DE19949501A1

DE19949501A1 - Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteilen

Info

Publication number: DE19949501A1
Application number: DE19949501A
Authority: DE
Inventors: Jens Jaworski
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 1999-10-14
Publication date: 2001-04-19

Abstract

Es geht um ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen (2) in Kunststoffteile (3) mittels einer steuerbaren Strahlenquelle (4). Das Verfahren soll gewährleisten, daß das Abreißverhalten der Airbagabdeckung aus dem Armaturenbrett bei allen Armaturenbrettern einer Serie gleichartig ist. Das Verfahren benutzt, daß ankommende elektromagnetische Strahlen (8) auf die Oberfläche (12) des Kunststoffteils (3) gerichtet werden, und daß eine von der Zusammensetzung des Kunststoffmaterials abhängige Meßgröße von der abgehenden elektromagnetischen Strahlung (28) erfaßt und zu einem Steuersignal umgewandelt wird, welches zur Steuerung der Einstrahlleistung der steuerbaren Strahlungsquelle (4) dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteile mittels einer steuerbaren Strahlungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Das Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteile ist im Bereich des Automobilbaus unter anderem bei der Fertigung und Strukturierung der Armaturenbretter von allergrößtem Interesse. Speziell der Einbau von sogenannten unsichtbaren Airbags in Armaturenbrettern erfordert eine genau definierte Struktur der Airbagabdeckung im Bereich des Armaturenbrettes, um in der Serienfertigung ein einheitliches Funktionsverhalten der Airbags zu gewährleisten.

Das Auslösen eines Airbags erfolgt bei unfallbedingt starken Bremsbeschleunigungen eines Fahrzeugs. Diese Bremsbeschleunigungen werden gemessen und elektronisch ausgewertet. Bei der Überschreitung bestimmter Grenzwerte erfolgt die Aktivierung des Airbagsystems durch die Zündung eines Explosivstoffes. Der Airbag befindet sich zu diesem Zeitpunkt noch zusammengefaltet in dem Armaturenbrett. Dazu ist in das Armaturenbrett eine vertiefte Aussparung eingearbeitet. Diese Aussparung ist von einer Airbagabdeckung verschlossen. Der Explosivstoff befindet sich noch in dem Airbag. Die Explosion bewirkt eine Gaswolke aus Verbrennungsgasen. Durch diese sich ausdehnende Gaswolke baut sich ein Druck innerhalb des Airbags auf. Der Druck der Gaswolke bläht den Airbag auf. Durch dieses Aufblähen wird der Airbag in Form eines Luftkissen aus dem Armaturenbrett heraus in den Fahrgastinnenraum entfaltet. Beim Aufblähen in den Fahrgastinnenraum wird die Airbagabdeckung des Armaturenbrettes aufgerissen. Im aufgeblähten Zustand dient das Luftkissen dann der Dämpfung. Der, durch die Bremsverzögerung des Fahrzeugs relativ nach vorne beschleunigte, Fahrgast fällt mit dem Oberkörper in den aufgeblähten Airbag. Dadurch wird der Aufprall des Fahrgastes auf das Armaturenbrett verhindert.

Der Druckaufbau geschieht mit einer durch die Art und Menge des benutzten Explosivstoffes festgelegten Zeit und Stärke. Dieser Vorgang muß innerhalb einer bestimmten Zeit abgeschlossen sein. Die Menge und Art des Explosivstoffes innerhalb des Airbags ist für den jeweiligen Airbagtyp normiert.

Um die Kosten zu senken, ist die Autoindustrie zu Fertigungsmethoden übergegangen, die das Auslagern der Zubehörherstellung beinhalten. Wegen der unterschiedlichen Rohstoff-, Werkzeug- und Komponentenzulieferer kommt es bei der Herstellung des Zubehörs zu einer Streuung in den Maßen der angefertigten Bauteile.

Von dieser Maßstreuung sind auch Armaturenbretter bzw. deren Ausgangsprodukte betroffen.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteile zu entwickeln, welches gewährleistet, daß das Aufreißverhalten der Airbagabdeckung aus dem Armaturenbrett bei allen Armaturenbrettern einer Serie gleichartig ist.

Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1.

Die Erfindung hat erkannt, daß es für das gleichartige Aufreißverhalten aller Airbagabdeckungen in dem jeweiligen Armaturenbrettyp nötig ist, daß die Airbagabdeckung im Armaturenbrett den baulichen und mechanischen Erfordernissen der Airbagausbreitung angepaßt werden muß. Die Erfindung meint damit, daß das Aufreißen beziehungsweise Aufsprengen der Airbagabdeckung einheitlich für einen bestimmten Armaturenbrettyp vorhersagbar werden muß. Durch die Erfindung wird das Aufreißverhalten der Airbagabdeckungen quasi normiert.

Die Erfindung hat das Problem gelöst, die gleichartige Ausbreitung des Airbags im Fahrgastinnenraum für alle Fahrzeuge mit einem bestimmten Armaturenbrettyp sicherzustellen. Denn nur bei einem gleichartigen Aufreißverhalten ist ein optimaler und gleichartiger Schutz für alle Fahrzeuge gewährleistet. Das erfindungsgemäße Vorgeben der Aufreißeigenschaft der Airbagabdeckung geschieht durch eine gesteuerte Manipulation der Materialstruktur. Bei dieser gesteuerten Manipulation wird das Material hinsichtlich seiner Reißfestigkeit und -richtung gezielt geschwächt. Diese Materialschwächung wird erreicht, in dem in das Material der Airbagabdeckung Vertiefungen eingebracht werden. Die Vertiefungen werden auf der Seite in die Airbagabdeckung eingebracht, die dem Airbag zugewandt sein soll. Dieses Einbringen kann mechanisch, thermomechanisch, thermo-optisch oder chemisch erfolgen.

Die Erfindung hat erkannt, daß eine thermo-optische Bearbeitung in Kombination mit einer Steuerung und zusätzlich einer Auswertungseinheit eine kostengünstige und wegen der raschen Bearbeitung der Airbagabdeckung auch effiziente Methode darstellt. Besonders mit der Kombination von Lasern zur Bearbeitung und Materialbestimmung sowie auf die Laser abgestimmten Sensoren zur Überwachung und mit einer darauf abgestimmten Rechenanlage mit festen Reaktionszeiten (vorzugsweise im Millisekundenbereich oder kürzer) offenbart die Erfindung ein schnelles und flexibles Bearbeitungsverfahren.

Aus der Erfindung ergibt sich der Vorteil eines überschaubar einheitlichen Aufreißverhaltens der Airbagabdeckungen, auch wenn die Materialzusammensetzung und -stärke von Armaturenbrett zu Armaturenbrett verschieden ist. Dies erfolgt durch die Kontrolle und Steuerung der erreichten Tiefe während der Laserbearbeitung. Dazu wird der Vergleichswert für diese Kontrolle wenigstens für jedes Armaturenbrett separat vorgegeben. Sinngemäß gilt dies auch für jede zu lasernde Vertiefung in jedem Armaturenbrett.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteile mittels einer steuerbaren Strahlungsquelle, bei dem das Kunststoffmaterial der Airbagabdeckung des Armaturenbrettes mit einer der Zusammensetzung und Dicke des Kunststoffmaterials gemäßen Einstrahlleistung der Strahlenquelle bearbeitet wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die steuerbare Strahlenquelle, die die Vertiefungen einbringt, ein Laser. In einer weiteren Ausgestaltung wird dieser Laser mit einer Kontrolleinheit, die das durch das Material hindurchtretende Licht mißt, kontrolliert und bei Erreichen eines vorgegebenen Intensitätswertes abgeschaltet. Das Erreichen des Intensitätswertes wird als erreichte Tiefe interpretiert. Die Umfangsform der eingebrachten Vertiefung bestimmt sich dabei aus der Austrittsform an der Laserquelle für den Laserstrahl. Durch die Formgebung der Austrittsöffnung für den Laserstrahl kann die Umfangsform der einzubringenden Vertiefung auf die Aufreißeigenschaft und das Materialverhalten abgestimmt werden.

Die Erfindung löst auch das Problem der Maßschwankungen. Diese Maßschwankungen ergeben sich z. B. durch die Fertigung eines Armaturenbrettyps auf verschiedenen Werkzeugmaschinen. Diese Werkzeugmaschinen können selbst bei nur einem Lieferanten von verschiedenen Werkzeugmaschinenherstellern sein. Dieser Effekt verstärkt sich verständlicherweise, wenn die Zubehörteile von mehreren Lieferanten zugeliefert werden. Der Effekt kann jetzt, durch Materialbestimmung und dem Wissen um die Absorptionsfähigkeit des Materials, herausgerechnet werden. Denn die Erfindung hat erkannt, daß sich zwar das Kunststoffmaterial bei der Bearbeitung von Armaturenbrett zu Armaturenbrett unterscheiden kann, diese Unterscheidungen durch geschickte Materialuntersuchungen aber mit vertretbarem Aufwand hinreichend schnell ermittelt werden können. Nach der Bestimmung der Materialzusammensetzung kann dann aufgrund des Absorptionsverhalten wiederum auf die Materialstärke zurückgeschlossen werden. Die Erfindung hat erkannt, daß dieser Rückschluß eine Anpassung des Lasers ermöglicht. Diese Anpassung erfolgt durch die Einstellung der Einbrennzeit oder der Lichtleistung oder einer Kombination aus beidem. Durch diese Einstellung wird die Einbrenntiefe auf die Materialstärke und die Reißeigenschaften eingestellt.

Als gut einsetzbar erweist sich die Lasertechnik, da sie zu einer nur kurzzeitigen, heftigen und lokal eng begrenzten Erhitzung des Materials führt. Die eingebrachte Wärmeenergie wird fast komplett bei der Verdampfung des Materials umgesetzt. Dadurch diffundiert nur wenig Wärme in das Umgebungsmaterial. Dadurch werden im Kunststoffmaterial sowohl thermochemische als auch thermisch-molekulare Veränderungen verringert. Die Erfindung verbessert auf diese Weise die Strukturstabilität im nicht gelaserten Gebiet. Die Erfindung löst durch die Anwendung des Lasers das Problem das bei der einfachen Bearbeitung einer Airbagabdeckung durch Hitze entsteht. Der Einsatz von Hitze garantiert nicht unbedingt die Materialentfernung, die zur Schwächung nötig ist. Wird das Material durch das Einbringen der Hitze heiß und dadurch plastisch, kann dies eher zu Materialverschiebungen und -verformungen führen, da beim Einbringen der Hitze ein Teil des Materials eventuell seitwärts und in die Höhe ausweicht. Dies hat den Nachteil, daß unkontrollierte Versteifungen und Verstärkungen in das Material eingeprägt/geschmolzen werden. Die Erfindung hat erkannt, das diese Materialverschiebung bei der erfindungsgemäßen Anwendung wegen der engen Begrenzung des Laserstrahls in Raum und Zeit so gut wie unmöglich ist. Zudem hat die Erfindung erkannt, daß ein pulsierender Laserstrahl sowohl leichter kontrollierbar ist, als auch den Vorteil hat daß die Wärmediffusion in benachbarte Gebiete weiter verringert wird. Die Erfindung verhindert somit, daß sich das Aufreißverhalten durch einfache Hitzebeaufschlagung der Airbagabdeckung bis zur Unkontrollierbarkeit verändert. Zudem werden durch die Erfindung die durch die diffundierende Wärme bewirkten thermischen Veränderungen in der Molekularstruktur der Polymere, wie Aufwickeln, Verdrehen, Faltungen etc. so stark vermindert, daß sie so gut wie keinen mechanischen Einfluß haben.

Die Erfindung hat erkannt, daß die optischen Eigenschaften des Kunststoffmaterials variieren können. Diese Variation tritt z. B. durch eine Schwankung in der Zusammensetzung und der Verteilung der über den Masterbatch in den Kunststoff eingebrachten Farbpigmente, sowie der räumlichen Ausrichtung der Polymere auf. Die Erfindung hat weiter erkannt, daß diese Schwankungen in der Zusammensetzung, die dann jeweils spezielle Lichtabsorptionseigenschaften für jedes einzelne Armaturenbrett bewirken, zur Materialbestimmung genutzt werden können.

Die Erfindung löst das Problem, daß durch die Schwankungen der optischen Eigenschaften der Betrieb einer Laseranlage zur normierten Strukturschwächung mittels eingebrachter Vertiefungen schwierig wird. Die Erfindung benutzt die Schwankungen zur Problemlösung. Die Erfindung löst das Problem, daß bei fester Laserleistung unterschiedliche Absorptioneigenschaften zu unterschiedlichen Vertiefungen führen. Die Absorptionseigenschaften müssen dabei nicht mit den mechanischen Eigenschaften zusammenhängen. Die Erfindung kontrolliert bei der Einbringung der Vertiefungen die jeweils aktuell erreichte Tiefe. Sie benutzt dafür das eingesetzte Laserlicht. Dieses ist hochkonzentriertes Licht. Die Erfindung nutzt dabei aus, daß das Kunststoffmaterial der Airbagabdeckung bei der Materialdicke, wie es bei der Produktion von Armaturenbrettern Verwendung findet, für das eingesetzte Laserlicht geringfügig durchlässig ist. Diese Durchlässigkeit ist auch gegeben, wenn die Airbagabdeckung tiefschwarz eingefärbt ist. Die Erfindung hat erkannt, daß diese Durchlässigkeit für das Laserlicht meßtechnisch auswertbar ist. Die Erfindung wertet unter anderem die gemessene Menge des transmittierten Laserlichtes aus und nutzt diese Information dann zur Tiefenkontrolle. Die Erfindung hat erkannt, daß durch die Intensitätsmessungen des Durchlichtes somit bestimmbar ist, wie weit sich der Laser in das Material eingestrahlt hat. Die erfindungsgemäße Laserbearbeitung des Materials zur Strukturschwächung und die damit erzielte Steuerung der Aufreißeigenschaften der Airbagabdeckung erfolgt mit einer Lasersteuerung auf der Basis der Kontrolleinheit, die das durch das Material hindurchtretende Licht mißt. Dabei wird der Laserstrahl auf die Materialseite gerichtet, die dem Airbag zugewandt ist. Auf der gegenüberliegenden Materialseite befindet sich in Strahlrichtung ein Sensor zur Messung der Intensität des durchscheinenden Lichtes. Der Laserstrahl beginnt mit dem Einbringen der Vertiefung in die Airbagabdeckung. Gleichzeitig beginnt der Sensor die Stärke des durch das Material bzw. Restmaterial transmittierenden Laserstrahls zu messen. Dieser Meßwert wird erfindungsgemäß mit einem vorgegebenen Vergleichswert verglichen. Dieser Vergleichswert wurde mit der erfindungsgemäß durchgeführten Materialuntersuchung ermittelt. Nach der Ermittlung wird er dann an eine Vergleichseinheitschaltung vorgegeben. Der zum Erfindungsverfahren gehörige Vergleichsvorgang kann in einer in dem Sensor integrierten oder in einer separaten Vergleichsschaltung oder mittels einer angeschlossenen Datenverarbeitungsanlage erfolgen. Die von dem Meßverfahren übertragenen Daten werden entsprechend der Einbrenndauer des Laser von der Auswerteinheit in Echtzeit ausgewertet. Echtzeit bedeutet, daß Datenannahme, Datenverarbeitung und Datenausgabe beziehungsweise Reaktionssteuerung innerhalb bestimmter vorbestimmter Zeitintervalle im Millisekunden- oder Microsekundenbereich erfolgen, die garantiert eingehalten werden. Bei Erreichen des vorgegebenen Vergleichswertes wird der Laser abgeschaltet. Das Erreichen des Vergleichswertes wird dabei als das Erreichen einer bestimmten Tiefe beim Einbringen der Vertiefung durch den Laserstrahls in die Airbagabdeckung interpretiert. Die Erfindung benutzt somit das Problem der Lichtabschwächung bei dem Lichtdurchtritt durch das Material als Lösungsansatz für die Tiefenkontrolle. Das Problem bei einer Lasersteuerung mit einer festen, nicht auf die spezifische Materialzusammensetzung abgestimmten, vorgegebenen Einstrahlleistung oder einer festgelegten Zeit bei einer festen Laserleistung pro Zeit, wird von der Erfindung umgangen.

Bei der Laserbearbeitung der Airbagabdeckung mit festgelegter Laserleistung pro Zeit für eine bestimmte festgelegte nicht auf die spezifische Materialzusammensetzung abgestimmte Zeiteinheit mit einem Laserstrahl ist die Tiefe der eingebrachten Vertiefung nicht vorsagbar.

Erfindungsgemäß findet eine Steuerung der Einbringtiefe statt. Die jeweils erreichte Tiefe kann während des Laserprozesses jederzeit erfaßt werden. Eine Resultatsprüfung erfolgt somit nicht erst nach Abschluß der Laserbearbeitung beziehungsweise bei einer Unterbrechung, sondern kann über den gesamten Zeitraum des Vertiefungsprozesses erfolgen, falls nötig für jede einzelne Vertiefung und das auf Bruchteile von Millimetern genau.

Die Anwendung der Erfindung bietet auch eine Lösung für die Kunststoffe, die ungeachtet unterschiedlicher Polymerzusammensetzung, trotz unterschiedlicher Absorptionseigenschaften gleiche mechanische Eigenschaften haben. Denn bei fester Einstrahlleistung durch den Laser in den Kunststoff würde eine Varianz der Aufreißeigenschaften durch die Bearbeitung erzeugt. Diese Varianz in der Aufreißeigenschaft resultiert aus dem unterschiedlichen Materialabtrag, der sich aus dem unterschiedlichen Absorptionsverhalten ergibt. Bei schlechter Absorption würde somit nur ein geringer Materialabtrag stattfinden und umgekehrt. Gleiches ergäbe sich bei einem fest vorgegebenen Vergleichswert zur Tiefensteuerung bei der Kontrolleinheit, die das durch das Material hindurchtretende Licht mißt.

Bei einigen Kunststoffen tritt durch ansteigende Anteile des Masterbatches wachsende Absorptionsfähigkeit auf, die mit abnehmender mechanischer Belastbarkeit einhergeht. Die erfindungsgemäße Bearbeitung dieser Kunststoffe vermeidet bei sonst fest vorgegebener Einstrahlleistung entweder zu stark geschwächte oder zu schlecht aufreißende Airbagabdeckungen.

Die Änderung in der Zusammensetzung begründet eine Schwankung der Längen und der Verknüpfungen der Polymere. Die Schwankungen der Längen und der Verknüpfungen begründen eine Schwankung im Aufreißverhalten. Die Längenschwankungen der Polymere verursachen nämlich verschiedene geringfügig andere Verknüpfungsarten der Polymere untereinander, die aber Auswirkungen auf das mechanische Verhalten haben können. Für hohe Reißfestigkeit ist ein hoher Anteil an langkettigen Polymeren nötig. Die langkettigen Polymere liegen je nach Fertigungsprozeß ziemlich parallel vor. Diese parallele Ausrichtung gibt dann u. a. die bevorzugte Reißrichtung vor, die aber nicht immer mit der erwünschten identisch ist. Daher ist für ein gleichmäßiges Aufreißverhalten der Airbagabdeckung eine bevorzugte Reißrichtung anzustreben. Die Erfindung löst daher auch das Problem, daß diese fertigungsseitig eingebrachte bevorzugte Reißrichtung beim Aufreißen der Airbagabdeckung die Ausbreitung des Airbags in den Fahrgastinnenraum beeinflussen könnte. Um eine ausreichende und gleichmäßige bzw. auf die Airbagausbreitung abgestimmte Reißfestigkeit in alle Richtungen zu gewährleisten, müssen die Polymere entsprechend quer verknüpft sein. Für diese Querverknüpfungen sind allerdings wieder spezielle Polymere und Polymerlängen nötig deren Zusammensetzung ebenfalls geringfügigen aber auswirkungsvollen Schwankungen unterworfen ist. Der erfindungsgemäße Einsatz der Laseranlage behebt auch diese Schwierigkeiten, da die in das Material eingebrachten Farbzusatzstoffe neben den optischen Eigenschaften auch die Struktur der Polymerverbindungen verändern.

Die Erfindung hat erkannt, daß zur Sicherstellung einer für alle Armaturenbretter einer Serie gleichartigen Aufreißeigenschaft der Airbagabdeckung eine Einzelanalyse des jeweils zu bearbeitenden Armaturenbrettes vorteilhaft ist. Zur Analyse werden elektromagnetische Strahlen auf die rückseitige, dem Airbag zugewandte Oberfläche der Airbagabdeckung gelenkt. Die elektromagnetischen Strahlen sind mit ihrem Einstrahlwinkel, ihrer Intensität, ihrer Polarisation und ihrem Spektrum bekannt. Die Analyse der Zusammensetzung des Kunststoffteils geschieht durch die Messung der elektromagnetischen Strahlung, die von der Oberfläche des zu untersuchenden Teils abgeht.

Ein mögliches Meßverfahren, um die von der Oberfläche des untersuchten Kunststoffteils abgehende elektromagnetische Strahlung zu messen, nutzt den reflektierten Teil. An dem reflektierten Teil der Strahlung lassen sich das Absorptionsspektrum, die Polarisationsänderung bzw. der Brewsterwinkel, gegebenenfalls auch der Reflexionskoeffizient feststellen. Die ermittelten Meßwerte werden mit denen aus Laboruntersuchungen bekannten Vergleichswerten verglichen. Durch den Vergleich bzw. die Interpolation der Werte miteinander lassen sich dann die für das jeweilige Material nötigen Steuerdaten zum Einbringen der Vertiefungen bestimmen. Die in den Laboruntersuchungen ermittelten Vergleichswerte können dabei als Daten zur programmgestützten Weiterverarbeitung in einer Rechenanlage abgelegt sein. Eine andere Möglichkeit ist die Umsetzung der Vergleichswerte aus dem Labor in Spannungs/Stromstärkewerte. Dies hat den Vorteil, das diese unmittelbar in einer elektrischen Vergleichsschaltung verwendet werden können.

Bei einem anderen möglichen Meßverfahren wird für das transmittierte Licht auf der Kunststoffmaterialseite eine Meßvorrichtung angebracht. Dabei liegt die Meßvorrichtung auf der Seite, die der Eintrittsseite der elektromagnetischen Strahlen gegenüberliegt. An dieser Meßvorrichtung lassen sich zum Beispiel folgende Meßwerte aufnehmen: wie Absorptionsspektrum, Brechungsindex, Polarisation sowie Intensitätsabfall; beim Intensitätsabfall kann eine Frequenzabhängigkeit des Intensitätsabfalles untersucht werden. Aus einzelnen oder Kombinationen von Meßwerten läßt sich dann über einen Vergleich mit im Labor ermittelten und in einer Datenverarbeitungsanlage gespeicherten Vergleichswerten die Materialzusammensetzung bestimmen. Die Auswertung der Materialzusammensetzung bestimmt dann die Materialeigenschaften und den Zusammenhang aus Absorptionsfähigkeit und den mechanischen Eigenschaften wie Reißfestigkeit und bevorzugte Reißrichtung. Daraus wiederum werden die nötigen Steuerdaten zum Einbringen der Vertiefungen für das jeweilige Armaturenbrett bestimmt. Die Auswertung kann auch direkt über eine Hardwareumsetzung der Laborwerte in Spannungs- und/oder Stromstärkevergleichsschaltungen erfolgen, wie oben beschrieben.

In einer Ausgestaltung der Erfindung wird von zwei unterschiedlichen Strahlenquellen ausgegangen. Eine Quelle für elektromagnetische Strahlung ist mit einem Meßsensor gekoppelt. Diese dient der Untersuchung der Materialzusammensetzung. Hierzu wird eine z. B. laserbasierte Analysevorrichtung benutzt. Die Analyse erfolgt durch eine auf der Airbagseite positionierte Laseranlage und einem auf der anderen Materialseite in Durchstrahlrichtung gehaltenen Meßsensor. Der Meßsensor nimmt die Intensitätswerte des transmittierten Laserlichtes auf. Die Laseranlage muß nicht aus einer einzelnen Laserlichtquelle bestehen. Es ist möglich, mehrere unterschiedliche Farblaser zu koppeln. Dies hat den Vorteil in einem zeitgleichen Arbeitsgang frequenzabhängige Meßwerte des transmittierten Lichts zu erhalten.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, als Analyselaser einen frequenzverschiebbaren/steuerbaren Laser zu benutzen. Während der Dauer zur Einbringung der Vertiefungen in das Kunststoffmaterial ist Zeit genug, mit einem solchen Laser den Meßvorgang für verschiedene Frequenzen hintereinander weg durchzuführen und die Meßwerte an die Datenverarbeitungsanlage/Vergleichsschaltung weiterzuleiten.

Mit der anderen Strahlenquelle, hier einem Laser, werden die Vertiefungen in das Material eingebracht. Sie ist mit einem Sensor gekoppelt. Der Sensor sitzt in Durchstrahlrichtung auf der anderen Materialseite. Er dient zur Messung der Intensität des durchscheinenden Lichtes. Der Sensor mißt das durch die Reststärke des Materials hindurchtretende Licht. Der gemessene Wert wird an eine Vergleichsschaltung/Datenverarbeitungsanlage weitergeleitet. Sobald der gemessene Wert für das transmittierte Licht einen bestimmten Vergleichswert erreicht, wird der Laser ausgeschaltet. Der Vergleichvorgang der Werte kann im Sensor bzw. einer Auswertungsschaltung oder einer angeschlossenen Rechenanlage erfolgen. Das Ergebnis des Vergleichsvorgangs liefert dann auswertungsgemäß ein Signal an den Laser.

Es ist allerdings auch denkbar, daß zur Vertiefung eine Strahlenquelle eingesetzt wird, die auch die Analyse der Materialzusammensetzung durchführt. Dies bietet sich vor allen Dingen dann an, wenn ein Laser zur Einbringung der Vertiefung benutzt wird. Der Laser liefert eine mit der Intensität, Polarisation, der Frequenz und dem Einfallwinkel bekannte elektromagnetische Strahlung. Diese Strahlung kann auf der Rückseite des Materials bezüglich ihres Intensitätsabfalls, ihrer Drehung der Polarisationsebene sowie der Brechung beim Durchstrahlen des Materials erfaßt werden. Ist der Laser in seiner Einstrahlrichtung frei positionierbar und der Sensor in Strahlrichtung entsprechend nachführbar, so läßt sich zusätzlich der Brewsterwinkel feststellen. Die Meßwerte werden im günstigsten Fall pro Armaturenbrett nur einmal benötigt, unter der Voraussetzung daß eine homogene Materialzusammensetzung für ein gewisses Flächengebiet vorliegt. Damit stehen ausreichende drei bis vier Meßwerte zur Verfügung, um das Material in seiner Zusammensetzung zu erkennen. Als weiterer Kontrollwert bietet sich an, bei der Einbringung der Vertiefung, die Einbringtiefe pro Zeiteinheit auszuwerten. Es wird dabei eine konstante und bekannte Einstrahlenergie vorausgesetzt. Diese Meßwerte werden kontinuierlich von dem in Strahlrichtung auf der gegenüberliegenden Materialseite positionierten Sensor an eine Datenverarbeitungsanlage übermittelt. Dort wird in Echtzeit mittels auf Fuzzy-Logik beruhender Algorithmen die Zusammensetzung des Materials der Airbagabdeckung ermittelt. Aus der Zusammensetzung ergeben sich dann die Steuerdaten für das Einbringen der Vertiefung. Diese werden dann den ermittelten Werten für die Zusammensetzung angepaßt und zur Steuerung des Lasers weitergeleitet. Das weitere funktioniert dann analog zur obigen Beschreibung. Wie schon oben beschrieben, können die Meßwerte, spannungs- beziehungsweise stromstärkemäßig in Vergleichsschaltungen abgelegt sein und ausgewertet werden.

Bei den einzelnen Armaturenbrettern ist eine gewisse Schwankung der Materialdicke zu erwarten. Die Meßwerte von Intensitätsabfall, Polarisationsänderung und Brechungsindex haben dann eine entsprechende Schwankungsbreite. Daher sind sämtliche Vergleichswerte nicht als Absolutwerte in der Datenverarbeitungsanlage gespeichert, sondern als ungefähre Vergleichswerte, den Vergleichswertemengen. Die Meßwerte werden, da über die Materialdicke der Airbagabdeckung keine Informationen vorliegen, auf die Vergleichswertemengen abgebildet, welche die möglichen Materialdicken berücksichtigen. Diese Abbildungen werden mittels Fuzzy- Logik-Algorithmen informationstechnisch weiterverarbeitet. Fuzzy-Logik-Algorithmen liefern über den Vergleich von abgebildeten Meßwertemengen mit den Vergleichswertemengen in etwa bis exakt die Materialzusammensetzung der Airbagabdeckung an der untersuchten Stelle. Die Vergleichswertemengen stammen aus Laborversuchen. In den Laborversuchen sind für verschiedene Materialzusammensetzungen und -dicken die materialbestimmenden Werte gemessen worden. Die ermittelten Werte sind dann in Vergleichswertemengen bzw. Vergleichsschaltungen abgelegt worden.

Die Auswertung erfolgt mittels der sogenannten Fuzzy-Logik. Diese sogenannte Fuzzy- Logik hat den Zweck, auch dann zu Entscheidungsregeln zu gelangen, die in einer Datenverarbeitungsanlage benutzbar sind, wenn die zu verarbeitenden Daten keine eindeutige Aussage und/oder Zuordnung zulassen. Beides ist hier wegen der fehlenden Information zur Materialstärke gegeben. Daher sind hier keine absoluten, scharfen "wenn. . . dann. . ." Entscheidungen zu treffen.

Vereinfacht gesagt werden zur Problemlösung umgangssprachlichen Toleranzprinzipien: "Das Teil ist sehr gut, das ist gut, geht noch, das nur unter Vorbehalt, das ist nicht mehr tolerierbar" in einen Auswertungsalgorithmus gefaßt. Mit einem derartigen Auswertungsalgorithmus werden dann aus den abgebildeten Meßwerten/Meßwertbereichen und der in etwa zugeordneten Materialzusammensetzung mit den in etwa zugehörigen mechanischen Eigenschaften die entsprechenden Steuerdaten für die steuerbare Strahlenquelle, zum Beispiel einer Laseroptik gewonnen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 Laserlochanlage mit separater Meßvorrichtung,

Fig. 2 Laserlochanlage mit integrierter Meßvorrichtung,

Fig. 3 Armaturenbrettskizze mit Airbagabdeckung,

Fig. 4 Querschnitt IV-IV gemäß Fig. 3 durch das Armaturenbrett,

Fig. 5 Laserlochanlage (Schaltbild).

Die Figuren zeigen ein Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen 2 in Kunststoffteile 3 mittels einer steuerbaren Strahlenquelle 4. Hierzu werden ankommende elektromagnetische Strahlen 8 auf die Oberfläche 12 des Kunststoffteils 3 gerichtet. Das Kunststoffteil 3 ist eine Airbagabdeckung gemäß Fig. 3. Eine solche Airbagabdeckung 3 ist Bestandteil des Armaturenbrettes 17. Oben ist der Ausbruch der sich an das Armaturenbrett anschließenden Windschutzscheibe 44 zu sehen. An der Airbagabdeckung sind die auf der Airbagseite befindlichen Vertiefungen 2 angedeutet. Die Herstellung dieser Vertiefungen ist Gegenstand dieser vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch das Armaturenbrett 17 im Bereich der Airbagabdeckung 3, welche eine mit Vertiefungen versehene Innenseite aufweist. Im Innenraum unterhalb der Airbagabdeckung 3 ist der zusammengefaltete Airbag 18 zu sehen. Unterhalb des Airbags 18 befindet sich die Sprengkapsel 19, die durch ihre Explosionsgase den Airbag 18 im Bedarfsfall aufbläst. Bei diesem Bedarfsfall reißt die Airbagabdeckung 3 durch den sich aufblähenden Airbag 18 auf. Das Aufreißen geschieht an den mit den Vertiefungen 2 versehen Abschnitten der Airbagabdeckung 3 in dem Armaturenbrett 17.

In Fig. 4a ist die Ausschnittsvergrößerung des mit "I" bezeichneten Bereichs der bearbeiteten Airbagabdeckung 3 zu sehen. Hierbei ist deutlich zu erkennen, daß das Kunststoffteil 3 mit Vertiefungen 2 versehen ist. Die Tiefe 23 der Vertiefung 2 und Restwandstärke 15 des Kunststoffs addieren sich zur Gesamtwandstärke 22. Die Restwandstärke 15 und die Einbringtiefe 23 der Vertiefung 2 sind materialabhängig. Entsprechend den mechanischen Eigenschaften des Materials und der gewünschten Aufreißeigenschaft der Airbagabdeckung 3 sind die Restwandstärke 15 und die Einbringtiefe 23 der jeweiligen Materialzusammensetzung und Materialstärke 22 der Airbagabdeckung 3 in dem Armaturenbrett 17 angepaßt. Dies geschieht im vorliegenden Fall indem eine von der Zusammensetzung des Kunststoffmaterials abhängige Meßgröße, die Bestandteil von der abgehenden elektromagnetischen Strahlung (28) ist, erfaßt und zu einem Steuersignal umgewandelt wird, welches zur Steuerung der Einstrahlleistung der steuerbaren Strahlungsquelle (4) dient.

Hierzu zeigt Fig. 1 zeigt den vergrößerten Ausschnitt des mit "I" bezeichneten Bereichs aus Fig. 4. Der mit "I" bezeichnete Bereich wird in der Bearbeitungsphase dargestellt. Es zeigt einen Teil des Armaturenbrettes 17 und darüber positioniert eine Laserlochanlage 1. Der Teilausschnitt der Airbagabdeckung 3 ist aus Kunstoff. Der Ausschnitt "I" ist als Längsquerschnitt mit, von rechts nach links, eingebrachter Vertiefung 2, in Bearbeitung befindlicher Vertiefung 24 und geplanter Vertiefung 25 dargestellt. Die Laserlochanlage 1 besteht aus einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer Quelle für elektromagnetische Strahlung 4, einer Analysevorrichtung zur Bestimmung der vom Kunststoffmaterial abhängigen Meßgröße mittels der elektromagnetischen Strahlung 28 die von der Oberfläche 12 des Kunststoffteils 3 abgeht, sowie einer Vorrichtung zur Auswertung der Meßgröße und Bestimmung von Steuerdaten für eine steuerbare Strahlenquelle 4 zum Einbringen der Vertiefung 2, sowie einer Meßvorrichtung 10 um das Einbringen der Vertiefung 2 zu kontrollieren.

Die steuerbare Strahlenquelle 4 besitzt eine Meßvorrichtung 10, hier in Form eines Intensitätssensors 10. Die Steuervorrichtung besteht aus einer Datenverarbeitungsanlage 5, dem Datenbus 11 und den Steuerleitungen 13 und 14. Die Datenverarbeitungsanlage 5 ist durch den Datenbus 11 und die Steuerleitung 14 mit der Meßeinheit, und über die Steuerleitung 13 mit der Strahlenquelle 4 verbunden. Die Steuerleitungen 13 bzw. 14 können auch serielle oder parallele Datenbusse sein. Die Meßeinheit besteht aus einer Quelle für elektromagnetische Strahlung 7 und einer Meßvorrichtung 9 zur Bestimmung der Reststrahlung 28 die von der Airbagabdeckung 3 abgeht. In der Zeichnung ist die Meßeinheit über der geplanten Vertiefung 25 positioniert.

Die Meßeinheit dient der Analyse des Kunststoffes an der geplanten Vertiefung 25. Es ist allerdings vorstellbar, daß die Meßeinheit auch nur einmal zur Ermittlung der Zusammensetzung des Kunststoffes der Airbagabdeckung 3 eingesetzt wird, weil die Homogenität in der Materialzusammensetzung soweit gegeben ist, das Schwankungen keinen Einfluß auf die mechanischen Eigenschaften haben.

Die Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung kann eine Mehrspektrumlampe mit oder ohne Polarisator, mehrere monochomatische Laser, ein Gas- oder Feststofflaser mit einstellbarer, veränderlicher Laserlichtwellenlänge, eine Quelle für weiche oder harte Röntgenstrahlung und/oder eine Quelle für Elektronenstrahlen sein. Die Quelle 7 kann auf dergleichen Seite wie die Strahlenquelle 4 angebracht sein.

In der Zeichnung ist die Meßvorrichtung 9 auf der der Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung gegenüberliegenden Seite der Airbagabdeckung 3 angebracht. Genausogut kann sich die Meßvorrichtung 9 auch auf der gleichen Seite wie die Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung befinden. In dem Fall ist die abgehende Reststrahlung 28 der reflektierte Teil. Ebenso können Meßvorrichtungen 9 auf beiden Seiten des Kunststoffteils 3 positioniert sein. Von der Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung geht ein Analysestrahl 8 aus. Dieser Analysestrahl 8 ist auf die Oberfläche 12 der Airbagabdeckung 3 gerichtet. Der Analysestrahl kann senkrecht zur Oberfläche 12 stehen oder in einem von 90° verschiedenen Winkel. Die vom Kunststoffteil 3 abgehende gemessene Reststrahlung 28 ist dann der transmittierte und reflektierte Teil des elektromagnetischen Analysestrahls 8. Diese Messung kann gleichzeitig, im Sinne eines einzigen Analysestrahls 8 erfolgen. Die Meßvorrichtungen 9 werden dann entsprechend dem Einfallswinkel, der ist gleich dem Ausfallswinkel = Reflexionswinkel, und dem ungefähr bekannten Brechungsverhalten positioniert. Der genaue Wert für den Brechungsindex ergibt sich dann aus dem Auftreifbereich des gebrochenen und transmittierten Reststrahls 28 auf einem lichtempfindlichen Chip, der in einem solchen Fall Bestandteil der Meßvorrichtung 9 ist. Dabei bezieht sich der Ausdruck Auftreifbereich darauf, daß das Brechungsverhalten wellenlängenabhängig ist. Die eingesetzte elektromagnetische Analysestrahlung 8 kann mehrfarbig sein. Dadurch ergibt die Brechung eine, wenn auch geringe, spektrale Auffächerung des gebrochenen transmittierten Reststrahls 28. Mit einem entsprechend fein strukturierten spektralempfindlichen Chip läßt sich diese Auffächerung allerdings Auflösen und Auswerten. Es kann darauf geachtet werden, daß die Wellenlängen in dem Analysestrahl 8 entsprechend einer starken Auffächerung ausgesucht werden. Die Auffächerung durch die Brechung kann zudem durch einen entsprechenden Einstrahlwinkel verstärkt werden. Der Einstrahlwinkel ist allerdings durch die Absorptionsrate des Materials begrenzt, da bei einem zu langen Durchdringungsweg nicht genug auswertbare Reststrahlung 28 transmittiert wird. Andererseits kann die Messung auch in einem zeitlichen Abstand erfolgen. Bei diesem Verfahren werden dann zwei Analysestrahlen 8 eingesetzt. Einer davon sollte allerdings in einem nicht rechtwinkligen Winkel zur Oberfläche 12 zum Kunststoffteil 3 hin emittiert werden.

Die Airbagabdeckung 3 wird durch den elektromagnetischen Analysestrahl 8, der von der Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung in Richtung der Oberfläche 12 der Airbagabdichtung 3 ausgesendet wird, be- und durchleuchtet. Die Meßvorrichtung 9 mißt die transmittierte elektromagnetische Reststrahlung 28. Die von der Meßvorrichtung 9 gewonnenen Daten werden über den Datenbus 11 zu einer Datenverarbeitungsanlage 5 geschickt. In der Datenverarbeitungsanlage 5 werden die Meßwerte mit gespeicherten Meßwerten verglichen, um so die Materialzusammensetzungen der Airbagabdichtung 3 zu bestimmen. Die Meßwerte werden, da über die Materialstärke 22 der Airbagabdeckung 3 keine Information vorliegt, auf die Vergleichswertemengen abgebildet, welche die möglichen Materialstärken 22 einschließen. Diese Meßwertemengen werden dann mittels Fuzzy-Logik informationstechnisch weiterverarbeitet. Die Fuzzy-Logik-Algorithmen liefern dann über den Vergleich der Meßwertemengen mit Vergleichswertebereichen die Materialzusammensetzung. Die Vergleichswertebereiche stammen aus Laborversuchen. In den Laborversuchen wurden für verschiedene Materialzusammensetzungen und -stärken die materialbestimmenden Vergleichswerte bestimmt. Die Vergleichswerte wurden dann in Vergleichswertemengen, den Vergleichswertebereichen abgelegt. Diese Vergleichswertemengen verknüpfen dabei einen Wert aus der Menge mit verschiedenen Materialstärken und Materialzusammensetzungen, bei denen der gleiche oder interpoliert der gleiche Wert festgestellt wurde. Aus der Materialzusammensetzung des Airbagabdeckung 3 werden dann die Steuerdaten für die Strahlenquelle 4 bestimmt.

Die Auswertung der eingehenden Informationen sollte in einer Echtzeit- Programmumgebung erfolgen. Diese Programmumgebung kann ein Betriebssystem sein, ein sogenanntes Echtzeitbetriebssystem bzw. Realtime-Operatingsystem. Es existieren allerdings auch sogenannte Embedded-Systeme, die eine solche Echtzeitmeßwerterfassung und -verarbeitung leisten, ohne das darauf vollwertige Betriebssysteme, nach umgangssprachlicher Definition, in Betrieb sind.

Dies hat den Vorteil, daß der Informationseingang sichergestellt ist. Das heißt, daß die eingehenden Informationen innerhalb einer feststehenden Zeiteinheit von der messenden Einheit in Empfang und dem Datenverarbeitungsprogramm zugeführt werden. Dies legt den Zeitraum fest, innerhalb dessen keine gleichartig neuen Informationen anfallen dürfen, um die schon gemessenen nicht zu überschreiben. Durch die Festlegung der Dateneingangszeit und dem Wissen der maximalen Datenverarbeitungszeit läßt sich der Mindeststandardzeitwert festlegen, nachdem auf die eingegangene Information eine Antwort in Form von Steuerdaten erfolgt.

Die Datenverarbeitungszeit läßt sich durch die Komplexität der Programmstruktur, der Größe des verfügbaren Speichers, sowie der Anzahl der das Programm abarbeitenden Prozessoren verringern. Dies hat den Vorteil, daß die Bearbeitungsgeschwindigkeit je nach Bedarf erhöht werden kann. Als Alternative bietet es sich an, die Leistungssteigerung, die durch die Parallelverarbeitung gewonnen werden kann, in, bei Bedarf, feinere Untersuchungen zu stecken. Dies hätte den Vorteil, daß die Aufreißeigenschaften noch besser abgestimmt werden könnten.

Der Speicher in der Datenverarbeitungsanlage, in Form von Halbleiterbausteinen mit entsprechend schneller Ansprechzeit, sollte der Menge der im Labor ermittelten Daten angemessen sein. Das hat dann den Vorteil, daß die Vergleichswertebereiche für eine zügige Datenverarbeitung möglichst komplett im Speicher beinhaltet sind. Dadurch würde das Problem zeitraubender Informationszugriffe auf externe Speichermedien wie Festplatten oder CD-Rom-Laufwerken oder Streamern wegfallen. Die im Speicher liegenden Informationen können so direkt registrierweise miteinander verglichen werden.

Die Aufgabe der Meßwerteauswertung ist zudem parallelisierbar. Parallelisierbar heißt, daß ein eingehendes Informationspaket zur Datenverarbeitung auf mehrere Prozessoren aufgeteilt wird.

Eine andere mögliche Parallelisierung ist es, jedes eingehende Informationspaket einem zur Bearbeitung freien Prozessor zuzuweisen, um dadurch die Informationsverarbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen.

Andererseits können die eingehenden Informationspakete jeweils einem der Informationsmenge angepaßten Prozessoren-Cluster übergeben werden. Der Informationsumfang steht bei der Definition und damit bei der Einrichtung der Cluster schon fest. Dies alles verkürzt die Antwortzeit, um die Steuerdaten auszugeben.

Die Strahlenquelle 4 befindet sich in Fig. 1 über der in Bearbeitung befindlichen Vertiefung 24. Die Datenverarbeitungsanlage 5 übermittelt die Steuerdaten zur Regelung des Strahls 6 über die Steuerleitung 13 an die Strahlenquelle 4. Dabei kann die Strahlenquelle 4, was die abzugebende Leistung betrifft, steuerbar sein. Die Strahlenquelle 4 stellt einen Strahl 6 elektromagnetischer Natur zur Verfügung, der in der Lage ist, eine Vertiefung 2 in die Airbagabdeckung 3 einzubringen. Dabei wird das umgebende Material nicht über das absolut notwendige Minimum in seinen mechanischen Eigenschaften verändert. Ein pulsierend eingesetzter Strahl 6 reduziert die Energiediffusion in die Umgebung weiter. Das verringert die möglichen strukturellen Veränderungen durch Energieeintrag bis nahe NULL. Die Erfindung vermeidet das Problem der durch Hitzebeaufschlagung auftretenden Schmelzeffekte, sowie weiterer Hitze bedingter molekularer Strukturveränderungen, da der Laser nur punktuell eingesetzt wird. Weiter ist vorteilhaft, daß der Laserstrahl 6 wegen seiner hohen Energiebündelung nur sehr kurz eingesetzt wird. Schon nach einem kurzen Lasereinsatz wird die gewünschte Vertiefung erhalten. Durch die Kürze diese Einsatzes ist die Anregung des umliegenden Materials minimal. In der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführung ist die Strahlenquelle 4 ein Laser. Es ist allerdings vorstellbar, daß bei geeigneter Abstimmung auch ein Maser oder ein Elektronenstrahler eingesetzt werden kann. Weiter ist es vorstellbar, daß neben der gezeigten Strahlenquelle 4 weitere Strahlenquellen zur Vertiefungseinbringung einer Meßeinheit zugeordnet sind. Dies hat den Vorteil, daß eine gewisse Parallelbearbeitung stattfinden kann. Diese Parallelbearbeitung kann durchgeführt werden, wenn über dem von den zusätzlichen Strahlenquellen abgedeckten Gebiet eine hinreichende Materialhomogenität angenommen werden kann bzw. gegeben ist.

Der Laserstrahl 6 brennt eine Vertiefung 2 in das Material der Airbagabdeckung 3. An der dem Auftreffpunkt des Laserstrahls 6 gegenüberliegenden Seite befindet sich in Strahlrichtung ein Intensitätssensor 10. Dieser mißt den durch die Restwand 15 transmittierten Laserstrahlrest 16. Der gemessene Intensitätswert des transmittierten Laserstrahls 16 wird über den Datenbus 11 an die Datenverarbeitungsanlage 5 übermittelt. Dort wird der Intensitätswert mit dem Steuersignal verglichen, das aufgrund der Materialzusammensetzung vorgegeben ist. Es läßt sich zudem die Intensitätsänderung über die Dauer des Lasereinsatzes auswerten. Dies hat den Vorteil, einen weiteren Feinabgleich bzgl. der Materialzusammensetzung und der Materialstärke 22 zu erhalten. Die Vergleichsauswertung bestimmt dann, ob die Strahlenquelle 4 abgeschaltet wird. Ob abgeschaltet wird, ergibt sich daraus, wie weit die Vertiefung 24 in die Airbagabdeckung 3 eingebracht wurde. Es geht dabei darum, ob die Restwandstärke 15 entsprechend dünn ist oder ob die Restwandstärke 15 noch so groß ist, daß der Laserstrahl 6 weiter Material abtragen muß.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung zu sehen. Sie unterscheidet sich von Fig. 1 dahingehend, daß hierbei keine separate Meßvorrichtung vorhanden ist. Die Bestimmung der Materialzusammensetzung erfolgt hier mittels Messung des transmittierten Laserstrahls 16. Die Auswertung des Meßwertes erfolgt in einer Datenverarbeitungsanlage 5 und die Übermittlung der Steuerdaten erfolgt wie in Fig. 1 beschrieben.

In Fig. 5 wird eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung gezeigt. Über der Airbagabdeckung 3 befindet sich eine Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung. Diese Quelle 7 ist in diesem Fall ein Laserscanner der verschiedenfarbiges Laserlicht durch die Airbagabdeckung 3 strahlt. In Strahlrichtung befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite der Airbagabdeckung 3 eine Meßvorrichtung 9. Diese ist hier ein Scannersensor, der für die verschiedenfarbigen Laserstrahlen empfangsempfindlich ist. Die von der Quelle 7 für elektromagnetische Strahlung ausgesandten mehrfarbigen Laserstrahlen können entweder gleichzeitig oder zeitlich versetzt abgestrahlt werden.

Dementsprechend mißt die Meßvorrichtung 9 die eingehende Strahlung 28. Die Meßdaten der Meßvorrichtung 9 werden über den Datenbus 11 an den Rechner 40 weitervermittelt, der in Kombination mit der Steuerleitstelle 41 dem Rechner in den Fig. 1+2 entspricht. Der Rechner 40 erhält die Daten, wie sie grafisch im Bild 29 dargestellt sind. In Bild 29 sind die Meßdaten in einem X-Y Koordinatensystem grafisch dargestellt. Hierbei sind auf der X-Achse die Wellenlängen und auf der Y-Achse die zugehörigen Intensitätswerte abgetragen. Damit ergibt sich in dem X-Y Koordinatensystem eine materialspezifische Darstellung der eingesetzten Wellenlängen nach deren transmittierter Intensität. Die Intensitätsverteilung des transmittierten Laserlichtes richtet sich nach der eingesetzten Wellenlänge und der materialzusammensetzungsgemäßen Absorptionsfähikeit der Airbagabdeckung 3. Von der Strahlenquelle 4, hier einem Laser, wird der Intensitätswert der eingesetzten Wellenlänge übertragen. Dieser Intensitätswert wird mit dem von der Meßvorrichtung 9 gemessenen Intensitätswert für die Wellenlänge des von der Quelle 7 ausgesandten Lichtes verglichen, wobei die Intensität der von der Quelle 7 ausgesandten Strahlung mitberücksichtigt wird. Aus diesen Daten läßt sich dann das Absorbtionsverhalten für eine Materialstärke X bestimmen. Die genaue Materialstärke X ist jedoch nicht bekannt. Daraus ergibt sich ein Wertemengenbereich von Transmissionseigenschaften zu Materialstärke beziehungsweise durchgelassener Intensität zur Materialstärke. Aus der Intensitätsverteilung zur eingesetzten Wellenlänge und dem gemessenen transmittierten Licht an der Meßvorrichtung 9 läßt sich innerhalb der Grenzen der unbekannten Materialstärke die Materialzusammensetzung bestimmen. Die Bestimmung der Materialzusammensetzung nutzt dabei aus, daß das Absorptionsmuster für jede Materialzusammensetzung individuell charakteristisch ist. Damit ist über die bekannte Einstrahlleistung des Analysestrahls, sowie der gemessenen Transmissionsintensitätsverteilung nach dem eingesetzten Spektrum ein materialzusammensetzungsmäßig spezifisches Muster gegeben. Dieses Muster kann in einer entsprechend strukturierten Datenbank mit entsprechend umfassenden Formulierungen zur ziemlich exakten Ermittlung der Zusammensetzung der Airbagabdeckung 3 benutzt werden. Diese Kenngrößenberechnung, die zur Ermittlung der Materialzusammensetzung führt, ist im Bild 29 skizziert. Es ist als zweidimensionales Koordinatensystem mit einer X-Achse und einer darüber abgetragenen Intensitätskurve ausgeführt. Die Kurve spiegelt dabei den Intensitätsabfall bei zunehmender Materialstärke X wieder. Aus dieser Kurve läßt sich dann berechnen, bei welcher Materialstärke X ein Intensitätsabfall auf 50% erreicht ist. Diese Materialstärke, die eine Abschwächung der Intensität auf 50% bewirkt, nennt man dann die Halbwertsdicke. Diese Halbwertsdicke läßt sich jetzt nun für jede der eingesetzten Wellenlängen bestimmen. Diese ergibt dann ein entsprechend der Anzahl der Wellenlängen umfassenden Zahlentupel. Da die genaue Materialstärke X allerdings nicht bekannt ist, ist ein Diagramm nach der Form in Bild 30 nicht so ohne weiteres anwendbar. Daher geht man über zu einem Diagramm nach dem h_1/2I₀I-Modell, wie es im Bild 31 dargestellt. Es wird dabei die Verlaufsform der Intensitätsverteilung der zur Analyse eingesetzten Wellenlängen auf Vergleichskurven aus Laboruntersuchungen für verschiedene Materialzusammensetzungen und -stärken abgebildet. Diese Abbilden erfolgt allerdings mit Unschärfen. Sowohl die Meßwerte, als auch die Vergleichswertemengen werden mit etwas Unschärfe beaufschlagt. Durch diese Unschärfebeaufschlagung lassen sich zudem einfache Ungenauigkeiten in der großtechnischen Anwendung leichter Handhaben. Durch die Unschärfebeaufschlagung ergeben sich für die einzelnen Wellenlängen unterschiedliche Übereinstimmungen. Diese Übereinstimmungen betreffen dabei unterschiedliche Materialzusammensetzungen. Trotzdem kristallisiert sich nach und nach durch Kreuzabgleichverfahren, s. auch Bild 32, eine gemeinsame Übereinstimmung für eine bestimmte Materialzusammensetzung heraus. Ist diese Materialzusammensetzung nicht exakt durch Labormessungen vorgegeben, so läßt sie sich aus den schon im Labor ermittelten durch Kreuzverweise und bekannten chemischen Gesetze durch Fuzzy- Logic-Algorithmen interpolieren. Diese Interpolation bzw. die evt. genau ermittelte Zusammensetzung ist dann Grundlage, die Materialstärke 22 zu bestimmen.

Dazu wird das aus der Materialzusammensetzung bekannte Absorptionsverhalten benutzt. Da die Einstrahlleistung bekannt ist, und ebenso die Intensität des transmittierten Lichtes, läßt sich über eine einfach Euler'sche Funktion die Materialstärke berechnen. Aus der Materialstärke 22 und den mit der Materialzusammensetzung bestimmten mechanischen Eigenschaften der Airbagabdeckung 3 bestimmen sich dann die Steuerdaten für die Laseransteuerung.

Die Ermittlung dieser Ergebnisse erfolgt in einem sogenannten Fuzzy-Regelkreis, wie er in Bild 32 skizziert ist. Dieser Fuzzy-Regelkreis besteht aus Algorithmen, die darauf angepaßt und von ihrer Konzeption darauf ausgelegt sind verbal formuliertes Wissen zur Beschreibung eines Systemverhaltens heranzuziehen und auszuwerten. Im technischen Sprachgebrauch bedeutet der Begriff "Fuzzy" meistens "unscharf". Um mit der unscharfen Logik umgehen zu können, werden Probleme beziehungsweise deren Werterepräsentanten in unscharfen Mengen, den Fuzzy-Sets, dargestellt. Die Verknüpfung der einzelnen Fuzzy-Sets erfolgt anschließend mit der Auswertung von wissensbasierten wenn-dann Regeln. Die Kombination einer so erstellten Regelbasis mit der mathematischen Formulierung von unscharfen Mengen ermöglicht es, menschliche Entscheidungselemente mit unscharfen Sprachelementen in Verbindung mit sprachlich formuliertem Wissen maschinell quantifizierbar und somit verarbeitbar zu machen (siehe auch Altrock V. C.: Fuzzi-Logic, R. Ouldenburg Verlag, München, 1993). Die Berechnung mittels dieser Fuzzy-Logik erfolgt in einem Leitrechner 40, der mit einer Schnittstelle versehen ist, um eine Steuerleitstelle 41 anzusprechen, beziehungsweise von dieser Steuerleitstelle 41 Rückkoppelimpulse zu empfangen. Die Steuerleitstelle 41 setzt die vom Leitrechner 40 ermittelten Daten in Steuerimpulse um, die über die Steuerleitung 13 an die Strahlenquelle 4 weitergeleitet werden. Hierbei sind mehrere verschiedene Ansteuerungsmethoden für die Strahlenquelle 4 denkbar. Eine davon ist, daß die Strahlenquelle 4 sowohl Zeit- als auch Intensitätsinformationen erhält. Dies bedeutet dann, daß für einen bestimmten Zeitraum, der von der Steuerleitstelle 41 vorgegeben wird, und bei einer bestimmten Laserleistung, die ebenfalls von der Steuerleitstelle 41 vorgegeben wird, der Laserstrahl 6 auf die Airbagabdeckung 3 zur Einbringung der in Bearbeitung befindlichen Vertiefung 24 bis zu einer Einbringtiefe 23 einwirkt. Die verbleibende Restwandstärke 15 kann dabei von Instrumententafel zu Instrumententafel beziehungsweise von Vertiefung 2 zu Vertiefung 2 variieren, entsprechend der örtlichen Materialzusammensetzung.

Die zweite Ansteuerung beschränkt sich auf eine Zeitinformation, die von der Steuerleitstelle 41 an die Strahlenquelle 4 übermittelt wird. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen daß die Strahlenquelle 4 mit einer festgelegten Intensität arbeitet.

Die Strahlenquelle kann ebenso leistungsgesteuert sein.

Dadurch benötigt man nur noch einen Zeitwert um eine Vertiefung 24 in die Airbagabdeckung 3 einzubringen. Es ist somit klar, daß über die Erfassung der während der Arbeit anfallenden Meßwerte von Laserleistung, Vorschub, Transmission und Sensormeldung Kenngrößen bestimmt werden. Mit Hilfe dieser Kenngrößen erfolgt die Berechnung des aktuellen Verarbeitungszustandes auf der Basis eines h_1/2I₀I-Modells. Der Algorithmus des Fuzzy-Reglers vergleicht den aktuellen Verarbeitungszustand mit dem Sollwert, errechnet die gegebenenfalls notwendigen Korrekturen der Verarbeitungsparameter und übergibt diese über die Leitrechnerschnittschnelle an die Steuerleitstelle 41.

BEZUGSZEICHENLISTE

1

Anlage

2

Vertiefung

3

Kunststoffteil, Airbagabdeckung

4

Strahlenquelle

5

Datenverarbeitungsanlage

6

Laserstrahl

7

Quelle für elektromagnetische Strahlung

8

elektromagnetische Strahlung

9

Meßvorrichtung

10

Laserstrahlsensor

11

Datenbus

12

Oberfläche von

3

13

Steuerleitung

14

Steuerleitung

15

Restwandstärke

16

transmittierter Laserstrahl

17

Instrumententafel

18

Airbag

19

Zünder

20

Fahrgastraum

22

Materialstärke

23

Einbringtiefe

24

Vertiefung in Bearbeitung

25

geplante Vertiefung

28

Reststrahlung

29

Bild

30

Bild

31

Bild

32

Bild

40

Rechner

41

Steuerleitstelle

42

Datenübertragung

43

Datenübertragung

44

Windschutzscheibe

Claims

1. Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen (2) in Kunststoffteile (3) mittels einer steuerbaren Strahlenquelle (4), wobei elektromagnetische Strahlen (8) auf die Oberfläche (12) des Kunststoffteils (3) gerichtet werden, und wobei eine von der Zusammensetzung des Kunststoffmaterials abhängige Meßgröße, die Bestandteil von der abgehenden elektromagnetischen Strahlung (28) ist, erfaßt und zu einem Steuersignal umgewandelt wird, welches zur Steuerung der Einstrahlleistung der steuerbaren Strahlungsquelle (4) dient.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die ankommende elektromagnetische Strahlung (8) auf eine Stelle der Oberfläche (12) gerichtet wird, an der zeitlich anschließend eine zum Meßwert korrespondierende Vertiefung (2) eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der jeweilige Meßwert zwischen abgespeicherten Meßwerten interpoliert und das zugehörige Steuersignal ebenfalls interpoliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die abgespeicherten Meßwerte soff- oder hardwaremäßig in einer elektronischen Datenverarbeitungsanlage (5) abgelegt sind.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Meßgröße in einer echtzeitfähigen EDV-Anlage mittels sogenannter Fuzzy-Logik zu einem Steuersignal umgewandelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die steuerbare Strahlenquelle (4) und die Quelle der elektromagnetischen Strahlung (7) voneinander verschieden sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die steuerbare Strahlenquelle (4) und die Quelle der elektromagnetischen Strahlung (7) identisch sind und nacheinander betrieben werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Betriebsintervalle mit wachsender Eintrittstiefe (23) kürzer werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der die Vertiefung (2) herbeiführende Strahl (6) als Meßstrahl (8) fungiert.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße das Verhältnis der eingestrahlten Leistung der elektromagnetischen Strahlung (8) zur reflektierten Leistung dient.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße das Verhältnis der eingestrahlten Leistung der elektromagnetischen Strahlung (8) zur transmittierten Leistung dient.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit

1. 12.1 einer Quelle für elektromagnetische Strahlung (4)
2. 12.2 einer Analysevorrichtung zur Bestimmung der vom Kunststoffmaterial abhängigen Meßgröße mittels der elektromagnetischen Strahlung (28) die von der Oberfläche (12) des Kunststoffteils (3) abgeht
3. 12.3 einer Vorrichtung zur Auswertung der Meßgröße und Bestimmung von Steuerdaten für
4. 12.4 eine steuerbare Strahlenquelle (4) zum Einbringen der Vertiefung (2), sowie
5. 12.5 einer Meßvorrichtung (10) um das Einbringen der Vertiefung (2) zu kontrollieren.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für elektromagnetische Strahlung (7) eine Mehrspektrumlampe mit zeitgesteuerten Filtern benutzt wird und als Analysevorrichtung (9) ein intensitätsempfindlicher Photosensor.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Quelle für die elektromagnetische Strahlung (7) eine monochromatische zeitgesteuerte Lichtquelle benutzt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Auswertung der Meßgröße und Bestimmung der Steuerdaten eine Datenverarbeitungsanlage (5) ist, daß die Datenverarbeitungsanlage (5) die Datenverarbeitung in Echtzeit durchführt, und daß das Programm das die Datenverarbeitung durchführt auf der sogenannten Fuzzy-Logik basiert.