DE102012111898A1

DE102012111898A1 - Method for measuring fiber angle of reinforcing fibers in fiber composite or in preform of fiber composite, involves illuminating surface of fiber composite or preform of fiber composite

Info

Publication number: DE102012111898A1
Application number: DE201210111898
Authority: DE
Inventors: Fabian Zacharias; Christian Krombholz
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-12-06
Filing date: 2012-12-06
Publication date: 2014-06-12
Anticipated expiration: 2032-12-07
Also published as: DE102012111898B4

Abstract

The method involves illuminating the surface (4) of the fiber composite or the preform (1) of the fiber composite. The light (11) reflected from the surface is registered with an optical camera (12). The surface is illuminated with structured light from a direction. The light reflected from the surface is registered with the camera from another direction. The surface is scanned with the structured light. A height profile of the surface is determined from intensity distribution of the reflected light registered with the camera.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen eines Faserwinkels von Verstärkungsfasern in einem Faserverbund oder einer Vorform eines Faserverbunds, wobei eine Oberfläche des Faserverbunds oder der Vorform beleuchtet und das von der Oberfläche reflektierte Licht mit einer optischen Kamera registriert wird.The invention relates to a method for measuring a fiber angle of reinforcing fibers in a fiber composite or preform of a fiber composite, wherein a surface of the fiber composite or the preform is illuminated and the light reflected from the surface is registered with an optical camera.

Bei der Vorform des Faserverbunds kann es sich um eine solche handeln, die im Wesentlichen nur die Verstärkungsfasern des späteren Faserverbunds aufweist und die aus sogenannten Preforms ausgebildet sein kann. Es kann sich aber auch um eine Vorform handeln, bei der die Verstärkungsfasern zum Beispiel in sogenannten Prepregs bereits zusammen mit einem Matrixharz vorliegen, das zusammen mit den Verstärkungsfasern den späteren Faserverbund ausbildet.The preform of the fiber composite may be one which essentially has only the reinforcing fibers of the later fiber composite and which may be formed from so-called preforms. However, it can also be a preform in which the reinforcing fibers, for example in prepregs, are already present together with a matrix resin which, together with the reinforcing fibers, forms the later fiber composite.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Faserverbundwerkstoffe finden in vielen Bereichen der Technik Anwendung, insbesondere wenn es auf hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit ankommt. Ein Hauptanwendungsgebiet ist dabei die Luft- und Raumfahrt. Gerade hier können kritische Strukturelemente aufgrund der hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit von Faserverbundwerkstoffen bei minimalem Gewicht zu Höchstleistungen gebracht werden. Durch die aus der Orientierung von Verstärkungsfasern eines Faserverbunds resultierenden anisotropen Eigenschaften können Bauteile exakt an lokale Belastungen angepasst werden. Dies ermöglicht eine optimale Materialausnutzung im Sinne des Leichtbaus.Fiber composites are used in many areas of engineering, especially when it comes to high specific strength and rigidity. One main area of application is aerospace. Due to the high specific strength and rigidity of fiber composite materials, critical structural elements can be brought to maximum performance with minimal weight. By resulting from the orientation of reinforcing fibers of a fiber composite anisotropic properties components can be adapted exactly to local loads. This allows optimal material utilization in terms of lightweight construction.

Bei der Herstellung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen kommen trockene Halbzeuge in Form von Fasergelegen und Geweben, d. h. so genannte Preforms, und/oder vorimprägnierte Fasern, d. h. so genannte Prepregs, zum Einsatz. Für die gewünschten Eigenschaften eines Bauteils aus einem Faserverbundwerkstoff kommt es darauf an, dass seine Verstärkungsfasern die richtige Orientierung gegenüber den äußeren Abmessungen des Bauteils aufweisen. Diese Orientierung wird hier als Faserwinkel bezeichnet. Deshalb ist es ein wesentlicher Teil der Qualitätskontrolle von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen, die Orientierung der Verstärkungsfasern zu überprüfen. Diese Überprüfung ist nicht nur bei der manuellen Ablage von Preforms oder Prepregs auf einem Formwerkzeug erforderlich. Auch wenn für die Fertigung von Bauteilen mit komplexen Geometrien automatisierte Drapierprozesse eingesetzt werden, die ein zweidimensionales Gelege oder Gewebe auf einem dreidimensionalen Formwerkzeug drapieren, ist es essenziell die Faserorientierung zu überprüfen. Dies gilt insbesondere für stark 2fach-gekrümmte Geometrien.In the production of components made of fiber composite materials, dry semi-finished products in the form of fiber layers and fabrics, d. H. so-called preforms, and / or preimpregnated fibers, d. H. so-called prepregs, for use. For the desired properties of a component made of a fiber composite, it is important that its reinforcing fibers have the correct orientation relative to the outer dimensions of the component. This orientation is referred to herein as the fiber angle. Therefore, it is an essential part of the quality control of components made of fiber composites to check the orientation of the reinforcing fibers. This check is not only required for the manual filing of preforms or prepregs on a mold. Even if automated draping processes are used for the production of components with complex geometries, which drape a two-dimensional fabric or fabric on a three-dimensional mold, it is essential to check the fiber orientation. This is especially true for strongly 2-fold curved geometries.

Um Faserwinkel von Verstärkungsfasern bei Faserverbunden und Vorformen für Faserverbunde zu messen, werden häufig optische Verfahren eingesetzt. Bei einem bekannten optischen Verfahren werden Faserhalbzeuge mit externen Lichtquellen, beispielsweise Halogenlampen oder Leuchtdioden beleuchtet. Durch die im Herstellungsprozess auf der dem Formwerkzeug abgekehrten Oberfläche eingebrachten Vertiefungen oder Oberflächenrauhigkeiten von insbesondere trockenen Preforms wird das Licht unterschiedlich stark reflektiert. So kann mit Hilfe industrieller Bildverarbeitung aus dem von der Oberfläche reflektierten Licht, das mit Hilfe einer optischen Kamera aufgenommen wird, die Orientierung der Verstärkungsfasern abgeleitet werden. In order to measure fiber angles of reinforcing fibers in fiber composites and preforms for fiber composites, optical processes are often used. In a known optical method semi-finished fiber products are illuminated with external light sources, such as halogen lamps or LEDs. Due to the in the manufacturing process on the surface facing away from the mold surface depressions or surface roughness of particular dry preforms, the light is reflected to different degrees. Thus, with the aid of industrial image processing, the orientation of the reinforcing fibers can be derived from the light reflected by the surface, which is recorded with the aid of an optical camera.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Messung eines Faserwinkels von Verstärkungsfasern eines Faserverbunds besteht im Einbringen von Wärmequellen und anschließenden Auswerten eines mit einer Infrarotkamera aufgenommenen Bilds des Faserverbunds. Dies ist möglich da die Wärmeleitfähigkeit in Faserrichtung deutlich höher ist als quer zur Faserrichtung. Speziell bei Kohlenstofffasern können durch Einkoppeln elektromagnetischer Felder Wirbelströme induziert werden, die den Faserverbund lokal aufwärmen.Another known method for measuring a fiber angle of reinforcing fibers of a fiber composite consists in the introduction of heat sources and subsequent evaluation of an image taken with an infrared camera image of the fiber composite. This is possible because the thermal conductivity in the fiber direction is significantly higher than transverse to the fiber direction. Especially with carbon fibers, eddy currents can be induced by coupling in electromagnetic fields, which locally warm up the fiber composite.

Es ist auch möglich, elektromagnetische Felder zu messen, die von in Kohlenstofffasern induzierten Wirbelströmen ausgehen, um daraus Rückschlüsse auf die Faserorientierung zu ziehen. It is also possible to measure electromagnetic fields emanating from carbon fiber-induced eddy currents to draw conclusions about fiber orientation.

Weiterhin sind berührend messende Verfahren in Form hochsensibler Taster bekannt, um von der Ausbildung des Faserverbundwerkstoffs herrührende Vertiefungen bzw. hierdurch begrenzte Fasergelege zu detektieren und daraus auf die Faserorientierung zu schließen.Furthermore, contact-measuring methods in the form of highly sensitive probes are known, in order to detect pits originating from the formation of the fiber-composite material or fibers laid therefrom, and to deduce the fiber orientation from them.

Von den hier beschriebenen bekannten Verfahren ist nur das zuerst genannte optische Verfahren ausreichend schnell, um in einer industriellen Fertigung von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen Anwendung zu finden. Dabei stellt sich jedoch heraus, dass von schwarzen Kohlenstofffasern ein Großteil des durch Halogenlampen oder LED eingebrachten Lichts absorbiert wird, so dass nur wenig Licht reflektiert, registriert und ausgewertet werden kann, und die Auswertung durch Umgebungslicht leicht gestört wird.Of the known methods described herein, only the first mentioned optical method is sufficiently fast to be used in an industrial manufacturing of fiber composite components. It turns out, however, that black carbon fibers absorb a large part of the light introduced by halogen lamps or LEDs, so that only a small amount of light can be reflected, registered and evaluated, and the evaluation by ambient light is easily disturbed.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen eines Faserwinkels von Verstärkungsfasern in einem Faserverbund oder eine Vorform eines Faserverbunds aufzuzeigen, das gegenüber Umgebungslicht weniger empfindlich ist. The invention is therefore based on the object, a method for measuring a Fiber angle of reinforcing fibers in a fiber composite or a preform of a fiber composite show that is less sensitive to ambient light.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des neuen Verfahrens sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.The object of the invention is achieved by a method having the features of independent claim 1. Preferred embodiments of the new method are defined in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Messen eines Faserwinkels von Verstärkungsfasern in einem Faserverbund oder einer Vorform eines Faserverbunds, wobei eine Oberfläche des Faserverbunds oder der Vorform beleuchtet und das von der Oberfläche reflektierte Licht mit einer Kamera registriert wird, wird die Oberfläche mit strukturiertem Licht aus einer Richtung beleuchtet und das von der Oberfläche reflektierte Licht aus einer anderen Richtung mit der Kamera registriert. In a method according to the invention for measuring a fiber angle of reinforcing fibers in a fiber composite or preform of a fiber composite, wherein a surface of the fiber composite or preform is illuminated and the light reflected from the surface is registered with a camera, the structured light surface becomes unidirectional illuminated and the reflected light from the surface of another direction with the camera registered.

Durch die Strukturierung des Lichts, mit dem die Oberfläche des Faserverbunds oder der Vorform beleuchtet wird, in Form abgegrenzter Punkte, Linien, Streifen oder sonstiger definierter Hell-Dunkel-Muster wird die Leistung des eingesetzten Lichts auf eine kleinere Fläche konzentriert. D. h. bei gleicher Leistung ist die Intensität des strukturierten Lichts größer. Zudem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das strukturierte Licht aus einer anderen Richtung mit der Kamera registriert, als es auf die Oberfläche des Faserverbunds oder der Vorform gerichtet wird. Hierdurch ergibt sich eine hochempfindliche Anordnung für die Erfassung von jeglicher Profilierung des Faserverbunds bzw. der Vorform. Bei geeigneter Strukturierung des Lichts, mit dem die Oberfläche beleuchtet wird, lassen sich aus den Richtungen, aus denen das Licht auf die Kamera reflektiert wird, bzw. den entsprechenden Bildpunkten des mit der Kamera aufgenommenen Bilds der Oberfläche jegliche Höhenvariationen mit hoher Genauigkeit erfassen. Hierzu zählen nicht nur Höhenkonturen in Folge von Rändern von Fasergelegen sonder auch Höhenkonturen, die allein durch den Verlauf der Verstärkungsfasern in dem Faserverbund oder der Vorform begründet sind. By structuring the light illuminating the surface of the fiber composite or preform in the form of demarcated points, lines, stripes or other defined chiaroscuro pattern, the power of the light used is concentrated in a smaller area. Ie. at the same power, the intensity of the structured light is greater. In addition, in the method according to the invention, the structured light is registered with the camera from a different direction than it is directed onto the surface of the fiber composite or the preform. This results in a highly sensitive arrangement for the detection of any profiling of the fiber composite or the preform. With appropriate structuring of the light that illuminates the surface, any height variations can be detected with high accuracy from the directions from which the light is reflected onto the camera or the corresponding pixels of the image of the surface taken with the camera. These include not only height contours as a result of edges of fiber layers but also contour contours, which are based solely on the course of the reinforcing fibers in the fiber composite or the preform.

Grundsätzlich mögen zwar Verfahren, bei denen ein Höhenprofil einer Oberfläche durch Beleuchten mit strukturiertem Licht aus einer Richtung und Registrieren des von der Oberfläche reflektierten Lichts aus einer anderen Richtung bestimmt wird, bekannt sein. Dennoch ist es überraschend, dass mit solchen Verfahren aussagekräftige Informationen über die Richtung des Verlaufs von Verstärkungsfasern in Faserverbunden und Vorformen von Faserverbunden erhalten werden, so dass deren interessierender Faserwinkel bestimmt werden kann.In principle, although methods in which a height profile of a surface is determined by illuminating structured light from one direction and registering the light reflected from the surface from another direction may be known. Nevertheless, it is surprising that such methods provide meaningful information about the direction of the progression of reinforcing fibers in fiber composites and preforms of fiber composites so that their fiber angle of interest can be determined.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Oberfläche mit dem strukturierten Licht abgetastet werden. D. h., die Richtung, aus der das strukturierte Licht auf die Oberfläche gerichtet wird, wird so verändert, dass Informationen über alle Bereiche der Oberfläche aus dem reflektierten Anteil des strukturierten Lichts zur Verfügung stehen. Das Abtasten der Oberfläche mit dem strukturierten Licht ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das strukturierte Licht jeweils nur einen kleinen Teil der Oberfläche mit Licht hoher Intensität beaufschlagt.In the method according to the invention, the surface can be scanned with the structured light. That is, the direction from which the patterned light is directed to the surface is changed to provide information about all areas of the surface from the reflected portion of the structured light. The scanning of the surface with the structured light is particularly useful when the structured light in each case acts on only a small part of the surface with high-intensity light.

Bei der Auswertung des mit der Kamera registrierten reflektierten Lichts kann insbesondere aus dessen räumlicher Intensitätsverteilungen, z. B. durch Triangulation, ein Höhenprofil der Oberfläche rekonstruiert werden. Aus diesem Höhenprofil oder auch dem Verlauf von einzelnen Profilinien über die Oberfläche kann dann auf den Verlauf der Verstärkungsfasern längs der Oberfläche geschlossen werden.In the evaluation of the registered with the camera reflected light can in particular from the spatial intensity distributions, z. B. by triangulation, a height profile of the surface to be reconstructed. From this height profile or the course of individual profile lines over the surface can then be closed on the course of the reinforcing fibers along the surface.

Aus der Intensitätsverteilung des mit der Kamera registrierten von der Oberfläche reflektierten Lichts kann auch ein Verlauf mindestens eines sich durch verstärkte Reflexion auszeichnenden Fadens längs der Oberfläche bestimmt werden. So zeichnen sich beispielsweise so genannte Nähfäden von bestimmten Preforms und Prepregs aufgrund ihrer hellen Farbe durch eine verstärkte Reflexion des Lichts aus, mit dem die Oberfläche beleuchtet wird. Indem der Verlauf dieser Nähfäden verfolgt wird, kann auf den Verlauf der Verstärkungsfasern geschlossen werden, wenn diese wie üblich eine definierte Orientierung zu den Nähfäden aufweisen.From the intensity distribution of the light registered by the camera, which is reflected by the surface, it is also possible to determine a profile of at least one thread that distinguishes itself through increased reflection along the surface. For example, so-called sewing threads of certain preforms and prepregs, due to their light color, are characterized by an intensified reflection of the light which illuminates the surface. By following the course of these sewing threads, it is possible to deduce the course of the reinforcing fibers if, as usual, they have a defined orientation to the sewing threads.

Darüber hinaus kann der Verlauf der Verstärkungsfasern in einem Faserverbund aus der Kombination von Vermessung des Höhenprofils der Oberfläche und Auswertung der Intensitätsverteilung des längs bestimmter Höhenkonturen von der Oberfläche reflektierten Lichts erfasst werden.In addition, the course of the reinforcing fibers in a fiber composite can be detected from the combination of measuring the height profile of the surface and evaluating the intensity distribution of the longitudinally determined height contours reflected by the surface of the light.

Um die Oberfläche mit dem strukturierten Licht zu scannen, kann es insbesondere bei komplexen Faserverbunden oder entsprechenden Vorformen für komplexe Bauteile sinnvoll sein, die Kamera und eine Lichtquelle für das strukturierte Licht in definierter Relativanordnung zueinander mit einem Roboter gegenüber dem Faserverbund oder der Vorform zu verfahren. Wenn dabei die jeweilige Stellung des Roboters berücksichtigt wird, kann aus den Intensitätsverteilungen des mit der Kamera registrierten Lichts auch auf äußere Abmessungen des Faserverbunds bzw. der Vorform geschlossen werden. D. h., neben der Überwachung des Verlaufs der Verstärkungsfasern kann auch eine Qualitätskontrolle bezüglich der äußeren Abmessungen des Faserverbunds oder der Vorform durchgeführt werden.In order to scan the surface with the structured light, it may be useful, in particular for complex fiber composites or corresponding preforms for complex components, to move the camera and a light source for the structured light in a defined relative arrangement with respect to the fiber composite or preform. If the respective position of the robot is taken into account, conclusions can also be drawn from the intensity distributions of the light registered with the camera to external dimensions of the fiber composite or the preform. That is, in addition to the monitoring of the course of the reinforcing fibers can also be a quality control with respect to the outer dimensions of the fiber composite or preform.

Die äußeren Abmessungen des Faserverbunds oder der Vorform können unmittelbar als Bezugssystem dienen, gegenüber dem der Faserwinkel gemessen und insbesondere auf das Einhalten einer Vorgabe überprüft wird. Der jeweilige Faserverbund oder die jeweilige Vorform kann aber auch gegenüber dem statischen Messsystem verfahren werden. Dazu können definierte Abstützpunkte vorgesehen werden, oder die Messanordnung bzw. der Roboter wird direkt gegenüber einem Formwerkzeug für den Faserverbund bzw. die Vorform angeordnet.The outer dimensions of the fiber composite or the preform can serve directly as a reference system against which the fiber angle is measured and in particular checked for compliance with a specification. However, the respective fiber composite or the respective preform can also be moved relative to the static measuring system. For this purpose, defined support points can be provided, or the measuring arrangement or the robot is arranged directly opposite a mold for the fiber composite or the preform.

Das strukturierte Licht kann bezüglich seiner eingesetzten Gesamtlichtintensität besonders effizient eingesetzt werden, wenn es monochromatisches Licht ist, indem mit der Kamera nur reflektiertes Licht registriert wird, dass die Wellenlänge dieses monochromatischen Lichts aufweist. Hierzu kann der Kamera z. B. ein Farbfilter vorgeschaltet werden. Auf diese Weise wird auch Umgebungslicht bis auf den Anteil unterdrückt, der zufällig die Wellenlänge des monochromatischen Lichts aufweist. Dies bedeutet in aller Regel eine erhebliche Verbesserung des Signals zu Rauschen-Verhältnisses.The structured light can be used particularly efficiently with respect to its total light intensity used, if it is monochromatic light, by registering with the camera only reflected light having the wavelength of this monochromatic light. For this purpose, the camera z. B. a color filter can be connected upstream. In this way, ambient light is also suppressed to the proportion that coincidentally has the wavelength of the monochromatic light. This usually means a significant improvement in the signal to noise ratio.

Insbesondere kann das strukturierte Licht Laserlicht sein. Dabei kann die Strukturierung im Ergebnis auch dadurch erfolgen, dass die Oberfläche mit dem Laserlicht in Form eines parallelen Strahlenbündels geringen Durchmessers abgetastet wird, das quasi-punktförmig auf die Oberfläche auftrifft. Wenn die Oberfläche mit dem Laserlicht in einer Richtung abgetastet wird, ergeben sich im Bild der Kamera die Punkte einer Profillinie der Oberfläche längs dieser Richtung. In particular, the structured light may be laser light. As a result, the structuring can also take place in that the surface is scanned with the laser light in the form of a parallel beam of small diameter, which impinges on the surface in a quasi-point-like manner. If the surface is scanned with the laser light in one direction, the image of the camera results in the points of a profile line of the surface along this direction.

Besonders bevorzugt ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch, wenn das strukturierte Licht einen Lichtschnitt oder mehrere, dann bevorzugt parallele Lichtschnitte aufweist. Derartige Lichtschnitte zeigen sich im Bild der Kamera als Linien, die abhängig von dem Höhenprofil der Oberfläche, von der das Licht zu der Kamera reflektiert wurde, von einer geraden Linie abweichen. Jede Linie in dem Bild der Kamera entspricht dabei einer Profillinie der Oberfläche längs einer Schnittebene. Mit mehreren Lichtschnitten werden Profillinien der Oberfläche längs mehrerer solcher paralleler Schnittebenen erfasst. Damit wird direkt der Verlauf dieser Profillinien über die Oberfläche hinweg, d. h. das Höhenprofil der Oberfläche, erfasst. However, in the method according to the invention, it is particularly preferred if the structured light has one light section or a plurality of light sections, which are preferably parallel. Such light cuts are shown in the image of the camera as lines that deviate from a straight line depending on the height profile of the surface from which the light has been reflected to the camera. Each line in the image of the camera corresponds to a profile line of the surface along a cutting plane. With several light cuts, profile lines of the surface are recorded along several such parallel cutting planes. This will directly track the course of these profile lines across the surface, i. H. the height profile of the surface, recorded.

Ein Lichtschnitt aus Laserlicht ist besonders einfach auszubilden, indem ein Laserstrahl mit Hilfe einer Zylinderlinse aufgefächert wird. A light section of laser light is particularly easy to form by a laser beam is fanned using a cylindrical lens.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt schematisch eine Anordnung einer Lichtquelle und einer Kamera zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und 1 shows schematically an arrangement of a light source and a camera for carrying out the method according to the invention; and

2 zeigt eine Profillinie einer Oberfläche einer Vorform eines Faserverbunds, wie es bei Verwendung der Anordnung gemäß 1 mit der Kamera registriert wird. 2 shows a profile line of a surface of a preform of a fiber composite, as in the use of the arrangement according to 1 registered with the camera.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt schematisch eine Vorform 1 eines Faserverbunds, die mit gestrichelten Linien dargestellte Verstärkungsfasern 2 aufweist. Die Verstärkungsfasern können dabei bereits mit einem Matrixharz 3 benetzt sein. Die Verstärkungsfasern 2 wirken sich an einer Oberfläche 4 der Vorform 1 in Form eines allerdings nur schwach ausgeprägten Höhenprofils aus. Dieses Höhenprofil wird mit Hilfe eines Messkopfs 5 berührungslos erfasst, um den Faserwinkel der Verstärkungsfasern 2 gegenüber einer in Bezug auf den Messkopf 5 definierten Richtung zu messen und mit einem vorgegebenen Faserwinkel zu vergleichen. Der Messkopf 5 weist eine Lichtquelle 6 auf. Die Lichtquelle 6 umfasst einen Laser 7, der einen monochromatischen Laserstrahl 8 abgibt. Der monochromatische Laserstrahl 8 wird mit einer hier durch eine Zylinderlinse 9 angedeuteten Aufweitungsoptik zu einem sich in einer Ebene erstreckenden Lichtschnitt 10 fächerförmig aufgeweitet. Mit dem Lichtschnitt 10 wird die Oberfläche 4 linienförmig beleuchtet. Das von der Oberfläche 4 reflektierte Licht 11 wird mit einer Kamera 12 registriert, die ein Objektiv 13 und einen zweidimensionalen Bildsensor 14 umfasst. Dabei ist die Kamera 12 aus einer anderen Richtung auf die Oberfläche 4 gerichtet als die Lichtquelle 6. Das Höhenprofil der Oberfläche 4 macht sich dadurch in Form von Abweichungen des Bilds der Linie 15, längs welcher der Lichtschnitt 10 auf die Oberfläche 4 trifft, von einer Geraden bemerkbar. 1 schematically shows a preform 1 a fiber composite, the illustrated with dashed lines reinforcing fibers 2 having. The reinforcing fibers can already use a matrix resin 3 be wet. The reinforcing fibers 2 affect a surface 4 the preform 1 in the form of an only slightly pronounced height profile. This height profile is determined by means of a measuring head 5 sensed contact to the fiber angle of the reinforcing fibers 2 opposite one with respect to the measuring head 5 measure defined direction and to compare with a given fiber angle. The measuring head 5 has a light source 6 on. The light source 6 includes a laser 7 , which is a monochromatic laser beam 8th emits. The monochromatic laser beam 8th comes with a here through a cylindrical lens 9 indicated expansion optics to a extending in a plane light section 10 fan-shaped widened. With the light section 10 becomes the surface 4 illuminated in a line. That from the surface 4 reflected light 11 is with a camera 12 registered, which is a lens 13 and a two-dimensional image sensor 14 includes. Here is the camera 12 from another direction on the surface 4 directed as the light source 6 , The height profile of the surface 4 makes itself in the form of deviations of the image of the line 15 along which the light section 10 on the surface 4 meets, noticeable from a straight line.

Ein schematisches Beispiel eines mit der Kamera 12 aufgezeichneten Bilds der Linie 15, d. h. eine Profillinie 20 des Höhenprofils der Oberfläche 4 in Richtung des Lichtschnitts 10 zeigt 2. Diese Profillinie 20 weist eine weitgehend uniforme schwache Welligkeit aufgrund der Verstärkungsfasern 2 auf. Größere Sprünge der Profillinie 20 können sich am Rand einer Preform oder eines Prepregs ergeben, aus dem die Vorform 1 aufgebaut ist. Solche Sprünge sind in 2 nicht gezeigt. 2 zeigt jedoch einen Bereich 16, der aufgrund seines Verlaufs auf eine Erhöhung der Oberfläche 4 und aufgrund seiner Helligkeit auf eine stärkere Reflektion der Oberfläche 4 hinweist. Konkret kann es sich bei dem Bereich 16 um den Bereich eines Nähfadens 17 handeln, der hier parallel zu den Verstärkungsfasern 2 verläuft und sich deutlicher als diese an der Oberfläche 4 zeigt. A schematic example of one with the camera 12 recorded image of the line 15 ie a profile line 20 the height profile of the surface 4 in the direction of the light section 10 shows 2 , This profile line 20 has a largely uniform weak waviness due to the reinforcing fibers 2 on. Bigger jumps in the profile line 20 may arise at the edge of a preform or a prepreg, from which the preform 1 is constructed. Such jumps are in 2 Not shown. 2 however, it shows an area 16 , due to its course on an increase in surface area 4 and due to its brightness to a greater reflection of the surface 4 points. Specifically, it may be at the area 16 around the area of a sewing thread 17 act here parallel to the reinforcing fibers 2 runs and becomes clearer than this on the surface 4 shows.

Eine einzelne Profillinie 20 gemäß 2 lässt den Verlauf der Verstärkungsfasern 2 und des Nähfadens 17 noch nicht erkennen. Hierzu müssen mehrere parallele Lichtschnitte 10 gemäß 1 ausgebildet und bezüglich ihres von der Oberfläche 4 reflektierten und mit der Kamera 12 registrierten Lichts ausgewertet werden. Dazu ist der Messkopf 5 gemäß 1 in Richtung des Pfeils 18 gegenüber der Oberfläche 4 verschiebbar. Aufgrund dieser Verschiebung des Messkopfs 5 wandert der Lichtschnitt 10 und damit die Linie 15, längs welcher der Lichtschnitt 10 die Oberfläche 4 schneidet, über die Oberfläche 4 hinweg. Auf diese Weise wird die Oberfläche 4 mit der Linie 15 abgetastet. Wenn dabei kontinuierlich Bilder mit der Kamera 12 aufgenommen werden, kann der Verlauf der Profillinie 20 in diesen Bildern und damit der Verlauf der Verstärkungsfasern 12 längs der Oberfläche 4 verfolgt und auf dieser Basis der Faserwinkel der Verstärkungsfasern gegenüber der Richtung des Pfeils 19 bestimmt werden.A single profile line 20 according to 2 leaves the course of the reinforcing fibers 2 and the sewing thread 17 not yet recognize. This requires several parallel light sections 10 according to 1 trained and with respect to their from the surface 4 reflected and with the camera 12 registered light are evaluated. This is the measuring head 5 according to 1 in the direction of the arrow 18 opposite the surface 4 displaceable. Due to this displacement of the measuring head 5 wanders the light section 10 and with it the line 15 along which the light section 10 the surface 4 cuts across the surface 4 time. In this way, the surface becomes 4 with the line 15 sampled. If doing continuous pictures with the camera 12 can be recorded, the course of the profile line 20 in these pictures and thus the course of the reinforcing fibers 12 along the surface 4 followed and on this basis the fiber angle of the reinforcing fibers with respect to the direction of the arrow 19 be determined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorform eines Faserverbunds Preform of a fiber composite
22: Verstärkungsfaser reinforcing fiber
33: Matrixharz matrix resin
44: Oberfläche surface
55: Messkopf probe
66: Lichtquelle light source
77: Laser laser
88th: Laserstrahl laser beam
99: Aufweitungsoptik expansion optics
1010: Lichtschnitt light section
1111: Reflektiertes Licht Reflected light
1212: Kamera camera
1313: Objektiv lens
1414: Bildsensor image sensor
1515: Linie, längs welcher der Lichtschnitt 10 die Oberfläche 4 schneidetLine along which the light section 10 the surface 4 cuts
1616: Bereich erhöhter Intensität des von der Oberfläche 4 reflektierten Lichts 11 Area of increased intensity of the surface 4 reflected light 11
1717: Nähfaden sewing thread
1818: Pfeil, der die Richtung der Verschiebung des Messkopfs 5 anzeigtArrow indicating the direction of displacement of the measuring head 5 displays
1919: Pfeil, der die Richtung das aus der Verschiebung des Messkopfs 5 resultierende Wandern der Linie 15 anzeigtArrow indicating the direction of the displacement of the measuring head 5 resulting hiking of the line 15 displays
2020: Profillinie profile line

Claims

Method for measuring a fiber angle of reinforcing fibers ( 2 ) in a fiber composite or in a preform ( 1 ) of a fiber composite, wherein a surface ( 4 ) of the fiber composite or preform ( 1 ) and that of the surface ( 4 ) reflected light ( 11 ) with an optical camera ( 12 ), characterized in that the surface ( 4 ) with structured light ( 10 ) is illuminated from one direction and that from the surface ( 4 ) reflected light ( 11 ) from a different direction with the camera ( 12 ) is registered.

Method according to claim 1, characterized in that the surface ( 4 ) with the structured light ( 10 ) is scanned.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that from intensity distributions of the camera ( 12 ) registered reflected light ( 11 ) a height profile of the surface ( 4 ) is determined.

A method according to claim 3, characterized in that from the height profile on the course of the reinforcing fibers ( 2 ) is closed.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that from intensity distributions of the camera ( 12 ) registered reflected light ( 10 ) a course of at least one by the deviating from the surface in its vicinity reflection thread ( 17 ) along the surface ( 4 ) is determined.

A method according to claim 5, characterized in that from the course of the excellent thread ( 17 ) on the course of the reinforcing fibers ( 2 ) is closed.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the camera ( 12 ) and a light source ( 6 ) in a defined relative arrangement with a robot relative to the fiber composite ( 1 ) or the preform.

A method according to claim 7, characterized in that from intensity distributions of the camera ( 12 ) registered light external dimensions of the fiber composite or the preform ( 1 ).

Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the structured light ( 10 ) is monochromatic light.

Method according to claim 9, characterized in that with the camera ( 12 ) only reflected light ( 11 ) with the wavelength of the structured light ( 10 ) is registered.

Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the structured light ( 10 ) Laser light is.

Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the structured light at least one light section ( 10 ).