碳纤维材料纤维方向的测量和对象碳纤维复合结构方式的制造
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量碳纤维材料的纤维方向、例如用于质量检查和/或继续处理和用于以碳纤维复合结构方式制造对象的方案。
【背景技术】
[0002]在现代的轻质结构中，越来越多地使用碳纤维以提高所谓的碳纤维复合材料的强度。尤其在由该复合材料构成的安全重要的构件、例如飞机制造、汽车制造等中，正确的位置和正确的走向、即碳纤维的方向对于制成的构件的机械强度和可负荷性具有决定性的意义。在工件的每个点或全部相关的点上需要以确定的精度测量纤维走向或碳纤维所位于的角度。通常，在制造多层碳纤维织物时依次彼此叠加地分层并且分别用专用的塑料浸泡和硬化。该层中的每个必须在纤维走向方面进行评定。因为碳纤维层对于可见光是不透明的，所以必须为每个层单独地分别在施加该层之后执行纤维方向的检查。
[0003]纤维方向至今为止以不同的方式测量或者控制，即a)视觉地通过制造人员，b)通过由制造人员施加标记、借助于照相机系统检测标记并且通过相应的软件继续处理照相机图片，和c)通过利用照相机系统记录碳纤维，该照相机系统的像素分辨率当然必须高至使得各个碳纤维以绘图的方式来分辨，从而从图像数据中借助于专用软件能够在图像的每个位置处确定碳纤维的方向。
[0004]解决方案a)和b)要求制造人员的合作，并且因此由于已知的主观作用会复现地很差并且易受误差影响。此外，该解决方案是耗时的进而是昂贵的。完全自动化的检查是不可行的。解决方案c)需要所应用的照相机的像素分辨率相对高。除了具有高分辨率的照相机的较高的成本外，在高的像素数量的情况下形成更多的图像数据，该图像数据在帧速率相同的情况下引发更高的图像传输速度以及图像评估的更高的运算能力。更高的数据传输速率和高的运算能力又导致更高的成本。正好相反地考虑，这表示:在成本耗费确定的情况下限制了检查速度。最后这就是说:对于检查碳纤维复合构件的特定的面来说，所允许的成本确定检查速度。另一缺点是如下事实:必须从图像数据中通过软件计算出纤维方向。因此，结果的可靠性和精度显著地取决于软件质量。尤其在用塑料浸泡的织物中，与未浸泡的所谓的“纺织的”织物相比，纤维方向的识别还显著是更不精确的并且不那么可靠。
[0005]因此，所期望的是用于测量碳纤维材料的纤维方向的方案或用于以碳纤维复合结构方式制造对象的方案，其克服上述缺点或者在质量货精度相同的情况下实现成本更加适宜的制造。
【发明内容】
[0006]因此，本发明的目的在于:以改进的特性实现用于测量碳纤维材料的纤维方向的方案以及用于以碳纤维复合结构方式的对象的制造。
[0007]因此，本发明的目的通过所附的独立权利要求的内容来实现。
[0008]本发明利用如下知识:可行的是，要检查的对象的碳纤维材料的纤维方向根据由要检查的对象反射的光的极化方向来识别。如果例如未极化的光出现在碳纤维上，那么由纤维反射的光在纤维方向上极化。光的波长例如位于400至1000纳米范围中。
[0009]可行的是，借助于光的极化以绘图的方式测量碳纤维材料、例如碳纤维织物或碳纤维复合材料的纤维方向。因此，根据一个实施例将极化敏感的照相机用作为极化传感器，该照相机记录要检查的对象，以便获得极化方向的位置分辨的检测，进而获得极化方向的位置分辨的扫描。有利的是，对此不需要:极化敏感的照相机的分辨率足以以光学的方式分辨纤维。换而言之，极化敏感的照相机的位置分辨率在照相机镜头的镜头平面中低于所必需的，以便分辨碳纤维材料的表面处的纤维的结构，即镜头的镜头平面中的像素重复间距能够大于例如纤维半径。
【附图说明】
[0010]有利的实施方式是从属权利要求的内容。下面参考附图详细阐述本发明的优选的实施例，其中
[0011]图1示出根据本发明的第一实施例的用于测量要检查的对象的碳纤维材料的纤维方向的设备的示意框图，
[0012]图2示出根据实施例的作为极性传感器起作用的极化敏感的照相机的示意图，并且
[0013]图3示出根据实施例的用于以碳纤维复合机构方式制造对象的系统的框图。
【具体实施方式】
[0014]图1示出根据本发明的第一实施例的用于测量要检查的对象的碳纤维材料的纤维方向的设备的示意框图。碳纤维材料例如能够为碳纤维织物，如在图1中通过交叉线给出。当然，其也能够为碳纤维复合材料。在图1中，由碳纤维材料构成的要检查的对象10例如为由碳纤维织物构成的层或叠层，该碳纤维织物例如设置用于在测量之后施加在一个或多个另外的碳纤维层上，以便共同地得到碳纤维复合物。对此同样重要的是，了解碳纤维材料的纤维方向。但是也能够出于其他的理由需要纤维方向。在图1中示例以虚线的放大部12示出要检查的对象10和其碳纤维材料的正面14的前景图。其中，将纤维束16彼此编织成织物18。可替换地，对象已经能够是-具有或没有塑料基体的上述碳纤维层的堆叠，更确切地说为硬化的或尚未硬化的塑料基体的上述碳纤维层的堆叠，即是由碳纤维复合材料构成的中间产物或产物。
[0015]图1中的用于测量要检查的对象10的碳纤维材料18的纤维方向的设备通常用20来示出，并且包括光源22、极化传感器24和可选的计算机26以及可选的监视器28。光源22设计用于照亮要检查的对象I。极化传感器24设计用于检测由要检查的对象10反射的光的极化方向，即尤其如下光的极化方向，借助该光通过光源22照亮要检查的对象并且然后在极化传感器24中反射，其中极化方向给出对象10在其被照亮的正面14上的纤维方向。
[0016]因此，在构成的状态下，光源22定向成，使得其照亮要检查的对象10。由光源22发射的光30例如未被极化。其例如为卤素灯、白炽灯、LED或诸如此类的。也能够从对象10的不同的方向同时照亮相同的或不同的类型的多个灯，或者借助于其他的设备例如镜、光导纤维或诸如此类的实现从多个方向的照明，即光源能够具有多个灯和/或附加的光引导装置，例如镜等，以便实现从不同的方向照亮对象10，并且以便由此实现由极化传感器24扫描的或朝向其的表面14的更加完全的照明，即避免遮暗等。光30的光谱、例如其平均波长例如位于400至100nm范围中。特别地，光源22能够为宽带的或窄带的光源。也可行的是，应用单色光源22。优选地，光源22的光谱的半波宽度位于小于或等于10nm的范围中。
[0017]一旦光30射到要检查的对象10上，就能积极地察觉到碳纤维材料18的合适的特性，借此后者的对于射到其上的光起到极化的作用。特别地，光30在其在要检查的对象10的碳纤维材料进行反射之后沿着极化方向极化，该极化方向沿着纤维方向在被照亮的表面14处伸展。在示出了来自极化传感器24的方向的对象10的表面14的一部分的俯视图的放大的部分12中，这示例性地针对要检查的对象的两个不同的位置A和B来说明。在位置A处反射的且射到极化的传感器24上的光32具有极化方向34a，该极化方向平行于纤维束16的纤维方向36a，该纤维束横交于位置A。在位置B处，纤维方向36B进