Pultruded, fiber-reinforced tapes have so far only been tested destructively or optically non-destructively. It would therefore be desirable to have a non-destructive testing method that can detect cracks, inclusions and changes in the impregnation quickly and without contact, i.e. that can detect the complete tape volume in contrast to optical methods. The air-coupled ultrasonic method used in this work meets all these requirements.

Kohlenstofffasern / -matten

Kunststoff Werkstoffe

Verstärkungsstoffe

Andere Werkstoffe

Faserverbundwerkstoffe

Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Messtechnik

Werkstoffprüfung

Pultrusion

Kunststoffverarbeitung: Verfahren

Qualitätssicherung Kunststoff

Qualitätssicherung

All-embracing Approach of Non-destructive Testing of Thermoplastic CFRP Tapes Using Air-coupled Ultrasound

Thermoplastic tapes are expected to shape the next generation of thermoplastic composites. This calls for highly accurate tape stacking. Engel contributes this technology to achieve a breakthrough by combining high-precision control software with camera technology in tape stacking.

For high production efficiency, a tape stacking unit is best equipped with two robots and one camera station

Software-Based Tape Stacking with the Aid of Camera Technology Paves the way for Thermoplastic Composites

Spritzgießen

Anlagen zur Composite-Herstellung

Kunststoffverarbeitung: Maschinen und Komponenten

Verbundwerkstoffe / Werkstoffverbunde

UD-Tapes

Kameras

Fertigungsautomation

Bildverarbeitung

Automatisierungstechnik

Optische Mess- und Prüfverfahren

An Eye for the Essential

In the iComposite 4.0 research project, it has been possible to cut the costs for a prototype component by more than 50 percent and throughput time by 40 percent.

View of the production system built for the iComposite 4.0 project at the RWTH Aachen AZL

16:9

Economic Production of Fiber-Reinforced Plastics in High Volumes

Faserverarbeitung

Schröder, Susanne

Pressen von Kunststoffen

Self-Regulating Production Plant

CFRP components are often in continuous use under harsh environmental conditions, for example in aircraft and motor vehicles. If any damage occurs, the CFRP structures are simply replaced by new components in most cases. This is mainly due to the high cost of established repair methods. With a newly developed process, defective CFRP structures can now be repaired locally much more easily.

Fig. 1. Overview of the simulation-based repair method for CFRP components: the method enables targeted repair of the damaged area

Process for Repairing CFRP Components without Machining

Kunststoff

Bauwesen

Baustoffe

Kunststofffasern

Repairing instead of Replacing

Particularly two industries have shown considerable interest in FPP technology: aerospace industry in automating the lay-up processes of multi-material lightweight components with sandwich cores, as well as manufacturers of CFRP pressure vessels for hydrogen-powered vehicles (FCEVs), who can thus achieve savings in the double-digit percentage range. In both areas, FPP is the first technology to automate critical fiber lay-up processes in order to industrialize the production.

Laminate reinforcement of filament-wound pressure tanks. The shape of the patches and the gripper is adapted to the size and complexity  of the component.

New Applications for the Automated Production of Fiber Composite Components

Greifer

Handling, Handhabungstechnik

Composite-Halbzeuge

Halbzeuge und Zwischenprodukte

Kunststoff-Halbzeuge

Inspektionssysteme

Industrieroboter

Montagetechnik

Reinforcement on Approach

Optically excited Lockin-Thermography is well suited for fast and robust detection of near-surface defects in isotropic and fiber-reinforced plastics. The resulting phase images are driven by the excitation frequency as a measurement parameter and can be analyzed in the one-dimensional case for depth-selective evaluation. For real test specimens, however, diffusive heat conduction processes overwhelm which makes accurate defect characterization from phase images much more difficult. Neural networks are used within this work to evaluate multiple phase values of different excitation frequencies with each other and thus implement for the first time a quantitative defect characterization in isotropic and fiber-reinforced plastics based on a LSTM-CNN hybrid model. It is shown that the already good prediction values of the neural network are again significantly improved by additional training data obtained from heat flow simulations.

Representation of the experimental setup: thermographic camera (bottom left), photodiode (top left), VCSEL array (right), CFRP test specimen (center).

Industrie 4.0 für die Qualitätssicherung

Industrie 4.0

Künstliche Intelligenz für die Qualitätssicherung

Polymethylmethacrylat

Thermoplaste

Defect characterization in isotropic and fiber-reinforced plastics using active thermography and neural networks

Terahertz technology supports contactless inline measurement in the micrometer to centimeter range. Wall thicknesses of pipes, hoses, and other extrusion products can be verified directly in the production process. Falling below the minimum thickness is identified immediately, thereby avoiding waste.

Terahertz inspection system for the inline measurement of pipe wall thicknesses. The wall thickness of single-layer and multi-layer pipes is determined simultaneously at four positions

Contactless Measurement with Terahertz Waves in the Micrometer to Centimeter Range

Mobile Koordinatenmesstechnik

Geometrische Messtechnik

Form- / Oberflächenmesstechnik

Rohr- und Profilextrusion

Extrusion

Optische Mess- und Prüftechnik

Lichtwellenmesstechnik

Inline-Messtechnik

Inline Layer Thickness Measurement

Up to now, the relevant interactions between thermoplastics and metal surfaces at the interface have not been fully investigated. In this article, possible intermolecular interactions between plastics and metal surfaces are described and investigated on injection-moulded composite specimens made of polyamide 6 and polybutylene terephthalate with aluminum as a composite partner. The results of the investigation show that the composite adhesion is mainly based on intermolecular interactions between the composite partners and not on mechanical form-fit. If the polar surface of the aluminum is chemically inactivated without changing its surface topography, then no composite adhesion occurs.

Intermolecular interactions through hydrogen bonds between a carbonyl group in polyamide and a metal hydroxide surface.

Polybutylenterephthalat

Hybridwerkstoffe

Polyamide

Aluminium

Metall Werkstoffe

NE-Metalle

Kupfer

Oberflächentechnik

Hybrid-Spritzgießen (Metall / Kunststoff)

Intermolecular interactions and their influence on the adhesion between plastics and metal surfaces

The aim of this work was to achieve transparent PC/PMMA-blends by continuous reactive extrusion while improving mechanical and optical properties.

Blend

Kunststoffe

Photonik

Optik

Polycarbonat

Transparent PC/PMMA blends: influence of functionalization on optical, morphological and mechanical properties

Cannon Ergos is working with Boeing on moulding trials for the feasibility of using recycled carbon fiber for the fabrication of aircraft cabin interior sidewall panels.

Recycling

Umweltmanagement

Luftfahrt

Kunststoff-Recycling

Kunststoff-Aufbereitung

Cannon Ergos Collaborates with Boeing

Winding Cores. Noris Plastic produces thermoplastic winding cores that meet the highest technical requirements. The cores can be recycled and reused several times. Thanks to their extremely narrow tolerances, they allow for technically demanding processes. By enabling precise rotation, they allow for high rotation speeds, and thus fast confectioning processes. To meet the demands of the specific application, the cores are available with very smooth or very coarse surfaces. The cores are dust-free and abrasion-resistant, which makes them suitable for clean room application. Other than cardboard cores, they can be stored in the outside. A plastic core of only 6 mm wall thickness is as stable as a cardboard core of twice this wall thickness, roughly. The company is certified according to DIN ISO 9001:2008. Alongside production, it controls qualities, thus guaranteeing over average apex pressure. This property prevents the internal diameter of the cores from becoming smaller during winding. In the worst-case scenario, if a core’s apex resistance is very low, the core may even be reduced to so low a diameter, that the shaft of the next processing machine fails to fit into the core. As a result, it is impossible to process the (expensive) wound material. Subject to the basic material employed, the winding cores can also be produced from secondary raw materials to reduce costs. Standard sizes range from 5 mm to 12 m length, at internal diameters of 5 to 152 mm and wall thicknesses between 1 and 15 mm. Customers can obtain cores at special dimensions, or colored surfaces. 

Plastics versus Cardboard 

Wickelmaschinen

Betriebstechnik für Kunststoffverarbeitung (Peripherie)

Thermoplastic Winding Cores 

Film is wound into large rolls for subsequent processing steps such as printing or laminating. A special challenge in this regard is assuring good roll quality as a prerequisite for reliable subsequent use. 

Winding of Plastic Film Is Manifold and Demanding 

Flachfolien- und Plattenextrusion

Folien

Extremely Thin and Kilometers Long – Film from the Roll  

Reifenhäuser Cast Sheet Coating, Troisdorf, Germany, has designed the new Midex-HSD winder model as a standard to produce up to three webs (additional webs are possible on demand). Depending on the winding shaft used, the maximum reel diameter of 1200 mm can even be obtained with multi-web winding. 

Easy Handling of Large Diameters 

Midex-HSD Winder 

So far, the classic wet winding process has basically been limited to thermosetting resin systems. Now, it has been demonstrated that in principle it is also feasible with in-situ polymerizing thermoplastics. Due to the sensitive response of the chemical reaction to the various process influences, the challenge lies in the machine modifications and the accurate adjustment of the process window.  

Modification of the Wet Winding Process for In-Situ Polymerizing Thermoplastics 

Fasern

Thermoplastic Wet Filament Winding 

The two AZL Partners Conbility GmbH and Fraunhofer Institute for Production Technology IPT, Aachen, Germany, have started a long-term cooperation for the further development and for the commercialization of Fraunhofer´s tape-placement and tape winding systems with in-situ-consolidation by the usage of laser or IR heat sources. With this cooperation, the company Conbility makes 25 years of expertise in special machine development of tape placement systems of the Fraunhofer IPT commercially available. 

Tape Placement and Tape Winding Systems 

Warmformen / Thermoformen

Conbility and Fraunhofer IPT Join Forces 

Use of an industrial camera for quality control in the production of the cylindrical area of type-IV pressure vessels in the wet filament winding process

The occurrence of process-specific defects in the wet filament winding process requires an oversizing of the components which leads to high additional material costs, especially for 700 bar type-IV pressure vessels. This paper presents the development of a quality control together with an image processing algorithm based on an industrial camera with which manufacturing deviations in the cylindrical area of the vessels can be determined.

For this purpose, the individual components of the measuring system are adapted and integrated into the machine. It is shown that measurements must be taken before the deposition point and converted to the final dimension via an empirical spread factor. Compared to other measuring methods, there is a high potential for industrial use of the testing technology.

Wickelverfahren sind eine etablierte Fertigungstechnologie für konvexe rotationssymmetrische faserverstärkte Bauteile wie Antriebswellen und Rohre sowie aktuell verstärkt für mobile Druckbehälter zur Wasserstoffspeicherung für brennstoffzellenbasierte Antriebstechnologien [1]. Unabhängig von der Mobili-tätsindustrie führt die steigende Nachfrage nach brennstoffzellenbasierten Antriebstechnologien zu einem wachsenden Markt für Druckbehälter mit einem Betriebsdruck von 700 bar [2].

Deren gebräuchlichste Ausführung für diese Art von Anwendungen ist der TypIV Druckbehälter [3]. Aufgrund des Gefährdungspotenzials von Druckwasserstoff werden für Speicherbehälter hohe gesetzliche Sicherheitsfaktoren von 2,25 gefordert [4]. Zur Einhaltung des daraus resultierenden Mindestberstdruckes einer Charge müssen Druckbehälter zusätzlich überdimensioniert werden, was einen vermeidbaren Kostenaufwand darstellt [5].

Um ein besseres Verständnis des Herstellungsprozesses zur effizienteren Auslegung von Typ-IV Druckbehältern mit verringerter Überdimensionierung zu erlangen, ist es wichtig, die Art, den Ort und die Größe von Abweichungen zwischen dem entwickelten Laminataufbau und dem gefertigten Bauteil zu verstehen. In diesem Beitrag wird ein Konzept zum Aufbau vom Prozessverständnis durch die Inline-Erfassung der Faserbandablage im zylindrischen Bereich des Druckbehälters vorgestellt. Durch Bestimmung der realen Faserbandbreite, der Orientierung der Fasern und der Position des Faserbandes auf dem Druckbehälter kann die Faserbandablage beschrieben werden. Diese Informationen können zur Identifizierung von nachweislich festigkeitsmindernden Defekten, wie Lücken oder Überlappungen zwischen benachbarten Faserbändern, verwendet werden, die durch Abweichungen des Faserbandes im Herstellungsprozess im Vergleich zum simulierten Design des Druckbehälters induziert werden.

In diesem Beitrag werden zunächst Anforderungen an ein solches Messsystem zur inline-Erfassung der Faserbandablage definiert. Aus vorangegangenen Untersuchungen ist bekannt, dass sich die Faserbandbreite durch mechanische Spreizungseffekte noch nach der Ablage verändern kann, weshalb eine Detektion der Bandbreite nach der Ablage angestrebt wird [5]. Anschließend wird ein geeignetes Industriekamerasystem ausgewählt und in eine Nasswickelanlage zur Prozessüberwachung während der Herstellung von Umfangslagen eines Druckbehälters installiert. Zusätzlich wird ein Bildverarbeitungsalgorithmus zur automatisierten Detektion von Faserbandbreite und kantenwinkel vorgestellt.

Zuletzt wird das vorgestellte Messsystem mit einer bestehenden Lösung zur Erfassung der Faserbandablage auf Basis einer Infrarotkamera verglichen, um die Unterschiede der Systeme bezüglich Bilderfassung und Prozessinte-grierbarkeit zu diskutieren. Dabei wird Bezug zu einer eigenen Veröffentlichung genommen, in welcher das entsprechende Kamerasystem ausführlich vorgestellt wurde [6].

2.1 Bauteilfertigung im Nasswickelverfahren

Der konventionelle Prozessablauf beim Duroplast-Nasswickelverfahren ist in Bild 1 dargestellt. Ausgehend vom Gatter werden die einzelnen Rovings bei einer definierten Fadenspannung abgezogen, zu einem Faserband zusammengefasst und in einer Imprägniereinheit mit Harz beladen. Die Imprägnierung der Fasern kann durch Tauch-, Walzen-, Druck- und Vakuumimprägnierung erfolgen [7]. Bei der Walzenimprägnierung wird das Faserband über eine rotierende Imprägnierwalze geführt, die mit einem definierten Harzfilm beladen ist. Das Harz wird durch die Rotation der Walze aus einem temperierten Vorratsbehälter transportiert und durchströmt das Faserband in Dickenrichtung. Die im Faserband enthaltene Luft kann so nach oben entweichen, und die Imprägnier-qualität steigt entsprechend [7]. Voraussetzung für eine gute Imprägnierung ist eine ausreichend niedrige Viskosität des Harzes (&lt; 2 Pa*s), weshalb das Harzbad beheizt wird [1]. Das imprägnierte Faserband wird von einem Ablage-Manipulator entlang des Wickelweges auf dem Wickelkern platziert. Das Wickelmuster besteht aus helixförmigen und umlaufenden Lagen. Umfangs-schichten bedecken den zylindrischen Teil des Behälters und dienen zur Aufnahme von radialen Kräften durch den Behälterinnendruck, wodurch in den Fasern vornehmlich eine Zugbelastung vorliegt [8]. Eine hohe Kompressions-wirkung dieser Schicht auf die darunterliegenden Lagen ist für Umfangslagen ebenso charakteristisch wie die Möglichkeit hoher Wickelgeschwindigkeiten. Helixlagen lassen jedoch mehr Variationen zu. Abhängig vom Wickelwinkel können diese von verschiedenen Teilen des Kuppelbereichs helixförmig in den anderen Kuppelbereich gewickelt werden. Diese Lagen dominieren die axiale Festigkeit des Druckbehälters [8].

Abhängig vom verwendeten Harzsystem kann dessen Vernetzungsreaktion bereits im Wickelprozess beginnen. In der Regel folgt im Anschluss an den Wickelprozess die vollständige Aushärtung des Harzsystems in Temperieröfen. Das Bauteil wird während dieses Vorgangs rotiert, um eine schwerkraftgetriebene einseitige Harzanhäufung zu vermeiden [7].

2.2 Einflüsse auf die Qualität gewickelter Bauteile

Verschiedene Defekte im Laminat gewickelter Bauteile wie Lücken und Überlappungen zwischen benachbarten Faserbändern, Lufteinschlüsse oder Schwankungen im Faservolumengehalt können einen Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften der Bauteile haben. Das Vorliegen von Lücken und Überlappungen zwischen benachbarten Faserbändern ist im Polkappenbereich des Druckbehälters und an den Kreuzungspunkten von Helixlagen ein prozessbedingter Normalzustand. Im zylindrischen Bereich sind Lücken und Überlappungen in den meisten Fällen jedoch auf eine fehlerhafte Ablage des Faserbandes zurückzuführen und bieten ein vergleichsweise hohes Potenzial zur prozessbegleitenden Erfassung. Aus diesem Grund wird ein Messsystem zur Qualitätskontrolle im Umfeld des Ablagepunktes installiert. Im folgenden Kapitel erfolgt zunächst eine geometrische Beschreibung des Faserbandes, auf dessen Basis anschließend die verschiedenen möglichen Fehlerbilder erklärt werden können.

2.2.1 Geometrische Beschreibung des Faserbands

In vielen Anwendungen wie FEM-Simulationen und der Erstellung von Wickelprogrammen wird das Faserband mit einem rechteckigen Querschnitt angenähert. Wie in Bild 2 gezeigt, kann mit dieser Annahme ein theoretisch gut definiertes Laminat aufgebaut werden. Lokale Defekte wie Lücken und Überlappungen können visualisiert werden. Ausgehend von der Annahme eines rechteckigen Querschnittes kann das Band und damit das Laminat durch die Bandbreite und höhe, den Platzierungswinkel (Faserorientierung) und die Position des Bandes auf dem Wickelkern definiert werden. Diese Annahmen sind für viele Anwendungen ausreichend präzise. Um den Herstellungsprozess besser zu verstehen, muss jedoch erkannt werden, dass die Gültigkeit dieser Annäherung begrenzt ist. Die geometrische Verteilung des Faserbandes quer zur Ablagerichtung in einem realen Nasswickelprozess ist kaum bekannt, eine geeignetere Annäherung könnte jedoch die Beschreibung des Faserband-querschnittes mit einer Ellipse (frei geführt) bzw. halben Ellipse (nach der Ablage auf dem Wickelkern) sein. Auch wenn diese Annahme, wie in Bild 2 gezeigt, zu einem inhomogenen Design der Laminate führt, ist es dennoch mit Hilfe der Faserbandbreite, -orientierung und -position möglich, die Faserdisposition während des Herstellungsprozesses zu beschreiben. Zur Breitenänderung des Faserbands bei der Ablage infolge von mechanischen Spreizungsvorgängen und in Abhängigkeit von Wickelprozessparametern wurden weitere Analysen durchgeführt, welche separat publiziert werden.

2.2.2 Mögliche Fehlstellen im Laminat gewickelter Bauteile

Mögliche Defekte bei der Herstellung von Typ-IV Druckbehältern lassen sich nach ihrer Ursache oder dem Ort ihres Auftretens im Druckbehälter kategorisieren. Im Hinblick auf den Ort werden in Bild 3 drei Gruppen genannt: Defekte, die während des Herstellungsprozesses in der Oberfläche der Laminatschicht auftreten (Kategorie I), Defekte, die im Inneren des Laminats auftreten (Kategorie II), sowie Defekte, die zu Formabweichungen des Bauteils führen (Kategorie III). Die Ursache der Defekte kann aus vielen verschiedenen Aspekten abgeleitet werden, wie beispielsweise einer ungenauen Faserbandablage, dessen Harzbeladung, Schwankungen in der Faserband-breite, einer abweichenden Faserbandspannung während der Verarbeitung oder Anomalien in der Linergeometrie.

ཉཙཉཙཉཙIm Folgenden werden Defekte im Zusammenhang mit der Bandgeometrie bei der Faserablage diskutiert. Bei der Herstellung können Abweichungen der Faserbandbreite oder Ungenauigkeiten bei der Faserablage zu Lücken oder Überlappungen führen. Daher wird ein besseres Verständnis des Herstellungs-prozesses des Druckbehälters zu einem effizienteren Design und einer realitätsnahen Simulation von Composite-Druckbehältern beitragen.

Das Faserband besteht aus mehreren Rovings und diese wiederum aus einer Vielzahl von Einzelfilamenten. Das Faserband ist während des Prozesses in der geometrischen Form der Querschnittsfläche und in den Abmessungen in Breiten- und Höhenrichtung nicht konstant. Die endgültige Geometrie am Ablagepunkt ist abhängig vom Rovingtyp, der jeweiligen Materialcharge, der Faserzahl, der Harzbeladung, den zwischengeschalteten Führungs- und Spreizeinrichtungen, der aufgebrachten Faserspannung und der resultierenden Normalkraftkom-ponente, abhängig vom Krümmungsradius der Außenfläche des Wickelkerns.

Ist die tatsächliche Ausdehnung des Faserbandes kleiner oder größer als die bei der Simulation des Wickelweges angenommene Faserbandbreite oder treten Positionierungsungenauigkeiten bei der Faserbandablage auf, entstehen Lücken zwischen den Faserbändern oder Überlappungen der benachbarten Faserbänder, die wiederum zu einer ungleichmäßigen Schichtdicke führen. Während der Verarbeitung können sich Unregelmäßigkeiten in den nachfolgen-den Lagen ausbreiten und zu Folgefehlern im Laminataufbau führen. Aus diesem Grund sind Lücken und große Überlappungen zu vermeiden.

Wird das Band über einer Lücke in ähnlicher Orientierung, d. h. eine Umfangslage auf einer Umfangslage abgelegt, kann dies zu einem Abfall der Faserspannung in einem Abschnitt des über der Lücke liegenden Faserbandes führen. Durch den aufgrund der sinkenden Faserspannung geringeren Ver-dichtungsdruck an dieser, über der Lücke liegenden Stelle sinkt der lokale Faservolumengehalt [16], was die Festigkeit und Steifigkeit des Verbund-werkstoffes beeinflussen kann. In Untersuchungen von Croft et al. wurden in unidirektional verstärkten Testplatten Lücken und Überlappungen mit einer Ausdehnung von einer Faserbandbreite und der doppelten Faserbandhöhe integriert. Dabei zeigte sich, dass die Faserbewegung alle Lücken mit Fasern schloss. Dies führt jedoch zu einer hohen Faserwelligkeit im Laminat. Bei kleineren Lücken (halbe Faserbandbreite) wird dieser Effekt gehemmt und die Schliffbilder zeigen reine Harzbereiche [16]. Faserwelligkeiten stellen eine häufig in gewickelten Bauteilen auftretende Defektart dar [17], deren Entstehung durch die Homogenisierung von Lücken zusätzlich begünstigt wird. Deren negativer Effekt auf die Laminateigenschaften wurde beispielsweise von Kreikemeier et al. anhand von numerischen Analysen auf Basis der Methode der finiten Elemente (FEM) an einem repräsentativen Volumenelement untersucht. Dabei fiel die Steifigkeit in Faserrichtung bei einem Wellenamplituden/-längenverhältnis von 0,2 um 68 % ab [18].

Untersuchungen zum Einfluss von Lücken auf die mechanischen Eigenschaften von gewickelten Bauteilen sind bisher noch nicht durchgeführt worden. Verschiedene Ergebnisse wurden jedoch anhand von Plattenprüfkörpern generiert. In Berechnungen von Heinecke et al. wurden Lücken bzw. Überlappungen mit einem Ausmaß von ca. 10 % der Faserbandbreite in Platten angenommen, welche im Automated-Dry-Fibre-Placement (AFP)-Verfahren gefertigt und anschließend im Resin-Transfer-Molding (RTM)-Verfahren imprägniert wurden. Dabei wurden Lücken als Reinharzbereiche und Überlappungen als Bereiche mit erhöhter Nennsteifigkeit berechnet. Hierbei zeigte sich für Lücken und Überlappungen eine Reduktion der Zugfestigkeit um bis zu 9 % respektive 22 % [19]. In AFP-Testplatten mit Lücken und Überlappungen im Größenbereich einer halben Faserbandbreite konnten Lan et al. Einfallstellen und Fehlerfortpflanzungen in obenliegenden Faserlagen bis hin zu lokalen Aufdickungen an der Bauteiloberfläche feststellen. Prüfkörper mit Lücken zeigten dabei einen Abfall um 5–10 % im Schermodul in der Ebene [20].

Wenn die tatsächliche Breite des Faserbandes größer ist als die angenommene Faserbandbreite bei der Berechnung des Wickelmusters oder wenn bei der Platzierung des Faserbandes Positionierungsfehler auftreten, kommt es zu einer Überlappung benachbarter Faserbänder. Eine leichte Überlappung ist aufgrund des elliptischen Querschnitts des Faserbandes am Ablagepunkt sogar vorteilhaft für die Bildung einer gleichmäßigen Schichtdicke. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass eine leichte Überlappung nicht mit einem Verlust der mechanischen Eigenschaften verbunden ist. In der Theorie kann eine stärkere Überlappung jedoch zu einer ungleichmäßigen Spannungsverteilung über dem Faserband führen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch die Wickelanlage näherungsweise keine Relativbewegungen der Faserfilamente in Abzugs-richtung zugelassen werden und die eingestellte Faserspannung theoretisch ausschließlich in den Filamenten auf dem größten Ablageradius (Überlappung) vorliegt. Im nicht-überlappenden Teil werden Filamente mit identischer Länge auf einer kürzeren Umfangsstrecke abgelegt, wodurch sich deren Spannung verringert. Dadurch wird die Bildung von festigkeitsmindernden Welligkeiten in diesen Fasern begünstigt, was zu einem reduzierten Verdichtungsdruck und in der Folge zu einem lokal verringerten Faservolumengehalt führt. Faserwellig-keiten können darüber hinaus ebenfalls in den nachfolgenden Lagen entstehen, welche auf Überlappungen mit entsprechender lokaler Aufdickung abgelegt werden [16]. Rach und Ivanovskii untersuchten den Einfluss des Überlappungs-grades auf die Laminat-Zugfestigkeit in Faserrichtung an unidirektional gewickelten Aramidfaser-Epoxidharz-Proben mit einem Kerndurchmesser von 200 mm. Eine Überlappung von ca. 25 % der Faserbandbreite führte dabei zu einer Verringerung der ursprünglichen Festigkeit um ca. 20 % [21]. Auch wenn das Vorliegen von Welligkeiten in diesen Untersuchungen nicht explizit nachgewiesen wurde, liegt dennoch eine signifikante Festigkeitsminderung durch Überlappungen vor. Die Spannung bei einem Überlappungsgrad von 2,5 % wurde verwendet, um die maximal zulässige Spannung zu normalisieren. Dies unterstützt die Annahme, dass eine geringfügige Überlappung nicht mit einem Verlust der mechanischen Eigenschaften verbunden ist.

3 Ansatz der inline Erfassung der Faserbandgeometrie im Nasswickelverfahren mit einer Industriekamera

Ein wichtiges Kriterium für die Inline-Detektion von qualitätsbestimmenden Fehlstellen im Wickelprozess ist die berührungslose Erfassung der benötigten Daten. Flächenhafte hochauflösende Industriekameras haben sich in industriellen Anwendungen, z. B. zur Qualitätsmessung von Vorformlingen [22], aufgrund ihrer hohen Robustheit und einfachen Handhabung etabliert. Das Funktionsprinzip entspricht herkömmlichen Kameras, jedoch weisen Systeme für den industriellen Gebrauch zumeist keine Bedienelemente wie Tasten oder Schalter auf und verfügen stattdessen über leistungsfähigere Schnittstellen zu Messrechnern und entsprechende Software. Daher wird die Inline-Bestimmung des Faserbandes im Nasswickelprozess durch den Einsatz einer Industrie-kamera untersucht.

Bei automatisierten Bildverarbeitungssystemen kommt der Bildakquisition eine zentrale Bedeutung zu. Aufwendige Algorithmen sind oftmals vermeidbar, wenn die Qualität der Aufnahmen an die zu bearbeitende Messaufgabe angepasst ist. Die charakteristischen Merkmale der Fehler müssen in ausreichendem Kontrast abgebildet und gleichzeitig störende Fremdeinflüsse nach Möglichkeit unterdrückt werden [23]. Daher wird im Folgenden der Einfluss verschiedener Parameter bezüglich der Kamerapositionierung sowie der Bildaufnahme-parameter untersucht, um einen geeigneten Messaufbau für die Inline-Detektion des Faserbandes zu identifizieren.

Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der inline-fähigen Erfassung der Faserbandbreite im zylindrischen Bereich des Druckbehälters, welche aufgrund des maschinenseitig konstanten Vorschubs einen direkten Einfluss auf die Ent-stehung von Lücken und Überlappungen zwischen benachbarten Faserbändern hat. In Kapitel 2 wurde aufgeführt, dass derartige Fehlstellen einen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Laminateigenschaften haben können. Die aus den Bandkanten berechenbare Position des Faserbandes auf dem Druckbehälter wird zukünftig in eine 3D-Rekonstruktion des Behälters implementiert, um über einen Soll-Ist-Abgleich Lücken und Überlappungen zu visualisieren und diese durch iterative Anpassungen des Wickelprogramms und der Prozessparameter zu eliminieren. Für eine präzise Bestimmung der Faserbandkanten, aus welchen sich die Faserbandbreite und die -orientierung berechnen lassen, muss der geeigneten Wahl von Kameraeinstellungen und Beleuchtungsparametern sowie dem Messort eine entscheidende Bedeutung beigemessen werden. Es ist ein Messort zu wählen, an dem die Faserbandkanten sicher erfasst werden können und gleichzeitig das Faserband eine repräsentative Geometrie erreicht hat. Aus vorangegangenen Untersuchungen ist bekannt, dass sich die Faserbandbreite durch mechanische Spreizungsvorgänge im Umfeld des Ablagepunktes erhöhen kann. Aus diesem Grund sollte eine Ermittlung der Bandbreite bestenfalls hinter dem Ablagepunkt erfolgen, um dessen endgültigen Wert aufzuzeichnen.

Die Messaufgabe besteht somit darin, die linke und rechte Kante des Faserbandes zu detektieren. Für die Entwicklung einer Messstrategie mit der Industriekamera wird folgendes Vorgehen gewählt:

· Es wird ein geeigneter Messort für die Bandüberwachung ausgewählt.

· Die Kamera und Beleuchtung werden relativ zum Messort positioniert.

· Die Beleuchtungsparameter werden definiert.

· Es wird die Eignung der Bilder für eine Kantenerkennung diskutiert.

· Es wird ein Algorithmus zur inline-fähigen Bildverarbeitung entwickelt und dessen Eignung für den realen Nasswickelprozess diskutiert.

Die Versuche werden auf einer Portalwickelmaschine vom Typ WSE IV der Fa. Josef BAER Maschinenfabrik KG, Weingarten, durchgeführt. Als Wickelkern dient ein PVC-Rohr, das den zylindrischen Teil des Druckbehälters mit einem Außendurchmesser von 200 mm darstellt. Als Materialien werden Kohlenstoff-fasern des Typs ITS50 der Fa. Teijin Carbon Europe GmbH, Wuppertal, zusammen mit einem Epoxidharz des Typs EPIKOTE Resin 04976 der Fa. Hexion Inc., Columbus, USA, eingesetzt.

Die monochromatischen Aufnahmen werden mit einer Industriekamera vom Typ VLXT-50M.I der Fa. Baumer Electric AG, Frauenfeld, Schweiz, erstellt. Die Kamera basiert auf einem CMOSSensor mit einer Auflösung von 2448 x 2048 Pixel und kann Bilder mit einer maximalen Bildwiederholrate von 163 fps aufnehmen. Zum maximalen Auflösungsvermögen macht der Hersteller in den Datenblättern keine Angaben. Diese kann jedoch aus der Pixelgröße von 3,45 µm berechnet werden (Kapitel 3.4). Die Kamera wird in dieser Arbeit mit einem Objektiv des Typs LM12JC5M2 der Fa. KOWA Europe GmbH, Düsseldorf, betrieben. Das Objektiv besitzt eine verstellbare Blende (Blendenzahl zwischen 1,4 und 16). Der minimale Arbeitsabstand wird mit 100 mm angegeben. Als Beleuchtung wird ein LED-Flachleuchtschirm (DTL-1010-BE, Fa. MBJ Imaging GmbH, Hamburg) verwendet, dessen Strahlengang in der optischen Achse der Kamera angeordnet ist.

Die Position der verwendeten Kamera liegt im Zenit über dem Ablagepunkt des einlaufenden Faserbandes und kann dort flexibel in alle Raumrichtungen verändert werden. Eine Mattscheibe auf dem Leuchtschirm erzeugt diffuse Strahlung, wodurch störende Reflexionen reduziert werden können. Die Anordnung der Kamera auf dem Wickelkörper ist zusammen mit einer repräsentativen Aufnahme in Bild 4 dargestellt.

Bereits im Vorfeld der Untersuchungen muss sichergestellt sein, dass das gewählte Kamerasystem für die Bilderfassung im Prozess geeignet ist. Dabei ergeben sich verschiedene Anforderungen hinsichtlich Robustheit für industrielle Umfelder, aber insbesondere auch an Kontrastierung, Bildwiederholrate, Messbereich und Auflösung.

Für die inline-Erfassung der Faserbandgeometrie am Ablagepunkt muss das Messsystem eine eindeutige Identifikation der beiden Faserbandkanten ermöglichen. Eine Herausforderung dabei ist der geringe Kontrast zwischen den schwarzen Kohlenstofffasern und dem ebenfalls schwarzen Untergrund. Erschwerend kommen die richtungs- und winkelabhängigen Reflektions-eigenschaften der Fasern und des Harzfilms hinzu. Im Rahmen dieser Veröffentlichung wird untersucht, inwieweit eine ausreichende Kontrastierung durch Messposition und Belichtungseigenschaften sichergestellt werden kann.

Die Bildwiederholrate beschreibt die Anzahl der Bildaufnahmen pro Zeiteinheit und gibt damit an, wie groß der Abstand zweier Messpunkte auf dem Wickelkörper in Abhängigkeit der Wickelgeschwindigkeit ist. Daraus ergibt sich die Anforderung, dass der Abstand zweier aufeinanderfolgender Bilder kleiner als die minimale Defektgröße in Wickelrichtung sein muss. Zum aktuellen Zeitpunkt liegen noch keine Informationen über reale Defektgrößen vor, weshalb dieser Wert im Rahmen dieser Veröffentlichung zu maximal 30 mm abgeschätzt wird. Bei einer anlagenbedingt maximalen Wickelgeschwindigkeit von vmax = 0,97 m/s ergibt sich folglich eine minimale Bildwiederholrate von 33 frames per second (fps).

Bei der optischen Bilderfassung ist der Messbereich, bedingt durch die begrenzte Tiefenschärfe einer Kamera, auch in vertikaler Richtung limitiert. Aus diesem Grund bestehen Anforderungen an den Messbereich in allen drei Raum-richtungen. Die Winkel der Faserbandablage im Bezug zur Wickelkörper-längsachse kann im realen Nasswickelprozess theoretisch zwischen 0 ° und 90 ° variieren. Bei der Herstellung von Typ-IV Druckbehältern treten üblicherweise Wickelwinkel α zwischen α = 22 ° und α = 90 ° auf. Der laterale Messbereich des Kamerasystems muss demnach ausreichend groß gewählt werden, dass die beiden Faserbandkanten bei jedem Wickelwinkel erfasst werden. Hierzu werden zwei laterale Hilfswerte ΔL1 und ΔL2 entlang der x- und y-Richtung der Messwerterfassung bestimmt, um den minimalen Bereich zur Erfassung der angenommenen Faserbandbreite zu definieren, Bild 5.

Um die Faserbandbreite auch unter schwankenden Prozessbedingungen verlässlich zu erfassen, wird der Messbereich um einen Sicherheitsfaktor k mit einem angenommenem Wert von k = 1,75 erweitert. Die Ermittlung dieses Faktors erfolgte iterativ im Rahmen von Voruntersuchungen. Der berechnete laterale Messbereich ist in Tabelle 1 dargestellt.

Auch in vertikaler Richtung ergeben sich Anforderungen an den Messbereich. Da sich der Abstand des Faserbandes zur Linse aufgrund einer vorhandenen Behälterunwucht von ca. 3 mm im Prozess periodisch ändert, muss eine ausreichende Tiefenschärfe des Messsystems sichergestellt sein. Zur Gewähr-leistung einer durchgehend scharfen Aufnahme muss der vertikale Messbereich mindestens dem Produkt aus Behälterunwucht und dem Sicherheitsfaktor gegenüber prozessbedingten Schwankungen k = 1,75 entsprechen, Tabelle 1. Während eine Definition der notwendigen Tiefenschärfe aus der Behälter-unwucht für den zylindrischen Bereich zulässig ist, müssen bei der Übertragung des Systems auf den Polkappenbereich zusätzliche Aspekte berücksichtigt werden. Beispielhaft zu nennen sind die komplexe Krümmung der Polkappe und der lokale Schichtdickenaufbau. Abhängig von der individuellen Kinematik der Wickelmaschine müssen zudem möglicherweise variierende Kameraabstände berücksichtigt werden, die durch Zustellen des Fadenauges zur Wickelkörper-längsachse entstehen können. Beim Einsatz des Messsystems für die vollumfängliche Produktionsüberwachung sollte folglich eine externe oder softwareseitige Adaptierbarkeit der Tiefenschärfe der Kamera in die Messsystemspezifikationen aufgenommen werden.

Als Auflösung wird die Fähigkeit eines Messgerätes bezeichnet, zwischen zwei nah beieinanderliegenden Messwerten zu unterscheiden [24]. Die Auflösung A eines Messsystems zur optischen Bilderfassung muss kleiner oder gleich fünf Prozent der Toleranz T des zu messenden Merkmals betragen [25]:

Aus den Untersuchungen von Rach und Ivanovskii ist bekannt, dass geringe Überlappungen benachbarter Faserbänder von bis zu 2,5 % ihrer Breite einen zu vernachlässigenden Einfluss auf die mechanischen Laminateigenschaften haben und daher als zulässig angenommen werden können [21]. Somit kann der maximale dmax und minimale dmin zulässige Abstand zwischen zwei angrenzenden Faserbändern mit einer Bandbreite von 24 mm ermittelt werden. Hieraus ergeben sich die untere (USG) und die obere Spezifikationsgrenzen (OSG) für den Abstand benachbarter Faserbänder:

Die Toleranz kann nun als Differenz der oberen und unteren Spezifikations-grenze berechnet werden [26]. Hieraus folgt aus Gleichung 1 für die Auflösung A:

Aus diesen Annahmen errechnet sich eine erforderliche Auflösung von A = 30 µm zur Lösung der Messaufgabe, Tabelle 1. Da die Faser im Bild unterschiedlich ausgerichtet sein kann, wird diese Auflösung für die x- und y-Richtung der Messwerterfassung gefordert.

Tabelle 1: Geforderte Kennwerte des Kamerasystems

4.1 Analyse geeigneter Einstellungen zur Bilderfassung

Zur Vereinfachung der späteren Bildverarbeitung sollten bereits bei der Bilderfassung große Bemühungen hinsichtlich eines ausreichenden Kontrastes sowie Auflösung unternommen werden. Im folgenden Unterkapitel werden die Untersuchungen zur Findung geeigneter Kamera- und Beleuchtungs-einstellungen sowie deren Positionierung unter Berücksichtigung der zuvor definierten Anforderungen vorgestellt und diskutiert.

Bei der Positionierung der Kamera und ihren Einstellungen wird eine hohe Auflösung in Kombination mit einem hohen Kontrast angestrebt. Der Kontrast ist definiert als der Helligkeitsunterschied zwischen benachbarten Bildelementen. Zwischen Kontrast und Auflösung besteht ein Zusammenhang, der auf den Wellencharakter des Lichts zurückzuführen ist. Das Licht wird an der Blende gebeugt, was zu einem Beugungsmuster mit konzentrischer Intensitätsverteilung auf dem Sensor führt. Liegen gegensätzliche Signale wie Hell und Dunkel nahe beieinander, kommt es zu einer Überlappung der Signale, was den Kontrast verringert. Daraus folgt, dass der Kontrast mit der Auflösung bei sehr kleinen Abständen abnimmt und die Blendenöffnung folglich einen Einfluss auf den Kontrast hat.

Positionierung des Messsystems relativ zum Messobjekt

Da die Objektbreite vom Arbeitsabstand der Kamera abhängt, folgt daraus, dass auch die Auflösung vom Arbeitsabstand abhängt. Um die auflösbaren Distanzen zu minimieren, sollte die Kamera so nah wie möglich am Objekt positioniert werden. Die begrenzenden Faktoren sind in diesem Fall der minimale Arbeitsabstand a des Objektivs und die Grenzen durch die Integration in den Wickelprozess. Bei einem vom Objektiv vorgegebenen minimalen Arbeits-abstand von a = 100 mm beträgt die physikalische Genauigkeit der Kamera 24 µm. Dies ist lediglich ein theoretischer Wert. In der Praxis muss die Auflösung mit dem Nyquist-Faktor 2 multipliziert werden [27]. Dies ergibt sich aus dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem, das besagt, dass mindestens 2*f äquidistante Messpunkte erforderlich sind, um ein Signal mit der Frequenz f zu rekonstruieren. Übertragen auf die Bildverarbeitung bedeutet dies, dass zur Rekonstruktion des Bildmaterials die doppelte Anzahl von Pixeln erforderlich ist. Damit verdoppelt sich die reale Auflösung der Kamera auf A = 48 µm.

Bei einem Arbeitsabstand von a = 100 mm betragen die Maße des erfassten Bildausschnittes 59,15 mm x 49,49 mm. Die Größe des lateralen Messbereichs heff liegt damit oberhalb der in Kapitel 3.2 definierten Mindestmaße von 42,0 mm x 38,94 mm. Zur Sicherstellung einer ausreichenden Tiefenschärfe des Bildes muss jedoch die Blendeneinstellung angepasst werden, wodurch der scharf eingestellte Messbereich reduziert werden könnte. Aus diesem Grund kann an dieser Stelle noch keine Aussage über die Eignung des Messsystems für den Anwendungsfall getroffen werden.

Aus der gekrümmten Oberfläche des Wickelkörpers ergeben sich im Bild unterschiedliche Arbeitsabstände. Die Größen der scharfen Bildbereiche sind in Bild 6 in Abhängigkeit von der Blendenöffnung grafisch dargestellt. Unter Berücksichtigung des geforderten lateralen Messbereichs von 42,0 mm x 38,94 mm (Kapitel 3.2) wurde für die Untersuchungen in dieser Veröffentlichung eine Blendenöffnung von f/8 gewählt.

In Tabelle 2 sind die Anforderungen bezüglich lateralem und vertikalem Mess-bereich sowie der Auflösung für verschiedene Arbeitsabstände aufgezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Anforderungen an Tiefenschärfe und Auflösung mit dem eingesetzten Objektiv bei einem Arbeitsabstand von a = 100 mm nicht erfüllt werden können. Die hieraus resultierende Auflösung von A = 48 µm entspricht einer Breitenabweichung des erfassten Faserbandes von unter einem halben Millimeter für jede Bandkante, was zunächst für die Untersuchungen in dieser Veröffentlichung als akzeptabel angenommen wird. Zukünftig könnten Tiefenschärfe und Auflösung durch eine Anpassung des Objektivs oder eine Verringerung der Formabweichung des Wickelkörpers reduziert werden.

Bei der Auswahl eines geeigneten Messortes muss beachtet werden, dass die Kontrastierung der Aufnahme einer Industriekamera im sichtbaren Lichtspektrum erfolgt. Der sichtbare Unterschied zwischen schwarzer Faser und schwarzem Untergrund auf dem Kern ist dementsprechend gering. Eine mögliche Ausnahme hiervon stellt der Ablagepunkt der Fasern dar. Das einlaufende Faserband verläuft bis zu diesem Punkt oberhalb des Kerns, womit die Winkel zwischen einfallender Strahlung und Oberfläche am Kern und am Band unterschiedlich sind. In Bild 7 sind die Grauwerte in Querrichtung zum einlaufenden Faserband in vier verschiedenen Messpositionen dargestellt. Eine Aufnahme am Ablage-punkt (Position 1) oder dahinter wird angestrebt, da dort Spreizungseffekte durch die Interaktion zwischen Faserband und Untergrund berücksichtigt werden, welche einen signifikanten Einfluss auf die Geometrie des abgelegten Faserbandes haben. An dieser Messposition liegt für eine automatisierte Kantendetektion mittels eines Bildverarbeitungsalgorithmus jedoch kein ausreichender Kontrast zwischen Faserband und Untergrund mehr vor. Eine Messung vor dem Ablagepunkt (z. B. an Position 4) ermöglicht zwar einen ausreichenden Kontrast, allerdings wird die Faserbandspreizung bei der Ablage dort nur bedingt berücksichtigt. Folglich muss ein Kompromiss zwischen Datenqualität hinsichtlich der Kantendetektierbarkeit und der Aussagekraft auf die spätere Faserbandgeometrie getroffen werden. In dieser Veröffentlichung wird vor dem Ablagepunkt gemessen und der Effekt der Spreizung auf die Faserbandbreite über einen empirisch ermittelten Faktor berücksichtigt. Eine ausführliche Erläuterung der Vorgehensweise zur Ermittlung dieses Faktors ist in Kapitel 4.2.2 aufgeführt.

Die Bildhelligkeit nimmt mit der Belichtungszeit tB zu, da mehr Licht pro Bild die Fotodioden erreichen kann. Bei einer statischen Bildaufnahme erwies sich eine Belichtungszeit von tB = 2000 μs als geeignet. Hohe Wickelgeschwindigkeiten von v = 1 2 m/s führen dazu, dass sich einzelne Bildelemente während dieser Belichtungszeit um bis zu 4 mm verschieben und dadurch in der Aufnahme verwischen. Die Belichtungszeit sollte daher möglichst weit reduziert werden. Um dennoch eine ausreichende Helligkeit sicherzustellen, kann über die Betriebs-software eine künstliche Aufhellung (Gain) vorgenommen wird. Der Gain wird dimensionslos angegeben, wobei ein Wert von 1 keiner zusätzlichen Aufhellung entspricht. Es ist zu beachten, dass sehr hohe Gain-Werte zu einer Körnigkeit des Bildes führen, die die Auswertung beeinflussen kann.

Für die minimale Belichtungszeit von tB = 15 μs der Kamera ergibt sich bei der maximalen Geschwindigkeit der verwendeten Wickelmaschine von vmax = 0,959 m/s ein Versatz von 0,014 mm pro Bild, so dass auch bei höheren Wickel-geschwindigkeiten eine hohe Qualität der Bilder erreicht werden kann. Bei dieser Einstellung sind die Bilder deutlich unterbelichtet, sodass zum Zeitpunkt dieser Veröffentlichung ein Kompromiss zwischen Wickelgeschwindigkeit und Bildquali-tät getroffen werden muss. Im Rahmen der hier durchgeführten Untersuchungen erwies sich eine Belichtungszeit von tB = 200 μs als geeignet.

Eine Möglichkeit zur Steigerung der Bildhelligkeit bei geringen Belichtungszeiten stellt eine kurzzeitige Überversorgung der LED-Beleuchtung auf bis zu 400 % (2,4 A) dar, welche nicht dauerhaft, sondern lediglich im Blitzbetrieb angewendet werden kann. In Bild 8 ist ein Vergleich der verschiedenen Beleuchtungs-, Kamera- und Softwareeinstellungen bei einer Wickelgeschwindigkeit von ca. v = 0,1 m/s dargestellt. Es ist ersichtlich, dass eine Erhöhung der Beleuchtungsintensität im Zusammenspiel mit dem Gain-Faktor als aussichtsreiche Option zur Reduktion der Belichtungszeit festgehalten werden kann.

Die verwendete Kamera ermöglicht eine Bildwiederholrate von maximal 163 fps. Bedingt durch eine begrenzte Übertragungs- und Speichergeschwindigkeit des Computers wird diese im realen Anwendungsfall jedoch auf 85 fps reduziert. Aus den Berechnungen in Kapitel 3.2 ergibt sich eine Forderung nach einer minimalen Bildwiederholrate von 33 fps bei einer anlagenbedingt maximalen Wickel-geschwindigkeit von v = 0,959 m/s und einer angenommenen minimalen Defektgröße von 30 mm. Für den industriellen Einsatz bei Wickelgeschwin-digkeiten von ca. v = 2 m/s ergibt sich eine minimal geforderte Bildwiederholrate von 67 fps. Folglich liegt die effektive Bildwiederholrate des hier verwendeten Kamerasystems für jeden Anwendungsfall oberhalb des geforderten Minimums.

4.2 Bildverarbeitungsalgorithmus zur Bestimmung der Faserbandkanten

Der nachfolgend beschriebene Bildverarbeitungsalgorithmus verfolgt das Ziel einer automatisierten Fehlererkennung bei der Faserbandablage auf dem Wickelkörper. Als Fehler werden hierbei Lücken und Überlappungen sowie Winkelabweichungen der Faserbandkanten betrachtet. Für einen ausreichenden Kontrast zur präzisen Kantenbestimmung müssen jedoch zuvor einige Schritte zur Bildvorverarbeitung unternommen werden.

Als Grundlage für eine schnelle und präzise automatisierte Bildverarbeitung muss bereits bei der Bildaufnahme eine bestmögliche Kontrastierung und Auflösung sichergestellt sein. Nichtsdestotrotz müssen die erfassten Bilder zur Kantendetektion zunächst vorverarbeitet werden. Dazu werden verschiedene Schritte durchgeführt, deren jeweiliger Effekt qualitativ in Bild 9 dargestellt ist.

Die Bildaufnahme hat eine Größe von 2448 px x 2048 px mit einer Auflösung von 48 µm/px und ist damit deutlich größer als notwendig. Eine Verkleinerung des Bildes auf eine Breite von 800 px (Faktor 3,06) ist für die Fehlererkennung ausreichend und führt zu einer höheren Rechenleistung (verarbeitbare Bilder pro Zeiteinheit) und geringerem Speicherbedarf.

01022022_Kunststofftechnik.pdf

An industrial camera is used to inspect a pressure vessel for manufacturing deviations during the infeed of fiber slivers.

01022022_FIN 337 Müller

Authors Prof. Dr.-Ing. Christian Hopmann, Nadine Magura, M.Sc., Robert Müller, M.Sc., Daniel Schneider, M.Sc., Dr.-Ing. Kai Fischer Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der RWTH Aachen

Published in Zeitschrift Kunststofftechnik / Journal of Plastics Technology 18 (2022) 2, page 63 – 92 © Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG ISSN 1864 – 2217