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Verfahren und Anordnung zur kontinuierlichen, automatischen Prüfung
eines Folienschlauches auf Inhomogenitäten im Folienmaterial Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur kontinuierlichen, automatischen Prüfung
eines Folienschlauches auf Inhomogenitäten im Folienmaterial.
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An Kunststoffe, die zu Folien verarbeitet werden, werden hohe Anforderungen
hinsichtlich Reinheit und Homogenität gestellt.
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An mehr oder weniger transparenten, dünnen Folien treten bereits sehr
kleine Fremdkörper als gut sichtbare Knötchen (Stippen, Fischaugen) in Erscheinung.
Die Fremdkörper können in der Kunststoffschmelze bei deren Verarbeitung fest, flüssig
oder gasförmig vorliegen. Feste Fremdkörper stören das laminare Fließen der Kunststoffschmelze
aus einer Schlitzdüse und rufen so Dickenänderungen der Folie in unmittelbarer Nähe
des Fremdkörpers hervor. Desgleichen stören den Fließprozeß Fremdkörper, die in
der Schmelze in flüssiger Form vorliegen, wenn sie sich in ihren rheologischen Eigenschaften
vom umgebenden Material unterscheiden. Solche Unterschiede können chemischer Natur
sein (Fremdstoffe oder ungleichmäßig verteilte Zusatzstoffe) oder auf Abweichungen
des Molekulargewichtes oder der Molekülstruktur (Vernetzung, unterschiedliche Kristallisationsneigung)
beruhen.
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Bei der Beurteilung von Folienmaterial wird den Knötchen, die ohne
besondere Hilfsmittel leicht zu erkennen sind, oft übertrieben große Bedeutung beigemessen,
wie sich an Untersuchungen der Folienfestigkeit gezeigt hat. Die Knötchenbildung
tritt nicht gleichmäßig über das Material verteilt, sondern mit streckenweise unterschiedlicher
Häufigkeit auf.
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Wegen der subjektiven Bewertung der Knötchen und ihres unregelmäßigen
Auftretens ist eine automatische, objektive und kontinuierliche Registrierung erwünscht.
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Versuche, mit einer derartigen sogenannten Stippenprüfeinrichtung
den
Ausstoß einer Kunststoff-Produktionsanlage zu überwachen, haben in der Praxis bereits
zu recht guten Ergebnissen geführt.
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Im Seitenstrom wird ein kleiner Blasfolienextruder beschickt.
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Die flachgelegte Blasfolie wird durch einen Diapositiv-Projektionsapparat
geführt, der so eingestellt wird, daß die an sich transparenten Knötchen auf einem
mit photoelektrischen Elementen bestückten Bildschirm Helligkeitskontraste erzeugen.
Die photoelektrischen Signale werden in bekannter Weise gezählt, registriert und
zur Betätigung von Warn- und Regeleinrichtungen verwendet Die Abbildung mit Hilfe
eines Dia- bzw-. Filmprojektors erfordert einen ebenen, flachen Film, der exakt
in der Abbildungsebene geführt wird. Bei der Dia-Projektion werden Kontraste der
Lichtabsorption des Diapositivs möglichst scharf abgebildet. Für die Abbildung der
Knötchen, die sich von der umgebenden Folie in der Transparenz nicht oder nur geringfügig
unterscheiden, muß der Projektor bewußt unscharf eingestellt werden, damit möglichst
große und kontrastreiche Beugungsbilder der Inhomogenitäten entstehen. Der Grad
dieser Unscharfeinstellung ist schwer zu definieren.
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Beim Flachlegen des Folienschlauches entstehen leicht, insbesondere
bei Schwankungen der Zugspannung an der Abzugsvorrichtung, Falten, die die Abbildung
stören. Das absolut faltenfreie Flachlegen ist nur durch größeren regeltechnischen
Aufwand zu erreichen. Aus geometrischen Gründen wird der Folienschlauch beim Flachlegen
mittels Quetschwalzen an den Seitenkanten weniger stark gezogen als in der Mitte.
Daraus ergibt sich eine leichte Welligkeit des flachgelegten Schlauches. Störungen
durch diese Welligkeit konnten dadurch vermindert werden, daß die Folie in der Projektionsebene
über eine gewölbte Glasfläche straffgezogen wurde.
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Die Folienführung durch den Kontakt mit Glasflächen kann zu elektrostatischer
Aufladung und damit zum Anziehen von Staubpartikeln führen, ferner zur Verschmutzung
der Glasflächen durch aus dem Folienmaterial ausschwitzende Bestandteile, zu Schleifspuren
auf der Folie, außerdem wird durch Reibung auf die Folie eine Zugkraft ausgeübt,
die die Faltenbildung begünstigt.
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Ferner ist mit H. Schardin, Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften,
Bd. 20, 1942, ein optisches Prüfverfahren und eine entsprechende Anordnung bekanntgeworden.
Dieses Verfahren dient zur Sichtbarmachung geringer Unterschiede in der Lichtbrechung
und beruht darauf, das durch ein Objekt ungehindert hindurchtretende Licht mit optischen
Mitteln auszublenden und nur gestreute Lichtanteile abzubilden. Dadurch entsteht
ein kontrastreiches Bild.
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Die dazu notwendige Anordnung besteht aus folgenden hintereinander
angeordneten optischen Elementen: Eine waagrechte Schlitzblende wird durch eine
Lichtquelle ausgeleuchtet. Hinter der Schlitzblende sind eine weitere Blende und
nachfolgend ein symmetrisch geteilter Schlierenkopf angeordnet, wobei der Schlierenkopf
aus zwei mit Abstand zueinander axial ausgerichteten Sammellinsen besteht. Hinter
der zweiten dieser Sammellinsen dienen eine waagrechte Schneidenblende und ein Objektiv
zur Abbildung des Streulichts auf einem Schirm. Die beschriebene Anordnung ist bekannterweise
zum Nachweis örtlicher Brechwertschwankungen von transparenten Medien, z. B. von
optischen Gläsern, aber auch für die Sichtbarmachung lokal begrenzter Oberflächendeformationen
an Folien oder Platten verwendbar. Zur Prüfung werden die Objekte zwischen die Linsen
gebracht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
zu finden, die folgende Erfordernisse erfüllen: 1) Die Inhomogenitäten sollen möglichst
kontrastreich abgebildet werden 2) Die Abbildung der interessierenden Inhomogenitäten
wie Knotchen usw. soll gegenüber der Untergrundstruktur des Folienmaterials und
den weniger interessierenden Fließ- und Längsstreifen hervorgehoben werden.
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)) Der Folienschlauch soll in unverletztem Zustand, also noch vor
dem Flachlegen, ohne Kontakt mit Führungsvorrichtungen geprüft werden 4) Eine Anordnung
zur Durchführung des Verfahrens soll mit geringstem Aufwand, ohne Wartung und mit
kleinstem Raumbedarf kontinuierlich und automatisch exakte Meßergebnisse liefern.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren
zur
kontinuierlichen und automatischen Prüfung eines Folienschlauches auf Inhomogenitäten
im Folienmaterial gelöst, wobei der Folienschlauch hinter dem Kühlring eines Blasfolienextruders
berührungslos senkrecht zur optischen Achse einer Schlierenanordnung zwischen zwei
symmetrisch getrennten, den Schlierenkopf bildenden Sammellinsen kontinuierlich
hindurchgeleitet und am Ende der Schlierenanordnung auf einem Schirm auftretendes
Streulicht in elektrische Signale umgewandelt und registriert wird.
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Die zugehörige Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß
derart gestaltet, daß die Schlierenanordnung von einem ersten Gehäuse umschlossen
ist, an dem senkrecht zu seiner Achse in Höhe des Schlierenkopfes beidseitig Teile
eines zweiten Gehäuses zum Durchtritt des Folienschlauches fluchtrecht angesetzt
sind. Durch diese Gehäuseausbildung wird in einfacher Weise sichergestellt, daß
der Folienschlauch in immer derselben Richtung berührungslos durch die Optik der
Schliereneinrichtung hindurchgeführt und Fremdlichteinfluß auf die Prüfergebnisse
verhindert werden kann.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung
sind zur Aufnahme und Umwandlung des Streulichts in der Ebene des Schirms facettenartig
angeordnete fotoelektrische Wandler vorgesehen.
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Die Verwendung facettenartig angeordneter Fotoelemente hat den Vorteil,
daß die Inhomogenitäten trotz ihrer meist geringen Größe und auch bei geringem Kontrast
ihrer Abbildungen relativ zu einem beispielsweise homogenen Streulichthintergrund
gut erfaßbar sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird ferner das Ausgangssignal
des einzelnen Wandlers zur Erfassung der Signaländerungen über eine kapazitive Ankopplung
je einem nachgeschalteten Verstärker zugeführt. Diese Maßnahme gewährleistet eine
Trennung der zu messenden. dynamischen Signaländerungen von einem statischen Signal,
das beispielsweise durch vorhandene Grundhelligkeit erzeugt wird.
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In-weiterer erfindungsgemäßer Ausgestaltung der Anordnung sind die
Ausgänge der den einzelnen fotoelektrischen Wandlern zugeordneten Verstärker über
Dioden entkoppelt, so daß nur jeweils das größte einen Bezugsspannungspegel überschreitende
Signal einer Zähleinrichtung zugeführt wird, deren Ausgangssignal mittels einer
Schreibeinrichtung registriert wird. Dadurch wird erreicht, daß die Gesamtzahl der
eine einstellbare Größe überschreitenden Stippen als Meßwerte mit höchster Genauigkeit
erfaßt und registriert wird.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung und
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung entnehmbar.
In der Zeichnung ist eine Prüfeinrichtung für Schlauchfolie schematisch dargestellt.
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Aus der Ringdüse 1 eines nicht weiter dargestellten Blasfolienextruders
tritt ein noch plastischer Folienschlauch FS, der in Richtung seiner Längsachse
durch Druckluft aufgeblasen wird und durch einen Kühlring 2 hindurchgeführt wird,
wobei er erstarrt und seine etwa hohlzylindrische Form erhält. Mit einem Pfeil A
ist die Austrittsrichtung des Folienschlauches FS angedeutet.
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Hinter dem Kühlring 2 tritt der Folienschlauch in ein rohrförmiges
Teil eines Gehäuses 3 ein, durch ein Gehäuse 4 mit einer Schlierenanordnung hindurch
und durch ein weiteres Rohrteil des Gehäuses 3 wieder aus der Anordnung aus. Die
Teile des Gehäuses 3 sind senkrecht zur Mittelachse 5 des Gehäuses 4 zueinander
fluchtrecht an diesem angesetzt. Die Gehäuse 3 und 4 schirmen die Optik der Schlierenanordnung
gegen Fremdlicht ab. Sie sind innen geschwärzt, wodurch unerwünschte Reflexionen
vermieden werden.
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In der Nähe der Mittelachse 5 ist an einer Seite des Gehäuses 4 eine
Spaltblende B 1 vorgesehen, durch die das Licht (schematisch durch Pfeile a wiedergegeben)
einer nicht dargestellten Projektionslampe, z. B. einer 100 Watt-Halogenlampe mit
Kondensor, in das Innere des Gehäuses 4 fällt. Auf seinem Weg tritt das Licht durch
eine erste Sammellinse L1, durch den gerade im Gehäuse 4 befindlichen Teil des Folienschlauches
FS, weiter durch eine zweite Sammellinse L2, an eine Schneidenblende B2 oder an
dieser vorbei, durch eine Objektivlinse L3 auf einen mit facettenartig auf Lücke
angeordneten Fotozellen 6 versehenen
Schirm S. Die Fotozellen 6
sind über elektrische Leitungen einzeln an eine Zähleinrichtung 7 über nicht dargestellte
Verstärker und einen Komparator angeschlossen, der ein Schreiber 8 nachgeschaltet
ist. Das Licht wird von der Sammellinse L1 parallel gerichtet, so daß sich zwischen
den Linsen L1 und L2 im wesentlichen parallel gerichtete Lichtstrahlen erstrecken.
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Durch diesen parallelen Strahlengang sind Schwankungen des Objekts,
d. h. des Folienschlauches FS, in der Lichtstrahlenrichtung unerheblich und wirken
sich in der Abbildung kaum aus. Die Linsenkombination L1L2 ist der sogenannte Schlierenkopf.
Solange sich zwischen L1 und L2 kein streuendes VbSekt befindet, wird das von B1
ausgehende Licht scharf auf B2 abgebildet. Durch Höheneinstellung wird B2 (Doppelpfeil
b) so weit in den Strahlengang geführt, daß die Blendenkante von B2 die äußere Kante
der Abbildung von B1 gerade abdeckt. Streuende Objekte zwischen L1 und k verändern
den Strahlengang so, daß Anteile des gestreuten Lichts an der Blendenkante von B2
vorbeigelangen und von der Linse 5 auf dem Bildschirm S abgebildet werden. Die Größe
des abgebildeten Ausschnittes der vorbeiziehenden Folie ist durch den Durchmesser
der Linsen L1 und L2 bestimmt. Es können mit der beschriebenen Anordnung Schlauchfolien
mit Durchmessern von 30 cm und mehr geprüft werden. Bei der praktisch erprobten
Anordnung für Prüfzwecke an-einem kleinen Extruder im Seitenstrom einer Produktionsanlage
wurden Schlauchfolien mit 15 cm Durchmesser mit einer Schlierenanordnung von ca.
1,5 m Länge mit guten Ergebnissen geprüft.
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Die Inhomogenitäten (Stippen usw.) liegen in der Praxis in der Größe
ois etwa 1 mm2 vor. Auf dem Schirm sind einzelne 2 Fotozellen 6 mit je einer Oberfläche
von ca. 2 mm in zwei Reihen übereinander auf Lücke gesetzt angeordnet. Werden, wie
dies bisher üblich ist, alle Fotozellen gemeinsam z. 3. in Reihenschaltung an einen
Verstärker angeschlossen, kann es bei der Prüfung von weniger transparentem Folienmaterial
vorkommen, daß das von dieser Folie ausgehende diffuse Streulicht die Gesamtfläche
aller Fotozellen so stark anregt, daß ein einziger Lichtpunkt einer Inhomogenität
kaum noch imstande ist, eine meßbare Hell-Dunkel-nderung zu erzeugen. Wird demgegenüber
jede einzelne Fotozelle an einen eigenen Verstärker angeschlossen, so wird der
Hell-Dunkel-Effekt
von der einzelnen kleinen Fotozelle einwandfrei erfaßt. Die Ankopplung der Fotozellen
6 an die Verstärker erfolgt kapazitiv, so daZ nicht die Grundhelligkeit, sondern
nur dynamische {nderungen zum Tragen kommen.
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Die Ausgänge der Verstärker werden durch einen gemeinsamen Komparator
mit einer einstellbaren Bezugsspannung verglichen.
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Die gegenseitige Entkopplung der Ausgangssignale der Verstärker erfolgt
durch Dioden. Nur Signale, die die eingestellte Bezugsspannung übersteigen, werden
über eine nachgeschaltete Impulsformerstufe der Zähleinrichtung zugeführt. In der
Zeichnung sind Verstärker, Impulsformerstufe und Bezugsspannungsquelle mit der Zähleinrichtung
zusammen durch den Baustein 7 dargestellt.
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Diesem ist ein Schreiber 8 nachgeschaltet, der die Ausgangssignale
des Zählers 7 registriert.
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Die Anordnung arbeitet kontinuierlich und automatisch und ermöglicht
es, unmittelbar nach dem Auftreten von Inhomogenitäten die daraus resultierenden
Schritte manuell oder automatisch vorzunehmen.
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Bei Verwendung der Anordnung in einer Kunststoff-Produktionsanlage
kann der Produktstrom durch Umleiten in getrennte Behälter klassifiziert werden.
Bei Verwendung in einer Folienherstellungsanlage werden Mängel in der Folie unverzüglich
und mit Sicherheit gemeldet.