Mit IO-Link Lösung schneller beim Kunden

Mit IO-Link Lösung schneller beim Kunden
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IO-Link: übersichtlich, Platz und Kosten sparend
31.10.2013 | Wer Teile oder ganze Baugruppen für die Automobilindustrie herstellt, ist Bestandteil einer fein abgestimmten Fertigungs- und Lieferkette. Die Ansprüche an Lieferpünktlichkeit und Qualität sind hoch, Fehler praktisch unverzeihlich. Prüf- und Messanlagen der Axmann Technology AG stellen sicher, dass nur solche Teile ans Montageband gelangen, die den geforderten Qualitätsstandards entsprechen.

Damit die Sondermaschinen möglichst schnell beim Kunden sind, setzt der innovative Mittelständler auf effiziente und transparente IO-Link Lösungen von Balluff.
 
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 Balluff IO-Link Farbsensor, welcher Teiletyp angeliefert wurde und ob dieser mit dem zu startenden Prüfszenario übereinstimmt. Balluff 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 Dreidrahtkabel und via Balluff IO-Link Master an die Steuerungsebene.


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Einfache Sensoren kompakt eingesammelt: Sensorhub von Balluff

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 Bauteiles 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 zuverlässig ermittelt, ob die Innendurchmesser des Bauteiles stimmen. Außendurchmesser mit kleinsten Toleranzen werden mit Messtastern mit Wiederholgenauigkeiten =0,2µm 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.


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Drei IO-Link Master für die komplette Sensorik und Aktorik

über die Maschine verteilte Balluff–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 Balluff 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.
 
Eine Alternativen zu IO-Link? „Hätten wir die Aufgabe über ein Bussystem gelöst, wären die Kosten um rund 40-50 % höher gelegen“, sagt Matthias Stech. Die Transparenz und Klarheit von IO-Link zieht sich durch bis zum platzsparend 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 einfache, schnelle und kostengünstige Inbetriebnahme ermöglichen.
 
Ganz 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 IO-Link Smart Light von Balluff neben den definierten Ist-Ständen der Maschine auch den aktuellen Füllstand der Materialzufuhr an.
 
Weil IO-Link darüber hinaus auch Diagnose und Parametrierung vereinfacht und damit ganz neue nutzerfreundliche Maschinenkonzepte möglich macht, wird der universell und einfach einsetzbare Kommunikationsstandard unterhalb der Busebene bei der Axmann AG in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen. „Wenn wir im Sondermaschinenbau auch in Zukunft wettbewerbsfähig bleiben wollen, sind Zeit und Kosten sparende Technologien, die dem Kunden einen faktischen Mehrwert bieten, stets willkommen“, fasst Matthias Stech zusammen. Mit ein Grund, warum das Unternehmen die kooperative Zusammenarbeit mit Balluff auch in Zukunft fortsetzen will.


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