Berührende Messsysteme zur Erfassung des Durchmessers und der Exzentrizität hatten ihre beste Zeit vor mehr als 30 Jahren. Aufgrund höherer Anforderungen an Messgenauigkeit und Qualität, aber auch aufgrund der Störanfälligkeit und Unzuverlässigkeit wurden diese Systeme durch berührungslose Techniken abgelöst. Häufige Probleme, die mit berührenden Techniken in Verbindung standen, waren u.a.:
• Beschädigungen der Kabeloberfläche durch Abrieb an den berührenden Systemen - insbesondere bei geschäumten Produkten, die in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen haben
• periodische Fehlerstellen an der Oberfläche des Produktes durch die Rollenführung mechanischer Systeme, die später bei der Datenübertragung zu einer zusätzlichen Dämpfung der übertragenen Signale führten
• Messungenauigkeiten, insbesondere an schnell laufenden Linien, da das Messobjekt durch Vibrationen den Abstand zwischen den mechanischen Messrollen zusätzlich veränderte
• Beschädigungen der Oberfläche durch zu starken Anpressdruck der Rollen des Messsystems
• hoher Zeit- und Kostenaufwand für die Wartung
Aus all dem Vorgenannten wird deutlich, dass nur berührungslose Messsysteme die heutigen Anforderungen hinsichtlich Präzision und Zuverlässigkeit erfüllen können.
In zunehmendem Maße werden berührungslos opto-elektronische Messsysteme direkt im Produktionsprozess eingesetzt. Für ein Höchstmaß an Präzision bei der Durchmessermessung z.B. von Kabeln hat das Schattenprojektionsverfahren weiter Akzeptanz gefunden. Wird dieses Schattenprojektionsverfahren erweitert durch die Beugungsanalyse, wird bei der Messung eine Genauigkeit erreicht, die weit oberhalb der Auflösung des Zeilensensors liegt, der zur Messung des Produkts eingesetzt wird.
Das Messobjekt wird bei diesem Messverfahren mit dem monochromatischen Licht einer impulsgesteuerten Laserdiode beleuchtet. In der Empfangsebene ist ein CCD Zeilensensor mit hoher Auflösung eingesetzt. Üblicherweise erfolgt die Messung des Produkts aus zwei oder drei Achsen. Die Messwertauswertung erfolgt direkt im Messkopf mittels leistungsstarken Signalprozessors für die Analyse des Beugungsraums. Dieses Verfahren gestattet eine Messung mit höchster Genauigkeit, extrem kurzer Belichtungszeit und hoher Messrate. Direkt am Messkopf stehen alle heutigen gängigen Schnittstellen zur Kommunikation mit übergeordneten Rechnern oder Anzeigegeräten zur Verfügung.
[Charged Coupled Device]
CCD Sensoren sind heute in digitalen Kameras und Filmkameras als Bildaufnehmer eingesetzt.
SIKORA hat auf diesem Gebiet mehr als 30 Jahre Erfahrung. Schon in den ersten Durchmesserprüfgeräten 1973 wurden CCD Zeilen als Messwertaufnehmer eingesetzt. In der heutigen Serie der LASER 2000 Geräte ist modernste CCD Sensortechnik kombiniert mit pulsgesteuerten Laserdioden. Diese Technik erfordert keine beweglichen Teile, und erlaubt es in 0,2 µsek. ein Bild aufzunehmen. Ähnlich wie bei der Fotografie liefert das Gerät aufgrund dieser kurzen Lichtpulszeit daher ein scharfes Bild auch bei beweglichen (vibrierenden) Produkten.
Auch in den X-RAY 2000 Geräten ist ein spezieller Typ von CCD Zeilen eingesetzt bei dem die Röntgenstrahlen in Licht umgewandelt werden, so dass auch bei diesem Verfahren höchste Zuverlässigkeit gewährleistet ist.
Insbesondere bei der Herstellung von Nachrichtenkabeln, stellen periodische Durchmesser-, Exzentrizitäts-, und Kapazitätsschwankungswerte ein Risiko für die Datenübertragungseigenschaften dar. Die Online-FFT-Analyse dieser Messdaten stellt ein leistungsfähiges Kontrollwerkzeug zur Feststellung periodisch auftretender Unregelmäßigkeiten bei der Kabelextrusion dar.
Periodische Schwankungen von Kabelparametern können z.B. durch Unregelmäßigkeiten wie ein „Pumpen“ des Extruders, Unwucht drehender Teile, periodische Schwankungen der Liniengeschwindigkeit, zyklische Änderung des Verschäumungsgrades, vibrierende (oszillierende) Adern und/oder periodische Unregelmäßigkeiten bei der Leitervorwärmung verursacht werden.
Während das Vorhandensein periodischer Schwankungen aus dem zeitlichen Verlauf des gemessenen Kabelparameters in der Regel nur schwer zu entnehmen ist, lassen sich durch eine FFT-Analyse der Messwerte periodisch wiederkehrende Schwankungen frühzeitig feststellen.
Darüber hinaus stellt das berechnete Frequenzspektrum hilfreiche Informationen zur Identifizierung der Ursachen zyklischer Unregelmäßigkeiten im Kabelherstellungsprozess bereit, insbesondere auch dann, wenn Produktionsparameter, wie etwa die Liniengeschwindigkeit kontrolliert verändert werden.
Leistungsstarke digitale Signalprozessoren sind standardmäßig in allen Messköpfen von SIKORA enthalten, so auch im CENTERVIEW 8000. Aufgrund der damit im Messkopf vorgehaltenen Rechenleistung ist ein digitaler FFT-Spektrum-Analysator und eine Vorhersage der Rückflussdämpfung direkt im Messkopf integriert. Die Analyse erfolgt dort, wo die Eingangsdaten (d.h., die Durchmesser-, Exzentrizitäts- oder Kabelkapazitätsmesswerte) mit hoher zeitlicher und Amplitudenauflösung sowie hoher Präzision bei minimalem Messwertrauschen zur Verfügung stehen. Eine problematische (i.d.R. analoge) Übertragung empfindlicher Einzelmesswerte an externe Analysesysteme für FFT und SRL ist also nicht nötig.
Die DIN 1319 beschreibt die Kalibrierung wie folgt:
Ermitteln des Zusammenhangs zwischen Messwert oder Erwartungswert der Ausgangsgröße und dem zugehörigen wahren oder richtigen Wert der als Eingangsgröße vorliegenden Messgröße für eine betrachtete Messeinrichtung bei vorgegebenen Bedingungen. Bei der Kalibrierung erfolgt kein Eingriff, der das Messgerät verändert.
Im Klartext heißt das:
Beim Kalibrieren wird ein Messgerät überprüft und die Abweichung (Messtoleranzen) zu einem (bekannt richtigen) Standard oder Messaufbau bestimmt und dokumentiert/protokolliert, so zum Beispiel die Abweichung zum Ur-Meter in Paris (oder andere Referenznormale der PTB, NPF oder des DKD, UKAS usw.). Über die Protokollierung hinausgehende Handlungen finden bei der Kalibrierung nicht statt. Ziel der Kalibrierung ist ein Protokoll, das so genannte Kalibrier-Zertifikat (auch Kalibrierschein).
Es dürfen nach einer Kalibrierung unter keinen Umständen Änderungen am (Mess-)Gerät vorgenommen werden, da ansonsten die Kalibrierung (= Protokoll/Dokumentation) wertlos wird. Kalibrieren kann nur der, der ein Normal höherer Ordnung besitzt – also einen (bekannt richtigen) Standard oder Messaufbau zur Verfügung hat – und zum protokollieren befähigt ist.
Justieren ist wie folgt definiert:
Beim Justieren wird die Anzeige eines Messgeräts korrigiert, also der gemessene/angezeigte Wert (der so genannte Ist-Wert) auf den richtigen Wert, den so genannten Soll-Wert, so gut wie möglich korrigiert. Ziel ist es, eine korrekte Anzeige zu erhalten.
Alle SIKORA Geräte sind werksseitig vor der Auslieferung mit zertifizierten Referenznormalen geprüft.
Für die üblicherweise gemäß ISO 9000 geforderte jährliche Kalibrierung bietet SIKORA zertifiziertere Referenznormale an.
Ein Justieren ist bei keinem der SIKORA Geräte erforderlich, da die Geräte keine beweglichen Teile beinhalten und keiner Alterung unterliegen, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen.
[Mean Time Between Failures]
Sämtliche Messgeräte von SIKORA beeindrucken nicht nur durch die nahezu unbegrenzte Lebensdauer, sondern insbesondere durch das innovative Messprinzip - der kompletten Verzicht auf bewegliche Teile macht die Geräte nahezu wartungsfrei. Die statistisch durchschnittliche Zeit, nach der ein Gerät einen reparablen Defekt aufweist spiegelt diese lange Lebenserwartung wider. Die MTBF-Kennziffer ist ein statistischer Durchschnittswert aller bekannten FIT-Werte (Failure In Time = Fehler pro Zeitspanne). Die MTBF Kennziffer für ein LASER 2000 System beträgt beispielsweise 15 Jahre.
Bei der Produktion von Telefonkabeln, Datenkabeln, Minikoaxkabeln und Hochfrequenzkabeln ist die Bestimmung und Überwachung der Kabelkapazität von besonderer Bedeutung. Darüber hinaus ist der (aus der FFTAnalyse der Kapazitätswerte abgeleitete) Wert der Rückflussdämpfung (SRL = Structural Return Loss) ein überaus wichtiger Parameter. Die kombinierte Ermittlung dieser beiden Werte stellt im Hinblick auf die Messtechnik eine besondere Herausforderung dar, die SIKORA mit dem Multizonen Kapazitätsmessrohr gelöst hat. Die Aufgabe besteht darin, mit hoher Präzision die Kapazität zu messen, und gleichzeitg kurzzeitige, periodische Schwankungen der Kapazität zu detektieren. Berücksichtigt man, dass ein ermittelter Kapazitätswert immer ein Mittelwert über die Kabellänge ist, die sich gerade im aktiven Teil des Messrohres befindet, so wird klar, dass die präzise Messung der Kabelkapazität einerseits eine möglichst lange Elektrode voraussetzt, andererseits zur Bestimmung der Rückflussdämpfung SRL eine kurze Elektrode erforderlich ist, um kurzzeitige periodische Schwankungen zu erkennen. SIKORA hat diese beiden Messaufgaben durch die Kombination einer langen und einer kurzen Elektrode in einem gemeinsamen Messrohr gelöst, was sowohl eine hohe Präzision gewährleistet, als auch eine SRL-Prognose bis 8 GHz ermöglicht. Für den Anwender stellt diese patentierte Anordnung eine besonders wirtschaftliche Lösung dar, da sie komplette Funktionalität in einem einzigen Gerät bietet.
Das Punktwolkendiagramm ist eine zusätzliche Form der Messwertanzeige für das CENTERVIEW 8000.
Die Punktwolke ist eine zusätzliche Darstellungsform der laufenden Messung auf dem ECOCONTROL, mit deren Hilfe auch die Verteilung von Kurzzeitschwankungen der Exzentrizität grafisch dargestellt werden kann. Jeder Punkt entspricht dabei einem Einzelwert der Exzentrizität bezüglich Betrag und Richtung. Die Ausdehnung der Punktwolke kennzeichnet die Standardabweichung der Exzentrizität.
Es gibt verschiedene Formen der Punktwolke. Wir unterscheiden zwischen einer kreisförmigen Verteilung der einzelnen Punkte, einer ellipsenförmigen sowie einer ringförmigen Verteilung der einzelnen Punkte.
Eine kreisförmige Verteilung der Einzelwerte der Exzentrizität zeigt deren Schwankungsbreite. Die Darstellung kann helfen, den Extrusionsprozess bezüglich einer minimalen Standardabweichung zu optimieren.
Eine ellipsenförmige Ausdehnung der Punktwolke entsteht zum Beispiel dann, wenn der Leiter unmittelbar vor dem Einlauf in den Spritzkopf in einer Ebene schwingt (oszilliert) und dadurch zusätzlich Exzentrizitätsschwankungen verursacht werden.
Eine ringförmige Punktwolke zeigt an, dass dauerhaft ein rotierender Exzentrizitätswert besteht, der zum Beispiel entsteht, wenn der Leiter unmittelbar vor dem Einlauf in den Spritzkopf rotierend schwingt (oszilliert).
Die bekannte Standarddarstellung der Exzentrizität mit Hilfe eines Schnittbildes der Ader ist sehr hilfreich für den Bediener, um das Spritzwerkzeug zu zentrieren. Die einzigartige Darstellung der Exzentrizitätseinzelwerte in Form der genannten Punktwolke zeigt dem Bediener aber darüber hinaus, welche Exzentrizitätswerte selbst nach optimaler Zentrierung bestehen bleiben und welche Schwankungsbreite vorliegt. Nur die Darstellung der Einzelwerte in Form der Punktwolke, gibt dem Bediener die Möglichkeit, geeignete Maßnahmen zur Minimierung einzuleiten.
Rückflussdämpfung SRL (Structural Return Loss)
Leistungsstarke digitale Signalprozessoren sind standardmäßig in allen Messköpfen von SIKORA enthalten, so auch im CENTERVIEW 8000. Aufgrund der damit im Messkopf vorgehaltenen Rechenleistung ist ein digitaler FFT-Spektrum-Analysator und eine Vorhersage der Rückflussdämpfung direkt im Messkopf integriert. Die Analyse erfolgt dort, wo die Eingangsdaten (d.h., die Durchmesser-, Exzentrizitäts- oder Kabelkapazitätsmesswerte) mit hoher zeitlicher und Amplitudenauflösung sowie hoher Präzision bei minimalem Messwertrauschen zur Verfügung stehen. Eine problematische (i.d.R. analoge) Übertragung empfindlicher Einzelmesswerte an externe Analysesysteme für FFT und SRL ist also nicht nötig.
Die am häufigsten verwendete Methode zur Qualitätsüberprüfung von Daten- und Hochfrequenzkabeln ist die Messung der Rückflussdämpfung einer Kabellänge als Funktion der Betriebssignalfrequenzen, die später einmal auf dem Kabel übertragen werden sollen. Die Rückflussdämpfung (im engl. Sprachraum auch als SRL bezeichnet) stellt das Verhältnis – ausgedrückt in dB – zwischen eingespeistem Signal und den entlang der gesamten Kabellänge zum Eingang hin rück-reflektierten Signalanteilen dar.
Um die Kabelqualität zu optimieren sowie die Ausschussmenge zu reduzieren, ist es deshalb äußerst wünschenswert, die Auswirkungen periodischer Unregelmäßigkeiten auf die spätere Rückflussdämpfung des fertigen Kabels möglichst frühzeitig im Produktionsprozess zu kennen.
Die Online-Prädiktion der Rückflussdämpfung während der Extrusion eines Kabels oder einer Ader aus gemessenen Kurzzeit-Daten wie etwa der Kabelkapazität oder den Durchmesserwerten liefert entsprechende Informationen. Diese Prädiktionsmethode basiert speziell im Hinblick auf die Online-Anforderung ganz wesentlich auf der bereits angesprochenen Fourier-Transformation nach dem FFT-Algorithmus.
[Surface Mounted Device]
Alle SIKORA Messgeräte werden mit modernster SMD Technology hergestellt. Die SMD Technology erlaubt die Fertigung besonders leistungsstarker Geräte von herausragender Zuverlässigkeit. Aufgrund der Leistungsfähigkeit ist es möglich FFT Analysen und die Berechnung der Rückflussdämpfung direkt im Messkopf durchzuführen. Weiterhin gibt die SMD Technology die Möglichkeit die Geräte klein und leicht zu bauen. Bedingt durch die Bauform lassen sich die SIKORA Geräte daher in jede Produktionslinie integrieren.
