DE3942226C2 - Verfahren zum optischen Prüfen von Faserverbundwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen von transparentem, ebenem Material mittels optischer Durch- und Rückstrahlung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solches Verfahren ist aus der DE 38 00 053 A1 bekannt.

Mit dem aus der DE 38 00 053 A1 bekannten Verfahren werden Fehlstellen und deren Lage in ebenem, transparenten Blattmaterial bestimmt.

Ein unter der Bezeichnung SICK-Empfangssystem im Handel angebotenes Gerät der Firma Erwin Sick GmbH, Machtlfingerstr. 21, 8000 München 70, erfaßt Lichtabsorptions- und Streusignale vornehmlich von dünnen Folien unter einem fest vorgegebenen einzelnen Beobachtungswinkel. Es werden vor allem Lichtstreuzentren submikroskopischer Größe erfaßt oder Absorptionseffekt an Folien vermessen.

Aus der DE 34 47 122 A1 sind Faserverbundwerkstoffe bekannt. Speichern und graphisches Darstellen in einer optischen Oberflächenprüfeinrichtung ist aus der DE 39 08 862 A1 bekannt.

Eine Diodenkamera in einer optischen Fehlerprüfeinrichtung ist aus der DE 37 17 274 A1 bekannt.

Ausgehend von dem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren derart weiterzubilden, daß damit Ort und Art der Faseranordnung und Haftung im Verbundwerkstoff festgestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Patentanspruch 1 gelöst. In einer Ausführungsform werden die Lichtsignale von den Positionen kontinuierlich untereinander verrechnet.

Zweckmäßigerweise werden die aus den einzelnen Lichtsignalen berechneten Größen gespeichert und grafisch dargestellt und bewegt sich das beleuchtende Lichtbündel kontinuierlich abtastend über den Prüfkörper mit einer Komponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prüfkörpers.

Anhand der Prüfung von Bändchen aus Glasfaserverbundwerkstoff (GFV), bestehend aus Endlosglasfasern in Richtung des Probenverlaufs und lichtdurchlässigen Polymeren als Matrix, wird das Verfahren im folgenden in der Zeichnung näher erläutert:

Fig. 1 zeigt das Prüfprinzip,

Fig. 2 zeigt das Prinzip einer Prüfanlage, mit der das Verfahren durchgeführt werden kann.

Fig. 3 zeigt mit der Prüfanlage aus Fig. 2 gewonnene elektrische Signale.

Trifft gemäß Fig. 1 ein paralleles Lichtbündel auf einen transpa­ renten zylindrischen Stab (Zylinderlinse), so wird dieses durch optische Brechung und Reflexion in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse strichförmig aufgewei­ tet. Handelt es sich um mehrere Stäbe, etwa ein Glasfaserbündel, so addieren sich Brechung und Reflexion an den einzelnen Stäben zu einem orientierten Lichtstreifen.

Fig. 2 zeigt das Prinzip einer Prüfanlage. Ein Lichtbündel mit der optischen Achse A (aufgeweiteter Laserstrahl) trifft auf eine schlitzförmige Blende D der Höhe B, die nur ein strichförmiges Strahlenbündel hindurchläßt. Das Lichtbündel ist bevorzugt ein aufgeweiteter Laserstrahl, z.B. eines He-Na-Lasers. Man arbeitet also bevorzugt mit monochromatischem kohärenten Licht. Dieses trifft auf das transparente GFV-Bändchen der Höhe B, das sich an der Position Z vorbeibewegt. Beim Durchtritt durch das GFV-Material wird das Licht durch optische Brechung an einer Vielzahl von Zylinderlinsen in einer Ebene, die senkrecht zu den Faserachsen liegt, abgelenkt, so daß auf den Schirmen S1 und S2 orientierte Helligkeitsver­ teilungen erscheinen. Deren Intensität wird an den empirisch ermittelten ausgewählten Stellen 0 bis 8 nahe der Schirmoberfläche mittels Fotodioden registriert und dem Ort Z auf dem Prüfkörper zugeordnet.

Fig. 3 zeigt die Aufzeichnung der in elektrische Signale umgewan­ delten Lichtintensitäten I1 bis I8 an den Schirmposi­ tionen 1 bis 8. Die Unterschiede der einzelnen Anzeigen beruhen auf verschiedenen Faserstrukturen im Innern des Prüfkörpers. Die Veränderungen in den Signalen I0 bis I8 z. T. auch simultan in mehreren Signalen beruhen auf

• - Intensitätsschwankungen des Beleuchtungsstrahls: I0
• - Faserdichte: I1 bis I8
• - Anteil der Fasern ohne Kontakt zur Matrix: I1, I2, I8
• - Abweichende Orientierung von Fasern: I2, I3
• - Oberflächenrauhigkeit des Bändchens: I3, I4, I5
• - Grenzflächen zwischen Faser und Matrix mit Auswirkun­ gen auf die Lichtleitungen in den Glasfasern: I6
• - unorientierte Faserbruchstücke: I4, I7.

Durch Differenz- und Quotientenbildung der Signale sind die einzelnen Ursachen voneinander trennbar. Die Signale liefern Informationen über Ort und Art der Faseranord­ nung und -haftung im Verbundwerkstoff. Die kontinuier­ liche Aufzeichnung ermöglicht eine lückenlose Qualitäts­ sicherung durch Dokumentation der Beschaffenheit des Faserverbundwerkstoffs.

Claims (4)

1. Verfahren zum Prüfen von transparentem, ebenem Material (Prüfkörper) mittels optischer Durch- und Rückstrahlung aufgrund von Berechnungs- und Reflexionseffekten an Strukturen im Material des Prüfkörpers sowie an Grenz- und Oberflächen, bei dem der Prüfkörper von einem relativ zu ihm bewegten Lichtbündel beleuchtet wird und die von ihm abgelenkten Lichtstrahlen an mehreren fixierten Positionen im Raum erfaßt und kontinuierlich registriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper ein Faserverbundwerkstoff ist, daß die Strukturen im Material des Prüfkörpers die Fasern sind, an denen winkel- und orientierungsabhängige Brechungs- und Reflexionseffekte auftreten, und daß der Prüfkörper bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtsignale von den fixierten Positionen kontinuierlich untereinander verrechnet werden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den einzelnen Lichtsignalen berechneten Größen gespeichert und grafisch dargestellt werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das be­ leuchtende Lichtbündel sich kontinuierlich abta­ stend über den Prüfkörper mit einer Komponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prüfkörpers bewegt.