JP2020139747A - Probe and detection method of fiber orientation defect using the same - Google Patents

Probe and detection method of fiber orientation defect using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2020139747A
JP2020139747A JP2019033148A JP2019033148A JP2020139747A JP 2020139747 A JP2020139747 A JP 2020139747A JP 2019033148 A JP2019033148 A JP 2019033148A JP 2019033148 A JP2019033148 A JP 2019033148A JP 2020139747 A JP2020139747 A JP 2020139747A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fiber
angle
orientation
inspection
uniform
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2019033148A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
博之 小助川
Hiroyuki Kosukegawa
博之 小助川
敏行 ▲高▼木
敏行 ▲高▼木
Toshiyuki Takagi
橋本 光男
Mitsuo Hashimoto
光男 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2019033148A priority Critical patent/JP2020139747A/en
Publication of JP2020139747A publication Critical patent/JP2020139747A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Magnetic Means (AREA)

Abstract

To provide a probe capable of detecting orientation deviation with high accuracy of about 1° for an orientation deviation angle of ± 3° or more, and a swell angle of fiber swelling of ± 2° or more in conductive fibers in the cured layer constituting the conductive fiber reinforced laminate.SOLUTION: A uniform excitation differential probe P is composed of a uniform excitation coil 10 formed in a tubular shape by spirally winding a lead wire, and detection sensors 11a to 11n arranged along one surface of the uniform excitation coil 10 and in a row in a direction orthogonal to the extending direction of the lead wire on the one surface, in which two or more, and any two of which are used for detecting the difference in induced electromotive force caused by the eddy current U formed in a laminated body 1 by the excitation of the uniform exciting coil 10.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、強化材としての炭素繊維や金属繊維のような導電性強化繊維を用いた繊維強化型積層体の巨視的ミスアライメント(積層体を構成する各硬化層の強化繊維の配向方向の角度ずれ)や局所的ミスアライメント(硬化層の繊維うねり)を高精度で検出するためのプローブと、該プローブを用いたミスアライメントの検出方法に関する。 According to the present invention, a macroscopic misalignment of a fiber-reinforced laminated body using conductive reinforcing fibers such as carbon fiber and metal fiber as a reinforcing material (angle in the orientation direction of the reinforcing fibers of each cured layer constituting the laminated body). The present invention relates to a probe for detecting misalignment (deviation) and local misalignment (fiber waviness of the cured layer) with high accuracy, and a method for detecting misalignment using the probe.

現在、広く使用されている繊維強化型積層体の一つとして炭素繊維強化プラスチックス(以下、CFRPという。)がある。CFRPは、軽量、高強度、高剛性という特性を利用して、ゴルフクラブのシャフト、テニスラケットのフレーム、釣り竿、ノートパソコンの筐体など多様な製品に使われている。そして最近では、航空機の胴体や翼、風力発電機用のプロペラ、レーシングカーのボディ、自転車のフレームなどにも使われ始めている。 Currently, carbon fiber reinforced plastics (hereinafter referred to as CFRP) is one of the widely used fiber reinforced laminates. CFRP is used in various products such as golf club shafts, tennis racket frames, fishing rods, and laptop housings due to its characteristics of light weight, high strength, and high rigidity. Recently, it has begun to be used in aircraft fuselage and wings, propellers for wind power generators, racing car bodies, and bicycle frames.

CFRPを作製する上で使用するプリプレグは、繊維状補強材である炭素繊維を一方向に引き揃えるか織物として編むことによってシート状に形成し、これに硬化剤その他の添加物を混合した熱硬化性樹脂(例えば、エポキシ樹脂)或いは熱可塑性樹脂を均等に含浸させたものである。未硬化のものを「Aステージ」、半硬化状態のものを「Bステージ」、硬化したものを「Cステージ」と言う。
CFRP積層体は「Bステージ」のプリプレグを複数枚積層し、これを加熱加圧して硬化させたものである。炭素繊維の配向方向、および積層枚数は用いられる部材の要求される機械的特性により適宜選択される。なお、CFRP積層体を構成する硬化したプリプレグの各層を硬化層と呼ぶ。
The prepreg used in producing CFRP is formed into a sheet by aligning carbon fibers, which are fibrous reinforcing materials, in one direction or knitting them as a woven fabric, and thermosetting by mixing them with a curing agent and other additives. It is uniformly impregnated with a sex resin (for example, an epoxy resin) or a thermoplastic resin. The uncured one is called "A stage", the semi-cured one is called "B stage", and the cured one is called "C stage".
The CFRP laminate is obtained by laminating a plurality of "B stage" prepregs and heating and pressurizing them to cure them. The orientation direction of the carbon fibers and the number of laminated carbon fibers are appropriately selected according to the required mechanical properties of the members used. Each layer of the cured prepreg constituting the CFRP laminate is referred to as a cured layer.

このような積層体において、各硬化層の繊維方向が正しく配置されておれば設計通りの機械的特性を示すが、設計時の各硬化層の炭素繊維の予定された配向方向(これを基準配向方向とし符号Lで示す。)に対して実際のCFRP積層体のいずれかの硬化層の炭素繊維の配向角度が基準配向方向からずれていると、CFRP積層体全体は設計通りの機械的特性を望めない。この硬化層の繊維配向の角度ずれは、繊維配向欠陥の1つで巨視的ミスアライメントと呼ばれている。 In such a laminate, if the fiber directions of each cured layer are correctly arranged, the mechanical properties as designed are exhibited, but the planned orientation direction of the carbon fibers of each cured layer at the time of design (this is the reference orientation). If the orientation angle of the carbon fibers in any of the cured layers of the actual CFRP laminate deviates from the reference orientation direction with respect to the direction and the symbol L), the entire CFRP laminate will have the mechanical properties as designed. I can't hope. The angular deviation of the fiber orientation of the cured layer is one of the fiber orientation defects and is called macroscopic misalignment.

積層されるプリプレグは、上記のように一方向に引き揃えられた炭素繊維もしくは織物として編み込まれた炭素繊維に樹脂を含浸させて製造されるが、炭素繊維の配列に粗密があり、樹脂含浸の過程で樹脂の流動が発生し、部分的に繊維の乱れ(繊維うねり)を生じさせることがある。
また、正確に積層されたCFRP積層体を硬化させる場合に加圧加熱するが、この時、CFRP積層体の形状によっては、部分的に圧力が加わり、当該部分の樹脂の溶融と相俟って当該部分の炭素繊維が押し出されて部分的な繊維うねりを生じることもある。これも繊維配向欠陥の1つで局所的ミスアライメントといわれている。
The laminated prepreg is produced by impregnating carbon fibers aligned in one direction or carbon fibers woven as a woven fabric as described above with resin, but the arrangement of carbon fibers is coarse and dense, and the resin impregnation In the process, resin flow may occur, causing partial fiber turbulence (fiber swell).
Further, when the CFRP laminate that has been accurately laminated is cured, it is pressurized and heated. At this time, depending on the shape of the CFRP laminate, pressure is partially applied, which is combined with the melting of the resin in the portion. The carbon fibers in that part may be extruded to cause partial fiber waviness. This is also one of the fiber alignment defects and is called local misalignment.

積層体の炭素繊維に上記巨視的ミスアライメントや局所的ミスアライメントがなければ、硬化したCFRP積層体は求められる機械的特性を発揮するが、これらが存在すると大幅にその機械的特性は低下する。炭素繊維の引き揃え方向に対して、例えば、過去のデータで3°の巨視的ミスアライメントがあると剛性が10%程度低下するとされ、配向角が大きくなるにつれてその剛性は大幅に減少する。一方、局所的ミスアライメントのずれが2°程度になるとその強度は40%程度減少する。換言すれば、その機械的強度は60%まで低下する。 If the carbon fibers of the laminate do not have the above macroscopic misalignment or local misalignment, the cured CFRP laminate exhibits the required mechanical properties, but in the presence of these, the mechanical properties are significantly reduced. According to past data, for example, if there is a macroscopic misalignment of 3 ° with respect to the alignment direction of the carbon fibers, the rigidity is said to decrease by about 10%, and the rigidity decreases significantly as the orientation angle increases. On the other hand, when the deviation of the local misalignment becomes about 2 °, the intensity decreases by about 40%. In other words, its mechanical strength drops to 60%.

そこで、CFRP積層体の機械的特性担保のために渦電流試験による炭素繊維のミスアライメントの検出が試みられ、円形絶対値型プローブや、円形の励磁コイルと検出コイルとを分離した円形TR型プローブが用いられた。その結果、炭素繊維の配向方向に沿って数mm幅の縞模様や格子模様の画像(コンタ図)を得ることが出来た。
円形絶対値型プローブでは粗い格子模様の画像により、上下に積層された二つの硬化層の繊維配向の検出に成功し、円形TR型プローブでは粗い画像による繊維うねりの検出に成功した。
Therefore, in order to ensure the mechanical properties of the CFRP laminate, an attempt was made to detect carbon fiber misalignment by an eddy current test, and a circular absolute value probe or a circular TR probe in which a circular exciting coil and a detection coil were separated. Was used. As a result, it was possible to obtain an image (contour diagram) of a striped pattern or a lattice pattern having a width of several mm along the orientation direction of the carbon fibers.
The circular absolute value type probe succeeded in detecting the fiber orientation of the two cured layers laminated on the upper and lower sides by the image of the coarse lattice pattern, and the circular TR type probe succeeded in detecting the fiber waviness by the coarse image.

しかしながら、これらプローブは、本来、金属材料を対象に考案されたもので、励磁コイルの周囲全方向に均等に磁力線が放射状に放出されるものであるから、積層された炭素繊維の配向方向や繊維うねりを傾向として検出できるものの、それ以上の検出はできなかった。 However, these probes were originally devised for metal materials, and since magnetic field lines are emitted radially evenly in all directions around the exciting coil, the orientation direction of the laminated carbon fibers and the fibers Although swell could be detected as a tendency, no further detection was possible.

これに対して、特許文献1のX線を使用すれば、繊維配向や繊維うねりを正確に測定することが出来る。 On the other hand, if X-rays of Patent Document 1 are used, fiber orientation and fiber waviness can be accurately measured.

特許第6321878号公報Japanese Patent No. 6321878

G. Mook, et al., Composites Science and Technology, 61(2001) 865-873G. Mook, et al., Composites Science and Technology, 61 (2001) 865-873 H, Heuer, et al., Composites Part B, 77(2015) 494-501H, Heuer, et al., Composites Part B, 77 (2015) 494-501 C. Schmidt, et al., Composites: Part B, 56(2014) 109-116C. Schmidt, et al., Composites: Part B, 56 (2014) 109-116

しかしながら、X線透過試験法は対象物をX線発生装置とフィルムの間に設置する必要があり、更に検査対象物の形状、大きさ、場所、作業者の健康面の配慮など様々な制約があり、簡便に使用することが出来なかった。 However, the X-ray transmission test method requires that the object be installed between the X-ray generator and the film, and there are various restrictions such as the shape, size, location, and consideration of the health of the worker. There was, and it could not be used easily.

現在、CFRP積層体は上記のように様々な用途で大型の構造体として使用され、機械的特性に対する信頼性が求められている。上記のように炭素繊維の配向角のずれや繊維うねりにおけるうねり角が大きくなると、急激に機械的特性が損なわれる。希望的な数値として巨視的ミスアライメントの場合は配向ずれ角を±3°以下にすることが求められている。しかしながら、従来のプローブではこのような高精度で検査することは不可能であり、現時点ではCFRP積層体の機械的特性の保証を可能にするだけの検査方法は存在しなかった。 Currently, CFRP laminates are used as large-scale structures in various applications as described above, and reliability in terms of mechanical properties is required. When the deviation of the orientation angle of the carbon fibers and the swell angle in the fiber swell become large as described above, the mechanical properties are suddenly impaired. As a desired value, in the case of macroscopic misalignment, the orientation deviation angle is required to be ± 3 ° or less. However, it is impossible to inspect with such high accuracy with a conventional probe, and at present, there is no inspection method that can guarantee the mechanical properties of the CFRP laminate.

本発明は上記従来技術の問題点を鑑みてなされたもので、硬化層内の炭素繊維の配向角や繊維うねりにおける±3°以上の配向角のずれと、±2°以上のうねり角の繊維うねりを1°程度の精度で検出できるプローブとその繊維配向欠陥の高精度検出方法の提供をその課題とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and the alignment angle of the carbon fibers in the cured layer, the deviation of the orientation angle of ± 3 ° or more in the fiber swell, and the fiber with the swell angle of ± 2 ° or more The subject is to provide a probe capable of detecting waviness with an accuracy of about 1 ° and a method for detecting the fiber orientation defect with high accuracy.

請求項1に記載の発明(一様励磁差動型プローブP;図3〜図6)は、
導線が螺旋状に巻き付けられて筒状に形成された一様励磁コイル10と、
前記一様励磁コイル10の一つの面に沿って配設され、且つ該一つの面における前記導線の延び方向に対して直交する方向に一列に設置された2個以上で、その内の任意の2個が一様励磁コイル10の励磁による誘導起電力の差分検出のために用いられる検出センサ11a〜11nとで構成されたことを特徴とする。
The invention according to claim 1 (uniform excitation differential probe P; FIGS. 3 to 6)
A uniform exciting coil 10 in which a conducting wire is spirally wound to form a tubular shape,
Any two or more of the uniform exciting coils 10 arranged along one surface and arranged in a row in a direction orthogonal to the extending direction of the conducting wire on the one surface. The two are characterized by being composed of detection sensors 11a to 11n used for detecting the difference in the induced electromotive force due to the excitation of the uniformly exciting coil 10.

請求項2に記載の発明(図3(c)(d)、図4(c)(d)、図5(c)〜(f)、図6(a)(b))は、請求項1に記載の一様励磁差動型プローブPにおいて、
検出センサ11a〜11nが、一様励磁コイル10の外側又は内側に配置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 2 (FIGS. 3 (c) (d), 4 (c) (d), 5 (c) to (f), 6 (a) (b)) is claimed 1. In the uniform excitation differential probe P described in
The detection sensors 11a to 11n are arranged outside or inside the uniform exciting coil 10.

請求項3に記載の発明(図4)は、請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブPにおいて、
一様励磁コイル10の導線の巻き始め部分10aと巻き終り部分10bとが、その中間部分10cに比べて密に巻かれていることを特徴とする。
The invention according to claim 3 (FIG. 4) is the uniform excitation differential probe P according to claim 1 or 2.
The winding start portion 10a and the winding end portion 10b of the lead wire of the uniform exciting coil 10 are wound more densely than the intermediate portion 10c thereof.

請求項4に記載の発明(図5(c)(d))は、請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブPにおいて、
一様励磁コイル10が、中間部分10cなしで、同じ巻き方向の巻き始め部分10aと巻き終り部分10bとで構成され、前記中間部分10cに2個以上の検出センサ11a〜11nが設置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 4 (FIGS. 5 (c) and 5 (d)) is the uniform excitation differential probe P according to claim 1 or 2.
The uniform exciting coil 10 is composed of a winding start portion 10a and a winding end portion 10b in the same winding direction without an intermediate portion 10c, and two or more detection sensors 11a to 11n are installed in the intermediate portion 10c. It is characterized by that.

請求項5に記載の発明(図5(e)(f))は、請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブPにおいて、
一様励磁コイル10が、中間部分10cなしで、同じ巻き方向の巻き始め部分10aと巻き終り部分10bとで構成され、前記巻き始め部分10aと巻き終り部分10bに一致し、その内側又は外側に検出センサ11a〜11nがそれぞれ設置されていることを特徴とする。
The invention according to claim 5 (FIGS. 5 (e) and 5 (f)) is the uniform excitation differential probe P according to claim 1 or 2.
The uniform exciting coil 10 is composed of a winding start portion 10a and a winding end portion 10b in the same winding direction without an intermediate portion 10c, and coincides with the winding start portion 10a and the winding end portion 10b, and is inside or outside the winding start portion 10a. The detection sensors 11a to 11n are respectively installed.

請求項6は、請求項1〜5のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブPにおいて、
検査対象物の検査面1aに面して配置される前記一様励磁コイル10の励磁面10rは、検査対象物の検査面1aの形状に合わせて形成されることを特徴とする。
6. The uniform excitation differential probe P according to any one of claims 1 to 5.
The exciting surface 10r of the uniform exciting coil 10 arranged so as to face the inspection surface 1a of the inspection object is formed to match the shape of the inspection surface 1a of the inspection object.

請求項7は、本発明の強化繊維2の配向ずれ角Δθ(巨視的ミスアライメント)の第1検出方法である(図1、図9、図10)。
複数の硬化層4a〜4nが積層された繊維強化型積層体1の、いずれかの1つの硬化層4aの繊維方向を積層体1の全体の基準方向Lとし、
前記基準方向Lに対して予め決められた繊維方向を、残りの各硬化層4b〜4nの検査用配向方向Lb〜Lnとし、
前記請求項1〜5のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブPの選ばれた一対の検出センサ11a、11bの中心を通る線を中心線CLとし、
前記中心線CLをターゲットとなる硬化層4iの検査用配向方向Liに合わせて積層体1の検査面1a側に設置し、且つ前記基準方向Lと前記中心線CLとの間の角度である差動角Ψiを維持した状態で、前記励磁コイル10に高周波電流を供給しつつ前記プローブPを移動させ、
ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2に起因して発生した渦電流Uによって前記一対の検出センサ11a、11bに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号(アナログ又はデジタル信号)の差分を演算し、前記差分値に基づいて、前記検査用配向方向Liに対するターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2の配向ずれ角Δθを演算し、
前記配向ずれ角Δθが±3°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
A seventh aspect of the present invention is the first method for detecting the alignment deviation angle Δθ (macroscopic misalignment) of the reinforcing fiber 2 of the present invention (FIGS. 1, 9, and 10).
The fiber direction of any one of the cured layers 4a of the fiber-reinforced laminated body 1 in which the plurality of cured layers 4a to 4n are laminated is set as the overall reference direction L of the laminated body 1.
The fiber direction determined in advance with respect to the reference direction L is defined as the inspection orientation direction Lb to Ln of the remaining cured layers 4b to 4n.
The line passing through the center of the selected pair of detection sensors 11a and 11b of the uniformly excited differential probe P according to any one of claims 1 to 5 is defined as the center line CL.
The center line CL is installed on the inspection surface 1a side of the laminated body 1 in accordance with the inspection orientation direction Li of the target cured layer 4i, and the difference is the angle between the reference direction L and the center line CL. While maintaining the moving angle Ψi, the probe P is moved while supplying a high frequency current to the exciting coil 10.
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors 11a and 11b by the eddy current U generated by the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals (analog or digital signal) is calculated, and the orientation deviation angle Δθ of the reinforcing fiber 2 of the hardened layer 4i, which is the target with respect to the inspection orientation direction Li, is calculated based on the difference value. Calculate and
This is a method for detecting a fiber orientation defect of a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the orientation deviation angle Δθ exceeds ± 3 °.

請求項8は、本発明の強化繊維2の配向ずれ角Δθ(巨視的ミスアライメント)の第2検出方法である(図1、図9、図10)。
複数の硬化層4a〜4nが積層された繊維強化型積層体1に対して1つの基準方向Lを設定し、
各硬化層4a〜4nの、前記基準方向Lに対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向La〜Lnとし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブPの選ばれた一対の検出センサ11a、11bの中心を通る中心線CLをターゲットとなる硬化層4iの検査用配向方向Liに合わせて積層体1の検査面1a側に設置し、且つ前記基準方向Lと前記中心線CLとの間の角度である差動角Ψiを維持した状態で、前記励磁コイル10に高周波電流を供給しつつ前記プローブPを移動させ、
ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2に起因して発生した渦電流Uによって前記一対の検出センサ11a、11bに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号(アナログ又はデジタル信号)の差分を演算し、前記差分値に基づいて、前記検査用配向方向Liに対するターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2の配向ずれ角Δθを演算し、
前記配向ずれ角Δθが±3°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
Claim 8 is a second method for detecting the alignment deviation angle Δθ (macroscopic misalignment) of the reinforcing fiber 2 of the present invention (FIGS. 1, 9, and 10).
One reference direction L is set for the fiber-reinforced laminated body 1 in which a plurality of cured layers 4a to 4n are laminated.
The fiber directions of each of the cured layers 4a to 4n, which are predetermined with respect to the reference direction L, are set as the inspection orientation directions La to Ln.
Orientation direction for inspection of the cured layer 4i targeting the center line CL passing through the center of the selected pair of detection sensors 11a and 11b of the uniformly excited differential probe P according to any one of claims 1 to 7. A high-frequency current is applied to the exciting coil 10 while being installed on the inspection surface 1a side of the laminated body 1 in accordance with Li and maintaining a differential angle Ψi which is an angle between the reference direction L and the center line CL. The probe P is moved while supplying
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors 11a and 11b by the eddy current U generated by the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals (analog or digital signal) is calculated, and the orientation deviation angle Δθ of the reinforcing fiber 2 of the hardened layer 4i, which is the target with respect to the inspection orientation direction Li, is calculated based on the difference value. Calculate and
This is a method for detecting a fiber orientation defect of a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the orientation deviation angle Δθ exceeds ± 3 °.

請求項9は、本発明の強化繊維2の繊維うねりのうねり角φ(局所的ミスアライメント)の第1検出方法である(図1、図11、図12)。
複数の硬化層4a〜4nが積層された繊維強化型積層体1の、いずれかの1つの硬化層4aの繊維方向を積層体1の全体の基準方向Lとし、
残りの各硬化層4b〜4nの、前記基準方向Lに対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向Lb〜Lnとし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブPの選ばれた一対の検出センサ11a、11bの中心を通る中心線CLをターゲットとなる硬化層4iの検査用配向方向Liに直交させて積層体1の検査面1a側に設置し、且つ前記基準方向Lと前記中心線CLとの間の角度である差動角Ψiを維持した状態で、前記励磁コイル10に高周波電流を供給しつつ前記プローブPを移動させ、
ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2に起因して発生した渦電流Uによって前記一対の検出センサ11a、11bに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号(アナログ又はデジタル信号)の差分を演算し、前記差分値に基づいて、ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2の繊維うねり8の部分のうねり角φを演算し、
前記うねり角φが±2°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
A ninth aspect of the present invention is the first method for detecting the swell angle φ (local misalignment) of the fiber swell of the reinforcing fiber 2 of the present invention (FIGS. 1, 11, and 12).
The fiber direction of any one of the cured layers 4a of the fiber-reinforced laminated body 1 in which the plurality of cured layers 4a to 4n are laminated is set as the overall reference direction L of the laminated body 1.
The fiber directions of the remaining cured layers 4b to 4n, which are predetermined with respect to the reference direction L, are set as the inspection orientation directions Lb to Ln.
Orientation direction for inspection of the cured layer 4i targeting the center line CL passing through the center of the selected pair of detection sensors 11a and 11b of the uniformly excited differential probe P according to any one of claims 1 to 7. A high frequency is applied to the exciting coil 10 while being installed on the inspection surface 1a side of the laminated body 1 so as to be orthogonal to Li and maintaining a differential angle Ψi which is an angle between the reference direction L and the center line CL. The probe P is moved while supplying an electric current,
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors 11a and 11b by the eddy current U generated by the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals (analog or digital signal) is calculated, and the swell angle φ of the fiber swell 8 portion of the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is calculated based on the difference value. ,
This is a method for detecting a fiber orientation defect of a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the waviness angle φ exceeds ± 2 °.

請求項10は、本発明の強化繊維2の繊維うねり8のうねり角φ(局所的ミスアライメント)の第2検出方法である(図1、図11、図12)。
複数の硬化層4a〜4nが積層された繊維強化型積層体1に対して1つの基準方向Lを設定し、
各硬化層4a〜4nの、前記基準方向Lに対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向La〜Lnとし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブPの選ばれた一対の検出センサ11a、11bの中心を通る中心線CLをターゲットとなる硬化層4iの検査用配向方向Liに直交させて積層体1の検査面1a側に設置し、且つ前記基準方向Lと前記中心線CLとの間の角度である差動角Ψiを維持した状態で、前記励磁コイル10に高周波電流を供給しつつ前記プローブPを移動させ、
ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2に起因して発生した渦電流Uによって前記一対の検出センサ11a、11bに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号(アナログ又はデジタル信号)の差分を演算し、前記差分値に基づいて、ターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2の繊維うねり8の部分のうねり角φを演算し、
前記うねり角φが±2°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
A tenth aspect of the present invention is a second method for detecting the swell angle φ (local misalignment) of the fiber swell 8 of the reinforcing fiber 2 of the present invention (FIGS. 1, 11, and 12).
One reference direction L is set for the fiber-reinforced laminated body 1 in which a plurality of cured layers 4a to 4n are laminated.
The fiber directions of each of the cured layers 4a to 4n, which are predetermined with respect to the reference direction L, are set as the inspection orientation directions La to Ln.
Orientation direction for inspection of the cured layer 4i targeting the center line CL passing through the center of the selected pair of detection sensors 11a and 11b of the uniformly excited differential probe P according to any one of claims 1 to 7. A high frequency is applied to the exciting coil 10 while being installed on the inspection surface 1a side of the laminated body 1 so as to be orthogonal to Li and maintaining a differential angle Ψi which is an angle between the reference direction L and the center line CL. The probe P is moved while supplying an electric current,
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors 11a and 11b by the eddy current U generated by the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals (analog or digital signal) is calculated, and the swell angle φ of the fiber swell 8 portion of the reinforcing fiber 2 of the target cured layer 4i is calculated based on the difference value. ,
This is a method for detecting a fiber orientation defect of a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the waviness angle φ exceeds ± 2 °.

請求項11は、第1及び2の検出方法を更に限定した第1例(図1(a)(b))で、
変換された前記2つの電気信号は、アナログ信号のまま差分を演算し増幅したのちA/D変換によりデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
Claim 11 is a first example (FIGS. 1 (a) and 1 (b)) in which the first and second detection methods are further limited.
The fiber reinforcement according to any one of claims 7 to 10, wherein the converted two electric signals are converted into digital signals by A / D conversion after calculating and amplifying the difference as the analog signal. This is a method for detecting fiber orientation defects in a mold laminate.

請求項12は、第1及び2の検出方法を更に限定した第2例(図1(c))で、
差分演算の基礎となる前記2つの電気信号は、変換されたアナログ信号をA/D変換により変換されたデジタル信号であることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法である。
Claim 12 is a second example (FIG. 1 (c)) in which the first and second detection methods are further limited.
The fiber-reinforced type according to any one of claims 7 to 10, wherein the two electric signals which are the basis of the difference calculation are digital signals obtained by converting the converted analog signal by A / D conversion. This is a method for detecting fiber orientation defects in a laminate.

請求項13は、請求項9又は10に記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法において、
前記±2°のうねり角φを超える部分を演算する演算処理として、空間フーリエ変換を用いたフィルタリングとハフ変換を用いることを特徴とする。
13. The method for detecting a fiber orientation defect in a fiber-reinforced laminate according to claim 9 or 10.
As the arithmetic processing for calculating the portion exceeding the swell angle φ of ± 2 °, it is characterized in that filtering using the spatial Fourier transform and the Hough transform are used.

本発明のプローブPによれば、励磁コイルが一様励磁コイル10であり、2個以上の検出センサ11a〜11nが一様励磁コイル10の導線の延び方向に対して直交する方向に一列に設置されているので、一様励磁コイル10の配置方向を選択することで、積層体1から検査のターゲットとなる硬化層4iを自由に選択することが出来る。加えて、一様励磁コイル10を用いることで、従来のプローブQより検出値の差分が大きく現れることになり、ターゲットの硬化層4iの検査用配向方向Liに対する僅かな配向ずれ角Δθやうねり角φを検出することが出来るようになった。この結果、従来不可能であった±3°を越える(±3°より大きい)配向ずれ角Δθを有する巨視的ミスアライメントと±2°を越える(±3°より大きい)うねり角φを有する局所的ミスアライメントを検出出来るようになった。 According to the probe P of the present invention, the exciting coil is the uniform exciting coil 10, and two or more detection sensors 11a to 11n are installed in a row in a direction orthogonal to the extending direction of the lead wire of the uniform exciting coil 10. Therefore, by selecting the arrangement direction of the uniform exciting coil 10, the cured layer 4i to be inspected can be freely selected from the laminated body 1. In addition, by using the uniform excitation coil 10, the difference in the detected values appears larger than that of the conventional probe Q, and a slight orientation deviation angle Δθ and swell angle with respect to the inspection orientation direction Li of the hardened layer 4i of the target. It has become possible to detect φ. As a result, a macroscopic misalignment having an orientation deviation angle Δθ exceeding ± 3 ° (greater than ± 3 °) and a local swell angle φ having a swell angle φ exceeding ± 2 ° (greater than ± 3 °), which was impossible in the past, It has become possible to detect target misalignment.

また、n個の検出センサ11a〜11nを用いる場合、そのうちの任意の2個の複数のペアを選定することで、一方向に走査するだけで2次元計測による検査が可能となった。
なお、上記で一様励磁コイル10の「導線の延び方向」とは、検出センサ11a〜11nが配置される一様励磁コイル10の励磁面10rにおける導線が延びている方向、即ち、引き回されている方向で、検出センサ11a〜11nは筒状の一様励磁コイル10の中心線方向に一列に配置されていることを意味する。
Further, when n detection sensors 11a to 11n are used, by selecting any two or more pairs thereof, inspection by two-dimensional measurement is possible only by scanning in one direction.
In the above, the "extending direction of the conducting wire" of the uniform exciting coil 10 is the direction in which the conducting wire extends on the exciting surface 10r of the uniform exciting coil 10 in which the detection sensors 11a to 11n are arranged, that is, is routed. It means that the detection sensors 11a to 11n are arranged in a row in the direction of the center line of the tubular uniform exciting coil 10.

請求項2において、検出センサ11a〜11nを一様励磁コイル10の内側に設置すれば、一様励磁コイル10を検出センサ11a〜11nの高さだけ検査面1aに接近させることが出来、より強い渦電流Uを誘起させることが出来る。 In claim 2, if the detection sensors 11a to 11n are installed inside the uniform excitation coil 10, the uniform excitation coil 10 can be brought closer to the inspection surface 1a by the height of the detection sensors 11a to 11n, which is stronger. The eddy current U can be induced.

請求項3のプローブP(図4)によれば、一様励磁コイル10の巻き線密度を部分的に変えることで、一様励磁コイル10の下で積層体1に流れる渦電流Uの渦電流密度を均一化できる。これにより一様励磁コイル10を短く出来るだけでなく検出センサ11a〜11nの設置場所が限定されず、且つセンシング精度を向上させることが出来る。 According to the probe P (FIG. 4) of claim 3, the eddy current of the eddy current U flowing through the laminate 1 under the uniform exciting coil 10 by partially changing the winding density of the uniform exciting coil 10 The density can be made uniform. As a result, not only the uniform exciting coil 10 can be shortened, but also the installation location of the detection sensors 11a to 11n is not limited, and the sensing accuracy can be improved.

請求項4および請求項5のプローブP(図5)によれば、渦電流密度の均一化を図ることが出来るだけでなく、励磁コイルがない中間部分10cに検出センサ11a〜11nを設置することができるので、或いは内側に配置できるので、巻き始め部分10aと巻き終り部分10bの励磁面10rを検査面1aにより近接させることができ、より強い渦電流Uを生起させることができる。
なお、本実施例では、検出センサ11a〜11nは、巻き始め部分10aと巻き終り部分10bにそれぞれ1個以上の検出センサが1列に配置される。
According to the probe P (FIG. 5) of the fourth and fifth aspects, not only the eddy current density can be made uniform, but also the detection sensors 11a to 11n are installed in the intermediate portion 10c without the exciting coil. Because it can be formed or can be arranged inside, the exciting surface 10r of the winding start portion 10a and the winding end portion 10b can be brought closer to the inspection surface 1a, and a stronger eddy current U can be generated.
In this embodiment, in the detection sensors 11a to 11n, one or more detection sensors are arranged in a row at the winding start portion 10a and the winding end portion 10b, respectively.

請求項6の「検査対象物」は、本発明では「擬似等方型積層体1」であり、例えば、飛行機の翼や、風力発電の風車のような曲面部材がある。一様励磁コイル10の励磁面10rは、検査対象物の検査面1aからの離間距離が一定である必要があるので、このような曲面形状の検査面1aに対してはこの励磁面10rがこの曲面形状の検査面1aに合わせて形成されることが好ましい。 The "inspection object" of claim 6 is a "pseudo-isotropic laminate 1" in the present invention, and includes, for example, curved members such as an airplane wing and a wind turbine for wind power generation. Since the exciting surface 10r of the uniform exciting coil 10 needs to have a constant separation distance from the inspection surface 1a of the inspection object, this exciting surface 10r is used for the inspection surface 1a having such a curved surface shape. It is preferably formed so as to match the curved surface-shaped inspection surface 1a.

請求項7および請求項8は、積層体1を構成する硬化層4a〜4nのターゲットとなる硬化層4iの配向ずれ角Δθを高精度(±1°以内)で検出することが出来、請求項9および請求項10は、積層体1を構成する硬化層4a〜4nのターゲットとなる硬化層4iの強化繊維2のうねり角φを高精度(±1°以内)で検出することが出来る。 According to claims 7 and 8, the orientation deviation angle Δθ of the hardened layer 4i, which is the target of the hardened layers 4a to 4n constituting the laminated body 1, can be detected with high accuracy (within ± 1 °). 9 and claim 10 can detect the waviness angle φ of the reinforcing fiber 2 of the hardened layer 4i, which is the target of the hardened layers 4a to 4n constituting the laminated body 1, with high accuracy (within ± 1 °).

(a)は本発明の検出装置全体の構成図の第1例であり、(b)はその第2例、(c)はその第3例である。(A) is the first example of the block diagram of the whole detection apparatus of this invention, (b) is the second example, and (c) is the third example. 本発明の一様励磁差動型プローブによる検査状態の一例の斜視図である。It is a perspective view of an example of the inspection state by the uniform excitation differential type probe of this invention. (a)は本発明の一様励磁コイルの第1実施例の斜視図、(b)はその模式的な平面図、(c)はその正面図、(d)はその変形例である。(A) is a perspective view of a first embodiment of the uniformly excited coil of the present invention, (b) is a schematic plan view thereof, (c) is a front view thereof, and (d) is a modified example thereof. (a)は本発明の一様励磁コイルの第2実施例の斜視図、(b)はその模式的な平面図、(c)はその正面図、(d)はその変形例である。(A) is a perspective view of a second embodiment of the uniformly excited coil of the present invention, (b) is a schematic plan view thereof, (c) is a front view thereof, and (d) is a modified example thereof. (a)は本発明の一様励磁コイルの第3実施例の斜視図、(b)はその模式的な平面図、(c)(d)は検出センサを中央に配置した例の正面図、(e)(f)は検出センサを両端に配置した例の正面図である。(A) is a perspective view of a third embodiment of the uniform exciting coil of the present invention, (b) is a schematic plan view thereof, and (c) and (d) are front views of an example in which the detection sensor is arranged in the center. (E) and (f) are front views of an example in which detection sensors are arranged at both ends. (a)は多数の検出センサを用いた一様励磁コイルの正面図、(d)はその変形例である。(A) is a front view of a uniform exciting coil using a large number of detection sensors, and (d) is a modified example thereof. 積層体のプリプレグの積層状態の一例を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows an example of the laminated state of the prepreg of a laminated body. (a)は積層体の第1硬化層における巨視的ミスアライメントを示す斜視図、(b)は局所的ミスアライメントとその拡大図である。(A) is a perspective view showing a macroscopic misalignment in the first cured layer of the laminated body, and (b) is a local misalignment and an enlarged view thereof. 積層体の繊維方向と、プローブの差動角と、検査ターゲットの硬化層の強化繊維の配向方向の関係を示す図面である。It is a drawing which shows the relationship between the fiber direction of a laminate, the differential angle of a probe, and the orientation direction of the reinforcing fiber of the hardened layer of an inspection target. (a)は巨視的ミスアライメントのコンタ図、(b)は空間FFT処理図、(c)は2値化図、(d)はハフ変換による解析画像である。(A) is a contour diagram of macroscopic misalignment, (b) is a spatial FFT processing diagram, (c) is a binarization diagram, and (d) is an analysis image by Hough transform. 強化繊維のうねり繊維長さ(局所的ミスアライメント)の計測図面である 。It is a measurement drawing of the waviness fiber length (local misalignment) of a reinforcing fiber. (a)強化繊維の繊維うねり(局所的ミスアライメント)のコンタ図、(b)はそのハフ変換図である。(A) The contour diagram of the fiber swell (local misalignment) of the reinforcing fiber, and (b) is the Hough transform diagram thereof. (a)従来プローブと本発明プローブで、差動角を90°とした場合の平面図、(b)差動角を0°とした場合の平面図である。(A) is a plan view of the conventional probe and the probe of the present invention when the differential angle is 90 °, and (b) is a plan view when the differential angle is 0 °. (a)〜(e)は繊維方向に対する検出センサの配置関係を示す図である。(A) to (e) are diagrams showing the arrangement relationship of the detection sensor with respect to the fiber direction. プローブと硬化層の渦電流の関係を示す分解図である。It is an exploded view which shows the relationship of the eddy current of a probe and a hardened layer. (a)巨視的ミスアライメントの検出性評価表、(b)局所的ミスアライメントの検出性評価表である。(A) Macroscopic misalignment detectability evaluation table, (b) Local misalignment detectability evaluation table.

以下、本発明を添付図面に従って詳述する。まず、本発明が適用される検査対象の繊維強化型積層体1(以下、単に積層体1という場合もある。)について説明する。前記積層体1は、Bステージのプリプレグ41a〜41nを複数枚積層し、加圧加熱してこれを硬化させたものである。プリプレグ41a〜41nの強化繊維2の配向方向、および積層枚数は用いられる部材の要求される強度により適宜選択される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, the fiber-reinforced laminated body 1 to be inspected to which the present invention is applied (hereinafter, may be simply referred to as the laminated body 1) will be described. The laminated body 1 is obtained by laminating a plurality of B-stage prepregs 41a to 41n and heating them under pressure to cure them. The orientation direction of the reinforcing fibers 2 of the prepregs 41a to 41n and the number of laminated fibers are appropriately selected depending on the required strength of the members used.

積層に使用される上記プリプレグ41a〜41nは、一方向に引き揃えられた多数本の導電性強化繊維2、或いは、平織りや朱子織りなど編み込まれた導電性強化繊維シートと、前記導電性強化繊維2を含むマトリックス5(熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂或いはセラミック)との複合材料の半乾燥品(Bステージ)である。 The prepregs 41a to 41n used for laminating are a large number of conductive reinforcing fibers 2 aligned in one direction, or a conductive reinforcing fiber sheet woven such as a plain weave or a sardine weave, and the conductive reinforcing fibers. It is a semi-dried product (B stage) of a composite material with a matrix 5 (thermosetting resin, thermoplastic resin or ceramic) containing 2.

これらプリプレグ41a〜41nは、硬化体である積層体1の使用目的に合わせてその配向方向が設計段階で予め決められており、製造段階では、設計で示された導電性強化繊維2の配向方向(これを検査用配向方向La〜Lnで示す。小文字の添え字は硬化層4a〜4nに対応する。)に従って順次積層されている。従って、その硬化体である積層体1の各硬化層4a〜4nの導電性強化繊維2の配向方向も製造段階では既知である。ただし、既に述べたようなミスアライメントが実際の製造段階で積層体1に生じることがある(図8)。 The orientation direction of these prepregs 41a to 41n is determined in advance at the design stage according to the purpose of use of the laminated body 1 which is a cured product, and at the manufacturing stage, the orientation direction of the conductive reinforcing fibers 2 indicated in the design. (This is indicated by the inspection orientation directions La to Ln. The subscripts in lower letters correspond to the cured layers 4a to 4n.) The layers are sequentially laminated. Therefore, the orientation direction of the conductive reinforcing fibers 2 of the cured layers 4a to 4n of the laminated body 1 which is the cured product is also known at the manufacturing stage. However, the misalignment as described above may occur in the laminated body 1 at the actual manufacturing stage (FIG. 8).

図7では、説明の簡便化のために4枚のプリプレグ41a〜41dが積層される例を示す。各プリプレグ41a〜41dの繊維方向を細線ハッチングで示す。図の実施例は、プリプレグ41a〜41dの強化繊維2の配向方向を例えば(0°、45°、90°、−45°)と違えて積層したもので、その硬化体である図8の積層体1は擬似等方積層体1である。図示しないが、積層体1の硬化層4の積層方法はこれに限られない。 FIG. 7 shows an example in which four prepregs 41a to 41d are laminated for the sake of simplicity of explanation. The fiber directions of the prepregs 41a to 41d are indicated by thin line hatching. In the embodiment shown in the figure, the reinforcing fibers 2 of the prepregs 41a to 41d are laminated in a different orientation direction from, for example (0 °, 45 °, 90 °, −45 °), and the cured product of the reinforcing fibers 2 is laminated in FIG. The body 1 is a pseudo isotropic laminate 1. Although not shown, the method of laminating the cured layer 4 of the laminated body 1 is not limited to this.

使用される導電性強化繊維2としては、炭素繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、合成繊維の中に導電性のよい金属や黒鉛を均一に分散させた繊維状物、有機物繊維、無機繊維の表面を金属で被覆した繊維状物、有機物繊維や無機繊維の表面を、導電性物質を含む樹脂で被覆した繊維状物、ステンレス鋼や銅、アルミニウムのような金属を繊維化した金属繊維、カーボンナノチューブの内の少なくとも1つ(即ち、1つ又は2つ以上の組み合わせ)が用いられる。 The conductive reinforcing fibers 2 used include carbon fibers, boron fibers, ceramic fibers, fibrous materials in which highly conductive metals and graphite are uniformly dispersed in synthetic fibers, organic fibers, and inorganic fibers. Fibers coated with metal, fibrous materials whose surface is coated with a resin containing a conductive substance, metal fibers made by fiberizing metals such as stainless steel, copper, and aluminum, and carbon nanotubes. At least one of them (ie, one or a combination of two or more) is used.

母材である上記マトリックス5に埋設された導電性強化繊維2は隣接する他の導電性強化繊維2との接点で電気的に繋がっており、導電性強化繊維2内を優先的に渦電流Uが流れるようになっている。非導電性のマトリックス5は、構造的には高周波の渦電流Uにより充放電を繰り返すコンデンサと同様の働きをなし、導電性強化繊維2より劣るが渦電流Uが流れるようになっている。 The conductive reinforcing fibers 2 embedded in the matrix 5 which is the base material are electrically connected at the contact points with other adjacent conductive reinforcing fibers 2, and the eddy current U preferentially in the conductive reinforcing fibers 2. Is flowing. The non-conductive matrix 5 structurally functions in the same manner as a capacitor that repeatedly charges and discharges due to a high-frequency eddy current U, and is inferior to the conductive reinforcing fiber 2 in that the eddy current U flows.

上記マトリックス5には積層体1の用途に応じた素材が用いられる。熱硬化性樹脂の場合、例えば、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などが使用される。上記導電性強化繊維2は上記の周知方法でマトリックス5中に含まれる。熱可塑性樹脂では、例えば、ポリアミド(ナイロン)、酢酸ビニルを水に分散させた水系接着剤などが挙げられる。その他、セラミックも用いられる。 For the matrix 5, a material suitable for the use of the laminated body 1 is used. In the case of thermosetting resin, for example, unsaturated polyester, epoxy resin, phenol resin, silicone resin and the like are used. The conductive reinforcing fiber 2 is included in the matrix 5 by the above-mentioned well-known method. Examples of the thermoplastic resin include polyamide (nylon) and a water-based adhesive in which vinyl acetate is dispersed in water. In addition, ceramic is also used.

上記検査対象である製品としての積層体1は、図の実施例では平板状のものであるが、ねじれたものや、球面状のもの、湾曲したものなどさまざまな形状のものがあり、その検査面1aも平面に限られない。従って、次に述べるプローブPの励磁面10r(検査面1aに対向して配置される面)の形状は積層体1、特にその検査面1aの形状に合わせて作られる。これにより励磁面10rと検査面1aとは全面にわたって均一な離間距離Hを保つことになる。 The laminated body 1 as a product to be inspected is a flat plate in the embodiment shown in the figure, but there are various shapes such as a twisted one, a spherical one, and a curved one, and the inspection thereof is performed. The surface 1a is not limited to a flat surface. Therefore, the shape of the exciting surface 10r (the surface arranged to face the inspection surface 1a) of the probe P described below is made to match the shape of the laminated body 1, particularly the inspection surface 1a. As a result, a uniform separation distance H is maintained over the entire surface of the exciting surface 10r and the inspection surface 1a.

また、製品である積層体1は、既に述べたように設計に基づいて積層されて製造されるので、積層体1の各硬化層4a〜4nの繊維方向は前記設計によって予め分かっている。しかしながら実際の製造において、プリプレグ41a〜41nは、設計に合わせて積層されるので、各硬化層4a〜4nの強化繊維2の配向方向はほぼ設計値に近似した数値となると考えられるが、何らかのミスで必ずしも巨視的ミスアライメント(配向ずれ)を生じることなく積層されるとは限らないし、製造中で局所的ミスアライメント(繊維うねり8の部分)が発生することもある(図8)。 Further, since the laminated body 1 as a product is manufactured by being laminated based on the design as described above, the fiber directions of the cured layers 4a to 4n of the laminated body 1 are known in advance by the design. However, in actual production, since the prepregs 41a to 41n are laminated according to the design, it is considered that the orientation direction of the reinforcing fibers 2 of each of the cured layers 4a to 4n is a value approximately close to the design value. It is not always laminated without causing macroscopic misalignment (alignment deviation), and local misalignment (part of fiber swell 8) may occur during manufacturing (FIG. 8).

そこで、積層体1の検査の基準となる方向(これを基準方向Lとする。)を決める必要があるが、検査対象の積層体1の強化繊維2の配向方向とは切り離した、設計上の強化繊維の配向方向を基準方向Lとする場合と、検査対象の積層体1のいずれか1つの硬化層を選び、この強化繊維の配向方向を検査対象の積層体1全体の基準方向Lとする場合がある。上記のように検査対象の積層体1の各硬化層4a〜4nの強化繊維2の配向方向は設計上の強化繊維の配向方向と実質的に同じであるので、説明の簡便のため、後者(第1層の硬化層4a)の配向方向を基準方向Lとし、2層目以下の硬化層4b〜4nに対しては、この基準方向Lに対して設計上の配向方向を各硬化層4b〜4nの配向方向Lb〜Lnとする。 Therefore, it is necessary to determine the reference direction for the inspection of the laminated body 1 (this is referred to as the reference direction L), but the design is separated from the orientation direction of the reinforcing fibers 2 of the laminated body 1 to be inspected. The orientation direction of the reinforcing fibers is set to the reference direction L, and the cured layer of any one of the laminated bodies 1 to be inspected is selected, and the orientation direction of the reinforcing fibers is set to the reference direction L of the entire laminated body 1 to be inspected. In some cases. As described above, the orientation direction of the reinforcing fibers 2 of the cured layers 4a to 4n of the laminated body 1 to be inspected is substantially the same as the orientation direction of the reinforcing fibers in design. Therefore, for the sake of simplicity of explanation, the latter ( The orientation direction of the first cured layer 4a) is set to the reference direction L, and for the second and lower cured layers 4b to 4n, the design orientation direction is set to each cured layer 4b to 4n with respect to the reference direction L. Let the orientation directions Lb to Ln be 4n.

プローブPは図3に示すものを例に取る。このプローブPは、その励磁コイル10の中心線に合わせて2個の検出センサ11a、11bが互いに近接して一列に配置されている。この検出センサ11a、11bの中心を結ぶ直線を中心線CLとする。
プローブPは検査面1aに近接或いは接して配置され、後述するように、検出精度面から考慮して、その中心線CLは検査ターゲットとなる硬化層4iの配向方向Liに平行又は直交するように設置される。この中心線CLと基準方向Lとは交差する。この両者のなす角は差動角Ψiで表される。そして、中心線CLに平行な又は直交する硬化層4iの配向方向Liは、設計上の配向方向であり、基準方向Lに対して交差し、両者のなす角度が硬化層4iの配向角θiとなる。
そして、硬化層4iの実際の強化繊維2の配向方向が、硬化層4iの設計上の配向方向Liに対して巨視的ミスアライメントを有している場合、両者の交角は配向ずれ角Δθで表される。
本発明における巨視的ミスアライメントの検出は、各硬化層4a〜4nにおける±3°を越える配向ずれ角Δθを検出することである。
As the probe P, the one shown in FIG. 3 is taken as an example. In this probe P, two detection sensors 11a and 11b are arranged in a row in close proximity to each other along the center line of the exciting coil 10. The straight line connecting the centers of the detection sensors 11a and 11b is defined as the center line CL.
The probe P is arranged close to or in contact with the inspection surface 1a, and as will be described later, the center line CL thereof is parallel to or orthogonal to the orientation direction Li of the cured layer 4i to be the inspection target in consideration of the detection accuracy. Will be installed. The center line CL and the reference direction L intersect. The angle between the two is represented by the differential angle Ψi. The orientation direction Li of the cured layer 4i parallel to or orthogonal to the center line CL is the design orientation direction, intersects the reference direction L, and the angle formed by the two is the orientation angle θi of the cured layer 4i. Become.
When the actual orientation direction of the reinforcing fibers 2 of the cured layer 4i has a macroscopic misalignment with respect to the design orientation direction Li of the cured layer 4i, the intersection angle between the two is represented by an orientation deviation angle Δθ. Will be done.
The detection of macroscopic misalignment in the present invention is to detect an orientation deviation angle Δθ exceeding ± 3 ° in each of the cured layers 4a to 4n.

これに対して、硬化層4a〜4nのいずれかの部分で局所的ミスアライメントである繊維うねり8が生じている場合がある。図8(b)は、第1層の硬化層4aの強化繊維2の一部に繊維うねり8が生じている場合を示す。拡大図は実際の繊維うねり8の図面代用写真である。
検査ターゲットの硬化層4iに繊維うねり8が生じているとすると、この繊維うねり8の大きさは、図11に示すように繊維うねり8に対する接線Siと硬化層4iにおける実際の強化繊維2との交角(うねり角φ)で表される。
本発明における局所的ミスアライメントの検出は、各硬化層4b〜4n(或いは全硬化層4a〜4n)における±2°を越えるうねり角φを持つ線とその長さを検出することにある。
巨視的・局所的ミスアライメントの量が良否判定の閾値を越えると不良品と判定される。
On the other hand, fiber waviness 8 which is a local misalignment may occur in any part of the cured layers 4a to 4n. FIG. 8B shows a case where fiber waviness 8 is generated in a part of the reinforcing fibers 2 of the cured layer 4a of the first layer. The enlarged view is a drawing substitute photograph of the actual fiber swell 8.
Assuming that fiber waviness 8 is generated in the hardened layer 4i of the inspection target, the size of the fiber waviness 8 is the tangent Si to the fiber waviness 8 and the actual reinforcing fiber 2 in the hardened layer 4i as shown in FIG. It is represented by the intersection angle (waviness angle φ).
The detection of local misalignment in the present invention is to detect a line having a waviness angle φ exceeding ± 2 ° in each cured layer 4b to 4n (or all cured layers 4a to 4n) and its length.
If the amount of macroscopic / local misalignment exceeds the threshold for good / bad judgment, it is judged as a defective product.

本発明のプローブPは一様励磁差動型で、基本的には一様励磁コイル10と2個一対の検出センサ11a・11bとで構成され、図示しないケーシングに収められている。他の実施例については後述する。
以下、図3(a)に示すプローブPを代表例とする。一様励磁差動型プローブPは図1の実施例では固定状態であるが、検査対象である積層体1の検査面1aの検査範囲のデータを取るため、前後左右に相対的に移動する2Dスキャンが行われる。そのため、X−Y−θステージ20に積層体1が設置されている。X−Y−θステージ20を設けない場合には、例えば、多関節ロボットアームのような駆動体にプローブPを取り付けて移動させるようにしてもよい。
The probe P of the present invention is a uniform excitation differential type, and is basically composed of a uniform excitation coil 10 and two pairs of detection sensors 11a and 11b, and is housed in a casing (not shown). Other examples will be described later.
Hereinafter, the probe P shown in FIG. 3A is taken as a typical example. The uniformly excited differential probe P is in a fixed state in the embodiment of FIG. 1, but 2D moves relatively back and forth and left and right in order to collect data on the inspection range of the inspection surface 1a of the laminate 1 to be inspected. A scan is done. Therefore, the laminated body 1 is installed on the XY−θ stage 20. When the XY−θ stage 20 is not provided, the probe P may be attached to a driving body such as an articulated robot arm and moved.

図3(a)〜(c)に示された一様励磁コイル10はその第1実施例で、その励磁コイル10は、表面に絶縁被膜が形成された導線を矩形且つ一定間隔で(或いは図示していないが隙間なしの密巻き)螺旋状に巻成して扁平な直方体状に形成したものである。積層体1の検査面1aに近接させ且つある程度平行に配置される励磁コイル10の励磁面10rは、積層体1の検査面1aの形状に合わせて作られる。 The uniform exciting coil 10 shown in FIGS. 3 (a) to 3 (c) is the first embodiment thereof, and the exciting coil 10 has a conducting wire having an insulating coating formed on its surface at regular intervals (or in FIG. (Not shown, but tightly wound without gaps) It is wound in a spiral shape to form a flat rectangular parallelepiped. The exciting surface 10r of the exciting coil 10 arranged close to the inspection surface 1a of the laminated body 1 and parallel to some extent is made to match the shape of the inspection surface 1a of the laminated body 1.

積層体1は、上記のようにさまざまな形状のものがあるので、一様励磁コイル10は上記のように直方体状に巻かれたものだけでなく、積層体1に合わせて立方体、筒状、その他の形状にすることも可能である。筒状には円筒形や楕円筒形、筒状の三角柱、筒状の多角形柱等が含まれる。そして上記のように特に、一様励磁コイル10の励磁面10rが積層体1の検査面1aに合わせて形成される。換言すれば、積層体1の検査面1aからの一様励磁コイル10の励磁面10rの離間距離Hが励磁面10rの全体にわたってほぼ同じ距離に保たれるように形成される。 Since the laminated body 1 has various shapes as described above, the uniform exciting coil 10 is not only wound in a rectangular parallelepiped shape as described above, but also has a cubic shape, a tubular shape, or the like according to the laminated body 1. Other shapes are also possible. The tubular shape includes a cylindrical shape, an elliptical tubular shape, a tubular triangular prism, a tubular polygonal prism, and the like. Then, as described above, in particular, the exciting surface 10r of the uniform exciting coil 10 is formed so as to match the inspection surface 1a of the laminated body 1. In other words, it is formed so that the separation distance H of the exciting surface 10r of the uniform exciting coil 10 from the inspection surface 1a of the laminated body 1 is maintained at substantially the same distance over the entire exciting surface 10r.

このように形成された一様励磁コイル10に高周波電流を流すと、一様励磁コイル10の周囲に変動磁場が発生する。積層体1が擬似等方性を有する場合、積層体1を構成する硬化層4a〜4nの内、変動磁場に適合する方向の繊維配向を持つ硬化層に主として強い指向性の渦電流が流れ、他の硬化層には殆ど渦電流が発生しない。従って、一様励磁コイル10の配置方向(差動角Ψ)を選択することで、擬似等方性を有する積層体1に対して渦電流Uが流れる硬化層を選択できる。 When a high-frequency current is passed through the uniform exciting coil 10 formed in this way, a fluctuating magnetic field is generated around the uniform exciting coil 10. When the laminated body 1 has pseudo isotropic property, a strongly directional eddy current mainly flows through the cured layer having the fiber orientation in the direction suitable for the fluctuating magnetic field among the hardened layers 4a to 4n constituting the laminated body 1. Almost no eddy current is generated in the other cured layers. Therefore, by selecting the arrangement direction (differential angle Ψ) of the uniform exciting coil 10, it is possible to select the cured layer in which the eddy current U flows with respect to the laminated body 1 having pseudo isotropic property.

第1実施例の一様励磁コイル10は全体にわたって均等に導線が巻かれているので、その中間部分10cより両端の巻き始め部分10aと巻き終り部分10bの周囲の変動磁場が端に向かって漸減し、従って、これに起因する渦電流Uも中間部分が強く、巻き始め部分10aと巻き終り部分10bでは漸減する。 Since the lead wire is wound evenly throughout the uniform exciting coil 10 of the first embodiment, the fluctuating magnetic fields around the winding start portions 10a and the winding end portions 10b at both ends gradually decrease toward the ends from the intermediate portion 10c. Therefore, the eddy current U caused by this also has a strong intermediate portion and gradually decreases at the winding start portion 10a and the winding end portion 10b.

検出センサ11a〜11nは、上記励磁コイル10にて検査面1aに生じた渦電流Uに起因する誘導起電力を検出する関係上、性能の同じものが使用される。本発明に於いて使用される検出センサ11a〜11nは、コイル、ホール素子、MR素子、MI素子、フラックスゲートセンサなどが挙げられる。ここでは、代表例としてコイルを採用する。
検出センサ11がコイルの場合、同じ性能を担保するため、図の実施例では、円形の同一形状(同一直径、同一巻き数、同一巻き方向)である。図3では、2個の検出センサ11a・11bが一様励磁コイル10の下面である励磁面10rの中央に若干の隙間を明け、且つ近接させて配置されている。その配置方向は、一様励磁コイル10の導線の下辺10dの延び方向(巻き付け方向)に対して直交する方向に(換言すれば、巻き始め側から巻き終わり側に向けて)一列に設置されている。
検出センサ11a・11bは対として使用されるため、本実施例では2個であるが、強度と方向が同程度の渦電流が流れる範囲においては、3個以上設置し、そのうちの任意の2個の信号の差動を取得することも可能である。複数ペアで使用することも可能である。この点は後述する。
なお、図の検出センサ11a・11bの平面形状は円形であるが、勿論、これに限られず、正方形、多角形その他適宜な形状が採用されるが、上記のようにセンシング条件を同じにするため同一形状とされる。
図3(a)〜(c)では、検出センサ11a・11bは、励磁コイル10の励磁面10rの下方に配置されている。従って、励磁面10rは検出センサ11a・11bの分だけ積層体1の検査面1aから離れる。
As the detection sensors 11a to 11n, those having the same performance are used because the exciting coil 10 detects the induced electromotive force caused by the eddy current U generated on the inspection surface 1a. Examples of the detection sensors 11a to 11n used in the present invention include coils, Hall elements, MR elements, MI elements, and fluxgate sensors. Here, a coil is adopted as a typical example.
When the detection sensor 11 is a coil, in order to ensure the same performance, in the embodiment of the figure, it has the same circular shape (same diameter, same number of turns, same winding direction). In FIG. 3, the two detection sensors 11a and 11b are arranged so as to be close to each other with a slight gap in the center of the exciting surface 10r which is the lower surface of the uniform exciting coil 10. The arrangement direction is a direction orthogonal to the extension direction (winding direction) of the lower side 10d of the lead wire of the uniform exciting coil 10 (in other words, from the winding start side to the winding end side) in a row. There is.
Since the detection sensors 11a and 11b are used as a pair, there are two in this embodiment, but in the range where eddy currents of the same intensity and direction flow, three or more are installed, and any two of them are installed. It is also possible to obtain the differential of the signal of. It is also possible to use it in multiple pairs. This point will be described later.
The planar shapes of the detection sensors 11a and 11b in the figure are circular, but of course, they are not limited to this, and squares, polygons, and other appropriate shapes are adopted, but in order to make the sensing conditions the same as described above. It has the same shape.
In FIGS. 3A to 3C, the detection sensors 11a and 11b are arranged below the exciting surface 10r of the exciting coil 10. Therefore, the exciting surface 10r is separated from the inspection surface 1a of the laminated body 1 by the amount of the detection sensors 11a and 11b.

次に、図3(d)に示す第1実施例の変形例について説明する。この場合は、検出センサ11a・11bが励磁コイル10の内側に配置されており、励磁面10rの上方にてこれに近接させて配置される。これにより第1実施例に比べて検出センサ11a・11bの高さだけ励磁面10rを検査面1aにより近接させることができ、より強い渦電流Uを生じさせることができる。
検出センサ11a・11bを励磁面10rの上に設置するか、下に設置するかは第2実施例以下についても当て嵌まる。
Next, a modified example of the first embodiment shown in FIG. 3D will be described. In this case, the detection sensors 11a and 11b are arranged inside the exciting coil 10, and are arranged close to and above the exciting surface 10r. As a result, the exciting surface 10r can be brought closer to the inspection surface 1a by the height of the detection sensors 11a and 11b as compared with the first embodiment, and a stronger eddy current U can be generated.
Whether the detection sensors 11a and 11b are installed above or below the exciting surface 10r also applies to the second embodiment and the following.

次に、一様励磁コイル10の第2実施例について説明する(図4(a)〜(d))。この一様励磁コイル10は、その導線の巻き始め部分10aと巻き終り部分10bとが、その中間部分10cに比べて密に巻かれ、2個の検出センサ11a・11bは前記中間部分10cに設置されている。一様励磁コイル10の巻き方はこれに限られず、その導線の巻き始めから中央に向けて巻き線の間隔を漸減し、中央から巻き終りに向けて巻き線の間隔を漸減するようにしてもよい。2個の検出センサ11a・11bは上記同様、励磁面10rの上または下に配置される。
これにより、巻き始め部分10aと巻き終り部分10bの周囲の変動磁場は第1実施例の場合に比べてより強く表れ、両端部分10a・10bでの変動磁場の漸減が阻止され、その結果、第2実施例の一様励磁コイル10によって生起される渦電流Uは、一様励磁コイル10の全幅に亙ってほぼ均一に形成される。従って、一様励磁コイル10を第1実施例のそれに比べて小さくすることが出来る。
Next, a second embodiment of the uniform exciting coil 10 will be described (FIGS. 4A to 4D). In this uniform exciting coil 10, the winding start portion 10a and the winding end portion 10b of the lead wire are wound more densely than the intermediate portion 10c, and the two detection sensors 11a and 11b are installed in the intermediate portion 10c. Has been done. The winding method of the uniform exciting coil 10 is not limited to this, and even if the winding spacing is gradually reduced from the beginning to the center of the lead wire and the winding spacing is gradually reduced from the center to the winding end. Good. The two detection sensors 11a and 11b are arranged above or below the exciting surface 10r as described above.
As a result, the fluctuating magnetic fields around the winding start portion 10a and the winding end portion 10b appear stronger than in the case of the first embodiment, and the gradual decrease of the fluctuating magnetic fields at both end portions 10a and 10b is prevented, and as a result, the first The eddy current U generated by the uniform exciting coil 10 of the second embodiment is formed substantially uniformly over the entire width of the uniform exciting coil 10. Therefore, the uniform exciting coil 10 can be made smaller than that of the first embodiment.

一様励磁コイル10の第3実施例(図5(a)〜(f))は、中間部分10cなしでその巻き始め部分10aと巻き終り部分10bとで構成され、図5(c)(d)では、前記中間部分10cの中央に2個の検出センサ11a・11bが設置され、且つ2個の検出センサ11a・11bは励磁面10rの上または下に配置されている。
図5(e)(f)では、2個の検出センサ11a・11bがそれぞれ巻き始め部分10aと巻き終り部分10bの励磁面10rの上または下に配置されている。
巻き始め部分10aと巻き終り部分10bの導線の巻き方向は同じ方向である。
検出センサ11a・11bの下面(積層体1の検査面1aに近接して配置される(或いは接する面)は、一様励磁コイル10の励磁面10aとほぼ一致するように設置するのが好ましい。
なお、第3実施例の一様励磁コイル10では、中間部分10cなしなので、生起される渦電流Uの均一性は、第1、第2実施例に劣るが、励磁コイル10と検査面1aとの離間距離Hが小さいためより強い渦電流を誘導することができる。
A third embodiment of the uniform exciting coil 10 (FIGS. 5A to 5F) is composed of a winding start portion 10a and a winding end portion 10b without an intermediate portion 10c, and FIGS. 5 (c) and 5 (d). ), The two detection sensors 11a and 11b are installed in the center of the intermediate portion 10c, and the two detection sensors 11a and 11b are arranged above or below the exciting surface 10r.
In FIGS. 5 (e) and 5 (f), the two detection sensors 11a and 11b are arranged above or below the exciting surfaces 10r of the winding start portion 10a and the winding end portion 10b, respectively.
The winding directions of the lead wires of the winding start portion 10a and the winding end portion 10b are the same.
It is preferable that the lower surfaces of the detection sensors 11a and 11b (surfaces arranged close to (or in contact with) the inspection surface 1a of the laminated body 1) are installed so as to substantially coincide with the exciting surface 10a of the uniform exciting coil 10.
Since the uniform exciting coil 10 of the third embodiment has no intermediate portion 10c, the uniformity of the generated eddy current U is inferior to that of the first and second embodiments, but the exciting coil 10 and the inspection surface 1a Since the separation distance H is small, a stronger eddy current can be induced.

なお、検出センサ11a・11bは、上記検出すべき渦電流Uの均一性が担保される範囲(中間部分10c)に設置される。
本発明のプロ―ブPは、n個の検出コイル11a〜11nを一列で用いるようになっているが、本実施例では、巻き方向が同じの巻き始めと巻き終りの2つの励磁コイル10a、10bとで構成されているので、磁界分布は中央部が凹状になる。従って中央部分10cに2個の検出コイル11a・11bを設置するのが好ましい。
The detection sensors 11a and 11b are installed in a range (intermediate portion 10c) where the uniformity of the eddy current U to be detected is guaranteed.
The probe P of the present invention uses n detection coils 11a to 11n in a row, but in this embodiment, two exciting coils 10a at the start and end of winding having the same winding direction. Since it is composed of 10b, the magnetic field distribution has a concave shape at the center. Therefore, it is preferable to install two detection coils 11a and 11b in the central portion 10c.

図6(a)(b)は第4実施例で、1列に並べられた3個以上の検出センサ11a〜11nが励磁コイル10の内側または外側に配置された例である。第1〜3実施例では、検出センサが2個の場合であるが、第4実施例のように複数個にすることも可能である。図5の場合には、巻き始め部分10aと巻き終り部分10bにそれぞれ複数個、設置することも可能である。検出センサ11a〜11nが複数個の場合には、任意の2個が選択され、その差分が取られることになる。また、プローブPの進行方向に対して検出センサ11a〜11nを並列になるようにプローブPを配置し、横1列に移動するようにすれば、複数のペアを選択して電気信号を録取すれば、一方向に走査するだけで2次元計測が可能となる。
なお、選定される一対の検出センサ11a〜11nは、隣接するものであるが、例えば、幅広いうねりを検出するなど、検出条件によっては離れた検出センサを選択することも可能である。
6 (a) and 6 (b) are examples of the fourth embodiment in which three or more detection sensors 11a to 11n arranged in a row are arranged inside or outside the exciting coil 10. In the first to third embodiments, the number of detection sensors is two, but it is possible to have a plurality of detection sensors as in the fourth embodiment. In the case of FIG. 5, a plurality of winding start portions 10a and a plurality of winding end portions 10b can be installed. When there are a plurality of detection sensors 11a to 11n, any two are selected and the difference is taken. Further, if the probes P are arranged so that the detection sensors 11a to 11n are parallel to the traveling direction of the probes P and are moved in a horizontal row, a plurality of pairs are selected and an electric signal is recorded. Then, two-dimensional measurement becomes possible only by scanning in one direction.
The pair of detection sensors 11a to 11n to be selected are adjacent to each other, but it is also possible to select distant detection sensors depending on the detection conditions, for example, to detect a wide range of waviness.

次に、本発明の検出装置全体の構成について説明する(図1(a)〜(c))。
本発明の検出装置は同図(a)に示すように、ディファレンシャル・アンプリファイア16で検出センサ11a・11bからの電気信号(アナログ)を差分処理する場合と、同図(b)に示すように、ディファレンシャル・アンプリファイア16を用いず、プローブPからの電気信号(アナログ)をロックイン・アンプリファイア17に入力し、ここで電気信号(アナログ)を差分処理した後、増幅し、(或いはその逆で、電気信号(アナログ)を増幅した後、差分処理し、)A/Dコンバータ18に出力する場合と、同図(c)に示すように、ディファレンシャル・アンプリファイア16と、ロックイン・アンプリファイア17とを用いず、プローブPからの電気信号(アナログ)をそのままA/D変換してコンピュータ12の出力し、コンピュータ12で差分処理を行う3通りがある。以下、同図(a)を中心に説明し、同図(b)(c)は(a)と異なる部分だけを主として説明する。
Next, the configuration of the entire detection device of the present invention will be described (FIGS. 1A to 1C).
As shown in FIG. 6A, the detection device of the present invention performs differential processing of electrical signals (analog) from the detection sensors 11a and 11b with the differential amplifier 16 and as shown in FIG. , The electrical signal (analog) from the probe P is input to the lock-in amplifier 17 without using the differential amplifier 16, and the electrical signal (analog) is differentially processed and then amplified (or vice versa). Then, after amplifying the electric signal (analog), the difference is processed and output to the A / D converter 18), and as shown in the figure (c), the differential amplifier 16 and the lock-in amplifier. There are three ways in which the electrical signal (analog) from the probe P is A / D converted as it is and output to the computer 12 without using the 17 and the difference processing is performed by the computer 12. Hereinafter, the description will be centered on the figure (a), and the drawings (b) and (c) will mainly explain only the parts different from the figure (a).

ファンクション・シンセサイザ(又はオシレータ)14は、任意の周波数を発生できる周波数発振器で、電源30から供給された交流電流を所定の高周波電流に変換して一様励磁コイル10にそれぞれ供給する。なお、所定の高周波電流に変えて高周波パルス電流を供給するようにしても良い。(本明細書では煩雑さを解消するため、高周波パルス電流も高周波電流の概念に含める。)本実施例では、一様励磁コイル10に2MHz以上の高周波電流を印加する。 The function synthesizer (or oscillator) 14 is a frequency oscillator capable of generating an arbitrary frequency, converts the AC current supplied from the power supply 30 into a predetermined high frequency current, and supplies the AC current to the uniformly excited coil 10. It should be noted that the high frequency pulse current may be supplied instead of the predetermined high frequency current. (In this specification, a high frequency pulse current is also included in the concept of the high frequency current in order to eliminate the complexity.) In the present embodiment, a high frequency current of 2 MHz or more is applied to the uniform exciting coil 10.

ディファレンシャル・アンプリファイア16は、2個の検出センサ11a・11bで発生した誘導起電力をアナログ電気信号に変換し、このアナログ電気信号の差(アナログ差動信号)を増幅する装置である。 The differential amplifier 16 is a device that converts the induced electromotive force generated by the two detection sensors 11a and 11b into an analog electric signal and amplifies the difference (analog differential signal) of the analog electric signal.

ロックイン・アンプリファイア17は、ファンクション・シンセサイザ14で発生させた任意の周波数の交流を参照信号としてディファレンシャル・アンプリファイア16で増幅された差動信号の内、参照信号周波数と等しい、フィルタリングされた成分のみを増幅し、出力する装置である。 The lock-in amplifier 17 uses the alternating current of an arbitrary frequency generated by the function synthesizer 14 as a reference signal, and among the differential signals amplified by the differential amplifier 16, the filtered component equal to the reference signal frequency. It is a device that amplifies and outputs only.

A/Dコンバータ18は、ロックイン・アンプリファイア17より出力されたアナログ信号(差動信号)、或いは上記2つのアナログ信号をデジタル信号に変換してコンピュータ12に出力する装置である。 The A / D converter 18 is a device that converts an analog signal (differential signal) output from the lock-in amplifier 17 or the above two analog signals into a digital signal and outputs the digital signal to the computer 12.

コンピュータ12は、得られたデジタル信号(差分値)或いは上記2つのデジタル信号を差分処理して必要な画像(コンタ図の作成)や、強化繊維2の配向ずれ角Δθやうねり角φの演算を行うと共に画像解析図の作成、更には後述するX−Y−θステージ20の移動制御を司る。
コンピュータ12内には空間FFT画像処理部12a、例えばターゲットの硬化層4iの配向方向Liに対する角度誤差(配向ずれ角Δθ)を演算する配向角演算部12bや繊維うねり8に対するうねり角φを演算するうねり角演算部12c、前記処理結果や演算結果をモニタ13その他に出力する出力部(図示せず)などが内蔵されている。
The computer 12 performs a difference processing on the obtained digital signal (difference value) or the above two digital signals to perform a necessary image (creating a contour diagram), and calculates the orientation deviation angle Δθ and the waviness angle φ of the reinforcing fiber 2. At the same time, it controls the creation of an image analysis diagram and the movement control of the XY−θ stage 20, which will be described later.
In the computer 12, the spatial FFT image processing unit 12a, for example, the alignment angle calculation unit 12b for calculating the angle error (alignment deviation angle Δθ) with respect to the orientation direction Li of the target cured layer 4i, and the swell angle φ with respect to the fiber swell 8 are calculated. A swell angle calculation unit 12c, an output unit (not shown) for outputting the processing result and the calculation result to the monitor 13 and others are built-in.

ステージコントローラ19は、検査対象である積層体1を搭載したX−Y−θステージ20を制御(XY移動および回転移動)する装置である。
なお、ここでは検査対象である積層体1の移動(前後左右回転)のためにX−Y−θステージ20を用いた例を示したが、勿論、これに限らず、既述のように例えば多関節ロボットのようなものをX−Y−θステージ20の代わりに使用し、積層体1の移動を実現させてもよい。なお、X−Y−θステージ20を使用する場合、絶縁のために積層体1とX−Y−θステージ20との間に絶縁シート21が設けられる。
The stage controller 19 is a device that controls (XY movement and rotational movement) the XY−θ stage 20 on which the laminated body 1 to be inspected is mounted.
Here, an example in which the XY−θ stage 20 is used for moving (forward / backward / horizontal rotation) of the laminated body 1 to be inspected is shown, but of course, the present invention is not limited to this, and as described above, for example. An articulated robot or the like may be used instead of the XY−θ stage 20 to realize the movement of the laminate 1. When the XY−θ stage 20 is used, an insulating sheet 21 is provided between the laminated body 1 and the XY−θ stage 20 for insulation.

空間FFT画像処理部12aは、A/Dコンバータ18からの、或いはコンピュータ12自らによるデジタル信号の差分値の演算(該差分値が持つ空間周波数のFFT解析、更にはFFTスペクトルの入手)を行うと共に必要に応じてフィルタリング処理やその波形(逆FFTによるコンタ図や、2次元空間周波数スペクトル)をモニタ13に表示する(図10(a)(b))。 The spatial FFT image processing unit 12a performs calculation of the difference value of the digital signal from the A / D converter 18 or by the computer 12 itself (FFT analysis of the spatial frequency of the difference value, and further acquisition of the FFT spectrum). If necessary, the filtering process and its waveform (contour diagram by inverse FFT and two-dimensional spatial frequency spectrum) are displayed on the monitor 13 (FIGS. 10A and 10B).

配向角演算部12bは、空間FFT画像処理部12aで、2次元空間周波数スペクトル画像(データ)を2値化し、更に2値化データを例えばハフ変換して検査した強化繊維2の配向方向(巨視的ミスアライメント:設計上の検査用配向方向Liに対する硬化層4iの強化繊維2の配向ずれ角Δθ)を精度よく演算するものである。図10(d)の図では、輝線の部分が、ターゲット硬化層の検出された強化繊維の配向方向である。 The orientation angle calculation unit 12b is a spatial FFT image processing unit 12a that binarizes a two-dimensional spatial frequency spectrum image (data), and further binarizes the binarized data, for example, by Hough transforming and inspecting the orientation direction (macroscopic view) of the reinforcing fiber 2. Misalignment: The alignment deviation angle Δθ) of the reinforcing fiber 2 of the cured layer 4i with respect to the design orientation direction Li for inspection is calculated with high accuracy. In the figure of FIG. 10D, the part of the emission line is the orientation direction of the detected reinforcing fibers of the target cured layer.

うねり角演算部12cは、空間FFT画像処理部12aにおいて適当な空間周波数を用いてフィルタリング処理されたコンタ図(データ)を例えばハフ変換して検査した強化繊維2のうねり角(局所的ミスアライメント)を精度よく演算するものである。図12(b)の図では、ターゲット硬化層の検出された強化繊維の画像と共にそのうねり角φが表示される。 The swell angle calculation unit 12c performs a swell angle (local misalignment) of the reinforcing fiber 2 inspected by, for example, Hough transforming a contour diagram (data) filtered by the spatial FFT image processing unit 12a using an appropriate spatial frequency. Is calculated accurately. In the figure of FIG. 12B, the waviness angle φ is displayed together with the image of the detected reinforcing fiber of the target cured layer.

モニタ13はコンピュータ12に接続されて処理や演算された画像(積層体1の巨視的、局所的ミスアライメントの検出画像)を映し出す。 The monitor 13 is connected to the computer 12 and displays an image processed or calculated (a macroscopic and local misalignment detection image of the laminated body 1).

図1(b)は本装置構成の第2例で、ディファレンシャル・アンプリファイア16を設けず、2個の検出センサ11a・11bで発生した誘導起電力に起因するアナログ電気信号をロックイン・アンプリファイヤ17に送り、このロックイン・アンプリファイヤ17で差分処理した後、増幅して(或いは増幅した後、差分処理して)A/Dコンバータ18に出力される。ロックイン・アンプリファイヤ17では、ファンクション・シンセサイザ14から送られた参照信号周波数にてフィルタリングされる。 FIG. 1B shows a second example of this device configuration, in which the differential amplifier 16 is not provided and the analog electric signal caused by the induced electromotive force generated by the two detection sensors 11a and 11b is locked in the amplifier. It is sent to 17, and after differential processing by the lock-in amplifier 17, it is amplified (or amplified and then differential processed) and output to the A / D converter 18. The lock-in amplifier 17 is filtered by the reference signal frequency sent from the function synthesizer 14.

図1(c)は本装置構成の第3例で、ディファレンシャル・アンプリファイア16と、ロックイン・アンプリファイヤ17とを設けず、2個の検出センサ11a・11bで発生した誘導起電力に起因するアナログ電気信号は、そのままA/Dコンバータ18に送られ、デジタル信号に変換された後、コンピュータ12に送られ、コンピュータ12で差分処理される。その後、同じくデジタル信号に変換されコンピュータに送られた参照信号周波数と等しい、フィルタリングされた成分のみを増幅される。 FIG. 1C shows a third example of the configuration of the present apparatus, which is caused by the induced electromotive force generated by the two detection sensors 11a and 11b without providing the differential amplifier 16 and the lock-in amplifier 17. The analog electric signal is sent to the A / D converter 18 as it is, converted into a digital signal, then sent to the computer 12, and the difference processing is performed by the computer 12. After that, only the filtered components that are also converted to digital signals and equal to the reference signal frequency sent to the computer are amplified.

次に、本発明のプローブPによる巨視的・局所的ミスアライメントの検出方法について説明する。使用する一様励磁差動型プローブPは代表例として、既述の図3に記載のものとする。
検査対象の積層体1は、配向方向が互いに異なる硬化層4a〜4nから構成され、第1層の強化繊維2の配向方向を基準方向Lとする。プローブPによる渦電流Uは全層に於いて発生するものとする(図2)。
以下の説明では、第i層の硬化層4iの強化繊維2の巨視的・局所的ミスアライメントの検出を行う。
Next, a method for detecting macroscopic / local misalignment by the probe P of the present invention will be described. As a typical example, the uniform excitation differential probe P to be used is as shown in FIG. 3 described above.
The laminated body 1 to be inspected is composed of cured layers 4a to 4n having different orientation directions, and the orientation direction of the reinforcing fibers 2 of the first layer is set as the reference direction L. It is assumed that the eddy current U due to the probe P is generated in all layers (Fig. 2).
In the following description, macroscopic and local misalignment of the reinforcing fiber 2 of the hardened layer 4i of the i-th layer is detected.

プローブPは、積層体1の第1層の上面、即ち、検査面1a上に設置される。ここでは、ターゲットである第i層の設計上の検査用配向方向Liは知られているので、プローブPの検出センサ11a、11bの中心を結ぶ中心線CLを前記検査用配向方向Liに平行にするように設置する(図9)。
この状態における上記中心線CLと基準方向Lとのなす角が差動角Ψで、ターゲットである第i層における設計上の検査用配向方向Liと基準方向Lとのなす角である配向角θiに等しい(差動角Ψ=配向角θi)。
検査前は知られていないが、ターゲットである第i層の強化繊維2の配向方向は、設計上の検査用配向方向Liに対して配向ずれ角Δθのミスアライメントがあるものとする(図9)。
The probe P is installed on the upper surface of the first layer of the laminated body 1, that is, on the inspection surface 1a. Here, since the design orientation direction Li of the target layer i for inspection is known, the center line CL connecting the centers of the detection sensors 11a and 11b of the probe P is parallel to the inspection orientation direction Li. It is installed so as to (Fig. 9).
The angle formed by the center line CL and the reference direction L in this state is the differential angle Ψ, and the orientation angle θi formed by the design inspection orientation direction Li and the reference direction L in the target layer i. Is equal to (differential angle Ψ = orientation angle θi).
Although it is not known before the inspection, it is assumed that the orientation direction of the reinforcing fiber 2 of the target layer i has a misalignment of the orientation deviation angle Δθ with respect to the design orientation direction Li for inspection (FIG. 9). ).

プローブPは差動角Ψを保ちつつ積層体1の検査範囲を2次元スキャンする。プローブPの積層体1に対する相対移動は、X−Y−θステージ20のX−Y方向の移動により実行される。 The probe P two-dimensionally scans the inspection range of the laminated body 1 while maintaining the differential angle Ψ. The relative movement of the probe P with respect to the laminated body 1 is executed by the movement of the XY−θ stage 20 in the XY directions.

測定に当り、プローブPの一様励磁コイル10に高周波電流が流される(図15)。これにより、積層体1の一様励磁コイル10の直下とその周辺において差動角Ψの直交方向に配向角度をもつ硬化層(i−2)に優先的に渦電流Uが流れる(図15(e))。
しかし、ターゲットの第i層の硬化層4iには、その繊維配向角度θiは一様励磁コイル10の巻線方向と直交となるため渦電流Uは流れにくくなり、渦電流Uの信号強度は極めて小さいものとなる(図15(c))。
図15(c’)に示すように、ターゲットの第i層の硬化層4iの配向角度θiが配向ずれ角Δθをもって巨視的ミスアライメントを形成すると、渦電流Uが流れるようになるため、本来極めて小さいはずの信号が強まり、硬化層4iに生じている配向ずれ角Δθの検出と評価が可能となる。
ここで、ターゲットの第i層の硬化層4i以外の硬化層に流れる渦電流Uの角度は設計上の繊維配向方向(L1・・・Li-1、Li+1・・・Ln(図示せず))によって予め特定できるため、空間FFT処理部12aにおいて角度θi以外の信号のみを除去するフィルタリングを行うことによりコンタ図から硬化層4i以外の信号を除去することが可能となる。以上の操作により、プローブPの検出センサ11a、11bはターゲットである硬化層4iに配向ずれ角Δθが存在した場合に流れる渦電流Uを優先的に録取することになる。
In the measurement, a high frequency current is passed through the uniform exciting coil 10 of the probe P (FIG. 15). As a result, the eddy current U preferentially flows through the hardened layer (i-2) having an orientation angle in the direction orthogonal to the differential angle Ψ in and around the uniform exciting coil 10 of the laminated body 1 (FIG. 15 (FIG. 15). e)).
However, since the fiber orientation angle θi of the hardened layer 4i of the target i-th layer is orthogonal to the winding direction of the uniform exciting coil 10, the eddy current U is difficult to flow, and the signal strength of the eddy current U is extremely high. It will be smaller (Fig. 15 (c)).
As shown in FIG. 15 (c'), when the orientation angle θi of the cured layer 4i of the target layer i forms a macroscopic misalignment with an orientation deviation angle Δθ, an eddy current U flows, which is essentially extremely high. The signal that should be small is strengthened, and it becomes possible to detect and evaluate the orientation deviation angle Δθ generated in the cured layer 4i.
Here, the angle of the eddy current U flowing in the hardened layers other than the hardened layer 4i of the target i-th layer is the design fiber orientation direction (L1 ... Li-1, Li + 1 ... Ln (not shown). )), Since it can be specified in advance by the spatial FFT processing unit 12a, it is possible to remove signals other than the cured layer 4i from the contour diagram by performing filtering for removing only signals other than the angle θi. By the above operation, the detection sensors 11a and 11b of the probe P preferentially record the eddy current U that flows when the orientation deviation angle Δθ exists in the hardened layer 4i that is the target.

図14(a)に示すように、ターゲットである第i硬化層4iにおいて、先頭を進む検出コイル11aと後尾の検出コイル11bは検査用配向方向Li上を一列になって進む。検査用配向方向Liと強化繊維2の配向方向とが一致している場合(Ψ=θi、Δθ=0°)、前後の検出コイル11a、11bは同じ強化繊維2を流れる渦電流Uを検出することになるので、その差分は0(或いは最低値)となる。 As shown in FIG. 14A, in the target i-cured layer 4i, the detection coil 11a advancing at the head and the detection coil 11b at the tail advance in a row on the inspection orientation direction Li. When the orientation direction Li for inspection and the orientation direction of the reinforcing fiber 2 match (Ψ = θi, Δθ = 0 °), the front and rear detection coils 11a and 11b detect the eddy current U flowing through the same reinforcing fiber 2. Therefore, the difference is 0 (or the lowest value).

これに対して、上記から分かるように一様励磁コイル10では、発生した渦電流Uは一方向に流れるので、渦電流Uに対応した配向方向を持つ硬化層だけ渦電流Uが流れ、それ以外の硬化層では渦電流Uが殆ど流れない。即ち、従来プローブQでは、励磁コイル10’の全周に渦電流U’が発生し、この渦電流U’に基づく電気信号からターゲットとする硬化層に生じるミスアライメントの電気信号を抽出することははなはだ困難であるが、本発明プローブPのように、ターゲットとする硬化層の電気信号のみが強く表れる、もしくはターゲットとする硬化層の電気信号のみが弱く表れると容易に識別することができる。
本発明のプローブPの差動角Ψをターゲットとする硬化層の設計上の繊維方向に一致するように、或いは直交する様に合わせてやれば、ターゲットとする硬化層だけからの信号を優先的に得ることが出来る。
On the other hand, as can be seen from the above, in the uniform exciting coil 10, the generated eddy current U flows in one direction, so that the eddy current U flows only in the cured layer having the orientation direction corresponding to the eddy current U, and other than that. Aldy current U hardly flows in the hardened layer of. That is, in the conventional probe Q, an eddy current U'is generated around the entire circumference of the exciting coil 10', and the misaligned electric signal generated in the target cured layer can be extracted from the electric signal based on this eddy current U'. Although it is extremely difficult, it can be easily identified that only the electric signal of the target cured layer appears strongly or only the electric signal of the target cured layer appears weak as in the probe P of the present invention.
If the differential angle Ψ of the probe P of the present invention is adjusted so as to match or be orthogonal to the design fiber direction of the target cured layer, the signal from only the target cured layer is prioritized. Can be obtained.

次に、本発明の一様励磁差動型プローブPの精度について説明する(図13、図16)。本発明プローブPは、巨視的ミスアライメントにおいて、差動角Ψ=90°(θi+90°)において、検出可能となる角度(配向ずれ角)が7°の巨視的ミスアライメントに対して誤差(RMSE)が1.3°、差動角Ψ=0°(θi)において、検出可能となる角度(配向ずれ角が)が3°を越える巨視的ミスアライメントに対して誤差(RMSE)が0.8°であった。
以上から、「差動角Ψ=θi」として本発明プローブPを使用することが、巨視的ミスアライメントの検出について最適であり、目的の検出可能角度3°を越える巨視的ミスアライメントに対しては、その検出誤差(RMSE)が0.8°(1°程度)であった。
Next, the accuracy of the uniformly excited differential probe P of the present invention will be described (FIGS. 13 and 16). The probe P of the present invention has an error (RMSE) with respect to a macroscopic misalignment in which the detectable angle (alignment deviation angle) is 7 ° at a differential angle Ψ = 90 ° (θi + 90 °) in the macroscopic misalignment. Is 1.3 ° and the differential angle Ψ = 0 ° (θi), the error (RMSE) is 0.8 ° for macroscopic misalignment where the detectable angle (alignment deviation angle) exceeds 3 °. Met.
From the above, using the probe P of the present invention with the “differential angle Ψ = θi” is optimal for detecting macroscopic misalignment, and for macroscopic misalignment exceeding the target detectable angle of 3 °. The detection error (RMSE) was 0.8 ° (about 1 °).

次に、局所的ミスアライメント(繊維うねり8)の検出であるが、このうねり部分は空間FFTフィルタリングとハフ変換により得られた渦電流信号のコンタ図上では線分の集合であり、各線分と設計上の配向角θiの間のなす角度がうねり角φである。
うねり角φの検出は、以下のようにして行われる。検査面1aの検査領域を2次元スキャンし、渦電流Uに起因する渦電流信号のコンタ図を求める。このコンタ図に対して空間周波数を空間FFTによって解析し、その低周波から高周波のスペクトルを得る。このスペクトルの内、バンドパスフィルタにてノイズを除去し、必要な範囲の周波数のスペクトルを抽出する。これにより繊維うねり8のよりシャープなコンタ図を得る。このコンタ図を2値化した後、例えばハフ変換を用いて強化繊維に対応した線画像(正確には、無数の点が繋がった線画像)を得る。
そして、2値化された画像の内の点の内、線分を形成している部分で、特に強いピークを持つもの(線分を作る点の点の密度が高いもの、あるいは点の数が多いもの)を適数本選ぶ。
選ばれた線分の内、閾値(検出可能角)を目標の2°として、この各線分と配向角θiの間のうねり角φが2°を越えるものをピックアップし、それぞれの線分のうねり角と、スキャン範囲を渦電流試験と同一にするX線CT画像上で上記の各線分と中心座標を同じにする実際の繊維方向の接線Siが作る真のうねり角とを比較することで誤差(RMSE)を計算した。差動角Ψ=90°(θi+90°)において、誤差(RMSE)は1.3°であった。
即ち、うねり角φの検出は、2°を越えるものであれば、誤差1.3°(1°程度)で抽出できた。
Next, regarding the detection of local misalignment (fiber swell 8), this swell part is a set of line segments on the contour diagram of the eddy current signal obtained by spatial Fourier filtering and Hough transform, and each line segment and The angle formed between the design orientation angles θi is the eddy angle φ.
The swell angle φ is detected as follows. The inspection area of the inspection surface 1a is two-dimensionally scanned to obtain a contour diagram of the eddy current signal caused by the eddy current U. The spatial frequency of this contour diagram is analyzed by the spatial FFT, and the high frequency spectrum is obtained from the low frequency. From this spectrum, noise is removed by a bandpass filter, and a spectrum with a frequency in the required range is extracted. As a result, a sharper contour diagram of the fiber swell 8 is obtained. After binarizing this contour diagram, for example, a Hough transform is used to obtain a line image corresponding to the reinforcing fibers (to be exact, a line image in which innumerable points are connected).
Then, among the points in the binarized image, those having a particularly strong peak in the part forming the line segment (the one having a high density of points of the points forming the line segment, or the number of points is high. Select an appropriate number (many ones).
Of the selected line segments, the threshold (detectable angle) is set as the target 2 °, and the swell angle φ between each line segment and the orientation angle θi exceeds 2 °, and the swell of each line segment is picked up. Error by comparing the angle with the true swell angle created by the tangent Si in the actual fiber direction that makes the center coordinates the same as each of the above line segments on the X-ray CT image that makes the scan range the same as the eddy current test. (RMSE) was calculated. At the differential angle Ψ = 90 ° (θi + 90 °), the error (RMSE) was 1.3 °.
That is, if the waviness angle φ is more than 2 °, it can be extracted with an error of 1.3 ° (about 1 °).

従来例のプローブQと異なり、本発明のプローブPは、擬似等方型積層体の各硬化層において発生した渦電流に起因した電気信号の内、ターゲット硬化層以外に発生した電気信号をフィルタリングにて除去し、ターゲット硬化層からの電気信号のみを抽出できるので、擬似等方型積層体における巨視的・局所的ミスアライメントをより正確に推定できるようになった。 Unlike the probe Q of the conventional example, the probe P of the present invention filters the electric signals generated in other than the target hardened layer among the electric signals generated by the eddy currents generated in each hardened layer of the pseudo-isotropic laminate. Since only the electric signal from the target cured layer can be extracted, the macroscopic and local misalignment in the pseudo-isotropic laminate can be estimated more accurately.

CL:中心線、H:離間距離、L:基準方向、La〜Ln:検査用配向方向、P:一様励磁差動型プローブ、Q:従来の円形励磁差動型プローブ、Si:接線、U・U’:渦電流、Ψ・Ψi:差動角、θ・θi:配向角、Δθ:配向ずれ角、φ:うねり角、1:(導電性繊維強化型)積層体、1a:検査面、2:導電性繊維、4・4a〜4n:硬化層、5:マトリックス(樹脂部分)、8:繊維うねり部分、10:一様励磁コイル、10’:円形励磁コイル、10a:巻き始め部分、10b:巻き終り部分、10c:中間部分、10d:下辺、10r:励磁面、11a・11b/11a’・11b’、11n:検出センサ、12:コンピュータ、12a:空間FFT画像処理部、12b:配向ずれ角演算部、12c:うねり角演算部、13:モニタ、14:ファンクション・シンセサイザ、16:ディファレンシャル・アンプリファイア、17:ロックイン・アンプリファイア、18:A/Dコンバータ、19:ステージコントローラ、20:X−Y−θステージ、21:絶縁シート、30:電源、41a〜41n:プリプレグ。 CL: center line, H: separation distance, L: reference direction, La to Ln: inspection orientation direction, P: uniform excitation differential probe, Q: conventional circular excitation differential probe, Si: eddy current, U・ U': Eddy current, Ψ ・ Ψi: Differential angle, θ ・ θi: Orientation angle, Δθ: Orientation deviation angle, φ: Waviness angle, 1: (Conductive fiber reinforced) laminate, 1a: Inspection surface, 2: Conductive fiber 4.4a-4n: Hardened layer, 5: Matrix (resin part), 8: Fiber swell part, 10: Uniform exciting coil, 10': Circular exciting coil, 10a: Winding start part, 10b : End winding part, 10c: Intermediate part, 10d: Lower side, 10r: Exciting surface, 11a / 11b / 11a'・ 11b', 11n: Detection sensor, 12: Computer, 12a: Spatial FFT image processing unit, 12b: Orientation deviation Angle calculation unit, 12c: Eddy angle calculation unit, 13: Monitor, 14: Function synthesizer, 16: Differential amplifier, 17: Lock-in amplifier, 18: A / D converter, 19: Stage controller, 20: XY-θ stage, 21: Insulation sheet, 30: Power supply, 41a to 41n: Prepreg.

Claims (13)

導線が螺旋状に巻き付けられて筒状に形成された一様励磁コイルと、
前記一様励磁コイルの一つの面に沿って配設され、且つ該一つの面における前記導線の延び方向に対して直交する方向に一列に設置された2個以上で、その内の任意の2個が一様励磁コイルの励磁による誘導起電力の差分検出のために用いられる検出センサとで構成されたことを特徴とする一様励磁差動型プローブ。
A uniform exciting coil in which the lead wire is spirally wound to form a tubular shape,
Two or more arranged along one surface of the uniform exciting coil and installed in a row in a direction orthogonal to the extending direction of the conducting wire on the one surface, and any two of them. A uniform excitation differential probe characterized in that each is composed of a detection sensor used for detecting the difference in induced electromotive force due to excitation of a uniform excitation coil.
検出センサが、一様励磁コイルの外側又は内側に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の一様励磁差動型プローブ。
The uniform excitation differential probe according to claim 1, wherein the detection sensor is arranged outside or inside the uniform excitation coil.
一様励磁コイルの導線の巻き始め部分と巻き終り部分とが、その中間部分に比べて密に巻かれていることを特徴とする請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブ。
The uniform excitation differential probe according to claim 1 or 2, wherein the winding start portion and the winding end portion of the lead wire of the uniform excitation coil are wound more densely than the intermediate portion thereof.
一様励磁コイルが、中間部分なしで、同じ巻き方向の巻き始め部分と巻き終り部分とで構成され、前記中間部分に2個以上の検出センサが設置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブ。
Claim 1 is characterized in that a uniform exciting coil is composed of a winding start portion and a winding end portion in the same winding direction without an intermediate portion, and two or more detection sensors are installed in the intermediate portion. Or the uniformly excited differential probe according to 2.
一様励磁コイルが、中間部分なしで、同じ巻き方向の巻き始め部分と巻き終り部分とで構成され、前記巻き始め部分と巻き終り部分に一致し、その内側又は外側に検出センサがそれぞれ設置されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の一様励磁差動型プローブ。
The uniform exciting coil is composed of a winding start portion and a winding end portion in the same winding direction without an intermediate portion, coincides with the winding start portion and the winding end portion, and detection sensors are installed inside or outside the winding end portion, respectively. The uniform excitation differential probe according to claim 1 or 2, wherein the probe is characterized in that.
検査対象物の検査面に面して配置される一様励磁コイルの励磁面は、検査対象物の検査面の形状に合わせて形成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブ。
According to any one of claims 1 to 5, the exciting surface of the uniform exciting coil arranged to face the inspection surface of the inspection object is formed according to the shape of the inspection surface of the inspection object. The uniform excitation differential probe described.
複数の硬化層が積層された繊維強化型積層体1の、いずれかの1つの硬化層の繊維方向を積層体の全体の基準方向とし、
前記基準方向に対して予め決められた繊維方向を、残りの各硬化層の検査用配向方向とし、
前記請求項1〜5のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブの選ばれた一対の検出センサの中心を通る線を中心線とし、
前記中心線をターゲットとなる硬化層の検査用配向方向に合わせて積層体の検査面側に設置し、且つ前記基準方向と前記中心線との間の角度である差動角を維持した状態で、前記励磁コイルに高周波電流を供給しつつ前記プローブを移動させ、
ターゲットとなる硬化層の強化繊維に起因して発生した渦電流によって前記一対の検出センサに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号の差分を演算し、前記差分値に基づいて、前記検査用配向方向に対するターゲットとなる硬化層の強化繊維の配向ずれ角を演算し、
前記配向ずれ角が±3°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
The fiber direction of any one of the cured layers of the fiber-reinforced laminate 1 in which a plurality of cured layers are laminated is set as the reference direction of the entire laminate.
The fiber direction determined in advance with respect to the reference direction is set as the inspection orientation direction of each of the remaining cured layers.
The line passing through the center of the selected pair of detection sensors of the uniformly excited differential probe according to any one of claims 1 to 5 is defined as the center line.
The center line is installed on the inspection surface side of the laminated body in accordance with the inspection orientation direction of the target cured layer, and the differential angle, which is the angle between the reference direction and the center line, is maintained. , The probe is moved while supplying a high frequency current to the exciting coil.
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors by the eddy current generated by the reinforcing fiber of the target hardened layer is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals is calculated, and based on the difference value, the orientation deviation angle of the reinforcing fiber of the target cured layer with respect to the inspection orientation direction is calculated.
A method for detecting a fiber orientation defect in a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the orientation deviation angle exceeds ± 3 °.
複数の硬化層が積層された繊維強化型積層体に対して1つの基準方向を設定し、
各硬化層の、前記基準方向に対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向とし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブの選ばれた一対の検出センサの中心を通る中心線をターゲットとなる硬化層の検査用配向方向に合わせて積層体の検査面側に設置し、且つ前記基準方向と前記中心線との間の角度である差動角を維持した状態で、前記励磁コイルに高周波電流を供給しつつ前記プローブを移動させ、
ターゲットとなる硬化層の強化繊維に起因して発生した渦電流によって前記一対の検出センサに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号の差分を演算し、前記差分値に基づいて、前記検査用配向方向に対するターゲットとなる硬化層の強化繊維の配向ずれ角を演算し、
前記配向ずれ角が±3°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
One reference direction is set for the fiber-reinforced laminate in which a plurality of cured layers are laminated.
The fiber direction of each cured layer, which is predetermined with respect to the reference direction, is set as the inspection orientation direction.
The center line passing through the center of the selected pair of detection sensors of the uniformly excited differential probe according to any one of claims 1 to 7 is aligned with the inspection orientation direction of the target cured layer of the laminated body. The probe is moved while supplying a high-frequency current to the exciting coil while being installed on the inspection surface side and maintaining a differential angle which is an angle between the reference direction and the center line.
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors by the eddy current generated by the reinforcing fiber of the target hardened layer is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals is calculated, and the orientation deviation angle of the reinforcing fiber of the target cured layer with respect to the inspection orientation direction is calculated based on the difference value.
A method for detecting a fiber orientation defect in a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the orientation deviation angle exceeds ± 3 °.
複数の硬化層が積層された繊維強化型積層体の、いずれかの1つの硬化層の繊維方向を積層体の全体の基準方向とし、
残りの各硬化層の、前記基準方向に対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向とし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブの選ばれた一対の検出センサの中心を通る中心線をターゲットとなる硬化層の検査用配向方向に直交させて積層体の検査面側に設置し、且つ前記基準方向と前記中心線との間の角度である差動角を維持した状態で、前記励磁コイルに高周波電流を供給しつつ前記プローブを移動させ、
ターゲットとなる硬化層の強化繊維に起因して発生した渦電流によって前記一対の検出センサに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号の差分を演算し、前記差分値に基づいて、ターゲットとなる硬化層の強化繊維の繊維うねりの部分のうねり角を演算し、
前記うねり角が±2°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
The fiber direction of any one of the cured layers of the fiber-reinforced laminate in which a plurality of cured layers are laminated is set as the overall reference direction of the laminate.
The fiber direction of each of the remaining cured layers, which is predetermined with respect to the reference direction, is set as the inspection orientation direction.
A laminated body in which the center line passing through the center of the selected pair of detection sensors of the uniformly excited differential probe according to any one of claims 1 to 7 is orthogonal to the inspection orientation direction of the target cured layer. The probe is moved while supplying a high-frequency current to the exciting coil while maintaining the differential angle which is the angle between the reference direction and the center line while being installed on the inspection surface side of the above.
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors by the eddy current generated by the reinforcing fiber of the target hardened layer is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals is calculated, and the swell angle of the fiber swell portion of the reinforcing fiber of the target cured layer is calculated based on the difference value.
A method for detecting a fiber orientation defect in a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the waviness angle exceeds ± 2 °.
複数の硬化層が積層された繊維強化型積層体に対して1つの基準方向を設定し、
各硬化層の、前記基準方向に対して予め決められた繊維方向を検査用配向方向とし、
前記請求項1〜7のいずれかに記載の一様励磁差動型プローブの選ばれた一対の検出センサの中心を通る中心線をターゲットとなる硬化層の検査用配向方向に直交させて積層体の検査面側に設置し、且つ前記基準方向と前記中心線との間の角度である差動角を維持した状態で、前記励磁コイルに高周波電流を供給しつつ前記プローブを移動させ、
ターゲットとなる硬化層の強化繊維に起因して発生した渦電流によって前記一対の検出センサに発生した誘導起電力を電気信号にそれぞれ変換し、
変換された前記2つの電気信号の差分を演算し、前記差分値に基づいて、ターゲットとなる硬化層の強化繊維の繊維うねりの部分のうねり角を演算し、
前記うねり角が±2°を超える部分を演算して表示することを特徴とする繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
One reference direction is set for the fiber-reinforced laminate in which a plurality of cured layers are laminated.
The fiber direction of each cured layer, which is predetermined with respect to the reference direction, is set as the inspection orientation direction.
A laminated body in which the center line passing through the center of the selected pair of detection sensors of the uniformly excited differential probe according to any one of claims 1 to 7 is orthogonal to the inspection orientation direction of the target cured layer. The probe is moved while supplying a high-frequency current to the exciting coil while maintaining the differential angle which is the angle between the reference direction and the center line while being installed on the inspection surface side of the above.
The induced electromotive force generated in the pair of detection sensors by the eddy current generated by the reinforcing fiber of the target hardened layer is converted into an electric signal, respectively.
The difference between the two converted electric signals is calculated, and the swell angle of the fiber swell portion of the reinforcing fiber of the target cured layer is calculated based on the difference value.
A method for detecting a fiber orientation defect in a fiber-reinforced laminated body, which comprises calculating and displaying a portion where the waviness angle exceeds ± 2 °.
変換された前記2つの電気信号は、アナログ信号のまま差分を演算し増幅したのちA/D変換によりデジタル信号に変換されることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
The fiber reinforcement according to any one of claims 7 to 10, wherein the converted two electric signals are converted into digital signals by A / D conversion after calculating and amplifying the difference as the analog signal. A method for detecting fiber orientation defects in a mold laminate.
差分演算の基礎となる前記2つの電気信号は、アナログ信号をA/D変換により変換されたデジタル信号であることを特徴とする請求項7〜10のいずれかに記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。
The fiber-reinforced laminate according to any one of claims 7 to 10, wherein the two electric signals that form the basis of the difference calculation are digital signals obtained by converting an analog signal by A / D conversion. Fiber orientation defect detection method.
前記±2°のうねり角φを超える部分を演算する演算処理として、空間フーリエ変換を用いたフィルタリングとハフ変換を用いることを特徴とする請求項9又は10に記載の繊維強化型積層体の繊維配向欠陥検出方法。

The fiber of the fiber-reinforced laminated body according to claim 9 or 10, wherein filtering using a spatial Fourier transform and Hough transform are used as arithmetic processing for calculating a portion exceeding the waviness angle φ of ± 2 °. Orientation defect detection method.

JP2019033148A 2019-02-26 2019-02-26 Probe and detection method of fiber orientation defect using the same Pending JP2020139747A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019033148A JP2020139747A (en) 2019-02-26 2019-02-26 Probe and detection method of fiber orientation defect using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019033148A JP2020139747A (en) 2019-02-26 2019-02-26 Probe and detection method of fiber orientation defect using the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2020139747A true JP2020139747A (en) 2020-09-03

Family

ID=72280241

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019033148A Pending JP2020139747A (en) 2019-02-26 2019-02-26 Probe and detection method of fiber orientation defect using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2020139747A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220069739A (en) * 2020-11-20 2022-05-27 ㈜케이알바트로스 Eddy current sensor device and method for test and analysis of carbon composites materials
WO2023047548A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30 三菱電機株式会社 Orientation direction detection device
WO2023164267A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Verifi Technologies, Llc Eddy current probe and method for determining ply orientation using eddy current and ultrasonic probes

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220069739A (en) * 2020-11-20 2022-05-27 ㈜케이알바트로스 Eddy current sensor device and method for test and analysis of carbon composites materials
KR102447437B1 (en) 2020-11-20 2022-09-27 (주)케이알바트로스 Eddy current sensor device and method for test and analysis of carbon composites materials
WO2023047548A1 (en) * 2021-09-24 2023-03-30 三菱電機株式会社 Orientation direction detection device
JP7270860B1 (en) * 2021-09-24 2023-05-10 三菱電機株式会社 Orientation direction detector
WO2023164267A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Verifi Technologies, Llc Eddy current probe and method for determining ply orientation using eddy current and ultrasonic probes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2020139747A (en) Probe and detection method of fiber orientation defect using the same
Cheng et al. Research advances in eddy current testing for maintenance of carbon fiber reinforced plastic composites
Heuer et al. Review on quality assurance along the CFRP value chain–Non-destructive testing of fabrics, preforms and CFRP by HF radio wave techniques
US8522614B2 (en) In-line inspection methods and closed loop processes for the manufacture of prepregs and/or laminates comprising the same
Mizukami et al. Visualization and size estimation of fiber waviness in multidirectional CFRP laminates using eddy current imaging
Zhang et al. Eddy current probe with three-phase excitation and integrated array tunnel magnetoresistance sensors
JP2019045322A (en) Probe, and method for identifying lamination shape of scarf surface of electroconductive fiber-reinforced laminate using the same
Mizukami et al. Detection of in-plane fiber waviness in cross-ply CFRP laminates using layer selectable eddy current method
ES2590147T3 (en) A method for online control of a manufacturing process of a multi-component sheet material
US10132778B2 (en) Fiber waviness detection method and apparatus for conductive composite materials
Salski et al. Electromagnetic inspection of carbon-fiber-reinforced polymer composites with coupled spiral inductors
US9759686B2 (en) Magnetic inspection systems for inspection of target objects
Kosukegawa et al. Evaluation of detectability of differential type probe using directional eddy current for fibre waviness in CFRP
EP3321672B1 (en) Method for detecting arrangement disorder of fibers in conductive composite material, and device for detecting arrangement disorder of fibers in conductive composite material
JP2018066719A (en) Fiber composite material inspection method
JP7290402B2 (en) Magnetic field sensor array for large surfaces
JP4946659B2 (en) Abnormality detection method for fiber reinforced plastic panel and fiber reinforced base material used in this abnormality detection method
Crall et al. Multimodal damage detection in self‐sensing fiber reinforced composites
Menana et al. 3-D eddy current computation in carbon-fiber reinforced composites
Dehui et al. A novel electromagnetic nondestructive testing method for carbon fiber reinforced polymer laminates based on power loss
Zhang et al. Flexible ECT probe with front-end differential setting for inspection of curved CFRP structures
EP2423681B1 (en) Eddy current testing method
Urayama et al. Identifying the orientation of carbon fibers in carbon-fiber-reinforced plastic by eddy current testing with a differential probe
US20110215799A1 (en) Magnetic inspection systems for inspection of target objects
JP2019002748A (en) Method for measuring resin curing degree of conductive filler reinforced plastic