DE19519669C1 - Method for detecting splitters in chipboard and MDF boards and device for carrying out the method - Google Patents

Method for detecting splitters in chipboard and MDF boards and device for carrying out the method

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Description

Span-, MDF- und andere Holzwerkstoffplatten reißen manchmal normal zur Plattenebene in der Mitte der Dicke auf, wenn der Abbindeprozeß, der die Späne bzw. die Fasern zusammenklebt, noch nicht abgeschlossen ist oder nur unvollständig stattgefunden hat. Platten mit solchen Fehlern dürfen nicht in den Handel geraten, sie müssen herausgesucht, aussortiert und recyceld werden. Zusätzlich muß der Produktionsprozeß schnellstmöglich korrigiert werden, da solche Fehler im Abbindeprozeß auf ein fehlerhaftes Herstellungsverfahren zurückzuführen sind. Deshalb ist es sinnvoll, solche Fehler unmittelbar nach der Produktion erkennbar zu machen.Chipboard, MDF and other wood-based panels sometimes tear normal to the board plane the middle of the thickness when the setting process, the chips or the fibers glued together, not yet completed or incomplete has taken place. plates Such mistakes should not be allowed on the market, they must be picked out, sorted out and be recycled. In addition, the production process must be corrected as quickly as possible be because such errors in the setting process on a faulty manufacturing process are attributed. Therefore, it makes sense to make such mistakes immediately after production to make recognizable.

Es ist bekannt, dazu Luftschall einzusetzen. Die Platte wird mit einem transienten oder kontinuierlichen Luftschallsignal genügend hoher Frequenz senkrecht zur Plattenebene von der einen Seite aus bestrahlt. Der Luftschall dringt zum Teil in die Platte ein und wird auf der gegenüberliegenden Seite wieder senkrecht zur Platte abgestrahlt. Dort kann er durch einen Aufnehmer, eine Art Mikrofon, gemessen werden. Bildet sich nun parallel zur Oberfläche ein Spalter aus, wird der Durchgang der Schallwelle durch die Platte stark geschwächt. Der Spalter kann so detektiert werden.It is known to use airborne sound. The plate comes with a transient or Continuous airborne sound signal of sufficiently high frequency perpendicular to the plate plane of one side irradiated. The airborne sound penetrates part of the plate and is on the opposite side again emitted perpendicular to the plate. There he can by one Transducers, a kind of microphone, are measured. Now forms parallel to the surface Spalter off, the passage of the sound wave through the plate is greatly weakened. The splitter can be detected this way.

Ein Meßverfahren dieser Art ist z. B durch die DE 36 40 968 A1 oder DE 37 42 844 A1 bekannt. Entsprechende Vorrichtungen werden in der Industrie eingesetzt (siehe Bild 1).A measuring method of this kind is z. B known from DE 36 40 968 A1 or DE 37 42 844 A1. Corresponding devices are used in industry (see Figure 1).

Die Problematik dieses Vorgehens besteht darin, daß die Impedanzunterschiede zwischen Luft und Plattenmaterial sehr hoch sind, so daß nur ein geringer Anteil der mit der Luftschallwelle transportierten Energie in die Platte eindringt. Als Impedanz wird das Produkt aus Dichte und Schallgeschwindigkeit bezeichnet. Die Impedanz von Luft liegt bei 0,043 kg/sec/qm, die eines handelsüblichen Spanplattenmaterials bei 12 kg/sec/qm. Dementsprechend wird auch nur wenig Energie von der Platte abgestrahlt und die Detektion gestaltet sich entsprechend schwierig. Die Detektoren müssen sehr empfindlich sein, Umgebungsgeräusche stören stark, da der Signal-Rauschabstand zu gering ist. Die Einstellung der Schwelle, ab welcher die Platte als gespalten angesehen werden muß, ist dementsprechend schwierig.The problem of this approach is that the impedance differences between air and plate material are very high, so that only a small proportion of the airborne sound wave transported energy penetrates into the plate. As impedance, the product of density and Speed of sound called. The impedance of air is 0.043 kg / sec / qm, the one commercial particle board material at 12 kg / sec / qm. Accordingly, only low energy radiated from the plate and the detection is designed accordingly difficult. The detectors must be very sensitive, ambient noise disturbs strongly, because the signal-to-noise ratio is too low. The setting of the threshold from which the plate is to be regarded as split, is accordingly difficult.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine dazu dienliche Ultraschallanlage zu entwickeln, mit der es einfacher, sprich sicherer möglich ist, derartige Spalter in einer Span- oder in einer MDF-Platte zu finden. Durch die dann sichere Erkennung derartiger Fehlstellen in den Platten kann die Produktion schnellstens umgestellt und wiederum festgestellt werden, ob die ergriffene Maßnahme die richtige war, um einwandfreie Produkte geliefert zu bekommen.The invention is based on the object, a method and a useful To develop ultrasound system, with which it is easier, that is safer possible, such To find splitter in a chipboard or in an MDF board. By then secure detection Such defects in the plates can change the production quickly and turn To determine if the action taken was the right one to produce flawless products to be delivered.

Ausgehend von dem vorbekannten Verfahren zum Dedektieren von Fehlstellen wie insbesondere Spalter in plattenförmigen, dreidimensionalen Körpern, wie insbesondere Spanplatten, mittels Schallwellen, die von einem Sender ausgehend gegen den vorbeilaufenden Körper gerichtet und die Abstrahlung der Schallwellen von dem Körper von einem auf der Rückseite des Körpers angeordneten Empfänger gemessen werden, wobei zwischen Sender und Körper und zwischen Körper und Empfänger ein Luftspalt vorgesehen ist, wird die Lösung der gestellten Aufgabe darin gesehen, daß der Abstand d des Senders vom Körper und die Mittenfrequenz f der Schallwellen des Senders so gewählt werden, daß sie die Resonanzbeziehung d = n c/2 f erfüllen, wobei c die Schallgeschwindigkeit in Luft und n eine ganze Zahl ist.Based on the previously known method for Dedektieren of defects such in particular splitters in plate-shaped, three-dimensional bodies, in particular Chipboard, by means of sound waves, starting from a transmitter against the directed by passing body and the radiation of sound waves from the body of a receiver arranged on the back of the body are measured, wherein between the transmitter and the body and between the body and receiver provided an air gap is the solution of the problem is seen in that the distance d of the transmitter from the body and the center frequency f of the sound waves of the transmitter are chosen so that they satisfy the resonance relationship d = n c / 2 f, where c is the speed of sound in air and n is an integer.

Mit diesem Verfahren kann die in die Platte eindringende Energie wesentlich erhöht werden. Die transmittierte Energie steigt jetzt stark an und die angezeigten Probleme lassen sich einfach lösen. Die Detektion wird sicherer, die Senderleistung kann herabgesetzt werden, der Empfänger kann robuster gebaut werden und die Auswertung findet ein schnelles Ergebnis in der Produktion (siehe Bild 2).With this method, the energy entering the plate can be substantially increased. The transmitted energy is now rising sharply and the problems indicated are easily solved. The detection becomes safer, the transmitter power can be reduced, the receiver can be made more robust and the evaluation finds a fast result in the production (see figure 2).

Auf einem anderen Anwendungsgebiet ist es bekannt, Resonanzbedingungen bei der Werkstoffprüfung einzusetzen. Hierzu wird auf die DE 22 17 590 B2 verwiesen. Bei diesem Verfahren ist als Ankoppelmedium eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, notwendig. Über einen sehr geringen Spalt von weniger als einem Millimeter wird der Schwinger auf das Werkstück gedrückt und mit einer Schallgeschwindigkeit, die bei Wasser bei 1500 m/sec liegt, derart beschallt, daß eine Resonanzbedingung erfüllt ist. Bei dem Verfahren gleitet jedoch der Schwinger auf dem zu untersuchenden Werkstück. Beim Gleiten werden störende Körperschallgeräusche induziert, deren Frequenz je nach Art und Oberflächenbeschaffenheit der Gleitpartner und der Gleitgeschwindigkeit bis zu 100 kHz betragen kann. Folglich muß der Sender in einem Frequenzbereich arbeiten, der von diesen Störfrequenzen entsprechend weit genug entfernt ist. Dieser Bereich liegt mindestens bei 500 kHz, besser noch bei 5 MHz. Wenn wie erwähnt, der Ankoppelspalt durch einen Wassertropfen realisiert werden soll, dann muß der Spalt viel weniger als 1 mm dick sein. Unter Berücksichtigung der geforderten Resonanzbedingung muß rein rechnerisch der Ankoppelspalt bei 5 MHz in einer Größenordnung von 0,15 mm liegen, eine Größe, die beim Gleiten schwer konstant zu halten ist. Auch aus diesen Gründen werden bei der Vorrichtung nach dem Stand der Technik Hartmetallkufen vorgeschlagen.In another field of application, it is known resonance conditions in the Use material testing. Reference is made to DE 22 17 590 B2. In this Process is as a coupling medium, a liquid, such as water, necessary. over a very small gap of less than a millimeter, the oscillator on the Pressed workpiece and with a speed of sound, which is with water at 1500 m / sec, so sonicated that a resonance condition is met. In the method, however, the slides Oscillator on the workpiece to be examined. When gliding are disturbing Structure-borne noise induced, their frequency depending on the type and surface condition the sliding partner and the sliding speed can be up to 100 kHz. Consequently, the Transmitters work in a frequency range corresponding to far from these interference frequencies is enough away. This range is at least 500 kHz, better still at 5 MHz. If as mentioned, the Ankoppelspalt to be realized by a drop of water, then must  the gap should be much less than 1 mm thick. Taking into account the required Resonance condition must purely mathematically the coupling gap at 5 MHz in one Magnitude of 0.15 mm, a size that is difficult to keep constant when sliding is. Also for these reasons are in the device according to the prior art Hard metal skids proposed.

Das Verfahren nach der Erfindung hat noch andere Vorteile: Ordnet man wie üblich mehrere Sender-Empfängerpaare nebeneinander an, um die ganze Breite der Platte abzuscannen, so werden diejenigen Empfänger, die neben dem direkt dem Sender gegenüberliegenden positioniert sind, auch ein Signal empfangen, da sich die eingebrachte Energie nicht nur direkt in die Platte ein- und auf der anderen Seite wieder austritt, sondern sich auch noch seitlich fortpflanzt (siehe Bild 3). Damit erhält man nicht nur die Informationen, die im direkten Durchgang der Schallwelle zu erhalten sind, sondern auch solche im schrägen Durchgang. Das erweitert die Aussagefähigkeit der Prüfung erheblich. In dieser Anordnung müssen natürlich die nebeneinander angeordneten Sender einzeln nacheinander angeregt werden, damit die Seitenabstrahlung den zu messenden Effekt nicht verdeckt. Entsprechend werden die zugeordneten Empfänger einzeln nacheinander ausgewertet. (Siehe dazu die Meßzyklen 1 bis 4).The method according to the invention has other advantages: If, as usual, arranging several transmitter-receiver pairs next to each other in order to scan the entire width of the disk, those receivers, which are positioned next to the directly opposite the transmitter, also receive a signal because Not only does the introduced energy enter directly into the plate, but it also exits on the other side, but also propagates laterally (see Figure 3). This not only provides the information to be obtained in the direct passage of the sound wave, but also those in the oblique passage. This significantly increases the informative value of the test. In this arrangement, of course, the juxtaposed transmitter must be excited one by one, so that the side emission does not obscure the effect to be measured. Accordingly, the assigned receivers are evaluated one after the other. (See measuring cycles 1 to 4).

Die Spanplatte hat beim Ausgang aus der Presse noch eine Temperatur von ungefähr 120 Grad. Das führt zu einer entsprechenden Erwärmung der Luft. Die Schallgeschwindigkeit der Luft und damit die Breite des Luftspaltes für die Resonanzbedingung hängt aber wesentlich von der Temperatur ab (siehe weiter oben: c ist abhängig von der Temperatur). Bleibt nun die Lufttemperatur nicht konstant, müßte die Spaltbreite entsprechend nachgeregelt werden, was die Anlage unnötig verkomplizieren würde. Hier ist es vorteilhaft, den Sender nicht mit einer konstanten Frequenz, sondern mit einem Burst mit zeitlich veränderlicher Frequenz, einem sogenannten Chirp, anzuregen (siehe dazu Bild 4 und 5). Der Hub des Burstes muß dann so groß sein, daß er die Schwankungen der Eigenfrequenz des Luftspaltes einschließt. Natürlich muß die Auswertung dementsprechend abgeändert werden.The chipboard has a temperature of about 120 degrees at the exit from the press. This leads to a corresponding warming of the air. The speed of sound of the air and thus the width of the air gap for the resonance condition depends essentially on the temperature (see above: c depends on the temperature). If the air temperature does not remain constant, the gap width would have to be readjusted accordingly, which would unnecessarily complicate the system. Here it is advantageous not to excite the transmitter with a constant frequency, but with a burst with a time-variable frequency, a so-called chirp (see Figures 4 and 5). The stroke of the burst must then be so large that it includes the fluctuations of the natural frequency of the air gap. Of course, the evaluation must be changed accordingly.

In diesem Zusammenhang kann noch auf die DE-PS 8 92 692 verwiesen werden. Hier wird nicht der Ankoppelspalt, sondern der Prüfling selbst in Resonanz gebracht. Bei plattenförmigen Werkstoffen wird die Dickenschwingung angeregt und deren Resonanz gesucht. Wenn die Dicken sich stark verändern, z. B. zwischen 4 und 40 mm, dann verändern sich auch die Resonanzfreqenzen um den Faktor 10. Ein solcher Schwinger kann nicht gebaut werden. Die Bandbreite bei einem modernen Schwinger liegt bei allerhöchstens einer Oktave. So müßte man verschiedene Schwinger für die unterschiedlichen Dicken einsetzen, was sich aus vielen Gründen verbietet. Verändert sich die Dicke nur im Prozentbereich, so kann man mit dem Durchwobbeln eines entsprechend schmalen Frequenzbereichs und der Verwendung nur eines Schwingers Erfolg haben. Damit ist die kontinuierliche Veränderung des Frequenzbereichs beim Messen von Resonanzschwingungen vorbekannt.In this context, reference may still be made to DE-PS 8 92 692. Here is not the Ankoppelspalt, but the candidate himself brought into resonance. In plate-shaped Materials the thickness vibration is excited and sought their resonance. If the Thickens change greatly, z. B. between 4 and 40 mm, then change the Resonance frequencies by a factor of 10. Such a vibrator can not be built. The Bandwidth at a modern transducer is at most one octave. So would have to you use different vibrators for the different thicknesses, which is made up of many  Reasons forbids. If the thickness changes only in the percentage range, then you can with the Rewinding a correspondingly narrow frequency range and using only one Schwingers succeed. This is the continuous change of the frequency range when measuring resonant vibrations previously known.

Entsprechend dem Verfahren ist eine Ultraschallanlage nach der Erfindung mit einem Ultraschallsender und Empfänger versehen, die mit Abstand vom zu untersuchenden Körper angeordnet sind, wobei in dem Spalt zwischen Sender bzw. Empfänger und Körper Luft vorhanden ist. Nunmehr ist dann der Abstand d zwischen dem Sender und dem Körper und zwischen dem Körper und dem oder den Empfängern entsprechend der Formel d = c/2f festgelegt, wobei wiederum c die Schallgeschwindigkeit in Luft und f die Mittenfrequenz der erzeugten Schallwellen darstellt.According to the method is an ultrasonic system according to the invention with a Ultrasonic transmitter and receiver provided, the distance from the body to be examined are arranged, wherein in the gap between transmitter and receiver and body air is available. Now then the distance d between the transmitter and the body and between the body and the recipient (s) according to the formula d = c / 2f in turn, where c is the speed of sound in air and f the center frequency of the represents generated sound waves.

Auslegungsbeispieldesign example Senderfrequenz:|20 kHzTransmitter frequency: | 20 kHz entsprechende Wellenlänge in Luft:corresponding wavelength in air: 340/20000 = 1,7*10(-2)m = 1,7cm340/20000 = 1.7 * 10 (-2) m = 1.7cm Resonanzbreiteresonance width 1,7/2 = 0,85 cm1.7 / 2 = 0.85 cm Schwankung der Temperatur:Fluctuation of temperature: +/-15 Grad Kelvin = 5%+/- 15 degrees Kelvin = 5% entsprechende Schwankung der Schallgeschwindigkeit:corresponding fluctuation of the speed of sound: +/-2,5%+/- 2.5% Schwankungsbreite der ResonanzfrequenzFluctuation of the resonance frequency 2,5%2.5% Schwankungsbreite der Resonanzfrequenz bei festgehaltener Luftspaltbreite:Fluctuation width of the resonance frequency with fixed air gap width: 20 kHz +/-2,5% = 20+/- 0,5 kHz20 kHz +/- 2.5% = 20 +/- 0.5 kHz Zeit für eine Schwingung bei 20 kHz:Time for a vibration at 20 kHz: 1/20000 sec = 5*10(-5) sec = 50 us1/20000 sec = 5 * 10 (-5) sec = 50 μs Meßzeit:Measuring time: 2 ms2 ms Anzahl der Schwingungen in der Meßzeit:Number of oscillations in the measuring time: 4040 Totzeit zwischen zwei Messungen:Dead time between two measurements: 1 ms1 ms Meßzeit für eine Messung:Measuring time for a measurement: 3 ms3 ms Gesamtzykluszeit bei 4 Messungen:Total cycle time for 4 measurements: 12 ms12 ms Transportgeschwindigkeit der Platte:Transport speed of the plate: 6 m/sec6 m / sec Transportweg in der Zykluszeit:Transport path in the cycle time: 6*12*10(-3) m = 7,2 cm6 * 12 * 10 (-3) m = 7.2 cm Damit Auflösung bei 8 Kanälen:So resolution at 8 channels: 1/9 der Gesamtbreite,1/9 of the total width, 7,2 cm in Laufrichtung7.2 cm in the direction of travel

Claims (5)

1. Verfahren zum Dedektieren von Fehlstellen wie insbesondere Spalter in plattenförmigen, dreidimensionalen Körpern, wie insbesondere Spanplatten, mittels Schallwellen, die von einem Sender ausgehend gegen den vorbeilaufenden Körper gerichtet und die Abstrahlung der Schallwellen von dem Körper von einem auf der Rückseite des Körpers angeordneten Empfänger gemessen werden, wobei zwischen Sender und Körper und zwischen Körper und Empfänger ein Luftspalt vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d des Senders vom Körper und die Mittenfrequenz f der Schallwellen des Senders so gewählt werden, daß sie die Resonanzbeziehung d = n c/2 f erfüllen, wobei c die Schallgeschwindigkeit in Luft und n eine ganze Zahl ist.1. A method for Dedektieren of defects such as particular splitter in plate-shaped, three-dimensional bodies, in particular chipboard, by means of sound waves, directed by a transmitter, starting against the passing body and the radiation of the sound waves from the body of a arranged on the back of the body receiver are measured, between the transmitter and the body and between the body and receiver, an air gap is provided, characterized in that the distance d of the transmitter from the body and the center frequency f of the sound waves of the transmitter are chosen so that they the resonance relationship d = nc / 2 f, where c is the speed of sound in air and n is an integer. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nicht nur der direkte Resonanzdurchgang der durch den Luftspalt gedrungenen Schallwellen senkrecht durch den Körper gemessen und ausgewertet wird, sondern daß auch seitlich benachbart angeordnete Empfänger durch die ausgesandten Schallwellen angeregt und die empfangenen Werte ausgewertet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that not only the direct Resonance passage of squat through the air gap sound waves vertically the body is measured and evaluated, but that also laterally adjacent arranged receiver excited by the emitted sound waves and the received values are evaluated. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nebeneinander über die Bereiche des Körpers mit Luftspaltabstand zum Körper angeordneten Sender nacheinander einzeln zur Erzeugung der Schallwellen angeregt werden.3. The method according to claim 2, characterized in that the side by side over the Areas of the body with air gap distance to the body arranged transmitter be excited one after the other to generate the sound waves. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die erzeugte Frequenz einen Burst mit zeitlich veränderter Frequenz umfaßt.4. The method according to any one of claims 1-3, characterized in that the generated Frequency includes a burst with temporally changed frequency. 5. Ultraschallanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-4, mit einem Ultraschallsender und Empfänger, die mit Abstand vom zu untersuchenden Körper angeordnet sind, wobei in dem Spalt zwischen Sender bzw. Empfänger und Körper Luft vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand d zwischen dem Sender und dem Körper und zwischen dem Körper und dem oder den Empfängern entsprechend der Formel d = c/2f festgelegt ist, wobei c die Schallgeschwindigkeit in Luft und f die Mittenfrequenz der erzeugten Schallwellen darstellt.5. ultrasonic system for performing the method according to one or more of Claims 1-4, with an ultrasonic transmitter and receiver spaced from the are arranged to be examined body, wherein in the gap between transmitter and Receiver and body air is present, characterized in that the distance d between the transmitter and the body and between the body and the one or the other  Recipients is determined according to the formula d = c / 2f, where c the Sound velocity in air and f the center frequency of the generated sound waves represents.
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