(57)【要約】      （修正有）【課題】製造中の複合部品の表面上、表面下にある異物又は欠陥を検出するシステム及び方法を提供する。【解決手段】部材１３０は、検査ガントリであって、表面上方を移動する。熱励起源１１０は、部材１３０に固定されており、上記表面に赤外線を誘導するよう構成されている。赤外線カメラ１２０は、熱励起源１１０から所定の距離離間して部材１３０に固定され、部材１３０が上記表面の上方を移動する時に、表面をスキャンして、表面についてのスキャン情報を検出及び出力する。コントローラ１７０は、励起源１１０及び赤外線カメラ１２０に接続されている。コントローラ１７０は、赤外線カメラ１２０からのスキャン情報を処理して、表面上及び／又は表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されている。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の上方を移動するよう構成された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源と、
前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、
表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
【請求項２】
前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末をさらに含み、前記コントローラは、さらに、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第２ガントリを含む、請求項１又は２のいずれかに記載のシステム。
【請求項４】
前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、請求項３又は４のいずれかに記載のシステム。
【請求項６】
前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記第１ガントリを含む、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
【請求項７】
前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラである、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された前記スキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成し、前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記部品表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成されている、請求項１〜８のいずれかに記載のシステム。
【請求項１０】
可動表面の上方で固定された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導する熱励起源と、
前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記表面が前記部材の下方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
【請求項１１】
前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記複合部品は、当該複合部品の形成中に前記ガントリの下方を移動し、前記部材は、前記ガントリを含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであり、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、請求項１０〜１１のいずれかに記載のシステム。
【請求項１３】
前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、請求項１０〜１２のいずれかに記載のシステム。
【請求項１４】
赤外励起源からの赤外線ビームを前記ワークの前記表面に誘導するステップと、
前記ワークの前記表面を赤外線カメラでスキャンして、前記ワークの前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するステップと、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークの前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するステップと、を含む、
ワークの表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するための方法。
【請求項１５】
前記赤外線カメラは放射分析赤外線カメラであり、さらに、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークにおける上層及び表面下の温度情報を提供するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、表面及び表面下（subsurface）の異物（foreign object debris）及び欠陥を高速で検出するためのシステム及び方法に関し、より具体的には、複合材レイアップのプロセス中に、表面及び表面下の異物及び欠陥を高速で検出するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
複合材料は、概して、高い重量比強度（strength-to-weight ratio）をもともと備えているので、アルミニウム合金や合金鋼などの従来の材料に代えて、ますます多くの複合材料が様々な構造部材において用いられている。一般的に、複合材料は、概ね層状に重ねられた網状構造の強化繊維と、ポリマー樹脂とで構成されており、このポリマー樹脂が強化繊維を十分に湿潤させ、樹脂と強化繊維とを密着結合させている。各層の形成には、通常、高速複合材レイアップ機が使用され、このようなレイアップ機は、複合材料を３０００インチ／分の速度で積層することができる。
【０００３】
しかしながら、形成した複合部品の表面又は内部に、硬化前の状態において異物（ＦＯＤ：foreign object debris）、汚染、又は、その他のタイプのテープレイアップ異常が存在すると、問題が生じうる。例えば、水分やその他のタイプの汚染が少量でも表面に封じ込まれてたり、付着していたりすると、硬化後の複合材料において層間剥離及び気泡（porosity）が生じうる。加えて、複合材レイアップにおいて用いられるバギング材（bagging material）、テフロン（登録商標）テープ、又は、通気性素材（breathing material）の小片などの破片が、複合層に封じ込まれていると、複合部品において層間剥離、気泡及びしわが生じうる。炭素繊維強化ポリマー（ＣＦＲＰ）テープを積層してなる複合部品の製造中には、糸まり（fuzzball）と呼ばれるタイプのＦＯＤが発生する。いわゆる「糸まり」は、テープを保持するスプールと接触することで擦れたＣＦＲＰテープの繊維の束（strands of CFRP tape）で形成され、製造中の複合部品の表面に偶発的に落下しうる。さらに、この他にも、捩れ（twists）、折れ（folds）、トウの粘着不良（untacked tows）、しわ（wrinkles）及びブリッジング（bridging）などのタイプのレイアップ異常がレイアップのプロセスで発生しうるが、現状では、ＦＯＤ及び欠陥の検出は、手動で目視によって行われている。しかしながら、ＦＯＤ及び欠陥が透明であったり、複合材料の表面の色と紛れやすかったりするなど、目視による検出が困難な場合が多い。このように、ＦＯＤ及び欠陥を手動で検出することは、時間がかかり、信頼性に欠ける方法である。特に、硬化に先立ってＦＯＤ物質及び欠陥を検出して除去又は修理しないと、大型で高価な複合部品が非破壊検査で不合格になる可能性がある。
【０００４】
現在、一体型の複合部品が、民間航空機の部品を含む多くの用途で用いられているが、そのような部品の製造コストは非常に高い。そのような部品の積層段階においてごく小さなＦＯＤ物質、汚染又は欠陥が放置されると、製造欠陥が発生して、部品の修理が必要になったり、場合によっては検査で不合格になったりしうる。そのような部品の修理や不合格品が発生すると、多大なコストがかかる上に、日程の遅延及び在庫上の問題にもつながりうる。
【０００５】
したがって、高速での複合材レイアッププロセス中に、表面及び表面下のＦＯＤ、汚染及び欠陥を自動で高速に検査するシステムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
第１の側面において、表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステムが開示される。本システムは、表面の上方を移動するよう構成された部材を含む。また、本システムは、前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源を含む。さらに、本システムは、前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラを含む。前記赤外線カメラは、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成されている。最後に、本システムは、前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラを含む。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されている。
【０００７】
追加実施形態において、本システムは、前記コントローラに接続された端末を含んでもよい。前記端末は、ディスプレイを有する。前記コントローラは、さらに、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成することができる。
【０００８】
第２の追加実施形態において、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第２ガントリである。さらに、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。
【０００９】
第３の追加実施形態において、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記部材は、前記第１ガントリに相当するものでもよい。さらに、前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであってもよい。さらに、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力されたスキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。最後に、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。
【００１０】
第４の追加実施形態において、前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であってもよい。前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成する。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記部品表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成することができる。
【００１１】
第２の側面において、表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステムが開示される。本システムは、可動表面の上方で固定された部材を含む。また、本システムは、前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導する熱励起源を含む。本システムは、さらに、前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記表面が前記部材の下方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラを含む。最後に、本システムは、前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラを含む。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されている。
【００１２】
追加の実施形態において、本システムは、前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末を含んでもよい。前記コントローラは、さらに、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥又は内部の欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成することができる。
【００１３】
さらに別の追加実施形態では、前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層である。前記複合材レイアップ機は、ガントリに取り付けられたヘッドを有する。前記複合部品は、当該複合部品の形成中に前記ガントリの下方を移動する。前記部材は、前記ガントリに相当する。前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであってもよく、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力されたスキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成することができる。
【００１４】
さらに別の追加実施形態では、前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成することができる。さらに、前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成することができる。
【００１５】
さらに別の追加実施形態では、前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層である。前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成する。前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成することができる。
【００１６】
第３の側面において、ワークの表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するための方法が開示される。赤外励起源からの赤外線ビームが、前記ワークの前記表面に誘導される。前記ワークの前記表面が赤外線カメラでスキャンされて、前記ワークの前記表面についてのスキャン情報が検出及び出力される。前記赤外線カメラからの前記スキャン情報が処理されて、前記ワークの前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥が特定される。追加の実施形態では、前記赤外線カメラは放射分析赤外線カメラであり、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報が処理されて、前記ワークにおける上層及び表面下の温度情報が提供される。
【００１７】
上述した特徴、機能及び効果は、様々な実施形態において個別に実現可能であるが、他の実施形態において互いに組み合わせてもよい。さらなる詳細については、以下の記載及び図面を参照することによって明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
後述する詳細な説明は、例として記載されているものであり、この説明に本開示を限定することを意図するものではない。この説明は、以下の添付図面を併せて参照することによって、最もよく理解されるであろう。
【００１９】
【図１Ａ】本開示によるＦＯＤ及び欠陥検出システムのブロック図である。
【図１Ｂ】本開示のＦＯＤ及び欠陥検出システムを用いた、表面及び層下側のＦＯＤのＦＯＤ検出を示す図である。
【図２Ａ】本開示の第１の追加実施形態による、炭素繊維製の翼部外板を形成する積層セルであって、図１のＦＯＤ及び欠陥検出システムが検査ガントリに設置された積層セルを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａの検査ガントリの正面図である。
【図２Ｃ】第１の変形例による検査ガントリの正面図である。
【図２Ｄ】第２の変形例による検査ガントリの正面図である。
【図３】本開示の第２の追加実施形態による、炭素繊維製の翼桁を形成する積層セルで用いられる検査ガントリであって、図１のＦＯＤ及び欠陥検査システムが設置されたガントリを示す図である。
【図４】本開示の第３の追加実施形態による、炭素繊維製の翼桁を形成する積層セルで用いられる検査ガントリを示す図であって、図１のＦＯＤ及び欠陥検査システムが設置されたガントリを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本開示では、本開示の様々な例示的な実施形態を示すすべての図面において、同様の要素については同様の参照符号で示している。
【００２１】
米国特許出願第１４／６１４，１９８号（「１９８号出願」）は、「高速ＦＯＤ検出のためのシステム及び方法（System and Method for High Speed FOD Detection）」との名称で、２０１５年２月４日付けで出願され、本願と同一の譲受人に譲渡され、本願と同一の発明者を複数人含む。本願に援用するこの１９８号出願には、熱（赤外）励起源（infrared excitation source）、及び、これに関連づけられた赤外線カメラを利用したＦＯＤ検出システムが記載されている。赤外線カメラに接続されたコントローラは、製造中の複合部品の表面にあるＦＯＤを検出するよう構成されており、この検出では、製造中の複合部品の表面上方を熱（赤外）励起源及びこれに関連づけられた赤外線カメラ（ラインスキャンモードで動作）が移動するのに伴って、複合部品とＦＯＤとの間の赤外線放射エネルギーの差を、赤外線カメラの画素列のラインの閾値に基づいて判定している。
【００２２】
ＦＯＤは、製造中の複合部品の外側層（プライ）の下側にも発生しうるが、上記１９８号出願に開示されているシステムでは、このようなタイプのＦＯＤ（即ち、層下側のＦＯＤ）及び表面のＦＯＤを特定することは困難な場合がある。層下側のＦＯＤが赤外励起源からのエネルギーを吸収するには、より多くの時間が必要なためである（この時間は、上層の厚みと、赤外線エネルギーが、上層を伝わって、その下にあるＦＯＤに到達するのに必要な時間に基づく）。赤外線カメラは、熱（赤外）励起源から所定の距離離間して配置されているため、層下側のＦＯＤがエネルギーを十分に吸収し、検出されうる量のエネルギーを放射する前に、層下側のＦＯＤの上方を赤外線カメラが通過してしまう可能性がある。これに鑑み、本開示のシステムでは、（ラインスキャンモードではなく）完全二次元モードで、そのカメラの解像度（例えば、１０２４×１０２４画素）で動作するカメラが採用されている。また、このカメラには、コントローラが含まれており、赤外線カメラで生成された情報を分析して、層下側のＦＯＤ及び表面のＦＯＤ（及び、後述するようなその他のタイプの欠陥）を検出するよう構成されている。検出は、層下側のＦＯＤやいくつかのタイプの表面ＦＯＤから放出される温度エネルギーと、製造中の複合部品から放出される温度エネルギーとの差に基づいて行われる。この他にも、反射された赤外線エネルギーに基づいて特定可能な表面ＦＯＤもある。
【００２３】
図１を参照すると、製造中の複合部品の表面にあるＦＯＤ、及び、複合部品において少なくとも何らかの上層の下側にあるＦＯＤを検出するシステム１００が示されている。システム１００は、複合繊維の糸まり（複合部品のレイアップ中に形成されるタイプの異物）、並びに、捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ及びブリッジングなど、レイアップ中に発生しうるその他のタイプのレイアップ異常も検出可能である。システム１００は、熱（赤外）励起源１１０と、これに関連づけられているとともに、部材１３０上に所定距離離間して配置された赤外線カメラ１２０と、を含む。部材１３０は、例えば、複合材レイアップ機におけるオーバーヘッド式の検査ガントリの一部であってもよい。熱（赤外）励起源１１０は、赤外線エネルギー１１５のビームをワーク（workpiece）１４０（例えば、製造中の複合部品）に向けて誘導する。熱（赤外）励起源１１０は、ワーク１４０から固定の距離、例えば、２０フィート上方に設置されている。赤外線カメラ１２０は、部材１３０がワーク１４０の上方を矢印１５０で示す方向に移動するのに伴って、ワーク１４０をスキャンし、ワークから放出される赤外線エネルギーに基づいて、分析用の情報を出力する。好ましくは、部材１３０は、ワーク１４０の上方を一定の速度で移動する。この速度は、１２０インチ／秒のような高速の場合もあるが、一般的には、１秒当たり５０インチと１００インチの間である。コントローラ１７０は、（例えば、ワーク１４０のスキャンの開始時などに）熱（赤外）励起源１１０を起動するように接続されているとともに、赤外線カメラ１２０により生成された情報を受信するように接続されている。コントローラ１７０は、ユーザ端末１８０（簡易な状態表示器の場合もある）及びレイアップ機コントローラ１６０にも接続されており、システム１００の動作及び部材１３０の移動をレイアップ機の動作と連動させる。
【００２４】
さらに別の実施形態では、赤外線カメラ１２０は、放射分析赤外線カメラ（radiometric infrared camera）であってもよく、コントローラ１７０は、部材１３０がワーク１４０上方を移動する間、赤外線カメラ１２０から提供される情報に基づいて、テープ（上層）及び基板（内層面）の温度をリアルタイムで提供するよう構成されていてもよい。
【００２５】
代替の実施形態では、部材１３０の位置が固定であり、ワーク１４０が可動プラットフォームに搭載されていてもよい。プラットフォームの移動によってワーク１４０が部材１３０の下方を移動するのに伴って、赤外線カメラ１２０はワーク１４０の全長をスキャンすることができる。
【００２６】
コントローラ１７０は、赤外線カメラ１２０により生成された情報を分析し、放射熱エネルギーレベルの差に基づいて、層下側や表面のＦＯＤやその他の欠陥の有無を判定するよう構成されている。層下側のＦＯＤ、表面のＦＯＤ、又は、その他のタイプの欠陥が検出されれば、修復対応に関するメッセージをユーザ端末１８０経由で提供することもできる。修復対応としては、例えば、表面ＦＯＤを手作業で除去すること、追って修復作業を行うために、層下側のＦＯＤやその他の欠陥の位置に印(notation)をつけること、などがある。一例では、図１Ｂに示すように、製造中の複合部品１９０は、表面ＦＯＤ１９１を含み、このＦＯＤは、製造中の複合部品１９０と表面ＦＯＤ１９１との放出赤外エネルギーの差に基づいて特定可能である。また、別の製造中の複合部品１９５は、層下側ＦＯＤ１９７を含んでおり、このＦＯＤは、層下側ＦＯＤ１９７の境界周辺部から放出されるエネルギーの差により特定可能である。図においては、この境界周辺部を、白領域１９６で示している。その他にも、層下側のＦＯＤや層下側の欠陥の中には、放出エネルギーの特性が（その境界周辺だけでなく）全体において異なることにより特定可能なものもある。コントローラ１７０は、赤外線カメラ１２０からの情報に基づいてその他の情報を導出することもでき、例えば、積層されたテープ同士の重なり及び間隙のリアルタイムの測定値を含む情報を導出することができる。
【００２７】
次に、図２Ａを参照すると、複合部品２０１（ワーク）の作製作業を行うための積層セル（lamination cell）２００は、第１可動ガントリ２０３（即ち、部材）に搭載されたレイアップヘッド２０２を含み、この第１可動ガントリは、支持フレーム２０４に搭載されている。ワーク２０１は、長さと幅を有しており、ガントリ２０３は支持フレーム２０４に取り付けられている。ガントリ２０３は、ワーク２０１の長さ方向に沿って往復移動できるような機構を介して取り付けられているので、製造中の複合部品の作製プロセスにおいて、複合材料をレイアップヘッド２０２からワークに順次積層することができる。また、積層セル２００は、第２可動ガントリ２０５を有し、このガントリ２０５も、ワーク２０１の長さ方向に沿った往復移動を可能にするような機構を介して支持フレーム２０４に取り付けられている。赤外線カメラ２０６、及び、これに関連付けられた熱（赤外）励起源（図２Ａには示していない）がガントリ２０５に取り付けられている。図２Ａの赤外線カメラ２０６及び熱（赤外）励起源（図示略）は、図１Ａの赤外線カメラ１２０及び熱（赤外）励起源１１０に相当し、同じ態様で動作する。具体的には、赤外線カメラ２０６及び熱（赤外）励起源には、図示していないコントローラが接続されており、このコントローラが、赤外線カメラ２０６からの情報を処理して、ワーク２０１における層の下側や表面のＦＯＤ又は欠陥を特定する。
【００２８】
図２Ａの赤外線カメラ２０６は、ワーク２０１から上方に一定の距離離間して、部材２０５（検査ガントリ）に取り付けられており、赤外線カメラ２０６の特定の画角（field of view）で、ワーク２０１の特定の固定領域（長さ及び幅を有する領域であり、長さが部材２０５の移動方向に平行な領域）を観察することができる。ワーク２０１の幅が、赤外線カメラ２０６の画角の範囲よりも広い場合もありうる。そのような場合、ワークの上方を移動する部材に、複数のカメラと各カメラに関連づけられた熱（赤外）励起源とを搭載しておけばよい。例えば、図２Ｂに示すように、検査ガントリ２０５に、３台の赤外線カメラ２１０、２１１、２１２を取り付けて、これらカメラ全体の画角に、観察対象のワークの幅全体（ワークの幅は、検査ガントリ２０５の移動の主方向に直交する）が入るようにできる。設置するカメラの台数は、ワークの幅及びカメラの画角に依存して決まり、カメラ１台（及び、これに関連づけられた熱的励起源）の場合もあれば、４台以上のカメラ（及び、各カメラに関連づけられた熱的励起源）に及ぶ場合もある。
【００２９】
あるいは、図２Ｃに示すように、１台の赤外線カメラ２１６を利用し、機構２１７によって、このカメラが検査ガントリ２１５に沿った横方向（線２１８で示す）に移動できるようにしてもよい（図示していないが、赤外線カメラ２１６に関連づけられた熱（赤外）励起源も、カメラと連動して検査ガントリ２１５に沿って横方向に移動する）。この場合、ワークの上方を通過させてワークの長尺帯領域を撮像し、通過を複数回行って、前回の通過時と次の通過時で各帯領域の一部が重なりあうようにする。
【００３０】
最後に、図２Ｄに示すように、１台の赤外線カメラ２２１を検査ガントリ２２０にピボット２２２を介して取り付けて（線２２３で示す移動が可能なようにして）利用してもよい。この場合、検査ガントリ２２０は、ワークの上方を長手方向に一度通過する毎に段階的に移動するようにしてもよい。この段階的な移動と移動の各間に停止期間を設けてカメラ２２１を往復揺動させて、赤外線カメラ２２１にワークの幅全体をスキャンさせる。
【００３１】
図２Ａのシステムは、平坦あるいは概ね平坦なワーク（例えば、複合材の翼部外板）をスキャンするのに有効である。ただし、形成される複合部品の中には、例えば、航空機の翼桁のように、平坦でない面を有する代わりに、平坦な頂部と、平坦な頂部に対して直角な側部とを含む面を有するものも多い。図３を参照して、桁及びその他の非平坦なワークをスキャンするためのシステム３００を示す。具体的には、システム３００は、角部を有する（angled）検査ガントリ３０５を（図２Ａに示す検査ガントリ２０５の代わりに）含む。検査ガントリ３０５には、３台の赤外線カメラ３１０、３２０、３３０が取り付けられている（図３には示していないが、図１に示したように、各カメラは、これに関連づけられた熱（赤外）励起源とともに取り付けられている）。赤外線カメラ３１０は、検査ガントリ３０５の角部の頂部に取り付けられており、赤外線カメラ３２０及び３３０は検査ガントリ３０５の反対側の端部にそれぞれ取り付けられている。このように、赤外線カメラ３１０は、ワーク（例えば、桁）の頂部平坦面をスキャンし、赤外線カメラ３１０は、この頂部平坦面に直角なワーク側面の一方をスキャンし、赤外線カメラ３３０がこの頂部平坦面に直角なワーク側面の他方をスキャンする。システム３００は、二次元の（非平坦な）断面を有するワークを一度通過するだけで検査できる。翼桁のように、断面形状において側面部が頂部に対して直角なワークもあるが、頂部に対する角度が９０度より小さい側面部を有するワークもある。システム３００を用いれば、各カメラ３２０及び３３０をワークに向ける角度を調整することで、どちらの場合にも対応できる。
【００３２】
図３に示すシステム３００では、非平坦なワークを一度の通過で検査するのに３台のカメラ３１０、３２０、３３０が必要であるが、図４に示すシステム４００は、カメラ３２０及び３３０の代わりに、ミラー４２０及び４３０を含む。カメラ３１０は、その画角にミラー４２０及び４３０が入るように配置されている。また、ミラー４２０及び４３０の各角度は、非平坦なワークの側面部分がカメラ３１０の画角に入るように調整されている。赤外線ミラー４２０、４３０は、これらミラー４２０、４３０が代替する２台の赤外線カメラよりもずっと安価であるので、システム４００によれば、図３のシステム３００に比べて大幅にコストを削減できる。さらに別の実施形態では、赤外線ミラー４２０及び４３０は凸面鏡であってもよい。これにより、より小さな面積のミラーを使っても、非平坦なワークの側面部全体がカメラ３１０の画角に収まるようにできる。
【００３３】
代替の実施形態では、図１に示すシステム１００を、テープのレイアップヘッド（例えば、図２Ａに示したガントリ２０３のレイアップヘッド２０２）上又はその近傍に設置してもよい。これにより、未硬化の（グリーン）テープをリアルタイムに監視して、テープに発生する割れやスジを、テープを基板への接着に先立って特定することができる。具体的には、低Ｇ力（G-forces）と適切な設置スペースを有する積層ヘッドの場合、赤外線カメラをテープ積層ヘッド上又はその近傍に設置して、積層ヘッドに設置した赤外線ヒータを利用して、未硬化の（グリーン）テープの温度を上げるようにしてもよい。テープがテープクリール（tape creel）から引き出され次第、圧縮ローラで圧縮される前に、テープの温度が上昇する。これにより、テープは、ベース基板に、即ち、テープ積層ヘッドの直近の移動において積層された最上層の複合材料に接着するのに十分な粘着性を発揮する。この実施形態では、赤外線カメラは、圧縮ローラの真後ろに配置して、ヘッドに搭載したヒータの影響を受けてテープから放出されるエネルギーを監視するようにしてもよい。この実施形態によれば、先に説明した実施形態のように熱的励起源を別個に設ける必要はない。
【００３４】
加えて、本開示は、下記の付記による実施形態も包含する。
【００３５】
付記１．  表面の上方を移動するよう構成された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導するよう構成された熱励起源と、
前記熱励起源から所定の距離離間して前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記部材が前記表面の上方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、
表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
【００３６】
付記２．  前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末をさらに含み、前記コントローラは、さらに、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されている、付記１に記載のシステム。
【００３７】
付記３．  前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記複合部品の形成中に、その上方を別個に移動するための第２ガントリを含む、付記１又は２のいずれかに記載のシステム。
【００３８】
付記４．  前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記３に記載のシステム。
【００３９】
付記５．  前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記３又は４のいずれかに記載のシステム。
【００４０】
付記６．  前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、前記複合部品の形成中に、その上方を移動するための第１ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記部材は、前記第１ガントリを含む、付記１〜５のいずれかに記載のシステム。
【００４１】
付記７．  前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラである、付記６に記載のシステム。
【００４２】
付記８．  前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された前記スキャン情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、付記７に記載のシステム。
【００４３】
付記９．  前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記６〜８のいずれかに記載のシステム。
【００４４】
付記１０．  前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記６〜９のいずれかに記載のシステム。
【００４５】
付記１１．  前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成し、前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記部品表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成されている、付記１〜１０のいずれかに記載のシステム。
【００４６】
付記１２．  可動表面の上方で固定された部材と、
前記部材に固定された熱励起源であって、前記表面に赤外線を誘導する熱励起源と、
前記部材に固定された赤外線カメラであって、前記表面が前記部材の下方を移動するのに伴って前記表面をスキャンして、前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するよう構成された赤外線カメラと、
前記熱励起源及び前記赤外線カメラに接続されたコントローラであって、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するよう構成されたコントローラと、を含む、
表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するためのシステム。
【００４７】
付記１３．  前記コントローラに接続された端末であって、ディスプレイを有する端末をさらに含み、前記コントローラは、さらに、前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定すると、前記ディスプレイに表示を行うよう構成されている、付記１２に記載のシステム。
【００４８】
付記１４．  前記表面は、複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記複合材レイアップ機は、ガントリに取り付けられたヘッドを有し、前記複合部品は、当該複合部品の形成中に前記ガントリの下方を移動し、前記部材は、前記ガントリを含む、付記１２又は１３のいずれかに記載のシステム。
【００４９】
付記１５．  前記赤外線カメラは、放射分析赤外線カメラであり、前記コントローラは、前記放射分析赤外線カメラから出力された情報に基づいて、前記複合部品における上層及び表面下の温度情報を提供するよう構成されている、付記１４に記載のシステム。
【００５０】
付記１６．  前記コントローラは、前記複合部品における捩れ、折れ、トウの粘着不良、しわ又はブリッジングを含む欠陥を検出するよう構成されている、付記１２〜１５のいずれかに記載のシステム。
【００５１】
付記１７．  前記コントローラは、複合材料の層と層との重なり及び間隙をリアルタイムで測定するよう構成されている、付記１２〜１６のいずれかに記載のシステム。
【００５２】
付記１８．  前記表面は、炭素繊維強化ポリマーテープを用いて複合材レイアップ機により形成される複合部品の外側層であり、前記炭素繊維強化ポリマーテープは、スプールと接触することによって動作中に当該炭素繊維強化ポリマーテープが擦れて、前記表面に偶発的に落下する炭素繊維強化ポリマーの糸まりを形成し、前記コントローラは、前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記表面上にある炭素繊維強化ポリマーの糸まりを検出するよう構成されている、付記１２〜１７のいずれかに記載のシステム。
【００５３】
付記１９．  赤外励起源からの赤外線ビームを前記ワークの前記表面に誘導するステップと、
前記ワークの前記表面を赤外線カメラでスキャンして、前記ワークの前記表面についてのスキャン情報を検出及び出力するステップと、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークの前記表面上及び／又は前記表面下に位置する異物又は欠陥を特定するステップと、を含む、
ワークの表面上及び／又は表面下の異物又は欠陥を検出するための方法。
【００５４】
付記２０．  前記赤外線カメラは放射分析赤外線カメラであり、さらに、
前記赤外線カメラからの前記スキャン情報を処理して、前記ワークにおける上層及び表面下の温度情報を提供するステップを含む、付記１９に記載の方法。
【００５５】
好ましい実施形態及びその様々な側面を用いて、本開示を具体的に図示、説明したが、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、各種の変更や変形が可能であることは、当業者には明らかであろう。添付の請求の範囲は、本明細書に説明した実施形態、上述の変形、及びその均等物を包含すると解釈されるべきである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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