Grundlagen zur Steuerung des Radial-Axial-Ringwalzens durch den Einsatz von Bildverarbeitungssystemen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Beim Radial-Axial Ringwalzen werden nahtlose, ringförmige Bauteile hergestellt. Das Formenspektrum reicht dabei von scheiben- bis hin zu hülsenförmigen Bauteilen mit rechteckigem oder profiliertem Querschnitt. Die herkömmliche Sensorik moderner Ringwalzanlagen erfasst dabei die Geometrie des Rings an wenigen Punkten mit mechanischen oder laseroptischen Sensoren. Dabei können weder die Profilform, noch eventuelle sich ausbildende Ringfehlformen oder Prozessfehler während des Prozesses erfasst werden. Der Forschungsbedarf besteht daher in der Integration eines Sensorsystems, welches die Informationsdichte über die Geometrie des Rings durch Ergänzung der herkömmlichen Sensorik erhöht. Das Ziel dieses Forschungsprojekts war die Integration eines Bildverarbeitungssystems in die Ringwalzanlage des Lehrstuhls für Produktionssysteme, um grundlegende Fragestellungen, beispielsweise zur Art der verwendeten Hardware, aufzuwerfen und zu beantworten und die Messfähigkeit des Systems nachzuweisen. Weiterhin war das Ziel, die Möglichkeit zu schaffen, Form- und Prozessfehler sowie das radiale Ringprofil prozesssynchron zu detektieren sowie die Voraussetzung für die Anbindung an die Ringwalzsteuerung zur Rückführung der Messwerte zu schaffen. Die Arbeiten der ersten, einjährigen Förderphase gliederten sich dabei in 6 Arbeitspakete auf, die anschließende zweiten, zweijährigen Förderphase war in sieben Arbeitspakete untergliedert. Zunächst wurden die Anforderungen an ein Bildverarbeitungssystem bestimmt und die passende Hardware ausgesucht und beschafft. Es wurde ein Konzept zur Integration des Systems in die Ringwalzanlage entwickelt. Die Softwarestruktur des Systems wurde den gegebenen Bedingungen der Ringwalzsteuerung des Lehrstuhls für Produktionssysteme angepasst, um in Zukunft eine Kommunikation zwischen Bildverarbeitungssystem und Ringwalzanlage zu gewährleisten. Um die grundsätzliche Messfähigkeit des Systems zu überprüfen, wurden zunächst offline-Messungen, d.h. Messungen am stehenden Bild, zur Entwicklung eines passenden Bildverarbeitungsalgorithmus durchgeführt. In anschließenden online- Messreihen wurde erstmals die Ringgeometrie während eines laufenden Walzprozesses mit einem Bildverarbeitungssystem vermessen. Nach Abschluss dieser Arbeiten wurde eine Systematik entwickelt, das radiale Ringprofil zu vermessen. Diese Systematik wurde im Experiment geprüft und verifiziert. Ebenfalls wurden Methoden entwickelt, um den Durchmesser des Rings sowie den Formfehler Rundheit, den Prozessfehler Klettern sowie den Winkel zwischen Ringstirn- und Ringmantelfläche zu vermessen, aus welchem die Formfehler Schüsselform, Höhenschlag und Konizität bzw. Konvexität und Konkavität abgeleitet werden können. Sämtliche Methoden wurden im Experiment validiert. Dabei konnte für eine Messung über den gesamten Ringdurchmesser, welche z.B. bei der Messung der Rundheit zum Einsatz kommt, eine Messunsicherheit von durchschnittlich 2,28 mm erreicht werden, bei Messungen über den Ringquerschnitt, welche z.B. bei der Messung des Ringkletterns zum Einsatzkommen, konnte eine durchschnittliche Messunsicherheit von 0,85 mm erreicht werden. Für beide Anwendungsfälle besteht weiterhin Potential zur Verringerung der Messunsicherheit. Während der zweiten Förderphase stellte sich heraus, dass der Ring insbesondere in frühen Phasen des Prozesses teilweise großflächig von Anlagenbauteilen verdeckt ist. Dies führte dazu, dass die Messungen der globalen Ringgeometrie in sehr frühen Prozessphasen keine präzisen Ergebnisse liefert. Daher wurde davon abgesehen, die konventionelle Sensorik vollständig durch die Bildverarbeitung zu substituieren. Stattdessen wurde der Fokus auf eine Ergänzung der Sensorik durch die Messwerte der Bildverarbeitung gelegt. Die Anbindung wurde dabei über eine EtherCAT Verbindung realisiert, über welche auf die Soft-SPS und -NC der Ringwalzsteuerung zugegriffen werden kann.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Image Processing Methods for Online Measurement in Radial-Axial Ring Rolling. In: Proc. of the 36th Matador Conference 2010, Manchester (UK), 2010, S. 355-358
Meier, H., Briselat, J., Hammelmann, R., Flick, H.
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Measurement of Radial-Axial Ring Rolling by Using Image Processing Methods. In: Spath, Dieter; Ilg, Rolf (Hrsg.): Innovation in Product and Production: Proceedings of the 21st International Conference on Production Research, 2011. – ISBN 978-3-8396-0293-5
Meier, H.; Briselat, J.; Flick, H.; Kreimeier, D.
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Online Measurement of Radial-Axial Rolled Rings with an Image Processing System. In: Proceedings of the 18th International Forgemasters Meeting. 1. Aufl., 2011, S. 131–140
Meier, H.; Briselat, J.
