Rattermarken messbar machen

Makellose Optik

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Makellose Oberflächen sind für hochwertige Kunststoffplatten und -folien von oberster Priorität. Ein unerwünschtes, aber dennoch häufig anzutreffendes Phänomen stellen sogenannte Rattermarken dar, die durch streifenartige Strukturen im Kunststoff erkennbar werden.

Praktisches Beispiel ist die Folienverpackung von Pralinen in der Verpackung. Kunden fordern eine makellose Optik. Die quer zur Produktionsrichtung auftretenden Wellen besitzen zwar nur eine Amplitude von wenigen zehntel µm, fallen aber dennoch durch ihre Regelmäßigkeit störend ins Auge. Paradoxerweise bedeutet die leichte Erkennbarkeit nicht, dass die Vermessung von Rattermarken einfach wäre: Kennt man die auftretenden Wellenlängen, ist man der Quelle und somit der Abstellung der Ursache einen bedeutenden Schritt näher. Ein neues Verfahren bietet Micro-Epsilon mit deflektometrischer Sensorik. Das kompakte Messsystem ermöglicht die präzise Identifikation der Rattermarken.

Hochwertige Kunststoffplatten und -folien werden nach der Extrusion in Reckanlagen in die endgültige Dicke gezogen. Zur Verjüngung der Platten wird das Material über unterschiedliche Walzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten geführt. Und jede dieser Walzen könnte prinzipiell die Quelle für Rattermarken bestimmter Wellenlängen darstellen.
Das Rattern an sich kann wiederum verschiedene Ursachen haben: zum einen kann ein Lagerschaden den Rundlauf einer Walze beeinträchtigen oder die Walze unterliegt einer Vibration durch einen äußeren Einfluss z.B. aus der hydraulischen Spannvorrichtung. Zusätzlich muss die Möglichkeit von dynamischen Effekten am Extrusionsspalt in Betracht gezogen werden.
Was auch immer die Ursache ist: sind die auftretenden Wellenlängen für die beiden Seiten des Produkts erst einmal bekannt, kann der verantwortliche Anlagenteil sukzessive eingegrenzt werden, da sich alle Walzen je nach ihrer Lage im Prozess unterschiedlich schnell drehen und somit andere Wellenlängen erzeugen. Zusätzliche Informationen kann das Betreiben der Anlage mit unterschiedlichen Produktionsgeschwindigkeiten liefern: Rattermarken, welche aus einem Lagerschaden resultieren, werden ihre Abstände beibehalten, Rattermarken die durch eine zeitlich konstante Vibration verursacht werden, erscheinen bei höheren Geschwindigkeiten auch mit höherer Wellenlänge.
Für die Messung wird lediglich eine mindestens DINA5 große Probe aus dem gewünschten Prozessabschnitt benötigt. Diese wird unter das System RC-Sensor gelegt und die Messung gestartet.
Auf einem TFT-Display wird ein in seiner Position wechselndes, sinusförmiges Hell/Dunkel Muster erzeugt. Eine Kamera nimmt das von der Oberfläche des Messobjekts reflektierte Bild auf und leitet die Daten an einen PC zur Auswertung weiter. Die aufgenommenen Spiegelbilder werden im Rechner in mehreren rechenintensiven Schritten weiterverarbeitet. Ausgewertet werden letztlich Verzerrungen, welche durch Krümmungsänderungen der Oberfläche verursacht werden. Damit lassen sich selbst Rattermarken sichtbar machen, welche eine Amplitude von weniger als 1 µm aufweisen.
Ein enormer Vorteil des Verfahrens ist die zweidimensionale Erfassung der Oberfläche. Durch eine Mittelung der Rohinformationen für jede Spalte des aufgenommen Bildes können lokale Störungen wie Kratzer und evtl. Einschlüsse in der Folie bereits vor der weiteren Analyse weitgehend gefiltert werden.
Als letzter Schritt erfolgt eine Frequenzanalyse mit welcher die auf der Probe auftretenden Wellenlängen präzise vermessen werden.
Durch die flächige Auswertung der Probe können auch sehr schwierige Proben sicher bewertet werden. Dazu Dipl.-Ing Hannes Loferer, Produktmanager Oberflächentechnik bei Micro-Epsilon: „Bei sehr schwach ausgeprägten Rattermarken sind diese in den Bildern kaum erkennbar. Durch die zwei dimensionale Erfassung der Oberfläche stehen aber trotzdem genügend Informationen für eine sichere Bewertung zur Verfügung.“
Dies stellt einen entscheidenden Vorteil gegenüber Messtastern dar, welche die Krümmungswerte nur eindimensional erfassen können.
Das mobile System RC-Sensor kann für die stichprobenartige Prüfung der Kunststoffe verwendet werden.
Neben RC-Sensor bietet Micro-Epsilon basierend auf dem deflektometrischen Prinzip weitere Systeme für unterschiedliche Aufgaben an: Für Objekte in der Größenordnung von ganzen Automobilkarossen wurde das System RC-Robotic entwickelt. Hier befindet sich der optische Teil des Messsystems als Sensor am Endeffektor eines Roboters. Ein Messvorgang deckt etwa eine Fläche von 70 x 30 cm ab, der Roboter bewegt den Sensor an verschiedenen Positionen um das zu inspizierende Objekt. Mit vier RC-Robotic Systemen kann eine Automobilkarosse vollflächig in Taktzeit auf alle relevanten Lackierdefekte hin untersucht werden. Im Anschluss daran können die entdeckten Defekte durch Markierroboter angezeichnet werden. Die Erkennungsrate ist dabei bei weitem einem visuellen Audit überlegen und hängt nicht von tagesformabhängigen Schwankungen ab.
Für ganz spezielle Messaufgaben bietet der Hersteller auch die Version RC-Custom an. Bei dieser in jeder Umgebung passenden Variante wird für das Messobjekt die optimale Systemanordnung erarbeitet, für den Kunden speziell angefertigt und integriert.
Micro-Epsilon Messtechnik, Ortenburg www.micro-epsilon.de
Zitat Hannes Loferer: „Die meisten unserer Kunden konnten erst nicht glauben, dass wir das leidige Problem der Rattermarken messtechnisch erfassen können. Unsere Ergebnisse an zum Teil schwierigen Mustern haben hier letztlich voll überzeugt.“
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