JP2016055424A - 自動材料切断システム - Google Patents

Abstract

【課題】材料を無駄なく使用し、所望形状に正確に切断できる自動コンポーネント製造システムを提供する。
【解決手段】製造するコンポーネント１０２のコンピュータモデル１０６が保存されたメモリ１１２を有する制御システム１０４を含む。第１照明装置１４２及び少なくとも１つのカメラ１３８、１４０を含む第１監視システム１１６は、制御システムに通信可能に接続されており、第１位置における材料１０８の位置を特定する。切断システム１２０は、制御システムに通信可能に接続されており、特定された位置及びコンピュータモデルに基づいて材料シートからコンポーネントを切断する。自動コンポーネント製造システムは、第２照明装置１５８及び少なくとも１つのカメラ１５４、１５６を含む第２監視システム１１８を更に含む。第２監視システムは制御システムに通信可能に接続されており、製造されたコンポーネントとコンピュータモデルとを比較する。
【選択図】図１

Description

本開示の技術分野は、概してコンポーネントを製造する方法及びシステムに関し、より具体的には、複合材料からコンポーネントパターンを切断する技術に関する。

少なくともいくつかの既知のコンポーネントは、予め切断された材料パターンの複数の層を互いに積層した後、これらの材料層を樹脂及び様々な熱処理を用いて硬化させることにより製造する。コンポーネントのテンプレートを複合材料のシートに投影し、金属ブレードで当該シートからパターンを切り取る。しかしながら、金属ブレードは比較的早く鈍くなり頻繁に交換する必要があるため、コスト高であり大幅なマシンダウンタイムにつながる。更に、ブレードが鈍くなると、切断を完了できず、材料シートからコンポーネントを完全に分離できなくなることもある。オペレータが、シートから完全に分離していないコンポーネントを取り外そうとする際、オペレータは、この材料シートをオフライン（offline）で引っ張ってしまい、本来の取り外し位置よりも上流でコンポーネントパターンを切断してしまうことが考えられる。このような場合、材料シートを前進させてパターンを再形成することになるが、それでも未完成のパターンは破棄することになる。更に、少なくともいくつかの既知の切断システムは、必要とするサイズ通りに正確にコンポーネントパターンを切断することができないため、材料シートから切断されたコンポーネントのサイズは、最終的な所望のコンポーネントのサイズよりも大きくなることがある。この場合、オペレータは、サイズが大きめのコンポーネントを手作業でトリミングすることにより、当該コンポーネントを最終的な所望のコンポーネントサイズにする。従って、少なくともいくつかの既知のコンポーネントパターン切断システムは、許容不可能な量の無駄を生じさせ、労力もかかるため、このようなシステムの運転にはコストがかかる。

１つの態様では、コンポーネントの製造に用いられる自動コンポーネント製造システムが提供される。自動コンポーネント製造システムは、製造するコンポーネントのコンピュータモデルが保存されたメモリを有する制御システムを含む。第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第１監視システムは、制御システムに通信可能に接続されており、第１位置における材料の位置を特定するように構成されている。切断システムは、制御システムに通信可能に接続されており、特定された位置及びコンピュータモデルに基づいて、材料シートからコンポーネントを切断するように構成されている。自動コンポーネント製造システムは、第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第２監視システムを更に含む。第２監視システムは制御システムに通信可能に接続されており、製造されたコンポーネントとコンピュータモデルとを比較するように構成されている。

他の態様では、コンポーネントを形成する方法が提供される。上記方法は、第１監視システムを用いて材料シートの初期位置を特定することを含む。第１監視システムは、第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む。上記方法は、特定された初期位置及び所定のコンピュータモデルに基づいて、材料シートからコンポーネントを切断することを更に含む。第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第２監視システムは、次に、製造されたコンポーネントと所定のコンピュータモデルとを比較する。

上述する特徴、機能、及び、利点は、様々な実施形態において個々に実現可能であり、また、他の実施形態との組み合わせも可能である。詳細については、以下の説明と図面とを参照することによって明らかになるであろう。

更に、本開示は、以下の付記に係る実施形態も含むものとする。

付記１．コンポーネントの製造に用いられる自動コンポーネント製造システムであって、製造する前記コンポーネントのコンピュータモデルが保存されたメモリを含む制御システムと、前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含んで、第１位置における材料シートの位置を特定するように構成された第１監視システムと、前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、前記特定された位置及び前記コンピュータモデルに基づいて、前記材料シートから、前記コンポーネントを切断するように構成された切断システムと、前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含んで、製造された前記コンポーネントと前記コンピュータモデルとを比較するように構成された第２監視システムと、を含む自動コンポーネント製造システム。

付記２．前記制御システムに通信可能に接続されたコンポーネント取り外しシステムを更に含み、当該コンポーネント取り外しシステムは、前記材料シートから、製造された前記コンポーネントを持ち上げるように構成された少なくとも１つの取り外し装置を含む、付記１に記載の自動コンポーネント製造システム。

付記３．前記制御システムに通信可能に接続された搬送システムを更に含み、当該搬送システムは、前記材料シートの位置を調整して前記特定された位置を維持するように構成されている位置決め装置を含む、付記１又は２に記載の自動コンポーネント製造システム。

付記４．前記搬送システムは、前記材料シートを支持するように構成されたコンベヤーと、前記コンベヤーを制御するように構成された第１モーターと、前記材料シートを制御するように構成された第２モーターと、を更に含み、前記第１及び前記第２モーターが同時に作動又は同時に待機するように、前記第１モーターが、前記第２モーターと同期されている、付記３に記載の自動コンポーネント製造システム。

付記５．前記切断システムは、流体ジェット切断装置を含む、付記１〜４の何れかに記載の自動コンポーネント製造システム。

付記６．前記第１及び第２照明装置は、前記材料シート上にレーザーラインを投影するように構成されており、前記少なくとも１つのカメラは、前記レーザーラインの反射を取り込むように構成されている、付記１〜５の何れかに記載の自動コンポーネント製造システム。

付記７．前記第２監視システムは、前記比較に基づいて、欠陥のある製造コンポーネントを特定するように構成されている、付記１〜６の何れかに記載の自動コンポーネント製造システム。

付記８．コンポーネントを形成する方法であって、第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第１監視システムを用いて、材料シートの初期位置を特定することと、前記特定された初期位置及び所定のコンピュータモデルに基づいて、前記材料シートから前記コンポーネントを切断することと、第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第２監視システムを用いて、前記コンポーネントと前記所定のコンピュータモデルとを比較することと、を含む方法。

付記９．コンポーネント取り外しシステムを用いて、前記材料シートから前記コンポーネントを取り外すことを更に含む、付記８に記載の方法。

付記１０．前記コンポーネント取り外しシステムを用いて、対応する容器に前記コンポーネントを収容することを更に含む、付記９に記載の方法。

付記１１．切断システムを制御するためにツールパスを生成することを更に含み、前記ツールパスは、前記所定のコンピュータモデルに基づいている、付記８〜１０の何れかに記載の方法。

付記１２．前記材料シートの前記特定された初期位置を維持することを更に含む、付記８〜１１の何れかに記載の方法。

付記１３．前記特定された初期位置を維持することは、前記材料シートの前記位置を監視することと、前記監視された位置と前記特定された初期位置とを比較することと、前記監視された位置が前記特定された初期位置と異なる場合、前記材料シートの前記監視された位置を調整することと、を含む、付記１２に記載の方法。

付記１４．前記材料シートの初期位置を特定することは、前記第１照明装置を用いて前記材料シート上にレーザーラインを投影するとともに、前記少なくとも１つのカメラを用いて前記レーザーラインの反射を取り込むことを含む、付記８〜１３の何れかに記載の方法。

付記１５．前記材料シートの初期位置を特定することは、前記材料シートの相互に反対の縁の位置を特定することを含む、付記８〜１３の何れかに記載の方法。

付記１６．前記材料シートの初期位置を特定することは、前記材料のシートにおける折り目の存在を検出することを含む、付記８〜１３の何れかに記載の方法。

付記１７．前記材料シートから前記コンポーネントを切断することは、流体ジェット切断装置を用いて、前記材料シートから前記コンポーネントを切断することを含む、付記８〜１６の何れかに記載の方法。

付記１８．前記コンポーネントと前記所定のコンピュータモデルとを比較することは、前記比較に基づいて欠陥コンポーネントを特定することを更に含む、付記８〜１７の何れかに記載の方法。

付記１９．前記欠陥コンポーネントを修正することを更に含む、付記１８の何れかに記載の方法。

付記２０．前記第２監視システムを用いて前記コンポーネントを監視することを更に含む、付記８〜１９の何れかに記載の方法。

例示的な自動コンポーネント製造システムを示す模式図である。 図１に示す自動コンポーネント製造システムを用いてコンポーネントを形成するための方法を示すフローチャートである。 図２Ａに示すフローチャートの続きを示すフローチャートである。

本明細書における、「プロセッサ」、「コンピュータ」、及び、これらに関連する用語、例えば、「処理装置」、「演算装置」、「中央処理ユニット（ＣＰＵ）」、及び、「制御システム」は、当該技術分野においてコンピュータと呼ばれる集積回路のみに限定されず、広義には、マイクロコントローラ、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）、特定用途向け集積回路、及び、他のプログラマブル回路をいうものとし、これらの用語は、本明細書において同じ意味で用いられる。本明細書で説明する実施形態において、メモリは、限定するものではないが、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）などのコンピュータ読取り可能媒体、及び、フラッシュメモリなどのコンピュータ読取り可能不揮発性媒体を含みうる。これに代えて、フロッピーディスク、コンパクトディスク読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、光磁気ディスク（ＭＯＤ）、及び、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）を用いることもできる。また、本明細書で説明する実施形態において、追加の入力チャネルは、限定するものではないが、例えば、マウスやキーボードなどのオペレータ・インターフェース（operator interface）と関連付けられたコンピュータ周辺機器である。これに代えて、例えば、限定するものではないが、スキャナを含む他のコンピュータ周辺機器を用いることもできる。更に、例示的な実施形態では、追加の出力チャネルは、限定するものではないが、オペレータ・インターフェース用モニター（operator interface monitor）を含みうる。

更に、本明細書において、「ソフトウェア」と「ファームウェア」とは互換的に用いられ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、クライアント、及びサーバにより実行されるためにメモリに保存される任意のコンピュータプログラムを含む。

本明細書全体に亘って用いられる「高圧流体ジェット」、「切断ジェット」、及び「流体ジェット」は、例えば、限定するものではないが、高圧ウォータージェット、及び高圧研磨ウォータージェット（high-pressure abrasive waterjets）を含む、全てのタイプの高圧流体ジェットを含むものとする。このようなシステムにおいては、高圧の流体、典型的には水が、切断ヘッドのオリフィスを流れて高圧ジェットを形成し、このジェットが混合管を流れる際に、当該ジェットに研磨粒子が混ぜ合わされる。高圧研磨ウォータージェットは、混合管からコンポーネントへ向けて噴射され、指定された経路に沿って当該コンポーネントを切断する。

本明細書では、ウォータージェット、特に研磨ウォータージェットに関連して説明しているが、説明している技術は、添加材又は研磨材を用いるか否かに関わらず、高圧又は低圧により生成される何れのタイプの流体ジェットにも適用可能である。更に、これらの技術を改変することにより、ｘ軸、ｙ軸、ｚオフセット、並びに、傾斜及び枢動（又は他の同等の配向）のパラメータを、速度及び本明細書に記載する各要素以外の処理パラメータの関数として、調節することができる。

図１は、少なくとも部分的にコンポーネント１０２を製造するために用いられる例示的な自動コンポーネント製造システム１００を示す模式図である。コンポーネント製造システム１００は、材料シート１０８から切断されるコンポーネント１０２のコンピュータモデル１０６の受信及び／又は生成の少なくとも一方を行うように構成される制御システム１０４を含む。この例示的な実施例では、制御システム１０４は、プロセッサ１１０と、当該プロセッサ１１０に機能的に接続されるとともに、プロセッサ１１０により実行されるコンピュータ実行可能命令を保存しているメモリデバイス１１２とを含む。制御システム１０４は、プロセッサ１１０をプログラミングすることにより、本明細書で説明する１つ又はそれ以上の動作を行うように構成できる。例えば、プロセッサ１１０のプログラミングは、動作を１つ又はそれ以上の実行可能な命令として符号化して、この実行可能な命令をメモリデバイス１１２に保存することにより行われる。プロセッサ１１０は、１つ又はそれ以上の処理ユニットを、例えば、限定するものではないが、マルチコアの形態で含みうる。

例示的な実施形態では、コンポーネント製造システム１００は、搬送システム１１４と、第１監視システム１１６と、第２監視システム１１８と、切断システム１２０と、コンポーネント取り外しシステム１２２とを更に含み、これら全てが制御システム１０４に通信可能に接続されている。搬送システム１１４は、コンベヤーベルト１２４を動作させると同時に、材料ロール１２６からシート１０８を展開するように構成されており、この時、コンベヤーベルト１２４上のシート１０８を適切な位置に保つ。第１監視システム１１６は、材料ロール１２６に近接する部分の材料シート１０８を検査して、コンベヤーベルト１２６上のシート１０８の位置を特定するとともに、当該シート１０８における異物破片（ＦＯＤ）、折り目、又は、シワの存在を検出する。切断システム１２０は、少なくとも１つの切断ヘッド１２８を含み、当該切断ヘッドは、制御システム１０４により決定されるツールパスに沿って動いて、材料シート１０８におけるパターン１３０を切り取ることにより、コンポーネント１０２を形成する。第２監視システム１１８は、正しくコンポーネント１０２を形成するために、切断システム１２０の下流における材料シート１０８を検査して、各パターン１３０の完全性及び正確度を判断する。次に、取り外しシステム１２２は、材料シート１０８から各コンポーネント１０２を取り外し、コンポーネント１０２を、当該コンポーネントのタイプに対応する所定の位置に置く。

搬送システム１１４は、制御システム１０４に通信可能に接続されており、材料シート１０８を支持する。より具体的には、搬送システム１１４は、シート１０８を支持するコンベヤーベルト１２４を含み、当該コンベヤーベルトは、第１モーター１３２によって制御される。搬送システム１１４は、コンベヤーベルト１２４が材料ロール１２６を展開してシート１０８にする前に当該ロール１２６の位置を調整する位置決め装置１３４を更に含み、当該位置決め装置は、第２モーター１３６によって制御される。位置決め装置１３４は、ロール１２６を動かすか、材料シート１０８を直接動かすことにより、シート１０８の位置を調整する機能を更に有する。モーター１３２及び１３６は、互いに同期されており、モーター１３２がコンベヤーベルト１２４を動作させるために作動している場合には、モーター１３６もロール１２６を展開するために作動し、同様に、モーター１３２が作動していない場合には、モーター１３６も作動しない。モーター１３０及び１３６を互いに同期させることにより、材料シート１０８の折り目や隆起の原因となるモーター動作の遅れを防止することができる。

例示的な実施形態では、第１監視システム１１６は、材料シート１０８の位置を特定するとともに、材料シート１０８の特徴部を識別及び特定するように構成されている。監視システム１１６は、第１カメラ１３８と、第２カメラ１４０と、少なくとも１つの光源１４２とを含み、これらが連携して動作することにより、シート１０８を示すデータを取得する。これに代えて、監視システム１１６は、単一のカメラのみを含んでもよい。なお、カメラ１３８及び１４０並びに光源１４２の数及び構成は、図１に示すものに限られない。この点で、監視システム１１６は、検査される材料のタイプ及び／又は検出したい特徴部に応じて、特定の幾何学配置（geometric configurations）になるように位置決めされたカメラ及び／又は光源をいくつ含んでもよい。カメラ１３８及び１４０並びに光源１４２は、互いの通信及び制御システム１０４との通信が可能なように接続されているため、制御システム１０４は、監視システム１１６が取得した画像データを処理することができる。以下で詳細に説明するが、第１監視システム１１６は、処理中の検査において２次元（２Ｄ）情報及び３次元（３Ｄ）情報の両方を用いるため、シート１０８の特徴部の検出及び特定をより効率的且つ確実に行うことができる。

カメラ１３８及び１４０は、例えば、材料シート１０８を示すデータを取得可能な任意の適切なカメラ又は他の撮像装置であり、制御システム１０４は、当該データを処理することにより、シート１０８の位置を特定するとともに、シート１０８に特徴部が存在するか否かを判断することができる。特に、カメラ１３８及び１４０は、典型的には、シート１０８の画像を撮影し、この画像データを解析のために制御システム１０４に送る。これに代えて、監視システム１１６は、プロセッサ（不図示）を含んでもよく、当該プロセッサは、制御システム１０４とは独立して材料シート１０８の位置を特定するとともに、当該位置についてのデータをコンポーネント製造システム１００の他のシステムに送るために、当該位置データを制御システム１０４に送信するように構成されている。一実施形態では、カメラ１３８及び１４０は、ビデオカメラ、感赤外線カメラ、赤外線透過フィルター（infrared-pass filtration）を有する可視光カメラ、光ファイバーカメラ、同軸カメラ（coaxial cameras）、及び、モノクロカメラである。カメラ１３８及び１４０は、スタンドに取り付けるか、フレーム又は同様の装置に装着した状態で、シート１０８に近接して配置される。

本明細書における「特徴部」とは、限定を意図する用語ではなく、例えば、シート１０８及びロール１２６の位置の調整などの、シート１０８において注意を払う必要がある外観部（aspect）、不連続部（discontinuity）、欠陥部（imperfection）、又は、不均一部（inconsistency）である。例えば、不均一部としては、材料のシワ又はＦＯＤが考えられるが、ここでＦＯＤとは、紙、プラスチックシート、樹脂ボール（resin ball）、炭素繊維残余物、又は、コンポーネント１０２の製造に好ましくない他の材料をいう。更に、監視システム１１６は、通常は不均一部と看做されないような、シート１０８と関連付けられる特徴部の存在も検出することができる。このような特徴部としては、例えば、層の境界、トポロジー（topology）、又は形状／輪郭などがあり、これらの位置決めは、工学的シート設計仕様（engineered sheet design specification）の要件である。より具体的には、材料シート１０８は、幅１４７を規定する相互に反対の縁１４４及び１４６を含む。縁１４４及び１４６は、以下に詳述するように、シート１０８の初期位置を特定するために第１監視システム１１６により監視される。更に、以下に詳述するように、材料シート１０８は、厚み１４８を含み、当該厚みは、材料シート１０８に気泡、シワ、又は折り目が存在するか否かを特定するために監視システム１１６により監視される。

第１監視システム１１６は、シートの特徴部検出が必要又は所望されている様々な産業、例えば、航空産業、自動車産業、又は建設産業などにおいて、任意の数の材料シートを検査するために用いられる。従って、「シート」についても、限定を意図した用語ではなく、監視システム１１６は、機械鍛造物（machined forgings）、鋳物（castings）、又はパネルなどの様々な形状及びサイズを有する任意の数の部品又は構造体を検査するために用いることができる。例示的な実施形態においては、材料シート１０８は炭素繊維織物の複合材料で形成されたシートである。これに代えて、材料シート１０８は、複合材料、プラスティック材料、及び／又は、金属材料などのいずれのタイプの材料で形成されてもよいが、これらに限定されない。更に、本明細書において、監視システム１１６は、新たに製造される材料シートを監視すると説明されているが、監視システム１１６は、予防的保守のための検査対象である既存の材料シートを監視又は検査するようにも構成されている。

いくつかの実施形態において、第１監視システム１１６は、画像投影装置（不図示）に連携させて用いることもできる。画像投影装置は、可視像を材料シート１０８に投影可能であれば、どのような装置であってもよい。例えば、画像投影装置は、レーザープロジェクタ又はデジタルプロジェクタであってよく、これらはカメラ１３８及び１４０により撮影された特徴部を示す画像を、当該特徴部の位置がオペレータにより容易に特定可能な形態で投影することができる。これに加えて、画像投影装置は、例えば、シート１０８におけるコンポーネント１０２の位置を特定するためのパターン１３０などの、コンポーネント１０２の製造を容易にするための画像を投影することもできる。

上述したように、カメラ１３８及び１４０並びに光源１４２は、材料シート１０８を監視するとともに、制御システム１０４との通信を行う。例示的な実施形態では、第１監視システム１１６は、カメラ１３８及び１４０並びに光源１４２により収集された、材料１０８の特徴部及び位置を表すデータを、（複数の）通信ケーブル又は光ファイバを介して制御システム１０４に送信する。これに代えて、監視システム１１６は、無線通信を介して、制御システム１０４へデータを送信する。カメラ１３８及び１４０並びに光源１４２は、制御システム１０４に直接接続されてもよいし、ネットワークなどを介して間接的に接続されてもよい。本発明の更なる実施形態においては、監視システム１１６と制御システム１０４との間のリモート接続を不要とするために、制御システム１０４は、第１監視システム１１６に近接して配置してもよい。

例示的な実施形態においては、光源１４２は、材料シート１０８が材料ロール１２６から展開された後に、扇状のレーザー（laser fan）１５０を当該シート１０８に投影するレーザー発生器である。レーザー１５０は、所定の入射角でシート１０８と交わり、シート１０８と横方向に交わって延びるレーザーライン１５２を生成する。１つの特定の実施形態では、上記入射角は約１５度であるが、代替の実施形態では、約１０度から約３５度の入射角を用いることもできる。また、上述した以外の適切な入射角を用いることもできる。本明細書で説明しているように、監視システム１１６は、レーザーライン１５２に沿って、着目する様々な特徴部（例えば、縁、間隙、シワ、ヒダ、重なり、異物破片（ＦＯＤ）など）を検出して特定するように構成されている。好ましくは、監視システム１１６は、レーザーライン１５２がロール１２６に対して比較的近く（例えば、可能な限り近く）なるように配置することにより、製造プロセスにおいて比較的早く着目特徴部及びシート１０８の位置を検出できるようにする。

レーザー線１５２は、材料シート１０８からカメラ１３８及び１４０に対して略直角に反射するが、代替の実施形態では、これ以外の任意の適切な反射角度を用いることもできる。カメラ１３８及び１４０は、レーザーライン１５２の反射を取り込むとともに、その画像データを解析及び表示させるために当該画像データを制御システム１０４に送信する。制御システム１０４は、画像データを受信して処理することができる。なお、制御システム１０４は、以降の再検査及び解析のためにこの画像データを保存することもできる。制御システム１０４は、材料シート１０８の位置又は特徴部を示すデータ及び／又は画像を生成することができ、当該制御システムにより、ユーザは、先に生成されたデータ及び／又は画像を、メモリデバイス１１２などへ保存して編集することができる。なお、制御システム１０４は、画像を生成しなくてもよい。これは、制御システム１０４が、データを数学的に収集及び解析するとともに、例えば、座標などを用いて様々なシート特徴部についての位置情報を生成することができるからである。

より具体的には、例示的な実施形態において、カメラ１３８及び１４０は、材料シート１０８に向けられ、当該カメラ１３８及び１４０の両方が、レーザーライン１５２と、材料シート１０８の側縁１４４及び１４６の両方との交差部分を撮影するようにする。カメラ１３８及び１４０は、交差部分を撮影して、その画像データを制御システム１０４に送信し、当該制御システムは、当該画像データに基づいて、コンベヤーベルト１２４上のシート１０８の位置を計算する。監視システム１１６は、モーター１３２及び１３６がシート１０８を下流へと前進させていく間、画像データの取得、及び、制御システム１０４への当該データの送信を継続する。制御システム１０４は、後続する画像データを受信し、直前に受信した画像データに基づいてシート１０８の後続位置を計算する。次に、制御システム１０４は、最初に計算されたシート１０８の位置と、監視されたシート１０８の各後続位置とを比較して、シート１０８の後続位置が、最初に特定された位置と揃っているか否かを判断する。監視システム１１６は、シート１０８の２次元の位置を監視するとともに、制御システム１０４と連携して、シート１０８に３次元の特徴部、例えば、当該シート１０８におけるＦＯＤ、気泡、及び、シワ又は折り目などが存在するか否かについても検査する。

制御システム１０４は、特徴部の存在を検出すると、ディスプレイ（不図示）上でオペレータに対して通知を表示するとともに、この欠陥特徴部が除去されるように、少なくともモーター１３２及び１３６の動作を停止させるか、或は、材料シート１０８を前進させて当該欠陥を通過させるようにする。これに代えて、制御システム１０４は、以下に説明するように、シート１０８におけるコンポーネントレイアウト、又は、１つ又はそれ以上のコンポーネント１０２の配向を変更して、欠陥特徴部がコンポーネント１０２に含まれないようにすることもできる。しかしながら、シート１０８の位置がずれていることを検出すると、換言すれば、シート１０８の最初に特定された位置が、後続位置と一致しない場合、制御システム１０６は、位置決め装置１３４の動作を制御することにより、シート１０８が上記初期位置に揃うようにロール１２６とシート１０８との少なくとも一方を調節する。位置決め装置１３４によりロール１２６及びシート１０８の位置を調整できるため、制御システム１０４は、コンポーネントのレイアウトを決定する際に、材料シート１０８のほぼ全幅１４７を用いることができる。

上述したように、コンポーネント製造システム１００は、少なくとも１つの切断ヘッド１２８を有するとともに、制御システム１０４に通信可能に接続された切断システム１２０を更に含む。例示的な実施形態においては、切断システム１２０は、流体ジェットを噴射して材料シート１０８を貫通させることにより、当該シート１０８からコンポーネント１０２を切り取るように構成された流体ジェット切断装置である。より具体的には、流体ジェット切断システム１２０は、ウォータージェットを用いて、コンポーネント１０２をシート１０８から切り取る。これに代えて、或は、これに加えて、流体ジェット切断装置１２０は、シート１０８からコンポーネント１０２を切り取るために、複数の磨耗性粒子を流体ジェットに含めることもできる。

例示的な実施形態においては、制御システム１０４は、シート１０８上で最も効率的なコンポーネント１０２のレイアウトを特定するとともに、当該シート１０８からコンポーネント１０２を切り取るために、材料シート１０８の特定された位置と、当該制御システムにロードされた少なくとも１つのコンポーネント１０２のコンピュータモデル１０６とを用いる。より具体的には、コンピュータモデル１０６は、例えば、シート１０８から切り取られる様々なコンポーネント１０２の複数のモデルを含み、制御システム１０４は、各コンポーネント１０２の最適な位置及び配向を含むレイアウトを決定するためのロジックを含んでおり、当該ロジックにより、材料シート１０８を最大限使用することができる。レイアウトが決定されると、制御システム１０４は、更に、材料シート１０８からコンポーネント１０２を切り取るために切断ヘッド１２８をどのように制御するかを指定する、切断ヘッド１２８の最適ツールパスを生成する。より具体的には、制御システム１０４は、各切断ヘッド１２８が辿るべき、シート１０８の位置に対する座標の組を生成する。いくつかの実施形態においては、各コンポーネント１０２は、単一のヘッド１２８により切断される。他の実施形態においては、複数の切断ヘッド１２８が組み合わさって、材料シート１０８から単一のコンポーネント１０２を切断することができる。切断システム１２０は、制御システム１０４から各切断ヘッド１２８用の最適ツールパスを受信するとともに、当該ツールパスを実行することにより、材料シート１０８から各コンポーネント１０２を切り取るように構成されている。これに代えて、切断システム１２０は、プロセッサ（不図示）を含み、当該プロセッサは、制御システム１０４から、材料シート１０８の位置データ及びコンピュータモデル１０６を受信して、制御システム１０４とは独立して、コンポーネントのレイアウト、及び、切断ヘッド１２８の最適ツールパスを決定するように構成してもよい。

切断中、各切断ヘッド１２８からの流体ジェットは、材料シート１０８の厚み１４８を貫通して、当該シート１０８からコンポーネント１０２を完全に分離するとともに、これらの間に綺麗な縁（clean edge）ができるようにする。つまり、切断システム１２０は、各コンポーネント１０２を大きめのパターンに切り取るのではなく、最終的な所望サイズに切り取るように構成されているため、最終的な所望サイズになるまでトリミングしてコンポーネントを製造する必要がない。各コンポーネント１０２を隣接するコンポーネント１０２の近傍で最終的な所望サイズに切り取ることにより、コンポーネント製造システム１００は、材料シート１０８を最大限に使用するため、既知の切断システムよりも無駄が少ない。更に、切断システム１２０は、搬送システム１１４と同期している。このため、切断システム１２０は、材料シート１０８がコンベヤーベルト１２４を移動している間に、コンポーネント１０２を切り取ることができる。

例示的な実施形態では、第２監視システム１１８は、制御システム１０４と通信可能に接続しており、切断システム１２０の下流のコンポーネントパターン１３０とコンピュータモデル１０６とを比較することにより、シート１０８上のパターン１３０のうち欠陥のあるコンポーネントパターンを特定する。第２監視システム１１８は、第１カメラ１５４と、第２カメラ１５６と、光源１５８とを含んでおり、これらが連携して動作することによりシート１０８及びコンポーネント１０２を示すデータを取得するが、この点では、第２監視システム１１８は、第１監視システム１１６と実質的に同様である。なお、カメラ１５４及び１５６並びに光源１５８の数及び構成は、図１に示すものに限られない。この点では、監視システム１１８は、検査される材料のタイプ及び／又は検出したい特徴部に応じて、特定の幾何学配置になるように位置決めされたカメラ及び／又は光源をいくつ含んでもよい。カメラ１５４及び１５６並びに光源１５８は、互いの通信及び制御システム１０４との通信が可能なように接続されているため、制御システム１０４は、監視システム１１８が取得したデータを処理することができる。

カメラ１５４及び１５６は、例えば、材料シート１０８を示すデータを取得可能な任意の適切なカメラ又は他の撮像装置であり、制御システム１０４は当該データを処理して、監視システム１１８から受信したビデオ画像とコンピュータモデル１０６とを比較することにより、コンポーネントパターン１３０の正確度及び完全性を判断するとともに、コンポーネントパターン１３０における欠陥を特定することができる。カメラ１５４及び１５６並びに光源１５８は、制御システムに直接接続されてもよいし、ネットワークなどを介して間接的に接続されてもよい。発明の更なる実施形態においては、監視システム１１８と制御システム１０４との間のリモート接続を不要とするために、制御システム１０４は、第１監視システム１１６に近接して配置してもよい。

例示的な実施形態においては、光源１５８は、切断システム１２０によりコンポーネントパターン１３０が切断された後に、扇状のレーザー１６０を材料シート１０８に投影するレーザー発生器である。レーザー１５０は、所定の入射角で材料シート１０８と交わり、当該シート１０８と横方向に交わって延びるレーザーライン１６２を生成する。本明細書に説明されているように、監視システム１１８は、制御システム１０４がコンポーネントパターン１３０とコンピュータモデル１０６とを比較できるようにするために、シート１０８の画像を撮影するように構成されている。レーザーライン１６２は、材料シート１０８からカメラ１５４及び１５６に対して略直角に反射するが、代替の実施形態では、これ以外の任意の適切な反射角度を用いることもできる。カメラ１５４及び１５６は、レーザーライン１６２の反射を取り込むとともに、その画像データを解析及び表示させるために当該画像データを制御システム１０４に送信する。

より具体的には、例示的な実施形態において、カメラ１５４及び１５６は、材料シート１０８に向けられ、当該カメラ１５４及び１５６の両方が、レーザーライン１５２とコンポーネントパターン１３０との交差部分を撮影するようにする。カメラ１５４及び１５６は、交差部分を撮影して、その画像データを制御システム１０４に送信し、当該制御システムは、コンポーネントパターン１３０と対応する受信した画像データと、所定のコンポーネントレイアウト及びコンピュータモデル１０６とを比較する。従って、制御システム１０４は、上記比較に基づいてパターン１３０のうち欠陥のあるコンポーネントパターンを特定することができる。代替的には、第２監視システム１１８は、プロセッサ（不図示）を含み、当該プロセッサは、制御システム１０４からコンポーネント１０２のコンピュータモデル１０６を受信して、当該コンピュータモデル１０６と画像データとを比較することによりコンポーネント１３０の正確度を確認するとともに、制御システム１０４とは独立してパターン１３０のうち欠陥のあるパターンを特定するように構成されている。本明細書における「欠陥」とは、コンピュータモデル１０６と一致しないコンポーネントパターン１３０、又は、未完成のコンポーネントパターン１３０、すなわち、切断ジェットが材料シート１０８の厚み１４８を完全に貫通しなかったパターン、又は、シート１０８が動いたことによりパターン１３０の終点と始点が一致しないパターンを含む。

制御システム１０４は、パターン１３０のうち欠陥のあるコンポーネントパターンを特定すると、ディスプレイ（不図示）上でオペレータに対して通知を表示するとともに、少なくともシステム１１４及び１２０の動作を終了する。制御システム１０４は、次に、欠陥パターンが修正可能か否かを判断するように構成されている。修正可能であれば、制御システム１０４は、第２監視システム１１８を用いて、欠陥のあるコンポーネントパターンの位置を正確に特定するとともに、切断システム１２０の切断ヘッド１２８を、特定した位置まで誘導して、コンポーネントパターン１３０を完成させる。欠陥のあるコンポーネントパターンの修正が完了すると、制御システム１０４は、欠陥のあるパターン１３０の検出前の元の位置に切断ヘッド１２８を誘導する。制御システム１０４は、次に、少なくともシステム１１４及び１２０を再始動させるように構成されており、これにより、各切断ヘッド１２８は、欠陥のあるパターン１３０の検出前に切断中であったパターン１３０を完成させる。従って、システム１１４及び１２０が再始動されると、途中で切断が中止されたパターン１３０を完成させることができ、材料シート１０８を前進させて、未完成のパターン１３０を廃棄する必要がなくなる。

上述したように、コンポーネント製造システム１００は、制御システム１０４に通信可能に接続された取り外しシステム１２２を含む。例示的な実施形態では、取り外しシステム１２２は、切断システム１２０の下流における材料シート１０８からコンポーネント１０２を持ち上げるように構成されている少なくとも１つの吸引装置１６４を含む。これに代えて、取り外しシステム１２２は、本明細書に説明されているコンポーネント製造システム１００の動作を可能にする任意のタイプの取り外しシステムであってもよい。例示的な実施形態では、取り外しシステム１２２は、制御システム１０４と同期されており、これにより、制御システム１０４は、決定されたコンポーネントレイアウトに基づいて、吸引装置１６４をコンポーネント１０２に誘導できる。吸引装置１６４がコンポーネント１０２の上方に配置されると、取り外しシステム１２２は、吸引装置１６４を下げる。これにより、コンポーネント１０２が吸引装置１６４に引き寄せられて、材料シート１０８から真上に持ち上げられる。吸引装置１６４は、当該吸引装置１６４が、材料シート１０８を、上流の動作に影響しうる横方向に動かさないようにするために、コンポーネント１０２を、真上、すなわち、材料シート１０８に直交する方向に持ち上げる。更に、制御システム１０４は、取り外すコンポーネント１０２のサイズに基づいて、各吸引装置１６４の吸引力を調整するように構成されているため、各吸引装置１６４は必要な量だけエネルギーを使用する。取り外しシステム１２２は、次に、各コンポーネント１０２を、同様のコンポーネント１０２を含んだ対応する容器又は棚（不図示）に収容する。

図２Ａ及び２Ｂは、自動コンポーネント製造システム１００（図１に示す）などの自動コンポーネント製造システムを用いて、材料シート１０８（図１に示す）などの材料シートから、コンポーネント１０２（図１に示す）などのコンポーネントを形成するための方法２００を示すフローチャートである。方法２００では、２０２において、制御システム１０４（図１に示す）などの制御システムは、例えば、少なくとも１つのコンポーネントのコンピュータモデル１０６（図１に示す）などの、コンピュータモデルを生成及び保存する。１つの実施形態において、コンピュータモデルは、制御システムとは独立して生成されてから、保存のために制御システムに単に送信されてもよい。制御システムは、２０４において、様々なコンピュータモデルを用いて、形成する各コンポーネントの最適な位置及び配向を含むコンポーネントパターンのレイアウトを決定することにより、製造中に材料シートが最大限使用されるようにする。コンポーネントレイアウトが決定されると、２０６において、コンピュータモデルに基づき、材料シートからコンポーネントを形成するためにツールパスを生成する。一実施形態では、ツールパスは、制御システムにより生成され、切断システム１２０（図１に示す）などの切断システムに送信される。他の実施形態では、切断システムは、決定されたコンポーネントレイアウトを受信し、制御システムとは独立してツールパスを生成する。

方法２００は、次に、２０８において、搬送システム１１４（図１に示す）などの搬送システムを始動させて、材料ロール１２６（図１に示す）などの材料ロールを、コンベヤーベルト１２４（図１に示す）などのコンベヤーベルトに展開することを含む。材料シートがコンベヤーベルト上を移動する際、第１監視システム１１６（図１に示す）などの第１監視システムは、材料シートを監視することにより、２１０において、シートにおける望ましくない特徴部を特定し、２１２において、シートの初期位置を特定する。第１監視システムは、２１４において、引き続き材料シートを監視して、当該第１監視システムにより収集された画像データに基づき、材料シートの後続位置を特定する。一実施形態では、第１監視システムは、材料シートの画像データを取得して、当該データを制御システムに送信し、制御システムは、直前に受信した画像データに基づいて、材料シートの後続位置を計算する。他の実施形態において、第１監視システムは、シートの後続位置を特定して、その位置データを制御システムに送信する。

次に、制御システムは、２１６において、材料シートの特定された初期位置と、当該シートの監視された各後続位置とを比較して、シートの後続位置が、最初に特定された位置と揃っているか否かを判断する。監視された後続位置の１つが、特定された初期位置と一致しない場合、２１８において、位置決め装置１３４（図１に示す）などの位置決め装置は、材料シートの位置を調整して、材料シートを特定された初期位置に揃える。材料シートが揃えられると、２２０において、当該材料シートの位置を切断システムに送信する。しかしながら、監視された後続位置が、特定された初期位置と一致する場合、調整は不要であり、２２０において、材料シートの位置を切断システムに送信する。方法２００は、更に、２２２において、切断システムを用いて、材料シートをコンポーネントパターンに切断することを含む。上述したように、切断システムは、材料シートの特定された初期位置、生成されたツールパス、及び、コンピュータ化されたコンポーネントモデルに基づいて、材料シートからコンポーネントパターンを切断する高圧流体ジェット切断装置を含む。

コンポーネントパターンが材料シートから切断されると、２２４において、第２監視システム１１８（図１に示す）などの第２監視システムは、材料シートを監視して、コンポーネントパターンに関する画像データを収集する。次に、２２６において、監視されたコンポーネントパターンの各々を、対応するコンピュータモデルと比較して、製造されたコンポーネントパターンの正確度及び完全性を判断するとともに、コンピュータモデルに基づいて、欠陥のあるコンポーネントパターンを特定する。一実施形態では、第２監視システムは、収集されたコンポーネントパターンの画像データを制御システムに送信することにより、制御システムが上記比較を行えるようにする。他の実施形態において、制御システムは、コンピュータモデルを第２監視システムに送信することにより、第２監視システムが、コンピュータモデルと収集された画像データとを比較できるようにする。

コンピュータモデルと一致しない、欠陥のあるコンポーネントパターンが特定されると、制御システム又は第２監視システムの何れか一方は、２２８において、コンベヤー及び切断システムの動作を終了して、オペレータに欠陥コンポーネントを通知する。制御システムは、次に、欠陥のあるコンポーネントパターンが修正可能か否かを判断するように構成されている。修正可能であれば、制御システムは、第２監視システムを用いて、欠陥のあるコンポーネントパターンの位置を正確に特定するとともに、切断システムを、特定した位置まで誘導して、２３２において、欠陥コンポーネントパターンを修正する。欠陥コンポーネントパターンが修正不可能であれば、制御システムは、２３４において、その旨をオペレータに通知するように構成されている。

欠陥のあるコンポーネントパターンが修正された場合、或は、監視されたコンポーネントパターンがコンピュータモデルに一致する場合、２３６において、取り外しシステム１２２（図１に示す）などの取り外しシステムを用いて、コンポーネントパターンを材料シートから取り外す。上述したように、取り外しシステムは、吸引装置１６４（図１に示す）などの少なくとも１つの吸引装置を用いて、材料シートから各コンポーネントを持ち上げる。次に、取り外しシステムは、２３８において、コンポーネントを、同様のコンポーネントを含んだ対応する容器に収容する。

本明細書に含まれる実施形態では、生成されたツールパスを辿って、材料シートからコンポーネントを切断する自動コンポーネント製造システムを説明している。本明細書で説明される自動コンポーネント製造システムは、制御システムと組み合わせて用いることにより、材料シートの位置がずれているか否かを判断する第１監視システムを含む。このような場合、位置決め装置は、材料シートの位置を正しい位置に自動的に調整する。従って、製造システムは、材料のほぼ全幅を用いることができる。更に、コンポーネント製造システムは、材料において互いに近接するコンポーネントを正確に切断して最終的な所望サイズに切断することができ、この際、材料を最大源に使用して、既知の製造システムに比べて生じる無駄が少なくなるように切断する高圧流体ジェット切断装置を含む。更に、コンポーネント製造システムは、制御システムと連携して、製造されたコンポーネントとコンピュータモデルとを比較することにより、当該コンポーネントの正確度及び完全性を判断するとともに、欠陥のあるコンポーネントを特定する第２監視システムを含む。欠陥コンポーネントを検出すると、製造システムは、可能であれば、切断システムを制御して当該コンポーネントを修正し、修正を要する当該コンポーネントを完成させる。このようにして、途中で切断が中止されたコンポーネントは、材料を前進させて未完成のコンポーネントを廃棄することなく、完成させることができる。従って、本明細書で説明されるコンポーネント製造システムは、低コストでの製造及び組み立てプロセスが可能な、より自動化された製造方法を容易に実現することができる。

本発明の様々な実施形態の特徴は、便宜上、いくつかの図面には示され、他の図面には示されていないこともある。本発明の原理に従って、ある図面の特徴は、それ以外の図面の特徴と組み合わせて参照及び／又は権利請求される場合がある。

本明細書では、実施例を用いることによって、ベストモードを含め様々な実施形態を開示しており、装置又はシステムの製造及び使用、並びに、組み込まれた方法の実行を含めて、当業者がこれらの実施形態を実行することができるようにしている。本開示の特許を求める範囲は、特許請求の範囲によって規定されるものであり、当業者が思い付く他の実施例を含みうる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と相違しない構成要素を有する場合、あるいは、特許請求の範囲の文言とは僅かな相違しか有しない均等の構成要素を含む場合に、特許請求の範囲に含まれるものとする。

Claims (15)

1. コンポーネントの製造に用いられる自動コンポーネント製造システムであって、
   製造する前記コンポーネントのコンピュータモデルが保存されたメモリを含む制御システムと、
   前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含んで、第１位置における材料シートの位置を特定するように構成された第１監視システムと、
   前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、前記特定された位置及び前記コンピュータモデルに基づいて、前記材料シートから、前記コンポーネントを切断するように構成された切断システムと、
   前記制御システムに通信可能に接続されるとともに、第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含んで、製造された前記コンポーネントと前記コンピュータモデルとを比較するように構成された第２監視システムと、を含む自動コンポーネント製造システム。
2. 前記制御システムに通信可能に接続されたコンポーネント取り外しシステムを更に含み、当該コンポーネント取り外しシステムは、前記材料シートから、製造された前記コンポーネントを持ち上げるように構成された少なくとも１つの取り外し装置を含む、請求項１に記載の自動コンポーネント製造システム。
3. 前記制御システムに通信可能に接続された搬送システムを更に含み、当該搬送システムは、前記材料シートの位置を調整して前記特定された位置を維持するように構成された位置決め装置を含む、請求項１又は２に記載の自動コンポーネント製造システム。
4. 前記搬送システムは、
   前記材料シートを支持するように構成されたコンベヤーと、
   前記コンベヤーを制御するように構成された第１モーターと、
   前記材料シートを制御するように構成された第２モーターと、を更に含み、前記第１及び前記第２モーターが同時に作動又は同時に待機するように、前記第１モーターが、前記第２モーターと同期されている、請求項３に記載の自動コンポーネント製造システム。
5. 前記第２監視システムは、前記比較に基づいて、欠陥のある製造コンポーネントを特定するように構成されている、請求項１〜４の何れかに記載の自動コンポーネント製造システム。
6. コンポーネントを形成する方法であって、
   第１照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第１監視システムを用いて、材料シートの初期位置を特定することと、
   前記特定された初期位置及び所定のコンピュータモデルに基づいて、前記材料シートから前記コンポーネントを切断することと、
   第２照明装置及び少なくとも１つのカメラを含む第２監視システムを用いて、前記コンポーネントと前記所定のコンピュータモデルとを比較することと、を含む方法。
7. コンポーネント取り外しシステムを用いて、前記材料シートから前記コンポーネントを取り外すことを更に含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記コンポーネント取り外しシステムを用いて、対応する容器に前記コンポーネントを収容することを更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 切断システムを制御するためにツールパスを生成することを更に含み、前記ツールパスは、前記所定のコンピュータモデルに基づいている、請求項６〜８の何れかに記載の方法。
10. 前記材料シートの前記特定された初期位置を維持することを更に含む、請求項６〜９の何れかに記載の方法。
11. 前記特定された初期位置を維持することは、
    前記材料シートの前記位置を監視することと、
    前記監視された位置と前記特定された初期位置とを比較することと、
    前記監視された位置が前記特定された初期位置と異なる場合、前記材料シートの前記監視された位置を調整することと、を含む、請求項１０に記載の方法。
12. 前記材料シートの初期位置を特定することは、前記第１照明装置を用いて前記材料シート上にレーザーラインを投影するとともに、前記少なくとも１つのカメラを用いて前記レーザーラインの反射を取り込むことと、前記材料シートの相互に反対の縁の位置を特定することと、前記材料のシートにおける折り目の存在を検出すること、のうちの１つを含む、請求項６〜１１の何れかに記載の方法。
13. 前記材料シートから前記コンポーネントを切断することは、流体ジェット切断装置を用いて、前記材料シートから前記コンポーネントを切断することを含む、請求項６〜１２の何れかに記載の方法。
14. 前記コンポーネントと前記所定のコンピュータモデルとを比較することは、前記比較に基づいて欠陥コンポーネントを特定することを更に含む、請求項６〜１３の何れかに記載の方法。
15. 前記欠陥コンポーネントを修正することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

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