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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum ortsaufgelösten Prüfen einer Eigenschaft einer Wand eines Behälters sowie eine Prüfvorrichtung. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, insbesondere Tanks für Kraftfahrzeuge nach der Produktion hinsichtlich ihrer Qualität zu prüfen. Die Dichtheit solcher Tanks muss unbedingt über die gesamte Betriebszeit gewährleistet sein, um ein sicheres Betreiben des Kraftfahrzeugs zu ermöglichen.
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Es sind hierzu verschiedene Verfahren bekannt. Beispielsweise kann der Tank in einem Tauchverfahren geprüft werden, indem er abgedichtet, mit einem Überdruck beaufschlagt und in eine Flüssigkeit eingetaucht wird. Ebenso kann ein Testgas, beispielsweise Helium, in den Tank eingebracht werden, um die Dichtheit dann anhand evtl. außerhalb des Tanks nachweisbarer Spuren des Testgases zu untersuchen. Ebenfalls bekannt sind Testverfahren, bei denen Ultraschall reflektiert wird und so Aufschluss über Materialeigenschaften des Tanks liefert.
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Neben der Dichtheit ist es ebenfalls wichtig, sicherzustellen, dass die Wanddicke eines Tanks an keiner Stelle die vorgegebene Mindeststärke unterschreitet. Hierzu sind bisher keine Verfahren bekannt, mit Hilfe derer ein fertiger Tank zuverlässig auf Schwankungen der Wanddicke, sonstige Inhomogenitäten in der Wand oder auf Fehler in der Homogenität eines verwendeten Kunststoffs geprüft werden können.
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Aus der
WO 2019/157035 A1 ist es bekannt, einen fahrbaren Messroboter auf einer zu untersuchenden Wand, beispielsweise der Wand eines Tanks, entlang fahren zu lassen, um mit einem optischen System die Topographie der Wand zu vermessen. Eine Aussage über die Wanddicke und/oder die Homogenität des untersuchten Materials lässt sich aber auch mit einer solchen Methode nicht erzielen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Prüfung einer Wand eines Behälters und insbesondere einer Wand eines Kraftstofftanks anzugeben, das zuverlässige Aussagen hinsichtlich der Wandstärke sowie weiterer Materialeigenschaften und insbesondere hinsichtlich der Materialhomogenität liefert.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, mit den Schritten
- a. Anordnen eines Emitters oder eines Detektors an einer ersten Außenposition auf einer Außenseite der Wand,
- b. Anordnen eines Detektors oder eines Emitters an einer der ersten Außenposition bezüglich der Wand gegenüber liegenden ersten Innenposition,
- c. Durchführen einer Transmissionsmessung, wobei ein von dem Emitter ausgesendetes Signal von dem Detektor detektiert wird, und
- d. Wiederholen der Schritte a. bis c. für eine Anzahl n verschiedener Außenpositionen und Innenpositionen.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Prüfvorrichtung mit einem ersten Leichtbauroboter, an dem ein Emitter angeordnet ist, mit einem zweiten Leichtbauroboter, an dem ein Detektor angeordnet ist, und mit einer Steuerung, die eingerichtet ist, um Transmissionsmessungen mit Hilfe des Emitters und des Detektors durchzuführen..
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird auf Grundlage eines Ergebnisses der Transmissionsmessung eine Abschätzung einer Eigenschaft der Wand vorgenommen wird. Eine solche Eigenschaft kann insbesondere die Wandstärke, mit anderen Worten also die Dicke der Wand sein. Ebenfalls kann die Eigenschaft die Homogenität des Wandmaterials an der untersuchten Stelle sein. Es kann so überprüft werden, ob die untersuchte Stelle ein Risiko für eine Leckage darstellt, da beispielsweise die Wandstärke geringer ist als vorgesehen oder durch Lufteinschlüsse o.ä. eine Inhomogenität der Wand entstanden ist, die ebenfalls zu einer verringerten Festigkeit führen könnte.
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Das Verfahren ist besonders gut geeignet für einen Behälter, die aus einem Kunststoff besteht. Gängige Kraftstofftanks werden regelmäßig aus Kunststoff hergestellt, beispielsweise in einem Extrusionsverfahren. Ein solches Verfahren bietet viele Vorteile, ist aber gelegentlich fehleranfällig hinsichtlich der Genauigkeit der Ausführung. Wenn ein systematischer Fehler bei der Produktion vorliegt, beispielsweise durch eine Dejustage oder eine Verunreinigung der Produktionsanlage, so ist es von Vorteil, wenn dieser Fehler möglichst umgehend erkannt wird. Es bietet sich daher an, die produzierten Behälter zeitnah zu untersuchen, was mit dem vorgeschlagenen Verfahren möglich wird. So kann ein Behälter nach der Produktion zu einer Testanlage bzw. Prüfvorrichtung transportiert und von dieser untersucht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Emitter an einem erstem Leichtbauroboter angeordnet. Entsprechend kann der Detektor an einem zweiten Leichtbauroboter angeordnet sein. Unter einem Leichtbauroboter wird dabei insbesondere ein Roboter mit einem Roboterarm verstanden, der mehrere Gelenke und Drehachsen aufweist, so dass der Emitter und der Detektor jeweils problemlos und mit hoher Genauigkeit in die jeweiligen Untersuchungspositionen gebracht werden können. Unter dem Begriff Untersuchungsposition werden dabei die Außenposition und die Innenposition subsummiert. Die Leichtbauroboter können von einer Steuerung angesteuert werden, die einen Speicher aufweist, in dem die Geometrie des zu untersuchenden Behälters abgespeichert ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Transmissionsmessung mit Hilfe von elektromagnetischer Strahlung durchgeführt. Dabei kann es sich vorzugsweise um Laserstrahlung handeln. Auf diese Weise kann eine kleiner Bereich der Oberfläche des Behälters genau untersucht werden, ohne den Behälter insgesamt stark zu beanspruchen, beispielsweise durch mechanische Beanspruchungen oder einen hohen Energieeintrag.
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Zweckmäßigerweise wird elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge verwendet, für die ein Material, aus dem der Behälter besteht, eine Intensität transmittierter Strahlung gegenüber einer Intensität eingestrahlter Strahlung pro Millimeter Schichtdicke zwischen 10% und 90%, bevorzugt zwischen 20% und 80%, verringert. Beispielsweise kann elektromagnetische Strahlung aus dem infraroten Spektrum verwendet werden. In diesem Bereich weisen viele Kunststoffe eine geeignete Transparenz bzw. Durchlässigkeit auf. Der Absorptionskoeffizient des Materials für die verwendete Wellenlänge liegt vorzugsweise in einem Bereich, in dem pro Millimeter zwischen 10% und 90%, bevorzugt zwischen 20% und 80% der Eingangsintensität absorbiert werden.
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Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass es möglich ist, dass der Emitter und der Detektor während der Transmissionsmessung jeweils nicht in Kontakt mit der Wand stehen. Es wird so eine berührungslose und zerstörungslose Untersuchung möglich, die den zu untersuchenden Behälter nicht beeinflusst. Wenn Leichtbauroboter verwendet werden ist es möglich, den Emitter und den Empfänger sehr genau in einem Abstand von wenigen mm oder weniger als 1 mm von der Wand des Behälters anzuordnen, so dass eine genaue und effiziente Messung möglich wird.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Materialstärke und/oder eine Homogenität des Materials untersucht werden. Diese Parameter lassen direkte Rückschlüsse auf die Qualität des untersuchten Behälters zu. Eine Veränderung der Homogenität kann auf die Stabilität beeinflussende Einschlüsse, beispielsweise Lufteinschlüsse, hinweisen. Eine gegenüber den Vorgaben verringerte Wandstärke kann ebenfalls die Stabilität und somit die Sicherheit des Behälters beeinflussen.
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Neben dem Abstand von der zu untersuchenden Wand des Behälters wird vorzugsweise der Emitter derart ausgerichtet bzw. seine Position derart angepasst, dass ein Winkel zwischen einer Emissionsrichtung des Emitters und einer Oberfläche der Wand an der jeweiligen Außenposition bzw. Innenposition derart eingestellt wird, dass die Emissionsrichtung einen rechten Winkel mit der Oberfläche bildet. Mit anderen Worten wird dann eine Ausrichtung des Emitters für jede Außenposition bzw. für jede Innenposition derart angepasst, dass eine Emissionsrichtung des Emitters und eine Oberfläche der Wand an der jeweiligen Außenposition bzw. Innenposition einen rechten Winkel miteinander bilden. Es wird so besonders einfach, den Emitter und den Empfänger so zu positionieren, dass eine störungsfreie Messung möglich ist.
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Bei der Auswertung der Messergebnisse kann ein bei der jeweiligen Transmissionsmessung ermittelter Wert mit einem für die jeweilige Untersuchungsposition vorgegebenen Wert verglichen werden. Der Vergleichswert bzw. die Vergleichswerte können berechnet oder durch eine Referenzmessung ermittelt werden. Eine Abweichung von dem vorgegebenen Wert kann auf einen Qualitätsmangel hindeuten. Dieser kann durch weitere verfahrensgemäße Messungen und/oder eine weitere Untersuchung des Behälters dann bestätigt werden.
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Zweckmäßigerweise wird beim Vergleichen eine Differenz zwischen dem ermittelten Wert und dem vorgegebenen Wert ermittelt. Es kann dann ein Eingriff in ein Produktionsverfahren des Behälters vorgenommen wird, wenn die Differenz größer als ein vorgegebener Referenzwert ist. Beispielsweise kann die Produktion gestoppt werden, oder es kann eine Rekalibrierung der Produktionsanlage durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch weitere Untersuchungen an dem Behälter, an dem eine Abweichung von dem Referenzwert bzw. von den Referenzwerten aufgetreten ist, veranlasst werden.
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Um ein effizientes Verfahren zu gewährleisten kann vorgesehen sein, dass untersuchte Punkte der Wand in einem Raster, das die Oberfläche der Wand überspannt, angeordnet sind. Die Punkte können in einem bestimmten Abstand voneinander, beispielsweise in einem Abstand von jeweils 1 cm, 2 cm, 3 cm oder 5 cm voneinander angeordnet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Abstände der untersuchten Punkte derart angepasst werden, dass besonders wichtige und/oder besonders fehleranfällige Strukturen engmaschiger untersucht werden, als die restlichen Strukturen.
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Ein zeiteffizientes Verfahren ergibt sich, wenn das erfindungsgemäße Verfahren gleichzeitig mit einem Produktionsverfahren zur Produktion von Behältern der Art des untersuchten Behälters durchgeführt wird. Es wird so auch möglich, die Qualität der produzierten Behälter in Echtzeit oder nahezu in Echtzeit zu kontrollieren, so dass mögliche Produktionsfehler schnell erkannt werden können. Es wird so vermieden, eine große Anzahl von fehlerhaften oder minderwertigen Behältern zu produzieren, bevor der Mangel im Produktionsprozess erkannt und behoben werden kann.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden einem Benutzer Messergebnisse über eine Visualisierung bzw. eine bildgebende Diagnostik angezeigt. Es wird so neben dem möglichen Vergleich mit abgespeicherten Daten eine weitere Kontrollinstanz in Form eines menschlichen Benutzers eingeführt, der ggf. aufgrund seiner Erfahrung eine Veränderung in der Qualität der produzierten Behälter schnell bemerken und ggf. korrigieren kann. Beispielsweise kann dem Benutzer eine graphische Darstellung des Behälters angezeigt werden, in der hinsichtlich der Messwerte auffällige oder nicht mehr im Toleranzbereich liegende Untersuchungspositionen markiert sind. Es ist auch möglich, dass die jeweilige Abweichung der Messergebnisse von den Toleranzwerten farbkodiert angezeigt wird. Die Untersuchungspositionen und/oder das Raster, auf dem die Untersuchungspositionen liegen, können ebenfalls markiert sein.
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Ein Steuergerät zur Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise ein Steuergerät für einen Leichtbauroboter sein, das ein Steuerungsprogramm zum Steuern des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Dabei können insbesondere die Geometrie des Behälters, die zu untersuchenden Punkte, die Referenzwerte für Dicke und/oder Homogenität sowie Toleranzbereiche für die Materialstärke und/oder die Homogenität an den zu untersuchenden Punkten abgespeichert sein. Ebenfalls kann ein Programm zur Visualisierung der Messergebnisse abgespeichert sein. Das Steuergerät kann mit einer Steuerung für eine Produktionsanlage zur Produktion der Behälter verbunden sein.
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Eine erfindungsgemäße Prüfvorrichtung kann ein solches Steuergerät aufweisen oder allgemein eingerichtet sein, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. Sie kann optional auch eine Vorrichtung zum automatischen positionieren des zu untersuchenden Behälters in einem Wirkbereich der beiden Leichtbauroboter aufweisen. Ebenfalls kann die Prüfvorrichtung derart in der Nähe eines Förderbandes angeordnet sein, dass produzierte Behälter nacheinander auf dem Förderband in den Wirkbereich der Prüfvorrichtung gefahren werden können.
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Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Prüfvorrichtung Leichtbauroboter einsetzt. Wenn andere Mittel vorhanden sind, um den Detektor und den Emitter korrekt zu positionieren, so können auch diese verwendet werden. Wichtig ist, dass es möglich ist, den Emitter und den Detektor derart in eine Untersuchungsposition zu bringen, dass der Detektor dem Emitter gegenüber liegt, so dass eine Transmissionsmessung durchgeführt werden kann.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1: eine perspektivische schematische Darstellung zweier Roboter bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Kraftstofftanks,
- 2: eine schematische Draufsicht auf zwei Roboter bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Kraftstofftanks, und
- 3: eine schematische Seitenansicht auf zwei Roboter bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Kraftstofftanks
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1 zeigt eine perspektivische schematische Darstellung zweier Roboter 6, 8 bei der Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Untersuchung eines Kraftstofftanks 2. Der Kraftstofftank 2 weist eine Tankwand 4 auf, die von dem ersten Leichtbauroboter 6 und dem zweiten Leichtbauroboter 8 untersucht wird. Hierzu ist als Endeffektor am ersten Leichtbauroboter 6 ein Emitter in Form eines Infrarotlasers 14 angeordnet. Der zweite Leichtbauroboter 8 trägt als Endeffektor einen Detektor 18. Der Detektor 18 ist in der Lage, von dem Emitter 14 emittierte und durch die Tankwand 4 transmittierte Strahlung zu detektieren und ihre Intensität zu bestimmen.
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Der erste Leichtbauroboter 6 weist drei Gelenke bzw. Drehachsen 12.1, 12.2 und 12.3 auf. Er lässt sich auf bekannte Weise flexibel bewegen und kann so alle Punkte an der Außenseite des Kraftstofftanks 2 erreichen, so dass an allen Punkten der Oberfläche Messungen mit Hilfe des Emitters 14 möglich sind. Gleiches gilt für den zweiten Leichtbauroboter 8. Dieser weist insgesamt vier Gelenke bzw. Drehachsen 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4 auf. Es ist natürlich möglich, dass die verwendeten Roboter noch eine größere oder kleinere Anzahl von Gelenken und Drehachsen aufweisen. Die Endeffektoren in Form des Emitters 14 und des Detektors 18 können zweckmäßigerweise noch weitere Einstellmöglichkeiten, insbesondere zur Feinjustage und/oder zur Ausrichtung aufweisen.
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Die Wand 4 des Kraftstofftanks 2 weist eine Öffnung 10 auf, in die später eine nicht dargestellte Kraftstoffpumpe eingesetzt wird. Durch die Öffnung 10 dringt der zweite Leichtbauroboter 8 in das Innere des Kraftstofftanks 2 ein, so dass der Emitter 18 in direkter Nähe der Innenseite der Wand 4 des Kraftstofftanks 2 positioniert werden kann.
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Während einer Messung stehen sich der Emitter 14 und der Detektor 18 direkt gegenüber und sind in einer Achse, vorzugsweise senkrecht zur Oberfläche der Wand 4, ausgerichtet. Sowohl der Emitter 14 als auch der Detektor 18 sind dabei in unmittelbarer Nähe der Wand 4 angeordnet, beispielsweise in einem Abstand von wenigen mm oder sogar weniger als 1 mm.
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Selbstverständlich kann auch ein Aufbau mit vertauschten Positionen von Emitter 14 und Detektor 18 realisiert werden, bei dem dann der Emitter 14 an dem zweiten Leichtbauroboter 8 angebracht ist, wohingegen der Detektor 18 dann an dem ersten Leichtbauroboter 6 angebracht ist. Der Detektor 18 befindet sich dann außerhalb des Kraftstofftanks 2, wohingegen der Emitter 14 sich dann während der Messungen innerhalb des Kraftstofftanks befindet.
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2 zeigt eine Draufsicht auf den Kraftstofftank 2 aus 1 sowie auf die beiden Leichtbauroboter 6, 8. Es ist zu erkennen, dass der außerhalb des Kraftstofftanks 2 angeordnete erste Leichtbauroboter 6 in Richtung des in den Kraftstofftank 2 eindringenden zweiten Leichtbauroboters 8 weist und umgekehrt. Die an den Enden der Roboterarme der beiden Leichtbauroboter 6, 8 angeordneten Endeffektoren sind daher einander gegenüber liegend auf unterschiedlichen Seiten der Wand 4 des Kraftstofftanks 2 angeordnet.
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3 zeigt einen Schnitt durch den Kraftstofftank 2 entlang der Linie A-A in 2. Auch hier ist zu erkennen, dass sich die beiden Leichtbauroboter 6, 8 zwar auf unterschiedlichen Seiten der Wand 4 des Kraftstofftanks 2, nämlich der Außenseite für den ersten Leichtbauroboter 6 und der Innenseite für den zweiten Leichtbauroboter 18, befinden, die beiden Endeffektoren 14, 18 aber in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet sind, so dass die Transmissionsmessung durch die zwischen dem Infrarotlaser 14 und dem Detektor 18 liegende Wand 4 des Kraftstofftanks 2 durchgeführt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Tank
- 4
- Tankwand
- 6
- 1. Leichtbauroboter
- 8
- 2. Leichtbauroboter
- 10
- Öffnung
- 12
- Gelenk
- 14
- Emitter
- 16
- Gelenk
- 18
- Detektor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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