複合材部品の補修加工における加工ヘッドの事前位置決めのための三角測量式レーザ変位センサ

複合材補修加工における事前位置決め測定

繊維強化複合材（FRP/CFRP）の部品は、軽量で堅牢な特性から、航空機や自動車の構造部材として広く活用されています。これらの部品の補修は従来、人手作業で行われてきましたが、移動式の5軸CNCミーリング装置による方法も用いられています。

本ユースケースで紹介するのは、この補修装置の加工ヘッドと部品表面との距離を、加工開始前にリアルタイムで把握するための非接触距離測定です。損傷箇所は部品のどこにでも発生しうるため、補修プロセスを開始する前に部品表面の位置を正確に取得する必要があります。

三角測量式レーザ変位センサで加工ヘッドと部品表面との距離を測定し、その情報を装置の制御系に渡すことで、加工ヘッドの事前位置決めが行われます。続いて別途のレーザスキャナが部品表面の3D形状を取得し、これらのデータをもとに補修加工プログラムが生成されます。

複合材部品の補修加工における課題

繊維強化複合材は、繊維を樹脂で積層した構造を持つため、損傷部の補修には繊維層を傷めない繊細な加工が求められます。塗装の有無や経年による表面状態の差も大きく、補修現場では多様な表面性状の部品に対して、自動化された非接触での表面測定が必要となります。

層単位での除去が必要な補修作業

補修作業では、損傷した領域を積層構造に沿って一層ずつ除去していく必要があります。繊維の割れや層間剥離（デラミネーション）を引き起こさずに損傷部だけを取り除くには、加工ヘッドの位置を高い精度で制御することが求められます。

加工開始前の部品表面距離の把握

損傷箇所は部品上のどこにでも発生する可能性があるため、加工ヘッドの動作を開始する前に、加工ヘッドと部品表面との距離を把握する必要があります。距離情報なしに加工に進めば、加工ヘッドと部品との衝突を招くおそれがあるため、補修プロセスの起点として事前の距離測定が不可欠です。

三角測量式レーザ変位センサ optoNCDTシリーズによる解決

広い測定範囲による安全な事前位置決め

事前位置決めの段階では、加工ヘッドと部品表面との実際の距離が不明であるため、広い測定範囲を確保できるセンサが求められます。本用途では、測定範囲200mmに対応する型番（ILD1302-200）が活用されており、加工ヘッドが部品に接近する前段階で表面までの距離を非接触で取得します。

コントローラ内蔵によるコンパクト設計

optoNCDTシリーズはコントローラを本体に内蔵したコンパクトな設計が特長で、外部コントローラを必要としません。移動式の補修装置は加工現場まで運搬されて使用されるため、装置側のスペースや配線の制約は大きく、コンパクト設計はこのような移動式装置への組込みに適しています。

アナログ／デジタル両出力に対応

optoNCDTシリーズは、アナログ出力とデジタル出力の両方を備え、装置メーカー独自のソフトウェアや制御系にセンサ信号を直接統合できます。本ユースケースでは、センサが補修装置の制御系に直接組み込まれ、距離信号がリアルタイムに装置側へ渡される構成となっています。

optoNCDTシリーズ活用による期待効果

optoNCDTシリーズを複合材部品の補修加工における事前位置決め測定に活用することで、以下の効果が期待できます。

補修ラインへの組込みの容易化

コントローラ内蔵のコンパクト設計と、アナログ／デジタル両出力に対応するインターフェースにより、装置メーカー独自の補修装置に距離測定機能を組み込みやすくなります。装置内のスペースや配線の制約が小さい状況でも、センサの追加によって距離測定機能を確保しやすくなることが期待できます。

制御系への統合による補修自動化

センサ信号を装置の制御系にダイレクトに統合できるため、距離測定から加工ヘッド位置決めまでの工程をソフトウェア上で連続的に扱えます。後段の3D形状取得と組み合わせることで、補修加工プログラムの生成までを一連の自動処理として構築しやすくなり、補修ラインの自動化が見込まれます。

単一メーカーからのセンサ技術調達

事前位置決め用の距離測定センサと、3D形状取得用のレーザスキャナを同じメーカーの製品で揃えることで、センサ間の仕様整合や調達・保守の窓口が一本化されます。これにより、装置メーカー側でのセンサ技術の取り扱いがシンプルになることが見込まれます。