Schneller beim Kunden

Wolfgang Zosel, freier Redakteur, für Balluff GmbH in Neuhausen

Kleine und kleinste Teile liegen bei Matthias Stech auf dem Schreibtisch: ein filigraner Metallzylinder, ca. 20 mm lang und 8 mm im Durchmesser, versehen mit aufeinander aufsetzenden Sacklochbohrungen in unterschiedlichen Durchmessern, in den Wandungen feinste Durchlässe im Zehntelmillimeter-Bereich. So klein und fein, dass manches Detail an dem Getriebebauteil mit bloßem Auge kaum erkennbar ist. Teile, wie sie Kunden bei Matthias Stech, Vorstand und Gründer der Axmann AG, vorlegen und Maschinen in Auftrag geben, die gut von schlecht unterscheiden können sollen.

Matthias Stech ist Tüftler und Maschinenbauer aus Leidenschaft: Er hat das Geschäft von der Pike auf gelernt und sieht es immer wieder als sportliche Herausforderung, komplexe Mess- und Prüfaufgaben in praxistaugliche, effiziente Maschinenlösungen umzusetzen. Bereits seit 1999 entwickelt und baut sein Unternehmen vielfältige Montage-, Palettier-, Zuführ-, Robotik- oder Handlingsysteme für unterschiedliche Kunden. Als größtes Umsatzfeld bietet der Sinsheimer Betrieb mit 28 Mitarbeitern auch Prüf-, Mess- und Sortieranlagen – vom Entwurf über die Fertigung, Montage bis hin zur Steuerungstechnik und technischen Dokumentation.

Mit zunehmendem Automatisierungsgrad gewinnen Qualitätssicherungsmaßnahmen an Bedeutung. Zulieferer im Automobilbereich müssen sicherstellen, dass sie Teile oder Baugruppen in gleichbleibend hoher Qualität fertigen können. Gerade dort, wo es um hundertstel bis tausendstel Millimeter sowie um komplexe Oberflächenprüfungen geht. Entspricht auch nur ein Teil einer Charge nicht den gestellten Anforderungen, ist der gesamte Auftrag gefährdet, Verluste oder gar die Existenz stehen auf dem Spiel.

Die von Axmann entwickelte Prüf- und Messanlage für Getriebebauteile ist eine kompakte Maschine, die am Boden vier mal vier und in der Höhe etwa zweieinhalb Meter misst. Sie besteht im Kern aus einem Rundtischsystem mit sechzehn Nestern sowie einer Zu- und Abführung. Die Werkstückträger (Trays) aus Kunststoff haben unterschiedliche Farben und bieten Platz für jeweils 340 Bauteile. Nach Freigabe durch einen optischen Lichttaster rollen bis zu 10 übereinander gestapelte Trays zu einer Vereinzelungsstation. Anhand der Farbe der einzelnen Trays überprüft ein IO-Link-Farbsensor von Balluff, welcher Teiletyp angeliefert wurde und ob dieser mit dem zu startenden Prüfszenario übereinstimmt. Diese IO-Link-Farbsensoren erkennen Farben selbst bei schnellen Prozessen zuverlässig und sind besonders unempfindlich gegen Fremdlicht. Der intelligente Farbsensor wertet die Farbbereiche einzeln aus und übermittelt seine Erkenntnisse über ein einfaches Dreileiterkabel und via IO-Link-Master von Balluff an die Steuerungsebene.

Ein 5-fach-Greifer entnimmt nun jeweils 5 Teile aus dem Warenträger und steckt diese der Reihe nach in den jeweils passierenden Werkstückträger des Rundtischsystems. Im 2-Sekundentakt und über acht Prüfstationen startet ein mehrstufiges, vorwiegend kamera- und druckluftbasiertes Prüf- und Messverfahren, das sämtliche relevanten Parameter des Bauteils kontrolliert. So erstellen gleich an mehreren Prüfstationen leistungsfähige 3D-Kamerasysteme mithilfe mehrerer LED-Flashlights Aufnahmen vom Prüfling aus verschiedenen Blickwinkeln. Die zugehörige Software vergleicht die Bilder in Sekundenbruchteilen, aus den unterschiedlichen Schattierungen von Oberflächen lassen sich dabei Informationen über die dreidimensionale Form des Objektes und damit gleichzeitig über Schäden, Verunreinigungen, Rückstände und Produktionsmängel gewinnen. An einer nachfolgenden Station wird über eine so genannte Staudifferenzdruckprüfung ein Luftdruckwert in einen elektrischen Messwert umgewandelt und auf diese Weise ermittelt, ob die Innendurchmesser des Bauteiles stimmen. Außendurchmesser mit engsten Toleranzen werden mit Messtastern und Wiederholgenauigkeiten ±0,2 µm geprüft.

Am Ende hat das Bauteil ein komplexes Prüfszenario durchlaufen, für jeden Prüfling stellt die Software die zugehörige Prüfhistorie zur Verfügung. Entspricht das künftige Getriebeelement in allen Punkten den gestellten Anforderungen, wird die Greifeinheit das Teil in das am Ausgabepunkt bereit stehende I.O.-Tray setzen. Bauteile, die das geforderte Qualitätslevel nicht erfüllen, kommen in N.I.O.-Trays, klassifiziert nach Art und Umfang der Mängel. Der Teilehersteller erhält so recht schnell einen zuverlässigen Überblick, an welcher Stelle des Produktionsprozesses er nachbessern muss.

Obwohl in der Anlage rund 80 einfach schaltende Sensoren wie Lichttaster, Gabellichtschranken, Zylinderendschalter sowie drei Ventilinseln im Einsatz sind, macht die Maschine einen aufgeräumten und verkabelungstechnisch übersichtlichen Eindruck. Das liegt maßgeblich am Einsatz von IO-Link: Die leistungsfähige digitale Kommunikationsschnittstelle sorgt unterhalb der Busebene nicht nur für einen unkomplizierten bidirektionalen Signal- und Datenaustausch. Sie steht auch für einfache und transparente Verkabelungslösungen. „Man kann den IO-Link-Standard auch mit der USB-Schnittstelle im EDV-Bereich vergleichen: Alles lässt sich ganz einfach mit einem drei- oder maximal fünfadrigen Standardkabel verbinden. Das hat unsere Installations- und Verkabelungsprozess radikal vereinfacht“, betont Matthias Stech.

Über die Maschine verteilte Sensorhubs sammeln die Signale der einfach schaltenden Sensoren ein und bündeln dabei je nach Variante acht bzw. 16 Eingänge auf einen IO-Link-Port des installierten Profibus-IO-Link-Masters mit 8 Eingängen. Davon sind drei Stück in der Maschine installiert, sie machen sowohl die IO-Link-fähigen Devices – neben dem IO-Link-Farbsensor auch die drei IO-Link-Ventilinseln mit ihren bis zu 22 Steckplätzen – als auch die nicht IO-Link sprechenden Sensoren für die Steuerungsebene verfügbar. IO-Link ist abwärtskompatibel zu sämtlichen Standardsensoren und unempfindlich gegenüber Störeinflüssen. Gleichgültig, um welche Art der Signal- oder Datenübertragung es sich handelt: Stets genügt ein simples, ungeschirmtes drei- oder fünfadriges Standardkabel, jegliche Art von Sonderkabel oder zusätzliche Anschaltboxen entfallen. Kein Klemmen mehr, nur noch M12-Stecker setzen, fertig.

„Hätten wir die Aufgabe über ein Bussystem gelöst, wären die Kosten um rund 40 bis 50 % höher gewesen“, sagt Matthias Stech. Transparenz und Klarheit von IO-Link ziehen sich durch bis zum Platz sparend und übersichtlich aufgebauten Schaltschrank, einem einfachen Aufbau der Schaltpläne bis hin zur technischen Dokumentation. Mit IO-Link sind darüber hinaus modular aufgebaute Anlagenkonzepte realisierbar, die eine schnelle und kostengünstige Inbetriebnahme ermöglichen.

Neu in der stetig wachsenden Familie der IO-Link-Devices ist das Smart-Light von Balluff: Mit diesem neuen Typ von Signallampe lassen sich eine Vielzahl bislang kaum oder nur sehr schwer darstellbarer Sachverhalte visualisieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Signallampen sind die Farben und Zonen nicht fest zugewiesen, sondern frei ansteuer- und programmierbar. Bei Änderungen müssen also weder die Lampe demontiert noch Segmente neu verschraubt werden. Die 20 übereinander gereihten, separat ansteuerbaren LED-Kreise, beliebig in 1 bis 5 Zonen aufgeteilt, erstrahlen oder blinken je nach Wunsch und Aufgabe in mehreren wählbaren Farben. Bei den Prüfmaschinen von Axmann zeigt das Smart-Light neben den definierten Ist-Ständen der Maschine auch den aktuellen Füllstand der Materialzufuhr an. Weil IO-Link auch Diagnose und Parametrierung vereinfacht und damit ganz neue Maschinenkonzepte ermöglicht, wird der universell und einfach einsetzbare Kommunikationsstandard unterhalb der Busebene bei der Axmann AG weiter an Bedeutung gewinnen. „Wenn wir im Sondermaschinenbau in Zukunft wettbewerbsfähig bleiben wollen, sind Zeit und Kosten sparende Technologien, die dem Kunden einen faktischen Mehrwert bieten, stets willkommen“, fasst Matthias Stech zusammen. ge

In der neuen IO-Link Systembeschreibung − Technologie und Anwendung − erfahren Sie mehr über die weltweit standardisierte IO-Technologie (IEC 61131-9), die mit Sensoren und auch Aktoren kommuniziert. Die Broschüre vermittelt einen allgemein gültigen Überblick zur Technologie IO-Link und zeigt das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten eines IO-Link-Systems und dient zur Verbesserung des Verständnisses zu IO-Link:

Ganz neu in der stetig wachsenden Familie der IO-Link-Devices ist das Smart-Light von Balluff: Mit diesem neuen Typ von Signallampe ist sich eine Vielzahl bislang kaum oder nur sehr schwer darstellbarer Sachverhalte visualisieren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Signallampen sind die Farben und Zonen nicht fest zugewiesen, sondern frei ansteuer- und programmierbar.