Prozessstabilität ist für Walzwerke ein sehr bedeutendes Thema. Wartung und Überwachung der eingesetzten Technik ist deshalb an der Tagesordnung. Bei mangelnder Beachtung können Produktionsausfälle aufgrund defekter Teile für enorme Kosten sorgen. Verschleiß lässt sich dennoch nicht vermeiden. So sind defekte Walzenlager kein unbekanntes Thema. Welche Walze aber mit einer defekten Lagerung arbeitet, ist nur aufwändig zu finden. Dabei hilft nun ein deflektometrisches Verfahren von Micro-Epsilon Messtechnik.

Beim Kaltwalzen von Metallbändern werden verschiedene Walzgerüste mit unterschiedlichen Walzen benötigt, um aus der Bramme ein Metallband mit der gewünschten Banddicke zu formen. Physikalisch bedingt drehen die Walzen am Ende der Walzstraße schneller als die am Anfang, da hier das Band dünner und länger ist. Jede Walze besitzt daher ihre spezifische Geschwindigkeit. Ist die Lagerung einer Walze defekt, so beginnt sie hörbar zu „rattern". Diese Unrundheit der Walze durch defekte Lagerung hinterlässt Spuren auf dem Blech, sog. Rattermarken. Die Rattermarken sind mit bloßem Auge kaum sichtbar. Nur unter einem bestimmten Lichteinfallswinkel erkennt man ein streifenartiges Muster quer zur Blechrichtung. Diese Hell-Dunkelübergänge deuten auf eine Welligkeit des Bandes im Bereich weniger Mikrometer hin, die aus einem Walzenschlag resultieren.
Die mechanische Qualität des Metallbandes wird durch diese Rattermarken nicht signifikant beeinflusst, dennoch deuten sie auf einem Fehler im Prozess, den es für die Prozessstabilität zu beheben gilt. Wird dieser Fehler nicht beachtet ist die Prozessstabilität infolge einer defekten Walzenlagerung in naher Zukunft gefährdet.
Die vielen verschiedenen Walzen machen es schwierig zu definieren, an welcher Stelle genau die Rattermarken entstehen und damit auch schwierig, die defekte Walze zu finden. Genau zu definieren, welche Walze für den Effekt verantwortlich ist, bedarf einer Messung des Abstandes zwischen den Rattermarken. Ist der Abstand bekannt, kann auf die Geschwindigkeit des Bandes, dort wo der Effekt auftritt, geschlossen werden. Da die Walzengeschwindigkeiten und die Bandgeschwindigkeiten im Prozess bekannt sind, ist mit dieser Information der Fehler lokalisiert.
Problem dabei ist, dass die Rattermarken mit bloßem Auge kaum sichtbar sind und deshalb auch nicht ohne weiteres gemessen werden können. Zudem ist für eine genaue Definition der Position eine Messung des Abstandes mit hoher Genauigkeit notwendig.
Diese Aufgabe kann mit dem Prinzip der Deflektometrie bewältigt werden. Auf einem TFT-Display in Industrie-Ausführung wird ein in seiner Position wechselndes, sinusförmiges Hell/Dunkel Muster erzeugt. Kameras nehmen das von der Oberfläche des Messobjekts reflektierte Bild auf und leiten die Daten an einen Industrie-PC zur Auswertung weiter. Die aufgenommenen Spiegelbilder werden im Rechner in mehreren rechenintensiven Schritten weiterverarbeitet und ausgewertet. Für die Auswertung werden Verzerrungen des reflektierten Bildes, welche auf Unterschiede in der Krümmung der Oberfläche hinweisen, verwendet. Obwohl das Blech aufgrund der Rattermarken Welligkeiten im Bereich von nur wenigen Mikrometern ­aufweist, können mit dieser Technik
die ­charakteristischen Krümmungen der Oberfläche ausgewertet werden. Die Abstände der Krümmungs-Maxima zueinander sind der gesuchte Abstand der Rattermarken. Wird das Messsystem auf das Messobjekt kalibriert, so ist die Größe eines jeden Pixels bekannt. Damit wird der Abstand zwischen zwei Rattermarken mit höchster Genauigkeit Mikrometer genau bestimmt.

Fertige Messlösung
Die von Micro-Epsilon entwickelte Produktserie reflectControl ist für diese Aufgabe sehr gut geeignet. Um den Abstand der Rattermarken zu erfassen reicht ein Teilstück des Metallbandes. Dieses wird in das System RC-compact eingelegt. Das System ist für kleinere Messobjekte und für den Laborbetrieb mit fixiertem Messsystem konzipiert. Binnen zwei Sekunden ist das Messobjekt berührungslos erfasst und das Ergebnis liegt vor.
Dipl.-Ing Hannes Loferer, Produktmanager Oberflächentechnik bei Micro-­Epsilon: „Die oftmals gebürstete Oberfläche des Metalls verursacht ein relativ hohes Rauschen in der Messung. Durch die zweidimensionale Erfassung der Oberfläche und die hohe Punktdichte von reflectControl kann das Rauschen zuverlässig per Software eliminiert werden. Damit bleibt die reine Oberflächeninformation übrig."
Ganz im Gegensatz zu bisher verwendeten Messtastern, welche die Krümmungswerte eindimensional erfassen.
Bei reflectControl ist das Verhältnis Messfläche zu Auflösung allen anderen Verfahren überlegen. Auch Defekte im Bereich von Mikrometern werden sicher erkannt und durch die integrierten Algorithmen automatisch bewertet. Für anschließende Prozesse können die Daten in einfacher Form als Fehler-Reports weiter verarbeitet werden, eine Beurteilung durch eine Person ist nicht mehr erforderlich.
Abgesehen von der Lösung des RC-compact bietet Micro-Epsilon auch weitere Systeme. Für Objekte in der Größenordnung von ganzen Automobilkarossen ist das System RC-Robotic vorgesehen. Hier befindet sich der optische Teil des Messsystems als Sensor am Endeffektor eines Roboters. Ein Messvorgang deckt etwa eine Fläche von 70 x 30 cm ab, der Roboter bewegt das Messsystem an verschiedenen Positionen um das zu inspizierende Objekt. Beispielsweise kommen zur vollständigen Prüfung einer Automobilkarosse auf einer industriellen Fertigungsstraße in Taktzeit vier RC-Robotic zur Anwendung. Beidseitig platziert erledigen sie die komplette Prüfung innerhalb von 60-80 Sekunden. Im Anschluss daran können die entdeckten Defekte durch Markierroboter angezeichnet werden.
Für ganz spezielle Messaufgaben bietet der Hersteller auch die Version RC-custom an. Bei dieser in jeder Umgebung passenden Variante wird für das Messobjekt die optimale Systemanordnung erarbeitet, für den Kunden speziell angefertigt und integriert.
Muss neben der Distanz der Rattermarken auch die exakte Geschwindigkeit des Bandes gemessen werden, so bietet der Hersteller auch einen berührungslos arbeitenden Geschwindigkeitsmessgeber. Das ASCOspeed 5500 ist für den Einsatz in Folien- und Bandanlagen, Rohr- und Profillinien entwickelt worden, um schlupfbehaftete Inkrementalgeber vorteilhaft zu ersetzen.

Lösungen vom Sensorspezialisten
Die Abteilung für Systeme und Anlagen von Micro-Epsilon entwickelt, projektiert und fertigt schlüsselfertige Messanlagen für die Prozessüberwachung und Qualitätskontrolle für viele Branchen. Dabei werden ständig neue Technologien integriert und neue Systeme entwickelt. Auch die Software wird in der eigenen Softwareabteilung anlagenspezifisch programmiert. Gerade im Sondermaschinenbau und insbesondere in der Entwicklung neuer Technologien besitzt das Unternehmen besondere Fähigkeiten. Beginnend mit dem mechanischen Aufbau über die Software bis hin zur Sensor-Speziallösung wird im Haus alles selbst entwickelt und gefertigt. Das erlaubt direkte Kommunikationswege und hat kurze Reaktionszeiten zur Folge. Ein unschätzbarer Vorteil im Sondermaschinenbau, denn gerade hier stehen unerwartete Situationen an der Tagesordnung. So können in kürzester Zeit Lösungen konzipiert werden und die Abstimmung zwischen Elektrotechnik und Maschinenbau vor Ort erfolgen.
Mit dem Oberflächen-Inspektionssystem reflectControl ist der Anwender in der Lage, seine Produkte einer völlig objektiven und reproduzierbaren Bewertung zu unterziehen. Fehler in der Produktion werden nach einer Prüfung schnell erkannt und können umgehend korrigiert werden. Zur Messung geeignet sind alle spiegelnden Oberflächen wie poliertes und lackiertes Metall, glatte und lackierte Kunststoffe sowie galvanisierte Oberflächen. Bei grenzwertigen Objekten ist eine gesonderte Prüfung der Machbarkeit beim Hersteller erforderlich.