Prozessüberwachung für die vorausschauende Wartung im Zeitalter von Industrie 4.0

Eine der größten Herausforderungen in der Serienfertigung von Präzisionsbauteilen ist es, den Prozess zu überwachen und so die Bauteilqualität sicherzustellen. Das Fraunhofer IPT hat zu diesem Zweck eine Methode entwickelt, die Bearbeitungsprozesse intuitiv überwacht, Prozesssignale als digitalen Zwilling dreidimensional visualisiert und die Bearbeitung lückenlos dokumentiert.

Predictive Maintenance mit Hilfe von Körperschall

Im Gegensatz zu marktüblichen Systemen zur Prozessüberwachung mittels Körperschall kann die 3D-Prozessüberwachung des Fraunhofer IPT ein weites Spektrum an Einflussfaktoren und Prozessgrößen abbilden. Das System erkennt so, inwieweit ein Werkzeug dem Verschleiß unterliegt und wann es ausgetauscht werden muss. Das Ergebnis ist ein robust laufender Prozess und gleichzeitig eine maximale Auslastung des Werkzeugs. Um die richtigen Daten zu gewinnen, werden besonders kleine und unempfindliche Sensoren in direkter Nähe zum Prozess platzert, zum Beispiel auf einem Werkzeughalter. So können äußere Störsignale unterdrückt und die Messempfindlichkeit gesteigert werden.

Verschiedene Fertigungsprozesse wurden bereits in Forschungsprojekten charakterisiert. Körperschallsignale von Dreh- und Schleifprozessen liefern wertvolle Informationen über den Prozesszustand und erlauben eine lückenlose Dokumentation der Bearbeitung des Werkstücks.

Der Digital Twin zur Qualitätskontrolle

Neben Körperschallsignalen könne analogen Signale wie Kraft oder Beschleunigung synchron zu den Positionsdaten erfasst und dreidimensional abgebildet werden. Anhand eines Digitalen Zwillings, der während der Bearbeitung entsteht, wird eine vorausschauende Prozessüberwachung nach individuellen Bedarf möglich. Darüber hinaus können Werkstücke auf ihre Qualität überprüft werden, ohne die Bearbeitungsmaschine zu verlassen – bei deutlich vereinfachter Nachbearbeitung.

Die vBox als Retro-Fit zur 3D-Prozessüberwachung

Alle Signale und Messwerte werden von der vBox in Echtzeit in angeschlossene Netzwerke eingespeist. Das kompakte System, das am Fraunhofer IPT selbst entwickelt wurde, kann Positionsdaten ebenso wie digitale In- und Outputs mit Sensordaten synchronisieren und eine sofortige und eigenständige Reaktion des Systems gewährleisten. Diese Komponente und der relativ einfache Messaufbau macht die 3D-Prozessüberwachung zu einem nachrüstbaren Retro-Fit-Konzept für bestehende Maschinenparks – ein bequemer Einstig in das Zeitalter der Industrie 4.0 mit enormem Potenzial für die vernetzte, adaptive Produktion.

Ihre Vorteile

• Vollständige Aufzeichnung aller Messdaten in höchster Genauigkeit zur lückenlosen Dokumentation aller Prozessschritte
• Ortsaufgelöste 3D-Visualisierung der Prozesssignale während oder nach dem Bearbeitungsprozess
• Bessere Überwachung durch das Erkennen von prozessindividuellen Mustern anhand relevanter Parameter
• Nachrüstbares Retro-Fit-Konzept für bestehende Maschinen