Quality Automation – Success Story – Hochpräzise automatische Laserabtastung von Kernringen– Anlage

Success Story

Hoch­prä­zi­se auto­ma­ti­sche Laser­ab­tas­tung von Kernringen

Die Anbindung eines MATLAB-Scripts an Beckhoff TwinCAT 3 ermöglicht die komplexe Analyse der großen Datenmengen.

Ver­bes­se­rung der Qua­li­täts­si­che­rung durch neu­es, auto­ma­ti­sier­tes Messsystem

Der Kern­ring ist eine Kom­po­nen­te bei der Her­stel­lung eines Auto­rei­fens, des­sen feh­ler­haf­te Abmes­sung und Unrund­heit sich auf die Halt­bar­keit und Sta­bi­li­tät des Rei­fen aus­wir­ken und zu höhe­rem und unre­gel­mä­ßi­gem Ver­schleiß füh­ren kön­nen. Das bis­her von unse­rem Kun­den ein­ge­setz­te Gerät war nicht in der Lage, die Geo­me­trie des Kern­rings zuver­läs­sig zu erfas­sen. Ziel des Pro­jekts war daher die Neu­ent­wick­lung eines auto­ma­ti­sier­ten Mes­sys­tem, wel­ches alle rele­van­ten Daten des Kern­rings erfas­sen und ana­ly­sie­ren kann und für ver­schie­de­ne Kern­ring­durch­mes­ser ver­wend­bar ist. Die auf­ge­nom­me­nen Daten und Ergeb­nis­se soll­ten für eine durch­gän­gi­ge Qua­li­täts­si­che­rung an eine über­ge­ord­ne­te Soft­ware wei­ter­ge­lei­tet werden.

Mecha­ni­sche und pro­gramm­tech­ni­sche Herausforderungen

Für die Mess­ma­schi­ne wur­de zunächst ein völ­lig neu­es Kon­zept ent­wi­ckelt. Eine beson­de­re Her­aus­for­de­rung stell­te die wucht­freie Lage­rung und gleich­mä­ßi­ge Bewe­gung des Kern­rings durch einen dreh­ba­ren Tel­ler und die gleich­zei­ti­ge prä­zi­se Abtas­tung der Geo­me­trie dar. Um den Kern­ring in einem Durch­gang kom­plett ver­mes­sen zu kön­nen, muss die Mess­ma­schi­ne den Kern­ring voll­stän­dig an den Sen­so­ren vor­bei bewe­gen. Wäh­rend der Dre­hung wer­den mit­tels hoch­ge­nau­er Laser­tri­an­gu­la­ti­ons­sen­so­ren bzw. Abschat­tungs­sen­so­ren der Innen- und Außen­ra­di­us, sowie die Höhe, gekop­pelt an die aktu­el­le Win­kel­po­si­ti­on der Dreh­tel­lers, auf­ge­nom­men. Hier­bei ent­ste­hen in weni­gen Sekun­den tau­sen­de Mess­wer­te, deren Ana­ly­se sich auf­grund der Daten­men­ge und der auf­wän­di­gen mathe­ma­ti­schen Ite­ra­ti­ons­ver­fah­ren als zu kom­plex und rechen­in­ten­siv für eine SPS-Soft­ware herausstellte.

Hoch­prä­zi­se mecha­ni­sche Fer­ti­gung und MATLAB-Integration

Unser Part­ner­un­ter­neh­men Hil­le Engi­nee­ring GmbH wur­de mit der mecha­ni­schen Fra­ge­stel­lung betraut und ent­wi­ckel­te eine Lösung, wel­che eine gleich­för­mi­ge Rota­ti­on des aus­ge­wuch­te­ten Dreh­tel­lers und damit des Kern­rings ermög­licht. Qua­li­ty Auto­ma­ti­on GmbH über­nahm die Elek­tro­kon­struk­ti­on, Elek­tro­in­stal­la­ti­on und Soft­ware­ent­wick­lung des Sys­tems. Für den Antrieb des Dreh­tel­lers wur­de ein Beck­hoff Antrieb bestehend aus Ser­vo­mo­tor und Getrie­be ein­ge­setzt. Die Steue­rung wur­de auf einem Beck­hoff IPC mit Beck­hoff Twin­CAT 3 umge­setzt. Für die Abtas­tung des Kern­rings mit einer Genau­ig­keit von 10 μm wur­den ein Laser­mi­kro­me­ter zur Mes­sung der Höhe und zwei Laser­weg­sen­so­ren für die Auf­nah­me von Innen- und Außen­ra­di­us von Micro­Ep­si­lon ein­ge­setzt. Die auf­ge­nom­me­nen Daten­punk­te wer­den in der Steue­rung mit den Posi­ti­ons­da­ten gekop­pelt und als CSV-Datei abge­legt. Par­al­lel zur eigent­li­chen Anla­gen­steue­rung wur­de ein MAT­LAB Script ent­wi­ckelt, wel­ches im Pro­zess von der Steue­rung gestar­tet wird. Das Script liest die expor­tier­ten Daten ein und über­nimmt die kom­ple­xen Berech­nun­gen des mini­ma­len, mitt­le­ren und maxi­ma­len Radi­us, des opti­schen Durch­mes­sers, des Umfangs, der Rund­heit und Defor­ma­ti­on. Die Ergeb­nis­se wer­den wie­der­rum in ver­schie­de­nen Datei­en abge­legt und von der Beck­hoff Steue­rung ein­ge­le­sen. Auf der Panelober­flä­che wer­den die Ergeb­nis­se für den Bedie­ner anschau­lich als Wer­te und als Gra­fik dargestellt.

Mes­sys­tem mit Anbin­dung an Qualitätsmanagementsoftware

Das ent­wi­ckel­te Mess­sys­tem lei­tet die Daten und Ergeb­nis­se per OPC UA an die über­ge­ord­ne­te Qua­li­täts­ma­nage­ment­soft­ware QDA wei­ter. Durch leich­te Ände­run­gen der Kon­struk­ti­on und Soft­ware kann das Sys­tem auch zur Ver­mes­sung des Rund­laufs, der Kon­zen­tri­zi­tät oder des Plan­laufs bei­spiels­wei­se von Wel­len, Spin­deln und vie­len wei­te­ren Bau­tei­len aus den Berei­chen Auto­mo­ti­ve, Maschi­nen­bau oder auch Medi­zin­tech­nik ein­ge­setzt werden.

Ansprechpartner
Guido Müller
Guido Müller
Softwareentwickler
Schwerpunkte: Hochsprachenprogrammierung, Datenbanken
Partner

Hille Engineering GmbH & Co. KG

Vennstraße 4
52159 Roetgen
Germany

Website: www.hille-online.com

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