CN110873737B - 树脂含浸测定系统 - Google Patents

Abstract

高精度地测定填充有原材料的情况下的含浸率。树脂含浸测定系统(20)具有：多个第1电极(22)，它们平行地延伸；多个第2电极(24)，它们隔着配置有纤维基材且填充有树脂的容器而与第1电极相对配置，并且沿与第1电极相交叉的方向延伸；测定控制部(30)，其按顺序对多个第1电极以及多个第2电极进行切换，对第1电极和第2电极相对的多个测定区域的电容进行测定；以及含浸率导出部(32)，其基于多个测定区域的电容的分布而导出容器中的树脂相对于纤维基材的含浸率。

Description

树脂含浸测定系统

技术领域

本发明涉及对容器中的树脂的状态进行测定的树脂含浸测定系统。

背景技术

近年来，作为飞机的材料而使用飞机用碳素纤维强化塑料(CFRP)等复合材料。例如，对模仿飞机的机体的一部分的耐压性的容器进行密封，通过真空吸引将原材料填充至容器并进一步加热，由此对成为机体的一部分的复合材料进行成型(高压釜成型)。公开了对这种复合材料进行成型的各种技术(例如专利文献1)。

专利文献1：日本特开2007-076202号公报

发明内容

在复合材料的填充技术中，填充原材料的容器的耐压性较高，因此根据外观无法准确地掌握其含浸率。另外，即使原材料在外观上蔓延，也无法目视确认其内部的填充程度。因此，准备2个电极，对填充复合材料的容器进行夹持，通过测定该电极的电容而判断在电极间是否填充有原材料。

这里，如果要以尽量不产生切痕的方式对复合材料进行成型，则应当填充的容器的平面方向的面积必然增大。即使在该情况下，如果使2个电极移动而对电压进行测定，则测定环境的再现性也下降，与测定点的减少相应地导致含浸率的测定精度的下降。

鉴于这种问题，本发明的目的在于提供能够高精度地测定填充有原材料的情况下的含浸率的树脂含浸测定系统。

为了解决上述问题，本发明的树脂含浸测定系统具有：多个第1电极，它们平行地延伸；多个第2电极，它们隔着配置有纤维基材且填充有树脂的容器而与第1电极相对配置，并且沿与第1电极相交叉的方向延伸；测定控制部，其按顺序对多个第1电极以及多个第2电极进行切换，对第1电极和第2电极相对的多个测定区域的电容进行测定；以及含浸率导出部，其基于多个测定区域的电容的分布而导出容器中的树脂相对于纤维基材的含浸率。

测定区域的长边方向可以设定为树脂流动的方向。

测定控制部可以根据树脂的含浸率而使多个第1电极以及多个第2电极的切换方式变化。

为了解决上述问题，本发明的其他树脂含浸测定系统具有：多个第1电极，它们平行地延伸；多个第2电极，它们隔着填充有树脂的容器而与第1电极相对配置，并且沿与第1电极相交叉的方向延伸；测定控制部，其按顺序对多个第1电极以及多个第2电极进行切换，对第1电极和第2电极相对的多个测定区域的电容进行测定；以及烧结分布导出部，其基于多个测定区域的电容的变换而导出容器中的树脂的烧结分布。

在第1电极或者第2电极的除了测定区域以外的区域，第1电极或者第2电极的长边方向的剖面可以设为小于测定区域。

发明的效果

根据本发明，能够高精度地测定填充有原材料的情况下的含浸率。

附图说明

图1是用于对复合材料的成型进行说明的说明图。

图2是表示树脂含浸测定系统的概略结构的说明图。

图3A是用于对测定控制部的动作进行说明的说明图。图3B是用于对测定控制部的其他动作进行说明的说明图。图3C是用于对测定控制部的其他动作进行说明的说明图。

图4是表示第1电极以及第2电极的其他形状的说明图。

标号的说明

10 容器

20 树脂含浸测定系统

22 第1电极

24 第2电极

30 测定控制部

32 含浸率导出部

34 烧结分布导出部

40 测定区域

具体实施方式

下面参照附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。这样的实施方式所示的尺寸、材料、其他具体的数值等不过是为了容易理解发明的示例而已，除了特别声明的情况以外，并未对本发明进行限定。此外，在本说明书以及附图中，对具有实质上相同的功能、结构的要素标注相同的标号而将重复的说明省略，另外将与本发明无直接关系的要素的图示省略。

图1是用于对复合材料的成型进行说明的说明图。这里，准备了模仿飞机的机体的一部分的、形成为能够高度耐压地进行密封的容器10。在成型开始时，将纤维基材(未图示)配置于容器10内。而且，基于高压釜成型，如果如白色箭头所示利用真空泵对密封的容器10进行真空吸引，则从黑色箭头的方向如剖面线所示使得原材料(树脂)流入容器10并含浸于纤维基材。而且，如果将原材料填充至容器10，则容器10从外部被加热而对形成机体的一部分的复合材料进行成型。

但是，如果原材料未充分填充至容器10，则有可能在成型后的复合材料的一部分产生刚性较弱的部分。因此，为了判断原材料是否充分填充至整个容器10，利用下面所示的树脂含浸测定系统(树脂含浸监视系统)对含浸率进行测定。这里，含浸率表示容器10中的原材料相对于纤维基材的比率。另外，在原材料在一个方向上填充至容器10中的情况下，还可以由含浸率表示填充的进展程度。

<树脂含浸测定系统20>

图2是表示树脂含浸测定系统20的概略结构的说明图。树脂含浸测定系统20构成为包含第1电极22(图2中由22a、22b、22c示出)、第2电极24(图2中由24a、24b、24c示出)、以及中央控制部26。

第1电极22在容器10的一面配置有多个。另外，多个第1电极22彼此在原材料流动的方向上平行地延伸。

第2电极24在容器10的另一面与第1电极22相对(隔着容器10)地配置有多个。多个第2电极24在与第1电极22相交叉的方向上彼此平行地延伸。此外，第1电极22和第2电极24相交叉的角度越接近90度，后述的测定区域40的位置确定精度越高。因此，这里，举出第1电极22和第2电极24正交的(以90度相交叉)例子进行说明。

因此，如果从容器10的垂直方向观察，则多个第1电极22和多个第2电极24配置为栅格状。另外，第1电极22以及第2电极24的任一者设为正极，另一者设为负极。

中央控制部26由包含中央处理装置(CPU)、储存有程序等的R0M、作为工作区域的RAM等在内的半导体集成电路构成，对树脂含浸测定系统20整体进行管理及控制。另外，中央控制部26与程序协同动作还作为测定控制部30、含浸率导出部32以及烧结分布导出部34而起作用。

测定控制部30按顺序对多个第1电极22以及多个第2电极24进行切换，在第1电极22和第2电极24相交叉的部分，对第1电极22和第2电极24相对且重叠的多个测定区域40(图2中由40a～40i示出)的电容C进行测定。因此，测定区域40是由第1电极22的宽度和第2电极24的宽度构成的长方形，以第1电极22的数量和第2电极24的数量相乘所得的数量(图2的例子中为3×3＝9)而设置。此外，这里，为了便于说明，举出3个第1电极22、以及3个第2电极24，但当然可以任意地设定其数量。

利用图2对测定控制部30的动作进行具体说明。这里，将多个第1电极22分别设为22a、22b、22c，将多个第2电极24分别设为24a、24b、24c。另外，测定控制部30能够同时对多个第1电极22a、22b、22c中的任一个、以及多个第2电极24a、24b、24c中的任一个施加电压。此外，多个第1电极22和多个第2电极24的位置关系可以上下颠倒。

首先，测定控制部30对第1电极22a施加正电压，并且对第2电极24a施加负电压(电位差V例如为5V)。而且，测定控制部30例如利用电压反馈型表面电位计对蓄积于第1电极22a和第2电极24a相对的测定区域40a的电荷Q进行测定，由此能够导出电容C(＝Q/V)。

同样地，测定控制部30在对第2电极24a施加有负电压的期间对第1电极22b施加正电压而测定测定区域40b的电荷Q，由此导出测定区域40b的电容C。另外，测定控制部30在对第2电极24a施加有负电压的期间对第1电极22c施加正电压而对测定区域40c的电荷Q进行测定，由此导出测定区域40c的电容C。

接下来，测定控制部30将负电压的施加目标从第2电极24a切换为第2电极24b，同上所述，按顺序对第1电极22a、22b、22c施加正电压而导出测定区域40d、40e、40f的电容C。接下来，测定控制部30将负电压的施加目标从第2电极24b切换为第2电极24c，按顺序对第1电极22a、22b、22c施加正电压而导出测定区域40g、40h、40i的电容C。这样，能够导出测定区域40a、40b、40c、40d、40e、40f、40g、40h、40i各自的电容C。

但是，对容器10进行密封，因此容器10内的电容C直至填充有原材料为止变为基于真空的介电常数ε₀的值C₀，如果进行了填充，则变为基于原材料的介电常数εS的值C_S。另外，在原材料从空置状态变为填充状态的期间，根据与测定区域40的面积对应的原材料的局部含浸率，电容C以值C₀至值C_S之间的值而变换。此外，通常电容C处于值C₀<值C_S的关系。

即，通过对电容C进行测定而能够掌握各测定区域40的原材料的局部含浸率0～100％。另外，因该电容C成为值C_S而能够掌握各测定区域40的填充完毕的情况(局部含浸率100％)。

含浸率导出部32基于测定控制部30测定出的多个测定区域40a、40b、40c、40d、40e、40f、40g、40h、40i的电容(或者局部含浸率)的分布而导出容器10的原材料的含浸率。

例如，在图2中，在容器10中的测定区域40a、40b、40c的电容C为值C_S(局部含浸率为100％)、且其他测定区域40d、40e、40f、40g、40h、40i的电容C为值C₀(局部含浸率为0％)的情况下，能够掌握原材料大致填充至容器10的1/3(含浸率为33％)。

另外，在容器10中的测定区域40a、40b、40c的电容C为值C_S(局部含浸率为100％)、测定区域40d、40e、40f的电容C为值((C₀+C_S)/2)(局部含浸率为50％)、测定区域40g、40h、40i的电容C为值C₀(局部含浸率为0％)的情况下，能够掌握原材料大致填充至容器10的1/2(含浸率为50％)。这样，能够高精度地测定填充有原材料的情况下的容器10中的含浸率。

此外，这里，如图2所示，测定区域40的长边方向设定为原材料流动的方向。这是基于下面的理由。

即，根据原材料相对于容器10的入口和出口的位置而大致确定原材料流动的方向。这里，测定区域40的长边方向与原材料流动的方向一致，因此随着原材料的填充进展至与测定区域40的长边方向对应的较长的距离，电容C稳定地逐渐增大。这样遍及较大距离地进行测定，从而能够实现高精度(高分辨率)的测定。另外，电容C稳定地逐渐增大而能够抑制测定误差(噪声)。因此，含浸率导出部32能够高精度地掌握填充原材料的先头部位(波面)。

但是，参照图2能够理解，在确定了原材料流动的方向的情况下，例如，如果测定区域40a、40b、40c的电容C仍为值C₀，则其他测定区域40d、40e、40f、40g、40h、40i的电容C必然为值C₀。另外，在测定区域40g、40h、40i的电容C已经变为值C_S的情况下，其他测定区域40a、40b、40c、40d、40e、40f的电容C也已经变为值C_S。

因此，测定控制部30根据原材料的含浸率(填充的进展程度)而使多个第1电极22以及多个第2电极24的切换方式变化。具体而言，测定控制部30仅对比电容C为值C_S的测定区域40靠下游、且电容C仍未变为值C_S的测定区域40进行测定。

图3A是用于对测定控制部30的动作进行说明的说明图。图3B是用于对测定控制部的其他动作进行说明的说明图。图3C是用于对测定控制部的其他动作进行说明的说明图。例如，如图3A所示，在电容C为值C_S的测定区域40仍不存在的情况下，测定控制部30接下来仅对电容C升高的可能性较高的测定区域40a、40b、40c的电容C进行测定。

而且，如果原材料的填充有所进展而如图3B所示测定区域40a、40b、40c的电容C变为值C_S，则测定控制部30仅对位于其下游的电容C升高的可能性较高的测定区域40d、40e、40f的电容C进行测定。

同样地，当原材料的填充有所进展时，如果如图3C所示测定区域40d、40e、40f的电容C也变为值C_S，则测定控制部30仅对位于测定区域40d、40e、40f的下游的测定区域40g、40h、40i的电容C进行测定。而且，如果测定区域40d、40e、40f的电容C变为值C_S，则测定控制部30停止对电容C的测定。

这里，着眼于第2电极24对图3A、图3B、图3C进行比较，电压的施加对象分别按照仅为第2电极24a→仅为第2电极24b→仅为第2电极24c而移动。这样，关于第2电极24，并未伴随着测定中的电压的施加对象的切换，因此能够实现测定控制部30的处理负荷的减轻。

另外，与切换第2电极24a、24b、24c的情况相比，在1个测定区域40消耗的测定时间相等的情况下，能够将第1电极22a、22b、22c的切换频率提高至3倍，因此能够提高每单位时间的测量频率，与此相伴而能够提高测定精度。

此外，这里，举出测定控制部30仅对与比电容C为值C_S的测定区域40靠下游、且电容C仍未变为值C_S的1个第2电极24对应的测定区域40进行测定的例子进行了说明，但并不局限于这样的情况，也可以对与电容C仍未变为值C_S的大于或等于2个的第2电极24对应的测定区域40进行测定。

由此，如果原材料充分填充至容器10，则容器10被从外部加热而对原材料进行烧结。但是，如果未对原材料进行充分烧结，则有可能在成型后的复合材料的一部分形成刚性较弱的部分。因此，在本实施方式中，基于测定区域40的电容C还能掌握烧结分布。这里，烧结分布表示容器10内的烧结的进展程度的分布。

返回至图2，烧结分布导出部34基于多个测定区域40的电容C的变换而导出容器10的树脂的烧结分布。如果对原材料进行烧结，则电容C暂时增大，如果在烧结后温度降低，则电容C减小。此外，如果烧结的进展程度不同，则其电容C的变换不同。

因此，对于烧结分布导出部34而言，根据电容C的变换，例如，如果电容C充分增大，则将其测定区域40的烧结率设为100％，如果电容C变得相当大，则将其测定区域40的烧结率设为70％。由此，根据多个测定区域40各自的烧结率的容器10中的分布(烧结分布)而能够确定原材料的烧结不充分的部位，因此能够事先采取针对刚性降低的对策。

另外，还提供使计算机作为树脂含浸测定系统20的中央控制部26而起作用的程序、对该程序进行记录的能够由计算机读取的软盘、光磁盘、ROM、CD、DVD、BD等存储介质。这里，程序是指以任意语言、记述方法记述的数据处理单元。

以上参照附图对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于这样的实施方式。如果是本领域技术人员，则显然在权利要求书所记载的范畴内能够想到各种变更例或者修正例，应当理解这当然也属于本发明的技术范围。

例如，在上述实施方式中，作为第1电极22以及第2电极24的形状，不管其是否处于测定区域40都设定为长边方向的剖面均匀。然而，并不局限于这样的情况，也可以使剖面变化。

图4是表示第1电极22以及第2电极24的其他形状的说明图。如图4所示，在除了第1电极22(图4中由22a、22b、22c所示)或者第2电极24(图4中由24a、24b、24c所示)的测定区域40(图4中由40a～40i所示)以外的区域，设定为长边方向的剖面小于测定区域、即短边方向的长度缩短。

在除了测定区域40以外的区域，不存在相对的电极，因此不利于电容C的测定。因此，通过删除除了这样的测定区域40以外的区域的金属面，能够削减电极材料的成本以及重量。

此外，在图4中，对于第1电极22以及第2电极24这二者，将除了测定区域40以外的区域的剖面设为小于测定区域，但仅通过减小一者也同样能够实现电极材料成本以及重量的削减。

Claims (6)

1.一种树脂含浸测定系统，其中，

所述树脂含浸测定系统具有：

多个第1电极，它们平行地延伸；

多个第2电极，它们隔着配置有纤维基材且填充有树脂的容器而与所述第1电极相对配置，并且沿与所述第1电极相交叉的方向延伸，所述容器具有入口和出口，并且构成为使所述树脂在从所述入口朝向所述出口的流动方向上流动；

测定控制部，其按顺序对多个所述第1电极以及多个所述第2电极进行切换，在所述第1电极和所述第2电极相交叉的部分，对所述第1电极和所述第2电极相对且重叠的多个测定区域的电容进行测定，每个所述测定区域是由多个所述第1电极中的一个第1电极的宽度和多个所述第2电极中的一个第2电极的宽度构成的长方形，并且具有与所述流动方向一致的长边方向；以及

含浸率导出部，其基于多个所述测定区域的电容的分布而导出所述容器中的所述树脂相对于所述纤维基材的含浸率。

2.根据权利要求1所述的树脂含浸测定系统，其中，

所述测定控制部根据所述树脂的含浸率而使多个所述第1电极以及多个所述第2电极的切换方式变化。

3.根据权利要求1所述的树脂含浸测定系统，其中，

所述树脂含浸测定系统还具有：

烧结分布导出部，其基于多个所述测定区域的电容的变换而导出所述容器中的所述树脂的烧结分布。

4.根据权利要求1所述的树脂含浸测定系统，其中，

在所述第1电极或者所述第2电极的除了所述测定区域以外的区域，所述第1电极或者所述第2电极的长边方向的剖面小于所述测定区域。

5.根据权利要求2所述的树脂含浸测定系统，其中，

在所述第1电极或者所述第2电极的除了所述测定区域以外的区域，所述第1电极或者所述第2电极的长边方向的剖面小于所述测定区域。

6.根据权利要求3所述的树脂含浸测定系统，其中，

在所述第1电极或者所述第2电极的除了所述测定区域以外的区域，所述第1电极或者所述第2电极的长边方向的剖面小于所述测定区域。