Spritzguss: Überprüfung der Vollständigkeit von Bauteilen mit Dunkelfeldbeleuchtung
- Das Dunkelfeld-Streulicht macht kurze Schüsse, Einsinkstellen und Blitzlicht sichtbar.
- Starker Kontrast auf glänzendem Kunststoff, wo das Frontlicht die Farben auswascht.
- Ring- oder gerichtete Low-Angle-Aufbauten je nach Form des Bauteils.
- Blitzlicht und Gehäuse schirmen Umgebungslicht bei Produktionsgeschwindigkeit ab.
- Dies gilt für die Produktfamilien Roder Vision DC2, DC6, DL5 und DL1.
Im Kunststoffspritzguss werden jedes Jahr Milliarden von Bauteilen hergestellt. Geringfügige Prozessschwankungen führen jedoch zu Fehlern, die die Funktion, Passgenauigkeit oder Festigkeit beeinträchtigen. Vor allem Unterfüllungen treten häufig auf und verursachen hohe Kosten. Dabei wird die Formkavität nicht vollständig gefüllt, sodass Teile der Geometrie fehlen. Um diese Fehler schnell zu erkennen, ist daher das richtige Licht erforderlich. Auf dieser Seite wird die Dunkelfeldinspektion erläutert und es werden die passenden RODER-Produkte vorgestellt.
Die Dunkelfeldbeleuchtung ist die für diese subtilen Fehler am besten geeignete Technik. Durch die Anordnung von LED-Leuchten mit flachem Einfallswinkel um das Bauteil herum macht das System fehlende Geometrieelemente und Oberflächenhohlräume sichtbar. Darüber hinaus deckt es Fehler auf, die durch Frontbeleuchtung oder diffuse Kuppeln verdeckt werden. Dadurch lassen sich einwandfreie und fehlerhafte Bauteile leicht voneinander unterscheiden.
Fehlerarten bei Spritzgussteilen
Die Fehlermenge definiert die Beleuchtungsstrategie. Zunächst führen Unterfüllungen zu unvollständigen Rippen, fehlenden Vorsprüngen oder nicht ausgefüllten dünnen Bereichen. In der Regel werden diese durch zu niedrigen Druck, Kaltschmelze oder unzureichende Entlüftung verursacht. Daher ist ein unterfülltes Bauteil per Definition nicht konform.
Andere Fehler betreffen die Oberfläche. So sind beispielsweise Einfallstellen Vertiefungen, die durch ungleichmäßiges Schrumpfen in der Nähe dicker Abschnitte entstehen. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei Oberflächenhohlräumen um eine vollständige Materialfehltstelle an einer bestimmten Stelle. Darüber hinaus führen Grat, Grate und erhabene Trennlinien zu unerwünschtem Materialüberschuss. All dies verändert folglich die Geometrie des Bauteils und beeinträchtigt die Montage.
Warum sich die Dunkelfeldmikroskopie für Kunststoffteile eignet
Die meisten Serienkunststoffe weisen eine glänzende, spiegelnde Oberfläche auf. Daher lassen diffuse Kuppeln und von vorne beleuchtete Ringe feine Details verschwimmen. Im Gegensatz dazu wird bei der Dunkelfeldbeleuchtung Licht unter einem flachen Einfallswinkel eingesetzt. In der Regel befindet sich die Beleuchtungseinheit in einem Winkel von 10 bis 25 Grad zur Oberflächenebene.
Aus diesem Blickwinkel reflektieren glatte Flächen das Licht von der Kamera weg. Folglich erscheint der Hintergrund dunkel. Jede Unebenheit streut das Licht jedoch zurück in Richtung des Objektivs. Dadurch heben sich eine fehlende Rippe, eine Vertiefung oder eine Flash-Kante hell vom dunklen Hintergrund ab.
Die Kontrastverstärkung ist groß. So kann beispielsweise eine 0,2 mm tiefe Vertiefung unter diffusem Licht unsichtbar sein. Im Dunkelfeld erzeugt dasselbe Merkmal hingegen deutliche Hell- und Schattenbereiche. Dadurch steigt das Signal-Hintergrund-Verhältnis stark an. Dies wiederum führt zu einer zuverlässigen Erkennung und zu einer Verringerung der Fehlausschleusungen.
Beleuchtungskonfiguration für die Formteilprüfung
Die Geometrie steht an erster Stelle. Bei runden Kappen und zylindrischen Gehäusekörpern sorgt eine Ringbeleuchtungseinheit für ein omnidirektionales Dunkelfeld. Daher wird jede Kante unabhängig von ihrer Ausrichtung beleuchtet. Im Gegensatz dazu eignen sich flache oder rechteckige Teile für zwei oder vier gerichtete Lichtquellen mit geringem Einfallswinkel. Zudem sind für glänzende Oberflächen Winkel von 10 bis 15 Grad vorteilhaft, während für halbmatte Oberflächen Winkel von 20 bis 25 Grad vorzuziehen sind.
Die Wellenlänge verfeinert das Ergebnis. Weißes Licht eignet sich für kombinierte Geometrie- und Farbmuster. Im Gegensatz dazu erhöht rotes oder Nahes Infrarot den Kontrast bei vielen Kunststoffen und ist unempfindlich gegenüber Umgebungslicht. Darüber hinaus ist blaues Licht bei hellen oder transparenten Kunststoffen von Vorteil. Daher wird das Spektrum an das jeweilige Material angepasst.
Die Zeitsteuerung schließt den Einrichtungsvorgang ab. Da sich die Teile mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 60 Stück pro Minute auf dem Förderband bewegen, wird der Stroboskopbetrieb bevorzugt. Folglich friert ein synchronisierter Impuls die Bewegung ein und filtert Umgebungslicht aus. Darüber hinaus verlängert der Impulsbetrieb die Lebensdauer der LEDs bei langen Produktionsläufen.
Mehrwinkelprüfung und Hintergrundbeleuchtung
Komplexe Bauteile lassen sich nicht aus einem einzigen Blickwinkel prüfen. Daher sind für Steckverbinder, Gehäusekörper und medizinische Komponenten mehrere Kamera-Beleuchtungspaare erforderlich. In der Praxis ermöglichen Mehrwinkel-Prüfstationen eine vollständige 360-Grad-Abdeckung. Darüber hinaus stellt die sequenzielle Auslösung sicher, dass für jedes Bild nur eine Beleuchtungseinheit verwendet wird, wodurch eine Kreuzbeleuchtung verhindert wird.
Transparente Teile profitieren von einem zweiten Modus. Bei durchsichtigen Fläschchen, Linsen und Verpackungen ergänzt die Hintergrundbeleuchtung das Dunkelfeldverfahren. Konkret macht das Dunkelfeldverfahren Oberflächenfehler sichtbar, während die Hintergrundbeleuchtung innere Hohlräume und Verunreinigungen aufdeckt. Folglich können beide Bilder nacheinander an derselben Station aufgenommen werden.
Integration: Umgebungslicht, Befestigung und thermische Stabilität
Die Dunkelfeldmikroskopie beruht auf dem Ausschluss von Streulicht. Daher darf die Deckenbeleuchtung im Labor den dunklen Hintergrund nicht aufhellen. In der Praxis ist ein Verdunkelungsgehäuse die Standardlösung. Alternativ kann ein hochintensives Blitzlicht mit kurzen Belichtungszeiten von etwa 50 bis 200 Mikrosekunden das Umgebungslicht wirksam unterdrücken.
Auch die Position des Werkstücks spielt eine Rolle. Da die Dunkelfeldbeleuchtung winkelabhängig ist, führt bereits eine Höhenänderung von 2 bis 3 mm zu einer Verschiebung des Kontrasts. Daher sorgen Nester, Anschläge oder Vakuumhalterungen dafür, dass jedes Werkstück wiederholgenau positioniert wird. Schließlich gewährleistet die thermische Stabilität die Qualität des Ergebnisses. Die RODER HTTM-Technologie hält die LED-Temperatur konstant, sodass die Lichtverhältnisse über die gesamte Schicht hinweg gleich bleiben.
RODER Vision-Produkte für diese Anwendung.
Die Darkfield-Formteilprüfung basiert auf Low-Angle-Ringen und Richtungsplatten. Daher sind die folgenden vier Baureihen die empfohlenen Modelle. Jedes dieser Modelle bietet eine stabile Stromregelung und robuste Gehäusekörper.
DC2-Serie – Flachwinkel-Ringlichter
Flachwinkel-Ringlicht für die Dunkelfeldbeleuchtung an runden Kappen und zylindrischen Gehäusekörpern. Dadurch werden alle Kanten unabhängig von ihrer Ausrichtung beleuchtet; es stehen Optionen für mehrere Wellenlängen sowie Blitzlicht zur Verfügung.
Serie DC6 — Hochdichte Ringbeleuchtungen
Ring mit hoher Dichte für eine gleichmäßige Dunkelfeldabdeckung mit HTTM©-Wärmemanagement. Daher eignet er sich für kleine bis mittelgroße Kunststoffbauteile in der 24/7-Produktion.
DL5-Serie – Hochintensitäts-LED-Panels
Hohe Spitzenintensität im Stroboskopmodus für gerichtetes Dunkelfeld bei geringem Einfallswinkel. Daher eignet es sich für flache Kunststoffplatten und Abdeckungen bei der Hochgeschwindigkeits-Inline-Prüfung.
DL1-Serie – LED-Beleuchtungseinheiten
Vielseitige LED-Leiste für die direkte und schräge Ausleuchtung von Kunststoffbauteilen. Darüber hinaus decken ein breiter Formatbereich und verschiedene Wellenlängen die Prüfung von Farbe und Oberfläche ab.
Für transparente Bauteile bietet RODER zudem LED-Beleuchtungseinheiten zur Prüfung innerer Hohlräume sowie LED-Treiber und Steuerungen für die Stroboskop-Synchronisation an. Über die Katalogoptionen hinaus bietet RODER Vision technische Unterstützung bei der OEM-Integration. In der Praxis verwandelt die richtige Flachwinkelgeometrie einen unsichtbaren Kurzschuss in eine klare, helle Kante. Legen Sie daher zunächst das Bauteil und die Oberflächenbeschaffenheit fest und wählen Sie anschließend die passende Beleuchtungseinheit aus.
Häufig gestellte Fragen
Ein „Short Shot“ tritt auf, wenn sich der Hohlraum nicht vollständig füllt, bevor der Kunststoff aushärtet. Daher weist das Bauteil Geometriefehler auf, wie beispielsweise unvollständige Stege oder fehlende Vorsprünge. Per Definition handelt es sich dabei um ein nicht konformes Bauteil.
Bei der Dunkelfeldbeleuchtung wird die LED in einem flachen Einfallswinkel ausgerichtet. Dadurch erscheinen glatte Bereiche dunkel, während Unebenheiten das Licht zur Kamera hin streuen. Infolgedessen heben sich Kanten, Hohlräume und fehlende Geometrie hell von einem dunklen Hintergrund ab.
Der Winkel hängt von der Oberflächenbeschaffenheit ab. Bei glänzenden Oberflächen sollten Sie einen Winkel von 10 bis 15 Grad wählen, um eine möglichst dunkle Hintergrundfarbe zu erzielen. Bei seidenmatten Oberflächen erzielen Sie oft bessere Ergebnisse mit einem Winkel von 15 bis 25 Grad. Ein Ringlicht sorgt für eine Rundumausleuchtung.
Die beste Lösung ist ein Gehäuse um die Station herum. Andernfalls verwenden Sie ein hochintensives Blitzlicht mit kurzen Belichtungszeiten von etwa 50 bis 200 Mikrosekunden. Auf diese Weise dominiert das kontrollierte Licht, und der Kontrast bleibt stabil.
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