Accessible Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag December 17, 2015

Optische Erfassung und Analyse der Faserwelligkeit gebogener Faser-Thermoplast-Verbunde

Optical detection and analysis of fiber waviness of bended thermoplastic composites
Philipp Kosse, Evelyne Soemer, Robert Schmitt, Bernd Engel and Jonas Deitmerg
From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Bei der Formung von Faser-Thermoplast-Verbunden (FTV) ändert sich, aufgrund der angreifenden Formkräfte und der verschiedenen Reaktionen der Einzelkomponenten im Verbund darauf, die Position und Ausrichtung der Fasern im Matrixwerkstoff. Für FTV-Biegeprozesse mit dem Bogenverlauf in Richtung der Faserausrichtung entsteht so u. a. eine sichtbare Welligkeit der Fasern. Ein mögliches Verfahren zur optischen Auswertung der Welligkeit an den Oberflächen der Innen- und Außenbögen wird daher untersucht. Zur Bildgebung wird ein robotergeführtes Lichtschnittverfahren eingesetzt, um im ersten Schritt die Geometrie der Proben zu erfassen. Anschließend wird die Textur aufgenommen und mit der Geometrie fusioniert. Am entstanden Bauteilmodell wird die Länge der lokalen Faserverläufe ermittelt, um aus dem Quotienten der Faserlänge zur Bogenlänge innerhalb eines Messkorridors eine relative Kennzahl für die Welligkeit abzuleiten. Die Ergebnisse werden mit geometrisch möglichen Werten abgeglichen und zur Beurteilung des Beitrags der Welligkeit zur Bogenlängenkompensation herangezogen. Eine erste Validierung der Analyse erfolgt über Wiederholungsversuche, die zeigen, dass das vorgestellte Verfahren prinzipiell geeignet ist, Welligkeiten über Faserlängenänderungen zu erfassen.

Abstract

When forming fiber thermoplastic composites, the specific reactions of the composites' components to forming forces lead to a change in orientation and position of the fibers and the matrix material. After bending fiber reinforced thermoplastics along their fiber orientation, fiber waviness on the surface of the inner and outer arc becomes visible. Therefore, an optical system is presented that is capable of detecting the fiber waviness on the component's surfaces. For imaging, a robot-guided light-section sensor acquires the geometry of the specimens, followed by a texture acquisition to merge the texture with the geometry data. The resulting model is used to detect local fiber paths and lengths. The quotient of the fiber lengths over the arc lengths within a defined analysis corridor is calculated to get a relative factor for the waviness. The results are analyzed in respect to the geometrical arc length deviation. Therewith, the forming mechanisms of the utilized bending method can be evaluated. An initial validation of the waviness determination is performed by repeat tests which show, that the method is generally feasible of detecting the fiber waviness.

Erhalten: 2015-9-30
Revidiert: 2015-11-3
Angenommen: 2015-11-3
Online erschienen: 2015-12-17
Erschienen im Druck: 2016-1-28

©2015 Walter de Gruyter Berlin/Boston