Ganzheitliche Dosierprozessüberwachung

Mit flowplus16 und flowscreen Fehler beim Dosieren erkennen und vermeiden

flowplus16 Miniaturdrucksensor

Abbildung 1: flowplus16 Relativdrucksensor

Der Relativdrucksensor flowplus16 ist speziell auf die Bedürfnisse von teil- und vollautomatisierten Dosierprozessen ausgelegt. Mit Hilfe des Luer-Systems lässt er sich platzsparend in verschiedenste Anwendungen integrieren. flowplus16 liefert ein temperaturkompensiertes, lineares Ausgangssignal im Bereich von 0,1 – 10 Volt und eignet sich ideal zur Implementierung in industrielle Prozesse mit übergeordneter Steuerung (SPS). Der totraumfreie Fluidkanal mit integrierter Druckmittlermembran aus Perfluorelastomer (FFKM) ist aufgrund seiner Eigenschaften besonders für chemisch aggressive Medien und zur Verarbeitung anaerober Klebstoffe, die bei Kontakt mit Metallionen aushärten und zeitlich unerwünscht vollständig erstarren, geeignet. Die erfassten Drücke von 0-16 bar interpretiert er mit einer Abtastrate von bis zu 3 kHz. Somit ist der flowplus16 bestens für den Einsatz in Serienprozessen geeignet.

Ganzheitliche Dosierprozessüberwachung in der Anwendung

Der gesamte Prozess einer Dosierung kann durch unterschiedlichste Störgrößen beeinflusst werden: So kann z.B. eine fehlerhafte Dosierung die Qualität der Bauteile und den Verbrauch des Mediums beeinträchtigen. Auch eine nicht rechtzeitig erkannte Materialunterversorgung mit einhergehendem Trockenlauf des Dispensers kann negative Auswirkungen auf die Standzeit des Dosiersystems mit sich bringen.

Speziell im Bereich der Mikrodosierung muss die Applizierung des Materials akkurat und mit höchstmöglicher Reproduzierbarkeit erfolgen. Der Dosierdruck ist in diesem Fall die entscheidende physikalische Messgröße, um Informationen aus dem Prozess zu erhalten.

Das grafische Druckauswertegerät flowscreen

Der flowscreen von ViscoTec ist ein robustes Auswertegerät für Anwendungen dieverser Einsatzgebiete, der in Kombination mit dem Drucksensor flowplus16 ein Gesamtsystem für die fluide Prozessüberwachung bildet

Abbildung 2: Grafisches Druckauswertegerät flowscreen

Unter Verwendung des flowscreen können die durch den Sensor detektierten Messwerte für den Endanwender in aufbereiteter Form zur Verfügung gestellt werden. Technisch betrachtet ist der flowscreen ein robustes und mit seinen kleinen Abmessungen (19 x 13,5 x 3,5 cm) sehr kompaktes Auswertegerät. Mit seiner speziell entwickelten Software werden die analogen Eingangssignale angeschlossener Sensoren auf dem 4,3“ TFT Display in der XY-Achse entsprechend Zeit und Druck modelliert. Dies ermöglicht es dem Anwender, den Druckverlauf von bis zu zwei angeschlossenen Sensoren während eines Dosierprozesses nahezu in Echtzeit zu überwachen. Um konstante Prozessparameter und reproduzierbare Serienprozesse zu gewährleisten, können Bewertungskriterien über einen Touch-Screen anwendungsspezifisch im Teach-in-Verfahren definiert werden. Die Basis der Prozessüberwachung bilden zwei verschiedene Betriebsmodi: Bereich und Überdruck (Abbildungen 3).

Während im Modus „Bereich“ das ganze Spektrum eines Druckverlaufs exakt spezifiziert werden kann, dient der Betriebsmodus „Überdruck“ einer individuell gestaltbaren Detektion von Lastspitzen. Unabhängig vom Anwendungsgebiet wird die Abtastrate des flowscreen dynamisch im Bereich von 200 Hz – 2 Hz angepasst. Hier kann die Messdauer der zu überwachenden Dosierung von 0,1 Sekunden bei bis zu 33 Minuten liegen. Verstößt ein Prozessparameter in der Serienfertigung gegen eines der definierten Bewertungskriterien, leuchtet eine rote Fehler-LED und eine Bildschirmmeldung wird angezeigt. Außerdem kann der flowscreen zusätzlich mit einer übergeordneten Steuerung verbunden werden. Abweichungen im Fertigungsprozess werden also optisch dargestellt, zeitnah erkannt und eine gut/schlecht Bewertung wird durchgeführt. Qualitativ unzureichende Bauteile können so aus der Fertigungslinie entnommen und/oder Prozessparameter nachjustiert werden. Eine kumulierte Fehlerreaktion ist ebenso realisierbar wie eine unmittelbare Deaktivierung der Dosieranlage. Zur nachhaltigen Qualitätssicherung können die erfassten Daten über die serielle Schnittstelle RS232 extern zur lückenlosen Dokumentation der jeweiligen Anwendung exportiert werden.

Druck erkannt – Prozess gebannt!

Sei es Optical Bonding, Conformal Coating oder Encapsulating: Abb. 4 zeigt einen einfachen und schnell zu adaptierenden Prozessaufbau, der für zahlreiche Fertigungsprozesse speziell in der Mikrodosiertechnik ein Maximum an Prozesssicherheit garantiert.

Bei dem folgenden Prozess wird als Dispenser der eco-PEN300 verwendet. Ein- und Ausgangsdruck werden von je einem flowplus16 Drucksensor überwacht. Ersterer übernimmt zusätzlich die Funktion der Füllstandsüberwachung des zu dosierenden Mediums. Dabei handelt es sich um ein mittelviskoses, transparentes Gel mit einer Viskosität von ca. 60.000 mPas/CPS. Auf eine Entgasung des Mediums wurde bewusst verzichtet, um die Detektierbarkeit der im Material eingeschlossenen Luftblasen zu demonstrieren. Die Verwendung eines luftabschließenden Stopfens (z.B. aus Chloropren – Kautschuk) ist für eine erfolgreiche Füllstandsüberwachung sehr wichtig, denn er verhindert das Entstehen eines Druckgleichgewichts im System Kartusche-Stopfen-Medium und ermöglicht so die Detektion des Druckabfalls bei Medienunterversorgung (leere Kartusche).

Typische Dosieranwendung mit Dosierprozessüberwachung

Abbildung 4: Typische Dosieranwendung mit Dosierprozessüberwachung

Mit Hilfe des grafischen Druckauswertesystems flowscreen ist es möglich, den Ein- sowie den Ausgangsdruck grafisch darzustellen und individuelle Bewertungskriterien zur Prozessüberwachung zu definieren. Bei der aktuellen Anwendung wird die Messung mittels Start- und Stopsignal gesteuert und eine Bewertungsbox pro Sensor und Graph als Bewertungskriterium gewählt. Die Boxgrenzen legen den Rahmen fest, innerhalb dessen sich der Druckgraph während einer Gutdosierung bewegt. Verlässt der Graph im Fertigungsbetrieb diese Grenzen, erkennt das System die Abweichung und löst eine Fehlermeldung aus – die Dosierung wird unterbrochen. Man kann die Dosierung aber auch erst nach Erreichen einer kumulierten Fehleranzahl beenden, um eine sofortige Abschaltung des Systems zu vermeiden.

Vordruck-Füllstandsüberwachung und Ausgangsdruck

Abbildung 5: Vordruck-Füllstandsüberwachung und Ausgangsdruck

Box 1 definiert die Grenzen, innerhalb derer sich der Druckgraph bewegen muss. Der grafisch dargestellte Druckverlauf des Vordruckes (Sensor 1) ist deutlich zu sehen.
Box 2 hingegen definiert die Grenzen, innerhalb derer sich der Druckgraph des visualisierten Dosierdrucks (Sensor 2) bewegen muss.

Abbildung 6 hingegen zeigt die Visualisierung des abfallenden Kartuschendrucks. Dieser ist klar am sinkenden Vordruck (Sensor 1) zu erkennen:

Vordruck-Füllstandsüberwachung und Ausgangsdruck

Abbildung 6: Vordruck-Füllstandsüberwachung und Ausgangsdruck

Box 1: Aufgrund des abfallenden Kartuschendrucks erkennt das Auswertegerät einen Verstoß gegen eines der definierten Bewertungskriterien und löst eine Fehlermeldung aus. Die Farbe von Box 1 (Sensor 1) wechselt auf Rot.

Box 2: Betrachtet man den visualisierten Druckverlauf des Ausgangsdrucks (Sensor 2), sieht man, dass es noch nicht zu einer Materialunterversorgung des Dispensers gekommen ist. Aufgrund der hohen Abtastrate von bis zu 3 kHz entgeht dem Gerät jedoch nicht, dass sich Luftblasen im Medium befinden. Rot markiert ist klar zu erkennen, dass es Schwankungen im Dosierdruckverlauf gibt. Sollte es wegen zu großer Luftblasen zu einem Fadenabriss kommen, würde der akute kurzzeitige Druckabfall ebenfalls eine Fehlermeldung auslösen.

Das vollumfängliche Prozessüberwachungssystem besteht aus dem grafischen Druckauswertesystem flowscreen und dem piezoresistiven Relativdrucksensor flowplus16. Es ermöglicht dem Kunden, den Dosierprozess in praktisch jedem Anwendungsbereich zu überwachen und stellt die nötige Prozessstabilität für die jeweilige Serienfertigung sicher.

flowplus16 und flowsrceen… Wir nehmen Ihrem Controller den Druck