JP5505588B2 - Filament winding equipment - Google Patents
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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。 The present invention relates to a filament winding apparatus for winding a fiber bundle around a mandrel by hoop winding and helical winding.
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。 The filament winding apparatus is an apparatus that manufactures a hollow container such as a pressure tank, a pipe, and the like by a filament winding method (for example, Patent Document 1). In the filament winding method, a product (a pressure tank or the like) is manufactured by winding a fiber bundle around a mandrel (liner). The fiber bundle is made of, for example, a fiber material such as glass fiber or a fiber material using a synthetic resin.
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))。 The filament winding apparatus winds a fiber bundle fed from a head portion around a mandrel. The head portion includes a hoop winding head wound by hoop winding and a helical winding head wound by helical winding. In the hoop winding, the fiber bundle is wound at a substantially right angle with respect to the axial direction of the mandrel (FIG. 7A). Helical winding winds a fiber bundle at a predetermined angle with respect to the axial direction of the mandrel (FIGS. 7B and 7C).
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。
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。 The problem to be solved by the present invention is to provide a filament winding apparatus capable of improving the accuracy in appearance inspection and increasing the speed in view of the above-described problems.
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、
マンドレルに対して繊維束をフープ巻で巻き付けるフープ巻工程を行うためのフープ巻ヘッドと、
マンドレルに対して繊維束をヘリカル巻で巻き付けるヘリカル巻工程を行うためのヘリカル巻ヘッドと、
繊維束がマンドレルに巻き付けられた巻付けマンドレルの外観検査を行うための検査機構と、
フープ巻ヘッド、ヘリカル巻ヘッド及び検査機構を制御するための制御部と、を備え、
検査機構は、
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、
マンドレルは、円筒部とその両側のドーム部とを有する圧力タンクであり、
制御部は、フープ巻工程及びヘリカル巻工程のそれぞれの後に、検査機構が巻付けマンドレルの外観検査を行うように制御する。
The filament winding apparatus according to the present invention includes:
In a filament winding apparatus for winding a fiber bundle around a mandrel,
A hoop winding head for performing a hoop winding step of winding the fiber bundle around the mandrel by hoop winding;
A helical winding head for performing a helical winding process of winding a fiber bundle on a mandrel by helical winding;
An inspection mechanism for performing an appearance inspection of a wound mandrel in which a fiber bundle is wound around the mandrel;
A hoop winding head, a helical winding head, and a control unit for controlling the inspection mechanism,
Inspection mechanism
An acquisition unit for acquiring the contour shape of the winding mandrel as shape data;
A storage unit for storing a reference contour shape as reference data;
A comparison unit that compares the shape data with the reference data;
A determination unit that determines the quality of the contour shape of the winding mandrel based on the comparison result of the comparison unit, and
Mandrel, Ri pressure tank der having a cylindrical portion and a dome portion on both sides,
The control unit controls the inspection mechanism to perform an appearance inspection of the winding mandrel after each of the hoop winding process and the helical winding process.
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。 Preferably, the acquisition unit includes a measurement unit that measures a distance from the predetermined position to the winding mandrel, and acquires shape data based on a measurement result of the measurement unit.
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。 Preferably, the acquisition unit includes an imaging unit that captures an outline shape of the winding mandrel and an image processing unit that processes a captured image of the imaging unit, and acquires shape data based on a processing result of the image processing unit.
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。 According to the filament winding apparatus of the present invention, the acquisition unit acquires the contour shape of the winding mandrel as shape data, and the comparison unit compares the shape data with the reference data, so that the determination unit compares the winding mandrel. The quality of the contour shape is determined.
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。 Accordingly, in the filament winding apparatus according to the present invention, since the determination unit determines the quality of the contour shape by comparing the shape data and the reference data, not by the visual inspection by the operator, an inspection judgment error or variation occurs. Furthermore, since the determination can be made in a shorter time than the operator, the production line can be speeded up and automated, and the production efficiency and inspection accuracy can be improved.
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。 Hereinafter, a filament winding apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[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。
[Device configuration]
FIG. 1 is a partially omitted perspective view showing a filament winding apparatus. The filament winding apparatus includes a
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。
The
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。
The fiber bundle R is made of, for example, a fiber material such as glass fiber or a fiber material using a synthetic resin. The
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。
The fiber bundle R is impregnated with a thermosetting synthetic resin material in advance. The fiber bundle R may not be impregnated with resin. In that case, a resin impregnation device (not shown) is provided between the
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。
A plurality of mandrels M (M1, M2) are arranged on both sides (front and back of the drawing) of the
[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。
[Winding device]
FIG. 2 is an enlarged perspective view showing the winding device of FIG. The
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。
The mandrel M includes a mandrel spindle S extending in the mandrel axial direction Mc. The
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。
When manufacturing a pressure tank, the mandrel M is formed of high-strength aluminum, metal, resin, or the like, and has a shape having a cylindrical portion Ma and dome portions Mb on both sides thereof (FIG. 7). The spindle S is detachably fixed to the mandrel M. The
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。
The
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。
The winding
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。
The
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。
The
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。
The
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。
The helical winding
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。
In the helical winding
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。
The helical winding
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。
The helical winding
[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。
[Helical winding head]
FIG. 3 is a front view showing the helical winding
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。
The fiber bundle R drawn from the
[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。
[Opening guide]
FIG. 4 is a perspective view showing a fiber opening guide. The
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。
The opening
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。
In the
[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。
[Hoop winding head, etc.]
FIG. 5 is a partial side view showing the winding device. FIG. 6 is a partial front view seen from the mandrel axial direction, where (a) is a hoop winding head and (b) is a helical winding head.
[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。
[Swivel mechanism]
As shown in FIGS. 5 and 6A, the
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。
The
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。
The
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。
The
[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。
[Rotation mechanism]
As shown in FIG. 5, the
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。
The
[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。
[Movement mechanism]
In FIG. 5, the
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。
The
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。
The
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)。
Therefore, the mandrel
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。
The hoop winding
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。
The hoop winding
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)。
Accordingly, the hoop winding head
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。
The
[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。
[Control unit]
The
[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。
[Hoop winding / helical winding]
As shown in FIG. 6A, the
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))。
As shown in FIG. 6B, during the helical winding, the mandrel M rotates in the
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。
FIG. 7 is a side view showing hoop winding and helical winding. As shown in FIG. 7A, in the hoop winding, the fiber bundle R is wound substantially perpendicular to the mandrel axial direction Mc. As shown in FIGS. 7B and 7C, the helical winding winds the fiber bundle R at a predetermined angle θ (θ1, θ2) with respect to the mandrel axial direction Mc. As described above, the
[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。
[Inspection mechanism]
(First embodiment)
8A and 8B show the inspection mechanism of the first embodiment, where FIG. 8A is a side view and FIG. 8B is a front view.
As shown in FIG. 8A, the filament winding apparatus includes a measurement unit (acquisition unit) 62. The measuring
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。
The measuring
The “winding mandrel M2” is not only the mandrel that is the final product, but also the mandrel M around which the fiber bundle R is wound, and includes mandrels after each winding step and in the middle.
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。
As shown in FIG. 8B, the measuring
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。
Thereby, the shape of the circumference of the winding mandrel M2 at the predetermined position can be recognized. Then, the measuring
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。
As shown in FIG. 8A, the filament winding apparatus includes a
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。
As shown in FIG. 8B, the calculation means 61 includes a measurement
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。
The computing means 61 includes a reference
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。
The calculation means 61 includes a
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。
The calculation means 61 includes a
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。
The filament winding apparatus includes notifying means 65 such as an alarm for notifying an operator of an abnormality. The
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。
In addition, by rotating the winding mandrel M2 and measuring the
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。
The
(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。
(Second Embodiment)
FIG. 9 shows an inspection mechanism according to the second embodiment, in which (a) is a side view and (b) is a front view.
The inspection mechanism of the second embodiment will be described, but the description of the same configuration as that of the first embodiment will be omitted.
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。
As illustrated in FIG. 9A, the filament winding apparatus includes an imaging unit (acquisition unit) 63. The
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。
As shown in FIGS. 9A and 9B, the
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。
As shown in FIG. 9B, the
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。
The measurement
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。
Then, the
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。
Then, the
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。
Furthermore, the winding mandrel M2 can be divided into a plurality of sections, and the
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。
Further, when the appearance inspection is performed in the middle of the winding process, the fiber bundle R cannot be cut, so that only the
[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。
[Winding process]
10 and 11 are side views showing the winding operation of the filament winding apparatus.
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。
As shown in FIG. 10A, when performing hoop winding, the
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。
Thereby, the fiber bundle R is drawn out from each
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。
As the
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。
After completion of the hoop winding, as shown in FIG. 10B, the
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。
As shown in FIG. 11A, when performing helical winding, the
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。
The plurality of fiber bundles R fed out from the helical winding
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。
As the helical winding
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。
Further, the
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。
Then, as shown in FIG. 11B, when performing helical winding at a winding angle θ2 (> θ1), and thereafter performing helical winding at a winding angle θ1 again, the mandrel moving base is similar to the above. 11 and the
[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。
[Inspection process]
The appearance inspection process of the winding mandrel M2 is performed on the winding mandrel M2 that is the final product in which all the fiber bundles are wound using the above-described inspection mechanism. Further, in (i) hoop winding process, (ii) helical winding process, (iii) final process, an inspection process is performed after each process of (i) to (iii), or an inspection process is performed either after each process. You can go. Furthermore, it may be performed in the middle of each step of (i) and (ii).
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
DESCRIPTION OF
63 Imaging unit (acquisition unit)
63c
Claims (3)
前記マンドレルに対して前記繊維束をフープ巻で巻き付けるフープ巻工程を行うためのフープ巻ヘッドと、
前記マンドレルに対して前記繊維束をヘリカル巻で巻き付けるヘリカル巻工程を行うためのヘリカル巻ヘッドと、
前記繊維束が前記マンドレルに巻き付けられた巻付けマンドレルの外観検査を行うための検査機構と、
前記フープ巻ヘッド、前記ヘリカル巻ヘッド及び前記検査機構を制御するための制御部と、を備え、
前記検査機構は、
前記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、
前記マンドレルは、円筒部とその両側のドーム部とを有する圧力タンクであり、
前記制御部は、前記フープ巻工程及び前記ヘリカル巻工程のそれぞれの後に、前記検査機構が前記巻付けマンドレルの外観検査を行うように制御する
ことを特徴とするフィラメントワインディング装置。 In a filament winding apparatus for winding a fiber bundle around a mandrel,
A hoop winding head for performing a hoop winding step of winding the fiber bundle around the mandrel by hoop winding;
A helical winding head for performing a helical winding step of winding the fiber bundle around the mandrel by helical winding;
An inspection mechanism for performing an appearance inspection of a wound mandrel in which the fiber bundle is wound around the mandrel;
A control unit for controlling the hoop winding head, the helical winding head, and the inspection mechanism;
The inspection mechanism is
An acquiring unit that acquires front Kimaki with mandrel contour as the shape data,
A storage unit for storing a reference contour shape as reference data;
A comparison unit for comparing the shape data and the reference data;
A determination unit that determines the quality of the contour shape of the winding mandrel based on the comparison result of the comparison unit;
The mandrel, Ri pressure tank der having a cylindrical portion and a dome portion on both sides,
The filament winding apparatus , wherein the control unit controls the inspection mechanism to perform an appearance inspection of the winding mandrel after each of the hoop winding step and the helical winding step .
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