DE102007028014B4

DE102007028014B4 - Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientlerungen

Info

Publication number: DE102007028014B4
Application number: DE102007028014.0A
Authority: DE
Inventors: Oliver Meyer
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2007-06-14
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2027-06-15
Also published as: WO2008151962A1; DE102007028014A1

Abstract

Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen mit dem Schritt Erfassen einer in einem Bereich (26) einer Oberfläche (10) eines textilen Gebildes (12) vorherrschenden Hauptfaserausrichtung, wobei die folgenden Teilschritte vorgesehen sind:a) Vorsehen von wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) zum Aussenden von durch die zu erfassenden Fasern (14) reflektierbarer Strahlung und einem Strahlungsdetektor (22) zum Erfassen von durch die Fasern (14) in dem textilen Gebilde (12) in einen bestimmten Bereich (z) reflektierter Strahlung;b) Ausrichten der wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) in einer gemeinsamen Ebene um eine durch die Mittelachse des Strahlungsdetektors (22) laufende Normale auf die Oberfläche (10);c) Anstrahlen der Oberfläche (10) mit den wenigstens zwei Strahlungsquellen (18);d) Messen der Intensität von von den Fasern (14) an dem Oberflächenbereich (26) reflektierter Strahlung, wobei Schritt c) den Schritt c1) Drehen der wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) um die durch die Mittelachse des Strahlungsdetektors (22) laufende Normale auf die Oberfläche (10) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen.
In jüngster Zeit finden faserverstärkte Kunststoffe immer größere Verbreitung. Um gewünschte mechanische Eigenschaften der daraus hergestellten Bauteile zu erreichen, werden die Fasern in bestimmten Ausrichtungen kraftliniengerecht angeordnet. Hierzu werden zum Beispiel textile Gebilde mit Techniken der Textiltechnik so ausgebildet, dass die Fasern hauptsächlich in der gewünschten Richtung verlaufen. Entsprechende aus den Fasern gebildete Halbzeuge werden insbesondere als Preforms bezeichnet. Ein anderer, bisher soweit ersichtlich noch nicht veröffentlichter Ansatz geht dahin, Faserstücke in ganz bestimmten Ausrichtungen einzeln abzulegen.
Bei der Herstellung trockener Kohlenstofffasertextilien und bei Preformingprozessen ist demnach eine genaue Einhaltung bestimmter Ablagewinkel wünschenswert, um die späteren mechanischen Eigenschaften sicherstellen zu können.
Verfahren zur Feststellung einer Hauptfaserrichtung sind aus anderen Industriezweigen an sich bekannt. Die DE 196 43 474 A1 beschreibt ein Verfahren, mit dem im Laufe des Herstellens von Papierbahnen die Faserausrichtung in einer nicht-gewobenen Materialbahn bestimmt werden kann. Dabei erfolgt eine Relativdrehung des Papiers relativ zu einer Detektoreinrichtung, die Strahlquellen für einen schrägen Einfall von Licht und einen Lichtdetektor senkrecht oberhalb der Auftrefffläche aufweist.
Ein weiteres Beispiel aus der Papierherstellung ist aus der US 5 394 247 bekannt. Diese Druckschrift betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Tendenz von Papier, sich aufzurollen. Dabei wird die Faserrichtung innerhalb des Papiers derart ermittelt, dass sich ein zu untersuchendes Papier unterhalb einer Detektionseinrichtung verdreht, wobei die Detektionseinrichtung eine Strahlquelle für einen schrägen Strahleinfall sowie einen senkrecht über der Auftrefffläche angeordneten Detektor aufweist.
Die US 4 606 645 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Hauptfaserrichtung in Festholz, bei dem eine Lichtquelle um die Achse eines Detektors gedreht wird.
In der WO 2004/044566 A1 ist ein Verfahren zur Aufzeichnung der Oberflächenbeschaffenheit eines faserartig strukturierten Gegenstandes offenbart, bei dem wenigstens eine Lichtquelle wenigstens zwei Lichtspuren auf dem Gegenstand erzeugt, wobei eine Verbreiterung der Lichtspuren über eine Kamera erfasst wird.
Die DE 39 24 684 A1 beschreibt allgemein ein Abbildungsverfahren zur optischen Abstands- und Reflektivitätsmessung.
In der DE 20 2006 019 726 U1 ist ein Verfahren zur Bestimmung des Verlaufs von Kohlenfasergeweben offenbart, bei dem eine ortsfeste Lichtquelle einen Lichtstrahl aussendet, der von den Fasern je nach Orientierung in unterschiedlicher Richtung reflektiert wird und auf eine Projektionsfläche ein unterschiedliches Projektionsmuster ausbildet.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, ein Steuerverfahren zur Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen mit dem Erfassen der Lage von Filamenten in einem textilen Gebilde zu schaffen.
Diese Aufgabe wird mit einem Steuerverfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist bei einem Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen der Schritt ein Erfassen einer in einem Bereich einer Oberfläche eines textilen Gebildes vorherrschenden Hauptfaserausrichtung vorgesehen. Damit lässt sich erstmals eine auch automatische Vermessung von Faserausrichtungen in Preformen oder anderen bei der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Materialien einzusetzenden textilen Halbzeugen durchführen, um so bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt die gewünschten Eigenschaften zu überprüfen.
Das Steuerverfahren kann zur Qualitätskontrolle in verschiedenen Fertigungsprozessen eingesetzt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind auch die Textiltechnik, aber insbesondere und bevorzugt die Herstellung von CFK- oder GFK-Bauteilen.
Das Erfassen der Hauptfaserausrichtung kann unter Ausnutzung verschiedener physikalischer Effekte, die mit einer bestimmten Faserausrichtung korrelieren, aufgebaut werden. Besonders einfach und wirkungsvoll lässt sich die Hauptfaserausrichtung erfassen, indem man das unterschiedliche optische Verhalten von Fasern unterschiedlicher Ausrichtung bei Anstrahlen mit entsprechender Strahlung ausnutzt.
Insbesondere reflektieren in eine bestimmte Ausrichtung orientierte Fasern an ihren Grenzflächen zur Umgebung unter einem bestimmten Einfallswinkel einstrahlende Strahlung unterschiedlich stark. Die Strahlung wird demnach mehr oder weniger abgelenkt, je nachdem wie die Faser zur Strahlung orientiert ist. Misst man demnach die Intensität in bestimmter Weise reflektierter Strahlung in Abhängigkeit von der Einstrahlrichtung, so kann dies zum Bestimmen der Faserausrichtung verwendet werden. Die umgekehrte Messung (Austausch Strahlquelle/Strahldetektor) würde ebenfalls funktionieren. Ebenso könnte man je nach Anwendungsfall auch die noch in einem bestimmten Bereich durchgehende Strahlung messen, um so ebenfalls herauszufinden, welcher Anteil entsprechend reflektiert worden ist und demnach in der gemessenen Strahlung fehlt.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Steuerverfahrens weist daher das Aussenden von durch das zu erfassende Fasermaterial reflektierbarer Strahlung durch eine Strahlungsquelle und das Erfassen von durch die Fasern in dem textilen Gebilde in einen bestimmten Bereich reflektierten Strahlung durch einen Strahlungsdetektor auf.
Aus einer Abhängigkeit der Reflexion/Transmission von der relativen Ausrichtung von Strahleinfall oder Strahlausgang einerseits und textiler Oberfläche andererseits lässt sich so die an der Oberfläche, genauer, dem angestrahlten Bereich davon, hauptsächlich vorherrschende Faserausrichtung ermitteln. Eine solche Abhängigkeit lässt sich besonders einfach durch einen Aufbau ermitteln, bei dem die Strahlungsquelle relativ zu der zu messenden Oberfläche drehbar angeordnet ist, um die Oberfläche über einen Winkelbereich anzustrahlen und die reflektierte Strahlung abhängig von dem Relativwinkel zwischen Einstrahlung und zu messender Oberfläche festzustellen. Die relative Drehbarkeit kann durch Drehung der Strahlungsquelle bei feststehender Oberfläche (zum Beispiel Objektträger oder in einem Fertigungsprozess befindliches und dort festgehaltenes Textil-Halbzeug) und/oder durch Drehung der Oberfläche (zum Beispiel Drehen des textilen Gebildes) erzeugt werden.
Bei der Strahlungsquelle reicht es im Prinzip auch aus, wenn nur der Strahl selbst dreht. Dies kann im Prinzip auch durch eine Mehrzahl etwa kreisförmig angeordneter mehr oder weniger fest stehender oder nur begrenzt schwenkender Strahlungsquellen erzielt werden, die nacheinander geschaltet werden.
Anstelle der Relativdrehung von Strahlung und zu messendem Objekt ist grundsätzlich auch eine Bewegung eines sensitiven Bereichs des Strahlendetektors denkbar, um so die entsprechend in unterschiedliche Richtungen reflektierte oder sonst wie (z.B. Beugung) umgelenkte Strahlung abhängig von der Abstrahlrichtung zu messen. Auch dies kann ein Maß für die Ausrichtung der Fasern, an denen die Strahlablenkung erfolgt, sein.
An den Oberflächen von Kohlenstofffasern oder auch bei Glasfasern werden insbesondere Lichtstrahlen je nach Auftreffwinkel mehr oder weniger gut reflektiert. Daher ist bei einer Ausgestaltung bevorzugt, dass an der Strahlungsquelle eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht vorgesehen wird, das an Grenzflächen von Kohlenstofffasern oder Glasfasern reflektierbar ist, und der Strahlungsdetektor die Intensität von in einen Bereich reflektierter Lichtstrahlung misst.
Wenn die Strahlungsquelle zur schrägen Einstrahlung von Strahlung auf die auszumessende Oberfläche ausgebildet ist, dann wird die Strahlung an den in der Regel mit annähernd etwa rundem Querschnitt ausgebildeten Fasern besonders gut auf den entsprechend spiegelbildlich schrägen Winkel reflektiert, wenn die Fasern alle in Richtung des Strahlungseinfalls orientiert sind. Nach oben hin, d.h. direkt in die zur Oberfläche senkrechte Richtung wird dann aber keine Strahlung reflektiert. In diese Richtung erfolgt bei schrägem Strahlungseinfall nur dann eine Reflektion, wenn die Fasern im Wesentlichen rechtwinklig zur Strahlungseinfallrichtung stehen. Wenn nun der Strahlungsdetektor zum Messen von in einer zu der Oberfläche des textilen Gebildes senkrechte Richtung reflektierter Strahlung ausgebildet ist, dann ergibt sich ein relativ schmales Maximum in der reflektierten Strahlung über einen sehr schmalen Winkelbereich um den Wert 90° des Relativwinkels zwischen Faserausrichtung und Strahlungseinfallrichtung. Damit ergibt sich ein relativ genaues Maß für die Feststellung der hauptsächlichen Faserausrichtung.
Die zum Feststellen des Reflexionsgrads wirksame Strahlung lässt sich vergrößern, um somit die Ansprechempfindlichkeit des Strahlungsdetektors zu verbessern, wenn wenigstens zwei Strahlungsquellen vorgesehen sind. Zum Beispiel können mehrere Strahlungsquellen zum Ausstrahlen von Strahlung in einer gemeinsamen, das textile Gebilde kreuzenden Ebene - die eventuell um eine Normale auf die Textiloberfläche unter Erfassung des Relativdrehwinkels relativ drehbar ist - ausgerichtet sein. Zum Beispiel ist eine an einer zu der zu messenden Oberflächenebene senkrechten Ebene gespiegelte Anordnung der Strahlenquellen bevorzugt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft im Verbindung mit dem genau für die senkrechte Abstrahlrichtung sensitiven Strahlungsdetektor. Dieser wird nur dann Reflexionslicht aus in eine Richtung zueinander und schräg zur Oberfläche hin abstrahlenden Strahlungsquellen erfassen, wenn diese Strahlung an den Fasern reflektiert wird, was bei den entsprechend in erster Näherung gerundeten Faserquerschnitten im Mittel nur dann bei den Fasern der Fall sein wird, wenn diese im wesentlichen senkrecht zur Strahleinfallebene orientiert sind und somit zumindest einen kleinen Bereich zur Reflexion von Strahlung aus der Strahleinfallebene genau in die senkrechte Richtung zur Verfügung stellen.
Um die Winkelabhängigkeit zu erfassen, ist bevorzugt, dass auch bei mehreren Strahlungsquellen diese Strahlungsquellen gemeinsam relativ zu der zu messenden Oberfläche drehbar sind. Dies schließt eine Drehung des reinen Strahlungseinfalls bei ansonsten feststehender Strahlerzeugung und damit insbesondere auch die entsprechende Ansteuerung von einzelnen feststehenden, entsprechend ausgerichteten Strahlungserzeugungseinrichtungen eines Strahlquellenarrays ein.
An der Strahlungsquelle wird besonders bevorzugt eine Lichtlinienquelle oder ein Laser vorgesehen. Die Strahlungsquelle kann zur Erzeugung eines entsprechenden Strahlungseinfalles aber auch eine schwenkbare Punktstrahlungsquelle, insbesondere Punktlichtquelle aufweisen.
Bei Licht als Detektionsstrahlung wird an dem Strahlungsdetektor vorzugsweise zur Erfassung der Intensität des reflektierten oder je nach Anwendung auch des verbleibenden - zum Beispiel transmittierten - Lichts eine Fotodiode vorgesehen.
In bevorzugter Ausgestaltung wird eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, mittels der die Intensität einer von der Oberfläche in einen bestimmten Bereich reflektierten Strahlung abhängig von deren Einfallwinkel oder die Abhängigkeit von reflektierter Strahlung bei einem bestimmten Einfallwinkel abhängig von dem Ausfallwinkel ermittelbar ist.
Sofern in der Oberfläche hauptsächlich die Orientierung der Fasern in Projektion senkrecht auf die Oberfläche gesehen interessant ist, wird dabei hauptsächlich der auf die Oberflächenebene projizierte Einfall- bzw. Ausfallwinkel betrachtet.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung wird durch eine Korrelation zwischen der Höhe eines Peaks in der reflektierten Strahlung und dem relativen Winkel zwischen Strahlungseinfall oder Strahlungsausfall auch ein Abstand zur zu messenden Oberfläche bestimmt. Die entsprechende Auslegung und Kalibrierung der Auswerteeinheit lässt sich leicht durch Durchführung einiger empirischer Versuche bestimmen.
Insbesondere ist bevorzugt, dass die Intensität der im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche reflektierten Strahlung gemessen wird. Dort lässt sich der schmalste Peak in der Reflexionsstrahlung bei einer bestimmten Faserorientierung - nämlich wenn diese senkrecht zum Strahlungseinfall stehen - erreichen und damit die höchste Genauigkeit bei der Ausrichtungsvermessung. Außerdem kann so der Strahlungsdetektor auf einer Relativdrehachse feststehend angeordnet werden, was den Aufbau vereinfacht und den Anschluss erleichtert.
Zum Bestimmen der Faserausrichtung wird weiter bevorzugt, dass die Strahlrichtung des um eine Normale auf die Oberfläche um einen Winkelbereich kontinuierlich gedreht oder auch in - möglichst kleinen, je kleiner desto höhere Messauflösung - Drehwinkel-Schritten verändert und durch Messung der dort jeweils festzustellenden Reflexion derjenige Winkel bestimmt, in dem ein Extremwert der reflektierten Strahlung festgestellt wird. Unter „Strahlrichtung“ ist hierbei die Abstrahlrichtung der auf die Oberfläche gestrahlten Strahlung zu verstehen.
Insbesondere wird dann weiter bevorzugt als Hauptfaserrichtung diejenige Richtung bestimmt, die senkrecht zu der Strahlrichtung in der Ebene der Oberfläche liegt, in der die maximale Reflexion feststellbar ist.
Das Verfahren ist weiter vorzugsweise vollautomatisch durchführbar, beispielsweise im Rahmen einer automatisierten Herstellung von Textil-Halbzeugen, beispielsweise zur Weiterverarbeitung bei der Herstellung von CFK- oder GFK-Bauteilen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein textiles Gebilde (quer zur Textilebene) mit wesentlichen Elementen einer bevozugten Ausführungsform eines Faserwinkelsensors in einer Ausrichtung von 0° zu einer Hauptfaserrichtung;
2 eine schematische Querschnittsansicht durch das textile Gebilde (quer zur Textilebene) mit den wesentlichen Elementen der bevozugten Ausführungsform eines Faserwinkelsensors in einer Ausrichtung von 90° zu der Hauptfaserrichtung;
3 eine schematische Ansicht eines Messaufbaus der bevorzugten Ausführungsform des Faserwinkelsensors in einer Draufsicht auf die zu vermessende Textilebene; und
4 eine schematische Ansicht eines Oszilloskops als Auswerteeinrichtung zum Messaufbau gemäß 3 mit einer beispielhaften Kurve zur Anzeige der vorherrschenden Faserausrichtung.

Im Folgenden wird zunächst anhand der 1 und 2 ein Messprinzip zur Messung einer Faserrichtung in einem Bereich einer Oberfläche 10 eines textilen Gebildes, am Beispiel einer Preform 12 als textiles Halbzeug für die Herstellung eines CFK-Bauteiles erläutert.
Die Preform 12 ist aus Kohlenstofffasern 14 gebildet, die an der Oberfläche entsprechend einer Hauptausrichtung ausgerichtet sind. Zur leichteren Diskussion wird im Folgenden die Anordnung in einem kartesischen Koordinatensystem erläutert, wobei die durch die x- und y-Richtung aufgespannte Ebene durch die Ebene der Oberfläche 10 definiert wird und die z-Richtung die Richtung senkrecht zur Oberfläche 10 darstellt.
Ein insgesamt mit 16 bezeichneter Faserwinkelsensor weist eine Strahlungsquelle, hier in Form einer Lichtquelle 18 zum Aussenden einer Lichtlinie (Lichtlinienquelle), insbesondere mit einem Laser 20, sowie einen auf das ausgesandte Licht sensitven Strahlungsdetektor, hier in Form einer Fotodiode 22, auf.
Die Lichtquelle 18 strahlt Licht mit einem Winkel β zur x-y-Ebene (d.h. mit einem Winkel zur Ebene der Oberfläche 10, im folgenden Höhenwinkel genannt) zwischen etwa 10° und 80° auf die Oberfläche 10. Das Licht fällt demnach schräg auf die Oberfläche 10.
In dem dargestellten Beispiel erstrecken sich die Kohlenstofffasern 14 im Wesentlichen in der x-Richtung.
In 1 wird das Licht in der x-z-Ebene und somit senkrecht zur Hauptfaserausrichtung eingestrahlt, und in 2 wird das Licht in der y-z-Ebene und somit parallel zur Hauptfaserausrichtung eingestrahlt.
Bei der parallelen Ausrichtung gemäß 2 (der Winkel α in der x-y-Ebene zwischen Lichteinfall und Hauptfaserrichtung ist 0° oder 180°) wird das Licht an der etwa annähernd zylindrischen Oberfläche der Kohlenstofffasern 14 reflektiert. Ein wesentlicher Anteil des Lichts wird in einen Bereich 24 reflektiert, der spiegelbildlich zu der Einstrahlrichtung angeordnet ist. Es gibt jedoch keinen Bereich der Oberfläche der Kohlenstofffasern 14, der das Licht aus der mit schrägem Höhenwinkel β einfallenden Richtung unmittelbar in z-Richtung (Höhenwinkel 90 °) reflektieren würde.
Bei der senkrechten Ausrichtung (der relative Winkel α in der x-y-Ebene zwischen Lichteinfallrichtung und Hauptfaserrichtung ist 90°) gibt es an der runden Oberfläche der Kohlenstofffasern 14 zumindest einen linienartigen Bereich, an dem das Licht unmittelbar in z-Richtung reflektiert wird. Dies ist offensichtlich nur dann der Fall, wenn der Winkel α gleich oder sehr nahe bei 90° liegt.
Im Prinzip könnte man nun auch die Fotodiode 22 in dem Reflexionsbereich 24 anordnen, um die maximale Reflexion bei exakt α = 0° festzustellen. Ein schmaleres Maximum oder einen schmaleren Peak erhält man aber dann, wenn man, wie dargestellt, die Fotodiode genau senkrecht zu der Oberfläche 10 ausrichtet, um das exakt in z-Richtung reflektierte Licht zu messen. Hier wird nur bei exakt in α=90° zu dem Lichteinfall ausgerichteter Hauptfaserausrichtung ein schmaler Peak erhalten.
3 zeigt eine mögliche Anordnung des Faserwinkelsensors 16 in Draufsicht auf die Oberfläche 10. Es sind zwei Lichtquellen 18 vorgesehen, die in einer gemeinsamen Ebene zueinander gerichtet auf einen mittleren Bereich 26 der Oberfläche 10 strahlen. Die Fotodiode 22 ist exakt in z-Richtung senkrecht auf diesen Bereich gerichtet.
Mittels einer Drehvorrichtung 28 lassen sich die Lichtquellen 18 gemeinsam um die durch die Mittelachse der Fotodiode 22 laufende Normale auf die Oberfläche 10 als Drehachse relativ zu der Oberfläche 10 drehen. Die Drehvorrichtung 28 ist mit einem nicht näher dargestellten Drehwinkelsensor versehen, der den Drehwinkel erfasst.
Dadurch kann der Bereich 0°≤α≤360° abgefahren werden, wobei α den Relativdrehwinkel in der x-y-Ebene, genauer den Winkel der Projektion der Strahlrichtung in die x-y-Ebene zur x-Achse darstellt. Durch die Fotodiode 22 wird dabei die Intensität des in z-Richtung reflektierten Lichts gemessen und über den Winkel α - dessen Signal wird von dem Drehwinkelsensor geliefert - aufgenommen.
Ein als Beispiel für eine Auswerteeinheit angeschlossenes Oszilloskop 30, auf das die Ausgänge aus der Fotodiode 22 und dem Drehwinkelsensor geschaltet werden, ist in 4 dargestellt. Es ergibt sich genau bei α=90° ein relativ schmaler Peak; d.h. die Hauptfaserrichtung liegt bei α=0° (senkrecht zum Wert mit dem Peak); demnach lässt sich daraus ermitteln, dass die Hauptfaserrichtung bei dem hier gemessenen Bereich 26 der Preform 10 in x-Richtung verläuft.
Die speziellen Reflexionseigenschaften der Kohlenstofffasern 14 erlauben demnach die Bestimmung des Ablagewinkels. Wird die Oberfläche 10 eines zu untersuchenden Textils (hier Preform 12) in einem bestimmten Winkel (hier: β) mit einer Lichtlinienquelle bzw. einem Laser 20 angestrahlt und wird diese Lichtquelle 18 um die Normale zur Oberfläche 10 rotiert, dann tritt in Richtung der Normalen immer dann die stärkste Reflexion auf, wenn die Lichtlinie 90° zur Filamentachse liegt.
Die Stärke der Reflexion kann über eine Fotodiode 22 gemessen werden und gegen die Winkelposition mit einem geeigneten Instrument (z.B. Oszilloskop oder Messcomputer) aufgetragen werden.
Des Weiteren kann statt eines Linienlichts eine geschwenkte Punktquelle verwendet werden.
Weiter kann über eine Korrelation des Schwenk- oder Drehwinkels mit dem Reflexionspeak zusätzlich der Abstand zur Oberfläche 10 bestimmt werden.
Der Faserwinkelsensor 16 kann zur Qualitätskontrolle in verschiedenen Fertigungsprozessen eingesetzt werden. Bei der Herstellung von Faserpreformen werden Fehler bei der Ablage erkannt und können korrigiert werden, bevor Ausschlussbauteile entstehen.
Bezugszeichenliste

10: Oberfläche
12: Preform (textiles Gebilde)
14: Kohlenstofffasern
16: Faserwinkelsensor
18: Lichtquelle (Strahlungsquelle)
20: Laser
22: Fotodiode (Strahlungsdetektor)
24: Reflexionsbereich bei paralleler Ausrichtung
26: Messbereich der Oberfläche 10
28: Drehvorrichtung
30: Oszilloskop
α: Drehwinkel (Ausrichtung zur x-Achse in x-y-Ebene)
β: Höhenwinkel (Ausrichtung zur Oberfläche 10)

Claims

Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen mit dem Schritt Erfassen einer in einem Bereich (26) einer Oberfläche (10) eines textilen Gebildes (12) vorherrschenden Hauptfaserausrichtung, wobei die folgenden Teilschritte vorgesehen sind: a) Vorsehen von wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) zum Aussenden von durch die zu erfassenden Fasern (14) reflektierbarer Strahlung und einem Strahlungsdetektor (22) zum Erfassen von durch die Fasern (14) in dem textilen Gebilde (12) in einen bestimmten Bereich (z) reflektierter Strahlung; b) Ausrichten der wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) in einer gemeinsamen Ebene um eine durch die Mittelachse des Strahlungsdetektors (22) laufende Normale auf die Oberfläche (10); c) Anstrahlen der Oberfläche (10) mit den wenigstens zwei Strahlungsquellen (18); d) Messen der Intensität von von den Fasern (14) an dem Oberflächenbereich (26) reflektierter Strahlung, wobei Schritt c) den Schritt c1) Drehen der wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) um die durch die Mittelachse des Strahlungsdetektors (22) laufende Normale auf die Oberfläche (10) umfasst.
Steuerverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt a) als Strahlungsquelle eine Lichtquelle (18) zum Aussenden von Licht vorgesehen wird, das an Grenzflächen von Kohlenstofffasern (14) oder Glasfasern reflektierbar ist, und dass der Strahlungsdetektor (22) zum Messen der Intensität von in einen Bereich reflektierter Lichtstrahlung vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) zur schrägen Einstrahlung von Strahlung auf die zu messende Oberfläche (10) vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (22) zum Messen von in einer zu der Oberfläche (10) des textilen Gebildes (12) senkrechten Richtung (z) reflektierter Strahlung vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Strahlungsquelle (18) eine Lichtlinienquelle und/oder ein Laser (20) vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Strahlungsdetektor eine Fotodiode (22) vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Strahlungsquelle (18) eine schwenkbare Punktquelle vorgesehen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei mit einer Auswerteeinrichtung (30) die Intensität einer bei Einfall von Strahlung auf die Oberfläche (10) reflektierten Strahlung abhängig von dem Einfallswinkel der einfallenden Strahlung und/oder dem Ausgangswinkel der reflektierten Strahlung ermittelt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) durch eine Korrelation zwischen der Höhe eines Peaks in der reflektierten Strahlung und der Einfallsrichtung einen Abstand zur messenden Oberfläche (10) bestimmt.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität einer im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche (10) reflektierten Strahlung gemessen wird.
Steuerverfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlrichtung in einem Drehwinkelbereich um die Normale auf die Oberfläche (10) als Achse verändert wird und derjenige relative Drehwinkel (α) zwischen Strahlrichtung und Oberfläche (10) bestimmt wird, in dem ein Extremwert der reflektierten Strahlung festgestellt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Hauptfaserrichtung diejenige Richtung bestimmt wird, die senkrecht zu derjenigen Strahlrichtung liegt, in der die maximale Reflexion feststellbar ist.