Kautschukmischungen für ein Dichtungsprofil bestehen meist aus vielen Einzelrohstoffen. „Da kommen nicht selten 20 Komponenten zusammen“, erklärt Benjamin Klie, Abteilungsleiter Verarbeitungstechnik am Deutschen Institut für Kautschuktechnologie (DIK). Die Komponenten werden in komplexen Mischverfahren in Innenmischer und Walzwerk je nach Rezeptur mechanisch und chemisch gemischt. „Für die Qualität des Extrusionsprodukts stellt man hier die Weichen“, so Klie. „Auf dem Weg zum Extruder kann man schon ziemlich viel falsch machen.“
Als Projektleiter des vom BMBF-geförderten Forschungsprojekts „Digit Rubber“ will der Wissenschaftler zusammen mit Forschungspartnern aus Niedersachsen hier Abhilfe schaffen. Die Digitalisierung der Prozesskette und der Einsatz von Künstlicher Intelligenz sollen es in Zukunft richten, so die Hoffnung der Partner. Das Forschungsszenario: Ein Extruder wird in Echtzeit mit den Daten der Kautschukmischung gespeist. Künstliche Intelligenz (KI) greift bei Abweichungen von der Referenzmischung ein. „Die KI soll entscheiden, wie sie die Prozessparameter anpasst, damit die Mischung, die verarbeitet wird, innerhalb der Spezifikation bleibt“, bringt es Klie auf den Punkt. In dem auf drei Jahre angelegten Projekt will man systematisch typische Mischungen generieren, um die KI mit Daten zu füttern. Das große Versprechen der intelligenten Technologie: „Die Ausschussproduktion könnte am Ende gegen Null gehen.“
Eine disziplinübergreifende Sprache wird möglich
Im Rahmen der Prozessmodellierung und -optimierung werden laut Projektbeschreibung die Messdaten im Projekt auf Grundlage der geschaffenen Ontologie für die Kautschukverarbeitung gesammelt, verwaltet und ausgewertet. In diesem Zusammenhang können Daten aus den unterschiedlichsten Disziplinen wie Chemie, Simulation, Prozesstechnik und Logistik vereint und die bestehenden Sprachgebräuche jeder einzelnen Disziplin in eine gemeinsame einheitliche Sprache überführt werden.
Die Umsetzung der Digitalisierung in diesem Projekt, insbesondere die Entwicklung einer integrierbaren Ontologie in den Gesamtkontext der Materialwissenschaften, wird zusätzlich durch die ebenfalls vom BMBF geförderten Innovations-Plattform Materialdigital unterstützt. Gleichwohl werden durch die Implementierung von Machine-Learning-Algorithmen (Data Mining) werkstoffimmanente Wirkzusammenhänge vorhersagbar gemacht, die einen Einfluss auf die Qualität des Extrusionsprodukts aufweisen. Durch die Entwicklung einer KI, die die gesamte Prozesskette steuert und eigenständig Prozess- und Werkstoffparameterabweichungen identifiziert und gegenreguliert, wird so eine konstante Qualität des Endproduktes realisiert.
Am Technikum des DIK in Hannover haben die Wissenschaftler eine Forschungs-Extrusionsanlage mit einem 60-Millimeter-Extruder aufgebaut. Ein industrienaher Maßstab laut Klie. Bei der Qualitätskontrolle haben sich die Forscher für das kompakte Inspektionssystem Iprofilcontrol (IPC) von Pixargus entschieden. Klie: „Das System sorgt dafür, dass wir online und in Echtzeit eine 100-Prozent-Kontrolle der Extrudat-Oberflächen durchführen können.“ Erprobt werden sollen hier vor allem klassische Dichtungsanwendungen. „Gummiprofile sind geometrisch sehr anspruchsvoll“, weiß der Kautschukexperte. Aber es geht den Forschern auch um Stabilität und Oberflächeneffekte. Neben dem Pixargus-System sollen weitere Messeinrichtungen beispielsweise die Temperaturverteilung erfassen. „All diese Daten, die am Extrudat gemessen werden, werden dann wieder rückgekoppelt und in die KI integriert“, erläutert der DIK-Experte.
Die Wahl in Sachen Messtechnik fiel nicht von ungefähr auf Pixargus. Der Würselener Messtechnikhersteller ist schon seit Jahren geschätzter Praxispartner in Fortbildungen am DIK. Auch das Iprofilcontrol-System hat sich hier schon bewährt. Klie: „Außerdem haben uns Industriepartner, die Systeme von Pixargus für die Qualitätskontrolle in ihrer Fertigung einsetzen, Gutes über das System berichtet.“ Und nicht zuletzt passte der günstige Preis des Inspektionssystems perfekt ins Forschungsbudget der Hannoveraner.
Einstiegsmodell ist mit vier Kameras ausgestattet
Für die kostenoptimierte Downsized-Serie Iprofilcontrol hat Pixargus Systemleistung, Funktionsspektrum und Hardware so auf den Prozessbedarf angepasst, dass mit minimaler Ausstattung maximale Effizienz erreicht wird. Als Einstiegsmodell mit vier Kameras ausgestattet, lässt sich das skalierbare System mit sechs oder acht Kameras auf jede Prozessbedingung zuschneiden. Je nach Kundenwunsch sind die Modelle für die 360° Dimensionsvermessung oder 100 % Oberflächeninspektion ausgelegt – oder gleich als All-in-One-Lösung zu haben.
Die Bedienung des kompakten Tischgeräts mit integrierter Recheneinheit erfolgt per Touch über Tablet, Notebook oder PC. Die Software des Systems basiert auf der Profilcontrol-7-Prüftechnologie des Anbieters. Mit einer Messwiederholgenauigkeit von 0,01 % vom Sichtfeld (FOV) überzeugt die IPC-Serie deutlich im Wettbewerbervergleich. Jede noch so komplexe Profiloberfläche und -geometrie wird in Sekundenschnelle erfasst und geprüft. Das System signalisiert bereits kleinste Fehler – noch bevor die Ausschusstoleranzgrenze erreicht ist. So lässt sich der Fertigungsprozess optimal steuern.
Pixargus GmbH
Monnetstraße 2
52146 Würselen
www.pixargus.de
Heike Freimann
Redaktion AIX
im Auftrag von
Pixargus
www.pixargus.de
Über „Digit Rubber“
Um die Projektziele zu erreichen, arbeiten beim Forschungsprojekt „Digit Rubber“ verschiedene wissenschaftliche und technische Disziplinen interdisziplinär zusammen. Insgesamt sieben Institute sind beteiligt: Neben dem DIK als Konsortialführer sind dies die Fakultät für Wirtschaft und Informatik der Hochschule Hannover, das Institut für angewandte Photogrammetrie und Geoinformatik der Jade Hochschule Wilhelmshaven Oldenburg Elsfleth, das Institut für Nanophotonik Göttingen, das Institut für Transport- und Automatisierungstechnik und das Institut für Mess- und Regelungstechnik (beide Leibniz Universität Hannover) sowie die Technische Informationsbibliothek (TIB). In enger Zusammenarbeit mit der TIB soll der Nucleus einer Ontologie für die Kautschuk-Verarbeitung erarbeitet werden. Dabei fungiert das DIK als „Domain Experte“, nutzt für den Aufbau der Ontologie unter anderem aktuelle Industriestandards und bezieht Praxispartner aus der Industrie mit ein, sodass über die geschaffene Ontologie ein definierter Datenaustausch ermöglicht wird. Durch den engen Austausch mit der Plattform Materialdigital können außerdem übergeordnete oder verwandte Ontologien aus anderen Materialbranchen einbezogen werden.
