WO2008104230A1 - Verfahren zur vorschwächung eines bauteils, insbesondere eines verkleidungsteils - Google Patents

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WO2008104230A1
WO2008104230A1 PCT/EP2007/051945 EP2007051945W WO2008104230A1 WO 2008104230 A1 WO2008104230 A1 WO 2008104230A1 EP 2007051945 W EP2007051945 W EP 2007051945W WO 2008104230 A1 WO2008104230 A1 WO 2008104230A1
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component
indicator layer
laser radiation
signal
sensor
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PCT/EP2007/051945
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Thomas Wahl
Axel Sodeik
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Thomas Wahl
Axel Sodeik
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Definitions

  • the invention relates to a method for pre-weakening a component with the aid of laser radiation, in particular for pre-weakening a trim part, such as a motor vehicle interior trim part, and a corresponding device and a corresponding component.
  • the laser radiation used for the pre-attenuation is generally the intensity of the transmitted through the remaining wall thickness
  • Laser radiation used. This assumes that the laser source and the sensor for
  • the invention is the object of the invention to provide an improved method for the pre-weakening of a component, in particular for the pre-weakening of a trim part, such as a motor vehicle interior trim part, and a corresponding device and such a component.
  • a method for pre-weakening a component by means of laser radiation is provided.
  • the component has an indicator layer, which is designed such that a signal can be detected due to the impact of the laser radiation on the indicator layer during the pre-weakening of the component. The detection of this signal is used to control the laser radiation.
  • control of the laser radiation may also be designed as a control, the regulation of the laser radiation depending on, for example, the intensity of the detected signal.
  • the indicator layer exposes material due to the impingement of the laser radiation, the released material leading to the detection of the signal.
  • the released material has an optical, magnetic, acoustic and / or electrical property which is detected with the aid of the sensor.
  • the indicator layer is designed for triggering a sound wave due to the impact of the laser radiation, wherein the detection of the signal is performed with an acoustic sensor.
  • the indicator layer includes material inclusions, such as microspheres, which are filled with a solid, a liquid or a gas. Upon impact of the laser beam on one of the microspheres, the material therein expands, causing the microsphere to burst, resulting in the sound wave.
  • Embodiments of the invention are particularly suitable for introducing weakenings with defined and reproducible residual wall thickness or weakening depth into multi-layered components, as used for example in means of transport, in particular motor vehicles.
  • These components may be, for example, dashboards, steering wheel covers, panels, seat backs or the like.
  • Such components generally consist of a surface layer which forms the visible surface of the component.
  • the surface layer is often a plastic skin, ie a so-called skin.
  • This skin is often backfoamed, with the Foam can also represent the mechanical connection to the support structure of the component.
  • Weakenings are introduced into such components, for example, to form a predetermined breaking point through which an airbag with a defined energy loss can break through in the event of an accident. Since the deployment time and the deployment speed of the airbag depends on this energy loss and must be reproducible, the energy loss must also be reproducible when breaking the predetermined breaking point and thus the residual strength of the predetermined breaking point in close tolerances. This assumes that the residual wall thicknesses are carefully monitored when introducing the weakening. It is therefore advantageous if the indicator layer extends at a defined distance from a desired residual wall thickness of the component or at a defined distance from a desired weakening depth of the component, so that thereby a termination criterion for the laser processing of the component is given at the respective point considered.
  • the indicator layer is applied to the back of the skin. If the laser beam reaches the indicator material, then the indicator is physically and / or chemically altered there, which can be detected by a suitable sensor.
  • Chemical changes include, for example, the oxidation or reduction of a component of the indicator material.
  • Physical changes are, in particular, changes in the state of matter, in particular melting, evaporation and / or plasma excitation. Such changes can be detected due to their physical interactions with the environment. This can be done by optical, acoustic, magnetic or electrical means.
  • the component to be machined such as the motor vehicle interior trim part to be pre-mounted, contains in the indicator layer a substance which can absorb the laser radiation to be used for the preweakening and re-emits at a different frequency.
  • a substance which can absorb the laser radiation to be used for the preweakening and re-emits at a different frequency For the regulation of the laser radiation during the execution of the processing, in particular the Vorschwambaung, then not, as is customary in the prior art, the transmitted portion of the laser radiation, but the re-emitted radiation from the substance used.
  • Interior trim part a lacquer layer, which is substantially impermeable to the laser radiation.
  • the resist layer transmits the re-emitted radiation due to the frequency shift, so that the control of the laser power can be performed on the basis of the measurement of the re-emitted radiation.
  • Another advantage is that, depending on the distribution of the substance in the motor vehicle interior trim part, there is a greater freedom with regard to the arrangement of the measuring sensor. If, for example, the substance is present as a thin layer in the motor vehicle interior trim part, which runs approximately along the desired attenuation depth, then only the occurrence of the re-emitting radiation has to be measured without being dependent on its exact intensity, so that the measurement Sensor can in principle be arbitrarily positioned.
  • the substance is a luminescent substance.
  • Luminescence is a radiation that is generated during the transition from an excited state to an energetically lower state or a ground state.
  • the luminescence can be excited by photons; in this case one speaks of photo luminescence.
  • phosphorescence Depending on the time duration, a distinction is made between excitation and emission of the radiation between phosphorescence and fluorescence.
  • fluorescence the remission of the radiation takes place directly on the absorption, ie within, for example, 10 ⁇ 8 seconds, whereas in the case of phosphorescence the remission takes place only after a longer period of time.
  • the substance is a photoluminescent
  • Substance in particular a fluorescent substance.
  • the substance is easy to stimulate characteristic illumination, eg fluorescence.
  • Suitable substances are, for example, the salts of alkali metal and alkaline earth metal. Metals.
  • organic substances or a mixture of substances which, when excited by the laser radiation, emits radiation of a different frequency than the laser source.
  • the laser used is, for example, a CO2 laser, a YAG laser or other laser.
  • the motor vehicle interior trim part has a layer substantially impermeable to the laser radiation.
  • This layer may be an outer paint layer of the motor vehicle interior trim part.
  • This layer is largely impermeable to the laser radiation, so that no transmitted portion of the laser radiation can be measured. If the layer is sufficiently permeable to the re-emitted radiation, then the portion of the re-emitted radiation transmitted through the layer can be measured and used as the basis for the regulation of the laser radiation.
  • the layer impermeable to the laser radiation is permeable to the re-emitted radiation. If the layer is also impervious to the re-emitted radiation, the re-emitted radiation can nevertheless be measured by an arrangement of the sensor, for example on the rear side of the motor vehicle interior trim part, in order to regulate the laser radiation on this basis.
  • a further radiation source is used as part of the device according to the invention.
  • This radiation source provides radiation of a frequency that is absorbed by the material that releases the indicator layer. This absorption can be achieved by means of a suitable, e.g. spectroscopic sensor can be detected.
  • the particles of the substance are distributed in at least one layer of the motor vehicle interior trim part.
  • particles of the substance are added to the plastic granulate which is used to produce the relevant layer of the motor vehicle interior trim part as an additive. This results in an approximately homogeneous distribution of the particles in the relevant layer of the motor vehicle interior trim part.
  • the indicator layer is in this embodiment, therefore, an integral part of one of the already existing layers of the component.
  • the motor vehicle interior trim part has a skin, such as e.g. a foamy skin, a pouring skin or a slush skin in which particles of the substance are distributed.
  • a skin such as e.g. a foamy skin, a pouring skin or a slush skin in which particles of the substance are distributed.
  • the substance is present in the motor vehicle interior trim part as a thin layer.
  • particles of the substance are sprayed on, printed or applied with the aid of a carrier film.
  • the measurement of the re-emitted radiation takes place with the aid of a sensor which is sensitive only to the frequency of the radiation re-emitted by the substance.
  • the sensor may include a filter, such as a filter. have an interference filter that passes this frequency, but not the laser frequency.
  • An interference filter is e.g. of several thin layers of dielectric transparent material. These layers are in high vacuum, e.g. vapor-deposited on a glass slide. At the interfaces between two layers, the reflection of the incident light occurs. Superposition of the reflected waves leads to interference phenomena. With a suitably selected layer thickness, radiation of specific wavelengths is extinguished by this interference, ie not transmitted, while light of other frequencies, including the frequency of the radiation re-emitted by the substance, but not the laser frequency, can pass.
  • an optical property of the indicator material released by the impact of the laser beam is used to detect the signal. If the laser beam reaches the indicator layer during the processing of the component for producing the preliminary weakening, then material from the indicator layer enters the material flow which, as a result of the laser processing of the component, leaves the already introduced, for example hole- or slot-shaped, weakening.
  • the indicator material evaporates when the laser beam strikes and / or a chemical reaction of the indicator material is triggered by the laser beam. In the latter case, the reaction product enters the flow of material using a characteristic of this reaction product of the indicator material for signal detection.
  • the indicator material or its reaction product is thermally excited by the processing laser, and thus radiates a typical for the indicator material spectrum of electromagnetic waves.
  • the interaction with the processing laser beam is not intense enough to excite an easily detectable characteristic spectral line of the indicator material, such a spectral line can be excited with a second, adapted light source.
  • this excitation light source can be operated pulsed, so that the (fluorescent) radiation to be detected can be filtered out more easily from the background lighting of the exhaust gas flow.
  • the detection of the characteristic spectral lines indicates reliably that the desired residual wall thickness or the desired depth of the preweakening is reached, or that the desired residual wall thickness or depth of the preweakening is achieved with a predetermined additional energy input.
  • the indicator layer includes, for example, salts of metals, in particular alkali metals, with characteristic, easily excitable spectral lines, which can already be detected, for example, in the classical qualitative chemical analysis by atomic emission spectroscopy, such as sodium, copper or potassium.
  • the indicator layer is contained in the skin itself.
  • the indicator layer is disposed or included in the foam.
  • the flow of material flowing out of the machining hole or the machining slot is used for the detection of the achievement of the indicator layer by the machining laser by checking a property of the material flow. This may be a spectroscopic property of the evaporated indicator material or optionally a property of the plasma formed in the material flow, in particular the recombination illumination of the indicator material in the plasma.
  • the indicator layer contains a substance with a magnetic property which changes the magnetic material property resulting from the processing of the component as soon as the laser beam reaches the indicator layer.
  • the indicator layer includes a substance whose relative permeability is different from the permeability of the otherwise due to the laser application effluent processing products in the material flow.
  • this substance of the indicator layer is a ferromagnetic material. This may be a so-called nanometal, i. a metal that is in a very small particle size of a few nanometers.
  • the sensing of the magnetic property of the outflowing material flow can be done by means of a sensor which includes a coil.
  • the coil is arranged so that the flow of material penetrates the magnetic field of the coil.
  • the impedance of the coil changes accordingly, which is detectable by means of a suitable circuit.
  • the coil of the sensor is part of an electrical resonant circuit with a specific resonant frequency. With a change in the permeability of the material flow of the resonant circuit is detuned, which can be detected very efficient and high resolution.
  • an indicator material can be used by which an electrical property of the effluent processing products of the material flow is changed.
  • This electrical property may be, for example, the electrical conductivity of the material stream and / or the change in the relative dielectric constant of the material flow act.
  • a change in conductivity can be measured by two electrodes projecting into the material flow and fed by a voltage source. As soon as the conductivity of the material flow changes, the current measured at a constant voltage changes, which can be detected. Alternatively, the voltage drop at a detector with a very high internal resistance can be evaluated.
  • the change in dielectric constant can be detected by passing the material stream through a capacitor of a sensor, e.g. is integrated in a resonant electrical resonant circuit. Due to the change in the dielectric constant, the resonant circuit is detuned, which can be detected very efficiently and with high resolution.
  • the indicator layer is designed to trigger a sound wave due to the occurrence of the laser radiation.
  • the sound wave may be triggered, for example, due to a chemical reaction of the indicator material, such as burning of the indicator material, or a change in volume upon a change in the state of aggregation of the indicator material, for example during evaporation due to exposure to the laser radiation.
  • a suitable design of the indicator layer is achieved in embodiments of the invention that these sound waves are very characteristic, so they can be separated from the normal noise of combustion or evaporation, which occurs when the laser beam does not act on the indicator layer, metrologically simple and unique.
  • the indicator layer includes material inclusions, such as in the form of solid particles, liquid and / or gas inclusions. Upon impact of the laser radiation, these material inclusions burst, emitting characteristic noises.
  • the material inclusions are formed as microcapsules, in particular as microspheres. The Encapsulation of the material inclusions withstood the exposure to the laser energy for a sufficiently long time, so that the material surrounded by the encapsulation evaporates, whereby the capsule then bursts suddenly.
  • the indicator layer is formed so that upon exposure to the laser radiation, a chemical reaction takes place, which has a characteristic noise. When the laser beam reaches the indicator layer, this is detectable by the detection of this characteristic noise.
  • the invention relates to a device for pre-weakening a component with an indicator layer.
  • the device comprises: a radiation source for the laser radiation, a sensor for the detection of the signal, and control means for the laser radiation as a function of the signal detected by the sensor.
  • the invention relates to a device for the preweakening of a motor vehicle interior trim part, which has a laser radiation of a first frequency absorbing and re-emitting substance with a second frequency.
  • the device has a sensor for radiation of the second frequency, so that the device can also be used for the pre-weakening of such automotive interior trim parts, which are not or not sufficiently transparent to the laser radiation.
  • the use of the re-emitted radiation instead of the transmitted laser radiation as a basis for the measurement or the control makes it possible to arrange the sensor with respect to the motor vehicle interior trim part on the same side as the laser source.
  • the invention relates to a component with an indicator layer, wherein the indicator layer is designed such that a signal can be detected due to the impingement of laser radiation on the indicator layer.
  • the indicator layer Upon reaching the indicator layer, a physical and / or chemical transformation in the indicator material is excited due to the laser beam, which leads to a characteristic optical, magnetic, electrical or acoustic signal, which is detectable, so that there is the information that the laser beam has reached the indicator layer.
  • This information can be used for controlling and / or regulating the laser beam, in particular for producing a component with a defined depth of the preliminary weakening or a defined residual wall thickness.
  • the invention relates to a motor vehicle interior trim part with a luminescent substance, wherein the luminescence can be excited by a laser radiation, for example a CO 2 laser, a YAG laser or another laser used for the preweakening of the motor vehicle interior trim part.
  • a laser radiation for example a CO 2 laser, a YAG laser or another laser used for the preweakening of the motor vehicle interior trim part.
  • the luminescence occurring in the implementation of the preweakening with the aid of the laser radiation is used as a controlled variable for carrying out the preweakening.
  • the present invention can be used for processing various components made of different materials, in particular plastic, wood, textile materials,
  • Material blends or material stratifications are used, e.g. to the
  • the present invention can be used for the machining of motor vehicle interior trim parts, in particular in order to realize an airbag flap opening by pre-weakening.
  • FIG. 1 shows a schematic section through an embodiment of a motor vehicle interior trim part according to the invention and a schematic block diagram of an embodiment of a device according to the invention during the machining of the motor vehicle interior trim part
  • FIG. 2 shows the intensity profile of the intensity distribution measured in the case of uniform distribution of particles of the substance in a layer of the motor vehicle interior trim part luminescence
  • FIG. 3 shows the intensity profile of the luminescence measured in the case of an inhomogeneous distribution of the substance in the motor vehicle interior trim part
  • FIG. 4 shows a block diagram of a further embodiment of a device according to the invention and a cross-section of a further embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 5 shows a flowchart of an embodiment of a method according to the invention
  • FIG. 6 shows a schematic section through an embodiment of a component according to the invention with an indicator material detectable optically, magnetically and / or electrically in the exiting material flow
  • FIG. 7 shows a schematic section through an embodiment of a component according to the invention with an indicator layer, which is used for the acoustic
  • Figure 8 is a schematic plan view of an embodiment of the acoustic
  • FIG. 9 shows a schematic section through an embodiment of a component according to the invention with a locally limited indicator layer, FIG.
  • FIG. 10 shows a schematic section through an embodiment of a component according to the invention with an indicator layer whose
  • Indicator material is applied to a tape.
  • Elements of the following figures that correspond to each other are identified by the same or corresponding reference numerals.
  • FIG. 1 shows a schematic cross section through a motor vehicle interior trim part 100.
  • the motor vehicle interior trim part 100 may be made e.g. around an instrument panel, a door trim, a pillar trim e.g. act for the so-called A, B, C or D pillar of a motor vehicle, a headliner or other automotive interior trim part.
  • the automotive trim panel 100 has a carrier 102 made of a hard plastic, such as plastic. ABS (acrylonitrile butadiene styrene).
  • a foam layer 104 e.g. made of PU (polyurethane).
  • PU polyurethane
  • a skin 106 e.g. a slush skin or a casting skin, in particular a skin of PVC (polyvinyl chloride).
  • the skin 106 is provided with a paint layer 108, which is visible here in the installation position of the motor vehicle interior trim part of the motor vehicle interior.
  • Particles of a photoluminescent substance may be distributed in one, several or all layers of the motor vehicle interior trim part 100.
  • the photoluminescent substance may be present in one or more of the layers of the automotive interior trim panel and / or between layers of the automotive interior trim panel in concentrated form, such as e.g. as a thin layer.
  • the automotive trim panel 100 includes a layer 110 between the foam layer 104 and the skin 106 that includes the photoluminescent substance.
  • the motor vehicle interior trim part 100 may have such a layer 112 between the skin and the lacquer layer 108.
  • the layer 110 and / or 112 with the photoluminescent substance may, for example, be sprayed on or printed on.
  • the layer 110 or 112 may also be applied with a carrier film.
  • a groove or a blind hole 114 is cut from its rear side by means of a laser beam 116.
  • the laser beam 116 is supplied by a laser 118, such as a CO 2 laser or YAG laser.
  • the controller 120 receives a sensor signal 122 from a sensor 124.
  • the sensor 124 serves to sense the luminescence of the photoluminescent substance distributed in the motor vehicle interior trim part 100 when it is excited by the laser beam 116 becomes.
  • the sensor 124 may have a filter 126, which transmits the luminescence, but not radiation of the laser frequency.
  • the sensor 124 may be disposed with respect to the motor vehicle interior trim part 100 on the same side as the laser 118, wherein the sensor is aligned with the rear side of the motor vehicle interior trim part (position A), and / or on the laser 118 opposite lying side of the motor vehicle interior trim part 100 (position B), as shown in the figure 1.
  • the laser 118 is positioned and turned on so that the laser beam 116 enters the automotive trim panel 100.
  • the laser beam 116 excites the photoluminescent substance in the skin 106.
  • the resulting luminescence is measured by the sensor 124.
  • the sensor 124 then generates the sensor signal 122, which is transmitted to the controller 120.
  • the sensor signal 122 may be an intensity signal indicating the intensity of the sensed luminescence.
  • the sensed intensity of luminescence is compared by the controller 120 with a threshold. As soon as the intensity of the luminescence reaches the threshold value, the laser beam 116 is switched off, so that the desired residual wall thickness remains below the blind hole 114.
  • the sensor signal 122 may be a binary signal which merely indicates whether luminescence was sensed by the sensor 124 or not. This is particularly advantageous when the photoluminescent substance is no longer or less homogeneously distributed in one or more of the layers of the motor vehicle interior trim part 100, but as a thin layer, e.g. in the form of the layer 110 and / or 112. Due to the concentration of the photoluminescent substance in one or more such thin layers, the luminescence accordingly has one or more distinct peaks which may be used to generate the binary sensor signal 122. For example, a sensor signal 122 of logic "0" means that no luminescence was sensed, whereas a sensor signal 122 of logic "1" means that luminescence was sensed.
  • the controller 120 As soon as the controller 120 receives a sensor signal 122 of logic "1", it shuts off the laser radiation 116, for example. Alternatively, the first time the sensor signal 122 "tilts” from logic “0” to logic “1", the laser power is reduced until the sensor signal 122 flips a second time from logic “0” to logic “1". The latter is advantageous if the photoluminescent substance is present in the successive layers 110 and 112 in the weakening direction.
  • the lacquer layer 108 may be made of a material which is largely impermeable to the laser radiation 116. If this material is permeable to the luminescence, the sensor 124 may be disposed on the side of the motor vehicle interior trim part 100 opposite the laser 118 (position B), so that the sensor 124 can measure the luminescence transmitted through the lacquer layer 108. If the resist layer 108 is also substantially impermeable to luminescence, the luminescence can still be measured if the sensor 124 is positioned on the same side as the laser 118 with respect to the motor vehicle interior trim part 100 (position A). FIG.
  • FIG. 2 shows the profile of the intensity I of the luminescence measured by the sensor 124 as a function of the attenuation depth t when the photoluminescent substance is present in at least one of the layers of the motor vehicle interior trim part 100 in the form of approximately homogeneously distributed particles.
  • the luminescence has an intensity of h.
  • This intensity h is also the switching threshold for switching off the laser radiation.
  • the intensity profile according to FIG. 2 is obtained, for example. with an approximately homogeneous distribution of particles of the photoluminescent substance in the skin 106.
  • Figure 3 shows the intensity profile when the photoluminescent substance is e.g. is present as a thin layer 110 (see FIG.
  • the intensity of the luminescence has a pronounced peak 128 which, for example, leads to a "tip-over" of the binary sensor signal 122 (see Figure 1) from logic “0" to logic “1".
  • the intensity of the luminescence decreases again, so that the binary sensor signal 122 again tilts back from logic "1” to logic "0". Due to this backward tilting of the binary sensor signal 122 from "1” to “0", the controller 120 shuts off the laser 118, so that approximately the desired weakening depth ti is reached.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a motor vehicle interior trim part according to the invention and a device for the preweakening of the motor vehicle interior trim part.
  • Elements of Figure 4 which correspond to elements of Figure 1 are identified by corresponding reference numerals.
  • the sensor 424 is disposed on the same side as the laser head 418 with respect to the automotive trim panel 400. In this case, the sensor 424 is aligned in the direction of the plasma 430 generated by the laser beam 416 in the motor vehicle interior trim part 400 during the preweakening.
  • the laser head 418 and the sensor 424 are preferably arranged on the same arm 432 of a robot.
  • the robot has a robot controller 434 that receives a position signal 436 from the controller 420.
  • the position signal 436 specifies the target position of the robot arm 432 for aligning the laser beam 416 with the automotive trim panel 400.
  • the robot controller 434 may be formed separately or as an integral part of the controller 420.
  • the controller 420 has a processor 438 for executing program instructions 440 for the evaluation of the sensor signal 422 supplied by the sensor 424. Furthermore, the processor 438 is used to execute program instructions 442 for the activation of the laser head 418.
  • the controller 420 further has a memory 444 in which at least one threshold for the intensity of the luminescence is stored. Alternatively, different threshold values can be stored depending on the position.
  • the motor vehicle interior trim part 400 includes a photoluminescent substance, for example at least in the skin 406.
  • the controller 420 outputs a position signal 436 to the robot controller 434 to position the laser head 418 with the sensor 424. Thereafter, the laser beam 416 is turned on by the program instructions 442 due to a corresponding drive of the laser head 418.
  • the sensor signals 422 output by the sensor 424 during this time are continuously evaluated by the program instructions 444.
  • the sensor signal 422 is an intensity signal.
  • the intensity of the luminescence measured by the sensor 424 is compared by the program instructions 440 with the threshold value stored in the memory. Upon reaching the threshold, the laser beam 416 is turned off due to a corresponding control by the program instructions 442 and the controller 420 outputs a new position signal 436 to increment the position of the laser head 418 in the x direction, for example.
  • FIG. 5 shows a corresponding flow chart.
  • the laser or at least the laser head is aligned with the position to be pre-selected of the motor vehicle interior trim part.
  • the sensor for performing the intensity measurement can also be positioned.
  • step 502 the laser beam is turned on. Thereafter, the luminescence is continuously measured in step 504. In step 506, it is checked whether the intensity of the luminescence exceeds a threshold value. As long as this is not the case, luminescence measurements are repeatedly performed in step 504.
  • the laser is illuminated in step 508 by means of e.g. switched off the program instructions 442 (see Figure 4) and the position in step 510 is incremented. Thereafter, the flow goes back to the step 502.
  • the component 100 is designed so that the indicator layer 110 contains a substance that evaporates when the laser beam 116 strikes.
  • the substance thus released from the indicator layer 110 thus becomes part of the material stream 101 which is discharged from the blind hole 114 of the component 110 during the process
  • the material stream 101 can be present, for example, in the vapor phase or as plasma (compare plasma 430 of FIG.
  • an optical, magnetic and / or electrical property of the material flow 101 is monitored.
  • the thus sensed change of the characteristic leads to a signal detection by the control of the device (cf control 120 in the embodiment of Figure 1 and control 420 in the embodiment of Figure 4).
  • the laser beam 116 is switched off immediately depending on the embodiment or continued for a predetermined period of constant power, so that the component 100 is supplied with the remaining residual energy required to achieve the desired residual wall thickness or weakening depth.
  • the sensor signal supplied by the sensor 124 can also be used to regulate the power of the laser beam 116.
  • the material stream 101 may also be present as plasma, in particular if the power of the laser beam 116 is relatively high.
  • the sensor 124 may be formed as an optical sensor, for example for the spectroscopic examination of the material flow 101 and / or for detecting an emerging from the material flow 101 optical frequency component.
  • the sensor 124 may also be designed for sensing a magnetic property of the material flow 101, in particular for sensing a change in its permeability.
  • the sensor 124 includes, for example, a coil whose magnetic field at least partially penetrates the material flow 101. Due to a change in the permeability of the material stream 101 due to the released material of the indicator layer 110, the impedance of the coil changes, which can be detected by a suitable electrical or electronic circuit.
  • the sensor 124 may also be designed to detect the change in an electrical property of the material stream 101, for example to detect a change in its conductivity or its dielectric constant.
  • the sensor 124 has two electrodes between which a voltage is applied, and which project into the material flow 101.
  • the sensor 124 may comprise a capacitor through which the material flow 101 flows, so that its capacitance depends on the dielectric constant of the material flow 101.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a component 100 according to the invention.
  • the indicator layer 110 is designed to trigger a sound wave due to the impact of the laser radiation 116.
  • the sensor 124 is embodied here as an acoustic sensor, for example as a piezoelectric element.
  • the sensor 124 can be arranged directly on the component 100 in order to detect the structure-borne noise generated by the indicator layer 110, as shown in FIG.
  • the indicator layer 110 may include a substance that reacts chemically when the laser beam 116 strikes, thereby generating a characteristic noise that can be detected with the aid of the sensor 124. This may be e.g. to act on nanoparticles.
  • the indicator layer 110 may include material inclusions, for example a liquid or a gas.
  • material inclusions for example a liquid or a gas.
  • the material inclusions may, for example, be in the form of microcapsules, in particular microspheres, as shown schematically in FIG.
  • the microcapsules 103 each have a shell 105 enclosing a material 107.
  • the laser beam 116 impinges on one of the microcapsules 103, it is heated. Due to the expansion of the material 107 caused by the heating, the shell 105 bursts, resulting in a characteristic sound wave.
  • FIG. 9 shows a further embodiment in which the indicator layer 110 is locally limited to the region of the weakening to be produced. The indicator layer is therefore not arranged continuously in the component, as is the case for example in the embodiment of FIGS. 6 and 7.
  • the indicator layer 110 has a foil, such as a tape 116.
  • the material 111 of the indicator layer for example a luminescent substance, is applied to the tape 109.
  • the tape 109 is then integrated in the manufacture of the component 100 by, for example, adhering it to the back of the skin 106 before it is backfoamed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils (100; 400) mit 5 Hilfe von Laserstrahlung (116; 416), wobei das Bauteil eine Indikatorschicht (110, 112; 406) aufweist, und wobei die Indikatorschicht so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung auf die Indikatorschicht ein Signal detektierbar ist, mit folgenden Schritten: Beaufschlagung des Bauteils mit der Laserstrahlung, Detektion des Signals, wenn die Laserstrahlung die Indikatorschicht erreicht, Steuerung der Laserstrahlung in Abhängigkeit von der Detektion des Signals.

Description

Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils, insbesondere eines Verkleidungsteils
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils mit Hilfe von Laserstrahlung, insbesondere zur Vorschwächung eines Verkleidungsteils, wie zum Beispiel eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils, sowie eine entsprechende Vorrichtung und ein entsprechendes Bauteil.
Aus dem Stand der Technik ist die Vorschwächung von Instrumententafeln mit einem Laserstrahl zur Herstellung von Airbag-Klappenöffnungen bekannt. Insbesondere zeigen die DE 196 36 429, DE 102 54 377, EP 07 11627, GB 2276354 und JP 2-99 324 entsprechende Verfahren für die Laserschwächung.
Zur Regelung der für die Vorschwächung verwendeten Laserstrahlung wird im Allgemeinen die Intensität der durch die verbleibende Restwandstärke transmittierten
Laserstrahlung verwendet. Dies setzt voraus, dass die Laserquelle und der Sensor zur
Sensierung der Intensität des transmittierten Anteils der Laserstrahlung in Bezug auf das vorzuschwächende Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil auf gegenüberliegenden
Seiten angeordnet sind. Ferner setzen solche vorbekannten Verfahren voraus, dass das Material des vorzuschwächenden Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils eine ausreichende Transparenz für die verwendete Laserstrahlung aufweist, um die
Messung eines transmittierten Anteils zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils, insbesondere zur Vorschwächung eines Verkleidungsteils, wie zum Beispiel eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils, zu schaffen, sowie eine entsprechende Vorrichtung und ein solches Bauteil.
Die der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben werden jeweils mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils mit Hilfe von Laserstrahlung geschaffen. Das Bauteil hat eine Indikatorschicht, die so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung auf die Indikatorschicht bei der Vorschwächung des Bauteils ein Signal detektierbar ist. Die Detektion dieses Signals wird zur Steuerung der Laserstrahlung verwendet.
Dies kann so erfolgen, dass unmittelbar mit der Detektion des Signals die Beaufschlagung des Bauteils mit der Laserstrahlung an der gerade bearbeiteten Stelle sofort beendet wird, oder indem nach der Detektion des Signals das Bauteil an der bearbeiteten Stelle nur noch mit einer definierten Restlaserenergie beaufschlagt wird, um den gewünschten Grad der Vorschwächung herzustellen. Ein geschlossener Regelkreis zur Regelung der Laserstrahlung ist also in Ausführungsformen der Erfindung nicht unbedingt erforderlich, was den apparativen Aufwand zur Herstellung einer Vorschwächung definierter Qualität erheblich reduziert.
Nach Ausführungsformen der Erfindung kann jedoch die Steuerung der Laserstrahlung auch als Regelung ausgebildet sein, wobei die Reglung der Laserstrahlung in Abhängigkeit zum Beispiel von der Intensität des detektierten Signals abhängt.
Nach Ausführungsformen der Erfindung setzt die Indikatorschicht aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung Material frei, wobei das freigesetzte Material zur Detektion des Signals führt. Beispielsweise hat das freigesetzte Material eine optische, magnetische, akustische und/oder elektrische Eigenschaft, die mit Hilfe des Sensors detektiert wird.
Nach weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist die Indikatorschicht zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung ausgebildet, wobei die Detektion des Signals mit einem akustischen Sensor erfolgt. Hierzu beinhaltet die Indikatorschicht Materialeinschlüsse, wie zum Beispiel Mikrokugeln, die mit einem Festkörper, einer Flüssigkeit oder einem Gas gefüllt sind. Beim Auftreffen des Laserstrahls auf eine der Mikrokugeln expandiert das darin befindliche Material, sodass die Mikrokugel platzt, was zu der Schallwelle führt.
Ausführungsformen der Erfindung sind besonders geeignet für das Einbringen von Schwächungen mit definierter und reproduzierbarer Restwandstärke oder Schwächungstiefe in mehrschichtige Bauteile, wie sie zum Beispiel in Verkehrsmitteln, insbesondere Kraftfahrzeugen, eingesetzt werden. Bei diesen Bauteilen kann es sich zum Beispiel um Armaturentafeln, Lenkradabdeckungen, Verkleidungen, Sitzlehnen oder dergleichen handeln.
Solche Bauteile bestehen im Allgemeinen aus einer Oberflächenschicht, die die Sichtfläche des Bauteils bildet. Bei der Oberflächenschicht handelt es sich oft um eine Kunststoffhaut, d.h. eine so genannte Skin. Diese Skin ist oft hinterschäumt, wobei der Schaum auch die mechanische Verbindung zur Tragestruktur des Bauteils darstellen kann.
Schwächungen werden in solche Bauteile zum Beispiel eingebracht, um eine Sollbruchstelle zu bilden, durch die im Falle eines Unfalls ein Airbag mit definiertem Energieverlust durchbrechen kann. Da die Entfaltungszeit und die Entfaltungsgeschwindigkeit des Airbags von diesem Energieverlust abhängt und reproduzierbar sein muss, muss auch der Energieverlust beim Durchbrechen der Sollbruchstelle und damit die Restfestigkeit der Sollbruchstelle in engen Toleranzen reproduzierbar sein. Dies setzt voraus, dass die Restwandstärken beim Einbringen der Schwächung genau überwacht werden. Vorteilhaft ist es daher, wenn die Indikatorschicht in einem definierten Abstand von einer Sollrestwandstärke des Bauteils oder in einem definierten Abstand von einer Sollschwächungstiefe des Bauteils verläuft, damit hierdurch ein Abbruchkriterium für die Laserbearbeitung des Bauteils an der jeweils betrachteten Stelle gegeben ist.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Indikatorschicht auf die Rückseite der Skin aufgebracht. Erreicht der Laserstrahl das Indikatormaterial, so wird der Indikator dort physikalisch und/oder chemisch verändert, was durch einen geeigneten Sensor detektierbar ist. Chemische Veränderungen beinhalten zum Beispiel die Oxidation oder Reduktion eines Bestandteils des Indikatormaterials. Als physikalische Veränderungen sind insbesondere Änderungen des Aggregatzustands, insbesondere Schmelzen, Verdampfen und/oder Plasmaanregung, zu nennen. Solche Veränderungen können aufgrund ihrer physikalischen Wechselwirkungen mit der Umwelt detektiert werden. Dies kann auf optischem, akustischem, magnetischem oder elektrischem Wege geschehen.
Erfindungsgemäß beinhaltet das zu bearbeitende Bauteil, wie z.B. das vorzuschwächende Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, in der Indikatorschicht eine Substanz, die die für die Vorschwächung zu verwendende Laserstrahlung absorbieren kann und bei einer anderen Frequenz reemittiert. Für die Regelung der Laserstrahlung bei der Durchführung der Bearbeitung, insbesondere der Vorschwächung, wird dann nicht, wie im Stand der Technik üblich, der transmittierte Anteil der Laserstrahlung, sondern die von der Substanz reemittierte Strahlung herangezogen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft für ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, welches keine oder keine hinreichende Transparenz für die Laserstrahlung, wohl aber für die reemittierte Strahlung aufweist. Beispielsweise hat das Kraftfahrzeug-
Innenverkleidungsteil eine Lackschicht, die für die Laserstrahlung im Wesentlichen undurchlässig ist. Allerdings lässt die Lackschicht die reemittierte Strahlung aufgrund der Frequenz-Verschiebung durch, so dass die Regelung der Laserleistung auf der Basis der Messung der reemittierten Strahlung durchgeführt werden kann.
Ein weiterer Vorteil ist, dass je nach Verteilung der Substanz in dem Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil, eine größere Freiheit hinsichtlich der Anordnung des Mess- Sensors besteht. Wenn beispielsweise die Substanz als dünne Schicht in dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil vorhanden ist, welche in etwa entlang der Soll- Schwächungstiefe verläuft, so muss lediglich das Auftreten der reemittierenden Strahlung gemessen werden, ohne dass es auf deren genaue Intensität ankommt, so dass der Mess-Sensor im Prinzip beliebig positioniert werden kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der Substanz um eine lumineszierende Substanz. Lumineszenz ist eine Strahlung, die beim Übergang von einem angeregten Zustand in einen energetisch niedrigeren Zustand bzw. einen Grundzustand entsteht. Die Lumineszenz kann durch Photonen angeregt werden; in diesem Fall spricht man von Photo-Lumineszenz. Dabei unterscheidet man je nach Zeitdauer zwischen Anregung und Emission der Strahlung zwischen Phosphoreszenz und Fluoreszenz. Bei der Fluoreszenz erfolgt die Remission der Strahlung unmittelbar auf die Absorption, das heißt innerhalb von z.B. 10~8 Sekunden, wohingegen bei der Phosphoreszenz die Remission erst nach einem längeren Zeitraum erfolgt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Substanz um eine photolumineszierende
Substanz, insbesondere eine fluoreszierende Substanz. Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Substanz leicht zu charakteristischem Leuchten, z.B. Fluoreszenz, anzuregen. Geeignete Substanzen sind z.B. die Salze von Alkali- und Erdalkali- Metallen. Hierfür können auch organische Stoffe oder ein Stoffgemisch, welches bei einer Anregung durch die Laserstrahlung eine Strahlung einer anderen Frequenz emittiert als die Laserquelle, verwendet werden. Als Laser wird beispielsweise ein CO2- Laser, ein YAG-Laser oder anderer Laser eingesetzt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil eine für die Laserstrahlung im Wesentlichen undurchlässige Schicht. Bei dieser Schicht kann es sich um eine äußere Lackschicht des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils handeln. Diese Schicht ist für die Laserstrahlung weitgehend undurchlässig, so dass kein transmittierter Anteil der Laserstrahlung gemessen werden kann. Wenn die Schicht für die reemittierte Strahlung hinreichend durchlässig ist, so kann der durch die Schicht transmittierte Anteil der reemittierten Strahlung gemessen und als Grundlage für die Regelung der Laserstrahlung verwendet werden.
Es ist jedoch für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens keineswegs zwingend, dass die für die Laserstrahlung undurchlässige Schicht für die reemittierte Strahlung durchlässig ist. Wenn die Schicht auch für die reemittierte Strahlung undurchlässig ist, so kann durch eine Anordnung des Sensors beispielsweise auf der Rückseite des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils dennoch die reemittierte Strahlung gemessen werden, um auf dieser Grundlage die Laserstrahlung zu regeln.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird neben dem Bearbeitungslaser eine weitere Strahlungsquelle als Teil der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendet. Diese Strahlungsquelle liefert eine Strahlung einer Frequenz, die von dem Material, das die Indikatorschicht freisetzt, absorbiert wird. Diese Absorption kann mit Hilfe eines geeigneten, z.B. spektroskopischen Sensors detektiert werden.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Partikel der Substanz in zumindest einer Schicht des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils verteilt. Beispielsweise werden Partikel der Substanz dem Kunststoffgranulat, welches zur Herstellung der betreffenden Schicht des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils verwendet wird, als Zusatz beigemischt. Dadurch resultiert eine in etwa homogene Verteilung der Partikel in der betreffenden Schicht des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils. Die Indikatorschicht ist bei dieser Ausführungsform also integraler Bestandteil einer der ohnehin vorhandenen Schichten des Bauteils.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil eine Haut, wie z.B. eine hinterschäumte Haut, eine Gießhaut oder eine Slush-Haut, in der Partikel der Substanz verteilt sind.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Substanz in dem Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil als dünne Schicht vorhanden. Beispielsweise werden Partikel der Substanz hierzu aufgesprüht, aufgedruckt oder mit Hilfe einer Trägerfolie aufgebracht.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Messung der reemittierten Strahlung, das heißt beispielsweise der Lumineszenz, mit Hilfe eines Sensors, der nur für die Frequenz der von der Substanz reemittierten Strahlung empfindlich ist. Hierzu kann der Sensor einen Filter, wie z.B. einen Interferenzfilter aufweisen, der diese Frequenz, nicht aber die Laserfrequenz, durchlässt.
Ein Interferenzfilter besteht z.B. aus mehreren dünnen Schichten von dielektrischem transparenten Material. Diese Schichten werden im Hochvakuum z.B. auf einen Glasträger aufgedampft. An den Grenzflächen zwischen zwei Schichten kommt es zur Reflektion des einfallenden Lichtes. Durch Überlagerung der reflektierten Wellen kommt es zu Interferenz-Erscheinungen. Bei geeignet gewählter Schichtdicke wird Strahlung bestimmter Wellenlängen durch diese Interferenz ausgelöscht, also nicht transmittiert, während Licht anderer Frequenzen, darunter die Frequenz der von der Substanz reemittierten Strahlung, nicht aber die Laserfrequenz, passieren kann.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird eine optische Eigenschaft des durch das Auftreffen des Laserstrahls freigesetzten Indikatormaterials zur Detektion des Signals herangezogen. Wenn der Laserstrahl während der Bearbeitung des Bauteils zur Herstellung der Vorschwächung die Indikatorschicht erreicht, so gelangt Material aus der Indikatorschicht in den Materialstrom, der infolge der Laserbearbeitung des Bauteils die bereits eingebrachte, zum Beispiel loch- oder schlitzförmige Schwächung verlässt. Beispielsweise verdampft das Indikatormaterial beim Auftreffen des Laserstrahls und/oder es wird eine chemische Reaktion des Indikatormaterials durch den Laserstrahl ausgelöst. Im letzteren Fall gelangt das Reaktionsprodukt in den Materialstrom, wobei eine Eigenschaft dieses Reaktionsprodukts des Indikatormaterials für die Signaldetektion verwendet wird.
Je nach eingesetzter Laserstrahl-Leistungsdichte bzw. dem Typ des Indikatormaterials, wird das Indikatormaterial bzw. dessen Reaktionsprodukt durch den Bearbeitungslaser thermisch angeregt, und strahlt somit ein für das Indikatormaterial typisches Spektrum von elektromagnetischen Wellen ab. Sofern die Wechselwirkung mit dem Bearbeitungslaserstrahl nicht intensiv genug ist, um eine einfach detektierbare charakteristische Spektrallinie des Indikatormaterials anzuregen, kann mit einer zweiten, angepassten Lichtquelle, eine solche Spektrallinie angeregt werden. Insbesondere im letzteren Fall kann diese Anregungslichtquelle gepulst betrieben werden, sodass die zu detektierende (Fluoreszenz-)Strahlung leichter aus dem Hintergrundleuchten des Abgasstroms herausgefiltert werden kann.
Die Detektion der charakteristischen Spektrallinien zeigt dabei zuverlässig an, dass die gewünschte Restwandstärke bzw. die gewünschte Tiefe der Vorschwächung erreicht ist, bzw. dass mit einem vorbestimmten zusätzlichen Energieeintrag die gewünschte Restwandstärke bzw. Tiefe der Vorschwächung erreicht wird.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet die Indikatorschicht zum Beispiel Salze von Metallen, insbesondere Alkalimetallen, mit charakteristischen, leicht anregbaren Spektrallinien, die sich zum Beispiel schon in der klassischen qualitativen chemischen Analyse durch Atomemissionsspektroskopie nachweisen lassen, wie zum Beispiel Natrium, Kupfer oder Kalium.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Indikatorschicht in der Skin selbst enthalten.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Indikatorschicht in dem Schaum angeordnet oder beinhaltet. Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der aus dem Bearbeitungsloch oder dem Bearbeitungsschlitz ausströmende Materialstrom für die Detektion der Erreichung der Indikatorschicht durch den Bearbeitungslaser herangezogen, indem eine Eigenschaft des Materialstroms überprüft wird. Hierbei kann es sich um eine spektroskopische Eigenschaft des verdampften Indikatormaterials handeln oder gegebenenfalls eine Eigenschaft des in dem Materialstrom gebildeten Plasmas, insbesondere das Rekombinationsleuchten des Indikatormaterials in dem Plasma.
Alternativ oder zusätzlich beinhaltet die Indikatorschicht eine Substanz mit einer magnetischen Eigenschaft, die den aufgrund der Bearbeitung des Bauteils resultierten Materialstrom in seiner magnetischen Eigenschaft verändert, sobald der Laserstrahl die Indikatorschicht erreicht. Beispielsweise beinhaltet die Indikatorschicht eine Substanz deren relative Permeabilität von der Permeabilität der sonst aufgrund der Laserbeaufschlagung ausströmenden Bearbeitungsprodukte in dem Materialstrom verschieden ist. Beispielsweise handelt es sich bei dieser Substanz der Indikatorschicht um ein ferromagnetisches Material. Dabei kann es sich um ein so genanntes Nanometall handeln, d.h. um ein Metall, das in einer sehr kleinen, wenige Nanometer betragenden Partikelgröße vorliegt.
Die Sensierung der magnetischen Eigenschaft des ausströmenden Materialstroms kann mit Hilfe eines Sensors erfolgen, der eine Spule beinhaltet. Zur Messung der magnetischen Eigenschaft wird die Spule so angeordnet, dass der Materialstrom das magnetische Feld der Spule durchdringt. Bei einer Änderung der Permeabilität des Materialstroms aufgrund des Indikatormaterials ändert sich entsprechend die Impedanz der Spule, was mit Hilfe eines geeigneten Schaltkreises detektierbar ist. Beispielsweise ist die Spule des Sensors Teil eines elektrischen Schwingkreises mit einer bestimmten Resonanzfrequenz. Bei einer Änderung der Permeabilität des Materialstroms wird der Schwingkreis verstimmt, was sehr effizient und hoch auflösend detektiert werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Indikatormaterial eingesetzt werden, durch das eine elektrische Eigenschaft der ausströmenden Bearbeitungsprodukte des Materialstroms verändert wird. Bei dieser elektrischen Eigenschaft kann es sich zum Beispiel um die elektrische Leitfähigkeit des Materialstroms und/oder die Änderung der relativen Dielektrizitätskonstanten des Materialstroms handeln.
Eine Änderung der Leitfähigkeit kann durch zwei in den Materialstrom ragende Elektroden, die durch eine Spannungsquelle gespeist werden, gemessen werden. Sobald sich die Leitfähigkeit des Materialstroms verändert, ändert sich der bei konstanter Spannung gemessene Strom, was detektiert werden kann. Alternativ kann auch der Spannungsabfall an einem Detektor mit sehr hohem Innenwiderstand ausgewertet werden.
Die Änderung der Dielektrizitätskonstanten kann detektiert werden, indem der Materialstrom einen Kondensator eines Sensors durchströmt, der z.B. in einen in Resonanz befindlichen elektrischen Schwingkreis integriert ist. Durch die Änderung der Dielektrizitätskonstanten wird der Schwingkreis verstimmt, was sehr effizient und hoch auflösend detektiert werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Indikatorschicht zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftretens der Laserstrahlung ausgebildet. Die Schallwelle kann zum Beispiel aufgrund einer chemischen Umsetzung des Indikatormaterials ausgelöst werden, wie zum Beispiel beim Verbrennen des Indikatormaterials, oder durch eine Volumenänderung bei einer Änderung des Aggregatzustands des Indikatormaterials, zum Beispiel beim Verdampfen aufgrund der Beaufschlagung mit der Laserstrahlung. Durch eine geeignete Ausbildung der Indikatorschicht wird in Ausführungsformen der Erfindung erreicht, dass diese Schallwellen sehr charakteristisch sind, sodass sie sich vom normalen Geräusch der Verbrennung bzw. Verdampfung, welches auftritt, wenn der Laserstrahl nicht die Indikatorschicht beaufschlagt, messtechnisch einfach und eindeutig separieren lassen.
Beispielsweise beinhaltet die Indikatorschicht Materialeinschlüsse, wie zum Beispiel in Form von Feststoffpartikeln, Flüssigkeits- und/oder Gaseinschlüssen. Beim Auftreffen der Laserstrahlung platzen diese Materialeinschlüsse, wobei charakteristische Geräusche emittiert werden. Nach einer Ausführungsform der Erfindung sind die Materialeinschlüsse als Mikrokapseln ausgebildet, insbesondere als Mikrokugeln. Die Kapselung der Materialeinschlüsse hält der Beaufschlagung mit der Laserenergie hinreichend lange stand, sodass das von der Kapselung umgebene Material verdampft, wobei die Kapsel dann schlagartig platzt.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist die Indikatorschicht so ausgebildet, dass bei Beaufschlagung mit der Laserstrahlung eine chemische Umsetzung stattfindet, die ein charakteristisches Geräusch aufweist. Wenn der Laserstrahl die Indikatorschicht erreicht, ist dies also durch die Detektion dieses charakteristischen Geräuschs detektierbar.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vorschwächung eines Bauteils mit einer Indikatorschicht. Die Vorrichtung umfasst: Eine Strahlungsquelle für die Laserstrahlung, einen Sensor für die Detektion des Signals, und Steuerungsmittel für die Laserstrahlung in Abhängigkeit des von dem Sensor detektierten Signals.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vorschwächung eines Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils, welches eine Laserstrahlung einer ersten Frequenz absorbierende und mit einer zweiten Frequenz reemittierende Substanz aufweist. Die Vorrichtung hat einen Sensor für Strahlung der zweiten Frequenz, so dass die Vorrichtung auch zur Vorschwächung solcher Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteile verwendet werden kann, welche nicht oder nicht hinreichend für die Laserstrahlung transparent sind. Ferner ermöglicht es die Verwendung der reemittierten Strahlung anstelle der transmittierten Laserstrahlung als Grundlage für die Messung bzw. die Regelung, den Sensor bezüglich des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils auf derselben Seite wie die Laserquelle anzuordnen.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Bauteil mit einer Indikatorschicht, wobei die Indikatorschicht so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens von Laserstrahlung auf die Indikatorschicht ein Signal detektierbar ist. Bei Erreichung der Indikatorschicht wird aufgrund des Laserstrahls eine physikalische und/oder chemische Umwandlung in dem Indikatormaterial angeregt, die zu einem charakteristischen optischen, magnetischen, elektrischen oder akustischen Signal führt, welches detektierbar ist, so dass damit die Information vorliegt, dass das Laserstrahl die Indikatorschicht erreicht hat. Diese Information kann zur Steuerung und/oder Regelung des Laserstrahls verwendet werden, insbesondere zur Herstellung eines Bauteils mit einer definierten Tiefe der Vorschwächung oder einer definierten Restwandstärke.
In einer Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil mit einer lumineszierenden Substanz, wobei die Lumineszenz durch eine für die Vorschwächung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils verwendete Laserstrahlung, beispielsweise eines Cθ2-Lasers, eines YAG-Lasers oder eines anderen Laser, anregbar ist. Die bei der Durchführung der Vorschwächung mit Hilfe der Laserstrahlung auftretende Lumineszenz wird als Regelgröße für die Durchführung der Vorschwächung verwendet.
Die vorliegende Erfindung kann für die Bearbeitung verschiedener Bauteile aus unterschiedlichen Materialien, insbesondere aus Kunststoff, Holz, textilen Materialien,
Materialgemischen oder Materialschichtungen, verwendet werden, und zwar z.B. zum
Laserbohren von Sacklöchern oder zum Schneiden von Rillen. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung für die Bearbeitung von Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteilen verwendet werden, insbesondere um durch Vorschwächung eine Airbag-Klappenöffung zu realisieren.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils sowie ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während der Bearbeitung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils,
Figur 2 den bei Gleichverteilung von Partikeln der Substanz in einer Schicht des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils gemessenen Intensitätsverlauf der Lumineszenz,
Figur 3 den bei einer inhomogenen Verteilung der Substanz in dem Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil gemessene Intensitätsverlauf der Lumineszenz,
Figur 4 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Querschnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-
Innenverkleidungsteils,
Figur 5 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahren,
Figur 6 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einem optisch, magnetisch und/oder elektrisch in dem austretenden Materialstrom detektierbaren Indikatormaterial,
Figur 7 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer Indikatorschicht, die zur akustischen
Detektion ausgebildet ist,
Figur 8 eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform der akustischen
Indikatorschicht,
Figur 9 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer lokal begrenzten Indikatorschicht,
Figur 10 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils mit einer Indikatorschicht, deren
Indikatormaterial auf ein Tape aufgebracht ist. Elemente der nachfolgenden Figuren, die einander entsprechen, sind mit denselben oder einander entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 100. Bei dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 kann es sich z.B. um eine Instrumententafel, eine Tür-Innenverkleidung, eine Säulenverkleidung z.B. für die so genannte A-, B-, C- oder D-Säule eines Kraftfahrzeugs, einen Dachhimmel oder ein anderes Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil handeln.
In der Ausführungsform, die in der Figur 1 dargestellt ist, hat das Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 100 einen Träger 102 aus einem harten Kunststoff, wie z.B. ABS (Acrylonitrilbuthandiänstyren). Auf dem Träger 102 befindet sich eine Schaumschicht 104 z.B. aus PU (Polyurethan). Auf der Schaumschicht 104 befindet sich eine Haut 106, wie z.B. eine Slush-Haut oder eine Gieß-Haut, insbesondere eine Haut aus PVC (Polyvinylchlorid). Die Haut 106 ist mit einer Lackschicht 108 versehen, die in Einbauposition des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils vom Kraftfahrzeug-Innenraum hier sichtbar ist.
In einer, mehreren oder allen Schichten des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 können Partikel einer photolumineszierenden Substanz verteilt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die photolumineszierende Substanz in einer oder mehreren der Schichten des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils und/oder zwischen Schichten des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils in konzentrierter Form, wie z.B. als dünne Schicht, vorliegen.
Beispielsweise beinhaltet das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 eine Schicht 110 zwischen der Schaumschicht 104 und der Haut 106, welche die photolumineszierende Substanz beinhaltet. Alternativ oder zusätzlich kann das Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 100 eine solche Schicht 112 zwischen der Haut und der Lackschicht 108 aufweisen. Die Schicht 110 und/oder 112 mit der photolumineszierenden Substanz kann beispielsweise aufgesprüht oder aufgedruckt sein. Ferner kann die Schicht 110 bzw. 112 auch mit einer Trägerfolie aufgebracht sein.
Zur Vorschwächung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 wird von dessen Rückseite her eine Rille oder ein Sackloch 114 mit Hilfe eines Laserstrahls 116 geschnitten. Der Laserstrahl 116 wird von einem Laser 118, wie z.B. einem Cθ2-Laser oder YAG-Laser geliefert.
Die Vorschwächung soll bis zu einer Schwächungstiefe t=ti erfolgen, welche in der Figur 1 durch die gestrichelte Linie dargestellt ist. Hierzu hat die Vorrichtung eine Steuerung 120 für den Laser 118. Die Steuerung 120 empfängt ein Sensorsignal 122 von einem Sensor 124. Der Sensor 124 dient zur Sensierung der Lumineszenz der in dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 verteilten photolumineszierenden Substanz, wenn diese durch den Laserstrahl 116 angeregt wird. Hierzu kann der Sensor 124 einen Filter 126 haben, der die Lumineszenz durchlässt, nicht aber Strahlung der Laserfrequenz.
Der Sensor 124 kann dabei mit Bezug auf das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 auf der selben Seite wie der Laser 118 angeordnet sein, wobei der Sensor auf die Rückseite des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils ausgerichtet ist (Position A), und/oder auf der dem Laser 118 gegenüber liegenden Seite des Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteils 100 (Position B), wie in der Figur 1 dargestellt.
Für die Durchführung der Vorschwächung wird der Laser 118 positioniert und eingeschaltet, so dass der Laserstrahl 116 in das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 eindringt. Durch den Laserstrahl 116 wird die photolumineszierende Substanz in der Haut 106 angeregt. Die daraus resultierende Lumineszenz wird von dem Sensor 124 gemessen. Der Sensor 124 generiert daraufhin das Sensorsignal 122, welches zu der Steuerung 120 übertragen wird.
Bei dem Sensorsignal 122 kann es sich um ein Intensitätssignal handeln, welches die Intensität der sensierten Lumineszenz angibt. Die sensierte Intensität der Lumineszenz wird von der Steuerung 120 mit einem Schwellwert verglichen. Sobald die Intensität der Lumineszenz den Schwellwert erreicht, wird der Laserstrahl 116 abgeschaltet, so dass die gewünschte Restwandstärke unterhalb des Sacklochs 114 verbleibt.
Alternativ ist es auch möglich, dass es sich bei dem Sensorsignal 122 um ein binäres Signal handelt, welches lediglich angibt, ob Lumineszenz von dem Sensor 124 sensiert wurde oder nicht. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die photolumineszierende Substanz nicht mehr oder weniger homogen verteilt in einer oder mehreren der Schichten des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 vorliegt, sondern als dünne Schicht, z.B. in der Form der Schicht 110 und/oder 112. Aufgrund der Konzentration der photolumineszierenden Substanz in einer oder mehrerer solcher dünnen Schichten hat die Lumineszenz dementsprechend eine oder mehrere ausgeprägte Spitzen bzw. "Peaks" welche zur Erzeugung des binären Sensorsignals 122 dienen können. Beispielsweise bedeutet ein Sensorsignal 122 von logisch "0", dass keine Lumineszenz sensiert wurde, wohingegen ein Sensorsignal 122 von logisch "1" bedeutet, dass Lumineszenz sensiert wurde.
Sobald die Steuerung 120 ein Sensorsignal 122 von logisch "1" erhält, schaltet diese beispielsweise die Laserstrahlung 116 ab. Alternativ wird beim erstmaligen "Umkippen" des Sensorsignals 122 von logisch "0" auf logisch "1" die Laserleistung reduziert, bis das Sensorsignal 122 ein zweites Mal von logisch "0" auf logisch "1" umkippt. Letzteres ist vorteilhaft, wenn die photolumineszierende Substanz in den in Schwächungsrichtung aufeinander folgenden Schichten 110 und 112 vorliegt.
Die Lackschicht 108 kann aus einem Material sein, welches für die Laserstrahlung 116 weitgehend undurchlässig ist. Wenn dieses Material für die Lumineszenz durchlässig ist, so kann der Sensor 124 auf der dem Laser 118 gegenüber liegenden Seite des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 100 angeordnet sein (Position B), so dass der Sensor 124 die durch die Lackschicht 108 transmittierte Lumineszenz messen kann. Wenn die Lackschicht 108 auch für die Lumineszenz weitgehend undurchlässig ist, so kann die Lumineszenz dennoch gemessen werden, wenn der Sensor 124 in Bezug auf das Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 100 auf derselben Seite wie der Laser 118 angeordnet ist (Position A). Die Figur 2 zeigt den Verlauf der von dem Sensor 124 gemessenen Intensität I der Lumineszenz in Abhängigkeit von der Schwächungstiefe t, wenn die photolumineszierende Substanz in zumindest einer der Schichten des Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteils 100 in der Form annähernd homogen verteilter Partikel vorliegt.
Bei der Soll-Schwächungstiefe ti hat die Lumineszenz eine Intensität von h. Diese Intensität h ist zugleich die Schaltschwelle für das Abschalten der Laserstrahlung. Den Intensitätsverlauf gemäß Figur 2 erhält man z.B. bei einer in etwa homogenen Verteilung von Partikeln der photolumineszierenden Substanz in der Haut 106.
Die Figur 3 zeigt den Intensitätsverlauf, wenn die photolumineszierende Substanz z.B. als dünne Schicht 110 (vgl. Figur 1) vorliegt. In diesem Fall hat die Intensität der Lumineszenz einen ausgeprägten Peak 128, der beispielsweise zum "Umkippen" des binären Sensorsignals 122 (vgl. Figur 1 ) von logisch "0" auf logisch "1" führt. Nachdem die Schicht 110 von dem Laserstrahl 116 durchbohrt worden ist, geht die Intensität der Lumineszenz wieder zurück, so dass das binäre Sensorsignal 122 wieder von logisch "1" auf logisch "0" zurückkippt. Aufgrund dieses Zurückkippens des binären Sensorsignals 122 von "1" auf "0" schaltet die Steuerung 120 den Laser 118 ab, so dass in etwa die Soll-Schwächungstiefe ti erreicht wird.
Die Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils und einer Vorrichtung für die Vorschwächung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils. Elemente der Figur 4, die Elementen der Figur 1 entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der Ausführungsform der Figur 4 ist der Sensor 424 mit Bezug auf das Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 400 auf derselben Seite wie der Laserkopf 418 angeordnet. Der Sensor 424 ist dabei in Richtung auf das von dem Laserstrahl 416 in dem Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil 400 bei der Vorschwächung erzeugte Plasma 430 ausgerichtet. Der Laserkopf 418 und der Sensor 424 sind vorzugsweise auf demselben Arm 432 eines Roboters angeordnet. Der Roboter hat eine Robotersteuerung 434, die ein Positionssignal 436 von der Steuerung 420 erhält. Das Positionssignal 436 spezifiziert die Soll-Position des Roboterarms 432 zur Ausrichtung des Laserstrahls 416 auf das Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 400. Die Robotersteuerung 434 kann separat oder als integraler Bestandteil der Steuerung 420 ausgebildet sein.
Die Steuerung 420 hat einen Prozessor 438 zur Ausführung von Programminstruktionen 440 für die Auswertung des Sensorsignals 422, welches von dem Sensor 424 geliefert wird. Ferner dient der Prozessor 438 zur Ausführung von Programminstruktionen 442 für die Ansteuerung des Laserkopfes 418.
Die Steuerung 420 hat ferner einen Speicher 444, in dem zumindest ein Schwellwert für die Intensität der Lumineszenz gespeichert ist. Alternativ können positionsabhängig verschiedene Schwellwerte gespeichert sein.
In dem hier betrachteten Ausführungsbeispiel beinhaltet das Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteil 400 eine photolumineszierende Substanz beispielsweise zumindest in der Haut 406.
Zur Vorschwächung des Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteils 400 gibt die Steuerung 420 ein Positionssignal 436 an die Robotersteuerung 434 aus, um den Laserkopf 418 mit dem Sensor 424 zu positionieren. Danach wird der Laserstrahl 416 aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung des Laserkopfes 418 durch die Programminstruktionen 442 eingeschaltet.
Die von dem Sensor 424 währenddessen ausgegebenen Sensorsignale 422 werden von den Programminstruktionen 444 fortlaufend ausgewertet. In der hier betrachteten Ausführungsform handelt es sich bei dem Sensorsignal 422 um ein Intensitätssignal. Die von dem Sensor 424 gemessene Intensität der Lumineszenz wird von den Programminstruktionen 440 mit dem in dem Speicher gespeicherten Schwellwert verglichen. Bei Erreichung des Schwellwertes wird der Laserstrahl 416 aufgrund einer entsprechenden Ansteuerung durch die Programminstruktionen 442 abgeschaltet und die Steuerung 420 gibt ein neues Positionssignal 436 ab, um die Position des Laserkopfes 418 beispielsweise in x-Richtung zu inkrementieren.
Die Figur 5 zeigt ein entsprechendes Flussdiagramm. In dem Schritt 500 wird der Laser oder zumindest der Laserkopf auf die vorzuschwächende Position des Kraftfahrzeug- Innenverkleidungsteils ausgerichtet. Zusammen mit dem Laser bzw. dem Laserkopf kann auch der Sensor für die Durchführung der Intensitätsmessung positioniert werden.
In dem Schritt 502 wird der Laserstrahl eingeschaltet. Danach wird fortlaufend in dem Schritt 504 die Lumineszenz gemessen. In dem Schritt 506 wird überprüft, ob die Intensität der Lumineszenz einen Schwellwert überschreitet. Solange dies nicht der Fall ist, werden wiederholt Lumineszenzmessungen in dem Schritt 504 durchgeführt.
Sobald die Intensität der Lumineszenz den Schwellwert überschreitet, wird der Laser in dem Schritt 508 durch ein von z.B. von den Programminstruktionen 442 (vgl. Figur 4) generiertes Schaltsignal abgeschaltet und die Position in dem Schritt 510 inkrementiert. Danach geht die Ablaufsteuerung zurück zu dem Schritt 502.
In der Ausführungsform der Figur 6 ist das Bauteil 100 so ausgebildet, dass die Indikatorschicht 110 eine Substanz beinhaltet, die beim Auftreffen des Laserstrahls 116 verdampft. Die aus der Indikatorschicht 110 so freigesetzte Substanz wird damit Teil des Materialstroms 101 , der aus dem Sackloch 114 des Bauteils 110 während der
Beaufschlagung mit dem Laserstrahl 116 austritt. Der Materialstrom 101 kann beispielsweise in der Dampfphase vorliegen oder als Plasma (vgl. Plasma 430 der Figur 5).
Mit Hilfe eines Sensors 124 der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine optische, magnetische und/oder elektrische Eigenschaft des Materialstroms 101 überwacht. Wenn eine Änderung der überwachten Eigenschaft eintritt, so signalisiert dies, dass der Laserstrahl 116 bis zu der Indikatorschicht 110 vorgedrungen ist. Die so sensierte Änderung der Eigenschaft führt zu einer Signaldetektion durch die Steuerung der Vorrichtung (vgl. Steuerung 120 in der Ausführungsform der Figur 1 und Steuerung 420 in der Ausführungsform der Figur 4). Nach der Detektion des aufgrund der Indikatorschicht 110 ausgelösten Signals wird der Laserstrahl 116 je nach Ausführungsform sofort abgeschaltet oder für einen vorgegebenen Zeitraum mit konstanter Leistung weiterbetrieben, sodass zur Erreichung der gewünschten Restwandstärke oder Schwächungstiefe das Bauteil 100 mit der noch erforderlichen Restlaserenergie beaufschlagt wird. Statt einer solchen Steuerung des Lasers kann das von dem Sensor 124 gelieferte Sensorsignal (vgl. Sensorsignal 122 der Figur 1 und das Sensorsignal 422 der Figur 4) auch zur Regelung der Leistung des Laserstrahls 116 verwendet werden.
Statt in der Dampfphase kann der Materialstrom 101 auch als Plasma vorliegen, insbesondere wenn die Leistung des Laserstrahls 116 relativ hoch ist.
Der Sensor 124 kann als optischer Sensor ausgebildet sein, beispielsweise zur spektroskopischen Untersuchung des Materialstroms 101 und/oder zur Detektion einer aus dem Materialstrom 101 austretenden optischen Frequenzkomponente.
Der Sensor 124 kann auch zur Sensierung einer magnetischen Eigenschaft des Materialstroms 101 ausgebildet sein, insbesondere zur Sensierung einer Änderung von dessen Permeabilität. Hierzu beinhaltet der Sensor 124 beispielsweise eine Spule, deren magnetisches Feld den Materialstrom 101 zumindest teilweise durchdringt. Aufgrund einer Änderung der Permeabilität des Materialstroms 101 aufgrund freigesetzten Materials der Indikatorschicht 110, ändert sich die Impedanz der Spule, was durch eine geeignete elektrische oder elektronische Schaltung detektiert werden kann.
Der Sensor 124 kann auch zur Detektion der Änderung einer elektrischen Eigenschaft des Materialstroms 101 ausgebildet sein, beispielsweise zur Detektion einer Änderung von dessen Leitfähigkeit oder dessen Dielektrizitätskonstanten. Beispielsweise hat der Sensor 124 hierzu zwei Elektroden, zwischen denen eine Spannung angelegt ist, und die in den Materialstrom 101 ragen. Zur Detektion einer Änderung der Dielektrizitätskonstanten kann der Sensor 124 einen Kondensator aufweisen, der von dem Materialstrom 101 durchströmt wird, sodass dessen Kapazität von den Dielektrizitätskonstanten des Materialstroms 101 abhängt.
Die Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Bauteils 100. Bei dieser Ausführungsform ist die Indikatorschicht 110 zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung 116 ausgebildet. Wenn also der Laserstrahl 116 bei der Herstellung des Sacklochs 114 die Indikatorschicht 110 erreicht, so kommt es zu einer charakteristischen Geräuschentwicklung, die mit Hilfe des Sensors 124 detektiert wird. Der Sensor 124 ist hier als akustischer Sensor ausgebildet, beispielsweise als ein Piezoelement. Der Sensor 124 kann unmittelbar an dem Bauteil 100 angeordnet sein, um den durch die Indikatorschicht 110 erzeugten Körperschall zu detektieren, wie in der Figur 7 gezeigt.
In der Ausführungsform der Figur 7 kann die Indikatorschicht 110 eine Substanz beinhalten, die bei Auftreffen des Laserstrahls 116 chemisch reagiert und dabei ein charakteristisches Geräusch erzeugt, welches mit Hilfe des Sensors 124 detektiert werden kann. Hierbei kann es sich z.B. um Nanopartikel handeln.
Alternativ oder zusätzlich kann die Indikatorschicht 110 Materialeinschlüsse, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, beinhalten. Wenn der Laserstrahl 116 auf die Indikatorschicht 110 auftrifft, so expandiert das eingeschlossene Material aufgrund seiner Erwärmung, sodass der Materialeinschluss platzt. Hierdurch resultiert ein charakteristisches Geräusch, welches wiederum durch den Sensor 124 detektierbar ist.
Die Materialeinschlüsse können beispielsweise in Form von Mikrokapseln, insbesondere Mikrokugeln vorliegen, wie schematisch in der Figur 8 gezeigt. Die Mikrokapseln 103 haben jeweils eine Hülle 105, die ein Material 107 einschließt. Wenn der Laserstrahl 116 auf eine der Mikrokapseln 103 auftrifft, so wird diese erwärmt. Aufgrund der durch die Erwärmung verursachten Expansion des Materials 107 platzt die Hülle 105, sodass eine charakteristische Schallwelle resultiert. Die Figur 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Indikatorschicht 110 lokal auf den Bereich der herzustellenden Schwächung begrenzt ist. Die Indikatorschicht ist also nicht durchgehend in dem Bauteil angeordnet, wie diese beispielsweise in der Ausführungsform der Figur 6 und 7 der Fall ist.
Die Figur 10 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Indikatorschicht 110 eine Folie, wie z.B. ein Klebeband („Tape") 116 aufweist. Bei der Herstellung des Bauteils 100 wird das Material 111 der Indikatorschicht, also beispielsweise eine lumineszierende Substanz, auf das Tape 109 aufgebracht. Das Tape 109 wird dann bei der Herstellung des Bauteils 100 in dieses integriert, indem es z.B. auf die Rückseite der Haut 106 geklebt wird, bevor diese hinterschäumt wird.
Bezugszeichenliste
100 Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil, Bauteil
101 Materialstrom
102 Träger
103 Mikrokapseln
10 104 Schaumschicht
105 Hülle
106 Haut
107 Material
108 Lackschicht
15 109 Tape
110 Schicht
111 Material
112 Schicht
114 Sackloch
20 116 Laserstrahl
118 Laser
120 Steuerung
122 Sensorsignal
124 Sensor
25 126 Filter
128 Peak
400 Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil
402 Träger
404 Schaumstoff
30 406 Haut 106
416 Laserstrahl
418 Laserkopf
420 Steuerung 422 Sensorsignal
424 Sensor
426 Filter
430 Plasma
5 432 Arm
434 Robotersteuerung
436 Positionssignal
438 Prozessor
440 Programminstruktionen
10 442 Programminstruktionen
444 Speicher

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zur Vorschwächung eines Bauteils (100; 400) mit Hilfe von Laserstrahlung (116; 416), wobei das Bauteil eine Indikatorschicht (110, 112;
406) aufweist, und wobei die Indikatorschicht so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung auf die Indikatorschicht ein Signal detektierbar ist, mit folgenden Schritten:
- Beaufschlagung des Bauteils mit der Laserstrahlung,
Detektion des Signals, wenn die Laserstrahlung die Indikatorschicht erreicht,
- Steuerung der Laserstrahlung in Abhängigkeit von der Detektion des
Signals.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Indikatorschicht aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung Material (101 ; 430) freisetzt, wobei aufgrund des freigesetzten Materials die Detektion des Signals erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Detektion optisch erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Indikatorschicht eine die Laserstrahlung absorbierende und bei einer zweiten Frequenz reemittierende Substanz aufweist, wobei die Detektion des Signals aufgrund der von der Substanz reemittierten Strahlung erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Detektion aufgrund einer magnetischen Eigenschaft des freigesetzten Materials erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Detektion anhand einer elektrischen Eigenschaft des freigesetzten Materials erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Indikatorschicht zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung ausgebildet ist, wobei die Detektion des Signals mit einem akustischen Sensor erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Indikatorschicht Materialeinschlüsse (103) beinhaltet, die so ausgebildet sind, dass sie beim Auftreffen der Laserstrahlung schlagartig freigesetzt werden, wodurch die Schallwelle ausgelöst wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikatorschicht in einem definierten Abstand von einer Solltiefe der Vorschwächung verläuft.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikatorschicht in einem definierten Abstand von einer Sollrestwandstärke des
Bauteils verläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei der Abstand in etwa null ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei nach der Detektion des Signals das Bauteil mit einer definierten Laserenergie beaufschlagt wird, wonach die Beaufschlagung mit der Laserstrahlung an der bearbeiteten Stelle des Bauteils beendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikatorschicht eine lumineszierende Substanz beinhaltet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Substanz ein Salz von Alkali- oder Erdalkali-Metallen beinhaltet, insbesondere ein Bariumsalz, und/oder einen organischen Stoff.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bauteil eine für die Laserstrahlung im Wesentlichen undurchlässige Schicht aufweist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei es sich bei der Schicht um eine Lackschicht (108) handelt.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektion des Signals aufgrund einer Intensitätsmessung erfolgt, und die Beaufschlagung des Bauteils mit der Laserstrahlung an einer bestimmten Position des Bauteils beendet wird, wenn die gemessene Intensität einen Schwellwert erreicht.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Indikatorschicht zwischen zwei Schichten (108, 106; 106, 108; 402, 404; 404, 406) des Bauteils angeordnet ist.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Detektion des Signals mit Hilfe eines Sensors (124; 424) erfolgt, der bezüglich des Bauteils auf derselben Seite (A) wie ein Laser (118; 418) zur Erzeugung der Laserstrahlung angeordnet ist.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei durch die Vorschwächung eine Airbag-Klappenöffnung geschaffen wird.
21. Vorrichtung zur Bearbeitung eines Bauteils (100; 400) mit Hilfe von Laserstrahlung, wobei das Bauteil eine Indikatorschicht (110, 112; 406) aufweist, und wobei die Indikatorschicht so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung auf die Indikatorschicht ein Signal detektierbar ist, mit:
einer Strahlungsquelle (118; 418) für die Laserstrahlung (116; 416),
einem Sensor (124; 424) für die Detektion des Signals,
Steuerungsmitteln (120; 420) für die Laserstrahlung in Abhängigkeit des von dem Sensor detektierten Signals.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , wobei die Indikatorschicht zur Freisetzung von Material (101 ; 430) aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung ausgebildet ist, und wobei der Sensor zur Detektion einer Eigenschaft des freigesetzten Materials ausgebildet ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei es sich bei der Eigenschaft um eine optische, magnetische und/oder elektrische Eigenschaft handelt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 21 , wobei die Indikatorschicht zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung ausgebildet ist, und wobei der Sensor zur Detektion der Schallwelle ausgebildet ist.
25. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 24, wobei die Steuerungsmittel so ausgebildet sind, dass das Bauteil nach der Detektion des Signals nur noch mit einer definierten Laserenergie beaufschlagt wird.
26. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 21 bis 24, wobei die Steuerungsmittel zur Regelung der Laserstrahlung in Abhängigkeit eines von dem Sensor gelieferten Sensorsignals ausgebildet sind.
27. Bauteil mit einer Indikatorschicht (110, 112; 406), wobei die Indikatorschicht so ausgebildet ist, dass aufgrund des Auftreffens von Laserstrahlung auf die Indikatorschicht ein Signal detektierbar ist.
28. Bauteil nach Anspruch 27, wobei die Indikatorschicht eine Substanz aufweist, die bei Beaufschlagung mit der Laserstrahlung freigesetzt wird, und die nach deren Freisetzung eine optische, magnetische und/oder elektrische Eigenschaft hat, aufgrund derer das Signal detektierbar ist.
29. Bauteil nach Anspruch 27, wobei die Indikatorschicht zur Auslösung einer Schallwelle aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung ausgebildet ist.
30. Bauteil nach Anspruch 29, wobei die Indikatorschicht Materialeinschlüsse (103) beinhaltet, die aufgrund des Auftreffens der Laserstrahlung schlagartig freisetzbar sind, um so die Schallwelle auszulösen.
31. Bauteil nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei das Bauteil eine Vorschwächung aufweist.
32. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 31 , wobei es sich um ein mehrschichtiges Bauteil für ein Verkehrsmittel, insbesondere ein Kraftfahrzeug, handelt, insbesondere ein Verkleidungsteil.
33. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 32, wobei die Indikatorschicht eine lumineszierende Substanz beinhaltet.
34. Bauteil nach Anspruch 33, wobei die Substanz ein Salz von Alkali- oder Erdalkali-Metallen beinhaltet, insbesondere ein Bariumsalz, und/oder einen organischen Stoff.
35. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 34, wobei die Indikatorschicht zwischen zwei Schichten des Bauteils angeordnet ist.
36. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 35, wobei die Indikatorschicht eine Substanz beinhaltet, die aufgesprüht ist.
37. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 36, wobei die Indikatorschicht eine Substanz beinhaltet, die aufgedruckt ist.
38. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 37, wobei die Indikatorschicht eine Substanz beinhaltet, die mit Hilfe einer Trägerfolie aufgebracht ist.
39. Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche 27 bis 38, wobei es sich um ein Kraftfahrzeug-Innenverkleidungsteil handelt, welches für eine Vorschwächung zur Bildung einer Airbag-Klappenöffnung ausgebildet ist.
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