DE102012000609A1 - Measurement mark used for measuring luminescence of curved surface of reflective component e.g. cube, coats main surface with coloring agent, and sets wavelength of luminescence excited by electromagnetic radiation to specific value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Messmarke und Messverfahren zur Vermessung eines Bauteils mit reflektierender Oberfläche gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6.The invention relates to a measuring mark and measuring method for measuring a component with a reflecting surface according to the preambles of claims 1 and 6.
Die Fertigung von Bauteilen aus Glas- oder Kohlefaserverbundwerkstoffen erfolgt üblicherweise in den Schritten Vorformen und der nachfolgenden Harzinjektion. Beim Vorformen kann das Fasergewebe oder -gelege aufgrund der Drapierung, d. h. dem Aufbringen des flächigen Halbzeuges auf einer gekrümmten Fläche, stark verformt und dabei geschert werden, woraus Qualitätsmängel des späteren Bauteils resultieren können. Zur Qualitätskontrolle ist es deshalb vorteilhaft, die tatsächliche Verformung bzw. Scherung des Gewebes oder Geleges messtechnisch zu ermitteln und mit Sollwerten zu vergleichen. Außerdem kann mittels einer solchen Messung eine Validierung von Drapiersimulationen vorgenommen werden.The production of components made of glass or carbon fiber composites is usually carried out in the steps preforming and subsequent resin injection. During preforming, the fibrous web or scrim may fail due to draping, i. H. the application of the flat semifinished product on a curved surface, strongly deformed and thereby sheared, resulting in quality defects of the subsequent component can result. For quality control, it is therefore advantageous to metrologically determine the actual deformation or shear of the fabric or fabric and to compare it with nominal values. In addition, such a measurement can be used to validate draping simulations.
Die Vermessung kann mit bekannten Messmarkierungen und Messverfahren erfolgen, wie z. B. in der
In der Praxis wird eine solche Messung nach dem Stand der Technik aber durch Reflexionen auf der Oberfläche der Fasergewebe oder -gelege gestört.In practice, however, such prior art measurement is disturbed by reflections on the surface of the fibrous web or web.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, besser erkennbare Messmarken sowie ein verbessertes Messverfahren für im optisch sichtbaren Bereich stark reflektierende Oberflächen anzugeben.The object of the present invention is therefore to specify better detectable measuring marks as well as an improved measuring method for surfaces which are highly reflective in the optically visible region.
Die Erfindung ist in Bezug auf die zu schaffende Messmarke und das Messverfahren durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 6 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Messmarke (Patentansprüche 2 bis 5) und des Messverfahrens (Patentansprüche 7 und 8) sowie eine vorteilhafte Verwendung der Messmarke (Patentanspruch 9).The invention is represented by the features of claims 1 and 6 with respect to the measuring mark to be created and the measuring method. The other claims contain advantageous embodiments and further developments of the measuring mark according to the invention (claims 2 to 5) and the measuring method (claims 7 and 8) and an advantageous use of the measuring mark (claim 9).
Die Aufgabe wird bezüglich der zu schaffenden Messmarke dadurch gelöst, dass sie mindestens ein Messmerkmal zur Vermessung eines Bauteils aufweist, welches lumineszierend ausgestaltet ist.With respect to the measuring mark to be created, the object is achieved in that it has at least one measuring feature for measuring a component which is of a luminescent design.
Lumineszenz ist die optische Strahlung eines physikalischen Systems, die beim Übergang von einem angeregten Zustand zum Grundzustand entsteht. Je nach Art der Anregung unterscheidet man verschiedene Arten der Lumineszenz: Am bekanntesten ist die Photolumineszenz, bei der die Anregung des Systems durch Photonen erfolgt. Dabei unterscheidet man je nach Zeitdauer zwischen Anregung und Emission des Lichtes zwischen Phosphoreszenz und Fluoreszenz. Weitere Lumineszenzarten sind die Elektro- und Kathodolumineszenz, bei denen die Anregung mittels Strom oder Elektronenbeschuss erfolgt, sowie die Chemo-, insbesondere Biolumineszenz, bei denen die Anregung durch chemische Reaktionen erfolgt.Luminescence is the optical radiation of a physical system, which arises during the transition from an excited state to the ground state. Depending on the type of excitation, a distinction is made between different types of luminescence: the best known is photoluminescence, in which the excitation of the system is effected by photons. Depending on the time duration, a distinction is made between excitation and emission of the light between phosphorescence and fluorescence. Further types of luminescence are the electro- and cathodoluminescence, in which the excitation takes place by means of current or electron bombardment, as well as the chemo-, in particular bioluminescence, in which the excitation takes place by chemical reactions.
Befindet sich nun eine erfindungsgemäße lumineszierende Messmarke auf einem zu vermessenden Bauteil und wird zur Lumineszenz angeregt, so zeigen sich die lumineszierenden Messmerkmale kontrastreich auf dem dunklen Bauteil und sind von üblicher optischer Messtechnik gut erkennbar – ohne störende Einflüsse von Reflexionen auf der Bauteiloberfläche.If a luminescent measuring mark according to the invention is now located on a component to be measured and is stimulated to luminesce, the luminescent measuring features show high contrast on the dark component and are easily recognizable by conventional optical measuring technology - without disturbing effects of reflections on the component surface.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messmarke ist das Messmerkmal photolumineszierend ausgestaltet, d. h. die Anregung zur Lumineszenz erfolgt durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung. Die Bestrahlung hat im Gegensatz zur Chemolumineszenz keine bleibende Oberflächenmodifikation zur Folge, d. h. die Messmarke ist ohne Weiteres wiederverwendbar.In a preferred embodiment of the measurement mark according to the invention, the measurement feature is photoluminescent, d. H. the excitation to the luminescence takes place by irradiation with electromagnetic radiation. Irradiation, unlike chemiluminescence, does not result in permanent surface modification, i. H. the measuring mark is easily reusable.
Besonders vorteilhaft weisen die Messmerkmale Photolumineszenz im Wellenlängenbereich zwischen 280 und 400 nm auf, d. h. im Bereich der UV-A und UV-B-Strahlung. Diese Bestrahlung wird im Gegensatz zur emittierten Lumineszenzstrahlung von üblichen Messkameras nicht registriert und die UV-Bestrahlung sowie deren Reflexionen von der Bauteiloberfläche stören somit nicht das Messergebnis.Particularly advantageously, the measurement features photoluminescence in the wavelength range between 280 and 400 nm, d. H. in the range of UV-A and UV-B radiation. In contrast to the emitted luminescence radiation, this radiation is not registered by conventional measuring cameras, and the UV radiation and its reflections from the component surface thus do not disturb the measurement result.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messmarke ist das Messmerkmal aus einem Farbmittel gebildet. Farbmittel umfassen sowohl Farbstoffe, die in ihrem Anwendungsmedium löslich sind, Pigmente, die darin praktisch unlöslich sind, als auch Pigmentfarbstoffe, d. h. modifizierte Farbstoffe, die an eine feste Trägermatrix gebunden sind. Das Farbmittel wird vorzugsweise in die Bindemittelmatrix einer in Form des Messmerkmals auf die Oberfläche der Messmarke aufzubringenden Beschichtung eingebracht. Das Aufbringen dieser Beschichtung erfolgt entweder manuell oder auch automatisch mittels bekannter Drucktechnik, z. B. mittels eines Plotters oder auch Siebdruck.In a further preferred embodiment of the measuring mark according to the invention, the measuring feature is formed from a colorant. Colorants include both dyes that are soluble in their application medium, pigments that are substantially insoluble therein, and pigment dyes, ie, modified dyes that are bound to a solid support matrix. The colorant is preferably introduced into the binder matrix of a coating to be applied to the surface of the measuring mark in the form of the measuring feature. The application of this coating is done either manually or also automatically by known printing technology, eg. B. by means of a plotter or screen printing.
Die erfindungsgemäßen Messmarken können entweder direkt auf dem zu vermessenden Bauteil aufgebracht werden oder auf einem auf dem Bauteil platziertem Messkörper, insbesondere einem Würfel, einer Kugel, einer Platte oder einer Schiene. Der Messkörper besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff. Dadurch ist er einerseits leicht und andererseits wird dadurch das Risiko einer Beschädigung des Bauteils durch den Messkörper reduziert. Unter Kunststoffen werden hier synthetisch hergestellte, ggf. (faser-)verstärkte, organische Werkstoffe (Thermoplaste, Duromere) verstanden.The measuring marks according to the invention can be applied either directly on the component to be measured or on a measuring body placed on the component, in particular a cube, a sphere, a plate or a rail. The measuring body is preferably made of a plastic. This makes it light on the one hand and on the other hand, the risk of damage to the component is reduced by the measuring body. Plastics are understood to mean synthetically produced, possibly (fiber) reinforced, organic materials (thermoplastics, thermosets).
Die erfindungsgemäße Messmarke kann – insbesondere wenn sie auf einem Messkörper aufgebracht ist – zusätzlich mindestens ein Kodiermerkmal aufweisen, welches ebenfalls lumineszierend ausgestaltet ist, vorzugsweise bei einer Wellenlänge zwischen 280 und 400 nm. Damit wird eine automatische Erkennung und Erfassung von Messpunkten mittels der Messmarken erleichtert.The measuring mark according to the invention can additionally have at least one coding feature, which is likewise embodied in a luminescent manner, preferably at a wavelength between 280 and 400 nm. This automatically facilitates the detection and detection of measuring points by means of the measuring markers.
Die Aufgabe wird bezüglich des zu schaffenden Messverfahrens dadurch gelöst, dass auf dem Bauteil Messmarken mit jeweils mindestens einem lumineszierenden Messmerkmal angebracht werden und die Messmarken zur Lumineszenz angeregt und vermessen werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das zu vermessende Bauteil abgedunkelt oder abgeschattet wird.With regard to the measuring method to be created, the object is achieved by mounting measuring marks each having at least one luminescent measuring feature on the component and by exciting and measuring the measuring marks for luminescence. It is advantageous if the component to be measured is darkened or shaded.
Die lumineszierenden Messmerkmale zeigen sich kontrastreich auf dem dunkleren Bauteil und sind von üblicher optischer Messtechnik gut erkennbar – ohne störende Einflüsse von Reflexionen auf der Bauteiloberfläche.The luminescent measuring features show a high contrast on the darker component and are easily recognizable by conventional optical measuring technology - without disturbing effects of reflections on the component surface.
In vorteilhafter Ausgestaltung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Vermessung eines Bauteils dadurch aus, dass die Anregung zur Lumineszenz durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung erfolgt, vorzugsweise mit UV-Strahlung bei mindestens einer Wellenlänge zwischen 280 und 400 nm.In an advantageous embodiment, the method according to the invention for measuring a component is characterized in that the excitation for luminescence is effected by irradiation with electromagnetic radiation, preferably with UV radiation at at least one wavelength between 280 and 400 nm.
Die UV-Bestrahlung wird im Gegensatz zur emittierten Lumineszenzstrahlung von üblichen Messkameras nicht registriert und die UV-Bestrahlung sowie deren Reflexionen von der Bauteiloberfläche stören somit nicht das Messergebnis. Durch die Anregung der UV-Bestrahlung emittieren die UV-aktiven Messmarkierungen sichtbares Licht.In contrast to the emitted luminescence radiation, UV radiation is not registered by conventional measuring cameras, and the UV radiation and its reflections from the component surface thus do not disturb the measurement result. Due to the excitation of the UV radiation, the UV-active measuring markers emit visible light.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung erfolgt die Bestrahlung unter einem Winkel zur Bauteiloberfläche von 45° bis 90°, insbesondere von 70° bis 90°. Bei einer derartigen Bestrahlung kann die Bauteiloberfläche besonders deutlich erfasst werden. Gute Ergebnisse können aber auch mit indirekter Beleuchtung erzielt werden.In a further advantageous embodiment, the irradiation takes place at an angle to the component surface of 45 ° to 90 °, in particular from 70 ° to 90 °. In such an irradiation, the component surface can be detected particularly clearly. Good results can also be achieved with indirect lighting.
Nachfolgend werden anhand eines Ausführungsbeispiels die erfindungsgemäße Messmarke und das erfindungsgemäße Messverfahren näher erläutert:
Vermessen werden soll ein Kohlefasergewebe, welches auf einer stark gekrümmten Oberfläche drapiert wird.The measuring mark according to the invention and the measuring method according to the invention will be explained in more detail on the basis of an exemplary embodiment:
To be measured is a carbon fiber fabric, which is draped on a strongly curved surface.
Vor der Drapierung wird das Kohlefaser- oder Glasfasergewebe auf einer ebenen Unterlage ausgebreitet und mit einem handelsüblichen lumineszierenden (UV-aktiven) Farbmittel mit einem gleichmäßigen Punktmuster bedruckt. Die Punkte haben eine einheitliche Größe und sind einheitlich voneinander beabstandet. Die Punkte stellen die einfachste Form einer erfindungsgemäßen Messmarke dar. Nach der Drapierung des so vorbereiteten Gewebes auf einer stark gekrümmten Oberfläche werden zusätzliche würfelartige Messmarken, die neben ihren Messmerkmalen auch Kodiermerkmale aufweisen, in üblicher Art und Weise auf dem Gewebe platziert. Sämtliche Messmarken, d. h. sowohl die Messmarken des Punktmusters als auch die kodierten Messmarken auf den Messkörpern, weisen ein unter UV-Licht lumineszierendes Farbmittel auf.Prior to draping, the carbon fiber or glass fiber fabric is spread on a flat surface and printed with a commercial luminescent (UV-active) colorant with a uniform dot pattern. The dots are uniform in size and are uniformly spaced. The points represent the simplest form of a measuring mark according to the invention. After draping the fabric thus prepared on a strongly curved surface, additional dice-like measuring marks which, in addition to their measuring features, also have coding features, are placed on the fabric in the usual way. All measuring marks, d. H. Both the measuring marks of the dot pattern and the coded measuring marks on the measuring bodies have a luminescent colorant under UV light.
Nun wird das zu vermessende Gewebe verdunkelt (zumindest abgeschattet) und mit einer UV-Lampe mit einer Leistung von circa 400 Watt und einer Emissionswellenlänge von 280–400 nm unter einem Winkel von circa 90° bestrahlt. Die Messmerkmale der Messmarken zeigen im sichtbaren Bereich eine deutliche Lumineszenz und heben sich für einen Beobachter oder eine handelsübliche Messkamera sehr gut vom dunklen Untergrund des Gewebes ab. Nun kann eine übliche Messung ohne störende Einflüsse durch Reflexionen auf der Gewebeoberfläche erfolgen, wobei die Belichtungszeit sogar gegenüber den sonst üblichen Werten auf nur circa 200 ms reduziert werden kann.Now, the tissue to be measured is darkened (at least shaded) and irradiated with a UV lamp with a power of about 400 watts and an emission wavelength of 280-400 nm at an angle of about 90 °. The measuring characteristics of the measuring marks show a clear luminescence in the visible range and stand out very well for an observer or a commercially available measuring camera from the dark background of the fabric. Now, a normal measurement can take place without disturbing influences by reflections on the tissue surface, whereby the exposure time can even be reduced compared to the usual values to only about 200 ms.
Die erfindungsgemäße Messmarke und das erfindungsgemäße Messverfahren eignen sich sehr gut für die Vermessung von Bauteilen, deren Oberflächen im sichtbaren Bereich derart reflektieren, dass sie wesentliche Störungen einer Vermessung bewirken. Derartige Bauteile sind z. B. Halbzeuge aus Glas- oder Kohlefasergeweben oder -gelegen wie sie z. B. in der Automobilindustrie zunehmend Verwendung finden.The measuring mark according to the invention and the measuring method according to the invention are very well suited for the measurement of components whose surfaces reflect in the visible range in such a way that they cause significant disturbances of a measurement. Such components are z. B. semi-finished glass or carbon fiber fabrics or -gelegen as z. B. are increasingly used in the automotive industry.
Die Erfindung ist nicht auf das zuvor geschilderte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern vielmehr auf weitere übertragbar.The invention is not limited to the previously described embodiment, but rather to others transferable.
So können die erfindungsgemäßen Messmarken und das erfindungsgemäße Messverfahren auch vorteilhaft bei der Vermessung weiterer stark reflektierender Oberflächen Verwendung finden, z. B. bei der Vermessung lackierter, insbesondere verspiegelter Oberflächen. Thus, the measuring marks according to the invention and the measuring method according to the invention can also be used to advantage in the measurement of further highly reflective surfaces, eg. B. in the measurement of painted, especially mirrored surfaces.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Friebe, H., et al.; „Estimation of Material Properties for Draping Simulations of Carbon and Glass Fiber Textiles using a 3D Optical Deformation Measurement System, SEICO 11, 28.+29.03.2011, Paris [0003] Friebe, H., et al .; "Estimation of Material Properties for Draping Simulations of Carbon and Glass Fiber Textiles using a 3D Optical Deformation Measurement System, SEICO 11, March 28-29, 2011, Paris [0003]
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