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1. WO2020115997 - SYSTÈME DE STRATIFICATION POUR STRATIFIÉ ET PROCÉDÉ DE STRATIFICATION POUR STRATIFIÉ

Document

明 細 書

発明の名称 積層体の積層システム及び積層体の積層方法

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009   0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022  

図面の簡単な説明

0023  

発明を実施するための形態

0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083  

符号の説明

0084  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

明 細 書

発明の名称 : 積層体の積層システム及び積層体の積層方法

技術分野

[0001]
 本発明は、積層体の積層システム及び積層体の積層方法に関するものである。

背景技術

[0002]
 従来、プリプレグシートを自動で積層するプリプレグシート自動積層装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このプリプレグシート自動積層装置では、ステージ上の被積層体に対してプリプレグシートを積層させている。プリプレグシート自動積層装置は、ステージ、ステージの上方に設けられる各種ローラ、及びカッター等を含む構成となっている。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2015-89647号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 しかしながら、特許文献1のプリプレグシート自動積層装置は、航空機の主翼等に用いられる大型の積層体を成形する場合、装置構成が大型化してしまう。装置が大型化してしまうと、装置を載置するために、装置を設置する施設の増強を図る必要があり、設置に伴うコストが増大する。また、装置の一部において故障等の異常が発生した場合、装置を停止させなければならず、積層作業の継続性を確保することが困難となる。
[0005]
 そこで、本発明は、設置に伴うコストの増大を抑制しつつ、強化繊維基材の積層作業の継続性を高め、強化繊維基材を効率よく積層することができる積層体の積層システム及び積層体の積層方法を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明の積層体の積層システムは、強化繊維基材を成形治具上に積層して積層体を形成する積層体の積層システムにおいて、前記強化繊維基材が設置される設置エリアと、前記強化繊維基材を把持して輸送する、垂直に離着陸可能な無人航空機と、前記無人航空機を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記無人航空機を制御して、前記設置エリアに設置された前記強化繊維基材を把持し、前記設置エリアから前記成形治具へ向けて前記強化繊維基材を輸送して、前記強化繊維基材を前記成形治具上に設置する積層処理を実行する。
[0007]
 本発明の積層体の積層方法は、成形治具上に強化繊維基材を積層して積層体を形成する積層体の積層方法において、垂直に離着陸可能な無人航空機により、設置エリアに設置された前記強化繊維基材を把持し、前記設置エリアから前記成形治具へ向けて前記強化繊維基材を輸送して、前記強化繊維基材を前記成形治具上に設置する積層工程と、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押付工程と、を備える。
[0008]
 これらの構成によれば、無人航空機により強化繊維基材を成形治具上に輸送することができる。このため、成形治具上に設置された強化繊維基材を成形治具側へ向かって押し付けることで、強化繊維基材を積層していき、積層体を形成することができる。これにより、大型の積層装置とすることがないことから、設置に伴うコストの増大を抑制することができる。また、無人航空機の使用が困難となった場合であっても、代替の無人航空機を使用することで、強化繊維基材の積層作業が中断されることがなく、積層作業の継続性を高めることができる。また、例えば、無人航空機を複数使用することで、積層作業の並列化等を行うことにより、積層作業の効率化を図ることが可能となる。
[0009]
 また、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を、前記成形治具側へ向かって押し付ける押付部を、さらに備え、前記制御部は、前記積層処理の実行後、前記押付部を制御して、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を、前記押付部により前記成形治具側へ向かって押し付ける押付処理を実行することが、好ましい。
[0010]
 この構成によれば、強化繊維基材の成形治具への押し付けを、押付部により実行することができるため、押付作業の自動化を図ることができる。
[0011]
 また、前記押付部は、前記成形治具上を移動する自走台車を含み、前記自走台車は、台車本体と、前記台車本体に取り付けられる前記強化繊維基材を押し付ける押圧ローラと、を有することが、好ましい。
[0012]
 また、前記押付工程では、前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押圧ローラを有する自走台車により、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を押し付けることが、好ましい。
[0013]
 これらの構成によれば、自走台車を走行させて、自走台車の押圧ローラにより、強化繊維基材を成形治具へ適切に押し付けることができる。
[0014]
 また、前記無人航空機は、機体と、前記機体に設けられる前記押付部としての押圧ローラと、を有することが、好ましい。
[0015]
 また、前記無人航空機は、前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押圧ローラを有し、前記押付工程では、前記押圧ローラを有する前記無人航空機により、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を押し付けることが、好ましい。
[0016]
 これらの構成によれば、無人航空機による強化繊維基材の成形治具上への設置と共に、無人航空機の押圧ローラにより、強化繊維基材を成形治具へ押し付けることができる。このため、無人航空機による強化繊維基材の積層作業と押付作業とを効率よく行うことができる。
[0017]
 また、前記無人航空機は、機体と、前記機体に設けられる前記強化繊維基材を把持する把持部と、を有し、前記把持部は、前記強化繊維基材を吸着する吸着パッドと、前記吸着パッドを介して前記強化繊維基材を吸引する吸引部と、を有することが、好ましい。
[0018]
 この構成によれば、吸着による強化繊維基材の把持と把持の解除とを適切に行うことができる。また、吸着による把持部は、コンパクトな構成とできることから、無人航空機の重量増加を抑制することができる。
[0019]
 また、前記把持部は、複数の前記無人航空機に跨って設けられることが、好ましい。
[0020]
 この構成によれば、強化繊維基材が1台の無人航空機によって輸送することが困難である場合であっても、複数の無人航空機によって輸送することが可能となる。
[0021]
 また、前記自走台車は、第1の前記自走台車と第2の前記自走台車とを含み、前記積層工程では、第1の前記自走台車が前記成形治具上に移動し、前記強化繊維基材が第1の前記自走台車から外側に飛び出るように、前記無人航空機が前記強化繊維基材を第1の前記自走台車上に設置し、前記押付工程では、第1の前記自走台車が移動して前記強化繊維基材の位置決めを行い、第2の前記自走台車が第1の前記自走台車から飛び出た前記強化繊維基材の部位を押し付けて固定し、前記無人航空機を第1の前記自走台車から離床させ、第1の前記自走台車を前記成形治具上から退避させ、前記無人航空機により固定されていない部位の前記強化繊維基材の位置決めを行い、第2の前記自走台車が前記強化繊維基材の固定されていない部位を押し付けることが、好ましい。
[0022]
 この構成によれば、第1の自走台車により強化繊維基材の成形治具上への位置決めを精度よく行うことができるため、積層体を好適に形成することができる。

図面の簡単な説明

[0023]
[図1] 図1は、実施形態1に係る積層体の積層システムを模式的に示す平面図である。
[図2] 図2は、実施形態1に係る積層体の積層システムの制御ブロックに関する図である。
[図3] 図3は、無人航空機を模式的に示す斜視図である。
[図4] 図4は、無人航空機の把持部を模式的に示す断面図である。
[図5] 図5は、無人航空機の把持部の動作を示す説明図である。
[図6] 図6は、自走台車の模式図である。
[図7] 図7は、レーザプロジェクタの動作制御に関するフローチャートである。
[図8] 図8は、無人航空機の動作を示す説明図である。
[図9] 図9は、無人航空機の動作制御に関するフローチャートである。
[図10] 図10は、自走台車の動作を示す説明図である。
[図11] 図11は、自走台車の動作制御に関するフローチャートである。
[図12] 図12は、実施形態2に係る積層体の積層システムにおける無人航空機を模式的に示す二面図である。
[図13] 図13は、実施形態3に係る積層体の積層システムにおける無人航空機を模式的に示す二面図である。
[図14] 図14は、実施形態4に係る積層体の積層システムにおける無人航空機の把持部を模式的に示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0024]
 以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
[0025]
[実施形態1]
 本実施形態に係る積層体の積層システム10は、複数の強化繊維基材6を積層して、積層体5を成形するためのシステムである。積層システム10では、無人航空機15と自走台車16とを用いて、積層体5を積層している。実施形態1において、積層体5は、成形治具上に複数の強化繊維基材6が積層されることで成形されるものである。強化繊維基材6としては、強化繊維に樹脂を含浸させたプリプレグ(以降、プリプレグ6とも言う)が適用される。なお、実施形態1では、プリプレグに適用して説明するが、強化繊維基材6としては、例えば、樹脂が含浸されていないドライ状態の強化繊維基材を適用してもよい。また、強化繊維基材6は、シート状に形成された基材となっており、例えば、織布が適用される。なお、強化繊維基材6としては、繊維方向を一方向に引き揃えたシートであってもよく、特に限定されない。また、強化繊維としては、例えば、炭素繊維が用いられるが、炭素繊維に限定されず、その他のプラスチック繊維、ガラス繊維、天然繊維又は金属繊維でもよい。
[0026]
 図1は、実施形態1に係る積層体の積層システムを模式的に示す平面図である。図2は、実施形態1に係る積層体の積層システムの制御ブロックに関する図である。図3は、無人航空機を模式的に示す斜視図である。図4は、無人航空機の把持部を模式的に示す断面図である。図5は、無人航空機の把持部の動作を示す説明図である。図6は、自走台車の模式図である。図7は、レーザプロジェクタの動作制御に関するフローチャートである。図8は、無人航空機の動作を示す説明図である。図9は、無人航空機の動作制御に関するフローチャートである。図10は、自走台車の動作を示す説明図である。図11は、自走台車の動作制御に関するフローチャートである。
[0027]
 図1及び図2を参照して、積層体5の積層システム10について説明する。積層システム10は、成形治具11と、載置場(設置エリア)12と、無人航空機15と、自走台車16と、レーザプロジェクタ17と、制御システム20と、を備える。無人航空機15、自走台車16、レーザプロジェクタ17及び制御システム20は、通信ネットワーク21を介して通信可能に接続される。通信ネットワーク21は、無人航空機15、自走台車16、レーザプロジェクタ17及び制御システム20を無線通信により接続してもよいし、有線通信により接続してもよく、特に限定されない。
[0028]
 成形治具11は、複数のプリプレグ6が積層されることで積層体5を成形するための治具である。成形治具11上には、無人航空機15から輸送されるプリプレグ6が配置される。また、成形治具11においては、自走台車16が走行可能となっている。
[0029]
 載置場12は、成形治具11上に配置されるプリプレグ6の置き場となっている。載置場12に置かれるプリプレグ6は、予めカッティングマシン等で裁断されたものであり、裁断済みのプリプレグ6を、搬送用ロボットまたは作業者によって載置場12に配置される。載置場12に配置されたプリプレグ6は、無人航空機15によって成形治具11に輸送される。なお、実施形態1において、無人航空機15は、載置場12に配置されたプリプレグ6を輸送するが、カッティングマシン等で裁断されたプリプレグ6を直接成形治具11に輸送してもよい。
[0030]
 無人航空機15は、垂直に離着陸できる無人航空機であり、例えば、マルチコプター型のドローン等である小型無人機となっている。無人航空機15は、例えば、複数台用意されており、待機場25に配置されている。無人航空機15は、載置場12に置かれたプリプレグ6を輸送する。図2から図4に示すように、無人航空機15は、機体31と、駆動部32と、把持部33と、撮像部34と、制御部35と、を含んで構成されている。
[0031]
 機体31には、各部32、33、34、35が取り付けられる。駆動部32は、例えば、複数のプロペラを含み、プロペラが回転駆動することで、機体31を飛行させる。駆動部32は、制御部35に接続され、制御部35によって飛行動作が制御される。把持部33は、プリプレグ6の把持と把持の解除と行う。把持部33は、制御部35に接続され、制御部35によって把持動作が制御される。なお、把持部33については後述する。撮像部34は、例えば、カメラ等であり、無人航空機15から撮影した画像を取得する。撮像部34は、制御部35に接続され、撮像部34により撮影した画像を制御部35に出力する。
[0032]
 制御部35は、無人航空機15の各種動作を制御する。制御部35は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の集積回路を含んでいる。制御部35は、通信ネットワーク21を介して各種情報を取得する。制御部35は、各部32、33、34から得られる情報、及び通信ネットワーク21を介して取得した情報等に基づいて、各種制御を実行する。制御部35は、例えば、駆動部32を制御して、成形治具11と載置場12との間の飛行動作を制御する。また、制御部35は、例えば、把持部33を制御して、プリプレグ6の把持動作を制御する。さらに、制御部35は、例えば、撮像部34から取得した画像に基づき、駆動部32を制御して、機体31が所定の位置となるように、飛行動作を制御する。
[0033]
 また、無人航空機15は、通信ネットワーク21を介して制御システム20に接続されており、制御システム20からの制御に基づいて、各種動作を実行する。無人航空機15は、例えば、制御システム20からの指示に基づいて、成形治具11へ向かって移動したり、載置場12へ向かって移動したり、待機場25へ向かって移動したりする。
[0034]
 次に、図4を参照して、無人航空機15の把持部33について説明する。把持部33は、プリプレグ6を吸着する吸着機構となっている。把持部33は、吸着パッド41と、吸引部42と、吸着パッド41と吸引部42とを接続する圧力通路43とを含んでいる。
[0035]
 吸着パッド41は、例えば、サクションカップであり、プリプレグ6との間に密閉空間を形成可能に、プリプレグ6に接触する。
[0036]
 吸引部42は、プリプレグ6と吸着パッド41との間に形成される密閉空間を負圧としたり、加圧としたりする。吸引部42は、吸引ポンプ45と電磁弁46とを有する。吸引ポンプ45は、例えば、ダイヤフラム式のポンプであり、空気等の気体を吸引する吸引ポートと、気体を吐出する吐出ポートとを有する。電磁弁46は、4ポート式の電磁弁となり、大気に接続される(大気開放される)ポートと、圧力通路43に接続されるポートと、吸引ポンプ45の吸引ポートに接続されるポートと、吸引ポンプ45の吐出ポートに接続されるポートとを含む。
[0037]
 図5に示すように、電磁弁46は、吸着パッド41の密閉空間を減圧する減圧状態と、密閉空間を加圧する加圧状態とに切り替え可能に作動する。密閉空間を減圧状態とする場合、電磁弁46は、その内部において、圧力通路43に接続されるポートと、吸引ポンプ45の吸引ポートとを接続する流路を形成すると共に、大気に接続されるポートと、吸引ポンプ45の吐出ポートとを接続する流路を形成する。これにより、圧力通路43の内部が減圧状態となることで、吸着パッド41の密閉空間が減圧状態となる。一方で、密閉空間を加圧状態とする場合、電磁弁46は、その内部において、圧力通路43に接続されるポートと、吸引ポンプ45の吐出ポートとを接続する流路を形成すると共に、大気に接続されるポートと、吸引ポンプ45の吸引ポートとを接続する流路を形成する。これにより、圧力通路43の内部が加圧状態となることで、吸着パッド41の密閉空間が加圧状態となる。
[0038]
 次に、図6を参照して、自走台車16について説明する。自走台車16は、成形治具11上を移動して、成形治具11上に配置されたプリプレグ6を、成形治具11側に押し付ける。自走台車16は、例えば、複数台用意されており、成形治具11に隣接した待機場26に配置されている。自走台車16は、プリプレグ6の押し付け時において、待機場26から成形治具11上に移動し、成形治具11上のプリプレグ6を押し付ける。図2及び図6に示すように、自走台車16は、台車本体51と、駆動部52と、押圧ローラ53と、制御部54と、を含んで構成されている。
[0039]
 台車本体51には、駆動部52、押圧ローラ53、制御部54が取り付けられる他、プリプレグ6を成形治具11に押し付けるための錘が搭載されている。このため、自走台車16は、その自重によって、プリプレグ6を成形治具11に押し付ける。駆動部32は、例えば、駆動輪を駆動させるモータを含み、モータの動力によって、自走台車16を走行させる。押圧ローラ53は、例えば、自走台車16の走行方向において、2つ設けられている。2つの押圧ローラ53は、一方が駆動輪となり、他方が従動輪となるように構成されていてもよい。押圧ローラ53は、プリプレグ6に対して転接可能に回転する。駆動部52は、制御部54に接続され、制御部54によって走行動作が制御される。
[0040]
 制御部54は、自走台車16の各種動作を制御する。制御部54は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の集積回路を含んでいる。制御部54は、通信ネットワーク21を介して各種情報を取得する。制御部54は、通信ネットワーク21を介して取得した情報等に基づいて、各種制御を実行する。制御部54は、例えば、駆動部52を制御して、成形治具11と待機場26との間の走行動作を制御する。
[0041]
 また、自走台車16は、通信ネットワーク21を介して制御システム20に接続されており、制御システム20からの制御に基づいて、各種動作を実行する。自走台車16は、例えば、制御システム20からの指示に基づいて、成形治具11へ向かって移動したり、待機場26へ向かって移動したりする。
[0042]
 レーザプロジェクタ17は、成形治具11及び載置場12にそれぞれ設置されている。成形治具11に設けられるレーザプロジェクタ17aは、成形治具11の上方に配置されており、成形治具11上に配置されるプリプレグ6の積層位置に関する画像を、成形治具11上に投影する。無人航空機15は、成形治具11上に投影された画像を撮像部34により撮像し、撮像した画像に基づいて、把持部33により把持しているプリプレグ6を、画像が投影された所定の積層位置に配置する。載置場12に設けられるレーザプロジェクタ17bは、載置場12の上方に配置されており、載置場12上に配置されている裁断済みのプリプレグ6の中から、把持する所定のプリプレグ6を指示する画像を、載置場12上に投影する。無人航空機15は、載置場12上に投影された画像を撮像部34により撮像し、撮像した画像に基づいて、把持部33により所定のプリプレグ6を把持する。
[0043]
 また、レーザプロジェクタ17は、通信ネットワーク21を介して制御システム20に接続されており、制御システム20からの制御に基づいて、各種動作を実行する。レーザプロジェクタ17は、例えば、制御システム20からの指示に基づいて、成形治具11上へ画像を投影したり、載置場12上へ画像を投影したりする。
[0044]
 制御システム20は、積層システム10を統括制御しており、通信ネットワーク21を介して、無人航空機15、自走台車16及びレーザプロジェクタ17の制御を実行する。制御システム20は、マウス及びキーボード等の入力デバイスで構成された入力部61と、モニタ等の出力デバイスで構成された出力部62と、制御部63とを有している。制御部63は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等の集積回路を含んでいる。なお、制御システム20は、単体の装置で構成してもよいし、制御装置及びデータサーバ等を組み合わせた複数の装置で構成してもよく、特に限定されない。
[0045]
 次に、図7から図11を参照して、積層システム10を用いた積層体5の積層方法について説明する。先ずは、図7を参照して、制御システム20によるレーザプロジェクタ17の動作の制御について説明する。積層体5の積層作業が開始されると、制御システム20は、レーザプロジェクタ17bへ向けて、無人航空機15が把持する所定のプリプレグ6を指示する画像の画像情報を出力すると共に、レーザプロジェクタ17aへ向けて、成形治具11上に配置されるプリプレグ6の積層位置に関する画像の画像情報を出力する。
[0046]
 レーザプロジェクタ17bは、制御システム20から画像情報を取得すると、取得した画像を載置場12上に投影することで、把持する所定のプリプレグ(所定材料)を指示する(ステップS11)。また、レーザプロジェクタ17aは、制御システム20から画像情報を取得すると、取得した画像を成形治具11上に投影することで、所定の積層位置を指示する(ステップS12)。続いて、制御システム20は、無人航空機15及び自走台車16による積層作業が終了すると、継続して積層を行うか否かを判定する(ステップS13)。制御システム20は、継続して積層を行わないと判定する(ステップS13:No)と、レーザプロジェクタ17a及びレーザプロジェクタ17bへの画像情報の出力を行わずに、レーザプロジェクタ17a及びレーザプロジェクタ17bへの画像投影の動作を停止させる。これにより、レーザプロジェクタ17bは、把持する所定のプリプレグ(所定材料)の指示を終了する(ステップS14)。また、レーザプロジェクタ17aは、所定の積層位置の指示を終了する(ステップS15)。ステップS15の実行後、レーザプロジェクタ17bは、積層方法に関する動作を終了する。一方で、制御システム20は、継続して積層を行うと判定する(ステップS13:Yes)と、再び、ステップS11及びステップS12を実行する。そして、制御システム20は、プリプレグ6の積層が終了するまで、ステップS11及びステップS12を繰り返し実行する。
[0047]
 次に、図8及び図9を参照して、制御システム20による無人航空機15の動作の制御について説明する。積層体5の積層作業が開始されると、制御システム20は、待機場25で待機している無人航空機15へ向けて、載置場12へ移動し、所定材料を把持して、成形治具11へ積層するように指示する指示情報を出力する。無人航空機15は、指示情報を取得すると、待機場25を離床する(ステップS21)。待機場25から離床した無人航空機15は、載置場12へ移動する(ステップS22)。載置場12へ移動した無人航空機15は、レーザプロジェクタ17bから載置場12上に投影されている画像を、撮像部34により撮像し、把持する所定のプリプレグ(所定材料)を認識する(ステップS23)。続いて、無人航空機15は、認識した所定材料上へ降下し着陸する(ステップS24/P1)。無人航空機15は、把持部33により所定材料を把持する(ステップS25/P2)。そして、無人航空機15は、把持部33により所定材料を把持したまま、載置場12を離床する(ステップS26)。
[0048]
 この後、無人航空機15は、載置場12から成形治具11へ移動する(ステップS27/P3)。成形治具11へ移動した無人航空機15は、レーザプロジェクタ17aから成形治具11上に投影されている画像を、撮像部34により撮像し、所定の積層位置を認識する(ステップS28/P4)。続いて、無人航空機15は、認識した所定の積層位置へ着陸する(ステップS29)。この後、無人航空機15は、把持部33による所定材料の把持を解除して、所定材料を解放する(ステップS30/P5)。そして、無人航空機15は、成形治具11を離床する(ステップS31)。続いて、制御システム20は、無人航空機15による積層作業が終了すると、継続して積層を行うか否かを判定する(ステップS32)。制御システム20は、継続して積層を行わないと判定する(ステップS32:No)と、無人航空機15へ向けて、待機場25で待機するように指示する指示情報を出力する。無人航空機15は、指示情報を取得すると、待機場25へ戻る(ステップS33/P6)。一方で、制御システム20は、継続して積層を行うと判定する(ステップS32:Yes)と、再び、ステップS22(P1)からステップS31(P5)までを実行する。そして、制御システム20は、プリプレグ6の積層が終了するまで、ステップS22(P1)からステップS31(P5)までを繰り返し実行する。
[0049]
 このように、無人航空機15は、ステップS22(P1)からステップS31(P5)までを繰り返し実行することで、載置場12から成形治具11へ向けてプリプレグ6を輸送して、プリプレグ6を成形治具11上に設置する積層処理(工程)を実行する。
[0050]
 次に、図10及び図11を参照して、制御システム20による自走台車16の動作の制御について説明する。積層体5の積層作業が開始されると、制御システム20は、待機場26で待機している自走台車16へ向けて、成形治具11へ移動し、所定材料を押し付けるように指示する指示情報を出力する。自走台車16は、指示情報を取得すると、待機場26から成形治具11上へ移動する(ステップS41)。自走台車16は、成形治具11上において、レーザプロジェクタ17aから成形治具11上に投影されている画像における所定の積層位置の周囲へ移動して待機する(ステップS42/P11)。そして、制御システム20は、無人航空機15が成形治具11から離床したか否かを判定する(ステップS43)。ステップS43では、例えば、制御システム20が、無人航空機15の把持部33による所定材料の解放を指示してから、無人航空機15が離床するまでの所定の時間が経過したか否かを判定している。
[0051]
 制御システム20は、無人航空機15が成形治具11から離床したと判定する(ステップS43:Yes)と、自走台車16が、成形治具11に設置された所定材料上へ移動するように指示する指示情報を出力する。自走台車16は、指示情報を取得すると、成形治具11に設置された所定材料上へ移動する(ステップS44)。一方で、制御システム20は、無人航空機15が成形治具11から離床していないと判定する(ステップS43:No)と、ステップS42へ進む。つまり、制御システム20は、無人航空機15が成形治具11から離床していないと判定すると、自走台車16の待機の継続を指示する指示情報を出力する。自走台車16は、指示情報を取得すると、所定の積層位置の周囲において待機する。
[0052]
 所定材料上へ移動した自走台車16は、押圧ローラ53により所定材料を押し付けながら、所定材料上を移動する(ステップS45/P12)。そして、自走台車16による所定材料の押し付けが完了する(ステップS46)。続いて、制御システム20は、自走台車16による押付作業が終了すると、継続して積層を行うか否かを判定する(ステップS47)。制御システム20は、継続して積層を行わないと判定する(ステップS47:No)と、自走台車16へ向けて、待機場26で待機するように指示する指示情報を出力する。自走台車16は、指示情報を取得すると、待機場26へ戻る(ステップS48)。一方で、制御システム20は、継続して積層を行うと判定する(ステップS47:Yes)と、再び、ステップS42からステップS46までを実行する。そして、制御システム20は、プリプレグ6の積層が終了するまで、ステップS42からステップS46までを繰り返し実行する。
[0053]
 このように、自走台車16は、ステップS42からステップS46までを繰り返し実行することで、成形治具11上に設置されたプリプレグ6を成形治具11側へ向かって押し付ける押付処理(工程)を実行する。
[0054]
 以上のように、実施形態1によれば、無人航空機15によりプリプレグ6を成形治具11上に輸送することができる。このため、成形治具11上に設置されたプリプレグ6を成形治具11側へ向かって押し付けることで、プリプレグ6を積層していき、積層体5を形成することができる。これにより、大型の積層装置とすることがないことから、積層システム10の設置に伴うコストの増大を抑制することができる。また、無人航空機15の使用が困難となった場合であっても、代替の無人航空機15を使用することで、プリプレグ6の積層作業が中断されることがなく、積層作業の継続性を高めることができる。また、無人航空機15を複数使用することで、積層作業の並列化等を行うことができるため、積層作業の効率化を図ることが可能となる。
[0055]
 また、実施形態1によれば、プリプレグ6の成形治具11への押し付けを、自走台車16により実行することができるため、押付作業の自動化を図ることができる。
[0056]
 また、実施形態1によれば、自走台車16を走行させて、自走台車16の押圧ローラ53により、プリプレグ6を成形治具11へ適切に押し付けることができる。
[0057]
 また、実施形態1によれば、把持部33を吸着機構とすることで、吸着によるプリプレグ6の把持と把持の解除とを適切に行うことができる。また、吸着による把持部33は、コンパクトな構成とできることから、無人航空機15の重量増加を抑制することができる。
[0058]
 なお、実施形態1では、強化繊維基材としてプリプレグ6を適用したが、樹脂が含浸されていないドライ状態の強化繊維基材を適用してもよく、この場合、吸着機構となる把持部33に代えて、針等の係止部により引っ掛けて把持する把持部としてもよい。
[0059]
 また、実施形態1では、無人航空機15に設けた撮像部34により、レーザプロジェクタ17の画像を捉えることで、プリプレグ6の位置決めを行っていたが、位置決めの精度を高めるために、画像で指示した位置と、実際に配置されたプリプレグ6の位置との差分をとり、この差分を補正するように、フィードバック制御を行ったり、機械学習を行ったりしてもよい。
[0060]
 また、実施形態1では、プリプレグ6を積層するごとに、自走台車16による押付処理(工程)を実行していたが、全てのプリプレグ6を積層した後に、自走台車16による押付処理(工程)を実行してもよい。
[0061]
 また、実施形態1では、単層のプリプレグ6を適用したが、複数のプリプレグ6を予め積層した予備積層品を用いてもよい。また、強化繊維基材としてドライ状態の繊維強化基材を予め積層、仮止めした予備積層品を用いてもよい。予備成形品の厚さや端部形状は無人航空機15の可搬重量または自走台車16の段差踏破性などにより適宜決定することが好ましい。
[0062]
[実施形態2]
 次に、図12を参照して、実施形態2に係る積層システム70について説明する。図12は、実施形態2に係る積層体の積層システムにおける無人航空機を模式的に示す二面図である。実施形態2では、重複した記載を避けるべく、実施形態1と異なる部分について説明し、実施形態1と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
[0063]
 実施形態2の積層システム70は、実施形態1の無人航空機15に設けられた把持部33が、複数の無人航空機15に跨って設けられたものとなっている。無人航空機15によって輸送されるプリプレグ6は、1台の無人航空機15によって輸送することが困難な場合が考えられる。実施形態2の把持部71は、複数の無人航空機15に跨って設けられることで、複数の無人航空機15によってプリプレグ6を輸送することが可能となっている。
[0064]
 具体的に、実施形態2の把持部71は、吸着パッド41と、吸引部42と、吸着パッド41と吸引部42とを接続する圧力通路43とを含んでいる。
[0065]
 吸引部42は、実施形態1と同様に、各無人航空機15に設けられている。圧力通路43は、複数(例えば2台)の無人航空機15に掛け渡されて設けられている。吸着パッド41は、無人航空機15に掛け渡された圧力通路43に沿って、複数並べて取り付けられている。
[0066]
 以上のように、実施形態2によれば、プリプレグ6が1台の無人航空機15によって輸送することが困難である場合であっても、複数の無人航空機15によって輸送することが可能となる。
[0067]
[実施形態3]
 次に、図13を参照して、実施形態3に係る積層システム80について説明する。図13は、実施形態3に係る積層体の積層システムにおける無人航空機を模式的に示す二面図である。実施形態3では、重複した記載を避けるべく、実施形態1及び2と異なる部分について説明し、実施形態1及び2と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
[0068]
 実施形態3の積層システム80は、実施形態2の積層システム70において輸送されるプリプレグ6が、ロール状となっている場合のシステムである。輸送されるプリプレグ6がロール状である場合、複数の無人航空機15は、プリプレグ6の自由端側の端部を、把持部71に吸着して把持する。そして、複数の無人航空機15が成形治具11上に移動することで、プリプレグ6を引き出す。なお、ロール状のプリプレグ6は、水平方向及び鉛直方向に対して移動可能となっており、また、軸方向の向きを変更可能となっている。また、非図示の機構により、引出し方向にロール状のプリプレグ6を回転することで、無人航空機15の移動をサポートしても良い。
[0069]
 以上のように、実施形態3によれば、プリプレグ6がロール状に巻回される場合であっても、無人航空機15によりプリプレグ6を成形治具11上に適切に配置することができる。
[0070]
[実施形態4]
 次に、図14を参照して、実施形態4に係る積層システム90について説明する。図14は、実施形態4に係る積層体の積層システムにおける無人航空機の把持部を模式的に示す断面図である。実施形態4では、重複した記載を避けるべく、実施形態1から3と異なる部分について説明し、実施形態1から3と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。
[0071]
 実施形態4の積層システム90は、実施形態1の無人航空機15に設けられた吸着機構となる把持部33に代えて、ファン機構の把持部91となっている。実施形態4の把持部91は、吸着パッド95と、圧力ダクト96と、ファン97とを備えている。吸着パッド95は、実施形態1の吸着パッド41と同様であるため、説明を省略する。圧力ダクト96は、内部に圧力流路が形成されており、圧力流路の一方側に吸着パッド95が設けられ、圧力流路の他方側にファン97が設けられている。圧力ダクト96は、ファン97の作動によってその内部が減圧状態となったり、加圧状態となったりする。ファン97は、圧力ダクト96内の空気を排出したり、圧力ダクト96内に空気を吹き込んだりする。
[0072]
 ファン97は、吸着パッド95の密閉空間を減圧する減圧状態と、密閉空間を加圧する加圧状態とに切り替え可能に作動する。密閉空間を減圧状態とする場合、ファン97は、圧力ダクト96内から空気を排出することで、圧力ダクト96の内部が減圧状態となり、吸着パッド41の密閉空間が減圧状態となる。一方で、密閉空間を加圧状態とする場合、ファン97は、圧力ダクト96内に空気を取り込むことで、圧力ダクト96の内部が加圧状態となり、吸着パッド41の密閉空間が加圧状態となる。
[0073]
 以上のように、実施形態4によれば、把持部91をファン機構とすることで、吸着によるプリプレグ6の把持と把持の解除とを適切に行うことができる。また、ファン97による把持部91は、コンパクトな構成とできることから、無人航空機15の重量増加を抑制することができる。
[0074]
[実施形態5]
 次に、実施形態5に係る積層システムについて説明する。なお、図示は省略するが、実施形態5では、重複した記載を避けるべく、実施形態1から4と異なる部分について説明する。
[0075]
 実施形態5の積層システムは、実施形態1の無人航空機15により、実施形態1の自走台車16によるプリプレグ6の押付作業の一部または全部を実施可能としたシステムである。このため、実施形態5の無人航空機は、実施形態1の無人航空機15の構成に加え、プリプレグ6を成形治具11側へ向かって押し付ける押圧ローラをさらに有したものとなっている。このとき、実施形態5の積層システムでは、実施形態1の自走台車16を省いた構成としてもよい。
[0076]
 実施形態5の積層システムを用いた積層方法において、押付工程では、押圧ローラを有する無人航空機により、成形治具11上に設置されたプリプレグ6を押し付ける。つまり、実施形態5の積層システムでは、無人航空機が実施形態1のステップS21からステップS30までを実行した後、無人航空機がプリプレグ6上を移動して、押圧ローラによりプリプレグ6を成形治具11側に押し付ける。
[0077]
 なお、プリプレグ6上において無人航空機を移動させる機構としては、押圧ローラを駆動させる電動モータを無人航空機に搭載してもよいし、無人航空機のプロペラにより発生する推進力の方向を可変させる機構を設けてもよいし、プリプレグ6上を移動する方向に推進力を発生させる別体のファン機構等を設けてもよく、特に限定されない。
[0078]
 また、無人航空機による押付作業の前に、無人航空機の押圧ローラを用いてプリプレグ6の位置を微調整してもよい。
[0079]
 また、無人航空機の自重による押付力が不足する場合、電磁石等を用いて磁力により押付力を増大させてもよい。この場合、成形治具11側に電磁石を設けてもよいし、無人航空機側に電磁石を設けてもよい。無人航空機側に電磁石を設ける場合には、成形治具11を磁性材料(鉄、またはインバー等)を用いて構成してもよい。
[0080]
 以上のように、実施形態5によれば、無人航空機によるプリプレグ6の成形治具11上への設置と共に、無人航空機の押圧ローラにより、プリプレグ6を成形治具11へ押し付けることができる。このため、無人航空機によるプリプレグ6の積層作業と押付作業とを効率よく行うことができる。
[0081]
[実施形態6]
 次に、実施形態6に係る積層システムについて説明する。なお、図示は省略するが、実施形態6では、重複した記載を避けるべく、実施形態1から5と異なる部分について説明する。
[0082]
 実施形態6の積層システムは、実施形態1の無人航空機15により成形治具11上に配置されたプリプレグ6を、2台の自走台車を用いて押し付けるシステムとなっている。具体的に、自走台車16は、第1の自走台車16と第2の自走台車16とを含んでいる。無人航空機15による積層作業(積層工程)では、第1の自走台車16が成形治具11上に予め移動している。無人航空機15は、把持したプリプレグ6が第1の自走台車16から外側に飛び出る(はみ出る)ように、プリプレグ6を第1の自走台車16上に設置する。自走台車16による押付作業(押付工程)では、プリプレグ6が設置された第1の自走台車16が移動して、プリプレグ6の位置決めを行う。そして、第2の自走台車16が第1の自走台車16から飛び出たプリプレグ6の部位を成形治具11側へ押し付けて仮固定する。この後、無人航空機15が第1の自走台車16から離床し、第1の自走台車16が、成形治具11上にプリプレグ6を残置させた状態で、成形治具11上から退避する。そして、無人航空機により固定されていない部位のプリプレグ6の位置決めを行う。この後、第2の自走台車16がプリプレグ6の固定されていない部位を押し付ける。
[0083]
 この構成によれば、第1の自走台車16によりプリプレグ6の成形治具11上への位置決めを精度よく行うことができるため、積層体5を好適に形成することができる。

符号の説明

[0084]
 5 積層体
 6 強化繊維基材(プリプレグ)
 10 積層システム
 11 成形治具
 12 載置場
 15 無人航空機
 16 自走台車
 17 レーザプロジェクタ
 20 制御システム
 21 通信ネットワーク
 25 無人航空機の待機場
 26 自走台車の待機場
 31 機体
 32 駆動部
 33 把持部
 34 撮像部
 35 制御部
 41 吸着パッド
 42 吸引部
 43 圧力通路
 45 吸引ポンプ
 46 電磁弁
 51 台車本体
 52 駆動部
 53 押圧ローラ
 54 制御部
 61 入力部
 62 出力部
 63 制御部
 70 積層システム(実施形態2)
 71 把持部
 80 積層システム(実施形態3)
 90 積層システム(実施形態4)
 91 把持部
 95 吸着パッド
 96 圧力ダクト
 97 ファン

請求の範囲

[請求項1]
 強化繊維基材を成形治具上に積層して積層体を形成する積層体の積層システムにおいて、
 前記強化繊維基材が設置される設置エリアと、
 前記強化繊維基材を把持して輸送する、垂直に離着陸可能な無人航空機と、
 前記無人航空機を制御する制御部と、を備え、
 前記制御部は、
 前記無人航空機を制御して、前記設置エリアに設置された前記強化繊維基材を把持し、前記設置エリアから前記成形治具へ向けて前記強化繊維基材を輸送して、前記強化繊維基材を前記成形治具上に設置する積層処理を実行する積層体の積層システム。
[請求項2]
 前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を、前記成形治具側へ向かって押し付ける押付部を、さらに備え、
 前記制御部は、
 前記積層処理の実行後、前記押付部を制御して、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を、前記押付部により前記成形治具側へ向かって押し付ける押付処理を実行する請求項1に記載の積層体の積層システム。
[請求項3]
 前記押付部は、前記成形治具上を移動する自走台車を含み、
 前記自走台車は、台車本体と、前記台車本体に取り付けられる前記強化繊維基材を押し付ける押圧ローラと、を有する請求項2に記載の積層体の積層システム。
[請求項4]
 前記無人航空機は、機体と、前記機体に設けられる前記押付部としての押圧ローラと、を有する請求項2に記載の積層体の積層システム。
[請求項5]
 前記無人航空機は、機体と、前記機体に設けられる前記強化繊維基材を把持する把持部と、を有し、
 前記把持部は、前記強化繊維基材を吸着する吸着パッドと、前記吸着パッドを介して前記強化繊維基材を吸引する吸引部と、を有する請求項1から4のいずれか1項に記載の積層体の積層システム。
[請求項6]
 前記把持部は、複数の前記無人航空機に跨って設けられる請求項5に記載の積層体の積層システム。
[請求項7]
 成形治具上に強化繊維基材を積層して積層体を形成する積層体の積層方法において、
 垂直に離着陸可能な無人航空機により、設置エリアに設置された前記強化繊維基材を把持し、前記設置エリアから前記成形治具へ向けて前記強化繊維基材を輸送して、前記強化繊維基材を前記成形治具上に設置する積層工程と、
 前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押付工程と、を備える積層体の積層方法。
[請求項8]
 前記押付工程では、前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押圧ローラを有する自走台車により、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を押し付ける請求項7に記載の積層体の積層方法。
[請求項9]
 前記自走台車は、第1の前記自走台車と第2の前記自走台車とを含み、
 前記積層工程では、第1の前記自走台車が前記成形治具上に移動し、前記強化繊維基材が第1の前記自走台車から外側に飛び出るように、前記無人航空機が前記強化繊維基材を第1の前記自走台車上に設置し、
 前記押付工程では、第1の前記自走台車が移動して前記強化繊維基材の位置決めを行い、第2の前記自走台車が第1の前記自走台車から飛び出た前記強化繊維基材の部位を押し付けて固定し、前記無人航空機を第1の前記自走台車から離床させ、第1の前記自走台車を前記成形治具上から退避させ、前記無人航空機により固定されていない部位の前記強化繊維基材の位置決めを行い、第2の前記自走台車が前記強化繊維基材の固定されていない部位を押し付ける請求項7に記載の積層体の積層方法。
[請求項10]
 前記無人航空機は、前記強化繊維基材を前記成形治具側へ向かって押し付ける押圧ローラを有し、
 前記押付工程では、前記押圧ローラを有する前記無人航空機により、前記成形治具上に設置された前記強化繊維基材を押し付ける請求項7に記載の積層体の積層方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]