Kunststoffe, wie sie im Medizinbereich oder in der Flugzeug- und Automobilindustrie eingesetzt werden, erfordern höchste Qualitätsstandards sowie eine zuverlässige Kontrolle und Verarbeitung von Rohmaterialien. In den unterschiedlichen Prozessschritten zur Herstellung von Kunststoffprodukten können Verunreinigungen auftreten. Beispielsweise entstehen während des Pellet-extrusionsprozesses durch Temperaturspitzen Vercrakkungen wie Stippen/Black Specks im Material. Gelangen diese in den weiteren Produktionsprozess, ist eine absolute Reinheit des Endproduktes nicht mehr gegeben – mit zum Teil drastischen Konsequenzen. Bei der Herstellung von Medizinschläuchen etwa führen Verunreinigungen im Rohmaterial zu einem kompletten Ausfall der Produktion. Bevor diese wiederaufgenommen werden kann, muss die gesamte Produktionsanlage gereinigt werden. Auch im Bereich Spritzguss stellt Reinheit ein essentielles Kriterium dar. So können Spritzdüsen durch Verunreinigungen verstopfen, was hohe Folgekosten verursachen kann.
Etablierte Technologien zur Stichprobeninspektion und Analyse von Kunststoffmaterial sind heute manuelle Leuchttische und automatisierte optische Inspektionssysteme. Beim Einsatz eines manuellen Leuchttischs für eine visuelle Stichprobenprüfung und Wareneingangskontrolle von Kunststoffmaterial wird das zu prüfende Material auf einem Tisch beleuchtet und manuell durch den Bediener auf Kontaminationen untersucht. Diese sehr zeitintensive Methode ist abhängig vom Prüfer. Tagesform, Erfahrungswerte und Einsatzdauer des Bedieners sind nur einige Faktoren, die die Qualität des Prüfergebnisses beeinflussen, sodass nur eine eingeschränkte Wiederholbarkeit vorliegt. Reflektierende und hochtransparente Pellets erschweren ferner die manuelle Sichtkontrolle. Weitere Grenzen sind die für das menschliche Auge erfassbare Größe der Kontamination sowie deren Einteilung in Größenklassen.
Alternativ am Markt verfügbare optische Inspektionsgeräte führen das Prüfmaterial in einen Trichter und durch einen Kanal in den Inspektionsbereich. Dabei werden Bilder des Materials schrittweise nacheinander aufgenommen. Eine eindeutige Zuordnung der Kontamination zum aufgenommenen Bildmaterial sowie eine Nachkontrolle sind nicht möglich.
Projektor markiert kontaminiertes Material farblich direkt auf dem Probenträger
Eine Alternative dazu ist Purity Concept V von Sikora, eine Kombination aus visuellem Leuchttisch und einer automatischen Stichproben-Materialkontrolle. Der Bediener platziert das zu überprüfende Material auf einem Probenträger. Der automatisierte Leuchttisch führt den Probenträger samt Prüfgut durch den mit einer CMOS Line Scan Farbkamera ausgestatteten Inspektionsbereich. Die Inspektion erfolgt automatisch innerhalb von Sekunden. Ein Projektor markiert kontaminiertes Material farblich direkt auf dem Probenträger. Parallel wird es am Monitor mit Angabe der Größe und Fläche der Verunreinigung angezeigt und markiert.
Durch die Auswertung der Bildaufnahmen werden Verunreinigungen wie Stippen/Black Specks ab 50 µm und Farbabweichungen in transparentem sowie auf farbigem oder diffusem Material automatisch detektiert, visualisiert und ausgewertet. Alternativ zur optischen Technologie ist ein System mit Röntgentechnologie verfügbar, zur Detektion metallischer Kontaminationen innerhalb sowie auf der Oberfläche intransparenter, farbiger und transparenter Kunststoffmaterialien.
Optische Visualisierung kontaminierter
Pellets per Fadenkreuz
Einzelne kontaminierte Pellets können am Monitor ausgewählt und vergrößert angezeigt werden. Auf dem Probenträger werden diese parallel optisch per Fadenkreuz visualisiert. Eine klare Zuordnung der Kontamination und Nachkontrolle sind jederzeit möglich und lassen wichtige Erkenntnisse für den Produktionsprozess zu.
Das optische Inspektions- und Analysesystem Purity Concept V beinhaltet eine eigens entwickelte Analysesoftware zur Detektion, Visualisierung und Auswertung von Verunreinigungen. Diese umfasst eine Bildergalerie detektierter Kontaminationen sowie Statistiken über deren Größe, Fläche und Anzahl. Weiterhin kann bereits zuvor aufgenommenes Bildmaterial importiert und erneut analysiert werden.
Das Inspektions- und Analysesystem lässt sich über eine LAN-Schnittstelle mit dem Unternehmensnetzwerk einbinden, sodass die gesammelten Daten exportiert und weiterverarbeitet werden können. Die Daten liefern den Anwendern wertvolle Informationen über den Prozess und die Materialqualität. So sind beispielsweise durch den Aufbau einer zentralen und sich fortlaufend aktualisierenden Datenbank Rückschlüsse auf die Quellen und Ursachen von Verunreinigungen möglich. Darauf aufbauend können bestehende Prozesse im Unternehmen oder bei Lieferanten optimiert werden, sodass eine umfassende Qualitätskontrolle sichergestellt wird.
Automatisierter Leuchttisch für
Wareneingang und -ausgang
Der automatisierte Leuchttisch bietet ein breites Spektrum an Anwendungsfeldern. Auf dem 295 x 210 mm breiten Probenträger ist eine Inspektion von Flakes, Mikrogranulaten, Folien, Pulver sowie Extrudier- und Spritzgussteilen mit einer Probenhöhe von bis zu 5 mm möglich. Pro Durchlauf können beispielsweise etwa 100 g Pellets inspiziert und analysiert werden. Bei einer Pelletgröße von 4 x 4 x 4 mm entspricht dies bis zu 3.300 Pellets. Neben der Möglichkeit der Analyse zur Ursachenfindung und Prozesskontrolle im klassischen Laborbetrieb eignet sich das System aufgrund der schnellen, automatischen Analyse innerhalb von Sekunden zur Wareneingangskontrolle sowie für den Warenausgang, um die Qualität mit den Anforderungen des Kunden abzugleichen. ■
Detektion metallischer Kontaminationen
Metalleinschlüsse in eingefärbten Granulaten, die mit optischen Systemen nicht sichtbar wären, lassen sich mit dem röntgenbasierten Laborprüfgerät Purity Concept X von Sikora aufdecken. Aufgrund der Röntgentechnologie bietet es die Möglichkeit, Kontaminationen sowohl auf der Oberfläche als auch innerhalb von Granulat zu detektieren. „Insbesondere für die Stichprobenkontrolle von schwarzem und eingefärbtem Material ist das Purity Concept X prädestiniert. Wir sehen hier unter anderem Anwendungsbereiche für Halbleitermaterialien, welche für die Isolation von HV-Kabeln eingesetzt werden. Metallische Kontaminationen im Granulat, die beispielsweise aus dem Metallabrieb im Extruder resultieren, werden zuverlässig detektiert und umfassend analysiert“, erklärt Hilger Groß, Business Development und Area Sales Manager für den Bereich Kunststoff bei Sikora.
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