Dort, wo Aluminium produziert wird, geht es rau zu. Umgebungstemperaturen von bis zu 50°C muss ein optisches Inspektionssystem akzeptieren, es darf keine beweglichen Teile enthalten und muss eine spezielle Abdeckung für die Linse besitzen. Ihm kommt seit Kurzem eine tragende Rolle in der Aluminiumhütte Aluminerie de Bécancour zu: Es senkt Produktionsausfallzeiten, was wieder mehr Alu-Glanz in die Hütte bringt.

In der kanadischen Provinz Québec liegt die Aluminiumhütte Aluminerie de Bécancour. Sie produziert jährlich 400.000 t Aluminium in Form von Walzbarren, T-Barren rein und legiert, sowie Knüppel. Ausgerichtet auf kontinuierlichen Betrieb, musste die Produktion dennoch ein- bis zweimal täglich unterbrochen werden, da bei einem Teilprozess ständig Metallteile in die Fertigungslinie gerieten. Um diese Metallteile aufzufinden, installierte das Fertigungsunternehmen kürzlich ein hochintegriertes optisches Inspektionssystem von Teledyne Dalsa in den betroffenen Bereich. Aufgrund dieses Systems konnten die Ausfallzeiten und die Schäden an den Fertigungsanlagen deutlich reduziert werden.

Problem des Brechverfahrens

Bei der Aluminiumherstellung wird zunächst aus Bauxit ein weißes Aluminiumoxid-Pulver gewonnen, welches dann der Schmelzflusselektrolyse zugeführt wird, um das reine Aluminium herauszulösen. Dazu wird das Aluminiumoxid in ein Kryolith-Bad gegeben. Die Wanne ist mit Graphit ausgekleidet, die als Kathode dient. Die Graphitanoden hingegen sind von oben in das Bad eingeführt. Bei einem hohen elektrischen Strom löst sich nun das Rein-Aluminium chemisch heraus und setzt sich am Kathodenboden ab. In gewissen Zeitabständen kann die Aluminiumschmelze dann abgesaugt werden. Die Anoden sind nach 21 Tagen verbraucht und müssen ausgewechselt werden. Brecher entfernen die am Anodenrahmen haftende, verbrauchte Kohle. Während des Brechverfahrens ist es möglich, dass Stahlteile vom Anodenrahmen auf das Förderband fallen und dann im Weiteren zur Beschädigung der Produktionsanlagen führen. Dies kann neben Produktionsausfallzeiten auch kostenintensive Reparaturen und die Auswechslung von Anlagen verursachen. Die fallenden Stahlteile und auch die Nebenprodukte des Schmelzprozesses in der Luft sorgen für raue Umgebungsbedingungen und erschweren das Inspektionsverfahren.

Lösung: Optisches Inspektionssystem

Ingenieure von Aluminerie de Bécancour haben verschiedene Lösungsmöglichkeiten ausgetestet, um das Problem in den Griff zu bekommen. Dabei wurden fotoelektrische Sensoren in Betracht gezogen, doch schließlich verworfen, da zur Ausführung der Inspektion zu viele Sensoren erforderlich gewesen wären. Aufgrund der Produktvielfalt ermittelten die Ingenieure als einfachste Lösung letztendlich ein Maschineninspektionssystem auf optischer Basis. In Zusammenarbeit mit Groupe Rotalec, einem Anbieter von industriellen Hightech-Automatisierungsprodukten,  wählten die Projektverantwortlichen die Monochrom-Kamera vom Typ Boa 640x480 aus.

Vergleich von Bildern entlarvt Änderungen

Boa ist ein integriertes Machine-Vision-System mit extrem kompaktem Aufbau, das speziell für Industrieumgebungen entwickelt wurde. Es sitzt vollständig in einem kleinen IP67-Gehäuse von 44 × 44 × 44 mm. Die dazugehörige Anwendungssoftware beinhaltet eine umfassende Bibliothek an Tools und Funktionen für eine breite Palette an Fertigungsaufgaben. Sie ist ins Gerät integriert und wird über eine benutzerfreundliche Web-Schnittstelle konfiguriert.

Insgesamt sind zwei Kameras im Einsatz. Eine Kamera nimmt drei Bilder von der  Rahmengeometrie der Anode auf, bevor die Kohle vom Rahmen gebrochen wird, und eine weitere konzentriert sich auf die Rahmengeometrie der Anode nach dem Brechen und liefert drei Bilder. Wenn eines der drei Bilder anzeigt, dass sich die Geometrie während des Brechprozesses verändert hat, wird ein Problem signalisiert.

Nach Meinung der Ingenieure des Automatisierungsausrüsters liegt ein großer Vorteil in der Einfachheit des Inspektionssystems. Die Bediener sind leicht in der Lage, die Systemanwendung zu programmieren und anzupassen. „Da der Prozess mit nur zwei Teilen pro Minute relativ langsam ist, können wir alle 100 ms aufzeichnen und so die perfekten Positionen für die Auswertung ermitteln", erläutert Alexandre Dargis, Vision Application Engineer bei Groupe Rotalec. „Dank der Skriptanpassungsfunktion der Software", so Dargis weiter, „können wir alle Ergebnisse unseres Tools überschreiben und müssen nur die Ein- und Ausgabedaten übertragen, die bei einer für unsere Zwecke geeigneten Aufnahme generiert wurden." Da keine Möglichkeit bestand über Ethernet zu kommunizieren, nutzte der Industrieausrüster für die Kommunikation mit der speicherprogrammierbaren Steuerung die digitalen Ein-/Ausgänge der Erweiterungsplatine - acht Eingänge und zehn Ausgänge.

Ausrüstung für „Special Environments"

Die eingesetzten intelligenten Kameras mit integrierter Datenverarbeitung sind speziell für die Verwendung in anspruchsvollen Umgebungen entwickelt. Jede ist mit einer Linsenabdeckung ausgestattet, welche die IP67-Norm erfüllt. Das bedeutet, sie können in rauen und feuchten Umgebungen eingesetzt werden, ohne dass zusätzliche Schutzmaßnahmen erforderlich sind. Die Linsenabdeckung verhindert unbefugte Änderungen oder ein unbeabsichtigtes Bewegen der Linse. Zudem enthalten die Kamerasysteme keine beweglichen Teile und können bei Umgebungstemperaturen von 50°C eingesetzt werden. Dieser Kameratyp lässt sich direkt an einen Roboterarm installieren und gleichmäßig in alle Richtungen bewegen. Das kleine Gehäuse erlaubt eine schnelle Montage.

Ausfallzeiten passé

Wir hatten nur zwei Wochen Zeit, um das gesamte Projekt von der Größenanpassung bis zur Montage fertigzustellen, wobei es auch nicht standardisierte Teile zu integrieren galt", beschreibt Dargis. Er sieht den Erfolg bei diesem Projekt vor allem auch in der schnellen Abwicklung mit Teledyne Dalsa. Seit die Boa-Lösung im November 2011 bei Aluminerie de Bécancour installiert wurde, musste das Werk keine Ausfallzeiten aufgrund von abgefallenen Metallteilen mehr hinnehmen. Derzeit prüfen die Ingenieure, ob weitere Bereiche von der Installation eines solchen Inspektionssystems profitieren können.