(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素繊維複合構造で物体（５０）を製造するシステムであって、
炭素繊維層（５６）の繊維方向（３６Ａ，３６Ｂ）を測定する装置（２０）と、
前記装置（２０）によって実行された前記測定に従って前記炭素繊維層の前記繊維方向を調整しながら、炭素繊維層を重ねて配置するマニピュレータ（５４）と、を備え、
前記装置（２０）は前記炭素繊維層（５６）によって反射された光（３２）の偏光方向（３４Ａ，３４Ｂ）を検出する偏光センサ（２４）を備え、前記偏光方向は前記繊維方向を示しており、
前記偏光センサ（２４）は、前記偏光方向の空間分解検出、及び、したがって前記繊維方向の空間分解走査を得るために、前記炭素繊維層（５６）を記録するための高偏光感度カメラを備え、
前記高偏光感度カメラは、ピクセル配列（３８）と、前記炭素繊維層（５６）を前記ピクセル配列（３８）上に結像するレンズ（４０）とを備え、空間分解方法によって繊維の偏光を分析するものである、システム。
【請求項２】
前記炭素繊維層（５６）を照らす光源（２２）をさらに備えている請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光源は前記炭素繊維層（５６）を４００ｎｍから１０００ｎｍの範囲の光（３０）で照らすように構成されている請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記光源（２２）は非偏光光源であるように構成されている請求項２または３に記載のシステム。
【請求項５】
各ピクセルは、感光領域と、前記感光領域の光入射側に結合された偏光フィルタ構造とを備えており、
前記フィルタ構造はサブ波長範囲での大きさの格子または構造要素を備えている請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
該システムは繊維方向の空間分解走査結果をカラー符号化して出力するように構成されている請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記炭素繊維層（５６）によって反射され、その偏光方向が前記偏光センサ（２４）によって検出される前記光を、スペクトルフィルタリングするためのスペクトルフィルタをさらに備えている請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記スペクトルフィルタの透過域は４００ｎｍから１０００ｎｍの範囲である請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
該システムは、前記マニピュレータを制御するように構成されたコントローラを備えており、その制御は前記偏光センサ（２４）に対する前記炭素繊維層（５６）の位置に関する位置情報と前記炭素繊維層（５６）の前記繊維方向に依存してなされる請求項１から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
該システムは、前記マニピュレータを制御するように構成されたコントローラ（２６）を備えており、その制御は、前記偏光センサ（２４）に対する前記炭素繊維層（５６）の位置に関する位置情報と前記炭素繊維層（５６）の繊維方向に依存し、前記炭素繊維層（５６）と他の炭素繊維層（５６）が共に配置された状態で前記繊維方向が前記他の炭素繊維層（５６）に対して所定の向きになるようになされる請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１１】
該システムは、前記物体（５０）の形状に対して前記繊維方向の向きを決定するコントローラ（２６）を備えており、その決定は前記偏光センサ（２４）に対する前記炭素繊維層（５６）の位置に関する位置情報と前記炭素繊維層（５６）の前記繊維方向によりなされる請求項１から１０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
該システムは、検出された前記偏光方向から３次元繊維方向または前記物体（５０）の表面（１４）の領域パラメータ表現による繊維方向を決定するように構成された処理手段を備えており、その決定は、前記決定された繊維方向が前記表面（１４）に対して接線方向となり、かつ前記反射された光の方向と前記検出された偏光方向によって定められる面内にあるようになされる請求項１から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
該システムは、前記物体（５０）の品質を点検するために、前記繊維方向が所定の条件を満たすかどうかを点検するように構成された分析手段（２６）を備えている請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記炭素繊維層にプラスチックを供給する手段（６０）をさらに備え、そのプラスチックの供給は前記プラスチックの硬化後に前記炭素繊維層が前記プラスチックに埋め込まれているようになされる請求項１から１３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ピクセル配列（３８）のピクセル（４４）はスーパーピクセル（４６）にグループ化されており、そのグループ化は各スーパーピクセル（４６）が前記ピクセル配列（３８）のうちの異なる偏光方向を感知できるピクセル（４４）を含むようになされている請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
炭素繊維複合構造で物体（５０）を製造する方法であって、
炭素繊維層（５６）の繊維方向（３６Ａ，３６Ｂ）を測定するステップと、
前記測定に従って前記炭素繊維層の前記繊維方向を調整しながら、炭素繊維層を重ねて配置するステップと、を含み、
前記測定するステップは前記炭素繊維層（５６）によって反射された光（３２）の偏光方向（３４Ａ，３４Ｂ）であって前記繊維方向を示す偏光方向（３４Ａ，３４Ｂ）を検出することによってなされ、
前記偏光方向は、前記偏光方向の空間分解検出、及び、したがって前記繊維方向の空間分解走査を得るために、前記炭素繊維層（５６）を記録するための高偏光感度カメラにより検出され、
前記高偏光感度カメラは、ピクセル配列（３８）と、前記炭素繊維層（５６）を前記ピクセル配列（３８）上に結像するレンズ（４０）とを備え、空間分解方法によって繊維の偏光を分析するものである、方法。
【請求項１７】
光源（２２）によって非偏光光が放射される請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ピクセル配列（３８）のピクセル（４４）はスーパーピクセル（４６）にグループ化されており、そのグループ化は各スーパーピクセル（４６）が前記ピクセル配列（３８）のうちの異なる偏光方向を感知できるピクセル（４４）を含むようになされている請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
試験対象物体（１０）の炭素繊維材料（１８）の繊維方向（３６Ａ，３６Ｂ）を測定する方法であって、
前記試験対象物体（１０）を照らすステップと、
前記試験対象物体（１０）によって反射された光（３２）の偏光方向（３４Ａ，３４Ｂ）であって前記繊維方向を示す偏光方向（３４Ａ，３４Ｂ）を検出するステップと、を含み、
前記偏光方向は、前記偏光方向の空間分解検出、及び、したがって前記繊維方向の空間分解走査を得るために、前記試験対象物体（１０）を記録するための高偏光感度カメラにより検出され、
前記高偏光感度カメラは、ピクセル配列（３８）と、前記試験対象物体（１０）を前記ピクセル配列（３８）上に結像するレンズ（４０）とを備え、空間分解方法によって繊維の偏光を分析するものである、方法。
【請求項２０】
コンピュータで実行されたときに請求項１９に記載の方法を実行するプログラムコードを含むコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素繊維材料の繊維方向を例えば品質試験および／またはさらなる処理のために測定する概念と、炭素繊維複合構造で物体を製造することに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の軽量構造において、いわゆる、炭素繊維複合材料の安定性を向上するために、炭素繊維がますます使用されている。特に、これらの複合材料から作られる安全上重要な構成要素、例えば航空機構造や自動車構造などにおける構成要素では、正確な位置決めと、正確な方向、すなわち炭素繊維の方向が、完成した構成要素の機械的安定性と機械的応力許容性に対して決定的に重要となる。繊維の方向または炭素繊維が配置される角度は、被加工物のあらゆるポイントまたはすべての関連するポイントで、一定の精度で測定されなければならない。製造中、炭素繊維織物のいくつかの層は、通常、１つの層に別の層が連続的に重ねられ、それぞれが特別なプラスチックに浸され、硬化される。これらの層のそれぞれは、繊維の方向に関して適格でなければならない。炭素繊維の層は可視光に対して透過性ではないので、繊維方向の試験は、各層を配置した後、各層に対して個別に行わなければならない。
【０００３】
現在、繊維方向は、さまざまな方法で測定または点検されている。その方法とは、以下の通りである。ａ）製造者によって視覚的に実行される、ｂ）製造者が印を付け、カメラシステムでその印を検出し、対応するソフトウェアによりカメラで撮影した画像を処理する、ｃ）カメラシステムを使用して炭素繊維を記録するが、そのピクセル解像度は、個々の炭素繊維をグラフィックに解像することができるように高く、特別なソフトウェアを使用すれば画像のあらゆる位置について炭素繊維の方向が画像データから決定できる程のものとされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決策ａ）およびｂ）は、製造者による支援を必要とし、かつ、言うまでもない主観による影響のため再現が難しく誤りが発生しがちである。これとは別に、これらの解決策は時間がかかり、したがって高価である。試験を完全に自動化することは不可能である。解決策ｃ）は、比較的高いピクセル解像度を有するカメラの使用を必要とする。カメラの解像度が高くなるほどコストが高くなることとは別に、より高いピクセル数、ひいては、一定の画像またはフレームレートを有するより多くの画像データにより、画像転送速度をより高くしなければならず、画像を評価するための演算能力をより高くしなければならなくなる。データレートと演算能力が高くなると、コストが高くなる。別の表現をすると、このことは、試験速度がコストで制限されることを意味する。結局のところ、このことは、コストをいくらかけることができるかにより、炭素繊維複合材料のある領域を試験するための試験速度が決まることを意味する。別の欠点は、繊維方向が、ソフトウェアを使用して、画像データから計算されなければならないということである。したがって、その結果の精度と信頼性は、ソフトウェアの品質に相当に依存する。特に、プラスチックに浸された織物の場合、繊維方向の認識は、浸漬されていない、いわゆる「生地」織物の場合よりもさらに相当に不正確で信頼性に欠ける。
【０００５】
したがって、炭素繊維材料の繊維方向を測定するための概念または炭素繊維複合構造で物体を製造するための概念は、上記の欠点を克服し、品質、精度が同じであればより安価に製造できることが望ましい。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、炭素繊維材料の繊維方向を測定するための概念および炭素繊維複合構造で物体を製造するための概念を提供することであり、特性を改善することを特徴とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、添付の独立請求項の発明の主題によって実現される。
【０００８】
本発明は、試験対象物体によって反射された光の偏光の方向を使用して試験対象物体の炭素繊維材料の繊維方向を認識することができるという知見を利用する。例えば、無偏光光が炭素繊維に当たると、繊維が反射する光は繊維方向に偏光される。その光の波長は、例えば４００から１０００ナノメートルの範囲である。
【０００９】
光の偏光により、炭素繊維材料、例えば炭素繊維織物または炭素繊維複合材料など、の繊維方向を測定することができる。一実施形態によれば、偏光センサとして試験対象物体を記録する高偏光感度カメラが使用され、偏光方向の空間分解検出、及びそれによる繊維方向の空間分解走査を得る。ここでの利点は、高偏光感度カメラの解像度が、光学的に繊維を解像するのに十分である必要がないことである。言い換えると、高偏光感度カメラのレンズの物体面におけるそのカメラの空間解像度は、炭素繊維材料の表面での繊維の構造を解像するのに必要とされる空間解像度よりも低くてもよいということ、すなわち、そのレンズの物体面において繰り返されるピクセル間の間隔は、例えば、繊維の半径よりも大きくてもよいということである。
【００１０】
有利な実装態様は従属請求項に従う。本発明の好適な実施形態を、図面を参照して以下に詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態による、試験対象物体の炭素繊維材料の繊維方向を測定する装置の模式的なブロック回路図である。
【図２】一実施形態による、偏光センサとして機能する高偏光感度カメラの概略図である。
【図３】一実施形態による、炭素繊維複合構造で物体を製造するシステムのブロック回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による、試験対象物体の炭素繊維材料の繊維方向を測定する装置を示す。炭素繊維材料は、例えば、図１でクロスハッチングにより象徴されるような炭素繊維織物とすることができる。しかしながら、炭素繊維複合材料であってもよい。図１において、炭素繊維材料で作られた試験対象物体１０は、例えば、炭素繊維織物による層または積層であり、例えば、測定後に１つまたはいくつかの他の炭素繊維層上に配置されて炭素繊維複合をもたらすものである。ここで重要なことは、炭素繊維材料の繊維方向を把握することである。繊維方向を把握することは、他の理由でも必要となる可能性がある。図１は、好適な例として、試験対象物体１０の表側１４と、破線拡大部１２における炭素繊維材料を示している。繊維束１６は、ここでは、織物１８を形成するように織り込まれている。あるいは、その試験対象物体は上記した炭素繊維層の積層にすでになっているものとしてもよく、その場合、プラスチックマトリクスを含んでいても含んでいなくてもよく、プラスチックマトリクスは硬化していても未硬化でもよく、すなわち、炭素繊維複合材料製の生産物または中間生産物とすることができる。
【００１３】
試験対象物体１０の炭素繊維材料１８の繊維方向を測定する図１の装置は、包括的に符号２０で示され、光源２２と偏光センサ２４を含み、さらに、任意ではあるがコンピュータ２６とモニタ２８を含んでいる。光源２２は試験対象物体１０を照らすように構成されている。偏光センサ２４は試験対象物体１０によって反射された光の偏光方向を検出するように、すなわち、特に試験対象物体が光源２２により照らされ、続いて偏光センサ２４へ反射された光の偏光方向を検出するように構成されている。その偏光方向は、その照らされた表側１４での物体１０の繊維方向を示す。
【００１４】
その装置が組立てられた状態において、光源２２は試験対象物体１０を照らすよう配置されている。光源２２から放射された光３０は、例えば、偏光していない。光源は、例えば、ハロゲンランプ、熱電子放出ランプまたはＬＥＤなどとすることができる。物体１０は、異なる方向から同じかもしくは異なる種類のいくつかの照明で同時に照らしてもよく、または鏡もしくは光ファイバーなどの他の装置を使用して異なる方向から照らしてもよい。すなわち、光源は、異なる方向から物体１０を照らすためにいくつかの照明および／またはさらに光ガイド手段、例えば鏡など、を備えてもよく、それにより、偏光センサ２４により走査され、および／または偏光センサ２４と向き合う表面１４をより完全に照らすことができ、すなわち影ができるのを避けることができる。光３０の光スペクトル、例えば、その平均波長は、好適には４００ｎｍから１０００ｎｍの範囲とすることができる。特に、光源２２は、広帯域光源または狭帯域光源とすることができる。単色光源２２を使用することも可能である。その場合、光源２２のスペクトルの半値幅は１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。
【００１５】
光３０が試験対象物体１０に当たるとすぐに、炭素繊維材料１８の明確な好ましい特徴が顕著になる。つまり、試験対象物体１０が当たる光に対して偏光効果を示すということである。特に、光３０は、試験対象物体１０の炭素繊維材料で反射されると、照らされた表面１４での繊維方向に沿った偏光方向に沿って偏光される。偏光センサ２４の方向からの物体１０の表面１４の一部の上面図を示す拡大部分１２では、このことは、典型的な例として試験対象物体の２つの異なる位置ＡとＢについて示されている。位置Ａで反射されて偏光センサ２４に当たる光３２は、位置Ａを横切る繊維束１６の繊維方向３６Aに平行な偏光方向３４Aを有する。位置Ｂは典型的には別の繊維束１６に位置しているため、位置Ｂにおける繊維方向３６Bとそれに平行な偏光方向３４Bは方向が異なり、すなわち方向３６Aと３４Aに対して垂直方向である。
【００１６】
偏光センサ２４は、炭素繊維材料１０の繊維方向を点ごとにその点で反射された光３２の偏光方向にわたって測定するものであってもよく、またはラインセンサ、エリアセンサまたは高偏光感度カメラであってもよい。上述の第１の場合において、望むならマニピュレータまたはロボット（図示せず）を好適には繊維方向の空間分解走査のために使用して、偏光センサ２４によって走査され反射光が偏光センサ２４によって検出される点または位置を横方向に移動または変更し、それにより異なる位置ＡとＢで対応する繊維方向測定値を取得するようにしてもよい。
【００１７】
図２は、偏光センサ２４が高偏光感度カメラである場合を示す。この実施形態によれば、高偏光感度カメラ２４は、ピクセル配列３８と、試験対象物体１０をピクセル配列３８上に結像するレンズ４４を含んでいる。図２におけるピクセル配列３８の拡大上面図４２に示すように、ピクセル配列３８のピクセル４４は、好適な例として次のようなスーパーピクセル４６にグループ化することができる。すなわち、スーパーピクセル４６は、それぞれピクセル配列３８のうちの異なる偏光光を感知できるピクセル４４を含み、すなわち第１の偏光方向のための第１のピクセルと、それとは異なる偏光方向である第２の偏光方向のための第２のピクセルを少なくとも含む。図２は、各スーパーピクセル４６が、４５°の角度差をもって互いに離れた間隔で配置された偏光方向を感知できる４つのピクセル４４を含むことを好適な例として示している。異なる偏光感度のピクセルの数が異なっていることも可能であり、それはそれらのピクセルの偏光方向が均等でない角度分布をもつようなものである。ここで指摘しておくことは、図２に示すようにピクセルが異なる規則的な配列で線状および列状に規則的に配置されているか、または不規則に配置されているかどうか、およびスーパーピクセル４６内のピクセルの配置順が等しいかどうか、またはスーパーピクセル４６内の異なる偏光方向を感知できるピクセルの配置がピクセル配列３８にわたって変化するかどうかは無関係であるということである。スーパーピクセル４６を線方向および列方向には規則的に配置しないが、異なる規則的な方法または不規則な方法で配置することも可能である。
【００１８】
偏光センサ２４での走査は、上記したように、点走査または領域走査に限定されない。照らされた表側１４での試験対象物体１０の炭素繊維材料の繊維方向の線走査または一次元走査もまた想定される。物体１０と偏光センサ２４との間の相対的な動きをここで用いて、結果として、繊維方向の２次元走査を実現してもよい。
【００１９】
偏光センサ２４は、反射光３２から一定波長の光、例えば、４００ｎｍから１０００ｎｍの間の前述した範囲における波長の光をフィルタリングするためのフィルタシステムをさらに備えることができる。ピクセル配列３８は、好適な例として、光感応領域の配列を備え、その上方にフィルタ構造の配列を配置して、各光感応領域がフィルタ構造と共にピクセルを形成するようにすることができる。個々の光感応領域の光入射側に結合されたフィルタ構造は、好適な例として格子構造とすることができる。特に、フィルタ構造が、サブ波長範囲、すなわち、光３０の波長よりも小さい範囲での大きさをもつ構造要素を備えることが可能である。それらのフィルタ構造はフォトニック結晶の特徴を示すことができる。光感応領域とフィルタ構造はチップ内にいっしょに組み込むことができる。光感応領域は、好適な例として、フォトダイオード配列、ＣＣＤ配列、またはＣＭＯＳピクセル配列で形成することができる。そのような偏光センサは、例えば、ドイツ特許第１０２００８０１４３３４号に説明されている。
【００２０】
偏光センサ２４は、基本的に、市販のＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサの他に、光３２の偏光方向の連続的もしくは段階的な回転のためにＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサと物体１０との間に配置される装置、すなわち透過偏光方向が時間とともに変化する偏光フィルタを含むことができる。ＣＣＤまたはＣＭＯＳ画像センサは偏光を感知しないセンサであり、個別センサ、ラインセンサもしくは画像センサである。光の偏光方向を回転させる装置または透過偏光方向が変化する偏光フィルタにより、いくつかの画像を次々に、すなわち時間的に連続して記録し、そしてそれらを適切な方法で組み合わせ、このようにして表面１４のあらゆる位置について偏光の局所的な角度を取得することができる。
【００２１】
図１に示すように、この装置２０はコンピュータ２６と表示装置２８を任意に備えることができる。偏光センサ２４がエリアセンサとして形成される場合、コンピュータ２６は、好適な例として、スーパーピクセルのピクセル値を適切なスカラ値、すなわち、スーパーピクセル毎に１つまたはいくつかのスカラ値、に変換するために設けることができる。これらのスカラ値は、とりわけ、表面１４の位置での反射光３２の偏光の局所的な角度の尺度であり、その位置でのスーパーピクセルまたは繊維方向に関連したものである。繊維方向のその空間分解走査は、次いで、カラー符号化により表示装置に表示することができる。コンピュータ２６またはそこで実行されるプログラムは、物体１０と偏光センサ２４との間の相対的な動きを生成するために上述したオプションのマニピュレータ４８をさらに駆動することができる。
【００２２】
コンピュータ２６は、特に、コントローラとしても機能することができ、偏光センサ２４を介して決定された物体１０の炭素繊維材料の繊維方向と物体１０についての位置情報とから、物体１０の形状または形態に対する物体１０の繊維方向の向きを決定し、その向きにより物体を保持するマニピュレータを駆動する。言い換えると、そのコントローラは、偏光センサ２４に対する物体１０の位置についての位置情報と物体の繊維方向とにより、物体の位置を保持しかつ変更するマニピュレータを駆動して、その物体と別の物体を共に配置し、その共に配置された状態ではその物体の繊維方向がその別の物体の繊維方向に対する所定の向きを表すようにマニピュレータを制御することができ、および／または偏光センサ２４に対する物体１０の位置についての位置情報と物体の繊維方向とにより物体１０の形状に対して繊維方向の向きを決定することができる。物体１０と別の物体を共に配置することを、共に配置された状態において物体１０の表側１４が他の物体に隣接するように行うことができ、好適な例として、物体１０の繊維方向が他の物体の対応する表面の優先的な特別な方向に対する所定の方向関係を有するように行うことができる。例えば、他の物体の優先的な特別な方向も炭素繊維方向であり、所定の方向関係とは、例えば物体１０の繊維方向が他の物体の炭素繊維方向を横切るような関係である。前述のマニピュレータは、偏光方向つまり繊維方向を検出する瞬間における位置情報によって決められる位置に物体を保持するものとすることもできる。その一例として、製造システムを以下に説明する。
【００２３】
図３は、一実施形態により、炭素繊維複合構造で物体５０を製造するシステムを示す。符号５２で包括的に示されているシステムは、図１の装置２０とマニピュレータもしくはロボット５４を使用および／または含む。前述のように、その装置２０は炭素繊維層５６の繊維方向を測定する。ロボット５４は、複数の炭素繊維層５６を装置２０によって行われる測定に従って互いに対してその炭素繊維方向を調節しながら分離し、こうして物体５０をもたらすよう構成されている。コントローラは、好適な例として、ロボット５４を駆動し、反射光の偏光方向により決定された炭素繊維方向を評価するように設けることができる。
【００２４】
コントローラ５８は、好適な例として、マニピュレータまたはロボット５０を駆動して、装置２０が炭素繊維層５６の繊維方向を決定できるように、すなわち、物体１０が照らされ、かつ偏光センサ２４の視界の範囲内にあるようにする。偏光方向を検出するときの偏光センサに対する物体の位置と検出された偏光方向がわかると、コントローラ５８は、物体１０の形状または形態に対する繊維方向の向きについての情報を得ることができ、好適な例として、ロボット５４を駆動して、処理中の炭素繊維層５６をすでに配置された他の炭素繊維層６０上に重ねて配置し、その処理中の炭素繊維層５６の繊維方向が、露出している炭素繊維層の繊維方向に対して所定の角度を形成して、それが、例えば、物体５０の特に安定した形態をもたらすようにすることができる。物体５０は、好適な例としては、図３に示すような、船体、飛行機の一部または自動車の一部とすることができる。
【００２５】
図３に破線のボックス６０を使用して示され、コントローラ５８によって駆動することもできる手段６０は、炭素繊維層にプラスチックを供給し、そのプラスチックを硬化させた後に炭素繊維層がそのプラスチック、いわゆるマトリクス、に埋め込まれているようにするために設けることができる。炭素繊維層にプラスチックを供給することは、各炭素繊維層を配置する前に個別に行ってもよく、各炭素繊維層を配置した後に個別に行ってもよく、または炭素繊維層を他の炭素繊維層上に配置した後にいくつかの炭素繊維層に対して１ステップでまとめて行ってもよい。
【００２６】
上記の実施形態の利点は、繊維方向についての情報が、パターン認識などを用いる必要なく直接得られることである。測定された偏光方向は、試験対象物体の測定位置での繊維方向を直接もたらし、かつ、それにより測定を迅速で確実に実行することができ、特に、このことは、図３の実施形態において製造を遅らせない。
【００２７】
別の言い方をすると、上記の実施形態は炭素繊維の特徴に基づいており、その特徴とは全体として無偏光の入射光を部分的に反射して、その反射光を繊維の長手方向に平行に偏光するというものである。この偏光特性は、上記の実施形態で繊維方向を決定するために用いられる。そのために偏光のグラフィック測定が用いられる。炭素繊維、例えば、炭素繊維織物によって反射された光は、そのようなグラフィック測定に適切な装置によって、偏光方向の方向に関して分析される。その結果は、測定位置での炭素繊維の方向を直接示す。この装置は、高偏光感度カメラすなわち「偏光カメラ」を示す図２を参照して説明したように、偏光光のグラフィックな２次元検出と分析に適応できる。いくつかの実施形態によれば、炭素繊維製の試験対象物体は、適切な光源によって照らされ、偏光カメラがその物体に向けられる。物体の各位置でのそのカメラによって測定された反射光の偏光方向は、その位置での炭素繊維の方向を直接示す。その光の波長は、好適な例では４００ｎｍから１０００ｎｍの範囲とすることができる。上記ですでに強調したように、この装置の利点は、ソフトウェアを使用して繊維の方向を計算できるようにするためにカメラの解像度を繊維が個別に認識できるほどに高める必要がないことである。それに対し、この装置では、繊維が繊維の長手方向に光を偏光し、カメラは空間分解方法で偏光を分析できることが必要とされるだけである。このことは、図２の場合において、カメラのピクセル解像度を、本出願の導入部で言及したｃ）による方法の場合よりも相当に低くできることを意味する。このことは、データレートが低くなり、かつ計算の複雑度が小さくなることにより、システムコストを低くする。別の言い方をすると、上記の実施形態の場合、炭素繊維のより大きい領域を同じ時間で同等のコストで試験することができ、その結果、ルーチン試験のための試験片の数を増やすことができ、したがって、試験片毎のコストを下げることができる。別の局面は、繊維方向の認識が物理法則に基づいて行われ、ソフトウェアによる計算によらないことであり、繊維方向の認識がかなり確実であることを意味する。これは、特に、プラスチックで浸漬された繊維に適用できる。プラスチックで浸漬された繊維に対しては、本説明の導入部の従来の方法ｃ）は比較的不十分で不正確にしか機能しない。
【００２８】
一般に、上記の実施形態は、技術的に最も異なる分野で使用することができる。炭素繊維を軽量構造で使用することが想定され、そこでは炭素繊維はいわゆる炭素繊維強化プラスチックの形態に処理され、製品の品質が保証されなければならない。さらなる例は、航空宇宙技術、自動車構造、風力発電所などである。
【００２９】
いくつかの局面を装置に関して説明してきたが、装置のブロックまたは要素が対応する方法ステップまたは方法ステップの特徴であることが理解されるように、これらの局面がまた対応する方法の説明を表すことが理解されよう。同様に、方法ステップに関して、または方法ステップとして説明した局面は、対応する装置の対応するブロック、詳細、または特徴の説明も示している。いくつかの、またはすべての方法ステップは、ハードウェア装置によって（または、ハードウェア装置を使用して）実行することができる。そのようなハードウェア装置は、例えば、マイクロプロセッサ、プログラマブルコンピュータ、または電子回路などである。いくつかの実施形態において、最も重要な方法ステップの一部またはいくつかは、そのような装置によって実行することができる。
【００３０】
前述しなかったが、図１におけるコンピュータ２６または他の処理手段は、例えば、得られた偏光方向から、三次元繊維方向、または物体１０の表面１４の領域パラメータ表現による繊維方向を決定する。得られた偏光方向は、反射方向が偏光センサ２４に当たる方向に沿う投射において、すなわち、好適な例ではカメラの投影面に平行な面において、偏光方向を二次元的に示している。領域パラメータ表現による繊維方向は、物体１０の表面１４のパラメータ表現による位置を、検出された偏光方向に関連づけ、その点において繊維方向が表面１４への接線方向となり、反射光の方向と決定された偏光方向によって定められる面内にあるように繊維方向を決定することによって得られる。その三次元繊維方向または領域パラメータ表現による繊維方向は、当然に、表面１４に対し、好適な例では少なくとも現時点の走査された位置において、反射光の方向に対し基本的に垂直方向を向くように与えることができる。
【００３１】
上記の実施形態は、繊維方向を測定し、そこで得られた情報を物体の向きを他の物体に対して扱うために利用することに焦点を当てている。しかし、さらに、またはそれに代えて、他の目的、例えば品質点検など、のためにその情報を使用することができる。反射光における炭素繊維の偏光効果は、炭素繊維強化要素を製造しながら炭素繊維の方向を点検し、それを所定の値と比較するために使用することができる。この点検は、中間製品、例えば個々の炭素繊維層など、に対して実行できるだけでなく、完成品に対しても実行できる。特に、要素または物体における炭素繊維の角度がその要素のあらゆる位置で所定の値を示すかどうか、または織物内の繊維の互いの向きがあらゆる位置で所定の角度値を有するかどうかを点検することができる。
【００３２】
このことは、図１において、コンピュータ２６が、例えばそのコンピュータで動作する対応ソフトウェアなどによって分析手段としても機能することができ、この装置２０が品質測定装置を表すことができることを意味する。その分析手段は、決定された繊維方向が所定の条件を満たすかどうかを点検し、条件を満たせばその物体１０を品質が十分なものであると分類し、条件を満たさなければ、その物体１０を品質が不十分なものであると分類することができる。それに応じて、その分析手段は、マニピュレータに物体１０を廃棄物のための位置Ａに搬送させるか、または位置Ｂ、例えば、組立て場所、に搬送させるようにすることができる。
【００３３】
所定の条件が満たされたかどうかの点検は、好適な例では、物体の表面１４のある位置での繊維方向と隣接位置での繊維方向との比較のためのものであり、その比較は、例えば、それらの２つの方向の間の角度が所定の角度範囲内であるかどうかを点検することなどによってなされる。評価は統計的に、すなわち、物体の表面の走査された位置での繊維方向のヒストグラムを形成し、統計的に点検するように行うことができる。好適な例では、最頻値を示す２つの方向を決定し、その２つの方向間の角度が所定の範囲内にあるかどうかを点検する。
【００３４】
さらに、またはそれに代えて、所定の条件が満たされたかどうかの点検には、しかしながら、物体１０の特有の表面方向、例えば、表面１４の縁、主な湾曲、または周縁などを含むこともできる。そして、繊維方向が特有の表面方向に対して所定の角度範囲内にあるかどうかを点検することができる。その特有の表面方向は、パターン認識を使用した分析手段によって自動的に認識することができる。自動認識は、特に、偏光に依存しない、物体１０の画像を使用して実行することができる。偏光センサ２４の一部としてカメラを使用する場合、このことを可能にするのは容易である。
【００３５】
上記の実施形態に関して最後に指摘することは、光源はこの装置またはシステムの一部でなくてもよく、環境の一部であってもよいということである。言い換えると、周辺光それ自体を利用することができるということである。上述のように、偏光効果の評価は、それにもかかわらず、ある波長範囲に、例えば上記した好ましい波長範囲のように限定されることがある。その波長範囲の限定は、その偏光に関する偏光センサにおいて、物体によって反射された光を分解するだけでなく、スペクトル的にフィルタリングすることによってもなされる。スペクトルフィルタの透過域は、特に４００ｎｍから１０００ｎｍの範囲のもので、１００ｎｍ以下の半値値のものとすることができる。
【００３６】
特定の実装要件により、本発明の実施形態はハードウェアまたはソフトウェアで実現することができる。とりわけ、これはまた、上記した処理手段、コントローラ、分析手段などについてもいえる。本実装態様は、デジタル記憶媒体、好適な例としては、フロッピーディスク、ＤＶＤ、ブルーレイディスク、ＣＤ、ＲＯＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭもしくはＦＬＡＳＨメモリ、ハードディスクドライブ、または別の磁気記憶装置もしくは光学記憶装置を使用して実行することができる。それらのデジタル記憶媒体には電子的に読取り可能な制御信号が記憶され、それらの制御信号はそれぞれの方法が実行されるようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働又は協働可能なものである。このことは、そのデジタル記憶媒体がコンピュータ読取り可能であることを意味する。
【００３７】
したがって、本発明によるいくつかの実施形態は、本明細書で説明した方法の１つを実行するようにプログラム可能なコンピュータシステムと協働することのできる電子的読取り可能な制御信号を備えたデータキャリアを含む。
【００３８】
一般に、本発明の実施形態は、プログラムコードを備えたコンピュータプログラム製品であるように実施することができる。そのプログラムコードは、そのコンピュータプログラム製品がコンピュータで実行されると本方法の１つを実現するために機能する。
【００３９】
プログラムコードは、好適な例としては、機械読取り可能なキャリアに格納することができる。
【００４０】
他の実施形態は、本明細書で説明した方法の１つを実現するためのコンピュータプログラムを含み、そのコンピュータプログラムは機械読取り可能キャリアに格納される。
【００４１】
言い換えると、本発明の方法の一実施形態は、したがって、プログラムコードを含んだコンピュータプログラムであり、そのコンピュータプログラムはコンピュータで実行されると本明細書で説明した方法の１つを実現するためのものである。
【００４２】
本発明の方法の別の実施形態は、本明細書で説明した方法の１つを実現するためのコンピュータプログラムを記録したデータキャリア（または、デジタル記憶媒体もしくはコンピュータ読取り可能な媒体）である。
【００４３】
したがって、本発明の方法の別の実施形態は、本明細書で説明した方法の１つを実現するためのコンピュータプログラムを表すデータストリームまたは信号のシーケンスである。そのデータストリームまたは信号のシーケンスは、好適な例では、データ通信リンク、典型的にはインターネット、を介して転送されるよう構成することができる。
【００４４】
別の実施形態は、処理手段を含み、好適な例では、本明細書で説明した方法の１つを実現するように構成または適合されたコンピュータまたはプログラマブルロジックデバイスを含む。
【００４５】
別の実施形態は、本明細書で説明した方法の１つを実現するためのコンピュータプログラムがインストールされたコンピュータを含む。
【００４６】
本発明による別の実施形態は、本明細書で説明した方法の少なくとも１つを実現するためのコンピュータプログラムを受信器に伝送するように構成された装置またはシステムを含む。伝送は、好適な例として、電子的または光学的に実行することができる。その受信器は、好適な例として、コンピュータ、モバイル装置、記憶装置、または同様の装置とすることができる。本装置または方法は、好ましい例として、コンピュータプログラムをその受信器に伝送するためのファイルサーバを含むことができる。
【００４７】
いくつかの実施形態において、プログラマブルロジックデバイス（好適な例としては、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ））を、本明細書で説明した方法の幾つかまたはすべての機能を実現するために使用することができる。いくつかの実施形態において、フィールドプログラマブルゲートアレイは、マイクロプロセッサと協働して本明細書で説明した方法の１つを実現することができる。一般に、いくつかの実施形態において、本発明の方法は何らかのハードウェア装置の一部で実行される。それは、例えば、コンピュータプロセッサ（ＣＰＵ）のような一般に使用可能なハードウェア、または、例えばＡＳＩＣのようなその方法に特有のハードウェアとすることができる。
【００４８】
上述の実施形態は、本発明の原理の説明を示すにすぎない。本明細書で説明した構成および詳細の改変や変形は、当業者である他の者には明らかであることが理解されよう。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定され、実施形態の説明および考察を使用して本明細書で提示した特定の詳細によっては限定されないことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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