DE102020205371A1

DE102020205371A1 - Fasermessvorrichtung für eine Messung einer Faserlänge

Info

Publication number: DE102020205371A1
Application number: DE102020205371.5A
Authority: DE
Inventors: Rafael Marangoni; Jan Schleichert; René Theska; Knut Meinert; Thomas Fröhlich
Original assignee: Procter and Gamble Co
Current assignee: Procter and Gamble Co
Priority date: 2020-04-28
Filing date: 2020-04-28
Publication date: 2021-10-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fasermessvorrichtung (10) für eine Messung einer Faserlänge (FL) einer Faser (F), aufweisend ein Haltemodul (20) zum Halten eines ersten Faserendes (FE1) und ein Gegen-Haltemodul (30) zum Halten eines dem ersten Faserende (FE1) entgegengesetzten zweiten Faserendes (FE2), weiter aufweisend ein Positioniermodul mit Antrieb (42) für eine aktive Positionierung des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) entlang einer ersten Positionierachse (PA1) und wenigstens einer zweiten Positionierachse (PA2) sowie ein Messmodul (40) zum Messen einer Beanspruchung in der Faser durch die Zugkraft und/oder das Drehmoments an beiden Enden der Faser (F) zwischen dem Haltemodul (20) und dem Gegen-Haltemodul (30) bezogen auf eine erste Messrichtung (MR1) und wenigstens eine zweite Messrichtung (MR2).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fasermessvorrichtung für eine Messung einer Faserlänge einer Faser, ein Verfahren für eine Messung der Faserlänge einer Faser sowie ein Computerprogrammprodukt zur Ausführung eines solchen Verfahrens.
Es ist bekannt, dass die Faserlänge von Fasern gemessen werden soll, um beispielsweise für nachfolgende Versuche diesen Parameter für die Auswertung zur Verfügung zu stellen. Insbesondere ist dies der Fall, wenn Fasern in Form von Haaren eingesetzt werden sollen, um anschließend Tests an diesen Haaren durchzuführen. Bekannte Lösungen für die Messung der Faserlänge solcher Fasern basieren dabei häufig auf manuellen Messungen. So ist es beispielsweise bekannt, eine Faser auf einer Platte anzuordnen und mit zwei Pinzetten gerade zu ziehen. Nach dem Ausrichten durch die beiden Pinzetten wird die Länge der Faser manuell gemessen. Ebenfalls bekannt ist es, mit einer einzigen Pinzette eine Faser, welche an einem Ende befestigt ist, entlang einer ersten Messrichtung auszurichten und anschließend ebenfalls in manueller Weise zu messen.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass durch die manuelle Vorbereitung der Faser und insbesondere auch das manuelle Messen ein hoher Aufwand betrieben werden muss, um die Faserlänge zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus ist insbesondere beim Halten der Faser mit der Pinzette nicht gewährleistet, dass die Kraft, mit welcher die Faser in dieser Messposition gehalten wird, konstant bleibt. Dadurch, dass durch das Einbringen einer Zugkraft entlang der Faser diese sich verlängern kann, ist die gemessene Länge von der eingebrachten Zugkraft abhängig. Um bei anschließenden Tests an mehreren Fasern die Faserlänge in vergleichbarer Weise für die Auswertung zugrunde zu legen, muss ein hoher Aufwand betrieben werden, um die einzelnen Fasern mit möglichst gleicher Vorspannung in der Faser zu messen. Geschieht dies nicht, sind die gemessenen Faserlängen nicht oder nur in geringem Maße miteinander vergleichbar und nachfolgende Auswertungen entsprechend fehlerbehaftet.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Messung der Faserlänge einer Faser zu verbessern und/oder bezüglich der Vorspannung sogar variabel zu gestalten.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Fasermessvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12, ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16, sowie ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 17. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit den erfindungsgemäßen Verfahren sowie dem erfindungsgemäßen Computerprogramprodukt und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Erfindungsgemäß ist eine Fasermessvorrichtung für eine Messung einer Faserlänge einer Faser ausgebildet. Hierfür weist die Fasermessvorrichtung ein Haltemodul zum Halten eines ersten Faserendes und ein Gegen-Haltemodul zum Halten eines dem ersten Faserende entgegengesetzten zweiten Faserendes auf. Weiter ist ein Positioniermodul mit Antrieb vorgesehen für eine aktive Positionierung des Haltemoduls relativ zum Gegen-Haltemodul entlang einer ersten Positionierachse und wenigstens entlang einer zweiten Positionierachse. Darüber hinaus ist die Fasermessvorrichtung mit einem Messmodul ausgestattet zum Messen der Beanspruchung in der Faser durch Zugkraft und/oder ein Drehmoment an beiden Enden der Faser zwischen dem Haltemodul und dem Gegen-Haltemodul bezogen auf eine erste Messrichtung und wenigstens eine zweite Messrichtung.
Erfindungsgemäß kann also nunmehr auf die bekannte Verwendung von Pinzetten komplett verzichtet werden. Um dies zur Verfügung zu stellen, ist die erfindungsgemäße Fasermessvorrichtung mit dem Haltemodul und dem Gegen-Haltemodul ausgestattet, welche es erlauben das jeweilige Faserende definiert einzuspannen. Dabei ist es grundsätzlich unerheblich, welche tatsächliche Form des Einspannens des jeweiligen Faserendes vorgesehen ist. Nachfolgend sind einige Varianten beschrieben, wie ein solches Einspannen und Halten des jeweiligen Faserendes ausgestaltet sein kann. Bevorzugt sind Haltemodule und Gegen-Haltemodule mit identischen oder im Wesentlichen identischen Befestigungsfunktionalitäten für das jeweilige Faserende ausgestattet.
Nach der Befestigung der Faser zwischen dem Haltemodul und dem Gegen-Haltemodul kann in aktiver Weise eine Positionierung der Faser erfolgen. Dies beruht darauf, dass das Haltemodul und das Gegen-Haltemodul relativ zueinander bewegt werden können. Dabei ist es wiederum unerheblich, ob die Positionierung durch eine aktive Bewegung des Haltemoduls und/oder eine aktive Bewegung des Gegen-Haltemoduls erfolgt. Entscheidend ist, dass durch eine Relativbewegung des Haltemoduls zum Gegen-Haltemodul sich die Ausrichtung der Faser, und damit der Faserenden zueinander, ändern lässt. Erfindungsgemäß ist diese Positionierung zumindest entlang wenigstens zwei unterschiedlicher Positionierachsen in aktiver Weise möglich. Wie ebenfalls später noch erläutert wird, kann diese Positionierung zum Beispiel mit Hilfe eines Positionierantriebs durchgeführt werden. Hier sind zum Beispiel elektrische Positionierantriebe, insbesondere in Form von Linearantrieben, einsetzbar. Wie ebenfalls später noch erläutert wird, können auch drei oder sogar noch mehr Positionierachsen vorgesehen werden.
Als weiterer Kernbestandteil der erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung dient das Messmodul dazu, Beanspruchung in der Faser durch die Zugkraft und/oder ein Drehmoment zwischen den geklemmten Enden der Faser zu messen. Dabei wird das Messmodul insbesondere mit dem Positioniermodul mit Antrieb korreliert, sodass bei einer bevorzugten Ausführungsform die Positionierachse mit der ersten Messrichtung und die zweite Positionierachse mit der zweiten Messrichtung übereinstimmt oder im Wesentlichen übereinstimmt. Die grundsätzliche Funktionalität wird jedoch auch mit anderen Ausrichtungen von Positionierachsen und Messrichtungen erzielt.
Wie ebenfalls später noch näher erläutert wird, kann mit der Fasermessvorrichtung nun einfach und kostengünstig und insbesondere sogar automatisiert oder zumindest teilautomatisiert die Faserlänge gemessen werden. Nachfolgend wird kurz dieser Vorgang erläutert.
Nach dem Einspannen der Faser in das Haltemodul und das Gegen-Haltemodul wird die Faser straff gezogen. Für dieses Straffziehen wird durch das Positioniermodul mit Antrieb das Haltemodul relativ zum Gegen-Haltemodul so bewegt, dass die Faser entlang einer der beiden Positionierachsen ausgerichtet wird. Dieses Ausrichten wird beendet, wenn eine definierte Vorspannung der Faser erreicht wird. Dies ist mit einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung dadurch möglich, dass über das Messmodul, insbesondere in kontinuierlicher Weise, eine Beanspruchung in der Faser durch die Zugkraft und/oder eines Drehmoments zwischen den geklemmten Enden der Faser überwacht werden kann. Am Ende dieses Ausrichtschrittes ist also eine Vorspannkraft am Messmodul erkannt bzw. eingestellt und eine Ausrichtung über das Positioniermodul mit Antrieb vorgegeben worden. Damit kann eine definierte und vor allem reproduzierbare Ausgangsposition definiert werden, welche nicht nur für die Bestimmung einer ersten Faser, sondern für die Bestimmung für eine Vielzahl von Fasern angefahren werden kann. Wie bereits einleitend erläutert worden ist, wird es auf diese Weise möglich eine definierte Ausgangsposition zu schaffen, welche im Vergleich zu den bekannten manuellen Lösungen zu einer sehr einfachen Vergleichbarkeit der bestimmten Faserlängen für die anschließende Auswertung von Versuchen mit diesen vermessenen Fasern führt.
In einem abschließenden Schritt zur Bestimmung der Faserlänge kann nun eine Bewegung des Haltemoduls relativ zum Gegen-Haltemodul entlang der anderen Positionierachse, insbesondere der wenigstens einen zweiten Positionierachse, erfolgen, sodass ein Versatz dieses Faserendes zur ersten Positionierachse zur Verfügung gestellt wird. Dieser Versatz führt dazu, dass durch die veränderte geometrische Situation sich die Vorspannung in der Faser ebenfalls ändern würde. Durch eine entsprechende Bewegung entlang der ersten Positionierachse kann diese veränderte Vorspannung wieder ausgeglichen werden und die definierte Vorspannung, wie sie beim Ausrichten der Faser eingestellt worden ist, beibehalten oder wieder erreicht werden. Damit wird es möglich durch die beiden Versatzwege, welche auch als Positionierstrecken bezeichnet werden, entlang der ersten Positionierachse und der zweiten Positionierachse bei konstanter Vorspannung in einfacher Weise die Faserlänge mathematisch zu bestimmen.
Wie aus der voranstehenden Beschreibung der Benutzung der Fasermessvorrichtung deutlich wird, sind mehrere Kernvorteile erreichbar. Zum einen wird einfach und kostengünstig eine definierte Ausgangsposition einstellbar, mit einer definierten Vorspannung. Darüber hinaus ist es von Vorteil, dass in automatischer Weise die Faserlänge bestimmt werden kann, da sowohl die Messungen als auch die Positionierung durch die entsprechenden Module in automatisierter Weise durchführbar ist. Darüber hinaus ist noch darauf hinzuweisen, dass durch das Konstanthalten der Vorspannkraft die Faserlänge auch in Rotation zu dieser Vorspannkraft aufgenommen wird. So ist es selbstverständlich denkbar, ein und dieselbe Faser bei unterschiedlichen Vorspannungen, insbesondere unterschiedlichen Vorspannkräften und/oder Vorspanndrehmomenten, hinsichtlich der Faserlänge zu bestimmen und anschließend diese Information in einem Kraftwegdiagramm für diese Faser aufzubereiten.
Es ist noch darauf hinzuweisen, dass das Positioniermodul mit Antrieb selbstverständlich bei der aktiven Positionierung eine Information über den zugehörigen Positionierweg beziehungsweise die zugehörige Positionierstrecke mit aufzeichnet. Dies kann zum Beispiel durch Signalgeber oder Wegaufnehmer erfolgen, um eine definierte Bestimmung der zurückgelegten Positionierstrecke zur Verfügung stellen zu können.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Positioniermodul mit Antrieb für eine Positionierung entlang der ersten Positionierachse, entlang der zweiten Positionierachse und entlang einer dritten Positionierachse ausgebildet ist, wobei die drei Positionierachsen zueinander insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ausgebildet sind. Bevorzugt bilden die drei Positionierachsen zueinander ein dreiachsiges Koordinatensystem, insbesondere ein kartesisches Koordinatensystem, aus. Damit erlaubt ein solches Positioniermodul mit Antrieb eine Positionierung in allen drei Dimensionen und gibt damit die maximale Flexibilität für die Durchführung des später noch erläuterten erfinderischen Verfahrens. Die senkrechte oder im Wesentlichen senkrechte Ausbildung der einzelnen Positionierachsen zueinander erlaubt ein deutliches Vereinfachen der nachfolgenden mathematischen Auswertung durch die entsprechenden geometrischen Bezüge zueinander. Gleichzeitig wird durch die senkrechte Ausrichtung der Positionierachsen die Kontrolle in der Ansteuerung bei der Positionierung ebenfalls vereinfacht.
Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung wenigstens eine Positionierachse, insbesondere alle Positionierachsen, linear ausgerichtet sind. Unter einer linearen Ausrichtung ist zu verstehen, dass die Positionierung entlang der jeweiligen Positionierachse entlang einer Geraden oder im Wesentlichen einer Geraden erfolgt. Während grundsätzlich auch gekrümmte Positionierachsen im Rahmen der vorliegenden Erfindung denkbar sind, sind gerade lineare Positionierachsen hinsichtlich der Durchführung der Bewegung und hinsichtlich der Kontrolle der Bewegung von Vorteil. Auch kann das Positioniermodul mit Antrieb aus mechanischen Gesichtspunkten einfacher und kostengünstiger konstruiert sein.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Positioniermodul mit Antrieb eine Rotationsfunktionalität aufweist die eine Rotation des Haltemoduls relativ zum Gegen-Haltemodul um wenigstens eine Positionierachse ermöglicht. Die Rotation erlaubt es entweder in aktiver Weise eine Verdrillung der Faser, hierunter ist insbesondere die Änderung des Torsionswinkels in Richtung der Faserachse zu verstehen, durchzuführen oder aber eine Verdrillung der Faser aufzuheben. Da üblicherweise eine Verdrillung der Faser Einfluss auf die Vorspannung innerhalb der Faser hat, kann diese Rotation nun in das später noch erläuterte Messverfahren integriert werden. Bevorzugt dient diese Rotationsfunktionalität dazu, eine Verdrillung der Faser auf ein Minimum zu reduzieren, sodass die Vorspannung für die definierte Ausrichtung im ersten Schritt des Messverfahrens möglichst ohne Verdrillung der Faser erreicht werden kann.
Weitere Vorteile können erzielt werden, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Positioniermodul mit Antrieb eine automatische oder teilautomatische aktive Positionierung des Haltemoduls relativ zum Gegen-Haltemodul aufweist. Eine solche automatische oder teilautomatische Positionierung wird zum Beispiel durch einen Antrieb, insbesondere in elektromotorischer Weise, zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich sind unabhängig von diesem elektromotorischen Antrieb auch entsprechende Lagerungen oder Führungen für das Positioniermodul mit Antrieb für eine manuelle Positionierung möglich. Eine automatische oder teilautomatische Positionierung erlaubt es, die Automatisierung und die Kontrolle eines erfindungsgemäßen Verfahrens in verbesserter Weise zur Verfügung zu stellen.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Haltemodul und/oder das Gegen-Haltemodul eine Klemmfunktion für das Halten des jeweiligen Faserendes der Faser aufweisen. Zum Beispiel sind sogenannte Crimpverbindungen vorgesehen, um diese Befestigung zur Verfügung zu stellen. Neben Kunststoff können auch Metalle für eine solche Befestigung am Haltemodul oder am Gegenhaltemodul vorgesehen sein. Mit anderen Worten sind Haltemodul und Gegen-Haltemodul sozusagen mechanische Schnittstellen, welche in der erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung für die Einspannung verwendet werden. Dabei können dieses Haltemodul und dieses Gegen-Haltemodul auch Schnittstellen für nachfolgende Versuche sein, sodass nach der Bestimmung der Faserlänge die Faser gemeinsam mit Haltemodul und Gegen-Haltemodul für die nachfolgenden Versuche aus der erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung entnommen wird. Für die Befestigung der Faserenden können Festhaltungen unter Nutzung von Kraft- sowie Stoffschluss eingesetzt werden, wie zum Beispiel Schnapp-Rast-Mittel, Klemmmittel, aber auch Klebstoffe eingesetzt werden. Die Befestigung kann unmittelbar oder mittelbar unter Verwendung von Zwischenelementen wie die beispielhaft genannten Crimpelemente erfolgen.
Ebenfalls vorteilhaft kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Haltemodul und/oder das Gegen-Haltemodul einen Ausrichtabschnitt für ein Ausrichten der Faser aufweist. Ein solcher Ausrichtabschnitt kann zum Beispiel durch zwei entlang einer Geraden ausgerichteten kurze Formelemente oder ein die Gerade vorgebendes in Geradenrichtung längs ausgedehntes Formelement sein. Sie erlaubt es die Faser entlang des Haltemoduls beziehungsweise entlang des Gegen-Haltemoduls auszurichten und auf diese Weise die Messrichtung oder die Positionierrichtung vorzugeben. Damit wird sichergestellt, dass ein Knick in der Faser beim Verlassen des Haltemoduls und/oder des Gegen-Haltemoduls vermieden oder zumindest reduziert wird.
Vorteilhaft es ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Positioniermodul mit Antrieb zumindest teilweise in das Gegen-Haltemodul integriert ist. Wie bereits erläutert worden ist, ist es grundsätzlich unerheblich, ob das Positioniermodul mit Antrieb oder das Gegen-Haltemodul aktiv verschoben beziehungsweise bewegt wird. Neben einer Möglichkeit, bei welcher das Positioniermodul mit Antrieb komplett ins Haltemodul integriert ist und ausschließlich dieses bewegt, kann auch eine Aufspaltung auf das Haltemodul und das Gegen-Haltemodul zur Verfügung gestellt werden. In einem solchen Fall ist das Positioniermodul mit Antrieb zur Positionierung durch aktive Bewegung des Haltemoduls und durch aktive Bewegung des Gegen-Haltemoduls ausgestaltet.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung das Messmodul für ein Messen entlang der ersten Messrichtung, entlang der zweiten Messrichtung und entlang einer dritten Messrichtung ausgebildet ist, wobei die drei Messrichtung zueinander insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ausgebildet sind. Auch die Messrichtungen können ein Koordinatensystem, insbesondere ein kartesisches Koordinatensystem, ausbilden. Auch auf diese Weise wird es möglich, ähnlich zu den drei Positionierachsen, eine dreidimensionale Flexibilität mit maximalen Freiheiten für die Durchführung der Messung zur Verfügung zu stellen.
Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung die Messrichtungen entlang oder im Wesentlichen entlang der Positionierachsen ausgerichtet sind. Dies vereinfacht die Kontrolle der Messung und die Kontrolle der Positionierung weiter. Insbesondere ist es denkbar, die Sensorik des Messmoduls in die Aktorik des Positioniermoduls mit Antrieb zu integrieren oder mit dieser zu kombinieren. Die Komplexität der Konstruktion der Fasermessvorrichtung kann auf diese Weise noch weiter vereinfacht werden.
Weiter von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung eine zusätzlich rotatorische Messrichtung und eine rotatorische Positionierachse vorhanden sind deren Rotationsachsen im Wesentlichen entlang der Faserlänge ausgerichtet sind. Auf diese Weise sind zusätzliche Messwerte bestimmbar, welche insbesondere anschließenden Versuchen zugrunde gelegt werden können.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für eine Messung der Faserlänge einer Faser, insbesondere mittels einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung, aufweisend die folgenden Schritte:

- Spannen einer Faser zwischen einem Haltemodul und einem Gegen-Haltemodul mit einer definierten Vorspannung,
- Ausrichtung der Faser entlang einer ersten Messrichtung eines Positioniermoduls mit Antrieb der Fasermessvorrichtung bei konstanter definierter Vorspannung,
- Verschieben eines ersten Faserendes um eine erste Positionierstrecke quer zur ersten Messrichtung entlang einer zweiten Messrichtung und/oder entlang einer dritten Messrichtung des Messmoduls,
- Verschieben des ersten Faserendes und/oder eines zweiten Faserendes der Faser um eine zweite Positionierstrecke entlang der ersten Messrichtung, um die definierte Vorspannung konstant zu halten,
- Bestimmen der Faserlänge aus der ersten Positionierstrecke und der zweiten Positionierstrecke.

Unter einer Vorspannung kann in erfindungsgemäßer Weise sowohl eine Kraft z.B. in Faserlängsrichtung als auch ein Drehmoment z.B. um die Faserlängsachse verstanden werden. Ein erfindungsgemäßes Verfahren bringt damit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Fasermessvorrichtung erläutert worden sind. Es ist dabei noch darauf hinzuweisen, dass die Faserlänge als effektive Länge zwischen den Einspannpunkten am Haltemodul und am Gegen-Haltemodul gemessen wird. Auf diese Weise wird es möglich durch die Einbeziehung der Vorspannung die Faserlänge als Funktion der Zugkraft in der Faser zu bestimmten. Wird bei mehreren sequentiell hintereinander durchgeführten Durchläufen des Verfahrens die definierte Vorspannung unterschiedlich gewählt, ist es möglich sogar eine Kraft-Weg-Kennlinie für diese Faser und damit auch die Funktionalität der Ermittlung der Faserlänge zur Verfügung zu stellen. Durch eine erfindungsgemäße Fasermessvorrichtung ist ein solches Verfahren auch leicht und kostengünstig automatisierbar.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren die Schritte des Verschiebens wenigstens abschnittsweise gleichzeitig durchgeführt werden. Damit wird eine unerwünschte Überbelastung der Faser vermieden, da nicht in einem ersten Schritt eine Bewegung unter Veränderung der Vorspannung durchgeführt wird, wobei diese Veränderung anschließend im zweiten Schritt wieder aufgehoben wird. Neben einer Vermeidung der Überlastung beschleunigt die gleichzeitige Ausführung dieser Verschiebeschritte auch das Verfahren, insbesondere hinsichtlich der Automation.
Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nach dem Spannen der Faser und/oder nach dem Ausrichten der Faser eine Verdrillung der Faser reduziert, bevorzugt minimiert, wird. Zum Beispiel durch Rotation des Positioniermoduls mit Antrieb oder sogar des Gegen-Haltemoduls beziehungsweise des Haltemoduls ist es möglich, die Verdrillung der Faser zu reduzieren. Damit können Ergebnisse erzielt werden, welche nicht durch unterschiedliche Verdrillungen von Fasern verfälscht werden. Das Torsionsmoment, welches die Verdrillung der Faser wiedergibt, kann einen definierten Grenzwert vorgeben, unterhalb welchem die Verdrillung als maximal reduziert definiert wird.
Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einem erfindungsgemäßen Verfahren nach einer Haltezeit das Verschieben entlang der ersten Messrichtung nochmals durchgeführt wird, um die definierte Vorspannung konstant zu halten. Dies erlaubt es, ein Kriechverhalten der Faser zu bestimmen und darüber hinaus auszugleichen, da eine Faser unter einer definierten Vorspannung sich möglicherweise verlängert und die Vorspannung wieder sinkt. Ein solches Kriechverhalten lässt sich durch eine vordefinierte Haltezeit berücksichtigen und durch die Mehrfachmessung auch in das Ergebnis integrieren.
Weiterhin ist es von Vorteil, die Änderung der Vorspannung der Faser durch Umgebungseinflüsse, wie z.B. Luftfeuchtgkeit und Temperatur oder Behandlung mit benetzenden oder in die Faser penetrierenden Substanzen ermitteln und ausgleichen zu können.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für eine räumliche Ausrichtung einer Faser (F) mittels einer Fasermessvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die folgenden Schritte:

- Spannen einer Faser (F) zwischen einem Haltemodul (20) und einem Gegen-Haltemodul (30) mit einer definierten Vorspannung,
- Bestimmen von Kraftkomponenten entlang der zweiten Messrichtung (MR2) und entlang der dritten Messrichtung (MR3),
- Bewegen des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) bis die bestimmten Kraftkomponenten entlang der zweiten Messrichtung (MR2) und entlang der dritten Messrichtung (MR3) null werden.

Zusätzlich oder alternativ zum Messverfahren lässt sich auf diese Weise eine möglichst exakte Ausrichtung der Faser erzielen. Unerwünschte Messfehler aufgrund fehlerhafter, zum Beispiel schräge, Ausrichtung der Faser können auf diese Weise reduziert oder sogar vermieden werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte zumindest eines der erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren und/oder mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Fasermessvorrichtung erläutert worden sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:

1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung,
2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung,
3 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung,
4 eine Darstellung des Messverfahrens,
5 eine weitere Darstellung des Messverfahrens,
6 eine Möglichkeit der Einspannung der Faser,
7 die Ausführungsform der 6 in eingespanntem Zustand,
8 eine Möglichkeit der Ausrichtung der Faser und
9 ein schematischer Querschnitt durch die Ausführungsform der 8.

Die 1 bis 3 beschreiben unterschiedliche Varianten einer erfindungsgemäßen Fasermessvorrichtung, welche nachfolgend mit Bezug auf die 1 grundsätzlich erläutert werden. So ist eine Faser F vorgesehen, deren Faserlänge FL bestimmt werden soll. Für diese Bestimmung ist das erste Faserende FE1 der Faser F am Haltemodul 20 eingespannt. Das entgegengesetzt ausgerichtete zweite Faserende FE2 der Faser F ist am Gegen-Haltemodul 30 eingespannt. Auf diese Weise sind die beiden Faserenden FE1 und FE2 durch die Position des Haltemoduls 20 und durch die Position des Gegen-Haltemoduls 30 exakt zueinander positioniert.
Mit Hilfe eines Messmoduls 40, hier mit einem Positioniermodul mit Antrieb 42, ist es nun möglich das Haltemodul 20 relativ zum Gegen-Haltemodul 30 zu bewegen. Die Bewegungsfreiheiten sind hier mit den drei Positionierachsen PA1, PA2 und PA3 angegeben. Bei dieser Ausführungsform der 1 sind Messrichtungen MR1, MR2 und MR3 identisch zu den jeweiligen Positionierachsen PA1, PA2 und PA3 und ebenfalls senkrecht zueinander ausgerichtet. Diese Messrichtungen MR1, MR2 und MR3 erlauben die Messung von Kräften und/oder Drehmomenten mittels des Messmoduls 40 entlang der Messrichtungen. Die Durchführung der Messung wird später noch mit Bezug auf die 4 und 5 näher erläutert. Um die Positionierung in der 1 durchzuführen, erfolgt ein aktives Bewegen des Haltemoduls 20.
Die 2 und 3 zeigen Varianten der Ausführungsform der 1, jedoch mit im Wesentlichen identischer Funktionalität. So unterscheidet sich die 2 von der 1 durch das Aufteilen des Positioniermoduls mit Antrieb 42 auf das Haltemodul 20 und das Gegen-Haltemodul 30. In dieser Ausführungsform der 2 ist ein zusätzlicher Positioniermodul mit Antrieb 42 im Gegen-Haltemodul 30 angeordnet, um eine vertikale Bewegung zur Verfügung zu stellen. Die 3 verschiebt auch die dritte Positionierachse PA3 mit einem weiteren Positioniermodul mit Antrieb 42 auf die linke Seite zum Gegen-Haltemodul 30. Die Ausführungsformen der 2 und 3 erlauben also die Relativpositionierung durch eine aktive Bewegung sowohl von Haltemodul 20 als auch von Gegen-Haltemodul 30. Nicht mehr in einer Figur dargestellt, grundsätzlich jedoch auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung möglich, ist es, dass das komplette Positioniermodul mit Antrieb 42 in das Gegen-Haltemodul 30 integriert ist und somit das Haltemodul 20 für die Positionierung passiv bleibt.
In der 3 ist weiter noch die Möglichkeit einer rotatorischen Ausrichtung der Faser F vorgesehen. Hierfür kann um eine rotatorische Positionierachse PAR positioniert und entlang bzw. um eine rotatorische Messrichtung gemessen werden.
4 zeigt schematisch die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Fasermessvorrichtung 10. Im ersten Schritt von oben nach unten wird entlang einer Positionierachse PA1 die Faser F ausgerichtet. Für dieses Ausrichten wird eine definierte Vorspannung vorgegeben, welche hinsichtlich der Richtung und/oder hinsichtlich des Betrages definiert vorgegeben ist. Sobald diese Vorspannung und die Richtung erreicht ist, befindet sich die Faser F mit der Faserlänge FL zwischen den beiden Faserenden FE1 und FE2 in der Position, wie sie der erste Teil der 4 zeigt. Nach dem Ausrichten erfolgt ein erster zusätzlicher Positionierschritt, in dem das erste Faserende FE1 entlang einer Positionierstrecke PS1 entlang der zweiten Positionierachse PA2 bewegt wird. Wie aus den geometrischen Verhältnissen der mittleren Darstellung der 4 erkannt wird, muss sich die Faser F auf diese Weise verlängern, was nur unter einem Steigern der Vorspannkraft erfolgen kann. Da jedoch gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die Vorspannkraft konstant gehalten werden soll, erfolgt im finalen Schritt im unteren Ende der 4 nun ein Ausgleich dieser Längung der Faser F und damit auch eine Reduktion der Vorspannkraft auf den wieder vorgegebenen vordefinierten Wert, indem das zweite Faserende FE2 um eine zweite Positionierstrecke PS2 von links nach rechts bewegt wird. Dadurch, dass auf diese Weise die Vorspannkraft in der Faser F wieder identisch gemäß der Vordefinition des ersten Ausrichtschrittes zurückgesetzt wird, befindet sich die Faser F nun in einem Zustand mit der zu bestimmenden Faserlänge FL. Dies erlaubt es nun, in einem Dreieck den Satz des Pythagoras anzuwenden und einen mathematischen Zusammenhang zwischen der Faserlänge FL, der ersten Positionierstrecke PS1 und der zweiten Positionierstrecke PS2 aufzustellen. Mit anderen Worten kann auf diese Weise aus den beiden Positionierstrecken PS1 und PS2 die Faserlänge FL der Faser F bestimmt werden.
Gemäß der 4 ergibt sich der folgende geometrische Zusammenhang, welcher sich entsprechend nach der zu bestimmenden Faserlänge FL auflösen läst. $\begin{matrix} F L^{2} = P S 1^{2} + {(F L - P S 2)}^{2} \\ F L^{2} = P S 1^{2} + F L^{2} - 2 F L P S 2 + P S 2^{2} \\ F L^{2} - F L^{2} + 2 F L P S 2 = P S 1^{2} + P S 2^{2} \\ 2 F L P S 2 = P S 1^{2} + P S 2^{2} \\ F L = \frac{P S 1^{2} + P S 2^{2}}{2 P S 2} \end{matrix}$
Die 5 zeigt eine im Wesentlichen identische Lösung, bei der jedoch das Faserende FE2 konstant behalten wird und ausschließlich das Faserende FE1 auch für die zweite Positionierstrecke PS2 bewegt wird. Dies erlaubt es in kostengünstiger und einfacher Weise das Positioniermodul mit Antrieb 42 komplett in das Haltemodul 20 zu integrieren.
Die 6 und 7 zeigen eine Möglichkeit der klemmenden Befestigung der Faser F. Haltemodul 20 und Gegen-Haltemodul 30 sind hier identisch ausgebildet und können zweilagig zur Verfügung gestellt werden. Zum Beispiel durch Crimpen, Kleben, eine Schnapp-Rast-Verbindung oder Ähnliches wird es nun möglich, das erste Faserende FE1 und das zweite Faserende FE2 der Faser F am Haltemodul 20 und am Gegen-Haltemodul 30 zu befestigen.
Die 8 und 9 zeigen ein weiteres Detail von Haltemodul 20 und Gegen-Haltemodul 30. So ist bei dieser Ausführungsform ein Ausrichtabschnitt 22 beziehungsweise 32 vorgesehen, um die Richtung der Faser vorzugeben. Wie die 9 es zeigt, kann dieser Ausrichtabschnitt 22 beziehungsweise 32 zum Beispiel durch eine längliche Vertiefung vorgesehen sein, um ein unerwünschtes Abknicken an der Kante des Haltemoduls 20 beziehungsweise des Gegen-Haltemoduls 30 für die Faser F zu vermeiden.
Die voranstehende Beschreibung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

10: Fasermessvorrichtung
20: Haltemodul
22: Ausrichtabschnitt
30: Gegen-Haltemodul
32: Ausrichtabschnitt
40: Messmodul
42: Positioniermodul mit Antrieb
F: Faser
FE1: erstes Faserende
FE2: zweites Faserende
FL: Faserlänge
PS1: erste Positionierstrecke
PS2: zweite Positionierstrecke
PA1: erste Positionierachse
PA2: zweite Positionierachse
PA3: dritte Positionierachse
MR1: erste Messrichtung
MR2: zweite Messrichtung
MR3: dritte Messrichtung
MMR: rotatorische Messrichtung
PAR: rotatorische Positionierachse

Claims

Fasermessvorrichtung (10) für eine Messung einer Faserlänge (FL) einer Faser (F), aufweisend ein Haltemodul (20) zum Halten eines ersten Faserendes (FE1) und ein Gegen-Haltemodul (30) zum Halten eines dem ersten Faserende (FE1) entgegengesetzten zweiten Faserendes (FE2), weiter aufweisend ein Positioniermodul mit Antrieb (42) für eine aktive Positionierung des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) entlang einer ersten Positionierachse (PA1) und wenigstens einer zweiten Positionierachse (PA2) sowie ein Messmodul (40) zum Messen der Beanspruchung in der Faser (F) durch Zugkraft und/oder ein Drehmoment an den beiden Enden der Faser (F) zwischen dem Haltemodul (20) und dem Gegen-Haltemodul (30) bezogen auf eine erste Messrichtung (MR1) und wenigstens eine zweite Messrichtung (MR2).
Fasermessvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermodul mit Antrieb (42) für eine Positionierung entlang der ersten Positionierachse (PA1), entlang der zweiten Positionierachse (PA2) und entlang einer dritten Positionierachse (PA3) ausgebildet ist, wobei die drei Positionierachsen (PA1, PA2, PA3) zueinander insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ausgerichtet sind.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Positionierachse (PA1, PA2, PA3), insbesondere alle Positionierachsen (PA1, PA2, PA3), linear ausgerichtet sind.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermodul mit Antrieb (42) eine Rotationsfunktionalität aufweist für eine Rotation des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) um wenigstens eine Positionierachse (PA1, PA2, PA3).
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermodul mit Antrieb (42) eine automatische oder teilautomatische aktive Positionierung des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) aufweist.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemodul (20) und/oder das Gegen-Haltemodul (30) eine Klemmfunktion für das Halten des jeweiligen Faserendes (FE1, FE2) der Faser (F) aufweisen.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemodul (20) und/oder das Gegen-Haltemodul (30) einen Ausrichtabschnitt (22, 32) für ein Ausrichten der Faser (F) aufweist.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Positioniermodul mit Antrieb (42) zumindest teilweise in das Gegen-Haltemodul (30) integriert ist.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmodul (40) für ein Messen entlang der ersten Messrichtung (MR1), entlang der zweiten Messrichtung (MR2) und entlang einer dritten Messrichtung (MR3) ausgebildet ist, wobei die drei Messrichtungen (MR1, MR2, MR3) zueinander insbesondere senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht ausgebildet sind.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messrichtungen (MR1, MR2, MR3) entlang oder im Wesentlichen entlang der Positionierachsen (PA1, PA2, PA3) ausgerichtet sind.
Fasermessvorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzlich rotatorische Messrichtung (MRR) und eine rotatorische Positionierachse (PAR) vorhanden sind und beide im Wesentlichen entlang der Faserlänge ausgerichtet sind.
Verfahren für eine Messung der Faserlänge (FL) einer Faser (F), insbesondere mittels einer Fasermessvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die folgenden Schritte: - Spannen einer Faser (F) zwischen einem Haltemodul (20) und einem Gegen-Haltemodul (30) mit einer definierten Vorspannung, - Ausrichtung der Faser (F) entlang einer ersten Messrichtung (MR1) eines Positioniermoduls mit Antrieb (42) der Fasermessvorrichtung (10) bei konstanter definierter Vorspannung, - Verschieben eines ersten Faserendes (FE1) der Faser (F) um eine erste Positionierstrecke (PS1) quer zur ersten Messrichtung (MR1) entlang einer zweiten Messrichtung (MR2) und/oder entlang einer dritten Messrichtung (MR3) des Messmoduls (40), - Verschieben des ersten Faserendens (FE1) und/oder eines zweiten Faserendes (FE2) der Faser (F) um eine zweite Positionierstrecke (PS2) entlang der ersten Messrichtung (MR1), um die definierte Vorspannung konstant zu halten, - Bestimmen der Faserlänge (FL) aus der ersten Positionierstrecke (PS1) und der zweiten Positionierstrecke (PS2).
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Verschiebens wenigstens abschnittsweise gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Spannen der Faser (F) und/oder nach dem Ausrichten der Faser (F) eine Verdrillung der Faser (F) reduziert, bevorzugt minimiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Haltezeit das Verschieben entlang der ersten Messrichtung (MR1) nochmals durchgeführt wird, um die definierte Vorspannung konstant zu halten.
Verfahren für ein Ausrichtung einer Faser (F) mittels einer Fasermessvorrichtung (10) mit den Merkmalen eines der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend die folgenden Schritte: - Spannen einer Faser (F) zwischen einem Haltemodul (20) und einem Gegen-Haltemodul (30) mit einer definierten Vorspannung, - Bestimmen von Kraftkomponenten entlang der zweiten Messrichtung (MR2) und entlang der dritten Messrichtung (MR3), - Bewegen des Haltemoduls (20) relativ zum Gegen-Haltemodul (30) bis die bestimmten Kraftkomponenten entlang der zweiten Messrichtung (MR2) und entlang der dritten Messrichtung (MR3) null werden.
Computerprogrammprodukt umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen die Schritte eines Verfahrens mit den Merkmalen eines der Ansprüche 12 bis 15 und/oder eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 16 durchzuführen.