3D-Inspektion im Stahlwerk: für Ranger3 kein „heißes Eisen“

Optische 3D-Inspektion in der Heißproduktion von Stranggussanlagen, Warm- und Rohrwalzwerken – dort, wo flimmernde Oberflächen, Hitze, Zunder, Schmutz und Feuchtigkeit an der Tagesordnung sind? Für die IMS Messsysteme GmbH – Marktführer auf diesem Gebiet – ist dies eine wesentliche Kernkompetenz. Mit Ranger3 von SICK setzt das Unternehmen seit über einem Jahr einen 3D-Vision-Sensor ein, der die Performance der eigenen Inspektionssysteme deutlich verbessert und zugleich neue Anwendungsfelder und Geschäftsmöglichkeiten erschließt.

Die Streaming-Kamera Ranger3 setzt hinsichtlich Technologie, Geschwindigkeit, Auflösung und Integrationsfreundlichkeit den künftigen Standard in der industriellen 3D-Bildverarbeitung. Mit ihrer innovativen, von SICK entwickelten ROCC-Technologie (Rapid-On-Chip-Calculations) kann sie bis zu 15,4 Gigapixel pro Sekunde verarbeiten und ermöglicht ein Full Frame 3D-Imaging (2560 x 832 Pixel) mit einer Geschwindigkeit von 7 kHz. Dadurch ist die 3D-Vision-Kamera Ranger3 in der Lage, auch in schnellen Produktions- und Inspektionsprozessen hochauflösende 3D-Messungen von Dimensionen, Konturen und Oberflächeneigenschaften durchzuführen, um kleinste Abweichungen und Fehler zu detektieren. Die Konturerfassung der Laserlinie, die auf das Objekt projiziert wird, erfolgt dabei unabhängig von Farben und Kontrasten, von der Umgebungshelligkeit oder – wie bei IMS Messsysteme – vom optischen Erscheinungsbild der vor Wärme flimmernden Strangprofile, Brammen oder Rohre.

IMS Messsysteme: Marktführer in der optischen Inspektion für die Stahl-, Aluminium- und Metallindustrie

Die IMS Messsysteme GmbH in Heiligenhaus entwickelt und produziert Isotopen-, Röntgen- und optische Messsysteme für den industriellen Einsatz in der Stahl- und Nichteisenmetallindustrie. Das Unternehmen, das 1980 gegründet wurde, beschäftigt heute etwa 450 Mitarbeiter auf fünf Kontinenten. „Wir haben uns mit Komplettlösungen wie dem Messsystem X-3Dvision die technologie- und marktführende Position in Stranggussanlagen, Warm- und Rohrwalzwerken erarbeitet“, sagt Dipl.-Ing. Zvezdan Pejovic, Produkt- und Vertriebsmanager für optische 3D-Inspektionssysteme bei IMS. Die Systeme können Langgutprofile und Rohre in einem Arbeitsgang und unter härtesten Bedingungen auf ihre Dimensionen, auf ihre Kontur und Geradheit sowie auf Oberflächenfehler wie Risse, Ablagerungen, Einschlüsse oder Vertiefungen prüfen. „Je eher Fehler erkannt werden, desto schneller können Bearbeitungsprozesse korrigiert und Ausschuss vermieden werden“, erklärt Zvezdan Pejovic. „Daher kommen unsere Messsysteme schon in der Heißproduktion zum Einsatz. Die Profile und Rohre sind hier noch fast 1.000 °C warm und stellen dadurch höchste Anforderungen an die Messtechnik selbst wie auch an den mechanischen Aufbau der Messsysteme.“

Die Messsysteme X-3Dvision von IMS werden zur 360°-Inspektion von Produkten mit unterschiedlichsten geometrischen Eigenschaften eingesetzt. „Um die gesamte Oberfläche von Profilen oder von Rohren lückenlos erfassen zu können, integrieren wir mehrere Kameras und Laserbeleuchtungen in einen kreisförmigen Messaufbau, durch den das Langgut zur Inspektion hindurchgeführt wird“, erläutert Zvezdan Pejovic den grundlegenden Systemaufbau. „Die messtechnischen Komponenten werden in die stabile Rahmenkonstruktion integriert und sind dort vor dem direkten Kontakt mit der rauen Umgebung geschützt. Zusätzlich werden die Kameras und Lasersender per Luft und Wasser gekühlt, um stabile Umfeldtemperaturen und dadurch präzise und reproduzierbare Messergebnisse zu gewährleisten.“ Und Präzision ist eine der Stärken der Messsysteme von IMS: für die Konturmessung gibt das Unternehmen eine typische Auflösung von 0,05 mm und eine Reproduzierbarkeit von ± 0,08 mm an – und bei der Oberflächeninspektion werden Furchen, Risse und Kratzer von gerade einmal 0,3 mm Breite, 10 mm Länge und 0,3 mm Tiefe zuverlässig gemessen und erkannt (Beispiel aus einer existierenden Installation hinter dem Streckreduzierwalzwerk bezogen auf eine Produktionsgeschwindigkeit von 10m/s ). Sowohl die Dimensions- und Konturmessung als auch die Inspektion der Oberflächen erfolgt also mit einer spezifizierten Genauigkeit und Reproduzierbarkeit bis in den Submillimeterbereich und gewährleistet so Erzeugnisse in höchster Qualität.

Messsystem mit 22 Ranger3-Kameras für ein komplettes Profilspektrum

Je nach Art und Kontur eines Langproduktes kommen in den Messsystemen von IMS zwischen drei und acht Kameras für die 360°-Inspektion zum Einsatz. „In eine unserer neuesten Anlagen haben wir jedoch deutlich mehr 3D-Vision-Sensoren, nämlich 22 Ranger3 integriert“, führt Zvezdan Pejovic aus. „Dadurch konnten wir den Wunsch eines Kunden umsetzen, der für sein komplettes Portfolio an H-, L-, C- und CZ-Profilen sowie Spundwänden ein einziges, hochpräzises Mess- und Inspektionssystem haben wollte.“ 

Für die Berechnung der 3D-Daten direkt in der Kamera hat SICK die ROCC-Technologie entwickelt. Der CMOS-Sensor der Ranger3 übernimmt die Umrechnung der erfassten Laserlinie auf dem Objekt in dessen exakte 3D-Profildarstellung. Dies bedeutet, dass die Kamera ohne aufwändige Nachverarbeitung fertige 3D-Koordinaten für das X-3Dvision-Messsystem von IMS bereithält. Gleichzeitig gewährleistet die Gigabit-Ethernet-Schnittstelle der Streaming-Kamera eine Übertragung auch großer Messdaten-Mengen in Echtzeit. „Pro Sekunde erzeugen die Kameras abhängig von der Anwendung bis zu 24.000 Profile, was einen Datendurchsatz aller Kameras bis zu 4 Gbit pro Sekunde bedeutet“, bestätigt Zvezdan Pejovic. „Wir haben mit den Ranger3-Kameras von SICK unser X-3Dvision zu einem Inline-System für die Multiprofil-Inspektion weiterentwickeln können. Dieses ist in der Lage, auch bei anspruchsvollen Geschwindigkeiten eine sehr hohe Genauigkeit zu erreichen. Gleichzeitig kann es selbst kleinste Abweichungen so frühzeitig melden, dass eine unmittelbare Prozesskorrektur im Gieß- oder Walzprozess möglich ist.“

Mit Ranger3 in neue Applikationen

Mit Hilfe der Streaming-Kamera Ranger3 gewährleistet IMS aber nicht nur höchste prozess- und produkttechnische Qualität – es eröffnen sich dem Unternehmen auch neue Marktchancen. „Die hohen Mess- und Übertragungsraten der 3D-Vision-Sensoren von SICK erschließen unseren Inspektionssystemen überall dort neue Anwendungsfelder, wo mit hohen Prozessgeschwindigkeiten produziert wird“, erklärt Zvezdan Pejovic. „Die trifft beispielsweise auf die Fertigung von Schienen zu – und noch viel mehr auf die Produktion von Stabmaterialien oder Walzdraht mit Vorschubgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s.“ 

Für IMS ist die Ranger3 somit nicht nur wegen ihrer Performance gesetzt, sondern auch wegen ihres Potenzials als „enabling technology“ für künftige Einsatzgebiete der Messsysteme des Unternehmens.