JP6800412B2 - Fiber sheet laminating device and fiber sheet laminating method - Google Patents
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Description
本発明は繊維シート積層装置及び繊維シートの積層方法に関し、より詳しくは、多数の繊維シートを仮止めして積層することにより繊維シート積層体を製造する繊維シート積層装置及び繊維シートの積層方法に関する。 The present invention relates to a fiber sheet laminating device and a method for laminating fiber sheets, and more particularly to a fiber sheet laminating device and a method for laminating fiber sheets to produce a fiber sheet laminate by temporarily fixing and laminating a large number of fiber sheets. ..
従来、炭素繊維やガラス繊維をプラスチックの中に入れて強度を向上させた繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ, ＦＲＰ）の成形法は、種々の方法が知られている。現在、一般的に用いられている炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ，ＣＦＲＰ）製品の成形には、成形後に熱処理が必要な熱硬化性樹脂を使用しているため、成形時間が長く、高価な設備が必要であるという問題がある。
そこで、熱硬化性樹脂よりも短時間で成形できる熱可塑性樹脂を炭素繊維に含浸させた繊維シートを何層にも積層して予備成形品を作成し、この予備成形品を加熱してプレス成形（プレス加工）する成形方法の開発が進められている。このプレス成形法によれば、金属加工に近い生産方法で、ＣＦＲＰ製品の量産を実現することが期待される。
ところで、従来の熱硬化性樹脂を使用した成形方法では、予め熱硬化性樹脂を炭素繊維に含浸させたプリプレグを積層して予備成形品を作成し、それをオートクレーブ釜によって加熱して硬化するオートクレーブ成形方法が知られている。プリプレグに含浸された熱硬化性樹脂自体に粘着性があるため、単純に積層して相互に接着させて予備成形を行うことができる。
一方、上記プレス成形法では、繊維シートに含浸された熱可塑性樹脂（ナイロン樹脂等）には粘着性がないため、単純に繊維シートを積層しただけでは成形した形状を維持することができない。
ところで、従来、ロボットによるＦＲＰ成形の自動化が進められており、このような装置としては、例えば特許文献１や特許文献２が知られている。特許文献１では、予め成形されたプライ４８をロボット２２のエンドエフェクタ２０で取り上げてからツール２８上へ移送し、該ツール２８のポケット２６内にプライ４８を嵌め込んで圧縮して積層する。他方、特許文献２では、粘着性を有する片側黒鉛層ＧＰをエフェクタ９６によってスタッキングトレイ４２上に積層するようにしている。
Conventionally, various methods are known as a molding method of fiber reinforced plastic (FRP) in which carbon fiber or glass fiber is put in plastic to improve the strength. Currently, carbon fiber reinforced plastic (Carbon Fiber Reinforced Plastics, CFRP) products that are generally used are molded using a thermosetting resin that requires heat treatment after molding, so that the molding time is long and expensive. There is a problem that various equipment is required.
Therefore, a fiber sheet impregnated with carbon fibers impregnated with a thermoplastic resin that can be molded in a shorter time than a thermosetting resin is laminated in multiple layers to prepare a premolded product, and the premolded product is heated and press-molded. Development of a molding method (pressing) is underway. According to this press molding method, it is expected that mass production of CFRP products will be realized by a production method similar to metal processing.
By the way, in the conventional molding method using a thermosetting resin, a prepreg obtained by impregnating carbon fibers with a thermosetting resin in advance is laminated to prepare a premolded product, which is then heated by an autoclave kettle to be cured. The molding method is known. Since the thermosetting resin itself impregnated in the prepreg is adhesive, it can be simply laminated and bonded to each other for preforming.
On the other hand, in the above press molding method, since the thermoplastic resin (nylon resin or the like) impregnated in the fiber sheet does not have adhesiveness, the molded shape cannot be maintained by simply laminating the fiber sheets.
By the way, conventionally, automation of FRP molding by a robot has been promoted, and as such an apparatus, for example, Patent Document 1 and
しかしながら、粘着性を有さない熱可塑性樹脂で纏められた繊維シートを例えばロボットによって自動積層する技術は、現在のところ知られていない。そのため、上記プレス成形法の前提となる、繊維シートを積層して所要の形状の予備成形品を効率的に製造する技術が要望されているところである。 However, a technique for automatically laminating fiber sheets made of a non-adhesive thermoplastic resin, for example, by a robot is not known at present. Therefore, there is a demand for a technique for efficiently producing a preformed product having a required shape by laminating fiber sheets, which is a premise of the press molding method.
上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、複数の繊維シートを搬送する搬送機構と、搬送機構上の繊維シートを保持して所定の積層領域まで移送する移送機構と、該移送機構に保持された繊維シートを加熱する加熱機構とを備え、
上記移送機構は、搬送機構上の繊維シートを保持して上記積層領域まで移送し、当該積層領域における既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせ、
上記加熱機構は、移送機構によって上記既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせられた状態の繊維シートを加熱することによって、当該繊維シートを下方に位置する繊維シート積層体に溶着する繊維シート積層装置であって、
各繊維シートは短冊状に形成されており、上記搬送機構はランダムな状態で載置される多数の繊維シートを搬送する搬送コンベヤから構成され、上記移送機構はロボットから構成され、上記加熱機構はレーザ光を照射するレーザ発振器から構成され、さらに、上記搬送コンベヤの搬送経路に該搬送コンベヤ上の繊維シートの載置状態を撮影する撮影機構が設けられており、
上記ロボットは、上記撮影機構が撮影した繊維シートの撮影画像に基づいて、搬送コンベヤ上の繊維シートを保持してから上記積層領域まで移送するとともに、積層領域における既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせた状態で押圧することを特徴とするものである。
また、請求項４に記載した本発明は、テープ状の繊維シートを順次所要長さに切断して複数の短冊状の繊維シートを作成し、
複数の短冊状の繊維シートをランダムな状態で保持領域まで搬送するとともに、搬送中の繊維シートを撮影機構で撮影し、
上記撮影機構が撮影した繊維シートの撮影画像を基にして短冊状の繊維シートを保持領域においてロボットにより保持してから所定の積層領域まで移送した後に、該ロボットに保持した繊維シートを既に積層領域において積層された繊維シート積層体に重ね合わせた状態で押圧するとともにレーザ光によって加熱して溶着させることを特徴とするものである。
In view of the above circumstances, the present invention according to claim 1 comprises a transport mechanism for transporting a plurality of fiber sheets, a transfer mechanism for holding the fiber sheets on the transport mechanism and transferring the fiber sheets to a predetermined laminated region, and the transfer. Equipped with a heating mechanism that heats the fiber sheet held in the mechanism,
The transfer mechanism holds the fiber sheet on the transfer mechanism, transfers it to the laminated region, and superimposes it on the already laminated fiber sheet laminate in the laminated region.
The heating mechanism heats the fiber sheet in a state of being superposed on the already laminated fiber sheet laminate by the transfer mechanism, thereby welding the fiber sheet to the fiber sheet laminate located below. It ’s a device,
Each fiber sheet is formed in a strip shape, and the transport mechanism is composed of a conveyor that transports a large number of fiber sheets placed in a random state, the transfer mechanism is composed of a robot, and the heating mechanism is It is composed of a laser oscillator that irradiates laser light, and is further provided with an imaging mechanism that photographs the placement state of the fiber sheet on the conveyor in the conveyor path of the conveyor.
Based on the photographed image of the fiber sheet photographed by the imaging mechanism, the robot holds the fiber sheet on the conveyor and transfers it to the laminated region, and also transfers the fiber sheet to the already laminated fiber sheet laminate in the laminated region. It is characterized in that it is pressed in a superposed state .
Further, in the present invention according to
A plurality of strip-shaped fiber sheets are transported to the holding area in a random state, and the fiber sheets being transported are photographed by an imaging mechanism.
After the strip-shaped fiber sheet is held by the robot in the holding region based on the captured image of the fiber sheet taken by the photographing mechanism and then transferred to a predetermined laminated region, the fiber sheet held by the robot is already held in the laminated region. It is characterized in that the fiber sheet laminated body is pressed in a state of being overlapped with each other and heated by a laser beam to be welded.
このような構成によれば、前述した繊維シート積層体を効率的に製造することができる。 According to such a configuration, the fiber sheet laminate described above can be efficiently manufactured.
以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は繊維シート積層装置であり、この繊維シート積層装置１は、短冊状をした多数の繊維シートＳを積層領域Ａで積層して仮止めすることにより、全体として立体形状の繊維シート積層体２を製造するようになっている。完成品としての繊維シート積層体２は、プレス成形法の予備成形品として用いられる。
繊維シート積層装置１は、短冊状の繊維シートＳをランダムな状態で載置して搬送する搬送コンベヤ３と、原反ロール４からテープ状の繊維シートＳを引き出して所定長さの短冊状に切断してから搬送コンベヤ３に供給する供給機構５と、搬送コンベヤ３の下流側の領域に並列に配置されて、トレイ６に載置された完成品の繊維シート積層体２をトレイ６ごと積層領域Ａから下流側へ排出する排出コンベヤ７と、搬送コンベヤ３の搬送経路の上方に配置されて、搬送コンベヤ３によって搬送される繊維シートＳの載置状態を撮影するカメラ８と、搬送コンベヤ３上の繊維シートＳを保持領域Ｂで保持してから積層領域Ａのトレイ６上まで移送するとともにトレイ６上にある下方側の繊維シートＳに押圧するロボット１１と、ロボット１１が保持する繊維シートＳをレーザ光Ｌによって加熱するレーザ発振器１２と、これらの作動を制御する制御装置１３とを備えている。
Hereinafter, the present invention will be described with respect to the illustrated examples. In FIGS. 1 to 2, 1 is a fiber sheet laminating device, and the fiber sheet laminating device 1 has a large number of strip-shaped fiber sheets S arranged in a laminating region A. By laminating and temporarily fixing, the
The fiber sheet laminating device 1 has a transport conveyor 3 in which strip-shaped fiber sheets S are placed and conveyed in a random state, and a tape-shaped fiber sheet S is pulled out from the
本実施例において処理対象となる繊維シートＳは、いわゆるＵＤカーボン（Ｕｎｉ Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ（単一方向性））であり、単一方向のみに繊維が並ぶように配置されたカーボン繊維をナイロン樹脂でテープ状に纏めて成形されている。この繊維シートＳは加熱されると溶融する熱溶融性を備えている。そして、細長いテープ状となった繊維シートＳは原反ロール４として巻芯に巻回されており、該原反ロール４が供給機構５のケーシング５Ａ内に回転自在に装着されるようになっている。
供給機構５は、原反ロール４が取り付けられるケーシング５Ａと、ケーシング５Ａ内に配置されてテープ状の繊維シートＳを上下から挟持して原反ロール４から先端部を下方に向けて送り出す送りローラ１４と、該送りローラ１４の隣接下方側に配置されて繊維シートを所定長さの短冊状に切断するカッタ１５と、カッタ１５の下方側に配置されて上下方向および左右方向（搬送コンベヤ３の幅方向）に揺動可能なホッパ１６とを備えている。
制御装置１３によって送りローラ１４が間欠的に回転されるとともにカッタ１５が間欠的に作動されることにより、原反ロール４に巻回されたテープ状の繊維シートＳは、先端から順次所定長さ分ずつ引き出されて切断されるようになっている。それによって、繊維シートＳは短冊状となり、該短冊状の繊維シートＳは、先端が上下方向および左右方向に揺動されているホッパ１６上に落下してから搬送コンベヤ３上にランダムな状態で載置されるようになっている。
このようにして、供給領域Ｃにおいて供給機構５から短冊状の繊維シートＳが搬送コンベヤ３上に供給されるようになっている。そして、搬送コンベヤ３上にランダムな状態で載置された多数の繊維シートＳは、搬送コンベヤの矢印方向の走行に伴って下流側の保持領域Ｂへ搬送されるようになっている。
The fiber sheet S to be treated in this embodiment is so-called UD carbon (Uni Directional (unidirectional)), and carbon fibers arranged so that the fibers are lined up in only one direction are tape-shaped with nylon resin. It is molded together in. The fiber sheet S has a thermal meltability that melts when heated. Then, the elongated tape-shaped fiber sheet S is wound around the winding core as the
The supply mechanism 5 is a feed roller that sandwiches the
The
In this way, the strip-shaped fiber sheet S is supplied onto the conveyor 3 from the supply mechanism 5 in the supply region C. Then, a large number of fiber sheets S randomly placed on the conveyor 3 are conveyed to the holding region B on the downstream side as the conveyor runs in the direction of the arrow.
搬送コンベヤ３は、一対のプーリに巻回されたベルトコンベヤで構成されており、載置面を水平にして矢印方向に循環走行されるようになっており、搬送コンベヤ３の駆動源となるモータ１７は制御装置１３によって作動を制御される。このモータ１７には図示しないエンコーダが取り付けられており、モータ１７の回転角度は上記エンコーダを介して制御装置１３に入力される。
制御装置１３は、モータ１７を作動させて搬送コンベヤ３を走行させる際においては、上記エンコーダから入力される信号を基にして搬送コンベヤ３上の繊維シートＳの位置を認識できるようになっている。
搬送コンベヤ３の搬送経路上の上方位置には、鉛直下方に向けてカメラ８が配置されており、カメラ８の下方を通過する各繊維シートＳはカメラ８によって載置状態を撮影されるようになっており、カメラ８による撮影画像は順次制御装置１３へ入力されるようになっている。
制御装置１３は、カメラ８から入力された各繊維シートＳの画像情報と、エンコーダを介して得られる搬送コンベヤ３上の繊維シートＳの位置情報をもとにしてロボット１１の作動を制御し、該ロボット１１によって保持領域Ｂで繊維シートＳを保持してから積層領域Ａのトレイ６上へ移送するようになっている。
The conveyor 3 is composed of a belt conveyor wound around a pair of pulleys, and is circulated in the direction of the arrow with the mounting surface horizontal, and is a motor that is a drive source of the conveyor 3. The operation of 17 is controlled by the
When the
A
The
排出コンベヤ７の載置面は、搬送コンベヤ３の載置面と同じ高さに設定されており、排出コンベヤ７は制御装置１３によって所要時に作動されて走行されるようになっている。つまり、積層領域Ａのトレイ６に多数の短冊状のシートＳがロボット１１によって積層されて仮止めされて繊維シート積層体２の製造が完了すると、排出コンベヤ７が走行される。それにより、完成品としての繊維シート積層体２を載置したトレイ６が積層領域Ａから下流側へ搬送されて排出されるようになっている。その後に排出コンベヤ７が停止されると、新たな空のトレイ６が積層領域Ａとなる排出コンベヤ７上に供給されるようになっている。
トレイ６は長方形をした平板からなり、その表面には一層目となる繊維シートＳを粘着させるために粘着シートが貼り付けられている。そのため、一層目となる繊維シートＳがロボット１１によってトレイ６に載置されて押圧されると、該繊維シートＳはトレイ６の粘着シートによってトレイ６の上面に接着されるようになっている。
The mounting surface of the
The tray 6 is made of a rectangular flat plate, and an adhesive sheet is attached to the surface of the tray 6 in order to adhere the fiber sheet S as the first layer. Therefore, when the first layer fiber sheet S is placed on the tray 6 by the
ロボット１１は、カメラ８よりも下流側となる搬送コンベヤ３上の保持領域Ｂと排出コンベヤ７側のトレイ６上の積層領域Ａとにわたって移動可能に設けられている。ロボット１１としては、いわゆるパラレルリンク型のロボットを採用しており、このロボット１１は、保持領域Ｂから積層領域Ａまで繊維シートＳを移送しトレイ６上で積層し仮止めする移送機構を構成している。ロボット１１の作動は、制御装置１３によって制御されるようになっており、制御装置１３は、積層プログラム入力機構１８によって入力される積層プログラム又は予め登録された積層プログラムに基づいてロボット１１を作動させるようになっている。
ロボット１１は、繊維シートＳを吸着保持する吸着筒２１を有する処理ヘッド１１Ａと、吸着筒２１の軸心を鉛直方向に維持した状態で処理ヘッド１１Ａを保持領域Ｂと積層領域Ａとにわたって移動させるアーム１１Ｂとを備えている。
図３にも示すように、吸着筒２１には導管２２を介して負圧源２３から負圧を給排できるようになっており、負圧源２３による負圧の給排作動は制御装置１３によって制御される。また、ロボット１１の隣接位置には、レーザ光Ｌを発振するレーザ発振器１２が配置されており、このレーザ発振器１２は、吸着筒２１の上部内方に配置されたカプラ２４とそれに接続された光ファイバ２５とを介して吸着筒２１の内側から下方に向けてレーザ光Ｌを照射するようになっている。レーザ発振器１２の作動も制御装置１３によって制御されるようになっており、図３に示すように吸着筒２１に繊維シートＳが保持されている状態でレーザ発振器１２からレーザ光Ｌを繊維シートＳにレーザ光Ｌを照射するようになっている。
本実施例では、保持領域Ｂにおいて、吸着筒２１の下端部に繊維シートＳを吸着保持してから積層領域Ａまで移送し、そこで既に積層された中間品としての繊維シート積層体２の繊維シートＳに重ね合わせて押圧するようにしてあり、その重ね合わせた状態において吸着筒２１に保持された繊維シートＳにレーザ光Ｌを照射して加熱するようにしている。それにより、トレイ６の中間品としての繊維シート積層体２の繊維シートＳ上に吸着筒２１に保持された繊維シートＳを順次積層して仮止めするようになっている。
The
The
As shown in FIG. 3, the
In this embodiment, in the holding region B, the fiber sheet S is sucked and held at the lower end of the
図３に示すように、吸着筒２１は円筒状をした剛性体からなり、吸着筒２１の内部には上下一対の平凸レンズ２６Ａ、２６Ｂが所定間隔を維持して配置されている。吸着筒２１の上部は、ショック吸収用のスプリング２７を介してアーム１１Ｂの下端となるエンドエフェクタ１１Ｃに取り付けられている。スプリング２７により吸着筒２１は、常時下方に向けて付勢されており、かつ軸心が鉛直方向となるように支持されている。
吸着筒２１の下端部は軸心に対して直交する平面となっており、この環状の平面が繊維シートＳを保持する保持部２１Ａとなっている。下方側の平凸レンズよりも下方側となる吸着筒２１の内面は下方側が窄まるテーパ状の負圧室２１Ｂとなっており、該負圧室２１Ｂに導管２２を介して負圧源３１が接続されている。制御装置１３は所要時に負圧源２１から導管２２を介して負圧室２１Ｂに負圧を供給するようになっている。下端部となる保持部２１Ａを繊維シートＳに重合させ、その状態において負圧室２１Ｂに負圧が供給されると、繊維シートＳは吸着筒２１の下端部、つまり保持部２１Ａに吸着、保持されるようになっている。他方、負圧室２１Ｂへの負圧の供給が停止すると、繊維シートの保持状態が解除される。
吸着筒２１の上端開口部の中心にカプラ２４が取り付けられており、このカプラ２４は光ファイバ２５によってレーザ発振器１２と接続されている。カプラ２４の軸心と吸着筒２１の軸心は一致させている。レーザ発振器１２が作動されるとレーザ光Ｌは光ファイバ２５を経由してカプラ２４の下端部から下方へ照射され、さらに、平凸レンズ２６Ａ、２６Ｂを透過してから下端開口部２１Ｃを通過して繊維シートＳに照射される。
前述したように、吸着筒２１は剛性体からなるので、レーザ光Ｌの焦点位置を一定にすることができる。本実施例では、レーザ光Ｌの焦点位置は保持部２１Ａよりも下方側に位置するように平凸レンズ２６Ａ、２６Ｂを配置しているので、ビームウェストよりもレーザ発振器１２側となる太い部分のレーザ光Ｌが繊維シートＳに照射されるようになっている。繊維シートＳを構成するカーボンは、レーザ光Ｌの吸収効率が高いため、レーザ光Ｌの照射部分が昇温されて熱可塑性樹脂が溶融するようになっている。
また、吸着筒２１の上端とエンドエフェクタ１１Ｃとの間には上記スプリング２７が弾装されているので、搬送コンベヤ３上の保持領域Ｂにおいて、繊維シートＳを吸着筒２１の保持部２１Ａで吸着保持する際、および積層領域Ａでトレイ６上の繊維シート積層体２の繊維シートＳに重ね合わせて積層する際には、上記スプリング２７の弾性力を利用して確実に繊維シートＳを吸着筒２１の保持部２１Ａに吸着することができ、かつ、トレイ６上の下方側となるシートＳに繊維シートＳを偏りなく押し付けることができる。
As shown in FIG. 3, the
The lower end of the
A
As described above, since the
Further, since the
ロボット１１とその処理ヘッド１１Ａは以上のように構成されており、制御装置１３は、ロボット１１を積層プログラムに基づいて作動させるようになっており、ロボット１１を作動させるための積層プログラムは、次のようにして設定されるようになっている。
先ず、オペレータが手動により積層プログラムを設定する場合について説明する。制御装置１３には、積層プログラム作成ソフトウェアが予めインストールされており、オペレータは積層プログラム入力機構１８によって、制御装置１３内の積層プログラム作成ソフトウェアを作動させて、制御装置１３の画面上において繊維シートＳの保持位置、つまり、レーザ光Ｌによって加熱し溶着される仮止め位置を設定する。
具体的には、図４に示すように、オペレータは、制御装置１３の画面上に表示された繊維シートＳ（破線で示す繊維シート）をマウスでドラッグして所望の位置まで移動させて、下層側となる繊維シート積層体２の繊維シートＳへ重ね合わせる位置を決定する。その後、ドラッグによって当該繊維シートＳを回転させて姿勢（向き）を決定する。なお、この手順とは逆に、まず繊維シートＳの姿勢を所望の姿勢に変更してから該繊維シートＳを下層となる繊維シートＳの位置まで移動させてから重ね合わせる位置を決定するようにしてもよい。
この処理を行う際に、積層状態を決めるべき繊維シートＳ（ロボット１１に保持された上層となる繊維シートＳ）は点線で表示されており、それにより、当該上層側となる繊維シートＳと下方側となる繊維シートＳとが重なる重合箇所を把握することができる。この図４の例では、仮止め候補位置Ｘ１と仮止め候補位置Ｘ２が上下の繊維シートＳが重なり合う重合箇所となる。
この後、オペレータは、処理ヘッド１１Ａによる保持位置（および仮止め位置）として、上記仮止め候補位置Ｘ１か仮止め候補位置Ｘ２のいずれかを選択する。例えば仮止め候補位置Ｘ１を選択する。それにより、処理ヘッド１１Ａによって当該繊維シートＳを保持する際の保持位置（および仮止め位置）は、Ｘ１として設定されるようになっている。本実施例においては、吸着筒２１によって繊維シートＳを保持し、吸着筒２１の内部からレーザ光Ｌを繊維シートＳに照射するので、保持位置と仮止め位置は同じ位置となる。
このようにして、完成品としての繊維シート積層体２を形成するために各繊維シートＳをどこにどのような姿勢で下方側の繊維シートＳ（中間品としての繊維シート積層体２）に重ね合わせて積層するのか、および各繊維シートＳを積層する際の処理ヘッド１１Ａの吸着筒２１による保持位置（仮止め位置）の設定が行われるようになっている。
また、オペレータが積層プログラム入力機構１８によって積層プログラムを作成する代わりに、予め完成品としての繊維シート積層体２を製造するための複数の積層パターンのプログラムを制御装置１３に登録しておき、その登録された積層パターンのプログラムのいずれかを選択するようにしてもよい。
そして、複数の積層パターンのプログラムの内のどれかを選択した後に、該選択した積層パターンのプログラムに関して、前述した要領でオペレータが積層プログラム入力機構１８によって、繊維シートＳの保持位置（仮止め位置）や重ね合わせる際の姿勢等を修正してもよい。より詳細には、制御装置１３に積層動作を再生する機能を設けておき、繊維シート積層体２にｎ番目に積層する繊維シートＳを指定して、その繊維シートＳを重ね合わせる際の姿勢および保持位置（仮止め位置）を修正する。
また、完全にランダムな積層パターンを作らせることも可能である。さらに、積層パターンのプログラムによって保持位置（仮止め位置）を自動的に設定することもできる。例えば次のようなアルゴリズムによって自動設定を行う。
まず、繊維シートＳの下層となる繊維シートＳとの重合箇所の面積を求め、複数の重合箇所がある場合には、面積の大きい方を保持位置（仮止め位置）として設定する。また、複数の重合箇所がある場合であって、面積の差が所定値よりも小さい場合には、繊維シートＳの重心位置に近い方を保持位置として設定する。さらに、重合箇所が大きい場合には、例えば繊維シートＳが全面に亘って下方側の繊維シートＳと重なる場合には、重合箇所の形状の重心位置を保持位置として設定する。
このようにして、処理ヘッド１１Ａの吸着筒２１による繊維シートＳの保持位置（仮止め位置）、重合させる箇所および姿勢等を設定するようになっている。
The
First, a case where the operator manually sets the stacking program will be described. The stacking program creation software is pre-installed in the
Specifically, as shown in FIG. 4, the operator drags the fiber sheet S (fiber sheet shown by the broken line) displayed on the screen of the
When this process is performed, the fiber sheet S (the upper layer fiber sheet S held by the robot 11) whose laminated state should be determined is indicated by a dotted line, whereby the upper layer side fiber sheet S and the lower side are displayed. It is possible to grasp the polymerization portion where the fiber sheet S on the side overlaps. In the example of FIG. 4, the temporary fixing candidate position X1 and the temporary fixing candidate position X2 are the polymerization points where the upper and lower fiber sheets S overlap.
After that, the operator selects either the temporary fixing candidate position X1 or the temporary fixing candidate position X2 as the holding position (and the temporary fixing position) by the
In this way, in order to form the
Further, instead of the operator creating a stacking program by the stacking
Then, after selecting one of the programs of the plurality of laminated patterns, the operator uses the laminated
It is also possible to create a completely random stacking pattern. Further, the holding position (temporary fixing position) can be automatically set by the program of the stacking pattern. For example, automatic setting is performed by the following algorithm.
First, the area of the polymerization site with the fiber sheet S, which is the lower layer of the fiber sheet S, is obtained, and when there are a plurality of polymerization sites, the larger area is set as the holding position (temporary fixing position). Further, when there are a plurality of polymerization points and the difference in area is smaller than a predetermined value, the one closer to the position of the center of gravity of the fiber sheet S is set as the holding position. Further, when the polymerization site is large, for example, when the fiber sheet S overlaps the lower fiber sheet S over the entire surface, the position of the center of gravity of the shape of the polymerization site is set as the holding position.
In this way, the holding position (temporary fixing position) of the fiber sheet S by the
以上の構成において、具体的な繊維シート積層装置１による積層作業開始前の段階において、前述したようにしてオペレータが積層プログラム入力機構１８を用いて積層パターンのプログラムを作成して制御装置１３に保存するか、あるいは予め複数の積層パターンのプログラムを登録しておく。
そして、空のトレイ６が停止中の排出コンベヤの積層領域Ａに載置され、かつ、短冊状の繊維シートＳが搬送コンベヤ３によって搬送されている状態において、積層パターンのプログラムに基づいてロボット１１の処理ヘッド１１Ａが制御装置１３により作動される。
つまり、ロボット１１は、繊維シート積層体２のｎ番目の繊維シートＳを上記プログラムに基づいて、搬送コンベヤ３の保持領域Ｂにおいて繊維シートＳを保持してから積層領域Ａまで移送して、その後、上記プログラムにある重合位置の姿勢となるように、該保持した繊維シートＳをトレイ６上における中間品としての繊維シート積層体２の繊維シートＳに重ね合わせて押圧する。その際にロボット１１に保持された繊維シートＳにレーザ発振器１２からカプラ２４を介してレーザ光Ｌが照射されて加熱される。これにより、ロボット１１の吸着筒２１に保持された繊維シートＳはレーザ光Ｌによって溶融し、かつ下方側にある中間品としての繊維シート積層体２の繊維シートＳに向けて押圧されているので、該下方側の繊維シートＳに溶着される。
このようにして、処理ヘッド１１Ａは保持領域Ｂにおいて繊維シートＳを保持してから積層領域Ａのトレイ６上まで移送し、そこで、トレイ６上における中間品としての繊維シート積層体２の繊維シートＳに、上方から繊維シートＳを重ね合わせた状態においてレーザ光Ｌによって繊維シートＳを加熱しながら押圧する作業を、上記積層パターンのプログラムに基づいて順次繰り返す。
なお、積層領域Ａのトレイ６に直接載置される一層目の繊維シートＳについては、トレイ６の載置面に粘着シートが設けてあるので、レーザ光Ｌによる繊維シートＳの加熱処理は省略される。つまり、処理ヘッド１１Ａに保持した一層目の繊維シートＳは押圧されるのみで、トレイ６上に第１層目の繊維シートＳが接着されて固定される。また、保持領域Ｂでロボット１１に保持されてから移送中に繊維シートＳがはためいて積層領域Ａで折れ曲がる恐れがあるので、積層領域Ａの直上まで繊維シートＳを移動させた後に僅かの時間停止させて繊維シートＳのはためきがなくなった後に、処理ヘッド１１Ａを下降させて繊維シートＳを下方側の繊維シートＳに重ね合わせるようにしても良い。
このようにして、積層領域Ａのトレイ６上に積層プログラムに基づいて予定した多数の繊維シートＳが順次積層されて仮止めされることで、完成品としての繊維シート積層体２が製造される。すると、この後、制御装置１３は排出コンベヤ７を作動させて、積層領域Ａにある繊維シート積層体２をトレイ６ごと排出コンベヤ７によって下流側へ排出させる。その後の図示しない工程において、トレイ６とそれに載置された繊維シート積層体２を排出コンベヤ７からオペレータが持ち上げてから図示しない金型に搬入する等のプレス成形法に従って作業が行われる。
In the above configuration, in the stage before the start of the laminating work by the specific fiber sheet laminating device 1, the operator creates a laminating pattern program using the laminating
Then, in a state where the empty tray 6 is placed on the laminated region A of the discharged conveyor that is stopped and the strip-shaped fiber sheet S is conveyed by the conveyor 3, the
That is, the
In this way, the
As for the first layer fiber sheet S directly mounted on the tray 6 of the laminated region A, since the adhesive sheet is provided on the mounting surface of the tray 6, the heat treatment of the fiber sheet S by the laser beam L is omitted. Will be done. That is, the first layer fiber sheet S held by the
In this way, a large number of fiber sheet S planned based on the laminating program are sequentially laminated on the tray 6 of the laminating region A and temporarily fixed, whereby the fiber sheet laminated
以上のように本実施例によれば、粘着性を有さない短冊状の繊維シートＳを、移送手段としてのロボット１１により多数積層して仮止めすることで、ＲＴＭ用の予備成形品となる繊維シート積層体２を効率的に製造することができる。そして、トレイ６上の中間品としての繊維シート積層体２に繊維シートＳを順次積層して仮止めする作業は、積層パターンのプログラムに基づいてロボット１１によって処理されるので、迅速かつ効率的に行われる。
As described above, according to the present embodiment, a large number of strip-shaped fiber sheets S having no adhesiveness are laminated by the
なお、繊維シート積層装置１による処理対象としては、平織り等のカーボンクロスから成形したシートであってもよい。
また、上記実施例においては、吸着筒２１の内部にレーザ光Ｌを照射するためのカプラ２４を配置しているが、吸着筒２１の外部にそれと並列に単一あるいは複数のカプラ２４を配置してもよい。つまり、吸着筒２１の内部からではなく、吸着筒２１の外方に配置されたカプラからレーザ光Ｌを繊維シートＳに照射するようにしてもよい。
また、上記実施例においては、単独の下端開口部２１Ｃが開口する吸着筒２１の下端部を保持部２１Ａとしているが、吸着筒２１の下端部開口部は複数の孔で構成してもよい。
さらに、上記実施例は、保持領域Ａのトレイ６上において順次繊維シートＳを積層して仮止めすることで完成品としての繊維シート積層体２（予備成形品）を製造するようにしているが、トレイ６を鉛直方向に支持し、その状態のトレイ６に順次繊維シートＳを積層して仮止めすることで繊維シート積層体２（予備成形品）を製造するようにしてもよい。
また、上記ロボット１１としては、パラレルリング型の他、スカラー型、多関節ロボットを用いてもよい。
また、上記仮止め位置としては、積層しようとする繊維シートＳの直下にある繊維シートＳと重なる位置に限定されず、さらに下にある繊維シートＳと重なる位置（図４にＸ３で図示）に設定するようにしてもよい。
また、レーザ光Ｌを照射するタイミングとしては、搬送コンベヤ３から処理ヘッド１１Ａが繊維シートＳを取り上げた直後でも良い。この場合、予熱のために低出力でレーザ光Ｌを照射しておき、重ね合わせた後に通常出力で照射するようにしても良い。
さらに、繊維シートＳを下方となる繊維シートＳに重ね合わせて押圧したら、吸着筒２１による繊維シートＳの吸着を解除しても良い。この状態も本実施例における吸着筒２１による保持の概念に含まれる。
The processing target by the fiber sheet laminating device 1 may be a sheet formed from carbon cloth such as plain weave.
Further, in the above embodiment, the
Further, in the above embodiment, the lower end portion of the
Further, in the above embodiment, the fiber sheet laminate 2 (preformed product) as a finished product is manufactured by sequentially laminating the fiber sheet S on the tray 6 of the holding region A and temporarily fixing the fiber sheet S. , The fiber sheet laminate 2 (preformed product) may be manufactured by supporting the tray 6 in the vertical direction and sequentially laminating the fiber sheet S on the tray 6 in that state and temporarily fixing the tray 6.
Further, as the
Further, the temporary fixing position is not limited to the position where it overlaps with the fiber sheet S directly below the fiber sheet S to be laminated, but also at the position where it overlaps with the fiber sheet S further below (shown by X3 in FIG. 4). You may set it.
Further, the timing of irradiating the laser beam L may be immediately after the
Further, when the fiber sheet S is superposed on the lower fiber sheet S and pressed, the adsorption of the fiber sheet S by the
１‥繊維シート積層装置 ２‥繊維シート積層体
３‥搬送コンベヤ ６‥トレイ
１１‥ロボット（移送機構） １１Ａ‥処理ヘッド
１２‥レーザ発振器（加熱機構） １３‥制御装置
２１‥吸着筒 ２１Ａ‥保持部
Ａ‥積層領域 Ｂ‥保持領域
Ｓ‥繊維シート
1 ‥ Fiber
Claims (4)
上記移送機構は、搬送機構上の繊維シートを保持して上記積層領域まで移送し、当該積層領域における既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせ、
上記加熱機構は、移送機構によって上記既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせられた状態の繊維シートを加熱することによって、当該繊維シートを下方に位置する繊維シート積層体に溶着する繊維シート積層装置であって、
各繊維シートは短冊状に形成されており、上記搬送機構はランダムな状態で載置される多数の繊維シートを搬送する搬送コンベヤから構成され、上記移送機構はロボットから構成され、上記加熱機構はレーザ光を照射するレーザ発振器から構成され、さらに、上記搬送コンベヤの搬送経路に該搬送コンベヤ上の繊維シートの載置状態を撮影する撮影機構が設けられており、
上記ロボットは、上記撮影機構が撮影した繊維シートの撮影画像に基づいて、搬送コンベヤ上の繊維シートを保持してから上記積層領域まで移送するとともに、積層領域における既に積層された繊維シート積層体に重ね合わせた状態で押圧することを特徴とする繊維シート積層装置。 It is provided with a transport mechanism for transporting a plurality of fiber sheets, a transfer mechanism for holding the fiber sheets on the transport mechanism and transferring them to a predetermined laminated region, and a heating mechanism for heating the fiber sheets held by the transfer mechanism.
The transfer mechanism holds the fiber sheet on the transfer mechanism, transfers it to the laminated region, and superimposes it on the already laminated fiber sheet laminate in the laminated region.
The heating mechanism heats the fiber sheet in a state of being superposed on the already laminated fiber sheet laminate by the transfer mechanism, thereby welding the fiber sheet to the fiber sheet laminate located below. It ’s a device,
Each fiber sheet is formed in a strip shape, the transfer mechanism is composed of a transfer conveyor that conveys a large number of fiber sheets placed in a random state, the transfer mechanism is composed of a robot, and the heating mechanism is It is composed of a laser oscillator that irradiates laser light, and is further provided with an imaging mechanism that photographs the placement state of the fiber sheet on the conveyor in the conveyor path of the conveyor.
Based on the photographed image of the fiber sheet photographed by the imaging mechanism, the robot holds the fiber sheet on the conveyor and transfers it to the laminated region, and also transfers the fiber sheet to the already laminated fiber sheet laminate in the laminated region. A fiber sheet laminating device characterized in that it is pressed in a laminated state .
上記レーザ発振器は、上記吸着筒の内部からレーザ光を照射して上記繊維シートのうちの吸着筒に保持された部分を加熱することを特徴とする請求項１に記載の繊維シート積層装置。 The robot is equipped with a suction cylinder that sucks and holds the fiber sheet.
The fiber sheet laminating apparatus according to claim 1 , wherein the laser oscillator irradiates laser light from the inside of the adsorption cylinder to heat a portion of the fiber sheet held in the adsorption cylinder.
上記積層プログラム入力機構は、上記吸着筒によって吸着する繊維シートのうち、上記重合位置での当該繊維シートの下方に位置する上記既に積層された繊維シート積層体の繊維シートと重なる部分を上記保持位置に設定することを特徴とする請求項２に記載の繊維シート積層装置。 Lamination program input mechanism for setting the holding position when the suction cylinder of the robot holds the fiber sheet on the conveyor and the polymerization position for laminating the fiber sheet held in the suction cylinder on the fiber sheet laminate in the lamination region. With
The laminating program input mechanism holds a portion of the fiber sheet adsorbed by the suction cylinder that overlaps the fiber sheet of the already laminated fiber sheet laminate located below the fiber sheet at the polymerization position. The fiber sheet laminating apparatus according to claim 2 , wherein the fiber sheet laminating apparatus is set to.
複数の短冊状の繊維シートをランダムな状態で保持領域まで搬送するとともに、搬送中の繊維シートを撮影機構で撮影し、
上記撮影機構が撮影した繊維シートの撮影画像を基にして短冊状の繊維シートを保持領域においてロボットにより保持してから所定の積層領域まで移送した後に、該ロボットに保持した繊維シートを既に積層領域において積層された繊維シート積層体に重ね合わせた状態で押圧するとともにレーザ光によって加熱して溶着させることを特徴とする繊維シートの積層方法。 The tape-shaped fiber sheets are sequentially cut to the required length to create multiple strip-shaped fiber sheets.
A plurality of strip-shaped fiber sheets are transported to the holding area in a random state, and the fiber sheets being transported are photographed by an imaging mechanism.
After the strip-shaped fiber sheet is held by the robot in the holding region based on the captured image of the fiber sheet taken by the photographing mechanism and then transferred to a predetermined laminated region, the fiber sheet held by the robot is already held in the laminated region. A method for laminating fiber sheets, which comprises pressing the fiber sheet laminated body in a state of being superposed on the laminated body and heating and welding the fiber sheets with a laser beam .
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