04.03.2011 | Metallband als Rohstoff für unzählige weitere Produkte ist direkt mit der späteren Qualität des Endproduktes verknüpft. Deshalb werden Metallbänder bereits vor der Weiterverarbeitung auf Einhaltung der Qualitätskriterien untersucht. Markantes Merkmal dafür ist neben den physikalischen Eigenschaften das Dickenprofil der Metallbänder. Zur Messung des Dickenprofils existieren zahlreiche Ansätze. Eine äußerst interessante Lösung bietet Micro-Epsilon, Sensor- und Systemhersteller aus Ortenburg.
Eine exakt konstante
Dicke von Metallbändern ist oft schwierig zu erreichen. Durch Warm- und Kaltwalzen
hergestellte Metallbänder haben bereits durch Walzenbiegungen Abweichungen von
der Solldicke. Deshalb existieren verschiedene Möglichkeiten wie Bombieren oder
Stützwalzen, um das Dickenprofil zu optimieren. Wichtige Qualitätskriterien
eines Metallbandes sind das Dickenprofil über Länge und Breite, die Geometrie
und die Dokumentation der Messwerte. Zur Einhaltung der Kriterien sind
Messanlagen nötig, welche dies kontrollieren und gegebenenfalls Stellgrößen für
eine Regelung liefern.
Verfahren der Dickenmessung
Herkömmliche
mechanische Dickenmessanlagen messen beispielsweise berührend über eine
zangenförmige Anordnung an einzelnen Messpunkten die Dicke der Metallbahn. Die
Werte werden anschließend interpoliert, womit aber nur eine grobe Aussage über
die Dicke möglich ist. Für eine detaillierte Quer- oder gar
Längsprofilerfassung im Prozess ist das Verfahren jedoch häufig zu träge.
Darüber hinaus sind diese Messverfahren oft verschleißanfällig, zu wenig
automatisiert und stören den Produktionsablauf. Alternativ wird die Dicke der
Metallbahnen mit radiometrischen Verfahren ermittelt. Die Strahlung einer
Isotopenquelle wird durch das Blech gedämpft. Auf der gegenüberliegenden Seite
wird die verbliebene Strahlung gemessen. Die Differenz aus gesendeter und
gemessener Strahlung wird zu einem Flächengewichtswert und anschließend in die
Dicke umgerechnet. Das Verfahren ist jedoch stark von der Legierung und
Materialbeschaffenheit der Metallbahn abhängig. Eine derartige Dickenmessung
liefert zwar bei bekannter Legierung eine hinreichende Information über das
Dickenquerprofil, ist aber aufgrund der Strahlungsintensität mit erhöhtem
Sicherheitsaufwand verbunden. Strahlenschutz, Strahlenschutzbeauftragte ggf.
für drei Schichten und permanente Sicherheitsprüfungen verbinden diese Methode
mit hohen variablen Kosten. Abhilfe kann durch den Einsatz kapazitiver Sensorik
erreicht werden. Ein Nachteil derartiger Anlagen ist jedoch der relativ große
Messfleck. Die Sensoren messen über die gesamte Stirnfläche und können deshalb
nur gemittelte Profilinformationen über die Stirnflächen der Sensoren bieten.
Im Randbereich der Produkte wird jedoch eine bessere Ortsauflösung gewünscht.
Ein deutlicher
Fortschritt zur Dickenprüfung mittels radiometrischen und kapazitiven Verfahren
ist der Einsatz von laseroptischen Sensoren. Micro-Epsilon bietet dafür
verschiene Varianten an. Ein einfaches C-Bügel Messgerät erfasst die Dicke an einer
wählbaren Spur in Produktionsrichtung durch zweiseitige Dickenmessung mit
Lasersensoren. Ein weiteres Modell arbeitet mit einem geschlossenen O-Rahmen. Bei
diesem Modell wird auf jeder Seite des Metallbandes je ein Sensor, an
identischer Position zu dem auf der anderen Seite kontinuierlich im rechten
Winkel zur Produktionsrichtung bewegt. Damit wird das Dickenprofil über die
gesamte Produktbreite erfasst.
Neues Verfahren zur Profilerfassung
Auch bei der neuen High-End-Lösung traversiert die Sensorik
entlang des Messspalts über die gesamte Bandbreite. Im Gegensatz zu den
bisherigen Lösungen werden hier jedoch zwei Laser-Linien-Scanner verwendet,
welche ein deutliches Plus bei Genauigkeit und Grundabstand zum Metallband bieten.
Die Innovation des neuen O-Rahmenmodells von Micro-Epsilon Messtechnik liegt im
Einsatz von speziell adaptierten Laser-Linien-Scannern. Diese bieten bei
größerem Abstand zum Messobjekt und damit einem höheren Messspalt, mehr
Präzision in der Erfassung der Dicke, als Punktsensoren. Mit einem Messspalt
von 200 mm toleriert das System große Schwankungen in der Bandführung und ist
äußerst 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. Die 200 mm
Messspalt schützen die Sensorik vor möglichen Kollisionen. Vibrationen der
Metallbahn oder gebogene Band-Enden sind immer eine Gefahr für die installierte
Sensorik. Zusätzlicher mechanischer Schutz sichert das Messsystem vollständig
ab.
Der Einsatz von Profilsensoren
gegenüber von Punktsensoren erhöht die Informationsdichte und lässt somit eine wesentlich
bessere legierungsunabhängige Messung auf unterschiedlichste Bandmaterialien zu.
Auch die Messgenauigkeit wurde durch die Laser-Linien gegenüber dem Punktlaser signifikant
verbessert, so werden mit der Anlage 0,01 mm Genauigkeit bei einer maximalen
Bandbreite von 4 m erreicht. High-Tech-Lichtschranken unterstützen die Profilsensoren.
Sie übernehmen die Aufgabe der Breitenmessung und ggf. Kantendetektion einzelner
Streifen nach dem Spalten. Alle Messdaten können zur Dokumentation des
Metallbandes verwendet werden. Die Messdaten „Dicke“ und „Profil“ werden online
einer genauen Position auf dem Band zugeordnet. Verwendet wird die Anlage in
Servicezentren bei flächigen Metallbändern sowie nach dem Spalten der Coils in
einzelne Metallstreifen.
Die Anlage ist im
oberen Leistungssegment für Systeme zur Messung der Metallbandgeometrie zu
sehen. Bekannte bisherige Verfahren werden damit wirkungsvoll substituiert. .
Die Wirtschaftlichkeit der Investition in eine Messung mit Laserscannern liegt
in der nunmehr detaillierten Kenntnis der realen Bandtoleranzen bis hin zur
Dokumentation jedes einzelnen Streifens für den Endkunden
Funktionsweise scanCONTROL:
Bei
einer Messung wird das reflektierte Licht der Linie von einer hochempfindlichen
CMOS-Matrix aufgenommen, welche ein präzises Abbild des Oberflächenprofils
erzeugt. Jede Veränderung des Profils verändert die abgebildete Linie und formt
damit ein geändertes Abbild auf der Matrix.
Da
das Messobjekt oder der Scanner in der Regel bewegt wird, entsteht durch
aneinanderlegen der einzelnen Linienprofile ein 3D-Abbild des Objekts. Dabei wird
auch von der sog. Punktewolke gesprochen, weil sich das Bild aus vielen
tausenden einzelnen Messpunkten zusammensetzt.
