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Die Erfindung betrifft ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt und eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fasergehaltes, einer Faserverteilung und/oder einer Faserorientierung in einem faserverstärkten Bauteil. Dabei wird mittels Radarwellen in einem Frequenzbereich von 60 Gigahertz bis 80 Gigahertz ortsaufgelöst das Reflexionsvermögen eines Bauteils aus mindestens einer Richtung erfasst und in eine Abbildung umgewandelt. Mittels Bildanalyse und/oder Vergleichen mit Referenzbauteilen wird es möglich, den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung in einem solchen Bauteil zu bestimmen.
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Faserverstärkte Bauteile finden vielerorts Anwendung, beispielsweise im Bau von Windkraftanlagen oder im Fahrzeugbau. Sie werden üblicherweise mit einem Kunststoff beziehungsweise einem duroplastischen Harzsystem gebildet, auch als Matrix bezeichnet, in den beziehungsweise das Fasern eingemischt, hinzugegeben oder eingelegt werden. Dies geschieht in Formen unter Einwirkung von Temperatur und/oder Druck. Die Fasern dienen dazu, die Tragfähigkeit, die Steifigkeit und die Belastbarkeit des Bauteils zu erhöhen. Als Fasern werden zumeist Glasfasern verwendet.
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In der Fertigung können sich insbesondere in komplexen Bauteilen Fasern an Engstellen sammeln, Fließfronten bilden oder andere ungewollte Anordnungen einnehmen, die die Leistungsfähigkeit und Beständigkeit des Bauteils beeinträchtigen. Daher ist es erforderlich, derartige Bauteile dahingehend zu prüfen, ob während der Fertigung der Fasergehalt, ihre Ausrichtung und/oder ihre Orientierung wie gewünscht erfolgt ist.
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Die Prüfung erfolgt im Stand der Technik zum Beispiel mittels Computertomografie. Dieses Verfahren ist hochauflösend und stellt präzise Informationen bereit, ist jedoch äußerst zeitaufwändig und teuer. Zudem ist aufgrund der Größe der Geräte auch die Größe der zu untersuchenden Bauteile begrenzt. Alternativ dazu wird das Wirbelstromverfahren verwendet. Auch dieses Verfahren ist zeitintensiv, außerdem ist eine Auswertung nur bei endlosfaserverstärkten und dünnwandigen Bauteilen aussagekräftig. Schließlich gibt es zerstörende Verfahren, wie die Veraschung, die jedoch nur eine Aussage über den Fasergehalt ermöglichen, wobei das eigentliche Bauteil selbst nicht geprüft werden kann, da es andernfalls zerstört werden würde.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Lösungen vorzuschlagen, wie zerstörungsfrei der Fasergehalt, die Faserorientierung und/oder die Faserverteilung in einem Bauteil bestimmt werden kann. Diese Lösungen sollten schneller und weniger aufwändig als die bekannten Verfahren durchzuführen sein.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1, einem Computerprogrammprodukt nach Anspruch 9 und einer Vorrichtung nach Anspruch 10. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Fasergehaltes, einer Faserverteilung und/oder einer Faserorientierung in einem faserverstärkten Bauteil weist wenigstens die folgenden Schritte auf:
- - Einlesen von ortsaufgelösten Messwerten eines Reflexionsvermögens zumindest eines Bereiches eines Bauteils für einen Frequenzbereich von 60 GHz bis 80 GHz, wobei die Messwerte aus mindestens einer Richtung in Bezug auf das Bauteil erfasst wurden,
- - Ermitteln mindestens einer Abbildung zur Darstellung der Reflexionsverteilung aus den jeweiligen Messwerten, und
- - Bestimmen des Fasergehaltes, der Faserverteilung und/oder der Faserorientierung in dem mindestens einen Bereich des Bauteils mittels Bildanalyse der mindestens einen Abbildung und/oder einem Vergleich mit einer Reflexionsverteilung eines Referenzbauteils.
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Das Verfahren soll den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung zumindest in einem Bereich des Bauteils bestimmen. Selbstverständlich kann dies auch für das gesamte Bauteil erfolgen.
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Dabei soll unter einem Fasergehalt die Menge der Fasern in dem untersuchten Bereich des Bauteils beschreiben. Die Faserverteilung soll angeben, wo die Fasern nach der Fertigung innerhalb des Bereiches des Bauteils angeordnet sind und ob eine gleichmäßige Verteilung erfolgt ist, oder ob sich Fehlstellen oder eine Häufung von Fasern in Teilbereichen gebildet hat. Die Faserorientierung gibt an, ich welchen Raumrichtungen die Fasern in Bezug zum Bauteil beziehungsweise zum untersuchten Bereich ausgerichtet sind und damit auch, ob durch die Fasern eine ausreichende Vernetzung beziehungsweise Verbundwirkung im Bauteil ausgebildet wurde.
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Sind die Charakteristika ganz oder zumindest teilweise bekannt, lässt sich daraus auf die Qualität des Bauteils und seiner Fertigung schließen. Anhand einer Bewertung des Bauteils bezüglich Fasergehalt, Faserverteilung und/oder Faserorientierung lassen sich brauchbare und unbrauchbare Bauteile voneinander unterscheiden und unbrauchbare Bauteile können aussortiert werden.
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Zunächst werden dazu ortsaufgelöste Messwerte des Reflexionsvermögens des zu untersuchenden Bereiches des Bauteils beziehungsweise wie bereits ausgeführt, des Bauteils eingelesen. Diese Messwerte wurden mittels Radarwellen in einem Frequenzbereich von einschließlich 60 Gigahertz bis einschließlich 80 Gigahertz erfasst. Geringfügige Abweichungen oberhalb von 80 Gigahertz und unterhalb von 60 Gigahertz liegen dabei durchaus im Rahmen der Erfindung. Dabei müssen die ausgesandten Radarwellen nicht den gesamten hier benannten Frequenzbereich abdecken, jedoch in dem genannten Bereich liegen.
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Die Erfassung der ortsaufgelösten Messwerte erfolgt aus mindestens einer Richtung in Bezug auf das Bauteil, das Bauteil wurde also aus mindestens einer Richtung mit Radarwellen beaufschlagt und die reflektierten Echos erfasst.
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Die Messwerte zum Reflexionsvermögen des zu untersuchenden Bereichs des Bauteils werden zu mindestens einer Abbildung aufgearbeitet, die die Verteilung des Reflexionsvermögens grafisch darstellt. Dabei kann für jede Richtung, aus der das Bauteil mit Radarwellen beaufschlagt wurde, mindestens eine eigene Abbildung erstellt werden. Das Reflexionsvermögen von Fasern unterscheidet sich von dem der die Fasern umgebenden Matrix. Das Reflexionsvermögen des Bauteils und seines zu untersuchenden Bereiches korreliert also mit der Verteilung, dem Gehalt und der Orientierung der Fasern.
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Demnach kann durch eine Bildanalyse der mindestens einen zuvor erstellten Abbildung der Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung bestimmt werden. Die Menge der Fasern, Fehlstellen, Faserhäufungen und/oder die Ausrichtung der Fasern werden sichtbar. Insbesondere durch eine Erfassung des zu untersuchenden Bereiches aus mehreren Richtungen wird ersichtlich, ob die Fasern in der gewünschten Ausrichtung im Bauteil angeordnet sind. Für eine solche Bildanalyse können zuvor Kriterien festgelegt werden, anhand derer die Bewertung der mindestens einen Abbildung hinsichtlich Fasergehalt, Fasererteilung und/oder Faserorientierung erfolgen soll.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Vergleich mit einer Reflexionsverteilung eines Referenzbauteils erfolgen. An einem solchen Referenzbauteil kann beispielsweise ein Reflexionsvermögen mittels Radarwellen bestimmt und ausgewertet werden und anschließend mittels eines oder mehreren anderen Verfahren der Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung ermittelt und verifiziert werden. Diese Vergleichswerte werden mit dem Reflexionsvermögen des Referenzbauteils korreliert, so dass durch einen Vergleich der Reflexionsverteilung mit dem Referenzbauteil ein Rückschluss auf den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung erfolgen kann. Der Vergleich mit Referenzwerten kann insbesondere die Beurteilungskriterien für die Bildanalyse bereitstellen.
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Somit ergibt sich aus dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Auswertungsroutine für einen Bereich eines Bauteils oder ein ganzes Bauteil, aus dem sich ableiten lässt, ob ein Bauteil die an es gestellten Anforderungen hinsichtlich der Faserverstärkung erfüllt. Das Verfahren ist sehr schnell, da je nach Größe des zu untersuchenden Bauteils oder Bereiches nur einige Sekunden zur Erfassung der Messwerte erforderlich sind. Das Verfahren kann damit in eine Fertigung des Bauteils integriert werden, wo es beispielsweise noch in der Fertigungslinie eine automatisierte Qualitätskontrolle ermöglicht. Werden die Anforderungen an die Faserverstärkung nicht erfüllt, kann das jeweilige Bauteil ausgesondert werden, gegebenenfalls ebenfalls automatisiert.
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In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die Bildanalyse eine Grauwertanalyse. Wird das Reflexionsvermögen beziehungsweise die Reflexionsverteilung des untersuchten Bereichs des Bauteiles in eine Abbildung umgewandelt, die lediglich Grauwerte zur Visualisierung des Reflexionsvermögens wiedergibt, kann durch eine Grauwertanalyse der Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung bestimmt werden. Bei der Verwendung von Glasfasern in einem duroplastischen Harzsystem sind bedingt durch ihre verschiedenen Reflexionsvermögen die Fasern dunkler und Bereiche ohne Fasern heller bis hin zu weiß, so dass beispielsweise mit zunehmender Dunkelheit in der Abbildung von einem höheren Fasergehalt ausgegangen werden kann. Eine gleichmäßige Grauschattierung ließe auf eine gleichmäßige Faserverteilung schließen.
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In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Auswertung der ortsaufgelösten Messwerte des Reflexionsvermögens zumindest eines Bereiches eines Bauteils schichtweise in Dickenrichtung erfolgt. Dazu können die Messwerte für eine schichtweise Auswertung aufbereitet werden oder eine schichtweise Erfassung des Reflexionsvermögens des Bauteils beziehungsweise des zu untersuchenden Bereiches erfolgen. Eine schichtweise Analyse in Dickenrichtung erlaubt es, den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung innerhalb des Bauteils beziehungsweise des zu untersuchenden Bereiches zu analysieren. Die Dicke der Schichten und/oder die Anzahl der zu untersuchenden Schichten kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Genauigkeit der Analyse und/oder den geometrischen Dimensionen der verwendeten Fasern bestimmt werden.
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Zusätzlich zu der Erfassung des Reflexionsvermögens für zumindest einen Bereich eines zu untersuchenden Bauteils kann das Erfassen der Messwerte des Reflexionsvermögens punktweise erfolgen. Dabei wird nicht der gesamte Bereich oder das gesamte Bauteil gleichzeitig mit Radarwellen beschallt, sondern jeweils nur punktweise. Punktweise bedeutet dabei, dass eine Fläche beschallt und ihr Reflexionsvermögen erfasst wird, die signifikant kleiner ist als der zu untersuchende Bereich. Vorzugsweise soll diese Fläche die geringstmögliche Ausdehnung aufweisen, für die das Reflexionsvermögen erfasst werden kann.
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Die Beschallung wird dabei dynamisch über den gesamten zu untersuchenden Bereich beziehungsweise das Bauteil bewegt oder gerastert, so dass für jeden Punkt das Reflexionsvermögen erfasst werden kann. Der Vorteil dieses Vorgehens liegt zum einen darin, dass interessierende Punkte gezielt untersucht werden können, ohne den gesamten Bereich oder das gesamte Bauteil zu untersuchen. Zum anderen kann so eine Überlagerung der Echos von verschiedenen Punkten vermeiden, wie sie entstehen können, wenn der gesamte Bereich oder das gesamte Bauteil mit Radarwellen beaufschlagt werden.
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Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens besteht darin, dass
- - anhand des Reflexionsvermögens eine lokale Permittivität zumindest eines Bereiches eines ersten Bauteils bestimmt wird,
- - der Fasergehalt in diesem Bereich durch Vergleich von Permittivitätswerten und/oder durch einen Vergleich mit einem bekannten Fasergehalt abgeschätzt wird, und
- - die lokale Faserverteilung in einem Bereich eines weiteren Bauteils und/oder in dem weiteren Bauteil bestimmt wird.
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Eine Analyse des Reflexionsvermögens im Gigahertz-Bereich lässt einen genauen Rückschluss auf die Permittivität des Bauteils beziehungsweise des zu untersuchenden Bereiches zu. Daher kann in der Entwicklungsphase von faserverstärkten Bauteilen eine genaue Bestimmung des lokalen Fasergehaltes, also der Menge und der Verteilung der Fasern erreicht werden. Dies ist besonders von Interesse, wenn eine Serienfertigung eines gleichbleibenden Bauteils oder zumindest eine sich gelegentlich wiederholende Fertigung des Bauteils angestrebt wird.
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Dazu wird anhand des Reflexionsvermögens eines ersten Bauteils beziehungsweise eines Bereiches dieses ersten Bauteils seine Permittivität ortsaufgelöst bestimmt. Durch einen Vergleich der dabei ermittelten Permittivitätswerte innerhalb des Bereiches oder Bauteils kann ein Rückschluss auf den Fasergehalt in einzelnen Bereichen und damit die Faserverteilung in dem untersuchten Bereich des ersten Bauteiles erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Vergleich mit Permittivitätswerten von Bauteilen mit bekanntem Fasergehalt erfolgen, bei denen durch mindestens ein alternatives Verfahren der Fasergehalt und/oder die Faserverteilung bestimmt und mit Permittivitätswerten korreliert wurde.
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Für das erste Bauteil wird also eine Zuordnung zwischen seinen Permittivitätswerten und dem sehr wahrscheinlich oder tatsächlich bestehenden Fasergehalt und/oder der sehr wahrscheinlich bestehenden oder tatsächlichen Faserverteilung basierend auf Vergleichen festgelegt. Dies dient als Kalibrierung für die Untersuchung weiterer Bauteile während der Fertigung, die in gleicher Form und Weise gefertigt werden sollen. Demnach kann anhand der zuvor erfolgten Zuordnung die lokale Faserverteilung, die den Fasergehalt und die Verteilung der Fasern umfasst, für einen Bereich eines weiteren Bauteils und/oder für ein weiteres Bauteil sehr genau bestimmt werden.
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Mit besonderem Vorteil umfasst die Bildanalyse der mindestens einen Abbildung und/oder der Vergleich mit der Reflexionsverteilung eines Referenzbauteils eine Clusteranalyse. Clusteranalysen sind Verfahren zum Auffinden von Ähnlichkeitsstrukturen in üblicherweise großen und sehr großen Datenmengen. Gruppen ähnlicher Objekte werden dabei als Cluster bezeichnet.
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Bezogen auf die vorliegende Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens soll eine Clusteranalyse im Rahmen der Bildanalyse der mindestens einen Abbildung und/oder des Vergleichs mit der Reflexionsverteilung eines Referenzbauteils erfolgen. Dabei können Cluster gebildet werden, die auf eine Anhäufung von Fasern im Bauteil deuten und/oder Cluster, die Fehlstellen von Fasern im Bauteil anzeigen. Weitere Cluster können für die Verteilung und/oder die Orientierung der Fasern vorgesehen sein. Es lässt sich also sagen, dass vor allem Cluster zur Anzeige beziehungsweise Beschreibung von Fehlern im Bauteil bestimmt werden sollen. Für die Clusteranalyse können eine oder mehrere Abbildungen hinsichtlich der Reflexionsverteilung einzeln oder im Kombination analysiert werden. Auch während des Vergleichs mit Reflexionsverteilungen von Referenzbauteilen kann eine Einzelbetrachtung oder eine kombinierte Betrachtung erfolgen.
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Liegt mindestens ein solcher fehleranzeigender Cluster vor, kann dies ein Zeichen dafür sein, dass das Bauteil Ausschuss ist und nicht im dafür vorgesehenen Sinn verwendet werden kann. Es kann dann ausgesondert oder einer weiteren Prüfung unterzogen werden.
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Auch wenn üblicherweise davon ausgegangen werden kann, dass mit einer Clusteranalyse fehlerhafte Bereiche des Bauteils oder des untersuchenden Bereichs gefunden werden können, ist es durchaus denkbar, dass ein Cluster für fehlerfrei beziehungsweise fehlerarme Bereiche gebildet wird, und dann anhand dieser Gruppierung eine Auswahl und Bewertung der Qualität der Bauteile erfolgt.
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Die während der Bildanalyse, dem Vergleich mit Referenzbauteilen und/oder der Clusteranalyse gefundenen Faserhäufungen, Fehlstellen, Defekte und/oder Cluster sind örtlich zuzuordnen, so dass die Ortsinformationen zu erkannten Faserhäufungen, Fehlstellen, Defekten und/oder Clustern für eine Prozessanalyse bereitgestellt werden können. Darunter soll verstanden werden, dass die Position der fehlerhaften Teilbereiche aus dem Verfahren ausgegeben werden kann, um zu prüfen, ob die Fehler durch die Konstruktion des Bauteils, in der Fertigung oder einer Kombination aus beidem begründet sein könnten.
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Dies liegt vor allem dann nahe, wenn sich ein Fehlerbild bei der Fertigung größerer Stückzahlen wiederholt zeigt. So kann sich beispielsweise herausstellen, dass bei einem Bauteil mit Stegen diese zu schmal sind für die Menge der Fasern oder die verwendeten Fasern, so dass sich vor einem solchen Steg Fasern anhäufen und im Steg und dahinter keine oder nur wenige Fasern zu finden sind. Auch durch den Ort des Einbringens und/oder die Verteilung der faserenthaltenden Matrix in der Form kann es zu ungewollten Fehlern kommen. Ist die Position der sich wiederholenden Fehler bekannt, können die notwendigen Rückschlüsse gezogen werden, um das Bauteil und/oder die Fertigung anzupassen. Die Ortsinformationen zu erkannten Faserhäufungen, Fehlstellen, Defekten und/oder Clustern können beispielsweise als eigene Analyse in einer Software zur Auswertung der mindestens einen Abbildung und/oder zum Vergleich mit Referenzbauteilen ausgegeben oder exportiert werden.
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Es liegt ebenfalls eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, wenn die Messwerte des Reflexionsvermögens im Frequenzbereich von 60 GHz bis 80 GHz durch eine Extraktion aus einem größeren Frequenzbereich bestimmt werden. Dabei wird für ein Bauteil oder einen zu untersuchenden Bereich das Reflexionsvermögen beziehungsweise die Reflexionsverteilung nicht eigens in dem vorgegebenen Frequenzbereich erfasst, sondern die Werte für den gewünschten Frequenzbereich können aus einer größeren Datenmenge, die auch weitere Frequenzbereiche enthalten kann, extrahiert. So muss keine zusätzliche Erfassung der Reflexionsvermögens im Bereich von 60 Gigahertz bis 80 Gigahertz erfolgen, sondern die Erfassung von Messwerten kann gleichzeitig für eine Vielzahl von Frequenzen beziehungsweise Frequenzbereichen erfolgen und dann jeweils individuell für den interessierenden Frequenzbereich analysiert werden. Die Extraktion der relevanten Messwerte kann beispielsweise softwareseitig erfolgen.
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Erfindungsgemäß soll auch ein Computerprogrammprodukt offenbart sein. Das Computerprogrammprodukt soll Anweisungen umfassen, die bei Ausführung durch eine Recheneinheit die Recheneinheit zur Ausführung der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem Datenträger oder einer Recheneinheit im Umfeld der Fertigung der faserverstärkten Bauteile bereitgestellt werden und ermöglicht so eine automatisierte Qualitätskontrolle der gefertigten Bauteile. Weist das Computerprogrammprodukt zudem Anweisungen auf, die ein Aussondern eines Bauteils beim Vorhandensein von Fehlern bewirken, kann auch das Aussondern automatisiert erfolgen. Alternativ oder zusätzlich können Anweisungen vorgesehen sein, die bei Vorhandensein von Fehlern eine Übermittlung einer akustischen und/oder visuellen Information an eine überwachende Person veranlassen, so dass diese das fragliche Bauteil aussondern und gegebenenfalls einer detaillierten und/oder weiteren Prüfung zuführen kann.
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Eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Fasergehaltes, einer Faserverteilung und/oder einer Faserorientierung in einem faserverstärkten Bauteil ist gebildet mit
- - einer Schnittstelle zum Einlesen von ortsaufgelösten Messwerten eines Reflexionsvermögens zumindest eines Bereiches eines Bauteils für einen Frequenzbereich von 60 GHz bis 80 GHz, wobei die Messwerte aus mindestens einer Richtung in Bezug auf das Bauteil erfasst wurden, und
- - einer Recheneinheit zum Ermitteln mindestens einer Abbildung zur Darstellung der Reflexionsverteilung aus den jeweiligen Messwerten und zum Bestimmen des Fasergehaltes, der Faserverteilung und/oder der Faserorientierung in dem mindestens einen Bereich des Bauteils mittels Bildanalyse der mindestens einen Abbildung und/oder einem Vergleich mit der Reflexionsverteilung eines Referenzbauteils.
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Die Vorrichtung arbeitet dabei vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder unter Verwendung des erfindungsgemäßen Computerprogrammproduktes.
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Über die Schnittstelle werden die ortsaufgelösten Messwerte zum Reflexionsvermögen zumindest eines Bereiches eines Bauteils aus einer Messvorrichtung an die Vorrichtung übermittelt, so dass die Recheneinheit darauf zugreifen und die Messwerte verarbeiten und auswerten kann. Das Ergebnis der Auswertung kann visuell auf einer Anzeigevorrichtung wie einem Monitor der Recheneinheit oder einem Monitor nahe der Fertigungsanlage angezeigt werden. Die Auswertung kann aber auch direkt zu einer automatisierten Aussonderung eines Bauteils führen, ohne dass in einem Zwischenschritt eine Anzeige erfolgt. Eine Kombination der beiden Varianten ist ebenfalls denkbar.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, dem Computerprogrammprodukt und der Vorrichtung wird es möglich, schnell und einfach den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung und einem faserverstärkten Bauteil zu bestimmen. Die vorgeschlagenen Lösungen lassen sich in eine Fertigung integrieren, so dass eine automatisierte Qualitätskontrolle und ein automatisiertes Aussondern fehlerhafter Bauteile möglich wird.
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Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar. Merkmale des Verfahrens gelten bei verständiger Auslegung in gleicher Weise für die Vorrichtung und/oder das Computerprogrammprodukt und umgekehrt.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Ablaufschema zu dem erfindungsgemäßen Verfahren,
- 2 eine Prinzipskizze für einen Messaufbau für das erfindungsgemäße Verfahren, und
- 3 eine während des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte Abbildung nebst Auswertung.
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1 zeigt ein Ablaufschema für das erfindungsgemäße Verfahren. Optionale Schritte sind gestrichelt dargestellt.
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Zunächst werden in einem Schritt 100 ortsaufgelöste Messwerte, die das Reflexionsvermögen eines Bauteils 20 oder eines Bereiches eine Bauteils 20 anzeigen, über eine geeignete Schnittstelle eingelesen. Diese wurden zuvor mit einer Messvorrichtung 22, wie sie mit Bezug zu 2 erläutert werden wird, erfasst, und zwar in einem Frequenzbereich von 60 Gigahertz bis 80 Gigahertz. Die Erfassung wurde aus mindestens einer Richtung mit Bezug auf das Bauteil 20 durchgeführt, beispielsweise so, dass das Reflexionsvermögen beziehungsweise die Reflexionsverteilung über die größte Flächenausdehnung des Bauteils 20 erfasst werden kann. Für die Beurteilung der Faserorientierung und/oder der Faserverteilung in mindestens eine andere Raumrichtung wurden weitere Messwerte aus anderen Richtungen erfasst.
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Optional kann die Erfassung der Messwerte nicht gezielt in dem gewünschten Frequenzbereich erfolgen, sondern eine Extraktion der Messwerte für den gewünschten Frequenzbereich aus einem größeren Frequenzbereich erfolgen (Schritt 170).
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Aus den Messwerten wird in Schritt 110 mindestens eine , vorzugsweise mindestens eine aus jeder Erfassungsrichtung generiert, die die Reflexionsverteilung des untersuchten Bereiches des Bauteils 20 anzeigt.
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Die können als Schritt 120 einer Bildanalyse unterzogen werden, um durch die Bildanalyse den Fasergehalt, die Faserverteilung und/oder die Faserorientierung zu bestimmen. Die Bildanalyse kann beispielsweise eine Grauwertanalyse umfassen. In 3 wird dazu beispielhaft eine solche für eine Grauwertanalyse gezeigt. Die Fläche zeigt die Reflexionsverteilung des untersuchten Bereiches in Grauwerten an und ist weitgehend gleichmäßig. In etwa in der Mitte der ist jedoch eine in der 3 in etwa senkrechte, linienförmige Verdunklung 12 zu sehen, die zur besseren Kennzeichnung mit einem Rahmen 14 umrandet ist. Diese Verdunklung 12 ist eine Bindenaht, die sich bei der Fertigung gebildet hat und das Bauteil 20 schwächt. Eine gleichmäßige Grauwertverteilung zeigt hingegen eine gleichmäßige Faserverteilung im untersuchten Bereich an.
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Alternativ oder zusätzlich kann ein Vergleich der erfassten Messwerte beziehungsweise der daraus ermittelten mindestens einen mit Referenzbauteilen erfolgen. Dazu kann beispielsweise die Abstufung der Grautöne mit denen einer Abbildung eines Referenzbauteils, das eine ausreichende Qualität aufweist, verglichen werden. Dabei wird ersichtlich, ob der Fasergehalt höher oder niedriger als in dem Referenzbauteil ist. Ist den jeweiligen Grauwerten ein bekannter Fasergehalt zugeordnet, kann anhand des Vergleiches auch zahlenmäßig auf eine Fasergehalt rückgeschlossen werden.
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Wie bereits ausgeführt, kann durch eine Analyse mehrerer , die auf eine Erfassung des Bauteils 20 aus verschiedenen Richtungen zurückzuführen sind, die Faserorientierung bestimmt werden. Alternativ kann dies auch durch eine schichtweise Analyse in Dickenrichtung erfolgen.
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Sowohl in der Bildanalyse, als auch im Vergleich mit Referenzbauteilen kann optional eine Clusteranalyse (Schritt 140) erfolgen, um fehlerhafte Teilbereiche im zu untersuchenden Bereich auszumachen. Die Ergebnisse der Bildanalyse, des Vergleichs und/oder der Clusteranalyse können optional als Schritt 160 ausgegeben werden, so dass im Rahmen einer Prozessanalyse anhand der Ausgabe geprüft werden kann, ob die Fehler aus der Produktion oder der Konstruktion des Bauteils 20 resultieren und wie sie abgestellt werden können.
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Unabhängig davon, ob Schritt 160 erfolgt, wird das Ergebnis der Bildanalyse und/oder des Vergleichs mit einem Referenzbauteil ausgegeben oder führt zu einer Aussonderung des untersuchten Bauteils 20, wenn die Qualitätsanforderungen an das Bauteil 20 durch die ermittelten Fehler nicht erfüllt werden können (Schritt 150).
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Das Verfahren kann vollständig automatisiert erfolgen, beispielsweise indem das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt auf einer Recheneinheit ausgeführt wird, die die Fertigung überwacht und/oder steuert. Dadurch kann auch eine automatisierte Aussonderung fehlerhafter Bauteile 20 erfolgen. Insbesondere kann das Verfahren auf einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgeführt werden.
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Um die Bestimmung von Fasergehalt, Faserverteilung und/oder Faserorientierung noch genauer zu machen, empfiehlt sich eine Kalibrierung, die optional als Schritt 180 ausgeführt werden kann. Dazu wird für ein Bauteil, das später als ein Referenzbauteil wirkt, das Reflexionsvermögen erfasst und daraus seine Permittivität bestimmt. Die Permittivität erlaubt es, ortsaufgelöst, also lokal einen Fasergehalt anhand von Vergleichswerten mit anderen Bauteilen mit bekannten Fasergehalten und/oder eine relative Einordnung von Fasergehalten durch bereichsweise Vergleiche von Permittivitätswerten innerhalb des Bauteils 20 zu bestimmen.
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Ein beispielhafter Messaufbau 22 für das erfindungsgemäße Verfahren ist schematisch in 2 ersichtlich. Der Messaufbau 22 verfügt über ein Antennensystem 24 mit einer Vielzahl von Sendeantennen 26 und Empfangsantennen 28. Jedes der in 2 dargestellten kleinen Quadrate steht für eine solche Vielzahl von Antennen 26, 28. Beabstandet von dem Antennensystem 24 sind eine weitere Sendeantenne 32 und eine weitere Empfangsantenne 30 angeordnet. Der Messaufbau 22 weist weiters eine Steuereinrichtung 36 auf. Die Steuereinrichtung 36 ist mit dem Antennensystem 24 sowie der weiteren Sendeantenne 32 und der weiteren Empfangsantenne 30 verbunden und steuert diese individuell an.
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Ein zu vermessendes Bauteil 20 wird an einer Prüfposition 34 platziert, die sich beispielsweise in einer Fertigungsanlage befinden kann. Anhand der von den Antennen empfangenen Signale wird das Reflexionsvermögen des Bauteils 20 ortsaufgelöst ermittelt. Durch eine Rotation des Bauteils 20 kann das Reflexionsvermögen auch aus anderen Richtungen erfasst werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Abbildung der Reflexionsverteilung
- 12
- linienförmige Verdunklung/Bindenaht
- 14
- Kennzeichnung/Rahmen um die Bindenaht
- 20
- Bauteil
- 22
- Messvorrichtung/Messaufbau
- 24
- Antennensystem
- 26
- Sendeantenne
- 28
- Empfangsantenne
- 30
- weitere Empfangsantenne
- 32
- weitere Sendeantenne
- 34
- Prüfposition
- 36
- Steuereinrichtung
