Montagetechnik

Überprüfte Montage

Verbesserung der Produktion durch Verbindung von ­Fertigung und Prüfvorgang
Die einfache Umrüstmöglichkeit auf andere Produkttypen oder eine Kombination aus Herstellen und Prüfen können entscheidende Kriterien für den Einsatz einer automatisierten Montage- und Fertigungsanlage sein.

Wenn man die Stückzahl durch Forderungen an immer kürzere Taktzeiten erhöhen kann, so erfordert das Fertigen einer hohen Anzahl von Gutteilen die Zielrichtung zu einer Null-Fehlerproduktion. Gleichzeitig gilt es, nachgeschaltete („nicht produktive“) Prüfprozesse zu vermeiden. Das können sein: Nachweis der Qualität, Datenrückverfolgbarkeit oder das Aufzeigen des Verhaltens der Anlage über einen längeren Zeitraum.

Die Integration des automatisierten Prüfprozesses in den Arbeitsablauf bietet die Möglichkeit der Fehlererkennung sofort beim Fertigungsvorgang. Oder es verhindert in nachgeschalteten ProzessSchritten das Fügen von Gutteilen mit bereits vorliegenden Ausschussteilen. Besonders bei Fertigungsvorgängen wie Einpressen, Abziehen oder Ineinanderschieben von Teilen und bei Prüfprozessen mit definierten Kraft-Weg-Verläufen kann man diese Kombination auf einfache Weise durch Einsatz einer Elektro-Spindel erreichen.

Die Einheit kombiniert beide Aufgabenstellungen, also Fügen und gleichzeitiges Überprüfen des Montageprozesses. Damit liefert sie einen wichtigen Beitrag innerhalb einer automatischen Fertigung unter dem Kosten-Nutzen-Aspekt. Das System besteht aus einer spielfreien Kugelrollspindel deren Antrieb über einen Servomotor und ein Getriebe erfolgt. Aufgrund der integrierten Führung kann man die Elektro-Spindel als Antriebs- oder auch direkt als Fügeeinheit verwenden. Ein Wegmess-System und ein Kraftaufnehmer wurden integriert. Motor und Getriebe sind standardmäßig „in-line“ angeordnet, eine abgewinkelte Anordnung ermöglicht den Einsatz bei beengten Platzverhältnissen.

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Regelung der Energie oder der Stellung

Die Funktionseinheit beinhaltet eine Kombination aus Kraft- und Lageregelung. Standardmäßig dominiert die Kraftregelung, das heißt, beim Erreichen der maximal vorgegebenen Fügekraft wird der Prozess beendet. Die Steuerung lässt sich über eine Parameteränderung auf eine Lageregelung umstellen. In diesem Fall versucht die Spindel, in erster Linie die vorgegebene Position zu erreichen. In beiden Regelungsmodi kann der jeweils aktivierte übergeordnete Regelkreis (Kraft oder Position) nur dann die ordnungsgemäße Funktion erfüllen, wenn die untergeordnete Prozessgröße während des Ablaufs innerhalb des zulässigen Wertebereichs bleibt.

Standardmäßig integriert sind eine Verfahrwegbegrenzung über Hardware-Endschalter und eine Bewegungsabschaltung beim Überschreiten der maximal möglichen Fügekraft des Spindelsystems. Diese integrierten Sicherheitsfunktionen verhindern die mechanische Selbst-Zerstörung der Komponenten. Die genaue Vorgabe des Kraft-Weg-Verlaufs ermöglicht die Überwachung während der Fertigung. Für den auszuführenden Montagevorgang geschieht das unter Angabe der einzuhaltenden Grenzwerte. Die Eingabe der Sollvorgaben erfolgt über frei wählbare Kraft-Weg-Fenster, Hüllkurven oder numerische Sollwerte. Abweichungen von der Vorgabe erkennt das System sofort bei Auftritt und über den gesamten Ablauf. Sie sind im Ergebnis als fehlerhaft hervorgehoben. Die im Prozess erreichten Kraftwerte und Wege erscheinen nummerisch und/oder grafisch auf einem Bildschirm. Das Bedienpersonal bekommt die aktuellen Werte angezeigt und hat damit eine Aussage über das Fügeergebnis. Das kontinuierliche Überwachen von Kraft und Weg verhindert Beschädigungen. Weiterhin sorgt der Vergleich der Ist-Kräfte mit den Vorgabewerten (an den jeweiligen Positionen und über den gesamten Hub) für Sicherheit. Zum Beispiel erkennt die Einheit doppelt vorhandene Bauteile oder mechanische Blockierungen durch auftretende Kraftspitzen. Bevor es zu Beschädigungen kommt, beendet die Quick-Stopp-Funktion den Prozess. Ebenso wird durch Unterschreiten von Kraftsollvorgaben das Fügen von falsch dimensionierten Bauteilen erkannt und der Prozess auch hier angehalten. Weiterhin ist das ordnungsgemäße Ausführen von nach-federnden Prozessen oder Fügevorgängen mit Setzwirkung durch Haltezeiten an beliebigen Positionen gegeben. Der Prozess muss sich nach Ablauf einer frei einstellbaren Haltezeit, die nach Beenden des eigentlichen Fügevorgangs gestartet wird, stabil verhalten. Um den steigenden Taktzahlanforderungen Rechnung zu tragen, werden die Arbeitsgänge mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten durchgeführt. Das bedeutet, dass die reine Zustellbewegung mit hoher Geschwindigkeit erfolgt und der eigentliche Fügevorgang mit einer reduzierten Geschwindigkeit ausgeführt wird. Die Geschwindigkeitsanwahl zwischen Eilgang, Fügegeschwindigkeit und Blockkraftfahrt kann innerhalb des Steuerungsprogramms an den betreffenden Arbeits-/ Prozessablauf angepasst werden.

Visualisieren und ­auswerten

Innerhalb des Verfahrwegs lassen sich an frei wählbaren Positionen Schaltfunktionen ausführen, die man zum Starten oder Synchronisieren von externen Bewegungsabläufen nutzen kann. Ebenso ist das Erkennen und Dokumentieren von externen Funktionsschaltungen an festgelegten Positionen möglich. Ein erforderlicher Handshake für den Signalaustausch zwischen Elektro-Spindel und externen Automatisierungssystemen oder der zu prüfenden Einheit lässt sich somit auf einfache Art und Weise umsetzen und erfordert keine separate Funktionssteuerung.

Für die lückenlose Datenrückverfolgung wird das jeweilige Prozessergebnis intern gespeichert. Das Übertragen von Ergebnisdaten zu Dokumentationszwecken an ein übergeordnetes Rechnersystem erfolgt über eine Busankopplung (Profibus-DP oder CAN). Ein Statistikpaket gestattet das Aufzeigen und Auswerten des Langzeitverhaltens der Anlage und gibt Aufschluss über eine veränderte Qualitätsbeschaffenheit der zu montierenden Einzelteile. Ein zu verbauendes Lager wird mittels einer Linearhandlingeinheit dem Gehäuse zugeführt und über die Elektro-Spindel mit einer maximal vorgegebenen Kraft gefügt. Der Kraftverlauf über den Weg wird visualisiert und ausgewertet. Die Plausibilitätsüberwachung erkennt die Abweichungen der Kraftwerte von der Sollvorgabe und führt zum Abbruch des Fügevorgangs. Nicht einwandfrei eingepresste Lager werden klar erkannt, gekennzeichnet und ausgeschleust. Die Montage sowie die notwendige Prüfung finden vollautomatisch statt, nachgeschaltete Prüfprozesse können entfallen. G. Diehl (ma)

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