KR102478600B1 - 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템에 관한 것으로서, 스프레드 탄소섬유를 고정 지그에 고정하고 라인에 따라 순차적으로 이동하는 상기 스프레드 탄소섬유의 임피던스 값을 측정하는 와전류센서부, 상기 고정 지그에 고정된 스프레드 탄소섬유와 상기 와전류 센서부의 측정 간격 및 측정 높이를 설정하는 위치제어부 및 상기 스프레드 탄소섬유를 균제도 측정 격자를 이용하여 다수 개의 픽셀로 결정하고, 상기 와전류센서부에서 측정된 데이터를 수신하여 상기 스프레드 탄소섬유의 균제도를 산출하는 균제도산출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 센서를 이용하여 탄소섬유의 섬유 균제도의 측정에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 와전류 센서를 적용하여 탄소섬유 배열의 균제도 측정 및 균제도를 수치화하는 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템에 관한 것이다.
자동차, 선박, 우주항공 등 고부가가치 산업에 스프레드 탄소섬유(Spread Carbon Fiber) 를 적용한 고성능, 초경량 직물에 대한 수요가 증가함에 따라 전 세계적으로 다양한 산업 분야에서 사용되고 있는 탄소섬유의 대다수가 가공, 제직, 성형 전에 스프레딩(Spreading) 공정을 거치는 것으로 알려져 있으며, 탄소섬유의 품질 및 성능은 최종 제품의 성형성 및 성능에 중대한 영향을 주는 요소로, 최종 제품의 성능 최적화를 위해서는 원재료인 탄소 소재의 품질관리가 필수적이다.
탄소 소재를 적용한 제품화할 때 섬유 배열이 불균일한 소재를 사용할 경우, 불균일 정도에 따라 차이는 있을 수 있으나, 대다수 섬유 배열 불균일 부분에서의 기계적 물성 저하, 기공 발생, 미세한 외관 변화 등의 결함이 발생할 수 있으며, 이러한 부분은 주로 최종 성형된 탄소 복합재 제품을 비파괴 검사, 성능평가 등을 통해 결함을 감지하며, 결함이 발견될 경우 완제품을 파기하는 경우도 다수 발생한다.
탄소 복합재 내 결함을 최소화하기 위해서 탄소 소재의 제조(가공, 제직 등)공정, 소재 적층 공정(AFP, Braiding, Filament Winding, hand lay-up 등) 등 소재를 다루는 다수의 공정상에서 탄소 필라멘트 배열의 균일성을 관리함으로써 결함 발생률을 최소화할 수 있다.
스프레드된 탄소섬유의 배열성 확인 방법으로 널리 사용되고 있는 방법은 육안 확인 및 현미경 관찰 등이 거의 대부분이며, 현미경 관찰 시 샘플 준비단계에서의 소재 형상 변형, 정립되지 않은 평가방법, 균제도의 수치화가 어려워 데이터의 신뢰성 확보가 어려운 단점이 있다.
그 외의 방법으로 탄소섬유, 탄소직물 등의 섬유 방향성, 배열 상태, 섬유 접힘 등을 분석하기 위한 와전류 탐상 장비 및 연구결과가 해외에서 일부 확인되나, 장비의 도입을 위한 가격이 상당히 높고, 단순 섬유의 배열상태 및 중량 등의 확인만 가능하여 수치화된 섬유 배열 균제도의 확보는 어려운 실정이다.
따라서, 본 특허 출원을 통해 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안으로 상용화된 와전류 센서를 사용하여 탄소섬유의 배열 상태를 분석하고 중량으로 환산함으로써 탄소섬유의 섬유 배열 균제도를 간편하고 신뢰성 높게 측정할 수 있는 방법과 객관적인 균제도 수치를 제공하고자 한다.
본 발명은 와전류 센서를 이용하여 탄소섬유의 단위 면적당 중량 및 오차율을 측정함으로써, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도를 제공함에 목적이 있다.
또한, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도의 척도를 개발함으로써, 탄소섬유 제품의 품질향상과 객관적인 탄소섬유의 품질 기준을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 일 실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템은, 스프레드 탄소섬유를 고정 지그에 고정하고 라인에 따라 순차적으로 이동하는 상기 스프레드 탄소섬유의 임피던스 값을 측정하는 와전류센서부, 상기 고정 지그에 고정된 스프레드 탄소섬유와 상기 와전류 센서부의 측정 간격 및 측정 높이를 설정하는 위치제어부 및 상기 스프레드 탄소섬유를 균제도 측정 격자를 이용하여 다수 개의 픽셀로 결정하고, 상기 와전류센서부에서 측정된 데이터를 수신하여 상기 스프레드 탄소섬유의 균제도를 산출하는 균제도산출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 와전류센서부는, 상기 스프레드 탄소섬유 재질에 대응하는 기설정된 주파수 범위의 와전류를 유도하여 상기 유도한 와전류의 분포 및 임피던스 값을 센싱하고, 센싱한 상기 와전류의 분포 및 임피던스 값을 이미지 프로세싱할 수 있다.
또한, 상기 와전류센서부는, 상기 이미지 프로세싱한 이미지를 기설정된 단위 구간 영역으로 분할하고, 상기 단위 구간 영역에 대한 임피던스 값을 상기 균제도산출부에 전송할 수 있다.
또한, 상기 균제도산출부는, 상기 와전류센서부에서 이미지 프로세싱하여 전송한 단위 구간 영역을 단위 픽셀 영역으로 분할하고 단위 픽셀 영역의 임피던스값(xi)을 하기 [수학식 1]에 따라 산출하며,
[수학식 1]
여기서, Ws는 단위 구간 영역의 임피던스값, n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 영역 수를 의미하고, 단위 픽셀 영역의 임피던스 평균값(m)은 하기 [수학식 2]에 따라 산출하며,
[수학식 2]
여기서, Wt는 전체 단위 구간 영역의 임피던스값, nt는 전체 단위 픽셀 영역 수를 의미하고, 상기 단위 구간 영역과 상기 단위 구간 영역에 따른 임피던스 값을 그래프로 표시할 수 있다.
또한, 상기 균제도산출부는, 상기 단위 픽셀 영역의 임피던스값(xi) 및 상기 단위 픽셀 영역 임피던스 평균값(m)을 이용하여 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 중량 오차율(Fe)를 하기 [수학식 3]에 따라 산출하며,
[수학식 3]
여기서, 상기 n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 영역 수를 의미하고, 상기 산출된 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 오차율(Fe)을 이용하여 상기 스프레드 탄소섬유의 토우균제도(Tu)를 하기 [수학식 4]에 따라 산출하며,
[수학식 4]
여기서, N은 단위 구간 영역의 총 개수를 의미하고, 상기 산출된 토우균제도(Tu)를 이용하여 토우 한가닥 전체의 수치화된 균제도를 객관적으로 수치화할 수 있다.
본 발명에 따르면, 와전류 센서를 이용하여 탄소섬유의 단위 면적당 중량 및 오차율을 측정함으로써, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도를 제공할 수 있다.
또한, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도의 척도를 개발함으로써, 탄소섬유 제품의 품질향상과 객관적인 탄소섬유의 품질 기준을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템의 블록도을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
이상과 같은 본 발명에 대한 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결 수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시례 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시례들을 참조하면 명확해질 것이다.
본 발명의 권리범위는 이하에서 설명하는 실시례에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상적인 지식을 가진자에 의하여 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이하, 본 발명인 발명의 명칭는 첨부된 도 1 내지 도 2를 참고로 상세하게 설명한다.
우선, 도 1은 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템의 블록도을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시례에 따른 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템은, 와전류센서부(110), 위치제어부(120) 및 균제도산출부(130)를 포함할 수 있다.
상기 와전류센서부(110)는, 스프레드 탄소섬유를 고정 지그에 고정하고 라인에 따라 순차적으로 이동하는 상기 스프레드 탄소섬유의 임피던스 값을 측정할 수 있다.
여기서, 상기 와전류센서부(110)는, 상기 스프레드 탄소섬유 재질에 대응하는 기설정된 주파수 범위의 와전류를 유도하여 상기 유도한 와전류의 분포 및 임피던스 값을 센싱할 수 있다.
이때, 상기 기설정된 주파수는 상기 스프레드 탄소섬유의 재질에 따라 500kHz 내지 1MHz 사이의 주파수를 설정할 수 있다.
또한, 센싱한 상기 스프레드 탄소섬유 재질의 상기 와전류의 분포 및 임피던스 값을 기반으로 이미지 프로세싱 처리할 수 있다.
이때, 상기 와전류센서부(110)는, 상기 이미지 프로세싱한 이미지를 기설정된 단위 구간 영역으로 분할하고, 상기 단위 구간 영역에 대한 임피던스 값을 상기 균제도산출부(130)에 전송할 수 있다.
여기서, 상기 단위 구간 영역은, 대상 탄소섬유의 최소 균제도 파악 구간에 대응하여 동일한 크기의 직사각형 영역으로 분할할 수 있다.
상기 위치제어부(120)는, 고정 지그에 고정된 스프레드 탄소섬유와 상기 와전류센서부(110)의 측정 간격 및 측정 높이를 설정할 수 있다.
여기서, 상기 위치제어부(120)와 상기 와전류센서부(110)의 측정 간격 및 측정 높이는 상기 고정 지그에 고정되는 스프레드 탄소섬유의 재질에 따라 다르게 설정할 수 있다.
또한, 상기 위치제어부(120)의 측정 높이 및 측정 간격 조절은, 0.1~10mm단위로 조절할 수 있다.
이때, 상기 스프레드 탄소섬유를 고정하고 있는 고정 지그는 상기 위치제어부(120)의 측정 높이 및 측정 간격의 변화에 대응하여 같이 이동될 수 있다.
상기 균제도산출부(130)는, 상기 와전류센서부(110)에서 측정된 데이터를 수신하여 상기 스프레드 탄소섬유의 균제도를 산출할 수 있다.
여기서, 상기 균제도산출부(130)는, 상기 와전류센서부(110)에서 이미지 프로세싱하여 전송한 단위 구간 영역(220)을 단위 픽셀 영역(230)으로 분할하고, 상기 분할한 단위 픽셀 영역(230) 내 단위 픽셀 영역 임피던스값(xi)을 하기 [수학식 1]에 따라 산출할 수 있다.
[수학식 1]
여기서, Ws는 구간 임피던스값, n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 수를 의미할 수 있다.
이때, 상기 단위 구간 영역 내 단위 픽셀 영역을 분할하는 과정은 상기 도 2를 참고하여 더욱 자세히 설명할 수 있다.
도 2를 참고하면, 상기 단위 픽셀 영역은 상기 단위 구간 영역 내 동일한 크기의 다수개의 영역으로 분할할 수 있다.
여기서, 상기 다수개의 영역은 상기 도 2에 나타난 A1 ~ A5의 영역을 의미할 수 있다.
한편, 상기 단위 픽셀 영역은, 대상 탄소섬유의 최소 균제도 파악 간격에 대응하여 최소 1px(픽셀의 최소단위)부터 최대 50px까지 단위 픽셀 영역을 설정할 수 있다.
또한, 상기 단위 픽셀 영역 임피던스값(xi)의 평균값(m)은 하기 [수학식 2]에 따라 산출할 수 있다.
[수학식 2]
여기서, Wt는 전체 구간의 임피던스값, nt는 전체 단위 픽셀 수를 의미하고, 상기 단위 구간 영역과 상기 단위 구간 영역에 따른 임피던스값을 그래프로 표시할 수 있다.
또한, 상기 균제도산출부(130)는, 상기 단위 픽셀 영역의 임피던스값(xi) 및 상기 단위 픽셀 영역 임피던스 평균값(m)을 이용하여 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 중량 오차율(Fe)를 하기 [수학식 3]에 따라 산출할 수 있다.
[수학식 3]
여기서, 상기 n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 영역 수를 의미하고,
상기 산출된 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 오차율(Fe)을 이용하여 상기 스프레드 탄소섬유의 토우균제도(Tu)를 하기 [수학식 4]에 따라 산출하며,
[수학식 4]
여기서, N은 단위 구간 영역의 총 개수를 의미할 수 있다.
또한, 상기 산출된 토우균제도(Tu)를 이용하여 토우 한가닥 전체의 수치화된 균제도를 객관적으로 수치화할 수 있다.
상기와 같은 과정을 통해, 상기 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템은 스프레드 탄소섬유를 위치제어부에 위치시켜 고정 지그로 고정한 뒤, 스프레드 탄소섬유의 재질에 따라 측정 높이와 간격을 미세조절한 후 와전류센서부를 통해 스프레드 탄소섬유의 임피던스값 측정 및 이미지 프로세싱하여 단위 구간 영역으로 분할하여 균제도산출부로 전송하고, 상기 균제도산출부에서 상기 단위 구간 영역을 단위 픽셀 영역으로 분할하여 단위 픽셀 영역 내 픽셀 임피던스값, 픽셀 당 임피던스값의 평균값, 각 단위 픽셀의 섬유 토우 오차율 및 탄소섬유 토우균제도(%)를 수치화하여 나타내어 객관적인 탄소섬유의 품질 확인이 가능할 수 있다.
본 발명의 일실시례에 따르면, 와전류 센서를 이용하여 탄소섬유의 단위 면적당 중량 및 오차율을 측정함으로써, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도를 제공할 수 있다.
또한, 수치화한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도의 척도를 개발함으로써, 탄소섬유 제품의 품질향상과 객관적인 탄소섬유의 품질 기준을 제공할 수 있다.
이상과 같이 본 발명의 일실시례는 비록 한정된 실시례와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명의 일실시례는 상기 설명된 실시례에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 일실시례는 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템
110 : 와전류센서부
120 : 위치제어부
130 : 균제도산출부
210 : 스프레드 탄소섬유의 이미지 프로세싱
220 : 단위 구간 영역
230 : 단위 픽셀 영역
110 : 와전류센서부
120 : 위치제어부
130 : 균제도산출부
210 : 스프레드 탄소섬유의 이미지 프로세싱
220 : 단위 구간 영역
230 : 단위 픽셀 영역
Claims (5)
- 스프레드 탄소섬유를 고정 지그에 고정하고 라인에 따라 순차적으로 이동하는 상기 스프레드 탄소섬유의 임피던스 값을 측정하는 와전류센서부;
상기 고정 지그에 고정된 스프레드 탄소섬유와 상기 와전류 센서부의 측정 간격 및 측정 높이를 설정하는 위치제어부; 및
상기 와전류센서부에서 측정된 데이터를 수신하여 상기 스프레드 탄소섬유의 균제도를 산출하는 균제도산출부;
를 포함하고,
상기 균제도산출부는,
상기 와전류센서부에서 이미지 프로세싱하여 전송한 단위 구간 영역을 단위 픽셀 영역으로 분할하고 단위 픽셀 영역의 임피던스값(xi)을 하기 [수학식 1]에 따라 산출하며,
[수학식 1]
여기서, Ws는 단위 구간 영역의 임피던스값, n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 영역 수를 의미하고,
단위 픽셀 영역의 임피던스 평균값(m)은 하기 [수학식 2]에 따라 산출하며,
[수학식 2]
여기서, Wt는 전체 단위 구간 영역의 임피던스값, nt는 전체 단위 픽셀 영역 수를 의미하고,
상기 단위 구간 영역과 상기 단위 구간 영역에 따른 임피던스 값을 그래프로 표시하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템.
- 제1항에 있어서,
상기 와전류센서부는,
상기 스프레드 탄소섬유 재질에 대응하는 기설정된 주파수 범위의 와전류를 유도하여 상기 유도한 와전류의 분포 및 임피던스 값을 센싱하고,
센싱한 상기 와전류의 분포 및 임피던스 값을 이미지 프로세싱하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템.
- 제2항에 있어서,
상기 와전류센서부는,
상기 이미지 프로세싱한 이미지를 기설정된 단위 구간 영역으로 분할하고,
상기 단위 구간 영역에 대한 임피던스 값을 상기 균제도산출부에 전송하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 균제도산출부는,
상기 단위 픽셀 영역의 임피던스값(xi) 및 상기 단위 픽셀 영역 임피던스 평균값(m)을 이용하여 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 중량 오차율(Fe)를 하기 [수학식 3]에 따라 산출하며,
[수학식 3]
여기서, 상기 n은 구간 내 결정된 단위 픽셀 영역 수를 의미하고,
상기 산출된 각 단위 픽셀 영역의 섬유 토우 오차율(Fe)을 이용하여 상기 스프레드 탄소섬유의 토우균제도(Tu)를 하기 [수학식 4]에 따라 산출하며,
[수학식 4]
여기서, N은 단위 구간 영역의 총 개수를 의미하고,
상기 산출된 토우균제도(Tu)를 이용하여 토우 한가닥 전체의 수치화된 균제도를 객관적으로 수치화하는 것을 특징으로 하는 와전류 센서를 이용한 스프레드 탄소섬유의 섬유 배열 균제도 측정 시스템.
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2021
- 2021-12-27 KR KR1020210188921A patent/KR102478600B1/ko active IP Right Grant
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