Rund um die Uhr auf wenige Mikrometer genau

Bei Höchstgeschwindigkeit auf wenige Mikrometer genau messen: Mit einem auf die Großserienfertigung von Getriebeteilen spezialisierten Automated Optical Inspection System hat die Rohwedder AG eine maßgeschneiderte Maschine zur In-Line-Qualitätssicherung entwickelt.

Für den störungsfreien 5-Schicht-Betrieb sorgen auf der mechanischen Seite komplette Linearachsen von Rexroth mit Compact-Modulen, Servomotoren und darauf abgestimmten Indradrive-Reglern.

„Rohwedder bietet als einer der Wenigen die Kombination aus Maschinenbau und Bildverarbeitung aus einer Hand“, bekräftigt Andreas Görtz, Leiter Projektmanagement im Competence Center Micro Technologies der Rohwedder AG. Der Geschäftsbereich mit Sitz in Bruchsal hat sich auf den Sondermaschinenbau rund um die Fertigung und Bearbeitung von kleinen Werkstücken bis hinunter zur Mikrogröße spezialisiert.

„Dabei erarbeiten wir sehr oft, gemeinsam mit den Entwicklern und den Designern unserer Kunden, einen maßgeschneiderten Prozess und die dazu passende Automatisierung“, so Andreas Görtz. Diese Zusammenarbeit ermöglicht ein schnelles Hochlaufen der Serienproduktion.

Qualitätssicherung für vielerlei Anwendungen

Dabei decken die Rohwedder-Maschinen ein breites Spektrum von Bauteilen ab: Handy-Lautsprecher, Zerstäuber für Asthma-Sprayer, winzige Bauteile für mechanische Uhren oder SMD-Induktivitäten. Rohwedder integriert, häufig auch unter Reinraumbedingungen, verschiedenste Fertigungsschritte für die Massenfertigung oder ermöglicht die flexible Bearbeitung von unterschiedlichen Bauteilen.

Für einen europäischen Automobilzulieferer entwickelten die Bruchsaler Ingenieure gemeinsam mit dem Schwester-Competence-Center Vision Technology ein Automated Optical Inspection (AOI) System zur Prüfung von Unterteilen für Getriebeanwendungen. Die Maßhaltigkeit der Unterteile im Mikrometer-Bereich hat einen entscheidenden Einfluss auf die Funktion und Lebensdauer der Getriebe.

Die Sondermaschine nutzt bei allen Hauptbewegungen die Compact-Module CKK mit elektrischen Antrieben von Rexroth. Die kompletten Linearachsen vereinfachen die Inbetriebnahmen und fügen sich nahtlos in das kompakte Design der Sondermaschine ein. Sie verbinden besonders kleine Baumaße mit einer hohen Zuverlässigkeit für den 5-Schicht-Betrieb.

Entscheidung fällt innerhalb von zwei Sekunden

Die Maschine übernimmt innerhalb einer Fertigungslinie mit einer Compact-Modul-Achse die fertig bearbeiteten Unterteile und schleust sie über eine Reinigungsstation zur Prüfstation. Dort greifen zwei Dorne das Unterteil, spannen und heben es in eine definierte Position, um es anschließend zu drehen. Mehrere 50-kHz-Zeilenkameras prüfen dabei aus verschiedenen Winkeln das Werkstück auf Fehler.

„Pro Werkstück verarbeitet unser System 500 Mbyte Daten“, rechnet Andreas Görtz vor. Zwei Sekunden später trifft die Software die IO/NIO-Entscheidung und sortiert in der nächsten Station die beanstandeten Werkstücke aus.

Die Herausforderung liegt in der schnellen Bearbeitung der Daten. Die Software muss unmittelbar bei der Messung Abweichungen erkennen, die großen Datenmengen auswerten und mit dem Sollzustand vergleichen.

In zyklischen Abständen entnimmt die Maschine aus einem Fach ein Produkt und referenziert sich daran neu. Insgesamt dauert die Prüfung pro Werkstück lediglich 7 s.

Fünf komplette Rexroth-Achsen im Einsatz

Für die mechanischen Bewegungen innerhalb des AOI setzt Rohwedder insgesamt fünf komplette Rexroth-Achsen mit Compact-Modulen CKK, Servomotor und Regler ein. Die Compact-Module mit Hüben zwischen 260 und 600 mm liefert Rexroth millimetergenau in der bestellten Länge.

Sie bestehen aus einem äußerst kompakten Präzisions-Aluminiumprofil mit einer Aluminium-Blechabdeckung sowie einer umlaufenden Spaltdichtung aus Polyurethan-Band zum Schutz der Einbauelemente.

Die CKK verfügen über zwei integrierte Kugelschienenführungen aus dem Linearprogramm von Rexroth. Große Spindeldurchmesser und -steigungen sowie doppelte Loslager ermöglichen eine Kombination von hohen Verfahrgeschwindigkeiten und Präzision.

Identische Baumaße bei allen Antriebsvarianten

Der mittig angeordnete Kugelgewindetrieb nach Toleranzklasse 7 ermöglicht eine niedrige Bauhöhe und reduziert damit den Platzbedarf. Rohwedder setzt bei vier Achsen lange Tischteile mit je vier Führungswagen und bei einer Achse ein kurzes Tischteil mit zwei Führungswagen ein.

Die Compact-Module garantieren durch das spielfreie Mutternsystem eine hohe Positioniergenauigkeit von 0,01 mm und eine Wiederholgenauigkeit von 0,005 mm pro Achse.

Sowohl Kugelschienenführungen als auch Kugelgewindetrieb verfügen über eine zentrale Nachschmiermöglichkeit von beiden Seiten und verringern damit den Wartungsaufwand.

Die Festlager-Traverse aus Aluminium mit zweireihigem, vorgespanntem Schrägkugellager und die Loslager-Traverse mit doppelter Kugellagerung sorgen für spielfreie und dynamische Bewegungen. Zentrierung und Befestigungsgewinde ermöglichen einen einfachen Motoranbau.

Freie Wahl zwischen Kugelgewindetrieb, Zahnriemenantrieb und Linearmotor

Bei den Compact-Modulen hat der Anwender bei identischen Baumaßen die freie Wahl zwischen Kugelgewindetrieb, Zahnriemenantrieb und Linearmotor. Damit kann der Anwender jede Achse mit den standardisierten Linearsystemen genau auf die jeweiligen Dynamik- und Präzisionsanforderungen abstimmen. „Die besondere Herausforderung ist die Zuverlässigkeit im Dauerbetrieb“, betont Andreas Görtz.

Der Rund-um-die-Uhr-Betrieb belastet alle Komponenten der Maschinen in besonderer Weise. Jeder Stillstand des AOI unterbricht den gesamten Fertigungsablauf der Fertigungslinie beim Endkunden. „Darum stehen Robustheit und Wartungsfreundlichkeit an erster Stelle bei der Auswahl der mechanischen Komponenten“, zeigt der Leiter Projektmanagement auf.

Komplette Lösung aus einer Hand

Ein wichtiges Entscheidungskriterium für Andreas Görtz: „Wir haben nach kompletten Achsen aus einer Hand gesucht, weil wir uns auf den komplexen Prozess konzentrieren wollen.“ Rohwedder wählte die Komplettlösung mit Indradyn-Motoren und Indradrive-Reglern von Rexroth. „Die Kombination unterschiedlicher Hersteller zieht immer wieder Zusatzaufwand bei der Inbetriebnahme der Achsen nach sich“, berichtet Andreas Görtz aus der Praxis.

Die aufeinander optimierten Motor-Regler-Kombinationen sorgen mit Geschwindigkeiten bis zu 10 m/s und Beschleunigungen bis 15 m/s² für hohe Effizienz und Produktivität. Die Indradrive-Antriebe lassen sich über Schnittstellen zu Profibus-DP, Canopen, Sercos oder Devicenet schnell und einfach in verschiedenste Automatisierungskonzepte integrieren und sind weltweit einsetzbar.

Ein besonderes Augenmerk legte Rohwedder auf die Wartungsfreundlichkeit aller Komponenten. „Im Fehlerfall brauchen wir bei den Indradrive-Servoantrieben lediglich das Steuerteil auszuwechseln und können den Flashspeicher mit allen Daten weiter nutzen“, hebt Gotthard Drexler, Projektingenieur bei Rohwedder Micro Technologies, hervor. Rexroth hat Leistungs- und Steuerteile voneinander entkoppelt und vereinfacht damit den Austausch.

Die Software-Basispakete enthalten bereits alle notwendigen Grundfunktionalitäten wie Positioniersatzbetrieb, Lageregelung, Drehzahlregelung und Momentenregelung. Standardisierte Erweiterungspakete umfassen Achsfehlerkorrektur, Hauptspindelfunktionen, Synchronisieren von Achsen, elektronisches Nockenschaltwerk und Technologiepakete auf Basis der integrierten Motion Logic.

Bei den neu entwickelten Rexroth-Indradyn-S-Motoren wählte Rohwedder als Absolutwertgeber die Hiperface-Multiturnvariante mit 128 Zyklen pro Umdrehung. Damit entfällt die Notwendigkeit von Referenzfahrten beim Neustart – ein weiterer Zeitgewinn. Rohwedder garantiert für das AOI eine Verfügbarkeit weit jenseits der 90% für zwei Jahre oder 10 000 Betriebsstunden. Die Feuertaufe hat die Prototypanlage bereits im 5-Schicht-Betrieb beim Kunden bestanden.

Ralf Schirmer ist Mitarbeiter der Abteilung Vertrieb Linear Motion and Assembly Technologies der Bosch Rexroth AG in 70736 Fellbach.