JP7251523B2 - 積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラム - Google Patents

積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラム Download PDF

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Description

本発明は、積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラムに関し、例えば、炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラムに関する。
特許文献１には、積層体の積層状況を検出するために、ＣＴ画像を用いてパワースペクトルを算出し、そこから繊維シートの積層角度を求める積層状態の検出方法が記載されている。
特許文献２には、水素タンクに用いられた繊維強化プラスチックにおける繊維の配向方向を判別するために、光の反射特性を用いて明部の軌跡を検出し、繊維の配向方向を判別する繊維配向方向の判別方法が記載されている。
特開２００８－１２２１７８号公報 特開２００７－１８７５４５号公報
特許文献１の検出方法は、繊維の向きを確認できるほど解像度の高いＣＴ撮像を必要とするため、広範囲にわたる積層状態を検出することは困難である。特許文献２の判別方法は、水素タンクの最表層の繊維の配向方向だけ判別可能であり、内部の配向を判別することは困難である。
本発明は、そのような課題を解決するためになされたものであり、炭素繊維強化プラスチック等における繊維の配向が異なる複数の層が積層された積層体において、積層状態を簡便に判別することができる積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラムを提供する。
本実施形態に係る積層状態算出方法は、炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出方法であって、積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得するステップと、取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別するステップと、を備える。このような構成により、ＣＦＲＰ積層体１０の積層状態を簡便に判別することができる。
上記積層状態算出方法では、前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去するステップをさらに有してもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出方法では、前記第２空隙の影響を除去するステップは、前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換するステップと、変換された前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去するステップと、前記第２空隙のスペクトルを除去された前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換するステップと、を含んでもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度をさらに向上させることができる。
上記積層状態算出方法では、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出方法では、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出方法では、前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出方法では、前記第２方向は、前記中心軸の周りの回転方向であり、前記第１方向は、前記第２方向に傾いた方向でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
本実施形態に係る積層状態算出装置は、炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出装置であって、積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得する撮像部と、取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別する画像処理部と、を備える。このような構成により、ＣＦＲＰ積層体１０の積層状態を簡便に判別することができる。
上記積層状態算出装置では、前記画像処理部は、前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去してもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出装置では、前記画像処理部は、前記第２空隙の影響を除去する際に、前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換し、変換された前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去し、前記第２空隙のスペクトルを除去された前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換してもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度をさらに向上させることができる。
上記積層状態算出装置では、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出装置では、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出装置では、前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出装置では、前記第２方向は、前記中心軸の周りの回転方向であり、前記第１方向は、前記第２方向に傾いた方向でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
本実施形態に係る積層状態算出プログラムは、炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出プログラムであって、積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得させ、取得させた複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出させ、算出させた前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別させる、ことをコンピュータに実行させる。このような構成により、ＣＦＲＰ積層体１０の積層状態を簡便に判別することができる。
上記積層状態算出プログラムでは、前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得させた複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去させる、ことをさらにコンピュータに実行させてもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出プログラムでは、前記第２空隙の影響を除去させる際に、前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換させ、変換させた前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去させ、前記第２空隙のスペクトルを除去させた前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換させる、ことをコンピュータに実行させてもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度をさらに向上させることができる。
上記積層状態算出プログラムでは、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出プログラムでは、前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
上記積層状態算出プログラムででは、前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向でもよい。このような構成により、積層状態の判別の精度を向上させることができる。
本実施形態によれば、積層状態を簡便に判別することができる積層状態算出方法、積層状態算出装置及び積層状態算出プログラムを提供することができる。
実施形態に係るＣＦＲＰ積層体を例示した断面斜視図である。 実施形態に係るＣＦＲＰ積層体を例示した断面斜視図である。 実施形態に係る積層状態算出装置を例示した構成図である。 実施形態に係る積層状態算出装置において、撮像部の撮像方法を例示した図である。 実施形態に係る積層状態算出装置において、撮像部の撮像方法を例示した図である。 実施形態に係る積層状態算出装置において、撮像部の撮像方法を例示した図である。 実施形態に係る積層状態算出装置において、撮像部の撮像方法を例示した図である。 実施形態に係る積層状態算出装置において、撮像部が撮像した断面の画像を例示した模式図である。 実施形態に係る積層状態算出方法を例示したフローチャート図である。 実施形態に係る積層状態算出方法において、空隙を含む領域の画像を例示した模式図であり、図８のＸの領域を示す。 実施形態に係る積層状態算出方法において、パワースペクトルを例示した模式図である。 実施形態に係る実施形態に係る積層状態算出方法において、フープ方向の空隙によるスペクトルを除去したパワースペクトルを例示した模式図である。 実施形態に係る積層状態算出方法において、再変換された画像を例示した模式図である。 実施形態に係る積層状態算出方法において、画像の輝度の標準偏差を例示したグラフであり、横軸は、ＣＦＲＰ積層体の内周面から深さを示し、縦軸は、標準偏差を示す。 実施形態に係る積層状態算出方法において、標準偏差の変化量を例示したグラフであり、横軸は、内周面からの深さを示し、縦軸は、標準偏差の変化量を示す。
以下、発明の実施形態を通じて本発明を説明するが、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。説明の明確化のため、以下の記載及び図面は、適宜、省略、及び簡略化がなされている。各図面において、同一の要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略されている。
（実施形態）
実施形態に係る積層状態算出方法を説明する。まず、対象となる積層体を説明する。次に、積層体の積層状態を算出する積層状態算出装置を説明する。その後、積層体の積層状態算出方法を説明する。
＜積層体＞
本実施形態の積層状態算出方法によって、積層状態が算出される対象の積層体は、例えば、炭素繊維強化プラスチック（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、以下、ＣＦＲＰと呼ぶ。）積層体等の繊維強化プラスチック（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ、以下、ＦＲＰと呼ぶ。）積層体である。以下では、ＦＲＰ積層体の一例として、ＣＦＲＰ積層体を説明する。ＣＦＲＰ積層体は、積層した複数の層を含んでいる。各層は、所定の方向に配向した複数の炭素繊維を含んでいる。
図１及び図２は、実施形態に係るＣＦＲＰ積層体を例示した断面斜視図である。図１に示すように、ＣＦＲＰ積層体１０は、シート状でもよい。また、図２に示すように、ＣＦＲＰ積層体１０は、中心軸Ｃを有する円筒状でもよい。シート状のＣＦＲＰ積層体１０の場合には、積層方向Ｐは、シート面に垂直な方向である。一方、円筒状のＣＦＲＰ積層体１０の場合には、積層方向Ｐは、円筒の中心軸Ｃに直交する方向である。ＣＦＲＰ積層体１０の各層に含まれる繊維の配向方向は、例えば、積層方向に直交した所定の方向を有している。
ＣＦＲＰ積層体１０等のＦＲＰ積層体は、自動車、航空機等の各種構成部材に用いられている。例えば、ＣＦＲＰ積層体１０は、燃料電池自動車の水素タンクに用いられてもよい。なお、ＣＦＲＰ積層体１０の用途は、水素タンクに限らず、他の構成部材に用いられてもよい。
本実施形態の積層状態算出方法において対象となるＣＦＲＰ積層体１０は、各層の配向方向が、積層された上下の層の配向方向と異なっている。例えば、ＣＦＲＰ積層体１０が層Ｌ１、層Ｌ２、層Ｌ３、・・・層ＬＮを含む場合に、層Ｌ２の配向方向は、層Ｌ１及び層Ｌ３の配向方向と異なっている。例えば、ＣＦＲＰ積層体１０は、積層方向Ｐに直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層１１と、積層方向Ｐに直交し第１方向と異なる第２方向に炭素繊維が配向した第２層１２と、が交互に積層されている。
図２に示すように、円筒状のＣＦＲＰ積層体１０の場合において、中心軸Ｃ及び積層方向Ｐに直交した方向、すなわち、中心軸Ｃの周りの回転方向を、本明細書において便宜的にフープ方向Ｈ２と呼ぶ。また、積層方向Ｐに直交し、フープ方向Ｈ２に傾いた方向を、本明細書において便宜的にヘリカル方向Ｈ１と呼ぶ。その場合には、例えば、第１方向は、ヘリカル方向Ｈ１であり、第２方向は、フープ方向Ｈ２である。したがって、ＣＦＲＰ積層体１０は、ヘリカル方向Ｈ１に配向したヘリカル巻きの第１層１１と、フープ方向Ｈ２に配向したフープ巻きの第２層１２と、が交互に積層されている。
＜積層状態算出装置＞
次に、本実施形態の積層状態算出装置を説明する。図３は、実施形態に係る積層状態算出装置を例示した構成図である。図３に示すように、積層状態算出装置１は、撮像部２及び画像処理部３を備えている。撮像部２は、例えば、Ｘ線ＣＴスキャン装置である。積層状態算出装置１は、撮像部２によって、ＣＦＲＰ積層体１０をＸ線で撮像することにより、複数の断面の画像を取得する。そして、積層状態算出装置１は、画像処理部３によって、取得された複数の断面の画像から、ＣＦＲＰ積層体１０の各層を判別する。以下で、図面を用いて、積層状態算出装置１の動作を具体的に説明する。
図４～図７は、実施形態に係る積層状態算出装置１において、撮像部２の撮像方法を例示した図である。図８は、実施形態に係る積層状態算出装置１において、撮像部２が撮像した断面の画像を例示した模式図である。
図４に示すように、撮像部２は、ＣＦＲＰ積層体１０の積層方向ＰからＸ線ＸＲを照射する。これにより、撮像部２は、ＣＦＲＰ積層体１０の所定の深さＺにおいて、積層方向Ｐに直交する断面１５の画像を撮像する。そして、ＣＦＲＰ積層体１０を中心軸Ｃの周りに回転させることにより、図５に示すように、ＣＦＲＰ積層体１０の一定の深さＺにおける３６０［ｄｅｇ］分の断面１５の画像を取得する。
次に、図６に示すように、撮像部２は、断面１５の画像を展開し、図７に示すように、平面状にした断面１５の画像を取得する。このようにして、図８に示すように、撮像部２は、ＣＦＲＰ積層体１０の断面１５の画像を取得する。撮像部２が取得した断面１５の画像には、空隙によるパターンが撮像されている。断面１５の画像には、例えば、ヘリカル方向Ｈ１に延びたパターンと、フープ方向Ｈ２に延びたパターンが撮像されている。
ヘリカル方向Ｈ１に延びたパターンは、炭素繊維がヘリカル方向Ｈ１に配向することにより形成された空隙に起因したパターンである。すなわち、ヘリカル方向Ｈ１に延びたパターンは、ヘリカル方向に延びた空隙により形成される。一方、フープ方向Ｈ２に延びたパターンは、炭素繊維がフープ方向Ｈ２に配向することにより形成された空隙に起因したパターンである。すなわち、フープ方向Ｈ２に延びたパターンは、フープ方向に延びた空隙により形成される。
取得された断面１５の画像が、例えば、ヘリカル巻きの第１層１１の場合には、空隙によるパターンは、本来、ヘリカル方向Ｈ１に延びた空隙によるパターンだけである。しかしながら、ＣＦＲＰ積層体１０の製造工程において、第１層１１に、フープ方向Ｈ２に延びた空隙が形成される場合がある。これにより、第１層１１に、フープ方向Ｈ２に延びた空隙によるパターンも形成されてしまう。
撮像部２は、積層方向Ｐにおける異なる複数の位置（深さ）で、図４～図７の動作を繰り返す。このように、撮像部２は、ＣＦＲＰ積層体１０を、積層方向Ｐにおける異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、積層方向Ｐに直交した複数の断面１５の画像を取得する。
画像処理部３は、撮像部２により取得された複数の断面１５の画像を処理する。そのため、画像処理部３は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、インターフェイス部（Ｉ／Ｆ）等からなるハードウェアで構成されてもよい。ＣＰＵは、入力された断面１５の画像の処理等を行う。ＲＯＭは、ＣＰＵによって実行される積層状態算出プログラム及び制御プログラム等を記憶する。ＲＡＭは、断面１５の画像等を記憶する。インターフェイス部（Ｉ／Ｆ）は、撮像部２、表示装置、外部記憶装置等の他の装置とデータ等の入出力を行う。ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。
画像処理部３は、得られた複数の断面１５の画像から、第１層１１及び第２層１２に形成された空隙の量を求める。これにより、画像処理部３は、空隙の量に相関するパラメータを算出する。パラメータは、例えば、標準偏差σ、及び、標準偏差σの変化量Δσである。そして、画像処理部３は、算出したパラメータを用いて、第１層１１と第２層１２とを判別する。以下の積層状態算出方法の説明において、撮像部２及び画像処理部３の動作を具体的に説明する。
＜積層状態算出方法＞
次に、実施形態に係る積層状態算出方法を説明する。図９は、実施形態に係る積層状態算出方法を例示したフローチャート図である。
図９のステップＳ１１に示すように、ＣＦＲＰ積層体１０における複数の断面１５の画像を取得する。具体的には、撮像部２は、ＣＦＲＰ積層体１０を、積層方向Ｐにおける異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、積層方向Ｐに直交した複数の断面１５の画像を取得する。
図１０は、実施形態に係る積層状態算出方法において、空隙を含む領域の画像を例示した模式図であり、図８のＸの領域を示す。図１０に示すように、画像処理部３は、断面１５の画像のうち、空隙によるパターンを含む領域を処理に用いる。空隙によるパターンを含む領域は、ヘリカル方向Ｈ１に延びた空隙によるパターンＶＰ１と、フープ方向Ｈ２に延びた空隙によるパターンＶＰ２と、を含んでいる。
画像処理部３は、取得された複数の断面１５の画像において、ヘリカル方向Ｈ１に延びた空隙を含む領域から、フープ方向Ｈ２に延びた空隙の影響を除去してもよい。以下のステップＳ１２～ステップＳ１４は、取得された複数の画像において、フープ方向Ｈ２に延びた空隙の影響を除去するステップである。
図９のステップＳ１２に示すように、断面１５の画像の高速フーリエ変換（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ、以下、ＦＦＴと呼ぶ。）により、パワースペクトルを取得する。図１１は、実施形態に係る積層状態算出方法において、パワースペクトルを例示した模式図である。図１１に示すように、画像処理部３は、断面１５の画像をＦＦＴによりパワースペクトルに変換する。これにより、空間周波数ｕ及びｖにおけるパワースペクトルを取得する。取得されたパワースペクトルは、ヘリカル方向Ｈ１の空隙によるスペクトルＳＰ１及びフープ方向Ｈ２の空隙によるスペクトルＳＰ２を含む。
次に、図９のステップＳ１３に示すように、フープ方向Ｈ２の空隙によるスペクトルＳＰ２を除去するために、スペクトルＳＰ２をマスキングする。図１２は、実施形態に係る積層状態算出方法において、フープ方向Ｈ２の空隙によるスペクトルＳＰ２を除去したパワースペクトルを例示した模式図である。図１２に示すように、画像処理部３は、変換されたパワースペクトルにおけるスペクトルＳＰ２を除去する。
次に、図９のステップＳ１４に示すように、パワースペクトルの逆ＦＦＴにより、画像に再変換する。図１３は、実施形態に係る積層状態算出方法において、再変換された画像を例示した模式図である。図１３に示すように、画像処理部３は、スペクトルＳＰ２を除去されたパワースペクトルを逆ＦＴＴにより画像に変換する。再変換した画像は、フープ方向Ｈ２に延びたパターンＶＰ２が除去されている。
画像処理部３は、積層方向における異なる複数の位置で撮像された複数の断面の画像に、ＦＦＴ処理、マスキング処理及び逆ＦＦＴ処理を行った画像を取得する。
次に、図９のステップＳ１５に示すように、得られた画像の輝度の標準偏差σを取得する。具体的には、画像処理部３は、各画像の空隙のパターンを含む領域の輝度から、輝度の標準偏差σを算出する。
図１４は、実施形態に係る積層状態算出方法において、画像の輝度の標準偏差σを例示したグラフであり、横軸は、ＣＦＲＰ積層体１０の内周面からの深さを示し、縦軸は、標準偏差σを示す。図１４に示すように、画像の輝度の標準偏差σは、ＣＦＲＰ積層体１０の内周面からの深さの変化に伴って変化する。
次に、図９のステップＳ１６に示すように、取得した標準偏差σを微分し、標準偏差σの変化量Δσを取得する。具体的には、画像処理部３は、画像の輝度から算出した標準偏差σを微分する。これにより、画像処理部３は、標準偏差σの変化量Δσを算出する。図１５は、実施形態に係る積層状態算出方法において、標準偏差σの変化量Δσを例示したグラフであり、横軸は、内周面からの深さを示し、縦軸は、標準偏差σの変化量Δσを示す。図１５に示すように、標準偏差σの変化量Δσは、ＣＦＲＰ積層体１０の内周面からの深さの変化に伴って変化する。
次に、図９のステップＳ１７に示すように、画像処理部３は、標準偏差σ及び標準偏差σの変化量Δσの閾値により、第１層１１及び第２層１２を判別する。そして、画像処理部３は、各層の境界から各層の厚さを算出する。
例えば、標準偏差σを用いて、積層状態を判別する方法を説明する。図１４に示すように、標準偏差σの閾値ＳＨ１を設定する。そうすると、深さＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４において、標準偏差σは、閾値ＳＨ１以下である。一方、深さＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４以外において、標準偏差σは、閾値ＳＨ１よりも大きい。
ここで、標準偏差σ≦閾値ＳＨ１の場合に、フープ巻きの第２層１２とし、標準偏差σ＞閾値ＳＨ１の場合に、ヘリカル巻きの第１層１１とする。その場合には、ＣＦＲＰ積層体１０の深さＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４において、フープ巻の第２層１２であると判別することができる。ＣＦＲＰ積層体１０の深さＤ１、Ｄ２、Ｄ３及びＤ４以外において、ヘリカル巻きの第１層１１であると判別することができる。
次に、標準偏差σの変化量Δσを用いて、積層状態を判別する方法を説明する。例えば、変化量Δσの閾値を、（－ＳＨ２）及び（＋ＳＨ２）と設定する。そうすると、深さＤ５～Ｄ１０の各深さにおいて、変化量Δσは、（－ＳＨ２）≦Δσ≦（＋ＳＨ２）である。一方、深さＤ５～Ｄ１０の各深さ以外において、変化量Δσ＜（－ＳＨ２）、または、（＋ＳＨ２）＜変化量Δσである。
ここで、（－ＳＨ２）≦変化量Δσ≦（＋ＳＨ２）の場合に、フープ巻きの第２層１２とし、変化量Δσ＜（－ＳＨ２）または（＋ＳＨ２）＜変化量Δσの場合に、ヘリカル巻きの第１層１１としてみると、ＣＦＲＰ積層体１０の深さＤ５～Ｄ１０の各深さの場合には、フープ巻の第２層１２であると判別することができる。しかしながら、ヘリカル巻きと判断させるべき、深さに、フープ巻きと判断されるＤ６等が挟まれていたりするので、変化量Δσだけでヘリカル巻きを判断するのは、困難である場合がある。

基本的にフープ巻きの場合には、標準偏差σの値は安定している。一方、ヘリカル巻きの場合には、標準偏差σの値は不安定な場合がある。ヘリカル巻きからフープ巻き、または、フープ巻きからヘリカル巻きに切り替わる境界では、変化量Δσが大きく変化するからである。そこで、フープ巻きの第２層１２を標準偏差σで判別し、変化量Δσによって、ヘリカル巻きの第１層１１の判別を補完することが好ましい。
以下の式は、標準偏差σ及び標準偏差σの変化量Δσを用いたフープ巻き及びヘリカル巻きの判別方法を例示したアルゴリズムである。
標準偏差σの判別値をａとすると、標準偏差σが閾値以下の場合にａ＝０、標準偏差σが閾値よりも大きい場合にａ＝１とする。変化量Δσの判別値をｂとすると、変化量Δσが閾値の範囲の場合にｂ＝０、変化量Δσが閾値の範囲外の場合にｂ＝１とする。そして、（１）式の場合にはフープ巻きと判別する。（２）式の場合には、ヘリカル巻きと判別する。
ａ＋ｂ≦０ （１）
ａ＋ｂ≧１ （２）
（１）式によれば、標準偏差σを用いた判別及び変化量Δσを用いた判別の両方がフープ巻きを示す場合には、その層は、フープ巻きと判別される。（２）式によれば、標準偏差σを用いた判別及び変化量Δσを用いた判別の少なくともいずれかがヘリカル巻きを示す場合には、その層は、ヘリカル巻きと判別される。
本実施形態では、上述したように、取得された複数の画像から第１層１１及び第２層１２に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出されたパラメータを用いて、第１層１１と第２層１２とを判別する。第１方向に延びた空隙を第１空隙とし、第２方向に延びた空隙を第２空隙とした場合に、パラメータは、複数の画像における第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差σでもよいし、輝度の標準偏差σの変化量Δσでもよい。例えば、第１空隙は、ヘリカル方向に延びた空隙であり、第２空隙は、フープ方向に延びた空隙である。
次に、本実施形態の効果を説明する。本実施形態の積層状態算出方法は、空隙の量に相関するパラメータを用いて、炭素繊維の配向方向を判別している。よって、炭素繊維の向きが確認できるほどの解像度を必要としない。これにより、ＣＦＲＰ積層体１０の積層状態を簡便に低コストで判別することができる。
また、撮像部２はＸ線を用いているので、非破壊で積層状態を判別することができる。さらに、フープ方向Ｈ２に延びた空隙の影響を除去することにより、ヘリカル方向Ｈ１に延びた空隙に相関するパラメータで積層状態を判別する。よって、一方の空隙に相関するパラメータで判別することができるので、積層状態の判別の精度を向上させることができる。また、ヘリカル方向Ｈ１に延びた空隙の量がフープ方向Ｈ２に延びた空隙の量よりも多い場合には、空隙の量が多い方のパラメータで判別できるので、積層状態の判別の精度をさらに向上させることができる。
以上、本実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。また、本実施形態に係る積層状態算出方法をコンピュータに実行させる以下の積層状態算出プログラムも本実施形態の技術的思想の範囲内である。
すなわち、炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出プログラムであって、
積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得させ、
取得させた複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出させ、算出させた前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別させる、ことをコンピュータに実行させる積層状態算出プログラム。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ－ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ－Ｒ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（random access memory））を含む。
プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
１ 積層状態算出装置
２ 撮像部
３ 画像処理部
１０ ＣＦＲＰ積層体
１１ 第１層
１２ 第２層
１５ 断面
Ｃ 中心軸
Ｈ１ ヘリカル方向
Ｈ２ フープ方向
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、ＬＮ 層
Ｐ 積層方向
ＳＰ１、ＳＰ２ スペクトラム
ＶＰ１、ＶＰ２ パターン
ＸＲ Ｘ線
Ｚ 深さ

Claims (14)

  1. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出方法であって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得するステップと、
    取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別するステップと、
    を備えた積層状態算出方法であって、
    前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去するステップをさらに有し、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差である、
    積層状態算出方法。
  2. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出方法であって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得するステップと、
    取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別するステップと、
    を備えた積層状態算出方法であって、
    前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去するステップをさらに有し、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量である、
    積層状態算出方法。
  3. 前記第２空隙の影響を除去するステップは、
    前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換するステップと、
    変換された前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去するステップと、
    前記第２空隙のスペクトルを除去された前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換するステップと、
    を含む、
    請求項１または２に記載の積層状態算出方法。
  4. 前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、
    前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向である、
    請求項１～３のいずれか１項に記載の積層状態算出方法。
  5. 前記第２方向は、前記中心軸の周りの回転方向であり、前記第１方向は、前記第２方向に傾いた方向である、
    請求項４に記載の積層状態算出方法。
  6. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出装置であって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得する撮像部と、
    取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別する画像処理部と、
    を備えた積層状態算出装置であって、
    前記画像処理部は、前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去し、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差である、
    積層状態算出装置。
  7. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出装置であって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得する撮像部と、
    取得された複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出し、算出された前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別する画像処理部と、
    を備えた積層状態算出装置であって、
    前記画像処理部は、前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得された複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去し、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量である、
    積層状態算出装置。
  8. 前記画像処理部は、前記第２空隙の影響を除去する際に、
    前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換し、
    変換された前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去し、
    前記第２空隙のスペクトルを除去された前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換する、
    請求項６または７に記載の積層状態算出装置。
  9. 前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、
    前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向である、
    請求項６～８のいずれか１項に記載の積層状態算出装置。
  10. 前記第２方向は、前記中心軸の周りの回転方向であり、前記第１方向は、前記第２方向に傾いた方向である、
    請求項９に記載の積層状態算出装置。
  11. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出プログラムであって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得させ、
    取得させた複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出させ、算出させた前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別させる、
    ことをコンピュータに実行させる積層状態算出プログラムであって、
    前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得させた複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去させる、
    ことをさらにコンピュータに実行させ、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差である、
    積層状態算出プログラム。
  12. 炭素繊維強化プラスチック積層体の積層状態算出プログラムであって、
    積層方向に直交する第１方向に炭素繊維が配向した第１層と、前記積層方向に直交し前記第１方向と異なる第２方向に前記炭素繊維が配向した第２層と、が交互に積層された積層体を、前記積層方向における異なる複数の位置においてＸ線で撮像することにより、前記積層方向に直交した複数の断面の画像を取得させ、
    取得させた複数の前記画像から前記第１層及び前記第２層に形成された空隙の量に相関するパラメータを算出させ、算出させた前記パラメータを用いて、前記第１層と前記第２層とを判別させる、
    ことをコンピュータに実行させる積層状態算出プログラムであって、
    前記第１方向に延びた前記空隙を第１空隙とし、前記第２方向に延びた前記空隙を第２空隙とした場合に、取得させた複数の前記画像において、前記第１空隙を含む領域から、前記第２空隙の影響を除去させる、
    ことをさらにコンピュータに実行させ、
    前記パラメータは、複数の前記画像における前記第１空隙を含む領域の輝度の標準偏差の変化量である、
    積層状態算出プログラム。
  13. 前記第２空隙の影響を除去させる際に、
    前記画像を高速フーリエ変換によりパワースペクトルに変換させ、
    変換させた前記パワースペクトルにおける前記第２空隙のスペクトルを除去させ、
    前記第２空隙のスペクトルを除去させた前記パワースペクトルを逆高速フーリエ変換により前記画像に変換させる、
    ことをコンピュータに実行させる請求項１１または１２に記載の積層状態算出プログラム。
  14. 前記積層体は、中心軸を有する円筒状であり、
    前記積層方向は、前記中心軸に直交する方向である、
    請求項１１～１３のいずれか１項に記載の積層状態算出プログラム。
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