A103

Prozessstabilität durch automatische Positionserkennung beim Gesenkschmieden

(A103 S 24/25/95)

Laufzeit der Forschungsarbeiten: 1. Januar 1997 – 30. Juni 1998

Die Verbesserung der Produktqualität und der Ausfallsicherheit der Anlagen beim Gesenkschmieden sind wichtige Aufgaben der Schmiedeindustrie. Beide Faktoren sind kostenbestimmend und haben einen erheblichen Einfluß auf die Wettbewerbsfähigkeit dieses überwiegend mittelständischen Industriezweiges.

Da das Einlegen der Vorprodukte und Halbzeuge in die Schmiedewerkzeuge nicht zwangsreproduzierbar ist, liegt hier eine Ursache für Ausschuß und Nacharbeit sowie für den Stillstand der kapitalintensiven Anlagen. Dies trifft insbesondere bei manueller Handhabung zu, aber auch bei automatischen Anlagen besteht die Möglichkeit von Lageabweichungen des Halbzeuges zur Werkzeuggravur.

Die visuelle Fähigkeit des Menschen zur dreidimensionalen Positionserkennung eines räumlichen Gegenstandes sollte daher durch eine automatisch arbeitende Einrichtung ersetzt oder zumindest deutlich unterstützt werden. Die Anlage muß die Position in sehr kurzer Zeit erkennen und beurteilen und im Falle einer "Schlechtlage" ein Signal ausgeben, das zur weiteren Prozeßsteuerung genutzt werden kann. Sie muß bei den typischen Umfeldbedingungen eines Schmiedebetriebes, d.h. bei hohen Temperaturen, Schmutz, usw. im Dauerbetrieb stabil arbeiten können.

Eine technische und wirtschaftliche Vorstudie zu diesem Thema hat deutlich gemacht, daß das beantragte Gesamtprojekt technisch machbar und wirtschaftlich sinnvoll ist. Da die Neuentwicklung eines geeigneten Systems wegen der kurzen Laufzeit des Projektes nicht möglich war, wurde weitgehend auf Marktprodukte zurückgegriffen, die an die speziellen Ziele und Aufgaben der Lageüberwachung im Schmiedeprozeß angepaßt wurden. Anhand eines mit dem begleitenden Arbeitskreis festgelegten Detailpflichtenheftes wurde ein geeignet erscheinendes marktgängiges Gerät zur optischen Überwachung von Schmiedeteilen ausgewählt und nach mehreren Tests beschafft. Das System wurde weiterentwickelt mit Bezug auf die Besonderheiten beim Gesenkschmieden.

Im Rahmen von gezielten Laboruntersuchungen wurden folgende Eigenschaften detailliert untersucht:

Reaktionsgeschwindigkeit
Genauigkeit
Umrechnung Pixel/mm
Kurzzeitstabilität
Temperatureinfluß
Ausgangssignal
Bedienerfreundlichkeit

Das System wurde dann an 6 unterschiedlichen Anlagen in 4 verschiedenen Pilotbetrieben eingesetzt, mit folgenden wesentlichen Ergebnissen:

Das optische System zur Lageüberwachung ist immer dann für den industriellen Einsatz geeignet, wenn aufgrund der Abläufe das Schmiedeteil für einen ausreichend langen Zeitraum beim Vorschmieden zur Ruhe kommt. Das ist bei allen Pressenfertigungen der Fall, nicht jedoch bei der Hammerfertigung, wo der Bediener das umzuformende Teil in einer Zange hält und fortbewegt.

Mit einer oder zwei Kameras ist die Lageüberwachung von Gesenkschmiedeteilen in der Regel möglich.

Die Stabilität, Genauigkeit und Geschwindigkeit des Systems reicht für die gestellte Aufgabenstellung aus, so daß Produktivitätsverluste durch die Überwachungseinheit nicht zu erwarten sind.

I Die Handhabung des Systems sowie das Konzept zur Kalibrierung lassen den sinnvollen Einsatz des Systems auch in kleinen und mittelständischen Betrieben erwarten.

Auf Basis der in den Pilotinstallationen gewonnenen Ergebnissen wurde eine Wirtschaftlichkeitsanalyse durchgeführt. Die Kosten/Nutzen-Abschätzung zeigt, daß bei den drei untersuchten Schmiedelinien ab einer Reduzierung von Ausschuss bzw. Nacharbeit um ca. 15 bis 30% eine Kosteneinsparung durch den Einsatz eines Lageüberwachungssystems erreicht wird.

Zur Beurteilung des Einsatzes von Lageüberwachungssystemen im Gesenkschmiedebetrieb wurde ein Kriterienkatalog erstellt. Er enthält eine Zusammenstellung detaillierter Anforderungskriterien sowie die daraus resultierende Gerätekonfiguration.

Zusammenfassend hat das Projekt folgende Ergebnisse geliefert.

Die technische Realisierbarkeit im Rahmen der geforderten Genauigkeit und sonstigen
umfeldbedingten Anforderungen ist gegeben.

Die Kosten-/Nutzen-Abschätzung zeigt, daß ein an den Schmiedevorgang angepaßtes Lageüberwachungssystem wirtschaftlich anwendbar ist.

Produktqualität und Prozeßsicherheit können mit dem Gerät verbessert werden.

Forschungsstelle 1:
Labor für Massivumformung der Fachhochschule Südwestfalen
http://www4.fh-swf.de/de/home/ueber_uns/standorte/is/fb_m/doz_m/profs_m/herbertz/labore_19/index.php
 
Forschungsleiter 1:
Prof. Dr.-Ing. R. Herbertz
(vorgelegt vom Wirtschaftsverband Stahlumformung e.V. - WSU -, Hagen für Industrieverband Deutscher Schmieden e.V., Hagen)

Das Forschungsvorhaben wurde gefördert von der Stiftung Stahlanwendungsforschung im Stifterband für die Deutsche Wissenschaft e.V

Bezugsquelle Schlussbericht:
bitte wenden Sie sich an die AVIF