DE102010021260A1 - Method for quality control of study objects i.e. snacks, involves determining quality characteristics using NMR technique, directly measuring moved sample in production line, and determining inner and outer geometries of study objects - Google Patents

Method for quality control of study objects i.e. snacks, involves determining quality characteristics using NMR technique, directly measuring moved sample in production line, and determining inner and outer geometries of study objects Download PDF

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Prof. Dr. Ing. Masberg Ullrich
Prof. Dr. rer. nat. Blümich Bernhard
Dipl.-Ing. Berdel Klaus Peter
Dr. rer. nat. Danieli Ernesto Pablo
Dr. rer. nat. Casanova Federico
Dr. rer. nat. Perlo Juan
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Abstract

The method involves determining quality characteristics using an NMR technique, and directly measuring a moved sample in a production line. Inner and outer geometries of study objects are determined as the quality characteristics. A subpixel-process is used for geometry detection, where the study objects are made of polymer materials such as elastomers, duromers, thermoplastic elastomers, thermoplastics, metallic materials or textile materials. Physical characteristics such as crystallization or orientation are determined by the polymer materials. An independent claim is also included for a system for quality control of study objects manufactured in an extrusion process.

Description

Verfahren und System zur Bestimmung der Geometrie, der inneren Struktur, der Werkstoffart und der physikalischen Eigenschaften von Produkten, insbesondere aus Kautschuk, aber auch aus anderen Werkstoffen, die in einem kontinuierlichen Verfahren, wie der Extrusion, hergestellt werden, mittels Magnetresonanztomographie direkt in der Produktionslinie.Method and system for determining the geometry, the internal structure, the type of material and the physical properties of products, in particular of rubber, but also of other materials, which are produced in a continuous process, such as extrusion, by means of magnetic resonance tomography directly in the production line ,

Anwendungsgebietfield of use

Profile aus Kautschuk werden z. B. in vielfältiger Weise als Dichtungs- oder Dämmmaterialien eingesetzt. Sie werden im kontinuierlichen Extrusionsprozess in zum Teil sehr langen Fertigungslinien produziert. Dabei wird das Ausgangsmaterial, die Kautschukmischung, mit einem Extruder gefördert und mit einem Werkzeug in der gewünschten Geometrie ausgeformt. Im nächsten Schritt durchläuft das Profil die Vernetzungseinheit. Der unvernetzte Kautschuk ist plastisch verformbar. Durch die Vernetzung erreicht das Profil Formstabilität und die gewünschten elastischen Eigenschaften. Vernetzter Kautschuk wird als Elastomer (Gummi) bezeichnet. Danach können weitere Veredelungsprozesse, z. B. Beflockung oder Lackierung, erfolgen und das Profil wird konfektioniert oder aufgerollt. Um die technischen Anforderungen an das Produkt erfüllen zu können, ist eine Materialkomponente häufig nicht ausreichend. So werden mehrere Materialkomponenten im Coextrusionsverfahren zu einem Profil verarbeitet, das aus mehreren Bereichen unterschiedlicher Materialien besteht oder es werden Einlegeteile (so genannte „Inlays”) aus Metall, Kunststoff oder Textilien verwendet. Wesentliche Qualitätsmerkmale solcher Produkte sind

  • – die Maßhaltigkeit der Geometrie des Profils, sowohl die Außen- als auch die Innengeometrie betreffend,
  • – das Vorhandensein, die Größe und richtige Positionierung verschiedener Materialbereiche oder Inlays,
  • – die physikalischen Eigenschaften, wie der Grad der Vernetzung bei Profilen aus Kautschuk an den verschiedenen Stellen im Prozess,
  • – die Güte von Mischung und Verteilung der Ausgangsmaterialien.
Rubber profiles are z. B. used in many ways as sealing or insulating materials. They are produced in the continuous extrusion process in sometimes very long production lines. The starting material, the rubber mixture, is conveyed by an extruder and shaped with a tool in the desired geometry. In the next step, the profile goes through the networking unit. The uncrosslinked rubber is plastically deformable. By networking, the profile achieves dimensional stability and the desired elastic properties. Crosslinked rubber is referred to as elastomer (rubber). Thereafter, further refining processes, for. As flocking or painting, done and the profile is made up or rolled up. In order to meet the technical requirements of the product, a material component is often insufficient. Thus, several material components are processed in the coextrusion process to a profile, which consists of several areas of different materials or inserts (so-called "inlays") made of metal, plastic or textiles are used. Essential quality features of such products are
  • The dimensional accuracy of the geometry of the profile, both the outer and the inner geometry,
  • The presence, size and correct positioning of different material areas or inlays,
  • The physical properties, such as the degree of crosslinking of rubber profiles at the various points in the process,
  • - the quality of mixing and distribution of the starting materials.

Nur die genaue, lückenlose und frühe Kenntnis der Produktqualität ermöglicht es, Produkte und Prozesse zu optimieren und so den Verbrauch von Ressourcen zu senken. So können Anfahrzeiten für die Prozesse reduziert und der Einfluss von Chargenschwankungen der Ausgangsmaterialien minimiert werden. Typische Kautschukextrusionslinien erreichen Längen von bis zu 100 m und mehr und weisen dementsprechende Informations-Totzeiten auf. Eine lückenlose inline-Qualitätskontrolle direkt im Prozess ist daher wünschenswert. Andere, formbare Werkstoffe wie insbesondere zahlreiche Lebensmittel werden in einem Extrusionsprozess oder einem ähnlichen kontinuierlichen Prozess hergestellt, weshalb sich in diesen Feldern ähnliche Fragestellungen wie in der Kunststoff- und Kautschukextrusion ergeben.Only accurate, complete and early knowledge of the product quality makes it possible to optimize products and processes and thus reduce the consumption of resources. In this way, start-up times for the processes can be reduced and the influence of batch fluctuations in the starting materials can be minimized. Typical rubber extrusion lines reach lengths of up to 100 m and more and have corresponding information dead times. A complete inline quality control directly in the process is therefore desirable. Other moldable materials, such as in particular numerous foods, are produced in an extrusion process or a similar continuous process, which is why similar questions arise in these fields as in plastic and rubber extrusion.

Stand der TechnikState of the art

Zur Geometrieerfassung und Überwachung der Maßhaltigkeit direkt in der Produktionslinie werden heute optische Verfahren, die auf Lichtschnitttechnik bzw. strukturierter Beleuchtung beruhen, eingesetzt. Diese Technik wird z. B. in den Erfindungen DE 103 28 537 A1 und DE 10 2004 052 508 BV genutzt. Erfassbar ist dabei nur, was auch im optischen Strahlengang erfasst werden kann. Alle inneren Strukturen des Profils sowie Hinterschnitte bleiben weiterhin verborgen und können nicht erfasst und bestimmt werden.Today, optical methods based on light-section technology or structured illumination are used for geometry detection and dimensional accuracy monitoring directly in the production line. This technique is z. In the inventions DE 103 28 537 A1 and DE 10 2004 052 508 BV used. It is only possible to detect what can also be detected in the optical beam path. All internal structures of the profile and undercuts remain hidden and can not be detected and determined.

Auf dem „XVII IMEKO World Congress – Metrology for a Sustainable Development”, 17.–22. September 2006 in Rio de Janeiro, Brasilien, wurde von R. Anchini, G. Di Leo, C. Liguori und A. Paolillo ein Verfahren offenbart, mit dem die innere und äußere Geometrie am Ende der Extrusionslinie überprüft werden kann. Dabei ist ein Stereokamerasystem nach der Konfektionierungseinheit angebracht, das die Abschlagkanten aufnimmt und vermisst. Das System muss demnach als letztes Glied in die Fertigungskette integriert werden. Auftretende Fehlentwicklungen im Prozess werden so erst sehr spät entdeckt. Auch mit diesem Ansatz ist es nicht möglich, Bereiche unterschiedlicher Eigenschaften oder Materialien zu identifizieren, da sie sich in ihrer Helligkeit im Kamerabild oft kaum unterscheiden bzw. nur Kanteninformationen ausgewertet werden.On the "XVII IMEKO World Congress - Metrology for a Sustainable Development", 17.-22. September 2006 in Rio de Janeiro, Brazil, by R. Anchini, G. Di Leo, C. Liguori and A. Paolillo discloses a method with which the inner and outer geometry can be checked at the end of the extrusion line. In this case, a stereo camera system after the assembly unit is attached, which receives the tee edges and misses. The system must therefore be integrated as a last link in the production chain. Any erroneous developments in the process are discovered very late. Even with this approach, it is not possible to identify areas of different properties or materials, as they often differ in their brightness in the camera image hardly or only edge information are evaluated.

Die u. a. aus B. Blümich: NMR Imaging of Materials, Oxford: Oxford University Press, 2000 bekannte Kern-Spin-Resonanz-Technik (engl. nuclear magnetic resonance, NMR) kann für die Vermessung von Bauteilen sowie für die Überprüfung des Vorhandenseins, die Bestimmung von Größe und richtiger Positionierung verschiedener Materialbereiche oder Inlays eingesetzt werden. Des Weiteren lassen sich physikalische Eigenschaften einer Probe bestimmen. Die NMR basiert auf den magnetischen Eigenschaften der Atomkerne unterschiedlicher Materialien und Gewebe. Kerne mit magnetischem Moment (Spin), wie z. B. Wasserstoff, richten sich aus, wenn sie einem starken externen magnetischen Feld B0 ausgesetzt sind. Werden sie gleichzeitig mit hochfrequenten, elektromagnetischen Wellen (HF-Wellen) angeregt, deren Frequenz, die so genannte „Larmor-Frequenz”, von der Feldstärke des Magnetfelds B0 abhängt, nehmen sie Energie auf. In einer anschließenden Relaxationsphase wird diese Energie wieder abgegeben. Diese Antwort der Spins auf die Anregung liefert vielfältige Information über das lokale magnetische Feld, das jeder Kern erfährt. Sie bilden die Grundlage sowohl zur Aufklärung der Molekularstruktur als auch für die ortsaufgelöste Bildgebung (Magnetresonanztomographie, engl. magnetic resonance imaging, MRI). Die gemessene Signalamplitude spiegelt die Dichte der in der Probe vorhandenen Kerne wider. Die anfängliche Magnetisierung der Proben wird durch die Relaxationszeit T1 beschrieben. Die Relaxationszeit T2 beschreibt das Abklingen einer durch die Anregung mit den HF-Wellen verursachten kohärenten Magnetisierung. Beide Konstanten hängen von der Molekulardynamik und -ordnung des zu untersuchenden Materials ab. Sie liefern Informationen über die Wechselwirkung der Kerne mit ihrer Umgebung.The among others B. Blümich: NMR Imaging of Materials, Oxford: Oxford University Press, 2000 known nuclear spin resonance technique (English nuclear magnetic resonance, NMR) It can be used to measure components and to check for presence, to determine the size and correct positioning of different material areas or inlays. Furthermore, physical properties of a sample can be determined. The NMR is based on the magnetic properties of the atomic nuclei of different materials and tissues. Cores with magnetic moment (spin), such as. As hydrogen, align themselves when they are exposed to a strong external magnetic field B 0 . If they are simultaneously excited by high-frequency electromagnetic waves (HF waves) whose frequency, the so-called "Larmor frequency", depends on the field strength of the magnetic field B 0 , they absorb energy. In a subsequent relaxation phase, this energy is released again. This spins answer to the suggestion provides a wealth of information about the local magnetic field experienced by each nucleus. They form the basis both for the elucidation of the molecular structure and for the spatially resolved imaging (magnetic resonance imaging, magnetic resonance imaging, MRI). The measured signal amplitude reflects the density of the nuclei present in the sample. The initial magnetization of the samples is described by the relaxation time T 1 . The relaxation time T 2 describes the decay of a coherent magnetization caused by the excitation with the rf-waves. Both constants depend on the molecular dynamics and order of the material to be investigated. They provide information about the interaction of the nuclei with their environment.

Die Erfindungen US 7397241 und US 2004/0058559 A1 beschreiben Verfahren, mit denen mittels NMR der Anteil einer oder mehrerer Materialkomponenten in einer Probe bestimmt werden kann. Sie können zur Qualitätskontrolle der Güte von Mischungen und für die Bestimmung der Anteile unterschiedlicher Materialkomponenten in einem Profil verwendet werden. Die Verfahren sind jedoch für statische, unbewegte Proben gedacht und es wird keine Möglichkeit zur Messung von bewegten Proben direkt in einer Produktionslinie beschrieben.The invention US 7397241 and US 2004/0058559 A1 describe methods by means of which the proportion of one or more material components in a sample can be determined by means of NMR. They can be used to control the quality of mixtures and to determine the proportions of different material components in a profile. However, the methods are intended for static, non-moving samples and there is no way to measure moving samples directly in a production line.

Die Erfindungen US 5371464 und US 5519319 beschreiben Verfahren zur Bestimmung von physikalischen Parametern von polymeren Proben, wie z. B. dem Grad der Vernetzung bei Kautschuken. Beide Verfahren sind jedoch für statische, unbewegte Proben gedacht. Es werden keine bewegten Proben direkt in der Produktionslinie gemessen, sondern es werden Proben abgezweigt und gemessen, während sie sich in Ruhe befinden.The invention US 5371464 and US 5519319 describe methods for the determination of physical parameters of polymeric samples, such. B. the degree of crosslinking in rubbers. Both methods, however, are intended for static, stationary samples. No moving samples are measured directly in the production line, but samples are taken and measured while they are at rest.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Keines der im Stand der Technik aufgelisteten Verfahren ermöglicht es, alle nachfolgend aufgelisteten Qualitätsmerkmale mit einem Messsystem direkt in der Produktionslinie auch an bewegten Extrudaten zu ermitteln:

  • – die Maßhaltigkeit der Geometrie des Profils, sowohl die Außen- als auch die Innengeometrie betreffend,
  • – das Vorhandensein, die Größe und richtige Positionierung verschiedener Materialbereiche oder Inlays,
  • – physikalische Eigenschaften, wie den Grad der Vernetzung bei Profilen aus Kautschuk an den verschiedenen Stellen im Prozess,
  • – die Güte von Mischung und Verteilung der Ausgangsmaterialien.
None of the methods listed in the prior art makes it possible to determine all the quality features listed below with a measuring system directly on the production line, even on moving extrudates:
  • The dimensional accuracy of the geometry of the profile, both the outer and the inner geometry,
  • The presence, size and correct positioning of different material areas or inlays,
  • Physical properties, such as the degree of cross-linking of rubber profiles at different points in the process,
  • - the quality of mixing and distribution of the starting materials.

Aufgabe und Vorteile der ErfindungPurpose and advantages of the invention

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren und System, das die Nachteile der Lösungen, die den Stand der Technik darstellen, nicht aufweist und die Aufgabe erfüllt, die oben beschriebenen Qualitätsmerkmale direkt in der Produktionslinie zu ermitteln. Das entwickelte Verfahren ist im industriellen Umfeld bei typischen Einsatztemperaturen (bis über 200°C) und Geschwindigkeiten (Abzugsgeschwindigkeiten bis über 30 m/min) einsetzbar. Es kann an jeder Stelle in der Produktionslinie integriert werden.The invention describes a method and system which does not have the disadvantages of the prior art solutions and fulfills the task of determining the quality features described above directly in the production line. The developed process can be used in industrial environments at typical operating temperatures (up to more than 200 ° C) and speeds (take-off speeds up to more than 30 m / min). It can be integrated at any point in the production line.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und System mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 23 gelöst. Die Lösung der Aufgabe wird aus folgender Beschreibung des Verfahrens deutlich. 1 stellt eine Extrusionslinie schematisch dar und zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren und System darin integriert werden. Der Werkstoff wird am Ende des Extruders (1) durch ein Werkzeug zu einem Profil (2) ausgeformt. Danach können weitere Verarbeitungsschritte (4) erfolgen, wie z. B. Beflockung, Lackierung, Konfektionierung oder im Fall von Kautschukprofilen, die Vernetzung des Kautschuks. Das erfindungsgemäße Messsystem zur Qualitätskontrolle kann an jeder Stelle der Extrusionslinie angebracht werden. Es besteht aus einem NMR-Sensor und einer Steuer-, Bedien- und Auswerteeinheit. Letztere kann aus einem Rechner oder einer Elektronikbaugruppe bestehen.The object is achieved by a method and system having the features of claims 1 to 23. The solution of the problem will become apparent from the following description of the method. 1 Fig. 12 schematically illustrates an extrusion line and shows how the method and system of the invention are integrated therein. The material is at the end of the extruder ( 1 ) through a tool to a profile ( 2 ) formed. Thereafter, further processing steps ( 4 ), such. As flocking, painting, packaging or in the case of rubber profiles, the crosslinking of the rubber. The quality control measuring system according to the invention can be installed at any point on the extrusion line. It consists of an NMR sensor and a control, operating and evaluation unit. The latter can consist of a computer or an electronic module.

Der NMR-Sensor des Messsystems (3) weist eine Durchführung auf, die z. B. zylindrisch ist, durch die das Extrudatprofil (2) als Untersuchungsobjekt geführt wird. Der NMR-Sensor basiert auf der bekannten NMR-Technik und besteht aus den folgenden wesentlichen Komponenten: Mit einem starken Magneten wird das Magnetfeld B0 erzeugt, das senkrecht zur Extrusionsrichtung orientiert ist. So genannte HF-Spulen dienen als Antennen für die Anregung der Probe und für die Messung der Impulsantwort, die von der angeregten Probe ausgesendet wird. Ein Spektrometer mit entsprechendem Verstärker dient zur Ansteuerung der Spulen. Bei der NMR-Bildgebung wird das Signal über ein ortsabhängiges Magnetfeld lokalisiert, das dem Magnetfeld B0 überlagert wird. Es wird mit einem Gradientenspulensystem erzeugt. Die Gradientenspulen werden über ein spezielles Bildgebungsmodul angesteuert, das in das Spektrometer integriert wird. Zur Steuerung, Auswertung und Darstellung ist das Spektrometer an einen Rechner angeschlossen.The NMR sensor of the measuring system ( 3 ) has a passage, the z. B. is cylindrical, through which the extrudate profile ( 2 ) is performed as an examination object. The NMR sensor is based on the known NMR technique and consists of the following essential components: With a strong magnet, the magnetic field B 0 is generated, which is oriented perpendicular to the extrusion direction. So-called RF coils serve as antennas for excitation of the sample and for measuring the impulse response emitted by the excited sample. A spectrometer with a corresponding amplifier is used to control the coils. In NMR imaging, the signal is localized via a location-dependent magnetic field, which is superimposed on the magnetic field B 0 . It is generated with a gradient coil system. The gradient coils are driven by a special imaging module, which is integrated into the spectrometer. For control, evaluation and display, the spectrometer is connected to a computer.

Als Magnet mit zylindrischer Durchführung kann ein Magnet mit einer zylindrischen Halbachgeometrie oder einer modifizierten Halbachgeometrie verwendet werden ( B. Blümich: NMR Imaging of Materials, Oxford: Oxford University Press, 2000 ).As a magnet with a cylindrical passage, a magnet with a cylindrical Halbachgeometrie or a modified Halbachgeometrie be used ( B. Blümich: NMR Imaging of Materials, Oxford: Oxford University Press, 2000 ).

Die Verfahrensschritte sind in einem Flussdiagramm in 2 verdeutlicht. Im ersten Schritt (A) wird mit dem NMR-Sensor eine Abbildung der inneren Struktur erzeugt. Dabei kann entweder die Relaxationszeit T1, die Relaxationszeit T2 oder die Protonendichte ortsaufgelöst ermittelt und als Bild dargestellt werden. Da sich das Messobjekt, das Extrudat, bewegt, entspricht die Abbildung der Mittelung der Information über eine bestimmte Länge der Probe. Die betrachtete Länge hängt vom untersuchten Material ab.The process steps are shown in a flowchart in FIG 2 clarified. In the first step (A), an image of the internal structure is generated with the NMR sensor. In this case, either the relaxation time T 1 , the relaxation time T 2 or the proton density can be determined spatially resolved and displayed as an image. Since the measurement object, the extrudate, moves, the mapping of the averaging corresponds to the information over a certain length of the sample. The considered length depends on the examined material.

Im nächsten Schritt (B) wird aus den ermittelten Bilddaten die innere und äußere Geometrie des Untersuchungsobjekts mittels aus der digitalen Bildverarbeitung bekannter Segmentierungsalgorithmen bestimmt (siehe z. B. C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, „Industrielle Bildverarbeitung. Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert”. Berlin: Springer, 2001 ). Es können relevante Bereiche und Maße vom Benutzer festgelegt und überprüft werden. Die aus den Bildern extrahierten Informationen über die Geometrie können (Schritt (D)) mit in einer Datenbank hinterlegten Informationen über die Soll-Geometrie verglichen werden. Die für die Bildaufnahme benötigte Zeit hängt maßgeblich von der gewünschten nominellen Auflösung ab. Sie sollte so kurz sein (≪ 1 s), dass bei einer bewegten Probe die Messwerte nur über eine sehr kurze Strecke gemittelt werden. Ein Inspektionssystem, das die Geometrie des Profils inline ermittelt, muss die Position der Kanten mit einer Genauigkeit im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm bestimmen. Eine höhere Auflösung kann durch eine längere Messdauer erzielt werden. Bei der Aufnahme von Kanten (z. B. zwischen Kautschuk und Luft oder zwischen unterschiedlichen Materialien) kann davon ausgegangen werden, dass der „wahre” Ort der Kante niemals genau zwischen zwei Bildpunkten liegt. Die Kanten werden also zwangsläufig als Grauwertverlauf abgebildet. Diese „wahre” Position der Kante lässt sich mit so genannten „Subpixel”-Verfahren ( C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, „Industrielle Bildverarbeitung. Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert”. Berlin: Springer, 2001 ) rechnerisch mit um einer Größenordnung höheren Genauigkeit als der nominellen Auflösung des NMR-Systems rekonstruieren. Subpixel-Verfahren basieren auf Interpolation der Messdaten. Die Anwendung der Subpixel-Verfahren zur Erfassung der Kanten im Bild auf die NMR-Bilddaten stellt einen wesentlichen Bestandteil und Vorteil der Erfindung dar, da sie es erst ermöglicht, so schnell und gleichzeitig mit praxistauglicher Auflösung zu arbeiten, dass das System in eine Extrusionslinie integriert werden kann.In the next step (B), the inner and outer geometry of the examination subject is determined from the determined image data by means of segmentation algorithms known from digital image processing (see, for example, FIG. C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, "Industrial Image Processing. How optical quality control really works ". Berlin: Springer, 2001 ). Relevant areas and dimensions can be set and checked by the user. The information about the geometry extracted from the images can be compared (step (D)) with information about the target geometry stored in a database. The time required for image acquisition depends significantly on the desired nominal resolution. It should be so short ("1 s) that the measured values of a moving sample are only averaged over a very short distance. An inspection system that determines the geometry of the profile inline must determine the position of the edges with an accuracy in the range between 0.1 mm and 0.5 mm. A higher resolution can be achieved by a longer measurement time. When capturing edges (for example, between rubber and air or between different materials), it can be assumed that the "true" location of the edge is never exactly between two pixels. The edges are thus inevitably displayed as a gray value curve. This "true" position of the edge can be achieved with so-called "subpixel" methods ( C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, "Industrial Image Processing. How optical quality control really works ". Berlin: Springer, 2001 ) can be computationally reconstructed with an order of magnitude higher accuracy than the nominal resolution of the NMR system. Subpixel methods are based on interpolation of the measured data. The application of the subpixel methods for detecting the edges in the image to the NMR image data constitutes an essential component and advantage of the invention, since it first enables work to be done so quickly and simultaneously with practical resolution that the system is integrated into an extrusion line can be.

In einem weiteren Schritt (D) kann bei Coextrudaten die Fläche der einzelnen Materialbereiche mit Hilfe von aus der Bildverarbeitung bekannten Segmentierungsverfahren, wie zum Beispiel der Schwellwertsegmentierung, ( C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, „Industrielle Bildverarbeitung. Wie optische Qualitätskontrolle wirklich funktioniert”. Berlin: Springer, 2001 ) aus den Bilddaten ermittelt werden. Mit dieser Kenntnis ist es möglich, den Volumenstrom der einzelnen Extruder zu berechnen. Die Ermittlung der Volumenströme ist eine wesentliche Voraussetzung zum Einsatz der Erfindung für die Regelung der beteiligten Extrusionsanlagen (Schritt (E)). Damit ist es erstmalig möglich, direkt online die Performance der Extruder zu ermitteln und diese Information zur Qualitätssteuerung und -regelung einzusetzen.In a further step (D), in the case of coextrudates, the area of the individual material regions can be determined with the aid of segmentation methods known from image processing, such as, for example, threshold value segmentation (FIG. C. Demand, B. Streicher-Abel, P. Waszkiewitz, "Industrial Image Processing. How optical quality control really works ". Berlin: Springer, 2001 ) are determined from the image data. With this knowledge, it is possible to calculate the volume flow of the individual extruder. The determination of the volume flows is an essential prerequisite for the use of the invention for the regulation of the participating extrusion plants (step (E)). This makes it possible for the first time to directly determine the performance of the extruder online and to use this information for quality control and regulation.

Des Weiteren können in dem Schritt (F) aus den in Schritt (A) gemessenen NMR-Parametern T1, T2 und der Protonendichte physikalische Parameter der Probe ortsaufgelöst bestimmt werden. Beispielsweise kann die lokale Dichte eines Profils bestimmt werden. Dieser Wert kann bei geschäumten Profilen dazu verwendet werden, die Dichte geschäumter Bereiche zu bestimmen. Durch Auswertung der Relaxationszeiten T1 und T2 können Rückschlüsse auf physikalische Parameter, wie den Vernetzungsgrad von Kautschuken oder Spannungen im Material, gezogen werden. Unterschiedliche Materialien und Mischungen können mit Hilfe der gemessenen Parameter ortsaufgelöst unterschieden werden. Solche Parameter, hier ist für Kautschukextrusionslinien insbesondere der Vernetzungsgrad zu nennen, können in Schritt (G) zur Regelung oder Steuerung einer Extrusionsanlage, bzw. von Komponenten der Anlage, wie z. B. der Leistung der Vernetzungseinheit verwendet werden.Furthermore, physical parameters of the sample can be determined in a spatially resolved manner in step (F) from the NMR parameters T 1 , T 2 measured in step (A) and the proton density. For example, the local density of a profile can be determined. This value can be used in foamed profiles to determine the density of foamed areas. By evaluating the relaxation times T 1 and T 2 , it is possible to draw conclusions about physical parameters, such as the degree of crosslinking of rubbers or stresses in the material. Different materials and mixtures can be differentiated spatially resolved with the aid of the measured parameters. Such parameters, in particular the degree of crosslinking for rubber extrusion lines, may be described in step (G) for controlling or controlling an extrusion plant or components of the plant, such as, for example, B. the power of the crosslinking unit can be used.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch das skizzierte Verfahren werden die Nachteile des Stands der Technik gelöst und die Aufgaben der Erfindung erfüllt, was die Vorteile der Erfindung darstellt.The method outlined above solves the disadvantages of the prior art and fulfills the objects of the invention, which represents the advantages of the invention.

Beschreibung von AusführungsbeispielenDescription of exemplary embodiments

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der inneren Geometrie soll anhand von 3 beschrieben werden. Mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Systems wird ein handelsübliches Profil aus Kautschuk untersucht. Das Profil wurde in einem Coextrusionsprozess hergestellt und besteht aus zwei unterschiedlichen Komponenten.An embodiment of a method according to the invention for determining the inner geometry is based on 3 to be discribed. With the aid of a system according to the invention, a commercially available rubber profile is examined. The profile was produced in a coextrusion process and consists of two different components.

Es wird eine Aufnahme mit 64 × 64 Bildpunkten erstellt, die eine Aussage über eine in Extrusionsrichtung 10 mm dicke Schicht des Profils trifft (3a). Das Bildfeld der Messung beträgt 26 mm × 26 mm, so dass die nominelle Auflösung der Messung, also die Größe eines Bildpunkts 0,4 mm × 0,4 mm beträgt. In einem nächsten Schritt wird das Bild mit einem üblichen Interpolationsverfahren auf 512 × 512 Bildpunkte interpoliert. In 3b ist die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelte Kontur der Geometrie des Profils dargestellt. Dabei werden diese Positionen als Kante markiert, deren Grauwert im interpolierten Bild 50% des maximalen Grauwerts übersteigen. Durch die Verwendung des Interpolationsverfahrens kann die Position der Kante mit einer wesentlich höheren Genauigkeit als der nominellen Größe eines Bildpunkts bestimmt werden. Auch dieses einfache Subpixel-Verfahren bringt daher erhebliche Vorteile in Bezug auf Messgenauigkeit und Messdauer. In der Literatur zur digitalen Bildverarbeitung sind weitere, komplexere Verfahren zur subpixelgenauen Kanten- und Geometrieerkennung zu finden. Ihr Einsatz kann gegenüber der beispielhaft angewendeten Methode eine weitere Verbesserung der Leistung erzielen. Des Weiteren sind in der Aufnahme in 3a die unterschiedlichen Materialbereiche deutlich an der Helligkeit der Bildpunkte zu unterscheiden.A picture with 64 × 64 pixels is made, which makes a statement about a profile of the profile which is 10 mm thick in the extrusion direction ( 3a ). The field of view of the measurement is 26 mm × 26 mm, so that the nominal resolution of the measurement, ie the size of a pixel, is 0.4 mm × 0.4 mm. In a next step, the image is interpolated using a standard interpolation method to 512 × 512 pixels. In 3b the contour of the geometry of the profile determined by the method according to the invention is shown. These positions are marked as edges whose gray value in the interpolated image exceeds 50% of the maximum gray value. By using the interpolation method, the position of the edge can be determined with a much higher accuracy than the nominal size of a pixel. Even this simple subpixel method therefore brings considerable advantages in terms of measurement accuracy and measurement duration. In the literature on digital image processing, more complex methods for subpixel accurate edge and geometry detection can be found. Their use can further improve performance over the example method used. Furthermore, in the inclusion in 3a to distinguish the different material areas clearly on the brightness of the pixels.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

Fig. 1

1
Extruder
2
Messobjekt, kontinuierlich hergestelltes Produkt
3
erfindungsgemäßes Messsystem
4
weitere Verarbeitungsschritte
Fig. 2
A
Verfahrensschritt A
B
Verfahrensschritt B
C
Verfahrensschritt C
D
Verfahrensschritt D
E
Verfahrensschritt E
F
Verfahrensschritt F
G
Verfahrensschritt G
Fig. 1
1
extruder
2
Test object, continuously produced product
3
Measuring system according to the invention
4
further processing steps
Fig. 2
A
Process step A
B
Process step B
C
Process step C
D
Process step D
e
Process step E
F
Process step F
G
Process step G

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (23)

Verfahren zur Qualitätskontrolle von in einem kontinuierlichen Endlosverfahren, wie dem Extrusionsprozess, hergestellten Untersuchungsgegenständen, dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätsmerkmale unter Verwendung der NMR-Technik ermittelt werden und die Messung inline d. h. direkt in der Produktionslinie erfolgt.Method for quality control of objects to be inspected in a continuous continuous process, such as the extrusion process, characterized in that the quality features are determined using the NMR technique and the measurement takes place inline, ie directly in the production line. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Qualitätsmerkmale die innere und die äußere Geometrie des Untersuchungsgegenstandes bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that as quality features, the inner and the outer geometry of the object to be examined is determined. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Geometrieerfassung Subpixel-Verfahren eingesetzt werden.Method according to claims 1 and 2, characterized in that subpixel methods are used for geometry detection. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometriekontur durch die Erfindung nur punktuell meßtechnisch ermittelt und danach die Geometrie durch Interpolationsalgorithmen softwaremäßig bestimmt wird.Method according to claims 1 and 2, characterized in that the geometry contour determined by the invention only at certain points metrologically and then the geometry is determined by software algorithms by interpolation algorithms. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Geometrie punktuell oder komplett mit einer in einer Datenbank hinterlegten oder vom Benutzer vorgegebenen Soll-Geometrie verglichen werden kann.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the geometry can be compared punctually or completely with a stored in a database or predetermined by the user target geometry. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Qualitätsmerkmal bei Untersuchungsgegenständen, die aus mehreren unterschiedlichen Komponenten bestehen, wie z. B. Coextrudaten, oder Untersuchungsgegenständen mit Inlays, die Kontur und Fläche bzw. der relative Anteil der einzelnen Komponenten bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that as a quality feature in examination objects, which consist of several different components, such. As coextrudates, or objects under investigation with inlays, the contour and area or the relative proportion of the individual components is determined. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Verfahren nach Anspruch 6 ermittelten Informationen zur Regelung und Steuerung einer Extrusionsanlage, insbesondere zur Durchsatzregelung, genutzt werden.Method according to claims 1 and 6, characterized in that the information determined by the method according to claim 6 for the regulation and control of an extrusion plant, in particular for throughput control, are used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Untersuchungsgegenständen, die teilweise oder vollständig aus vernetzenden Werkstoffen bestehen, mittels der eingesetzten NMR-Technik der Vernetzungsgrad direkt oder indirekt durch Korrelation mit anderen Messverfahren bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that for objects of investigation which consist partially or completely of cross-linking materials, the degree of crosslinking is determined directly or indirectly by correlation with other measuring methods by means of the NMR technique used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Untersuchungsgegenständen, die aus mehren, unterschiedlichen Komponenten bestehen, durch die Erfindung physikalische Eigenschaften wie der Vernetzungsgrad oder die Mischgüte für die einzelnen Komponenten ermittelt werden.A method according to claim 1, characterized in that in the case of examination objects which consist of a plurality of different components, the invention determines physical properties such as the degree of crosslinking or the mixing quality for the individual components. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Untersuchungsgegenständen, die aus polymeren Werkstoffen bestehen, durch die Erfindung physikalische Eigenschaften wie die Kristallisation oder Orientierungen ermittelt werden.A method according to claim 1, characterized in that the examination objects, which consist of polymeric materials, physical properties such as crystallization or orientations are determined by the invention. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Untersuchungsgegenständen, die aus mehreren unterschiedlichen Komponenten bestehen, durch die Erfindung Qualitätsmerkmale wie Anzahl und Art von Fehlstellen, Fehlstellenstruktur oder Blasen und Blasenstruktur bei geschäumten Komponenten ermittelt werden.A method according to claim 1, characterized in that in the case of examination objects which consist of several different components, the invention determines quality features such as the number and type of imperfections, flaw structure or bubbles and bladder structure in foamed components. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Eigenschaften zur Regelung und Steuerung einer Extrusionsanlage, insbesondere zur Regelung der Leistung einer Vernetzungseinheit bei vernetzenden Werkstoffen, genutzt wird.A method according to claim 8 or 9, characterized in that the determined properties for controlling and controlling an extrusion plant, in particular for controlling the performance of a crosslinking unit is used in crosslinking materials. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es im Temperaturbereich –30°C bis 300°C einsetzbar ist.Method according to one of claims 1 to 12, characterized in that it can be used in the temperature range -30 ° C to 300 ° C. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchungsgegenstände Extrudate aus polymeren Werkstoffen, insbesondere Elastomere, Duromere, thermoplastische Elastomere, Thermoplaste oder Elends, sind.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the examination objects are extrudates of polymeric materials, in particular elastomers, thermosets, thermoplastic elastomers, thermoplastics or blends. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchungsgegenstände Lebensmittel sind, insbesondere Teige oder expandierte Lebensmittel, wie z. B. Snacks.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the objects under investigation are foods, in particular doughs or expanded foods, such as. B. snacks. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Untersuchungsgegenstände Coextrudate aus mehreren Komponenten polymerer Werkstoffe sind oder Inlays aus polymeren, textilen oder metallischen Werkstoffen aufweisen.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that the examination objects are coextrudates of several components of polymeric materials or have inlays of polymeric, textile or metallic materials. System zur Qualitätskontrolle von in einem kontinuierlichen Endlosverfahren, wie dem Extrusionsprozess, hergestellten Untersuchungsgegenständen dadurch gekennzeichnet, dass die Qualitätsmerkmale mit einem Verfahren mit den in den Ansprüchen 1 bis 16 gekennzeichneten Qualitätsmerkmale ermittelt werden.System for quality control of objects of investigation produced in a continuous continuous process, such as the extrusion process, characterized in that the quality characteristics are determined by a process having the quality characteristics characterized in claims 1 to 16. System nach Anspruch 17 dadurch gekennzeichnet, dass es aus zwei Untersystemen, dem Steuerungs- und Bedienungssystem sowie einem NMR-Sensorsystem, besteht.System according to claim 17, characterized in that it consists of two subsystems, the control and operating system and an NMR sensor system. System nach den Ansprüchen 17 und 18 dadurch gekennzeichnet, dass das NMR-Sensorsystem aus einem Magneten, HF-Spulen, Gradientenspulen, entsprechender Verstärkertechnik und einem Spektrometer besteht.System according to claims 17 and 18, characterized in that the NMR sensor system consists of a magnet, RF coils, gradient coils, corresponding amplifier technology and a spectrometer. System nach den Ansprüchen 17 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet eine Durchführung aufweist, durch die der Untersuchungsgegenstand geführt wird, und zur Erzeugung des Magnetfeldes Permanentmagneten verwendet werden.System according to claims 17 to 19, characterized in that the magnet has a passage through which the examination object is guided, and permanent magnets are used to generate the magnetic field. System nach den Ansprüchen 17 bis 19 dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet eine Durchführung aufweist, durch die der Untersuchungsgegenstand geführt wird, und zur Erzeugung des Magnetfeldes Permanentmagneten verwendet werden, die ein Magnetfeld senkrecht zur Bewegungsrichtung des Untersuchungsgegenstands erzeugen.System according to claims 17 to 19, characterized in that the magnet has a passage through which the object under examination is guided, and for generating the magnetic field permanent magnets are used, which generate a magnetic field perpendicular to the direction of movement of the object to be examined. System nach den Ansprüchen 17 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass es sowohl in mobilen als auch in stationären Einrichtungen eingesetzt werden kann.System according to claims 17 to 20, characterized in that it can be used both in mobile and in stationary facilities. System nach den Ansprüchen 17 bis 21 dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungs- und Bedienungssystem und das NMR-Sensorsystem sowohl zusammen- als auch räumlich getrennt vorliegen können.System according to claims 17 to 21, characterized in that the control and operating system and the NMR sensor system can be present both together and spatially separated.
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