Good Vibrations - Vibrationsanalyse zur vorausschauenden Instandhaltung

Den Ausfall einer Maschine und Produktionsstillstand möchte jedes Unternehmen vermeiden. Die Allied Reliability Group hat ein System entwickelt, das mit Hilfe industrieller Bildverarbeitung und visueller Vibrationsanalyse notwendige Reparaturen an Anlagen im Vorfeld erkennt.

Bilder: Mit freundlicher Genehmigung der Allied Reliability Group

Kommt Ihnen das bekannt vor? Sie starten Ihr Auto und bemerken ein unbestimmtes Vibrieren, das vorher noch nicht da war. Sofort ist Ihnen klar, dass etwas nicht stimmt und behoben werden muss.
Vibrationen können auf einen Fehler im System hinweisen. Für produzierende Unternehmen haben Maschinen einen besonderen Wert, denn sie spielen eine wesentliche Rolle bei der Erreichung des Unternehmenszieles. Produktionsanlagen können dabei Dimensionen annehmen, die um ein Vielfaches größer als ein Auto sind. Ein reibungsloses Funktionieren der riesigen Maschinen ist unabdingbar. Es ist unbestritten, dass mit der Zeit und durch ständige Nutzung Verschleißerscheinung auftreten, die die Produktionsqualität und -effizienz gefährden. Ein häufig auftretendes Symptom für Verschleiß ist übermäßiges Wackeln oder Vibrieren. Letztendlich müssen diese Anlagen repariert oder erneuert werden, um die Produktion erfolgreich am Laufen zu halten. Es können zwar Korrekturmaßnahmen durchgeführt werden, die jedoch Zeit- und Kostenaufwand mit sich bringen. Kommt es zum Ausfall einer Maschine, kann dies Produktionsstillstand und Umsatzverluste nach sich ziehen.

Vorausschauende Analyse

Techniken der prädiktiven Wartung können dazu beitragen, dieses Problem zu lösen. Prädiktive Wartung dient dazu, den Zustand der Produktionsanalage zu ermitteln und daraus den idealen Zeitpunkt für Reparaturarbeiten oder Wartungsintervalle abzuleiten. Notwendige Reparaturen können rechtzeitig erkannt werden und beispielsweise in Stillstandzeiten behoben werden, ohne den Produktionsablauf zu behindern.

In Verbindung mit innovativer Technologie kann prädiktive Wartung Unternehmen so von großem Nutzen sein. Die Allied Reliability Group aus dem US-Bundesstaat South Carolina ist mit ihrem Produkt OptiVibeTM ein führender Anbieter von fortschrittlicher Technologie zur prädiktiven Instandhaltung. Die Allied Reliability Group wurde im Jahr 1997 von John Schultz und John Langhorne als Allied Services Group gegründet. Seitdem hat sich die Allied Reliability Group zu einem Marktführer im Bereich prädiktive Instandhaltung und Zustandskontrolle im industriellen und produzierenden Gewerbe entwickelt. Mit selbstentwickelten, innovativen Methoden identifiziert die Gruppe Störfaktoren in Anlagegütern und trägt somit zur Optimierung der Wartungs- und Produktionskosten bei.

Visuelle Darstellung von Vibrationen
Die Allied Reliability Group hat mit OptiVibeTM ein System zur Vibrationsanalyse entwickelt. Es nutzt industrielle digitale Kameralösungen, um Verschiebungen und Schwingung in Produktionsanlagen aufzunehmen. Dabei misst es in jedem einzelnen Pixel auf dem Bild minimale Bewegungen und bildet diese visuell ab. Diese leicht verständlichen Vibrationsdarstellungen werden VibragrammsTM genannt. OptiVibeTM wurde von John Schultz und Jeff Hay, CEO des Bereiches Research, Development and Innovation RDI, erfunden. Das System nutzt VibragrammsTM zur visuellen Darstellung der untersuchten Anlagen. OptiVibeTM ist in der Lage, große und mehrere Anlagen, komplexe und/oder großräumige Strukturen sowie kleine Elemente innerhalb einer großen und unzugänglichen Anlage zu kontrollieren.
 
In drei Schritten wird die Vibrationsanalyse erstellt.
1.    Der Anwender nimmt ein Basisbild auf.
2.    Verschiebungen und Bewegungen werden anhand von Bildsensoren und einer industriellen Kameralösungen für Bildverarbeitung erfasst.
3.    Die Bilddaten werden von der OptiVibe-Bildverarbeitungssoftware in Vibragramms umgewandelt. Eine Farbkodierung verdeutlicht in der Darstellung unterschiedliche Intensitätsstufen der Vibrationen.

Herausforderung Neuentwicklung
Bei der Neuentwicklung eines Systems ergeben sich üblicherweise zahlreiche Herausforderungen. „Die größte technische Herausforderung bestand in der Menge der Daten und der Umwandlung der Daten in brauchbare Informationen sowohl für den Analysten als auch für den Anwender. Die Visualisierungstechnik der Software und die mit der Kamera erstellten Videos waren letztendlich entscheidend für die Lösungsfindung“, erklärt Schultz.

Während der Entwicklungsphase setzte die Allied Reliability Group zunächst einen „Allzweck-Kamera“ von Allied Vision ein. Die Prosilica GX1050 bot in der Testphase die notwendige Flexibilität in Bezug auf Dynamikumfang, Auflösung und Bildrate. Verschiedene Konstellationen wurden umgesetzt, mit dem Ziel, die Anforderungen an das System detailliert definieren zu können. Basierend auf diesen Erkenntnissen konnte dann das geeignete Kameramodell bestimmt werden.

In der finalen Produktrealisierung hat Allied Reliability Group für die Aufnahme der benötigten Bilder eine besonders schnelle Gigabit Ethernet Kamera von Allied Vision gewählt. Die Prosilica GE680 ist mit einem OnSemi KAI-0340 CCD-Sensor ausgestattet und liefert bei einer VGA-Auflösung eine Bildrate von 205 fps (frames per second). „Diese Kamera bietet eine optimale Kombination von hoher Auflösung, hoher Bildrate und Bildqualität. Die Aufnahmegeschwindigkeit der Kamera war der ausschlaggebende Faktor bei der Aufnahme von Maschinenvibrationen. Die Prosilica GE680 verbindet schnelle Bildraten mit reduzierter Auflösung und liefert dabei hohe Bildqualität“, begründet Schultz die Entscheidung. „Ihr praktischer Ein- und Ausgang-Anschluss erleichtert die Kamerakontrolle. Dies vereinfacht vor allem die zeitgleiche Aufnahme mit zwei Kameras. Wir können zwei Kameras synchronisieren und Anlagen an zwei verschiedenen Stellen gleichzeitig untersuchen und die entsprechenden Vibrationsdarstellungen erstellen“, ergänzt der Softwareentwickler.
 
Mehrwert: Kooperation und Expertenwissen
Allied Vision und 1st Vision aus Massachusetts als Distributionspartner haben in enger Kooperation die Allied Reliability Group mit ihrem Expertenwissen unterstützt und dazu beigetragen, dass OptiVibe™ verwirklicht werden konnte. „Seit vielen Jahren nutzte und vertraute ich auf Kameras von Allied Vision. Als ich Allied Vision von unseren Anforderungen und Plänen erzählte, haben sie uns bei der Auswahl der geeigneten Kamera in die richtige Richtung gelenkt und damit zum Erfolg des Projektes beigetragen,“ erinnert sich Hay. Und er fährt fort: “Auch 1st Vision hat uns sehr unterstützt. Ihre Webseite war sehr hilfreich beim Selektieren und Vergleichen von Kameras.“ Nachdem die Allied Reliability Group OptiVibe™ 2015 auf der NI week in Austin, USA, vorgestellt hat, ist das System seit Anfang 2016 auf dem Markt.