Extrusion 8-2022

händischen Annotation weitgehend deckungsgleich sind. Auffällig ist je- doch, dass die KNN-Vorhersagen deutlich verschwommener sind. Auf der rechten Seite der Abbildung sind der Ellipsenfit und die Zellflächen- segmentierung überlagert auf dem Originalbild für die vom KNN vorhergesagten Karten dargestellt. In dem Beispiel ist zu erkennen, dass die Ellipsen die Form der Schaumzellen größtenteils gut approximieren und die Zellflächen annähernd deckungsgleich mit den realen Flächen sind. Aller- dings wurden nicht alle Zellen korrekt segmentiert. So wurden beispielsweise die in den roten Kreisen markierte und in der Rea- lität vorliegenden zwei aneinandergrenzenden Zellen nicht kor- rekt identifiziert und als eine große Zelle missinterpretiert. Solche „Zellfusionen“ waren speziell bei feineren Schäumen mit unklar ausgeprägten Zellgrenzen häufiger zu beobachten. Für die wei- tere Analyse der Schaummerkmale auf Basis der generierten El- lipsen wurden nur vollständig im Bild liegende Zellen betrachtet. Als wesentliche Schaummerkmale wurden die Zellfläche, die Haupt- und Nebenachsenlängen der Ellipsen, die Exzentrizität sowie die Anisotropie berechnet. Auf Basis dieser errechneten Schaummerkmale wurden im Weiteren für die Konzeption eines simplen Regelansatzes zur Steuerung einer vorgegebenen Schaumqualität weitere Schaumfolien hergestellt, um zunächst die Haupteffekte auf die Schaumstruktur feststellen zu können. In einem vollfaktoriellen Versuchsplan wurden gezielt die Ab- zugsgeschwindigkeit, Folienbreite und Kühlung der Folienblase variiert. Nach der Auswertung der Schaummerkmale mit dem KNN wurden daraufhin die in Tabelle dargestellten und auf einen Bereich zwischen -1 und 1 normierten Haupteffekte iden- tifiziert. Im Rahmen der projektbegleitenden Ausschüsse während der Projektlaufzeit wurde die Form der einzelnen Schaumzellen als kritischer Parameter für viele Schaumeigenschaften identifiziert. Daher wurde die Exzentrizität als Abweichung der Schaumzellen von einem idealen Kreis als Zielgröße für einen Regelungsansatz identifiziert. Mit einem Effektwert von 0,33 können die Schaumzellen über eine Variation der Abzugsgeschwindigkeit am stärksten verändert werden, während der Einfluss einer Än- derung der Folienbreite (-0,13) und des Kühlvolumenstroms (0,12) vergleichbar sind. Auf Basis dieser Wechselwirkungen konnte der in Bild 6 dargestellte Regelungsansatz entwickelt werden. In dem Regelungskonzept wird während der Produktion konti- nuierlich die aktuelle Exzentrizität E Ist über die entwickelte Schaumstrukturanalysekette erfasst und mit der gewünschten Zielexzentrizität E Soll verglichen. Aus der daraus gebildeten Ab- weichung E und einem Abgleich mit zwei Eingriffsgrenzen S 1 und S 2 werden unterschiedliche Anpassungsmaßnahmen er- griffen. Bei einer Differenz der aktuellen Exzentrizität zur Ziel- vorgabe, die den Schwellenwert S 1 übersteigt muss unmittelbar in die Produktion eingegriffen werden. Da die Abzugsge- schwindigkeit mit einem Effektwert von 0,33 den größten Ein- fluss auf die Schaumform hat, wird diese auf Basis der Multiplikation der Abweichung mit einem Faktor F 1 verändert. Eine Variation der Abzugsgeschwindigkeit bedingt jedoch zeit- gleich eine Anpassung der Folienbreite durch die Anlagenbe- diener, da mit höherer Abzugsgeschwindigkeit prozessbedingt die Folienbreite abnimmt und somit auf den Ursprungswert an- gepasst werden muss. Daher wird für kleinere Abweichung un- terhalb des Schwellwertes S 1 lediglich der Kühlvolumenstrom mit dem Effektwert von 0,12 angepasst. Unterhalb des Schwell- wertes S 2 genügt die Schaumstruktur den Qualitätsansprüchen und es findet keine Anpassung der Maschineneinstellungen statt. Da Folienhersteller bei der Schaumblasfolienherstellung in der Praxis bestrebt sind, eine konstante Folienbreite zu erzielen, wird diese in dem entwickelten Regelungsansatz nicht ange- passt. Die vorgeschlagenen Einstellungsanpassungen konnten den Anlagenbedienern zum Projektende entweder qualitativ (vi- suelles Feedback zur Erhöhung oder Erniedrigung der Abzugs- geschwindigkeit oder des Kühlvolumenstroms über ein Display an der Anlage) oder bei Kenntnis der derzeitigen Einstellungen quantitativ (direkte Vorgabe der neuen Maschineneinstellungen) angezeigt werden. In der industriellen Anwendung muss eine Anpassung der Faktoren je nach verwendeter Anlagentechnik und Schaumstruktur in praktischen Versuchen erfolgen. Bild 5: Vergleich der manuellen und automatisierten Zellsegmen- tierung und Polygon-Fit der Zellen für eine Aufnahme Tabelle: Haupteffekte der Maschineneinstellungen auf unterschiedliche Schaum- merkmale Stellgröße Blasfolienprozess Schaummerkmal Abzugsgeschwindigkeit ↑ Folienbreite ↑ Kühlvolumenstrom ↑ Zellfläche [-] 0,16 0,21 0,06 Hauptachsenlänge [-] 0,30 0,05 0,20 Nebenachsenlänge [-] -0,11 0,46 0,15 Exzentrizität [-] 0,33 -0,13 0,12 Distanzkarte Mittelpunktkarte Annotation Ellipsenfit KNN Zellflächen KNN KNN 27 Extrusion 8/2022