Sicher erfasst

Messen u. Prüfen

Metallbänder werden bereits vor der Weiterverarbeitung auf Einhaltung der Qualitätskriterien überprüft. Wichtigstes Toleranzkriterium ist die Banddicke. Eine neue Methode zu deren Bestimmung bietet Micro-Epsilon.

16. April 2012

Metallbänder in einer konstanten Dicke herzustellen ist technisch aufwendig. Mit unterschiedlichen mechanischen Walzkonzepten sowie Dickenkonstanzregelungen versucht man die Prozesse im Walzspalt derart zu beeinflussen, dass die vorgegebene Dickentoleranz eingehalten wird und ein anschließendes Nachwalzen nicht erforderlich ist. Auch wenn in nachgeschalteten Prozessen gezielt durch Nachwalzen Gefügeänderungen das Material veredeln, bleibt die Aufgabe der Dickenüberwachung in jedem Prozessschritt bestehen. Das bedeutet für die Qualitätssicherung, das Dickenprofil über Länge und Breite zu erfassen und zu dokumentieren.

Verfahren der Dickenmessung

Herkömmliche mechanische Dickenmessanlagen messen berührend über eine zangenförmige Anordnung an einzelnen Messpunkten die Dicke der Metallbahn. Die Werte werden anschließend interpoliert, womit aber nur eine grobe Aussage über das Dickenprofil möglich ist. Für eine detaillierte Quer- oder gar Längsprofilerfassung im Prozess ist das Verfahren jedoch zu träge. Ferner sind diese Messverfahren oft bedienerabhängig, verschleißanfällig, zu wenig automatisiert und stören den Produktionsablauf.

Alternativ wird die Blechdicke radiometrisch ermittelt. Die Strahlung einer Isotopenquelle wird durch das Blech gedämpft. Auf der gegenüberliegenden Seite wird der das Blech durchdringende Strahlungsanteil gemessen. Die Differenz aus gesendeter und gemessener Strahlung wird in eine Dicke umgerechnet. Das Verfahren ist stark von der Legierung und Materialbeschaffenheit der Metallbahn abhängig und bietet keine hohen lokalen Auflösungen, insbesondere im Randbereich des Bandes. Eine derartige Dickenmessung liefert zwar eine hinreichende Information über das Dickenquerprofil, ist aber aufgrund der Strahlungsintensität mit erhöhtem Sicherheitsaufwand verbunden. Strahlenschutz, Strahlenschutzbeauftragte und permanente Sicherheitsprüfungen verbinden diese Methode mit hohen variablen Kosten.

Abhilfe kann durch den Einsatz kapazitiver Sensorik erreicht werden. Nachteile derartiger Anlagen sind jedoch der relativ große Messfleck und der geringe Grundabstand. Die Sensoren messen über die gesamte Stirnfläche und können deshalb nur gemittelte Profilinformationen über die Sensorfläche liefern. Insbesondere für Spaltband ist eine mittlere Dicke nicht ausreichend, da auch die Dicke im Kantenbereich erfasst werden muss, wo die Ortsauflösung kapazitiver Sensoren nicht ausreicht. Der kleine Grundabstand zwischen empfindlichem Sensor und Stahlband birgt die Gefahr von Kollision und Beschädigung.

Eine interessante Alternative zur Dickenprüfung mittels radiometrischen und kapazitiven Verfahren ist der Einsatz laseroptischer Sensoren. Micro-Epsilon bietet dafür verschiene Varianten an. Ein einfaches C-Rahmen-Messgerät erfasst die Dicke an einer wählbaren Spur in Produktionsrichtung durch zweiseitige Abstandsmessung mit Lasersensoren. Eine wesentlich komfortablere Lösung arbeitet mit einem geschlossenen O-Rahmen. Hier wird oberhalb und unterhalb des Bandes jeweils ein Abstandssensor angeordnet, der traversierbar ist. Dazu sind beide Sensoren exakt zueinander ausgerichtet. Die verschiedenen Messspuren werden durch den Traversiervorschub, der im rechten Winkel zur Produktionsrichtung angeordnet ist, angefahren. Damit kann zusätzlich zum Längsprofil auch das Dickenprofil über die gesamte Produktbreite erfasst werden.

Neue Art der Profilerfassung

Auch bei der neuen High-End-Lösung traversiert die Sensorik entlang des Messspalts über die gesamte Bandbreite. Jedoch werden hier zwei Laser-Linien-Scanner verwendet, die ein deutliches Plus bei Genauigkeit und Grundabstand zum Metallband bieten. Die Innovation des neuen O-Rahmenmodells von Micro-Epsilon Messtechnik liegt im Einsatz speziell adaptierter Laser-Linien-Scanner. Diese bieten bei größerem Abstand zum Messobjekt und der damit verbundenen erhöhten Betriebssicherheit einen höheren Messspalt und mehr Präzision in der Erfassung der Dicke als konventionelle Punktsensoren.

Mit 200 mm Messspalt toleriert das System große Schwankungen in der Bandführung und ist robust im Einsatz. Einfache und probate Kniffe wie eine nach unten offene Konstruktion sichern eine langfristige Anwendung. Zunder und Verschmutzungen können durch die Anlage fallen und damit die Sensorik nicht behindern. Ein zusätzlicher mechanischer Schutz sichert das Messsystem vollständig und verhindert sicher mögliche Kollisionen. Zum Einfädeln werden die Messköpfe in eine Parkposition gefahren und sind dann geschützt.

›Scancontrol‹ funktioniert folgendermaßen: Laserscanner nehmen das reflektierte Licht einer Laserlinie mittels einer hochempfindlichen CMOS-Matrix auf, die ein präzises Abbild dieses Lichtschnittes und damit der Oberflächenhöhenreliefs erzeugt. Jede Veränderung des Profils verändert die abgebildete Linie und formt damit ein geändertes Abbild auf der Matrix. Durch die Bewegung des Bandes entsteht durch Aneinanderreihung der einzelnen Höhenprofile ein 3D-Abbild seiner Oberfläche. Dieses Höhenrelief wird in xz-Koordinaten digitalisiert durch den Sensor erfasst.

Dickenprofilmessung des Bandes

Während der Einsatz optischer Sensoren grundsätzlich eine legierungsunabhängige Messung ermöglicht, bieten Profilsensoren gegenüber Punktsensoren den Vorteil einer erhöhten Informationsdichte sowie einer Schräglagenerkennung des Bandes. Auch die Messgenauigkeit wurde durch die Laserlinien gegenüber dem Punktlaser signifikant verbessert. So werden mit der Anlage 0,01 mm Genauigkeit bei einer maximalen Bandbreite von 4 m erreicht. Hightech-Lichtschranken unterstützen die Profilsensoren. Sie übernehmen die Breitenmessung und Kantendetektion einzelner Streifen nach dem Spalten. Alle Messdaten können zur Dokumentation als komplettes Dickenprofil über das Gesamtband oder in vorgebbaren Messspuren protokolliert werden.

Diese werden online einer genauen Längenposition auf dem Band zugeordnet. Die Bandposition wird ebenfalls berührungsfrei erfasst – mit der aus dem Kaltbandbereich bekannten Ascospeed-Technik. Schlupf und betriebsbedingte Abnutzung werden durch die berührungsfreie Arbeitsweise vermieden. Die aktuelle Bandlänge wird präzise erfasst und bildet die Basis für das Coilprotokoll. Die Längengenauigkeit beträgt 0,05 Prozent und sichert eine spätere leichte Auffindung außermaßiger Bandabschnitte. In einer Spaltanlage können alle Streifen in Breite, Längs- und Querprofil gemessen werden. Jeder Streifen bekommt ein eigenes Messprotokoll. So werden nachfolgende Prozessschritte der Qualitätssicherung unterstützt.

Verwendet wird die Anlage in Servicezentren zur Eingangskontrolle von Warmband, vor dem Kaltwalzen sowie nach dem Spalten der Coils. Die Anlage ist im oberen Leistungssegment für Systeme zur Messung der Metallbandgeometrie zu sehen. Die Wirtschaftlichkeit der Investition liegt in der nunmehr detaillierten Kenntnis der realen Bandtoleranzen bis hin zur Dokumentation jedes einzelnen Streifens für den Endkunden.

Erschienen in Ausgabe: 03/2012