Für die Messtechnik in der zerspanenden Metallbearbeitung gilt das Gleiche wie für ihren Einsatz auf anderen Feldern: Sie rückt zunehmend in die Fertigung. Der Trend, der sich schon auf der vergangenen AMB zeigte, ist auch dieses Mal deutlich zu erkennen.
Das Messen im Prozess ist in der Metallbearbeitung bereits weit verbreitet. Viele Maschinen sind entsprechend ausgerüstet. Die Messtechnologien werden robuster, um mit den zum Teil rauen Bedingungen im Produktionsprozess fertig zu werden. Und die Preise der integrierten Messtechnik fallen. Auf der anderen Seite steigen die Anforderungen an die Genauigkeit. Dies alles trägt dazu bei, dass Messtechnik zunehmend in die Fertigung eingebunden wird.
Diese deckt dabei ein großes Spektrum an Messungen ab: von der Einrichtung von Werkzeugen und Werkstücken in der Werkzeugmaschine, über das Erkennen von Verschleiß und Bruch von Werkzeugen bis hin zur finalen Kontrolle des Werkstücks vor dem Abspannen.
Ausschuss, der etwa durch Werkzeugbruch und –verschleiß, Temperaturgang des Bearbeitungszentrums oder menschliche Fehler verursacht wird, lässt sich auf ein Mindestmaß reduzieren.
Zum Einsatz kommen dabei sowohl taktile als auch optische Systeme. Wie in anderen Bereichen sind aber auch hier die optischen Technologien auf dem Vormarsch. So hat zum Beispiel Isra Vision (Halle 7, Stand A39) einen 3D-Multi-Stereo-Sensor entwickelt, der sich inline, atline und offline nutzen lässt. Auf Basis einer exakten 3D-Formerfassung überprüft er sämtliche Merkmale eines Objekts wie Bohrlöcher oder Spaltmaße in einem Messvorgang. Die Ergebnisse stehen per CAD-Abgleich sofort zur Verfügung.
Daneben gibt es Lösungen, die optische und taktile Verfahren miteinander kombinieren. Dazu zählt etwa das Hybrid-Lasermesssystem von Blum Novotest (AMB: Halle 7, Stand A15). Der auf der Digilog-Technik basierende Laser erzeugt tausende Messpunkte pro Sekunde. Die taktile Messung wird mit dem adaptierten Blum-Messtaster mit planverzahntem Shark360-Messwerk durchgeführt. Laut Anbieter ergibt die Kombination Sinn. Denn bei rotierenden Werkzeuge empfehle es sich, diese schnell und sicher per Laser zu messen. Nicht-rotierende Werkzeuge sollten dagegen taktil überwacht werden.
Messtechnik greift proaktiv ein
Die Messtechnik in oder sehr nahe an der Werkzeugmaschine sorgt für kurze, schnelle Regelkreise. Damit legt sie auch die Basis für eine smarte Produktion. Denn die Digitalisierung ist auch in der Zerpanung und der dabei verwendeten Messtechnik angekommen.
Der Grundgedanke ist dabei, dass alle Systeme miteinander vernetzt sind und Daten austauschen – von der Produktion über die Konstruktion bis zur ERP-Software. Die Messtechnik ist dabei ein integraler Bestandteil der Fertigung. Sie soll proaktiv schon während der Fertigung eingreifen und die Produktion korrigieren , wenn ein Bauteil nicht den richtigen Toleranzen entspricht.
Grundgedanke der so genannte Closed-Loop-Ansatz. Produktionssysteme, Maschinen und Messtechnik bilden einen geschlossenen und miteinander kommunizierenden Kreislauf, der es ermöglicht, das Erstteil bereits als Gutteil zu produzieren. Die eingebundene Messtechnik verifiziert bereits in einem sehr frühen Fertigungsstadium Dimensionen, Toleranzen und Oberflächengüte. Erkennt der Messsensor, dass ein Bauteil fehlerhaft ist, wird diese Information im Produktionskreislauf eingespeist.
Ein Hersteller, der den Closed-Loop-Ansatz verfolgt, ist zum Beispiel Alicona (AMB: Halle 7, Stand B34). Die Geräte des Anbieters wie etwa das Infinitefocus fügen sich in dieses Konzept ein. „Wir stellen die Schnittstellen und das Knowhow für die Einbindung in die Unternehmensarchitektur bereit“, erklärt Geschäftsführer Stefan Scherer.
Seiner Meinung nach ist Closed Loop vor allem dann sinnvoll, wenn bei einem Fertigungsschritt viele Parameter einzustellen sind. Die Voraussetzung zur Umsetzung des Konzepts seien vollständig automatisierte Messsysteme, die jeder Werker ohne Vorkenntnisse bedienen kann.
„Die wenigsten Hersteller haben einen Überblick über die Qualität, die sie fertigen. Sie überlassen dies stattdessen dem Maschineneinsteller oder dem Produktionsleiter“, sagt Alicona-Geschäftsführer Stefan Scherer. Ein besserer Überblick über die produzierte Qualität sei aber essenziell für den Erfolg des Unternehmens. Eine solchen Überblick soll eine smarte Produktion ermöglichen.
Firmen müssen in Zeit und Personal investieren
Doch diese in die Realität umzusetzen, ist kein Selbstläufer. Die IT- wie die Maschinenlandschaft ist in den meisten Unternehmen sehr heterogen aufgebaut. Daher ist ein entsprechendes Projekt laut Scherer immer mit sehr viel Consulting verbunden. „Außerdem ist Smart Manufacturing in der Philosophie der meisten Firmen noch nicht verankert. Den Unternehmen sollte klar sein, dass sie dabei zunächst in Zeit und Personal investieren müssen.“
Dass die digitale Transformation eine Herausforderung für die Firmen ist, belegt auch eine Studie der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW). Demnach liegt der Anteil der Mittelständler, der in den zurückliegenden drei Jahren erfolgreich Digitalisierungsprojekte abgeschlossen hat, bei gerade mal 26 %. Damit sei er deutlich kleiner als bisher vermutet, heißt es bei der KfW.
„Zahlreiche mittelständische Unternehmen haben Projekte in Richtung Industrie 4.0 laufen“, berichtet Giari Fiorucci, Vice President Services bei Mapal (AMB: Halle 1, Stand D10). „Allerdings fungieren die meisten lediglich als Insellösung und bieten keine Vision für einen weiteren umfassenden Ausbau, wie es für eine durchgängige Digitalisierung erforderlich ist.“
Der deutsche Maschinenbau sei in der Vergangenheit nicht auf den Hype Industrie 4.0 oder Digitalisierung aufgesprungen, meint außerdem Markus Frank, Abteilungsleiter für „Net4Industry“ beim Werkzeugmaschinenhersteller Grob (AMB: Halle 10, Stand B11). In den vergangenen 18 Monaten sei jedoch „eine deutliche Steigerung von Aktivitäten und Bemühungen in diesem Bereich“ zu beobachten. Der Nutzen ist seiner Meinung nach vorhanden: „Industrie 4.0 bildet die Grundlage, um ressourcenschonend, flexibel und produktiv die Maschinen und Anlagen zu betreiben.“
3D-Druck braucht mechanische Bearbeitung
Wenn es um die Digitalisierung in der Produktion geht, ist auch ein weiterer Trend nicht weit: die additive Fertigung. Diese gewinnt selbst auf einer Messe wie der AMB an Bedeutung. Denn ohne mechanische Bearbeitung kommt auch der 3D-Druck nicht aus. „Die Bauteile müssen von der Grundplatte gelöst werden und bestimmte Oberflächengüten oder Funktionsflächen lassen sich nur mechanisch herstellen“, sagt Alexander Broos, Leiter Forschung und Technik beim Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken ( VDW.
Die Vorteile von AM-Verfahren liegen für Broos „überall dort, wo komplexe Teile in kleinen Stückzahlen oder sogar individualisiert gefertigt werden müssen, also beispielsweise im Formenbau oder der Medizintechnik“. Additiv hergestellte Bauteile erforderten jedoch auf jeden Fall eine ganz spezifische Betrachtung des Einzelfalls, um auch wirtschaftlich erfolgreich zu sein. „Eine solche Beurteilung ist jedoch deutlich anspruchsvoller als für konventionelle Dreh-/Fräs-Teile.“
Kostengünstige QS-Maßnahmen sind gefragt
Eine besondere Betrachtung erfordern die additiv gefertigten Teile auch aus Sicht der Qualitätssicherung. Denn an diese stellen die Verfahren spezielle Herausforderungen.
Benötigt werden schnelle und kostengünstige Qualitätssicherungsmaßnahmen. Außerdem müssen die Prüfmethoden zerstörungsfrei sein. Denn bei der additiven Fertigung ist häufig Losgröße 1 das Ziel. Und wenn nur ein Teil produziert wird, ist es nicht möglich dieses zu zerstören, um festzustellen, dass es funktioniert
hätte.
Weitere Anforderung: Aufgrund der zum Teil komplexen Geometrien ist der Einsatz von taktiler Messtechnik wenig sinnvoll und oft auch nicht möglich.
So wird häufig die Computertomografie (CT) genannt, wenn man Experten nach der geeigneten Methode fragt, um die Qualität von additiv produzierten Bauteilen zu bewerten. Der Anwender erhält einen Datensatz, der die Geometrie sowie innere Strukturen vollständig beschreibt. Der Soll-Ist-Vergleich mithilfe der CT bietet die Möglichkeit, mit einem Blick zu erkennen, ob es Probleme geben könnte.
Doch im Vergleich zu Kunststoff ist der Einsatz der Technologie bei Metallteilen schwieriger. Der Nutzer muss dabei über deutlich mehr Know-how verfügen. So können etwa Metalle mit stark variierenden Wandstärken Probleme bereiten, weil zum Beispiel im CT-Scan Löcher auftauchen, die gar nicht vorhanden sind. ■
Der Autor
Markus Strehlitz
Redaktion
Quality Engineering
Messe mit digitalem Fokus
Zur AMB 2018 in Stuttgart werden vom 18. bis 22. September rund 90.000 internationale Fachbesucher und 1.500 Aussteller erwartet. Sie zeigen auf einer Fläche von mehr als 120.000 Bruttoquadratmetern Innovationen und Weiterentwicklungen für spanende und abtragende Werkzeugmaschinen, Präzisionswerkzeuge, Messtechnik und Qualitätssicherung, Roboter, Werkstück- und Werkzeughandhabungstechnik, Industrial Software & Engineering, Bauteile, Baugruppen und Zubehör. Die Lösungen rund um die Messtechnik und Qualitätssicherung sind in Halle 7 zu finden. Neu in diesem Jahr: die Sonderschau „Digital Way“. Diese sollen Wege aufzeigen, wie Industrieunternehmen mithilfe aktueller Informationstechnologie die Potenziale der Digitalisierung heben können. ■
Bild: Messe Stuttgart
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