Bisher erfolgte die Qualitätssicherung von Extrusionsprodukten während und nach der Produktion. Hin und wieder kam es vor, dass die produzierten Chargen außerhalb der Toleranz lagen und verworfen werden mussten. In die Produktionslinie integrierte Inspektions- und Messsysteme ermöglichen die Vermessung des hergestellten Produkts in Echtzeit und können Abweichungen direkt an die Steuerung des Extruders melden.

Bei der Inspektion von GFK-Bändern für den Leichtbau wird dank des aufgedruckten QR-Codes jeder noch so kleine Defekt des sicherheitskritischen Produkts protokolliert und über die Cloud an externe Verarbeiter übermittelt. (Bildquelle: Pixargus)

Moderne Produktion erfordert Vernetzung und die Rückführung von Qualitätsdaten. (Bildquelle: Bitcom / Pixargus)

Ob Gummiprofile für die Automobilindustrie, Kunststoffprofile für den Fensterbau oder Metallbänder und -folien, Würselen hat mit seinen optischen Sensoren, Inspektions- und Messsystemen von Pixargus ein breites Spektrum an Extrusionsprodukten im Blick. Den Kameras ist es egal, welche Form oder welches Material geprüft werden soll. Ihre Intelligenz beziehen sie aus herstellerseitig entwickelter Software und speziellen Algorithmen.

Es filtert und analysiert rund ein Gigabyte Bilddaten pro Sekunde nach individuellen Testkriterien und entscheidet in Echtzeit, ob es gut oder schlecht ist. Dann geht ein Signal an die Markier- oder Schneideeinheit oder an die Steuerung einer Sortieranlage, die das fehlerhafte Produkt aus dem Umlauf zieht.

Mit Echtzeitanalysen und Qualitätsdaten lassen sich Extrusionsprozesse nun automatisch steuern und optimieren. Die Testsysteme aus Würselen lassen sich mit Sensoren von Drittanbietern entlang der Wertschöpfungskette vernetzen. Alle Qualitätsdaten lassen sich problemlos in interne und externe Folgeprozesse integrieren. All dies ist keine Utopie mehr, aber die Systeme sind verfügbar und zeigen beispielhaft, wo Innovations- und Einsparpotenziale liegen und wie sich Vernetzung lohnen kann. Dies hat der Messtechnikhersteller gemeinsam mit Partnern anhand von Best-Practice-Beispielen gezeigt.

Das Inspektionssystem Profil Control 7 Dual Vision erkennt die Homogenität der Faserausrichtung beim Abwickeln der Glasfasern, 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, eine Forschungsextrusionslinie zur Herstellung von GFK-Bändern für den Leichtbau aufgebaut. sowie weitere Partner. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt zeigt, wie Vernetzung über Prozessebenen und Unternehmensgrenzen hinweg ganz neue Chancen in der Qualitätssicherung bieten kann.

Das Prüfsystem Profilcontrol 7 Dual Vision (PC7 DV) erkennt die Homogenität der Faserausrichtung beim Abwickeln der Glasfasern, bevor sie mit einem Thermoplast benetzt werden. Dann wird das glasfaserverstärkte Band geprüft. PC7 DV prüft die Oberfläche und misst die Dicke und erstellt einen Qualitätsbericht für jede Rolle. Die Fehler sind mit einem maschinenlesbaren QR-Code an den entsprechenden Stellen auf dem Band gekennzeichnet. Darüber hinaus wird das Rollprotokoll in der Cloud gespeichert und kann wie der QR-Code von externen Auftragsverarbeitern abgerufen werden.

Beispielsweise werden Gasdruckbehälter aus dem Band hergestellt, also umwickelt und anschließend erhitzt und verklebt. Es ist ein sicherheitskritisches Produkt, bei dem die Qualität des Bandes an jeder Stelle stimmen muss. Dank QR-Code und Cloud verfügt der Verarbeiter über die notwendigen Informationen. In seinem Produktionsprozess kann er nun beim Auflegen des Tapes auf den Behälter in Echtzeit auf mögliche Schwachstellen im Produkt reagieren. Wenn eine dünne Stelle vorhanden ist, sollte sie zweimal gewickelt werden. Wenn ein Oberflächenfehler vorliegt, sollte dieser nicht oben sein. Erstmals lässt sich ein nahtlos integriertes Qualitätsmonitoring etablieren, was insbesondere bei sicherheitskritischen Komponenten wie Druckbehältern wichtig ist.

Die Testsysteme bieten den Vorteil, dass sie über Systemgrenzen hinweg mit externen Sensoren vernetzt werden können. So können im Rahmen von Industrie 4.0 neue horizontale Wertschöpfungsketten aufgebaut werden.

Für mehr Wissen werden mehr Daten benötigt. Das hat kürzlich ein Anwender erkannt, der optische Überwachungssysteme in der Bandproduktion einsetzt. Er wollte wissen, wie die Dichte des Extrudats ist – ein Parameter, der nicht inline gemessen werden kann. Die Extrudatdicke kann mit Messtechnik von Pixargus und das Flächengewicht mit einer Fremdsensorik, hier BST Pro Control, Bielefeld, gemessen werden. Aus diesen beiden Größen lässt sich die Dichte berechnen. Ein schönes Beispiel für eine Sensordatenfusion, die durch die Zusammenführung mehrerer Netzwerkdaten zeigt, wie physikalisch nicht messbare Materialparameter ermittelt werden können.

Bei der Inspektion von GFK-Bändern für den Leichtbau wird dank des aufgedruckten QR-Codes jeder noch so kleine Defekt des sicherheitskritischen Produkts protokolliert und über die Cloud an externe Verarbeiter übermittelt. (Bildquelle: Pixargus)

Der Datenaustausch ermöglicht die Integration unterschiedlichster Fertigungsprozesse und den Aufbau neuer Wertschöpfungsketten. Aber auch für vernetzte Industrie 4.0-Anwendungen werden geeignete Schnittstellen benötigt. Und hier gibt es derzeit noch ein Problem. Schließlich wird der Datenaustausch in der Produktion mittlerweile über verschiedenste Schnittstellen realisiert. Sollen Anwendungen oder Systeme vernetzt werden, muss jedes Mal neu verhandelt werden, wie die Daten ausgetauscht und gehandhabt werden. Das kostet wertvolle Zeit. Für die digitale Kommunikation in der Produktion wird zukünftig ein einheitlicher, offener Standard benötigt, der bereits eingeführt wurde.

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

Der Datenaustausch über OPC UA ist nicht nur als Brückenkopf zur universellen Vernetzung von Vorteil. Die Schnittstelle ermöglicht auch ganz neue Anwendungen, denn sie erlaubt den Aufbau komplett geschlossener Regelkreise in der Extrusion.

Welche Effizienzpotenziale er für die Profilextrusion bietet, demonstrierte der deutsche Messtechnikhersteller 2017 mit dem Anlagenbauer Extrunet, Kremsmünster, Österreich. Während der Extrusion eines Fensterprofils schickte das Prüfsystem PC7 DV Messdaten zu Qualitätsabweichungen über OPC UA an den Extruder. Wenn das Profil zu dick war, konnte der Extruder den Abzug schneller regulieren, damit das Profil schnell sein Ziel erreichte.

In der Produktion wird der Extruder heute in der Regel beim Produktwechsel einmalig parametriert und ggf. zwischendurch im Produktionsprozess nachjustiert. Anders bei der Maschine-Maschine-Kommunikation im Regelkreis: Hier weiß der Fertigungsprozess selbst um die Qualität und kann sich laufend korrigieren und anpassen. Frühzeitige Fehlererkennung und höhere Präzision sind das Ergebnis. Das spart Material und Kosten.

Optische Prüfsysteme kontrollieren vor- und nachgelagerte Systemkomponenten in der Produktionslinie mit automatisch ermittelten Messdaten und rationalisieren so den gesamten Produktionsprozess. Es ist an der Zeit, die Extrusion transparenter zu machen, Inspektionsprozesse zu verketten und Qualitätsdaten für die Folgeprozesse zu nutzen. Nur so lassen sich die vielen Innovations- und Einsparpotenziale heben. Die Technik ist vorhanden, mehr Mut zur Vernetzung ist noch notwendig.

ist Journalist in der aix-Redaktion in Stolberg-Dorf.

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