Immer häufiger werden Kunststoffrohre in sehr engen Toleranzgrenzen gefordert. Dies stellt den Verarbeiter vor eine schwierige Aufgabe, die er häufig nur mit hohem Personaleinsatz oder hohen Ausschußquoten erreicht. Hier wird über die Ergebnisse einer Installation berichtet, die eine extrem hohe Genauigkeitsanforderung erfüllt hat.
Ein niederländischer Verarbeiter produziert PE-Bewässerungsrohre mit 3,2 mm Außendurchmesser und 0,9 mm Innendurchmesser. Zur Konstanthaltung des Durchlasses muß eine Innendurchmessergenauigkeit von +/- 0,01 mm gewährleistet sein.
Lösen kann dieses Problem ein Ultraschall-Meßsystem, das die komplette Rohrdimension prüft und mit zwei Regelkreisen konstant hält.
Das Ultraschall-Meßsystem
Das Herzstück des Systems bildet eine mehrkanalige Ultraschallelektronik, die mit einer Meßkammer (gif 14k), in der vier, sechs oder acht Ultraschallprüfköpfe angeordnet sind, das Rohr kontinuierlich in Wanddicke, Außen- und Innendurchmesser vermißt.
Eine komfortable Auswerteoberfläche stellt die Ergebnisse auf einem VGA-Farbmonitor dar und führt noch eine Vielzahl von weiteren Funktionen durch, zum Beispiel Grenzwertüberwachung, Trenddarstellung, Druckerprotokoll und zwei Regelkreise, die in diesem Fall die Aufgabe lösen.
Jeder Regelkreis kann frei parametriert werden, insbesondere auf welche Meßgröße er wirken soll. Im vorliegenden Fall wirkte der erste Regelkreis mit dem Innendurchmesser auf ein Vakuumventil; der zweite Regelkreis wirkte mit dem Außendurchmesser auf die Extruderdrehzahl.
Die Lösung des Temperaturproblems
Die Kühlwassertemperatur schwankte jedoch zwischen morgens/mittags oder Winter/Sommer um ca. 5 Celsius. Diese Kühlwassertemperaturänderung überträgt sich auf ein PE-Rohr an der Meßstelle mit dem Temperaturkoeffizienten von 0,3 % pro Grad Celsius.
Bekanntlich ist die Ultraschall-Wanddickenmessung abhängig von der Kalibrierung der Ultraschall-Schallgeschwindigkeit. Diese wiederum ist temperaturabhängig. Dies erfordert, daß die Temperatur des Rohres an der Meßstelle nach der erstmalig durchgeführten Kalibrierung konstant bleibt. Einfluß auf die Temperatur können Prozeßschwankungen habenü wie Abzugsgeschwindigkeit, Kühlwassertemperatur, Massetemperatur und Rohmaterial. Im vorliegenden Fall waren bis auf die Kühlwassertemperatur alle anderen Faktoren vernachlässigbar klein.
Dies hätte normalerweise somit bei der Messung eine Wanddickenänderung von 2/100 mm oder 4/100 mm Innendurchmesseränderung ausgelöst. Abgestellt wurde dieser Einfluß mit Hilfe eines neuen automatischen Verfahrens, das die Wassertemperatur berücksichtigt und damit automatisch die Ultraschall-Schallgeschwindigkeit korrigiert.
Hardwaremäßig war ohnehin für die Konstanz der Durchmessermessung (gif 6k) eine Wassertemperaturmessung mit Hilfe eines Ultraschallprüfkopfes, der eine Referenzstrecke in der Meßstrecke mißt, vorhanden.
Ein reines Softwaremodul führt daraufhin dann eine automatische Korrektur der Kunststoff-Schallgeschwindigkeit durch und erreicht somit das hier gesteckte Genauigkeitsziel.
Das Ergebnis
Beim Anfahren bringt die Regelung die Dimensionen innerhalb von 1-2 Minuten auf die Sollwerte mit einer Restabweichung von kleiner 1/100 mm und hält dies während der Produktion konstant.
Dieses Ergebnis konnte nur durch eine hohe Meßgenauigkeit und Langzeitkonstanz der Kalibrierung erreicht werden.
Hervorzuheben ist, daß das Meßsystem neben der Präzision auch den Vorteil einer zusammenfassenden Geometriemessung, -Protokollierung und -Regelung durchführt. Dadurch wird die Handhabung an der Linie wesentlich vereinfacht.
Rolf Diederichs 28.Dez 1995, info@ndt.net
