Hochgeschwindigkeits-Wärmebildkameras von FLIR – Überwachung der Rohstahlqualität für die Automobilindustrie

FLIR-Wärmebildkameras erkennen Mängel bei Stahlelementen mit höchster Genauigkeit.

In der heutigen industrialisierten Welt ist die Nachfrage nach Stahl, insbesondere von der Automobilindustrie, enorm gestiegen. Obwohl es effektive Methoden zur Überprüfung von Rohstahlwerkstoffe gibt, bleibt die Forderung nach mehr Effizienz, mehr Sicherheit und höherer Qualität weiterhin bestehen. Um die derzeitigen Methoden zur zerstörungsfreien Prüfung von Stahlbarren zu verbessern, hat der südafrikanische Technologiespezialist H. Rohloff (Pty) Limited das „Billet InspectIR“ entwickelt, ein automatisiertes Hochgeschwindigkeitssystem für die In-Line-Inspektion von Stahlknüppeln und -Rohren. Dieses fortschrittliche System basiert vollständig auf der Wärmebildtechnik von FLIR, um Oberflächenfehler an runden und quadratischen Stahlknüppeln zu identifizieren.

Die 1946 gegründete H.Rohloff (Pty) Limited hat sich zu einem der 100 führenden Technologieunternehmen im südlichen Afrika entwickelt. Rohloff™ ist nach ISO 9001:2008 zertifiziert und steht für qualitativ hochwertige, technologiegetriebene Materialprüfungen sowie Messgeräte, -Systeme und -Lösungen. Rohloff liefert und unterhält ein umfassendes Sortiment an hochwertigen High-Tech-Prüf- und Messprodukten für die unterschiedlichsten Branchen. Das Unternehmen bietet Lösungen an, die von tragbaren oder eigenständigen Wärmebildkameras bis hin zu schlüsselfertigen Großprojekten für Privatpersonen, Unternehmen, unabhängige Großhändler und Einzelhändler reichen.

Systemanforderungen

Die Nachfrage nach einem automatisierten Inspektionssystem kam aus der Stahlindustrie selbst. „Ein Kunde von uns, ein Stahlproduzent, wollte etwas, das das manuelle und visuelle Inspektionssystem ersetzt“, sagt Louie van der Walt, technischer Direktor bei H. Rohloff. „Die bisherige Methode war zeitintensiv und bot keine Rückverfolgbarkeit. Die neue Lösung sollte eine Rückverfolgbarkeit und die dazugehörige Dokumentation für die Qualitätskontrolle ermöglichen.“

Zu den weiteren Anforderungen gehörte, dass die Prüfung schnell und sicher, sensibel, zuverlässig und möglichst berührungslos erfolgen sollte. Wichtig war auch die Fähigkeit, Materialfehler schnell nach Ausrichtung, Länge und Tiefe zu kategorisieren. 

Als ein Unternehmen mit langjähriger Erfahrung im Bereich der Wärmebildtechnik wusste H. Rohloff, dass diese Technologie der Schlüssel zum Erfolg war. „Durch den Einsatz moderner Infrarot-Technologie haben wir bewiesen, dass all diese Kriterien erfüllt werden können. Die Thermografie kommt bei den heutigen Fertigungsprozessen zum Einsatz, da sie vollständig in das Prinzip der zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) passt", sagt Louie Van der Walt.

Hochgeschwindigkeits-Erkennung

Das InspectIR-System besteht aus einem Wärmebildkameragehäuse, einem Signalverarbeitungssystem, einem Bedienungsschaltschrank, einer Induktionsheizung, Induktionsspulen, einem Wasserkühlungssystem, einem Förderband und einer Defektmarkierungsanlage. Barren, Stangen oder Rohre werden in die Förderer geladen und durch die Kamerabox geführt. Im Inneren der Kamerabox erwärmt eine der drei unterschiedlich großen Induktionsspulen die Oberfläche des Materials auf maximal 20°C und die Oberflächendefekte zeigen sich wärmer als der Rest der Fläche. Je nach Anwendung werden drei oder vier Wärmebildkameras in den Ecken der Box platziert und erfassen die vom erwärmten Barren erzeugten Daten mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde. Diese Daten werden dann von einem ausgeklügelten Signalverarbeitungssystem analysiert, das mithilfe von Algorithmen die Fehler identifiziert, quantifiziert und anzeigt. Die zu diesem Zweck konzipierte Fehlererkennungssoftware wurde in Zusammenarbeit mit mehreren Stahlherstellern entwickelt. Der Billet InspectIR® wurde für den Betrieb in einer vollautomatischen Inspektionslinie entwickelt, wodurch das Risiko menschlicher Fehler ausgeschlossen ist.  Eine Markierstation kennzeichnet dann mit Wasserlack die Position des Fehlers oder, falls erforderlich, das Material als Ausschuss. 

Die Kamerabox ist 5 Meter lang, 1 Meter breit und 3 Meter hoch. Sie wiegt 5 Tonnen und ist in einem Aluminiumrahmen untergebracht. Sie kann ihre Höhe automatisch an die Größe des zu prüfenden Materials anpassen.

Ein wichtiges Funktionsprinzip des InspectIR-Systems besteht darin, dass der erkannte Temperaturanstieg des Fehlers mit der Tiefe des Oberflächenfehlers zusammenhängt. „Diese Lösung ist einzigartig – es gibt nichts Vergleichbares auf dem Markt“, sagt Herr van der Walt. „Der Billet InspectIR verfügt über ein nachvollziehbares Berichtssystem und kategorisiert die Fehler nach Ausrichtung, Länge und Tiefe. Dies ist aus Sicht der Materialprüfung besonders wichtig, da es dem Anwender die Entscheidung ermöglicht, ob er das Produkt verschrottet oder nachbearbeitet und den Fehler beseitigt. Darüber hinaus arbeitet das System berührungslos, was sicherstellt, dass es keinen Verschleiß und nur einen minimalen Wartungsbedarf aufgrund des Fehlens von beweglichen Teilen gibt.“

Jede FLIR-Wärmebildkamera nimmt sechzig Mal pro Sekunde insgesamt 76.800 Temperaturmessungen vor. Das bedeutet, dass jede Sekunde 4.608.000 Temperaturmesswerte mithilfe von vier leistungsstarken Signalprozessoren analysiert werden. Die InspectIR-Software unterscheidet automatisch zwischen Temperaturschwankungen von nur 1°C. Fehler werden automatisch nach der Fehlertiefe kategorisiert, die direkt proportional zur ΔT ist.

Produktivitätsgewinne

„Die Produktivitätsgewinne, die sich aus dem Einsatz des InspectIR-Systems ergeben, sind enorm“, so van der Walt. Früher wurden Stahlstäbe lediglich durch Sichtkontrolle oder Magnetpulverprüfung überprüft. Die Sichtkontrolle ist nur bedingt aussagekräftig, da sie nur Diskontinuitäten, die an der Oberfläche des Materials sichtbar sind, aufzeigen kann. Außerdem ist sie zeitaufwendig und beschränkt sich auf die Sehkraft und das Wissen des Anwenders. Die Magnetpulverprüfung (MT) wird zur Ortung von Oberflächen- und leichten Untergrunddiskontinuitäten oder Defekten bei ferromagnetischen Werkstoffen eingesetzt. Derartige Fehler bei einem magnetisierten Teil führen dazu, dass ein Magnetfeld, d. h. ein magnetischer Fluss, das Teil verlässt. Wenn magnetische Partikel auf diese Oberfläche aufgebracht werden, werden diese durch den Streufluss an Ort und Stelle gehalten, um eine visuelle Rückmeldung zu geben. Die Methode ist zwar effektiv, aber auch zeitaufwendig. „Früher dauerte die Sichtprüfung zwei Minuten pro Stahlstange. Mit dem InspectIR ist das mit einer Taktfrequenz von sechs Sekunden pro Stange möglich“, sagt Herr van der Walt.

Hochempfindliche Wärmebildkameras

Das Billet InspectIR-System wurde bereits bei mehreren Stahlherstellern weltweit in Betrieb genommen. „Bisher haben wir ein System nach Südafrika, ein System nach Deutschland und drei Systeme nach China geliefert“, sagt Herr van der Walt. Bei dem System in Südafrika und bei einem in China kommen jeweils vier FLIR-SC3000-Wärmebildkameras zum Einsatz. Die beiden anderen chinesischen Systeme verwenden die A315- und A615-Kameras von FLIR.

Die FLIR-Kameras der SC-Serie zeichnen sich durch höchste Empfindlichkeit, Genauigkeit, räumliche Auflösung und Geschwindigkeit aus. „Die FLIR-Kameras helfen uns dabei, eine strenge und unerlässliche Qualitätskontrolle durchzuführen, da diese Stäbe zu einem späteren Zeitpunkt in kleinere Segmente geschnitten und für sicherheitskritische Bauteile in Kraftfahrzeugen verwendet werden“, erklärt Herr van der Walt. 

 „Wir schätzten besonders die hohe Empfindlichkeit und Geschwindigkeit der Kamera, denn unser Billet InspectIR-System muss in der Lage sein, Rohstahlstangen mit einer Geschwindigkeit von einem Meter pro Sekunde zu überprüfen.“

Auch die FLIR A-Serie bietet hochempfindliche Kameramodelle, die über eine Hochgeschwindigkeits-Infrarot-Fensterfunktion verfügen. Die FLIR A-Serie ermöglicht die Aufnahme von Wärmebildern mit hohen Bildraten (z. B. 200 Hz beim A615).

„Neben ihrer hohen Empfindlichkeit lassen sich FLIR-Kameras auch leicht in größere Systeme wie das Billet InspectIR integrieren, da die Kameras relativ kompakt und gewichtsoptimiert sind“, so van der Walt. 

FLIR liefert H. Rohloff darüber hinaus auch die passenden Hilfsmittel für die Kamerasteuerung. „Jedes Mal, wenn eine andere Stangengröße in das Billet InspectIR-System geladen wird, muss der Fokus der Wärmebildkameras angepasst werden. Dank der dedizierten FLIR-Software kann eine zuvor verwendete Fokusposition gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Dadurch kann auch

die Inspektion schneller und effizienter durchgeführt werden.“

Umfangreiche Berichtsfunktionen

Sämtliche Wärmebilder werden auf dem Prüfbildschirm angezeigt. Nachdem jeder Rohstahl-Barren oder -Stab das System durchlaufen hat, wird ein Wärmebild und ein Bericht des Prüfteils erstellt. Alle Ergebnisse werden gespeichert und können jederzeit heruntergeladen oder ausgedruckt werden. Fehlerdaten wie Position, Tiefe, Länge, Ausrichtung sowie die Kategorisierung werden in der Datenbank gespeichert. Ein Lasergeschwindigkeitsmessgerät dient zur genauen Kontrolle der Defektmarkierung.