Fehlerquellen eindeutig erkennen

Nach Informationen von Mikrotron GmbH in Unterschleißheim www.mikrotron.de

Ein klein wenig Schlupf, Prellverhalten, Schwingungen und Vibrationen oder sonstige Abweichungen vom Istwert zum Sollwert können erhebliche Auswirkungen auf Qualität, Produktivität und Wartung von Maschinen haben. Die mechanischen Herausforderungen an eine Nähmaschine sind sehr komplex und dennoch muss der Anspruch hoher Präzision und Funktionssicherheit gewährleistet sein. Die Nähmaschinen des Schweizer Unternehmens Bernina International in Steckborn am Bodensee sind bekannt für Qualität und Langlebigkeit. Sie sind der Garant für schnelle, schwingungsarme, leise und verschleißfreie Arbeitsweise. Die Maschinen müssen mit hoher Genauigkeit stoppen und Bewegungen zeit- und wiederholgenau ausführen.

Das präzise mechanische und elektronische Zusammenspiel aller Bauteile der Nähmaschine wird von vielen Faktoren beeinflusst. Beispielsweise kann konstruktionsbedingte Unwucht zu Schwingungen führen. Dennoch müssen die zu steuernden Bewegungen sehr präzise ausgeführt werden. Bereits kleinste Abweichungen im Mikrobereich können bei hohen Schwingungsfrequenzen die Funktionspräzision einer Nähmaschine stark beeinflussen. In rasanter Geschwindigkeit soll der Ober- und Unterfaden exakt die Vorgaben in der Bewegung erfüllen. Materialbedingte Unterschiede führen aber bei teilweise sehr beengten Platzverhältnissen zu unberechenbaren Bewegungen.

Um die sich dabei ergebenden Probleme eindeutig zu analysieren, ist die Konstruktions- und Entwicklungsabteilung von Bernina auf sehr präzise, effiziente und zuverlässige Messgeräte angewiesen. Mit dem zielgerichteten Einsatz einer Hochgeschwindigkeitskamera hatte man schon früher Erfahrungen gesammelt. Im Jahr 2009 erfolgte die Entscheidung für die Investition in ein wesentlich leistungsfähigeres System. Die Motion Blitz Eo Sens mini2 von Mikrotron in Unterschleißheim bei München war damals das aktuelle Produkt des Herstellers und wurde von den Verantwortlichen bei Bernina als besonders leistungsfähiges System bewertet.

Im selben Jahr wurde die High-Speed-Kamera erworben und in der Konstruktions- und Entwicklungsabteilung eingesetzt. Sowohl den Abteilungsleiter H. Durville als auch den Testingenieur H. Schwyn überzeugten Flexibilität, Leistungsumfang, einfache Bedienung, Präzision durch hohe Bildauflösung sowie die kompakte Bauweise.

„Die Kamera hat sich schnell als ein wirkungsvolles Hilfsmittel für viele Testzwecke etabliert.“ bemerkt H. Schwyn. Mit dieser Technik werden die Ingenieure von Bernina in die Lage versetzt, ihre neuen Technologien in Echtzeit sichtbar zu machen und zu testen. „Wir setzen die Kamera fast täglich konsequent ein“ führt er weiter aus. Viele Änderungen und Optimierungen in der Konstruk-tion sind auf die eindeutigen Ergebnisse der Hochgeschwindigkeitsaufnahmen zurückzuführen. Dabei kann auch erwähnt werden, dass die Kamera sich schon in anderen Einsatzbereichen wie in der Fertigungsoptimierung als wertvolles Analysesystem erwiesen hat.

Eine besondere Herausforderung bei der Entwicklung einer Nähmaschine stellt die kontrollierte Bewegung des Fadens dar. Der Handel bietet Fäden in den verschiedensten Materialien und für unterschiedliche Aufgaben an. Die Fäden haben unterschiedliche Eigenschaften in der Oberfläche, Dicke, Härte und Biegeverhalten. Es ist deshalb schwierig, den Fadenlauf exakt unter Kontrolle zu halten. Der Faden kann im gespannten Zustand eine Geschwindigkeit von bis zu 2 m/s erreichen. Er wird aber auch im völlig losen Zustand, bei engsten Platzverhältnissen und mit hohem Tempo frei fliegend durch die Luft geschleudert. Dabei besteht die Gefahr, dass er sich an beteiligten Bauteilen ein- bzw. aus Fadenführungsteilen aushängt. Es ist für eine regelmäßige und qualitativ hochwertige Naht enorm wichtig, dass die Schlupfbewegungen des Fadens zu jeder Zeit und an jedem Ort definiert und kontrolliert werden können. Mit der Motion Blitz Eo Sens mini2 wird die Bewegung des Fadens für das menschliche Auge durch hohe Kameraauflösung und Zeitdehnung gut sichtbar gemacht und kann somit zielgerichtet beeinflusst werden.

Das Herzstück einer Nähmaschine ist der sogenannte Greifer. Dieser erfasst den Faden, der ihm von der Nadel „angeboten“ wird. Nur wenige hundertstel Millimeter entscheiden darüber, ob der Faden vom Greifer erfasst wird oder nicht, ob also eine Naht entsteht oder eben nicht. Die Nadel ist geführt vom oberen, der Greifer vom unteren Teil einer Nähmaschine. Die langen mechanischen Hebelarme, die hohe Geschwindigkeit und die vielen sich bewegenden Teile verursachen Schwingungen, die diese so ungemein wichtige Funktion gefährden. Die Hochgeschwindigkeitskamera brachte auch hier Licht ins Dunkel des Vorganges und lieferte damit wichtige Informationen für die Verbesserung der Konstruk- tion. Gerade im Bereich der Greiferbewegung konnten wichtige Optimierungen erfolgen. Insbesondere im internationalen Wettbewerb ist höchste Qualität ein wichtiger Aspekt bei der Kundenbindung. Das Zeitmanagement des Bewegungsablaufes ist von größter Bedeutung für die Qualität der Nähmaschinenfunktion und deren Nähergebnisse.

Seit der Anschaffung der Kamera konnten viele notwendige Qualitätsanalysen schneller durchgeführt werden. Welchen wirtschaft- lichen Wert jede Verbesserung letztendlich erzielte, ist schwer nachvollziehbar. In der Entwicklungsabteilung von Bernina ist man aber überzeugt, dass sich die Investition gelohnt hat und eine günstige Amortisation gegeben ist.

Mit der zugehörigen Software steht eine einfach zu handhabende Bedienungsoberfläche zur Verfügung, die einige komfortable Funktionen beinhaltet. Dazu zählt die RoI-Funktion mit beliebig in Lage und Größe definierbarem Bildfenster und damit maximal zu Verfügung stehender Bildfrequenz. Mit dem Imageblitz-Auto-Trigger können sporadisch auftretende Ereignisse erfasst und die optimale Bildsequenz eingegrenzt werden. Weitere Funktionen sind der Burst-Trigger- und der Multi-Sequenz-Mode. ge

Weil GigE-Vision auf dem Ethernet-Standard basiert, können alle Vorteile von Ethernet sowie geeignete Infrastrukturkomponenten verwendet werden. Die Bandbreite des Gigabit-Ethernet-Standards ist skalierbar und erlaubt zukünftig weitere Entwicklungen:

Die Hochgeschwindigkeits-Kamera Motion Blitz Eo Sens mini2 zeichnet sich durch Abmessungen von 63 x 63 x 64,5 mm und eine integrierte GigE-Vision-Ethernet-Schnittstelle aus. Der Steckerausgang ist wahlweise rückseitig oder seitlich verfügbar und vereinfacht den Einsatz der Kamera unter beengten Bedingungen. Für scharfe und rauscharme Bilder sorgt die in Echtzeit arbeitende Fixed-Pattern-Noise-Korrektur, bei der jedes einzelne Pixel hinsichtlich Schwarzwert und Dynamik mit einem Referenzbild abgeglichen wird. Die zuschaltbare nichtlineare Dynamikanpassung erzielt auch bei extremen Hell-Dunkel-Unterschieden sehr genaue Details im Bild. Die Bildauflösung dieser Kameraserie beträgt bis zu 4 Megapixel bei bis zu 500 fps (frames per second) mit 10-bit monochrom oder optional 30-bit-RGB mit Bayerfilter. Bei reduziertem Bildfeld können weit über 100.000 fps realisiert werden.