(57)【要約】      （修正有）【課題】複合材料用の自動化された品質チェックのためのシステムを提供する。【解決手段】製造プロセスを監視するための自動化検査システムは、インタフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続するコアプラットフォームを備える。センサシステムは、製造品の１つ以上の特徴を監視するために、コアプラットフォームと動作可能に接続される。作動システムは、コアプラットフォームからの命令に基づいて製造プロセスを実施するために、コアプラットフォームと動作可能に接続される。コアプラットフォームは、原料の複数の層の載置の後で、センサシステムから複合品の１つ以上の特徴の第１の測定値を受信し、複合品を硬化させた後で、センサシステムから１つ以上の特徴の第２の測定値に関するデータを受信し、第１の測定値又は第２の測定値に基づいた、複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成するよう構成される。【選択図】図１ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製造プロセスを監視するための自動化された検査システム（１００）であって、
１つ以上のインタフェースを介して複数のシステム（１００）又はサブシステムを動作可能に接続するコアプラットフォーム（１０４）と、
製造されている複合品の１つ以上の特徴を監視するために前記コアプラットフォーム（１０４）と動作可能に接続されたセンサ（１１０）システム（１０６）と、を備え、
前記コアプラットフォーム（１０４）は、
前記センサ（１１０）システム（１０６）から、複合品の前記１つ以上の特徴の第１の測定値を、前記複合品を形成する間に受信し、
前記複合品を硬化させた後で、前記センサ（１１０）システム（１０６）から前記１つ以上の特徴の第２の測定値に関するデータを受信し、
前記第１の測定値又は前記第２の測定値に基づいた、前記複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成する
ように構成される、自動化された検査システム（１００）。
【請求項２】
前記１つ以上の特徴と関連付けられた欠陥を定めるために前記コアプラットフォーム（１０４）と動作可能に接続された状態マネージャ（１３６）をさらに備える、請求項１に記載のシステム（１００）。
【請求項３】
前記状態マネージャ（１３６）は、前記第１の測定値に基づいて前記複合品に第１の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項４】
前記状態マネージャ（１３６）は、前記第２の測定値に基づいて前記複合品に第２の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項５】
前記状態マネージャ（１３６）は、
前記第１の測定値又は前記第２の測定値に基づいて、前記欠陥と関連付けられた前記１つ以上の特徴に対応する値を識別し、
識別された前記値に基づいて、製造品の前記欠陥の度合いを表す点数を計算する
よう構成される、請求項２に記載のシステム（１００）。
【請求項６】
前記コアプラットフォーム（１０４）は、
前記複合品に対してトリム動作を行った後に、前記１つ以上の特徴の第３の測定値に関するデータを受信し、
前記第３の測定値に基づいて、前記複合品に第３の欠陥が存在するかどうかを判定し、
前記複合品に第３の欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成する
ようさらに構成される、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項７】
オペレータと前記システム（１００）との間のインタフェースを提供するために前記コアプラットフォーム（１０４）と動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェース（１１２）をさらに備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項８】
前記コアプラットフォーム（１０４）からの命令に基づいて前記製造プロセスを実施するために前記コアプラットフォーム（１０４）と動作可能に接続された作動システム（１００）をさらに備えるシステム（１００）であって、前記コアプラットフォーム（１０４）は、前記システム（１００）の製造プロセスの操作値を調整するために、前記アラートと、第１の欠陥又は第２の欠陥に関する情報とを前記作動システム（１００）へと送信する、請求項１から７のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項９】
前記センサ（１１０）システム（１０６）は、非接触超音波センサ（１１０）、レーザセンサ（１１０）、インピーダンスセンサ（１１０）、赤外線センサ（１１０）、又は熱センサ（１１０）の１つ以上と動作可能に接続される、請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項１０】
前記特徴は、前記複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム（１００）。
【請求項１１】
複合品の完全性を判定する方法であって、
センサ（１１０）によって、複合品の完全性に対応する第１の特徴を、前記複合品を形成する間に測定することと、
前記複合品を硬化させた後で、前記センサ（１１０）によって、前記複合品の完全性に対応する第２の特徴を測定することと、
コアプラットフォーム（１０４）において、前記特徴に基づいて欠陥を特定することと、
前記第１の特徴又は前記第２の特徴に基づいた、前記複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成すること
を含む、方法。
【請求項１２】
前記コアプラットフォーム（１０４）によって、前記第１の特徴又は前記第２の特徴と関連付けられた欠陥値を定めることと、
前記欠陥値と複数の欠陥値とを比較することと、
前記比較に基づいて、欠陥を含むとして前記複合品を指定すること
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の特徴又は前記第２の特徴は、前記複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む、請求項１１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記コアプラットフォーム（１０４）と動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェース（１１２）にアラートを送信することをさらに含む、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記アラートは、前記欠陥を特定する映像又は音声を含む、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料製造システム、複合材料製造方法、及び複合材料製造装置の分野に関し、より詳細には、製造された複合材料用の自動化された品質チェックのためのシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
リーン製造方式（ｌｅａｎ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）は、高い生産性を保ちながら、製造システム内の廃棄物を最小限にするための体系的な方法である。リーン製造方式は、不均衡な製造プロセスを通じて生じた廃棄物を考慮し、上記プロセスに価値を与える製品及びサービスを確認して焦点を当てることに努める。リーン製造方式の成功には、廃棄物の識別及び継続的な解消において支援するツールの開発が必要となる。生産量を上げるために製造現場における自動化に対する要求が大きくなるにつれて、機械と管理オペレータとの間の通信を改善する方法がますます重要になっている。従って、多額の出費を掛けることなく又は製造設定時の改造が行われることなく、新しい性能の迅速な導入を可能とし、安全性を向上させ、機能を拡張させ、及び不良製造品を削減するオープンアーキテクチャシステムに対する必要性が生じている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明は、複合材料製造システム、複合材料製造方法、及び複合材料製造装置に関し、より詳細には、製造された複合材料用の自動化された品質チェックのためのシステム、方法、及び装置に関する。
【０００４】
第１の態様によれば、製造プロセスを監視するための自動化された検査システムは、１つ以上のインタフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続するコアプラットフォームと、製造されている複合品の１つ以上の特徴を監視するためにコアプラットフォームと動作可能に接続されたセンサシステムとを備え、コアプラットフォームは、センサシステムから複合品の１つ以上の特徴の第１の測定値を、複合品を形成する間に受信し、複合品を硬化させた後に、センサシステムから１つ以上の特徴の第２の測定値に関するデータを受信し、第１の測定値又は第２の測定値に基づいた、複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成するよう構成される。
【０００５】
或る態様において、本システムは、１つ以上の特徴と関連付けられた欠陥を定めるためにコアプラットフォームと動作可能に接続された状態マネージャをさらに備える。
【０００６】
或る態様において、状態マネージャは、第１の測定値に基づいて複合品に第１の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される。
【０００７】
或る態様において、状態マネージャは、第２の測定値に基づいて複合品に第２の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される。
【０００８】
或る態様において、状態マネージャは、第１の測定値又は第２の測定値に基づいて、欠陥と関連付けられた１つ以上の特徴に対応する値を識別し、識別された値に基づいて、製造された複合品の欠陥の度合いを表す点数を計算するよう構成される。
【０００９】
或る態様において、コアプラットフォームは、複合品に対してトリム動作を行った後に１つ以上の特徴の第３の測定値に関するデータを受信し、第３の測定値に基づいて、複合品に欠陥が存在するかどうかを判定し、複合品に第３の欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成するようさらに構成される。
【００１０】
或る態様において、システムは、オペレータとシステムとの間のインタフェースを提供するためにコアプラットフォームと動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェースをさらに備える。
【００１１】
或る態様において、コアプラットフォームは、ヒューマンマシンインタフェースにアラートを送信するよう構成され、アラートは、ヒューマンマシンインタフェースにより提示される可聴的又は視覚的アラートの１つを含む。
【００１２】
或る態様において、システムは、コアプラットフォームからの命令に基づいて製造プロセスを実施するためにコアプラットフォームと動作可能に接続された作動システムをさらに備え、コアプラットフォームは、システムの製造プロセスの操作値を調整するために、アラートと、第１の欠陥又は第２の欠陥に関する情報とを作動システムへと送信する。
【００１３】
或る態様において、操作値は、製造プロセスの速度、硬化段階の温度、複合品の位置のうちの１つを含む。
【００１４】
或る態様において、センサシステムは、非接触超音波センサ、レーザセンサ、インピーダンスセンサ、赤外線センサ、又は熱センサの１つ以上と動作可能に接続される。
【００１５】
或る態様において、センサシステムは、第１の欠陥又は第２の欠陥を定めるために、センサシステムの２つ以上のセンサによって、１つ以上の特徴を監視する。
【００１６】
或る態様において、特徴は、複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む。
【００１７】
第２の態様によれば、複合品の完全性を判定する方法は、センサによって、複合品の完全性に対応する第１の特徴を、複合品を形成する間に測定することと、複合品を硬化させた後で、センサによって、複合品の完全性に対応する第２の特徴を測定することと、コアプラットフォームにおいて、特徴に基づいて欠陥を特定することと、第１の特徴又は第２の特徴に基づいた、複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成することを含む。
【００１８】
或る態様において、本方法は、コアプラットフォームによって、第１の特徴又は第２の特徴と関連付けられた欠陥値を定めることと、欠陥値と複数の欠陥値とを比較することと、比較に基づいて、欠陥を含むとして複合品を指定することをさらに含む。
【００１９】
或る態様において、本方法は、コアプラットフォームによって、欠陥が出現する段階を識別することと、上記識別に基づいて、製造プロセスの操作値を調整することをさらに含む。
【００２０】
或る態様において、操作値は、製造プロセスの速度、硬化段階の温度、複合品の位置のうちの１つを含む。
【００２１】
或る態様において、第１の特徴又は第２の特徴は、複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む。
【００２２】
或る態様において、本方法は、コアプラットフォームと動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェースにアラートを送信することをさらに含む。
【００２３】
或る態様において、アラートは、欠陥を特定する映像又は音声を含む。
【００２４】
本開示のこれらの利点及び他の利点は、以下の明細書の記載と添付の図面を参照することによって、容易に分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１ａ】例示の自動化システムのブロック図を示す。
【図１ｂ】例示のシステム構造の図を示す。
【図１ｃ】図１ａのサブシステム間の情報データの流れの一例を示す。
【図２ａ】例示のプロセスの概要を示す。
【図２ｂ】他の例示のプロセスの概要を示す。
【図３ａ】例示の原料処理の詳細を示す。
【図３ｂ】非接触超音波検査の要素の一例を示す。
【図３ｃ】非接触超音波検査の要素の一例を示す。
【図３ｄ】非接触超音波検査の要素の一例を示す。
【図４ａ】例示のレイアップ処理の詳細を示す。
【図４ｂ】レーザにより実現された検査システムの要素の一例を示す。
【図４ｃ】レーザにより実現された検査システムの要素の一例を示す。
【図４ｄ】レーザにより実現された検査システムの要素の一例を示す。
【図５ａ】例示の検査プロセスの詳細を示す。
【図５ｂ】例示の検査プロセスの詳細を示す。
【図６ａ】例示の硬化プロセスの詳細を示す。
【図６ｂ】例示のトリムプロセスの詳細を示す。
【図７ａ】欠陥の表示の一例を示す。
【図７ｂ】複合品における例示的な欠陥を示す。
【図８】例示の自動化システムのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の好ましい実施形態が、添付の図面を参照しながら説明されうる。以下の説明では、不必要に詳しく記載することで本発明が分かりにくくなる可能性があるため、周知の機能又は構造については詳細に記載しない。本開示について、以下の用語及び定義が適用される。
【００２７】
「回路」（「ｃｉｒｃｕｉｔ」及び「ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ」）という用語は、物理的な電子部品（即ちハードウェア）と、ハードウェアを設定でき、ハードウェアによって実行され、及び／又は、そうでなければハードウェアと関連付けられうる任意のソフトウェア及び／又はファームウェア（「コード」）とを指している。本明細書では、例えば、具体的なプロセッサ及びメモリは、第１の集合の１つ以上の命令行を実行するときには第１の「回路」を備えていてよく、第２の集合の１つ以上の命令行を実行するときには第２の「回路」を備えていてよい。
【００２８】
「通信する」及び「通信している」という用語は、（１）発信元から送信先までデータを送信、又は他の形態で伝達すること、及び／又は、（２）データを、送信先まで伝達するために、通信用の媒体、システム、チャンネル、ネットワーク、装置、回線、ケーブル、ファイバ、回路、及び／又はリンクに送達することを含む。本明細書で使用する用語「データベース」は、関連データを体系化したものを意味しており、その際、上記データ、又は上記データを体系化したものが表されている形態は問われない。例えば、関連データが体系化されたものは、１つ以上のテーブル、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、又は他の任意の形で表されるデータのうちの１つ以上の形態であってよい。
【００２９】
「その場で」（ｉｎ‐ｓｉｔｕ）という用語は、進行中のプロセスが中断されないように製造動作の間に行われるアクションを指している。このように、例えば、製造フローから製品を被試験体として取ることなく検査段階が実施される。
【００３０】
「及び／又は」という用語は、「及び／又は」でつながれて列挙されている項目のうちの任意の１つ以上を意味する。例えば、「ｘ及び／又はｙ」は、３つの要素からなる集合｛（ｘ），（ｙ），（ｘ，ｙ）｝のうちの、任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ及び／又はｙ」は、「ｘ及びｙの一方又は両方」を意味する。別の例として、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、７つの要素からなる集合｛（ｘ），（ｙ），（ｚ），（ｘ，ｙ），（ｘ，ｚ），（ｙ，ｚ），（ｘ，ｙ，ｚ）｝のうちの、任意の要素を意味する。言い換えれば、「ｘ、ｙ及び／又はｚ」は、「ｘ，ｙ及びｚのうちの１つ又はそれ以上」を意味する。本明細書では、「例示の」（「ｅｘｅｍｐｌａｒｙ」）という用語は、非限定的な例（ｅｘａｍｐｌｅ、ｉｎｓｔａｎｃｅ、又はｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）の役割を果たすことを意味する。本明細書では、「例えば」という用語（「ｅ．ｇ．」及び「ｆｏｒ  ｅｘａｍｐｌｅ」）により、１つ以上の非限定的な例（ｅｘａｍｐｌｅ、ｉｎｓｔａｎｃｅ、又はｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ）の列挙が始まる。
【００３１】
値（又は値の範囲）を修飾又は記載するときの「約」及び「およそ」という用語は、その値又は値の範囲にまずまず近接していることを意味する。従って、本明細書に記載される実施形態は、記載された値及び値の範囲にのみ限定されず、合理的に有効な逸脱も含まれる。本明細書では、回路又はデバイスは、回路又はデバイスが機能を実行するために必要なハードウェア及びコード（いずれかが必要な場合）を含む場合はいつでも、機能の実行が（例えばユーザが設定できる設定、工場の調整等によって）無効化されているか又は有効化されているかに関わらず、機能を実行するよう「動作可能」（「ｏｐｅｒａｂｌｅ」）である。
【００３２】
計算装置がそれにより日用品に埋め込まれるモノのインターネット（ＩｏＴ：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  ｏｆ  Ｔｈｉｎｇｓ）の出現により、検知能力、処理能力、及びタスク間で詳細を伝える能力が、至るところに存在するようになってきた。リーン製造方式における継続的な改良を保証するために、開発は、データ解析の問題に焦点を当てるべきである。全てのデータが中央サーバ及び／又はデータ記憶装置にコンパイルされうるように、例えば、複数の情報源（例えば、センサ、データベース、インタフェース等）と通信が可能な及び／又はデータ（例えば、ファームウェア、ハードウェア、ソフトウェア、アルゴリズム等）の解析が可能な計算アーキテクチャ及びインフラストラクチャが望ましい。さらに、安価で正確なセンサの増加、有意義な情報を獲得するために解析するデータの量により、周到な配慮が必要となる。従って、様々なプロセスからデータを獲得するためにセンサを使用することは、大きな可能性を秘めているが、完全な解決策が実現されるまでに大きな障害が残っている。
【００３３】
様々なシステムのコンテキストにおいて有意義な情報、例えば、航空機の状態、その状態におけるパイロットのアクション、及びその他を獲得するために、大容量のデータを解析することが可能な計算アーキテクシャ及びインフラストラクチャが、長年に亘って調査され、開発されてきた。ハードウェア及びソフトウェアの構造は、製造技術に利益を与えるよう開発されてきた。一例として、システムは、カメラと、中核作動原理（ｃｏｒｅ  ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ）を有する基幹コンピュータと、命令を受け取り及び／又はオペレータと情報を共有するためのヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）（例えば、タブレット又は他の計算装置）とを利用するよう構成されうる。このようにして、製造プロセスのチェックリストが、製造された複合品での欠陥（例えば、ＦＯＤ）をチェックするよう構成されうるように、データがデジタル化されうる。拡大する自動化の継続的な改良を主導するために、本明細書に記載した原則及び／又はシステムが、データ取得及びデータ解析のために広く適用可能であることがさらに留意される。最後に、レベル３の非破壊的な検査（ＮＤＴ：ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｔｅｓｔｉｎｇ）の技術者による手動での検査の必要性が、本明細書に記載する方法及びシステムによって排除されうる。
【００３４】
複合品の１つ以上の特徴についての品質測定値を検証するために、本明細書に記載する方法及びシステムは、様々なソースからセンサデータを獲得し、利用し尽くして、実時間でそのデータを解析するよう構成される。従って、潜在的な生産品の品質を、最終的な製品が納品される前の複数の段階で評価することが可能である。有利に、製造プロセス／製造装置におけるエラー、及び／又は、製造品における欠陥を、いくつもの段階で特定することが可能であり、リーン製造環境における複合欠陥を回避するため製造プロセスの質及び製造品の品質を可能な限り早い段階に高めるために、応答（例えば、アラート、処理中の調整等）を開始することが可能である。
【００３５】
本明細書では、とりわけ、製造された複合品のための自動化された品質チェックを提供するよう構成されたシステムが開示される。本システムは、レイアップ段階、硬化段階、及びトリム段階でのその場での（ｉｎ−ｓｉｔｕ）検査工程を含む、例えば５工程の処理を実行するよう構成することが可能である。具体的には、レイアップ段階は、例えば、非接触超音波（「ＮＣＵ（ｎｏｎ−ｃｏｎｔａｃｔ  ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ）」検査を行うことが可能であり、硬化段階は、その場で（ｉｎ−ｓｉｔｕ）検証を行うことが可能であり、トリム段階は、その場で非破壊的な検査（「ＮＤＩ（ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）」）を利用することが可能である。従って、上記段階のそれぞれで、別々の検査プロトコルを利用することが可能である。従って、製造プロセスの特定の段階の後に欠陥を確認するためのデータを生成させることが可能であり、このデータは、オペレータ又はシステム管理者にアラートを発し及び／又は報知するために、並びに、このような欠陥を修正するためのアクション（例えば、製造プロセスのパラメータ調整）を取るために利用することが可能である。
【００３６】
本明細書には、複数のセンサからのデータを収集し、計算プラットフォームに提供し、コアプラットフォームによって解析することを可能としうるハードウェア及び／又はソフトウェア構造が開示されており、識別された問題に応じてアラートが発せられ及び／又は調整が行われうる。基礎構造に加えて、本システムは、製造プロセスの複数の段階で複合品と関連付けられた特徴値を定量化するために、複数のセンサを含む１つ以上のサブシステムを利用することが可能である。
【００３７】
図１ａは、チェックリスト／検査自動化システム１００を示しており、このチェックリスト／検査自動化システム１００は、コンピュータ１０２（例えば、プロセッサ、マイクロコントローラ等）を備え、このコンピュータ１０２は、コアプラットフォーム１０４と、センサシステム１０６と、作動システム１０８との１つ以上を含む。システム１００は、ハードウェア及びソフトウェア構造を介したデータの集中化に関わっている。加えて、データ記憶媒体に格納された（例えば、コアプラットフォームに組み込まれた、コアプラットフォームからへ隔てられた、及び、ネットワークを介してリンクされた）真のデータとして、インスペクタを利用することが可能である。このように、検査チェックリストに基づくコンピュータからの品質は、人間の検査官が達するかもしれないレベルと同様のレベル又は上記レベルよりも高くありうる。幾つかの実施例において、システム１００は、チューリングテスト（Ｔｕｒｉｎｇ  ｔｅｓｔ）によって検査が可能であり、換言すれば、複合品における問題（例えば欠陥）を特定する際に、コンピュータは人間と同様の結果に達しうる。
【００３８】
１つの態様に従った検査自動化システム１００のための例示のシステム構造が、図１ａ〜図１ｃに示されている。図１ａに示すように、コアプラットフォーム１０４は、１つ以上のインタフェースを介して他のサブシステム同士を接続する中央サブシステムとして動作しうる。サブシステムは、有線及び／又は無線通信プロトコル及びハードウェアを使用して、ソフトウェアインタフェース及び／又はハードウェアインタフェースを通じて互いに通信しうる。例えば、図１ｃは、様々なサブシステム間の情報（例：データ）の流れの一例を図示している。
【００３９】
コアプラットフォーム１０４は、以下に列挙するような複数のサブシステムのそれぞれと動作可能に接続されている。検査自動化システム１００の複数のサブシステムは各々モジュールであってよく、これにより、検査自動化システム１００全体を、ほぼ変更することなく、様々な製造システムに実質的に実装することが可能である。例えば、コアプラットフォーム１０４は、ハートウェアとソフトウェアとの組み合わせ（例えば、常設の又は取り外し可能なコネクタ）でありうる１つ以上のソフトウェアインタフェース及び／又はハードウェアインタフェースを介して、複数のサブシステムと通信するよう構成されうる。或る態様では、しかしながら、検査自動化システム１００は代替的に、特定の製造システムに組み込まれてよく、これにより、このようなシステム内のすべてのセンサ及びインジケータを直接利用する。例えば、検査自動化システム１００又はその構成要素は、複合品の設計中及び製造中の様々な製造段階において、製造機械に組み込まれうる。
【００４０】
複数のサブシステムは、例えば、センサシステム１０６、作動システム１０８、及びヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）システム１１２を含んでよく、これらのそれぞれが、コアプラットフォーム１０４と動作可能に接続されてよい。或る態様において、センサシステム１０６に対する必要性が低減され、又は、上記の必要性は、組み込まれた製造監視システムの利用、及び／又は、上記監視システムと関連付けられたコンピュータ制御部からのデータの利用を介して除去されうる。しかしながら、予期しうるに、このような統合は、製造システムの或る程度の変更及び／又は製造システムへの或る程度の理解を要する可能性が高く、これにより複雑性が増しうる。検査自動化システム１００及び／又はコアプラットフォーム１０４は、図１ｂに示されているように、１つ以上のデータベース１３９及び／又は（例えば、通信インタフェースを介したＤＤＳ１４８への）通信システム１４６も含んでいてもよく、又は、１つ以上のデータベース１３９及び／又は（例えば、通信インタフェースを介したＤＤＳ１４８への）通信システム１４６と動作可能に接続されていてもよい。
【００４１】
モジュール構成によって、オペレータは、サブシステム及び／又はモジュールの利用をカスタマイズし、又は、追加的なサブシステム又はモジュールを追加／インストールすることが更に可能となる。例えば、検査自動化システム１００が、ＨＭＩ１１２を介して（即ち、製造プロセスを制御する能力を有することなく）オペレータに情報を提供するよう構成されるときには、作動システム１０８を取り外し又は無効化しうる。従って、本構成に従って、検査自動化システム１００は、本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、より少ない又は追加的なモジュール、コンポーネント、又はシステムを備えて構成されうる。
【００４２】
図１ｂは、例示の検査自動化システム１００のアーキテクチャ概略図を示している。コアプラットフォーム１０４は、コンピュータ１０２内で動作し、特定の製造システム若しくは製造プロセス、又は、初期の遷移及びセットアップ段階を通じた設定に対して特化させることが可能なミドルウェアを提供し、又はそうでなければ、上記ミドルウェアとして機能することが可能である。換言すれば、コアプラットフォーム１０４は、オペレーティングシステムを提供することが可能であり、このオペレーティングシステムは、命令及び／又は情報を、操作アプリケーションの集合（例えば、手続きマネージャ１３４、状態マネージャ１３６、トレンドマネージャ１３８等）に提供し、ハードウェアインタフェースの１つ以上の集合（例えば、ＨＭＩインタフェース１３０、センサインタフェース１３２）に信号を伝えることが可能であり、その一方で、これらのアプリケーションを有効化するために必要なデータを、例えばデータ配信サービス（ＤＤＳ：Ｄａｔｅ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ）を介して、収集して記録する。例えば、ＤＤＳ通信システムは、ＤＤＳにリンクされたコンポーネントが導入又は除去された後に、性能レベルを回復する能力を有している。このようなモジュラシステム構造は、製造施設内の産業ロボットの再設定を提供するために、分散されたインテリジェンス及び通信の分散制御に基づいている。従ってその結果は、本明細書に記載する複合品の製造といった製造の進行中に、移動型産業ロボットの有効利用を最大化することに焦点を合わせたシステム構造の一部をなす。
【００４３】
示されるように、コアプラットフォーム１０４は、それ自体が取得した知識を元にシステム全体の状態を定めるために、センサシステム１０６及びＨＭＩシステム１１２からの入力を統合する主要な自律エージェント及び意思決定者として機能する。コアプラットフォーム１０４は、様々なセンサ一式からの入力を処理し、得られた情報を集約して、製造プロセス及び／又は複合材料の現在の状態の理解につなげうる。得られた情報は、複合材料に特化したファイルと比較されうる。例えば、手続きマネージャ１３４は、特定の製造プロセスにおける様々な工程及び／又は段階の内訳を提供することが可能である。状態マネージャ１３６は、例えば、格納されたデータと、１つ以上のセンサ１１０（例えば、１１０ａ〜１１ｄ）を介して獲得されたデータとの比較によって、欠陥の存在を識別し、製造プロセスの様々な段階で複合品の状態の評価を生成することが可能である。
【００４４】
追加的又は代替的に、トレンドマネージャ１３８は、品質の測定値を定める複合品の特徴と関連付けられた値のライブラリ又はマトリクスを形成するために、センサシステム１０６からデータを取得して解析することが可能である。例えば、トレンドマネージャアプリケーション１３８は、例えばセンサシステム１０６を介して獲得されたデータに基づいて、機械学習を利用して開発されたトレンド解析を提供する。例えば、トレンドマネージャ１３８は、製造プロセス又は製造品の特徴（例えば、密度の測定値は、樹脂適用における気泡／空隙を表すことが可能であり、層状の複合材料の重なり合い又は隙間の出現は、プロセスに不備があることを表わすことが可能である）に対応するデータを「学習」して、センサシステム１０６からの、欠陥に対応するデータを識別することが可能である。ある態様において、トレンドマネージャアプリケーション１３８は、状態マネージャ１３６にデータを供給してよく、又はそうでなければ、欠陥状態を特定するよう状態マネージャ１３６をトリガしてよい。例えば、トレンドマネージャアプリケーション１３８が、望まれぬトレンドを検出した場合には、トレンドは異常としてフラグ付けされて、状態マネージャ１３６に報告されうる。
【００４５】
コアプラットフォーム１０４は、製造段階を通して複合品を追跡する様々なソフトウェアプロセス、並びに、トレンド解析のための任意のモジュール（例えばトレンドマネージャ１３８、欠陥の特定時に予測し及び／又は支援するよう構成されている）、及び、機械学習ルーチン（例えば、深層学習、ニューラルネットワークの適用等）のホスト役を務めることが可能である。検査自動化システム１００は、トレンドマネージャ１３８のためのデータを提供するために利用しうるトレンドデータベースを後に解析及び／又は形成するために、所与の製造段階及び／又は所与の製造プロセスのログを生成することがさらに可能である。上記のログは、例えば、品質保証解析、システム解析等と関連させて使用することが可能である。
【００４６】
コアプラットフォーム１０４からの出力を、ＨＭＩ１１２に対するメッセージを提供するために使用してもよい。上記のメッセージは、例えば、チェックリストの進捗、欠陥の特定、プロセスを調整するための警報等を示しうる。この情報は、ＨＭＩインタフェース１３０を介して、ＨＭＩ１１２に送信されうる。得られた状態についての知識及び関連する勧告を、ＨＭＩ１１２を介して人間のオペレータに渡すことが可能であり、又は、或る態様によれば、自律的な応答を可能にするために、１つ以上のロボットシステム１１４を介して、訂正のために作動システム１０８に渡すことが可能である。幾つかの実施例において、オペレータは、例えば、作動システム１０８を介してロボットシステム１１４を制御するために、ＨＭＩ１１２を介して、システム１００内で１つ以上のアクションを開始することが可能である。
【００４７】
図１ｂは、製造品質管理スキームのためのシステムレベル構造を示している。示されるように、コアプラットフォーム１０４は、オープンアーキテクチャにおいて（例えば個々のアプリケーションとしての）残りのサブシステムを接続して制御する、検査自動化システム１００の中央サブシステム又はインタフェースとして機能する。残りのサブシステムは、例えば、ＨＭＩ１１２、（例えば、望まれるときにはロボットシステム１１４を介して自律的な動作を提供するための）作動システム１０８、（例えば、データを提供するための）センサシステム１０６、及び他のサブシステムを含んでいる。このように、検査自動化システム１００の制御は、特定のハードウェアに特化された別のアプリケーションを介して提供されうる。
【００４８】
或る態様において、検査自動化システム１００及び／又はコアプラットフォーム１０４は、リソース競合の解決に物理的なデバイス構成又はユーザの介入を必要とせずに、検査自動化システム１００内のサブシステムのハードウェア構成要素を見つけやすくするコンピュータバス及びアプリケーションを（例えばインタフェースとして）用いてもよい。このような構成は、「プラグアンドプレイ（ｐｌｕｇ  ａｎｄ  ｐｌａｙ）」と称されうる。従って、オペレータは、（例えば、モジュールとしての）システム又はサブシステムを、実質的な変更又は統合する労力を必要とせずに、コアプラットフォーム１０４を介して簡単にシステム１００に追加し又は除去することが可能である。
【００４９】
このようにして、コアプラットフォーム１０４は、製造プロセス及び／又は製造されている物品に関するデータを受信し、これにより、コアプラットフォーム１０４が、システムに対する完全な理解を深めることが可能となる。使用中の製造システムについての情報（例えば、動作段階、複合品の状態等）を提供するデータが、センサシステム１０６、及び他のサブシステム又はセンサによって追加されうる。上記の情報は、データストア１３９に格納され、追加され、特定の製造プロセス又は物品に対して調整させることが可能である。例えば、トレンド解析中に獲得されたデータを格納し、必要に応じて更新することが可能である。
【００５０】
コアプラットフォーム１０４は、この情報を、内部の状態センサの集合からのデータと組み合わせることができる。これによって冗長性及びシステムの堅牢性も向上し、検査自動化システム１００は、複合品の状態及びシステムステータスの高度に正確な推定値を生成し、予期される結果からのずれを特定することが可能となる。製造動作中に、データストア１３９は、とりわけ、検査自動化システム１００、センサシステム１０６、ＨＭＩ１１２、及び状態マネージャ１３６によって収集されたリアルタイムのデータで動的に更新される。データストア１３９が所与の手続き及び製品のために一度追加されると、データストア１３９は、ライブラリ又はマトリクスにより記憶され、監視自動化システム１００が監視する他の同様の手続き／製品のために利用されうる。
【００５１】
状態マネージャ１３６は、製造プロセス及び複合品の状態を監視するために、及び、異常な状況（例えば、機械の障害、複合品の欠陥等）を検出するためセンサからの入力を類別化するために、及び、製造プロセスのどの段階で問題が発生したのかを特定するために、機械学習技術を利用する。状態マネージャ１３６は、センサデータを、手続きマネージャ１３４及び／又はトレンドマネージャ１３８で特定の製造プロセスのために定められた閾値一式（例えば、空隙の大きさ、隙間の間隔等）と比較するよう構成される。状態マネージャ１３６は、感知された状態を、検査自動化システム１００が利用可能な（例えば、ＨＭＩ１１２を介してオペレータからの、又はネットワーク化された情報源からの）追加の情報と比較し、所定の又は動的に決定された閾値（例えば、警報閾値）が満たされたことに応じて、アラート又は他のメッセージを生成してもよい。
【００５２】
欠陥又は異常が検出された場合には、手続きマネージャ１３４が、製造された複合品において一定の品質を保つために、１つ以上の所定の又は動的なチェックリスト、手続き、及びアクションを実行する。特に、予期される性能からの逸脱が観察された場合には、オペレータに、欠陥の存在についてアラートを発することが可能であり、これにより後続での損傷がある製品が削減され又は防止されうる。例えば、特定の材料、プロセス等が、特定の種類のエラーを引き起こしやすい（例えば、環境条件、温度に対する感度）場合には、検査自動化システム１００は、このような状況の存在を特定して、（例えば、ＨＭＩ１１２を介して）警報を生成し及び／又はこのようなイベントを低減するために（例えば、作動システム１０８を介して）命令を生成することが可能である。
【００５３】
操作アプリケーションに関連する様々な情報が、作動システム１０８と、センサシステム１０６と、ＨＭＩ１１２と、他のサブシステムとの間で、例えば、ＨＭＩインタフェース１３０、及び、センサインタフェース１３２を介して伝えられる。加えて、ＨＭＩ１１２は、ＤＤＳへのインタフェース１２２を含み、センサシステム１０６は、ＤＤＳへのインタフェース１４０を含み、作動システム１０８は、ＤＤＳを介してコアプラットフォーム１０４と通信するために、ロボットアプリケーションインタフェース１０９を含む。
【００５４】
図示するように、センサシステム１０６は、製造プロセス、製造機械、及び／又は複合品における欠陥を特定するために必要とされる（目視検査のための）光学的な座標測定機１１０ａ、温度カメラ１１０ｂ、非接触超音波（ＮＣＵ）１１０ｃ、及び／又は、（音響検査のために用いられる）超音波検査１１０ｄ、及び／又は他のセンサといった、１つ以上のセンサ１１０ａ〜１１０ｄからデータを収集して解析するために、センサアプリケーション１４２を含みうる。センサシステム１０６は、複合品を撮像すること及び／又はコックピット計器上の表示を読み取ることによって製造プロセスの状態を継続的に監視するために、モーションキャプチャーマーカを場合により含む単眼又は立体視覚システムを利用してよい。
【００５５】
或る態様において、２つの見晴らしの良い地点からの場面についての情報を比較することによって、２つのパネル内のオブジェクトの相対位置を調べることにより３Ｄ情報を抽出することが可能である。立体視覚システム及び／又はマーカ（ｍａｒｋｅｒ）を使用することによって、ロボット構成要素間の衝突を防止しうる感知も提供される。
【００５６】
望まれる場合には、作動システム１０８は、製造動作を通じて製造品を案内するために、コアプラットフォーム１０４を介して命令されたアクションを実行する。作動システム１０８は、製造品の進み具合の監視時に支援するため、及び、製造品中の欠陥を、その欠陥がどの段階で現れたのかも含めて特定するために、コアプラットフォーム１０４により命令されたアクションを実行する。図１ｂに示すように、例えば、作動システム１０８は、コアプラットフォーム１０４から作動命令及び設定データを受信してよく、作動システム１０８のアクションに関するフィードバックといった情報を、コアプラットフォーム１０４に送信してよい。
【００５７】
ＨＭＩ１１２は、オペレータのための制御及び通信インタフェースを提供する。ＨＭＩ１１２は、オペレータが検査自動化システム１００に指示することを可能にするプロセスマネージャとして動作するよう構成されうる。ＨＭＩ１１２は、タッチスクリーングラフィカルユーザインタフェース（「ＧＵＩ」）及び／又は音声認識システムに基づいていてよいヒューマンマシンインタフェースを含みうる。ＨＭＩ１１２は、例えば、タブレットコンピュータ、ラップトップコンピュータ、スマートフォン１１６、又はこれらの組合せを用いうる。音声アプリケーション１２６は、スピーカ１２０を介したオペレータからの情報を受信することが可能である。ＨＭＩ１１２は、製造システムから遠く隔てられて位置付けられてよく、又は、或る態様では、製造システムに組み込まれたディスプレイ（例えば、既存のディスプレイ）として利用されてよい。
【００５８】
図１ｂ及び図１ｃに示すように、ＨＭＩ１１２は、ＧＵＩに基づくタブレット、及び、センサシステム１００とオペレータとの間で情報を送信及び／又は受信するよう構成されたＨＭＩアプリケーション１２４を利用しうる。ＨＭＩ１１２の或る目的は、製造プロセスの間に、情報に基づいた決定（例えば、検出された欠陥に基づく変更動作又は維持動作）を行うために、オペレータがコアプラットフォーム１０４と連携することを可能とすることである。図１ｂに示すように、ＨＭＩ１１２は例えば、サブシステムからコアプラットフォーム１０４を介してステータス情報を受信してよく、その一方で、ＨＭＩ１１２によって生成され又はオペレータによって入力されたモード命令をコアプラットフォーム１０４に送信してよい。オペレータは、遠く離れていてもよく（例えば、一元管理領域からの監視）、又は、製造装置のところにいてよい。従って、或る態様において、ＨＭＩシステム１１２は、通信システム１４６を介してネットワーク上で遠隔で支援されうる。
【００５９】
ＨＭＩ１１２は、検査自動化システム１００の現在の状態（即ち、複合品の現在の段階及び／又は状態）と共に、どの操作アプリケーションが現在インストールされており、どの操作アプリケーションが実行中であるか、及びこれらのアプリケーションが有効である場合には、作動システム１０８がどのアクションを取っているかを表示することが可能である。いくつかの実施例において、ＨＭＩ１１２は、チェックリスト検証及びコアプラットフォーム１０４からのアラートを含む直観的ディスプレイ及びインタフェースを提供し、上記チェックリスト検証及びコアプラットフォーム１０４からのアラートには、欠陥予測及び逸脱アラートといった、製造段階及び複合品の予測が含まれる。従って、オペレータがＨＭＩ１１２を閲覧するときには、オペレータは、チェックリストの項目を再調査して監視するだけでなく、任意のアラートを再調査することが可能である。ＨＭＩシステム１１２は、チェックリストの項目にオペレータの注意を向けるために、視覚的及び聴覚的なアラートを与えうる。
【００６０】
状態マネージャ１３６は、複合品のリアルタイムの状態を収集し、定め、又は把握する。上述したように、状態マネージャ１３６は、とりわけ、システム１００との直接接続（例えば、一体化又は他の方法による有線接続）を通じて、又は、センサシステム１０６を介して、リアルタイムの状態を認識しうる。センサシステム１０６が使用されるときに、状態マネージャ１３６は、専用コントローラ（例えば、プロセッサ）を含んでよく、又は、センサシステム１０６のコントローラ（例えば、センサアプリケーション１４２）を共有してよい。
【００６１】
センサシステム１０６によって認知されたデータは、符号化され、リアルタイムでコアプラットフォーム１０４に提供されてよい。コアプラットフォーム１０４のオープンアーキテクチャは、センサシステム１０６により生成された状況データを拡張するために、データバス又はＤＤＳを介して受信された追加のデータの組込みを可能とする。図１ｂに示すように、例えば、状態マネージャ１３６及び／又はセンサシステム１０６は、コアプラットフォーム１０４から命令及び設定データを受信してよく、その一方で、センサシステム１０６が収集し又はそうでなければ状態マネージャ１３６が収集した状態及び状況情報（例えば、欠陥データ）を、コアプラットフォーム１０４に対して送信してよい。
【００６２】
幾つかの実施例において、状態マネージャ１３６は、製造プロセスの状態及び複合品の状態を定めるために、獲得されたデータに対して１つ以上の機械学習アルゴリズムを適用する。データ解析に対する物理学ベースのアプローチが機械学習技術で補完されることで、システム１００は、計算複雑性の進展に依存することなく当該技術分野の状態を前進させる。追加的に、計算に基づくアプローチは、物理モデルの範囲内で重大な推測を建てる傾向があり、このことは計算結果に影響を与えうる。本明細書に記載するニューラルネットワークに基づくアプローチは、人間のオペレータの検査習慣を模倣して、人間の検査官にとって関心がある特徴により価値を置くことを学習する。
【００６３】
具体的には、人工ニューラルネットワーク（ＡＮＮ：ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ  ｎｅｕｒａｌ  ｎｅｔｗｏｒｋ）は、動物の脳を構成する生物学的なニューラルネットワークから着想を得たコンピュータシステムである。このようなシステムは、例を観察することにより様々なタスクを「学習する」。幾つかのケースにおいて、ＡＮＮを採用するシステムは、特定のタスクのためにはプログラミングされていないが、システムは、パターンを認識して、学習した技術を後のタスクにおいて利用することが可能である。例えば、画像認識において、システムは、特定の物体を含む画像を識別することを、その物体を含む例示の画像を解析し他の画像中でその物体を識別するために解析を行うことで、学習する。ＡＮＮシステムは、規則に基づくプログラミングを用いた、範囲が限られた従来のコンピュータアルゴリズムの代用となるように利用されてきた。
【００６４】
状態マネージャ１３６は、検査自動化システム１００が、製造されている複合品に固有の情報を定めることが出来るように、必要な知識ベースを収集及び／又は生成する。これには、製造性能の特徴と、複合材料の特徴と、チェックリストと、製造される複合品の品質を定める手続きとについての知識が含まれる。データは、機械学習及びトレンド解析をサポートする、（例えば、マニュアル、オペレータの入力からの）データと、製造中に（例えばセンサ１１０ａ〜１１０ｄを介して）取得されたデータと、の組合せから導出されうる。機械学習により、知識獲得プロセスを効率良くかつ迅速に実施することが可能となる。
【００６５】
上記プロセスに固有の情報は、１つ以上のトレーニング期間の間に、（例えば、機械学習アルゴリズム等のための知識の基礎を築くために）製造動作を直接的に監視することを利用して、及び製造動作を直接的に監視することを通じて収集されうる。このプロセスの出力が構築されて、履歴データのライブラリ又はマトリクスとなり、これには、予期される性能及び特定のプロセス及び／又は物品に固有の潜在的な問題が含まれている。上記のライブラリ又はマトリクスは、先にコアプラットフォーム１０４に関して記載したデータストア１３９、状態マネージャ１３６、及び／又は、トレンドマネージャ１３８に格納することが可能である。このデータストア１３９に含まれるものは、操作手順、利用可能なシステム及びそれらの設計、並びに、製造システムの効率の良い稼働のために必要な他の全ての情報でありうる。
【００６６】
本システムは、例示の５工程から成るプロセスを実施するよう構成され、上記プロセスには、レイアップ段階でのその場での検査工程、硬化工程、及び、トリム工程が含まれる。特に、レイアップ段階ではＮＣＵ検査が実施され、硬化段階ではその場での検証が実施され、トリム段階では、その場でのＮＤＩが利用される。このように、各上記段階で別々の検査プロトコルが利用される。このことによって、製造プロセスの特定の段階後に欠陥を識別するためのデータが生成され、上記データは、オペレータ又はシステム管理者にアラートを発し及び／又は報知するため、及び、このような欠陥を修正するためのアクション（例えば、製造プロセスのパラメータの調整）を取るために利用することが可能である。
【００６７】
いくつかの実施例において、状態マネージャ１３６は、製造プロセスの様々な段階で、複合品の完全性に対応する特徴のデータを解析する。例えば、レイアップ段階が実施された後で、その場での非接触超音波検査を実施することが可能である。自動化された欠陥検査を、しわ、折り目、異物、気泡、空隙等を特定するために材料に対して適用することが可能である。上記検査に関する情報は、人間のオペレータのための解析、追跡、表示等のために、コアプラットフォームに提供されうる。
【００６８】
追加的又は代替的に、複合品を硬化させた後でデータが解析されうる。例えば、複合品が加熱されて硬化させられた後で、その場での検証プロセスが、欠陥（例えば、しわ、折り目、異物、気泡、空隙等）が存在するかを判定するために実施される。欠陥が特定された場合には、どちらの段階でも、アラートを送信することが可能であり、及び／又は情報を自動化された製造ツールに送信することが可能である。
【００６９】
追加的又は代替的に、特徴と関連付けられた欠陥値を、複数の欠陥値（例えば、データストア１３９に格納された１つ以上の閾値）と比較することが可能である。例えば、格納された値は、ライブラリ又はマトリクスにより格納され、学習され、及び／又は、トレンド解析マネージャ（例えば、トレンドマネージャ１３８）を介して更新されうる。（例えば、状態マネージャ１３６を介して）欠陥が複合品において特定された場合には、アラートが（例えばＨＭＩ１１２を介して）人間のオペレータに提示され、及び／又は、製造プロセスの動作を調整するために作動システム（例えば、作動システム１０８）に提示されうる。幾つかの実施例において、状態マネージャ１３６は、欠陥を含んでいるとして製造品を指定して、更なる検査、破壊等のためにシグナリングすることが可能である。
【００７０】
このように、本明細書に記載のシステム及び方法は、様々なソースからセンサデータを取得し、上記データを、複合品の１つ以上の特徴についての品質測定値を検証するためにリアルタイムで利用し尽くして解析するよう構成される。従って、潜在的な生産品の品質を、最終製品が納品される前の複数の段階で評価することが可能である。このことは、以下のことで達成され、即ち、製造プロセス及び／又は複合品の特徴を感知し、このデータを機械学習技術を介して解析し、欠陥、及び／又は、その欠陥が発生した段階を特定し、及び、問題が大きくなる前にその問題を軽減するために、上記情報をＨＭＩ及び／又はロボット作動システムへと伝えることで達成される。
【００７１】
図２ａは、例示のプロセスの概要を示している。本プロセスは、以下の５つの主要な段階を含み、即ち、１）原材料の獲得、２）材料のレイアップ適用、３）材料の硬化、４）硬化された物品のトリミング、及び、５）（最終検査を含む）最終的なＮＤＩを含む。各プロセスは、１つ以上の下位プロセスを含む。
【００７２】
図２ａの例で示すように、従来のプロセスが以下のことにより改良され、すなわち、欠陥が生じているか及びどの段階で欠陥が生じたのかを判定するためにデータを取得し解析するために、様々な段階でその場での自動化された検査工程を組み込むことにより改良されている。詳細に示して記載したように、製造プロセスの間に欠陥を確認するために、各段階を個別に解析することが可能であり、このことには、１つ以上のセンサ及び／又は機械インテリジェンスアルゴリズムによって解析することが含まれる。それに対して、従来のプロセスは、複合品が完成した後の１つの検査工程に依拠している。その段階で、製品自体は廃棄にされるであろう。さらに、その欠陥が、製造プロセスの早期の段階で導入された場合には、そのような損傷がある第１の製品で欠陥が発見されたにもかかわらず、その問題を修正できるより前に、かなりの数の後続の製品が、同じ欠陥による影響を被ってしまっているであろう。
【００７３】
ここで開示するシステムの利用によって、欠陥と、その欠陥が発生した段階と、の早期の検出及び解析が実現される。そして、複数の製品に影響が及ぶ前に、製造プロセスについての欠陥に対応することが可能である。このような応答によって、例えば、必要とされる原材料の量が抑制され、製造プロセスの範囲内での問題の特定に因る非稼働時間が抑制され、及び、製造プロセスが完了している、破棄される製品の数が低減されるであろう。さらに、製造プロセスを通じて、自動化された検査を利用することによって、製品が完成した後の手動での検査を抑え又は無くすことが可能であり、このことにより、サイクル時間を短縮し品質管理を改善することが促進される。
【００７４】
図２ｂは、複合品を製造するための他の例示のプロセスの概要を示している。図２ｂの例では、原材料の段階が、プロセス１〜５として表され、レイアップ段階が、プロセス６〜９として表され、段階がプロセス１０〜１１として表され、段階がプロセス１２として表され、最終段階は、プロセス１３〜１５として表されている。その場での検査プロセスは、未だ組み込む必要はない。
【００７５】
図２ｂの例に示すように、原材料段階は、マニュアルストリンガレイアップ（ｍａｎｕａｌ  ｓｔｒｉｎｇｅｒ  ｌａｙｕｐ）及び冷却装置を利用する５つの工程を含みうる。上記５つの工程は、原材料を冷却し、原材料の寿命を伸ばすために利用されうる。例えば、ストリンガと外装組織とは、生産品の様々な部分（例えば、航空機の外装）に、曲げ剛性及びねじり剛性を与えるために協働する。レイアップ段階には、３工程による自動化された繊維配置（ＡＦＰ：ａｕｔｏｍａｔｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）及びストリンガ組み立て（ｓｔｒｉｎｇｅｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ）、並びに、１工程による外装組み立てが含まれうる。硬化段階は、オートクレーブ養生工程及び離型工程を含み、ここで、硬化される製品はルータに配置される。トリム段階において、複合品にトリミングが施され、その特定の目的に適した寸法に形成される。最終的な検査段階の間には、非破壊的検査（ＮＤＩ：ｎｏｎｄｉｓｔｒｕｃｔｉｖｅ  ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ）アクションが複合品に対して適用され、その後で目視で検査される。湿式レイアップ（ｗｅｔ  ｌａｙｕｐ）成形プロセスが、強化繊維の層と液状樹脂とが結合されて高品質の薄板が作製されるように実施される。このプロセスは、異なる層によるモールドへの補強材の配置及び／又は当該モールドと接触させた補強材の配置を含みうる。その後、製造品の縁端がシールされ、最終的な製品の重量が計測され、包装され、輸送される。
【００７６】
図３ａは、例示の原材料処理の詳細を示している。例えば、原材料が、マニュアルストリンガの上に準備され、複合品のための形状及び構造が与えられる。その後で、その結果が非接触の超音波を用いて検査される。適切な非接触超音波装置が、現在では、Ｕｌｔｒａｎ  Ｇｒｏｕｐ社によって製造されている。更に図示するように、図３ｂ〜図３ｄは、非接触超音波検査の要素の一例を示している。図３ｂは、媒体を通して超音波を提供する送信機Ｌを示し、上記超音波は、受信機Ｒによって受信される。送信及び受信される超音波の特徴に基づいて、媒体の１つ以上の特徴を定めることが可能である。図３ｃは、媒体と相互作用する超音波をグラフに表しており、図３ｄは、ＮＣＵ撮像の結果を示している。例えば、上部３００は、５００ｋＨｚで保護膜により閉じられた１．５ｍｍのＣＦＲＰ（Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃ、炭素繊維強化プラスチック）プリプレグを示しており、下部３１０は、２００ｋＨｚで保護膜により閉じられた４．０ｍｍのＣＦＲＰプリプレグを示している。
【００７７】
図４ａは、例示のレイアップ処理の詳細を示している。例えば、自動化された欠陥検査が、複合品におけるしわ、折り目、及び／又は、異物による破損（ＦＯＤ：ｆｏｒｅｉｇｎ  ｏｂｊｅｃｔ  ｄａｍａｇｅ）の存在を確認するために実施される。
【００７８】
図４ｂ〜図４ｄは、レーザにより実現される検査システムの一例を示している。一例において、検査システムは、Ａｓｓｅｍｂｌｙ  Ｇｕｉｄａｎｃｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社により製造された「レーザガイド（ＬＡＳＥＲＧＵＩＤＥ）システム」でありうる。図４ｂは、製造品でのレーザによる三角測量の実現を示しており、ここでは、レーザ検査システムは、物体を識別するために計算を実行する（例えば、アルゴリズムを実行する）。図４ｃは、表面に当てられるレーザ線を介した、物体の表面に生じた間隙を識別するための、レーザを実装した表面形状測定装置（例えば、表面の外形を測定するための測定装置）を示している。図４ｄは、取得されたデータのグラフ表示を提供しており、このグラフ表示では、間隙に対応する負の値が示されている。
【００７９】
図５ａ〜図５ｂは、例示の検査プロセスの詳細を示している。図５ａの例では、従来のシステムの不足が、手動レイアップのための原材料の品質について、又は、複合原材料が自動繊維配置（ＡＦＰ：Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）に従って正確に配置されたかについての工程内検査のみを提供するものとして見做されている。図５ｂは、最終検査段階より前の検査の不足を示している。先進的な繊維配置（ａｄｖａｎｃｅｄ  ｆｉｂｅｒ  ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）としても知られるＡＦＰは、複合材料を製造する一方法である。例えば、複合材料は軽量であるが、金属と同等の強度又は金属よりも高い強度を提供する。複合材料は、航空機製造といった、強度及び重量がファクタを支配する産業において、益々利用されるようになっている。
【００８０】
例えば、ＡＦＰプロセスでは、材料を、構造フレームを与えるためのモールド又はマンドレルに載置し、この構造フレームに、例えば、当該構造フレームに複数の積層された材料を乗せることで、複合品のレイアップが形成される。この技術によって、正確さと、集積速度の向上とが提供される。自動繊維配置は、他のやり方で製造することが困難であり又は不可能な複雑な構造物を製造するために利用される。
【００８１】
図６ａは、例示の硬化プロセスの詳細を示している。例えば、硬化プロセスは、オートクレーブ又はオーブンで実施されうる。例えば、複合品を硬化させることは典型的に、オーブン、オートクレーブ等で起きる、熱によって活性化されるプロセスである。硬化プロセスによって、複合品を作製するために利用する材料（例えば、樹脂）の化学的特性を変化させることが可能であり、結果として、より強度で、その上本明細書に記載するようなカスタマイズ可能な構造を有する完成品が得られる。
【００８２】
図６ｂは、例示の５工程によるプロセスを示しており、この５工程によるプロセスには、レイアップ段階におけるその場での検査工程、硬化段階、及びトリム段階が含まれる。具体的には、レイアップ段階には、ＮＣＵ検査が含まれ、硬化段階では、その場での検証が行われ、トリム段階には、その場でのＮＤＩが含まれる。このように、各上記段階で別々の検査プロトコルが利用される。このことによって、製造プロセスの特定の段階後に欠陥を識別するためのデータが生成され、上記データは、オペレータ又はシステム管理者にアラートを発し及び／又は報知するため、及び、このような欠陥を修正するためのアクション（例えば、製造プロセスのパラメータの調整）を取るために利用することが可能である。
【００８３】
従来の手動での検査では、人間のオペレータが通常では、完成した複合品の上方でセンサ（例えば、ＮＣＵ）を移動させるために、試験プラットフォーム（例えば、ＣＮＣルータ）を利用する。人間のオペレータは、複合品の上方で機械を移動させて厄介な領域を走査し、図７ａに示すような、複合品に生じた空隙及び／又は気泡が閾値の範囲内にあるか、及び、使用に適しているかについて決定する。図７ｂは、複合品における欠陥の一例を示している。例えば、材料の層が互いに重なり合う可能性があり、その際、或る層に間隙ができており、その下の層が剥き出しになっている。このような欠陥は、結果的に複合品の弱化をもたらし、従来の処理及びシステムでは非常に頻繁に、このような欠陥が、複合品が製造プロセスを完了するまで気付かれることなく進行するであろう。従って、ここで開示するシステム及びプロセスの利点には、このような欠陥を引き起こした製造工程の早期の検出及び当該製造工程に対する配慮が含まれる。
【００８４】
ロボットシステムを、検査プロセスにおいて（即ち、手動の検査との対比において）利用することが可能であるが、製造プロセスの間のデータ取得、及び製造プロセスの間に生成される解析が限られているため、人間のオペレータ／検査官が典型的に未だ必要となる。対照的に、本発明は、人間のオペレータへの必要を以下のことにより無くすることが可能であり、即ち、現場での検査プロトコルを改善し、ほぼリアルタイムでデータを解析し、及び、製造プロセスの間に欠陥の検出及び直ぐに使用可能な情報を提供することによって、無くすることが可能である。このように、本明細書に記載するシステム及びプロセスは、人間及び／又は手動の検査プトロコルに対する必要性を排除しうる一方で、リソースを節約し、サイクル時間を低減する。
【００８５】
図８は、検査自動化システム（例えば、検査自動化システム１００）の例示的な実現のフローチャートを示している。コンピュータ１０２、及び、コアプラットフォーム１０４は、例えば、データストア１３９といった非一過性の機械読み取り可能な記憶装置に格納された、機械読み取り可能な命令を実行することで、図８の方法６００を実現しうる。本方法及び本システムは、ハードウェア、ソフトウェア、及び／又は、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせにおいて実現されうる。例示の実現には、特定用途向け集積回路、及び／又は、プログラム可能な制御回路が含まれる。
【００８６】
本方法６００は、ブロック６０２において、１つ以上の原材料の複数の層の載置の後で、（例えば、センサ１１０ａ〜１１０ｄによって）複合品の完全性に対応する第１の特徴を測定する。例えば、レイアッププロセスが行われた後で、その場で非接触超音検査を実施することが可能である。自動化された欠陥検査を、しわ、折り目、異物、気泡、空隙等を特定するために、材料に対して適用することが可能である。上記検査に関する情報を、人間のオペレータのための解析、追跡、表示等のためにコアプラットフォームに提供することが可能である。欠陥が存在する場合には、この段階で、アラートを人間のオペレータに（例えば、ＨＭＩ１１２を介して）送信することが可能であり、及び／又は、情報を、製造プロセスの動作を調整するために、自動化された製造ツール（例えば、作動システム１０８）に送信することが可能である。
【００８７】
追加的又は代替的に、ブロック６０４において、本方法は、複合品を硬化させた後に複合品の完全性に対応する第２の特徴を（例えば、センサ１１０ａ〜１１０ｄによって）測定する。例えば、複合品が加熱されて硬化された後で、欠陥（例えば、しわ、折り目、異物、気泡、空隙等）が存在するかどうかを判定するためにその場での検証プロセスが行われる。第２の特徴によって欠陥が明らかとなった場合には、ブロック６０２のように、この段階において、アラートを送信することが可能であり、及び／又は、情報を、自動化された製造ツールに送信することが可能である。
【００８８】
ブロック６０６において、本方法は、（例えば、コアプラットフォーム１０４によって）、本明細書に記載したように、欠陥値が存在するかどうかを判定する。ブロック６０８において、欠陥値が、複数の欠陥値（例えば、データストア１３９に格納された１つ以上の閾値）と比較される。例えば、格納された値は、ライブラリ又はマトリクスにより格納され、学習され、及び／又は、トレンド解析マネージャ（例えば、トレンドマネージャ１３８）を介して更新されうる。ブロック６１０において、（例えば、状態マネージャ１３６を介して）、測定されて格納されたデータの処理に基づいて、欠陥が存在するかどうかについて判定される。例えば、本方法により、欠陥が存在しないと判定された場合には、本方法は、ブロック６０２に戻って、複合品の特徴を継続的に監視する。
【００８９】
（例えば、状態マネージャ１３６を介して）欠陥が複合品において特定された場合には、本方法は、ブロック６１２においてアラートを生成する。本明細書に記載したように、アラートは、人間のオペレータへの（例えば、ＨＭＩ１１２を介した）可聴的又は視覚的なアラートであってよく、及び／又は、製造プロセスの動作を調整するために、作動システム（例えば、作動システム１０８）に提示されてよい。幾つかの実施例において、本方法は、ブロック６１４での比較に基づいて、欠陥を含むとして製造品を指定する。これに応じて、損傷がある製品を、更なる検査のために選び出すことが可能である。
【００９０】
本明細書に記載の上記システム及び方法は、フライト運用品質保証（ＦＯＱＡ：ｆｌｉｇｈｔ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ  ｑｕａｌｉｔｙ  ａｓｓｕｒａｎｃｅ）、フライトデータ監視（ＦＤＭ：ｆｌｉｇｈｔ  ｄａｔａ  ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ）、飛行機のためのフライトデータ解析、自動車のためのエンジン整備、及び、他のデータ量の多い環境といった様々な分野でのトレンド解析において同様に有用でありうる。
【００９１】
それに応じて、製造プロセスの早期の確認及び調整によって、品質全般が改善され、納品用の売れる商品の割合がより高められ、結果として、生産品の品質を向上させるという利点が付加される。商業化の観点から見ると、上記のシステム及び方法は、それらを採用する製造業者の競争力を高めるためのツールでありうる。
【００９２】
スマートファクトリ技術の市場は、現在、数千億ドルの価値と評価されており、次の数年に亘って、健全な速度で成長し続けることが見込まれる。製造市場において競争力を保つために、製造業者は、より高い製造効率を可能にするよりスマートなツールを開発するべきである。開示されたシステム及び方法によって、リーン製造方式の原則を向上させるための製造業者のハードウェア及びソフトウェアが提供される一方で、品質ベンチマークが維持され又は当該ベンチマークが超えられる。
【００９３】
上記の特許及び特許公報の内容は、参照により、全体として本明細書に援用される。部品や特徴などの具体的な配設に関連して様々な実施形態が記載されてきたが、これらは全ての可能な配設又は特徴を網羅することを意図しておらず、当業者には、実際に多くの他の実施形態、改造、及び変形が究明可能であろう。従って、先に具体的に記載されたものとは別の態様で本発明が実施されうると解されたい。
【００９４】
本開示は、以下の条項に記載の発明の主題を含む。
【００９５】
条項１．製造プロセスを監視するための自動化された検査システムであって、１つ以上のインタフェースを介して複数のシステム又はサブシステムを動作可能に接続するコアプラットフォームと、製造されている複合品の１つ以上の特徴を監視するためにコアプラットフォームと動作可能に接続されたセンサシステムとを備え、コアプラットフォームは、センサシステムから複合品の１つ以上の特徴の第１の測定値を、複合品を形成する間に受信し、複合品を硬化させた後に、センサシステムから１つ以上の特徴の第２の測定値に関するデータを受信し、第１の測定値又は第２の測定値に基づいた、複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成するよう構成される、自動化された検査システム。
【００９６】
条項２．１つ以上の特徴と関連付けられた欠陥を判定するためにコアプラットフォームと動作可能に接続された状態マネージャをさらに備える、条項１に記載のシステム。
【００９７】
条項３．状態マネージャは、第１の測定値に基づいて複合品に第１の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される、条項２に記載のシステム。
【００９８】
条項４．状態マネージャは、第２の測定値に基づいて複合品に第２の欠陥が存在するかどうかを判定するよう構成される、条項２に記載のシステム。
【００９９】
条項５．状態マネージャは、第１の測定値又は第２の測定値に基づいて、欠陥と関連付けられた１つ以上の特徴に対応する値を識別し、識別された値に基づいて、製造品の欠陥の度合いを表す点数を計算するよう構成される、条項２に記載のシステム。
【０１００】
条項６．コアプラットフォームは、複合品に対してトリム動作を行った後に、１つ以上の特徴の第３の測定値に関するデータを受信し、第３の測定値に基づいて、複合品に欠陥が存在するかどうかを判定し、複合品に第３の欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成するようさらに構成される、条項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０１】
条項７．オペレータとシステムとの間のインタフェースを提供するためにコアプラットフォームと動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェースをさらに備える、条項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０２】
条項８．コアプラットフォームは、ヒューマンマシンインタフェースにアラートを送信するよう構成され、アラートは、ヒューマンマシンインタフェースにより提示される可聴的又は視覚的なアラートの１つを含む、条項１から７のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０３】
条項９．コアプラットフォームからの命令に基づいて製造プロセスを実施するためにコアプラットフォームと動作可能に接続された作動システムをさらに備えるシステムであって、コアプラットフォームは、システムの製造プロセスの操作値を調整するために、アラートと、第１の欠陥又は第２の欠陥に関する情報とを作動システムへと送信する、条項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０４】
条項１０．操作値は、製造プロセスの速度、複合品が硬化された温度、複合品の位置のうちの１つを含む、条項９に記載のシステム。
【０１０５】
条項１１．センサシステムは、非接触音波センサ、レーザセンサ、インピーダンスセンサ、赤外線センサ、又は熱センサの１つ以上と動作可能に接続される、条項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０６】
条項１２．センサシステムは、第１の欠陥又は第２の欠陥を定めるために、センサシステムの２つ以上のセンサによって、１つ以上の特徴を監視する、条項１１に記載のシステム。
【０１０７】
条項１３．特徴は、複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む、条項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【０１０８】
条項１４．複合品の完全性を判定する方法であって、センサによって、複合品の完全性に対応する第１の特徴を、複合品を形成する間に測定することと、複合品を硬化させた後で、センサによって、複合品の完全性に対応する第２の特徴を測定することと、コアプラットフォームにおいて、特徴に基づいて欠陥を特定することと、第１の特徴又は第２の特徴に基づいた、複合品に欠陥が存在するという判定に応じてアラートを生成することを含む、方法。
【０１０９】
条項１５．コアプラットフォームによって、第１の特徴又は第２の特徴と関連付けられた欠陥値を定めることと、欠陥値と複数の欠陥値とを比較することと、比較に基づいて、欠陥を含むとして複合品を指定することをさらに含む、条項１４に記載の方法。
【０１１０】
条項１６．コアプラットフォームによって、欠陥が出現する段階を特定することと、特定に基づいて、製造プロセスの操作値を調整することをさらに含む、条項１５に記載の方法。
【０１１１】
条項１７．操作値は、製造プロセスの速度、複合品が硬化された温度、複合品の位置のうちの１つを含む、条項１６に記載の方法。
【０１１２】
条項１８．第１の特徴又は第２の特徴は、複合品と関連付けられた密度、温度、化学組成、及び厚さの１つを含む、条項１４から１７のいずれか一項に記載の方法。
【０１１３】
条項１９．コアプラットフォームと動作可能に接続されたヒューマンマシンインタフェースにアラートを送信することをさらに含む、条項１４から１８のいずれか一項に記載の方法。
【０１１４】
条項２０．アラートは、欠陥を特定する映像又は音声を含む、条項１４から１９のいずれか一項に記載の方法。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８】
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【外国語明細書】
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