JP2018004297A - ランダムマットの配向測定装置および配向測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、強化繊維束からなるランダムマットの配向を測定するに際して、繊維束が重なることにより繊維束同士の境界が明瞭でないランダムマットから、繊維束の形状抽出と、ランダムマット内の繊維束の配向を、静止状態または生産ライン上において、簡易な方法と装置で測定することができる強化繊維束からなるランダムマットの配向測定装置および配向測定方法を提供する。【解決手段】本発明のランダムマットの配向測定装置は、強化繊維束からなるランダムマットの垂直線上に設置されたカメラと、照射光を前記のランダムマット面に対して鋭角に、および前記のカメラの光軸と前記のランダムマットの交点を中心として前記のランダムマット面内の円周上の複数個所で照射するように設置された横方向への拡散を防ぐ機構を持つ光源と、前記の反射光の強度から強化繊維束の配向特性を算出する機構からなるランダムマットの配向測定装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、特に、強化繊維束からなるランダムマットの配向を測定するに際して、強化繊維束が重なることにより強化繊維束同士の境界が明瞭でないランダムマットから、強化繊維束の形状抽出と、ランダムマット内の強化繊維束の配向を、簡易な方法と装置で成立できる、繊維強化束からなるランダムマットの配向測定装置および配向測定方法に関するものである。

高品位な強化繊維からなるランダムマットを製造するためには、静止または製造工程中にある強化繊維からなるランダムマットの繊維束の配向特性を測定する必要がある。

強化繊維からなるランダムマットの配向特性を透過光から測定する手法として、直線偏光の偏光透過率の偏光方向に対する角度依存性を測定する手法が提案されている（特許文献１参照。）。この技術では、測定光として波長１〜６．５μｍ前後の赤外光を含む直線偏光光束を試料に照射する光源と、試料透過光の強度を検出する検出器と、光路上で試料の前段または後段に配置された偏光素子と、試料および該その偏光素子を透過した光の強度を検出する手段を備え、繊維配向性のオンライン測定が可能となる。

また、強化繊維ランダムマットの配向特性を反射光から測定する手法として、ランダムマットの直上から検出光を照射し、ランダムマットの周囲に配置した受光部での光の強度を測定する手法が提案されている（特許文献２参照。）。この技術では、ランダムマットに対して、垂直に無偏光を照射し、ランダムマット面に平行な面と入射光軸との交点を中心とする平行な面内の円周上の少なくとも８箇所において、ランダムマットによって反射した光を順次に補足し、その反射強度から繊維配向特性を算出することが可能となる。

また別に、強化繊維ランダムマットの配向特性を画像解析から測定する手法が提案されている（特許文献３参照。）。この技術では、ランダムマットの画像を二値化し、輪郭を抽出し、繊維配向を算出することが可能となる。

特開平７−２４３１８７号公報 特開２００２−２１２８９１号公報 特開２０１３−１７８２３４号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている透過光を用いる技術においては、ランダムマットの肉厚が、光が透過できるほど薄肉な物である必要があり、炭素繊維を例とする強化繊維からなるランダムマットには適用が困難であるという課題があった。

また、特許文献２で提案されている反射光を用いる技術においては、ランダムマット全体の配向特性を算出することができるが、ランダムマット内における強化繊維束の分布と配向を測定することができないという課題があった。

また、特許文献３で提案されている画像解析を用いる技術においては、強化繊維束同士の境界が明瞭で、強化繊維束が重なり合わないサンプルでないと、輪郭を抽出できないという課題があった。

そこで本発明の目的は、強化繊維束からなるランダムマットの配向を測定するに際して、強化繊維束が重なることにより繊維束同士の境界が明瞭でないランダムマットから、強化繊維束の形状抽出と、ランダムマット内の繊維束の配向を、静止状態または生産ライン上において、簡易な方法と装置で測定することができる、強化繊維束からなるランダムマットの配向測定装置および配向測定方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を達成せんとするものであって、本発明のランダムマットの配向測定装置は、強化繊維束からなるランダムマットの垂直線上に設置されたカメラと、照射光を前記のランダムマット面に対して鋭角に、および前記のカメラの光軸と前記のランダムマットの交点を中心として前記のランダムマット面内の円周上の複数個所で照射するように設置された横方向への拡散を防ぐ機構を持つ光源と、前記の反射光の強度から強化繊維束の配向特性を算出する機構からなるランダムマットの配向測定装置である。

本発明のランダムマットの配向測定装置の好ましい態様によれば、前記の照射光の入射角度は、５度から６０度である。

本発明のランダムマットの配向測定装置の好ましい態様によれば、前記の照射光を照射する光源は、平行光源である。

また、本発明のランダムマットの配向測定方法は、強化繊維束からなるランダムマットの配向測定法において、前記のランダムマットの垂直線上にあるカメラで画像を取得する際に、横方向への拡散を防ぐ機構を持つ照射源からの照射光を前記のランダムマット面に対して鋭角に、および前記のカメラの光軸と前記のランダムマットの交点を中心として前記のランダムマット面内の円周上の複数個所で照射し、前記の反射光の強度から前記の強化繊維束の配向特性を算出することを特徴とするランダムマットの配向測定方法である。

本発明のランダムマットの配向測定方法の好ましい態様によれば、前記の照射光の入射角度は、５度から６０度である。

本発明のランダムマットの配向測定方法の好ましい態様によれば、前記の照射光を照射する光源は、平行光源である。

本発明によれば、強化繊維束からなるランダムマットの配向を測定するに際して、繊維束が重なることにより繊維束同士の境界が明瞭でないランダムマットから、強化繊維束の形状抽出と、ランダムマット内の繊維束の配向を、静止状態または生産ライン上において、簡易な方法と装置で測定することができる、強化繊維束からなるランダムマットの配向測定装置と配向測定方法が提供される。

本発明に係るランダムマットの配向測定装置および配向測定方法を用いることにより、高品位なランダムマットを製造する条件を見出すことができる。また、製造装置内に、ランダムマットの配向測定装置を組み込んだ上で、フィードバック制御をすることで、高品位なランダムマットを製造することができる。

図１は、本発明の一実施態様に係るランダムマットの配向測定装置を示す概略斜視図である。 図２は、図１に示すランダムマットの配向測定装置における、（ａ）概略正面図と（ｂ）概略断面図である。 図３は、図１に示すランダムマットの配向測定装置における装置の立体構成の一例の概略図であり、それぞれ、（ａ）概略斜視図、（ｂ）概略正面図および（c）概略上面図である。

次に、本発明のランダムマットの配向測定装置と配向測定方法について、望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。

本発明のランダムマットの配向測定装置は、強化繊維束からなるランダムマットの垂直線上に設置されたカメラと、照射光を前記のランダムマット面に対して鋭角に、および前記のカメラの光軸と前記のランダムマットの交点を中心として前記のランダムマット面内の円周上の複数個所で照射するように設置された横方向への拡散を防ぐ機構を持つ光源と、前記の反射光の強度から強化繊維束の配向特性を算出する機構からなるランダムマットの配向測定装置である。

まず、本発明の第１の実施態様について、図１〜３を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施態様に係るランダムマットの配向測定装置の概略斜視図を示しており、図２の（ａ）は、図１に示すランダムマットの配向測定装置における正面図を示しており、図２の（ｂ）は、図２の（ａ）の断面図を示している。また、図３は、図１に示すランダムマットの配向測定装置における立体構成の一例を示す概略図である。

図１と図２において、ランダムマットの配向測定装置は、画像測定装置１と、照射口２１を有する光源２と、ランダムマット３と、検査台４で構成されている。

本発明において、画像測定装置１は、ランダムマット３の強化繊維束を適切に観測し、特定の配向に対するランダムマット３の反射強度を測定できれば、特に機構および形態を限定するものではない。例えば、画像取得にはエリアカメラやラインカメラなどを採用することができる。取得した画像を二値化し、二値比を取ることにより、反射光の強度値を算出することができる。この反射光の強度値を照射角度ごとに取得し、強度値の比から、配向特性を演算することができる。

本発明において、光源２は、ランダムマット３の面と画像測定装置１の間の空間に配置されて、ランダムマット３を一方向から照射することができる。例えば、図３の（ｂ）に示すように、光源２の照射口２１は、ランダムマット３を斜め上方３０度から照射できるように空間に配置され、また、図３の（ｃ）に示すようにランダムマット３の面に平行にランダムマット３の中心から４５度刻みに配置することができる。

図３の（ｂ）で示した、ランダムマット３の面と照射光軸が成す角度は、５度から６０度であることが好ましく、１０度から３０度であることがより好ましい態様である。図３の（ｃ）で示した、光源２の照射口２１は、例えば、上面からランダムマット３の面に投射したときに、画像測定装置１の光軸を中心に、複数の照射口２１を同心円上に配置することができる。例えば４５度刻みに配置した場合、照射口２１は８個となる。また、例えば、一つの照射口２１を同心円上で移動できる構成にすることもできる。光源２は、ランダムマット３を一方向から照射することができれば、特に機構および形態を限定するものではないが、平行光源であることがより好ましい態様である。また、横方向への拡散を防ぐために、ライトコントロールフィルム等の機構を備えることも好ましい態様である。

本発明において、ランダムマット３は、特に材料および形態を限定しない。強化繊維束を構成する強化繊維としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、およびケブラー繊維等を例示することができる。強化繊維束を構成する単繊維本数は、特に限定しないが、０．３ｋ（＝０．３×１０^３＝３００）本から５ｋ（＝５×１０^３＝５，０００）本程度が望ましく、強化繊維束の幅は０．０５ｍｍから５ｍｍが好ましく、強化繊維束の平均繊維長は３ｍｍから１００ｍｍが好ましい。ランダムマット３は、強化繊維束からなるマットであり、強化繊維束を堆積することで、作成することもできる。

本発明において、検査台４は、必要な強度と剛性があれば特に材料および形態を限定するものではない。図１〜３で示される本発明の実施態様では、検査台４は平面状のプレートである。

次に、本発明に係るランダムマットの配向測定方法について、光源２に着目しながら説明する。

本発明のランダムマットの配向測定方法は、強化繊維束からなるランダムマットの配向測定法において、前記のランダムマットの垂直線上にあるカメラで画像を取得する際に、照射光を前記のランダムマット面に対して鋭角に、および前記のカメラの光軸と前記のランダムマットの交点を中心として前記のランダムマット面内の円周上の複数個所で照射し、前記の反射光の強度から前記の強化繊維束の配向特性を算出するランダムマットの配向測定方法である。

最初に、ランダムマット３を準備する。図１に示すように、ランダムマット３を検査台４上に配置する。このとき、画像測定装置１の測定範囲内に収まるように、ランダムマット３を配置する。

次に、光源２に複数存在する照射口２１のうちの一つから照射光を照射し、照射光に対するランダムマット３の反射光を、画像測定装置１で測定する。このとき、取得した画像を二値化し、二値比を取ることにより、反射光の強度値を算出することができる。また、このとき、照射光の角度に対して、垂直方向に存在する強化繊維束が特異的に反射するため、強化繊維束の角度と反射光の強度を一セットのデータとし、外部の記憶装置等に記憶させる。この際、画像測定装置１に、光源２由来の反射光のみが導入されるように、ランダムマットの配向測定装置全体が暗室に設置されていることが望ましい態様である。

同様に、残りの照射口２１のうちの一つから照射光を照射させ、強化繊維束の角度と反射光の強度のデータを取得する一連の作業を繰り返す。すべてのデータを取得した後、角度と強度の関係をまとめ、ランダムマット３の配向特性とする。

１ ：画像測定装置
２ ：光源
２１：照射口
３ ：ランダムマット
４ ：検査台

Claims (6)

1. 強化繊維束からなるランダムマットの配向測定法において、前記ランダムマットの垂直線上にあるカメラで画像を取得する際に、横方向への拡散を防ぐ機構を持つ照射源からの照射光を前記ランダムマット面に対して鋭角に、および前記カメラの光軸と前記ランダムマットの交点を中心として前記ランダムマット面内の円周上の複数個所で照射し、前記反射光の強度から前記強化繊維束の配向特性を算出することを特徴とするランダムマットの配向測定方法。
2. 照射光の入射角度が、５度から６０度であることを特徴とする請求項１記載のランダムマットの配向測定方法。
3. 照射光を照射する光源が、平行光源であることを特徴とする請求項１または２記載のランダムマットの配向測定方法。
4. 強化繊維束からなるランダムマットの垂直線上に設置されたカメラと、照射光を前記ランダムマット面に対して鋭角に、および前記カメラの光軸と前記ランダムマットの交点を中心として前記ランダムマット面内の円周上の複数個所で入射するように設置された横方向への拡散を防ぐ機構を持つ光源と、前記反射光の強度から強化繊維束の配向特性を算出する機構からなることを特徴とするランダムマットの配向測定装置。
5. 照射光の入射角度が、５度から６０度であることを特徴とする請求項４記載のランダムマットの配向測定装置。
6. 照射光を照射する光源が、平行光源であることを特徴とする請求項４または５記載のランダムマットの配向測定装置。