Die Ziele dieser Projektarbeit sind: Kontrolle der Füllhöhe des Schweißzusatzes im Schweißdraht mittels optischer Sensoren und die Kontrolle des Schweißdrahtes auf Rundheit des Außendurchmessers mittels optischer Sensoren.
Die Fertigungsmesstechnik (FMT) lässt ihre Entstehung bis zu 4000 Jahren vor Christus zurückverfolgen. Die Cheopspyramide aus der Zeit des antiken Ägyptens wurde auf den Meter genau gefertigt. Zu bedenken ist, dass die Pyramide in Handarbeit aus 3 Millionen einzelnen Steinblöcken mit einer durchschnittlichen Masse von 2,5 Tonnen je Block errichtet wurde. Somit ist dieses Weltkulturerbe ein bemerkenswertes Meisterstück an Präzision und Genauigkeit. Im Mittelalter waren Längenmaße auf Fuß- oder Ellenlänge der einzelnen Herrscher festgesetzt. Dies hatte zur Folge, dass es unterschiedlichste Probleme beim Waren- und Informationsaustausch über die Herrschergrenzen hinausgab. Um territoriale Unterschiede bei Längenmaßen und auch Gewichten zu vermeiden, entwarf die französische Akademie der Wissenschaften während der Französischen Revolution das erste Urmeter in Paris. Im Jahr 1875 trat die Meterkonvention für viele Staaten als Grundlage für die Vereinheitlichung in Kraft. Die Genauigkeit des Urmeters konnte im Laufe der Zeit ständig verbessert werden, sodass seit dem Jahr 1960 eine Toleranzgenauigkeit von ±0,2 µm möglich war. Die Fertigungsgenauigkeit liegt heute bei etwa ±0,00001µm.
Im Zeitalter der Globalisierung sind international anerkannte Standards für die Vereinheitlichung von Messungen, oder auch der Austauschbau unabdingbar. Im Internationalen Einheitensystem (SI) sind die Basiseinheiten für die sieben physikalischen Grundgrößen durch die Generalkonferenz für Maß und Gewicht festgelegt wurden. Aus diesen Basiseinheiten werden weitere Einheiten, wie für das Volumen, der Kraft, oder auch die Beschleunigung abgeleitet.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Entwicklung der Fertigungsmesstechnik
1.1.1 Entstehung der Messgenauigkeit
1.1.2 Fertigungsmesstechnik in der Produktion
1.2 Problemstellung und Zielsetzung
1.3 Unternehmens- und Abteilungsvorstellung
2 Möglichkeiten zum Messen in der Fertigungsmesstechnik
2.1 Grundsätzliches in der Sensortechnik
2.2 Anwendungsbereiche von Sensoren in der Fertigung
2.3 Optische Sensoren
2.3.1 Grundsätzliches
2.3.2 Photoelektrischer Effekt
2.3.3 Messprinzip der Lasertriangulation
3 Darstellung zum derzeitigen Standard der Schweißdrahtproduktion
3.1 Produktionszyklus
3.2 Qualitätsmanagement
4 Konzeption zum optischen Messen in der Schweißdrahtproduktion
4.1 Vorgehensweise zur Lösungsfindung
4.2 Auswahl der Fertigungsmesstechnik
4.2.1 2D-Laser-Liniensensor
4.2.2 Optisches Mikrometer
4.3 Versuchsaufbau
5 Potenziale der Fertigungsmesstechnik
5.1 Fazit
5.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die Projektarbeit zielt darauf ab, die Qualitätssicherung in der Schweißdrahtproduktion durch die Integration optischer Messverfahren zu verbessern. Da bisherige Kontrollen lediglich bei Anlagenstillstand durch berührende Messtechnik erfolgten, soll durch den Einsatz optischer Sensoren eine kontinuierliche Überwachung in Echtzeit ermöglicht werden, um eine gleichbleibende Produktqualität zu gewährleisten.
- Methodische Erfassung der Füllhöhe des Schweißzusatzes im Fülldraht.
- Kontinuierliche Prüfung der Rundheit des Außendurchmessers des Schweißdrahtes.
- Analyse und Auswahl geeigneter optischer Sensoren unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten.
- Integration und Erprobung der Messsysteme (2D-Laser-Liniensensor und optisches Mikrometer) im laufenden Produktionsprozess.
- Entwicklung von Strategien zur nachhaltigen Datenspeicherung und Prozessoptimierung.
Auszug aus dem Buch
4.2.2 Optisches Mikrometer
Das optische Mikrometer der Firma Micro-Epsilon nutz das Lichtschnittverfahren zum berührungslosen Messen von geometrischen Größen wie Spalt, Kantenposition und Durchmesser. Es gibt verschiedene Ausführungen des Mikrometers. Für die Durchmessermessung des gefertigten Schweißdrahtes an der Fülldrahtanlage ist die Anordnung zweier Mikrometer über Kreuz sinnvoll, um eine exakte Messung des Durchmessers durchführen zu können. Diese Bauweise wird von dem Hersteller als OptoControl 2520, X-Frame, bezeichnet und lässt eine genaue Messung im Mikrometerbereich zu. Darüber hinaus wird die Position des zu messenden Objekts ebenso genau gemessen. Die hauptsächliche Anwendung in dieser Projektarbeit liegt darin, die diversen Außendurchmesser der Schweißdrahtvariationen, je nach Kundenwunsch zu messen. Standardmäßig kann das optische Mikrometer Durchmesser von 0,3 mm bis 30 mm erfassen. Als Toleranzvorgabe, in Absprache mit dem Abteilungsleiter Welding, dem zuständigen Entwicklungsingenieur und dem Qualitätsmanagement, ist vorerst ±0,01 mm als Annahme getroffen wurden.
Der Sensor (OptoControl 2520, X-Frame) strahlt mit einem Halbleiterlaser Laserlicht der Wellenlänge 670 nm [sichtbares rotes Licht (Anm. d. Autors)] aus. Beim Betrieb des Sensors sind die einschlägigen Vorschriften nach DIN EN 60825-1 Teil 1 von 07/2015 und nach Unfallverhütungsvorschrift „Laserstrahlung“ (DGUV 12 von 04/2007) zu beachten. Des Weiteren ist der Sensor in die Laserklasse 1M einzuordnen. Bei Lasereinrichtungen der Klasse 1M sind Laserstrahlung ungefährlich und können ohne weitere Schutzmaßnahmen eingesetzt werden. Allerdings ist der Arbeitsbereich deutlich und dauerhaft zu kennzeichnen. Sie sind nicht anzeigepflichtig und ein Laserschutzbeauftragter ist nicht erforderlich.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel erläutert die geschichtliche Entwicklung der Fertigungsmesstechnik sowie die Problemstellung und Zielsetzung der automatisierten Qualitätskontrolle in der Schweißdrahtproduktion.
2 Möglichkeiten zum Messen in der Fertigungsmesstechnik: Hier werden die theoretischen Grundlagen der Sensortechnik, insbesondere optischer Sensoren und deren Messprinzipien wie die Lasertriangulation, beschrieben.
3 Darstellung zum derzeitigen Standard der Schweißdrahtproduktion: Dieses Kapitel beschreibt den aktuellen Produktionsprozess des Fülldrahtes sowie die bestehenden qualitätssichernden Maßnahmen in der Abteilung Welding.
4 Konzeption zum optischen Messen in der Schweißdrahtproduktion: Der Fokus liegt auf der Auswahl und Implementierung spezifischer Sensoren (2D-Laser-Liniensensor und optisches Mikrometer) zur Prozessüberwachung mitsamt der Beschreibung des Versuchsaufbaus.
5 Potenziale der Fertigungsmesstechnik: Das abschließende Kapitel bewertet die erzielten Ergebnisse, diskutiert die Kosten-Nutzen-Aspekte und gibt einen Ausblick auf die Zukunft der "Smart-Factory" und Industrie 4.0.
Schlüsselwörter
Fertigungsmesstechnik, Schweißdrahtproduktion, Fülldraht, optische Sensoren, Qualitätssicherung, Lasertriangulation, Lichtschnittverfahren, 2D-Laser-Liniensensor, optisches Mikrometer, Prozessoptimierung, Industrie 4.0, Smart-Factory, berührungslose Messung, Qualitätsmanagement, Sensortechnik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Implementierung von moderner, optischer Fertigungsmesstechnik zur Qualitätsüberwachung in der laufenden Herstellung von Fülldrähten.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die Themenfelder umfassen die Sensortechnik, Methoden der berührungslosen Abstandsmessung, die Optimierung von Produktionsabläufen und die Anforderungen an eine moderne Qualitätssicherung.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist die Ablösung der bisherigen punktuellen Qualitätskontrollen bei Anlagenstillstand durch ein System, das eine permanente, berührungslose Überwachung von Füllhöhe und Außendurchmesser ermöglicht.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf eine Literaturanalyse der Messtechnik sowie einen praktischen Versuchsaufbau, bei dem Sensoren unter realen Produktionsbedingungen in der Fülldrahtanlage erprobt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden sowohl theoretische Grundlagen der Sensorik dargelegt als auch die konkrete Konzeption, Auswahl und Integration von 2D-Laser-Liniensensoren und optischen Mikrometern für die Schweißdrahtfertigung detailliert beschrieben.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird maßgeblich durch die Begriffe Fertigungsmesstechnik, Schweißdrahtproduktion, Qualitätssicherung und optische Sensorik charakterisiert.
Warum wird der 2D-Laser-Liniensensor zur Messung des Füllgrades eingesetzt?
Der Liniensensor eignet sich ideal, um Höhenprofile zu erfassen und Differenzabstände zwischen den Kanten des U-Profils und dem tiefsten Punkt der Schweißzusatzfüllung präzise zu bestimmen.
Welchen Vorteil bietet die Analyse mittels des optischen Mikrometers?
Das optische Mikrometer ermöglicht eine kontinuierliche und hochgenaue Differenzmessung des Außendurchmessers des fertigen Schweißdrahtes, was zur Einhaltung strenger Toleranzvorgaben beiträgt.
Welche Herausforderungen müssen bei der Anordnung der Sensoren beachtet werden?
Aufgrund der kompakten Bauweise der Fülldrahtanlage sind die Anbringungsmöglichkeiten limitiert; zudem erfordern alle Messsysteme eine sehr exakte Ausrichtung, um Messfehler durch Vibrationen oder fehlerhafte Positionierung im Messfeld zu vermeiden.
- Arbeit zitieren
- Tobias Hüttig (Autor:in), 2020, Implementierung von Fertigungsmesstechnik in der Schweißdrahtproduktion, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1284356
