Moderne Fertigung braucht Vernetzung und Rückführung von Qualitätsdaten. (Bildquelle: Bitcom/Pixargus)

Moderne Fertigung braucht Vernetzung und Rückführung von Qualitätsdaten. (Bildquelle: Bitcom/Pixargus)

Ob Gummiprofile für die Automobilindustrie, Kunststoffprofile für den Fensterbau oder Metallleisten und Folien, mit ihrer optischen Sensorik haben Inspektions- und Vermessungssysteme von Pixargus, Würselen, ganz unterschiedliche Extrusionsprodukte im Blick. Den Kameras ist es egal, welche Form, welches Material inspiziert werden soll. Sie erhalten ihre Intelligenz durch eine herstellerentwickelte Software und eine spezielle Algorithmik.

Sie filtert und analysiert rund ein Gigabyte Bilddaten pro Sekunde nach individuellen Prüfkriterien und entscheidet in Echtzeit über Gut oder Schlecht. Dann geht ein Signal an die Markier- oder Schneideeinheit oder an die Steuerung einer Sortieranlage, die das fehlerhafte Produkt aus dem Verkehr zieht.

Neue Wertschöpfung durch Vernetzen

Mit Echtzeitanalysen und Qualitätsdaten lassen sich heute Extrusionsprozesse automatisch regeln und optimieren. Die Prüfsysteme aus Würselen können sich entlang der Wertschöpfungskette mit Sensorik von Drittanbietern vernetzen. Alle Qualitätsdaten lassen sich einfach in interne und externe Folgeprozesse integrieren. All das ist keine Utopie mehr, sondern die Systeme sind verfügbar und zeigen modellhaft, wo Innovations- und Einsparpotenziale stecken und wie sich Vernetzung auszahlen kann. Das hat der Messtechnikhersteller zusammen mit Partnern an Best Practice-Beispielen gezeigt.

Mehr Sicherheit mit Qualitätsdaten in der Cloud

Das Prüfsystem Profil Control 7 Dual Vision detektiert beim Abspulen der Glasfasern die Homogenität der Faserausrichtung, bevor sie mit einem Thermoplast benetzt werden. (Bildquelle: Pixargus)

Das Prüfsystem Profil Control 7 Dual Vision detektiert beim Abspulen der Glasfasern die Homogenität der Faserausrichtung, bevor sie mit einem Thermoplast benetzt werden. (Bildquelle: Pixargus)

Bereits 2018 hat Pixargus mit dem Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) der RWTH Aachen, Aachen, und dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT), Aachen, und weiteren Partnern eine Forschungs-Extrusionslinie für die Fertigung von GFK-Tapes für den Leichtbau aufgebaut. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt demonstriert, wie Vernetzung ganz neue Chancen in der Qualitätssicherung über Prozessstufen und Unternehmensgrenzen hinweg bieten kann.

Das Prüfsystem Profilcontrol 7 Dual Vision (PC7 DV) detektiert beim Abspulen der Glasfasern die Homogenität der Faserausrichtung, bevor sie mit einem Thermoplast benetzt werden. Danach wird das glasfaserverstärkte Tape geprüft. PC7 DV inspiziert die Oberfläche und misst die Dicke und erstellt ein Qualitätsprotokoll zu jeder Rolle. Die Fehlerstellen sind an den jeweiligen Positionen des Tapes mit einem maschinenlesbaren QR-Code markiert. Außerdem wird das Rollenprotokoll in der Cloud gespeichert und lässt sich wie der QR-Code von externen Weiterverarbeitern abrufen.

Beispielsweise werden aus dem Tape Gasdruckbehälter gefertigt, das heißt umwickelt und abschließend erhitzt und verklebt. Es handelt sich um ein sicherheitskritisches Produkt, bei dem die Qualität des Tapes an jedem Punkt stimmen muss. Dank QR-Code und Cloud hat der Weiterverarbeiter dazu die nötigen Informationen. Er kann nun in seinem Fertigungsprozess, beim Ablegen des Tapes auf dem Behälter, auf eventuelle Schwachstellen des Produkts in Echtzeit reagieren. Kommt eine Dünnstelle, sollte doppelt gewickelt werden. Kommt ein Oberflächendefekt, sollte er nicht oben liegen. So lässt sich erstmals eine lückenlos integrierte Qualitätsüberwachung etablieren, die gerade bei sicherheitskritischen Bauteilen, wie den Druckbehältern, besonders wichtig ist.

Fusion von Sensordaten

Die Prüfsysteme bieten den Vorteil, dass sie sich mit Fremdsensoren über Systemgrenzen hinweg vernetzen können. So lassen sich neue horizontale Wertschöpfungsketten im Rahmen von Industrie 4.0 aufbauen.

Für mehr Wissen werden mehr Daten benötigt. Das hat ein Anwender, der die optischen Überwachungssysteme bei der Tapefertigung nutzt, unlängst erkannt. Er wollte wissen, wie es um die Dichte des Extrudats gestellt ist – eine Kenngröße, die sich inline nicht messen lässt. Mit Messtechnik von Pixargus lässt sich die Extrudatdicke messen und mit der Sensorik eines Drittanbieters, hier BST Pro Control, Bielefeld, das Flächengewicht. Aus diesen beiden Größen kann die Dichte errechnet werden. Ein schönes Beispiel einer Sensordatenfusion, das durch das Zusammenfließen mehrerer Netzdaten zeigt, wie sich Materialkennwerte ermitteln lassen, die physikalisch nicht gemessen werden können.

Standardisierung notwendig

Bei der Inspektion von GFK-Tapes für den Leichtbau wird dank aufgedrucktem QR-Code jede kleinste Fehlerstelle des sicherheitskritischen Produkts protokolliert und per Cloud an externe Weiterverarbeiter übermittelt. (Bildquelle: Pixargus)

Bei der Inspektion von GFK-Tapes für den Leichtbau wird dank aufgedrucktem QR-Code jede kleinste Fehlerstelle des sicherheitskritischen Produkts protokolliert und per Cloud an externe Weiterverarbeiter übermittelt. (Bildquelle: Pixargus)

Der Austausch von Daten ermöglicht die Integration ganz unterschiedlicher Fertigungsprozesse und ermöglicht den Aufbau neuer Wertschöpfungsketten. Allerdings braucht es für vernetzte Industrie-4.0-Anwendungen auch geeignete Schnittstellen. Und hier hakt es zurzeit noch. Schließlich wird der Datenaustausch in der Fertigung heute über verschiedenste Schnittstellen realisiert. Sollen Anwendungen oder Systeme vernetzt werden, muss jedes Mal neu ausgehandelt werden, wie die Daten ausgetauscht und gehandhabt werden. Das kostet wertvolle Zeit. Für die digitale Kommunikation in der Produktion wird künftig ein einheitlicher, offener Standard benötigt, der bereits auf den Weg gebracht wurde.

Mit OPC Unified Architecture (OPC UA) kristallisiert sich gerade ein Standard für den Datenaustausch als plattformunabhängige, serviceorientierte Architektur heraus. Messwerte und Regelgrößen können hier nicht nur transportiert, sondern auch maschinenlesbar beschrieben werden. Unter der Bezeichnung OPC Vision hat der Verband der Maschinen- und Anlagenbauer (VDMA) bereits einen Vorschlag gemacht, wie OPC für den Datenaustausch in der industriellen Bildbearbeitung spezifiziert werden könnte.

Kommunizierende Maschinen

Der Datenaustausch über OPC UA ist aber nicht nur als Brückenkopf zur universellen Vernetzung ein Gewinn. Die Schnittstelle ermöglicht auch ganz neue Anwendungen, denn hierrüber lassen sich in der Extrusion komplette geschlossene Regelschleifen aufbauen.

Welche Effizienzpotenziale sie für die Profilextrusion bieten, hat der deutsche Messtechnikhersteller bereits 2017 mit dem Anlagenbauer Extrunet, Kremsmünster, Österreich, demonstriert. Bei der Extrusion eines Fensterprofils schickte das Prüfsystem PC7 DV Messdaten zu Qualitätsabweichungen über OPC UA an den Extruder. War das Profil zu dick, konnte der Extruder den Abzug schneller regeln, sodass das Profil schnell ins Soll kam.

In der Fertigung wird der Extruder heute in der Regel beim Produktwechsel einmal parametrisiert und im Produktionsprozess allenfalls zwischendurch nachjustiert. Anders bei der Maschine-Maschine-Kommunikation in der Regelschleife: Hier weiß der produzierende Prozess selbst um die Qualität und kann sich laufend korrigieren und einregeln. Frühe Fehlererkennung und höhere Präzision sind die Folge. Das spart Material und Kosten.

Vernetzen möglich

Optische Prüfsysteme steuern mit automatisch ermittelten Messdaten vor- und nachgelagerte Anlagenkomponenten in der Fertigungslinie und rationalisieren damit den gesamten Produktionsprozess. Es ist die Zeit, um die Extrusion transparenter zu machen, Prüfprozesse zu verzahnen und Qualitätsdaten für die Folgeprozesse zu nutzen. Nur so lassen sich die vielen Innovations- und Einsparpotenziale heben. Die Technologie ist verfügbar, mehr Mut zur Vernetzung ist noch notwendig.

 

Über den Autor

Heike Freimann

ist Journalistin bei der Redaktion aix in Stolberg-Dorff.