DE9206011U1

DE9206011U1 - Vorrichtung zur gleitenden Wanddickenmessung an flächigen Werkstoffen mittels Ultraschallechomessung

Info

Publication number: DE9206011U1
Application number: DE9206011U
Authority: DE
Original assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Current assignee: Roehm GmbH Darmstadt
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1992-07-09
Anticipated expiration: 2002-05-12

Description

BESCHREIBUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gleitenden Dickenmessung an extrudierten Werkstoffen mittels Ultraschallechomessung über eine Kopplungsflüssigkeit. Dieses Meßverfahren arbeitet nach dem Impuls-Echo-Verfahren. Ein piezoelektrischer Schwingkristall wird durch einen kurzzeitigen elektrischen Impuls angeregt und wandelt die aufgenommene Energie in Ultraschallschwingungen um, die sich als Welle über eine Vorlaufstrecke, die mit einer Kopplungsflüssigkeit ausgefüllt ist, in den zu messenden Werkstoff fortpflanzen. An der Rückseite des flächigen Werkstoffes wird die Ultraschallwelle reflektiert. Der gleiche Schwingkristall empfängt die reflektierte Welle und wandelt sie wieder in einen elektrischen Impuls um. Ein Teil der Welle wird mehrfach an den beiden WerkstoffOberflächen reflektiert, so daß Mehrfachechos entstehen. Aus dem Zeitabstand der Echos und aus der Schallgeschwindigkeit innerhalb des Werkstoffes läßt sich dessen Dicke berechnen. Die Steuerlogik und die Schaltung für die Zeitkreise in einem mit dem Schwingkristall verbundenen Steuer- und Meßgerät synchronisieren den Impulssender und wählen die zugehörigen Echosignale für die Laufzeitmessung aus. Nach Erkennung der richtigen Signale durch die Steuerlogik wird die Laufzeit genau gemessen, mit der vorher eingegebenen Schallgeschwindigkeit des Werkstoffes multipliziert und als Dicke angezeigt.

Stand der Technik

Es ist bekannt, die Wanddicke von extrudierten Kunststoffrohren direkt hinter der Extrusionsanlage kontinuierlich zu messen. Die Messung wird mit einem Prüfkopf zur Dickenmessung, worin der Schwingkristall angeordnet ist, in einem Wasserbad durchgeführt, welches das extrudierte Rohr zur Kühlung durchläuft. Das Wasser dient in diesem Fall gleichzeitig als Kopplungsflüssigkeit zur Übertragung des Ultraschall-Meßimpulses auf die Rohrwandung und die Rückführung des Echosignals zum Prüfkopf. Infolge des kontinuierlichen Vorschubs des extrudierten Rohres befindet sich der Prüfkopf in einer gleitenden Bewegung gegenüber der Oberfläche der zu messenden Wandung. Über ein Steuer- und Meßgerät wird das Echosignal in einen Wanddickenwert umgewandelt, der kontinuierlich angezeigt wird und zur Kontrolle und Steuerung des Extrusionsprozesses dienen kann. (vgl. Firmenschrift der Panametrics GmbH, Wiesbaden, zu den Ultraschall-Wanddickenmeßgeräten Modell 5223 und 5224)

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte kontinuierliche Meßtechnik zur gleitenden Dickenmessung von Rohren mit Wasser als Kopplungsflüssigkeit auf flächige, von zwei ebenen Oberflächen begrenzte Werkstoffe, insbesondere auf kontinuierlich extrudierte

Kuststoffbahnen, zu übertragen. Es sollen nicht nur die Dicken von vollen Kunststoffbahnen, sondern auch die Wanddicken von Hohlkammerbahnen einer gleitenden Messung zugänglich gemacht werden.

Zur Herstellung von flächigen Folien- und Plattenbahnen aus Kunststoff sind Extrusionsschlitzdüsen mit angeschlossenen Walzenglättwerken gebräuchlich, wo die Bahn gleichzeitig kalibriert und gekühlt wird. Es ist weder üblich noch sinnvoll, die geglättete Bahn durch ein Wasserbad zu leiten. Es wäre auch nicht zweckmäßig, die Bahn nur zum Zwecke der Dickenmessung durch ein Wasserbad zu führen. Auch bei der Extrusion von Hohlkammerbahnen aus Kunststoff wird kein Wasserbad zur Kühlung der Bahn verwendet. Daher ist eine unmittelbare Übertragung der bei der Rohrextrusion angewandten Dickenmeßtechnik auf flächige Kunststoffbahnen nicht sinnvoll.

Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur gleitenden Dickenmessung an extrudierten Werkstoffen mittels Ultraschallechomessung über eine Kopplungsflüssigkeit, enthaltend einen Prüfkopf mit Ultraschallsende- und empfangsteil und ein damit verbundenes Steuer- und Meßgerät sowie eine Bewegungsvorrichtung zur Durchführung einer gleitenden Bewegung des Prüfkopfes gegenüber der Oberfläche des flächigen Werkstoffes. Erfindungsgemäß ist der Prüfkopf zur Dickenmessung an flächigen, von zwei ebenen Oberflächen begrenzten Werkstoffen von einem Gehäuse zur

Aufnahme der Kopplungsflüssigkeit umgeben, das in Richtung auf eine Oberfläche des flächigen Werkstoffes offen ist und an einen Längen- und Breitenausschnitt dieser Oberfläche dichtend anlegbar ist.

Während bei der bekannten Dickenmessung an extrudierten Kunststoffrohren die Kopplungsflüssigkeit des gesamte Extrudat umgibt, steht bei der Erfindung nur ein begrenztes Volumen der Kopplungsflüssigkeit jeweils nur mit einem eng begrenzten Flächenausschnitt einer Oberfläche der extrudierten Bahn in Berührung. Das Flüssigkeitsvolumen kann so klein gehalten werden, daß es nicht wesentlich mehr als den Raum zwischen dem Prüfkopf und der Werkstoffoberfläche ausmacht. Dazu reicht in der Regel ein Volumen von wenigen Millilitern (<10 ml). Dadurch entfallen alle Vorkehrungen zur Handhabung großer Flüssigkeitsmengen.

Als flächige Werkstoffe kommen z.B. volle Kunststoffbahnen von 0,12 bis 10 mm Dicke mit ebenen, parallelen und glatten Oberflächen sowie Hohlkammerbahnen mit Wanddicken im gleichen Dickenbereich in Betracht, aber auch Metallbleche oder Glasscheiben. Mit bekannten Prüfköpfen kann die Werkstoffdicke mit einer Genauigkeit von +0,01 mm sicher erfaßt und registriert werden. Für die Dickenmessung an einer vollen Bahn genügt ein Meßkopf und ein mitgeführtes Flüssigkeitsvolumen, die vorzugsweise unterhalb der horizontal bewegten Bahn angeordnet sind. Für die Messung der Wanddicken einer Hohlkammerbahn wird je ein Meßkopf und ein Flüssigkeitsvolumen oberhalb und unterhalb der Bahn benötigt.

In Figur 1 ist eine Ausführungsform der Erfindung mit zwei Meßköpfen zur Wanddickenmessung an einer Hohlkammerbahn in einem schematischen Schnittbild wiedergegeben.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Prüfkopf gemäß der Erfindung.

Ausführung der Erfindung

Bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 werden die Dicken der beiden Gurtflächen 5 einer kontinuierlich extrudierten Hohlkammerbahn 10 aus thermoplastischem Kunststoff "on line" direkt nach dem Austritt aus dem Vakuumformkanal 12 mittels der Prüfköpfe 2 gemessen. Zur Aufnahme der Kopplungsflüssigkeit 1 ist der Prüfkopf von einem Gehäuse 6 umgeben, das in Richtung auf die Oberfläche des flächigen Werkstoffes offen ist. An der offenen Seite ist das Gehäuse 6 in der Weise dichtend an die Oberfläche des zu messenden flächigen Werkstoffes anlegbar, daß die Kopplungsflüssigkeit 1 direkt mit dieser Oberfläche in Kontakt steht. Zur gleitenden Dichtung dienen elastische Lippen 7, beispielsweise aus Gummi.

Es ist unvermeidlich, daß bei der gleitenden Bewegung der Werkstoffbahn ein Teil der Kopplungsflüssigkeit mitgeschleppt wird. Daher muß die Kopplungsflüssigkeit regelmäßig oder kontinuierlich ersetzt werden. Zweckmäßig geschieht dies über eine Leitung 8, die in das Gehäuse 6 mündet. Da es schwierig wäre, den Verlust der

Kopplungsflüssigkeit zu messen und genau nach dem Bedarf zu ersetzen, wird zweckmäßig über die Leitung 8 ein Überschuß der Kopplungsflüssigkeit in das Gehäuse 6 eingeführt. Dadurch kann etwas Flüssigkeit unter der Lippe 7 austreten. Wenn diese Flüssigkeitsmenge nicht auf der Werkstoffoberfläche verbleiben soll, wird der Überschuß der Kopplungsflüssigkeit über eine Ablauf- oder Absaugleitung 9 abgeführt oder vorzugsweise abgesaugt. Die Eintrittsöffnung der Leitung 9 ist zweckmäßig in der Umgebung der Gehäuseöffnung angeordnet, beispielsweise in einer ringförmig um die Gehäuseöffnung herumgelegten Nut 14. Das oberhalb der Werkstoffbahn liegende Gehäuse 6 kann über eine oberhalb der Gehäuseöffnung angesetzte Leitung 11 und ein Ventil 13 entlüftet werden.

Der nach dem Absaugen noch auf der Werkstoffoberfläche verbleibende Rest der Kopplungsflüssigkeit kann erforderlichenfalls mit einem saugfähigen Gewebe abgewischt werden. Da vorzugsweise Wasser als Kopplungsflüssigkeit dient, kann dieser Rest auch verdunsten, zumal wenn die Oberfläche noch warm ist. Vorzugsweise wird daher eine rückstandslos verdunstende Kopplungsflüssigkeit verwendet, insbesondere vollentsalztes Wasser.

Bei der Anwendung der Erfindung zur kontinuierlichen Dickenmessung an einer extrudierten Kunststoffbahn kommt die gleitende Bewegung der Kopplungsflüssigkeit 1 bzw. des Prüfkopfes 2 gegenüber der Oberfläche des flächigen Werkstoffes durch den kontinuierlichen Vorschub der Bahn unter einem feststehenden Prüfkopf 2 zustande. Der Vorschub kann durch Abzugswalzen 4 bewirkt werden.

Grundsätzlich ist es auch möglich, den Prüfkopf in horizontaler Richtung über die ebene Oberfläche des waagerecht angeordneten flächigen Werkstoffes zu bewegen. Beide Bewegungsarten lassen sich in der Weise kombinieren, daß der Prüfkopf und der flächige Werkstoff gleichzeitig in verschiedenen Richtungen bewegt werden. Während sich die flächige Werkstoffbahn kontinuierlich in Produktionsrichtung bewegt, traversiert der Prüfkopf quer dazu, so daß eine Dickenkontrolle über die ganze Breite der Bahn möglich ist. Eine derartige Vorgehensweise ist zweckmäßig, wenn der flächige Werkstoff eine extrudierte Kunststoffbahn ist, die kontinuierlich von einem Glättbzw. Kalibrierwerkzeug abgezogen wird, wobei der Prüfkopf quer zu der Abzugsrichtung bewegt wird, oder wenn eine Hohlkammer-Kunststoffbahn (10) , enthaltend zwei parallele ebene Außenflächen und verbindende Stege, extrudiert wird und zwei Prüfköpfe gleichzeitig entlang den beiden Außenflächen bewegt werden. Für die Querbewegung der Prüfköpfe 2 eignet sich eine quer über die Bahn führende Laufschiene, an der die Prüfköpfe einschließlich der Zu- und Abführungsleitungen mittels eines gesteuerten Antriebes periodisch hin- und herbewegt werden.

In Verbindung mit einem Meß- und Steuergerät 3 erzeugt der Prüfkopf 2 einen Meßwert, der die Dicke der Schicht an der Bewegungsbahn oder, bei kontinuierlicher Messung, ein Dickenprofil längs dieser Bahn angibt. Dieses Profil kann zur laufenden Produktionskontrolle auf einem

Protokollstreifen aufgezeichnet werden. Bei traversierender Bewegung des Prüfkopfes kann ein Querprofil der Dickenverteilung über die Breite der Bahn aufgezeichnet und periodisch wiederholt werden. Geeignete Meß-, Steuer- und Aufzeichnungsgerät sind dem Fachmann der Meß- und Regelungstechnik geläufig.

Mit besonderem Vorteil wird die Erfindung nicht nur zur Kontrolle, sondern auch zur Steuerung der Produktion eines flächigen Werkstoffes eingesetzt. Beispielsweise wird bei der Extrusion einer Bahn aus thermoplastischem Kunststoff ein Meßwert für einen bestimmten Breitenabschnitt der extrudierten Kunststoffbahn einem entsprechenden Abschnitt einer Extrusionsdüse zugeordnet, aus dem der Breitenabschnitte der extrudierten Kunststoffbahn ausgetreten ist, wobei die Austrittsweite dieses Extrusionsdusenabschnittes durch ein steuerbares Stellorgan veränderbar ist. Die Stellung des Stellorgans wird in Abhängigkeit von dem zugeordneten Meßwert gesteuert. Auf diese Weise können Abweichungen von einem vorgegebenen Dicken-Sollwert durch Verstellung des entsprechenden Düsenabschnittes ausgeglichen werden. Dabei kann auch aus einer Mehrzahl von Einzelmeßwerten mittels eines Rechners ein Mittelwert gebildet und dieser als zugeordneter Meßwert behandelt werden. Gleichzeitig können unlogische Einzelmeßwerte, die sich aus Störungen des Ultraschallsignals und seiner Reflexion ergeben können und an einer extremen Abweichung vom Sollwert erkennbar sind, ausgesondert werden.

Claims

SCHUTZANSPRUCHE

1. Vorrichtung zur gleitenden Dickenmessung an flächigen Werkstoffen mittels Ultraschallechomessung über eine Kopplungsflüssigkeit (1), enthaltend einen Prüfkopf (2) mit Ultraschallsende- und empfangsteil und ein damit verbundenes Steuer- und Meßgerät (3) sowie eine Bewegungsvorrichtung (4) zur Durchführung einer gleitenden Bewegung des Prüfkopfes gegenüber der Oberfläche des flächigen Werkstoffes (5),

dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (2) zur Aufnahme der Kopplungsflüssigkeit (1) von einem Gehäuse (6) umgeben ist, das in Richtung auf die Oberfläche des flächigen Werkstoffes offen ist und dichtend an diese anlegbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Gehäuseöffnung zum dichtenden Anlegen an die Oberfläche des flächigen Werkstoffes mit einer elastischen Dichtlippe (7) versehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine in das Gehäuse führende Zuleitung (8) für die Kopplungsflüssigkeit.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 3, gekennzeichnet durch eine Ablauf- oder Absaugleitung (9) zur Abführung ausgetretener Kopplungsflüssigkeit mit einer Eintrittsöffnung in der Umgebung der Gehäuseöffnung.