PL190809B1 - Urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych - Google Patents

Abstract

1. Urzadzenie do bezdotykowego wykrywa- nia wad struktury materialu oraz/lub wad po- wierzchni przedmiotów, zwlaszcza plyt wióro- wych, wyposazone w zespól transportowy do przemieszczania sprawdzanego przedmiotu, w umieszczone nad badana powierzchnia pro- stopadle do kierunku ruchu sprawdzanego przedmiotu nieruchome, liniowe zródlo ciepla oraz w skierowana na powierzchnie sprawdza- nego przedmiotu kamere termowizyjna, pola- czona z komputerem, zaopatrzonym w monitor tworzacy obraz cieplny przedmiotu, znamienne tym, ze zarówno liniowe zródlo ciepla (4) jak i kamera termowizyjna (6), generujaca obraz powierzchniowy utworzony z kolejnych linii obrazu, prostopadlych do kierunku przesu- wu (F) sprawdzanego przedmiotu (2) - sa umie- szczone ponad plaszczyzna zespolu transpor- towego (1), nad obszarem pomiarowym (3), nie podpartego na tym obszarze, sprawdzanego przedmiotu (2). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych, wyposażone w zespól transportowy do przemieszczania sprawdzanego przedmiotu oraz w umieszczone nad badaną powierzchnią, prostopadle do kierunku ruchu sprawdzanego przedmiotu nieruchome, liniowe źródło ciepła oraz w skierowaną na powierzchnię sprawdzanego przedmiotu kamerę termowizyjną, połączoną z komputerem zaopatrzonym w monitor, tworzący obraz cieplny przedmiotu.

W materiałach mających zwłaszcza postać płyt o stosunkowo dużej powierzchni, na przykład płyt wiórowych występują rozliczne wady zwłaszcza pęcherze powietrza, rysy, albo rozrzedzenia, które osłabiają strukturę materiału i pogarszają jakość wyrobu. Wczesne wykrywanie tych wad, zwłaszcza w trakcie procesu produkcyjnego umożliwia szybkie skorygowanie parametrów tego procesu i poprawienie jakości wyrobów.

W zależności od wielkości i rodzaju sprawdzanego wyrobu stosuje się różne sposoby rozpoznawania osłabień materiału. W stanie techniki znane są na przykład:

- punktowe systemy pomiarowe: ultradźwiękowe, radiometryczne, indukcyjne albo pojemnościowe, które umożliwiają wykrycie wad struktury na stosunkowo niewielkiej powierzchni. Kontrola wyrobów o dużych wymiarach za pomocą tych systemów jest bardzo czasochłonna, ponieważ wymaga przeprowadzania badań punktowych całego obiektu. Ponadto systemy te nie są stosowane do stuprocentowej, ciągłej kontroli produkcji, ze względu na długotrwały proces skanowania próbek. Prowadzenie badań jednocześnie za pomocą kilku urządzeń pomiarowych skraca czas pomiaru lecz wielokrotnie zwiększa koszt wyposażenia,

- systemy powierzchniowe do szybkiego pomiaru, które umożliwiają sprawną, stuprocentową kontrolę produkowanych wyrobów. Przykładowo: system kontroli optycznej, wykorzystujący zakres światła widzialnego umożliwia wykrycie wad struktury stosunkowo dużych powierzchni wyrobów,

- systemy wykorzystujące zjawisko interferencji, przykładowo elektroniczny interferometr (ESPI) albo Shear-ESPI, które umożliwiają kontrolę badanej powierzchni. Jednakże duża wrażliwość tych systemów na zakłócenia zewnętrzne powoduje, że połączenie ich z układem sterowania procesem produkcyjnym jest skomplikowane i często zawodne. Natomiast znajdujące zastosowanie w sterowaniu procesów produkcyjnych i niezawodne pomiary za pomocą mikrofal albo fal radiowych wymagają wysokich nakładów finansowych, gwarantujących spełnienie zawartych w przepisach o bezpieczeństwie pracy wymagań, dotyczących źródeł promieniowania.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 197 03 484 znany jest sposób wykrywania wad w materiałach, polegający na przepuszczaniu przez obszar pomiarowy badanego przedmiotu strumienia ciepła, przy czym zakłócenia tego strumienia podczas przechodzenia go przez obszar pomiarowy, w którym występują wady wewnętrzne, powoduje odpowiednie odkształcenia pola temperatury powierzchni, odczytywane za pomocą urządzeń pomiarowych i dodatkowo przekształcane cyfrowo w celu zwiększenia kontrastu. Czułość urządzeń umożliwiającą uzyskanie danych z warstw wewnętrznych leżących w różnej odległości od powierzchni uzyskuje się przez optymalny dobór strumienia ciepła i zastosowanie odpowiednio czułych urządzeń pomiarowych.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 196 28 391 znany jest układ przeliczający do obróbki sygnałów uzyskiwanych w urządzeniach do fototermicznej kontroli powierzchni przedmiotu, w którym podzespół do wykrywania wad materiału jest sprzężony z przyrządem do pomiaru prędkości względnej sprawdzanego przedmiotu oraz z układem optycznym. Dzięki temu, układ ten umożliwia korygowanie przebiegu promieniowania cieplnego w czasie.

Z niemieckiego opisu patentowego nr DE 197 20 461 znany jest sposób i urządzenie do sprawdzania wewnętrznej struktury łopatki turbiny przez kontrolę jej obrazu termicznego, uzyskanego za pomocą kamery, wykorzystującej promieniowanie podczerwone. W drugiej fazie pomiaru na łopatkę turbiny kieruje się strumień gorącego powietrza i ponownie wykonuje się obraz termiczny łopatki. Kamera może pracować w trybie skanowania liniowego, tworząc obraz powierzchniowy z kolejnych obrazów liniowych. Rozkład temperatury uzyskany z kamery przekazuje się do komputera i za pomocą specjalnego programu przekształca się go do postaci cyfrowej, po czym od końcowego rozkładu temperatury odejmuje się jej rozkład początkowy, zaś różnicę porównuje się z obrazem łopatki wzorcowej i na tej podstawie rozpoznaje się wady struktury.

Z artykułu H. Tretout: „Composites, la thermographie ca marche en CND” opublikowanego w MESURES, REGULATION AUTOMATISME, Bd. 51, Nr 15 z listopada 1986, str.43-46, XP002125600

PL 190 809 B1

Paris - znane jest urządzenie, w którym sprawdzany przedmiot przemieszcza się w płaszczyźnie pionowej za pomocą odpowiedniego urządzenia transportowego wzdłuż źródła ciepła, emitującego promienie podczerwone w kierunku poziomym, przy czym kamera odbierająca to promieniowanie tworzy jednoliniowy obraz rozkładu temperatury.

Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr WO 94/19160 oraz z analogicznego opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US-5 959 737, znane jest urządzenie do wykrywania wad struktury materiału, w postaci płyty wykonanej z mieszaniny tworzyw sztucznych, współpracujące z zespołem wytwórczym, stanowiące walcarkę z dwoma ogrzewanymi walcami oraz z zespołem układającym gotowe płyty, a także z zespołem transportowym złożonym z dwóch szeregowo ustawionych przenośników taśmowych, przy czym urządzenie do wykrywania wad składa się z usytuowanego pod płytą, między tymi przenośnikami źródła światła oraz z umieszczonego nad płytą - odbiornika, przekazującego obraz podświetlonej płyty na ekran monitora. Rama, w której jest umieszczana badana płyta jest zaopatrzona w okno, obejmujące prawie całkowicie jej powierzchnię i przesłonięte warstwą przepuszczającą światło bez jego rozpraszania. Na górnej krawędzi ramy znajduje się występ pełniący funkcję noża, przecinającego płytę na określoną długość. Urządzenie do wykrywania wad jest wyposażone w czujniki i działa w pełni automatycznie.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji takiego urządzenia do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub struktury powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych, które umożliwi znacznie skuteczniejszą kontrolę sprawdzanych przedmiotów w porównaniu do urządzeń znanych ze stanu techniki. Urządzenie to winno umożliwić łatwe przystosowanie go do ciągłej automatycznej kontroli płyt wiórowych w procesie ich wytwarzania.

Cel ten zrealizowano w urządzeniu do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad struktury powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych według wynalazku, które charakteryzuje się tym, że zarówno liniowe źródło ciepła jak i kamera telewizyjna generująca obraz powierzchniowy utworzony z kolejnych linii obrazu prostopadłych do kierunku przesuwu sprawdzanego przedmiotu są umieszczone ponad płaszczyzną zespołu transportowego, nad obszarem pomiarowym nie podpartego na tym obszarze sprawdzanego przedmiotu.

Urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad według wynalazku jest ponadto korzystnie wyposażone w przyrząd nastawczy do ustawiania odległości między źródłem ciepła i kamerą telewizyjną mierzonej w kierunku ruchu sprawdzanego przedmiotu oraz w przyrząd nastawczy do ustawiania odległości między źródłem ciepła i badaną powierzchnią sprawdzanego przedmiotu.

Urządzenie według wynalazku jest ponadto korzystnie wyposażone w regulator prędkości przesuwu przenośnika oraz w układ do nastawiania emitowanej mocy cieplnej liniowego źródła ciepła.

Badania eksploatacyjne urządzenia do bezdotykowego wykrywania wad według wynalazku wykazały, że może być ono z powodzeniem stosowane do wykrywania wad powierzchni dużych płyt, zwłaszcza płyt wiórowych oraz wad struktury materiału na głębokości do kilku centymetrów pod ich powierzchnią. Urządzenie może być ponadto łatwo dostosowane do badania wad materiału oraz/lub wad powierzchni różnych innych przedmiotów.

Pomiar za pomocą urządzenia prowadzony jest z dużą szybkością i nie powoduje uszkodzenia badanego przedmiotu. Podczas pomiaru powierzchnia wyrobu jest równomiernie ogrzewana, a jej temperatura wzrasta o kilka stopni. Po krótkim czasie nagrzewania wykonuje się za pomocą kamery termowizyjnej całościowy i kontrastowy obraz sprawdzanego obszaru przedmiotu, na podstawie którego możliwe jest łatwe rozpoznanie wad, zwłaszcza rzadzizn albo pustych przestrzeni negatywnie wpływających na spójność materiału.

Urządzenie ma szczególne korzystne zastosowanie do kontroli procesu produkcji laminowanych płyt wiórowych.

Urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad powierzchni zwłaszcza płyt wiórowych jest uwidocznione w przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym na rysunku przedstawiającym schemat urządzenia dostosowanego do badania płyt wiórowych.

Urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych przedstawione na rysunku jest wyposażone w zespół transportowy 1, złożony z dwóch ustawionych szeregowo nośników taśmowych 1a i 1b o regulowanej prędkości ruchu, między którymi znajduje się obszar pomiarowy 3, na którym sprawdzany przedmiot 2, mający postać płyty wiórowej nie jest podparty, oraz z umieszczonego ponad tym obszarem 3 zespołu pomiarowego. Zespół pomiarowy składa się z liniowego źródła ciepła 4 zaopatrzonego w układ do nastawiania mocy emitowanej energii cieplnej, przy czym linia grzania tego źródła ciepła 4 jest prosto4

PL 190 809B1 padła do kierunku F przemieszczania się sprawdzanego przedmiotu 2, oraz z umieszczonej nad powierzchnią sprawdzanego przedmiotu 2 kamery termowizyjnej 6, połączonej z komputerem 7, zaopatrzonym w kolorowy monitor 8.

Promieniowanie cieplne emitowane przez liniowe źródło ciepła 4 ogrzewa przesuwający się pod nim sprawdzany przedmiot 2 mający postać płyty, natomiast kamera termowizyjna 6 tworzy obraz powierzchniowy złożony z kolejnych obrazów liniowych, prostopadłych do kierunku przesuwu F tej płyty. Obraz ten jest przekazywany z kamery termowizyjnej 6 do komputera 7, którego procesor tworzy z poszczególnych obrazów liniowych opracowywany przez ten komputer 7 obraz powierzchniowy, przedstawiany na kolorowym monitorze 8.

Urządzenie jest ponadto zaopatrzone w nieuwidoczniony na rysunku zespół nastawczy umożliwiający zmianę odległości między źródłem ciepła 4 i kamerą 6, w kierunku ruchu F sprawdzanego przedmiotu 2. Nastawianiu temu odpowiada strzałka 9, oraz inny zespół nastawczy do ustawiania odległości między źródłem ciepła 4, a badaną powierzchnią sprawdzanego przedmiotu 2.

Ciepło dostarczane wzdłuż kolejnych linii prostopadłych do kierunku ruchu sprawdzanego przedmiotu 2, jest od tej powierzchni częściowo odbijane, z różną intensywnością zależną od istniejących wad struktury materiału, na przykład rys, rzadzizn, pustych przestrzeni, a częściowo pochłaniane powodując częściowe ogrzanie powierzchni sprawdzanego przedmiotu. Przy użyciu kamery termowizyjnej uzyskuje się po pewnym czasie zależnym od przewodności cieplnej materiału i głębokości, na której występują wady - kolejne liniowe obrazy rozkładu temperatury, które są przez kamerę termowizyjną 6 łączone w powierzchniowy obraz rozkładu temperatury.

Ilość energii cieplnej pochłanianej przez przedmiot sprawdzany 2, mający postać płyty jest regulowana przez prędkość jej przesuwu, odległość między źródłem ciepła 4 i powierzchnią płyty 2 oraz moc emitowanej energii cieplnej przez źródło ciepła 4. Dzięki umieszczeniu źródła ciepła 4 nad obszarem pomiarowym 3 i nie podpartej w tym miejscu płyty 2, eliminuje się ogrzewanie zespołu transportowego 1.

Struktura materiału i powierzchni sprawdzanego przedmiotu 2 mającego postać płyty, jest sprawdzana za pomocą umieszczonej za źródłem ciepła 4 w kierunku przesuwu F płyty 2, kamery termowizyjnej 6, w której obraz powierzchniowy tworzony jest z wielu kolejnych obrazów liniowych. W przykładowym rozwiązaniu konstrukcyjnym urządzenia według wynalazku przedstawionym na rysunku kamera termowizyjna 6 jest umieszczona na takiej wysokości nad stanowiącej sprawdzany przedmiot płytą 2, aby jej układ optyczny obejmował żądaną szerokość badanej powierzchni. Liniowe obrazy składu temperatury uzyskiwane w kamerze termowizyjnej 6 mają kierunek prostopadły do kierunku przesuwu F płyty 2 i są w tej kamerze łączone, tworząc powierzchniowy obraz rozkładu temperatur w obszarze pomiarowym 3. Ponieważ przedmiot sprawdzany 2 w postaci płyty, przesuwa się przed kamerą termowizyjną 6 ze stałą prędkością, kamera przekazuje do komputera 7 obraz powierzchniowy będący wynikiem połączenia poszczególnych obrazów liniowych, wskutek czego na monitorze 8 komputera 7 zostaje utworzony obraz rozkładu temperatury części powierzchni płyty, znajdującej się w obszarze pomiarowym 3. Głębokość, na której znajduje się badana warstwa płyty 2 może być nastawiona przez zmianę odległości między kamerą termowizyjną 6 i liniowym źródłem ciepła 4, mierzonej w kierunku ruchu F płyty 2, odpowiednio do prędkości przesuwu zespołu transportowego 1. Jeżeli kamera termowizyjna 6 jest umieszczona blisko źródła ciepła 4 to uzyskany obraz cieplny przedstawia rozkład temperatury w warstwach położonych blisko powierzchni płyty 2. Zwiększając odległość między kamerą 6i źródłem ciepła 4 uzyskuje się obraz rozkładu temperatury coraz głębiej położonych warstw materiału płyty 2. Ponieważ obrazy liniowe tworzone w kamerze termowizyjnej 6 odpowiadają obszarom płyty znajdującym się w różnych odległościach od źródła ciepła 4, przedstawiają one rozkłady temperatury w płaszczyznach pomiarowych 10 na różnych głębokościach od powierzchni płyty 2. Powiększony przekrój płyty 2 przedstawiony na rysunku zawiera obraz n linii, odpowiadających różnym płaszczyznom pomiaru 10. Dzięki temu możliwe jest równoczesne pokazanie na monitorze 8 komputera 7 za pomocą jednej kamery termowizyjnej 6, obrazu cieplnego n warstw materiału znajdujących się na różnych głębokościach.

Claims (5)

1. Urządzenie do bezdotykowego wykrywania wad struktury materiału oraz/lub wad powierzchni przedmiotów, zwłaszcza płyt wiórowych, wyposażone w zespół transportowy do przemieszczania sprawdzanego przedmiotu, w umieszczone nad badaną powierzchnią prostopadle do kierunku ruchu

PL 190 809 B1 sprawdzanego przedmiotu nieruchome, liniowe źródło ciepła oraz w skierowaną na powierzchnię sprawdzanego przedmiotu kamerę termowizyjną, połączoną z komputerem, zaopatrzonym w monitor tworzący obraz cieplny przedmiotu, znamienne tym, że zarówno liniowe źródło ciepła (4) jak i kamera termowizyjna (6), generująca obraz powierzchniowy utworzony z kolejnych linii obrazu, prostopadłych do kierunku przesuwu (F) sprawdzanego przedmiotu (2) -są umieszczone ponad płaszczyzną zespołu transportowego (1), nad obszarem pomiarowym (3), nie podpartego na tym obszarze, sprawdzanego przedmiotu (2).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest wyposażone w przyrząd nastawczy do ustawiania odległości między źródłem ciepła (4) i kamerą termowizyjną (6), mierzonej w kierunku ruchu (F) sprawdzanego przedmiotu (2).

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest wyposażone w przyrząd nastawczy do ustawiania odległości między źródłem ciepła (4) i badaną powierzchnią sprawdzanego przedmiotu (2).

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest wyposażone w regulator prędkości przesuwu przenośników (1a, 1b) zespołu transportowego (1).

5. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że jest zaopatrzone w układ do nastawiania emitowanej mocy cieplnej liniowego źródła ciepła (4).