So werden Industrieprozesse wirtschaftlicher

Wie werden Industrieprozesse wirtschaftlicher? Das war das Thema eines Vortrages, den QASS-Prozessentwickler Sören Barteldes Mitte November 2016 auf dem Aachener Kolloquium für Instandhaltung, Diagnose und Anlagenüberwachung (AKIDA) am Technologiezentrum Aachen gehalten hat. Im Kern ging es um die Reduktion von Pseudoausschuss durch Signalauswertung und Sensorbau, hier am Beispiel eines Kaltumformprozesses.

Prozessanomalien erzeugen Falsch-Positiv-Ergebnisse
Die Messung von Körperschall in Festkörpern findet seit Jahrzehnten Anwendung in der Überwachung von Bauteilen und Fertigungsprozessen. Es werden überwiegend piezoelektrische Sensoren wie Beschleunigungs- oder Vibrationssensoren angewendet. Häufige Darstellungsformen von Messwerten sind Zeit-Amplituden-Diagramme. Wird bei einem Festkörperschallereignis ein Amplitudenschwellwert überschritten, wird von einem fehlerhaften Bauteil oder Prozess ausgegangen. Dabei kann die Signaldarstellung bei piezoelektrischen Sensoren durch elektrische Einflüsse, impulsartige Ereignisse (Risse, Stöße) oder Prozessanomalien eine falsche Amplitudenhöhe erzeugen, obwohl kein Schaden vorliegt.

Moderne Industrieprozesse durch innovative Signalauswertung
Fourier- oder Hüllflächenanalysen helfen dem Nutzer, das Signal zu transformieren, um aus dem Signal zusätzliche Informationen zu gewinnen und die Entstehung des Signals einzugrenzen. Diese häufig als post-process-Analyse angewendete Methode wird durch die innovative Hoch-Frequenz-Impuls-Messung als in-process Verfahren auf einen neuen technischen Stand gehoben. Die Signalanalyse findet durch Nutzung von Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGA) in Realzeit statt und als dreidimensionales spektrales Wasserfalldiagramm visualisiert. Dadurch sind Mustererkennung, Hüllkurven- und Hüllflächen-Analyse, Signifikanzen usw. möglich geworden, die automatisiert –im Sinne der Industrie 4.0– Prozesse überwachen. Einbindung bereits bestehender Sensoren liefert meist einen erheblichen Erkenntnisgewinn.

Analyse von Richtprozessen
Eine Anwendung besteht z.B. beim Richten von wärmebehandelten Wellen und Achsen. Während des Richtvorganges können Risse an der zugbelasteten Unterseite des gehärteten Bauteils entstehen. Es handelt sich hierbei akustisch um vorwiegend impulsartige Ereignisse mit hoher Amplitude und Signaldämpfung. Auch Störsingale (Interferenzen) können eine solches Risssignal akustisch imitieren. Ohne Hoch-Frequenz-Impuls-Messung können Störsignale nicht eindeutig von Signalen aus Schäden getrennt werden. Dies bedeutet, dass Bauteile, obwohl zu 100 % in Ordnung, entsorgt werden. Bei gehärteten Bauteilen lässt sich eine Reduktion des s.g. Pseudoauschuss um 60 % erreichen.

Das Aachener Kolloquium für Instandhaltung, Diagnose und Anlagenüberwachung (AKIDA) fand statt am 15. und 16. November 2016 am Technologiezentrum Aachen. Foto: Bastian Späth – mit freundlicher Genehmigung des Instituts für Maschinentechnik der Rohstoffindustrie (IMR) der RWTH Aachen