Wärmebildkameras reduzieren Ausschuss beim Thermoformprozess von Automotive Exterieur Teilen

Mit dem Einsatz der Wärmebildkamera der optris PI-Serie optimiert die Gubesch Group die Produktion von Automotive Exterieur Teilen. Konstante Temperaturprofile während des Thermoformprozesses sichern eine hohe Qualität und stärken die Bindung des Auftraggebers.

Die für den Tiefziehprozess benötigten Faserverbundplatten haben eine Dicke von 2,3 bis 3,5 mm und sind mit Glasfaser verstärkt. Bevor die Kunststoffplatten zu perfekten Verkleidungsteilen geformt werden können, müssen sie erwärmt werden. Dies geschieht durch Ober- und Unterheizungen in einem Strahlerfeld der Thermoformmaschine.
Nach dem Erwärmen werden die Faserverbundplatten in der Maschine in die Form des Verkleidungsteils verpresst und anschließend abgekühlt. Die Handhabungszeit zwischen Erwärmen und Umformung ist dabei minimiert. Zusätzlich zum Umformvorgang findet zeitgleich noch ein Anformen von funktionellen Gruppen (z. B. Lufteinlassdüsen) statt.
Das Verkleidungsteil wird in einem weiteren Schritt von einem Laser beschnitten und in Form gebracht, bevor es für die Montage an den Endkunden weitergegeben wird.

Prozessoptimierung durch berührungslose Temperaturmesstechnik ist das oberste Ziel

Das Hauptziel ist für die Gubesch Group ein optimaler Prozess, welcher z. B. in der Sicherstellung einer stabilen Produktion, einer optimierten Zykluszeit sowie einer minimalen Fehlproduktion liegt.
Während der Entwicklungsphase kam es zu gelegentlichen Verbrennungen an den Verkleidungsteilen aufgrund zu hoher Temperatureinstellungen oder Faltenbildungen durch ein zu niedriges Temperaturprofil. Eine konstante Temperaturüberwachung zum Einstellen und Nachregeln der Strahler stellte hier die größte Herausforderung für den Prozess dar.
Dr.-Ing. Thomas Müller-Lenhardt, Leiter F&E bei der Gubesch Group berichtet: „Der anfängliche Einsatz eines Pyrometers auf jeder Seite erwies sich als nicht ausreichend, da die Temperaturen über den ganzen Materialzuschnitt zu sehr schwanken. Die Überlegung, mehrere Pyrometer in einer Linie einzusetzen, wurde ebenfalls in Betracht gezogen. Aber auch hier wäre die zu erzielende Auflösung zu gering.“

Die perfekte Lösung liefert die optris PI Wärmebildkamera. Durch ihre flächendeckende Temperaturmessung über einen Großteil der Faserverbundplatte können sowohl einzelne Werte wie Cold Spots und Hot Spots als auch Durchschnittswerte und Temperaturprofile über die Fläche angezeigt werden.

Der Einbau von jeweils einer optris PI Wärmebildkamera mit einer 64° Weitwinkeloptik erfolgt in der Ober- und Unterheizung des Starterfeldes.

Durch die Nähe zur Heizanlage kommt es an der Vorderseite der Kamera zu Umgebungstemperaturen von bis zu 315 °C – zu heiß für die optris PI ohne zusätzlichen Schutz. Als Lösung erfolgte der zusätzliche Einbau der Wärmebildkameras in Kühlgehäuse mit Wasserkühlung und die Montage eines entkoppelten Bleches vor jedem Gehäuse (Reflektion von Wärmestrahlung).

Somit konnte eine konstante Umgebungstemperatur der Wärmebildkameras von 35 bis 40 °C gewährleistet werden. Um sicherzustellen, dass die maximale Umgebungstemperatur der optris PI von 50 °C nicht überschritten wird, erfolgt die Kontrolle der Innentemperatur der Kameras in der Software optris PIX Connect.

Datenauswertung und Handlungsempfehlungen durch selbst programmierte Software

Die Auswertung der Temperaturdaten erfolgt über die optris PIX Connect Software. Sie stellt für die Anwender eine umfangreiche IR-Kamerasoftware dar, welche Temperaturen analysiert und dokumentiert sowie Prozesse automatisch kontrolliert. Die Software gewährleistet Video- und Schnappschuss-Aufnahmen mit bis zu 80 Hz und verfügt über einen hohen Individualisierungsgrad für die kundenspezifische Anpassung.

Bei der Gubesch Group wird die Datenweitergabe über eine COM-Port-Schnittstelle an eine selbst entwickelte 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. Durch eine im Vorfeld definierte Temperaturober- oder untergrenze erfolgt eine rechtzeitige Alarmierung, wenn das Temperaturfenster unter- bzw. überschritten 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.“, informiert Thomas Müller-Lenhardt.

Die Kameras sind durch eine USB-Schnittstelle mit dem Rechner verbunden. Eine weitere Schnittstelle an der Kamera ist das Process Interface (PIF), über welches externe Triggersignale an die Kamera weitergegeben werden. Mit der Triggerschnittstelle lassen sich mit Hilfe eines Spannungssignals automatisch Schnappschüsse auslösen. Das Signal hierfür wird von der Maschinensteuerung übernommen. Die aktuellsten Schnappschüsse der einzelnen Kunststoffplatten sind in einer Anzeigenhistorie dargestellt und werden für die Dokumentation des Prozesses abgelegt.

Optimale Zykluszeiten, Reduzierte Ausschussmenge

Ein klarer Vorteil des Einsatzes der optris PI Wärmebildkamera bei der Gubesch Group ist die Optimierung der Produktion durch eine zuverlässige Temperaturüberwachung zum Einstellen und Nachregeln der Heizstrahler. Durch den Einsatz der PI-Wärmebildkameras werden optimierte Zykluszeiten bei einer maximal möglichen Heizleistung von 90 Sekunden erreicht. Dadurch wurde die Ausbringungsmenge und Produktivität maximiert.

„Der Ausschuss in der Produktion konnte
durch ein konstantes Temperaturprofil
deutlich reduziert werden.“,

erklärt Thomas Müller-Lenhardt erfreut über die Verbesserung.

Der größte Vorteil für die Gubesch Group ist jedoch die Sicherstellung einer hohen Qualität. Durch die optimale Heiztemperatureinstellung kann den hohen Qualitätsansprüchen des Kunden entsprochen und damit eine Bindung des Auftraggebers sowie eine Erhöhung des Auftragsvolumens erzielt werden.

Zuverlässigkeit von Optris Produkten überzeugt

„Die Entscheidung für die optris PI lag seitens der Gubesch Group auf der Hand. Da sich bereits Pyrometer in Kantanlagen für Biegeprozesse im Unternehmen bewährt haben, wurde auch bei der Entwicklung für die neue Serienproduktion auf verlässliche Geräte der Optris GmbH zurückgegriffen“, informiert Andreas Theilacker, Regional Sales Manager der Optris GmbH. „Als vorteilhaft erwies sich die breite Produktpalette von IR-Messgeräten, Zubehör und Softwareangeboten.“

Optris bietet somit nicht nur industriell einsetzbare Wärmebildkamera-Lösungen (IP 67 z. B. auch bei den industriellen Steckern) sondern auch wichtige 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 Wärmebildkamera optris PI beigetragen

Vorteile auf einen Blick

• Anzeige des Temperaturprofils über die Kunststoffplatte
• Einfache Nachregelung der Heizstrahlertemperaturen
• Reduzierung der Zykluszeiten
• Erzielung einer höchstmöglichen Auslastung der Anlage und Produktionsmenge
• Verminderung der Fehlproduktion
• Sicherstellung einer hohen Qualität für Kundenzufriedenheit und -bindung