Die
Erfindung eine Vorrichtung zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines
Werkstückes,
insbesondere eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines
Bauteiles, vzw. eines Preforms, wobei das Werkstück eine Oberflächenstruktur
aufweist, wobei die Oberfläche
zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen
Strukturelementes, vzw. mehrerer faserähnlicher Strukturelemente,
insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder Faserbündel, strukturiert ist,
und wobei eine Lichtquelle zur zumindest teilweisen Anstrahlung
der Oberfläche
des Werkstückes vorgesehen
ist.The
Invention an apparatus for analyzing and / or detecting the surface of a
Workpiece
in particular a fiber fabric and / or a fiber fabric of a
Components, vzw. a preform, wherein the workpiece has a surface texture
having, wherein the surface
at least partially by the course of at least one fiber-like
Structural element, vzw. several fiber-like structural elements,
in particular by a plurality of individual fibers and / or fiber bundles, is structured,
and wherein a light source for at least partial illumination
the surface
provided the workpiece
is.
Faserverbundwerkstoffe
gewinnen aufgrund ihres geringen Gewichtes und ihrer hohen Festigkeit immer
mehr an Bedeutung. Insbesondere im Automobil- und Flugzeugbau werden
bereits viele Bauteile aus Kohlefasern in Serie gefertigt und an
verschiedenen Stellen im Automobil bzw. Flugzeug eingebaut. Die
mechanischen Eigenschaften derartiger Kohlefaserbauteile sind von
entscheidender Bedeutung. Hierbei ist auch die Lage der Faserbündel relativ
zu den in den Bauteilen auftretenden Kräften von Bedeutung bzw. entscheidend.
Beispielsweise werden Kräfte,
die in Zugrichtung der Fasern wirken, bei derartigen Bauteilen insbesondere
von den in dieser Zugrichtung liegenden Faserbündeln bzw. in dieser Zugrichtung
verlaufenden Fasern aufgenommen. In Druckrichtung werden derartige
Kräfte
auch von den zwischen den einzelnen Fasern vorgesehenen Harzverbindungen
aufgenommen. Ein wichtiger Punkt bei der Fertigung derartiger Kohlefaserbauteile
ist daher auch die Überprüfung der
Qualität
der entstandenen Kohlefasergelege (Preforms), insbesondere vor der Infiltration.
Bevor also das „Preform-Bauteil", das entsprechende
Lagen von miteinander vernähten
Fasern aufweist mit Harz oder einem geeignetem Material infiltriert
wird, muss die Qualität,
insbesondere die Position der Faserbündel überprüft werden.Composites
win because of their low weight and high strength always
more important. Especially in the automotive and aircraft industry
already many components made of carbon fibers in series and on
various places in the automobile or aircraft installed. The
mechanical properties of such carbon fiber components are of
crucial importance. Here, the position of the fiber bundles is relative
to the forces occurring in the components of importance or crucial.
For example, forces,
which act in the pulling direction of the fibers, in such components in particular
from the fiber bundles lying in this direction of pull or in this pulling direction
taken up running fibers. In the printing direction such
personnel
also from the intended between the individual fibers resin compounds
added. An important point in the production of such carbon fiber components
is therefore also the review of
quality
the resulting carbon fiber (Preforms), especially before infiltration.
So before the "preform component", the corresponding
Layers of sewn together
Fibers infiltrated with resin or a suitable material
the quality,
In particular, the position of the fiber bundles are checked.
Im
Stand der Technik geschieht dies bisher durch die Bestrahlung der
Oberfläche
eines derartigen Werkstückes
mit diffusem Licht. Hierbei werden bspw. Glasfasermatten mit diffusem
Licht bestrahlt, wobei die Lichtstrahlen in Ab hängigkeit der Position/Anordnung
der Lichtquelle und der Position/Anordnung des Werkstückes einerseits
lateral, andererseits axial auf die einzelnen Fasern auftreffen
und von hier aus dann entsprechend reflektiert werden. Betrachtet
man das Werkstück
von oben, während die
Lichtquelle bswp. schräg
von der Seite auf das Werkstück
leuchtet, so erkennt der Betrachter helle und dunkle Bereiche, wobei
insbesondere die hellen Bereiche die Bereiche darstellen, an denen
die Lichtstrahlen lateral auf die Faser auftreffen und die dunklen
Stellen eher die Bereiche darstellen, an denen die Lichtstrahlen
axial auf die Faserelemente treffen. Mit diesem Verfahren können sogenannte „gaps" im Werkstück aufgefunden
werden, also „Löcher" bzw. „Mulden", wo bspw. die Faserelemente
einer unteren Lage aufgrund des hier bestehenden „gaps" von oben visuell
als helle oder dunkle Bereiche sichtbar werden können.in the
In the prior art, this has hitherto been done by the irradiation of the
surface
such a workpiece
with diffused light. Here are, for example, glass fiber mats with diffuse
Light irradiated, the light beams in dependence on the position / arrangement
the light source and the position / arrangement of the workpiece on the one hand
lateral, on the other hand impact axially on the individual fibers
and from there then reflected accordingly. considered
one the workpiece
from above, while the
Light source bswp. aslant
from the side to the workpiece
lit, the viewer recognizes bright and dark areas, where
in particular, the bright areas represent the areas where
the light rays laterally hit the fiber and the dark ones
Rather represent the areas where the rays of light
axially hit the fiber elements. With this method, so-called "gaps" found in the workpiece
be, so "holes" or "hollows", where, for example, the fiber elements
a lower layer visually due to the existing "gaps" from above
can be seen as light or dark areas.
Beispielsweise
sind im Stand der Technik in der Automobilindustrie bereits Karosseriestrukturen bekannt,
die komplett aus Kohlefaser gefertigt werden. Zur Herstellung werden
Kohlefasern, Kohlepulver und Harz unter großem Druck zusammengepresst
und bei 1.500 Grad durch Infiltration mit Silizium zu Keramik gebacken.
Die Karosseriestruktur kann daher komplett aus einem Kohlefaser-Verbundwerkstoff
bestehen, der auch durchaus als „CFK" bezeichnet wird. Gleiches gilt für Motorhauben,
Türen oder
andere anzuordnende Karosseriebauteile. „CFK" wiegt ca. 50% weniger als Stahl und
bietet auch gegenüber
Aluminium 30% Gewichtsvorteil. Entscheidend ist, dass „CFK" auch bei einem Aufprall extrem
viel Energie absorbieren kann. Diese Aufprallenergie wird insbesondere
von den entsprechenden Trägern
absorbiert, wobei die Kohlefasern/Karbonfasern nach einem exakt
berechnetem Deformationsverhalten von vorne nach hinten zerreisen.
Zumeist erfolgt die „CFK"-Produktion bisher
in akribischer Handarbeit. In der Automobilindustrie sind derzeit aber
bereits Techniken bekannt, die denen in der Textilindustrie ähneln, so
dass eine Serienproduktion der Kohlefaserbauteile realisierbar ist.
Hierbei werden Kohlefasern für
ein Träger-Kernelement
maschinell vernäht.
Anschließend
kommt der Rohling in eine eigens entwickelte Flechtmaschine, wo
ca. 25.000 Karbonfaserelemente von 48 Rollen abgespult werden um
dann den eigentlichen Längsträger zu formen. Folglich
ist die Herstellung auch komplizierterer Bauteile aus Kohlefasern
mittlerweile sogar auch maschinell möglich.For example
are already known in the art in the automotive industry body structures,
which are made entirely of carbon fiber. To be manufactured
Carbon fibers, carbon powder and resin pressed together under great pressure
and baked at 1500 degrees by infiltration with silicon to ceramic.
The body structure can therefore be completely made of a carbon fiber composite material
which is also known as "CFK".
Doors or
other body parts to be arranged. "CFRP" weighs about 50% less than steel and
also offers opposite
Aluminum 30% weight advantage. The decisive factor is that "CFRP" is extreme even in the event of a collision
can absorb a lot of energy. This impact energy will be particular
from the appropriate carriers
absorbed, wherein the carbon fibers / carbon fibers after a
calculated deformation behavior from front to back.
In most cases, the "CFK" production is done so far
in meticulous manual work. In the automotive industry are currently but
already known techniques that are similar to those in the textile industry, so
that a series production of the carbon fiber components is feasible.
Here are carbon fibers for
a carrier core element
sewed by machine.
Subsequently
The blank comes in a specially developed braiding machine, where
Approximately 25,000 carbon fiber elements are unwound from 48 rolls
then to form the actual side member. consequently
is the production of even more complicated components made of carbon fibers
now even mechanically possible.
Bei
der Untersuchung/Analyse von derartigen Bauteilen ist im Stand der
Technik insbesondere problematisch, dass man die Richtung/Ausrichtung der
faserähnlichen
Strukturelemente, hier der Faserelemente kennen muss, um eine gute
Beleuchtung überhaupt
realisieren zu können.
Weiterhin sind keine punktuelle Messungen möglich, sondern es ist nur eine
flächenhafte
Messung/Analyse realisierbar, so dass nur für einen bestimmten Bereich/eine
bestimmte Fläche
des Werkstückes
eine Qualitätsaussage
möglich
ist. Um genauere Aussagen überhaupt treffen
zu können,
müssten
die entstehenden Bilder mit Hilfe von „Tiefpässen" mehrfach optisch gefiltert werden,
was einerseits sehr aufwendig ist, andererseits auch nur wieder
eine räumliche
Aussage über einer
bestimmten Fläche
ermöglicht.at
the investigation / analysis of such components is in the state of
Technique in particular problematic that the direction / orientation of the
fiber-like
Structural elements, here the fiber elements must know to a good
Lighting at all
to be able to realize.
Furthermore, no punctual measurements are possible, but it is only one
areal
Measurement / analysis feasible, leaving only for a specific area / one
certain area
of the workpiece
a quality statement
possible
is. To make more accurate statements at all
to be able to
would
the resulting images are optically filtered several times using "lowpasses",
which on the one hand is very expensive, on the other hand only again
a spatial
Statement about one
certain area
allows.
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte
Vorrichtung derart auszugestalten und weiterzubilden, dass die eingangs
genannten Nachteile vermieden sind, insbesondere auch punktuelle
Qualitätsprüfungen derartiger
Werkstücke
ermöglicht
sind sowie insbesondere auch die Lage und/oder der Verlauf von faserähnlichen
Strukturelementen, vzw. eines Faserbündels leicht und exakt ermittelbar
ist.The invention is therefore based on the object, the above-mentioned device in such a way and further develop that the one gangs mentioned disadvantages are avoided, in particular punctual quality checks of such workpieces are possible and in particular the position and / or the course of fiber-like structural elements, vzw. a fiber bundle is easily and accurately determined.
Die
zuvor aufgezeigte Aufgabe ist nun dadurch gelöst, dass die Lichtquelle als
eine parallel gebündeltes
Licht emittierende Lichtquelle ausgeführt ist, dass zur Abbildung
möglicher
Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters mindestens eine Projektionsfläche vorgesehen
ist, dass die Lichtquelle direkt oder indirekt so ausgerichtet ist,
so dass das parallel gebündelte
Licht auf die Oberfläche
des Werkstückes,
nämlich
auf einen Bereich des faserähnlichen
Strukturelementes auftrifft, wobei die Existenz einer auf der Projektionsfläche sich
darstellenden Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters
ermittelbar ist und/oder aus der jeweiligen Abbildung der Reflexion
bzw. des jeweiligen Reflexionsmusters der Ausrichtungswinkel des
faserähnlichen
Strukturelementes bzw. der faserähnlichen
Strukturelemente relativ zu einer bestimmten Achse und/oder in einer
bestimmten Ebene des Werkstückes
ermittelbar und/oder berechenbar ist.The
previously indicated object is now achieved in that the light source as
a parallel bundled
Light emitting light source is designed for imaging
potential
Reflections and / or a reflection pattern provided at least one projection surface
is that the light source is directly or indirectly oriented
so that the parallel bundled
Light on the surface
of the workpiece,
namely
on an area of the fiber-like
Structural element hits, with the existence of one on the projection itself
representative reflection and / or a specific reflection pattern
can be determined and / or from the respective image of the reflection
or the respective reflection pattern of the alignment angle of
fiber-like
Structural element or the fiber-like
Structural elements relative to a particular axis and / or in one
certain level of the workpiece
can be determined and / or calculated.
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
lassen sich nunmehr auch Oberflächen
entsprechender Werkstücke
bzw. Bauteile punktuell untersuchen, insbesondere sind also punktuelle
Messungen und daher auch Aussagen über die Qualität von Oberflächen an
bestimmten punktuellen Stellen möglich. Weiterhin
kann auf einfache Weise, was die folgenden Ausführungen noch zeigen werden,
insbesondere der Ausrichtungswinkel eines faserähnlichen Strukturelementes
auf der Oberfläche
des Werkstückes
einfach ermittelt werden. Damit können insbesondere sogenannte
Preforms auf einfache, schnelle und kostengünstige Weise überprüft werden,
wobei lokale Faserausrichtungen ermittelt werden können. Insbesondere
auch bei komplexeren Werkstücken/Bauteilen,
wo sich die Ausrichtung der faserähnlichen Strukturelemente,
also die Faserrichtung ändert,
bspw. durch „Drapieren" der Kohlefasergewebe
kann nun mitunter auf engstem Raum, nämlich auch hier punktuell die
entsprechende Oberfläche
untersucht bzw. analysiert werden, was vorher mit den im Stand der
Technik bekannten Methoden nicht möglich war, da hier insbesondere
immer auch eine statistische Auswertung einer größeren Fläche Vorraussetzung gewesen
ist, die zu großen
Messfehlern geführt
hat. Die eingangs genannten Nachteile sind daher vermieden und entsprechende
Vorteile erzielt.With
the device according to the invention
can now also surfaces
corresponding workpieces
or examine components punctually, in particular are punctual
Measurements and therefore also statements about the quality of surfaces
certain punctual places possible. Farther
can easily, what the following remarks will show,
in particular the orientation angle of a fiber-like structural element
on the surface
of the workpiece
easily determined. Thus, in particular so-called
Preforms are checked in a simple, fast and cost effective way
where local fiber orientations can be determined. Especially
even with more complex workpieces / components,
where the alignment of the fiber-like structural elements,
so the grain direction changes,
for example by "draping" the carbon fiber fabrics
can now sometimes in a confined space, namely here at times the
appropriate surface
be examined or analyzed, what previously with the in the state of
Technique known methods was not possible, as here in particular
always a statistical evaluation of a larger area had been a prerequisite
is that too big
Measurement errors led
Has. The aforementioned disadvantages are therefore avoided and corresponding
Benefits achieved.
Es
gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten die
erfindungsgemäße Vorrichtung
in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden.
Hierfür
darf zunächst
auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche verwiesen
werden. Im folgenden soll nun das Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung
anhand der folgenden Beschreibung und der dazugehörenden Zeichnung näher erläutert werden.
In der Zeichnung zeigt:It
There are a lot of possibilities now
inventive device
to design and develop in an advantageous manner.
Therefor
may first
refer to the protection claim 1 downstream protection claims
become. In the following, the method or the device according to the invention will now be described
will be explained in more detail with reference to the following description and the accompanying drawings.
In the drawing shows:
1a in
schematischer Darstellung einen Lichteinfall/die Reflexion von parallel
gebündeltem Licht
auf ein faserähnliches
Strukturelement, insbesondere auf eine Kohlefaser, dargestellt von
vorne und 1a in a schematic representation of a light incidence / the reflection of parallel collimated light on a fiber-like structural element, in particular on a carbon fiber, shown from the front and
1b in
schematischer Darstellung einen Lichteinfall/die Reflexion von parallel
gebündeltem Licht
auf ein faserähnliches
Strukturelement, insbesondere auf eine Kohlefaser, dargestellt von der
Seite, 1b a schematic representation of a light incidence / the reflection of parallel collimated light on a fiber-like structural element, in particular on a carbon fiber, shown from the side,
2 eine
schematische Darstellung von einfallendem Licht auf ein faserähnliches
Strukturelement, hier eine Kohlefaser bzw. die Reflexion auf eine
schematisch dargestellten Projektionsebene, 2 a schematic representation of incident light on a fiber-like structural element, here a carbon fiber or the reflection on a schematically represented projection plane,
3a bis 3c in
schematischen Darstellungen die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere
den Strahlenverlauf und die Darstellung auf der Projektionsebene
bzw. die Darstellung der Lagen/Ausrichtung zweier faserähnlicher
Strukturelemente, 3a to 3c in schematic representations of the device according to the invention, in particular the beam path and the representation on the projection plane or the representation of the positions / orientation of two fiber-like structural elements,
4a bis 4c in
schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der
Oberfläche
eines Werkstückes
mit parallel verlaufenden faserähnlichen
Strukturelementen sowie das entstehende Reflexionsmuster, 4a to 4c in schematic representations partially cut the analysis of the surface of a workpiece with parallel fiber-like structural elements and the resulting reflection pattern,
5a bis 5c in
schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der
Oberfläche
eines Werkstückes
mit parallel verlaufenden ersten faserähnlichen Strukturelementen
und anderweitig verlaufenden zweiten faserähnlichen Strukturelementen
sowie das entstehende Reflexionsmuster, und 5a to 5c in schematic representations partially sectioned the analysis of the surface of a workpiece with parallel first fiber-like structural elements and otherwise extending second fiber-like structural elements and the resulting reflection pattern, and
6a bis 6c in
schematischen Darstellungen teilweise geschnitten die Analyse der
Oberfläche
eines Werkstückes
mit parallel verlaufenden ersten faserähnlichen Strukturelementen
und anderweitig verlaufenden zweiten faserähnlichen Strukturelementen,
sowie die entstehenden Reflextionsmuster, nämlich insbesondere die Ermittlung
eines „gap". 6a to 6c in schematic representations partially cut the analysis of the surface of a workpiece with parallel first fiber-like structural elements and otherwise extending second fiber-like structural elements, as well as the resulting reflection patterns, namely in particular the determination of a "gap".
Die 1 bis 6 zeigen – zumindest
teilweise – eine
Vorrichtung 1 zur Analyse und/oder Detektion der Oberfläche eines
Werkstückes 2,
hier eines Fasergeleges und/oder eines Fasergewebes eines Bauteiles,
vzw. eines Preforms 2a. Das Werkstück 2 weist eine bestimmte
Oberflächenstruktur
auf, wobei die Oberfläche
zumindest teilweise durch den Verlauf mindestens eines faserähnlichen Strukturelementes a
vzw. mehrerer faserähnlicher
Strukturelemente a bzw. b, insbesondere durch mehrere einzelne Fasern und/oder
Faserbündel,
hier insbesondere Kohlefasern, strukturiert wird bzw. ist.The 1 to 6 show - at least partially - a device 1 for analyzing and / or detecting the surface of a workpiece 2 , here a fiber fabric and / or a fiber fabric of a component, vzw. a preform 2a , The workpiece 2 has a certain surface structure, wherein the surface is at least partially due to the course of at least one fiber-like structural element a vzw. a plurality of fiber-like structural elements a and b, in particular by a plurality of individual fibers and / or fiber bundles, in particular carbon fibers, is structured or is.
Die
Oberfläche
des Werkstückes 2 wird
dabei mit mindestens einer Lichtquelle 3 angestrahlt, wobei
das auf die Oberfläche
auftreffende Licht von den faserähnlichen
Strukturelementen a bzw. b zumindest teilweise reflektiert wird
und mit Hilfe des reflektierten Lichtes ein Messabbild der Oberflächenstruktur
des Werkstückes 2 ermittelt
wird.The surface of the workpiece 2 is doing with at least one light source 3 illuminated, wherein the light incident on the surface of the fiber-like structure elements a and b is at least partially reflected and with the aid of the reflected light, a measurement image of the surface structure of the workpiece 2 is determined.
Bevor
nun auf den Aufbau der Vorrichtung 1 bzw. den Strahlengang
und das Verfahren zur Analyse der Oberfläche eines Werkstückes 2 näher eingegangen
wird, darf vorab zur Erläuterung
des Prinzips der Erfindung auf die 1a, 1b bzw. 2 näher eingegangen
werden:Before now on the structure of the device 1 or the beam path and the method for analyzing the surface of a workpiece 2 may be discussed in advance, to explain the principle of the invention to the 1a . 1b respectively. 2 will be discussed in more detail:
1a zeigt
in schematischer Darstellung ein faserähnliches Strukturelement a
von vorne, wobei 1b in schematischer Darstellung
ein faserähnliches
Strukturelement a von der Seite zeigt, vzw. zeigen die 1a und 1b hier
eine Kohlefaser. 1a shows a schematic representation of a fiber-like structural element a from the front, wherein 1b shows a schematic representation of a fiber-like structural element a from the side, vzw. show the 1a and 1b here a carbon fiber.
Dargestellt
ist nun der Lichteinfall von parallel gebündeltem Licht auf das faserähnliche
Strukturelement a, einerseits von vorne, nämlich im wesentlichen lateral
(vgl. 1a), andererseits von der Seite, nämlich im
wesentlichen in axialer Richtung (vgl. 1b).Shown is now the light incidence of parallel collimated light on the fiber-like structure element a, on the one hand from the front, namely substantially laterally (see. 1a ), on the other hand from the side, namely substantially in the axial direction (see. 1b ).
In 1a ist
gut zu erkennen, dass das faserähnliche
Strukturelement a, hier die Kohlefaser als eine Art mikroskopisch
kleiner Zylinderspiegel wirkt, nämlich
das einfallende Licht kegelförmig
reflektiert wird, was durch die entsprechenden Pfeile und die schraffierten
Flächen
dargestellt sein soll. Gerade diese optische Eigenschaft des faserähnlichen
Strukturelementes a, also diese optische Eigenschaft der hier dargestellten
Kohlefaser ist für
die im Stand der Technik bekannte konventionelle Bildverarbeitung
problematisch. Gerade aber dieser Ansatz wird beim Prinzip der Erfindung
nun entsprechend genutzt, um die Haupt-Faserrichtung eines Preforms zu
ermitteln, was im folgenden noch näher erläutert werden wird. 1b zeigt
den Lichteinfall auf ein faserähnliches
Strukturelement a in zumindest teilweiser axialer Richtung, nämlich mit
dem Inzidenzwinkel α.In 1a It can easily be seen that the fiber-like structural element a, here the carbon fiber acts as a kind of microscopic cylinder mirror, namely that the incident light is reflected conically, which should be represented by the corresponding arrows and hatched areas. It is precisely this optical property of the fiber-like structural element a, ie this optical property of the carbon fiber shown here, which is problematic for the conventional image processing known in the prior art. But just this approach is now used in accordance with the principle of the invention to determine the main fiber direction of a preform, which will be explained in more detail below. 1b shows the incidence of light on a fiber-like structural element a in at least partially axial direction, namely with the angle of incidence α.
1a und 1b zeigen
daher die Reflexionsgeometrie für
ein faserähnliches
Strukturelement a anhand zweier Schnittebenen, nämlich senkrecht und parallel
zu der Faserrichtung des faserähnlichen Strukturelementes
a. Die 1a und 1b zeigen die
Reflexion an nur einem faserähnlichen
Strukturelement a beispielhaft, entsprechende Reflexionen ergeben
sich mehrfach und teilweise überlagernd
für ein
angestrahltes Werkstück 2,
das mehrere faserähnliche
Strukturelemente a bzw. b aufweist, was im folgenden noch näher erläutert werden
wird. 1a and 1b Therefore, the reflection geometry for a fiber-like structural element a with reference to two sectional planes, namely perpendicular and parallel to the fiber direction of the fiber-like structural element a. The 1a and 1b show the reflection of only one fiber-like structural element a by way of example, corresponding reflections arise several times and partially superimposed for an illuminated workpiece 2 which has a plurality of fiber-like structural elements a and b, which will be explained in more detail below.
2 zeigt
nun in schematischer Darstellung ein im Raum mit parallel gebündeltem
Licht angestrahltes faserähnliches
Strukturelement a, angestrahlt mit dem Inzidenzwinkel α, sowie dargestellt. Für den Fall,
dass α genau
90° Grad
ist, würde
wie aus 1a und 1b ersichtlich
und vorstellbar, also bei einem senkrechten Einfall des entsprechenden
parallel gebündelten
Lichtes der entstehende Lichtkegel zur Ebene entarten. 2 shows a schematic representation of a light irradiated in the space with parallel collimated light fiber-like structural element a, irradiated with the angle of incidence α, and shown. In the event that α is exactly 90 degrees, would like out 1a and 1b visible and conceivable, ie degenerate at a vertical incidence of the corresponding parallel collimated light of the resulting cone of light to the plane.
Hier
in 2 ist ebenfalls schematisch dargestellt eine Projektionsebene,
nämlich
eine Projektionsfläche 4,
die den Lichtkegel entsprechend schneidet sowie dargestellt. Einerseits
ist hier nur der Form halber und nur zur Verdeutlichung der entsprechende Lichtkegel
als Reflexion vom faserähnlichen
Strukturelement a schematisch vollständig dargestellt, andererseits
aber auch und das soll an dieser Stelle erläutert bzw. verdeutlicht werden,
die auf der Projektionsfläche 4 sich
abzeichnende Reflexionslinie A, hier dargestellt als gekrümmte Linie.
Es bildet sich auf der Projektionsfläche 4 daher nur die
gekrümmte
Reflexionslinie A ab, also nicht die gepunkteten Flächen, die hier
nur zur Darstellung des Lichtkegels gezeichnet sind. Für den Fall,
dass die Oberfläche
eines Werkstückes
bzw. der Verlauf des faserähnlichen
Strukturelementes a genau parallel zur Projektionsfläche 4 verläuft und
die Projektionsfläche 4 entsprechend
positioniert ist bzw. der Inzidenzwinkel genau 90° Grad betragen
würde,
so wird als Reflexionslinie A auf der Projektionsfläche 4 dann
eine Gerade abgebildet, so wie in 3b dargestellt,
andernfalls wird auf der Projektionsfläche 4, sowie hier
in 2 dargestellt eine gekrümmte Linie als Reflexionslinie
A abgebildet.Here in 2 is also schematically shown a projection plane, namely a projection surface 4 , which cuts the light cone accordingly and displayed. On the one hand, only the shape of half and only for clarity, the corresponding light cone as a reflection of the fiber-like structural element a is shown schematically completely, but on the other hand and that is to be explained or clarified at this point, on the projection surface 4 emerging reflection line A, shown here as a curved line. It forms on the projection surface 4 Therefore, only the curved reflection line A from, so not the dotted areas, which are drawn here only to represent the light cone. In the event that the surface of a workpiece or the course of the fiber-like structural element a exactly parallel to the projection surface 4 runs and the projection screen 4 is positioned accordingly or the angle of incidence would be exactly 90 ° degrees, so is the reflection line A on the projection surface 4 then a straight line is shown, as in 3b otherwise it will appear on the screen 4 , as well as here in 2 shown a curved line as a reflection line A shown.
Bei
der Reflexion eines ausgedehnten Strahlenbündels an der Oberfläche eines
Kohlefasergewebes, also an der Oberfläche eines entsprechenden Werkstückes 2 überlagern
sich die Reflexionen an den einzelnen Fasern, also an den einzelnen
faserähnlichen
Strukturelementen a. Wird das reflektierte Licht auf eine diffuse
Oberfläche
projiziert, hier also auf eine Projektionsfläche 4, so ergibt sich
auch in Abhängigkeit
der geometrischen bzw. optischen Anordnung der Komponenten ein charakteristisches Linienmuster
bzw. Reflexionsmuster, was im folgenden noch näher erläutert werden wird.When reflecting an extended beam on the surface of a carbon fiber fabric, so on the surface of a corresponding workpiece 2 The reflections on the individual fibers overlap, that is, on the individual fiber-like structural elements a. If the reflected light is projected onto a diffuse surface, in this case onto a projection surface 4 , so also results in dependence of the geometric or optical arrangement of the components, a characteristic line pattern or reflection pattern, which will be explained in more detail below.
Die 3a zeigt
in schematischer Darstellung zumindest teilweise eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 von
oben, mit deren Hilfe das Verfahren realisiert wird. Hierbei wird
das Verfahren sowie die Vorrichtung erläutert an einem hier in der 3a schematisch
dargestellten Lichtstrahl bzw. anhand der weiteren Darstellung in
den 3b und 3c, die
noch näher
erläutert
werden:The 3a shows a schematic representation at least partially a device according to the invention 1 from above, with the help of which the process is realized. Here, the method and the device is explained at a here in the 3a schematically illustrated light beam or based the further representation in the 3b and 3c , which will be explained in more detail:
Die 3a zeigt
zunächst
die Lichtquelle 3, die als eine parallel gebündeltes
Licht emittierende Lichtquelle 3, nämlich vzw. als Laser 3a ausgebildet ist.
Gut zu erkennen ist weiterhin die Projektionsfläche 4, die als Projektionsschirm 4a vzw.
als Milchglasscheibe ausgebildet ist. In einem bestimmten Abstand
r kann nun ein Werkstück 2,
vzw. ein Preform 2a so positioniert und/oder fixiert werden,
dass im wesentlichen die flächige
Oberfläche
des Preforms 2a im wesentlichen parallel zur Fläche der
Projektionsfläche 4 angeordnet
ist. Allerdings ist das Werkstück 2,
also das Preform 2a hier in der 3a nicht im
Einzelnen dargestellt. (In den 4a, 5a und 6a ist
das Werkstück 2 bzw.
Preform 2a erkennbar).The 3a first shows the light source 3 , which act as a parallel bundled light-emitting light source 3 , vzw. as a laser 3a is trained. Good to see is still the projection surface 4 as a projection screen 4a vzw. is designed as frosted glass. At a certain distance r can now be a workpiece 2 , vzw. a preform 2a be positioned and / or fixed so that substantially the surface of the preform 2a essentially parallel to the surface of the projection surface 4 is arranged. However, the workpiece is 2 So the preform 2a here in the 3a not shown in detail. (In the 4a . 5a and 6a is the workpiece 2 or preform 2a visible).
Dargestellt
in 3a sind lediglich zwei einzelne faserähnliche
Strukturelemente a und b, um hier das Verfahren im Einzelnen nochmals
näher erläutern zu
können.Shown in 3a are only two individual fiber-like structural elements a and b, to explain the process in more detail here again.
Wie
die 3a und 3b bzw.
auch die 4 bis 6 im
Gesamtzusammenhang zei gen bzw. mit Bezug auf die jeweiligen dort
dargestellten Koordinatensysteme (x- y-, z-Achsen) ist gut ersichtlich, dass
die beiden faserähnlichen
Strukturelemente a und b zwar im wesentlichen die gleiche Ausrichtung, also
den gleichen Ausrichtungswinkel β in
der x-/y-Ebene aufweisen, jedoch das faserähnliche Strukturelement a genau
in der x-/y-Ebene liegt, das faserähnliche Strukturelement b jedoch
bzgl. dieser x-/y-Ebene leicht schräg verläuft bzw. diese durchstößt, so wie
durch die 3a und 3c entsprechend
dargestellt bzw. hier erkennbar.As the 3a and 3b or the 4 to 6 In the overall context zei conditions or with reference to the respective coordinate systems shown there (x-y, z-axes) is well visible that the two fiber-like structural elements a and b, although substantially the same orientation, ie the same orientation angle β in the However, the fiber-like structure element a lies exactly in the x- / y-plane, the fiber-like structure element b, however, with respect to this x- / y-plane slightly oblique or pierces, as by the 3a and 3c shown accordingly or recognizable here.
Der
vom Laser 3a emittierte Lichtstrahl weist vzw. eine bestimmte
Querschnittsform, vzw. eine Kreisform mit einem bestimmten einstellbaren
Durchmesser auf, was in den 4 bis 6 noch deutlicher zu erkennen ist und hier
in den 3b und 3c mehr
oder weniger durch den hier erkennbaren Punkt angedeutet ist.The one from the laser 3a emitted light beam has vzw. a certain cross-sectional shape, vzw. a circular shape with a certain adjustable diameter on what is in the 4 to 6 can be seen more clearly and here in the 3b and 3c more or less indicated by the point here recognizable.
Das
Werkstück 2,
also vzw. das Preform 2a kann nun in einer bestimmten Position
relativ zur Projektionsfläche 4 angeordnet
werden, insbesondere im Abstand r, wobei damit alle Positionen und/oder Abstände der
einzelnen Komponenten des Systems im wesentlichen bekannt oder einstellbar
sind. Hinter der Projektionsfläche 4 ist
ein Bilderfassungssystem 5 vorgesehen, dass insbesondere
mindestens eine Kamera 5a aufweist. Mit Hilfe dieses Bilderfassungssystems 5 sind
die auf der Projektionsfläche 4,
also auf dem Projektionsschirm 4a abgebildeten Reflexionen
und/oder Reflexionsmuster dann als Messabbild erfassbar.The workpiece 2 , ie vzw. the preform 2a can now be in a certain position relative to the screen 4 are arranged, in particular at a distance r, so that all positions and / or distances of the individual components of the system are substantially known or adjustable. Behind the projection screen 4 is an image capture system 5 provided that in particular at least one camera 5a having. With the help of this image capture system 5 they are on the screen 4 so on the projection screen 4a imaged reflections and / or reflection pattern can then be detected as a measurement image.
Der
Einfallswinkel des Lichtstrahles des Lasers 3a wird hier
nun bei der dargestellten Ausführungsform
der Vorrichtung 1 indirekt über ein nicht näher bezeichnetes
Spiegelelement auf die Oberfläche
des Werkstückes 2 geleitet,
so wie dargestellt. Damit ist der Einfallswinkel des Lichtstrahles
des Lasers 3a auf das Werkstück 2 bekannt oder
kann entsprechend, vzw. mit dem nicht näher bezeichneten Spiegelelement,
auch variabel eingestellt werden oder der Laser 3a kann
so angeordnet werden, dass er in direkter Art und Weise die Oberfläche des
Werkstückes 2 mit
einem Lichtstrahl beaufschlagen kann, dies ist abhängig vom
jeweiligen Anwendungsfall.The angle of incidence of the light beam of the laser 3a is now here in the illustrated embodiment of the device 1 indirectly via an unspecified mirror element on the surface of the workpiece 2 guided, as shown. This is the angle of incidence of the light beam of the laser 3a on the workpiece 2 known or can according vzw. be set variably with the unspecified mirror element, or the laser 3a can be arranged so that it directly the surface of the workpiece 2 can act on a light beam, this depends on the particular application.
Die
eingangs genannten Nachteile sind nun dadurch vermieden, dass die
Lichtquelle 3, hier der Laser 3a parallel gebündeltes
Licht emittiert, dass das parallel gebündelte Licht auf die Oberfläche des Werkstückes 2,
nämlich
auf einen Bereich des faserähnlichen
Strukturelementes a bzw. b auftrifft, dass zur Abbildung möglicher
Reflexionen und/oder eines Reflexionsmusters mindestens eine Projektionsfläche 4,
hier ein Projektionsschirm 4a vorgesehen ist, wobei die
Existenz einer auf der Projektionsfläche 4 sich darstellenden
Reflexion und/oder eines spezifischen Reflexionsmusters ermittelt
wird und/oder aus der jeweiligen Abbildung der Reflexion bzw. des
jeweiligen Reflexionsmusters der Ausrichtungswinkel β der faserähnlichen
Strukturelemente a bzw. b relativ zu einer bestimmten Achse, hier
der x-Achse und/oder in einer bestimmten Ebene des Werkstückes, hier
in der x-/y-Ebene ermittelt wird bzw. werden.The disadvantages mentioned above are now avoided by the fact that the light source 3 , here the laser 3a parallel collimated light emits that parallel collimated light to the surface of the workpiece 2 , namely incident on a region of the fiber-like structural element a or b, that for imaging possible reflections and / or a reflection pattern at least one projection surface 4 , here's a projection screen 4a is provided, with the existence of one on the projection screen 4 reflecting reflection and / or a specific reflection pattern is determined and / or from the respective image of the reflection or the respective reflection pattern of the orientation angle β of the fiber-like structure elements a and b relative to a particular axis, here the x-axis and / or in a certain level of the workpiece, here in the x- / y-plane is or will be determined.
Wie
dies bei einem Werkstück 2 mit
einer Mehrzahl von faserähnlichen
Strukturelementen a bzw. b realisiert wird bzw. welche Reflexionslinien bzw.
Reflexionsmuster sich hier ergeben, ist in den 4 bis 6 dargestellt, erläutert werden soll zunächst der
Strahlengang für
zwei schematisch dargestellte faserähnliche Strukturelemente a
und b anhand der 3a bis 3c:
Das
Bilderfassungssystem 5, die Lichtquelle 3 sowie die
Projektionsfläche 4 bilden
vzw. eine Art Baueinheit, innerhalb derer die Positionierung der
einzelnen Komponenten und deren relative Lage zueinander bekannt
sind und/oder eingestellt werden können. Auch ist die Lage des
Werkstückes 2,
seine Position und Fixierung und der Abstand, vzw. hier der Abstand r
zur Projektionsfläche 4 entsprechend
bekannt. Hierbei wird das Werkstück 2 vzw.
so positioniert, dass die zu untersuchende Oberfläche des
Werkstückes 2 im
wesentlichen parallel zur Projektionsfläche 4, also zum Projektionsschirm 4a beabstandet
ist.As with a workpiece 2 is realized with a plurality of fiber-like structural elements a and b, respectively, or which reflection lines or reflection patterns result here is in the 4 to 6 1, the beam path for two schematically illustrated fiber-like structural elements a and b will be explained with reference to FIG 3a to 3c :
The image capture system 5 , the light source 3 as well as the projection surface 4 form vzw. a kind of assembly within which the positioning of the individual components and their relative position to each other are known and / or can be adjusted. Also, the location of the workpiece 2 , its position and fixation and the distance, vzw. here the distance r to the projection surface 4 known accordingly. This is the workpiece 2 vzw. positioned so that the surface of the workpiece to be examined 2 essentially parallel to the projection surface 4 So, to the projection screen 4a is spaced.
Der
Laser 3a emittiert parallel gebündeltes Licht und wirft dieses
indirekt über
das nicht näher bezeichnete
Spiegelelement auf die Oberfläche
des Werkstückes 2.
Hier trifft der Lichtstrahl auf die unterschiedlich verlaufenden
faserähnlichen
Strukturelemente a und b. Da das erste faserähnliche Strukturelement a genau
in der x-/y-Ebene liegt bzw. hier verläuft, trifft der Lichtstrahl
in einem 90° Grad
Winkel auf das erste faserähnliche
Strukturelement a und wird von hier aus derart entsprechend reflektiert,
so dass sich auf dem Projektionsschirm 4a eine Projektionslinie
A abbildet, die als gerade Linie ausgebildet ist aber leicht schräg nach rechts
verläuft,
so wie in 3b dargestellt. Der schräge Verlauf
dieser Projektionslinie A rührt
daher, weil das erste faserähnliche
Strukturelement a in der x-/y-Ebene ebenfalls schräg um diesen
entsprechenden Winkel β verläuft, so
wie in der 3c dargestellt. Würde das
erste faserähnliche
Strukturelement a parallel zur x-Achse verlaufen, so würde die
Projektionslinie A in der 3b genau
senkrecht verlaufen. Aufgrund der entsprechenden Abbildung auf dem
Projektionsschirm 4a ist der entsprechende Winkel β, so wie
in der 3b eingezeichnet nun entsprechend
berechenbar. Hierzu wird das Messabbild, also die Projektionslinie
A mit Hilfe des Bilderfassungssystems 5 erfasst, wobei
dann der Winkel β mit
Hilfe einer Auswerteeinheit entsprechend berechenbar bzw. ermittelbar
ist. Damit kann also der Ausrichtungswinkel, der dem oben ermittelten
Winkel β entspricht,
also die Lage des ersten faserähnlichen
Strukturelementes a in der x-/y-Ebene entsprechend berechnet bzw.
ermittelt werden.The laser 3a emits parallel collimated light and throws it indirectly over the unspecified mirror element on the surface of the workpiece 2 , Here the light beam strikes the differently extending fiber-like structure elements elements a and b. Since the first fiber-like structure element a lies exactly in the x- / y-plane or extends here, the light beam strikes the first fiber-like structure element a at a 90 ° angle and is reflected accordingly from here, so that on the projection screen 4a a projection line A is formed, which is formed as a straight line but slightly obliquely to the right, as in 3b shown. The oblique course of this projection line A is due to the fact that the first fiber-like structural element a in the x- / y-plane also runs obliquely around this corresponding angle β, as in FIG 3c shown. If the first fiber-like structural element a run parallel to the x-axis, the projection line A in the 3b run exactly vertically. Due to the corresponding image on the projection screen 4a is the corresponding angle β, as in the 3b plotted now accordingly calculable. For this purpose, the measurement image, that is the projection line A with the aid of the image acquisition system 5 detected, in which case the angle β by means of an evaluation accordingly calculated or determined. Thus, the orientation angle, which corresponds to the angle β determined above, ie the position of the first fiber-like structural element a in the x- / y-plane, can thus be calculated or determined accordingly.
Bezüglich des
zweiten faserähnlichen
Strukturelementes b darf der Strahlengang nun wie folgt erläutert werden:
Der
Laser 3a emittiert den parallel gebündelten Lichtstrahl, wobei
dieser indirekt über
das nicht näher
bezeichnete Spiegelelement dann entsprechend auf das zweite faserähnliche
Strukturelement b trifft, so wie in der 3a dargestellt.
Da das zweite faserähnliche
Strukturelement b eben nicht genau in der x-/y-Ebene liegt, sondern zu dieser leicht
schräg verläuft und
diese durchstößt, so wie
in 3a dargestellt, wird der Lichtstrahl entsprechend
mit dem Winkel α reflektiert,
so wie in 3a dargestellt. Aufgrund der
zu 2 bereits gemachten Erläuterungen bildet sich auf dem
Projektionsschirm 4a ebenfalls eine Reflexion ab, nämlich die
Reflexionslinie B, allerdings erscheint diese hier gekrümmt, so
wie in der 3b dargestellt. Auch diese Reflexionslinie
B kann über
das Bilderfassungssystem 5 erfasst und entsprechend ausgewertet
werden, wozu eine separate hier nicht dargestellte Auswerteeinheit
vorgesehen ist. Der Abstand d, so wie in 3b dargestellt, zwischen
der Reflexionslinie A und der Reflexionslinie B kann berechnet werden
mit d = α (im
Bogenmaß) × r. Bildet
sich daher eine Reflexionslinie und/oder Reflexionsmuster ähnlich zu
der Refle xionslinie B aus, so kann zunächst festgestellt werden, dass
auf der Oberfläche
des Werkstückes 2 zumindest
ein faserähnliches
Strukturelement b existiert, was außerhalb der x-/y-Ebene liegt
bzw. außerhalb dieser
Ebene entsprechend verläuft.
Nehmen wir mit Blick auf die 3a bis 3c nun
an, dass mehrere erste faserähnliche
Strukturelemente a existieren, die im wesentlichen alle parallel
verlaufen und in der x-/y-Ebene angeordnet sind, so kann über den
Winkel β die
Haupt-Faserrichtung für
dieses Werkstück bestimmt
werden, also soweit der Ausrichtungswinkel β der entsprechenden faserähnlichen
Strukturelemente a berechnet werden, der dem Winkel β entspricht.
Damit kann die Oberfläche
des Werkstückes 2 bzw.
das Werkstück
bzgl. seiner Faserrichtungen, also der Ausrichtung der faserähnlichen
Strukturelemente entsprechend analysiert werden.With regard to the second fiber-like structural element b, the beam path may now be explained as follows:
The laser 3a emits the parallel collimated light beam, which then indirectly via the unspecified mirror element then meets the second fiber-like structure element b, as in the 3a shown. Since the second fiber-like structure element b just does not lie exactly in the x- / y-plane, but slightly oblique to this and pierces it, as in 3a shown, the light beam is reflected according to the angle α, as in 3a shown. Because of too 2 Explanations already made are formed on the projection screen 4a also a reflection from, namely the reflection line B, however, this appears curved here, as in the 3b shown. Also, this reflection line B can via the image acquisition system 5 be detected and evaluated accordingly, for which a separate evaluation unit, not shown here is provided. The distance d, as in 3b shown, between the reflection line A and the reflection line B can be calculated with d = α (in radians) × r. Therefore, if a reflection line and / or reflection patterns are formed similarly to the reflection line B, it can first be established that on the surface of the workpiece 2 at least one fiber-like structural element b exists, which lies outside the x- / y-plane or runs correspondingly outside this plane. Let's take a look at that 3a to 3c Now that a plurality of first fiber-like structure elements a exist, which are essentially all parallel and arranged in the x- / y-plane, the main fiber direction for this workpiece can be determined via the angle β, ie as far as the orientation angle β the corresponding fiber-like structural elements a are calculated, which corresponds to the angle β. This allows the surface of the workpiece 2 or the workpiece with respect to its fiber directions, so the orientation of the fiber-like structural elements are analyzed accordingly.
So
wird also von den faserähnlichen
Strukturelementen a bzw. b eines Werkstückes 2 Licht reflektiert,
dass auf der Projektionsfläche 4,
hier dem Projektionsschirm 4a als Reflexion und/oder Reflexionsmuster
sichtbar wird, so dass das hier entstehende Messabbild mit Hilfe
des Bilderfassungssystems 5 und einer nicht dargestellten
Auswerteeinheit vzw. entsprechenden Computern, Mikroprozessoren, Auswerteprogrammen,
ein jeweiliges spezifisches Reflexionsmuster automatisch ausgewertet
werden kann, insbesondere der Ausrichtungswinkel β errechnet
werden kann. Das Messabbild eines jeweiligen entstandenen Reflexionsmusters
wird daher zunächst
mit Hilfe des Bilderfassungssystems 5 erfasst. Die hierdurch
erhaltenen Bilddaten werden in geeigneter Weise dann digitalisiert.
Diese Bilddaten werden mit Hilfe einer die entsprechenden Parameter
ermittelten Software ausgewertet. Je nach Ausbildung des spezifischen
Softwareprogramms werden vzw. anhand der spezifischen Reflexionsmuster
bzw. anhand der Reflexionsstreifen A und B entsprechende Geraden
ermittelt, deren Steigung bzw. Winkel zu einer bestimmten Achse
des implementierten bzw. verwendeten Koordinatensystems berechnet.
Diese Daten werden dann über
eine entsprechende Ausgabeeinheit ausgegeben, können daher insbesondere auch
visuell angezeigt werden. Die hierbei ermittelten Daten können vzw.
auch direkt in die Prozesssteuerung einer Flechtvorrichtung und/oder
eines Flechtverfahrens zur Ausrichtung einzelner Faserelemente bzw.
Faserbündel
dienen, also bspw. entsprechende Aktuatoren des jeweiligen Prozesses
ansteuern, um bspw. derartige Fasern eines Preforms optimal auszurichten.So is so of the fiber-like structural elements a and b of a workpiece 2 Light reflects that on the projection screen 4 , here the projection screen 4a As a reflection and / or reflection pattern is visible, so that the resulting measurement image using the image acquisition system 5 and an evaluation unit, not shown vzw. corresponding computers, microprocessors, evaluation programs, a respective specific reflection pattern can be evaluated automatically, in particular the orientation angle β can be calculated. The measurement image of a respective reflection pattern is therefore initially using the image acquisition system 5 detected. The image data obtained thereby are then digitized in a suitable manner. These image data are evaluated by means of a software that determines the corresponding parameters. Depending on the training of the specific software program vzw. Based on the specific reflection pattern or on the basis of the reflection strips A and B corresponding straight lines determined whose slope or angle calculated to a particular axis of the implemented or used coordinate system. These data are then output via a corresponding output unit, and can therefore be visually displayed in particular. The data determined here can vzw. Also serve directly in the process control of a braiding and / or a braiding process for alignment of individual fiber elements or fiber bundles, so for example. Appropriate actuators of the respective process to optimally align, for example, such fibers of a preform.
Hierbei
hat in Abhängigkeit
der Lage und/oder der Ausrichtung der jeweiligen faserähnlichen
Strukturelemente a bzw. b innerhalb oder außerhalb einer Ebene, hier der
x-/y-Ebene, die im wesentlichen der Oberfläche des entsprechend angeordneten
Werkstückes 2 entspricht,
die jeweilige Reflexionslinie bzw. das jeweilige Reflexionsmuster
einen bestimmten Verlauf und/oder eine bestimmte Ausrichtung, die über das
Bilderfassungssystem 5 ermittelt wird. So kann daher bspw.
der Ausrichtungswinkel β eines
faserähnlichen
Strukturelementes a innerhalb der Ebene der Oberfläche des
Werkstückes,
hier der x-/y-Ebene bestimmt werden und/oder ein außerhalb
dieser Ebene verlaufendes faserähnliches
Strukturelement, hier das faserähnliches
Strukturelement b als solches detektiert werden, nämlich bspw.
durch eine gekrümmte
Linie, hier also die Reflexionslinie B bzw. auch deren Abstand für bestimmte
Bereiche zu der x-/y-Ebene
bestimmt werden, indem eine computergeschützte Auswerteeinheit diese Werte
berechnet.In this case, depending on the position and / or orientation of the respective fiber-like structural elements a or b inside or outside a plane, here the x- / y-plane, which is substantially the surface of the correspondingly arranged workpiece 2 corresponds, the respective reflection line or the respective reflection pattern a certain course and / or a specific orientation, via the image acquisition system 5 is determined. Thus, for example, the orientation angle β of a fiber-like structural element a within the plane of the surface of the Werkstü Here, the fiber-like structural element b are detected as such, namely, for example, by a curved line, in this case the reflection line B or also their Distance for certain areas to the x- / y-plane can be determined by a computer-aided evaluation calculates these values.
Wenn
nun ein Werkstück 2 mit
einer Mehrzahl von faserähnlichen
Strukturelementen untersucht wird, so können sich bei einer entsprechenden Dimensionierung
des Lichtstrahles die entstehenden Reflexionslinien zu bestimmten
Reflexionsmustern überlagern,
so dass insbesondere Reflexionsstreifen entstehen, was nun anhand
der 4 bis 6 erläutert werden
soll:If now a workpiece 2 is examined with a plurality of fiber-like structural elements, it can be superimposed on certain reflection patterns with a corresponding dimensioning of the light beam, the resulting reflection lines, so that in particular reflection strips arise, which is now based on the 4 to 6 to be explained:
4a zeigt
nun in schematischer Darstellung ein Werkstück 2 mit einer Mehrzahl
parallel verlaufender faserähnlicher
Strukturelemente a, die im wesentlichen in der entsprechenden hier
nicht dargestellten x-/y-Ebene liegen. Das Werkstück 2 ist
vzw. als Preform 2a, nämlich
als Kohlefasergewebe ausgebildet. Die 4b zeigt
nun den entsprechenden Strahlengang, der vom hier nicht dargestellten
Laser 3a emittiert wird und über das Spiegelelement 6 auf das
Werkstück 2 entsprechend
geworfen wird. Wie aus der 4b bzw. 4c ersichtlich
kommt es aufgrund der Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a,
also aufgrund der Mehrzahl der hier im wesentlichen parallel verlaufenden
Kohlefasern a zu einer Überlagerung
der Reflexionslinien, so dass hier ein bestimmtes Reflexionsmuster,
nämlich
eine Art Reflexionsstreifen A entsteht, der auf der Projektionsfläche 4 bzw.
dem Projektionsschirm 4a abgebildet wird. Ü ber das
entsprechende Bilderfassungssystem 5 kann nun die Ausrichtung,
also der Winkel β,
wie in 3a bis 3c beschrieben,
festgestellt bzw. über
die Auswerteeinheit errechnet werden. Damit wird anhand des Reflexionsmusters,
hier des Reflexionsstreifen A der Haupt-Ausrichtungswinkel, nämlich der
Ausrichtungswinkel β der
entsprechend verlaufenden faserähnlichen
Strukturelemente a ermittelt bzw. detektiert. 4a now shows a schematic representation of a workpiece 2 with a plurality of parallel fiber-like structure elements a, which lie substantially in the corresponding x- / y-plane, not shown here. The workpiece 2 is vzw. as a preform 2a , namely formed as carbon fiber fabric. The 4b now shows the corresponding beam path, the laser not shown here 3a is emitted and via the mirror element 6 on the workpiece 2 is thrown accordingly. Like from the 4b respectively. 4c it can be seen due to the majority of the fiber-like structural elements a, so due to the majority of here substantially parallel carbon fibers a to a superposition of the reflection lines, so that here a specific reflection pattern, namely a kind of reflective strip A is formed on the projection surface 4 or the projection screen 4a is shown. About the corresponding image capture system 5 Now the orientation, ie the angle β, as in 3a to 3c described, determined or calculated by the evaluation unit. Thus, based on the reflection pattern, here the reflection strip A, the main orientation angle, namely the orientation angle β of the correspondingly extending fiber-like structure elements a is determined or detected.
Die 5a bis 5c zeigen
nun, dass auch faserähnliche
Strukturelemente b detektiert werden können, die außerhalb
der x-/y-Ebene verlaufen. Der wesentliche Unterschied der 5a bis 5c zu
den 4a bis 4c ist
nun, dass hier zwar wiederum ein Werkstück 2, also ein Preform 2a untersucht
wird und dies insbesondere in einem bestimmten, hier nicht eingezeichneten
Abstand r zur Projektionsfläche 4 angeordnet
ist, wobei hier aber die Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a im
wesentlichen parallel und in der entsprechenden x-/y-Ebene verlaufen,
jedoch eins oder mehrere zweite faserähnliche Strukturelemente b
eben ähnlich
verlaufen wie in der 3a bzw. 3c abgebildet,
also eben außerhalb
der x-/y-Ebene verlaufen. 5b zeigt
wiederum den entsprechenden Strahlengang, wobei die 5c die
entsprechenden auf dem Projektionsschirm 4a abgebildeten
Projektionsmuster A und B zeigt, nämlich hier den entsprechenden
Reflexionsstreifen A aufgrund der Reflexionen von einer Mehrzahl
von ersten faserähnlichen
Strukturelementen a und den gekrümmten
Reflexionsstreifen B aufgrund der Projektion einer Mehrzahl zweiter faserähnlicher
Strukturelemente b, die die x-/y-Ebene durchstoßen, wobei hier in der 5a aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nur ein faserähnliches Strukturelement
b dargestellt ist. Anhand des in der 5c dargestellten
Reflexionsmusters bzw. der hier beiden dargestellten Reflexionsstreifen
A und B lassen sich also einerseits der Ausrichtungswinkel β, also die
Haupt-Ausrichtung der Mehrzahl der faserähnlichen Strukturelemente a
bestimmen, sowie andererseits feststellen, dass weitere faserähnliche Strukturelemente
b existieren, die außerhalb
dieser X-Y-Ebene verlaufen, dargestellt und erkennbar durch den
Reflexionsstreifen B in 5c. Durch
eine weitere Intensitätsmessung
der Reflexionsmuster A und B lässt
sich die Verteilung der Faserrichtung im Messbereich bestimmen,
so dass – im
Endeffekt – dann
nicht nur der Ausrichtungswinkel β als
solches bestimmt wird, sondern auch über die Verteilung der Fasern
im Messbereich eine Quali tätsaussage
bzgl. des Werkstückes 2 getroffen
werden kann.The 5a to 5c now show that also fiber-like structural elements b can be detected, which extend outside the x- / y-plane. The main difference of 5a to 5c to the 4a to 4c Now, that's another piece of work here 2 So a preform 2a is examined and this in particular in a certain, not shown here distance r to the screen 4 is disposed, but here run the majority of the fiber-like structural elements a substantially parallel and in the corresponding x- / y-plane, but one or more second fiber-like structure elements b just as similar as in the 3a respectively. 3c imaged, so just outside the x- / y-plane run. 5b again shows the corresponding beam path, the 5c the corresponding ones on the projection screen 4a shown projection pattern A and B, namely here the corresponding reflection strip A due to the reflections of a plurality of first fiber-like structural elements a and the curved reflection strip B due to the projection of a plurality of second fiber-like structural elements b, which pierce the x- / y-plane, wherein here in the 5a for reasons of clarity, only a fiber-like structural element b is shown. On the basis of in the 5c Thus, on the one hand, the orientation angle β, ie the main orientation of the majority of the fiber-like structural elements a, can be determined, and, on the other hand, it can be established that further fiber-like structural elements b exist outside this XY plane run, shown and recognizable by the reflection strip B in 5c , By a further intensity measurement of the reflection patterns A and B, the distribution of the fiber direction in the measuring range can be determined so that - in the end - not only the orientation angle β is determined as such, but also about the distribution of fibers in the measuring range a Quali tätsaussage respect. of the workpiece 2 can be taken.
Die 6a bis 6c zeigen
zunächst
in 6a ein ordnungsgemäß angeordnetes, positioniertes
und ausgebildetes Werkstück 2,
nämlich
ein Preform 2a mit einer Mehrzahl von faserähnlichen Strukturelementen
a, die im wesentlichen alle parallel und ordnungsgemäß in der
x-/y-Ebene verlaufen. Weiterhin sind, allerdings in einer tiefer
liegenden Ebene, als die Ebene, in der die faserähnlichen Strukturelemente a
verlaufen weitere Strukturelemente b dargestellt, die im wesentlichen
senkrecht versetzt zu den Strukturelementen a verlaufen. Wenn nun
ein sogenanntes „Gap" in der Oberfläche des Werkstückes, also
eine „Lücke" in der x-/y-Ebene existiert,
so wird bei der Abtastung mit dem Lichtstrahl diese Lücke dadurch
festgestellt, dass nun innerhalb des entsprechenden Durchmessers
des Lichtstrahls beide Faserrichtungen detektiert werden können, es
wird damit ein Reflexionsmuster auf dem Projektionsschirm 4a abgebildet,
das in 6c entsprechend abgebildet ist.
Es ist daher auch möglich, dass
mit Hilfe dieses Verfahrens auch entsprechende „gaps" in den Oberflächen von Preforms 2a insbesondere
von Kohlefasergeweben ermittelbar sind.The 6a to 6c show first in 6a a properly arranged, positioned and trained workpiece 2 , namely a preform 2a with a plurality of fiber-like structural elements a, which run substantially all parallel and properly in the x- / y-plane. Furthermore, however, in a lower plane than the plane in which the fiber-like structural elements a extend further structural elements b are shown, which extend substantially perpendicularly offset from the structural elements a. If a so-called "gap" exists in the surface of the workpiece, ie a "gap" in the x- / y-plane, then this gap is detected during the scanning with the light beam by the fact that both within the corresponding diameter of the light beam Fiber directions can be detected, it is thus a reflection pattern on the projection screen 4a pictured in 6c is shown accordingly. It is therefore also possible that with the help of this method also corresponding "gaps" in the surfaces of preforms 2a in particular of carbon fiber fabrics can be determined.
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 lässt sich
daher nicht nur anwenden für
Preforms und für die
Untersuchung von Kohlefasern-Preforms oder Kohlefaser-Bauteilen, sondern
es ist auch denkbar, dass dieses Verfahren bzw. die Vorrichtung
bei Glasfaserbauteilen angewendet wird bzw. zur Ermittlung von Schleifspuren
auf einer geschliffenen Oberfläche und/oder
von Kratzern auf lackierten Oberflächen, um die entsprechenden
Schleifspuren zu ermitteln etc.. Das Verfahren bzw. die Vorrichtung 1 kann
also dort angewendet werden, wo entsprechende faserähnliche
Strukturelemente 4 Licht entsprechend reflektieren.The device according to the invention 1 Therefore, not only can be used for preforms and for the investigation of carbon fiber preforms or carbon fiber components, but it is also conceivable that this method or apparatus in glass fiber components is used or to determine grinding marks on a ground surface and / or scratches on painted surfaces to determine the corresponding grinding marks, etc .. The method and the device 1 So it can be applied where appropriate fiber-like structural elements 4 Reflect light accordingly.
Entscheidend
ist, dass mit Hilfe einer derartigen Vorrichtung 1 die
Lage der Faserbündel
insbesondere von Kohlefasern und deren Ausrichtung (Faserausrichtung)
innerhalb des jeweiligen Bauteiles ermittelbar ist. Damit wird es
ermöglicht,
einerseits das Bauteil an sich, dessen Oberfläche entsprechend zu untersuchen,
insbesondere das Bauteil dann aber auch gemäß seines Einsatzes und der
aufzunehmenden Kräfte
so auszurichten, insbesondere in einer Fahrzeugkarosserie und/oder
im Flugzeugbau derart einzubauen, dass es die Kräfte ent sprechend optimal aufnehmen
kann, weil die Ausrichtung der Fasern entsprechend bekannt ist.It is crucial that with the help of such a device 1 the position of the fiber bundles in particular of carbon fibers and their orientation (fiber orientation) within the respective component can be determined. This makes it possible, on the one hand to examine the component itself, the surface of which, in particular the component then but also according to its use and the male forces to align, in particular in a vehicle body and / or in aircraft construction such that it ent can absorb optimally speaking, because the orientation of the fibers is known accordingly.
Mit
Hilfe dieses Verfahrens und/oder der Vorrichtung 1, insbesondere
des entsprechenden Bilderfassungssystems wird das entsprechende
Reflexionsmuster auf dem Projektionsschirm 4a erfasst und mit
Hilfe einer Auswerteeinheit wird der Ausrichtungswinkel β entsprechend
bestimmt, so dass die untersuchten Bauteile entsprechend ein- und/oder aussortiert,
nämlich
qualitativ untersucht/analysiert werden können. Weiterhin ist nicht nur
der Ausrichtungswinkel β der
Haupt-Faserrichtung bestimmbar, sondern auch Fasern, die außerhalb
dieser Haupt-Ausrichtung verlaufen sind ermittelbar, wobei die Fläche des
Werkstückes 2 punktuell
abgetastet werden kann, was bisher im Stand der Technik nicht möglich war.
Hierzu kann entweder der Laser 3a selbst bei direkter Bestrahlung
auf die Oberfläche des
Werkstückes 2 und/oder
das Spiegelelement 6 entsprechend verstellt vzw. mit Hilfe
eines Computersystems automatisch angesteuert werden, wobei die entsprechenden
jeweiligen Einfallswinkel, Abstände etc.
der einzelnen Komponenten bekannt sind, so dass aufgrund der entsprechenden
optischen Gesetzmäßigkeit über die
Auswerteeinheit das entsprechende Reflexionsmuster gut ausgewertet
und insbesondere der Ausrichtungswinkel β errechenbar ist. Auch ist die
gesamte Oberfläche
des Werkstückes 2 analysierbar,
wenn die Fläche
entsprechend punktuell mit Hilfe des Lasers 3a abgetastet
wird.With the help of this method and / or the device 1 , in particular the corresponding image acquisition system, the corresponding reflection pattern on the projection screen 4a detected and with the aid of an evaluation of the orientation angle β is determined accordingly, so that the examined components according to one and / or sorted out, namely can be qualitatively examined / analyzed. Furthermore, not only the orientation angle β of the main fiber direction can be determined, but also fibers which extend outside this main orientation can be determined, wherein the surface of the workpiece 2 can be scanned selectively, which was not possible in the prior art. For this purpose, either the laser 3a even with direct irradiation on the surface of the workpiece 2 and / or the mirror element 6 adjusted accordingly vzw. be automatically controlled by means of a computer system, the corresponding respective angles of incidence, distances, etc. of the individual components are known, so that due to the corresponding optical law on the evaluation the corresponding reflection pattern well evaluated and in particular the orientation angle β is calculated. Also, the entire surface of the workpiece 2 analyzable, if the surface correspondingly punctually with the help of the laser 3a is scanned.
Mit
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind daher entscheidende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik erzielt.With
the device according to the invention
Therefore, decisive advantages over the prior art are achieved.
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11
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Vorrichtungcontraption
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22
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Werkstückworkpiece
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2a2a
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Preformpreform
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33
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Lichtquellelight source
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3a3a
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Laserlaser
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44
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Projektionsflächeprojection
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4a4a
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Projektionsschirmprojection screen
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55
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BilderfassungssystemImage capture system
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5a5a
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Kameracamera
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66
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Spiegelelementmirror element
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aa
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faserähnliches
Strukturelementfiber-like
structural element
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bb
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faserähnliches
Strukturelementfiber-like
structural element
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AA
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Reflexionslinie/-MusterReflection line / pattern
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BB
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Reflexionslinie/-MusterReflection line / pattern
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rr
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Abstanddistance
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dd
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Abstanddistance
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αα
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Inzidenzwinkelangle of incidence
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ββ
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Ausrichtungswinkelalignment angle