Automatisierte Fehlererkennung in keramischen Dachziegeln

Die Herausforderung

In vielen Ziegelwerken klopfen Bediener noch immer jeden Ziegel ab und beurteilen seinen Klang nach Gehör, um innere Risse zu erkennen. Die Methode ermüdet sie, schwankt von einem Prüfer zum nächsten und lässt Fehler als Fehlalarme oder Fehlausschüsse durchgehen. Bei Linien mit nahezu 3000 Ziegeln pro Stunde und bei Rissen, die zu schwach sind, um gehört zu werden, ist die automatisierte zerstörungsfreie Prüfung die naheliegende Antwort; dennoch macht die komplexe Geometrie moderner Ziegel mit ihren Tälern, Verzahnungen und Nuten eine robuste automatisierte Entscheidung schwer umsetzbar.

Die Lösung

In einem französischen Ziegelwerk prüfte GrindoSonic ein einziges Ziegelmodell, mit und ohne Engobe, an einwandfreien Teilen und an Teilen mit leichten oder schweren Rissen. Die Impulsanregung übt einen leichten Schlag aus und liest die natürlichen Resonanzfrequenzen des Ziegels; da ein Ziegel in Biege-, Torsions- und Längsdruckmoden schwingt, ist der Ort, an dem man stützt, schlägt und hört, ebenso wichtig wie der Algorithmus. Das Team entwickelte ein dreistufiges Lernprotokoll: den Ziegel „frei“ auf Schaumstoff lernen, um seine Moden zu kartieren, ihn „gefesselt“ auf den Transportstäben der Linie lernen, um Toleranzfenster festzulegen, und ihn dann live mit dem automatischen Hammer betreiben. Berechnungen der Frequenzempfindlichkeit bestätigten, dass die Verschiebungen von den Rissen stammen und nicht von Engobe, Masse, Dicke oder Temperatur, sodass drei Spitzen als OK/NOK-Kriterien verbleiben: Biegung um 615 Hz, Längsdruck um 845 Hz und Torsion um 1260 Hz.

Ergebnisse

Leichte Risse senkten die charakteristischen Frequenzen um 3,8 bis 6,6 % und schwere Risse um 6,7 bis 10,7 %, weit über jede Drift durch Masse oder Temperatur hinaus. Bei etwa 3000 Ziegeln pro Stunde folgten die OK/NOK-Urteile des MK7 denen des menschlichen sonador und eines Referenzprüfers und erfassten Risse, die dem Ohr entgingen. Der einzige Fallstrick trat auf, wenn ein Entladeroboter einen Ziegel falsch positionierte: ein außermittiger Hammerschlag ließ eine Spitze um 520 bis 560 Hz entstehen, die einen Fehler vortäuschte; die Wiederholbarkeit des Hammers ist daher der zu überwachende Punkt bei jeder Linienautomatisierung.

Kernaussage: Risse verschieben die Resonanzfrequenzen von Dachziegeln um bis zu 10,7 %, weit über die Drift durch Masse, Engobe oder Temperatur hinaus. Diese Spanne ermöglicht es der automatisierten Impulsanregung, die manuelle Gehörprüfung bei 3000 Ziegeln pro Stunde zu erreichen oder zu übertreffen, solange der Hammer weiterhin die Ziegelmitte trifft.