Download het artikel in 
ENGINEERINGNET.BE - Innovatie kent er twee drives. Enerzijds krijgt hun product nieuwe kwaliteitsnormen opgelegd, anderzijds wil het bedrijf 20% groeien zonder nieuwe mensen aan te werven.
«We hebben geen andere keuze dan te innoveren», zegt directeur Marc Vemoesen. «Het is ook een passie». Het bedrijf investeert 1,5 à 2 miljoen per jaar en focust nu op automatisering van zijn kwaliteitscontrole: het nauwkeuriger opmeten van de kwaliteit van de PTFE-slangen.
De PTFE-slang loopt over een lichtbak voor visuele controle en de operator kijkt om de 10 meter de slang na op dimensionale defecten. Het resultaat komt op een blad en wordt gearchiveerd. «Maar met de data gebeurt er vandaag eigenlijk niks», aldus kwaliteitsmanager Tom Rombouts, die duidelijk verder wil gaan.
De automatisatie bestaat in het nauwkeuriger opmeten van de kwaliteit van de PTFE-slang. Dat zal off-line op een stand-alone machine gebeuren. Er is een drievoudige meting: een visuele controle op defecten, een contactloze lengtemeting die gebruik maakt van het Doppler-effect, en een contactloze dimensionale controle. In maart 2015 legde Rombouts contact met Actemium. In juli was de scope van de visuele controle van de extrusie bepaald.
«De automatisatie werd in één jaar tijd geïnstalleerd. Nu moeten de kinderziekten er nog uit. In de ontwikkeling van de machine gaven we onze partner veel vrijheid. Die meende de oplossing gevonden te hebben, en wij volgden zijn concept voor een machine met vier camera’s», geeft Rombouts toe.
«Pas bij de validatie bleek dat de lijn niet alle defecten detecteerde. Het vergde een andere belichtingswijze en meer dan twee keer zoveel camera’s. Maar dat is nog steeds goedkoper dan met spectroscopie te werken».
De slang wordt ontrold en in een 'donkere kamer' gevoerd waar het voorbij drie optisch gescheiden groepen van telkens drie camera’s en rood stroboscopisch licht passeert. De beelden die de slimme camera’s registreren worden vergeleken met een dozijn vooringestelde defecten.
«De lijn stopt automatisch bij een defect of afwijking. De operator evalueert of de afwijking al dan niet toelaatbaar is. Is dat niet het geval dan snijdt hij het defecte stuk eruit». De automatisatie bepaalt bovendien precies waar gesneden wordt en levert de labels die voor elk stuk slang vereist zijn. De operator hoeft geen papier meer in te vullen. Xtraflex werkt met barcodes en scanners.
«Dat willen we ook hier in de controle, maar dan met QR-codes die veel meer informatie bevatten», zegt Rombouts. Alle data wordt bijgehouden. De controle gebeurt tegen 40 m per minuut. De inspectielijn kan verschillende extrusiemachines bedienen.
Leren uit kinderziektes
Vandaag loopt de automatisatie, maar ze is beperkt. De lijn registreert té veel defecten. «Een kinderziekte», claimt Rombouts. «De machine moet nog leren. Beelden en Excel-sheets komen op de server.
Die sturing gebeurt vanuit de plc. WinCC roept beelden op uit de camerabuffer en zendt die naar de SCADA. Maar deze lijn reageert ook op microscopische defecten - dat is ook voor ons nieuw -, valt dan stil en wacht op een beslissing van de operator. We moeten de operator zwart-wit instructies geven.
Welke defecten zijn accepteerbaar en welke niet? Die dienen we nu zelf eerst te bepalen. Mij interesseren de beelden van de afwijkingen die de operator uiteindelijk wél doorlaat. Op basis daarvan kan ik het automatisch gebeuren nog fijner afstellen».
100% controle door één werknemer
Automatiseren kost, vergt aandacht, kennis, productiekennis, tijd en middelen. «Met de correcties van de stand-alone meetmachine erbij gaan we naar de 160.000 euro», rekent directeur Marc Vermoesen uit.
Zowel de automatisatiepartner als Xtraflex dienden alle zeilen bij te zetten. Ieder deed zijn best om de zaak te doen lukken, dus. «Als ieder de gewone marges zou hebben doorgerekend, waren we richting 200.000 euro gegaan. Zo’n investering kan je enkel terugverdienen door later minder te moeten uitgeven».
Vermoesen budgetteerde het project enkel op de winst in manuren. Vandaag verzorgen 7 werknemers op verschillende werkposten de kwaliteitscontrole via batch controles. De automatisatie maakt een 100% controle mogelijk door één werknemer. De vrijgekomen medewerkers zal het groeibedrijf elders in de productie inzetten. «Later automatiseren we in de afdeling vlechtwerk en pvc-bekleding».
Minder scrap, meer kwaliteit
Het is de bedoeling dat de automatisatie resulteert in minder controletijd (manuren), minder scrap en een kwaliteit die claims uitsluit. Bij elke opstart en shutdown is er scrap. Een gemiddeld acceptabel proces kent 12% scrap.
Naarmate productiebatches groter zijn, kan de verhouding scrap naar beneden. Zo’n 35 jaar geleden, toen Vermoesen in de business stapte, was de maximale productlengte van een slang 7,6 m. Nu gaat dat tot 900 meter.
Twee drives
De vraag is groter dan het aanbod. «We werken in een niche die niet onmiddellijk de hoge volumes haalde om te automatiseren. Nu hebben we die volumes wel», zegt Vermoesen. Het plan is 20% te groeien zonder mensen aan te werven.
«We identificeerden kleine tijdvreters en repetitieve jobs die in aanmerking komen voor automatisatie», zegt kwaliteitsmanager Rombouts. Zo stelde hij vast dat het controleren en meten van de rollen op verschillende plekken in het bedrijf het werk van 7 voltijdse werknemers vertegenwoordigt.
Zeven operatoren inspecteren tubes, visueel door ze tegen een lichtbak aan te bekijken, manueel door ze door de handen te laten glijden en na te meten. «Door te automatiseren kunnen we hen elders inzetten».
Bovendien wordt binnenkort de eerste Europese norm voor PTFE-slangen gepubliceerd. Die bepaalt hoe deze producten onder druk getest moeten worden. Het risico bij PTFE-slangen situeert zich op twee niveaus. Enerzijds kan de slang/rol lek zijn, ergens in full body. Anderzijds kan er iets fout zijn met de assemblage.
«De norm legt de controles op in elke fase van de productie. Ook dat is voor ons een drive om te innoveren». Loutere spot checks zullen niet langer volstaan.
Andere automatiseringsprojecten
Ook in de assemblage lopen automatisatieprojecten. Elke assemblage moet onafhankelijk op de testbank getest worden. Sommige klanten eisen dat hun toeleverancier automatiseert om fouten door de operator uit te schakelen.
Het gaat om grotere volumes en kritische toepassingen met langetermijncontracten en repetitieve klanten… «Onze kwaliteit moet voldoen aan twee uiterste verwachtingen: een 100% controle van het product én van het proces», zegt Rombouts. «Een machine ziet meer dan een operator».
Het gaat de kwaliteitsmanager niet enkel om de kwaliteit van het stuk. De machine verzamelt ook gegevens waarmee het proces verbeterd kan worden. Automatisering kan zorgen voor een sneller en stabieler proces dat toleranties scherper zet. Een PTFE-slang is een duur product omdat bepaalde scrap rates heel hoog zijn. Die kunnen naar beneden. «Nieuwe data kunnen ook leiden tot nieuwe ontwikkelingen».
De automatiseringsrun zal bovendien gepaard gaan met energierecuperatie. Er zijn nieuwe, efficiëntere ovens besteld - voor een verticale opstelling - met warmtewisselaars en energierecuperatie met warmtepompen. Vandaag bedraagt de energie/elektriciteitskost zo’n 12.000 euro per maand.
Moeilijk en onstabiel proces
PTFE-extrusie is een moeilijk en onstabiel proces. De grondstoffen - het PTFE-poeder - zijn gestandaardiseerd, maar dienen met zorg behandeld te worden.
«De fabrikant van de poeders biedt wat theoretische kennis, maar de toepassing verschilt van machine tot machine», zegt Vermoesen. Temperatuur en vochtigheid zijn belangrijke variabelen. Het PTFE-poeder is stabiel tot 19°C. In de zomer wordt het transport op 16°C gekoeld. Zoniet klit het poeder aan elkaar.
Ook het stockeren en het mengen van het poeder - met kerosine dat bij de extrusie als glijmiddel werkt - gebeurt in een geklimatiseerde ATEX-ruimte. PTFE laadt zich statisch op. Bij elke behandeling dient die statische lading geneutraliseerd/afgevoerd te worden. Operatoren dragen geleidende kledij.
«Het gevaar is dat statische elektriciteit op een bepaald ogenblik ‘doorslaat’ met het risico op zwakke plekken in de slang». Dat gevaar bestaat overigens ook naderhand bij toepassingen met stoom. De mix wordt daarna langzaam - op 12 uur tijd - van 16°C naar 30°C gebracht. Vervolgens worden er cilindervormige preforms mee gevormd in een pers.
Die compacte ‘patronen’ of ‘kaarsen’ worden achtereen in de extruder geschoven. «De werkvoorbereiding kan nog stabieler», meent Rombouts. ‘Sinaasappelhuid’ van de geëxtrudeerde tube is gelinkt aan de wijze waarop het poeder is voorbereid. Er komen nieuwe, verticale preform-persen waarvan de bodem naar boven komt om geleidelijk te zakken naarmate de cilinder gevuld wordt. «Dat voorkomt klonters in de mix».
Het materiaal wordt bij een druk van 400 bar en meer door de matrijzen geperst. De kerosine wordt vervolgens in een ‘uitdampoven’ afgevoerd waarna de PTFE-tube door een sinteroven geleid wordt. De temperatuur wordt geleidelijk opgetrokken tot zo’n 400°C waarbij de PTFE 100% transparant wordt.
Afhankelijk van het gewenste product zal er sneller of trager gekoeld worden met lucht, water en koelbatterijen. Daarbij wordt de PTFE semi-transparant. Op de lijn gebeurt een in-process 2D-meting die de gemiddelde diameter tot op 1µm nauwkeurig bepaalt. Bij afwijkingen stuurt de operator de productie bij. Ook het sinterproces na de extrusie kan nog stabieler.
Daartoe wordt nu een verticale oven ontworpen. Het bekomen halfproduct trekt nog door verschillende productiestappen: het ‘golven’, het vlechten, kleuren,… De nieuwe controlelijn van de geëxtrudeerde tube meet nu elke millimeter in de plaats van om de tien meter. In volgende fasen komt de controle van de vlecht en de bekledingen aan de orde.
«De vlechthoek is superkritisch. De pitch moet exact zijn om te voorkomen dat de slang onder druk langer of korter wordt. Het stabiel punt is heel klein. Lig je op de bovengrens dan heeft dat een drastische impact op de stevigheid van de bewapening».
(foto's: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet
Kadertekst
Speler in PTFE-nichemarkt
Het in 2002 als deel van een Amerikaanse multinational opgerichte Xtraflex versnijdt tubes. Aanvankelijk was het vooral op de automotive gericht en werkte het anderzijds via distributie voor de ‘high purity’ industrie.
«Het lukte me via een Management Buy-Out het bedrijf over te nemen», zegt Vermoesen. Vandaag zijn de activiteiten verdeeld over twee bedrijven. Enerzijds Xtraflex nv en Xtraflex Ltd die beide nog steeds slangen en tubes versnijden, assembleren en aan 600 dealers toeleveren, en anderzijds Beltec bvba dat sinds 4 jaar PTFE-slangen produceert.
Ze worden gebruikt bij hogedruktoepassingen - denk aan remleidingen - en in de industrie voor het transporteren van chemische producten. Maar je vindt ze ook in hygiënische toepassingen voor de voeding- en farmawereld. Momenteel zijn er 72 medewerkers in België en 7 in Engeland.
«We exporteren meer dan 90% van de omzet naar 46 landen». De grootste exportmarkt is Duitsland. Er zijn wereldwijd een zestal concurrenten.
Kadertekst 2:
Kwaliteitsmanager zoekt... procescontrole met big data
Onze bestaande productie-ervaring is onvoldoende gedocumenteerd», geeft Rombouts toe. «Ik hoop op het genereren van big data».
Hij zoekt een model te bouwen, een recept voor de optimale productieparameters en mikt op een geïntegreerd machinepark.
«In ons proces zitten tal van sensoren en plc’s. Ik wil er data uithalen en bijhouden om verbanden te leggen. Ik weet niet wat er zal uitkomen, maar wel dat we er uit zullen leren».
