WO2017158864A1 - 導電性複合材料の検査方法及び導電性複合材料の検査装置 - Google Patents

導電性複合材料の検査方法及び導電性複合材料の検査装置 Download PDF

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WO2017158864A1
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magnetic field
field strength
unit
conductive
correction coefficient
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PCT/JP2016/073832
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寛記 河井
明憲 津田
宏明 畠中
山口 雄一
宏一 稲垣
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株式会社Ihi
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables

Definitions

  • the present disclosure relates to a conductive composite material inspection method and a conductive composite material inspection apparatus.
  • This application is based on Japanese Patent Application No. 2016-052606 filed on March 16, 2016, and claims the benefit of priority to them, the entire contents of which are referred to Which is incorporated herein by reference.
  • the conductive composite material includes a plurality of laminated prepregs.
  • the prepreg is a conductive fiber woven fabric.
  • the conductive composite material is obtained by impregnating a carbon fiber woven fabric with a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
  • carbon fibers are oriented in a predetermined direction in the resin. The orientation of the carbon fibers affects the mechanical properties of the conductive composite material. Therefore, in the manufacturing process of the conductive composite material, the orientation state of the carbon fiber may be inspected.
  • the disorder of the orientation of the conductive fibers is in the thickness direction (that is, the out-of-plane direction) of the conductive composite material and in the direction intersecting the thickness direction (that is, the in-plane direction). Including turbulence. Therefore, in the manufacturing process of the conductive composite material, the disorder of orientation in the out-of-plane direction and the disorder of orientation in the in-plane direction are inspected. For the inspection of the alignment disorder in the out-of-plane direction, for example, an ultrasonic flaw detection method described in Patent Document 1 is used.
  • a method of cutting a flat conductive composite material and observing the cut surface, or cutting the conductive composite material finely and using X-rays, the conductive fiber A method of detecting turbulence is used. Further, for example, a method for detecting a meandering fiber of a conductive composite material described in Patent Document 2 is also used for inspecting the alignment disorder in the in-plane direction.
  • the conductive composite material When a conductive composite material is applied to industrial uses such as aircraft parts, the conductive composite material may be required to have high mechanical properties. Disturbance of the orientation of the conductive fiber affects the mechanical properties. Accordingly, the present disclosure describes a conductive composite material inspection method and inspection apparatus that can reliably detect disorder in the orientation of conductive fibers.
  • One form of the present disclosure is a method for inspecting a conductive composite material including conductive fibers, in which a first magnetic field measurement unit that acquires a magnetic field strength in a direction along a first detection axis is connected to the conductive composite material. And a step of arranging the first detection axis so as to be parallel to the set orientation direction of the conductive fibers at a position facing the main surface of the test body including the magnetic field strength in the direction along the second detection axis.
  • a step of acquiring a magnetic field strength of 1 and a second magnetic field measuring unit with respect to the main surface Obtaining the second magnetic field strength output from the second magnetic field measurement unit while relatively moving, and using the first magnetic field strength and the second magnetic field strength, the orientation of the conductive fibers Detecting a portion in which the orientation of the conductive fiber is disturbed, and correcting the first magnetic field strength using the second magnetic field strength.
  • the conductive composite material inspection method and inspection apparatus can reliably detect disorder of the orientation of the conductive fibers.
  • Part (a) of FIG. 1 is a perspective view illustrating a structure of a conductive composite material to be inspected by the conductive composite material inspection method according to the present disclosure.
  • Part (b) of FIG. 1 and part (c) of FIG. 1 are perspective views for explaining meandering that may occur in the conductive composite material.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a conductive composite material inspection apparatus for performing the conductive composite material inspection method according to the present disclosure.
  • Part (a) of FIG. 3 and part (b) of FIG. 3 are diagrams showing the relationship between the magnetic field sensor and the conductive fiber and the relationship between the magnetic field sensor and the magnetic field.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the main steps of the conductive composite inspection method according to the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the positional relationship between the specimen and the magnetic field sensor.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the test body according to the example.
  • Part (a) of FIG. 7 is a diagram showing the magnetic field strength proportional to the current value generated in the test body shown in FIG. Part (b) of FIG. 7 is a diagram showing the magnetic field strength for detecting disturbance in the orientation of the conductive fibers generated in the test body shown in FIG. Part (a) of FIG. 8 is a diagram showing a result of correcting the magnetic field intensity shown in part (b) of FIG. Part (b) of FIG. 8 is a diagram for illustrating the effect of correction.
  • One form of the present disclosure is a method for inspecting a conductive composite material including conductive fibers, in which a first magnetic field measurement unit that acquires a magnetic field strength in a direction along a first detection axis is connected to the conductive composite material. And a step of arranging the first detection axis so as to be parallel to the set orientation direction of the conductive fibers at a position facing the main surface of the test body including the magnetic field strength in the direction along the second detection axis.
  • a step of acquiring a magnetic field strength of 1 and a second magnetic field measuring unit with respect to the main surface Obtaining the second magnetic field strength output from the second magnetic field measurement unit while relatively moving, and using the first magnetic field strength and the second magnetic field strength, the orientation of the conductive fibers Detecting a portion in which the orientation of the conductive fiber is disturbed, and correcting the first magnetic field strength using the second magnetic field strength.
  • the orientation of the conductive fiber may deviate from a preset orientation direction.
  • a state in which the actual orientation direction of the conductive fibers is deviated from the set orientation direction is a state in which the orientation of the conductive fibers is disturbed.
  • a magnetic field is generated when the current is applied through the conductive fiber.
  • the magnetic field is orthogonal to the direction of current flow. Since the current flows through the conductive fiber, the direction in which the current flows coincides with the actual orientation direction of the conductive fiber. Therefore, the magnetic field is orthogonal to the actual orientation direction of the conductive fibers.
  • the direction of the magnetic field is inclined at an angle that is not orthogonal to the set orientation direction.
  • the magnetic field strength can be affected by the current value.
  • the first magnetic field measurement unit Since the first magnetic field measurement unit is arranged so that the first detection axis is parallel to the set orientation direction, the first magnetic field measurement unit acquires the first magnetic field strength along the set orientation direction. When there is no disturbance in the orientation of the conductive fibers, the magnetic field is orthogonal to the set orientation direction. Therefore, the first magnetic field strength is zero. On the other hand, when the orientation of the conductive fibers is disturbed, the magnetic field is tilted with respect to the set orientation direction, so the first magnetic field strength is a predetermined value. That is, according to the step of acquiring the first magnetic field strength, the first magnetic field strength including the influence caused by the disorder of the orientation of the conductive fibers and the influence of the current value is obtained.
  • the second magnetic field measurement unit is arranged so that the second detection axis intersects the set orientation direction. Therefore, the second magnetic field measurement unit obtains the second magnetic field strength along the direction intersecting the set orientation direction.
  • the second magnetic field strength is proportional to the current value. That is, according to the step of obtaining the second magnetic field strength, the second magnetic field strength including the influence of the current value is obtained.
  • a correction coefficient is obtained using the second magnetic field strength.
  • the correction coefficient reduces the influence of the current value included in the first magnetic field strength. Therefore, by correcting the first magnetic field strength using the correction coefficient, the influence of the current value included in the first magnetic field strength is reduced. Therefore, according to the step of detecting the portion where the orientation of the conductive fiber is disturbed using the corrected first magnetic field strength, the disorder of the orientation of the conductive fiber can be reliably detected.
  • obtaining the correction coefficient includes obtaining an average value of the second magnetic field strength, calculating a correction coefficient using the second magnetic field strength and the average value, and But you can. According to the step, a suitable correction coefficient can be obtained.
  • obtaining the corrected first magnetic field strength may divide the first magnetic field strength by a correction factor. According to the step, the first magnetic field strength excluding the influence of the current value can be suitably obtained.
  • Another aspect of the present disclosure is an apparatus for inspecting a conductive composite material including conductive fibers, which acquires a magnetic field strength in a direction along a first detection axis, and includes a test body including the conductive composite material.
  • a first magnetic field measuring unit arranged so that the first detection axis is parallel to the set orientation direction of the conductive fiber at a position facing the main surface; and a magnetic field in a direction along the second detection axis
  • a second magnetic field measurement unit that obtains the strength and is arranged so that the second detection axis intersects the set orientation direction of the conductive fiber at a position facing the main surface of the specimen, and the conductive fiber
  • a current applying unit that applies a current between one end and the other end of the test body, and a moving mechanism unit that moves the first magnetic field measuring unit and the second magnetic field measuring unit relative to the main surface And the first magnetic field intensity output from the first magnetic field measurement unit and the second magnetic field measurement unit.
  • a correction coefficient acquisition unit that acquires a correction coefficient for correcting the first magnetic field strength
  • a signal correction unit that acquires a corrected first magnetic field strength using the correction coefficient
  • a corrected first And a meandering inspection unit that detects a portion where the orientation of the conductive fibers is disturbed by using the magnetic field strength.
  • the test body S has a rectangular parallelepiped shape in which a plurality of prepregs (S1, S3,..., Sn-1), (S2, S4,... Sn-2, Sn) are stacked.
  • Each prepreg is obtained by impregnating a conductive fiber woven fabric SS with a thermoplastic resin or a thermosetting resin.
  • the orientation directions of the conductive fibers SE included in the prepreg are 90 ° different from each other. Therefore, the test body S has two orientation directions.
  • the terms “set orientation direction” and “actual orientation direction” are used for the orientation direction.
  • the “set orientation direction” is a preset direction and is always constant.
  • the “real orientation direction” is a direction in which the conductive fibers SE are actually oriented, and is distinguished from the set orientation direction.
  • “Disturbance of alignment” and “meandering” mean that the actual alignment direction is not parallel to the set alignment direction. That is, “disturbance of alignment” and “meandering” mean a state in which the actual alignment direction is inclined with respect to the set alignment direction.
  • the conductive fibers SE are oriented along a predetermined direction.
  • the orientation of the conductive fiber SE may change due to heating or cooling in the molding process.
  • the state in which the orientation of the conductive fiber SE is changed is called fiber orientation disorder or fiber meandering.
  • the meandering of the fiber may have two forms.
  • the meandering of the fiber is meandering along the thickness direction of the specimen S (see (b) part of FIG. 1), meandering along the main surface Sa of the specimen S (see (c) part of FIG. 1), including.
  • the inspection method and inspection apparatus according to the present disclosure have the meandering shown in part (c) of FIG.
  • the fiber meander inspection device 1 (conductive composite material inspection device) includes a stage 2 (movement mechanism unit), a driver 3, a current application device 4 (current application unit), and a magnetic field sensor. 6 and a computer 7 (data processing unit).
  • the fiber meandering inspection device 1 may include a desired device (for example, a lock-in amplifier 8) necessary for processing a signal output from the magnetic field sensor 6.
  • the lock-in amplifier 8 detects the output of the magnetic field sensor 6 using the output of the current application device 4 as a reference signal. In the lock-in amplifier 8, the phase of the output of the magnetic field sensor 6 with respect to the phase of the output signal of the current application device 4 is adjusted so that the detection signal input to the computer 7 is maximized.
  • the stage 2 which is a moving mechanism unit moves the magnetic field sensor 6 relative to the main surface Sa of the specimen S.
  • Stage 2 is a biaxial stage. The two movement axes of the stage 2 form a plane parallel to the main surface Sa.
  • the magnetic field sensor 6 is fixed, and the test body S is moved with respect to the magnetic field sensor 6.
  • the moving mechanism unit may be configured such that the specimen S is fixed and the magnetic field sensor 6 is moved relative to the specimen S.
  • the operation of the stage 2 is controlled by a control signal input from the driver 3.
  • the driver 3 is connected to the stage 2 and the computer 7.
  • the driver 3 generates a signal for controlling the operation of the stage 2 based on the control signal input from the computer 7.
  • the current application device 4 is connected to the specimen S, the computer 7 and the lock-in amplifier 8.
  • the current application device 4 applies a current to the specimen S.
  • the prepregs S2, S4,..., Sn have a set orientation direction B.
  • the current application device 4 applies a current along the set orientation direction B of the conductive fibers SE in the plurality of prepregs S2, S4,.
  • the current application device 4 has a pair of electrodes 9. When a plurality of prepregs S2, S4,..., Sn are to be inspected, the electrode 9 is attached to the end of the specimen S that intersects the set orientation direction B of the prepregs S2, S4,.
  • the magnetic field sensor 6 is disposed on the main surface Sa of the specimen S.
  • the magnetic field sensor 6 acquires the magnetic field strength.
  • the magnetic field sensor 6 includes a detection magnetic field measurement unit 6a (first magnetic field measurement unit) and a correction magnetic field measurement unit 6b (second magnetic field measurement unit).
  • the detection magnetic field measurement unit 6a acquires the magnetic field strength along the direction of the first detection axis D1.
  • the correction magnetic field measurement unit 6b acquires the magnetic field strength along the direction of the second detection axis D2.
  • the magnetic field sensor 6 has two detection axes (a first detection axis D1 and a second detection axis D2).
  • the magnetic field sensor 6 outputs a signal corresponding to the magnetic field intensity along the direction of the detection axis as a voltage value to the lock-in amplifier 8.
  • the magnetic field sensor 6 includes an MI (Magneto Impedance) sensor, a GMR (Giant Magneto Resistance) sensor, a TMR (Tunnel Magneto Resistance) sensor, an AMR (Anisotropic Magneto Resistance) sensor, an FG (Flux Gate) sensor, a Hall element, and a SQUID (Superconducting).
  • MI Magnetic Impedance
  • GMR Global Magneto Resistance
  • TMR Tunnelnel Magneto Resistance
  • AMR Anisotropic Magneto Resistance
  • FG Fluor Gate
  • SQUID Superconducting
  • the current E When the current E is supplied to the test body S, the current E flows between one end and the other end of the test body S through the conductive fiber SE. A magnetic field M is generated by the current E. Therefore, the output of the magnetic field sensor 6 is affected by the current value caused by the current E.
  • the direction of the magnetic field M is orthogonal to the direction of the current E. In other words, the direction of the magnetic field M is orthogonal to the actual orientation direction C in which the conductive fibers SE are arranged.
  • the actual orientation direction C deviates from the set orientation direction B (see part (b) in FIG. 3)
  • the direction of the magnetic field M is not orthogonal to the set orientation direction B.
  • the direction of the magnetic field M is not orthogonal to the set orientation direction B. Therefore, the direction of the magnetic field M is inclined with respect to the set orientation direction B.
  • the output of the magnetic field sensor 6 is affected by the actual orientation direction C. In other words, the output of the magnetic field sensor 6 includes the influence of the current value caused by the current E and the influence of the actual orientation direction C.
  • the computer 7 will be described with reference to FIG.
  • the computer 7 includes a main control unit 11, an input / output unit 12, a signal processing unit 13, and a memory 14.
  • the computer 7 controls the operation of the stage 2 and the operation of the current application device 4.
  • the computer 7 performs meandering inspection using the output signal of the magnetic field sensor 6.
  • the computer 7 is connected to the driver 3, the current application device 4, and the lock-in amplifier 8.
  • the main control unit 11 controls the overall operation of the computer 7.
  • the main control unit 11 displays the processing result of the signal processing unit 13.
  • the main control unit 11 controls the operation of the stage 2 and the operation of the current application device 4.
  • the main control unit 11 is connected to the input / output unit 12 and outputs a control signal to the input / output unit 12.
  • the main control unit 11 is connected to the signal processing unit 13 and receives a processing signal from the signal processing unit 13.
  • the main control unit 11 is connected to the memory 14 and reads various setting values stored in the memory 14.
  • the main control unit 11 includes a display control unit 11a, a current control unit 11b, and a stage control unit 11c.
  • the display control unit 11a, the current control unit 11b, and the stage control unit 11c are functional components realized by a program stored in the memory 14 of the computer 7 being executed by a CPU or the like.
  • the display control unit 11a is connected to the signal processing unit 13 and displays the processing signal received from the signal processing unit 13 on a display device such as a display.
  • the current control unit 11 b is connected to the input / output unit 12 and outputs a control signal for controlling the operation of the current application device 4 to the input / output unit 12.
  • the control signal of the current control unit 11b controls, for example, the start and stop of current application and the frequency and current value of the current E output from the current application device 4.
  • the stage control unit 11 c is connected to the input / output unit 12 and outputs a control signal for controlling the operation of the stage 2 to the input / output unit 12.
  • the stage control unit 11c outputs the position information of the stage 2 using the control signal.
  • the position information may be generated by another component. The specific operation of stage 2 will be described later.
  • the input / output unit 12 receives a signal input from a device such as the lock-in amplifier 8.
  • the input / output unit 12 outputs a signal for controlling operations of the devices such as the driver 3 and the current application device 4.
  • the input / output unit 12 is connected to the driver 3, the current application device 4, and the lock-in amplifier 8.
  • the input / output unit 12 includes a digitizer 12a and a controller 12b.
  • a digitizer 12 a that is a so-called analog-digital conversion device is connected to the lock-in amplifier 8, the signal processing unit 13, and the memory 14.
  • the digitizer 12a converts the analog signal input from the lock-in amplifier 8 into a digital signal.
  • the digitizer 12 a outputs the digital signal to the signal processing unit 13 or the memory 14.
  • the controller 12 b is connected to the driver 3 and the main control unit 11.
  • the controller 12 b generates a control signal to be given to the driver 3 using the control signal given from the main control unit 11.
  • the controller 12b outputs a
  • the signal processing unit 13 is connected to the main control unit 11, the input / output unit 12, and the memory 14.
  • the signal processing unit 13 uses the information input from the input / output unit 12 or the information read from the memory 14 to inspect for meandering.
  • the inspection related to the meander includes an inspection related to the presence of meandering and an inspection related to the degree of meandering. For example, the signal processing unit 13 determines the presence or absence of meandering. When the signal processing unit 13 determines that meandering is present, the signal processing unit 13 quantitatively calculates the degree of meandering. The signal processing unit 13 may determine whether or not the meandering is acceptable using an amount indicating the degree of meandering.
  • the signal processing unit 13 includes a filter processing unit 13a, an average intensity acquisition unit 13b, a reference intensity acquisition unit 13c, a correction coefficient acquisition unit 13d, a signal correction unit 13e, and a meander inspection unit 13f.
  • a program stored in the memory 14 of the computer 7 is executed by the CPU or the like. It is a functional component realized by this.
  • the filter processing unit 13a is connected to the digitizer 12a, the average intensity acquisition unit 13b, the signal correction unit 13e, and the memory 14 of the input / output unit 12.
  • the filter processing unit 13a performs desired filter processing (for example, band-pass filter processing) on the digital signal input from the digitizer 12a or information read from the memory 14.
  • the filtered signal is output to the average intensity acquisition unit 13b and the signal correction unit 13e.
  • the average intensity acquisition unit 13b is connected to the filter processing unit 13a and the reference intensity acquisition unit 13c.
  • the average intensity acquisition unit 13b calculates a plurality of average intensities using the filtered signal and outputs the average intensity to the reference intensity acquisition unit 13c. The specific operation of the average intensity acquisition unit 13b will be described later.
  • the reference intensity acquisition unit 13c is connected to the average intensity acquisition unit 13b and the correction coefficient acquisition unit 13d.
  • the reference intensity acquisition unit 13c selects a reference intensity from a plurality of average intensities and outputs the reference intensity to the correction coefficient acquisition unit 13d. The specific operation of the reference strength acquisition unit 13c will be described later.
  • the correction coefficient acquisition unit 13d is connected to the reference intensity acquisition unit 13c and the signal correction unit 13e.
  • the correction coefficient acquisition unit 13d calculates a correction coefficient using the reference intensity and the average intensity, and outputs the correction coefficient to the signal correction unit 13e. The specific operation of the correction coefficient acquisition unit 13d will be described later.
  • the signal correction unit 13e is connected to the filter processing unit 13a, the correction coefficient acquisition unit 13d, and the meandering inspection unit 13f.
  • the signal correction unit 13e corrects the magnetic field intensity input from the filter processing unit 13a using the correction coefficient input from the correction coefficient acquisition unit 13d and outputs the corrected magnetic field strength to the meandering inspection unit 13f. The operation of the signal correction unit 13e will be described later.
  • the meandering inspection unit 13f is connected to the signal correction unit 13e.
  • the meandering inspection unit 13f performs processing for obtaining the presence / absence of the meandering and the degree of meandering using the corrected magnetic field intensity input from the signal correction unit 13e.
  • the meandering inspection unit 13 f outputs the processing result to the main control unit 11 and the memory 14.
  • the memory 14 holds various set values and various data used for meander detection processing.
  • Various data used for the meandering detection process may include information on the acquired magnetic field strength and a correction coefficient.
  • the memory 14 is configured to be readable and writable from the main control unit 11, the input / output unit 12, and the signal processing unit 13.
  • the memory 14 stores information relating to the magnetic field strength in association with position information between the stage 2 and the magnetic field sensor 6.
  • Information regarding the magnetic field strength is output from the digitizer 12 a of the input / output unit 12.
  • the position information is information indicating the positional relationship between the stage 2 and the magnetic field sensor 6 output from the stage control unit 11 c of the main control unit 11.
  • the association between the information on the magnetic field strength and the position information may be performed in a component other than the memory 14.
  • a meandering inspection method using the fiber meandering inspection apparatus 1 will be described. Hereinafter, after describing the principle of the inspection method, detailed steps will be described.
  • the detection magnetic field strength (M1) is affected by the current value. That is, as the current value increases, the detection magnetic field strength (M1) also increases. On the other hand, when the current value decreases, the detection magnetic field strength (M1) also decreases. Therefore, the detection magnetic field strength (M1) includes the influence of the current value and the influence of the direction in which the conductive fibers SE are arranged (actual orientation direction C).
  • the actual orientation direction C is a main item to be inspected in the inspection method of the present disclosure.
  • Step T1 for preparing the specimen S is executed.
  • the electrode 9 is attached to the specimen S.
  • the electrode 9 is attached to each of one end Sb and the other end Sc intersecting the set orientation direction B (see FIG. 5).
  • the width of the electrode 9 is determined empirically in consideration of meandering detectability and workability. As an example, the width of the electrode 9 may be determined from the viewpoint of suppressing a decrease in the density of the current E flowing through the test body S. For example, when the length of the one end Sb is 300 mm, the length of the electrode 9 may be 100 mm. When the length of the one end Sb is 600 mm, the length of the electrode 9 may be 100 mm.
  • the specimen S to which the electrode 9 is attached is placed on the stage 2.
  • Step T2 for arranging the magnetic field sensor 6 is executed.
  • the magnetic field sensor 6 includes a detection magnetic field measurement unit 6a and a correction magnetic field measurement unit 6b. Therefore, Step T2 includes Step T2a for arranging the magnetic field measuring unit 6a for detection and Step T2b for arranging the magnetic field measuring unit 6b for correction.
  • the magnetic field sensor 6 is disposed at a position facing the main surface Sa of the test body S.
  • the magnetic field sensor 6 may be brought into contact with the main surface Sa or may be separated from the main surface Sa by a predetermined distance. When separating, for example, the distance between the magnetic field sensor 6 and the main surface Sa is 5 mm or less.
  • the first detection axis D1 is parallel to the set orientation direction B.
  • the second detection axis D2 is orthogonal to the set orientation direction B (see part (a) of FIG. 3).
  • the first detection axis D1 and the second detection axis D2 are orthogonal to each other. Therefore, if the first detection axis D1 is arranged so as to be parallel to the set orientation direction B, the second detection axis D2 is necessarily arranged so as to be orthogonal to the set orientation direction B.
  • Step T3 in which current E is applied.
  • the current E is continuously applied to the specimen S until step T6 for stopping the current E to be executed later.
  • Step T3 is executed by the current application device 4 and the current controller 11b of the computer 7.
  • the computer 7 outputs a control signal to operate the current application device 4.
  • the control signal includes a command for starting the output of the current E from the current application device 4.
  • the control signal includes instructions regarding the frequency of the current E and the intensity of the current E.
  • the control signal includes a command for setting the frequency of the current E to 100 kHz and a command for setting the intensity of the current E to 200 mA.
  • Step T4 for acquiring the magnetic field strength is executed.
  • data relating to the magnetic field strength is acquired while the position of the magnetic field sensor 6 is moved relative to the specimen S.
  • the data regarding the magnetic field strength includes two-dimensional position information (x, y) of the magnetic field sensor 6 with respect to the test body S and information on the magnetic field strength at the position.
  • the magnetic field strength information includes a detection magnetic field strength (M1) (first magnetic field strength) and a correction magnetic field strength (M2) (second magnetic field strength).
  • the data regarding the magnetic field strength is “when the magnetic field sensor 6 is at the position (x, y) on the main surface Sa of the test body S, the detection magnetic field strength (M1) is the value (V1), and the correction magnetic field is The intensity (M2) is a value (V2) ".
  • step T4 the movement of the specimen S is executed by the stage 2, the driver 3, the stage control unit 11c, and the controller 12b.
  • step T4 acquisition of data regarding the magnetic field strength is executed by the magnetic field sensor 6, the lock-in amplifier 8, the digitizer 12a, the filter processing unit 13a, and the memory 14.
  • the stage control unit 11c outputs a control signal for controlling the stage 2 so as to move the test body S along a preset movement course.
  • the control signal is output to the stage 2 via the controller 12b and the driver 3.
  • the stage 2 moves the specimen S in the X-axis direction and the Y-axis direction according to the control signal.
  • the computer 7 controls the stage 2 so that the magnetic field sensor 6 is arranged at the corner of the specimen S. This point is now called the first starting point R1.
  • the first start point R1 is indicated by coordinate information (0, 0).
  • the computer 7 controls the stage 2 so that the magnetic field sensor 6 moves along the X-axis direction from the first start point R1 to the first end point R2.
  • the first end point R2 is indicated by coordinate information (X, 0).
  • the magnetic field sensor 6 outputs the detection magnetic field strength (M1) and the correction magnetic field strength (M2) to the lock-in amplifier 8.
  • the stage controller 11c outputs position information indicating the position of the magnetic field sensor 6 with respect to the stage 2 to the memory 14 based on the control signal.
  • the memory 14 of the computer 7 stores the positional information (x, y) and the detection magnetic field strength (M1) in association with each other.
  • the memory 14 stores the positional information (x, y) and the correction magnetic field strength (M2) in association with each other.
  • step T4 the magnetic field intensity for detection (M1) and the magnetic field intensity for correction (M2) along the line L1 are obtained (steps T4a and T4b).
  • the computer 7 executes Step T5.
  • the computer 7 controls the stage 2 so that the magnetic field sensor 6 moves from the first end point R2 to the second start point R3.
  • the second start point R3 is indicated by coordinate information (0, y1). While the magnetic field sensor 6 moves from the first end point R2 to the second start point R3, the magnetic field intensity output from the magnetic field sensor 6 may be stored in the memory 14 in association with the position information.
  • the computer 7 executes Step T4 again.
  • the computer 7 controls the stage 2 so that the magnetic field sensor 6 moves along the X-axis direction from the second start point R3 to the second end point R4.
  • the second end point R4 is indicated by coordinate information (X, y1). While the magnetic field sensor 6 moves from the second start point R3 to the second end point R4, the magnetic field sensor 6, the lock-in amplifier 8, the digitizer 12a, the filter processing unit 13a, and the memory 14 acquire data related to the magnetic field strength. I do.
  • step T4 the magnetic field intensity for detection (M1) and the magnetic field intensity for correction (M2) along the line L2 are obtained.
  • the detection magnetic field strength (M1) and the correction along the lines L1, L2, L3, L4, L5, L6, and L7 as data on the magnetic field strength are corrected by repeatedly performing Step T4 and Step T5.
  • the first detection axis D1 is along the main surface Sa and parallel to the set orientation direction B. Therefore, when the direction in which the conductive fibers SE are arranged and the set orientation direction B coincide with each other, the detection magnetic field strength (M1) is zero. In other words, when the actual orientation direction C and the set orientation direction B coincide, the detection magnetic field strength (M1) is zero. In other words, when the conductive fiber SE meanders, the detection magnetic field strength (M1) is a predetermined value that is not zero.
  • the second detection axis D2 is orthogonal to the first detection axis D1. That is, the second detection axis D2 is along the main surface Sa and is orthogonal to the set orientation direction B. Therefore, when the actual orientation direction C coincides with the set orientation direction B, the correction magnetic field strength (M2) is a predetermined value that is not zero. In other words, when the conductive fiber SE does not meander, the correction magnetic field strength (M2) is a predetermined value that is not zero. On the other hand, when the actual orientation direction C does not coincide with the set orientation direction B, the correction magnetic field strength (M2) decreases to a value smaller than the predetermined value. In other words, when the conductive fiber SE meanders, the correction magnetic field strength (M2) decreases to a value smaller than the predetermined value.
  • step T7 a portion where the orientation of the conductive fiber SE is disturbed (a meandering portion) is detected using data on the magnetic field strength.
  • Step T7 includes a step T8 for obtaining a correction coefficient, a step T9 for correcting the magnetic field intensity for detection (M1) using the correction coefficient, and a step T10 for determining the presence or absence of meandering.
  • Step T8 for obtaining the correction coefficient will be described.
  • Step T8 is executed by the signal processing unit 13.
  • the correction coefficient (a) is calculated using the position information (x, y) and the correction magnetic field strength (M2) associated with the position information. More specifically, step T8 includes a step T8a for obtaining an average value (Hm) of the correction magnetic field strength (M2), a step T8b for selecting a reference strength (Href), and a step for calculating a correction coefficient (a). T8c.
  • step T8a for obtaining the average value (Hm) the average value (M2) of the correction magnetic field strength (M2) is obtained using the position information (x, y) and the correction magnetic field strength (M2) associated with the information. Hm) is acquired (see equation (1)).
  • Step T8a is executed by the memory 14 and the average intensity acquisition unit 13b.
  • the average intensity acquisition unit 13b takes out the correction magnetic field intensity (M2) associated with the information whose Y coordinate is (0) from the memory 14.
  • the average intensity acquisition unit 13b calculates an average value (Hm) of the extracted correction magnetic field intensity (M2).
  • Step T8a for calculating the average value (Hm) is executed for each of the lines L1, L2, L3, L4, L5, L6, and L7 for which the correction magnetic field strength (M2) has already been acquired. Therefore, when the correction magnetic field strength (M2) is acquired for the seven lines L1, L2, L3, L4, L5, L6, and L7, the average strength acquisition unit 13b determines the seven average values (Hm ) Is calculated.
  • Hm Average value of magnetic field intensity for correction in the nth line
  • M2 Magnetic field intensity for correction
  • k Number of samples of magnetic field intensity for correction n: Line number
  • FIG. 7 (a) is a contour diagram showing the distribution of the second magnetic field strength that is proportional to the current value in the specimen S.
  • FIG. The color shading corresponds to the current value.
  • the dark portion is a portion where the current value is relatively high.
  • a light-colored portion is a portion having a relatively low current value.
  • the region K1 is a region sandwiched between the electrodes 9. As shown in part (a) of FIG. 7, the current value distribution in the specimen S is not two-dimensionally uniform. Specifically, in the region K1 of the test body S, the current value changes along the direction from one electrode 9 toward the other electrode 9 (that is, the set orientation direction B).
  • the current value in the vicinity of the electrode 9 tends to be larger than the current value in the vicinity of the center of the pair of electrodes 9.
  • the range used for calculating the average value (Hm) is limited to a region (region K3) that does not include the region in the vicinity of the electrode 9. That is, the average value (Hm) is calculated using the correction magnetic field strength (M2) acquired in the region K3. In other words, the correction magnetic field strength (M2) acquired in the region near the electrode 9 not included in the region K3 is not used for calculating the average value (Hm).
  • Step T8b selects the standard strength (Href).
  • one reference intensity (Href) serving as a correction reference is selected from the seven average values (Hm).
  • Step T8b is executed by the reference intensity acquisition unit 13c.
  • the reference strength acquisition unit 13c selects the maximum value among the plurality of average values (Hm) as the reference strength (Href).
  • the reference strength acquisition unit 13 c uses the average value (Hm) in the region closest to the side edge as the reference strength.
  • Select as (Href) selects the average value (Hm) of the line L1 as the reference strength (Href).
  • the reference strength acquisition unit 13c may select an average value (Hm) in a region having a relatively high current value in the test body S as the reference strength (Href).
  • the reference strength acquisition unit 13c may select the reference strength (Href) based on other criteria.
  • step T8c for obtaining the correction coefficient (a) the correction coefficient (a) is calculated.
  • Step T8c is executed by the correction coefficient acquisition unit 13d. Specifically, the correction coefficient acquisition unit 13d divides each of the plurality of average values (Hm) by the reference intensity (Href) (see Expression (2)).
  • the correction coefficient (a) is stored in the memory 14 in association with the line L number.
  • Step T9 is executed.
  • the detection magnetic field strength (M1) is corrected using the correction coefficient (a).
  • Step T9 is executed by the signal correction unit 13e.
  • the signal correction unit 13e takes out the detection magnetic field strength (M1) and the correction coefficient (a) corresponding to the nth line L from the memory 14 using the position information (y) corresponding to the nth line L as a trigger. .
  • the signal correction unit 13e divides the detection magnetic field strength (M1) by the correction coefficient (a) (see Expression (3)), and corrects the detected magnetic field strength (M3) (first corrected magnetic field strength). ) Division processing is correction processing.
  • (M3) n magnetic field intensity for detection after correction in the nth line
  • n magnetic field intensity for detection before correction in the nth line
  • n correction coefficient in the nth line
  • Steps T8a, T8b, T8c, and T9 the corrected magnetic field intensity (M3) after the current value variation is suppressed is obtained.
  • step T10 an inspection relating to meandering is performed using the corrected magnetic field strength for detection (M3).
  • Step T10 is executed by the meandering inspection unit 13f.
  • the meandering inspection unit 13 f reads the corrected magnetic field intensity for detection (M3) from the memory 14.
  • the meandering inspection unit 13f performs inspection related to meandering.
  • the inspection related to meandering includes determination of presence / absence of meandering and determination of a position where meandering occurs. The presence or absence of meandering may be determined according to a desired standard. For example, the peak value in the corrected magnetic field intensity (M3) can be adopted as a desired reference.
  • a magnetic field intensity having a wavelength narrower than the predetermined threshold and having an absolute value larger than the predetermined threshold it may be determined that a change in the magnetic field M has occurred. If it is determined that a change in the magnetic field M has occurred, it is determined that meandering is present. Alternatively, it is determined that a change in the magnetic field M has occurred when the waveform included in the corrected magnetic field strength for detection (M3) is disturbed and the variation in the waveform period exceeds a predetermined threshold. You can do it. If it is determined that a change in the magnetic field M has occurred, it is determined that meandering is present.
  • the corrected magnetic field strength for detection (M3) is associated with the position information (x, y). Therefore, the position where the meander exists can be acquired by referring to the position information (x, y) corresponding to the information determined that the meander exists.
  • the result of step T10 is stored in the memory 14.
  • Step T11 displays the corrected magnetic field intensity for detection (M3) obtained by executing Step T9 and the result of the inspection relating to meandering obtained in Step T10.
  • Step T11 is executed by the display control unit 11a. If it is determined that there is no problem in the result, the mounting position of the electrode 9 is changed (step T12).
  • FIG. 7 (a) is a contour diagram showing a second magnetic field intensity proportional to the current value on the main surface Sa of the test body S.
  • FIG. The color shading corresponds to the current value.
  • the dark portion is a portion where the current value is relatively high.
  • a light-colored portion is a portion having a relatively low current value.
  • Part (b) of FIG. 7 is a contour diagram showing the detection magnetic field strength (M1) on the main surface Sa of the specimen S.
  • the color shading indicates the strength of the magnetic field strength for detection (M1).
  • the dark portion is a portion where the magnetic field strength is relatively strong.
  • the light-colored portion is a portion where the magnetic field strength is relatively weak.
  • Part (a) of FIG. 7 and part (b) of FIG. 7 are results obtained in an example described later. A detailed description of the embodiment in which the parts (a) and (b) of FIG. 7 are acquired will be described later.
  • the detection magnetic field strength (M1) is disturbed in the region where the meandering occurs. If the degree of meandering is constant with respect to the direction intersecting the set orientation direction B (Y-axis direction), the magnetic field strength should be constant with respect to the Y-axis direction. However, as in the region K4 shown in FIG. 7B, the magnetic field intensity generated by meandering is not constant along the direction (Y-axis direction).
  • the current value distribution in the specimen S is not two-dimensionally uniform, as shown in part (a) of FIG. Specifically, the current value distribution changes along the direction (Y-axis direction) intersecting the set orientation direction B in the specimen S.
  • the current value is distributed in the Y-axis direction intersecting the set orientation direction B.
  • the current E flows linearly between the pair of electrodes 9 and the other electrode 9, but passes through a region K ⁇ b> 2 where the current E is not sandwiched between the electrodes 9 as it approaches the other side. Then flow. Therefore, the current value is expected to be distributed in the Y-axis direction intersecting the set orientation direction B.
  • the orientation of the conductive fiber SE may deviate from a preset orientation direction. As described above, a state in which the actual orientation direction of the conductive fiber SE is deviated from the set orientation direction is a state in which the orientation of the conductive fiber SE is disturbed.
  • step T3 in which the current E is applied when the current E is applied through the conductive fiber SE, a magnetic field M is generated.
  • the magnetic field M is orthogonal to the direction in which the current E flows. Since the current E flows through the conductive fiber SE, the direction in which the current E flows matches the actual orientation direction of the conductive fiber SE. Therefore, the magnetic field M is orthogonal to the actual orientation direction of the conductive fiber SE. If the actual orientation direction of the conductive fibers SE is deviated from the set orientation direction, the magnetic field M tilts at an angle that is not orthogonal to the set orientation direction.
  • the magnetic field strength can be affected by the current value.
  • the detection magnetic field measurement unit 6a Since the detection magnetic field measurement unit 6a is arranged so that the first detection axis D1 is parallel to the set orientation direction, the detection magnetic field strength (M1) along the set orientation direction is acquired. To do. Therefore, when there is no disturbance in the orientation of the conductive fibers SE, the magnetic field M is orthogonal to the set orientation direction, and thus the detection magnetic field strength (M1) is zero. On the other hand, when the orientation of the conductive fiber SE is disturbed, the magnetic field M is inclined with respect to the set orientation direction, and therefore the detection magnetic field strength (M1) is a predetermined value. That is, according to step T4a for obtaining the magnetic field strength for detection (M1), the magnetic field strength for detection (M1) including the influence due to the disorder of the orientation of the conductive fiber SE and the influence of the current value is obtained. .
  • the correction magnetic field measuring unit 6b Since the correction magnetic field measuring unit 6b is arranged so that the second detection axis D2 intersects the set orientation direction, the correction magnetic field strength (M2) along the direction intersecting the set orientation direction is set. ) To get.
  • the correction magnetic field strength (M2) is proportional to the current value. That is, according to step T4b for obtaining the correction magnetic field strength (M2), the correction magnetic field strength (M2) including the influence of the current value is obtained.
  • step T10 in which the inspection relating to meandering is performed, the correction coefficient (a) is acquired using the correction magnetic field strength (M2).
  • the correction coefficient (a) reduces the influence of the current value included in the detection magnetic field strength (M1). Accordingly, by correcting the detection magnetic field strength (M1) using the correction coefficient (a), the influence of the current value included in the detection magnetic field strength (M1) is reduced. Therefore, according to step T10, disorder of the orientation of the conductive fiber SE can be reliably detected.
  • a test body S in which meandering was intentionally introduced was prepared.
  • the test body S is made of a conductive composite material.
  • the test body S has a plate shape with a length (X-axis direction) of 298 mm and a width (Y-axis direction) of 235 mm.
  • the test body S has a meandering introduction portion 21 extending in the width direction in the vicinity of the approximate center in the vertical direction.
  • the meandering introduction portion 21 has a first region 21a and a second region 21b.
  • the first region 21a has a width of 90 mm.
  • the first region 21a includes a plurality of prepregs in which meandering is introduced.
  • the second region 21b has a width of 145 mm.
  • the second region 21b has fewer prepregs in which meandering is introduced than the first region 21a.
  • the inspection range 22 in the test body S is rectangular. Specifically, the inspection range 22 in the test body S has a length of 270 mm and a width of 235 mm. A pair of electrodes 9 was attached so as to sandwich the first region 21a in the vertical direction. The length of the electrode 9 is 100 mm in the width direction.
  • an AMR sensor having a sensing axis in two directions of the X axis and the Y axis was used as the magnetic field sensor.
  • the frequency of the current E supplied to the test body S was 100 kHz.
  • the magnetic field sensor was scanned along a trajectory as shown in FIG. The scanning speed is 50 mm / sec.
  • the scan pitch in the vertical direction (X-axis direction) is 0.5 mm.
  • the recording pitch in the width direction (Y-axis direction) is 1.0 mm.
  • (A) part of Drawing 7 shows distribution of the 2nd magnetic field strength proportional to an electric current value. The color shading corresponds to the current value.
  • Part (b) of FIG. 7 shows the distribution of the magnetic field intensity for detection (M1). As shown in part (a) of FIG. 7, it was found that the current value changed along the width direction (Y-axis direction) of the specimen S. It was found that the detection magnetic field strength (M1) shown in part (b) of FIG. 7 also changed along the width direction (Y-axis direction) of the specimen S so as to correspond to the change in the current value. (See region K4).
  • FIG. 8 (a) shows the result of correcting the detection magnetic field strength (M1) shown in FIG. 7 (b) using the inspection method according to the present disclosure. That is, part (a) of FIG. 8 shows the corrected magnetic field intensity (M3). As shown in part (a) of FIG. 8, it can be seen that the change along the width direction (Y-axis direction) is suppressed in the magnetic field change portion (region K4A) indicating the presence of meandering.
  • a graph G1 shows the distribution of the magnetic field intensity for detection (M1) before correction in the region K4 in part (b) of FIG.
  • a graph G2 shows the distribution of the corrected magnetic field strength (M3) in the region K4A in FIG.
  • the horizontal axis corresponds to the width direction of the specimen S.
  • the vertical axis corresponds to the normalized amplitude.
  • a plurality of prepregs (S1, S3,..., Sn-1), (S2, S4,..., Sn) whose fiber orientation directions are different from each other by 90 ° are alternately laminated. It was.
  • a plurality of prepregs whose fiber orientation directions are plus or minus 45 ° may be alternately laminated.
  • a plurality of prepregs whose fiber orientation directions are all the same may be laminated.
  • the inspection process may be executed every time one intensity history is acquired.
  • the individual processes constituting the intensity acquisition and the intensity process may be combined in a desired order.
  • the conductive composite material inspection method and inspection apparatus can reliably detect disorder of the orientation of the conductive fibers.

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Abstract

導電性複合材料の検査方法であって、検出用磁界測定部を配置するステップと、補正用磁界測定部を配置するステップと、電流を印加するステップと、検出用磁界強度を取得するステップと、補正用磁界強度を取得するステップと、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を有する。ステップは、補正用磁界強度を利用して補正係数を算出するステップと、補正係数を利用して検出用磁界強度を補正するステップとを含む。

Description

導電性複合材料の検査方法及び導電性複合材料の検査装置
 本開示は、導電性複合材料の検査方法及び導電性複合材料の検査装置に関する。本出願は、2016年3月16日に提出された日本特許出願第2016-052606号に基づいており、それらに対して優先権の利益を主張するものであり、それらの内容全体は、参照されることによって本出願に援用される。
 導電性複合材料は、積層された複数のプリプレグを含む。プリプレグは、導電性繊維織布である。例えば、導電性複合材料は、炭素繊維織布に熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂を含浸させたものである。プリプレグは、樹脂中において炭素繊維が所定の方向に配向される。炭素繊維の配向は、導電性複合材料の機械的特性に影響する。そこで、導電性複合材料の製造工程では、炭素繊維の配向状態の検査が行われることがある。
 導電性複合材料が平板状であるとき、導電性繊維の配向の乱れは、導電性複合材料の厚み方向(すなわち面外方向)における乱れと、厚み方向に交差する方向(すなわち面内方向)における乱れと、を含む。従って、導電性複合材料の製造工程では、面外方向における配向の乱れと、面内方向における配向の乱れと、が検査される。面外方向における配向の乱れの検査には、例えば、特許文献1に記載の超音波探傷法が利用される。面内方向における配向の乱れの検査には、平板状の導電性複合材料を切断しその切断面を観察する方法、又は、導電性複合材料を細かく裁断しX線を利用して導電性繊維の乱れを検出する方法が利用される。さらに、面内方向における配向の乱れの検査には、例えば、特許文献2に記載の導電性複合材料の繊維蛇行検出方法も利用される。
特開平02-150765号公報 特開2015-75447号公報
 航空機用部品といった産業用途に導電性複合材料が適用される場合、導電性複合材料には高い機械的特性が要求されることがある。導電性繊維の配向の乱れは機械的特性に影響を及ぼす。従って、本開示は、導電性繊維の配向の乱れを確実に検出できる導電性複合材料の検査方法及び検査装置を説明する。
 本開示の一形態は、導電性繊維を含む導電性複合材料の検査方法であって、第1の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第1の磁界測定部を、導電性複合材料を含む試験体の主面と対向する位置において第1の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と平行になるように配置するステップと、第2の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第2の磁界測定部を、試験体の主面と対向する位置において第2の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と交差するように配置するステップと、導電性繊維を介して試験体の一端と他端との間に電流を印加するステップと、主面に対して第1の磁界測定部を相対的に移動させながら、第1の磁界測定部から出力される第1の磁界強度を取得するステップと、主面に対して第2の磁界測定部を相対的に移動させながら、第2の磁界測定部から出力される第2の磁界強度を取得するステップと、第1の磁界強度と第2の磁界強度とを利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を有し、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップは、第2の磁界強度を利用して、第1の磁界強度を補正するための補正係数を取得するステップと、補正係数を利用して、補正された第1の磁界強度を取得するステップと、補正された第1の磁界強度を利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を含む。
 本開示に係る導電性複合材料の検査方法及び検査装置によれば、導電性繊維の配向の乱れを確実に検出できる。
図1の(a)部は本開示に係る導電性複合材料の検査方法によって検査される導電性複合材料の構造を示す斜視図である。図1の(b)部及び図1の(c)部は導電性複合材料に生じ得る蛇行を説明するための斜視図である。 図2は、本開示に係る導電性複合材料の検査方法を実行するための導電性複合材料の検査装置の構成を示すブロック図である。 図3の(a)部及び図3の(b)部は、磁界センサと導電性繊維との関係、及び、磁界センサと磁界との関係を示す図である。 図4は、本開示に係る導電性複合材料の検査方法の主要な工程を示すフロー図である。 図5は、試験体と磁界センサとの位置関係を説明するための図である。 図6は、実施例に係る試験体を説明するための図である。 図7の(a)部は図6に示された試験体に生じた電流値に比例する磁界強度を示す図である。図7の(b)部は図6に示された試験体に生じた導電性繊維の配向の乱れ検出用磁界強度を示す図である。 図8の(a)部は図7の(b)部に示された磁界強度を補正した結果を示す図である。図8の(b)部は補正の効果を示すための図である。
 本開示の一形態は、導電性繊維を含む導電性複合材料の検査方法であって、第1の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第1の磁界測定部を、導電性複合材料を含む試験体の主面と対向する位置において第1の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と平行になるように配置するステップと、第2の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第2の磁界測定部を、試験体の主面と対向する位置において第2の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と交差するように配置するステップと、導電性繊維を介して試験体の一端と他端との間に電流を印加するステップと、主面に対して第1の磁界測定部を相対的に移動させながら、第1の磁界測定部から出力される第1の磁界強度を取得するステップと、主面に対して第2の磁界測定部を相対的に移動させながら、第2の磁界測定部から出力される第2の磁界強度を取得するステップと、第1の磁界強度と第2の磁界強度とを利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を有し、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップは、第2の磁界強度を利用して、第1の磁界強度を補正するための補正係数を取得するステップと、補正係数を利用して、補正された第1の磁界強度を取得するステップと、補正された第1の磁界強度を利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を含む。
 導電性繊維の配向は予め設定された配向方向からずれることがある。このように、導電性繊維の実際の配向方向が設定された配向方向に対してずれた状態を、導電性繊維の配向が乱れている状態であるとする。電流を印加するステップにおいて、導電性繊維を介して電流を印加すると磁界が発生する。磁界は、電流の流れる方向に対して直交する。電流は、導電性繊維を介して流れるので、電流の流れる方向は導電性繊維の実際の配向方向に一致する。従って、磁界は、導電性繊維の実際の配向方向に対して直交する。導電性繊維の実際の配向方向が設定された配向方向とずれている場合、磁界の方向は設定された配向方向に対して直交でない角度をもって傾く。磁界強度は電流値の影響を受け得る。
 第1の磁界測定部は、設定された配向方向に対して第1の検出軸が平行であるように配置されるので、設定された配向方向に沿った第1の磁界強度を取得する。導電性繊維の配向に乱れがない場合には、磁界は設定された配向方向に対して直交である。従って、第1の磁界強度はゼロである。一方、導電性繊維の配向に乱れがある場合には、磁界は設定された配向方向に対して傾くので、第1の磁界強度は所定値である。すなわち、第1の磁界強度を取得するステップによれば、導電性繊維の配向の乱れに起因する影響と電流値の影響とが含まれた第1の磁界強度が得られる。
 いくつかの形態において、第2の磁界測定部は、第2の検出軸が設定された配向方向に対して交差するように配置される。従って、第2の磁界測定部は、設定された配向方向に交差する方向に沿った第2の磁界強度を取得する。第2の磁界強度は、電流値に比例する。すなわち、第2の磁界強度を取得するステップによれば、電流値の影響が含まれた第2の磁界強度が得られる。
 そして、導電性繊維の乱れている部分を検出するステップでは、まず、第2の磁界強度を用いて補正係数を取得する。補正係数は、第1の磁界強度に含まれた電流値の影響を低減する。従って、補正係数を用いて第1の磁界強度を補正することにより、第1の磁界強度に含まれた電流値の影響が低減される。従って、補正後の第1の磁界強度を用いて導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップによれば、導電性繊維の配向の乱れを確実に検出できる。
 いくつかの形態において、補正係数を取得するステップは、第2の磁界強度の平均値を取得するステップと、第2の磁界強度及び平均値を利用して、補正係数を算出するステップと、含んでもよい。ステップによれば、好適な補正係数を得ることができる。
 いくつかの形態において、補正された第1の磁界強度を取得するステップは、第1の磁界強度を補正係数によって除算してもよい。ステップによれば、電流値の影響を排除した第1の磁界強度を好適に得ることができる。
 本開示の別の形態は、導電性繊維を含む導電性複合材料の検査装置であって、第1の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得すると共に、導電性複合材料を含む試験体の主面と対向する位置において第1の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と平行になるように配置される第1の磁界測定部と、第2の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得すると共に、試験体の主面と対向する位置において第2の検出軸が導電性繊維の設定された配向方向と交差するように配置される第2の磁界測定部と、導電性繊維を介して試験体の一端と他端との間に電流を印加する電流印加部と、主面に対して第1の磁界測定部及び第2の磁界測定部を相対的に移動させる移動機構部と、第1の磁界測定部から出力される第1の磁界強度と第2の磁界測定部から出力される第2の磁界強度とを利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するデータ処理部と、を備え、データ処理部は、第2の磁界強度を利用して、第1の磁界強度を補正するための補正係数を取得する補正係数取得部と、補正係数を利用して、補正された第1の磁界強度を取得する信号補正部と、補正された第1の磁界強度を利用して、導電性繊維の配向が乱れている部分を検出する蛇行検査部と、を含む。装置によれば、上述した検査方法と同様に、電流値の影響を排除した第1の磁界強度が得られる。従って、導電性繊維の配向の乱れを確実に検出できる。
 以下、添付図面を参照しながら本開示を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
 図1の(a)部に示されるように、本開示に係る導電性複合材料の検査方法及び検査装置は、試験体Sの検査に用いられる。試験体Sは、複数のプリプレグ(S1,S3,…,Sn-1),(S2,S4,…Sn-2,Sn)が積層された直方体形状を有する。それぞれのプリプレグは、導電性繊維織布SSに熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂を含浸させたものである。試験体Sにおいて、プリプレグが含む導電性繊維SEの配向方向は、互いに90°異なっている。従って、試験体Sは、2個の配向方向を有する。
 以下の説明では、配向方向に関し、「設定配向方向」と「実配向方向」との文言を用いる。「設定配向方向」とは、予め設定された方向であり、常に一定である。一方、「実配向方向」とは、導電性繊維SEが実際に配向された方向であり、設定配向方向とは区別される。「配向の乱れ」及び「蛇行」とは、設定配向方向に対して実配向方向が平行でないことをいう。つまり、「配向の乱れ」及び「蛇行」とは、設定配向方向に対して実配向方向が交差するように傾いている状態をいう。
 プリプレグ単体において、導電性繊維SEは所定の方向に沿って配向される。導電性繊維SEの配向は、成型工程における加熱または冷却によって変化することがある。導電性繊維SEの配向が変化した状態は、繊維の配向乱れ又は繊維の蛇行などと呼ばれる。図1の(b)部及び図1の(c)部に示されるように、繊維の蛇行には、2個の形態があり得る。繊維の蛇行は、試験体Sの厚み方向に沿った蛇行(図1の(b)部参照)と、試験体Sの主面Saに沿った蛇行(図1の(c)部参照)と、を含む。本開示の検査方法及び検査装置は、図1の(c)部に示された蛇行を検査の対象とする。
 導電性複合材料の検査方法に用いられる繊維蛇行検査装置について説明する。図2に示されるように、繊維蛇行検査装置1(導電性複合材料の検査装置)は、ステージ2(移動機構部)と、ドライバ3と、電流印加装置4(電流印加部)と、磁界センサ6と、コンピュータ7(データ処理部)と、を備える。繊維蛇行検査装置1は、磁界センサ6から出力される信号の処理に必要な所望の装置(例えばロックインアンプ8)を備えていてもよい。ロックインアンプ8は、電流印加装置4の出力を参照信号とし、磁界センサ6の出力を検波する。ロックインアンプ8において、電流印加装置4の出力信号の位相に対する磁界センサ6の出力の位相は、コンピュータ7へ入力される検波信号が最大となるように調整される。
 移動機構部であるステージ2は、試験体Sの主面Saに対して磁界センサ6を相対的に移動させる。ステージ2は二軸ステージである。ステージ2の2個の移動軸は主面Saと平行な平面をなす。本開示の繊維蛇行検査装置1では、磁界センサ6が固定され、試験体Sが磁界センサ6に対して移動させられる。移動機構部は、試験体Sが固定され、磁界センサ6を試験体Sに対して移動させる構成としてもよい。ステージ2の動作は、ドライバ3から入力される制御信号によって制御される。ドライバ3は、ステージ2及びコンピュータ7に接続される。ドライバ3は、コンピュータ7から入力された制御信号に基づいて、ステージ2の動作を制御する信号を生成する。
 電流印加装置4は、試験体S、コンピュータ7及びロックインアンプ8に接続される。電流印加装置4は、試験体Sに対して電流を印加する。例えば、試験体Sを構成する複数のプリプレグS1~Snにおいて、複数のプリプレグS2,S4,…,Snが検査対象であるとする。プリプレグS2,S4,…,Snは、設定配向方向Bを有する。この場合、電流印加装置4は、複数のプリプレグS2,S4,…,Snにおける導電性繊維SEの設定配向方向Bに沿うように電流を印加する。電流印加装置4は、一対の電極9を有する。複数のプリプレグS2,S4,…,Snを検査対象とする場合には、プリプレグS2,S4,…,Snの設定配向方向Bに交差する試験体Sの端部に電極9を取り付ける。
 図3の(a)部に示されるように、磁界センサ6は、試験体Sの主面Sa上に配置される。磁界センサ6は、磁界強度を取得する。磁界センサ6は、検出用磁界測定部6a(第1の磁界測定部)と、補正用磁界測定部6b(第2の磁界測定部)と、を有する。検出用磁界測定部6aは、第1の検出軸D1の方向に沿った磁界強度を取得する。補正用磁界測定部6bは、第2の検出軸D2の方向に沿った磁界強度を取得する。磁界センサ6は、2個の検出軸(第1の検出軸D1、第2の検出軸D2)を有する。磁界センサ6は、検出軸の方向に沿った磁界強度に対応する信号を電圧値としてロックインアンプ8に出力する。磁界センサ6には、MI(Magneto Impedance)センサ、GMR(Giant Magneto Resistance)センサ、TMR(Tunnel Magneto Resistance)センサ、AMR(Anisotropic Magneto Resistance)センサ、FG(Flux Gate)センサ、ホール素子、SQUID(Superconducting QUantum Interference Device)センサ、コイル等を採用することができる。
 試験体Sに電流Eを供給すると、導電性繊維SEを介して試験体Sの一端と他端との間に電流Eが流れる。電流Eによって磁界Mが発生される。従って、磁界センサ6の出力は、電流Eに起因する電流値の影響を受ける。磁界Mの向きは、電流Eの向きに対して直交する。換言すると、磁界Mの向きは、導電性繊維SEが並んでいる実配向方向Cに対して直交する。実配向方向Cが設定配向方向Bとずれる場合には(図3の(b)部参照)、磁界Mの向きは、設定配向方向Bに対して直交ではない。換言すると、導電性繊維SEが蛇行する場合には、磁界Mの向きは、設定配向方向Bに対して直交ではない。従って、磁界Mの向きは設定配向方向Bに対して傾く。そして、磁界センサ6の出力は、実配向方向Cの影響を受ける。換言すると、磁界センサ6の出力は、電流Eに起因する電流値の影響と、実配向方向Cの影響とを含む。
 図2を参照しつつ、コンピュータ7について説明する。コンピュータ7は、主制御部11と、入出力部12と、信号処理部13と、メモリ14と、を有する。コンピュータ7は、ステージ2の動作及び電流印加装置4の動作を制御する。コンピュータ7は、磁界センサ6の出力信号を利用して蛇行の検査を行う。コンピュータ7は、ドライバ3、電流印加装置4及びロックインアンプ8に接続される。
 主制御部11は、コンピュータ7の全体の動作を制御する。主制御部11は、信号処理部13の処理結果を表示させる。主制御部11は、ステージ2の動作と電流印加装置4の動作とを制御する。主制御部11は、入出力部12に接続され、入出力部12に制御信号を出力する。主制御部11は、信号処理部13に接続され、信号処理部13から処理信号を受け入れる。主制御部11は、メモリ14に接続され、メモリ14に保存された各種設定値などを読み込む。主制御部11は、表示制御部11a、電流制御部11b、及びステージ制御部11cを有する。表示制御部11a、電流制御部11b及びステージ制御部11cは、コンピュータ7のメモリ14に保存されたプログラムがCPUなどによって実行されることにより実現される機能的構成要素である。表示制御部11aは、信号処理部13に接続されて、信号処理部13から受け入れた処理信号をディスプレイといった表示装置に表示させる。電流制御部11bは、入出力部12に接続されて、電流印加装置4の動作を制御するための制御信号を入出力部12に出力する。電流制御部11bの制御信号は、例えば、電流印加の開始及び停止、電流印加装置4から出力される電流Eの周波数や電流値を制御する。ステージ制御部11cは、入出力部12に接続されて、ステージ2の動作を制御するための制御信号を入出力部12に出力する。ステージ制御部11cは、制御信号を利用してステージ2の位置情報を出力する。位置情報は別の構成要素により生成されてもよい。ステージ2の具体的な動作については、後述する。
 入出力部12は、ロックインアンプ8といった装置から入力される信号を受け入れる。入出力部12は、ドライバ3及び電流印加装置4といった装置の動作を制御する信号を出力する。入出力部12は、ドライバ3、電流印加装置4及びロックインアンプ8に接続される。入出力部12は、デジタイザ12aと、コントローラ12bと、を有する。いわゆるアナログ―デジタル変換装置であるデジタイザ12aは、ロックインアンプ8、及び信号処理部13及びメモリ14に接続される。デジタイザ12aは、ロックインアンプ8から入力されるアナログ信号を、デジタル信号に変換する。デジタイザ12aは、デジタル信号を信号処理部13又はメモリ14に出力する。コントローラ12bは、ドライバ3及び主制御部11に接続される。コントローラ12bは、主制御部11から与えられる制御信号を利用してドライバ3に与える制御信号を生成する。コントローラ12bは、制御信号をドライバ3に出力する。
 信号処理部13は、主制御部11、入出力部12及びメモリ14に接続される。信号処理部13は、入出力部12から入力された情報又はメモリ14から読み出された情報を利用して、蛇行に関する検査を行う。蛇行に関する検査には、蛇行の有無に関する検査、蛇行の程度に関する検査などがある。例えば、信号処理部13は、蛇行の有無を判断する。信号処理部13は、蛇行が存在すると判断した場合、蛇行の程度を定量的に算出する。信号処理部13は、蛇行の程度を示す量を利用して蛇行が許容可能であるか否かを判定してもよい。
 信号処理部13は、フィルタ処理部13aと、平均強度取得部13bと、基準強度取得部13cと、補正係数取得部13dと、信号補正部13eと、蛇行検査部13fと、を有する。フィルタ処理部13a、平均強度取得部13b、基準強度取得部13c、補正係数取得部13d、信号補正部13e及び蛇行検査部13fは、コンピュータ7のメモリ14に保存されたプログラムがCPUなどによって実行されることにより実現される機能的構成要素である。
 フィルタ処理部13aは、入出力部12のデジタイザ12a、平均強度取得部13b及び信号補正部13e、及びメモリ14に接続される。フィルタ処理部13aは、デジタイザ12aから入力されるデジタル信号又はメモリ14から読み出された情報に対して所望のフィルタ処理(例えば、バンドパスフィルタ処理)を行う。フィルタ処理がなされた信号は、平均強度取得部13b及び信号補正部13eに出力される。
 平均強度取得部13bは、フィルタ処理部13a及び基準強度取得部13cに接続される。平均強度取得部13bは、フィルタ処理がなされた信号を利用して複数の平均強度を算出すると共に平均強度を基準強度取得部13cに出力する。平均強度取得部13bの具体的な動作は、後述する。
 基準強度取得部13cは、平均強度取得部13b及び補正係数取得部13dに接続される。基準強度取得部13cは、複数の平均強度から基準強度を選択すると共に基準強度を補正係数取得部13dに出力する。基準強度取得部13cの具体的な動作は、後述する。
 補正係数取得部13dは、基準強度取得部13c及び信号補正部13eに接続される。補正係数取得部13dは、基準強度及び平均強度を利用して補正係数を算出すると共に補正係数を信号補正部13eに出力する。補正係数取得部13dの具体的な動作は、後述する。
 信号補正部13eは、フィルタ処理部13a、補正係数取得部13d及び蛇行検査部13fに接続される。信号補正部13eは、フィルタ処理部13aから入力された磁界強度を補正係数取得部13dから入力された補正係数を用いて補正すると共に補正後の磁界強度を蛇行検査部13fに出力する。信号補正部13eの動作は、後述する。
 蛇行検査部13fは、信号補正部13eに接続される。蛇行検査部13fは、信号補正部13eから入力された補正後の磁界強度を用いて蛇行の有無や蛇行の程度を得る処理を行う。蛇行検査部13fは、処理の結果を主制御部11及びメモリ14に出力する。
 メモリ14は、各種の設定値及び蛇行検出処理に利用される種々のデータを保持する。蛇行検出処理に利用される種々のデータには、取得された磁界強度に関する情報、補正係数があり得る。メモリ14は、主制御部11、入出力部12、及び信号処理部13から読み書き可能に構成されている。メモリ14は、磁界強度に関する情報を、ステージ2と磁界センサ6との間の位置情報と関連付けて保存する。磁界強度に関する情報は、入出力部12のデジタイザ12aから出力される。位置情報は、主制御部11のステージ制御部11cから出力されたステージ2と磁界センサ6との間の位置関係を示す情報である。磁界強度に関する情報と位置情報との関連付けは、メモリ14とは別の構成要素において実行されてもよい。
 繊維蛇行検査装置1を利用した蛇行検査方法について説明する。以下、検査方法の原理について説明した後に詳細なステップについて説明する。
 図3に示されるように、試験体Sに取り付けた電極9を介して試験体Sに電流Eを印加した場合には、電流Eは導電性繊維SEを通じて実配向方向Cに流れる。このとき、電流Eが流れる方向と直交する方向の磁界Mが発生する。図3の(a)部に示されるように、導電性繊維SEの蛇行が生じていない場合には、実配向方向Cと設定配向方向Bとが一致する。従って、磁界Mの向きは設定配向方向Bに対して直交する。この場合、検出用磁界測定部6aの出力である検出用磁界強度(M1)は一定(ゼロ)である。一方、図3の(b)部に示されるように、導電性繊維SEに蛇行が生じている場合には、実配向方向Cと設定配向方向Bとが一致しない。従って、設定配向方向Bと磁界Mとの間の角度が変化する。すなわち、蛇行に対応する向きの磁界Mが発生するので、検出用磁界強度(M1)が変化する。
 検出用磁界強度(M1)は、電流値の影響を受ける。すなわち、電流値が大きくなると、検出用磁界強度(M1)も大きくなる。一方、電流値が小さくなると、検出用磁界強度(M1)も小さくなる。従って、検出用磁界強度(M1)には、電流値の影響と、導電性繊維SEが並んだ向き(実配向方向C)の影響と、が含まれる。実配向方向Cは、本開示の検査方法において検査したい主たる項目である。
 以下、本開示に係る検査方法につき、図4に示されたフローチャートを参照しつつ、さらに詳細に説明する。
 試験体Sを準備するステップT1を実行する。ステップT1では、試験体Sに電極9を取り付ける。電極9は、設定配向方向Bと交差する一端Sbと他端Scとのそれぞれに取り付けられる(図5参照)。電極9の幅は、蛇行の検出性及び作業性などを考慮して、経験的に決定される。一例として、電極9の幅は、試験体Sを流れる電流Eの密度の低下を抑制する観点から決定されてもよい。例えば、一端Sbの長さが300mmであるとき、電極9の長さは100mmであってもよい。一端Sbの長さが600mmであるとき、電極9の長さは100mmであってもよい。電極9が取り付けられた試験体Sをステージ2に配置する。
 磁界センサ6を配置するステップT2を実行する。磁界センサ6は、検出用磁界測定部6aと補正用磁界測定部6bとを含む。従って、ステップT2は、検出用磁界測定部6aを配置するステップT2aと、補正用磁界測定部6bを配置するステップT2bと、を含む。
 具体的には、磁界センサ6を試験体Sの主面Saと対向する位置に配置する。磁界センサ6は、主面Saと接触させてもよいし、主面Saから所定距離だけ離間させてもよい。離間させる場合には、例えば磁界センサ6と主面Saとの間の距離は5mm以下である。第1の検出軸D1は設定配向方向Bに対して平行とする。第2の検出軸D2は設定配向方向Bに対して直交とする(図3の(a)部参照)。磁界センサ6において、第1の検出軸D1と第2の検出軸D2とは、互いに直交している。従って、第1の検出軸D1を設定配向方向Bと平行になるように配置すれば、必然的に第2の検出軸D2が設定配向方向Bと直交するように配置される。
 電流Eを印加するステップT3を実行する。電流Eは、後に実行される電流Eを停止させるステップT6まで継続して試験体Sに印加される。ステップT3は、電流印加装置4とコンピュータ7の電流制御部11bとによって実行される。コンピュータ7は、制御信号を出力して、電流印加装置4を動作させる。制御信号は、電流印加装置4から電流Eの出力を開始させる命令を含む。制御信号は、電流Eの周波数と電流Eの強度とに関する命令を含む。例えば、制御信号は、電流Eの周波数を100kHzに設定する命令と、電流Eの強度を200mAに設定する命令と、を含む。ステップT3を実行することにより、導電性繊維SEを介して試験体Sの一端Sbと他端Scとの間に電流Eが印加される。印加された電流Eに起因する磁界Mが発生させられる。
 磁界強度を取得するステップT4を実行する。ステップT4では、図5に示されるように、試験体Sに対して磁界センサ6の位置を相対的に移動させながら、磁界強度に関するデータを取得する。磁界強度に関するデータは、試験体Sに対する磁界センサ6の二次元的な位置情報(x,y)と、その位置における磁界強度の情報と、を含む。磁界強度の情報は、検出用磁界強度(M1)(第1の磁界強度)と、補正用磁界強度(M2)(第2の磁界強度)と、を含む。例えば、磁界強度に関するデータは、「磁界センサ6が試験体Sの主面Sa上の位置(x,y)にあるとき、検出用磁界強度(M1)は値(V1)であり、補正用磁界強度(M2)は値(V2)である。」という情報の集まりである。
 ステップT4において、試験体Sの移動は、ステージ2とドライバ3とステージ制御部11cとコントローラ12bとによって実行される。ステップT4において、磁界強度に関するデータの取得は、磁界センサ6とロックインアンプ8とデジタイザ12aとフィルタ処理部13aとメモリ14とによって実行される。ステージ制御部11cは、予め設定された移動コースに沿って試験体Sを移動させるように、ステージ2を制御する制御信号を出力する。制御信号はコントローラ12b及びドライバ3を介してステージ2に出力される。ステージ2は、制御信号に従って試験体SをX軸方向及びY軸方向に移動させる。
 図5に示されるように、具体的には、磁界センサ6が試験体Sの角部に配置されるように、コンピュータ7がステージ2を制御する。今、この点を第1の始点R1と呼ぶ。第1の始点R1は、座標情報(0,0)により示される。次に、コンピュータ7は、第1の始点R1から第1の終点R2まで磁界センサ6がX軸方向に沿って移動するように、ステージ2を制御する。第1の終点R2は、座標情報(X,0)により示される。ステージ2を制御している間、磁界センサ6は、検出用磁界強度(M1)と補正用磁界強度(M2)とをロックインアンプ8に出力する。同時に、ステージ制御部11cは、制御信号に基づいてステージ2に対する磁界センサ6の位置を示す位置情報をメモリ14に出力する。そして、コンピュータ7のメモリ14は、位置情報(x,y)と検出用磁界強度(M1)とを関連付けて保存する。メモリ14は、位置情報(x,y)と補正用磁界強度(M2)とを関連付けて保存する。ステップT4により、ラインL1に沿った検出用磁界強度(M1)と補正用磁界強度(M2)とが得られる(ステップT4a,T4b)。
 コンピュータ7は、ステップT5を実行する。ステップT5では、磁界センサ6が第1の終点R2から第2の始点R3へ移動するように、コンピュータ7がステージ2を制御する。第2の始点R3は、座標情報(0,y1)により示される。磁界センサ6が第1の終点R2から第2の始点R3へ移動する間も、磁界センサ6から出力される磁界強度を、位置情報と関連付けてメモリ14に保存してもよい。
 コンピュータ7は、再びステップT4を実行する。コンピュータ7は、第2の始点R3から第2の終点R4まで磁界センサ6がX軸方向に沿って移動するように、ステージ2を制御する。第2の終点R4は、座標情報(X,y1)により示される。第2の始点R3から第2の終点R4まで磁界センサ6が移動する間、磁界センサ6とロックインアンプ8とデジタイザ12aとフィルタ処理部13aとメモリ14とは、磁界強度に関するデータを取得する動作を行う。ステップT4により、ラインL2に沿った検出用磁界強度(M1)と補正用磁界強度(M2)とが得られる。
 上述したように、ステップT4とステップT5とを繰り返し実施することにより、磁界強度に関するデータとしてのラインL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7に沿った検出用磁界強度(M1)と補正用磁界強度(M2)とが得られる。
 検出用磁界強度(M1)と補正用磁界強度(M2)との関係について説明する。第1の検出軸D1は、主面Saに沿うと共に設定配向方向Bと平行である。従って、導電性繊維SEが並んだ方向と設定配向方向Bとが一致する場合には、検出用磁界強度(M1)はゼロである。換言すると、実配向方向Cと設定配向方向Bとが一致する場合には、検出用磁界強度(M1)はゼロである。さらに換言すると、導電性繊維SEが蛇行する場合には、検出用磁界強度(M1)はゼロでない所定値である。
 第2の検出軸D2は、第1の検出軸D1に対して直交する。すなわち、第2の検出軸D2は、主面Saに沿うと共に設定配向方向Bと直交する。従って、実配向方向Cが設定配向方向Bと一致する場合には、補正用磁界強度(M2)はゼロでない所定値である。換言すると、導電性繊維SEが蛇行していない場合には、補正用磁界強度(M2)はゼロでない所定値である。一方、実配向方向Cが設定配向方向Bと一致しない場合には、補正用磁界強度(M2)は上記所定値よりも小さい値に減少する。換言すると、導電性繊維SEが蛇行する場合には、補正用磁界強度(M2)は上記所定値よりも小さい値に減少する。
 ステップT7を実行する。ステップT7では、磁界強度に関するデータを利用して、導電性繊維SEの配向が乱れている部分(蛇行している部分)を検出する。ステップT7は、補正係数を取得するステップT8と、補正係数を用いて検出用磁界強度(M1)を補正するステップT9と、蛇行の有無を判断するステップT10と、を含む。
 補正係数を取得するステップT8について説明する。ステップT8は、信号処理部13によって実行される。ステップT8では、位置情報(x,y)と、その位置情報に関連付けられた補正用磁界強度(M2)とを利用して補正係数(a)を算出する。より詳細には、ステップT8は、補正用磁界強度(M2)の平均値(Hm)を取得するステップT8aと、基準強度(Href)を選択するステップT8bと、補正係数(a)を算出するステップT8cと、を含む。
 平均値(Hm)を取得するステップT8aでは、位置情報(x,y)とその情報に関連付けられた補正用磁界強度(M2)とを利用して、補正用磁界強度(M2)の平均値(Hm)を取得する(式(1)参照)。ステップT8aは、メモリ14及び平均強度取得部13bによって実行される。例えば、ラインL1における平均値(Hm)を算出する場合を例に説明する。ラインL1のY座標は(0)であるとする。従って、平均強度取得部13bは、Y座標が(0)である情報と関連付けられた補正用磁界強度(M2)をメモリ14から取り出す。平均強度取得部13bは、取り出した補正用磁界強度(M2)の平均値(Hm)を算出する。平均値(Hm)を算出するステップT8aは、既に補正用磁界強度(M2)が取得されたラインL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7のそれぞれについて実行される。従って、7個のラインL1,L2,L3,L4,L5,L6,L7について補正用磁界強度(M2)が取得されている場合には、平均強度取得部13bは、7個の平均値(Hm)を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  (Hm)n:n番目のラインにおける補正用磁界強度の平均値
  M2   :補正用磁界強度
  k    :補正用磁界強度のサンプル数
  n    :ラインの番号
 図7の(a)部は、試験体Sにおける電流値に比例する第2の磁界強度の分布を示すコンター図である。色の濃淡は、電流値の高低に対応する。色の濃い部分は電流値が相対的に高い部分である。色の淡い部分は電流値が相対的に低い部分である。領域K1は、電極9に挟まれた領域である。図7の(a)部に示されるように、試験体Sにおける電流値の分布は、二次元的に一様ではない。具体的には、試験体Sの領域K1では、一方の電極9から他方の電極9に向かう方向(すなわち設定配向方向B)に沿って電流値が変化する。より具体的には、電極9の近傍における電流値は、一対の電極9の中央付近における電流値よりも大きくなる傾向にある。平均値(Hm)を取得する場合には、平均値(Hm)の計算に利用する範囲を、電極9の近傍の領域を含まない領域(領域K3)に制限する。つまり、領域K3において取得された補正用磁界強度(M2)を用いて平均値(Hm)を算出する。換言すると、領域K3に含まれない電極9の近傍の領域において取得された補正用磁界強度(M2)は平均値(Hm)の算出に用いない。
 基準強度(Href)を選択する。ステップT8bでは、7個の平均値(Hm)から補正の基準となる基準強度(Href)を一個選択する。ステップT8bは、基準強度取得部13cによって実行される。例えば、基準強度取得部13cは、複数の平均値(Hm)における最大値を基準強度(Href)として選択する。例えば、試験体Sにおける電流分布が図7の(a)部に示されるような分布を有する場合には、基準強度取得部13cは、側縁に最も近い領域における平均値(Hm)を基準強度(Href)として選択する。換言すると、基準強度取得部13cは、ラインL1の平均値(Hm)を基準強度(Href)として選択する。要するに、基準強度取得部13cは、基準強度(Href)として、試験体Sにおいて相対的に電流値の高い領域における平均値(Hm)を選択してもよい。基準強度取得部13cは、他の基準に基づいて基準強度(Href)を選択してもよい。
 補正係数(a)を取得するステップT8cでは、補正係数(a)が算出される。ステップT8cは、補正係数取得部13dによって実行される。具体的には、補正係数取得部13dは、複数の平均値(Hm)のそれぞれを、基準強度(Href)で除算する(式(2)参照)。補正係数(a)は、ラインLの番号と関連付けられて、メモリ14に保存される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  (a)n :n番目のラインに対応する補正係数
  (Hm)n:n番目のラインに対応する平均値
  Href :基準強度
 ステップT9を実行する。ステップT9は、補正係数(a)を用いて検出用磁界強度(M1)を補正する。ステップT9は、信号補正部13eによって実行される。信号補正部13eは、n番目のラインLに対応する位置情報(y)をトリガとして、n番目のラインLに対応する検出用磁界強度(M1)と補正係数(a)とをメモリ14から取り出す。信号補正部13eは、検出用磁界強度(M1)を補正係数(a)で除算して(式(3)参照)、補正後の検出用磁界強度(M3)(補正後の第1の磁界強度)を得る。除算処理が補正処理である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  (M3)n:n番目のラインにおける補正後の検出用磁界強度
  (M1)n:n番目のラインにおける補正前の検出用磁界強度
  (a)n :n番目のラインにおける補正係数
 ステップT8a,T8b,T8c,T9を実行することにより、電流値のばらつきが抑制された補正後の検出用磁界強度(M3)が得られる。
 ステップT10を実行する。ステップT10は、補正後の検出用磁界強度(M3)を利用して、蛇行に関する検査を行う。ステップT10は、蛇行検査部13fによって実行される。蛇行検査部13fは、補正後の検出用磁界強度(M3)をメモリ14から読み出す。蛇行検査部13fは、蛇行に関する検査を行う。蛇行に関する検査には、蛇行の有無の判断と、蛇行が生じている位置を判定と、が含まれる。蛇行の有無は、所望の基準により判定してよい。例えば、所望の基準として、補正後の検出用磁界強度(M3)におけるピーク値を採用できる。この場合、所定の閾値よりも狭い波長であって、所定の閾値よりも絶対値の大きい磁界強度が検出された場合に、磁界Mの変化が生じていると判断してよい。磁界Mの変化が生じていると判断された場合には、蛇行が存在すると判定される。あるいは、補正後の検出用磁界強度(M3)に含まれる波形が乱れており、波形の周期のばらつきの大きさが所定の閾値以上となった場合に、磁界Mの変化が生じていると判断してよい。磁界Mの変化が生じていると判断された場合には、蛇行が存在すると判定される。補正後の検出用磁界強度(M3)は、位置情報(x,y)と関連付けられている。従って、蛇行が存在すると判定された情報に対応する位置情報(x,y)を参照することにより、蛇行が存在する位置を取得できる。ステップT10の結果は、メモリ14に保存される。
 ステップT11を実行する。ステップT11は、ステップT9の実行によって得られた補正後の検出用磁界強度(M3)と、ステップT10によって得られた蛇行に関する検査の結果と、を表示する。ステップT11は、表示制御部11aによって実行される。結果に問題がないと判断された場合には、電極9の取付位置を変更する(ステップT12)。
 以下、本開示に係る蛇行検出方向及び蛇行検出装置の作用効果について説明する。
 図7の(a)部は、試験体Sの主面Sa上における電流値に比例する第2の磁界強度を示すコンター図である。色の濃淡は、電流値の高低に対応する。色の濃い部分は電流値が相対的に高い部分である。色の淡い部分は電流値が相対的に低い部分である。図7の(b)部は、試験体Sの主面Sa上における検出用磁界強度(M1)を示すコンター図である。色の濃淡は、検出用磁界強度(M1)の強弱を示す。色の濃い部分は磁界強度が相対的に強い部分である。色の淡い部分は磁界強度が相対的に弱い部分である。図7の(a)部及び図7の(b)部は、後述する実施例において取得された結果である。図7(a)部及び(b)部を取得した実施例の詳細な説明は後述する。
 例えば、導電性繊維SEの蛇行が発生している領域が、設定配向方向Bと交差する方向(Y軸方向)に延在している場合を想定する。この場合には、蛇行が発生している領域において検出用磁界強度(M1)の乱れが生じる。蛇行の程度が設定配向方向Bに交差する方向(Y軸方向)に対して一定であれば、磁界強度もY軸方向に対して一定になるはずである。しかし、図7の(b)部に示された領域K4のように、蛇行により生じた磁界強度は方向(Y軸方向)に沿って一定ではない。
 この理由は、図7の(a)部に示されるように、試験体Sにおける電流値の分布が、二次元的に一様でないためである。具体的には、電流値の分布は、試験体Sにおいて設定配向方向Bに交差する方向(Y軸方向)に沿って変化している。図7の(a)部を参照すると、電流値は設定配向方向Bに対して交差するY軸方向に分布している。一方の側縁近傍では、一対の電極9と他方の電極9との間で直線状に電流Eが流れているが、他方側に近づくに従って電流Eが電極9に挟まれていない領域K2を経由して流れる。従って、電流値は設定配向方向Bに対して交差するY軸方向に分布すると予想される。
 そこで、本開示に係る検査方法では、設定配向方向Bと交差する方向(Y軸方向)に沿って変化する電流値に着目している。電流値の変化を補正することにより、定量的に評価し得る磁界強度を得る。
 導電性繊維SEの配向は予め設定された配向方向からずれることがある。このように、導電性繊維SEの実際の配向方向が設定された配向方向に対してずれた状態を、導電性繊維SEの配向が乱れている状態であるとする。電流Eを印加するステップT3において、導電性繊維SEを介して電流Eを印加すると磁界Mが発生する。磁界Mは、電流Eの流れる方向に対して直交する。電流Eは、導電性繊維SEを介して流れるので、電流Eの流れる方向は導電性繊維SEの実際の配向方向に一致する。従って、磁界Mは、導電性繊維SEの実際の配向方向に対して直交する。導電性繊維SEの実際の配向方向が設定された配向方向とずれていると、磁界Mは設定された配向方向に対して直交でない角度をもって傾く。磁界強度は電流値の影響を受け得る。
 検出用磁界測定部6aは、設定された配向方向に対して第1の検出軸D1が平行であるように配置されるので、設定された配向方向に沿った検出用磁界強度(M1)を取得する。従って、導電性繊維SEの配向に乱れがない場合には、磁界Mは設定された配向方向に対して直交であるので、検出用磁界強度(M1)はゼロである。一方、導電性繊維SEの配向に乱れがある場合には、磁界Mは設定された配向方向に対して傾くので、検出用磁界強度(M1)は所定値である。すなわち、検出用磁界強度(M1)を取得するステップT4aによれば、導電性繊維SEの配向の乱れに起因する影響と電流値の影響とが含まれた検出用磁界強度(M1)が得られる。
 補正用磁界測定部6bは、第2の検出軸D2が設定された配向方向に対して交差するように配置されるので、設定された配向方向に交差する方向に沿った補正用磁界強度(M2)を取得する。補正用磁界強度(M2)は、電流値に比例する。すなわち、補正用磁界強度(M2)を取得するステップT4bによれば、電流値の影響が含まれた補正用磁界強度(M2)が得られる。
 蛇行に関する検査を行うステップT10では、補正用磁界強度(M2)を用いて補正係数(a)を取得する。補正係数(a)は、検出用磁界強度(M1)に含まれた電流値の影響を低減する。従って、補正係数(a)を用いて検出用磁界強度(M1)を補正することにより、検出用磁界強度(M1)に含まれた電流値の影響が低減される。従って、ステップT10によれば、導電性繊維SEの配向の乱れを確実に検出できる。
 本開示に係る検査方法と検査装置の作用効果について、実施例を示しつつさらに説明する。しかし、本開示に係る検査方法及び検査装置は、以下の実施例に限定されるものではない。
 実施例では、図6に示されるように、意図的に蛇行を導入した試験体Sを準備した。試験体Sは、導電性複合材料からなる。試験体Sは、縦(X軸方向)が298mmであり幅(Y軸方向)が235mmである板状をなす。試験体Sは、縦方向における略中央近傍に幅方向に延在する蛇行導入部21を有する。蛇行導入部21は、第1の領域21aと第2の領域21bとを有する。第1の領域21aは、幅が90mmである。第1の領域21aは、蛇行が導入された複数のプリプレグを含む。第2の領域21bは、幅が145mmである。第2の領域21bは、蛇行が導入されたプリプレグが第1の領域21aよりも少ない。試験体Sにおける検査範囲22は、矩形状である。具体的には、試験体Sにおける検査範囲22は、縦が270mmであり、幅が235mmである。第1の領域21aを縦方向に挟み込むように、一対の電極9を取り付けた。電極9の長さは、幅方向において100mmである。
 実施例では、磁界センサとしてX軸とY軸の2方向に感知軸を持つAMRセンサを用いた。試験体Sに供給する電流Eは、周波数を100kHzとした。磁界センサは、図5に示されるような軌跡に沿って走査させた。走査速度は50mm/secである。縦方向(X軸方向)のスキャンピッチは0.5mmである。幅方向(Y軸方向)の記録ピッチは1.0mmである。
 図7の(a)部は、電流値に比例する第2の磁界強度の分布を示す。色の濃淡は電流値の高低に対応する。図7の(b)部は、検出用磁界強度(M1)の分布を示す。図7の(a)部に示されるように、電流値は、試験体Sの幅方向(Y軸方向)に沿って変化していることがわかった。電流値の変化に対応するように、図7の(b)部に示される検出用磁界強度(M1)も試験体Sの幅方向(Y軸方向)に沿って変化していることがわかった(領域K4参照)。
 図8の(a)部は、図7の(b)部に示された検出用磁界強度(M1)を、本開示に係る検査方法を用いて補正した結果を示す。すなわち、図8の(a)部は、補正後の検出用磁界強度(M3)を示す。図8の(a)部に示されるように、蛇行の存在を示す磁界の変化部分(領域K4A)において、幅方向(Y軸方向)に沿った変化が抑制されていることがわかる。図8の(b)部において、グラフG1は、図7の(b)部の領域K4における補正前の検出用磁界強度(M1)の分布を示す。グラフG2は、図8の(a)部の領域K4Aにおける補正後の検出用磁界強度(M3)の分布を示す。図8の(b)部において、横軸は試験体Sの幅方向に対応する。縦軸は正規化された振幅に対応する。補正前のグラフG1を確認すると、試験体Sの幅方向(Y軸方向)に沿って振幅が減少していることがわかった。振幅の減少は、電流値の分布に対応する。一方、補正後のグラフG2を確認すると、幅方向(Y軸方向)に沿った振幅の傾きが抑制されていることがわかった。従って、電流値の影響が抑制されていることわかった。
 本開示は、上述した実施形態に限定されるものではない。
 上述した実施形態の試験体Sでは、繊維配向方向が互いに90°だけ異なる複数枚のプリプレグ(S1,S3,…,Sn-1),(S2,S4,…,Sn)が交互に積層されていた。例えば、試験体では、繊維配向方向がプラスマイナス45°である複数枚のプリプレグが交互に積層されてもよい。試験体Sは、繊維配向方向がすべて同じ方向である複数枚のプリプレグが積層されてもよい。
 上記検査方法では、試験体Sの全領域における強度を取得した後に、強度の処理を行った。例えば、検査方法では、1個の強度履歴を取得するごとに検査処理を実行してもよい。換言すると、強度の取得と強度の処理とを構成する個々の処理は、所望の順番で組み合わせてよい。
 本開示に係る導電性複合材料の検査方法及び検査装置によれば、導電性繊維の配向の乱れを確実に検出できる。
1 繊維蛇行検査装置
2 ステージ
3 ドライバ
4 電流印加装置
6 磁界センサ
6a 検出用磁界測定部(第1の磁界測定部)
6b 補正用磁界測定部(第2の磁界測定部)
7 コンピュータ(データ処理部)
8 ロックインアンプ
9 電極
11 主制御部
12 入出力部
13 信号処理部
14 メモリ
11a 表示制御部
11c ステージ制御部
11b 電流制御部
12a デジタイザ
12b コントローラ
13a フィルタ処理部
13b 平均強度取得部
13c 基準強度取得部
13d 補正係数取得部
13e 信号補正部
13f 蛇行検査部
B 設定配向方向
C 実配向方向
D1 第1の検出軸
D2 第2の検出軸
E 電流
Hm 平均値
Href 基準強度
M 磁界
M1 検出用磁界強度(第1の磁界強度)
M2 補正用磁界強度(第2の磁界強度)
M3 補正後の検出用磁界強度
S 試験体
Sa 主面
SE 導電性繊維
Sb 一端
Sc 他端

Claims (5)

  1.  導電性繊維を含む導電性複合材料の検査方法であって、
     第1の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第1の磁界測定部を、前記導電性複合材料を含む試験体の主面と対向する位置において前記第1の検出軸が前記導電性繊維の設定された配向方向と平行になるように配置するステップと、
     第2の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得する第2の磁界測定部を、前記試験体の主面と対向する位置において前記第2の検出軸が前記導電性繊維の設定された配向方向と交差するように配置するステップと、
     前記導電性繊維を介して前記試験体の一端と他端との間に電流を印加するステップと、
     前記主面に対して前記第1の磁界測定部を相対的に移動させながら、前記第1の磁界測定部から出力される第1の磁界強度を取得するステップと、
     前記主面に対して前記第2の磁界測定部を相対的に移動させながら、前記第2の磁界測定部から出力される第2の磁界強度を取得するステップと、
     前記第1の磁界強度と前記第2の磁界強度とを利用して、前記導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を有し、
     前記導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップは、
     前記第2の磁界強度を利用して、前記第1の磁界強度を補正するための補正係数を取得するステップと、
     前記補正係数を利用して、補正された前記第1の磁界強度を取得するステップと、
     補正された前記第1の磁界強度を利用して、前記導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するステップと、を含む導電性複合材料の検査方法。
  2.  前記補正係数を取得するステップは、
     前記第2の磁界強度の平均値を取得するステップと、
     前記第2の磁界強度及び前記平均値を利用して、前記補正係数を算出するステップと、
    を含む、請求項1に記載の導電性複合材料の検査方法。
  3.  前記補正された前記第1の磁界強度を取得するステップは、
     前記第1の磁界強度を前記補正係数によって除算する、請求項1に記載の導電性複合材料の検査方法。
  4.  前記補正された前記第1の磁界強度を取得するステップは、
     前記第1の磁界強度を前記補正係数によって除算する、請求項2に記載の導電性複合材料の検査方法。
  5.  導電性繊維を含む導電性複合材料の検査装置であって、
     第1の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得すると共に、前記導電性複合材料を含む試験体の主面と対向する位置において前記第1の検出軸が前記導電性繊維の設定された配向方向と平行になるように配置される第1の磁界測定部と、
     第2の検出軸に沿った方向の磁界強度を取得すると共に、前記試験体の主面と対向する位置において前記第2の検出軸が前記導電性繊維の設定された配向方向と交差するように配置される第2の磁界測定部と、
     前記導電性繊維を介して前記試験体の一端と他端との間に電流を印加する電流印加部と、
     前記主面に対して前記第1の磁界測定部及び前記第2の磁界測定部を相対的に移動させる移動機構部と、
     前記第1の磁界測定部から出力される第1の磁界強度と前記第2の磁界測定部から出力される第2の磁界強度とを利用して、前記導電性繊維の配向が乱れている部分を検出するデータ処理部と、を備え、
     前記データ処理部は、
     前記第2の磁界強度を利用して、前記第1の磁界強度を補正するための補正係数を取得する補正係数取得部と、
     前記補正係数を利用して、補正された前記第1の磁界強度を取得する信号補正部と、
     補正された前記第1の磁界強度を利用して、前記導電性繊維の配向が乱れている部分を検出する蛇行検査部と、を含む、導電性複合材料の検査装置。
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