Stargate

Hochauflösende 3D-Inline-Inspektion im Stahlwerk

Optische 3D-Inspektion in der Heißproduktion von Stranggussanlagen, Warm- und Rohrwalzwerken sind für die IMS Messsysteme eine wesentliche Kernkompetenz. Mit dem 3D-Sensor Ranger3 wurde die Performance der Inspektionssysteme nochmals deutlich verbessert.

Das Messsystem X-3Dvision prüft Langgutprofile und Rohre in einem Arbeitsgang und bei bis zu 1.000°C. Pro Sekunde erzeugen die 22 3D-Kameras bis zu 24.000 Profile, was einen Datendurchsatz aller Kameras bis zu 4Gbps bedeutet. (Bild: Sick AG)

Die Streaming-Kamera Ranger3 kann mit der von Sick entwickelten ROCC-Technologie (Rapid-On-Chip-Calculations) bis zu 15,4Gbps verarbeiten und ermöglicht ein Full Frame 3D-Imaging (2.560×832 Pixel) mit einer Geschwindigkeit von 7kHz im Vollformat oder bis zu 46kHz bei AOI (Area of Interest). Die Konturerfassung der Laserlinie, die auf das Objekt projiziert wird, erfolgt dabei unabhängig von Farben und Kontrasten, von der Umgebungshelligkeit oder – wie bei IMS Messsysteme – vom optischen Erscheinungsbild der vor Wärme flimmernden Strangprofile, Brammen oder Rohre.

360° Inspektion bei 1.000°C

Die IMS Messsysteme GmbH entwickelt und produziert Isotopen-, Röntgen- und optische Messsysteme für den industriellen Einsatz in der Stahl- und Nichteisenmetallindustrie. „Wir haben uns mit Komplettlösungen wie dem Messsystem X-3Dvision die technologie- und marktführende Position in Stranggussanlagen, Warm- und Rohrwalzwerken erarbeitet“, sagt Dipl.-Ing. Zvezdan Pejovic, Produkt- und Vertriebsmanager für optische 3D-Inspektionssysteme bei IMS. Die Systeme können Langgutprofile und Rohre in einem Arbeitsgang und unter härtesten Bedingungen auf ihre Dimensionen, Kontur und Geradheit sowie auf Oberflächenfehler wie Risse, Ablagerungen, Einschlüsse oder Vertiefungen prüfen. „Je eher Fehler erkannt werden, desto schneller können Bearbeitungsprozesse korrigiert und Ausschuss vermieden werden“, erklärt Zvezdan Pejovic. „Daher kommen unsere Messsysteme schon in der Heißproduktion zum Einsatz. Die Profile und Rohre sind hier noch fast 1.000°C warm und stellen dadurch höchste Anforderungen an die Messtechnik selbst wie auch an den mechanischen Aufbau der Messsysteme.“ Die Messsysteme X-3Dvision werden zur 360°-Inspektion von Produkten mit unterschiedlichsten geometrischen Eigenschaften eingesetzt. „Um die gesamte Oberfläche von Profilen oder von Rohren lückenlos erfassen zu können, integrieren wir mehrere Kameras und Laserbeleuchtungen in einen kreisförmigen Messaufbau, durch den das Langgut zur Inspektion hindurchgeführt wird“, erläutert Pejovic den Systemaufbau. „Die messtechnischen Komponenten werden in die stabile Rahmenkonstruktion integriert und sind dort vor dem direkten Kontakt mit der rauen Umgebung geschützt. Zusätzlich werden die Kameras und Lasersender per Luft und Wasser gekühlt, um stabile Umfeldtemperaturen und dadurch präzise und reproduzierbare Messergebnisse zu gewährleisten.“ Und Präzision ist eine der Stärken der Messsysteme von IMS: für die Konturmessung gibt das Unternehmen eine typische Auflösung von 0,05mm und eine Reproduzierbarkeit von ±0,08mm an. Bei der Oberflächeninspektion werden Furchen, Risse und Kratzer von gerade einmal 0,3mm Breite, 10mm Länge und 0,3mm Tiefe zuverlässig erkannt (Beispiel aus einer existierenden Installation hinter dem Streckreduzierwalzwerk bezogen auf eine Produktionsgeschwindigkeit von 10m/s).

22 Kameras für ein Profilspektrum

Je nach Art und Kontur eines Langproduktes kommen in den Messsystemen zwischen drei und acht Kameras für die 360°-Inspektion zum Einsatz. „In eine unserer neuesten Anlagen haben wir jedoch 22 Ranger3 Kameras integriert“, führt Zvezdan Pejovic aus. „Dadurch konnten wir den Wunsch eines Kunden umsetzen, der für sein komplettes Portfolio an H-, L-, C- und CZ-Profilen sowie Spundwänden ein einziges, hochpräzises Mess- und Inspektionssystem haben wollte.“ Die kompakte Bauform (55x55x77mm) der Kamera ermöglichte eine applikationsgerechte Integration in den Messaufbau. Mit einer Profilrate von bis zu 47kHz und einer Auflösung von 2.560×832 Pixel erfüllt sie auch höchste Anforderungen an die messtechnische Performance. Dank eines neuartigen 3D-Algorithmus zur sicheren Detektion der Laserlinie auf dem Objekt hat das Erscheinungsbild der Profil- und Rohroberflächen, die durch die Wärmeabstrahlung flimmern können, keinen Einfluss auf die Verfügbarkeit und Genauigkeit der Kameras. „Dies ist auch deshalb von Bedeutung“, so Pejovic, „weil wir mit Laserlicht in unterschiedlichen Farben arbeiten. Die Laserlinien überschneiden sich auf dem Objekt und gewährleisten eine lückenlose 360°-Inspektion. Der Farbunterschied ist erforderlich, damit sich die Laserlinien aus Kamerasicht nicht gegenseitig beeinflussen. Jede Kamera hat auf das entsprechende Laserlicht optimierte Bandpassfilter sowie ein IR-Sperrfilter gegen die Wärmestrahlung.“ Für die Berechnung der 3D-Daten direkt in der Kamera hat Sick die ROCC-Technologie entwickelt. Der CMOS-Sensor der Ranger3 übernimmt die Umrechnung der erfassten Laserlinie auf dem Objekt und dessen exakte 3D-Profildarstellung, d.h. dass die Kamera ohne aufwändige Nachverarbeitung fertige 3D-Koordinaten für das Messsystem bereithält. „Pro Sekunde erzeugen die Kameras, abhängig von der Anwendung, bis zu 24.000 Profile, was einen Datendurchsatz aller Kameras bis zu 4Gbps bedeutet“, bestätigt Pejovic. „Wir haben mit den Ranger3-Kameras unser X-3Dvision zu einem Inline-System für die Multiprofil-Inspektion weiterentwickeln können.“ Die Ranger3 Sensoren eröffnen IMS aber auch neue Marktchancen. „Die hohen Mess- und Übertragungsraten der 3D-Sensoren erschließen unseren Inspektionssystemen überall dort neue Anwendungsfelder, wo mit hohen Prozessgeschwindigkeiten produziert wird“, erklärt Pejovic. „Die trifft z.B. auf die Fertigung von Schienen zu – und noch viel mehr auf die Produktion von Stabmaterialien oder Walzdraht mit Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 100m/s.“