WO2012168975A1 - プリプレグテープの経路計算方法 - Google Patents

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WO2012168975A1
WO2012168975A1 PCT/JP2011/003258 JP2011003258W WO2012168975A1 WO 2012168975 A1 WO2012168975 A1 WO 2012168975A1 JP 2011003258 W JP2011003258 W JP 2011003258W WO 2012168975 A1 WO2012168975 A1 WO 2012168975A1
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layup
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PCT/JP2011/003258
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信孝 西橋
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新日本工機株式会社
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    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/41—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by interpolation, e.g. the computation of intermediate points between programmed end points to define the path to be followed and the rate of travel along that path
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45238—Tape, fiber, glue, material dispensing in layers, beads, filling, sealing

Definitions

  • the present invention relates to a route calculation method for a prepreg tape.
  • the use of composite materials, particularly prepreg tapes in which a fiber material is impregnated with a resin, is increasing in various industries including the automotive, marine and aerospace industries.
  • the prepreg tape is stuck and laminated on the surface of an adherend such as a sticking mold (for example, a mandrel) that constitutes a vehicle casing.
  • ⁇ ⁇ ⁇ Tape layup machines that perform this pasting work automatically are classified into flat layup machines and curved layup machines.
  • the flat layup machine is used for aircraft stringers and the like because it is easy to control when a prepreg tape is attached.
  • the curved surface lay-up machine tends to sag during sticking (lamination) of the prepreg tape, tends to wrinkle, and remains a difficult problem to solve.
  • the prepreg tape is unavoidably laminated by hand. Therefore, in order to effectively prevent wrinkles, it is necessary to put into practical use a method for calculating a tape path (or also called a “layup tape path”) that conforms to a curved surface.
  • Patent Document 1 discloses a method for calculating a tape path when sticking a composite material to a curved surface.
  • a three-dimensional curved surface of a product to be manufactured is mapped to a two-dimensional reference plane including a boundary line of the curved surface, and a tape path is calculated on the reference plane.
  • the method of converting the coordinates into three dimensions to obtain the final coordinates is adopted.
  • Patent Document 1 The method of Patent Document 1 was not enough to eliminate wrinkles and slack.
  • FIGS. 1A, 1B, 2A, and 2B when the curved surface of the product WS to be processed is cylindrical or conical as shown in FIGS. 1A and 2A, this is shown in FIGS. 1B and 2B.
  • the curved surface S of the product WS can be developed on a flat surface relatively precisely. If a route that follows the shortest distance on this plane is calculated and a tape route is obtained, the shortest distance on the flat surface is obtained. The path to be followed is set in a substantially straight line, and the tape can be attached with a uniform load distribution over the entire width direction of the prepreg tape.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems, and it is an object of the present invention to provide a route calculation method for a prepreg tape capable of attaching and laminating a prepreg tape without any problems corresponding to various curved surfaces. Yes.
  • the present invention is a prepreg tape path calculation method for automatically calculating a prepreg tape attachment path, the three-dimensional data reading step for reading the three-dimensional data of the prepreg tape attachment surface;
  • a reference layup path setting step for setting a reference layup path along the prepreg tape adhering direction planned for the stored three-dimensional data, and a reference layup set in the reference layup path setting step
  • An adjacent layup path setting step for setting an adjacent layup path adjacent to the reference layup path based on the path, and each layup path setting step includes an arbitrary initial value given to the stored three-dimensional data. Starting from the coordinates, it is based on the prepreg tape application direction planned for the prepreg tape application surface.
  • a search vector that advances in the direction of attaching the prepreg tape by a small amount is calculated from the initial coordinates set on the attaching surface having various curved surfaces, and the search is performed.
  • the calculation can be recursively repeated with the vertical line drawn from the end point of the vector to the sticking surface as the basis of calculation.
  • the direction of the search vector is corrected so as to follow the curved surface for each minute movement amount, and the point serving as the reference of calculation becomes a reference for precisely calculating the route along the curved surface.
  • an initial coordinate setting step of calculating a vertical foot with respect to the sticking surface from the initial coordinate and setting the vertical foot as the initial coordinate is further provided prior to the reference layup path setting step.
  • an initial coordinate setting step of calculating a vertical foot with respect to the sticking surface from the initial coordinate and setting the vertical foot as the initial coordinate is further provided prior to the reference layup path setting step.
  • the adjacent layup path setting step uses a layup path that is a basis of calculation as a reference line, a plurality of points on the reference line as start points, and a search vector when each start point is calculated and the pasting path.
  • a reference point search step for searching for a reference point serving as a calculation reference for an adjacent layup path to be calculated by executing the navigating step using a cross product with a unit normal vector with respect to the landing surface as a new search vector, and a search
  • the reference point connecting step for calculating the adjacent layup path by connecting the reference points, and the calculated adjacent layup path as the layup path that is the basis of the next calculation, until a predetermined end condition is satisfied,
  • the reference point search step and the reference point connection step are repeated.
  • the distance from the underlying layup path to the next adjacent layup path is precisely adjusted along the curved surface of the sticking surface. Since the adjacent layup path is set based on this precisely calculated interval, the prepreg tape attached to one layup path and the prepreg attached to the next adjacent layup path can be calculated. It is possible to prevent as much as possible that the tape overlaps and that a gap exceeding the allowable value is generated.
  • the adjacent layup path setting step calculates the adjacent layup path for one of the surfaces when the adhering surface is divided into two with the reference layup path as a boundary, and the outer product and By executing the navigating step from the reference layup path using a reverse vector as a new search vector, an adjacent layup path is calculated for the other surface.
  • the adjacent layup path is calculated for both surfaces divided into the reference layup path based on the points on the reference layup path, the calculation error of each adjacent layup path is halved. Can be reduced.
  • the reference point connecting step calculates the provisional layup path by connecting the reference points, and the end of the calculated provisional layup path does not reach the boundary of the sticking surface.
  • the search vector based on the traveling direction vector at the end of the provisional layup path and starting at the end of the provisional layup path, and executing the navigation step, It further includes a layup extension step of extending the end of the temporary layup path to the boundary of the sticking surface to complete the adjacent layup path.
  • a precise extension line can be obtained from the end of the provisional layup path.
  • an adjacent layup path longer than the layup path that is the basis of the adjacent layup path can be precisely calculated along the curved surface of the sticking surface.
  • “Calculating a search vector based on the traveling direction vector at the end of the provisional layup path” refers to a case where the traveling direction vector is used as a search vector or a vector opposite to the traveling direction vector is used as a search vector. .
  • the search vector calculation step includes a surface adjacent to a searched surface across the ridge line when an end point of the search vector exceeds the ridge line when the sticking surface is broken by a ridge line. If there is a normal foot for this adjacent surface and the normal foot is the basis for the next operation, and if there is no normal foot for the adjacent surface, then a ridge line This is the basis of the next calculation. In this aspect, even when the tape sticking route is calculated on the sticking surface that is bent by the ridgeline, it is possible to calculate a smooth sticking route across the ridgeline.
  • the reference layup path setting step when laminating the tape on the affixing surface, has a thickness of the prepreg tape along the normal line of the affixing surface passing through the foot of the perpendicular obtained from the initial coordinates.
  • the amount of offset is calculated, and the reference layup path is calculated using the end point as the start point of the next layer.
  • a precise offset amount is obtained for the thickness of the laminated tape, and a reference layup path or Adjacent layup paths can be computed.
  • the search vector calculation step calculates a foot of a perpendicular to the sticking surface from a point serving as a calculation reference, and along the normal direction of the sticking surface passing through the foot of the perpendicular, The point where the thickness is offset is set as the starting point of the next calculation.
  • the thickness of the prepreg tape can be offset with respect to the sticking surface, and the route can be integrated. Therefore, even when calculating the sticking route of the tape to be attached to a plurality of layers, it is fine. Simple paths can be calculated.
  • the “point as a reference for the calculation” is an initial coordinate in the first stage of the calculation, and after the calculation from the initial coordinate is calculated, the base point of the next search vector is calculated. That means.
  • the coordinates of the initial coordinates in the upper layer are shifted in the tape width direction. is there.
  • the reference layup path setting step calculates a first half layup path along a predetermined search vector set from the initial coordinates, and then searches from the initial coordinates in a direction opposite to the predetermined search vector.
  • the second half layup path is calculated along the vector, and the first half layup path is connected to the second half layup path.
  • the calculation error of each layup path can be reduced to 1 ⁇ 2. it can.
  • the reference point for the calculation becomes a reference for precisely calculating the route along the curved surface, so that the prepreg tape can be stuck or laminated without any wrinkles corresponding to various curved surfaces. There is a remarkable effect of being able to.
  • FIG. 3 is a development view of a cylindrical product, explaining a tape layup path for a curved surface of a product to be processed. It is a perspective view of a cone-shaped product explaining a tape lay-up path for a curved surface of a product to be processed. It is an expanded view of a conical product explaining the tape layup path with respect to the curved surface of the product to be processed. It is a figure explaining the tape layup path
  • the system according to the present invention includes a CAD system 10 and a path calculation module 20 connected to exchange data from the CAD system.
  • the CAD system 10 is connected to a CAD database 11 in which product data to which prepreg tape is attached is stored, and the CAD data stored in the CAD database 11 is transmitted to the route calculation module 20 via an interface (or network). It is possible to do.
  • the CAD data is generally a format such as NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines), which can define a curved surface in three dimensions.
  • the path calculation module 20 is a logical module realized by a computer such as a factory computer. In terms of hardware, in addition to a CPU, a ROM, and a RAM (not shown), an input / output device 21, a display device 22, and an external storage device 23.
  • the path calculation module 20 includes a CAD data operation module 24 that reads data from the CAD system 10, a layup plan processing module 25 that processes a predetermined layup plan for the input CAD data, and a layup Based on the plan processing module 25, there is logically provided a navigating module 26 for calculating a shortest path (hereinafter, this shortest path is also referred to as “natural path”) that the prepreg tape follows on a plane or a plane including a curved surface. is doing.
  • a shortest path hereinafter, this shortest path is also referred to as “natural path”
  • a work WS illustrated in FIG. 5 is a rectangular part that constitutes a housing portion of the vehicle.
  • the sticking direction V (i) is input for each layer i with respect to the curved surface S defined by a mandrel (not shown).
  • the prepreg tape is first attached along the V (1) direction along one side of the workpiece, and then along the path V (2) orthogonal to the first path V (1), and then Setting to attach the prepreg tape along the path V (3) intersecting with the first path V (1) at 45 °, and changing the path for each layer to form a tape layer (tape layup) (this prepreg
  • the setting requirement regarding the tape sticking procedure is also called “tape lay-up plan”).
  • the path calculation module 20 shown in FIG. 4 calculates a tape adhering path suitable for the tape layup plan of the work in accordance with the flowchart of FIG.
  • the initial coordinate p0 is set only for the first layer i (layer 1). As will be described in detail later, the initial coordinate p0 is a coordinate serving as a basis for calculation of layup paths in all layers i.
  • the path calculation module 20 reads workpiece data from the CAD system 10 by the CAD data operation module 24 (step S20).
  • this step S20 is a three-dimensional data reading step.
  • step S21 the tape layup plan input process illustrated in FIG. 5 is executed (step S21).
  • step S21 the layup plan processing module 25 is executed, and an input screen is displayed on the display device 22 by the GUI.
  • the user operates the input / output device 21 in accordance with the instructions on the input screen to input the tape layup plan.
  • step S21 the user inputs the width d of the tape to be attached to the workpiece, the thickness t of the tape, the attaching direction V (i) for each layer of the prepreg tape, and the initial coordinates p0 of the calculation.
  • a CAD drawing of the workpiece may be displayed on the screen, and the input / output device 21 may designate an arbitrary point desired by the user.
  • the layup plan processing module 25 records the input data in the memory or the external storage device 23 and uses it for subsequent processing.
  • the layup plan processing module 25 counts the number n of tape layup layers when the input is completed (step S22).
  • the variables i, j, and k of the layup path that are the reference for the calculation are initialized (steps S23 and S24).
  • the variable i regarding the layer, the variable j regarding the layup path, and the variable k regarding the points constituting the layup path are set and calculated. All coordinates can be uniquely specified in three dimensions.
  • step S25 the tape layup plan set for layer i is read (step S25).
  • the initial coordinate p0, the tape width d, the tape thickness t, and the prepreg tape attaching direction V (i) for each layer i are specified.
  • the lay-up plan processing module 25 overlaps the sticking direction V (i) related to the read layer i and the sticking direction V (i) set for the other layer i that has been calculated. Whether or not there is a search (step S26). If a layer i having the same sticking direction V (i) is found, the width d of the reference layup path TPs set in the layer i is changed from the initial coordinate p0 along the width direction of the prepreg tape. The position shifted by 1 ⁇ 2 is calculated (step S27), and its coordinates are set as a new initial coordinate p0 (step S28). As a result, the prepreg tape in the layer i where the lay-up path has already been calculated and the layer i to be calculated from now on are shifted in the width direction by 1 ⁇ 2, so that the manufactured workpiece is not easily collapsed. Become.
  • step SS10 an arithmetic processing subroutine in the layer i is executed.
  • the layer variable i is incremented (step S29), and the incremented layer variable i is compared with the number n of layers counted in step S22 (step S30). If the layer variable i is equal to or less than the number n of layers, the process returns to step S24 and the above-described processing is repeated. If the layer variable i exceeds the number n of layers, the processing is terminated. .
  • the reference layup path TPs is calculated for each layer i, and then adjacent layup paths TPn adjacent to the reference layup path TPs at equal intervals are calculated.
  • the adjacent layup path TPn coordinates that are equally spaced from the base layup path are calculated based on the already calculated layup path. For this reason, even when the curved surface S as the sticking surface is intricately undulated, it is possible to calculate a layup path that can be used for prepreg tape along the undulation in a state where overlap and wrinkle are unlikely to occur. become.
  • the navigating module 26 is called everywhere of each step.
  • the navigating module 26 is a function group for calculating a natural path on a complicated curved surface, and the following calculation is possible.
  • the navigating module 26 includes an offset amount h (i), a minute movement amount ⁇ a, an integrated movement amount m, a unit search vector nV, and the like as arguments.
  • the offset amount h (i) is a floating amount in the normal direction from the curved surface S considering the thickness t of the prepreg tape, and the i-th layer i is calculated by (i ⁇ 1) ⁇ t.
  • Variable (derived function) The minute movement amount ⁇ a is a movement amount of coordinates to be searched, and is set to 0.001 mm, for example.
  • the integrated movement amount m is the calculated integrated value of the searched route.
  • the unit search vector nV is a unit vector for calculating a vector in the search direction of the layup path (search vector SV), and is calculated based on the sticking direction V (i).
  • the unit search vector nV is set so as to contact the curved surface S as much as possible (see FIG. 9A). The values of these arguments are appropriately changed depending on the program that calls the navigation module 26, that is, the type of offset path to be calculated.
  • step S100 an argument is initialized (step S100).
  • the minute movement amount ⁇ a is set to 0.001 mm
  • the integrated movement amount m is set to 0.0 mm.
  • This initial setting can be changed as appropriate on the setting screen by the user displaying a setting screen on the GUI.
  • the movement point pe is calculated (step S101).
  • the search vector SV is obtained by the product of the small movement amount ⁇ a and the unit search vector nV, and the end point pe of the search vector SV is calculated using the point p (i, j, k) as the basis of the calculation.
  • the point p (i, j, k) that is the basis of the calculation is set by a program that calls the navigating module 26. For example, when starting the calculation of the reference layup path TPs, the initial value of p (i, j, k) is the initial coordinate p0.
  • a perpendicular foot p temp1 is calculated on the curved surface S from the calculated end point pe (step S102), and it is verified whether or not p temp1 is an operable coordinate (step S103).
  • the perpendicular foot p temp1 + (hV * h (i)) is calculated (step S104).
  • hV is a normal unit vector of the curved surface S passing through p temp1
  • h (i) is a variable calculated by (i ⁇ 1) ⁇ t. Therefore, in the first layer i, The perpendicular foot p temp1 becomes point p (see FIG. 9A).
  • the calculated point p is levitated in the normal direction by h (i) from the vertical foot p temp1. Will take the coordinates.
  • step S105 the movement amount ⁇ m from the starting point p (i, j, k) to the calculated point p is calculated (step S105).
  • this set value Lh calculates the interval from the base coordinates to the coordinates to be calculated when the navigating module 26 calculates the coordinates that are the basis of the calculation of the adjacent layup path. This value is set by a program that calls the navigating module 26.
  • Step S107 If the set value Lh is not set, if null is set, or if it is set but is less than or equal to the updated value (m + ⁇ m) of the integrated movement amount m (step S107), the variable k is incremented. (Step S108).
  • step S109 the coordinates of the calculated point p are set to p (i, j, k) (step S109), and the coordinates p (i, j, k) are registered (step S110).
  • Step S111 the next unit search vector nV is (Step S111), and the integrated movement amount m is incremented by the movement amount ⁇ m (step S112). Then, it returns to step S101 and repeats the above-mentioned step.
  • step S107 when the set value Lh exceeds the update value (m + ⁇ m) of the integrated movement amount m, it is determined whether or not the integrated movement amount m is less than the set value Lh (step S113).
  • the end point of the set value Lh is expressed by the following equation: (Step S114), the variable k of the layup path is incremented (step S115), and the calculated coordinates are set to p (i, j, k) (step S116), and the coordinates p (i, j, k) Is registered (step S117). If the set value Lh is set by these steps S113 to S117, the natural path can be accurately calculated up to the end point.
  • step S118 the natural path TP (i, j) is calculated based on the points p (i, j, k) calculated so far (step S118), and the process returns to the main program. If the integrated movement amount m is greater than or equal to the set value Lh in step S113, the process proceeds to step S118 as it is.
  • the end point pe of the search vector SV calculated on the surface Sb is perpendicular to the surface Sb. If the surface L1 on the ridgeline RL is passed, the perpendicular foot ptemp1 cannot be calculated on the surface Sb. Therefore, as shown in FIG. 8, when p temp1 cannot be calculated, first, the presence or absence of the adjacent surface Sn is verified (step S120). If the surface Sn exists, the searched end point is found. A perpendicular foot p temp2 is calculated from pe to the surface Sn (step S121).
  • step S122 it is further verified whether or not the vertical foot p temp2 can be calculated on the surface Sn (step S122). If the calculation is possible (for example, as shown in FIG. In the case where the end point pe is in the region sandwiched between the surface L2 on the ridge line RL perpendicular to the surface Sn), the point p is calculated based on the perpendicular foot p temp2 (step S123).
  • hv in step S123 is a normal unit vector of the surface Sn at p temp2 .
  • step S122 calculates a perpendicular foot temp3 on the edge line RL from the end point pe (step S124), the point in the foundation legs temp3 the perpendicular p Is calculated (step S125), and the process proceeds to step S105.
  • hv in step S125 is a vertical unit vector from p temp3 toward the end point pe of the search vector SV.
  • step S120 when there is no adjacent surface Sn, the end point pe of the search vector SV exceeds the boundary of the surface s.
  • the start point p (i, j, k) Is in the plane (step S126). If it is in the plane s, the boundary is set to RL, and the process proceeds to step S124. On the other hand, if the starting point p (i, j, k) is not a surface (if it is on the boundary), the process proceeds to step S113 and the process is terminated.
  • step SS10 arithmetic processing subroutine in FIG. 12 will be described using the navigating module 26 that executes the processing as described above.
  • an initial coordinate setting step (SS101 to SS103) is executed.
  • a perpendicular foot p temp0 is calculated from the initial coordinate p0 given in step S21 in FIG. 6 to the curved surface S (step SS101 ), and further p temp0 + (hV * h (i)) is calculated. Then, p0 is newly set (step SS102).
  • hV is a normal unit vector of the curved surface S passing through p temp0
  • h (i) is a variable calculated by (i ⁇ 1) ⁇ t, so that the original initial coordinate p0 is the curved surface.
  • the initial coordinate p0 is the same as it is (see FIG. 13A).
  • the calculated layer i is the first layer and the set initial coordinate p0 is levitated from the curved surface S
  • the initial coordinate p0 is updated to a perpendicular foot ptemp0 (FIG. 13B). reference).
  • the layer i to be calculated is the second and subsequent layers, it is calculated by the foot p temp0 of the perpendicular line and then offset by h (i) (see FIG. 13C).
  • the initial coordinates p0 and the curved surface S, which are the first basis of the calculation of the navigating module 26, are very precisely related.
  • this reference layup path setting step first, setting of an argument for executing the navigation module 26 is executed. Specifically, Lh is set to a null value (step SS104), a unit search vector nV is defined based on the prepreg tape sticking direction V (i) (step SS105), and the start point p (i, j, k ) Is set at the initial coordinate p0 (step SS106).
  • the navigating module 26 searches for the layup path from the point p0 to the boundary of the curved surface S in the nV direction.
  • the layup path by this search is the first half layup path TP (i, f).
  • step SS107 the navigating module 26 is called (step SS107), and the layup path TP (i, f) in the first half is calculated by executing the navigating module 26 based on the above-described argument settings (step SS107). SS108).
  • the starting point p (i, j, k) is set on the curved surface S as shown in FIG. 14, and then the ⁇ m interval from the set starting point p (i, j, k) as shown in FIG. Coordinates p (i, j, k) are registered, and the first half lay-up path TP (i, f) is calculated up to the boundary of the curved surface S as shown in FIG.
  • step SS110 the latter layup path TP (i, l) is calculated (step SS111).
  • step SS112 the calculated first half layup path TP (i, f) and second half layup path TP (i, l) are connected, and the reference layup path TPs is calculated (step SS112) and registered (step SS112). Step SS113).
  • the interval between the set layup path and the adjacent layup path needs to be calculated precisely. This calculation is relatively easy when the sticking surface is a flat surface, but has been extremely difficult until now when the sticking surface is a curved surface.
  • the facing interval is calculated from the calculated layup path by the navigating module 26, and then the calculated facing distance is connected to connect adjacent layup paths.
  • a step of calculating the up path TPn is employed.
  • the width d of the prepreg tape is set as the search value Sf
  • the set value Lh is set as the search value Sf.
  • the absolute value is set (step SS120).
  • the search value Sf also functions as a flag that sets the search direction of the reference layup.
  • the setting value Lh is calculated from the base coordinates (start point p (i, j, k)) when the navigating module 26 calculates the base coordinates of the calculation of the adjacent layup path TPn. This is a value for calculating the interval to the coordinate Te to be calculated.
  • the reference layup path TPs is defined as TP (i, j).
  • this TP (i, j) is defined as the reference line NL (step SS121), and the upstream point of this reference line NL (the prepreg tape attachment direction V (i) is set on the boundary.
  • the point p (i, j, k) on the upstream side in the landing direction is set as the starting point p (i, j, k).
  • the total length of the reference line NL is set to L (step SS123), the interval for dividing the reference line NL is set to ⁇ Ln, and the integration interval Ln is reset to 0 (step SS124).
  • the unit search vector nV is a unit normal vector hV NL on the curved surface S at p (i, j, k) (the subscript NL is the coordinate p (i, j, k) on the reference line NL).
  • the outer product of the unit search vector nV NL at p (i, j, k) is obtained (step SS125).
  • the unit search vector nV along the curved surface S perpendicular to the unit search vector nV NL can be set.
  • the direction of the unit search vector nV is determined based on the search value Sf (step SS126). If the value of the search value Sf is negative, the value of the unit search vector nV is inverted in the reverse direction. (Step SS127).
  • step SS1228 the navigating module 26 is called (step SS128), and a natural path TP (i, j) in the nV direction is calculated from p (i, j, k) of the reference line NL (step SS129).
  • the natural path TP (i, j) is calculated from the starting point p (i, j, k) set on the reference line NL by the navigating module 26 as shown in FIG.
  • the end point Te can be calculated while maintaining the facing interval.
  • the search vector SV is set on the curved surface S substantially along the direction orthogonal to the sticking direction V (i) of the prepreg tape, and the start point p (i, j, k) is updated. To go.
  • the natural path TP (i, j) is calculated in step S118 of the navigating module 26 (see FIG. 7) and control returns to the flow of FIG.
  • the lay-up plan processing module 25 calculates the calculated natural path TP ( It is determined whether i, j) is equal to or greater than the set value Lh (step SS130).
  • the calculated natural path TP (i, j) is divided into a case where the calculated natural path TP (i, j) is equal to or larger than the set value Lh and a case where the calculated natural path TP (i, j) ends in the middle of the set value Lh. Therefore, only the natural path TP (i, j) equal to or larger than the set value Lh is registered by the determination in step SS130.
  • the layup plan processing module 25 registers only the end point Te of the natural path TP (i, j) reaching the set value Lh or more as the base point pn (i, j, k) of the adjacent layup path TPn. (Step SS131). As a result, the end point Te of only the natural path TP (i, j) reaching the set value Lh or more becomes a reference for calculating the adjacent layup path TPn.
  • the integration interval Ln is updated with the division interval ⁇ Ln (step SS132), and it is determined whether or not the integration interval Ln exceeds the total length of the reference line NL (step SS133). If the total length of the reference line NL is exceeded, the process proceeds to the next step. If the total length is less than the total length of the reference line NL, the start point p (i, j, k) is updated with the division interval ⁇ Ln ( Step SS134), the process proceeds to step SS125 and the above-described processing is repeated.
  • start points p (i, j, k) are set for each reference line NL, and navigation is performed for each set start point p (i, j, k).
  • the end point Te which is precisely calculated by the module 26 with the facing interval, is calculated, and those existing in the curved surface S are registered.
  • step SS140 when all the end points Te are calculated for one reference line NL, it is determined whether or not the base point pn (i, j, k) exists, that is, the prepreg. It is determined whether or not the adjacent layup path TPn to which the tape is attached can be calculated (step SS140).
  • the variable j of the layup path is updated (step SS141) and the base point pn (i, j, k) is connected.
  • the provisional layup path TP temp (i, j) obtained in this way is calculated (step SS142).
  • step SS142 whether the upstream point pu (i, j, k) and the downstream point pd (i, j, k) of the calculated provisional layup path TP temp (i, j) are in contact with the boundary of the curved surface S or not.
  • this temporary layup path TP temp (i, j) is defined as an adjacent layup path TPn (step SS145), and this adjacent layup path TPn is registered. (Step SS146).
  • the adjacent layup path TPn having the reference layup path TPs as the reference line NL is calculated and registered. Thereafter, the process proceeds to step SS121, and the above-described calculation is repeated with the calculated adjacent layup path TPn as the reference line NL for the next calculation.
  • the starting point p (i, j, k) is assigned to the temporary layup path TP temp (i , j) is defined by the upstream point pu (i, j, k) (step SS147), and the unit search is a traveling direction vector of TP temp (i, j) at the upstream point pu (i, j, k).
  • a direction opposite to the vector nVpu (i, j, k) is defined as a unit search vector nV (step SS148).
  • step SS149 the navigating module 26 is called (step SS149), and the provisional layup path TP temp (i, j) is extended (step SS150).
  • step SS150 the temporary layup path TP temp (i, j), which was interrupted in the middle, is extended to the boundary of the curved surface S as shown in FIG.
  • step SS152 If the downstream point pd (i, j, k) of the temporary layup path TP temp (i, j) does not reach the boundary of the curved surface S in step SS144, the starting point p (i, j, k) the defined downstream point pd (i, j, k) of the provisional layup path TP temp (i, j) (step SS151), the downstream point pd (i, j, k) TP at temp (i, The direction of the unit search vector nV pd (i, j, k) that is the traveling direction vector of j) is defined as the unit search vector nV (step SS152).
  • step SS149 the temporary layup path TP temp (i, j), which was interrupted on the downstream side, can be extended to the boundary of the curved surface S.
  • step SS140 If the provisional layup path TP temp (i, j) (and hence the adjacent layup path TPn) cannot be calculated in step SS140, the sign of the search value Sf is determined as shown in FIG. Step SS160). When the search value Sf is negative, the process returns to the original main routine. This completes the calculation of the adjacent layup path TPn in the layer i, and returns to the main flow of FIG. 6 to execute step S29 and subsequent steps.
  • step SS161 when the search value Sf is positive, the search value Sf is updated to negative (step SS161), and the reference line NL is set to the reference layup path TPs (step SS162). Thereafter, by proceeding to step SS122, the calculation of the adjacent layup path TPn can be advanced to the opposite surface with the reference layup path TPs as a boundary.
  • the three-dimensional data reading step S20 for reading the three-dimensional data of the curved surface S as the attachment surface of the prepreg tape, and the attachment direction of the prepreg tape planned for the stored curved surface S
  • Reference layup path setting steps SS101 to SS113 for setting a reference layup path along V (i) and the reference layup path TPs set in the reference layup path setting steps SS101 to SS113
  • Each layup path setting step includes an arbitrary initial coordinate p0 given on the stored curved surface S.
  • the prepreg tape scheduled for the curved surface S of the prepreg tape A search vector calculation step S101 for calculating a search vector SV based on the sticking direction V (i) of the tape using a predetermined minute movement amount ⁇ a as a scalar, and a perpendicular drawn from the end point pe of the calculated search vector SV to the curved surface S foot p temp0 (i, j, k ) and a Shideashi calculation step S102 of calculating a, 7, until a predetermined termination condition is satisfied as shown in FIG.
  • the search vector SV that proceeds to V (i) is calculated, and the calculation can be recursively repeated using the perpendicular foot p temp0 (i, j, k) drawn from the end point of the search vector to the curved surface S as a reference for calculation. Therefore, the point serving as a reference for calculation becomes a reference for precisely calculating the path along the curved surface. As a result, by calculating the path based on the base point p (i, j, k) sequentially calculated by the recursively repeated calculation, the path along the curved surface is less likely to cause wrinkles. It becomes possible.
  • the adjacent layup path setting steps SS120 to SS162 start from a plurality of points p on the layup path that is the basis of calculation, and the unit search vector of the layup path when each start point is calculated.
  • the above-mentioned basic conditions are satisfied until the predetermined termination condition shown in FIGS. It is intended to repeat the point search step SS129 and reference point connection step SS142.
  • the distance from the underlying layup path to the next adjacent layup path TPn is calculated along the curved surface S. Since the adjacent layup path TPn is set based on the precisely calculated interval, the prepreg tape attached to a certain layup path and the next adjacent layup path TPn are applied. It is possible to prevent as much as possible that the prepreg tape to be worn overlaps and a gap more than an allowable value is generated.
  • the adjacent layup path setting steps SS120 to SS162 calculate the adjacent layup path TPn for one of the surfaces when the curved surface S is divided by the reference layup path.
  • the adjacent layup path TPn is calculated for the other surface by executing the navigation steps S100 to S125 from the reference layup path using the vector opposite to the outer product as the search vector SV. For this reason, in this embodiment, the adjacent layup path TPn is calculated for both surfaces divided into the reference layup path on the basis of a point on the reference layup path. Can be reduced to 1 ⁇ 2.
  • the reference point connection step which calculates a provisional layup path TP temp (i, j) by connecting the respective reference points, computed provisional layup path TP temp (i, If the end of j) does not reach the boundary of the sticking surface, points pu (i, j, k), pd (i, j) of the end of the provisional layup path TP temp (i, j) j, k) as the starting point, and unit direction vectors in the extension direction of TP temp (i, j) at the end points pu (i, j, k) and pd (i, j, k), respectively.
  • the end of the temporary layup path TP temp (i, j) is extended to the boundary of the curved surface S to complete the adjacent layup path TPn.
  • Lay-up extension steps SS143 to SS152 are further provided. For this reason, in this embodiment, when the temporary layup path TP temp (i, j) calculated by the reference point connection step does not reach the predetermined length on the curved surface S, this temporary layup path TP A precise extension line can be obtained from the end of temp (i, j), so that the adjacent layup path TPn longer than the layup path that is the basis of the adjacent layup path TPn is along the curved surface of the curved surface S. It can be calculated precisely.
  • the search vector calculation step S101 is adjacent to the searched surface Sb when the end point pe of the search vector SV exceeds the ridge line RL when the curved surface S is bent by the ridge line RL.
  • perpendicular foot p temp2 to the surface Sn (i, j, k) is calculated, and the neighboring perpendicular foot to the surface Sn p temp2 if (i, j, k) are present, the feet of the perpendiculars p temp2 (i, j, k) was the basis for the next calculation, foot p temp3 the normal to the adjacent surface Sn (i, j, k) when there is no, perpendicular foot against ridge line RL p temp3 (i, j, k) is the basis of the next calculation.
  • the reference layup path setting steps SS101 to SS113 pass through the perpendicular foot p temp0 (i, j, k) obtained from the initial coordinates p0.
  • An offset amount h (i) corresponding to the thickness of the prepreg tape is obtained along the normal line of the curved surface S, and the reference layup path TPs is calculated with the end point as the start point p (i, j, k) of the next layer. is there.
  • the starting points p (i, j, k) in a plurality of layers are set based on the initial coordinates p0 defined based on the curved surface S, a precise offset amount h (i) is set. It is possible to calculate the reference layup path and the adjacent layup path TPn by obtaining only the thickness of the laminated tape.
  • the search vector calculation step S101 calculates a perpendicular foot p temp0 (i, j, k) with respect to the curved surface S from a point serving as a reference for the computation, and this perpendicular foot p temp0 (i, A point obtained by offsetting the thickness t of the tape along the normal direction of the curved surface S passing through j, k) is set as the starting point p (i, j, k) of the next calculation.
  • the path t can be integrated by offsetting the thickness t of the prepreg tape with respect to the curved surface S.
  • the “point serving as a reference for the calculation” is the initial coordinate p0 in the first stage of the calculation, and after the calculation from the initial coordinate p0 is calculated as the search vector, the next search is performed. This means the base point p (i, j, k) of the vector SV.
  • the coordinates of the initial coordinate p0 in the upper layer are set in the tape width direction. To shift.
  • the reference layup path setting steps SS101 to SS113 calculate the initial layup path TP (i, f) along the predetermined search vector SV set from the initial coordinate p0, and then the initial layup path setting steps SS101 to SS113.
  • the second half layup path TP (i, l) is calculated from the coordinate p0 along the search vector opposite to the predetermined search vector SV, and the first half layup path TP (i, f) and the second half layup are calculated. It is calculated by connecting the path TP (i, l).
  • the reference layup path TP (i, j) is divided into the first half layup path TP (i, f) and the second half layup path TP (i, l) based on the initial coordinates. Therefore, the calculation error of each layup path TP (i, f), TP (i, l) can be reduced to 1 ⁇ 2.
  • the above-described embodiments are merely examples of preferred specific examples of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiments.
  • the reference layup path TPs when the product has a spherical curved surface, when the reference layup path TPs is calculated, if the set value Lh is set so that the path to go around can be calculated, the reference layup path TPs along the curved surface can be calculated. Alternatively, the adjacent layup path TPn can be calculated.

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Abstract

　様々な曲面に対応して皺無くプリプレグテープの貼着や積層を図ることのできる方法を提供する。任意の初期座標ｐ０を始点として、プリプレグテープの面Ｓに予定されているプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に沿う探索ベクトルＳＶを、所定の微小移動量Δａをスカラとして演算する探索ベクトル演算ステップＳ１０１と、演算された探索ベクトルＳＶの終点ｐｅから面Ｓに下ろした垂線の足ｐtemp1-3(i,j,k)を演算する垂足演算ステップＳ１０２とを含み、所定の終了条件が成立するまで、垂線の足ｐtemp1-3(i,j,k)と探索ベクトルＳＶの基点とに基づいて新たな探索ベクトルＳＶを演算するとともに、この新たな探索ベクトルＳＶに基づき、垂線の足ｐtemp1-3(i,j,k)を次の演算の始点として探索ベクトル演算ステップＳ１０１を繰り返すナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を備える。

Description

プリプレグテープの経路計算方法
　本発明はプリプレグテープの経路計算方法に関する。
　複合材料、特に、繊維材料に樹脂を含浸させたプリプレグテープ（ｐｒｅｐｒｅｇ　ｔａｐｅ）の使用は、自動車、海洋、航空宇宙産業を含む種々の産業界で増加している。プリプレグテープは、車両の筐体を構成する貼付型（例えばマンドレル）等の被貼付体の表面に貼着され、積層される。
　この貼着作業を自動で行うテープレイアップマシンは、平坦レイアップマシンと曲面レイアップマシンとに分類される。平坦レイアップマシンは、プリプレグテープの貼着時の制御が容易であるため、航空機のストリンガー等に利用されている。これに対し、曲面レイアップマシンは、プリプレグテープの貼着（積層）時に、たるみが生じやすく、皺が寄る傾向があり、その解決が困難な課題として残っている。レイアップマシンが適用できない場合、プリプレグテープは、やむなく手張りによって積層されている。そのため、皺の寄りを効果的に防止するため、曲面に適合したテープ経路（または、「レイアップテープパス」とも呼ばれている）を算出する方法を実用化する必要があった。
　かかるニーズに応えて、例えば、特許文献１には、複合材料を曲面に貼着するに当たり、テープ経路を算出する方法が開示されている。特許文献１の方法では、製造対象となる製品の三次元の曲面を、当該曲面の境界線も含めて二次元の参照面（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｐｌａｎｅ）にマッピングし、この参照面上でテープ経路を算出し、その座標を三次元に変換して、最終的な座標とする方法を採用している。
特開２００７－１８５９４７号公報
　特許文献１の方法では、皺や弛みの解消が充分ではなかった。
　図１Ａ、図１Ｂ並びに図２Ａ、図２Ｂを参照して、加工対象となる製品ＷＳの曲面が図１Ａ、図２Ａに示すような円筒形、または円錐形の場合、これを図１Ｂ、図２Ｂに示すように、製品ＷＳの曲面Ｓを比較的精緻に平面に展開することができ、この平面上で最短距離を辿る経路を算出して、テープ経路とすれば、この平面上で最短距離を辿る経路は、概ね直線状に設定され、プリプレグテープの幅方向全域にわたって均等な荷重配分でテープを貼着することが可能になる。
　しかしながら、図３に示したように、昨今の製品ＷＳによっては、複雑に湾曲した曲面Ｓを有するものも多数増加している。このような曲面Ｓは、精緻な２次元平面に展開することが困難であるため、自動化が実現されていなかった。
　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、様々な曲面に対応して皺無くプリプレグテープの貼着や積層を図ることのできるプリプレグテープの経路計算方法を提供することを課題としている。
　上記課題を解決するために、本発明は、プリプレグテープの貼着経路を自動演算するプリプレグテープの経路計算方法であって、プリプレグテープの貼着面の三次元データを読み取る三次元データ読取ステップと、記憶された三次元データに予定されているプリプレグテープの貼着方向に沿って基準レイアップパスを設定する基準レイアップパス設定ステップと、前記基準レイアップパス設定ステップで設定された基準レイアップパスに基づいて当該基準レイアップパスに隣接する隣接レイアップパスを設定する隣接レイアップパス設定ステップとを備え、各レイアップパス設定ステップは、記憶された三次元データに与えられた任意の初期座標を始点として、プリプレグテープの貼着面に予定されているプリプレグテープの貼着方向に基づく微小大きさの探索ベクトルを演算する探索ベクトル演算ステップと、演算された探索ベクトルの終点から前記貼着面に下ろした垂線の足を演算する垂足演算ステップとを含み、所定の終了条件が成立するまで、前記垂線の足と前記探索ベクトルの基点とに基づいて新たな探索ベクトルを演算するとともに、この新たな探索ベクトルに基づき、前記垂線の足を次の演算の始点として前記探索ベクトル演算ステップを繰り返すナビゲーティングステップを備えているプリプレグテープの経路計算方法である。この態様では、ナビゲーティングステップを実行することにより、多様な曲面を有する貼着面に設定された初期座標を基点として、微少量だけプリプレグテープの貼着方向に進む探索ベクトルを演算し、その探索ベクトルの終点から貼着面に下ろした垂線の足を計算の基準として回帰的に演算を繰り返すことができる。この結果、探索ベクトルの向きが微小移動量毎に曲面に沿うように修正されて、演算の基準となる点が曲面に沿う経路を精緻に計算する基準となるので、回帰的に繰り返される演算によって順次算出された基点に基づいて経路を算出することにより、曲面に沿い、プリプレグテープが皺になりにくい経路を正確に演算することが可能になる。
　好ましい態様において、前記基準レイアップパス設定ステップに先立って、前記初期座標から当該貼着面に対する垂線の足を演算し、この垂線の足を初期座標に設定する初期座標設定ステップをさらに備えている。この態様では、初期座標を選択するときの自由度を高めても、精緻な演算が可能になる。
　好ましい態様において、前記隣接レイアップパス設定ステップは、演算の基礎となるレイアップパスを基準ラインとし、この基準ライン上の複数の点を始点とし、各始点を演算したときの探索ベクトルと当該貼着面に対する単位法線ベクトルとの外積を新たな探索ベクトルとして前記ナビゲーティングステップを実行することにより、演算される隣接レイアップパスの演算基準となる基準点を探索する基準点探索ステップと、探索された基準点を繋いで隣接レイアップパスを演算する基準点接続ステップと、演算された隣接レイアップパスを次の演算の基礎となるレイアップパスとして、所定の終了条件が成立するまで、前記基準点探索ステップ及び基準点接続ステップを繰り返すものである。この態様では、あるレイアップパスから所定間隔隔てた隣接レイアップパスを算出するに当たり、貼着面の曲面に沿って、基礎となるレイアップパスから次の隣接レイアップパスまでの間隔を精緻に演算することができ、この精緻に演算された間隔に基づいて隣接レイアップパスが設定されるので、あるレイアップパスに貼着されたプリプレグテープと次の隣接レイアップパスに貼着されるプリプレグテープとが重なり合うことと、許容値以上の隙間が生じることを可及的に防止することが可能になる。
　好ましい態様において、前記隣接レイアップパス設定ステップは、前記基準レイアップパスを境に貼着面が二分されている場合には、その一方の面について隣接レイアップパスを演算した後、前記外積と逆向きのベクトルを新たな探索ベクトルとして、前記ナビゲーティングステップを前記基準レイアップパスから実行することにより、他方の面について隣接レイアップパスを演算する。この態様では、基準レイアップパス上の点を基礎として、当該基準レイアップパスに二分される両面について、隣接レイアップパスが演算されるので、各隣接レイアップパスの演算誤差を１／２に低減することができる。
　好ましい態様において、前記基準点接続ステップが、各基準点を接続して暫定レイアップパスを演算するものであり、演算された暫定レイアップパスの端部が当該貼着面の境界に達していない場合には、当該暫定レイアップパスの端部の点を始点とし、且つ当該暫定レイアップパスの端部における進行方向ベクトルに基づいて探索ベクトルを演算し、前記ナビゲーティングステップを実行することにより、当該暫定レイアップパスの端部を当該貼着面の境界まで延長して隣接レイアップパスを完成するレイアップ延長ステップをさらに備えている。この態様では、基準点接続ステップによって演算された暫定レイアップパスが、曲面上で所定の長さに達していない場合には、この暫定レイアップパスの端部から精緻な延長線を求めることができるので、隣接レイアップパスの基礎となったレイアップパスよりも長い隣接レイアップパスを貼着面の曲面に沿って精緻に演算することができる。「暫定レイアップパスの端部における進行方向ベクトルに基づいて探索ベクトルを演算」とは、進行方向ベクトルを探索ベクトルとする、或いは、進行方向ベクトルと逆向きのベクトルを探索ベクトルとする場合をいう。
　好ましい態様において、前記探索ベクトル演算ステップは、当該貼着面が稜線によって折れている場合に前記探索ベクトルの終点が前記稜線を超えたときは、当該稜線を挟んで探索済の面に隣接する面に対する垂線の足を演算し、この隣接する面に対する垂線の足が存在する場合には、その垂線の足を次の演算の基礎とし、隣接する面に対する垂線の足が存在しない場合には、稜線に対する垂線の足を演算して、次の演算の基礎とするものである。この態様では、稜線によって折れている貼着面の上にテープの貼着経路を演算する場合においても、稜線を跨ってスムーズな貼着経路を演算することが可能になる。
　好ましい態様において、前記基準レイアップパス設定ステップは、前記貼着面にテープを積層する場合には、初期座標から求めた垂線の足を通る前記貼着面の法線に沿ってプリプレグテープの厚さ分のオフセット量を求め、その終点を次層の始点として基準レイアップパスを演算するものである。この態様では、貼着面に基づいて規定される初期座標に基づいて複数の層での始点が設定されるので、精緻なオフセット量を積層されるテープ厚さ分だけ求め、基準レイアップパスや隣接レイアップパスを演算することができる。
　好ましい態様において、前記探索ベクトル演算ステップは、演算の基準となる点から当該貼着面に対する垂線の足を演算し、この垂線の足を通る前記貼着面の法線方向に沿って、テープの厚さ分をオフセットした点を次の演算の始点に設定するものである。この態様では、貼着面を基準にして、プリプレグテープの厚み分をオフセットし、経路を積算することができるので、複数層に貼着されるテープの貼着経路を演算する場合にも、精緻な経路を演算することができる。ここで、「演算の基準となる点」とは、演算の最初の段階では、初期座標であり、初期座標からの演算が探索ベクトルの演算が算出された後は、次の探索ベクトルの基点を意味するものである。
　好ましい態様において、複数の層毎に設定されるプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）が重複している場合には、上側の層での初期座標の座標をテープの幅方向にシフトするものである。
　好ましい態様において、前記基準レイアップパス設定ステップは、前記初期座標から設定された所定の探索ベクトルに沿う前半のレイアップパスを演算した後、前記初期座標から前記所定の探索ベクトルと逆向きの探索ベクトルに沿って後半のレイアップパスを演算し、前記前半のレイアップパスと後半のレイアップパスとを接続して演算されたものである。この態様では、初期座標を基準にして基準レイアップパスを前半のレイアップパスと後半のレイアップパスとに分けて演算するので、各レイアップパスの演算誤差を１／２に低減することができる。
　ナビゲーティングステップを実行することにより、演算の基準となる点が曲面に沿う経路を精緻に計算する基準となる結果、様々な曲面に対応して皺無くプリプレグテープの貼着や積層を図ることができるという顕著な効果を奏する。
加工対象となる製品の曲面に対するテープレイアップパスを説明する、円筒形製品の斜視図である。 、加工対象となる製品の曲面に対するテープレイアップパスを説明する、円筒形製品の展開図である。 加工対象となる製品の曲面に対するテープレイアップパスを説明する、円錐形製品の斜視図である。 加工対象となる製品の曲面に対するテープレイアップパスを説明する、円錐形製品の展開図である。 加工対象となる製品の曲面に対するテープレイアップパスを説明する図であって湾曲面を有する製品の斜視図である。 本発明に係るプリプレグテープの経路計算装置の構成図である。 貼着面を有する製品のテープレイアッププランを示す斜視図である。 本発明に係る全体フローを示すフローチャートである。 ナビゲーティングステップとしてのナビゲーティングモジュールの動作を示すフローチャートである。 図７の続きを示すフローチャートである。 ナビゲーティングモジュールによる、曲面上での探索状態を示す説明図である。 ナビゲーティングモジュールによる、曲面からオフセットされた曲面での探索状態を示す説明図である。 ナビゲーティングモジュールによる探索状態を示す説明図である。 ナビゲーティングモジュールによる探索状態を示す説明図である。 図６のサブルーチンを示すフローチャートである。 初期座標が曲面上にあった場合の図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の説明図である。 初期座標が曲面から浮揚していた場合の図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の説明図である。 初期座標が曲面からオフセットされた場合の図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の説明図である。 図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１２のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１２の続きを示すフローチャートである。 図１９のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１９のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１９のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図１９の続きを示すフローチャートである。 図２３のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図２３のフローチャートの実行結果を説明する貼着面の斜視図である。 図２３の続きを示すフローチャートである。
　以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。
　まず、図４を参照して、本発明に係るシステムは、ＣＡＤシステム１０と、ＣＡＤシステムからデータを交換可能に接続された経路演算モジュール２０とを備えている。
　ＣＡＤシステム１０は、プリプレグテープが貼着される製品データを蓄積したＣＡＤデータベース１１と接続されており、このＣＡＤデータベース１１に記憶されたＣＡＤデータをインターフェース（又はネットワーク）経由で経路演算モジュール２０に送信することが可能になっている。ＣＡＤデータは、一般にＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ－Ｕｎｉｆｏｒｍ　Ｒａｔｉｏｎａｌ　Ｂ－Ｓｐｌｉｎｅｓ）等のフォーマットで、３次元で曲面を定義することのできるデータが使用される。
　経路演算モジュール２０は、ファクトリコンピュータ等の計算機で実現される論理的なモジュールであり、ハード的には、図略のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭの他、入出力装置２１、表示装置２２、外部記憶装置２３を備えている。
　経路演算モジュール２０は、ＣＡＤシステム１０からデータの読み取り等を実行するＣＡＤデータ操作モジュール２４と、入力されたＣＡＤデータに対し、所定のレイアッププランを処理するレイアッププラン処理モジュール２５と、レイアッププラン処理モジュール２５に基づいて、平面または曲面を含む面上でプリプレグテープが辿る最短経路（以下、この最短経路を「ナチュラルパス」とも呼称する）を演算するナビゲーティングモジュール２６とを論理的に有している。これらは、経路演算モジュール２０を構成するハード資源と、このハード資源によって実行されるソフト資源（例えば、ソースコード、オブジェクトコード、プログラミングコード等）との組み合わせによって実現される。
　図５を参照して、同図に例示するワークＷＳは、車両の筐体部分を構成する矩形の部品である。この部品を製造する過程では、図略のマンドレルによって規定される曲面Ｓに対し、層ｉ毎に貼着方向Ｖ（ｉ）が入力される。具体的には、最初にワークの一辺に沿うＶ（１）方向に沿ってプリプレグテープを貼着し、次いで、最初の経路Ｖ（１）と直交する経路Ｖ（２）に沿って、その後、最初の経路Ｖ（１）と４５°で交差する経路Ｖ（３）に沿ってプリプレグテープを貼着し、層毎に経路を変更してテープ層を形成（テープレイアップ）する設定（このプリプレグテープの貼着手順に関する設定要件を「テープレイアッププラン」ともいう）が実行されることになっている。この場合、図４に示した経路演算モジュール２０は、図６以下のフローチャートにそって、ワークのテープレイアッププランに好適なテープ貼着経路を算出する。
　また、テープレイアッププランでは、最初の層ｉ（層１）のみに初期座標ｐ０の設定も行われる。詳しくは後述するように、初期座標ｐ０は、全ての層ｉにおけるレイアップパスの演算の基礎となる座標である。
　図６を参照して、まず、経路演算モジュール２０は、ＣＡＤデータ操作モジュール２４によってワークのデータをＣＡＤシステム１０から読み取る（ステップＳ２０）。本実施形態では、このステップＳ２０が、三次元データ読取ステップとなる。
　次いで、図５に例示されたテープレイアッププランの入力処理を実行する（ステップＳ２１）。このステップＳ２１では、レイアッププラン処理モジュール２５が実行されて、ＧＵＩによって表示装置２２に入力画面が表示され、ユーザが入力画面の指示に従って、入出力装置２１を操作し、テープレイアッププランを入力する。このステップＳ２１でユーザは、ワークに貼着されるテープの幅ｄ、テープの厚さｔ、プリプレグテープの層毎の貼着方向Ｖ（ｉ）、演算の初期座標ｐ０を入力する。初期座標ｐ０を入力する際には、ワークのＣＡＤ図面を画面に表示し、入出力装置２１でユーザが所望する任意の点を指定させるようにしてもよい。レイアッププラン処理モジュール２５は、入力されたデータをメモリまたは外部記憶装置２３に記録し、後続する処理に利用する。
　また、レイアッププラン処理モジュール２５は、入力が完了した段階で、テープレイアップの層数ｎをカウントする（ステップＳ２２）。次いで、演算の基準となるレイアップパスの変数ｉ、ｊ、ｋが初期設定される（ステップＳ２３、Ｓ２４）。本実施形態では、層毎に複数のレイアップパスを設定することとしているので、層に関する変数ｉ、レイアップパスに関する変数ｊ、レイアップパスを構成する点に関する変数ｋを設定し、演算された全ての座標を三次元で一意に特定することができるようになっている。
　次に、層ｉに設定されたテープレイアッププランが読み取られる（ステップＳ２５）。この読み取りにより、初期座標ｐ０、テープ幅ｄ、テープ厚さｔと、層ｉ毎のプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）が特定される。
　次いで、レイアッププラン処理モジュール２５は、読み出された層ｉに係る貼着方向Ｖ（ｉ）と、演算済の他の層ｉに設定されている貼着方向Ｖ（ｉ）が重複しているか否かを探索する（ステップＳ２６）。仮に貼着方向Ｖ（ｉ）が同一の層ｉが見つかった場合には、その層ｉに設定されている基準レイアップパスＴＰｓの初期座標ｐ０からプリプレグテープの幅方向に沿って、幅ｄの１／２ずれた位置を演算し（ステップＳ２７）、その座標を新たな初期座標ｐ０に設定する（ステップＳ２８）。これにより、既にレイアップパスが演算されている層ｉとこれから演算される層ｉとでは、プリプレグテープが、互いに１／２だけ幅方向にずれるので、製造されるワークが崩れにくい堅固な構造になる。
　次に、層ｉでの演算処理サブルーチンが実行される（ステップＳＳ１０）。演算処理サブルーチンが実行されると、層の変数ｉがインクリメントされ（ステップＳ２９）、インクリメントされた層の変数ｉがステップＳ２２でカウントされた層の数ｎと比較される（ステップＳ３０）。仮に層の変数ｉが層の数ｎ以下である場合には、ステップＳ２４に復帰して上述した処理を繰り返し、層の変数ｉが層の数ｎを超えている場合には、処理を終了する。
　この演算処理サブルーチンでは、層ｉ毎に基準レイアップパスＴＰｓが演算され、次いで、基準レイアップパスＴＰｓに等間隔で隣接する隣接レイアップパスＴＰｎが演算される。隣接レイアップパスＴＰｎを演算する際は、既に演算されたレイアップパスを基礎として、基礎となったレイアップパスから等間隔隔てた座標が演算される。このため、貼着面としての曲面Ｓが複雑に起伏している場合でも、その起伏に沿って、重なりや皺が生じにくい状態でプリプレグテープをすることのできるレイアップパスを演算することが可能になる。そして、本実施形態においては、より精緻な演算を実現するため、個々のステップの随所でナビゲーティングモジュール２６が呼び出される。ナビゲーティングモジュール２６は、複雑な曲面上でナチュラルパスを演算するための関数群であり、以下に示す演算が可能になっている。
　図７並びに図９Ａ及び図９Ｂを参照して、ナビゲーティングモジュール２６は、オフセット量ｈ（ｉ）、微小移動量Δａ、積算移動量ｍ、単位探索ベクトルｎＶ等を引数として含んでいる。オフセット量ｈ（ｉ）とは、プリプレグテープの厚さｔを考慮した曲面Ｓからの法線方向の浮揚量であり、ｉ番目の層ｉについては、（ｉ－１）×ｔで演算される変数（導出関数）である。微小移動量Δａは、探索する座標の移動量であり、例えば、０．００１ｍｍに設定される。積算移動量ｍは、演算した探索経路の積算値である。単位探索ベクトルｎＶは、レイアップパスの探索方向のベクトル（探索ベクトルＳＶ）を演算するための単位ベクトルであり、貼着方向Ｖ（ｉ）を基準に演算されるものである。単位探索ベクトルｎＶは、可及的に曲面Ｓに接するように設定される（図９Ａ参照）。これら引数の値は、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出すプログラムによって、即ち、演算されるオフセットパスの種類等によって、適宜変更される。
　ナビゲーティングモジュール２６が呼び出されると、まず、引数の初期設定が実行される（ステップＳ１００）。この初期設定では、微小移動量Δａが０．００１ｍｍに、積算移動量ｍが０．０ｍｍに設定される。なお、この初期設定は、ユーザがＧＵＩで設定画面を表示させ、この設定画面上で適宜変更できるようになっている。
　次いで、移動点ｐｅが演算される（ステップＳ１０１）。この処理では、探索ベクトルＳＶを、微小移動量Δａと単位探索ベクトルｎＶとの積で求め、演算の基礎となる点ｐ(i,j,k)を基点として、探索ベクトルＳＶの終点ｐｅを演算する。演算の基礎となる点ｐ(i,j,k)は、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出すプログラムによって設定される。たとえば、基準レイアップパスＴＰｓの演算を開始する場合、ｐ(i,j,k)の最初の値は、初期座標ｐ０である。次に、演算された終点ｐｅから曲面Ｓに垂線の足ｐtemp1を演算し（ステップＳ１０２）、ｐtemp1が演算可能な座標であるか否かを検証する（ステップＳ１０３）。
　ｐtemp1が演算可能な座標である場合、垂線の足ｐtemp1＋（ｈＶ＊ｈ（ｉ））を演算する（ステップＳ１０４）。ここで、ｈＶは、ｐtemp1を通る曲面Ｓの法線単位ベクトルであり、ｈ（ｉ）は、（ｉ－１）×ｔで演算される変数であることから、最初の層ｉにおいては、垂線の足ｐtemp1が点ｐになる（図９Ａ参照）。他方、２番目以降の層ｉについては、ｈが０よりも大きくなるので、図９Ｂに示すように、演算される点ｐは、垂線の足ｐtemp1からｈ（ｉ）だけ法線方向に浮揚した座標をとることになる。
　次いで、始点ｐ(i,j,k)から演算した点ｐまでの移動量Δｍを演算する（ステップＳ１０５）。
　その後、設定値Ｌｈが設定されているか否かをチェックする（ステップＳ１０６）。この設定値Ｌｈは、詳しくは後述するように、ナビゲーティングモジュール２６で隣接レイアップパスの演算の基礎となる座標を演算する際、基礎となる座標から演算対象となる座標までの間隔を算出するための値であり、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出すプログラムによって設定されるものである。
　設定値Ｌｈが設定されていない場合、ｎｕｌｌが設定されている場合、或いは、設定されているが、積算移動量ｍの更新値（ｍ＋Δｍ）以下である場合（ステップＳ１０７）、変数ｋをインクリメントする（ステップＳ１０８）。
　次いで、演算された点ｐの座標をｐ(i,j,k)とし（ステップＳ１０９）、この座標ｐ(i,j,k)を登録する（ステップＳ１１０）。
　その後、次の単位探索ベクトルｎＶを次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
によって演算し（ステップＳ１１１）、積算移動量ｍを移動量Δｍでインクリメントする（ステップＳ１１２）。その後、ステップＳ１０１に復帰して、上述したステップを繰り返す。
　また、ステップＳ１０７において、設定値Ｌｈが積算移動量ｍの更新値（ｍ＋Δｍ）を超えている場合、積算移動量ｍが設定値Ｌｈ未満であるか否かが判定され（ステップＳ１１３）、積算移動量ｍが設定値Ｌｈ未満である場合には、設定値Ｌｈの終点を次式
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
によって求め（ステップＳ１１４）、レイアップパスの変数ｋをインクリメントして（ステップＳ１１５）演算された座標をｐ(i,j,k)とし（ステップＳ１１６）、この座標ｐ(i,j,k)を登録する（ステップＳ１１７）。これらのステップＳ１１３～Ｓ１１７により、設定値Ｌｈが設定されている場合には、その終点まで正確にナチュラルパスを演算することが可能になる。その後、これまで演算された点ｐ(i,j,k)に基づいて、ナチュラルパスＴＰ(i,j)を演算し（ステップＳ１１８）、メインプログラムに復帰する。なお、ステップＳ１１３で積算移動量ｍが設定値Ｌｈ以上である場合には、そのままステップＳ１１８に移行する。
　次に、ステップＳ１０３において、垂線の足ｐtemp1を演算することができない場合について、図８、図１０を参照しながら説明する。
　図１０に示すように、例えば曲面Ｓに稜線ＲＬが存在し、二つの面Ｓｂ、Ｓｎに分断されている場合、面Ｓｂ上で演算されていた探索ベクトルＳＶの終点ｐｅが、面Ｓｂと直角な稜線ＲＬ上の面Ｌ１を通過すると、面Ｓｂ上には、垂線の足ｐtemp1を演算することができなくなる。そこで、図８に示すように、ｐtemp1を演算することができない場合には、まず、隣接する面Ｓｎの有無を検証し（ステップＳ１２０）、面Ｓｎが存在する場合には、探索された終点ｐｅから面Ｓｎに垂線の足ｐtemp2を演算する（ステップＳ１２１）。ここで、さらに、面Ｓｎ上に垂線の足ｐtemp2が演算可能であったか否かを検証し（ステップＳ１２２）、演算が可能であった場合（例えば、図１０に示すように、面Ｓｎと、この面Ｓｎと直角な稜線ＲＬ上の面Ｌ２とに挟まれた領域内に終点ｐｅがある場合）には、点ｐを垂線の足ｐtemp2に基づいて演算し（ステップＳ１２３）、ステップＳ１０５に復帰する。ここで、ステップＳ１２３のｈｖは、ｐtemp2における面Ｓｎの法線単位ベクトルである。
　他方、図１１に示したように、探索ベクトルＳＶの終点ｐｅが、面Ｌ１、Ｌ２間に位置する場合、何れの面Ｓｂ、Ｓｎ上にも垂線の足を演算することができなくなる。この場合には、ステップＳ１２２で垂線の足ｐtemp2を演算不可と判定して終点ｐｅから稜線ＲＬ上に垂線の足temp3を演算し（ステップＳ１２４）、この垂線の足temp3を基礎にして点ｐを演算し（ステップＳ１２５）、ステップＳ１０５に移行する。ここで、ステップＳ１２５のｈｖは、ｐtemp3から探索ベクトルＳＶの終点ｐｅに向かう垂直単位ベクトルである。
　なお、ステップＳ１２０において、隣接する面Ｓｎが存在しない場合には、探索ベクトルＳＶの終点ｐｅが面ｓの境界を超えた場合であるので、その場合には、始点ｐ(i,j,k)が面内に存在するか否かを検証し（ステップＳ１２６）、面ｓ内である場合には、境界をＲＬとして、ステップＳ１２４に移行する。他方、始点ｐ(i,j,k)が面ではない場合（境界上である場合）には、ステップＳ１１３に移行し、処理を終了する。
　次に、上述のような処理を実行するナビゲーティングモジュール２６を用いて、図１２の演算処理サブルーチン（ステップＳＳ１０）の具体例を説明する。
　図１２、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１３Ｃを参照して、演算処理サブルーチンが実行されると、まず、初期座標設定ステップ（ＳＳ１０１～ＳＳ１０３）が実行される。この初期座標設定ステップでは、図６のステップＳ２１で与えられた初期座標ｐ０から曲面Ｓへ垂線の足ｐtemp0を演算し（ステップＳＳ１０１）、さらにｐtemp0＋（ｈＶ＊ｈ（ｉ））を演算して、新たにｐ０とする（ステップＳＳ１０２）。ここで、ｈＶは、ｐtemp0を通る曲面Ｓの法線単位ベクトルであり、ｈ（ｉ）は、（ｉ－１）×ｔで演算される変数であることから、元の初期座標ｐ０が曲面Ｓ上に存在し、且つ演算される層ｉが最初の層であるときには、初期座標ｐ０は、そのまま同じ座標となる（図１３Ａ参照）。また、演算される層ｉが最初の層であるときに、設定されていた初期座標ｐ０が曲面Ｓから浮揚していた場合、初期座標ｐ０は、垂線の足ｐtemp0に更新される（図１３Ｂ参照）。さらに、演算される層ｉが２層目以降の場合には、垂線の足ｐtemp0に演算された後、ｈ（ｉ）だけオフセットされる（図１３Ｃ参照）。この結果、ナビゲーティングモジュール２６の演算の最初の基礎となる初期座標ｐ０と曲面Ｓとが極めて精緻に関係づけられることになる。
　次いで、基準レイアップパス設定ステップが実行される。
　図１２に示すように、この基準レイアップパス設定ステップでは、まず、ナビゲーティングモジュール２６を実行するための引数の設定が実行される。具体的には、Ｌｈをｎｕｌｌ値に設定し（ステップＳＳ１０４）、単位探索ベクトルｎＶをプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に基づいて定義し（ステップＳＳ１０５）、始点ｐ(i,j,k)を初期座標ｐ０で設定する（ステップＳＳ１０６）。これにより、ナビゲーティングモジュール２６は、ｐ０を始点として、ｎＶ方向に曲面Ｓの境界までレイアップパスを探索する。本実施形態では、この探索によるレイアップパスを前半のレイアップパスＴＰ(i,f)としている。次いで、ナビゲーティングモジュール２６が呼び出され（ステップＳＳ１０７）、上述した引数の設定に基づいて、ナビゲーティングモジュール２６を実行することにより、前半のレイアップパスＴＰ(i,f)が演算される（ステップＳＳ１０８）。この演算により、図１４に示すように、曲面Ｓに始点ｐ(i,j,k)が設定され、次いで図１５に示すように、設定された始点ｐ(i,j,k)からΔｍ間隔の座標ｐ(i,j,k)が登録され、図１６に示すように、前半のレイアップパスＴＰ(i,f)が曲面Ｓの境界まで演算される。
　次いで、ナビゲーティングモジュール２６の処理が終了すると、すなわち、ステップＳＳ１０８が終了すると、今度は、単位探索ベクトルｎＶの方向を反転するとともに、始点を初期座標ｐ０に戻して（ステップＳＳ１０９）、再度、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出し（ステップＳＳ１１０）、後半のレイアップパスＴＰ(i,l)が演算される（ステップＳＳ１１１）。この演算により、図１７、図１８に示すように、初期座標ｐ０を始点とする点ｐ(i,j,k)からΔｍ間隔の座標ｐ(i,j,k)が登録され、後半のレイアップパスＴＰ(i,l)が曲面Ｓの境界まで演算される。
　次いで、演算された前半のレイアップパスＴＰ(i,f)と後半のレイアップパスＴＰ(i, l)とが接続され、基準レイアップパスＴＰｓが演算され（ステップＳＳ１１２）、登録される（ステップＳＳ１１３）。
　次に、登録された基準レイアップパスＴＰｓに基づいて、当該基準レイアップパスに隣接する隣接レイアップパスＴＰｎを設定する隣接レイアップパス設定ステップについて説明する。
　プリプレグテープの重なりを防止するため、設定されたレイアップパスとそれに隣接するレイアップパスとの間隔は、精緻に演算される必要がある。この演算は、貼着面が平面である場合には比較的容易であるが、貼着面が曲面である場合には、これまで極めて困難とされていたものである。本実施形態では、曲面上に複数のレイアップパスを演算するために、演算済みのレイアップパスから対向間隔をナビゲーティングモジュール２６で演算し、次いで、演算された対向間隔を接続して隣接レイアップパスＴＰｎを演算するステップを採用している。
　まず、図１９を参照して、演算済みの基準レイアップパスＴＰｓから対向間隔をナビゲーティングモジュール２６で演算するために、プリプレグテープの幅ｄを探索値Ｓｆとし、設定値Ｌｈを探索値Ｓｆの絶対値とする（ステップＳＳ１２０）。探索値Ｓｆは、基準レイアップの探索方向を設定するフラグの機能を兼ねるものである。また、上述したように、設定値Ｌｈは、ナビゲーティングモジュール２６で隣接レイアップパスＴＰｎの演算の基礎となる座標を演算する際、基礎となる座標（始点ｐ(i,j,k)）から演算対象となる座標Ｔｅまでの間隔を算出するための値である。さらにこの段階で基準レイアップパスＴＰｓをＴＰ(i, j)と定義する。
　次に、このＴＰ(i, j)を基準ラインＮＬと定義し（ステップＳＳ１２１）、この基準ラインＮＬの上流点（プリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）において、境界上に設定されている貼着方向上流側の点）ｐ(i,j,k)を始点ｐ(i,j,k)とする。次いで、基準ラインＮＬの全長をＬ（ステップＳＳ１２３）、基準ラインNLを分割する間隔をΔＬｎとし、積算間隔Ｌｎを０にリセットする（ステップＳＳ１２４）。
　次いで、単位探索ベクトルｎＶをｐ(i,j,k)での曲面Ｓ上の単位法線ベクトルｈＶNLと（添え字のＮＬは、基準ラインＮＬ上の当該座標ｐ(i,j,k)を示す。以下、同様）、このｐ(i,j,k)での単位探索ベクトルｎＶNLとの外積で求める（ステップＳＳ１２５）。これにより、図２０に示したように、基準ラインＮＬ上に設定される個々の点ｐ(i,j,k)毎に、当該単位探索ベクトルｎＶNLと直角に曲面Ｓに沿う単位探索ベクトルｎＶを設定することができる。
　次いで、単位探索ベクトルｎＶの方向が、探索値Ｓｆに基づいて判定され（ステップＳＳ１２６）、仮に探索値Ｓｆの値がマイナスである場合には、単位探索ベクトルｎＶの値が逆向きに反転される（ステップＳＳ１２７）。
　次いで、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出し（ステップＳＳ１２８）、基準ラインＮＬのｐ(i,j,k)からｎＶ方向のナチュラルパスＴＰ(i,j)を演算する（ステップＳＳ１２９）。
　この局面では、図２１に示したように、ナビゲーティングモジュール２６により、基準ラインＮＬ上に設定された始点ｐ(i,j,k)からナチュラルパスＴＰ(i,j)が演算され、精緻な対向間隔を維持した状態で、終点Ｔｅを演算することができる。演算が開始されることにより、探索ベクトルＳＶは、概ねプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に直交する方向に沿って曲面Ｓ上に設定され、始点ｐ(i,j,k)が更新されていく。ナビゲーティングモジュール２６のステップＳ１１８（図７参照）によりナチュラルパスＴＰ(i,j)が演算され、制御が図１９のフローに復帰すると、レイアッププラン処理モジュール２５は、演算されたナチュラルパスＴＰ(i, j)が設定値Ｌｈ以上であるか否かを判定する（ステップＳＳ１３０）。ナビゲーティングモジュール２６での処理では、Ｌｈが設定されている場合に、演算されたナチュラルパスＴＰ(i,j)が設定値Ｌｈ以上の場合と、設定値Ｌｈの途中で終了した場合とに分かれるので、ステップＳＳ１３０の判定により、設定値Ｌｈ以上のナチュラルパスＴＰ(i,j)のみ、登録することとしているのである。そして、レイアッププラン処理モジュール２５は、設定値Ｌｈ以上に達しているナチュラルパスＴＰ(i,j)の終点Ｔｅのみを隣接レイアップパスＴＰｎの基礎点ｐｎ(i,j,k)として登録する（ステップＳＳ１３１）。これにより、設定値Ｌｈ以上に達しているナチュラルパスＴＰ(i,j)のみの終点Ｔｅが、隣接レイアップパスＴＰｎの計算の基準となる。
　次いで、積算間隔Ｌｎを分割間隔ΔＬｎで更新し（ステップＳＳ１３２）、積算間隔Ｌｎが、基準ラインＮＬの全長を超えたか否かを判定する（ステップＳＳ１３３）。仮に基準ラインＮＬの全長を超えている場合には、次のステップに移行し、基準ラインＮＬの全長以下である場合には、始点ｐ(i,j,k)を分割間隔ΔＬｎで更新し（ステップＳＳ１３４）、ステップＳＳ１２５に移行して上述した処理を繰り返す。
　これにより、図２２に示したように、一つの基準ラインＮＬ毎に、多数の始点ｐ(i,j,k)が設定され、設定された始点ｐ(i,j,k)毎にナビゲーティングモジュール２６で精緻に対向間隔が演算された終点Ｔｅが演算され、そのうち、曲面Ｓ内に存在するものが、登録されることになる。
　次に、図２３を参照して、一つの基準ラインＮＬについて、全ての終点Ｔｅが演算されると、今度は、基礎点ｐｎ(i,j,k)が存在するか否か、すなわち、プリプレグテープを貼着する隣接レイアップパスＴＰｎを演算可能か否かが判定される（ステップＳＳ１４０）。
　一つの基準ラインＮＬについて、隣接レイアップパスＴＰｎを演算することができると判定された場合、レイアップパスの変数ｊを更新し（ステップＳＳ１４１）、基礎点ｐｎ(i,j,k)を接続して得られる暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)を演算する（ステップＳＳ１４２）。ここで、演算された暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の上流点ｐｕ(i,j,k)、下流点ｐｄ(i,j,k)が曲面Ｓの境界に接しているか否かが判定され（ステップＳＳ１４３、ＳＳ１４４）、接していれば、この暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)を隣接レイアップパスＴＰｎとして定義し（ステップＳＳ１４５）、この隣接レイアップパスＴＰｎを登録する（ステップＳＳ１４６）。この処理により、図２４に示すように、基準レイアップパスＴＰｓを基準ラインＮＬとする隣接レイアップパスＴＰｎが演算され、登録される。その後、ステップＳＳ１２１に移行し、演算された隣接レイアップパスＴＰｎを次の演算の基準ラインＮＬとして、上述した演算を繰り返す。
　他方、ステップＳＳ１４３で、暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の上流点が曲面Ｓの境界に届いていない場合、始点ｐ(i,j,k)を当該暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の上流点ｐｕ(i,j,k)で定義し（ステップＳＳ１４７）、その上流点ｐｕ(i,j,k)でのＴＰtemp(i,j)の進行方向ベクトルである単位探索ベクトルｎＶpu(i,j,k)と逆向きの方向を単位探索ベクトルｎＶと定義する（ステップＳＳ１４８）。次いで、ナビゲーティングモジュール２６を呼び出し（ステップＳＳ１４９）、暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)を延長する（ステップＳＳ１５０）。この処理により、図２５に示すように、中途で途切れていた暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)が曲面Ｓの境界まで延長される。
　また、ステップＳＳ１４４で、暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の下流点ｐｄ(i,j,k)が曲面Ｓの境界に届いていない場合には、始点ｐ(i,j,k)を当該暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の下流点ｐｄ(i,j,k)で定義し（ステップＳＳ１５１）、その下流点ｐｄ(i,j,k)でのＴＰtemp(i,j)の進行方向ベクトルである単位探索ベクトルｎＶpd(i,j,k)の方向を単位探索ベクトルｎＶと定義する（ステップＳＳ１５２）。次いで、ステップＳＳ１４９に移行することにより、下流側でも中途で途切れていた暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)を曲面Ｓの境界まで延長することができる。
　ステップＳＳ１４０で暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)（従って、隣接レイアップパスＴＰｎ）を演算することができかなった場合、図２６に示すように、探索値Ｓｆの符号が判別される（ステップＳＳ１６０）。探索値Ｓｆがマイナスであるときは、元のメインルーチンに復帰する。これにより、層ｉでの隣接レイアップパスＴＰｎの演算が全て終了し、図６のメインフローに復帰してステップＳ２９以下を実行する。
　他方、探索値Ｓｆがプラスであるときは、探索値Ｓｆをマイナスに更新し（ステップＳＳ１６１）、基準ラインＮＬを基準レイアップパスＴＰｓに設定する（ステップＳＳ１６２）。その後、ステップＳＳ１２２に移行することにより、今度は、基準レイアップパスＴＰｓを境に反対側の面に隣接レイアップパスＴＰｎの演算を進めることができる。
　以上説明したように本実施形態では、プリプレグテープの貼着面としての曲面Ｓの三次元データを読み取る三次元データ読取ステップＳ２０と、記憶された曲面Ｓに予定されているプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に沿って基準レイアップパスを設定する基準レイアップパス設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１１３と、基準レイアップパス設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１１３で設定された基準レイアップパスＴＰｓに基づいて当該基準レイアップパスＴＰｓに隣接する隣接レイアップパスＴＰｎを設定する隣接レイアップパス設定ステップＳＳ１２０～ＳＳ１６２とを備え、各レイアップパス設定ステップは、記憶された曲面Ｓ上に与えられた任意の初期座標ｐ０を始点として、プリプレグテープの曲面Ｓに予定されているプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に基づく探索ベクトルＳＶを、所定の微小移動量Δａをスカラとして演算する探索ベクトル演算ステップＳ１０１と、演算された探索ベクトルＳＶの終点ｐｅから曲面Ｓに下ろした垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を演算する垂足演算ステップＳ１０２とを含み、図７、図８に示した所定の終了条件が成立するまで、垂線の足ｐtemp0(i,j,k)と探索ベクトルＳＶの基点とに基づいて新たな探索ベクトルＳＶを演算するとともに、この新たな探索ベクトルＳＶに基づき、垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を次の演算の始点として探索ベクトル演算ステップＳ１０１を繰り返すナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を備えている。このため、本実施形態によれば、ナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を実行することにより、多様な曲面を有する貼着面に設定された初期座標ｐ０を基点として、微少量だけプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）に進む探索ベクトルＳＶを演算し、その探索ベクトルの終点から曲面Ｓに下ろした垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を計算の基準として回帰的に演算を繰り返すことができるので、演算の基準となる点が曲面に沿う経路を精緻に計算する基準となる。この結果、回帰的に繰り返される演算によって順次算出された基点ｐ(i,j,k)に基づいて経路を算出することにより、曲面に沿い、プリプレグテープが皺になりにくい経路を正確に演算することが可能になる。
　また、本実施形態では、基準レイアップパス設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１１３の初めに、初期座標ｐ０から当該曲面Ｓに対する垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を演算し、この垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を初期座標ｐ０に設定する初期座標設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１０３を備えている。このため、本実施形態では初期座標ｐ０を選択するときの自由度を高めても、精緻な演算が可能になる。
　また、本実施形態では、隣接レイアップパス設定ステップＳＳ１２０～ＳＳ１６２は、演算の基礎となるレイアップパス上の複数の点ｐを始点とし、各始点を演算したときのレイアップパスの単位探索ベクトルｎＶNLと当該曲面Ｓに対する単位法線ベクトルｈＶNLとの外積を単位探索ベクトルｎＶとして、ナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を実行することにより、演算される隣接レイアップパスＴＰｎの演算基準となる基準点Ｔｅを探索する基準点探索ステップＳＳ１２９と、探索された点Ｔｅを繋いで隣接レイアップパスＴＰｎを演算する基準点接続ステップＳＳ１４２と、演算された隣接レイアップパスＴＰｎを次の演算の基礎となるレイアップパスとして、図２３、図２６に示した所定の終了条件が成立するまで、前記基準点探索ステップＳＳ１２９及び基準点接続ステップＳＳ１４２を繰り返すものである。このため、本実施形態ではあるレイアップパスから所定間隔隔てた隣接レイアップパスＴＰｎを算出するに当たり、曲面Ｓに沿って、基礎となるレイアップパスから次の隣接レイアップパスＴＰｎまでの間隔を精緻に演算することができ、この精緻に演算された間隔に基づいて隣接レイアップパスＴＰｎが設定されるので、あるレイアップパスに貼着されたプリプレグテープと次の隣接レイアップパスＴＰｎに貼着されるプリプレグテープとが重なり合うことと、許容値以上の隙間が生じることを可及的に防止することが可能になる。
　また、本実施形態では、隣接レイアップパス設定ステップＳＳ１２０～ＳＳ１６２は、基準レイアップパスを境に曲面Ｓが二分されている場合には、その一方の面について隣接レイアップパスＴＰｎを演算した後、外積と逆向きのベクトルを探索ベクトルＳＶとして、ナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を前記基準レイアップパスから実行することにより、他方の面について隣接レイアップパスＴＰｎを演算する。このため、本実施形態では基準レイアップパス上の点を基礎として、当該基準レイアップパスに二分される両面について、隣接レイアップパスＴＰｎが演算されるので、各隣接レイアップパスＴＰｎの演算誤差を１／２に低減することができる。
　また、本実施形態では、基準点接続ステップが、各基準点を接続して暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)を演算するものであり、演算された暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の端部が当該貼着面の境界に達していない場合には、当該暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の端部の点ｐｕ(i,j,k)、ｐｄ(i,j,k)を始点とし、且つ端部の点ｐｕ(i,j,k)、ｐｄ(i,j,k)それぞれにおけるＴＰtemp(i,j)の延長方向の単位方向ベクトルをそれぞれの単位探索ベクトルｎＶとして求め、ナビゲーティングステップＳ１００～Ｓ１２５を実行することにより、当該暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の端部を曲面Ｓの境界まで延長して隣接レイアップパスＴＰｎを完成するレイアップ延長ステップＳＳ１４３～ＳＳ１５２をさらに備えている。このため本実施形態では、基準点接続ステップによって演算された暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)が、曲面Ｓ上で所定の長さに達していない場合には、この暫定レイアップパスＴＰtemp(i,j)の端部から精緻な延長線を求めることができるので、隣接レイアップパスＴＰｎの基礎となったレイアップパスよりも長い隣接レイアップパスＴＰｎを曲面Ｓの曲面に沿って精緻に演算することができる。
　また、本実施形態では、探索ベクトル演算ステップＳ１０１は、当該曲面Ｓが稜線ＲＬによって折れている場合に探索ベクトルＳＶの終点ｐｅが前記稜線ＲＬを超えたときは、探索済の面Ｓｂに隣接する面Ｓｎに対する垂線の足ｐtemp2(i,j,k)を演算し、この隣接する面Ｓｎに対する垂線の足ｐtemp2(i,j,k)が存在する場合には、その垂線の足ｐtemp2(i,j,k)を次の演算の基礎とし、隣接する面Ｓｎに対する垂線の足ｐtemp3(i,j,k)が存在しない場合には、稜線ＲＬに対する垂線の足ｐtemp3(i,j,k)を演算して、次の演算の基礎とするものである。このため、本実施形態では、図１０、図１１に示したように、より稜線ＲＬによって折れている曲面Ｓの上にプリプレグテープの貼着経路を演算する場合においても、稜線ＲＬを跨ってスムーズな貼着経路を演算することが可能になる。
　また、本実施形態では、基準レイアップパス設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１１３は、曲面Ｓにプリプレグテープを積層する場合には、初期座標ｐ０から求めた垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を通る曲面Ｓの法線に沿ってプリプレグテープの厚さ分のオフセット量ｈ（ｉ）を求め、その終点を次層の始点ｐ(i,j,k)として基準レイアップパスＴＰｓを演算するものである。このため、本実施形態では曲面Ｓに基づいて規定される初期座標ｐ０に基づいて複数の層での始点ｐ(i,j,k)が設定されるので、精緻なオフセット量ｈ（ｉ）を積層されるテープ厚さ分だけ求め、基準レイアップパスや隣接レイアップパスＴＰｎを演算することができる。
　また、本実施形態では、探索ベクトル演算ステップＳ１０１は、演算の基準となる点から当該曲面Ｓに対する垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を演算し、この垂線の足ｐtemp0(i,j,k)を通る曲面Ｓの法線方向に沿って、テープの厚さｔ分をオフセットした点を次の演算の始点ｐ(i,j,k)に設定するものである。このため、本実施形態では曲面Ｓを基準にして、プリプレグテープの厚さｔ分をオフセットし、経路を積算することができるので、複数層に貼着されるテープの貼着経路を演算する場合にも、精緻な経路を演算することができる。上述したように、「演算の基準となる点」とは、演算の最初の段階では、初期座標ｐ０であり、初期座標ｐ０からの演算が探索ベクトルの演算が算出された後は、次の探索ベクトルＳＶの基点ｐ(i,j,k)を意味する。
　また、本実施形態では、複数の層毎に設定されるプリプレグテープの貼着方向Ｖ（ｉ）が重複している場合には、上側の層での初期座標ｐ０の座標をテープの幅方向にシフトするものである。
　また、本実施形態では、基準レイアップパス設定ステップＳＳ１０１～ＳＳ１１３は、初期座標ｐ０から設定された所定の探索ベクトルＳＶに沿う前半のレイアップパスＴＰ(i, f)を演算した後、前記初期座標ｐ０から前記所定の探索ベクトルＳＶと逆向きの探索ベクトルに沿って後半のレイアップパスＴＰ(i,l)を演算し、前記前半のレイアップパスＴＰ(i,f)と後半のレイアップパスＴＰ(i,l)とを接続して演算されたものである。この態様では、初期座標を基準にして基準レイアップパスＴＰ(i,j)を前半のレイアップパスＴＰ(i,f)と後半のレイアップパスＴＰ(i,l)とに分けて演算するので、各レイアップパスＴＰ(i,f)、ＴＰ(i,l)の演算誤差を１／２に低減することができる。
　上述した実施の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。例えば、製品が球状の曲面を有する場合には、基準レイアップパスＴＰｓを演算する際に、設定値Ｌｈを設定し、周回する経路を演算可能にすれば、この曲面に沿う基準レイアップパスＴＰｓや、その隣接レイアップパスＴＰｎを演算することができる。
　その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

Claims (6)

  1. 　プリプレグテープの貼着経路を自動演算するプリプレグテープの経路計算方法であって、
    　テープの貼着面の三次元データを読み取る三次元データ読取ステップと、
    　記憶された三次元データに予定されているプリプレグテープの貼着方向に沿って基準レイアップパスを設定する基準レイアップパス設定ステップと、
    　前記基準レイアップパス設定ステップで設定された基準レイアップパスに基づいて当該基準レイアップパスに隣接する隣接レイアップパスを設定する隣接レイアップパス設定ステップと
    　を備え、各レイアップパス設定ステップは、
    　記憶された三次元データに与えられた任意の初期座標を始点として、プリプレグテープの貼着面に予定されているプリプレグテープの貼着方向に基づく微小大きさの探索ベクトルを演算する探索ベクトル演算ステップと、
    　演算された探索ベクトルの終点から前記貼着面に下ろした垂線の足を演算する垂足演算ステップと
    　を含み、所定の終了条件が成立するまで、前記垂線の足と前記探索ベクトルの基点とに基づいて新たな探索ベクトルを演算するとともに、この新たな探索ベクトルに基づき、前記垂線の足を次の演算の始点として前記探索ベクトル演算ステップを繰り返すナビゲーティングステップを備えている
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
  2. 　請求項１記載のプリプレグテープの経路計算方法において、
    　前記隣接レイアップパス設定ステップは、演算の基礎となるレイアップパスを基準ラインとし、この基準ライン上の複数の点を始点とし、各始点を演算したときの探索ベクトルと当該貼着面に対する単位法線ベクトルとの外積を新たな探索ベクトルとして前記ナビゲーティングステップを実行することにより、演算される隣接レイアップパスの演算基準となる基準点を探索する基準点探索ステップと、探索された基準点を繋いで隣接レイアップパスを演算する基準点接続ステップと、演算された隣接レイアップパスを次の演算の基礎となるレイアップパスとして、所定の終了条件が成立するまで、前記基準点探索ステップ及び基準点接続ステップを繰り返すものである
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
  3. 　請求項２記載のプリプレグテープの経路計算方法において、
    　前記隣接レイアップパス設定ステップは、前記基準レイアップパスを境に貼着面が二分されている場合には、その一方の面について隣接レイアップパスを演算した後、前記外積と逆向きのベクトルを新たな探索ベクトルとして、前記ナビゲーティングステップを前記基準レイアップパスから実行することにより、他方の面について隣接レイアップパスを演算する
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
  4. 　請求項２または３記載のプリプレグテープの経路計算方法において、
    　前記基準点接続ステップが、各基準点を接続して暫定レイアップパスを演算するものであり、
    　演算された暫定レイアップパスの端部が当該貼着面の境界に達していない場合には、当該暫定レイアップパスの端部の点を始点とし、且つ当該暫定レイアップパスの端部における進行方向ベクトルに基づいて探索ベクトルを演算し、前記ナビゲーティングステップを実行することにより、当該暫定レイアップパスの端部を当該貼着面の境界まで延長して隣接レイアップパスを完成するレイアップ延長ステップをさらに備えている
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
  5. 　請求項１から４の何れか１項に記載のプリプレグテープの経路計算方法において、
    　前記探索ベクトル演算ステップは、当該貼着面が稜線によって折れている場合に前記探索ベクトルの終点が前記稜線を超えたときは、当該稜線を挟んで探索済の面に隣接する面に対する垂線の足を演算し、この隣接する面に対する垂線の足が存在する場合には、その垂線の足を次の演算の基礎とし、隣接する面に対する垂線の足が存在しない場合には、稜線に対する垂線の足を演算して、次の演算の基礎とするものである
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
  6. 　請求項１から５の何れか１項に記載のプリプレグテープの経路計算方法において、
    　前記基準レイアップパス設定ステップは、前記貼着面にテープを積層する場合には、初期座標から求めた垂線の足を通る前記貼着面の法線に沿ってプリプレグテープの厚さ分のオフセット量を求め、その終点を次層の始点として基準レイアップパスを演算するものであり、
    　前記探索ベクトル演算ステップは、演算の基準となる点から当該貼着面に対する垂線の足を演算し、この垂線の足を通る前記貼着面の法線方向に沿って、テープの厚さ分をオフセットした点を次の演算の始点に設定するものである
    　ことを特徴とするプリプレグテープの経路計算方法。
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