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JP7090262B2 - Delamination detector and method - Google Patents
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Description

本発明は、炭素繊維強化プラスチックの層間はく離検出装置と方法に関する。 The present invention relates to a delamination detection device and a method for carbon fiber reinforced plastic.

炭素繊維強化プラスチック(CFRP)は軽量かつ高強度,高剛性を有する材料である。そのため、CFRPは、自動車,航空宇宙機器などの構造材料として広く用いられている。
しかし、CFRPは、衝撃などにより層間はく離が発生する。層間はく離は、目視による判別が困難であり非破壊検査により検出する必要がある。
Carbon fiber reinforced plastic (CFRP) is a lightweight, high-strength, high-rigidity material. Therefore, CFRP is widely used as a structural material for automobiles, aerospace equipment, and the like.
However, in CFRP, delamination occurs due to impact or the like. Delamination between layers is difficult to distinguish visually and must be detected by non-destructive inspection.

CFRPの非破壊検査手段として、超音波探傷試験の基本的な試験法である垂直探傷法が、層間はく離の検出に広く適用されている。
垂直探傷法は、CFRP表面に塗布した水やゲルなどの接触媒質(カプラント)を介して超音波を材料中に入射し、はく離箇所からの反射波を測定することで層間はく離を検出する。また、反射波の強度分布を表示したCスキャン画像からはく離を可視化することができる。
しかし、垂直探傷法には、以下の問題点があった。
(1)CFRP表面に塗布する接触媒質が不可欠である。(2)接触媒質の後処理(乾燥、ふき取り)が必要となる。(3)CFRPを水没させて検査する際に大型の水槽が必要になる。(4)CFRPの表面近傍のはく離箇所の検出が困難である。(5)薄板のCFRPへの適用が困難である。
As a non-destructive inspection means for CFRP, the vertical flaw detection method, which is a basic test method for ultrasonic flaw detection tests, is widely applied to detect delamination.
In the vertical flaw detection method, ultrasonic waves are incident on a material through a contact medium (kaplant) such as water or gel coated on the CFRP surface, and the peeling between layers is detected by measuring the reflected wave from the peeling point. In addition, the peeling can be visualized from the C-scan image displaying the intensity distribution of the reflected wave.
However, the vertical flaw detection method has the following problems.
(1) A contact medium to be applied to the CFRP surface is indispensable. (2) Post-treatment (drying, wiping) of the contact medium is required. (3) A large water tank is required when inspecting CFRP by submerging it in water. (4) It is difficult to detect the peeled part near the surface of CFRP. (5) It is difficult to apply thin plates to CFRP.

そこで、これらの問題点のない渦電流を用いた検査手段(渦電流探傷試験法)の適用が要望されていた。渦電流探傷試験法は、例えば、特許文献1に開示されている。 Therefore, there has been a demand for the application of an inspection means (eddy current flaw detection test method) using an eddy current that does not have these problems. The eddy current flaw detection test method is disclosed in, for example, Patent Document 1.

特許文献1の「炭素繊維強化プラスチックの剥離欠陥検査方法」は、繊維方向が異なる隣接するCFRPのプライ間の剥離欠陥を、各プライの繊維方向に電流を流しプライ間の繊維の接触度合の差異に基づくインピーダンス変化により検出する、ものである。 In the "method for inspecting peeling defects of carbon fiber reinforced plastic" of Patent Document 1, a peeling defect between adjacent CFRP plies having different fiber directions is passed a current in the fiber direction of each ply, and the difference in the degree of contact between the plies is different. It is detected by the impedance change based on.

特開平9-72884号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-72884

しかし、特許文献1の検査方法の場合、渦電流センサの信号が健全部でも大きくばらつき、層間はく離部が健全部と判別しにくい問題点があった。 However, in the case of the inspection method of Patent Document 1, there is a problem that the signal of the eddy current sensor varies greatly even in the sound part, and it is difficult to distinguish the delaminated part from the sound part.

CFRPに対する渦電流探傷試験において健全部でも信号変化が生じるのはCFRP内の導電性のばらつきのためである。CFRP単層の導電率は繊維方向,繊維直交方向,厚さ方向の3方向の導電率により記述される。繊維方向の導電率は比較的ばらつきが小さいものの、繊維直交方向および厚さ方向の導電率は繊維の接触状態によって変化するためばらつきが大きい。CFRP内の渦電流分布は繊維方向の導電率だけでなく、繊維直交方向と厚さ方向の導電率にも影響を受けるため、健全部においても信号が大きくばらつくことになる。 In the eddy current flaw detection test for CFRP, the signal change occurs even in the sound part because of the variation in conductivity in CFRP. The conductivity of a CFRP single layer is described by the conductivity in three directions: fiber direction, fiber orthogonal direction, and thickness direction. Although the conductivity in the fiber direction has a relatively small variation, the conductivity in the fiber orthogonal direction and the thickness direction changes depending on the contact state of the fiber, so that the variation is large. Since the eddy current distribution in the CFRP is affected not only by the conductivity in the fiber direction but also by the conductivity in the fiber orthogonal direction and the thickness direction, the signal will vary greatly even in the sound part.

そのため、CFRPの層間はく離を検出するために、層間はく離の検出感度に優れた試験手段が強く求められていた。 Therefore, in order to detect delamination of CFRP, there has been a strong demand for a test means having excellent sensitivity for detecting delamination.

本発明は上述した要望を満たすために創案されたものである。すなわち本発明の目的は、超音波探傷試験法の問題点を解消でき、かつ高い検出感度で炭素繊維強化プラスチックの層間はく離を検出することができる層間はく離検出装置と方法を提供することにある。 The present invention has been devised to satisfy the above-mentioned demands. That is, an object of the present invention is to provide an interlayer peeling detection device and a method capable of solving the problems of an ultrasonic flaw detection test method and detecting interlayer peeling of carbon fiber reinforced plastic with high detection sensitivity.

本発明によれば、第1軸心を有する励磁コイルと、第2軸心を有する検出コイルと、
前記第1軸心に対し前記第2軸心を平行に位置決めして前記励磁コイルと前記検出コイルを保持し、かつ炭素繊維強化プラスチック板の表面に対し前記第1軸心と前記第2軸心を含む平面を平行に位置決めする渦電流プローブと、
前記励磁コイルに励磁交流電圧を印加して前記検出コイルに発生する発生交流電圧を検出する発生電圧検出装置と、を備えた層間はく離検出装置が提供される。
According to the present invention, an exciting coil having a first axis and a detection coil having a second axis.
The second axis is positioned parallel to the first axis to hold the excitation coil and the detection coil, and the first axis and the second axis are relative to the surface of the carbon fiber reinforced plastic plate. An eddy current probe that positions the plane in parallel, including
Provided is an interlayer delamination detecting device including a generated voltage detecting device for applying an exciting AC voltage to the exciting coil to detect the generated AC voltage generated in the detection coil.

また本発明によれば、第1軸心を有する励磁コイルと、第2軸心を有する検出コイルと、を準備し、
前記第1軸心に対し前記第2軸心を平行に位置決めして前記励磁コイルと前記検出コイルを保持し、かつ炭素繊維強化プラスチック板の表面に対し前記第1軸心と前記第2軸心を含む平面を平行に位置決めし、
前記励磁コイルに励磁交流電圧を印加して前記検出コイルに発生する発生交流電圧を検出する、層間はく離検出方法が提供される。
Further, according to the present invention, an exciting coil having a first axis and a detection coil having a second axis are prepared.
The second axis is positioned parallel to the first axis to hold the excitation coil and the detection coil, and the first axis and the second axis are relative to the surface of the carbon fiber reinforced plastic plate. Position the planes containing in parallel,
Provided is a method for detecting delamination by applying an exciting AC voltage to the exciting coil to detect the generated AC voltage generated in the detection coil.

本発明によれば、炭素繊維強化プラスチック板の表面に励磁コイルと検出コイルを位置決めし、励磁コイルに励磁交流電圧を印加して検出コイルに発生する発生交流電圧を検出する。
また、本発明により高い検出感度で炭素繊維強化プラスチック板の層間はく離を検出することができる、ことが後述する実施例により確認された。
According to the present invention, the exciting coil and the detection coil are positioned on the surface of the carbon fiber reinforced plastic plate, and the exciting AC voltage is applied to the exciting coil to detect the generated AC voltage generated in the detection coil.
Further, it was confirmed by the examples described later that the delamination between the carbon fiber reinforced plastic plates can be detected with high detection sensitivity according to the present invention.

本発明による第1実施形態の層間はく離検出装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the interlayer peeling detection apparatus of 1st Embodiment by this invention. 本発明による第2実施形態の層間はく離検出装置の全体構成図である。It is an overall block diagram of the interlayer peeling detection apparatus of 2nd Embodiment by this invention. 本発明による層間はく離検出方法の全体フロー図である。It is the whole flow figure of the layer separation detection method by this invention. 解析モデルの説明図である。It is explanatory drawing of the analysis model. CFRP板における渦電流分布を示す図である。It is a figure which shows the eddy current distribution in a CFRP plate. はく離部の中心が(10,0)の位置にある場合の渦電流分布の実数部を示す図である。It is a figure which shows the real part of the eddy current distribution when the center of the peeling part is at the position (10,0). 種々の磁界検出位置Xpに対する、はく離部Bの中心座標xdと磁界偏差ΔHyの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the center coordinate xd of the peeling part B, and the magnetic field deviation ΔHy with respect to various magnetic field detection positions Xp. 実験方法の概略図である。It is a schematic diagram of an experimental method. 第2試験体に対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。It is the eddy current test result in the case of d = 17 mm with respect to the 2nd test body. 第1試験体に対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。It is the eddy current test result in the case of d = 17 mm with respect to the 1st test body. d=17mmであり、はく離部Bが6層目と7層目の間にある場合の検出信号分布を示す図である。It is a figure which shows the detection signal distribution in the case where d = 17 mm, and the peeling part B is between the 6th layer and the 7th layer. 第3試験体に対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。It is the eddy current test result in the case of d = 17 mm with respect to the 3rd test body.

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the same reference numerals are given to the common parts in each figure, and duplicate description is omitted.

図1は、本発明による第1実施形態の層間はく離検出装置10の全体構成図である。
この図において、試験体1は、炭素繊維強化プラスチック板(以下、単にCFRP板1と呼ぶ)であり、複数のプライ数を有する。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of the interlayer peeling detection device 10 according to the first embodiment of the present invention.
In this figure, the test piece 1 is a carbon fiber reinforced plastic plate (hereinafter, simply referred to as CFRP plate 1) and has a plurality of plies.

本発明の層間はく離検出装置10は、励磁コイル12、検出コイル14、渦電流プローブ16、及び発生電圧検出装置18を備える。 The delamination detection device 10 of the present invention includes an excitation coil 12, a detection coil 14, an eddy current probe 16, and a generated voltage detection device 18.

励磁コイル12は第1軸心A1を有し、検出コイル14は第2軸心A2を有する。励磁コイル12と検出コイル14は、好ましくは正方形タンジェンシャルコイルである。 The exciting coil 12 has a first axis A1 and the detection coil 14 has a second axis A2. The excitation coil 12 and the detection coil 14 are preferably square tangential coils.

渦電流プローブ16は、第1軸心A1に対し第2軸心A2を平行に位置決めして励磁コイル12と検出コイル14を保持する。また、渦電流プローブ16は、CFRP板1の表面2に対し第1軸心A1と第2軸心A2を含む平面を平行に位置決めする。
この場合、励磁コイル12及び検出コイル14の外面(この図で下面)とCFRP板1の表面2に、一定の隙間(リフトオフe)が形成される。リフトオフeは、後述する実施例では0.5~1.0mmである。
渦電流プローブ16は、非導電体(例えば、プラスチック等)であることが好ましい。
The eddy current probe 16 positions the second axis A2 in parallel with the first axis A1 to hold the excitation coil 12 and the detection coil 14. Further, the eddy current probe 16 positions the plane including the first axis A1 and the second axis A2 in parallel with the surface 2 of the CFRP plate 1.
In this case, a certain gap (lift-off e) is formed between the outer surface (lower surface in this figure) of the exciting coil 12 and the detection coil 14 and the surface 2 of the CFRP plate 1. The lift-off e is 0.5 to 1.0 mm in the examples described later.
The eddy current probe 16 is preferably a non-conductive material (eg, plastic or the like).

発生電圧検出装置18は、励磁コイル12に励磁交流電圧Vinを印加して検出コイル14に発生する発生交流電圧Voutを検出する。 The generated voltage detecting device 18 applies an exciting AC voltage Vin to the exciting coil 12 to detect the generated AC voltage Vout generated in the detection coil 14.

図1において、層間はく離検出装置10は、さらに画像処理装置20を備える。画像処理装置20は、例えばコンピュータ(PC)であり、入力装置(例えばキーボード)、出力装置(例えばプリンタ、ディスプレイ装置)、記憶装置、及び演算装置を有する。
画像処理装置20は、CFRP板1の表面2における発生交流電圧VoutのRMS値(root mean square:二乗平均平方根)の分布を検出する。また、画像処理装置20は、RMS値の強弱の特異箇所から層間はく離を検出する。
In FIG. 1, the interlayer peeling detection device 10 further includes an image processing device 20. The image processing device 20 is, for example, a computer (PC) and includes an input device (for example, a keyboard), an output device (for example, a printer, a display device), a storage device, and an arithmetic unit.
The image processing apparatus 20 detects the distribution of the RMS value (root mean square) of the generated AC voltage Vout on the surface 2 of the CFRP plate 1. Further, the image processing apparatus 20 detects delamination from a peculiar portion of strength and weakness of the RMS value.

図1において、渦電流プローブ16は、励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dを変更するコイル間隔調整装置22を有する。コイル間隔調整装置22は、CFRP板1の積層構成(例えばプライ数)に応じて、そのCFRP板1に適した軸間距離dに変更するために用いる。
この構成により、コイル間隔調整装置22により、軸間距離dを適切に選択することができる。
In FIG. 1, the eddy current probe 16 has a coil spacing adjusting device 22 that changes the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14. The coil spacing adjusting device 22 is used to change the inter-axis distance d suitable for the CFRP plate 1 according to the laminated structure (for example, the number of plies) of the CFRP plate 1.
With this configuration, the inter-axis distance d can be appropriately selected by the coil spacing adjusting device 22.

図2は、本発明による第2実施形態の層間はく離検出装置10の全体構成図である。
この例では、図1のコイル間隔調整装置22が省略され、これに代えて励磁コイル12から異なる軸間距離dを有する複数の検出コイル14を備える。
励磁コイル12からの3つの検出コイル14の軸間距離d1,d2,d3は、例えば9,17,25mmである。
その他の構成は、第1実施形態と同様である。
この構成により、複数の検出コイル14から1つを選択することで、軸間距離dを適切に選択することができる。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of the interlayer peeling detection device 10 according to the second embodiment of the present invention.
In this example, the coil spacing adjusting device 22 of FIG. 1 is omitted, and instead, a plurality of detection coils 14 having different inter-axis distances d from the exciting coil 12 are provided.
The distances d1, d2, and d3 between the axes of the three detection coils 14 from the excitation coil 12 are, for example, 9,17,25 mm.
Other configurations are the same as those of the first embodiment.
With this configuration, the inter-axis distance d can be appropriately selected by selecting one from the plurality of detection coils 14.

図3は、本発明による層間はく離検出方法の全体フロー図である。
この図において、本発明の層間はく離検出方法は、S1~S5の各ステップ(工程)を有する。
FIG. 3 is an overall flow chart of the interlayer peeling detection method according to the present invention.
In this figure, the interlayer peeling detection method of the present invention has each step (step) of S1 to S5.

コイル準備ステップS1では、第1軸心A1を有する励磁コイル12と、第2軸心A2を有する検出コイル14と、を準備する。
位置決めステップS2では、第1軸心A1に対し第2軸心A2を平行に位置決めして励磁コイル12と検出コイル14を保持し、かつ試験体1(CFRP板1)の表面2に対し第1軸心A1と第2軸心A2を含む平面を平行に位置決めする。
電圧検出ステップS3では、励磁コイル12に交流電圧Vinを印加して検出コイル14に発生する発生交流電圧Voutを検出する。
In the coil preparation step S1, the exciting coil 12 having the first axis A1 and the detection coil 14 having the second axis A2 are prepared.
In the positioning step S2, the second axis A2 is positioned in parallel with the first axis A1 to hold the excitation coil 12 and the detection coil 14, and the first is to the surface 2 of the test piece 1 (CFRP plate 1). The plane including the axis A1 and the second axis A2 is positioned in parallel.
In the voltage detection step S3, an AC voltage Vin is applied to the exciting coil 12 to detect the generated AC voltage Vout generated in the detection coil 14.

さらに分布検出ステップS4では、励磁コイル12と検出コイル14を軸間距離dを保持したまま移動して、試験体1(CFRP板1)の表面2における発生交流電圧VoutのRMS値の分布を検出する。
またはく離検出ステップS5では、RMS値の特異箇所から層間はく離を検出する。
Further, in the distribution detection step S4, the excitation coil 12 and the detection coil 14 are moved while maintaining the distance d between the axes, and the distribution of the RMS value of the generated AC voltage Vout on the surface 2 of the test body 1 (CFRP plate 1) is detected. do.
Alternatively, in the peeling detection step S5, stripping between layers is detected from a peculiar portion of the RMS value.

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.

(有限要素法解析)
FEM解析によりCFRP板内の電位と渦電流分布,磁界分布を調査し、はく離の存在によるそれらの変化を調査した。
図4は解析モデルの説明図であり、(A)は全体斜視図、(B)は励磁コイル12の正面図、(C)は励磁コイル12の側面図である。
(Finite element method analysis)
The potential, eddy current distribution, and magnetic field distribution in the CFRP plate were investigated by FEM analysis, and their changes due to the presence of peeling were investigated.
4A and 4B are explanatory views of an analysis model, FIG. 4A is an overall perspective view, FIG. 4B is a front view of the exciting coil 12, and FIG. 4C is a side view of the exciting coil 12.

この図は励磁コイル12(この例で、正方形タンジェンシャルコイル:eタイプコイル)がCFRP板1の上に配置されたモデルとなっている。CFRP板1のサイズは長さ100mm,幅80mm,厚さ1.25mmであり、積層構成は[0/90]sである。励磁コイル12は内部領域の長さ,幅,高さが5mmであり、CFRP板1の表面中心にリフトオフe(=1mm)で配置されている。
図中のx方向がCFRP板1の0°方向,y方向が90°方向,z方向が厚さ方向を表しており、z=0はCFRP板1の表面2である。この座標系の原点Oは表面2の励磁コイル12の真下である。
本解析ではCFRP板1の1層の厚さを0.3mmと仮定した。また層間はく離を模擬する場合は第1層(0°層)と第2層(90°層)の間に層間はく離があるものとした。
また、励磁コイル12の中心からx方向に検出距離pを隔てた点を磁界検出位置Xpと呼ぶ。磁界検出位置Xpの座標は(p,0,0)である。
This figure is a model in which the exciting coil 12 (in this example, a square tangential coil: e-type coil) is arranged on the CFRP plate 1. The size of the CFRP plate 1 is 100 mm in length, 80 mm in width, and 1.25 mm in thickness, and the laminated structure is [0/90] s. The exciting coil 12 has an internal region having a length, width, and height of 5 mm, and is arranged in a lift-off e (= 1 mm) at the center of the surface of the CFRP plate 1.
In the figure, the x direction represents the 0 ° direction of the CFRP plate 1, the y direction represents the 90 ° direction, and the z direction represents the thickness direction, and z = 0 is the surface 2 of the CFRP plate 1. The origin O of this coordinate system is directly below the exciting coil 12 on the surface 2.
In this analysis, the thickness of one layer of CFRP plate 1 was assumed to be 0.3 mm. Further, in the case of simulating the inter-story separation, it is assumed that there is an inter-story separation between the first layer (0 ° layer) and the second layer (90 ° layer).
Further, a point separated from the center of the exciting coil 12 in the x direction by a detection distance p is referred to as a magnetic field detection position Xp. The coordinates of the magnetic field detection position Xp are (p, 0, 0).

(はく離が無い場合の電磁場)
図5は、CFRP板1における渦電流分布を示す図である。この図において、(A)は第1層、(B)は第1層と第2層の層間、(C)は第2層の、それぞれ複素数平面で励磁電流を基準とした場合の渦電流分布の実数部を表している。
(Electromagnetic field when there is no peeling)
FIG. 5 is a diagram showing an eddy current distribution in the CFRP plate 1. In this figure, (A) is the first layer, (B) is the layer between the first layer and the second layer, and (C) is the second layer. Represents the real part of.

図5(A)(C)において、図中の点線矢印は電流の方向を示している。渦電流は第1層と第2層では繊維方向の高い導電性により繊維方向に沿って流れ、第1層と第2層の層間において厚さ方向に流れることで全体として“バタフライループ”を描くことがわかる。従って、層間の厚さ方向の導電は渦電流がループを描くのに重要な役割を担っていることがわかる。 In FIGS. 5A and 5C, the dotted arrow in the figure indicates the direction of the electric current. Eddy currents flow along the fiber direction in the first and second layers due to high conductivity in the fiber direction, and flow in the thickness direction between the first and second layers to form a "butterfly loop" as a whole. You can see that. Therefore, it can be seen that the conduction in the thickness direction between the layers plays an important role in the eddy current drawing a loop.

図5(B)において、実線で囲む領域は正の電流、破線で囲む領域は負の電流を示し、それぞれ線の太さで電流量の大きさを示している。
この図において、第1層と第2層の層間を厚さ方向に流れる電流量が大きい箇所(太線領域)は、別途計測した電位が大きい箇所と良く対応しており、電位勾配によって厚さ方向への電流が生じていることがわかる。従って、電位勾配が大きい箇所の近傍に層間はく離がある場合、厚さ方向への電流の流れが妨げられることになる。
In FIG. 5B, a region surrounded by a solid line indicates a positive current, a region surrounded by a broken line indicates a negative current, and the thickness of each line indicates the magnitude of the amount of current.
In this figure, the portion where the amount of current flowing in the thickness direction between the layers of the first layer and the second layer is large (thick line region) corresponds well to the portion where the potential measured separately is large, and the location in the thickness direction is determined by the potential gradient. It can be seen that the current to is generated. Therefore, if there is delamination between layers in the vicinity of a portion where the potential gradient is large, the flow of current in the thickness direction is obstructed.

(はく離がある場合の電磁場)
はく離を模擬する場合、第1層と第2層の層間のx方向,y方向の導電率はゼロであると仮定した。また、はく離部Bではz方向導電率も0とし、厚さ方向の渦電流の流れが0となるようにした。
その結果、電流は、はく離部Bを避けるようにして流れ、その電流量は、はく離の端部において大きくなることがわかった。
(Electromagnetic field when there is peeling)
When simulating peeling, it was assumed that the conductivity between the first layer and the second layer in the x-direction and the y-direction was zero. Further, in the peeling portion B, the z-direction conductivity is also set to 0, and the flow of the eddy current in the thickness direction is set to 0.
As a result, it was found that the current flows so as to avoid the peeling portion B, and the amount of the current increases at the peeling end portion.

図6は、20mm×20mmのはく離部Bの中心が(10,0)の位置にある場合の渦電流分布の実数部を示す図である。この図において、(A)は第1層のx方向電流密度、(B)は第2層のy方向電流密度の分布を表している。
図中の斜線部がはく離部Bである。また、実線で囲む領域は正の電流密度、破線で囲む領域は負の電流密度を示し、それぞれ線の太さで電流密度の大きさを示している。
この図から、はく離部Bを避けて第2層から第1層に電流が流れるために第2層では、はく離部Bの外側でy方向電流密度が大きくなっていることがわかる。第1層では、はく離部Bを避けた渦電流が流れるため、図6(A)の渦電流分布は、はく離部Bがある方向に伸長していることがわかる。
FIG. 6 is a diagram showing a real part of the eddy current distribution when the center of the peeling portion B of 20 mm × 20 mm is at the position (10, 0). In this figure, (A) shows the distribution of the current density in the x direction of the first layer, and (B) shows the distribution of the current density in the y direction of the second layer.
The shaded portion in the figure is the peeling portion B. The area surrounded by the solid line indicates the positive current density, the area surrounded by the broken line indicates the negative current density, and the thickness of the line indicates the magnitude of the current density.
From this figure, it can be seen that in the second layer, the current density in the y direction is large outside the peeling portion B because the current flows from the second layer to the first layer while avoiding the peeling portion B. Since the eddy current avoiding the peeling portion B flows in the first layer, it can be seen that the eddy current distribution in FIG. 6A extends in a certain direction.

磁界検出位置Xpによって、はく離部Bによる磁界変化量がどのように変化するかを調査した。磁界を検出する位置を図4の解析モデルに示す磁界検出位置Xpであるとする。はく離部Bの中心座標xdを変化させ、磁界検出位置Xpにおける磁界のy方向磁界分布Hyを算出した。算出したy方向磁界分布Hyとはく離が無い場合のy方向磁界分布Hyの差を磁界偏差ΔHyと定義する。 It was investigated how the amount of change in the magnetic field due to the peeling portion B changes depending on the magnetic field detection position Xp. It is assumed that the position where the magnetic field is detected is the magnetic field detection position Xp shown in the analysis model of FIG. The center coordinate xd of the peeling portion B was changed, and the magnetic field distribution Hy in the y direction of the magnetic field at the magnetic field detection position Xp was calculated. The difference between the calculated y-direction magnetic field distribution Hy and the y-direction magnetic field distribution Hy when there is no separation is defined as the magnetic field deviation ΔHy.

図7は種々の磁界検出位置Xpに対する、はく離部Bの中心座標xdと磁界偏差ΔHyの関係を示す図である。
この図から、磁界偏差ΔHとはく離部Bの中心座標xdの関係は磁界検出位置Xpによって大きく異なる。図7で磁界偏差ΔHyが最も大きくなるのは磁界検出位置Xp=20mmではく離部Bの中心座標xd=10mmの場合である。すなわち、励磁コイル12の中心から20mm離れた位置の磁界を測定するように検出コイル14を配置した渦電流センサを用いると、励磁コイル12と検出コイル14の間にはく離部Bがある場合に大きな信号変化が得られることになる。
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the center coordinate xd of the peeling portion B and the magnetic field deviation ΔHy with respect to various magnetic field detection positions Xp.
From this figure, the relationship between the magnetic field deviation ΔH and the center coordinate xd of the peeling portion B differs greatly depending on the magnetic field detection position Xp. In FIG. 7, the magnetic field deviation ΔHy becomes the largest when the magnetic field detection position Xp = 20 mm and the center coordinate xd = 10 mm of the separated portion B. That is, when an eddy current sensor in which the detection coil 14 is arranged so as to measure the magnetic field at a position 20 mm away from the center of the exciting coil 12 is used, it is large when there is a peeling portion B between the exciting coil 12 and the detection coil 14. A signal change will be obtained.

検出距離p=0,10mmの結果が示すように励磁コイル12と検出コイル14が近接して配置されたセンサを用いる場合、磁界偏差ΔHyの大きさはより小さく、はく離部Bに対する検出感度がより低くなってしまう。
励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dを大きくし過ぎた場合(例えば、検出距離p=35mm)も磁界偏差ΔHyの大きさは小さくなってしまい、はく離部Bに対する感度が低下する。以上の結果から、適切な磁界検出位置Xpを選択することで層間はく離に対する検出感度を向上できることが示された。
When a sensor in which the excitation coil 12 and the detection coil 14 are arranged close to each other is used as the result of the detection distance p = 0,10 mm, the magnitude of the magnetic field deviation ΔHy is smaller and the detection sensitivity to the peeling portion B is higher. It will be low.
When the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14 is made too large (for example, the detection distance p = 35 mm), the magnitude of the magnetic field deviation ΔHy becomes small, and the sensitivity to the peeled portion B decreases. From the above results, it was shown that the detection sensitivity to delamination can be improved by selecting an appropriate magnetic field detection position Xp.

(実験)
励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dを変えることで層間はく離の検出感度が変わるかを検証する実験を行った。
(experiment)
An experiment was conducted to verify whether the detection sensitivity of delamination changes by changing the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14.

図8は、実験方法の概略図である。この図において、(A)は励磁コイル12及び検出コイル14の斜視図、(B)は励磁コイル12及び検出コイル14のy軸方向から見た側面図である。
試験体1は8層のCFRP直交積層板であり、積層構成は[0/90]sである。図8(B)に示すように、0°方向にx軸,90°方向にy軸,厚さ方向にz軸を定義した。試験体1のサイズは長さ200mm,幅200mmである。この試験体1はプリプレグ(T700SC/2592)を積層し、プレス成形により作製した。
FIG. 8 is a schematic diagram of the experimental method. In this figure, (A) is a perspective view of the exciting coil 12 and the detection coil 14, and (B) is a side view of the exciting coil 12 and the detection coil 14 as viewed from the y-axis direction.
The test body 1 is an 8-layer CFRP orthogonal laminated board, and the laminated structure is [ 02/902 ] s . As shown in FIG. 8B, the x-axis is defined in the 0 ° direction, the y-axis is defined in the 90 ° direction, and the z-axis is defined in the thickness direction. The size of the test piece 1 is 200 mm in length and 200 mm in width. This test body 1 was prepared by laminating a prepreg (T700SC / 2592) and pressing.

はく離部Bの大きさの異なる3種の試験体1を準備した。
第1試験体1Aと第2試験体1Bは、それぞれ10mm×10mm、20mm×20mmのはく離部Bを有する。はく離部Bは積層板の第2層と第3層の0°-90°層間に厚さ50μmのポリイミドフィルムを積層時に挿入することで模擬した。このはく離部Bは積層板のxy平面内中央に挿入した。
第3試験体1Cは、積層板の端部にはく離部Bを有する試験片である。この端部のはく離部Bは積層板のy軸に平行な辺の中央にフィルムを挿入することで模擬した。このはく離部Bのサイズは40mm×40mmであり、フィルムは第2層と第3層の間に挿入した。
Three types of test bodies 1 having different sizes of the peeling portion B were prepared.
The first test body 1A and the second test body 1B have peeling portions B of 10 mm × 10 mm and 20 mm × 20 mm, respectively. The peeling portion B was simulated by inserting a polyimide film having a thickness of 50 μm between the 0 ° -90 ° layers of the second layer and the third layer of the laminated plate at the time of laminating. This peeling portion B was inserted in the center of the laminated plate in the xy plane.
The third test body 1C is a test piece having a peeling portion B at the end portion of the laminated plate. The peeling portion B at this end was simulated by inserting a film in the center of the side parallel to the y-axis of the laminated plate. The size of the peeling portion B was 40 mm × 40 mm, and the film was inserted between the second layer and the third layer.

励磁コイル12と検出コイル14はともに内部領域が5mm×5mm×5mmの30回巻きの正方形タンジェンシャルコイルを準備した。これら励磁コイル12と検出コイル14からなる渦電流プローブ16のリフトオフeは0.5mmとした。励磁コイル12の中心(第1軸心A1)と検出コイル14の中心(第2軸心A2)の軸間距離をdとし、軸間距離d=9,17,25mmの3通りについて実験を行った。 For both the exciting coil 12 and the detection coil 14, a 30-turn square tangential coil having an internal region of 5 mm × 5 mm × 5 mm was prepared. The lift-off e of the eddy current probe 16 including the exciting coil 12 and the detection coil 14 was set to 0.5 mm. Let d be the distance between the axes of the center of the exciting coil 12 (first axis A1) and the center of the detection coil 14 (second axis A2), and conduct experiments for three ways of distance d = 9,17,25 mm. rice field.

励磁コイル12には、波形発生器(AFG 3021C,Tektronix Inc.)から4MHzの交流電圧(励磁交流電圧Vin)を印加した。また、検出コイル14に発生する電圧(発生交流電圧Vout)はオシロスコープ(Picoscope5442B,Pico Technology)により測定した。CFRP板1のはく離部Bの周辺の63mm×63mmの領域を1mm間隔でスキャンし、発生交流電圧VoutのRMS値の分布を取得した。 An AC voltage of 4 MHz (excited AC voltage Vin) was applied to the exciting coil 12 from a waveform generator (AFG 3021C, Tektronix Inc.). The voltage generated in the detection coil 14 (generated AC voltage Vout) was measured with an oscilloscope (Picocospe5442B, Pico Technology). The 63 mm × 63 mm region around the peeled portion B of the CFRP plate 1 was scanned at 1 mm intervals to obtain the distribution of the RMS value of the generated AC voltage Vout.

図9は、第2試験体1Bに対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。
この図は、63mm×63mmの領域における発生交流電圧VoutのRMS値の分布を示している。なお、図中の斜線領域はサンプル内のはく離部Bである。また、図中の各座標は、検出コイル14の中心位置に相当する。
また、実線で囲む領域はRMS値の大きい部分、破線で囲む領域はRMS値の小さい部分を示し、それぞれ線の太さで大きさを示している。
FIG. 9 is an eddy current test result when d = 17 mm for the second test piece 1B.
This figure shows the distribution of the RMS value of the generated AC voltage Vout in the region of 63 mm × 63 mm. The shaded area in the figure is the peeling portion B in the sample. Further, each coordinate in the figure corresponds to the center position of the detection coil 14.
The area surrounded by the solid line indicates a portion having a large RMS value, and the region surrounded by a broken line indicates a portion having a small RMS value, and the size is indicated by the thickness of each line.

この図において、はく離部Bの周辺で発生交流電圧VoutのRMS値の高い箇所が発生している。これは、励磁コイル12と検出コイル14の間にはく離部Bの中心がある場合に検出磁界の明瞭な増大が見られることを示している。 In this figure, a portion having a high RMS value of the generated AC voltage Vout is generated around the peeling portion B. This indicates that a clear increase in the detection magnetic field is observed when the center of the peeling portion B is located between the excitation coil 12 and the detection coil 14.

第2試験体1Bに対するd=9mmでは、健全部においても発生交流電圧VoutのRMS値のばらつきが確認されており、はく離箇所を特定することは困難である。d=25mmの場合は、d=17mm同様に、はく離部周辺で発生交流電圧VoutのRMS値の増大が見られ、健全部における電圧変化と明瞭に区別が可能であった。以上より、励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dを適切に選択することではく離部Bの検出感度を向上可能であることが示された。 At d = 9 mm with respect to the second test piece 1B, variations in the RMS value of the generated AC voltage Vout are confirmed even in the sound part, and it is difficult to specify the peeling point. In the case of d = 25 mm, as in the case of d = 17 mm, an increase in the RMS value of the generated AC voltage Vout was observed around the detached portion, and it was possible to clearly distinguish it from the voltage change in the sound portion. From the above, it was shown that the detection sensitivity of the detached portion B can be improved by appropriately selecting the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14.

図10は、第1試験体1Aに対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。
この図の記載内容は、図9と同じである。
FIG. 10 is an eddy current test result when d = 17 mm for the first test piece 1A.
The description content of this figure is the same as that of FIG.

この図は、はく離部Bが2層目と3層目の間にある場合の発生交流電圧VoutのRMS値の分布である。この図から、はく離部Bの近傍で発生交流電圧VoutのRMS値が高い領域を確認することができる。従って、第2試験体1Bの試験結果と同様に健全部での検出信号の変動と比較してはく離部Bの信号変化は明瞭になっており、層間はく離の検出が可能であることがわかる。 This figure shows the distribution of the RMS value of the generated AC voltage Vout when the peeling portion B is between the second layer and the third layer. From this figure, it is possible to confirm the region where the RMS value of the generated AC voltage Vout is high in the vicinity of the peeling portion B. Therefore, as in the test result of the second test body 1B, the signal change of the peeling portion B is clear as compared with the fluctuation of the detected signal in the sound portion, and it can be seen that the inter-story peeling can be detected.

第1試験体1Aを裏面から検査し、層間はく離が第6層と第7層の間にあるケースについても試験を行った。図11は、d=17mmであり、はく離部Bが6層目と7層目の間にある場合の発生交流電圧VoutのRMS値の分布を示す図である。
この図から、はく離部Bのみ検出信号が周囲よりも高い値をとっており、はく離の有無を特定可能である。従って、CFRP表面から6層目と7層目の深さにあるはく離も検出可能であることが示された。
The first test piece 1A was inspected from the back surface, and the case where the interlayer peeling was between the sixth layer and the seventh layer was also tested. FIG. 11 is a diagram showing the distribution of the RMS value of the generated AC voltage Vout when d = 17 mm and the peeling portion B is between the 6th layer and the 7th layer.
From this figure, the detection signal has a higher value than the surroundings only in the peeling portion B, and it is possible to specify the presence or absence of peeling. Therefore, it was shown that peeling at the depths of the 6th and 7th layers from the CFRP surface can also be detected.

図12は、第3試験体1Cに対するd=17mm場合の渦電流試験結果である。この図の記載内容は、図9と同じである。
この図から、はく離位置において発生交流電圧VoutのRMS値が低下した領域が見られ、はく離領域をより明瞭に特定可能である。図12から、埋没はく離だけでなく端部のはく離部Bも渦電流探傷試験により検出可能であることが示された。
FIG. 12 is an eddy current test result when d = 17 mm for the third test piece 1C. The description content of this figure is the same as that of FIG.
From this figure, a region where the RMS value of the generated AC voltage Vout is lowered can be seen at the peeling position, and the peeling region can be specified more clearly. From FIG. 12, it was shown that not only the buried peeling but also the peeling portion B at the end can be detected by the eddy current flaw detection test.

本発明では、FEM解析によりCFRP中の層間はく離の検出に適した渦電流試験法を検討し、実験によりその有効性を検証した。 In the present invention, an eddy current test method suitable for detecting delamination in CFRP was investigated by FEM analysis, and its effectiveness was verified by experiments.

(1)最初に、励磁コイル12(タンジェンシャルコイル)によりCFRP板1に渦電流を発生させた際の電位分布と渦電流分布を調査した。電位分布の大きさは厚さ方向に変化していることが示され、CFRP板1の層間はく離検出に必要な厚さ方向電流の駆動源を明らかにした。また、繊維方向が互いに直交する層と層の間で厚さ方向に電流が流れることによって、渦電流がループを描くことが明らかになった。 (1) First, the potential distribution and the eddy current distribution when an eddy current was generated in the CFRP plate 1 by the exciting coil 12 (tangential coil) were investigated. It was shown that the magnitude of the potential distribution changed in the thickness direction, and the driving source of the thickness direction current required for the delamination detection of the CFRP plate 1 was clarified. It was also clarified that the eddy current draws a loop by the current flowing in the thickness direction between the layers whose fiber directions are orthogonal to each other.

(2)次に、はく離部Bがある場合のCFRP中の渦電流分布と磁界分布をFEM解析により調査した。はく離部Bがある場合、渦電流ははく離部Bを避けるような経路で流れることを示した。これにより、渦電流分布の伸長がはく離部Bの周辺で起こり、結果的に磁界分布の伸長も発生することが明らかになった。さらに、励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dによって層間はく離による磁界変化量が異なることを示した。励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dが小さい場合、解析とd=9mmの結果から、層間はく離に対する感度が低いが、適切な軸間距離dを選択することで検出感度を向上可能であることが判明した。 (2) Next, the eddy current distribution and the magnetic field distribution in the CFRP when the detached portion B was present were investigated by FEM analysis. It was shown that if there is a detachment B, the eddy current flows in a path that avoids the detachment B. As a result, it was clarified that the expansion of the eddy current distribution occurred around the detached portion B, and as a result, the expansion of the magnetic field distribution also occurred. Further, it was shown that the amount of change in the magnetic field due to delamination differs depending on the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14. When the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14 is small, the sensitivity to delamination is low from the analysis and the result of d = 9 mm, but the detection sensitivity can be improved by selecting an appropriate distance d between the axes. It turned out to be.

(3)最後に、層間はく離を有するCFRP直交積層板サンプルに対して、タンジェンシャルコイルを用いた渦電流探傷試験を行った。励磁コイル12と検出コイル14の軸間距離dを様々に変え、適切な軸間距離dを選択することで層間はく離に対する検出感度を向上させ、CFRP板1の導電性のばらつきに起因する信号変化と区別可能であることを明らかにした。本発明で検出した最小のはく離サイズは10mm×10mmである。このサイズのはく離が8層の直交積層板の2層目と3層目の間にある場合と、6層目と7層目の間にある場合それぞれについて、はく離による明瞭な検出信号変化を得ることができた。 (3) Finally, an eddy current flaw detection test using a tangier coil was performed on a CFRP orthogonal laminated plate sample having delamination. By changing the distance d between the axes of the exciting coil 12 and the detection coil 14 in various ways and selecting an appropriate distance d between the axes, the detection sensitivity to delamination is improved, and the signal change due to the variation in the conductivity of the CFRP plate 1. It was clarified that it is distinguishable from. The minimum peeling size detected in the present invention is 10 mm × 10 mm. When the peeling of this size is between the 2nd and 3rd layers of the 8-layer orthogonal laminated board and between the 6th and 7th layers, a clear change in the detection signal due to the peeling is obtained. I was able to.

本発明で示した渦電流探傷試験法により、CFRP板1の層間はく離を検出可能である。 By the eddy current flaw detection test method shown in the present invention, delamination of the CFRP plate 1 can be detected.

上述した本発明によれば、炭素繊維強化プラスチック板1の表面2に励磁コイル12と検出コイル14を位置決めし、励磁コイル12に励磁交流電圧Vinを印加して検出コイル14に発生する発生交流電圧Voutを検出する。
また、本発明により高い検出感度で炭素繊維強化プラスチック板1の層間はく離を検出することができる、ことが実施例により確認された。
According to the present invention described above, the exciting coil 12 and the detection coil 14 are positioned on the surface 2 of the carbon fiber reinforced plastic plate 1, and the exciting AC voltage Vin is applied to the exciting coil 12 to generate the generated AC voltage in the detection coil 14. Detect Vout.
Further, it was confirmed by Examples that the delamination between the carbon fiber reinforced plastic plates 1 can be detected with high detection sensitivity according to the present invention.

なお本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

A1 第1軸心、A2 第2軸心、B はく離部、
d,d1,d2,d3 軸間距離、e リフトオフ(隙間)、
Hy y方向磁界分布、ΔHy 磁界偏差、p 検出距離、
Vin 励磁交流電圧、Vout 発生交流電圧、
xd 中心座標、Xp 磁界検出位置、
1 試験体(CFRP板)2 表面、
10 層間はく離検出装置、12 励磁コイル、14 検出コイル、
16 渦電流プローブ、18 発生電圧検出装置、
20 画像処理装置(コンピュータ)、22 コイル間隔調整装置
A1 1st axis, A2 2nd axis, B peeling part,
d, d1, d2, d3 Distance between axes, e lift-off (gap),
Hy y direction magnetic field distribution, ΔHy magnetic field deviation, p detection distance,
Vin excitation AC voltage, Vout generated AC voltage,
xd center coordinates, Xp magnetic field detection position,
1 Specimen (CFRP plate) 2 Surface,
10 Interlayer peeling detector, 12 Excitation coil, 14 Detection coil,
16 eddy current probe, 18 generated voltage detector,
20 Image processing device (computer), 22 Coil spacing adjustment device

Claims (7)

第1軸心を有する励磁コイルと、第2軸心を有する検出コイルと、
前記第1軸心に対し前記第2軸心を平行に位置決めして前記励磁コイルと前記検出コイルを保持し、かつ炭素繊維強化プラスチック板の表面に対し前記第1軸心と前記第2軸心を含む平面を平行に位置決めする渦電流プローブと、
前記励磁コイルに励磁交流電圧を印加して前記検出コイルに発生する発生交流電圧を検出する発生電圧検出装置と、を備えた層間はく離検出装置。
An exciting coil having a first axis, a detection coil having a second axis, and
The second axis is positioned parallel to the first axis to hold the excitation coil and the detection coil, and the first axis and the second axis are relative to the surface of the carbon fiber reinforced plastic plate. An eddy current probe that positions the plane in parallel, including
A delamination detection device comprising: a generated voltage detecting device for applying an exciting AC voltage to the exciting coil to detect the generated AC voltage generated in the detection coil.
前記渦電流プローブは、前記励磁コイルと前記検出コイルの軸間距離を変更するコイル間隔調整装置を有する、請求項1に記載の層間はく離検出装置。 The interlayer separation detecting device according to claim 1, wherein the eddy current probe has a coil spacing adjusting device for changing the distance between the excitation coil and the axis of the detection coil. 前記励磁コイルから異なる軸間距離を有する複数の前記検出コイルを備える、請求項1に記載の層間はく離検出装置。 The interlayer separation detection device according to claim 1, further comprising the plurality of detection coils having different distances between axes from the exciting coil. 前記励磁コイル又は前記検出コイルは、正方形タンジェンシャルコイルである、請求項1に記載の層間はく離検出装置。 The interlayer peeling detection device according to claim 1, wherein the exciting coil or the detection coil is a square tangential coil. 第1軸心を有する励磁コイルと、第2軸心を有する検出コイルと、を準備し、
前記第1軸心に対し前記第2軸心を平行に位置決めして前記励磁コイルと前記検出コイルを保持し、かつ炭素繊維強化プラスチック板の表面に対し前記第1軸心と前記第2軸心を含む平面を平行に位置決めし、
前記励磁コイルに励磁交流電圧を印加して前記検出コイルに発生する発生交流電圧を検出する、層間はく離検出方法。
An excitation coil having a first axis and a detection coil having a second axis are prepared.
The second axis is positioned parallel to the first axis to hold the excitation coil and the detection coil, and the first axis and the second axis are relative to the surface of the carbon fiber reinforced plastic plate. Position the planes containing in parallel,
A delamination detection method in which an exciting AC voltage is applied to the exciting coil to detect the generated AC voltage generated in the detection coil.
前記励磁コイルと前記検出コイルを軸間距離を保持したまま移動して、前記表面における前記発生交流電圧のRMS値の分布を検出し、
前記RMS値の特異箇所から層間はく離を検出する、請求項5に記載の層間はく離検出方法。
The excitation coil and the detection coil are moved while maintaining the distance between the axes to detect the distribution of the RMS value of the generated AC voltage on the surface.
The method for detecting delamination according to claim 5, wherein delamination is detected from a peculiar portion of the RMS value.
前記炭素繊維強化プラスチック板の積層構成に応じて、前記励磁コイルと前記検出コイルの軸間距離を変更する、請求項5に記載の層間はく離検出方法。

The interlayer peeling detection method according to claim 5, wherein the distance between the axes of the excitation coil and the detection coil is changed according to the laminated structure of the carbon fiber reinforced plastic plate.

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