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Gelungener Brückenschlag – mechanischer Manometer in die digitale Welt: Ausgabe 07/2019, 18.04.2019

Bildbasierte Qualitätsprüfung von Manometern

Die Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Sicherheit eingesetzter Manometer im Anlagenbau sind sehr hoch – vor allem für Industrien wie Öl und Gas oder für Kraft- und Wasserwerke. Ein Vision System für die Qualitätskontrolle von mechanischen Druckmessgeräten von Bourdon-Haenni erlaubt eine effiziente, hochgenaue und reproduzierbare Endkontrolle mit dokumentierten Ergebnissen.

Bilder: Bourdon-Haenni, Baumer

Die von Eugéne Bourdon 1849 erfundene Bourdonfeder ist aufgrund ihrer Zuverlässigkeit auch im 21. Jahrhundert die noch am häufigsten eingesetzte zentrale Komponente für präzise mechanische Druckmessgeräte. Das Prinzip, den Druck dabei auf Basis der Auslenkung einer gekrümmten Rohrfeder mit elliptischem Querschnitt zu messen, hat sich bewährt und ist deswegen seit 170 Jahren unverändert. Bourdon-Haenni ist einer der internationalen Technologieführer für hochwertige Manometer und produziert als einziger Anbieter unter der Marke Bourdon basierend auf diesem Prinzip Rohrfedermanometer. Diese überzeugen durch Druckbereiche von 0 bis 0,5 bar bis zu 0 bis 1600 bar, Einfachheit hinsichtlich Bedienung und Wartung, Robustheit und hohe Lebensdauer von mehr als zehn Jahren sowie mit ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Spannungsschwankungen und Stromausfällen. Auf diese Vorteile vertrauen Anlagenbauer weltweit für die Industrien Öl und Gas sowie für die Bereiche Kraft- und Wasserwerke, Luftfahrt, Eisenbahn oder Schifffahrt – denn die dort eingesetzten Komponenten müssen höchsten Sicherheitsstandards genügen und auch unter extremen Anforderungen sowie bei Spannungsausfall absolut zuverlässig sein.

Brückenschlag zwischen Mechanik und Digitalisierung
Bourdon-Haenni bietet Millionen von Manometer-Varianten, die Kunden aus Merkmalen wie Nenngrösse, Genauigkeitsklasse, Material, Prozessanschluss, Druckbereich oder Gehäuse- und Anschlussvariante individuell konfigurieren können. Diese hohe Fertigungstiefe ermöglicht modernste Prozessmethoden basierend auf dem BTrace-Produktionssystem, das alle Schritte überwacht und dokumentiert, um eine Rückverfolgbarkeit während des gesamten Bestell- und Produktionsvorgangs entsprechend der «Null-Fehler-Philosophie» sicherzustellen.
Um den branchenüblichen manuellen Kalibrier- und Qualifizierungsprozess dort noch stärker einzubinden, zu automatisieren und gleichzeitig eine Qualitätsprüfung mit 100%iger Rückverfolgbarkeit umzusetzen, entwickelte das Unternehmen eine Bildverarbeitungslösung, die es gleichzeitig auch gestattet, alle Messwerte und dazugehörigen Bilder zur Dokumentation abzuspeichern. Zu jeder Prüfung existiert so ein vom menschlichen Auge unabhängiger, reproduzierbarer und digitaler Nachweis, in welchem Zustand das Manometer das Werk verlassen hat. Alle Daten werden mit den erfassten Messwerten in einer Datenbank hinterlegt, um automatisch Kalibrierungsprotokolle zu generieren und gleichzeitig die Messdaten für weitere Qualitätsauswertungen und Trendanalysen zur Verfügung zu stellen.

Genaue Erfassung der Zeigerposition
Die Vorarbeiten zu dem Bildverarbeitungssystem erfolgten am französischen Produktionsstandort Baumer Bourdon-Haenni in Ven dôme. Umgesetzt wurde das Projekt im Rahmen von zwei Masterarbeiten an der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften. Die Herausforderung des Systemdesigns lag in der notwendigen hohen Präzision. Bei der Genauigkeitsklasse 1 dürfen Manometer z.B. nur max. 1 % von der Messspanne abweichen – für ein Rohrfedermanometer, das in Klasse 1 mit einer Messspanne von 6 bar spezifiziert ist, beläuft sich die maximal erlaubte Abweichung also auf 60 mbar. Die hochgenaue Erfassung der Zeigerstellung ist demnach entscheidend für die erfolgreiche Umsetzung der Qualitätsprüfung. Diese Präzision stellt ein VeriSens Vision Sensor XF800 von Baumer sicher. Er bildet das Herzstück des Systems und wurde mit der intuitiven Konfigurationssoftware Application Suite in vier klaren Schritten innerhalb weniger Minuten für die Bildauswertung parametriert. Dank integrierter 360°-FEXLoc-Lagenachführung werden die Druckgeräte vom Vision Sensor zunächst virtuell zu 100 % korrekt auf einen definierten Nullpunkt hin ausgerichtet, um die Prüfung der richtigen Positionen im Bereich der Messspanne von 270° sicherzustellen.

Automatischer Prüfzyklus gibt bis zu sechs Drücke auf das System
Entsprechend der Messspanne des zu prüfenden Manometers gibt ein anschliessender automatisierter Prüfzyklus bis zu sechs unterschiedliche Drücke auf das System. Zu jedem Prüfdruck wird das Zifferblatt mit der entsprechenden Ist-Zeigerstellung aufgenommen und der Winkel berechnet. Die Winkelgrade werden über die TCP/UDP Prozessschnittstelle des Vision Sensors an die SPS zur Kontrolle der Einhaltung der entsprechenden Toleranzgrenzen übergeben. Durch den Vergleich mit dem elektronisch ausgelesenen Referenzdruck kann so die relative Abweichung in Prozent berechnet werden. Eine grafische Benutzerschnittstelle zeigt die Werte ausserhalb des Toleranzbereichs inkl. deren Höhe und Abweichung vom Sollwert sofort an.

Lückenlose schnelle Dokumentation
Mithilfe des VeriSens Vision Sensors konnte Bourdon-Haenni eine 170-jährige bewährte Fertigungstechnologie mit einer State-ofthe-Art bildbasierten Qualitätskontrolle des 21. Jahrhunderts verknüpfen. Hinsichtlich Datenerfassung und Traceability erfüllt die Qualitätsprüfung nun die Anforderungen von Industrie 4.0. Alle erfassten Informationen, Messwerte, Prüfergebnisse und Bilder werden zur Dokumentation in einer Datenbank zusammengefasst und der Seriennummer des Manometers fest zugeordnet. Daneben wird auch eine grosse Zeitersparnis erreicht. «Wir konnten unsere Effizienz deutlich steigern. Für eine manuelle 5-Punkt-Endprüfung inkl. Dokumentation benötigten wir früher zehn Minuten pro Manometer. Dank des neuen Bildverarbeitungssystems sind wir nun um 80 % schneller und liegen bei nur zwei Minuten», freut sich Jean-Louis Dupré, Werksleiter am französischen Produktionsstandort.

Internationale Verfügbarkeit ist sichergestellt
Von Frankreich aus wird das System auch auf den indischen Produktionsstandort in Vapi übertragen. Die Planungen dafür laufen auf Hochtouren, denn für die dortigen Kunden aus dem Automotive-Bereich sind vor allem die digitalen Nachweise am Ende jedes Prüfvorgangs entscheidend, um den vielfältigen Kundenanforderungen hinsichtlich Qualitätskontrolle und Traceability gerecht zu werden. Übrigens: Auch andere Manometeranbieter können von den Vorteilen des neuen Bildverarbeitungssystems profitieren. Bourdon-Haenni bietet im Rahmen eines Produktionsmittelbauprogramms das System auch zum Kauf für alle an, die originale Bourdonfedern über das Unternehmen beziehen.

Infoservice
Baumer Electric AG
Hummelstrasse 17, 8501 Frauenfeld
Tel. 052 728 11 22, Fax 052 728 11 44
sales.ch@baumer.com, www.baumer.com



Noch heute zählen die auf der Bourdonfeder basierenden Manometer zu den besten mechanischen Druckmessgeräten der Welt – auch weil sie energieautark zuverlässig arbeiten


Herzstück des Prüfsystems ist ein VeriSens Vision Sensor XF800, der eine präzise Winkelberechnung vornimmt


Die grafische Benutzerschnittstelle erlaubt die Auswahl des entsprechenden Prüfzyklus


Der VeriSens Vision Sensor XF800 ist für die Prüfaufgabe dank robuster FEXLocTechnologie zur 360°- Lagenachführung bestens geeignet


Durch die Aufnahme des Zifferblatts mit der Zeigerstellung lässt sich der aktuell angezeigte Druck berechnen