Online Durchmessermessung während der Draht- und Kabelproduktion
Draht- und Kabelhersteller haben in den vergangenen Jahren intensiv in Mess- und Regeltechnik sowie Anlagensteuerungen investiert, mit dem Ziel einer online Qualitätskontrolle, höherer Produktivität und Kostenreduzierung. Online-Messgeräte mit angeschlossener Regelung sind heute in Extrusionslinien Standard. Zu den eingesetzten Prüfgeräten zählen unter anderem Messköpfe, die den Produktdurchmesser während der Fertigung messen. SIKORA ist ein Vorreiter als Hersteller von Durchmessermesssystemen und liefert zwei Produktserien zur kontinuierlichen Qualitätskontrolle. Dabei können Anwender ganz bewusst zwischen klassischen und zukunftsorientierten Technologien wählen.
Methoden der Durchmessermessung
Zur Messung des Produktdurchmessers werden zwei etablierte Techniken eingesetzt. Die erste Methode wurde vor 40 Jahren erfunden und ist allgemein bekannt als “Scanning System”. Durch die Verwendung eines rotierenden Spiegels wird ein Laserstrahl durch das Messfeld auf einem Lichtsensor abgebildet. Zwischen dem rotierenden Spiegel und dem Lichtsensor sind zwei Linsen angeordnet. Die erste Linse richtet den Laserstrahl parallel durch das Messfeld auf die zweite Linse. Die zweite Linse richtet den Laserstrahl direkt auf den Lichtsensor. Das Produkt befindet sich zwischen den zwei Linsen und unterbricht den Laserstrahl, während dieser durch das Messfeld gescannt wird. Somit berechnet sich der Produktdurchmesser aus der Zeit, die der Laserstrahl benötigt, um das gesamte Messfeld zu passieren im Vergleich zu der Zeit, die der Laserstrahl benötigt um über das Produkt zu scannen. Zeit entspricht in diesem Fall dem Durchmesser. Die Messrate ist abhängig von der Rotationsgeschwindigkeit des Spiegels.
Die Technologie, die 20 Jahre später vorgestellt wurde, setzt einen Laserstrahl ein, welcher ohne rotierende Spiegel oder Linsen auf eine hoch aufgelöste CCD Zeile gerichtet wird (Bild 1). Das Produkt verursacht einen Schatten auf dem CCD Zeilensensor. In diesem Fall ist die Anzahl der dunklen Pixel auf dem Zeilensensor äquivalent zum Durchmesser. In der Realität wird die Schattenauswertung mittels Signalverarbeitung des Beugungssignals durchgeführt und damit höchste Genauigkeiten erzielt. Die Messrate ist dabei extrem hoch und nur durch den ausgewählten CCD Zeilensensor begrenzt.
Messprinzip CCD Zeilensensoren in Kombination mit Laserdioden
Die hauptsächlichen Unterschiede zwischen den zwei Techniken bestehen darin, dass die zweite beschriebene Technologie ausschließlich digital arbeitet und keine bewegenden Komponenten und keine Linsen erfordert. Folglich sind die Genauigkeit, Wiederholgenauigkeit und Messrate höher, eine Kalibrierung ist nicht erforderlich.
Die Technologie der SIKORA Durchmessermessköpfe, die im Folgenden beschrieben wird, basiert auf dem zweiten Prinzip und verwendet CCD Zeilensensor-Technologie in Kombination mit Laserdioden als Lichtquellen und einer leistungsstarken Analysesoftware. Es sind zwei Typen von Messköpfen verfügbar, welche die klassischen beziehungsweise high-end Anforderungen, die an die Qualitätskontrolle von Drähten und Kabeln gestellt werden, erfüllen.
Klassische Durchmessermessung
SIKORA bietet Durchmessermessköpfe mit klassischen Funktionen an, wie die LASER Series 2000. Die Messköpfe messen den Durchmesser in 2 oder 3 Ebenen mit einer Messrate von 500 Messungen pro Sekunde. Interessant ist der 3-Achs-Messkopf zur Bestimmung der Ovalität eines Produkts. Bekannt ist, dass ein Oval durch 5 Tangenten definiert ist. Entsprechend lässt sich mit 3 Messachsen (6 Tangenten am Oval) nicht nur der Min-/Max-Wert des Ovals, sondern auch die Orientierung des Ovals bestimmen. Alle Geräte sind ausgestattet mit Standard-Schnittstellen wie RS 485, optional Profibus-DP und anderen industriellen Feldbussen zur Datenübertragung an einen Anlagenrechner oder ein Anzeige- und Regelgerät. Mit einem zusätzlichen Regelmodul, welches in SIKORAs Anzeige- und Regelgeräte integriert ist, wird der Durchmesser kontinuierlich auf Sollwert geregelt. Kunden können aus 18 Gerätetypen auswählen, die einen Durchmesserbereich von 0.05 mm bis 500 mm abdecken. Diese Geräte sind heute Standard in Extrusionslinien (Bild 2).
LASER Series 2000 XY
Interessant ist die Marktentwicklung der Mess- und Regelsysteme hinsichtlich fortschrittlicher Technologien, die erweiterte Funktionalität, einfache Bedienung, höhere Messraten, höchste Genauigkeit und einen flexiblen Datentransfer anbieten. Das Ziel, das Hersteller heute verfolgen, ist eine permanente Qualitätskontrolle ihrer Produktion sowie maximale Produktivität und Kostenreduzierung beispielsweise durch den Einsatz von innovativen Messgeräten.
High-end Durchmessermessung
Aufgrund dieser Anforderungen entwickelte SIKORA drei Messköpfe, die LASER Series 6000, welche die aktuellen Anforderungen im Draht- und Kabelbereich erfüllen (Bild 3). Neben den klassischen Features, die auch die LASER Series 2000 liefert, vereinen die Messköpfe der 6000er Serie eine Vielzahl an technologischen Innovationen, um die Produktivität der Extrusionslinien nachhaltig zu verbessern. Bis zu 5.000 Messungen pro Sekunde, alle mit höchster Einzelwertpräzision, sorgen für eine optimale Anlagensteuerung und liefern zuverlässige Statistikdaten. Die hohe Messrate ermöglicht gleichzeitig die Erkennung von Knoten und Einschnürungen. Der Bediener erhält so ein zwei-in-eins-System, womit sich Investitionskosten reduzieren und zusätzlich mehr Platz in der Linie bleibt, da nur ein Messkopf installiert werden muss. Nicht-transparente Kabel können mit der LASER Series 6000 ebenso gemessen werden wie transparente Produkte. Die Messköpfe sind zusätzlich mit einer integrierten LCD-Anzeige ausgestattet. Damit erhält der Maschinenführer auf einen Blick den Durchmessermesswert direkt am Messgerät.
LASER Series 6000
Für Anwendungen bei denen statistische Daten verarbeitet und gespeichert beziehungsweise Protokolle gedruckt werden sollen, sind die externen Prozessorsysteme der ECOCONTROL-Serie verfügbar.
Auch in Bezug auf die Schnittstellenanbindung ist die LASER Series 6000 zukunftsweisend. Direkt in den Messköpfen befindet sich ein Universalschnittstellenmodul (Interface Modul) für alle Anbindungen wie RS 485, RS 232, Profibus-DP, Profinet und weitere industrielle Feldbusse.
Darüber hinaus verfügen die Geräte über eine WLAN-Schnittstelle zur direkten Kommunikation mit einem Smartphone oder Laptop. Die WLAN Schnittstelle dient der Diagnose und Qualitätskontrolle. Mit ihr werden Messwerte, Trend- und Statistikdaten sowie Videosignale übertragen. Die WLAN-Schnittstelle, das Interface-Modul sowie alle Anschlussstecker sind komplett im Messkopf integriert und somit optimal geschützt vor Wasser, Schmutz und mechanischen Beschädigungen während der Fertigung. Außerdem schafft SIKORA mit der LASER Series 6000 den Zugang zur mobilen Qualitätssicherung: Eine App ermöglicht dem Bediener nicht nur den Zugriff auf sämtliche Produktionsdaten über das Smartphone (Bild 4). Die App bietet ebenso die Möglichkeit einer Messkopfkalibrierung gemäß ISO 9001. Dabei werden die Werte der Eichlinge mittels QR-Code eingelesen und die Messwerte in einem Logfile gespeichert. Für das Qualitätsmanagementsystem wird ein dokumentiertes Testzertifikat erstellt, gesendet und archiviert.
SIKORA App LASER Series 6000
Ein wichtiges Feature für die Integration in die Produktionslinie ist das schwenkbare Messkopfdesign. Die Messköpfe können bei Bedarf, beispielsweise bei einem Produktwechsel, leicht aus der Produktionslinie herausgeschwenkt werden. Alle Messköpfe sind darüber hinaus nach unten offen konzipiert, sodass weder Schmutz noch Wasser in die Messebene fallen kann. Auch die Zuführung der Anschlusskabel zum Interface-Modul erfolgt geschützt im Messkopfständer. SIKORA bietet die drei Durchmessermessgeräte für Produktdurchmesser von 0,2 bis 78 mm an.
Fazit
Die Entscheidung welches Mess- und Regelgerät in der Produktionslinie zur Qualitätssicherung eingesetzt wird, ist eine Frage des Anspruchs, den Anwender an ein Prüfgerät stellen. Durchmessermessgeräte haben die Aufgabe kontinuierlich die Qualität während der Fertigung zu überwachen. Sie liefern Ist-Informationen über das Produkt und damit die Basis für eine automatische Regelung. Dabei trägt letztlich nur die Kombination von Messkopf und Regelgerät zur Kostenersparnis bei. Der Durchmesser wird anhand der Messergebnisse und des Abgleichs mit dem Sollwert automatisch auf den Kleinstwert geregelt. Dementsprechend wird nur so viel Material verwendet, wie wirklich benötigt wird. Dadurch können Materialkosten eingespart und die Produktivität der Linie signifikant erhöht werden.
Die LASER Series 2000 in Kombination mit einem Anlagenrechner oder Regelgerät von SIKORA bietet klassische technologische Features, die es dem Bediener ermöglichen, schnell auf Toleranzabweichungen zu reagieren und optimale Qualität zu produzieren.
Die LASER Series 6000 ist zusätzlich mit zahlreichen fortschrittlichen Features ausgestattet, mit denen Anwender ihre Produktionslinien noch effizienter fahren können. Insbesondere die extrem hohe Messrate, Messgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit setzen neue Maßstäbe für die präzise Regelung der Linie und damit die Fertigung qualitativ hochwertiger Drähte und Kabel.
Die Einhaltung der Produktdimensionen ist Voraussetzung für die Weiterverarbeitung der produzierten Drähte und Kabel in der Produktionskette. Darüber hinaus werden durch die effiziente Verwendung des eingesetzten Materials Kosten eingespart.
