DE9104596U1 - Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von transparenten Kunststoffen - Google Patents
Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von transparenten KunststoffenInfo
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Description
BESCHREIBUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches System zur quantitativen Analyse von optischen Defekten in
transparenten Kunststoffen, insbesondere in transparenten
Kunststoff-Folien, vor allem zu deren Qualitätskontrolle beim Herstellungsprozeß.
Stand der Technik
Die Verwendung von transparenten Kunststoffen in Plattenform oder Folienform, wie z.B. solchen auf
Polymethylmethacrylat-Basis in modernen Audio- und
Videotechniken, wie den CD-Platten oder den optoelektronischen Displays, erfordern hohe optische
Qualitäten dieser Materialien, sowohl an ihrer Oberfläche als auch in den Materialkernen. Vorkommende Fehler an bzw.
in den Kunststoffmaterialien sind beispielsweise Welligkeit, Schlieren, Fehlstellen (Löcher),
Fremdeinschlüsse, Stellen mit schwankender Brechzahl.
Eine Möglichkeit zur optischen Kontrolle von extrudierten transparenten Kunststoffen, wie z.B. solchen in
Folienform, besteht in deren direkten Untersuchung mit Laserscannern. Es hat sich gezeigt, daß mit dieser
Untersuchungsmethode erhaltene Ergebnisse nicht verläßlich
sind: Einerseits werden viele Fehler überhaupt nicht erkannt, andererseits werden Folienbereiche als fehlerhaft
markiert, die keine Fehlerstelle aufzeigen.
Als zuverlässige Methode zur Erkennung von Fehlern in den transparenten Kunststoffgebilden hat sich deren
Durchleuchtung mit einer Punktlichtquelle und Projektion des dabei auftretenden Schattenbildes auf einer davor
angebrachten Beobachtungswand erwiesen. Die Erfassung von Größe und Anzahl der im Schattenbild sichtbaren,
punktförmigen Fehlstellen wird visuell bzw. photographisch durchgeführt und ist somit zeit- und kostenintensiv.
Aufgabe und Lösung
Für die optische Qualitatsüberprüfung von transparenten
Kunststoffen war eine Vorrichtung zur schnellen, zuverlässigen und automatischen Fehlererkennung zu finden,
die für ein Verfahren zur in-line Kontrolle von extrudierten, transparenten Kunststoffgebilden, z.B.
Kunststoff-Folien, geeignet ist.
Es wurde gefunden, daß durch Bildaufnahme mit einer CCD-Kamera (Charge Coupled Devices) des durch Beleuchtung mit
einer Punktlichtquelle auf einer Projektionsfläche erzeugten Schattenbildes des transparenten Kunststoffes,
der elektronischen Umsetzung des Bildes und der anschließenden Verarbeitung in einem Auswertungssystem
(Rechner), Fehler der vor allem kontinuierlich laufenden, transparenten Gebilde lokalisiert, gezählt und
klassifiziert werden.
Aufbau der Vorrichtung
Die Erfindung betrifft eine:
Vorrichtung entsprechend Fig. 1 zur optischen Qualitätskontrolle bei der Herstellung von transparenten
Kunststoffgebilden, vor allem von solchen in planaren Formen,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Durchstrahlung des zu untersuchenden Objekts
eine Punktlichtquelle (1) zur Erzeugung eines praktisch kegelförmigen Lichtsements (2) in veränderlichem Abstand
zur Objektebene (3) verwendet wird, für die Abbildung des Schattenbildes eine Projektionsfläche (4)
positionsvariabel in den Lichtstrahlengang nach dem Objektdurchgang angebracht ist, und eine CCD-Kamera (5)
zur Aufnahme der Schattenbilder vorhanden ist, von welcher elektronische Impulse zum Auswertesystem (6) und
gegebenenfalls zum Monitor (7) gehen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die vorzugsweise mit den
Teilen (1) bis (5), zum Schutz vor Fremdlicht als geschlossenes System mit stabilem Gehäuse (8) Verwendung
findet, wird vor allem zur in-line Qualitätskontrolle bei der kontinuierlichen Herstellung von transparenten
Kunststoffplatten und -folien durch Extrusion eingesetzt. Sie eignet sich insbesondere zur Untersuchung auf Fehler
mit Linsenverhalten oder Fehler, welche stärkere Schwankungen der Brechzahl im Material verursachen. Durch
dieses Verhalten erscheinen diese Fehler um den Faktor bis 20 vergrößert auf der Projektionsebene vorzugsweise
als helle bzw. dunkle Flecken mit konzentrischen dunklen bzw. hellen Ringen.
Messungen von Schattenbildern mit CCD-Kameras sind beschrieben zur meßtechnischen Überprüfung der
geometrischen Vorgaben von Werkstücken, beispielsweise als Durchmessermeßgeräte von Drähten bei der Drahtherstellung
(Heimburger et al., Wissenschaftliche Zeitschrift der Techn. Hochsch. Magdeburg 1986, 30 (8), S. 30 - 39). Zur
Überprüfung transparenter Systeme, wie z.B. CR 39--Kunststoff-Platten
auf 10 um Löcher (Imori et al., Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. B 1987, B 18 (3) &egr;. 307
- 310) oder zur geometrischen Kontrolle und Qualitätskontrolle in der Glasindustrie (Hülsenberg et
al., Szilikatip. Szilikattud. Konf. Proc. 14th 1985, S. 144 - 150 oder Bock et al., Silikattechnik 1985, 36 (4),
S. 99 - 102), werden diese Systeme durchleuchtet, und das transmittierte Licht, gegebenenfalls nach Filterung,
direkt von einer CCD-Kamera aufgenommen.
Durchführung der Erfindung
BeleuchtungsgueIlen
BeleuchtungsgueIlen
Für eine gleichmäßige Durchleuchtung der transparenten Objekte können als Punktlichtquellen
Quecksilberdampflampen, Halogenlampen oder Laser verwendet werden. Am geeignetsten erwiesen sich
Quecksilberdampflampen, z.B. eine 100 W Quecksilberdampflampe, die mit geregeltem Gleichstrom betrieben wird und
den für den Kamerabetrieb erforderlichen Lichtstrom aussendet. Er ist weiß, inkohärent, strahlt nahezu
gleichmäßig in den Raum, zeigt ausreichende Intensität auch im nahen UV und ist frei von hochfrequenten
Intensitätsänderungen.
Halogenlampen besitzen eine große Leuchtfläche.
Die Schattenbildtechnik mit der Quecksilberdampflampe bzw.
der Halogenglühbirne läßt sich jedoch durch einen optischen Einsatz verändern. Durch Einschiebung einer
Linse von z.B. 10 mm Brennweite und 5 mm Durchmesser in die Lichtaustrittsöffnung der Punktlichtquelle, werden
deren Brennfleck bzw. deren Leuchtfläche verkleinert. Bei konstanter Fehlergröße wird so der Halbschatten im \
Verhältnis zum Kernschatten deutlich reduziert und damit das Bild kontraststärker.
Der Nachteil der Laser ist ihre geringe Divergenz. Sie eignen sich daher insbesondere zur Ausleuchtung relativ
kleiner Probenbereiche.
Die Punktlichtquelle (1) ist zur Probenebene (3) vertikal und horizontal verschiebbar angebracht.
Proj ektionsschirm
Die Projektionsebene (4), die zur Probenebene (3) ebenfalls positionsvariabel angeordnet ist, besteht im
wesentlichen aus einem Schirmmaterial mit hoher Reflexion und vorteilhaft sehr feiner Struktur, wie diese
beispielsweise für Dia-Leinwände üblich sind. Der Abstand zwischen Probe und Schirm trägt entscheidend dazu bei,
welche Eigenschaften des Schattenbildes herausgearbeitet werden können. Kleine Abstände bilden Fehler mit kleineren
Brennweiten deutlicher ab, größere Distanzen heben die Glättstruktur (Oberfläche) besser hervor.
Wählt man einen kleinen Abstand, so werden Glättstrukturen dabei nur angedeutet, da sie in der Regel eine wesentlich
längere Brennweite als kleine Fehler besitzen Glättstruktur wirkt als Zylinderlinse.
Optoelektronische Sensoren auf CCD-Basis und Auswertung der Aufnahme
Zur raschen und automatischen Erfassung der in transparenten KunststofferZeugnissen möglichen Fehler,
werden die auf einer Projektionsleinwand entstehenden
Schattenbilder erfindungsgemäß mittels bekannter CCD-Kameras (5), die mit ihren Sensoren sowohl als
Flächenkamera, vorzugsweise eine solche mit Verschluß, als auch als Zeilenkamera zur Übertragung von Meßdaten an
Rechner eingesetzt werden können, erfaßt. Dadurch kann das Schattenbild, das wegen seiner geringen Lichtintensität
vorzugsweise innerhalb eines geschlossenen, dunklen Raumes (8) erzeugt wird, außerhalb der Meßvorrichtung auf einem
Monitor (7) beobachtet werden und/oder es werden die von der Kamera zum Rechnersystem (6) weitergeleiteten
elektronischen Signale dort durch spezielle Rechenanweisungen ausgewertet.
Die Elektronik spricht auf helle und dunkle Stellen im Schattenbild an, die von Pickeln und Fremdeinschlüssen
verursacht werden können. Besonders interessierende Fehler, wie sie vor allem in transparenten Folien, z.B.
auf Polymethacrylat-Basis oder Bisphenol A-Polycarbonat-Basis
vorkommen, zeigen ein ausgeprägtes Linsenverhalten, d.h. sie sind auf dem Projektionsschirm etwa um den Faktor
10 bis 20 vergrößert, gegenüber einer Vergrößerung der beleuchteten Probefläche von nur einem
Faktor von etwa 1,2 bis 1,5. Durch Ausnutzung dieses
Verhaltens bestimmter Fehler, ist es möglich, dann eine relativ große Fläche auf kleine Fehler solcher Art.zu
überwachen.
'it.,: *■
Zu untersuchende Materialien
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Qualitätskontrolle
von transparenten Kunststoffen eignet sich beispielsweise für solche aus Acrylglas, Polycarbonat, PVC, Polyester,
regenerierter Cellulose, Polyethylen, vor allem als inline Vorrichtung bei kontinuierlichen
Herstellungsprozessen dieser Kunststoffe, insbesondere bei Extrusionsprozessen zu Platten und bevorzugt zu
Untersuchungen von extrudierten Folien. Aber auch zur Untersuchung für Erzeugnisse von transparenten
Kunststoffen aus nicht kontinuierlichen Herstellungsverfahren, ist die erfindungsgemäße
Vorrichtung hervorragend geeignet.
Schlagzähmodifizierte Polymethylmethacrylat-Folien
(Plexiglas © -Folien F) beispielsweise werden in verschiedenen transparent eingefärbten Variationen als
Färb- und Kontrastfilter von optoelektronischen Anzeigen eingesetzt. Bisphenol A-Polycarbonat (Makroion ®) wird
u.a. als bruchsicheres, optisches Visier in Sturzhelmen verwendet. Diese Beispiele zeigen, wie notwendig eine
effektive Qualitätskontrolle für optisch hochwertige Materialien sein muß.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur optischen Qualitätskontrolle bei der Herstellung von transparenten Kunststoffgebilden, vor
allem von solchen in planaren Formen,
dadurch gekennzeichnet,
daß für die Durchstrahlung des zu untersuchenden Objekts nach Fig. 1 eine Punktlichtquelle (1) zur
Erzeugung eines praktisch kegelförmigen Lichtsegments (2) in veränderlichem Abstand zur Objektebene (3)
verwendet wird, für die Abbildung des Schattenbildes eine Projektionsfläche (4) positionsvariabel in den
Lichtstrahlengang nach dem Objektdurchgang angebracht ist, und eine CCD-Kamera (5) zur Aufnahme der
Schattenbilder vorhanden ist, von welcher elektronische Impulse zum Auswertesystem (6) und
gegebenenfalls zum Monitor (7) gehen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise dessen Teile (1) bis (5) in einem
Fremdlicht undurchlässigen Gehäuse (8) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß sie ein in-line Teil einer Extrusionsanlage ist.
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE9104596U DE9104596U1 (de) | 1991-04-16 | 1991-04-16 | Vorrichtung zur Qualitätskontrolle von transparenten Kunststoffen |
Publications (1)
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| DE9104596U1 true DE9104596U1 (de) | 1991-07-04 |
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ID=6866336
Family Applications (1)
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-
1991
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