Utveckling av Laser- och Ultraljudsbaserade metoder för förbättrad processövervakning Tania Irebo tania.irebo@swerea.se
Innehåll Vad vi gör på APMO (Analytisk Processövervakning) - våra tekniker : LUS, LIBS, UVF, SCGD. - Vad vi kan mäta on-line och oförstörande? Swerea OFP Oförstörande processövervakning - Hur jobbar vi med OFP inom Swerea?
Analytisk Processövervakning hos Swerea KIMAB Laser, ultraljud, optik Tillämpa nya tekniker för industrin Processövervakning Peter Lundin Jonas Gurell David Malmström Tania Irebo Arne Bengtson
Syfte Att utveckla och implementera nya sensorer för kvalitetskontroll och processoptimering. Fokus: on-line processövervakning (kontraktlöst eller i flöde). Lägre produktionskostnader Lägre energiförbrukning Ökad produktionsvolym Ökad kvalitet Minskade kassationer Råvara Tillverkning Slutprodukt Kontroll inkommande material Övervakning med återkoppling Automatiserad datanalays Kvalitetskontroll Materialförväxling
Mätparametrar Kemisk sammansättning Föroreningar Materialegenskaper Dimensioner, tjocklek i krävande industriella miljöer.
Våra tillämpade tekniker Laserinducerad ultraljud (LUS) Ultraljud Guided Waves, EMAT, bulkanalys, immersion Ultraviolett fluorescens (UVF) Laserinducerad ablationspektroskopi (LIBS) Mikroplasma atomabsoprtion (SCGD) Laser back scattering
LUS - Laserinducerat ultraljud Kontaktfri ultraljudsmätning Snabb analys Kan mäta på objekt i rörelse Kan mäta på varma material Etablerad teknik Utveckling av hårdvara och mjukvara på Swerea KIMAB
Ultraviolett fluorescens Detektion av oljor och organiska föreningar Kontaktlös Enkla LED-baserade sensorer Optisk fiber för trånga utrymmen eller installation på robot för komplicerade geometrier. Excitationsljus Emissionsljus
Ultraviolett fluorescens (UVF) Detektion av oljor och organiska föreningar Renhetskontroll on-line Mätning av beläggningars variation i tjocklek 70 60 50 40 30 20 10 0 a37 5 10 15 60000 40000 20000
Laser induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) Kontaktfri kemisk analys Snabb analys 1 mätning 10 ms. Direkt materialidentifikation Kvalitetskontroll för att undvika materialförväxling Mobil prototyp utvecklad av KIMAB och Acreo. Egenutvecklad dataanalys
Emission LIBS spektrum - stålprover 12000 rent Fe Stålskrot ca 1 % Mn 10000 Mn 8000 6000 4000 2000 320 330 340 350 360 370 wl (nm) 380 390 400 410 420
LIBS - mjukvara Labview- baserad Identifierar matris, stål, aluminium, koppar et.c Varje element har ett antal intensitetskvoter Varje kvot kalibrerad mot referensmaterial. Utdata: Halt av Fe, Cr, Ni, Mn, Mo
Cr (%) Results: in-field precision test Standard scrap Special scrap Standard scrap Special scrap Standard scrap Day 1 Time Day 2
Mn (%) Results: in-field tests at Scrap house Standard scrap Special scrap Standard scrap Special scrap Standard scrap Day 1 Time Day 2
Results: in-field tests for industrial recycling Classification test of residue material from steel plate production 8 classes of steel alloys Laser is triggered when metal piece passes the red point on the convey belt.
Results: field tests for industrial recycling Alloy A (%) Alloy B (%) Alloy C (%) Alloy D (%) Alloy E (%) Id Outcome Fyra olika legeringar 65,67 21,39 11,14 1,65 0,15 Class 1 70% analyserade och klassificerade 50,46 19,74 24,19 1,35 4,26 Class 2 74% 2000 55,80 analyser 19,88 genomförda 17,91 0,35 6,06 Class 3 95% 68,24 22,36 5,22 Korrekt klassificering i 94% av 1,34 2,84 Class 4 99% analyserna 67,33 vid 20,89 de första fullt 11,05 0,59 0,14 Class 5 97% automatiserade 67,34 19,83 11,62 1,05 0,16 Class 6 74% industriförsöken 63,57 24,94 6,92 0,78 3,79 Class 7 100% 70,76 18,71 9,09 1,08 0,36 Class 8 82% Overall correctness: 92% 4600/5000 shots
Results: field tests for industrial recycling Alloy A (%) Alloy B (%) Alloy C (%) Alloy D (%) Alloy E (%) Id Outcome Fyra olika legeringar 65,67 21,39 11,14 1,65 0,15 Class 1 70% analyserade och klassificerade 50,46 19,74 24,19 1,35 4,26 Class 2 74% 2000 55,80 analyser 19,88 genomförda 17,91 0,35 6,06 Class 3 95% 68,24 22,36 5,22 Korrekt klassificering i 94% av 1,34 2,84 Class 4 99% analyserna 67,33 vid 20,89 de första fullt 11,05 0,59 0,14 Class 5 97% automatiserade 67,34 19,83 11,62 1,05 0,16 Class 6 74% industriförsöken 63,57 24,94 6,92 0,78 3,79 Class 7 100% 70,76 18,71 9,09 1,08 0,36 Class 8 82% Overall correctness: 92% 4600/5000 shots
Pågående utveckling av LIBS - Kompakt LIBS - Integrering med robotarm - 8 khz: fler mätningar per provbit - Automatiserad sortering
SCGD - Solution Cathode Glow Discharge Kemisk analys av processvätskor Pb, Cu, Fe, Cr, Zn (ppm ppb) Istället för ICP/OES or ICP/MS Portabel Liten kostnad hårdvara och drift Ingen provberedning Lätt att modifiera/anpassa Kan kontrolleras på distans
Swerea OFP Nätverk Hur jobbar vi med OFP på Swerea? Vad har vi för tekniker/kompetenser? swerea.se/ofp
Swerea OFP Oförstörande mätningar för förbättrad process Simulering av produkter och processer Implementering/utveckling av ny teknik i industri Automatisering av dataanalys Några av de områden vi arbetar inom: Yttre och inre defekter Material egenskaper Kemisk sammansättning för återvinning Ytrenhet Restspänningsmätningar Härddjup Geometri och dimensionsmätningar Temperatur i smälta
Swerea OFP tekniker och kompetenser C-skann EMAT Immersion Gasanalys Ultraljud Laser-US Guided Waves Akustisk emission US-kamera A-skann Optisk emission 3D-skann Optiskt LIBS UVF Laser back reflection Bildbehandling Värmekamera MicroMac Barkhausen Mikrofokus Röntgen Röntgendiffraktion Mikroskopi Trådtöjningsgivare Renhetsmätningar Virvelström Digital röntgen Röntgen fluorescens
Swerea OFP - nätverk Jan Niemi Swerea MEFOS Tania Irebo Swerea KIMAB Kenneth Strand Swerea SiComp Lennart Sibeck Swerea SweCast Jonas Holmberg Swerea IVF
Vi arbetar på vetenskaplig grund för att skapa industrinytta. www.swerea.se