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Prüftechnik profitiert von Steuerungs-Know-how von Beckhoff

Digitalisierung bei der Spindelprüfung
Prüftechnik profitiert von Steuerungs-Know-how von Beckhoff

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Neue Prüftechnik ermöglicht dem Spindelspezialisten Fischer das hochaufgelöste Loggen von vergleichbaren Messdaten – und basierend darauf das Detektieren von Unregelmäßigkeiten in der Fertigung durch das Übereinanderlegen der Daten. Der neue Prüfstand ist dazu mit PC-basierter Steuerungstechnik von Beckhoff ausgestattet und ermöglicht neben der Qualitätskontrolle eine 100-Prozent-End-of-Line-Prüfung. Parallel dazu ließ sich gegenüber dem Vorgänger aber auch der mögliche Durchsatz nahezu verdoppeln.

Andreas Iseli, Leiter Geschäftsstelle Lyssach, Beckhoff Schweiz

Inhaltsverzeichnis

1. Kriterien für die Wahl der Steuerungstechnik
2. Datenvergleich macht Unregelmäßigkeiten sichtbar
3. Predictive Maintenance und Vernetzung
4. Twincat 3 erleichtert Programmierung
5. Offenheit erleichtert Busanbindung
6. Support bei Vortests und mit Workshops

Motorspindeln, wie sie die Fischer AG in Herzogenbuchsee herstellt, müssen besonders hohen Qualitätsanforderungen genügen. Folgerichtig durchläuft jede einzelne Spindel ein ausgefeiltes Prüfprogramm, bevor sie ausgeliefert wird. Um die Prüfkapazität sowie die Menge und Qualität der Prüfdaten zu erhöhen, wurde ein neuer Prüfstand mit PC-basierter Steuerungstechnik der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG aus Verl entwickelt.

Fischer geht damit einen essentiellen Schritt auf dem Weg hin zur Digitalisierung, denn ein wichtiger Grund für die Entwicklung des neuen Prüfstands war die Qualität der Daten. Es sollen künftig nicht nur mehr, sondern vor allem auch zuverlässigere Prüfdaten erhoben werden. Ein entscheidendes Plus ist zudem, dass der mögliche Durchsatz nahezu verdoppelt werden konnte, obwohl „wir zur Qualitätsprüfung eine 100-Prozent-End-of-Line-Prüfung durchführen“, betont Stefan Schneider, Leiter Technik bei Fischer. „Jede Spindel, die wir herstellen, durchläuft einen mehrstündigen Prüfzyklus.“

Kriterien für die Wahl der Steuerungstechnik

„Im Projekt ‚Neue Spindelprüfung‘ haben wir uns entschieden, die schnelle Regelungstechnik und die komplette Steuerungsintelligenz mit Komponenten von Beckhoff aufzubauen“, erläutert Adrian Flükiger, Leiter Prüfstandbau bei Fischer. Geschwindigkeit und Performance seien ein wichtiges Kriterium für diese Entscheidung gewesen, ebenso wie die Offenheit des PC-basierten Ansatzes, den Beckhoff bei seiner Steuerungstechnik verfolgt. Der neue Prüfstand verfügt über zwei redundante Gruppen mit je sechs unabhängigen Prüfplätzen. Beide Gruppen sind mit einem Schaltschrank-Industrie-PC C6250 ausgerüstet. Jeder Prüfplatz verfügt zur Anlagenbedienung zudem über einen Schaltschrank-IPC C6920 und ein mit CP-Link 4 angebundenes, tragarmmontiertes Multitouch-Control-Panel CP3919. Der Aufbau mit redundanten Prüfplatzgruppen wurde gewählt, um eine möglichst hohe Ausfallsicherheit der Anlage sicherzustellen.

Datenvergleich macht Unregelmäßigkeiten sichtbar

Die gewünschten Prüfparameter sind in einer Datenbank hinterlegt. Ist eine Spindel im Prüfstand eingebaut, wird der passende Parametersatz per Barcodescan geladen. Anschließend durchläuft die Spindel die darin festgelegten Zyklen, bestehend aus Einlauf-, Produktions- und Abnahmezyklus. 257 Sensoren pro Prüfplatz liefern hochaufgelöste Daten, die exportiert, verdichtet und analysiert werden. Diese stehen dann weltweit in einer Datenbank zur Verfügung. „Mit dem neuen Prüfstand und der damit erreichten hohen Qualität der Daten ist es nun möglich, die Ergebnisse von gleichen Spindeltypen übereinanderzulegen und auf diese Weise Unregelmäßigkeiten besser zu detektieren“, so Adrian Flükiger weiter. „Das erhöht die Qualität und verringert den Rücklauf von fehlerhaften Spindeln, da diese gar nicht erst ausgeliefert werden.“

Die Qualität und Belastbarkeit der erhobenen Daten ist sehr wichtig, da Datenanalyse und Digitalisierung für das Unternehmen zunehmend von Bedeutung sind. Zwei Mitarbeiter beschäftigen sich schon heute in Vollzeit mit diesen Themen. „Seit wir hochaufgelöst loggen können und die Messdaten vergleichbar sind, können wir Muster erkennen und dadurch neue Qualitätskriterien definieren“, betont Stefan Schneider. „Ein Beispiel hierfür ist die Analyse der Lagertemperaturen: Früher wurden nur Grenzwerte überwacht, Schwankungen unterhalb der Grenzwerte konnten gar nicht detektiert werden. Solche Anomalien können dank des neuen Prüfstands nun erkannt werden.“

Predictive Maintenance und Vernetzung

Seit einem Jahr läuft der Prüfstand mit allen zwölf Prüfplätzen ohne Zwischenfälle – und so soll es auch bleiben. Deshalb werden nicht nur Prüfdaten für die Spindeln erhoben, sondern auch die wartungsbehafteten Bauelemente der Anlage wie etwa die Filter überwacht. „Bei unseren alten Prüfständen haben wir an Weihnachten oder in den Sommerferien die Wartungsarbeiten durchgeführt – davon wollen wir weg“, führt Adrian Flükiger aus. „Die Verfügbarkeit soll bei der neuen Anlage immer sichergestellt sein.“ Daher werden die wartungsbehafteten Komponenten überwacht und bei Bedarf ausgewechselt.

Bei dem Industrie-PC (IPC) beispielsweise wird die Auslastung überwacht und geloggt. Ist ein Rechner dauerhaft zu 90 Prozent ausgelastet, wird die dafür verantwortliche Ursache gesucht und eliminiert. Nötigenfalls kann ein IPC zudem ohne großen zeitlichen Aufwand durch ein performanteres Gerät aus dem breiten Beckhoff-Portfolio ersetzt werden, da die Installationen gespiegelt werden und sich damit einfach auf einen neuen IPC aufspielen lassen. Auch die Vernetzung des Prüfstands ist ein Novum. Denn am alten Prüfstand mussten alle Einstellungen vor Ort vorgenommen werden. Der neue Prüfstand erlaubt hingegen die Optimierung per Remote-Zugriff, wobei Kameras die für die Betriebssicherheit notwendigen Bilder liefern. Diese Option wird bei Fischer häufig genutzt, vor allem da der Prüfstand in mehreren Schichten und auch über das Wochenende betrieben wird.

Twincat 3 erleichtert Programmierung

Von dem ursprünglich verwendeten grafischen Programmiersystem wechselten die Spindelspezialisten aufgrund von Performance-Problemen auf die objektorientierte Programmiersprache C#. Dafür wird die .Net-Schnittstelle von Twincat 3 genutzt. „Ein weiteres Feature, das sich bei der Softwareentwicklung als sehr hilfreich erwiesen hat, sind die Multiinstanzen von Twincat“, betont Adrian Flükiger. „Schließlich gibt es zwölf Prüfplätze – durch die Multiinstanzen muss aber nur der Code für einen geschrieben werden.“ Das spare viel Zeit und Programmieraufwand.“

Ein Feature, das sich bei der Inbetriebnahme des neuen Prüfstandes besonders bewährt hat, ist zudem das Software-Oszilloskop Twincat 3 Scope, das vollständig in die Twincat-Steuerungsarchitektur integriert ist und über das Charting-Tool die einfache grafische Darstellung von Signalverläufen ermöglicht. „Mit Twincat 3 Scope können wir quasi in Echtzeit das Signal von jeder Klemme anschauen“, freut sich Flükiger. „Den großen Nutzen dieses Features haben wir erst im Verlauf der Entwicklung erkannt – denn wenn man bei der Inbetriebnahme oder bei einer Fehlersuche die Signale vergleichen kann, hilft das sehr.“

Multicore-Oszilloskop für Big Data

Offenheit erleichtert Busanbindung

Ethercat dient beim neuen Prüfstand als Hauptbussystem. Doch aufgrund einiger unverzichtbarer Komponenten sind auch andere Feldbusse vertreten. „Dass wir mehrere Feldbusarten mischen können, kommt uns sehr entgegen“, so Flükiger weiter. „Denn im Prüfstand betreiben wir Motoren, die über Profibus angebunden sind, und wegen einiger Ventile ist zusätzlich ein CAN-Bus nötig.“ Dank der offenen Steuerungstechnik von Beckhoff sei es allerdings kein Problem, mehrere Bussysteme zu mischen.

Die Ethercat-Box-Module der EP-Serie von Beckhoff erwiesen sich bei der Anbindung als hilfreich. „Ohne diese IP-67-I/O-Module wäre ein deutlich höherer Verkabelungsaufwand entstanden – denn die Feldbus- und Signalverdrahtung vereinfacht sich durch die dezentrale Installation und die vorkonfektionierten Kabel der Ethercat-Box-Module erheblich“, so der Prüftstandsexperte. „Verdrahtungsfehler können so weitgehend vermieden und die Inbetriebnahmezeiten minimiert werden.“ Die Ethercat-Box-Module unterstützen alle wichtigen Feldbussysteme, so dass die Elektroplanung weitgehend unabhängig vom verwendeten Bussystem wird.

„Für die Klemmen nutzen wir die Sync Units innerhalb von Twincat“, erklärt Adrian Flükiger weiter. „Damit können Applikationen strukturiert werden, was eine bessere Übersicht gewährleistet und die Fehlersuche vereinfacht.“ Sync Units definieren unabhängige Einheiten von I/O-Teilnehmern. Fällt innerhalb einer Sync Unit ein Feldbus-Teilnehmer aus, dann werden Teilnehmer der eigenen Sync Unit als fehlerhaft markiert. Die Teilnehmer in anderen Sync Units werden davon nicht beeinflusst.

Support bei Vortests und mit Workshops

Dass mit dem Beckhoff-Büro in Lyssach in der Schweiz ein kompetenter Support in nächster Nähe verfügbar war, erwies sich besonders während der Umsetzung des anspruchsvollen und komplexen Projekts als sehr hilfreich. „Beckhoff unterstützte uns bei Vortests oder auch mit Workshops, wenn sich mehrere Themen angestaut hatten“, erinnert sich Stefan Schneider. Für das Projektteam der Fischer AG sei zudem die Softwareentwicklung ein zentraler Pfeiler für den nachhaltigen Geschäftserfolg. „Daher hat sich das Team rigoros auf die Qualität und Effizienz fokussiert und mit dem Beckhoff Solution Partner MBC Engineering GmbH einen Spezialisten für Twincat und .Net-Entwicklungen ins Boot geholt.“

„Das breite Portfolio von Beckhoff deckt aus unserer Sicht alle Anforderungen ab“, so Stefan Schneider abschließend. „Unser Prüfstandbau rüstet daher derzeit alle alten Prüfstände mit Beckhoff-Komponenten aus.“ Auch ein weiterer Prüfstand nach dem neuen Konzept ist bereits in Planung, wie Adrian Flükiger ergänzt: „Der aktuelle Prüfstand wurde ausgelegt für Motorspindeln, welche in Fräsapplikationen zum Einsatz kommen. Ein weiterer Prüfstand speziell für Schleifspindeln wird in ähnlicher Bauweise umgesetzt werden. Dafür muss zwar die Prüfstandsmechanik komplett geändert werden – aber das Konzept für die Steuerung und die Softwaremodule können wir größtenteils wiederverwenden.“ (co)

Weitere Infos zu Prüf- und Testanlagen mit PC-basierter Steuerungstechnik


Kontakt:

Beckhoff Automation GmbH & Co. KG
Hülshorstweg 20
33415 Verl
Tel.: +49 5246 / 963-0
E-Mail: info@beckhoff.de
Website: www.beckhoff.de


Hintergrund

Der Anwender

Die Fischer AG mit Sitz in Herzogenbuchsee ist ein Familienunternehmen in dritter Generation, das 2019 sein 80-jähriges Firmenjubiläum feierte. In den Anfangsjahren entwickelte man einfache, riemengetriebene Schleifspindeln, insbesondere auch für die eigene Teilefertigung. Inzwischen umfasst das Portfolio aber alle Bereiche der Zerspanungstechnik, wie etwa Schleifen, Fräsen und die Hochleistungszerspanung für Aerospace-Strukturkomponenten. Ganz neu im Portfolio sind aerodynamisch gelagerte Kompressoren für die Brennstoffzellenbelüftung im Automobil-Bereich sowie Fräsköpfe in Kombination mit der Fischer Spindel, welche in Taiwan produziert werden. „In dieser Art einzigartig auf dem Markt sind unsere Spindeln mit patentierter Wellenkühlung – ein Highend-Produkt, welches für die Bearbeitung ultrapräziser Formen verwendet wird“, betont Stefan Schneider, Leiter Technik bei der Fischer AG. Damit wird ein Nischenmarkt bedient, der von kleinen Stückzahlen geprägt ist.

Website: www.fischerspindle.ch

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