Hochgeschwindigkeits-Qualitätskontrolle Gekühlte Wärmebildkameras für 24/7-Produktionsanlagen

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FLIR Systems GmbH

FAULHABER SA

Für Anwendungen in der Qualitätskontrolle, bei denen Temperatur eine Rolle spielt, eignen sich automatisierte Wärmebildkameras oft ideal. Die Folienversiegelung von Lebensmitteln, wie z. B. die Anbringung eines Frische-Siegels auf dem Hals einer Ketchup-Flasche, ist eine anspruchsvolle Anwendung. Wie diese Anforderung mit einer gekühlten MWIR-Wärmebildkamera von Flir gelöst wird, erklärt dieser Artikel.

Heutige Produktionsanlagen werden mit einem hohen Grad an Automatisierung und mit einem besonderen Fokus auf Kosteneffizienz geplant. Weil dafür ein hoher Durchsatz ideal ist, läuft die Produktion oft sehr schnell rund um die Uhr und möglichst ohne Unterbrechung. Für die Qualitätskontrolle bedeutet das: Um Bewegungsunschärfe in den Wärmebildern zu vermeiden, muss eine hochwertige, schnelle Wärmebildkamera verwendet werden – also ein gekühltes System. Im Gegensatz zu einer ungekühlten Wärmebildkamera ist ein gekühltes Kameradesign mit seinem Kryokühler allerdings deutlich aufwändiger und wartungsintensiver. Flir hat darauf reagiert und 2024 mit der gekühlten MWIR-Wärmebildkamera A6301 ein Model auf den Markt gebracht, dass durchschnittlich ca. 27 000 Betriebsstunden (also mehr als 3 Jahre) ununterbrochen im Einsatz sein kann, bevor es gewartet werden muss.

Induktives Versiegeln von Verschlüssen mit Klebefolien

Das induktive Versiegeln von Verschlüssen basiert im Wesentlichen auf der gleichen Technologie wie das kabellose Aufladen von Mobiltelefonen, aber anstatt ein Telefon zu laden, wird ein mit Klebstoff beschichtetes Folienelement im Flaschenverschluss berührungslos erhitzt. Durch die Hitze schmilzt der Klebstoff und es entsteht die gewünschte luftdichte Versiegelung durch die Folie.

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Das kalifornische Unternehmen Movitherm hat sich auf schlüsselfertige Thermografie-Prüflösungen spezialisiert und setzt dafür u. a. Wärmebildkameras von Flir ein. Tae Moon, Anwendungsingenieur bei Movitherm, erklärt, wie die Qualitätskontrolle funktioniert: «Unser TSI-System ist dank verschiedener Sensoren und Wärmebildkameras in der Lage zu bestimmen, ob die Versiegelung intakt ist. Durch die Analyse verschiedener Aspekte des Wärmebilds, das wir von den Flaschensiegeln erhalten, ist der Algorithmus in der Lage zu bestimmen, ob es sich um eine gute Versiegelung, eine zu schwache bzw. eine zu starke Versiegelung oder etwa um eine fehlerhafte Verbindung durch Faltung der Folie handelt. Aus einem einzigen Wärmebild können wir also eine Menge Rückschlüsse ziehen. Deshalb ist es äusserst wichtig, ein sehr scharfes und gutes IR-Bild zu haben.»

100-prozentige Inspektionsrate, langes Wartungsintervall

Wichtig ist Anwendungsingenieur Tae Moon eine 100-prozentige Inspektionsrate, bei der wirklich jedes produzierte Produkt geprüft wird, was in Produktionsprozessen immer noch nicht Standard ist: «Wenn es sich um eine sehr schnelle Produktionslinie handelt, wird eine ungekühlte Kamera unscharfe Bilder liefern. Die Flir A6301 verfügt dagegen über einen wirklich guten thermischen Kontrast und arbeitet sehr schnell, so dass keinerlei Bewegungsunschärfe auftritt. Selbst in der schnellsten Inspektionsreihe, die ich gesehen habe, macht die A6301 knackige, wirklich gute Bilder, ohne dass die Bildqualität unter dem schnellen Durchsatz leidet. Aber das Wichtigste für mich ist, dass die Kamera im Schnitt erst nach 27 000 Betriebsstunden gewartet werden muss, was wirklich beeindruckend ist, denn die nächstbeste vergleichbare Kamera, die ich kenne, erreicht nur 8000 Stunden.»

Gekühlte MWIR-Wärmebildkamera Flir A6301

Die A6301 bietet ein neues Niveau an Wärmebildfunktionalität für die Prozesskontrolle und Qualitätssicherung in der produzierenden Industrie. Die Kamera erfasst Hochgeschwindigkeits-Bewegungen von Messobjekten mit bis zu 20-fach geringerer Belichtungszeit. Die kurzen Integrationszeiten der A6301 verbessern Ausbeute, Durchlaufzeit und Kosten und gewährleisten gleichzeitig eine gleichbleibende Qualität bei kritischen Messaufgaben. Die A6301 erkennt kleinste thermische Abweichungen und misst dabei präzise die Temperaturen von sich schnell bewegenden Messobjekten. Damit erweist sie sich als hochmoderne Wärmebildkamera für anspruchsvolle Bildverarbeitungsanwendungen. Maschinenbauer, Produzenten und Integratoren können so den Durchsatz in der Fertigung erhöhen, etwaigen Ausschuss reduzieren und die Produktivität steigern. Und mit einem durchschnittlichen Wartungsintervall ihres Kryokühlers von 27 000 Stunden (also nach mehr als drei Jahren ununterbrochenen Einsatzes) ist sie eine überaus effiziente und damit im permanenten industriellen Produktionseinsatz kostengünstige Lösung.

Verbesserungen der Zuverlässigkeit von Kryokühlern verlängern Wartungsintervall

Betriebsbereitschaft und langer, wartungsfreier Betrieb sind entscheidend beim Einsatz eines IR-Mess-Systems. Teledyne Flir hat deshalb für seine gekühlten Neutrino MWIR-Kameramodule, die auch in der A6301 zum Einsatz kommen, einen robusten, langlebigen, linearen Kryokühler entwickelt: Dieser lineare Kryokühler FL-100 ist nicht nur der leistungsstärkste seiner Klasse, sondern hat auch eine geschätzte Betriebslebensdauer von über 27 000 Stunden (MTTF), basierend auf Lebensdauertests und der Weibull-Verteilung.

Das Design des FL-100 wurde seit seiner Einführung im Jahr 2018 kontinuierlich weiterentwickelt. Zahlreiche Verbesserungen der Reibung und der Toleranzen wurden vorgenommen, was zu einer erhöhten Lebensdauer und Kühlleistung führt. Prozessinnovationen, die sich hauptsächlich auf die Qualität der Reibungsdichtungen und die Ausrichtung der beweglichen Komponenten konzentrierten, haben ebenfalls erheblich zur Verlängerung der Lebensdauer beigetragen. Die Auswirkungen dieser Modifikationen auf die Zuverlässigkeit des FL-100 wurden im Rahmen des Kryokühler-Testprogramms von Teledyne Flir quantifiziert. Momentan sind weitere Verbesserungen in der Validierung, um eine MTTF von mehr als 30 000 Stunden zu erreichen.

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