WO2008151962A1 - Fiber angle sensor and method for determining a prevailing main fiber direction - Google Patents

Fiber angle sensor and method for determining a prevailing main fiber direction Download PDF

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WO2008151962A1
WO2008151962A1 PCT/EP2008/056800 EP2008056800W WO2008151962A1 WO 2008151962 A1 WO2008151962 A1 WO 2008151962A1 EP 2008056800 W EP2008056800 W EP 2008056800W WO 2008151962 A1 WO2008151962 A1 WO 2008151962A1
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Oliver Meyer
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Eads Deutschland Gmbh
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/36Textiles
    • G01N33/367Fabric or woven textiles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N21/4738Diffuse reflection, e.g. also for testing fluids, fibrous materials

Definitions

  • the invention relates to a fiber angle sensor and to a method which can be carried out, in particular using the same, for determining a main fiber direction prevailing in a textile fabric.
  • fiber-reinforced plastics are becoming increasingly widespread.
  • the fibers are arranged in a force-oriented manner in certain orientations.
  • textile structures are formed with techniques of textile technology so that the fibers extend mainly in the desired direction.
  • Corresponding semifinished products formed from the fibers are referred to in particular as preforms.
  • Another approach, which has hitherto not yet been published, is to deposit individual fiber pieces in specific orientations.
  • the invention has for its object to provide an apparatus and a method for detecting the position of filaments in a textile structure.
  • a fiber angle sensor for detecting a main fiber orientation prevailing in a region of a surface of a textile structure.
  • an automatic measurement of fiber orientations in preforms or other textile semifinished products to be used in the production of components from fiber-reinforced materials can be carried out in order to verify the desired properties at a very early point in time.
  • the sensor can be used for quality control in various manufacturing processes. Possible fields of application are also the textile technology, but in particular and prefers the production of CFRP or GFRP components.
  • the fiber angle sensor can be constructed utilizing various physical effects that correlate to a particular fiber orientation.
  • a fiber angle sensor can be constructed in a particularly simple and effective manner by exploiting the different optical behavior of fibers of different orientation when illuminated with appropriate radiation.
  • fibers oriented in a specific orientation at their boundary surfaces to the surroundings at a given angle of incidence reflect light of different intensity.
  • the radiation is thus deflected more or less, depending on how the fiber is oriented to the radiation. If one measures the intensity in a certain way reflected radiation as a function of the direction of irradiation, this can be used to determine the fiber orientation.
  • the reverse measurement (exchange beam source / beam detector) would also work.
  • a particularly preferred embodiment of the fiber angle sensor therefore has a radiation source for emitting radiation that can be reflected by the fiber material to be detected and a radiation detector for detecting radiation reflected by the fibers in the textile structure into a specific area.
  • the radiation source is rotatably arranged relative to the surface to be measured in order to illuminate the surface over an angular range and to determine the reflected radiation as a function of the relative angle between irradiation and the surface to be measured.
  • the relative rotatability can be generated by rotation of the radiation source with a fixed surface (for example a slide or in a manufacturing process located and held there textile semi-finished) and / or by rotation of the surface (for example, rotating the textile Gendu-).
  • the radiation source also suffices if only the beam itself rotates. In principle, this can also be achieved by a plurality of approximately circularly arranged, more or less stationary or only limitedly swiveling radiation sources, which are switched one after the other.
  • the radiation source is a light source for emitting light which is reflectable at interfaces of carbon fibers or glass fibers, and the radiation detector is designed for measuring the intensity of light radiation reflected into a region.
  • the radiation source is designed to obliquely irradiate radiation onto the surface to be measured, then the radiation at the fibers, which are generally formed with approximately approximately a round cross-section, is reflected particularly well to the corresponding mirror-inverted angle if the fibers all orient in the direction of the radiation incidence are. Upwards, i. but then no radiation is reflected directly in the direction perpendicular to the surface. At an oblique incidence of radiation, reflection only takes place in this direction if the fibers are substantially at right angles to the radiation incident direction.
  • the radiation detector is then designed to measure radiation reflected in a direction perpendicular to the surface of the textile structure, then a relatively narrow maximum in the reflected radiation results over a very narrow angular range around the value 90 ° of the relative angle between fiber orientation and radiation incident direction. This results in a relatively accurate measure of the determination of the main fiber orientation.
  • the radiation effective for determining the reflectance can be increased, thus improving the sensitivity of the fiber angle sensor.
  • a plurality of radiation sources may be aligned to emit radiation in a common plane crossing the textile formation - which may be relatively rotatable about a normal to the textile surface while detecting the relative rotation angle.
  • a mirrored arrangement of the radiation sources at a plane perpendicular to the surface plane to be measured is preferred. This arrangement is particularly advantageous in connection with the radiation detector which is sensitive precisely to the vertical emission direction.
  • the latter will only detect reflection light from radiation sources radiating toward one another in an opposite direction and at an angle to the surface, if this radiation is reflected at the fibers, which will only be the case in the case of the fiber cross sections correspondingly rounded to a first approximation if these are oriented substantially perpendicular to the beam inflection plane and thus provide at least a small area for the reflection of radiation from the beam inflection plane exactly in the vertical direction.
  • these radiation sources are rotatable together relative to the surface to be measured. This includes a rotation of the pure radiation incidence with otherwise fixed beam generation and thus, in particular, the corresponding control of individual fixed, correspondingly aligned radiation generating devices of a beam source array.
  • the radiation source particularly preferably has a light line source or a laser.
  • the radiation source can also have a pivotable point radiation source, in particular point light source, in order to generate a corresponding radiation incidence.
  • the radiation detector preferably has a photodiode for detecting the intensity of the reflected light or, depending on the application, also the remaining light transmitted, for example.
  • the fiber angle sensor is further provided with an evaluation device by means of which the intensity of a reflected radiation from the surface in a certain range depending on their angle of incidence or the dependence of reflected radiation at a certain angle of incidence is determined depending on the angle of failure.
  • the orientation of the fibers in projection perpendicular to the surface is of interest, it is mainly the angle of incidence projected onto the surface plane that is considered.
  • a distance to the surface to be measured can be determined by a correlation between the height of a peak in the reflected radiation and the relative angle between radiation incidence or radiation failure.
  • the corresponding design and calibration of the evaluation unit can be easily determined by carrying out some empirical experiments.
  • the method according to the invention for determining a predominant main fiber direction in a region of a surface of a textile structure comprises the following steps: irradiation of the surface by means of radiation falling preferably obliquely on the surface region, from different beam directions and measuring the intensity of the Fibers on the surface region of reflected radiation as a function of the beam direction.
  • the method has the steps:
  • the intensity of the radiation reflected substantially perpendicular to the surface is measured.
  • the narrowest peak in the reflection radiation at a certain fiber orientation - namely when they are perpendicular to the radiation incidence - reach and thus the highest accuracy in the alignment measurement.
  • the radiation detector can thus be arranged fixed on a relative axis of rotation, which simplifies the structure and facilitates the connection.
  • beam direction in alternative a) is understood to mean the emission direction of the radiation radiated onto the surface, and in alternative b) the reception direction, where the radiation reflected or otherwise emitted in this direction is detected.
  • the direction which is perpendicular to the beam direction in the plane of the surface in which the maximum reflection can be determined is then more preferably determined as the main fiber direction.
  • the method can also be carried out fully automatically, for example in the context of an automated production of textile semi-finished products, for example for further processing in the production of CFRP or GFRP components.
  • the method could also be used as a sub-step in a control method for controlling the laying of fibers in certain orientations.
  • Figure 1 is a schematic cross-sectional view through a textile structure (transverse to the textile plane) with essential elements of a preferred embodiment of a fiber angle sensor in an orientation of 0 ° to a main fiber direction.
  • Figure 2 is a schematic cross-sectional view through the textile structure (transverse to the textile plane) with the essential elements of the preferred embodiment of a fiber angle sensor in an orientation of 90 ° to the main fiber direction.
  • FIG. 3 shows a schematic view of a measurement setup of the preferred embodiment of the fiber angle sensor in a plan view of the textile plane to be measured; and 4 shows a schematic view of an oscilloscope as an evaluation device for measuring setup according to FIG. 3 with an exemplary curve for indicating the prevailing fiber orientation.
  • the preform 12 is formed of carbon fibers 14 aligned on the surface in accordance with a main orientation.
  • a main orientation For ease of discussion, the arrangement in a Cartesian coordinate system is explained below, the plane spanned by the x and y directions being defined by the plane of the surface 10 and the z direction being the direction perpendicular to the surface 10.
  • a fiber angle sensor designated overall by 16 has a radiation source, here in the form of a light source 18 for emitting a light line (light line source), in particular with a laser 20, and a radiation detector sensitive to the emitted light, here in the form of a photodiode 22.
  • a radiation source here in the form of a light source 18 for emitting a light line (light line source), in particular with a laser 20, and a radiation detector sensitive to the emitted light, here in the form of a photodiode 22.
  • the light source 18 emits light at an angle ⁇ to the xy plane (ie at an angle to the plane of the surface 10, in the following elevation angle) between about 10 ° and 80 ° to the surface 10. The light thus falls obliquely on the surface 10th ,
  • the carbon fibers 14 extend substantially in the x direction.
  • the light is irradiated in the xz plane and thus perpendicular to the main fiber orientation
  • the light is irradiated in the yz plane and thus parallel to the main fiber orientation.
  • the light is reflected on the approximately approximately cylindrical surface of the carbon fibers 14.
  • a significant portion of the light is reflected in a region 24 which is arranged in mirror image to the direction of irradiation.
  • FIG 3 shows a possible arrangement of the fiber angle sensor 16 in plan view of the surface 10.
  • the photodiode 22 is directed exactly in the z-direction perpendicular to this area.
  • the light sources 18 can rotate together about the normal through the central axis of the photodiode 22 normal to the surface 10 as a rotation axis relative to the surface 10.
  • the rotating device 28 is provided with a rotation angle sensor, not shown, which detects the rotation angle.
  • the range 0 ° ⁇ ⁇ 360 ° can be traced, wherein ⁇ represents the relative rotation angle in the x-y plane, more precisely the angle of the projection of the beam direction in the x-y plane to the x-axis.
  • represents the relative rotation angle in the x-y plane, more precisely the angle of the projection of the beam direction in the x-y plane to the x-axis.
  • the intensity of the light reflected in the z-direction is measured by the photodiode 22 and recorded via the angle ⁇ -the signal of which is supplied by the rotation angle sensor.
  • the special reflection properties of the carbon fibers 14 thus allow the determination of the storage angle. If the surface 10 of a textile to be examined (in this case preform 12) is irradiated at a certain angle (here: ⁇ ) with a light line source or a laser 20 and this light source 18 is rotated about the normal to the surface 10, then occurs in the direction of the normal in the- Then the strongest reflection on when the light line is 90 ° to the filament axis.
  • certain angle
  • the intensity of the reflection may be measured via a photodiode 22 and plotted against the angular position with a suitable instrument (e.g., oscilloscope or measuring computer).
  • a suitable instrument e.g., oscilloscope or measuring computer.
  • a pivoted point source can be used instead of a line light.
  • the distance to the surface 10 can additionally be determined by correlation of the pivot angle or angle of rotation with the reflection peak.
  • the fiber angle sensor 16 can be used for quality control in various production processes. In the production of fiber preforms, errors in filing are detected and can be corrected before exclusion components.

Abstract

The invention relates to a device and a method for measuring the main fiber orientation in a textile fabric (12). In a preferred embodiment, the orientation of fibers (14) in the textile fabric (12) is determined by determining the intensity of reflected radiation as a function of the angle of incidence and angle of reflection.

Description

Faserwinkelsensor sowie Verfahren zur Bestimmung einer vorherrschenden Fiber angle sensor and method for determining a predominant
HauptfaserrichtungMain fiber direction
Die Erfindung betrifft einen Faserwinkelsensor und ein insbesondere unter Ver- wendung desselben durchführbares Verfahren zur Bestimmung einer in einem textilen Gewebe vorherrschenden Hauptfaserrichtung.The invention relates to a fiber angle sensor and to a method which can be carried out, in particular using the same, for determining a main fiber direction prevailing in a textile fabric.
In jüngster Zeit finden faserverstärkte Kunststoffe immer größere Verbreitung. Um gewünschte mechanische Eigenschaften der daraus hergestellten Bauteile zu er- reichen, werden die Fasern in bestimmten Ausrichtungen kraftliniengerecht angeordnet. Hierzu werden zum Beispiel textile Gebilde mit Techniken der Textiltechnik so ausgebildet, dass die Fasern hauptsächlich in der gewünschten Richtung verlaufen. Entsprechende aus den Fasern gebildete Halbzeuge werden insbesondere als Preforms bezeichnet. Ein anderer, bisher soweit ersichtlich noch nicht veröf- fentlichter Ansatz geht dahin, Faserstücke in ganz bestimmten Ausrichtungen einzeln abzulegen.Recently, fiber-reinforced plastics are becoming increasingly widespread. In order to achieve desired mechanical properties of the components produced therefrom, the fibers are arranged in a force-oriented manner in certain orientations. For this purpose, for example, textile structures are formed with techniques of textile technology so that the fibers extend mainly in the desired direction. Corresponding semifinished products formed from the fibers are referred to in particular as preforms. Another approach, which has hitherto not yet been published, is to deposit individual fiber pieces in specific orientations.
Bei der Herstellung trockener Kohlenstofffasertextilien und bei Preformingprozes- sen ist demnach eine genaue Einhaltung bestimmter Ablagewinkel wünschens- wert, um die späteren mechanischen Eigenschaften sicherstellen zu können.Accordingly, in the production of dry carbon fiber textiles and in preforming processes, precise adherence to certain deposition angles is desirable in order to ensure the subsequent mechanical properties.
Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen der Lage von Filamenten in einem textilen Gebilde zu schaffen.The invention has for its object to provide an apparatus and a method for detecting the position of filaments in a textile structure.
Diese Aufgabe wird mit einem Faserwinkelsensor gemäß Anspruch 1 sowie einem Verfahren mit den Schritten des Anspruchs 16 gelöst.This object is achieved with a fiber angle sensor according to claim 1 and a method with the steps of claim 16.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Erfindungsgemäß ist ein Faserwinkelsensor zum Erfassen einer in einem Bereich einer Oberfläche eines textilen Gebildes vorherrschenden Hauptfaserausrichtung vorgesehen. Damit lässt sich erstmals eine auch automatische Vermessung von Faserausrichtungen in Preformen oder anderen bei der Herstellung von Bauteilen aus faserverstärkten Materialien einzusetzenden textilen Halbzeugen durchführen, um so bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt die gewünschten Eigenschaften zu überprüfen.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims. According to the invention, a fiber angle sensor is provided for detecting a main fiber orientation prevailing in a region of a surface of a textile structure. For the first time, an automatic measurement of fiber orientations in preforms or other textile semifinished products to be used in the production of components from fiber-reinforced materials can be carried out in order to verify the desired properties at a very early point in time.
Der Sensor kann zur Qualitätskontrolle in verschiedenen Fertigungsprozessen eingesetzt werden. Mögliche Einsatzgebiete sind auch die Textiltechnik, aber insbesondere und bevorzugt die Herstellung von CFK- oder GFK-Bauteilen.The sensor can be used for quality control in various manufacturing processes. Possible fields of application are also the textile technology, but in particular and prefers the production of CFRP or GFRP components.
Der Faserwinkelsensor kann unter Ausnutzung verschiedener physikalischer Effekte, die mit einer bestimmten Faserausrichtung korrelieren, aufgebaut werden. Besonders einfach und wirkungsvoll lässt sich ein Faserwinkelsensor aufbauen, indem man das unterschiedliche optische Verhalten von Fasern unterschiedlicher Ausrichtung bei Anstrahlen mit entsprechender Strahlung ausnutzt.The fiber angle sensor can be constructed utilizing various physical effects that correlate to a particular fiber orientation. A fiber angle sensor can be constructed in a particularly simple and effective manner by exploiting the different optical behavior of fibers of different orientation when illuminated with appropriate radiation.
Insbesondere reflektieren in eine bestimmte Ausrichtung orientierte Fasern an ih- ren Grenzflächen zur Umgebung unter einem bestimmten Einfallswinkel einstrahlende Strahlung unterschiedlich stark. Die Strahlung wird demnach mehr oder weniger abgelenkt, je nachdem wie die Faser zur Strahlung orientiert ist. Misst man demnach die Intensität in bestimmter Weise reflektierter Strahlung in Abhängigkeit von der Einstrahlrichtung, so kann dies zum Bestimmen der Faserausrichtung verwendet werden. Die umgekehrte Messung (Austausch Strahlquelle/Strahldetektor) würde ebenfalls funktionieren. Ebenso könnte man je nach Anwendungsfall auch die noch in einem bestimmten Bereich durchgehende Strahlung messen, um so ebenfalls herauszufinden, welcher Anteil entsprechend reflektiert worden ist und demnach in der gemessenen Strahlung fehlt. Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Faserwinkelsensors weist daher eine Strahlungsquelle zum Aussenden von durch das zu erfassende Fasermaterial reflektierbarer Strahlung und einen Strahlungsdetektor zum Erfassen von durch die Fasern in dem textilen Gebilde in einen bestimmten Bereich reflektierten Strahlung auf.In particular, fibers oriented in a specific orientation at their boundary surfaces to the surroundings at a given angle of incidence reflect light of different intensity. The radiation is thus deflected more or less, depending on how the fiber is oriented to the radiation. If one measures the intensity in a certain way reflected radiation as a function of the direction of irradiation, this can be used to determine the fiber orientation. The reverse measurement (exchange beam source / beam detector) would also work. Likewise, depending on the application, it would also be possible to measure the radiation which is still passing through in a certain area so as to also find out which proportion has been correspondingly reflected and accordingly is missing in the measured radiation. A particularly preferred embodiment of the fiber angle sensor therefore has a radiation source for emitting radiation that can be reflected by the fiber material to be detected and a radiation detector for detecting radiation reflected by the fibers in the textile structure into a specific area.
Aus einer Abhängigkeit der Reflexion/Transmission von der relativen Ausrichtung von Strahleinfall oder Strahlausgang einerseits und textiler Oberfläche anderer- seits lässt sich so die an der Oberfläche, genauer, dem angestrahlten Bereich davon, hauptsächlich vorherrschende Faserausrichtung ermitteln. Eine solche Abhängigkeit lässt sich besonders einfach durch einen Aufbau ermitteln, bei dem die Strahlungsquelle relativ zu der zu messenden Oberfläche drehbar angeordnet ist, um die Oberfläche über einen Winkelbereich anzustrahlen und die reflektierte Strahlung abhängig von dem Relativwinkel zwischen Einstrahlung und zu messender Oberfläche festzustellen. Die relative Drehbarkeit kann durch Drehung der Strahlungsquelle bei feststehender Oberfläche (zum Beispiel Objektträger oder in einem Fertigungsprozess befindliches und dort festgehaltenes Textil-Halbzeug) und/oder durch Drehung der Oberfläche (zum Beispiel Drehen des textilen Gebil- des) erzeugt werden.From a dependence of the reflection / transmission on the relative orientation of the beam incidence or beam exit on the one hand and the textile surface on the other hand, it is thus possible to determine the predominantly predominant fiber orientation on the surface, more precisely the irradiated area thereof. Such a dependency can be determined particularly simply by a construction in which the radiation source is rotatably arranged relative to the surface to be measured in order to illuminate the surface over an angular range and to determine the reflected radiation as a function of the relative angle between irradiation and the surface to be measured. The relative rotatability can be generated by rotation of the radiation source with a fixed surface (for example a slide or in a manufacturing process located and held there textile semi-finished) and / or by rotation of the surface (for example, rotating the textile Gebild-).
Bei der Strahlungsquelle reicht es im Prinzip auch aus, wenn nur der Strahl selbst dreht. Dies kann im Prinzip auch durch eine Mehrzahl etwa kreisförmig angeordneter mehr oder weniger fest stehender oder nur begrenzt schwenkender Strah- lungsquellen erzielt werden, die nacheinander geschaltet werden.In principle, the radiation source also suffices if only the beam itself rotates. In principle, this can also be achieved by a plurality of approximately circularly arranged, more or less stationary or only limitedly swiveling radiation sources, which are switched one after the other.
Anstelle der Relativdrehung von Strahlung und zu messendem Objekt ist grundsätzlich auch eine Bewegung eines sensitiven Bereichs des Strahlendetektors denkbar, um so die entsprechend in unterschiedliche Richtungen reflektierte oder sonst wie (z.B. Beugung) umgelenkte Strahlung abhängig von der Abstrahlrichtung zu messen. Auch dies kann ein Maß für die Ausrichtung der Fasern, an denen die Strahlablenkung erfolgt, sein.In principle, instead of the relative rotation of radiation and the object to be measured, it is also conceivable to move a sensitive area of the radiation detector so as to reflect or reflect accordingly in different directions otherwise as (eg diffraction) deflected radiation depending on the direction of radiation to measure. Again, this may be a measure of the orientation of the fibers at which the beam deflection occurs.
An den Oberflächen von Kohlenstofffasern oder auch bei Glasfasern werden insbesondere Lichtstrahlen je nach Auftreffwinkel mehr oder weniger gut reflektiert. Daher ist bei einer Ausgestaltung bevorzugt, dass die Strahlungsquelle eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht ist, das an Grenzflächen von Kohlenstofffasern oder Glasfasern reflektierbar ist, und der Strahlungsdetektor zum Messen der In- tensität von in einen Bereich reflektierter Lichtstrahlung ausgebildet ist.On the surfaces of carbon fibers or glass fibers in particular light rays are reflected more or less well depending on the angle of incidence. Therefore, in one embodiment it is preferred that the radiation source is a light source for emitting light which is reflectable at interfaces of carbon fibers or glass fibers, and the radiation detector is designed for measuring the intensity of light radiation reflected into a region.
Wenn die Strahlungsquelle zur schrägen Einstrahlung von Strahlung auf die auszumessende Oberfläche ausgebildet ist, dann wird die Strahlung an den in der Regel mit annähernd etwa rundem Querschnitt ausgebildeten Fasern besonders gut auf den entsprechend spiegelbildlich schrägen Winkel reflektiert, wenn die Fasern alle in Richtung des Strahlungseinfalls orientiert sind. Nach oben hin, d.h. direkt in die zur Oberfläche senkrechte Richtung wird dann aber keine Strahlung reflektiert. In diese Richtung erfolgt bei schrägem Strahlungseinfall nur dann eine Reflektion, wenn die Fasern im Wesentlichen rechtwinklig zur Strahlungseinfall- richtung stehen. Wenn nun der Strahlungsdetektor zum Messen von in einer zu der Oberfläche des textilen Gebildes senkrechte Richtung reflektierter Strahlung ausgebildet ist, dann ergibt sich ein relativ schmales Maximum in der reflektierten Strahlung über einen sehr schmalen Winkelbereich um den Wert 90° des Relativwinkels zwischen Faserausrichtung und Strahlungseinfallrichtung. Damit ergibt sich ein relativ genaues Maß für die Feststellung der hauptsächlichen Faserausrichtung.If the radiation source is designed to obliquely irradiate radiation onto the surface to be measured, then the radiation at the fibers, which are generally formed with approximately approximately a round cross-section, is reflected particularly well to the corresponding mirror-inverted angle if the fibers all orient in the direction of the radiation incidence are. Upwards, i. but then no radiation is reflected directly in the direction perpendicular to the surface. At an oblique incidence of radiation, reflection only takes place in this direction if the fibers are substantially at right angles to the radiation incident direction. If the radiation detector is then designed to measure radiation reflected in a direction perpendicular to the surface of the textile structure, then a relatively narrow maximum in the reflected radiation results over a very narrow angular range around the value 90 ° of the relative angle between fiber orientation and radiation incident direction. This results in a relatively accurate measure of the determination of the main fiber orientation.
Die zum Feststellen des Reflexionsgrads wirksame Strahlung lässt sich vergrößern, um somit die Ansprechempfindlichkeit des Faserwinkelsensors zu verbes- sern, wenn wenigstens zwei Strahlungsquellen vorgesehen sind. Zum Beispiel können mehrere Strahlungsquellen zum Ausstrahlen von Strahlung in einer gemeinsamen, das textile Gebilde kreuzenden Ebene - die eventuell um eine Normale auf die Textiloberfläche unter Erfassung des Relativdrehwinkels relativ dreh- bar ist - ausgerichtet sein. Zum Beispiel ist eine an einer zu der zu messenden Oberflächenebene senkrechten Ebene gespiegelte Anordnung der Strahlenquellen bevorzugt. Diese Anordnung ist besonders vorteilhaft im Verbindung mit dem genau für die senkrechte Abstrahlrichtung sensitiven Strahlungsdetektor. Dieser wird nur dann Reflexionslicht aus in eine Richtung zueinander und schräg zur O- berfläche hin abstrahlenden Strahlungsquellen erfassen, wenn diese Strahlung an den Fasern reflektiert wird, was bei den entsprechend in erster Näherung gerundeten Faserquerschnitten im Mittel nur dann bei den Fasern der Fall sein wird, wenn diese im wesentlichen senkrecht zur Strahleinfallebene orientiert sind und somit zumindest einen kleinen Bereich zur Reflexion von Strahlung aus der Strahleinfallebene genau in die senkrechte Richtung zur Verfügung stellen.The radiation effective for determining the reflectance can be increased, thus improving the sensitivity of the fiber angle sensor. If at least two radiation sources are provided. For example, a plurality of radiation sources may be aligned to emit radiation in a common plane crossing the textile formation - which may be relatively rotatable about a normal to the textile surface while detecting the relative rotation angle. For example, a mirrored arrangement of the radiation sources at a plane perpendicular to the surface plane to be measured is preferred. This arrangement is particularly advantageous in connection with the radiation detector which is sensitive precisely to the vertical emission direction. The latter will only detect reflection light from radiation sources radiating toward one another in an opposite direction and at an angle to the surface, if this radiation is reflected at the fibers, which will only be the case in the case of the fiber cross sections correspondingly rounded to a first approximation if these are oriented substantially perpendicular to the beam inflection plane and thus provide at least a small area for the reflection of radiation from the beam inflection plane exactly in the vertical direction.
Um die Winkelabhängigkeit zu erfassen, ist bevorzugt, dass auch bei mehreren Strahlungsquellen diese Strahlungsquellen gemeinsam relativ zu der zu messenden Oberfläche drehbar sind. Dies schließt eine Drehung des reinen Strahlungs- einfalls bei ansonsten feststehender Strahlerzeugung und damit insbesondere auch die entsprechende Ansteuerung von einzelnen feststehenden, entsprechend ausgerichteten Strahlungserzeugungseinrichtungen eines Strahlquellenarrays ein.In order to detect the angle dependence, it is preferred that, even with a plurality of radiation sources, these radiation sources are rotatable together relative to the surface to be measured. This includes a rotation of the pure radiation incidence with otherwise fixed beam generation and thus, in particular, the corresponding control of individual fixed, correspondingly aligned radiation generating devices of a beam source array.
Die Strahlungsquelle weist besonders bevorzugt eine Lichtlinienquelle oder einen Laser auf. Die Strahlungsquelle kann zur Erzeugung eines entsprechenden Strahlungseinfalles aber auch eine schwenkbare Punktstrahlungsquelle, insbesondere Punktlichtquelle aufweisen. Bei Licht als Detektionsstrahlung weist der Strahlungsdetektor vorzugsweise zur Erfassung der Intensität des reflektierten oder je nach Anwendung auch des verbleibenden - zum Beispiel transmittierten - Lichts eine Fotodiode auf.The radiation source particularly preferably has a light line source or a laser. However, the radiation source can also have a pivotable point radiation source, in particular point light source, in order to generate a corresponding radiation incidence. In the case of light as detection radiation, the radiation detector preferably has a photodiode for detecting the intensity of the reflected light or, depending on the application, also the remaining light transmitted, for example.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Faserwinkelsensor ferner noch mit einer Auswerteeinrichtung versehen, mittels der die Intensität einer von der Oberfläche in einen bestimmten Bereich reflektierten Strahlung abhängig von deren Einfallwinkel oder die Abhängigkeit von reflektierter Strahlung bei einem bestimmten Einfallwinkel abhängig von dem Ausfallwinkel ermittelbar ist.In a preferred embodiment, the fiber angle sensor is further provided with an evaluation device by means of which the intensity of a reflected radiation from the surface in a certain range depending on their angle of incidence or the dependence of reflected radiation at a certain angle of incidence is determined depending on the angle of failure.
Sofern in der Oberfläche hauptsächlich die Orientierung der Fasern in Projektion senkrecht auf die Oberfläche gesehen interessant ist, wird dabei hauptsächlich der auf die Oberflächenebene projizierte Einfall- bzw. Ausfallwinkel betrachtet.If, in the surface, the orientation of the fibers in projection perpendicular to the surface is of interest, it is mainly the angle of incidence projected onto the surface plane that is considered.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist durch eine Korrelation zwischen der Höhe eines Peaks in der reflektierten Strahlung und dem relativen Winkel zwischen Strahlungseinfall oder Strahlungsausfall auch ein Abstand zur zu messenden Oberfläche bestimmbar. Die entsprechende Auslegung und Kalibrierung der Auswerteeinheit lässt sich leicht durch Durchführung einiger empirischer Versuche bestimmen.In a particularly preferred embodiment, a distance to the surface to be measured can be determined by a correlation between the height of a peak in the reflected radiation and the relative angle between radiation incidence or radiation failure. The corresponding design and calibration of the evaluation unit can be easily determined by carrying out some empirical experiments.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer vorherrschenden Hauptfaserrichtung in einem Bereich einer Oberfläche eines textilen Gebildes weist in einer ersten Alternative a) die Schritte: • Bestrahlen der Oberfläche mittels einer vorzugsweise schräg auf den Oberflächenbereich fallenden Strahlung, aus unterschiedlichen Strahlrichtungen und • Messen der Intensität von den Fasern an dem Oberflächenbereich reflektierter Strahlung in Abhängigkeit von der Strahlrichtung auf. In einer zweiten Alternative b) weist das Verfahren die Schritte:In a first alternative a) the method according to the invention for determining a predominant main fiber direction in a region of a surface of a textile structure comprises the following steps: irradiation of the surface by means of radiation falling preferably obliquely on the surface region, from different beam directions and measuring the intensity of the Fibers on the surface region of reflected radiation as a function of the beam direction. In a second alternative b), the method has the steps:
• Bestrahlen der Oberfläche mittels einer aus einer bestimmten Richtung auf den Oberflächenbereich auftreffenden Strahlung undIrradiating the surface by means of a radiation incident on the surface region from a certain direction and
• Messen von den Fasern an dem Oberflächenbereich reflektierten Strahlung in Abhängigkeit von der Ausfallrichtung auf.Measuring radiation reflected from the fibers at the surface area depending on the direction of failure.
Insbesondere bei der Alternative a) ist bevorzugt, dass die Intensität der im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche reflektierten Strahlung gemessen wird. Dort lässt sich der schmälste Peak in der Reflexionsstrahlung bei einer bestimmten Faserorientierung - nämlich wenn diese senkrecht zum Strahlungseinfall stehen - erreichen und damit die höchste Genauigkeit bei der Ausrichtungsvermessung. Außerdem kann so der Strahlungsdetektor auf einer Relativdrehachse feststehend angeordnet werden, was den Aufbau vereinfacht und den Anschluss er- leichtert.In particular, in alternative a) it is preferred that the intensity of the radiation reflected substantially perpendicular to the surface is measured. There, the narrowest peak in the reflection radiation at a certain fiber orientation - namely when they are perpendicular to the radiation incidence - reach and thus the highest accuracy in the alignment measurement. In addition, the radiation detector can thus be arranged fixed on a relative axis of rotation, which simplifies the structure and facilitates the connection.
Zum Bestimmen der Faserausrichtung wird weiter bevorzugt - und dies ist auf beide Alternativen anwendbar - die Strahlrichtung des um eine Normale auf die Oberfläche um einen Winkelbereich kontinuierlich gedreht oder auch in - mög- liehst kleinen, je kleiner desto höhere Messauflösung - Drehwinkel-Schritten verändert und durch Messung der dort jeweils festzustellenden Reflexion derjenige Winkel bestimmt, in dem ein Extremwert der reflektierten Strahlung festgestellt wird. Unter „Strahlrichtung" ist hierbei in der Alternative a) die Abstrahlrichtung der auf die Oberfläche gestrahlten Strahlung zu verstehen und in der Alternative b) die Empfangsrichtung, wo die in diese Richtung reflektierte oder sonst wie abgestrahlte Strahlung erfasst wird. Insbesondere in der Alternative a) wird dann weiter bevorzugt als Hauptfaserrichtung diejenige Richtung bestimmt, die senkrecht zu der Strahlrichtung in der Ebene der Oberfläche liegt, in der die maximale Reflexion feststellbar ist.For determining the fiber orientation is further preferred - and this is applicable to both alternatives - the beam direction of a normal to the surface by an angular range continuously rotated or in lest possible small, the smaller the higher measurement resolution - rotation angle steps changed and by measuring the reflection to be detected there, that angle is determined in which an extreme value of the reflected radiation is detected. In this case, "beam direction" in alternative a) is understood to mean the emission direction of the radiation radiated onto the surface, and in alternative b) the reception direction, where the radiation reflected or otherwise emitted in this direction is detected. In particular, in alternative a), the direction which is perpendicular to the beam direction in the plane of the surface in which the maximum reflection can be determined is then more preferably determined as the main fiber direction.
Das Verfahren ist weiter vorzugsweise vollautomatisch durchführbar, beispielsweise im Rahmen einer automatisierten Herstellung von Textil-Halbzeugen, beispielsweise zur Weiterverarbeitung bei der Herstellung von CFK- oder GFK- Bauteilen.The method can also be carried out fully automatically, for example in the context of an automated production of textile semi-finished products, for example for further processing in the production of CFRP or GFRP components.
Das Verfahren könnte auch als Teilschritt in einem Steuerverfahren zur Steuerung der Ablegung von Fasern in bestimmten Orientierungen Verwendung finden.The method could also be used as a sub-step in a control method for controlling the laying of fibers in certain orientations.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein textiles Gebilde (quer zur Textilebene) mit wesentlichen Elementen einer bevozugten Ausführungsform eines Faserwinkelsensors in einer Ausrichtung von 0° zu einer Hauptfaserrichtung;Figure 1 is a schematic cross-sectional view through a textile structure (transverse to the textile plane) with essential elements of a preferred embodiment of a fiber angle sensor in an orientation of 0 ° to a main fiber direction.
Fig. 2 eine schematische Querschnittsansicht durch das textile Gebilde (quer zur Textilebene) mit den wesentlichen Elementen der bevozugten Ausführungsform eines Faserwinkelsensors in einer Ausrichtung von 90° zu der Hauptfaserrichtung;Figure 2 is a schematic cross-sectional view through the textile structure (transverse to the textile plane) with the essential elements of the preferred embodiment of a fiber angle sensor in an orientation of 90 ° to the main fiber direction.
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Messaufbaus der bevorzugten Ausführungsform des Faserwinkelsensors in einer Draufsicht auf die zu vermessende Textilebene; und Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Oszilloskops als Auswerteeinrichtung zum Messaufbau gemäß Fig. 3 mit einer beispielhaften Kurve zur Anzeige der vorherrschenden Faserausrichtung.3 shows a schematic view of a measurement setup of the preferred embodiment of the fiber angle sensor in a plan view of the textile plane to be measured; and 4 shows a schematic view of an oscilloscope as an evaluation device for measuring setup according to FIG. 3 with an exemplary curve for indicating the prevailing fiber orientation.
Im Folgenden wird zunächst anhand der Fig. 1 und 2 ein Messprinzip zur Messung einer Faserrichtung in einem Bereich einer Oberfläche 10 eines textilen Gebildes, am Beispiel einer Preform 12 als textiles Halbzeug für die Herstellung eines CFK-Bauteiles erläutert.1 and 2, a measuring principle for measuring a fiber direction in a region of a surface 10 of a textile structure, using the example of a preform 12 as a textile semifinished product for the manufacture of a CFRP component, will be explained in the following text.
Die Preform 12 ist aus Kohlenstofffasern 14 gebildet, die an der Oberfläche entsprechend einer Hauptausrichtung ausgerichtet sind. Zur leichteren Diskussion wird im Folgenden die Anordnung in einem kartesischen Koordinatensystem erläutert, wobei die durch die x- und y-Richtung aufgespannte Ebene durch die Ebene der Oberfläche 10 definiert wird und die z-Richtung die Richtung senkrecht zur Oberfläche 10 darstellt.The preform 12 is formed of carbon fibers 14 aligned on the surface in accordance with a main orientation. For ease of discussion, the arrangement in a Cartesian coordinate system is explained below, the plane spanned by the x and y directions being defined by the plane of the surface 10 and the z direction being the direction perpendicular to the surface 10.
Ein insgesamt mit 16 bezeichneter Faserwinkelsensor weist eine Strahlungsquelle, hier in Form einer Lichtquelle 18 zum Aussenden einer Lichtlinie (Lichtlinienquelle), insbesondere mit einem Laser 20, sowie einen auf das ausgesandte Licht sensitven Strahlungsdetektor, hier in Form einer Fotodiode 22, auf.A fiber angle sensor designated overall by 16 has a radiation source, here in the form of a light source 18 for emitting a light line (light line source), in particular with a laser 20, and a radiation detector sensitive to the emitted light, here in the form of a photodiode 22.
Die Lichtquelle 18 strahlt Licht mit einem Winkel ß zur x-y-Ebene (d.h. mit einem Winkel zur Ebene der Oberfläche 10, im folgenden Höhenwinkel genannt) zwischen etwa 10° und 80° auf die Oberfläche 10. Das Licht fällt demnach schräg auf die Oberfläche 10.The light source 18 emits light at an angle β to the xy plane (ie at an angle to the plane of the surface 10, in the following elevation angle) between about 10 ° and 80 ° to the surface 10. The light thus falls obliquely on the surface 10th ,
In dem dargestellten Beispiel erstrecken sich die Kohlenstofffasern 14 im Wesentlichen in der x-Richtung. In Fig. 1 wird das Licht in der x-z-Ebene und somit senkrecht zur Hauptfaserausrichtung eingestrahlt, und in Fig. 2 wird das Licht in der y-z-Ebene und somit parallel zur Hauptfaserausrichtung eingestrahlt.In the illustrated example, the carbon fibers 14 extend substantially in the x direction. In Fig. 1, the light is irradiated in the xz plane and thus perpendicular to the main fiber orientation, and in Fig. 2, the light is irradiated in the yz plane and thus parallel to the main fiber orientation.
Bei der parallelen Ausrichtung gemäß Fig. 2 (der Winkel α in der x-y-Ebene zwischen Lichteinfall und Hauptfaserrichtung ist 0° oder 180°) wird das Licht an der etwa annähernd zylindrischen Oberfläche der Kohlenstofffasern 14 reflektiert. Ein wesentlicher Anteil des Lichts wird in einen Bereich 24 reflektiert, der spiegelbildlich zu der Einstrahlrichtung angeordnet ist. Es gibt jedoch keinen Bereich der O- berfläche der Kohlenstofffasern 14, der das Licht aus der mit schrägem Höhenwinkel ß einfallenden Richtung unmittelbar in z-Richtung (Höhenwinkel 90 °) reflektieren würde.In the case of the parallel alignment according to FIG. 2 (the angle α in the x-y plane between light incidence and main fiber direction is 0 ° or 180 °), the light is reflected on the approximately approximately cylindrical surface of the carbon fibers 14. A significant portion of the light is reflected in a region 24 which is arranged in mirror image to the direction of irradiation. However, there is no region of the surface of the carbon fibers 14 which would reflect the light from the direction incident at an oblique elevation β directly in the z direction (elevation angle 90 °).
Bei der senkrechten Ausrichtung (der relative Winkel α in der x-y-Ebene zwischen Lichteinfallrichtung und Hauptfaserrichtung ist 90°) gibt es an der runden Oberfläche der Kohlenstofffasern 14 zumindest einen linienartigen Bereich, an dem das Licht unmittelbar in z-Richtung reflektiert wird. Dies ist offensichtlich nur dann der Fall, wenn der Winkel α gleich oder sehr nahe bei 90° liegt.In the vertical orientation (the relative angle α in the x-y plane between the light incident direction and the main fiber direction is 90 °), at the round surface of the carbon fibers 14, there is at least a line-like region where the light is directly reflected in the z-direction. This is obviously only the case when the angle α is equal to or very close to 90 °.
Im Prinzip könnte man nun auch die Fotodiode 22 in dem Reflexionsbereich 24 anordnen, um die maximale Reflexion bei exakt α = 0° festzustellen. Ein schmaleres Maximum oder einen schmaleren Peak erhält man aber dann, wenn man, wie dargestellt, die Fotodiode genau senkrecht zu der Oberfläche 10 ausrichtet, um das exakt in z-Richtung reflektierte Licht zu messen. Hier wird nur bei exakt in α=90° zu dem Lichteinfall ausgerichteter Hauptfaserausrichtung ein schmaler Peak erhalten.In principle, one could now also arrange the photodiode 22 in the reflection region 24 in order to determine the maximum reflection at exactly α = 0 °. However, a narrower peak or a narrower peak is obtained if, as shown, the photodiode is aligned exactly perpendicular to the surface 10 in order to measure the light reflected exactly in the z direction. In this case, a narrow peak is obtained only when the main fiber orientation is aligned exactly at α = 90 ° to the incidence of light.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Anordnung des Faserwinkelsensors 16 in Draufsicht auf die Oberfläche 10. Es sind zwei Lichtquellen 18 vorgesehen, die in einer gemein- samen Ebene zueinander gerichtet auf einen mittleren Bereich 26 der Oberfläche 10 strahlen. Die Fotodiode 22 ist exakt in z-Richtung senkrecht auf diesen Bereich gerichtet.3 shows a possible arrangement of the fiber angle sensor 16 in plan view of the surface 10. There are two light sources 18 which are arranged in a common position. seed plane directed towards each other on a central region 26 of the surface 10 radiate. The photodiode 22 is directed exactly in the z-direction perpendicular to this area.
Mittels einer Drehvorrichtung 28 lassen sich die Lichtquellen 18 gemeinsam um die durch die Mittelachse der Fotodiode 22 laufende Normale auf die Oberfläche 10 als Drehachse relativ zu der Oberfläche 10 drehen. Die Drehvorrichtung 28 ist mit einem nicht näher dargestellten Drehwinkelsensor versehen, der den Drehwinkel erfasst.By means of a rotating device 28, the light sources 18 can rotate together about the normal through the central axis of the photodiode 22 normal to the surface 10 as a rotation axis relative to the surface 10. The rotating device 28 is provided with a rotation angle sensor, not shown, which detects the rotation angle.
Dadurch kann der Bereich 0°<α<360° abgefahren werden, wobei α den Relativdrehwinkel in der x-y-Ebene, genauer den Winkel der Projektion der Strahlrichtung in die x-y-Ebene zur x-Achse darstellt. Durch die Fotodiode 22 wird dabei die Intensität des in z-Richtung reflektierten Lichts gemessen und über den Winkel α - dessen Signal wird von dem Drehwinkelsensor geliefert - aufgenommen.As a result, the range 0 ° <α <360 ° can be traced, wherein α represents the relative rotation angle in the x-y plane, more precisely the angle of the projection of the beam direction in the x-y plane to the x-axis. In this case, the intensity of the light reflected in the z-direction is measured by the photodiode 22 and recorded via the angle α-the signal of which is supplied by the rotation angle sensor.
Ein als Beispiel für eine Auswerteeinheit angeschlossenes Oszilloskop 30, auf das die Ausgänge aus der Fotodiode 22 und dem Drehwinkelsensor geschaltet werden, ist in Fig. 4 dargestellt. Es ergibt sich genau bei α = 90 ° ein relativ schmaler Peak; d.h. die Hauptfaserrichtung liegt bei α= 0° (senkrecht zum Wert mit dem Peak); demnach lässt sich daraus ermitteln, dass die Hauptfaserrichtung bei dem hier gemessenen Bereich 26 der Preform 10 in x-Richtung verläuft.An oscilloscope 30, connected as an example for an evaluation unit, to which the outputs from the photodiode 22 and the rotation angle sensor are connected, is shown in FIG. It results exactly at α = 90 °, a relatively narrow peak; i.e. the main fiber direction is α = 0 ° (perpendicular to the value with the peak); Accordingly, it can be determined from this that the main fiber direction in the region 26 of the preform 10 measured here runs in the x-direction.
Die speziellen Reflexionseigenschaften der Kohlenstofffasern 14 erlauben dem- nach die Bestimmung des Ablagewinkels. Wird die Oberfläche 10 eines zu untersuchenden Textils (hier Preform 12) in einem bestimmten Winkel (hier: ß) mit einer Lichtlinienquelle bzw. einem Laser 20 angestrahlt und wird diese Lichtquelle 18 um die Normale zur Oberfläche 10 rotiert, dann tritt in Richtung der Normalen im- mer dann die stärkste Reflexion auf, wenn die Lichtlinie 90° zur Filamentachse liegt.The special reflection properties of the carbon fibers 14 thus allow the determination of the storage angle. If the surface 10 of a textile to be examined (in this case preform 12) is irradiated at a certain angle (here: β) with a light line source or a laser 20 and this light source 18 is rotated about the normal to the surface 10, then occurs in the direction of the normal in the- Then the strongest reflection on when the light line is 90 ° to the filament axis.
Die Stärke der Reflexion kann über eine Fotodiode 22 gemessen werden und ge- gen die Winkelposition mit einem geeigneten Instrument (z.B. Oszilloskop oder Messcomputer) aufgetragen werden.The intensity of the reflection may be measured via a photodiode 22 and plotted against the angular position with a suitable instrument (e.g., oscilloscope or measuring computer).
Des Weiteren kann statt eines Linienlichts eine geschwenkte Punktquelle verwendet werden.Furthermore, a pivoted point source can be used instead of a line light.
Weiter kann über eine Korrelation des Schwenk- oder Drehwinkels mit dem Refle- xionspeak zusätzlich der Abstand zur Oberfläche 10 bestimmt werden.Furthermore, the distance to the surface 10 can additionally be determined by correlation of the pivot angle or angle of rotation with the reflection peak.
Der Faserwinkelsensor 16 kann zur Qualitätskontrolle in verschiedenen Ferti- gungsprozessen eingesetzt werden. Bei der Herstellung von Faserpreformen werden Fehler bei der Ablage erkannt und können korrigiert werden, bevor Ausschlussbauteile entstehen. The fiber angle sensor 16 can be used for quality control in various production processes. In the production of fiber preforms, errors in filing are detected and can be corrected before exclusion components.
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Oberfläche10 surface
12 Preform (textiles Gebilde)12 preform (textile structure)
14 Kohlenstofffasern 16 Faserwinkelsensor14 carbon fibers 16 fiber angle sensor
18 Lichtquelle (Strahlungsquelle)18 light source (radiation source)
20 Laser20 lasers
22 Fotodiode (Strahlungsdetektor)22 photodiode (radiation detector)
24 Reflexionsbereich bei paralleler Ausrichtung 26 Messbereich der Oberfläche 1024 Reflection range with parallel alignment 26 Measuring range of the surface 10
28 Drehvorrichtung28 turning device
30 Oszilloskop α Drehwinkel (Ausrichtung zur x-Achse in x-y-Ebene) ß Höhenwinkel (Ausrichtung zur Oberfläche 10) 30 Oscilloscope α Rotation angle (orientation to x-axis in x-y-plane) ß Elevation angle (alignment to surface 10)

Claims

Patentansprüche claims
1. Faserwinkelsensor (16) zum Erfassen einer in einem Bereich (26) einer O- berfläche (10) eines textilen Gebildes (12) vorherrschenden Hauptfaserausrich- tung.A fiber angle sensor (16) for detecting a main fiber orientation prevailing in a region (26) of an upper surface (10) of a textile structure (12).
2. Faserwinkelsensor (16) nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Strahlungsquelle (18) zum Aussenden von durch Fasern (14) des textilen Gebildes (12) reflektierbarer Strahlung und einem Strah- lungsdetektor (22) zum Erfassen von durch die Fasern (14) in dem textilen Gebilde (12) in einen bestimmten Bereich (z) reflektierter Strahlung.2. fiber angle sensor (16) according to claim 1, characterized by a radiation source (18) for emitting by fibers (14) of the textile structure (12) reflectable radiation and a radiation detector (22) for detecting by the fibers (14) in the textile structure (12) in a certain range (z) of reflected radiation.
3. Faserwinkelsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) zum Anstrahlen der Oberfläche (10) aus unterschiedlichen Winkeln, insbesondere über einen Winkelbereich, vorgesehen ist, um die reflektierte Strahlung abhängig von dem Relativwinkel zwischen Einstrahlung und Oberfläche (10) zu erfassen.3. fiber angle sensor according to claim 2, characterized in that the radiation source (18) for illuminating the surface (10) from different angles, in particular over an angular range, is provided to the reflected radiation depending on the relative angle between irradiation and surface (10). capture.
4. Faserwinkelsensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) relativ zur Oberfläche (10) drehbar angeordnet ist.4. fiber angle sensor according to claim 3, characterized in that the radiation source (18) relative to the surface (10) is rotatably arranged.
5. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (22) zur Messung der in unterschiedlichen Abstrahlrichtungen reflektierten Strahlung fähig ist, um die reflektierte Strahlung abhängig von dem Relativwinkel zwischen Abstrahlung (24) und zu messender Oberfläche (10) zu erfassen. 5. fiber angle sensor according to one of claims 2 to 4, characterized in that the radiation detector (22) for measuring the radiation reflected in different radiation directions is capable of the reflected radiation depending on the relative angle between radiation (24) and surface to be measured (10 ) capture.
6. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle eine Lichtquelle (18) zum Aussenden von Licht ist, das an Grenzflächen von Fasern (14) reflektierbar ist, und der Strahlungsdetektor (22) zum Messen der Intensität von in einen Bereich reflektierter Lichtstrahlung ausgebildet ist.A fiber angle sensor according to any one of claims 2 to 5, characterized in that the radiation source is a light source (18) for emitting light which is reflectable at interfaces of fibers (14), and the radiation detector (22) for measuring the intensity of is formed in a region of reflected light radiation.
7. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) zur schrägen Einstrahlung von Strahlung auf die Oberfläche (10) ausgebildet ist.7. fiber angle sensor according to one of claims 2 to 6, characterized in that the radiation source (18) for the oblique irradiation of radiation on the surface (10) is formed.
8. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor (22) zum Messen von in einer zu der Oberfläche (10) des textilen Gebildes (12) senkrechte Richtung (z) reflektierter Strahlung ausgebildet ist.8. Fiber angle sensor according to one of claims 2 to 7, characterized in that the radiation detector (22) for measuring in a to the surface (10) of the textile structure (12) perpendicular direction (z) reflected radiation is formed.
9. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Strahlungsquellen (18) vorgesehen sind, die zum Ausstrahlen von Strahlung in einer gemeinsamen, das textile Gebilde (12) kreuzenden Ebene ausgerichtet sind.9. fiber angle sensor according to one of claims 2 to 8, characterized in that at least two radiation sources (18) are provided, which are aligned for emitting radiation in a common, the textile structure (12) crossing plane.
10. Faserwinkelsensor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquellen (18) gemeinsam relativ zu der Oberfläche (10) drehbar sind. 10. fiber angle sensor according to claim 9, characterized in that the radiation sources (18) are rotatable together relative to the surface (10).
11. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) eine Lichtlinienquelle und/oder einen Laser (20) aufweist.11. Fiber angle sensor according to one of claims 2 to 10, characterized in that the radiation source (18) has a light line source and / or a laser (20).
12. Faserwinkelsensor nach einem der Ansprüche 2 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Strahlungsdetektor eine Fotodiode (22) aufweist.12. fiber angle sensor according to one of claims 2 to 11, characterized in that the radiation detector comprises a photodiode (22).
13. Faserwinkelsensor (16) nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (18) eine schwenkbare Punktquelle aufweist.13. fiber angle sensor (16) according to one of claims 2 to 12, characterized in that the radiation source (18) has a pivotable point source.
14. Faserwinkelsensor nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrichtung (30), mittels der die Intensität einer bei Einfall von Strahlung auf die Oberfläche (10) reflektierten Strahlung abhängig von dem Einfallswinkel der einfallenden Strahlung und/oder dem Ausfallwinkel der reflektierten Strahlung ermittelbar ist.14. Fiber angle sensor according to one of the preceding claims, characterized by an evaluation device (30), by means of which the intensity of an incident upon incidence of radiation on the surface (10) reflected radiation depending on the angle of incidence of the incident radiation and / or the angle of reflection of the reflected radiation is.
15. Faserwinkelsensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (30) derart ausgebildet ist, dass durch eine Korrelation zwischen der Höhe eines Peaks in der reflektierten Strahlung und der Einfallsrich- tung ein Abstand zur Oberfläche (10) bestimmbar ist.15. fiber angle sensor according to claim 14, characterized in that the evaluation unit (30) is formed such that a distance from the surface (10) can be determined by a correlation between the height of a peak in the reflected radiation and the direction of incidence.
16. Verfahren zur Bestimmung einer vorherrschenden Hauptfaserrichtung in einem Bereich (26) einer Oberfläche (10) eines textilen Gebildes (12) a) mit den Schritten: • Bestrahlen des Bereichs (26) der Oberfläche (10) mittels einer, vorzugsweise schräg, auf den Oberflächenbereich (26) einfallenden Strahlung aus unterschiedlichen Strahlrichtungen und16. A method for determining a predominant main fiber direction in a region (26) of a surface (10) of a textile structure (12) a) with the steps: Irradiating the area (26) of the surface (10) by means of a radiation, preferably oblique, incident on the surface area (26) from different beam directions and
• Messen der Intensität von von Fasern (14) des textilen Gebildes (12) an dem Oberflächenbereich (26) reflektierter Strahlung in Abhängigkeit von der Strahlrichtung oder b) mit den Schritten:Measuring the intensity of radiation reflected from fibers (14) of the textile structure (12) on the surface region (26) as a function of the beam direction or b) with the steps:
• Bestrahlen des Bereichs (26) der Oberfläche (10) mittels einer aus einer bestimmten Richtung auf den Oberflächenbereich (26) auftreffenden Strahlung undIrradiating the region (26) of the surface (10) by means of a radiation incident on the surface region (26) from a specific direction and
• Messen von von Fasern (14) an dem Oberflächenbereich (26) reflektierter Strahlung in Abhängigkeit von deren Ausfallrichtung.Measuring radiation reflected from fibers (14) on the surface region (26) as a function of their failure direction.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität einer im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche (10) reflektierten Strahlung gemessen wird.17. The method according to claim 16, characterized in that the intensity of a substantially perpendicular to the surface (10) reflected radiation is measured.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlrichtung in einem Drehwinkelbereich um eine Normale auf die Oberfläche (10) als Achse verändert wird und derjenige relative Drehwinkel (α) zwischen Strahlrichtung und Oberfläche (10) bestimmt wird, in dem ein Extremwert der reflektierten Strahlung festgestellt wird.18. The method according to claim 16 or 17, characterized in that the beam direction in a rotation angle range about a normal to the surface (10) is changed as an axis and that relative rotation angle (α) between the beam direction and surface (10) is determined in the an extreme value of the reflected radiation is detected.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Hauptfaserrichtung diejenige Richtung bestimmt wird, die senkrecht zu derjenigen Strahlrichtung liegt, in der die maximale Reflexion feststellbar ist. 19. The method according to claim 18, characterized in that as the main fiber direction that direction is determined which is perpendicular to the beam direction in which the maximum reflection is detected.
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