複合テープコースを規定するコンピュータで実現される方法、複合テープコースを規定するためのコンピュータプログラムプロダクトおよびテープコース生成機
【課題】比較的複雑な表面にテープコース定義を効率的に生成できる方法および装置を提供する。
【解決手段】テープコース生成機はＣＮＣ複合テープ積層機械をプログラムする際の使用のためのテープコース定義を生成する。テープコース生成機は外形付きの表面をパラメトリック基準表面にマッピングする基準表面パラメータ化機と、基準表面を基準面にマッピングする基準面インスタンス化機とを含む。テープコース生成機はテープ境界を描くテープ境界プロッタと、テープ境界および層境界を基準面にマッピングする境界マッパーとをさらに含む。さらに、テープコース生成機は層境界とテープ境界との交点を識別する交点ロケータと、テープ切断を規定し、基準面のどの点がテープコース内にあるかを判定するテープコースデリミタとを含む。さらに、テープコース生成機は規定されたテープコースをマッピングして外形付きの表面に戻すテープコーストランスフォーマを含む。
【解決手段】テープコース生成機はＣＮＣ複合テープ積層機械をプログラムする際の使用のためのテープコース定義を生成する。テープコース生成機は外形付きの表面をパラメトリック基準表面にマッピングする基準表面パラメータ化機と、基準表面を基準面にマッピングする基準面インスタンス化機とを含む。テープコース生成機はテープ境界を描くテープ境界プロッタと、テープ境界および層境界を基準面にマッピングする境界マッパーとをさらに含む。さらに、テープコース生成機は層境界とテープ境界との交点を識別する交点ロケータと、テープ切断を規定し、基準面のどの点がテープコース内にあるかを判定するテープコースデリミタとを含む。さらに、テープコース生成機は規定されたテープコースをマッピングして外形付きの表面に戻すテープコーストランスフォーマを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は一般に複合部品の製造に関する。特に、この発明は、複合テープ積層機械のためのコンピュータ数値制御複合部品プログラムで使用するためにテープコース定義を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
複合材料は、自動車、海洋および航空宇宙産業を含むさまざまな産業でますます使用されるようになってきている。場合によっては、複合部品は、複合テープ積層機械または複合繊維配置機械などの自動化された複合材料適用機械を使用して形成することができる。
【０００３】
一部の既存の複合材料適用機械、たとえば、平坦テープ積層機械（ＦＴＬＭ）または外形付きテープ積層機械（ＣＴＬＭ）は、比較的幅の広い複合テープの帯をマンドレルなどの一般的に水平または垂直のツーリング表面へと置くことによって平坦なまたは軽く外形を付けられた複合部品を生産することができる。さらに、一部のテープ積層機械は、複合テープの比較的細い帯、または「トウ（tow）」を一般的に円筒形または球形の表面を含むより複雑な外形を付けられた表面へと置くことができる。
【０００４】
航空機の胴体セクションを含む比較的大きな複合部品をより効率的に生産するために、高速マルチヘッド複合材料適用機械が構想されている。構想されるように、マルチヘッド複合材料適用機械は、平坦なスパー、縦通材装入物（stringer charges）、翼の外板および機体の胴のセクションなどのさまざまな複合部品、および自動車、海洋、産業用乗物およびプレハブ式建築構造産業などの他の産業の複合部品を製造することができなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の複合部品プログラミングシステムは、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた複合材料適用機械をプログラムするために比較的複雑な表面に対してテープコースを効率的に規定する能力を有さない。したがって、過度な手動のプログラミングを必要とせずに、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた高速の複合材料適用機械に対して複合部品プログラムを生成する際に使用するために比較的複雑な表面に対してテープコース定義を効率的に生成することのできる方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
上述の必要性は、この発明によって大きく満たされ、この発明では、一局面において、一部の実施例で、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた高速の複合材料適用機械に対して複合部品プログラムを生成する際に使用するために比較的複雑な表面に対してテープコース定義を効率的に生成することのできる装置が提供される。
【０００７】
この発明の一局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するコンピュータで実現される方法は、外形をつけられた表面を基準面に
近似するステップと、層の境界を外形をつけられた表面から基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、境界面の基準テープ境界へとマッピングするステップとを含む。さらに、この方法は基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップを含む。
【０００８】
この発明の別の局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのコンピュータプログラムプロダクトは、予め定められたオペレーションを行なうためにプロセッサによって実行されるように構成された命令でコード化されたコンピュータ読取可能媒体を含み、これは外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、層の境界を外形をつけられた表面から基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、テープ境界を外形をつけられた表面から基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップとを含み得る。さらに、予め定められたオペレーションは、基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップを含み得る。
【０００９】
この発明のさらに別の局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのテープコース生成機は、外形をつけられた表面を基準面に近似し、層の境界を外形をつけられた表面から基準表面上の中間層境界へとマッピングし、かつテープ境界を外形をつけられた表面から基準表面上の中間テープ境界へとマッピングするように構成された基準表面パラメータ化機を含み得る。テープコース生成機はさらに、基準表面を基準面に近似し、中間層境界を基準面の基準層境界へとマッピングし、かつ中間テープ境界を基準面の基準テープ境界へとマッピングするように構成された基準面インスタンス化機を含み得る。さらに、テープコース生成機は、基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するように構成されたテープコースデリミタを含み得る。
【００１０】
この発明の詳細な説明がここでよりよく理解され、かつ業界に対するこの発明の寄与がよりよく理解されるために、この発明のある実施例を大まかに述べてきた。当然のことながら、以下に説明され、請求項の主題を形成するこの発明の他の実施例もある。
【００１１】
この点で、この発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に、この発明は、その適用において以下の説明で述べられるかまたは図面で示される構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことが理解される。この発明は、説明されたもの以外の実施例が可能であり、さまざまなやり方で実現および実行が可能である。さらに、ここおよび要約で用いられる語法および用語は説明のためのものであり、制限するものとしてみなされるべきではないことが理解される。
【００１２】
そのため、当業者はこの開示が基づく概念が、この発明のいくつかの目的を実行するために、他の構造、方法およびシステムの設計のための基礎として容易に利用され得ることを理解するであろう。したがって、請求項は、均等な構成がこの発明の精神および範囲を離れない限りそのような均等な構成を含むようにみなされることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
詳細な説明
この発明による実施例は、複合テープ積層機械などのシングルヘッドまたはマルチヘッドのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）複合材料適用機械をプログラミングする際に使用するためにテープコース定義を生成することのできる複合テープコース生成機を提供する。テープコース生成機は、比較的平坦な、外形付きの、または一般に円筒形の複合部品を含むさまざまな大型の複雑な複合部品、または比較的複雑な外形をつけられた表面を有する複合部品のために複合テープコース定義を生成することができる。
【００１４】
テープコース生成機は、本当の外形をつけられた表面、たとえば、複合製造ツール表面または複合部品表面をパラメトリック基準表面へとマッピングすることのできる基準表面パラメータ化機を含み得る。テープコース生成機は、基準表面を基準面へとマッピングすることのできる基準面インスタンス化機も含み得る。したがって、テープコース生成機は最終的に本当の外形をつけられた表面をパラメトリック基準面へとマッピングすることができ、そうする際に、テープコース生成機は外形をつけられた表面での比較的複雑な、３次元のトポロジの分析を、より容易に計算される２次元または平面の分析のインスタンスへと低減することができる。
【００１５】
さらに、テープコース生成機は、外形をつけられた表面で規定されたツール経路（tool
path）に基づいてテープセグメントの仮想の輪郭またはテープ境界を描くことのできるテープ境界プロッタ、および外形をつけられた表面で規定されたテープ境界および層の境界を基準面へとマッピングすることのできる境界マッパーを含み得る。テープコース生成機はさらに、層の境界とテープ境界との交点を識別するために基準面の境界を分析することのできる交点ロケータを含んでもよく、これはテープの切れ目（cuts）を規定し、かつ複合材料適用機械の複合材料適用ヘッドの位置の要件を特定するために使用され得る。さらに、テープコース生成機は、基準面の点が閉じられた曲線内にあるかどうかを判定することができ、したがって、基準面のどの点がテープコースの一部であるかを判定することができるテープコースデリミタを含み得る。さらに、テープコース生成機は、規定されたテープコースをマッピングして外形をつけられた表面へと戻すことのできるテープコーストランスフォーマを含み得る。したがって、テープコース生成機は、各層を覆うように置かれる個々のテープコースを規定することができる。
【００１６】
全体を通して同様の参照番号が同様の部品を示す図面を参照して、この発明を説明する。この発明による実施例は、単一の複合材料適用ヘッドを有するか、または複数の複合材料適用ヘッドを有する、複合テープ積層機械またはテープ敷設機械などのＣＮＣ複合材料適用機械を制御するために複合部品プログラムを生成する際に使用するためにテープコース定義を生成することのできる複合テープコース生成機を提供する。たとえば、この発明の実施例は、２００５年１１月９日にHagenらによって出願された「複合構造を製造するためのマルチヘッド複合材料適用機械プログラミング方法および装置（“Multihead Composite Material Application Machine Programming Method and Apparatus for Manufacturing Composite Structures”）」と題される同時継続中の特許出願に開示される方法とともに使用可能であり、この出願の内容を全体においてここに引用により援用する。
【００１７】
図１はテープコース生成機１０の代表的な実施例を示し、プロセッサ１２、メモリ１４、基準表面パラメータ化機１６、基準面インスタンス化機１８、テープ境界プロッタ２０、境界マッパー２２、交点ロケータ２４、テープコースデリミタ２６、テープコーストランスフォーマ、および入出力（Ｉ／Ｏ）装置２８を含み、これらのすべてはデータリンク３０によって互いに接続される。プロセッサ１２、メモリ１４および入出力装置２８は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ、メインフレームコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）またはこれらの何らかの組合せなどの一般的なコンピュータの一部であってもよい。残りの構成要素は、テープコース生成機１０の所望の機能を行なうためにメモリ１４へとロードされプロセッサ１２によって処理され得るコンピュータ読取可能媒体上に記憶される、ソースコード、オブジェクトコードまたは実行可能なコードなどのプログラミングコードを含み得る。
【００１８】
動作中、テープコース生成機１０は、たとえば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）フォーマットまたはテープコース生成機１０と互換性のあるようにＣＡＤ複合部品設計定義から変換されたフォーマットで複合部品定義と関連付けられた製造ツール表面定義および複
数の複合層定義を受取ることができる。さらに、テープコース生成機１０は、複合部品を形成するために、複合材料適用ヘッドが製造ツール表面上または以前の層の表面上で複合材料を適用するためにたどることのできる、製造ツール表面または複合層表面上で規定された機械から独立したツール経路のセットをさらに受取ることができる。したがって、たとえば、各層の表面領域は、隙間または重なりの規格もしくは限界と合致する許容差内で標準の複合テープの名目上の幅によって間隔を空けられた経路で埋められ得る。
【００１９】
たとえば、図２は、製造ツール３２の表面にわたって一般に水平方向に指定された８つの代表的なツール経路３４とともに大型の一般的に円筒形の複合部品のための製造ツール３２またはマンドレルを示す。図２はさらに、第１の層の境界３６および第２の層の境界３８を示す。ツール経路３４に対応する８つの連続的な複合テープコース４０は、第１の層の境界３６内に描かれる。同様に、７つの連続的な複合テープコース４２は第２の層の境界３８内に描かれ、ツール経路３４の隣接する対の各々の間の距離未満の幅または名目上の複合テープ幅を有する非標準のテープコース４４を含む。
【００２０】
例として、複合テープ積層機械は、ツールキャリッジに取付けられ、かつ３インチ、６インチの標準または名目上の幅、もしくは他の好適な幅を有する複合テープを適用するように構成された１つまたは複数の複合材料適用ヘッドを有してもよい。複合テープ積層機械はさらに、非標準の幅を有する複合テープの帯または複数の帯を適用する複合材料適用ヘッドを含んでもよい。たとえば、代表的なマルチヘッド複合テープ積層機械は、名目上の３インチ幅の複合テープの帯を適用する１つまたは複数の標準ヘッド、および８分の１インチまたは４分の１インチの幅の帯または「トウ」などの非標準の幅の複合テープの帯を適用する１つまたは複数の特化されたヘッドを含んでもよい。さらに、特化されたヘッドは、名目上のテープ幅に等しい集計された幅までの複数の非標準の帯、たとえば、２４個までの８分の１インチの複合テープのトウを３インチの標準の名目上のテープ幅を有する機械に適用する能力を有してもよい。
【００２１】
図２に示されるツール経路３４およびテープコース４０、４２は、製造ツール３２の軸に対して一般に水平または平行であるが（参考までに、この例ではゼロ度の繊維の方向付け）、付加的な層は、複合部品の設計要件を満たすために９０度または４５度などの他の繊維の方向付け、もしくは好適な繊維の方向付けを有してもよい。
【００２２】
次にテープコース生成機１０は、機械から独立したツール経路および複合部品層に対応するテープコース４０、４２、４４のセットを規定することができる。つまり、テープコース生成機１０は、複合材料適用のヘッドアップおよびヘッドダウンの位置、ならびに各経路に沿ったテープ切断位置などの、一連の切断および複合材料適用ヘッドの作動要件を規定することができるため、層の境界３６、３８内にある経路の部分のみが実際に複合テープで埋められる。
【００２３】
一実施例では、テープコース生成機１０は、たとえば、平坦なまたは外形をつけられた部品を生産するためにデカルト座標系を実現することができる。他の実施例では、テープコース生成機１０は、あらゆる好適な座標系を実現することができ、たとえば、回転する製造ツール２８上で一般に円筒形の部品を生産するために、角度基準系などの極座標系、円座標系、球座標系、曲線座標系等を実現することができる。
【００２４】
図３に示されるように、テープコース生成機１０は、真の製造ツールの形状または真の複合部品の形状などの、本当の外形をつけられた表面４６を２次元（２−Ｄ）のパラメトリック基準表面、または基準面４８に近似することができる。パラメトリック表面は、それに対して、数式によって、または２つの独立変数またはパラメータの関数である数式のセットによって、構成点の座標を正確に規定することのできる表面である。
【００２５】
テープコース生成機１０は、外形をつけられた表面４６を基準面４８へとマッピングする、マッピングアルゴリズムまたは関数ｇを展開することができる。したがって、マッピング関数ｇは、外形をつけられた表面４６の３次元（３−Ｄ）の座標を基準面４８の平面座標に相関させることができる。つまり、テープコース生成機１０は外形をつけられた表面をパラメータ化することができ、言換えると、関数ｇは、外形をつけられた表面４６で規定された各点にパラメータ、たとえば、平面座標を代入することができる。
【００２６】
同様に、テープコース生成機１０は、基準面４８を外形をつけられた表面４６へとマッピングする、逆マッピングアルゴリズムまたは逆関数ｆを展開することができる。テープコース生成機１０の一部の実施例では、逆関数ｆがまず決定され、関数ｇは、関数ｆから決定され得る。つまり、マッピング関数ｇは関数ｆの逆数として規定することができる。一般に、関数ｇは外形をつけられた表面４６のパラメータ化と称される。なぜなら、関数ｇは外形をつけられた表面４６上の各点にパラメータを代入するからである。
【００２７】
理想的には、マッピング関数ｆおよびｇは、外形をつけられた表面４６上の点と基準面４８の点との間に１対１の対応を確立することができる。そうであれば、外形をつけられた表面４６上および基準面４８内のすべての点について、マッピング関数ｇは、外形をつけられた表面４６上の厳密に１つの点を基準面４８の厳密に１つの点に相関させ、逆関数ｆは、基準面４８の厳密に１つの点を外形をつけられた表面４６上の厳密に１つの点に相関させる。
【００２８】
さらに、マッピング関数ｆおよびｇは、理想的にはそれぞれの表面上で連続的であるべきである。これは、外形をつけられた表面４６上の隣接する点が基準面４８の隣接する点に相関されることを意味する。マッピング関数ｆおよびｇが１対１の対応を有し、かつ連続的である場合、外形をつけられた表面４６のすべてのトポロジ関係は、基準面４８へとマッピングされたとき、およびその逆のときに保たれる。最後に、マッピング関数ｆおよびｇは、方法を実用的なコンピュータプログラムで使用することができるように計算するのに効率的であるべきである。
【００２９】
ほぼ平坦であるかまたは微妙に曲げられた表面などの比較的単純な場合、好適なマッピング関数ｆおよびｇは、従来の方法を使用して決定することができる。たとえば、ほぼ平坦な表面では、好適な基準面への垂直の投影の実現は成功している。しかしながら、基準面へのまっすぐな垂直の投影は、より複雑な表面、たとえば、一般に円筒形の表面の場合には十分ではないことがあり得る。なぜなら、結果として生じるマッピング関数ｆおよびｇは１対１の関係を有さないからである。
【００３０】
例として、航空機の胴体の外形をつけられた表面がタールマカダム舗装の路（tarmac）（基準面）へと下方に直接的に投影された場合、胴体の上方および下方の表面上のある点は、地上の単一の点に投影されるであろう。というのは、垂直線は一般に２ヶ所で胴体に貫通するからである。したがって、結果として生じるマッピング関数は、せいぜい２対１である（逆マッピング関数も同様）。したがって、より複雑な表面を１対１の対応を有するマッピング関数に近似するために、異なるタイプの基準表面が使用されなければならない。
【００３１】
この困難に対処するため、テープコース生成機１０は、本当の外形をつけられた表面４６を基準面４８に近似するタスクを２つのモジュールに分けることができる。たとえば、図４に示されるように、基準表面パラメータ化機１６（図１を参照）は、本当の外形をつけられた表面４６を３次元（３−Ｄ）のパラメトリック基準表面５０に近似することができ、基準面インスタンス化機１８（図１を参照）は、基準表面５０を適切な基準面４８に
近似することができる。つまり、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を基準表面５０へとマッピングするため、およびその逆のためにマッピング関数ｇ1およびｆ2を決定することができ、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０を基準面４８へとマッピングするため、およびその逆のためにマッピング関数ｇ2およびｆ1を決定することができる。
【００３２】
したがって、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面のものと比較して、比較的単純な、基準表面の形状を選択することができる。具体的には、基準表面パラメータ化機１６は、幾何学的な外形をできるだけ保持するように外形をつけられた表面４６の一般的な形状に十分に類似であり、かつ容易に規定されるかまたはパラメータ化され得る、もしくは少なくとも合理的に便利に評価され得る、基準表面の形状を選択することができる。たとえば、テープコース生成機１０の一部の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を近似するために、円柱、球、半球または円錐などの、比較的単純な幾何学的表面を選択することができる。他の実施例は、単一のパラメトリック表面に十分に類似しない外形をつけられた表面を近似するためにそのような表面の組合せを使用することができる。
【００３３】
比較的単純な表面の形状を選択することの重要な利点は、結果として生じるマッピング関数ｆおよびｇが比較的容易な、または些細ともいえる計算を必要とし得ることである。したがって、テープコース生成機１０の実施例をサポートするのに必要な計算能力は、一部の代替の分析方法と比較されるように、大きく低減することができる。
【００３４】
テープコース生成機１０の他の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、半球、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面などの、数学的な関数によってモデル化され得るあらゆる好適なパラメトリック表面を選択することができる。一部のトポロジ的に円筒形の表面では、代替の実施例において、基準表面パラメータ化機１６は、たとえば、外形をつけられた表面４６を近似するために曲げられた縦方向の背骨について規定された一定の断面を含む掃引表面（swept surface）を選択することができる。
【００３５】
結果的に、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６の幾何学的外形に基づいて基準表面５０を構成するか、または規定することができる。つまり、基準表面パラメータ化機１６は、図４に示されるように、外形をつけられた表面４６を基準表面５０へとマッピングするマッピングアルゴリズム、または関数ｇ1を展開することができる。同様に、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０を外形をつけられた表面４６へとマッピングする逆マッピングアルゴリズム、または逆関数ｆ2を展開することができる。
【００３６】
一部の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を基準表面５０上に重ね合わせ、かつ基準表面５０に対して垂直な光線を投じるかまたは投影することによって、マッピング関数ｇ1およびｆ2を規定することができる。他の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０の軸に垂直な光線を投じることができる。たとえば、基準表面５０が円形の断面を備えた円柱または掃引表面である場合、基準表面パラメータ化機１６は、円柱の軸から、または掃引表面の背骨から、基準表面５０へと光線を投影することができる。同様に、球形の基準表面では、基準表面パラメータ化機１６は、球の中心から光線を投影してマッピング関数ｇ1およびｆ2を得ることができる。一般に、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2を導き出すために垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。一部の実施例では、マッピング関数ｆ2は経験的に決定することができ、マッピング関数ｇ1はマッピング関数ｆ2の逆数として規定することができる。
【００３７】
さらにより一般的な表面では、テープコース生成機１０の別の代替の実施例において、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６のサンプリングに基づいて、適切なパラメータドメインを備えた最もよく適合する単一スプライン表面を構成することができる。この実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を最もよく適合する単一スプライン表面上に重ね合わせ、かつ基準表面５０から垂直光線を投影することによって、マッピング関数ｇ1およびｆ2を規定することができる。しかしながら、光線は内側方向および外側方向の両方で基準表面５０から投影されなければならない。なぜなら、スプラインはある点では基準表面５０の内側にあり、別の点では基準表面の外側にあり得るからである。繰返すが、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2を得るために垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。
【００３８】
しかしながら、基準表面５０から両方の方向に光線を投影するとき、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面の反対側との光線の外部からの交点も識別することがあり得る。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０と外形をつけられた表面４６との間の最大許容距離に限定しきい値を適用して、それにより外部からの表面の交差点を拒否するように変更することができる。
【００３９】
さらに、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０への垂直投影が外形をつけられた表面４６と１対１の対応を有すること、およびマッピング関数ｇ1およびｆ2が連続的であること、つまり、マッピング関数ｇ1およびｆ2がそれぞれの表面上で一義的に規定されることを検証することができる。これを実現するため、基準表面５０のすべての点から、または基準表面５０の軸に沿ったすべての点からの垂直光線は、外形をつけられた表面４６の一義的な点に各々交差しなければならない。たとえば、基準表面として航空機の胴体上にほぼ同心円状に重ね合わされた円柱の場合、円柱の軸から投影された垂直光線は、円円柱の軸から投影することのできるすべての他の垂直光線の交点から一義的である単一の点で胴体表面に交差し、１対１のマッピング関数ｇ1およびｆ2が生じる。一般に、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2が１対１の対応を有することができるように、外形をつけられた表面４６に十分に類似する形状を有するために基準表面５０を選択することができる。
【００４０】
場合によっては、基準表面パラメータ化機１６は、１対１の対応を確立するために、マッピング関数ｇ1およびｆ2に調整を行なうことができる。たとえば、外形をつけられた表面４６に対するＣＡＤ表面定義は、共同で複雑な外形をつけられた表面４６を規定する、複数の部分的な表面、何千もの部分的な表面からなり得る。２つの部分的な表面５２、５４を含む表面定義の例が図５に示される。さらに、部分的な表面の一部は、図５の左の部分的な表面５２の上端への右の部分的な表面５４の上端の重なり５６によって示されるように、意図せずに重なることがある。
【００４１】
この場合、たとえば、円筒形の基準表面５０の軸７０から光線６０が投影されたとき、基準表面５０に対して垂直に外向きの方向で基準表面５０上の点６２を通り抜け、光線６０は、部分的な表面５２、５４の両方に交差し得る。たとえば、図５にさらに示されるように、光線６０は左の部分的な表面５２に点６４で交差し、右の部分的な表面に点６６で交差し得る。この場合、マッピング関数ｆ2は１対１の対応を有さない。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、１対１の対応を確立するために、複数の交点６４、６６の加重平均を計算することによって、マッピング関数ｆ2を調整することができる。
【００４２】
他の場合、基準表面パラメータ化機１６は、関数を連続的にするために、マッピング関数ｇ1およびｆ2に調整を行なうことができる。たとえば、外形をつけられた表面４６に対するＣＡＤ表面定義の部分的な表面の一部は、図５の左および右の部分的な表面５２、５
４の下端の間の隙間５８によって示されるような、意図されない隙間によって間隔を空けられ得る。つまり、外形をつけられた表面４６はすべての点で規定されるわけではない。この場合、たとえば、円筒形の基準表面５０の軸７０から光線６８が投影されたとき、基準表面５０に対して垂直な外向きの方向で基準表面５０上の点７２を通り抜け、光線６８は、図５に示されるように部分的な表面５２、５４のうちのどちらかに交差しないことがあり得る。この場合、マッピング関数ｆ2は連続的ではない。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、連続関数を導き出すために、近くの表面５２、５４の先端間で内挿することによって、マッピング関数ｆ2を調整することができる。
【００４３】
それにも関わらず、結果として生じる基準表面５０は、外形をつけられた表面４６の分析を基本的な数学的問題へと減じるのに望まれるような、平坦な表面ではない。したがって、上述のように、基準面インスタンス化機１８は、図４に示されるように、基準表面５０を適切な基準面４８に近似し得る。基準表面５０の形状に従って、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０に対応する代表的な２−Ｄ表面、または基準面４８を作るために、基準表面５０を有効に展開し、広げ、または平らにすることができる。たとえば、円筒形の基準表面５０の場合、基準面４８は、基準面４８を円筒形の基準表面５０の周りに有効に巻くことができるように、図４に示されるように、矩形であり得る。他の基準表面の形状では、基準表面５０を正確に表すことのできるあらゆる好適な基準面の形状が基準面４８として選択され得る。
【００４４】
基準表面５０はパラメトリック表面であるように選択され得るため、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０を基準面４８へと相関させるために、従来のパラメトリック数式、または数式のセットを使用することができる。たとえば、図４に示されるように、基準表面５０が円柱であるように選ばれ、かつ基準面４８が矩形の面になるように選ばれた場合、ｆ1は以下の周知の式による従来の円柱座標のマップへと減じることができる。
【００４５】
ｆ1（μ，ν）＝（μ，ｓｉｎ（ν），ｃｏｓ（ν））
したがって、外形をつけられた表面４６を基準面４８に相関させることができるマッピング関数ｆおよびｇは、外形をつけられた表面４６の基準面４８に対する同じ相関関係を結合的に生成することのできる、マッピング関数ｆ1およびｆ2、ならびにｇ1およびｇ2の２つの対によって置換することができるか、またはそれへと分解することができる。たとえば、マッピング関数ｇ1が、まず外形をつけられた表面４６へと適用され、外形をつけられた表面４６を基準面５０に相関させるために、その後マッピング関数ｇ2が基準表面５０に適用され得る。同様に、マッピング関数ｆ1が、まず基準面４８に適用され、基準面５０を外形をつけられた表面４６に相関させるために、その後マッピング関数ｆ2が基準面５０に適用され得る。
【００４６】
さらに、マッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）の各々が１対１の対応を有する場合、定義上、外形を付けられた表面４６と基準面４８との間の全体的なマッピングｆ（またはｇ）も１対１の対応を有する。さらに、マッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）の各々が連続的である場合、定義上、外形をつけられた表面４６と基準面４８との間の全体的なマッピングｆ（またはｇ）も連続的である。
【００４７】
しかしながら、場合によっては、１対１の対応を有するマッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）を規定することができない。たとえば、（周知の、根本的な数学的理由のため）原則的にでも、閉じた球は、１対１の対応を伴って平面の表面にマッピングすることはできない。さらに、円柱または半球を面へとマッピングする場合のように、１対１のマッピングが可能なときでも、この発明の実施例の目的のために望ましいマッピング関数ｆ1およびｇ2は、面全体にわたって１対１の対応を有さないことがあり得る。
【００４８】
したがって、基準表面パラメータ化機１６は基準面５０を選択することができ、基準面インスタンス化機１８は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が１対１の対応を有さないか、または連続的でない特異点または領域を含む基準面４８を選択することができる。具体的には、マッピング関数ｆ1およびｇ2は、図６の円筒形の基準表面５０上のシーム７４および基準面ボーダー７６、７８のような、限られた数の分離された特異点の例外はあるが、基準面４８および基準表面５０のすべての点で連続的であり、かつ１対１の対応を有することができる。
【００４９】
たとえば、特異点は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が１対１の相関関係を有さないように、マッピング関数ｆ1およびｇ2が基準面４８の２つの点、線、または曲線を基準表面５０上の単一の点、線または曲線に相関させる位置を含み得る。具体的な例として、図６に示されるような、円柱座標によって表わされる基準表面５０の場合、基準面４８の上方ボーダー７６および下方ボーダー７８は共に基準表面５０上の単一の線またはシーム７４に相関する。同様に、極の形の特異点は、極または球形の座標系に基づく基準表面５０に特有であり得る。
【００５０】
さらに、マッピング関数ｆ1およびｇ2は、特異点で連続的でないことがあり得る。たとえば、そのうちの１つが円筒形の基準表面５０上のシームの各側にある２つの点８０、８２は、そこへと８０、８２がｇ2によってマッピングされる基準面内４８の対応する点８４、８６は矩形の基準面４８の対向するボーダー７６、７８の近くにあり得るが、任意で互いに近くにあってもよい。
【００５１】
そのような特異点を考慮するため、基準面インスタンス化機１８は、上方および下方の基準面ボーダー７６、７８のような特異点を通って交差する基準面４８内の曲線の部分を有効に分離することができる。たとえば、基準面インスタンス化機１８は、基準面５０で曲線の区分的な定義を作ることができ、曲線部分または断片の大部分は、その上でマッピング関数ｆ1およびｇ2が連続的でありかつ１対１の対応を有する基準面４８の内部に独占的にある。これら曲線部分または断片は、「通常曲線セグメント」と称され得る。さらに、基準面インスタンス化機１８は、曲線が上方ボーダー７６に交差する点９０を、曲線が下方ボーダー７８に交差する点９２へと接続するために、基準面４８で「仮想曲線セグメント」８８を導入することができる。
【００５２】
仮想曲線セグメント８８は、特別なシーム横断マーカの役割を果たすことができ、対応する点９０、９２を相関させる。実際には、２つの点９０、９２は３−Ｄ基準表面上でシーム７４に沿って単一の点９４に対応することができ、仮想曲線セグメント８８は基準表面４６と基準面４８との間でマッピング関数ｆ1およびｇ2において必要な連続性を提供することができる。つまり、仮想曲線セグメント８８は、曲線がシーム７４に交差する点９４に対応する、特異点内に完全にあると考えられ得る抽象的な曲線セグメントである。したがって、基準表面５０上でシーム７４に交差する各曲線は、基準面４８で通常および仮想の曲線セグメントの組合せによって置換することができる。
【００５３】
文字通り理解すると、仮想曲線セグメント８８は、図６に示されるように、円筒形の基準表面５０の周囲の周りの円９６に相関する。しかしながら、慣例により、基準面インスタンス化機１８は、基準面４８の仮想曲線セグメント８８を、仮想曲線セグメント８８の２つの終点（点９０、９２）の、共通のイメージまたは点９４に相関させるために修正することができる。さらに、仮想曲線セグメント８８が基準面５０で作られるとき、基準面インスタンス化機１８は仮想曲線セグメント８８にフラグを立てることができるため、仮想曲線セグメント８８は後に識別することができ、分析中に特別な処理を与えることができる。
【００５４】
一旦２−Ｄの近似、または基準面４８が外形をつけられた表面４６に対して規定されると、テープコース４０、４２（図２を参照）の定義を含む、外形をつけられた表面４６に関するトポロジー分析が基準面４８で実行され得る。後に、テープコース定義を含む分析の結果は、マッピングされて外形をつけられた表面４６へと戻され得る。
【００５５】
図７に示されるように、テープ境界プロッタ２０（図１を参照）は、外形をつけられた表面４６で一時的なテープ境界１００を描くことができる。テープ境界１００は、対応するツール経路１０２に基づき得る。たとえば、テープ境界１００は、ツール経路１０２をたどる中心線を備えた名目上のテープ幅として描くことができる。テープコースは、テープ境界１００と対応する層の境界１０６との交点１０４に基づいて規定することができる。
【００５６】
必要な計算が外形をつけられた表面４６での同等の計算よりはるかに複雑ではなくなり得る、テープコース定義の分析を基準面４８で実行するために、境界マッパー２２（図１を参照）は、マッピング関数ｇ1およびｇ2、または同等の関数ｇを使用して、テープ境界１００および層の境界１０６を基準面４８へとマッピングすることができる。したがって、境界マッパー２２は、境界面４８で２−Ｄイメージ、たとえば、図８に示されるイメージ１０８を作ることができる。イメージ１０８は基準テープ境界１１０および基準層境界１１２を含み得る。
【００５７】
さらに、交点ロケータ２４（図１を参照）は、イメージ１０８を分析して基準テープ境界１１０の基準層境界１１２との基準交点１１４の位置を決定することができる。分析は２−Ｄ基準面で行なうことができるため、基準交点１１４の位置を規定する曲線と曲線との交点の解は、基本の数学的な計算を使用して、正確かつ確実に決定することができる。
【００５８】
さらに、テープコースデリミタ２６（図１を参照）は、基準面４８でフラグをつけられた仮想曲線セグメント８８（図６を参照）を識別することができ、曲線と曲線との交点分析で仮想曲線セグメント８８を含むことはできない。つまり、テープコースデリミタ２６は、通常曲線セグメントのみを使用して、基準テープ境界１１０の基準層境界１１２との基準交点１１４の位置を決定することができる。事実上、仮想曲線セグメント８８は、基準面４８で、曲線または境界の交点についてテストするときに、識別および単に無視することができる。
【００５９】
さらに、テープコースデリミタ２６（図１を参照）は、基準交点１１４の位置および基準テープ境界１１０の内側の基準層境界１１２の部分の定義に基づいて、図９に示されるテープ切断パターン１１６を規定することができる。基準テープ境界１１０の内側の点、または基準層境界１１２の内側の点を識別するため、テープコースデリミタ２６は、点包含分析（point containment analysis）を行なうことができる。つまり、テープコースデリミタ２６は、基準面４８の所与の点が基準面４８の所与の閉じた曲線の内側にあるかどうかを判定することができる。
【００６０】
具体的には、外形をつけられた表面４６上の点は、（マッピング関数ｇ1およびｇ2によって相関される）基準面４８の対応する点が基準面４８上で基準層境界１１２の内側にある場合、およびその場合にのみ、外形をつけられた表面４６（図７を参照）上の層の境界１０６の内側にある。したがって、テープコースデリミタ２６は、外形をつけられた表面４６上ではなく基準面４８での計算によって点包含問題を解くことができる。
【００６１】
一般に、平面領域の点の包含は、表面上で表面上の点から無限大へと光線を作り、かつ対象の光線と閉じられた曲線との交点の数を決定することによって決定することができる。一般に、曲線と閉じた曲線との間の交点の数が奇数の場合、点は閉じた曲線の内側にあ
り、交点の数が偶数の場合、点は閉じた曲線の外側にある。しかしながら、基準面４８の特異点の存在があるため、テープコースデリミタ２６は、この一般的な点包含アルゴリズムの新規の適応を行なうことができる。
【００６２】
テープコースデリミタ２６は、基準表面５０上の閉じた曲線に対応する基準面４８の閉じた基準曲線の内側に点がある場合、最終的に基準面４８の「本当」のボーダー、たとえば、基準表面５０の現実のボーダーに対応する基準面ボーダーに交差する方向で、基準面４８内の点から基準面４８で光線を投じることができる。一旦適切な方向で光線が投じられると、テープコースデリミタ２６は、それが基準表面境界に到達する前に光線と閉じた曲線との間の交点の数を決定することができる。
【００６３】
例として、図６の円筒形の基準表面５０の場合、光線は基準面４８で垂直方向で投じることはできない。なぜなら、これは誤った結果をもたらし得るからである。たとえば、閉じた基準曲線１２６の内側の点１２４から光線が上方に投じられた場合、点１２４は閉じた基準曲線１２６の内側にあるが、光線は上方ボーダー７６に到達する前に閉じた基準曲線１２６とのゼロの交点を有する。同様に、光線が点１２４から下方に投じられた場合、点１２４は閉じた曲線１２６の内側にあるが、光線は下方ボーダー７８に到達する前に閉じた曲線１２６と２回交差する。
【００６４】
同様の理由で、図６の円筒形の基準表面５０の場合、閉じた基準曲線１２６の外側であるが閉じた基準曲線１２６と垂直に整列する点１２８から光線が上方に投じられた場合、点１２８は閉じた基準曲線１２６の外側にあるが、光線は上方ボーダー７６に到達する前に閉じた基準曲線１２６と１つの交点を有する。同様に、光線が点１２８から下方に投じられた場合、点１２４は閉じた曲線１２６の内側にあるが、光線は下方ボーダー７８に到達する前に閉じた曲線１２６と一度だけ交差する。
【００６５】
したがって、たとえば、円筒形の基準表面の場合、光線は、基準表面５０の軸に平行な真っ直ぐな線であるか、または基準面４８内の水平な真っ直ぐな線であり得る。なぜなら、線は最終的に本当のボーダーに到達しなければならないからである。同様に、掃引基準表面の場合、光線は、基準表面５０の軸に平行に走る線であり得る。しかしながら、異なる基準表面の形状の場合、対象の点が基準表面５０上の閉じた曲線に対応する基準面４８内の閉じた基準曲線の内側にある場合、光線は基準面４８の本当のボーダーに最終的に交差する光線になるあらゆる方向で投じることができる。
【００６６】
さらに、テープコースデリミタ２６は、テープ切断パターン１１６および隣接する基準交点１１４間の基準テープ境界１１０の部分のような、テープエッジ定義を含む、図９に示される基準テープコース１１８を規定するか、またはその境界を定めることができる。さらに、テープコースデリミタ２６は、基準面４８においてイメージ１０８の点包含分析を行なって、テープエッジ定義を含む点を含む、基準テープコース１１８に対応する基準面４８内の点のすべて、およびテープエッジ定義によって囲まれる領域内にあるすべての点を決定することができる。
【００６７】
したがって、テープコースデリミタ２６は、テープ切断パターン１１６に従って領域が切取られた、基準テープ境界１１０に関する基準テープコース１１８を都合よく規定することができる。テープ切断パターン１１６は、たとえば、テープコース１１８の端部を規定する「終端切断」１２０、テープコース１１８の１つの側の「ノッチ切断」１２２、または「部分的な幅の切断」（「全体的でない幅の切断」でもあり、これは図に示されない）を表わすことができる。
【００６８】
さらに、層の境界３６、３８（図２を参照）の内側のテープコースのセットに対する点
包含の決定／は、テープコースを形成するテープの層の厚みを考慮するためのオフセットを含むように層の境界３６、３８内で外形をつけられた４６の部分を更新するのを容易にするために、複合部品プログラミング中に有用であり得る。つまり、層の境界３６、３８の内側のすべての点は、外形をつけられた表面４６に対して垂直な方向で外側に動かすことができる。したがって、複合部品プログラムは、外形をつけられた表面４６上に適用されるべき次の層、または層のシーケンスを規定することができる。同様に、点の包含は、たとえば、外形をつけられた表面４６で曲線を追跡するときに層の領域を出たときを認識するために、付加的な複合部品プログラムアルゴリズムで使用可能である。
【００６９】
基準テープコース１１８が規定された後、テープコーストランスフォーマ２７（図１を参照）は、基準テープコースを変形するかまたはマッピングして外形をつけられた表面４６へと戻すことができる。この変形は、たとえば、マッピング関数ｆを使用して、または同等に、マッピング関数ｆ1およびｆ2を使用して実現することができる。結果として生じるテープコースのデータは、複合部品を製造するために複合材料適用機械で実行され得るＣＮＣ部品プログラムを生成するために使用可能である。
【００７０】
図１０は、テープコース定義を生成するために行なわれ得るステップのシーケンスを示すフローチャートである。プロセスは、ステップ番号１３０、「表面をパラメータ化する」へと進むことによって始めることができ、ここでテープコース生成機は、複合部品定義と関連付けられた製造ツール表面定義および複数の複合層定義、ならびに製造ツール表面上で規定された機械から独立したツール経路のセットを受取ることができる。テープコース生成機は、たとえば、図１１のフローチャートに示されるステップのシーケンスに従って、製造ツール表面定義をパラメータ化することができる。
【００７１】
図１１は、製造ツール表面をパラメータ化するために行なわれ得る詳細なステップのシーケンスを示すフローチャートである。ステップ１３２、「基準表面を選択する」では、テープコース生成機は、製造ツールの外形をつけられた表面の一般的な形状に実質的に類似した比較的単純な３−Ｄの基準表面の形状を選択することができる。たとえば、上述のように、テープコース生成機は比較的単純な幾何学的表面を選択することができる。具体的な例として、テープコース生成機は、航空機の複合胴体セクションに対して製造ツールを近似するために円柱を選択することができる。
【００７２】
プロセスは、次にステップ１３４、「垂直光線を投影する」へと続き、ここでテープコース生成機は、外形をつけられた表面または製造ツール表面を基準表面に重ね合わせ、基準表面に対して垂直であるかまたは基準表面の軸に対して垂直な光線を投じるかまたは投影することができる。たとえば、上述のように、基準表面が円形の断面を備えた円柱または掃引表面である場合、テープコース生成機は、円柱の軸から、または掃引表面の背骨から、基準表面へと光線を投影することができる。
【００７３】
次に、ステップ１３６、「表面を基準表面へとマッピングする」では、テープコース生成機は、基準表面を外形をつけられた表面へとマッピングするマッピング関数ｆ2を規定することができる。たとえば、上述のように、テープコース生成機は、測定された距離に基づいて基準表面を外形をつけられた表面へとマッピングする、マッピング関数ｆ2を導き出すために、垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。上述のように、テープコース生成機は、外形をつけられた表面を基準表面へとマッピングするために、マッピング関数ｆ2の逆数として、マッピング関数ｇ1を規定することができる。
【００７４】
次に、ステップ１３８、「隙間を内挿する」では、テープコース生成機は、製造ツール表面を規定する部分的な表面間に意図されない隙間が存在する領域で部分的な表面の端部
間で内挿することによって、結果として生じるマッピング関数ｇ1およびｆ2が連続的であるようにするためにマッピング関数ｆ2を調整することができる。同様に、基準表面が外形をつけられた表面と１対１の対応を有するように、つまり、マッピング関数ｇ1およびｆ2がそれぞれの表面で一義的に規定されるように、ステップ１４０、「重なりを明確にする」では、テープコース生成機は、製造ツール表面を規定する部分的な表面の意図されない重なりが存在する領域で、投じられた光線の複数の部分的な表面との複数の交点の加重平均を計算することによって、マッピング関数関数ｆ2を調整することができる。
【００７５】
次にステップ１４２、「基準面を選択する」では、テープコース生成機は、基準表面に対応する基準面を作るために、基準表面を有効に展開し、広げまたは平らにすることができる。たとえば、円筒形の基準表面の場合、上述のように、テープコース生成機は、円筒形の基準表面に有効に巻付けることができる矩形の基準面を選択することができる。
【００７６】
テープコース生成機は、ステップ１４４、「基準表面を基準面へとマッピングする」で、基準面を基準表面へとマッピングするために、従来のパラメトリック数式または数式のセットを適用することができる。さらに、上述のように、テープコース生成機は、基準表面を基準面へとマッピングするために、マッピング関数ｆ1の逆数として、マッピング関数ｇ2を規定することができる。
【００７７】
上述のように、基準面は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が基準面４８内の２つの点、線または曲線を、基準表面上の単一の点、線または曲線に相関させる位置、または円筒形の基準表面上のシームの各側の２つの点が矩形の基準面の対向するボーダーの近くにあり得る位置のような、特異点を備えた領域を含み得る。したがって、テープコース生成機は、面内の曲線が面の上方ボーダーに交差する点を、曲線が下方ボーダーに交差する点と接続するために、ステップ１４６、「仮想曲線を規定する／フラグを立てる」において、基準面で「仮想曲線セグメント」を後に導入することができる。上述のように、仮想曲線セグメントは、特別なシーム横断マーカの役割を果たすことができる。
【００７８】
一旦ステップ１３０で製造ツール表面がパラメータ化されると、図１０に戻って、テープコース生成機は、ステップ１４８、「テープ境界を描く」で、対応するツール経路に基づいて、外形をつけられた表面で一時的なテープ境界を描くことができる。次に、ステップ１５０、「境界をマッピングする」では、テープコース生成機は、マッピング関数ｇ1およびｇ2を使用して、テープ境界および層の境界（複合層規定で受取られた）を基準面へとマッピングすることができる。
【００７９】
次に、ステップ１５２、「交点を探す」では、上述のように、テープコース生成機は、結果として生じる基準テープ境界と結果として生じる基準層境界との基準交点の位置を決定することができる。しかしながら、上述のように、テープコース生成機は、曲線と曲線との交点の分析においてフラグを立てられた仮想曲線セグメントを無視することができる。続いて、ステップ１５４、「切断を規定する」では、テープコース生成機は、基準交点の位置に基づいてテープ切断パターンを規定することができ、次にステップ１５６、「テープコースの境界を定める」でテープコースの境界を定め、たとえば、テープ切断パターンに従って領域が切取られている対応する基準テープ境界に関して、テープエッジを規定する。このステップ中、上述のように、テープコース生成機は、テープコースを形成するすべての点を識別するために点包含分析をさらに行なうことができる。
【００８０】
さらに、ステップ１５８、「ツールヘッドの位置を特定する」では、テープ端部切断位置と関連して、テープコース生成機は、そこから複合材料適用ヘッドがテープコースに近づく方向のテープコース端部における複合材料適用のヘッドアップ位置、および反対のテープコース端部におけるヘッドダウン位置のような、一連の複合材料適用ヘッド作動要件
を特定することができる。
【００８１】
その後、ステップ１６０、「テープコースを変形する」では、テープコース生成機は、たとえば、マッピング関数ｆ1をおよびｆ2を使用して、基準テープコースを変形またはマッピングして外形をつけられた表面へと戻すことができる。結果として生じるテープコースのデータは、複合部品を製造するために複合材料適用機械で実行することのできるＣＮＣ部品プログラムを生成するために使用可能である。
【００８２】
図１、図１０および図１１は、この発明のさまざまな実施例による、方法、装置およびコンピュータプログラムプロダクトのブロック図およびフローチャートである。ブロック図、フローチャートおよび制御フロー図の各ブロックまたはステップ、およびブロック図のブロック、フローチャートおよび制御フロー図の組合せは、コンピュータプログラムの命令または他の手段によって実現することができる。コンピュータプログラムの命令が論じられるが、この発明による装置は、開示された機能を行なうため、１つまたは複数のプロセッサもしくはコントローラを含む、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの何らかの組合せのような他の手段を含み得る。
【００８３】
この点で、図１は、この発明の実施例を実現可能な汎用コンピュータの主な構成要素のいくつかを含む一実施例の装置を示す。当業者は、コンピュータは図１に示されるものより多くの構成要素を含み得ることを理解するであろう。しかしながら、この発明を実行するための例示的な実施例を開示するために、これら一般的な従来の構成要素のすべてを示す必要はない。汎用コンピュータは処理ユニット１２およびシステムメモリ１４を含み、これはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読取専用メモリ（ＲＯＭ）を含んでもよい。コンピュータは、付加的なデータを記憶することのできるハードディスクドライブなどの不揮発性記憶メモリを含んでもよい。
【００８４】
この発明の実施例は、マウス、キーボード、モニタ等のような、１つまたは複数の入力または出力の装置２８も含んでもよい。ユーザが特定のオペレーションを要求することができるように、テキストおよびグラフィカルデータを見るためのディスプレイ、ならびにユーザインターフェイスを設けてもよい。さらに、この発明の実施例は、ネットワークインターフェイスを介して１つまたは複数の遠隔コンピュータに接続されてもよい。接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）上であってもよく、そのような接続に必要な回路のすべて含んでもよい。この発明の一実施例では、ドキュメントの集まりはインターネット上で受取られたドキュメントを含む。ローカルドキュメントの集まりを含む、すなわち、１つのコンピュータ上のすべてのドキュメント、ネットワーク環境においてサーバまたはクライアントに記憶されたドキュメント等を含む、他の実施例も可能である。
【００８５】
典型的には、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械で実行する命令が、ブロック図、概略図またはフローチャートで特定された機能を実現するための手段を作るように、コンピュータプログラムの命令は、特化された機械を生成するためにコンピュータまたは他の汎用プログラム可能機械にロードされ得る。そのようなコンピュータプログラムの命令は、コンピュータ読取可能媒体に記憶された命令がブロック図、概略図またはフローチャートで特定された機能を実行する命令手段を含む製造物を生成するように、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械にロードされたときに機械に特定の態様で機能するように指示することのできるコンピュータ読取可能な媒体に記憶されてもよい。
【００８６】
さらに、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械で実行する命令がブロック図、概略図、フローチャートのブロックまたはステップで特定された機能を実現するためのステップを提供するように、コンピュータプログラムの命令は、コンピュータで実現される
プロセスを生成するためにコンピュータまたは他のプログラム可能な機械によって一連の動作ステップが行なわれるようにコンピュータまたは他のプログラム可能機械にロードされ得る。
【００８７】
したがって、ブロック図、フローチャートまたは制御フロー図のブロックまたはステップは、特定された機能を行なうための手段の組合せ、特定された機能を行なうためのステップの組合せ、および特定されたステップを行なうためのプログラム命令手段をサポートする。ブロック図、概略図またはフローチャートの各ブロックまたはステップ、およびブロックまたはステップの組合せは、特定された機能またはステップを行う、専用のハードウェアに基づくコンピュータシステム、または専用のハードウェアおよびコンピュータの命令の組合せによって実現可能であることが理解される。
【００８８】
例示のみのために提供される例として、サーチエンジンアプリケーションのデータ入力ソフトウェアツールは、１つまたは複数のサーチ用語を含む照会を受取るための代表的な手段であり得る。アプリケーションの同様のソフトウェアツール、またはこの発明の実施例の実現例は、特定された機能を行なうための手段であり得る。たとえば、この発明の実施例は、マウス、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、スキャナ等のようなユーザに制御される入力装置と処理要素をインターフェイスで連結するためのコンピュータソフトウェアを含み得る。同様に、この発明の実施例の出力は、たとえば、ディスプレイソフトウェア、ビデオカードハードウェア、およびディスプレイハードウェアの組合せを含んでもよい。処理要素は、たとえば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、算術論理演算装置（ＡＬＵ）または制御ユニットのようなコントローラまたはマイクロプロセッサを含んでもよい。
【００８９】
この発明の多くの特徴および利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって、発明の真の精神および範囲内にあるこの発明のすべてのそのような特徴および利点を含むことが特許請求の範囲によって意図される。さらに、多くの変形および変更が当業者には容易に思い浮かぶため、この発明を図示および説明されたまさにその構成およびオペレーションに制限することは望まれず、したがって、すべての好適な変形および均等物はこの発明の範囲内にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の実施例の機能を実行するために好適なタイプのテープコース生成機を示すブロック図である。
【図２】この発明の好ましい実施例によって規定され得るテープコースを示す大型の一般的に円筒形の複合部品の斜視図である。
【図３】外形をつけられた表面と基準面との間のマッピング関数を表す図である。
【図４】外形をつけられた表面、基準表面および基準面の間のマッピング関数を表す図である。
【図５】基準表面上に重ね合わされた２つの部分的な表面を含む外形をつけられた表面の断面図である。
【図６】外形をつけられた表面および特異点を含む基準面の間のマッピング関数を表す図である。
【図７】ツール経路に沿って複合層境界および複合テープ境界を示す大型の一般的に円筒形の複合部品を示す斜視図である。
【図８】基準面上の層の境界およびテープ境界のイメージを表す図である。
【図９】基準面上のテープコースのイメージを表す図である。
【図１０】方法またはプロセスの一実施例によるテープコースを生成するために従われ得るステップを示すフローチャートである。
【図１１】方法図１０で表面をパラメータ化するために従われ得るステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１０ テープコース生成機、１２ プロセッサ、１４ メモリ、１６ 基準表面パラメータ化機、１８ 基準面インスタンス化機、２０ テープ境界プロッタ、２２ 境界マッパー、２４ 交点ロケータ、２６ テープコースデリミタ、２７ テープコーストランスフォーマ、４６ 外形をつけられた表面、４８ 基準面、５０ 基準表面、１００ テープ境界、１０２ ツール経路、１０６ 層の境界、１１０ 基準テープ境界、１１２ 基準層境界。
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明は一般に複合部品の製造に関する。特に、この発明は、複合テープ積層機械のためのコンピュータ数値制御複合部品プログラムで使用するためにテープコース定義を生成することに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
複合材料は、自動車、海洋および航空宇宙産業を含むさまざまな産業でますます使用されるようになってきている。場合によっては、複合部品は、複合テープ積層機械または複合繊維配置機械などの自動化された複合材料適用機械を使用して形成することができる。
【０００３】
一部の既存の複合材料適用機械、たとえば、平坦テープ積層機械（ＦＴＬＭ）または外形付きテープ積層機械（ＣＴＬＭ）は、比較的幅の広い複合テープの帯をマンドレルなどの一般的に水平または垂直のツーリング表面へと置くことによって平坦なまたは軽く外形を付けられた複合部品を生産することができる。さらに、一部のテープ積層機械は、複合テープの比較的細い帯、または「トウ（tow）」を一般的に円筒形または球形の表面を含むより複雑な外形を付けられた表面へと置くことができる。
【０００４】
航空機の胴体セクションを含む比較的大きな複合部品をより効率的に生産するために、高速マルチヘッド複合材料適用機械が構想されている。構想されるように、マルチヘッド複合材料適用機械は、平坦なスパー、縦通材装入物（stringer charges）、翼の外板および機体の胴のセクションなどのさまざまな複合部品、および自動車、海洋、産業用乗物およびプレハブ式建築構造産業などの他の産業の複合部品を製造することができなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、既存の複合部品プログラミングシステムは、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた複合材料適用機械をプログラムするために比較的複雑な表面に対してテープコースを効率的に規定する能力を有さない。したがって、過度な手動のプログラミングを必要とせずに、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた高速の複合材料適用機械に対して複合部品プログラムを生成する際に使用するために比較的複雑な表面に対してテープコース定義を効率的に生成することのできる方法および装置を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の概要
上述の必要性は、この発明によって大きく満たされ、この発明では、一局面において、一部の実施例で、さまざまな複合部品を形成するために複数の複合材料適用ヘッドを備えた高速の複合材料適用機械に対して複合部品プログラムを生成する際に使用するために比較的複雑な表面に対してテープコース定義を効率的に生成することのできる装置が提供される。
【０００７】
この発明の一局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するコンピュータで実現される方法は、外形をつけられた表面を基準面に
近似するステップと、層の境界を外形をつけられた表面から基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、境界面の基準テープ境界へとマッピングするステップとを含む。さらに、この方法は基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップを含む。
【０００８】
この発明の別の局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのコンピュータプログラムプロダクトは、予め定められたオペレーションを行なうためにプロセッサによって実行されるように構成された命令でコード化されたコンピュータ読取可能媒体を含み、これは外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、層の境界を外形をつけられた表面から基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、テープ境界を外形をつけられた表面から基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップとを含み得る。さらに、予め定められたオペレーションは、基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップを含み得る。
【０００９】
この発明のさらに別の局面によると、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのテープコース生成機は、外形をつけられた表面を基準面に近似し、層の境界を外形をつけられた表面から基準表面上の中間層境界へとマッピングし、かつテープ境界を外形をつけられた表面から基準表面上の中間テープ境界へとマッピングするように構成された基準表面パラメータ化機を含み得る。テープコース生成機はさらに、基準表面を基準面に近似し、中間層境界を基準面の基準層境界へとマッピングし、かつ中間テープ境界を基準面の基準テープ境界へとマッピングするように構成された基準面インスタンス化機を含み得る。さらに、テープコース生成機は、基準層境界と基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するように構成されたテープコースデリミタを含み得る。
【００１０】
この発明の詳細な説明がここでよりよく理解され、かつ業界に対するこの発明の寄与がよりよく理解されるために、この発明のある実施例を大まかに述べてきた。当然のことながら、以下に説明され、請求項の主題を形成するこの発明の他の実施例もある。
【００１１】
この点で、この発明の少なくとも１つの実施例を詳細に説明する前に、この発明は、その適用において以下の説明で述べられるかまたは図面で示される構造の詳細および構成要素の配置に限定されないことが理解される。この発明は、説明されたもの以外の実施例が可能であり、さまざまなやり方で実現および実行が可能である。さらに、ここおよび要約で用いられる語法および用語は説明のためのものであり、制限するものとしてみなされるべきではないことが理解される。
【００１２】
そのため、当業者はこの開示が基づく概念が、この発明のいくつかの目的を実行するために、他の構造、方法およびシステムの設計のための基礎として容易に利用され得ることを理解するであろう。したがって、請求項は、均等な構成がこの発明の精神および範囲を離れない限りそのような均等な構成を含むようにみなされることが重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
詳細な説明
この発明による実施例は、複合テープ積層機械などのシングルヘッドまたはマルチヘッドのコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）複合材料適用機械をプログラミングする際に使用するためにテープコース定義を生成することのできる複合テープコース生成機を提供する。テープコース生成機は、比較的平坦な、外形付きの、または一般に円筒形の複合部品を含むさまざまな大型の複雑な複合部品、または比較的複雑な外形をつけられた表面を有する複合部品のために複合テープコース定義を生成することができる。
【００１４】
テープコース生成機は、本当の外形をつけられた表面、たとえば、複合製造ツール表面または複合部品表面をパラメトリック基準表面へとマッピングすることのできる基準表面パラメータ化機を含み得る。テープコース生成機は、基準表面を基準面へとマッピングすることのできる基準面インスタンス化機も含み得る。したがって、テープコース生成機は最終的に本当の外形をつけられた表面をパラメトリック基準面へとマッピングすることができ、そうする際に、テープコース生成機は外形をつけられた表面での比較的複雑な、３次元のトポロジの分析を、より容易に計算される２次元または平面の分析のインスタンスへと低減することができる。
【００１５】
さらに、テープコース生成機は、外形をつけられた表面で規定されたツール経路（tool
path）に基づいてテープセグメントの仮想の輪郭またはテープ境界を描くことのできるテープ境界プロッタ、および外形をつけられた表面で規定されたテープ境界および層の境界を基準面へとマッピングすることのできる境界マッパーを含み得る。テープコース生成機はさらに、層の境界とテープ境界との交点を識別するために基準面の境界を分析することのできる交点ロケータを含んでもよく、これはテープの切れ目（cuts）を規定し、かつ複合材料適用機械の複合材料適用ヘッドの位置の要件を特定するために使用され得る。さらに、テープコース生成機は、基準面の点が閉じられた曲線内にあるかどうかを判定することができ、したがって、基準面のどの点がテープコースの一部であるかを判定することができるテープコースデリミタを含み得る。さらに、テープコース生成機は、規定されたテープコースをマッピングして外形をつけられた表面へと戻すことのできるテープコーストランスフォーマを含み得る。したがって、テープコース生成機は、各層を覆うように置かれる個々のテープコースを規定することができる。
【００１６】
全体を通して同様の参照番号が同様の部品を示す図面を参照して、この発明を説明する。この発明による実施例は、単一の複合材料適用ヘッドを有するか、または複数の複合材料適用ヘッドを有する、複合テープ積層機械またはテープ敷設機械などのＣＮＣ複合材料適用機械を制御するために複合部品プログラムを生成する際に使用するためにテープコース定義を生成することのできる複合テープコース生成機を提供する。たとえば、この発明の実施例は、２００５年１１月９日にHagenらによって出願された「複合構造を製造するためのマルチヘッド複合材料適用機械プログラミング方法および装置（“Multihead Composite Material Application Machine Programming Method and Apparatus for Manufacturing Composite Structures”）」と題される同時継続中の特許出願に開示される方法とともに使用可能であり、この出願の内容を全体においてここに引用により援用する。
【００１７】
図１はテープコース生成機１０の代表的な実施例を示し、プロセッサ１２、メモリ１４、基準表面パラメータ化機１６、基準面インスタンス化機１８、テープ境界プロッタ２０、境界マッパー２２、交点ロケータ２４、テープコースデリミタ２６、テープコーストランスフォーマ、および入出力（Ｉ／Ｏ）装置２８を含み、これらのすべてはデータリンク３０によって互いに接続される。プロセッサ１２、メモリ１４および入出力装置２８は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、サーバ、メインフレームコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）またはこれらの何らかの組合せなどの一般的なコンピュータの一部であってもよい。残りの構成要素は、テープコース生成機１０の所望の機能を行なうためにメモリ１４へとロードされプロセッサ１２によって処理され得るコンピュータ読取可能媒体上に記憶される、ソースコード、オブジェクトコードまたは実行可能なコードなどのプログラミングコードを含み得る。
【００１８】
動作中、テープコース生成機１０は、たとえば、コンピュータ支援設計（ＣＡＤ）フォーマットまたはテープコース生成機１０と互換性のあるようにＣＡＤ複合部品設計定義から変換されたフォーマットで複合部品定義と関連付けられた製造ツール表面定義および複
数の複合層定義を受取ることができる。さらに、テープコース生成機１０は、複合部品を形成するために、複合材料適用ヘッドが製造ツール表面上または以前の層の表面上で複合材料を適用するためにたどることのできる、製造ツール表面または複合層表面上で規定された機械から独立したツール経路のセットをさらに受取ることができる。したがって、たとえば、各層の表面領域は、隙間または重なりの規格もしくは限界と合致する許容差内で標準の複合テープの名目上の幅によって間隔を空けられた経路で埋められ得る。
【００１９】
たとえば、図２は、製造ツール３２の表面にわたって一般に水平方向に指定された８つの代表的なツール経路３４とともに大型の一般的に円筒形の複合部品のための製造ツール３２またはマンドレルを示す。図２はさらに、第１の層の境界３６および第２の層の境界３８を示す。ツール経路３４に対応する８つの連続的な複合テープコース４０は、第１の層の境界３６内に描かれる。同様に、７つの連続的な複合テープコース４２は第２の層の境界３８内に描かれ、ツール経路３４の隣接する対の各々の間の距離未満の幅または名目上の複合テープ幅を有する非標準のテープコース４４を含む。
【００２０】
例として、複合テープ積層機械は、ツールキャリッジに取付けられ、かつ３インチ、６インチの標準または名目上の幅、もしくは他の好適な幅を有する複合テープを適用するように構成された１つまたは複数の複合材料適用ヘッドを有してもよい。複合テープ積層機械はさらに、非標準の幅を有する複合テープの帯または複数の帯を適用する複合材料適用ヘッドを含んでもよい。たとえば、代表的なマルチヘッド複合テープ積層機械は、名目上の３インチ幅の複合テープの帯を適用する１つまたは複数の標準ヘッド、および８分の１インチまたは４分の１インチの幅の帯または「トウ」などの非標準の幅の複合テープの帯を適用する１つまたは複数の特化されたヘッドを含んでもよい。さらに、特化されたヘッドは、名目上のテープ幅に等しい集計された幅までの複数の非標準の帯、たとえば、２４個までの８分の１インチの複合テープのトウを３インチの標準の名目上のテープ幅を有する機械に適用する能力を有してもよい。
【００２１】
図２に示されるツール経路３４およびテープコース４０、４２は、製造ツール３２の軸に対して一般に水平または平行であるが（参考までに、この例ではゼロ度の繊維の方向付け）、付加的な層は、複合部品の設計要件を満たすために９０度または４５度などの他の繊維の方向付け、もしくは好適な繊維の方向付けを有してもよい。
【００２２】
次にテープコース生成機１０は、機械から独立したツール経路および複合部品層に対応するテープコース４０、４２、４４のセットを規定することができる。つまり、テープコース生成機１０は、複合材料適用のヘッドアップおよびヘッドダウンの位置、ならびに各経路に沿ったテープ切断位置などの、一連の切断および複合材料適用ヘッドの作動要件を規定することができるため、層の境界３６、３８内にある経路の部分のみが実際に複合テープで埋められる。
【００２３】
一実施例では、テープコース生成機１０は、たとえば、平坦なまたは外形をつけられた部品を生産するためにデカルト座標系を実現することができる。他の実施例では、テープコース生成機１０は、あらゆる好適な座標系を実現することができ、たとえば、回転する製造ツール２８上で一般に円筒形の部品を生産するために、角度基準系などの極座標系、円座標系、球座標系、曲線座標系等を実現することができる。
【００２４】
図３に示されるように、テープコース生成機１０は、真の製造ツールの形状または真の複合部品の形状などの、本当の外形をつけられた表面４６を２次元（２−Ｄ）のパラメトリック基準表面、または基準面４８に近似することができる。パラメトリック表面は、それに対して、数式によって、または２つの独立変数またはパラメータの関数である数式のセットによって、構成点の座標を正確に規定することのできる表面である。
【００２５】
テープコース生成機１０は、外形をつけられた表面４６を基準面４８へとマッピングする、マッピングアルゴリズムまたは関数ｇを展開することができる。したがって、マッピング関数ｇは、外形をつけられた表面４６の３次元（３−Ｄ）の座標を基準面４８の平面座標に相関させることができる。つまり、テープコース生成機１０は外形をつけられた表面をパラメータ化することができ、言換えると、関数ｇは、外形をつけられた表面４６で規定された各点にパラメータ、たとえば、平面座標を代入することができる。
【００２６】
同様に、テープコース生成機１０は、基準面４８を外形をつけられた表面４６へとマッピングする、逆マッピングアルゴリズムまたは逆関数ｆを展開することができる。テープコース生成機１０の一部の実施例では、逆関数ｆがまず決定され、関数ｇは、関数ｆから決定され得る。つまり、マッピング関数ｇは関数ｆの逆数として規定することができる。一般に、関数ｇは外形をつけられた表面４６のパラメータ化と称される。なぜなら、関数ｇは外形をつけられた表面４６上の各点にパラメータを代入するからである。
【００２７】
理想的には、マッピング関数ｆおよびｇは、外形をつけられた表面４６上の点と基準面４８の点との間に１対１の対応を確立することができる。そうであれば、外形をつけられた表面４６上および基準面４８内のすべての点について、マッピング関数ｇは、外形をつけられた表面４６上の厳密に１つの点を基準面４８の厳密に１つの点に相関させ、逆関数ｆは、基準面４８の厳密に１つの点を外形をつけられた表面４６上の厳密に１つの点に相関させる。
【００２８】
さらに、マッピング関数ｆおよびｇは、理想的にはそれぞれの表面上で連続的であるべきである。これは、外形をつけられた表面４６上の隣接する点が基準面４８の隣接する点に相関されることを意味する。マッピング関数ｆおよびｇが１対１の対応を有し、かつ連続的である場合、外形をつけられた表面４６のすべてのトポロジ関係は、基準面４８へとマッピングされたとき、およびその逆のときに保たれる。最後に、マッピング関数ｆおよびｇは、方法を実用的なコンピュータプログラムで使用することができるように計算するのに効率的であるべきである。
【００２９】
ほぼ平坦であるかまたは微妙に曲げられた表面などの比較的単純な場合、好適なマッピング関数ｆおよびｇは、従来の方法を使用して決定することができる。たとえば、ほぼ平坦な表面では、好適な基準面への垂直の投影の実現は成功している。しかしながら、基準面へのまっすぐな垂直の投影は、より複雑な表面、たとえば、一般に円筒形の表面の場合には十分ではないことがあり得る。なぜなら、結果として生じるマッピング関数ｆおよびｇは１対１の関係を有さないからである。
【００３０】
例として、航空機の胴体の外形をつけられた表面がタールマカダム舗装の路（tarmac）（基準面）へと下方に直接的に投影された場合、胴体の上方および下方の表面上のある点は、地上の単一の点に投影されるであろう。というのは、垂直線は一般に２ヶ所で胴体に貫通するからである。したがって、結果として生じるマッピング関数は、せいぜい２対１である（逆マッピング関数も同様）。したがって、より複雑な表面を１対１の対応を有するマッピング関数に近似するために、異なるタイプの基準表面が使用されなければならない。
【００３１】
この困難に対処するため、テープコース生成機１０は、本当の外形をつけられた表面４６を基準面４８に近似するタスクを２つのモジュールに分けることができる。たとえば、図４に示されるように、基準表面パラメータ化機１６（図１を参照）は、本当の外形をつけられた表面４６を３次元（３−Ｄ）のパラメトリック基準表面５０に近似することができ、基準面インスタンス化機１８（図１を参照）は、基準表面５０を適切な基準面４８に
近似することができる。つまり、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を基準表面５０へとマッピングするため、およびその逆のためにマッピング関数ｇ1およびｆ2を決定することができ、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０を基準面４８へとマッピングするため、およびその逆のためにマッピング関数ｇ2およびｆ1を決定することができる。
【００３２】
したがって、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面のものと比較して、比較的単純な、基準表面の形状を選択することができる。具体的には、基準表面パラメータ化機１６は、幾何学的な外形をできるだけ保持するように外形をつけられた表面４６の一般的な形状に十分に類似であり、かつ容易に規定されるかまたはパラメータ化され得る、もしくは少なくとも合理的に便利に評価され得る、基準表面の形状を選択することができる。たとえば、テープコース生成機１０の一部の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を近似するために、円柱、球、半球または円錐などの、比較的単純な幾何学的表面を選択することができる。他の実施例は、単一のパラメトリック表面に十分に類似しない外形をつけられた表面を近似するためにそのような表面の組合せを使用することができる。
【００３３】
比較的単純な表面の形状を選択することの重要な利点は、結果として生じるマッピング関数ｆおよびｇが比較的容易な、または些細ともいえる計算を必要とし得ることである。したがって、テープコース生成機１０の実施例をサポートするのに必要な計算能力は、一部の代替の分析方法と比較されるように、大きく低減することができる。
【００３４】
テープコース生成機１０の他の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、半球、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面などの、数学的な関数によってモデル化され得るあらゆる好適なパラメトリック表面を選択することができる。一部のトポロジ的に円筒形の表面では、代替の実施例において、基準表面パラメータ化機１６は、たとえば、外形をつけられた表面４６を近似するために曲げられた縦方向の背骨について規定された一定の断面を含む掃引表面（swept surface）を選択することができる。
【００３５】
結果的に、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６の幾何学的外形に基づいて基準表面５０を構成するか、または規定することができる。つまり、基準表面パラメータ化機１６は、図４に示されるように、外形をつけられた表面４６を基準表面５０へとマッピングするマッピングアルゴリズム、または関数ｇ1を展開することができる。同様に、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０を外形をつけられた表面４６へとマッピングする逆マッピングアルゴリズム、または逆関数ｆ2を展開することができる。
【００３６】
一部の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を基準表面５０上に重ね合わせ、かつ基準表面５０に対して垂直な光線を投じるかまたは投影することによって、マッピング関数ｇ1およびｆ2を規定することができる。他の実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０の軸に垂直な光線を投じることができる。たとえば、基準表面５０が円形の断面を備えた円柱または掃引表面である場合、基準表面パラメータ化機１６は、円柱の軸から、または掃引表面の背骨から、基準表面５０へと光線を投影することができる。同様に、球形の基準表面では、基準表面パラメータ化機１６は、球の中心から光線を投影してマッピング関数ｇ1およびｆ2を得ることができる。一般に、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2を導き出すために垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。一部の実施例では、マッピング関数ｆ2は経験的に決定することができ、マッピング関数ｇ1はマッピング関数ｆ2の逆数として規定することができる。
【００３７】
さらにより一般的な表面では、テープコース生成機１０の別の代替の実施例において、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６のサンプリングに基づいて、適切なパラメータドメインを備えた最もよく適合する単一スプライン表面を構成することができる。この実施例では、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面４６を最もよく適合する単一スプライン表面上に重ね合わせ、かつ基準表面５０から垂直光線を投影することによって、マッピング関数ｇ1およびｆ2を規定することができる。しかしながら、光線は内側方向および外側方向の両方で基準表面５０から投影されなければならない。なぜなら、スプラインはある点では基準表面５０の内側にあり、別の点では基準表面の外側にあり得るからである。繰返すが、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2を得るために垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。
【００３８】
しかしながら、基準表面５０から両方の方向に光線を投影するとき、基準表面パラメータ化機１６は、外形をつけられた表面の反対側との光線の外部からの交点も識別することがあり得る。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０と外形をつけられた表面４６との間の最大許容距離に限定しきい値を適用して、それにより外部からの表面の交差点を拒否するように変更することができる。
【００３９】
さらに、基準表面パラメータ化機１６は、基準表面５０への垂直投影が外形をつけられた表面４６と１対１の対応を有すること、およびマッピング関数ｇ1およびｆ2が連続的であること、つまり、マッピング関数ｇ1およびｆ2がそれぞれの表面上で一義的に規定されることを検証することができる。これを実現するため、基準表面５０のすべての点から、または基準表面５０の軸に沿ったすべての点からの垂直光線は、外形をつけられた表面４６の一義的な点に各々交差しなければならない。たとえば、基準表面として航空機の胴体上にほぼ同心円状に重ね合わされた円柱の場合、円柱の軸から投影された垂直光線は、円円柱の軸から投影することのできるすべての他の垂直光線の交点から一義的である単一の点で胴体表面に交差し、１対１のマッピング関数ｇ1およびｆ2が生じる。一般に、基準表面パラメータ化機１６は、マッピング関数ｇ1およびｆ2が１対１の対応を有することができるように、外形をつけられた表面４６に十分に類似する形状を有するために基準表面５０を選択することができる。
【００４０】
場合によっては、基準表面パラメータ化機１６は、１対１の対応を確立するために、マッピング関数ｇ1およびｆ2に調整を行なうことができる。たとえば、外形をつけられた表面４６に対するＣＡＤ表面定義は、共同で複雑な外形をつけられた表面４６を規定する、複数の部分的な表面、何千もの部分的な表面からなり得る。２つの部分的な表面５２、５４を含む表面定義の例が図５に示される。さらに、部分的な表面の一部は、図５の左の部分的な表面５２の上端への右の部分的な表面５４の上端の重なり５６によって示されるように、意図せずに重なることがある。
【００４１】
この場合、たとえば、円筒形の基準表面５０の軸７０から光線６０が投影されたとき、基準表面５０に対して垂直に外向きの方向で基準表面５０上の点６２を通り抜け、光線６０は、部分的な表面５２、５４の両方に交差し得る。たとえば、図５にさらに示されるように、光線６０は左の部分的な表面５２に点６４で交差し、右の部分的な表面に点６６で交差し得る。この場合、マッピング関数ｆ2は１対１の対応を有さない。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、１対１の対応を確立するために、複数の交点６４、６６の加重平均を計算することによって、マッピング関数ｆ2を調整することができる。
【００４２】
他の場合、基準表面パラメータ化機１６は、関数を連続的にするために、マッピング関数ｇ1およびｆ2に調整を行なうことができる。たとえば、外形をつけられた表面４６に対するＣＡＤ表面定義の部分的な表面の一部は、図５の左および右の部分的な表面５２、５
４の下端の間の隙間５８によって示されるような、意図されない隙間によって間隔を空けられ得る。つまり、外形をつけられた表面４６はすべての点で規定されるわけではない。この場合、たとえば、円筒形の基準表面５０の軸７０から光線６８が投影されたとき、基準表面５０に対して垂直な外向きの方向で基準表面５０上の点７２を通り抜け、光線６８は、図５に示されるように部分的な表面５２、５４のうちのどちらかに交差しないことがあり得る。この場合、マッピング関数ｆ2は連続的ではない。したがって、基準表面パラメータ化機１６は、連続関数を導き出すために、近くの表面５２、５４の先端間で内挿することによって、マッピング関数ｆ2を調整することができる。
【００４３】
それにも関わらず、結果として生じる基準表面５０は、外形をつけられた表面４６の分析を基本的な数学的問題へと減じるのに望まれるような、平坦な表面ではない。したがって、上述のように、基準面インスタンス化機１８は、図４に示されるように、基準表面５０を適切な基準面４８に近似し得る。基準表面５０の形状に従って、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０に対応する代表的な２−Ｄ表面、または基準面４８を作るために、基準表面５０を有効に展開し、広げ、または平らにすることができる。たとえば、円筒形の基準表面５０の場合、基準面４８は、基準面４８を円筒形の基準表面５０の周りに有効に巻くことができるように、図４に示されるように、矩形であり得る。他の基準表面の形状では、基準表面５０を正確に表すことのできるあらゆる好適な基準面の形状が基準面４８として選択され得る。
【００４４】
基準表面５０はパラメトリック表面であるように選択され得るため、基準面インスタンス化機１８は、基準表面５０を基準面４８へと相関させるために、従来のパラメトリック数式、または数式のセットを使用することができる。たとえば、図４に示されるように、基準表面５０が円柱であるように選ばれ、かつ基準面４８が矩形の面になるように選ばれた場合、ｆ1は以下の周知の式による従来の円柱座標のマップへと減じることができる。
【００４５】
ｆ1（μ，ν）＝（μ，ｓｉｎ（ν），ｃｏｓ（ν））
したがって、外形をつけられた表面４６を基準面４８に相関させることができるマッピング関数ｆおよびｇは、外形をつけられた表面４６の基準面４８に対する同じ相関関係を結合的に生成することのできる、マッピング関数ｆ1およびｆ2、ならびにｇ1およびｇ2の２つの対によって置換することができるか、またはそれへと分解することができる。たとえば、マッピング関数ｇ1が、まず外形をつけられた表面４６へと適用され、外形をつけられた表面４６を基準面５０に相関させるために、その後マッピング関数ｇ2が基準表面５０に適用され得る。同様に、マッピング関数ｆ1が、まず基準面４８に適用され、基準面５０を外形をつけられた表面４６に相関させるために、その後マッピング関数ｆ2が基準面５０に適用され得る。
【００４６】
さらに、マッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）の各々が１対１の対応を有する場合、定義上、外形を付けられた表面４６と基準面４８との間の全体的なマッピングｆ（またはｇ）も１対１の対応を有する。さらに、マッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）の各々が連続的である場合、定義上、外形をつけられた表面４６と基準面４８との間の全体的なマッピングｆ（またはｇ）も連続的である。
【００４７】
しかしながら、場合によっては、１対１の対応を有するマッピング関数ｆ1およびｆ2（またはｇ1およびｇ2）を規定することができない。たとえば、（周知の、根本的な数学的理由のため）原則的にでも、閉じた球は、１対１の対応を伴って平面の表面にマッピングすることはできない。さらに、円柱または半球を面へとマッピングする場合のように、１対１のマッピングが可能なときでも、この発明の実施例の目的のために望ましいマッピング関数ｆ1およびｇ2は、面全体にわたって１対１の対応を有さないことがあり得る。
【００４８】
したがって、基準表面パラメータ化機１６は基準面５０を選択することができ、基準面インスタンス化機１８は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が１対１の対応を有さないか、または連続的でない特異点または領域を含む基準面４８を選択することができる。具体的には、マッピング関数ｆ1およびｇ2は、図６の円筒形の基準表面５０上のシーム７４および基準面ボーダー７６、７８のような、限られた数の分離された特異点の例外はあるが、基準面４８および基準表面５０のすべての点で連続的であり、かつ１対１の対応を有することができる。
【００４９】
たとえば、特異点は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が１対１の相関関係を有さないように、マッピング関数ｆ1およびｇ2が基準面４８の２つの点、線、または曲線を基準表面５０上の単一の点、線または曲線に相関させる位置を含み得る。具体的な例として、図６に示されるような、円柱座標によって表わされる基準表面５０の場合、基準面４８の上方ボーダー７６および下方ボーダー７８は共に基準表面５０上の単一の線またはシーム７４に相関する。同様に、極の形の特異点は、極または球形の座標系に基づく基準表面５０に特有であり得る。
【００５０】
さらに、マッピング関数ｆ1およびｇ2は、特異点で連続的でないことがあり得る。たとえば、そのうちの１つが円筒形の基準表面５０上のシームの各側にある２つの点８０、８２は、そこへと８０、８２がｇ2によってマッピングされる基準面内４８の対応する点８４、８６は矩形の基準面４８の対向するボーダー７６、７８の近くにあり得るが、任意で互いに近くにあってもよい。
【００５１】
そのような特異点を考慮するため、基準面インスタンス化機１８は、上方および下方の基準面ボーダー７６、７８のような特異点を通って交差する基準面４８内の曲線の部分を有効に分離することができる。たとえば、基準面インスタンス化機１８は、基準面５０で曲線の区分的な定義を作ることができ、曲線部分または断片の大部分は、その上でマッピング関数ｆ1およびｇ2が連続的でありかつ１対１の対応を有する基準面４８の内部に独占的にある。これら曲線部分または断片は、「通常曲線セグメント」と称され得る。さらに、基準面インスタンス化機１８は、曲線が上方ボーダー７６に交差する点９０を、曲線が下方ボーダー７８に交差する点９２へと接続するために、基準面４８で「仮想曲線セグメント」８８を導入することができる。
【００５２】
仮想曲線セグメント８８は、特別なシーム横断マーカの役割を果たすことができ、対応する点９０、９２を相関させる。実際には、２つの点９０、９２は３−Ｄ基準表面上でシーム７４に沿って単一の点９４に対応することができ、仮想曲線セグメント８８は基準表面４６と基準面４８との間でマッピング関数ｆ1およびｇ2において必要な連続性を提供することができる。つまり、仮想曲線セグメント８８は、曲線がシーム７４に交差する点９４に対応する、特異点内に完全にあると考えられ得る抽象的な曲線セグメントである。したがって、基準表面５０上でシーム７４に交差する各曲線は、基準面４８で通常および仮想の曲線セグメントの組合せによって置換することができる。
【００５３】
文字通り理解すると、仮想曲線セグメント８８は、図６に示されるように、円筒形の基準表面５０の周囲の周りの円９６に相関する。しかしながら、慣例により、基準面インスタンス化機１８は、基準面４８の仮想曲線セグメント８８を、仮想曲線セグメント８８の２つの終点（点９０、９２）の、共通のイメージまたは点９４に相関させるために修正することができる。さらに、仮想曲線セグメント８８が基準面５０で作られるとき、基準面インスタンス化機１８は仮想曲線セグメント８８にフラグを立てることができるため、仮想曲線セグメント８８は後に識別することができ、分析中に特別な処理を与えることができる。
【００５４】
一旦２−Ｄの近似、または基準面４８が外形をつけられた表面４６に対して規定されると、テープコース４０、４２（図２を参照）の定義を含む、外形をつけられた表面４６に関するトポロジー分析が基準面４８で実行され得る。後に、テープコース定義を含む分析の結果は、マッピングされて外形をつけられた表面４６へと戻され得る。
【００５５】
図７に示されるように、テープ境界プロッタ２０（図１を参照）は、外形をつけられた表面４６で一時的なテープ境界１００を描くことができる。テープ境界１００は、対応するツール経路１０２に基づき得る。たとえば、テープ境界１００は、ツール経路１０２をたどる中心線を備えた名目上のテープ幅として描くことができる。テープコースは、テープ境界１００と対応する層の境界１０６との交点１０４に基づいて規定することができる。
【００５６】
必要な計算が外形をつけられた表面４６での同等の計算よりはるかに複雑ではなくなり得る、テープコース定義の分析を基準面４８で実行するために、境界マッパー２２（図１を参照）は、マッピング関数ｇ1およびｇ2、または同等の関数ｇを使用して、テープ境界１００および層の境界１０６を基準面４８へとマッピングすることができる。したがって、境界マッパー２２は、境界面４８で２−Ｄイメージ、たとえば、図８に示されるイメージ１０８を作ることができる。イメージ１０８は基準テープ境界１１０および基準層境界１１２を含み得る。
【００５７】
さらに、交点ロケータ２４（図１を参照）は、イメージ１０８を分析して基準テープ境界１１０の基準層境界１１２との基準交点１１４の位置を決定することができる。分析は２−Ｄ基準面で行なうことができるため、基準交点１１４の位置を規定する曲線と曲線との交点の解は、基本の数学的な計算を使用して、正確かつ確実に決定することができる。
【００５８】
さらに、テープコースデリミタ２６（図１を参照）は、基準面４８でフラグをつけられた仮想曲線セグメント８８（図６を参照）を識別することができ、曲線と曲線との交点分析で仮想曲線セグメント８８を含むことはできない。つまり、テープコースデリミタ２６は、通常曲線セグメントのみを使用して、基準テープ境界１１０の基準層境界１１２との基準交点１１４の位置を決定することができる。事実上、仮想曲線セグメント８８は、基準面４８で、曲線または境界の交点についてテストするときに、識別および単に無視することができる。
【００５９】
さらに、テープコースデリミタ２６（図１を参照）は、基準交点１１４の位置および基準テープ境界１１０の内側の基準層境界１１２の部分の定義に基づいて、図９に示されるテープ切断パターン１１６を規定することができる。基準テープ境界１１０の内側の点、または基準層境界１１２の内側の点を識別するため、テープコースデリミタ２６は、点包含分析（point containment analysis）を行なうことができる。つまり、テープコースデリミタ２６は、基準面４８の所与の点が基準面４８の所与の閉じた曲線の内側にあるかどうかを判定することができる。
【００６０】
具体的には、外形をつけられた表面４６上の点は、（マッピング関数ｇ1およびｇ2によって相関される）基準面４８の対応する点が基準面４８上で基準層境界１１２の内側にある場合、およびその場合にのみ、外形をつけられた表面４６（図７を参照）上の層の境界１０６の内側にある。したがって、テープコースデリミタ２６は、外形をつけられた表面４６上ではなく基準面４８での計算によって点包含問題を解くことができる。
【００６１】
一般に、平面領域の点の包含は、表面上で表面上の点から無限大へと光線を作り、かつ対象の光線と閉じられた曲線との交点の数を決定することによって決定することができる。一般に、曲線と閉じた曲線との間の交点の数が奇数の場合、点は閉じた曲線の内側にあ
り、交点の数が偶数の場合、点は閉じた曲線の外側にある。しかしながら、基準面４８の特異点の存在があるため、テープコースデリミタ２６は、この一般的な点包含アルゴリズムの新規の適応を行なうことができる。
【００６２】
テープコースデリミタ２６は、基準表面５０上の閉じた曲線に対応する基準面４８の閉じた基準曲線の内側に点がある場合、最終的に基準面４８の「本当」のボーダー、たとえば、基準表面５０の現実のボーダーに対応する基準面ボーダーに交差する方向で、基準面４８内の点から基準面４８で光線を投じることができる。一旦適切な方向で光線が投じられると、テープコースデリミタ２６は、それが基準表面境界に到達する前に光線と閉じた曲線との間の交点の数を決定することができる。
【００６３】
例として、図６の円筒形の基準表面５０の場合、光線は基準面４８で垂直方向で投じることはできない。なぜなら、これは誤った結果をもたらし得るからである。たとえば、閉じた基準曲線１２６の内側の点１２４から光線が上方に投じられた場合、点１２４は閉じた基準曲線１２６の内側にあるが、光線は上方ボーダー７６に到達する前に閉じた基準曲線１２６とのゼロの交点を有する。同様に、光線が点１２４から下方に投じられた場合、点１２４は閉じた曲線１２６の内側にあるが、光線は下方ボーダー７８に到達する前に閉じた曲線１２６と２回交差する。
【００６４】
同様の理由で、図６の円筒形の基準表面５０の場合、閉じた基準曲線１２６の外側であるが閉じた基準曲線１２６と垂直に整列する点１２８から光線が上方に投じられた場合、点１２８は閉じた基準曲線１２６の外側にあるが、光線は上方ボーダー７６に到達する前に閉じた基準曲線１２６と１つの交点を有する。同様に、光線が点１２８から下方に投じられた場合、点１２４は閉じた曲線１２６の内側にあるが、光線は下方ボーダー７８に到達する前に閉じた曲線１２６と一度だけ交差する。
【００６５】
したがって、たとえば、円筒形の基準表面の場合、光線は、基準表面５０の軸に平行な真っ直ぐな線であるか、または基準面４８内の水平な真っ直ぐな線であり得る。なぜなら、線は最終的に本当のボーダーに到達しなければならないからである。同様に、掃引基準表面の場合、光線は、基準表面５０の軸に平行に走る線であり得る。しかしながら、異なる基準表面の形状の場合、対象の点が基準表面５０上の閉じた曲線に対応する基準面４８内の閉じた基準曲線の内側にある場合、光線は基準面４８の本当のボーダーに最終的に交差する光線になるあらゆる方向で投じることができる。
【００６６】
さらに、テープコースデリミタ２６は、テープ切断パターン１１６および隣接する基準交点１１４間の基準テープ境界１１０の部分のような、テープエッジ定義を含む、図９に示される基準テープコース１１８を規定するか、またはその境界を定めることができる。さらに、テープコースデリミタ２６は、基準面４８においてイメージ１０８の点包含分析を行なって、テープエッジ定義を含む点を含む、基準テープコース１１８に対応する基準面４８内の点のすべて、およびテープエッジ定義によって囲まれる領域内にあるすべての点を決定することができる。
【００６７】
したがって、テープコースデリミタ２６は、テープ切断パターン１１６に従って領域が切取られた、基準テープ境界１１０に関する基準テープコース１１８を都合よく規定することができる。テープ切断パターン１１６は、たとえば、テープコース１１８の端部を規定する「終端切断」１２０、テープコース１１８の１つの側の「ノッチ切断」１２２、または「部分的な幅の切断」（「全体的でない幅の切断」でもあり、これは図に示されない）を表わすことができる。
【００６８】
さらに、層の境界３６、３８（図２を参照）の内側のテープコースのセットに対する点
包含の決定／は、テープコースを形成するテープの層の厚みを考慮するためのオフセットを含むように層の境界３６、３８内で外形をつけられた４６の部分を更新するのを容易にするために、複合部品プログラミング中に有用であり得る。つまり、層の境界３６、３８の内側のすべての点は、外形をつけられた表面４６に対して垂直な方向で外側に動かすことができる。したがって、複合部品プログラムは、外形をつけられた表面４６上に適用されるべき次の層、または層のシーケンスを規定することができる。同様に、点の包含は、たとえば、外形をつけられた表面４６で曲線を追跡するときに層の領域を出たときを認識するために、付加的な複合部品プログラムアルゴリズムで使用可能である。
【００６９】
基準テープコース１１８が規定された後、テープコーストランスフォーマ２７（図１を参照）は、基準テープコースを変形するかまたはマッピングして外形をつけられた表面４６へと戻すことができる。この変形は、たとえば、マッピング関数ｆを使用して、または同等に、マッピング関数ｆ1およびｆ2を使用して実現することができる。結果として生じるテープコースのデータは、複合部品を製造するために複合材料適用機械で実行され得るＣＮＣ部品プログラムを生成するために使用可能である。
【００７０】
図１０は、テープコース定義を生成するために行なわれ得るステップのシーケンスを示すフローチャートである。プロセスは、ステップ番号１３０、「表面をパラメータ化する」へと進むことによって始めることができ、ここでテープコース生成機は、複合部品定義と関連付けられた製造ツール表面定義および複数の複合層定義、ならびに製造ツール表面上で規定された機械から独立したツール経路のセットを受取ることができる。テープコース生成機は、たとえば、図１１のフローチャートに示されるステップのシーケンスに従って、製造ツール表面定義をパラメータ化することができる。
【００７１】
図１１は、製造ツール表面をパラメータ化するために行なわれ得る詳細なステップのシーケンスを示すフローチャートである。ステップ１３２、「基準表面を選択する」では、テープコース生成機は、製造ツールの外形をつけられた表面の一般的な形状に実質的に類似した比較的単純な３−Ｄの基準表面の形状を選択することができる。たとえば、上述のように、テープコース生成機は比較的単純な幾何学的表面を選択することができる。具体的な例として、テープコース生成機は、航空機の複合胴体セクションに対して製造ツールを近似するために円柱を選択することができる。
【００７２】
プロセスは、次にステップ１３４、「垂直光線を投影する」へと続き、ここでテープコース生成機は、外形をつけられた表面または製造ツール表面を基準表面に重ね合わせ、基準表面に対して垂直であるかまたは基準表面の軸に対して垂直な光線を投じるかまたは投影することができる。たとえば、上述のように、基準表面が円形の断面を備えた円柱または掃引表面である場合、テープコース生成機は、円柱の軸から、または掃引表面の背骨から、基準表面へと光線を投影することができる。
【００７３】
次に、ステップ１３６、「表面を基準表面へとマッピングする」では、テープコース生成機は、基準表面を外形をつけられた表面へとマッピングするマッピング関数ｆ2を規定することができる。たとえば、上述のように、テープコース生成機は、測定された距離に基づいて基準表面を外形をつけられた表面へとマッピングする、マッピング関数ｆ2を導き出すために、垂直光線の各々が基準表面５０および外形をつけられた表面４６に交差する相関された点を識別することができる。上述のように、テープコース生成機は、外形をつけられた表面を基準表面へとマッピングするために、マッピング関数ｆ2の逆数として、マッピング関数ｇ1を規定することができる。
【００７４】
次に、ステップ１３８、「隙間を内挿する」では、テープコース生成機は、製造ツール表面を規定する部分的な表面間に意図されない隙間が存在する領域で部分的な表面の端部
間で内挿することによって、結果として生じるマッピング関数ｇ1およびｆ2が連続的であるようにするためにマッピング関数ｆ2を調整することができる。同様に、基準表面が外形をつけられた表面と１対１の対応を有するように、つまり、マッピング関数ｇ1およびｆ2がそれぞれの表面で一義的に規定されるように、ステップ１４０、「重なりを明確にする」では、テープコース生成機は、製造ツール表面を規定する部分的な表面の意図されない重なりが存在する領域で、投じられた光線の複数の部分的な表面との複数の交点の加重平均を計算することによって、マッピング関数関数ｆ2を調整することができる。
【００７５】
次にステップ１４２、「基準面を選択する」では、テープコース生成機は、基準表面に対応する基準面を作るために、基準表面を有効に展開し、広げまたは平らにすることができる。たとえば、円筒形の基準表面の場合、上述のように、テープコース生成機は、円筒形の基準表面に有効に巻付けることができる矩形の基準面を選択することができる。
【００７６】
テープコース生成機は、ステップ１４４、「基準表面を基準面へとマッピングする」で、基準面を基準表面へとマッピングするために、従来のパラメトリック数式または数式のセットを適用することができる。さらに、上述のように、テープコース生成機は、基準表面を基準面へとマッピングするために、マッピング関数ｆ1の逆数として、マッピング関数ｇ2を規定することができる。
【００７７】
上述のように、基準面は、マッピング関数ｆ1およびｇ2が基準面４８内の２つの点、線または曲線を、基準表面上の単一の点、線または曲線に相関させる位置、または円筒形の基準表面上のシームの各側の２つの点が矩形の基準面の対向するボーダーの近くにあり得る位置のような、特異点を備えた領域を含み得る。したがって、テープコース生成機は、面内の曲線が面の上方ボーダーに交差する点を、曲線が下方ボーダーに交差する点と接続するために、ステップ１４６、「仮想曲線を規定する／フラグを立てる」において、基準面で「仮想曲線セグメント」を後に導入することができる。上述のように、仮想曲線セグメントは、特別なシーム横断マーカの役割を果たすことができる。
【００７８】
一旦ステップ１３０で製造ツール表面がパラメータ化されると、図１０に戻って、テープコース生成機は、ステップ１４８、「テープ境界を描く」で、対応するツール経路に基づいて、外形をつけられた表面で一時的なテープ境界を描くことができる。次に、ステップ１５０、「境界をマッピングする」では、テープコース生成機は、マッピング関数ｇ1およびｇ2を使用して、テープ境界および層の境界（複合層規定で受取られた）を基準面へとマッピングすることができる。
【００７９】
次に、ステップ１５２、「交点を探す」では、上述のように、テープコース生成機は、結果として生じる基準テープ境界と結果として生じる基準層境界との基準交点の位置を決定することができる。しかしながら、上述のように、テープコース生成機は、曲線と曲線との交点の分析においてフラグを立てられた仮想曲線セグメントを無視することができる。続いて、ステップ１５４、「切断を規定する」では、テープコース生成機は、基準交点の位置に基づいてテープ切断パターンを規定することができ、次にステップ１５６、「テープコースの境界を定める」でテープコースの境界を定め、たとえば、テープ切断パターンに従って領域が切取られている対応する基準テープ境界に関して、テープエッジを規定する。このステップ中、上述のように、テープコース生成機は、テープコースを形成するすべての点を識別するために点包含分析をさらに行なうことができる。
【００８０】
さらに、ステップ１５８、「ツールヘッドの位置を特定する」では、テープ端部切断位置と関連して、テープコース生成機は、そこから複合材料適用ヘッドがテープコースに近づく方向のテープコース端部における複合材料適用のヘッドアップ位置、および反対のテープコース端部におけるヘッドダウン位置のような、一連の複合材料適用ヘッド作動要件
を特定することができる。
【００８１】
その後、ステップ１６０、「テープコースを変形する」では、テープコース生成機は、たとえば、マッピング関数ｆ1をおよびｆ2を使用して、基準テープコースを変形またはマッピングして外形をつけられた表面へと戻すことができる。結果として生じるテープコースのデータは、複合部品を製造するために複合材料適用機械で実行することのできるＣＮＣ部品プログラムを生成するために使用可能である。
【００８２】
図１、図１０および図１１は、この発明のさまざまな実施例による、方法、装置およびコンピュータプログラムプロダクトのブロック図およびフローチャートである。ブロック図、フローチャートおよび制御フロー図の各ブロックまたはステップ、およびブロック図のブロック、フローチャートおよび制御フロー図の組合せは、コンピュータプログラムの命令または他の手段によって実現することができる。コンピュータプログラムの命令が論じられるが、この発明による装置は、開示された機能を行なうため、１つまたは複数のプロセッサもしくはコントローラを含む、ハードウェアまたはハードウェアとソフトウェアとの何らかの組合せのような他の手段を含み得る。
【００８３】
この点で、図１は、この発明の実施例を実現可能な汎用コンピュータの主な構成要素のいくつかを含む一実施例の装置を示す。当業者は、コンピュータは図１に示されるものより多くの構成要素を含み得ることを理解するであろう。しかしながら、この発明を実行するための例示的な実施例を開示するために、これら一般的な従来の構成要素のすべてを示す必要はない。汎用コンピュータは処理ユニット１２およびシステムメモリ１４を含み、これはランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および読取専用メモリ（ＲＯＭ）を含んでもよい。コンピュータは、付加的なデータを記憶することのできるハードディスクドライブなどの不揮発性記憶メモリを含んでもよい。
【００８４】
この発明の実施例は、マウス、キーボード、モニタ等のような、１つまたは複数の入力または出力の装置２８も含んでもよい。ユーザが特定のオペレーションを要求することができるように、テキストおよびグラフィカルデータを見るためのディスプレイ、ならびにユーザインターフェイスを設けてもよい。さらに、この発明の実施例は、ネットワークインターフェイスを介して１つまたは複数の遠隔コンピュータに接続されてもよい。接続は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）上であってもよく、そのような接続に必要な回路のすべて含んでもよい。この発明の一実施例では、ドキュメントの集まりはインターネット上で受取られたドキュメントを含む。ローカルドキュメントの集まりを含む、すなわち、１つのコンピュータ上のすべてのドキュメント、ネットワーク環境においてサーバまたはクライアントに記憶されたドキュメント等を含む、他の実施例も可能である。
【００８５】
典型的には、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械で実行する命令が、ブロック図、概略図またはフローチャートで特定された機能を実現するための手段を作るように、コンピュータプログラムの命令は、特化された機械を生成するためにコンピュータまたは他の汎用プログラム可能機械にロードされ得る。そのようなコンピュータプログラムの命令は、コンピュータ読取可能媒体に記憶された命令がブロック図、概略図またはフローチャートで特定された機能を実行する命令手段を含む製造物を生成するように、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械にロードされたときに機械に特定の態様で機能するように指示することのできるコンピュータ読取可能な媒体に記憶されてもよい。
【００８６】
さらに、コンピュータまたは他のプログラム可能な機械で実行する命令がブロック図、概略図、フローチャートのブロックまたはステップで特定された機能を実現するためのステップを提供するように、コンピュータプログラムの命令は、コンピュータで実現される
プロセスを生成するためにコンピュータまたは他のプログラム可能な機械によって一連の動作ステップが行なわれるようにコンピュータまたは他のプログラム可能機械にロードされ得る。
【００８７】
したがって、ブロック図、フローチャートまたは制御フロー図のブロックまたはステップは、特定された機能を行なうための手段の組合せ、特定された機能を行なうためのステップの組合せ、および特定されたステップを行なうためのプログラム命令手段をサポートする。ブロック図、概略図またはフローチャートの各ブロックまたはステップ、およびブロックまたはステップの組合せは、特定された機能またはステップを行う、専用のハードウェアに基づくコンピュータシステム、または専用のハードウェアおよびコンピュータの命令の組合せによって実現可能であることが理解される。
【００８８】
例示のみのために提供される例として、サーチエンジンアプリケーションのデータ入力ソフトウェアツールは、１つまたは複数のサーチ用語を含む照会を受取るための代表的な手段であり得る。アプリケーションの同様のソフトウェアツール、またはこの発明の実施例の実現例は、特定された機能を行なうための手段であり得る。たとえば、この発明の実施例は、マウス、キーボード、タッチスクリーンディスプレイ、スキャナ等のようなユーザに制御される入力装置と処理要素をインターフェイスで連結するためのコンピュータソフトウェアを含み得る。同様に、この発明の実施例の出力は、たとえば、ディスプレイソフトウェア、ビデオカードハードウェア、およびディスプレイハードウェアの組合せを含んでもよい。処理要素は、たとえば、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、算術論理演算装置（ＡＬＵ）または制御ユニットのようなコントローラまたはマイクロプロセッサを含んでもよい。
【００８９】
この発明の多くの特徴および利点は詳細な明細書から明らかであり、したがって、発明の真の精神および範囲内にあるこの発明のすべてのそのような特徴および利点を含むことが特許請求の範囲によって意図される。さらに、多くの変形および変更が当業者には容易に思い浮かぶため、この発明を図示および説明されたまさにその構成およびオペレーションに制限することは望まれず、したがって、すべての好適な変形および均等物はこの発明の範囲内にあるものと見なされる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の実施例の機能を実行するために好適なタイプのテープコース生成機を示すブロック図である。
【図２】この発明の好ましい実施例によって規定され得るテープコースを示す大型の一般的に円筒形の複合部品の斜視図である。
【図３】外形をつけられた表面と基準面との間のマッピング関数を表す図である。
【図４】外形をつけられた表面、基準表面および基準面の間のマッピング関数を表す図である。
【図５】基準表面上に重ね合わされた２つの部分的な表面を含む外形をつけられた表面の断面図である。
【図６】外形をつけられた表面および特異点を含む基準面の間のマッピング関数を表す図である。
【図７】ツール経路に沿って複合層境界および複合テープ境界を示す大型の一般的に円筒形の複合部品を示す斜視図である。
【図８】基準面上の層の境界およびテープ境界のイメージを表す図である。
【図９】基準面上のテープコースのイメージを表す図である。
【図１０】方法またはプロセスの一実施例によるテープコースを生成するために従われ得るステップを示すフローチャートである。
【図１１】方法図１０で表面をパラメータ化するために従われ得るステップを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１０ テープコース生成機、１２ プロセッサ、１４ メモリ、１６ 基準表面パラメータ化機、１８ 基準面インスタンス化機、２０ テープ境界プロッタ、２２ 境界マッパー、２４ 交点ロケータ、２６ テープコースデリミタ、２７ テープコーストランスフォーマ、４６ 外形をつけられた表面、４８ 基準面、５０ 基準表面、１００ テープ境界、１０２ ツール経路、１０６ 層の境界、１１０ 基準テープ境界、１１２ 基準層境界。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するコンピュータで実現される方法であって、
外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、
層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、
テープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップと、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップとを含む、コンピュータで実現される方法。
【請求項２】
前記外形をつけられた表面を近似するために三次元の基準表面を選択するステップと、
第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために第１の関数を規定するステップと、
前記基準表面を近似するために前記基準面を選択するステップと、
前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するステップとをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項３】
前記外形をつけられた表面上の前記第１の点を前記基準面の前記基準点に相関させるために前記第１の関数および前記第２の関数に基づいて基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項４】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項５】
前記第１の関数を規定するステップは、
内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点と前記外形をつけられた表面上の第３の点との間で内挿するステップと、
前記第２の関数を使用して、前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるステップとをさらに含み、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項４に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項６】
前記第１の関数を規定するステップは前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立するステップを含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項７】
前記第１の関数を規定するステップは前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項６に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項８】
前記第１の点を明確にするステップは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算するステップを含む、請求項７に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項９】
前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定するステップと、
前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前
記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するステップをさらに含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１０】
前記基準面の前記基準点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第１の逆関数および前記第２の逆関数に基づいて逆基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項９に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１１】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１２】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１３】
前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するステップをさらに含み、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１４】
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１５】
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するステップをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１６】
前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１７】
前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１８】
前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１９】
前記基準面内の基準点から予め定められた方向で光線を投じるステップをさらに含み、前記予め定められた方向は、前記光線が前記基準表面上のシームに相関しない前記基準面の本当のボーダーに交差するようにし、前記方法はさらに、
前記基準面で前記光線と閉じた曲線との交点の数を定量化するステップと、
前記交点の数に基づいて前記基準点が前記閉じた曲線内に含まれるかどうかを判定するステップとを含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項２０】
予め定められたオペレーションを行なうためにプロセッサによって実行されるように構成された命令でコード化されたコンピュータ読取可能媒体を含む、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのコンピュータプログラムプロダクトであって、
外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、
層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準層境界へとマッピングする
ステップと、
テープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップと、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップとを含む、コンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２１】
前記予め定められたオペレーションは、
前記外形をつけられた表面を近似するために三次元の基準表面を選択するステップと、
第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために第１の関数を規定するステップと、
前記基準表面を近似するために前記基準面を選択するステップと、
前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するステップとをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２２】
前記予め定められたオペレーションは、前記外形をつけられた表面上の前記第１の点を前記基準面の前記基準点に相関させるために前記第１の関数および前記第２の関数に基づいて基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２３】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２４】
前記第１の関数を規定する前記予め定められたオペレーションは、
内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点の間で内挿するステップと、
前記第２の関数を使用して、前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるステップとをさらに含み、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項２３に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２５】
前記第１の関数を規定するステップは前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立するステップを含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２６】
前記第１の関数を規定する前記予め定められたオペレーションは前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項２５に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２７】
前記第１の点を明確にする前記予め定められたオペレーションは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算するステップを含む、請求項２６に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２８】
前記予め定められたオペレーションは、
前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定するステップと、
前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するステップとをさらに含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２９】
前記予め定められたオペレーションは前記基準面の前記基準点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第１の逆関数および前記第２の逆関数に基づいて逆基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２８に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３０】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３１】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項３０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３２】
前記予め定められたオペレーションは前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するステップをさらに含み、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３３】
前記予め定められたオペレーションは、
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項３２に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３４】
前記予め定められたオペレーションは、
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項３２に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３５】
前記予め定められたオペレーションは前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３６】
前記予め定められたオペレーションは前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３７】
前記予め定められたオペレーションは前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３８】
複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのテープコース生成機であって、
外形をつけられた表面を基準表面に近似し、層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の中間層境界へとマッピングし、かつテープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の中間テープ境界へとマッピングするように構成される基準表面パラメータ化機と、
前記基準表面を前記基準面に近似し、前記中間層境界を前記基準面の基準層境界へとマッピングし、かつ前記中間テープ境界を前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするように構成される基準面インスタンス化機と、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するように構成されるテープコースデリミタとを含む、テープコース生成機。
【請求項３９】
前記基準表面パラメータ化機は、第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために前記外形をつけられた表面を近似しかつ第１の関数を規定するように三次元の基準表面を選択するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４０】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４１】
前記基準表面パラメータ化機は、内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点と前記外形をつけられた表面上の第３の点との間で内挿し、かつ前記第２の関数を使用して前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるようにさらに構成され、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項４０に記載のテープコース生成機。
【請求項４２】
前記第１の関数は前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立する、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４３】
前記基準表面パラメータ化機はさらに構成され、前記第１の関数を規定するステップは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算することによって前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項４２に記載のテープコース生成機。
【請求項４４】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準表面を近似するために前記基準面を選択し、かつ前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するようにさらに構成される、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４５】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定し、かつ前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するようにさらに構成される、請求項４４に記載のテープコース生成機。
【請求項４６】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４７】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項４６に記載のテープコース生成機。
【請求項４８】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するようにさらに構成され、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４９】
前記基準面インスタンス化機は、前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立て、かつ対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するようにさらに構成される、請求項４８に記載のテープコース生成機。
【請求項５０】
前記基準面インスタンス化機は、前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立て、かつ前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するようにさらに構成される、請求項４８に記載のテープコース生成機。
【請求項５１】
前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するように構成される交点ロケータをさらに含む、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５２】
前記テープコースデリミタは、前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５３】
前記テープコースデリミタは、前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５４】
前記テープコースデリミタは、予め定められた方向で前記基準面の基準点から光線を投じ、前記基準面で前記光線と閉じた曲線との交点の数を定量化し、かつ前記交点の数に基づいて前記基準点が前記閉じた曲線内に含まれるかどうかを判定するようにさらに構成され、前記予め定められた方向は、前記基準表面上のシームに相関しない前記基準面の本当のボーダーに光線が交差するようにする、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項１】
複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するコンピュータで実現される方法であって、
外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、
層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準層境界へとマッピングするステップと、
テープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップと、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップとを含む、コンピュータで実現される方法。
【請求項２】
前記外形をつけられた表面を近似するために三次元の基準表面を選択するステップと、
第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために第１の関数を規定するステップと、
前記基準表面を近似するために前記基準面を選択するステップと、
前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するステップとをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項３】
前記外形をつけられた表面上の前記第１の点を前記基準面の前記基準点に相関させるために前記第１の関数および前記第２の関数に基づいて基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項４】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項５】
前記第１の関数を規定するステップは、
内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点と前記外形をつけられた表面上の第３の点との間で内挿するステップと、
前記第２の関数を使用して、前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるステップとをさらに含み、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項４に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項６】
前記第１の関数を規定するステップは前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立するステップを含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項７】
前記第１の関数を規定するステップは前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項６に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項８】
前記第１の点を明確にするステップは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算するステップを含む、請求項７に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項９】
前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定するステップと、
前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前
記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するステップをさらに含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１０】
前記基準面の前記基準点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第１の逆関数および前記第２の逆関数に基づいて逆基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項９に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１１】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１２】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項１１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１３】
前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するステップをさらに含み、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項２に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１４】
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１５】
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するステップをさらに含む、請求項１３に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１６】
前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１７】
前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１８】
前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するステップをさらに含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項１９】
前記基準面内の基準点から予め定められた方向で光線を投じるステップをさらに含み、前記予め定められた方向は、前記光線が前記基準表面上のシームに相関しない前記基準面の本当のボーダーに交差するようにし、前記方法はさらに、
前記基準面で前記光線と閉じた曲線との交点の数を定量化するステップと、
前記交点の数に基づいて前記基準点が前記閉じた曲線内に含まれるかどうかを判定するステップとを含む、請求項１に記載のコンピュータで実現される方法。
【請求項２０】
予め定められたオペレーションを行なうためにプロセッサによって実行されるように構成された命令でコード化されたコンピュータ読取可能媒体を含む、複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのコンピュータプログラムプロダクトであって、
外形をつけられた表面を基準面に近似するステップと、
層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準層境界へとマッピングする
ステップと、
テープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするステップと、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するステップとを含む、コンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２１】
前記予め定められたオペレーションは、
前記外形をつけられた表面を近似するために三次元の基準表面を選択するステップと、
第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために第１の関数を規定するステップと、
前記基準表面を近似するために前記基準面を選択するステップと、
前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するステップとをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２２】
前記予め定められたオペレーションは、前記外形をつけられた表面上の前記第１の点を前記基準面の前記基準点に相関させるために前記第１の関数および前記第２の関数に基づいて基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２３】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２４】
前記第１の関数を規定する前記予め定められたオペレーションは、
内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点の間で内挿するステップと、
前記第２の関数を使用して、前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるステップとをさらに含み、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項２３に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２５】
前記第１の関数を規定するステップは前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立するステップを含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２６】
前記第１の関数を規定する前記予め定められたオペレーションは前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項２５に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２７】
前記第１の点を明確にする前記予め定められたオペレーションは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算するステップを含む、請求項２６に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２８】
前記予め定められたオペレーションは、
前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定するステップと、
前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するステップとをさらに含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項２９】
前記予め定められたオペレーションは前記基準面の前記基準点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第１の逆関数および前記第２の逆関数に基づいて逆基準関数を規定するステップをさらに含む、請求項２８に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３０】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３１】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項３０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３２】
前記予め定められたオペレーションは前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するステップをさらに含み、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項２１に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３３】
前記予め定められたオペレーションは、
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項３２に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３４】
前記予め定められたオペレーションは、
前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立てるステップと、
前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するステップとをさらに含む、請求項３２に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３５】
前記予め定められたオペレーションは前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３６】
前記予め定められたオペレーションは前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３７】
前記予め定められたオペレーションは前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するステップをさらに含む、請求項２０に記載のコンピュータプログラムプロダクト。
【請求項３８】
複合部品層の少なくとも一部分を形成するために複合テープコースを規定するためのテープコース生成機であって、
外形をつけられた表面を基準表面に近似し、層の境界を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の中間層境界へとマッピングし、かつテープ境界を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の中間テープ境界へとマッピングするように構成される基準表面パラメータ化機と、
前記基準表面を前記基準面に近似し、前記中間層境界を前記基準面の基準層境界へとマッピングし、かつ前記中間テープ境界を前記基準面の基準テープ境界へとマッピングするように構成される基準面インスタンス化機と、
前記基準層境界と前記基準テープ境界との基準交点に少なくとも部分的に基づいてテープエッジを規定するように構成されるテープコースデリミタとを含む、テープコース生成機。
【請求項３９】
前記基準表面パラメータ化機は、第１の点を前記外形をつけられた表面から前記基準表面上の第１の中間点に相関させるために前記外形をつけられた表面を近似しかつ第１の関数を規定するように三次元の基準表面を選択するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４０】
前記第１の関数は前記基準表面上で連続的であるように規定され、前記第２の関数は前記基準面の１つまたは複数のボーダーを除いて前記基準面上で連続的であるように規定される、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４１】
前記基準表面パラメータ化機は、内挿された点を規定するために少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点と前記外形をつけられた表面上の第３の点との間で内挿し、かつ前記第２の関数を使用して前記内挿された点を前記基準表面上の第２の中間点に相関させるようにさらに構成され、前記外形をつけられた表面は前記第２の点と前記第３の点との間では規定されない、請求項４０に記載のテープコース生成機。
【請求項４２】
前記第１の関数は前記外形をつけられた表面と前記基準表面との間で１対１の対応を確立する、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４３】
前記基準表面パラメータ化機はさらに構成され、前記第１の関数を規定するステップは前記第２の点および前記第３の点に少なくとも部分的に基づいて加重平均を計算することによって前記第１の点を明確にするステップをさらに含み、前記第１の関数はさもなければ少なくとも前記外形をつけられた表面上の第２の点および前記外形をつけられた表面上の第３の点を前記第１の中間点に相関させる、請求項４２に記載のテープコース生成機。
【請求項４４】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準表面を近似するために前記基準面を選択し、かつ前記第１の中間点を前記基準面の基準点に相関させるために第２の関数を規定するようにさらに構成される、請求項３９に記載のテープコース生成機。
【請求項４５】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準点を前記第１の中間点に相関させるために前記第１の関数に基づいて第１の逆関数を規定し、かつ前記第１の中間点を前記外形をつけられた表面上の前記第１の点に相関させるために前記第２の関数に基づいて第２の逆関数を規定するようにさらに構成される、請求項４４に記載のテープコース生成機。
【請求項４６】
前記基準表面は少なくとも１つのパラメトリック表面を含む、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４７】
前記パラメトリック表面は、円柱、球、半球、円錐、多面体、トーラス、回転楕円体、楕円、放物面、双曲面、掃引表面および一般的なスプライン表面から選択された少なくとも１つを含む、請求項４６に記載のテープコース生成機。
【請求項４８】
前記基準面インスタンス化機は、前記基準面の第１の対応するボーダー上の第１の基準境界点を前記基準面の第２の対応するボーダー上の第２の基準境界点に接続する仮想曲線を規定するようにさらに構成され、前記第１および第２の対応するボーダーは共に前記基準表面上のシームに相関し、前記第１および第２の基準境界点は共に前記シーム上の単一の中間境界点に相関する、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項４９】
前記基準面インスタンス化機は、前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立て、かつ対応する基準境界を描くときに前記仮想曲線を無視するようにさらに構成される、請求項４８に記載のテープコース生成機。
【請求項５０】
前記基準面インスタンス化機は、前記仮想曲線を識別するために前記仮想曲線にフラグを立て、かつ前記基準面で対応する基準境界と線との交点についてテストするときに前記仮想曲線を無視するようにさらに構成される、請求項４８に記載のテープコース生成機。
【請求項５１】
前記基準層境界と前記基準テープ境界との交点の位置を決定するように構成される交点ロケータをさらに含む、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５２】
前記テープコースデリミタは、前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいてテープ切断を規定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５３】
前記テープコースデリミタは、前記規定されたテープエッジに少なくとも部分的に基づいて複合材料適用ヘッド作動位置を規定するようにさらに構成される、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【請求項５４】
前記テープコースデリミタは、予め定められた方向で前記基準面の基準点から光線を投じ、前記基準面で前記光線と閉じた曲線との交点の数を定量化し、かつ前記交点の数に基づいて前記基準点が前記閉じた曲線内に含まれるかどうかを判定するようにさらに構成され、前記予め定められた方向は、前記基準表面上のシームに相関しない前記基準面の本当のボーダーに光線が交差するようにする、請求項３８に記載のテープコース生成機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−１８５９４７（Ｐ２００７−１８５９４７Ａ）
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００６−３０３１９４（Ｐ２００６−３０３１９４）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月２６日（２００７．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０３１９４（Ｐ２００６−３０３１９４）
【出願日】平成１８年１１月８日（２００６．１１．８）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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