DE102006027028A1

DE102006027028A1 - Kontinuierliche Überwachung der Herstellung von Kunststoffformteilen

Info

Publication number: DE102006027028A1
Application number: DE200610027028
Authority: DE
Inventors: Michael Ley; Ulrich Dr. Lichius
Original assignee: ISE INTEX GmbH
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2007-12-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Herstellung von Kunststoffformteilen sowie der hergestellten Kunststoffformteile unter Verwendung von mindestens einer Wärmebildkamera, enthaltend die Schritte: a) Herstellung eines Kunststoffformteils in einem Werkzeug; b) Erstellung mindestens einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils durch die Wärmebildkamera nach der Entnahme des Kunststoffformteils aus dem Werkzeug; c) Vergleich der Aufnahme(n) aus Schritt b) mit einem oder mehreren Referenzbild(ern) mittels eines Datenverarbeitungssystems; d) Auslösung eines Signals im Falle der Überschreitung eines voreingestellten Schwellenwertes beim Vergleich gemäß Schritt c) und im Falle der Auslösung des Signals Aussonderung des entsprechenden Kunststoffformteils und/oder Stoppen der Herstellung, um das betreffende Werkzeug oder Teile davon zu warten bzw. zu reparieren und/oder den Prozess nachzuregeln; e) Wiederholung der Schritte a) bis d).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Herstellung von Kunststoffformteilen, sowie der hergestellten Kunststoffformteile.
Durch Spritzgießen, Pressen oder Prägen hergestellte Kunststoffformteile finden eine breite Anwendung in allen Bereichen, insbesondere als Anbauelemente, Außenverkleidungen oder Innenraumdekorverkleidungen bei Kraftfahrzeugen. So werden sie als Verkleidungen für A-, B-, C- und D-Säulen aber auch für Armaturenbretter, Türinnenverkleidungen, Mittenkonsolen und andere Verkleidungen der Seiten und der Deckenbereiche in Automobilen verwendet. Ebenso finden sie als Funktionsteile Anwendung. Diese Teile müssen hierbei den unterschiedlichsten Anforderungen gerecht werden.
Kunststoffformteile können auf unterschiedlichste Art und Weise hergestellt werden, beispielsweise durch Spritzgießen, Pressen oder Prägen. Mitunter sind die Kunststoffformteile mit einem Dekor aus einer Folie oder Textil versehen, die zur Ausbildung des Kunststoffformteiles hinterspritzt, hinterpresst oder hinterprägt werden. Zur Verfahrensvereinfachung wird die Herstellung von hinterspritzten Kunststoffformteilen meist in einem Schritt durchgeführt, wobei dann das Dekormaterial direkt in ein Werkzeug (beispielsweise ein Spritzgießwerkzeug) eingelegt und mit einem thermoplastischen Kunststoff beaufschlagt (z.B. hinterspritzt) wird.
Die Herstellung hoher Stückzahlen von Kunststoffformteilen erfolgt vollautomatisch. Nach der Formung durch Spritzgießen, Pressen oder Prägen wird das Kunststoffformteil aus dem Werkzeug herausgenommen, gegebenenfalls weiter bearbeitet (z.B. Randbeschneidung) und abgelegt.
Um eine gleichbleibende Qualität der Kunststoffformteile zu gewährleisten werden heute, insbesondere beim Spritzgießen, Prozessparameter, wie Einspritzdruck, Einspritzgeschwindigkeit, Massetemperatur, Nachdruck usw. überwacht und geregelt. Auf Basis von Prozessmodellen werden aus diesen Prozess- bzw. Maschinenparametern mitunter Gütekriterien abgeleitet. Um näher am Formteil Gütekriterien aufnehmen zu können, werden die Werkzeuge mit Druck- und Temperatursensoren formteilnah ausgerüstet. Auch hier ist letztlich ein Prozessmodell die Grundlage für die daraus abgeleitete Qualitätsaussage. Direkte Qualitätsaussagen können über die kontinuierliche Messung des Formteilgewichtes bestimmt werden. Dimensionale Aussagen werden heute in der Regel durch Vermessung von Stichproben und statistischer Auswertung dieser Messungen getroffen. Da dimensionale Aussagen sehr eng in Zusammenhang mit der Formteiltemperatur bzw. des Formteiltemperaturprofils (bei Entformung) stehen, werden Messungen meist erst nach Erreichen der Raumtemperatur durchgeführt. Die stichprobenartige, manuelle Überprüfung ist nicht von gleich bleibender Genauigkeit, teuer und nicht genügend zeitnah, um Fehler durch schleichende Prozessveränderungen, die insbesondere im Werkzeug auftreten (wie z.B. Verkalkung der Temperierbohrungen), und allmählich die Qualität der hergestellten Kunststoffformteile mindern, rechtzeitig zu entdecken.
Die technische Aufgabe war es daher die Nachteile des Standes der Technik zu beheben und insbesondere eine gleichbleibende Qualität der Kunststoffformteile zu gewährleisten, die Überprüfung der Kunststoffformteile kostengünstiger zu gestalten und gegebenenfalls die schleichende Veränderung und Verschlechterung von Prozessgrößen frühzeitiger zu entdecken.
Die technische Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Herstellung von Kunststoffformteilen, sowie der hergestellten Kunststoffformteile unter Verwendung von mindestens einer Wärmebildkamera, enthaltend die folgenden Schritte:

a) Herstellung eines Kunststoffformteils in einem Werkzeug;
b) Erstellung mindestens einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils durch die Wärmebildkamera nach der Entnahme des Kunststoffformteils aus dem Werkzeug;
c) Vergleich der Aufnahme(n) aus Schritt b) mit einem oder mehreren Referenzbild(ern) mittels eines Datenverarbeitungssystems;
d) Auslösung eines Signals im Falle der Überschreitung eines voreingestellten Schwellenwertes beim Vergleich gemäß Schritt c), und im Falle der Auslösung des Signals Aussonderung des entsprechenden Kunststoffformteils und/oder Stoppen der Herstellung, um das betreffende Werkzeug oder Teile davon zu warten bzw. zu reparieren und/oder den Prozess nachzuregeln;
e) Wiederholung der Schritte a) bis d).

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Wärmebildkamera als Kamera verstanden, deren Aufzeichnungsmedien für den Infrarot-Bereich des Strahlungsspektrums empfindlich ist.
In einem bevorzugten Verfahren wird in Schritt b) zusätzlich eine Kamera verwendet, deren Aufzeichnungsmedium für das sichtbare Spektrum des Lichts empfindlich ist, und in Schritt c) ein entsprechendes Bild mit einem Referenzbild mittels eines Datenverarbeitungssystems verglichen wird. Der Vorteil hierbei ist, dass die Auflösung höher ist, so dass die Bestimmung der Abmessungen der zu überprüfenden Kunststoffformteile genauer ist. Vorzugsweise findet in der zusätzlichen Kamera ein CCD-Sensor Anwendung.
Bevorzugt ist das Zeitintervall zwischen der Entformung und der ersten Aufnahme, bzw. zwischen der Entformung und der zweiten Aufnahme usw, stets gleich. In weiteren bevorzugten Verfahren beträgt das Zeitintervall zwischen der Entformung und der Aufnahme 0.5 bis 60 Sekunden, vorzugsweise 0.5 bis 30 Sekunden, bevorzugt 0.5 bis 10 Sekunden und besonders bevorzugt 0.5 bis 5 Sekunden und ganz besonders bevorzugt 0.5 bis 1 Sekunde.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine gleichbleibende Qualität der Kunststoffformteile und vermeidet durch die vorteilhafte vollautomatische Durchführung die manuelle Überprüfung des Verfahrens und der hergestellten Formteile und reduziert so die Kosten für die Qualitätskontrolle. Zudem können schleichende Verschlechterungen von Prozessgrößen, die insbesondere im Werkzeug auftreten (wie z.B. Verkalkung der Temperierbohrungen), frühzeitig entdeckt werden. Vorteilhaft des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiterhin die berührungslose Messung der hergestellten Kunststoffformteile, sowie die Industrietauglichkeit der Überwachung, d.h. der Einsatz der Überwachung bei Herstellungsverfahren mit hoher Takt- und Stückzahl der hergestellten Teile. Weiterhin ist vorteilhaft, dass dieser Überwachung alle Kunststoffarten und auch Farben zugänglich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Erfassung von Temperaturen von 0°C bis 500°C. Vorteilhaft ist weiterhin, dass die Information jeder einzelnen Aufnahme gespeichert und die Überprüfung des betreffenden Kunststoffformteils nachträglich nachgewiesen werden kann.
Vorzugsweise werden die Kunststoffformteile in Schritt a) hergestellt durch Verfahren, bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe Spritzgießen, Prägen, oder Pressen.
In einem bevorzugten Verfahren werden die Schritte a) bis d) mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1.000, bevorzugt mindestens 5.000, ganz besonders bevorzugt mindestens 10.000 mal wiederholt. Die Zykluszeit (Herstellung eines Formteils) beträgt in der Regel 10 bis 60 Sekunden. Das Verfahren stellt daher erfindungsgemäß ein vollautomatisches Verfahren hinsichtlich Schritt a) dar, also der Herstellung der Kunststoffformteile, einschließlich Entnahme aus dem Werkzeug (entsprechend Schritt b)), sowie hinsichtlich der Überwachung der hergestellten Teile, bei dem eine Vielzahl von Kunststoffformteilen zeitlich hintereinander ohne Unterbrechung in einem Werkzeug hergestellt, aus diesem entnommen und überprüft werden.
In einem weiteren bevorzugten Verfahren erfolgt die Erstellung einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils in Schritt b) dadurch, dass das Entnahmesystem das Kunststoffformteil in den Fokusbereich der Wärmebildkamera fährt, oder es in diesem ablegt.
Weiterhin ist bevorzugt, dass in dem erfindungsgemäßen Verfahren in Schritt c) mindestens einer der folgenden Parameter bzw. Bedingungen geprüft wird:

– Vorhandensein und Vollständigkeit aller Elemente des Kunststoffformteils;
– Überprüfen der Abmessungen des Formteils;
– Einhaltung der Werkzeug- und Materialtemperaturen;
– korrekter Zustand des Werkzeuges und seiner Teile.

In einem weiteren bevorzugten Verfahren wird die Temperatur des Kunststoffformteiles in Schritt c) als Einzelbild oder Sequenz visualisiert.
Weiterhin ist bevorzugt, dass in Schritt b) eine Bildsequenz von zeitlich aufeinander erstellten Aufnahmen erzeugt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielhaft wie folgt durchgeführt: in ein Spritzgießwerkzeug wird ein Dekormaterial eingelegt und mittels einer schmelzflüssigen thermoplastischen Masse hinterspritzt, um beispielsweise ein textildekoriertes Säulenverkleidungsteil herzustellen. Nach der Herstellung des Kunststoffformteils wird dieses aus dem Werkzeug entnommen. Das Entnahmesystem fährt das zu überprüfende Kunststoffformteil in den Fokusbereich einer Wärmebildkamera, oder legt es im Fokusbereich der Wärmebildkamera ab. Es folgt die Erstellung einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils durch die Wärmebildkamera. Anschließend wird die Aufnahme mittels eines Datenverarbeitungssystems mit einem Referenzbild verglichen. Das Datenverarbeitungssystem berücksichtigt bei dem Vergleich mit der aktuellen Aufnahme zuvor eingestellte tolerierbare Abweichungen von den Standardwerten bzw. -bereichen von einzelnen Details oder ggf. des Gesamtbildes des Referenzbildes. Im Falle einer nicht mehr tolerierbaren Abweichung, wird ein Signal ausgelöst, um das entsprechende Kunststoffformteils auszusondern und/oder die Herstellung zu stoppen, um das betreffende Werkzeug oder Teile davon zu warten bzw. zu reparieren und/oder den Prozess nachzuregeln.

Claims

Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung der Herstellung von Kunststoffformteilen, sowie der hergestellten Kunststoffformteile unter Verwendung von mindestens einer Wärmebildkamera, enthaltend die folgenden Schritte: a) Herstellung eines Kunststoffformteils in einem Werkzeug; b) Erstellung mindestens einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils durch die Wärmebildkamera nach der Entnahme des Kunststoffformteils aus dem Werkzeug; c) Vergleich der Aufnahme(n) aus Schritt b) mit einem oder mehreren Referenzbild(ern) mittels eines Datenverarbeitungssystems; d) Auslösung eines Signals im Falle der Überschreitung eines voreingestellten Schwellenwertes beim Vergleich gemäß Schritt c), und im Falle der Auslösung des Signals Aussonderung des entsprechenden Kunststoffformteils und/oder Stoppen der Herstellung, um das betreffende Werkzeug oder Teile davon zu warten bzw. zu reparieren und/oder den Prozess nachzuregeln; e) Wiederholung der Schritte a) bis d).
Das Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) zusätzlich eine Kamera verwendet wird, deren Aufzeichnungsmedium für das sichtbare Spektrum des Lichts empfindlich ist, und in Schritt c) ein entsprechendes Bild mit einem Referenzbild mittels eines Datenverarbeitungssystems verglichen wird.
Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitintervall zwischen der Entformung und der Aufnahme stets gleich ist.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffformteile in Schritt a) hergestellt werden durch Verfahren, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe Spritzgießen, Prägen, oder Pressen.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis d) mindestens 500, vorzugsweise mindestens 1.000, bevorzugt mindestens 5.000, ganz besonders bevorzugt mindestens 10.000 mal wiederholt werden.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erstellung einer Aufnahme des hergestellten Kunststoffformteils in Schritt b) dadurch erfolgt, dass das Entnahmesystem das Kunststoffformteil in den Fokusbereich der Wärmebildkamera fährt, oder es in diesem ablegt.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) mindestens einer der folgenden Parameter bzw. Bedingungen geprüft werden: – Vorhandensein und Vollständigkeit aller Elemente des Kunststoffformteils; – Überprüfen der Abmessungen des Formteils; – Einhaltung der Werkzeug- und Materialtemperaturen; – korrekter Zustand des Werkzeuges und seiner Teile.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kunststoffformteiles in Schritt c) als Einzelbild oder Bildsequenz visualisiert wird.
Das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) eine Bildsequenz von zeitlich aufeinander erstellten Aufnahmen erzeugt wird.