User Case

3D Messtechnik in Kombination mit kollaborativem Roboter

Wie ELEMENT SIX mit einem optischen Messsensor kombiniert mit einem kollaborativen Roboter Werkstücke vollautomatisch in der Drehmaschine misst.

Das Wissen um Verschleißformen und Verschleißverhalten hat Element Six, Experte von Hochleistungswerkstoffen, den Durchbruch bei der Entwicklung eines neuen PCBN Schneidstoffes verschafft. Ein Schwerpunkt während der intensiven Testphase war die Implementierung von automatisierten Testreihen. Das und die Möglichkeit, Werkzeug und Werkstück direkt in der Maschine messen zu können, hat erheblich dazu beigetragen „die Leistungssteigerung zu erreichen, die wir uns zum Ziel gesetzt haben!“, bestätigt Element Six.

 

Dr. Kevin Leahy,
Leitung des Fachbereichs Schneiden und Schleifen bei Element Six: 

„Durch die automatisierten Messungen mit Alicona haben wir während unserer Verschleißuntersuchungen eine große Datenmenge in hoher Qualität gewonnen. Das hat uns den Durchbruch bei der Optimierung von PureCutTM verschafft.“

Kein Ein- und Ausspannen des Bauteils: Automatische Verschleißmessung in der Drehmaschine

Bearbeitungsgeschwindigkeiten von 300m/Min, kalkulierbares Verschleißverhalten und eine bis zu 50% höhere Standzeit bei der Bearbeitung von gehärtetem Stahl sind die Vorteile, die Element Six mit der neuesten PCBN Generation seinen Kunden aus der Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie dem Maschinenbau zusichert. PureCutTM soll bei PCBN Fertigungsprozessen eine erhebliche Produktivitätssteigerung bei gesenkten Werkzeugkosten bewirken. Eine der Variablen, die zur Entwicklung des neuen Werkstoffes beigetragen haben, war der Einsatz von hochgenauer, automatisierter optische Alicona 3D Messtechnik. Der Spezialist von Hochleistungswerkstoffen in der UK nutzt Alicona Messsysteme u.a. zur Analyse von Werkzeugverschleißformen und Verschleißverhalten während unterschiedlichen Bearbeitungsbedingungen. Ein Herzstück der Testphase zum neuen PCBN Schneidstoff war die Implementierung von automatisierten Testreihen, die Element Six mit dem kollaborativen Messsystem CompactCobot umgesetzt hat. Werkzeug und Werkstück werden vollautomatisch direkt in der Drehmaschine gemessen.

Verschleiß in hoher Messpunktdichte automatisch messen und bestimmen

Bei der Entwicklung des Schneidstoffes lag der Fokus auf der Messung von Freiflächenverschleiß, Kolkverschleiß und Flankenverschleiß. Die Möglichkeit, Testreihen mit dem CompactCobot zu automatisieren, hat dazu beigetragen, die neue PCBN Technologie in höchstmöglicher Effizienz produktreif zu machen. „Die Produktivität von Testreihen hängt stark von der Datenmenge ab, die mit einem Messsystem gewonnen werden können. Üblicherweise ist das limitiert auf die manuelle Nutzung eines Messsystems durch einen Bediener“, erklärt Dr. Wayne Leahy, Leiter des Fachbereichs Schneiden und Schleifen. Leahy weiter über die Vorteile, die Element Six mit automatisierten Messungen bzw. dem CompactCobot-System gewonnen hat: „Automatisierte Messreihen erhöhen die Menge an verfügbaren Daten um ein Vielfaches, und genau deswegen haben wir den CompactCobot gekauft. Die Kombination von großer Datenmenge und hoher Messpunktdichte der Messungen hat uns den Durchbruch bei der Optimierung von PureCutTM verschafft.“

Aliconas innovative Ergänzung zum Angebot an optischen Kantenmessgeräten ist der Tool Cobot. Er wird bei der Vermessung großer Werkzeuge (z.B. Bohrern, Fräsern etc. mit bis zu 1 m langen Schäften) zur Qualitätssicherung eingesetzt. Zusätzlich werden Wälzfräser und Räumwerkzeuge vermessen.

Vernetzung von Produktionsmaschinen und 3D Messtechnik

Wesentlicher Teil des Kerngeschäfts von Element Six ist auch die Entwicklung und Implementierung von neuen, ganzheitlichen Fertigungsstrategien in der Zerspanungstechnik. Ziel ist die Kommunikation und Vernetzung von Produktionssystemen, Maschinen und 3D Messtechnik. Der Experte im Bereich Hochleistungswerkstoffe ist sehr genau bei der Wahl seiner Partner. Sie spielen eine wesentliche Rolle, die vollautomatisierte Fertigung mit machine-to-machine Kommunikation mittelfristig umsetzen zu können. Das gilt auch und besonders für Partner in der Messtechnik. Produktionstauglichkeit, Automatisierung und Anbindungsmöglichkeiten an bestehende Produktions- und Qualitätsmanagementsysteme sind Grundvoraussetzungen, die Fertigungsmesssysteme für die Qualitätssicherung mitbringen müssen.

Daher hat man sich bei Element Six, das schon mehrere Messsysteme aus der InfiniteFocus-Serie im Einsatz hat, einmal mehr für den Invest in ein Alicona Messsystem entschieden. Der CompactCobot ermöglicht diese Einbindung und Vernetzung in mehrerer Hinsicht. Zum einen ist das optische kollaborative Messsystem basierend auf der Technologie der Fokus-Variation so robust, dass auch in der Produktionslinie hochauflöse Messungen in hoher Messgeschwindigkeit wiederholgenau gewonnen werden. Automatisierte und damit mannlose Messungen werden durch das Softwareinterface „AutomationManager“ umgesetzt. Zum anderen verfügt der Cobot über Schnittstellen wie TCP/IP, Modbus/TCP oder Anybus und kann somit an bestehende Produktionssysteme angebunden werden. Diese Integration ermöglicht in weiterer Folge die Kommunikation zwischen den einzelnen Maschinen und liefert so einen Beitrag zur Umsetzung von selbststeuernder, sich selbst korrigierender Produktion.

Eine zentrale Steuerung startet den Testprozess. An einem definierten Punkt stoppt die Drehmaschine, die Tür öffnet sich.... und ein weiteres Signal setzt den Cobot in Bewegung. Der Roboterarm mit 3D-Messsensor wird automatisch in die Drehmaschine eingefahren und misst zunächst vordefinierte Schneidkantenparameter der Wendeschneidplatte, dann fährt der Sensor auf das Werkstück zu und misst dessen Rauheit zur Überprüfung der Oberflächenqualität. Danach kehrt der Roboterarm in seine Ausgangsposition zurück. Alle Messungen werden ohne Lösen von Bauteilen durchgeführt.

Automatische Messung von Werkstück und Werkzeug in der Drehmaschine

Mit der Einführung der automatisierten Test- und Messprozesse mit dem CompactCobot legt Element Six den Grundstein für dieses moderne Fertigungskonzept. Sowohl das Werkzeug, eine Wendeschneidplatte, als auch das Werkstück werden automatisch direkt in der Drehmaschine gemessen. Leahy beschreibt den Stand der Dinge wie folgt: „Eine zentrale Steuerung startet den Testprozess. An einem definierten Punkt stoppt die Drehmaschine, die Türe öffnet sich und ein weiteres Signal setzt den Cobot in Gang. Der Roboterarm mit 3D Messsensor wird automatisch in die Werkzeugmaschine manipuliert und misst zuerst vordefinierte Schneidkantenparameter der Wendeschneidplatte. Dann fährt der Sensor weiter zum Werkstück und misst die Rauheit, wodurch wir die Oberflächengüte verifizieren. Danach kommt der Roboterarm zurück in die Ausgangsposition. Sämtliche Messungen erfolgen ohne Ausspannen der Bauteile.“ Der nächste Schritt, der in Planung ist, ist die automatische Korrektur von Maschinenparametern auf der Basis der Messergebnisse. „Der Cobot gibt Messwerte bzw. ein OK/nicht OK Signal an die Drehmaschine weiter. Wenn das Werkzeug nicht den vorgegebenen Toleranzen entspricht, ändert die Drehmaschine gewisse Maschinenparameter automatisch. So wird das Erstteil bereits als Gutteil produziert“, erklärt Leahy die Folgeschritte.

Einfache Bedienung: Messreihen ohne Programmierkenntnisse einlernen

Es gibt einen weiteren Aspekt, der entscheidend bei der Umsetzung von ganzheitlichen Fertigungsstrategien mit automatisierter 3D Messtechnik ist. Messsysteme müssen einfach und ohne Programmierkenntnisse bedienbar sein. Alicona erfüllt diese Bedingung. Das Einlernen von Messreihen durch einen Administrator erfolgt in nur drei Schritten. Spezielle Programmierkenntnisse sind nicht notwendig. Die Messung wird per Knopfdruck gestartet, das Messergebnis ist bedienerunabhängig. Element Six kennt und schätzt die intuitive Benutzerführung und auch das dritte Alicona-System, der CompactCobot, wird den hohen Ansprüchen der Anwender gerecht. „Es dauerte in etwa einen Tag, einen Bediener auf den Cobot einzuschulen. Die Handhabung und Benutzerführung ist extrem einfach und intuitiv aufgebaut“, so die Bilanz von Wayne Leahy.

Moderne Produktionsstrategien mit kollaborativen Robotern

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