DE102006062522B3

DE102006062522B3 - Verfahren zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, insbesondere eines Preforms und Vorrichtung zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche des eingangs genannten Werkstückes

Info

Publication number: DE102006062522B3
Application number: DE200610062522
Authority: DE
Inventors: Volker Dr. Breuer
Original assignee: ISAM AG
Current assignee: ISAM AG
Priority date: 2006-12-29
Filing date: 2006-12-29
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines Werkstückes (2), insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, vzw. eines Preforms (2a), mit einer Oberflächenstruktur, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen Strukturelementes (a/b), vzw. mehrerer faserähnlicher Strukturelemente, insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, strukturiert wird bzw. ist, wobei die Oberfläche zumindest teilweise mit mindestens einer Lichtquelle (3) angestrahlt und das auf die Oberfläche auftreffende Licht von dem faserähnlichen Strukturelement (a bzw. b) bzw. von den faserähnlichen Strukturelementen zumindest teilweise reflektiert wird und mit Hilfe des reflektierten Lichtes ein Messabbild der Oberflächenstruktur ermittelt wird. Eine verbesserte Analyse ist dadurch gegeben, dass die Lichtquelle (3) parallel gebündeltes Licht emittiert, dass das parallel gebündelte Licht auf die Oberfläche des Werkstückes (2), nämlich auf einen Bereich des faserähnlichen Strukturelementes (a bzw. b) auftrifft, dass zur Abbildung möglicher Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters (A bzw. B) mindestens eine Projektionsfläche (4) vorgesehen ist, wobei die Existenz einer auf der Projektionsfläche (4) sich darstellenden Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters (A bzw. B) ermittelt wird und/oder aus der jeweiligen Abbildung der ...

Description

Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, vzw. eines Preforms, mit einer Oberflächenstruktur, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen Strukturelementes, vzw. mehrerer faserähnlicher Strukturelemente, insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel strukturiert wird bzw. ist, wobei die Oberfläche zumindest teilweise mit mindestens einer Lichtquelle angestrahlt und das auf die Oberfläche auftreffende Licht von dem faserähnlichen Strukturelement bzw. von den faserähnlichen Strukturelementen zumindest teilweise reflektiert wird und mit Hilfe des reflektierten Lichtes ein Messabbild der Oberflächenstruktur ermittelt wird. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines Werkstückes, insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, vzw. eines Preforms, insbesondere arbeitend nach dem eingangs genannten Verfahren, wobei das Werkstück eine Oberflächenstruktur aufweist, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen Strukturelementes, vzw. mehrerer faserähnlicher Strukturelemente, insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, strukturiert ist, und wobei eine Lichtquelle zur zumindest teilweisen Anstrahlung der Oberfläche des Werkstückes vorgesehen ist.
Faserverbundwerkstoffe gewinnen aufgrund ihres geringen Gewichtes und ihrer hohen Festigkeit immer mehr an Bedeutung. Insbesondere im Automobil- und Flugzeugbau werden bereits viele Bauteile aus Kohlefasern in Serie gefertigt und an verschiedenen Stellen im Automobil bzw. Flugzeug eingebaut. Die mechanischen Eigenschaften derartiger Kohlefaserbauteile sind von entscheidender Bedeutung. Hierbei ist auch die Lage der Faserbündel relativ zu den in den Bauteilen auftretenden Kräften von Bedeutung bzw. entscheidend. Beispiels weise werden Kräfte, die in Zugrichtung der Fasern wirken, bei derartigen Bauteilen insbesondere von den in dieser Zugrichtung liegenden Faserbündeln bzw. in dieser Zugrichtung verlaufenden Fasern aufgenommen. In Druckrichtung werden derartige Kräfte auch von den zwischen den einzelnen Fasern vorgesehenen Harzverbindungen aufgenommen. Ein wichtiger Punkt bei der Fertigung derartiger Kohlefaserbauteile ist daher auch die Überprüfung der Qualität der entstandenen Kohlefasergelege (Preforms), insbesondere vor der Infiltration. Bevor also das „Preform-Bauteil", das entsprechende Lagen von miteinander vernähten Fasern aufweist mit Harz oder einem geeignetem Material infiltriert wird, muss die Qualität, insbesondere die Position der Faserbündel überprüft werden.
Im Stand der Technik geschieht dies bisher durch die Bestrahlung der Oberfläche eines derartigen Werkstückes mit diffusem Licht. Hierbei werden bspw. Glasfasermatten mit diffusem Licht bestrahlt, wobei die Lichtstrahlen in Abhängigkeit der Position/Anordnung der Lichtquelle und der Position/Anordnung des Werkstückes einerseits lateral, andererseits axial auf die einzelnen Fasern auftreffen und von hier aus dann entsprechend reflektiert werden. Betrachtet man das Werkstück von oben, während die Lichtquelle bswp. schräg von der Seite auf das Werkstück leuchtet, so erkennt der Betrachter helle und dunkle Bereiche, wobei insbesondere die hellen Bereiche die Bereiche darstellen, an denen die Lichtstrahlen lateral auf die Faser auftreffen und die dunklen Stellen eher die Bereiche darstellen, an denen die Lichtstrahlen axial auf die Faserelemente treffen. Mit diesem Verfahren können sogenannte „gaps" im Werkstück aufgefunden werden, also „Löcher" bzw. „Mulden", wo bspw. die Faserelemente einer unteren Lage aufgrund des hier bestehenden „gaps" von oben visuell als helle oder dunkle Bereiche sichtbar werden können.
Beispielsweise sind im Stand der Technik in der Automobilindustrie bereits Karosseriestrukturen bekannt, die komplett aus Kohlefaser gefertigt werden. Zur Herstellung werden Kohlefasern, Kohlepulver und Harz unter großem Druck zusammengepresst und bei 1.500 Grad durch Infiltration mit Silizium zu Keramik gebacken. Die Karosseriestruktur kann daher komplett aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff bestehen, der auch durchaus als „CFK" bezeichnet wird.
Gleiches gilt für Motorhauben, Türen oder andere anzuordnende Karosseriebauteile. „CFK" wiegt ca. 50% weniger als Stahl und bietet auch gegenüber Aluminium 30% Gewichtsvorteil. Entscheidend ist, dass „CFK" auch bei einem Aufprall extrem viel Energie absorbieren kann. Diese Aufprallenergie wird insbesondere von den entsprechenden Trägern absorbiert, wobei die Kohlefasern/Karbonfasern nach einem exakt berechnetem Deformationsverhalten von vorne nach hinten zerreisen. Zumeist erfolgt die „CFK"-Produktion bisher in akribischer Handarbeit. In der Automobilindustrie sind derzeit aber bereits Techniken bekannt, die denen in der Textilindustrie ähneln, so dass eine Serienproduktion der Kohlefaserbauteile realisierbar ist. Hierbei werden Kohlefasern für ein Träger-Kernelement maschinell vernäht. Anschließend kommt der Rohling in eine eigens entwickelte Flechtmaschine, wo ca. 25.000 Karbonfaserelemente von 48 Rollen abgespult werden um dann den eigentlichen Längsträger zu formen. Folglich ist die Herstellung auch komplizierterer Bauteile aus Kohlefasern mittlerweile sogar auch maschinell möglich.
Bei der Untersuchung/Analyse von derartigen Bauteilen ist im Stand der Technik insbesondere problematisch, dass man die Richtung/Ausrichtung der faserähnlichen Strukturelemente, hier der Faserelemente kennen muss, um eine gute Beleuchtung überhaupt realisieren zu können. Weiterhin sind keine punktuelle Messungen möglich, sondern es ist nur eine flächenhafte Messung/Analyse realisierbar, so dass nur für einen bestimmten Bereich/eine bestimmte Fläche des Werkstückes eine Qualitätsaussage möglich ist. Um genauere Aussagen überhaupt treffen zu können, müssten die entstehenden Bilder mit Hilfe von „Tiefpässen" mehrfach optisch gefiltert werden, was einerseits sehr aufwendig ist, andererseits auch nur wieder eine räumliche Aussage über einer bestimmten Fläche ermöglicht.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw. die eingangs genannte Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die eingangs genannten Nachteile vermieden sind, insbesondere auch punktuelle Qualitätsprüfungen derartiger Werkstücke ermöglicht sind sowie insbesondere auch die Lage und/oder der Verlauf von faserähnlichen Strukturelementen, vzw. eines Faserbündels leicht und exakt ermittelbar ist.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun – für das Verfahren – dadurch gelöst, dass die Lichtquelle parallel gebündeltes Licht emittiert, dass das parallel gebündelte Licht auf die Oberfläche des Werkstückes, nämlich auf einen Bereich des faserähnlichen Strukturelementes auftrifft, das zur Abbildung möglicher Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters mindestens eine Projektionsfläche vorgesehen ist, wobei die Existenz einer auf der Projektionsfläche sich darstellenden Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters ermittelt wird und/oder aus der jeweiligen Abbildung der Reflexion bzw. des jeweiligen Reflexionsmusters der Ausrichtungswinkel des faserähnlichen Strukturelementes bzw. der faserähnlichen Strukturelemente relativ zu einer bestimmten Achse und/oder in einer bestimmten Ebene des Werkstückes ermittelt wird bzw. werden.
Die zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun – für die Vorrichtung – dadurch gelöst, dass die Lichtquelle als eine parallel gebündeltes Licht emittierende Lichtquelle ausgeführt ist, dass zur Abbildung möglicher Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters mindestens eine Projektionsfläche vorgesehen ist, dass die Lichtquelle direkt oder indirekt so ausgerichtet ist, so dass das parallel gebündelte Licht auf die Oberfläche des Werkstückes, nämlich auf einen Bereich des faserähnlichen Strukturelementes auftrifft, wobei die Existenz einer auf der Projektionsfläche sich darstellenden Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters ermittelbar ist und/oder aus der jeweiligen Abbildung der Reflexion bzw. des jeweiligen Reflexionsmusters der Ausrichtungswinkel des faserähnlichen Strukturelementes bzw. der faserähnlichen Strukturelemente relativ zu einer bestimmten Achse und/oder in einer bestimmten Ebene des Werkstückes ermittelbar und/oder berechenbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich nunmehr auch Oberflächen entsprechender Werkstücke bzw. Bauteile punktuell untersuchen, insbesondere sind also punktuelle Messungen und daher auch Aussagen über die Qualität von Oberflächen an bestimmten punktuellen Stellen möglich. Weiterhin kann auf einfache Weise, was die folgenden Ausführungen noch zeigen werden, insbesondere der Ausrichtungswin kel eines faserähnlichen Strukturelementes auf der Oberfläche des Werkstückes einfach ermittelt werden. Damit können insbesondere sogenannte Preforms auf einfache, schnelle und kostengünstige Weise überprüft werden, wobei lokale Faserausrichtungen ermittelt werden können. Insbesondere auch bei komplexeren Werkstücken/Bauteilen, wo sich die Ausrichtung der faserähnlichen Strukturelemente, also die Faserrichtung ändert, bspw. durch „Drapieren" der Kohlefasergewebe kann nun mitunter auf engstem Raum, nämlich auch hier punktuell die entsprechende Oberfläche untersucht bzw. analysiert werden, was vorher mit den im Stand der Technik bekannten Methoden nicht möglich war, da hier insbesondere immer auch eine statistische Auswertung einer größeren Fläche Vorraussetzung gewesen ist, die zu großen Messfehlern geführt hat. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende Vorteile erzielt.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 bzw. dem Patentanspruch nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im folgenden soll nun das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der folgenden Beschreibung und der dazugehörenden Zeichnung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:
1a in schematischer Darstellung einen Lichteinfall/die Reflexion von parallel gebündeltem Licht auf ein faserähnliches Strukturelement, insbesondere auf eine Kohlefaser, dargestellt von vorne und
1b in schematischer Darstellung einen Lichteinfall/die Reflexion von parallel gebündeltem Licht auf ein faserähnliches Strukturelement, insbesondere auf eine Kohlefaser, dargestellt von der Seite,
2 eine schematische Darstellung von einfallendem Licht auf ein faserähnliches Strukturelement, hier eine Kohlefaser bzw. die Reflexion auf eine schematisch dargestellten Projektionsebene,
3a bis 3c in schematischen Darstellungen die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere den Strahlenverlauf und die Darstellung auf der Projektionsebene bzw. die Darstellung der Lagen/Ausrichtung zweier faserähnlicher Strukturelemente,
4a bis 4c in schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der Oberfläche eines Werkstückes mit parallel verlaufenden faserähnlichen Strukturelementen sowie das entstehende Reflexionsmuster,
5a bis 5c in schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der Oberfläche eines Werkstückes mit parallel verlaufenden ersten faserähnlichen Strukturelementen und anderweitig verlaufenden zweiten faserähnlichen Strukturelementen sowie das entstehende Reflexionsmuster, und
6a bis 6c in schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der Oberfläche eines Werkstückes mit parallel verlaufenden ersten faserähnlichen Strukturelementen und anderweitig verlaufenden zweiten faserähnlichen Strukturelementen, sowie die entstehenden Reflextionsmuster, nämlich insbesondere die Ermittlung eines „gap".
Die 1 bis 6 zeigen – zumindest teilweise – ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung 1 zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines Werkstückes 2, hier eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, vzw. eines Preforms 2a. Das Werkstück 2 weist eine bestimmte Oberflächenstruktur auf, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen Strukturelementes a vzw. mehrerer faserähnlicher Strukturelemente a bzw. b, insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, hier insbesondere Kohlefasern, strukturiert wird bzw. ist.
Die Oberfläche des Werkstückes 2 wird dabei mit mindestens einer Lichtquelle 3 angestrahlt, wobei das auf die Oberfläche auftreffende Licht von den faserähnlichen Strukturelementen a bzw. b zumindest teilweise reflektiert wird und mit Hilfe des reflektierten Lichtes ein Messabbild der Oberflächenstruktur des Werkstückes 2 ermittelt wird.
Bevor nun auf den Aufbau der Vorrichtung 1 bzw. den Strahlengang und das Verfahren zur Analyse der Oberfläche eines Werkstückes 2 näher eingegangen wird, darf vorab zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung auf die 1a, 1b bzw. 2 näher eingegangen werden:
1a zeigt in schematischer Darstellung ein faserähnliches Strukturelement a von vorne, wobei 1b in schematischer Darstellung ein faserähnliches Strukturelement a von der Seite zeigt, vzw. zeigen die 1a und 1b hier eine Kohlefaser.
Dargestellt ist nun der Lichteinfall von parallel gebündeltem Licht auf das faserähnliche Strukturelement a, einerseits von vorne, nämlich im wesentlichen lateral (vgl. 1a), andererseits von der Seite, nämlich im wesentlichen in axialer Richtung (vgl. 1b).
In 1a ist gut zu erkennen, dass das faserähnliche Strukturelement a, hier die Kohlefaser als eine Art mikroskopisch kleiner Zylinderspiegel wirkt, nämlich das einfallende Licht kegelförmig reflektiert wird, was durch die entsprechenden Pfeile und die schraffierten Flächen dargestellt sein soll. Gerade diese optische Eigenschaft des faserähnlichen Strukturelementes a, also diese optische Eigenschaft der hier dargestellten Kohlefaser ist für die im Stand der Technik bekannte konventionelle Bildverarbeitung problematisch. Gerade aber dieser Ansatz wird beim Prinzip der Erfindung nun entsprechend genutzt, um die Haupt-Faserrichtung eines Preforms zu ermitteln, was im folgenden noch näher erläutert werden wird. 1b zeigt den Lichteinfall auf ein faserähnliches Strukturelement a in zumindest teilweiser axialer Richtung, nämlich mit dem Inzidenzwinkel α.
1a und 1b zeigen daher die Reflexionsgeometrie für ein faserähnliches Strukturelement a anhand zweier Schnittebenen, nämlich senkrecht und parallel zu der Faserrichtung des faserähnlichen Strukturelementes a. Die 1a und 1b zeigen die Reflexion an nur einem faserähnlichen Strukturelement a beispielhaft, entsprechende Reflexionen ergeben sich mehrfach und teilweise überlagernd für ein angestrahltes Werkstück 2, das mehrere faserähnliche Strukturelemente a bzw. b aufweist, was im folgenden noch näher erläutert werden wird.
2 zeigt nun in schematischer Darstellung ein im Raum mit parallel gebündeltem Licht angestrahltes faserähnliches Strukturelement a, angestrahlt mit dem Inzidenzwinkel α, sowie dargestellt. Für den Fall, dass α genau 90° Grad ist, würde wie aus 1a und 1b ersichtlich und vorstellbar, also bei einem senkrechten Einfall des entsprechenden parallel gebündelten Lichtes der entstehende Lichtkegel zur Ebene entarten.
Hier in 2 ist ebenfalls schematisch dargestellt eine Projektionsebene, nämlich eine Projektionsfläche 4, die den Lichtkegel entsprechend schneidet sowie dargestellt. Einerseits ist hier nur der Form halber und nur zur Verdeutlichung der entsprechende Lichtkegel als Reflexion vom faserähnlichen Strukturelement a schematisch vollständig dargestellt, andererseits aber auch und das soll an dieser Stelle erläutert bzw. verdeutlicht werden, die auf der Projektionsfläche 4 sich abzeichnende Reflexionslinie A, hier dargestellt als gekrümmte Linie. Es bildet sich auf der Projektionsfläche 4 daher nur die gekrümmte Reflexionslinie A ab, also nicht die gepunkteten Flächen, die hier nur zur Darstellung des Lichtkegels gezeichnet sind. Für den Fall, dass die Oberfläche eines Werkstückes bzw. der Verlauf des faserähnlichen Strukturelementes a genau parallel zur Projektionsfläche 4 verläuft und die Projektionsfläche 4 entsprechend positioniert ist bzw. der Inzidenzwinkel genau 90° Grad betragen würde, so wird als Reflexionslinie A auf der Projektionsfläche 4 dann eine Gerade abgebildet, so wie in 3b dargestellt, andernfalls wird auf der Projektionsfläche 4, sowie hier in 2 dargestellt eine gekrümmte Linie als Reflexionslinie A abgebildet.
Bei der Reflexion eines ausgedehnten Strahlenbündels an der Oberfläche eines Kohlefasergewebes, also an der Oberfläche eines entsprechenden Werkstückes 2 überlagern sich die Reflexionen an den einzelnen Fasern, also an den einzelnen faserähnlichen Strukturelementen a. Wird das reflektierte Licht auf eine diffuse Oberfläche projiziert, hier also auf eine Projektionsfläche 4, so ergibt sich auch in Abhängigkeit der geometrischen bzw. optischen Anordnung der Komponenten ein charakteristisches Linienmuster bzw. Reflexionsmuster, was im folgenden noch näher erläutert werden wird.
Die 3a zeigt in schematischer Darstellung zumindest teilweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 von oben, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren realisiert wird. Hierbei wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert an einem hier in der 3a schematisch dargestellten Lichtstrahl bzw. anhand der weiteren Darstellung in den 3b und 3c, die noch näher erläutert werden:
Die 3a zeigt zunächst die Lichtquelle 3, die als eine parallel gebündeltes Licht emittierende Lichtquelle 3, nämlich vzw. als Laser 3a ausgebildet ist. Gut zu erkennen ist weiterhin die Projektionsfläche 4, die als Projektionsschirm 4a vzw. als Milchglasscheibe ausgebildet ist. In einem bestimmten Abstand r kann nun ein Werkstück 2, vzw. ein Preform 2a so positioniert und/oder fixiert werden, dass im wesentlichen die flächige Oberfläche des Preforms 2a im wesentlichen parallel zur Fläche der Projektionsfläche 4 angeordnet ist. Allerdings ist das Werkstück 2, also das Preform 2a hier in der 3a nicht im Einzelnen dargestellt. (In den 4a, 5a und 6a ist das Werkstück 2 bzw. Preform 2a erkennbar).
Dargestellt in 3a sind lediglich zwei einzelne faserähnliche Strukturelemente a und b, um hier das erfindungsgemäße Verfahren im Einzelnen nochmals näher erläutern zu können.
Wie die 3a und 3b bzw. auch die 4 bis 6 im Gesamtzusammenhang zeigen bzw. mit Bezug auf die jeweiligen dort dargestellten Koordinatensysteme (x-, y-, z-Achsen) ist gut ersichtlich, dass die beiden faserähnlichen Strukturelemente a und b zwar im wesentlichen die gleiche Ausrichtung, also den gleichen Ausrichtungswinkel β in der x-/y-Ebene aufweisen, jedoch das faserähnliche Strukturelement a genau in der x-/y-Ebene liegt, das faserähnliche Strukturelement b jedoch bzgl. dieser x-/y-Ebene leicht schräg verläuft bzw. diese durchstößt, so wie durch die 3a und 3c entsprechend dargestellt bzw. hier erkennbar.
Der vom Laser 3a emittierte Lichtstrahl weist vzw. eine bestimmte Querschnittsform, vzw. eine Kreisform mit einem bestimmten einstellbaren Durchmesser auf, was in den 4 bis 6 noch deutlicher zu erkennen ist und hier in den 3b und 3c mehr oder weniger durch den hier erkennbaren Punkt angedeutet ist.
Das Werkstück 2, also vzw. das Preform 2a kann nun in einer bestimmten Position relativ zur Projektionsfläche 4 angeordnet werden, insbesondere im Abstand r, wobei damit alle Positionen und/oder Abstände der einzelnen Komponenten des Systems im wesentlichen bekannt oder einstellbar sind. Hinter der Projektionsfläche 4 ist ein Bilderfassungssystem 5 vorgesehen, dass insbesondere mindestens eine Kamera 5a aufweist. Mit Hilfe dieses Bilderfassungssystems 5 sind die auf der Projektionsfläche 4, also auf dem Projektionsschirm 4a abgebildeten Reflexionen und/oder Reflexionsmuster dann als Messabbild erfassbar.
Der Einfallswinkel des Lichtstrahles des Lasers 3a wird hier nun bei der dargestellten Ausführungsform der Vorrichtung 1 indirekt über ein nicht näher bezeichnetes Spiegelelement auf die Oberfläche des Werkstückes 2 geleitet, so wie dargestellt. Damit ist der Einfallswinkel des Lichtstrahles des Lasers 3a auf das Werkstück 2 bekannt oder kann entsprechend, vzw. mit dem nicht näher bezeichneten Spiegelelement, auch variabel eingestellt werden oder der Laser 3a kann so angeordnet werden, dass er in direkter Art und Weise die Oberfläche des Werkstückes 2 mit einem Lichtstrahl beaufschlagen kann, dies ist abhängig vom jeweiligen Anwendungsfall.
Die eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die Lichtquelle 3, hier der Laser 3a parallel gebündeltes Licht emittiert, dass das parallel gebündelte Licht auf die Oberfläche des Werkstückes 2, nämlich auf einen Be reich des faserähnlichen Strukturelementes a bzw. b auftrifft, dass zur Abbildung möglicher Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters mindestens eine Projektionsfläche 4, hier ein Projektionsschirm 4a vorgesehen ist, wobei die Existenz einer auf der Projektionsfläche 4 sich darstellenden Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters ermittelt wird und/oder aus der jeweiligen Abbildung der Reflexion bzw. des jeweiligen Reflexionsmusters der Ausrichtungswinkel β der faserähnlichen Strukturelemente a bzw. b relativ zu einer bestimmten Achse, hier der x-Achse und/oder in einer bestimmten Ebene des Werkstückes, hier in der x-/y-Ebene ermittelt wird bzw. werden.
Wie dies bei einem Werkstück 2 mit einer Mehrzahl von faserähnlichen Strukturelementen a bzw. b realisiert wird bzw. welche Reflexionslinien bzw. Reflexionsmuster sich hier ergeben, ist in den 4 bis 6 dargestellt, erläutert werden soll zunächst der Strahlengang für zwei schematisch dargestellte faserähnliche Strukturelemente a und b anhand der 3a bis 3c:
Das Bilderfassungssystem 5, die Lichtquelle 3 sowie die Projektionsfläche 4 bilden vzw. eine Art Baueinheit, innerhalb derer die Positionierung der einzelnen Komponenten und deren relative Lage zueinander bekannt sind und/oder eingestellt werden können. Auch ist die Lage des Werkstückes 2, seine Position und Fixierung und der Abstand, vzw. hier der Abstand r zur Projektionsfläche 4 entsprechend bekannt. Hierbei wird das Werkstück 2 vzw. so positioniert, dass die zu untersuchende Oberfläche des Werkstückes 2 im wesentlichen parallel zur Projektionsfläche 4, also zum Projektionsschirm 4a beabstandet ist.
Der Laser 3a emittiert parallel gebündeltes Licht und wirft dieses indirekt über das nicht näher bezeichnete Spiegelelement auf die Oberfläche des Werkstückes 2. Hier trifft der Lichtstrahl auf die unterschiedlich verlaufenden faserähnlichen Strukturelemente a und b. Da das erste faserähnliche Strukturelement a genau in der x-/y-Ebene liegt bzw. hier verläuft, trifft der Lichtstrahl in einem 90° Grad Winkel auf das erste faserähnliche Strukturelement a und wird von hier aus derart entsprechend reflektiert, so dass sich auf dem Projektionsschirm 4a eine Projektionslinie A abbildet, die als gerade Linie ausgebildet ist aber leicht schräg nach rechts verläuft, so wie in 3b dargestellt. Der schräge Verlauf dieser Projektionslinie A rührt daher, weil das erste faserähnliche Strukturelement a in der x-/y-Ebene ebenfalls schräg um diesen entsprechenden Winkel β verläuft, so wie in der 3c dargestellt. Würde das erste faserähnliche Strukturelement a parallel zur x-Achse verlaufen, so würde die Projektionslinie A in der 3b genau senkrecht verlaufen. Aufgrund der entsprechenden Abbildung auf dem Projektionsschirm 4a ist der entsprechende Winkel β, so wie in der 3b eingezeichnet nun entsprechend berechenbar. Hierzu wird das Messabbild, also die Projektionslinie A mit Hilfe des Bilderfassungssystems 5 erfasst, wobei dann der Winkel β mit Hilfe einer Auswerteeinheit entsprechend berechenbar bzw. ermittelbar ist. Damit kann also der Ausrichtungswinkel, der dem oben ermittelten Winkel β entspricht, also die Lage des ersten faserähnlichen Strukturelementes a in der x-/y-Ebene entsprechend berechnet bzw. ermittelt werden.
Bezüglich des zweiten faserähnlichen Strukturelementes b darf der Strahlengang nun wie folgt erläutert werden:
Der Laser 3a emittiert den parallel gebündelten Lichtstrahl, wobei dieser indirekt über das nicht näher bezeichnete Spiegelelement dann entsprechend auf das zweite faserähnliche Strukturelement b trifft, so wie in der 3a dargestellt. Da das zweite faserähnliche Strukturelement b eben nicht genau in der x-/y-Ebene liegt, sondern zu dieser leicht schräg verläuft und diese durchstößt, so wie in 3a dargestellt, wird der Lichtstrahl entsprechend mit dem Winkel α reflektiert, so wie in 3a dargestellt. Aufgrund der zu 2 bereits gemachten Erläuterungen bildet sich auf dem Projektionsschirm 4a ebenfalls eine Reflexion ab, nämlich die Reflexionslinie B, allerdings erscheint diese hier gekrümmt, so wie in der 3b dargestellt. Auch diese Reflexionslinie B kann über das Bilderfassungssystem 5 erfasst und entsprechend ausgewertet werden, wozu eine separate hier nicht dargestellte Auswerteeinheit vorgesehen ist. Der Abstand d, so wie in 3b dargestellt, zwischen der Reflexionslinie A und der Reflexionslinie B kann berechnet werden mit d = α (im Bogenmaß) × r. Bildet sich daher eine Reflexionslinie und/oder Reflexionsmuster ähnlich zu der Reflexionslinie B aus, so kann zunächst festgestellt werden, dass auf der Oberfläche des Werkstückes 2 zumindest ein faserähnliches Strukturelement b existiert, was außerhalb der x-/y-Ebene liegt bzw. außerhalb dieser Ebene entsprechend verläuft. Nehmen wir mit Blick auf die 3a bis 3c nun an, dass mehrere erste faserähnliche Strukturelemente a existieren, die im wesentlichen alle parallel verlaufen und in der x-/y-Ebene angeordnet sind, so kann über den Winkel β die Haupt-Faserrichtung für dieses Werkstück bestimmt werden, also soweit der Ausrichtungswinkel β der entsprechenden faserähnlichen Strukturelemente a berechnet werden, der dem Winkel β entspricht. Damit kann die Oberfläche des Werkstückes 2 bzw. das Werkstück bzgl. seiner Faserrichtungen, also der Ausrichtung der faserähnlichen Strukturelemente entsprechend analysiert werden.
So wird also von den faserähnlichen Strukturelementen a bzw. b eines Werkstückes 2 Licht reflektiert, dass auf der Projektionsfläche 4, hier dem Projektionsschirm 4a als Reflexion und/oder Reflexionsmuster sichtbar wird, so dass das hier entstehende Messabbild mit Hilfe des Bilderfassungssystems 5 und einer nicht dargestellten Auswerteeinheit vzw. entsprechenden Computern, Mikroprozessoren, Auswerteprogrammen, ein jeweiliges spezifisches Reflexionsmuster automatisch ausgewertet werden kann, insbesondere der Ausrichtungswinkel β errechnet werden kann. Das Messabbild eines jeweiligen entstandenen Reflexionsmusters wird daher zunächst mit Hilfe des Bilderfassungssystems 5 erfasst. Die hierdurch erhaltenen Bilddaten werden in geeigneter Weise dann digitalisiert. Diese Bilddaten werden mit Hilfe einer die entsprechenden Parameter ermittelten Software ausgewertet. Je nach Ausbildung des spezifischen Softwareprogramms werden vzw. anhand der spezifischen Reflexionsmuster bzw. anhand der Reflexionsstreifen A und B entsprechende Geraden ermittelt, deren Steigung bzw. Winkel zu einer bestimmten Achse des implementierten bzw. verwendeten Koordinatensystems berechnet. Diese Daten werden dann über eine entsprechende Ausgabeeinheit ausgegeben, können daher insbesondere auch visuell angezeigt werden. Die hierbei ermittelten Daten können vzw. auch direkt in die Prozesssteuerung einer Flechtvorrichtung und/oder eines Flechtverfahrens zur Ausrichtung einzelner Faserelemente bzw. Faserbündel dienen, also bspw. entsprechende Aktuatoren des jeweiligen Prozesses ansteuern, um bspw. derartige Fasern eines Preforms optimal auszurichten.
Hierbei hat in Abhängigkeit der Lage und/oder der Ausrichtung der jeweiligen faserähnlichen Strukturelemente a bzw. b innerhalb oder außerhalb einer Ebe ne, hier der x-/y-Ebene, die im wesentlichen der Oberfläche des entsprechend angeordneten Werkstückes 2 entspricht, die jeweilige Reflexionslinie bzw. das jeweilige Reflexionsmuster einen bestimmten Verlauf und/oder eine bestimmte Ausrichtung, die über das Bilderfassungssystem 5 ermittelt wird. So kann daher bspw. der Ausrichtungswinkel β eines faserähnlichen Strukturelementes a innerhalb der Ebene der Oberfläche des Werkstückes, hier der x-/y-Ebene bestimmt werden und/oder ein außerhalb dieser Ebene verlaufendes faserähnliches Strukturelement, hier das faserähnliches Strukturelement b als solches detektiert werden, nämlich bspw. durch eine gekrümmte Linie, hier also die Reflexionslinie B bzw. auch deren Abstand für bestimmte Bereiche zu der x-/y-Ebene bestimmt werden, indem eine computergeschützte Auswerteeinheit diese Werte berechnet.
Wenn nun ein Werkstück 2 mit einer Mehrzahl von faserähnlichen Strukturelementen untersucht wird, so können sich bei einer entsprechenden Dimensionierung des Lichtstrahles die entstehenden Reflexionslinien zu bestimmten Reflexionsmustern überlagern, so dass insbesondere Reflexionsstreifen entstehen, was nun anhand der 4 bis 6 erläutert werden soll:
4a zeigt nun in schematischer Darstellung ein Werkstück 2 mit einer Mehrzahl parallel verlaufender faserähnlicher Strukturelemente a, die im wesentlichen in der entsprechenden hier nicht dargestellten x-/y-Ebene liegen. Das Werkstück 2 ist vzw. als Preform 2a, nämlich als Kohlefasergewebe ausgebildet. Die 4b zeigt nun den entsprechenden Strahlengang, der vom hier nicht dargestellten Laser 3a emittiert wird und über das Spiegelelement 6 auf das Werkstück 2 entsprechend geworfen wird. Wie aus der 4b bzw. 4c ersichtlich kommt es aufgrund der Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a, also aufgrund der Mehrzahl der hier im wesentlichen parallel verlaufenden Kohlefasern a zu einer Überlagerung der Reflexionslinien, so dass hier ein bestimmtes Reflexionsmuster, nämlich eine Art Reflexionsstreifen A entsteht, der auf der Projektionsfläche 4 bzw. dem Projektionsschirm 4a abgebildet wird. Über das entsprechende Bilderfassungssystem 5 kann nun die Ausrichtung, also der Winkel β, wie in 3a bis 3c beschrieben, festgestellt bzw. über die Auswerteeinheit errechnet werden. Damit wird anhand des Reflexionsmusters, hier des Reflexionsstreifen A der Haupt-Ausrichtungswinkel, nämlich der Ausrichtungswinkel β der entsprechend verlaufenden faserähnlichen Strukturelemente a ermittelt bzw. detektiert.
Die 5a bis 5c zeigen nun, dass auch faserähnliche Strukturelemente b detektiert werden können, die außerhalb der x-/y-Ebene verlaufen. Der wesentliche Unterschied der 5a bis 5c zu den 4a bis 4c ist nun, dass hier zwar wiederum ein Werkstück 2, also ein Preform 2a untersucht wird und dies insbesondere in einem bestimmten, hier nicht eingezeichneten Abstand r zur Projektionsfläche 4 angeordnet ist, wobei hier aber die Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a im wesentlichen parallel und in der entsprechenden x-/y-Ebene verlaufen, jedoch eins oder mehrere zweite faserähnliche Strukturelemente b eben ähnlich verlaufen wie in der 3a bzw. 3c abgebildet, also eben außerhalb der x-/y-Ebene verlaufen. 5b zeigt wiederum den entsprechenden Strahlengang, wobei die 5c die entsprechenden auf dem Projektionsschirm 4a abgebildeten Projektionsmuster A und B zeigt, nämlich hier den entsprechenden Reflexionsstreifen A aufgrund der Reflexionen von einer Mehrzahl von ersten faserähnlichen Strukturelementen a und den gekrümmten Reflexionsstreifen B aufgrund der Projektion einer Mehrzahl zweiter faserähnlicher Strukturelemente b, die die x-/y-Ebene durchstoßen, wobei hier in der 5a aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein faserähnliches Strukturelement b dargestellt ist. Anhand des in der 5c dargestellten Reflexionsmusters bzw. der hier beiden dargestellten Reflexionsstreifen A und B lassen sich also einerseits der Ausrichtungswinkel β, also die Haupt-Ausrichtung der Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a bestimmen, sowie andererseits feststellen, dass weitere faserähnliche Strukturelemente b existieren, die außerhalb dieser X-Y-Ebene verlaufen, dargestellt und erkennbar durch den Reflexionsstreifen B in 5c. Durch eine weitere Intensitätsmessung der Reflexionsmuster A und B lässt sich die Verteilung der Faserrichtung im Messbereich bestimmen, so dass – im Endeffekt – dann nicht nur der Ausrichtungswinkel β als solches bestimmt wird, sondern auch über die Verteilung der Fasern im Messbereich eine Qualitätsaussage bzgl. des Werkstückes 2 getroffen werden kann.
Die 6a bis 6c zeigen zunächst in 6a ein ordnungsgemäß angeordnetes, positioniertes und ausgebildetes Werkstück 2, nämlich ein Preform 2a mit einer Mehrzahl von faserähnlichen Strukturelementen a, die im wesentlichen alle parallel und ordnungsgemäß in der x-/y-Ebene verlaufen. Weiterhin sind, allerdings in einer tiefer liegenden Ebene, als die Ebene, in der die faserähnlichen Strukturelemente a verlaufen weitere Strukturelemente b dargestellt, die im wesentlichen senkrecht versetzt zu den Strukturelementen a verlaufen. Wenn nun ein sogenanntes „Gap" in der Oberfläche des Werkstückes, also eine „Lücke" in der x-/y-Ebene existiert, so wird bei der Abtastung mit dem Lichtstrahl diese Lücke dadurch festgestellt, dass nun innerhalb des entsprechenden Durchmessers des Lichtstrahls beide Faserrichtungen detektiert werden können, es wird damit ein Reflexionsmuster auf dem Projektionsschirm 4a abgebildet, das in 6c entsprechend abgebildet ist. Es ist daher auch möglich, dass mit Hilfe dieses Verfahrens auch entsprechende „gaps" in den Oberflächen von Preforms 2a insbesondere von Kohlefasergeweben ermittelbar sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 bzw. das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich daher nicht nur anwenden für Preforms und für die Untersuchung von Kohlefasern-Preforms oder Kohlefaser-Bauteilen, sondern es ist auch denkbar, dass dieses Verfahren bei Glasfaserbauteilen angewendet wird bzw. zur Ermittlung von Schleifspuren auf einer geschliffenen Oberfläche und/oder von Kratzern auf lackierten Oberflächen, um die entsprechenden Schleifspuren zu ermitteln etc.. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung 1 kann also dort angewendet werden, wo entsprechende faserähnliche Strukturelemente 4 Licht entsprechend reflektieren.
Entscheidend ist, dass mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung 1 die Lage der Faserbündel insbesondere von Kohlefasern und deren Ausrichtung (Faserausrichtung) innerhalb des jeweiligen Bauteiles ermittelbar ist. Damit wird es ermöglicht, einerseits das Bauteil an sich, dessen Oberfläche entsprechend zu untersuchen, insbesondere das Bauteil dann aber auch gemäß seines Einsatzes und der aufzunehmenden Kräfte so auszurichten, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie und/oder im Flugzeugbau derart einzubauen, dass es die Kräfte entsprechend optimal aufnehmen kann, weil die Ausrichtung der Fasern entsprechend bekannt ist.
Mit Hilfe dieses Verfahrens und/oder der Vorrichtung 1, insbesondere des entsprechenden Bilderfassungssystems wird das entsprechende Reflexionsmuster auf dem Projektionsschirm 4a erfasst und mit Hilfe einer Auswerteeinheit wird der Ausrichtungswinkel β entsprechend bestimmt, so dass die untersuchten Bauteile entsprechend ein- und/oder aussortiert, nämlich qualitativ untersucht/analysiert werden können. Weiterhin ist nicht nur der Ausrichtungswinkel β der Haupt-Faserrichtung bestimmbar, sondern auch Fasern, die außerhalb dieser Haupt-Ausrichtung verlaufen sind ermittelbar, wobei die Fläche des Werkstückes 2 punktuell abgetastet werden kann, was bisher im Stand der Technik nicht möglich war. Hierzu kann entweder der Laser 3a selbst bei direkter Bestrahlung auf die Oberfläche des Werkstückes 2 und/oder das Spiegelelement 6 entsprechend verstellt vzw. mit Hilfe eines Computersystems automatisch angesteuert werden, wobei die entsprechenden jeweiligen Einfallswinkel, Abstände etc. der einzelnen Komponenten bekannt sind, so dass aufgrund der entsprechenden optischen Gesetzmäßigkeit über die Auswerteeinheit das entsprechende Reflexionsmuster gut ausgewertet und insbesondere der Ausrichtungswinkel β errechenbar ist. Auch ist die gesamte Oberfläche des Werkstückes 2 analysierbar, wenn die Fläche entsprechend punktuell mit Hilfe des Lasers 3a abgetastet wird.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind daher entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt.

1: Vorrichtung
2: Werkstück
2a: Preform
3: Lichtquelle
3a: Laser
4: Projektionsfläche
4a: Projektionsschirm
5: Bilderfassungssystem
5a: Kamera
6: Spiegelelement
a: faserähnliches Strukturelement
b: faserähnliches Strukturelement
A: Reflexionslinie/-Muster
B: Reflexionslinie/-Muster
r: Abstand
d: Abstand Inzidenzwinkel
α: Inzidenzwinkel
β: Ausrichtungswinkel

Claims

Verfahren zur Analyse und/oder Detektion eines Werkstückes (2), insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, insbesondere eines Preforms (2a), mit einer Oberflächenstruktur, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf von einem oder mehreren faserähnlichen Strukturelementes (a, b), insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, strukturiert ist, mit folgenden Verfahrensschritten: – zumindest teilweises Anstrahlen der Oberfläche des Werkstückes (2) mit mindestens einer Lichtquelle (3), die parallel gebündeltes Licht emittiert, – Auftreffen des parallel gebündelten Lichtes auf einem Bereich des zumindest einen faserähnlichen Strukturelementes (a, b), – zumindest teilweise Reflexion des Lichtes von der Oberfläche des mindestens einen faserähnlichen Strukturelementes (a, b), – Auftreffen des reflektierten Lichtes und/oder eines Reflexionsmusters (A, B) auf mindestens einer Projektionsfläche (4), – Ermitteln des Ausrichtungswinkels (β) des mindestens einen faserähnlichen Strukturelements (a, b) relativ zu einer vorbestimmten Achse und/oder in einer vorbestimmten Ebene des Werkstücks (2) aus den auf der Projektionsfläche (4) dargestellten Reflexionen und/oder aus dem spezifischen Reflexionsmuster (A, B).
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass von einem Laser (3a) parallel gebündeltes Licht emittiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Laser (3a) emittierte Lichtstrahl eine vorbestimmte Querschnittsform aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform eine Kreisform mit einem einstellbaren Durchmesser ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) in einer vorbestimmten Position relativ zur Projektionsfläche (4) angeordnet wird und dass der Einfallswinkel des Lichtstrahles auf das Werkstück (2) bekannt ist und/oder eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem faserähnlichen Strukturelement oder von den faserähnlichen Strukturelementen (a, b) reflektierte Licht als auf der Projektionsfläche (4) sichtbare Reflexion und/oder als Reflexionsmuster (A, B) abgebildet wird und das hier entstehende Messabbild ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bilderfassungssystem (5) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe das Messabbild ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass Bilderfassungssystem (5) mindestens eine Kamera (5a) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (5), der Laser (3a) und die Projektionsfläche (4) eine Baueinheit bilden innerhalb derer die Positionierungen der einzelnen Komponenten und deren relative Lage zueinander bekannt sind und/oder eingestellt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) in einem bestimmten Abstand (r) zur Projektionsfläche (4) positioniert wird, so dass die zu untersuchende Oberfläche des Werkstückes (2) annähernd parallel zur Projektionsfläche (4) beabstandet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf ein faserähnliches Strukturelement (a, b) auftreffender Lichtstrahl als Reflexionslinie (A, B) auf der Projektionsfläche (4) abge bildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Lage und/oder Ausrichtung des jeweiligen faserähnlichen Strukturelementes (a, b) innerhalb oder ausserhalb der Ebene der Oberfläche des Werkstückes (2) die Reflexionslinie (A, B) einen vorbestimmten Verlauf und/oder eine vorbestimmte Ausrichtung aufweist, die über das Bilderfassungssystem (5) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungswinkel (β) des faserähnlichen Strukturelementes (a) innerhalb der Ebene der Oberfläche des Werkstückes (2) bestimmt wird und/oder ein ausserhalb dieser Ebene verlaufendes faserähnliches Strukturelement (b) detektiert und/oder dessen Neigung zu dieser Ebene ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer entsprechenden Dimensionierung des Lichtstrahles und entsprechender Anzahl von faserähnlichen Strukturelementen (a) sich die entstehenden Reflexionslinien zu einem bestimmten Reflexionsmuster (A) überlagern.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reflexionsmuster (A) aus Reflexionsstreifen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Reflexionsstreifen (A, B) der Ausrichtungswinkel (β) der faserähnlichen Strukturelemente (a, b) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von den Reflexionsstreifen/dem Reflexionsmuster (A, B) auch außerhalb eines Haupt-Ausrichtungswinkels (β) verlaufende faserähnliche Strukturelemente (b) detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die außerhalb des Hauptausrichtwinkels (β) verlaufenden Strukturelemente (b) „gaps" und/oder Faserlagen sein können.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Kohlefasern eines Kohlefaserbauteiles untersucht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Faserbündel und/oder deren Ausrichtung innerhalb des Bauteiles ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Glasfasern eines Glasfaserbauteiles untersucht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Schleifspuren einer geschliffenen Oberfläche eines Bauteiles untersucht und/oder detektiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Kratzer auf einer lackierten Oberfläche eines Bauteiles untersucht und/oder detektiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Reflexionsmusters die Haupt-Ausrichtung, die Lage und/oder Position der Fasern und/oder der Faserbündel vermessen und/oder berechnet werden.
Vorrichtung zur Analyse und/oder Detektion eines Werkstückes (2), insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles, insbesondere eines Preforms (2a), insbesondere arbeitend nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 24, mit einer Oberflächenstruktur, wobei die Oberfläche zumindest teilweise durch den Verlauf von einem oder mehreren faserähnlichen Strukturelementen (a, b), insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, strukturiert ist, – wobei mindestens eine Lichtquelle (3) vorgesehen ist und durch die Lichtquelle (3) parallel gebündeltes Licht auf die Oberfläche des Werkstückes (2) emittierbar ist, – wobei die Lichtquelle auf einen Bereich des zumindest einen faserähnlichen Strukturelementes (a, b) direkt oder indirekt ausrichtbar ist, so dass das auf diesen Bereich auftreffende parallel gebündelte Licht von diesem Bereich zumindest teilweise reflektierbar ist, – wobei mindestens eine Projektionsfläche (4) vorgesehen ist und auf der Projektionsfläche (4) das reflektierte Licht und/oder ein spezifisches Reflexionsmuster (A, B) abbildbar ist, – und wobei ein Ausrichtungswinkel (13) des mindestens einen faserähnlichen Strukturelementes (a, b) relativ zu einer vorbestimmten Achse und/oder in einer vorbestimmten Ebene des Werkstückes (2) aus der auf der Projektionsfläche (4) dargestellten Reflexion und/oder aus dem spezifischen Reflexionsmuster ermittelbar ist.
Vorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (3) als parallel gebündeltes Licht emittierender Laser (3a) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass der vom Laser (3a) emittierte Lichtstrahl eine bestimmte Querschnittsform aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsform eine Kreisform mit einem einstellbaren Durchmesser ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) in einer bestimmten Position relativ zur Projektionsfläche (4) angeordnet wird und dass der Einfallswinkel des Lichtstrahles auf das Werkstück (2) bekannt ist und/oder eingestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das von dem faserähnlichen Strukturelement bzw. von den faserähnlichen Strukturelementen (a, b) reflektierte Licht als auf der Projektionsfläche (4) sichtbare Reflexion und/oder als Reflexionsmuster (A, B) abbildbar ist und das hier entstehende Messabbild erfassbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bilderfassungssystem (5) vorgesehen ist, mit dessen Hilfe das Messabbild erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (5) eine Kamera (5a) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Bilderfassungssystem (5), der Laser (3a) und die Projektionsfläche (4) eine Art Baueinheit bilden innerhalb derer die Positionierungen der einzelnen Komponenten und deren relative Lage zueinander bekannt und/oder einstellbar sind und eine Auswerteeinheit zur Auswertung der Daten des Bilderfassungssystems (5) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (2) in einem bestimmten Abstand (r) zur Projektionsfläche (4) positionierbar und/oder fixierbar ist, so dass die zu untersuchende Oberfläche des Werkstückes (2) annähernd parallel zur Projektionsfläche (4) beabstandet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass ein auf ein faserähnliches Strukturelement (a, b) auftreffender Lichtstrahl als Reflexionslinie (A, B) auf der Projektionsfläche (4) abbildbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Lage und/oder der Ausrichtung des jeweiligen faserähnlichen Strukturelementes (a, b) innerhalb oder ausserhalb der Ebene der Oberfläche des Werkstückes (2) die Reflexionslinie (A, B) einen bestimmten Verlauf und/oder eine bestimmte Ausrichtung aufweist, die über das Bilderfassungssystem (5) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausrichtungswinkel (β) des faserähnlichen Strukturelementes (a, b) innerhalb der Ebene der Oberfläche des Werkstückes (2) mit Hilfe der Auswerteeinheit bestimmbar und/oder berechenbar ist und/oder ein ausserhalb dieser Ebene verlaufendes faserähnliches Strukturelement detektiert und/oder dessen Abstand zu dieser Ebene ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer entsprechenden Dimensionierung des Lichtstrahles und einer entsprechender Anzahl von faserähnlichen Strukturelementen (a, b) sich die entstehenden Reflexionslinien zu einem bestimmten Reflexionsmuster (A, B) überlagern, insbesondere Reflexionsstreifen entstehen, das auf der Projektionsfläche (4) abbildbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Reflexionsmuster aus Reflexionsstreifen zusammensetzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Bilderfassungssystems (5) und der Auswerteeinheit anhand der Reflexionsstreifen der Ausrichtungswinkel (β) der faserähnlichen Strukturelemente (a, b) ermittelbar und/oder berechenbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass anhand von den Reflexionsstreifen/dem Reflexionsmuster (A bzw. B) auch ausserhalb eines Haupt-Ausrichtungswinkels (β) verlaufende faserähnliche Strukturelemente (a, b) detektierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Kohlefasern eines Kohlefaser bauteiles analysierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage der Faserbündel und/oder deren innerhalb des Bauteiles ermittelbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Glasfasern eines Glasfaserbauteiles analysierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Schleifspuren einer geschliffenen Oberfläche eines Bauteiles analysierbar und/oder detektierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass als faserähnliche Strukturelemente Kratzer auf einer lackierten Oberfläche eines Bauteiles analysierbar und/oder detektierbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Reflexionsmusters die Haupt-Ausrichtung, die Lage und/oder Position der Fasern bzw. der Faserbündel ermittelbar und/oder berechnenbar sind.