Printmagazin TECHNIK und WISSEN - Ausgabe 009

DIE FÜHLENDE MASCHINE
«Die Auswertung der Daten ist eine grosse
Herausforderung. […] Dabei sehen wir,
dass wir hier an die Grenzen der heutigen
Steuerung stossen.»
Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena
steifigkeit nahe am Prozess möglich ist. Dieser Ansatz zur
Kraftmessung ist dabei nicht nur auf eine Komponente
beschränkt. So konnten wir ebenfalls erfolgreich weitere
fühlende Komponenten, wie das Spannsystem, entwickeln.
Sie verwenden in der fühlenden Maschine Dehnungsmessstreifen
statt Kraftsensoren. Weshalb und welche
anderen Sensoren werden sonst noch eingesetzt?
DMS sind im Gegensatz zu herkömmlichen Kraftsensoren
kostengünstig und dadurch für die industrielle Anwendung
sehr attraktiv. Je nach Einsatzgebiet arbeiten wir auch
mit anderen Sensoren, wie Beschleunigungssensoren zur
Ratterdetektion oder auch mit steuerungsinternen Signalen.
Wie viele Sensoren sind momentan im Einsatz in einer
einzigen Maschine?
Die Anzahl der Sensoren variiert von Werkzeugmaschine
zu Werkzeugmaschine. Aktuell sind an den fühlenden
Maschinen am IFW neun Dehnungsmessstreifen angebracht.
Durch eine höhere Anzahl an Sensoren können
natürlich mehr Informationen aus dem Prozess aufgenommen
und Ausfälle einzelner Sensoren besser kompensiert
werden. Dennoch hängt die Anzahl der notwendigen
Sensoren stark von dem konkreten Anwendungsfall
und der verwendeten Werkzeugmaschine ab.
Wie kann man die Datenfülle da noch erfassen und korrekt
auswerten – und dies in Echtzeit?
Die Auswertung der Daten ist eine grosse Herausforderung.
Wir arbeiten mit Filtern und der Berechnung von Merkmalen,
um auch nur die wirklich notwendigen Informationen zu
verarbeiten. Dabei sehen wir, dass wir hier an die Grenzen
der heutigen Steuerung stossen. Die Echtzeitfähigkeit ist ein
Schlagwort: Um diese zu erreichen, arbeiten wir eng mit
Werkzeugmaschinen- und Steuerungshersteller zusammen.
Das gentelligente Werkstück
Was man oft vergisst: Es ist ja nicht nur die Maschine, die
fühlen sollte, sondern auch die Werkstücke. Wie weit ist
man in dieser Beziehung und wie läuft da eine Kommunikation
ab zwischen Werkstück und Werkzeugmaschine?
Wir haben im Rahmen des Sonderforschungsbereichs
«Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus» intensiv daran
gearbeitet und Konzepte entwickelt. Die «fühlende» Eigenschaft
ist dabei nur eine der werkstückinternen Funktionen.
Ein gentelligentes Werkstück trägt die Informationen
für seine Bearbeitung mit sich und sucht sich so selbstständig
den Weg durch die Produktion. Durch die Informationen,
die im Werkstück gespeichert sind, wird eine
bauteilindividuelle Bearbeitung in der Maschine ausgelöst.
Und die Fertigungshistorie kann auch nachverfolgt werden.
Ja, auch dies. Die fühlenden Eigenschaften der Bauteile
ermöglichen es, die gesamte Fertigungshistorie aufzunehmen
und kontinuierlich im Bauteil zu speichern. Im fertigen
Bauteil werden die zur Prozessüberwachung integrierten
Sensoren für die Aufnahme von Belastungen
verwendet. Die so über den Lebenszyklus des Bauteils
gesammelten Informationen fliessen in die Entwicklung
der nächsten Bauteilgeneration ein.
Was in den Labors entwickelt wird, ist eine Sache; am
Markt eine andere. Welche Entwicklungen aus dem IFW
an der fühlenden Maschine sind bereits markttauglich
und vor allem wirtschaftlich sinnvoll?
Von der prototypischen Entwicklung am Institut hin zu einem
industriell einsetzbaren Produkt ist es ein weiter Weg.
Durch die enge Zusammenarbeit mit der Industrie sind wir
hier dennoch schon sehr weit fortgeschritten. Einige unserer
fühlenden Komponenten werden bereits zur Überwachung
von Prozessen eingesetzt. Die intelligente Abdrängungskompensation
auf Basis der fühlenden Komponenten ist bereits
auf dem Weg in die industrielle Anwendung.
Welche Entwicklungsschritte stehen dann momentan an?
Wie eingangs bereits angedeutet, arbeiten wir aktuell
daran, die fühlende Maschine durch den Einsatz moderner
Technologien wie Künstlicher Intelligenz, auch intelligent
zu machen. Bisher haben wir die Informationen aus
dem Prozess vor allem genutzt, um zu reagieren. Jetzt
geht es darum, beispielsweise Prozesszustände vorherzusagen,
um frühzeitig kritische Prozesszustände zu vermeiden.
Aktuelle Forschungsarbeiten beschäftigen sich
zudem mit dem Einsatz von Halbleiter-Dehnungsmessstreifen.
Sie erzielen eine deutlich höhere Sensitivität als
herkömmliche Dehnungsmessstreifen. ››
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