Etwa drei Millionen Raummeter Holz werden im Spanplattenwerk Fritz Egger in St. Pölten-Unter­radlberg pro Jahr zu knapp 40 Millionen Quadratmetern beschichteten Spanplatten verarbeitet. Anei-nandergereiht ergäbe das den halben Erdumfang. Die Spanplatten werden an die Industrie und den Fachhandel geliefert.

Nach dem Pressen der Plattenstränge und dem anschließenden Zuschnitt per Multidiagonalsäge steht in der Rohplattenfertigung regelmäßig die Vermessung einzelner Platten an, um Maßabweichungen gegebenenfalls zu korrigieren. Bislang geschah dies ausschließlich manuell: entweder durch Ausschleusen sogenannter Gutplatten aus der Produktion oder durch das Ausmessen von Platten in der Anlage, zum Beispiel im Kühlsternwender. 

Bisher wurden die ausgeschleusten Platten bei Egger von Hand mit einem Bandmaß überprüft und kamen dann in den Ausschuss. Bei abweichenden Messwerten musste der Bediener an der Säge die entsprechenden Korrekturwerte eingeben und bestätigen. In der Zwischenzeit wanderten allerdings bereits zahlreiche Platten mit den fehlerhaften Maßen in die Anlage. Nach dem Umstellen der Säge musste der Bediener erneut eine Platte in den Ausschuss fahren, um nachzumessen, ob überhaupt das gewünschte Ergebnis eingetreten ist. Entsprach dann die Platte immer noch nicht den Vorgaben, musste erneut die Säge eingestellt werden. 

Dieser Prozess dauerte zwischen einer Viertel- und halben Stunde. Um die gravierenden sicherheitstechnischen Nachteile dieser Vorgehensweise zu beseitigen, bestand sowohl seitens des Anlagenbauers und -ausrüsters Siempelkamp als auch seitens Egger der Wunsch nach einer höher automatisierten Lösung für die Vermessung. „Die bisherige technische Lösung für das Vermessen der Platten hinter der Multidiagonalsäge entsprach nicht dem Stand der Technik“, beschreibt Dr. Frank Otto, Projektleiter bei Siempelkamp Logistics & Service, die Ausgangssituation. „Hinzu kommt, dass die Multi-diagonalsäge in unseren Anlagen immer häufiger im Tandem-, Tripel- oder Quattromodus schneidet, also mit zwei oder mehr Säge-Aggregaten. Der Prozess der manuellen Plattenvermessung in Verbindung mit der manuellen Korrektur der Schnittwerte bei Maßabweichung gestaltet sich für unsere Kunden als zu komplex und langwierig, ganz abgesehen von den sicherheitstechnischen Mängeln.“ 

Die Lösung: Das Plattenvermessungssystem wird innerhalb der Maschinenanlage untergebracht, sodass die Säge unmittelbar nach dem Auftreten von Maßabweichungen korrigiert werden und der Bediener schnell auf Prozessänderungen reagieren kann, um die Prozesse zu stabi-lisieren und die Qualität der gefertigten Produkte zu sichern.

Messung der Plattengeometrie

Bei der Herstellung von Holzspanplatten ist die Form- und Pressenstraße die prozessbestimmende Systemeinheit innerhalb einer Komplettanlage und richtungsweisend für deren Kapazität und die Qualität der Produkte. Daher sollten die nachgelagerten Maschinen eine daran angepasste Leistung erbringen, um keine Engpässe entstehen zu lassen. Der Säge beispielsweise ist idealerweise ein System zur Messung der Plattengeometrie möglichst inline nachgeschaltet: Das Inline-Plattenvermessungssystem ‚SicoCam‘ von Siempelkamp vermisst Plattenlänge und -breite und errechnet zudem die Dia-gonalen und Winkel an den vier Ecken. So lassen sich die Besäumung und die Quersägung optimieren und der Verschnitt minimieren.

Bei der Inline-Plattenvermessung erfassen Kameras von Sick jede Plattenecke während der Produktion. Die Messdaten werden softwaregestützt in Form von Breiten-, Längen- und Diagonalmaßen weiter­verarbeitet.

© Sick

Im Detail sieht das folgendermaßen aus: Die aus einem Endlos-Strang abgelängten Einzelplatten werden während des Durchlaufs auf einer Transportbahn gemessen. Über der Bahn sind vier programmierbare 2D-Kameras ‚Inspector65x‘ von Sick an einem Portal angebracht, die im Durchlauf hinten angebrachten Kameras sind auf einem verfahrbaren Schlitten im Portal montiert. Mit Hilfe dieses Schlittens wird das Kamerasystem auf die unterschiedlichen Plattenlängen eingestellt. Die Einstellgenauigkeit liegt im 0,01-mm-Bereich. Eine Klein-Lichtschranke detektiert frontseitig und löst die Aufnahme aus beziehungsweise triggert die Kameras. 

„Das SicoCam-Portal wird einfach über ein Transportband oder einen 
Rollenförderer gestellt und die Platte so, wie sie kommt, gemessen“, beschreibt Dr. Frank Otto den Aufbau. Das heißt, es gibt keine mechanische Verbindung zur vorhandenen Anlage. Durch diese Entkopplung sind weder Umbauten an der vorhandenen Maschinentechnik noch Funktionsänderungen noch ein Abbremsen der Platte vorzunehmen. Das Aufstellen des Portals kann im Betrieb erfolgen und erfordert nur einen kurzen Stillstand.
 

Kommunikation über Ethernet

Über Ethernet werden die gemessenen Koordinaten jeder einzelnen Kamera der auswertenden SPS übermittelt. Dort erfolgt die Gesamtauswertung des Mess-Ergebnisses (unter Berücksichtigung der Position des Kameraschlittens); eine Datenanbindung an die übergeordnete Anlagen-SPS ist ebenfalls möglich. Die Messdaten sind aufbereitet in einem Datenbaustein hinterlegt. Messungen können innerhalb von 0,5 s erfolgen.

Ein Bildschirm an der Anlage und in der Pressenleitwarte visualisiert die Mess-Ergebnisse, die über einen Zeitraum von vier Wochen archiviert werden. Nach einer Anpassung der Haupt-SPS lassen sich die Messwerte auch für die automatische Korrektur der Diagonalsäge nutzen (Längen- und Diagonalenkorrektur). Die von der übergeordneten Anlagen-SPS zur Verfügung gestellten Kommissionsdaten stehen dem Messsystem zur automatischen Anpassung an die gefahrene Produktgeometrie zur Verfügung.
 

Eine Frage von Software und Hardware

Das "SicoCam"-Portal mit vier programmierbaren 2D-Kameras wird ohne mechanische Verbindung zur Anlage über das Transportband oder den ­Rollenförderer gestellt.

© Sick

Die Messung der Plattengeometrie erfordert unter anderem eine Höhenkompensation, da es zu Transportgeschwindigkeiten der Platte von bis zu 4 m/s kommt. Die Platte hat Spannungen, wenn sie aus der Presse kommt und ist zudem manchmal leicht nach unten oder nach oben gewölbt. Um diese Faktoren zu kompensieren, bedarf es des Einsatzes von Lasern an jeder Plattenecke und einer entsprechenden Programmierung der App von Sick, mit der sich individuelle Applikationen und Bedienoberflächen auf der Basis programmierbarer Kameras und optischer Sensoren realisieren lassen. 

Bei Siempelkamp kommen die programmierbaren Kameras der Produktfamilie ‚InspectorP6xx‘ zum Einsatz, bei denen Optik, Beleuchtung, Auswertung und Schnittstellen integriert und individualisierbar sind. Bereits installiert ist die ‚Halcon‘-Bildverarbeitungsbibliothek. 

Das Einsparpotenzial

Das sich aus der Inline-Messung ergebende Einsparpotenzial exakt zu beziffern, sei schwierig, heißt es bei Siempelkamp, da dies unter anderem von der Zahl der Kommissionswechsel und der damit verbundenen Material- beziehungsweise Schnittzugabe abhänge. „Bei Anlagen für die Produktion mitteldichter Holzfaserplatten gehen wir bei der Jahresproduktion einer Durchschnittsplatte von Einsparungen im sechsstelligen Bereich in Euro pro Jahr aus, die problemlos möglich sind, einfach nur, weil man die Materialzugabe um 10 mm reduzieren kann“, erklärt Markus Gropp, Niederlassungsleiter von Siempelkamp Logistics & Services. 

Einsparungen ergeben sich aber nicht nur durch die Reduzierung der Schnitt­zugabe, sondern auch durch einen höheren Anteil an Platten in A-Qualität. Da das Messsystem Abweichungen vom Sollmaß sofort anzeigt, lässt sich die Sägeneinstellung unmittelbar korrigieren. Dadurch wird der Anteil an B-Qualität reduziert, was zwar nicht den vollen ­Materialpreis einspart, aber den Preisunterschied zwischen A- und B-Qualität. Und last but not least werden nicht mehr so viele Platten in den Ausschuss gefahren und manuell gemessen – dadurch ent­stehen jährlich erheblich weniger Ausschuss-Platten. 

„Wir könnten die Anlage mit dem System komplett automatisieren“, beschreibt Markus Gropp die Weiterentwicklung. „Im Moment haben wir ein autarkes Messsystem. Die Säge wird nur verstellt, wenn der Operator das will. Er sieht vor Ort, wie die Säge reagiert und ob er nachkorrigieren muss, denn er hat die Werte, die er zur Sägenkorrektur benötigt, vollständig berechnet in der Sägenmaske vor sich.“

Autor: 
Mohamed Hassoun ist Technical Industry Manager Factory Automation bei Sick in Waldkirch.