Gevoelige robotische ultrasone tests
UITDAGING #1
Ist ein sensitives Führen eines Ultraschall-Kopfes mit einem Roboter möglich?
UITDAGING #2
Wie wirkt sich das Koppelmedium auf die Sensitivität aus?
UITDAGING #3
Bis zu welchem Grad sind unbekannte Geometrien mit dem Prüfkopf erfassbar?
Over het project
Projectdoelstellingen
In diesem Projekt wurde untersucht, ob ein Roboter Aufgaben übernehmen kann, die bisher von Hand gemacht wurden – genauer gesagt: die Ultraschallprüfung großer Schmiedebauteile. Ziel war es herauszufinden, ob ein Roboter den Ultraschallkopf präzise und mit zuverlässiger Anpresskraft führen kann.
Dabei sollten drei wichtige Fragen geklärt werden, um die technische Umsetzbarkeit und die potenziellen Vorteile eines robotergestützten Prüfprozesses zu evaluieren.
Kann der Roboter den Ultraschallkopf sensitiv führen?
Der Prüfkopf muss mit einer konstanten Anpresskraft entlang einer vorgegebenen Bahn bewegt werden, damit gute Messergebnisse erzielt werden und die Prüfergebnisse reproduzierbar sind. Dafür muss der Roboter kraftgeregelt gesteuert werden, um eine optimale Kopplung zwischen Prüfkopf und dem Schmiedebauteil sicherzustellen.
Welchen Einfluss hat das sogenannte Koppelmedium auf die Sensitivität des Systems?
Da das Koppelmittel eine entscheidende Rolle für die Signalübertragung im Ultraschallprüfprozess spielt, wird untersucht, inwiefern das Koppelmedium das sensitive Führen des Ultraschallkopfes durch den Roboter beeinflusst. Ziel ist es die Fähigkeit des Robotersystems im Falle der Gleitreibung nachzuweisen, sodass ein reproduzierbares Ergebnis (konstante Kontaktkraft, konstante Verfahrgeschwindigkeit) sichergestellt werden kann.
Wie flexibel kann der Roboter auf unterschiedliche Formen von Schmiedestücken reagieren?
Da Schmiedebauteile in ihrer Form variieren können, wird getestet, wie gut sich die Bahnplanung und Steuerung des Roboters an unterschiedliche Werkstückgeometrien anpassen lassen. Hierzu wird eine Kombination aus CAD-gestützter Bahnplanung (offline Bahnplanung) und einer Kalibrierung am realen Werkstück genutzt, um die Machbarkeit einer automatisierten Geometrieanpassung zu prüfen.
Darüber hinaus soll untersucht werden, welche weiteren Vorteile sich durch eine Digitalisierung des gesamten Prüfprozesses ergeben – zum Beispiel für eine bessere Dokumentation oder spätere Auswertungen.
BESCHRIJVING VAN DE ONDERNEMING
Fabian Bonner
Teamleitung Qualitätssicherung Brück GmbH
Basislijn
Mit der Firma Brück GmbH in Ensheim wurde ein bestehender Prüfprozess unter die Lupe genommen. Dabei geht es um sehr große Schmiedebauteile mit einem Durchmesser bis zu 6,5 Metern. Bisher mussten Mitarbeiter den Ultraschallkopf per Hand führen, was eine körperlich anstrengende und unergonomische Arbeit ist. Da bei der Handprüfung der Prüfkopf aufgrund der Größe des Schmiedebauteils immer wieder erneut angesetzt werden muss, kommt es zu einem erhöhten Zeitaufwand während es Prüfprozesses.
Im Zuge schärferer Forderungen im Markt, steht die Abspeicherung und Dokumentation der Messdaten vor neuen Herausforderungen. Die Prüfergebnisse wurden bisher nicht durchgängig digital erfasst.
Es sollte daher geprüft werden, ob sich der Prozess durch einen Roboter automatisieren und digitalisieren lässt.
Aanpak
Zunächst wurde der bisherige manuelle Prozess genau untersucht, um die Besonderheiten und individuelle Herausforderungen zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wurde anschließend ein Automatisierungskonzept entwickelt, das beschreibt, wie der Roboter die Aufgabe übernehmen kann.
Der Fokus lag dabei auf der Gewährleistung einer präzisen, kraftgeregelten Führung des Ultraschallprüfkopfes sowie der digitalen Erfassung und Dokumentation der Prüfdaten.
Ein zentrales Hilfsmittel war eine erste exemplarische Planung der Prüfbewegung auf Basis von Konstruktionsdaten (CAD). Da jedes Bauteil aufgrund natürlicher Fertigungstoleranzen leicht unterschiedlich gefertigt sein kann, wurde zusätzlich eine Kalibrierung am echten Werkstück durchgeführt. Dadurch konnte die Bahnplanung an die tatsächliche Geometrie angepasst und die Prozessgenauigkeit erhöht werden.
Einer der wichtigsten Punkte der Ultraschallprüfung war, dass der Roboter mit einer sogenannten „kraftgeregelten Steuerung“ arbeitet. Das bedeutet, dass er den Prüfkopf mit gleichmäßigem Druck führt. Dadurch wurden auch über größere Flächen homogene und in sich konsistente Messergebnisse erzielt, wodurch sich die Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse erhöhte.
Auch das Auftragen des Koppelmittels wurde genauer betrachtet: Wie dick darf es sein? Wie gleichmäßig muss es verteilt werden? Es war wichtig zu erkennen welche Auswirkungen die Dicke des Koppelmittels auf die Kraftregelung hat, um eine optimale Applikationsstrategie zu entwickeln.
In einer abschließenden Testphase wurde der neu automatisierte Prüfprozess mit einer exemplarischen Geometrie und Prozessparametern erprobt– mit dem Ergebnis, dass die Roboterlösung dem Handprüfprozess mindestens ebenbürtig ist. Insbesondere unter den Randbedingungen vollständiger Wiederholbarkeit sind die Lösungen vergleichbar.
Resultaat van het project
Das Projekt hat gezeigt: Die Automatisierung des Ultraschallprüfprozesses mit einem feinfühligen Roboter ist technisch möglich – und bringt viele Vorteile mit sich.
Die Messungen bleiben zuverlässig und gleichmäßig, da der Roboter den Prüfkopf mit konstantem Druck führt. Für die Mitarbeitenden wurde der Prozess weniger belastend, da körperlich anstrengende Handarbeit reduziert wird. Außerdem bietet die Lösung die Möglichkeit alle Prüfdaten digital zu erfassen und für jedes Bauteil zu speichern. Das verbessert die Nachvollziehbarkeit und optimiert die Qualitätssicherung.
Auch wirtschaftlich lohnt sich der Einsatz, da sich durch die Automatisierung Prüfzeiten verkürzen und somit Kosten sparen lassen. Insgesamt bietet das Projekt eine solide Grundlage dafür, diesen automatisierten Prüfprozess künftig auch in der Industrie großflächig einzusetzen.
Belangrijkste lessen die uit het project zijn getrokken
Das sagt Brück GmbH über die Zusammenarbeit mit dem EDIH Saarland und Mittelstand-Digital Zentrum Saarbrücken
Die Umsetzung des Projektes war unkompliziert und die Ergebnisse aufschlussreich.
Das Projektergebnis ist für uns Anreiz diese Prüfmethodik weiter zu verfolgen.
Wir sind mit der Aufarbeitung und Kommunikation sehr zufrieden.
Das Projekt ermöglichte uns ein tieferes Verständnis für die Anwendungsfelder von Robotern.
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