Dr. Heinrich Schwenke, CEO Etalon AG

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1 VDMA-Forum - Branchenlösung Aerospace Fertigung und Vermessung von hochpräzisen Großbauteilen: Handhabung von Temperatur und Maschinengeometrie Genauigkeitsanforderungen im Großmachinenbau Volumetrische Kompensation Einsatzbeispiele Temperatureinfluss Die selbstüberwachende Maschine Zusammenfassung Dr. Heinrich Schwenke, CEO Etalon AG

2 Kritische Toleranzen an großen Bauteilen Gas- und Dampfturbinenbau Komponenten für Windkraftwerke Formenbau, insbesondere Automobilbau Strukturteile im Flugzeugbau Druckkessel, Vakuumkomponenten usw.

3 Genauigkeit Kalibrierung Kollision Kalibrierung Abnahme durch Verschleiß, Fundamentabsenkung, Temperaturveränderung Abnahme durch Verschleiß, Fundamentabsenkung, Temperaturveränderung Zeit

4 Konzept der Volumetrischen Kompensation. Messung aller Abweichungen im Maschinenvolumen Verwendung dieser Information für die Kompensation während der Bearbeitung

5 Genauigkeit Volumetrische Kalibrierung Kollision Volumetrische Kalibrierung Abnahme durch Verschleiß, Fundamentabsenkung, Temperaturveränderung Zeit

6 Vorteile der volumetrischen Kompensation Genauigkeitssteigerung: Typischer Genauigkeitsgewinn durch volumetrische Kompensation 60-80% -> Erhöhung der Teilequalität, insbesondere bei der 5-Achs-Bearbeitung Life Cycle Value: Über den Lebenszyklus der Maschine kann die Genauigkeit durch Kompensation wiederhergestellt werden.

7 Die Etalon Lösung LaserTRACER-NG: Selbstnachführendes Laserinterferometer TRAC-CAL: Bedienerfreundliche Software für den gesamten Messprozess TRAC-CAL Schnittstellen und Exportformate für fast alle Maschinensteuerungen.

8 Volumetrischen Kompensation auf Werkzeugmaschinen Steuerungen Siemens: Volumetric Compensation System (VCS). Fanuc: 3D error compensation / 3D rotary error compensation Heidenhain: KinematicsComp Mazak, Fidia, Fagor: Ähnlich zu Siemens VCS, weniger fortgeschritten

9 Beispiele: Wie profitiert die Industrie von der Volumetrischen Kompensation? Ein Spezialist für die Impeller-Fertigung, steigert durch Volumetrische Kompensation die Fertigungsgenauigkeit und Produktivität drastisch: Bauteile sind jetzt First time right Die gleichen Erfahrungen im Formenbau bei einem großen Automobilbauer: Für alle zukünftig beschafften Maschinen ist die volumetrische Kompensationsoption nun im Pflichtenheft. Im Joint-Strike-Fighter -Programm wurde nach Erfahrungen mit volumetrischer Kompensation entschieden, dass alle Maschinen für Strukturbauteile mit einer volumetrischen Kompensationsoption ausgestattet werden müssen. Ein amerikanische Flugzeughersteller kompensiert seine Maschinen für die Flügelfertigung (X-Achse 38 Meter) volumetrisch: Abweichungen in allen Diagonalen danach < 25 µm!

10 Die Ursache für Temperaturverformungen: Der thermische Ausdehnungskoeffizient

11 Temperatur ist konstant 20 C 20 C 20 C 20 C 20 C Voraussetzung: Klimatisierte Umgebung mit hohem Luftaustausch Gekühlte Maschinenantriebe Keine/Geringe Prozessenergie Konsequenz: Materialen der Maschine und des Werkstücks müssen nicht bekannt sein Maschinenfehler bleiben konstant

12 20 C 20 C 20 C 20 C Temperatur ist konstant, aber nicht 20 C Voraussetzung: Klimatisierte Umgebung mit hohem Luftaustausch Gekühlte Maschinenantriebe Keine/Geringe Prozessenergie Konsequenz: Materialen der Maschine und des Werkstücks müssen bekannt sein und kompensiert werden Maschinenfehler bleiben konstant

13 20 C 20 C 20 C 20 C Zeitlich variierende Temperaturen (dt/dt) Voraussetzung: Langsam veränderliche Raumtemperaturen Gleichmäßige Temperaturverteilung Konsequenz: Maschinen und Werkstücktemperaturen müssen in Echtzeit gemessen werden Lineare Temperaturmodelle könne unter Umständen angewandt werden.

14 20 C 20 C 20 C 20 C Zeitlich variierende Gradienten (dt/dx /dt) Voraussetzung: Wechselnde Temperaturbedingungen(Sonne, offene Türen) Maschine nicht temperiert Konsequenz: Gradienten verformen Maschine und Werkstück nichtlinear Maschinenverformungen kaum noch modellierbar

15 Die nächste Herausforderung: Wie kann man nach der Kompensation die Genauigkeit erhalten? Denn Fundamentabsenkungen verändern die Geometrie langsam Tag/Nacht und Jahreszeiten führen zu unterschiedlichen Temperaturprofilen und Geometrieveränderungen Veränderungen durch Kollisionen bleiben unbemerkt Werkstücke müssen durch unabhängige Messtechnik überprüft werden Häufige Anpassung der Bearbeitungsprogramme notwendig

16 Genauigkeit Volumetrische Kalibrierung Regelmäßige Selbstüberwachung und Kompensation Zeit

17 Absolute Multiline Technology: Baustein einer intelligenten Produktion

18 Absolute Multiline-Technology Absolutes Interferometer Zentrale Einheit für bis zu 124 synchrone Kanäle Messunsicherheit: U(95%)=0.5 µm/m Messlänge bis über 30 m Extrem langzeitstabil durch integrierte Absorbtionszelle Sehr robuste Sensoren (keine Elektronik) Faserlängen bis 7 km möglich

19 Fabrikweites Metrologienetzwerk bringt messtechnische Rückführbarkeit in alle Bereiche des Produktionsprozesses Produktion Montage Metrologie

20 Zentrale Überwachung von Werkzeug- und Messmaschinen Link to movie

21 Komponenten (1) Zentrales Multiline-System (eines pro Fabrik) (2) (2) Etalon Software auf der Steuerung (3) Faserschalter im Steuerschrank jeder angeschlossenen Maschine (4) 4-6 Satelliten pro Maschine (1) (3) (4)

22 1. Auswahl einer Messkonfiguration

23 1. Auswahl einer Messkonfiguration 2. Einwechseln des Werkzeugs und automatische Messung

24 1. Auswahl einer Messkonfiguration 2. Einwechseln des Werkzeugs und automatische Messung 3. Automatische Erstellung eines Prüfprotokolls

25 1. Auswahl einer Messkonfiguration 2. Einwechseln des Werkzeugs und automatische Messung 3. Automatische Erstellung eines Prüfprotokolls 4. Bei Bedarf: Berechnung von Kompensationswerten und Update der Kompensationsdaten

26 Beispiel: Überwachung einer großen Fahrständer-Maschine

27 Zusammenfassung Volumetrische Kompensation erhöht die Genauigkeit von Werkzeugmaschinen und erhöht den Life-Cycle-Value Etalon bietet mit dem Lasertracer-NG eine effektive Technologie für die hochgenaue Erfassung der Abweichungen aller Achsen an Die Absolute Multiline Technologie ist eine weltweit einzigartige Technologie zur absoluten Messung von Längen und ermöglicht die metrologische Vernetzung ganzer Fabriken (Industrie 4.0) Sie ist auch Baustein einer steuerungsintegrierten Lösung für die selbstüberwachende Werkzeugmaschine Damit können im Großmaschinenbau Prozesssicherheit und Produktivität weiter gesteigert werden. Werkzeugmaschinen können auch als messtechnisch rückgeführte Messmaschinen eingesetzt werden

28 ETALON-Partner Visit us YouTube Siemens Product Partner for SINUMERIK Systems