DE102006033663A1 - Verfahren zur Ermittlung eines charakteristischen Parameters einer Probe aus CFK - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe (3, 4) aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepgreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt mit den folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen der Probe (3, 4), Bestrahlen der Probe (3, 4) mit einem vorbestimmten Spektrum elektromagnetischer Strahlung, Erfassen der Wechselwirkung zwischen der Probe (3, 4) und der elektromagnetischen Strahlung in einem Datensatz (20) und Ermitteln des wenigstens einen charakteristischen Parameters aus dem erfassten Datensatz (20).
Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt.
- Obwohl auf Proben aus beliebigem Kohlefaserkunststoff (CFK) anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf Proben aus unidirektionalem (UD)-Prepreg-Material näher erläutert.
- Gerade im Bereich der Luft- und Raumfahrt kommen CFK-Großbauteile, die aus UD-Prepreg-Material hergestellt werden, wegen ihrer hohen Festigkeit bei geringem Gewicht verstärkt zum Einsatz. UD-Prepreg-Material bezeichnet Halbzeuge, bestehend aus Endlosfasern und einer ungehärteten duroplastischen Kunststoffmatrix, wobei sich die Endlosfasern sowohl in x-Richtung wie auch y-Richtung erstrecken können. Mit dieser Erweiterung werden sowohl UD-Materialien wie auch Gewebe-Material abgedeckt. Die Qualität des verwendeten UD-Prepreg-Materials, welche sich beispielsweise durch die Parameter Luftanteil, Oberflächenbeschaffenheit oder Harzverteilung beschreiben lässt, sind dabei entscheidend für die Zuverlässigkeit, insbesondere die Festigkeit, der herzustellenden CFK-Großbauteile. Insofern ist eine Überprüfung der Qualität des UD-Prepreg-Materials vor seiner Verarbeitung unerlässlich.
- Ein sogenanntes Water-Pickup-Testverfahren zum Ermitteln des Imprägnierungsgrads von UD-Prepreg-Material ist allgemein be kannt. Dazu wird eine Probe aus UD-Prepreg-Material eingewogen und derart zwischen zwei Bleche eingeklemmt, dass ein 15 mm breiter Probenstreifen heraussteht. Diese Anordnung wird für 5 Minuten in Faserrichtung in ein Wasserbad gehängt. Nach dem Entfernen der Bleche wird die Probe ausgewogen. Die Gewichtsdifferenz wird als Messwert für den Imprägnierungsgrad verwendet. Je niedriger die aufgenommene Wassermenge ist, desto höher ist der Imprägnierungsgrad.
- Nachteilig an dem Water-Pickup-Testverfahren hat sich die Tatsache herausgestellt, dass es keine Rückschlüsse auf beispielsweise die Harzverteilung in dem UD-Prepreg-Material oder die Oberflächenbeschaffenheit des UD-Prepreg-Materials zulässt. Das Ergebnis aus dem Water-Pickup-Testverfahren ist lediglich eine Summeninformation, wobei die einzelnen Einflussgrößen bzw. charakteristischen Parameter nicht differenzierbar sind.
- Bei diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt bereitzustellen.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
- Demgemäss wird ein Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt mit den folgenden Verfahrensschritten bereitgestellt: Bereitstellen der Probe, Bestrahlen der Probe mit einem vorbestimmten Spektrum elektromagnetischer Strahlung, Erfassen der Wechselwirkung zwischen der Probe und der elektromagnetischen Strahlung in einem Datensatz, und Ermitteln des charakteristischen Parameters aus dem erfassten Datensatz.
- Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber dem eingangs genannten Ansatz den Vorteil auf, dass mittels des Verfahrens wenigstens ein charakteristischer Parameter der Probe ermittelt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird also nicht eine Summeninformation, sondern direkt eine spezifische Eigenschaft der Probe ermittelt. Die Kenntnis solcher charakteristischen Parameter erlaubt eine wesentlich genauere Aussage beispielsweise betreffend die zu erwartende Festigkeit des aus dem CFK hergestellten Bauteils. Ferner vereinfacht sich eine Fehlerbehebung beim Hersteller des CFK-Materials, da die Fehlerursache, beispielsweise ein zu hoher Luftanteil im CFK, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einfach ermittelt werden kann.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung.
- Unter einem Datensatz ist in dieser Patentanmeldung auch jegliche Art von Bild zu verstehen.
- Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die mit der Probe wechselgewirkte, elektromagnetische Strahlung vor dem Erfassen des Datensatzes durch ein Mikroskop geleitet. Folglich lässt sich vorteilhaft die Auflösung des Datensatzes mittels des Mikroskops erhöhen, was die Genauigkeit des zu ermittelnden charakteristischen Parameters erhöht.
- Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts gewählt. Dies führt zu einem sehr einfachen Verfahren. Alternativ kann jedoch auch jede andere Art von Strahlung verwendet werden, wie beispielsweise UV-Licht oder Röntgenstrahlen, um eine verbesserte Erfassung der Bestandteile der Probe, also beispielsweise einen Luft- und/oder Harzanteil, zu ermöglichen bzw. eine Differenzierbarkeit der Bestandteile zu verbessern.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Datensatz mit Hilfe einer CCD-Kamera erfasst und in einer Speichereinrichtung abgespeichert. Dies ermöglicht eine sehr einfache Erfassung und vereinfacht die Bereitstellung des Datensatzes zu einer der Speichereinrichtung nachgeschalteten Auswerteeinrichtung zum Auswerten des Datensatzes.
- Nach einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden unterschiedlichen Oberflächenbereichen der Probe zugeordnete Intensitäten der mit diesen Oberflächenbereichen wechselgewirkten Strahlung in dem Datensatz erfasst werden. Die Probe weist ein oder mehrere Oberflächenbereiche auf, welche sich in ihrem Aufbau, also beispielsweise einem Luftanteil in dem jeweiligen Oberflächenbereich oder der jeweiligen Oberflächenbeschaffenheit, derart unterschieden, dass auf die Probe auftreffende Strahlung mit einer unterschiedlichen Intensität reflektiert wird. Anhand der unterschiedlichen Intensitäten lässt sich der wenigstens eine charakteristische Parameter ermitteln.
- Alternativ könnten auch die Wellenlängen der mit der Probe in Wechselwirkung stehenden Strahlung analysiert werden, um auf den wenigstens einen charakteristischen Parameter zu schließen.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung beschreibt der charakteristische Parameter einen Luftanteil in der Probe, einen Harzanteil in der Probe, eine Oberflächenbeschaffenheit der Probe, eine Tiefe von Rovingstößen in der Probe, eine Luftverteilung in der Probe und/oder eine Harzverteilung in der Probe. Den hier genannten Eigenschaften kommt eine große Bedeutung für die Zuverlässigkeit, insbesondere die Festigkeit, des herzustellenden Bauteils zu, welchem die Probe zugeordnet ist.
- Vorzugsweise werden zur Ermittlung des Luftanteils und/oder des Harzanteils in der Probe die mit einem vorbestimmten In tensitätsbereich übereinstimmend zugeordneten Intensitäten summiert werden. Somit lässt sich auf sehr einfache Weise der flächenmäßige Luftanteil in der untersuchten Oberfläche der Probe ermitteln. Anhand des flächigen Luftanteils oder Harzanteils lässt sich auf sehr einfache Weise auf einen Luftvolumenanteil und/oder Luftgewichtsanteil oder Harzvolumenanteil und/oder Harzgewichtsanteil in der Probe schließen.
- Nach einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zur Ermittlung der Harz- und/oder Luftverteilung in der Probe die mit einem vorbestimmten Intensitätsbereich übereinstimmenden zugeordneten Intensitäten auf ihre homogene Verteilung bezogen auf die unterschiedlichen Oberflächenbereiche hin analysiert. Dazu wird die zu untersuchende Oberfläche der Probe beispielsweise in die mehreren unterschiedlichen Oberflächenbereiche unterteilt und der Harz- und/oder Luftanteil in den jeweiligen Oberflächenbereichen bestimmt. Anschließend wird eine Varianz der Harz- und/oder Luftanteile berechnet, welche auf eine homogene/inhomogene Verteilung des Harzes und/oder der Luft schließen lässt.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung erfolgt ein Vergleichen des erfassten Datensatzes mit einem oder mehrerer Referenzdatensätze, wobei der charakteristische Parameter in Abhängigkeit von dem Referenzdatensatz, welcher mit dem erfassten Datensatz im Wesentlichen übereinstimmt, gleich einem vorgegebenen Wert gesetzt wird. Dieser Verfahrensschritt ermöglicht es auf sehr einfache Weise, die erfassten Datensätze zu kategorisieren. Beispielsweise kann der einem erfassten Datensatz zugeordnete charakteristische Parameter mit den Werten 1, 2, bzw. 3 belegt werden, wobei 1 einer ungenügenden Oberflächenbeschaffenheit, 2 einer ausreichenden Oberflächenbeschaffenheit und 3 einer guten Oberflächenbeschaffenheit entspricht.
- Vorzugsweise werden die Referenzdatensätze als Maßstab für den Luftanteil in der Probe, den Harzanteil in der Probe, die Oberflächenbeschaffenheit der Probe, die Harz- und/oder Luftverteilung in der Probe, und/oder die Tiefe von Rovingstößen in der Probe verwendet. Referenzdatensätze, welche beispielsweise einem Luftanteil von 1, 5 oder 7% Luftanteil in der Probe entsprechen, können dann mit dem erfassten Datensatz vorteilhaft verglichen werden, wobei dem charakteristischen Parameter dann die Werte, 1, 5 bzw. 7 zugeordnet werden.
- Bei einem weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der wenigstens eine charakteristische Parameter entsprechend dem verwendeten Maßstab unterschiedlich gewichtet. Beispielsweise haben der Harzanteil und die Oberflächenbeschaffenheit der Probe, beide mögliche charakteristische Parameter der Probe, mehr oder weniger starken Einfluss auf die Qualität der untersuchten Probe. Mittels einer Gewichtung kann diesem Sachverhalt einfach Rechnung getragen werden.
- Vorzugsweise werden mehrere charakteristischen Parameter ermittelt, gewichtet und summiert, wobei die Summe als ein Maß für die Qualität der Probe verwendet wird. Die so ermittelte Qualität kann eine hohe Aussagkraft bezüglich der zu erwartenden Festigkeit des der Probe zugeordneten Materials aufweisen.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Probe aus demselben Materialabschnitt wie andere Proben, die nach dem water-pickup-Testverfahren getestet werden, entnommen, wobei der wenigstens eine charakteristische Parameter einem Ergebnis aus dem water-pickup-Testverfahren zugeordnet wird. Dies erlaubt vorteilhaft eine Korrelierung der Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem water-pickup-Testverfahren. Dies ist für eine Standardisierung der zu erreichenden Qualität bzw. Ergebnisse aus den jeweiligen Testverfahren vorteilhaft.
- Gemäß einer weiter bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird ein Querschnitt der Probe mit der elektromagnetischen Strahlung bestrahlt. Der Querschnitt gibt vorteilhaft einen Aufschluss über die innere Zusammensetzung der Probe. Vorzugsweise verläuft der Querschnitt quer zur Faserrichtung. Ein solcher Querschnitt gibt den Blick auf Oberflächenbereiche zwischen den einzelnen Fasern frei, welche einen großen Einfluss auf die Qualität des herzustellenden Bauteils haben.
- Allgemein können alle hier genannten Auswertevorgänge, wie beispielsweise das Ermitteln oder Vergleichen, mittels einer Auswerteeinrichtung, insbesondere einer Rechnereinrichtung, ausgeführt werden.
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
- Von den Figuren zeigen:
-
1 einen Verfahrenszustand bei einer Probenentnahme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; -
2 einen weiteren Verfahrenszustand bei dem Aufbringen der Probe auf einen Probenhalter gemäß dem Ausführungsbeispiel; -
3A einen noch weiteren Verfahrenszustand bei einer Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters der Probe gemäß dem Ausführungsbeispiel; -
3B einen noch weiteren Verfahrenszustand bei der Ermittlung des charakteristischen Parameters gemäß dem Ausführungsbeispiel; -
4 zwei Referenzdatensätze, welche eine Luftverteilung und/oder einen Luftanteil einer Referenz probe beschreiben, gemäß dem Ausführungsbeispiel; -
5 zwei weitere Referenzdatensätze, welche eine Harzverteilung und/oder einen Harzanteil in einer Referenzprobe beschreiben, gemäß dem Ausführungsbeispiel; -
6 zwei noch weitere Referenzdatensätze, welche die Oberflächenbeschaffenheit einer Referenzprobe beschreiben, gemäß dem Ausführungsbeispiel; und -
7 zwei noch weitere Referenzdatensätze, welche die Tiefe von Rovingstößen beschreiben, gemäß dem Ausführungsbeispiel. - In allen Figuren der Zeichnung sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente – sofern nichts anderes angegeben ist – mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
-
1 zeigt einen beispielhaften ersten Verfahrenszustand bei einer Probenentnahme gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein flächiger Materialabschnitt1 eines UD-Prepreg-Materials wird in einem ersten Verfahrensschritt bereitgestellt. Die Fasern des Materialabschnitts1 erstrecken sich dabei vorzugsweise in die mit2 bezeichnete Richtung. Aus dem Materialabschnitt1 werden mehrere Proben entnommen. - Die Proben
3 bis8 werden unter Zuhilfenahme geeigneter Schablonen aus dem Materialabschnitt1 ausgeschnitten. Die Proben3 ,4 sind bevorzugt in etwa rechteckig ausgebildet, wobei ihre Längsseite quer zur Faserrichtung2 verläuft. Die Längsseite der im Wesentlichen rechteckig ausgebildeten Proben5 bis8 erstreckt sich dagegen in Faserrichtung. - Die Probe
3 wird, wie gezeigt in2 , auf einem Probenhal ter10 flächig angebracht. Die Fasern einer Seitenfläche11 der Probe3 verlaufen dabei in Z-Richtung, also senkrecht zu der Seitenfläche11 . Der Probenhalter10 ist hier als Winkel ausgebildet, wobei die Probe3 an einem Schenkel12 des Winkels flächig angebracht wird. - Anschließend wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Probenhalter
10 mit der Probe3 auf einem Verfahrtisch13 , wie gezeigt in3A , angeordnet. Mittels einer Steuerung16 , welche zum Bewegen des Verfahrtischs13 in der xy-Ebene ausgebildet ist, wird die Probe unterhalb einer Anordnung bestehend aus einem Ringlicht14 , einem Mikroskop15 und einer Charge-Coupled Device (CCD)-Kamera17 positioniert. Die Positionierung erfolgt vorzugsweise automatisiert. - Eine Kaltlichtquelle
21 führt dem Ringlicht14 Strahlung, beispielsweise weißes Licht, zu. Die von dem Ringlicht14 abgegebene Strahlung trifft auf der Seitenfläche11 der Probe3 auf und wird in das Mikroskop15 hinein reflektiert, woraufhin sie von der an das Mikroskop angeschlossenen CCD-Kamera17 erfasst wird. In Abhängigkeit von der erfassten Strahlung erzeugt die CCD-Kamera einen elektronischen Datensatz20 , der mittels der Kabel18 einer Rechnereinheit19 zugeführt wird, wobei der zugeführte Datensatz20 in einer Speichereinrichtung abgespeichert und anschließend von einer Auswerteeinheit der Rechnereinheit19 ausgewertet wird. -
3B zeigt einen beispielhaften Datensatz20 . Die der Seitenfläche11 zugeordneten Daten des Datensatzes20 liegen als ein Raster22 vor. Das Raster22 definiert dabei gleich großen Oberflächenbereichen der Seitenfläche11 zugeordnete Datenpositionen O1, O2, ... ON. Intensitäten I1, I2, ... IN des von den Oberflächenbereichen reflektierten und von der CCD-Kamera erfassten Lichts sind an jeder der Datenpositionen O1, O2, ... ON abgelegt. Folglich ist der erfasste Datensatz20 beispielsweise in verschiedenen Grautönen von weiß bis schwarz darstellbar. - Um nun beispielsweise den Luftanteil in der Seitenfläche
11 zu ermitteln, werden die mit einem vorbestimmten Intensitätsbereich übereinstimmenden zugeordneten Intensitäten summiert. Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass die Datenpositionen O1, O2, ... ON, die die übereinstimmenden zugeordneten Intensitäten aufweisen, gezählt werden. Zur Ermittlung des vorbestimmten Intensitätsbereichs, beispielsweise ein solcher Graubereich, der Luft in der Seitenfläche11 entspricht, kann eine Kalibrierung anhand einer Referenzprobe vorab erfolgen. - Nachdem einem Harzanteil andere Intensitäten I1, I2, ... IN der Strahlung zuordbar sind, lassen sich die Harzanteile von den Luftanteilen einfach unterscheiden. Die Ermittlung des Harzanteils unterscheidet sich lediglich durch einen anderen vorbestimmten Intensitätsbereich von der Ermittlung des Luftanteils.
- Um eine Harz- und/oder Luftverteilung in der Probe zu ermitteln, werden beispielsweise Bereiche B1, B2, ... BN definiert, welche jeweils eine gleiche Anzahl Datenpositionen O1, O2, ... ON aufweisen. Der Harz- und/oder Luftanteil in dem jeweiligen Bereich B1, B2, ... BN wird nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelt. Eine Varianz des Luftanteils bezogen auf die Bereiche B1, B2, ... BN entspricht der Homogenität/Inhomogenität der Verteilung des Harzes und/oder der Luft in der Probe.
- Alternativ kann auch ein Vergleichen des erfassten Datensatzes
20 mit Referenzdatensätzen, wie gezeigt in den4 bis7 erfolgen. -
4 zeigt beispielhafte Referenzdatensätze, also Bilder41 ,42 ,43 von Referenzproben, die einen zu hohen Luftanteil von etwa 16%, einen akzeptablen Luftanteil von etwa 6% und einen bevorzugten Luftanteil von etwa 1% aufweisen. Der er fasste Datensatz20 wird von einer Vergleicheeinrichtung der Rechnereinheit19 mit den Referenzdatensätzen41 ,42 bzw.43 verglichen. In Abhängigkeit davon, mit welchem Referenzdatensatz41 ,42 oder43 der erfasste Datensatz20 am besten übereinstimmt, wird dem charakteristischen Parameter, welcher den Luftanteil in der Probe beschreibt, beispielsweise der Wert 1, 2 bzw. 3 zugeordnet. -
5 zeigt weitere beispielhafte Referenzdatensätze54 ,55 , wobei der Referenzdatensatz54 einer sehr ungleichmäßigen Harzverteilung in einer Referenzprobe entspricht und der Referenzdatensatz55 einer akzeptablen gleichmäßigen Harzverteilung in einer Referenzprobe entspricht. Entsprechend dem Verfahren nach4 wird dem charakteristischen Parameter, welcher die Harzverteilung in der Probe beschreibt, ein Wert zugewiesen. -
6 zeigt drei weitere beispielhafte Referenzdatensätze61 ,62 ,63 , welche den charakteristischen Parameter der Oberflächenbeschaffenheit beschreibt. Die Referenzdatensätze61 ,62 ,63 beschreiben dabei eine unakzeptable, akzeptable bzw. bevorzugte Oberflächenbeschaffenheit einer Referenzprobe. Die Ermittlung des charakteristischen Parameters für die Oberflächenbeschaffenheit erfolgt dabei analog dem Verfahren wie erläutert zu4 . -
7 zeigt beispielhafte Referenzdatensätze71 ,72 , wobei der Referenzdatensatz71 einer Probe mit unakzeptablen Rovingstößen entspricht und der Referenzdatensatz72 einer Probe mit akzeptablen Rovingstößen entspricht. Die Rovingstöße entstehen typischerweise bei der Herstellung des Prepreg-Materials. Der charakteristische Parameter, welcher die Tiefe T der Rovingstöße beschreibt, wird analog dem Verfahren wie beschrieben für4 ermittelt. - Anschließend können die jeweiligen charakteristischen Parameter entsprechend ihrer Bedeutung für die Qualität der Probe, wobei die Qualität sich beispielsweise auf eine Festigkeit des herzustellenden Bauteils bezieht, unterschiedlich gewichtet werden. Anschließend werden die gewichteten, charakteris tischen Parameter summiert, wobei die Summe als ein Maß für die Qualität der Probe verwendet wird. Selbstverständlich ist auch jede andere mathematische Operation denkbar, um einen möglichst aussagekräftigen Wert für die Qualität der Probe zu ermitteln. Der ermittelte Wert für die Qualität kann als Entscheidungsgrundlage für beispielsweise die Rücksendung von Prepreg-Material zum Hersteller oder zur Verarbeitung des Prepreg-Materials in weniger hochwertigen Bauteilen verwendet werden.
- Die Proben
5 ,6 ,7 ,8 können nach dem Water-Pickup-Testverfahren getestet werden, wobei die Ergebnisse aus diesen Testverfahren dem ermittelten Wert für die Qualität der Proben3 und4 zugeordnet werden- beispielsweise ein Imprägnierungsgrad von 5, der gemäß dem Water-Pickup-Testverfahren ermittelt worden ist, entspricht einer Qualität im Bereich von 20 bis 30, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmt worden ist. Hierdurch wird eine gewisse Vergleichbarkeit zwischen den verschiedenen Testverfahren ermöglicht, wenn auch das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich genauer ist. - Die Erfindung ist nicht auf das in den Figuren dargestellte, spezielle Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt beschränkt.
- Vielmehr ist die einzelne Abfolge einzelner Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auf vielfältige Arten veränderbar. Auch die Ausgestaltung der einzelnen Verfahrensschritte kann modifiziert werden.
- Beispielsweise kann eine Probe auch schräg zur Faserrichtung verlaufende Seitenflächen aufweisen, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren analysiert werden.
- Eine Vollautomatisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens, also beispielsweise des Positionierprozesses der Probe unterhalb der CCD-Kamera oder auch die Probenentnahme ist einer manuellen Lösung vorzuziehen.
- Ferner ist auch die Analyse von Proben aus anderen Materialien, insbesondere faserverstärkten Materialien, wie beispielsweise Glare, mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich.
-
- 1
- Materialabschnitt
- 2
- Faserrichtung
- 3
- Probe
- 4
- Probe
- 5
- Probe
- 6
- Probe
- 7
- Probe
- 8
- Probe
- 10
- Probenhalter
- 11
- Seitenfläche
- 12
- Schenkel
- 13
- Verfahrtisch
- 14
- Ringlicht
- 15
- Mikroskop
- 16
- Steuerung
- 17
- CCD-Kamera
- 18
- Kabel
- 19
- Rechnereinheit
- 20
- Datensatz
- 21
- Kaltlichtquelle
- 22
- Raster
- 41 ... 72
- Referenzdatensätze
- T
- Tiefe der Rovingstöße
- O1, O2, ... ON
- Datenpositionen
- I1, I2, ... IN
- Intensitäten
- B1, B2, ... BN
- Bereiche
Claims (13)
- Verfahren zur Ermittlung wenigstens eines charakteristischen Parameters einer Probe (
3 ,4 ) aus CFK, insbesondere einer Probe aus Prepgreg-Material, für die Luft- und Raumfahrt mit den folgenden Verfahrensschritten: – Bereitstellen der Probe (3 ,4 ); – Bestrahlen der Probe (3 ,4 ) mit einem vorbestimmten Spektrum elektromagnetischer Strahlung; – Erfassen der Wechselwirkung zwischen der Probe (3 ,4 ) und der elektromagnetischen Strahlung in einem Datensatz (20 ); und – Ermitteln des wenigstens einen charakteristischen Parameters aus dem erfassten Datensatz (20 ). - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Probe (
3 ,4 ) wechselgewirkte, elektromagnetische Strahlung vor dem Erfassen des Datensatzes (20 ) durch ein Mikroskop (15 ) geleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung im Bereich des sichtbaren Lichts gewählt wird.
- Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Datensatz (
20 ) mit Hilfe einer CCD-Kamera (17 ) erfasst und in einer Speichereinrichtung abgespeichert wird. - Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterschiedlichen Oberflächenbereichen der Probe (
3 ,4 ) zugeordnete Intensitäten (I1, I2, ... IN) der mit diesen Oberflächenbereichen wechselgewirkten Strahlung in dem Datensatz (20 ) erfasst werden. - Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den charakteristische Parameter ein Luftanteil in der Probe (
3 ,4 ), ein Harzanteil in der Probe (3 ,4 ), eine Oberflächenbeschaffenheit der Probe (3 ,4 ), eine Tiefe von Rovingstößen in der Probe (3 ,4 ), eine Luftverteilung in der Probe (3 ,4 ) und/oder eine Harzverteilung in der Probe (3 ,4 ) beschrieben werden. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung des Luftanteils und/oder des Harzanteils in der Probe (
3 ,4 ) die mit einem vorbestimmten Intensitätsbereich übereinstimmenden zugeordneten Intensitäten (I1, I2, ... IN) summiert werden. - Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittelung der Harz- und/oder Luftverteilung in der Probe (
3 ,4 ) die mit einem vorbestimmten Intensitätsbereich übereinstimmenden zugeordneten Intensitäten (I1, I2, ... IN) auf ihre homogene Verteilung bezogen auf die unterschiedlichen Oberflächenbereiche hin analysiert werden. - Verfahren nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erfasste Datensatze (
20 ) mit einem oder mehreren Referenz-Datensätzen verglichen wird, wobei der wenigstens eine charakteristische Parameter in Abhängigkeit von dem Referenz-Datensatz, welcher mit dem erfassten Datensatz (20 ) im Wesentlichen übereinstimmt, gleich einem vorgegebenen Wert gesetzt wird. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz-Datensätze als Maßstab für den Luftanteil in der Probe (
3 ,4 ), den Harzanteil in der Probe (3 ,4 ), die Oberflächenbeschaffenheit der Probe (3 ,4 ), die Harz- und/oder Luftverteilung in der Probe (3 ,4 ) und/oder die Tiefe von Rovingstößen in der Probe (3 ,4 ) verwendet werden. - Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine charakteristische Parameter entsprechend dem verwendeten Maßstab unterschiedlich gewichtet wird.
- Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere charakteristische Parameter ermittelt, gedichtet und summiert werden, wobei die Summe als ein Maß für die Qualität der Probe (
3 ,4 ) verwendet wird. - Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Seitenfläche (
11 ) der Probe (3 ,4 ) mit elektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird, wobei CFK-Fasern im Wesentlichen senkrecht zu der Seitenfläche (11 ) verlaufen.
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