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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur optischen Analyse eines Bauteils mit einer solchen Vorrichtung.
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Vorrichtung und Verfahren zur Analyse eines Bauteils sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist in der
DE 198 50 259 A1 eine Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen durch eine Koordinatenmessmaschine mit einer elektronischen Datenverarbeitung bekannt, die Bauteiltragmittel aufweist, welche ein bestimmtes Bauteil jeweils in reproduzierbarer Lage aufnehmen und die fest mit einem Trägerelement verbunden sind. Die Koordinatenmessmaschine weist einen in sechs Freiheitsgraden beweglichen Messarm auf, welcher mit einer lösbaren Verbindung zu dem Trägerelement ausgestattet ist, wobei die Koordinatenmessmaschine und das Trägerelement eine mobile Einheit bilden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Vorrichtung zur Analyse eines Bauteils sowie ein verbessertes Verfahren zur Analyse eines Bauteils anzugeben.
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Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß mit den in Anspruch 3 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Vorrichtung zur Analyse eines Bauteils, insbesondere eines flachen Bauteils, umfasst eine Erfassungseinheit zur optischen Erfassung des Bauteils und eine Datenverarbeitungseinheit zur Analyse von mittels der Erfassungseinheit erfassten Daten.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Erfassungseinheit als ein Flachbettscanner ausgebildet ist.
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Die Vorrichtung ist insbesondere zur optischen Analyse von flachen Bauteilen, wie z. B. von Membran-Elektroden-Einheiten für eine Brennstoffzelle, geeignet. Dadurch, dass die Erfassungseinheit ein Flachbettscanner ist, ist ein örtlich flexibler und mobiler Einsatz der Vorrichtung möglich. Dies erleichtert eine qualitative Beurteilung von Bauteilen während oder nach einem Herstellungsprozess erheblich. Des Weiteren sind Beschaffungskosten der Vorrichtung gegenüber bekannten Vorrichtungen, die beispielweise eine Koordinatenmessmaschine aufweisen, verringert.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
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1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Analyse eines Bauteils und
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2 einen Ablauf eines Verfahrens zur Analyse eines Bauteils.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 1 zur Analyse eines nicht näher dargestellten Bauteils.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Erfassungseinheit 2 zur optischen Erfassung von Daten des Bauteils und eine Datenverarbeitungseinheit 3 zur Analyse der Daten.
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Die Erfassungseinheit 2 ist hierbei als ein Flachbettscanner ausgebildet, mittels welchem das Bauteil optomechanisch abgetastet wird. Dazu umfasst die Erfassungseinheit 2 ein Halteelement 2.1 zur Aufnahme des Bauteils, mindestens eine Lichtquelle 2.2 zur Beleuchtung des Bauteils und eine lichtempfindliche Sensoreinheit 2.3.
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Das Halteelement 2.1 ist eine optisch transparente Platte, z. B. eine Glasplatte, die eine Auflagefläche zur Anordnung des Bauteils bildet. Insbesondere kann das Bauteil auf das Halteelement 2.1 gelegt werden, ohne zusätzlich fixiert oder befestigt zu werden. Die Auflagefläche ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass das Bauteil vollständig darauf anordenbar ist.
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Das auf dem Halteelement 2.1 angeordnete Bauteil wird anschließend mittels der mindestens einen Lichtquelle 2.2 beleuchtet. Beispielsweise ist die mindestens eine Lichtquelle 2.2 eine Xenon-Leuchtstofflampe. Die mindestens eine Lichtquelle 2.2 ist beispielsweise unterhalb des Halteelements 2.1 und längs bewegbar zum Halteelement 2.1 in der Erfassungseinheit 2 angeordnet. Insbesondere ist die mindestens eine Lichtquelle 2.2 auf einem relativ zum Halteelement 2.1 beweglichen Schlitten angeordnet.
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Die lichtempfindliche Sensoreinheit 2.3 umfasst beispielsweise ein Array aus Fotodetektoren, z. B. sogenannte CCD-Sensoren, die auf einem weiteren relativ zum Halteelement 2.1 beweglichen Schlitten angeordnet sind. Alternativ können die Sensoreinheit 2.3 und die Lichtquelle 2.2 auch auf einem gemeinsamen Schlitten angeordnet sein. Eine Auflösung der Sensoreinheit 2.3 beträgt vorzugsweise mehr als 1000 dpi.
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Des Weiteren umfasst die Erfassungseinheit 2 ein Gehäuse (nicht dargestellt), in welchem das Halteelement 2.1, die Lichtquelle 2.2 und die Sensoreinheit 2.3 angeordnet sind, wobei das Gehäuse mittels eines schwenkbaren Deckels verschließbar ist. Optional kann die Erfassungseinheit 2 zusätzlich eine Durchlichteinheit aufweisen, wenn die Analyse eines Bauteils mit einem optisch transparenten Bereich erforderlich ist.
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Die Erfassungseinheit 2 ist mit der Datenverarbeitungseinheit 3 verbunden, welche entweder in der Erfassungseinheit 2 integriert angeordnet ist oder welches eine separate Komponente, z. B. einen PC, darstellt. Die Datenverarbeitungseinheit 3 umfasst zur Analyse von Daten der Erfassungseinheit 2 eine Auswertesoftware, z. B. Matlab.
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Die beschriebene Vorrichtung 1 ist zur Analyse von Bauteilen geeignet, die insbesondere flach ausgebildet sind. Beispielsweise können hiermit Membran-Elektroden-Anordnungen für Brennstoffzellen analysiert werden, die aus beschichteten Endlosmaterialien hergestellt werden. Die Vorrichtung 1 dient somit insbesondere einer Analyse einer Form und einer Lagegeometrie von Zusammenbau- oder Fertigungszuständen bei der Produktion von flachen Bauteilen. Vorzugsweise sind die Datenverarbeitungseinheit 3 und die Erfassungseinheit 2 als eine mobile Einheit ausgebildet. Dies erleichtert eine qualitative Beurteilung von Bauteilen während oder nach einem Herstellungsprozess erheblich. Des Weiteren sind Beschaffungskosten der Vorrichtung 1 gegenüber bekannten Vorrichtungen, die beispielweise eine Koordinatenmessmaschine aufweisen, verringert.
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Nachfolgend wird ein Verfahren zur Analyse eines Bauteils beschrieben, welches mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung 1 durchgeführt wird.
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Dazu zeigt 2 einen Ablauf des Verfahrens.
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In einem ersten Schritt S1 wird ein Bauteil, z. B. eine Membran-Elektroden-Anordnung, auf dem Halteelement 2.1 positioniert und das Gehäuse wird mittels des schwenkbaren Deckels geschlossen.
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In einem zweiten Schritt S2 wird ein Scanvorgang gestartet, wobei das Bauteil mittels der mindestens einen Lichtquelle 2.2 beleuchtet wird. Dazu wird der Schlitten, auf dem die Lichtquelle 2.2 angeordnet ist, relativ zum Halteelement 2.1 und damit relativ zum Bauteil in eine Längsrichtung bewegt. Die Sensoreinheit 2.2 wird gemeinsam mit der mindestens einen Lichtquelle 2.2 in die Längsrichtung relativ zum Halteelement 2.1 bewegt und erfasst vom Bauteil reflektierte Lichtstrahlen.
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In einem dritten Schritt S3 werden von der Sensoreinheit 2.2 erfasste Daten, insbesondere erfasste, reflektierte Lichtstrahlen, wobei ein Strom generiert wird, an die Datenverarbeitungseinheit 3 übermittelt bzw. wird die Sensoreinheit 2.2 von der Datenverarbeitungseinheit 3 ausgelesen. Hierbei wird ein virtuelles Bild des Bauteils erstellt. Sind die Abmessungen der Auflagefläche kleiner als Abmessungen des Bauteils, wird ein virtuelles Bild des Bauteils mittels Zusammensetzen mehrerer Einzelaufnahmen in der Datenverarbeitungseinheit 3 erstellt. Als Referenz wird eine vorab gescannte Lehre verwendet, deren exakte Abmessungen bekannt sind und nach welchem die in der Datenverarbeitungseinheit 3 implementierte Software kalibriert wird.
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In einem vierten Schritt S4 wird das erstellte virtuelle Bild des Bauteils mittels der Software analysiert. Dazu wird das virtuelle Bild zu Beginn in eine immer gleiche, anhand von Merkmalen definierte, Position gebracht. D. h., das virtuelle Bild wird in einem vorgegebenen Raster gedreht und/oder verschoben. Anschließend erfolgt eine Kantenerkennung, wobei alle Kanten des Bauteils mittels einer programmierten Schwellenwertanalyse, z. B. mittels einer Grauwert-Schwelle oder einer Farbton-Schwelle, im virtuellen Bild erkannt und Abmessungen der erkannten Kanten ermittelt.
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In einem fünften Schritt S5 werden alle ermittelten Abmessungen mit vorgegebenen Referenzwerten, beispielsweise aus einer vorhandenen Bauteilzeichnung, abgeglichen und eine Bewertung in Abhängigkeit einer ermittelten Abweichung zwischen den ermittelten Abmessungen des Bauteils und den Referenzwerten ausgegeben. Beispielsweise wird als Bewertung ”Bauteil in Ordnung” oder ”Bauteil nicht in Ordnung” ausgegeben.
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Ferner kann eine Oberflächengüte von für das Bauteil verwendeten Materialen, insbesondere von Endlosmaterialien für eine Gasdiffusionsschicht oder einer Katalysatorbeschichteten Membran oder von Klebstoffnähten, mittels Referenzieren gegenüber einem Master-Bauteil oder mittels Erfassung von absoluten Oberflächenkennwerten, z. B. eine Struktur und/oder eine Farbe etc., überprüft werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung 1 sind für eine Vielzahl von flachen Bauteilen einsetzbar. Beispielsweise sind bei Brennstoffzellen damit Schnelltests für eine Vermessung einer Einlegedichtung oder einer Struktur einer Bipolarplatte möglich.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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