Ausschuss infolge von Prozessfehlern stellt einen bedeutenden Kostenfaktor dar. Dies gilt insbesondere für Schleifprozesse, da diese häufig am Ende der Prozesskette stehen und Fehler zum Verlust aller vorherigen Bearbeitungsschritte führen. Prozessüberwachungssysteme bieten hier großes Potenzial, indem sie Fehler frühzeitig erkennen und so zur Vermeidung von Ausschuss und zur Verbesserung der Qualitätskontrolle beitragen. Im Forschungsprojekt „Strukturintegrierte Kraftmesstechnik zur Prozessüberwachung in Schleifmaschinen (Kraftmaschine)“ wurden am IFW neuartige, aufschraubbare Dehnungsaufnehmer entwickelt und hinsichtlich ihrer Eignung für die Prozessüberwachung von Schleifprozessen untersucht. Die Ergebnisse zeigen weitgehendes Potenzial insbesondere für die Überwachung des Schleifscheibenzustands.
Eine etablierte Größe für die Prozessüberwachung ist die Prozesskraft. In der Forschung werden Prozesskräfte häufig direkt mit hochsensitiven Kraftmessplattformen erfasst. Diese haben jedoch auch Nachteile: Sie reduzieren die Maschinensteifigkeit, haben hohe Anschaffungskosten und schränken die Aufspannmöglichkeiten ein. Alternative Überwachungsansätze greifen auf maschineninterne Signale wie den Motorstrom zurück, um auf die Prozessbedingungen zu schließen. Diese sind in der Regel stark verrauscht und für ein präzise Analysen nur bedingt geeignet.
Die strukturintegrierte Kraftmessung wurde am IFW bereits erfolgreich für Dreh- und Fräsprozesse umgesetzt. Die Übertragung auf Schleifmaschinen stellt jedoch besondere Anforderungen: Aufgrund der hohen Maschinensteifigkeit sind die auftretenden Dehnungen sehr gering und damit schwer messbar. Zudem sind bisherige Ansätze mit aufwändigen konstruktiven Anpassungen verbunden gewesen, die ein Nachrüsten in Bestandsmaschinen verhindern.
Um diese Herausforderungen zu lösen, wurden im Projekt Kraftmaschine aufschraubbare Sensormodule auf Basis von Halbleiter-Dehnungsmessstreifen entwickelt. Die Module ermöglichen die Messung kleinster Oberflächendehnungen direkt an der Maschinenstruktur und lassen sich mit minimalem Anpassungsaufwand – lediglich durch das Einbringen von jeweils zwei Gewindebohrungen – nachrüsten.
Die entwickelten Sensormodule wurden in einer Flachschleifmaschine und in einer Werkzeugschleifmaschine integriert und in Schleifversuchen auf ihre Eignung hin untersucht. Dabei hat sich gezeigt, dass die Prozesskraft in einer vergleichbaren Güte wie mit einer Kraftmessplattform erfasst werden kann. Zudem zeigte sich, dass die notwendige Kalibrierung der Sensoren innerhalb einer Maschine prozessübergreifend übertragbar ist, beispielsweise vom Tiefschleifen zum Pendelschleifen. Die damit umgesetzte Sensorisierung ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung der Schleifprozesse. Anhand der gemessenen Signale konnten der fortschreitende Schleifscheibenverschleiß, ein Lagerschaden sowie die Verwendung eines ungeeigneten Halbzeuges zuverlässig erkannt werden.
Das Projekt wurde im Rahmen der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) durch ein breit aufgestelltes Firmenkonsortium begleitet. Firmen aus den Bereichen der Schleifmaschinenhersteller, der Schleifwerkzeughersteller, der Prozessüberwachung und der Lohnfertigung haben durch ihre fachliche Expertise und Unterstützung die Projektdurchführung maßgeblich begünstigt und ermöglicht. Gleichzeitig konnten sie direkt von den gewonnenen Erkenntnissen profitieren und diese in ihren betrieblichen Alltag integrieren.
Weitere Informationen:
Dennis Kowalke
E-Mail: kowalke@ifw.uni-hannover.de
