WO2010037378A1 - Verfahren zum messen und/oder prüfen einer welligkeit eines flächigen textils - Google Patents

Verfahren zum messen und/oder prüfen einer welligkeit eines flächigen textils Download PDF

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WO2010037378A1
WO2010037378A1 PCT/DE2009/001381 DE2009001381W WO2010037378A1 WO 2010037378 A1 WO2010037378 A1 WO 2010037378A1 DE 2009001381 W DE2009001381 W DE 2009001381W WO 2010037378 A1 WO2010037378 A1 WO 2010037378A1
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film
textile
surface profile
flat textile
flat
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PCT/DE2009/001381
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French (fr)
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Julian Kuntz
Jan Wessels
Frederik Lehners
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Airbus Operations Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/28—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
    • G01B5/285—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces for controlling eveness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B13/00—Measuring arrangements characterised by the use of fluids
    • G01B13/22—Measuring arrangements characterised by the use of fluids for measuring roughness or irregularity of surfaces

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring and / or checking a waviness of a flat textile.
  • the invention relates to a device for measuring and / or checking a waviness of a flat textile, with a support for arranging the flat textile.
  • Flat textiles ie textile fabrics such as, for example, multiaxial fabrics, are used in particular in the production of fiber-reinforced plastic components. It has been found that the strength of the later fiber-reinforced component is greatly influenced by the uniformity of the flat textile used. There is therefore a desire to monitor the geometrical shape parameters, in particular the waviness, such as the layer waviness, of the flat textile, in order to ensure that the fiber-reinforced component produced using the flat textile has the desired strength.
  • Optical methods based on computer-aided analysis of images of the planar textile are known.
  • images of the flat textile are recorded and determined with image analysis software certain geometric shape parameters.
  • a disadvantage of such methods is that, in particular, the layer waviness can not be determined from the plane.
  • the geometrical shape parameter in the form of the layer waviness that is to say the waviness of the flat textile out of the plane, it is known to cut the finished component and to determine the layer position on the cut piece. to determine ripple.
  • the disadvantage of this is that no 100% test is possible, which is unsatisfactory especially for safety components.
  • DE 195 35 259 A1 discloses a method and a device 5 for measuring and / or checking a geometric shape parameter of a flat textile, wherein the flat textile is arranged on a support and detects the surface profile of the flat textile by scanning by means of a light line becomes.
  • the document DE 19 01 979 A describes a method and a device for measuring the fine shape, ie a geometrical shape parameter, of the grinding surface of a grinding belt, wherein the grinding belt is arranged between a support and a flexible film, a pressure between the grinding belt and the film is produced (by pressure shoes), so that the film conforms to the sanding belt, and the surface shape of the film is detected after the clipping process.
  • the document US 49 51 497 A discloses a method and an apparatus for measuring a geometrical shape parameter, in particular the roughness, of a surface, wherein a deformable element is arranged on the surface and by applying a pressure between the element and the surface causing the element to conform to the surface, thereby deforming the element on its surface-facing side and causing this deformation to affect deformation of the other side 5 of the element and to detect the deformation of that side and measure the geometrical shape parameter Surface is evaluated.
  • US 3,500,598 A describes a method for measuring a geometric shape parameter of an inner surface of a hollow body, wherein a flexible film (in the form of a tube) is placed in the cavity of a body and a pressure is applied between the body and the tubular film so that the film adheres to the inner surface of the Enclosed hollow body and the surface shape of the film impressed and after removal of the film from the body, the surface profile of the film is detected.
  • a flexible film in the form of a tube
  • the object of the invention is to measure geometric shape parameters, in particular the waviness of a flat textile, non-destructively with high accuracy.
  • the invention solves the problem by a method for measuring or checking a geometrical shape parameter, in particular a ply ripple, of a flat textile comprising the steps of (a) arranging the flat textile in a space between a backing and a flexible film, (b) applying a differential pressure between space and environment, so that the film conforms to the sheet textile, and (c) detecting a surface profile of the film.
  • a geometrical shape parameter in particular a ply ripple
  • the invention solves the problem by a generic device comprising a film lay-up device for applying a film, a differential application device for applying a differential pressure, so that the film conforms to the flat textile, and a surface profile Detecting device for detecting a surface profile of the film has.
  • the flat textile is a multiaxial fabric
  • this multi-axial fabric comprises at least two layers of fibers or fiber bundles.
  • the fiber bundles of a layer run parallel to each other in a respective fiber direction, the fiber bundles of adjacent layers form an angle different from zero with each other.
  • the strength of a fiber-reinforced structural component produced using the sheet-like textile strongly depends on the cross-section of the individual fiber bundles. The more circular a fiber bundle is, the stronger it is in the adjacent Barten Lay out a waviness and the lower the strength of the finished fiber-reinforced construction component at the relevant point. Only by 100% test can be ensured that the ripple, in particular the position waviness, at all points within a predetermined tolerance interval 5. This is guaranteed by the invention.
  • Flexible films are, for example, in the form of a polyethylene film, cheap to produce, so that caused by the application of the film only smallificatêto.
  • the method according to the invention can be carried out very quickly and reliably. Unlike known methods, it is not necessary to expect, for example, that a probe sticks to fibers of the flat textile.
  • the invention can thus also be used for continuous testing of the flat textile.
  • the geometrical shape parameter is understood in particular to be any characteristic number which characterizes the geometric extension of the planar textile from the plane.
  • the plane is the plane in which the flat textile extends at the measuring location.
  • the geometric shape parameter is a ripple, for example the ply ripple.
  • the layer waviness is a measure of the deviation of the surface of the flat textile from a Schmiege Structure, with planar sheet-like textiles of a Schmiegeebene. In particular, shape deviations which are of the order of magnitude of the deviation Stand two fiber bundles lie. The layer waviness is thus in particular a measure of the uniformity of the cross sections of the fiber bundles of a multi-axial laminate.
  • a flat textile not only covers textiles that extend along a mathematical plane, but also textiles that have a macroscopic curvature.
  • the radius of curvature of the curvature of the planar textile in this case is large compared to a distance of adjacent fibers from one another, for example ten times as large.
  • the flat textile is arranged in a space between a gas-tight pad and a flexible film, it is to be understood that the flat textile is arranged between pad and film that applying the differential pressure for nestling of the film to the flat Textile leads.
  • very thin foils there is a risk that they will tear, so that the differential pressure between gap and environment can not be applied reliably.
  • the optimum thickness of the film is therefore determined in preliminary tests in which films of decreasing thickness are used until such a thin film is used that the process can no longer be carried out reliably. It is then used, for example, the thinnest film, in which a process-reliable performing the method is just possible.
  • the flat textile may in particular comprise films of carbon fibers.
  • the film preferably has a thickness of less than 200 .mu.m, since it can then cling particularly well to the flat textile.
  • Suitable examples are films of polyolefin, such as polyethylene.
  • the pad is gas-tight and the application of the differential pressure between the gap and the surrounding area comprises an evacuation of the gap.
  • Such a method is particularly easy to carry out, for example, since openings must be provided only in the pad, can be removed through the air from the space.
  • the film lays particularly close to the flat textile and forms the geometric shape of the flat textile particularly well.
  • the flat textile is preferably a multiaxial fabric, in particular a semifinished product.
  • the semifinished product is used for the production of aircraft components. From such semi-finished products almost exclusively safety-relevant components are produced, so that it is particularly advantageous to carry out a 100% examination of the underlying flat textile.
  • the detection of the surface profile comprises a contactless scanning. This can be done for example by an optical scanning, for example by means of laser or strip projection method.
  • Non-contact methods have the advantage of being particularly fast. It is possible to choose the film so that a non-contact scanning is particularly well possible.
  • the film may be anti-reflective, so that measurement errors due to reflection are suppressed.
  • the detection of the surface profile takes place at least along a fiber orientation of the textile. It has been found that ripples measured along a fiber orientation provide a particularly good indication of any defects in the flat textile. If the flat textile is a multiaxial fabric, there are several fiber directions, namely one for each situation. The fiber orientation of a layer is the direction in which the fibers run.
  • the method can be carried out particularly quickly if the surface profile is detected over a wide area, for example by optical methods.
  • optical methods For detecting surface profiles, a large number of methods are known from the prior art, such as how quickly and accurately the surface data can be detected and how this data can be evaluated.
  • a spatial Fourier transformation in particular a fast Fourier transformation, can be carried out with which the proportion of shape deviations having a wavelength which lies in the range of the distance between two adjacent fiber bundles of a multi-axial laminate is determined.
  • the method preferably comprises the steps of calculating a characteristic from the surface profile which describes the state ripple, and comparing the characteristic value with a desired value.
  • the characteristic value may be, for example, the dominant wavelength, local deviations from a predefined desired contour, or a fiber angle. If the flat profile fulfills the requirements by being within the specified setpoint interval, it can be assumed with great certainty that the fiber-reinforced component produced using the flat textile has the desired strength properties.
  • the method is a method for producing a composite component, wherein initially a flat textile is provided and tested by a method according to the invention. Only when the flat textile corresponds to a given specification, it is used for the production of the fiber-reinforced component.
  • the flat textile is impregnated with resin and then cured the resin.
  • the Folienauflege- device is designed for laying a circumferential film. This means that, for example, a film loop is present, which rotates, so that the same film is placed several times on the flat textile and used to carry out the method according to the invention. In this way, material is saved on film.
  • the support comprises a device for applying a vacuum to a gap between the laid-up textile and the overlying film.
  • a vacuum may be, for example, small openings in the support, which are so small that the flat textile is only insignificantly deformed by the application of the vacuum. It is particularly favorable if such openings are arranged so that a deformation, which is caused by the application of the vacuum, can be separated from any material defects of the flat textile.
  • FIG. 1 shows a device according to the invention for carrying out an invented
  • Figure 2 shows an alternative embodiment of an inventive
  • FIG. 1 shows a flat textile 10 in the form of a multiaxial fabric or a fabric of reinforcing fibers, for example carbon fibers.
  • the flat textile 10 has a first layer 12 of a plurality of fiber bundles 14.1, 14.2, ..., which run parallel to each other and preferably all comprise the same number of not visible in Figure 1 carbon fibers. 5
  • the flat textile 10 also comprises a second layer 16 of fiber bundles, of which only the fiber bundle 18 can be seen in cross section.
  • the fiber bundles 14 on the one hand and 18 on the other hand include a not marked fiber angle.
  • the flat textile 10 is a semi-finished product which is infiltrated with a matrix material, such as a synthetic resin, in a subsequent processing step, so that a laminate is formed. By curing in a mold, for example, aircraft parts are produced. However, the invention also relates to a method for producing an aircraft part or other structural components. 5
  • the flat textile 10 rests on a support 20, which is formed by a flat, smooth as possible pad plate.
  • a film 22 is placed around the flat textile 10 to be tested.
  • the film 22 is a polyethylene film with a thickness of 12 ⁇ m.
  • the film 22 is pressed on sealing strips 24o on the support 20 or glued by sealing tapes 24 with the base, so that adjusts a gas-tight connection. Between the ge 20 and the film 22 forms a gap 26 in which the flat textile 10 is arranged.
  • the gap 26 is connected to a vacuum pump 30, which continuously sucks air from the gap 26, so that between an ambient pressure pumge b and an internal pressure Pinnen in the space 26th sets a pressure difference ⁇ p of more than 800 mbar.
  • the ambient pressure is the atmospheric pressure of approximately 1030 mbar and the internal pressure is below 200 mbar, in particular below 100 mbar.
  • an internal pressure of Pinnen 50 mbar is applied.
  • the film 22 fits snugly against the flat textile 10 and compresses it in the thickness direction, whereupon a surface profile 32 is formed.
  • Local textile thickness differences or thickness deviations from the ideal shape or irregularities in the fiber quantity distribution are clearly evident on the top surface profile 32 of the film 22.
  • a surface profile detection device in the form of a probe 34 line.
  • a non-transparent film 22 having suitable backscatter properties is used so that non-contact optical surveying apparatuses may be used. For example, it is advantageous if the film is free of mirrors.
  • the surface profile 32 of the film 22 is now, in particular in different directions of the sheet-like textile 10, taken and a non-drawn interface to a likewise not inserted drew a computer that processes the data.
  • This computer can perform, for example, a Fourier transform and / or filtering. From the measured surface profile 32, for example, statements about dominant wavelengths or angular deviations of the fiber layers 12, 16 are then calculated and compared with predetermined limit values. This makes it possible to make a statement about the quality of the flat textile. If the geometric shape parameters, for example the mentioned dominant wavelengths or angle deviations, are within the limit values, then the flat textile 10 is found to be good and used for further production. Otherwise, the flat textile 10 is discarded.
  • the vacuum pump 30 and the corresponding port via the intake passage 28 to the gap 26 are part of a differential pressure applying device.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a device according to the invention, in which not the surface profile detecting device is moved in the form of the probe 34 relative to the support 20, but in which the flat textile 10 is on a conveyor device 36, for example on a conveyor belt made of an air-permeable Material.
  • the conveying device continuously conveys the flat textile 10 forward and the differential pressure application device in the form of the vacuum pump 30 constantly applies a negative pressure to a surface section 40 of the flat textile via a vacuum chamber 38.
  • the vacuum pump 30 is designed such that air flowing in from the sides is drawn off, so that an internal pressure Pinnen of below 200 mbar is established in the vacuum chamber 38.
  • the vacuum chamber 38 Opposite the vacuum chamber 38 is a Folienierlege- device 42, which hangs a revolving film 22 on a Auflegerolle 44 on the flat textile and decreases via a pickup roller from the flat textile 10 again. Between the laying roller 44 and the pickup roller 46, the surface profile detecting device is arranged in the form of the measuring probe 34. net, which is stationary relative to the vacuum chamber 38 and constantly receives the surface profile 32.
  • the measuring machine which is shown in FIG. 2, is preferably part of a textile production line and enables a 100% inspection of the produced flat textile 10. This makes it possible to recognize malfunctions in the production of the flat textile 10 with a very short time delay and to remedy this in a timely manner ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und/oder Prüfen eines geometrischen Gestaltparameters, insbesondere einer Welligkeit, eines flächigen Textils (10), mit den Schritten: Anordnen des flächigen Textils (10) in einem Zwischenraum (26) zwischen einer Auflage (20) und einer flexiblen Folie (22), Anlegen eines Differenzdrucks (Δp) zwischen Zwischenraum (26) und Umgebung, so dass sich die Folie (22) an das flächige Textil (10) anschmiegt, und Erfassen eines Oberflächenprofils (32) der Folie (22).

Description

5 Verfahren zum Messen und/oder Prüfen einer Welligkeit eines flächigen Textils
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen und/oder Prüfen einer Welligkeit eines flächigen Textils. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung0 eine Vorrichtung zum Messen und/oder Prüfen einer Welligkeit eines flächigen Textils, mit einer Auflage zum Anordnen des flächigen Textils.
Flächige Textilien, also textile Flächengebilde wie beispielsweise Multiaxialge- lege, werden insbesondere bei der Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-5 Bauelementen verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass die Festigkeit des späteren faserverstärkten Bauteils von der Gleichmäßigkeit des verwendeten flächigen Textils stark mit beeinflusst wird. Es besteht daher der Wunsch, die geometrischen Gestaltparameter, insbesondere die Welligkeit, wie zum Beispiel die Lagenwelligkeit, des flächigen Textils zu überwachen, damit sichergestellto ist, dass das unter Verwendung des flächigen Textils hergestellte faserverstärkte Bauteil die gewünschte Festigkeit aufweist.
Bekannt sind optische Verfahren auf Basis rechnergestützter Analysen von Bildern des flächigen Textils. Im Rahmen derartiger Verfahren werden Bilder des5 flächigen Textils aufgenommen und mit Bildauswertesoftware bestimmte geometrische Gestaltparameter ermittelt. Nachteilig an derartigen Verfahren ist, dass insbesondere die Lagenwelligkeit aus der Ebene heraus nicht ermittelt werden kann. o Zur Ermittlung des geometrischen Gestaltparameters in Form der Lagenwelligkeit, das heißt der Welligkeit des flächigen Textils aus der Ebene heraus, ist bekannt, das fertige Bauteil zu zerschneiden und am Schnittstück die Lagen- welligkeit zu ermitteln. Nachteilig hieran ist, dass keine 100%-Prüfung möglich ist, was insbesondere bei Sicherheitsbauteilen unbefriedigend ist.
Aus der Druckschrift DE 195 35 259 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung 5 zum Messen und/oder Prüfung eines geometrischen Gestaltparameters eines flächigen Textils ersichtlich, wobei das flächige Textil auf einer Auflage angeordnet wird und das Oberflächenprofil des flächigen Textils durch Abscannen mittels einer Lichtlinie erfasst wird. o In der Druckschrift DE 19 01 979 A werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen der Feingestalt, also eines geometrischen Gestaltparameters, der Schleiffläche eines Schleifbandes beschrieben, wobei das Schleifband zwischen einer Auflage und einer flexiblen Folie angeordnet wird, ein Druck zwischen dem Schleifband und der Folie erzeugt wird (durch Druckschuhe), so5 dass sich die Folie an das Schleifband anschmiegt, und die Oberflächengestalt der Folie nach erfolgtem Anschmiegevorgang erfasst wird.
Aus der Druckschrift US 49 51 497 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen eines geometrischen Gestaltparameters, insbesondere der Rau-o higkeit, einer Oberfläche ersichtlich, wobei auf der Oberfläche ein deformierbares Element angeordnet wird und durch Anlegen eines Drucks zwischen Element und der Oberfläche bewirkt wird, dass sich das Element an die Oberfläche anschmiegt, womit sich das Element an seiner der Oberfläche zugewandten Seite verformt und diese Verformung sich einer Verformung der anderen Seite5 des Elements auswirkt und die Verformung dieser Seite erfasst wird und als Maß für den geometrischen Gestaltparameter der Oberfläche ausgewertet wird.
In der US 3,500,598 A ist ein Verfahren zum Messen eines geometrischen Gestaltparameters einer inneren Oberfläche eines hohlen Körpers beschrieben,o wobei eine flexible Folie (in Form eines Schlauchs) in dem Hohlraum eines Körpers angeordnet wird und ein Druck zwischen dem Körper und der Schlauchfolie angelegt wird, so dass sich die Folie an die innere Oberfläche des hohlen Körpers anschmiegt und deren Oberflächengestalt sich der Folie einprägt und nach Entfernen der Folie aus dem Körper das Oberflächenprofil der Folie erfasst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, geometrische Gestaltparameter, insbesondere die Welligkeit eines flächigen Textils, zerstörungsfrei mit hoher Genauigkeit zu messen.
Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Messen oder Prüfen eines geometrischen Gestaltparameters, insbesondere einer Lagenwelligkeit, eines flächigen Textils mit den Schritten (a) Anordnen des flächigen Textils in einem Zwischenraum zwischen einer Unterlage und einer flexiblen Folie, (b) Anlegen eines Differenzdrucks zwischen Zwischenraum und Umgebung, so dass sich die Folie an das flächige Textil anschmiegt, und (c) Erfassen eines Oberflächenprofils der Folie.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch eine gattungsgemäße Vorrichtung, die eine Folien-Auflegevorrichtung zum Auflegen einer Folie, eine Differenz-Aufbringvorrichtung zum Anlegen eines Differenz- drucks, so dass sich die Folie an das flächige Textil anschmiegt, und eine Oberflächenprofil-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Oberflächenprofils der Folie besitzt.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass eine 100%-Prüfung des flächigen Textils möglich ist. Ist das flächige Textil ein Multiaxialgelege, so umfasst dieses Multi- axialgelege mindestens zwei Lagen an Fasern oder Faserbündeln. Die Faserbündel einer Lage verlaufen parallel zueinander in eine jeweilige Faserrichtung, die Faserbündel benachbarter Lagen bilden einen von Null verschiedenen Winkel miteinander. Es hat sich herausgestellt, dass die Festigkeit eines faserver- stärkten Konstruktionsbauteils, das unter Verwendung des flächigen Textils hergestellt wird, stark vom Querschnitt der einzelnen Faserbündel abhängt. Je stärker kreisförmig ein Faserbündel ist, desto stärker prägt sich in den benach- barten Lagen eine Welligkeit aus und umso geringer ist die Festigkeit des fertigen faserverstärkten Konstruktionsbauteils an der betreffenden Stelle. Nur durch 100%-Prüfung kann damit sichergestellt sein, dass die Welligkeit, insbesondere die Lagenwelligkeit, an allen Stellen innerhalb eines vorgegebenen 5 Toleranzintervalls liegt. Durch die Erfindung wird das gewährleistet.
Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass sie mit einfachen Mitteln umsetzbar ist. Flexible Folien sind, beispielsweise in Form einer Polyethylen-Folie, billig herstellbar, so dass durch das Auflegen der Folie nur geringe Zusatzkosteno verursacht werden.
Vorteilhaft ist zudem, dass das erfindungsgemäße Verfahren sehr schnell und prozesssicher durchführbar ist. Anders als bei bekannten Verfahren muss nicht damit gerechnet werden, dass beispielsweise ein Messtaster an Fasern des5 flächigen Textils hängen bleibt. Die Erfindung ist damit auch für ein kontinuierliches Prüfen des flächigen Textils einsetzbar.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass die Möglichkeit der 100%-Prüfung und die geringen Kosten eine kontinuierliche Überwachung der Produktion des flächigeno Textils erlauben. Dadurch können Störungen im Produktionsablauf zeitnah ermittelt und behoben werden, wodurch die Produktivität des Herstellverfahrens steigt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter dem geometrischen Gestalt-5 parameter insbesondere jede Kennzahl verstanden, die die geometrische Ausdehnung des flächigen Textils aus der Ebene heraus charakterisiert. Die Ebene ist dabei diejenige Ebene, in der sich das flächige Textil am Messort erstreckt. Insbesondere ist der geometrische Gestaltparameter eine Welligkeit, beispielsweise die Lagenwelligkeit. Die Lagenwelligkeit ist ein Maß für die Abweichungo der Oberfläche des flächigen Textils von einer Schmiegefläche, bei ebenen flächigen Textilien von einer Schmiegeebene. Für die Lagenwelligkeit werden insbesondere Gestaltabweichungen betrachtet, die in der Größenordnung des Ab- Standes zweier Faserbündel liegen. Die Lagenwelligkeit ist damit insbesondere ein Maß für die Gleichmäßigkeit der Querschnitte der Faserbündel eines Multi- axialgeleges.
Unter einem flächigen Textil werden nicht nur Textilien verstanden, die sich entlang einer mathematischen Ebene erstrecken, sondern auch solche Textilien, die eine makroskopische Krümmung aufweisen. Damit die Lagenwelligkeit bestimmt werden kann, ist der Krümmungskreisradius der Krümmung des flächigen Textils aber in diesem Fall groß gegen einen Abstand von benachbarten Fasern zueinander, beispielsweise zehnmal so groß.
Unter dem Merkmal, dass das flächige Textil in einem Zwischenraum zwischen einer gasdichten Unterlage und einer flexiblen Folie angeordnet wird, ist zu verstehen, dass das flächige Textil so zwischen Unterlage und Folie angeordnet wird, dass das Anlegen des Differenzdrucks zum Anschmiegen der Folie an das flächige Textil führt.
Je dicker und weniger flexibel die Folie ist, desto weniger genau gibt das Oberflächenprofil der Folie das Oberflächenprofil des flächigen Textils wieder. Es ist daher günstig, eine möglichst dünne Folie zu wählen. Andererseits besteht bei sehr dünnen Folien die Gefahr, dass diese reißen, so dass sich der Differenzdruck zwischen Zwischenraum und Umgebung nicht prozesssicher anlegen lässt. Die optimale Stärke der Folie wird daher in Vorversuchen ermittelt, bei denen Folien mit abnehmender Dicke verwendet werden, bis eine so dünne Folie verwendet wird, dass das Verfahren nicht mehr prozesssicher durchführbar ist. Es wird dann beispielsweise die dünnste Folie verwendet, bei der ein prozesssicheres Durchführen des Verfahrens gerade noch möglich ist.
Das flächige Textil kann insbesondere Folien aus Kohlenstofffasem umfassen. Die Folie hat bevorzugt eine Dicke von weniger als 200 μm, da sie sich dann besonders gut an das flächige Textil anschmiegen kann. Geeignet sind beispielsweise Folien aus Polyolefin, wie beispielsweise Polyethylen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Unterlage gasdicht und das Anlegen des Differenzdrucks zwischen Zwischenraum und Umgebung umfasst ein Evakuieren des Zwischenraums. Ein derartiges Verfahren ist besonders einfach durchführbar, da beispielsweise nur in der Unterlage Öffnungen vorgesehen sein müssen, durch die Luft aus dem Zwischenraum abgezogen werden kann. Dadurch legt sich die Folie besonders dicht an das flächige Textil und bildet die geometrische Gestalt des flächigen Textils besonders gut ab.
Bevorzugt ist das flächige Textil ein Multiaxialgelege, insbesondere ein Halbzeug. Beispielsweise wird das Halbzeug zur Herstellung von Flugzeugkomponenten verwendet. Aus derartigen Halbzeugen werden fast ausschließlich si- cherheitsrelevante Bauteile erzeugt, so dass es besonders vorteilhaft ist, eine 100%ige Prüfung des zugrunde liegenden flächigen Textils durchzuführen.
Besonders bevorzugt umfasst das Erfassen des Oberflächenprofils ein berührungsloses Abtasten. Das kann beispielsweise durch ein optisches Abtasten erfolgen, beispielsweise mittels Laser oder Streifenprojektionsverfahren.
Es ist alternativ oder additiv auch möglich, ein berührendes Abtasten durchzuführen, beispielsweise durch ein Tastschnittgerät. Berührungslose Verfahren haben jedoch den Vorteil, besonders schnell zu sein. Es ist möglich, die Folie so zu wählen, dass ein berührungsloses Abtasten besonders gut möglich ist. Beispielsweise kann die Folie entspiegelt sein, so dass Messfehler aufgrund von Reflektion unterdrückt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Erfassen des Oberflächenprofils zumindest auch entlang einer Faserausrichtung des Textils. Es hat sich herausgestellt, dass entlang einer Faserausrichtung gemessene Welligkeiten einen besonders guten Hinweis auf etwaige Fehler im flächigen Textil liefern. Wenn es sich bei dem flächigen Textil um ein Multiaxialgelege handelt, existieren mehrere Faseraus- richtungen, nämlich für jede Lage eine. Die Faserausrichtung einer Lage ist die Richtung, in die die Fasern verlaufen.
Das Verfahren ist besonders schnell durchführbar, wenn das Erfassen des O- berflächenprofils flächig erfolgt, beispielsweise durch optische Verfahren. Zum Erfassen von Oberflächenprofilen sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Verfahren bekannt, wie schnell und genau die Oberflächendaten erfasst werden können und wie diese Daten ausgewertet werden können. Beispielsweise kann eine räumliche Fourier-Transformation, insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation, durchgeführt werden, mit der der Anteil an Gestaltabweichungen ermittelt wird, die eine Wellenlänge haben, die im Bereich des Abstands zweier benachbarter Faserbündel eines Multiaxialgeleges liegt.
Zum Prüfen eines flächigen Textils umfasst das Verfahren bevorzugt die Schrit- te eines Errechnens eines Kennwerts aus dem Oberflächenprofil, der die La- genwelligkeit beschreibt, und eines Vergleichens des Kennwerts mit einem Sollwert. Bei dem Kennwert kann es sich beispielsweise um die dominante Wellenlänge handeln, um lokale Abweichungen von einer vorgegebenen Soll- Kontur, oder um einen Faserwinkel. Erfüllt das flächige Profil die Anforderun- gen, indem es innerhalb des vorgegebenen Sollwert-Intervalls liegt, so kann mit hoher Sicherheit davon ausgegangen werden, dass das anhand des flächigen Textils hergestellte faserverstärkte Bauteil die gewünschten Festigkeitseigenschaften hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verfahren ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundbauteils, wobei zunächst ein flächiges Textil bereitgestellt und mit einem erfindungsgemäßen Verfahren geprüft wird. Erst wenn das flächige Textil einer vorgegebenen Spezifikation entspricht, wird es zur Herstellung des faserverstärkten Bauteils herangezogen. Dazu wird das flächige Textil mit Harz getränkt und anschließend das Harz ausgehärtet. In einer bevorzugten erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Folienauflege- Vorrichtung zum Auflegen einer umlaufenden Folie ausgebildet. Das heißt, dass beispielsweise eine Folienschlaufe vorhanden ist, die umläuft, so dass die gleiche Folie mehrfach auf das flächige Textil aufgelegt und zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Auf diese Weise wird Material an Folie eingespart. Es ist aber auch möglich, einen Folienwickel vorzusehen, so dass jedes Stück Folie des Folienwickels stets nur einmal auf ein flächiges Textil aufgelegt wird. So lässt sich eine besonders hohe Messgenauigkeit erreichen. Ein derartiges Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn es sich um besonders hochwertige flächige Textile handelt.
Bevorzugt umfasst die Auflage eine Vorrichtung zum Anlegen eines Vakuums an einen Zwischenraum zwischen das aufgelegte Textil und die darüber gelegte Folie. Hierbei kann es sich beispielsweise um kleine Öffnungen in der Auflage handeln, die so klein ausgebildet sind, dass durch das Anlegen des Vakuums das flächige Textil nur unwesentlich verformt wird. Besonders günstig ist es, wenn derartige Öffnungen so angeordnet sind, dass eine Verformung, die durch das Anlegen des Vakuums bedingt wird, von etwaigen Materialfehlern des flächigen Textils abgetrennt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand zweier exemplarischer Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Durchführen eines erfin-
5 dungsgemäßen Verfahrens und
Figur 2 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung. o Figur 1 zeigt ein flächiges Textil 10 in Form eines Multiaxialgeleges oder eines Gewebes aus Verstärkungsfasern, beispielsweise Kohlenstofffasern. Das flächige Textil 10 besitzt eine erste Lage 12 aus einer Vielzahl von Faserbündeln 14.1 , 14.2, ... , die parallel zueinander verlaufen und bevorzugt alle die gleiche Anzahl an in Figur 1 nicht sichtbaren Kohlenstofffasern umfassen. 5
Das flächige Textil 10 umfasst zudem eine zweite Lage 16 aus Faserbündeln, von denen nur das Faserbündel 18 im Querschnitt zu sehen ist. Die Faserbündel 14 einerseits und 18 andererseits schließen einen nicht eingezeichneten Faserwinkel ein. Das flächige Textil 10 ist ein Halbzeug, das in einem spätereno Verarbeitungsschritt mit einem Matrixwerkstoff, wie beispielsweise einem Kunstharz, infiltriert wird, so dass sich ein Laminat bildet. Durch Aushärten in einer Form werden so beispielsweise Flugzeugteile hergestellt. Die Erfindung bezieht sich aber auch auf ein Verfahren zum Herstellen eines Flugzeugteils oder sonstigen Strukturkomponenten. 5
Das flächige Textil 10 liegt auf einer Auflage 20, die durch eine ebene, möglichst glatte Unterlageplatte gebildet ist. Um das zu prüfende flächige Textil 10 herum wird eine Folie 22 gelegt. Bei der Folie 22 handelt es sich um eine PoIy- ethylen-Folie mit einer Dicke von 12 μm. Die Folie 22 wird über Dichtleisten 24o auf die Auflage 20 gedrückt oder durch Dichtungsbänder 24 mit der Unterlage verklebt, so dass sich eine gasdichte Verbindung einstellt. Zwischen der Aufla- ge 20 und der Folie 22 bildet sich ein Zwischenraum 26, in dem das flächige Textil 10 angeordnet ist.
Über eine Vorrichtung zum Anlegen eines Vakuums in Form eines Absaugka- 5 nals 28 ist der Zwischenraum 26 mit einer Vakuumpumpe 30 verbunden, die kontinuierlich Luft aus dem Zwischenraum 26 absaugt, so dass sich zwischen einem Umgebungsdruck pumgebung und einem Innendruck Pinnen im Zwischenraum 26 eine Druckdifferenz Δp von mehr als 800 mbar einstellt. Insbesondere ist der Umgebungsdruck der Atmosphärendruck von cirka 1030 mbar und dero Innendruck liegt unterhalb von 200 mbar, insbesondere bei unter 100 mbar. Im vorliegenden Fall wird ein Innendruck von Pinnen = 50 mbar angelegt. Es wäre aber möglich, den Umgebungsdruck pumgebung dadurch zu erhöhen, dass eine Druckglocke übergestülpt wird. 5 Durch das Anlegen des Unterdrucks an den Zwischenraum 26 schmiegt sich die Folie 22 eng an das flächige Textil 10 an und komprimiert dieses in Dickenrichtung, worauf sich ein Oberflächenprofil 32 bildet. Lokale Textil-Dicken- Unterschiede bzw. Dickenabweichungen von der Idealform oder Ungleichmäßigkeiten in der Fasermengenverteilung zeichnen sich deutlich auf dem Ober-o flächenprofil 32 der Folie 22 ab. Durch das Ansaugen der Folie 22 auf das flächige Textil zu wird zudem eine feste, nicht mehr verrutschende Struktur mit zwar welliger, aber ununterbrochener Oberfläche erzeugt, die in einem nachfolgenden Arbeitsschritt von einer Oberflächenprofil-Erfassungsvorrichtung in Form eines Messtasters 34 linienförmig abgefahren wird. Alternativ wird eine5 optisch nicht transparente Folie 22 verwendet, die geeignete Rückstrahleigenschaften aufweist, so dass auch berührungslose optische Vermessungsvorrichtungen verwendet werden können. Beispielsweise ist es vorteilhaft, wenn die Folie spiegelfrei ist. o Mit dem Messtaster 34 wird nun, insbesondere in verschiedene Richtungen des flächigen Textils 10, das Oberflächenprofil 32 der Folie 22 aufgenommen und über eine nicht eingezeichnete Schnittstelle an einen ebenfalls nicht einge- zeichneten Rechner geschickt, der die Daten verarbeitet. Dieser Rechner kann beispielsweise eine Fourier-Transformation und/oder eine Filterung durchführen. Aus dem vermessenen Oberflächenprofil 32 werden danach beispielsweise Aussagen über dominante Wellenlängen oder Winkelabweichungen der Faser- lagen 12, 16 errechnet und mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen. Dadurch ist eine Aussage über die Güte des flächigen Textils möglich. Liegen die geometrischen Gestaltparameter, beispielsweise die erwähnten dominanten Wellenlängen oder Winkelabweichungen, innerhalb der Grenzwerte, so wird das flächige Textil 10 für gut befunden und für die weitere Produktion weiterverwen- det. Anderenfalls wird das flächige Textil 10 ausgesondert.
Die Vakuumpumpe 30 und der entsprechende Anschluss über den Ansaugkanal 28 an den Zwischenraum 26 sind Teil einer Differenzdruck- Aufbringvorrichtung.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei dem nicht die Oberflächenprofil-Erfassungsvorrichtung in Form des Messtasters 34 relativ zur Auflage 20 bewegt wird, sondern bei dem das flächige Textil 10 sich auf einer Fördervorrichtung 36 befindet, beispielsweise auf einem Förderband aus einem luftdurchlässigen Material. Die Fördervorrichtung fördert das flächige Textil 10 beständig vorwärts und die Differenzdruck- Aufbringvorrichtung in Form der Vakuumpumpe 30 legt über eine Vakuumkammer 38 ständig einen Unterdruck an einen Flächenabschnitt 40 des flächigen Textils. Die Vakuumpumpe 30 ist so ausgelegt, dass von den Seiten zu- strömende Luft abgezogen wird, so dass sich in der Vakuumkammer 38 ein Innendruck Pinnen von unter 200 mbar einstellt.
Gegenüber der Vakuumkammer 38 befindet sich eine Folienauflege- Vorrichtung 42, die eine umlaufende Folie 22 über eine Auflegerolle 44 auf das flächige Textil auflegt und über eine Abnehmerrolle vom flächigen Textil 10 wieder abnimmt. Zwischen der Auflegerolle 44 und der Abnehmerrolle 46 ist die Oberflächenprofil-Erfassungsvorrichtung in Form des Messtasters 34 angeord- net, der relativ zur Vakuumkammer 38 ortsfest ist und beständig das Oberflächenprofil 32 aufnimmt. Die Messmaschine, die in Figur 2 gezeigt ist, ist bevorzugt Teil einer Textilherstellstraße und ermöglicht eine 100%-Prüfung des hergestellten flächigen Textils 10. Das ermöglicht es, Fehlfunktionen bei der Herstellung des flächigen Textils 10 mit sehr kurzer Zeitverzögerung zu erkennen und zeitnah zu beheben.

Claims

14Ansprüche:
1. Verfahren zum Messen und/oder Prüfen eines geometrischen Gestaltparameters, insbesondere einer Welligkeit, eines flächigen Textils (10), mit
5 den Schritten:
(a) Anordnen des flächigen Textils (10) in einem Zwischenraum (26) zwischen einer Auflage (20) und einer flexiblen Folie (22),
(b) Anlegen eines Differenzdrucks (Δp) zwischen Zwischenraum (26) und Umgebung, so dass sich die Folie (22) an das flächige Textilo (10) anschmiegt, und
(c) Erfassen eines Oberflächenprofils (32) der Folie (22).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20) gasdicht ist und das Anlegen des Differenzdrucks (Δp) zwischen Zwi-5 schenraum (26) und Umgebung ein Evakuieren des Zwischenraums (26) umfasst.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flächige Textil (10) ein Multiaxialgelege, insbesondereo ein Halbzeug ist.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Oberflächenprofils (32) ein berührungsloses Abtasten umfasst. 5
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Oberflächenprofils (32) zumindest auch entlang einer Faserausrichtung des flächigen Textils (10) erfolgt. o
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des Oberflächenprofils (32) flächig erfolgt. 15
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
(d) Errechnen eines Kennwerts aus dem Oberflächenprofil (32), der die
Lagenwelligkeit beschreibt, und 5 (e) Vergleichen des Kennwerts mit einem Sollwertintervall.
8. Verfahren zum Herstellen eines Faserverbundbauteils, mit den Schritten nach Anspruch 7 und den zusätzlichen Schritten:
(f) Verbauen des flächigen Textils (10) in einem Faserverbundbauteilo ausschließlich dann, wenn der Kennwert innerhalb eines vorgegebenen Sollwert-Intervalls liegt.
9. Vorrichtung zum Messen und/oder Prüfen einer Welligkeit eines flächigen Textils (10), mit 5 (i) einer Auflage (20) zum Anordnen des flächigen Textils (10), gekennzeichnet durch
(ii) eine Folienauflege-Vorrichtung (42) zum Auflegen einer Folie (22), (iii) eine Differenzdruck-Aufbringvorrichtung zum Anlegen eines Differenzdrucks (Δp), so dass sich die Folie (22) an das flächige Textilo anschmiegt, und
(iv) eine Oberflächenprofil-Erfassungsvorrichtung zum Erfassen eines Oberflächenprofils (32) der Folie (22).
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, dass die Folie-5 nauflege-Vorrichtung (42) zum Auflegen einer umlaufenden Folie (22) ausgebildet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflage (20) eine Vorrichtung zum Anlegen eines Vakuumso an einen Zwischenraum (26) zwischen das aufgelegte Textil (10) und die darüber gelegte Folie (22) umfasst.
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