Sensorentwicklung zur Inline-Qualitätsüberwachung von Carbonfaser-Rovings

Lechthaler, Lukas; Gerlach, Gerald; Gries, Thomas

doi:42185

Sensorentwicklung zur Inline-Qualitätsüberwachung von Carbonfaser-Rovings = Sensor development for inline quality monitoring of carbon fibre rovings

Lechthaler, Lukas^RWTH*

2023

VerantwortlichkeitsangabeLukas Lechthaler

ImpressumDüren : Shaker Verlag 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ISBN978-3-8440-9018-5

ReiheTextiltechnik/Textile technology

Dissertation, RWTH Aachen University, 2023

Druckausgabe: 2023. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Gries, Thomas (Thesis advisor)^RWTH* ; Gerlach, Gerald (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-02-03

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-04996
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/957832/files/957832.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Textilmaschinenbau und Institut für Textiltechnik (419110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CFK (frei) ; CFRP (frei) ; Carbonfaser (frei) ; Qualitätssicherung (frei) ; Wirbelstrom (frei) ; carbon fibre (frei) ; eddy current (frei) ; non-destructive testing methods (frei) ; quality assurance (frei) ; zerstörungsfreie Prüfverfahren (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Das EU-Parlament und die EU-Kommission schaffen den rechtlichen Rahmen einer CO2-neutralen und nachhaltigen Zukunft für Europa. Hierzu trägt die Verwendung von CFK-Strukturbauteilen im Straßenverkehr und in der Luftfahrt bei und führt durch signifikante Gewichtsreduktion zu einem reduzierten CO2-Ausstoß. Hohe Kosten verhindern derzeit einen flächendeckenden Einsatz von CFK. Um wirtschaftlichen Leichtbau zu ermöglichen und Material und Kosten einzusparen, ist eine genaue Materialkenntnis notwendig. Ein Sensorsystem, das inline eine 100%-Qualitätsüberwachung erlaubt, übernimmt an dieser Stelle eine Schlüsselrolle. In der industriellen Praxis erfolgt die Qualitätsüberwachung dagegen nur stichprobenartig mithilfe sensortechnischer Insellösungen der CF-Hersteller, die weder standardisiert noch kommerziell verfügbar sind. Ziel dieser Dissertation ist daher die Entwicklung eines Sensorsystems, das die Inline-Detektion von Filamentbrüchen in CF-Rovings erlaubt. Filamentbrüche stellen eine geeignete Qualitätsmessgröße dar, da sie ein Maß für die Verarbeitbarkeit eines CF-Rovings sind und eine Vielzahl von Folgefehlern verursachen. Zu diesem Zweck wird zunächst das Messprinzip „Wirbelstrom“ als geeignetes Messprinzip identifiziert. Anschließend werden notwendige Zusatzkomponenten entwickelt, wie ein Kameramodul zur Positionskorrektur und ein Druckluftmodul zur Inline-Reinigung, und zu einem multimodalen Sensorsystem kombiniert. In einem nächsten Schritt werden verschiedene Ansätze zur Auswertung der mehrdimensionalen Messgrößen des multimodalen Sensorsystems entwickelt und bewertet. Neben künstlichen, neuronalen Netzen und Machine-Learning-Algorithmen ist vor allem die "x" ̅-Qualitätsregelkarte der klassischen Prozesssteuerung eine geeignete Methode zur Auswertung und Darstellung der Messwerte. Nutzer der entwickelten Technologie sind CF-Hersteller und Verarbeiter, die das Sensorsystem als Warenaus- bzw. -eingangskontrolle und entlang der Prozesskette einsetzen. Für beide Nutzergruppen ist die Investition in das Sensorsystems wirtschaftlich sinnvoll und amortisiert sich innerhalb eines Jahres. Der Nutzen des Sensorsystems liegt in der Reduktion zeit- und kostenintensiver Offline-Prüfung und in der Möglichkeit zur schnellen Anpassung der Prozessparameter.

The EU Parliament and the EU Commission are establishing the legal framework for a CO2-neutral and sustainable future for Europe. The use of CFRP structural components in both automotive and aerospace applications contributes to this and leads to reduced CO2 emissions through significant weight reduction. High costs currently prevent the comprehensive use of CFRP. In order to enable economical lightweight construction and to save material and costs, precise knowledge of the material is crucial. A sensor system that permits 100% quality monitoring inline provides a key role in this regard. In industrial practice, however, quality monitoring is only carried out on a random inspection basis with the help of individual sensor solutions from CF manufacturers, which are neither standardised nor commercially available. The objective of this dissertation is therefore to develop a sensor system that allows the inline detection of filament breakage in CF rovings. Filament breakage presents a suitable quality parameter, as it is a measurement value of the processability of a CF roving and causes a large number of subsequent defects. For this purpose, the measurement principle "eddy current" is initially identified as a suitable measurement principle. Following this, necessary additional components are developed, such as a camera module for position correction and a compressed air module for inline cleansing, and then are combined to a multimodal sensor system. In a further step, different approaches for evaluating the multidimensional measurement values of the multimodal sensor system will be developed and evaluated. In addition to artificial neural networks and machine learning algorithms, the "x" ̅-quality control chart of the classical process control is a suitable method for evaluating and displaying the measured values. Users of the developed technology are CF manufacturers and processors, who use the sensor system as an incoming and outgoing goods inspection and along the process chain. For both user groups, the investment in the sensor system is economically viable and amortises within one year. The benefits of the sensor system include the reduction of time-consuming and cost-intensive off-line inspections and the possibility to quickly adapt the process parameters.

OpenAccess:
PDF
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