(57)【要約】【課題】ライナの外面に複数のフープ層を形成する際に、フープ巻き中に強化繊維の巻き付け位置を検出することである。【解決手段】樹脂含浸された強化繊維の巻き付け位置をライナの軸方向に往復移動しながら、ライナの円筒部に強化繊維をフープ巻きして、円筒部に複数のフープ層を形成する際に、強化繊維の巻き付け位置を検出する位置検出方法が、ライナの中心軸に対して傾斜した方向から照明部でフープ層を斜光照明し、ライナの中心軸周りで照明部の光軸と同じ角度で光軸が設定された撮像部で、照明部に斜光照明されたフープ層に巻き付け直後の強化繊維を撮像する工程と、撮像部で撮像された撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像のライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて強化繊維の巻き付け位置を検出する工程とを有する構成にした。【選択図】図７
2020094886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂含浸された強化繊維の巻き付け位置をライナの軸方向に往復移動しながら、前記ライナの円筒部に前記強化繊維をフープ巻きして、前記円筒部に複数のフープ層を形成する際に、前記強化繊維の巻き付け位置を検出する位置検出方法であって、
前記ライナの中心軸に対して傾斜した方向から照明部でフープ層を斜光照明し、前記ライナの中心軸周りで前記照明部の光軸と同じ角度で光軸が設定された撮像部により、前記照明部に斜光照明されたフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像する工程と、
前記撮像部により撮像された撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像の前記ライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する工程とを有することを特徴とする位置検出方法。
【請求項２】
前記撮像する工程では、前記強化繊維の巻き付け位置の移動方向を逆転させる折り返し動作の前後でフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像し、
前記検出する工程では、前記折り返し動作の前後の複数の撮像画像から前記強化繊維の巻き付け位置として前記フープ層の端位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の位置検出方法。
【請求項３】
前記フープ層の端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かを判定する工程を有し、
前記判定する工程では、前記フープ層の端位置が規格範囲内の場合にフープ巻きを継続し、前記フープ層の端位置が規格範囲から外れる場合にフープ巻きを停止することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の位置検出方法。
【請求項４】
前記検出する工程では、前記２値化後の撮像画像に対して、前記ライナの軸方向の外側から内側に向かって順に前記画素列毎の高輝度画素の比率を算出し、高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の位置検出方法。
【請求項５】
前記検出する工程では、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、当該連続した画素列のうち高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の位置検出方法。
【請求項６】
樹脂含浸された強化繊維の巻き付け位置をライナの軸方向に往復移動しながら、前記ライナの円筒部に前記強化繊維をフープ巻きして、前記円筒部に複数のフープ層を形成する際に、前記強化繊維の巻き付け位置を検出する位置検出装置であって、
前記ライナの中心軸に対して傾斜した方向からフープ層を斜光照明する照明部と、
前記ライナの中心軸周りで前記照明部の光軸と同じ角度を光軸として、前記照明部に斜光照明されたフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像の前記ライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する検出部とを備えることを特徴とする位置検出装置。
【請求項７】
前記撮像部は、前記強化繊維の巻き付け位置の移動方向を逆転させる折り返し動作の前後でフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像し、
前記検出部は、前記折り返し動作の前後の複数の撮像画像から前記強化繊維の巻き付け位置として前記フープ層の端位置を検出することを特徴とする請求項６に記載の位置検出装置。
【請求項８】
前記フープ層の端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かを判定する判定部を備え、
前記判定部は、前記フープ層の端位置が規格範囲内の場合にフープ巻きを継続し、前記フープ層の端位置が規格範囲から外れる場合にフープ巻きを停止することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の位置検出装置。
【請求項９】
前記検出部は、前記２値化後の撮像画像に対して、前記ライナの軸方向の外側から内側に向かって順に前記画素列毎の高輝度画素の比率を算出し、高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出することを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の位置検出装置。
【請求項１０】
前記検出部は、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、当該連続した画素列のうち高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出することを特徴とする請求項９に記載の位置検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、位置検出方法及び位置検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧タンクとして、ガス等の高圧流体が充填されるライナを強化繊維によって外側から補強したものが知られている。このような高圧タンクの製造工程では、いわゆるフィラメントワインディング工法（以下、ＦＷ工法）によって、樹脂含浸された強化繊維がライナの外面に幾重にも巻き付けられる。タンク等の筒状物に強化繊維を巻き付ける際に、強化繊維の巻き付け位置を撮像しながら繊維幅を測定するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の測定方法では、上層繊維と下層繊維の巻き付け角度が異なり、巻き付け角度の違いによる反射光の強度差から強化繊維の繊維幅が測定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
また、フープ層の端位置の検出に限らず、フープ巻き中に強化繊維の巻き付け位置を検出したいという要望がある。例えば、フープ巻き中の強化繊維の巻き付け位置は、強化繊維をライナの外面に案内するアイクチの移動位置等から推定可能であるが、強化繊維の実際の巻き付け位置を精度よく検出できれば、検出結果を用いてより高精度な制御が可能である。この場合、特許文献１に記載の方法を応用してフープ巻き中に強化繊維の巻き付け位置を光学的に検出する方法も考えられる。しかしながら、特許文献１に記載の方法は上層繊維と下層繊維の巻き付け角度の違いを利用したものであるため、強化繊維の巻き付け角度が上層繊維と下層繊維で略同じフープ巻きに適用することはできない。
【０００５】
本発明では、ライナの外面に複数のフープ層を形成する際に、フープ巻き中に強化繊維の巻き付け位置を検出することができる位置検出方法及び位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る位置検出方法は、樹脂含浸された強化繊維の巻き付け位置をライナの軸方向に往復移動しながら、前記ライナの円筒部に前記強化繊維をフープ巻きして、前記円筒部に複数のフープ層を形成する際に、前記強化繊維の巻き付け位置を検出する位置検出方法であって、前記ライナの中心軸に対して傾斜した方向から照明部によりフープ層を斜光照明し、前記ライナの中心軸周りで前記照明部の光軸と同じ角度で光軸が設定された撮像部で、前記照明部に斜光照明されたフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像する工程と、前記撮像部により撮像された撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像の前記ライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する工程とを有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、撮像する工程においてライナの中心軸に対して傾斜した方向から照明部でフープ層が斜光照明されると、強化繊維の巻き付け時点からの時間経過に伴って撮像部に観察される光の反射領域が強化繊維の繊維方向で狭くなる。２値化後の撮像画像では、強化繊維の繊維方向がライナの軸方向に並んだ各画素列の列方向に対応している。巻き付け直後の強化繊維は、巻き付け時点から十分に時間が経過した強化繊維と比較して、高輝度画素が多い画素列又は低輝度画素が少ない画素列で表される。一方、巻き付け時点から十分に時間が経過した強化繊維は、巻き付け直後の強化繊維と比較して、高輝度画素が少ない画素列又は低輝度画素が多い画素列で表される。よって、検出する工程において複数のフープ層を形成する際に、巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の強化繊維と巻き付け直後の上層の強化繊維を識別でき、撮像画像から巻き付け直後の強化繊維の巻き付け位置を検出することが可能になっている。
【０００８】
より好ましい態様としては、前記撮像する工程において、前記強化繊維の巻き付け位置の移動方向を逆転させる折り返し動作の前後でフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像し、前記検出する工程において、前記折り返し動作の前後の複数の撮像画像から前記強化繊維の巻き付け位置として前記フープ層の端位置を検出する。この構成によれば、検出する工程において折り返し動作の前後の複数の撮像画像からフープ層の端位置を精度よく検出することができる。
【０００９】
より好ましい態様としては、上記の位置検出方法は、前記フープ層の端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かを判定する工程を有し、前記判定する工程においては、前記フープ層の端位置が規格範囲内の場合にフープ巻きを継続し、前記フープ層の端位置が規格範囲から外れる場合にフープ巻きを停止する。この構成によれば、判定する工程においてフープ層の端位置が規格範囲から外れたか否かをフープ巻き中に自動で判定して、フープ層の端位置が規格範囲から外れたときに生産を止めて、オペレータに早期にメンテナンスを実施させることができる。
【００１０】
強化繊維の巻き付け位置を検出することができるのであれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記検出する工程においては、前記２値化後の撮像画像に対して、前記ライナの軸方向の外側から内側に向かって順に前記画素列毎の高輝度画素の比率を算出し、高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する。この構成によれば、検出する工程において画素列毎の高輝度画素の比率から強化繊維の巻き付け位置を検出することができる。
【００１１】
強化繊維の巻き付け位置を規定比率に基づいて検出する場合のより好ましい態様としては、前記検出する工程では、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、当該連続した画素列のうち高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する。この構成によれば、検出する工程において高輝度画素の比率が一瞬だけ規定比率を超える場合のようなノイズを排除して、強化繊維の巻き付け位置を精度よく検出することができる。
【００１２】
また、本発明に係る位置検出装置は、樹脂含浸された強化繊維の巻き付け位置をライナの軸方向に往復移動しながら、前記ライナの円筒部に前記強化繊維をフープ巻きして、前記円筒部に複数のフープ層を形成する際に、前記強化繊維の巻き付け位置を検出する位置検出装置であって、前記ライナの中心軸に対して傾斜した方向からフープ層を斜光照明する照明部と、前記ライナの中心軸周りで前記照明部の光軸と同じ角度を光軸として、前記照明部に斜光照明されたフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像の前記ライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する検出部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ライナの中心軸に対して傾斜した方向から照明部でフープ層が斜光照明されると、強化繊維の巻き付け時点からの時間経過に伴って撮像部に観察される光の反射領域が強化繊維の繊維方向で狭くなる。２値化後の撮像画像では、強化繊維の繊維方向がライナの軸方向に並んだ各画素列の列方向に対応している。巻き付け直後の強化繊維は、巻き付け時点から十分に時間が経過した強化繊維と比較して、高輝度画素が多い画素列又は低輝度画素が少ない画素列で表される。一方、巻き付け時点から十分に時間が経過した強化繊維は、巻き付け直後の強化繊維と比較して、高輝度画素が少ない画素列又は低輝度画素が多い画素列で表される。よって、検出部によって複数のフープ層を形成する際に、巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の強化繊維と巻き付け直後の上層の強化繊維を識別でき、撮像画像から巻き付け直後の強化繊維の巻き付け位置を検出することが可能になっている。
【００１４】
より好ましい態様としては、前記撮像部は、前記強化繊維の巻き付け位置の移動方向を逆転させる折り返し動作の前後でフープ層に巻き付けた直後の前記強化繊維を撮像し、前記検出部は、前記折り返し動作の前後の複数の撮像画像から前記強化繊維の巻き付け位置として前記フープ層の端位置を検出する。この構成によれば、検出部によって折り返し動作の前後の複数の撮像画像からフープ層の端位置を精度よく検出することができる。
【００１５】
より好ましい態様としては、上記の位置検出装置は、前記フープ層の端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かを判定する判定部を備え、前記判定部は、前記フープ層の端位置が規格範囲内の場合にフープ巻きを継続し、前記フープ層の端位置が規格範囲から外れる場合にフープ巻きを停止する。この構成によれば、判定部によってフープ層の端位置が規格範囲から外れたか否かをフープ巻き中に自動で判定して、フープ層の端位置が規格範囲から外れたときに生産を止めて、オペレータに早期にメンテナンスを実施させることができる。
【００１６】
強化繊維の巻き付け位置を検出することができるのであれば、特に限定されるものではないが、より好ましい態様としては、前記検出部は、前記２値化後の撮像画像に対して、前記ライナの軸方向の外側から内側に向かって順に前記画素列毎の高輝度画素の比率を算出し、高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する。この構成によれば、検出部によって画素列毎の高輝度画素の比率から強化繊維の巻き付け位置を検出することができる。
【００１７】
強化繊維の巻き付け位置を規定比率に基づいて検出する場合、より好ましい態様としては、前記検出部は、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、当該連続した画素列のうち高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて前記強化繊維の巻き付け位置を検出する。この構成によれば、検出部によって高輝度画素の比率が一瞬だけ規定比率を超える場合のようなノイズを排除して、強化繊維の巻き付け位置を精度よく検出することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、樹脂含浸された強化繊維がライナに巻き付けられた直後から、時間経過に伴って撮像部に観察される光の反射領域が強化繊維の繊維方向で狭くなるという性質を利用して強化繊維の巻き付け位置を検出している。よって、ライナの外面に複数のフープ層を形成する際に、強化繊維の巻き付け位置を精度よく検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る高圧タンクの断面模式図である。
【図２】本実施形態に係るヘリカル層及びフープ層の拡大図である。
【図３】本実施形態に係る巻き付け直後の撮像画像である。
【図４】本実施形態の位置検出装置の構成図である。
【図５】本実施形態の撮像する工程の一例を示す図である。
【図６】本実施形態の検出する工程の一例を示す図である。
【図７】本実施形態の検出する工程の一例を示す図である。
【図８】本実施形態の位置検出処理の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る高圧タンクの断面模式図である。図２は、本実施形態に係るヘリカル層及びフープ層の拡大図である。図３は、本実施形態に係る巻き付け直後の撮像画像である。なお、以下では、高圧タンクとして車載用の燃料電池システムで燃料電池に水素等の燃料ガスを貯蔵する燃料タンクを例示して説明するが、高圧タンクは燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよい。
【００２１】
図１に示すように、高圧タンク１０は、タンクの基材となるライナ１１の外面を繊維強化樹脂層１２で被覆したタンク本体１３を有している。タンク本体１３は、筒状の胴体部１４の両端から一対のドーム部１５、１６を半球状に膨出させた外面形状を有している。各ドーム部１５、１６の頂点箇所には一対の口金２１、２６が設けられている。一方の口金２１には貫通孔２４が形成されており、貫通孔２４に取り付けられたバルブ（不図示）によってタンク本体１３内のガスの放出及び流入が行われている。他方の口金２６には貫通孔が形成されておらず、口金２６によってタンク本体１３が封止されている。
【００２２】
ライナ１１は、高圧タンク１０の基材になるものであり、燃料ガスの貯留空間１９を持つように中空形状に形成されている。ライナ１１は、燃料ガスに対するガスバリア性を有する樹脂によって形成されている。ライナ１１の樹脂材料としては、例えば、ポリアミド、エチレンビニルアルコール共重合体、ポリエチレン等の樹脂を用いることができる。ライナ１１には、燃料ガスとして水素ガスの他に、例えば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質が充填されてもよい。
【００２３】
繊維強化樹脂層１２は、未硬化樹脂（未硬化の熱硬化性樹脂）が含浸された強化繊維が一方向に引き揃えられ、この強化繊維がライナ１１の外面に幾重にも巻き付けられて、加熱炉で未硬化樹脂が硬化させることで形成される。繊維強化樹脂層１２は、ライナ１１に強化繊維をヘリカル巻きしたヘリカル層と、ライナ１１の円筒部１７に強化繊維をフープ巻きしたフープ層とで形成されている。ヘリカル巻きは、ライナ１１に対して強化繊維をヘリカル状に巻き付ける巻き付け態様である。フープ巻きはライナ１１の円筒部１７に対して強化繊維をフープ状に巻き付ける巻き付け態様である。
【００２４】
繊維強化樹脂層１２によってライナ１１が外側から補強されることで、高圧タンク１０の強度向上と軽量化が実現されている。強化繊維として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等を適宜採用することができる。ただし、本実施形態ではフープ層には指向性が高い炭素繊維が使用される。本実施形態では、強化繊維に含浸される樹脂に熱硬化性樹脂を用いるが、ナイロンなどの熱可塑性樹脂を用いてもよい。この場合には、熱可塑性樹脂が軟化した状態で、強化繊維を巻き付けた後、これを放冷し、熱可塑性樹脂を硬化させればよい。
【００２５】
一方の口金２１は、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。口金２１は、本体となる筒状部２２の外周にフランジ部２３が設けられ、筒状部２２の一部をドーム部１５から外部に突出させている。他方の口金２６は、一方の口金２１と同様に、アルミニウム又はアルミニウム合金等の金属によって形成されている。口金２６は、本体となる筒状部２７の外周にフランジ部２８が設けられ、筒状部２７の一部をドーム部１６から外部に突出させている。また、口金２１、２６は、各フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃの端位置を検出するための検出基準Ｏとしても機能する（図２、図６参照）。
【００２６】
図２に示すように、高圧タンク１０の製造時には、ライナ１１の外面を覆うように、先ず中心軸ＣＸに対して小さな角度で炭素繊維が巻き付けられて低ヘリカル層Ｌ１が形成される。ライナ１１の円筒部１７を覆うように、低ヘリカル層の外面に中心軸ＣＸに対して大きな角度で炭素繊維が巻き付けられて高ヘリカル層Ｌ２が形成される。そして、高ヘリカル層Ｌ２の外面に中心軸ＣＸに対して略直交する角度で炭素繊維が巻き付けられて複数のフープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃが段状に形成される。高ヘリカル層Ｌ２及びフープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃが段状に形成されることで、後段のヘリカル巻きで適切にドーム部１５、１６（図１参照）が形成可能になっている。
【００２７】
ライナ１１に対して複数のフープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃを形成する際には、各フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃの端位置を検出することがタンク強度を管理する上で重要である。しかしながら、複数のフープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃが段状に形成されていると、各フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃが非常に薄いため、外見等から各フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃの端位置を特定することはできない。また、フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃの形成後に炭素繊維の表面を撮像部で観察しても、上層と下層の境目が判別できないため、２層目及び３層目のフープ層Ｌ３ｂ、Ｌ３ｃの端位置を検出することができない。
【００２８】
ここで、フープ巻き直後の炭素繊維を撮像部で観察したところ、炭素繊維の繊維方向で光の反射領域が巻き付け直後から時間経過に伴って狭くなることが分かった。炭素繊維からの反射光は指向性が高いため、繊維方向と直交する方向からフープ層を斜光照明した場合に、ライナ１１の中心軸周りで照明部の光軸と同じ角度で光軸が設定された撮像部には、フープ層表面の繊維方向に狭い領域で反射した光が取り込まれる。なお、斜光照明とは、照明部の光軸が撮像部の光軸に対して斜めに交差する方向から照明部によって所定箇所を照明する方法である。しかしながら、図３に示すように、巻き付け直後の炭素繊維については、フープ層表面の繊維方向に比較的広い領域で反射した光も撮像部に取り込まれる。
【００２９】
これは、樹脂含浸された炭素繊維がライナ１１に向けてローラ搬送される過程で、摩擦等によって樹脂中に気泡や樹脂表面に乱れが生じており、樹脂中の気泡や樹脂表面の乱れによって巻き付け直後の炭素繊維で反射光が乱反射するからだと推測される。樹脂含浸された炭素繊維がライナ１１に巻き付けられた後は樹脂中から気泡が抜け始め、樹脂表面の乱れも小さくなり始めるため、時間経過に伴って炭素繊維で反射光の乱反射が徐々に抑えられる。このため、炭素繊維の繊維方向の光の反射領域の広さに応じて、巻き付け直後の炭素繊維と巻き付け時点から時間が経過した炭素繊維を区別することができる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、ライナ１１の円筒部１７の端部付近を撮像部の撮像範囲とし、撮像部の撮像範囲を通過中の巻き付け最中の炭素繊維を撮像している。複数のフープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃを形成する際に、上層の炭素繊維を巻き付けている最中は、下層の炭素繊維は巻き付け時点から十分な時間が経過している。撮像画像には、下層の炭素繊維からの光の反射領域が繊維方向で狭く撮像され、巻き付け直後の炭素繊維からの光の反射領域が繊維方向で広く撮像される。よって、撮像画像上の繊維方向における光の反射領域の違いを利用して、フープ巻き中に各フープ層Ｌ３ａ−Ｌ３ｃ（図２参照）の端位置を検出することが可能になっている。
【００３１】
以下、図４を参照して、本実施形態の位置検出装置について説明する。図４は、本実施形態の位置検出装置の構成図である。なお、図４は、位置検出装置の一例を示すものであり、適宜変更が可能である。また、図４では、ライナの円筒部に少なくとも１層目のフープ層が形成されている状態を示している。
【００３２】
図４に示すように、位置検出装置３０は、円筒部１７の端部付近をライナ１１の軸方向外側に向けて斜光照明する一対の照明部３１、３２と、円筒部１７の端部付近を撮像する一対の撮像部３３、３４とが設けられている。照明部３１、３２の光軸角度はライナ１１の中心軸ＣＸに対して４０度から５０度の間に調整され、撮像部３３、３４の光軸角度はライナ１１の中心軸ＣＸに対して９０度に調整されている。また、照明部３１、３２と撮像部３３、３４はライナ１１の中心軸ＣＸ周りで光軸の角度が同じになり、ライナ１１の回転方向に照明部３１、３２と撮像部３３、３４が同じ位相位置になるように配置されている。すなわち、ライナ１１の中心軸ＣＸを含む仮想平面内に、照明部３１、３２と撮像部３３、３４の光軸が含まれている。なお、撮像部３３、３４の光軸は、照明部３１、３２の光軸と中心軸ＣＸ周りで完全に同じである必要はなく、実質的に同じと見做せる程度に角度にズレがあってもよい。
【００３３】
フープ巻き中に照明部３１、３２によってライナ１１の中心軸ＣＸに対して傾斜した方向から下層のフープ層が斜光照明されると、炭素繊維の繊維方向に直交する方向からの光が炭素繊維で撮像部３３、３４に向けて反射される。このとき、撮像部３３、３４の撮像範囲内に下層のフープ層と上層の巻き付け直後の炭素繊維が含まれることで、巻き付け時点から十分に時間経過した下層の炭素繊維と巻き付け直後の上層の炭素繊維を含む撮像画像が撮像される。撮像画像には、下層の炭素繊維の光の反射領域が繊維方向で狭く写り、巻き付け直後の上層の炭素繊維の光の反射領域が繊維方向で広く写っている。このように、撮像部３３、３４によって、照明部３１、３２で斜光照明された下層のフープ層に巻き付け直後の炭素繊維が撮像される。
【００３４】
なお、撮像部３３、３４は、ライナ１１の円筒部１７に対する炭素繊維の巻き付け最中に撮像している。撮像部３３、３４は、動画像を撮像してもよいし、静止画像を撮像してもよい。撮像部３３、３４が動画像を撮像する場合には、動画像から複数の静止画像を抜き出して撮像画像とする。撮像部３３、３４が静止画像を撮像する場合には、ライナ１１の円筒部１７に対する炭素繊維の巻き付け時点から１秒以内に炭素繊維の巻き付け位置を撮像する。巻き付け時点から１秒を超えた時点で撮像すると、上層の炭素繊維からの光の反射領域が狭まって上層の炭素繊維と下層の炭素繊維の区別がつかなくなる。したがって、下層のフープ層に巻き付け直後の炭素繊維を撮像するとは、下層のフープ層に接触してから１秒以内の炭素繊維を撮像することをいう。
【００３５】
撮像部３３、３４には、撮像画像から炭素繊維の巻き付け位置を検出する制御部（検出部、判定部）３５が接続されている。制御部３５は、撮像画像を高輝度画素と低輝度画素に２値化して、２値化後の撮像画像のライナの軸方向に並んだ各画素列の高輝度画素数に基づいて炭素繊維の巻き付け位置を検出している。この場合、炭素繊維から強く反射した反射光は高輝度画素として表れ、それ以外は低輝度画素として表れる。２値化処理は、特に処理方法は限定されないが、例えば閾値指定法、Ｐタイル法、モード法を使用することができる。なお、制御部３５による位置検出処理の詳細については後述する。
【００３６】
また、制御部３５は、炭素繊維の巻き付け位置からフープ層の端位置を検出すると共に、フープ層の端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かを判定している。位置検出処理及び判定処理の他に、例えば、炭素繊維をライナ１１の外面に案内するアイクチ（不図示）の動作、ライナ１１の回転、照明部３１、３２の照明タイミング、撮像部３３、３４の撮像タイミング等を制御している。制御部３５の各種処理は、例えばプロセッサがメモリに格納されているプログラムを読み出して実行することで実施される。メモリとしては、用途に応じてＲＯＭ(Read  Only  Memory)、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体が使用される。また、制御部３５が位置検出処理を実施する構成にしたが、制御部３５とは別体に位置検出処理用の検出部が設けられてもよい。同様に、制御部３５が判定処理を実施する構成にしたが、制御部３５とは別体に判定処理用の判定部が設けられていてもよい。
【００３７】
図５から図７を参照して、巻き付け位置の位置検出方法について説明する。図５は、本実施形態の撮像する工程の一例を示す図である。図６は、本実施形態の検出する工程の一例を示す図である。図７は、本実施形態の検出する工程の一例を示す図である。なお、ライナの円筒部には１層目のフープ層が形成されているものとする。
【００３８】
（撮像する工程）
図５に示すように、フープ巻きでは樹脂含浸された炭素繊維の巻き付け位置がライナ１１の軸方向に往復移動される。フープ巻きの１動作は、ライナ１１の軸方向の中心位置から円筒部１７の一端部に炭素繊維の巻き付け位置を移動し、円筒部１７の一端部から他端部に炭素繊維の巻き付け位置を移動し、円筒部１７の他端部からライナ１１の軸方向の中心位置に炭素繊維の巻き付け位置を戻して終了する。このとき、円筒部１７の両端部では、炭素繊維の巻き付け位置の移動方向が逆転する折り返し動作が実施され、この折り返し動作の前後で、フープ層Ｌ３ａ（図６参照）に巻き付けた直後の炭素繊維が撮像部３３、３４に撮像される。
【００３９】
より詳細には、炭素繊維をライナ１１の外面に案内するアイクチ（不図示）の動作経路上に、照明ＯＮ位置Ｐ１及び照明ＯＦＦ位置Ｐ４、撮像開始位置Ｐ２及び撮像終了位置Ｐ３が設定ファイルとして制御部３５に設定されている。アイクチがライナ１１の軸方向の中心位置から円筒部１７の一端部に向かう途中に照明ＯＮ位置Ｐ１が設定され、アイクチの折り返し動作の直前に撮像開始位置Ｐ２が設定されている。アイクチの折り返し動作の直後に撮像終了位置Ｐ３が設定され、アイクチが円筒部１７の一端部からライナ１１の軸方向の中心位置に向かう途中に照明ＯＦＦ位置Ｐ４が設定されている。また、制御部３５には、移動中のアイクチの現在位置が入力される。
【００４０】
アイクチが照明ＯＮ位置Ｐ１まで移動すると、制御部３５から照明部３１に照明ＯＮ指令が出力される。これにより、炭素繊維の巻き付け位置がライナ１１の軸方向の中心位置から円筒部１７の一端部に向かう途中で照明部３１のスイッチが入って、円筒部１７の一端部付近（下層のフープ層Ｌ３ａの端位置付近）が照明部３１によって斜光照明される。次に、アイクチが撮像開始位置Ｐ２まで移動すると、制御部３５から撮像部３３に撮像開始指令が出力される。これにより、炭素繊維の巻き付け位置が円筒部１７の一端部に到達する直前、すなわち折り返し動作の直前に、撮像部３３による円筒部１７の一端部付近の炭素繊維の撮像が開始される。このとき、炭素繊維の繊維方向に直交する方向から照明部３１によって斜光照明されており、炭素繊維から上方に反射した光が撮像部３３によって取り込まれている。
【００４１】
次に、アイクチが撮像終了位置Ｐ３まで移動すると、制御部３５から撮像部３３に撮像終了指令が出力される。これにより、炭素繊維の巻き付け位置の移動方向が逆転した後、すなわち折り返し動作の直後に、撮像部３３による円筒部１７の一端部付近の炭素繊維の撮像が終了される。撮像部３３のフレームレートは、例えば、１０ｆｐｓ、望ましくは１００ｆｐｓで、折り返し動作の開始から終了までの間に下層のフープ層Ｌ３ａに巻き付けられている最中の炭素繊維について複数の撮像画像が撮像される。そして、アイクチが照明ＯＦＦ位置Ｐ４まで移動すると、制御部３５から照明部３１に照明ＯＦＦ指令が出力される。これにより、炭素繊維の巻き付け位置が円筒部１７の一端部からライナ１１の軸方向の中心位置に向かう途中で照明部３１のスイッチが切れる。このように、アイクチの動作から炭素繊維の巻き付け位置が撮像部３３の撮像範囲に出入りするタイミングを予測して、撮像開始、撮像終了、照明ＯＮ、照明ＯＦＦのタイミングが制御されている。なお、円筒部１７の他端部側も同様にして下層のフープ層Ｌ３ａに巻き付けられている最中の炭素繊維が撮像される。
【００４２】
（検出する工程）
図６に示すように、炭素繊維は反射光の指向性が高く、複数の撮像画像には炭素繊維からの反射光が強く映り込んでいる。各撮像画像では、巻き付け直後の炭素繊維は乱反射によって繊維方向に広い範囲で光が反射しており、巻き付け時点から十分に時間が経過した炭素繊維は繊維方向に狭い範囲で光が反射している。すなわち、繊維方向で反射領域が広い炭素繊維は巻き付け直後の上層の炭素繊維（フープ層Ｌ３ｂ）を示し、繊維方向で反射領域の狭い炭素繊維は巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の炭素繊維（フープ層Ｌ３ａ）を示している。複数の撮像画像では、炭素繊維の巻き付け位置が下層のフープ層Ｌ３ａの端位置に近づいた後に、折り返し動作によって下層のフープ層Ｌ３ａの端位置から離れる様子を示している。
【００４３】
複数の撮像画像について２値化処理が実施されると、２値化後の撮像画像には炭素繊維で反射した光が強い領域が白色の高輝度画素として表れ、それ以外の領域が黒色の低輝度画素として表れる。２値化後の撮像画像には、炭素繊維の繊維方向の画素から成る画素列がライナ１１の軸方向に並んでおり、各画素列は白色の高輝度画素と黒色の低輝度画素で構成されている。また、２値化後の撮像画像の画素列にはライナ１１の軸方向の外側から内側に向かって順に列番号が設定されており、列番号は口金２１の検出基準Ｏを原点とした座標系の位置座標に対応している。
【００４４】
なお、撮像画像に対する２値化処理は、撮像画像から所定領域を抜き出して、所定領域にのみ実施されてもよいし、撮像画像の全領域に対して実施されてもよい。また、全ての撮像画像に対して２値化処理が実施されてもよいし、一部の撮像画像に対してのみ２値化処理が実施されてもよい。例えば、撮像開始時及び撮像終了時の撮像画像を除いた残りの撮像画像に対してのみ２値化処理が実施されてもよい。これにより、２値化処理の処理負担を軽減できる。また、撮像画像には口金２１の検出基準Ｏを原点にした座標系が設定されているが、撮像画像には別の位置を原点にした座標系が設定されていてもよい。
【００４５】
図７に示すように、２値化後の撮像画像について、ライナ１１の軸方向の外側から内側の列番号の順に画素列毎に白色の高輝度画素の比率が算出される。高輝度画素の比率は、例えば画素列の構成画素のうちの高輝度画素の割合で算出される。高輝度画素の比率が低い画素列は巻き付け時点から十分に時間が経過した下層（フープ層Ｌ３ａ）の炭素繊維を示し、高輝度画素の比率が高い画素列は巻き付け直後の上層（フープ層Ｌ３ｂ）の炭素繊維を示している。このように、巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の炭素繊維と巻き付け直後の上層の炭素繊維が、ライナの軸方向に並んだ画素列の高輝度画素数に基づいて識別される。
【００４６】
画素列毎に高輝度画素の比率と規定比率が比較されると共に、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が数えられる。高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、この連続した画素列のうち先頭の画素列に基づいて炭素繊維の巻き付け位置が検出される。すなわち、高輝度画素の比率が規定比率を初めて超えた画素列に基づいて炭素繊維の巻き付け位置が検出される。これにより、２値化後の撮像画像内で下層のフープ層Ｌ３ａの端位置に最も近い画素列が炭素繊維の巻き付け位置として検出される。上記したように、撮像画像の画素列は位置座標に対応しているため、画素列の列番号を位置座標に変換することで炭素繊維の巻き付け位置が検出される。
【００４７】
なお、規定比率は巻き付け直後の上層の炭素繊維と巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の炭素繊維を識別可能な値であればよく、規定数は高輝度画素の比率が一瞬だけ規定比率を超える場合のようなノイズを排除可能な値であればよい。規定比率及び規定数は、過去データ等から実験的、経験的又は理論的に求められた値が使用される。また、本実施形態では、２値化後の撮像画像内の白色の高輝度画素の比率から炭素繊維の巻き付け位置を検出したが、黒色の低輝度画素の比率から炭素繊維の巻き付け位置を検出することも可能である。
【００４８】
そして、複数の撮像画像から検出された炭素繊維の巻き付け位置のうち、最もドーム部１５寄りの巻き付け位置がフープ層Ｌ３ｂの端位置として検出される。例えば、複数の撮像画像の炭素繊維の巻き付け位置のうち、画素列の列番号又は座標位置が最も小さな巻き付け位置がフープ層Ｌ３ｂの端位置として検出される。なお、複数の撮像画像から検出された炭素繊維の巻き付け位置の平均値がフープ層Ｌ３ｂの端位置として検出されてもよい。また、複数の撮像画像の炭素繊維の巻き付け位置からオペレータがフープ層Ｌ３ｂの端位置を検出してもよい。このように、折り返し前後の複数の撮像画像からフープ層Ｌ３ｂの端位置が検出される。
【００４９】
（判定する工程）
フープ層Ｌ３ｂ（図６参照）の端位置が検出されると、フープ層Ｌ３ｂの端位置が目標端位置を基準にした規格範囲内か否かが判定される。フープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲内の場合にフープ巻きが継続され、フープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲から外れた場合に異常が報知されてフープ巻きが停止される。これにより、下層のフープ層Ｌ３ａの端位置よりも上層のフープ層Ｌ３ｂの端位置が外側に食み出したり、下層のフープ層Ｌ３ａの端位置と上層のフープ層Ｌ３ｂの端位置が近過ぎたりするような、フープ層Ｌ３ｂの端位置の異常をフープ巻き中に自動で判定できる。フープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲から外れたときに生産を止めて、オペレータに早期にメンテナンスを実施させることができる。異常の報知は、例えば、音声報知、表示報知、発光報知の少なくとも１つを用いて報知されてもよい。また、規格範囲は、各フープ層の端位置の目標値を基準にした規格範囲であり、過去データ等から実験的、経験的又は理論的に求められた値が使用される。
【００５０】
図８を参照して、巻き付け位置の位置検出方法の流れについて説明する。図８は、本実施形態の位置検出処理の一例を示すフローチャートである。なお、図８のフローチャートは、２層目のフープ層の形成時のフープ巻き時の位置検出処理を示している。
【００５１】
図８に示すように、２層目のフープ層Ｌ３ｂのフープ巻きが開始されると、樹脂含浸された炭素繊維がライナ１１の円筒部１７に巻き付けられる。１層目のフープ層Ｌ３ａの端部付近が照明部３１、３２によって斜光照明され、折り返し動作の前後で撮像部３３、３４によって斜光照明されたフープ層Ｌ３ａに巻き付けた直後の炭素繊維が撮像される（ステップＳ０１）。次に、制御部３５によって複数の撮像画像が白色の高輝度画素と黒色の低輝度画素に２値化処理される（ステップＳ０２）。２値化後の撮像画像には、巻き付け直後の炭素繊維が、巻き付け時点から十分に時間が経過した炭素繊維と比較して高輝度画素が多い画素列で表される。また、巻き付け時点から十分に時間が経過した炭素繊維が、巻き付け直後の炭素繊維と比較して高輝度画素が少ない画素列で表される。
【００５２】
次に、制御部３５によって２値化後の複数の撮像画像から炭素繊維の巻き付け位置が検出される（ステップＳ０３）。各撮像画像の列番号が小さい順に画素列毎の高輝度画素の比率が算出され、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列が規定数以上連続する場合に、連続した画素列の最も小さな列番号（初めて規定比率を超えた画素列）に基づいて炭素繊維の巻き付け位置が検出される。次に、制御部３５によって複数の撮像画像から検出された炭素繊維の巻き付け位置から２層目のフープ層Ｌ３ｂの端位置が検出される（ステップＳ０４）。複数の撮像画像から検出された炭素繊維の巻き付け位置のうち、最もドーム部１５寄りの巻き付け位置、又は複数の巻き付け位置の平均値がフープ層Ｌ３ｂの端位置として検出される。
【００５３】
次に、制御部３５によってフープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲内か否かが判定される（ステップＳ０５）。フープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲内である場合（ステップＳ０５でＹＥＳ）、折り返し動作後も炭素繊維のフープ巻きが継続される。一方で、フープ層Ｌ３ｂの端位置が規格範囲から外れる場合（ステップＳ０５でＮＯ）、折り返し動作時に炭素繊維のフープ巻きが停止されてオペレータに対して異常が報知される。このように、折り返し動作の前後の複数の撮像画像から、フープ巻き中にリアルタイムでフープ層Ｌ３ｂの端位置を検出すると共に、フープ層Ｌ３ｂの端位置の異常を判定している。
【００５４】
以上のように、本実施形態の位置検出方法では、複数のフープ層を形成する際に、巻き付け時点から十分に時間が経過した下層の炭素繊維と巻き付け直後の上層の炭素繊維が識別される。よって、撮像画像から巻き付け直後の炭素繊維の巻き付け位置を検出することが可能になっている。また、折り返し動作の前後の複数の撮像画像により巻き付け直後の炭素繊維の巻き付け位置を検出することで、フープ層の巻き付け中にフープ層の端位置を精度よく検出することができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、強化繊維として炭素繊維を例示して説明したが、強化繊維は反射光の指向性が高い繊維であればよい。
【００５６】
また、本実施形態では、高輝度画素の比率が規定比率を超えた画素列の連続数が規定数以上の場合に、連続した画素列のうち高輝度画素の比率が初めて規定比率を超えた画素列に基づいて炭素繊維の巻き付け位置を検出する構成にしたが、この構成に限定されない。２値化後の撮像画像の各画素列の高輝度画素数又は低輝度画素数に基づいて炭素繊維の巻き付け位置を検出する構成であればよい。例えば、隣り合う画素列の高輝度画素又は低輝度画素の比率差に基づいて炭素繊維の巻き付け位置を検出してもよい。この場合、隣り合う画素列の高輝度画素又は低輝度画素の比率差が最も大きな箇所が炭素繊維の巻き付け位置として検出される。また、本実施形態では、画素列毎に高輝度画素の比率を既定比率と比較して炭素繊維の巻き付け位置を検出したが、画素列毎に高輝度画素数を規定数と比較して炭素繊維の巻き付け位置を検出してもよい。
【００５７】
また、本実施形態では、制御部が炭素繊維の巻き付け位置を検出する構成したが、この構成に限定されない。炭素繊維の巻き付け位置は、２値化後の撮像画像に基づいてオペレータが判定してもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、フープ層の端位置を検出する構成にしたが、この構成に限定されない。フープ巻きの巻き付け開始から巻き付け終了までの炭素繊維の巻き付け位置を常に検出し続ける構成でもよい。この場合、炭素繊維の巻き付け位置の移動に伴って照明及び撮像部が移動するようにする。
【００５９】
また、本実施形態では、制御部がフープ巻きの端位置の異常を判定する構成にしたが、この構成に限定されない。フープ巻きの端位置は、撮像画像から検出された炭素繊維の巻き付け位置に基づいてオペレータが判定してもよい。
【００６０】
また、本実施形態の位置検出処理のプログラムは記憶媒体に記憶されてもよい。記憶媒体は特に限定されないが、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等の非一過性の記憶媒体であってもよい。
【００６１】
また、本実施形態について説明したが、他の実施形態として実施形態および変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。さらに、本開示の技術は本実施形態に限定されるものではなく、技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩または派生する別技術によって、技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施態様をカバーしている。
【符号の説明】
【００６２】
１０：高圧タンク、１１：ライナ、１７：円筒部、３０：位置検出装置、３１：照明部、３２：照明部、３３：撮像部、３４：撮像部、３５：制御部（検出部）、ＣＸ：中心軸、Ｌ３ａ−Ｌ３ｃ：フープ層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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