Hilfsmittel
© VDI ZRE / Carolin Oelsner
Ökologische und ökonomische Vorteile einer guten QS
Die Qualitätssicherung während und nach der Montage spielt sowohl aus ökonomischer als auch aus Sicht der Ressourceneffizienz eine entscheidende Rolle. Während eine effiziente Qualitätssicherung Zeit und damit Kosten einspart, lassen sich durch die frühzeitige Identifikation fehlerbehafteter Komponenten auf vielfältige Art Ressourcen einsparen. Innerbetrieblich ist es wichtig, defekte Bauteile frühzeitig zu erkennen, um bspw. nicht erst nach der Montage die fehlerhaften Stellen zu erkennen und austauschen zu müssen. Insbesondere wenn eine Demontage nur schwer möglich ist, können Wechsel mit hohen Ressourcenverbräuchen verbunden sein.
Sollten defekte Komponenten nicht identifiziert werden und in die Nutzungsphase gelangen, so kann nicht gewährleistet werden, dass die vorgesehene Nutzdauer eingehalten wird. Neben Ressourcenaufwänden durch Reparatur- und Austauscharbeiten leidet durch ein mangelhaftes Qualitätsmanagement somit auch die Kundenzufriedenheit.
Digitalisierung der Messdatenerfassung
In sämtlichen Schritten der Wertschöpfung können Daten gesammelt werden, die zur Verbesserung der Prozesse führen. Um möglichst weitreichende Erkenntnisse und Zusammenhänge zu gewinnen, empfiehlt es sich, Informationen automatisiert zu erfassen und auszuwerten. Die Digitalisierung spielt hierbei eine entscheidende Rolle.
Sensoren fungieren oft als Startpunkt einer umfassenden Messdatenerfassungskette und haben somit einen unmittelbaren Einfluss auf die Qualität des gesamten Systems. Um präzise Messungen zu gewährleisten, ist es wichtig, spezialisierte Sensoren entsprechend den Anforderungen der jeweiligen Anwendung zu nutzen. Die vollumfängliche Digitalisierung geht allerdings über die Sensoren hinaus und umfasst auch die nahtlose Weitergabe der erfassten Daten. In vielen Fällen befinden sich die Sensoren an Standorten, die eine kabellose Datenübertragung erfordern. Hier kommt das Internet der Dinge (IoT) ins Spiel. Sensoren werden über Technologien wie LoRaWAN oder Mobilfunk mit dem Internet verbunden. LoRaWAN ist eine Abkürzung für „Long Range Wide Area Network“ und bezieht sich auf eine energieeffiziente Funktechnologie mit großer Reichweite, die speziell für das Internet der Dinge (IoT) entwickelt wurde. Die gesammelten Daten werden in der Cloud gespeichert und können schließlich von verschiedenen Endgeräten wie PCs, Tablets oder Mobiltelefonen abgerufen werden.
Die vertikale Integration spielt ebenfalls eine wichtige Rolle. Sie reicht von der Definition des Signals am Sensor bis zur digitalen Aufbereitung der Daten. Im Falle der Messinstrumente können so beispielsweise Druck- oder Temperaturdaten sowie Tolleranzmaße erfasst und analysiert werden.
Folgende Schritte sollten bei der Umsetzung einer digitalisierten Messtechnik beachtet werden:* Gautschi, M. (2021): Messdatenerfassung: In nur 7 Schritten digitalisiert. Digital Engineering Magazin (abgerufen am 15.12.2023).
- Anfangsdatenpunkte/Messorte für eine Proof-of-Concept-(POC-)Initiative bestimmen.
- Geeignete Drucktransmitter gemäß den Anforderungen an Präzision, Medienverträglichkeit und anderen Randbedingungen festlegen.
- Wahl zwischen der Übertragungstechnologie LoRaWAN oder Mobilfunk treffen.
- Die Messstellen mithilfe einer visuellen Darstellung in einer Cloud-Umgebung für mehrere Wochen betreiben und intensiv überwachen.
- Das Messsystem um potenziell kritische Messstellen erweitern und eine gründliche Überwachung möglicher Unstimmigkeiten durchführen.
- Eine automatisierte Datenabgleichung zwischen dem Messsystem und der unternehmenseigenen Cloud implementieren.
- Umfassende vertikale Integration realisieren.
Hybride Messtechnik
Die Anwendung hybrider Messverfahren aus taktiler und optischer Technik hat das Potenzial die Fertigung und Montage deutlich effizienter zu gestalten. Während ein taktiles System üblicherweise zehn bis 15 Minuten für die Messung benötigt, kann eine optische Messung bei der richtigen Einstellung und Kontrolle in wenigen Sekunden abgeschlossen sein. Das erspart häufig auch den Weg in den Messraum. Obwohl optische Verfahren stärker von einer verschmutzten Oberfläche beeinflusst werden als taktile, können diese auch in anspruchsvollen Fertigungsumgebungen eingesetzt werden. Moderne optische Messgeräte sind unempfindlich gegenüber Vibrationen, Öl und Schmutz und haben die Möglichkeit, Maßabweichungen unmittelbar während der Fertigung und Montage zu erkennen, was eine frühzeitige Intervention im Produktionsprozess ermöglicht. Dies trägt zur Reduzierung von Ausschuss und Kosten bei.* Pyper, M. (2022): Optische Messtechnik erobert den Maschinenbau (online). Produktion.de (abgerufen am 15.12.2023).
Am Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen wird daran geforscht, die Vorteile beider „Welten“ zu kombinieren. So wurde ein taktisches Koordinatenmessgerät in Verbindung mit einem Streifenlicht-Projektionssystem kombiniert, um Blisks (Blade Integrated Disks) zu untersuchen. Dank der entwickelten Datenfusion konnte die Messdauer im Vergleich zu zeitaufwändigen Mehrlagenverfahren erheblich verkürzt werden, während gleichzeitig eine vergleichbare Genauigkeit sichergestellt wurde.* Pyper, M. (2022): Optische Messtechnik erobert den Maschinenbau (online). Produktion.de (abgerufen am 15.12.2023).
Optoelektronische Sensoren
Bildverarbeitende Vision-Sensoren bzw. Photodetektoren sind vielfältig einsetzbar. Diese Sensoren enthalten ein komplettes Bildverarbeitungssystem in einem kompakten Gehäuse, inklusive Kamerachip, Optik, Beleuchtung, Prozessor und Schnittstellen.* Lange, P. (2023): Tipps zur Integration von Cobots (online). Ingenieur.de (abgerufen am 02.01.2024).
Sie übernehmen komplexe Komponentenprüfungen schneller und zuverlässiger als Menschen und im Vergleich zu PC-basierten Bildverarbeitungssystemen bieten Vision-Sensoren eine ähnliche Leistung und Präzision. Außerdem sind die Sensoren kompakt, kostengünstig und leicht zu bedienen. Eine mögliche Integration in der Montage kann beispielsweise an Förderbändern oder in Roboterzuführungen erfolgen, um eine 100-prozentige Inline-Kontrolle von Teilen zu ermöglichen.
Ein typischer Anwendungsbereich ist die Fertigung von Kunststoffkomponenten für Autos. Hier übernehmen Vision-Sensoren verschiedene Aufgaben, wie die Qualitätskontrolle während der Spritzgieß-Fertigung, ein automatisiertes Handling bei der Montage sowie die Identifizierung und Rückverfolgung von Teilen. Die Sensoren überwachen die Bauteilgeometrie und erkennen Fehler wie Unterspritzungen, Grate und Farbabweichungen. Sie prüfen auch Einlegeteile, den Werkzeugschutz und erkennen Oberflächenfehler wie Kratzer oder Fremdkörper.
Photodetektoren sind ebenso nützlich in Handling- und Montagesystemen, z. B. beim Zuführen, Sortieren und Aufbereiten von Teilen für Roboter. Sie prüfen Kunststoffteile und Baugruppen auf Vollständigkeit und identifizieren Codes oder Schrift.* Poll, D. (2023): So führt KI durch Montage und Qualitätskontrolle (online). Produktion.de (abgerufen am 02.01.2024).