CN111272646B - 用于测试纤维复合材料部件的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于测试纤维复合材料部件的方法，纤维复合材料部件特别是用于车辆的车身部件，其中纤维复合材料部件包括集成在该纤维复合材料部件中的传感器装置，其中传感器装置包括柔性电路载体，该柔性电路载体具有传感器模块，特别是具有用于检测加速度的微机械传感器模块，该方法包括以下步骤：将纤维复合材料部件置于测试振动中，特别是通过将测试脉冲引入到纤维复合材料部件的测试位置；借助于传感器装置检测响应信号；比较响应信号和参考信号。

Description

用于测试纤维复合材料部件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于测试纤维复合材料部件的方法、相应的装置、相应的计算机程序和相应的机器可读存储介质。
背景技术
从WO2018/069066A1中已知一种用于在塑料部件(特别是保险杠)上或中布置多个微机械加速度传感器的方法，以及已知相应的塑料部件，特别是保险杠。
在该方法的步骤A中，微机械加速度传感器被牢固地定位在柔性电路载体中或柔性电路载体上，其中微机械加速度传感器与柔性电路载体的集成电路结构相接触。
在该方法的步骤B中，微机械加速度传感器和柔性电路载体至少部分地布置在塑料部件上或塑料部件中，使得柔性电路载体的集成的导体路径结构至少部分地暴露。
DE 10 2016 220 032 A1公开了一种用于车辆、特别是机动车辆的传感器装置，具有至少一个传感器模块和至少一个与传感器模块相连的连接线，连接线用于传感器模块的电接触。
上述公开还提出，连接线被构造为导体膜，并且该导体膜上布置多个不同的传感器模块，并且通过至少部分地包围导体膜的相应的或共同的注塑来封装导体膜。
发明内容
本发明提供了一种用于测试纤维复合材料部件的方法、相应的装置、相应的计算机程序和相应的机器可读存储介质。
优选的改进由以下对本发明优点的描述中得出。
本发明的一方面提供一种用于测试纤维复合材料部件的方法，其中纤维复合材料部件包括集成在该纤维复合材料部件中的传感器装置，其中传感器装置包括具有传感器模块的柔性电路载体，该方法包括以下步骤：
将纤维复合材料部件置于测试振动中，特别是通过将测试脉冲引入到纤维复合材料部件的测试位置；
借助于传感器装置检测响应信号；
将响应信号与参考信号进行比较。
在本发明中，纤维复合材料部件可理解为由纤维复合材料构成的部件。纤维复合材料通常通过纤维或纺织半成品的交互复合材料以及纤维或纺织半成品之间的基质形成。基质是纤维或纺织半成品的填料和粘合剂。典型的纤维复合材料是复合材料的相互作用产生一种材料，该材料与纤维和填料的性质相比具有优异的性能。
纤维复合材料部件可以是用于车辆的车身部件。例如，纤维复合材料部件可以是用于车辆的保险杠。
根据本发明的纤维复合材料部件可以在原始模塑工艺中生产。对此，特别是在集成步骤期间，可以使用所谓的“液体复合模塑工艺”(LCM工艺)。LCM工艺的特性在于相对适中的压力和温度负荷。
柔性电路载体可以包括硅树脂、聚氨酯、聚酰胺或热塑性塑料。这样使得柔性电路载体可以轻微地弹性变形或塑性变形，特别是使得集成的导体路径结构可以相应地塑性变形，因此柔性电路载体基本上可以适配纤维复合材料部件的几何形状或模型。柔性电路载体可以是导体膜。
在本发明中，传感器模块可以被理解为用于检测物理量的电子部件或电气部件。传感器模块可以被配置为检测加速度或旋转加速度。
可以设想将传感器模块构造用于检测压力。当然，这种设计需要传感器模块至纤维复合材料部件的环境的开放接口。
传感器模块可以是用于检测加速度的微机械部件，也就是说，以根据微机电系统(MEMS)的方式的微机械加速度传感器。
根据本发明的方法通过集成在纤维复合材料部件内部的传感器装置提供了对纤维复合材料部件扩展的安全功能。该安全功能尤其适用于作为车辆的车身部件这样的纤维复合材料部件。传感器装置的传感器值，特别是用于检测加速度值的相应传感器装置的加速度值，不仅可以实现对交通参与者(诸如车辆的乘客或其他交通参与者)的保护功能，而且还可以用于测试纤维复合材料部件的扩展的安全功能。
考虑到纤维复合材料部件的机械能输入可能导致部件内部损坏，这种扩展的安全功能是有用的。这些损坏可能是分层、纤维撕裂或所谓的纤维拉出。这些损坏会对部件的性能产生不利影响。如果纤维复合材料部件用作车身部件，则可能以各种方式在部件上出现机械能输入，例如通过所谓的停车碰撞或其他碰撞。由此产生的内部损坏通常会改变部件特性。这会影响部件的振动特性。也就是说，与原始状态下的部件相比，输入的脉冲会以不同的方式在损坏的部件中传播。换句话说，这种不同的方式或这种差异可以通过本发明的方法确定，然后得出关于部件状况的结论或者部件特性的结论。
集成在纤维复合材料部件中的传感器模块的信号被用于上述确定或检测，因为该信号直接对改变的部件特性作出响应。
根据本发明的方法的实施例，参考信号通过以下方式产生：将纤维复合材料部件置于参考振动中，并且借助于传感器装置检测参考振动，并且所检测到的信号或从所检测到的信号中导出的信号是参考信号。
该参考信号被用于纤维复合材料部件的后续检查或测试。
有利地，参考信号在纤维复合材料部件的新状态下产生。因此在根据本发明的方法的纤维复合材料部件的后续测试中，可以通过将响应信号与参考信号进行比较来确定部件特性的变化。基于所确定的部件特性，可以得出在执行测试纤维复合材料部件的方法时与部件的新状态相比的部件状态。利用这些信息，可以采取适当措施。
对于车辆的车身部件，适当措施可以是建议到车间进行检查或维修。作为适当措施也可以是关停车辆。
通过将参考脉冲引入到的纤维复合材料部件的参考位置，可以将纤维复合材料部件置于参考振动中。
有利地，参考脉冲基本上等于测试脉冲。由此可以实现响应信号与参考信号的更简单的可比性。
有利地，参考位置基本上对应于测试位置。由此可以实现响应信号与参考信号的更简单的可比性。
本发明的另一方面提供一种装置，该装置被构造用于执行根据本发明的方法的所有步骤。
本发明的另一方面提供一种计算机程序，被配置为执行根据本发明的方法的所有步骤。
本发明的另一方面提供一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储有根据本发明的计算机程序。
附图说明
在下文中，将附参考附图解释本发明的优选实施例。其中：
图1示出了产生参考信号时的纤维复合材料部件的示意图，该纤维复合材料部件具有集成在纤维复合材料部件中的传感器装置；
图2示出了在测试根据本发明的纤维复合材料部件期间的纤维复合材料部件的示意图，该纤维复合材料部件具有集成在纤维复合材料部件中的传感器装置；
图3示出了在测试根据本发明的纤维复合材料部件期间的另一纤维复合材料部件的示意图，该纤维复合材料部件具有集成在纤维复合材料部件中的传感器装置；
图4示出了另一纤维复合材料部件的示意图，具有集成在纤维复合材料部件中的传感器装置，其适合用于测试根据本发明的纤维复合材料部件；
图5示出了另一纤维复合材料部件的示意图，具有集成在纤维复合材料部件中的传感器装置，其适合用于测试根据本发明的纤维复合材料部件；
图6示出了根据本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
图1示出了产生参考信号时的纤维复合材料部件2的示意图，该纤维复合材料部件2具有集成在纤维复合材料部件2中的传感器装置3。纤维复合材料部件2是用于车辆的保险杠部件。该纤维复合材料部件2具有集成在部件2内部的传感器装置1，该传感器装置具有柔性电路载体3以及布置在柔性电路载体3上的传感器模块4。
通过连接装置11，传感器装置可以连接到外围设备。
在本发明中，外围设备可以理解为，传感器装置3可以与该外围设备连接。当纤维复合材料部件2被应用于车辆中例如作为车身部件时，这样的系统可以是车辆通信系统，例如是CAN、FlexRay或PSI5通信系统。也可以设想，在传感器装置和车辆控制器之间建立直接连接，车辆控制器例如是用于行驶动态控制或用于控制安全装置的控制器。
在此，柔性电路载体3的可触及部分被考虑作为连接装置11。可触及部分可以是电路载体3的暴露部分。同样可以考虑的是合适的接口，例如以插头接口的形式。此外，可以考虑用于传输所检测到的传感器信号的无线接口。无线接口可以基于无线电技术或类似的无线通信技术。
由集成在纤维复合部件2中的传感器装置1检测到的信号，产生参考信号6a。这可以是直接检测的信号或从直接检测的信号导出的信号。典型的导出可以是对直接检测到的信号的滤波(高通/低通滤波)。
根据实施例，可以考虑仅引入一个参考脉冲。此外，可以通过重复引入参考脉冲来产生参考信号6a。脉冲可以具有不同的强度。该重复引入可以定期地进行。
该图示出了将参考脉冲引入到纤维复合材料部件2中的时刻。该引入通过脉冲引入装置5进行，该脉冲引入装置5以锤子5的形式示意性示出。该引入可以例如在制造结束时或在纤维复合材料部件2的安装期间进行，因此在纤维复合材料部件2的新状态下进行。
图2示出了在测试根据本发明的纤维复合材料部件2期间的纤维复合材料部件2的示意图，该纤维复合材料部件2具有集成在纤维复合材料部件2中的传感器装置3。纤维复合材料部件2是用于车辆的保险杠部件。纤维复合材料部件2具有集成在部件2内部的传感器装置1，传感器装置1具有柔性电路载体3以及布置在电路载体3上的传感器模块4。
在图示中，纤维复合材料部件2具有损坏。所示出的损坏是明显的。根据损坏的原因，纤维复合材料部件2的损坏也可能是不明显的。尤其是在发生相对轻微的损坏时。于是，损坏可能在外部没有留下明显的痕迹，但是存在纤维复合材料部件2的内部损坏，例如分层、纤维断裂或纤维拉出，这会对部件特性产生不利影响。
该图示出了将参考脉冲引入纤维复合材料部件2的时刻。该引入通过脉冲引入装置5进行，该脉冲引入装置5以锤子5的形式示意性示出。
该引入导致响应信号6b，其可以与参考信号6a进行比较。通过比较可以确定部件特性的变化。如果显示部件特性的变化超过了安全相关阈值，则可以启动适当的措施。这种措施的范围可以从对该信息的持久存储直至使安装了纤维复合材料部件2的车辆停止。
在测试碰撞损坏的范畴中，可以根据情况(例如在碰撞之后)进行引入。同样可以考虑根据测试循环进行定期测试。在这种情况下，还可以发现这样的损坏，该损坏是未被注意的或者由于受到作用在纤维复合材料部件2上的环境影响而在纤维复合材料部件2的寿命过程中发生的。
图3示出了在测试根据本发明的纤维复合材料部件2期间的另一纤维复合材料部件2的示意图，该纤维复合材料部件2具有集成在纤维复合材料部件2中的传感器装置1。在所示的纤维复合材料部件2中，集成的传感器装置1跨过纤维复合材料部件2。传感器模块4a、4b、4c借助于柔性电路载体3分布在纤维复合材料部件2上。在所示实施例中，分布是等距的。同样可以考虑，传感器模块4a、4b、4c不规则地分布在纤维复合材料部件2上。
在所示的实施例中，对纤维复合材料部件2的测试是通过在多个测试点处引入测试脉冲来进行的。相应地，传感器模块4a、4b、4c检测不同的响应信号6b。可以考虑，参考信号6a的产生同样通过在相应的参考位置引入参考脉冲来进行。测试位置可以基本上对应于参考位置。
图4示出了另一纤维复合材料部件2的示意图，具有集成在纤维复合材料部件2中的传感器装置1，其适合用于测试根据本发明的纤维复合材料部件2。纤维复合材料部件2是纤维复合材料罐。纤维复合材料部件2具有集成在部件2内部的传感器装置1，传感器装置1具有柔性电路载体3和布置在电路载体3上的传感器模块4。
所示实施例可以容易地得出纤维复合材料部件2可以很容易地以任意几何形状实现的优点。使用柔性电路载体3(例如以导体膜形式)和安装在其上的微机械传感器模块4基本上不限制纤维复合材料部件2的成型。这使得可以设置几乎任何形状的纤维复合材料部件2以及相应的传感器装置1，从而对其适当地构造以用于本发明的方法。
图5示出了另一纤维复合材料部件2的示意图，具有集成在纤维复合材料部件2中的传感器装置1，其适合用于测试根据本发明的纤维复合材料部件2。纤维复合材料部件2是运动装置。该运动装置示意性地示出为滑雪板。纤维复合材料部件2具有集成在部件2内部的传感器装置1，传感器装置1具有柔性电路载体3和布置在电路载体3上的传感器模块4。此外，图中示出了评估单元11。评估单元11可以(如图所示)例如位于用于滑雪板鞋的皮带处。
图6示出了根据本发明的方法600的实施例的流程图。
在步骤601中，将纤维复合材料部件2置于测试振动中。可以通过引入测试脉冲来实现测试振动。为此可以使用合适的振动产生装置5。这样的装置例如可以是振动器，纤维复合材料部件2被固定在该振动器中。振动产生装置可以被构造为，使得将测试脉冲被引入纤维复合材料部件2的限定的测试位置。
在步骤602中，借助于传感器装置检测响应信号。通过传感器装置的连接装置，响应信号可以被传递到后续处理装置，例如测试装置或测试控制器。在此，柔性电路载体3的可触及部分被考虑作为连接装置。可触及部分可以是电路载体的暴露部分。同样可以考虑合适的接口，例如以插头接口的形式。此外，可以考虑用于传输所检测到的传感器信号的无线接口。无线接口可以基于无线电技术或类似的无线通信技术。
在步骤603中，将响应信号6b与参考信号6a进行比较。为了比较两个信号6a、6b，通常可以使用任何可想到的比较方法。比较的目的是识别测试信号6b是否以及在何种程度上从参考信号6a改变。可以考虑定义针对变化的阈值，如果变化超过阈值，则表示发生部件特性的安全相关变化。如果发生这种变化，则可以启动相应的对策。这种对策的范围可以从持续存储该信息直至使安装了该纤维复合材料部件2的车辆停止。

Claims (5)

1.一种用于测试纤维复合材料部件(2)的方法(600)，其中所述纤维复合材料部件(2)包括集成在所述纤维复合材料部件(2)中的传感器装置(1)，其中所述传感器装置(1)包括柔性电路载体(3)，所述柔性电路载体具有传感器模块(4)，所述传感器模块(4)是用于检测加速度的微机械传感器模块，所述方法包括以下步骤：
通过将测试脉冲从外部引入到所述纤维复合材料部件(2)的测试位置，将所述纤维复合材料部件(2)置于(601)测试振动中；
借助于所述传感器装置(1)检测(602)加速度响应信号(6b)；
比较(603)所述加速度响应信号(6b)和参考信号(6a)；
其中所述参考信号(6a)通过以下方式产生：在所述纤维复合材料部件(2)的新状态下，通过将参考脉冲引入到所述纤维复合材料部件(2)的参考位置，将所述纤维复合材料部件(2)置于参考振动中，并且借助于所述传感器装置(1)检测所述参考振动，并且所检测到的信号或从所检测到的信号中导出的信号是所述参考信号(6a)；
其中所述参考位置基本上对应于所述测试位置。
2.根据权利要求1所述的方法(600)，其中所述参考脉冲基本上等于所述测试脉冲。
3.根据权利要求1所述的方法(600)，其中所述纤维复合材料部件是用于车辆的车身部件。
4.一种被构造用于执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法(600)的所有步骤的装置。
5.一种机器可读的存储介质，在所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为执行根据权利要求1至3中任一项所述的方法(600)的所有步骤。
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