(57)【要約】  簡便な技術を用いつつ、非接触式で、プリプレグの表層に存在する樹脂の厚みや被覆率を測定するため、一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する手法であって、照射源から前記プリプレグの表層へ光を照射し、前記プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグの表層に存在する前記樹脂の厚みおよび被覆状態の少なくとも一方を算出する、樹脂状態の測定方法とする。
2019142503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する手法であって、照射源から前記プリプレグの表層へ光を照射し、前記プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグの表層に存在する前記樹脂の厚みおよび被覆状態の少なくとも一方を算出する、樹脂状態の測定方法。
【請求項２】
一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する手法であって、照射源から前記プリプレグの表層へ光を照射し、前記プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグの表層に存在する前記樹脂の厚みと被覆状態を算出する、樹脂状態の測定方法。
【請求項３】
前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように配設され、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面に対して略平行になるように配設される、請求項１または２に記載の樹脂状態の測定方法。
【請求項４】
前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して平行方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように配設され、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面から鋭角方向に出現する反射光に対して垂直になるように配設される、請求項１〜３のいずれかに記載の樹脂状態の測定方法。
【請求項５】
前記照射源と前記一方向強化繊維基材の平面とで形成される前記鋭角の角度が５〜６０°である、請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂状態の測定方法。
【請求項６】
プリプレグから繊維強化樹脂成形体を得るにあたり、請求項１〜５のいずれかに記載の方法で前記プリプレグの樹脂状態を測定し、その測定結果を前記プリプレグの配置装置に反映させて、前記プリプレグの配置位置を制御する、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項７】
前記樹脂状態に加えてプリプレグの配置状態を測定して制御に反映させる、請求項６に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
【請求項８】
一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する装置であって、少なくとも、前記プリプレグに対して照射光を照射する照射源と、前記照射光からの反射光を受光するセンサと、前記反射光の強度から前記プリプレグ表層に存在する樹脂の厚みおよび被覆状態の少なくとも一方を算出する算出手段とから構成される、樹脂状態の測定装置。
【請求項９】
一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する装置であって、少なくとも、前記プリプレグに対して照射光を照射する照射源と、前記照射光からの反射光を受光するセンサと、前記反射光の強度から前記プリプレグ表層に存在する樹脂の厚みと被覆状態を算出する算出手段とから構成される、樹脂状態の測定装置。
【請求項１０】
前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように照射光を照射する照射源であり、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面に対して略平行になるように配置される、請求項８または９に記載の樹脂状態の測定装置。
【請求項１１】
前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して平行方向、かつ前記表層の一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように照射光を照射する照射源であり、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面から鋭角方向に出現する光に対して垂直になるように配設される、請求項８または９に記載の樹脂状態の測定装置。
【請求項１２】
前記照射源が２つあり、前記プリプレグの強化繊維の配向に対して線対称の位置に配設される、請求項８〜１１のいずれかに記載の樹脂状態の測定装置。
【請求項１３】
請求項８〜１２のいずれかに記載の測定装置と、プリプレグの配置装置とを備え、前記測定装置による測定結果を、前記配置装置に反映させ、前記プリプレグの配置を制御する、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【請求項１４】
プリプレグの配置状態を測定する装置を備え、前記プリプレグの配置結果を制御に反映させる、請求項１３に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリプレグ表面の樹脂状態（被覆率や厚みなど）の測定方法およびその測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素繊維やアラミド繊維、ガラス繊維等を強化繊維として用いた複合材料は、その高い比強度・比弾性率を生かして、航空機や自動車等の構造材料、スポーツ用品あるいは一般産業用途の素材として利用されている。特に航空機産業においては燃料節約及び操業コストの削減を目的に、幅広く利用されている。【０００３】
これらの航空機部材を製造するにあたり、ＡＦＰ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）技術やＡＴＬ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｔａｐｅ  Ｌａｙｕｐ）技術が活用されている。ＡＦＰやＡＴＬは、強化繊維と樹脂とからなる細幅のテープを型などの適切な場所に自動で配置、積層する技術である。【０００４】
ＡＦＰ技術やＡＴＬ技術を用いて、テープ（具体的にはテープを構成する強化繊維）を、正しい位置に正しい向きで正しい量を積層するためには、テープ自身が適切な粘着性を発現することが必要である。テープの粘着性は、テープの保管条件や積層プロセス環境、等によって、ばらつきが生じる可能性があることが、知られている。そのため、テープの粘着性を、積層プロセス前に把握し、プロセスに適切なフィードバックを与えることが、求められている。【０００５】
積層プロセス前に、テープの粘着性を把握する手法として、一般的に、接触式粘着性試験機で、粘着性を直接測定する手法が知られている（例えば、非特許文献１）。この方法を用いれば、そのサンプルの粘着性を測定することができる。【０００６】
また、テープの粘着性（タック）の発現に関わる因子として、テープの表面樹脂の厚みと被覆率の寄与率が高いことが知られている。【０００７】
積層したテープの厚みを測定する手法として、パターン化された照明による３Ｄデジタル画像相関を用いた構成要素の非接触３Ｄ測定によって、未硬化の繊維強化複合材構成要素を測定する方法が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１に開示された技術では、非接触３Ｄ測定により、厚みの差を計算することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−７５６６２号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】ＪＩＳ  Ｚ  ０２３７：２００９  粘着テープ・粘着シート試験方法
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、非特許文献１に開示される測定方法は、接触式であるためテープにダメージを与えてしまう。そのため、積層プロセスとは別にオフラインで測定する必要があり、積層プロセス内でフィードバックをかけることができないという問題があった。【００１１】
また、特許文献１に開示される測定方法は、高性能の非接触３Ｄ測定装置を導入する必要があり、大きな初期費用がかかるとともに、テープの厚みを測定することはできるが、テープ内における表層にある樹脂のみの層の厚みや被覆率を抽出して測定することができないという問題があった。【００１２】
本発明の課題は、簡便な技術を用いつつ、非接触式で、プリプレグの表層に存在する樹脂の厚みや被覆率などの被覆状態を測定する手法やその測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を達成するために、本発明は以下のいずれかの構成を有する。
（１）  一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する手法であって、照射源から前記プリプレグの表層へ光を照射し、前記プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグの表層に存在する前記樹脂の厚みおよび被覆状態の少なくとも一方を算出する、樹脂状態の測定方法。
（２）  一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する手法であって、照射源から前記プリプレグの表層へ光を照射し、前記プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグの表層に存在する前記樹脂の厚みと被覆状態を算出する、樹脂状態の測定方法。
（３）  前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように配設され、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面に対して略平行になるように配設される、前記（１）または（２）に記載の樹脂状態の測定方法。
（４）  前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して平行方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように配設され、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面から鋭角方向に出現する反射光に対して垂直になるように配設される、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の樹脂状態の測定方法。
（５）  前記照射源と前記一方向強化繊維基材の平面とで形成される前記鋭角の角度が５〜６０°である、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の樹脂状態の測定方法。
（６）  プリプレグから繊維強化樹脂成形体を得るにあたり、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の方法で前記プリプレグの樹脂状態を測定し、その測定結果を前記プリプレグの配置装置に反映させて、前記プリプレグの配置位置を制御する、繊維強化樹脂成形体の製造方法。
（７）  前記樹脂状態に加えてプリプレグの配置状態を測定して制御に反映させる、前記（６）に記載の繊維強化樹脂成形体の製造方法。
（８）  一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する装置であって、少なくとも、前記プリプレグに対して照射光を照射する照射源と、前記照射光からの反射光を受光するセンサと、前記反射光の強度から前記プリプレグ表層に存在する樹脂の厚みおよび被覆状態の少なくとも一方を算出する算出手段とから構成される、樹脂状態の測定装置。
（９）  一方向強化繊維基材に樹脂を含浸したプリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する装置であって、少なくとも、前記プリプレグに対して照射光を照射する照射源と、前記照射光からの反射光を受光するセンサと、前記反射光の強度から前記プリプレグ表層に存在する樹脂の厚みと被覆状態を算出する算出手段とから構成される、樹脂状態の測定装置。
（１０）  前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ前記一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように照射光を照射する照射源であり、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面に対して略平行になるように配置される、前記（８）または（９）に記載の樹脂状態の測定装置。
（１１）  前記照射源が、前記一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して平行方向、かつ前記表層の一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように照射光を照射する照射源であり、前記センサの受光面が、前記一方向強化繊維基材の平面から鋭角方向に出現する光に対して垂直になるように配設される、前記（８）または（９）に記載の樹脂状態の測定装置。
（１２）  前記照射源が２つあり、前記プリプレグの強化繊維の配向に対して線対称の位置に配設される、前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の樹脂状態の測定装置。
（１３）  前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の測定装置と、プリプレグの配置装置とを備え、前記測定装置による測定結果を、前記配置装置に反映させ、前記プリプレグの配置を制御する、繊維強化樹脂成形体の製造装置。
（１４）  プリプレグの配置状態を測定する装置を備え、前記プリプレグの配置結果を制御に反映させる、前記（１３）に記載の繊維強化樹脂成形体の製造装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡便に、非接触式で、プリプレグの表層に存在する樹脂の状態（厚みや、被覆率などの被覆状態）を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明で使用するプリプレグの一例の概略図である。
【図２】強化繊維への光の照射および強化繊維からの光の反射の方向を示す模式図であり、（ａ）照射光と強化繊維が直交している場合、（ｂ）照射光と強化繊維が平行している場合、をそれぞれ示している。
【図３】表面樹脂における光の吸収および反射光の減衰を示す模式図であり、（ａ）表面樹脂がない場合、（ｂ）表面樹脂が薄い場合、（ｃ）表面樹脂が厚い場合、をそれぞれ示している。
【図４】表面樹脂の厚みと被覆率の算出方法の概念を示す概念図であり、（ａ）測定画像、（ｂ）測定画像を二値化した場合、（ｃ）測定画像を三値化した場合、をそれぞれ示している。
【図５】本発明にかかる表面樹脂の測定装置の一例を示す概略図であり、（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）概略斜視図である。
【図６】本発明にかかる表面樹脂の測定装置の他の一例を示す概略図である。
【図７】照射源の光源の一例を示す概略図である。
【図８】本発明にかかる繊維強化樹脂成形体の製造装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、プリプレグの表層に存在する樹脂の状態を測定する方法や装置に関し、以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に示す実施態様は、あくまで本発明の望ましい実施の形態の例示であって、本発明は、これら実施態様に限定されるものではない。
【００１７】
プリプレグは、一方向強化繊維基材にマトリックス樹脂が含浸された構成を有する。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、ケブラー繊維等を用いることが好ましい。マトリックス樹脂としては、熱硬化樹脂や熱可塑樹脂のいずれも使用することができる。プリプレグの幅は特に限定されるものではないが、１．５インチ（約３８．１ｍｍ）幅、１／２インチ（約１２．７ｍｍ）幅、１／４インチ（約６．４ｍｍ）幅、または１／８インチ（約３．２ｍｍ）幅等が使用できる。
【００１８】
本発明の測定対象であるプリプレグは、マトリックス樹脂が均一に含浸されたものではなく、図１に示すように、プリプレグ１の表面にマトリックス樹脂が実質的になく強化繊維が露出している繊維露出部１１や、強化繊維が露出していない樹脂被覆部１２を有し、樹脂被覆部１２の一部は、樹脂の厚みが周囲と比較して厚い樹脂被覆部厚肉部１３となっている。
【００１９】
次に、プリプレグ１の表面樹脂状態、すなわちプリプレグの表層に存在する樹脂の厚みや被覆状態の測定原理について説明する。ここで、表面樹脂状態とは、表面観察から数値化できるものを示す。具体的には、特に限定しないが、例えば表面樹脂の厚みや樹脂被覆状態（樹脂被覆率、繊維露出部１１の形状、繊維露出部１１の面積の最大値、平均値、最小値、繊維露出部１１の単位面積当たりの個数など）、をあげることができる。例えば樹脂の厚みと被覆状態の両者を測定してもよいし、一方のみを測定してもよい。さらに他の値を算出してもよい。なお、表面樹脂の厚みとは、プリプレグの表層に存在する樹脂の厚み、すなわち、プリプレグ１の最外表面から厚み方向に向かって最初に強化繊維と接するまでの樹脂の厚みを示す。
【００２０】
本発明においては、照射源からプリプレグの表層へ光を照射し、プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光し、前記反射光の強度から前記プリプレグ表層に存在する樹脂の状態（厚みや被覆状態など）を算出する。照射源からプリプレグの表層へ光を照射し、プリプレグの表層からの反射光をセンサで受光する状態を図２に示す。図２（ａ）は、照射光１４と、プリプレグを構成する一方向強化繊維基材中の強化繊維１６とが直交している場合（すなわち、照射源が一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向となるように配された場合）の光の反射を示しており、図２（ｂ）は、照射光１４と強化繊維１６とが平行な場合（すなわち、照射源が一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して平行となるように配された場合）の光の反射を示している。ここで、強化繊維の配向方向に対し照射光が直交もしくは垂直であるとは、必ずしも９０°である必要はなく、その角度に対しプラスマイナス１５°程度、好ましくはプラスマイナス１０°の範囲を、直交、垂直の範囲に含めることができる。この範囲は、実質的に同様に発明の効果を奏することができる範囲である。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、プリプレグ１をｚ軸側から観察して、一方向強化繊維基材に含まれる強化繊維の配向方向（ｘｙ平面にある）に対して垂直方向、かつ表層の一方向強化繊維基材の平面（ｘｙ平面にある）に対して鋭角θ（°：ｘｙ平面に対するｚ軸座標方向の角度）となるように、照射光１４をあてると、照射光１４の一部は必ず強化繊維１６で正反射し、反射光１５として、一方向強化繊維基材の平面に対して垂直の位置に略平行になるように配設されたセンサ２１の方向へ向かう。このとき、センサ２１の受光面は、一方向強化繊維基材の平面に対して略平行になるように配置することが好ましい。
【００２２】
また、図２（ｂ）に示すように、プリプレグ１をｚ軸側から観察して、一方向強化繊維基材に含まれる強化繊維の配向方向（ｘｙ平面にある）に対して平行方向、かつ表層の一方向強化繊維基材の平面（ｘｙ平面にある）に対して鋭角θ（°：ｘｙ平面に対するｚ軸座標方向の角度）となるように、照射光１４をあてると、照射光１４の一部は必ず強化繊維１６で正反射し、一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角になる角度で反射光１５が出現する。すなわち、正反射光は、一方向強化繊維基材の平面に対して垂直の方向へは向かわない。そのため、センサ２１の受光面は、一方向強化繊維基材の平面から鋭角方向に出現する反射光に対して垂直になるように配置することが好ましい。
【００２３】
このように、照射光の角度とプリプレグ１を構成する一方向強化繊維基材に含まれる強化繊維の配向方向との関係によって、照射光１４が正反射した反射光１５の角度が変化する。したがって、照射源と強化繊維の配向方向に応じた適切な位置にセンサ２１を配置することで、正反射した反射光１５を確実に受光することが出来る。
【００２４】
本発明において、図２（ａ）に示すような構成を採用するか、図２（ｂ）に示すような構成を採用するかは、適宜選択すればよい。例えば、エリアセンサを用いて２次元画像を得る場合、プリプレグを正面からみた画像を得られることから、図２（ａ）の構成を採用することが好ましい。一方、ラインセンサを用いて１次元画像を得る場合は、図２（ａ）、（ｂ）いずれの構成でも構わない。また、図２（ａ）、（ｂ）に示す態様は、照射光の波長や、センサのフィルタ波長を異ならせて、組み合わせて使用することも可能である。
【００２５】
本発明において、表層の一方向強化繊維基材の平面に対して配設される鋭角の角度（すなわち、一方向強化繊維基材の平面と照射光とで形成される鋭角の角度）は５〜６０°であることが好ましい。より好ましくは５〜４５°、さらに好ましくは１０〜３０°である。
【００２６】
照射光１４は、特に形態を限定するものではないが、レーザー等のように、照射源からの光が拡散も収束もしない平行光であることがより好ましい。
【００２７】
センサ２１は、プリプレグ１からの反射光の強度を測定できるものであれば、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。
【００２８】
次に、上述した測定方法により、プリプレグ１の表面樹脂状態（厚みや被覆状態）を測定する方法について説明する。
【００２９】
図３に、プリプレグ１に照射された照射光１４がプリプレグ１の表面に存在する樹脂により吸収したりその反射光１５に減衰が生じたりした状態を模式的に示す。図３（ａ）は一方向強化繊維基材の表面に樹脂がない場合、図３（ｂ）は一方向強化繊維基材の表面に樹脂があり、かつその厚みが薄い場合、図３（ｃ）は一方向強化繊維基材の表面に樹脂があり、かつ表面樹脂の厚みが厚い場合、をそれぞれ示した模式図である。なお、図３においては、照射光１４、プリプレグ１、およびセンサ２１が、図２（ａ）に示すような位置関係で配置されている。
【００３０】
図３（ａ）に示すように、一方向強化繊維基材の表面に樹脂がない場合、照射光１４は強化繊維１６で正反射し、十分な強度の反射光１５がセンサ２１で感知可能となる。一方、図３（ｂ）に示すように、一方向強化繊維基材の表面に薄肉樹脂１７が存在する場合、照射光１４が樹脂内で減衰する結果、強化繊維１６で正反射する反射光１５も減衰する。そのため、わずかな強度の反射光１５しかセンサ２１で感知できない。さらに、図３（ｃ）に示すように、一方向強化繊維基材の表面に厚肉樹脂１８が存在する場合、照射光１４が早期に減衰され、反射光１５が生じなくなる結果、反射光１５をセンサ２１で感知できなくなる。
【００３１】
このように樹脂の有無および厚みが反射光の強度に表れるため、センサ２１で感知した反射光１５の強度から、一方向強化繊維基材の表面に存在する樹脂の有無やその厚みを測定することができる。すなわち、本発明においては、１枚の測定画像の中に反射光強度の強弱が出現するため、それに基づいて樹脂の厚みや被覆状態を算出することできる。
【００３２】
なお、図３においては、照射光１４を、一方向強化繊維基材に含まれる強化繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるようにあてた態様を説明したが、照射光１４を、一方向強化繊維基材に含まれる強化繊維の配向方向に対して平行方向、かつ一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるようにあてた場合も、同様に、反射光強度の強弱に基づいて樹脂の厚みや被覆状態を算出できる。
【００３３】
センサ２１で感知した反射光強度の強弱は、例えば図４に示すように画像で表わされる。図４（ａ）はエリアカメラで測定した場合の測定画像の一例を示したものであり、１枚の画像内で、反射光強度の高い部分は白く、反射光強度の低い部分は黒で表現される。ここで、反射強度の高い部分（白い部分）が繊維露出部１１であり、樹脂が厚くなるに従って黒に近づく。そして、例えば図４（ｂ）は該測定画像を二値化した場合の一例を示したものであり、図４（ａ）同様、白い部分が繊維露出部１１であり、樹脂が存在する箇所は黒となる。図４（ｃ）は該測定画像を三値化した場合の一例を示したものであり、白い部分が繊維露出部１１であり、樹脂が厚くなるに従ってグレーから黒に近づく。よって、これらの画像から、一方向強化繊維基材の表面に存在する樹脂の厚みや被覆状態（被覆率など）を算出できる。
【００３４】
撮影時の感度設定は、繊維露出部１１と樹脂被覆部厚肉部１３の反射強度の範囲を表現可能となるように、適切に設定することが好ましい。また、図４（ｂ）に示すように二値化した場合には、画像中の総画素数に対する黒色部分の画素数の割合を、プリプレグ１の樹脂被覆率として算出することができる。同様に図４（ｂ）に示すように二値化した場合、例えば、白色部分の面積や個数から、繊維露出部１１の形状、繊維露出部１１の面積の最大値、平均値、最小値、繊維露出部１１の単位面積当たりの個数、を算出することができる。さらに、事前に樹脂厚みが分かっている試料を用いてリファレンスを取ることで、測定画像に現れる色の濃淡を実際の厚みに換算することができる。なお、その際、測定画像の最も黒い部分を樹脂最厚部、最も白い部分を樹脂露出部とし、その間の濃淡を分割する臨界値をより多く設けることで、樹脂厚みの解像度を上げることができる。
【００３５】
次に、図５に、本発明の一実施形態を示す装置であって、一方向強化繊維基材からなるプリプレグの表層に存在する樹脂の状態（厚みや被覆状態など）を測定する表面樹脂測定装置の概略図を示す。図５に示す表面樹脂測定装置２は、図２（ａ）に示すように、少なくともセンサ２１と照射源２２とを有し、照射源２２が、一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して垂直方向、かつ表層の一方向強化繊維基材の平面に対して鋭角となるように配設されている。ここで、図５（a）に示す両矢印３が、プリプレグ１内の一方向強化繊維基材を構成する連続繊維の配向方向である。
【００３６】
表面樹脂測定装置２は、照射源２２を回転可能にする回転機構２３や、センサ２１や照射源２２を保持する保持機構２４を有する。測定対象となるプリプレグ１は、表面樹脂測定装置２に手動で配置してもよいし、図示しない自動繊維配置装置（プリプレグの配置装置）と組み合わせて機械的に配置することも可能である。また、表面樹脂測定装置２は、センサ２１で得られた反射光１５の強度からプリプレグ１の表層に存在する樹脂の厚みと被覆状態を算出する算出手段（図示せず）を備えている。
【００３７】
センサ２１は、プリプレグ内の強化繊維からの反射光１５の強度を測定できるものであれば、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、境界を認識させる演算を図示しない算出手段で行うことにより、繊維露出部１１の面積や周囲長さ等を算出することができる。また、取得した画像を数値化し、境界を認識させる演算等を行なうことにより、被覆樹脂の厚み等を算出することができる。
【００３８】
照射源２２は、特に機構および形態を限定するものではないが、レーザー等のように、照射源からの光が拡散も収束もしない平行光源であることがより好ましい。また、図６に示すように、２つの照射源が、一方向繊維基材を構成する連続繊維の配向方向に対して線対称の位置に配設されることが好ましい。さらには、２つの照射源が、強化繊維基材に平行な面において、センサへの入光中心軸を挟んで１８０°反対側に相対するように存在していることも好ましい。このように配置することで、測定領域に影を生じにくいる。さらに、図７で示すように、照射光１４の横方向への拡散を防ぐために、光源４１の拡散光を遮断するための、ライトコントロールフィルム等の拡散防止機構４２を備えることも好ましい。
【００３９】
前述の表面樹脂測定装置は、図示しない自動繊維配置装置と組み合わせて用いることもできる。自動繊維配置装置は、プリプレグ１を自動に配置できれば、機構および形態を限定するものではない。適切なプリプレグ加熱装置や、プリプレグ加圧装置、プリプレグ切断装置、機能粒子付与装置などを備えることもできる。特に、表面樹脂の厚みや被覆状態の算出結果を、新たな強化繊維基材の配置制御に反映させることもできる。
【００４０】
図５に示す測定装置を用いた場合における、プリプレグの表面樹脂の厚みや被覆状態の測定手順について説明する。
【００４１】
最初に、プリプレグ１を表面樹脂測定装置２の測定範囲内に準備する。センサ２１の直下にプリプレグ１を配置することが好ましい。なお、図２（ｂ）のように測定する場合は、センサ２１の受光面の位置をプリプレグ１の平面（ｘｙ平面）に対して傾けておくとよい。
【００４２】
次に、照射光を反射させたい連続繊維にピントが合うようにセンサ２１の高さを調節する。図５（ｂ）に示す保持機構２４で高さを調整することができる。
【００４３】
続いて、図５（ａ）に示すように、照射光を反射させたい連続繊維１６の配向方向３と照射源２２からの照射光１４とが垂直になるように、回転機構２３を調節する。このとき、照射光１４とプリプレグ１の平面とがなす角度θが、５°から６０°であることが好ましい。プリプレグ１の一部がセンサ２１の受光面の外に飛び出すと照射を受けるべき部位の一部がプリプレグ１の影に隠れてしまうおそれがある。そのため、強く反射させたいプリプレグ１の平滑度に合わせて、角度θを定めることが望ましい。
【００４４】
表面樹脂測定装置２をこのようにセッティングした上で、照射光１４を照射する。照射光１４はプリプレグ１にて反射するので、プリプレグ１からの反射光１５をセンサ２１で測定する。このとき、照射光１４に対して、垂直方向に存在する連続繊維１６が露出しているところは強く反射し、樹脂で被覆されているところは弱く反射するため、センサ２１ではコントラストの高い画像が得られる。
【００４５】
この際、表面樹脂測定装置２のセンサ２１に、照射源２２由来の反射光１５のみが導入されるように、表面樹脂測定装置２全体が暗室に設置されていることが好ましい。また、一般照明光とは異なる波長の照射光１４を用いたり、照射光１４以外の波長を遮断するフィルタを用いたりすることも好ましい。
【００４６】
そして、得られた画像に、図示しない算出手段で上述したような処理を行うことで、繊維露出部１１を容易に認識することができ、繊維露出部１１の比率や面積、周囲長さなどを算出できる。また、事前に樹脂厚みが分かっている試料を用いて得たリファレンスとの対比により、被覆樹脂の厚みを算出することもできる。
【００４７】
繊維強化樹脂成形体を製造するにあたっては、表面樹脂測定装置２を、図８に示すように自動繊維配置装置５０に付随させ、プリプレグ１の表層にある樹脂の状態（厚みや被覆状態など）の算出結果を自動繊維配置装置に反映させ、プリプレグの配置位置を制御することもできる。
【００４８】
自動繊維配置装置５０は、基本的にプリプレグを配置できればよく、その機構や駆動手段は限定されない。たとえば、多関節ロボット機構や、門型の３軸制御機構を例示できる。
【００４９】
自動繊維配置装置５０は、図８に示すように、積層した複数枚のプリプレグを一体化するための圧力負荷ロール５２や加熱機構５３を有していることも好ましい。圧力負荷ロール５２は、繊維に適切な圧力を負荷できればよく、その機構を限定しない。たとえば、型形状に追従するためにはゴム状であることが望ましい。加熱機構５３は、繊維に適切な温度を付加できればよい。限定するものではないが、たとえば、レーザー機構やIR照射機構のような、非接触式の温度付加機構を例示できる。
【００５０】
また、図８に示すように、自動繊維配置装置５０に配置状態測定機構５４を設け、配置されたプリプレグの高さなどを測定してプリプレグの配置状態を算出し、その結果を自動繊維配置装置５０に反映させ、配置位置を制御することもできる。例えばプリプレグのテープを積層する際、テープ自体が適切な粘着性を発現できていなければテープが上方にむかってはがれてしまう。そのため、プリプレグの高さを測定することで、プリプレグの配置状態を測定することができる。
【００５１】
配置状態測定機構５４は、配置されたプリプレグの状態（剥がれや浮き、重なり等）を判別できればよい。その機構は限定されないが、たとえば、レーザー式や超音波式の距離計を以て高さを測定したり、画像から貼り付け具合を判別する機構を、例示できる。
【００５２】
配置状態測定機構５４による測定の結果は、表面樹脂測定装置２よる測定の結果と統合し、自動繊維配置装置５０の加熱機構５３の加熱温度やエネルギー、自動繊維配置装置５０の圧力負荷ロール５２の圧力、または、自動繊維配置装置５０の積層速度などを、制御することが出来る。
【００５３】
なお、配置状態測定機構５４は、自動繊維配置装置５０の圧力負荷ロール５２を基準に、自動繊維配置装置の進行方向５１とは逆側に設置する。一方、表面樹脂測定装置２は、自動繊維配置装置５０の進行方向５１に関して、自動繊維配置装置５０よりも前方に設置する。
【００５４】
このような図８に示す装置構成において、プリプレグ１は、自動繊維配置装置５０が進行方向５１に進むと同時に、巻取体５５から巻き出され、所望の箇所に配置、積層される。このとき、自動繊維配置装置５０の前方には表面樹脂測定装置２が設けられているので、先に配置・積層されているプリプレグの表層に存在する樹脂の厚みや被覆状態が測定され、その結果が、続けて配置、積層されるプリプレグの配置条件（加熱機構・圧力負荷ロールの条件など）に反映される。加えて、配置状態測定機構５４で実際に配置されたプリプレグの状態が測定され、その結果が、次に配置されるプリプレグの配置条件に反映されることも好ましい。
【００５５】
本発明においては、以上のようにしてプリプレグの表面樹脂状態などを測定し、その測定結果を自動繊維配置装置に反映させてプリプレグの配置位置を制御する。そして、自動繊維配置装置にて積層されたプリプレグの積層体を、オートクレーブや炉など、しかるべき手段で成形して成形体を得ることができる。かかる成形体は、その後必要に応じてトリム工程等を経て、航空機、宇宙機、自動車等の部品や製品として適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明に係る測定方法や測定装置は、航空機産業や自動車産業に用いられているＡＦＰ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｆｉｂｅｒ  Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）技術やＡＴＬ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ｔａｐｅ  Ｌａｙｕｐ）技術に適用できる。
【符号の説明】
【００５７】
１  プリプレグ
２  表面樹脂測定装置
３  連続繊維の配向歩行
１１  繊維露出部
１２  樹脂被覆部
１３  樹脂被覆部厚肉部
１４  照射光
１５  反射光
１６  強化繊維
１７  薄肉樹脂
１８  厚肉樹脂
２１  センサ
２２  照射源
２２１  照射源とプリプレグの角度
２３  回転機構
２４  保持機構
４１  光源
４２  拡散防止機構
５０  自動繊維配置装置
５１  自動繊維配置装置の進行方向
５２  圧力負荷ロール
５３  加熱機構
５４  配置状態測定機構
５５  プリプレグの巻取体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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