CH719706A2 - Verfahren und Vorrichtung zur optischen Prüfung von Formteilen. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur optischen Prüfung von Formteilen (10) im Durchlichtverfahren, insbesondere durch Thermoform oder Formpressverfahren hergestellte Verschlüsse oder Ähnliches. Das Verfahren umfasst Transportieren der Formteile (10) von einer Transporteinrichtung (50) durch einen optischen Prüfbereich, und Aufnehmen mindestens eines Bildes des Formteils (10) mittels einer Aufnahmeeinrichtung (20), wobei sich das Formteil (10) zwischen der Aufnahmeeinrichtung (20) und einer Beleuchtungseinrichtung (30) befindet und von dieser ausgeleuchtet wird, wobei das Bild mittels Verarbeitungsmitteln (40) derart ausgewertet wird, dass Defekte des Formteils (10) und/oder statistische Abweichungen von einer Normalverteilung ermittelbar sind, aus welchen Rückschlüsse auf einen Herstellungsprozess der Formteile (10) in einem Formwerkzeug mit Kavität ableitbar sind. Diese Rückschlüsse sind zum Steuern des Herstellungsprozesses einsetzbar.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur optischen Prüfung von Formteilen. Insbesondere werden Formteile, welche in einem Thermoform- oder Formpressverfahren herstellbar sind, beispielsweise ein Verschluss oder Ähnliches, mittels einer Durchlichtprüfung auf Fehlstellen geprüft.

Stand der Technik

[0002] Kunststoffteile können in grosser Stückzahl und in hoher Geschwindigkeit mittels bekannter Urform- und Umformverfahren erzeugt werden. Insbesondere können Formteile mittels Thermoformen, Formpressen, Spritzblasformen oder Spritzgiessen hergestellt werden. Die meisten weltweit produzierten Fertigteile aus Kunststoff entstehen im Spritzgussverfahren wobei auch Extrusion mit Blasformen und Folienblasen eine wichtige Rolle spielen. Einwandfreie hochwertige Formteile setzen einen guten Zustand der Formen und Maschinen sowie eine einwandfreie Steuerung des Herstellungsprozesses voraus, welche stets überprüft werden müssen.

[0003] Beim Spritzgiessverfahren wird plastifizierter Kunststoff mittels einer Spritzeinheit in ein Formwerkzeug mit mindestens einer Kavität eingespritzt. Die geformten Spritzgussteile werden entformt und mittels einer Fördereinrichtung abtransportiert. Um Fehler nicht nur rechtzeitig zu erkennen, sondern auch der entsprechenden Kavität des Formwerkzeugs zuordnen zu können, ist bekannt die relative sequenzielle Ordnung der Spritzgussteile bis zu einem Inspektionssystem aufrecht zu halten. Werden in dem Inspektionssystem Fehler festgestellt, lässt sich die Kavität identifizieren, aus dem das fehlerhafte Spritzgussteil stammt und mittels einer selektiven Steuerung können dann Korrekturen vorgenommen werden. Diese Prüfung gestaltet sich allerdings in Zusammenhang mit massenweise hergestellten Formteilen als problematisch.

[0004] Aus EP 2 976 204 B1 ist ein Inspektionssystem bekannt, mittels welches eine optische Prüfung von sogenannten Preforms erfolgt. Die Preforms sind beispielsweise Vorformen von PET Flaschen oder Kunststoffdeckeln, welche auf Farbqualität, Fehlstellen und Abmasse geprüft werden. Hierbei werden die Preforms von einer Transportvorrichtung zu einer Prüfeinrichtung gefördert und mittels einer Bildaufnahmeeinrichtung ein Abbild der Preforms im freien Fall oder über eine Platte rutschend gemacht, um die Farbbeschaffenheit und/oder fehlerhafte Preforms zu detektieren. Allerdings können hiermit nicht alle Fehler in den hergestellten Preforms eindeutig detektiert werden.

[0005] Grundsätzlich sind auch eine optische Prüfung in einem Durchlichtverfahren bekannt, wobei der zu inspizierende Prüfling zwischen einer Lichtquelle und einer Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. Bekannt ist beispielsweise ein Durchlichtverfahren, bei welchem die zu inspizierenden Prüflinge im Inspektionsbereich über eine zumindest teilweise transparente Platte oder einen Diffusor gleiten.

[0006] Ferner sind aus EP 2 969 269 A ein Inspektionsverfahren und -vorrichtung bekannt, wobei schnelllaufende Behandlungsgüter von einer Untersuchungseinheit in einen Förderweg übernommen werden und wenigstens eine Kontrollkamera Bilddaten jedes Körpers aufnimmt. Die Untersuchungseinheit übergibt die Körper an eine Aussondereinheit, wobei die Körper annähernd im freien Wurf derart ausgeworfen werden, dass als fehlerhaft erkannte Körper von denjenigen als fehlerfrei erkannten getrennt werden. Die Körper werden mittels einer Transportvorrichtung vereinzelt an wenigstens einer Kontrollkamera vorbei transportiert, wobei die Kontrollkamera eine Tageslichtkamera, eine IR-Kamera und/oder ein oder mehrere Sensoren zur Detektion von Farbe und/oder Dimensionen ist.

[0007] Allerdings ist eine Prüfung von Prüflingen aus opakem Material im Durchlichtverfahren häufig nicht sinnvoll anwendbar, da das Licht nicht ausreichend den Prüfling durchdringt. Ebenfalls als nachteilig wird angesehen, dass eine Durchlichtprüfung eine fein abgestimmte Koordination mit einem Transportsystem der Prüflinge in den Inspektionsbereich vorzusehen ist, welche häufig schwierig zu realisieren ist.

Zusammenfassung der Erfindung

[0008] Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen, insbesondere durch Thermoform- oder Formpressverfahren herstellbare Verschlüsse oder Ähnliches, auf ihre Qualität und/oder Funktionalität vorzuschlagen, bei welchem die vorhergehend genannten Nachteile der bekannten Verfahren vermieden oder zumindest stark reduziert werden. Ferner wird ein System beschrieben, welches zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.

[0009] Insbesondere ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und das entsprechende System zur optischen Prüfung von Formteilen vorzuschlagen, mittels welchen eine zuverlässige, schnelle und sehr einfache Inspektion möglich ist, basierend auf einem nahezu spiegelfreien Abbild. Ausgehend von der nahezu spiegelfreien Abbildung des Formteils, können mannigfache Fehler, Defekte und/oder Fehlstellen auch in schwer erfassbaren Bereichen und bereits als Tendenz frühzeitig ermittelt werden, welche mit anderen Verfahren nicht oder nur unzulänglich erfassbar sind. Für die Fehler, Defekte und/oder Fehlstellen sowie Veränderungen können sowohl die Formgebungsvorrichtung, das eingesetzte Formwerkzeug und/oder das Material verantwortlich sein. Das komplexe Zusammenspiel zwischen der Gestaltung des Formteils und des Formwerkzeugs sowie zwischen den Eigenschaften des Materials und vielfältigen Prozessparametern führt zu mannigfaltigen Defekten, welche das hergestellte Formteil unbrauchbar machen können.

[0010] Mittels der zuverlässigen Inspektion von Formteilen auf mannigfache Fehlstellen und/oder Analyse statistischer Daten der Gesamtheit der Formteile, d.h. einer grossen Datenmenge, können Rückschlüsse auf Prozessfehler bei der Herstellung gezogen werden, so dass der Herstellungsprozess demnach ebenfalls überprüfbar und regelbar bzw. steuerbar ist. Mit einem geschlossenen Regel- und/oder Steuersystem, basierend auf einer Auswertung der detektierten Fehlstellen oder statistischer Daten, kann der Herstellungsprozess optimiert werden.

[0011] Gemäss der Erfindung werden diese Ziele insbesondere durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen gehen zudem aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung hervor.

[0012] Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden dadurch erreicht, dass das Verfahren mittels einer optimalen Ausleuchtung in Form eines Durchlichts bzw. eines Gegenlichts eine optische Prüfung von Formteilen ermöglicht. Insbesondere werden die Ziele durch ein Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen im Durchlichtverfahren, insbesondere von in einem Herstellungsprozess durch Thermoform- oder Formpressverfahren hergestellte Verschlüsse oder Ähnliches erreicht. Das Verfahren umfasst Transportieren der Formteile von einer Transporteinrichtung durch einen optischen Prüfbereich und Aufnehmen mindestens eines Bildes des Formteils mittels einer Aufnahmeeinrichtung, wobei sich das Formteil zwischen der Aufnahmeeinrichtung und einer Beleuchtungseinrichtung befindet und von dieser ausgeleuchtet wird. Das Bild wird mittels Verarbeitungsmitteln derart ausgewertet, dass Defekte des Formteils und/oder statistische Daten ermittelbar sind, aus welchen Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess der Formteile in einem Formwerkzeug mit Kavität ableitbar sind, die zur Steuerung des Herstellungsprozesses einsetzbar sind. Beispielsweise können entsprechend Prozessparameter angepasst werden.

[0013] Ein von einer Aufnahmeeinrichtung gemachtes Bild des Formteils im Gegenlicht, unterdrückt oder minimiert Spiegelungen auf der Formteiloberfläche, so dass das gemachte Bild gut mittels einer Verarbeitungseinrichtung auswertbar ist. Je nach Farbe des Formteils kann demnach die gesamte Wandung inspiziert werden, so dass auch Defekte in der Wandung, in einer Innenzone und/oder auf der Gegenseite detektierbar sind.

[0014] Das Bild wird mittels der Verarbeitungseinrichtung ausgewertet, um das Formteil auf Defekte zu prüfen. Ferner kann die erfassbare Datenmenge mittels Algorithmen statistisch ausgewertet werden, um beispielsweise Abweichungen von einer Normalverteilung und/oder Muster zu erfassen, aus welchen weitere Rückschlüsse gezogen und Vorhersagen getroffen werden können. Hierbei kann die Auswertung sich anpassbarer Algorithmen bedienen.

[0015] Detektierbare Fehlstellen erlauben Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess selbst, so dass Prozessparameter des Herstellungsprozesses entsprechend anpassbar sind. Aber nicht nur detektierbare Fehlstellen können genutzt werden, um den Herstellungsprozess zu überwachen und/oder zu steuern, sondern die Analyse und Auswertung der Gesamtheit der Formteile ist gemäss der Erfindung nutzbar. So können Daten der inspizierten Formteile, einschliesslich der als fehlerhaft erkannten Formteile und der als fehlerfrei erkannten Formteile, mittels Algorithmen und/oder künstlicher Intelligenz analysiert werden, um aus statistischen Daten Abweichungen von der Normalverteilung der Gesamtheit der inspizierten Formteile und/oder Muster zu erkennen. Die Analyse erlaubt demnach ein frühzeitiges Erkennen von Tendenzen. Somit kann mittels einer frühzeitig einleitbaren Korrektur von Prozessparametern des Herstellungsprozesses dem entgegengewirkt werden.

[0016] Insbesondere können die Auswertung und/oder Steuerung des Herstellungsprozesses auf Künstlicher Intelligenz oder geeigneter Algorithmen basieren. Demnach kann eine schnelle Anpassung an sich ändernde Bedingungen erreicht werden, welche in einem konventionellen parametrierbaren System nur bedingt möglich ist. So können auch dann Fehler und/oder Tendenzen effektiv detektiert werden, die nicht vorhersagbar sind.

[0017] Die Beleuchtungseinrichtung kann eingerichtet sein, um direktes und/oder indirektes Licht durch das Formteil zu lenken, so dass auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des Formteils die Aufnahmeeinrichtung mindestens ein Bild des Formteils aufnehmen kann. Insbesondere geeignet ist eine Lichtplatte sowie der Einsatz polarisierten Lichts, eines Diffusors oder koaxialen Lichts. Aber auch mittels einer Dombeleuchtung, d.h. einer kuppelförmigen Beleuchtung, insbesondere einer Multicolor-Dombeleuchtung, ist eine homogene Ausleuchtung des Formteils unter Vermeidung von Spiegelungen des zwischen der Lichtquelle und einer Aufnahmeeinrichtung befindlichen Formteils möglich. Ferner können auch mehrere Lichtquellen mit verschiedenen Lichteigenschaften, beispielsweise IR-, UV- und/oder Röntgenstrahlung, etc., genutzt werden.

[0018] Gemäss der Erfindung werden Prüflinge einer optischen Prüfung im Durchlichtverfahren unterzogen, welche als Formteile in einem vorgeschalteten Thermo- oder Formprozess herstellbar sind. Die Formteile sind insbesondere Verschlüsse und/oder Deckel oder Preforms sowie allgemein Kunststoffbehälter. Insbesondere die Innenzone eines als Verschluss ausgebildeten Formteils kann im Gegenlicht auf verschiedenste Defekte überprüft werden, aus denen Prozessfehler schliessbar sind.

[0019] Fehlstellen bzw. Defekte können Einschlüsse sein, welche in Form von Lufteinschlüssen, Fremdkörpern wie Staub, Dreck und/oder Metallteilchen sowie vorzeitig erstarrtem Material auftreten können. Eingeschlossenes erkaltetes Material, bezeichnet auch als kalter Pfropfen, tritt insbesondere im Bereich eines Anspritz- bzw. Angusspunktes auf und ist bei dünnwandigen oder transparenten Formteilen als kometenschweifförmige Markierung oder durch lokal konzentrierte Schlieren erkennbar. Lufteinschlüsse, welche auf von der Materialschmelze eingeschlossene Luft zurückführbar ist, zeigen ein variierendes Fehlerbild. Hierbei kann es zu Fehlstellen durch von Material nicht befüllten Bereichen, zu Blasen, zu Nadelstichlöchern, zu Lunkern und/oder zu dunklen Stellen an der Formteiloberfläche oder bei transparenten Materialien im Inneren durch thermische Schädigung kommen. Lufteinschlüsse können entstehen, wenn die in dem Formwerkzeug vorhandene Luft nicht schnell genug entweicht, beispielsweise wenn Lüftungskanäle verstopft sind. Ausgehend von detektierbaren Einschlüssen können Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess gezogen werden.

[0020] In einer Ausführungsform der Erfindung wird die gesamte Oberfläche des Formteils einer optischen Prüfung im Durchlichtverfahren nach Fehlstellen und/oder Abweichungen inspiziert. Hierbei ist insbesondere der Bereich des Anguss- bzw. Anspritzpunktes von Interesse, welcher im Auflichtverfahren nur schwer inspizierbar ist.

[0021] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die optische Prüfung des Formteils im Durchlichtverfahren entlang von Fliesslinien durchgeführt, um Fehlstellen, umfassend Farbabweichungen, Schlieren, Löcher und/oder Risse zu detektieren, welche Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess des Formteils ermöglichen.

[0022] Eine Farbabweichung kann insbesondere nach einem Farbwechsel des eingesetzten Materials, dem sogenannten Masterbatch, auftreten. Bei Spritzgiessprozessen kann noch nach vielen Zyklen nach einem Farbwechsel die alte Farbe in bzw. an dem Formteil nachweisbar sein, häufig erkennbar entlang von Fliesslinien. Farbschlieren können aber auch durch eine ungleichmässige Verteilung von Pigmenten in dem Material entstehen. Eine der Ursachen solcher Farbschlieren kann im Verschleiss einer als „Gate Insert“ bezeichneten Werkzeugeinlage liegen. Insbesondere im Falle von transluzierenden Farben, welche immer populärer werden, sind solche Farbschlieren gut erkennbar und erzeugen einen Ausschuss. Ein frühzeitiger Austausch der Werkzeugeinlage reduziert den Ausschuss.

[0023] Das Auftreten von Schlieren kann in mehreren Erscheinungsformen und aus unterschiedlichen Ursachen auftreten. Wasser in verschiedenen Aggregatzuständen als Bestandteil des Materials führt zu Wolkenbildung, Wassermarken und/oder Feuchtigkeitsschlieren. Ursächlich hierfür kann sein, dass das eingesetzte Material zur Wasseraufnahme neigt, die Luftfeuchtigkeit zu hoch ist, die Werkzeugwand zu kalt, die Temperatur am Materialeingang nicht richtig ist. Wasser bei einer undichten Wasserkühlung ist ebenfalls über Fehlstellen erkennbar. Darüber hinaus können Verbrennungsschlieren aufgrund einer starken thermischen Schädigung des Materials auftreten. Ursächlich kann eine thermische Schädigung der Materialschmelze durch Oxidation und/oder eine Materialzersetzung bei starker Friktion sein. Daraus kann eventuell auf eine fehlerhafte Entlüftung geschlossen werden. Ebenfalls können Luftschlieren auftreten.

[0024] Andere detektierbare Fehler können in Form von Schubmarkierungen, entstanden durch einen pulsierenden Materialfluss, dem sogenannten Diesel-Effekt, von Glanzunterschieden und etc. vorliegen.

[0025] Detektierbare Löcher als Fehlstellen, insbesondere Mikrolöcher, sogenannte Pin-Holes, legen den Rückschluss nahe, dass Ablagerungen im Bereich des Anspritzpunktes vorhanden sein können. Diese Mikrolöcher haben einen Einfluss auf die Dichtheit eines spritzgegossenen Verschlusses und sind ein wichtiges Qualitätskriterium. Im Gegensatz zu bekannten Verfahren diese Mikrolöcher mittels einer Hochspannungsprüfung zu detektieren, stellt das erfindungsgemässe Verfahren eine deutliche Vereinfachung dar. Es ist aber auch möglich, nicht nur tatsächliche Löcher, sondern auch Vertiefungen zu erkennen.

[0026] Risse, beispielsweise Mikrorisse und/oder Spannungsrisse können ebenfalls in dem Durchlichtverfahren detektiert werden. Spannungsrisse treten dabei als innere und/oder äussere durch lokale Spannung verursachte Risse auf.

[0027] Auch Vertiefungen an der Formteiloberfläche sind mittels der Durchlichtprüfung erkennbar, ebenso wie Kalotten, welche beispielsweise durch nicht aufgeschmolzenes Material auch als Ablagerungen in einem vorgelagerten Heisskanal erzeugt werden können.

[0028] Zeigen sich bei der optischen Prüfung des Formteils ein Überstand, d.h. ein Grat, kann darauf geschlossen werden, dass die Materialschmelze in Spalten oder Fugen eingedrungen ist, die sich in den Trennebenen des Werkzeugs liegen und diese somit nicht ausreichend dicht schliessen.

[0029] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird das Formteil im Durchlichtverfahren einer optischen Prüfung unterzogen, um Gravuren, Kennzeichnungen etc. zu detektieren insbesondere auf einer Kopfplatte eines Verschlussdeckels. Das Durchlichtverfahren erlaubt quasi eine spiegelfreie optische Prüfung bei optimaler Ausleuchtung, so dass mittels einer Bildverarbeitung Funktion und Qualität des Formteils ermittelbar sind. Insbesondere kann eine Kavitätennummer des Herstellwerkzeugs, die sogenannte Nestnummer, mit diesem Setup eindeutig erkannt werden. Des Weiteren kann je nach Farbe des Formteilmaterials Defekte im Verschlussinneren und auf der Gegenseite detektiert werden.

[0030] Ferner ist gemäss einer Ausführungsform vorgesehen, dass das Formteil bei der optischen Prüfung im Durchlichtverfahren hinsichtlich der Geometrie inspiziert wird. Insbesondere Aufmerksamkeit gilt dabei funktionsrelevanten Bereichen, beispielsweise Dichtelemente und/oder Gewindebereichen. Fehlstellen an den Dichtelementen, beispielsweise Kerben oder fehlendes Material, können einen Verschluss unbrauchbar machen.

[0031] Eine detektierbare abweichende Geometrie des realen Formteils von der Idealform kann Verzug, Verwindung, Verwerfung und/oder Winkelabweichung umfassen. Vorzugsweise können im Durchlichtverfahren und somit nahezu spiegelfrei Wandstärkenunterschiede detektiert werden, welche für die Dichtungsfunktion eine entscheidende Bedeutung haben.

[0032] Insbesondere kann es zu Fehlstellen im Bereich des Anspritzpunkts kommen, welcher mittels des Durchlichtverfahrens gut inspizierbar ist. Vorzugsweise wird bei der optischen Prüfung des Formteils im Durchlichtverfahren die Geometrie und insbesondere ein Durchmesser des Anspritzpunktes ermittelt, welcher Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess ermöglicht. Wenn möglich ist der Anspritzpunkt derart am Formteil positioniert, dass das aufgeschmolzene Material strategisch und möglichst gleichmässig in die Form gelangt. Für einen rotationssymmetrischen Verschluss ist es erforderlich, dass Aussenseite und Innenseite des Verschlusses koaxial sind, um eine gleichmässige Wandstärke zu haben. Bei ungleichen Wandstärken ergibt sich ein negativer Einfluss auf die Dichtheit des Verschlusses. Die Lage und/oder Form des Anspritzpunkts kann demnach als Qualitätskriterium herangezogen werden.

[0033] Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf die optische Prüfung eines in einem mehrteiligen Formwerkzeug hergestellten Prüflings im Durchlichtverfahren. Auch bei exakt zueinander zentrierten Werkzeughälften eines Formwerkzeugs kann es zu einem sogenannten Core Shift, einem Kernversatz, kommen. Bei einer unbalancierten Formfüllung kann es zu einer Verschiebung des Kerns kommen, wobei die Verschiebung zu abweichenden Wandstärken im Formteil führt. Insbesondere, wenn das Formteil ein Verschlussdeckel ist, führt der Core Shift zu einer relativen Verschiebung von Aussenseite zur Innenseite des Verschlussdeckels. Eine ungleichmässige Wandstärke hat einen negativen Effekt auf die Dichtheit und/oder stellt eine Schwachstelle dar, welche die Funktionalität beeinflusst.

[0034] Aus unterschiedlichen Gründen kann es bei Formteilen zu Abweichungen, beispielsweise hinsichtlich des Durchmessers und/oder der Ovalität bzw. Rundheit, als Beispiele für geometrische Defekte, von der gewünschten Geometrie kommen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird bei der optischen Prüfung des Formteils im Durchlichtverfahren der Aussendurchmesser eines Formteils gemessen und in Relation zum Durchmesser eines inneren Dichtdurchmessers gesetzt. Aus dem ermittelbaren Verhältnis kann beispielsweise auf eine Ovalität des Dichtdurchmessers eines rotationssymmetrischen Formteils, z.B. einen Verschlussdeckel, geschlossen werden, welches Einfluss auf die Dichtheit des als Schraubverschluss ausgebildeten Formteils hat. Liegt dieses Verhältnis ausserhalb einer definierbaren Toleranz, werden Prozessparameter korrigiert, bzw. das Formwerkzeug überprüft.

[0035] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Verfahren eingerichtet, um eine optische Prüfung der in einem Herstellungsprozess hergestellten Formteile im Durchlichtverfahren in Linie mit diesem durchzuführen. Hierbei kann sich das erfindungsgemässe Verfahren in seiner für die optische Prüfung erforderliche Prüfzeit an den Takt des Herstellungsprozesses orientieren. Demnach kann das Verfahren in hoher Geschwindigkeit oder auch in einer von dem Herstellungsprozess unabhängigen Geschwindigkeit erfolgen.

[0036] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein System zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Das System umfasst eine Transporteinrichtung, um die Formteile entlang eines Transportweges in einen Prüfbereich zur optischen Prüfung im Durchlichtverfahren zu bewegen. Die Transporteinrichtung ist ausgebildet, um die Formteile ruhig an der Aufnahmeeinrichtung vorbeizuführen und dabei Pendelbewegungen oder Schrägstellungen zu vermeiden. Hierbei kann die Transporteinrichtung zwei, um je ein Antriebsrad und ein weiteres Rad umlaufende, angetriebene und vorgespannte Bänder aufweisen, die zwischen sich einen Förderweg definieren. Dabei kann die Breite des Förderwegs etwas geringer sein als der frei Aussendurchmesser des Formteils. So kann ein weiches, beschädigungsfreies Führen der Formteile unter ausreichender Klemmkraft und in hoher Transportgeschwindigkeit erfolgen, wobei die Formteile drehfest geführt werden, und eine zweifelsfreie optische Prüfung ermöglicht wird. Sowohl die Umlaufgeschwindigkeiten der beiden Bänder können zueinander unterschiedlich sein als auch der Typ der Bänder. Ferner kann die Anzahl und der Typ des Antriebsrads variiert werden, welche darüber hinaus über entsprechend ausgebildete Mittel vorgespannt werden können. Alternativ kann die Transporteinrichtung ein oder mehrere Sternräder umfassen. Der Prüfbereich weist die Aufnahmeeinrichtung und eine Beleuchtungseinrichtung auf, welche derart angeordnet sind, dass sich das Formteil bei der Aufnahme zwischen Aufnahmeeinrichtung und Beleuchtungseinrichtung befindet. Demnach kann die Aufnahmequalität gesteigert werden, um letztlich eine verbesserte Auswertung der Bilder zu ermöglichen.

[0037] Vorteilhaft ist mindestens ein Beleuchtungskörper hinter einer Projektionsfläche oder Platte positioniert, so dass Formteile in Bezug auf die Aufnahmeeinrichtung von hinten ausgeleuchtet werden. Somit können die Formteile bei der optischen Prüfung optimal ausgeleuchtet werden, wodurch verschiedene Defekte und/oder Mängel einfach und genau detektierbar sind. Zusätzlich kann das Durchlichtverfahren mit einem Auflichtverfahren kombiniert werden, welches weitere Vorteile hat.

[0038] Es sei noch einmal erwähnt, dass sich die vorliegende Erfindung neben dem oben beschriebenen erfindungsgemässen Verfahren zur Prüfung von Prüflingen im Durchlichtverfahren auch auf ein entsprechendes System bezieht.

[0039] Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der nun folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hervor, welche in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft dargestellt sind. Aus der Beschreibung lassen sich die weiteren Vorteile der vorliegenden Erfindung entnehmen, sowie Anregungen und Vorschläge, wie der Erfindungsgegenstand im Rahmen des Beanspruchten abgeändert oder auch weiterentwickelt werden kann.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0040] Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines Prüfbereichs für eine optische Prüfung eines Formteils im Durchlichtverfahren, Figur 2 ein schematisches Ablaufschema einer Verarbeitung der Bilder zur Verifizierung von Defekten; Figur 3 eine schematische Darstellung von detektierbaren Defekten am Beispiel eines Verschlusses; Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kernversatzes am Beispiel eines Verschlusses; Figur 5 eine schematische Darstellung einer Transporteinrichtung zum Durchführen eines Formteils durch eine im Durchlichtverfahren durchführbare Prüfung; Figur 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Transporteinrichtung.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung

[0041] In Figur 1 ist schematisch ein optischer Prüfbereich für eine optische Prüfung eines Formteils 10 in einem Durchlichtverfahren dargestellt. Das System 1 zur optischen Prüfung eines Formteils 10 umfasst eine Transporteinrichtung (nicht dargestellt) zum Transportieren der Formteile 10 in einer mit Pfeil 2 angedeuteten Transportrichtung. Insbesondere können die Formteile 10, welche beispielhaft als Verschlussdeckel in Figur 1 dargestellt sind, in einer definierten Orientierung und in Reihung den optischen Prüfbereich passieren. Insbesondere können die Formteile 10 vereinzelt in den optischen Prüfbereich eingebracht werden, wobei dies über eine geeignete Transporteinrichtung erfolgen kann. Die als Formteile 10 ausgebildeten Verschlüsse können in der Form eines einseitig geschlossenen zylindrischen Hohlkörpers ausgebildet sein, umfassend ein Unterteil mit einem Innengewinde, sowie eventuell ein Garantieband, welches über Stege an dem Unterteil angespritzt ist. Ferner kann das Formteil 10 eine oder mehrere aufgedruckte Kennzeichnungen haben, welche beispielsweise gemäss der Erfindung überprüfbar sind.

[0042] In dem optischen Prüfbereich ist mindestens eine Aufnahmeeinrichtung 20 vorgesehen, welche eingerichtet ist, um mindestens ein Bild des Formteils 10 zu erstellen. Wie dargestellt, kann die Aufnahmeeinrichtung 20 eine oberhalb des Formteils 10 angeordnete Kamera sowie optional Filterelemente (nicht dargestellt) umfassen, so dass deren optische Achse parallel zur Formteilachse 10a des geprüften Formteils 10 orientiert ist. Die optische Achse der Kamera verläuft in etwa durch die Mitte des rotationssymmetrischen Formteils 10. Hierbei ist gegenüberliegend der Aufnahmeeinrichtung 20 eine Beleuchtungseinrichtung 30 angeordnet, um ein Durchlicht zu erzeugen. Das Durchlicht erstreckt sich vorzugsweise parallel zur optischen Achse in Richtung Aufnahmeeinrichtung 20. Demnach befindet sich im optischen Prüfbereich das zu inspizierende Formteil 10 zumindest zeitweise zwischen der Aufnahmeeinrichtung 20 und der Beleuchtungseinrichtung 30. Die optische Prüfung kann demnach im sogenannten Durchlichtverfahren erfolgen, welches gegenüber anderen Verfahren vorteilhaft ist. Insbesondere ist das Durchlichtverfahren geeignet, um eine Bild ohne störende Reflexionen von dem den optischen Prüfbereich passierende Formteil 10 zu machen. Beispielsweise können Einschlüsse im Inneren des Formteils 10 detektiert werden, welche Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess des Formteils 10 erlauben, beispielsweise einem Spritzgussverfahren. Diese detektierbaren Einschlüsse erlauben nach Verarbeitung und Auswertung sowie Analyse in einer Verarbeitungseinheit, beispielsweise einem Prozessor und weiteren Komponenten, eine Veränderung von Prozessparametern. Im Folgenden wird mit Bezugszeichen 40 eine Verarbeitungseinheit bezeichnet, mittels welcher zur Prüfung das aufgenommene Bild des Formteils verarbeitet und ausgewertet wird, sowie Daten analysiert werden. Basierend darauf kann eine Anpassung von definierbaren Prozessparametern des Herstellungsprozesses erfolgen. Das von der Aufnahmeeinrichtung 20 aufgenommene Bild kann mittels einer Bildverarbeitungseinrichtung einer entsprechender Verarbeitung bzw. Analyse unterzogen werden, um mannigfaltige Defekte im Formteil 10 und statistische Daten zu detektieren bzw. zu ermitteln. Zum Auswerten der Bilder bzw. zur statistischen Datenauswertung kann ein Algorithmus genutzt werden, welcher entsprechend auf die zu prüfenden Formteile 10 anpassbar oder wählbar ist

[0043] Für das Durchlichtverfahren kann die mindestens eine Beleuchtungseinrichtung 30 eingerichtet sein, um das Formteil 10 direkt oder indirekt optimal während der Aufnahme des Bildes zu beleuchten. Demnach kann ein Beleuchtungskörper hinter einer Projektionsfläche oder Platte der Beleuchtungseinrichtung 30 positioniert sein, um eine optimale Ausleuchtung ohne störende Reflektionen an einer Formteiloberfläche zu ermöglichen. Geeignet ist beispielsweise eine Lichtplatte sowie der Einsatz polarisierten Lichts, eines Diffusors und/oder koaxialen Lichts. Grundsätzlich ist es denkbar, dass neben der in Figur 1 dargestellten positionierten Beleuchtungseinrichtung 30 auch weitere Beleuchtungseinrichtungen anordenbar sind, welche zusätzlich oder alternativ auch eine optische Prüfung der Formteile 10 im Auflichtverfahren gestatten.

[0044] In Figur 2 ist rein abstrakt dargestellt, dass die durch die Aufnahmeeinrichtung 20 aufgenommenen Bilder verarbeitet und analysiert werden, so dass daraus resultierende Kenntnisse zur Einstellung des Herstellungsprozesses genutzt werden können. In der Figur 2 sind Verarbeitungsmittel 40 zur Verarbeitung und Auswertung von Bildern der Formteile 10 schematisch dargestellt. Die Verarbeitungsmittel 40 umfassen einen Prozessor 42, welcher das von der Aufnahmeeinrichtung 20 aufgenommene Bild bzw. die Vielzahl der aufgenommenen Bilder auswertet, um Defekte zu detektieren und/oder aus der Gesamtheit der Bilder statistische Daten zu erheben und zu analysieren. Hierfür kann in dem Prozessor 42 eine Bildverarbeitungseinrichtung umfasst sein, welche die aufgenommenen Bilder einer entsprechenden Verarbeitung unterzieht, die notwendig ist, um die Defekte in dem Formteil 10 und/oder um eventuelle statistische Abweichungen auch von fehlerfreien Formteile entdecken zu können. Diese Defekte können beispielsweise Einschlüsse in Form von Lufteinschlüssen, Fremdkörpern und/oder erstarrtem Material sein, welche im Inneren und/oder in den Wänden der Formteile 10 nachweisbar sind. Darüber hinaus oder alternativ können Fehlstellen in Form von Farbabweichungen, Schlieren, Löchern, Vertiefungen, Verbrennungen, Fremdmaterial und/oder Rissen ermittelt werden. Ebenfalls können eventuell vorhandene Gravuren und/oder Kennzeichnungen überprüft werden. Wie folgend noch erläutert wird, ist insbesondere der Bereich des Anspritzpunktes überprüfbar, welcher erfahrungsgemäss besonders anfällig für Defekte ist. Ein wesentlicher Defekt oder Fehler bezieht sich auf den sogenannten Kernversatz und unterschiedliche Wandstärken, welche die Dichtheit des als Verschluss ausgebildeten Formteils 10 beeinträchtigen. Der Kernversatz, auch als Core Shift bezeichnet, kann dann entstehen, wenn beim Spritzgussverfahren die Werkzeughälften nicht exakt zueinander ausgerichtet sind. Bei Verschlüssen ist demnach die Aussenseite nicht mittig zur Innenseite. Es entstehen unterschiedliche Wandstärken, welche die Dichtheit negativ beeinflussen.

[0045] Zur Verarbeitung und Auswertung der aufgenommenen Bilder kann beispielsweise eine analog-zu-digital Umwandlung erforderlich sein. Die Verarbeitungsmittel 40 bedienen sich demnach Algorithmen, welche je nach Art des Formteils 10 variieren können. Nach einer sogenannten Vorverarbeitung in einer Verarbeitungseinheit 44, welche eine an sich bekannte Bildverarbeitung sowie eine statistische Analyse auch unter Nutzung von künstlicher Intelligenz bzw. Algorithmen umfasst, kann die somit erhaltene Information in Steuerungsparameter für den Herstellungsprozess bzw. in korrigierten Prozessparameter umgewandelt werden. Diese ermittelbaren Steuerungsparameter werden dann an eine Steuerung 46 des Herstellungsprozesses übermittelt, welche aus diesen in einer Transformationseinheit 48 Prozessparameter. Mit anderen Worten werden basierend auf den mittels der Verarbeitungseinheit 44 ermittelbaren Daten Prozessparameter des Herstellungsprozesses bzw. der Spritzgussmaschine angepasst. Hierfür werden zwischen der Verarbeitungseinheit 44 und der Steuerung 46 statistische Daten und/oder Echtzeitdaten ausgetauscht, um frühzeitig Tendenzen, Muster und/oder Häufungen von Defekten detektieren zu können. Durch rechtzeitige Anpassen von Prozessparametern bzw. Stellgrössen des Herstellungsprozesses kann dem entgegengewirkt werden, um grössere Ausschussmengen zu vermeiden. In der Figur 3 ist am Beispiel eines als Verschluss ausgebildeten Formteils 10 unterschiedliche zu detektierende Defekte dargestellt. Das Formteil 10 hat weitgehend die Form eines einseitig geschlossenen zylindrischen Hohlkörpers und kann als Schraubverschluss für Flaschen vorgesehen sein. Derartige Verschlüsse werden massenweise in einer Formspritzmaschine aus Kunststoff, z.B. Polyethylen, Polypropylen oder PET (Polyethylenterephthalat) hergestellt. Wie bereits in Figur 1 dargestellt, werden die Formteile 10 vereinzelt und geordnet, d.h. auf ihrer Stirnfläche 14 liegend in den optischen Prüfbereich gefördert. In der geschnittenen Seitenansicht des Formteils 10 ist eine Wandung 12 sichtbar, wobei in der geschlossenen Stirnfläche 14 eine Fehlstelle 9 angedeutet ist. Dabei kann es sich um Mikrorisse handeln, welche in Fig. 3 nur angedeutet sind. Ferner kann aus dem Erscheinungsbild eines Anspritzpunktes 16 Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess gezogen werden. Ein nicht mittig angeordneter Anspritzpunkt 16 bei einem rotationssymmetrischen Formteil 10 kann auf einen Kernversatz schliessen lassen und somit auf eine fehlerhafte Zuordnung der Spritzformhälften. Der Anspritzpunkt 16 ist ein Bereich, in dem vermehrt Fehlstellen wie Mikrorisse, Mikrolöcher, etc. auftreten. Aus der in Figur 3 gezeigten Aufsicht sind sowohl der Anspritzpunkt 16 als auch Schlieren 17, insbesondere Farbschlieren und/oder Feuchtigkeits- und/oder Luftschlieren, als auch Vertiefungen oder beispielsweise Kennzeichnungen in Form der sogenannten Kavitäten- oder Nestnummer 15 als Beispiel von gut im Durchlichtverfahren detektierbaren Fehlern bzw. Angaben dargestellt.

[0046] In der Figur 4 ist an einem als Verschluss ausgebildeten Formteil 10 der Kernversatz dargestellt. Hierbei liegen die Aussenseite 11 und die Innenseite 13 nicht mittig. Dies kann entstehen durch ein Verschieben des Kerns unter dem Spritzdruck und/oder einem unsymmetrischen Einspritzen der Spritzmasse und/oder Druckdifferenzen und/oder Temperaturunterschiede an gegenüberliegenden Formwänden. Eine Verschiebung kann auch auf eine nicht saubere Einrichtung und/oder exakte mechanische Einstellung der Werkzeughälften zurückgeführt werden. Es entstehen ungleiche Wandstärken. Angedeutet wird dies in Figur 4 durch einen Versatz einer der Aussenseite 11 zugeordneten Achse 11 a und einer der Innenseite 13 zugeordneten Achse 13a.

[0047] Aus der Figur 5 ist schematisch dargestellt, wie ein Formteil 10 den zwischen Aufnahmeeinrichtung 20 und Beleuchtungseinrichtung 30 aufgespannten optischen Prüfbereich in Transportrichtung 2 passiert und dabei im Durchlichtverfahren inspiziert wird. Hierfür ist eine Transporteinrichtung 50 vorgesehen, welche die Beförderung des zu prüfenden bzw. zu kontrollierenden Formteils 10 erlaubt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Transporteinrichtung 50 zwei parallel verlaufende Transportbänder 52 umfassen, welche seitlich am Formteil 10 angreifen.

[0048] In der Figur 6 ist eine schematische Detailansicht einer als Sternrad 54 ausgebildeten Transporteinrichtung 50 gezeigt, welche in Zusammenhang einer im Durchlichtverfahren durchführbaren optischen Inspektion denkbar ist. Das Sternrad 54 umfasst mehrere Finger 55, welche zwischen sich Taschen 56 ausbilden. Die Formteile 10 können mittels eines Transportbandes (nicht dargestellt) kontinuierlich zugeführt und in Eingriff mit den Taschen 56 des Sternrads 55 gebracht werden. Demnach umschliessen die Taschen 56 zumindest teilweise die Formteile 10. In den Taschen 56 können die Formteile optional mittels Vakuum gehalten werden und in dieser gehaltenen Position im Durchlicht inspiziert werden. Anschliessend können die Formteile 10 jeweils aus den Taschen 56 freigegeben und können weiteren Stationen zugeführt werden. Das Sternrad 54 dreht sich in dem dargestellte Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn mit einer einstellbaren Drehgeschwindigkeit.

[0049] Alternativ können die Formteile 10 über eine zumindest teilweise transparente Platte rutschen, um den Bodenbereich der Formteile 10 inspizieren zu können.

Claims (15)

1. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) im Durchlichtverfahren, insbesondere von in einem Herstellungsprozess durch Thermoform- oder Formpressverfahren hergestellte Verschlüsse oder Ähnliches, umfassend – Transportieren der Formteile (10) von einer Transporteinrichtung (50) durch einen optischen Prüfbereich, und – Aufnehmen mindestens eines Bildes des Formteils (10) mittels einer Aufnahmeeinrichtung (20), wobei sich das Formteil (10) zwischen der Aufnahmeeinrichtung (20) und einer Beleuchtungseinrichtung (30) befindet, und von dieser ausgeleuchtet wird, wobei das Bild mittels Verarbeitungsmitteln (40) derart ausgewertet wird, dass Defekte des Formteils (10) und/oder statistische Daten ermittelbar sind, aus welchen Rückschlüsse auf den Herstellungsprozess der Formteile (10) in einem Formwerkzeug mit Kavität ableitbar sind, die zur Steuerung des Herstellungsprozesses einsetzbar sind. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für die Auswertung anpassbare Algorithmen einsetzbar sind.

2. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einschlüsse in Form von Lufteinschlüssen, Fremdkörpern und/oder erstarrtem Material detektierbar sind.

3. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung des Formteils (10) im Durchlichtverfahren für die gesamte Oberfläche des Formteils (10) durchgeführt wird.

4. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung des Formteils (10) im Durchlichtverfahren entlang von Fliesslinien durchgeführt wird, um Fehlstellen in Form von Farbabweichungen, Schlieren (17), Löchern, Vertiefungen (15), Verbrennungen, Fremdmaterial und/oder Rissen (9) zu detektieren.

5. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren einsetzbar ist, um nach einem Farbwechsel beim Material Schlieren (17) zu detektieren.

6. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass detektierbare Schlieren (17) auf Materialeigenschaften, Temperatur des Prozesses und/oder auf ein undichtes Temperiersystem eines Formwerkzeugs rückführbar sind.

7. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die detektierbaren Vertiefungen (15) und/oder Löcher in Form von Mikrolöchern vorliegen, welche auf Ablagerungen im Formwerkzeug im Bereich eines Anspritzpunktes (16) rückführbar sind.

8. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren einsetzbar ist, um Gravuren und/oder Kennzeichnungen (15) am Formteil (10) zu detektieren und zu prüfen.

9. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren einsetzbar ist, um Anordnung und Form eines Anspritzpunktes (16) zu bestimmen.

10. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren einsetzbar ist, um die Gleichmässigkeit von Wandstärken des Formteils (10) und/oder um einen Kernversatz zu prüfen.

11. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren einsetzbar ist, um eine Ovalität und/oder andere geometrische Defekte des Formteils (10) zu detektieren.

12. Verfahren zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Prüfung im Durchlichtverfahren in Kombination mit einem Auflichtverfahren und/oder in Linie mit dem Herstellungsprozess der Formteile (10) durchführbar ist.

13. System zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach einem Verfahren gemäss einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Transporteinrichtung (50) zum Transportieren der Formteile (10) in einen optischen Prüfbereich, eine Aufnahmeeinrichtung (20) zum Erstellen eines Bildes des Formteils (10) und Verarbeitungsmittel (40), an welche das Bild übermittelbar ist zur Überprüfung und eine Beleuchtungseinrichtung (30), um das Formteil (10) bei der optischen Prüfung im Durchlichtverfahren zu prüfen, dadurch gekennzeichnet, dass Defekte des Formteils (10) und/oder statistische Daten ermittelbar sind.

14. System zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung (30) vorgesehen ist, um das Formteil (10) direkt oder indirekt während der Aufnahme des Bildes auszuleuchten.

15. System zur optischen Prüfung von Formteilen (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (10) durch Seitenriemen (52) oder mittels einem Sternrad (54) geführt in den optischen Prüfbereich transportiert werden.