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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Überprüfung einer Klebestelle gemäß Anspruch 1 und die Verwendung eines, lumineszierenden Klebestoffes zur Überprüfung der Klebestoffverteilung und Klebstoffaustritt an einer Klebestelle gemäß Anspruch 10.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur optischen Überprüfung einer Klebestelle unter Verwendung eines lumineszierenden Klebstoffes. Die Anwendung eines derartigen Verfahrens ist insbesondere geeignet zur Verbindung von Bauteilen aus unterschiedlichen Materialien, wie unterschiedliche Kunststoffe oder Kunststoff- und Metallwerkstoffe. In der Automobiltechnik und im Automobilbau werden zunehmend Fügeteile bzw. Bauteile miteinander verklebt. Durch den zunehmenden Einsatz der Klebetechnik in Industrie und Handwerk entstand, ähnlich wie dies bei anderen Fügeverfahren mit hohen Anforderungen an die Prozessführung der Fall ist, ein Bedarf danach, die Klebestelle im Hinblick auf Qualität. Klebstoffverteilung und Klebeeigenschaften zu überprüfen. Die Herstellung einer dauerhaften Klebeverbindung erfordert einen im Vergleich zu anderen Fügeverfahren hohen Aufwand, um eine zuverlässige Klebung zu erzielen. Neben dem Umstand, dass der Klebestoff und die Oberflächenvorbehandlung auf die zu verbindenden Werkstoffe abgestimmt werden muss, sind auch die zu erwartenden mechanischen und thermischen Beanspruchungen zu berücksichtigen. Bei einer unzureichend hergestellten Klebeverbindung kommt es zu einer zu geringen Zeitstandsfestigkeit. Das bedeutet, dass bei Anwendungen, bei denen statische und/oder dynamische Belastungen auf eines der geklebten Bauteile einwirken, es zum vorzeitigen Versagen der angeklebten Bauteile kommt.
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Die Qualität und Festigkeit einer Klebestelle hängt von diversen Verfahrensparametern, wie zum Beispiel die korrekte Verteilung des Klebestoffes und/oder dessen Austritt ab. Es besteht daher ein Bedarf die Verfahrensparameter, insbesondere die Klebermenge, Austritt des Klebstoffes und die Klebstoffverteilung während und nach dem Klebeprozess zu überprüfen.
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Ferner ist im Stand der Technik bekannt, dass Klebestoffe verwendet werden können, die durch Eintrag von Energie aushärten.
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So offenbart die
DE 10 303 893 A1 ein Verfahren zum Verbinden zweier Bauteile oder Fügeelemente durch Kleben an wenigstens einem Klebe- oder Fügebereich unter Verwendung eines durch Erwärmen aushärtbaren Klebstoffes, mit an einem Werkzeugbereich eines Werkzeugteils vorgesehen Mitteln zum Erhitzen des Klebstoffes sowie mit weiteren Mitteln zum Kühlen des Fügeelementes am Fügebereich mit einem beispielsweise gasförmigen Kühlmedium.
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Alternativ zur Möglichkeit des Einbringens von Wärmeenergie in den Kleber, kann die erforderliche Energie mittels Licht bereitgestellt werden. Folglich wird hierfür ein mittels Licht aushärtbarer Klebestoff benötigt.
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In der
WO 2011/02368 3A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen offenbart unter Verwendung einer Klebstoffzusammensetzung, die als ein- oder zweikomponentiges Harzsystem ausgebildet ist, wobei mindestens eine der Komponenten ein lichtaktivierbares Additiv aufweist. Durch dieses Verfahren können begrenzte Fügebereiche gezielt durch Licht aktiviert werden, um über einen bereits aktivierten Fügebereich einen zweiten Fügebereich, der nicht aktiviert wurde und somit noch nicht ausgehärtet ist zu fixieren.
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Den zuvor beschriebenen Klebeverbindungen ist gemeinsam, dass diese wenigstens aus zwei Fügeteilen bestehen und einer dazwischenliegenden Klebeschicht. Für die Haftkraft (Adhäsion) sind insbesondere die Benetzung, die Wechselwirkung zwischen den Grenzflächen (Physisorption, Chemisorption) und letztlich der mechanische Formschluss entscheidend. Problematisch bei den zuvor beschriebenen Verfahren ist allerdings der Umstand, dass die Klebeflächen nach dem Zusammenkleben durch die Fügeteile verdeckt werden und es daher problematisch bis unmöglich ist, die Klebestelle im Hinblick auf Klebestoffmenge und Klebstoffverteilung und Austritt des Klebstoffes nach dem Fügeprozess zu beurteilen.
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In der Regel ist die gesamte Fügefläche verdeckt und eine Beurteilung der Klebeverbindung ist schwierig. Im Stand der Technik ist vorgesehen nach einem Fügeprozess entweder eine aufwändige Kameraüberwachung mit hochwertigen Kameras bereitzustellen oder gar eine Sichtprüfung durch eine Person vorzunehmen, was bei einer Massenfertigung nicht möglich ist. Selbst bei aufwendiger Sichtprüfung und hochwertiger Kameraüberwachung besteht das weitere Problem, dass häufig nur unzureichend beurteilt werden kann, ob die Klebepartner korrekt und gemäß den Prozessvorgaben miteinander verklebt wurden. Eine für diesen Prozess hilfreiche Größe ist die Klebstoffverteilung und der Klebstoffaustritt an den Grenzflächen.
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Insbesondere wenn um die Klebeflächen herum eine umlaufende Klebestoffwulst erzeugt werden soll, bedarf es aufwändiger Kamerasysteme um die Überprüfung und Beurteilung einer solchen Klebewulst durchzuführen. Besonders nachteilig ist die Überprüfung von z. B. dunklem Klebstoff auf schwarzem CFK. Generell sind bei Verwendung von dunklen Klebstoffen auf dunklen Untergründen oder umgekehrt Kontraste schwer zu filtern.
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Weiterhin besteht das Problem, dass bei einigen Fertigungsverfahren, Anlagenbedingt kein Platz zur Installation eines Kamerasystems zur Verfügung steht, sodass eine gesonderte Prüfstation erforderlich ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegen Erfindung, ein kostengünstiges und einfaches Verfahren zur optischen Überprüfung einer Klebestelle bereitzustellen, welches die besagten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren zur optischen Überprüfung einer Klebestelle gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Grundgedanke ist dabei, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem als Klebestoff ein lumineszierender Klebestoff verwendet wird, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird, um den lumineszierenden Klebestoff zur Lichtemission einer Wellenlänge λ1 anzuregen, um mittels einer im Wellenlängenbereich λ1 lichtsensitiven Kamera den lumineszierenden Klebestoff optisch zu erfassen.
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Auf diese Weise gelingt es, durch Anregung der lumineszierenden Wirkung des Klebstoffes einen Hell-/Dunkel-Kontrast zu erzielen, bei dem die Menge und/oder die Verteilung des Klebstoffes mittels einer kostengünstigen Hell-/Dunkel-Kontrast Kamera erfasst werden kann.
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Insbesondere wird daher ein Verfahren zum optischen Überprüfung einer Klebestelle zweier mit einander verklebten oder zu verklebenden Bauteilen vorgeschlagen unter Verwendung eines lumineszierenden Klebestoffes, wobei bei dem Verfahren wenigstens die folgenden beiden Schritte ausgeführt werden: Beleuchten der Klebestelle mit einer Lichtquelle zur Anregung des lumineszierenden Klebstoffes zur Lichtemission einer Wellenlänge λ1, sowie die optische Erfassung des lumineszierenden Klebstoffes mit einer im Wellenlängenbereich λ1 lichtsensitiven Kamera.
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Mit Vorteil wird als lumineszierender Klebstoff ein lichtaushärbarer Klebstoff verwendet. Besonders bevorzugt wird ein lichtaushärtbarer Klebstoff verwendet, der im Wellenlängenbereich der Lumineszenz-Lichtquelle, wie z. B. einer UV-Lichtquelle aushärtet. Hierdurch kann mittels einer einzigen Lichtquelle, der Klebstoff ausgehärtet und zur Lichtanregung angeregt werden. Es können dem Klebstoff auch entsprechend dem Wellenlängenbereich angepasste Additive beigemischt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird bei den Verfahren zur optischen Überprüfung der Klebestelle eine UV-Lichtquelle verwendet und weist der Klebstoff im Wellenlängenbereich der UV-Lichtquelle eine lumineszierende, vorzugsweise fluoreszierende Eigenschaft auf.
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So kann nach dem Verbinden der Bauteile, beziehungsweise der Fügeteile die Klebestelle (Fügestelle) mit der UV-Lampe beleuchtet und mittels einer einfachen und günstigen Kamera, welche eine Hell-/Dunkel Unterscheidung treffen kann, beurteilt werden. Ferner kann der austretende Klebstoff ebenfalls mittels der Hell-/Dunkel Unterscheidung überprüft werden.
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Soll beispielsweise um die Stirnseite des ersten Bauteils herum beim Verkleben mit einem zweiten Bauteil eine umlaufende Klebstoffwulst zur Erhöhung der Stabilität ausgebildet werden, so wird durch Bestrahlung des Klebstoffs ein lichtemittierender Klebstoffring (die Klebstoffwulst) von der Kamera heller wahrgenommen, als die nicht mit Klebstoff versehene Umgebung.
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Grundsätzlich erscheint der Klebstoff in Folge seiner lumineszierenden Wirkung durch Bestrahlung mit UV-Licht so ausreichend hell, dass er deutlich in einem Kamerabild ersichtlich ist und auch als Kontrast vor einem dunklen Hintergrund wahrgenommen wird. Als verwendbare Kamera bietet sich zum Beispiel eine Kamera des Typs Cognex Checker an. Diese Kameras sind sehr günstig, kompakt in der Bauweise und einfach in der Handhabung gegenüber den im Stand der Technik verwendeten hochwertigen Kamerasystemen, wie diese typischerweise in der Prozessüberwachung verwendeten werden. Besonders vorteilhaft kann das Verfahren zur optischen Überprüfung der Klebestelle im Fertigungs-Prozess (online) während des Aushärtevorganges mittels UV-Licht vorgenommen werden. Dies hat den Vorteil, dass eine nachfolgende Prüfstation entfallen kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren so weitergebildet, dass mittels der lichtsensitiven Kamera eine optischen Erfassung und Überprüfung der Menge und/oder der Verteilung des lumineszierenden Klebestoffes erfolgen kann. Es ist daher insbesondere von Vorteil, wenn die optische Erfassung auch die Erfassung des seitlich aus den Klebeflächen austretenden lumineszierenden Klebstoffes umfasst. Soll zum Beispiel bestimmungsgemäß um die Stirnseite der Klebeflächen ein ringförmiger, umlaufender Klebewulst vorhanden sein, so kann mittels der lichtsensitiven Kamera festgestellt werden, ob ausreichend Kleber seitlich aus den Klebestellen so heraustritt, dass sich die ringförmige Klebewulst (gemäß einer gewünschte Soll-Verteilung) ausbildet.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt bei oder nach der optischen Erfassung der Ist-Menge und der Ist-Verteilung des lumineszierenden Klebestoffs ein Validierungsprozess, bei dem die optisch erfasste Ist-Menge und/oder Ist-Verteilung des lumineszierenden Klebstoffes in Bezug auf eine definierte Soll-Menge und/oder Soll-Verteilung des Klebstoffs bewertet wird und daraus ein Ergebnis gewinnbar ist, mit dem Gut-Teile und Ausschuss-Teilen ermittelbar sind.
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Das erfingungsgemäße Verfahren lässt sich vorteilhaft bei der Verklebung von Klebebolzen auf ein flächiges Kunststoffmaterial anwenden, so wie dies beispielsweise in Automobil-Applikationen benötigt wird.
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So kann die Klebestelle des Klebebolzens, sobald die als Stirnfläche ausgebildete Klebefläche auf ein zweites Bauteil zum Beispiel eine CFK Kunststoffplatte aufgeklebt wird, mittels des Überwachungs- und Validierungsprozesses überprüft werden, ob ausreichend lumineszierender Kleber seitlich aus der Stirnfläche austritt und um die Stirnseitenkante des Bolzens eine Klebewulst ausgebildet wurde.
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In einer weiter vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein transparentes Bauteil verendet werden. Dadurch kann die Position der lichtsensitiven Kamera so gewählt werden, dass das von dem lumineszierenden Klebstoff emittierte Licht durch das transparente Bauteil hindurch erfasst und/oder validiert wird.
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Hierzu ist notwendig, dass das transparente Bauteil transparent im Wellenlängenbereich der lumineszierenden Strahlung des lumineszierenden Klebstoffes ist.
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Erfindungsgemäß kann beispielsweise ein transparentes CFK Material verwendet werden. Die Erfindung lässt sich daher in besonders guter Weise auf die Verklebung eines Klebebolzens mit einem transparenten CFK Plattenmaterial anwenden. Es besteht die Möglichkeit ein Kontrastbild der Verklebung durch das CFK-Plattenmaterial hindurch mittels einer lichtsensitiven Kamera optisch zu erfassen und zu validieren. Auf diese Weise kann sowohl die Verteilung des Klebers im Bereich der Klebestelle als auch der aus der Klebestelle seitlich austretende Kleber erfasst und validiert werden
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Bevorzugt wird als lichtsensitive Kamera eine Kamera verwendet, die ein Hell/Dunkel-Kontrast erfassen kann. Mittels einer Hell-/Dunkel Unterscheidung können Bereiche mit und ohne lumineszierenden Klebestoff unterschieden werden.
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Neben dem beschriebenen Verfahren betrifft die vorliegende Erfindung ferner die Verwendung eines lichtaushärtbaren, lumineszierenden Klebstoffs zur optischen Erfassung, und/oder Validierung der Verteilung des Klebstoffs an einer Klebestelle vorzugsweise zweier miteinander verklebter Bauteile mittels einer Kamera.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben beziehungsweise werden diese nachstehend mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 eine exemplarische Schnittansicht durch zwei miteinander zu verklebende Bauteile;
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2 eine Ansicht ähnlich der in 1 mit einem Klebeauftrag;
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3 ein Verfahrensaufbau, bei dem die Klebestelle durch eine Lichtquelle beleuchtet wird und eine obere und untere Kamera angeordnet sind;
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4 eine schematisch Ansicht (von der Seite) auf die Klebestelle mit einer IST-Verteilung des Klebstoffs;
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5 eine schematisch Ansicht (von Oben) auf die Klebestelle mit einer IST-Verteilung des Klebstoffs;
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6 eine schematisch Ansicht ähnlich der 4 (von der Seite) auf die Klebestelle mit einer anderen IST-Verteilung des Klebstoffs;
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7 eine schematisch Ansicht ähnlich 5 (von Oben) auf die Klebestelle mit einer anderen IST-Verteilung des Klebstoffs;
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8 eine schematische IST-Verteilung des Klebstoffes durch die transparente CFK-Platte hindurch entsprechend der 4 und 5 (von der Unterseite betrachtet).
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9 eine schematische IST-Verteilung des Klebstoffes durch die transparente CFK-Platte hindurch entsprechend der 6 und 7 (von der Unterseite betrachtet).
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1 zeigt eine exemplarische Schnittansicht durch zwei miteinander zu verklebende Bauteile 20, 30. Das obere erste Bauteil 20 stellt ein Klebebolzen 20 dar. Der Klebebolzen 20 weist eine Stirnfläche 21 auf und Seitenfläche 22. Der Bolzen ist als zylinderförmiger Bolzen ausgebildet. An der Stirnfläche 21 sind Distanzelemente 24 angeordnet, um sicherzustellen, dass der Klebebolzen 20 beim Verkleben mit dem darunter angeordnetem zweiten Bauteil 30 nur bis zu einem definiertem Abstandmaß an die Klebeseite 31 des zweiten Bauteiles 30 angedrückt wird und sich dadurch eine gewünschte Kleberverteilung ergibt. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel stellt das zweite Bauteil 30 ein transparentes CFK Kunststoffmaterial dar. Transparent im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass der Kunststoff für das emittierte Licht der Wellenlänge λ1 des lumineszierenden Klebstoffs durchlässig ist.
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In 2 ist eine Ansicht ähnlich der in 1 dargestellt, bei der im Bereich der Klebefläche 33 der Kunststoffplatte 30 und der Klebefläche 33 gegenüberliegenden Stirnfläche 21 des Bolzens 20 ein ringförmiger Klebeauftrag eines Klebestoffes 2 aufgebracht wurde.
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In 3 ist ein Verfahrensaufbau dargestellt, bei dem die Klebestelle 1 durch eine Lichtquelle 10 beleuchtet wird. Ferner ist gezeigt, dass der Bolzen 20 mit der Kunststoffplatte 30 zusammengebracht wurde, so dass die Distanzelemente 24 auf der Klebefläche 33 aufsitzen. Der Klebstoff 2 wurde bestimmungsgemäß zwischen der Klebefläche 23 d. h. der Stirnseite 21 des Klebebolzens 2 und der Klebefläche 33 der Platte 30 verteilt, während seitlich Klebstoff 2 zwischen den Klebeflächen 23, 33 austritt. Folglich bildet der Klebstoff 2 umlaufend um die Stirnseitenkante 25 (wie in 5 gezeigt) eine ringförmige Klebewulst 3 aus. Oberhalb der verklebten Bauteile 20, 30 befindet sich eine lichtsensitive Lichtkamera 11. Alternativ oder ergänzend kann, wie in 3 weiter gezeigt, auf der Rückseite 32 des Bauteils 30 eine (weitere) lichtsensitive Kamera 11 angeordnet werden, um eine Bewertung der Klebestelle 1 durch das transparente CFK-Kunststoffmaterial hindurch vorzunehmen.
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Die 4 und die 5 zeigen schematische Ansichten (von der Seite und von Oben auf die Oberseite 31 des Bauteils 30) einer gemäß einer SOLL-Verteilung ausgebildete IST-Verteilung des Klebstoffs 2 an der Klebestelle 1.
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Die 6 und 7 zeigen schematische Ansichten ähnlich den 4 und 5 (von der Seite und von Oben auf die Oberseite 31 des Bauteils 30) einer IST-Verteilung des Klebstoffs 2 an der Klebestelle, die abweichend von einer SOLL-Verteilung ausgebildet ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Klebestelle 1 mit einer UV-Lichtquelle 10 von Oben bestrahlt. Durch das Bestrahlen mit der Lichtquelle 10 wird der lumineszierenden Klebstoff 2 zur Lichtemission einer Wellenlänge λ1 angeregt. Mit einer oberhalb des Klebebolzens 20 angebrachten lichtsensitiven Lichtkamera 11 wird (wie beispielshaft in der 5 und 7 gezeigt) eine optische Erfassung des lumineszierenden Klebstoffs 2 mit einer im Wellenlängenbereich λ1 lichtsensitiven Kamera 11 vorgenommen.
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In 5 ist ersichtlich, dass die Klebeflächen 22, 33 vom Klebebolzen 20 verdeckt sind, während die lichtsensitive Kamera 11 die „hellere” Klebewulst 3 an der Stirnseitenkante 25 optisch erfassen kann. In dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel kann somit optisch die IST-Verteilung des lumineszierenden Klebstoffs der aus der Klebefläche 23, 33 ausgetreten ist, erfasst werden.
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Die so erfasste IST-Verteilung des lumineszierenden Klebstoffes 2 kann in einem nachgeschalteten Validierungsprozess mit einer definierten SOLL-Verteilung verglichen und bewertet werden. Soll umfänglich und unterbrechungsfrei um die Stirnseitenkante 25 des Klebebolzens 20 eine Klebestoffwulst 3 vorhanden sein, so würde die in 5 dargestellte IST-Verteilung der SOLL-Verteilung entsprechen. Mit dem Ergebnis einer positiven Bewertung der Klebestelle 1.
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Anders gelagert wäre die optische Erfassung und Validierung nach den 6 und 7. Hier erfolgt die Erfassung des lumineszierenden Klebstoffs 2 in vergleichbarer Weise wie bei den zuvor beschriebenen 4 und 5 allerdings mit dem Ergebnis, dass die Klebewulst 3 unvollständig ausgebildet ist. In dem linken Bereich der Klebestelle 1 ist ersichtlich, dass keine Klebewulst 3 vorhanden ist. Ferner findet sich zwischen den Klebeflächen eine Fehlstelle 4. Allerdings kann eine oberhalb des Klebebolzens 20 angeordnete lichtsensitive Kamera die in 6 gezeigte Fehlstelle 4 nicht optisch erfassen, da diese von dem Klebebolzen 20 verdeckt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch dazu verwendet werden solche Fehlstellen 4 zu erfassen und zwar von einer wie in 2 gezeigten, auf einer Rückseite 32 des Bauteils 30 positionierten Kamera 11. Im Folgenden wird hierzu auf die 8 und die 9 Bezug genommen.
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Fehlstellen 4 sind Stellen, an denen unzureichende Mengen von Klebstoff 2 vorhanden sind. Da dort der lumineszierende Klebstoff 2 kein Licht emittiert, werden diese Stellen als dunkle Flecken von einer Hell/Dunkel-Kontrastkamera 11 wahrgenommen. In 8 erkennt man die schematische IST-Verteilung des Klebstoffes 2 durch die transparente CFK-Platte 30 hindurch entsprechend der 4 und 5 (von der Unterseite 32 her).
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In der 9 sieht man schematisch die IST-Verteilung des Klebstoffes 2 durch die transparente CFK-Platte 30 hindurch entsprechend der 6 und 7, wobei die Fehlstelle 4 detektiert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit auch eine Erfassung und Validierung der Klebestelle 1 im verdeckten Bereich der Klebeflächen 22, 33 erfolgen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Klebestelle
- 2
- Klebstoff (lumineszierender Klebstoff)
- 3
- Klebewulst
- 4
- Fehlstelle
- 10
- Lichtquelle
- 11
- Kamera
- 20
- Erstes Bauteil
- 21
- Stirnfläche
- 22
- Seitenfläche
- 23
- Klebefläche
- 24
- Distanzelemente
- 25
- Stirnseitenkante
- 30
- Zweites Bauteil (Kunststoffplatte)
- 31
- Klebeseite
- 32
- Rückseite
- 33
- Klebefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10303893 A1 [0005]
- WO 2011/023683 A1 [0007]
