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Positionskontrolle mit Druckluft senkt Kosten für Qualitätsfertigung

31.10.2008
Die Position gespannter Werkstücke auf Werkzeugmaschinen lässt sich pneumatisch kontrollieren. Das reduziert den Aufwand der Prozessüberwachung beim Zerspanen. Unmittelbar vor Bearbeitungsbeginn wird die Maßhaltigkeit und Position der Werkstücke berührungslos bis auf ±0,01 mm genau geprüft. Die schnelle, vereinfachte Kontrolle wirkt sich positiv auf Umrüstvorgänge aus.

Das universelle Gesetz gilt bei der Softwareprogrammierung wie in der Fertigung: Falsche Daten führen zu falschen Ergebnissen. Intelligente Qualitätsstrategien in der spanenden Fertigung umfassen daher unmittelbar vor Bearbeitungsbeginn die Prüfung der Maßhaltigkeit und der exakten Position der Werkstücke. Das ist Voraussetzung, damit Werkzeugmaschinen aufgrund leistungsfähiger Steuerungen und Antriebe – im Zusammenspiel mit hoch auflösenden Messsystemen – eine hohe Fertigungsgenauigkeit erreichen. Große Endkunden wie die Automobilindustrie geben dabei den Takt vor.

Die Maschinensteuerung geht von der Annahme aus, dass die Bauteile die Anforderungen an die Maßhaltigkeit erfüllen und exakt in richtiger Position eingespannt sind. Bei nicht erkannten Abweichungen produziert daher auch das beste NC-Programm nur Ausschuss und damit Qualitätskosten. Mit dem pneumatischen Steuer- und Messsystem MS01 fügt nun Rexroth das fehlende Glied in die Prozesskontrolle ein. Dieses System prüft berührungslos Anwesenheit, Position, Form oder Dimension von Werkstücken durch Luftdruck. Dazu beaufschlagt eine Düse das Messobjekt mit einem Luftstrahl, der dabei entstehende Staudruck wird an der Düse gemessen.

Das Prüfmodul erfasst die Differenz zwischen Prüf- und Staudruck, die sich mit dem Abstand zwischen Düse und Prüfobjekt verändert. Im Abstandsbereich von 0,01 bis 0,3 mm sind die Messergebnisse bis auf ±0,01 mm genau. Das pneumatische Messsystem wandelt den ermittelten Differenzdruck in ein elektrisches 24-V-Analogsignal um, das als Ergebnis an die Steuerung gemeldet wird. Bei Gutteilen beginnt die Bearbeitung, bei Fehlermeldungen schleust die Steuerung das Werkstück kosteneffizient aus der Maschine.

Mehrere Systemfunktionen sichern den Prüfprozess

Diesen wirtschaftlichen Prüfprozess sichert Rexroth durch mehrere im Steuer- und Messsystem eingebaute Funktionalitäten ab. Vor jeder Prüfung entfernt eine integrierte Freiblasfunktion am Prüfobjekt anhaftende Kühlschmiermittel und Späne. Ein zusätzlicher Anschluss für eine permanente Sperrluftfunktion schützt mit einem geringen Druck die Druckluftleitungen vor Verschmutzung, wenn sich kein Prüfobjekt vor der Messdüse befindet.

Ein integrierter Druckregler entkoppelt die Prüfung von Primärdruckschwankungen und gewährleistet eine hohe Ergebnistreue. Über einen zweiten Sensor überwacht das Modul selbstständig den Versorgungsdruck und unterbricht bei einem Druckausfall oder einem zu niedrigen Prüfdruck den Prozess schon vor der eigentlichen Prüfung. Dadurch ist ein präventiver Schutz installiert.

Die pneumatische Positionskontrolle lässt sich trotz der hohen Funktionsintegration einfach bedienen. Der Inbetriebnehmer stellt den gewünschten Spalt zwischen Prüfobjekt und Messdüse beispielsweise über eine Fühlerlehre her. Eindeutige Symbole auf dem Prüfblock zeigen die erforderlichen Drehrichtungen für die Einstelldrossel. Leuchtet die grüne LED-Anzeige auf, wird die Einstellung mit einer Arretierung fixiert. Eine Skala an der Einstelldrossel vereinfacht die Umrüstung auf neue Werkstücke: Bei einem Wechsel des Messmoduls oder bei einer Systemerweiterung um ein oder mehrere Messmodule stellt der Bediener lediglich einen definierten numerischen Referenzwert ein und schließt das Modul über einen M12-Stecker elektrisch an.

Großserien-Ventilträger ist Basis der Entwicklung

Das neue Funktionsmodul basiert auf den bewährten Komponenten des hochmodularen Großserienventilträgersystems CD01-PA von Rexroth nach ISO 15047-1 mit 26 mm Baubreite. Der umfangreiche Baukasten eröffnet vielfältige Kombinationsmöglichkeiten der Komponenten. Der Ventilträger nimmt bis zu acht Prüfblöcke auf und kann darüber hinaus mit einer großen Anzahl von Steuerventilen erweitert werden. Damit kann der Anwender mehrere Messpunkte an einem Werkstück oder mehrere Prüfobjekte gleichzeitig kontrollieren. Über unterschiedliche Wegeventil-Kombinationen skaliert Rexroth die Funktionalitäten der Systemlösungen.

Je nach Einbausituation erfolgt die Montage des Systems auf einer Grundplatte, die entweder aus Kunststoff gefertigt und mit einem Steckanschluss versehen ist oder aus einer Aluminiumlegierung mit Gewinde-Anschluss besteht. Über Einzel-Anschlussplatten kann der Anwender die Prüfblöcke auch in unmittelbarer Nähe der Messdüsen montieren. Dadurch ist es möglich, die Druckluftleitungen zu verkürzen sowie die Ansprechzeiten des Prüfsystems zu reduzieren.

Das Steuer- und Messsystem MS01 erhöht deutlich die Prozesssicherheit in der automatisierten Fertigung mit einem sehr niedrigen Investitions- und Inbetriebnahmeaufwand. Weil das System die Bearbeitung nur bei maßhaltigen und richtig positionierten Werkstücken freigibt, werden die Stückkosten gesenkt. Das reduziert die Kosten für Qualitätsfertigung und verringert die Gefahr von Werkzeugbeschädigungen, beispielsweise durch splitternde oder berstende Teile.

Sabine André ist Produktmanagerin Ventile im Geschäftsbereich Pneumatics bei der Bosch Rexroth AG in 30880 Laatzen.

Sabine André | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/automatisierung/fertigungsautomatisierung/articles/152594/

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