Quality Automation – Success Story – Zuschnittanlage für Papiermaschinenbespannungen mit Steuerung, Antriebstechnik und Vision Applikation von Beckhoff

Success Story

Ultra­schall-Zuschnitt­an­la­ge mit Machi­ne Vision

Durch eine hochgenaue und echtzeitfähige Positionsdetektion und ‑anpassung werden die Textilbespannungen mit Ultraschall auf die gewünschte Breite zugeschnitten.
Ultra­schall-Zuschnitt­ma­schi­ne, Ultra­schall-Kopf und Kamerasystem

Maschi­nen für die Pro­duk­ti­on von Papier glie­dern sich in ver­schie­de­ne Berei­che, für die jeweils spe­zi­el­le För­der­bän­der, die soge­nann­ten Papier-maschi­nen­be­span­nun­gen, benö­tigt wer­den. Dabei han­delt es sich um Bän­der, die teil­wei­se meh­re­re Meter breit sind und aus hoch­tech­no­lo­gi­schen Tex­ti­li­en mit unter­schied­li­chen Eigen­schaf­ten bestehen. Auf ihnen wird die Stof­f­emul­si­on durch die Papier­ma­schi­ne trans­por­tiert. Auf­grund ver­schie­de­ner Maschi­nen­ty­pen und Papier­for­ma­ten wer­den die­se Bespan­nun­gen, die aus hoch­tech­no­lo­gi­schen Tex­ti­li­en bestehen, in kun­den­in­di­vi­du­el­len For­ma­ten gelie­fert. Auf den Web­ma­schi­nen, mit denen die Bespan­nun­gen pro­du­ziert wer­den, kann die Brei­te jedoch nur grob ein­ge­stellt wer­den. Daher ist nach der Pro­duk­ti­on ein Schneid­pro­zess nötig, durch den die Bespan­nung auf die gewünsch­te Brei­te zuge­schnit­ten wird. Für die­sen Schneid­pro­zess wur­den in Koope­ra­ti­on mit Hil­le Engi­nee­ring neue mobi­le Zuschnitt­an­la­gen für einen Pro­du­zen­ten von Papier­ma­schi­nen­be­span­nun­gen ent­wi­ckelt und in Betrieb genommen.

Für den Schneid­pro­zess wird die ‑Bespan­nung mit Hil­fe zwei­er Kalan­der gespannt. Die Zuschnitt­ma­schi­nen wer­den an den bei­den Sei­ten der Bespan­nung posi­tio­niert und aus­ge­rich­tet. Die Kalan­der bewe­gen nun die Bespan­nung durch die Anla­ge hin­durch, bis das Band ein­mal voll­stän­dig durch­ge­lau­fen ist. Das Tex­til wird in der Maschi­ne zwi­schen einem Ultra­schall­kopf und einem Schneid­rad ein­ge­klemmt. Die Ultra­schall-Anre­gung führt dazu, dass das Mate­ri­al gleich­zei­tig geschnit­ten und der Rand durch die Wär­me­ent­ste­hung leicht auf­ge­schmol­zen wird. Dadurch ist der Rand ver­sie­gelt und kann nicht ausfransen.

Bei der Bewe­gung der sehr groß­for­ma­ti­gen Bespan­nun­gen kommt es immer zu leich­ten Posi­ti­ons­ver­än­de­run­gen ortho­go­nal zur Bewe­gungs­rich­tung. Um die­se Bewe­gun­gen aus­zu­glei­chen und eine gleich­blei­ben­de Brei­te der Bespan­nung zu gewähr­leis­ten müs­sen bei­de Zuschnitt­ma­schi­nen die­sen Ände­run­gen fol­gen. Dazu ist jede der Anla­gen mit einem Visi­on Sys­tem aus­ge­stat­tet. Ultra­schall­kopf und Kame­ra sind auf zwei unab­hän­gig von­ein­an­der beweg­li­chen Ach­sen ange­bracht. In der Bespan­nung sind in Bewe­gungs­rich­tung in regel­mä­ßi­gen Abstän­den far­bi­ge ‑Fäden ein­ge­bracht, deren Posi­ti­ons­ver­än­de­rung von der Kame­ra detek­tiert wird. Die Abwei­chung von der Soll-Posi­ti­on wird der Schnei­d­ach­se über­mit­telt, sodass eine Anpas­sung erfol­gen kann. 

Hil­le Engi­nee­ring hat in die­sem Pro­jekt die mecha­ni­sche Kon­struk­ti­on und Fer­ti­gung über­nom­men. Die Steue­rung, Antriebs­tech­nik und Bild­ver­ar­bei­tung der Zuschnitt­an­la­gen wur­den von Qua­li­ty Auto­ma­ti­on kom­plett mit Kom­po­nen­ten von Beck­hoff umge­setzt. SPS und Moti­on Con­trol gehö­ren schon lan­ge zum Pro­dukt­port­fo­lio von Beck­hoff, mit Twin­CAT Visi­on ist nun auch die Mög­lich­keit zur Bild­ver­ar­bei­tung auf einer ein­heit­li­chen Steue­rungs­platt­form inte­griert. Dies erleich­tert nicht nur die Kon­fi­gu­ra­ti­on des Sys­tems, son­dern ermög­licht auch eine kame­ra­ge­stütz­te Rege­lung und Syn­chro­ni­sa­ti­on in Echt­zeit. So wer­den die durch die Kame­ra erfass­ten Posi­ti­ons­da­ten auf der Maschi­ne noch im glei­chen SPS-Zyklus von der Moti­on Con­trol ver­ar­bei­tet und die Posi­ti­on der Ach­sen ohne Latenz­zeit ange­passt. Die umfas­sen­de Biblio­thek ermög­licht auch die Lösung kom­ple­xer Anfor­de­run­gen im Bereich Geo­me­trie­kon­trol­le oder Ober­flä­chen­ana­ly­se. Alle Kame­ras mit GigE-Visi­on Schnitt­stel­le kön­nen an die Steue­rung ange­schlos­sen wer­den. ‑Ledig­lich der pas­sen­de Trei­ber muss auf dem Beck­hoff Industrie-PC instal­liert wer­den. An den Maschi­nen sind eine Kame­ra und Optik von Matrix Visi­on, bei­de in staub- und vibra­ti­ons­fes­ter Aus­füh­rung, im Ein­satz. 

Bedien­ober­flä­che mit Kame­ra­bild, Kom­po­nen­ten im Schaltschrank

Die­se Art der Inte­gra­ti­on der Bild­ver­ar­bei­tung hat den Vor­teil, dass sowohl Kame­ra­bild als auch Maschi­nen­pa­ra­me­ter und ‑ein­stel­lun­gen auf einem gemein­sa­men Panel zu sehen sind und kein sepa­ra­ter Moni­tor für die Bild­an­zei­ge an der Maschi­ne ange­bracht wer­den muss. Auch der Platz­be­darf im Schalt­schrank ist durch die­se Inte­gra­ti­on deut­lich ‑redu­ziert und ermög­licht den Auf­bau von klei­nen und leich­ten Anla­gen. 

Die Visua­li­sie­rung wur­de mit­tels Client–Server-Lösung und einem Beck­hoff Panel umge­setzt. Das groß­zü­gi­ge For­mat des Bild­schirms und die hohe Auf­lö­sung ermög­li­chen eine kom­for­ta­ble Bedie­nung und auch aus der Distanz erkenn­ba­re Dar­stel­lung von Para­me­tern und auf­ge­nom­me­nen Bil­dern. Der HMI Ser­ver stellt die Benut­zer­ober­flä­che mit­tels modu­la­rem Web­ser­ver zur Ver­fü­gung. Über einen Brow­ser kann die Ober­flä­che nicht nur auf dem Panel, son­dern auch auf einem mobi­len End­ge­rät oder PC auf­ge­ru­fen wer­den. Dazu müs­sen sich nur PLC und End­ge­rät im glei­chen Netz befin­den. Dies ist durch Ein­bin­dung der Anla­gen ins Fir­men­netz oder Eta­blie­rung eines loka­len Netz­werks mög­lich. Gera­de im Hin­blick auf die gro­ße Distanz zwi­schen den Anla­gen ist dies für die Bedie­nung und Beob­ach­tung bei­der Maschi­nen gleich­zei­tig sehr hilfreich.

Die gesam­te Sys­tem­ar­chi­tek­tur lässt sich auf­grund der Ska­lier­bar­keit und dem gro­ßen Funk­ti­ons­um­fang von Twin­CAT 3 auf zahl­rei­che ande­re Anla­gen­kon­zep­te über­tra­gen. Ins­be­son­de­re wenn eine Anbin­dung an Daten­ban­ken oder Inte­gra­ti­on von diver­ser Hard­ware im Bereich Antriebs­tech­nik, Sen­so­rik oder Bild­ver­ar­bei­tung geplant ist, ist ein Kon­zept mit Kom­po­nen­ten von Beck­hoff immer eine Über­le­gung wert.

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Ansprechpartner
Daniel Meurer
Daniel Meurer, M. Eng.
Softwareingenieur
Schwerpunkte: Steuerungstechnik, Robotik, Antriebstechnik
Partner

Hille Engineering GmbH & Co. KG
Vennstraße 4
52159 Roetgen
Germany

www.hille-online.com

 

Beckhoff Automation
GmbH & Co. KG

Hülshorstweg 20
33415 Verl
Germany

www.beckhoff.com

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