Extrusion 8-2019

In Bild 4 ist der Aufbau des Planlagemessstandes am IKV sche- matisch dargestellt. Zur Messung wird die zu messende Folien- probe auf einen formstabilen Messtisch aufgelegt. Das Laser- Kamera-System wird mithilfe eines Linearantriebes über der Fo- lienprobe bewegt, dabei werden kontinuierlich Aufnahmen ge- macht. Um ein homogenes Raster an Messpunkten zu erzeu- gen, wird dabei die Bilderfassung in äquidistanten Intervallen mittels Triggersignalen angesteuert. Nach der Lasertriangulationsmessung können die einzelnen Höhenprofile mit einem Rekonstruktionsalgorithmus zu einem 3D-Modell umgerechnet werden. Das Ergebnis der 3D-Rekons- truktion ist eine metrische Punktwolke, die für jeden Mess- punkt eine x-, y- und z-Koordinate im Weltkoordinatensystem hat und somit die Folientopographie repräsentiert. Der Koordi- natenursprung liegt dabei auf der Messplattform, auf der sich die Folienprobe befindet ( Bild 5 ). Die Datenauswertung anhand einer rekonstruierten Foliento- pographie basiert auf der Extraktion geometrischer Merkmale mittels automatisierter Algorithmen. So kann aus der metri- schen Punktewolke digitale Streifen an bestimmten Querkoor- dinaten extrahiert werden, deren Längen unter Verwendung des pythagoreischen Theorems in guter Näherung berechnet werden können ( Bild 6 ). Für den digitalen Streifen L j an der Querposition j lässt sich die Länge eines infinitesimal breiten di- gitalen Streifens wie folgt berechnen: (Gl. 2) Nach der Berechnung der Länge von digitalen Streifen in äqui- distanten Intervallen ist es nun möglich, ein Längenprofil für die zu analysierende Folienprobe zu erstellen. Vergleich zwischen Längsstreifenmessung und Lasertriangulation Um die Eignung des entwickelten optischen Messverfahrens für die Planlagemessung zu beurteilen, wurden Folienproben mit dem entwickelten Prüfstand vermessen und die Messdaten ausgewertet. Neben der Planlagemessung auf Basis der Folien- topographie wurde dabei ergänzend die konventionelle Längs- streifenmessung zur Planlagebeurteilung herangezogen. Um konventionelle Längsstreifenmessungen reproduzierbar und mit hoher Genauigkeit durchführen zu können, wurde diese Messmethodik um eine kameragestützte Auswertungsmetho- de erweitert. Der Aufbau zur kameragestützten Längsstreifen- messung ist in Bild 7 schematisch dargestellt. Der Ablauf einer Messung besteht aus der Probenpräparation und -fixierung, der Erfassung der Schnittkanten einzelner Streifen und Berechnung des Längenprofils mittels digitaler Bildverarbeitung. Nach der Präparation werden die Streifen auf einem Messbrett durch ei- ne Einklemmvorrichtung einseitig fixiert. Etwaige Welligkeiten auf dem Streifen werden mithilfe eines weichen Pinsels ausge- kehrt. Auf der anderen Seite wird mit einer Digitalkamera die Schnittkante des Streifens aufgenommen. Im Bildbereich befin- det sich ein Kalibriermuster, anhand dessen die Position der Schnittkante im Weltkoordinatensystem in metrischen Einhei- ten berechnet werden kann ( Bild 7, rechts ). Für diese Messauf- gabe wird ein telezentrisches Objektiv verwendet. Auf diese Weise lassen sich perspektivische Abbildungsfehler minimieren und hohe Bildauflösungen realisieren. Aufgrund des hohen Kontrasts zwischen der schwarz eingefärbten Folie und dem weißen Hintergrund kann die Kontur des Streifens mittels Kan- tenerkennungsalgorithmen in hoher Genauigkeit berechnet werden. Die digitale Bildverarbeitung ist somit ein vielverspre- chender Ansatz, um die Planlage von Folienproben automati- siert, schnell und reproduzierbar zu bestimmen. Bild 8 zeigt den Vergleich zwischen der kameragestützten kon- ventionellen Längsstreifenmessung (mit einer Streifenbreite 10 mm) und dem entwickelten optischen Messverfahren, bei dem digitale Streifen im Abstand von 10 mm generiert wurden, an einer Folienprobe. Die hohe qualitative Übereinstimmung zwischen den beiden Kurven zeigt, dass die Längenunterschie- de in der Folienbahn auf Basis einer optischen Erfassung der Fo- lientopographie mit vergleichbarer Genauigkeit wie bei der konventionellen Längsstreifenmessung berechnet werden kön- nen. Das entwickelte Messverfahren bietet somit eine schnelle und automatisierte Alternative zu in der Praxis manuell durch- geführten, zeitaufwendigen Längsstreifenmessungen zur Plan- lagebeurteilung. Fazit und Ausblick Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojektes wurde für die objektive und quantitative Beurteilung der Planla- ge ein optisches Messverfahren entwickelt und im Labormaß- stab an Folienproben erprobt. Die Grundlage der Planlagebeur- Bild 5: Falschfarbendarstellung einer 3D-Rekonstruktion einer Folienprobe (Monofolie, LD-PE, Dicke 100 µ m) auf Basis einer Lasertriangulationsmessung Bild 6: Extraktion digitaler Streifen zur Längsstreifenmessung anhand der 3D-Messdaten 34 Folienextrusion, Messtechnik – Aus der Forschung Extrusion 8/2019