Extrusion 8-2019

33 Extrusion 8/2019 dererseits ist die Messung zeitaufwendig und erfordert einen relativ großen Bauraum im Produktionsumfeld [Log09]. Zusätzlich zur optischen, geometrischen Planlagebeurteilung wird in der betrieblichen Praxis die sogenannte Längsstreifen- messung eingesetzt, die aufgrund des vergleichsweise höheren Aufwandes jedoch nur in Einzelfällen zur Anwendung kommt. Bei der Längsstreifenmessung nach ASTM D 1604 (Standard Test Method for Flatness of Plastics Sheet or Collapsed Tubing, Norm zurückgezogen in 1982) wird die Planlage einer Folien- bahn durch direkte Messung des Längenprofils bezogen auf die Bandbreite bestimmt, indem eine 2540 mm (100 Zoll) lange Fo- lienprobe in 50,8 mm (2 Zoll) breite Streifen in Extrusionsrich- tung geschnitten wird, deren Länge dann einzeln gemessen wird [NN63]. Da die Ursache für Planlagefehler in erster Linie in lokal unterschiedlichen Längen der Folienbahn liegt, setzt die Forderung nach einer guten Planlage voraus, dass alle Streifen die gleiche Länge haben [KTI84]. Sind die einzelnen Streifen un- terschiedlich lang, weist die Folienbahn einen Planlagefehler auf. Bild 1 zeigt beispielhaft eine optische Darstellung von zwei möglichen Fehlertypen und die zugehörigen Längenprofile über die Folienbreite. Nach ASTM D 1604 wird die Planlage einer Folienprobe durch die maximale prozentuelle Abweichung von der ursprünglichen Länge quantifiziert, wobei im Bereich der Metallverarbeitung zu diesem Zweck der durch die sogenannten I-Units angegebene dimensionslose Ebenheitsindex eingeführt wurde [Log09]. Eine I-Unit repräsentiert eine relative Verlängerung von 10 µm pro 1 m Bahnlänge und lässt sich mit der folgender Formel be- schreiben: (Gl. 1) Mithilfe des Längenprofils, welche die Längenverteilung der einzelnen Streifen über die Folienbreite visualisiert, können Planlagefehler nach Größe und Lage charakterisiert werden. Je schmaler dabei die Streifen geschnitten werden, desto genauer können die Planlageabweichungen lokalisiert werden [KTI84]. Bild 2 zeigt die Längenverteilung einer 1 m langen Folienprobe, welche durch die Längsstreifenmessung mit drei verschiedenen Streifenbreiten (10 mm, 20 mm und 40 mm) ermittelt wurde. Diese Monofolie mit einer Dicke von 100 µm aus LD-PE wurde im Blasfolienextrusionsprozess am IKV hergestellt. Auch wenn alle Messungen den gleichen Trend über der Folienbreite zei- gen, ermöglicht die grüne Kurve mit 10 mm Streifenbreite eine genauere Lokalisierung der Planlageabweichungen durch die Vielzahl von Messpunkten. Trotz ihrer Nachteile, wie hoher zeitlicher Aufwand und Subjek- tivität, haben sich diese Methoden zur Planlagebeurteilung auf- grund fehlender alternativ geeigneter Messsysteme als Stan- dard bewährt [LS18]. Vor diesem Hintergrund bieten die Me- thoden der digitalen Bildverarbeitung ein großes Potenzial für die Realisierung einer automatisierten und reproduzierbaren Planlagemessung. Erfassung der Folientopographie durch Lasertriangulation zur Planlagebeurteilung Aus rein mathematischer Sicht kann die Planlage definiert wer- den als das Ausmaß, in dem sich alle Elemente einer Oberfläche einer idealen Ebene nähern [GB90]. Lässt sich die geometrische Gestalt einer Folie mit ausreichender Genauigkeit erfassen, kann die Planlage anhand der aus dem Planlagezustand resul- tierenden Folientopographie bestimmt werden. Grundlage für eine vollflächige Auswertung der Folientopographie ist dabei die vollflächige Erfassung der Folienoberfläche mittels bildge- benden Verfahren, welche metrische 3D-Messdaten generieren können. Vor diesem Hintergrund wird am IKV ein optisches Messverfahren zur dreidimensionalen Erfassung der Foliento- pographie auf Basis der Lasertriangulation entwickelt, bei dem keine aufwendige Präparation der Folienstreifen erfolgen muss. Das Lasertriangulationsverfahren gehört zu den in der Industrie am häufigsten eingesetzten Techniken zur dreidimensionalen Erfassung von Bauteilen [BLF16]. Die Sensorik eines Lasertrian- gulationssystems besteht aus einem Lasermodul, das einen La- serpunkt auf die Oberfläche des zu prüfenden Bauteils proji- ziert, und einer Digitalkamera, welche die Position des Laser- punktes in Bildkoordinatensystem erfasst ( Bild 3, links ). Durch die Triangulationsanordnung des Kamera-Laser-Systems führt jede Höhenänderung unterhalb des Laserpunktes zu einer defi- nierten Auslenkung im Kamerabild [Pet03]. Das Prinzip der La- sertriangulation lässt sich auch zur 2D-Oberflächenvermessung nutzen, wenn anstatt eines Laserpunktes eine Laserlinie auf die Oberfläche des zu vermessenden Messobjektes projiziert wird. Für die Realisierung einer 3D-Erfassung ist jedoch zusätzlich ei- ne Relativbewegung zwischen Kamera-Laser-System und Mess- objekt erforderlich, damit das gesamte Messobjekt durch das Messsystem abgetastet werden kann ( Bild 3, rechts ). Bild 3: Prinzipieller Aufbau zur Bestimmung von Entfernungen (links) und Erfassung von Oberflächen (rechts) mit dem Prinzip der Lasertriangulation nach [Pet03] Bild 4: Schematischer Aufbau des Lasertriangulationssystems [Wan19]