Intelligente Sensorik für Werkzeugmaschinen

Maschinenintegrierte, adaptive Prozessregelung mit dem multisensorischen Werkzeughalter

Die Leistungsfähigkeit von Werkzeugmaschinen beruht in starkem Maße auf hochentwickelten elektromechanischen Baugruppen. Intelligente eingebettete Systeme haben hier bisher allerdings noch wenig Einzug gehalten. Der Sensoreinsatz beschränkt sich meist auf grundlegende Sicherheitsfunktionen oder auf die automatische Einmessung von Werkzeug und Werkstück. Dazu dient in der Regel eine zentralisierte Informationsverarbeitung, in der alle Signale gesammelt erfasst und analysiert werden.

Eine adaptive Produktion lässt sich jedoch erst erreichen, wenn autonome sensorgestützte Systeme in Werkzeugmaschinen integriert werden. Denn dann können Maschinen und Anlagen auch bei wechselnden Bedingungen den Produktionsprozess optimal steuern. Durch eine höhere Sensordichte gelingt es schon jetzt, eine breite Informationsbasis zu schaffen, mit der die eingebetteten Systeme prozessregelnde Aufgaben übernehmen können.

So arbeitet das Fraunhofer IPT an intelligenten Sensorsystemen, die relevante Prozess- und Produktinformationen prozessnah in der Maschine erfassen und Regelungssystemen zur Verfügung stellen können. Eine zentrale Herausforderung ist hier noch die prozessnahe Informationsverarbeitung, also die Überführung der Rohdaten in konkrete Informationen über Prozesskräfte oder Schwingungen.

Im Forschungsprojekt »Sens4Tool« entwickelt das Fraunhofer IPT beispielsweise gemeinsam mit mehreren Industrieunternehmen einen multisensorischen Werkzeughalter, der die Messgrößen Kraft, Momente, Schwingungen und Werkzeugtemperatur direkt im Fertigungsprozess erfasst. Zusätzlich zu den Sensoren wird eine Baugruppe zur Datenverarbeitung in den Werkzeughalter integriert. So lassen sich aus den Rohdaten schon im Werkzeughalter interpretierbare Informationen gewinnen, beispielsweise über Werkzeugverschleiß oder Materialfehler im Bauteil. Auf diese Weise können die erforderlichen Informationen dem übergeordneten Regelungssystem schneller und effizienter bereitgestellt werden.