WO2007131486A1 - Perforation - Google Patents

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WO2007131486A1
WO2007131486A1 PCT/DE2007/000874 DE2007000874W WO2007131486A1 WO 2007131486 A1 WO2007131486 A1 WO 2007131486A1 DE 2007000874 W DE2007000874 W DE 2007000874W WO 2007131486 A1 WO2007131486 A1 WO 2007131486A1
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WO
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radiation source
transmission rate
opening
electromagnetic radiation
radiation
Prior art date
Application number
PCT/DE2007/000874
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English (en)
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Inventor
Wilhelm LÜDEKER
Original Assignee
Georg Fritzmeier Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/02—Occupant safety arrangements or fittings, e.g. crash pads
    • B60R21/16—Inflatable occupant restraints or confinements designed to inflate upon impact or impending impact, e.g. air bags
    • B60R21/20—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components
    • B60R21/215—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components characterised by the covers for the inflatable member
    • B60R21/2165—Arrangements for storing inflatable members in their non-use or deflated condition; Arrangement or mounting of air bag modules or components characterised by the covers for the inflatable member characterised by a tear line for defining a deployment opening

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for the detection of an opening in a material, as well as a system for producing a perforation in a material.
  • Perforations ie consecutive unconnected openings, are generally used to provide so-called desired break points in a material.
  • the perforations must be manufactured depending on the requirements of the predetermined breaking point with some great accuracy.
  • various airbags are arranged in vehicles, in particular in passenger vehicles in the interior and in particular in the dashboard. These airbags are usually housed in a housing having a closed to the interior area to provide a smooth surface on the one hand and on the other to protect the airbag from damage.
  • predetermined breaking points must be introduced into the housing. If the airbag is triggered, it is ensured by these predetermined breaking points that the housing breaks up at these points and allows deployment of the airbag.
  • the predetermined breaking point In order for such a break-up and thus the deployment of the airbag can be reliably ensured, the predetermined breaking point must have certain quality characteristics. If the predetermined breaking point is produced, for example, by a sequence of openings, this perforation must not have an interruption which is, for example, greater than 4 mm. Where exactly the limit is depends on several factors, such as material, geometry or propellant for igniting the airbag. For this purpose, however, it is necessary that the openings in the material are formed continuously and / or along the predetermined breaking point only a certain predetermined number of non-continuous or only partially formed openings - ie defects - are present.
  • One problem with the conventional monitoring methods is that the monitoring is carried out in a further step independent of the production of the openings, so that the manufacturing process is more expensive due to the additional step and, on the other hand, settings on the opening-producing apparatus can only be recognized with a delay , so that often a whole series of faulty housings is made before it is determined that the equipment is inadequate.
  • changing environmental conditions for example due to different workstation lighting, can influence and distort the measurement results, so that a reliable assessment as to whether a perforation is formed correctly or not is no longer possible.
  • the existence or quality of an opening in a material is detected by providing on one side of the material a radiation source which emits a directed electromagnetic radiation in the direction of the material, on the other side of the material a receiving device is provided which is designed to receive a radiation transmitted through the material, in particular the radiation source, wherein the received radiation is compared with a threshold value, so that when the threshold value is below or above the threshold, the existence or quality of the opening in the material can be determined.
  • an embodiment in which the electromagnetic radiation transmitted through the material is arranged on a reflector, preferably a reflector which provides a diffuse reflection, is particularly advantageous.
  • a diffuse reflector By using a diffuse reflector, an exact alignment of radiation source and receiving device and / or reflector is not necessary, so that even small inaccuracies in the device structure are not significant.
  • a radiation source for a directed electromagnetic radiation in particular a laser diode is preferred, which emits preferably pulsed radiation.
  • the orientation of the illumination direction advantageously corresponds to the orientation of an opening made in the material. If this radiation hits an unprocessed material surface or a defective opening, that is to say an opening which is only partially formed, the radiation is diffusely reflected on the surface of the material and can not pass through the material or is affected by the very high level of radiation Scattering on the surface of the material greatly weakened.
  • "partially formed” is understood to mean a non-continuous opening or even an opening which does not correspond to a predetermining shape, for example, if the opening is normally cylindrical, then a conical opening would likewise be defective.
  • the beam strikes all or part of a continuous opening, sufficient radiation reaches the underside of the material and can be detected there, advantageously a threshold value analysis indicating whether sufficient radiation has been transmitted through the opening.
  • a photodetector As a receiving device, the use of a photodetector is particularly preferred. This registers the radiation scattered on the reflector and allows the determination of a quality criterion via a simple threshold value analysis: opening ok / not ok.
  • an embodiment is particularly preferred in which a device is provided which performs a calibration for the determination of the threshold value to the material to be examined.
  • the transmitted radiation is measured at a location without an opening and with a continuous opening. From the two measurements, a threshold can then be determined, which is used in the subsequent measurements to determine whether an opening is continuous or not.
  • a measurement can be carried out which makes it possible to determine the ambient properties, in particular the ambient light conditions.
  • two measurements are set in relation, in which the radiation source is inactive in one measurement and the radiation source is active in the other measurement.
  • radiation source and material can be moved against each other, so that a sequence of openings (perforation seam) can be qualitatively examined.
  • the receiving device can, as a first embodiment shows, consist of several individual optics and be arranged stationarily below the material to be examined while are summarized for the purpose of signal measurement on a photodetector, so that with her the entire work area can be monitored.
  • Another particularly preferred embodiment provides that the radiation source and receiving device are arranged opposite each other stationary and the material to be examined is moved between them.
  • the material remains stationary and the radiation source and receiving device are moved as a unit relative thereto.
  • an embodiment is preferred in which a pulsed laser light source is used as the radiation source.
  • a measurement takes place per pulse, which are, however, carried out in such short intervals one behind the other that a quasi-static measurement takes place.
  • the measuring positions advantageously deviate from one another by less than 3.4 ⁇ m, whereby an extension of the measuring spot relative to the openings to be detected is negligible.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a preferred device according to the invention
  • Figure 2 a first particularly preferred embodiment of the device according to the invention
  • Figure 3 a second particularly preferred embodiment of the device according to the invention
  • Figure 4 a third particularly preferred embodiment of the device according to the invention.
  • Figure 5 a schematic representation of an inventive
  • FIG. 1 shows a schematic basic representation of the device according to the invention.
  • a radiation source 6 is arranged, which emits electromagnetic radiation.
  • the radiation source emits directional electromagnetic radiation, such as when using a laser diode.
  • a reflector 8 is arranged, which reflects radiation which is transmitted through the material 2.
  • the reflector can be advantageously designed as a diffuse reflector, so that, as shown in Figure 1, diffused, reflected in all directions radiation 10 is emitted from the reflector 8.
  • This diffuse reflector 8 allows a variety of possible arrangements for a receiving device not shown here.
  • the quality of a perforation can be determined in a simple manner.
  • the directional radiation is aligned so that the orientation of the illumination direction corresponds to the orientation of the introduced openings in the material.
  • the radiation is reflected on the surface of the material or can not pass through the material in a large proportion.
  • the diffuse reflector arranged on the underside the beam power is further weakened due to the diffuse reflection, so that a defect can reliably be detected.
  • the arrangement of a diffused Reflectors help to avoid incorrectly detected defects. In most cases, such erroneous detected defects are caused by the fact that a scattering of opening edges occurs, but the opening is made consistently. Then, although sufficient radiation passes through the aperture, a photodetector which is not directed to diffuse radiation but to directed reflection would detect such stray radiation as a defect.
  • the system is dynamically calibrated, as shown by a particularly preferred embodiment.
  • reference values which define the discrimination threshold can be determined before each actual measurement or before each measurement with different materials.
  • a measurement is taken on the material with opening and without opening, the radiation source remains switched off.
  • Figure 2 shows a first embodiment of a particularly preferred arrangement of radiation source 6, material 2 and receiving devices 12.
  • the radiation source 6 is arranged independently of the receiving device 12, wherein the material to be examined 2 comes to rest between them, so that from the radiation source 6 emitted electromagnetic radiation along the orientation of the openings 4 can transmit through the material to be examined 2.
  • the assignment of which opening is examined is carried out exclusively via spatial variation of the radiation source 6 along the material 2.
  • An arrow 14 illustrates the movement of the radiation source 6 relative to the stationary position of the material 2 and the receiving device 12.
  • the receiving device 12 itself can, as shown here, consist of several individual optics and is arranged stationarily below the material 2 and preferably combined in a photodetector.
  • a light beam 16 emitted by the radiation source can then transmit through the opening 4 and is reflected by a diffuse reflector (not illustrated here).
  • a diffuse reflector (not illustrated here).
  • the areas provided with the reference numeral 18 correspond to the detection areas of the receiving device 12, in the area of which the diffuse radiation emitted by the reflector, not shown here, is detected.
  • Figure 3 shows a second embodiment of a particularly preferred arrangement of radiation source 6 and receiving device 12.
  • radiation source 6 and receiving device 12 are oriented opposite each other and mounted stationary on its optical axis.
  • the receiving device 12 can directly absorb a directed radiation emitted by the radiation source 6.
  • this arrangement shown eliminates the need for an additionally arranged diffuse reflector.
  • Strahlungsqueiie 6 and receiving device 12 must be aligned exactly, so that a falsification of the results, due to misalignment of receiving device 12 and radiation source 6 is avoided.
  • the radiation source 6 and the receiving device 12 are stationary relative to one another but are displaced along the material 2.
  • the plurality of openings are held in the optical axis defined by the radiation source 6 and receiving device 12.
  • the movement of the material between the radiation source 6 and the receiving device 12 is carried out in such a way that the measuring positions of a measuring sequence deviate from one another by less than 3.4 ⁇ m.
  • the positions between the individual measuring sequences are at an advantageous working speed of 20 m / min and a measuring frequency of 10 kHz, therefore at 33 ⁇ m.
  • FIG. 5 Such a sequence of measurement sequences is shown in FIG. 5, in which a sequence of measurement sequences is identified by the reference symbols 20a to 20g. As can be seen from FIG. 5, it can be seen clearly that an opening 4 present in the material 2 is clearly detected by a measuring sequence.
  • the measurement sequence relevant here is identified by the reference numeral 2Oe.
  • the radiation of the radiation source strikes an unprocessed material surface and is reflected on the material surface, so that the radiation passing through the material is weakened such that the detected radiation remains below a predefined threshold value ,
  • a measurement sequence consists of two individual measurements, the first individual measurement providing a measurement of the background signal, the radiation source remaining switched off, while only the second individual measurement provides a measurement of the transmitted radiation, the radiation source being switched on.
  • the measuring positions would deviate from one another by less than 3.4 ⁇ m and are therefore negligible with respect to the extent of the measuring spot or the defects to be detected.
  • a maximum distance between two continuous openings is 4 mm, so that the spatial deviation of less than 3.4 ⁇ m between first and second measurement is negligible.
  • SNR signal to noise ratio
  • the measuring head consisting of radiation source and receiving device is positionally and positionally guided on a CNC tool carrier.
  • the measuring distance is advantageously between 5 and 50 cm, the working field is freely accessible.
  • a guidance accuracy by the CNC-Meßkopfizi is advantageously perpendicular to the perforation track and is +/- 5 mm.
  • a distance tolerance of +/- 2.5 mm may also be permitted.
  • Particularly preferred is an embodiment in which the quality is checked directly during production of openings, in particular a perforation. However, it is also possible to perform a monitoring directly after processing.

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Abstract

Öffenbart wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Offnung (4), insbesondere einer Perforationsnaht in einem Material, wobei die Existenz bzw. Qualität der Öffnung über eine Transmissionsrate einer von einer Strahlungsquelle (6) abgegebenen gerichteten Strahlung bestimmt wird.

Description

Beschreibung Perforation
Detektionsverfahren für eine Öffnung in einem Material und Vorrichtung zum Durchführen eines solchen Verfahrens. Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Detektion einer Öffnung in einem Material, sowie eine Anlage zum Herstellen einer Perforation in einem Material.
Perforationen, also hintereinander liegende nicht verbundene Öffnungen werden im Allgemeinen dazu verwendet, sogenannte Soll-Bruchstellen in einem Material bereitzustellen. Dafür müssen die Perforationen abhängig von den Anforderungen an die Soll-Bruchstelle mit teilweise großer Genauigkeit gefertigt werden.
Beispielsweise sind in Fahrzeugen, insbesondere in Personenkraftfahrzeugen im Innenbereich und insbesondere im Armaturenbrett verschiedene Airbags angeordnet. Diese Airbags sind üblicherweise in einem Gehäuse aufgenommen, das eine zum Innenbereich geschlossene Fläche aufweist, um zum einen eine glatte Oberfläche bereitzustellen und zum Anderen den Airbag vor Beschädigungen zu schützen.
Damit jedoch ein Auslösen und Expandieren der Airbags problemlos von Statten gehen kann, müssen in die Gehäuse sogenannte Soll-Bruchstellen eingebracht werden. Wird der Airbag ausgelöst, ist durch diese Soll-Bruchstellen sichergestellt, dass das Gehäuse an diesen Stellen aufbricht und ein Entfalten des Airbags ermöglicht. Dazu wird das Material an bestimmten Stellen, vorzugsweise durch das Einbringen einer Abfolge von Öffnungen (=Perforation), geschwächt.
Damit ein solches Aufbrechen und damit das Entfalten des Airbags zuverlässig sicher gestellt werden kann, muss die Soll-Bruchstelle gewisse Qualitätsmerkmale aufweisen. Ist die Soll-Bruchstelle beispielsweise durch eine Abfolge von Öffnungen hergestellt, darf diese Perforation keine Unterbrechung aufweisen, die beispielsweise größer ist als 4 mm. Wo genau der Grenzwert liegt hängt von mehreren Faktoren ab, wie beispielsweise Material, Geometrie oder Treibsatz zum Zünden des Airbags. Dazu ist jedoch nötig, dass die Öffnungen in dem Material durchgängig ausgebildet sind und/oder entlang der Soll-Bruchstelle nur eine bestimmte vorgegebene Zahl von nicht durchgängigen oder nur teilweise ausgebildeten Öffnungen - also Fehlstellen - vorhanden sind. Problematisch bei den herkömmlichen Überwachungsverfahren ist zum Einen, dass die Überwachung in einem von der Herstellung der Öffnungen unabhängigen weiteren Arbeitsschritt durchgeführt wird, so dass der Herstellungsprozess aufgrund des zusätzlichen Schritts teurer ist und zum Anderen Einstellungen an der die Öffnung herstellenden Apparatur nur mit Verzögerung erkennbar sind, so dass oftmals eine ganze Serie von fehlerhaften Gehäusen hergestellt wird, bevor festgestellt wird, dass die Apparatur nur unzureichend arbeitet. Zudem können wechselnde Umgebungsbedingung, beispielsweise durch unterschiedliche Arbeitsplatzbeleuchtungen, die Messergebnisse beeinflussen und verfälschten, so dass eine zuverlässige Einschätzung, ob eine Perforation korrekt ausgebildet ist oder nicht, nicht mehr möglich ist.
Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung eine zuverlässige und robuste Überwachung der Qualität einer in ein Material eingebrachten Öffnung bereit zu stellen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 , eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 15, sowie einer Anlage zum Herstellen einer Soll- Bruchstelle gemäß Patentanspruch 32.
Erfindungsgemäß wird die Existenz bzw. Qualität einer Öffnung in einem Material dadurch detektiert, dass auf einer Seite des Materials eine Strahlungsquelle vorgesehen ist, die eine gerichtete elektromagnetische Strahlung in Richtung des Materials abgibt, auf der anderen Seite des Materials eine Empfangsvorrichtung vorgesehen ist, die dazu ausgelegt ist, eine durch das Material transmittierte Strahlung, insbesondere der Strahlungsquelle, zu empfangen, wobei die empfangene Strahlung mit einem Schwellenwert verglichen wird, so dass bei Unter- oder Überschreiten des Schwellenwerts die Existenz bzw. Qualität der Öffnung in dem Material bestimmbar ist.
Besonders vorteilhaft ist dabei ein Ausführungsbeispiel, bei dem die durch das Material transmittierte elektromagnetische Strahlung an einem Reflektor, vorzugsweise einem Reflektor, der eine diffuse Reflexion bereit stellt, angeordnet ist. Durch die Verwendung eines diffusen Reflektors ist eine exakte Ausrichtung von Strahlungsquelle und Empfangsvorrichtung und/oder Reflektor nicht nötig, so dass auch kleine Ungenauigkeiten im Vorrichtungsaufbau nicht ins Gewicht fallen. Als Strahlungsquelle für eine gerichtete elektromagnetische Strahlung ist insbesondere eine Laserdiode bevorzugt, wobei diese vorzugsweise gepulste Strahlung abgibt.
Dabei entspricht vorteilhafterweise die Orientierung der Beleuchtungsrichtung der Orientierung einer in das Material eingebrachten Öffnung. Trifft also diese Strahlung auf eine unbearbeitete Materialoberfläche oder eine fehlerhafte Öffnung, das heißt, eine Öffnung, die nur teilweise ausgebildet ist, wird die Strahlung an der Oberfläche des Materials diffus reflektiert und kann nicht durch das Material hindurch treten bzw. wird durch die sehr hohe Streuung an der Oberfläche des Materials stark geschwächt. Dabei kann unter „teilweise ausgebildet" eine nicht durchgängige Öffnung oder aber auch eine Öffnung verstanden werde, die nicht einer vorgebenden Form entspricht. Ist beispielweise die Öffnung normalerweise zylinderförmig ausgebildet, so würde eine kegelförmige Öffnung ebenfalls fehlerhaft sein.
Trifft der Strahl jedoch ganz oder partiell auf eine durchgängige Öffnung, gelangt ausreichend Strahlung auf die Unterseite des Materials und kann dort detektiert werden, wobei vorteilhafterweise eine Schwellenwertanalyse anzeigt, ob genügend Strahlung durch die Öffnung transmittiert wurde.
Als Empfangsvorrichtung ist die Verwendung eines Photodetektors besonders bevorzugt. Dieser registriert die an dem Reflektor gestreute Strahlung und ermöglicht über eine einfache Schwellwertanalyse die Bestimmung eines Qualitätkriteriums: Öffnung ok/nicht ok.
Des Weiteren ist ein Ausführungsbeispiel besonders bevorzugt, bei dem eine Vorrichtung vorgesehen ist, die für die Bestimmung des Schwellenwerts eine Kalibrierung auf das zu untersuchende Material durchführt. Dabei wird in einer ersten Messung die transmittierte Strahlung an eine Stelle ohne Öffnung und mit einer durchgängigen Öffnung gemessen. Aus den beiden Messungen kann dann ein Schwellwert bestimmt werden, der bei den anschließend Messungen verwendet wird, um festzulegen, ob eine Öffnung durchgängig ist oder nicht.
Zudem kann eine Messung durchgeführt werden, die eine Bestimmung der Umgebungseigenschaften, insbesondere der Umgebungslichtverhältnisse ermöglicht. Dazu werden zwei Messungen in Relation gesetzt, bei der in einer Messung die Strahlungsquelle inaktiv und bei der anderen Messung die Strahlungsquelle aktiv ist. Vorteilhafterweise können Strahlungsquelle und Material gegeneinander bewegt werden, so dass eine Abfolge von Öffnungen (Perforationsnaht) qualitativ untersucht werden kann. Die Empfangsvorrichtung kann, wie ein erstes Ausführungsbeispiel zeigt, aus mehreren Einzeloptiken bestehen und ortsfest unterhalb des zu untersuchenden Materials angeordnet sein dabei jedoch zum Zwecke der Signalmessung auf einem Photodetektor zusammengefasst sind, so dass mit ihr der gesamte Arbeitsbereich überwacht werden kann.
Ein weiteres besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass Strahlungsquelle und Empfangsvorrichtung einander gegenüber ortsfest angeordnet sind und das zu untersuchende Material zwischen ihnen bewegt wird.
In einem dritten besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel verbleibt das Material ortsfest, und Strahlungsquelle und Empfangsvorrichtung werden als Einheit relativ dazu bewegt.
Weiterhin ist ein Ausführungsbeispiel bevorzugt, bei dem eine gepulste Laserlichtquelle als Strahlungsquelle verwendet wird. Dabei erfolgt pro Puls eine Messung, die jedoch in so kurzen Abständen hintereinander ausgeführt werden, dass eine quasistatische Messung erfolgt. Dabei weichen beispielsweise bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 20 m/Min, die Messpositionen vorteilhafterweise um weniger als 3,4 μm voneinander ab, wodurch eine Ausdehnung des Messflecks gegenüber den zu detektierenden Öffnungen vernachlässigbar ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen definiert.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher beschrieben werden. Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele sind jedoch rein exemplarischer Natur und sollen nicht dazu verwendet werden, den Schutzbereich der Ansprüche daraufhin einzuschränken.
Es stellen dar:
Figur 1 : schematische Prinzipdarstellung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 2: ein erstes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Figur 3: ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Figur 4: ein drittes besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
Figur 5: eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
Messabfolge.
Im Folgenden werden gleiche oder gleichartige Elemente mit gleich lautenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Dabei ist auf der einen Seite eines zu untersuchenden Materials 2, das mindestens eine Öffnung 4, oder wie in Figur 1 dargestellt, eine Reihe von Öffnungen 4 a bis i aufweist, die eine Perforation bilden, eine Strahlungsquelle 6 angeordnet, die elektromagnetische Strahlung abgibt. Vorzugsweise gibt die Strahlungsquelle gerichtete elektromagnetische Strahlung ab, wie beispielsweise bei der Verwendung einer Laserdiode bereitsteht. Auf der Gegenseite des Materials 2 und der Strahlungsquelle 6 ist ein Reflektor 8 angeordnet, der Strahlung, die durch das Material 2 transmittiert wird, reflektiert. Dabei kann der Reflektor vorteilhafterweise als diffuser Reflektor ausgebildet sein, so dass, wie in Figur 1 dargestellt, diffuse, in alle Richtungen reflektierte Strahlung 10 von dem Reflektor 8 abgegeben wird. Dieser diffuse Reflektor 8 erlaubt eine Vielzahl von Anordnungsmöglichkeiten für eine hier noch nicht dargestellte Empfangsvorrichtung.
Durch die Anordnung der Strahlungsquelle 6 auf der einen Seite und dem Reflektor 8 und/oder der Empfangsvorrichtung auf der anderen Seite eines Materials 2 kann auf einfache Weise die Qualität einer Perforation festgestellt werden.
Vorteilhafterweise wird die gerichtete Strahlung so ausgerichtet, dass die Orientierung der Beleuchtungsrichtung der Orientierung der eingebrachten Öffnungen in dem Material entspricht. Dadurch kann gewährleistet werden, dass, wenn die Strahlung auf eine unbearbeitete Materialoberfläche oder eine fehlerhafte Öffnung trifft, die Strahlung an der Oberfläche des Materials reflektiert wird bzw. nicht in großem Anteil durch das Material hindurch treten kann. Durch den auf der, Unterseite angeordneten diffusen Reflektor wird die Strahlleistung aufgrund der diffusen Reflexion noch weiter geschwächt, so dass zuverlässig eine Fehlstelle erkannt werden kann. Auf der anderen Seite kann die Anordnung eines diffusen Reflektors dazu beitragen, fehlerhaft erkannte Fehlstellen zu vermeiden. Meistens werden solche fehlerhaften erkannten Fehlstellen dadurch hervor gerufen, dass eine Streuung an Öffnungskanten auftritt, die Öffnung jedoch durchgängig gefertigt ist. Dann tritt zwar ausreichend Strahlung durch die Öffnung hindurch, ein Photodetektor, der jedoch nicht auf diffuse Strahlung, sondern gerichtete Reflexion ausgerichtet ist, würde eine solche Streustrahlung als Fehlstelle detektieren.
Um materialbedingte oder umgebungslichtbedingte Unterschiede in der Beleuchtungsstärke feststellen zu können, wird, wie ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel zeigt, das System dynamisch kalibriert. Dazu können vor jeder eigentlichen Messung, oder vor jeder Messung mit unterschiedlichen Materialien Referenzwerte bestimmt werden, die die Diskriminierungsschwelie definieren. Dazu wird eine Messung an dem Material mit Öffnung und ohne Öffnung aufgenommen, wobei die Strahlungsquelle abgeschaltet bleibt.
Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für eine besonders bevorzugte Anordnung von Strahlungsquelle 6, Material 2 und Empfangsvorrichtungen 12. Die Strahlungsquelle 6 ist unabhängig von der Empfangsvorrichtung 12 angeordnet, wobei das zu untersuchende Material 2 zwischen ihnen zu liegen kommt, so dass die von der Strahlungsquelle 6 abgegebene elektromagnetische gerichtete Strahlung entlang der Ausrichtung der Öffnungen 4 durch das zu untersuchende Material 2 transmittieren kann. Die Zuordnung, welche Öffnung untersucht wird, wird ausschließlich über räumliche Veränderung der Strahlungsquelle 6 entlang des Materials 2 durchgeführt. Ein Pfeil 14 verdeutlicht die Bewegung der Strahlungsquelle 6 relativ zu der ortsfesten Position des Materials 2 und der Empfangsvorrichtung 12.
Die Empfangsvorrichtung 12 selbst kann wie hier dargestellt, aus mehreren Einzeloptiken bestehen und ist ortsfest unterhalb des Materials 2 angeordnet und vorzugsweise in einem Photodetektor zusammengefasst werden.
Ein von der Strahlungsquelle abgegebener Lichtstrahl 16 kann dann durch die Öffnung 4 transmittieren, und wird an einem hier nicht dargestellten diffusen Reflektor reflektiert. In die mit dem Bezugszeichen 18 versehenen Bereiche, entsprechen den Detektionsbereichen der Empfangsvorrichtung 12, in deren Bereich die von dem hier nicht dargestellten Reflektor abgegebene diffuse Strahlung detektiert wird. Durch die hier dargestellte Anordnung mehrerer Empfangsvorrichtung kann ein gesamter, mehrere Öffnungen umfassender Bereich messtechnisch simultan überwacht werden.
Figur 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für eine besonders bevorzugte Anordnung von Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12. Hierbei sind Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 einander gegenüber liegend orientiert und ortsfest auf ihrer optischen Achse montiert. Dadurch kann die Empfangsvorrichtung 12 direkt eine von der Strahlungsquelle 6 abgegebene gerichtete Strahlung auffangen. Bei dieser gezeigten Anordnung entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlich angeordneten diffusen Reflektors. Allerdings müssen Strahlungsqueiie 6 und Empfangsvorrichtung 12 exakt ausgerichtet werden, damit eine Verfälschung der Messergebnisse, aufgrund Dejustierung von Empfangsvorrichtung 12 bzw. Strahlungsquelle 6 vermieden wird. Damit eine solche Dejustierung vermieden wird bzw. eine laufende Neujustierung von Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 unnötig ist, verbleiben Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 ortsfest, und das zu untersuchende Material 2 wird mittels, beispielsweise einer CNC-Maschine, derart verfahren, dass die mehreren Öffnungen in der von Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 definierten optischen Achse gehalten werden (vgl. Pfeil 14).
Alternativ dazu ist auch eine Vorrichtung denkbar, bei der, wie Figur 4 zeigt, Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 zwar zueinander ortsfest sind, jedoch entlang des Materials 2 verschoben werden. Dabei werden wiederum die mehreren Öffnungen in der von Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 definierten optischen Achse gehalten.
Egal ob Material oder Strahlungsquelle bzw. Sende- und Empfangsvorrichtung bewegt werden, wird die Bewegung des Materials zwischen Strahlungsquelle 6 und Empfangsvorrichtung 12 derart ausgeführt, dass die Messpositionen einer Messsequenz um weniger als 3,4 μm voneinander abweichen. Die Positionen zwischen den einzelnen Messsequenzen liegen bei einer vorteilhaften Arbeitsgeschwindigkeit von 20m/min und einer Messfrequenz von 1OkHz demnach bei 33 μm. Eine solche Abfolge von Messsequenzen ist in Figur 5 dargestellt, bei der mit dem Bezugszeichen 20a bis 20g eine Abfolge von Messsequenzen gekennzeichnet ist. Wie aus Figur 5 zu entnehmen, sieht man deutlich, dass eine in dem Material 2 vorhandene Öffnung 4 eindeutig von einer Messsequenz erfasst wird. Die hier relevante Messsequenz ist durch das Bezugszeichen 2Oe gekennzeichnet. Nur bei der durchgeführten Messung 2Oe wird von einer hier nicht dargestellten Empfängsvorrichtung eine ausreichende Strahlungsintensität an transmittierter Strahlung detektiert, so dass festgestellt werden kann, ob die Öffnung 4 durchgängig ist oder nicht. Bei den anderen Messsequenzen 20 a bis d und g und f trifft die Strahlung der Strahlungsquelle auf eine unbearbeitete Materialoberfläche und wird an der Materialoberfläche reflektiert, so dass die durch das Material durchtretende Strahlung derart geschwächt wird, dass die detektierte Strahlung unter einem vorher definierten Schwellenwert verbleibt.
Eine Messsequenz besteht aus zwei Einzelmessungen, wobei die erste Einzelmessung eine Messung des Untergrundssignals liefert, wobei die Strahlungsqueile ausgeschaltet bleibt, während erst die zweite Einzelrnessung eine Messung der transmittierten Strahlung liefert, wobei die Strahlungsquelle eingeschaltet ist. Die Einzelmessungen erfolgen in so kurzen Zeitabständen (tθ + 11 =< 10 μSek.), dass sie als quasi statisch angesehen werden können.
Bei einer maximalen Arbeitsgeschwindigkeit von vorteilhafterweise 20 m/Min., würden die Messpositionen um weniger als 3,4 μm voneinander abweichen und sind deshalb vernachlässigbar gegenüber der Ausdehnung des Messflecks bzw. den zu detektierenden Fehlstellen. Ein maximaler Abstand zwischen zwei durchgängigen Öffnungen ist 4 mm, so dass die räumliche Abweichung von weniger als 3,4 μm zwischen erster und zweiter Messung nicht ins Gewicht fällt.
Zur Verbesserung des Signals Rauschverhältnisses (SNR) kann in der Empfangsvorrichtung, oder vor der Empfangsvorrichtung ein Interferenzfilter vorgesehen sein, das vorzugsweise auf die Beleuchtungswellenlänge der Strahlungsquelle angepasst ist.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der aus Strahlungsquelle und Empfangsvorrichtung bestehende Messkopf an einem CNC-Werkzeugträger positions- und lagegeführt ist. Dabei liegt der Messabstand vorteilhafterweise zwischen 5 und 50 cm, wobei das Arbeitsfeld frei zugänglich ist. Eine Führungsgenauigkeit durch den CNC-Messkopfträger liegt vorteilhafterweise rechtwinklig zur Perforationsspur und beträgt +/- 5 mm. Eine Abstandstoleranz von +/- 2,5 mm kann zudem zulässig sein. Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel, bei dem direkt bei Fertigung der- Öffnungen, insbesondere einer Perforation, deren Qualität überprüft wird. Es ist jedoch auch möglich eine Überwachung direkt nach der Bearbeitung durchzuführen.
Besonders vorteilhaft ist bei vorliegendem erfindungsgemäßen Verfahren, dass Unterschiede in den Oberflächenstrukturen (hochglanz oder matt) oder bei verschiedenen Oberflächenfarben ermöglicht wird. Dies geschieht aufgrund der durchgeführten Kalibrierungsmessung vor jeder eigentlichen Messung. Dadurch wird auch gewährleistet, dass Umgebungslichtschwankungen ohne Einfluss auf die Messung bleiben.
Offenbart wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung einer Öffnung, insbesondere einer Perforation in einem Material, wobei die Existenz bzw. Qualität der Öffnung über eine Transmissionsrate einer von einer Strahlungsquelle abgegebenen gerichteten Strahlung bestimmt wird.
Bezuαszeichenliste
Material
Öffnung
Strahlungsquelle
Reflektor reflektierte Strahlung
Empfangsvorrichtung
Bewegungsrichtung optische Achse
Detektionsbereich
Messsequenzen

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Detektion mindestens einer Öffnung in einem Material gekennzeichnet durch folgende Schritte:
• Bereitstellen einer gerichteten elektromagnetischen Strahlung mittels einer Strahlungsquelle auf einer Seite des Materials; o Bereitstellen einer Empfangsvorrichtung für elektromagnetische Strahlung auf der anderen Seite des Materials, so dass das Material zwischen Sende- und Empfangsvorrichtung angeordnet ist;
• Bestimmen einer Transmissionsrate der elektromagnetischen Strahlung durch das Material; und
• Vergleichen der Transmissionsrate mit einem vorgegebenen Schwellenwert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Transmissionsrate mittels Reflexion bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Reflexion an einem diffusen Reflektor erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als elektromagnetische Strahlung Laserlicht, insbesondere gepulstes Laserlicht, eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Existenz und/oder eine Qualität der mindestens einen Öffnung detektiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwerts durch die bestimmte Transmissionsrate die Detektion der Existenz und/oder Qualität der mindestens einen Öffnung bestimmt.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorgegebene Schwellenwert auf das zu untersuchende Material kalibriert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Kalibrierung des vorgegebenen Schwellenwerts mittels Bestimmung der Transmissionsrate der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischer Strahlung durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der vorgegebene Schwellenwert über einen Vergleich einer ersten Bestimmung der Transmissionsrate der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischer Strahlung an dem zu untersuchenden Material ohne Öffnung mit einer zweiten Bestimmung der Transmissionsrate der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischer Strahlung an dem zu untersuchenden Material mit Öffnung kalibriert wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorgegebene Schwellenwert an Umgebungslichtverhältnisse angepasst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei der vorgegebene Schwellenwert über einen Vergleich einer ersten Bestimmung der Transmissionsrate der durch das Material transmittierten elektromagnetischer Strahlung bei inaktiver Strahlungsquelle mit einer zweiten Bestimmung der Transmissionsrate der durch das Material transmittierten elektromagnetischer Strahlung bei aktiver Strahlungsquelle an die Umgebungslichtverhältnisse angepasst wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strahlungsquelle und/oder die Empfangsvorrichtung und/oder die Öffnung gegeneinander verfahrbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mehrere hintereinander liegende Öffnungen vorhanden sind, die nacheinander detektiert werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mehreren Öffnungen eine Perforationsnaht definieren, die eine Soll-Bruchstelle festlegt.
15. Vorrichtung zum Detektieren mindestens einer Öffnung in einem Material mit: « einer Strahlungsquelle zum Bereitstellen einer gerichteten elektromagnetischen Strahlung auf einer Seite des Materials; • einer Empfangsvorrichtung zum Empfangen einer elektromagnetischen Strahlung, die auf der der Strahlungsquelle gegenüber liegenden Seite des Materials angeordnet ist; • einer Detektionsvorrichtung zum Bestimmen einer Transmissionsrate einer durch die Öffnung transmittierten elektromagnetischen Strahlung; und
• einer Vergleichsvorrichtung, die die bestimmte Transmissionsrate mit einem vorgegebenen Schwellenwert vergleicht.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei weiterhin ein Reflektor zur Bereitstellung einer Reflexion auf der die Empfangsvorrichtung beinhaltenden Seite angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Reflektor ein diffuser Reflektor ist.
18. Vorrichtung nach einem der Anspruch 15 bis 17, wobei die Strahlungsquelle als Laserdiode ausgebildet ist, die insbesondere gepulstes Laserlicht abgibt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei die Vorrichtung eine Existenz und/oder Qualität der mindestens einen Öffnung detektiert.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Detektionsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist, eine Schwellwertanalyse durchzuführen, um bei Unter- oder Überschreiten des vorgegebenen Schwellenwerts durch die bestimmte Transmissionsrate eine Existenz und/oder Qualität der mindestens einen Öffnung zu bestimmen.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, wobei die Vergleichsvorrichtung weiterhin dazu ausgelegt ist, den vorgegebenen Schwellenwert auf das zu untersuchende Material zu kalibrieren.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , wobei die Vergleichvorrichtung den Schwellenwert mittels eines Vergleichs einer ersten Bestimmung der Transmissionsrate der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischer Strahlung an dem zu untersuchenden Material ohne Öffnung mit einer zweiten Bestimmung der Transmissionsrate der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischer Strahlung an dem zu untersuchenden Material mit Öffnung kalibriert.
23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der vorgegebene Schwellenwert an die Umgebungseigenschaften anpassbar ist.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, wobei der vorgegebene Schwellenwert über einen Vergleich einer ersten Bestimmung der Transmissionsrate der durch das Material transmittierten elektromagnetischer Strahlung bei inaktiver Strahlungsquelle mit einer zweiten Bestimmung der Transmissionsrate der durch das Material transmittierten elektromagnetischer Strahlung bei aktiver Strahlungsquelle an die Umgebungslichtverhältnisse anpassbar ist.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24, wobei weiterhin eine Führvorrichtung vorhanden ist, die die Strahlungsquelle und/oder die Empfangsvorrichtung und/oder die Öffnung bewegt.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25, wobei weiterhin ein Interferenzfilter vorhanden ist, das auf die Wellenlänge der von der Strahlungsquelle abgegebenen elektromagnetischen Strahlung optimiert ist.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 26, wobei Empfangsvorrichtung und/oder Detektionsvorrichtung und/oder Vergleichsvorrichtung als eine einzige Messvorrichtung ausgebildet sind.
28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Messvorrichtung als eine oder mehrere Photodetektoren ausgebildet ist.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 28, wobei mehrere Öffnungen vorhanden sind, die nacheinander detektiert werden.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die mehreren Öffnungen eine Perforationsnaht definieren, die eine Soll-Bruchstelle festlegen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 30, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 auszuführen.
32. Anlage zum Herstellen einer durch eine Perforationsnaht gebildeten Soll- Bruchstelle in einem Material, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine Vorrichtung zum Detektieren einer Öffnung in dem Material gemäß einem der Ansprüche 15 bis 31 aufweist und zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 geeignet ist..
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE19949501A1 (de) * 1999-10-14 2001-04-19 Volkswagen Ag Verfahren zum Einbringen von Vertiefungen in Kunststoffteilen

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