Bildbasierte Qualitätsprüfung von mechanischen Manometern

  • Durch die Aufnahme des Zifferblatts mit der Zeigerstellung kann der aktuell angezeigte Druck berechnet werden. Durch den Vergleich mit dem elektronisch ausgelesenen Referenzdruck wird der relative Fehler berechnet. Bild: Bourdon-HaenniDurch die Aufnahme des Zifferblatts mit der Zeigerstellung kann der aktuell angezeigte Druck berechnet werden. Durch den Vergleich mit dem elektronisch ausgelesenen Referenzdruck wird der relative Fehler berechnet. Bild: Bourdon-Haenni
  • Durch die Aufnahme des Zifferblatts mit der Zeigerstellung kann der aktuell angezeigte Druck berechnet werden. Durch den Vergleich mit dem elektronisch ausgelesenen Referenzdruck wird der relative Fehler berechnet. Bild: Bourdon-Haenni
  • Nach der Erfassung der Serien- oder Bestellnummer wird das Manometer an das Prüfsystem angeschlossen und der entsprechende Prüfzyklus über die grafische Benutzerschnittstelle gewählt. Herzstück des Systems ist ein XF800-VeriSens-Vision-Sensor von Baumer, der eine präzise Winkelberechnung vornimmt. Ein Steuersystem von B&R steuert den gesamten Prüfablauf. Bild: Bourdon-Haenni

Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit eingesetzter Manometer im Anlagenbau sind hoch – vor allem für Industrien wie Oil & Gas oder für Kraft- und Wasserwerke. Bourdon-Haenni setzt daher bei der Qualitätskontrolle auf ein neues Bildverarbeitungssystem und ermöglicht so eine effiziente, hochgenaue und reproduzierbare Endkontrolle mit dokumentierten Ergebnissen.

Die von Eugéne Bourdon 1849 erfundene Bourdonfeder ist aufgrund ihrer Zuverlässigkeit auch im 21. Jahrhundert die noch am häufigsten eingesetzte, zentrale Komponente für präzise mechanische Druckmessgeräte. Das Prinzip, den Druck dabei auf Basis der Auslenkung einer gekrümmten Rohrfeder mit elliptischem Querschnitt zu messen, hat sich bewährt und ist deswegen seit 170 Jahren unverändert. Bourdon-Haenni gilt als einer der internationalen Technologieführer für hochwertige Manometer und produziert als einziger Anbieter unter der Marke Bourdon basierend auf diesem originalen Prinzip Rohrfedermanometer. Diese zeichnen sich aus durch Druckbereiche von 0…0,5 bar bis zu 0…1.600 bar, Einfachheit hinsichtlich Bedienung und Wartung, Robustheit und hohe Lebensdauer von mehr als 10 Jahren sowie durch ihre Unempfindlichkeit gegenüber Spannungsschwankungen und Stromausfällen.

Brückenschlag zwischen Mechanik und Digitalisierung

Bourdon-Haenni bietet Millionen von Manometer-Varianten, die Kunden aus Merkmalen wie Nenngröße, Genauigkeitsklasse, Material, Prozessanschluss, Druckbereich oder Gehäuse- und Anschlussvariante individuell konfigurieren können. Diese hohe Fertigungstiefe ermöglichen moderne Prozessmethoden basierend auf dem BTrace-Produktionssystem, das alle Schritte überwacht und dokumentiert, um eine Rückverfolgbarkeit während des gesamten Bestell- und Produktionsvorgangs entsprechend der Null-Fehler-Philosophie sicherzustellen. Um den branchenüblichen manuellen Kalibrier- und Qualifizierungsprozess noch stärker einzubinden, zu automatisieren und gleichzeitig eine Qualitätsprüfung mit 100-prozentiger Rückverfolgbarkeit umzusetzen, entwickelte das Unternehmen eine Bildverarbeitungslösung, die es gleichzeitig auch ermöglicht, alle Messwerte und dazugehörigen Bilder zur Dokumentation abzuspeichern.

Zu jeder Prüfung existiert so ein vom menschlichen Auge unabhängiger, reproduzierbarer und digitaler Nachweis, in welchem Zustand das Manometer das Werk verlassen hat. Alle Daten werden mit den erfassten Messwerten in einer Datenbank hinterlegt, um automatisch Kalibrierungsprotokolle zu generieren und gleichzeitig die Messdaten für weitere Qualitätsauswertungen und Trendanalysen zur Verfügung zu stellen.

Hochgenaue Erfassung der Zeigerposition

Die Vorarbeiten zu dem Bildverarbeitungssystem erfolgten am französischen Produktionsstandort Baumer Bourdon-Haenni in Vendôme. Umgesetzt wurde das Projekt im Rahmen von zwei Masterarbeiten an der Züricher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Die Herausforderung des Systemdesigns lag in der notwendigen hohen Präzision. Bei der Genauigkeitsklasse 1 dürfen Manometer zum Beispiel nur max. ein Prozent von der Messspanne abweichen – für ein Rohrfedermanometer, das in Klasse 1 mit einer Messspanne von 6 bar spezifiziert ist, beläuft sich die maximal erlaubte Abweichung also auf 60 mbar. Die hochgenaue Erfassung der Zeigerstellung ist demnach entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung der Qualitätsprüfung.
Diese Präzision stellt ein VeriSens -Vision-Sensor XF800 von Baumer sicher. Er bildet das Herzstück des Systems und wurde mit der intuitiven Konfigurations-Software Application Suite in vier klaren Schritten innerhalb weniger Minuten für die Bildauswertung parametriert. Durch die integrierte 360°-FexLoc-Lagenachführung werden die Druckgeräte vom Vision-Sensor zunächst virtuell zu 100 Prozent korrekt auf einen definierten Nullpunkt hin ausgerichtet, um die Prüfung der richtigen Positionen im Bereich der Messspanne von 270° sicherzustellen. Entsprechend der Messpanne des zu prüfenden Manometers gibt ein anschließender automatisierter Prüfzyklus bis zu sechs unterschiedliche Drücke auf das System. Zu jedem Prüfdruck wird das Ziffernblatt mit der entsprechenden Ist-Zeigerstellung aufgenommen und der Winkel berechnet. Die Winkelgrade werden über die TCP/UDP-Prozessschnittstelle des Vision-Sensors an die SPS-Steuerung zur Kontrolle der Einhaltung der entsprechenden Toleranzgrenzen übergeben. Durch den Vergleich mit dem elektronisch ausgelesenen Referenzdruck kann so die relative Abweichung in Prozent berechnet werden. Eine grafische Benutzerschnittstelle zeigt die Werte außerhalb des Toleranzbereiches inklusive deren Höhe und Abweichung vom Soll-Wert sofort an.

Geprüft und dokumentiert in 2 statt 10 Minuten

Mithilfe des VeriSens-Vision-Sensors konnte Bourdon-Haenni eine 170-jährige bewährte Fertigungstechnologie mit einer State-of-the-Art bildbasierten Qualitätskontrolle des 21. Jahrhunderts verknüpfen. Hinsichtlich Datenerfassung und Traceability erfüllt die Qualitätsprüfung nun die Anforderungen von Industrie 4.0. Alle erfassten Informationen, Messwerte, Prüfergebnisse und Bilder werden zur Dokumentation in einer Datenbank zusammengefasst und der Seriennummer des Manometers fest zugeordnet. Daneben wird auch eine große Zeitersparnis erreicht. „Wir konnten unsere Effizienz deutlich steigern. Für eine manuelle 5-Punkt-Endprüfung inklusive Dokumentation benötigten wir früher zehn Minuten pro Manometer. Durch das neue Bildverarbeitungssystems sind wir nun um 80 Prozent schneller und liegen bei nur zwei Minuten“, freut sich Jean-Louis Dupré, Werksleiter am französischen Produktionsstandort in Vendôme.

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