DE102020109689A1 - Method and device for detecting laying errors - Google Patents

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Lars Brohme
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Legefehlern an einer Faserpreform, die aus einem Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes aufweisend das Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial gebildet ist, mittels einer Detektionseinrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:- Bereitstellen einer Messvorrichtung der Detektionseinrichtung, die wenigstens einen Linien-Abstands-Sensor hat, der an einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Linien-Abstands-Sensors angeordnet ist;- Erstellen einer Faserpreform mit mindestens zwei Faserlagen durch lagenweises Einbringen des Fasermaterials in ein Formwerkzeug;- Erfassen der Fasermaterialoberfläche der erstellten Faserpreform mittels der bereitgestellten Messvorrichtung derart, dass für eine Vielzahl von Messpunkten auf der Fasermaterialoberfläche jeweils mindestens eine Abstandsinformation ermittelt wird; und- Detektieren eines Legefehlers an der erstellten Faserpreform in Abhängigkeit von den ermittelten Abstandsinformationen mittels einer Auswerteeinheit der Detektionseinrichtung.The invention relates to a method for detecting laying defects on a fiber preform, which is formed from a fiber material of a fiber composite material comprising the fiber material and a matrix material embedding the fiber material, by means of a detection device, the method comprising the following steps: providing a measuring device of the detection device, which has at least one line distance sensor, which is arranged on a movement device for moving the line distance sensor; - creating a fiber preform with at least two fiber layers by introducing the fiber material in layers into a molding tool; - detecting the fiber material surface of the fiber preform by means of the provided measuring device in such a way that at least one distance information item is determined for a plurality of measuring points on the fiber material surface; and- detecting a laying fault on the fiber preform produced as a function of the distance information determined by means of an evaluation unit of the detection device.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren von Legefehlern an einer Faserpreform, die aus einem Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes aufweisend das Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial gebildet ist, mittels einer Detektionseinrichtung. Die Erfindung betrifft ebenso eine Detektionseinrichtung hierzu.The invention relates to a method for detecting laying defects on a fiber preform, which is formed from a fiber material of a fiber composite material having the fiber material and a matrix material embedding the fiber material, by means of a detection device. The invention also relates to a detection device for this purpose.

Aufgrund der besonders vorteilhaften Eigenschaft, bei einem sehr geringen Gewicht eine hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit aufzuweisen, werden Faserverbundbauteile, die aus einem Faserverbundwerkstoffen hergestellt werden, mittlerweile in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt. Insbesondere im Bereich der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich sind derartige Werkstoffe kaum mehr wegzudenken, da sie insbesondere im Hinblick auf den Leichtbau optimale Anpassungen bieten.Due to the particularly advantageous property of having a high weight-specific strength and rigidity with a very low weight, fiber composite components that are made from fiber composite materials are now used in many areas of application. In particular in the aerospace and automotive sectors, it is hard to imagine life without such materials, since they offer optimal adaptations, especially with regard to lightweight construction.

So werden heutzutage nicht selten strukturkritische Bauteile aus einem Faserverbundwerkstoff hergestellt und eingesetzt, wie beispielsweise Strömungskörper (Flügel) oder Rumpfschalen von Flugzeugen. Aber auch im Automobilbereich werden vermehrt Faserverbundbauteile eingesetzt, da die entstehenden Gewichtseinsparungen meist proportional zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen.Nowadays it is not uncommon for structurally critical components to be manufactured from a fiber composite material and used, such as flow bodies (wings) or fuselage shells of aircraft. But fiber composite components are also increasingly being used in the automotive sector, since the resulting weight savings usually lead to lower fuel consumption in proportion.

Dabei gibt es die Bestrebung, Faserverbundbauteile in der Serienproduktion prozess- und qualitätssicher herstellen zu können. Ein wichtiges Kriterium hierbei ist es, den Herstellungsprozess prozess- und qualitätssicher zu gestalten und insbesondere die einzelnen Herstellungsschritte lückenlos und sicher überwachen zu können. Nur so kann gewährleistet werden, dass fehlerhafte Bauteile sicher und effizient während des Herstellungsprozesses so früh wie möglich erkannt werden. Denn je früher ein defektes Bauteil im gesamten Herstellungsprozess erkannt wurde, desto weniger Ressourcen werden unnötigerweise für dessen Fertigstellung aufgewendet. Dies verringert letztendlich die Kosten pro Bauteil und fördert so die Akzeptanz im industriellen Anwendungsbereich.There is an effort to be able to manufacture fiber composite components in series production with a reliable process and quality. An important criterion here is to design the manufacturing process with process and quality assurance and, in particular, to be able to monitor the individual manufacturing steps seamlessly and reliably. This is the only way to ensure that defective components are reliably and efficiently detected as early as possible during the manufacturing process. Because the earlier a defective component was identified in the entire manufacturing process, the fewer resources are unnecessarily used for its completion. Ultimately, this reduces the costs per component and thus promotes acceptance in the industrial area of application.

Zur Überwachung des Herstellungsprozesses bei der Herstellung eines Faserverbundbauteils werden in der Praxis beispielsweise Ultraschallsensoren eingesetzt, um so bauteilbezogene bzw. prozessbezogene Parameter erfassen zu können. Allerdings lassen sich in der Regel mithilfe von Ultraschallsensoren die bei der automatisierten Ablage von Fasermaterial entstehenden Faserlegefehler nicht prozesssicher ermitteln. Eine solche automatisierte Ablage ist beispielsweise aus der (10 2010 015 027.4-16) bekannt.In practice, for example, ultrasonic sensors are used to monitor the manufacturing process during the manufacture of a fiber composite component in order to be able to record component-related or process-related parameters. As a rule, however, the fiber lay errors that occur during the automated filing of fiber material cannot be reliably determined with the aid of ultrasonic sensors. Such an automated filing is known, for example, from (10 2010 015 027.4-16).

Des Weiteren ist aus der DE 10 2013 108 568 A1 zum Überwachen des Herstellungsprozesses ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Bauteildicke bekannt, bei dem mithilfe eines ortsfesten Laser-Abstands-Sensor der Abstand zwischen dem Sensor und dem Formwerkzeug bzw. der Bauteiloberfläche ermittelt wird. Anschließend wird unter Differenzbildung des Abstandes zwischen Sensor und Formwerkzeug sowie Sensor und Bauteiloberfläche die eigentliche Bauteildicke lokal an einer bestimmten Position ermittelt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass dieses Verfahren lediglich an diskreten Positionen und lokal begrenzt die Bauteildicke angeben kann.Furthermore, from the DE 10 2013 108 568 A1 For monitoring the manufacturing process, a method and a device for determining the component thickness are known in which the distance between the sensor and the molding tool or the component surface is determined with the aid of a stationary laser distance sensor. Subsequently, the actual component thickness is determined locally at a certain position by calculating the difference between the distance between the sensor and the mold, as well as the sensor and the component surface. The disadvantage here, however, is that this method can only specify the component thickness at discrete positions and in a locally limited manner.

Insbesondere bei der Herstellung von Rotorblättern für Windkraftanlagen (beispielsweise Multimegawatt-Anlagen) sind Kenntnisse der fertigungsbedingten Abweichungen für eine korrekte und hinreichend genaue Beschreibung des Anlagenverhaltens unabdingbar. Eine valide Modellierung und Optimierung hinsichtlich der Aerodynamik, des Strukturverhaltens sowie des Designs kann nur mit real gemessenen Parametern durchgeführt werden. Bereits beim automatisierten oder manuellen Ablegen des Fasermaterials in der Werkzeugform entstehenden Legefehler, die sich von Lage zu Lage auf summieren. Diese Fehler sind jedoch bei der Fertigung ohne entsprechende Messtechnik kaum zu erkennen.Particularly in the manufacture of rotor blades for wind turbines (for example multi-megawatt systems), knowledge of the manufacturing-related deviations is essential for a correct and sufficiently precise description of the system behavior. Valid modeling and optimization with regard to aerodynamics, structural behavior and design can only be carried out with real, measured parameters. Already during the automated or manual depositing of the fiber material in the mold, there are laying errors that add up from layer to layer. However, these errors can hardly be recognized in production without the appropriate measuring technology.

Naturbedingt zeigt sich meist erst gegen Ende der Herstellung der Faserpreform der Faserlegefehler, wenn dieser durch Aufsummieren auch für das menschliche Auge klar erkennbar wird. In diesem Fall müsste der Lagenaufbau wieder zurückgebaut werden. Ebenso häufig kommt es in der Praxis vor, dass der Legefehler erst nach der Harz Infusion und/oder nach der Aushärtung ersichtlich wird, sodass entschieden werden muss, ob hier eine Nachbearbeitung sinnvoll ist oder ob das Bauteil ausgesondert werden muss.Due to nature, the fiber lay faults usually only appear towards the end of the production of the fiber preform, when these are clearly visible to the human eye by adding up. In this case, the layer structure would have to be dismantled again. Just as often it happens in practice that the laying error only becomes apparent after the resin infusion and / or after curing, so that a decision has to be made as to whether post-processing makes sense here or whether the component has to be sorted out.

Diese Problematik führt letztlich zu einem langwierigen und kostenintensiven Herstellungsprozess insbesondere bei großskaligen Strukturbauteilen wie beispielsweise Rotorblättern und kann im schlechtesten Fall die Vorteile der Faserverbundwerkstoffe zunichtemachen.This problem ultimately leads to a lengthy and cost-intensive manufacturing process, particularly in the case of large-scale structural components such as rotor blades, and in the worst case can destroy the advantages of the fiber composite materials.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung anzugeben, mit der sich Legefehler an einer Faserpreform insbesondere während der Herstellung der Faserpreform und insbesondere nach jeder abgelegten Faserlage prozesssicher detektieren lassen, um so rechtzeitig vor dem Aufsummieren des Fehlers eingreifen zu können.It is therefore the object of the present invention to provide an improved method and an improved device with which laying errors on a fiber preform can be reliably detected, especially during the manufacture of the fiber preform and in particular after each laid fiber layer, in order to be able to intervene in good time before the error is added up .

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Detektieren von Legefehlern gemäß Anspruch 1 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.The object is achieved with the method for detecting laying errors according to claim 1 solved according to the invention. Advantageous refinements of the method can be found in the corresponding subclaims.

Gemäß Anspruch 1 wird ein Verfahren zum Detektieren von Legefehlern an einer Faserpreform beansprucht, wobei die Faserpreform aus einem Fasermaterial eines Faserverbundwerkstoffes gebildet ist bzw. wird. Der Faserverbundwerkstoff weist dabei gattungsgemäß das Fasermaterial und ein das Fasermaterial einbettendes Matrixmaterial auf. Der Faserverbundwerkstoff kann dabei so bereitgestellt werden, dass das Fasermaterial und das Matrixmaterial getrennt vorliegen und nach der Herstellung der Faserpreform das Matrixmaterial in das Fasermaterial infundiert wird (sogenanntes trockenes Fasermaterial, welches in einem späteren Infusionsprozess mit dem Matrixmaterial infundiert wird). Denkbar ist aber auch, dass der Faserverbundwerkstoff so bereitgestellt wird, dass das Matrixmaterial bereits das Fasermaterial zumindest teilweise vorimprägniert (sogenannte Prepregs, bei denen das Fasermaterial mit dem Matrixmaterial vorimprägniert ist). Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich dabei sowohl trockene Fasermaterialien als auch vorimprägnierte Fasermaterialien.According to claim 1, a method for detecting laying defects on a fiber preform is claimed, the fiber preform being or being formed from a fiber material of a fiber composite material. The fiber composite material has the fiber material and a matrix material embedding the fiber material. The fiber composite material can be provided in such a way that the fiber material and the matrix material are present separately and after the production of the fiber preform the matrix material is infused into the fiber material (so-called dry fiber material, which is infused with the matrix material in a later infusion process). However, it is also conceivable that the fiber composite material is provided in such a way that the matrix material already at least partially pre-impregnated the fiber material (so-called prepregs, in which the fiber material is pre-impregnated with the matrix material). Both dry fiber materials and pre-impregnated fiber materials are suitable for the process according to the invention.

Zunächst wird eine Messvorrichtung der Detektionseinrichtung bereitgestellt, die wenigstens einen Linien-Abstands-Sensor hat, der an einer Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Linien-Abstands-Sensors angeordnet ist. Ein solcher Sensor kann beispielsweise ein Laserlinien-Abstands-Sensor sein. Der Sensor ermittelt dabei hochgenau (mit einer Genauigkeit von weniger als einem Zehntel Millimeter) den Abstand zwischen dem Sensor bzw. der Bewegungseinrichtung und der Fasermaterialoberfläche.First, a measuring device of the detection device is provided which has at least one line distance sensor which is arranged on a movement device for moving the line distance sensor. Such a sensor can be, for example, a laser line distance sensor. The sensor determines the distance between the sensor or the movement device and the fiber material surface with high precision (with an accuracy of less than a tenth of a millimeter).

Es wird eine Faserpreform erstellt, die aus dem Fasermaterial des bereitgestellten Faserverbundwerkstoffes gebildet wird, indem das Fasermaterial des Faserverbundwerkstoffes lagenweise in ein Formwerkzeug eingebracht wird. Die so erstellten Faserpreform weist dabei mindestens zwei Faserlagen auf. Das bedeutet, dass mindestens eine Faserlage, nämlich die obere Faserlage, auf eine bereits in dem Formwerkzeug befindliche untere Faserlage abgelegt wurde. Das Erstellen der Faserpreform kann dabei manuell oder automatisch mithilfe einer Faserlegevorrichtung erfolgen. Für das Erstellen der Faserpreform können dabei trockene oder vorimprägnierte Fasermaterialien verwendet werden.A fiber preform is created which is formed from the fiber material of the fiber composite material provided by the fiber material of the fiber composite material being introduced into a molding tool in layers. The fiber preform created in this way has at least two fiber layers. This means that at least one fiber layer, namely the upper fiber layer, has been placed on a lower fiber layer already located in the molding tool. The fiber preform can be created manually or automatically with the aid of a fiber laying device. Dry or pre-impregnated fiber materials can be used to create the fiber preform.

Mittels der Messvorrichtung der Detektionseinrichtung wird nun ein Messdurchgang durchgeführt, indem die Fasermaterialoberfläche der erstellten Faserpreform (gebildet durch die zuletzt eingebrachte Faserlage) mittels der bereitgestellten Messvorrichtung erfasst wird. Dabei wird für eine Vielzahl von Messpunkten auf der Fasermaterialoberfläche jeweils mindestens eine Abstandsinformation mithilfe des Linien-Abstands-Sensors ermittelt und vorzugsweise in einem Datenspeicher hinterlegt bzw. zwischengespeichert.Using the measuring device of the detection device, a measurement run is now carried out in that the fiber material surface of the created fiber preform (formed by the last fiber layer introduced) is recorded by means of the provided measuring device. In this case, at least one distance information item is determined for a large number of measuring points on the fiber material surface with the aid of the line distance sensor and is preferably stored or temporarily stored in a data memory.

Insbesondere nach der Durchführung des Messdurchgangs, möglicherweise aber auch schon während dessen, wird mittels einer Auswerteeinheit der Detektionseinrichtung dann ein Legefehler an der zuvor erstellten Faserpreform in Abhängigkeit von den ermittelten Abstandsinformationen ermittelt bzw. detektiert, sofern einer vorhanden ist.In particular after the measurement process has been carried out, but possibly even during it, an evaluation unit of the detection device is used to determine or detect a placement error on the previously created fiber preform as a function of the distance information determined, if one is present.

Es hat sich gezeigt, dass insbesondere ohne einen vorherigen Referenzscan bzw. Referenzmessung der Fasermaterialoberfläche es möglich ist, aus den erfassten Abstandsinformationen festzustellen, ob die so erstellten Faserpreform einen Legefehler aufweist oder nicht. Denn auch ohne die Ermittlung der Bauteildicke kann durch das Identifizieren von Unregelmäßigkeiten in den Abstandsinformationen über die gesamte Fläche des Bauteils hinweg das Vorhandensein von Legefehlern festgestellt werden.It has been shown that, in particular without a previous reference scan or reference measurement of the fiber material surface, it is possible to determine from the recorded distance information whether the fiber preform produced in this way has a lay-up error or not. Because even without determining the component thickness, the presence of placement errors can be determined by identifying irregularities in the distance information over the entire surface of the component.

Damit gibt die technische Lehre der vorliegenden Erfindung eine einfache und schnelle Möglichkeit an, Faserlegefehler an erstellten Faserpreformen oder während der Herstellung von Faserpreformen festzustellen, die prozesssicher auch bei der automatisierten Faserablage durchführbar ist.The technical teaching of the present invention thus provides a simple and quick way of determining fiber lay errors on created fiber preforms or during the production of fiber preforms, which can also be carried out reliably with automated fiber deposition.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Legefehler an der erstellten Faserpreform durch Vergleich der ermittelten Abstandsinformationen untereinander detektiert wird. Durch Vergleichen der ermittelten Abstandsinformationen untereinander, insbesondere unter Berücksichtigung der Ortsreferenz einer jeden Abstandsinformation, können statistisch signifikante Unregelmäßigkeiten festgestellt werden. Hierfür können die Abstandsinformationen mittels eines statistischen Verfahrens miteinander verglichen werden, um so Abweichungen von einem regelmäßigen Verlauf der Fasermaterialoberfläche feststellen zu können.According to one embodiment it is provided that a placement error on the created fiber preform is detected by comparing the determined distance information with one another. By comparing the determined distance information with one another, in particular taking into account the location reference of each distance information, statistically significant irregularities can be determined. For this purpose, the distance information can be compared with one another by means of a statistical method in order to be able to determine deviations from a regular course of the fiber material surface.

Demgemäß ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass eine statistische Abweichung oder Unregelmäßigkeit der ermittelten Abstandsinformationen berechnet und ein Legefehler an der erstellten Faserpreform in Abhängigkeit von der berechneten Abweichung oder Unregelmäßigkeit detektiert wird.Accordingly, it is provided in one embodiment that a statistical deviation or irregularity of the determined distance information is calculated and a placement error on the created fiber preform is detected as a function of the calculated deviation or irregularity.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Legefehler in Abhängigkeit von den ermittelten Abstandsinformationen weiterhin unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Bauteilform oder eines Bauteilmodells ermittelt wird. Hierdurch können formbedingte Abweichungen, wie beispielsweise Aufdickungen, als regelmäßiger Bauteilverlauf identifiziert werden und nicht als Unregelmäßigkeit im Sinne eines Legefehlers. Formbedingte Abweichungen, die sich aus der Analyse der Abstandsinformationen ergeben, führen demnach nicht zu einer Detektion eines Legefehlers.According to one embodiment, it is provided that the placement error is determined as a function of the determined distance information, taking into account a predetermined component shape or a component model. This can cause deviations due to shape, such as Thickenings are identified as a regular component course and not as an irregularity in the sense of a placement error. Shape-related deviations that result from the analysis of the distance information therefore do not lead to a detection of a placement error.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Messvorrichtung derart bereitgestellt wird, dass der wenigstens eine Linien-Abstands-Sensor ein Laserlinien-Abstands-Sensor ist, wobei Abstandsinformationen durch eine auf die Faserpreform emittierte Laserlinie ermittelt werden. Hierdurch wird es möglich, auf der gesamten flächigen Fasermaterialoberfläche ein zweidimensionales Messfeld zu erzeugen, sodass jeder Abstandsinformation eine zweidimensionale Ortsreferenz erhält.According to one embodiment it is provided that the measuring device is provided in such a way that the at least one line distance sensor is a laser line distance sensor, distance information being determined by a laser line emitted onto the fiber preform. This makes it possible to generate a two-dimensional measuring field on the entire flat fiber material surface, so that each distance information receives a two-dimensional location reference.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass auf ein erstes Erfassen der Fasermaterialoberfläche wenigstens ein zweites Erfassen der Fasermaterialoberfläche durchgeführt wird, nachdem im Anschluss an das erste Erfassen der Fasermaterialoberfläche mindestens eine weitere Faserlage des Fasermaterials in das Formwerkzeug eingebracht wird. Das wenigstens eine zweite Erfassen der Fasermaterialoberfläche erfolgt dabei auf der Basis der eingebrachten weiteren Faserlage des Fasermaterials, sodass für verschiedene Faserlagen jeweils ein Messdurchgang durchgeführt wird. Durch Vergleich der Messdaten der verschiedenen Messdurchgänge kann dann ebenfalls auf ein Faserlegefehler geschlossen werden.According to one embodiment it is provided that after a first acquisition of the fiber material surface at least a second acquisition of the fiber material surface is carried out after at least one further fiber layer of the fiber material is introduced into the molding tool after the first acquisition of the fiber material surface. The at least one second detection of the fiber material surface takes place on the basis of the introduced further fiber layer of the fiber material, so that a measurement run is carried out for different fiber layers. By comparing the measurement data from the various measurement runs, it is then also possible to conclude that there is a fiber placement error.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Legefehler in Abhängigkeit von den Abstandsinformationen des ersten Erfassens der Fasermaterialoberfläche und den Abstandsinformationen des wenigstens zweiten Erfassens der Fasermaterialoberfläche detektiert wird. So ist es denkbar, dass nach dem ersten Erfassen der Fasermaterialoberfläche Bereiche identifiziert werden, in denen Legefehler vermutet werden, jedoch die Unterschiede bzw. Unregelmäßigkeiten noch nicht so stark ausgeprägt sind, das mit Sicherheit auf einen Legefehler geschlossen werden kann. Nach dem zweiten Erfassen der Fasermaterialoberfläche können diese Bereiche dann noch einmal untersucht werden, wobei bei einem tatsächlichen Legefehler sich dieser Fehler möglicherweise weiter summiert und so erst in einem zweiten oder weiteren Messdurchgang dann mit Sicherheit auf einen Legefehler geschlossen werden kann.According to one embodiment it is provided that a laying error is detected as a function of the distance information from the first detection of the fiber material surface and the distance information from the at least second detection of the fiber material surface. So it is conceivable that after the first detection of the fiber material surface areas are identified in which laying errors are suspected, but the differences or irregularities are not yet so pronounced that a laying error can be concluded with certainty. After the second detection of the fiber material surface, these areas can then be examined again, whereby in the case of an actual laying error this error may add up and thus only in a second or further measurement run can a laying error be concluded with certainty.

Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine mobile Messeinrichtung bereitgestellt wird, die nach dem Erstellen der Faserpreform an dieser angeordnet wird. Hierdurch wird es möglich, dass beispielsweise nach jedem Ablegen einer Faserlage die mobile Messeinrichtung an der Faserpreform angeordnet und dann ein Messdurchgang durchgeführt wird. Da die Messeinrichtung mobil ist, kann sie nach dem Durchführen des Messdurchgangs wieder von der Faserpreform entfernt werden, sodass der für das Einbringen des Fasermaterials notwendige Platz geschaffen wird.According to one embodiment it is provided that a mobile measuring device is provided which is arranged on the fiber preform after it has been created. This makes it possible, for example, after each laying down of a fiber layer, to arrange the mobile measuring device on the fiber preform and then to carry out a measurement run. Since the measuring device is mobile, it can be removed from the fiber preform again after the measuring passage has been carried out, so that the space required for introducing the fiber material is created.

Gemäß einer Ausführungsform hierzu ist es denkbar, dass eine mobile Messeinrichtung bereitgestellt wird, deren Bewegungseinrichtung zum Befahren der Fasermaterialoberfläche ausgebildet ist, wobei die Messeinrichtung zum Erfassen der Fasermaterialoberfläche diese auf einer vorgegebenen Trajektorie befährt und dabei die Abstandsinformationen ermittelt. Die Bewegungseinrichtung weist hierzu kontaktbehaftete Fortbewegungselemente (beispielsweise Räder) auf, mit denen die Messeinrichtung kontaktbehaftet auf der Fasermaterialoberfläche insbesondere autark und autonom bewegt wird. Hierdurch kann die gesamte Fasermaterialoberfläche abgefahren und die Abstandsinformationen entsprechend ermittelt werden. Es hat sich gezeigt, dass bei einem ausreichend großen Radabstand und einem in etwa mittig angeordneten Sensor immer noch hinreichend genau Abstandsinformationen ermittelt werden können, aus denen auf Faserlegefehler gemäß der vorliegenden technischen Lehre geschlossen werden können.According to one embodiment of this, it is conceivable that a mobile measuring device is provided, the movement device of which is designed to drive over the fiber material surface, the measuring device for detecting the fiber material surface moving along a predetermined trajectory and thereby determining the distance information. For this purpose, the movement device has contact-based locomotion elements (for example wheels) with which the measuring device is moved in a contact-based manner on the fiber material surface, in particular self-sufficient and autonomously. As a result, the entire fiber material surface can be scanned and the distance information can be determined accordingly. It has been shown that with a sufficiently large wheel spacing and an approximately centrally arranged sensor, distance information can still be determined with sufficient accuracy, from which information on fiber placement errors can be inferred according to the present technical teaching.

Die Aufgabe wird im Übrigen auch mit der Detektionseinrichtung gemäß Anspruch 10 erfindungsgemäß gelöst.The object is also achieved according to the invention with the detection device according to claim 10.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Detektionseinrichtung;
  • 2 schematische Darstellung einer Faserpreform mit Faserlegefehler.
  • 3 schematische Darstellung einer mobilen Detektionseinrichtung in einer weiteren Ausführungsform.
The invention is explained in more detail by way of example with the aid of the accompanying figures. Show it:
  • 1 schematic representation of the detection device according to the invention;
  • 2 schematic representation of a fiber preform with fiber lay faults.
  • 3 schematic representation of a mobile detection device in a further embodiment.

1 zeigt in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung die erfindungsgemäße Detektionseinrichtung 10, mit der Legefehler an einer Faserpreform 100 detektiert werden sollen. Die Faserpreform 100 wurde dabei aus zumindest zwei Faserlagen 110 aus einem Fasermaterial 120 gebildet. Hierfür wurde zuvor lagenweise das Fasermaterial 120 in ein Formwerkzeug 200 auf eine dafür vorgesehene formgebende Werkzeugoberfläche eingebracht. Die Faserpreform 100 muss dabei nicht zwangsläufig fertig aufgebaut sein, sondern es kann sich auch um einen Zwischenschritt handeln, sodass nach dem Messdurchgang weitere Faserlagen 110 auf die bereits bestehende Faserpreform 100 aufgelegt werden. 1 shows the detection device according to the invention in a schematically greatly simplified representation 10 , with the placement error on a fiber preform 100 should be detected. The fiber preform 100 was made from at least two fiber layers 110 made of a fiber material 120 educated. For this purpose, the fiber material was previously layered 120 into a molding tool 200 placed on a shaping tool surface provided for this purpose. The fiber preform 100 does not necessarily have to be fully assembled, but it can also be an intermediate step so that further fiber layers after the measurement run 110 on the already existing fiber preform 100 be put on.

Die Detektionseinrichtung 10 weist eine Bewegungseinrichtung 12 auf, die im Ausführungsbeispiel der 1 einen Tragarm 14 hat, an dem eine Messvorrichtung 16 mit einem Linien-Abstands-Sensor 18 angeordnet ist. Der tragbaren 14 ist dabei Bestandteil der Bewegungseinrichtung 12 und so ausgebildet, dass diese mit der Messvorrichtung 16 derart zusammenwirkt, dass die Messvorrichtung 16 zusammen mit dem Linien-Abstands-Sensor 18 gegenüber der Faserpreform 100 relativ bewegbar ist. Dabei ist die Detektionseinrichtung 10 zusammen mit der Bewegungseinrichtung 12 derart ausgebildet, dass vorzugsweise die gesamte Fasermaterialoberfläche 130 der Faserpreform 100 durch den Linien-Abstands-Sensor 18 erfasst und gescannt werden kann.The detection device 10 has a movement device 12th on, which in the embodiment of 1 a support arm 14th has on which a measuring device 16 with a line distance sensor 18th is arranged. The portable 14 is part of the movement device 12th and designed so that this with the measuring device 16 cooperates in such a way that the measuring device 16 together with the line distance sensor 18th compared to the fiber preform 100 is relatively movable. Here is the detection device 10 together with the movement device 12th designed in such a way that preferably the entire fiber material surface 130 the fiber preform 100 by the line distance sensor 18th can be captured and scanned.

Der Linien-Abstands-Sensor 18 ist dabei so ausgebildet, dass auf die Fasermaterialoberfläche 130 eine Messlinie 20 gebildet wird, auf der eine Vielzahl von Messpunkten liegen, für die jeweils eine Abstandsinformation zwischen der Fasermaterialoberfläche 130 und dem Linien-Abstands-Sensor 18 ermittelbar sind. Durch Bewegen der Messvorrichtung 16 gegenüber der Fasermaterialoberfläche 130 wird dabei die Messlinie 20 mit den Messpunkten hinsichtlich der Position auf der Fasermaterialoberfläche 130 verändert, sodass hierdurch eine Vielzahl von Messpunkten auf der gesamten Fasermaterialoberfläche 130 generiert werden können.The line distance sensor 18th is designed so that on the fiber material surface 130 a measuring line 20th is formed, on which a plurality of measuring points lie, for each of which there is distance information between the fiber material surface 130 and the line distance sensor 18th can be determined. By moving the measuring device 16 compared to the fiber material surface 130 becomes the measuring line 20th with the measuring points with regard to the position on the fiber material surface 130 changed, so that as a result, a large number of measuring points on the entire surface of the fiber material 130 can be generated.

Die so ermittelten Messwerte, die Abstandsinformationen, werden dann an eine Auswerteeinheit 22 weitergeleitet, die ausgebildet ist, basierend auf den ermittelten Abstandsinformationen einen Legefehler an der erstellten Faserpreform 100 zu detektieren. Die Messwerte bzw. Abstandsinformationen und/oder die ermittelten Legefehler können zusammen mit weiteren Informationen, wie beispielsweise einer Ortsreferenz, in einem Datenspeicher 24 hinterlegt werden.The measured values determined in this way, the distance information, are then sent to an evaluation unit 22nd forwarded, which is designed, based on the determined distance information, a placement error on the created fiber preform 100 to detect. The measured values or distance information and / or the determined placement errors can be stored in a data memory together with further information, such as a location reference 24 be deposited.

Die Detektionseinrichtung 10 ist im Ausführungsbeispiel der 1 beweglich derart ausgebildet, dass sie in den Bereich des Formwerkzeuges 200 gebracht und von dort auch wieder entfernt werden kann, nachdem der Messdurchgang durchgeführt wurde. Hierdurch wird es möglich, genügend Platz für das Erstellen der Faserpreform bereitzustellen und gleichzeitig ein automatisiertes, prozesssicher Detektieren von Faserlegefehler zu gewährleisten.The detection device 10 is in the embodiment of 1 movably designed in such a way that they are in the area of the molding tool 200 and can also be removed from there after the measurement run has been carried out. This makes it possible to provide enough space for the creation of the fiber preform and at the same time to ensure an automated, process-reliable detection of fiber placement errors.

In dem Datenspeicher 24 können des Weiteren auch Informationen bezüglich der Bauteilform oder ein Bauteilmodell hinterlegt werden, welches zur Analyse der Abstandsinformationen an die Auswerteeinheit 22 übertragen wird. Basierend auf dem Bauteilmodell und der sich daraus ergebenden Bauteilform kann dann bei einer festgestellten Unregelmäßigkeiten oder Abweichung sichergestellt werden, dass sich diese Unregelmäßigkeit auf einen Legefehler bezieht und nicht auf einer gewünschte Bauteilform.In the data store 24 In addition, information relating to the component shape or a component model can also be stored, which is sent to the evaluation unit for analyzing the distance information 22nd is transmitted. Based on the component model and the component shape resulting therefrom, it can then be ensured in the event of an irregularity or discrepancy that this irregularity relates to a placement error and not to a desired component shape.

Die Detektionseinrichtung 100 ist im Ausführungsbeispiel der 1 des Weiteren so ausgebildet, dass die Bewegungseinrichtung 12 und/oder der Tragarm 14 nicht nur eine Bewegung der Messvorrichtung 16 quer, d.h. in X-Richtung, zur Faserpreform 100 zulässt, sondern auch in Y-Richtung (aus der Betrachtungsebene heraus). Hierdurch lässt sich das gesamte flächige Bauteil erfassen. The detection device 100 is in the embodiment of 1 also designed so that the movement device 12th and / or the support arm 14th not just a movement of the measuring device 16 across, ie in the X direction, to the fiber preform 100 but also in the Y-direction (from the viewing plane). This allows the entire flat component to be captured.

2 zeigt in einer schematisch stark vereinfachten Darstellung eine Faserpreform 100 mit einem Legefehler 140. Im Bereich 140 entstehen dabei Unregelmäßigkeiten auf der Fasermaterialoberfläche 130 derart, dass sie sich aus den ermittelten Abstandsinformationen detektieren lassen. Ein solcher Legefehler 140 kann beispielsweise dadurch geschehen, dass in einer der unteren Faserlagen das Fasermaterial nicht auf Kante gelegt wurde, sondern versehentlich überlappend, sodass hier eine Erhöhung entsteht. 2 shows a fiber preform in a schematically greatly simplified representation 100 with a misplacement 140 . In the area 140 This creates irregularities on the surface of the fiber material 130 in such a way that they can be detected from the distance information determined. Such a misplacement 140 can happen, for example, that in one of the lower fiber layers the fiber material was not placed on the edge, but inadvertently overlapping, so that an elevation is created here.

3 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der die Detektionseinrichtung 10 mithilfe ihrer Bewegungseinrichtung 12 vollständig autark und autonom agiert und so ausgebildet ist, dass er die Fasermaterialoberfläche 130 der Faserpreform 100 mithilfe ihrer Bewegungseinrichtung 12 kontaktbehaftet befahren kann. Hierdurch wird es möglich, nachdem Erstellen der Faserpreform 100 die mobile Detektionseinrichtung 10 auf die Fasermaterialoberfläche 130 der Faserpreform 100 zu stellen, sodass die mobile Detektionseinrichtung 10 die Oberfläche 130 befährt und dabei die Abstandsinformationen aufzeichnet. 3 finally shows an embodiment in which the detection device 10 with the help of their movement device 12th acts completely self-sufficient and autonomous and is designed in such a way that it touches the fiber material surface 130 the fiber preform 100 with the help of their movement device 12th can drive with contact. This makes it possible after creating the fiber preform 100 the mobile detection device 10 on the fiber material surface 130 the fiber preform 100 to provide so that the mobile detection device 10 the surface 130 drives and records the distance information.

Dabei es ist denkbar, dass auch eine Mehrzahl von mobilen Detektionseinrichtungen 10 gleichzeitig im Einsatz sind. Hierdurch lässt sich die Detektionsgeschwindigkeit verbessern.It is conceivable that a plurality of mobile detection devices 10 are in use at the same time. This allows the detection speed to be improved.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
DetektionseinrichtungDetection device
1212th
BewegungseinrichtungMovement device
1414th
Tragarm der BewegungseinrichtungSupport arm of the movement device
1616
MessvorrichtungMeasuring device
1818th
Linien-Abstands-SensorLine distance sensor
2020th
MesslinieMeasuring line
2222nd
AuswerteeinheitEvaluation unit
2424
DatenspeicherData storage
100100
FaserpreformFiber preform
110110
FaserlagenFiber layers
120120
FasermaterialFiber material
130130
FasermaterialoberflächeFiber material surface
140140
FaserlegefehlerFiber lay fault
200200
FormwerkzeugForming tool

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013108568 A1 [0006]DE 102013108568 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Detektieren von Legefehlern an einer Faserpreform (100), die aus einem Fasermaterial (120) eines Faserverbundwerkstoffes aufweisend das Fasermaterial (120) und ein das Fasermaterial (120) einbettendes Matrixmaterial gebildet ist, mittels einer Detektionseinrichtung (10), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: - Bereitstellen einer Messvorrichtung (16) der Detektionseinrichtung (10), die wenigstens einen Linien-Abstands-Sensor (18) hat, der an einer Bewegungseinrichtung (12) zum Bewegen des Linien-Abstands-Sensors (18) angeordnet ist; - Erstellen einer Faserpreform (100) mit mindestens zwei Faserlagen (110) durch lagenweises Einbringen des Fasermaterials (120) in ein Formwerkzeug (200); - Erfassen der Fasermaterialoberfläche (130) der erstellten Faserpreform (100) mittels der bereitgestellten Messvorrichtung (16) derart, dass für eine Vielzahl von Messpunkten auf der Fasermaterialoberfläche (130) jeweils mindestens eine Abstandsinformation ermittelt wird; und - Detektieren eines Legefehlers (140) an der erstellten Faserpreform (100) in Abhängigkeit von den ermittelten Abstandsinformationen mittels einer Auswerteeinheit (22) der Detektionseinrichtung (10).A method for detecting laying defects on a fiber preform (100), which is formed from a fiber material (120) of a fiber composite material comprising the fiber material (120) and a matrix material embedding the fiber material (120), by means of a detection device (10), the method being the includes the following steps: - Providing a measuring device (16) of the detection device (10) which has at least one line distance sensor (18) which is arranged on a movement device (12) for moving the line distance sensor (18); - Creating a fiber preform (100) with at least two fiber layers (110) by introducing the fiber material (120) layer by layer into a molding tool (200); - Detecting the fiber material surface (130) of the created fiber preform (100) by means of the provided measuring device (16) in such a way that at least one distance information is determined for a plurality of measuring points on the fiber material surface (130); and - Detecting a laying fault (140) on the created fiber preform (100) as a function of the determined distance information by means of an evaluation unit (22) of the detection device (10). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Legefehler (140) an der erstellten Faserpreform (100) durch Vergleich der ermittelten Abstandsinformationen untereinander detektiert wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a placement error (140) on the created fiber preform (100) is detected by comparing the determined distance information with one another. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine statistische Abweichung oder Unregelmäßigkeit der ermittelten Abstandsinformationen berechnet und ein Legefehler (140) an der erstellten Faserpreform (100) in Abhängigkeit von der berechneten Abweichung oder Unregelmäßigkeit detektiert wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a statistical deviation or irregularity of the determined distance information is calculated and a placement error (140) is detected on the created fiber preform (100) as a function of the calculated deviation or irregularity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Legefehler (140) in Abhängigkeit von den ermittelten Abstandsinformationen weiterhin unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Bauteilform oder eines Bauteilmodells ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the placement error (140) is determined as a function of the determined distance information, taking into account a predetermined component shape or a component model. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (16) derart bereitgestellt wird, dass der wenigstens eine Linien-Abstands-Sensor (18) ein Laserlinien-Abstands-Sensor ist, wobei Abstandsinformationen durch eine auf die Faserpreform (100) emittierte Laserlinie ermittelt werden.The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the measuring device (16) is provided in such a way that the at least one line distance sensor (18) is a laser line distance sensor, with distance information being provided by an on the fiber preform (100) emitted laser line can be determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf ein erstes Erfassen der Fasermaterialoberfläche (130) wenigstens ein zweites Erfassen der Fasermaterialoberfläche (130) durchgeführt wird, nachdem im Anschluss an das erste Erfassen der Fasermaterialoberfläche (130) mindestens eine weitere Faserlage (110) des Fasermaterials (120) in das Formwerkzeug (200) eingebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least a second detection of the fiber material surface (130) is carried out on a first detection of the fiber material surface (130) after at least one further fiber layer (110) following the first detection of the fiber material surface (130) ) the fiber material (120) is introduced into the molding tool (200). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Legefehler (140) in Abhängigkeit von den Abstandsinformationen des ersten Erfassens der Fasermaterialoberfläche (130) und den Abstandsinformationen des wenigstens zweiten Erfassens der Fasermaterialoberfläche (130) detektiert wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that a laying error (140) is detected as a function of the distance information of the first detection of the fiber material surface (130) and the distance information of the at least second detection of the fiber material surface (130). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mobile Messeinrichtung bereitgestellt wird, die nach dem Erstellen der Faserpreform (100) an dieser angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mobile measuring device is provided which is arranged on the fiber preform (100) after it has been created. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mobile Messeinrichtung bereitgestellt wird, deren Bewegungseinrichtung (12) zum Befahren der Fasermaterialoberfläche (130) ausgebildet ist, wobei die Messeinrichtung zum Erfassen der Fasermaterialoberfläche (130) diese auf einer vorgegebenen Trajektorie befährt und dabei die Abstandsinformationen ermittelt.Procedure according to Claim 8 , characterized in that a mobile measuring device is provided, the movement device (12) of which is designed to drive over the fiber material surface (130), the measuring device for detecting the fiber material surface (130) moving along a predetermined trajectory and thereby determining the distance information. Detektionseinrichtung (10) zum Detektieren von Legefehlern (140) an einer Faserpreform (100), die aus einem Fasermaterial (120) eines Faserverbundwerkstoffes aufweisend das Fasermaterial (120) und ein das Fasermaterial (120) einbettendes Matrixmaterial gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektionseinrichtung (10) eine Messvorrichtung (16) aufweist, die wenigstens einen Linien-Abstands-Sensor (16) hat, der an einer Bewegungseinrichtung (12) zum Bewegen des Linien-Abstands-Sensors (18) angeordnet ist, und eine Auswerteeinheit (22) umfasst, wobei die Detektionseinrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.Detection device (10) for detecting laying errors (140) on a fiber preform (100) which is formed from a fiber material (120) of a fiber composite material comprising the fiber material (120) and a matrix material embedding the fiber material (120), characterized in that the Detection device (10) has a measuring device (16) which has at least one line distance sensor (16) which is arranged on a movement device (12) for moving the line distance sensor (18), and an evaluation unit (22) ), wherein the detection device (10) is designed to carry out the method according to one of the preceding claims.
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