Hochgeschwindigkeits-Erkennung von Verengungen mit präziser Durchmessermessung

Herr Craig Girdwood, Herr Max Fondyga
Taymer International Inc., Markham, Ontario, Kanada, +1-905-479-2614

Abstract

Taymers Knoten- und Halsverengungserkennungssystem (ZT) Die präzise Durchmessermessung ermöglicht Herstellern die Prüfung und Dokumentation von Produktdurchmessern in Hochgeschwindigkeits-Produktionsumgebungen. Sie eignet sich für Hochgeschwindigkeitsanwendungen wie die Glasfaserkabelproduktion an Ziehtürmen und Drahtziehanlagen. Aufgrund der extrem hohen Liniengeschwindigkeiten dieser Produktionslinien hatten bisherige Prüftechnologien Schwierigkeiten, eine ausreichende Durchmessermessung sowie die Erkennung von Verdickungen und Einschnürungen zu gewährleisten. Das ZT-System ermöglicht die Durchmessermessung und die Erkennung von Durchmesserfehlern über die gesamte Produktlänge bei Geschwindigkeiten von bis zu 3000 m/min. Das System speichert zudem Bilder aller Fehler, sodass Bediener und Ingenieure diese überprüfen können. Diese Technologie verbessert die Produktqualität und verhindert, dass fehlerhafte Produkte die Kunden erreichen.

Einführung

Der steigende Internetverkehr und die zunehmende Internetgeschwindigkeit führen zu einem stark steigenden Bedarf an Glasfaserkabeln. Um diese Nachfrage zu decken, müssen die Hersteller immer größere Mengen an Fasern produzieren. Der Durchmesser ist dabei ein entscheidender Faktor, da selbst geringe Abweichungen zu strukturellen Ausfällen und/oder Signalverlusten führen können. Daher ist es notwendig, den Durchmesser kontinuierlich zu messen und Durchmesserfehler zu erkennen. Die hohen Produktionsgeschwindigkeiten der Glasfaserziehtürme – bis zu mehreren tausend Metern pro Minute – stellen jedoch die meisten gängigen Prüftechnologien vor eine Herausforderung und erfordern Innovationen.

Das Drahtziehen dient der Herstellung von Draht für vielfältige Anwendungen, darunter die Fertigung von Bewehrungsstahl, Federn, Büroklammern und – besonders wichtig – Elektrokabeln. Auch diese Branche wächst stetig und verzeichnet einen ähnlichen Nachfrageanstieg. Daher sind vergleichbare Durchmesserprüfungen erforderlich, um sicherzustellen, dass der produzierte Draht die gewünschte Stärke aufweist. Die Ziehgeschwindigkeiten von Drahtziehanlagen können die von Ziehtürmen erreichen oder sogar übertreffen – ebenfalls bis zu mehreren tausend Metern pro Minute.

Die ZT-Technologie von Taymer ist das einzige System, das speziell für die Messung und Bildaufzeichnung von Durchmesserfehlern bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen entwickelt wurde. Es erkennt Durchmesserfehler ab 1 Mikrometer bei Geschwindigkeiten von bis zu 3000 m/min und erfasst dabei die gesamte Produktlänge. Das System speichert zudem Bilder aller erkannten Fehler, sodass Ingenieure und Bediener diese analysieren und die Produktqualität durch die Identifizierung und Behebung der Fehlerursachen verbessern können.

Zusätzlich zu den Fehlerbildern werden die Durchmessermessungen der gesamten Produktionsserie zusammen mit Informationen zu etwaigen Durchmesserfehlern in einer Datenbank gespeichert. Diese Informationen umfassen Fehlergröße und -position am Produkt. Dadurch können die Bediener Fehler nach Abschluss der Produktion schnell identifizieren.

Das ZT-System bietet somit sowohl kurz- als auch langfristige Vorteile, indem es die Auslieferung fehlerhafter Produkte an Kunden verhindert und die Produktqualität kontinuierlich verbessert. Es lässt sich zudem problemlos in bestehende Produktionslinien integrieren oder in neue einbauen. Die Leuchten haben eine Lebensdauer von über 50,000 Betriebsstunden und sind die einzigen Verschleißteile.

Aktuelle Druckinspektionstechniken und ihre Grenzen

Laser-Inspektionsmessgerät

Die Lasermessung ist die gängigste Methode zur Prüfung runder Produkte auf Durchmesserfehler. Diese Geräte nutzen Laser-/Schattentechnologie, um den Durchmesser sehr genau zu messen und Unebenheiten sowie Verengungen zu erkennen. Nach der Meldung eines Fehlers gibt es jedoch außer einer Rückspulanlage keine Möglichkeit, diesen zu überprüfen. Dies kann zu Fehlmessungen durch Staub oder Wassertropfen (beispielsweise) führen, was unnötigen Ausschuss oder Nachbearbeitung zur Folge hat. Zudem führt die geringere Abtastrate der meisten Lasermessgeräte dazu, dass viele kleine und mittelgroße Fehler bei hohem Produktionstempo unentdeckt bleiben. Auch die Messung des Durchmessers transparenter Materialien kann mit Lasermessgeräten schwierig sein.

Frühere Bildverarbeitungssysteme

Frühere Generationen bildbasierter Durchmessermesssysteme glichen einige Nachteile von Lasermessgeräten aus. Sie ermöglichten das Speichern von Fehlerbildern, wodurch unkorrigierte Fehlmessungen reduziert und Ausschuss sowie Nacharbeit vermieden werden konnten. Allerdings stießen sie aufgrund von Verarbeitungs- und Auflösungsbeschränkungen bei hohen Messgeschwindigkeiten auf ähnliche Schwierigkeiten bei der präzisen Durchmessermessung.

Maschinelles Bildverarbeitungssystem

Optisch-mechanisches Design

Das ZT-System nutzt eine intensive LED-Hintergrundbeleuchtung, um eine scharf definierte Produktkante zu erzeugen. Eine Hochgeschwindigkeitskamera, die orthogonal zum Produkt ausgerichtet ist, erfasst kontinuierlich Bilder der gesamten Produktbreite mit Geschwindigkeiten von bis zu 3000 m/min.

Spezielle optische Linsen sorgen dafür, dass das Produkt innerhalb des Sichtfelds der Kamera seine Größe nicht verändert. Eventuelle Vibrationen des Produkts werden durch Bildverarbeitungssoftware ausgeglichen, um die aufgenommenen Bilder zu stabilisieren.

Um eine konsistente Bildwiedergabe zu gewährleisten und zu verhindern, dass Umgebungslicht den Betrieb beeinträchtigt, verfügt das ZT-System über ein Gehäuse für die Beleuchtung und die Kamera.

Sobald die Bilder aufgenommen sind, wird ein fortschrittlicher Algorithmus verwendet, um die Bilder zu verarbeiten, den Durchmesser zu messen und nach Durchmesserfehlern wie Klumpen, Verengungen und Durchmesseränderungen zu suchen.

Wird ein Fehler vom ZT-System erkannt, benachrichtigt das System den Bediener per Alarm und speichert einen Fehlerbericht mit einem Bild des Fehlers. Der Fehler wird dem Bediener außerdem auf dem Bildschirm angezeigt, damit er ihn bestätigen oder ablehnen kann.

Verbesserung der Qualitätssicherung

Geeignet für alle Hochgeschwindigkeitsanwendungen

Da das Hochgeschwindigkeits-Durchmessermesssystem von Taymer auf Bildverarbeitung basiert, eignet es sich zum Scannen nach Durchmesserfehlern an allen Arten von runden Produkten, darunter blanke Drähte, Glasfasern, Rohre, Schläuche, ummantelte Drähte und vieles mehr. Dank seines einzigartigen Scan-Algorithmus und der spezialisierten optischen Hardware ist es die gründlichste Methode zur Erkennung von Durchmesserfehlern. Diese Durchmessermesstechnologie ist aktuell darauf ausgelegt, Produkte mit einer Genauigkeit von 1 Mikrometer präzise zu messen.

Reduzierung der Fehlerhäufigkeit

Das System liefert dem Bediener aktuelle Produktbilder sowie den zuletzt aufgetretenen Durchmesserfehler und den aktuellen Kabeldurchmesser. Dieser kontinuierliche Echtzeit-Informationsstrom – insbesondere Fehlerdaten – ermöglicht es dem Bediener, die Ursachen von Durchmesserabweichungen zu ermitteln. Die Kenntnis von Zeitpunkt und Art des Auftretens eines Fehlers erlaubt es dem technischen Personal, die Ursache zu ermitteln und das Auftreten von Fehlern zu reduzieren.

Qualitätssicherung

Das ZT-System überwacht kontinuierlich den Produktdurchmesser. Messwerte und Fehlerinformationen werden zur späteren Analyse aufgezeichnet. Bilder von Durchmesserfehlern wie Verdickungen und Einschnürungen werden erfasst und auf einer Festplatte gespeichert, um sie in Qualitätsberichten zu verwenden. Dank der Anzeige des ZT-Systems können Entwicklungs- und Produktionsleiter potenzielle Fehler einfach untersuchen, ohne den Fehler direkt am Produkt begutachten zu müssen – das spart wertvolle Zeit. Fehlerbilder werden zusammen mit Positionsinformationen gespeichert, sodass Bediener Fehler schnell erkennen und beheben können, bevor die Weiterverarbeitung erfolgt oder das Produkt im Einsatz ausfällt.

Einschränkungen

Das ZT-System hat einige Einschränkungen.

• Da moderne Produktionslinien den verfügbaren Platz optimal nutzen, kann die Installation zusätzlicher Geräte in der laufenden Produktion problematisch sein. Das ZT-System ermöglicht die Anpassung von Stativ und Kamerabox an die Gegebenheiten und bietet dank verschiedener Ausrichtungen zusätzliche Flexibilität.
• Da die Kamera des Systems die Oberfläche erfasst, beeinflussen Wassertropfen, Fett und Staubpartikel die Geometrie des Produkts und somit die Durchmesser-Messungen. Dies lässt sich in der Regel durch gezieltes Abwischen mit Druckluft beheben. Alternativ kann die Empfindlichkeit des Systems verringert werden, wodurch kleinere Defekte möglicherweise den Filter passieren.

Testergebnisse

Das ZT-System wurde weltweit in zahlreichen Hochgeschwindigkeitsproduktionsanlagen (z. B. Ziehtürmen) getestet. Die folgenden Bilder zeigen reale Fehler in Produktionslinien bei Geschwindigkeiten von mehreren Hundert bis zu mehreren Tausend Metern pro Minute.

Abbildung 1 zeigt ein gespeichertes Defektbild aus dem ZT-System im Vergleich zu einem Mikroskopbild desselben Defekts.
Abbildung 2 zeigt ein Beispielbild eines Durchmesserfehlers.