Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Passive Thermografie zur Qualitätsüberwachung in der Profilextrusion

Die Qualitätsüberwachung spielt in der Extrusion eine immer größere Rolle. Mithilfe von Innovationen Lösungsansätzen soll eine 100 %-Überwachung in Echtzeit ermöglicht werden. In der Gesamtheit der zerstörungsfreien Prüfmethoden sticht die berührungslose Temperaturmessung mittels Wärmebildkamera mit vielen Vorteilen hervor. Mit ihr sind schnelle Aufnahmen (im ms-Bereich) sowie Messungen an bewegten Objekten möglich. Zudem sind keine weiteren Schutzmaßnahmen notwendig. Derzeit findet die Thermografie vor allem in den Bereichen Spritzguss und Schweißen von Kunststoffbauteilen Anwendung, um eine lückenlose Qualitätskontrolle zu garantieren.

Da sich im Extrusionsprozess die Temperaturverteilung im Bauteil auf die Produktei-genschaften auswirkt, soll im Rahmen des Forschungsvorhabens ein robustes, schnelles und kostengünstiges Prüf- und Messsystem auf Basis von Thermografie-Technik zur Kontrolle von Profilen in der Kunststoffextrusion entwickelt werden. Hier-bei sollen die Möglichkeiten und Grenzen der Technik für dieses Anwendungsgebiet evaluiert werden. Aufgrund des Abkühlverhaltens der Profile kann die Restwärme des Bauteils für die thermografische Untersuchung genutzt werden. Dadurch lässt sich eine kontinuierliche und ortsaufgelöste Überwachung der Temperatur des Profils im Herstellungsprozess realisieren. Zudem ist es möglich, über die Temperaturüberwachung einen Rückschluss auf mögliche Fehlstellen im Profil zu ziehen, da sich diese auf die lokale Abkühlung des Bauteils auswirken. Ebenso haben innenliegende Strukturen im Profil eine Auswirkung auf das Abkühlverhalten. Über geeignete Algorithmen soll eine direkte Auswertung der Thermogramme im Prozess erfolgen, um eine Rückmeldung über die Qualität des Profils in Echtzeit zu erhalten. Insbesondere kleine und mittelständische Kunststoffverarbeiter profitieren von einer schnellen Qualitätskontrolle im Prozess mit deren Hilfe sie eine konstante Qualität garantieren und ihren Ausschuss reduzieren können.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des Forschungsvorhabens konnte gezeigt werden, dass sich die passive Thermografie für den Einsatz zur Prüfung und Qualitätsüberwachung in der Profilextrusion eignet.

Mit dem Messsystem lässt sich der Einfluss verschiedener Verfahrensbedingungen auf die Oberflächentemperatur des Bauteils aufzeigen. Viele Parameter haben einen direkten Einfluss auf die Temperatur, sodass die Einflüsse sich gut erfassen lassen. Fehlstellen im Profil lassen sich bei einem abweichenden Emissionsgrad vom umgebenden Material detektieren. Hier gilt wie in der aktiven Thermografie die Regel, dass die Größe der Fehlstelle immer mindestens der Tiefenlage der Fehlstelle entsprechen muss. Kleinere Fehlstellen sind teilweise visuell erfassbar, liegen aber im Grundrauschen der Kamera.

Ebenso wurde die Kantendetektion eingesetzt, um die Position des Profils zu ermitteln und eine positionsgenaue Auswertung durchzuführen. Diese eignet sich zudem für die Detektion innenliegender Strukturen, die sich teilweise durch eine Temperaturerhöhung an der Oberfläche zeigen. In diesem Fall lässt sich mittels der Thermografie die Anbindung der innenliegenden Struktur an die Oberfläche zerstörungsfrei prüfen. Zur Detektion innenliegender Strukturen wurden weitere Algorithmen und Möglichkeiten der industriellen Bildverarbeitung überprüft. Welche Strukturen sich detektieren lassen und wo die Grenzen liegen, konnte im Rahmen des Projektes nicht detailliert ermittelt werden.

Einen großen Einfluss auf die Ermittlung von Fehlstellen und innenliegenden Strukturen weist die Messposition auf. Für jedes Profil muss individuell ermittelt werden, wo der perfekte Zeitpunkt für die Messung liegt. Dies hängt mit dem Abkühl- und Nachwärmverhalten des Profils zusammen. Je nach Position der Messung zeigen sich im Thermogramm unterschiedliche Effekte.

Aufbauend auf diesen Ergebnissen lässt sich ein weiterer Entwicklungs- und Forschungsbedarf abschätzen, um vorhandene Effekte und Ansätze tiefergehend zu untersuchen.