Faserverbundkunststoffe (FVK) bieten ein einzigartiges Leichtbaupotenzial für die Luftfahrtund
Automobilindustrie in Deutschland. Die flächendeckende Einführung von Faserverbundkunststoffen
scheitert bislang jedoch an den hohen Produktionskosten für qualitativ hochwertige
Strukturbauteile. Eine wirtschaftliche Serienproduktion erfordert die Schließung von
Qualitätsregelkreisen, in zeitlich getakteten Produktionsprozessen und somit die Entwicklung,
Integration und Etablierung von fähigen und prozessintegrierten Prüfsystemen. Insbesondere
vor dem Hintergrund des bevorstehenden Paradigmenwechsels durch die Industrie 4.0 fehlen
jedoch bislang Prüfsysteme, die ein deterministisches und damit echtzeitfähiges Prüfverhalten
gewährleisten.
Die vorliegende Arbeit adressiert das Defizit fehlender echtzeitfähiger Prüfsysteme, indem mit
dem „Real-Time Machine-Vision-System“ (RT -MVS) ein optisches Prüfsystem entwickelt und
validiert wird, welches eine bedarfsgerechte Integration von echtzeitfähiger Prüftechnik in deterministische
Produktionsprozesse für endlosfaserverstärkte Bauteile ermöglicht.
Aufbauend auf der Reflexion des aktuellen Stands der Technik zur FVK-Produktion und den
relevanten zerstörungsfreien Messtechniken wird der Bedarf nach zuverlässigen und echtzeitfähigen
optischen Prüfsystemen nachgewiesen. Als wichtigstes Qualitätsmerkmal der CFKHalbzeuge
wird die Faserorientierung bzw. der Faserwinkel identifiziert, welcher durch das
Prüfsystem zuverlässig zu bestimmen und bewerten sein muss. Der modulare und flexible
Aufbau des RT -MVS ermöglicht eine bedarfsgerechte Konfiguration und somit eine deterministische
Prüfung im fertigungsintegrierten Einsatz. Die Konzeption des RT -MVS beruht auf
der Berücksichtigung von Effizienz, Effektivität und Gebrauchstauglichkeit. Mit dem Strukturtensorverfahren
wird ein ressourcenschonendes Verfahren zur Orientierungsschätzung, unter
Nutzung von Pipelining und Parallelisierung, auf einem FPGA implementiert. Die Bestimmung
der Messunsicherheit der Faserorientierungsbestimmung nach dem „Guide to the Expression
of Uncertainty in Measurement“ (GUM) und die Modellierung des Prüftaktes ermöglichen
schließlich, das RT -MVS für einen Einsatz im industriellen Umfeld zu qualifizieren. Zur Validierung,
dass das RT -MVS die industriellen Anforderungen erfüllt, wird dieses in die industrielle
Produktionsprozesse des Umflechtverfahrens und der Multiaxialgelegeproduktion integriert. In
beiden Produktionsverfahren können neue Qualitätsregelkreise geschlossen und dadurch eine
signifikante Steigerung der Prozessfähigkeit nachgewiesen werden. Den Abschluss dieser Arbeit
bildet eine Zusammenfassung des industriellen und wissenschaftlichen Erkenntnisgewinns
sowie eine kritische Reflexion der Ergebnisse und der verwendeten Forschungsmethodik.