DE10355440A1

DE10355440A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Wanddicke von Kunststoffteilen

Info

Publication number: DE10355440A1
Application number: DE2003155440
Authority: DE
Inventors: Christoph Dr. Bederna; Achim Hüls; Wolfgang Redel
Original assignee: ContiTech AG
Current assignee: ContiTech AG
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2005-06-23
Also published as: FR2863048A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Wanddicke von Kunststoff-Hohlkörpern. Dabei wird die gesamte Oberfläche des Kunststoffteiles kurzzeitig erhitzt und der sich dadurch entstellende Temperaturverlauf der von der Wärmequelle abgewandten Oberfläche des Kunststoffteiles mit einer Thermografiekamera flächig erfasst. Die Rückseite des Kunststoff-Hohlkörpers wird dabei mit thermischen Spiegeln in die Betrachtungsebene der Kamera gespiegelt. Damit lässt sich ein Wanddickenverlauf des Kunststoffteiles mit einer einzigen Aufnahme zerstörungsfrei bestimmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Wanddicke von Kunststoffteilen durch Bestrahlung der Kunststoffteile mit Infrarotstrahlen und Erfassen der abgegebenen Wärmestrahlung und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einer Wärmequelle, einem Wärmesensor und einer an den Wärmesensor angeschlossenen Auswerteeinrichtung.
Zur Ermittlung der Wanddicke von Kunststoffteilen, z.B. Achsmanschetten oder Faltenbälgen ist für die kontinuierliche Qualitätsüberwachung und -dokumentation ein zerstörungsfreies Messverfahren erforderlich, um eine 100%-Prüfung der Fertigteile durchführen zu können. Eine visuelle Kontrolle kann zwar zum Teil Abweichungen der äußeren Form der Teile von der Sollform feststellen, Wanddickenunterschiede sind jedoch nur bei äußerst groben Fehlern erkennbar.

Vorrichtungen und Verfahren zur zerstörungsfreien Wanddickenmessung an Kunststoffteilen sind seit längerem bekannt. So beschreibt die DE 16 23 196 ein Verfahren zur Messung der Dicke von Folien, bei dem die Folie von Infrarotstrahlen durchstrahlt wird und die von der Folie absorbierte Strahlung ein Maß für die Dicke der Folie ist.

Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass die Messung nur punktförmig erfolgt und daher nur Fehler mit sehr großer räumlicher Ausdehnung zuverlässig erfassbar sind.

In der DE 29 36 400 wird eine Vorrichtung zur Messung der Wanddicke von Kunststoffflaschen beschrieben, das ebenfalls Infrarotstrahlung nutzt. Die Flasche wird dabei um ihre eigene Achse gedreht und von der stationären Strahlenquelle von innen heraus durchstrahlt. Um Messwerte von verschiedenen Stellen der Flasche zu erhalten, wird der Strahl durch einen Strahlenteiler geteilt, so dass der eine Strahl auf die senkrechte Wand und der andere auf den Bodeneckbereich gerichtet ist. Auf diese Weise lassen sich zwei linienförmige Dickenprofile der Flasche ermitteln. Für eine vollständige Vermessung der gesamten Wand ist diese Verfahren ebenfalls nicht geeignet. Außerdem ist zusätzlich eine Drehvorrichtung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Messverfahren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das eine zerstörungsfreie, vollständige und schnelle Vermessung der gesamten Wanddicke eines Kunststoffteiles ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die der Wärmequelle zugewandte gesamte Oberfläche des Kunststoffteiles durch die von Wärmequelle ausgehenden Infrarotstrahlen kurzzeitig erhitzt wird und die sich dadurch einstellende Temperatur der von der Wärmequelle abgewandten Oberfläche des Kunststoffteiles mit dem als Thermografiekamera ausgeführten Wärmesensor flächig erfasst wird.

Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Wand des Kunststoffteiles nicht punkt- oder linienförmig abgetastet werden muss, sondern durch eine einzige Aufnahme der Thermografiekamera vollständig erfasst wird. Bei Erwärmung der einen Oberfläche des Teiles wird sich die Temperatur der anderen Oberfläche in Abhängigkeit von der Materialmenge, die zu erhitzen ist, einstellen. Da die Materialmenge proportional zur Wanddicke ist, ist also die Temperatur ein Maß für die Wanddicke des Teiles. Bei Wanddickenunterschieden benachbarter Punkte stellen sich umgekehrt proportionale Temperaturunterschiede ein, die durch die Thermografiekamera erfassbar sind. Damit ist vorteilhafterweise auch eine unmittelbare Erkennung von Ausschussteilen möglich.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das durch die Thermografiekamera erfasste Temperaturprofil durch die nachgeschaltete Auswerteeinheit mit einem Sollprofil quantitativ abgeglichen.

Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass durch den Vergleich beider Profile sowohl der Wanddickenverlauf des Teiles numerisch protokollierbar ist, als auch darin, dass Abweichungen vom Sollprofil sofort zu einer Gut-Schlecht-Entscheidung nutzbar sind.

In einer weiteren Variante der Erfindung wird bei der Vermessung von Hohlkörpern die von der Thermografiekamera abgewandte Seite des Hohlkörpers durch thermische Spiegel in den Erfassungsbereich der Thermografiekamera gespiegelt.

Dadurch kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur einfachen Vermessung von Hohlkörpern, wie z.B. Faltenbälgen oder anderen Blasformteilen verwendet werden, ohne das die Teile zusätzlich gedreht oder mehrere Aufnahmen gemacht werden müssen.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen An zu schaffen, das die einfache und zuverlässige Durchführung des genannten Verfahrens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Kunststoffteil so zwischen Wärmequelle und Wärmesensor angeordnet ist, dass nach kurzzeitiger Erhitzung der der Wärmequelle zugewandten gesamten Oberfläche des Kunststoffteiles durch die Wärmequelle die sich einstellende Temperatur der von der Wärmequelle abgewandten Oberfläche des Kunststoffteiles mit dem als Thermografiekamera ausgeführten Wärmesensor flächig erfassbar ist.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das durch die Thermografiekamera erfasste Temperaturprofil durch die nachgeschaltete Auswerteeinheit mit einem Sollprofil quantitativ abgleichbar.

In einer weiteren Variante der Erfindung ist bei der Vermessung von Hohlkörpern die von der Thermografiekamera abgewandte Seite des Hohlkörpers durch thermische Spiegel in den Erfassungsbereich der Thermografiekamera spiegelbar.

Durch diese Vorrichtung kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur einfachen Vermessung von Hohlkörpern, wie z.B. Faltenbälgen oder anderen Blasformteilen verwendet werden, ohne das eine zusätzliche Drehvorrichtung notwendig wird oder mehrere Aufnahmen gemacht werden müssen.

Die Erfindung ermöglicht eine schnelle und dokumentierbare Aussage über den Wanddickenverfauf von Kunststoffteilen, da die gesamte Oberfläche auch von Hohlkörpern auf einmal erfassbar ist, die Aufnahme der Thermografiekamera digital auswertbar ist und die Aufheizzeit durch eine hohe Empfindlichkeit der Thermografiekamera sehr kurz gehalten werden kann. Auf diese Weise ist auch eine automatisierte 100%-Prüfung in den Herstellprozess integrierbar.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
1 eine einfache Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wanddickenmessung für ein PU-Blasteil
2 eine zweite Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der gesamten Wanddicke eines Hohlkörpers in einer Aufnahme und
3 ein beispielhaftes Temperaturprofil des Blasteiles nach erfolgter Auswertung.
In 1 ist die prinzipielle Funktionsweise des erfindungsgemäßen Messverfahrens dargestellt. In einem Faltenbalg 1 aus PU-Material ist ein Infrarotstrahler 2 als Wärmequelle angeordnet. Der Infrarotstrahler 2 emittiert über seine gesamte Oberfläche Wärmestrahlen 3. Die Wärmestrahlen 3 treffen auf die Innenfläche 4 des Faltenbalges 1. Dadurch erhöht sich die Temperatur der von der Innenfläche 4 um die Wanddicke beabstandete Außenfläche 5 des Faltenbalges 1, wobei die Temperaturerhöhung von der Wanddicke abhängig ist. Die von der Außenfläche 5 des Faltenbalges 1 abgegebene Wärmestrahlung 6 wird von einer Infrarotkamera 7 erfasst und von einer hier nicht gezeigten Auswerteeinheit analysiert. Um in dieser Anordnung eine vollständige Vermessung der gesamten Wand des Faltenbalges 1 durchzuführen, muss der Faltenbalg 1 durch eine hier nicht gezeigte Vorrichtung gedreht werden und es müssen mehrere Aufnahmen gemacht werden.
In 2 wird ein weiteres Messverfahren gezeigt, das eine vollständige Vermessung der gesamten Wanddicke des Faltenbalges 1 auf einmal ermöglicht. Das Verfahren aus 1 wird um zwei thermische Spiegel 8 ergänzt, die so hinter dem Faltenbalg 1 positioniert sind, dass auch die in 1 nicht erfassbare Wärmestrahlung 9 der Rückseite 10 des Faltenbalges 1 von der Infrarotkamera 7 in einer Aufnahme aufnehmbar ist.
In 3 ist ein beispielhaftes Ergebnis der Auswertung der Signale der hier nicht gezeigten Infrarotkamera dargestellt. Da die Wanddicke des Faltenbalges 1 nicht überall konstant ist, ist es erforderlich, zunächst eine Sollwert-Vergleichskurve 11 aufzunehmen, die das vorgesehene Dickenprofil des Faltenbalges 1 abbildet. Mit dieser Vergleichskurve wird die Messkurve 12 des Faltenbalges 1 verglichen. An einer Stelle 13 tritt eine große Abweichung der Messkurve 12 von der Vergleichskurve 11 auf. Dies lässt auf eine sehr geringe Wanddicke des Faltenbalges 1 an dieser Stelle 13 schließen. Ist die Abweichung der Kurven 11 und 12 voneinander größer als ein vorher festgelegter zulässiger Höchstwert, liegt ein fehlerhaftes Teil vor.

1: Faltenbalg
2: Infrarotstrahler
3: Wärmestrahlen des Infrarotstrahlers 2
4: Innenfläche des Faltenbalges 1
5: Außenfläche des Faltenbalges 1
6: Wärmestrahlung der Außenfläche 5
7: Infrarotkamera
8: thermische Spiegel
9: Wärmestrahlung der Rückseite des Faltenbalges 1
10: Rückseite des Faltenbalges 1
11: Sollwert-Vergleichskurve für den Faltenbalg 1
12: Messkurve des Faltenbalges 1

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Wanddicke von Kunststoffteilen durch Bestrahlung der Kunststoffteile (1) mit Infrarotstrahlen und Erfassen der abgegebenen Wärmestrahlen (6), gekennzeichnet dadurch, dass die der Wärmequelle (2) zugewandte gesamte Oberfläche (4) des Kunststoffteiles (1) durch die von der Wärmequelle (2) ausgehenden Infrarotstrahlen (3) kurzzeitig erhitzt wird und die sich dadurch einstellende Temperatur der von der Wärmequelle (2) abgewandten Oberfläche (5) des Kunststoffteiles (1) mit dem als Thermografiekamera (7) ausgeführten Wärmesensor flächig erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das durch die Thermografiekamera (7) erfasste Temperaturprofil (12) durch die nachgeschaltete Auswerteeinheit mit einem Sollprofil (11) quantitativ abgeglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Vermessung von Hohlkörpern (1) die von der Thermografiekamera (7) abgewandte Seite (10) des Hohlkörpers (1) durch thermische Spiegel (8) in den Erfassungsbereich der Thermografiekamera (7) gespiegelt wird.
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Ermittlung der Wanddicke von Kunststoffteilen mit einer Wärmequelle (2), einem Wärmesensor (7) und einer an den Wärmesensor (7) angeschlossenen Auswerteeinrichtung, gekennzeichnet dadurch, dass das Kunststoffteil (1) so zwischen Wärmequelle (2) und Wärmesensor (7) angeordnet ist, dass die nach kurzzeitiger Erhitzung der der Wärmequelle (2) zugewandten gesamten Oberfläche (4) des Kunststoffteiles (1) durch die Wärmequelle (2) die sich einstellende Temperatur der von der Wärmequelle (2) abgewandten Oberfläche (5) des Kunststoffteiles (1) mit dem als Thermografiekamera (7) ausgeführten Wärmesensor flächig erfassbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass das durch die Thermografiekamera (7) erfasste Temperaturprofil (12) durch die nachgeschaltete Auswerteeinheit mit einem Sollprofil (11) quantitativ abgleichbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass bei der Vermessung von Hohlkörpern (1) die von der Thermografiekamera (7) abgewandte Seite (10) des Hohlkörpers (1) durch thermische Spiegel (8) in den Erfassungsbereich der Thermografiekamera (7) spiegelbar ist.