IMS Online-Inspektionssystem Inclusion Detection System IDS
Früherkennung von inneren Einschlüssen und Schalendefekten mittels magnetischem Streufluss: IMS Messsysteme präsentiert marktreifes Inclusion Detection System IDS für kaltgewalzte Bandstähle. Die Anforderungen an den Werkstoff Stahl unterliegen durch die fortwährende Entwicklung des Materials sowie dessen Verarbeitungsprozesse einer permanenten Steigerung. Dies gilt ebenso für den Reinheitsgrad des Stahls. Entsprechend ist für die Erzeugung qualitativ hochwertiger Endprodukte eine exakte Führung der Produktionsprozesse unabdingbar, um der nachbearbeitenden Industrie einwandfreie Ausgangsmaterialien mit homogenen Materialstrukturen zur Verfügung zu stellen. Um dies sicherzustellen zu können ist es wichtig, diverse Kenngrößen über die gesam-te Länge des Bandes zu ermitteln. Eine punktuell durchgeführte Materialprüfung an den Enden des Bandes ist hierbei nicht ausreichend, um Materialfehler bei den Endprodukten sowie eventuelle Beschädigungen an Werkzeugen in den nachgelagerten Verformungsprozessen sicher zu vermeiden. Das neuartige Inclusion Detection System IDS von IMS detektiert diese Defekte kontinuierlich, im laufenden Produktionsprozess, berührungslos und zerstörungsfrei
Früherkennung von inneren Einschlüssen und Schalendefekten mittels magnetischem Streufluss: IMS Messsysteme präsentiert marktreifes Inclusion Detection System IDS für kaltgewalzte Bandstähle.
Die Anforderungen an den Werkstoff Stahl unterliegen durch die fortwährende Entwicklung des Materials sowie dessen Verarbeitungsprozesse einer permanenten Steigerung. Dies gilt ebenso für den Reinheitsgrad des Stahls.
Entsprechend ist für die Erzeugung qualitativ hochwertiger Endprodukte eine exakte Führung der Produktionsprozesse unabdingbar, um der nachbearbeitenden Industrie einwandfreie Ausgangsmaterialien mit homogenen Materialstrukturen zur Verfügung zu stellen. Um dies sicherzustellen zu können ist es wichtig, diverse Kenngrößen über die gesam-te Länge des Bandes zu ermitteln.
Eine punktuell durchgeführte Materialprüfung an den Enden des Bandes ist hierbei nicht ausreichend, um Materialfehler bei den Endprodukten sowie eventuelle Beschädigungen an Werkzeugen in den nachgelagerten Verformungsprozessen sicher zu vermeiden.
Das neuartige Inclusion Detection System IDS von IMS detektiert diese Defekte kontinuierlich, im laufenden Produktionsprozess, berührungslos und zerstörungsfrei
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Whitepaper
Online-Inspektionssystem
Inclusion Detection System (IDS)
Innere Einschlüsse, Schalen- und
optisch nicht detektierbare Oberflächendefekte
INHALT
06
Messergebnisse
01
Einleitung
04
Entwicklung eines
Inclusion Detection Systems
4.1 Sensorik
6.1 Labormessungen
6.2 Betriebsmessungen
6.3 Kalibriercoil
18 - 21
22 - 26
02
07 - 10
27
02
Aufgabenstellung
4.2 Aufbau des Sensorblocks
4.3 Aufbau des
Gesamtsystems
11 - 13
07
Zusammenfassung
03 - 04
14 - 15
28 - 29
03
Nutzervorteil
05
Produktionstechnische
Ausführung
05 - 06
16 - 17
01
Einleitung
02
Aufgabenstellung
Die exakte Führung von Produktionsprozessen bei der Herstellung
von Bandstahl und Flachprodukten ist entscheidend für die Erzeugung
qualitativ hochwertiger Produkte mit homogenen Eigenschaften über
die gesamte Länge. Zum Nachweis ist es daher erforderlich, diverse
Materialkenngrößen über die gesamte Länge und nicht nur punktuell an
den Enden zu bestimmen. Es sind berührungslose und zerstörungsfreie
Prüfmethoden im laufenden Prozess notwendig.
Bei der Stahlherstellung und dem anschließenden Gießprozess gelangen
während des metallurgischen Prozesses Einschlüsse in die Schmelze.
Ein Teil dieser nichtmetallischen Partikel verbleibt in den produzierten
Stahlerzeugnissen. Durch die folgenden Walzprozesse werden diese
inneren Defekte nicht aus dem Stahl herausgewalzt, sondern nehmen
durch die Materialverformung vielmehr eine längliche Gestalt an.
Treten diese inneren Einschlüsse und Schalen nicht als offene Defekte
an die Oberfläche des Messgutes, sind sie mit herkömmlichen optischen
Messsystemen nicht erkennbar.
Die Anforderungen an Bandstähle unterliegen
durch die fortwährende Entwicklung des
Werkstoffs und der Verarbeitungsprozesse
einer permanenten Steigerung. Dies gilt
auch für den Reinheitsgrad. Im Kaltbandbereich
haben selbst kleinste Reinheitsgradfehler
beziehungsweise Einschlüsse
negative Auswirkungen.
Die relative magnetische Permeabilität
solcher Einschlüsse ist deutlich geringer als
die des umgebenden Materials. Aufgrund
dieser physikalischen Tatsache kann eine
Erkennung mittels magnetischem Streufluss
erfolgen.
Das geprüfte Material wird bei diesem
Verfahren magnetisiert, wobei bei einer
homogenen Struktur auch das Magnetfeld
an dessen Oberfläche homogen ist. Gibt
es im Material, lokale Bereiche mit deutlich
niedriger Permeabilität, etwa durch nicht
Konkret führen Materialfehler in Form von inneren Einschlüssen und
Schalendefekten in Verarbeitungsprozessen mit starken Verformungsgraden
- wie beispielsweise dem Tiefziehen - zu Materialbrüchen, einer erhöhten
Ausschuss- sowie Reklamationsrate, erheblichen Störungen des Produktionsprozesses,
bis hin zu kostenintensiven Beschädigungen der Werkzeuge.
Abbildung 1: Schematische Abbildung des magnetischen Feldverlaufs bei einem inneren Einschluss
02
EINLEITUNG
AUFGABENSTELLUNG
03
metallische Einflüsse, Risse und Eindrücke an der Oberfläche,
steigt an dieser Stelle der magnetische Widerstand. Ein Teil des
magnetischen Flusses wird so an die Materialoberfläche
gedrängt. Durch die Differenz zwischen der relativen Permeabilität
des Materials und der umgebenden Luft kommt es zu ausgeprägter
magnetischer Brechung. Die Ausdehnung des aus der Materialoberfläche
austretenden Streufelds ist daher deutlich größer als
der ursächliche Defekt, was die Detektion ermöglicht.
03
Nutzervorteil
Die Aufgabenstellung umfasste entsprechend die technische
sowie mechanische Neuentwicklung eines Online-Messsystems
auf Basis des magnetischen Streuflussprinzips, welches diese
bereits im metallurgischen Prozess entstandenen, inneren
Einschlüsse und Schalendefekte sicher erkennt und visualisiert.
Entsprechend dieser Anforderungen detektiert
das auf dem Markt einzigartige Inclusion
Detection System (IDS) der IMS Messsysteme
GmbH diese Defekte kontinuierlich,
im laufenden Produktionsprozess, berührungslos
und zerstörungsfrei bei Banddicken
von 0,1 bis 1 mm. Interessant ist dieses
System also besonders für Hersteller von
Fein- und Feinstblechen, die beispielsweise
für die Automobil oder Foodindustrie höchste
Qualitätsstandards garantieren müssen.
Im Gegensatz zu einem optischen Oberflächeninspektionssystem
ist das Inclusion
Detection System (IDS) – wie bereits
beschrieben - in der Lage, auch vollständig
innerhalb des Materials liegende Defekte zu
erkennen, für die es auf der Materialoberfläche
keinerlei erkennbare Anzeichen gibt.
Die hier angewandte Technologie des
magnetischen Streuflussprinzips bietet
aber einen weiteren, überzeugenden
Vorteil:
Oberflächenfehler, wie beispielsweise Risse
oder Walzenabdrücke, die eine zu geringe
Größe oder unzureichenden Kontrast für
die Erkennung mittels einer optischen
Oberflächeninspektion besitzen, werden
durch Materialspannungen oder Unterbrechungen
im Gefüge ebenfalls magnetisch
sichtbar.
Einige Oberflächenfehler, wie beispielsweise
Schalen und Einwalzungen, haben
häufig deutlich größere Ausdehnungen als
optisch auf der Materialoberfläche erkennbar.
Im Gegensatz zu einer optischen Oberflächeninspektion
detektiert das Inclusion
Detection System (IDS) die vollständigen
Ausmaße solcher Defekte, wie in der folgenden
Abbildung skizziert:
04 AUFGABENSTELLUNG
NUTZERVORTEIL 05
Sicher detektierbarer Bereich
Bedingt detektierbarer Bereich
Nicht detektierbarer Bereich
Optisches Oberflächeninspektionssystem
Inclusion Detection System (IDS)
mittels magnetischem Streuflussprinzip
04
Entwicklung eines
Inclusion Detection Systems (IDS)
4.1 Sensorik
Auf dieser Grundlage werden die im weiteren Verlauf des Whitepapers
dargestellten, optischen Messungen von Oberflächenfehlern
auf Probeblechen als repräsentativ für innere und oberflächliche
Defekte angenommen.
Bei dem gemeinsamen Betrieb eines Inclusion Detection
Systems (IDS) und eines herkömmlichen Oberflächeninspektionssystems
auf (nicht-ferromagnetisch) beschichtetem Material
ermöglicht das IDS eine zuverlässige Unterscheidung zwischen
Beschichtungs- und Substratfehlern, da es im Gegensatz zu
einer OIS ausschließlich Fehler im ferromagnetischen Substrat
anzeigt.
Das entwickelte Streufluss-Detektionssystem
für innere Einschlüsse bietet die Funktionalität
einer vollständigen Streuflussprüfung im
laufenden Produktionsbetrieb. Zur Magnetisierung
des Materials werden Elektromagneten
eingesetzt. Diese lassen sich in ihrer Leistung
an die Beschaffenheit, Struktur und Geometrie
des inspizierten Materials anpassen, sowie
zu Wartungs- und Reinigungszwecken
abschalten.
Die Detektion der Streufelder geschieht
mittels GMR-Sensoren (Giant Magneto
Resistance Sensoren). Bei den verwendeten
Sensoren handelt es sich um
GMR-Differenzsensoren (Gradiometer).
Diese bestehen aus 4 einzelnen GMR-Sensoren,
die in Form einer wheatstoneschen Messbrücke
verschaltet sind. Je 2 dieser Sensoren,
wie in Abbildung 2 schematisch dargestellt,
sind räumlich zusammengefasst. In Abhängigkeit
von der Differenz der magnetischen
Feldstärke zwischen den beiden empfindlichen
Bereichen wird ein Differenzsignal gebildet.
Die empfindlichen Bereiche der verwendeten
Sensoren besitzen einen Mittenabstand
von 1 mm.
Abbildung 2 GMR-Differenzsensor
06 NUTZERVORTEIL
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | SENSORIK 07
Der Einsatz von Gradiometern ermöglicht
eine im Vergleich zu absoluten Sensoren
(Magnetometern) deutliche höhere Verstärkung,
da externe Felder keinen Einfluss auf
das Sensorsignal haben. Dadurch können
besonders kleine lokale Magnetfeldinhomogenitäten
detektiert werden.
Im Inclusion Detection System wird eine
Magnetisierung quer zur Walzrichtung
eingesetzt. Die Wahl der Magnetisierungsrichtung
beruht auf Labormessungen mit
künstlichen Fehlern. Als solche wurden
Durchgangslöcher unterschiedlicher Durchmesser
sowie Nuten mit einer Länge von
1 mm, einer Breite von 100 µm und variabler
Tiefe definiert. Die im Kaltband auftretenden
inneren Einschlüsse nehmen durch die
starke Verformung normalerweise längliche
Formen an. Somit entsprechen Nuten
am ehesten den tatsächlich auftretenden
Fehlern. Für Löcher, die kompakten Fehlern
entsprechen, wurden mit allen Magnetisierungsrichtungen
annährend gleichwertige
Ergebnisse erzielt. Für Nuten konnte mit
einer Magnetisierung quer zur Walzrichtung
deutlich bessere Signal-zu-Rausch-Verhältnisse
erzielt werden. Dies lässt sich leicht
durch den in dieser Richtung größeren
Defektquerschnitt erklären. Abbildung 3
und 4 zeigen die Signal-zu-Rausch-Verhältnisse
für ein Durchgangsloch mit 100 µm
Durchmesser und eine Nut mit 25 µm Tiefe,
100 µm Breite und 1 mm Länge.
Abbildung 4: SNR eines 100 µm Durchgangslochs bei unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen und Messabständen
Eine Magnetisierung im 45°-Winkel zur Bei einer Magnetisierung quer zur Walzrichtung
ist die maximale Jochweite des
Walzrichtung stellt keinen Kompromiss dar,
da diese das Signal-zu-Rausch-Verhältnis Magneten begrenzt. Aufgrund einer
für kompakte Fehler im Vergleich zur geeigneten Magnetfeldhomogenität wurde
parallelen Magnetisierung verschlechtert, die Jochweite so gewählt, dass ein jeweils
ohne dass es zu einer Verbesserung des 48 mm breiter Bereich gemessen wird.
Signal-zu-Rausch-Verhältnisses für
längliche Fehler kommt.
Abbildung 3: SNR einer 25 µm tiefen, 100 µm breiten und 1 mm langen Nut bei unterschiedlichen Magnetisierungsrichtungen
und Messabständen
08
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | SENSORIK
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | SENSORIK
09
Folglich sind mehrere Magnete notwendig, um die unterschiedlichen Materialbreiten
abzudecken. Da im Bereich der Polschuhe der Magnete keine Messung möglich ist,
werden die Sensormodule für eine lückenlose Abdeckung in 2 Reihen angeordnet.
In Abbildung 5 ist die Abhängigkeit des Signal-zu-Rausch-Verhältnisses vom Abstand
zwischen Sensor und Bandoberfläche zu sehen. Mit steigendem Abstand findet
ausgehend vom minimalen Luftspalt von 200 µm ein annährend linearer Abfall von etwa
1 dB / 100 µm zusätzlichem Luftspalt statt. In der Praxis ist für diese Anwendung und
Auflösung ein Luftspalt von 700 µm ausreichend.
04
4.2 Aufbau des Sensorblocks
Je ein Magnet sowie die sich darin befindliche
Sensorzeile wurde zu einem kompakten
Sensormodul zusammengefasst. Eine ein
fache Wartung, Reparatur und Skalierbarkeit
des Messsystems ist somit garantiert.
Messsystem findet über Schnellspanner
in Verbindung mit Passschrauben statt.
Eine mechanische Justage ist durch die
präzise Fertigung und Montage der einzelnen
Modulkomponenten nicht erforderlich.
Die Abbildung 6 zeigt eine Darstellung
eines geöffneten Moduls mit seinen
wesentlichen Komponenten. Dieses beinhaltet
die Sensoren, die Verstärkung und
Filterung der Sensorsignale, AD-Wandler
sowie die Ansteuerung des Elektromagneten
und stabilisierte Spannungsversorgungen.
Die reproduzierbare und schnelle
Installation der Sensormodule am
Die GMR-Sensoren sind innerhalb eines
schützenden und stabilisierenden Aluminiumrahmens
zu einem Sensorblock vergossen.
Dies erschwert das Anhaften von
Schmutz und bietet Schutz vor mechanischer
Beschädigung. Die Sensormodule
entsprechen der Schutzart IP 64, was
den direkten Einsatz in rauer Umgebung
ermöglicht.
Abbildung 5: Signal-zu-Rausch-Verhältnis von Nuten und Löchern in Abhängigkeit vom Messabstand
Abbildung 6: Sensormodul
10
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | SENSORIK
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | AUFBAU DES SENSORBLOCKS
11
Abbildung 7: Sensorblock offen
Abbildung 8: Sensorblock vergossen
Abbildung 10: Signalamplitude einer 1mm x 100 µm x 30 µm Nut in Abhängigkeit
von deren Position
Bei kompakten Kleinst-Defekten, beispielsweise bei Löchern, ist das Streufeld bei
dieser Sensoranordnung zur Detektion optimal.
Abbildung 9: Austausch Sensorblock
Gegenüber kleineren Sensoren mit höherer räumlicher Auflösung sind die verwendeten
Sensoren empfindlicher. Dadurch können besonders schwache Signale kleiner Fehler
besser detektiert werden. Die von einem Sensor detektierten Defekte werden über die
Signalamplitude ermittelt.
Durch den modularen Aufbau ist der einfache
Austausch des Sensorblocks ohne
Justagearbeiten gewährleistet.
Ein Sensormodul besitzt eine äußere Breite
von 95 mm, wodurch eine lückenlose
Abdeckung des Materials mit 2 Sensormodulzeilen
erreicht wird. Jedes Sensormodul
beinhaltet in der Mitte des Magneten 48
GMR-Differenzsensoren. Der Abstand der
Sensoren quer zur Walzrichtung beträgt
1 mm.
Dies ist vorteilhaft, da auch die Größe der
Streufelder kleinster Defekte über 1 mm
liegt. In Abbildung 10 zeigt die Signalamplitude
einer 1 mm langen, 100 µm breiten
und 30 µ tiefen Nut.
Abbildung 11: Signalamplitude unterschiedlicher Defekte in Abhängigkeit von deren Volumen
12 ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | AUFBAU DES SENSORBLOCKS
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | AUFBAU DES SENSORBLOCKS
13
04
4.3 Aufbau des Gesamtsystems
Das Gesamtsystem ist hierarchisch aufgebaut. Die einzelnen Ebenen arbeiten aufgabenorientiert
und sind über schnelle Netzwerktechnik miteinander verbunden. Die Sensorsignale
werden analog-digital mit einer Abtastrate von bis zu 187,5 kHz bei einer Auflösung von
15 Bit gewandelt. Es erfolgt eine längenabhängige Abtastung mit einer konstanten
Längsauflösung (Walzrichtung) von 0,1 mm.
Die digitalisierten Sensorsignale von bis zu 8 Sensormodulen werden einem gemeinsamen
Gig-E-Hub zugeführt und zum Gig-E-Kamerastandard umgewandelt.
Abbildung 12: Hardware-Aufbau
Die Gig-E-Hubs werden an einem Kamerarechner angeschlossen. Dieser Kamerarechner
hat folgende Aufgaben:
1. Signalvorverarbeitung
2. Detektion der Fehler
3. Merkmalsberechnung
4. Klassifikation
5. Steuerung und Abgleich der Sensormodule
Diesem Kamerarechner ist der Datenbankserver überlagert. Der Datenbankserver
speichert die Fehlerbilder und beinhaltet die Produktions- und Trainingsdatenbank.
Die Visualisierung der Fehler sowie die Anbindung der Kundendatenbank erfolgt über
den Datenbankserver.
Abbildung 13: Signalverarbeitung
Abbildung 13 zeigt die Signalverarbeitung mit den Funktionen Detektion, Klassifikation
und Postprozessor.
14 ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | AUFBAU DES GESAMTSYSTEMS
ENTWICKLUNG EINES INCLUSION DETECTION SYSTEMS | AUFBAU DES GESAMTSYSTEMS
15
05
Produktionstechnische Ausführung
Produktdaten:
Banddicke
0,1 – max. 1 mm
Bandbreite
anpassbar
Bandgeschwindigkeit
max. 1.000 m/min bei voller Auflösung
Messabstand
> 0.5 mm
Messgenauigkeit:
Detektierbare Fehlergröße Loch: 70 µm Durchmesser, Nut: 10 µm Tiefe,
(Ersatzfehler) 100 µm Breite, 1.000 µm Länge in 250 µm
starkem Band.
Die minimale Fehlergröße muss je nach
Anwendung bestimmt werden.
Abstandseinfluss 1 dB / 100 µm
Reproduzierbarkeit >98%
Die Messung erfolgt auf einer Umlenkrolle mit zwei Sensormodulreihen. Die Sensormodule
können mittels Servomotoren an unterschiedliche Materialstärken angepasst werden.
Zur Sicherstellung der mechanischen Stabilität werden die Sensormodulzeilen sowie
Abbildung 14: Inclusion Detection System (IDS) im Einsatz
deren Träger mittels Wasser in der Temperatur
konstant gehalten. Die Wasserkühlung
dient gleichzeitig zur Abfuhr der Abwärme
von den Sensormodulen.
Das Messsystem verfügt zusätzlich über
einen pneumatischen Antrieb, um die
Sensorzeilen von der Bandoberfläche
vollständig an und abzuschwenken.
Der Antrieb wird für einen schnellen Rückzug
des Messystems von der Bandoberfläche,
bei Gefahr einer Kollision mit dem Messgut,
automatisch aktiviert.
Der Abstand der Sensormodule zur Bandoberfläche
wird permanent durch jeweils 3
kapazitive Abstandssensoren je Sensormodulzeile
überwacht. Als zusätzliche Sicherheitsvorrichtung
verfügt das Messsystem
über einen optischen Faltendetektor. Dabei
handelt es sich um eine Laserlichtschranke,
welche im Bandlauf 10-20 m vor der Messstelle
eingebaut wird. Im Falle von Falten
werden die Sensorzeilen abgeschwenkt.
Das Messsystem kann in Parkposition
außerhalb der Anlage gefahren werden. In
dieser Position erfolgt ein automatischer
Abgleich der Sensoren und es können
Wartungsarbeiten bei laufender Anlage
durchgeführt werden. Beim Abgleich werden
alle Sensoren auf festgelegte Magnetempfindlichkeit
normiert und es werden defekte
Sensoren ermittelt.
16 PRODUKTIONSTECHNISCHE AUSFÜHRUNG PRODUKTIONSTECHNISCHE AUSFÜHRUNG 17
06
Messergebnisse
6.1 Labormessungen
Oberflächenfehler auf der dem Messsystem gegenüberliegenden Seite des Materials
lassen sich ebenfalls detektieren. Abbildung 18 zeigt das Rohsignal von Nuten mit den
Maßen 1 mm x 100 µm x 25 µm in 200 µm starkem Stahlband. Die erste Nut befindet
sich auf der dem Messsystem zugewandten, die zweite auf der gegenüberliegenden
Materialseite.
Die folgenden Abbildungen zeigen die Rohsignale von künstlichen Fehlern: Ein Loch mit
100 µm Durchmesser (Abbildungen 15) und eine an der Oberfläche liegende Nut mit den
Maßen 1 mm x 100 µm x 30 µm in jeweils 200 µm starkem Stahlband bei einem Messabstand
von 500 µm und einer Geschwindigkeit von 500 m/min.
Abbildung 18: Signalverlauf Nut Bandober- bzw. Bandunterseite
Die Geschwindigkeit hat, wie in Abbildung zu sehen, nur geringen Einfluss auf das
Signal-zu-Rausch-Verhältnis von Defektsignalen.
Speed
Abbildung 19: Signalverlauf bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten
Abbildungen 15 – 17:
Signalverläufe eines 100 µm Lochs und 10 µm und 30 µm tiefen,
100 µm breiten und 1 mm langen Nut
18 MESSERGEBNISSE | LABORMESSUNGEN
MESSERGEBNISSE | LABORMESSUNGEN
19
Die Signalverläufe von Nuten mit einer Breite von und 100 µm und einer Tiefe von jeweils
25 µm und 50 µm sowie einer Bohrung mit 100 µm Durchmesser in 800 µm sind in folgenden
Abbildungen dargestellt. Wie an der 50 µm Nut ersichtlich, ist die Empfindlichkeit
für auf der Materialunterseite liegende Fehler bei dieser Materialstärke reduziert, größere
Defekte lassen sich jedoch weiterhin auf beiden Seiten detektieren.
Die folgenden Bilder zeigen Beispiele für optisch ohne Zuhilfenahme einer
Magnetpulverprüfung sichtbare Kaltbandfehler mit den dazugehörigen IDS-Signalen:
Abbildung 20:
Signalverlauf einer
25 µm tiefen und 100 µm
breiten Nut auf der
Materialoberseite
Abbildung 24:
Kleine Schale,
Materialstärke 700 µm
Abbildung 21:
Signalverlauf einer
50µm tiefen und 100
µm breiten Nut auf der
Materialoberseite
Abbildung 25:
Signalverlauf kleine Schale
Abbildung 22:
Signalverlauf einer
50µm tiefen und 100
µm breiten Nut auf der
Materialunterseite
Abbildung 26:
Walz- und Beschichtungsfehler,
Materialstärke 660 µm
Abbildung 23:
Signalverlauf einer
100 µm Bohrung
Abbildung 27:
Signalverlauf Walz- und
Beschichtungsfehler
20 MESSERGEBNISSE | LABORMESSUNGEN
MESSERGEBNISSE | LABORMESSUNGEN
21
06
6.2 Betriebsmessungen
Die gemessen inneren Einschlüsse werden wie folgt ausgewertet:
1. Aufgrund der Fehlergröße (Amplitude / Volumen)
2. Aufgrund der Klassifizierung
z.B. Schalen, Risse, Überlappungen, M-Fehler, Kratzer, Eindrücke
Abbildung 29: Großflächige Fehler wie z.B. Kratzer und Falten
Einige detektierte Einschlüsse wurden mittels Magnetpulverprüfung genau
lokalisiert und anschließend durch die Anfertigung von jeweils 3 Schliffen
quer zur Walzrichtung untersucht.
Abbildung 28: Kompakter Fehler, unterschiedliche Darstellungen
Abbildung 30: IDS-Aufnahme Fehler 1 Abbildung 31: Magnetpulver-Aufnahme Fehler 1
22
MESSERGEBNISSE | BETRIEBSMESSUNGEN
MESSERGEBNISSE | BETRIEBSMESSUNGEN
23
Abbildung 37: 1. Schliff Fehler 2
Abbildung 38: 2. Schliff Fehler 2
Abbildung 39: 3. Schliff Fehler 2
Abbildung 32: 1. Schliff Fehler 1 Abbildung 33: 2. Schliff Fehler 1 Abbildung 34: 3. Schliff Fehler 1
Abbildung 35: IDS-Aufnahme Fehler 2 Abbildung 36: Magnetpulver-Aufnahme Fehler 2
Abbildung 40: IDS-Aufnahme Fehler 3
Abbildung 41: Magnetpulver-Aufnahme Fehler 3
24 MESSERGEBNISSE | BETRIEBSMESSUNGEN
MESSERGEBNISSE | BETRIEBSMESSUNGEN
25
06
6.3 Kalibriercoil
Das gesamte Messsystem einschließlich der Klassifikationsleistung
erfolgt durch die zyklische Überprüfung mittels eines
Kalibriercoils. Das Kalibriercoil sollte hierfür möglichst viele
Fehler enthalten. Geeignet hierfür ist Kaltband aus der
Herstellung von Übergangsbrammen. Bei der zyklischen
Überprüfung wurde eine Reproduzierbarkeit > 98%
erreicht.
Abbildung 42: 1. Schliff Fehler 3
Abbildung 43: 2. Schliff Fehler 3 Abbildung 44: 3 Schliff Fehler 3
26 MESSERGEBNISSE | BETRIEBSMESSUNGEN MESSERGEBNISSE | KALIBRIERCOIL 27
07
Zusammenfassung
Durch den Einsatz hochwertiger Messelektronik
sowie fortschrittlicher Bildverarbeitung
wurde ein hochauflösendes Messsystem
für innere Fehler und äußere Materialbeschädigungen
entwickelt.
Das Inclusion Detection System (IDS) wird
zur vollständigen Bewertung des Reinheitsgrades
eingesetzt. Die maximale Banddicke
bei voller Empfindlichkeit beträgt 1 mm und
ist für beliebige Bandbreiten skalierbar.
Das Messsystem kann an die jeweilige
Kundenspezifikation angepasst werden.
Durch die eingesetzte Bildverarbeitung mit
Merkmalsberechnung und Klassifikation
werden die Fehler anhand ihrer Größe und
Fehlerart unterschieden. Die Klassifikation
wird an das jeweilige Material sowie die
Kundenspezifikation angepasst.
Das Inclusion Detection System vermeidet
die Auslieferung von fehlerhaftem Material
und stellt die einwandfreie Produktqualität
für den Endkunden sicher. Darüber hinaus
werden die Messergebnisse für die Optimierung
der Vormaterialstufen verwendet.
Durch Verbesserung der Qualität und der
Ausbringung werden Ressourcen geschont
und Kosten reduziert.
28 ZUSAMMENFASSUNG
ZUSAMMENFASSUNG 29
IMS Messsysteme GmbH
Dieselstraße 55
42579 Heiligenhaus
Telefon: +49 (0) 2056 / 975 – 0
Fax: +49 (0) 2056 / 975 – 140
Mail: info@ims-gmbh.de
www.ims-gmbh.de | www.ims-experts.com | www.imsocial.info