WO2012114570A1 - フィラメントワインディング装置 - Google Patents

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WO2012114570A1
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winding
fiber layer
end position
liner
fiber bundle
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PCT/JP2011/071627
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English (en)
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谷川 元洋
健 八田
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Murata Machinery Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Murata Machinery Ltd
Toyota Motor Corp
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Definitions

  • the present invention relates to the technology of a filament winding apparatus.
  • the filament winding apparatus includes a control unit that controls the operation of winding the fiber bundle around the liner.
  • the control unit stores a series of operations for winding the fiber bundle around the liner as winding data including a plurality of steps, and controls the operation for winding the fiber bundle based on the winding data.
  • the controller is provided with a motion controller, and the motion controller creates a control signal for each process based on the winding data, thereby realizing a series of operations for winding the fiber bundle.
  • the end positions of the dome portions at both ends of the liner are determined for each fiber layer by design.
  • the end position of the fiber layer means the position of the fiber bundle on the smallest diameter side when the fiber bundle is wound around the dome part of the liner from the maximum diameter side to the minimum diameter side (the position of each fiber layer in the dome part). The lowest point). That is, the position of the end of the fiber layer in the dome portion of the liner is determined for each fiber layer so that the strength, dimensions, etc. of the finished product satisfy the predetermined conditions. For this reason, the winding data memorize
  • the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner may not be as designed. This is often caused by the difference in the types of fiber bundles and the viscosity of the resin impregnated in the fiber bundles.
  • the winding data is corrected by comparing the design value and the actual measurement value so that the end position of the fiber layer in the dome portion is as designed, and the winding data is recreated. It is done.
  • the present invention has been made to solve such problems.
  • the objective of this invention is providing the filament winding apparatus which correct
  • the first invention is a filament winding apparatus for winding a fiber bundle around a liner surface, storing a series of operations for winding the fiber bundle around the liner as winding data comprising a plurality of steps, and the dome of the liner.
  • a control unit for controlling.
  • 2nd invention is 1st invention, Comprising:
  • the said control part interrupts the said basic operation, when the process of winding a fiber bundle to the edge part position of a fiber layer is complete
  • the third invention is either the first or second invention, further comprising a detection unit for detecting the end position of the fiber layer.
  • the correction operation is based on an operation of detecting the end position of the fiber layer formed by the basic operation by the detection unit, an actual measurement value of the end position of the fiber layer, and a design value of the end position of the fiber layer. An operation of calculating a correction value and an operation of increasing or decreasing the winding of the fiber bundle based on the correction value.
  • the 4th invention is 3rd invention, Comprising:
  • the said control part performs operation
  • movement which increases / decreases winding of a fiber bundle based on the said correction value among the said correction operations and the edge part position of the said fiber layer
  • 5th invention is 4th invention, Comprising: When the said control part complete
  • the basic operation of winding the fiber bundle based on the winding data, and the measured position and design of the end position of the fiber layer A correction operation is performed based on the value. For this reason, the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner can be easily corrected.
  • the basic operation is interrupted and the correction operation is interrupted when the step of winding the fiber bundle to the end position of the fiber layer is completed among the plurality of steps of the winding data. For this reason, the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner can be easily corrected without correcting the winding data.
  • the increase / decrease amount of the winding of the fiber bundle performed by the correction operation is stored as a true correction value. For this reason, an accurate correction value for correcting the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner can be stored and used.
  • the basic operation is interrupted when the step of winding the fiber bundle to the end position of the fiber layer is completed among the plurality of steps of the winding data, and the correction operation is performed based on the true correction value. Interrupt. For this reason, it is possible to quickly perform a correction operation based on an accurate correction value for correcting the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner, thereby improving the production efficiency.
  • the side view which shows the whole structure of a filament winding apparatus The side view which shows the whole structure of a filament winding apparatus.
  • FW apparatus 100 A filament winding apparatus 100 (hereinafter referred to as “FW apparatus 100”) according to an embodiment of the present invention will be described.
  • FIG. 1 shows the overall configuration of the FW device 100.
  • An arrow X shown in the figure indicates the transfer direction of the liner 1.
  • the direction parallel to the transfer direction of the liner 1 is defined as the front-rear direction of the FW device 100, the direction in which the liner 1 is transferred is defined as the front side (left side in the figure), and the opposite side of the front side is defined as the rear side (right side in the figure). Since the FW device 100 reciprocates the liner 1 in the front-rear direction, the front side and the rear side are determined according to the transfer direction of the liner 1.
  • the FW device 100 is a device that forms a plurality of fiber layers by winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the FW device 100 mainly includes a main base 10, a liner transfer device 20, a hoop winding device 30, a helical winding device 40, and a control unit 51.
  • the liner 1 is a substantially cylindrical hollow container formed of, for example, a high-strength aluminum material or a polyamide resin.
  • the central portion of the liner 1 is a cylindrical portion 1A having a constant radius, and dome portions 1B are formed at both ends of the cylindrical portion 1A.
  • the dome portion 1B has a dome shape with a radius decreasing toward the end side.
  • the pressure resistance characteristics are improved by winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1 ⁇ / b> S of the liner 1. That is, the liner 1 is a base material constituting the pressure vessel.
  • the main base 10 is a main structure that forms the basis of the FW device 100.
  • a liner transfer device rail 11 is provided on the upper portion of the main base 10.
  • a liner transfer device 20 is placed on the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device rail 12 is provided on the upper portion of the main base 10 in parallel to the liner transfer device rail 11.
  • a hoop winding device 30 is placed on the rail 12 for the hoop winding device.
  • the main base 10 constitutes the basis of the FW device 100 and also allows the liner transfer device 20 and the hoop winding device 30 to move in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the liner transfer device 20 is a device that transfers the liner 1 while rotating it.
  • the liner transfer device 20 rotates the liner 1 about the front-rear direction of the FW device 100 as a central axis, and transfers the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the liner transfer device 20 mainly includes a base 21 and a liner support portion 22.
  • a pair of liner support portions 22 are provided on the upper portion of the base 21.
  • the liner support portion 22 includes a liner support frame 23 and a rotating shaft 24.
  • the liner support frame 23 extends upward from the base 21.
  • the rotating shaft 24 extends from the liner support frame 23 in the front-rear direction.
  • the liner 1 is attached to the rotating shaft 24 and rotated in one direction by a power mechanism (not shown).
  • the liner transfer device 20 can rotate the liner 1 with the front-rear direction of the FW device 100 as a central axis, and can transfer the liner 1 in the front-rear direction of the FW device 100.
  • the hoop winding device 30 is a device that forms a fiber layer by winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the hoop winding device 30 performs so-called hoop winding in which the winding angle of the fiber bundle F is substantially perpendicular to the front-rear direction of the FW device 100.
  • the hoop winding device 30 mainly includes a base 31, a power mechanism 32, and a hoop winding device 33.
  • the base 31 is provided with a hoop winding device 33 that is rotated by a power mechanism 32.
  • the hoop winding device 33 includes a winding table 34 and a bobbin 35, and performs hoop winding on the outer peripheral surface 1 ⁇ / b> S of the liner 1.
  • the winding table 34 mainly performs hoop winding.
  • the bobbin 35 supplies the fiber bundle F to the winding table 34.
  • the fiber bundle F is guided to the outer peripheral surface 1S of the liner 1 by a fiber bundle guide provided on the winding table 34, and the winding table 34 rotates to perform hoop winding.
  • the hoop winding device 30 performs hoop winding, in which the winding angle of the fiber bundle F is substantially perpendicular to the front-rear direction of the FW device 100, mainly on the cylindrical portion 1A of the liner 1.
  • the helical winding device 40 is a device that forms a fiber layer by winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1.
  • the helical winding device 40 performs so-called helical winding in which the winding angle of the fiber bundle F is a predetermined value with respect to the front-rear direction of the FW device 100.
  • the helical winding device 40 mainly includes a base 41 and a helical winding device 42.
  • the base 41 is provided with a helical winding device 42.
  • the helical winding device 42 includes a first helical head 43 and a second helical head 44, and performs helical winding on the outer peripheral surface 1 ⁇ / b> S of the liner 1.
  • a fiber bundle guide 45 (see FIG. 2) provided on the first helical head 43 and a fiber bundle guide 45 (see FIG. 2) provided on the second helical head 44 respectively cause a fiber bundle F on the outer peripheral surface 1S of the liner 1. Is guided, and helical winding is performed as the liner 1 passes while rotating.
  • the helical winding device 40 performs helical winding with respect to the cylindrical portion 1A and the dome portion 1B of the liner 1 so that the winding angle of the fiber bundle F is a predetermined value with respect to the front-rear direction of the FW device 100. Do.
  • the control unit 51 is a device for controlling a series of operations for winding the fiber bundle F around the outer peripheral surface 1S of the liner 1 by controlling the liner transfer device 20, the hoop winding device 30, the helical winding device 40, and the like.
  • the control unit 51 includes a CPU as a calculation unit, a ROM, a RAM, a motion controller 52, and the like as storage units.
  • the ROM of the control unit 51 stores control software that causes hardware such as a CPU included in the control unit 51 to operate as the control unit of the FW device 100.
  • the control software sets a series of operations for winding the fiber bundle F around the liner 1 as winding data including a plurality of steps.
  • the storage unit stores the winding data.
  • the motion controller 52 creates a control signal based on the set winding data.
  • the winding data is an operation diagram in which the operation of the motors 54A, 54B,.
  • the series of operations for winding the fiber bundle F is, for example, that the liner transfer device 20 moves while rotating the liner 1, and the helical winding device 40 changes the phase of the fiber bundle guide 45 by rotating the second helical head 44.
  • these are operations of winding the fiber bundle F while being related to each other.
  • the operation of winding the fiber bundle F around the liner 1 by creating a control signal for each process based on the winding data set in advance is a basic operation.
  • the end position of the fiber layer is detected, and the end position of the fiber layer is corrected based on the actual measurement value and the design value.
  • This operation is referred to as a correction operation.
  • the control unit 51 When forming the fiber layer by winding the fiber bundle F around the dome portion 1B of the liner 1, the control unit 51 not only controls the basic operation based on the winding data but also sets the end position of the fiber layer as the actual measurement value. A correction operation to be corrected based on the design value is controlled.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a control system including the control unit 51.
  • the control unit 51 is the core of the control system in the FW device 100.
  • the control system of the FW device 100 mainly includes a control unit 51, motor drivers 53A, 53B,..., Motors 54A, 54B,.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data. Specifically, the motion controller 52 of the control unit 51 creates a pulse signal having a number of pulses and a frequency according to each numerical value of the winding data, and the pulse signals are transmitted to the motors 54A and 54B via the motor drivers 53A, 53B. Output to.
  • the motors 54A, 54B,... Are pulse input type stepping motors or servo motors.
  • the motors 54A, 54B,... Convert the pulse input from the motor drivers 53A, 53B,.
  • the detection unit 55 detects the end position of the fiber layer formed by the basic operation and the correction operation, creates a voltage signal corresponding to the end position of the fiber layer, and outputs the voltage signal to the control unit 51 ( (See FIG. 5).
  • a camera may be used as the detection unit 55, and the end position of the fiber layer may be detected by processing the captured image.
  • control unit 51 generates a control signal and drives the motors 54A, 54B,... Via the motor drivers 53A, 53B,.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of winding data representing a series of operations for winding the fiber bundle F.
  • the horizontal axis of this figure has shown the process of a series of operation
  • FIG. The vertical axis in this figure indicates the operation of the motors 54A, 54B,.
  • the Nth step shown in FIG. 4 is a step of winding the fiber bundle to the end position of a certain fiber layer among the plurality of steps of the winding data.
  • the winding data C1 represents the rotation operation of the liner 1.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data C1, and drives the motor 54A of the power mechanism that constitutes the liner transfer device 20. Since the rotation direction of the liner 1 is always constant (see arrow D1 in FIG. 2B), the winding data C1 indicates a diverging operation in which the numerical value increases for each process.
  • the winding data C2 represents the transfer operation of the liner 1.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data C2, and drives the motor 54B of the power mechanism that constitutes the liner transfer device 20. Since the transfer direction of the liner 1 is changed to the front-rear direction (see arrow D2 in FIG. 2B), the winding data C2 indicates a repetitive operation that decreases again after the numerical value increases.
  • the winding data C3 represents the expansion / contraction operation of the fiber bundle guide 45.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data C3 and drives the motor 54C of the power mechanism that constitutes the helical winding device 40.
  • the winding data C3 is again displayed after the numerical value increases. A decreasing repetitive motion is shown.
  • the winding data C4 represents the rotation operation of the fiber bundle guide 45.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data C4, and drives the motor 54D of the power mechanism that constitutes the helical winding device 40. Since the rotation direction of the fiber bundle guide 45 is changed to the normal rotation direction or the reverse rotation direction (see arrow D4 in FIG. 2A), the winding data C3 indicates a repetitive operation that decreases again after the numerical value increases. .
  • the winding data C5 represents the rotation operation of the second helical head 44.
  • the control unit 51 creates a control signal based on the winding data C5, and drives the motor 54E of the power mechanism that constitutes the helical winding device 40. Since the rotation direction of the second helical head 44 is changed to the normal rotation direction or the reverse rotation direction (see arrow D5 in FIG. 2A), the winding data C3 indicates a repetitive operation that decreases again after the numerical value increases. Yes.
  • the Nth step shown in FIG. 4 is a step of winding the fiber bundle to the end position of a certain fiber layer among the plurality of steps of the winding data.
  • 5A and 5B are diagrams illustrating a state in which the Nth step of the basic operation based on the winding data has been completed and the winding of the fiber bundle has reached the end position of the fiber layer in the dome portion.
  • the end position of the actually formed fiber layer is a position indicated by a solid line.
  • the design end position of the fiber layer is set to a position indicated by a two-dot chain line.
  • the winding data is created with the goal that the end position of the fiber layer becomes as designed when the Nth step of the basic operation is completed.
  • the end position of the fiber layer has not reached the design value when the Nth step of the basic operation is completed.
  • the control unit 51 performs control to interrupt the basic operation and interrupt the correction operation when the Nth step of the winding data is completed. .
  • FIG. 5 shows a case where the end position of the fiber layer has not reached the design value when the Nth step of the basic operation is completed. That is, this is a case where the actual winding is insufficient with respect to the design value.
  • control for adding the winding amount is performed.
  • the end position of the fiber layer may exceed the design value when the Nth step of the basic operation is completed. That is, the actual winding is excessive with respect to the design value.
  • control for reducing the winding amount is performed.
  • the detection unit 55 detects the end position of the fiber layer formed by the basic operation.
  • the fiber layer is imaged from the axial direction of the liner 1 by the detection unit 55, and the measured value of the end position of the fiber layer is detected by processing the captured image. Yes.
  • the control unit 51 calculates a correction value based on the actually measured value and the design value of the end position of the fiber layer.
  • the correction value is the rotation direction and rotation angle of the liner 1.
  • control of the transfer operation of the liner 1, the expansion / contraction operation of the fiber bundle guide 45, the rotation operation of the fiber bundle guide 45, and the rotation operation of the second helical head 44 is not performed. It is assumed that the correction operation is performed while maintaining the state at the time when the Nth step of the basic operation is completed.
  • the rotation direction correction value is obtained when the measured value of the end position of the fiber layer is insufficient with respect to the design value, that is, (measured value R1 of the radius of the end position of the fiber layer). )-(Design value R2 of the radius of the end position of the fiber layer)> 0 (plus), the rotation direction is the direction in which the winding amount is added (forward rotation: direction D1 in FIG. 5A).
  • the rotation direction is a direction in which the amount of winding is reduced (reverse rotation: the direction opposite to the D1 direction in FIG. 5A).
  • the rotation angle correction value ⁇ 1 is R for the radius of the liner 1, R1 for the measured radius of the end position of the fiber layer, and R2 for the designed value of the radius of the end position of the fiber layer. Then, it is calculated by the following formula 1.
  • the control unit 51 controls the driving of the motor 54A, and among the correction operations, an operation for increasing / decreasing the winding of the fiber bundle based on the correction value, and an operation for detecting the end position of the fiber layer by the detection unit Are controlled alternately.
  • the liner rotation angle is the calculated correction value ⁇ 1 (100%), and the rotation direction is normal rotation.
  • R1 If> R2, the operation of forwardly rotating the liner 1 with the correction value ⁇ 1 (100%) and the operation of detecting the end position of the fiber layer by the detection unit are alternately repeated until R1 ⁇ R2.
  • the liner rotation angle is set to 25% of the correction value ⁇ 1, and the rotation direction is reversed.
  • the operation of reversing the liner 1 at 25% of the correction value ⁇ 1 and the operation of detecting the end position of the fiber layer by the detection unit are alternately repeated until R1> R2.
  • the liner rotation angle is set to 6% of the correction value ⁇ 1, and the rotation direction is set to normal rotation.
  • the operation of rotating the liner 1 forward at 6% of the correction value ⁇ 1 and the operation of detecting the end position of the fiber layer by the detection unit are alternately repeated until R1 ⁇ R2.
  • the correction operation is terminated at that time.
  • the difference between the actually measured value and the design value of the end position of the fiber layer becomes 1.5% or less of the correction value ⁇ 1 as the rotation angle of the liner 1, the correction operation is terminated. .
  • the control unit 51 resumes the basic operation from the (N + 1) th step of the winding data.
  • control part 51 may memorize
  • movement for example, “correction value ⁇ 1 (100%), normal rotation”, “correction value ⁇ 1 is 25%, reverse rotation”, “correction value ⁇ 1 is 6%, normal rotation”, and “correction value ⁇ 1 is 1”. Assuming that “.5%, reverse rotation” is performed once each, the true correction value ⁇ 2 is “79.5% of the correction value ⁇ 1” and the rotation direction is “forward rotation”.
  • control unit 51 when the control unit 51 stores the true correction value as described above and then winds the fiber layer around the next liner 1 and winds the fiber layer, the control unit 51 performs the basic operation when the Nth step of the winding data is completed.
  • the operation may be interrupted and a correction operation based on the true correction value may be interrupted.
  • the FW device 100 according to the present embodiment described above has the following effects.
  • the fiber bundle F When the fiber bundle F is wound around the dome portion 1B of the liner 1 to form the fiber layer, the basic operation of winding the fiber bundle F based on the winding data, the end position of the fiber layer based on the actual measurement value and the design value. Correction operation is performed. For this reason, the edge part position of the fiber layer in the dome part 1B of the liner 1 can be easily corrected.
  • the correction value is calculated based on the operation of detecting the end position of the fiber layer formed by the basic operation by the detection unit 55, the measured value of the end position of the fiber layer, and the design value of the end position of the fiber layer.
  • the operation and the operation of increasing / decreasing the winding of the fiber bundle F based on the correction value are performed. For this reason, the edge part position of the fiber layer in the dome part 1B of the liner 1 can be easily and automatically corrected.
  • the amount of increase / decrease in winding of the fiber bundle F performed by the correction operation is stored as a true correction value. For this reason, an accurate correction value for correcting the end position of the fiber layer in the dome portion 1B of the liner 1 can be stored and used.
  • the basic operation is interrupted when the process of winding the fiber bundle F to the end position of the fiber layer is completed among the plurality of processes of the winding data, and the correction operation is interrupted based on the true correction value. For this reason, it is possible to quickly perform a correction operation based on an accurate correction value for correcting the end position of the fiber layer in the dome portion 1B of the liner 1, thereby improving the production efficiency.
  • the end position of the fiber layer formed by the basic operation is detected by the detection unit 55, but the operator manually measures the end position of the fiber layer, and the correction operation is performed based on the measured actual value. May be performed.
  • the filament winding apparatus of the present invention is industrially useful because it can easily correct the end position of the fiber layer in the dome portion of the liner.

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Abstract

 ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、簡易に補正するフィラメントワインディング装置を提供すること。 繊維束Fをライナー1表面に巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、ライナー1に繊維束Fを巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶するとともに、ライナー1のドーム部1Bに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する場合に、巻きデータに基づいて繊維束Fを巻き付ける基本動作と、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作と、を制御する制御部51を備える。

Description

フィラメントワインディング装置
 本発明は、フィラメントワインディング装置の技術に関する。
 従来より、樹脂を含浸させた繊維束をライナーの外周面に巻き付けて複数の繊維層を形成するフィラメントワインディング装置が知られている(例えば特許文献1参照)。フィラメントワインディング装置には、ライナーに繊維束を巻き付ける動作を制御する制御部が備えられている。制御部は、ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶しており、巻きデータに基づいて繊維束を巻き付ける動作を制御している。具体的に説明すると、制御部にはモーションコントローラが備えられ、巻きデータに基づいてモーションコントローラが工程毎に制御信号を作成することによって、繊維束を巻き付ける一連の動作を実現している。
 ところで、ライナーに形成する繊維層は、設計上、ライナーの両端部のドーム部における端部位置が繊維層毎に決められている。繊維層の端部位置とは、ライナーのドーム部に最大径側から最小径側に向けて繊維束を巻き付けて行った場合の、最も小径側の繊維束の位置(ドーム部における各繊維層の最下点)である。つまり、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置は、完成品の強度や寸法等が所定の条件を満たすように繊維層毎に設計上決められている。このため、制御部に記憶されている巻きデータは、各繊維層の端部位置が設計値通りになることを目標にして作成されている。
特開2009-119732号公報
 しかしながら、フィラメントワインディング装置で実際にライナーに繊維束を巻き付けて繊維層を形成すると、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置が設計値通りにならない場合がある。これは繊維束の種類や繊維束に含浸させた樹脂の粘性の差異等が原因になっている場合が多い。このような場合には、ドーム部における繊維層の端部位置が設計値通りになるように、設計値と実測値とを比較して巻きデータを補正し、巻きデータを再作成することが考えられる。しかしながら、巻きデータを再作成するには、多大な時間と労力が必要になるという問題がある。
 本発明は、このような問題を解決すべくなされたものである。本発明の目的は、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、簡易に補正するフィラメントワインディング装置を提供することである。
 本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
 即ち、第1の発明は、繊維束をライナー表面に巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶するとともに、前記ライナーのドーム部に繊維束を巻き付けて繊維層を形成する場合に、前記巻きデータに基づいて繊維束を巻き付ける基本動作と、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作と、を制御する制御部を備える。
 第2の発明は、第1の発明であって、前記制御部は、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で前記基本動作を中断し、前記補正動作を割り込ませる。
 第3の発明は、第1又は第2のいずれかの発明であって、繊維層の端部位置を検出する検出部を更に備える。前記補正動作は、基本動作により形成された繊維層の端部位置を前記検出部により検出する動作と、繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値とに基づいて補正値を算出する動作と、前記補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作と、を含む。
 第4の発明は、第3の発明であって、前記制御部は、前記補正動作のうち、前記補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作と、繊維層の端部位置を前記検出部により検出する動作とを交互に行わせるように制御し、繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値との差異が所定値以下となった場合に、前記補正動作により行った繊維束の巻き付けの増減量を真の補正値として記憶する。
 第5の発明は、第4の発明であって、前記制御部は、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で前記基本動作を中断し、前記真の補正値に基づく前記補正動作を割り込ませる。
 本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
 第1の発明によれば、ライナーのドーム部に繊維束を巻き付けて繊維層を形成する場合に、巻きデータに基づいて繊維束を巻き付ける基本動作と、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作とを行う。このため、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、簡易に補正することができる。
 第2の発明によれば、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で基本動作を中断し、補正動作を割り込ませる。このため、巻きデータを補正することなく、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、簡易に補正することができる。
 第3の発明によれば、基本動作により形成された繊維層の端部位置を検出部により検出する動作と、繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値とに基づいて補正値を算出する動作と、補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作とを行う。このため、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、自動で簡易に補正することができる。
 第4の発明によれば、補正動作により行った繊維束の巻き付けの増減量を真の補正値として記憶する。このため、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を補正するための正確な補正値を記憶し、利用することができる。
 第5の発明によれば、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で基本動作を中断し、真の補正値に基づいて補正動作を割り込ませる。このため、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を補正するための正確な補正値に基づいて迅速に補正動作を行うことができ、生産効率が向上する。
フィラメントワインディング装置の全体構成を示す側面図。 (2A)ヘリカル巻き装置の正面図。(2B)ヘリカル巻き装置の側面断面図。 フィラメントワインディング装置の制御システムを示す図。 繊維束を巻き付ける一連の動作を表した巻きデータの一例を示す図。 (5A)ライナー1のドーム部1Bに繊維束の巻き付けを行っている状態を示す側面図。(5B)同じく正面図。
 本発明の一実施形態に係るフィラメントワインディング装置100(以降「FW装置100」)について説明する。
 図1は、FW装置100の全体構成を示す。図中に示す矢印Xは、ライナー1の移送方向を示している。ライナー1の移送方向と平行な方向をFW装置100の前後方向とし、ライナー1が移送される方向を前側(本図左側)、前側の反対側を後側(本図右側)と定義する。FW装置100は、ライナー1を前後方向に往復動させるため、ライナー1の移送方向に応じて前側及び後側が定まるものとする。
 FW装置100は、ライナー1の外周面1Sに繊維束Fを巻き付けて複数の繊維層を形成する装置である。FW装置100は、主に主基台10と、ライナー移送装置20と、フープ巻き装置30と、ヘリカル巻き装置40と、制御部51と、で構成される。
 ライナー1は、例えば高強度アルミニウム材やポリアミド系樹脂等によって形成された略円筒形状の中空容器である。ライナー1の中央部は半径一定の筒状部1Aであり、筒状部1Aの両端には、ドーム部1Bが形成されている。ドーム部1Bは、端部側ほど半径が減少するドーム状の形状である。ライナー1は、ライナー1の外周面1Sに繊維束Fが巻き付けられることによって耐圧特性の向上が図られる。つまり、ライナー1は、耐圧容器を構成する基材とされる。
 主基台10は、FW装置100の基礎を構成する主たる構造体である。主基台10の上部には、ライナー移送装置用レール11が設けられている。ライナー移送装置用レール11には、ライナー移送装置20が載置されている。主基台10の上部には、ライナー移送装置用レール11に対して平行にフープ巻き装置用レール12が設けられている。フープ巻き装置用レール12には、フープ巻き装置30が載置されている。
 このような構成により、主基台10は、FW装置100の基礎を構成するとともに、FW装置100の前後方向にライナー移送装置20ならびにフープ巻き装置30を移動させることを可能としている。
 ライナー移送装置20は、ライナー1を回転させながら移送する装置である。ライナー移送装置20は、FW装置100の前後方向を中心軸としてライナー1を回転させるとともに、FW装置100の前後方向にライナー1を移送する。ライナー移送装置20は、主に基台21と、ライナー支持部22と、で構成される。
 基台21の上部には、一対のライナー支持部22が設けられている。ライナー支持部22は、ライナー支持フレーム23と回転軸24で構成される。ライナー支持フレーム23は、基台21から上方に向けて延設される。回転軸24は、ライナー支持フレーム23から前後方向に向けて延設される。ライナー1は、回転軸24に取り付けられ、図示しない動力機構によって一方向に回転される。
 このような構成により、ライナー移送装置20は、FW装置100の前後方向を中心軸としてライナー1を回転させるとともに、FW装置100の前後方向にライナー1を移送することを可能としている。
 フープ巻き装置30は、ライナー1の外周面1Sに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する装置である。フープ巻き装置30は、繊維束Fの巻き付け角度がFW装置100の前後方向に対して略垂直となる、いわゆるフープ巻きを行なう。フープ巻き装置30は、主に基台31と、動力機構32と、フープ巻き掛け装置33と、で構成される。
 基台31には、動力機構32によって回転されるフープ巻き掛け装置33が設けられている。フープ巻き掛け装置33は、巻き掛けテーブル34とボビン35で構成され、ライナー1の外周面1Sにフープ巻きを行なう。巻き掛けテーブル34は主にフープ巻きを行なう。ボビン35は巻き掛けテーブル34に繊維束Fを供給する。繊維束Fは、巻き掛けテーブル34に設けられた繊維束ガイドによってライナー1の外周面1Sに導かれ、巻き掛けテーブル34が回転することでフープ巻きが行なわれる。
 このような構成により、フープ巻き装置30は、繊維束Fの巻き付け角度がFW装置100の前後方向に対して略垂直となるフープ巻きを主としてライナー1の筒状部1Aに対して行なう。
 ヘリカル巻き装置40は、ライナー1の外周面1Sに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する装置である。ヘリカル巻き装置40は、繊維束Fの巻き付け角度がFW装置100の前後方向に対して所定の値となる、いわゆるヘリカル巻きを行なう。ヘリカル巻き装置40は、主に基台41と、ヘリカル巻き掛け装置42と、で構成される。
 基台41には、ヘリカル巻き掛け装置42が設けられている。ヘリカル巻き掛け装置42は、第1ヘリカルヘッド43と第2ヘリカルヘッド44で構成され、ライナー1の外周面1Sにヘリカル巻きを行なう。第1ヘリカルヘッド43に設けられた繊維束ガイド45(図2参照)と第2ヘリカルヘッド44に設けられた繊維束ガイド45(図2参照)によって、それぞれライナー1の外周面1Sに繊維束Fが導かれ、ライナー1が回転しながら通過することでヘリカル巻きが行なわれる。
 このような構成により、ヘリカル巻き装置40は、繊維束Fの巻き付け角度がFW装置100の前後方向に対して所定の値となるヘリカル巻きをライナー1の筒状部1A及びドーム部1Bに対して行なう。
 制御部51は、ライナー移送装置20、フープ巻き装置30、ヘリカル巻き装置40等を制御してライナー1の外周面1Sに繊維束Fを巻き付ける一連の動作を制御する装置である。制御部51は、演算部としてのCPUや、記憶部としてのROM、RAM、モーションコントローラ52等を備えている。制御部51のROMには、制御部51が備えるCPU等のハードウェアをFW装置100の制御部として動作させる制御ソフトウェアが記憶されている。
 制御ソフトウェアは、ライナー1に繊維束Fを巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして設定する。記憶部は巻きデータを記憶する。モーションコントローラ52は、設定された巻きデータに基づいて制御信号を作成する。巻きデータとは、制御対象であるモータ54A・54B・・・の動作を工程毎に数値で表した動作図である(図4参照)。
 繊維束Fを巻き付ける一連の動作とは、例えばライナー移送装置20がライナー1を回転させながら移送し、ヘリカル巻き装置40が第2ヘリカルヘッド44を回転させることで繊維束ガイド45の位相を変更して、これらが互いに関連しながら繊維束Fを巻き付けるような動作である。
 ここで、予め設定された巻きデータに基づいて工程毎に制御信号を作成することにより、ライナー1に繊維束Fを巻き付ける動作を基本動作とする。また、ライナー1のドーム部1Bに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する場合に、繊維層の端部位置を検出し、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する動作を補正動作とする。制御部51は、ライナー1のドーム部1Bに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する場合には、巻きデータに基づく基本動作を制御するだけでなく、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作を制御する。
 FW装置100の制御システムについて詳しく説明する。図3は、制御部51を含む制御システムを示す図である。制御部51は、FW装置100における制御システムの中核をなしている。FW装置100の制御システムは、主に制御部51と、モータドライバ53A・53B・・・と、モータ54A・54B・・・と、検出部55で構成される。
 制御部51は、巻きデータに基づいて制御信号を作成する。詳細には、制御部51のモーションコントローラ52は、巻きデータの各数値に応じたパルス数や周波数のパルス信号を作成し、パルス信号をモータドライバ53A・53B・・・を介してモータ54A・54B・・・へ出力する。
 モータ54A・54B・・・は、パルス入力タイプのステッピングモータやサーボモータである。モータ54A・54B・・・は、モータドライバ53A・53B・・・からのパルス入力を回転動力に変換する。
 検出部55は、基本動作及び補正動作により形成された繊維層の端部位置を検出し、繊維層の端部位置に応じた電圧信号を作成し、該電圧信号を制御部51へ出力する(図5参照)。検出部55として例えばカメラを用い、撮像した画像を処理することにより繊維層の端部位置を検出するようにしてもよい。
 このような構成により、本制御システムは、制御部51が制御信号を作成し、モータドライバ53A・53B・・・を介することによってモータ54A・54B・・・を駆動させる。
 次に、巻きデータについて詳しく説明する。図4は、繊維束Fを巻き付ける一連の動作を表した巻きデータの一例を示す図である。本図の横軸は、繊維束Fを巻き付ける一連の動作の工程を示している。本図の縦軸は、制御対象であるモータ54A・54B・・・の動作を数値で示している。尚、図4に示す第N番目の工程が、巻きデータの複数の工程のうち、ある繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程であるとする。
 巻きデータC1は、ライナー1の回転動作を表す。制御部51は、巻きデータC1に基づいて制御信号を作成し、ライナー移送装置20を構成する動力機構のモータ54Aを駆動させる。尚、ライナー1の回転方向は常に一定であるため(図2B中、矢印D1参照)、巻きデータC1は、工程毎に数値が増加する発散動作を示している。
 巻きデータC2は、ライナー1の移送動作を表す。制御部51は、巻きデータC2に基づいて制御信号を作成し、ライナー移送装置20を構成する動力機構のモータ54Bを駆動させる。尚、ライナー1の移送方向は前後方向に変更されるため(図2B中、矢印D2参照)、巻きデータC2は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。
 巻きデータC3は、繊維束ガイド45の伸縮動作を表す。制御部51は、巻きデータC3に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置40を構成する動力機構のモータ54Cを駆動させる。尚、繊維束ガイド45の伸縮方向はライナー1の外周面1Sに対して近接又は離間する方向に変更されるため(図2B中、矢印D3参照)、巻きデータC3は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。
 巻きデータC4は、繊維束ガイド45の回転動作を表す。制御部51は、巻きデータC4に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置40を構成する動力機構のモータ54Dを駆動させる。尚、繊維束ガイド45の回転方向は正回転又は逆回転方向に変更されるため(図2A中、矢印D4参照)、巻きデータC3は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。
 巻きデータC5は、第2ヘリカルヘッド44の回転動作を表す。制御部51は、巻きデータC5に基づいて制御信号を作成し、ヘリカル巻き装置40を構成する動力機構のモータ54Eを駆動させる。尚、第2ヘリカルヘッド44の回転方向は正回転又は逆回転方向に変更されるため(図2A中、矢印D5参照)、巻きデータC3は、数値が増加した後に再び減少する反復動作を示している。
 次に、ライナー1のドーム部1Bに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する場合における、補正動作の制御について説明する。前述のように、図4に示す第N番目の工程が、巻きデータの複数の工程のうち、ある繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程であるとする。図5A、図5Bは、巻きデータによる基本動作の第N番目の工程が終了し、繊維束の巻き付けがドーム部における繊維層の端部位置まで到達している状態を示す図である。実際に形成された繊維層の端部位置は実線で示す位置である。一方、この繊維層の設計上の端部位置は、2点鎖線で示す位置に設定されていたとする。巻きデータは、基本動作の第N番目の工程が終了した時点で、繊維層の端部位置が設計値通りになることを目標にして作成されている。しかしながら、実際には、基本動作の第N番目の工程が終了した時点で、繊維層の端部位置は設計値に到達していない。このように繊維層の端部位置の実測値と設計値に差異がある場合、制御部51は巻きデータの第N工程が終了した時点で基本動作を中断し、補正動作を割り込ませる制御を行う。
 尚、図5は、基本動作の第N番目の工程が終了した時点で、繊維層の端部位置は設計値に到達していない場合である。すなわち、設計値に対して実際の巻き付けが不足している場合である。この場合、以下に説明する補正動作では、巻き付け量を追加する制御を行う。反対に、基本動作の第N番目の工程が終了した時点で、繊維層の端部位置が設計値を超えている場合もある。すなわち、設計値に対して実際の巻き付けが過剰である場合である。この場合、以下に説明する補正動作では、巻き付け量を減少させる制御を行う。
 補正動作では、まず基本動作により形成された繊維層の端部位置を検出部55により検出する。本実施例では、図5Bに示すように、検出部55により繊維層をライナー1の軸心方向から撮像し、撮像した画像を処理することにより繊維層の端部位置の実測値を検出している。
 次に、制御部51は、繊維層の端部位置の実測値と設計値とに基づいて補正値を算出する。本実施例では、補正値はライナー1の回転方向及び回転角度とする。尚、本実施例の補正動作においてはライナー1の移送動作、繊維束ガイド45の伸縮動作、繊維束ガイド45の回転動作、第2ヘリカルヘッド44の回転動作の制御は行わない。これらは基本動作の第N番目の工程が終了した時点の状態に保ったまま補正動作を行うものとする。
 回転方向の補正値は、図5Bに示すように、繊維層の端部位置の実測値が設計値に対して不足している場合、すなわち、(繊維層の端部位置の半径の実測値R1)―(繊維層の端部位置の半径の設計値R2)>0(プラス)の場合、回転方向は巻き付け量を追加する方向(正転:図5AのD1方向)である。反対に、繊維層の端部位置の実測値が設計値に対して過剰である場合、すなわち、(繊維層の端部位置の半径の実測値R1)―(繊維層の端部位置の半径の設計値R2)<0(マイナス)の場合、回転方向は巻き付け量を減らす方向(逆転:図5AのD1方向とは反対の方向)である。
 図5Bに示すように、回転角度の補正値θ1は、ライナー1の半径をR、繊維層の端部位置の半径の実測値をR1、繊維層の端部位置の半径の設計値をR2とすると、以下の数1で算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 次に制御部51は、モータ54Aの駆動を制御して、補正動作のうち、補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作と、繊維層の端部位置を検出部により検出する動作とを交互に行うように制御する。本実施例では、第1回目の巻き付けの動作は、ライナー回転角度は、算出された補正値θ1(100%)とし、回転方向は正転とする。第1回目の巻き付け動作を終えると、繊維層の端部位置を検出部により検出し、(繊維層の端部位置の半径の実測値R1)と(繊維層の端部位置の半径の設計値R2)とを比較する。R1
>R2のままであれば、R1<R2になるまで補正値θ1(100%)でライナー1を正転する動作、及び繊維層の端部位置を検出部により検出する動作を交互に繰り返す。
 R1<R2になれば、ライナー回転角度を補正値θ1の25%とし、回転方向を逆転とする。R1>R2になるまで補正値θ1の25%でライナー1を逆転する動作、及び繊維層の端部位置を検出部により検出する動作を交互に繰り返す。
 R1>R2になれば、ライナー回転角度を補正値θ1の6%とし、回転方向を正転とする。R1<R2になるまで補正値θ1の6%でライナー1を正転する動作、及び繊維層の端部位置を検出部により検出する動作を交互に繰り返す。
 R1<R2になれば、ライナー回転角度を補正値θ1の1.5%とし、回転方向を逆転とする。R1>R2になるまで補正値θ1の1.5%でライナー1を逆転する動作、及び繊維層の端部位置を検出部により検出する動作を交互に繰り返す。
 R1>R2になれば、その時点で補正動作を終了する。換言すると、繊維層の端部位置の実測値と設計値との差異が、ライナー1の回転角度にして補正値θ1の1.5%以下になった時点で、補正動作を終了することとなる。補正動作が終了した後、制御部51は、巻きデータの第N+1工程から基本動作を再開する。
 尚、制御部51は、補正動作を終了した時点で、補正動作により行った繊維束の巻き付けの増減量を真の補正値として記憶してもよい。本実施例の補正動作において、例えば、「補正値θ1(100%)、正転」、「補正値θ1の25%、逆転」「補正値θ1の6%、正転」「補正値θ1の1.5%、逆転」をそれぞれ1回づつ行ったとすると、真の補正値θ2は、ライナー回転角度が「補正値θ1の79.5%」、回転方向が「正転」となる。
 また、制御部51は、上記のように真の補正値を記憶した後、次のライナー1に繊維束を巻き付けて繊維層を巻き付ける場合には、巻きデータの第N工程が終了した時点で基本動作を中断し、真の補正値に基づく補正動作を割り込ませるようにしてもよい。
 以上説明した本実施例に係るFW装置100によれば、次のような効果を有する。
 ライナー1のドーム部1Bに繊維束Fを巻き付けて繊維層を形成する場合に、巻きデータに基づいて繊維束Fを巻き付ける基本動作と、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作とを行う。このため、ライナー1のドーム部1Bにおける繊維層の端部位置を、簡易に補正することができる。
 巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束Fを巻き付ける工程を終了した時点で基本動作を中断し、補正動作を割り込ませる。このため、巻きデータを補正することなく、ライナー1のドーム部1Bにおける繊維層の端部位置を、簡易に補正することができる。
 基本動作により形成された繊維層の端部位置を検出部55により検出する動作と、繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値とに基づいて補正値を算出する動作と、補正値に基づいて繊維束Fの巻き付けの増減を行う動作とを行う。このため、ライナー1のドーム部1Bにおける繊維層の端部位置を、自動で簡易に補正することができる。
 補正動作により行った繊維束Fの巻き付けの増減量を真の補正値として記憶する。このため、ライナー1のドーム部1Bにおける繊維層の端部位置を補正するための正確な補正値を記憶し、利用することができる。
 巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束Fを巻き付ける工程を終了した時点で基本動作を中断し、真の補正値に基づいて補正動作を割り込ませる。このため、ライナー1のドーム部1Bにおける繊維層の端部位置を補正するための正確な補正値に基づいて迅速に補正動作を行うことができ、生産効率が向上する。
 以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、ある繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程の後、必ずしも補正動作を行わなくてもよい。繊維層の端部位置の検出だけ行い、繊維層の端部位置の実測値と設計値との差異がある場合のみ補正動作を割り込ませるようにしてもよい。
 また、補正動作では、基本動作により形成された繊維層の端部位置を検出部55により検出したが、オペレータが手動で繊維層の端部位置を計測し、計測した実測値に基づいて補正動作を行うようにしてもよい。
 本発明のフィラメントワインディング装置は、ライナーのドーム部における繊維層の端部位置を、簡易に補正することができるため、産業上有用である。
 1        ライナー
 10       主基台
 20       ライナー移送装置
 30       フープ巻き装置
 40       ヘリカル巻き装置
 43       固定ヘリカルヘッド
 44       可動ヘリカルヘッド
 45       繊維束ガイド
 51       制御部
 52       モーションコントローラ
 53A      モータドライバ
 54A      モータ
 55       検出部
 F        繊維束

Claims (5)

  1.  繊維束をライナー表面に巻き付けるフィラメントワインディング装置であって、
     ライナーに繊維束を巻き付けるための一連の動作を複数の工程からなる巻きデータとして記憶するとともに、前記ライナーのドーム部に繊維束を巻き付けて繊維層を形成する場合に、前記巻きデータに基づいて繊維束を巻き付ける基本動作と、繊維層の端部位置を実測値と設計値とに基づいて補正する補正動作と、を制御する制御部を備えたことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  2.  請求項1に記載のフィラメントワインディング装置であって、
     前記制御部は、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で前記基本動作を中断し、前記補正動作を割り込ませることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  3.  請求項1又は2のいずれか1項に記載のフィラメントワインディング装置であって、
     繊維層の端部位置を検出する検出部を更に備え、
     前記補正動作は、
     基本動作により形成された繊維層の端部位置を前記検出部により検出する動作と、
     繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値とに基づいて補正値を算出する動作と、
     前記補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作と、
     を含むことを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  4.  請求項3に記載のフィラメントワインディング装置であって、
     前記制御部は、前記補正動作のうち、前記補正値に基づいて繊維束の巻き付けの増減を行う動作と、繊維層の端部位置を前記検出部により検出する動作とを交互に行わせるように制御し、繊維層の端部位置の実測値と繊維層の端部位置の設計値との差異が所定値以下となった場合に、前記補正動作により行った繊維束の巻き付けの増減量を真の補正値として記憶することを特徴とするフィラメントワインディング装置。
  5.  請求項4に記載のフィラメントワインディング装置であって、
     前記制御部は、巻きデータの複数の工程のうち、繊維層の端部位置まで繊維束を巻き付ける工程を終了した時点で前記基本動作を中断し、前記真の補正値に基づく前記補正動作を割り込ませることを特徴とするフィラメントワインディング装置。
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