは対象物品の現在位置に関する距離座標軸上の現在座標値と基準座標値との差分が対物基準距離に加算されて現在位置における対物距離が算出される。

特開２００８−３０２９６号公報特開２００４−３５４３２０号公報

本発明の目的は、繊維強化プラスチックテープ間の隙間量が精度よく測定される検査方法、複合材部品の製造方法、検査装置、及び複合材部品製造装置を提供することである。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による検査方法は、積層ヘッド（２３）が移動しながら第１繊維強化プラスチックテープ（７０）を貼り付ける貼り付け中に前記積層ヘッドに取り付けられたカメラ（３２）が画像を撮影すること、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位（ΔＵ_ｋ）の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分（ΔＺ_ｋ）と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分（ΔＴ_ｋ）と、前記画像とに基づいて、前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープ（７１）の間の隙間量（Ｇ_ｋ’）を算出すること、を具備する。

前記隙間量を求めることは、前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分とに基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離（Ａ_ｋ）を算出すること、前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出すること、を含む。

前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラー（２６）を備える。前記積層ローラーの積層ローラー回転軸（Ｓ２）は前記光軸方向に垂直である。前記隙間量を求めることは、前記画像に基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと前記第２繊維強化プラスチックテープの間の補正前隙間量を算出すること、前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面（Ｃ）と前記カメラとの距離（Ｂ）に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離（Ａ_ｋ）を算出すること、前記補正前隙間量を前記撮影距離に基づいて補正して前記隙間量を算出すること、を含む。前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される。

本発明による複合材部品の製造方法は、繊維強化プラスチックテープの積層中に、積層ヘッド（２３）が移動しながら第１繊維強化プラスチックテープ（７０）を貼り付けること、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け状態を判定すること、前記貼り付け状態の判定結果に基づいて前記積層を停止又は継続すること、を具備する。前記貼り付け状態を判定することは、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に前記積層ヘッドに取り付けられたカメラ（３２）が画像を撮影すること、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位（ΔＵ_ｋ）の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分（ΔＺ_ｋ）と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分（ΔＴ_ｋ）と、前記画像とに基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープ（７１）の間の隙間量（Ｇ_ｋ’）を算出すること、前記隙間量が所定の閾値より大きい場合に前記積層を停止すること、を含む。

前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラー（２６）を備える。前記積層ローラーの積層ローラー回転軸（Ｓ２）は前記光軸方向に垂直である。前記隙間量を求めることは、前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面（Ｃ）と前記カメラとの距離（Ｂ）に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離（Ａ_ｋ）を算出すること、前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出すること、を含む。前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される。

本発明による検査装置（３０）は、繊維強化プラスチックテープの積層を実行する自動積層装置（２０）の積層ヘッド（２３）に取り付けられたカメラ（３２）と、情報処理装置（３４）とを具備する。前記積層ヘッドは、前記積層において移動しながら第１繊維強化プラスチックテープ（７０）を貼り付ける。前記カメラは、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に画像を撮影する。前記情報処理装置は、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位（ΔＵ_ｋ）の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分（ΔＺ_ｋ）と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分（ΔＴ_ｋ）と、前記画像とに基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープ（７１）の間の隙間量（Ｇ_ｋ’）を算出する。

前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラー（２６）を備える。前記積層ローラーの積層ローラー回転軸（Ｓ２）は前記光軸方向に垂直である。前記情報処理装置は、前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面（Ｃ）と前記カメラとの距離（Ｂ）に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離（Ａ_ｋ）を算出し、前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出する。前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される。

本発明による複合材部品製造装置（１０）は、繊維強化プラスチックテープの積層を実行する自動積層装置（２０）と、前記自動積層装置が前記積層において貼り付けた第１繊維強化プラスチックテープ（７０）の貼り付け状態を判定する検査装置（３０）とを具備する。前記自動積層装置は、移動しながら前記第１繊維強化プラスチックテープを貼り付ける積層ヘッド（２３）を備える。前記検査装置は、前記積層ヘッドに取り付けられたカメラ（３２）と、情報処理装置（３４）とを備える。前記カメラは、記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に画像を撮影する。前記情報処理装置は、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位（ΔＵ_ｋ）の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分（ΔＺ_ｋ）と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分（ΔＴ_ｋ）と、前記画像とに基づいて、前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープ（７１）の間の隙間量（Ｇ_ｋ’）を算出する。前記情報処理装置は、前記隙間量が所定の閾値より大きい場合に積層停止信号を出力する。前記自動積層装置は、前記積層停止信号に基づいて前記積層を停止する。

本発明によれば、繊維強化プラスチックテープ間の隙間量が精度よく測定される検査方法、複合材部品の製造方法、検査装置、及び複合材部品製造装置が提供される。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る複合材部品製造装置の上面図である。図２は、複合材部品製造装置のＡ−Ａ断面図である。図３は、複合材部品製造装置の積層ヘッドの側面図である。図４は、積層ローラー、カメラ、及び照明の上面図である。図５は、積層ローラー、カメラ、及び照明の側面図である。図６は、複合材部品製造装置のブロック図である。図７は、貼り付け中テープと隣接する貼り付け済みテープがある場合において、（ａ）貼り付け中テープと貼り付け済みテープとの間に隙間がある部位における断面図、（ｂ）その部位の画像、（ｃ）画像における輝度分布を示す。図８は、貼り付け中テープと隣接する貼り付け済みテープがある場合において、（ａ）貼り付け中テープと貼り付け済みテープとが重なっている部位における断面図、（ｂ）その部位の画像、（ｃ）画像における輝度分布を示す。図９は、（ａ）貼り付け準備中の積層ヘッド、（ｂ）貼り付け開始時の積層ヘッド、（ｃ）貼り付け中の積層ヘッド、（ｄ）貼り付け終了時の積層ヘッド、（ｅ）貼り付け待機中の積層ヘッドを示す。図１０は、テープの貼り始め部位から貼り終り部位までの複数部位のある部位において隙間と判定され、他の部位において重なりと判定された場合の検査データを示す。図１１は、テープの貼り始め部位から貼り終り部位までの複数部位のすべてについて隙間と判定された場合の検査データを示す。図１２は、貼り付け対象物体の表面の傾き角と撮影距離の関係を示す。図１３は、積層ヘッドの移動変位の光軸方向（Ｚ軸方向）成分、移動変位に垂直な面内の成分、及び貼り付け対象物体の表面の傾き角の関係を示す。

添付図面を参照して、本発明による検査方法、複合材部品の製造方法、検査装置及び複合材部品製造装置を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る複合材部品製造装置１０を説明する。複合材部品製造装置１０は、繊維強化プラスチックテープの積層を実行して複合材部品を製造する。複合材部品製造装置１０は、駆動装置２２と、積層ヘッド２３を備える。複合材部品製造装置１０について、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が定義されている。Ｚ軸は、鉛直上向きである。駆動装置２２は、積層ヘッド２３をＸ軸に平行及びＹ軸に平行に並進駆動する。

図２を参照して、駆動装置２２は、積層ヘッド２３をＺ軸に平行に並進駆動し、Ｚ軸に平行な回転軸Ｓ１まわりに回転駆動する。駆動装置２２は、上記三つの並進駆動にそれぞれ対応する三つのサーボ機構と、上記回転駆動に対応するサーボ機構を備える。

図３を参照して、積層ヘッド２３は、駆動装置２２によって駆動されて貼り付け対象物体６０に対して移動する。積層ヘッド２３は、移動しながら繊維強化プラスチックテープ７０を貼り付け対象物体６０に貼り付ける。ここで、貼り付け対象物体６０は、型又は型の上に積層された繊維強化プラスチックテープの積層体である。積層ヘッド２３は、テープ供給装置２４と、カッター２５と、積層ローラー２６を備える。積層ヘッド２３には、二つの撮影ユニット３１が取り付けられている。テープ供給装置２４は、テープ７０を送り出す。積層ローラー２６は、送り出されたテープ７０を貼り付け対象物体６０に押し付けて貼り付ける。積層ローラー２６は、テープ７０に接触して貼り付け対象物体６０に押し付ける。

図４を参照して、積層ローラー２６は、回転軸Ｓ２まわりに回転してテープ７０上を転がりながらテープ７０を貼り付け対象物体６０に押し付ける。回転軸Ｓ２は、回転軸Ｓ１に垂直であり、テープ７０の幅方向に平行である。テープ７０は、幅方向の両側にそれぞれ側端部７０ａ及び７０ｂを備える。二つの撮影ユニット３１は、テープ７０の貼り付け状態を撮影可能なように、積層ローラー２６に対して積層ヘッド２３の移動方向（進行方向）後方側に配置される。二つの撮影ユニット３１は、それぞれ側端部７０ａ及び７０ｂに対応する位置に配置される。以下、側端部７０ａに対応する撮影ユニット３１を左側撮影ユニット３１と呼ぶ場合があり、側端部７０ｂに対応する撮影ユニット３１を右側撮影ユニット３１と呼ぶ場合がある。左側撮影ユニット３１は、側端部７０ａの真上に配置され且つ側端部７０ａを向くカメラ３２と、側端部７０ａの真上からテープ７０の幅方向外側にずれた位置に配置され且つ側端部７０ａを向く照明３３と、側端部７０ａの真上からテープ７０の幅方向内側にずれた位置に配置され且つ側端部７０ａを向く照明３３とを備える。右側撮影ユニット３１は、側端部７０ｂの真上に配置され且つ側端部７０ｂを向くカメラ３２と、側端部７０ｂの真上からテープ７０の幅方向外側にずれた位置に配置され且つ側端部７０ｂを向く照明３３と、側端部７０ｂの真上からテープ７０の幅方向内側にずれた位置に配置され且つ側端部７０ａを向く照明３３とを備える。つまり、照明３３は、側端部７０ａ又は７０ｂの真上から回転軸Ｓ２に平行な直線に沿ってずれた位置に配置される。カメラ３２は、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ
ＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）カメラである。カメラ３２の光軸はＺ軸に平行である。照明３３は、例えば、ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）照明である。

上述のように照明３３が繊維強化プラスチックテープに斜めに光を照射するため、撮影ユニット３１が撮影した画像において繊維強化プラスチックテープの側端部が強調される。

なお、側端部７０ａは、左側撮影ユニット３１の撮影範囲に含まれるが、右側撮影ユニット３１の撮影範囲に含まれない。側端部７０ｂは、右側撮影ユニット３１の撮影範囲に含まれるが、左側撮影ユニット３１の撮影範囲に含まれない。

図５を参照して、カメラ３２とテープ７０のＺ軸方向距離が照明３３とテープのＺ軸方向距離より大きくなるように、カメラ３２及び照明３３が配置される。

図６を参照して、複合材部品製造装置１０は、自動積層装置２０と、検査装置３０を備える。自動積層装置２０は、既述の駆動装置２２及び積層ヘッド２３に加えて、制御装置２１を備える。検査装置３０は、既述の二つの撮影ユニット３１に加えて、検査用コンピュータとしての情報処理装置３４を備える。情報処理装置３４は、入力装置３５と、出力装置３６と、処理装置３７と、記憶装置３８を備える。

自動積層装置２０は、積層プログラム（積層手順）２７に従って繊維強化プラスチックテープの積層を実行する。制御装置２１は、繊維強化プラスチックテープの積層の実行のため、積層プログラム２７に基づいて駆動装置２２、テープ供給装置２４、及びカッター２５を制御する。制御装置２１は、テープ７０の貼り付け中に積層ローラー２６の回転軸Ｓ２が積層ヘッド２３の移動方向に垂直になるように駆動装置２２を制御する。更に、制御装置２１は、自動積層装置２０の動作状態を通知するための動作状態通知信号を検査装置３０に出力する。

検査装置３０は、カメラ３２が撮影した画像に基づいて自動積層装置２０が貼り付けた繊維強化プラスチックテープ７０の貼り付け状態を判定し、判定結果を示す検査データ４０を生成する。検査装置３０は、検査データ４０を生成するために記憶装置３８が記憶している関数４０及び４１を利用することができる。記憶装置３８は検査データ４０を記憶する。検査装置３０は、検査データ４０に基づいて繊維強化プラスチックテープ７０の貼り付けが適切に行われたか否かを判定し、判定結果を示す検査結果信号を出力する。

自動積層装置２０は、検査結果信号に基づいて、繊維強化プラスチックテープの積層を停止又は継続する。

ここで、積層プログラム２７は、テープ７０とテープ７０より先に貼り付けられる繊維強化プラスチックテープ７１が複合材部品の同一層に配置され、互いに平行に隣接して貼り付けられ、互いに重ならないことを規定する。積層プログラム２７は、図７（ａ）に示すように、テープ７０の側端部７０ａの側に繊維強化プラスチックテープ７１が存在し、且つ、テープ７１のテープ７０側の側端部７１ｂと側端部７０ａとの間に所定の大きさ（隙間量）の隙間が設けられることを規定する。この場合の所定の隙間量は、側端部７０ａ及び側端部７１ｂの両方が左側撮影ユニット３１の撮影範囲に存在するような値に設定される。しかし、積層プログラム２７は、図８（ａ）に示すように、テープ７０及び７１が互いに重なることを規定しない。テープ７１がテープ７０よりも先に貼り付けられるため、図８（ａ）に示すように側端部７０ａはテープ７１の上に配置され、側端部７１ｂはテープ７０の下に配置される。

図７（ａ）に示すように左側撮影ユニット３１の撮影範囲にテープ７０及びテープ７１が存在するように貼り付けが実行された場合について説明する。図７（ｂ）に示すように、左側撮影ユニット３１のカメラ３２が撮影した画像５２には、側端部７０ａ及び７１ｂが写る。画像５２のＷ軸は、テープ７０の幅方向に平行である。図７（ｃ）は、画像５２のＷ軸上の輝度分布を示している。輝度分布は、側端部７０ａに対応する立ち上がり（ピーク）と側端部７１ｂに対応する立ち上がりとを有する。

図８（ａ）に示すように左側撮影ユニット３１の撮影範囲においてテープ７０とテープ７１とが重なるように貼り付けが実行された場合について説明する。図８（ｂ）に示すように、左側撮影ユニット３１のカメラ３２が撮影した画像５３には、側端部７０ａのみが写り、側端部７１ｂはテープ７０の下になっているために写らない。画像５３のＷ軸は、テープ７０の幅方向に平行である。図８（ｃ）は、画像５３のＷ軸上の輝度分布を示している。輝度分布は、側端部７０ａに対応する立ち上がりのみを有する。

処理装置３７は、図８（ｃ）に示されるように画像から検出される輝度の立ち上がりが一つの場合、その画像が撮影された部位において、テープ７０がテープ７１と重となっていると判定する。処理装置３７は、図７（ｃ）に示されるように画像から検出される輝度の立ち上がりが二つの場合、その画像が撮影された部位において、テープ７０とテープ７０に隣接するテープ７１との間に隙間が設けられていると判定し、二つの立ち上がりの間の距離Ｐに基づいて、隙間量を算出する。ここで、公知のエッジ検出方法を応用して輝度の立ち上がりを検出することが可能である。

積層プログラム２７は、テープ７１がテープ７０の側端部７０ｂの側に配置されることを規定してもよい。

図９を参照して、複合材部品製造装置１０が実行する複合材部品の製造方法を説明する。

自動積層装置９は、積層プログラム２７に従って繊維強化プラスチックテープの積層を実行する。図９（ａ）は、その積層の実行中における積層準備状態を示している。積層準備状態は、テープ７１を貼り付け対象物体６０に貼り付けた後、且つ、テープ７０を貼り付け対象物体６０に貼り付ける前の状態である。このとき、積層ヘッド２３は、貼り付け対象物体６０から離れた位置に配置される。

制御装置２１は、駆動装置２２に積層ヘッド２３をＺ軸方向に移動させ、積層ローラー２６と貼り付け対象物体６０の間にテープ７０の貼り始め部位を挟む。図９（ｂ）は、この状態を示している。

制御装置２１が動作状態通知信号として貼り付け開始信号を出力した後、自動積層装置２０はテープ７０の貼り付けを開始する。テープ７０の貼り付け中において、制御装置１０は、積層プログラム２７が指定する経路を積層ヘッド２３が移動するように数値制御により駆動装置２２をする。テープ７０の貼り付け中、テープ供給装置２４はテープ７０を送り出し、積層ローラー２６は送り出されたテープ７０を貼り付け対象物体６０に押し付けて貼り付ける。テープ７０の貼り付け中、積層ヘッド２３は、回転軸Ｓ２が積層ヘッド２３の移動方向に垂直になるようにカメラ３２の光軸方向に平行な回転軸Ｓ１まわりに回転する。テープ７０の貼り付け中、制御装置２１は、積層ヘッド２３のＸ、Ｙ、Ｚ座標を示す動作状態信号を一定時間間隔で出力する。図９（ｃ）は、テープ７０の貼り付け中の状態を示している。

制御装置２１は、積層プログラム２７が指定する貼り付け終了位置に積層ヘッド２３が到達したら、駆動装置２２に積層ヘッド２３の移動を停止させ、カッター２５にテープ７０を切断させ、貼り付け終了信号を出力する。このとき、積層ローラー２６と貼り付け対象物体６０の間にテープ７０の貼り終り部位が挟まれる。図９（ｄ）は、積層ヘッド２３が貼り付け終了位置で停止した状態を示している。

制御装置２１は、駆動装置２２に積層ヘッド２３をＺ軸方向に移動させ、積層ヘッド２３を貼り付け対象物体６０から離れた待機位置に保持させる。図９（ｅ）は、積層ヘッド２３が待機位置に保持された状態を示している。制御装置２１は、積層ヘッド２３が待機位置に保持された状態で、検査装置３０からの検査結果信号を待つ。

テープ７０の貼り付け中における検査装置３０の動作を説明する。カメラ３２は、貼り付け開始信号に応答して一定時間間隔での撮影を開始し、貼り付け終了信号に応答して撮影を終了する。これにより、カメラ３２はテープ７０の貼り始め部位Ｖ１から貼り終り部位Ｖｎまでの複数部位Ｖ１〜Ｖｎそれぞれの画像を撮影することで複数画像を撮影する。処理装置３７は、積層ヘッド２３のＸ、Ｙ、Ｚ座標を示す動作状態信号に基づいて、複数部位Ｖ１〜Ｖｎの各部位をカメラ３２が撮影したときの積層ヘッド２３の位置Ｕの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。処理装置３７は、積層ヘッド２３のＸ、Ｙ、Ｚ座標を示す動作状態信号に基づいて、複数部位の各部位と貼り始め部位Ｖ１との距離Ｄを算出する。更に、処理装置３７は、複数部位Ｖ１〜Ｖｎについて、複数画像の各画像から輝度立ち上がりを検出し、各画像から検出される輝度立ち上がりの数に基づいてテープ７０がテープ７１と重なっているか又はテープ７０とテープ７１の間に隙間があるかを判定する。処理装置３７は、輝度立ち上がりの数が１の場合にテープ７０とテープ７１が重なっていると判定し、輝度立ち上がりの数が２の場合にテープ７０とテープ７１の間に隙間があると判定する。処理装置３７は、輝度立ち上がりの数が２の場合（隙間があると判定した場合）に輝度立ち上がり間の距離に基づいてテープ７０とテープ７１の間の隙間量Ｇを算出する。

処理装置３７は、検査データ４０を生成して記憶装置３８に記憶する。検査データ４０は、テープ７０の貼り始め部位Ｖ１から貼り終り部位Ｖｎまでの複数部位Ｖ１〜Ｖｎの全てについて、積層ヘッド２３の位置Ｕの座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、貼り始め部位Ｖ１からの距離Ｄ、重なり又は隙間の判定結果、及び、隙間と判定された場合の隙間量Ｇを示す。処理装置３７は、検査データ４０に基づいてテープ７０の貼り付けが適切に実行されたか否かを判定し、判定結果を示す検査結果信号を出力する。

図１０は、テープ７０の貼り始め部位Ｖ１から貼り終り部位Ｖｎまでの複数部位Ｖ１〜Ｖｎのうちの貼り始め部位Ｖ１からの距離がＤ１、Ｄ２、Ｄｎの部位Ｖ１、Ｖ２、Ｖｎにおいて隙間（ＧＡＰ）と判定され、複数部位Ｖ１〜Ｖｎのうちの貼り始め部位Ｖ１からの距離がＤ３の部位Ｖ３において重なり（ＬＡＰ）と判定された場合の検査データ４０示している。ここで、貼り始め部位Ｖ１からの距離がＤ１（＝０）の部位が貼り始め部位Ｖ１であり、貼り始め部位Ｖ１からの距離がＤｎの部位が貼り終り部位Ｖｎである。図１０に示すように、テープ７０の少なくとも一つの部位において隙間と判定され、少なくとも一つの部位において重なりと判定された場合、検査装置３７は、テープ７０の貼り付けが適切に実行されなかったと判定し、検査結果信号として積層停止信号を出力する。

図１１は、テープ７０の貼り始め部位Ｖ１から貼り終り部位Ｖｎまでの複数部位Ｖ１〜Ｖｎの全てについて、隙間と判定された場合の検査データ４０を示している。検査データ４０は、貼り始め部位Ｖ１からの距離がＤ１〜Ｄｎの複数部位Ｖ１〜Ｖｎにおいて、隙間（ＧＡＰ）が存在し、隙間量がＧ１〜Ｇｎであることを示している。

ここで、カメラ３２の焦点距離が一定であるため、画像から求めた隙間量Ｇがカメラ３２と被写体との間の撮影距離Ａの変動のために実際よりも大きかったり小さかったりする虞がある。そこで、処理装置３７は、図１１に示すようにテープ７０の貼り始め部位Ｖ１から貼り終り部位Ｖｎまでの複数部位Ｖ１〜Ｖｎの全てについて隙間と判定された場合、撮影距離Ａに基づいて隙間量Ｇを補正して補正済み隙間量Ｇ’を算出する。以下、撮影距離Ａに基づいて隙間量Ｇを補正して補正済み隙間量Ｇ’を算出する方法を説明する。

図１２を参照して、カメラ３２の光軸を含み積層ローラー回転軸Ｓ２に垂直な平面と貼り付け対象物体６０の表面とが共有する線分と、カメラ３２の光軸を含み積層ローラー回転軸Ｓ２に垂直な平面とカメラ３２の光軸に垂直な平面Ｄとが共有する線分との間の角度を貼り付け対象物体６０の表面の傾き角θと呼ぶことにする。撮影距離Ａは、貼り付け対象物体６０とカメラ３２との光軸方向の距離に近似的に等しく、傾き角θによって変化する。なお、貼り付け対象物体６０の表面がカメラ３２の光軸に垂直であるとき、撮影距離Ａはカメラ３２と平面Ｄの光軸方向の距離Ａ_０に等しく、傾き角θは０度である。ここで、傾き角θが正のときの撮影距離Ａの値は、傾き角θが負のときの撮影距離Ａの値より大きい。貼り付け対象物体６０の表面の平面Ｄに対するカメラ３２の光軸上の変位Ａ’、距離Ａ_０、及び撮影距離Ａの間の関係は下記式：

で与えられる。ここで、傾き角θが正のとき変位Ａ’が正であり、傾き角θが負のとき変位Ａ’が負である。更に、積層ローラー回転軸Ｓ２を含みカメラ３２の光軸に平行な平面Ｃとカメラ３２（の光軸）との（平面Ｃの法線方向の）距離Ｂ、傾き角θ、及び変位Ａ’の間に下記式：

が近似的に成立する。関数４１は、傾き角θから撮影距離Ａを求めるための関数であって、下記式：

により定義されている。ここで、距離Ａ_０及び距離Ｂは定数として与えられている。

図１３を参照して、テープ７０の部位Ｖ_ｋの画像を撮影したときの積層ヘッド２３の位置Ｕ_ｋとテープ７０の部位Ｖ_ｋ＋１の画像を撮影したときの積層ヘッド２３の位置Ｕ_ｋ＋１との変位ΔＵ_ｋのＺ軸（カメラ３２の光軸）に平行な成分はΔＺ_ｋで表され、変位ΔＵ_ｋのＺ軸（カメラ３２の光軸）に垂直な面（ＸＹ平面）内の成分はΔＴ_ｋで表される。ここで、ｋは１からｎ−１までの任意の整数である。テープ７０の部位Ｖ_ｋに対応する貼り付け対象物体６０の傾き角θ_ｋは、下記式：

により算出される。ここで、傾き角θ_ｋは−９０度より大きく９０度より小さく、ΔＺ_ｋが正のとき傾き角θ_ｋは正である。ここで、テープ７０の貼り付け中に積層ローラー２６の回転軸Ｓ２が積層ヘッド２３の移動方向に垂直になるように積層ヘッド２３が回転軸Ｓ１まわりに回転するため、距離Ｂの方向と成分ΔＴ_ｋの方向とが平行に維持され、傾き角θと傾き角θ_ｋが一致する。積層ヘッド２３の移動変位ΔＵ_ｋの光軸方向の成分ΔＺ_ｋ及び光軸方向に垂直な面内の成分ΔＴ_ｋは、位置Ｕ_ｋの座標（Ｘ_ｋ，Ｙ_ｋ，Ｚ_ｋ）と位置Ｕ_ｋ＋１の座標（Ｘ_ｋ＋１，Ｙ_ｋ＋１，Ｚ_ｋ＋１）とから下記式：

により算出される。

関数４２は、撮影距離Ａに基づいて隙間量Ｇを補正して補正済み隙間量Ｇ’を求めるための関数であり、下記式：

により定義される。関数４２は、幾何学的に又はキャリブレーションにより予め求められる。

図１１を参照して、処理装置３７は、ｋ＝１，・・・，ｎ−１について、部位Ｖ_ｋの画像を撮影したときの積層ヘッド２３の位置Ｕ_ｋの座標（Ｘ_ｋ，Ｙ_ｋ，Ｚ_ｋ）と、部位Ｖ_ｋ＋１の画像を撮影したときの積層ヘッド２３の位置Ｕ_ｋ＋１の座標（Ｘ_ｋ＋１，Ｙ_ｋ＋１，Ｚ_ｋ＋１）と、上記式（５）及び（６）とに基づいて、部位Ｖ_ｋに対応する積層ヘッド２３の移動変位ΔＵ_ｋのカメラ３２の光軸方向の成分ΔＺ_ｋと光軸方向に垂直な面内の成分ΔＴ_ｋとを算出する。処理装置３７は、ｋ＝１，・・・，ｎ−１について、積層ヘッド２３の移動変位ΔＵ_ｋの成分ΔＺ_ｋ及びΔＴ_ｋと、上記式（４）とに基づいて、部位Ｖ_ｋに対応する傾き角θ_ｋを算出する。処理装置３７は、ｋ＝１，・・・，ｎ−１について、傾き角θ_ｋ及び関数４１に基づいて、部位Ｖ_ｋの画像を撮影したときの撮影距離Ａ_ｋを算出する。処理装置３７は、ｋ＝１，・・・，ｎ−１について、撮影距離Ａ_ｋ、隙間量Ｇ_ｋ、及び関数４２に基づいて、部位Ｖ_ｋにおける補正済み隙間量Ｇ_ｋ’を算出する。更に、処理装置３７は、撮影距離Ａ_ｎ−１、隙間量Ｇ_ｎ、及び関数４２に基づいて、部位Ｖ_ｎにおける補正済み隙間量Ｇ_ｎ’を算出する。処理装置３７は、積層ヘッド２３の移動変位の成分ΔＴ_１〜ΔＴ_ｎ−１及び成分ΔＺ_１〜ΔＺ_ｎ−１、傾き角θ_１〜θ_ｎ−１、撮影距離Ａ_１〜Ａ_ｎ−１、及び修正済み隙間量Ｇ_１’〜
Ｇ_ｎ’を検査データ４０に追加する。

処理装置３７は、補正済み隙間量Ｇ_１’〜Ｇ_ｎ ’の各々を所定の閾値と比較する。補正済み隙間量Ｇ_１’〜Ｇ_ｎ
’の全てが所定の閾値より小さい場合、処理装置３７は、テープ７０の貼り付けが適切に実行されたと判定し、検査結果信号として積層継続信号を出力する。補正済み隙間量Ｇ_１’〜Ｇ_ｎ
’の少なくとも一つが所定の閾値より大きい場合、処理装置３７は、テープ７０の貼り付けが適切に実行されなかったと判定し、検査結果信号として積層停止信号を出力する。

自動積層装置２０は、積層継続信号に基づいて繊維強化プラスチックテープの積層を継続する。この場合、制御装置２１は、積層継続信号に基づいて、次のテープを貼り付けるために積層ヘッド２３を待機位置から移動する。

自動積層装置２０は、積層停止信号に基づいて繊維強化プラスチックテープの積層を停止する。この場合、作業者は、テープ７０の貼り付け状態を目視により判定し、貼り付けのやり直しが必要な場合は自動積層装置２０を操作して貼り付けのやり直しをさせ、貼り付けのやり直しの必要がない場合は自動積層装置２０を操作して次のテープの貼り付けを実行させる。

本実施形態によれば、繊維強化プラスチックテープ間の隙間量が精度よく測定される。したがって、隙間量に基づくテープ７０の貼り付け状態の判定が正しく行われる。そのため、必要がないのに積層が停止されたり、必要があるのに貼り付けのやり直しが行われなかったりすることが防止される。その結果、複合材部品製造装置１０のスループットが向上し、且つ、複合材部品製造装置１０が製造する複合材部品の品質が向上する。更に、本実施形態によれば、撮影距離を測定するためのセンサを積層ヘッド２３に取り付けなくても、繊維強化プラスチックテープ間の隙間量を精度よく測定することができる。

本実施形態に対して様々な変更を加えることが可能である。

例えば、上記式（３）、（４）及び（７）の合成関数を用いて、積層ヘッド２３の移動変位ΔＵの成分ΔＴ及びΔＺと隙間量Ｇから補正済み隙間量Ｇ’を算出してもよい。

上述のように隙間量Ｇを補正して補正済み隙間量Ｇ’を算出するかわりに、テープ７０の部位Ｖの画像と積層ヘッド２３の移動変位の成分ΔＴ及びΔＺとに基づいて、補正済み隙間量Ｇ’に相当する隙間量を直接求めてもよい。

また、上述した検査装置３０が検査データ４０に基づいて積層継続信号又は積層停止信号を自動的に出力する方法のかわりに、次の方法を用いることが可能である。この方法において、出力装置３６は結果データ４０を出力する。作業者は、出力された結果データ４０に基づいてテープ７０が適切に貼り付けられたか否かを判定し、入力装置３５を操作することで検査装置３０に積層継続信号又は積層停止信号を出力させる。

１０…複合材部品製造装置
２０…自動積層装置
２１…制御装置
２２…駆動装置
２３…積層ヘッド
２４…テープ供給装置
２５…カッター
２６…積層ローラー
２７…積層プログラム
３０…検査装置
３１…撮影ユニット
３２…カメラ
３３…照明
３４…情報処理装置
３５…入力装置
３６…出力装置
３７…処理装置
３８…記憶装置
４０…検査データ
４１、４２…関数
５２、５３…画像
６０…貼り付け対象物体（型又は積層体）
７０、７１…テープ
７０ａ、７０ｂ、７１ｂ…側端部
Ｓ１…積層ヘッド回転軸
Ｓ２…積層ローラー回転軸

Claims

積層ヘッドが移動しながら第１繊維強化プラスチックテープを貼り付ける貼り付け中に前記積層ヘッドに取り付けられたカメラが画像を撮影すること、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分と、前記画像とに基づいて、前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープの間の隙間量を算出すること
を具備する
検査方法。
前記隙間量を求めることは、
前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分とに基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離を算出すること、
前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出すること
を含む
請求項１の検査方法。
前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラーを備え、
前記積層ローラーの積層ローラー回転軸は前記光軸方向に垂直であり、
前記隙間量を求めることは、
前記画像に基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと前記第２繊維強化プラスチックテープの間の補正前隙間量を算出すること、
前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面と前記カメラとの距離に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離を算出すること、
前記補正前隙間量を前記撮影距離に基づいて補正して前記隙間量を算出すること
を含み、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される
請求項１の検査方法。
繊維強化プラスチックテープの積層中に、積層ヘッドが移動しながら第１繊維強化プラスチックテープを貼り付けること、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け状態を判定すること、
前記貼り付け状態の判定結果に基づいて前記積層を停止又は継続すること
を具備し、
前記貼り付け状態を判定することは、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に前記積層ヘッドに取り付けられたカメラが画像を撮影すること、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分と、前記画像とに基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープの間の隙間量を算出すること、
前記隙間量が所定の閾値より大きい場合に前記積層を停止すること
を含む
複合材部品の製造方法。
前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラーを備え、
前記積層ローラーの積層ローラー回転軸は前記光軸方向に垂直であり、
前記隙間量を求めることは、
前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面と前記カメラとの距離に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離を算出すること、
前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出すること
を含み、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される
請求項４の複合材部品の製造方法。
繊維強化プラスチックテープの積層を実行する自動積層装置の積層ヘッドに取り付けられたカメラと、
情報処理装置と
を具備し、
前記積層ヘッドは、前記積層において移動しながら第１繊維強化プラスチックテープを貼り付け、
前記カメラは、前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に画像を撮影し、
前記情報処理装置は、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分と、前記画像とに基づいて前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープの間の隙間量を算出する
検査装置。
前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラーを備え、
前記積層ローラーの積層ローラー回転軸は前記光軸方向に垂直であり、
前記情報処理装置は、
前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面と前記カメラとの距離に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離を算出し、
前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出し、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される
請求項６の検査装置。
繊維強化プラスチックテープの積層を実行する自動積層装置と、
前記自動積層装置が前記積層において貼り付けた第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け状態を判定する検査装置と
を具備し、
前記自動積層装置は、移動しながら前記第１繊維強化プラスチックテープを貼り付ける積層ヘッドを備え、
前記検査装置は、
前記積層ヘッドに取り付けられたカメラと、
情報処理装置と
を備え、
前記カメラは、記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中に画像を撮影し、
前記情報処理装置は、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中における前記積層ヘッドの移動変位の前記カメラの光軸方向の移動変位第１成分と、前記移動変位の前記光軸方向に垂直な面内の移動変位第２成分と、前記画像とに基づいて、前記第１繊維強化プラスチックテープと第２繊維強化プラスチックテープの間の隙間量を算出し、
前記情報処理装置は、前記隙間量が所定の閾値より大きい場合に積層停止信号を出力し、
前記自動積層装置は、前記積層停止信号に基づいて前記積層を停止する
複合材部品製造装置。
前記積層ヘッドは、前記第１繊維強化プラスチックテープに接触する積層ローラーを備え、
前記積層ローラーの積層ローラー回転軸は前記光軸方向に垂直であり、
前記情報処理装置は、
前記移動変位第１成分と、前記移動変位第２成分と、前記積層ローラー回転軸を含み前記光軸方向に平行な平面と前記カメラとの距離に基づいて、前記カメラが前記画像を撮影したときの撮影距離を算出し、
前記撮影距離と前記画像とに基づいて前記隙間量を算出し、
前記第１繊維強化プラスチックテープの貼り付け中において、前記距離の方向と前記移動変位第２成分の方向とが平行に維持される
請求項８の複合材部品製造装置。