Aufrufe
vor 2 Monaten

Industrielle Automation 6/2018

  • Text
  • Automation
  • Industrielle
Industrielle Automation 6/2018

SENSORIK UND MESSTECHNIK

SENSORIK UND MESSTECHNIK Hohes Detektionspotenzial Aus Forschung und Entwicklung: Zerstörungsfreie Schadensfrüherkennung an Autoreifen mittels Thermografie Die Flir T500 mit lasergestütztem Autofokus, MSX und UltraMax Vulkani sation) sowie einer Kombination von beiden (z. B. einer Beule – also einer Trennung – zwischen Karkasse und innerer Kautschuk-Schicht). Forschungsansätze Autoreifen sind die einzigen Kontaktpunkte zwischen dem Fahrzeug und der Straße und stellen eine sicherheitsrelevante Komponente dar. In einem Forschungsprojekt werden nun Wärmebildkameras zur Entwicklung eines zerstörungs freien Prüfverfahrens für Autoreifen eingesetzt. Gerold Klein, Ludwig Veith, Michael Immler, Fabiano Indicatti, Daniela Nickel, Matthias Oechsner, TU Darmstadt (MPA/IfW); Thomas Jung, Flir Systems GmbH, Frankfurt a. M. Autoreifen müssen hohe Anforderungen an Robustheit, Fahrkomfort und Betriebssicherheit erfüllen. Oft sind die Beschädigungen nicht sofort erkennbar und treten erst im Fahrbetrieb als Reifenpanne auf. Präventive Inspektionen für ein Höchstmaß an Fahrsicherheit und Reifenlebensdauer können folgenschwere Unfälle vermeiden, denn sie entlarven beschädigte Reifen frühzeitig. Neben Herstellungsfehlern und Montageverletzungen sind nachlässige Wartung und Fahrweise oft die Ursache für Reifenaus fälle. Beispiele dafür sind das Überfahren von Bordsteinen, Fahren mit falschem Reifendruck und Einfahr- und Schnittverletzungen. In solchen Fällen werden die Materialien und Aufbauteile des Reifens thermisch und mechanisch überbeansprucht, sodass es zur Entstehung von Rissen, Beulen und Abtrennungen zwischen Strukturschichten kommen kann. Die Experten unterscheiden zwischen Flächenfehlern (beispielsweise einer Ablösung zwischen den Stahlgürtelschichten mit nachträglicher Vulkanisation), Volumenfehlern (z. B. Fremdmaterial zwischen den Stahlgürteln mit nachträglicher Seit 2016 testen die Forscher des Kompetenzbereiches „Kunststoffe und Verbunde“ des Zentrums für Konstruktionswerkstoffe in Darmstadt (MPA/IfW) verschiedene Methoden zur frühzeitigen Erfassung von Reifenschäden. Unterschiedliche zerstörungsfreie Prüfverfahren liefern detaillierte und zuverlässige Qualitätsinspektionen: Shearografie (Prüfvorgang in einer Vakuumkammer) und Röntgenstrahlung können Fehlstellen im Mikrometerbereich auflösen. 3D-Laser-Scanner erfassen Oberflächenstrukturen in Millimetergröße. Aber auch Wärmebildkameras erschienen dafür gut geeignet, weil sie mit vergleichsweise geringem Aufwand prüfen. „Dieses Verfahren ist bei Reifen bisher eher wenig erforscht und schien damit ein lohnendes Forschungsziel.“ erklärt Laborleiter Gerold Klein, der als zertifizierter Thermograf Teil des Forschungsteams ist. Für Vergleichstests wurden drei Reifenproben mit typischen Defekten vorbereitet, die reale schadhafte Zustände von Fahrzeugreifen darstellen sollten. Die Reifenproben werden in einem Temperschrank gleichmäßig auf übliche Reifen- Betriebstemperaturen von etwa 80 bis 100 °C erwärmt. In einer speziellen Metallbox werden sie dann mit einer Flir-Wärmebildkamera der T-Serie analysiert. Dieser Prüfaufbau sichert die Reproduzierbarkeit und vermeidet äußere Störungen wie ungewünschte Luftströmungen. Im zeitlichen Abkühlverhalten der Probenoberflächen werden fehlerhafte Änderungen der Material- 42 INDUSTRIELLE AUTOMATION 6/2018

Das Darmstädter Forscherteam hat für die Tests eine Flir T425 mit einer Auflösung von 320 × 268 Pixeln eingesetzt. Seit 2017 bietet Flir als Nachfolger die T500-Serie an mit einer um 180° drehbaren Objektivplattform, einem hellen, 4" großen LCD-Display und bereits in die Kamera integrierten Mess- und Analysefunktionen. Ihr lasergestützter Autofokus gewährleistet, dass Anwender jedes anvisierte Objekt rasch scharf stellen und absolut präzise Temperaturmessungen ausführen können. Flir Vision Processing liefert mit den Bildverbesserungsfunktion MSX und UltraMax und den adaptiven Filteralgorithmen gestochen scharfe Wärmebilder mit einer echten nativen Auflösung von 464 × 348 (161 472) Pixeln. Die Kamera kann mit den sich selbst kalibrierenden intelligenten AutoCal-Wechselobjektiven schnell an jede Situation angepasst werden. Schwingung messen und überwachen eigenschaften (wie Dichte, Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität) deutlich. Erfassung der Defektarten In den Wärmebildern werden Defektzonen durch vergleichsweise niedrigere Temperaturen auffällig. Die kleinste identifizierbare Unregelmäßigkeit liegt innerhalb von 0,5 bis 1 mm. Die Fehlstellen sind in den ersten Sekunden nach der Erwärmung der Probekörper eindeutig detektierbar. Daher wurde das Abkühlverhalten detaillierter untersucht und die durchschnittliche Temperatur an der beschädigten Stelle mit der Temperatur an einem fehlerfreien Bereich verglichen. Nach zweijähriger Arbeit und diversen Modifikationen zur Optimierung der Versuchsbedingungen erreichte das Darmstädter Forscherteam mit dem Prüfaufbau bereits sehr gute Ergebnisse. Fehlerart und Größe des Fehlers an Reifen werden zuverlässig bei allen getesteten Probekörpern mit einer Messgenauigkeit im Millimeterbereich erfasst. Darüber hinaus wird mit einem Wärmeschrank eine homogene Erwärmung der Prüfkörper gewährleistet. Für ein höheres Detektionspotential von Reifenschäden soll die Analyse mit der Infrarotkamera während der ersten Minute der Abkühlungsphase erfolgen. Automatisierte Prüfanlage „Wir haben bereits die nächsten Ziele definiert.“ erklärt Fabiano Indicatti. „Als Alternative zur hier präsentierten Probenanregung wird ein induktives Verfahren erprobt. Diese Variante bietet die Möglichkeit, das Temperaturverhalten von Defektstellen während der Erwärmungsphase zu analysieren. Die induktive Anregung bietet sich an, weil sich die Versuchsparameter (wie Probetemperatur und Abstand zwischen Reifen und Induktor) berührungslos variieren lassen.“ Zusätzlich sind noch Untersuchungen mit neuen Prüfkörpern vorgesehen, die weitere gängige Reifendefekte aufweisen. Prüfungen von fertigungsbedingten Fehlstellen sowie Infrarotbildanalysen ohne Demontage des Reifens zur präventiven Kontrolle könnten dann auch in naher Zukunft stattfinden. Nach allen noch vorgesehenen Versuchen planen die Forscher des MPA/IfW sogar eine standardisierte thermografische Prüfanlage zur automatisierten Fehlererkennung und Qualitätssicherung an Reifen – für mehr Sicherheit auf unseren Straßen. Bilder: Flir www.flir.de 01 Versuchsanordnung zur zerstörungsfreie Schadensfrüherkennung an Autoreifen (links) 02 Ablösung zwischen den Stahlgürtelschichten mit nachträglicher Vulkanisation Messgeräte mit USB und Ethernet Direktanschluss von IEPE-Sensoren 4 bis 64 Kanäle mit bis zu 100 kHz Signalbandbreite simultan erfassen Analoge Waveform-Ausgabe Inklusive QuickDAQ Datenlogger-Software, opt. Schwingungsanalyse WebDAQ Schwingungs-Wächter Autonomer Datenlogger mit integriertem Webserver für IoT 4 IEPE-Sensoreingänge Onboard Real-time FFT Remote Konfiguration und Überwachung per PC, Tablet oder Smartphone Alarme konfigurieren und per E-Mail/SMS versenden www.mccdaq.de Tel: +49 7142 9531-40 E-Mail: sales@mccdaq.de © Measurement Computing GmbH (vormals Data Translation GmbH)

AUSGABE