Prüfverfahren, Qualitätssicherung, Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement

Question 1

Welche QM-Methoden werden zur Verbesserung der FVK-Herstellung eingesetzt?

Answer 1

• Prozess-Struktur-Matrix (PSM): Verbesserung der internen Kommunikation
• Wertstromanalyse/-design: Reduzierung von Liegezeiten und Lagerbestand
• Quality Gates: Qualitätscontrolling von Prozessen
• Quality Function Deployment (QFD): Entwicklung von kundenorientierten Produkten
• Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA): pro aktive Begegnung von Produkt- und Prozessrisiken
  (Analyse von Fehlern)
• Design of Experiments (DoE): Reduzierung von Versuchsaufwänden
• Kontinuierliche Verbesserungsprozesse (KVP): Optimierung des Fertigungsprozesses
• 5S/6S-Methode: Beseitigung von Verschwendung
• Sigma Change – Projekte: Robuste Prozesse

Question 2

Welche Fehlerarten treten in Textilien auf?

Answer 2

• Gassen
• Ausrichtung / Faserorientierung
• Schlaufen
• Falten
• Welligkeit / Faserondulation

Question 3

Was sind typische Fehlerarten im Fertigteil?

Answer 3

• Delamination
• Risse
• Faser-Matrix Haftung
• Aushärtung

Question 4

Für die Detektion welcher Fehlerarten eignet sich die Ultraschallmesstechnik?

Answer 4

• Delamination
• Fremdeinschlüsse
• Makro-Risse
• Porosität
• Faserorientierung

Question 5

Welche Prüfverfahren eignen sich zur Untersuchung von Textilien?

Answer 5

• Systeme zur Oberflächenprüfung
• Systeme zur Testung der Klebungen
• Optische Sensorsysteme
• Ultraschallsysteme
• Thermografiesysteme
• Computertomografie
• Wirbelstromprüfung

Question 6

Mögliche 2D-Fehlerklassifikationen

Answer 6

• Gasse
• Fremdobjekt
• Lufteinschlüsse
• Gerissenen Naht
• Falsch ausgerichtete Rovings

Question 7

Was kann mithilfe eines Laserlichtschnittsensors

detektiert werden?

Answer 7

• Gassen
• Fremdobjekte
• Lufteinschlüsse
• Gerissenen Nähte
• Falsch ausgerichtete Rovings

Question 8

Unterschiedliche Fehlerdetektion der Welligkeit

Answer 8

• > Welligkeit parallel zur Oberfläche:
• Eigenschaft: Variation in der lokalen Faserorientierung
• Detektion: Evaluierung der Standardabweichung der Faserorientierung
• > Welligkeit vertikal zur Oberfläche:
• Eigenschaft: Starke lokale Variation im Geometrieprofil
• Detektion: Evaluation von RMSE zur angenommenen Geometrie

Question 9

Mögliche Fehlerarten beim Tapegelegeprozess

Answer 9

• Stoßkante (gerade)
• Lücke (doppeltes sigmoid)
• Überlappung (doppeltes sigmoid)
• Kante (sigmoid)

Question 10

Beispiel für zerstörungsfreie Prüfungen

Answer 10

Generell: Oberflächen- und Konturmessungen

Spezifisch: - Konfokale Mikroskopie
- Taktile Messung

Question 11

Setup einer 3D Kegelstrahl Computertomografie-Anlage

Answer 11

• Röntgenröhre
• Achsen
• Drehteller und Aufspannung
• Bauteil
• Röntgendetektor
• Auswertung (Algorithmik)

Question 12

Besonderheit Wirbelstromprüfung

Answer 12

Es wird eine elektrische Leitfähigkeit vorausgesetzt.

Daher funktioniert die Wirbelstromprüfung bei FVW nur mit CFRP- Materialien.

Question 13

Aufbau Wirbelstromprüfung

Answer 13

• Magnetfeld von Spule
• Wirbelströme
• Spule
• Leitfähiges Material
• Induziertes magnetisches Feld

Question 14

Arbeitsweise Lockin-Thermografie

Answer 14

• Sinusförmige thermische Anregung
• Pixelweise Transformation (Fourier) der Bildsequenzen
• Auf den resultierenden Phasenbildern werden Beleuchtungsinhomogenitäten eliminiert
• Visualisierung von thermischer
  Wellenausbreitung in Phasenbilder

Question 15

Arbeitsweise Ultraschallmessverfahren

Answer 15

• Hochfrequente Schallwellen (20kHz – 2GHz)
• Zerstörungsfreie Prüfung
• Reflexion und Transmission von Schall an jeder Grenzfläche (z. B. Wasser → Stahl)
• Schall wird von einem piezoelektrischen Element generiert, welches durch Wechselstromspannung in Bewegung versetzt wird
• Für Ausbreitung wird ein Medium benötigt
• Liefert Informationen über Inhomogenitäten im Bauteil durch Ausnutzen von Transmissions- und Reflexionseffekten
• Aus reflektierten Wellen wird ein elektrisches Signal generiert

Question 16

Verschiedene Technologien der Ultraschallprüfung

Answer 16

-> Impuls-Echo-Verfahren:
- Messen des reflektierten Schalls
- Sender und Empfänger in einer Sonde
- Erlaubt die Tiefe der Inhomogenität zu ermitteln
- Aber: Die Stärke des Echoimpulses nimmt invers
proportional zum Quadrat des Abstands ab

-> Durchschallverfahren:
- Messen des transmittierten Schalls
- Nützlich für dicke Komponenten
- Keine Tiefeninformation
- Aber: Es wird eine exakte Positionierung von
Sender und Empfänger benötigt

Question 17

Verschiedene Technologien der Ultraschallprüfung

Answer 17

-> Impuls-Echo-Verfahren:
- Messen des reflektierten Schalls
- Sender und Empfänger in einer Sonde
- Erlaubt die Tiefe der Inhomogenität zu ermitteln
- Aber: Die Stärke des Echoimpulses nimmt invers
proportional zum Quadrat des Abstands ab

-> Durchschallverfahren:
- Messen des transmittierten Schalls
- Nützlich für dicke Komponenten
- Keine Tiefeninformation
- Aber: Es wird eine exakte Positionierung von
Sender und Empfänger benötigt

Question 18

Visualisierung der Messdaten bei Ultraschallprüfung mit nur einer Messposition

Answer 18

A(mplituden)-Bild:
- Darstellung der Schallintensität der
Reflektionen (Echos) über die Laufzeit im Medium
- Echos treten an den
Grenzflächen zweier
Medien unterschiedlicher
Schallwiderstände auf

Oberflächenecho (OE)
Rückwandecho (RE)
Fehlerecho (FE)

Question 19

Visualisierung der Messdaten bei Ultraschallprüfung mit mehreren Messpositionen (Verarbeitung mehrere A-Bilder)

Answer 19

• > B-Bild:
• Vertikaler Schnitt durch das Bauteil
• Farbliche Kodierung der Schallintensität der A-Bilder über die gesamte Laufzeit
• > C-Bild:
• Horizontaler Schnitt durch das Bauteil
• Farbliche Kodierung der Schallintensität der A-Bilder bei fester Laufzeit
• > D-Bild:
• Farbliche Kodierung der Laufzeit zwischen zwei Echos eines jeden A-Bildes

Question 20

Welche Defekte in CFK-Materialien lassen sich besonders gut mit Ultraschallsystemen detektieren?

Answer 20

Delamination und Klebfehler

Question 21

Welche nicht-zerstörende Technologie eignet sich besonders gut zur Inspektion textiler Strukturen?

Answer 21

2D-Bildverarbeitung

Question 22

Mit welchen zerstörungsfreien Verfahren lassen sich Defekte im Inneren eines CFK-Bauteils inspizieren?

Answer 22

Ultraschall und Computertomografie

Question 23

Welche Probleme können bei der Verwendung der Wirbelstromprüfung auftreten?

Answer 23

Eine elektrische Leitfähigkeit des Prüfkörpers wird vorausgesetzt.
Das trifft jedoch nur auf Carbon- und Glasfasern zu

Question 24

Welche Vor- und Nachteile bietet die Inspektion von FVW mittels Computertomografie?

Answer 24

+ 3D-Punktwolke
+ Messung kleiner Poren
+ Digitalisierung ganzer Volumen
+ Einzige Technologie, die das Innere des Prüfobjekts hochaufgelöst inspizieren kann

• Begrenztes Prüfvolumen und –gewicht
• Aufwendige Datenverarbeitung (~10 Gbyte pro Messung)
• Strahlungsschutzmaßnahmen notwendig
• Lange Messzeit pro Teil
• Viele Einflussfaktoren auf Messprozess

Question 25

Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Röntgenbild und einer ComputerTomographie-Aufnahme.

Answer 25

Röntgenbild:
– 2D-Projektion der Röntgenschwächung durch das
Gewebe

Computer-Tomographie:
– Volumetrische Erfassung von Objekten
– Schnittbilder durch Objekte

Question 26

Nennen Sie Vor- und Nachteile der Thermografie zur Prüfung von FVW-Materialien.

Answer 26

\+ (Lock-In) Thermografie ermöglicht 3DSchadensquantifizierung
\+ Berührungs- und Zerstörungsfrei
\+ Große Fläche können bei einer Messung erfasst werden (im Gegensatz zu CT und Ultraschall)
\+ Oberflächenschäden können schnell
detektiert werden (Pulsthermografie)
\+Gefahrenfrei (keine Strahlung)
\+ Relativ günstiges Setup
\+ Portabel

• FVW benötigen aktive Anregung
• Genauigkeit der Messung geringer als bei CT/Ultraschall
• Lange Messzeiten für tiefe Schäden und dabei geringere Auflösung durch laterale Wärmeflüsse (2. Satz der Thermodynamik!)
• Verdeckte Schäden bleiben unentdeckt

Question 27

Welchen Vorteil bietet aktive optische Lock-In Thermografie gegenüber passiver oder indirekten thermischen Anregungsverfahren?

Answer 27

Lock-In Thermografie ermöglicht über die Verbindung der thermischen Eindringtiefe 𝜇 der thermischen Welle in das Material mit Wärmeleitfähigkeit 𝛼 zur Anregungsfrequenz 𝑓 die Möglichkeit, neben der Schadensfläche auch die Tiefe des Schadens zu bestimmen

Question 28

Was unterscheidet passive und aktive Thermografie?

Answer 28

Um ein Merkmal mittels Thermografie aufzeichnen zu können, muss ein thermischer Kontrast hergestellt werden. Wird dieser durch externe thermische Anregung hervorgerufen, spricht man von aktiver Thermografie. Andernfalls von passiver Thermografie.

Question 29

Welche Vor- und Nachteile bietet die Ultraschallprüfung für FVW?

Answer 29

\+ Hohe Auflösung durch Punktmessung (‘Referenzlösung für FVW’)
\+ Prüfung kritischer Punkte
\+ Schichtdickenmessung möglich
\+ Inline-Prüfung möglich
\+ Ungefährlich

• Flächige Prüfung nur durch Bewegen des Prüfobjekts oder des Ultraschallsensors möglich
• Koppelmedium notwendig
• Genau Ausrichtung senkrecht zur Oberfläche nötig