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1. WO2008009147 - détermination de la température de surface d'un corps à refroidir

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[ DE ]

BESTIMMUNG EINER OBERFLACHENTEMPERATUR EINES ABKÜHLENDEN KORPERS

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Oberflächentemperatur einer Aussenseite eines abkühlenden Körpers nach Abschluss des Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahrens mit welchem der Körper hergestellt oder bearbeitet wur- de. Hierzu wird die Temperatur mit mindestens einem Temperaturmessgerät zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten an mindestens einem Oberflächenpunkt der Aussenseite des Körpers gemessen. Basierend auf den zu den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten an mindestens einem Oberflächenpunkt der Aus- senseite des Körpers gemessenen Temperaturen wird mindestens eine Temperatur-Zeit-Funktion mittels Regressionsanalyse berechnet.

Im Stand der Technik wird in EP1342550 Al auch ein Temperaturbe- stimmungsverfahren offenbart. Dieses Dokument beschreibt ein

Verfahren zur Bestimmung der Temperatur der inneren und äusseren Oberfläche sowie der Wandungen einer abkühlenden Vorform, d.h. die Temperatur über die Dicke der Vorform. Hierzu wird mit einer Infrarotkamera, nachdem die Vorform eine Erhitzungsstation ver- lassen hat und bevor diese in ein Blasformwerkzeug eingelegt wird, die äussere Oberflächentemperatur der Vorform mindestens zwei Mal während deren Abkühlphase gemessen. Die Temperaturmess- werte werden dann gegenüber der Zeit aufgetragen und, basierend auf einer vorgegebenen Funktion, mittels Regressionsanalyse eine Temperatur-Zeit-Funktion ermittelt. Unter Anwendung einer weiteren Funktion sowie Daten der Temperatur-Zeit-Funktion wird dann die Temperatur über die Dicke der abkühlenden Vorform unmittel- bar vor deren Eintritt in das Blasformwerkzeug berechnet. Durch die Kenntnis der Temperatur über die Dicke kann der nachfolgende Blasformprozess bzw. die Qualität des aus diesem Blasformprozess resultierenden Endproduktes optimiert werden.

Nachteilig beim Verfahren gemäss EP1342550 Al ist, dass dieses ausschliesslich die Bestimmung von Temperaturen bei einem Zwischenprodukt ermöglicht, um, basierend auf diesen, einen nachfolgenden das Zwischenprodukt verarbeitenden Schritt besser zu regeln. Diese Lehre erlaubt deshalb grundsätzlich nicht die Verbesserung eines Herstellungsverfahrensschrittes oder Bearbeitungsverfahrensschrittes aufgrund von Temperaturdaten, welche am aus einem solchen Verfahrensschritt resultierenden Produkt gemessen werden. Daher sind insbesondere keine Herstellungsverfah-ren, wie beispielsweise der Spritzgussprozess, optimierbar. Zudem ist das Verfahren auf die Bestimmung von Temperaturen über die Dicke von Zwischenprodukten beschränkt, aufgrund welcher der nachfolgende Verarbeitungsschritt, mittels welchem das Zwischenprodukt weiterverarbeitet wird, optimiert wird. Die in EP1342550 Al beschriebene Bestimmung der Temperatur über die Dicke eines Körpers ist sehr aufwändig.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Temperatur eines Körpers bereit- zustellen, welches erlaubt, das Herstellungsverfahren oder Bearbeitungsverfahren, insbesondere den Herstellungsverfahrensschritt oder Bearbeitungsverfahrensschritt, aus welchem der Körper resultiert, zu optimieren. Zudem soll das Verfahren auf einfache Art und Weise Temperaturen bestimmen, basierend auf wel- chen ein solches Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahren optimierbar ist.

Die Aufgabe wird beim gattungsgemässen Verfahren dadurch gelöst, dass mindestens eine Oberflächentemperatur zu mindestens einem Zeitpunkt xn, welcher vor den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten liegt unter Anwendung der mindestens einen Tempera-tur-Zeit-Funktion bestimmt wird, wobei die bestimmte mindestens eine Oberflächentemperatur zum mindestens einen Zeitpunkt xn zur Optimierung eines Verfahrens mit welchem der Körper hergestellt oder bearbeitet wurde geeignet ist .

Das erfindungsgemässe Verfahren betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens einer Oberflächentemperatur einer Aussensei-te eines abkühlenden Körpers. Der Begriff "Aussenseite eines Körpers" definiert die Seite eines Körpers, deren Oberflächentemperatur mit einem Temperaturmessgerät gemessen werden kann. Beispielsweise ist dies bei einem Berührungsthermometer diejenige Seite, welche vom Thermometer berührbar ist. Im Falle einer Infrarotkamera bzw. Thermobildkamera ist die Aussenseite des Körpers die Seite, welche in das Sichtfeld der Kamera zu liegen kommen kann. Unter dem Begriff "Abkühlen" ist zu verstehen, dass sich die Oberflächentemperatur des Körpers der Umgebungstemperatur des Körpers anpasst, wobei die Umgebungstemperatur kleiner ist als die Oberflächentemperatur des Körpers.

In einem ersten Schritt wird verfahrensgemäss die Temperatur mit mindestens einem Temperaturmessgerät zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten an mindestens einem Oberflächenpunkt der Aussenseite des Körpers nach Abschluss des Herstellungsverfahrens oder Bearbeitungsverfahrens, mittels welchem der Körper hergestellt oder bearbeitet wurde, gemessen. Normalerweise wird die Temperaturmessung mit einem Temperaturmessgerät durchgeführt. Falls aber die Kenntnis der Temperatur an Körperstellen zu einem bestimmten Zeitpunkt notwendig sind, welche mit einem einzigen Temperaturmessgerät nicht messbar sind, so müssen dem Fall entsprechend mehrere Temperaturmessgeräte eingesetzt werden. Vorzugsweise ist der Körper, an welchem die Oberflächentem-peratur erfindungsgemäss gemessen wird, ein Kunststoffteil . Die Durchführung der Temperaturmessung an beispielsweise zwei unterschiedlichen Oberflächenpunkten PO, Pl eines abkühlenden Körpers und an drei unterschiedlichen Zeitpunkten t3, t4, t5 führt zum Beispiel zu folgenden Temperaturmesswerten T:
T3 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt PO
T4 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt PO
T5 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt PO
T6 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt Pl
T7 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt Pl
T8 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt Pl
wobei folgendes gilt :
t3<t4<t5 mit t in Sekunden [s]
T3>T4>T5, T6>T7>T8 mit T in Grad Celsius [0C]

Die gemessenen Temperaturmesswerte werden dann in Beziehung zur Zeit gesetzt, indem mindestens eine Temperatur-Zeit-Funktion mittels Regressionsanalyse berechnet wird. Die Temperatur-Zeit- Funktion ist eine Regressionsfunktion der folgenden Form: T = f(t) oder t = f(T), wobei beispielsweise folgendes gilt: T = Temperatur in Grad Celsius [0C] und t = Zeit in Sekunden [s] .

Die Temperaturen können z.B. auch in Kelvin und die Zeit in Minuten usw. ausgedrückt werden. Unter dem Begriff "Regressionsanalyse" wird ein statistisches Verfahren zur Analyse von Daten verstanden und geht von der Aufgabenstellung aus, einseitige statistische Abhängigkeiten durch eine Regressionsfunktion zu beschreiben. Als Regressionsfunktionen können beispielsweise Ii- neare Funktionen, quadratische Funktionen und Exponentialfunktionen oder auch Polynomfunktionen verwendet werden. Die Inbezug-setzung der Temperaturmesswerte gegenüber der Zeit kann auch erfolgen, indem zuerst die Messwerte gegenüber der Zeit aufgetra-gen werden. Dies geschieht z.B. dadurch, dass bei einem Diagramm die x-Achse als Zeitachse und die y-Achse als Temperaturachse oder umgekehrt definiert wird. Basierend auf dem obigen Beispiel werden sodann in ein solches Temperatur-Zeit-Diagramm, bei welchem die x-Achse die Zeit und die y-Achse die Temperatur reprä-sentiert, folgende Temperatur-Zeit-Kombinationen eingetragen: (T3/t3), (T4,t4), (T5,t5), (T6/t3) , (T7,t4), (T8,t5). In einem nächsten Schritt wird dann der Temperaturverlauf gegenüber der Zeit der in das Diagramm eingetragenen Temperaturen mit mindestens einer Temperatur-Zeit-Funktion beschrieben, bzw. die gemes-senen Temperaturen T mit den Zeitdaten t, an welchen diese Temperaturen T gemessen wurden, in Beziehung gesetzt. Zur Berechnung der Temperatur-Zeit-Funktion wird die Regressionsanalyse herangezogen.

Vorzugsweise werden beim erfindungsgemässen Verfahren die beiden folgenden Regressionsanalysen durchgeführt, wobei bevorzugt die Berechnung gemäss Möglichkeit 2 angewandt wird:
Möglichkeit 1 :
Es wird eine einzige Temperatur-Zeit-Funktion bzw. Abkühlkurve des Körpers basierend auf einem Teil oder sämtlichen gemessenen Oberflächentemperaturen berechnet. Beim obigen Beispiel werden, bei Berücksichtigung sämtlicher Temperaturmesswerte, folgende Temperaturen bei Berechnung der Temperatur-Zeit-Funktion verwendet:
T3 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt PO
T4 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt PO
T5 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt PO T6 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt Pl
T7 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt Pl
T8 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt Pl
Möglichkeit 2:
Falls mindestens an zwei Oberflächenpunkten die Temperaturen gemessen werden, so werden mindestens zwei Temperatur-Zeit-Funktionen berechnet. Dies bedeutet, dass für jeden einzelnen Oberflächenpunkt eine Temperatur-Zeit-Funktion, basierend auf einem Teil oder sämtlichen Temperaturmesswerten, bestimmt wird. Im Zusammenhang mit dem obigen Beispiel führt dies zu zwei Temperatur-Zeit-Funktionen, welche, bei Berücksichtigung sämtlicher Temperaturmesswerte, auf folgenden Messwerten gründen:
Temperatur-Zeit-Funktion bzw. Abkühlkurve für Oberflächenpunkt PO:
T3 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt PO
T4 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt PO
T5 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt PO
Temperatur-Zeit-Funktion bzw. Abkühlkurve für Oberflächenpunkt Pl:
T6 zum Zeitpunkt t3 am Oberflächenpunkt Pl
T7 zum Zeitpunkt t4 am Oberflächenpunkt Pl
T8 zum Zeitpunkt t5 am Oberflächenpunkt Pl

Nach der Berechnung der mindestens einen Temperatur-Zeit- Funktion wird mindestens eine Oberflächentemperatur an mindestens einem Zeitpunkt xn, welcher vor den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten liegt, unter Verwendung der mindestens einen Temperatur-Zeit-Funktion bestimmt. Bei den obigen Beispielen wird demzufolge mindestens eine Oberflächentemperatur zu mindestens einem Zeitpunkt x2, xl, xθ (xn mit n=2,l,0) usw. berechnet, welcher vor dem Zeitpunkt t3 liegt.

Es wurde beobachtet, dass die Kenntnis der Oberflächentemperatur eines Körpers zum Zeitpunkt des Verlassene einer Herstellungsoder Bearbeitungsvorrichtung, aber auch die Kenntnis der Körperoberflächentemperatur innerhalb eines bestimmten Zeitraums nach Verlassen der Vorrichtung, zur Optimierung des Herstellungsbzw. Bearbeitungsverfahrens, insbesondere des Herstellungs- bzw. Bearbeitungsverfahrensschrittes, aus welchem der Körper resultiert, herangezogen werden kann. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die Temperatur des Körpers nicht zwingend zum Zeitpunkt des Verlassens der Vorrichtung, bzw. an einem gewünschten Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums nach Verlassen der Vorrichtung, gemessen werden muss. Zur Bestimmung einer Optimierungstemperatur ist es ausreichend, wenn, gemäss dem erfindungs-gemässen Verfahren, nach dem Zeitpunkt, an welchem der Körper die Vorrichtung verlässt oder nach einem gewünschten Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums nachdem der Körper die Vorrichtung verlassen hat, die Temperaturen des abkühlenden Körpers gemessen werden. Bei jeder Temperaturmessung wird zusätzlich festgehalten, wieviel Zeit verstrichen ist seitdem der Körper die Vor- richtung verlassen hat. Diese Temperatur- und Zeitdaten werden dann zueinander in Beziehung gesetzt durch Berechnung einer Temperatur-Zeit-Funktion mittels Regressionsanalyse. Die Temperatur (en) des Körpers für die Verfahrensoptimierung zum Zeitpunkt xn, d.h. beim Verlassen der Herstellungs- oder Bearbeitungsvor- richtung bzw. in einem Zeitraum nach Verlassen der Herstellungsoder Bearbeitungsvorrichtung kann/können anschliessend, durch Extrapolation der berechneten Temperatur-Zeit-Funktion (en) in die Vergangenheit bzw. auf den gewünschten Zeitpunkt xn vor Beginn der Temperaturmessungen, bestimmt werden. Eine Temperatur zum Zeitpunkt xn innerhalb eines Zeitraums nachdem der Körper die Herstellungs- oder Bearbeitungsvorrichtung verlassen hat ist beispielsweise zur Verfahrensoptimierung verwendbar, wenn der Körper langsam abkühlt und somit die Körpertemperatur während einer gewissen Zeit noch ungefähr der ursprünglichen Körpertemperatur beim Verlassen der Vorrichtung entspricht. Ob ein solcher Fall vorliegt kann der Fachmann anhand des Verlaufs der Temperaturmessungen über die Zeit, welche zur Berechnung der Temperatur-Zeit-Funktion herangezogen werden, leicht feststellen. Die Abkühlgeschwindigkeit eines Körpers hängt unter anderem vom Material des Körpers, dessen Oberfläche, der Umgebungstemperatur des Körpers usw. ab. Bevorzugt wird/werden durch Extrapo-lation der Temperatur-Zeit-Funktion(en) aber die mindestens eine Oberflächentemperatur des Körpers beim Verlassen der Herstel-lungs- oder Bearbeitungsvorrichtung bzw. nach Abschluss des Herstellungs- oder Bearbeitungsverfahrens, bestimmt, da diese Temperaturangabe (n) die beste Grundlage für eine Verfahrensopti-mierung bietet/bieten. Der mindestens eine Zeitpunkt xn ist somit der Zeitpunkt an welchem der Körper die Herstellungs- oder Bearbeitungsvorrichtung verläset. Das Herstellungsverfahren ist beispielsweise ein Spritzguss-, Tiefzieh- oder Extrusionsverfah- ren. Das Bearbeitungsverfahren ist z.B. ein Schweissverfahren.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die mindestens eine Oberflächentemperatur an mindestens einem Zeitpunkt xn, welcher vor den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten liegt, mit einer Anzeige, wie beispielsweise einem LCD-Display des Tempera- turmessgerätes oder einem Computermonitor, dargestellt.

Bevorzugt resultiert der Körper, an welchem die mindestens eine Oberflächentemperatur zu bestimmen ist, aus einem Herstellungsverfahren, insbesondere einem Spritzgussverfahren. Grundsätzlich kann das erfindungsgemässe Verfahren auf jeden abkühlenden Körper angewendet werden, unabhängig davon wie dieser hergestellt oder bearbeitet wurde.

Durch die Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens bei einem abkühlenden Spritzgussteil ist ein Spritzgussverfahren unter anderem wie folgt optimierbar: Das spritzgegossene Teil kann grundsätzlich erst dann aus dem Werkzeug entformt werden, wenn dieses genügend abgekühlt hat, bzw. die Temperatur des Teils unter der Schmelztemperatur des Materials liegt, aus welchem das Teil besteht, um so einen ungewünscht hohen Teileverzug bei dessen Entformung aus der Spritzgussmaschine zu vermeiden. Wird das Teil sicherheitshalber noch während einer grossen Zeitspanne im Werkzeug belassen, um den genannten Verzug zu verhindern, so wird die Zykluszeit des Spritzgussprozesses unnötigerweise erhöht und die Wirtschaftlichkeit des Prozesses gesenkt. Das er-findungsgemässe Verfahren ermöglicht nun die Bestimmung der O-berflächentemperatur des spritzgegossenen Teils zum Entformungs- zeitpunkt aus dem Werkzeug. Durch die Kenntnis dieser Temperatur können die Parameter des Spritzgussverfahrens derart gewählt bzw. optimiert werden, dass die Entformung zum Zeitpunkt stattfindet, an welchem die Temperatur des Spritzgussteils genügend unterhalb der Schmelztemperatur des Materials liegt aus welchem der Körper besteht. Die Temperatur-Zeit-Punktion, mit welcher die Abkühlkurve an mindestens einem Oberflächenpunkt eines mittels Spritzguss hergestellten Teils beschreibbar ist, lautet beispielsweise wie folgt: y(x)=ax6 + bx5 + ex4 + dx3 + ex2 + fx + g, wobei folgendes gilt:
a,b, c,d,e,f,g=reelle Zahlen
y=Temperatur in Grad Celsius [0 C] und x=Zeit in Sekunden [s] o- der alternativ
y=Zeit in Sekunden [s] und x=Temperatur in Grad Celsius [ 0C]

Bevorzugt wird die Messung der Temperatur zu mindestens 20 unterschiedlichen Zeitpunkten, bevorzugter zu mindestens 100 Zeit- punkten durchgeführt. Je genauer die gewünschte Temperatur xn bzw. gewünschten Temperaturen xn zu bestimmen ist/sind, desto mehr Temperaturmessungen müssen durchgeführt werden. Typischerweise vergehen bis zu einer ersten Temperaturmessung mindestens 5-60 Sekunden [s] nach der Herstellung oder Bearbeitung des Körpers bzw. Auswerfen des Körpers aus der Maschine. Bei einem durch Spritzguss hergestellten Teil beziehen sich die im vorherigen Satz gemachten zeitlichen Angaben bevorzugt auf den Ent-formungszeitpunkt des Teils aus dem Spritzgusswerkzeug. Des wei-teren wird die Messung der Temperatur vorzugsweise innerhalb von mindestens 600 Sekunden [s] , bevorzugter 3000 Sekunden [s] , durchgeführt. Die Berücksichtigung der in diesem Absatz genannten Parameter bei der Temperaturmessung ermöglicht eine effiziente und genaue Bestimmung der gewünschten, zeitlich vor den gemessenen Oberflächentemperaturen eines Körpers, insbesondere eines durch Spritzguss hergestellten Körpers, liegenden für die Verfahrensoptimierung dienenden Körperoberflächentemperaturen.

Bevorzugt ist die Messung der Temperatur an mindestens einem Oberflächenpunkt an mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten eine Messung der Temperaturverteilung mindestens einer Teilfläche, bevorzugter der Gesamtfläche, der Oberfläche der Aussen- seite eines Körpers . Zur Temperaturmessung wird ein Körper vorzugsweise auf eine Oberfläche gelegt, wobei die Temperaturver- teilung mindestens einer Teilfläche, bevorzugt der Gesamtfläche, der von oben und/oder seitlich sichtbaren Oberfläche der Aussen- seite des Körpers gemessen wird.

Zur Berechnung der Temperatur-Zeit-Funktion werden vorzugsweise die tiefsten 20% und die höchsten 20% der gesamten Temperaturmesswerte, bevorzugter sämtliche Temperaturmesswerte verwendet. Im Gegensatz zu einzelnen punktförmigen Messungen ergibt eine flächige Temperaturmessung mehr Messwerte und entsprechend auch eine genauere Bestimmung der Temperatur-Zeit-Funktion und somit der gewünschten Temperatur zum Zeitpunkt xn.

Vorzugsweise arbeitet das Temperaturmessgerät berührungslos um eine Deformation des Körpers zu vermeiden. Das Temperaturmessgerät ist dann bevorzugt ein Pyrometer, bevorzugter eine Infrarot-kamera.

Im Falle einer Infrarotkamera misst diese bevorzugt die Temperaturverteilung mindestens einer Teilfläche, bevorzugter der Gesamtfläche, einer im Sichtfeld der Infrarotkamera liegenden Oberfläche der Aussenseite eines Körpers an mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung erzeugt die Infrarotkamera unter Verwendung der gemessenen mindestens einen Temperaturverteilung ein temperaturabhängiges Bild des Körpers zu mindestens einem gewünschten Zeitpunkt xn. Unter einem temperatur-abhängigen Bild ist ein Bild des Körpers zu verstehen, welches zusätzlich die Temperaturverteilung auf der Körperoberfläche zeigt, d.h. an welchem Oberflächenpunkt welche Temperatur herrscht. Zur Bestimmung eines solchen Bildes müssen die Temperatur-Zeit-Funktionen gemäss der oben beschriebenen Möglichkeit 2 berechnet werden. Diese erlaubt die Bestimmung des Oberflä- chentemperaturverlaufs an den einzelnen abkühlenden Oberflächenpunkten, welche die obige mindestens eine Teilfläche bzw. Gesamtfläche der Aussenseite des Körpers bilden, die im Sichtfeld der Infrarotkamera liegt.

Falls Temperaturmessungen bei einzelnen, unterschiedlichen Oberflächenpunkten gewünscht sind, so können, alternativ zu einer Thermobildkamera oder einem Pyrometer, auch Temperaturmessgeräte, welche die Oberfläche des Körpers punktuell berühren, wie beispielsweise ein Berührungsthermometer, verwendet werden.

Die Erfindung betrifft zudem ein Temperaturmessgerät welches Mittel aufweist zur Durchführung des oben beschriebenen, erfin-dungsgemässen Verfahrens . Das Temperaturmessgerät umfasst eine Auswerteinheit in welche ein Algorithmus zur Bestimmung mindestens einer Oberflächentemperatur an mindestens einem oberflä-chenpunkt einer Aussenseite eines Körpers zu mindestens einem

Zeitpunkt xn implementiert ist. Die mindestens eine Oberflächentemperatur zum mindestens einem Zeitpunkt xn ist dazu geeignet, ein Verfahren, mit welchem der Körper hergestellt oder bearbeitet wurde, zu optimieren. Der Algorithmus verarbeitet an mindes-tens einem Oberflächenpunkt einer Aussenseite eines Körpers zu mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gemessene Temperatur, welche bevorzugt vom Temperaturmessgerät selbst ermittelt wurde, als Eingangsdaten und berechnet basierend auf diesen Zeitpunkten und an diesen Zeitpunkten gemessenen Temperaturen mindestens eine Temperatur-Zeit-Funktion mittels Regressionsanalyse z.B. wie im Zusammenhang mit dem erfindungsgemässen Verfahren beschrieben. Anschliessend bestimmt der Algorithmus die O- berflächentemperatur zum mindestens einen Zeitpunkt xn, welcher vor den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten liegt un- ter Verwendung der mindestens einen Temperatur-Zeit-Funktion, indem beispielsweise der Zeitpunkt xn in die Temperatur-Zeit- Funktion eingesetzt wird.

Bevorzugt weist das Temperaturmessgerät Mittel zur Anzeige der mindestens einen Oberflächentemperatur des Körpers zum mindestens einen Zeitpunkt xn auf wie beispielsweise ein LCD-Display.

Gemäss einer Weiterbildung der Erfindung weist das Temperaturmessgerät Mittel zur Zeitmessung auf . Diese sind mindestens dazu geeignet, die Zeitspanne zwischen dem Zeitpunkt einer Temperaturmessung und dem Zeitpunkt, an welchem der Körper die Herstel-lungs- oder Bearbeitungsvorrichtung verlassen hat, zu bestimmen. Hierzu ist ausreichend, wenn das Temperaturmessgerät die Funktionen einer konventionellen Stoppuhr aufweist. Die Zeitmessvorrichtung muss nicht zwingend im Temperaturmessgerät integriert sein. Die oben genannte Zeit kann beispielsweise auch von Hand mit einer vom Temperaturmessgerät separaten Stoppuhr gemessen werden.

Die Erfindung betrifft ausserdem ein Computerprogramm sowie einen Computer und ein Speichermedium auf welchen jeweils physika- lisch dieses Computerprogramm gespeichert ist. Das genannte Computerprogramm weist einen von einem Computer ausführbaren Algorithmus zur Berechnung mindestens einer Oberflächentemperatur zu mindestens einem Zeitpunkt xn auf . Der Algorithmus verarbeitet an mindestens einem Oberflächenpunkt einer Aussenseite eines Körpers an mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten gemessene Temperatur als Eingangsdaten, indem der Algorithmus basierend auf diesen Zeitpunktdaten sowie den an diesen Zeitpunkten gemessenen Temperaturen mindestens eine Temperatur-Zeit-Funktion mittels Regressionsanalyse berechnet sowie die Oberflächentempe- ratur zum mindestens einen Zeitpunkt xn, welcher vor den mindestens zwei unterschiedlichen Zeitpunkten liegt, unter Verwendung der mindestens einen Temperatur-Zeit-Funktion bestimmt. Die mindestens eine Oberflächentemperatur zum mindestens einem Zeitpunkt xn ist dazu geeignet, ein Verfahren, mit welchem der Kör- per hergestellt oder bearbeitet wurde, zu optimieren. Das Computerprogramm ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass Tempera- tumessgeräte, insbesondere Infrarotkameras, mit diesem ausges- tattet werden können, so dass das erfindungsgemässe Verfahren unter Verwendung eines solchen, erfindungsgemässen Temperaturmessgerätes durchgeführt werden kann.

Alternativ zur Auswertung der gemessenen Oberflächentemperaturen mit dem erfindungsgemässen Temperaturmessgerät, können die Temperaturmesswerte zur Auswertungszwecken auch auf einen Computer mit dem obigen, erfindungsgemässen Computerprogramm übertragen werden.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig.l schematisch eine Spritzgussmaschine sowie die Oberflachen- temperaturmessung am hergestellten, abkühlenden Spritzgussteil mit einer Infrarotkamera,

Fig.2 schematisch die in Figur 1 dargestellte Infrarotkamera in vergrösserter Darstellung, deren Sichtfeld auf eine Seitenfläche des ebenfalls in vergrösserter Darstellung dargestellten Körpers gemäss Figur 1 gerichtet ist,

Fig.3, 4 und 5 jeweils eine Temperatur-Zeit-Tabelle mit den mit einer Infrarotkamera über die Zeit an einem Oberflächenpunkt eines abkühlenden Spritzgussteils gemessenen Oberflächentemperaturen,

Fig.6, 7 und 8 je eine Darstellung einer Regressionslinie bzw. Temperatur-Zeit-Funktion (Regressionsfunktion) für einen Oberflächenpunkt in einem Temperatur-Zeit-Diagramm, wobei die Tempe- ratur-Zeit-Funktion je Oberflächenpunkt basierend auf den entsprechenden Werten der Temperatur-Zeit-Tabellen gemäss den Figuren 3 , 4 oder 5 berechnet wurde,

Fig.9, 10 und 11 die Temperatur-Zeit-Diagramme gemäss den Figuren 6, 7 und 8, wobei die Regressionslinien auf den Nullpunkt bzw. auf den Ξntformungszeitpunkt des Spritzgussteils extrapoliert sind und

Fig. 12 eine tabellarische Zusammenstellung der Oberflächentemperatur an den Oberflächenpunkten gemäss den Figuren 9, 10 und 11 zum Zeitpunkt xn, welcher der Entformungszeitpunkt des
Spritzgussteils aus der Spritzgussmaschine bzw. der Nullpunkt der Temperatur-Zeit-Diagramme gemäss den Figuren 6, 7, 8, 9,10 und 11 ist.

Bezugszeichen 1 von Figur 1 bezeichnet eine Spritzgussmaschine, mittels welcher ein Körper 2, vorzugsweise aus Kunststoff, hergestellt wird. Der Körper 2 verlässt zu einem Zeitpunkt Null die Spritzgussmaschine 1. Zu diesem Zeitpunkt wird eine in einer Infrarotkamera 3 integrierte Zeitmessvorrichtung 4 gestartet. Beim Verlassen der Maschine 1 fällt das Spritzgussteil 2 beispielsweise auf ein Fliessband 5, wird auf dem Fliessband 5 abkühlen gelassen, und dann von Hand oder beispielsweise mit einer Zange oder einem Roboterarm auf eine Oberfläche 6, beispielsweise eines Tisches 7, gelegt. Danach wird mit der Infrarotkamera 3 die Temperaturverteilung einer im Sichtfeld 8 der Kamera 3 liegenden Teilfläche 9 des abkühlenden Körpers 2 an mindestens zwei Zeitpunkten gemessen und von der Kamera 3 gespeichert. Gleich- zeitig misst die Infrarotkamera 3 die Zeitspanne zwischen dem genannten Zeitpunkt Null und den Zeitpunkten der Temperaturmessungen und speichert diese. Die Infrarotkamera 3 ist bei der Temperaturmessung z.B. an einem Stativ befestigt oder wird von einer Person gehalten (nicht dargestellt) .

Die Infrarotkamera 3 gemäss Figur 1 ist schematisch in Figur 2 dargestellt und weist dieselben Funktionen wie Infrarotkameras des Standes der Technik auf . Dieser Kameratyp ist dem Fachmann bekannt, wird aber beispielhaft anhand von Figur 2 noch kurz diskutiert. Die Infrarotkamera 3 weist mindestens eine Linse 10 auf, welche auf die Linse 10 auftreffende Strahlung der Seiten-fläche 11 des Körpers 2, dessen Oberflächentemperaturverteilung beispielsweise zu ermitteln ist, auf einen Detektor 12 fokus-siert. Der Detektor 12 ist normalerweise eine Matrix von Detektorelementen 13, wobei jedes Element 13 Strahlung von einer entsprechenden Fläche des Körpers 2 abbildet . Vom Detektor 12 wer-den die Signale in eine Signalverarbeitungseinheit 14 zu Signalbearbeitung eingespeist. Das in der Signalverarbeitungseinheit 14 gespeicherte Bild des Körpers 2 wird dann an eine Anzeigeeinheit 15 der Infrarotkamera 3 weitergeleitet, welche ein herkömmliches Infrarotbild der im Sichtfeld 8 liegenden Teilfläche der Seitenfläche 11 des Körpers 2 erzeugt. Bezugszeichen 19 bezeichnet eine Auswerteeinheit .

Die mit einer Infrarotkamera gemessenen Oberflächentemperaturen zu unterschiedlichen Zeitpunkten an drei unterschiedlichen Ober- flächenpunkten eines abkühlenden Spritzgussteils 2 sind tabellarisch in den Figuren 3, 4 und 5 dargestellt. Zur Temperaturmessung wurde eine Infrarotkamera A40 mit der Auswertesoftware ThermaCAM Researcher™ von FLIR Systems GmbH, 60437 Frankfurt am Main, Deutschland, verwendet. Das Spritzgussteil 2 bzw. der Kör- per an welchem die Temperaturmessungen vorgenommen wurden besteht aus Polypropylen, ist für den Motorraum eines Automobils vorgesehen und wurde mit einer Spritzgussmaschine des Typs 650 der Firma Krauss-Maffei Kunststofftechnik GmbH, Krauss-Maffei-Strasse 2, 80997 München, Deutschland hergestellt. Für die Spritzgussherstellung des Automobilteils wurden folgende Parameter gewählt: Werkzeugtemperatur: 400C, Schmelztemperatur: 2400C, Zykluszeit: 50s. Die Infrarotkamera wies die Einstellung auf, dass innerhalb des Temperaturbereichs 0-5000C gemessen wird. Figur 3 führt tabellarisch über die Zeit an einem Oberflächenpunkt 1 des Körpers mit der Infrarotkamera gemessenen Temperaturen auf. Hierzu weist die Tabelle die Spalten 1, 2 und 3 auf, wobei jede dieser Spalten wiederum in eine linke und eine rechte Spalte aufgetrennt ist. Die linke Spalte enthält die Zeitpunkte nach der Entformung des Körpers aus der Spritzgussmaschine 1, an welchen die Oberflächentemperatur gemessen wurden. In der rechten Spalte sind an den jeweiligen Zeitpunkten gemessenen Oberflä-chentemperaturen eingetragen. Dies bedeutet beispielsweise, dass die erste Temperaturmessung 40 Sekunden nach der Entformung des Teils aus der Spritzgussmaschine stattfand, wobei zu diesem Zeitpunkt eine Oberflächentemperatur von 313.666 Kelvin gemessen wurde. Zum "Zeitpunkt" 290 Sekunden wurde eine Oberflächentempe- ratur von 309.852 Kelvin und zum "Zeitpunkt" 540 Sekunden eine Oberflächentemperatur von 307.71 Kelvin gemessen. Die Figuren 4 und 5 sind, wie im Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben, zu lesen.

Die Daten gemäss den Figuren 3, 4 und 5 wurden dann von der Infrarotkamera auf einen Computer transferiert und in das Programm "Microsoft Excel 2000" von Microsoft Corporation, Redmond, WA 98052-6399, UNITED STATES hineinkopiert. Die nun folgenden Schritte wurden mit den Temperatur-Zeit-Daten jedes einzelnen Oberflächenpunktes durchgeführt:
1. Formatierung der Zeitangaben in Sekunden sowie Formatie- rung der Temperaturen in Grad Kelvin und anschliessend schwarze Markierung der formatierten Daten
2. Anklicken des Diagramm-Assistenten
3. Anwählen des Diagrammtyps "Punkt (XY) " und anschliessend Anwählen des Diagrammuntertyps "Punkte mit interpolierten Linien"
4. Anklicken der Taste "Weiter", wodurch ein Temperatur-Zeit- Diagramm mit einer Temperatur-Zeit-Linie des jeweiligen Oberflächenpunktes angezeigt wird
5. Anklicken der Taste "Weiter" und Definition der Rubrikenachse (X) als Zeitachse und Definition der Rubrikenachse (Y) als Temperaturachse
6. Anklicken der Taste "Fertigstellen", wodurch das Temperatur-Zeit-Diagramm mit der Temperatur-Zeit-Linie des jewei- ligen Oberflächenpunktes auf einem Excel-Datenblatt dargestellt wird
7. Mit dem Cursor die Temperatur-Zeit-Linie berühren, die rechte Maustaste drücken und "Trendlinie hinzufügen" auswählen
8. Auswählen der Regressionsfunktion, mit welcher die Beziehung zwischen den Temperatur- und Zeitmesswerten gemäss den Figuren 3, 4 und 5 je Oberflächenpunkt beschrieben werden soll, durch Anklicken des Feldes "Polynomisch" und Auswählen der "Reihenfolge 6" . Das Auswählen des Feldes "Polynomisch" sowie der "Reihenfolge 6" bedeutet, dass die Beziehung zwischen den Temperatur- und Zeitmesswerten durch eine durch Regressionsanalyse berechnete Polynomfunktion sechsten Grades beschrieben werden soll
9. Anklicken des Knopfes "OK". Hierdurch wird im Temperatur- Zeit-Diagramm eine Regressionslinie abgebildet, wobei die- se Regressionslinie mit der mittels Regressionsanalyse berechneten Regressions- bzw. Temperatur-Zeit-Funktion ge- mäss dem obigen Punkt 8. mathematisch beschreibbar ist 10.Mit dem Cursor die Regressionslinie gemäss Punkt 9. beruh- ren, die rechte Maustaste drücken und "Trendlinie formatieren", dann "Optionen" und anschliessend "Gleichung in Diagramm darstellen" auswählen. Durch diese Schritte wird im obigen Temperatur-Zeit-Diagramm gemäss Punkt 9. die unter Punkt 8. definierte Polynomfunktion abgebildet
Die Regressionslinien 16 (nicht gezackte Kurve) bzw. die Regressionsfunktionen 17, welche basierend auf den Oberflächentempera-tur/Zeit-Daten gemäss den Figuren 3, 4 und 5 und mit der obigen Vorgehensweise gemäss den Punkten 1.-10. berechnet wurden, sind in den Temperatur-Zeit-Diagrammen der Figuren 6, 7 und 8 darge-stellt. Die x-Achse der Diagramme ist die Zeitachse, welche die Zeitpunkte nach der Entformung des Spritzgussteils in der Einheit "Sekunden" angibt, an welchen die Oberflächentemperatur an einem Oberflächenpunkt des Teils gemessen wurde. Der Nullpunkt der x-Achse entspricht demzufolge dem EntformungsZeitpunkt des Teils aus der Spritzgussmaschine. Die y-Achse der Temperatur-Zeit-Diagramme ist die Temperaturachse, welche die Temperaturen in der Einheit "Kelvin" angibt. Wie ersichtlich, entsprechen sämtliche Temperatur-Zeit-Funktionen 17 einer Polynomfunktion folgender allgemeinen Form: y(x)=ax6 + bx5 + ex4 + dx3 + ex2 + fx + g.

Nach Ermittlung der Temperatur-Zeit-Funktionen bzw. Regressionsfunktionen wurde dann basierend auf diesen die Oberflächentemperatur des jeweiligen Oberflächenpunktes des Spritzgussteils zum Zeitpunkt xn, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel der EntformungsZeitpunkt des Teils bzw. Nullpunkt des Temperatur- Zeit-Diagramms ist, durch folgende weiteren Schritte ermittelt: 11.Mit dem Cursor die Regressionslinie 16 gemäss Punkt 9. berühren, die rechte Maustaste drücken, "Trendlinie formatieren" wählen und anschliessend bei "Trend Rückwärts:" die Anzahl der gewünschten "Einheiten" einstellen. Beim Messbeispiel gemäss den Figuren 3, 4 und 5 wurde die erste Temperaturmessung an den drei Oberflächenpunkten 1, 2, 3 40 Sekunden nach der Entformung des Spritzgussteils aus dem Werkzeug durchgeführt. Um die Regressionslinie 16 auf den Nullpunkt der x-Achse des Temperatur-Zeit-Diagramms bzw. den Entformungszeitpunkt xn des Spritzgussteils zu extrapolieren, müssen somit 40 Einheiten gewählt und der Knopf "OK" angeklickt werden. Hierdurch wird im Temperatur-Zeit-Diagramm gemäss Punkt 9. eine auf den Nullpunkt des Diagramms bzw. Entformungszeitpunkt xn extrapolierte Regressionslinie 18 (nicht gezackte Kurve) abgebildet. Solche extrapolierten Regressionslinien 18 sind in den Figuren 9, 10 und 11 für jeden Oberflächenpunkt 1, 2, 3 abgebildet. Die extrapolierten Regressionslinien 18 der Fi- guren 9, 10 und 11 resultieren aus der Extrapolation der Regressionslinie 16 gemäss den Figuren 6 , 7 und 8 auf den Entformungszeitpunkt xn.
12.Die Oberflächentemperatur des Spritzgussteils zum Entformungszeitpunkt xn am jeweiligen Oberflächenpunkt 1, 2 oder 3 entspricht dem Schnittpunkt zwischen der extrapolierten Regressionslinie 18 und der y-Achse des Temperatur-Zeit- Diagramms (vgl. Figuren 9,10 und 11) oder kann durch Einsetzen des Wertes 0 in die in den Figuren 6, 7, 8, 9, 10 und 11 aufgeführten, die Regressionslinien 16, 18 be- schreibenden Regressionsfunktionen 17 berechnet werden.
Die genannten Regressionsfunktionen 17 entsprechen, wie ersichtlich, der folgenden allgemeinen Form: y(x)=ax6 + bx5 + ex4 + dx3 + ex2 + fx + g. Somit entspricht die Temperatur zum EntformungsZeitpunkt xn der Variablen g dieser allgemeinen Funktion. Die jeweiligen, für jeden der Ober- flächenpunkte 1,2 oder 3 berechneten Temperaturwerte zum Entformungszeitpunkt xn sind in der Tabelle gemäss Figur 12 enthalten.
13.Neben den an den drei Oberflächenpunkten 1,2 oder 3 des Automobilteils gemessenen Oberflächentemperaturen (Figuren 3,4 und 5) wurde an den in den Figuren 3, 4 und 5 aufgeführten Zeitpunkten mit der Kamera A40 auch an weiteren ca. 30'0OO Oberflächenpunkten des Automobilteils die Temperatur gemessen. Für jeden dieser Punkte wurde, auf dieselbe Weise, wie im Zusammenhang mit den drei Oberflachen- punkten 1,2,3 gemäss den Figuren 3, 4 und 5 beschrieben

(vgl. obige Punkte 1.-12.), die Oberflächentemperatur zum Entformungszeitpunkt xn berechnet. Anschliessend wurde, unter Verwendung sämtlicher berechneten Oberflächentemperaturen zum Entformungszeitpunkt xn ein temperaturabhängi- ges Bild des Automobilteils zum Entformungszeitpunkt xn generiert. Die Oberflächenpunkte, welche die höchsten Temperaturen auweisen, wurden mit roter Farbe, die Oberflächenpunkte mit mittleren Temperaturen mit gelber und die Oberflächentemperaturen mit den tiefsten Temperaturen mit blauer Farbe gekennzeichnet .