(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材料シート中の材料欠陥を含まないように切断パターンを計画する材料検査システムを提供する。【解決手段】複合材料シート１１０の１つ以上の材料特性を測定する１つ以上のセンサ１２４ａ、１２４ｂ、３０４ａ、３０４ｂ、３０６と、複合材料シートを切断するカッターツールを有するカッターアセンブリと、プロセッサ３０２ａと命令を記憶するメモリ３０２ｂとを含む制御システム３０２とを含み、前記命令は下記を行うように構成されている。切り出される複数の形状を含む最初の切断パターンを取得し、センサの検出結果に基づいて複合材料シート内にある欠陥を特定し、それら欠陥の周囲に排除領域を決定し、複数の形状のうち１つ以上の形状を排除領域から離れるようにシフトさせ、そのシフトに基づいて最初の切断パターンを修正する。【選択図】図３
2020037175.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出された欠陥に基づいて、複合材料シートの切断パターンを計画するための材料検査システムであって、前記材料検査システムは、
前記複合材料シートの１つ以上の材料特性を測定するための１つ以上のセンサと、
前記複合材料シートを切断するためのカッターツールを有するカッターアセンブリと、
ハードウェアプロセッサと命令を含む非一時的記憶媒体とを含む制御システムと、を含んでなり、前記命令は、前記ハードウェアプロセッサによって実行された際に、
切り出される１つ以上の形状を含む、前記複合材料シートの最初の切断パターンを取得することと、
１つ以上のセンサに基づいて、前記複合材料シート内にある欠陥を特定することと、
前記複合材料シートにおける前記欠陥の周囲に排除領域を決定することと、
前記１つ以上の形状のうちの１つ以上の形状を、前記排除領域から離れるようにシフトさせることと、
前記１つ以上のシフトされた形状に基づいて、前記カッターアセンブリによって切断される修正切断パターンを提供することと、を行うように構成されている、材料検査システム。
【請求項２】
前記カッターアセンブリは、二軸ガントリーによって、作業エリアに対して相対的に移動するように構成されている、請求項１に記載の材料検査システム。
【請求項３】
前記１つ以上のセンサは、１つ以上の非接触センサを含む、請求項１又は２に記載の材料検査システム。
【請求項４】
前記１つ以上のセンサは、１つ以上の接触センサを含む、請求項１〜３のいずれか１つに記載の材料検査システム。
【請求項５】
前記１つ以上の非接触センサは、超音波エミッタ及び超音波レシーバを含む、請求項３又は４に記載の材料検査システム。
【請求項６】
前記１つ以上の非接触センサは、送信超音波センサ、ラジオグラフィーセンサ、サーモグラフィーセンサ、赤外線センサ、ホログラフィーセンサ、又は、シェアログラフィーセンサを含む、請求項３〜５のいずれか１つに記載の材料検査システム。
【請求項７】
前記１つ以上の接触センサは、渦電流センサ、磁気センサ、浸透探傷試験センサ、又は液体浸透探傷試験センサを含む、請求項４〜６のいずれか１つに記載の材料検査システム。
【請求項８】
前記排除領域は、前記複合材料シートの幅全体に延びる、請求項１〜７のいずれか１つに記載の材料検査システム。
【請求項９】
前記排除領域は、前記欠陥を囲むものの、前記複合材料シートの幅全体には延びていない、請求項１〜８のいずれか１つに記載の材料検査システム。
【請求項１０】
前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、元の向きを維持している、請求項１〜９のいずれかに記載の材料検査システム。
【請求項１１】
前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、前記複合材料シートを使用するために最適化されている、請求項１〜１０のいずれかに記載の材料検査システム。
【請求項１２】
コンピュータにより実行される材料検査方法であって、
複合材料シートの最初の切断パターンを取得し、その際に、前記最初の切断パターンは、切り出される１つ以上の形状を含み、
１つ以上のセンサに基づいて、前記複合材料シート内にある欠陥を特定し、
ハードウェアプロセッサによって、前記複合材料シートにおける前記欠陥の周囲に排除領域を決定し、
前記１つ以上の形状のうちの１つ以上の形状を、前記排除領域から離れるようにシフトさせ、
前記シフトに基づいて、修正切断パターンを提供する、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１３】
前記１つ以上のセンサは、１つ以上の非接触センサを含む、請求項１２に記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１４】
前記１つ以上のセンサは、１つ以上の接触センサを含む、請求項１２又は１３に記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１５】
前記１つ以上の非接触センサは、超音波エミッタ及び超音波レシーバを含む、請求項１３又は１４に記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１６】
前記排除領域は、前記複合材料シートの幅全体に延びる、請求項１２〜１５のいずれか１つに記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１７】
前記排除領域は、前記欠陥を囲むものの、前記複合材料シートの幅全体には延びていない、請求項１２〜１６のいずれか１つに記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１８】
前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、元の向きを維持している、請求項１２〜１７のいずれか１つに記載の、コンピュータにより実行される方法。
【請求項１９】
前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、前記複合材料シートを使用するために最適化されている、請求項１２〜１８のいずれか１つに記載の、コンピュータにより実行される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、複合構造体に関し、より具体的には、複合構造体を製造するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合構造体は、従来の航空機材料（例えばアルミニウム、アルミニウム合金など）によって製造される航空機構造体に比べて、一般的に、より軽量で耐久力があり長期使用が可能なため、航空機の製造において広く用いられている。実際、軽量化は、複合材料の使用の大きな利点であり、複合材料を航空機構造体に用いる主要な要因である。例えば、繊維強化母材システムは、多くの航空機に見られる従来のアルミニウムより強度が高く、一方で、滑らかな表面及び軽量による燃料効率の向上も達成することができる。例えば、ファイバーグラスは、航空機に用いるための複合構造体に使用される一般的な複合材料である。軽量化という利点に加えて、複合材料は、他の材料よりも耐食性が高い。また、複合構造体は、金属疲労から亀裂が発生することがなく、構造体が屈曲する環境で、安定性を実現する。最後に、複合材料は、複雑な三次元（「３Ｄ」）構造体の製造に特に有用であり、通常、従来の金属又はプラスチックによる製造と比べて、好ましい重量比強度を実現する。従って、複合構造体によれば、軽量化に加えて、保守費用及び修理費用が削減されるとともに、複雑な形状の製造も可能になる。
【０００３】
しかしながら、複合材の製造は、従来の多くの金属製造方法に比べて、一般的に、より高価である。このような費用の増加は、その少なくとも一部が、比較的複雑且つ時間を要する製造プロセスに起因しており、当該製造プロセスは、従来、複数回の工程を必要としている。特に、当該製造プロセスは、硬化プロセスを含み、当該硬化プロセスでは、構造体は、必要な強度を達成するために、制御環境内において数時間又は数日を費やす場合がある。複合構造体の最終検査が、部品の構造的且つ幾何学的完全性を確認するために行われる。使用する前に複合構造体を分析することは、非常に重要であるが、最終検査の時点で欠陥を特定することは、生産性及び収益のかなりの損失となる。
【０００４】
従って、改善された製造システム及び方法が必要とされている。このため、本開示は、複合構造体の製造に用いられる複合材料の検査を対象としている。例えば、製造プロセスにおける最初の工程中に複合材料を分析して、複合構造体の組み立て及び硬化よりも前に、複合材料における欠陥を特定する。これらの欠陥は、即座に検出することができ、また、トラッキングシステムにおいて利用することにより、後の検査工程で発見される欠陥のソースを調べることもできる。
【発明の概要】
【０００５】
本開示は、複合構造体に関し、より具体的には、複合構造体を製造するためのシステム及び方法に関する。
【０００６】
概括的に述べると、本開示は、コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）切断機の切断経路を計画し直して、欠陥があると特定された材料領域を避けるための、コンピュータによって実行される方法、ならびに、コンピュータによって実行される当該方法を実行するように構成されたコンピュータシステム及び非一時的コンピュータ可読媒体を示している。
【０００７】
より具体的には、本開示は、既存の組の所望部品用の切断経路をルート変更するための、コンピュータにより実行される方法を示している。所望部品は、主として材料の無駄を最小限に抑えるために、最適又は最適に近い向きに配置することができる。ルート変更は、材料評価工程における、現行の切断領域が欠陥のある材料を包含していることを示す信号を受けて、開始することができる。材料に欠陥がある場合には、不良な領域を避けるように切断経路を計画することになる。以下に詳しく説明するように、これは、工具経路における既存の形状を把握し、欠陥のある領域の下流にあるすべての形状を、欠陥の無い材料エリアに移動させることによって、達成される。切断プロセスの後、欠陥のある材料をさらに調べて、スキャン結果と実際の不良とを相関させ、プロセスを改善することができる。コンピュータにより実行される当該方法は、計画された切断線の、既存の最適セットに対して行われるので、この再計画法は、決定論的なものになりやすい。従って、この再計画法は、これを用いる度に計画者を再び認証する必要はなく、認証された製造プロセスにおいて自動的に作動することができる。すなわち、プロセス自体が、認証されうるものとなる。
【０００８】
第１の側面によれば、検出された欠陥に基づいて、複合材料シートの切断パターンを計画するための材料検査システムが提供される。当該材料検査システムは、前記複合材料シートの１つ以上の材料特性を測定するための１つ以上のセンサと、前記複合材料シートを切断するためのカッターツールを有するカッターアセンブリと、ハードウェアプロセッサと命令を含む非一時的記憶媒体とを含む制御システムと、を含んでなり、前記命令は、前記ハードウェアプロセッサによって実行された際に、切り出される複数の形状を含む、前記複合材料シートの最初の切断パターンを取得することと、１つ以上のセンサに基づいて、前記複合材料内にある欠陥を特定することと、前記複合材料における前記欠陥の周囲に排除領域を決定することと、前記複数の形状のうちの１つ以上の形状を、前記排除領域から離れるようにシフトさせることと、前記シフトに基づいて、前記カッターアセンブリによって切断される修正切断パターンを提供することと、を行うように構成されている。
【０００９】
いくつかの実施例において、前記カッターアセンブリは、二軸ガントリーによって、作業エリアに対して相対的に移動するように構成されている。いくつかの実施例において、前記１つ以上のセンサは、複数の非接触センサを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上のセンサは、１つ以上の接触センサを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上の非接触センサは、超音波エミッタ及び超音波レシーバを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上の非接触センサは、送信超音波センサ、ラジオグラフィーセンサ、サーモグラフィーセンサ、赤外線センサ、ホログラフィーセンサ、又は、シェアログラフィーセンサを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上の接触センサは、渦電流センサ、磁気センサ、浸透探傷試験センサ、又は液体浸透探傷試験センサを含む。いくつかの実施例において、前記排除領域は、前記複合材料の幅全体に延びる。いくつかの実施例において、前記排除領域は、前記欠陥を囲むものの、前記複合材料の幅全体には延びていない。いくつかの実施例において、前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、元の向きを維持している。いくつかの実施例において、前記シフトされた１つ以上の形状は、前記修正切断パターンにおいて、前記複合材料シートを使用するために最適化されている。
【００１０】
第２の側面によれば、コンピュータにより実行される材料検査方法であって、複合材料の最初の切断パターンを取得し、その際に、前記最初の切断パターンは、切り出される複数の形状を含み、１つ以上のセンサに基づいて、前記複合材料内にある欠陥を特定し、ハードウェアプロセッサによって、前記複合材料における前記欠陥の周囲に排除領域を決定し、前記複数の形状のうちの１つ以上の形状を、前記排除領域から離れるようにシフトさせ、前記シフトに基づいて、修正切断パターンを提供する、コンピュータにより実行される方法が提供される。いくつかの実施例において、前記１つ以上のセンサは、複数の非接触センサを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上のセンサは、１つ以上の接触センサを含む。いくつかの実施例において、前記１つ以上の非接触センサは、超音波エミッタ及び超音波レシーバを含む。いくつかの実施例において、前記排除領域は、前記複合材料の幅全体に延びる。いくつかの実施例において、前記排除領域は、前記欠陥を囲むものの、前記複合材料の幅全体には延びていない。いくつかの実施例において、前記１つ以上のシフトされた形状は、前記修正切断パターンにおいて、元の向きを維持している。いくつかの実施例において、前記シフトされた１つ以上の形状は、前記修正切断パターンにおいて、前記複合材料を使用するために最適化されている。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
本開示のこれらの利点及び他の利点は、以下の記載及び添付の図面によって、より理解されるであろう。
【００１２】
【図１】複合材料シートを切断するように構成された自動二次元プライ切断機の一例を示す図である。
【図２Ａ−２Ｂ】材料検査システムを備える切断機を示す図である。
【図２Ｃ】第１の例の材料検査システムを示す図である。
【図３】例示的な材料検査システムの概略ブロック図である。
【図４】本開示の実施例による、プリプレグ材料のスキャンに基づいて切断作業を計画するための方法を示す図である。
【図５】本開示の実施例による、スキャニングの前の、予め計画された切断の最初のテンプレートを示す図である。
【図６】本開示の実施例による、スキャニングの結果を含む、図５に示した最初のテンプレートを示す図である。
【図７】本開示の実施例による、決定された排除領域の境界線を含む、図５に示した最初のテンプレートを示す図である。
【図８】決定された図７の境界線に基づく第１の修正テンプレートを示す図である。
【図９】本開示の実施例による、前記排除領域の周囲の最小化境界に基づく第２の修正テンプレートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本開示の好ましい実施形態を、添付図面を参照して以下に説明する。以下の説明において、いくつかの周知の機能又は構造については、開示を不必要に不明瞭にするおそれがあるため、詳細には説明していない。図面は、必ずしも縮尺どおりには描かれておらず、本明細書に記載の装置、システム、及び方法の原理を示す部分には、強調がなされている。本願に関し、以下の用語及び定義が適用されるものとする。
【００１４】
「約」及び「略」という用語を、値（又は値の範囲）を修飾又は記載するために用いた場合は、その値又は値の範囲に適度に近いことを意味する。従って、本明細書で説明する実施形態は、記載した値又は値の範囲のみに限定されるものではなく、むしろ、適度の許容できる偏差を含むべきである。
【００１５】
「空中ビークル」及び「航空機」という用語は、飛行が可能なマシンのことをいい、従来型の航空機及び垂直離着陸機（vertical takeoff and landing (VTOL) aircraft）を含むが、これらに限定されない。ＶＴＯＬ機は、固定翼機と、回転翼機（例えばヘリコプター）及び／又はティルトローター（tilt-rotor）／ティルトウィング（tilt-wing）航空機の両方を含みうる。
【００１６】
「回路（circuit）」及び「回路系（circuitry）」という用語は、物理的な電子コンポーネント（例えばハードウェア）、及び、例えばハードウェアを構成するか、ハードウェアによって実行されるか、あるいはその他の態様でハードウェアと関連付けられる任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）のことをいう。本開示における、例えば、ある特定のプロセッサ及びメモリは、第１組の一行以上のコードを実行する際は、第１の「回路」によって構成され、第２組の一行以上のコードを実行する際は、第２の「回路」によって構成される場合がある。本開示における「回路系」は、ある機能を実行するために必要なハードウェア及びコード（必要な場合）を当該回路系が含む場合は、（例えばユーザが構成可能な設定や工場調整（factory trim）などによって）当該機能の実行が無効とされている状態、すなわち可能でない状態であるかどうかにかかわらず、常に、当該機能を実行するために「動作可能」である。
【００１７】
本明細書で用いられる「通信する」及び「通信している」という用語は、ソースから送信先にデータを伝達することと、データが送信先に伝達されるように、通信用の媒体、システム、チャンネル、ネットワーク、装置、ワイヤ、ケーブル、ファイバ、回路、及び／又はリンクにデータを配信することとの両方を含む。本明細書で用いられる「通信」とは、データがこのように伝達又は配信されることを意味する。本明細書で用いる「通信機構」とは、１つ又は複数の通信用の媒体、システム、チャンネル、ネットワーク、装置、ワイヤ、ケーブル、ファイバ、回路、及び／又はリンクを含む。
【００１８】
本明細書で用いられる「複合材料」とは、添加物と母材とを含む材料のことをいう。例えば、複合材料は、繊維添加物（例えば、ファイバーグラス、ガラス繊維（「ＧＦ」）、炭素繊維（「ＣＦ」）、アラミド／パラアラミド合成繊維など）と、母材（例えば、エポキシ、ポリイミド、及び、アルミナ、限定するものではないが、熱可塑性樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート熱可塑性樹脂、注型用樹脂、ポリマー樹脂、アクリル樹脂、化学樹脂を含む）とを含む。ある種の態様において、複合材料が、例えばアルミニウム及びチタンなどの金属を用いて、繊維金属ラミネート（ＦＭＬ）及びＧＬＡＲＥ（glass laminate aluminum reinforced epoxy）を形成している場合もある。また、複合材料は、ハイブリッド複合材料を含む場合もあり、このような複合材料は、基本の繊維／エポキシ母材にいくつかの補足材料（例えば２つ以上の繊維材料）を加えることによって実現される。
【００１９】
本明細書で用いられる「複合材ラミネート」とは、添加物及び母材の層（すなわち「プライ」）を互いに組み付けたタイプの複合材料のことをいう。
【００２０】
本明細書で用いられる「複合構造体」とは、少なくともその一部が複合材料を用いて製造される構造体又はコンポーネントのことをいい、限定するものではないが複合材ラミネートを含む。
【００２１】
本明細書で用いられる「連結されている」、「〜に連結されている」、及び、「〜と連結されている」という用語は、其々、２つ以上のデバイス、装置、ファイル、回路、要素、機能、工程、プロセス、プログラム、媒体、コンポーネント、ネットワーク、システム、サブシステム、及び／又は手段における、以下のうちの任意の１つ以上の関係を意味する。すなわち、（ｉ）接続、ただし、直接的であるか、あるいは、１つ以上の他のデバイス、装置、ファイル、回路、要素、機能、工程、プロセス、プログラム、媒体、コンポーネント、ネットワーク、システム、サブシステム、又は手段を介するものであるかは問わない。（ｉｉ）通信関係、ただし、直接的であるか、あるいは、１つ以上の他のデバイス、装置、ファイル、回路、要素、機能、工程、プロセス、プログラム、媒体、コンポーネント、ネットワーク、システム、サブシステム、又は手段を介するものであるかは問わない。及び／又は、（ｉｉｉ）任意の１つ以上のデバイス、装置、ファイル、回路、要素、機能、工程、プロセス、プログラム、媒体、コンポーネント、ネットワーク、システム、サブシステム、又は手段の動作が、全体的あるいは部分的に、これらのうちの任意の他の１つ以上の動作に依存する機能的関係。
【００２２】
本明細書で用いられる「データ」という用語は、情報を表す標識、信号、マーク、シンボル、ドメイン、シンボルのセット、表示、及び、任意の他の物理的な形態のことをいい、永続的であるか一時的であるか、あるいは、可視、可聴、音響的、電気的、磁気的、電磁的、またはその他の形で現れるかは問わない。「データ」という用語は、１つの物理的な形態による所定の情報を表すために用いられ、同様の情報を別の物理的な形態で表したもののすべてを包含する。
【００２３】
本明細書で用いられる「データベース」という用語は、関連するデータの組織体を意味し、データ又はその組織体が表される態様は問わない。例えば、関連するデータの組織体は、テーブル、マップ、グリッド、パケット、データグラム、フレーム、ファイル、電子メール、メッセージ、ドキュメント、レポート、リスト、又は任意の他の形態のうちの１つ以上の形態であってよい。
【００２４】
「例示的な」という用語は、「例、事例、又は実例としての役割である」ことを意味する。本明細書に記載の実施形態は、限定的なものではなく、むしろ例示のためだけのものである。なお、記載した実施形態は、必ずしも他の実施形態よりも好ましいか又は有利であると解釈されるべきではない。また、「発明の実施形態」、「実施形態」、又は「発明」という際には、発明のすべての実施形態が、記載した特徴、効果、又は、動作の形態を含むことを要件としない。
【００２５】
「メモリデバイス」という用語は、プロセッサが使用する情報を格納するためのコンピュータハードウェア又は回路系を意味する。メモリデバイスは、任意の適当な種類のコンピュータメモリ又は他の種類の電子記憶媒体であってよく、例えば、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、キャッシュメモリ、コンパクトディスクリードオンリーメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、電気光学メモリ、光磁気メモリ、プログラマブルリードオンリーメモリ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンピュータ可読媒体などであってよい。
【００２６】
本明細書で用いられる「ネットワーク」という用語は、インターネットを含め、すべての種類のネットワークとインターネットワークの両方を含み、特定のネットワーク又はインターネットワークに限定されない。
【００２７】
「プロセッサ」という用語は、処理用のデバイス、装置、プログラム、回路、コンポーネント、システム、サブシステムを意味し、ハードウェア、触知可能に具現化されたソフトウェア、又はこれらの両方で実現されるかどうか、あるいは、プログラム可能かどうかは問わない。「プロセッサ」という用語は、限定するものではないが、１つ以上の演算装置、ハードワイヤード回路、信号修正デバイス及びシステム、システム制御用のデバイス及びマシン、中央処理装置、プログラム可能なデバイス及びシステム、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、チップ上のシステム、個別の要素及び／又は回路を含むシステム、ステートマシン、仮想マシン、データプロセッサ、処理設備、及び、上記のいずれの組み合わせも含む。プロセッサは、例えば、任意の種類の汎用マイクロプロセッサ又はマイクロコントローラ、デジタル信号処理（ＤＳＰ）プロセッサ、特定用途向け集積回路（「ＡＳＩＣ」）であってよい。プロセッサは、メモリデバイスに連結されているか、あるいはこれと統合されていてもよい。
【００２８】
複合構造体は、例えば航空機構造に使用されるものがあり、層あるいはプライとしても知られる複合材料シートを用いて、製造することができる。例えば、複数の複合材料シートを組み付けることにより、複合材ラミネート又はその他の複合構造体が形成される。ある種の態様において、複合材料シートは、例えば、添加物と母材の両方を含みうる。より具体的には、複合材料シートは、樹脂又はエポキシなどの接合材が既に複合材繊維内に存在する複合材繊維からなる場合があり、これは、一般的には「予備含浸」複合繊維又は省略して「プリプレグ」として知られている構成である。プリプレグ材料は、最初は、撓みやすく幾分粘着性があるが、熱と圧力とを組み合わせるオートクレーブ硬化プロセスを経ると硬くなる。複合材料シートは、スプールを用いてロールとして運ぶことができる。使用の際には、複合材料シートは、スプールから繰り出されて、所望のサイズ及び形状となるように切断される。空中ビークルに適した複合材料としては、限定するものではないが、サイテック・インダストリーズ（Cytec Industries）から入手可能な９７７−３樹脂及びＩＭ７／９７７−３プリプレグがあり、これは、華氏３５０度（１７７℃）でドライな、且つ２７０°Ｆ（１３２℃）でウェットな使用特性を有する強化エポキシ樹脂である。
【００２９】
複合構造体は、通常、使用する前に、その構造的且つ幾何学的な完全性を確かめるために、検査される。複合構造体における欠陥は、複合材料シートにおける欠陥が原因であるか、あるいはこれと関連性があることが多い。しかしながら、製造プロセスにおけるこの段階では、複合構造体を製造及び硬化するために、かなりの量の時間、労力、及びコストが、既に費やされてしまっている。従って、貴重な製造資源の無駄を減らすためには、最初の切断工程中（又はその直前）に材料検査を行うことにより、欠陥のある複合材料を切断及び使用して複合構造体を製造するのを避けることが有利であろう。このため、本開示は、複合構造体の製造プロセス中に複合材料（例えば複合材料シート）の検査を行うためのシステム及び方法を提供する。より具体的には、本開示は、製造プロセスの初期の工程中に（例えば、複合材料シートがスプールから繰り出される際に）複合材料の構造的完全性を分析するための材料検査システム、及び、材料検査システムを有する二次元プライ切断機を示す。
【００３０】
開示の材料検査システムは、多くの固有の特性を実現する。第一に、材料検査システムを切断機／プロセスに直接設けることにより、スペースと時間の両方を節約することができる。第二に、材料検査システムを切断機と統合することにより、複合材料のうちの欠陥のある部分において切断が行われることを回避し、欠陥のあるエリアに重なる部分を当該エリア以外の場所から切断することができる。最後に、材料検査システムによって個々の部品（例えば所定の形状に切断された複合材料）から収集された検査データを、部品の来歴を通して追跡することにより、過去の材料品質のデータベースを作成することができる。この追跡過去データを、将来のデバッグ作業に役立てることができる。例えば、材料検査システム（又は他のシステム）によって過去データを参照することにより、製造の初期段階の材料特性と、部品の最終的な性能とのまだ知られていない関係を特定できるかもしれない。
【００３１】
図１は、複合材料シート１１０を、複合構造体製造用の個々の部分／片に切断するように構成された、自動二次元プライ切断機１００の一例を示している。切断機１００は、通常、複合アセンブリ（例えば複合構造体）を製造するための最初の工程中に用いられる。図示のように、切断機１００は、概して、移動可能なカッターアセンブリ１０８と、作業エリア１０４（例えば作業用ベッド）を構成する平面を有するベース構造体１０２とを含む。複合材料シート１１０は、切断機１００のテーブル上に材料が容易に載置されるように、例えば、材料スプール１１４から繰り出され、当該材料スプールは、自動プライ切断機１００のベース構造体１０２の一端（例えば後端）に設けられた支持ラック１３０に取り付けられている。例えば、技術者が、材料スプール１１４から複合材料シート１１０を引き出して、切断用の作業エリア１０４に載置してもよい。材料スプール１１４は、例えば、欠陥を有する可能性のあるプリプレグ材料のロールである。
【００３２】
ベース構造体１０２は、事実上あらゆるサイズの作業エリア１０４を構成するように寸法設定することができ、そのサイズ（例えば幅）は、当該サイズを有する材料スプール１１４によって製造される複合構造体によって決まる。一態様において、作業エリア１０４は、例えば、幅が６フィートで、長さが１５フィートである。ただし、他のサイズ及びアスペクト比も想定される。ベース構造体１０２は、真空システム１２８をさらに含んでもよく、当該真空システムは、切断プロセス中に、複合材料シート１１０を作業エリア１０４に向かって（例えば吸引力によってテーブル内に）静かに引っ張る。これにより、当該ソフト真空システム１２８は、複合材料シート１１０を、平らな状態（例えば、皺や、複合材料シート１１０と作業エリア１０４の表面との間のエアポケットが実質的に無い状態）にするとともに、切断プロセス中に複合材料シート１１０が移動するのを抑制する。このためには、作業エリア１０４には、例えば、複数の真空穴１２６が表面に分散して設けられており、これらの穴を介して、真空システム１２８によってベース構造体１０２内に空気が引き込まれる。
【００３３】
動作中には、カッターアセンブリ１０８を用いて、複合材料シート１１０内にカット１１２を形成することにより、所望の（例えば所定の）形状の部分を画定する。カッターアセンブリ１０８は、通常、複合材料シート１１０を切断するためのカッターツール（例えば回転式又は往復式カッターツール又はカッター刃）を含む。カッターツールは、電気駆動モータによって駆動することができる。例えば、カッターツールは、スピンドル及び／又はクイル（quill）（例えば、スピンドルの延長部品）を介して、駆動モータに連結される。カッターツールは、例えば、チャック及びチャックキー（chuck key）を用いて、スピンドルに取り外し可能に連結される。スピンドルは、様々な種類及びサイズの、様々なカッターツールと連結されるように構成することができる。例えば、スピンドルは、１／８インチシャンク付きカッターツールビットを装着することができ、一方で、特に、調節可能なスピンドル及び／又はアダプタを用いて、他のサイズ（例えば３／１６インチ、１／４インチ、１／２インチなど）のシャンクを収容するよう調節することもできる。
【００３４】
カッターアセンブリ１０８は、ガントリー（例えば、Ｘ−Ｙガントリーなどの二軸ガントリー）によって、作業エリア１０４に対して移動するように構成されている。Ｘ−Ｙガントリーは、概して、第１往復台１０６、第２往復台１１６（例えばシャトル）、第１組のレール１１８ａ、及び、第２組のレール１１８ｂを含む。第１往復台１０６を用いて、作業エリア１０４に対するカッターアセンブリ１０８のＸ軸に沿う移動を制御することができ、第２往復台１１６を用いて、作業エリア１０４に対するカッターアセンブリ１０８のＹ軸に沿う移動を制御することができる。図示のように、Ｘ軸及びＹ軸に沿った移動を実現するため、例えば、第１往復台１０６は、第１対のレール１１８ａ（Ｘ軸／ベース構造体１０２の縦軸に平行なものとして図示）を介して、摺動可能にベース構造体１０２に連結され、第２往復台１１６は、第２組のレール１１８ｂ（Ｙ軸／ベース構造体１０２の横軸に平行なものとして図示）に沿って、Ｙ軸に沿って並進移動するように構成される。ある種の態様において、カッターアセンブリ１０８を、第３レール（又はトラック）を介して第２往復台１１６に連結してもよく、この場合、カッターアセンブリ１０８は、作業エリア１０４及び第２往復台１１６に対して、Ｚ軸に沿って（すなわち上下に）移動することができる。
【００３５】
図２Ａ〜図２Ｃを参照すると、図１の切断機１００は、例えば、複合材料シート１１０が材料スプール１１４から繰り出される際に、当該複合材料シートの１つ以上の性質を分析するための、一種類以上の材料検査システム２００を備える。
【００３６】
材料検査システム２００は、例えば、材料スプール１１４の近傍に配置される。材料検査システム２００は、例えば非接触超音波プローブ（又はその他のプローブ）を含み、これを用いて、複合材料シート１１０が作業エリア１０４に繰り出される際に、当該複合材料シートの構造的完全性を評価する。図示のように、材料検査システム２００は、例えば、ベース構造体１０２の後端に、材料スプール１１４に隣接してこれと並行に配置することができる。材料検査システム２００は、複合構造体の自動化された製造及び品質制御を実現することにより、製造時間を短縮する役割を行う。例えば、切断機１００は、複合材料シート１１０が材料スプール１１４から作業エリア１０４に繰り出されている最中に、当該複合材料シートを材料検査システム２００によって検査するように構成することができ、これにより、複合構造体が完成するまで待つ必要性、及び、複合材料シート１１０（又はこれにより得られる複合構造体）を検査専用の別のテーブル／マシンに移動させる必要性をなくすことができる。
【００３７】
上述のように、製造プロセスにおける初期の段階で製造上の欠陥を特定することにより、欠陥のある材料を用いて費用及び時間をかけて複合構造体を製造することを、回避することができる。従って、複合材料シート１１０の最初の使用に検査を組み込む利点は、材料ロールの欠陥エリアを迅速に特定して排除できることである。また、製造直前の材料特性の概括的な情報を、材料検査システム２００によって収集し、これを用いて、過去の材料品質のデータベースを作成することができる。例えば、過去の材料品質は、その後の組み立て工程で欠陥があることが分かった部品をデバッグするための重要な測定値を、トラッキングシステムに提供する。最後に、材料検査システム２００を最初の製造プロセスに組み込むことによって、専用の検査ステーション又は検査テーブルを必要とすることなく、早期の材料検査のパフォーマンスを向上させることができる。このようにして、検査用の固有のスペースを形成するのではなく、材料検査システム２００を切断機１００に直接的に一体化することにより、スペースの節約をはかることができる。
【００３８】
早期の検査の目的は、複合材料シート１１０における欠陥を、作業を開始する前に特定することである。動作中には、このような欠陥は、材料検査システム２００によって即座に検出され、これを用いて、オペレータに行動が促される。例えば、欠陥の大きさ又は量によっては、オペレータは、材料スプール１１４を交換したり、欠陥によって影響される部分を避けたりすることができる。ある種の態様において、所望する複合構造体に対して正しい種類の複合材料シート１１０がセットされているかどうかを確認するように、材料検査システム２００を構成してもよい。例えば、材料検査システム２００は、材料の厚みや種類、ならびに、含浸の程度などが適正であるか（例えば所定範囲内であるか）を確認する構成であってもよい。
【００３９】
材料検査システム２００からのデータは、例えば、トラッキングシステムを用いて収集され、過去品質データのデータベースに保管される。このデータベースを、トラッキングシステム（又は別のシステム）が参照し、これを用いて、後の検査ステップで発見された欠陥の潜在的な原因又はソースを調べることができる。例えば、複合材料シート１１０の品質と後に発見された欠陥との相関関係を特定するために、複合材料シート１１０の過去品質データを後に発見された欠陥と比較対照することができる。ある種の態様において、例えば、過去品質データを用いて、潜在的に欠陥のある複合材料シート１１０を特定するために使用できるルックアップテーブルを作成してもよい。他の態様において、機械学習を用いて、潜在的に欠陥のある複合材料シート１１０を検出及び／又は予測してもよい。
【００４０】
材料検査システム２００は、リアルタイムで、又はほぼリアルタイムで複合材料シート１１０を検査するための１つ以上の非破壊検査技術を用いてもよい。例えば、材料検査システム２００は、１つ以上の非接触超音波センサ（例えば、超音波エミッタ１２４ａ及び超音波レシーバ１２４ｂによって構成される一対の超音波センサ１２４）を有する超音波システムを含む。非接触超音波センサによれば、検査プロセスが単純化するとともに、既存の製造プロセスを再認証する必要なくセンサを使用することができ、これにより既存のシステム及びプロセスを迅速に改変することができる。例えば、１つ以上の超音波センサによる超音波を用いて、複合材料シート１１０の領域全体にわたって含浸レベルを確認することができる。従って、材料検査を切断用テーブルに組み込むことによって、材料取り扱い工程を減らすとともに、製造施設内のスペースを節約することができる。
【００４１】
図２Ｃは、図２Ｂの切断線１−１に沿って見た、材料検査システム２００の第１例の拡大図である。図示のように、材料検査システム２００は、超音波エミッタ１２４ａ及び超音波レシーバ１２４ｂを有する一対の非接触超音波センサ１２４を含み、超音波エミッタ１２４ａ及び超音波レシーバ１２４ｂは、検査される複合材料シート１１０の両側に配置されている。超音波エミッタ１２４ａ及び超音波レシーバ１２４ｂの各々は、例えば、材料スプール１１４に隣接して、材料スプールの長軸と実質的に平行に配置されたフレーム１２２（例えば１つ以上のリニアレール）に配置されている。換言すれば、材料検査システム２００は、例えば、材料スプール１１４と作業エリア１０４との間に配置されるととともに、複合材料シート１１０がベース構造体１０２の作業エリア１０４に繰り出される際に当該複合材料シートを分析するように構成されている。
【００４２】
複合材料シート１１０を、その全幅（Ｙ軸）に沿って分析するためには、超音波センサ１２４を、フレーム１２２に沿って並進移動するように構成すればよい。例えば、レール／トラック及び１つ以上のアクチュエータによって、フレーム１２２に沿って直線的にＹ軸に沿って走行するように構成された支持台に、各超音波センサ１２４を連結すればよい。なお、超音波エミッタ１２４ａ及び超音波レシーバ１２４ｂは、好ましくは、超音波センサ１２４間のアラインメント（例えば同軸アラインメント）を維持するために、連動する。動作中には、複合材料シート１１０が繰り出されるにつれて、超音波センサ１２４がＹ軸に沿って前後に走行し（例えば往復動し）、これにより、複合材料シート１１０の表面全体をスキャンすることができる。
【００４３】
Ｘ−Ｙプロッタを用いることにより超音波センサ１２４の位置を制御することができるが、この手法の難点は、非接触超音波センサが材料の上下に位置していなければならないことである。このためには、下側の超音波センサ（超音波レシーバ１２４ｂ）を、真空システム１２８のパイプなどの、切断用テーブルの下側に位置する他の装置を回避するように、構成しなければならない。従って、図２Ｂに示すように、材料検査システム２００は、ベース構造体１０２のコンポーネントとの干渉を避けるため、例えば、ベース構造体１０２の縁の外側に懸架される。これに代えて、複数組の超音波センサ１２を、フレーム１２２にわたって直線状に固定配置してもよく、これによれば、一組の超音波センサ１２４をフレーム１２２に沿って並進移動させる必要がなくなる。
【００４４】
いずれの場合においても、超音波センサ１２４から収集されたデータを用いて、複合材料シート１１０の様々な領域の品質を示す、複合材料シート１１０のマップを作成することができる。任意ではあるが、材料検査システム２００は、欠陥のあるエリアに視覚的な印をつけるマーキング装置２０２をさらに含んでいてもよい。例えば、マーキング装置２０２は、ドット又はストライプ用のプリンタであり、検査マーキング、色分け、またはその他の製品識別のためのドット又はストライプを付けるように構成された非接触のプログラム可能なプリンタである。これに代えて、マーキング装置２０２は、例えば産業用インクジェットプリンタであってもよく、これは、例えば、テキスト、ロゴ、日付、及び時刻などの情報をプリントするように構成された非接触のプログラム可能なプリンタである。一態様において、マーキング装置２０２は、例えば、超音波センサ１２４のうちの１つ以上（例えば、複合材料シート１１０の上面に印をつける場合は超音波エミッタ１２４ａ）に連結される。例えば、複合材料シート１１０のある部分に欠陥があると判断すると、材料検査システム２００は、当該部分に欠陥があることを示すために、マーキング装置によって、塗料、インク、又はその他のマーカーを吹き付ける。ある種の態様において、マーキング装置２０２は、影響のある領域（欠陥領域）の周囲に線を引いてもよい。次に、人間のオペレータが複合材料シート１１０を目視で検査することにより、当該領域を分析及び／又は回避することができる。別の態様において、光学システムを用いて、マーキング装置２０２による１つ以上のマークを検出してもよい。インクは、人間の目に見えるものであってもよいし、不可視のものであってもよい。例えば、光学システムが用いられる場合、不可視のインク（例えば、紫外線（ＵＶ）インク、赤外線（ＩＲ）インクなど）が、特定の照明の下、又は特定の光学系を介して、可視となる。
【００４５】
ある種の態様において、材料検査システム２００は、複合材料シート１１０が繰り出される際に、その位置及び速度も観測／測定してもよい。複合材料シート１１０及び／又は材料スプール１１４の位置を観測することにより、材料検査システム２００は、超音波測定結果を、複合材料シート１１０における領域と関連付けることができる。位置及び速度は、材料スプール１１４に配置された（例えばスプールの回転数を数えるための）１つ以上の光学式トラッカー及び／又は位置センサを用いて、監視することができる。例えば、複合材料シート１１０が超音波センサの間を通って引き出されている際のロールの状態を、（角度エンコーダを用いて）ロールの角度位置を測定することによって、又は、引っぱられているロールの前端を（カメラ又はレーザセンサを用いて）測定することによって、あるいは、超音波構造体自体のオプティカルフローを用いて、判定することができる。繰り出し動作も、ロールをテーブルに引き出すための追加のアクチュエータを用いて制御してもよい。例えば、材料スプール１１４を、制御された速度で自動的に繰り出すことにより、複合材料シート１１０の検査を容易化することができる。
【００４６】
超音波センサを複合材料シート１１０の下方に配置することができない場合は、性能は低下するが、超音波センサシステムを、複合材料シート１１０の上側のみに配置してもよい。また、別の対処策として、ベース構造体１０２内にセンサを埋設するという方法があろう。例えば、複数の超音波レシーバ１２４ｂを、作業エリア１０４全体を網羅するように、あるいは、材料スプール１１４に隣接して一直線状に、ベース構造体１０２内に埋設すればよい。
【００４７】
このような構成では、超音波装置は、カッティングヘッドを担持するものと同じＸ−Ｙプロッタによって、担持される。例示の様に、超音波エミッタ１２４ａは、超音波エミッタ１２４ａ用の専用のガントリーシステムを有するのではなく、カッターアセンブリ１０８に連結することができる。所望の場合には、超音波センサが、別個のＸ−Ｙプロッタを用いてもよい。動作中には、超音波エミッタ１２４ａは、部品を切断する前に、複合材料シート１１０の領域をスキャンする。これにより、作業エリア１０４の全体あるいはかなりの部分を網羅するように、超音波レシーバ１２４ｂをベース構造体１０２内に埋設する必要が生じうる。これに代えて、超音波レシーバ１２４ｂの数を減らすために、直線状に並べた埋設超音波レシーバ１２４ｂを、（図示のように）材料スプール１１４に隣接させて配置し、複合材料シート１１０が繰り出される際に、第１往復台１０６が材料スプール１１４に向かって走行してスキャニングを行うようにしてもよい。所望量の複合材料シート１１０が繰り出されると、第１往復台１０６は、切断作業を行うためのエリアに戻ることができる。
【００４８】
複数の超音波レシーバ１２４ｂを例示したが、超音波エミッタ１２４ａと共に移動する単一の超音波レシーバ１２４ｂを埋設してもよい。例えば、超音波エミッタ１２４ａを、埋設された超音波レシーバ１２４ｂに磁気的に連結することにより、超音波エミッタ１２４ａ（及びカッターアセンブリ１０８）が移動すると、超音波レシーバ１２４ｂが作業エリア１０４の下面に沿って引っ張られるようにしてもよい。
【００４９】
材料検査システム２００を組み込むことは、（例えば時間及びスペースの節約などの）多くの利点をもたらすが、これに代えて、材料検査システム２００を個別の装置として提供することもできる。実際、別の手法として、材料ロールを切断機１００まで移動させる前に検査するという方法がある。例えば、テープマシン機構によれば、スキャナを間に配置した状態で、２つのロール間で材料を転送することができる。このように、材料スプール１１４の複合材料シート１１０を、切断機１００に設置する前に、製造業者から受け取った時点で分析することもできる。
【００５０】
図３は、例示的な材料検査システム３００の概略ブロック図を示している。図示のように、材料検査システム３００は、ディスプレイ３０８、遠隔ユーザデバイス（直接的に又はネットワーク３１０を介して接続）、風速センサ３０６、マーキング装置２０２、一対の超音波センサ１２４、及び、一対の距離センサ３０４の各々に機能的に接続された制御システム３０２を含む。第１支持体３１４が、超音波エミッタ１２４ａ、第１距離センサ３０４ａ、マーキング装置２０２、及び、風速センサ３０６を、複合材料シート１１０に対し相対位置をとる第１平面内に保持し、第２支持体３１６が、超音波レシーバ１２４ｂ及び第２距離センサ３０４ｂを、第１平面に実質的に平行な第２平面内に保持している。第１支持体３１４及び第２支持体３１６は、例えば、フレーム１２２の上側と下側の横に直線状に延びる部分である。
【００５１】
図示のように、複合材料シート１１０は、一対の超音波センサ１２４及び一対の距離センサ３０４の其々の間に通され、超音波エミッタ１２４ａ及び第１距離センサ３０４ａは、複合材料シート１１０の上側に配置されており、超音波レシーバ１２４ｂ及び第２距離センサ３０４ｂは、複合材料シート１１０の下側に配置されている。風速センサ３０６は、例えば、パルスエコーモードで動作する超音波トランスデューサであり、第１距離センサ３０４ａ及び第２距離センサ３０４ｂの各々は、例えばレーザ距離センサである。第１距離センサ３０４ａ及び第２距離センサ３０４ｂは、複合材料シート１１０までの距離に比例するアナログ信号を出力し、例えば、４０±１０ｍｍの検知距離及び２ミクロンの解像度を実現する。
【００５２】
制御システム３０２は、例えば、プロセッサ３０２ａ、メモリデバイス３０２ｂ、アナログ／デジタル変換器３０２ｃ、送受信器３０２ｄ、アンテナ３０２ｅを含み、所望の場合には他のシステム３０２ｆを含む。プロセッサ３０２ａは、メモリデバイス３０２ｂに機能的に接続されているか、あるいはこれと統合されている。プロセッサ３０２ａは、命令（例えばソフトウェア）、及び、メモリデバイス３０２ｂ（例えばハードドライブ、フラッシュメモリなど）に格納された１つ以上のデータベースに少なくとも部分的に基づいて、１つ以上の動作を実行するように構成される。アナログ／デジタル変換器３０２ｃは、様々なセンサからのセンサ入力（アナログ）を、プロセッサ３０２ａによって処理するための形式（デジタル）に変換する。
【００５３】
制御システム３０２は、例えば、アンテナ３０２ｅと接続された無線送受信器３０２ｄをさらに含むことにより、材料検査システム２００と遠隔ユーザデバイス３１２（例えば、スマートフォン、タブレット、及び、ラップトップコンピュータなどのポータブル電子デバイス）あるいは他の制御部（例えばオフィス）との間で、データを伝達する。例えば、材料検査システム２００は、ネットワーク３１０を介して、遠隔ユーザデバイス３１２とデータ（処理データ、未処理データなど）を通信する。ある種の態様において、無線送受信器３０２ｄは、例えば、ブルートゥース（例えば２．４〜２．４８５ＧＨｚの産業、科学、医療用（ＩＳＭ）帯域の短波長超高周波（ＵＨＦ）電波）、近距離通信（ＮＦＣ）、Ｗｉ−Ｆｉ（例えば、ＩＥＥＥ（Institute of Electrical and Electronics Engineers）８０２．１１規格）などの１つ以上の無線規格を用いて通信するように構成される。遠隔ユーザデバイス３１２は、材料検査システム２００の監視及び／又は制御を行うことができる。図示のように、遠隔ユーザデバイス３１２を用いて、直接あるいはネットワーク３１０を介してトラッキングシステム３１８にアクセスすることができ、これにより過去データベース３２０にアクセスすることができる。上述したように、トラッキングシステム３１８を用いて材料検査システム２００からデータを収集することにより、過去の品質データの過去データベース３２０を作成することができる。例えば、トラッキングシステム３１８は、繰り出し段階中に複合材料の評価特性を記録することができ、これを用いて欠陥のある部品を即座に廃棄したり、あるいは、将来的に発見される欠陥のあるアセンブリの調査に用いたりすることができる。トラッキングシステム３１８は、コンピュータによって実現することができ、製造施設内の他のコンピュータとネットワーク接続することができる。
【００５４】
制御システム３０２は、他の所望のサービス及びシステムをさらに含んでいてもよい。例えば、制御システム３０２は、パルサーなどの内蔵型又は外部型の送信トランスデューサ励起機構、及び、受信機増幅器などの受信トランスデューサ増幅機構を備えていてもよい。構造体の物理的特性、組織、及び、微細構造を判定するためのさらなる技術は、Mahesh C. Bhardwajらによる米国特許第７，９３８，００６号「Non-Contact Ultrasound Materials Systems And Measurement Techniques」に記載されている。
【００５５】
大型の材料スプール１１４のスキャン時間は、１回の測定を行う速度、点から点にセンサを移動させるのに要する時間、及び、求められるスキャン解像度に依存する。例えば、材料検査システム２００は、５Ｈｚの制御帯域幅で物理的に動作することができ、すなわち、この場合、各スキャン位置は、材料及びセンサを物理的に移動させるのに０．２秒を要することになる。また、測定は、３３Ｈｚ、すなわち０．０３秒で行われることになる。この測定時間は、既存の電磁サーボアクチュエータに基づいている。
【００５６】
別の概念として、作業エリア１０４上の複合材料シートのセクションを意図的に接触させるものがあり、これは、破壊材料検査において用いられる。耐空性及び顧客の承認に影響を与えるのを避けるためには、センサが材料と接触するエリアを避けるように、切断経路を計画すればよい。この方法の利点は、接触型の超音波センサよりも一般的にずっと高価である非接触超音波センサの必要性が無くなることである。この手法でも、スキャニング時間について同様の性能が達成されるであろう。
【００５７】
別の態様において、切断後に複合構造体の重量を測定することによって、欠陥を特定してもよい。例えば、各複合構造体を、切断機１００から離れた際に、重量測定する。測定された重量を、例えば、複合構造体の体積及び密度に基づいて算出した予測値（すなわち重量）と比較する。すなわち、予測外の質量を有する複合構造体は、適切な量のプリプレグ材料を有していないことになる。この手法の利点として、手作業（技術者一人あたりの測定速度が約３回／分）による実行は、大きな費用をかけずに導入できることがある。この手法が有益なようであれば、このプロセスのさらなる効率化を進めることができる。
【００５８】
図４は、本開示の実施例による、材料を検査して事前に計画した切断を変更する方法４００を示している。方法４００は、図３の制御システム３０２によって実行することができる。図４は、図５〜図９と関連させて説明される。図５は、本開示の実施例による、欠陥が無いかどうかプリプレグ材料がスキャンされる前の、当初の切断テンプレート５００を示している。方法４００では、まず、４０２において、ターゲットファイルを特定して開く。例えば、所望の切断経路を、独自仕様でないかあるいは暗号化されていない言語又はファイル構造に、組み込むことができる。非限定的な例として、共通言語は、２Ｄ図面交換フォーマット（ＤＸＦ:drawing exchange format）であり、これは、商用のコンピュータ支援設計（ＣＡＤ）用のオープンで相互運用可能な言語である。次に、２Ｄ  ＤＸＦファイルを分析することにより、切断される構造体から、認識される形状及び組み込み描画ユニットなどの１つ以上のエンティティを特定する。図５を参照すると、切断テンプレート５００は、プリプレグ材料５０２から切り出される９個の形状を含む。９個の形状は、正方形５０４、第１円５０６、第２円５０８、第３円５１０、第４円５１２、第１三角形５１４、第２三角形５１６、Ｌ字形５１８、及び、角丸長方形５２０を含む。これは、単に、非限定的な例であり、プリプレグ材料５０２は、任意の種類又は数の形状又はパターンで切断することができる。
【００５９】
方法４００では、さらに、４０４において、スキャナによって発見された欠陥に基づいて「排除領域」を作成する。上述したように、スキャナは、例えば超音波エミッタ１２４ａであり、部品を切断する前に複合材料シート１１０の領域をスキャンする。超音波エミッタ１２４ａなどの当該スキャナは、上述したように、様々な構成で配置することができる。いくつかの実施例では、これに代えて及び／又は加えて、当技術分野において知られているような、別の種類の非破壊検査及び／又は破壊検査技術を用いることもできる。また、スキャナは、接触及び／又は非接触の検査法を用いることができる。例えば、スキャナは、渦電流探傷試験、磁気探傷試験、浸透探傷試験（penetrant testing）又は液体浸透探傷試験(liquid penetrant testing）を含む接触検査法を用いることができる。また、スキャナは、超音波透過（through transmission ultrasonic）、ラジオグラフィー、サーモグラフィー、赤外線検査、ホログラフィー、シェアログラフィー、又は、目視検査を含む非接触検査法を用いることもできる。
【００６０】
プリプレグ材料における、欠陥を含む１つ以上の領域をスキャナが検出すると、特定された欠陥領域が最終材に含まれないように、排除領域を作成することができる。図６を参照すると、スキャナによって、図５のプリプレグ材料５０２内に欠陥６０２が検出されている。検出された欠陥６０２に基づいて、図７に示すように、第１境界線７０４及び第２境界線７０６によって両側が区画された、欠陥６０２を囲む排除領域７０２が決定される。図７に示す例では、排除領域７０２は、第１三角形５１４、第２三角形５１６、及び、Ｌ字形５１８に直接影響する。これらの形状の少なくとも一部が、排除領域７０２内に位置しているためである。また、例えば角丸長方形５２０などの、排除領域７０２の右側、例えば下流に位置する形状も、間接的に影響を受ける。従って、排除領域７０２によるこれらの形状への影響を解消するため、第１三角形５１４、第２三角形５１６、Ｌ字形５１８、及び、角丸長方形５２０の計画上の切断位置を、ＤＸＦファイル内で修正し、これらのオブジェクトを排除領域７０２の第２境界線７０６を超えた下流側にシフトさせる。
【００６１】
方法４００では、さらに、４０６において、エンティティの座標及び種類をファイルから抽出する。図８を参照すると、排除領域７０２を画定する座標が、ＤＸＦファイル内で特定される。第１境界線７０４及び第２境界線７０６を、検出された欠陥６０２の周囲に定めることにより、この領域内で切断が行われるのを防止することができる。図８に示すように、第１境界線７０４及び第２境界線７０６は、プリプレグ材料５０２の幅全体に延びるように、欠陥６０２の周囲に定められる。第１境界線７０４及び第２境界線７０６が決定されると、欠陥領域７０２によって影響を受ける形状が、下流側に移動するように修正される。これにより、第１三角形５１４は、第１三角形８０２になり、第２三角形５１６は、第２三角形８０４になり、Ｌ字形５１８は、Ｌ字形８０６になり、角丸長方形５２０は、角丸長方形８０８になり、これらは其々、第２境界線７０６の下流側に移動したものである。プリプレグ材料５０２の幅全体に延びる境界線を確立することによって、切断される他のパターンが欠陥６０２による影響を受ける可能性を低減することができる。また、移動されたパターンは、元のＤＸＦファイル内で設定されたのと同じ向きを、維持することができる。
【００６２】
実施例によっては、排除領域内に含まれて切断に用いることができないプリプレグ材料５０２の量を、最小限にすることが望ましい場合もある。図９は、欠陥エリアを最小限にしたテンプレート９００を示している。本実施例では、欠陥６０２の周囲の排除領域９０２は、欠陥６０２のみを包囲し、プリプレグ材料５０２の幅全体には伸びないように決定されている。この実施例では、排除領域９０２の周りのエリアが使用可能であるため、残りの形状の向きを最初のテンプレートから変更することにより、この新たに使用可能となったスペースを使用することができる。図９に示すように、第１三角形９０４（元は第１三角形５１５）及び第２三角形９０８（元は三角形５１６）の向きを変えることにより、排除領域９０２の上方と下方に其々位置する部分を設けている。Ｌ字形９０６（元はＬ字形５１８）及び角丸長方形９１０（元は角丸長方形５２０）も、プリプレグ材料５０２において向きが変更されている。
【００６３】
方法４００では、さらに、４０８において、描画オブジェクトを再構築する。図８に戻ると、第１三角形８０２、第２三角形８０４、Ｌ字形８０６、及び、角丸長方形８０８の計画上の切断は、排除領域７０２の境界線７０４、７０６に基づいて、右側（例えばスキャナの下流側）にシフトされる。いくつかの実施例では、第１三角形８０２、第２三角形８０４、Ｌ字形８０６、及び、角丸長方形８０８のすべてが、同じ量だけ右側にシフトされて、ＤＸＦファイルにおける元のレイアウトが維持される。図９に示すように排除領域９０２が最小化された実施例では、これらの形状の向きを変えることにより、欠陥６０２を避けつつもプリプレグ材料５０２を最大限に使用する。
【００６４】
方法４００では、さらに、４１２において、修正されたファイルを保存する。修正後のレイアウトが承認されると、当該修正後のレイアウトを、変更後のＤＸＦファイルに保存することができる。
【００６５】
システムとしては、本発明は、入ってくる材料を、欠陥が無いかどうかスキャンして、最終部品の品質に影響を与える可能性のある領域を常時監視する。本明細書に記載のソフトウェアは、スキャナ情報を用いて、切り出しを行うべきでない除外エリア、なわち「排除領域」を作成する。次に、抽出されたＣＡＤファイル情報を除外エリアと比較して、重なりを防ぐためにＣＡＤファイルを変更する。得られたファイルは、ＣＡＤファイルを実現するＣＮＣマシンにエクスポートされ、欠陥のある材料は、後の検査のためにそのままにしておく。
【００６６】
雑誌の記事もしくは要約、公開済みもしくは対応する米国もしくは外国の特許出願、発行済み特許もしくは外国特許、あるいはあらゆる他の文献を含め、本明細書に引用したすべての文献は、当該引用文献で提示されたすべてのデータ、表、図、及びテキストを含め、そのすべてが、参照により本明細書に組み込まれる。
【図１】
2020037175.tif 000003
【図２Ａ】
2020037175.tif 000004
【図２Ｂ】
2020037175.tif 000005
【図２Ｃ】
2020037175.tif 000006
【図３】
2020037175.tif 000007
【図４】
2020037175.tif 000008
【図５】
2020037175.tif 000009
【図６】
2020037175.tif 000010
【図７】
2020037175.tif 000011
【図８】
2020037175.tif 000012
【図９】
2020037175.tif 000013
【外国語明細書】
2020037175000001.pdf
2020037175000002.pdf
2020037175000003.pdf
2020037175000004.pdf