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WO2021004851A1 - Verfahren zur prüfung eines faserverbundbauteils, vorrichtung, computerprogramm und maschinenlesbares speichermedium - Google Patents

Verfahren zur prüfung eines faserverbundbauteils, vorrichtung, computerprogramm und maschinenlesbares speichermedium Download PDF

Info

Publication number
WO2021004851A1
WO2021004851A1 PCT/EP2020/068503 EP2020068503W WO2021004851A1 WO 2021004851 A1 WO2021004851 A1 WO 2021004851A1 EP 2020068503 W EP2020068503 W EP 2020068503W WO 2021004851 A1 WO2021004851 A1 WO 2021004851A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
composite component
fiber composite
test
signal
component
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/068503
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Linda Klein
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2021004851A1 publication Critical patent/WO2021004851A1/de

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0066—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by exciting or detecting vibration or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M7/00—Vibration-testing of structures; Shock-testing of structures
    • G01M7/08—Shock-testing

Definitions

  • the present invention relates to a method for testing a
  • Fiber composite component Fiber composite component, a corresponding device, a corresponding computer program and a corresponding machine-readable
  • DE 10 2016 220 032 A1 discloses a sensor device for a vehicle, in particular a motor vehicle, with at least one sensor module and with at least one connection line connected to the sensor module for making electrical contact with the sensor module.
  • connection line is designed as a conductor foil on which several different sensor modules are arranged and contacted by one or a common conductor foil.
  • a sensor module for detecting an acceleration for example a
  • MEMS microelectromechanical systems
  • a changed state of the component in which the acceleration sensor is integrated in the form of a sensor device can possibly not be recognized with sufficient accuracy on the basis of a change in the course of the time signal (acceleration over time). This depends on the strength of the change in state of the component or the
  • the present invention creates a method for testing a fiber composite component, the fiber composite component having a sensor device integrated into the fiber composite component, the
  • Sensor device has a flexible circuit carrier with a sensor module, in particular with a micromechanical sensor module for detecting an acceleration.
  • the flexible circuit carrier it is conceivable here for the flexible circuit carrier to have several sensor modules.
  • the procedure includes the following steps
  • test signal as a result of an offset of the
  • Fiber composite component is recorded in a test vibration.
  • the transfer to a test oscillation can take place by introducing a test pulse to a test location of the fiber composite component.
  • the sensor signals in the frequency range that is, the frequency spectra of the signals, can be analyzed qualitatively as well as quantitatively with regard to characteristic quantities. Significant changes in the characteristics are sought out:
  • the location or frequency at which maximum spectral components occur can be considered.
  • the size, i.e. the magnitudes, of the maximum spectral components can be considered.
  • the slope of the envelope over the frequency response in the vicinity of the maximum spectral components can be observed.
  • the area sum over all spectral components can be considered, below the envelope of the spectral components over the frequency response.
  • the method has the advantage that the analysis of the test signal in the frequency range, i. H. After the spectral analysis, characteristics of the signal are more visible or even visible at all compared to the signal in the time domain.
  • Fiber composite component for example. When used on a vehicle, if the fiber composite component is a body part of the vehicle.
  • a fiber composite component can be understood to mean a component that consists of a fiber composite material.
  • Fiber composite material is generally created by a
  • the matrix is
  • Filler and adhesive for the fibers or for the semi-finished textile product It is typical of fiber composite materials that the interaction of the composite creates a material that has higher-quality properties compared to the properties of the fibers and the filler.
  • the fiber composite component can be a body part for a vehicle; For example, a bumper component or a component on the long side of the vehicle.
  • the fiber composite component can include a component. from the field of mechanical and plant engineering, medical technology, the fields of aerospace technology, energy, offshore, robotic, sports equipment and consumer products.
  • the fiber composite component can be a piece of sports equipment.
  • the fiber composite component according to the present invention can in
  • LCM process liquid composite molding process
  • a flexible circuit carrier can comprise silicones, polyurethanes, polyamides or thermoplastics.
  • the flexible circuit carrier can easily be elastically or plastically deformed, in particular the integrated conductor track structure can be correspondingly plastically deformed, whereby the Essentially, the flexible circuit carrier can be adapted to a geometry or shape of the fiber composite component.
  • the flexible circuit carrier can be a conductor foil.
  • a sensor module can be an electronic or
  • a sensor module can be designed to detect an acceleration or a rotational acceleration.
  • the senor module In principle, it is conceivable for the sensor module to be designed to detect one or more physical effects.
  • the sensor module can be a micromechanical component for detecting an acceleration, thus a micromechanical acceleration sensor of the microelectromechanical system (M EMS) type.
  • M EMS microelectromechanical system
  • the method according to the present invention forms an extended safety function of a fiber composite component with an in
  • Fiber composite component integrated sensor device This safety function is particularly suitable for such fiber composite components as body components of a vehicle.
  • Sensor values of the sensor device in particular acceleration values of a corresponding sensor device
  • Acquisition of acceleration values could not only be used to implement a protective function for road users such as the occupants of the vehicle or other road users, but also beyond that can be used as an extended safety function for testing the fiber composite component.
  • this difference can be determined by the method of the present invention and thus a direct conclusion about the state of the component or, more generally, about the character of the component.
  • the signal in the is used for determination or detection
  • Fiber composite component integrated sensor device as this reacts directly to the changed component character.
  • the reference signal can be generated in that the
  • Fiber composite component is set in a reference oscillation and the
  • Reference vibration is detected by means of the sensor device and the detected signal or a signal derived therefrom is the reference signal.
  • the reference signal is used for follow-up examinations or tests of the fiber composite component.
  • Fiber composite component is generated. This can result in a later subsequent testing of the fiber composite component according to the method of the present invention by comparing the test signal with the
  • Reference signal a change in the component characteristics can be determined. Based on the determined component characteristics, conclusions can be drawn about the state or a change in state of the component at the time the method for testing the fiber composite component is carried out in comparison to its new state. With this information, an appropriate measure can be taken.
  • the state or this change of state of the fiber composite component determined in this way can be output by means of a state signal which suitably represents the state or the change in state.
  • a suitable measure can be the recommendation to visit a workshop for inspection or repair.
  • the vehicle is also conceivable as a suitable measure.
  • the spectral analysis is carried out by means of a discrete Fourier transform (DFT).
  • DFT discrete Fourier transform
  • the starting point is the discrete sensor signal in the time domain z.
  • B. by applying the Discrete Fourier Transform (DFT) in the discrete
  • the DFT can e.g. B. be done via a Fast Fourier Transformation (FFT).
  • FFT Fast Fourier Transformation
  • the FFT is a faster version of the DFT and has comparable properties.
  • the representation is described mathematically as follows:
  • zero padding is understood to mean that the test signal im
  • Time range is padded with zeros.
  • the observation interval can be increased as a result, whereby a narrower sampling can be achieved after the application of the Fast Fourier transform. Although this does not improve the quality of the signal, the closer sampling enables a better representation of the signal in the frequency domain.
  • the test signal and the reference signal are only considered on one side.
  • the step of determining the determination takes place as a function of significant changes in the characteristic of the frequency spectrum.
  • the test oscillation lies within a measurement range under consideration
  • an environment can include, for example
  • Clamping device for the fiber composite component the suspension device for the fiber composite component on a vehicle, but also others
  • Measuring range (frequency range) of the sensor module Especially if the acceleration sensor has a high or low pass filter. This can be done, for example, by means of vibration isolation.
  • Acceleration sensor signal no frequency components are superimposed by natural oscillation of the environment.
  • Another aspect of the present invention is a device which is designed to carry out all steps of the method according to the present invention.
  • Another aspect of the present invention is a computer program which is designed to carry out all steps of the method according to the present invention.
  • Another aspect of the present invention is a machine-readable storage medium on which the computer program according to the present invention is stored.
  • FIG. 1 shows a flow diagram of an embodiment of the method of the present invention.
  • FIG. 1 shows a flow chart of an embodiment of the method 100 for testing a fiber composite component according to the present invention.
  • step 101 the fiber composite component is subjected to a test vibration
  • the setting into a test vibration can be done by introducing a test pulse to a test location of the
  • Fiber composite component take place.
  • the process step is shown in dashed lines in the flowchart, since this step does not represent an essential step of the claimed process.
  • the test signal is recorded by means of a sensor device integrated into the fiber composite component.
  • the test signal can be used as a discrete sensor signal in the time domain, i. H. for example, as acceleration over time.
  • the recorded is zero-padding
  • step 104 the acquired test signal is transformed in the discrete time domain for representation in the discrete frequency domain.
  • Transformation can, for example, by means of a discrete Fourier transformation (DFT) z. B. be performed by applying the Fast Fourier Transform (FFT).
  • DFT discrete Fourier transformation
  • FFT Fast Fourier Transform
  • step 105 the frequency spectrum of the test signal is examined in the frequency range, in particular one-sided, in particular the real part.
  • the test signal is compared in the frequency range with respect to characteristic variables with a reference signal.
  • step 107 based on the comparison from step 106, a state or a change of state is determined.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Fahrzeug, wobei das Faserverbundbauteil eine in das Faserverbundbauteil integrierte Sensorvorrichtung aufweist, wobei die Sensorvorrichtung einen flexiblen Schaltungsträger mit einem Sensormodul, insbesondere mit einem mikromechanischen Sensormodul zur Erfassung einer Beschleunigung, aufweist, mit den Schritten: Erfassen eines Prüfsignals mittels der Sensorvorrichtung, insbesondere in Folge eines Versetzens des Faserverbundbauteils in eine Prüfschwingung, insbesondere durch Einbringen eines Prüfimpulses auf einen Prüfort des Faserverbundbauteils; Vergleichen des Prüfsignals mit einem Referenzsignal dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Vergleichens der Vergleich des Prüfsignals und des Referenzsignals anhand einer Spektralanalyse im Frequenzbereich, insbesondere im diskreten Frequenzbereich, durchgeführt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, Vorrichtung,
Computerprogramm und maschinenlesbares Speichermedium
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung eines
Faserverbundbauteils, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes maschinenlesbares
Speichermedium.
Stand der Technik
Aus der DE 10 2016 220 032 Al ist eine Sensorvorrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Sensormodul und mit wenigstens einer mit dem Sensormodul verbundenen Anschlussleitung zum elektrischen Kontaktieren des Sensormoduls bekannt.
Es ist vorgesehen, dass die Anschlussleitung als Leiterfolie ausgebildet ist, auf der mehrere unterschiedliche Sensormodule angeordnet und durch jeweils eine oder eine gemeinsame Leiterfolie kontaktiert sind.
Ein Sensormodul zur Erfassung einer Beschleunigung, bspw. ein
mikromechanischer Beschleunigungssensor nach der Art der
microelectromechanical Systems (MEMS), gibt in der Regel ein Signal in Form einer Beschleunigung über der Zeit, also ein Signal im Zeitbereich, aus. Eine für das Zeitsignal charakteristische Reaktion auf eine Prüfschwingung, insbesondere durch das Aufbringen eines definierten Prüfimpulses, sind aufeinanderfolgende und über die Zeit abklingende Signalamplituden in positive und negative
Beschleunigungsrichtung. Aufgrund der Messcharakteristik des mikromechanischen
Beschleunigungssensors lässt sich ein veränderter Zustand des Bauteils, in das der Beschleunigungssensor in Form einer Sensorvorrichtung integriert ist, anhand einer Veränderung im Verlauf des Zeitsignals (Beschleunigung über der Zeit) gegebenenfalls nicht hinreichend genau erkennen. Dies ist abhängig von der Stärke der Zustandsänderung des Bauteils beziehungsweise des
Ereignisses.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, wobei das Faserverbundbauteil eine in das Faserverbundbauteil integrierte Sensorvorrichtung aufweist, wobei die
Sensorvorrichtung einen flexiblen Schaltungsträger mit einem Sensormodul, insbesondere mit einem mikromechanischen Sensormodul zur Erfassung einer Beschleunigung, aufweist.
Denkbar ist dabei, der flexible Schaltungsträger mehrere Sensormodule aufweist.
Das Verfahren umfasst die nachstehenden Schritte
Erfassen eines Prüfsignals mittels der Sensorvorrichtung.
Denkbar ist dabei, dass das Prüfsignal in Folge eines Versetzens des
Faserverbundbauteils in eine Prüfschwingung erfasst wird. Das Versetzen in eine Prüfschwing kann dabei durch Einbringen eines Prüfimpulses auf einen Prüfort des Faserverbundbauteils erfolgen.
Vergleichen des Prüfsignals mit einem Referenzsignal.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass im Schritt des Vergleichens der Vergleich des Prüfsignals mit dem Referenzsignals anhand einer
Spektralanalyse im Frequenzbereich, durchgeführt wird. Denkbar ist dabei die Spektralanalyse im diskreten Frequenzbereich
durchzuführen.
Die Sensorsignale im Frequenzbereich, also die Frequenzspektren der Signale, können bezüglich charakteristischer Größen, sowohl qualitativ als auch quantitativ analysiert werden. Dabei werden signifikante Änderungen der Charakteristik aufgesucht:
Betrachtet werden kann beispielsweise der Ort bzw. die Frequenz, an denen maximale Spektralanteile auftreten.
Betrachtet werden kann beispielsweise die Größe, also die Magnituden, der maximalen Spektralanteile.
Betrachtet werden kann beispielsweise das Erscheinungsbild der
Einhüllenden der Spektralanteile über den Frequenzgang.
Betrachtet werden kann beispielsweise die Flächen unterhalb der
Einhüllenden über den Frequenzgang in der Umgebung der maximalen Spektralanteile.
Betrachtet werden kann beispielsweise die Steigung der Einhüllenden über den Frequenzgang in der Umgebung der maximalen Spektralanteile.
Betrachtet werden kann beispielsweise die Flächensumme über alle Spektralanteile, unterhalb der Einhüllenden der Spektralanteile über den Frequenzgang.
Das Verfahren weist den Vorteil auf, dass durch die Analyse des Prüfsignals im Frequenzbereich, d. h. nach der Spektralanalyse, Merkmale des Signals im Vergleich zum dem Signal im Zeitbereich besser sichtbar bzw. überhaupt sichtbar werden.
Dadurch kann eine genauere Prüfung des Faserverbundbauteils vorgenommen werden. So können nachteilige Einträge in das Faserverbundbauteil besser erkannt werden. Solche Einträge können bereits im Produktionsverfahren des Faserverbundbauteils erfolgt sein oder im späteren Lebensverlaufs des
Faserverbundbauteils, bspw. beim Einsatz an einem Fahrzeug, wenn es sich bei dem Faserverbundbauteil um ein Karosseriebauteil des Fahrzeugs handelt.
Unter einem Faserverbundbauteil kann vorliegend ein Bauteil verstanden werden, das aus einem Faserverbundwerkstoff besteht. Ein
Faserverbundwerkstoff entsteht im Allgemeinen durch einen
wechselwirkenden Verbund aus Fasern oder textilem Halbzeug und einer Matrix zwischen den Fasern bzw. dem textilen Halbzeug. Die Matrix ist
Füllstoff und Klebstoff für die Fasern bzw. für das textile Halbzeug. Typisch für Faserverbundwerkstoffe ist, dass durch die Wechselwirkung des Verbunds ein Werkstoff entsteht, der im Vergleich zu den Eigenschaften der Fasern und des Füllstoffs höherwertigere Eigenschaften aufweist.
Das Faserverbundbauteil kann ein Karosserieteil für ein Fahrzeug sein; bspw. ein Stoßfängerbauteil oder ein Bauteil der Längsseite des Fahrzeugs.
Das Faserverbundbauteil kann ein Bauteil u. a. aus dem Bereich Maschinen- und Anlagenbau, der Medizintechnik, den Bereichen Luft- und Raumfahrttechnik, Energie, Offshore, Robotic, Sportgeräte und Consumer Products sein.
Ferner kann es sich bei dem Faserverbundbauteil um ein Sportgerät handeln.
Das Faserverbundbauteil gemäß der vorliegenden Erfindung kann im
urformenden Verfahren hergestellt werden. Dafür kann insbesondere beim Schritt des Integrierens ein sog. Liquide Composite Molding Verfahren (LCM- Verfahren) angewendet werden. LCM-Verfahren zeichnen sich dadurch aus, dass vergleichsweise moderate Druck- und Temperaturlasten vorliegen.
Ein flexibler Schaltungsträger kann Silikone, Polyurethane, Polyamide oder Thermoplaste umfassen. So lässt sich der flexible Schaltungsträger leicht elastisch oder plastisch verformen, insbesondere lässt sich die integrierte Leiterbahnstruktur entsprechend plastisch verformen, wodurch im Wesentlichen der flexible Schaltungsträger an eine Geometrie bzw. Form des Faserverbundbauteils angepasst werden kann. Der flexible Schaltungsträger kann eine Leiterfolie sein.
Unter einem Sensormodul kann vorliegend ein elektronisches bzw.
elektrisches Bauteil zur Erfassung einer physikalischen Größe verstanden werden. Ein Sensormodul kann dazu ausgebildet sein eine Beschleunigung oder eine Drehbeschleunigung zu erfassen.
Grundsätzlich ist eine Ausbildung des Sensormoduls zur Erfassung einer oder mehrere physikalischen Effekt denkbar.
Denkbar wäre eine Ausbildung des Sensormoduls zur Erfassung eines Drucks. Eine solche Ausbildung erfordert allerdings eine offene Schnittstelle des Sensormoduls zur Umgebung des Faserverbundbauteils.
Andere Ausgestaltung des Sensormoduls könnten weitere Erfordernisse hinsichtlich der Integration in das Faserverbundbauteil aufweisen. Diese Erfordernisse hängen unter anderem von dem zu erfassenden physikalischen Effekt ab.
Das Sensormodul kann ein mikromechanisches Bauteil zur Erfassung einer Beschleunigung sein, mithin ein mikromechanischer Beschleunigungssensor nach der Art der microelectromechanical Systems (M EMS).
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung bildet eine erweiterte Sicherheitsfunktion eines Faserverbundbauteils mit einer in das
Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung. Diese Sicherheitsfunktion bietet sich vor allem für solche Faserverbundbauteile als Karosseriebauteile eines Fahrzeugs an. Sensorwerte der Sensorvorrichtung, im Speziellen Beschleunigungswerte einer entsprechenden Sensorvorrichtung zur
Erfassung von Beschleunigungswerte, könnte dabei nicht nur zur Realisierung einer Schutzfunktion für Verkehrsteilnehmer wie die Insassen des Fahrzeugs oder weiterer Verkehrsteilnehmer verwendet werden, sondern darüber hinaus als erweiterte Sicherheitsfunktion zur Prüfung des Faserverbundbauteils verwendet werden.
Diese erweiterte Sicherheitsfunktion kommt vor dem Hintergrund zur Geltung, dass mechanische Energieeinträge auf Faserverbundbauteile zu inneren Schäden in dem Bauteil führen können. Bei diesen Schäden kann es sich beispielsweise um Delaminationen, Faserrisse oder sog. Faser -Pull-Outs handeln. Diese Schäden können sich nachteilig auf die Eigenschaften des Bauteils auswirken. Kommt ein Faserverbundbauteil als Karosseriebauteil zum Einsatz können auf mannigfaltige Weise mechanische Energieeinträge auf das Bauteil erfolgen, bspw. durch sog. Parkrempler oder andere Kollisionen. Durch die dabei entstehenden inneren Schäden kann sich im Allgemeinen der Bauteilcharakter ändern. Dies kann sich auf das Schwingungsverhalten des Bauteils auswirken. D. h. eingeleitete Impulse werden bei einem geschädigten Bauteil auf eine andere Art und Weise ausgeleitet, als bei Bauteilen im
Originalzustand bzw. im nicht-geschädigten Zustand. Diese andere Art und Weise, mit anderen Worten, dieser Unterschied lässt sich durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermitteln und so unmittelbar ein Rückschluss auf den Zustand des Bauteils bzw. allgemeiner auf den Charakter des Bauteils zu.
Zur Ermittlung bzw. zur Detektion dient das Signal der in das
Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung, da dieses unmittelbar auf den veränderten Bauteilcharakter reagiert.
Das Referenzsignal kann dadurch erzeugt werden, dass das
Faserverbundbauteil in eine Referenzschwingung versetzt wird und die
Referenzschwingung mittels der Sensorvorrichtung erfasst wird und das erfasste Signal oder ein davon abgeleitetes Signal das Referenzsignal ist.
Das Referenzsignal dient zur Folgeuntersuchungen bzw. Prüfungen des Faserverbundbauteils.
Es ist von Vorteil, wenn das Referenzsignal in einem Neuzustand des
Faserverbundbauteils erzeugt wird. Dadurch kann bei einer später erfolgenden Prüfung des Faserverbundbauteils gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung durch Vergleich des Prüfsignals mit dem
Referenzsignal eine Veränderung der Bauteilcharakteristika ermittelt werden. Basierend auf den ermittelten Bauteilcharakteristika kann auf den Zustand bzw. eine Zustandsänderung des Bauteils zum Zeitpunkt der Durchführung des Verfahrens zur Prüfung des Faserverbundbauteils im Vergleich zu dessen Neuzustand geschlossen werden. Mit dieser Information kann eine geeignete Maßnahme durchgeführt werden.
Der so bestimmte Zustand bzw. diese so bestimme Zustandsänderung des Faserverbundbauteils kann mittels eines Zustandssignals, das den Zustand bzw. die Zustandsänderung geeignet repräsentiert, ausgegeben werden.
Bei Karosseriebauteilen für ein Fahrzeug kann eine geeignete Maßnahme die Empfehlung sein, eine Werkstatt zur Inspektion oder Reparatur aufzusuchen. Als geeignete Maßnahme ist ebenso denkbar das Fahrzeug stillzulegen.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt die Spektralanalyse mittels einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT).
Als Ausgangspunkt wird das diskrete Sensorsignal im Zeitbereich z. B. durch die Anwendung der Diskreten Fourier-Transformation (DFT) im diskreten
Frequenzbereich repräsentiert.
Dabei eignet sich im Besonderen die Anwendung einer Fast-Fourier- Transformation. Der Vorteil der Anwendung der Fast-Fourier-Transformation liegt darin, dass dieses Verfahren schnell durchgeführt werden kann. Dadurch wird ein ggf. damit einhergehender Genauigkeitsverlust ausgeglichen.
Die DFT kann z. B. über eine Fast Fourier Transformation (FFT) erfolgen. Die FFT ist eine schnellere Version der DFT und besitzt vergleichbare Eigenschaften. Die Repräsentation wird wie folgt mathematisch beschrieben:
Die nachstehenden Formeln stellen die Transformation eines
Beschleunigungssignals zeitdiskret in den Frequenzbereich (Sinusodiale) dar:
Figure imgf000010_0001
Ferner ist es vorteilhaft, wenn vor der Anwendung der Fast-Fourier- Transformation ein Zero-Padding im Zeitbereich erfolgt.
Unter Zero-Padding wird vorliegend verstanden, dass das Prüfsignal im
Zeitbereich mit Nullen aufgefüllt wird. Das Beobachtungsintervall kann dadurch vergrößert werden, wodurch nach der Anwendung der Fast-Fourier- Transformation eine engere Abtastung erzielt werden kann. Obwohl dadurch keine Qualitätserhöhung des Signals erzielt werden kann ist durch die engere Abtastung eine bessere Darstellung des Signals im Frequenzbereich möglich.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung werden im Schritt des Vergleichens bei der Spektralanalyse das Prüfsignal und das Referenzsignal nur einseitig betrachtet.
Dies bietet sich an, da die Periodizität des Signals ausgenutzt wird, sodass bei der (diskreten) Fourier-Transformation das Spektrum des Signals über nur eine Periode betrachtet wird. Eine Periode erstreckt sich über den Frequenzbereich von 0 bis zur Samplerate des Sensorsignals. Da nach der (diskreten) Fourier- Transformation das Spektrum des Signals symmetrisch um den Mittelpunkt vorliegt, liegt auch die gewonnene Information redundant vor, wodurch eine einseitige Betrachtung ausreichend ist.
Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung erfolgt im Schritt des Bestimmens die Bestimmung in Abhängigkeit von signifikanten Änderungen der Charakteristik des Frequenzspektrums.
Unter signifikant werden gemäß der vorliegenden Erfindung alle Änderungen verstanden, die über den Rahmen der - an sich bekannten - Messgenauigkeit der integrierten Sensorvorrichtung hinausgehen und damit nicht auf die
Messunschärfe zurückzuführen sind. Nach einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung liegt die Prüfschwingung innerhalb eines betrachteten Messbereichs der
Sensorvorrichtung und ist abhängig von einer Eigenfrequenz der Umgebung des Faserverbundbauteils.
Unter einer Umgebung können vorliegend beispielsweise eine
Einspannvorrichtung des Faserverbundbauteils, die Aufhängevorrichtung des Faserverbundbauteils an einem Fahrzeug, aber auch sonstige
Frequenzübertragungen, die einen Einfluss auf die Erfassung des Prüfsignals haben, verstanden werden.
Für eine genaue Signalanalyse sollten beim Versetzen des Bauteils in eine Prüfschwingung die Eigenfrequenzen der Umgebung außerhalb des
Messbereichs (Frequenzbereich) des Sensormoduls liegen. Insbesondere wenn der Beschleunigungssensor einen Hoch- oder Tiefpassfilter besitzt. Dies kann beispielsweise durch eine Schwingungsisolation erfolgen.
Dies gewährleistet, dass bei der Analyse des Frequenzgangs des
Beschleunigungssensorsignals keine Frequenzanteile durch Eigenschwingung der Umgebung überlagert sind.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Computerprogramm, das derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist.
Zeichnungen Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.
Figur 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des Verfahrens 100 zur Prüfung eines Faserverbundbauteils gemäß der vorliegenden Erfindung.
In Schritt 101 wird das Faserverbundbauteil in eine Prüfschwingung zur
Erzeugung eines Prüfsignals versetzt. Das Versetzen in eine Prüfschwingung kann dabei durch Einbringen eines Prüfimpulses auf einen Prüfort des
Faserverbundbauteils erfolgen. Im Ablaufdiagramm ist der Verfahrensschritt gestrichelt dargestellt, da dieser Schritt keinen wesentlichen Schritt des beanspruchten Verfahrens darstellt.
In Schritt 102 wird das Prüfsignal mittels einer in das Faserverbundbauteil integrierten Sensorvorrichtung erfasst. Das Prüfsignal kann dabei als diskretes Sensorsignal im Zeitbereich, d. h. bspw. als Beschleunigung über die Zeit, aufgezeichnet werden.
Im optionalen Schritt 103 erfolgt ein Zero-Padding des aufgezeichneten
Sensorsignals im Zeitbereich.
In Schritt 104 erfolgt eine Transformation des erfassten Prüfsignals im diskreten Zeitbereich zur Repräsentation im diskreten Frequenzbereich. Diese
Transformation kann bspw. mittels einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) z. B. durch Anwendung der Fast-Fourier-Transformation (FFT) durchgeführt werden.
In Schritt 105 wird das Frequenzspektrum des Prüfsignals im Frequenzbereich, insbesondere einseitig, insbesondere der Realteil, untersucht. In Schritt 106 erfolgt ein Vergleich des Prüfsignals im Frequenzbereich bzgl. charakteristischer Größen mit einem Referenzsignal.
In Schritt 107 wird ausgehend von dem Vergleich aus Schritt 106 ein Zustand oder eine Zustandsänderung bestimmt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren (100) zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, insbesondere eines Karosseriebauteils für ein Fahrzeug, wobei das Faserverbundbauteil eine in das Faserverbundbauteil integrierte Sensorvorrichtung aufweist, wobei die Sensorvorrichtung einen flexiblen Schaltungsträger mit einem Sensormodul, insbesondere mit einem mikromechanischen Sensormodul zur Erfassung einer Beschleunigung, aufweist, mit den Schritten:
- Erfassen (102) eines Prüfsignals mittels der Sensorvorrichtung,
insbesondere in Folge eines Versetzens (101) des Faserverbundbauteils in eine Prüfschwingung, insbesondere durch Einbringen eines
Prüfimpulses auf einen Prüfort des Faserverbundbauteils;
- Vergleichen (106) des Prüfsignals mit einem Referenzsignal, dadurch gekennzeichnet, dass
im Schritt des Vergleichens (106) der Vergleich des Prüfsignals und des Referenzsignals anhand einer Spektralanalyse (105) im
Frequenzbereich, insbesondere im diskreten Frequenzbereich, durchgeführt wird.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die Spektralanalyse mittels einer (diskreten) Fourier-Transformation (104), insbesondere durch Anwendung einer Fast-Fourier-Transformation, erfolgt.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2, wobei vor Anwendung der Fast-Fourier- Transformation ein Zero-Padding (103) im Zeitbereich erfolgt.
4. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Schritt des Vergleichens (106) bei der Spektralanalyse das Prüfsignal und das Referenzsignal nur einseitig betrachtet werden.
5. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Schritt des Bestimmens (107) des Zustands und/oder der
Zustandsänderung des Faserverbundbauteils, wobei im Schritt des Bestimmens (107) die Bestimmung in Abhängigkeit von signifikanten Änderungen der Charakteristik des Frequenzspektrums erfolgt.
6. Verfahren (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prüfschwingung innerhalb eines betrachteten Messbereichs der
Sensorvorrichtung liegt und abhängig von einer Eigenfrequenz der Umgebung des Faserverbundbauteils ist.
7. Vorrichtung, die derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
8. Computerprogramm, das derart gestaltet ist, alle Schritte des Verfahrens (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
9. Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
PCT/EP2020/068503 2019-07-10 2020-07-01 Verfahren zur prüfung eines faserverbundbauteils, vorrichtung, computerprogramm und maschinenlesbares speichermedium WO2021004851A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019210166.6 2019-07-10
DE102019210166.6A DE102019210166A1 (de) 2019-07-10 2019-07-10 Verfahren zur Prüfung eines Faserverbundbauteils, Vorrichtung, Computerprogramm und maschinenlesbares Speichermedium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021004851A1 true WO2021004851A1 (de) 2021-01-14

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ID=71515131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/068503 WO2021004851A1 (de) 2019-07-10 2020-07-01 Verfahren zur prüfung eines faserverbundbauteils, vorrichtung, computerprogramm und maschinenlesbares speichermedium

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