(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トウバンド中の欠損トウを検出するためのシステムであって、
トウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成するように構成された繊維配置ヘッドと、
前記繊維配置ヘッドを使用して前記トウバンドを貼付する前に前記基板を予熱するように構成された加熱装置と、
前記繊維配置ヘッドに装着され、前記トウバンドを前記基板に貼付する間に、前記複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するように構成された赤外線カメラと、
前記赤外線カメラと通信可能に結合されている比較器であって、前記基板側から第１の熱量が前記欠損トウに起因したトウバンドにおける間隙を通って前記複合材レイアップの表面側へ放射する熱画像の領域における第１の熱の痕跡と、第２の熱量が前記欠損トウの両側に配置されたトウを通って前記複合材レイアップへ放射する前記熱画像の前記領域における第２の熱の痕跡と、を比較する比較器と、
トウレイダウンプログラムと関連づけられる参照点に関して、前記欠損トウの両端部の場所を特定するように構成されたプロセッサと、を備えるシステム。
【請求項２】
前記複合材レイアップの前記リアルタイム熱画像を表示するように構成されたディスプレイ装置を更に備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記赤外線カメラは、前記繊維配置ヘッドの前進運動の方向に対して、圧縮ローラの後方に位置付けられる、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項４】
前記加熱装置は、前記繊維配置ヘッドの前進運動の方向に対して、圧縮ローラの前方に位置付けられる、請求項１から３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記プロセッサはタイムスタンプを積層シーケンス中のプライの深さに関連付けるように構成されている、請求項１〜４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
トウバンド中の欠損トウを検出する方法であって、
基板を予熱することと、
前記トウバンドを前記基板に貼付して複合材レイアップを形成することと、
前記トウバンドが前記基板に貼付される間に、前記複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成することと、
前記基板側から第１の熱量が前記欠損トウに起因したトウバンドにおける間隙を通って前記複合材レイアップの表面側へ放射する熱画像の領域における第１の熱の痕跡と、第２の熱量が前記欠損トウの両側に配置されたトウを通って前記複合材レイアップへ放射する前記熱画像の前記領域における第２の熱の痕跡と、を比較することと、
トウレイダウンプログラムと関連づけられる参照点に関して、前記欠損トウの両端部の場所を特定することと
を含む方法。
【請求項７】
前記リアルタイム熱画像を生成することは、
赤外線カメラを使用して前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記リアルタイム熱画像を生成することは、
繊維配置ヘッドの圧縮ローラの後方に装着された前記赤外線カメラを使用して、前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記リアルタイム熱画像を生成することは、
ヘッドの運動方向に沿って、前記繊維配置ヘッドを移動させる間に、前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
トウが欠損しているかどうかを決定することは、
ディスプレイ装置上で、前記複合材レイアップの熱の痕跡中の局所的な差異について、前記リアルタイム熱画像を目視検査することを含む、請求項６から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
トウが欠損しているかどうかを決定することは、
前記複合材レイアップの前記リアルタイム熱画像の熱の痕跡と、前記複合材レイアップの基準熱画像の熱の痕跡とを比較することを含む、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
欠損トウが検出されると、タイムスタンプを記録することと、
前記タイムスタンプを前記複合材レイアップ中の前記欠損トウの位置に関連付けることとを更に含む、請求項６から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板を予熱することは、
前記トウが前記基板に貼付される点の直前で、前記基板の領域を加熱するように構成されている加熱装置を使用して、前記基板を予熱することを含む、請求項６から１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
複合材構造体は、予め含浸された繊維のトウの連続細片又は帯（バンド）をツール又はマンドレル上に貼付して、複数のプライを有する複合材レイアップを形成する、自動繊維配置マシンを使用して製造されることがある。各トウは、樹脂を使用して端部と端部とで接合される幾つかのトウセグメントからなることがある。トウは、繊維配置ヘッド上に装着される複数のトウスプールから引き出されてもよい。繊維配置ヘッドは、トウバンドを形成するため、複数のトウが互いに隣接した配置に揃えるトウコリメータを含んでもよい。トウバンドはトウコリメータから繊維配置ヘッドの貼付装置に供給され、繊維配置ヘッドがツールに沿ってツール表面の輪郭線にたどるにつれて、トウはツール又はマンドレル上に押圧される。
【０００２】
時折、トウバンドをツール表面に貼付するプロセスの間に、コリメータを経由する又は繊維配置ヘッドの他のコンポーネントを経由するトウの供給ミスなどによって、トウバンドからトウが欠損することがある。トウはまた、トウの接合部の断裂によって欠損することもある。加えて、トウとツール表面又は基板との間の連結が不十分な状態でトウがツールに貼付された後、トウがツール表面から脱落することによって、欠損することがある。
【０００３】
欠損トウを検出する従来の方法は、欠損トウを示唆するレイアップ表面の陥凹の存在を探す複合材レイアップの目視検査を含む。残念ながら、各トウの厚みは比較的小さく（例えば、０．００８インチ）、幅も比較的小さい（例えば、０．１２５インチ）ため、レイアップ表面上の陥凹を検出することは困難となる。加えて、人の眼による目視検査でレイアップ表面上の陥凹を検出することは、複合材レイアップが同一繊維方向のトウを有する重複プライから成り、トウが黒色であるためにコントラストが最小となるような場合には、さらに困難になることがある。レイアップ表面の触覚検査は、ある種の複合材構造体に関連する比較的大きな面積では、実用的でないことがある。加えて、触覚検査では、所望の結果が得られないことがある。
【０００４】
欠損トウを検出する従来の方法に関連して更に問題となるのは、繊維配置マシンが、トウバンドにトウが欠損した状態で複合材料の貼付を継続することである。例えば、複合材料の多重プライは、欠損トウが検出されて繊維配置マシンが停止される前に、トウが欠損した状態で領域上に積層される。トウが欠損している複合材レイアップの領域で再作業を行うには、トウが欠損している領域全体を大まかに特定しなければならない。しかしながら、複合材レイアップの再作業には、大きな費用をかけて、労働集約的で長時間を要するプロセスで材料の除去と交換が必要となることがある。しかも、トウの欠損領域は大まかにしかわからないため、欠損トウの正確な場所に到達するまでには、大量の材料の除去が必要となることがある。
【０００５】
このように、当該技術分野においては、より高い精度で複合材レイアップ中の欠損トウを検出するためのシステム及び方法が必要とされている。加えて、当該技術分野においては、再作業中に取り除かれる複合材料の量を最小限にするため、欠損トウの正確な場所が特定され得るような、複合材レイアップ中の欠損トウを検出するためのシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
欠損トウの検出に関連する上述の必要性は、トウバンド中の欠損トウを検出するためのシステムを提供する本開示によって、具体的に対処され軽減される。本システムは、トウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成するための繊維配置ヘッドを含むことがある。本システムはさらに、トウバンドの貼付の前に、基板を予熱するための加熱装置を含むことがある。本システムは追加的に、繊維配置ヘッドに装着され、トウバンドを基板に貼付する間に、複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するように構成された赤外線カメラを含むことがある。
【０００７】
更なる実施形態では、トウバンド中の欠損トウを検出するためのシステムが開示される。本システムは、トウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成するように構成されている繊維配置ヘッドを含むことがある。本システムは更に、圧縮ローラの前方に位置付けられ、圧縮ローラを使用してトウバンドを貼付する前に、基板を予熱するように構成される赤外線加熱器を含むことがある。加えて、本システムは、繊維配置ヘッドに装着され、トウバンドを基板に貼付する間に、複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するように構成される赤外線カメラを含むことがある。本システムはまた、複合材レイアップのリアルタイム熱画像を表示するため、赤外線カメラに結合されるディスプレイ装置を含むことがある。
【０００８】
また、複合材レイアップ中の欠損トウを検出する方法が開示されている。本方法はまた、トウバンドを基板に貼付する前に基板を予熱すること、及びトウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成することを含むことがある。本方法はまた追加的に、トウバンドが基板に貼付される間に複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成すること、及びリアルタイム熱画像に基づいてトウが欠損しているかどうかを決定することを含むことがある。
【０００９】
特徴、機能及び利点は、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成可能であり、又は、以下の説明及び図面を参照して更なる詳細が理解可能である更に他の実施形態において組み合わされてもよい。
【００１０】
本開示のこれらの特徴及び他の特徴は、図面を参照することにより明確となり、全体を通して類似の参照番号は類似の部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】トウバンドをツールに貼付して複合材レイアップを形成する、自動繊維配置マシンの斜視図である。
【図２】繊維配置ヘッドの圧縮ローラの後方に位置付けられる赤外線カメラを図解する自動繊維配置マシンの側面図である。
【図３】繊維配置ヘッドによって貼付される複合材レイアップの基準熱画像の図解である。
【図４】赤外線カメラによって生成されるリアルタイム熱画像の図で、複合材レイアップのトウバンドの１つの欠損トウを図解している。
【図５】複合材積層物中のプライの深さに位置付けられる欠損トウバンドを図解する複合材レイアップの側面断面図である。
【図６】トウ検出システムを図解するブロック図である。
【図７】欠損トウの検出方法に含まれ得る一又は複数の操作を有するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ここで、本開示の種々の実施形態の例示を目的とする図面を参照すると、図１は、トウバンド１６０の欠損トウ１９４（図４）を検出するためのトウ検出システム１００の斜視図である。トウ検出システム１００は、プリプレグトウバンド１６０又はプリプレグ複合材テープを基板１６６に貼付して、複合材部品の複合材レイアップ１６４を形成するための自動繊維配置マシン１５０に実装されてもよい。基板１６６は、固定ツール１６８又は回転マンドレル（図示せず）のツール表面を含み得る、或いは基板１６６は予め積層されたトウバンド１６０のコース１６２を含み得る。自動繊維配置マシン１５０は、トウ１５４を基板１６６に貼付するための一又は複数の繊維配置ヘッド１５２を含み得る。
【００１３】
上に示したように図１を参照すると、トウバンド１６０の各々は、複数の個別のトウ１５４からなることがある。トウ１５４の各々は、樹脂被覆強化繊維の束として形成されてもよい。各トウ１５４は、約０．１２〜０．５０インチの範囲の比較的小さな幅又は直径で提供されることがあるが、より大きな幅も可能である。トウ１５４は一又は複数のスプール（図示せず）から供給され、図示のようにトウバンド１６０にトウ１５４を揃えるため、トウコリメータ１５３に通される。
【００１４】
トウバンド１６０は、コース１６２を基板１６６上に貼付するようにプログラムされたシーケンスに従って、トウバンド１６０の起動停止運動を制御するため、一対の再起動ローラ１７０の間を通過することがある。コース１６２は、図１に図解されているように、互いに平行な配置で貼付されてもよい。トウバンド１６０は、各コース１６２の終端でトウ１５４を切断するように構成されているトウカッター及びクランプ機構を通過することもある。トウバンド１６０の新しい端部は、圧縮ローラ１５６に向かって再起動ローラによって押圧されてもよい。圧縮ローラ１５６は、トウバンド１６０を基板１６６に貼付し得る。圧縮ローラ１５６は、圧縮ローラ１５６がツール１６８の表面に沿って移動するにつれて、トウバンド１６０を基板１６６上に押圧するため、トウバンド１６０に圧縮圧を印加し得る。
【００１５】
図１では、繊維配置ヘッド１５２は、基板１６６の温度を上昇させるための加熱装置１７４を含み得る。加熱装置１７４は、トウバンド１６０が最初に基板１６６に接触する場所の前方に位置付けられてもよい。これに関連して、加熱装置１７４は、トウバンド１６０が基板１６６に対して圧迫される圧縮ローラ１５６の前方に位置付けられてもよい。ローラの前方は、繊維配置ヘッド１５２の前進運動の方向に対して定義される。
【００１６】
加熱装置１７４は、トウバンド１６０が基板１６６に接触する前に、基板１６６の表面を予熱するように構成されてもよい。基板１６６の熱は、トウバンド１６０と基板１６６と間の連結又は接着を高め得る。トウバンド１６０での連結を高めることによって、複合材部品のレイアップのプロセスの間に、個々のトウ１５４は基板１６６上で位置が維持され得る。加熱装置１７４は、基板１６６を加熱する及び／又はトウバンド１６０と基板１６６との接触の前にトウバンド１６０を予熱するための赤外線加熱器１７８など、放射加熱器１７６として提供されてもよい。しかしながら、加熱装置１７４は、強制熱風加熱器１８０などの代替的な構成で提供されてもよい。
【００１７】
図１、２を参照すると、自動繊維配置マシン１５０は赤外線カメラ１８２を含み得る。赤外線カメラ１８２は、繊維配置ヘッド１５２に装着され、トウバンド１６０を基板１６６に貼付する間に、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を生成するように構成されてもよい。一実施形態では、赤外線カメラ１８２は、繊維配置ヘッド１５２がツール１６８に沿って移動するにつれて、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を記録するように構成されてもよい。これに関連して、赤外線カメラ１８２は、トウバンド１６０が基板１６６に対して圧迫される場所の後方に位置付けられてもよい。圧縮ローラ１５６を有する繊維配置ヘッド１５２の実施形態に関して、赤外線カメラ１８２は繊維配置ヘッド１５２の前進運動の方向に対して、圧縮ローラ１５６の後方に位置付けられてもよい。
【００１８】
図２では、赤外線カメラ１８２は、トウバンド１６０が圧縮ローラ１５６によって配置される領域に、複合材レイアップ１６４の視野（図示せず）を捕捉するように構成されてもよい。このように、赤外線カメラ１８２は、赤外線加熱器１７８による基板１６６の加熱に応答して、トウバンド１６０の画像を記録してもよい。これに関連して、赤外線加熱器１７８は、ツール１６８表面に予め貼付されているトウバンド１６０を加熱してもよい。赤外線カメラ１８２の視野は、好ましくは少なくともトウバンド１６０の幅を捕捉する。例えば、赤外線カメラ１８２は、トウ１５４の各々が約０．５インチ以上のトウ１５４幅で、トウバンド１６０の全幅が約８インチとなるようなトウを有するトウバンド１６０の実質的な大部分を捕捉し得る視野を有することがある。しかしながら、赤外線カメラ１８２は、任意の大きさのトウバンド幅を捕捉し得る視野を有してもよい。
【００１９】
赤外線カメラ１８２は、繊維配置ヘッド１５２がツール１６８に沿って移動するにつれて、トウバンド１６０のリアルタイム熱画像１８８を表示するため、図２に示すようにディスプレイ装置１１０と通信可能に結合されてもよい。対角線長が１４インチのモニタなど、比較的大きなディスプレイ装置１１０では、欠損トウ１９４の熱画像がディスプレイ装置１１０上で約０．７５インチの幅で表示され得るように、約８インチのトウバンド幅は少なくとも約５０％拡大されてもよい。ディスプレイ装置１１０は、繊維配置マシン１５０のオペレータが見るように構成されてもよい。比較的高い解像度の赤外線カメラ１８２で、リアルタイム熱画像１８８を拡大すると、リアルタイム熱画像１８８の目視検査（例えば、人の眼による）などによるトウバンド１６０中の欠損トウ１９４の検出は、トウバンド１６０の残存部分に対する欠損トウ１９４の領域の熱の痕跡１９０の局所的な差異１９２を明らかにし得る。これに関連して、本明細書で開示されているトウ検出システム１００は、欠損トウ１９４を検出するための従来の方法と比較して、大幅な改善を示している。
【００２０】
図２において、一実施形態では、赤外線カメラ１８２は、ディスプレイ装置１１０も結合され得るプロセッサ１０２（例えば、コンピュータ）と通信可能に結合されてもよい。プロセッサ１０２は、キーボード、グラフィカルユーザインターフェースなどのユーザインターフェース１０８、或いは自動繊維配置マシン１５０の動作中にカメラのズームや視野を変更することなど、オペレータがプロセッサ１０２とやりとりすること及び／又は赤外線カメラ１８２を制御することを可能にする他の装置を含み得る。一実施形態では、赤外線カメラ１８２は、トウ１５４を基板１６６に貼付する間に、連続的に、間欠的に、或いは定期的に自動動作するように構成されてもよい。
【００２１】
更なる実施形態では、ユーザインターフェース１０８はオペレータによる赤外線カメラ１８２の手動制御を促進し得る。例えば、ユーザインターフェース１０８は、トウバンド１６０を基板１６６に貼付する間に、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８の記録を任意の点で開始及び停止するなど、想定されるカメラの操作又は制御を促すことがある。プロセッサ１０２はまた、自動繊維配置マシン１５０の事前にプログラムされたトウ貼付シーケンスの手動による無効操作を促進するように構成されてもよい。例えば、ディスプレイ装置１１０上での複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８の目視観測によって、欠損トウ１９４が検出されると、オペレータは欠損トウ１５４の処理を可能にするため、繊維配置マシン１５０の操作を中断又は一時的に停止してもよい。
【００２２】
プロセッサ１０２は、自動繊維配置マシン１５０の動作中などに赤外線カメラ１８２によって記録されたリアルタイム熱画像１８８（例えば、ビデオ）をオペレータが目視観察できるようにするため、複合材レイアップ１６４の一又は複数の熱画像を表示するためのディスプレイ装置１１０を含み得る。プロセッサ１０２は付加的に、リアルタイム熱画像１８８（図４）の複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０を、以下で説明するように基準熱画像１８６（図３）の複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０と比較することによって、トウ１５４がトウバンド１６０から欠損しているかどうかを決定するように構成されてもよい。
【００２３】
図３、４を参照すると、図３には複合材レイアップ１６４の基準熱画像１８６が示されている。図４には、繊維配置ヘッド１５２の圧縮ローラ１５６の後方に装着された赤外線カメラ１８２によって記録される、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８が示されている。図３では、基準熱画像１８６中の複合材レイアップ１６４は、繊維配置ヘッド１５２によってツール１６８上に形成され、図４のリアルタイム熱画像１８８によって表示される複合材レイアップ１６４と同一の構成を有することがある。一実施形態では、基準熱画像１８６は、同一の大きさ、形状、及び材料構成を有し、リアルタイム熱画像１８８に示される複合材レイアップ１６４中の少なくとも１つのトウバンド１６０と同じ方法で（例えば、隣接して）配置されるトウ１５４を含む、少なくとも１つのトウバンド１６０から成る複合材レイアップ１６４を示すことがある。
【００２４】
図３、４では、比較器１０４は、リアルタイム熱画像１８８の複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０を、基準熱画像１８６の複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０と比較することによって、トウ１５４がトウバンド１６０から欠損しているかどうかを決定するように構成され得る。例えば、図４のリアルタイム熱画像１８８に示されている複合材レイアップ１６４は欠損トウを含み得る。リアルタイム熱画像１８８では、欠損トウ１９４は、同一トウバンド１６０の残存部分の熱の痕跡１９０と比較して、欠損トウ１９４の領域中の熱の痕跡１９０の局所的な差異１９２として示されることがある。欠損トウ１９４の領域中の熱の痕跡１９０の差異は、欠損トウ１９４の両側（例えば、縦方向のエッジ）で、トウ１５４を通って上向きに放射される熱量と比較して、より大量の熱が下層基板１６６（例えば、ツール１６８の表面又は予め貼付されているトウ）から、欠損トウ１９４によるトウバンド１６０の間隙を通って上方に放射される結果として生ずることがある。
【００２５】
例えば、複合材レイアップ１６４の基準熱画像１８６では、トウバンド１６０の各々は、一般的に一様な（例えば、一様に黒い）色又は陰影を有し、これは、下層基板１６６からトウバンド１６０を通る上向きの実質的に一様な熱放射があることを示している。複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８の中では、欠損トウ１９４を有するトウバンド１６０は、一様でない色又は陰影を有することがある。より具体的には、欠損トウ１９４の領域は、赤外線カメラ１８２で記録されたリアルタイム熱画像１８８中では一様に黒く見えるトウバンド１６０の残存部分に対して、色又は陰影がより明るく見えることがある。
【００２６】
図４は、欠損トウ１９４の領域中のトウバンド１６０の熱の痕跡１９０に、局所的な差異１９２があることを示している。各欠損トウ１９４は、欠損トウの長さ１９８及び欠損トウの幅１９６を有する。欠損トウの幅１９６は、トウバンド１６０の残存トウ１５４の幅と同等である。上述のように、現在入手可能な赤外線カメラ１８２の解像度では、欠損トウ１９４は、上述の熱の痕跡１９０中の局所的な差異１９２に基づく、人の眼による目視検査によって、リアルタイム熱画像１８８中で検出可能である。ライン上での人手による検出はまた、上述のように、赤外線カメラ１８２によって記録されたリアルタイム熱画像１８８を拡大することによって効率化され得る。
【００２７】
図４では、プロセッサ１０２は、複合材レイアップ１６４の参照点２０４を参照することなどによって、欠損トウ１９４の配置及び／又は位置を特定するように構成され得る。例えば、参照点２０４は、トウレイダウンプログラム１０６に関連付けられた基準座標系２０８の所定の縦配置及び／又は横配置を含み得る。トウレイダウンプログラム１０６は、トウバンド１６０のコース１６２を基板１６６に貼付するため、自動繊維配置マシン１５０の操作を制御するコンピュータ可読命令を有する数値制御（ＮＣ）プログラムなどのコンピュータプログラムを含み得る。別の実施形態では、トウレイダウンプログラム１０６は、繊維配置ヘッド１５２を操作するためのＮＣプログラムを含み得る。プロセッサ１０２は、ＮＣプログラムに関連付けられた参照点２０４に関して、欠損トウ１９４の両端部の場所を特定するように構成され得る。一実施形態では、参照点２０４は、複合材レイアップ１６４に関連付けされ得る構造的特徴２０６を含み得る。例えば、胴体のバレル部分の外板を生成するため、マンドレル上の複合材レイアップ１６４では、複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４の場所は、外板が取り付けられるストリンガー又はフレームステーションに対して特定され得るこれに関連して、プロセッサ１０２は、トウレイダウンプログラム１０６に対して欠損トウ１９４の場所を指示するように構成されてもよい。
【００２８】
図５を参照すると、図４の欠損トウバンド１６０を図解する複合材レイアップ１６４の側面断面図が示され、欠損トウバンド１６０は複合材レイアップ１６４中のプライの深さ２１２に位置付けられている。一実施形態では、赤外線カメラ１８２は、タイムスタンプ２０２（図２）を赤外線カメラ１８２によって記録されたリアルタイム熱画像１８８と共に記録するように構成されてもよい。これに関連して、赤外線カメラ１８２は、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を記録する間に、時間を連続的に記録するように構成されてもよい。一実施形態では、タイムスタンプ２０２は、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８と共に、ディスプレイ装置１１０上に表示されてもよい。欠損トウ１９４が検出されると、プロセッサ１０２は、タイムスタンプ２０２をプライの深さ２１２に関連付けるように構成されてもよい。一実施形態では、プライの深さ２１２は、プライスタック２１４の表面の下のプライの場所に関して定義されてもよい。プライスタック２１４は、繊維配置ヘッド１５２を制御するＮＣプログラムに関連付けられた積層シーケンス２００によって定義されてもよい。
【００２９】
レイアッププロセス中の後の段階で、欠損トウ１９４によって引き起こされた陥凹が複合材レイアップ１６４中に検出された場合には、レイアップシーケンス中でトウ１９４が欠損した時点（例えば、タイムスタンプ２０２）を決定するため、リアルタイム熱画像１８８を記録したビデオを再閲覧することができる。タイムスタンプ２０２（図２）は、ＮＣプログラムに関連する積層シーケンス２００中のプライの位置に関連付けられる。再作業は、既存のプライ材料を取り除き、層間修復を実施することなく、欠損トウ１９４の領域内で、複合材レイアップ１６４表面上にトウ１５４のオーバーレイを追加することによって、実施され得る。
【００３０】
既に示したように、プロセッサ１０２は、欠損トウ１９４のプライの深さ２１２に対応する複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４の縦位置（図示せず）及び／又は横位置（例えば、図４のコース配置２１０）を特定するように構成され得る。例えば、胴体のバレル部分のレイアップ中には、欠損トウ１９４のリアルタイム熱画像１８８のタイムスタンプ２０２は、プライシーケンス２１６及びバレル部分の欠損トウ１９４を示し得る。このように、プロセッサ１０２は、欠損トウの場所を正確に特定し、欠損トウを検出する従来の方法を使用して要求される再作業量と比較して、複合材レイアップ１６４上での再作業量を低減し得る手段を提供する。上述のように、このような再作業は、欠損トウ１９４の領域に重なり合っている一又は複数の複合プライの除去、及び欠損トウ１９４の領域を設計許容誤差の範囲内に収めるため、複合パッチでプライを置き換えることを要求し得る。
【００３１】
図６を参照すると、自動繊維配置マシン１５０などの上の複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４を検出するためのトウ検出システム１００のブロック図が示されている。図６では、自動繊維配置マシン１５０は、繊維配置ヘッド１５２によって基板１６６に貼付されたトウバンド１６０のリアルタイム熱画像１８８に関して上記に示されているように、赤外線カメラ１８２を含み得る。自動繊維配置マシン１５０は、記憶装置（図示せず）に保存され、繊維配置ヘッド１５２の操作を制御するプロセッサ１０２と通信可能に結合されているトウレイダウンプログラム１０６によって制御されうる。プロセッサ１０２は、上述のように、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を複合材レイアップ１６４の基準熱画像１８６と比較するための比較器１０４を含み得る。図２に示すように、リアルタイム熱画像１８８は、任意選択のタイムスタンプ２０２と共に、ディスプレイ装置１１０上に表示されてもよい。プロセッサ１０２は、赤外線カメラの操作及び／又は繊維配置マシン１５０の操作を制御するためのユーザインターフェース１０８を含み得る。
【００３２】
図７を参照すると、トウバンド１６０中の欠損トウ１９４を検出する方法３００の一実施形態に含まれ得る一又は複数の操作を図解するフロー図が示されている。本方法はまた、テープ積層操作での欠損テープを検出するために実装され得る。
【００３３】
図７の方法３００のステップ３０２は、トウ１５４が基板１６６に貼付される点１５８の前方の場所で基板１６６を予熱することを含み得る。例えば、予熱は、繊維配置ヘッド１５２の圧縮ローラ１５６の直前の場所で起こり得る。ステップ３０２は、樹脂を加熱するため、赤外線加熱器１７８などの放射加熱器１７６を使用して、基板１６６を予熱することを含み得る。方法は、トウバンド１６０の連結を改善するため、複合材レイアップ１６４のトウバンド１６０を基板１６６に貼付する前に、基板１６６を予熱することを含んでもよい。基板１６６は、ツール１６８の表面を含むことがあり、或いは基板１６６は予め貼付されたトウバンド１６０を含むことがある。
【００３４】
図７の方法３００のステップ３０４は、トウバンド１６０を基板１６６に貼付することを含むことがある。これに関連して、方法は、繊維配置ヘッド１５２を使用してトウバンド１６０を貼付することを含むことがある。例えば、図２に示すように、トウバンド１６０は、圧縮ローラ１５６でトウバンド１６０を基板１６６に押圧又は圧迫することによって、基板１６６に貼付されてもよい。これに関連して、圧縮ローラ１５６は、複合材レイアップ１６４の部分的な圧密化を促進し得る。
【００３５】
図７の方法３００のステップ３０６は、トウバンド１６０が基板１６６に貼付される間に、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を生成することを含み得る。一実施形態では、方法は、赤外線カメラ１８２を使用して、リアルタイム熱画像１８８を生成することを含み得る。これに関連して、方法は、トウ１５４が基板１６６に貼付される点１５８の後方に赤外線カメラ１８２を位置付けることを含み得る。例えば、ステップ３０６は、ヘッドの運動方向１８４に対して繊維配置ヘッド１５２の圧縮ローラ１５６の後方に赤外線カメラ１８２を位置付けることを含んでもよい。本方法は、繊維配置ヘッド１５２がヘッドの運動方向１８４に沿って移動している間に、リアルタイム熱画像１８８を生成することを含み得る。赤外線カメラ１８２は、上述のように連続的に、間欠的に、又は手動の指示に基づいて、リアルタイム熱画像１８８を記録又は生成するように構成されてもよい。
【００３６】
一実施形態では、本方法は、赤外線カメラ１８２に結合されたディスプレイ装置１１０上にリアルタイム熱画像１８８を表示することを含み得る。本方法は、図４に関連して上述したように、欠損トウ１９４を示し得るトウバンド１６０内の熱の痕跡１９０中の局所的な差異１９２に関して、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を人の眼で目視検査すること（すなわち、手動検査）を含み得る。
【００３７】
図７の方法３００のステップ３０８は、リアルタイム熱画像１８８を複合材レイアップ１６４の基準熱画像１８６と比較することを含む。例えば、本方法は、コンピュータに基づくシステム１００のプロセッサ１０２の一部を形成する比較器１０４の使用を含むことがある。比較器１０４は、複合材レイアップ１６４の基準熱画像１８６に対する、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８の比較解析を実施し得る。これに関連して、本方法は、基準熱画像１８６の複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０に対する、複合材レイアップ１６４の熱の痕跡１９０の局所的な差異１９２に関して、複合材レイアップ１６４のリアルタイム熱画像１８８を自動検査することを含み得る。
【００３８】
図７の方法３００のステップ３１０は、リアルタイム熱画像１８８と基準熱画像１８６との比較に基づいて、トウ１５４がトウバンド１６０から欠損しているかどうかを決定することを含み得る。本方法は更に、複合材レイアップ１６４中の一又は複数のトウバンド１６０が、リアルタイム熱画像１８８中に実質的に一様な熱の痕跡１９０を含むかどうかを決定することを含み得る。リアルタイム熱画像１８８の一様でない熱の痕跡１９０は欠損トウ１９４を示し得る。
【００３９】
更なる実施形態において、本方法は、トウレイダウンプログラム１０６に対する欠損トウ１９４の場所を表示することを含み得る。例えば、本方法は、欠損トウ１９４が検出されたときにタイムスタンプ２０２を記録すること、及びタイムスタンプ２０２を複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４の位置に関連付けることを含み得る。例えば、タイムスタンプ２０２は、積層シーケンス２００の欠損トウ１９４のプライの深さ２１２、及び上述の欠損トウ１９４の縦又は横位置に関連付けられてもよい。
【００４０】
有利には、本明細書で開示されているシステム及び方法は、トウバンド１６０を基板１６６に貼付した直後に、複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４を検出するための手段を提供し、これによって、欠損トウ１９４に貼付される複合材料の量を最小にすることができる。これに関連して、本明細書に開示されているシステム及び方法は、欠損トウ１９４の結果として、処理及び起こり得る再作業を保留にする繊維配置ヘッド１５２の操作を自動又は手動により一時停止する選択肢を提供する。更に、本明細書に開示されているシステム及び方法は、複合材レイアップ１６４中の欠損トウ１９４の場所を正確に特定するための手段を提供し、そうでない場合に要求される再作業の量を最小にすることができる。
【００４１】
本開示の更なる修正及び改良は、当業者には明らかであろう。したがって、本明細書に説明され図示されている、部品の特定の組み合わせは、本開示のある種の実施形態のみを表すことを意図し、本開示の趣旨及び範囲に含まれる代替的な実施形態又は装置を限定することを意図していない。
【００４２】
クレームされる、もしくはクレームされない、本開示による内容の説明のための非網羅的実施例は、次の条項において提供される。
（条項１）
トウバンド中の欠損トウを検出するためのシステムであって、
トウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成するように構成された繊維配置ヘッドと、
前記繊維配置ヘッドを使用して前記トウバンドを貼付する前に前記基板を予熱するように構成された加熱装置と、
前記繊維配置ヘッドに装着され、前記トウバンドを前記基板に貼付する間に、前記複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するように構成された赤外線カメラと
を備えるシステム。
（条項２）
前記複合材レイアップの前記リアルタイム熱画像を表示するように構成されたディスプレイ装置を更に備える、条項１に記載のシステム。
（条項３）
前記赤外線カメラは、前記繊維配置ヘッドの前進運動の方向に対して、圧縮ローラの後方に位置付けられる、条項１に記載のシステム。
（条項４）
前記加熱装置は、前記繊維配置ヘッドの前進運動の方向に対して、圧縮ローラの前方に位置付けられる、条項１に記載のシステム。
（条項５）
前記赤外線カメラと通信可能に結合され、トウレイダウンプログラムに対して欠損トウの場所を指示するように構成されたプロセッサを更に備える、条項１に記載のシステム。
（条項６）
前記赤外線カメラは、欠損トウが検出されると、タイムスタンプを記録するように構成されており、
前記プロセッサは、前記タイムスタンプを前記複合材レイアップ中の前記欠損トウの位置に関連付けるように構成されている、条項５に記載のシステム。
（条項７）
前記プロセッサは前記タイムスタンプを積層シーケンス中のプライの深さに関連付けるように構成されている、条項６に記載のシステム。
（条項８）
前記リアルタイム熱画像での前記複合材レイアップの熱の痕跡と、基準熱画像の複合材レイアップの熱の痕跡とを比較することによって、トウが前記トウバンドから欠損しているかどうかを決定するように構成されている比較器を更に備える、条項１に記載のシステム。
（条項９）
トウバンド中の欠損トウを検出する方法であって、
基板を予熱するステップと、
前記トウバンドを前記基板に貼付して複合材レイアップを形成するステップと、
前記トウバンドが前記基板に貼付される間に、前記複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するステップと、
前記リアルタイム熱画像に基づいて、トウが欠損しているかどうかを決定するステップと
を含む方法。
（条項１０）
前記リアルタイム熱画像を生成する前記ステップは、
赤外線カメラを使用して前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、条項９に記載の方法。
（条項１１）
前記リアルタイム熱画像を生成する前記ステップは、
繊維配置ヘッドの圧縮ローラの後方に装着された前記赤外線カメラを使用して、前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、条項１０に記載の方法。
（条項１２）
前記リアルタイム熱画像を生成する前記ステップは、
ヘッドの運動方向に沿って、前記繊維配置ヘッドを移動させる間に、前記リアルタイム熱画像を生成することを含む、条項１１に記載の方法。
（条項１３）
トウが欠損しているかどうかを決定する前記ステップは、
ディスプレイ装置上で、前記複合材レイアップの熱の痕跡中の局所的な差異を求めて、前記リアルタイム熱画像を目視検査することを含む、条項９に記載の方法。
（条項１４）
前記熱の痕跡中の局所的な差異を求めて、前記リアルタイム熱画像を検査する前記ステップは、
前記トウバンドが実質的に一様な熱の痕跡を有するかどうかを決定することを含む、条項１３に記載の方法。
（条項１５）
トウが欠損しているかどうかを決定する前記ステップは、
前記複合材レイアップの前記リアルタイム熱画像の熱の痕跡と、前記複合材レイアップの基準熱画像の熱の痕跡とを比較することを含む、条項９に記載の方法。
（条項１６）
欠損トウが検出されると、タイムスタンプを記録するステップと、
前記タイムスタンプを前記複合材レイアップ中の前記欠損トウの位置に関連付けるステップと
を更に含む、条項９に記載の方法。
（条項１７）
前記タイムスタンプを積層シーケンス中のプライの深さに関連付けるステップを更に含む、条項１６に記載の方法。
（条項１８）
前記基板を予熱する前記ステップは、
前記トウが前記基板に貼付される点の直前で、前記基板の領域を加熱するように構成されている加熱装置を使用して、前記基板を予熱することを含む、条項９に記載の方法。
（条項１９）
前記基板を予熱する前記ステップは、
放射加熱器及び強制熱風加熱器のうちの少なくとも１つを使用して、前記基板を予熱することを含む、条項９に記載の方法。
(条項２０）
トウバンド中の欠損トウを検出するためのシステムであって、
トウバンドを基板に貼付して複合材レイアップを形成するように構成された繊維配置ヘッドと、
圧縮ローラの前方に位置付けられ、圧縮ローラを使用してトウバンドを貼付する前に前記基板を予熱するように構成された赤外線加熱器と、
前記繊維配置ヘッドに装着され、前記トウバンドを前記基板に貼付する間に、複合材レイアップのリアルタイム熱画像を生成するように構成された赤外線カメラと
前記赤外線カメラに結合され、前記複合材レイアップの前記リアルタイム熱画像を表示するように構成されたディスプレイ装置と
を備えるシステム。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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