Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
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Maschinengenauigkeit steigern

Wir optimieren das geometrische, thermische und dynamische Verhalten Ihrer Maschine und entwickeln individuelle Lösungswege.

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Intelligent nachrüsten

Retrofitting alter Maschine einfach gemacht. Lassen Sie Ihre alten Maschinen schnell und effektiv retrofitten und erreichen Sie moderne Genauigkeiten.

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Maschinencharakterisierung: Identifikation, Analyse und Optimierung von Maschineneigenschaften

Die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen ist von hoher Bedeutung für die Fertigung qualitativ hochwertiger Produkte, die Anwendung in verschiedenen Branchen wie der Automobiltechnik, der Luft- und Raumfahrttechnik oder der Medizintechnik finden.

Mithilfe von Werkzeugen der Maschinencharakterisierung lassen sich die geometrischen, statischen, thermischen und dynamischen Maschineneigenschaften identifizieren, analysieren und optimieren. In langjähriger Forschungsaktivität zu diesem Thema hat sich das Fraunhofer IPT ein umfassendes Know-how erarbeitet und verfügt heute über eine große Auswahl an modernen Messmitteln zur Untersuchung unterschiedlicher Maschinentypen und -kinematiken.

Moderne Messinstrumente: Der Schlüssel zur hochgenauen Maschine

Geeignete Messmittel helfen, Fehler zu identifizieren: Profitieren Sie von einer Vielfalt an Messinstrumenten, die Ihnen für jeden Fall das richtige Werkzeug an die Hand geben. Werfen Sie einen Blick in unser Messmittelportfolio!

Tiefes Prozessverständnis schafft Lösungen

Bei Bauteilabweichungen wissen Maschinenanwenderinnen und -anwender häufig nicht, welche Ursache dem Problem zu Grunde liegt. Gemeinsam mit unseren Kunden entwickeln wir Methoden, um eine hohe Maschinengenauigkeit zu gewährleisten. Dabei unterstützen wir sowohl Maschinenanwender bei der Prozessoptimierung als auch Sondermaschinenbauer und Maschinenhersteller bei der Entwicklung hochgenauer Werkzeugmaschinen.

Unsere Kunden-spezifischen Leistungen im Überblick

  • Maschinencharakterisierung & Optimierung als Dienstleistung (Umfassende vor Ort Analyse)
  • Softwarelösungen & Schulungen zur dauerhaften Befähigung des Kunden
  • Lizensierung der Optimierungsmethoden für Maschinenhersteller

Genauigkeitsoptimierung leistungsfähiger Produktionsmaschinen

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Geometrie

Geometrische Abweichungen von Werkzeugmaschinen entstehen durch toleranzbedingte Abweichungen von Soll-Geometrien, Verschleiß und montagebedingte Fehler. Eine gezielte Maschinenkalibrierung kann diese Fehler reduzieren. Wir verfügen über das technische Know-How sowie das messtechnische Equipment, um hochgenaue Kalibrierungen durchzuführen, die sich automatisiert in Ihren Produktionsprozess einbetten lassen. So erreichen Sie schnell und kostengünstig den optimalen Betriebszustand Ihrer Werkzeugmaschine.

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Thermik

Thermische Instabilität ist die häufigste Fehlerquelle für mangelhafte Bauteile und Ausschuss in der Produktion. Konventionelle Lösungen messen Temperaturunterschiede und leiten dadurch indirekt die TCP-Verlagerung (Tool-Center-Point-Verlagerung) ab. Das System des Fraunhofer IPT geht den direkten Weg und erspart Ihnen modellbedingte Informationsverluste. Wir können die Verformungen der Maschinenstruktur direkt und parallel zum Prozess messen und daraus die räumliche TCP-Verlagerung berechnen. Das Sensorsystem kann individuell an Ihre Fräs-, Dreh- oder Schleifmaschine und an Sondermaschinen angepasst werden.

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Dynamik

Wir unterstützen Unternehmen bei der Analyse und Optimierung des dynamischen Maschinenverhaltens, einschließlich Schwingungsverhalten, dynamischer Steifigkeit, Dämpfungseigenschaften und Betriebsgeräuschen. und verbessern so die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer Ihrer Maschinen. Dafür führen wir Frequenzgang- und Modalanalysen durch und nutzen Simulationen zur Untersuchung der Maschinenstruktur.

Produkte und Forschungsdienstleistungen

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Retrofit vBox

Unser kompaktes System zur Datenerfassung (DAQ), die vBox, bietet die Möglichkeit verschiedene handelsübliche Sensoren zentral anzuschließen und aggregierte Daten in Echtzeit zu speichern. An der etablierten BNC-Schnittstelle lassen sich Positionsdaten und weitere analoge Signale erfassen. Die hohe Kompatibilität und der simple Messaufbau bilden ein effizient nachrüstbares Retrofit-Konzept für bestehende Maschinen. Durch vielfältig konfigurierbare Software mit zahlreichen Schnittstellen (MQTT, OPC UA, InfluxDB, …) lassen sich alle gängigen Plattformen und Frameworks anbinden.

 

Digitaler Zwilling

Moderne Messysteme erfassen Kräfte, Ströme und Beschleunigung sowie Positions- und weitere Maschinendaten. Heute gelingt es uns, ein genaues digitales Abbild des zu fertigenden Werkstücks über den gesamten Produktionsprozess hinweg zu erschaffen, effektiv und übersichtlich dazustellen und bei Bedarf erneut abzurufen. Die Qualitätsprüfung anhand des digitalen Zwillings erlaubt es, die Qualität der gefertigten Werkstücke bereits im laufenden Prozess zu überprüfen und frühzeitig zu erkennen, wann Nachbearbeitung erforderlich sein wird. 

digitale Zwillinge nutzen
 

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R-Test

Das Fraunhofer IPT hat es sich zur Aufgabe gemacht, relevante geometrische Abweichungen von 5-Achs-Maschinen effizient, kostengünstig und schnell zu identifizieren: Mit dem sogenannten Chase-the-Ball-Verfahren (R-Test) können alle Maschinenabweichungen gleichzeitig identifiziert werden.

R-Test angewendet

Dissertationen und Veröffentlichungen

Zeitschriftenaufsatz

M. Dehn, F. Plum, N. Bertaggia, S. Neus, D. Zontar und C. Brecher, »Modeling the thermal machine tool error during cooling lubricant usage,« Procedia CIRP, Jg. 120, S. 1179–1184, 2023, doi: 10.1016/j.procir.2023.09.145 .

Zeitschriftenaufsatz

N. Bertaggia, F. Tzanetos, D. Zontar und C. Brecher, »Investigation of thermally induced TCP-displacement under load of the machine axes in different areas,« Procedia CIRP, Jg. 107, S. 600–604, 2022, doi: 10.1016/j.procir.2022.05.032 .

 

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Dissertation

Schäfer, C.: Signaltechnische Voraussetzungen und Analyseverfahren zur Überwachung von Präzisions- und Ultrapräzisionsbearbeitungsverfahren. Diss. RWTH Aachen, 2013

 

Dissertation

Flore, J.: Optimierung der Genauigkeit fünfachsiger Werkzeugmaschinen. Diss. RWTH Aachen, 2016

Ein Blick in unser Messmittelportfolio

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Die Trinity Probe ist ein kabelloser Messkopf, der mit drei Wirbelstromsensoren ausgestattet und in der Lage ist, die Abweichungen des Arbeitspunkts der Werkzeugmaschine bezüglich einer Messkugel dreidimensional zu erfassen. Damit bietet dieses Gerät die Möglichkeit innerhalb einer kurzen Messdauer einen großen Bereich des Arbeitsvolumens der Werkzeugmaschine zu vermessen. Wir führen sowohl statische als auch dynamische Messungen durch, um die geometrischen sowie thermischen Maschineneigenschaften zu erfassen. 

Laserinterferometer

Beim Messen geometrischer Abweichungen einer Werkzeugmaschine setzen wir auf ein Laserinterferometer: Mit den vorhandenen Messsystemen und Optiken können wir sowohl Positionierabweichungen als auch Geradheits-Abweichungen, winklige Abweichungen einer Linearachse und Rechtwinkligkeiten der Bewegungsachsen identifizieren.

PSD-Laserinstrument

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Bei Gradheitsabweichungen einer Linearachse kann das Position-Sensitive-Device (PSD) gemeinsam mit einem Laser eingesetzt werden. Der Vorteil ist die einfache Anwendung und der geringe Installationsaufwand, der eine schnelle und robuste Messung erlaubt.

Laser Tracer

Zur Charakterisierung von Maschinen mit höchster Genauigkeit setzen wir den »Laser Tracer« der Etalon AG ein. Mit seiner selbstnachführenden Funktion verfolgt der Laser Tracer die Optik, um Abstandsänderungen eines Objekts dreidimensional abzubilden. Einsatzbeispiele sind die vollständige Kalibrierung von 3-Achs- und 5-Achs-Werkzeugmaschinen mit unterschiedlichen Achskonfigurationen und die Abnahme und Prüfung von Koordinatenmessmaschinen nach ISO 10360.

Spindle Error Analyzer

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Um Genauigkeiten rotierender Spindeln zu erfassen, kommt der »Spindle Error Analyzer« zum Einsatz: In hoher Frequenz wird die genaue Position einer Kugel am Werkzeug durch Sensoren aus unterschiedlichen Richtungen gemessen. Außerdem kann das thermische Verhalten der rotierenden Spindel analysiert werden.

Double Ball bar

Um das Bahnverhalten von zwei Bewegungsachsen abzustimmen, setzen wir den »Ballbar« ein: Mit dem Kreisformtest können geometrische und dynamische Abweichungen der Maschinen sehr schnell gemessen, defekte Maschinenelemente und fehlerhafte Einstellungen identifiziert sowie Kompensations- sowie Steuerparameter optimiert werden. Der Ballbar unterstützt in Kombination mit zusätzlichen Instrumenten umfangreiche Analysen durch den Kreisformtest in drei Radien (50 mm, 150 mm und 300 mm).

Multifunktionsmesseinheit für Modal- und Frequenzganganalysen

Zur Analyse des dynamischen Maschinenverhaltens kooperieren wir eng mit dem Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen. Dadurch erhalten wir Zugriff auf weitere Messmittel und umfassendes Know-how, das uns eine noch vielseitigere dynamische Charakterisierung von Maschinen ermöglicht.

Thermographiekamera

Mit der Thermographiekamera lässt sich die Oberflächentemperatur eines Objekts messen und auf einem integrierten Display dargestellen. Auf Basis der Messdaten lassen sich das thermische Verhalten der Maschine und die zugehörigen Prozesse analysieren.