DE19642768C1 - Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken, insbesondere von Siegelnähten von versiegelten Behältern, sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken.

Die zerstörungsfreie Schichtdickenmessung an miteinander verschweißten oder versiegelten Metall-Kunststoff-Ver­ bundfolien dient hauptsächlich zur Kontrolle der Dichtigkeit von Behältern anhand der Siegelnahtdicke.

Insbesondere in der Nahrungsmittelindustrie bei der Verpackung von Lebensmitteln werden Behälter verschiedenster Gestalt und Größe verwendet, die häufig aus Metall-Kunststoff-Ver­ bundfolien wie z. B. Aluminium-Polyethylen-Verbundfolien hergestellt sind und auf die nach dem Befüllen mit dem zu verpackenden Gut Deckel aufgelegt und durch anschließendes Versiegeln dicht verschlossen werden. Insbesondere bei der Verpackung von Lebensmitteln kommt der Güte der Siegelnaht eine sehr hohe Bedeutung zu, da sich Undichtigkeiten durch ungleichmäßige Siegelnähte sehr negativ auf die Haltbarkeit der verpackten Lebensmittel auswirken.

Aus diesem Grund muß im laufenden Produktionsprozeß die Siegelnahtdicke laufend kontrolliert werden, wobei eine zerstörungsfreie Messung der Naht bevorzugt wird, um durch die häufig durchgeführten Stichprobenmessungen keine Produktionsausfälle zu erleiden.

Die DE 34 16 659 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Schichtdickenmessung sowie ihre Verwendung zur Kontrolle der Dichtigkeit von Behältern. Hierzu wird die Form eines Prüflings durch eine geeignete Führungsschablone nachgebildet und die Form der Führungsschablone mit einem mechanischen Gestänge abgegriffen. Hierdurch werden die Ruhepositionen des lose in der Behälteraufnahme liegenden rotierbaren Prüflings bestimmt und nach dem Erreichen einer Ruheposition des Prüflings Meßzangen nacheinander in Richtung auf den Meßpunkt verfahren. Die Meßzangen sind in einem Winkel von 30 bis 120 Grad zueinander angeordnet und mit geeigneten Verschiebeeinrichtungen versehen, damit diese auf den zu prüfenden Gegenstand bin und von diesem weg bewegt werden können.

Das Prüfverfahren beinhaltet die Messung der Dicke der gesiegelten Gesamtverbundfolie und, mit der Schweißzange, das Erhitzen des zu messenden Bereiches mit heißen Spitzenelektroden (Schweißelektroden), durch die der Kunststoff fließfähig gemacht und im Bereich der Siegelnaht seitlich weggepreßt wird. Anschließend wird das Schweißelektrodenpaar wieder in die Ruheposition zurückgefahren und erneut das Meßelektrodenpaar in die Arbeitsposition gebracht, um die Dicke der Restverbundfolien zu messen. Während der Arbeitsvorgänge werden die gemessenen Daten registriert und ausgewertet bzw. ausgedruckt.

Die DD 242 471 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur mechanischen Wanddickenmessung, die vorzugsweise für relativ lange Rohre mit kleinen Durchmessern Verwendung findet. Zwei zangenförmig ausgebildete Tastarme sind relativ zueinander beweglich und um eine gestellfest angeordnete Achse drehbar gelagert. Die zu prüfende Wand des Werkstückes befindet sich zwischen den Abtastspitzen der Tastarme und auf der gegenüberliegenden Seite der Tastarme befindet sich ein Meßwertaufnehmer sowie eine Zugfeder, die eine definierte Prüfkraft zwischen den Abtastspitzen der Tastarme erzeugt. Aufgrund der gestellfest angeordneten Achse der Tastarme besitzt die Vorrichtung zur Wanddickenmessung einen definierten Mittelpunkt, an dem sich die Abtastspitzen der Tastarme beim Schließen der Meßzange berühren.

Die DE 33 24 701 A1 beschreibt eine Meßvorrichtung für die Schichtdicke eines beweglichen, bandartigen Körpers. Diese Meßvorrichtung arbeitet mit einem Beschichtungssystem zusammen. Das Band wird hierbei abschnittsweise bewegt und während der Stillstandintervalle eine Beschichtung auf das Band aufgebracht. Die Meßvorrichtung arbeitet in Verbindung mit dem Beschichtungssystem und führt während der Stillstandzeiten des Bandes eine genaue Bestimmung der Gesamtdicke des bandartigen Materials aus.

Die Meßzangen besitzen einen festgelegten Mittelpunkt in der horizontalen Ebene, so daß bei einem nicht höhenjustierten oder schrägstehenden Randflansch ein einwandfreies Messen nicht möglich ist.

Während die Vorrichtung nach der DE 34 16 659 C2 eine zerstörungsfreie Messung von Schichtdicken gestattet, entstehen jedoch Ungenauigkeiten aufgrund des Spieles in den Einrichtungen zum Verfahren der Meß- und Heizelektroden. Darüber hinaus bringt das Abtasten einer Schablone den Nachteil mit sich, daß zum einen aufgrund des Spiels des mechanischen Abtastgestänges weitere Meßungenauigkeiten erzeugt werden, zum anderen aber nicht beliebige Geometrien von Prüfkörpern eingesetzt werden können, da die Meßschablone mittels geeigneter Rollen am Meßgestänge entlangbewegt wird und die Rollen nicht jeder beliebigen Geometrie folgen können.

Es ist das der Erfindung zugrundeliegende Problem (Aufgabe), eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken vorzuschlagen, die eine möglichst große Variabilität der verwendeten Meßvorrichtung gestattet und zudem zu einer erhöhten Genauigkeit der Messung führt.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 ist durch die Merkmale des Patentanspruches 7 gekennzeichnet.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Genauigkeit der Schichtdickenmessung dadurch zu erhöhen, daß die Schenkel der beiden Zangen jeweils horizontal ortsfest in der Vorrichtung gelagert sind und die Halteeinrichtung drehbar und verschiebbar relativ zur Meß- und Schweißzange gestaltet ist und somit der Prüfling zu den Meß- und Schweißzangen geführt wird, während diese keine Translationsbewegungen durchführen. Da die Meß- und Schweißelektroden nicht verfahrbar sind, ist kein Spiel durch Führungen der Meß- und Schweißelektroden möglich. Hierdurch läßt sich die Genauigkeit der Messungen erhöhen.

Vorteilhafterweise sind die Mittelpunkte der Meßzange und der Schweißzange jeweils vertikal bewegbar. Unter Mittelpunkt der Meßzangen wird jeweils derjenige Punkt verstanden, an dem mit einer Spitze versehene Meß- oder Schweißelektroden beim Schließen der Meßzange aufeinandertreffen. Indem dieser Punkt nicht fixiert, sondern vertikal bewegbar ist, treten keine Meßfehler bei einem schrägstehenden oder nicht höhenjustiertem Randflansch des Prüflings auf, d. h. die Selbstzentrierung der Zangen erhöht die Meßgenauigkeit.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind durch die übrigen Ansprüche gekennzeichnet.

Vorzugsweise sind die Meßzange und die Schweißzange nebeneinander angeordnet. Hierdurch kann die gesamte Meßvorrichtung zum einen sehr kompakt gestaltet werden und zum andern muß der Prüfling nur eine geringe Wegstrecke zwischen den aufeinander folgenden Behandlungsstationen zwischen den Meßelektroden und den Schweißelektroden zurücklegen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Geometrie des zu prüfenden Gegenstandes frei programmierbar und speicherbar. Hierdurch lassen sich die Nachteile im Stand der Technik bei der Verwendung einer Schablone vermeiden. Zum einen werden keine Meßfehler durch das Spiel des mechanischen Abtastgestänges erzeugt, wodurch die Genauigkeit der Messung weiter erhöht wird. Zum anderen aber können sich an der Schablone auch Verunreinigungen befinden, die ebenfalls zu Meßfehlern führen. Schließlich wird auch die Variabilität des mit der Vorrichtung zu messenden Prüflings bezüglich seiner Geometrie erhöht. Während das Bewegen einer Schablone zwischen Rollen gewisse geometrische Grenzen besitzt, wenn sich die Rollen in bestimmte Bereiche der Schablone nicht mehr hineinbewegen können, sind bei der Programmierung der Geometrie des zu prüfenden Gegenstandes keine Grenzen gesetzt. Zudem läßt sich durch die Speicherbarkeit der Geometrie verschiedener Prüflinge die Vorrichtung sehr schnell auf verschiedene Prüfling umstellen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß lediglich die Halteeinrichtung für den Prüfling ausgetauscht wird und das entsprechende Prüfprogramm aufgerufen oder von einen externen Speichermedium eingelesen wird. Vorteilhafterweise ist der Prüfling programmgesteuert über Servomotoren bewegbar. Die Verwendung von Servomotoren gestattet eine sehr schnelle und präzise Bewegung des Prüflings, wodurch zum einen die gesamte, für die Prüfung benötigte Zeit verringert werden kann und zum anderen sich die Genauigkeit der Prüfung erhöhen läßt, indem der vorprogrammierte Meßpunkt mit einer sehr hohen Genauigkeit zwischen den jeweiligen Meß- und Schweißelektroden angeordnet wird.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die beheizbaren Elektroden mittels elektrischer Widerstandselemente erhitzbar. Dies besitzt den Vorteil, daß die Temperatur über eine einfache und bequeme Regelung des Stromflusses einstellbar ist und somit die Vorrichtung nicht nur einen schnellen Wechsel der Geometrie des Prüflings sondern auch des Materials des Prüflings gestattet.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken so durchgeführt, daß die Messung der Schichtdicke einschließlich der darauf befindlichen Siegelschicht zuerst für sämtliche Meßpunkte durchgeführt werden kann, anschließend wird dann an allen Meßpunkten die Kunststoffschicht aufgeschmolzen und abschließend für sämtliche Meßpunkte die Schichtdicke ohne die darauf befindliche Kunststoffschicht bestimmt wird. Diese Vorgehensweise besitzt den Vorteil, daß das Hin- und Herfahren zwischen der ersten und der zweiten Meßzange deutlich verringert wird und somit die Gesamtdauer einer Messung verkürzt werden kann. Um ein Verrutschen oder Herausfallen des Prüflings zu vermeiden, ist dieser während der Messungen zwischen einem Ober- und Unterteil fest eingespannt.

Nachfolgend wird die Erfindung rein beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen

Fig. 1 eine schematische Seitendarstellung der Vorrichtung zeigt; bei der der Prüfkörper zur deutlicheren Darstellung außerhalb der Halteeinrichtung dargestellt ist;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung der Meßzange mit zwischen den Meßelektroden angeordnetem Prüfkörper darstellt;

Fig. 3 eine Ansicht in Pfeilrichtung X in Fig. 2 wiedergibt;

Fig. 4 den Betätigungsmechanismus für die Schenkel der Meßzange darstellt;

Fig. 5 eine Seitendarstellung im Schnitt der Schweißzange ist; und

Fig. 6 eine schematische Draufsicht auf wesentliche Betätigungseinrichtungen zur Bewegung des Prüflings wiedergibt.

Fig. 1 zeigt allgemein die Vorrichtung zum Messen der Schichtdicke, die mit Referenzziffer 10 bezeichnet ist. Die Vorrichtung 10 besteht aus einem fahrbaren Gehäuse 12, in dem sich neben den Meßeinrichtungen insbesondere die Steuereinrichtungen für den zu prüfenden Gegenstand sowie eine Programmier- und Speichereinheit zum Programmieren der Geometrie des zu prüfenden Gegenstandes, aber auch zur Erfassung, Zwischenspeicherung und Verarbeitung der Meßdaten befindet. Der in Fig. 1 schematisch dargestellte zu prüfende Gegenstand 14, der im folgenden als Prüfling bezeichnet wird, ist schematisch als ein topfähnlicher Gegenstand dargestellt. Selbstverständlich können Prüflinge verschiedenster Geometrien und Größen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vermessen werden.

Die Vorrichtung findet vor allen Dingen Anwendung bei der Überprüfung von Schweiß- oder Siegelnähten, wie sie insbesondere zwischen Deckel und Aufnahmebehälter von Dosen aus Metall-Kunststoff-Verbundfolien wie z. B. Aluminium- Polyethylen-Verbundfolien bei der Verpackung insbesondere von Lebensmitteln verwendet werden. Nach dem Verfüllen der Behälter werden diese durch das Versiegeln eines Deckels dicht verschlossen, wobei sich die Siegelnaht aus den verschmolzenen Kunststoffschichten bildet.

Ebenfalls in Fig. 1 dargestellt sind die Schenkel 22 einer ersten Meßzange, an denen Meßelektroden 24 befestigt sind. Referenzziffer 16 bezeichnet eine Halteeinrichtung, die dem Einspannen sowie der gezielten Bewegung des Prüflings dient. Die Geometrie wird abgestimmt auf den Prüfling. Die Halteeinrichtung 16 wird vorzugsweise durch Servomotoren bewegt, die von einer zentralen Steuereinrichtung in Abhängigkeit von den einprogrammierten Geometriedaten des Prüflings betätigt werden. Dies erlaubt sowohl bezüglich der Geometrie des Prüflings als auch bezüglich der zeitlichen Abfolge der für die Messung erforderlichen Schritte eine sehr große Variabilität der Vorrichtung 10.

Aufgrund der kompakten und mobilen Bauweise der Vorrichtung 10 kann diese in Rahmen der Qualitätskontrolle für verschiedene hergestellte Prüflinge eingesetzt werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch die erste Meßzange 20, deren Schenkel 22 bereits in Fig. 1 dargestellt sind. Hierbei befinden sich, wie auch aus Fig. 1 ersichtlich ist, nur die vorderen Enden, d. h. die Enden nahe den Meßelektroden 24 der Zange 22 in einem Prüfraum 26, während sich die übrigen Bereiche und insbesondere die Betätigungs- und Schwenkeinrichtungen der Meßzange 20 in einem vom Prüfraum 26 abgeschlossenen Bereich 28 befinden. Um das Eindringen von Schmutz oder Staub in den abgeschlossenen Bereich 28 zu verhindern, sind die beiden Schenkel 22 der Meßzange jeweils im Bereich ihrer Austrittsöffnungen durch die Wand 30, die den Prüfraum 26 vom abgeschlossenen Bereich 28 trennt, durch Faltenbalge 32 geschützt. Sowohl der erste Schenkel 22a, als auch der zweite Schenkel 22b sind jeweils drehbar auf Lagerzapfen 34a und 34b gelagert. Die Lagerung wird vorzugsweise mittels einer Kugel- oder Rollenlagerung ausgeführt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, sind die Lagerzapfen 34a und 34b voneinander beabstandet. Somit können beide Schenkel der ersten Meßzange sowohl aufeinander zu (beim Schließen der Meßzange), als auch der Mittelpunkt der Meßzange zwischen beiden Meßelektroden in vertikaler Richtung verschwenkt werden.

In Fig. 2 ist ebenfalls ein Prüfling 14 dargestellt, dessen Siegelnaht sich zwischen den Meßelektroden 24 der Meßzange 20 befindet. Die Meßzange 20 ist in der geschlossenen Position, in der eine Schichtdicke aufgenommen wird. Aus der Position der beiden Meßschenkel 22a und 22b während des geschlossenen Zustandes, in dem die Meßelektroden den zu prüfenden Bereich am Prüfling 14 jeweils kontaktieren, läßt sich die Schichtdicke des zu prüfenden Bereiches erfassen. Die Übertragung der Position der Schenkel 22 in ein geeignetes elektrisches Signal, das im Rahmen einer angeschlossenen Meßdatenerfassung und -verarbeitung aufgenommen werden kann, kann hierbei auf beliebige, in der Technik bekannte Weise geschehen.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Anordnung der Meß- und Schweißzangen zueinander sowie eine Möglichkeit zur Betätigung der Meßzange.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, handelt es sich um eine Ansicht in Richtung X in Fig. 2, wobei jedoch nicht nur die in Fig. 2 dargestellte Meßzange 20, sondern ebenfalls die Schweißzange 40 mit Schenkeln 42 dargestellt ist. Während der Aufbau der Schweißzange 40, ihrer Schenkel, sowie ihrer beheizbaren Elektroden 44 später anhand der Beschreibung von Fig. 5 erläutert wird, soll Fig. 3 insbesondere die Lage der Meßzange 20 sowie der Schweißzange 40 zueinander verdeutlichen.

Die Meßzange 20 und die Schweißzange 40 sind nebeneinander angeordnet, so daß sich die Meß- bzw. Schweißelektroden 24 bzw. 44 in unmittelbarer Nähe zueinander befinden. Dies besitzt den Vorteil, daß bei dem Messen der Siegelnaht eines Prüflings 14 dieser nur jeweils eine geringe Entfernung verschoben werden muß.

Wie später eingehender erläutert werden wird, besteht die Schichtdickenprüfung aus drei Schritten, wobei zunächst mit den Meßelektroden 24 die Schichtdicke in Anwesenheit eines Kunststoffüberzuges vermessen wird, anschließend der zu messende Bereich zwischen den beheizbaren Schweißelektroden 44 angeordnet wird und der Kunststoffüberzug aufgeschmolzen wird, woraufhin die Messung zwischen den ersten Meßelektroden 24 wiederholt wird. Zusätzlich können die Schenkel sowohl der Meßzange wie auch der Schweißzange auf demselben Lagerzapfen drehbar gelagert sein.

In Fig. 3 ist zusätzlich der Verstellmechanismus für die Schenkel 22 der Meßzange 20 dargestellt. Hierzu befindet sich am in Fig. 3 dargestellten Schenkel 22b ein Steuerzapfen 46, der in geeigneter Weise am Schenkel 22b befestigt ist und in Einbaulage in eine Steuerplatte 48 eingreift. Die Steuerplatte ist mit einem Hubelement 50 verbunden und läßt sich somit in Pfeilrichtung A bewegen.

Fig. 4 zeigt diese Steuerungseinrichtung in der Ansicht Y in Fig. 3. Hierbei ist wieder die Steuerplatte 48 zu erkennen, in der sich kurvenförmige Führungsrinnen 52 befinden, in welche die Steuerzapfen 46 sowohl des ersten wie auch des zweiten Schenkels der Meßzange 20 hineinragen. Die Steuerplatte 48 wird entlang von Führungen 54 bewegt und, wie bereits anhand von Fig. 3 erläutert wurde, durch ein Hubelement 50 betätigt. Wird das in Fig. 4 dargestellte Hubelement 50 nach oben verfahren, so öffnet sich die Meßzange 20 und der Abstand zwischen den Meßelektroden 24 vergrößert sich.

Wie aus der Zusammenschau der Fig. 2 und 4 deutlich wird, wird durch die Bewegung der Steuerplatte 48 die Betätigung der Meßzange bewirkt, nicht jedoch die Möglichkeit genommen, daß sich diese um die Lagerzapfen 34a und 34b insgesamt verschwenkt. Dies stellt ein sehr wesentliches Merkmal der Erfindung dar, weil es hierdurch möglich wird, variable Meßpunkte zu erfassen, indem die Zangen selbst bei schräg stehendem oder nicht höhenjustiertem Randflansch ein einwandfreies Messen ermöglichen.

Fig. 5 zeigt die Schweißzange 40 mit den Schenkeln 42a und 42b sowie beheizbaren Elektroden 44, zwischen denen sich der Prüfling 14 befindet. Die beheizbaren Elektroden 44 sind mit geeigneten Heizanschlüssen 56 versehen, die beispielsweise in Form einer Zufuhrleitung für elektrische Energie ausgestaltet sein können. Vorzugsweise werden die beheizbaren Elektroden 44 durch elektrischen Widerstand beheizt.

Auch die Schenkel 42a und 42b der Schweißzange 40 sind jeweils um die voneinander beabstandeten Lagerzapfen 34a und 34b schwenkbar, wobei ebenfalls vorzugsweise eine Lagerung in Form eines Kugel- oder Rollenlagers vorzuziehen ist. Die Betätigung der Schweißzange 40 wird durch ein Hubelement 58 ausgeführt, das zwischen den Schenkeln 42a und 42b angeordnet ist. Wie aus Fig. 5 sofort ersichtlich ist, bewirkt eine Betätigung des Hubelements 58 das Öffnen und Schließen der Schweißzange und somit den Abstand zwischen den beheizbaren Elektroden 44.

Da das Hubelement 58 lediglich die relative Position der Schenkel 42a und 42b der Schweißzange 40 zueinander bestimmt, kann diese in der Zeichenebene noch um die Lagerzapfen 34a und 34b als ganzes verschwenkt werden. Wie bereits oben im Zusammenhang mit der Meßzange 20 ausgeführt wurde, besitzt diese Maßnahme den Vorteil, daß auch die Schweißzange selbstzentrierend wirkt und auch ein schrägstehender oder nicht höhenjustierter Randflansch gegriffen und behandelt werden kann. Diese Maßnahme erhöht nicht nur die Genauigkeit der Meßeinrichtung, sondern erhöht zusätzlich die Variabilität der Meßeinrichtung in bezug auf die Geometrie des Prüflings. Um die Schweißzange 40 in einer voreingestellten, gewünschten Position zu halten, wird der zweite Schweißschenkel 42b durch die Zugfeder 60 oder ein anderes elastisches Element in seiner Position gehalten, wobei trotzdem eine vertikale Ausricht- und Ausweichbewegung der Schweißzange 40 möglich ist. Ein vergleichbares elastisches Element 60 ist auch in Fig. 2 am Schenkel 22a der Meßzange 20 dargestellt und erfüllt dieselbe Aufgabe.

Während im vorstehenden und insbesondere anhand der Erläuterung der Fig. 2 bis 5 lediglich die Gestaltung und Funktion der Meß- und Schweißzange dargelegt wurde, kommt auch der Befestigung und Führung des Prüflings 14 eine ebenso große Bedeutung zu.

Der Prüfling 14 wird in einer geeigneten Halteeinrichtung befestigt, wobei deren Gestaltung und Funktion selbstverständlich stark von der Größe und Geometrie des Prüflings abhängt. Weil, wie oben beschrieben wurde, die Meßzange 20 und die Schweißzange 40 im wesentlichen ortsfest in der Vorrichtung 10 angeordnet sind und lediglich geringe vertikale Schwankungen durch die elastischen Elemente 60 aufgefangen werden können, muß der Prüfling in den Bereich der Meßelektroden jeweils bewegt werden.

Hierzu ist die Vorrichtung mit geeigneten Steuereinrichtungen versehen, die beispielsweise als Servomotoren ausgeführt sein können. Um eine größtmögliche Variabilität der Vorrichtung zu gewährleisten, sollte der Prüfling bzw. dessen Halteeinrichtung sowohl in allen Achsrichtungen verschiebbar als auch um diese Achsrichtungen jeweils rotierbar sein. Für einen eingeschränkten Anwendungsbereich der Vorrichtung können jedoch je nach Bedarf Betätigungseinrichtungen in verschiedenen Längs- oder Drehachsen entfallen.

Fig. 6 zeigt in Draufsicht einige Details der Steuereinrichtung 61 zum Bewegen des Prüflings mit dem zu prüfenden Bereich zwischen den jeweiligen Meß- und Schweißelektroden der Meßzange oder der Schweißzange. Wie schon aus dem geschnittenen Bereich ersichtlich ist, ist die Einrichtung 61 mit der Halteeinrichtung 16 für den Prüfling durch die Welle 62 verbunden, deren Position sowohl durch die Betätigungen der Motoren 64, 66 wie auch 68 veränderbar ist. Während die Motoren 64 und 66 jeweils eine Verschiebung in einer Achsrichtung der Welle 62 und damit auch der Halteeinrichtung 16 für den Prüfling bewirken, läßt sich durch die Betätigung des Motors 68 die Welle 62 verdrehen. Hierdurch läßt sich der zu prüfende Gegenstand rasch von der einen zu der anderen Position bewegen.

Die Rotation der Halteeinrichtung 16 für den Prüfling sowie das Befestigen oder Einspannen des Prüflings in die Halteeinrichtung ist in Fig. 6 nicht dargestellt und kann auf beliebige Weise durchgeführt werden.

Die Betätigung der dargestellten Vorrichtung läuft in den folgenden Verfahrensschritten ab. Zunächst wird der Prüfling in einer geeigneten Halteeinrichtung befestigt, wobei darauf zu achten ist, daß dieser mit möglichst geringen Toleranzen in seiner Lage fixiert wird. Gleichzeitig sollten die zu prüfenden Bereiche so angeordnet werden, daß sie für die Meßelektroden der Meßzange wie auch die Schweißelektroden der Schweißzange zugänglich sind. Anschließend wird der Prüfling mit dem zu prüfenden Bereich programmgesteuert durch Betätigung der entsprechenden Linear- und Rotationsantriebe so bewegt, daß der zu prüfende Bereich zwischen die Meßelektroden der ersten Meßzange angeordnet werden. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Meßzange in geöffnetem Zustand, was, wie anhand von Fig. 4 erläutert wurde, durch die Betätigung einer Steuerplatte geschieht.

Anschließend wird die Meßzange soweit geschlossen, bis die Spitzen der Meßelektroden jeweils in Kontakt zu dem zu messenden Bereich sind. Aus der Position der Schenkel der Meßzange, aber auch aus der linearen Position der Steuerplatte wie auch des daran angeschlossenen Hubelementes kann der Abstand zwischen den Meßelektroden ermittelt werden. Dieser Abstand entspricht der gemessenen Schichtdicke des Prüflings im zu messenden Bereich.

Nachfolgend wird die Meßzange wieder geöffnet und der zu messende Bereich des Prüflings zwischen die beheizbaren Elektroden der Schweißzange programmgesteuert bewegt. Die Schweißzange wird geschlossen, wobei, wie anhand von Fig. 5 dargelegt wurde, das Hubelement 58 betätigt wird. Gleichzeitig werden die Schweißelektroden beheizt, um den Kunststoff der Siegelnaht fließfähig zu machen. Die hierbei gewählte Temperatur muß im Hinblick auf den Anwendungsfall gewählt werden und kann beispielsweise ca. 200°C betragen. Durch die Spitzenelektroden wird der Kunststoff nicht nur fließfähig gemacht, sondern auch seitlich weggepreßt.

Nach dem Öffnen der Schweißzange wird der Prüfling wieder zwischen die Meßelektroden zurückverfahren und die Messung der Schichtdicke zwischen den Meßelektroden der Meßzange nochmals wiederholt.

Wie anhand von Fig. 6 dargestellt wurde, kann jeweils die Bewegung des Prüflings zwischen der Schweiß- und der Meßzange hin und her sehr einfach durchgeführt werden, indem der Motor 66 betätigt wird und die Welle 62 jeweils von der Position 70 in die Position 72 bzw. zurück bewegt wird.

Häufig sind bei einem Prüfling mehrere Bereiche der Siegelnaht zu testen. In diesem Fall besteht entweder die Möglichkeit, jeden einzelnen Meßpunkt durch die Aufeinanderfolge der oben beschriebenen Vorgänge getrennt zu überprüfen; eine andere Möglichkeit besteht jedoch darin, die zu messende Schichtdicke an allen Meßpunkten zuerst in der Meßzange zu messen, die Daten zu speichern und danach das "Schweißen" aller Meßpunkte in der Schweißzange durchzuführen. Anschließend wird die Schichtdicke sämtlicher Meßpunkte noch einmal in der Meßzange bestimmt. Durch diese Betriebsweise läßt sich das Hin- und Herfahren des Prüflings zwischen der Meßzange und der Schweißzange deutlich verringern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt den großen Vorteil, daß die Meß- und Schweißelektroden nicht verfahrbar sind. Hierdurch läßt sich die Genauigkeit der Messungen erhöhen, da kein Spiel durch Führungen der Meß- und Heizelektroden möglich ist. Zudem muß ein einzelner Meßpunkt nicht von beiden Elektrodenpaaren getrennt angefahren werden, was weiterhin zu Meßungenauigkeiten führt.

Indem die Behälterkontur frei programmierbar ist und nicht, wie im Stand der Technik bekannt ist, über Gestänge von einer Schablone übertragen wird, können sich Verunreinigungen an der Schablone sowie das mechanische Spiel des Gestänges nicht negativ auf die Genauigkeit auswirken. Zudem läßt sich die Schablone einer Behälterkontur nicht für jede geometrische Form über ein Gestänge übertragen, da beim Abgreifen der Behälterkontur dieser zwischen Rollen bewegt wird, die nicht überallhin innerhalb der Behälterkontur bewegt werden können. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer frei programmierbaren Behälterkontur liegt einerseits darin, daß die Behälteraufnahme nach dem jeweiligen Programm direkt bewegt werden kann und keine Meßfehler durch Verunreinigungen möglich sind. Zusätzlich läßt sich jeder Meßpunkt beliebiger Behältergeometrie darstellen. Darüber hinaus können mit einer Vorrichtung bei nur sehr geringen Umrüstzeiten eine Vielzahl von Prüflingen verschiedener Geometrie gemessen werden, da die jeweiligen Geometrien bereits auf einem geeigneten Speichermedium vorprogrammiert vorliegen und jederzeit in das Steuerprogramm der Vorrichtung eingespeist werden können.

Indem die Meßzangen vertikal frei beweglich sind, können die Meßpunkte sehr variabel angeordnet werden, weil die Zangen selbstzentrierend ausgeführt sind. Selbst bei schrägstehenden oder nicht höhenjustierten Randflanschen läßt sich somit eine sehr genaue Messung durchführen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken an einem Prüfling, insbesondere von Siegelnähten von versiegelten Behältern, umfassend:

• - eine Halteeinrichtung (16) für den Prüfling;
• - eine Meßzange (20), an deren Schenkeln (22; 22a, 22b) Meßelektroden (24) befestigt sind;
• - eine Schweißzange (40), an deren Schenkeln (42; 42a, 42b) beheizbare Elektroden (44) befestigt sind;
• - eine erste Betätigungseinrichtung (50) zum Öffnen und Schließen der Meßzange; und
• - eine zweite Betätigungseinrichtung (58) zum Öffnen und Schließen der Schweißzange;
  dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Schenkel der Meßzange (20) und der Schweißzange (40) ortsfest in der Vorrichtung gelagert sind;
• - die Halteeinrichtung (16) drehbar und verschiebbar relativ zur Meßzange (20) und zur Schweißzange (40) ist; und
• - die Mittelpunkte der Meßzange (20) und der Schweißzange (40) jeweils vertikal bewegbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßzange (20) und die Schweißzange (40) nebeneinander angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geometrie des zu prüfenden Gegenstandes frei programmierbar und speicherbar ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Gegenstand programmgesteuert über Servomotoren bewegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schenkel (22a; 42b) jeder Zange (20; 40) jeweils mit einem elastischen Element (60) verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizbaren Elektroden (44) mittels elektrischer Widerstandselemente erhitzbar sind.

7. Verfahren zur zerstörungsfreien Messung von Schichtdicken an einem Prüfling unter Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend die folgenden Schritte:

• (a) Befestigen des zu prüfenden Gegenstandes in einer Halteeinrichtung;
• (b) programmgesteuertes Heranführen eines zu messenden Bereichs des zu prüfenden Gegenstandes zwischen die Meßelektroden;
• (c) Schließen der Meßzange und Aufzeichnen und Speichern der gewonnenen Meßdaten, wobei sich die Meßzange selbst zentriert;
• (d) Öffnen der Meßzange;
• (e) programmgesteuertes Heranführen des zu messenden Bereichs des zu prüfenden Gegenstandes zwischen die beheizbaren Elektroden;
• (f) Schließen der Schweißzange sowie Aufschmelzen der Kunststoffschicht in dem zu messenden Bereich, wobei sich die Schweißzange selbst zentriert;
• (g) Öffnen der Schweißzange;
• (h) Wiederholen der Schritte (b) bis (d) zum Erfassen von Meßdaten der Schichtdicke nach dem Aufschmelzen des zu messenden Bereichs.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die erste Messung gemäß Schritten (b) bis (d);
• - das Aufschmelzen gemäß Schritten (e) bis (g); und
• - die zweite Messung gemäß Schritt (h)

jeweils für alle zu messenden Bereiche gemeinsam durchgeführt werden und die Meßdaten jeweils zwischengespeichert werden.