KR102190451B1 - 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법 - Google Patents

탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 의하면, 탄소섬유강화플라스틱 시트에서 파손 위치를 감지하는 방법으로서, 탄소섬유강화플라스틱 시트 상에 두 개의 전극들로 이루어진 전극 쌍을 배치하는 전극 배치 단계; 상기 전극 쌍으로부터 전기 저항을 측정하는 저항 측정 단계; 상기 저항 측정 단계에서 측정된 전기 저항으로부터 저항 변화율을 계산하는 저항 변화율 계산 단계; 및 상기 저항 변화율 계산 단계에서 계산된 저항 변화율의 절대값을 이용하여 파손 위치 후보 구역을 설정하는 파손 위치 감지 단계를 포함하며, 상기 저항 변화율은 파손이 없는 정상 상태에서의 저항값에 대한 저항 변화값의 비율이며, 상기 파손 위치 감지 단계에서 상기 파손 위치 후보 구역은, 상기 파손 위치가 상기 전극 쌍의 내부 영역에 위치하는 경우와 상기 전극 쌍의 외부 영역에 위치하는 경우 각각에 대해 상기 파손 위치와 상기 전극 쌍 사이의 거리가 멀어짐에 따라 상기 저항 변화율이 감소하는 성질을 이용하여 파악되는, 탄소섬유 강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법이 제공된다.

Description

탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법 {METHOD FOR DETECTING LOCATION OF DAMAGED PORTION OF CARBON FIBER REINFORCED PLASTIC SHEET}
본 발명은 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치를 감지하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 탄소섬유강화플라스틱 시트에 형성된 전극으로부터 측정되는 전기 저항을 이용하여 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치를 감지하는 방법에 관한 것이다.
탄소섬유강화플라스틱(CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic)은 널리 알려진 바와 같이 우수한 기계적 전기적 물성을 갖고 있기 때문에, 최근 항공우주 및 차량을 포함하여 다양한 분야에서 그 사용이 증가하고 있다. 하지만, 탄소섬유강화플라스틱에서 미세한 파손이 발생하는 경우, 물성이 급격히 저하되어서 파괴가 일어난다는 문제가 있다. 따라서, 탄소섬유강화플라스틱에 발생한 미세한 파손의 위치를 감지할 수 있는 기술이 요구된다.
탄소섬유강화플라스틱에서 파손을 감지하는 기술로는 일반적으로 음향방출(aucoustic emission), 초음파 테스트(ultrasonic test)와 같은 고가의 비파괴 장비를 이용하는 기술이 이용된다.
본 발명과 관련된 선행특허로서 등록특허 제10-1781687호에는 전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 장치로서, 전도성 복합재료의 상면 및 배면에 각각 형성되며 서로 평행하게 배열된 복수개의 전극 띠를 포함하는 전기저항 측정층과, 전기저항 측정층을 덮는 절연층과, 전도성 복합재료의 변형에 따라 전기용량이 변하는 전기용량 측정층으로 구성된 선상 감지층을 이용하여 전도성 복합재료 구조물의 손상 위치를 감지하는 구성이 기재되어 있다. 하지만, 이러한 선행특허의 구성은 그 복잡한 구조로 인해 실제 적용에 있어서 어려움이 따른다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1781687 "전도성 복합재료 구조물의 손상 감지 및 손상 이력 기록 장치 및 그 제조방법" (2017.09.25.)
본 발명의 목적은 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치를 감지하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 종래의 기술에 비해 간편한 방식으로 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치를 감지하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 탄소섬유강화플라스틱 시트에서 파손 위치를 감지하는 방법으로서, 탄소섬유강화플라스틱 시트 상에 두 개의 전극들로 이루어진 전극 쌍을 배치하는 전극 배치 단계; 상기 전극 쌍으로부터 전기 저항을 측정하는 저항 측정 단계; 상기 저항 측정 단계에서 측정된 전기 저항으로부터 저항 변화율을 계산하는 저항 변화율 계산 단계; 및 상기 저항 변화율 계산 단계에서 계산된 저항 변화율의 절대값을 이용하여 파손 위치 후보 구역을 설정하는 파손 위치 감지 단계를 포함하며, 상기 저항 변화율은 파손이 없는 정상 상태에서의 저항값에 대한 저항 변화값의 비율이며, 상기 파손 위치 감지 단계에서 상기 파손 위치 후보 구역은, 상기 파손 위치가 상기 전극 쌍의 내부 영역에 위치하는 경우와 상기 전극 쌍의 외부 영역에 위치하는 경우 각각에 대해 상기 파손 위치와 상기 전극 쌍 사이의 거리가 멀어짐에 따라 상기 저항 변화율이 감소하는 성질을 이용하여 파악되는, 탄소섬유 강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법이 제공된다.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명은 탄소섬유강화플라스틱 시트에 배치되는 전극 쌍으로부터 측정되는 전기 저항의 변화율을 통해 파손 위치를 감지하기 때문에, 간편한 방식으로 파손 위치를 감지할 수 있게 된다.
또한, 최적의 전극 배치가 개시됨으로써, 효율적인 파손 위치 감지가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손위치 감지 방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1에 도시된 순서도의 전극 배치 단계에서 탄소섬유강화플라스틱 시트에 복수개의 전극들이 배치되는 예를 도시한 평면도이다.
도 4 내지 도 7은 탄소섬유강화플라스틱 시트에 배치되는 전극 쌍에서 파손 위치가 전극 쌍의 사이의 영역에 위치하는 경우에 측정되는 저항변화율이 파손 위치와의 거리에 따라 변하는 성질을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8 및 도 9는 탄소섬유강화플라스틱 시트에 배치되는 전극 쌍에서 파손 위치가 전극 쌍의 사이의 영역이 아닌 바깥 영역에 위치하는 경우에 측정되는 저항변화율이 파손 위치와의 거리에 따라 변하는 성질을 설명하기 위한 도면들이다.
도 10 내지 도 13은 탄소섬유강화플라스틱 시트에 배치되는 전극 쌍에서 측정되는 저항변화율에 따른 파손 위치 후보 구역을 보여주는 도면들이다.
도 14 내지 도 18은 도 2에 도시된 전극 배치 구조에서 파손 위치를 감지하는 과정에 대한 구체적인 예를 설명하는 도면들이다.
도 19 내지 도 23은 도 2에 도시된 전극 배치 구조에서 파손 위치를 감지하는 과정에 대한 다른 구체적인 예를 설명하는 도면들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용이 상세하게 설명된다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손위치 감지 방법이 순서도로서 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손위치 감지 방법은 탄소섬유강화플라스틱 시트에 전극을 배치하는 전극 배치 단계(S10)와, 전극 배치 단계(S10)에서 배치된 전극으로부터 전기 저항을 측정하는 저항 측정 단계(S20)와, 저항 측정 단계(S20)에서 측정된 전기 저항으로부터 저항 변화율을 계산하는 저항 변화율 계산 단계(S30)와, 저항 변화율 계산 단계(S30)에서 계산된 저항 변화율을 이용하여 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치를 감지하는 파손 위치 감지 단계(S40)를 포함한다.
전극 배치 단계(S10)에서는 검사 대상인 탄소섬유강화플라스틱 시트에 복수개의 전극들이 배치된다. 도 2에는 전극 배치 단계(S10)를 통해 탄소섬유강화플라스틱 시트에 복수개의 전극들이 배치되는 일 예가 평면도로서 도시되어 있다. 도 2를 참조하면, 검사 대상인 탄소섬유강화플라스틱 시트(10)에 복수개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들이 배치되어 있다. 도 2에서 도면부호 'C'는 위치 감지 대상인 파손 부위를 의미한다. 도 2에서는, 파손 부위가 복수개의 복수개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들의 내부 영역에 위치하는 것으로 설명하지만, 이와는 달리 다른 곳에 위치할 수도 있으며, 본 발명은 이에 대한 파손 부위의 위치도 감지할 수 있다.
복수개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들은 대체로 검사 영역에 대응하여 배치되는데, 본 실시예에서는 제1, 제2, 제3, 제4, 제5, 제6, 제7, 제8 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들이 정사각형의 변과 꼭짓점 상에 등간격으로 이격되어서 배치되는 것으로 설명한다. 구체적으로, 8개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들은 정사각형의 네 꼭짓점과 네 변의 가운데에 각각 위치한다. 본 실시예에서는 8개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들에서 이웃한 두 전극들 사이의 거리가 10㎝로서 한변의 길이가 20㎝인 정사각형을 형성하는 것으로 설명하는데 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
복수개의 전극(11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18)들에서 임의로 선정되는 두 전극들이 각각 전극 쌍을 형성한다. 즉, 도 2에 도시된 실시예에서는 제1 전극(11)과 제2 전극(12)으로 이루어지는 제1 전극 쌍(11-12)과, 제1 전극(11)과 제3 전극(13)으로 이루어지는 제2 전극 쌍(11-13)과, 제1 전극(11)과 제4 전극(14)으로 이루어지는 제3 전극 쌍(11-14)과, 제1 전극(11)과, 제5 전극(15)으로 이루어지는 제4 전극 쌍(11-15)과, 제1 전극(11)과 제6 전극(16)으로 이루어지는 제5 전극 쌍과(11-16), 제1 전극(11)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제6 전극 쌍(11-17)과, 제1 전극(11)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제7 전극 쌍(11-18)과, 제2 전극(12)과 제3 전극(13)으로 이루어지는 제8 전극 쌍(12-13)과, 제2 전극(12)과 제4 전극(14)으로 이루어지는 제9 전극 쌍(12-14)과, 제2 전극(12)과 제5 전극(15)으로 이루어지는 제10 전극 쌍(12-15)과, 제2 전극(12)과 제6 전극(16)으로 이루어지는 제11 전극 쌍(12-16)과, 제2 전극(12)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제12 전극 쌍(12-17)과, 제2 전극(12)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제13 전극 쌍(12-18)과, 제3 전극(13)과 제4 전극(14)으로 이루어지는 제14 전극 쌍(13-14)과, 제3 전극(13)과 제5 전극(15)으로 이루어지는 제15 전극 쌍(13-15)과, 제3 전극(13)과 제6 전극(16)으로 이루어지는 제16 전극 쌍(13-16)과, 제3 전극(13)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제17 전극 쌍(13-17)과, 제3 전극(13)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제18 전극 쌍(13-18)과, 제4 전극(14)과 제5 전극(15)으로 이루어지는 제19 전극 쌍(14-15)과, 제4 전극(14)과 제6 전극(16)으로 이루어지는 제20 전극 쌍(14-16)과, 제4 전극(14)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제21 전극 쌍(14-17)과, 제4 전극(14)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제22 전극 쌍(14-18)과, 제5 전극(15)과 제6 전극(16)으로 이루어지는 제23 전극 쌍(15-16)과, 제5 전극(15)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제24 전극 쌍(15-17)과, 제5 전극(15)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제25 전극 쌍(15-18)과, 제6 전극(16)과 제7 전극(17)으로 이루어지는 제26 전극 쌍(16-17)과, 제6 전극(16)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제27 전극 쌍(16-18)과, 제7 전극(17)과 제8 전극(18)으로 이루어지는 제28 전극 쌍(17-18)의 모두 28개의 전극 쌍이 형성된다.
저항 측정 단계(S20) 단계에서는 전극 배치 단계(S10)에서 형성된 모든 전극 쌍들 각각으로부터 전기 저항이 측정된다. 즉, 저항 측정 단계(S20)에서는 위에서 설명된 제1 내지 제28의 28개 전극 쌍(11-12)(11-13)(11-14)(11-15)(11-16)(11-17)(11-18)(12-13)(12-14)(12-15)(12-16)(12-17)(12-18)(13-14)(13-15)(13-16)(13-17)(13-18)(14-15)(14-16)(14-17)(14-18)(15-16)(15-17)(15-18)(16-17)(16-18)(17-18)들 각각으로부터 전기 저항이 측정되는데, 구체적인 전기 저항 측정 방식은 통상적으로 사용되는 전기 저항 측정 방식이 이용되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
저항 변화율 계산 단계(S30)에서는 저항 측정 단계(S20)에서 측정된 전기 저항으로부터 28개 모든 전극 쌍들 각각에 대응하는 전기 저항의 변화율이 계산된다. 즉, 저항 변화율 계산 단계(S30)에서는 제1 전극 쌍(11-12)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제1 저항 변화율, 제2 전극 쌍(11-13)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제2 저항 변화율, 제3 전극 쌍(11-14)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제3 저항 변화율, 제4 전극 쌍(11-15)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제4 저항 변화율, 제5 전극 쌍(11-16)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제5 저항 변화율, 제6 전극 쌍(11-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제6 저항 변화율, 제7 전극 쌍(11-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제7 저항 변화율, 제8 전극 쌍(12-13)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제8 저항 변화율, 제9 전극 쌍(12-14)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제9 저항 변화율, 제10 전극 쌍(12-15)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제10 저항 변화율, 제11 전극 쌍(12-16)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제11 저항 변화율, 제12 전극 쌍(12-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제12 저항 변화율, 제13 전극 쌍(12-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제13 저항 변화율, 제14 전극 쌍(13-14)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제14 저항 변화율, 제15 전극 쌍(13-15)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제15 저항 변화율, 제16 전극 쌍(13-16)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제16 저항 변화율, 제17 전극 쌍(13-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제17 저항 변화율, 제18 전극 쌍(13-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제18 저항 변화율, 제19 전극 쌍(14-15)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제19 저항 변화율, 제20 전극 쌍(14-16)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제20 저항 변화율, 제21 전극 쌍(14-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제21 저항 변화율, 제22 전극 쌍(14-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제22 저항 변화율, 제23 전극 쌍(15-16)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제23 저항 변화율, 제24 전극 쌍(15-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제24 저항 변화율, 제25 전극 쌍(15-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제25 저항 변화율, 제26 전극 쌍(16-17)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제26 저항 변화율, 제27 전극 쌍(16-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제27 저항 변화율 및 제28 전극 쌍(17-18)에 대응하는 전기 저항의 변화율인 제28 저항 변화율이 계산된다. 여기서, 제n 저항 변화율은 탄소섬유강화플라스틱에 파손이 없는 정상 상태에서 제n 전극 쌍에서의 전기 저항값(Rn0)에 대한 검사 대상의 제n 전극 쌍에서의 전기 저항 변화값(ΔRn=Rn-Rn0, Rn은 제n 전극 쌍에서 측정된 전기 저항)비율로서, 다음 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 1]
제n 저항 변화율 = ΔRn/Rn0
파손 위치 감지 단계(S40)에서는 저항 변화율 계산 단계(S30)에서 계산된 모든 전극 쌍(11-12)(11-13)(11-14)(11-15)(11-16)(11-17)(11-18)(12-13)(12-14)(12-15)(12-16)(12-17)(12-18)(13-14)(13-15)(13-16)(13-17)(13-18)(14-15)(14-16)(14-17)(14-18)(15-16)(15-17)(15-18)(16-17)(16-18)(17-18)들 각각에 대응하는 저항 변화율의 절대값을 이용하여 탄소섬유강화플라스틱(10)에서 파손 부위(C)의 위치가 감지된다. 파손 위치 감지 단계(S40)에서 파손 위치는 파손 위치와 전극 쌍 사이의 거리가 멀어짐에 따라 저항 변화율의 절대값이 감소하는 성질을 이용하여 파악되는데, 이를 도 3 내지 도 13을 통해 설명하면 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 파손 부위(D)가 존재하는 탄소섬유강화플라스틱(20)에 10㎝의 간격으로 이격된 두 개의 전극들(21, 22)로 이루어지는 전극 쌍(21-22)이 배치된다. 파손 부위(D)는 탄소섬유강화플라스틱(20) 상에서 두 전극(21, 22)연결하는 제1 직선(X1)과 직각으로 연장되고 두 전극 쌍(21, 22)을 각각 지나는 제2 직선(X2)과 제3 직선(X2)의 사이에 형성되는 영역(B)(본 실시예에서 영역 B는 전극 쌍의 내부 영역으로 정의)에 위치하며, 이때, 전극 쌍(21-22)과 파손 부위(D) 사이의 거리(d1)는 제1 직선(X1)과 파손 부위(D) 사이의 거리로 정의된다. 도 4는 전극 쌍(21-22)과 파손 부위(D) 사이의 거리에 따른 저항 변화율을 보여주는 실험 데이터에 대한 그래프이다. 도 4에서 가로축이 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리(d1)이고 세로축이 백분율로 표시되는 저항 변화율에 대한의 절대값이다.
도 4로부터 파손 부위가 전극 쌍으로부터 멀어짐에 따라 저항 변화율의 절대값이 감소한다는 것이 확인된다. 도 5는 도 4에서 저항 변화율의 절대값이 1.0% 이상으로 측정되는 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리의 범위를 확대하여 보여주는 그래프이다. 도 5를 참조하면, 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 대체로 5㎝ 이하인 범위에서 저항 변화율의 절대값이 1.0% 이상의 비교적 큰 값으로 측정된다. 도 6은 도 4에서 저항 변화율의 절대값이 0.1% 내지 1.0%로 측정되는 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리의 범위를 확대하여 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 대체로 6㎝ 내지 11㎝의 범위에서 저항 변화율의 절대값이 0.1% 내지 1.0%로 측정된다. 도 7은 도 4에서 저항 변화율의 절대값이 0.1% 미만으로 측정되는 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리의 범위를 확대하여 보여주는 그래프이다. 도 6을 참조하면, 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 대체로 12㎝ 이상인 범위에서 저항 변화율의 절대값이 0.1% 미만으로 측정된다. 본 실시예에서 저항 변화율의 절대값이 매우 작은 0.1% 미만으로 측정되는 경우에 유효하지 않은 변화율인 것으로 판단하여 파손 부위가 감지되지 않는 것으로 간주한다.
도 3 내지 도 7에서는 파손 부위가 전극 쌍의 내부 영역(도 3의 B)에 위치하는 경우에 대해서 설명하였으나, 파손 부위가 전극 쌍의 내부 영역(도 3의 B)이 아닌 영역(본 실시예에서는 이 영역을 전극 쌍의 외부 영역으로 정의)에 위치할 수 있으며, 이하 이 경우에 대해 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.
도 8을 참조하면, 파손 부위(E)가 존재하는 탄소섬유강화플라스틱(30)에 10㎝의 간격으로 이격된 두 개의 전극들(31, 32)로 이루어지는 전극 쌍(31-32)이 배치된다. 파손 부위(E)는 탄소섬유강화플라스틱(20) 상에서 전극 쌍의 외부 영역(도 3에 도시된 영역 B의 외부 영역)에 위치하며, 이때, 전극 쌍(31-32)과 파손 부위(E) 사이의 거리(d2)는 두 전극(31, 32)들 중 어느 하나의 전극과의 거리로 정의된다. 도 9는 전극 쌍(31-32)과 파손 부위(E) 사이의 거리에 따른 저항 변화율을 보여주는 실험 데이터에 대한 그래프이다. 도 9에서 가로축이 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리(d2)이고 세로축이 백분율로 표시되는 저항 변화율의 절대값이다. 도 9로부터 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 증가함에 따라 저항 변화율의 절대값이 대체로 감소한다는 것이 확인되는데, 대체로 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 9㎝ 이하인 범위에서 저항 변화율은 1.0% 이상의 값을 갖고, 전극 쌍과 파손 부위 사이의 거리가 9㎝를 초과하는 범위에서 저항 변화율은 0.1% 미만의 유효하지 않는 값을 갖는다.
도 10 내지 도 13에는 도 3 내지 도 9를 참조하여 설명된 내용에 기반하여 경우에 따라 전극 쌍으로부터 측정되는 저항 변화율을 이용하여 설정되는 탄소섬유강화플라스틱의 파손 위치의 후보 구역이 도시되어 있다.
도 10에는 탄소섬유강화플라스틱(40)에서 전극 쌍을 형성하는 두 전극(41, 42) 사이의 간격이 설정 거리(본 실시예에서는 15㎝인 것으로 설명)의 미만인 10㎝이고 저항 변화율이 1.0% 이상으로 측정되는 경우에 예측되는 파손 위치 후보 구역(A1)이 도시되어 있다. 도 10을 참조하면, 파손 위치 후보 구역(A1)의 내부에 전극 쌍을 형성하는 두 전극(41, 42)이 위치한다. 구체적으로 파손 위치 후보 구역(A1)은 두 전극(41, 42) 각각을 중심으로 하는 두 반원부(43, 44)와 두 반원부(43, 44)를 각각 연결하는 두 직선부(45, 46)로 이루어지는 외형을 갖는다.
도 11에는 탄소섬유강화플라스틱(50)에서 전극 쌍을 형성하는 두 전극(51, 52) 사이의 간격이 10㎝이고 저항 변화율이 0.1% 이상 1.0% 미만으로 측정되는 경우에 예측되는 서로 분리되어서 위치하는 직사각형의 제1 파손 위치 후보 구역(A21)과 직사각형의 제2 파손 위치 후보 구역(A22)이 도시되어 있다. 도 11을 참조하면, 제1 파손 위치 후보 구역(A21)과 제2 파손 위치 후보 구역(A22)은 전극 쌍을 사이에 두고 양측에 이격되어서 위치하며, 도 11에 도시된 두 파손 위치 후보 구역(A21, A22)는 도 10에 도시된 파손 위치 후보 구역(A1)과 겹치지 않는다.
도 12에는 탄소섬유강화플라스틱(60)에서 전극 쌍을 형성하는 두 전극(61, 62) 사이의 간격이 설정 거리(본 실시예에서는 15㎝인 것으로 설명)의 이상인 20㎝ 이상이고 저항 변화율이 1.0% 이상으로 측정되는 경우에 예측되는 서로 분리되어서 위치하는 원형의 제1 파손 위치 후보 구역(A31)과 제2 파손 위치 후보 구역(A32)이 도시되어 있다. 도 12를 참조하면, 두 파손 위치 후보 구역(A31, A32)들 각각은 두 전극(61, 62)들에 각각에 하나 씩 대응하여 위치하며, 대응하는 전극을 중심으로 한다. 이러한 파손 위치 후보 구역 설정은 두 전극 사이의 거리가 20㎝ 이상인 경우에 10㎝인 경우보다 민감도가 낮게 때문에 두 전극 사이의 중심부에 일어난 파손은 저항 변화율이 1.0% 이상의 큰 값으로 측정되지 않는 현상에 의한 것이다.
도 13에는 탄소섬유강화플라스틱(670)에서 전극 쌍을 형성하는 두 전극(71, 72) 사이에 간격이 20㎝ 이상이고 저항 변화율이 0.1% 이상 1.0% 미만으로 측정되는 경우에 예측되는 파손 위치 후보 구역(A4)이 도시되어 있다. 도 13을 참조하면, 파손 위치 후보 구역(A4)은 직사각형 형태로서 두 전극(71, 72)의 사이 중심부에 위치하도록 설정된다.
도 14 내지 도 18은 도 2에 도시된 전극 배치 구조에서 파손 위치를 감지하는 과정에 대한 구체적인 예를 설명하는 도면들이다. 도 14에 도시된 그래프에는 도 2에 도시된 바와 같은 전극 배치 구조에서 26개의 전극 쌍들(11-12)(11-13)(11-14)(11-15)(11-16)(11-17)(11-18)(12-13)(12-14)(12-15)(12-16)(12-17)(12-18)(13-14)(13-15)(13-16)(13-17)(13-18)(14-15)(14-16)(14-17)(14-18)(15-16)(15-17)(15-18)(16-17)(16-18)(17-18) 각각으로부터 측정된 저항 변화율이 나타나 있다.
먼저, 도 15의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이, 10㎝ 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제1 전극 쌍(11-12), 제7 전극 쌍(11-18), 제8 전극 쌍(12-13), 제14 전극 쌍(13-14), 제19 전극 쌍(14-15), 제23 전극 쌍(15, 16), 제26 전극 쌍(26-27) 및 제28 전극 쌍(27-28) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 11을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 15의 우측 그림에는 제1 전극 쌍(11-12), 제7 전극 쌍(11-18), 제8 전극 쌍(12-13), 제14 전극 쌍(13-14), 제19 전극 쌍(14-15), 제23 전극 쌍(15, 16), 제26 전극 쌍(26-27) 및 제28 전극 쌍(27-28) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹쳐지는 영역이 표시되어 있다.
다음, 도 16의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이 20㎝ 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제2 전극 쌍(11-13), 제6 전극 쌍(11-17), 제11 전극 쌍(12-16), 제15 전극 쌍(13-15), 제22 전극 쌍(14-18) 및 제24 전극 쌍(15-17) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 13을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 16의 우측 그림에는 제2 전극 쌍(11-13), 제6 전극 쌍(11-17), 제11 전극 쌍(12-16), 제15 전극 쌍(13-15), 제22 전극 쌍(14-18) 및 제24 전극 쌍(15-17) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹치는 영역이 표시되어 있다.
다음, 도 17의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이 10㎝보다 크고 20㎝보다 작은 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제9 전극 쌍(12-14), 제13 전극 쌍(12-18), 제20 전극 쌍(14-16) 및 제27 전극 쌍(16-18) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 11을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 17의 우측 그림에는 제9 전극 쌍(12-14), 제13 전극 쌍(12-18), 제20 전극 쌍(14-16) 및 제27 전극 쌍(16-18) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹치는 영역이 표시되어 있다.
최종적으로, 도 15의 우측 그림, 도 16의 우측 그림 및 도 17의 우측 그림에서 겹치는 위치를 도 18에 도시된 바와 같이 전극들의 내부 영역에 위치하는 파손 부위 위치가 결정한다.
추가적으로, 제3 전극 쌍(11-14), 제4 전극 쌍(11-15), 제5 전극 쌍(11-16), 제10 전극 쌍(12-15), 제12 전극 쌍(12-17), 제16 전극 쌍(13-16), 제17 전극 쌍(13-17), 제18 전극 쌍(13-18), 제21 전극 쌍(14-17) 및 제25 전극 쌍(15-18)에 대한 저항 변화율도 고려될 수 있으며, 이때 파손 위치 후보 구역은 도 12 및 도 13을 통해 설명된 방식으로 설정될 수 있다.
도 19 내지 도 23은 도 2에 도시된 전극 배치 구조에서 파손 위치를 감지하는 과정에 대한 다른 구체적인 예를 설명하는 도면들이다. 도 19에 도시된 그래프에는 도 2에 도시된 바와 같은 전극 배치 구조에서 26개의 전극 쌍들(11-12)(11-13)(11-14)(11-15)(11-16)(11-17)(11-18)(12-13)(12-14)(12-15)(12-16)(12-17)(12-18)(13-14)(13-15)(13-16)(13-17)(13-18)(14-15)(14-16)(14-17)(14-18)(15-16)(15-17)(15-18)(16-17)(16-18)(17-18) 각각으로부터 측정된 저항 변화율이 나타나 있다.
먼저, 도 19의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이, 10㎝ 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제1 전극 쌍(11-12), 제7 전극 쌍(11-18), 제8 전극 쌍(12-13), 제14 전극 쌍(13-14), 제19 전극 쌍(14-15), 제23 전극 쌍(15, 16), 제26 전극 쌍(26-27) 및 제28 전극 쌍(27-28) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 10 및 도 11을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 19의 우측 그림에는 제1 전극 쌍(11-12), 제7 전극 쌍(11-18), 제8 전극 쌍(12-13), 제14 전극 쌍(13-14), 제19 전극 쌍(14-15), 제23 전극 쌍(15, 16), 제26 전극 쌍(26-27) 및 제28 전극 쌍(27-28) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹쳐지는 영역이 표시되어 있다.
다음, 도 21의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이 20㎝ 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제2 전극 쌍(11-13), 제6 전극 쌍(11-17), 제11 전극 쌍(12-16), 제15 전극 쌍(13-15), 제22 전극 쌍(14-18) 및 제24 전극 쌍(15-17) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 12 및 도 13을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 21의 우측 그림에는 제2 전극 쌍(11-13), 제6 전극 쌍(11-17), 제11 전극 쌍(12-16), 제15 전극 쌍(13-15), 제22 전극 쌍(14-18) 및 제24 전극 쌍(15-17) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹치는 영역이 표시되어 있다.
다음, 도 22의 좌측 그림에 나타나는 바와 같이 10㎝보다 크고 20㎝보다 작은 간격으로 이격된 두 전극을 구비하는 제9 전극 쌍(12-14), 제13 전극 쌍(12-18), 제20 전극 쌍(14-16) 및 제27 전극 쌍(16-18) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들이 도 10 및 도 11을 통해 설명된 방식으로 설정된다. 도 22의 우측 그림에는 제9 전극 쌍(12-14), 제13 전극 쌍(12-18), 제20 전극 쌍(14-16) 및 제27 전극 쌍(16-18) 각각에 대응하는 파손 위치 후보 구역들에서 가장 많이 겹치는 영역이 표시되어 있다.
최종적으로, 도 20의 우측 그림, 도 21의 우측 그림 및 도 22의 우측 그림에서 겹치는 위치를 도 23에 도시된 바와 같이 두 전극의 사이에 위치하는 파손 부위 위치가 결정한다.
추가적으로, 제3 전극 쌍(11-14), 제4 전극 쌍(11-15), 제5 전극 쌍(11-16), 제10 전극 쌍(12-15), 제12 전극 쌍(12-17), 제16 전극 쌍(13-16), 제17 전극 쌍(13-17), 제18 전극 쌍(13-18), 제21 전극 쌍(14-17) 및 제25 전극 쌍(15-18)에 대한 저항 변화율도 고려될 수 있으며, 이때 파손 위치 후보 구역은 도 12 및 도 13을 통해 설명된 방식으로 설정될 수 있다.
위에서 설명된 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법은 통상적으로 사용되는 베이시안 이론(bayesian theorem)에 기반한 머신 러닝(machine learning) 인공지능 기법을 이용하여 위치 에러가 최소화될 수 있다.
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.
10 : 탄소섬유강화플라스틱 시트
11 : 제1 전극 12 : 제2 전극
13 : 제3 전극 14 : 제4 전극
15 : 제5 전극 16 : 제6 전극
17 : 제7 전극 18 : 제8 전극

Claims (15)

  1. 탄소섬유강화플라스틱 시트에서 파손 위치를 감지하는 방법으로서,
    탄소섬유강화플라스틱 시트 상에 복수개의 전극들을 배치하는 전극 배치 단계;
    상기 복수개의 전극들로부터 선택되는 두 전극들로 형성될 수 있는 모든 조합인 복수개의 전극 쌍들 각각으로부터 전기 저항을 측정하는 저항 측정 단계;
    상기 저항 측정 단계에서 측정된 전기 저항으로부터 상기 복수개의 전극 쌍들 각각에 대한 저항 변화율을 계산하는 저항 변화율 계산 단계; 및
    상기 저항 변화율 계산 단계에서 계산된 저항 변화율의 절대값을 이용하여 파손 위치 후보 구역을 설정하는 파손 위치 감지 단계를 포함하며,
    상기 저항 변화율은 파손이 없는 정상 상태에서의 저항값에 대한 저항 변화값의 비율이며,
    상기 파손 위치 감지 단계에서 상기 파손 위치 후보 구역은, 상기 파손 위치가 상기 전극 쌍의 내부 영역에 위치하는 경우와 상기 전극 쌍의 외부 영역에 위치하는 경우 각각에 대해 상기 파손 위치와 상기 전극 쌍 사이의 거리가 멀어짐에 따라 상기 저항 변화율이 감소하는 성질을 이용하여 파악되며,
    상기 파손 위치가 상기 전극 쌍의 내부 영역에 위치하는 경우에 상기 파손 위치와 상기 전극 쌍 사이의 거리는 상기 파손 위치와 상기 두 전극들을 지나는 직선 사이의 거리이며,
    상기 파손 위치가 상기 전극 쌍의 외부 영역에 위치하는 경우에 상기 파손 위치와 상기 전극 쌍 사이의 거리는 상기 파손 위치와 상기 두 전극들 중 가까운 하나의 전극 사이의 거리이며,
    상기 전극 쌍의 두 전극들 사이의 거리가 설정 거리 미만이고 상기 저항 변화율이 제1 설정값 이상인 경우에, 상기 파손 위치 후보 구역은 상기 두 전극들을 내부에 포함하도록 상기 두 전극들 각각을 중심으로 하는 두 반원부들과 상기 두 반원부들을 각각 연결하는 두 직선부들을 구비하는 형태로 설정되며,
    상기 전극 쌍의 두 전극들 사이의 거리가 설정 거리 미만이며 상기 저항 변화율이 제2 설정값 이상이고 상기 제1 설정값 미만인 경우에, 상기 파손 위치 후보 구역은 두 개가 상기 전극 쌍을 사이에 두고 양측에 이격되어서 직사각형 형태로 설정되며,
    상기 전극 쌍의 두 전극들 사이의 거리가 설정 거리 이상이고 상기 저항 변화율이 상기 제1 설정값 이상인 경우에, 상기 파손 위치 후보 구역은 두 개가 이격된 상태로 상기 두 전극들 각각을 포함하도록 상기 전극을 중심으로 하는 원형으로 설정되며,
    상기 전극 쌍의 두 전극들 사이의 거리가 설정 거리 이상이며 상기 저항 변화율이 상기 제2 설정값 이상이고 상기 제1 설정값 미만인 경우에, 상기 파손 위치 후보 구역은 상기 두 전극들 사이의 중심부에 직사각형 형태로 설정되며,
    상기 파손 위치 감지 단계에서, 상기 복수개의 전극 쌍들 각각에 의해 설정되는 복수개의 파손 위치 후보 구역들이 가장 많이 겹치는 영역이 파손 위치로 결정되는,
    탄소섬유 강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 설정값은 1.0%이고 상기 제2 설정값은 0.1%인,
    탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극 배치 단계에서, 상기 복수개의 전극들은 정사각형의 변과 꼭짓점 상에 등간격으로 이격되어서 배치되는 탄소섬유강화플라스틱 시트의 파손 위치 감지 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
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