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Die Erfindung betrifft eine Qualitätsprüfungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Herstellungsqualität einer Komponente eines gegebenen Typs zu prüfen, der in einem Herstellungsprozess hergestellt wird, der eine Mehrzahl von Herstellungsparametern beinhaltet.
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Solche Qualitätsprüfungsvorrichtungen sind in vielen Gebieten bekannt. Ein bekannter Typ von Qualitätsprüfungsvorrichtungen enthält eine Anregungseinheit, die eine Anregungsantwort in der Komponente erhält, eine Erfassungseinheit, die Anregungsantwort der Komponente erfasst, sowie eine Auswertungseinheit, die die Anregungsantwort der Komponente auswertet, um zu bestimmen, ob die Herstellungsqualität der Komponente akzeptabel ist oder nicht. Eine Haupteinschränkung in solchen Qualitätsprüfungsvorrichtungen beruht in der Tatsache, dass die Zeitdauer, die für die Anregung, Erfassung und Auswertung erforderlich ist, maximal gleich der Zykluszeit des Herstellungsprozesses der Komponente sein sollte, um zu erlauben, dass wirklich jede hergestellte Komponente in Bezug auf ihre Qualität geprüft wird.
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Im Hinblick auf das Obenstehende ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine effizientere Qualitätsprüfungsvorrichtung bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Qualitätsprüfungsvorrichtung gelöst, welche dazu ausgelegt ist, die Herstellungsqualität einer Komponente eines gegebenen Typs zu prüfen, die in einem Herstellungsprozess hergestellt wird, der eine Mehrzahl von Herstellungsparametern enthält, wobei die Vorrichtung eine Anregungseinheit aufweist, die dazu ausgelegt ist, in der Komponente eine Anregungsantwort zu induzieren, eine Erfassungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Anregungsantwort der Komponente zu erfassen, eine Auswertungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Anregungsantwort der Komponente auszuwerten, um die jeweiligen Werte einer Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern der Komponente zu bestimmen, wobei die Mehrzahl von Werten eine Wertkombination bilden, und eine Datenbank, die eine Mehrzahl von Wertkombinationen der Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern speichert, die für Komponenten des gleichen Typs erhalten werden, die mittels veränderlicher Herstellungsparameter hergestellt werden, wobei zumindest einige dieser Wertkombinationen indizieren, dass die Komponente eine Qualitätskomponente ist, wobei die Auswertungseinheit ferner dazu ausgelegt ist, basierend auf einem Vergleich der bestimmten Wertkombination der Komponente mit den in der Datenbank gespeicherten Wertkombinationen zu bestimmen, ob die Komponente eine Qualitätskomponente ist oder nicht.
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Es ist der Verdienst der Erfinder, dass sie realisiert haben, dass es möglich ist, die Zeit zu verkürzen, die von der Auswertungseinheit für die Bestimmung benötigt wird, ob die Komponente eine Qualitätskomponente ist oder nicht, durch das Bereitstellen von Datenbank-Speicherwertkombinationen der Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern, die für Komponenten des gleichen Typs erhalten werden, die unter Verwendung von veränderlichen Herstellungsparametern hergestellt werden, zusammen mit einer Bewertung ihrer Qualität. In anderen Worten, die Auswertungszeit während des Betriebs der Qualitätsprüfungsvorrichtung kann verkürzt werden, indem Zeit und Arbeit vor dem tatsächlichen Betrieb der Qualitätsprüfungsvorrichtung aufgewendet werden, um das mehrdimensionale Datenfeld von Wertkombinationen zu erzeugen, die sich auf eine Mehrzahl von veränderlichen Herstellungsparametern beziehen, und zum Prüfen und Bewerten der Qualität der Komponente, die mittels dieser Herstellungsparameter hergestellt wurden. Dies macht den tatsächlichen Betrieb der Qualitätsprüfungsvorrichtung effizienter, da er auf einem einfachen Datenbankzugruff beruht und komplexe Echtzeitberechnungen vermeidet. Insbesondere kann die Zeitdauer, die für die Qualitätsprüfung erforderlich ist, pro Komponente weniger als eine Minute betragen, bevorzugt sogar weniger als 30 Sekunden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung auch im Kontext der Herstellung von Komponenten aus einem einzigen Material verwendet werden kann, zum Beispiel bei der Herstellung von Metallblechkomponenten, wird sie nachfolgend in Bezug auf die Herstellung von Komponenten beschrieben, die aus Kompositmaterialien hergestellt sind, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff (FRP), der in vielen Bereichen verwendet wird, zum Beispiel in den Bereichen der Automobilindustrie, Medizin, Luftfahrt, elektronischen Komponenten, Sportartikeln und dergleichen. Es ist gut bekannt, dass die Eigenschaften von Komponenten, die aus Kompositmaterialien hergestellt sind, tendenziell variieren, auch wenn die Komponenten mit einem vollständig automatisierten Herstellungsprozess hergestellt werden. Unsicherheiten im Herstellungsprozess verursachen häufig Inhomogenitäten in der Mikrostruktur der Komponente. Daher zeigen zwei nominell identische Komponenten häufig unterschiedliche Eigenschaften, und haben somit eine unterschiedliche Qualität.
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Die Kenntnis von Elastizitätsparametern und Dämpfeigenschaften von Kompositstrukturen ist jedoch erforderlich, um die Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Effizienz von Strukturen und Komponenten zu verbessern, die aus diesen Materialien hergestellt sind. Die experimentelle Bestimmung dieser Parameter durch Standardtests, wie etwa Streck- und Vierpunkt-Biegetests, erfordert verschiedene Testaufbauten, die teuer und zerstörend sind. Insbesondere schließt ihre Zerstörung die Verwendung solcher Tests im Kontext der Qualitätsprüfung von Komponenten aus, die in einer Produktionslinie hergestellt werden.
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Beim Fehlen einer effizienten Qualitätsprüfungsvorrichtung wird eine ausreichende Qualität von Komponenten, die aus Kompositmaterialien hergestellt sind, gewöhnlich durch Überdimensionierung der Komponenten garantiert, so dass auch die schwächste oder am schlechtesten hergestellte Komponente den Qualitätsanforderungen genügt. Andererseits bedeutet dies, dass die stärkste oder am besten hergestellte Komponente aus mehr Kompositmaterial hergestellt wird als erforderlich.
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Dementsprechend erlaubt es die Verwendung der Qualitätsprüfungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, die Kosten und das Gewicht der Komponenten zu reduzieren.
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Im Prinzip ist es denkbar, in der Datenbank gespeicherte Wertkombinationen zu erhalten, indem zumindest eine Probenkomponente für jede Kombination der veränderlichen Herstellungsparameter hergestellt wird, und experimentell die Werte der Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern bestimmt wird. Dies würde jedoch eine enorme Anzahl von Probenkomponenten erfordern, und daher eine enorme Materialmenge und Zeit zur Auswertung. Um den Erhalt der in der Datenbank gespeicherten Daten zu erleichtern und zu verkürzen, wird vorgeschlagen, dass die in der Datenbank gespeicherten Wertkombinationen solche Wertkombinationen sind, die mittels eines numerischen Modells erhalten werden, bevorzugt einem Finite-Elemente-Modell (FEM-Modell) der Komponente. Unter Verwendung eines solchen numerischen Modells der Komponente können die Wertkombinationen der Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern berechnet werden und somit in einer automatisierten und raschen Weise erhalten werden. Es sollte angemerkt werden, dass das numerische Modell der Komponente sich nicht nur auf die Komponente als solche zu beziehen braucht, sondern auch Randbedingungen der Komponente während der Anregung berücksichtigen kann. Zum Beispiel kann die Komponente von einem Robotergreifer, der zum Beispiel mit einem Saugkopf versehen ist, aus der Form entnommen werden und diesem ergriffenen Zustand gemessen (Anregung und Erfassung) werden, oder die Komponente kann gemessen werden, wenn sie auf einem Förderband angeordnet ist, das die Komponente zur weiteren Bearbeitung transportiert, um nur zwei Situationen zu benennen, die unterschiedliche Randbedingungen beinhalten.
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Wenn die Parameter, die die mechanischen Eigenschaften des numerischen Modells der Komponente definieren, auf der Basis einer Mehrzahl von zuvor hergestellten realen Komponenten des gegebenen Typs erhalten werden, kann ein numerisches Modell bereitgestellt werden, dass das Verhalten der Komponente realistisch widerspiegelt. Es braucht nicht gesagt zu werden, dass die Anzahl von zuvor hergestellten Probenkomponenten viel weniger ist als die zuvor erwähnte enorme Anzahl von Probenkomponenten, die erforderlich sind, um alle Wertkombinationen der Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern, die in der Datenbank zu speichern sind, experimentell zu erhalten.
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Die Qualitätsprüfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann nicht nur zum Prüfen der Qualität der hergestellten Komponente verwendet werden, sondern auch zum Sicherstellen ihrer Qualität. Insbesondere wenn die Datenbank, zusammen mit jeder der Wertkombinationen, auch die entsprechenden Herstellungsparameter des Herstellungsprozesses speichert, kann die Auswertungseinheit auswerten, ob irgendeiner der Herstellungsparameter, und falls ja, welcher der Herstellungsparameter, korrigiert werden muss, um die Herstellung von hochwertigen Komponenten sicherzustellen. Ferner kann die Auswertungseinheit dazu ausgelegt sein, zumindest einen Herstellungsprozess-Korrekturparameter auszugeben, wenn sie bestimmt, dass die Komponente keine Qualitätskomponente ist. Zum Beispiel kann eine Bedienungsperson auf diesen Herstellungsprozess-Korrekturparameter aufmerksam gemacht werden, zum Beispiel durch Ausgabe einer entsprechenden Meldung. Es ist jedoch auch denkbar, den zumindest einen Herstellungsprozess-Korrekturparameter zurück zur Komponentenherstellungskomponentenvorrichtung zu schleifen, um hierdurch eine geschlossenschleifige Regelung der Qualität der hergestellten Komponente zu erlauben. In diesem Kontext sollte angemerkt werden, dass die beschriebene Methodik bei der Erfassung des Qualitätszustands einer gemessenen Komponente derart schnell ist, dass sie die Möglichkeit einer geschlossenschleifigen Regelung an Herstellungsprozessparametern erlaubt. Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auch auf eine Produktionslinie, in der die Auswertungseinheit und die Herstellungsvorrichtung über eine Signalleitung verbunden sind, die dazu ausgelegt ist, den zumindest einen Herstellungsprozess-Korrekturparameter zurück zur Komponentenherstellungsvorrichtung zu schleifen.
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In diesem Kontext sollte herausgehoben werden, dass ein Herstellungsprozess-Korrekturparameter nicht nur dann ausgegeben zu werden braucht, wenn die Auswertungseinheit bestimmt, dass eine qualitätsgeprüfte Komponente eine Abfallkomponente ist. Stattdessen ist es bevorzugt, einen Herstellungsprozess-Korrekturparameter bereits dann auszugeben, wenn die Auswertungseinheit bestimmt, dass die Qualität der Komponente unter einen vorbestimmten Wert abfällt, d. h., wenn die Auswertungseinheit bestimmt, dass die Komponente lediglich als ausreichend gewertet wird, aber nicht von hoher Qualität. Auf diese Weise kann die Anzahl von Abfallkomponenten minimiert werden, d. h. von Komponenten, die an der Herstellungslinie entfernt und zerstört werden müssen.
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Da die mechanischen Eigenschaften einer Komponente auf der Basis des Vibrationsverhaltens der Komponente bewertet werden können, wird vorgeschlagen, dass die Anregungseinheit eine Vibrationsanregungseinheit ist. Insbesondere ist die Vibrationsanregung ein zerstörungsfreies Verfahren zum Analysieren der mechanischen Eigenschaften einer Komponente.
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Zum Beispiel könnte die Vibrationsanregungseinheit ein Lautsprecher sein. Ein Lautsprecher bietet ein kontaktfreies und insofern leicht zu realisierendes Verfahren zum Anregen der Komponente.
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Um in der Lage zu sein, ein Referenzsignal zu liefern, das die Signalstärke des Anregungssignals angibt, das von dem Lautsprecher ausgegeben wird, kann die Qualitätsprüfungsvorrichtung ferner ein Mikrofon aufweisen, das während der Vibrationsanregung in der Nähe der Komponente angeordnet ist.
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Im Falle eines Komponententyps mit erheblicher Dämpfung ist es bevorzugt, dass die Vibrationsanregung ein Rüttler ist, um eine ausreichende Vibrationsanregung der Komponente sicherzustellen.
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Um in der Lage zu sein, die Eigenfrequenzen und/oder den Dämpfkoeffizient der Komponente zu bestimmen, wird vorgeschlagen, dass die Vibrationsanregungseinheit dazu ausgelegt ist, Anregungen mit einer Mehrzahl von unterschiedlichen Frequenzen und/oder einer Mehrzahl von unterschiedlichen Amplituden auszugeben.
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Wenn die Dämpfung der Komponente als Qualitätsparameter verwendet wird, ist es auch denkbar, dass die Vibrationsanregungseinheit eine Einzelstoß-Anregungseinheit ist, die zum Beispiel einen Hammer enthalten kann, der gegen die Komponente schlägt. In diesem Kontext hat eine automatisierte Einzelstoß-Anregung den Vorteil, dass die Intensität der Anregung leicht gesteuert werden kann. Jedoch ist auch eine manuell durchgeführte Einzelstoß-Anregung denkbar.
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Ferner sollte angemerkt werden, dass der Begriff „Einzelstoß” nicht notwendigerweise bedeutet, dass zum Beispiel der Hammer nur ein Mal gegen die Komponente schlägt. Stattdessen könnte der Hammer auch mehrere Male gegen die Komponente schlagen, die jedoch zwischen diesen zwei Schlägen unangeregt vibriert. Im Gegensatz hierzu dauert die Anregung durch einen Lautsprecher oder Rüttler über eine vorbestimmte Zeitdauer fort, so dass die Komponente unter der permanenten Anregung zwangsweise vibriert.
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Es braucht nicht gesagt zu werden, dass die Komponente bei der Qualitätsprüfung in irgendeiner Weise abgestützt werden muss, und die Stütze das Vibrationsverhalten der Komponente beeinflussen wird. In anderen Worten, die Komponente, die in der Qualitätsprüfung tatsächlich geprüft wird, ist die eigentliche Komponente plus deren Stütze, wie immer diese Stütze auch ausgebildet sein mag. Um nichtsdestoweniger in der Lage zu sein, die Qualität der eigentlichen Komponente zu prüfen, wird vorgeschlagen, dass die Stütze so konstruiert ist, dass das Vibrationsverhalten der Komponente plus dem Stützmittel, das sie während der Qualitätsprüfung trägt, durch die Komponente dominiert wird, oder in anderen Worten derart, dass die Komponente nicht eingeklemmt wird, sondern quasi frei vibrieren kann. Darüber hinaus kann der Einfluss des Stützmittels auf das Vibrationsverhalten auch für die Vergleichs-Probenkomponenten berücksichtigt werden, zum Beispiel beim numerischen Modell der Komponente.
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Das Stützmittel kann in unterschiedlichen Weisen realisiert werden: gemäß einer ersten Alternative, könnte die Komponente auf einer Weichschaumbasis positioniert werden, zum Beispiel auf einer Mehrzahl von kleinen und weichen Schaumstützelementen. Gemäß einer zweiten Alternative könnte die Komponente von zumindest einem Greifer gehalten werden, der an zumindest einem Strang frei hängt. Gemäß einer dritten Alternative könnte die Komponente vom Greifer eines Roboterarms gehalten werden, der eine Lasche ergreift, die vom Rand der Komponente vorsteht und bevorzugt mit der Komponente durch einen dünnen Steg verbunden ist. Natürlich können die Lasche und der Steg, nach der Qualitätsprüfung, auch von der Komponente entfernt werden.
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Um eine rasche und zuverlässige Erfassung der Anregungsantwort der Komponente zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Erfassungseinheit eine kontaktfreie Erfassungseinheit ist. Wegen des fehlenden Kontakts analysiert die Erfassungseinheit die mechanischen Eigenschaften der Komponente auf nicht zerstörende Weise.
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Zum Beispiel kann die Erfassungseinheit ein Laservibrometer sein, bevorzugt ein Laserabtastvibrometer. Ein Laservibrometer misst, basierend auf dem Dopplereffekt, die Oberflächengeschwindigkeit der Komponente in Richtung des Laserstrahls an dem Punkt, wo der Laserstrahl auf die Oberfläche der Komponente auftrifft. Andere Parameter, wie die Oberflächenverlagerung oder die Oberflächenbeschleunigung, können aus dem zeitlichen Verlauf der Oberflächengeschwindigkeit errechnet werden. Ein Laserabtastvibrometer tastet eine Mehrzahl von vordefinierten Oberflächenpunkten der Komponente ab. Laserabtastvibrometer können zum Beispiel bei Polytec GmbH, Waldbronn, Deutschland erworben werden.
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Alternativ ist es möglich, die Oberflächenverlagerung, die Oberflächengeschwindigkeit und die Oberflächenbeschleunigung direkt mittels Kontaktwandlern zu messen. Solche Wandler haben eine Masse von nur wenigen Gramm, und haben daher nur geringen Einfluss auf das Vibrationsverhalten der Komponente. In diesem Kontext wird auf die obige Diskussion des Einflusses des Stützmittels Bezug genommen, der analog auch für die Kontaktwandler gilt.
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Gemäß einem anderen Messtyp erfasst ein Mikroströmungssensor, basierend auf einer Temperaturmessung, die Vibrationsgeschwindigkeit der Luft auf der Oberfläche der Komponente. Mikroströmungssensoren können zum Beispiel bei Microflown Technologies, Arnhem, Niederlande erworben werden.
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Ein weiteres Beispiel von denkbaren Messtechniken ist eine akustische Messung, insbesondere eine akustische Druckmessung, die das Messen des akustischen Druckgradienten beinhaltet, indem zum Beispiel Signale, die mit zwei Mikrofonen erhalten werden, voneinander subtrahiert werden. Dieser Messtyp erfordert jedoch eine stille Umgebung.
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Ein Vorteil der Kombination einer Vibrationsanregungseinheit und eines Laservibrometers, insbesondere eines Laserabtastvibrometers, besteht in der Möglichkeit, eine Mehrzahl von Materialparametern aus einem einzelnen experimentellen Test in kontaktfreier Weise zu identifizieren.
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Wie bereits erwähnt, kann die Komponente aus Kompositmaterial hergestellt sein. Insbesondere kann die Matrix des Kompositmaterials Kunststoff aufweisen, zum Beispiel wärmehärtenden Kunststoff oder Thermoplast.
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Bevorzugt kann das Kompositmaterial faserverstärkter Kunststoff sein. Gemäß einer Ausführung kann der faserverstärkte Kunststoff zumindest eine Faserschicht enthalten, und die Fasern in zumindest einer Schicht können unidirektionale Fasern sein. Wenn die Fasern in einer Mehrzahl von Schichten alle unidirektionale Fasern sind, können unterschiedliche Schichten unterschiedliche Faserrichtungen haben.
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Bevorzugt können die Fasern Glasfasern oder Karbonfasern sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführung kann die Komponente eine Fahrzeugkörperkomponente oder eine Flugzeugkörperkomponente sein. Um den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs oder Flugzeugs zu verringern, ist es bevorzugt, wenn die Fahrzeug- oder Flugzeugkörperkomponente aus faserverstärktem Kunststoff (FRP) hergestellt ist.
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Im Falle einer Fahrzeugkörperkomponente kann die Komponente eine angehängte Komponente sein, wie etwa eine Tür, eine Klappe oder ein Deckel, Fahrzeugflügel und dergleichen, oder eine Strukturkomponente, wie etwa Stoßfänger oder eine Säule.
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In einem anderen Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Erhalten von Daten die in der Datenbank einer Qualitätsprüfungsvorrichtung, insbesondere einer Qualitätsprüfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, zu. speichern sind, wobei die Daten eine Mehrzahl von Wertkombinationen einer Mehrzahl von qualitätssignifikanten Parametern aufweisen, die für Komponenten des gleichen Typs erhalten werden, die mittels veränderlicher Herstellungsparameter hergestellt werden, unter Verwendung eines numerischen Modells, bevorzugt eines Finite-Elemente-Modells (FEM-Modells), der Komponente. In Bezug auf die Diskussion von diesem Verfahren, von weiteren Ausführungen davon und Vorteilen, die mittels dieses Verfahrens erhalten werden können, sollte auf die obige Diskussion der Qualitätsprüfungsvorrichtung Bezug genommen werden.
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Die Qualitätsprüfungsvorrichtung vergleicht gemessene Antworten (Eigenfrequenzen, Modusformen, Dämpfung) der Komponente, mit Ergebnissen, die von dem FEM-Modell erhalten werden, und mit Daten von Komponentenproben. Der Fehler des Qualitätsparameters muss in einem vordefinierten Bereich liegen, unter Berücksichtigung von Herstellungsungenauigkeiten. Es sei angenommen, dass die Parameterungenauigkeiten in einer Datenbank mittels bestimmter statistischer Verteilungen, zum Beispiel der Gauss'schen Verteilung, repräsentiert und gespeichert sind.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im näheren Detail in Bezug au die beigefügten Zeichnungen erläutert, worin:
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1 zeigt ein schematisches Diagramm einer Komponentenherstellungsanordnung, die eine Qualitätsprüfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält;
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2 zeigt eine detailliertere Ansicht der Qualitätsprüfungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; und
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3 zeigt eine Perspektivansicht eines Abschnitts einer Komponente, die aus einer faseserverstärkten Kunststoff-(FRP)-Komponente hergestellt ist.
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Als nicht einschränkendes Beispiel zeigt 1 eine Qualitätsprüfungsvorrichtung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung als Teil einer Anordnung 12 zur Herstellung von FRP-Komponenten.
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Die Herstellungsanordnung 12 enthält eine Herstellungsvorrichtung 14, zum Beispiel eine Form, in der Fasern, die von dem Faservorrat 16 zugeführt werden, und das Matrixmaterial, das von einem Kunststoffvorrat 18 zugeführt wird, einer Druck- und/oder Temperaturbehandlung unterzogen werden, um eine FRP-Komponente 20 zu formen, zum Beispiel ein Fahrzeugflügel, einen Deckel, eine Tür oder dergleiche, wovon in 3 nur ein Abschnitt gezeigt ist. Die Herstellungsvorrichtung 14 arbeitet unter der Steuerung einer Herstellungssteuereinheit 22.
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Es sollte angemerkt werden, dass im Gegensatz zu Komponenten, die aus Stahlblechmaterial hergestellt werden, zum Beispiel mittels Kaltumformungstechniken wie etwa Stanzen und Pressen, FRP-Komponenten mehr Designparameter beinhalten, die durch die Herstellungssteuereinheit 22 gesteuert werden müssen. Insbesondere beinhaltet der Herstellungsprozess von Stahlblechkomponenten allgemein die Steuerung des Drucks, der von den Stanz- und/oder Presswerkzeug(en) ausgeübt wird, in Abhängigkeit von der Zeit, wohingegen andere Designparameter, wie etwa die Form der Komponente (Design des Stanz- und/oder Presswerkzeugs (Presswerkzeugen)) und das geeignete Stahlblechmaterial vor dem eigentlichen Herstellungsprozess ausgewählt werden müssen. Auch für FRP-Komponenten sind die Form der Komponente und das geeignete Matrixmaterial und geeignete Fasertypen vor dem eigentlichen Herstellungsprozess ausgewählt worden. Zusätzlich zur Steuerung des Drucks und/oder der Temperatur, die von der Form in Abhängigkeit von der Zeit ausgeübt wird, hält die Steuerung des Herstellungsprozesses von FRP-Komponenten jedoch ferner die Steuerung des Mischverhältnisses des Matrixmaterials und der Faser, und die Steuerung der Anordnung der Fasern in dem Matrixmaterial (einschichtig oder mehrschichtig; relative Laufrichtungen der Fasern in benachbarten Schichten) und ähnlichen Konstruktionsparametern. Alle diese Prozessparameter werden von der Herstellungssteuereinheit 22 gesteuert/geregelt.
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Wie aus 3 ersichtlich, kann die FRP-Komponente 20 eine Mehrzahl von Schichten enthalten, zum Beispiel drei Schichten 20a, 20b, 20c. Die Schichten 20a und 20b enthalten Fasern 20d und 20e, die jeder der jeweiligen Schichten 20a und 20b unidirektional verlaufen, während sich die Fasern 20c in der Schicht 20a im Wesentlichen orthogonal zu den Fasern 20e in der Schicht 20b erstrecken. In Bezug auf die Schicht 20c lässt 3 offen, ob sie überhaupt Fasern enthält, oder ob sie Fasern enthält, die unterschiedliche Eigenschaften von jenen der Fasern 20d und 20e in den Schichten 20a und 20b haben. Das Kunststoffmatrixmaterial, das für alle drei Schichten 20a, 20b und 20c verwendet wird, ist in 3 mit 20f bezeichnet.
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Nachdem sie durch die Herstellungsvorrichtung 14 hergestellt worden sind, werden die Komponenten 20 (s. Pfeil P1 in 2) zur Qualitätsprüfungsvorrichtung 10 gefördert, die die Qualität der Komponenten 20 zerstörungsfrei und kontaktfrei prüfen.
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Die Qualitätsprüfungsvorrichtung 10 weist eine Messsteuereinheit 24 auf, die eine Anregungseinheit aktiviert, zum Beispiel einen Lautsprecher 26. Der vom Lautsprecher 26 abgegebene Ton induziert Vibrationen in der Komponente 20, die mit einer Erfassungseinheit gemessen werden können, zum Beispiel einem Laservibrometer 28, insbesondere einem Laserabtastvibrometer. Die vom Laservibrometer 28 ausgegebenen Signale werden in die Messsteuereinheit 24 eingegeben. Da die vom Laservibrometer 28 ausgegebene Signalstärke von der Intensität des vom Lautsprecher 26 abgegebenen Tons abhängig ist, weist die Qualitätsprüfungsvorrichtung 10 ferner ein Mikrofon 30 auf, das ein Referenzsignal liefert, das der Messsteuereinheit 24 zugeführt wird. Eine Stütze, die die Komponente während der Qualitätsprüfung trägt, insbesondere während der Anregung und Erfassung, ist in 2 mit 31 bezeichnet.
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Auf der Basis der Signale, die vom Laservibrometer 28 und dem Mikrofon 30 zugeführt werden, wertet die Messsteuereinheit 24 die Anregungsantwort der Komponente 20 aus, um die Werte der qualitätssignifikanten Parameter der Komponente 20 zu bestimmen, d. h. Parameter, auf deren Basis die Qualität der Komponente 20 bewertet werden kann.
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Die Wertkombination, durch die die Werte dieser qualitätssignifikanten Parameter gebildet wird, wird dann einer Qualitätsbestimmungseinheit 32 zugeführt, die mit einer Datenbank 34 verbunden ist. In der Datenbank sind eine Mehrzahl von Wertkombinationen der qualitätssignifikanten Parameter, die für Komponenten des gleichen Typs erhalten werden, der mittels veränderlicher Herstellungsparameter hergestellt wird, zusammen mit einem Indiz der Qualität der Komponente gespeichert. Die Qualitätsbestimmungseinheit 32 vergleicht die Wertkombination, die von der Messsteuereinheit 24 geliefert wird, und den Wertkombinationen, die in der Datenbank 34 gespeichert sind, bestimmt, welche der gespeicherten Wertkombinationen mit der erfassten Wertkombination am besten übereinstimmt, und bestimmt basierend auf dem Qualitätsindiz für die am besten geeignete gespeicherte Wertkombination, ob die Komponente 20 eine Qualitätskomponente ist, die zum anschließenden Gebrauch weitergehen kann, zum Beispiel in einem Fahrzeugherstellungsprozess (s. Pfeil P2 in den 1 und 2), oder ob die Komponente eine so schlechte Qualität hat, dass sie von dem Prozess entfernt werden muss, zum Beispiel durch eine Auswurfvorrichtung 36 (s. gepunkteter Pfeil P3 in den 1 und 2).
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Gemäß dem Obigen, bilden die Messsteuereinheit 24 und die Qualitätsbestimmungseinheit 32 zusammen die Auswertungseinheit 38 der vorliegenden Erfindung.
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Das in der Datenbank gespeicherte Qualitätsindiz kann entweder ein einfaches JA (weiter zum anschließenden Gebrauch) oder NEIN (vom Prozess entfernen) sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Qualitätsindiz Information über das Niveau der Qualität der Komponente 20 liefert. Insbesondere wenn die Datenbank, zusätzlich zu den Wertkombinationen, auch die hinzugeordneten jeweiligen Herstellungsparameter speichert, könnte die Auswertungseinheit 38 über eine Signalleitung 40 eine Meldung zur Herstellungsvorrichtung 14 schicken, die diese über die tatsächliche Qualität der hergestellten Komponenten 20 informiert, um zu erlauben, dass die Herstellungsvorrichtung 14 die Prozessparameter verändert, um eine hohe Qualität der hergestellten Komponenten 20 dauerhaft sicherzustellen.
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Um die in der Datenbank 34 zu speichernden Daten zu erhalten, wäre es grundlegend möglich, für jede Kombination der veränderlichen Herstellungsparameter eine oder mehrere Probenkomponenten 20 herzustellen und experimentell die Werte der qualitätssignifikanten Parameter zur Verwendung der Messsteuereinheit 24 zusammen mit dem Lautsprecher 26, dem Laservibrometer 28 und dem Mikrofon 30 zu bestimmen. Dies würde jedoch eine enorme Anzahl von Probekomponenten erfordern, und daher eine enorme Materialmenge und Zeit zur Auswertung.
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Um den Erhalten den in der Datenbank 34 gespeicherten Daten zu erleichtern und zu verkürzen, könnte der folgende dreistufige Ansatz verwendet werden.
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In einem ersten Schritt werden die Wertkombinationen der qualitätssignifikanten Parameter experimentell unter Verwendung der Messsteuereinheit 24 (zusammen mit dem Lautsprecher 26, dem Laservibrometer 28 und dem Mikrofon 30) für eine Anzahl von Probekomponenten 20 erhalten, die mittels veränderlicher Herstellungsparameter hergestellt sind. In einem zweiten Schritt werden die so erhaltenen Wertkombination verwendet, um ein numerisches Modell der Komponente 20 zu erstellen und/oder zu trainieren, bevorzugt ein FEM 42 (in 2 in gepunkteten Linien angegeben). Und in einem dritten Schritt wird das numerische Modell 42 dazu benutzt, um die Herstellung der Komponente 20 für jede Kombination von veränderlichen Herstellungsparametern und die Antwort der Komponente 20 unter Anregung durch den Lautsprecher 26 zu simulieren, um die Wertkombinationen der qualitätssignifikanten Parameter zu bestimmen, die in der Datenbank 34 zu speichern sind.
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Es sollte angemerkt werden, dass das numerische Modell der Komponente sich nicht nur auf die Komponente 20 als solche zu beziehen braucht, sondern auch die Randbedingungen der Komponente 20 während der Anregung durch den Lautsprecher 26 berücksichtigen könnten. Zum Beispiel könnte die Komponente 20 aus der Form der Herstellungsvorrichtung 24 mit einem Robotergreifer (nicht gezeigt) entnommen werden und in diesem ergriffenen Zustand gemessen werden.
