Selbstanpassung auf Basis von Fehlermessungen und Kompensation

Wissenschaftler entwickeln eine in quasi Echtzeit agierende adaptive Steuerung für Werkzeugmaschinen. Das System erleichtert über die Kombination aus Sensoren und einem selbstlernenden Algorithmus eine kostengünstige, qualitativ hochwertige Klein- und Einzelchargenfertigung.

Industrielle Technologien

Bei der Produktion von Kleinserien mechanischer Komponenten bekommt man es oft mit Unwirtschaftlichkeit und der Verschwendung von Rohstoffen und Energie zu tun. Die Prozessparameter werden weitgehend auf Grundlage von Versuch und Irrtum bestimmt und die Fertigungszeit wird durch die Einarbeitung von Kreisläufen aus Qualitätskontrolle und Produktion erheblich verlängert. Somit initiierten Wissenschaftler das von der EU geförderte Projekt "Self optimising measuring machine tools" (Sommact), um neuartige Fertigungshardware und Steuerungssoftware zu entwickeln, mit der eine verbesserte Produktqualität bei wettbewerbsfähigen Kosten realisierbar ist. Sommact bringt drei Innovationen zum Einsatz. Zum Ersten bringen die Wissenschaftler ein neues messtechnisches Konzept zum Messen und Überwachen von Werkzeugmaschinenfehlern und zum Überprüfen bearbeiteter Teile zum Einsatz. Die Messkapazitäten werden in Richtung einer Koordinatenmessmaschine (Coordinate Measuring Machine, CMM) erweitert, um am Arbeitsplatz nachvollziehbare Messungen und die Eingabe hochwertiger Daten in eine selbstlernende Komponente zu ermöglichen. Verbesserte Sensorsysteme sorgen für detaillierte Informationen über die geometrischen Fehler sämtlicher Maschinenbewegungen. Die Fehlerinformationen werden über ein adaptives Steuersystem, das den Maschinenprozess dementsprechend verändert, mit den Umgebungs- und Lastbedingungen kombiniert. Letztlich sammelt ein selbstlernender Algorithmus Wissen über das Maschinenverhalten unter verschiedenen Bedingungen und dessen Beziehung zur Qualität der Teile. Alle Projektziele konnten fristgerecht erreicht werden. In Experimenten wurde vorgeführt, dass das Sommact-System die die Maschinengenauigkeit beeinflussenden Fehler um mehr als 75 % reduzieren kann. Überdies wurden Prüfmöglichkeiten während der Fertigung geschaffen, die bisher nur bei CMM-Maschinen verfügbar waren. Die Nachverfolgbarkeit wird durch neuartige kalibrierte Referenzartefakte sichergestellt. Sommact hat einen wertvollen Werkzeugsatz zur Messung fehlerhafter Maschinenbewegungen mit sechs Freiheitsgraden bereitgestellt, was im totalen Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik steht, der ein Positionssensorsystem mit einem Freiheitsgrad hergibt. Fast das gesamte Toolkit kann bei den vorhandenen Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Die Aktualisierung volumetrischer Kompensationstabellen erfolgt in Abhängigkeit von der Eingaben eines Bedieners quasi in Echtzeit. Die Standardisierung der Kompensationsdaten innerhalb der ISO (Internationale Organisation für Normung, International Organization for Standardization) ist im Gange. Letztlich zählen zu den Aktivitäten zur Unterstützung der Entscheidungsfindung die Anwendung von Sofortmaßnahmen, die Anforderung der Neukalibrierung der Maschine bei Verlassen vorhergehend gelernter Szenarien und die Vorhersage des Wartungsbedarfs. Das Sommact-System wird wichtige Verbesserungen bei der Werkzeugmaschinensteuerung und im Punkt Produktqualität auf den Weg bringen. Sommact ist sowohl für den Sektor der Werkzeugmaschinenindustrie als auch die Generaldirektion für Forschung und Innovation (FTE) der Europäischen Kommission als Flaggschiffprojekt und Erfolgsgeschichte empfohlen worden.

SELF OPTIMISING MEASURING MACHINE TOOLS

Selbstanpassung auf Basis von Fehlermessungen und Kompensation

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