Inline-Messung der Schnittflächenkenngrößen innerhalb eines Stanz-Prozesses

Maximilian Lorenz, M.Eng.

Zusammenfassung

In diesem Projekt wird ein berührungsloses, optisches Messverfahren zum Erfassen einer durch Stanzen erzeugten Kontur, insbesondere der Schnittflächenkenngrößen, entwickelt. Die Erfassung der Daten durch das Messverfahren erfolgt in den Prozess integriert und soll ohne Entnahme der Bauteile erfolgen. Weiterhin ist diese besonders gekennzeichnet dadurch, dass neben der 2D-Information auch eine 3D-Information aufgezeichnet wird. Die Auswertung der Messdaten soll ebenfalls echtzeitfähig sein.

In diesem Projekt wird ein berührungsloses, optisches Messverfahren zum Erfassen einer durch Stanzen erzeugten Kontur, insbesondere der Schnittflächenkenngrößen, entwickelt. Die Erfassung der Daten durch das Messverfahren erfolgt in den Prozess integriert und soll ohne Entnahme der Bauteile erfolgen. Weiterhin ist diese besonders gekennzeichnet dadurch, dass neben der flächigen 2D-Information auch das 3D-Profil der Schnittfläche aufgezeichnet wird. Die Auswertung der Messdaten soll ebenfalls echtzeitfähig sein.

Stanz-Biege-Prozesse stellen Serienprodukte für die Automobilbranche, Elektroindustrie, Kommunikationstechnik, Metallwarenindustrie, Medizintechnik und noch viele weitere Bereiche her. Um diese Produkte wirtschaftlich zu produzieren und gleichzeitig eine durchgehend hohe Qualität der Bauteile zu gewährleisten, werden die Fertigungsprozesse seit Jahren zunehmend automatisiert und standardisiert. Hieraus entstanden hoch produktive Maschinen, die Hubzahlen von bis zu 2000 Hüben pro Minute erreichen. Um die Anforderungen an die Prozesssicherheit und die Qualität bei steigenden Prozessraten zu gewährleisten, steigen auch die Anforderungen an die Qualitätsprüfung an. In aktuell verfügbaren Systemen werden häufig die Geometrien der Stanzteile überprüft. Diese Messungen sind bereits in den Fertigungsprozess integrierbar. Die im Fertigungsprozess entstehenden Schnittflächen hingegen sind aktuell nicht im Prozess messbar. Häufig sind aber gerade diese Flächen wichtige Funktionsflächen und entscheiden über die Qualität des Bauteiles. Ziel ist es ein in die Produktionslinie integriertes echtzeitfähiges Messverfahren zur Bestimmung der Qualität der entstehenden Schnittflächen zu entwickeln. Welches trotz der stark variierenden Produkte und Rohmaterialien zuverlässige Ergebnisse liefert.

Es wird zugrunde gelegt, dass sich besonders optische Messverfahren für die Qualitätsermittlung eignen.

Hierdurch werden nicht nur hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten gewährleistet, sondern durch die geeignete Kombination mit bildverarbeitenden Systemen auch ein hoher Grad an Automatisierung und eine Reproduzierbarkeit der Messergebnisse sichergestellt. Weiterhin vereinen alle optischen Messverfahren die Anforderungen an hohe Genauigkeit und berührungslosen Prüfung der Bauteile. Die den optischen Messverfahren inhärenten positiven als auch negativen Mechanismen zeigten die Notwendigkeit einer genauen Anpassung an den Prozess. Über eine geeignete Kombination einer Bildaufnahme, einer Lasertriangulation und einer speziellen Bildverarbeitung ist es möglich 2D- als auch 3D-Daten der jeweiligen Schnittfläche aufzuzeichnen. Bereits erfolgt sind ein Proof-of-Concept sowohl für die Bildaufnahme als auch für die Bildverarbeitung. Ebenfalls ist der erste Prototyp des Messverfahrens bereits unserer Stanz-Biege-Anlage (Bihler GRM-NC) montiert. Sukzessive werden nun begleitende Messungen bei Versuchsreihen vorgenommen. Zu einen werden dadurch reale Bedingungen abgebildet. Zum anderen können Auswirkungen von gezielten Prozesseinwirkungen visualisiert werden und ein Datenstamm erzeugt werden. Auf dessen Basis wird eine echtzeitfähige Bildverarbeitung entwickelt.

Eine Qualitätsermittlung steht immer auch in Verbindung mit einer Verschleißanalyse an den aktiven Fertigungselementen. Aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten besteht die Anforderung die Standzeit der aktiven Fertigungselemente maximal auszunutzen. Aktuell werden die Standzeiten durch Einschätzungen durch den jeweiligen Maschinenbediener erreicht und unterliegen daher einer gewissen Heuristik.