Stand-alone-Messkopf zur Qualitätskontrolle von Glasfasern
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| Der Stand-alone-Messkopf misst die Zugkraft von Glasfasern im Ziehturm |
Die schnelle, verlustfreie Übertragung von Daten über lange Distanzen mittels Glasfaserkabel ist für unsere zunehmend digitale und vernetzte Gesellschaft essentiell. Durch den seit 2019 stattfindenden weltweiten Auf- und Ausbau des 5G-Mobilfunkstandards, den zunehmenden Intradatenverkehr innerhalb von Datenzentren sowie den Datenverkehr zwischen verschiedenen Datenzentren steigt der zukünftige Bedarf an Glasfaserkabeln weiter an. Einen bedeutenden Einfluss auf die Glasfaserqualität hat hierbei die Zugkraft, welche auf die ungecoatete Faser wirkt. Die SIKORA AG hat einen Stand-alone-Messkopf entwickelt mit einer Messrate von bis zu 10 kHz. Damit misst er die Zugkraft schnell und höchstpräzise und ist dadurch vor allem für Glasfasern bestimmt, die zu Premium-Glasfaserkabeln weiterverarbeitet werden, für welche spezifische Anforderungen und Standards existieren. Ein Messkopf mit einer solch hohen Messrate eignet sich vor allem für schnelle Regelkreise.
Anforderungen bei der Herstellung von Glasfasern und Glasfaserkabeln
Im Zuge der rapide steigenden weltweiten Vernetzung werden sowohl an Singlemode- als auch Multimodeglasfasern ständig steigende Ansprüche hinsichtlich ihrer relevanten Parameter gestellt. Folglich werden Dämpfung, Verlust und Cut-Off-Frequenz als auch die geometrischen Maße immer enger toleriert.
In den verschiedenen Produktionsstufen messen, überwachen und regeln Messköpfe und Prozessorsysteme den gesamten Ziehprozess, um die Glasfaserqualität zu sichern und die Effizienz der Produktion zu erhöhen. Glasfaserhersteller verfolgen hierbei das Ziel, möglichst viele Größen im Ziehprozess zu regeln, damit die produzierte Faser eine Güte mit hoher Spezifikation bei gleichzeitig minimaler Ausschussproduktion besitzt.
Innovative Zugkraftmessung basierend auf dem Prinzip der Doppelbrechung
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| Messprinzip basierend auf dem Prinzip der Doppelbrechung |
Auf dem Markt gibt es unterschiedliche Verfahren der Zugkraftmessung. Eine Variante ist das klassische Vibrationsmessverfahren, bei dem ein Messkopf eingesetzt wird, welcher sowohl den Durchmesser der Glasfaser als auch die Vibration der Glasfaser im Ziehprozess misst und dadurch die Zugkraft ermittelt. Hierbei wird nicht zwischen der natürlichen Vibration der Faser sowie einer fremdverschuldeten Vibration unterschieden, wodurch bei stärkeren äußeren Umwelteinflüssen Messungenauigkeiten auftreten können. Der Einsatz eines solchen dualen Messsystems bietet sich zum Beispiel an, wenn wenig Platz im Ziehturm die Installation mehrerer Stand-alone-Messköpfe erschwert.
Die SIKORA AG bietet eine neue Technologie für eine höchstpräzise Zugkraftmessung in einem Stand-alone-System. Diese basiert auf dem Prinzip der Doppelbrechung, welches die richtungsabhängigen lichtbrechenden Eigenschaften von Glas verwendet, die sich ergeben, wenn auf das Glas Kräfte wirken. Eine Lichtquelle sendet polarisiertes Licht, welches die Glasfaser durchläuft. Durch die richtungsabhängigen Brechzahlen findet eine Änderung der ursprünglichen Polarisation statt. Das austretende doppelt gebrochene Licht wird von einer Detektoreinheit empfangen. Diese ermittelt die Differenz der Polarisation des empfangenen Lichtes zur ursprünglichen Polarisation der Lichtquelle. Diese Differenz gilt als Maß für die Zugkraft, die auf die Glasfaser wirkt (Bild 1). Das autarke Stand-alone-Messsystem bietet eine noch robustere und präzisere Zugkraftmessung sowohl zur Validierung als auch zur schnellen Regelung dieses eminent wichtigen Parameters. Erreicht wird dies durch das innovative Messprinzip und die beachtliche Messrate von bis zu 10 kHz. Der Messbereich des Systems liegt bei bis zu 400 g und die Wiederholbarkeit beträgt ± 0,1 g.
Einsatz und Anwendungsbereiche des Systems
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| Neben der Zugkraft visualisiert das ebenfalls erhältliche Prozessorsystem die Messwerte von weiteren SIKORA Messgeräten im Ziehturm |
Der Messkopf kann sowohl vor als auch nach der Kühlstrecke der ungecoateten Faser eingesetzt werden. Der gemessene Wert ist unabhängig von Produktionseinflüssen wie der Position der Faser im Messfeld, der Produktionsgeschwindigkeit sowie der Vibration oder Schwingung der Faser. Folglich kann der Messkopf bei Bedarf ebenfalls für statische offline Messungen eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Eichlingen kann beispielsweise die Kalibrierung des Systems leicht überprüft werden. Das System generiert verlässliche und stabile Messwerte und ermöglicht so eine unmittelbare Regelung der Zugkraft. Eine nachträgliche Installation in bereits bestehende Ziehtürme ist jederzeit möglich. Der Einsatz des beschriebenen Stand-alone-Messkopfes ist vor allem für Hersteller attraktiv, welche durch einen optimalen Produktionsprozess eine bestmögliche Qualität mit minimalem Ausschuss bei kleinstmöglichem Ressourceneinsatz erzielen wollen.
Visualisierung der Messdaten
Der Zugkraftmesskopf ist verfügbar mit allen gängigen Schnittstellen und industriellen Feldbussen, wie zum Beispiel Profinet IO, EtherNet/IP oder Profibus-DP, welche Daten je nach Kundenwunsch digital oder analog übertragen. Der Messkopf kann zudem mit einem ebenfalls erhältlichen Prozessorsystem verbunden werden, das weitere Schnittstellen wie OPC UA bietet und auf welchem die Produktionsdaten visualisiert werden. Eine Darstellung von Einzelmesswerten, zum Beispiel zur Analyse und Optimierung von Prozessvorgängen, ist ebenfalls möglich. Zudem können die Messwerte des Zugkraftmesskopfes mit den Werten von weiteren Messgeräten wie zum Beispiel Durchmessermesswerten im Prozessorsystem zusammengeführt werden. Durch die gemeinsame Auswertung, dem sogenannten Sensor Fusion, werden die Plausibilität und Aussagekraft der erhobenen Daten erhöht.
