Präzise messen trotz Vibrationen

Robuste 3D-Messungen bis in den Mikrometerbereich

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Präzision, Robustheit und Flexibilität entpuppen sich als Schlüsselfaktoren, um bei anspruchsvollen Umgebungsbedingungen schnell genaue Messergebnisse zu erzielen. Die optische 3D-Inspektion mittels Weißlichtinterferometrie beweist es beim Prüfen strukturierter Walzen in der laufenden Stahlblechproduktion. Die Qualitätskontrolle verlängert Laufzeiten und minimiert Rüstkosten.


Vibrierende Umgebungsbedingungen sind der Alptraum eines jeden Messtechnikers. Nahezu alle Verfahren der taktilen und optischen Messtechnik sind darauf angewiesen, dass sich die zu messenden Objekte im Ruhezustand befinden, insbesondere dann, wenn es um Genauigkeiten im niedrigen Mikrometerbereich geht. Eine ganz besondere Herausforderung stellen Walzwerke dar, in denen nicht nur starke Vibrationen auftreten, sondern auch noch eine Belastung durch Staub und Öle besteht. Um bei solchen Bedingungen zuverlässige und genaue Messungen durchführen zu können, sind besondere Fähigkeiten gefragt.


Oberflächenstruktur beeinflusst Blechqualität


Stahlbleche durchlaufen bei der Herstellung eine Vielzahl von Walzprozessen. Während die meisten Walzen eine glatte Oberfläche aufweisen, haben bestimmte Walzen eine definierte Oberflächentopologie. Diese Oberflächenstruktur der Walzen überträgt sich spiegelverkehrt auf die Bleche und sorgt dafür, dass die Bleche bestimmte, gewünschte Eigenschaften aufweisen. Die Gestalt der Oberfläche ist ein ganz wesentliches Merkmal der Qualität von Blechen, denn die Oberflächentopologie ist nicht nur maßgeblich für das Umformverhalten der Bleche, sondern auch für die Haftung und optische Erscheinung der aufgebrachten Lacke.


Es gibt verschiedene Verfahren, die Oberfläche einer Dressierwalze zu verändern. Teils erfolgt dies durch ein scharfkantiges Strahlmittel, durch einen Erodierimpuls oder durch den Beschuss mit einem Laser- oder Elektronenstrahl. Dabei entstehen Rauheitsstrukturen mit teils zufälligen Mustern, aber auch mit regelmäßiger Verteilung. Durch die Laser- und Elektronenstrahlverfahren werden kleine Krater mit seitlichen Aufwürfen in die Oberfläche der Walzen gebrannt, die sich auf dem Blech als kleine Taschen ausbilden.

Diese sehr feinen Strukturen haben die Aufgabe, die Reibung zwischen Blech und Umformwerkzeug zu reduzieren, indem die eingeprägten Taschen als Schmiermittelreservoirs dienen. Diese sollten also möglichst gleichmäßig verteilt und voneinander isoliert sein.


Messinstrument muss Vibrationen handhaben


Nur eine stetige Kontrolle der Walzenoberfläche sichert die hohe Qualität des gewalzten Bleches. Um den laufenden Betrieb nicht zu stark zu beeinträchtigen, müssen die Walzen in der Produktion gemessen werden. Ein Ausbau und Transport der Walzen wäre zu aufwändig für routinemäßige Kontrollmessungen. Durch die Zustandsbeurteilung in der Produktion kann die Walze bis zu einer definierten Verschleißgrenze im Dressiergerüst verwendet werden. Dies spart Rüstkosten und sichert die effiziente Wiederaufbereitung des Werkzeugs. Für das Messinstrument entstehen daraus gleich zwei Anforderungen. Zum einen muss der Messprozess so robust und stabil sein, dass die schädlichen Einflüsse aus den Vibrationen der Umgebung das Messergebnis nicht zu sehr beeinflussen. Zum anderen muss das Instrument auf einer Walze platziert werden können, ohne die wertvolle Oberflächenstruktur zu zerstören.


Damit die unproduktiven Zeiten nicht überhandnehmen, muss das Kontrollwerkzeug schnell und zuverlässig arbeiten, und zudem soll die Bedienung von einem einzigen Mitarbeiter ausgeführt werden können. Für ein ideales System besteht damit eine Fülle von Bedingungen, die mit nur wenigen Messprinzipien erfüllt werden kann.


Weißlichtinterferometrie, schnell und robust


Mit der Weißlichtinterferometrie wurde hier eine Methode gewählt, die durch ihr robustes Messverfahren die schwierigen Bedingungen in hohem Maße befriedigt. Der besondere Vorteil des Verfahrens ist die vollflächige 3D-Datenaufnahme in wenigen Sekunden, wodurch die Stillstandzeiten der Walzstraßen spürbar reduziert werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der Toleranz der Weißlichtinterferometrie gegen Vibrationen, die im Vergleich zu ähnlichen optischen Verfahren wesentlich höher ist. Entscheidenden Anteil haben hierbei nicht nur die Messmethode, sondern auch die ausgefeilten Softwarealgorithmen der Datengenerierung. Denn um hochpräzise Messergebnisse zu bekommen, müssen die Kriterien der Datenaufnahme exakt auf die Oberfläche und den Zweck der Messaufgabe abgestimmt werden können.


Interferometrische Systeme sind, neben Methodik und Software, auch durch ihren vergleichsweise einfachen Aufbau sehr gut für den Einsatz in Produktionsumgebungen geeignet. Es müssen weder gesonderte Messräume eingerichtet werden, noch fallen umfangreiche Pflege- und Unterhaltsmaßnahmen an. Das spart Kosten und steigert die Verfügbarkeit des Instruments im täglichen Einsatz. Durch einen insgesamt robusten, aber leichten Aufbau wurde das Messgerät im Fall der Walzenmessung für den harten Einsatz im Walzwerk tauglich gemacht. Die Reinigung der Frontlinse ist der einzig verbleibende Wartungsaufwand.


3D-Oberflächendaten schaffen Flexibilität


Nachdem die Oberfläche digitalisiert ist, können die 3D-Daten nach beliebigen Parametern ausgewertet werden. So lassen sich beispielsweise Ebenheiten, Stufenhöhen oder die gesamte Topologie schnell und bequem auswerten. Durch benutzerdefinierte Skripte kann die Analyse auch vollautomatisch ablaufen und im Ergebnisprotokoll gesichert werden.


Ein großer Vorteil der flächenhaften optischen 3D-Messtechnik sind die vielfältigen Möglichkeiten der Filterung, Auswertung und des Füllens von nicht gemessenen Punkten. Selbst ungünstige Datensätze können durch die entsprechenden Filter so aufbereitet werden, dass die gewünschten Parameter zur Verfügung stehen. Neben den flächenhaften Auswertungen besteht auch die Möglichkeit, nahezu alle Parameter der profilhaften Messverfahren auszugeben.


Verlängerte Laufzeit und minimierte Rüstkosten


Das Messverfahren bietet eine ausgezeichnete Kombination aus Präzision, Robustheit und Flexibilität, um in anspruchsvollen Umgebungsbedingungen schnelle und genaue Messergebnisse zu liefern. Aufgrund der Verlagerung der Qualitätssicherung in die Produktion werden durch die optimale Ausnutzung der Werkzeuge einerseits und den Entfall der Rüstzeiten sowie der unproduktiven Zeiten des Bauteilhandlings andererseits Kosten effektiv eingespart - ein entscheidender Vorteil im internationalen Wettbewerb.


 

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