DE60131059T2

DE60131059T2 - Verfahren zum Messen des Dickenprofils einer röhrenförmigen, dünnen Folie

Info

Publication number: DE60131059T2
Application number: DE2001631059
Authority: DE
Inventors: Marco Saini; Maurizio Nisoli
Original assignee: Electronic Systems SpA
Current assignee: Electronic Systems SpA
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-11-15
Publication date: 2008-07-24
Anticipated expiration: 2021-11-16
Also published as: EP1207368B1; ES2295099T3; EP1207368A3; IT1319107B1; ITMI20002451A1; DE60131059D1; EP1207368A2

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Messung des Dickenprofils einer flach gemachten, röhrenförmigen Folie.
Auf dem Gebiet der Kunststofftechnik ist es bekannt, dass Werkstoffe aus Folie mittels eines ringförmigen Extruders, aus dem eine röhrenformige, auch als Blasfolie bekannte Folie herauskommt, herzustellen.
Nachdem die extrudierte röhrenförmige Folie aufgeblasen wurde, durchläuft sie eine auch als reversierender Abzug bekannte Abzugs- und Flachmachvorrichtung, um eine flach gemachte, röhrenförmige Folie zu erhalten, d. h. zwei übereinander liegende Folienschichten, die an ihren Rändern miteinander verbunden sind.
Die flach gemachte röhrenförmige Folie wird dann zum Schneiden der Ränder zu einer Schneidstation gebracht, um die übereinander liegenden Folienschichten zu trennen und zwei flache Folien mit einer Breite zu erhalten, die im Wesentlichen der Hälfte des Umfangs der extrudierten röhrenförmigen Folie entspricht, welche Folien auf Bandrollen aufgewickelt werden.
Alternativ rotiert der reversierende Abzug um eine vertikale Achse; folglich ändert sich die Mittellinie, auf der die röhrenförmige Folie flach gemacht wird, kontinuierlich und so werden Fehler in der Planarität der Folie gleichmäßig auf die sammelnden Bandrollen verteilt.
Daher stellt diese Lösung sicher, dass die Bandrollen von Wickelfehlern, wie Höckern, schlecht gespannten Oberflächen, nicht senkrechten Wänden usw. frei sind.
Um das Dickenprofil innerhalb bestimmter Toleranzen zu halten, wird das Dickenprofil der extrudierten, röhrenförmigen Folie überwacht, um lokale Maßnahmen am Mundstück des Extruders zu ergreifen.
US-A-3 474 160 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Dickenprofils einer flach gemachten, röhrenförmigen Folie, die parallel zu ihrer Längsachse vorwärts bewegt wird und um ihre Längsachse rotiert, mittels eines den röhrenförmigen Film quer abtastenden Messgeräts. Das Messgerät scannt synchron zur Drehbewegung der flach gemachten, röhrenförmigen Folie und Änderungen im Signal des Messgeräts ergeben sich allein aus einer um die Folie 20 herum vorhandenen Dickenänderung.
US-A-4 339 403 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Dicke einer flach gemachten, röhrenförmigen Folie, die aus einem Mundstück extrudiert wurde. Die Folie wird in gleiche Querschnittsflächen unterteilt, die den Korrektursektoren des Mundstücks entsprechen, und dann werden die durchschnittliche Foliendicke sowie die Abweichung jedes Sektors bestimmt.
US-A-3 988 582 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Dicke einer Blasfolie.
Die Patentanmeldung MI 98 A 001611 (erteiltes Patent IT 1 326 008 ) desselben Anmelders schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Dickenprofils einer röhrenförmigen Folie vor.
Wie in MI 98 A 001611 beschrieben wird, misst ein vor der Schneidstation angeordneter Scannerkopf die Dicke der flachgemachten röhrenförmigen Folie.
Die röhrenförmige Folie ist idealer Weise in eine Mehrzahl von Längsstreifen oder Sektoren unterteilt, gewöhnlich als „Bolzen" bezeichnet, die alle die gleiche Breite haben und jeweils einem Sektor des Extruder-Mundstücks entsprechen.
Eine vorzugsweise berührungslose Dickenmessvorrichtung ist zwischen der Abzugs- und Flachmachstation und der Schneidstation angeordnet und bewegt sich mit einer alternierenden Linearbewegung in eine quer zur Richtung der Vorschubbewegung der flach gemachten, röhrenförmigen Folie verlaufenden Richtung zwischen einer ersten Position, der ein erster Rand der flach gemachten, röhrenförmigen Folie entspricht, und einer zweiten Position, der ein zweiter Rand der flach gemachten, röhrenförmigen Folie entspricht, welcher dem ersten Rand der flach gemachten, röhrenförmigen Folie gegenüber liegt.
Der Messpunkt beträgt weniger als die Hälfte der Breite der Längsstreifen und der Messkopf ist synchronisiert mit der Drehbewegung der flach gemachten, röhrenförmigen Folie, so dass in dem Punkt, der den gegenüberliegenden Rändern entspricht, der Messwert auf zwei überlappenden Schichten desselben Längsstreifens abgelesen wird.
Auf diese Weise reicht es aus, die an den Rändern gemessene Dicke durch zwei zu teilen, um die Dicke der Folie zu erhalten, die den an den Enden angeordneten Längsstreifen entspricht.
Nach Drehung des reversierenden Abzugs, werden die verschiedenen Längsstreifen der Reihe nach zu den Flächen, die den Seitenrändern entsprechen, gebracht, und deren Dicke kann gemessen werden.
Darüber hinaus, können die Dickenmessungen, die während der Bewegung vom einen zum anderen Rand erfasst wurden, dazu verwendet werden, die Dicke der sich überlappenden Längsstreifen der flach gemachten, röhrenförmigen Folie zu schätzen (durch zwei teilen).
Dennoch weist das in der Anmeldung MI 98 A 001611 beschriebene System noch einige Unzulänglichkeiten auf.
Die Dickenmessung ist nur an den End-Längsstreifen genau, während für die dazwischen befindlichen Längsstreifen nur ein Schätzwert für die Dicke erhalten wird, was zur Überprüfung und zur Regelung des Dickenprofils der röhrenförmigen Folie völlig unzureichend ist.
Um eine genaue Messung der Dicke jedes Längsstreifens zu erhalten, ist es erforderlich, abzuwarten, bis sich der reversierende Abzug um 180° gedreht hat, was einer mittleren Zeitdauer zwischen 2,5 und 10 Minuten entspricht; die Regelungsgeschwindigkeit des Mundstücks ist also sehr gering.
Da sich die röhrenförmige Folie mit einer Geschwindigkeit zwischen 8 und 5 Metern/Minute bewegt, besteht, wenn die Messungen zwischen zwei aufeinander folgenden Aktualisierungen aus den in Erwägung gezogenen Toleranzen herausläuft, die Gefahr, dass das System beträchtliche Mengen von Ausschuss produziert.
Um eine zuverlässige Messung zu erhalten, ist es außerdem erforderlich, dass der Messkopf eine ausreichende Zeit an jedem Längsstreifen verbleibt (z. B. muss er mit einem β-Strahlungssensor etwa 0,5 Sekunden verbleiben), um Störungen der Messung durch Rauschen zu vermeiden.
Wenn die röhrenförmige Folie sehr breit ist, kann es passieren, dass die Messvorrichtung es nicht bewerkstelligt, den gegenüberliegenden Rand rechtzeitig zu erreichen, um einen weiteren gefalteten Längsstreifen zu messen; in diesem Fall geht die Synchronisation verloren und die für das Erfassen des Dickenprofils benötigte Zeit verdoppelt sich.
Folglich kann sich die Zuverlässigkeit der Messung drastisch verringern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung für die oben genannten Probleme zu finden.
Die genannten Probleme werden mittels des durch den unabhängigen Anspruch vorgegebenen Verfahrens gelöst.
Das Verfahren, auf das sich die Erfindung bezieht, wird gleich durch die folgende Beschreibung verdeutlicht, die als Beispiel ohne Beschränkung ausgestaltet, mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine schematische Darstellung eines Systems zur Herstellung von Folienwerkstoff ist
2 eine schematische Darstellung einer flach gemachten, röhrenförmigen Folie ist, die mittels einer alternierenden Linearbewegung, in eine rechtwinklig zur Richtung der Vorschubbewegung der Folie verlaufenden Richtung abgetastet wird.
Mit Bezug auf die Zeichnungen zeigt 1 schematisch ein System zur Herstellung röhrenförmigen Folie 1, umfassend einen Extruder 2, eine Flachmach- und Abzugsvorrichtung 3, eine Schneidstation 5 und zwei Stationen 6 zum Aufwickeln der Folie auf Bandrollen.
Zwischen der Flachmach- und Abzugsvorrichtung und der Schneidstation 5 sind Mittel zum Messen der Dicke 7, z. B. eine β-Strahlungsquelle und ein β-Strahlungssensor, derart angeordnet, dass ein Freiraum für den Durchtritt der röhrenförmigen Folie gebildet ist.
Die Mittel 7 bewegen sich mit einer abwechselnden linearen Bewegung, um einen kontinuierlichen Scanvorgang in einer quer zur Richtung der Vorschubbewegung der Folie verlaufenden Richtung auszuführen.
Bei einer möglichen Ausgestaltung führen die Mittel 7 die Dickenmessung in Intervallen von etwa 5 mm durch.
Die röhrenförmige Folie 1 oder Blasfolie ist idealer Weise in eine bestimmte Anzahl von Längsstreifen 9 gleicher Breite unterteilt, die so genannten „Bolzen", von denen jeder einem Sektor des Extruder-Mundstücks entspricht; typischerweise beträgt die Anzahl n der Längsstreifen zwischen 8 und 360 und ihre Breite liegt ungefähr zwischen 1 und 30 cm.
Die Bewegung der Mess-Mittel 7 und die Drehung der Flachmach- und Abzugsvorrichtung 3 verursachen eine kontinuierliche Veränderung der Kombination der von den Mitteln 7 gemessenen Längsstreifen 9.
Mittel 10, wie z. B. ein Encoder, stellen kontinuierlich die Winkelposition der Flachmach- und Abzugsvorrichtung 3 zur Verfügung, von der die derzeitige Anordnung der Längsstreifen 9 und insbesondere der gerade auf der Messachse der Mittel 7 befindlichen Längsstreifen 9 erhalten werden kann.
Wenn wir Unbekannte X₁...X_n, zur Bezeichnung der Dicke der n Längsstreifen 9 verwenden, kann jede Dickenmessung der Messvorrichtung 7 betrachtet werden als lineares Gleichungssystem des Typs Xup + Xdown = M wobei up und down die Indices der überlappenden Längsstreifen und M die Dickenmessung ist.
Der Satz von m in einem Scan oder in mehreren Scans der Messvorrichtung 7 auf der flach gemachten, röhrenförmigen Folie erfassten Dickenmessungen kann daher betrachtet werden als ein System von linearen Gleichungen derselben Unbekannten X₁...X_n des Typs
Bei jedem Scan der Messvorrichtung 7 werden etwa 100 bis 400 Dickenmessungen durchgeführt, jedoch sind diese nicht immer ausreichend, um ein lösbares Gleichungssystem zu erhalten.
Um sicher zu sein, dass das Gleichungssystem lösbar ist, ist es erforderlich, die Messungen, die in mehreren Scans gesammelt wurden (von 2 bis 20, wie weiter unten genauer beschrieben wird), zu betrachten.
Das resultierende Gleichungssystem ist typischerweise überbestimmt, d. h. es hat keine exakte Lösung.
Dennoch ist es möglich, eine näherungsweise Lösung zu finden, die dem Gleichungssystem genau genug entspricht.
Insbesondere ist es möglich, die Methode der kleinsten Quadrate zu verwenden, um die Werte der Unbekannten, die den kleinsten Wert der Gütezahl J(X) = Σi (Mi – Xup – Xdown)2 und daher eine ausreichend genaue Lösung des unbestimmten Gleichungssystems ergibt.
Durch Anwendung der Theorie der kleinsten Quadratemethode, wird die Dicke der einzelnen Längsstreifen 9 der röhrenförmigen Folie 1 mit Hilfe der Formel x =(φT φ)–1 φT Y gemessen, wobei
die Matrix der Koeffizienten des Gleichungssystems mit n Spalten und m Zeilen ist, wobei n der Anzahl der Längsstreifen der röhrenförmigen Folie 1 und m die Anzahl der erfassten Messungen ist.
Jede Zeile der Matrix enthält nur zwei Koeffizienten, die gleich 1 sind und die beiden überlappenden Längsstreifen repräsentieren, während die verbleibenen Koeffizienten gleich null sind; wenn der gemessene Längsstreifen auf sich selbst gefaltet ist, enthält die Zeile nur einen Koeffizienten, der nicht gleich null ist und den Wert 2 aufweist.
ist eine Spaltenmatrix von m Zeilen, welche die Werte der erfassten Messungen enthalten.
ist die Spaltenmatrix der Unbekannten.
Alternativ besteht die Möglichkeit, die Methode der gewichteten kleinsten Quadrate entsprechend der folgenden Formel zu verwenden: X = (ΦT P φ)–1 φT PY wobei P eine Diagonalmatrix mit m Zeilen und m Spalten ist, die auf der Diagonale anzeigt, wie oft ein bestimmtes Paar Längsstreifen gemessen wurde.
Typischerweise sammeln die Matrizen Φ und Y die Daten einer Anzahl von Scans, die zwischen 2 und 20 liegt.
Um die Genauigkeit der Messungen der Dickenprofile zu fördern, muss das Dickenprofil mit zahlreichen Scans berechnet werden, während es zur Förderung einer schnellen Regelung des Mundstücks ausreichend ist, das Profil mit wenigen Scans zu berechnen.
Um die Berechnung des Matrixsystems durchzuführen, stellt das System zur Regelung und Ansteuerung des Extruders 2 eine geeignete Software bereit.
Die Methode der Berechnung zum Erhalten der transponierten Matrix φ^T und der inversen Matrix (φ^T P φ^T)^–1 kann aus verschiedenen bekannten Methoden ausgewählt werden.
Ein wichtiger Vorteil der beschriebenen Methode ist die Geschwindigkeit, mit der das Dickenprofil der röhrenförmigen Folie erhalten wird.
Das erste Profil wird mit in zwei Scans der Messvorrichtung 7 erfassten Messungen erhalten, die typischerweise in 20–60 Sekunden abgeschlossen sind.
Das Profil wird dann am Ende jedes Scans aktualisiert, typischerweise alle 10–30 Sekunden, wobei auch die im vorherigen Scan erhaltenen Messwerte für die Berechnung verwendet werden.
Der fachkundige Leser auf dem Gebiet wird ebenso bemerken, dass Dank der beschrieben Methode keine weitere Synchronisation zwischen der Bewegung der Messvorrichtung 7 und der Drehung des Flachmach- und Abzugssystems 3 erforderlich ist, weil es nicht mehr nötig ist, die Dicke des gefalteten Längsstreifens an den Rändern zu messen.
Darüber hinaus wird die Dicke jedes Längsstreifens auf Basis einer viel größeren Anzahl von Messungen berechnet, so dass die Empfindlichkeit gegenüber Störungen, Fehlern und Rauschen der Dickenmessung verbessert ist.

Claims

Verfahren zur Messung des Dickenprofils einer flach gemachten, röhrenförmigen Folie, die sich parallel zu ihrer Längsachse vorwärts bewegt und um ihre Längsachse umläuft, umfassend die Schritte: – ideelles Aufteilen der Folie (1) in eine Mehrzahl n von Längsstreifen (9) parallel zur Achse der röhrenförmigen Folie; – Verwenden einer Dickenmessvorrichtung (7), um mindestens einen Abtastvorgang in einer quer zur Richtung der Vorwärtsbewegung der röhrenförmigen Folie verlaufenden Richtung durchzuführen, in der Weise, dass m Dickenprofilmessungen durchgeführt werden, wobei der mindestens eine Abtastvorgang ohne Synchronisation zur Umlaufbewegung der flach gemachten, röhrenförmigen Folie durchgeführt wird; – Ermitteln der sich überlappenden Längsstreifen (9) auf der Messachse der Dickenmessvorrichtung (7) für jede während des Abtastvorgangs gemachte Dickenmessung; – Erhalten eines überbestimmten Systems von m linearen Gleichungen mit n Unbekannten des Typs X_oben + X_unten = M, wobei oben und unten die Indizes der sich überlappenden Längsstreifen sind und M die Dickenmessung ist – Anwenden der Methode der kleinsten Quadrate oder der Methode der gewichteten kleinsten Quadrate um das überbestimmte System zu lösen, somit die Dicke der einzelnen Längsstreifen (9) zu erhalten.