(57)【要約】【課題】テープレイアップ機械のサーモグラフィ検査を提供する。【解決手段】テープレイアップの熱検査用のシステム及び方法が提供される。一実施形態は、テープレイアップの検査を実行する方法である。この方法は、テープを積層体の表面上にレイアップするステップ、テープを表面に粘着させるために熱を加えるステップ、及び表面に付着されたテープのサーモグラフィ画像を生成するステップを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ敷設プロセスを制御する方法であって、前記方法は、
表面上にテープをレイアップするステップ（１５０２）と、
前記テープをレイアップすると同時に、ＩＲイメージングを使用して、レイアップされた前記表面ならびに前記レイアップされたテープを検査するステップ（１５０４）と、
許容範囲外の状態について前記ＩＲイメージングを再検討するステップ（１５０６）と、
許容範囲外の状態が検出された場合、前記テープのレイアップを停止するステップ（１５０８）と
を含む方法。
【請求項２】
前記ＩＲイメージングを介して取得されたサーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、前記方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
約０．６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
領域の温度に基づいて、前記領域がテープのレーンを表すか、又は前記表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
約０．６℃から約２８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記テープの方向を決定するステップと、
前記テープの各レーンについて、前記方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
前記テープの各レーンについて、前記表面の対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、前記ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
前記サーモグラフィ画像内に描かれている前記境界の座標を決定するステップと、
前記赤外線カメラの前記位置及び前記対応する境界の前記座標に基づいて、前記箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記テープの温度よりも高く前記表面の温度を上昇させることによって熱を加えるステップ、又は
熱を加えるステップが、前記表面の温度よりも高く前記テープの温度を上昇させるステップ
をさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
プロセッサによって実行される場合、請求項１から７のいずれか一項に記載のテープ敷設プロセスを制御する方法を実行するように作動可能であるプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体。
【請求項９】
テープレイアップ機械（１３０）のヘッド（１４０）であって、
テープのレーンを積層体（１５０）の表面（１５６）上にレイアップするテープディスペンサ（１４３）と、
前記テープのレーンを前記表面に粘着させるために熱を加えるヒータ（１４４）と
を備えるヘッド（１４０）と、
前記テープがレイアップされる前記表面ならびに前記積層体に付着された前記テープのレーンのサーモグラフィ画像を生成する赤外線カメラ（１４５）と、
コントローラー（１１２）であって、前記テープのレイアップ中に、
前記サーモグラフィ画像に基づいて、前記テープがレイアップされる前記表面、ならびに前記積層体に付着された前記テープのレーンの前記表面を検査し、
許容範囲外の状態について前記サーモグラフィ画像を再検討し、
許容範囲外の状態が検出された場合、前記テープのレイアップを停止する
よう構成されたコントローラー（１１２）と
を備える、テープレイアップシステム。
【請求項１０】
前記赤外線カメラによって取得された前記サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、前記コントローラーが、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別し、
約０．６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てる
ようにさらに構成されている、
請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラーが、領域の温度に基づいて、前記領域がテープのレーンを表すのか、又は前記表面を表すのかを決定するようにさらに構成され、かつ／又は約０．６℃から約２８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが異なる領域に割り当てられる、請求項９又は１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラーが、
前記テープの方向を決定するよう構成され、
前記テープの各レーンについて、前記方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別し、
前記テープの各レーンについて、前記表面の対応する境界の箇所を決定し、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
前記サーモグラフィ画像内に描かれている前記境界の座標を決定するステップと、
前記赤外線カメラの前記位置及び前記対応する境界の前記座標に基づいて、前記箇所を決定するステップと
を含む、
ようにさらに構成されている、請求項９から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ヒータが、前記テープの温度よりも高く前記表面の温度を上昇させることによって熱を加えるように構成されている、又は熱を加えることが、前記表面の温度よりも高く前記テープの温度を上昇させることを含む、請求項９から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記テープレイアップ機械が、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択される、請求項９から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
請求項１から７のいずれか一項に記載の方法に従って、及び／又は請求項９から１４のいずれか一項に記載のシステムを使用して組み立てられた航空機の一部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、成形加工の分野に関し、特に、複数のテープ層を含む積層体を生成するテープレイアップ機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
構成材料（例えば、炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ））の多層積層体は、複合部品に硬化するための任意の様々な形状に形成され得る。複合部品の製造を容易にするために、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械又は自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械などのテープレイアップ機械が使用され得る。例えば、テープレイアップ機械は、積層体を形成する構成材料のトウの１つ又は複数の層をレイアップし、次いで積層体を硬化（例えば、硬化又は圧密化）して複合部品を形成することができる。
【０００３】
テープレイアップ機械の作動は、テープレイアップ機械の動きを命令する数値制御（ＮＣ）プログラムによって命令される。テープレイアップ機械は、単一コースで積層体上に複数のトウを一度に分配することができ（例えば、積層体を横切る単一の「走行」）、テープレイアップ機械は、ＮＣプログラムからの命令に応答してコース内の異なる箇所の内部でテープの個々のレーンを開始又は終了することができる。
【０００４】
テープレイアップ機械によって生成される最終の積層体は、いつも制御可能であるとは限らないという理由で、ＮＣプログラムで意図されているものと異なる可能性がある。例えば、機械の目盛補正が必要であることに起因して、テープのレーンが意図した箇所からある程度の距離で離れて配置される可能性があり、異物が積層体に落下する可能性があり、積層プロセスにおける不整合に起因して、テープのレーン内でねじれ又は折り目などの製造の不整合が発生する可能性がある。テープのレーンは同じ材料で作られており、したがって同じ色（例えば、黒）であるため、レイアップ中にこれらの状態を視覚的に検出することは困難である。さらに、硬化前の積層体の人間による検査により、追加の異物（例えば、糸くずなど）が積層体に付着する可能性がある。さらに、現在の検査技術では、レイダウンプロセスのコース検査によるリアルタイムコースが可能ではない。上記の問題は、繊維強化されていないテープから作製された積層体、及び複合部品に硬化できない積層体にも当てはまる。上記のすべての条件を検出することが望ましく、レイアップの一部が許容範囲外になる状態を検出することが特に望ましい。
【０００５】
積層体を硬化した後、超音波技術を使用して複合部品の検査を実行することは可能である。しかし、複合部品内の許容範囲外の状態が、望ましいレベルを下回る品質レベルを示している場合、複合部品全体を再加工又は廃棄する必要がある可能性がある。航空機の翼などの大型複合部品の場合、単一の再加工又は廃棄された複合部品は、資源、時間、及び労力の大幅な浪費につながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、上記に考察する少なくともいくつかの課題、ならびに他の起こり得る課題を考慮に入れる方法及び装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書に記載の実施形態は、テープレイアップ機械のヘッドに取り付けられたサーモグラフィ検査システムを含む。これらの検査システムは、赤外線カメラを使用して、ヘッドによって付着されたテープのレーンの熱画像を取得する。積層体の異なる部分は、それらが下にある積層体、異物、又は下にある積層体の上に付着されたテープのレーンであるかどうかに応じて、異なる温度を示す。例えば、ヘッドのヒータは、下にある積層体又はテープのレーンのいずれかを加熱することにより、下にある積層体とテープのレーンの間に検出可能な温度差を生成することができる。さらなる例では、ヒータは、積層体及び積層体上の異物の両方を加熱することができる。しかし、積層体及び異物は異なる熱特性を有するので、異物は下にある積層体とは異なって、加熱に対して応答し、その結果、検出可能な温度差が生じる。これらの差は、レイアッププロセス中に取得された熱画像を再検討することによって検出される。したがって、テープレイアップ機械のヘッドに取り付けられた赤外線カメラからの熱画像を分析することにより、積層体の品質に影響を与える形態の箇所及び性質を確実に検出し、報告することができる。一実施形態は、テープレイアップの検査を実行する方法である。この方法は、テープを積層体の表面上にレイアップするステップ、テープを表面に粘着させるために熱を加えるステップ、及び表面に付着されたテープのサーモグラフィ画像を生成するステップを含む。
【０００８】
別の実施形態は、付着されたテープ境界を決定する方法である。この方法は、テープのレーンを積層体の表面上にレイアップするステップと、積層体の表面にテープのレーンを粘着させるために熱を加えるステップと、積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成するステップと、テープのレーンを識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析するステップと、サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告するステップとを含む。
【０００９】
別の実施形態は、プロセッサによって実行される場合、テープレイアップ検査を実施する方法を実行するように作動可能であるプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体である。この方法は、テープのレーンを積層体の表面上にレイアップするステップと、積層体の表面にテープのレーンを粘着させるために熱を加えるステップと、積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成するステップと、テープのレーンを識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析するステップと、サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告するステップとを含む。
【００１０】
やはり別の実施形態は、テープレイアップ端部検出システムである。このシステムには、テープレイアップ機械のヘッドが含まれる。ヘッドは、積層体の表面上にテープのレーンをレイアップするテープディスペンサと、テープのレーンを表面に粘着させるために熱を加えるヒータと、積層体に付着されるテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成するテープディスペンサの下流に配置された赤外線カメラとを含む。システムは、テープのレーンを識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析し、サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告するコントローラーもまた含む。
【００１１】
やはり別の実施形態は、テープ敷設プロセスを制御する方法である。この方法は、表面上にテープをレイアップするステップと、テープをレイアップすると同時に、ＩＲイメージングを使用して、レイアップされた表面ならびにレイアップされたテープを検査するステップと、許容範囲外の状態についてＩＲイメージングを再検討するステップと、許容範囲外の状態が検出された場合、テープ敷設を停止するステップとを含む。
【００１２】
やはり別の実施形態は、テープ敷設プロセス中に許容範囲外の不整合を検出する方法である。この方法は、テープが付着される表面を加熱するステップと、表面のＩＲ画像を取得するステップと、許容範囲外の不整合がＩＲ画像に描かれていることを決定するステップとを含む。
【００１３】
やはり別の実施形態は、複合表面を検査する方法である。この方法は、加熱された表面上に温度差を生成するステップと、表面上の温度差を検出するステップと、温度差に基づいて、許容範囲外の不整合が存在することを決定するステップとを含む。
【００１４】
やはり別の実施形態は、複合構造を生成する方法である。この方法は、積層体が敷設される表面をＩＲイメージングで検査するステップと、許容範囲外の状態についてＩＲイメージングを再検討するステップと、許容範囲外の状態に到達する前にテープのレイアップを停止するステップとを含む。
【００１５】
やはり別の実施形態は、積層体にテープのレーンをレイアップするステップと、テープのレーンを熱的に画像化するためにＩＲカメラを操作するステップと、テープのレーンの端部を識別するために熱画像を再検討するステップと、テープのレーンの端部が許容範囲外にあるかどうかを決定するステップと、処分のために許容範囲外のテープのレーンを報告するステップとを含む方法である。
【００１６】
他の例示的な実施形態（例えば、前述の実施形態に関連する方法及びコンピュータ可読媒体）は、以下で説明され得る。考察された形態、機能及び利点が、様々な実施形態において独立して達成可能であり、又はさらに他の実施形態に組み合わせ可能であり、その追加の詳細は、以下の説明及び図面に関連して理解され得る。
【００１７】
本開示は、次の項も含む：
１．テープレイアップの検査を実行する方法であって、方法は、
積層体の表面上にテープをレイアップするステップ（２０２）と、
テープを表面に粘着させるために熱を加えるステップ（２０４）と
表面に付着されたテープのサーモグラフィ画像を生成するステップ（２０６）と
を含む方法。
２．周囲と熱的に異なる積層体の形態を識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析するステップ（２０８）
をさらに含む、項１に記載の方法。
３．形態のサイズ、形態の形状、又は形態とその周囲との温度差の少なくとも１つに基づいて、形態を分類するステップ（２１０）
をさらに含む、項１又は２に記載の方法。
４．形態が許容範囲外であるかどうかを決定するステップ（２１２）と、形態が許容範囲外にある場合は再検討のために形態を報告するステップと
をさらに含む、項２又は３に記載の方法。
５．サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
０．５６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、項１から４のいずれか一項に記載の方法。
６．０．５６℃から２７．７８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項５に記載の方法。
７．サーモグラフィ画像が生成された時点で赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている形態の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び形態の座標に基づいて、積層体の箇所を決定するステップと
によって、形態の箇所を決定する、
項２から６のいずれか一項に記載の方法。
８．熱を加えるステップが、テープの温度よりも高く積層体の温度を上昇させるステップを含む、
項１から７のいずれか一項に記載の方法。
９．熱を加えるステップが、テープの圧縮ローラーの上流に配置されたヒータを介して、積層体の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップを含む、
項１から７のいずれか一項に記載の方法。
１０．テープをレイアップするステップが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によって実施される、
項１から９のいずれか一項に記載の方法。
１１．付着されたテープ境界を決定する方法であって、
テープのレーンを積層体の表面上にレイアップするステップ（２０２）と、
積層体の表面にテープのレーンを粘着させるために熱を加えるステップ（２０４）と、
積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成するステップ（２０６）と、
テープのレーンを識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析するステップ（８０２）と、
サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告するステップ（８１０）と
を含む方法。
１２．サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
０．５６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、項１１に記載の方法。
１３．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は積層体の表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項１１又は１２に記載の方法。
１４．０．５６℃から２７．７８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項１２又は１３に記載の方法。
１５．テープのレーンの方向を決定するステップ（８０４）と、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップ（８０６）と、
テープの各レーンについて、積層体の対応する境界の箇所を決定するステップ（８０８）であって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップ（８０８）と
をさらに含む、項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
１６．熱を加えるステップが、テープの温度よりも高く積層体の温度を上昇させるステップを含み、又は
熱を加えるステップが、積層体の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップを含む、
項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
１７．テープをレイアップするステップが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によって実施される、
項１１から１６のいずれか一項に記載の方法。
１８．プロセッサによって実行される場合、テープレイアップ検査を実行するための方法を実行するように動作可能なプログラムされた命令を具現化する非一時的なコンピュータ可読媒体であって、その方法が、
テープのレーンを積層体の表面上にレイアップすること（２０２）と、
積層体の表面にテープのレーンを粘着させるために熱を加えること（２０４）と、
積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成すること（２０６）と、
テープのレーンを識別するためにサーモグラフィ画像内の対比を分析すること（８０２）と、
サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告すること（８１０）と
を含む、非一時的なコンピュータ可読媒体。
１９．サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別することと、
０．５６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てることと
をさらに含む項１８に記載の媒体。
２０．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は積層体の表面を表すかを決定すること
をさらに含む、項１８又は１９に記載の媒体。
２１．０．５６℃から２７．７８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項１９又は２０に記載の媒体。
２２．テープのレーンの方向を決定すること（８０４）と、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別すること（８０６）と、
テープの各レーンについて、積層体の対応する境界の箇所を決定すること（８０８）であって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、赤外線カメラの位置を決定することと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定することと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定することと
を含む、決定すること（８０８）と
をさらに含む、項１８から２１のいずれか一項に記載の媒体。
２３．熱を加えることが、テープの温度よりも高く積層体の温度を上昇させることを含み、又は
熱を加えることが、積層体の温度よりも高くテープの温度を上昇させることを含む、
項１８から２２のいずれか一項に記載の媒体。
２４．テープをレイアップすることが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によって実施される、
項１８から２３のいずれか一項に記載の媒体。
２５．テープレイアップ端部検出システムであって、
テープレイアップ機械（１３０）のヘッド（１４０）であって
テープのレーンを積層体（１５０）の表面（１５６）にレイアップするテープディスペンサ（１４３）と、
テープのレーンを表面に粘着させるために熱を加えるヒータ（１４４）と、
積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を生成する、テープディスペンサの下流に配置された赤外線カメラ（１４５）と
を備えるヘッド（１４０）と、
テープのレーンを識別するために、サーモグラフィ画像内の対比を分析し、サーモグラフィ画像に描かれた境界に基づいて、テープのレーンの端部の箇所を報告するコントローラー（１１２）と
を備えるテープレイアップ端部検出システム。
２６．サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、
コントローラーが、隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別し、０．５６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てる、
項２５に記載のシステム。
２７．０．５６℃から２７．７８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項２６に記載のシステム。
２８．コントローラーがテープのレーンの方向をさらに決定し、テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別し、
テープの各レーンについて、コントローラーが、サーモグラフィ画像が生成された時点で、赤外線カメラの位置を決定することと、サーモグラフィ画像内に描かれている対応する境界の座標を決定することと、赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定することとによって、積層体の対応する境界の箇所を決定する、
項２５から２７のいずれか一項に記載のシステム。
２９．ヒータがテープディスペンサの上流に配置されているか、又は、
ヒータがテープディスペンサの下流に配置されているか、又は
ヒータ（１４４）がテープディスペンサの下流に配置され、かつヒータ（１４４）がテープディスペンサの上流に配置されている、
項２５から２８のいずれか一項に記載のシステム。
３０．テープレイアップ機械が、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択される、
項２５から２９のいずれか一項に記載のシステム。
３１．テープ敷設プロセスを制御する方法であって、方法は、
表面上にテープをレイアップするステップ（１５０２）と、
テープをレイアップすると同時に、ＩＲイメージングを使用して、レイアップされた表面ならびにレイアップされたテープを検査するステップ（１５０４）と、
許容範囲外の状態についてＩＲイメージングを再検討するステップ（１５０６）と、
許容範囲外の状態が検出された場合、テープ敷設を停止するステップ（１５０８）と
を含む方法。
３２．ＩＲイメージングを介して取得されたサーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
０．５６℃（華氏１度）を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、
項３１に記載の方法。
３３．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項３２に記載の方法。
３４．０．５６℃から２７．７８℃（華氏１度から５０度）の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項３２又は３３に記載の方法。
３５．テープの方向を決定するステップと、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
テープの各レーンについて、表面の対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、項３１から３４のいずれか一項に記載の方法。
３６．表面の温度をテープの温度よりも高く上昇させることにより熱を加えるステップ、又は
熱を加えるステップが、表面の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップ
をさらに含む、項３１から３５のいずれか一項に記載の方法。
３７．テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
項３１から３６のいずれか一項に記載の方法。
３８．前述の項１から１７、３１から３７、３９から６４のいずれか一項に記載の方法に従って組み立てられた航空機の一部。
３９．テープ敷設プロセス中に許容範囲外の不整合を検出する方法であって、方法は、
テープが付着される表面を加熱するステップ（１６０２）と、
表面のＩＲ画像を取得するステップ（１６０４）と、
許容範囲外の不整合がＩＲ画像に描かれていることを決定するステップ（１６０６）と
を含む方法。
４０．ＩＲ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
華氏１度を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む
項３９に記載の方法。
４１．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項３９又は４０に記載の方法。
４２．華氏１度から５０度の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項４０又は４１に記載の方法。
４３．テープの方向を決定するステップと、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
テープの各レーンについて、対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、項４０から４２のいずれか一項に記載の方法。
４４．加熱するステップが、テープの温度よりも高く表面の温度を上昇させるステップ、又は表面の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップを含む、
項３９から４３のいずれか一項に記載の方法。
４５．テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
項３９から４４のいずれか一項に記載の方法。
４６．加熱された表面に温度差を作成するステップ（１７０２）と、
表面上の温度差を検出するステップ（１７０４）と、
温度差に基づいて、許容範囲外の不整合が存在することを決定するステップ（１７０６）と
を含む、複合表面を検査する方法。
４７．温度差を検出するステップが、サーモグラフィ画像を取得するステップを含み、サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応し、方法は、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
華氏１度を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、
項４６に記載の方法。
４８．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項４６又は４７に記載の方法。
４９．華氏１度から５０度の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項４７又は４８に記載の方法。
５０．テープの方向を決定するステップと、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
テープの各レーンについて、積層体の対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、項４７から４９のいずれか一項に記載の方法。
５１．温度差を生成するステップが、テープの温度よりも高く表面の温度を上昇させるステップを含む、
項４７から５０のいずれか一項に記載の方法。
５２．温度差を生成するステップが、表面の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップを含む、項５１に記載の方法。
５３．テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
項４７から５２のいずれか一項に記載の方法。
５４．積層体が敷設される表面をＩＲイメージングで検査するステップ（１８０２）と、
許容範囲外の状態についてＩＲイメージングを再検討するステップ（１８０４）と、
許容範囲外の状態に到達する前にテープのレイアップを停止するステップ（１８０６）と
を含む、複合構造を作成する方法。
５５．サーモグラフィ画像を取得することによって温度差を検出するステップであって、サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応するステップと、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
華氏１度を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、項５４に記載の方法。
５６．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項５４又は５５に記載の方法。
５７．華氏１度から５０度の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項５５又は５６に記載の方法。
５８．テープの方向を決定するステップと、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
テープの各レーンについて、積層体の対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、項５４から５７のいずれか一項に記載の方法。
５９．テープの温度よりも高く表面の温度を上昇させるステップによって温度差を生成するステップ、又は表面の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップによって温度差を生成するステップを含む、
項５４から５８のいずれか一項に記載の方法。
６０．テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
項５４から５９のいずれか一項に記載の方法。
６１．積層体にテープのレーンをレイアップするステップ（１９０２）と、
テープのレーンを熱的に画像化するためにＩＲカメラを操作するステップ（１９０４）と、
テープのレーンの端部を識別するために熱画像を再検討するステップ（１９０６）と、
テープのレーンの端部が許容範囲外であるかどうかを決定するステップ（１９０８）と、
処分のために許容範囲外のテープのレーンを報告するステップ（１９１０）と
を含む方法。
６２．サーモグラフィ画像を取得することによって温度差を検出するステップであって、サーモグラフィ画像内のピクセル値が温度に対応するステップと、
隣接するピクセルの値の差に基づいて、温度が異なる領域を識別するステップと、
華氏１度を超える温度差がある隣接するピクセルを異なる領域に割り当てるステップと
をさらに含む、項６１に記載の方法。
６３．領域の温度に基づいて、領域がテープのレーンを表すか、又は表面を表すかを決定するステップ
をさらに含む、項６１又は６２に記載の方法。
６４．華氏１度から５０度の温度差がある隣接するピクセルが、異なる領域に割り当てられる、
項６２又は６３に記載の方法。
６５．テープの方向を決定するステップと、
テープの各レーンについて、その方向に進む場合、温度が閾値を超えて変化する境界を識別するステップと、
テープの各レーンについて、積層体の対応する境界の箇所を決定するステップであって、
サーモグラフィ画像が生成された時点で、ＩＲイメージングを実行する赤外線カメラの位置を決定するステップと、
サーモグラフィ画像内に描かれている境界の座標を決定するステップと、
赤外線カメラの位置及び対応する境界の座標に基づいて、箇所を決定するステップと
を含むステップと
をさらに含む、項６１から６４のいずれか一項に記載の方法。
６６．テープの温度よりも高く表面の温度を上昇させるステップによって、温度差を生成するステップである、
項６１から６５のいずれか一項に記載の方法。
６７．表面の温度よりも高くテープの温度を上昇させるステップによって、温度差を生成するステップ
をさらに含む、項６１から６６のいずれか一項に記載の方法。
６８．テープが、自動ファイバ配置（ＡＦＰ）機械及び自動テープレイアップ（ＡＴＬ）機械から成るグループから選択されたテープレイアップ機械によってレイアップされる、
項６１から６７のいずれか一項に記載の方法。
６９．前述の項６１から６８のいずれか一項に記載の方法に従って組み立てられた航空機の一部。
【００１８】
ここで、本開示のいくつかの実施形態が、単なる例として、添付の図面を参照して説明される。同じ参照符号は、すべての図面で同じ要素又は同じタイプの要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】例示的な実施形態におけるテープレイアップ検査システムのブロック図である。
【図２】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ画像に基づいて、積層体のレイアップ内に見られる形態を検出及び分類する方法を示すフローチャートである。
【図３】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械を示す図である。
【図４】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械によってレイアップされたコースの上面図である。
【図５Ａ】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械のヘッドの側面図である。
【図５Ｂ】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械のヘッドの側面図である。
【図６】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械のヘッドの側面図である。
【図７】例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械のヘッドの側面図である。
【図８】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ画像に基づいてテープのレーンの端部の箇所を決定する方法を示すフローチャートである。
【図９】例示的な実施形態におけるテープのレーンの端部を含むコースの一部のサーモグラフィ画像である。
【図１０】例示的な実施形態におけるレイアップ不整合を検出する方法を示すフローチャートである。
【図１１】例示的な実施形態におけるレイアップ不整合を含むコースの一部のサーモグラフィ画像である。
【図１２】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ画像に基づいて破片の箇所を決定する方法を示すフローチャートである。
【図１３】例示的な実施形態における破片を含むコースの一部のサーモグラフィ画像である。
【図１４】例示的な実施形態において画像座標を物理的箇所と相関させる方法を示すフローチャートである。
【図１５】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図１６】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図１７】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図１８】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図１９Ａ】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図１９Ｂ】例示的な実施形態におけるサーモグラフィ検査に関する追加の方法を示す図である。
【図２０】例示的な実施形態における航空機の製造及び保守点検方法のフロー図である。
【図２１】例示的な実施形態における航空機のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図面及び以下の説明は、本開示の特定の例示的な実施形態を提供する。したがって、当業者は、本明細書で明示的に説明又は示されていないが、本開示の原理を具現化し、本開示の範囲内に含まれる様々な構成を考案できることを理解されたい。さらに、本明細書で説明される例は、本開示の原理の理解を支援することを意図しており、そのような具体的に列挙された例及び状態に限定されないものと解釈されたい。結果として、本開示は、以下で説明する特定の実施形態又は例に限定されず、特許請求の範囲及びそれらの均等物によって限定される。
【００２１】
本明細書で使用される「テープ」は、繊維強化テープ又はスリットテープトウを含み得る。この開示では、テープ及びトウという用語は、様々な幅の材料のストリップを示すために互換的に使用される。テープは、複合部品に硬化される積層体を含む、様々な積層体の製造に使用され得る。炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）部品などの複合部品は、最初に多層積層体にレイアップされる。積層体の各層内の個々の繊維は、積層体の面内で互いに平行に位置合わせされるが、異なる寸法に沿った、結果として得られる複合材の強度を高めるために、異なる層が異なる繊維配向を示す可能性がある。積層体は、プリフォームを硬化させて複合部品（例えば、航空機で使用するため）にするために固化する粘性樹脂を含むことができる。未硬化の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂に含浸された炭素繊維は、「プリプレグ」と呼ばれる。他のタイプの炭素繊維には、熱硬化性樹脂に含浸されていない「乾燥繊維」が含まれるが、粘着付与剤又はバインダを含むことができる。乾燥繊維は、硬化前に樹脂を注入され得る。熱硬化性樹脂について、硬化は硬化と呼ばれる一方向のプロセスである。熱可塑性樹脂の場合、硬化（又は固化）された樹脂は、再加熱される場合、粘性形態に達する可能性がある。
【００２２】
図１は、例示的な実施形態におけるテープレイアップ検査システム１００のブロック図である。テープレイアップ検査システム１００は、積層体を形成するためにテープをレイアップし、品質管理の目的で積層体を検査するように作動可能な任意のシステム、構成要素、又は装置を備える。テープレイアップ検査システム１００は、品質管理に関連する可能性のある形態を識別するために、テープレイアップ機械のヘッドに取り付けられた熱画像装置を利用するように強化されてきた。
【００２３】
この実施形態では、テープレイアップ検査システム１００は、検査サーバ１１０とテープレイアップ機械１３０とを含む。テープレイアップ機械１３０は、積層体１５０の１つ又は複数の層１５２を形成するテープ１５４のレーン１６０をレイアップするために、ＮＣプログラム１３５に従ってヘッド１４０を作動させる。例えば、テープレイアップ機械１３０のコントローラー１３２は、ヘッド１４０を積層体１５０の様々な箇所に移動させるために、メモリ１３４に格納された命令に基づいてモーター１３８の作動を命令することができる。コントローラー１３２は、追加のテープをヘッド１４０のテープディスペンサ１４３に提供するように、テープリザーブ１３６にさらに命令することができる。コントローラー１３２は、例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサとして、又はそれらの何らかの組み合わせとして実施され得る。
【００２４】
ヘッド１４０は、テープ１５４のレーン１６０を積層体１５０の表面１５６に付着させるテープディスペンサ１４３を含む。ヒータ１４１及び／又はヒータ１４４は、テープ１５４のレーンを積層体１５０に粘着させることを促進する熱を加える。例えば、これらのヒータは、テープ１５４のレーン内の熱可塑性又は熱硬化性樹脂が粘着するか、又は溶融する温度まで積層体１５０（又はテープ１５４のレーン１６０）を加熱することができる。ヒータ１４１及び１４４は、レーザ、赤外線加熱ランプなどを備えることができる。
【００２５】
ヒータ１４１及び１４４が積層体１５０又はテープのレーンのいずれかを加熱する実施形態では、テープ１５４のレーン１６０と積層体１５０との間に、実質的な温度差（例えば、熱硬化性テープについて華氏１〜５０度、熱可塑性テープについて華氏５００〜８００度）が存在する。これは、サーモグラフィ画像（例えば、華氏１度の５分の１の感度をもつ）が、新しく敷設されたテープのレーン１６０と積層体１５０の間に大きな対比を示すことを意味する。
【００２６】
ヒータ１４１及び１４４が、テープ１５４のレーン１６０及び積層体１５０もまた加熱するように作動する実施形態では、同じ熱量にさらされることに応答して、それらが積層体材料とは異なる温度に達し、かつ異なる熱放射率を有するので、異物（異なる材料のタイプから作製されている）は、下にある積層体材料に対して際立つ対比をなすことになる。
【００２７】
ヘッド１４０はまた、圧縮ローラー１４６を含み、これはテープ１５４のレーン１６０に圧力を加え（例えば、レーン１６０が粘着化された後）、それらを積層体１５０に押し付け、それらを積層体１５０内に物理的に一体化する。赤外線（ＩＲ）カメラ１４２及び１４５は、積層体１５０、ならびに積層体１５０に付着されるテープ１５４のレーン１６０を撮像する。サーモグラフィ画像がＩＲカメラ１４２及び１４５によって取得されると、位置センサ１３９はヘッド１４０の箇所を検出する。これにより、サーモグラフィ画像内のピクセルを、積層体１５０の実世界の箇所と相関させることができる。位置センサ１３９は、例えば、レーザ又は視覚追跡システム、テープレイアップ機械１３０内のアクチュエータに取り付けられた回転及び／又は延長センサなどを備えることができる。
【００２８】
レイアップ中にテープレイアップ機械１３０によって生成されたサーモグラフィ画像１１８は、検査サーバ１１０によって処理される。検査サーバ１１０は、メモリ１１４に格納されたサーモグラフィ画像１１８を分析し、検出機能１２２に基づいてサーモグラフィ画像１１８内の形態を識別及び分類するコントローラー１１２を含む。検出機能１２２は、本明細書で説明される方法の１つ又は複数を実施するための命令も含むことができる。コントローラー１１２はさらに、位置センサ１３９から取得した位置データ１２０に基づいて、積層体１５０上の形態の箇所を決定する。この情報は、報告として、又は再検討のための積層体の注釈付き画像として技術者に渡され得る。コントローラー１１２は、例えば、カスタム回路として、プログラムされた命令を実行するハードウェアプロセッサとして、又はそれらの何らかの組み合わせとして実施され得る。
【００２９】
テープレイアップ検査システム１００の作動の例示的な詳細は、図２に関して考察される。具体的には、図２は、サーモグラフィ画像に基づいて、積層体のレイアップ内で見られる形態を検出及び分類する方法を示す。この実施形態では、テープレイアップ機械１３０は、積層体（例えば、硬化されて複合部品になる積層体）をレイアップするためのＮＣプログラム１３５の命令に従うようにプログラムされていると仮定されたい。さらに、テープレイアップ機械１３０にテープの列（例えば、プリプレグ熱硬化性樹脂又は熱可塑性ＣＦＲＰ）が装填され、積層体の製造を開始する準備ができていると仮定されたい。この目的のために、テープレイアップ機械１３０はヘッド１４０を作動させて、テープのレーンを含む１つ又は複数のコースを分配することにより積層体１５０のベース層をレイアップする。
【００３０】
図２は、例示的な実施形態におけるテープレイアップ検査システムを作動させる方法を示すフローチャートである。方法２００のステップは、図１のテープレイアップ検査システム１００を参照して説明されるが、当業者は、方法２００が他のシステムで実行され得ることを理解するであろう。本明細書で説明されるフローチャートのステップは、すべてを含むわけではなく、図示されていない他のステップを含むことができる。本明細書で説明されるステップは、代替の順序でも実行され得る。
【００３１】
ステップ２０２において、テープレイアップ機械１３０のヘッド１４０は、積層体１５０の表面１５６上にテープ１５４をレイアップする。これは、コース内のテープの複数のレーンを切断及び／又は分配するためのＮＣプログラム１３５の次の命令を含むことができる。これは、新しく分配されたテープのレーンを積層体１５０と物理的に一体化するために圧縮ローラー１４６を作動させるステップをさらに含むことができる。
【００３２】
ステップ２０４では、テープのレーンを積層体１５０の表面に粘着させるために、ヒータ１４１又はヒータ１４４が熱を加える。ステップ２０４は、ステップ２０２と同時に、その前に、又は後にでも実施することができる。したがって、多くの実施形態では、積層体１５０又はレーン１６０は、互いに接触する前に加熱される。テープ１５４がプリプレグ熱硬化性樹脂テープを含む実施形態では、テープのレーンが表面に付着される前に、ヒータ１４１は、周囲温度に関して積層体１５０の表面の温度を変えるために作動され得る。テープ１５４がプリプレグ熱可塑性テープを含む実施形態では、ヒータ１４４は、テープ１５４を加熱する１つ又は複数のレーザを含むことができ、その結果、テープ１５４が付着される前の積層体の表面との温度差が華氏約４００度から８００度（摂氏２２２度から４４４度）になる。いずれの場合でも、ヒータは、テープディスペンサ１４３を出るテープ１５４のレーンと積層体１５０の表面との間に実質的な温度差を生成する。
【００３３】
ステップ２０６において、ＩＲカメラ１４５は、積層体１５０に付着されたテープ１５４のレーン１６０のサーモグラフィ画像１１８を生成する。各サーモグラフィ画像１１８は、コース内のすべてのレーンの一部を描写することができ、サーモグラフィ画像１１８は、コース全体から生じるレイアップを描写するために一体にまとめることができる。レーンは数十フィートに延伸することがあるため、コース内の個々のレーンの特定の開始箇所及び停止箇所を検出するために、複数のサーモグラフィ画像１１８を分析する必要があり得る。したがって、サーモグラフィ画像１１８は、レイアップ中に画像間に範囲のギャップがないことを保証するために、定期的に（例えば、数秒ごとに１回、ヘッド１４０の１０フィートの動きごとに１回など）取得され得る。
【００３４】
ステップ２０８において、コントローラー１１２は、周囲と熱的に異なる積層体１５０の形態を識別するために、サーモグラフィ画像１１８内の対比を分析する。サーモグラフィ画像１１８内の各ピクセルは、温度に対応する値が割り当てられ、範囲外のピクセルで囲まれている（例えば、連続するピクセルのセットとは華氏１度超異なる）、温度範囲内（例えば華氏５０度、華氏１０度など）にある連続するピクセルのセットを識別することにより、熱的に異なる形態が検出され得る。各形態は、関連する温度又は温度範囲、既知の形状、及びピクセルの幅又は数に関して既知のサイズを有することができる。別の実施形態では、画像が分析される前に、縁部検出アルゴリズム（ラプラシアン又は他のフィルタなど）を応用することにより、サーモグラフィ画像を変更することができる。
【００３５】
ステップ２１０において、コントローラー１１２は、形態のサイズ、形態の形状、又は形態とその周囲との温度差の少なくとも１つに基づいて、形態を分類する。例えば、テープ１５４のレーン１６０は、下にある積層体からの温度差の既知の範囲を示すと予想される。これらの範囲は上記で考察されている。ある領域が別の領域に対して予想される温度差の範囲内にある場合、その領域は他の地域よりも熱いか、又は冷たいかに基づいて分類され得る
【００３６】
ステップ２１２において、コントローラー１１２は、許容範囲外の形態（例えば、形態の特性に対して実行されるフィルタリングプロセスによって識別される、大きすぎるなど）を決定する。形態が許容範囲外である場合、コントローラー１１２は、再検討のために許容範囲外の形態を報告する。これらの形態／条件は、積層体１５０の表示に関して図表を用いて、又はテキストレポートで報告され得る。このステップの間、コントローラー１１２は、人間の介入を必要とせずに許容範囲外の形態を自動的に示し、強調表示するために、それらのサイズ及びタイプに基づいて形態にさらにフィルタをかけることができる。
【００３７】
別の例において、丸い境界を示す形態（例えば、液体の水たまり）は、鋭い線形の縁部（例えば、テープのレーンの縁部）を有する形態とは異なるように分類され得る。小さな形態は積層体の破片を示し、一方、大きな形態はコース全体又はテープのレーンを示す場合があるので、サイズもやはりこれらの決定に役割を果たす。
【００３８】
方法２００は、レイアップ形態を識別及び分類するために、色ではなく温度の差を利用するため、従来の検査技術に比べて実質的な利点を提供する。例えば、レイアップ構成要素間に既存の温度差がある可能性が高い（例えば、それらの１つが粘着を促進するために加熱されるので）が、一方、積層体とテープのレーンの間に可視光スペクトルにおける色差がほとんどない可能性が高い。したがって、方法２００により、レイアップ検査技術の信号対雑音比が、従来の技術に比べて桁違いに増加することが可能になる。さらに、熱画像技術はテープレイアップ機械１３０のヘッド１４０と緊密に連結されているため、積層体の手動によるイメージング、又は積層体１５０と他の人間の相互作用の必要はない。これにより、技術者が積層体に異物破片を落としたり、積層体１５０の上を踏んだり、さもなければ人による検査中に意図せずに積層体１５０を変更したりする機会が減る。これにより、特に人間のアクセス／検査を促進するためにテープのレイダウンを停止することに比べて、レイアップ検査が、はるかに高速で実施され、積層体の各層の各コースについてテープレイダウンと同時に行われることが可能である。
【００３９】
図３は、例示的な実施形態における支持体３７０に取り付けられたテープレイアップ機械３００を示す図である。テープレイアップ機械３００は、積層体３５０を形成するテープのレーン３５２をレイアップすることができる（例えば、複合部品に硬化するための）システム又はデバイスを含む。テープレイアップ機械３００は、レイアップ中にテープ（例えばＣＦＲＰ）のレーン３５２を分配するヘッド３８０を含む。レーン３５２はレイアップされて積層体３５０を形成し、積層体３５０は、単一のモノリシック複合部品に硬化される材料の１つ又は複数の層を含む。この実施形態では、積層体３５０は、航空機用のセクションを含み、回転ホルダー３６０によって所定の位置に保持される。
【００４０】
テープレイアップ機械３００がテープのレーン３５２を積層体３５０上にレイアップするように作動するにつれて、テープレイアップ機械３００は、Ｘ軸線３６６に沿って積層体３５０に向かって、若しくは積層体３５０から離れて、Ｙ軸線３６４に沿って垂直に上方へ若しくは下方へ、及び／又はＺ軸線３６２に沿って横方向に直接移動することができる。本明細書で使用されるように、テープレイアップ機械３００がヘッド３８０の単一の「スイープ」中に複数のレーン３５２を同時にレイアップする場合、それらのレーン３５２は集合的に単一の「コース」と呼ばれる。連続して付着される、重複しないコースのセットは、層と呼ぶことができる。積層体３５０に層が追加されるにつれて、結果として得られる複合部品の強度が向上する。
【００４１】
大きな積層体３５０（例えば、胴体のセクション）の材料をレイアップすることは、時間がかかり複雑なプロセスである。レーン３５２が迅速かつ効率的にレイアップされることを保証するために、テープレイアップ機械３００の作動はＮＣプログラムにより制御される。一実施形態では、ＮＣプログラムは、テープレイアップ機械３００を位置合わせ及び再配置するためのコースごとの命令を提供し、個々のトウ／テープの付着、ヘッド３８０の移動、積層体３５０上にレーン３５２をレイアップするステップに到るまでレイアッププロセスを制御する。このようにして、ＮＣプログラムで命令を実行することにより、テープレイアップ機械３００は積層体（例えば、複合部品に硬化するための積層体）を製造する。
【００４２】
図４は、例示的な実施形態におけるテープレイアップ機械によってレイアップされたコース４２０の上面図であり、図３の矢印４に対応する。図４は、積層体４００を示しており、それ自体は、一体に粘着されたテープのレーン（分かりやすくするために図示せず）を含む。ヘッド３８０が積層体４００の表面４３０を横切って移動するにつれて、ヘッド３８０はテープの１つ又は複数のレーン３５２を含むコース４２０を積層体４００上に付着させる。この実施形態では、各コースは８個のトウのレーンを含む。繊維強化積層体の場合、コースの各レーンは同じ繊維方向を示すが、積層体の異なる層の異なるコースは異なる繊維方向を示す可能性がある。
【００４３】
ヘッド３８０に命令するＮＣプログラムは、コース４２０内の各レーン３５２を配置する箇所を示すことができる。しかしながら、積層体４００上に配置されたレーン３５２の実際の端部は異なる可能性がある。したがって、レーン３５３の実際の端部の箇所とレーン３５３の意図された端部の箇所との間に距離Ｄが存在し得る。加えて、レイアップ中又はレイアップ後に破片４４０が積層体上に落下する可能性があり、レイアッププロセス中に１つ又は複数のレイアップ不整合４５０もまた発生する可能性がある。破片４４０は、テープの繊維のピル又はプル（「ファズボール」）、液体（例えば、油又は水）、粒子（例えば、金属の削りくず、プラスチック材料の顆粒など）、及びテープの裏打ちを含み得る。レイアップ不整合４５０は、ねじれたテープ、折り畳まれたテープ、テープのブリッジ、パッカー、しわ、非粘着トウ若しくはその一部、欠落したトウ、二重のトウ、割れた若しくは損傷したトウ、欠落した材料、又はその他状態を含み得る。
【００４４】
サーマルイメージングは、レーンの端部の箇所、異物の箇所、レイアップ不整合の箇所などの様々な形態の態様を定量化するために利用できるため、積層体４００の再加工に費やす時間及び労力が削減される。すなわち、積層体４００の許容範囲外の形態がレイアップ中に直ちに検出されるため、処分する必要があるのはコースの一部のみである。さらに、積層体４００は検査プロセス中に緑色のままで未硬化のままであるため、再構築プロセスは、テープのレーンを直接取り外して積層体に再付着させるという簡単な事柄である。これは、積層体が硬化されて複合部品になった後には不可能である。
【００４５】
図５から図７は、テープレイアップ機械のヘッド３８０の様々な構成の側面図であり、図４の矢印５に対応する。具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、積層体に付着されたテープの熱硬化性レーンを検査するように構成されたヘッドを示し、図６は積層体に付着されたテープの熱可塑性レーンを検査するように構成されたヘッドを示し、図７は破片について積層体を検査するように構成されたヘッドを示す。
【００４６】
図５Ａは、例示的な実施形態において積層体に付着されたテープの熱硬化性レーンを検査するためのヘッド３８０の側面図である。図５Ａに示すように、ヘッド３８０は方向５００に進み、テープのレーン３５２を積層体４００の表面４３０上に圧縮するための圧縮ローラー５２０を含む。ヒータ５３０は、表面４３０が軟化し、粘着性になる温度まで表面４３０の温度を上昇させるために、表面４３０に熱（Δ）を加える（すなわち、既にレイアップされ、新しい層によって覆われようとしている層に対して粘着性を高めるため）。ヒータ５３０は、圧縮ローラー５２０の前にある距離をおいて示されているが、別の実施形態では、ヒータ５３０は圧縮ローラー５２０の直前に配置される。レーン３５２が表面４３０に付着される場合、レーンと下にある（例えば、加熱されていない）積層体との間に温度差が存在する。これにより、圧縮ローラー５２０を追跡する（すなわち、下流に位置する）ＩＲカメラ５１０からのサーモグラフィ画像を再検討する場合、レーン３５２を下にある積層体から区別することができるようになる。図５Ｂは、ヒータ５３２が圧縮ローラー５２０の上流に配置され、テープが圧縮ローラー５２０に到達する前に１つ又は複数のレーン３５２に対してテープを加熱する別の図を示す。
【００４７】
図６は、例示的な実施形態において積層体に付着されたテープの熱可塑性レーンを検査するためのヘッド３８０の側面図である。図６に示すように、ヘッド３８０は方向６００に進み、テープのレーン３５２を積層体４００の表面４３０上に圧縮するための圧縮ローラー６２０を含む。ヒータ６３２は、熱可塑性材料の溶融温度まで、又はそれを超えて温度を上昇させるために、レーン３５２内のテープに標的熱（Δ）を加える。この熱は、レーン３５２のテープが積層体４００上に圧縮される時点で、又はその直前に加えられる。これにより、テープの追加されたレーン又は紛失したレーン、ならびに破片を検出できる。レーン３５２のテープが表面４３０に付着される場合、レーンと下にある積層体との間に温度差が存在する。これにより、圧縮ローラー６２０を追跡するＩＲカメラ６１０からのサーモグラフィ画像を再検討する場合、レーンを下にある積層体から区別することができるようになる。
【００４８】
図７は、例示的な実施形態における破片を検出するために積層体を検査するためのヘッド３８０の側面図である。図７に示すように、ヘッド３８０は方向７００に進み、テープのレーン３５２を積層体４００の表面４３０上に圧縮するための圧縮ローラー７２０を含む。ヘッド３８０はまた、ヒータ７３０及びＩＲカメラ７１０、ならびにヒータ７３２及びＩＲカメラ７１２を含む。ヒータ７３０は、表面４３０の温度を上昇させるために、表面４３０に熱（Δ）を加える。したがって、表面４３０に位置する破片７５０（例えば異物破片（ＦＯＤ）、繊維の丸い塊など）は、ヒータ７３０によって加熱される。破片の下にある熱特性が表面４３０の熱特性と異なる可能性が高いため、又は破片の形状が表面４３０と比較して熱を保持する能力を変える可能性があるため、及び／又は破片の形状が画像分析によって認識され得るため、破片７５０は、ＩＲカメラ７１０によって取得されたサーモグラフィ画像内で検出され得る。
【００４９】
ヘッド３８０は、追加的にヒータ７３２及びＩＲカメラ７１２を含む。ヒータ７３２は、レーン３５２の温度を上昇させる。これは、ＩＲカメラ７１２が破片７６０（例えば、オイルなど、ヘッド３８０から落下する新しい破片）とレーン３５２とをより良く区別するのに役立つ。したがって、１つ又は複数のレーン３５２のテープがレイアップされる前に、表面４３０上に破片が存在する場合、破片はＩＲカメラ７１０により検出されることができ、一方、レーン３５２がレイアップされた後に、レーン３５２に落ちる破片はＩＲカメラ７１２により検出され得る。
【００５０】
図７に示された構成は、ＩＲカメラ７１２が、破片７５０を間接的にもまた検出できるという追加の利点を有する。破片７５０は、レーン３５２と積層体表面４３０との間の直接接触とは異なって、レーン３５２と積層体表面４３０との間に熱を伝達することが多い。破片７５０が直接接触よりも断熱性が高い（すなわち熱伝導がより悪い）場合、又は破片７５０がレーン３５２と積層体表面４３０の間にエアギャップ（これも絶縁する）を誘発する場合、そのとき破片７５０上方の１つ又は複数のレーン３５２の領域は、周囲のレーンよりも高温を示し、このホットスポットはレーン３５２の下に埋設された破片７５０の検出として使用され得る。破片７５０がレーン３５２と積層体表面４３０との間の直接接触よりも伝導性が高い（すなわち、熱伝導がより良い）場合、そのとき破片７５０より上方のレーン３５２の領域は、周囲のレーン３５２よりも低温を示し、このコールドスポットはレーン３５２の下に埋設された破片７５０の検出として使用され得る。
【００５１】
図８から図１３は、テープのレーンの端部、レイアップ不整合、及び破片をそれぞれ識別するための様々な特定の技術を示す。具体的には、図８及び図９はテープのレーンの端部の識別を説明し、図１０及び図１１はレイアップ不整合の識別を説明し、図１２及び図１３は破片の識別を説明する。
【００５２】
図８は、例示的な実施形態におけるテープのレーンの端部を検出するための、テープレイアップ検査システムを作動させる方法８００を示すフローチャートである。方法８００のステップは、図１のテープレイアップ検査システム１００に関して説明されており、図５又は図６に示されたヘッド３８０、又はさらに図７に示されたヘッド３８０を介して実施され得る。方法８００は、積層体にテープのレーンをレイアップ及び画像化するために、上述の方法２００のステップ２０２〜２０６で開始することができる。
【００５３】
ステップ８０２において、コントローラー１１２は、サーモグラフィ画像１１８内の対比を分析して、テープ１５４のレーン１６０を識別する。コントローラー１１２は、サーモグラフィ画像１１８内の複数のピクセルのそれぞれで値（例えば、強度レベル、又は輝度レベル）を識別することができる。サーモグラフィ画像内のピクセル値は温度に対応している。したがって、コントローラー１１２は、隣接するピクセルの値の間の差に基づいて、異なる温度を有する領域を識別することができる。
【００５４】
このプロセスには、隣接するピクセルの隣接領域に対して所定の閾値を超える温度差を有するピクセルの隣接領域を識別するステップ、又は温度の閾値範囲（例えば、華氏５度、華氏５０度）内にあるすべての隣接するピクセルを互いに一体に１つの領域の中にグループ化するステップが含まれる。例えば、テープ１５４のレーン１６０が積層体１５０に関して華氏１度〜５０度の温度差を有することが知られている場合、コントローラー１１２は、周囲領域に対して対応する温度差を有するピクセルの隣接領域をテープのレーンであると識別することができる。
【００５５】
ステップ８０４で、コントローラー１１２は、テープ１５４のレーン１６０の方向を決定する。テープのレーンの方向は、ヘッド１４０がレーンをレイアップすると同時に移動する方向である。方向は、位置データ１２０及び／又はＮＣプログラム１３５によって指定された方向と組み合わせて考察される、ヘッド１４０に対するカメラの既知の配向に基づいて事前に定義され得る。コントローラー１１２は、ヘッド１４０がＮＣプログラム１３５によって示される方向に移動することを確認するために位置データ１２０をさらに使用することができる。別法として、方向は、あるいはサーモグラフィ画像内に描かれたレーンについて見られた最長軸線に基づいて動的に決定され得る。
【００５６】
ステップ８０６では、コントローラー１１２は、テープの各レーンについて、ステップ８０４で決定された方向に進む場合に温度が閾値を超えて変化する境界を識別する。すなわち、テープの各レーンの境界内で、コントローラー１１２は、境界が検出されるまでその方向にピクセルごとに移動しながら、隣接する／近傍のピクセルの値を再検討する。上記に考察されるように、境界検出のために使用される閾値は、熱硬化性材料と熱可塑性材料の間で異なる可能性がある。いくつかの実施形態では、ステップ８０６は、サーモグラフィ画像１１８に縁部検出アルゴリズムを実行する（例えば、ラプラシアン又は他のフィルタを適用する）ステップ、及び温度間で急激な遷移が生じる領域を識別するステップを含み得る。
【００５７】
ステップ８０８で、コントローラー１１２は、テープ１５４の各レーン１６０について、対応する境界の箇所を決定する。これは、例えば、ＩＲカメラが熱画像を生成した時点でのＩＲカメラの既知の位置及び／又は配向、ならびにＩＲカメラとピクセルの座標との間の既知のオフセットに基づいて、サーモグラフィ画像１１８の座標を積層体１５０の箇所に変換するステップを含み得る。
【００５８】
ステップ８１０において、コントローラー１１２は、サーモグラフィ画像内で検出された境界に基づいて、テープ１５４のレーン１６０の端部の箇所を報告する。例えば、コントローラー１１２は、テキストレポート又は積層体１５０の画像の上に提供されたオーバーレイのいずれかで、ステップ８０８で決定された箇所を報告することができる。レーン１６０の端部の箇所が、それらの意図された開始箇所及び停止箇所から閾値（例えば、１インチ、１０インチなど）を超える場合、コントローラー１１２は、報告の一部としてこの状態を示すことができる。ステップ８１２において、コントローラー１１２は、レーンの端部が許容範囲内にあるかどうかを決定する。レーンの端部のいずれかが許容範囲外である場合、ステップ８１４はこれらの端部を処分するステップを含む。処分するステップは、端部について発見された許容範囲外の状態に対処するための行動方針の任意のタイプの決定を含むことができる。
【００５９】
図９は、例示的な実施形態におけるコースの一部のサーモグラフィ画像９００である。サーモグラフィ画像内では、異なる温度を有する物体を表すピクセルは、異なる値（輝度のレベルなど）を有するであろう。したがって、冷たい物体に対するピクセルは、暖かい物体のピクセルよりも暗く見える可能性がある。コントローラー１１２は、縁部検出アルゴリズムを適用するか、さもなければ閾値（例えば、摂氏０．５６度／華氏１度）よりも大きいＹ方向９３０に沿った温度の遷移を検索することにより、サーモグラフィ画像９００を分析することができる。次に、コントローラー１１２は、サーモグラフィ画像９００内に描かれた各レーンの箇所及び厚さを決定することができる。繊維は、テープの各レーン内で任意の適切な方向に配向され得る。例えば、上部レーンを示す領域９２２は幅Ｗ１を有し、中央部レーンを示す領域９２４は幅Ｗ２を有し、下部レーンを示す領域９２６は幅Ｗ３を有する。これらの領域は、下にある積層体を表す領域９２０によって囲まれている（温度の違いによって決定される）。各レーンが占めるＹ座標内で、コントローラー１１２は、Ｘ方向９４０にピクセルを横切って、閾値より大きいピクセル間の境界９１０を識別することができる。このようにして識別された各境界９１０について、コントローラー１１２は、画像内の境界９１０のＸ座標及びＹ座標をレーンの端部として識別することができる。例えば、上部レーンはＸ１で終わり、中央部レーンはＸ２で終わり、下部レーンはＸ３で終わる。境界がピクセルの領域を含む実施形態では、コントローラー１１２は、領域の重心を計算し、重心の座標を使用することができる。座標は、位置データ１２０に基づいて積層体１５０の箇所に変換されることができ、箇所はＮＣプログラムで示された所望の箇所に対して比較され得る。箇所が目的の箇所から閾値距離（例えば、１フィート、１インチなど）を超える場合、次いで技術者は、任意の許容範囲外の状態を処分する（例えば、再加工する）ために、積層体のレイアッププロセスを一時停止することを選択できる。加えて、所望のレーン箇所を各層について識別されたレーン箇所と比較する統計的報告が技術者に提供され得る。
【００６０】
図１０は、例示的な実施形態におけるレイアップ不整合を検出する方法１０００を示すフローチャートである。方法１０００のステップは、図１のテープレイアップ検査システム１００に関して説明されており、図５又は図６に示されたヘッド３８０、又はさらに図７に示されたヘッド３８０を介して実施され得る。方法１０００は、積層体にテープのレーンをレイアップ及び画像化するために、上述の方法２００のステップ２０２〜２０６で開始することができる。
【００６１】
ステップ１００２は、サーモグラフィ画像１１８内の対比を分析して、テープ１５４のレーン１６０を識別するステップを含む。これは、積層体１５０とレーン１６０との間の温度差の予想される量に基づいて実施することができ、上記に提供される方法８００のステップと同様の方法で実施され得る。
【００６２】
ステップ１００４において、テープの各レーンについて、コントローラー１１２は、温度差についてレーンの内部を再検討する。これらの温度差は、レーンの内部が異なる領域と見なされないほど十分に小さい可能性があるが、しかし十分に大きい場合がある（不整合が存在する可能性があることを示すため）。したがって、ステップ１００４は、テープのレーン内で見つかったレイアップ不整合の検出を容易にする。
【００６３】
ステップ１００６で、テープの各レーンについて、コントローラー１１２は、形状の不整合についてレーンの境界を再検討する。例えば、レーンは、形状が略矩形であり、長い直線で構成される境界を有すると予想され得る。境界が高い曲率又は不規則性を示す場合、これはレイアップ不整合の存在を示す可能性がある。したがって、ステップ１００６は、テープの１つ又は複数のレーンの縁部で発見されたレイアップ不整合の検出を容易にする。
【００６４】
ステップ１００８において、コントローラー１１２は、例えばステップ１００４及びステップ１００６の再検討に基づいて、レイアップ不整合の存在を決定する。ステップ１０１０において、コントローラー１１２は、レイアップ不整合のサイズ、レイアップ不整合の形状、又はレイアップ不整合での温度差の少なくとも１つに基づいてレイアップ不整合を分類する。例えば、検出機能１２２は、トウの幅が所定量未満に変化する場合、トウ間のギャップが閾値を超えて増加又は閾値未満に減少する場合、トウの境界がギザギザである場合など、不整合が存在することを示すことができる。形状、サイズ、及び温度の様々な組み合わせに基づいて、検出機能１２２の異なるものがトリガされ得る（したがって、コントローラー１１２によって異なる分類の不整合を割り当てることができる）。ステップ１０１２で、コントローラー１１２は、許容範囲外のレイアップ不整合を識別し、ステップ１０１４で、コントローラー１１２は、再検討のために許容範囲外のレイアップ不整合を報告する（例えば、技術者が許容範囲外の状態の処分に従事できるようにするため）。
【００６５】
図１１は、例示的な実施形態におけるレイアップ不整合を含むコースの一部のサーモグラフィ画像１１００である。サーモグラフィ画像内では、異なる温度を有する物体を表すピクセルは、異なる値（輝度のレベルなど）を有するであろう。したがって、冷たい物体に対するピクセルは、暖かい物体のピクセルよりも暗く見える可能性がある。レーンは、Ｘ方向１１６０に沿った長さ、及びＹ方向１１５０に沿った幅を有する。この実施形態では、レーン１１２２及び１１２４は不整合を含まないが、一方、レーン１１２６は、ひだの形態のレイアップ不整合１１３０及びしわの形態のレイアップ不整合１１４０を含む。レイアップ不整合１１３０は、レーン１１２６が予想幅を下回るか、幅が変化することに基づいて決定されることが可能であり、あるいはレーン１１２６の縁部の曲率が変化するか、又は事前に規定された範囲内にあることを決定することによって検出され得る。レイアップ不整合は、レーン１１２６と積層体の下にある層１１２０との間の温度差（閾値を超える）によってもやはり検出され得る。一方、レイアップ不整合１１４０は、その長くて狭い形状、及びレーン１１２６の残りの部分に対して既知の温度差を有することに基づいて検出され得る。
【００６６】
図１２は、例示的な実施形態におけるサーモグラフィ画像に基づいて破片の箇所を決定する方法１２００を示すフローチャートであり、図７に示されるヘッド３８０を介して実施され得る。方法１２００のステップは、図１のテープレイアップ検査システム１００に関連して説明されるが、しかし所望の他のシステムで実行され得る。方法１２００は、ステップ１２０２でヒータ１４１を介して積層体１５０の表面１５６を加熱するステップ、及びステップ１２０４でＩＲカメラ１４２を介して表面１５６のサーモグラフィ画像１１８を生成するステップを含む。方法１２００はまた、ステップ１２０６において、テープディスペンサ１４３を介して積層体１５０の表面１５６上にテープ１５４のレーン１６０をレイアップするステップを含む。ステップ１２０８では、方法１２００は、ヒータ１４４を介してテープ１５４のレーン１６０を加熱するステップを含み、ステップ１２１０は、積層体１５０に付着されるテープ１５４のレーン１６０のサーモグラフィ画像を生成するステップを含む。理想的には、レーン１６０は積層体１５０と同じ温度に加熱される。これにより、破片（例えば、ＦＯＤ）が、レーン１６０及び積層体１５０が作られているテープ１５４からより容易に区別することが可能になる。
【００６７】
積層体１５０及び積層体１５０に付着されたレーン１６０の両方を示すサーモグラフィ画像１１８を取得すると、温度の違いを識別することにより、異物破片を正確かつ効率的に見つけることができる。ステップ１２１２において、コントローラー１１２は、異なる温度を有する異なる領域を識別するために、サーモグラフィ画像内の対比を分析し、これは、上述の技術と同様の方法で実施され得る。しかし、破片の異なる分類は実質的に異なる熱特性に関連付けられる可能性があるため、それぞれ異なるタイプの破片に対応する様々な異なる温度閾値に基づいて領域を区別することができる。例えば、テープの繊維の丸い塊は、下にある積層体よりも高い温度の第１の範囲であり、サイズが小さく、不規則な境界を有すると予想され得るが、一方、液体は、下にある積層体よりも低い温度の第２の範囲であり、幅広いサイズ及び滑らかな境界を有すると予想され得る。したがって、方法１２００で別々の領域を定義するための基準として使用される温度差の量（例えば、５度未満、２度未満など）は、他の方法に関して説明された温度差の量よりもはるかに小さい可能性がある。
【００６８】
サーモグラフィ画像はテープのレーンをレイアップする前と後の両方で取得されるため、サーモグラフィ画像内の対比を分析するステップは、テープの少なくとも１つの層で覆われた破片を識別するために、積層体の表面のサーモグラフィ画像を再検討するステップと、さらにテープのレーンの表面の破片を識別するために、積層体に付着されたテープのレーンのサーモグラフィ画像を再検討するステップとを含むことができる。ＩＲカメラ７１０によって検出された許容範囲外の一片の破片の上にコースをレイアップする前に、プロセスを停止することがさらに可能である。これにより、破片の上にコースを付着する前に処分（例えば、破片の一片の除去など）が可能になる。破片が許容範囲を超えていない場合、その上にコースを付着させることが所望の動作になる可能性がある。レーン又はコース間の境界での破片の検出を容易にするために、画像は、破片が配置される可能性のある箇所を捕捉するために十分な広視野を有することができる。
【００６９】
ステップ１２１４において、コントローラー１１２は、領域のサイズ、領域の形状、又はその領域と他の領域との間の温度差の少なくとも１つに基づいて、領域内の破片のタイプを分類する。例えば、繊維の丸い塊は、不規則な形状を有し、下にある積層体と特定の温度差があり、小さい（例えば、直径１センチメートル未満の領域に対応する最大ピクセル数を有する）と予想され得る。金属の削りくずなどの粒子は特に小さいか、周囲と温度が異なることが予想され、液体は周囲との温度差の範囲が異なり、丸い境界を有することが予想され得る。さらに、いくつかの実施形態では、任意のサイズの金属削りくずは許容範囲外であると見なされ、特定のサイズ未満の丸い塊は許容範囲内であると見なされる可能性がある。検出機能１２２は、積層体の様々な領域のそれぞれを破片の分類に分類するための条件を示すことができる。破片がコントローラー１１２によって分類及び識別された後、コントローラー１１２は、検出された破片の性質、箇所、及び／又は重大度を示すレポートを生成することができる。ステップ１２１６において、許容範囲外の破片は、コントローラー１１２によって（例えば、そのサイズ及び分類に基づいて）識別され、ステップ１２１８において、許容範囲外の破片は、処分（例えば、除去）のために技術者に報告される。
【００７０】
図１３は、例示的な実施形態における破片を含むコースの一部のサーモグラフィ画像１３００である。サーモグラフィ画像内では、異なる温度を有する物体を表すピクセルは、異なる値（輝度のレベルなど）を有するであろう。したがって、冷たい物体に対するピクセルは、暖かい物体のピクセルよりも暗く見える可能性がある。この実施形態では、コースは、レーン１３２２、レーン１３２４、及びレーン１３２６を含む。レーン１３２２は、周囲よりも高温になっている金属ペレット１３３０の形態の破片を含み、レーン１３２６は、周囲よりも冷たくなっている液体水たまり１３４０の形態の破片を含む。この場合、金属ペレット１３３０は、レーン１３２２と下にある積層体１３２０との境界をまたいでいる。コースはＸ方向１３６０に進み、Ｙ方向１３５０に沿った幅を有する。
【００７１】
図１４は、例示的な実施形態において画像座標を物理的箇所と相関させる方法１４００を示すフローチャートである。方法１４００のステップ１４０２では、コントローラー１４１２は、サーモグラフィ画像がＩＲカメラ１４５によって生成された時点でのＩＲカメラ１４５の位置及び／又は配向を決定する。これは、図１の位置センサ１３９によって報告される位置データ１２０の形態でもたらされ得る。ステップ１４０４において、コントローラー１１２は、サーモグラフィ画像内に描かれた形態の座標（例えば、Ｘ及びＹ位置）を決定する。これは、隣接する領域とは異なる温度を有する領域を識別するステップ、及び領域の重心を計算するステップを含み得る。
【００７２】
ステップ１４０６は、ＩＲカメラ１４５の位置及び形態の座標に基づいて積層体の箇所を決定するステップを含む。例えば、位置データは、サーモグラフィ画像が撮影された場合のＩＲカメラ１４５の位置及び配向を示すことができる。カメラはテープレイアップ機械のヘッドに対して固定されているため、すべての画像内の各座標は、ＩＲカメラ１４５からの既知の物理的オフセットに相当することができる。したがって、オフセットを適用することにより、積層体での形態の実際の箇所が確実に決定され得る。
【００７３】
図１５は、例示的な実施形態におけるテープ敷設プロセスを制御する方法１５００を示している。この方法は、表面上にテープをレイアップするステップ（ステップ１５０２）と、テープをレイアップすると同時に、レイアップされた表面、ならびにＩＲイメージングを使用してレイアップされたテープを検査するステップ（ステップ１５０４）とを含む。この方法は、許容範囲外の状態のＩＲイメージングを再検討するステップと、許容範囲外の状態が検出された場合にテープ敷設を停止するステップとをさらに含む（ステップ１５０８）。
【００７４】
図１６は、例示的な実施形態において、テープ敷設プロセス中に許容範囲外の不整合を検出する方法１６００を示す。この方法は、テープが付着される表面を加熱するステップ（ステップ１６０２）と、表面のＩＲ画像を取得するステップ（ステップ１６０４）と、許容範囲外の不整合がＩＲ画像に描かれていることを決定するステップ（ステップ１６０６）とを含む。
【００７５】
図１７は、例示的な実施形態における複合表面を検査する方法１７００を示す。方法１７００は、加熱された表面上に温度差を作成するステップ（ステップ１７０２）と、表面上の温度差を検出するステップ（ステップ１７０４）と、温度差に基づいて、許容範囲外の不整合が存在することを決定するステップ（ステップ１７０６）とを含む。
【００７６】
図１８は、例示的な実施形態における複合構造を作成する方法１８００を示す。この方法は、ＩＲイメージングを用いて、積層体が敷設される表面を検査するステップを含む（ステップ１８０２）。この方法は、許容範囲外の状態についてＩＲイメージングを再検討するステップ（ステップ１８０４）と、許容範囲外の状態に達する前にテープのレイアップを停止するステップ（ステップ１８０６）とをさらに含む。
【００７７】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、例示的な実施形態におけるテープ端部レイアップを検査する方法１９００及び１９５０を示す。方法１９００は、積層体にテープのレーンをレイアップするステップ（ステップ１９０２）と、テープのレーンを熱的に画像化するためにＩＲカメラを操作するステップ（ステップ１９０４）と、テープのレーンの端部を識別するために熱画像を再検討するステップ（ステップ１９０６）と、テープのレーンの端部が許容範囲外であるかどうかを決定するステップ（ステップ１９０８）と、処分のために許容範囲外のテープのレーンを報告するステップ（ステップ１９１０）とを含む。
【００７８】
図１９Ｂは、テープ端部レイアップを検査する方法１９５０を示す。粘着を改善するために、テープを配置する前にテープを加熱することに焦点を合わせた場合の方法１９５０。方法１９５０は、図示の実施形態においてテープ敷設プロセス中に許容範囲外の不整合を検出するために使用され得る。この方法は、テープが表面に付着される前にテープを加熱するステップ（ステップ１９５２）と、表面のＩＲ画像を取得するステップ（ステップ１９５４）と、許容範囲外の不整合がＩＲ画像に描かれていることを決定するステップ（ステップ１９５６）とを含む。
【００７９】
実施例
図面をより詳細に参照すると、本開示の実施形態が、図２０に示す方法２０００及び図２１に示す航空機２００２の航空機製造及び保守点検の文脈で説明され得る。量産初回中、方法２０００は、航空機２００２の仕様及び設計２００４、ならびに材料調達２００６を含むことができる。製造中、構成要素及び部分組立品の製造２００８ならびに航空機２００２のシステム統合２０１０が生じる。その後、航空機２００２は、就航中２０１４の中に配置されるために、認証及び搬送２０１２を経ることができる。顧客によって就航中に、航空機２００２は、日課の整備及び保守点検２０１６のための予定を組み込まれる（整備及び保守点検には、修正、再構成、改装などもまた含まれる可能性がある）。本明細書で実施される装置及び方法は、方法２０００（例えば、仕様及び設計２００４、材料調達２００６、構成要素及び部分組立品の製造２００８、システム統合２０１０、認証及び搬送２０１２、就航中２０１４、整備及び保守点検２０１６）で説明される生産及び保守点検の任意の１つ若しくは複数の適切な段階中に、ならびに／又は航空機２００２の適切な構成要素（例えば、機体２０１８、システム２０２０、内部２０２２、推進システム２０２４、電気システム２０２６、油圧システム２０２８、環境システム２０３０）の中で採用され得る。
【００８０】
方法２０００の各工程は、システムインテグレータ、第三者及び／又は操作者（例えば、顧客）によって、実施又は実行され得る。この説明の目的のために、システムインテグレータは、限定されないが、任意の数の航空機製造者及び主システム下請人を含むことができ、第三者は、限定されないが、任意の数の売主、下請人及び供給者を含むことができ、操作者は、航空会社、リース会社、軍事会社、サービス機構などであることができる。
【００８１】
図２１に示すように、方法２０００によって製造される航空機２００２は、複数のシステム２０２０及び内部２０２２を含む機体２０１８を備えることができる。システム２０２０の実施例は、推進システム２０２４、電気システム２０２６、油圧システム２０２８及び環境システム２０３０の１つ又は複数を含む。任意の数の他のシステムを含むことができる。航空宇宙の実施例が図示されているが、本発明の原理が、自動車産業などの他の産業に応用され得る。
【００８２】
上記に既に述べたように、本明細書で実施される装置及び方法は、方法２０００に記載される製造及び保守点検の任意の１つ又は複数の段階の間に採用され得る。例えば、構成要素及び部分組立品の製造２００８に相当する構成要素又は部分組立品は、航空機２００２が就航中の間に製造される構成要素及び部分組立品と同様の方法で製作又は製造され得る。さらに、１つ若しくは複数の装置の実施形態、方法の実施形態又はその組み合わせが、例えば航空機２００２の組立を実質的に促進し、又は航空機２００２の費用を低減することによって、部分組立品の製造２００８及びシステム統合２０１０の間に利用され得る。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態又はそれらの組み合わせの１つ又は複数が、航空機２００２が就航中に、例えば、限定しないが、整備及び保守点検２０１６の間に利用され得る。例えば、本明細書で説明する手法とシステムは、材料調達２００６、構成要素及び部分組立品の製造２００８、システム統合２０１０、就航中２０１４、ならびに／若しくは整備及び保守点検２０１６に使用可能であり、ならびに／又は機体２０１８及び／若しくは内部２０２２に使用され得る。これらの技術及びシステムは、例えば、推進システム２０２４、電気システム２０２６、油圧２０２８、及び／又は環境システム２０３０を含むシステム２０２０にさえも利用され得る。
【００８３】
一実施形態では、部品は機体２０１８の一部を含み、構成要素及び部分組立品の製造２００８の間に製造される。次いで、部品はシステム統合２０１０で航空機に組み立てられ、摩耗により部品が使用できなくなるまで、就航中２０１４に使用され得る。次いで、整備及び保守点検２０１６では、部品は廃棄され、新しく製造された部品と交換される可能性がある。本発明の構成要素及び方法は、新しい部品に硬化される積層体を製造するために、構成要素及び部分組立品の製造２００８全体で利用され得る。
【００８４】
図示されるか、又は本明細書で説明される任意の様々な制御要素（例えば、電気又は電子構成要素）は、ハードウェア、ソフトウェアを実装するプロセッサ、ファームウェアを実装するプロセッサ、又はこれらの何らかの組み合わせとして実施され得る。例えば、要素は専用のハードウェアとして実装され得る。専用のハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラー」、又は同様の用語で呼ばれ得る。プロセッサによって提供される場合、機能は、単一の専用プロセッサによって、単一の共有プロセッサによって、又はその一部が共有され得る複数の個々のプロセッサによって提供され得る。さらに、「プロセッサ」又は「コントローラー」という用語の明示的な使用は、ソフトウェアを実行できるハードウェアのみを指すと解釈されるべきではなく、限定的ではないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）若しくは他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを格納するための読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性ストレージ、ロジック、又はその他の物理ハードウェア構成要素若しくはモジュールを暗黙に含み得る。
【００８５】
また、制御要素は、要素の機能を実行するためにプロセッサ又はコンピュータによって実行可能な命令として実装され得る。命令のいくつかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、ファームウェアである。命令は、要素の機能を実行するようにプロセッサに命令するために、プロセッサによって実行される場合に動作可能である。命令は、プロセッサで読み取り可能な記憶装置に保存され得る。記憶装置のいくつかの例は、デジタル又は固体メモリ、磁気ディスクや磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、あるいは光学的に読み取り可能なデジタルデータ記憶媒体である。
【００８６】
特定の実施形態が本明細書に記載されているが、本開示の範囲はそれらの特定の実施形態に限定されない。本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定義される。
【符号の説明】
【００８７】
３００  テープレイアップ機械
３５０  積層体
３５２  レーン
３５３  レーン
３６０  回転ホルダー
３６２  Ｚ軸線
３６４  Ｙ軸線
３６６  Ｘ軸線
３７０  支持体
３８０  ヘッド
４００  積層体
４２０  コース
４３０  積層体表面
４４０  破片
４５０  レイアップ不整合
５１０，６１０，７１０，７１２  ＩＲカメラ
５２０，６２０，７２０  圧縮ローラー
５３０，５３２，６３２，７３０，７３２  ヒータ
７５０，７６０  破片
【図１】
2020142510.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０】
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【図２１】
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【外国語明細書】
2020142510000001.pdf