BERÜHRUNGSLOSE LÄNGEN- UND GESCHWINDIGKEITSMESSUNG IN DER TEXTILINDUSTRIE

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1 BERÜHRUNGSLOSE LÄNGEN- UND GESCHWINDIGKEITSMESSUNG IN DER TEXTILINDUSTRIE INTACTON GmbH Carlswerkstraße 13c, D Köln Telefon +49 (0) , Telefax +49 (0) ,

2 Aufgabenstellung Länge und Geschwindigkeit sind zwei wichtige Messgrößen in der Textilindustrie. Für eine optimale Qualitätskontrolle ist die exakte Bestimmung dieser Parameter notwendig. Ihre Erfassung stellt die Maschinenbauer und Endanwender allerdings immer wieder vor dieselben Probleme: Taktile Methoden wie Messräder in Kombination mit inkrementalen Drehgebern oder sogenannten Geberwalzen können aufgrund von Schlupf und Verschleiß nur bedingt eingesetzt werden. Speziell der Schlupf stellt einen großen Nachteil für die Prozesssteuerung da. Dieser verursacht z.b. bei Schnittprozessen Messfehler bis in den zweistelligen Prozentbereich. Zudem hinterlassen Messräder oft unerwünschte Rückstände auf dem Material oder beschädigen dieses sogar, so dass besonders auf empfindlichen Oberflächen die herkömmlichen Systeme zum Teil gar nicht eingesetzt werden können. Weiterhin sind die auf Messrädern basierenden Lösungen meist mit hohen Installations- und Wartungskosten verbunden. Optische Alternative Anwendungen konzipiert, in denen Vorschub, Länge, Geschwindigkeit oder Differenzen gemessen werden müssen. Durch ihr berührungsloses Messprinzip eignen sie sich besonders für die Messaufgaben in der Textilindustrie, wo meist empfindliche oder elastische Materialien vermessen werden sollen. Typische Einsatzfelder Mit den beiden Produktgruppen COVIDIS und OPTIPACT deckt die INTACTON einen breiten Anwendungsbereich der Textilindustrie ab. Dabei stellt der Covidis das High-End Produkt dar. Mit einer Messunsicherheit < 0,05% ist er speziell für Anwendungen mit hohen Genaugkeitsanforderungen auch bei sehr hohen Geschwindigkeiten bis zu 50 m/s konzipiert. Der OPTIPACT kommt in Applikationen mit kleineren Verfahrgeschwindigkeiten (bis 4 m/s) und einer gewünschten Messtoleranz von 1% zum Einsatz. Dafür steht mit diesem Sensor ein berührungsloses und kostengünstiges Messgerät zur Verfügung, das die Messung von zweidimensionalen Bewegungen erlaubt. Die Sensoren COVIDIS und OPTIPACT der Intacton GmbH bieten für Längen- und Geschwindigkeitsmessungen eine berührungslose und damit materialschonende und schlupffreie Alternative zum Messrad. Sie sind speziell für den Einsatz in Seite 2 APP Textil Version 1.0

3 Messung der Einlaufgeschwindigkeit Messung der Auslaufgeschwindigkeit Druckzone SANFOR Prozess - Problemstellung Beim definierten Schrumpfen von Baumwolle, dem sogenannten SANFOR Prozess, durchläuft der angefeuchtete Stoff die Druckzone, in der er erhitzt, durch mehrere Anpressrollen geführt und dabei gedehnt wird. Nach dem Verlassen der Druckzone entspannt sich der Stoff, dies führt zu einer Verkürzung der Fäden, dem Krumpfen. Ein konstanter Krumpfgrad ist besonders wichtig um eine gleichbleibende Qualität zu gewährleisten. Dieser wird durch die Einlauf- und Auslaufgeschwindigkeit des Stoffes in bzw. aus der Druckzone bestimmt. Die genaue Kenntnis dieser Parameter ist für eine Qualitätskontrolle und -sicherung unentbehrlich. SANFOR Prozess Optische Alternative Die INTACTON GmbH bietet die Möglichkeit einer präzisen Geschwindigkeitsmessung ohne Messfehler, die durch Schlupf verursacht werden. Das optische Prinzip bietet zusätzlich den Vorteil einer berührungslosen Bestimmung der Geschwindigkeit. Die Messung ist insbesondere materialschonend, denn es werden keine unerwünschten Abdrücke hinterlassen. Zusätzlich erlauben die OP- TIPACT Sensoren eine zweidimensionale Messung. Dadurch kann nicht nur der Vorschub dargestellt, sondern vor allem Längenausdehnung und Verformung des Materials frühzeitig erkannt werden. Über die digitalen Ausgänge werden Geschwindigkeitsüberschreitungen signalisiert, wobei die Maximalgeschwindigkeit individuell einstellbar ist. Ferner kann die Qualität der Messung über Diagnoseausgänge überwacht werden Die Krumpfanlage kann mit Einsatz des OPTIPACTS optimal eingestellt werden um eine reproduzierbare Qualität des Materials zu erreichen. Textilbeschichtung - Problemstellung Ein weiteres Anwendungsgebiet stellt die Textilbeschichtung und Veredelung da. Dabei werden die Eigenschaften des Materials z.b. in Hinsicht auf Wasserdichtheit, chemische Beständigkeit, Lichtechtheit oder Oberflächengestaltung verändert. Während des Prozesses werden oft mehrere Beschichtungen übereinander ausgeführt. Dimensionsänderungen in Hinsicht auf Längenausdehnung und Verformung des Materials führen zu enormen Qualitätsverlusten und müssen vermieden werden. Eine Prozesssteuerung, die eine Überwachung der Geschwindigkeit und eine gezielte Nachregelung der Prozessparameter erlaubt, ist erforderlich. Seite 3 APP Textil Version 1.0

4 Messung in 2 Dimensionen Textilbeschichtung optische Alternative Schneidprozesse optische Lösung Die optischen Sensoren von INTACTON erlauben eine berührungslose Geschwindigkeitsmessung in zwei Dimensionen. Somit können nicht nur Geschwindigkeiten in Längsrichtung, sondern vor allem auch parallel dazu detektiert werden. Dadurch können Verformungen des Materials frühzeitig erfasst und Kontrollparameter angepasst werden. Die Möglichkeit der Geschwindigkeitsüberwachung kann auch hier sinnvoll eingesetzt werden. Schneidprozesse Problemstellung Um Materialkosten deutlich zu reduzieren, ist das präzise Ablegen von Einzel- und Meterware unentbehrlich. Zur Steuerung dieser Ablege- und Zuschneideprozesse ist eine genaue Längenmessung notwendig. Die herkömmlichen Lösungen, basierend auf Messrädern, verursachen auf Grund von Schlupf hohe Messfehler. Weiterhin führen unterschiedliche Geschwindigkeiten, vor allem beim Rollenwechsel, zu Schnittfehlern während der Beschleunigungsphase. Dadurch werden die Verschnittmengen und somit auch die Kosten erhöht. Die optischen Sensoren von INTACTON bieten die Möglichkeit einer berührungslosen und schlupffreien Messung. Verschnittmengen werden reduziert, da durch Schlupf verursachte Messfehler nicht auftreten. Eine Konfiguration der digitalen Ausgänge erlaubt das Signalisieren einer vorgegebenen Länge. Weiterhin kann auch eine Richtungsänderung detektiert werden. Zusätzlich bieten die Sensoren standardmäßig eine zuverlässige Stillstandserkennung des Materials. Aufgrund der optischen Technologie benötigen die Geräte keine mechanische Anbindung, sie überzeugen durch ihre kompakte Bauweise und lassen sich auch an Standorten, die nur wenig Raumfreiheit bieten oder schwer zugänglich sind, einsetzen. Die hohe Genauigkeit des COVIDIS Messsystems erlaubt es dem Anwender schnell, die Investitionskosten durch genauere Schnittprozesse einzuspielen. Seite 4 APP Textil Version 1.0

5 Kamera Auswerteelektronik Linsen LED Beleuchtungseinheit Messobjekt OPTIPACT Klein, flexibel, kostengünstig Funktionsprinzip OPTIPACT-Sensoren bestehen aus einer Dioden- Beleuchtungseinheit, Flächenkamera, Sende- und Empfangsoptik im Miniaturformat sowie einer integrierten Auswerte- und Schnittstellenelektronik. Mit einer Größe von 98 x 42 x 47 mm und einem Gewicht von lediglich 250 g lassen sie sich einfach in nahezu jede Applikation integrieren. Durch Ausgabe der X- und Y-Achse ist es möglich, jede beliebige Bewegungsrichtung zu erfassen der sonst erforderliche Aufwand für Justage und Kalibrierung entfällt somit. Die Sensoren sind in einem IP65- Aluminiumgehäuse untergebracht und eignen sich für Betriebstemperaturen bis +55 C. Die Versorgungsspannung liegt wahlweise bei +5 oder +10 bis 30 V DC. Für die Kommunikation mit übergeordneten Steuerungen steht eine Inkremental- Schnittstelle zur Verfügung, auf Anfrage sind auch Feldbussysteme möglich. Aufgrund des durchgehend modularen Designs lassen sich die Sensoren leicht an spezielle Anforderungen anpassen. Die lichteffiziente, langlebige Dioden-Beleuchtung hat zudem den Vorteil, dass der bei herkömmlichen optischen Systemen nötige Lampenwechsel entfällt, sodass der Sensor komplett wartungsfrei arbeitet. Die Baureihe OPTIPACT ermittelt den Wegfortschritt durch den Vergleich nacheinander aufgenommener Bilder. Hierzu beobachtet eine Kamera die sich bewegende Oberfläche des Messgutes und kann dabei auch Stillstand und Bewegungsrichtung erkennen. Bei der Bildkorrelation ist es wichtig, dass sich die nacheinander aufgenommenen Bilder vom Messgut überlappen. Mit zunehmender Geschwindigkeit wird dieser Überlapp geringer. Die maximal erfassbare Geschwindigkeit hängt daher von der Größe des Sichtfeldes der Kamera ab. Diese durch die Abbildungsoptik bestimmte Größe beeinflusst gleichzeitig die im Kamerabild sichtbaren Strukturen, ohne die eine Korrelationsrechnung nicht möglich ist. Die Produktgruppen OPTIPACT S/F/M unterscheiden sich in ihrer Abbildungsoptik und somit in ihrem Auflösungsvermögen. Bei der Produktgruppe OPT-S wurde die Optik für einen Geschwindigkeitsbereich bis 4 m/s ausgelegt. Der OPT-F besitzt eine vierfach höhere Auflösung, dadurch verringert sich zwar der Geschwindigkeitsbereich auf 1 m/s, ermöglicht dafür aber den Einsatz auf sehr feinen Oberflächen. Seite 5 APP Textil Version 1.0

6 Messobjekt Linsen Hochgeschwindigkeits Kamera LED Beleuchtung FPGA/DSP Plattform COVIDIS Messung mit hoher Genauigkeit Materialschonende, wartungsfreie Lösung Herzstück des Sensorsystems COVIDIS ist eine Hochgeschwindigkeits-Zeilenkamera, die das vom Messobjekt reflektierte Licht detektiert. Die Bewegung des Objekts wird mit einer Weiterentwicklung des bewährten Ortsfrequenzfilterverfahrens ermittelt. Das bewegte Kamerabild wird hierzu mit einer Gitterstruktur überlagert, wodurch man ein periodisches Ausgangssignal erhält, dessen Frequenz geschwindigkeitsproportional ist. Über eine zeitliche Integration des Geschwindigkeitssignals kann die zurückgelegte Weglänge mit einer Genauigkeit von 0,05% ermittelt werden. Die Datenauswertung basiert auf einer leistungsfähigen Software und Rechenplattform. Hierdurch bedingt weist das Sensorsystem ein hohes Maß an Adaptivität auf und kann daher auf einem sehr großen Spektrum industrieller Oberflächen eingesetzt werden. Auch der Stillstand des Messobjektes und ein möglicher Richtungswechsel werden sicher erkannt und bei der Längenmessung berücksichtigt. Über LED s, eine RS-232 Schnittstelle und eine zugehörige Software stehen dem Anwender umfangreiche Konfigurations- und Diagnosemöglichkeiten zur Verfügung, die die Inbetriebnahme erleichtern. Der besondere Vorteil der berührungslosen Messung ist vor allem, dass im Einsatz keine durch Schlupf oder Ablagerungen bedingten Messfehler auftreten. Dadurch werden Verschnittmengen minimiert, wodurch insbesondere Kosten gesenkt werden. Weiterhin wird die Oberfläche des untersuchten Materials nicht durch Druck beschädigt, was besonders bei empfindlichen Materialien wichtig ist. Eine effektive Prozessteuerung wird durch zahlreichen Funktionen, wie z.b. die Erkennung der Bewegungsrichtung und des Stillstands der Ware, erreicht. Weiterhin können durch die parametrierbaren Ausgänge Stückgutmessungen und Ablängprozesse präzise gesteuert werden. Neben dem kompakten Aufbau erlaubt die graphische Benutzeroberfläche eine einfache und problemlose Einrichtung des Systems auch an Standorten, die eine geringe Raumfreiheit bieten oder schwer zugänglich sind. Die Sensoren benötigen keine mechanische Anbindung und bieten somit eine zuverlässige, wartungsfreie, materialschonende und effektive Qualitätskontrolle für eine Vielzahl von Prozessen. Seite 6 APP Textil Version 1.0

7 Messeigenschaften COVIDIS OPTIPACT-S OPTIPACT-F OPTIPACT-M Geschwindigkeitsmessbereich ± 50 m/s ± 4 m/s ± 1 m/s ± 2,5 m/s Arbeitsabstand 300mm ±5% 40mm ±10% 15mm ±10% 180mm ±3% Messunsicherheit <0,05% <1% <1% <1% Auflösung (Optisch) 10 µm 65 µm 15 µm 30 µm Auflösung (Ausgabe) Beleuchtung Typisch 100µm; andere Auflösungen parametrierbar rote LED Risikofrei (*); keine Schutzeinrichtung erforderlich (*) Prüfung nach: DIN EN 62471: : Photobiologische Sicherheit von Lampen und Lampensystemen Elektrische Daten Spannungsversorgung V DC +5 V oder V DC Leistungsaufnahme 24 W 2,5 W 2,5 W 4 W Schutzart IP 65 IP 65 IP 65 IP 65 Mechanische Daten Arbeitstemperatur 0 50 C 0 55 C 0 55 C 0 55 C Gehäuse Aluminium Schockfestigkeit (EN ) 25 g (Halbsinus, 6ms) (*) Dauerschock (EN ) 10 g (Halbsinus, 16ms) (*) Schwingfestigkeit (EN ) 1 g (5 Hz Hz, Sinus)(*) Gehäuseabmessungen 254x150x x42x47 280x80x170 Gewicht 4 kg 0,25 kg 3,5 kg (*) Klassifizierung nach 3M5 (EN : Einsatz an Orten an denen merkliche Schwingungen, z.b. durch Maschinen, Fahrzeuge oder Stöße mit hohen Energiegehalt, z.b. durch Schwermaschinen oder Förderbänder, auftreten) Seite 7 APP Textil Version 1.0

8 INTACTON GmbH FRABA Gruppe Die INTACTON GmbH wurde 2004 als ein Tochterunternehmen der FRABA-Gruppe gegründet. Sie entwickelt, fertigt und vertreibt optische Wegsensoren zur Längen- und Geschwindigkeitsmessung an den Standorten Köln, Dortmund und Princeton. Seit 2006 befindet sich ein Netzwerk nationaler und internationaler Vertriebspartner im Aufbau, das auch fernab der Firmenstandorte eine kompetente Beratung vor Ort und in der Landessprache gewährleistet und ständig erweitert wird. Zum Kundenkreis der INTACTON gehören Hersteller und Anwender von Produktionsmaschinen sowie Firmen aus den Bereichen der Aufzugstechnik und der Spezialfahrzeuge. Die FRABA AG umfasst heute eine Gruppe von Unternehmen, die sich auf Nischen der Industrieautomation spezialisiert haben. Seit der Gründung 1918 in Köln lag der Unternehmensschwerpunkt bis in die 60er Jahre hinein in der Serienfertigung von Relais. Hieraus entwickelte sich unter anderem ein Steuerungsgeschäft mit über installierten Maschinensteuerungen. In den 70er Jahren begründete FRABA als Pionier den Markt für absolute optische Drehgeber. Diese Sensoren werden heute zusammen mit Neigungssensoren im Tochterunternehmen POSITAL geführt. Seit den 90er Jahren gehört das Tochterunternehmen VI- TECTOR zu den führenden Herstellern von Sicherheitssensoren für den Tür- und Torbereich.