Hohe Erträge bei noch höheren Temperaturen: Automatisierung der thermischen Inspektion bei 900 °C

In der Stahlindustrie herrschen extreme Temperaturen und Umgebungsbedingungen. Die weltweit im Bauwesen verwendeten Stahlknüppel werden in der zweiten Phase des Stahlgießens unter großer Hitze geformt. Nachdem die Stahlschmelze im Tiegel bei extremen Temperaturen von bis zu 1.370 °C in Form gegossen wurde, müssen die quaderförmigen Stäbe (oder Knüppel) abkühlen, bevor sie visuell geprüft werden können. Das heißt, dass die Knüppel oft erst Stunden nach dem Gießen kontrolliert werden können.

Das kann zu kostspieligen Produktionsstaus führen und erfordert eine arbeitsintensive manuelle Inspektion – zumindest war das der Fall, bevor BcB Informatica y Control eine Lösung dafür fand. BcB Informatica y Control ist ein spanisches Ingenieur- und Technologieunternehmen, das im Bereich der Zustandsüberwachung in verschiedenen Sektoren tätig ist, vom Bauwesen bis zur Industrie und Energieerzeugung.

Als engagierter Teledyne FLIR-Integrator entwickelt das Unternehmen maßgeschneiderte Softwareanwendungen für die Integration modernster Thermografie, um optimale Bedingungen für Produktionsprozesse in allen Umgebungen zu gewährleisten – wie rau oder unwirtlich sie auch sein mögen.

Bei dieser jüngsten Installation im Auftrag der CELSA-Gruppe, einer multinationalen Gruppe von Stahlunternehmen mit Hauptsitz in Spanien und Wurzeln in der Stahlbewehrung bzw. Betonstahlindustrie, hat das Unternehmen sein hervorragendes Maßverständnis – und die Technologie von FLIR – eingesetzt, um die Qualitätskontrolle von Stahlknüppeln mit unglaublicher Genauigkeit zu optimieren.

Glühende Anlagen brauchen genaue Thermografie

Im Stahlwerk von Celsa in Barcelona erreichen die Temperaturen in der Knüppelproduktionslinie für gewöhnlich über 700 °C, wobei die höchste gemessene Temperatur bei 905 °C lag.

Aufgrund dieser anspruchsvollen Umgebung sind normale Kameras einfach nicht in der Lage, Bilder mit der für die Zustandsüberwachung erforderlichen Genauigkeit und Beständigkeit aufzunehmen. Wärmebildkameras sind die offensichtliche Wahl, zumal sie aufgrund ihrer robusten Gehäuse und ihrer Fähigkeit, mittels aktiver Thermografie über das sichtbare Spektrum hinaus zu sehen, optimal in rauen Umgebungen funktionieren.

Messung von Maßabweichungen in Echtzeit

Die Qualität von Stahlknüppeln ist entscheidend. Da sie auch in der Industrie und im Bauwesen eingesetzt werden, haben sie eine sehr geringe Toleranz für Abweichungen, um die Genauigkeit und Integrität bei Großprojekten zu gewährleisten, bei denen jeder Millimeter zählt.

Jeder Stahlknüppel wird idealerweise als perfekter Quader mit einer Kantenlänge von entweder 10 oder 12 Metern gegossen. Wie bei jedem Produktionsprozess gibt es jedoch kleinste Abweichungen, die überwacht werden müssen. Bei den Stahlknüppeln von Celsa beträgt die Toleranz der Flächen an beiden Enden lediglich 13 mm. Das gilt für alle Flächen der 6-seitigen Formen, sodass sie in mehreren Dimensionen gemessen werden müssen, um eine vollständige Übereinstimmung zu gewährleisten.

Vor der Beauftragung von BcB Informatica mit der Integration von Wärmebildtechnik von Teledyne FLIR konnten die Stahlknüppel nur alle vier Stunden geprüft werden, damit sie ausreichend Zeit zum Abkühlen hatten.

Dieser Prozess wurde jedoch durch den Einsatz eines Systems, das zwei 2D-Laser und zwei FLIR A700-Sensoren im Tandembetrieb einsetzt, erheblich effizienter gestaltet.

Mit dieser Luft- und Seitenansicht wird sichergestellt, dass jedes Flächenmaß der Knüppel auf ihrem Weg durch die Produktionslinie sorgfältig gemessen wird, d. h. die Messungen erfolgen in Echtzeit und nicht erst vier Stunden später. Dank dieser neuen Funktion können als untauglich eingestufte Knüppel (mit einer Abweichung auf einer der Fläche von 13 mm oder mehr) zurück in den Schmelztiegel geschickt, wieder eingeschmolzen und erneut gegossen werden, da Stahl beliebig oft geschmolzen und umgeschmolzen werden kann, ohne seine Reinheit oder strukturelle Integrität zu verlieren.

Zur Bewältigung dieser hohen Temperaturen integrierte BcB Informatica y Control ein wassergekühltes Gehäuse für alle beteiligten Geräte, das die einwandfreie Funktion der Kameras und 2D-Laser gewährleistet.

Autofokus ist entscheidend für den Weg der Knüppel vom Schmelztiegel zum Endverbraucher

Konfiguration, da sie Objekte automatisch fokussieren kann, wenn sich der Abstand zum Objektiv ändert. Die Autofokus-Funktion des Geräts gewährleistet, dass es die Flächenmaße der Knüppel genau messen kann.

Das einzige Problem dabei ist der Maßstab – wie kann die A700 den Abstand zwischen Knüppel und Objektiv ohne Maßstab bestimmen, vor allem, wenn dieser variiert? Die Lösung für dieses Problem war der geniale Einsatz eines 2D-Lasers, der die Knüppel beim Passieren anstrahlt, mit einer speziellen Software die Entfernung auf der Grundlage der Lichtbrechung berechnet und die wahrgenommene Entfernung in Echtzeit an die A700 übermittelt, die dann das Objektiv optimal fokussieren kann.

Nach diesem entscheidenden Schritt erkennt die Software von BcB Informatica mit Hilfe von Computer Vision, ob die Flächen der Knüppel die vorgegebenen Anforderungen (13 mm <) erfüllen und ob die Flächenkanten der Knüppel wesentliche Mängel aufweisen, die das Produkt unbrauchbar machen. Fehlerhafte Knüppel werden wieder zurück in den Tiegel gegeben.

Maximierung des Ertrags mit innovativen Lösungen

Mit diesem neuen Hightech-System kann das Werk nun täglich über 1000 Stahlknüppel produzieren und prüfen. Dadurch verbessert der multinationale Stahlhersteller seine Erträge und maximiert zugleich seinen Gewinn.

Nahum Jaime Sánchez, Projektingenieur bei BcB Informatica, meint: „Die von uns genutzte Software erfasst ein radiometrisches Bild, wandelt Pixel in Millimeter um, damit Wärmebildkameras für die Maßkontrolle verwendet werden können, und warnt den Kunden, wenn ein Knüppel außerhalb der vorgegebenen Maße liegt oder verformt ist. Außerdem nennen wir dem Kunden die genaue Temperatur des Produkts. Da dieser Prozess mit sehr hohen Temperaturen arbeitet, müssen die Messwerte genau sein.“

„Der Kunde hat bereits in der Vergangenheit mit Teledyne FLIR zusammengearbeitet und die Produkte eignen sich hervorragend für Inspektionen rund um die Uhr. Zudem funktionieren sie mit dem entsprechenden Gehäuse auch in rauen Umgebungen sehr gut und bieten eine stabile Kommunikation.“