DE3942226A1 - Optische refraktions-pruefanlage fuer transparente faserverbundwerkstoffe - Google Patents

Description

Lichtoptische Verfahren in denen Lichtstrahlen zum Zwecke der zerstörungsfreien Prüfung einen Prüfling durchdringen, sind bekannt. Nach DBP 29 04 787 werden Lichtstreueffekte dazu benutzt, um Informationen über die innere Struktur oder Zusammensetzung einer Probe zu liefern. Beobachtet wird hier längs einer Achse, die das Lichtbündel schneidet. Es handelt sich um die Beobach­ tung von Interferenzen an Strukturen einer Größe gleich oder kleiner als die Lichtwellenlänge und deren optische Abbildung durch Linsen.

Ein unter der Bezeichnung SICK-Empfangssystem im Handel angebotenes Gerät der Firma Erwin Sick GmbH, Machtlfin­ gerstr. 21, 8000 München 70, erfaßt Lichtabsorptions- und Streusignale vornehmlich von dünnen Folien unter einem fest vorgegebenen einzelnen Beobachtungswinkel. Auch hier werden vor allem Lichtstreuzentren submikros­ kopischer Größe erfaßt oder Absorptionseffekte an Folien vermessen.

In beiden Fällen handelt es sich um die Erfassung von submikroskopischen Objekten oder Störungen durch Inter­ ferenz- und Absorptionseffekte.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum zerstö­ rungsfreien Prüfen von transparenten Faserverbundwerk­ stoffen mittels optischer Durch- und Rückstrahlung aufgrund von winkel- und orientierungsabhängigen Refraktions- und Reflexionseffekten an transparenten Fasern im Faserverbundwerkstoff sowie an Grenz- und Oberflächen, in dem ein Prüfkörper von einem Lichtbündel beleuchtet wird, die von ihm abgelenkten Lichtstrahlen an mehreren fixierten Positionen im Raum erfaßt und kontinuierlich registriert werden und sich der Prüf­ körper gegenüber einem Beleuchtungsstrahl bewegt.

In einer besseren Ausführungsform werden die Lichtsig­ nale von den ausgewählten Positionen kontinuierlich untereinander verrechnet.

Zweckmäßigerweise werden die aus den einzelnen Lichtsig­ nalen berechneten Größen gespeichert und grafisch darge­ stellt und das beleuchtende Lichtbündel bewegt sich kon­ tinuierlich abtastend über den Prüfkörper, wahlweise auch mit einer Komponente senkrecht zur Bewegungsrich­ tung des Prüfkörpers.

Anhand der kontinuierlichen zerstörungsfreien Prüfung von Bändchen aus Glasfaserverbundwerkstoff (GFV), bestehend aus Endlosglasfasern in Richtung des Proben­ verlaufs und lichtdurchlässigen Polymeren als Matrix, wird das Verfahren im folgenden näher beschrieben:

Trifft ein paralleles Lichtbündel auf einen transpa­ renten zylindrischen Stab (Zylinderlinse), so wird dieses durch optische Brechung und Reflexion in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse strichförmig aufgewei­ tet, wie in Fig. 1 dargestellt. Handelt es sich um mehrere Stäbe, etwa ein Glasfaserbündel, so addieren sich Brechung und Reflexion an den einzelnen Stäben zu einem orientierten Lichtstreifen.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Prüfanlage. Ein Lichtbündel mit der optischen Achse A (aufgeweiteter Laserstrahl) trifft auf eine schlitzförmige Blende D der Höhe B, die nur ein strichförmiges Strahlenbündel hindurchläßt. Das Lichtbündel ist bevorzugt ein aufgeweiteter Laserstrahl, z.B. eines He-Na-Lasers. Man arbeitet also bevorzugt mit monochromatischem kohärenten Licht. Dieses trifft auf das transparente GFV-Bändchen der Höhe B, das sich an der Position Z vorbeibewegt. Beim Durchtritt durch das GFV-Material wird das Licht durch optische Brechung an einer Vielzahl von Zylinderlinsen in einer Ebene, die senkrecht zu den Faserachsen liegt, abgelenkt, so daß auf den Schirmen S1 und S2 orientierte Helligkeitsver­ teilungen erscheinen. Deren Intensität wird an den empirisch ermittelten ausgewählten Stellen 0 bis 8 nahe der Schirmoberfläche mittels Fotodioden registriert und dem Ort Z auf dem Prüfkörper zugeordnet. Fig. 3 zeigt die Aufzeichnung der in elektrische Signale umgewan­ delten Lichtintensitäten I1 bis I8 an den Schirmposi­ tionen 1 bis 8. Die Unterschiede der einzelnen Anzeigen beruhen auf verschiedenen Faserstrukturen im Innern des Prüfkörpers. Die Veränderungen in den Signalen I0 bis I8 z. T. auch simultan in mehreren Signalen beruhen auf

• - Intensitätsschwankungen des Beleuchtungsstrahls: I0
• - Faserdichte: I1 bis I8
• - Anteil der Fasern ohne Kontakt zur Matrix: I1, I2, I8
• - Abweichende Orientierung von Fasern: I2, I3
• - Oberflächenrauhigkeit des Bändchens: I3, I4, I5
• - Grenzflächen zwischen Faser und Matrix mit Auswirkun­ gen auf die Lichtleitungen in den Glasfasern: I6
• - unorientierte Faserbruchstücke: I4, I7.

Durch Differenz- und Quotientenbildung der Signale sind die einzelnen Ursachen voneinander trennbar. Die Signale liefern Informationen über Ort und Art der Faseranord­ nung und -haftung im Verbundwerkstoff. Die kontinuier­ liche Aufzeichnung ermöglicht eine lückenlose Qualitäts­ sicherung durch Dokumentation der Beschaffenheit des Faserverbundwerkstoffs.

Claims (4)

1. Verfahren zum zerstörungsfreien Prüfen von transpa­ renten Faserverbundwerkstoffen mittels optischer Durch- und Rückstrahlung aufgrund von winkel- und orientierungsabhängigen Refraktions- und Re­ flexionseffekten an transparenten Fasern im Faser­ verbundwerkstoff sowie an Grenz- und Oberflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Prüfkörper von einem Lichtbündel beleuchtet wird, die von ihm abgelenkten Lichtstrahlen an mehreren fixierten Positionen im Raum erfaßt und kontinuierlich regi­ striert werden und sich der Prüfkörper gegenüber einem Beleuchtungsstrahl bewegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Lichtsignale von den ausgewählten Positionen kontinuierlich untereinander verrechnet werden.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, worin die aus den einzelnen Lichtsignalen berechneten Größen gespeichert und grafisch dargestellt werden.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, worin das be­ leuchtende Lichtbündel sich kontinuierlich abta­ stend über den Prüfkörper mit einer Komponente senkrecht zur Bewegungsrichtung des Prüfkorpers bewegt.