Machines, waarmee grote onderdelen worden geproduceerd, verliezen door temperatuurschommelingen aan nauwkeurigheid. Al een paar graden afwijking kunnen de machine en het onderdeel zodanig vervormen, dat het resultaat onbruikbaar wordt. Tot nog toe zorgden uitgebreide en dure aircosystemen ervoor, dat de moeilijk controleerbare uitzetting door warmte onder controle bleef. Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT bewandelt nu samen met de projectpartners SHW Werkzeugmaschinen en SHW Bearbeitungstechnik een andere weg.
Met een nieuwe meettechniek verzamelen ze de veranderingen aan de machine en het onderdeel en kunnen dit tijdens het lopende productieproces compenseren. Dat bespaart aanmerkelijk op de bedrijfskosten voor klimaatbeheersing, omdat de machine onafhankelijk van de omgevingstemperatuur zeer nauwkeurig werkt.
Circa 75% van alle productie fouten bij onderdelen zijn terug te voeren op temperatuurschommelingen, vooral bij grote onderdelen en overeenkomstige grote machines, omdat de uitzetting door warmte over een grotere lengte duidelijk merkbaar wordt. Een gebruikelijke oplossing was het om de machine en de omgeving op een constante temperatuur te houden. Door een constante temperatuur kan de vervorming van de machine al op voorhand worden vermeden.
Deze methode functioneert echter alleen naar tevredenheid, als zowel de klimaatbeheersing als de machine continu in werking zijn. Anders kan het behoorlijk lang duren voordat weer een stabiele toestand wordt bereikt. Bovendien vraagt het op temperatuur houden van de machines nogal wat energie.
Het doel van Fraunhofer IPT en SHW binnen het onderzoeksproject ‘EPSIS – Energieeffizienz und Präzision durch strukturintegrierte Sensorik’ bestaat daarom in het stabiliseren van de nauwkeurigheid van de machines ook zonder kostbare klimatisering.
Goedkope sensoren vervangen dure airco
Hiervoor wordt de vervorming van de machine door een veelvoud van geïntegreerde sensoren continu bewaakt. Een wiskundig model, waarin de data verder worden verwerkt, vormt de basis voor een benaderende voorspelling van fouten, die aan het onderdeel zouden kunnen ontstaan. Als deze fouten bekend zijn, kan de machine de bewerking overeenkomstig aanpassen en zo de fouten compenseren. Als de vervorming van de machine continu wordt bewaakt en berekend, kan de machine zelfs volledig zonder klimaatbeheersing nauwkeurig werken. De gebruikers van de machines kunnen op deze manier met de toepassing van het sensorsysteem ook nog op een aanzienlijk deel van hun bedrijfskosten besparen.
Goedkoper en nauwkeurig
Bij de ontwikkelingspartner SHW Werkzeugmaschinen werd hiervoor een meetsysteem geïnstalleerd, waarmee de uitzetting van een 20 m lang machine bed direct kan worden opgenomen. Het systeem geeft aan, hoe het machine bed bij verschillende temperaturen werkt. De nauwkeurigheid van de metingen is te vergelijken met die van een laserinterferometer en zoals het er naar uitziet voor een schijntje van de kosten.
De eerste testseries onder de gebruikelijke omstandigheden bij de productie van grote onderdelen toonden al aan, dat invloeden van buitenaf, zoals trillingen of olienevel, geen negatieve invloed hebben op het meetresultaat. Het nieuwe meetsysteem zou daarmee voldoende robuust zijn voor de industriële toepassing. Bij de volgende stap willen de onderzoekers uit Aken gedetailleerd vaststellen, hoe aan de hand van de verkregen data de positioneerfouten van de machine-as kunnen worden gecorrigeerd. Het doel is, om automatisch de productiefouten te compenseren, die ontstaan door de vervorming van de machinecomponenten. Bovendien moeten andere sensorsystemen worden geïnstalleerd, om een nog completer beeld van de totale machine te krijgen.
Het KMU-innovativ-Verbundprojekt ‘Energieeffizienz und Präzision durch strukturintegrierte Sensorik’ wordt door het ministerie van onderwijs en onderzoek (BMBF) gesubsidieerd.
