Trends & Innovationen

Qualität bis zum Endprodukt

22.06.2010

Optische Verfahren: Berührungsloses Messen entwickelt sich zum unverzichtbaren Bestandteil der Qualitätssicherung. Das gilt insbesondere für das Blechumformen. Hier orientieren sich die optischen Analyseverfahren von GOM an spezifischen Herstellungsabläufen. Ziel ist, in allen Schritten mehr Prozesssicherheit zu erzielen.

Von der Ermittlung der Blechkennwerte über die Beschleunigung von Werkzeugbau, dem Try-Out und der dynamischen Analyse von Pressmaschinen bis hin zur serienbegleitenden Produktionskontrolle können optische Messsysteme für eine durchgängige Qualitätssicherung vom Coil bis zum Endprodukt lückenlos ineinandergreifen. Zur Optimierung der Konstruktion von Blechwerkzeugen wird der Umformprozess in speziellen Simulationsprogrammen getestet. Falsche Eingangsparameter in der Simulation können dabei zur Herstellung schlecht ausgelegter Umformwerkzeuge führen, mit denen die angestrebte Form des Blechteiles nicht erzeugt werden kann.

Zur Entwicklung eines funktionierenden Werkzeug-Layouts mit guten Wirkflächen ist für die erfolgreiche Simulation des Umformprozesses die genaue Kenntnis der Materialeigenschaften und Kennwerte wichtig. GOM kann den ersten grundlegenden Schritt mit der Ermittlung von zuverlässigen Blechkennwerten unterstützen und so die Grundlage für eine fundierte Prozessoptimierung liefern. Per flächenhafter Dehnungsmessung mit Sensoren wird neben der Fließspannung auch die Grenzform­änderungskurve (FLC) des Materials ermittelt. So wird eine sichere Grundlage für die bauteilgerechte Konstruktion (CAD) und eine realistische Simulation (CAE) geschaffen.

Maschinenlaufzeiten reduziert
Wenn Artikel- und Werkzeuggeometrie freigegeben sind, soll möglichst schnell ein funktionierendes Werkzeug gefertigt werden. Bei der CNC-Fertigung von Werkzeugen aus Gussrohlingen ermöglicht die mobile 3D-Digitalisierung eine Reduzierung der Maschinenlaufzeiten um bis zu 50 Prozent. Die Messung der tatsächlichen Rohlingskontur erlaubt sowohl die flächige Aufmaß-Kontrolle als auch die schnelle Ausrichtung auf der Fräsmaschine. Störkonturen werden frühzeitig erkannt, so dass Werkzeugbruch verhindert wird und die Fräsbahnen ohne zeitraubendes Luftfräsen optimal berechnet werden.

Beim Einarbeiten von Blechumform-Werkzeugen soll das komplexe Zusammenspiel von Material, Werkzeug und Pressmaschine in möglichst kurzer Zeit realisiert werden. Konnten Blechteile aus zeitlichen Gründen bisher mit taktilen Messmaschinen nur an wenigen Stellen geprüft werden, ermöglicht die 3D-Digitalisierung eine vollflächige Form- und Maßanalyse mit kompletten Mess- und Prüfberichten. Die übersichtliche Darstellung der Abweichung zwischen Soll-Zustand im CAD und Ist-Zustand der Messdaten ermöglicht die schnelle Lokalisierung von Problemen und die Untersuchung ihrer Ursachen.

Neben der Inspektion von Flächen schafft die 3D-Digitalisierung weitere Vorteile beim Messen scharfkantiger Merkmale. Spezielle Algorithmen ermöglichen es, Merkmale wie Lochbildmuster sowie Beschnitt- und Auffederung an Randkanten mit Subpixel-Genauigkeit präzise zu kontrollieren.

Die korrekte Geometrie zur Einhaltung von optischen Anforderungen und spannungsfreiem Einbau sind in der Umformung ebenso entscheidend wie die Erkennung von Materialdefekten. Per flächenhafter 3D-Form­än­de­rungs­ana­lyse werden umformbedingte Materialdefekte gefunden, bevor sie das menschliche Auge sieht. Anhand materialtypischer Blechkennwerte (FLC) können nun Materialbereiche detektiert werden, die überdehnt oder aufgrund zu starker Blechdickenabnahme bedenklich geschwächt sind.

Weniger Wiederholungen
Diese Möglichkeiten sorgen dafür, dass mit gezielter Ursachenanalyse im Try-Out wesentlich weniger Iterationen erforderlich sind. Die umfassende Qualitätskontrolle mittels optischer Messtechnik führt zu erheblich kürzeren Produktionsanlaufzeiten und erhöht gleichzeitig die Bauteilsicherheit. Die schnelle flächenhafte 3D-Koordinatenmesstechnik von GOM archiviert zuverlässig alle manuellen Änderungen während der Werkzeugerprobung. Die Systeme können daher nicht nur im Messraum, sondern auch mobil im Werk sowie im rauen Produktionsumfeld eingesetzt werden. Die Atos-STL-Polygonnetze sind eine präzise Datenbasis, um Werkzeug-CAD-Daten via Reverse Engineering auf den aktuellen Stand zu bringen. Im Fall von Werkzeugbruch ist auf Basis der 3D-Messdaten das direkte Kopierfräsen auch ohne Flächenrückführung möglich.

Die schnelle Digitalisierung bietet auch bei Wartung und Instandhaltung Vorteile. Dazu zählt neben der sicheren Archivierung manueller Änderungen auch das Spiegeln von Werkzeugen. Wirkflächen können ohne Ausbau des Werkzeugs aus der Presse auf Verschleiß kontrolliert werden. Die Abschätzung von Lebensdauer und Werkzeugstandzeiten lässt sich damit genauso verbessern wie die Planung von Reparaturen.

Ebenso ist eine Online-Bewegungsmessung zur dynamischen Analyse des Pressvorganges möglich. So können etwa Aussagen über Maschinensteifigkeit, über Vibrationen und Schwingungen sowie über Verkippungen von Stößel oder Presstisch gemacht werden. Hier trägt die Optimierung der Parameter von Umformmaschinen wie Pressdruck, Niederhalterkräfte und Geschwindigkeit zur Erhöhung der Werkzeugstandzeiten und zur Reduzierung von Wartungs- und Instandhaltungskosten bei.


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