25 | 09 | 2017
wenglorMEL a member of the wenglor innovative family wenglor the innovative family 
Film: Berührungsloses Erfassen von Ovalität und Fehlern im Flanschprofil mit MEL M2-iLAN Laser-Scannern. Mit den erfassten Daten wird der Biegeprozess parametrisiert. Dabei übernimmt die Software von MEL die gesamte Steuerung aller am Prozess beteiligten Komponenten.

Industrial Ethernet in der Geometriekontrolle von Gussrohren

Um die Ovalität und die Flansch-Geometrie an Gussrohren zu prüfen, hat MEL eine Systemlösung mit M2-iLAN Laser-Scannern realisiert. Das System ist in der Lage, eine Genauigkeit von 0,1mm zu sichern. Große Bedeutung hat dabei das flexible Ethernet-Kabel, das durch den Roboterarm verlegt ist.



Bild 1: Berührungsloses Erfassen von Ovalität und Fehlern im Flanschprofil mit MEL M2-iLAN Laser-Scannern. Mit den erfassten Daten wird der Biegeprozess parametrisiert. Dabei übernimmt die Software von MEL die gesamte Steuerung aller am Prozess beteiligten Komponenten.

 

 

Bild 2: Biegepresse mit dem robotergeführten Laser-Mess-System. Der Messaufbau wird von dem Roboterarm in das zu vermessende Rohr gefahren.

 

 

Bild 3: Die MEL Systemlösung ist trotz komplexer Aufgabenstellung und Steuerung mit überschaubarem Aufwand zu realisieren. Die Auswertungs- und Steuerungselektronik für den gesamten Prozess befindet sich direkt an der Messvorrichtung in einem IP64 Schutzgehäuse. Die Administration und Messdatenübertragung erfolgt über das Ethernet.

 

 

Bild 4: Erkennung des Durchmessers innerhalb der Limits und der Ovalität bei 29,3°

Die Herstellung von Rohren aus Stahl unterliegt meist einem thermischen Prozess. Die Firma Duktus stellt Rohre komplett mit Flansch und Anschlussprofil im Schleudergussverfahren her. Beim Abkühlen eines Rohres entsteht häufig unterschiedlicher Materialverzug. Dadurch Erhält das Rohr eine ovale Form. Damit das Rohr den hohen Qualitätsanforderungen entspricht, muss es nach dem Abkühlen genauestens vermessen und gegebenenfalls mechanisch nachbearbeitet werden. Neben der Ovalität wird auch der Flansch und das Anschlussprofil an den Rohrenden auf Fehler und Ausbrüche hin untersucht. Bisher wurde die Messung mit einem manuell zu bedienenden taktilen Messsystem an einzelnen Punkten gemessen. Der anschließende Biegeprozess wurde manuell initiiert und gesteuert. Die Firma Duktus setzt nun eine Systemlösung auf Basis von zwei M2-iLAN Scannern der MEL Mikroelektronik GmbH ein. Die Lösung wurde in den automatisierten Fertigungsprozess integriert und steuert mit eigener Logik den gesamten Mess- und Biegeprozess vollautomatisch. Dabei werden langjährige Erfahrungswerte des Anwenders mit einbezogen.

 

Funktionsweise

Die zu vermessenden Rohre werden über ein SPS-gesteuertes Transportsystem in die Haltevorrichtung der hydraulischen Biegepresse gefahren. Diese dient gleichzeitig als Messplatz. Die Messeinrichtung besteht aus einem Lineartisch mit Präzisionsantrieb, der die Abstände der beiden Scanner zueinander je nach zu messendem Rohrdurchmesser variabel anpasst. Der Lineartisch selbst ist an einem Roboterarm befestigt und wird von diesem in das zu vermessende Rohrende geführt. Der Rohrdurchmesser wird vor dem Einfahren der Messvorrichtung in das Rohr mit einem M10L Laser Sensor bestimmt. So kann der Rohr-Innendurchmesser sowie der geometrische Mittelpunkt des Rohres bestimmt werden. Beim Messvorgang wird der Lineartisch um 180° gedreht. Die beiden Scanner erfassen während einer Messdauer von ca. zwei Sekunden die Ovalität des Rohres sowie die Geometrie des umlaufenden Anschlussprofils. Die von den Scannern erfassten Daten werden in Echtzeit über Ethernet an den Auswertungs-PC geschickt. Die Software von MEL ermittelt die Abweichungen vom Soll-Maß und errechnet die sich daraus ergebenden Biegeparameter. Anschließend steuert die Software die Drehung des Rohrs in die richtige Biegeposition. Die Biegemaschine wird mit den nötigen Parametern adressiert, und der Biegeprozess erfolgt. Nach dem Biegen erfolgt eine Kontrollmessung, um den Erfolg der Biegung zu dokumentieren.

 

Flexibles Mess-System

Verschiedene Rohrdurchmesser sowie Unterschiede in den Flansch- und Anschlussprofilen erfordern ein flexibel einsetzbares Mess-System. Die eingesetzte Lösung ist in der Lage, Rohre mit Durchmessern von 350 bis 1.100mm zu erfassen. Unterschiedliche Flanschprofile lassen sich in der Software hinterlegen. So kann der Anwender das System an Veränderungen in der Produktionslinie anpassen. Die MEL Software orchestriert und stimmt die einzelnen am Prozess beteiligten Komponenten aufeinander ab. Initiiert von der Materialsteuerung, die das zu vermessende Rohr in die Haltevorrichtung der Biegemaschine fährt, übernimmt die MEL Software während des gesamten Mess- und Biegevorgangs die Kontrolle. Möglich ist das, da neben der Erfassung der Messwerte auch deren Auswertung innerhalb der Software stattfindet.

 

Erfahrungswerte integriert

Jedes Rohr ist anders. Manchmal ist es notwendig, ein Rohr bis zu vier mal aus verschiedenen Richtungen zu bearbeiten, bis es zum gewünschten Ergebnis führt. Zuweilen weisen Rohre atypische Verformungen auf, bei denen die normale Bearbeitungsroutine nicht erfolgreich greift. Hier sind oft die in langjähriger Erfahrung gewonnenen Erkenntnisse des Anwenders gefragt, damit das Rohr erfolgreich in Form gebracht werden kann. Diese Erfahrungswerte wurden als ‘intelligente’ Automatik-Routinen in der Software hinterlegt. Erfüllt die Geometrie eines Rohrs die Bedingungen einer dieser verschiedenen Routinen, so wird sie anstelle der normalen Prozedur ausgeführt.

Aussagefähige Statistik

Die Systemlösung erstellt von jedem erfassten Rohr umfangreiche Statistiken. Diese weisen gegenüber manueller oder einfachen taktilen Systemen weitaus mehr Messpunkte auf. Auch entfallen Ungenauigkeiten auf Grund subjektiver Beurteilung bei manuellem Messen. Die so gewonnen Erkenntnisse lassen sich nun wesentlich präziser und verbindlicher mit den Werten, die aus der Materialmischung im Hochofen stammen vergleichen. So können eindeutige Rückschlüsse von der Materialbeschaffenheit im Bezug zur Art der Verformung der Rohre gezogen werden. Der Fertigungsprozess kann so schon bei der Mischung des Guss-Materials hinsichtlich der Fertigungsqualität optimiert werden.

 

Einfache Ethernet-Verkabelung

Das flexible Ethernet Kabel wurde durch den Roboterarm verlegt. Die zwei Laser Scanner, die Motorsteuerung der Linearverstellung und ein Drehgeber werden über nur ein flexibles Ethernet Kabel angeschlossen. Über das Kabel erfolgt sowohl die Stromversorgung, der Datenverkehr und auch die Winkelposition des Rohres per Drehgeber. Die MEL M2-iLAN Laser-Scanner-Serie enthält die komplette Elektronik bereits im Sensorkopf. Die erfassten Kameradaten werden also noch im Sensorkopf ausgewertet und zu konsolidierten Daten verarbeitet. Diese Daten weisen ein drastisch reduziertes Volumen gegenüber üblichen Framegrabbern auf und können ohne signifikante Netzwerkbelastung über den integrierten Ethernet-Anschluss übertragen werden. Der Anschluss an die SPS erfolgt über ein RS232, der Encoder für die Motorsteuerung über eine herstellerspezifische Schnittstelle.