Thermografische Rissdetektion auf glühendem Draht während des Walzprozesses mit Hinblick auf Ausschussreduzierung

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Während des Walzprozesses können Überwalzungen entstehen, die eine Art von Oberflächenrissen sind. Wenn die Tiefe des Risses einen vorgeschriebenen Grenzwert überschreitet, führt es zum Ausschuss der gesamten gewalzten Drahtrolle. Dies bedeutet sehr hohe Produktions­verluste von Materialien und von Energie. Überwalzungen entstehen durch falsche Einstellungen der Walzrollen und können durch Korrekturen vermieden werden.

Um die Ursachen des Fehlers möglichst schnell beheben zu können, müssen die Risse möglichst früh während der Produktion, noch in der Walzstrasse am glühenden Draht, detektiert werden. Dies verlangt eine zerstörungsfreie, voll automatisierbare Inline Prüfung bei einer Temperatur von 800-1100°C und bei Durchlaufgeschwindigkeiten von 30-40 m/s.

Im Rahmen dieses Projektes wurde eine thermografische Prüfmethode untersucht, wobei zunächst eine zusätzliche Erwärmung bzw. Abkühlung in den Walzdraht eingebracht wurde. Um einen Riss herum entsteht eine inhomogene Temperaturverteilung, die mit Hilfe einer Infrarotkamera aufgenommen wurde. Die Erwärmung wird durch eine induktive Heizung erreicht, wobei der Draht durch die Induktionsspule geführt wird. Im ersten Teil des Projektes wurden Messungen im Laboratorium durchgeführt. Bei diesen Messungen wurde der Draht zuerst auf eine Temperatur von 800-1100°C aufgewärmt und die zusätzliche Erwärmung bzw. Luftabkühlung angewandt.

Es wurden verschiedene Materialien (Stahlsorten, Titanlegierungen, usw.) untersucht und ihre Aufwärm- und Abkühlverhalten verglichen. Analytische Modellrechnungen und Finite Elemente Simulationen wurden durchgeführt, um einerseits die Temperaturverteilung für verschiedene Materialparameter, Rissformen und –tiefen zu berechnen, andererseits um das Verhalten des Drahtes bei hohen Materialdurchlauf­geschwindigkeiten zu modellieren.

Nach erfolgreichem Abschluss der Laboruntersuchungen und der Simulationen wurden Messungen an der Walzstrasse bei einem der Projektpartner durchgeführt. Bei glühender Drahtoberfläche reicht die Intensität der abgestrahlten Energie aus, um Kameras im sichtbaren Bereich einzusetzen. Solche Kameras sind viel günstiger als Infrarotkameras. Im Rahmen des Projektes wurde untersucht, ob für diese Anwendung eine genügend genaue und reproduzierbare Temperaturkalibration für eine Kamera im sichtbaren Bereich durchführbar ist.

Die Bildverarbeitung ist ein wesentlicher Teil einer automatisierten optischen Prüfung. Der Computer muss die aufgenommenen Bilder analysieren, eventuelle Fehler finden und automatisch eine Entscheidung treffen. Diese Auswertung in Echtzeit durchzuführen, stellt eine zusätzliche Herausforderung dar. Wegen der hohen Durchlauf­geschwindigkeit des Materials sind eine sehr hohe Aufnahmefrequenz und eine sehr schnelle Bildverarbeitung notwendig. Im Rahmen des Projektes wurde der Einsatz von einer CUDA-fähigen Graphikkarte für die Bildverarbeitung getestet.

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Detektion der Überwalzungen unter Laborumständen auch bei Temperaturen um 1000°C möglich ist, eine industrielle Umsetzung wegen der hohen Durchlaufgeschwindigkeiten und wegen der Zunderbildung an der Drahtoberfläche jedoch schwierig ist.

Projektleiter

Dr. Beata Oswald-Tranta
Lehrstuhl für Automation, Montanuniversität Leoben

Mitarbeiter

Prof. Paul O’Leary, Carmen Brebric, DI Gernot Wally, Mario Sorger, Andre Pura

Projekt- und Kooperationspartner

• Dr. Wolfgang Schützenhöfer, Dr. Walter Zleppnig
  Boehler Edelstahl GmbH & Co KG
• Dr. Ronald Ofner
  Hot Vision Research GmbH
• Dr. Johann Reisinger, Dr. Mark Tratnig
  vatron gmbh

Dr. Beate Oswald-Tranta
Lehrstuhl für Automation - Montanuniversität Leoben
Franz-Josef-Straße 18, A-8700 Leoben
Tel.: +43 (3842) 402-5317
E-Mail: beate.oswald@unileoben.ac.at
Web: www.unileoben.ac.at