Wärmesensorik Wärmebildkamera von Optris optimiert Serienproduktion

Mit dem Einsatz der Optris PI Wärmebildkamera optimiert die Firma HBW-Gubesch aus der Nähe von Nürnberg die Serienproduktion von Automotive-Exterieur-Teilen. Konstante Temperaturprofile während des Thermoformprozesses sichern eine hohe Qualität der Bauteile.

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Optris GmbH

Die Firmengruppe HBW-Gubesch ist ein mittelständischer Full-Service-Provider und Bauteilentwickler auf der Basis innovativer Spritzguss- und Thermoformtechnologien. Durch einen eigenen Werkzeug- und Formenbau, Spritzguss inklusive Montage sowie eigene Entwickler und Konstrukteure deckt das Unternehmen die komplette Prozesskette aus einer Hand ab.

Der mittelständische Betrieb entwickelt und produziert Kunststoffteile und Baugruppen, unter anderem für die Automobilindustrie. Weiter gehören technische Teile für Konsumgüter, Kunststoffe für die Medizintechnik, Lichtleiter sowie Verpackungslösungen zum Angebotsspektrum. Ein renommierter Automobilhersteller hat die Firma seit Jahren mit der Produktion von Leichtbauabdeckungen (Automotive Exterieur) beauftragt.

Die für den Tiefziehprozess der Teile benötigten Faserverbundplatten haben eine Dicke von 3,3 bis 3,7 mm und sind mit Glasfaser verstärkt. Bevor sich die Kunststoffplatten zu Verkleidungsteilen formen lassen, müssen sie erwärmt werden. Dies geschieht durch Ober- und Unterheizungen in einem Strahlerfeld der Thermoformmaschine. Nach dem Erwärmen verpresst die Maschine die Faserverbundplatten in der Form des Verkleidungsteils und kühlt sie anschließend ab. Die Handhabungszeit zwischen Erwärmung und Umformung ist dabei minimiert. Durch den Umformvorgang findet zeitgleich ein Anformen von funktionellen Gruppen (z. B. Lufteinlassdüsen) statt. In einem weiteren Schritt beschneidet ein Laser das Verkleidungsteil und bringt es in Form. Danach gelangt es für die Montage zum Endkunden. In der Vorserienproduktion war für HBW-Gubesch das Hauptziel die Prozessoptimierung, welche z. B. darin lag, eine stabile Serienproduktion, eine verbesserte Zykluszeit und eine minimale Fehlproduktion sicherzustellen.

Konstante Temperatur

Während der Vorserienproduktion kam es zu gelegentlichen Verbrennungen an den Verkleidungsteilen aufgrund zu hoher Temperatureinstellungen oder zu Faltenbildungen durch ein zu niedriges Temperaturprofil. Eine konstante Temperaturüberwachung zum Einstellen und Nachregeln der Strahler stellte hier die größte Herausforderung für den Prozess dar. „Der anfängliche Einsatz eines Pyrometers auf jeder Seite erwies sich als ineffizient, da die Temperaturen über den ganzen Materialzuschnitt zu sehr schwankten. Die Überlegung, mehrere Pyrometer in einer Linie einzusetzen, wurde ebenfalls in Betracht gezogen. Aber auch hier war es schwierig, eine genaue Durchschnittstemperatur zu ermitteln“, erklären die Entwickler von HBW-Gubesch.

Kamera steuert Temperatur

Die geeignete Lösung war die Optris PI Wärmebildkamera. Aufgrund ihrer flächendeckenden Temperaturmessung über einen Großteil der Faserverbundplatte lassen sich einzelne Werte, wie Cold Spots und Hot Spots, sowie Durchschnittswerte und Temperaturprofile über die Fläche anzeigen. Der Einbau von jeweils einer Wärmebildkamera mit einer 62 °-Weitwinkeloptik erfolgt in der Ober- und Unterheizung des Starterfeldes.

Um eine Fläche von 400 mm x 300 mm der Faserverbundplatten abzudecken, wurden die Kameras mit einem Abstand von 300 bzw. 350 mm montiert. Durch die Nähe zur Heizanlage kommt es an der Vorderseite der Kamera zu Umgebungstemperaturen von bis zu 350 °C – zu heiß ohne zusätzlichen Schutz. Deshalb wurden die Wärmebildkameras in ein Kühlgehäuse mit Wasserkühlung integriert und die Techniker montierten vor jedem Gehäuse ein entkoppeltes Blech, das die Wärmestrahlung reflektiert. Somit lässt sich eine konstante Umgebungstemperatur der Wärmebildkameras von 35 bis 40 °C gewährleisten. Die maximale zulässige Umgebungstemperatur der Kamera von 50 °C überwacht die zugehörige Software Optris PI Connect.

Benutzerfreundliche Bedieneroberfläche

Die Auswertung der Temperaturdaten erfolgt ebenfalls über diese Software. Sie stellt für die Anwender eine umfangreiche IR-Kamerasoftware dar, welche Temperaturen analysiert und dokumentiert sowie Prozesse automatisch kontrolliert. Die Software ermöglicht Video- und Schnappschuss-Aufnahmen mit bis zu 120 Hz und lässt sich individuell anpassen. Bei HBW-Gubesch wird die Datenweitergabe über eine COM-Port-Schnittstelle an eine selbstentwickelte Bedieneroberfläche realisiert. Die von der Firma novo.design (Neustadt/Aisch) entwickelte Software sucht in definierten Zeitabständen nach neuen Snapshots der beiden Kameras. Gleichzeitig werden die Temperaturwerte beider Kameras ausgelesen und zwischengespeichert. Die wichtigsten Informationen sind in einem Temperaturdiagramm dargestellt. Eine definierte Temperaturober- oder -untergrenze regelt die rechtzeitige Alarmierung, wenn das Temperaturfenster verlassen wird.

„Zur Erleichterung der Arbeit an der Maschine erscheint der Alarm in einem Pop-up-Fenster mit einer entsprechenden Handlungsempfehlung für den verantwortlichen Anlagenbediener. Damit können wir die passende Reaktion an der Anlage sicherstellen“, teilen die Anwender bei HBW-Gubesch mit. Die Kameras sind per USB-Schnittstelle mit dem Rechner verbunden. Eine weitere Schnittstelle an der Kamera ist das Process Interface, über das die Kamera externe Triggersignale empfängt. Mit der Triggerschnittstelle lassen sich mit Hilfe eines Spannungssignals automatisch Schnappschüsse auslösen. Das Signal hierfür liefert die Maschinensteuerung. Die aktuellen Schnappschüsse der einzelnen Kunststoffplatten sind in einer Anzeigenhistorie dargestellt und werden für die Dokumentation des Prozesses abgelegt.

Optimierte Zykluszeiten

Ein Vorteil der Wärmebildkamera ist die zuverlässige Temperaturüberwachung. Weil so mit maximaler möglicher Heizleistung gefahren werden kann, lassen sich im Herstellungsprozess die Zykluszeiten optimieren. Außerdem bleibt die Qualität gleich. „Da sich bereits Pyrometer in Kantanlagen für Biegeprozesse im Unternehmen bewährt haben, wurde auch bei der Entwicklung für die neue Serienproduktion auf Geräte von Optris zurückgegriffen“, informiert Andreas Theilacker, Regional Sales Manager der Optris GmbH. Das Unternehmen bietet aber nicht nur industriell einsetzbare Wärmebildkamera-Lösungen, sondern auch Komponenten wie Kühlgehäuse oder die einfache Integration über die USB-Schnittstelle an die Anlagen. Die lizenzfreie, umfangreiche Kamerasoftware zur Wärmebildanalyse und die freie Nutzung der Softwareschnittstellen (COM-Port, DLL) zur Weitergabe relevanter Daten an die Anwendersoftware haben zusätzlich zur Entscheidung für die Anwendung der Wärmebildkameras beigetragen.

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