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Mittwoch, 13. Dezember 2017

Automation

Messtechnik macht Tempo

Von Georg Dlugosch | 13. Juli 2017 | Ausgabe 28

Mit Anpassungsfähigkeit und Konnektivität wird die Inline-Messtechnik zum wichtigen Baustein für die smarten Fabrik und sorgt dafür, dass die Anforderungen an die Qualitätssicherung steigen.

Inline-BU
Foto: Zeiss

Messen im Prozess: Markierungen am 3-D-Sensor stellen sicher, dass die Roboterausdehnung bei der Messung kompensiert wird.

Blech- oder Drahtbiegemaschinen brauchen oft weniger als 1 s, um ein Teil zu produzieren. Läuft etwas schief und der Fehler wird erst spät erkannt, werden schell Tausende Ausschussteile produziert. Die Qualitätssicherung in den Fertigungsprozess zu integrieren, ist daher eine wichtige Maßnahme zur Produktivitätssteigerung. Fachleute sprechen hier von Inline-Messung. Da die Produktion immer differenzierter und schneller wird, ändern sich allerdings auch die Aufgaben für die Messtechnik. Sie muss zuverlässige Ergebnisse bei schnellen Zykluszeiten gewährleisten und „möglichst dieselben Ergebnisse wie im Feinmessraum bieten“, erläutert Jürgen Rohe, Key Account Manager bei Mitutoyo Europe. Der Aufwand wird allerdings deutlich unterschätzt – die Bereitschaft, die Kosten zu tragen, ist dementsprechend gering.

Eine schnell steigende Zahl von Sensoren steuert immer mehr Messdaten zur Qualitätssicherung bei. Sie werden nicht nur für die Rückverfolgbarkeit benötigt, durch eine entsprechende Analyse können komplexe Zusammenhänge erkannt und ihre Rückwirkung auf die Produktionsprozesse besser nachvollzogen werden. Bisher gilt die Regel, dass der Messbereich eine Zehnerpotenz kleiner sein sollte als die Fertigungstoleranz. Diese ist inzwischen in den Hundertstel-Bereich gerückt – erfordert ist folglich eine Messung im μ-Bereich. Bei besserer Kenntnis aller Qualitätsdaten und mit verbesserten Regelkreisen könnte die Prüfung allerdings näher an die Toleranzgrenzen heranrücken.

„Kunden in Westeuropa wollen ‚all inclusive‘ und das Rundum-sorglos-Paket“, berichtet Rohe. Vollautomatisierung ist dabei ein wichtiger Baustein, um die Produktionskosten zu senken. Werkstücke werden laut Rohe nur noch selten manuell verladen, sondern vom Roboter an die richtige Stelle gebracht und dann möglichst automatisiert vermessen. Mitutoyo demonstriert das mit einem Palettierroboter.

Zudem sollen die Fertigungssysteme „nach dem Prinzip Industrie 4.0 besser auf die Einflüsse aus ihrer Umgebung reagieren“, ergänzt Jürgen Bergmann von der Technical Engineering Group der Mitutoyo Europe. „Es gelten keine starren Regeln mehr, stattdessen herrscht eine intelligente Logik, die auf die Randbedingungen reagiert.“ So kann ein System selbsttätig reagieren, wenn ein Messwert außerhalb der Toleranz liegt. Gleichzeitig kann ein Messsystem andere Aufgaben übernehmen, wenn es nicht zur Inline-Messung benötigt wird.

Einen Schritt weiter geht Zeiss: „Die Inline-Messdaten werden die Fertigungsmaschinen direkt steuern“, ist Kai-Udo Modrich, Geschäftsführer Carl Zeiss Automation Inspection, überzeugt. Mit dem korrelationsfreien Messen will der Messtechnikhersteller aus Oberkochen die Spielregeln des Markts verändern. Dazu hat das Unternehmen kürzlich auf der Messe Control in Stuttgart ein Messsystem mit einem Roboter vorgestellt. Die Position des Roboters wird dabei von Standardkameras verfolgt, die oberhalb der Messzelle installiert sind und damit jede Bewegung des Sensors verfolgen. Abweichungen von der Normalposition werden dadurch sofort korrigiert.

Auf diese Entwicklung haben Autohersteller laut Modrich „sehnsüchtig gewartet“. Das System beschleunige den Anlauf der Produktion und liefere ab dem Produktionsstart verlässliche Daten, die die Basis bilden, um beispielsweise einen Prozessregelkreis zwischen der Inline-Messstation und einem Schweißroboter zu implementieren.

Um die Brücke zwischen Roboterführung und Inline-Messtechnik zu schlagen, nutzt Isra Vision aus Darmstadt eine Kombination von Stereometrie, Triangulation und Streifenprojektion. Durch entsprechende Softwarebausteine kann das System zur Vermessung von Objekten mit hoher Geschwindigkeit oder zur schnellen Roboterführung bei kurzen Taktzeiten eingesetzt werden.

Durch Beleuchtung mit Zufallsmustern gelingen Objekterfassung und Qualitätsinspektion laut Hersteller auch bei bewegtem Objekt. Plane Flächen können auf Wölbungen geprüft oder Formflächen dreidimensional erfasst werden. Das Automatisierungssystem ist mit WLAN ausgestattet und erlaubt die Einbindung in ein Netzwerk von Sensoren. „Durch kombinierte Technologien, die Einsatzmöglichkeit im Sensorverbund und eine einfache Handhabung der Software werden unsere Systeme hochgradig flexibel und wandlungsfähig“, sagt Holger Wirth, Vice President R&D Industrial Automation bei Isra Vision.

Hochpräzise Fertigungsverfahren zählen zu Deutschlands Standortvorteilen. Dazu werden hochgenaue Verfahren benötigt, die z. B.Halbzeuge aus Blech mit Genauigkeiten von 10 μm und weniger vermessen. Laut Reinhard Noll, Kompetenzfeldleiter am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen, erreicht das Abstandsmessverfahren der Lasertriangulation bei solchen Toleranzen seine Grenzen und man greift „auf interferometrische Messmethoden zurück, die eine Genauigkeitssteigerung um eine Größenordnung und mehr erlauben“.

Neben der dimensionalen Messung metallischer Halbzeuge können auch mikroskopische Größen wie die Rauheit technischer Oberflächen per Interferometrie ermittelt werden. Selbst den Blick auf chemische Prozesse erlaubt die Lasermesstechnik. „Die schnelle Inline-Analyse der elementaren Zusammensetzung flüssiger Schlacken verbessert die Qualität bei der Stahlherstellung enorm“, so der Wissenschaftler.

Zwar kommt die Inline-Messung in einer Produktionsumgebung nicht an die Präzision der Untersuchungen in einem Mess- oder Laborraum heran, aber „durch die in Echtzeit gewonnenen Informationen über physikalische und chemische Größen eines verarbeiteten Stoffs oder Halbzeugs lässt sich die gesamte Prozesskette in der Produktion besser führen“, sagt Noll. Die vielfach geforderte 100 %-Dokumentation erhöhe zudem die Prozesssicherheit. Denn die durchgehende Messung erlaube eine schnellere Reaktion auf sich verändernde Messwerte, bevor Toleranzgrenzen erreicht würden und Ausschuss entstehe. Optische Methoden sind laut Noll für die Inline-Messung prädestiniert, da sie berührungslos arbeiten und so auch an bewegten und schwer zugänglichen Objekten einsatzfähig sind.ciu

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