JP5805550B2

JP5805550B2 - プリプレグの貼着状態検査装置

Info

Publication number: JP5805550B2
Application number: JP2012016944A
Authority: JP
Inventors: 彰児安陪; 勝男常田
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd; Subaru Corp
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2032-01-30
Also published as: US20130194415A1; JP2013154541A; CA2803568C; US9279678B2; EP2620269A1; CA2803568A1; EP2620269B1

Description

本発明は、プリプレグの貼着状態を検査する技術の改良に関する。

周知のように、自動車や飛行機の機体などには、プリプレグ（例えば、カーボンプリプレグ）の積層体を焼成したものが利用される場合がある。

このプリプレグの積層体は、被貼着体の上に、積層装置を用いて複数のプリプレグが並列に配列されるように貼着することで構成される。ここで、非貼着体は、型又は型の上に積層されたプリプレグの積層体であるのが通例である。

しかしながら、積層装置によってプリプレグを自動で貼着した場合であっても、プリプレグの貼着不良が生じる場合がある。そのため、例えば、特許文献１に開示されているように、プリプレグの貼着と並行として、隣接するプリプレグの間の隙間の状態が検査される。

詳細には、特許文献１には、隣接する繊維強化プラスチックテープ（プリプレグに相当）の側端部（検査対象の隙間が形成される側のエッジ部分）にそれぞれ斜めから光を照射しながらカメラで撮像し、その得られた画像データからエッジ間の距離を検出して隙間の状態を判定することが開示されている。

特開２０１１−１０４９０５号公報

しかしながら、特許文献１に開示されている手法の場合には、プリプレグのエッジに直接光を照射して、そのエッジを検出する必要があるため、隣接するプリプレグの間の隙間が狭くなった場合に、隙間の検出精度が低下するという問題がある。

そこで、このような問題を解決するために、次のようなプリプレグの積層装置が考えられる。

詳細には、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、積層装置１は、積層ヘッド１１と、この積層ヘッド１１と一体化された貼着ローラ１２とを備え、積層ヘッド１１を被貼着体３に沿って移動させながら、プリプレグ４を貼着ローラ１２によって被貼着体３に順次貼着する。

そして、同図（ｃ）に示すように、この積層装置１には、照明手段としてのレーザ２１と、撮像手段としてのカメラ２２を有する貼着状態検査装置２が装備されており、レーザ２１及びカメラ２２が積層ヘッド１１と一体的に移動するようになっている。なお、貼着状態検査装置２による検査は、貼着が進行中のプリプレグ４と、これに隣接する貼着済みのプリプレグ４とを対象として行われる。なお、当該検査は、貼着が完了した隣接するプリプレグ４を対象として行ってもよい。

図２に示すように、レーザ（ラインレーザ）２１は、隣接するプリプレグ４の間に跨って投光線Ｌ１〜Ｌ３が形成されるように、投光線Ｌ１〜Ｌ３を含む傾斜平面に沿ってスリット光ＬＡを照射する。このようにすれば、プリプレグ４の間に隙間Ｇがある場合には、プリプレグ４の厚みに対応して、プリプレグ４上に形成される投光線Ｌ１，Ｌ２と、隙間Ｇに対応した被貼着体３上に形成される投光線Ｌ３との間に、プリプレグの長手方向（貼着進行方向）に向いた段差が形成される。このため、このように投光線Ｌ１〜Ｌ３が形成された照射領域をカメラ２２で上方から撮像すれば、図３に示すような画像データを得ることができる。そして、この画像データに基づいて検出される隙間Ｇの距離Ａが、許容値内であるか否かを判定することでプリプレグ４の貼着状態を正確に検査することが可能となる。ここで、隙間Ｇの距離Ａが、許容値内にある場合は、プリプレグ４の貼着が継続され、許容値内にない場合には、例えばプリプレグ４の貼着を中止するなどの対策が講じられる。なお、プリプレグ４の長手方向と直交する方向に沿って投光線Ｌ１〜Ｌ３が形成されるように、スリット光ＬＡを照射することが好ましい。

しかしながら、このような貼着状態検査装置２であっても、次のような問題がある。

すなわち、被貼着体３は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、飛行機の尾翼等の形状に対応して、平面部３１のみで構成されずに、湾曲部３２を有する場合が多い。このように湾曲部３２などの形状変化部が存在する場合には、カメラ２２の撮像状態に悪影響を及ぼし、プリプレグ４の貼着状態の検査精度が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記事情に鑑み、プリプレグを貼着する被貼着体が湾曲部などの形状変化部を有する場合であっても、プリプレグの貼着状態を正確に検査することを技術的課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、形状変化部を有する被貼着体上で隣接するプリプレグの間の隙間を検査するプリプレグの貼着状態検査装置であって、隣接するプリプレグの間に跨って投光線が形成されるように、前記投光線を含む傾斜平面に沿ってスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段の照射領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの信号に基づいて、隣接するプリプレグの間の隙間が許容値内であるか否かを判定する判定手段と、基準位置から前記照射領域までの距離を測定する測距手段と、前記測距手段からの信号に基づいて前記撮像手段の焦点位置を調整する焦点調整手段とを備えていることに特徴づけられる。

このような構成によれば、測距手段により基準位置から照射領域（例えば、プリプレグの表面や、プリプレグ間の隙間に対応した被貼着体の表面）までの距離が測定される。このため、焦点調整手段により、撮像手段の焦点位置を逐次調整すれば、被貼着体に形状変化部が存在する場合であっても、隣接するプリプレグの間に跨るように形成される投光線を正確に撮像し、隙間の間隔を精度よく検出することができる。したがって、プリプレグの貼着状態を正確に検査すること可能となる。

上記の構成において、前記撮像手段は、前記照射領域に対して接近動又は離反動可能な可動レンズを備え、前記焦点調整手段は、前記測距手段からの信号に基づいて前記可動レンズを移動させる駆動手段を備えているものであってもよい。

このようにすれば、可動レンズの移動に伴って、撮像手段の焦点位置を簡単に調整することができる。なお、撮像手段全体を照射領域に対して接近動又は離反動することで、撮像手段の焦点位置を調整するようにしてもよい。

なお、この場合、前記駆動手段が、超音波モータであることが好ましい。

このようすれば、撮像手段の焦点位置の調整を緻密且つ迅速に行なうことができる。また、小型化を図れることができる利点もある。

上記の構成において、前記測距手段からの信号に基づいて前記照射手段の焦点位置を調整する第２の焦点調整手段を備えていることが好ましい。

すなわち、被貼着体に形状変化部が存在する場合には、照射手段の照射条件にも悪影響（投光線の線幅や明度が変動するなど）を及ぼすおそれがあるため、上記の構成のように、照射手段の焦点位置を調整することが好ましい。

上記の構成において、前記照射手段は、前記照射領域に対して接近動又は離反動可能な移動体に保持され、前記第２の焦点調整手段は、前記測距手段からの信号に基づいて前記移動体を移動させる第２の駆動手段を備えていることが好ましい。

なお、この場合、前記第２の駆動手段が、超音波モータであることが好ましい。

このようすれば、照射手段の焦点位置の調整を緻密且つ迅速に行なうと共に、装置の小型化にも寄与できる。

上記の構成において、前記撮像手段へ入射する光量を調整する光量調整手段を備えていることが好ましい。

このようにすれば、撮像手段で常に略同じ光量の光を観測することができるので、光量過多などによって、撮像手段で観測されるデータに、いわゆる白トビ（露出過多な状態）が生じることを防止することができる。このため、隣接するプリプレグの間の隙間を安定的に測定することが可能となる。特に、このような構成は、被貼着体に形状変化部が存在する場合に、有効である。これは、形状変化部で照射手段から照射される光の反射光（例えば、全反射光）の方向が変化して撮像手段に入射する光量が変動する可能性が高いためである。

上記の構成において、前記光量調整手段が、前記照射手段から照射されるスリット光の出力を調整する出力調整手段、前記撮像手段のシャッタースピードを調整するシャッタースピード調整手段、および前記撮像手段のアイリスを調整するアイリス調整手段のうち、少なくとも１つから構成されていることが好ましい。

すなわち、（１）出力調整手段でスリット光の出力自体を調整すれば、撮像に悪影響を与える反射光の光量も調整することができる。このため、強い反射光が予想される場合には、スリット光の出力を抑えればよい。（２）また、シャッタースピード調整手段で撮像手段のシャッタースピードを調整すれば、撮像手段に光が入射する時間を調整することができる。このため、強い反射光が予想される場合には、シャッタースピードを速くすればよい。（３）さらに、アイリス調整手段で撮像手段のアイリスを調整すれば、アイリスの絞りの大きさに応じて、撮像手段に入射する光量を調整することができる。このため、強い反射光が予想される場合には、アイリスを絞ればよい。そして、これら（１）〜（３）の一つを採用すれば、撮像手段に入射する光量変動に対応できるが、（１）〜（３）を適宜組み合わせることで、より確実に光量変動に対応することが可能となる。

上記の構成において、前記撮像手段の被写体深度を調整する被写体深度調整手段を備えていることが好ましい。

このようにすれば、被貼着体の形状変化部に対応する位置で、撮像手段の撮像精度が低下する事態を防止することができる。ここで、被写体深度調整手段としては、例えば、撮像手段のアイリス（例えば、電動アイリス）や、撮像手段にズーム機構を設けた場合には当該機構（例えば、電動ズーム）が挙げられる。この場合、アイリスを絞ったり、広角側にズーム機構を調整すれば、被写体深度を深く（パンフォーカス）して、形状変化部で撮像手段の撮像精度が低下する事態を防止することができる。

本発明によれば、プリプレグを貼着する被貼着体が湾曲部などの形状変化部を有する場合であっても、プリプレグの貼着状態を正確に検査することができる。

（ａ）は、プリプレグの積層装置の一例を示す概念図、（ｂ）は、その積層装置によるプリプレグの貼着作業の状況を示す概念図、（ｃ）は、その積層装置に装備されたプリプレグの貼着状態検査装置の一例を示す概念図である。図１に示す貼着状態検査装置による検査作業の状況を示す概念図である。図２の状況で、撮像手段（カメラ）で撮像される画像データの一例を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係るプリプレグの貼着状態検査装置を示す概念図である。本発明の第１実施形態に係るプリプレグの貼着状態検査装置を示す斜視図である。本発明の第２実施形態に係るプリプレグの貼着状態検査装置による検査状況を示す図であって、（ａ）は序盤の状態、（ｂ）は中盤の状態、（ｃ）は終盤の状態をそれぞれ示す。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。なお、既に説明した図１〜図３に係る事項については、同様であるので詳しい説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図４に示すように、本発明の第１実施形態に係るプリプレグの貼着状態検査装置２は、照射手段としてのレーザ２１と、レーザ２１の照射領域を撮像する撮像手段としてのカメラ２２と、カメラ２２からの信号に基づいて、隣接するプリプレグ４の間の隙間Ｓが許容値内であるか否かを判定する判定手段として機能する制御手段２４と、基準位置から照射領域までの距離を測定する測距手段としてのレンジセンサ２３とを備えている。なお、図中では、便宜上、カメラ２２とレンジセンサ２３とを、プリプレグ４の貼着進行方向に隣接して図示しているが、実際には、両者は、図５に示すように、プリプレグ４の貼着進行方向と直交する方向（プリプレグ４の幅方向）に隣接して配置されている。

ここで、レンジセンサ２３としては、光波式や音波式などが採用できる。また、レンジセンサ２３で測定された距離と、実際のカメラ２２から照射領域までの距離との間の差分は、予め補正関数として与えられている。同様に、レンジセンサ２３で測定された距離と、実際のレーザ２１から照射領域までの距離との間の差分は、予め補正関数として与えられている。また、照射手段は、レーザ２１に限定されるものではなく、非コヒーレント光を照射するＬＥＤ等の照明も採用できる。

制御手段２４は、レンジセンサ２３からの測距信号に基づいてカメラ２２の焦点位置を調整する第１焦点調整手段２５と、レンジセンサ２３からの測距信号に基づいてレーザ２１の焦点位置を調整する第２焦点調整手段２６とを備えている。

カメラ２２は、図示しない可動レンズをその光軸方向に前後動させるモータ（例えば、超音波モータ）２７を内蔵している。

レーザ２１は、上下方向に延在するレール２８上を上下動する移動体２９に搭載されている。移動体２９は、図示しないモータ（例えば、超音波モータ）によって駆動される。なお、移動体２９は、上下方向に伸縮するシリンダー等の先端に支持されていてもよい。

第１焦点調整手段２５は、レンジセンサ２３から入力される測距信号に基づいて、カメラ２２に内蔵されたモータ２７を駆動して、カメラ２２の可動レンズを光軸方向に前後動させる。これにより、カメラ２２の焦点位置は、レンジセンサ２３の測距信号に応じて自動的に調整される。

一方、第２焦点調整手段２６は、レンジセンサ２３から入力される測距信号に基づいて、移動体２９に接続されたモータを駆動して、移動体２９と一体的にレーザ２１を光軸方向に前後動させる。これにより、レーザ２１の焦点位置は、レンジセンサ２３の測距信号に応じて自動的に調整される。

したがって、被貼着体（型又はプリプレグの積層体）３に湾曲部３２等の形状変化部が存在する場合でも、レーザ２１とカメラ２２の焦点位置がそれぞれ適正に調整されるため、図３に示したような画像データを確実に取得することができる。よって、被貼着体３の形状変化部に影響されることなく、プリプレグ４の貼着状態を正確に検査することができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るプリプレグの貼着状態検査装置２が、第１実施形態と相違するところは、カメラ２２へ入射する光量を調整する光量調整手段と、カメラ２２の被写体深度を調整する被写体深度調整手段とを備えている点にある。以下では、かかる相違点についてのみ説明する。

光量調整手段は、レーザ２１から照射されるスリット光の出力を調整する出力調整手段、カメラ２２のシャッタースピードを調整するシャッタースピード調整手段、およびカメラのアイリスを調整するアイリス調整手段のうち、少なくとも１つから構成される。この光量調整手段により、カメラ２２に入射する光量が略一定になるように調整する。

被写体深度調整手段は、カメラのアイリスを調整するアイリス調整手段、およびカメラのズームを調整するズーム調整手段のうち、少なくとも１つから構成される。この被写体深度調整手段により、被貼着体３の形状が変動しても、投光線Ｌ１〜Ｌ３が鮮明に観測できるように、カメラ２２の被写体深度を調整する。

このようにすれば、被貼着３に湾曲部３２が存在する場合でも、白トビや、ピンボケ等の不具合が発生するのを防止できるので、隣接するプリプレグ４の間の隙間を正確に検査することができる。

光量調整手段および被写体深度調整手段は、例えば、次のようにして調整量を変化させる。

すなわち、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、非貼着体３の傾斜角θに応じて、光量調整手段や、被写体深度調整手段による調整量が予め記憶されている。

ここで、この実施形態では、傾斜角θは、カメラ２２から下ろした垂線と非貼着体３（又はプリプレグ４）の表面との交点Ｐ１と貼着ローラ１２の外周上の最下点Ｐ２を結ぶ線分Ｐ１Ｐ２と水平線とのなす角に設定されている。図中において、貼着ローラ１２とカメラ２２の相対的な位置関係は変動しないため、ＭとＬは予め既知である。また、Ｌ１は、レンジセンサ２３の測定結果から順次検出される。したがって、次式で求められる。
θ＝ｔａｎ^-1（（Ｌ−Ｌ１）／Ｍ）・・・・・（１）

なお、同図（ｂ）の場合（平面部の場合）、Ｌ１＝Ｌとなるので、θは零となる。一方、同図（ａ）の場合、Ｌ−Ｌ１＞０となることからθは正となる。同図（ｃ）の場合、Ｌ−Ｌ１＜０となることからθは負となる。このθの正負によって、被貼着体３の傾きの向きを判断することができる。

以上のようにしてθを演算しながら、θの変化に応じて、光量調整手段と被写体深度調整手段のそれぞれの調整量を変化させる。

詳細には、同図（ａ）の場合、レーザ２１から照射されるスリット光が浅い入射角で被貼着体３（又はプリプレグ４）の表面に入射するため、反射光Ｒがカメラ２２に直接入射することはない。同図（ｂ）の場合、レーザ２１から照射されるスリット光が徐々に深い入射角で被貼着体３（又はプリプレグ４）の表面に入射するものの、反射光Ｒがカメラ２２に直接入射する可能性は低い。これに対し、同図（ｃ）の場合、レーザ２１から照射されるスリット光が深い入射角で被貼着体３（又はプリプレグ４）の表面に入射するため、反射光Ｒがカメラ２２で直接観測されるおそれがある。このため、同図（ａ）〜（ｃ）に示すように、θが変化するに連れて、光量調整手段により光量を絞り、同図（ａ）〜（ｃ）のいずれの状態でもほぼ同程度の光量になるように調整する。一方、被写体深度調整手段は、同図（ａ）〜（ｃ）のいずれの状態でも、スリット光の投光線Ｌ１〜Ｌ３（図２を参照）が鮮明に観測できるように、被写体深度を可及的に深く設定する。なお、この実施形態では、同図（ａ）〜（ｃ）に亘って、被写体深度は一定であるが、θの変化に伴って被写体深度を変化させてもよい。

ここで、実用上は、同一品種の複数の被貼着体３にプリプレグ４を１ｍ／ｓ以上の速度で貼着する作業を繰り返すことが要請される場合がある。この場合、θを演算しながら、光量調整手段や被写体深度調整手段によってそれぞれの調整量を変化させようとすると、例えば３０コマ／秒の撮影（１コマ３３ｍｓ）で上記要請を満足することが困難になるおそれがある。

そこで、この場合には、同一品種の被貼着体３にプリプレグ４の貼着作業を繰り返す際に、最初の被貼着体３に対しては、例えば、０．５ｍ／ｓ（通常の貼着速度の約半分）程度の低速でプリプレグ４を貼着し、θと、光量調整手段や被写体深度調整手段によってそれぞれの調整量との関係を記憶させる（レコーディング（ティーチング）工程）。そして、後続の同一品種の被貼着体３に対しては、予め記憶させた調整量になるように、光量調整手段や被写体深度調整手段を動作させる。

また、積層装置１には、被貼着体３にプリプレグ４を貼着するための数値制御（ＮＣ）データが格納されているので、このＮＣデータをθの代わりに利用して、光量調整手段や被写体深度調整手段の調整量を変化させるようにしてもよい。すなわち、被貼着体３の表面を示す３次元データ（或いは表面を示す標高データ）が存在する場合には、これをθの代わりに利用してもよい。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。例えば、第１の実施形態では、カメラ２２の可動レンズを移動させる場合を説明したが、カメラ２２全体をその光軸方向にスライド移動させて焦点位置を調整するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、貼着状態検査装置２が、積層装置１と一体である場合を説明したが、別体で構成されていてもよい。

１プリプレグの積層装置
１１積層ヘッド
１２貼着ローラ
２プリプレグの貼着状態検査装置
２１レーザ
２２カメラ
２３レンジセンサ
２４制御手段
２５第１焦点調整手段（カメラ用）
２６第２焦点調整手段（レーザ用）
３被貼着体
４プリプレグ
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３投光線
ＬＡスリット光
Ｓ隙間

Claims

形状変化部を有する被貼着体上で隣接するプリプレグの間の隙間を検査するプリプレグの貼着状態検査装置であって、
隣接するプリプレグの間に跨って投光線が形成されるように、前記投光線を含む傾斜平面に沿ってスリット光を照射する照射手段と、前記照射手段の照射領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの信号に基づいて、隣接するプリプレグの間の隙間が許容値内であるか否かを判定する判定手段と、基準位置から前記照射領域までの距離を測定する測距手段と、前記測距手段からの信号に基づいて前記撮像手段の焦点位置を調整する焦点調整手段とを備えていることを特徴とするプリプレグの貼着状態検査装置。
前記撮像手段は、前記照射領域に対して接近動又は離反動可能な可動レンズを備え、
前記焦点調整手段は、前記測距手段からの信号に基づいて前記可動レンズを移動させる駆動手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のプリプレグの貼着状態検査装置。
前記測距手段からの信号に基づいて前記照射手段の焦点位置を調整する第２の焦点調整手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリプレグの貼着状態検査装置。
前記照射手段は、前記照射領域に対して接近動又は離反動可能な移動体に保持され、
前記第２の焦点調整手段は、前記測距手段からの信号に基づいて前記移動体を移動させる第２の駆動手段を備えていることを特徴とする請求項３に記載のプリプレグの貼着状態検査装置。
前記撮像手段へ入射する光量を調整する光量調整手段を備えていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプリプレグの貼着状態検査装置。
前記光量調整手段が、前記照射手段から照射されるスリット光の出力を調整する出力調整手段、前記撮像手段のシャッタースピードを調整するシャッタースピード調整手段、および前記撮像手段のアイリスを調整するアイリス調整手段のうち、少なくとも１つから構成されていることを特徴とする請求項５に記載のプリプレグの貼着状態検査装置。
前記撮像手段の被写体深度を調整する被写体深度調整手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載するプリプレグの貼着状態検査装置。