Qualitätsabweichungen erkennen, bevor Ausschuss entsteht
In schnelllaufenden Umformprozessen können bereits kleine Veränderungen am Werkzeug zu fehlerhaften Bauteilen führen. Das Fraunhofer IGD bringt die Qualitätskontrolle deshalb direkt in das Folgeverbundwerkzeug: Inform-QC erkennt Oberflächenabweichungen inline, liefert Hinweise auf Werkzeugverschleiß und schafft eine Grundlage für prädiktive Instandhaltung
Bei schnelllaufenden Stanz- und Umformprozessen ist entscheidend, Qualitätsabweichungen bereits während der Produktion zu erkennen. Werden verschleißbedingte Veränderungen erst nachträglich festgestellt, sind zu diesem Zeitpunkt bereits fehlerhafte Bauteile entstanden. Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt mit dem kamerabasierten System Inform-QC direkt im Fertigungsprozess an. Es analysiert die Oberfläche umgeformter Bauteile inline und erkennt Veränderungen, die auf Werkzeugverschleiß hinweisen können.
Qualitätsprüfung im Fertigungstakt
Inform-QC lässt sich beispielsweise in eine freie Station eines Folgeverbundwerkzeugs integrieren. Eine zusätzliche externe Prüfstation ist dann nicht erforderlich.
Technische Grundlage ist Photometric Stereo: Das Bauteil wird aus unterschiedlichen Richtungen beleuchtet und aufgenommen. Aus den Bildern berechnet das System eine digitale Darstellung der Oberflächentopografie, die mit einer Referenz verglichen wird. So lassen sich feine Abweichungen erkennen und möglichen Prozessstufen oder Werkzeugkomponenten zuordnen.
Die Analyse erfolgt kontinuierlich bei Produktionsgeschwindigkeiten von bis zu 400 Hüben pro Minute; der Fertigungstakt wird durch die Prüfung nicht verlangsamt. Der zugrunde liegende Ansatz lässt sich auch auf weitere Stanz-, Tiefzieh- und Umformprozesse übertragen.
„Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten kann eine nachgelagerte Qualitätskontrolle zu spät kommen. Unser Ziel ist deshalb, Veränderungen dort zu erkennen, wo sie entstehen – direkt im Umformprozess. Die Bauteiloberfläche gibt uns dabei nicht nur Auskunft über die Qualität des einzelnen Bauteils, sondern kann auch Hinweise auf den Zustand des Werkzeugs liefern“, sagt Hasan Kutlu, Wissenschaftler am Fraunhofer IGD.
Veränderungen der Oberfläche können beispielsweise auf Abrasion oder Materialanhaftungen am Werkzeug (Adhäsion) hinweisen. Werden solche Veränderungen frühzeitig erkannt, können Unternehmen schneller reagieren und Ausschuss reduzieren. Gleichzeitig liefern die erhobenen Daten eine Grundlage für eine zustandsorientierte und perspektivisch prädiktive Instandhaltung.
Weiterentwicklung für geschmierte Oberflächen
Die bisherigen Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf trockene Metalloberflächen. In industriellen Umformprozessen werden Metallbänder jedoch üblicherweise geschmiert. Der Schmierstofffilm verändert die optischen Eigenschaften der Oberfläche und stellt damit zusätzliche Anforderungen an die kamerabasierte Analyse.
In einem neu gestarteten Folgeprojekt untersucht das Fraunhofer IGD deshalb, wie sich das Verfahren auch auf geschmierte Oberflächen übertragen lässt. Untersucht wird, wie sich der Einfluss des Schmierstofffilms bei Digitalisierung und Qualitätsanalyse berücksichtigen oder gezielt nutzen lässt. Ziel ist es, die Technologie noch näher an die Bedingungen industrieller Umformprozesse heranzuführen.
Inline-Prüfung auf der EuroBLECH erleben
Das Fraunhofer IGD präsentiert Inform-QC auf der EuroBLECH in Hannover. Ein eigens entwickelter Demonstrator bildet dort einen kontinuierlichen Fertigungsprozess im kompakten Maßstab nach: Unterschiedliche Umformteile werden nacheinander zur Sensorik geführt und digitalisiert. So können Besucherinnen und Besucher direkt nachvollziehen, wie sich die Qualitätsprüfung in einen laufenden Produktionsprozess integrieren lässt.
Weiterführende Informationen: Inline-Qualitätskontrolle für die Umformtechnik – Fraunhofer IGD – https://www.igd.fraunhofer.de/de/produkte/manufacturing-and-mobility/inline-qualitaetskontrolle-fuer-die-umformtechnik.html
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Fraunhofer IGD auf der EuroBLECH
20.-23.OKtober
Gemeinschaftsstand der EFB
Halle C15, Stand 11
Über das Fraunhofer IGD:
Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD setzt seit über 30 Jahren Standards im Visual Computing, der bild- und modellbasierten Informatik. Die rund 260 Mitarbeitenden des Fraunhofer IGD unterstützen Unternehmen und Institutionen der Branchen Manufacturing and Mobility, Gesundheit und Pflege, Bioökonomie, Infrastruktur und Public Services sowie Maritime Wirtschaft. Das Fraunhofer IGD bietet konkrete technologische Lösungen und hilft bei der strategischen Entwicklung. Die Forscherinnen und Forscher betreiben Problemanalyse, konzipieren Soft- und Hardwaresysteme, entwickeln Prototypen und realisieren und implementieren visuell-interaktive Systeme. Schwerpunkte sind Mensch-Maschine-Interaktion, Virtual und Augmented Reality, künstliche Intelligenz, interaktive Simulation, Modellbildung sowie 3D-Druck und 3D-Scanning. Das Fraunhofer IGD betreibt seit 1987 Spitzenforschung und begleitet an seinen zwei Standorten Darmstadt und Rostock den gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Wandel mit anwendungsorientierten Lösungen.
Kontakt
Aktuell Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD
Daniela Welling
Fraunhoferstraße 5
64283 Darmstadt
+49 6151 155-146
https://www.igd.fraunhofer.de
- Blechbearbeitung (Wikipedia)
Klempner, Spengler, Flaschner und Blechner sind Berufsbezeichnungen für Handwerker, die feine Bleche bearbeiten und zu Bauteilen im Bauwesen oder zu Handelswaren verarbeiten. In weiten Teilen Süddeutschlands (vor allem in Altbayern), in der Schweiz und Österreich ist Spengler die offizielle Bezeichnung für diesen Handwerksberuf. Der Beruf ist eine klassische Männerdomäne. 2017 lag der Frauenanteil bei Ausbildung und Berufsausübung in den DACH-Ländern bei 0,7 Prozent. Umgangssprachlich werden auch Gas-, Heizungs- und Wasserinstallateure als Klempner bezeichnet, da Klempner ursprünglich nicht nur Dachrinnen und Regenfallrohre fertigten, sondern auch Rohrleitungen aus Blei und Kupfer verlegten. Der Ausbildungsberuf zum Installateur wird in Deutschland als Anlagenmechaniker für Sanitär-, Heizungs- und Klimatechnik bezeichnet. - Predictive Maintenance (Wikipedia)
Prädiktive Instandhaltung (engl.: Predictive Maintenance) ist eine Instandhaltungsstrategie und beruht auf der kontinuierlichen Erfassung und Analyse von Zustandsdaten mittels Sensorik (Condition-Monitoring) sowie der Nutzung moderner Technologien wie dem Internet der Dinge (IoT), Cloud-Computing und Verfahren des maschinellen Lernens. Auf dieser Basis können potenzielle Störungen frühzeitig erkannt und Maßnahmen für die Instandhaltung vorausschauend geplant werden. Prädiktive Instandhaltungstechniken helfen somit bei der Bestimmung des Zustands von in Betrieb befindlichen technischen Objekten und Anlagen. Sie helfen bei der Abschätzung, wann eine Wartung durchgeführt werden sollte. Dieser Ansatz verspricht Kosteneinsparungen gegenüber routinemäßigen oder zeitbasierten vorbeugenden Instandhaltungsstrategien, da Aufgaben nur dann ausgeführt werden, wenn dies gerechtfertigt ist. Daher wird sie genutzt, um zustandsorientierte Instandhaltung durchzuführen. Durch dies und durch die Prognose von zukünftigen Ereignissen kann die Frage „Was wird wann passieren?“ beantwortet werden. Typische Anwendungsfelder sind die Fertigungsindustrie, der Schienen- und Luftverkehr, die Energieversorgung, das kognitive Netzwerkmanagement sowie die Intralogistik. In automatisierten Lagersystemen etwa dient prädiktive Instandhaltung der Sicherstellung einer hohen technischen Verfügbarkeit und der Vermeidung ungeplanter Stillstände. - Stanztechnik (Wikipedia)
Stanzen ist ein Trennverfahren zur Fertigung von Flachteilen aus verschiedenen Werkstoffen (Bleche, Pappe, Textilien usw.) mit einer Stanzpresse oder durch Schlag mit einem Hammerkopf auf ein Schneidwerkzeug. Bei metallischen Werkstoffen wird in der Regel das Scherschneiden angewandt, bei dem das Schneidwerkzeug aus zwei Teilen besteht: Die Unterlage besitzt dabei eine Aussparung, die der Form des verwendeten Stanz-Stempels entspricht (mit einer gewissen Toleranz). Die Kontur der auszustanzenden Form wird somit zugleich von oben und von unten von den Schneidkanten der Unterlage und des Stempels eingekerbt und schließlich abgeschert. Bei weicheren Materialien wie Leder, Kunststoff und Pappe wird meist das Messerschnittverfahren angewandt, bei dem die auszustanzende Kontur durch eine entsprechend geformte Klinge ausgeschnitten wird, die gegen feste Unterlage schiebt. - Umformtechnik (Wikipedia)
Das Umformen (auch bildsame Formgebung) ist nach DIN 8580 eine der sechs Hauptgruppen von Fertigungsverfahren. Die wichtigsten Fertigungsverfahren der Umformtechnik sind das Walzen, das Freiformschmieden, das Gesenkschmieden, das Fließpressen, das Strangpressen, das Tiefziehen und das Biegen. Es handelt sich also um Verfahren, bei denen Rohteile aus plastischen Werkstoffen (Metalle und thermoplastische Kunststoffe) gezielt in eine andere Form gebracht werden, ohne dabei Material von den Rohteilen zu entfernen wie beim Trennen oder hinzuzugeben wie beim Fügen. Der Werkstoff behält seine Masse und seinen Zusammenhalt bei. Beim Trennen und Fügen wird die Masse und der Zusammenhalt dagegen vermindert beziehungsweise vermehrt. Umformen unterscheidet sich von Verformen dadurch, dass die Formänderung gezielt eingebracht wird. Verformung dagegen ist eine ungezielte plastische Formänderung (z. B. beim Straßenverkehrsunfall). Die einzelnen Verfahren werden nach verschiedenen Kriterien zu Gruppen zusammengefasst: Nach der Dimension der Werkstücke wird unterschieden zwischen Massivumformung, Blechumformung und Drahtumformung. Nach der Temperatur wird unterschieden zwischen Kaltumformen, bei dem die Festigkeit der Werkstücke während der Bearbeitung zunimmt, und Warmumformen. In der DIN 8580 werden die Verfahren eingeteilt nach den mechanischen Spannungen, die in den Werkstücken wirken, in Druckumformen, Zugdruckumformen, Biegeumformen etc. Nach dem Urformen wird der größte Teil der Werkstoffe durch Umformen zu Halbzeugen (Blechen, Drähten und anderen Profilen (beispielsweise Stäbe, Knüppel)) weiterverarbeitet. Für die Fertigung von Massenprodukten ist die weitere Umformung der Halbzeuge meist das wirtschaftlichste Verfahren. Der Vorteil besteht unter anderem in der guten Materialausnutzung. Zudem ermöglichen Umformverfahren einen beanspruchungsgerechten Faserverlauf gegenüber spanabtragenden Verfahren oder Gießverfahren. Als weitere Vorteile sind eine hohe Prozesseffizienz aufgrund der häufig hohen Produktionsgeschwindigkeit der Umformaggregate sowie der geringe spezifische Energieverbrauch im Verhältnis zu vergleichbaren Fertigungsprozessen zu nennen. Wichtige … - werkzeugbau (Wikipedia)
Im Werkzeugbau werden von Werkzeugmechanikern (Werkzeugmachern) Vorrichtungen und Werkzeuge hergestellt, die zur rationellen Bearbeitung, Montage und Qualitätskontrolle von Werkstücken und Erzeugnissen in der handwerklichen oder industriellen Fertigung eingesetzt werden. Viele Werkzeuge und Vorrichtungen werden heute mehrheitlich mit Hilfe von hochpräzisen, meist CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen angefertigt. Vorrichtungen und Werkzeuge sind überwiegend Einzelanfertigungen und deshalb in ihrer Herstellung sehr aufwendig. Die teure, arbeitsintensive Fertigung einfacher Standardwerkzeuge wird deshalb mehr und mehr in Niedriglohnländer verlagert. Die Branche in Westeuropa und den USA konzentriert sich zunehmend auf hochqualitative, innovative Produktionslösungen, die den Kunden einen Produktivitätsvorsprung vor ihren Konkurrenten ermöglichen. Der Werkzeugbau wird in folgende Spezialgebiete unterteilt: Umformwerkzeuge: Stanzwerkzeuge, Gesenke (Formwerkzeuge), Ziehwerkzeuge, Drückwerkzeuge und Blaswerkzeuge Urformwerkzeuge: Kunststoffspritzgieß- und -presswerkzeuge, Gussformen, Extrusionswerkzeuge Vorrichtungsbau (Bau spezieller, fertigungsspezifischer Vorrichtungen, Geräte und Apparate) Lehrenbau
