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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Dickenvariationen eines in einer Extrusionsrichtung extrudierten Profils, bei welchem das Profil eine Dickenmessvorrichtung durchläuft, die in einem Quermessbetrieb das Profil während des Durchlaufs durch die Dickenmessvorrichtung berührungslos quer zur Extrusionsrichtung über dessen Breite abtastet, wobei eine Vielzahl von über die Breite des Profils aneinandergereihter Messwerte generiert und einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
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In einer Extrusionsrichtung extrudierte Profile finden vielfältige Anwendung in unterschiedlichsten Bereichen und Produkten. So dienen sie beispielsweise als Rohling für Reifenbauteile von Fahrzeugluftreifen, etwa zur Ausbildung des Laufstreifens.
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Es ist grundsätzlich bekannt, das üblicherweise endlos in einer Extrusionsrichtung extrudierte Profil nahe des Austritts aus dem Extruder auf die Einhaltung der gewünschten Dimensionsvorgaben zu prüfen, um eine konstante Produktionsqualität sicherzustellen und im Falle des Auftretens von entsprechenden Schwankungen entgegenwirkende Steuer- und Regelmaßnahmen zu ergreifen. Insbesondere der Ermittlung von Dickenvariationen des in der Extrusionsrichtung extrudierten Profiles kommt dabei große Bedeutung bei. Zur Vermeidung von Oberflächenbeschädigungen des extrudierten Profiles wird eine solche Ermittlung von Dickenvariationen üblicherweise berührungslos durchgeführt.
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In einem sogenannten Quermessbetrieb wird dabei eine Dickenmessvorrichtung so angeordnet, dass das in Extrusionsrichtung extrudierte Profil die Dickenmessvorrichtung durchläuft, wobei das Profil von der Dickenmessvorrichtung während des Durchlaufs berührungslos quer zur Extrusionsrichtung über dessen gesamte Breite abgetastet wird. Dabei wird eine Vielzahl von Messwerten generiert, die über die Breite des Profils aneinandergereiht sind und einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden, die sodann beispielsweise ein Dickenprofil über die Breite des Profils erstellt, mit einem vorgegebenen Sollwert vergleicht, etwaige Abweichungen grafisch darstellt und/oder Steuer- und Regelbefehle an die Extrusionsrichtung erteilt, um auftretende Abweichungen auszugleichen.
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Eine für den sogenannten Quermessbetrieb etablierte Technik ist die LaserProfilometrie, die es gestattet, Dickenvariationen des Profils berührungslos mit einer Genauigkeit im Mikrometer-Bereich abzutasten. Dabei projiziert ein über die Breite des abzutastenden Profils aufgefächerter Laser-Lichtstrahl nach Art eines Lichtvorhangs eine entsprechende Laser-Lichtlinie auf die zu vermessende Oberfläche des Profils, wobei die Lichtlinie durch eine in einem Sensor der Dickenmessvorrichtung verbaute Kamera beobachtet und aufgenommen wird. Da der Abstand des Meßobjektes von der Laser-Lichtlinie direkt proportional zur Position der Projektion auf der Bildebene der Kamera ist, lassen sich selbst kleinste Dickenvariationen über die Breite des Profils auf diese Weise zuverlässig berührungslos detektieren. Aufgrund der großen Menge an Datenpunkten und zugehörigen Messwerten werden bei den bisher bekannten Auswerteeinrichtungen, denen die Messwerte übergeben werden, entsprechende Abbildungen der Dickenvariationen des Profils quer zur Extrusionsrichtung mit einer Frequenz von etwa 1 Hz, bestenfalls etwa 2 Hz erstellt, wobei diese Limitierung aus der vorhandenen Rechenleistung der üblicherweise verwendeten Auswerteinrichtung resultiert und nicht auf Limitierung der Laser-Kamera-Anordnung der Dickenmessvorrichtung beruhen. Derartige Abbildungsfrequenzen von etwa 1 bis 2 Hz sind im Übrigen für den Quermessbetrieb vollkommen ausreichend, da sich etwaige Dickenvariationen erfahrungsgemäß über vergleichsweise längere Zeiträume aufbauen.
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Andererseits kommt es bei den bekannten Extrusionseinrichtungen bislang unvermeidlich auch zu einem Pulsieren des Extruders, was zu annähernd sinusförmigen Dickenschwankungen des extrudierten Profils in Extrusionsrichtung führt und qualitative Beeinträchtigungen hervorruft, die möglichst vermieden werden sollen. Um diese in Extrusionsrichtung auftretenden pulsierenden Dickenvariationen zu ermitteln, reicht jedoch die Geschwindigkeit der Messung und Auswertung der bekannten Dickenmessvorrichtungen im Quermessbetrieb nicht aus, vielmehr wird hier eine deutlich höhere Abtastrate benötigt. Im Labormaßstab behilft man sich bislang damit, dass eine entsprechend mit hoher Frequenz abtastende Meßeinrichtung mit einem Paar spezieller Laserabstandsmeßvorrichtungen zusätzlich zur im Quermessbetrieb arbeitenden Dickenmessvorrichtung vorgesehen wird, um auch in Extrusionsrichtung, d. h. längs des Profiles die auftretenden Dickenvariationen zu ermitteln und auszuwerten. Das verwendete Meßequipment ist jedoch aufwendig, empfindlich und kostenintensiv, was verbesserungswürdig erscheint.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Ermittlung von Dickenvariationen eines Extrusionsrichtung extrudierten Profiles vorzuschlagen, welches in bestehende Extrusionseinrichtungen auf einfache Weise integriert werden kann, nur geringe Mehrkosten erfordert und eine für den rauen Produktionsalltag ausreichende Standfestigkeit aufweist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine herkömmliche Dickenmessvorrichtung, die in an sich bekannter Weise im Quermessbetrieb das Profil quer zur Extrusionsrichtung über dessen Breite abtastet, so modifiziert wird, dass trotz der eingangs genannten Limitierung in der Rechen- und Verarbeitungsgeschwindigkeit der Auswerteeinrichtung auch die Ermittlung von Dickenvariationen in Extrusionsrichtung z.B. aufgrund eines pulsierenden Extruders möglich wird.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Dickenmessvorrichtung aus dem Quermessbetrieb in einen Längsmessbetrieb umschaltbar ist, in welchem diese das Profil lediglich an einem ausgewählten Punkt der Breite berührungslos abtastet, sodass beim Durchlauf des Profils in Extrusionsrichtung durch die Dickenmessvorrichtung nicht die gesamte Breite des Profils, sondern lediglich der ausgewählte Punkt abgetastet wird und eine Vielzahl von entlang einer in Extrusionsrichtung verlaufenden Linie aneinandergereihter Messwerte generiert und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Da auf diese Weise die zu ermittelnden und anschließend auszuwertenden Messpunkte auf eine sich in Extrusionsrichtung erstreckende Linie reduzieren, wird die Menge an zu verarbeitenden Daten drastisch reduziert, sodass die Auswerteeinrichtung in der Lage ist, trotz der begrenzten Rechenleistung eine Ermittlung von Dickenvariationen in Extrusionsrichtung, d. h. längs des Profils mit der benötigten hohen Auflösung durchzuführen.
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Es hat sich im Rahmen der Erfindung gezeigt, dass im Längsmessbetrieb eine Auflösung von mindestens 25 Hz, vorzugsweise mindestens 50 Hz, d. h. mindestens 25 bzw. 50 Messwerten pro Sekunde, wünschenswert ist, um das Pulsieren des Extruders und die daraus resultierende Dickenvariation in Extrusionsrichtung zuverlässig ermitteln und darstellen zu können. Eine solche Auflösung von mindestens 25, vorzugsweise mindestens 50 Messwerten pro Sekunde kann mit üblichen, für den Quermessbetrieb vorgesehenen dicken Messeinrichtungen erreicht werden, wenn sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren im Längsmessbetrieb auf die Abtastung eines Punktes der Breite des Profils umgestellt werden.
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Nach einem Vorschlag der Erfindung ist die Dickenmessvorrichtung nach Art eines Laser-Profilometers aufgebaut und projiziert im Quermessbetrieb einen über die Breite des Profils aufgefächerten Lichtstrahl auf eine senkrecht zur Extrusionsrichtung verlaufende Oberfläche des Profils, sodass sich auf der Oberfläche eine Lichtlinie ausbildet, die mittels eines Kamerasensors abgebildet wird und daraus sodann in an sich bekannter Weise die Messwerte im Quermessbetrieb generiert werden.
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Für die erfindungsgemäß vorgesehene Umschaltmöglichkeit in den Längsmessbetrieb kann nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung der auf die senkrecht zur Extrusionsrichtung verlaufende Oberfläche des Profils projizierte Lichtstrahl so begrenzt, beispielsweise abgeblendet werden, dass er nur noch auf den ausgewählten Punkt der Breite des Profils projiziert und anschließend mittels des demgegenüber unveränderten Kamerasensors abgebildet wird, sodass sich auf der erstellten Abbildung des Kamerasensors anstelle einer Lichtlinie lediglich ein Lichtpunkt zeigt, aus dem ein einzelner Messwert generiert und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden kann, was anschließend mit der gewünschten hohen Frequenz wiederholt wird.
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Nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch der auf die senkrecht zur Extrusionsrichtung verlaufende Oberfläche des Profils projizierte Lichtstrahl gegenüber dem Quermessbetrieb unverändert aufgefächert verbleiben und entsprechend eine Lichtlinie über die Breite des Profils erzeugen, jedoch wird im Längsmessbetrieb der Kamerasensor so begrenzt, beispielsweise abgeblendet, dass er lediglich den ausgewählten Punkt der Breite abbildet und dementsprechend einen einzelnen Messwert generiert, der der Auswerteeinrichtung zugeführt werden kann und anschließend mit der gewünschten hohen Frequenz erneut abgetastet werden kann.
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In beiden Fällen wird durch die Konzentration auf den ausgewählten Punkt der Breite die Datenmenge signifikant reduziert und das Profil entlang einer in Extrusionsrichtung verlaufenden Linie mit der gewünschten hohen Frequenz von mindestens 25 Messwerten pro Sekunde, vorzugsweise mindestens 50 Messwerten pro Sekunde abgetastet.
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Die Umschaltung der Dickenmessvorrichtung zwischen dem Quermessbetrieb und dem Längsmessbetrieb kann nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung bedarfsweise oder auch in vorgebbaren regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen erfolgen.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, das Profil nicht nur im Bereich einer Oberfläche, beispielsweise der Oberseite berührungslos im Längs- und Quermessbetrieb anzutasten, sondern es können nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung auch dem Profil zugeordnet zwei einander gegenüberliegende Dickenmessvorrichtungen vorgesehen sein, mit denen das Profil jeweils entlang gegenüberliegender Oberflächen, zum Beispiel im Bereich der Oberseite und der Unterseite von je einer der Dickenmessvorrichtungen abgetastet wird.
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Bei dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren extrudierten Profil kann es sich insbesondere um den Laufstreifen eines Kraftfahrzeugreifens bzw. dessen vor der Vulkanisation in einer Reifebaumaschine zusammenzufügenden Rohlings handeln.
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Weitere Ausgestaltungen und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
- 1 in perspektivischer schematischer Darstellung ein extrudiertes Profil, bei welchem in einem Quermessbetrieb Dickenvariationen ermittelt werden;
- 2 das extrudierte Profil gemäß 1, bei welchem in einem Längsmessbetrieb Dickenvariationen ermittelt werden;
- 3 eine grafische Auswertung der im Quermessbetrieb gemäß 1 ermittelten Dickenvariationen;
- 4 eine grafische Auswertung der im Längsmessbetrieb gemäß 2 ermittelten Dickenvariationen;
- 5 eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- 6 eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Aus der 1 ist schematisch ein in nicht näher dargestellter Weise in einer Extrusionsrichtung E extrudiertes Profil 1 ersichtlich, welches eine quer zur Extrusionsrichtung E orientierte Breite B aufweist und beispielsweise aus einem Gummimaterial hergestellt ist und als Laufstreifen eines Kraftfahrzeuges Verwendung finden soll.
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Zum Zwecke der Qualitätssicherung wird die hier oberseitige Oberfläche 10 in an sich bekannter Weise berührungslos von einer in 1 nicht dargestellten Dickenmessvorrichtung abgetastet und etwaige Dickenvariationen über die Breite B des Profils 1 werden dabei ermittelt. Zu diesem Zweck wird von der Dickenmessvorrichtung ein über die Breite B des Profils 1 aufgefächerter Laser-Lichtstrahl auf die senkrecht zur Extrusionsrichtung E verlaufende Oberfläche 10 des Profils 1 projiziert, sodass sich auf der Oberfläche 10 eine Lichtlinie 200 ausbildet, die über die gesamte Breite B im Bereich der Oberfläche 10 verläuft. Diese Lichtlinie 200 kann mittels eines Kamerasensors abgebildet werden, sodass nach dem Prinzip der Laserprofilometrie eine Vielzahl von über die Breite des Profils aneinandergereihte Messwerte generiert und einer Auswerteeinrichtung zugeführt werden.
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Die Auswerteeinrichtung in Form eines entsprechenden Rechners generiert aus den ermittelten Messwerten eine grafische Anzeige der über die Breite B ermittelten Messwerte, die jeweils die Dicke des Profils an einem einzelnen Punkt repräsentieren und über die gesamte Breite B des Profils aneinandergereiht werden, sodass sich die aus der 3 anhand der Kurve K dargestellte Dickenverteilung des Profils 1 über dessen Breite B ergibt. Diese Dickenverteilung kann mit einem entsprechenden Sollwert verglichen werden und etwaige Abweichungen können beispielsweise oberhalb der Kurve K gegenüber einer Referenzlinie grafisch dargestellt werden, sodass eine den Abweichungen entgegenwirkende Steuer- oder Regelantwort ermöglicht wird.
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Aufgrund der Vielzahl der generierten einzelnen Messwerte ist die Erzeugung der aus der 3 ersichtlichen grafischen Auswertung und Abbildung der Dickenvariationen für die Auswerteeinrichtung sehr rechen- und zeitintensiv, sodass unter Zugrundelegung der derzeit üblichen Rechengeschwindigkeiten eine Abtastfrequenz von höchstens etwa 1 bis 2 Hz, d. h. einer bis zwei Messungen pro Sekunde über die gesamte Breite möglich ist.
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Eine solche Abtastfrequenz von z.B. 1 Hz ist für die Beobachtung der im Quermessbetrieb über die Breite B ermittelten Dickenvariationen ausreichend, ermöglicht es jedoch nicht, die beispielsweise infolge eines Pulsierens des Extruders ebenfalls auftretenden Dickenvariationen in Extrusionsrichtung E zu ermitteln und darzustellen. Es hat sich vielmehr gezeigt, dass für eine solche Ermittlung in Extrusionsrichtung E Abtastfrequenzen von mindestens 25 Hz, entsprechend 25 Messungen pro Sekunde, vorzugsweise mindestens 50 Hz, entsprechend 50 Messungen pro Sekunde erforderlich wären, die bei der derzeit verfügbaren Rechengeschwindigkeit der Auswerteeinrichtungen im Quermessbetrieb gemäß 1 nicht erreichbar sind.
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Um trotz der vorhandenen Limitierung der Rechengeschwindigkeiten der Auswerteeinrichtungen die Abtastfrequenzen zu erhöhen, kann gemäß 2 die Dickenmessvorrichtung in einen Längsmessbetrieb umgeschaltet werden, in welchem beim Durchlauf des Profils 1 in Extrusionsrichtung E durch die in der 2 nicht dargestellte Dickenmessvorrichtung nicht mehr eine Erfassung über die gesamte Breite B des Profils, sondern lediglich eine Vielzahl von entlang einer in Extrusionsrichtung E verlaufenden Linie L aneinandergereihter Messwerte generiert und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Dazu wird ein geeigneter Punkt P der Breite B des Profils 1 ausgewählt und nach Umschaltung der Dickenmessvorrichtung in den Längsmessbetrieb ausschließlich betrachtet und berührungslos abgetastet, sodass die generierten Messwerte ausschließlich auf diesen Punkt P begrenzt sind und in einer in Extrusionsrichtung E verlaufenden geradlinigen Anordnung entlang der Linie L aneinandergereiht sind. Die Anzahl der solchermaßen der Auswerteeinrichtung zugeführten und von dieser zu verarbeitenden Messpunkte wird somit drastisch reduziert und die vorhandene Rechenleistung der Auswerteeinrichtung gestattet die Verarbeitung dieser entlang der Linie L angeordneten Messwerte mit einer Taktfrequenz von mindestens 25 Hz, vorzugsweise mindestens 50 Hz, weiter bevorzugt mindestens 60 Hz, sodass auch das Pulsieren des Extruders und die daraus hervorgerufenen Dickenvariationen des Profils 1 in Extrusionsrichtung E grafisch, wie exemplarisch in 4 anhand der Kurve K1 dargestellt, sichtbar gemacht und eine Regelung zugeführt werden können.
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Um in der vorangehend geschilderten Weise im Längsmessbetrieb die berührungslose Abtastung auf den ausgewählten Punkt P der Breite B des Profils 1 zu beschränken und dementsprechend eine Vielzahl von Messwerten entlang der sich in Extrusionsrichtung E erstreckenden Linie L zu generieren, wird nach einem Ausführungsbeispiel gemäß der Darstellung in 5 die sich oberhalb des Profils 1 befindende Dickenmessvorrichtung 2 im Längsmessbetrieb so modifiziert, dass der auf die Oberfläche 10 des Profils 1 senkrecht zur Extrusionsrichtung E projizierte Lichtstrahl 20 nicht mehr über die gesamte Breite B des Profils 1 aufgefächert wird und die aus der 1 ersichtliche Lichtlinie 200 ausbildet. Vielmehr wird im Ausführungsbeispiel gemäß 5 die Lichtquelle der Dickenmessvorrichtung 2 so modifiziert, dass nur noch ein einzelner Lichtstrahl 20 auf den Punkt P der Breite B des Profils 1 gerichtet ist, indem beispielsweise der Strahlengang des Lichtstrahls 20 modifiziert oder der Lichtstrahl 20 entsprechend abgeblendet wird. In der Folge bilden sich auf der Oberfläche 10 des Profils 1 die aus der 2 ersichtlichen und entlang der in Extrusionsrichtung E verlaufenden Linie L aufgereihten Lichtpunkte, die von der unverändert vorhandenen Kamera abgebildet werden und aus denen die Messwerte generiert und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden, um eine Darstellung gemäß 4 zu erhalten.
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Alternativ kann gemäß Darstellung in der 6 auch der von der Dickenmessvorrichtung 2 ausgesendete Lichtstrahl 20 nach wie vor über die gesamte Breite B des Profils 1 aufgefächert bleiben und auf der Oberfläche 10 eine Lichtlinie 200 über die Breite B ausbilden, jedoch wird in diesem Falle das Sichtfeld der Kamera und/oder der aus der Abbildung der Kamera ausgewerteten Bereich, der in 6 mit Bezugszeichen 3 gekennzeichnet ist, auf den ausgewählten Punkt P der Breite B des Profils 1 beschränkt, sodass ebenfalls die aus der 2 ersichtlichen Lichtpunkte entlang der Linie L betrachtet und aus diesen die Messwerte generiert und der Auswerteeinrichtung zugeführt werden, um eine Auswertung gemäß 4 zu erhalten.
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Es versteht sich, dass neben der vorangehend erläuterten Auswertung nur einer Linie L im Längsmessbetrieb je nach Rechenleistung der Auswerteinrichtung auch wenige weitere Linien L ausgewählter Punkte P einbezogen werden können.
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Mit der vorangehenden erläuterten Verfahren kann durch einfache Modifikation der bereits vorhandenen und im Quermessbetrieb arbeitenden Dickenmessvorrichtung auch eine hochfrequente berührungslose Abtastung im Längsmessbetrieb erreicht werden und dabei beispielsweise das Pulsieren des Extruders in den Blick genommen werden. Auf diese Weise kann die Prozessstabilität des Extrusionsprozesses gesteigert und ein extrudiertes Profil mit einer verbesserten geometrischen Gleichförmigkeit und Gewichtskonstanz erhalten werden, ohne dass es der Anordnung zusätzlicher kostenintensiver Meßvorrichtungen bedarf.
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Es versteht sich, dass das vorangehend erläuterte Verfahren neben der Herstellung von extrudierten Profilen für die Reifenherstellung auch bei einer Vielzahl anderer Extrusionsrichtung Anwendung finden kann.
