In-Prozess-Qualitätssicherung

Problemstellung

Die Modellfabrik Prozessdaten an der GFE – Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. verfügt über einen umfangreichen Werkzeugmaschinenpark für Untersuchungs- und Entwicklungsaufgaben auf dem Gebiet der zerspanenden Bearbeitung. Die gewonnenen Entwicklungsergebnisse aus Verbund- und bilateralen Projekten mit regional und überregional tätigen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) in den verschiedenen Anwendungsbereichen der Zerspanungstechnik tragen u.a. dazu bei, dass die Unternehmen ihre Wettbewerbsfähigkeit festigen bzw. ausbauen können.

Um den immer höher werdenden Qualitätsanforderungen auch in Zukunft gerecht werden zu können, ist es zunehmend notwendig, die im Bearbeitungsprozess relevanten Einflussgrößen mittels Sensorik zu überwachen. Hier spielt insbesondere auch der Zustand des eingesetzten Werkzeuges eine wichtige Rolle. Anhand von Schwingungsmessungen am Werkzeug und am Werkstück während des Bearbeitungsprozesses können auftretende Vibrationen gemessen und zeitnah ausgewertet werden, um notwendige Steuer- und Regelprozesse zur Gewährleistung eines stabilen Bearbeitungsprozesses, möglichst in Echtzeit, einzuleiten. Ferner haben die Umweltbedingungen einen Einfluss auf die Fertigungsprozesse und sollten ebenso untersucht bzw. überwacht werden.

Zielsetzung

Das Projektziel besteht in der Realisierung eines Demonstrators, basierend auf einem kostengünstigen und effizienten Verfahren, zur einfachen Nachrüstung bestehender Werkzeugmaschinen zwecks vorausschauender Wartung bzw. Qualitäts- bzw. Effizienzsteigerung der Fertigungsprozesse. Diese Lösung soll besonders für kleine und mittelständische Unternehmen von Nutzen sein.

Projektbeschreibung

Die Modelfabrik Prozessdaten an der GFE arbeitet an Problemstellungen zu Fertigungsprozessen in Verbindung mit möglichen Digitalisierungslösungen für KMU. Dazu gehören die Kenntnisgewinnung über Fehlerquellen und Fehlerursachen im Zerspanungsvorgang und die Ableitung von Verbesserungspotenzialen auf Basis kostengünstiger und effizienter Lösungen. Die Modellfabrik Migration am Institut für Mikroelektronik- und Mechatronik-Systeme (IMMS) ist der Wissensträger über die Verfahren und Lösungsansätze im Bereich Anbindung der Sensortechnik, Datendigitalisierung und Datenspeicherung. Im Projekt wird das notwendige Know-how beider Modellfabriken kombiniert, um die Problematik der Überwachung der Fertigungsprozesse mittels nachrüstbarer Sensorik zu lösen.

Im ersten Schritt sollen Vibrationen an/in einer Werkzeugmaschine und die Umweltbedingungen im Maschinenraum und in der Produktionshalle überwacht werden. An die dafür einzusetzende Sensorik werden hohe Anforderungen in Bezug auf Robustheit gegenüber Einflüssen durch Kühlschmierstoffe (KSS) gestellt, sie soll drahtlos und energieeffizient arbeiten. Des Weiteren können einige Parameter, wie die Temperatur der Spindel, die Drehgeschwindigkeit, die Vorschubkräfte o.Ä. direkt aus der Maschinensteuerung ausgelesen werden, um evtl. relevante Zusammenhänge feststellen zu können.

Für die Lösung der Aufgabenstellung sind geeignete Messverfahren zur Schwingungsmessung auszuwählen, um die passende Sensorik für den späteren Einsatz ermitteln zu können. Deshalb werden zunächst Testmessungen an der auszurüstenden Maschine unter Einsatz mehrerer hochauflösender Messgeräte durchgeführt. Die hohe Auflösung bezieht sich auf die Frequenz und die Amplitude, darüber hinaus kommen unterschiedliche Messverfahren zur Anwendung. Dadurch wird sichergestellt, dass die richtigen die Messbereiche, Messstellen und Messverfahren gefunden und eingegrenzt werden können.

In weiteren Schritten folgt die Konzipierung: