Produzieren ohne Fehler

Foto: Drähte

Mit sechs Metern pro Sekunde rast der Draht durch die Maschinen, umgerechnet etwa 22 Kilometer pro Stunde. Mehrere Produktionsschritte lassen ihn dünner und dünner werden, bis er die gewünschte Stärke erreicht hat. Dabei können verschiedene Fehler auftreten: Ziehriefen, ähnlich einem langen Kratzer im Autolack; Rattermarken, ähnlich einer Delle im Auto, die durch ein Hagelkorn verursacht wird. Oder es entstehen Querriefen, die senkrecht zum Draht sind, so als wolle man den Draht durchschneiden. An diesen Schwachstellen könnte der Draht später reißen. Doch nicht nur die Qualität des Drahtes wird dadurch gemindert: Reißt ein Draht während der Herstellung in der Maschine, können die Maschinen Schaden nehmen. Das kann zu teuren Produktionsausfällen führen.

Wissenschaftler der Freiburger Fraunhofer-Institute für Physikalische Messtechnik IPM und für Werkstoffmechanik IWM haben nun ein Kamerasystem entwickelt, das die schnell bewegte Drahtoberfläche während der Produktion vollständig auf Fehler überprüft. Dabei erkennt es Defekte, die kleiner als hundert Mikrometer sind. „Wir verwenden eine spezielle Kamera, die extrem kurze Regelzeiten erlaubt“, so Andreas Hofmann, Geschäftsfeldbeauftragter am IPM. „Die kürzeste mögliche Regelzeit – also Bildaufnahme, Auswertung und Signalerzeugung – beträgt 100 Mikrosekunden. Innerhalb dieser Zeit wird der Draht nur zehn Mikrosekunden lang über eine LED-Beleuchtungseinheit angestrahlt, ähnlich wie bei einem Stroboskop in der Disco. Die restlichen 90 Mikrosekunden verbleibt der Draht im Dunkeln, die Kamera nimmt während dieser Zeit zwar weiterhin auf, sieht aber nichts mehr.“ Da der Draht sich in den dunklen 90 Mikrosekunden weiter bewegt, nehmen die Forscher einen ausreichend großen Bildausschnitt von fünf Millimetern auf. Das Bild überlappt mit der vorhergehenden und der nachfolgenden Aufnahme. Die einzelnen Bilder fügen sich so lückenlos aneinander und der Draht kann auf der kompletten Länge kontrolliert werden. Vier Kameras und acht Beleuchtungseinheiten sorgen dafür, dass er von allen Seiten überprüft werden kann. Fehler fallen sofort auf.

Der Knackpunkt der Entwicklung lag vor allem in den Algorithmen, die die aufgenommenen Bilder auswerten. „Wir verwenden für dieses System Cellular Neural Networks-Kameras, kurz CNN: Bei ihnen sitzt an jedem einzelnen Chip ein kleiner Rechner, der die Daten sofort auswertet und mit denen des Nachbarchips vergleicht. Weichen sie stark voneinander ab, deutet das auf einen Fehler im Material hin. Dadurch können, wenn man diese parallele Rechnerarchitektur ausnutzt, bis zu 100 Milliarden Operationen pro Sekunde in Echtzeit auf dem Kamerachip ausgeführt werden“, erklärt Hofmann. Je nach Art der Abweichung ermittelt das System, um welchen Fehler es sich handelt, und passt die Produktionslinie entsprechend an oder stoppt diese, wenn nötig.


COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer