JP2020020781A - チョップドファイバ付加製造における空隙検出 - Google Patents

Abstract

【課題】様々な例に従って、付加製造プロセスにより製造される製品における規格外空隙を検出する技術が提示する。【解決手段】複数の角度から付加製造容器内の材料の堆積の画像を撮像するよう位置付けられたカメラ２０６を備えたシステムを利用することが可能である。上記システムは、画像から抽出された画像データにおける材料の要素の特徴を検出するハードウェア電子特徴検出器を備える。少なくとも１つの電子プロセッサは、少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器から特徴データを受信し、特徴データから、付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示を生成し、付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示から、規格外空隙が存在することを判定し、アラートを提供するという方法を実行するよう構成される。【選択図】図２

Description

本開示は概して、チョップドファイバ又は他の一般的にチップ形状をした材料を利用する製造プロセスに関する。

短く切り揃えられた炭素繊維チップといったチョップドファイバ材料は、幾つかの付加製造プロセスに従った、製造される製品の形成において使用される。このようなプロセスは結果的に、望まれぬポロシティ（ｐｏｒｏｓｉｔｙ）をもたらし、製品を利用不可にすることがある。最終的な製品が作製されて、硬化されて、かつ、例えばその製品の内部構造を撮像するためのコンピュータ断層撮影法（ＣＴ：ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を利用して、検査されるまでは、規格外のポロシティを判定することが出来ない。このことにより、特に問題が、更なる不良製品が既に製造されてしまうまで製造プロセスが修正されないことに起因している場合には、結果的に時間、資金、及び材料が失われることになりうる。

様々な実施例によれば、付加製造プロセスによって製造された製品における規格外空隙を検出するシステムが提供される。本システムは、第１の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第１の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第１のカメラと、第２の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第２の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第２のカメラと、第１のカメラ及び第２のカメラに通信可能に結合された少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器であって、第１の複数の画像から抽出された画像データ及び第２の複数の画像における材料の要素の特徴を検出するようハードコードされた少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器と、少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機であって、少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器からの特徴データを受信し、特徴データから付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示を生成するよう構成された少なくとも１つの電子三角測量機と、付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示から、付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定するよう構成された少なくとも１つの電子空隙検出器と、付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供するよう構成された少なくとも１つのディスプレイと、を備える。

上述の実施形態の様々なオプションの特徴には、以下が含まれる。材料は、チョップドファイバチップを含みうる。少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器は、複数の個別チョップドファイバチップのエッジを検出するようさらに構成されうる。少なくとも１つの電子空隙検出器は、複数のチョップドファイバチップの体積を計算し、体積から空隙情報を計算するようさらに構成可能であり、空隙情報は、付加製造容内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す。アラートは、付加製造容器を空にするという命令を含みうる。本システムは、第１の複数の画像及び第２の複数の画像におけるノイズを低減するためにフーリエ変換を行うよう構成されたノイズ低減器を備えうる。付加製造容器は、モールドを含みうる。本システムは、複数の撮像された画像の平均化を行うよう構成された平均器を含みうる。本システムは、付加製造容器内の材料の堆積へと光パルスを向けるよう構成されたレーザをさらに備えることが可能であり、光パルスの継続時間は、第１のカメラと第２のカメラとの積分時間の２倍よりも短い。第１のカメラ及び第２のカメラは、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、付加製造容器内の材料の堆積の画像を撮像するよう構成されうる。

様々な実施形態に従って、付加製造プロセスにより製造された製品における規格外空隙を検出する方法が提示される。本方法は、第１のカメラによって、第１の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第１の複数の画像を撮像することと、第２のカメラによって、第２の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第２の複数の画像を撮像することと、第１のカメラ及び第２のカメラに通信可能に結合され、材料の要素の特徴を検出するようハードコードされた少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器によって、第１の複数の画像及び第２の複数の画像から抽出された画像データから特徴データを検出することと、ハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機によって、特徴データから付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示を生成することと、付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示から、付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定することと、付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供することと、を含む。

上述の実施例の様々なオプションの特徴には、以下が含まれる。材料は、チョップドファイバチップを含みうる。特徴データは、複数の個別チョップドファイバチップのエッジの表示を含みうる。本方法は、複数のチョップドファイバチップの体積を計算することと、体積から空隙情報を計算することを含むことが可能であり、空隙情報は、付加製造容器内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す。アラートは、付加製造容器を空にするという命令を含みうる。本方法は、第１の複数の画像及び第２の複数の画像におけるノイズを除去することをさらに含みうる。付加製造容器は、モールドを含みうる。本方法は、第１の複数の画像の部分集合を平均化すること及び第２の複数の画像の部分集合を平均化することにより、第１の複数の画像及び第２の複数の画像から画像データを抽出することを含みうる。本システムは、レーザにより、付加製造容器内の材料の堆積へと光パルスを向けることを含むことが可能であり、光パルスの継続時間は、第１のカメラと第２のカメラとの積分時間の２倍よりも短い。第１のカメラよって撮像すること及び第２のカメラによって撮像することはそれぞれ、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、付加製造容器内の材料の堆積の画像を撮像することを含みうる。

実施例は、以下の詳細な説明を参照し、添付の図面と関連性を考慮することによって、より深く理解されるため、実施例の様々な特徴が更に十分に評価されうる。

様々な実施例に係る、付加製造プロセスでの利用に適したチョップドファイバ材料の拡大された画像である。 様々な実施例に係る、付加製造されたチョップドファイバ製品における規格外空隙を検出するシステムの概略図である。 様々な実施例に係る、付加製造されたチョップドファイバ製品における規格外空隙を検出するシステムのタイミングチャートである。 様々な実施例に係る、チョップドファイバ製造プロセスにおける規格外空隙を検出する方法のフローチャートを示す。 様々な実施例に係る、付加製造容器モールド及び付加製造容器シェルの概略図である。

添付図面に示す開示された実施例に、以下で詳しく言及していく。同じ又は同様の要素に言及するために、可能な場合は常に、図面全体を通じて同じ参照番号を使用する。以下の記載において添付図面が参照されるが、添付図面は本明細書の一部を形成するものであり、特定の実施例を図示するという形で示される。上記の実施例は、当業者が本発明を実施しうるように十分に詳細に記載されており、他の実施例が利用されてもよく本開示の範囲から逸脱することなく変更が行われうると解されたい。従って、以下の説明は単なる例示にすぎない。

図１は、様々な実施例に係る、付加製造プロセスでの利用に適したチョップドファイバチップ１０２の拡大された画像１００である（チョップドファイバチップ１０２は、当該技術分野では「チョップドファイバフレーク」（ｃｈｏｐｐｅｄ ｆｉｂｅｒ ｆｌａｋｅ）としても知られている）。チョップドファイバチップは、炭素繊維又は他の繊維性材料で形成されうる。チョップドファイバチップは、概して方形、矩形、平行四辺形、（繊維の方向に延びる平行な辺を含む）台形、及び／又は四辺形の形状をした外形を有する。チョップドファイバチップは一般に、輪郭表面のいずれの辺よりも短い、輪郭表面に直交する次元において厚さを有する。上記輪郭表面に直交する次元の厚さは、寸法が、１ｍｍ（又は、例えば炭素繊維チップについては、１ｍｍ未満）〜１ｃｍ以上でありうる。上記の輪郭表面のエッジは、幾つかの用途について、寸法が、５ｍｍ〜５ｃｍ以上でありうる。

一般に、チョップドファイバチップ１０２を、モールド又はシェルといった、製品を成形するための付加製造容器に堆積させることが可能である（付加製造モールド及び付加製造シェルの一例が、以下では、図５を参照して示され記載される）。より詳細には、チョップドファイバチップ１０２は、互いに積み重なるようにして容器の中に落とされ、その後で圧縮され、加熱され、硬化されうる。上記の容器を保持して、チョップドファイバチップ１０２の圧縮時に支援するために、加振台が利用されうる。容器がモールドである場合は、製品は取り外されて、利用されうる。容器がシェルである場合には、シェルは製品の一部として残され、その後、取り外されて利用されうる。

製造プロセスの間には、チョップドファイバチップ１０２を容器の上方で解放することで、チョップドファイバチップ１０２を容器の中に堆積させることが可能であり、従って、重力の力によってチョップドファイバチップ１０２が上記の容器の中に運ばれる。この目的のために、コンベヤベルト又は他の製造システムが利用されうる。チョップドファイバチップ１０２は、チップごとに様々な置き方をされており、一般には、他の種類のポリマ粉末又は金属粉末（例えば、概して球状の要素を含む粉末）のようには、融合して規則的又は半規則的なパターンとならない。従って、本プロセスに従って製造された製品では、ポロシティ、即ち、空いた空間の可能性が零パーセントではない。

或る製品の製造が一度完了すると、例えば構造的完全性のためには、ポロシティが多過ぎる場合には、その製品は使用不可となる可能性がある。ＣＴの利用等の、既存の非破壊的な空隙検出技術によると、許容しえない空隙は、圧縮、加熱、及び硬化を含む、製品のための製造プロセスが完了するまで検出されないかもしれない。しかしながらこの期間内に、既存の技術に従うと、製造プロセスが継続される可能性があり、処理上の問題が存在することが認識されるより先に、更なる容器が不適切に充填され、チョップドファイバチップが圧縮され、加熱され、さらに硬化さえ行われる可能性がある。従って、付加製造された製品における規格外空隙のリアルタイム検出のための技術は、無駄に費やされる時間、エネルギー、資金、および材料を実質的に削減するために非常に有益であろう。

チョップドファイバチップの画像を撮像することに依拠した、空隙（例えば、規格外空隙）のリアルタイム検出の問題に対する単純なアプローチは、非常に大量のデータを生じさせるであろうし、この大量のデータは、リアルタイムでは処理することは出来ない。例えば、各コンピュータ読み取り可能な画像が２５ＭＢとなるような、５０００画素×５０００画素の画像について、一秒あたり５０００画像の画像撮像速度によって、一秒あたり１２５テラバイト又は一分あたり７．５ペタバイトの撮像された画像データが得られるであろう。この規模のデータを、既存の技術を用いて、本明細書の文脈でリアルタイムで空隙を検出するために処理することは出来ない。従って、既知の技術では対応出来ない、付加製造された製品のリアルタイム撮像及び解析における問題が存在している。幾つかの実施例によって、この問題及び他の問題が、本明細書で検討する様々な特化された装置及び技術の利用を通じて解決される。

図２は、様々な実施例に係る、付加製造された製品における規格外空隙を検出するシステム２００の概略図である。図示されるように、システム２００は、チョップドファイバチップ１０２といった材料２０２を付加製造容器２０４の中に堆積させることを含むプロセスに従って製造された製品における空隙を検出する。続いて、組み立てられた付加製造容器２０４及びそこに含まれる材料２０２に対して、圧縮、加熱、および硬化を施すことが可能である。付加製造容器２０４は、製品がそこから取り外されるモールドであってよく、又は、製品の外層として残るシェルであってもよい。材料２０２を、コンベヤベルト、ホッパー、又は他の製造技術によって付加製造容器２０４へと運んで、重力の力により付加製造容器２０４の中に堆積させることが可能である。付加製造容器２０４は、コンベヤベルト、加振台、又は他の製造装置上で保持出来る。

システム２００は、第１のカメラ２０６と、第２のカメラ２０８とを含む。カメラ２０６、２０８は、例えば５０００画素×５０００画素の解像度により、画像を撮像することが可能である。カメラ２０６、２０８は、一秒あたり２、０００〜２００、０００画像の画像撮像速度をサポートするために、５〜５００ミリ秒の範囲内の関連付けられた積分時間（即ち、画像撮像の継続時間）を有しうる。カメラ２０６、２０８は、材料２０２が付加製造容器２０４に堆積される間、材料２０２の画像を撮像するよう位置付けられうる。特に、カメラ２０６、２０８は、同じ空間の画像を異なる角度から撮像するように位置付けることが可能であり、従って、両カメラ２０６、２０８による同時の、画像中の撮像された製品の位置の三角測量が可能となる。三角測定プロセスの一例を、以下では三角測量機２２２を参照しながら記載する。カメラ２０６、２０８の出力は、平均器２２６、２２８のそれぞれに結合されている。

平均器２２６、２２８は、カメラ２０６、２０８それぞれの出力画像をバッチ処理で一緒に平均化する。幾つかの実施例において、平均器２２６、２２８は任意である。平均器２２６、２２８を含む実施例において、画像の連続的な集合（例えば、２〜１０のいずれの数の画像から成る集合）が、一緒に画素単位で平均化され、その後、平均化された画像が出力される。平均器２２６、２２８は、平均化の目的で一群の画像を一時的に格納するための高速の電子メモリ、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含みうる。この平均化は、一秒あたり２、０００〜２００、０００画像の速度でのカメラ２０６、２０８による画像撮像を処理するために、スピードのためにソフトウェアよりむしろ平均化ハードウェアによって行われうる。平均器は、様々な実施例によれば、カメラ２０６、２０８内に存在してもよく、又は、カメラ２１４、２１６の出力に結合されていてよい。平均器２２６、２２８の出力は、各ノイズ低減器２１４、２１６の入力に結合されている。

ノイズ低減器２１４、２１６は画像を受け取り、この結果ノイズをリアルタイムで除去する。受け取られる画像は、様々な実施例によれば、カメラ２０６、２０８からの出力でもよく、又は、平均器２２６、２２８からの出力でもよい。ノイズ低減器２１４、２１６は、（ソフトウェアとは異なり）ハードウェアで高速フーリエ変換を実現し、ノイズを除去するために、ハードウェアに実装されたローパスフィルタを利用し、ハードウェアに実装された逆フーリエ変換を用いて上記変換を逆方向に変換することが可能である。幾つかの実施例によれば、ノイズ低減器２１４、２１６は、ハードウェアに実装されている。なぜならば、ソフトウェアでの実装では、所望の速度（例えば、一秒あたり２、０００〜２００、０００画像）で画像をリアルタイム処理するのに十分に高速ではない可能性があるからである。平均器２１４、２１６の出力は、各特徴検出器２１８、２２０の入力と結合されている。

特徴検出器２１８、２２０は、受信された画像における特徴を検出して、この検出された特徴を表す特徴データを出力する。特徴検出器は、様々な実施例によれば、カメラ２０６、２０８、平均器２２６、２２８、又はノイズ低減器２１４、２１６のいずれからも画像データを入力しうる。即ち、特徴検出器２１８、２２０は、カメラ２０８、２０８のそれぞれにより撮像された生の画像、又は、平均部２２６、２２８それぞれにより処理された画像、及び／又はノイズ低減器２１４、２１６それぞれにより処理された画像から抽出された画像データにおける特徴を検出する。

様々な実施例に係る、特徴検出器２１８、２２０により検出される適切な特徴の例は、エッジを含む。このような実施例において、特徴検出器２１８、２２０はエッジ検出器を含む。公知の適切なリアルタイムエッジ検出プロセスの例が、例えば、Ｃｈｅｎらによる「Ｒｅａｌ−ｔｉｍｅ Ｅｄｇｅ−Ａｗａｒｅ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ Ｂｉｌａｔｅｒａｌ Ｇｒｉｄ」（ＡＣＭ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｇｒａｐｈｉｃｓ、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＡＣＭ ＳＩＧＧＲＡＰＨ ２００７ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）、及び、ｗｗｗ．ｅｍｂｅｄｄｅｄ−ｖｉｓｉｏｎ．ｃｏｍ／ｐｌａｔｉｎｕｍ−ｍｅｍｂｅｒｓ／ｂｄｔｉ／ｅｍｂｅｄｄｅｄ−ｖｉｓｉｏｎ−ｔｒａｉｎｉｎｇ／ｄｏｃｕｍｅｎｔｓ／ｐａｇｅｓ／ｂｕｉｌｄｉｎｇ−ｍａｃｈｉｎｅｓ−ｓｅｅ−ｆｉｎｄｉｎｇ−ｅｄｇｅｓ−ｉに開示されている。公知のエッジ検出プロセスの一例には、ガウシアンフィルタを用いて画像のノイズを除去することと、強度勾配を検出することと、線をはっきりさせるために非最大値抑制（ｎｏｎ−ｍａｘｉｍｕｍ ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）を適用することと、望まれぬ画素をフィルタで除去するためにヒステリシスを適用することが含まれる。しかしながら、代替例においては、他のエッジ検出技術が特徴検出器２１８、２２０によって利用されうる。幾つかの実施例によれば、特徴検出器２１８、２２０は、材料２０２の別々の構成要素のエッジを、カメラ２０６、２０８により撮像された（場合によっては、平均器２２６、２２８及び／又はノイズ低減器２１４、２１６に掛けられている）画像に当該エッジが現れている間に、リアルタイムで検出することが可能である。検出に適した他の特徴に、角及び表面が含まれうる。このような特徴は、エッジの代わりに又はエッジに加えて利用することが可能である。

多くの実施例では色又は美的感覚のような特徴が利用されておらず、従って、カメラ２０６、２０８により生ぜられた、２５ＭＢのオーダーでありうる画像全体が必要ではないことに注意されたい。その代わり、実施例では、各チョップドファイバチップ２０２の体積及び付加製造容器２０４内での位置を定めるために、エッジ情報を利用することが可能である。従って、特徴検出器２１８、２２０は、カメラ２０６、２０８それぞれにより生ぜられた、場合によっては平均器２２６、２２８及び／又はノイズ低減器２１４、２１６の一方又は双方により処理された画像データを入力し、検出された特徴と、当該特徴の寸法と、付加製造容器２０４内での当該特徴の位置とを表す特徴データを出力することが可能である。従って、幾つかの実施例では、規格外空隙を検出するために処理されるデータ量が実質的に低減される。２５ＭＢの画像を、例えば２５０ＫＢの特徴データへと縮小することによって、このデータを、付加製造容器２０４内の材料２０２の非常に効率が良く正確な体積測定を獲得するために利用することが可能である。

特徴検出器２１８、２２０は、高速実装のために、ソフトウェアとは異なりハードウェアに、例えばＣＭＯＳに実装することが可能である。特徴検出器２１８、２２０（及び、存在する場合は、ノイズ低減器２１４、２１６及び／又は平均器２２６、２２８のいずれか）は、各カメラ２０６、２０８に搭載して実装することが可能である。特徴検出器２１８、２２０の出力は、三角測量機２２２の入力に結合されている。

三角測量機２２２は、特徴検出器２１８、２２０から特徴データを受け取り、付加製造容器２０４内に堆積させられた実質的にすべての材料２０２について位置データを定める。特に、公知の特徴処理三角測量技術を利用して、三角測量機２２２は、材料２０２の各個別の要素の位置を定める。三角測量機２２２は、このようなチップごとに配置方向を定めることがさらに可能である。検出されたエッジを利用して、場合によっては、既知のチョップドファイバチップの幅を併用して、三角測量機２２２は、標準的な掛け算を利用して各このようなチップの体積を定める（他の実施例によれば、このような体積計算は、空隙検出器２２４によって、又はその代わりに他のシステム構成要素によって行われる）。三角測量機２２２は、付加製造容器２０４内に存在する材料２０２の三次元表示を出力し、上記三次元表示には、このようなチップごとに、その位置、体積、及び／又は配置方向のうちの１つ以上が含まれる。上記の三次元表示は、非限定的な例として、ステレオＣＡＤ‐３Ｄ ２．０画像ファイル（．３Ｄ２０）又は３Ｄフォーマット（．３ＤＦ）又はｇＩＴＦ ３Ｄ２ Ｓｔｕｄｉｏ＿Ａｕｔｏｄｅｓｋ及びＦＢＸ-Ａｕｔｏｄｅｓｋといった様々なフォーマットのいずれかによるものでありうる。三角測量機２２２は、高速実装のために、ソフトウェアとは異なりハードウェアに、例えばＣＭＯＳに実装することが可能である。三角測量機２２２の出力は、空隙検出器２２４への入力に結合されている。

空隙検出器２２４は、三角測量機２２２から、付加製造容器２０４内に存在する材料２０２の三次元表示を受け取り、表示された製品に規格外空隙が存在するかどうかを判定する。このような判定の基準には、例えば、材料２０２が占める総体積が何らかの所定の総体積閾値よりも小さいこと、又は、最大空隙の大きさが何らかの所定の最大体積閾値を超過していることが含まれる。このような閾値の値は、特定の製造された製品と、意図されているその製品の用途とに従って変わる。空隙の大きさは、様々な測定基準を用いて、例えば、いずれのチョップドファイバチップにも又は付加製造容器に接触することなく付加製造容器内に存在しうる最大球体の直径を用いて特徴付けられうる。上記の判定によって、規格外空隙が存在することが示された場合には、空隙検出器２２４はアラートを出力することが可能である。アラートは、メッセージであってよく、１ビット値であってよく、又は、許容しうる製品を示すビット値（各ビット値は特定の製品に対応している）の連なりの中で規格外空隙を示す変更されたビット値であってよい。空隙検出器２２４は、製造プロセスにおいて、ディスプレイ２３４、別のヒューマンインタフェース、又は機械にアラートを提供することが可能である。

ディスプレイ２３４は、コンピュータの画面であってよく、携帯機器の画面であってよく、又は、製造された製品における検出された規格外空隙についてリアルタイム処理で人間のユーザにアラートを発することが可能な他の種類のディスプレイであってよい。幾つかの実施例によれば、ディスプレイ２３４は、アラートを表現する音声を生成しうるスピーカといった、音声出力装置を備えてもよく、又は、当該音声出力装置と置換されてもよい。人間のユーザにアラートを伝えるための他の方策も、代替的に又は追加的に可能である。

システム２００は、レーザ２３０及びレーザ２３２も備える。レーザ２３０、２３２は、カメラ２０６、２０８による画像撮像のために、付加製造容器２０４内のチョップドファイバチップ２０４の堆積を照射するよう位置付けられている。レーザ２３０、２３２の波長は、特定の付加製造プロセス及び材料について選択されうる。例えば、波長は、付加製造材料により反射されて製造システム自体の機械部品によって吸収されるよう選択されてよい。レーザ２３０、２３２、並びに、カメラ２０６、および、システム２００の他の部分が、同期装置２１０によって制御される。

同期装置２１０は、システム２００の動作の大部分を制御して調整する。同期装置２１０は、様々な実施例によれば、カメラ２０６、２０８、レーザ２３０、２３２、三角測量機２２２、及び、空隙検出器２２４のいずれか、又は、カメラ２０６、２０８、レーザ２３０、２３２、三角測量機２２２、及び、空隙検出器２２４のうちのいずれかの組み合わせに通信可能に結合されている。幾つかの実施例によれば、同期装置が、画像データを運ぶ通信チャネルとは異なる通信チャネルを用いて上記システムのいずれかと通信可能に結合されうることに注意されたい。同期装置２１０は同期パルスを生成し、この同期パルスは、結合されたシステム構成要素によるアクションをトリガする電気信号である。同期装置２１０は、システム全体の動作を調整するために、様々なシステム構成要素に対してタイミングパルスを提供し、これにより、付加製造プロセスにおける非常に高速のリアルタイム空隙検出が可能となる。同期装置２１０の動作及びその同期パルスの相対的な配置を、以下では、図３を参照しながら記載する。

図３は、様々な実施例に係る、付加製造されたチョップドファイバ製品における規格外空隙を検出するシステム（例えば、システム２００）のタイミングチャート３００である。タイミングチャート３００は、同期パルス３０２の相対的なタイミング、及び、同期パルス３０２の相対的な継続時間、並びに、カメラ２０６、２０８、レーザ２３０、２３２、平均器２２６、２２８、三角測量機２２２、及び空隙検出器２２４により行われる様々なアクションを図示している。

タイミングチャート３００に図示するように、同期装置２１０は、同期パルス３０２を生成して、カメラ２０６、２０８及びレーザ２３０、２３２に渡す。同期パルス３０２は、任意の速度で、例えば一秒あたり２，０００〜２００，０００パルスの速度で、生成されうる。同期パルス３０２は、様々なシステムに送信される５ボルトのパルスを含みうる。同期パルス３０２によって、カメラ２０６、２０８による画像撮像、及び、レーザ２３０、２３２による照射をトリガすることが可能である。

タイミングチャート３００には、カメラ２０６のための積分区間３０４、カメラ２０８のための積分区間３０６、カメラ２０６のためのデータ転送区間３０８、及び、カメラ２０８のためのデータ転送区間３１０も図示されている。積分区間３０４、３０６に図示される各ブロックは、各カメラ２０６、２０８が画像を撮像する時間区間の長さを表している。レーザ２３０、２３２による照射の継続時間は、カメラ２０６、２０８の積分時間とほぼ同じ長さであり、又はカメラ２０６、２０８の積分時間よりも幾分長い（例えば、積分時間の９０％〜１９０％）。このような実施例において、カメラ２０６、２０８にはシャッタが無くてもよい。積分区間３０４、３０６に図示された各ブロックの直ぐ後に続いて、カメラ２０６、２０８それぞれのためのデータ転送区間３０８、３１０を図示するブロックがある。このようなブロックは、各カメラ２０６、２０８が、その次のシステム構成要素が平均器２２６、２２８であれ、ノイズ低減器２１４、２１６であれ、又は特徴検出器２１８、２２０であれ、次のシステム構成要素へと自身の画像データを転送する時間区間の長さを表している。タイミングチャート３００に図示された様々なシステム構成要素のタイミング、具体的には、他のタイミングアクションに対するカメラ２０６のための積分区間３０４及びカメラ２０８のための積分区間３０６の処理が、特徴検出器２１８、２２０によりもたらされる実質的なメモリ削減と連携して、付加製造プロセスにおいて空隙を検出するためにシステムがリアルタイムで動作することを可能とすることに注意されたい。

タイミングチャート３００には、カメラ２０６のための平均化、ノイズ低減、及び特徴検出が行われる区間３１２、並びに、カメラ２０８のための平均化、ノイズ低減、及び特徴検出が行われる区間３１４も図示されている。同期装置２１０は、バッチ処理により画像データを平均化するよう平均器２２６、２２８に命令しうることに注意されたい。特に、同期装置は、平均器２２４、２２６に対してタイミングパルスを渡し、このタイミングパルスによって、平均器は、画像群を画素単位で平均化するようトリガされる。従って、同期装置２１０は、Ｎ個の同期パルス２０３ごとに、平均器２２６、２２８にトリガパルスを送ることが可能であり、ここで、Ｎは、２〜１０のいずれかの数でありうる。他の実施例によれば、同期装置２１０は、平均器２２６、２２８に同期パルス３０２を送ることが可能であり、平均器２２６、２２８は、Ｎ番目の同期パルスごとにトリガされる。特定のトリガイベントにかかわらず、トリガに応じて、平均器２２６、２２８は、自身の各メモリから、Ｎ又はＮ−１個の先行する画像を取り出し、画素単位で平均化を行う。タイミングチャート３００に図示される非限定的な例について、平均器２２６、２２８は、５個の画像群を平均化し、従って、この非限定的な例についてはＮ＝５である。タイミングチャート３００に図示されるように、平均化、ノイズ低減、及び特徴検出が行われる区間３１２、３１４が、任意の特定の群の第１の画像のためのデータ転送区間の間、又は当該データ転送区間の直後に開始することに注意されたい。

平均化、ノイズ低減、及び特徴検出が行われる区間３１２、３１４は、特定の例において存在する場合にノイズ低減器２１４、２１６が自身の各ノイズ低減処理を行う間の時間も表す。

平均化、ノイズ低減、及び特徴検出が行われる区間３１２、３１４は、特徴検出部２１８、２２０が自身の各特徴検出処理を行う間の時間も表す。

タイミングチャート３００には、三角測量区間３１６も図示されている。三角測量区間３１６は、三角測量機２２２が、特徴検出器２１８、２２０により提供された特徴データ上でその三次元表示を生成するために動作する時間区間を表す。

最後に、タイミングチャート３００には体積測定処理区間３１８も図示されている。体積測定処理区間３１８は、三角測定機２２２により提供された三次元表示に基づいて、場合によっては、体積検出器２２４により定められた体積データと組み合わせて、規格外空隙が存在するかどうかを判定するために空隙検出器２２４が体積情報を処理する時間区間を表す。各体積測定処理区間３１８の終わりで、空隙検出器２２４は、このような処理が規格外空隙が存在することを示すかどうかをディスプレイ２３４（又は、他のシステム構成要素）に示すことが可能である。

図４は、様々な実施例に係る、チョップドファイバ製造プロセスにおける規格外空隙を検出する方法４００のフローチャートである。方法４００は、図２のシステム２００を用いて実現することが可能であり、システム構成要素のタイミングは、例えば、図３のタイミングチャートに図示したとおりである。

ブロック４０２では、カメラ２０６が第１の複数の画像を撮像し、カメラ２０８が第２の複数の画像を撮像する。第１の複数の画像は、第２の複数の画像と同時に撮像されうる。各画像は、各レーザ２３０、２３０からの照射レーザパルスによりトリガされたときに撮像されうる。各複数の画像は、各平均器２２６、２２８によって一緒に平均化されるＮ＞１個の画像の一群に対応しうる。先に図２を参照して示し記載したように、チョップドファイバチップが付加製造容器２０４内に堆積される間に画像が撮像される。その後、複数の画像は任意に、このような画像データが特徴検出器２１８、２２０に渡されるより先に、平均器２２６、２２８とノイズ低減器２１４、２１６との一方又は双方により処理される。代替的に、このような画像データは、平均器２２６、２２８及びノイズ低減器２１４、２１６により処理されることなく、特徴検出器２１８、２２０に渡される。

ブロック４０４では、平均器２２６、２２８が、カメラ２０６、２０８から受信された画像群を一緒に画素単位で平均化する。この処理は、先に図２の平均器２２６、２２８を参照して示され記載されている。具体的には、様々な実施例によれば、２、３、４、５、６、又は２０よりも小さい任意の数の画像群が、一緒に画素単位で平均化されうる。

ブロック４０６では、ノイズ低減器２１４、２１６が、第１の複数の画像及び第２の複数の画像から抽出された画像データからノイズを除去する。ノイズ低減器は、先に図２を参照して記載したように、ハードウェアによる処理を用いて、画像データを周波数領域に変換して、高周波成分をフィルタで除去することが可能であり、かつ、空間領域へと変換して戻すことが可能である。その後、画像データは特徴検出器２１８、２２０に渡される。

ブロック４０８では、特徴検出器２１８、２２０が、個別の例次第でカメラ２０６、２０８、平均器２２６、２２８、又はノイズ低減器２１４により提供された画像データにおいて特徴を検出する。特徴検出器は、先に図２の特徴検出器２１８、２２０を参照して示し記載したように、エッジを検出することが可能である。特徴検出器２１４、２１６は、自身が受信して処理した画像データを表わした特徴データを出力する。その後、特徴検出器２１８、２２０は、三角測量機２２２に特徴データを渡す。

ブロック４１０では、三角測量機２２２が、特徴検出器２１８、２２０から受信された特徴データを処理する。先に図２を参照して示し記載したように、三角測量機は、特徴検出器２１８、２２０から受信された特徴データに対して、既知の三角測量技術を適用し、付加製造容器２０４内に存在する材料２０２の三次元表示を生成する。特に、三次元表示は、２５ＫＢより小さくあってよく、このようなチョップドファイバチップごとに、位置、配置方向、及び体積の１つ以上を含みうる。三角測量機２２２は、更なる処理のために、三次元表示を空隙検出器４１２に渡す。

ブロック４１２では、空隙検出器２２４が、チョップドファイバチップの付加製造容器２０４内に空隙が存在するかどうかを判定する。上記判定は、チョップドファイバチップの付加製造容器２０４が、少なくとも所与の大きさの空隙を含むかどうかについてでありうる。上記判定は、様々な測量基準のいずれかを用いて行われうる。幾つかの実施例によれば、上記判定は、少なくとも所与の大きさの空隙が存在することを三次元表示が示しているかを判定することによって行われる。このような判定は、例えば、チョップドファイバチップの付加製造容器２０４が、対応する所与の直径を有する球体を含みうるかどうかを判定することによって行われうる。他の実施例によれば、上記判定は、材料２０２が占める総体積が何らかの総体積閾値よりも小さいことを三次元表示が示しているかどうかを判定することによって行われる。他の判定測定基準が、幾つかの実施例の範囲内で可能である。

ブロック４１２での判定が「いいえ」（Ｎｏ）である場合には、制御は、ブロック４０２に戻る。そうではなく、ブロック４１２での判定が「はい」（Ｙｅｓ）である場合には、制御は、ブロック４１４に進む。

ブロック４１４では、ディスプレイ２３４が、ユーザに対して、製造されたチョップドファイバ製品に規格外空隙が存在するというアラートを提供する。アラートは、可聴的であってよく、可視的であってよく、又はこれらの組み合わせであってよい。アラートは、いくつかの実施例によれば、ユーザの携帯機器に送信されうる。この処理は、製品が取り除かれて処理されるまで、製造ライン又は製造ラインの一部を停止することも可能である。

図５は、様々な実施例に係る、付加製造容器モールド５０４及び付加製造容器シェル５０２の概略図である。使用時に、付加製造シェル５０２は、開口５０６を通じて、チョップドファイバチップを受け取る。付加製造シェル５０２は、製造品の一部として残ってチョップドファイバチップと共に硬化されうる。付加製造モールド５０４は、開口５０８を通じて、チョップドファイバチップを受け取る。付加製造製品は、使用前に付加製造モールド５０４から取り外され、付加製造モールドは、いずれの完成された製品の部分も形成しない。

更に、本開示は下記の条項に係る実施例を含む。

条項１．付加製造プロセスによって製造された製品における規格外空隙を検出するシステムであって、システムは、
第１の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第１の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第１のカメラと、
第２の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第２の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第２のカメラと、
第１のカメラ及び第２のカメラに通信可能に結合された少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器であって、第１の複数の画像から抽出された画像データ及び第２の複数の画像における材料の要素の特徴を検出するようハードコードされた少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器と、
少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機であって、少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器からの特徴データを受信し、特徴データから付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示を生成するよう構成された少なくとも１つの電子三角測量機と、
付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示から、付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定するよう構成された少なくとも１つの電子空隙検出器と、
付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供するよう構成された少なくとも１つのディスプレイと、を備える、システム。

条項２．材料は、チョップドファイバチップを含む、条項１に記載のシステム。

条項３．少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器は、複数の個別チョップドファイバチップのエッジを検出するようさらに構成される、条項２に記載のシステム。

条項４．少なくとも１つの電子空隙検出器は、複数のチョップドファイバチップの体積を計算し、体積から空隙情報を計算するようさらに構成され、空隙情報は、付加製造容器内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す、条項２に記載のシステム。

条項５．アラートは、付加製造容器を空にするという命令を含む、条項１から４のいずれか一項に記載のシステム。

条項６．第１の複数の画像及び第２の複数の画像におけるノイズを低減するためにフーリエ変換を行うよう構成されたノイズ低減器をさらに備える、条項１から５のいずれか一項に記載のシステム。

条項７．付加製造容器はモールドを含む、条項１から６のいずれか一項に記載のシステム。

条項８．複数の撮像された画像の平均化を行うよう構成された平均器をさらに備える、条項１に記載のシステム。

条項９．付加製造容器内の材料の堆積へと光パルスを向けるよう構成されたレーザをさらに備え、光パルスの継続時間は、第１のカメラ及び第２のカメラの積分時間の２倍よりも短い、条項１から８のいずれか一項に記載のシステム。

条項１０．第１のカメラ及び第２のカメラは、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、付加製造容器内の材料の堆積の画像を撮像するよう構成される、条項１から９のいずれか一項に記載のシステム。

条項１１．付加製造プロセスによって製造された製品における規格外空隙を検出する方法であって、方法は、
第１のカメラによって、第１の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第１の複数の画像を撮像することと、
第２のカメラによって、第２の角度から、付加製造容器内の材料の堆積の第２の複数の画像を撮像することと、
第１のカメラ及び第２のカメラに通信可能に結合され、材料の要素の特徴を検出するようハードコードされたハードウェア電子特徴検出器によって、第１の複数の画像及び第２の複数の画像から抽出された画像データから特徴データを検出することと、ハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機によって、特徴データから付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示を生成することと、
付加製造容器内の材料の電子的な三次元表示から、付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定することと、
付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供すること
を含む、方法。

条項１２．材料はチョップドファイバチップを含む、条項１１に記載の方法。

条項１３．特徴データは、複数の個々のチョップドファイバチップのエッジを検出することを含む、条項１２に記載の方法。

条項１４．複数のチョップドファイバチップの体積を計算することと、体積から空隙情報を計算することをさらに含む方法であって、空隙情報は、付加製造容器内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す、条項１２又は１３に記載の方法。

条項１５．アラートは、付加製造容器を空にするという命令を含む、条項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。

条項１６．第１の複数の画像及び第２の複数の画像におけるノイズを除去することをさらに含む、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。

条項１７．付加製造容器はモールドを含む、条項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。

条項１８．第１の複数の画像の部分集合を平均化すること及び第２の複数の画像の部分集合を平均化することにより、第１の複数の画像及び第２の複数の画像から画像データを抽出することをさらに含む、条項１１から１７のいずれか一項に記載の方法。

条項１９．レーザにより、付加製造容器内の材料の堆積へと光パルスを向けることをさらに含む方法であって、光パルスの継続時間は、第１のカメラ及び第２のカメラの積分時間の２倍よりも短い、条項１１から１８のいずれか一項に記載の方法。

条項２０．第１のカメラによって撮像すること及び第２のカメラによって撮像することのそれぞれは、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、付加製造容器内の材料の堆積の画像を撮像することを含む、請求項１１から１９のいずれか一項に記載の方法。

例示的な例について、チョップドファイバチップを用いる付加製造プロセスに関連して記載してきたが、実施例がそのようには限定されないことに注意されたい。開示された技術は、エッジといった特徴を含む別々の要素から成る付加製造材料を使用するいかなる付加製造技術にも適用可能であり、特徴は、上記要素の体積を定めるために利用することが可能である。例えば、上記技術は、平行六面体の形状をした別々の要素から成る材料を利用するいかなる付加製造技術にも適用されうる。

上述の特定の実施例は、部分的にコンピュータアプリケーション又はプログラムを使用して実行することが可能である。コンピュータプログラムは、稼働時と非稼働時との双方において、様々な形態により存在しうる。例えば、コンピュータプログラムは、１つ以上のソフトウェアプログラム、ソフトウェアモジュール、又はその双方として存在することが可能であり、ソースコード、オブジェクトコード、実行可能なコード、又は他の形式によるプログラム命令、ファームウェアプログラム、又はハードウェア記述言語（ＨＤＬ：ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｌａｎｇｕａｇｅ）ファイルから成りうる。上述のいずれも、圧縮された又は圧縮されていない形態によるコンピュータ読み取りが可能な記憶装置及び媒体を含みうるコンピュータ読み取り可能な媒体で具現されうる。例示的なコンピュータ読み取り可能な記憶装置及び媒体は、従来のコンピュータシステムのＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）、ＥＰＲＯＭ（ｅｒａｓａｂｌｅ，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ，ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、及び、磁気ディスク若しくは光ディスク又は磁気テープ若しくは光テープを含む。

当業者であれば、上述の実施例に対して、その真の思想及び範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことが可能であろう。本明細書で使用される用語及び説明は、解説のみを目的として記載されており、限定としては意図されていない。詳細には、本方法は実施例によって説明されてきたが、本方法の工程は、例示とは異なる順序で、又は同時に実行することが可能である。当業者は、これらの変形例及び他の変形例が、以下の特許請求の範囲及びその均等物において規定される思想及び範囲において可能であることが分かるであろう。

Claims (14)

1. 付加製造プロセスによって製造された製品における規格外空隙を検出するシステム（２００）であって、前記システムは、
   第１の角度から、付加製造容器（２０４）内の材料（２０２）の堆積の第１の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第１のカメラ（２０６）と、
   第２の角度から、前記付加製造容器（２０４）内の前記材料の堆積の第２の複数の画像を撮像するよう位置付けられた第２のカメラ（２０８）と、
   前記第１のカメラ及び前記第２のカメラに通信可能に結合された少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器（２１８、２２０）であって、前記第１の複数の画像から抽出された画像データ及び前記第２の複数の画像における前記材料の要素の特徴を検出するようハードコードされた少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器（２１８、２２０）と、
   前記少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機（２２２）であって、前記少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器からの特徴データを受信し、前記特徴データから前記付加製造容器内の前記材料の電子的な三次元表示を生成するよう構成された少なくとも１つの電子三角測量機（２２２）と、
   前記付加製造容器内の前記材料の前記電子的な三次元表示から、前記付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定するよう構成された少なくとも１つの電子空隙検出器（２２４）と、
   前記付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供するよう構成された少なくとも１つのディスプレイ（２３４）と、
   を備える、システム（２００）。
2. 前記材料は、チョップドファイバチップ（１０２）を含み、前記少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器は、複数の個別チョップドファイバチップ（１０２）のエッジを検出するようさらに構成される、請求項１に記載のシステム。
3. 前記少なくとも１つの電子空隙検出器（２２４）は、
   複数のチョップドファイバチップの体積を計算し、
   前記体積から空隙情報を計算する
   ようさらに構成され、
   前記空隙情報は、前記付加製造容器内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１の複数の画像及び前記第２の複数の画像におけるノイズを低減するためにフーリエ変換を行うよう構成されたノイズ低減器（２１４、２１６）をさらに備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
5. 複数の撮像された画像の平均化を行うよう構成された平均器（２２６、２２８）をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
6. 前記付加製造容器内の前記材料の堆積へと光パルスを向けるよう構成されたレーザ（２３０、２３２）をさらに備え、前記光パルスの継続時間は、前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの積分時間の２倍よりも短い、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
7. 前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、前記付加製造容器内の前記材料の堆積の前記画像を撮像するよう構成される、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
8. 付加製造プロセスによって製造された製品における規格外空隙を検出する方法（４００）であって、前記方法は、
   第１のカメラ（２０６）によって、第１の角度から、付加製造容器（２０４）内の材料（２０２）の堆積の第１の複数の画像を撮像すること（４０２）と、
   第２のカメラ（２０８）によって、第２の角度から、前記付加製造容器内の前記材料の堆積の第２の複数の画像を撮像すること（４０２）と、
   前記第１のカメラ及び前記第２のカメラに通信可能に結合され、前記材料の要素の特徴を検出するようハードコードされた少なくとも１つのハードウェア電子特徴検出器（２１８、２２０）によって、前記第１の複数の画像及び前記第２の複数の画像から抽出された画像データから特徴データを検出すること（４０８）と、
   前記ハードウェア電子特徴検出器に通信可能に結合された少なくとも１つの電子三角測量機（２２２）によって、前記特徴データから前記付加製造容器内の前記材料の電子的な三次元表示を生成すること（４１０）と、
   前記付加製造容器内の前記材料の前記電子的な三次元表示から、前記付加製造容器内に規格外空隙が存在することを判定すること（４１２）と、
   前記付加製造容器内に規格外空隙が存在するというアラートを提供すること（４１４）と、
   を含む、方法（４００）。
9. 前記材料は、チョップドファイバチップ（１０２）を含み、前記特徴データは、複数の個別チョップドファイバチップ（１０２）のエッジを検出することを含む、請求項８に記載の方法。
10. 複数のチョップドファイバチップ（１０２）の体積を計算することと、
    前記体積から空隙情報を計算すること
    をさらに含む方法であって、
    前記空隙情報は、前記付加製造容器内の少なくとも１つの空隙の大きさを表す、請求項９に記載の方法。
11. 前記第１の複数の画像及び前記第２の複数の画像におけるノイズを除去すること（４０６）をさらに含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記第１の複数の画像の部分集合を平均化すること（４０４）及び前記第２の複数の画像の部分集合を平均化すること（４０４）により、前記第１の複数の画像及び前記第２の複数の画像から前記画像データを抽出することをさらに含む、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. レーザ（２０６、２０８）により、前記付加製造容器内の前記材料の堆積へと光パルスを向けることをさらに含む方法であって、前記光パルスの継続時間は、前記第１のカメラ及び前記第２のカメラの積分時間の２倍よりも短い、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記第１のカメラによって撮像すること及び前記第２のカメラによって撮像することのそれぞれは、一秒あたり少なくとも５０００画像の速度で、前記付加製造容器内の前記材料の前記堆積の前記画像を撮像することを含む、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。

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