DE102004040345A1 - Verfahren und Einrichtung zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage gelegter Bahnen aus einem Faserverbundwerkstoff - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage gelegter Bahnen aus einem Faserverbundwerkstoff Download PDF

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage (2) gelegter Bahnen (4a, b) aus einem Faserverbundwerkstoff wird mit einer optischen Abstandsmesseinrichtung (8) an zumindest einer Messstelle (11) der Abstand (D) zwischen einer Oberfläche im Stoßbereich der Bahnen (4a, b) und der Abstandsmesseinrichtung (8) gemessen und durch Auswertung des gemessenen Abstandes (D) auf das Vorhandensein einer Überlappung (22) oder eines Stoßspaltes (20) geschlossen.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage gelegter Bahnen aus einem Faserverbundwerkstoff.
  • Die Herstellung von Bauteilen aus einem Faserverbundwerkstoff, wie beispielsweise kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), erfolgt in einer Vielzahl von Fällen dadurch, dass der Faserverbundwerkstoff von einer Rolle abgewickelt und in einer Lage Bahn für Bahn nebeneinander und in mehreren Lagen übereinander gelegt wird. Bei der automatisierten Legung dieser Bahnen muss nun während der Legung überprüft werden, ob die einzelnen Bahnen korrekt nebeneinander gelegt werden. Dabei ist angestrebt, dass die entsprechend ihrer Breitenabmessung im Versatz zueinander gelegten Bahnen sich entweder an ihren Längskanten berühren, d. h. exakt auf Stoß gelegt sind, oder allenfalls mit einem minimalen Abstand voneinander auf der unteren Lage aufliegen. Abweichungen von der Parallelität der Bahnen zueinander führen entweder zu einer unerwünschten Überlappung der Bahnen oder zu einer zu großen Distanz bzw. zu einem zu großen Stoßspalt zwischen nebeneinander angeordneten Bahnen.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage gelegter Bahnen aus einem Faserverbundwerkstoff anzugeben, das eine einfache Beurteilung der Qualität des Stoß bereiches bereits während der automatisierten Legung ermöglicht. Der Erfindung liegt außerdem die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Die erstgenannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei dem Verfahren wird mit einer optischen Abstandsmesseinrichtung an zumindest einer Messstelle der Abstand zwischen einer Oberfläche im Stoßbereich der Bahnen und der Abstandsmesseinrichtung gemessen. Durch Auswertung des auf diese Weise gemessenen Abstandes wird auf das Vorhandensein einer Überlappung oder eines Stoßspaltes geschlossen. Durch diese Maßnahmen ist eine einfache automatisierbare Kontrolle des Stoßbereiches und damit der Parallelität der Bahnen möglich. Durch die Verwendung einer optischen Abstandsmesseinrichtung können außerdem genaue Abstandsmessungen auch an schwarzen und glänzenden Bahnen sicher und genau durchgeführt werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Abstände zu einer Mehrzahl räumlich voneinander beabstandeter Messstellen gemessen. Auf diese Weise kann ein Teil der gewonnenen Messwerte als Referenz dienen und eine fehlerhafte Legung durch Vergleich mit einem als Referenzwert geeigneten Messwert erkannt werden. Hierzu wird vorzugsweise zumindest eine der Messstellen in einem fehlerfreien Bereich einer Bahn angeordnet.
  • Werden die Abstände zur Oberfläche an verschiedenen Messstellen mit Hilfe einer entsprechenden Anzahl von Distanzsensoren gleichzeitig gemessen, ist während des Legens eine zeitlich lückenlose Überwachung des Stoßbereiches möglich.
  • Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorgesehen, eine oder mehrere Messstellen quer zur Stoßkante zu verfahren und die Abstände zu der zumindest einen Messstelle kontinuierlich zu messen. Auf diese Weise erfolgt die Abstandsmessung an verschiedenen Messstellen zeitlich nacheinander.
  • Werden die Messungen während des Legens der Bahnen in Legerichtung gesehen hinter einem Legemodul zum Legen der Bahnen durchgeführt, ist eine unmittelbare Überwachung des Legevorgangs möglich, so dass insbesondere das Legemodul in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung gesteuert werden kann.
  • Die zweitgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 8. Die Vorteile einer solchen Einrichtung sowie der Maßnahmen gemäß den diesem Patentanspruch nachgeordneten Unteransprüchen ergeben soich sinngemäß aus den jeweils zugehörigen Verfahrensansprüchen.
    •
  • Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnung verwiesen. Es zeigen:
  • 1 eine Vorrichtung gemäß der Erfindung in einer schematischen Seitenansicht in Legerichtung der Bahnen,
  • 2 eine Draufsicht auf die erfindungemäße Vorrichtung,
  • 3 ein Diagramm, in dem das gemessene Abstandssignal für drei unterschiedliche Fallkonstellationen gegen die Zeit aufgetragen ist,
  • 4 eine alternative Ausführungsform der Einrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls in einer schematischen Seitenansicht,
  • 5 ein Diagramm in dem das mit dieser Einrichtung gewonnene Abstandsmesssignal ebenfalls für drei unterschiedliche Fallkonstellationen gegen die Zeit aufgetragen ist.
  • Gemäß 1 sind auf eine Unterlage 2 mehrere Bahnen 4a, b, c aus einem Faserverbundwerkstoff nebeneinander gelegt. Bei der Unterlage 2 kann es sich dabei um einen aus mehreren Lagen bereits gelegter Bahnen bestehenden mehrlagigen Aufbau handeln. Die Bahnen 4a-c werden Bahn für Bahn nebeneinander durch ein Legemodul 6 auf die Unterlage 2 in einer zur Zeicheneben senkrechten Legerichtung gelegt, während sich das Legemodul 6 relativ zur Unterlage 2 bewegt. In der Fig. ist eine Situation dargestellt, in der die Bahn 4a gerade neben die bereits gelegte Bahn 4b gelegt wird.
  • Auf der Rückseite des Legemoduls 6, d.h. in Legerichtung gesehen hinter dem Legemodul 6, ist eine optische Abstandsmesseinrichtung 8 angeordnet, mit der der Abstand zwischen einer Oberfläche im Stoßbereich der Bahnen 4a, b und der Abstandsmesseinrichtung 8 gemessen wird. Die optische Abstandsmesseinrichtung 8 enthält hierzu zumindest einen optischen Distanzsensor mit einer Lichtquelle 10, vorzugsweise eine Laserdiode, und einer Empfängeranordnung 12. Die Lichtquelle 10 erzeugt einen kollimierten Lichtstrahl LS, mit dem eine Messstelle 11 in der Umgebung des Stoßbereiches zweier einander benachbarter Bahnen 4a, b vorzugsweise annähernd senkrecht beleuchtet wird. Das von dieser Messstelle 11 diffus reflektierte Licht LR wird in der Empfängeranordnung 12 empfangen und es wird ein Abstandsmesssignal DS erzeugt, das ein Maß für den Abstand D der aktuellen Messstelle 11, d.h. des auf einer der Abstandsmesseinrichtung 8 gegenüberliegenden Oberfläche befindlichen Lichtflecks, von der Abstandsmesseinrichtung 8 ist.
  • Das Messsignal DS wird zur Auswertung an eine Auswerte- und Steuereinheit 14 weitergeleitet, in der durch Auswertung des gemessenen Abstandes D auf das Vorhandensein eines Stoßspaltes 20 oder eines Überlapps 22 geschlossen wird. Je nach Ergebnis dieser Auswertung wird ein Steuersignal S generiert, mit dem die Lage und Ausrichtung des Legemoduls 6 beispielsweise durch Verschieben in eine Richtung 16 quer zu den Stoßkanten oder durch Verdrehen um eine zur Legerichtung senkrechte Achse, beeinflusst wird.
  • Um die Umgebung eines Stoßbereiches an einer Mehrzahl von Messstellen 11 abtasten zu können, wird die Abstandsmesseinrichtung 8 quer zur Legerichtung hin und her bewegt, wie dies in der Figur durch den Doppelpfeil 18 veranschaulicht ist. Im Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung kontinuierlich, so dass durch die periodische Bewegung der Abstandsmesseinrichtung 8 und die Relativbewegung zwischen Unterlage 2 und Abstandsmesseinrichtung 8 die Messstelle 11 in einer sinusförmigen Messbahn in einer Messzone mit der Breite B zu beiden Seiten des Stoßbereiches über die Oberfläche geführt wird.
  • Liegt ein Stoßspalt 20 vor, ist der Abstand D zwischen Abstandsmesseinrichtung 8 und Messstelle 11 um die Dicke der Bahn 4a-c vergrößert. Entsprechend ist dieser Abstand D im Falle einer Überlappung 22 verkleinert.
  • Die Amplitude der periodischen Bewegung der Abstandsmesseinrichtung 8, d. h. die Breite B der Messzone ist dabei derart gewählt, dass zumindest am Rand der Messzone die Bahnen 4a, b korrekt auf der Unterlage 2 aufliegen. Auf diese Weise bilden die am Rand der Messzone gewonnenen Messwerte unabhängig vom tatsächlichen Abstand zwischen Bahnoberfläche und Abstandsmesseinrichtung eine Referenz und jede Abweichung des Messsignals DS von den am Rand gewonnenen Messsignalen DS indiziert einen Fehler im Stoßbereich.
  • In der Draufsicht gemäß 2 ist strichpunktiert die durch die periodische Bewegung der Abstandsmesseinrichtung 8 abgefahrene Messbahn 19 eingezeichnet. Durch Auswertung des von der Abstandsmesseinrichtung 8 weitergeleiteten Messsignals DS wird in der dargestellten Fallkonstellation das Auftreten eines Stoßspaltes 20 registriert, der zu einer durch den Pfeil angedeuteten Lagekorrektur des Legemoduls 6 derart führt, dass die vom Legemodul 6 aktuell gelegte Bahn 4 wieder exakt an die Kante der benachbarten Bahn 4b angelegt wird, wie dies in der Figur anhand des unterhalb des Legemoduls 6 gestrichelt eingezeichneten Anfanges der Materialbahn 4a zu erkennen ist.
  • Im Diagramm gemäß 3 ist das während der Querbewegung der Abstandsmesseinrichtung gemessene Messsignal DS gegen die Zeit t aufgetragen. Im idealen Fall, d.h. wenn die benachbarten Bahnen ohne Spalt und ohne Überlapp unmittelbar aneinander stoßen, die Bahn keine Dickenschwankungen aufweist und wenn außerdem die Querbewegung der Abstandsmesseinrichtung exakt parallel zur Oberfläche der Bahnen erfolgt, ist das Messsignal DS praktisch von der Zeit t unabhängig und es ergibt sich die im Diagramm gemäß 3 idealisiert dargestellte Messkurve 30. Liegt ein Stoßspalt vor, ergibt sich in dem Zeitabschnitt, in dem die Messstelle den Stoßspalt durchquert, eine signifikante Abweichung 32 von dieser Kurve 30, d.h. das Abstandssignal DS und damit der gemessene Abstand ist im Bereich des Stoßspaltes erhöht. Entsprechend erniedrigt sich der Abstand im Falle einer Überlappung. Dies ist durch die Kurve 34 angedeutet. Die zeitliche Breite dieser Abweichungen 32, 34 ist ein Maß für die Breite des Stoßspaltes bzw. der Überlappung. Ohne entsprechende Steuerung des Legemoduls würden sich diese Abweichungen 32, 34 entsprechend der periodischen Bewegung der Abstandsmesseinrichtung periodisch wiederholen.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 ist eine optische Abstandsmesseinrichtung vorgesehen, die ortsfest am Legemodul 6 angeordnet ist und eine Mehrzahl, im Ausführungsbeispiel 3 Distanzsensoren 8a-c umfasst, die eine entsprechende Anzahl von Messstellen 11a-c erfassen. Die Messstelle 11b befindet sich dabei an der Sollposition der Stoßkanten. Zwei weitere Messstellen 11a, c befinden sich jeweils im Abstand hierzu. Auch in diesem Ausführungsbeispiel dienen die äußeren Messstellen 11a, c als Referenz.
  • Im Diagramm gemäß 5 sind die Messsignale DS der Distanzsensoren 8a, b, c zu unterschiedlichen Fallkonstellationen dargestellt. Messkurve abc ergibt sich, wenn die Bahnen 4a, b exakt auf Stoß nebeneinander liegen. In diesem Falle messen alle Distanzsensoren 8a-c denselben Abstand. Falls ein Stoßspalt oder eine Überlappung auftritt, misst zumindest der mittlere Distanzsensor 8b einen veränderten Abstand. Dies ist durch die gestrichelt eingezeichneten Kurven b20 und b22 dargestellt. Im Falle eines fortschreitenden Stoßspalts oder Überlapps beispielsweise bis zur Messstelle 11a misst auch der äußere Distanzsensor 8a einen vergrößerten bzw. der äußere Distanzsensor 8c einen verringerten Abstand, wie dies im Diagramm durch die Messkurve a20 bzw. c22 veranschaulicht ist. Durch einen beginnenden Versatz wird dabei der mittlere Distanzsensor 8b zeitlich als erster Distanzsensor zum Zeitpunkt t0 ein Messsignal DS erzeugen, das von den Messsignalen DS der beiden äußeren Distanzsensoren 8a, c abweicht. Zu Beginn eines Versatzes können somit die Messsignale DS dieser Distanzsensoren 8a, c als Referenz dienen. Durch entsprechende Steuerung des Legemoduls kann dann sofort eine Korrektur durchgeführt werden, indem das Legemodul nach Überschreiten eines vorgegebenen Schwellwertes für eine solche Abweichung hinsichtlich seiner Lage entsprechend korrigiert wird.
  • Anstelle der Durchführung einer automatischen Korrektur des Legevorganges ist auch eine einfache Alarmgebung oder ein vollständiger Abbruch des Legevorgangs möglich.
  • In den Diagrammen sind die Messsignale idealisiert ohne Rauschen und Schwankungen dargestellt. Zur Erhöhung der Messsicherheit können die gewonnenen Messdaten noch digitalen oder analogen Signalverarbeitungsverfahren unterzogen werden, mit denen eine Verbesserung des Signal-Störabstandes möglich ist, beispielsweise durch eine gleitende Mittelwertbildung.
  • Des weiteren ist auch eine Ausführungsform möglich, bei der die in der Abstandsmesseinrichtung verwendeten Distanzsensoren nicht ein kontinuierliches analoges Abstandsmessignal sondern ein digitales Abstandsmesssignal bereitstellen, das im einfachsten Fall binär sein kann, d. h. lediglich das Über- oder Unterschreiten eines bestimmten Schwellwertes anzeigt.
  • Grundsätzlich ist auch eine vereinfachte Ausführungsform mit nur einem ortsfest am Legemodul im Stoßbereich angeordneten Distanzsensor möglich. Ein Referenzwert kann dann durch einen gegebenenfalls gemittelten Messwert aus einer vorangegangenen Messperiode gebildet werden. weicht der aktuelle Messwert von diesem Mittelwert ab, ist dies ein Indiz für eine beginnende fehlerhafte Legung.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage (2) gelegter Bahnen (4a, b) aus einem Faserverbundwerkstoff, bei dem mit einer optischen Abstandsmesseinrichtung (8) an zumindest einer Messstelle (11) der Abstand (D) zwischen einer Oberfläche im Stoßbereich der Bahnen (4a, b) und der Abstandsmesseinrichtung (8) gemessen wird und durch Auswertung des gemessenen Abstandes (D) auf das Vorhandensein einer Überlappung (22) oder eines Stoßspaltes (20) geschlossen wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Abstände (D) zu einer Mehrzahl räumlich voneinander beabstandeter Messstellen gemessen werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zumindest eine der Messstellen in einem fehlerfreien Bereich einer Bahn (4a, c) angeordnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Abstände (D) zu verschiedenen Messstellen gleichzeitig gemessen werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, bei dem die zumindest eine Messstelle quer zur Stoßkante verfahren und die Abstände zu dieser Messstelle kontinuierlich gemessen werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Messungen während des Legens der Bahnen (4a-c) in Legerichtung gesehen hinter einem Legemodul (6) zum Legen der Bahnen (4a-c) erfolgen.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung das Legemodul (6) gesteuert wird.
  8. Einrichtung zum Überprüfen des Stoßbereiches nebeneinander auf eine Unterlage gelegter Bahnen (4a-c) aus einem Faserverbundwerkstoff, mit einer über der Oberfläche der Bahnen (4a-c) angeordneten optischen Abstandsmesseinrichtung (8) zum Messen eines Abstandes (D) zwischen einer Oberfläche im Stoßbereich der Bahnen (4a-c) und der Abstandsmesseinrichtung (8) an zumindest einer Messstelle.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, bei der die Abstandsmesseinrichtung (8) eine Mehrzahl von Distanzsensoren (8a-c) enthält.
  10. Einrichtung nach Anspruch 8 oder 9, bei der die Abstandsmesseinrichtung (8) quer zur Stoßkante verfahrbar ist.
  11. Einrichtung nach einem Ansprüche 8 bis 10, bei der die Abstandsmesseinrichtung (8) in Legerichtung gesehen hinter einem Legemodul (6) angeordnet ist.
  12. Einrichtung nach Anspruch 11, bei der die Abstandsmesseinrichtung (8) am Legemodul (6) angeordnet ist.
  13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der die Einrichtung eine Auswerte- und Steuereinheit (14) zum Auswerten des bei der Messung des oder der Abstände (D) gewonnenen Messergebnisse und zum Erzeugen eines vom Ergebnis der Auswertung abhängigen Steuersignals (S) für das Legemodul (6) enthält.
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