NORDMANN Werkzeugüberwachung

NORDMANN Werkzeugüberwachung
Seit 1989 Erfahrung im Bereich Werkzeugüberwachung und Prozesssteuerung
für alle Arten spanender Werkzeugmaschinen
Unser Programm:
• Universelle, steuerungsunabhängige Werkzeugüberwachung für alle Werkzeugmaschinen
• Steuerungsintegrierte Werkzeugüberwachung für
offene CNC-Steuerungen (Anzeige auf dem NCBedienfeld oder/und Auswertung interner
Antriebsdaten über den Profibus)
• Sensoren zur prozessbegleitenden
Bruchüberwachung auch der kleinsten
Werkzeuge (ab Ø 0,05mm)
• Luftschnittverkürzung für das Schleifen mit der
größten Körperschallsensorpalette
• Ergänzende Werkzeuglängenkontrolle
• Werkstückmaßkontrolle
• Verfahren zur Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit spanender Werkzeugmaschinen
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NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
NORDMANN-Standorte Deutschland und Schweiz
Nordmann GmbH & Co. KG
Nordmann International GmbH
50354 Hürth (Köln), Deutschland
8808 Pfäffikon, Schweiz
• Hauptverwaltung
• Produktion der
Tool Monitore SEM-Modul
Wirkleistungsmessgeräte WLM-3
Schallemissionsprozessoren SEP
• Sensorproduktion
• Sonderanfertigungen
• Vertrieb und Service für südeuropäische Länder
• Vertriebs- und Servicezentrale
• Koordinierung und Belieferung weiterer
Standorte in China, USA, Korea und Indien
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NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Wo Werkzeugüberwachung stattfindet (Beispiele)
Mehrspindelbohrköpfe
Mehrspindeldrehautomaten
Überwachte Werkzeuge
Bearbeitungszentren
CNC-Drehmaschinen
Rundtaktautomaten
Bearbeitete Werkstücke
Abrichten v. Schleifscheiben
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Wälzschleifmaschinen
Transferstraßen
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Referenzen (Beispiele)
Die folgende Liste ist eine kleine Auswahl von Firmen, die auf Werkzeugüberwachungssysteme von Nordmann vertrauen.
Insgesamt haben wir 11.950 Systeme (August 2013) weltweit verkauft. Unser Exportanteil beträgt 35%.
Werkzeugmaschinenhersteller
Werkzeugmaschinenanwender
Buderus
Krause-Mauser
Atlas Copco
Erkert
ITT
Schaeffler (INA)*
Carl Benzinger
Kummer
Audi
EVVA
Keso
Scheufele
Chiron
Magdeburg
Austrian Airlines
FAG
Lego
Schneeberger
Citizen
Meccanicanova
Berger
Fertigungst. Nord
Lucas
SFS
Gildemeister
Mikron
Overbeck
BMW
Fischer Werke
LuK
Siemens
EMCO
Ernst Grob
Pfiffner
BorgWarner
Ford
Mahle
SKF
Eubama
Precitrame
Bosch
Galsterer
MAN B+W Diesel
Spicer
EWAG
Riello
Braun
General Motors
Mesa
Stihl
Hage
Sala
Brueninghaus
Getrag
Motomak
Straumann
Höfler
Schaudt Mikrosa
Burgmaier
Geze
NGK
Textron
Hüller-Hille
Schütte
Christian Weber
GKN
Oberndörfer
Thyssen Guss
Imoberdorf
Siemens
Index
Spinner
Chopard
Häring
Océ
TRW
I.T.S.
Studer
Continental
Harley-Davidson
Oerlikon Enka Tecnica
Viega
Ixion
T-Mech
Daimler *
Heimeier
Opel
Visteon
Kapp
Technica
Danfoss
Hero Honda
Philips
Voss
Ketterer
UVA
Delphi
Hewlett Packard
Quinn Scheuerle
VW *
Klingelnberg
Variomatic
Deutsche Star
Harting
Rexroth Star
Winkhaus
Krause- Mauser
Vimacchine
Deutz AG
Hilti
IFA Rotorion
Röhm
ZF
Witzig & Frank
Dom
*
* Hier steht Nordmann im Pflichtenheft für die Ausstattung neuer Werkzeugmaschinen
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NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Automobilhersteller vertrauen auf Nordmann
Folgende Automobilhersteller haben Nordmann in ihr Lastenheft „Prozessüberwachung“ aufgenommen:
Nordmann wurde ausgewählt auf der Grundlage vergleichender Bewertungen bzgl. Messwertqualität,
Überwachungsstrategie, Bedienbarkeit, Bedienerakzeptanz, Servicebereitschaft und Preis.
Andere Automobilhersteller wie Audi, BMW, Ford und GM (Opel) verwenden ebenfalls Nordmann,
allerdings ohne expliziten Eintrag in ein Lastenheft.
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NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Messwertaufnehmer - Überwachungsgeräte - Visualisierung
Messwertaufnehmer
Digitale
Antriebsdaten
(Drehmoment,
Wirkleistung, Strom)
Visualisierung
Überwachungsgeräte
Profibus
Digitale Messwerte
Tool Monitor SEM-Modul, SEM-Profibus (-Micro)
Tool Monitor SEM-Modul
Flachdisplay
CAN-Bus
Wirkleistung
und Drehmoment
Kraft
Tischgerät
NC-Bedienfeld
(Siemens, Bosch Rexroth, Fanuc u.a.)
USB
Schall und
Schwingung
Werkzeuglängenund Werkstückpositionskontrolle
mit Software SinTerm
Ethernet
Analoge
Messwerte
RS232
Schalttafelgerät
PC mit Software SemTerm
USB
Werkstückmaßkontrolle
Ethernet
RS232
Werkzeugpositionskontrolle
Hutschienengerät
PC Software
SEMTerm
(Backup u.
Upgrade)
Speicherkarte
Compactflash
(Backup)
-6-
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Prozessbegleitende und Postprozess-Werkzeugüberwachung
Prozessbegleitende Werkzeugüberwachung
Postprozess Werkzeugüberwachung
Indirekte Kontrolle während der Zerspanung
über Wirkleistung, Zerspankraft oder Körperschall
Geometriekontrolle der Werkzeugschneide vor
oder nach der Zerspanung mit Tastern, Lichtschranken
oder ähnlichen Einrichtungen
Pro:
- Die Messung verlängert nicht die Produktionszeit.
- Die Maschine wird im Augenblick des Werkzeugbruchs
gestoppt.
- Entlastung des Maschinenbedieners bzgl.
„Ohr am Prozess“
- Erkennen von Prozessfehlern durch das Betrachten der
Messkurven
- Keine zusätzlichen Einbauten (z.B. Schwenktaster)
in Werkzeugnähe erforderlich.
-Verschleißfreie Sensoren.
Pro:
- Zum Teil höhere Brucherkennungssicherheit.
- In der Regel einfache Handhabung.
Contra:
- Die Messung kann die Produktionszeit verlängern.
- Die Maschine wird erst nach dem Werkzeugbruch
gestoppt, d.h. ggfs. Beschädigung des Werkstückes
oder der Maschine oder des Werkzeughalters
infolge beim Bruch auftretender Kräfte.
- Nicht alle Prüfmethoden sind verschleißfrei.
Contra:
- Bietet nicht bei allen Werkzeugen und Brucharten
eine 100% Erkennungssicherheit.
- Teilweise wird der Bruch erst beim Anschnitt des
nächsten Werkstückes bemerkt, z.B. im Fall der
Gewindebohrerbruchkontrolle mit Wirkleistung und
Bruch im Augenblick der Drehrichtungsumkehr.
Faustregel: Werkzeuge primär prozessbegleitend kontrollieren. Kleine Werkzeuge dürfen
auch postprozess kontrolliert werden bzw. müssen teilweise postprozess kontrolliert werden.
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NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Konzept Tool Monitor SEM-Modul/SEM-Profibus
Einer für Alle
Nur ein System mit nur einer Bedienerführung für alle Maschinentypen
- für alle Maschinentypen (z. B. CNC-Drehm., BAZ, Rundtakter, Mehrspindler, Schleifmaschine)
- für alle Sensoren (z. B. Kraft, Leistung, Schall, Laser)
- für alle Überwachungsstrategien (Hüllkurven, statische und dynamische Auswertung etc.)
und als standalone Tool Monitor
Identische Oberfläche
Identische Bedienung
-8-
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Hauptaufgaben der Prozessüberwachung beim
Drehen, Bohren, Fräsen und Schleifen
Werkzeug- und Maschinenschutz
 Werkzeugbrucherkennung
 Werkzeugverschleißerkennung
 Kollisionserkennung
 Unwuchterkennung
Mehr Werkstücke pro Stunde
 Hauptzeitverkürzung durch die Möglichkeit einer gefahrlosen Schnittwerterhöhung
 Luftschnittverkürzung über eine reaktionsschnelle Anschnitterkennung
(Hauptanwendung beim Schleifen)
 Beschleunigung des Arbeitsvorschubes bei geringem Aufmaß
Qualitätssicherung und Ausschussvermeidung
 Erkennung schief, zu kurz, zu lang oder verdreht gespannter Werkstücke
 Erkennung nicht ausreichenden Rohteilaufmaßes
 Maßkontrolle des Fertigteils innerhalb der Maschine
-9-
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Überwachungsstrategien bzw. Grenzwerte zur Überwachung der Messkurven
Hüllkurven
Gerade Grenzen
Kurvenausschnitt
zur Berechnung d.
„Mittleren Höhe“
Gerade Grenze
über der Kurve
Gerade Grenze
unter der Kurve
Kurvenausschnitt
zur Berechnung d.
„Mittleren Höhe“
Grenze über
„Mittlerer Höhe“
Obere
Hüllkurve
Grenze unter
„Mittlerer Höhe“
Mindestgrenze
Untere
Hüllkurve
Anwendung der geraden Grenzen:
Anwendung der Hüllkurven:
 Werkzeugbruchüberwachung
 Exaktere Werkzeugbrucherkennung als mit geraden Grenzen
 Anschnitterkennung (zur schnellen Luftschnittüberbrückung,
insbesondere beim Schleifen)
 Speziell zur Überwachung von Mehrspindelbohrköpfen mit
Wirkleistungsmessung in Verbindung mit der gleitenden
Anpassung der Hüllkurve (Autolearn-Funktion)
 Mindestgrenze zur Kontrolle, ob
Werkzeug vorhanden ist
- 10 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Überwachung auf sprungartige Veränderungen und Welligkeiten
Dynamischer Anteil
Gleichgerichteter dynamischer Anteil
Obere Hüllkurve
Grenze über
„Mittlerer Höhe“
Obere Hüllkurve
Untere Hüllkurve
Anwendung des dynamischen Anteils:
Anwendung des gleichgerichteten dynamischen Anteils:
 Brucherkennung beim Drehen unter Aufmaß- und
Härteschwankungen, wenn ein plötzlicher Messwertanstieg
unbeeinflusst von einem Messwertabfall überwacht werden
soll (z. B. Hartdrehen mit CBN)
 Erkennung des unrunden Laufs eines Fräsers infolge
Ausbruch einzelner Zähne.
 Ratter- und Welligkeitserkennung beim Schleifen.
 Brucherkennung beim Drehen unter Aufmaß- und
Härteschwankungen.
- 11 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Option „Gleitende Hüllkurvenanpassung“ (statt „fixe“ Hüllkurven)
Anwendungsbeispiel Mehrspindelbohrkopf:
Ermöglichung der Bruchüberwachung mehrerer, von einem gemeinsamen Motor
angetriebener Bohrer, mit der Wirkleistungsmessung.
Ursprüngliches Problem: Die Messwerthöhe ändert sich in Folge des Bruches eines
einzelnen Bohrers geringer als durch den Verschleiß aller Bohrer. Dadurch werden fixe
Hüllkurven nicht verletzt.
Lösung: Gleitende Anpassung der Hüllkurvengrenzen von Werkstück zu Werkstück an
die Veränderung der Messkurvenhöhe infolge Werkzeugverschleiß. Damit kann ein viel
geringerer Abstand der Hüllkurve zur Messkurve gewählt werden.
Die Hüllkurve orientiert sich hierbei mit einem prozentualen Abstand (z.B. ± 5 %) an
einer “Gemittelten Messkurve”, die durch Mitteln über jeweils die letzten Werkstücke
gebildet wird.
WLM-3
1. Werkstück
Alle 6 Bohrer scharf
500. Werkstück
Alle 6 Bohrer stumpf
250. Werkstück
Alle 6 Bohrer halb stumpf
1
1
1
2
2
2
2
1
2
+5%
2
1
2
3
-5%
2
1
3
2
hier Bruch!
3
3
502. Werkstück
Alle 6 Bohrer stumpf,
1 Bohrer bricht
3
1
1
1
Fixe Hüllkurven
Gleitende Hüllkurven passen sich kontinuierlich von Werkstück zu Werkstück an.
Gemittelte Messkurve (orange, mit vorübergehender Verbreiterung nach Einwechseln neuer Werkzeuge)
- 12 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Anwendungsbereiche der „Gleitenden Hüllkurve“
im Rahmen der Werkzeugbrucherkennung

Bohrerbrucherkennung in Mehrspindelbohrköpfen mit Wirkleistungsmessung

Ermöglichung der Erkennung kleiner Werkzeugausbrüche, indem der Einfluss des
Werkzeugverschleißes auf die Messkurvenhöhe berücksichtigt wird über die Bildung der „Gemittelten
Kurve“ als Referenz für die Hüllkurven.

Vermeidung von Fehlalarmen nach längerem Stillstand (= Abkühlung der Maschine) dank
zeitabhängiger Aufweitung der Hüllkurve, die sich danach wieder „gleitend“ abbaut.

Bruchüberwachung ab dem ersten Werkstück mit zunächst grobem Grenzwertabstand, der sich
sukzessive von Werkstück zu Werkstück verringert

Bruchüberwachung beim Drehen unter großen Aufmaßschwankungen (Neuberechnung der
Hüllkurve bei jeder Werkstückumdrehung anhand der Messkurve der jeweils letzten
Werkstückumdrehung, anwendbar für Großdrehteile (Wälzlager, Eisenbahnräder) mit
Werkstückdrehzahl max. 200 U/min)
- 13 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Trenddarstellung der Mittleren Höhe (Verschleißentwicklung)
6
[kW]
5
Werkzeug stumpf
Grenze über
Mittlerer Höhe
4
3
2
Mittlere Höhe des
letzten Werkstücks
Neues (scharfes)
Werkzeug
1
0
Um das Verhalten der „Mittleren Höhe“ mit zunehmendem Werkzeugverschleiß besser beurteilen zu
können, kann sie als „Trend“ über der Anzahl der Messungen bzw. Bearbeitungen dargestellt werden. Das
erleichtert die Beurteilung, ob der Messwert „Mittlere Höhe“ z. B. eines Bohrers mit der Anzahl seiner
Bohrungen gleichmäßig ansteigt, oder ob etwa eine Mittelung über mehrere Messungen zugeschaltet werden
muss.
- 14 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Anforderungen an eine Werkzeugüberwachung
Ständiger Konflikt zwischen Bedienerfreundlichkeit und Sensibilität
Bedienerfreundlichkeit (allg. Meinung)
Sensibilität
• Wenige Bedienschritte/ -möglichkeiten
• Gute Messwerte auch bei kleinen Werkzeugen
• Wenige Bedienelemente („Knöpfe“)
• Erkennung kleinster Werkzeugausbrüche
• Wenige Anzeigen (Blackbox ohne Monitor)
• Sichere Verschleißerkennung
• Unabhängigkeit von Werkstoffhärte- oder
Aufmaßschwankungen
- 15 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bedienerfreundlichkeit und Sensibilität „unter einen Hut“ bringen!
Bedienerfreundlichkeit
Sensibilität
• Schnellzugriffstasten für häufig benutzte Funktionen
(bedienerbezogen)
• Auswahl der jeweils optimalen Messtechnik/Sensorik für
die zu überwachenden Werkzeugen
• Bediener- und aufgabenbezogenes Abschalten
(Unsichtbarmachung) unbenötigter Funktionen
• Hüllkurven als Grenzwerte ohne oder mit
automatischer Anpassung an schleichende
Messwertveränderungen (“Gleitende Hüllkurve”)
• Bedienungshinweise über „Tooltips“
• Auswertung statischer und dynamischer Signalanteile
mit jeweils eigenen Messkurven und Grenzwerten
• Messkurvenanzeige zeigt Prozessfehler schon durch
bloßes Hinschauen an
• Grafische Einstellmöglichkeit der Grenzen per Maus, Finger
oder Touchpen am Touchscreen
• Verschleißerkennung mit mittlerer Messkurvenhöhe,
gemittelt über mehrere Werkstücke
• Automatische Grenzwertkorrektur mit dem Quittieren
wiederholt falscher Alarme
- 16 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Einfache Bedienung mit
Pulldownmenüs und Schnellzugriffstasten
Klar strukturierte, bedienerbezogene
Pulldownmenüs. Innerhalb der Menüs
werden alle Einstellungen mit
ausführlichem Klartext erläutert
Bedienerbezogene Schnellzugriffstasten
für häufig benutzte Funktionen
- 17 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Grafische Einstellung der Grenzwert-Hüllkurven am Touchscreen
Vorteile der grafischen Grenzwertkorrektur:
 Partielle grafische Anpassung der Grenze nur an der
erforderlichen Stelle
 Geht einfach und schnell
- 18 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Automatische partielle Grenzwertkorrektur
nach falschen Alarmen
2.) Möglichkeiten der Alarmquittierung
1.) Messkurvenanzeige beim Alarm
1.) Grenzen anpassen?
Bitte wählen Sie aus:
ALARM
Hüllkurve verletzt!
[kW]
6.0
5.0
Spänestau beim Bohren führt
gelegentlich zu Fehlalarmen
am Ende der Messkurve
Die Grenzen sollen unverändert bleiben
Die verletzte Grenze soll sich automatisch
an diesen Alarm anpassen
4.0
3.0
Alle Grenzen sollen sich
an die Messkurve anpassen
2.0
Dieses Programm neu lernen
1.0
0.0
0.0
1.59
3.19
4.78
[sec]
7.97
3.) Ergebnis nach Alarmquittierung
[kW]
50.0
6.0
Vorteile der autom. Grenzwertkorrektur
42.5
5.0
Die Hüllkurve muss nicht komplett neu gelernt
werden. Das ist ein Vorteil gegenüber einem
kompletten Neulernen, bei dem in der Regel der
Spänestau nicht auftritt. D. h. die mit Neulernen
ermittelte neue Hüllkurve würde später erneut
Fehlalarme bei Spänestau erzeugen.
Nach der Alarmquittierung autom. Korrektur der
Hüllkurve entsprechend dem Ausreißer durch Spänestau
35.0
4.0
27.5
3.0
20.0
2.0
12.5
1.0
5.0
0.0
0.0
0.0
- 19 -
0.01.59
0.0 3.19
0.0
4.78
NORDMANN
[sec]
7.97
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mögliche Sensorpositionen zur Werkzeugüberwachung in
CNC-Drehmaschinen
SEA-Mini (Körperschallmessung)
RSA-Ring
(Körperschallmessung)
3D-KMS
(Piezoelektrische
Kraftmessung)
DMS-Kralle
(Dehnungsmessung)
WLM-3/ WLM-3V
SEH
Sensorring
Empfängerring
WLM-3
(Wirkleistungs- WLM-3
Messung)
Kühlschmierstoff
WLM-3 (Wirkleistungs-
(Körperschallmessung)
Messung an Spindeln
und/oder Vorschubachsen
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm: 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung
Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
0
6
12
19
Tool Monitor SEM-Modul
NORDMANN
- 20 -
25[sec]32
-
+
Cologne/Germany
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mögliche Sensorpositionen zur Werkzeugüberwachung in
Bearbeitungszentren
WLM-3
(Wirkleistungsmessung) WLM-3
SEH Körperschallmessung
über einen Kühlschmierstoffstrahl als Schallwellenleiter
(patentiert)
Kühlschmierstoff
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm: 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung
Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
LSM-Q
(Luftschallmikrofon)
SEH
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
0
6
12
19
Tool Monitor SEM-Modul
HDS
NORDMANN
25[sec]32
-
+
Cologne/Germany
(Hydro-Distanzsensor)
(Patent angemeldet)
Kühlschmierstoff
APS-BDA
(Aufprallsensor)
Kühlschmierstoffstrahl als Schranke (patentiert)
GUN
Werkstück
(Strahlkanone)
- 21 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mögliche Sensorpositionen zur Werkzeugüberwachung in
Transferstraßen und Rundtaktautomaten
SEA-Mini
(Körperschallmessung)
Schallwellenleiter aus Federstahl
(patentiert)
Kühlschmierstoff
SEH
(Körperschallmessung)
(patentiert)
BSA
(berührungslose
Körperschallmessung)
SDS
(Strahlschranke)
(patentiert)
Kühlschmierstoff
oder
Pressluft
BDA-L-Mini
(Vorschubkraftmessung)
WLM-3
(Wirkleistungs- WLM-3
messung)
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm: 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
0
6
12
19
Tool Monitor SEM-Modul
NORDMANN
- 22 -
25[sec]32
-
+
Köln/Germany
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mögliche Sensorpositionen zur Werkzeugüberwachung in
Mehrspindeldrehautomaten
WLT (Werkstücklängenkontrolle)
Kühlschmierstoff
SEA-Mini
SEH
(Körperschallmessung)
Vorschub
(Körperschallmessung)
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
~Kraft
BDA-Q
Progamm: 3
Kurve: Leistung
100
dB
BDA-Kralle
Meßstelle 1: WLM
Schnitt 1: Bohren
ESC
OK
80
(Vorschubkraft über die
Messung der Stauchung
der Vorschubstange)
60
Menü
40
20
0
0
6
12
19
25 [sec] 32
Tool Monitor SEM-Modul
NORDMANN
-
+
Cologne/Germany
(patentiert)
(Vorschubkraft über
Messung der Biegung
des Kulissenhebels
(patentiert)
- 23 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeugüberwachung SEM-Profibus auf Basis interner Antriebsgrößen
bei Anschluss an den Profibus in Siemens-Steuerung 840D(sl)
Überwachungssoftware
Sinterm
SinTerm
CD
Austausch von Steuersignalen und Übertragung
von Leistungs-, Drehmoment- und Strom-Istwerten (8, 16 oder 24
Spindel- und Vorschubantriebe von einem SEMProfibus auswertbar)
RS232, USB
oder Ethernet
Sinumerik-Bedienfeld
Profibus DP
NordmannTool Monitor
Steuerungssoftware mit
technologischer
Zusatzfunktion
Anschlussleiste für 8 zusätzliche
Sensoren zur Messung von Kraft,
Wirkleistung, Drehmoment, Körperschall, Differenzdruck, Abständen
und Werkzeuglängen
SiemensCNC-Rechner
(NCU)
NCU 7x0
- 24 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeugüberwachung SEM-Profibus-Micro auf Basis interner Antriebsgrößen
bei Anschluss an den Profibus in Siemens-Steuerung 840D(sl)
Überwachungssoftware
SinTerm
SinTerm
CD
RS232, USB
oder Ethernet
Austausch von Steuersignalen und
Übertragung von Leistungs-,
Drehmoment- und Strom-Istwerten
(8 Spindel- und Vorschubantriebe
von einem SEM-Profibus-Micro auswertbar)
Profibus DP
SEM-ProfibusMicro
Steuerungssoftware mit
technologischer
Zusatzfunktion
(1 bis 8 Messstellen.
Montage auf Hutschiene,
nur 60mm breit)
NCU 7x0
- 25 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Neuer Tool Monitor SEM-MODUL-e
"-e" wie:




einzigartig oder evolutionär
einfache Bedienung bzw. ergonomisch
extrem leistungsfähig
effizientere Produktion der überwachten
Maschine
 Ethernetanschluss
 erweiterte Messkurvendarstellung
(mehrere Messkurven gleichzeitig)
Neue Features relativ zum Vorgänger SEM-Modul:
 Zeigt bis zu 36 Messkurven parallel an (hier gezeigt: 4 Messkurven)
 Erlaubt die Überwachung bis zu 4 zeitlich unabhängig voneinander arbeitender Maschinen (bzw. Stationen)
 3 Profibusschnittstellen zur Aufnahme interner Antriebsdaten und zum Austausch von Steuersignalen
 Visualisierung und Bedienung auf einem 10,4“-Touchscreen (bisher SEM-Modul: 5,6“), oder auf einem Tablet per WLAN
(mittels VNC-Viewer)
 Komplett vernetzbar und somit vollständige Integration in das Intra- bzw. Internet inklusive Fernzugriff
 Einfache Datensicherung über Ethernet oder USB-Stick
- 26 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Visualisierung des neuen Tool Monitors auf Sinumerik 840 D
- 27 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
„Smarte“ Bedienoberfläche
- 28 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bedienung über Pulldownmenüs und Schnellzugriffstasten
Klar strukturierte, bedienerbezogene Pulldownmenüs. Innerhalb
der Menüs werden alle Einstellungen erläutert
[kW]
Bedienerbezogene Schnellzugriffstasten für häufig benutzte
Funktionen
- 29 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Grafische Grenzwertkorrektur per Touchscreen
Grafische Grenzwertkorrektur per Touchscreen
- Grenze berühren und verschieben, am Tool Monitor SEM-MODUL-e auch OHNE Touchpen
- Ermöglicht die partielle grafische Anpassung der Grenze nur an der erforderlichen Stelle
- 30 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Vergleich steuerungsintegrierte / autarke Werkzeugüberwachung
Autarke Werkzeugüberwachung
Steuerungsintegrierte Werkzeugüberwachung
Installation, Inbetriebnahme, Auslastung:
+ freies Bedienfelddesign
- kein Kompletttest des individuellen Systems
Steuerung/Werkzeugüberwachung beim Hersteller der
Werkzeugüberwachung möglich
- Hohe Sensibilität der Gesamtmaschine auf Fehlfunktionen
einzelner Profibusteilnehmer. (Maschine geht auf Störung,
wenn ein Profibusteilnehmer entfernt wird).
- Fehlersuche erfordert Profibusdatenlogger
- Belastung der NCU durch die Messwertausgabe mit evtl.
erforderlicher Verlängerung des IPO-Taktes
+ weniger Spezialwissen erforderlich
+ keine Abhängigkeit vom Softwarestand des NCBedienrechners und Hardwareänderungen
+ Unabhängigkeit von den Toleranzen elektrischer
Schnittstellen zur Steuerung (USB, RS232, Ethernet,
Profibus)
+ Eindeutige Trennung von anderen Steuerungsbausteinen
über eine Optokoppler- und Relaisschnittstelle
+ Mehr als 8 Achsen pro NCU überwachbar
- Höhere Hardwarekosten (ca. 400€ bei BAZ)
Erkennungssicherheit bzgl. Werkzeugbruch:
- Messwertrate an Interpolationstakt der NCU gebunden
- Hohe Messwerte bei Wirkleistung und Strom werden oft
„abgeschnitten“
+ Vorzeichen der Kraftrichtung wird im Drehmomentmesswert
berücksichtigt
+ Messwert reagiert schneller auf Werkzeugbruch
+ Welligkeitsauswertung zur Ausbrucherkennung bei Fräsern
Bedienung:
- Umschaltung zwischen Messkurvendarstellung und
„Bedienbereich Maschine“ erforderlich
+ Messkurve immer im Blickfeld
+ Schnellere Bedienung an ergonomischer Tastatur und
Touchscreen
+ Grafische Hüllkurvenkorrektur per Touchpen
Ersatzteilhaltung
+ Weniger Hardware (Einsparung ca. 400€)
- 31 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Gegenüberstellung digitale Antriebsdaten / Wirkleistungs- und Strommessung
Digitales Drehmoment per Profibus vom
NC-Rechner an Tool Monitor übertragen
Dreiphasen-Wirkleistung
(gemessen mit WLM-3V)
Dreiphasen-Stromquadrat
(gemessen mit CM-3)
Rattern
Rattern nicht sichtbar
Rattern
Glättung
Glättung
Prozess:
- Bohrer Ø 8 mm
- Index ABC Speedline
- Messung an z-Achse
Fazit:
Die direkte Messung der Wirkleistung oder
des Stromquadrats ist der Auswertung des
digitalen Drehmoments bzgl. der Erkennung
schneller Messwertveränderungen (Bruch,
Rattern) überlegen!
- 32 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Tool Monitor SEM-Profibus integriert in Bosch-Rexroth MTX-Steuerung auf
Mikron-Multistep
- 33 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Sensoren zur Schall- und Schwingungsmessung
(zur Verschleiß-/Brucherkennung sowie Werkstückmaßkontrolle)
BSA Berührungsloser Schallemissionsaufnehmer.
Induktive Erfassung von Schwingungen über die dynamische
Änderung eines Magnet-Gleichfelds vor dem Sensor, erzeugt von
einem internen ein-/ausschaltbaren Elektromagneten.
RSA Rotierender Schallemissionsaufnehmer.
RSA-Ring Rotierender Schallemissionsaufnehmer in Ringform.
Der Körperschallmesswert wird induktiv auf einen stehenden
ringförmigen Empfänger übertragen.
Rotierender piezoelektrischer Körperschallsensor mit integriertem
Sender. Der Körperschallmesswert wird induktiv auf einen stehenden
Empfänger übertragen.
SEA und SEA-Mini Schall-Emissions-Aufnehmer.
Piezoelektrische Messung der per Körperschallleitung zum Sensor
übertragenen Schallemission von Werkzeugen, die bei der Zerspanung
und dem Werkzeugbruch entstehen.
RSA-2 Rotierender Schallemissionsaufnehmer mit
SNF-SEA Superniederfrequenter 3D-Schwingungssensor (Messung
Messwertübertragung durch das Zentrum einer Spindel.
Zum Einbau in den Rotor einer Spindel mit räumlich getrennter
Anbringung des Sensors und des Senders.
in 3 orthogonalen Richtungen ab 0 Hz). Messbereich umschaltbar von 6g
auf 1,5g bzw. von 10g auf 2,5g
- 34 -
SEA-Feder (patentiert) Schall-Emissions-Aufnehmer mit Federstahlelement. Piezoelektrische Messung der per Körperschall zum Sensor übertragenen Schallemission von Werkzeugen, die bei der Zerspanung und dem Werkzeugbruch entstehen.
SEH, SEH-Maxi und SEH-Mini Schall-Emissions-Hydrophon.
(Patentiert) Piezoelektrische Messung der per Kühlschmierstoffstrahl
zum Sensor übertragenen Schallemission von rotierenden Werkzeugen
oder Werkstücken.
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Schall-Emission-Hydrophon SEH zur Körperschallaufnahme über einen
Kühlschmierstoffstrahl als Schallwellenleiter
Patent Nordmann
SEH (Maxi)
SEH (Standard)
- 35 -
SEH (Mini)
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Schall-Emission-Hydrophon SEH zur Körperschallaufnahme
von einem rotierenden Bohrer
- 36 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Schall-Emission-Hydrophon SEH zur Körperschallaufnahme
von einem rotierenden Bohrer (ehem. Patent Nordmann DE 36 27 796)
- 37 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Sensoren zur Kraftmessung
(zur Verschleiß- und Brucherkennung)
BDA-L Wirbelstrom-Wegaufnehmer zur Kraftmessung
Bei dieser Sensorserie BDA-L handelt es sich um Wirbelstrom-Wegaufnehmer, die unter Krafteinwirkung auftretende Abstandsänderungen
zwischen zwei Bauteilen von weniger als einem Hundertstel eines Mikrometers erfassen können. Hauptsächlich Anwendung zur Kaftmessung an
Werkzeugspindeln.
BDA-Kralle (patentiert) Längsdehnungsaufnehmer in Krallenform
mit integriertem Wirbelstrom-Wegaufnehmer. Das spezielle Gehäuse
vergrößert die gemessene Oberflächendehung um Faktor 10.
Wird mit einer einzigen M5-Schraube montiert.
DA Hydraulikdruckaufnehmer
Dient zum Überwachen hydraulischer Vorschübe beim Zerspanen
und Umformen mittels Differenzdruckmessung (Verwendung von
2 HDAs vor und hinter dem Arbeitskolben), sowie zur Staudruckmessung bei Gabelschranken.
BDA-Q (patentiert) Wirbelstrom-Wegaufnehmer
Beim BDA-Q handelt es sich um einen hochempfindlichen WirbelstromWegaufnehmer, der Wegänderungen von weniger als einem Hundertstel
eines Mikrometers erfassen kann. Hauptsächlich Anwendung zur
Kraftmessung auf Kulissenhebeln (Biegungmessung).
DMS-Kralle Dehnungssensor.
3D-KMS Triaxialer Kraftmessquarz.
Zur Kontrolle von Werkzeugkräften auf DMS-Basis. Er ist genauso leicht
montierbar wie der Dehnungsaufnehmer BDA-Kralle, zeichnet sich aber
durch eine etwa doppelt höhere Messempfindlichkeit und
Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern aus.
Zur Messung der Werkzeugkraft in allen drei Raumrichtungen.
Montage unter dem Revolverkasten oder Werkzeugträger. Unempfindlich gegen Kühlmittel durch integriertem Ladungsverstärker.
PDA Piezoelektrischer Dehnungsaufnehmer
DMA Berührungsloser Drehmomentaufnehmer
Beim PDA wird durch die multidirektionale Messung (bspw. am RevolverGehäuse) die genaue Kenntnis der Kraftrichtung überflüssig. Bedingt
durch eine Klebebefestigung (anstatt Schrauben) und eine kompakte
Bauform (Durchmesser 16 mm, Höhe 8 mm) ist dieser Kraftsensor auch
gut geeignet bei beengten Platzverhältnissen.
Mit dem DMA kann das an einer Messwelle wirksame Drehmoment
sowohl bei Stillstand als auch bei Rotation gemessen werden. Integriert ist die signalgebende Welle und die berührungslose
Signalübertragung (kein Schleifring).
- 38 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Sensoren zur Werkzeuglängen- und Werkstückpositionskontrolle
APS-BDA Aufpralldrucksensor
Aufbau von Strahlschranken mittels Kühlschmierstoff-, Wasser- oder
Pressluftstrahl, um bruchbedingte Werkzeugverkürzungen oder die
Spannposition bzw. das Vorhandensein von Werkstücken überwachen
zu können (Alternative zur Laserlichtschranke)
EMS-Dyn und EMS-Ind Elektromagnetischer Sensor
APS-Q , APS-L Aufprallgeräuschsensor
Zum Aufbau von Strahlschranken mittels Kühlschmierstoff- oder
Pressluftstrahl, um bruchbedingte Werkzeugverkürzungen oder die
Spannposition bzw. das Vorhandensein von Werkstücken überwachen
zu können (Alternative zur Laserlichtschranke)
HDS Hydro-Distanzsensor.
LS2 Laserlichtschranke
Dient zur Abstandsmessung per Kühlschmierstoffstrahl (Emulsion),
beispielsweise zur Werkzeuglängenkontrolle. Unabhängig von
Fließgeschwindigkeit und Temperatur.
Auswertung der Abschattung eines getakteten Laserlichtstrahls, der
ungebündelt aus dem Ende einer Lichtleitfaser austritt und vom
Receiver empfangen wird.
GUN Strahlkanone
SDS (Typ C) Gabelschranke
Staudrucksensor misst Auftreffstärke eines Prüf-Kühlschmierstoffstrahls
oder Pressluftstrahls. Erhältlich in vielen verschiedenen Bauformen
(Freistrahlschranke, Gabelschranke Typ U oder Typ I).
SDS (Typ I) Gabelschranke
Zum Aufbau von Strahlschranken mittels Kühlschmierstoff-,
Wasser- oder Pressluftstrahl. Ausrichtung mittels feinjustierbarer
Halterung. Strahllänge bis 2,5 m.
Elektromagnetischer Sensor zur berührungslosen Kontrolle des
dynamischen Anteils des Drehmoments von Bohrern (=EMS-Dyn), bzw.
zur Werkzeuglängenkontrolle während des Eintauchens oder/und der
Rückzugsbewegung des Bohrers (=EMS-Ind).
- 39 -
PCS-100 Schwenkdrahttaster
Berührungssensitiver Tastkopf mit Schwenkmechanik zur
Kontrolle der Werkzeuglänge oder einer Werkstückposition
(Kontrolle nach Abstechen)
Staudrucksensor misst Auftreffstärke eines Prüf-Kühlschmierstoffstrahls
oder Pressluftstrahls. Erhältlich in vielen verschiedenen Bauformen
(Freistrahlschranke, Gabelschranke Typ C oder Typ U).
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Sensoren zur Werkstückmaß- und Werkzeugpositionskontrolle
BDA-Pilz (patentiert) Werstücklängentaster in Pilzform.
Verschleißfreie Kontrolle des Werkstücks über eine federnd
gelagerte und gehärtete Kalotte.
WLT Werkstücklängentaster.
Besonders robuster und dennoch hochsensibler
Werkstücklängentaster für Mehrspindel-Drehautomaten.
IND Induktiver Wegaufnehmer
Zur Kontrolle von Werkstückdurchmesser oder -Länge. Mit federnd
gelagertem Messtaster mit einem Hub von 4 ,5, 8, 10, 15, 20 mm.
IND-Pneu Induktiver Wegaufnehmer
Zur Kontrolle von Werkstückdurchmesser oder -Länge. Mit
pneumatisch zustellbarem Messtaster. Messbereich 10 mm.
WLT-Mini Werkstücklängentaster (-Mini)
XYZ-Antastelement Positionsbestimmung von Werkzeugen relativ zur
Werkstückspannstelle in Bearbeitungszentren.
Akustische Erkennung des Reibungsgeräusches, das ein rotierendes Werkzeug bei
der Berührung der Diamantflächen erzeugt. Bestückt mit Diamantleisten (PKD) in x-, yund z-Richtung.
X(Y,Z)-Antastelement Positionsbestimmung von Schleifscheiben relativ zur
Werkstückspannstelle. Genauigkeit: +- 1 Mikrometer.
Akustische Erkennung des Reibungsgeräusches, das die rotierende Schleifscheibe bei
der Berührung der Diamantfläche erzeugt. Bestückt mit einer Volldiamantfläche auf
einem Federstahlelement als Schallwellenleiter.
XY (+Z)-Antastelement Akustische Erkennung des Reibungsgeräusches, das ein
mit Arbeitsdrehzahl rotierendes Werkzeug bei der Berührung der Diamantscheibe an
ihrem Umfang oder auf Ihrer Fläche erzeugt. Konturüberprüfung von Schleifwerkzeugen mittels Antasten am Umfang der Diamantscheibe.
Werkstücklängentaster mit beschichteter Messkalotte für besonders
beengte Platzverhältnisse in Mehrspindeldrehautomaten. Leicht
verstellbar über eine Führungsschiene (Schiene ist kompatibel zum
WLT).
- 40 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
3-Phasen-Wirkleistungsmessgerät WLM-3
Hochempfindliche und reaktionsschnelle Wirkleistungsmessung
Beispiele überwachter Bohrerdurchmesser:
Spiralbohrer Ø 1,8mm auf 15kW-Spindel
Spiralbohrer Ø 1,5mm auf 10kW-Spindel
Spiralbohrer Ø 0,75mm auf 3,5kW-Spindel
Messstelle: 1
Leistung geglättet über 100ms
40
30
1,5mm-Bohrer in 10kW-Spindel
(100 % ED)
20
10
8.75 sec.
- 41 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mit Wirkleistung überwachbare Bohrerdurchmesser
Bohrerdurchmesser D [mm]
unter geeigneten Bedingungen als Ergebnis bisheriger
Installationen von Nordmann-Werkzeugüberwachungen
5
Überwachbarer Mindest-Bohrerdurchmesser
4
D [mm] ≥
P40%ED [kW]
2
3
*
2
1
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
*
Installierte Spindelleistung P(40%ED) [kW]
*
Anmerkung: Die Leistung P des Spindelmotors bei 40 % Einschaltdauer (ED) kann aus der Leistung
bei anderen X % ED berechnet werden gemäß:
X%
P(40%ED) = P(X%ED)
- 42 -
40 %
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeugüberwachung auf EMAG-Drehmaschine
Mit Wirkleistung überwachte Werkzeuge:
Mehrspindelbohrkopf 3 x Ø 5,5mm
1 Stufenbohrer Ø 6,5mm
1 Stufenbohrer Ø 7,0mm
- 43 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Sensor-Auswahltabelle zur Werkzeugbruchüberwachung
Prozessbegleitende Messverfahren
Postprozess Messverfahren
Sensoren
Werkzeugmaschinen
Wirkleistung
Drehmoment
Kraft
Körperschall
(berührend)
Körperschall,
Luftschall,
(berührungslos)
Strahlschranken
mittels KSS,
Pressluft od. Laser
Distanzmessung
mittels KSS od.
Laser
Sonstige
CNCDrehmaschinen
WLM-3 oder
sensorlos
über Profibus
Digitale
Antriebsdaten
via Profibus
3D-KMS,
DMS-Kralle
SEA-Mini,
SEA-Feder
SEH,
RSA-Ring
SDS-Gabel Typ U,
SDS-Gabel Typ C,
APS-L oder –Q,
APS-BDA
HDS,
LDS-2
PCS-100
MehrspindelDrehautomaten
WLM-3 oder
sensorlos
über Profibus
DMA, EMS-Dyn
Digitale
Antriebsdaten
via Profibus
BDA-Q,
BDA-Kralle,
DMS-Kralle
SEA-Mini
SEH
SDS-Gabel Typ U,
SDS-Gabel Typ C,
APS-L oder –Q,
APS-BDA
(nicht
erforderlich)
PCS-100,
EMS-Ind
Bearbeitungszentren
WLM-3 oder
sensorlos
über Profibus
Digitale
Antriebsdaten
via Profibus
DMS-Kralle,
(Kollisionsmessung)
SEA-Mini,
SEA-Feder,
SNF-SEA
SEH,
LSM
Gun,
LS-S/LS-E,
APS-L oder –Q,
APS-BDA
HDS,
LDS-2
PCS-100,
EMS-Ind
Rundtaktautomaten
Transferstraßen
WLM-3 oder
sensorlos
über Profibus
DMA, EMS-Dyn
Digitale
Antriebsdaten
via Profibus
BDA-L-Mini
BDA-Kralle,
DMS-Kralle
SEA-Feder
SEH,
BSA
SDS-Gabel Typ U,
SDS-Gabel Typ C,
APS-L oder –Q,
APS-BDA
HDS,
LDS-2
PCS-100,
EMS-Ind
Schleifmaschinen
WLM-3 oder
sensorlos
über Profibus
(nicht
erforderlich)
BDA-L-Mini,
DMS-Kralle
SEA-Mini
SEH,
BSA,
RSA (-2),
RSA-Ring
SDS-Gabel Typ U,
SDS-Gabel Typ C,
APS-L oder –Q,
APS-BDA
(nicht
erforderlich)
PCS-100
Legende:
3D-KMS
Dreidimensionaler Triaxialer Kraftmessquarz
APS-BDA
Aufpralldrucksensor für Strahlschranken
APS-L oder -Q
Aufprallgeräuschsensor für Strahlschranken, Kabel längs od. quer
BDA-Kralle
Dehnungssensor in Krallenform auf Wirbelstrombasis
BDA-L(-Mini)
Wirbelstrom-Wegaufnehmer längs messend
BDA-Q
Wirbelstrom-Wegaufnehmer quer messend
BSA
Elektromagnetischer berührungsl. Schallemissionsaufnehmer
DMA
Drehmomentaufnehmer
DMS-Kralle
Dehnungssensor in Krallenform auf DMS-Basis
EMS-Dyn
Elektromagnetischer Drehmomentsensor
EMS-Ind
Sensor zur induktiven Bohrerlängenkontrolle
Gun (Strahlkanone) Für Strahlschranke mit langem KSS-Freistrahl
HDS
Hydro-Distanzsensor zur Abstandsmessung über Emulsion
LDS-2
LSM-L oder -Q
LS-S2/LS-E2
PCS-100
RSA (-2)
RSA-Ring
SDS-Gabel
SEA-Mini
SEA-Feder
SEH
SNF-SEA
WLM-3
- 44 -
Laser-Distanzsensor
Luftschallmikrofon mit Kabelabgang längs oder quer
Laserstrahl-Sender/-Empfänger
Schwenkdrahttaster
Rotierender Körperschallsensor mit berührungsloser Übertragung
Rotierender Körperschallmessring mit berührungsloser Übertragung
Gabelschranken für kurze KSS- oder Luftstrahle
Körperschallaufnehmer
Körperschallaufnehmer mit Federstahlelement als Wellenleiter
Körperschallaufnahme über einen Kühlschmierstoffstrahl
Superniederfrequenter Schwingungsaufnehmer
Dreiphasen-Wirkleistungsmessgerät
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Auswertung des „Dynamischen Anteils“ der Wirkleistung
zur Fräserzahnbrucherkennung (8-schneidiger Messerkopf Ø 80 mm)
1 Fräserzahn ausgebrochen,
Ausbruch weiterer Stücke
Fräser i.O.
Messkurve der Wirkleistung
Messkurve der Wirkleistung
[kW]
[kW]
4
4
3
3
2
2
1
1
35.20 sec.
35.20 sec.
„Dynamischer Anteil“ der Wirkleistung
Erhöhter „Dynamischer Anteil“, da Fräser
durch ausgebrochenen Zahn unrund läuft
[kW]
0.8
[kW]
4
0.6
3
0.4
2
0.2
1
35.20 sec.
Weiterer Zahnausbruch
35.20 sec.
- 45 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeugüberwachung auf Liebherr-Wälzfräsmaschine
Wirkleistungsmesskurve zur Erkennung des
Wälzfräserverschleißes
Dynamischer Anteil der Wirkleistung zur
Erkennung von Zahnausbrüchen
- 46 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallmessung mit SEH
Körperschallmessung an der Werkzeugaufnahme über den
Kühlschmierstoffstrahl als Schallwellenleiter (Sensor SEH)
- 47 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Schall-Emission [db]
Mit einem Schall-Emissions-Hydrophon SEH am Bohrer Ø 1 mm
gemessene Schallemission der Zerspanung
Kühlschmierstoff
SEH
(SchallEmissionsHydrophon)
Werkstück
Zeit [s]
- 48 -
Der Kühlschmierstoffstrahl des SEH
trifft auf z.B. Bohrer, Fräser, Drehmeißel, Schleifscheibe oder Werkstück
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Messwert des Schall-Emissions-Hydrophons (SEH) beim Ausbruch eines
0,2mm langen Stückes aus einem konischen Düsenbohrer Ø 1mm
Messstelle: 1
[dB]
Kühlschmierstoff
Bruch
80
Bohrer
Ø 1mm
60
SEH
(SchallEmissionsHydrophon)
40
20
Ausbruch (0,2mm)
8.53 sec.
- 49 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Entwicklung der Schallemission bis zum Bohrerbruch
Beispiel: Spiralbohrer mit Ø 3mm, Körperschallaufnahme vom Maschinentisch mit SEA
Die letzten 4 Bohrungen mit verschleißbedingtem
Messwertanstieg und Bruch Bruch
Bruch
Bohrer stumpf
Bohrer stumpf
letzte normale
Bohrung
- 50 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallaufnahme (Sensor SEH) unmittelbar vom Werkzeug über den
Kühlschmierstoffstrahl als Schallwellenleiter in verschiedenen Maschinen
Bearbeitungszentrum
Rundtaktautomat
Vierspindliger
Gewindebohrkopf
Mehrspindel-Drehautomat
SEH
Innendrehmeißel
Bohrer Ø 1mm
CNC-Drehmaschine
SEH
SEH
Bohrer Ø 0,8mm
- 51 -
Sensor SEH: Körperschallaufnahme
über einen Kühlschmierstoffstrahl
am Werkstück oder
Werkzeug
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallaufnahme über ein Federstahlelement als Schallwellenleiter
(patentiertes Verfahren)
Überwachung eines Mehrspindelbohrkopfes
Beispiel:
12-spindliger Gewindebohrkopf mit HSS-Gewindebohrern M8
Die Körperschallaufnahme erfolgt von der Spannpratze der
Werkstückspannvorrichtung
Selbst kleine Ausbrüche einzelner Gewindegänge werden erkannt
- 52 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Messwert des Schall-Emissions-Hydrophons beim Bruch eines 3mm-Bohrers
eines 6-spindligen Bohrkopfes
Messstelle: 1
Schall
[dB]
80
60
40
20
10.88 sec.
- 53 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrer- und Fräserüberwachung per Luftschallmikrofon LSM
LSM
(Luftschallmikrofon)
- 54 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Ausbrucherkennung beim Kaltwalzen von Gelenkwellen
Schall-EmissionsHydrophon SEH
Senkrechter
Ölstrahl als
Schallwellenleiter
(ca. 30cm lang)
Ausbruch an
der Walzrolle
Werkstück
- 55 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Erkennung von Abplatzungen an Walzwerkzeugen (Profiroll)
Alarmanzeige des Körperschallsignals beim Bruch:
Bruchpeak
Bruch
Bruch
Erweiterungsmöglichkeit:
Kraftmessung mittels Dehnungsaufnehmer DMS-Kralle zur
doppelten Absicherung!
Auswertemethode: Anzeige des infolge Ausbruch erhöhten
dynamischen Anteils der Walzkraft beim Walzen der
nächsten Werkstücke.
- 56 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallmessung werkzeugseitig mit dem Sensor SEA(-Mini)
Körperschallsensor unmittelbar am Werkzeug beim
Kollektordrehen
Körperschallsensor am Revolverkasten in
CNC-Drehmaschine
Körperschallsensor SEA
- 57 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kraftmessung an Kulissenhebeln in Mehrspindeldrehautomaten
BDA-Kralle zur Längsdehnungsmessung (patentiert)
BDA-Q zur Biegungsmessung (patentiert)
BDA-Dübel zur Querdehnungsmessung in Bohrungen (patentiert)
- 58 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kraftmessung an der Vorschubstange im Mehrspindeldrehautomaten
kontrollierter 3mm-Bohrer
Dehnungsaufnehmer BDA-Kralle
auf der Vorschubstange
- 59 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Vorteile des Dehnungsaufnehmers BDA-Kralle
 Montagefläche muss nicht bearbeitet
(geebnet) werden
 Weitgehend unabhängig vom Anzugsmoment
der Befestigungsschraube (M5)
 Höchste Empfindlichkeit (1 Nanometer)
- 60 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Dehnungs- bzw. Kraftaufnehmer PDA
Vorteile:
• Befestigung durch Aufkleben (statt Schrauben)
• In alle Richtungen gleiche Empfindlichkeit, d. h. die Kenntnis der genauen
Richtung der zu messenden Dehnung ist nicht erforderlich
• Werkzeugnahe Befestigung möglich dank kompakter Bauform (Durchmesser 16 mm, Höhe 8 mm)
- 61 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Vorschubkraftmessung in Mehrspindelbohrköpfen
Klemmschraube
Klemmkeil
BDA-L-Mini
Ø 6,5 x 16,5mm
(Wirbelstromsensor zur
Abstandsmessung)
Schleuderring
(rotierend)
Werkzeugseite
Spindel
- 62 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeugbruchkontrolle für das Drehräumen von Kurbelwellenlagern
Gebrochene
Schneidplatte
Aktuelle normale Messkurve
(Schneide in Ordnung)
Gemittelte Messkurve als
Basis für die Gleitende Hüllkurve
Dehnungsaufnehmer
DMS-Kralle
Messprinzip:
Kontrolle der Schnittkräfte über eine Dehnungsmessung am Fuß des Revolverkastens
Überwachungsstrategie zur Schneidenbruchkontrolle:
Gleitende Anpassung der Hüllkurvengrenzen von Werkstück zu Werkstück an die Veränderung der
Messkurvenhöhe infolge Werkzeugverschleiß, Vorbearbeitung, Werkstoffhärte, Aufmaß und Temperatur. Damit
bleibt der Abstand der Hüllkurve zur Messkurve relativ konstant. Die Hüllkurve orientiert sich hierbei mit einem
prozentualen Abstand an einer “Gemittelten Messkurve”, die durch Mitteln über jeweils die letzten Werkstücke
gebildet wird.
- 63 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Piezoelektrische 3D-Kraftmessung
Montage unter dem Revolverkasten in CNC-Drehmaschine
 Messung in allen 3 Raumrichtungen erhöht
Überwachungssicherheit
 Hohe Eigensteifigkeit
Kraftsensor
unter dem
Revolverkasten
 Hohe Messempfindlichkeit
 Integrierter 3-Kanal-Ladungsverstärker
 Vorspannung über zwei gegeneinander verspannbare Keile
- 64 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Zwei Messungen zur Brucherkennung beim Hartdrehen mit Kraftmessung
Ausbruch von zwei CBN-Platten mit der Folge eines Durchmessersprungs auf dem Werkstück
Passivkraft
Passivkraft
Originalmesswert
Originalmesswert
Bruch
Bruch
Dynamischer Anteil
Dynamischer Anteil
Bruch
Bruch
Dieser Bruch hinterließ im Werkstück
einen Durchmessersprung von 10µm
(= Stufe von 5µm)
Dieser Bruch hinterließ im Werkstück
einen Durchmessersprung von 7µm
(= Stufe von 3,5µm)
- 65 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Überwachung und Steuerung bei der Zahnradbearbeitung
Wälzfräsen
Wälzschleifen, Profilschleifen, Honen, Coronieren
 Verschleißerkennung
 Verschleißerkennung
 Ausbrucherkennung
 Ausbrucherkennung
 Kontrolle auf falsche Rohteildurchmesser
 Steuerung des Einmittens
 Kontrolle der Einmittungsqualität
 Vermeidung eines zu hohen Zeitspanungsvolumens
 Luftschnittverkürzung
 Abrichtzustellungsüberwachung
- 66 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Zahnbruchkontrolle beim Hartschälen
Kontrolle des Hartschälrades auf Zahnausbruch
mit dem Wirbelstromsensor BDA-L
fehlender Zahn
WirbelstromSensor BDA-L
Hartschälrad
Eine Umdrehung
des Werkzeuges
- 67 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Ausbruchkontrolle beim Hartschaben auf Hurth
Messprinzip:
Kontrolle des Prasselgeräusches beim Auftreffen
der Korundpartikel auf die Prallbleche vor und
hinter dem Werkstück
Sensor:
Körperschallaufnehmer NF-SEA
Monitor:
SEM-Modul oder SEM-Profibus
- 68 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Überwachung auf Einmittung, Schleifaufmaß und Verschleiß beim
Verzahnungsschleifen
Schleifen von 5 Werkstücken in einer Aufspannung
[dB]
Wirkleistung
50
BDA-L
40
30
20
10
8.40
16.80
25.20
[sec]
25.20
[sec]
Axialkraft
+
0
8.40
- 69 -
16.80
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
O-Ton zur Einmittungsregelung per Spindelkraftmessung auf
Kapp Profilschleifmaschinen
O-Töne unserer Kunden
Adam Opel GmbH, Rüsselsheim
Jürgen Groß, Tool Manager
Aufgabe: Prozessbegleitende Überprüfung des mittigen Schleifens
von Zahnrädern auf Zahnradschleifmaschinen von Kapp,
um sowohl teilweise einseitiges Schleifen von Zahnlücken zu vermeiden,
als auch größere Standzeiten der galvanisch belegten CBN-Schleifscheiben
zu erreichen.
Sensorik: Berührungsloser Wegaufnehmer (BDA)
am Ende der Schleifspindel, montiert im Deckel des Zahnriemengehäuses.
Überwachungsmethode: Messung und Grenzwertkontrolle der elastischen
Verlagerung der Schleifspindel. Bei Überschreitung von Grenzwerten
Korrektur des Winkels der Werkstückdrehachse (A-Achse) in beide Richtungen.
Zitat: „Die Standzeiten gingen um 50% rauf. Außerdem
müssen nun die Werkstücke viel seltener vermessen
werden.“
- 70 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Einmitten von Zahnrädern mittels induktiver Wegaufnehmer
Zahnkopf ADDM:
Wegaufnehmer
BDA-L
Wegaufnehmer BDA-L:
4 x 10 mm
3 x 22 mm
4 x 25 mm
M4 x 22 mm
M5 x 25 mm
ZahnkopfADDM
Vorbearbeitetes Zahnrad, dessen
mittlere Zahnlückenposition für
das Schleifen zu ermitteln ist!
M8 x 25 mm
M8 x 50 mm
M12 x 50mm
Gemessener
[V] Abstandsmesswert
10
(Originalmesswert)
1
[V]
Verstärkung
Statischer
Abstandsmesswert
[V]
(Rundlauffehler)
10
1 - 2
Subtraktion
Tiefpass
20
10
[V]
OptokopplerAusgang
[V]
10
24
10
2
zur CNC-Steuerung
Besondere Merkmale:
• Zahnlückenerkennung auch bei Modul 0,2 möglich (mit Wegaufnehmer Ø 3 x 2,5).
• Kompensation von Durchmesserunterschieden der Zahnräder.
• Kompensation von Rundlauffehlern der Zahnräder.
- 71 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Regelung der Einmittung mittels Differenzauswertung
der Wirkleistung von Honring und Werkstück
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
2)
Honring trifft Werstückzahnlücke außermittig
=> Honring bremst
Werkstück ab
=> Einseitiger Abtrag
= n. i. O.
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
3)
Honringzähne treffen
Werkstückzähne mittig
=> Gleichmäßiger Abtrag
= i. O.
-
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
+
C1
Vorteile:
Honring
Werkstück
C2
-
+
C1-C2
Werkstück C2
Honring C1
1)
Honring trifft Werkstückzahnlücke außermittig
=> Honring treibt
Werkstück an
=> Einseitiger Abtrag
= n. i. O.
• Verringerung des nötigen Aufmaßes durch Vermeidung
partiell ungehonter Zahnflanken
• Verkürzung der Prozesszeit
• Verringerung des Schleifscheibenverschleißes
• Verbesserung der Werkstückqualität
- 72 -
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
Ziel: Geradlinige
Leistungskurve C1-C2
[Zeit]
1 Werkstück
C1+C2
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
Differenzauswertung der Wirkleistung von Honring und Werkstück sichert den gleichmäßigen
Abtrag auf beiden Zahnflanken
des Werkstücks .
Methode: Regelung des Winkelbezugs zwischen Honring und
Werkstück im Sinne einer geradlinigen Leistungskurve C1-C2
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Anschnitterkennung beim Honen mittels Summen- und Dynamikauswertung
der Wirkleistung von Honring und Werkstück
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[Zeit]
1 Werkstück
C1-C2
Werkstück C2
Honring C1
[kW]
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
C1+C2
[kW]
5
4
3
2
1
0
-1
-2
-3
-4
-5
[Zeit]
1 Werkstück
[kW]
[Zeit]
1 Werkstück
Hochpassfilterung,
Gleichrichtung und
Verstärkung
Nullung und
Zoomen
1
[kW]
[kW]
2
1
1
Anschnittschwelle
Anschnittschwelle
0
[Zeit]
1 Werkstück
0
[Zeit]
1 Werkstück
Hochpassfilterung
und Verstärkung
Vorteil:
-
+
C1
Honring
Werkstück
C2
-
+
Zeitlich parallel wirkende Anschnittschwellen
für die Messwerte 1 , 2 und 3 erhöhen die
Sicherheit bei der Anschnitterkennung. Die
zuerst verletzte Anschnittschwelle schaltet
die Maschine vom relativ schnellen
Annäherungsvorschub auf den langsameren
Arbeitsvorschub um.
- 73 -
[kW]
1
3
Anschnittschwelle
[Zeit]
1 Werkstück
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Regelung der Einmittung mittels Wirkleistung des Werkstücks beim
Wälzschleifen
Beispiel: Liebherr LCS bei VW Salzgitter
Strategie:
Kontrolle der Werkstück-Leistung C2 mit oberer und unterer Grenze während des
Vorschleifens. Bei Berührung der oberen oder unteren Grenze erfolgt eine Winkelkorrektur vor dem nachfolgenden Fertigschleifen. Dadurch werden partiell ungeschliffene Zahnflanken vermieden.
- 74 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrerbruchkontrolle mit dem Ultraschall-Distanzsensor US-D
Ø 0,5 mm
US-D
Ø 2 mm
Ø 1 mm
Ultraschallkegel
Mögliche Messabstände für verschiedene Bohrerdurchmesser
110 mm min.
150 mm max.
300 mm max.
640 mm max.
Vorteil:
Braucht im Gegensatz zur Strahlschranke nur auf einer Seite des Bohrers montiert zu werden.
- 75 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeuglängentaster für Kleinstbohrer
Federstahl (0,2mm)
WirbelstromWegaufnehmer
BDA-L-Mini M4 x 25
Federstahl
Kleinstbohrer ab Ø 0,1mm
Messabstand zur
Bohrerspitze 0,3mm
WirbelstromWegaufnehmer
BDA-L-Mini M5 x 25
WirbelstromWegaufnehmer
BDA-Q
Besondere Eigenschaften:
 Prüft Kleinstbohrer ab Ø 0,1 mm
 Prüfung des Bohrers in Bearbeitungszentren „im Vorbeiflug“, d.h. geringe Prüfzeit
 Auflösung im µ-Bereich, d.h. auch als Toolsetter einsetzbar
- 76 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kontrolle auf Bruch, Ausbruch, Rundlauf und Schneidstoff
Messkurve zur Kontrolle auf Bruch, Ausbruch, Schneidstoff (HSS, HM)
HM- oder
HSS-Bohrer
ab Ø 0,1mm
Wirbelstromsensor
Typen:
Ø 3 x 23
M4 x 23
M5 x 25
M8 x 25
M12 x 51
Messkurve (dynamischer Anteil) zur Kontrolle auf Rundlauffehler
Messprinzip:
Kontrolle der Bohrerspitze mit einem
Wirbelstromsensor bei seitlicher Vorbeifahrt des
rotierenden Bohrers (z.B. im Bearbeitungszentrum auf dem Weg zum bzw. vom Magazin)
- 77 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Umbau einer mechanischen Werkzeuglängenkontrolle (Grob) zur Ermöglichung
der Kontrolle von Kleinstbohrern ab ca. Ø 0,5 mm
Weich zurückfederndes
Federstahlblech als Antastfläche für die Werkzeuge
Wegaufnehmer
BDA-L-Mini
Typ M8x25
- 78 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Hydro-Distanzsensor HDS
Beispiele zur Anwendung bei der Bohrerbruchkontrolle
Messung quer zum Bohrer (x- oder y-Richtung)
Messung axial zum Bohrer (z-Richtung)
y
x
z
z
(Hydro-Distanzsensor)
HDS
Kühlschmierstoff-Strahl
Messbereich z.B.:
10…100mm
10…250mm
10…500mm
Messabstand
Besondere Eigenschaften:
 Liefert einen dem Abstand zur Bohrerspitze proportionalen
Messwert, sobald der Bohrer den Strahl berührt
HDS
(Hydro-Distanzsensor)
 Wird nur einseitig vom Werkzeug montiert
(im Gegensatz zur Lichtschranke)
 Mindestdurchmesser des Bohrers: 0,1 mm
 Ist verschleißfrei
(im Gegensatz zu mechanischen Einrichtungen)
 Prüfung des Werkzeuges im Eilgang
- 79 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Messwerte beim Prüfen der Werkzeuglänge mit dem Hydro-Distanzsensor HDS
Durchfahren des Prüfstrahls mit Werkzeug quer zum Strahl
Prüfung im Magazin mit Werkzeug längs zum Strahl
HDS
HDS
max.
100 m/min
(Hydro-Distanzsensor)
(HydroDistanzsensor)
- 80 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Anwendung des Hydrodistanzsensors HDS bei der PostprozessWerkzeugkontrolle in CNC-Drehmaschinen
Messung quer zum Bohrer oben und
unten an der Revolverscheibe
KühlschmierstoffMessstrahl
(Emulsion)
HDS
HDS
HDS
KühlschmierstoffMessstrahl
(Emulsion)
10 … 400 mm
HDS
Messung axial zum Bohrer
Messung am Drehmeißel
(Schneidenecke streifend)
- 81 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeuglängenprüfung mit dem Hydrodistanzsensor HDS
Rundtaktautomaten
Bearbeitungszentrum
HDS
HDS
CNC-Drehmaschine
Werkzeugmagazin im BZ
HDS
HDS
- 82 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Laser-Distanzsensor LDS-2
Beispiele zur Anwendung bei der Bohrerbruchkontrolle
Messung quer zum Bohrer
LDS-2
(Laser-Distanzsensor)
Messung axial zum Bohrer (z-Richtung)
y
y
x
x
z
z
Messbereich:
0,2 m…3,0 m
Besondere Eigenschaften:
LDS-2
 Liefert einen dem Abstand zur Bohrerspitze
proportionalen Messwert.
(Laser-Distanzsensor)
 Wird nur einseitig vom Werkzeug montiert
(im Gegensatz zur Lichtschranke)
 Mindestdurchmesser des Bohrers:
1 mm (abhängig vom Reflektionsverhalten)
 Verschleißfrei (im Gegensatz zu mechanischen
Einrichtungen), aber Schutz vor Verschmutzung nötig
- 83 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Laser-Distanzsensor LDS-2
- 84 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Schneidenbruchkontrolle mittels Laserlichtschranke LS2
Auswertung der Abschattung mittels Nullung auf das
Laserlicht kurz vor der Abschattung
Unfokussierter Laserstrahl erzeugt Schatten auf Empfänger
LS2-R
Nullabgleich auf Laserlicht kurz vor der Werkzeugprüfung
5
Schatten des Bohrers
[V]
4
3
Empfänger
LS2-R
Sender
LS2-T
2
1
0,0
0,2
0,4
0,6
[sec]
1
Besondere Eigenschaften:
- Nicht fokussierter Strahl ist unempfindlich gegen Verschmutzung
- Hohe Restlichtausnutzung bei Verschmutzung, auch bei Lichtstärkeschwächung um Faktor 10 – 100
- Kein Sperrluftanschluss erforderlich (d. h. keine Wartungseinheit, Ventile, Ansteuerung und Druckluftkosten)
- Keine Beeinträchtigung durch Fremdlicht (Sonne oder Kunstlicht)
- Detektion geringster Werkzeugbeschädigungen und Werkzeugpositionskontrolle beim
- Nullpunktabgleich auf die Laserlichtstärke kurz vor der Abschattung
- Minimaler Bauraum
- Überwachbare Bohrerdurchmesser: Montageabstand LS2-R/LS2-T: 20 mm: Ø 0,05 mm
200 mm: Ø 0,5 mm
Maße:
- Sender und Empfänger: 15 mm x 10 mm x 20 mm
- Standardkabellänge: 5 m (größere Längen möglich)
- 85 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrerbruchkontrolle mit einer Kühlschmierstoff-Strahlschranke (patentiert)
Bohrer i.O.
Strahlkanone GUN
Staudrucksensoren:
Bohrer gebrochen oder nicht im Prüfstrahl
Staudrucksensor
BDA-Pilz oder
APS-BDA
Kühlschmierstoffdüse
(Strahlkanone)
Staudrucksensor
BDA-Pilz oder
APS-BDA
Besondere Eigenschaften:
 Einfache Montage
 Verschleißfrei und verschmutzungsunabhängig
BDA-Pilz
 Kein störender Prüfdraht im Arbeitsraum
 Kleinste Bohrer ab Ø 0,1 mm können kontrolliert werden
 Wird von aus dem Bohrer laufendem Kühlschmierstoff nicht gestört
APS-BDA
 Erkennt den Bohrer auch beim Durchfahren des Prüfstrahls im Eilgang (bis 120 m/min)
- 86 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkzeuglängenprüfung mit der Kühlschmierstoff-Strahlschranke
Strahlkanone (Gun)
Diagonaler
Kühlschmierstoffstrahl
Aufprallsensor
(APS-BDA)
- 87 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Strahlschranken mit Messung des Aufprallgeräusches am Sensor
Bohrer i.O.
Bohrer i.O.
SEA-Mini
APS-L
Kühlschmierstoff-
Kühlschmierstoff-
(Strahlkanone) oder Druckluftstrahl
Bohrer gebrochen
(Strahlkanone) oder Druckluftstrahl
Bohrer gebrochen
APS-L
SEA-Mini
(Aufprallgeräuschmessung)
(Messung
des am Sensor
entstehenden
Aufprallgeräuschs)
(Strahlkanone)
Schallpegel für verschiedene
KSS-Strahldurchmesser:
Ø 2mm: > 80dB
Ø 1mm: > 70dB
Prallblech oder
Arbeitsraumwand
(Strahlkanone)
Anwendungen
- Werkzeugbrucherkennung unmittelbar nach dem Zerspanen, auch für Kleinstwerkzeuge ab Ø 0,1mm
- Kontrolle auf ordnungsgemäßes Abstechen von Werkstücken in Drehmaschinen
(Überprüfung, ob sich das abzustechende Werkstück noch im Strahl befindet)
- 88 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Strahlschranken mit Messung des Aufprallgeräusches am Werkzeug
(oder Werkstück)
Bohrer i.O.
Bohrer i.O.
SEA-Mini
(Messung des am
Bohrer entstehenden Körperschalls
infolge Auftreffen
des Kühlschmierstoffstrahls)
LSM-L
(Strahlkanone)
Kühlschmierstoffstrahl
(Strahlkanone)
Druckluftstrahl
(Messung des am
Bohrer entstehenden
Geräusches infolge
Auftreffen des
Luftstrahls)
SEA-Mini
Bohrer gebrochen
Bohrer gebrochen
LSM-L
(Strahlkanone)
(Strahlkanone)
Anwendungen
- Werkzeugbrucherkennung unmittelbar nach dem Zerspanen
- Kontrolle auf ordnungsgemäßes Abstechen von Werkstücken in Drehmaschinen
(Überprüfung, ob sich das abzustechende Werkstück noch im Strahl befindet)
- 89 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Nutzung des Aufprallgeräusches der Innenkühlung zur Bohrerbruchkontrolle
Bohrer i.O.
Bohrer gebrochen
Feststellung des Bohrerbruchs
über den breiteren zeitlichen
Verlauf des Aufprallgeräuschs
beim Passieren des Sensors
Aufprallgeräuschmessung
mit APS-L oder SEA-Feder
APS-L
APS-L
(Aufprallsensor)
(Aufprallsensor)
Obere Hüllkurve
- 90 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Strahlschranke SDS als Gabelschranke für Kühlschmierstoff oder Pressluft
Typ C
Typ U
Bohrer
Ø 0,45mm
Staudrucksensor
Kühlschmierstoffdüse
U
U
P
P
TOOL MONITORSEM- MODUL
Kühlschmierstoff
oder Pressluft
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm : 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung
Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
6
0
Tool Monitor SEM
12
-Modul
19
25 [sec] 32
-
+
NORDMANNKöln/Germany
TOOL MONITORSEM- MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm : 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung
Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
0
6
Tool Monitor SEM
12
-Modul
19
25 [sec] 32
NORDMANNKöln/Germany
-
+
Kühlschmierstoff
oder Pressluft
- 91 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Strahlschranke SDS mit Pressluftstrahl
kontrollierte Bohrer
Strahlschranke
SDS mit
Pressluftstrahl
- 92 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrerbruchkontrolle mit den Sensor EMS-Ind
EMS-Ind
Werkstück
EMS-Ind
Messprinzip / Anwendungen
• Kontrolle der Bohrerspitze auf Vorhandensein während des Eintauchens oder/und der
Rückzugbewegung des Bohrers (Induktivitätsmessung)
• Bis zu 16 Sensoren an einem Tool Monitor anschließbar.
• Anwendung für Mehrspindelbohrköpfe oder auch einzelne Bohrer ab Durchmesser 1 mm (VHM)
- 93 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mehrspindelbohrkopfüberwachung mittels Drehmomentaufnehmer DMA
Drehmomentaufnehmer
DMA
Messprinzip / Anwendungen
Mit dem DMA kann das an seiner Messwelle
wirksame Drehmoment sowohl bei Stillstand als
auch bei Rotation bidirektional gemessen werden.
Integriert ist die signalgebende Messwelle, die
berührungslose Signalaufnahme von dieser Welle,
sowie die Signalaufbereitung.
Zu überwachende
Gewindebohrspindeln
Vorteile
- Bidirektionaler Messbereich (2,5 – 500 Nm)
- Hohe Wiederholgenauigkeit (<±0.1 %)
- Geringe Stromaufnahme im Messbetrieb (< 10 mA)
- 94 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrerverschleiß- und Bruchkontrolle mit den Sensor EMS-Dyn
EMS-Dyn
Messprinzip / Anwendungen
• Messung der Änderung des magnetischen Flusses beim Bohren im Bohrerschaft
(Magnetoelastischer Effekt)
• Prozessbegleitende berührungslose Kontrolle der Bohrerschwingungen während des Bohrens,
um Rattern oder Bruch anzuzeigen
• Bis zu 16 Sensoren für 16 Bohrer eines Bohrkopfes an einem Tool Monitor anschließbar.
- 95 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Bohrerbruchkontrolle mittels Messung des Kühlschmierstoff-Volumenstroms
Werkzeugspindel
Volumenstrom Q [l/min]
Kühlschmierstoff (20 – 200 bar)
KühlschmierstoffVolumenstrom-Sensor KVS
Q/U
Bruch
Q
U [V]
ESC
[l/min]
OK
10
8
Menü
6
4
2
0
0
6
12
19
25
32
[sec]
-
+
Messprinzip:
- Kontrolle der Zunahme des Kühlschmierstoff-Volumenstroms
infolge Werkzeugbruch
Vorteile:
- Dünne innengekühlte Tieflochbohrer (z.B. Ø 1,5 mm) überwachbar
- Einzelne Bohrer in Mehrspindelbohrköpfen überwachbar
- Kontrolle der Kühlschmierstoffversorgung
- 96 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Spark-Sensor SPS zur Messung des Funkenflugs bei Werkzeugbruch
Anwendungsbereich für Maschinen mit Trockenbearbeitung:
• Brucherkennung bei hohen Aufmaßschwankungen beim Drehen oder Fräsen über den Funkenflug aufgrund
erhöhter Temperatur in der Spanbildungszone => Funkenflug
• Spanendes Bearbeiten von Werkstücken mit hartem Randbereich, z. B. Guss- oder Schmiedeteile
• Einzelteilfertigung, die ein Einlernen von Grenzwerten nicht erlaubt
- 97 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kontrolle auf Fremdkörper (Späne) am Hohlschaftkegel
Abstandsmessung am Hohlschaftkegel
Messkurve mit 20µm-Span auf HSK
- 98 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Prinzip der akustischen Werkstückmaßkontrolle (Patent Nordmann DE 197 15 634)
Werkstück (rotierend)
Körperschallsensor
(SEA-Mini)
obere Maßtoleranzgrenze des Werkstücks
= Bewegungsbahn
des Prüfwerkzeugs
Prüfwerkzeug
(normale Wendeschneidplatte)
Körperschallsensor SEA-Mini
Revolverkasten
Prinzip:
Sobald der Drehmeißel die Oberfläche
des schnell rotierenden Werkstücks
berührt, entsteht ein Reibungsgeräusch
= Kontaktsignal
Vorteile:
 Robust, da Verzicht auf sensible Taster
 Wiederholgenauigkeit 1 µm
 preiswert
 schnell
- 99 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkstückmaßkontrolle (patentiertes Verfahren) am Beispiel der
Gewindeprüfung
- 100 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Akustische Werkstückmaßkontrolle
(patentiert)
Antasten in x-Richtung
(Drehmeißel an rotierendes Werkstück)
Messwert beim Antasten
1µ
1µ
1µ
1µ
Anstieg
um 40 dB
=Faktor 100
!
1µ
“Rutschen“ auf Werkstück
ohne weiteres Zustellen
- 101 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Antastelemente zur mikrometergenauen Positionsbestimmung rotierender
Werkzeuge relativ zur Werkstückspannstelle
(patentiert)
XY(+Z)-Antastelement
XYZ-Antastelement
Diamantleisten
für x-, y- und zRichtung
(Reibflächen)
z
y
x
Diamantplättchen für x-,
y- oder z-Richtung (Reibfläche)
z
y
x
Reibungsschallmessung
SEA-Mini
(Reibungsschallmessung)
Anwendung: Bearbeitungszentren
Anwendung: Schleifmaschinen (z. B. Werkzeugschleifen)
Messprinzip:
Vorteile:
- Akustische Erkennung des Kontaktes zwischen dem schnell rotierenden Werkzeug und der Antastfläche
aus poliertem Volldiamant (Detektion des Reibungsgeräusches)
- Die Messung kann bei voll rotierendem Werkzeug erfolgen, d. h. es wird der effektive Flugkreisdurchmesser
der außen stehenden Schneiden erfasst, wobei die Einflüsse von Fliehkraft und Unwucht berücksichtigt werden.
- Toleranzgrenze der Messung ±0,5µm
- 102 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkstücklängenkontrolle im Mehrspindel-Drehautomat mit BDA-Pilz
BDA-Pilz
Messprinzip:
Der Werkstücklängentaster kontrolliert im Mehrspindeldrehautomat zwischen zwei Lagen die Werkstücklänge
beim Weitertakten der Werkstücke. Die Werkstücke berühren hierbei die konvex geformte Vorderseite einer
federnd gelagerten Kalotte, die der Werkstücklänge entsprechend nach hinten federt.
Vorteile:
- Erkennung nicht ausreichenden Stangenvorschubes
- Erkennung, ob Werkstücke durch die Bearbeitung ins Futter gedrückt wurden
- Keine Einschränkung des nach hinten Federns durch Späne
- Kleiner als der Werkstücklängentaster WLT
- 103 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkstücklängenkontrolle im Mehrspindel-Drehautomaten mit WLT
Werkstück
Werkstücklängentaster WLT
Messprinzip:
Der Werkstücklängentaster kontrolliert im Mehrspindeldrehautomat zwischen zwei Lagen die Werkstücklänge
beim Weitertakten der Werkstücke. Die Werkstücke berühren hierbei die konvex geformte Vorderseite eines
federnd gelagerten Messkolbens, der der Werkstücklänge entsprechend nach hinten gedrückt wird.
Vorteile:
- Erkennung nicht ausreichenden Stangenvorschubes
- Erkennung, ob Werkstücke durch die Bearbeitung ins Futter gedrückt wurden
- Leicht auf verschiedene Werkstücklängen einzustellen, da auf einer Schiene gelagert
- Besonders robuste Ausführung. Sollbruchstelle in der Befestigungsschraube der Schiene
- 104 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Werkstücklängenkontrolle an 2 Werkstücken von beiden Seiten im
Rundtaktautomaten
Induktive Messtaster mit 10mm Hub
und pneumatischer Zustellung
Verwendete Anzeige und Auswertung:
Tool Monitor SEM-Modul
- 105 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Prozessüberwachung und -steuerung beim Schleifen und Abrichten
Schleifen
Abrichten
Basisaufgaben
Basisaufgaben
- Erkennung des ersten Kontaktes zur
Kompensation von Temperaturdehnung und
Verschleiß an Abrichter und Schleifscheibe
- Abrichtzustellungsüberwachung
- Luftschnittverkürzung
- Kollisionserkennung
- Verschleißerkennung
- Rundlaufkontrolle
- Unwuchtüberwachung
Erweiterte Aufgaben
Erweiterte Aufgaben
- Abrichtwerkzeugverschleißüberwachung
- Erkennung von Schwingungen des
Abrichters
- Kontrolle der Ausgangswirkrautiefe der
Schleifscheibe
- Gesteuertes Umschalten Luftschnitt/
Schruppen/Schlichten/Ausfunken/Eilrückzug
- Regelung des Einmittens bzgl.
gleichmäßigem Abtrag der Schleifscheibe
beim Verzahnungsschleifen
- Vorschubregelung zur Konstanthaltung des
Schleifdrucks und der Auffederung
- 106 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Mögliche Sensorpositionen zur Prozessüberwachung beim Schleifen
SEA-Mini
(Körperschallmessung)
BDA-L- Mini
(Normalkraftmessung)
RSA
(Körperschallmessung)
WLM-3
(Wirkleistungsmessung)
WLM-3
SEA-Mini
(Körperschallmessung)
BDA-Q
BSA
(Körperschallmessung)
(Normalkraftmessung)
SEH
(Körperschallmessung)
Kühlschmierstoff
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm: 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
0
6
12
20
Tool Monitor SEM-Modul
NORDMANN
- 107 -
25[sec]32
-
+
Köln/Germany
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Scharfe
Schall-Emission
Wirkleistung oder Normalkraft
Schall-Emission
Wirkleistung oder Normalkraft
statischer Anteil
Beispiele für Steuerungs- und Überwachungsfunktionen beim Schleifen
Stumpfe
Schleifscheibe
Schleifscheibe
a
a
b
b
Signal vom Tool-Monitor
zum Umschalten auf
Schleifvorschub
Kollisionsgrenze
Signal vom Tool-Monitor
zum Umschalten auf
Eilrückzug
b
a
Zeit
Zustellweg
Schall-Emission
dynamischer Anteil
Zeit
c
c
d
4
1
5
3
2
6
1
d
Eilzustellung
2
Luftschleifen
3
Schruppen
4
Schlichten
5
Ausfunken
6
Eilrückzug
Zeit
Zeit
Grenzwerte für die Verschleiß- und Prozessüberwachung / Beispiele:
a Grenze für Prozessentartungen (z.B. Kollision im Eilgang)
b Verschleißgrenze (Überwachung der
n Höhe
der Messkurve)
c Grenze für Verschleiß, Welligkeiten
und Rattern
d Funktionen dieser Grenze wie c
(Überwachung der mittleren Höhe des dynamischen Anteils
der Messkurve)
- 108 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Varianten der berührungslosen Körperschallaufnahme beim Abrichten
Schleifscheibe
AbrichtTopfscheibe
RSA
SEH
Schall-Emission
(bestehend aus
Sender- und
Empfänger)
KSS
(Körperschallaufnahme über
Kühlschmierstoffstrahl (KSS))
Abrichtzustellungsüberwachung an
einer profilierten Schleifscheibe:
Schleifscheibe
RSA-2
(Messwertübertragung
durch die Spindel)
1.
Abricht-Formrolle
BSA
(elektromagnetische
Körperschallmessung)
2.
Hüllkurven
(Toleranzband)
1.Seg.ment
2.Seg.ment
3.Seg.ment
3.
Zeit
RSA-Ring
(bestehend aus
Sender- und
Empfänger)
- 109 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Vom Abrichtring über einen Kühlmittelstrahl aufgenommener Körperschall zur
Kompensation der Temperaturdehnung
Körperschallaufnahme über einen Kühlmittelstrahl (Sensor SEH) vom Abrichtring für kleinste
Zustellungen
Messstelle: 1
SEH
Schall
[dB]
Abrichtring
Abrichtzustellungen:
80
1 µm
60
1 µm
0,5 µm
Anfunkgrenze
40
Schleifstift
(Ø 3,6 mm)
20
12.80 sec.
- 110 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Beispiele für ringförmige Körperschallsensoren
mit berührungsloser Messwertübertragung (RSA-Ring)
RSA-Ring, Beispiel 1
Rotierender Körperschallsensor und Sender
RSA-Ring, Beispiel 2
Empfänger des RSA-Ring
Empfänger des RSA-Ring
Rotierender Körperschallsensor und Sender
Abstand zwischen Sender und Empfänger 0,5 bis 2,0 mm:
Montiert in Einspritzdüsen-Schleifmaschine
Rotierender Köperschallsensor
und Sender
Rotierender Körperschallsensor und Sender
Werkstück
(Einspritzdüse)
Empfänger
des RSA-Ring
Empfänger
- 111 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallaufnahme beim Abrichten und Schleifen von Einspritzdüsen auf
KMT/UVA-Schleifmaschinen (Verwendeter Körperschallsensor: RSA-Ring)
Abrichten des Bohrungsschleifstiftes
Schleifen der Bohrung
Schleifen der Planfläche
Schleifen des Sitzes
- 112 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Spindelintegrierter Körperschallaufnehmer RSA-2
für den Rotor der Abrichtspindel (Fabrikat Kaiser)
Sensor
Sensor
Sender
RSA-2 montiert im Rotor
Rotor
Rotor
Sender
Sender
Sensor
- 113 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Körperschallaufnahme von der rotierenden Abrichtrollenspindel zum Abrichten
der Sitzkontur (Einspritzdüsenschleifen)
Messkurve beim Abrichten der Sitzkontur
Abrichtspindel mit integriertem RSA-2
Sitzabrichthübe
Hub zum Abflachen
der Spitze
Abrichtspindel
(Kaiser) mit
integriertem
RSA-2
- 114 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kontrolle der Ausgangswirkrautiefe der Schleifscheibe mit „Abscannen“
"Ausgangswirkrautiefe" der Schleifscheibe = Wirkrautiefe der Schleifscheibe unmittelbar nach dem Abrichten. Sie
beeinflusst die Schnittfähigkeit der Schleifscheibe sowie die Rautiefe des geschliffenen Werkstückes.
Angestrebt wird eine Ausgangswirkrautiefe, die sich mit der Einsatzdauer der Schleifscheibe nur wenig
verändert. Denn dann sind Prozesskräfte und Rautiefe der geschliffenen Werkstückoberfläche über der Einsatzdauer der
Schleifscheibe konstant.
Schleifscheibenausschnitt (Randbereich)
0,5µm
0,5µm
0,5µm
Topografie mit geringer
Wirkrautiefe (Ursachen: Abrichtdiamant an Spitze stumpf oder
geringer Seitenvorschub bzw.
hoher Überdeckungsgrad ud)
Abrichtseitenvorschub sd
Topografie mit hoher
Ausgangswirkrautiefe
negative Abrichtzustellung
(z.B. -1,5µm) vor Einleiten
des Abscannens der Topografie
Abrichtwerkzeug
(stehend oder
rotierend)
Messprinzip:
Die Kontrolle der Ausgangswirkrautiefe erfolgt mittels "Abscannen" der "Traganteile" der Schleifscheibentopografie
mit dem Abrichtwerkzeug und Auswertung des Körperschalls infolge Reibung und Zersplitterung.
- 115 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Inprozess-Kontrolle der Dornausbiegung und Schwingungen beim
Innenrundschleifen am Beispiel des Ventilschleifens (Sitz u. Bohrung)
(patentiert)
(Blatt 1)
Prozessunregelmäßigkeiten:
Schleifdorn
Die Dornausbiegung variiert mit der Veränderung der
Schnittfähigkeit der Schleifscheibe.
Eine verringerte Schnittfähigkeit kann zur Folge haben:
- zu kleiner Innendurchmesser des Ventilsitzes oder der Bohrung
nach dem Ausfeuern.
- falscher Winkel des Ventilsitzes bzw. Konizität der Bohrung
- ggfs. teilweise ungeschliffene Bereiche
Rattern der Schleifscheibe, zu hohe Schnittfähigkeit oder
zu langes Ausfeuern können zur Folge haben:
- zu großer Innendurchmesser des Ventilsitzes oder der Bohrung
- falscher Winkel des Ventilsitzes bzw. Konizität der Bohrung
- Welligkeiten (nur bei Rattern)
- 116 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Inprozess-Kontrolle der Dornausbiegung und Schwingungen beim
Innenrundschleifen am Beispiel des Ventilschleifens (Sitz u. Bohrung)
(patentiert)
(Blatt 2)
Überwachung der Prozessunregelmäßigkeiten über die akustische
Berührungserkennung zwischen Schleifscheibe und Werkstück
Prinzip:
Vergleich der Achsenposition der Schleifscheibe beim Schleifen mit der
Achsenposition beim leichten Rutschen bzw. „gerade nicht mehr
Rutschen“ der Schleifscheibe auf dem soeben geschliffenen Ventilsitz
bzw. der Bohrung
Hier gerade keine Berührung mehr
X-Achsen-Position beim Schleifen
-X
ΔX
Verfahren bei hysteresefreiem x-Schlitten:
Nach dem Ausfeuern das Werkstück so lange in -x-Richtung verfahren, bis das
Schleifgeräusch auf das Niveau des Grundgeräusches abgefallen ist. Dann
berührt die Schleifscheibe den Ventilsitz bzw. die Bohrung gerade nicht mehr.
Der Abstand zwischen Schleifscheibenoberfläche und Ventilsitz bzw. der
Bohrung beträgt dann 0 bis 1 μm. Die dann erreichte x-Position speichern und
davon die letzte Ausfeuer-Position subtrahieren = ∆x.
∆x entspricht der Auffederung, die von der Steuerung mit einem Toleranzbereich
zu vergleichen ist.
- 117 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Inprozess-Kontrolle der Dornausbiegung und Schwingungen beim
Innenrundschleifen am Beispiel des Ventilschleifens (Sitz u. Bohrung)
(patentiert)
(Blatt 3)
Verfahren bei hysteresebehaftetem x-Schlitten, oder wenn bei
Rattergefahr auf zu große Ventilsitze bzw. Bohrungen kontrolliert werden soll:
2
1
Position des Werkstücks nach Abheben
3 Hier wieder Berührung
Position des Werkstücks beim Schleifen
-X +X
ΔX
1. Nach dem Ausfeuern das Werkstück so lange in -x-Richtung verfahren, bis das
Schleifgeräusch auf das Niveau des Grundgeräusches abgefallen ist (das meldet der
Tool Monitor bei Körperschallaufnahme über den Sensor RSA-Ring an der
Werkstückspindel).
2. Dann wieder in +x-Richtung zustellen, bis das Schleifgeräusch eine knapp über
dem Grundgeräusch liegende Schwelle überschreitet. Die dann erreichte x-Position
speichern und davon die letzte Ausfeuer-Position subtrahieren = ∆x.
∆x entspricht der Ausbiegung, die von der Steuerung mit einem Toleranzbereich zu
vergleichen ist. Das Vorzeichen von ∆x ist normalerweise negativ.
Falls ∆x ein positives Vorzeichen haben sollte, zeigt das an, dass beim Schleifen
infolge selbsterregter Schwingungen (=Rattern) zu viel Material abgeschliffen wurde.
- 118 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Tool Monitor SEM-B2
Schalttafeleinbaugerät mit Leuchtbandanzeige der Messwerte
- 4 separate Grenzwerte, die auf Über- und Unterschreiten reagieren
- 2 Relaisausgänge, 2 Optokopplerausgänge
- Einstellbare Glättung des Messwertes
Häufigste Anwendung:
Kontakterkennung Schleifscheibe/Werkstück mit Vorschubumschaltung zum
beschleunigten Überbrücken des Luftschleifens in Verbindung mit Körperschalloder Wirkleistungsmessung.
- 119 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Condition Monitoring - Vorbeugende Instandhaltung
Vorteile:
Spektralanalyser CM
• Vorbeugende Instandhaltung von Werkzeug- oder
Werkstückspindeln, d.h. Vermeidung überraschender Maschinenstillstände.
• Vermeidung von Schäden durch Unwuchtkontrolle.
• Rechtzeitiger, aber auch nicht zu früher Einbau von
Ersatzspindeln oder Ersatzwälzlagern.
SNF-SEA
(Schwingungsaufnehmer)
Messwert bzgl.
Schäden am
Wälzkörper
Messwert bzgl.
Schäden am
Wälzlagerring
TOOL MONITOR SEM-MODUL
Programm Bearbeiten Anzeigen Hilfe
Progamm: 3
Meßstelle 1: WLM
Kurve: Leistung
Schnitt 1: Bohren
100
dB
80
ESC
OK
Menü
60
40
20
0
6
12
0
19
Tool Monitor SEM-Modul
NORDMANN
25[sec]32
-
Realisierung:
• Frequenzselektive Auswertung der Schwingungen
am Spindelgehäuse, getrennt nach Schäden an
Wälzkörpern und Wälzlagerringen.
• Trenddarstellung des im Analysator CM gefilterten
Schwingungspegels über der Anzahl produzierter
Werkstücke.
+
• Erzeugung von Alarmen bei Erreichen von
Grenzwerten.
Hürth/Germany
- 120 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Besonderheiten der NORDMANN-Sensorpalette
Körperschallaufnahme über einen Kühlschmierstoffstrahl vom Werkzeug oder Werkstück (patentiert). Dadurch sind auch die kleinsten Werkzeuge
überwachbar (z. B. Bohrer mit Ø=0,1mm!), selbst in Mehrspindelbohrköpfen. Sehr gute Schallaufnahme auch beim Schleifen, Drehen, Wälzfräsen und
Umformen (Hämmern) unmittelbar vom Werkstück oder Werkzeug.
Körperschallaufnahme über die mitrotierenden drahtlosen Sensoren RSA, RSA-2 und RSA-Ring für Schleif-, Werkstück- und Abrichtspindeln.
Körperschallaufnahme über ein Federstahlelement unmittelbar vom Werkstück (speziell für Rundtakter und Transferstraßen, patentiert).
Luftschallmikrophone LSM-Q oder LSM-L in Werkzeugnähe. Dient auch als Aufprallsensor für Strahlschranken auf Basis Kühlschmierstoff und
Pressluft.
Kraftsensoren BDA-Q und BDA-Kralle für Kulissenhebel in Mehrspindeldrehautomaten mit besonders einfacher Montage über nur eine M5Schraube (beide patentiert).
Kraftmessung an jeder einzelnen Spindel über die Messung der elastischen Verlagerung der Spindel (für Mehrspindelbohrköpfe).
Werkstücklängentaster BDA-Pilz und WLT für Mehrspindler und Rundtakter (BDA-Pilz patentiert).
Dreiphasen-Wirkleistungsmessung Besonders reaktionsschnell und für kleinste Werkzeuge.
Hydro-Distanzsensor HDS zur Bohrerbruchkontrolle über einen Kühlschmierstoffstrahl als Wegaufnehmer (bis Abstand 50 cm).
Spark-Sensor SPS zur Drehmeißelkontrolle bei hohen Aufmaßschwankungen über deren Funkenflug
Strahlschranken SDS für kleine Distanzen (Gabelschranken) zur Bohrerbruchkontrolle über einen Kühlschmierstoff- oder Luftstrahl, auch für
Kleinstbohrer ab Ø=0,1mm.
Kühlschmierstoff-Strahlschranken für große Distanzen (bis 2,5 m) mittels Strahlkanone und Staudrucksensor BDA-Pilz (patentiert)
Elektromagnetischer Sensor EMS zur Bohrerbruchkontrolle in Mehrspindelbohrköpfen (Schwingungsmessung und/oder Längenkontrolle)
- 121 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Besonderheiten der NORDMANN Tool Monitore
Parallele Auswertung interner Antriebsdaten und der Messwerte beliebiger Sensoren (Wirkleistung, Kraft, Dehnung, Schall, Werkzeuglänge,
Werkstücklänge,…)
Grafische Korrekturmöglichkeit für die Hüllkurven im Bereich wiederholter, nur örtlicher Messwertanstiege, um wiederholte Grenzverletzungen zu
vermeiden. Bei Verwendung des Nordmann-Touchscreens können die Hüllkurven mit einem Stift (Touchpen) grafisch korrigiert, d. h. gezeichnet
werden. Am Monitor einer Steuerung mit PC-Bedienrechner erfolgt das Korrigieren der Grenzwerte über einen Pfeil, der auf der Hüllkurve mit
Cursortasten verschoben wird. Die Hüllkurve kann dann wie ein Gummiband verformt werden, getrennt für ihre obere und ihre untere Begrenzung.
Automatische Anpassung der Hüllkurve an einen wiederholt auftretenden Messkurvenausreisser, wenn der Bediener diesen als falschen Alarm mit
automatischer Grenzwertkorrektur quittiert.
Gleitende Hüllkurvenberechnung zur Überwachung von Mehrspindelbohrköpfen über die Wirkleistung bis zu einer bestimmten Bohrerzahl.
Dynamikauswertung: Kontrolle der Welligkeit der Messkurven zur Erkennung einzelner fehlender Zähne in Fräsern und zur Überwachung auf
sprungartige Kraft- oder Leistungsveränderungen (Bruch beim Drehen).
Mathematik-Messstelle: Erlaubt z. B. die Addition von Messkurven, um aus den Messwerten zweier Vorschubachsen eine Summen-Messkurve zu
generieren.
Hohe Anzahl überwachbarer Messkanäle: Mit dem Tool Monitor in seiner Standardausstattung sind 8 analoge und 20 digitale Messstellen
überwachbar. Das Gerät kann auf 16 analoge Messstellen erweitert werden.
Inprozess Werkstückmaßkontrolle und Werkzeug- bzw. Werkstück-Auffederungskontrolle auf akustischer Basis mit Auflösung im μ-Bereich
(patentiert).
- 122 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Warum muss es eine Nordmann-Werkzeugüberwachung sein?
 Umfangreiche Sensorpalette für die verschiedensten Messgrößen und Anwendungsfälle. Deshalb sind auch
schwierige Überwachungsaufgaben lösbar (z.B. Kleinstwerkzeuge, Mehrspindelbohrköpfe, Hartdrehen, Schleifen mit
kleinsten Schleifstiften; Maschinen mit vielen Bearbeitungsstationen, etc.)
 Nachrüstbar als einheitliches System auf allen Maschinensteuerungen, unabhängig vom Typ und Baujahr, ob mit
oder ohne PC als Bedienrechner
 Universelle Profibusschnittstelle, konfigurierbar für alle Maschinensteuerungen, die interne Antriebsdaten auf den
Profibus übertragen können
 Besondere Überwachungsstrategien zur Erkennung kleinster Ausbrüche beim Drehen, Bohren und Fräsen
 Verschleißüberwachung grundsätzlich ohne Aufpreis im System enthalten
 Hohe Bedienerfreundlichkeit durch übersichtliche Menüs, grafische Einstellbarkeit der Grenzwerte und
automatische Hüllkurvenkorrektur
 Entwicklung, Produktion, Verkauf, Montage und Service aus einer Hand mit einem Ansprechpartner
 Service weltweit und schnell vor Ort
- 123 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kostensenkung und Produktivitätserhöhung
durch den Einsatz von Nordmann-Tool Monitoren
Hauptpotenziale
Werkzeugkostenreduzierung
Kostensenkungspotential
Basierende Funktionen des Tool Monitors
- Verlängerung der Werkzeugwechselintervalle aufgrund der Möglichkeit der
Erkennung zu frühen Verschleißes.
2 - 8%
- Möglichkeit des wirtschaftlichen Nachschleifens aufgrund rechtzeitigen
Werkzeugwechsels.
0 - 5%
- Möglichkeit des gefahrlosen Experimentierens mit verschiedenen
Werkzeugsorten und -anschliffen.
5 - 15%
- Möglichkeit der Verwendung preiswerterer Werkzeuge, da ggf. vorzeitiges
Standzeitende gemeldet wird.
Kosten runter
Nutzungssteigerung der
Werkzeugmaschine
(daraus resultierend
weniger Werkzeugmaschinen
erforderlich)
Produktivität rauf
10 - 20%
- Vermeidung von Werkzeugbrüchen.
0 - 3%
- Möglichkeit des unbeaufsichtigten Pausendurchlaufes oder der Produktion in
einer teilbeaufsichtigten 3. Schicht.
2 - 8%
- Geringere Hauptzeit pro Teil aufgrund der gefahrlosen Möglichkeit höhere
Schnittgeschwindigkeiten und Vorschubwerte auszutesten.
0 - 5%
- Die Messkurvenanzeige deckt zu frühe Umschaltpunkte vom Eil- auf
Arbeitsvorschub auf.
0 - 7%
- Störungsarmer Betrieb durch Vermeidung von Brüchen und „Abräumen“ der
Folgestationen.
5 - 15%
- Luftschnittverkürzung: Verringerung der Hauptzeit durch das Fahren mit
höheren Vorschubgeschwindigkeiten bis zum Werkstückanschnitt
(wird insbesondere beim Schleifen praktiziert).
- 124 -
(Blatt 1)
10 - 20%
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kostensenkung und Produktivitätserhöhung
durch den Einsatz von Nordmann-Tool Monitoren
Hauptpotenziale
Vermeidung von Ausschuss
und Nacharbeit
Produktivität
Kosten
Maschinenkostenreduzierung
Vermeiden von
Reklamationen über das
Aussortieren schlechter
Teile
Kostensenkungspotential
Basierende Funktionen des Tool Monitors
-Inprozess - Werkstückmaßkontrolle mit pneumatischen Messtastern oder mit
einem Drehmeißel als Taster (akustische Berührungserkennung über das
Rutschgeräusch auf dem rotierenden Werkstück).
0 - 5%
-Erkennung zu geringen Aufmaßes durch zu späten Anstieg oder den Einbruch
des Körperschalls.
0 - 2%
-Verbesserung der Oberflächenqualität durch Erkennung von Rattern.
0 - 2%
-Prozessbegleitende Werkzeugverschleiß- und Bruchkontrolle mit Sofortstopp.
0 - 3%
-Die Visualisierung des Prozesses am Monitor lässt Unregelmäßigkeiten oft
schon durch bloßes Anschauen der Messkurve erkennen.
0 - 3%
- Vermeidung von Maschinenbrand (bei Verwendung von Schneidöl)
0 - 3%
- Schutz der Maschine beim Bruch großer Werkzeuge oder beim Crash
0 - 3%
- Erkennung von Kurzteilen aufgrund anderer Prozessunregelmäßigkeiten und
deren Aussortierung über die Ansteuerung einer Ausschussweiche.
0 - 5%
- 125 -
(Blatt 2)
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Kosten/Einsparungen durch ein Werkzeugüberwachungssystem
Kosten
Tool Monitor SEM-Modul:
4.000 bis 10.000€
Einsparungen
- 126 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
- 127 -
NORDMANN
WERKZEUGÜBERWACHUNG
und PROZESS-STEUERUNG