Prozesssichere Bauteil- und Werkzeugerkennung

Prozesssichere Bauteil- und Werkzeugerkennung
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23.04.2014 | Ein namhafter Automobilhersteller hat eine völlig neu konzipierte Generation besonders sparsamer und abgasarmer Benzinmotoren an den Start gebracht. So modern wie der Motor präsentiert sich auch das Werk, in dem der wegweisende Motor gefertigt wird. RFID-Identifikationssysteme von Balluff sichern über die Bauteilverfolgung den mit eindrucksvollen Stückzahlen laufenden Prozess und über Kennzeichnung der Zerspanungswerkzeuge das Toolmanagement.

über 120 Millionen Euro wurden dafür investiert. Darunter sind 100 neue Fertigungseinheiten sowie eine fast 590 Meter lange, besonders fortschrittliche Produktionslinie, in der voll- und halbautomatische Arbeitsstationen sowie hochqualifizierte Mitarbeiter für höchste Qualität und Zuverlässigkeitsstandards sorgen. Ausgelegt ist das Werk für eine Kapazität von jährlich 350.000 Einheiten.

 


Lückenlose Prozessdaten-Zuordnung
 
Moderne Produktionstechniken mit steigenden Volumen, hohen Auslastungen und immer kürzeren Fertigungszeiten benötigen ein prozesssicheres Erkennen der zu fertigenden Bauteile mit einer sicheren Zuordnung von Maschinen und Produktionsdaten. Ein Balluff Industrial RFID-Identifikationssystem garantiert in jedem einzelnen Prozess-Segment aktuelle Daten und die Rückverfolgbarkeit der Bauteile sowie eine lückenlose Logistik.
 
Die gleiche Technologie der induktiv arbeitenden Kennzeichnung ermöglicht auch im Bereich des Toolmanagements für Werkzeuge eine direkte, unverlierbare und unverwechselbare Zuordnung von Werkzeug- und Prozessdaten. Der Vorteil der RFID-Identifikationssysteme ist die vollkommen berührungslose und damit verschleißfreie Datenübertragung zwischen Bauteil und Prozessstation bzw. zwischen Werkzeug und Bearbeitungsmaschine. Die im Werk eingesetzte Variante ist das Balluff Identifikationssystem BIS-C, das für unbegrenzte Lesezyklen auch bei großen Datenmengen und hochdynamischen Anwendungen für eine flexible und schnelle Kommunikation sorgt. Das Identifikationssystem BIS-C gehört zu den ersten RFID-Systemen, die im industriellen Umfeld erfolgreich eingesetzt werden. Deren Kernkomponenten sind robuste, passive Datenträger in Miniaturbauweise mit variabler Speicherkapazität, ein aktiver Schreib-/ Lesekopf und eine Auswerteeinheit mit handelsüblichen Busschnittstellen. Zubehör wie installationsmaterial und Anschlusskabel sowie RFID Handhelds runden die Produktpalette ab. Speziell die Handhelds lassen sich über eine USB-Schnittstelle oder WLAN-Verbindung als Servicegerät optimal einsetzen. Sie sind beim Beschreiben und Lesen sowie beim Editieren von Daten auf den Datenträgern außerhalb der Fertigungslinie dienstbare Tools.

Bauteilkennzeichnung mit Datenschrauben

Bauteilkennzeichnung mit Datenschrauben
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In der Zylinderkopf-Fertigung werden die Datenschrauben des BIS-C in die Werkstück-Transportpalette geschraubt

Die große Variantenvielfalt der BIS-C Datenträger ermöglicht ein breites Einsatzspektrum. Zum Zweck der Bauteilkennzeichnung werden im Werk sogenannte Datenschrauben eingesetzt. Die RFID-Datenschrauben (BIS C) von Balluff sind vor allem dann ideal, wenn einem Werkstück kein fester Werkstückträger zugeordnet ist. Sie lassen sich unkompliziert am Bauteil befestigen und nach Erfüllung ihrer Aufgabe wieder schnell lösen. So auch im Fall der Zylinderblockfertigung, wo die Datenschraube direkt in das Bauteil geschraubt wird. Die Zylinderblöcke werden über Portallader zwischen den einzelnen Bearbeitungszentren transportiert und jeweils über die Datenschraube an- und abgemeldet.
 
Das gleiche Konzept der Bauteilkennzeichnung wird auch im Rahmen der Zylinderkopffertigung verwendet. Hier werden allerdings zum Transport der Zylinderköpfe Paletten eingesetzt. Aus Standardisierungsgründen kommen hier die gleichen Datenschrauben zum Einsatz.
 
Die Datenschrauben werden bei der Einschleusung der Rohteilkomponenten Zylinderblock und Zylinderkopf in die Fertigungslinie installiert. Direkt am Bauteil durch alle Arbeitsfolgen mitgeführt, werden diese im Rahmen der Teilerückverfolgung mit Datum, Uhrzeit und Abfolge auf dem Datenträger dokumentiert. Dabei garantieren die Datenschrauben ein zuverlässiges Datenhandling sogar in den kühl- und schmiermittelreichen Bearbeitungszentren. Da die die Speicherkapazität der Datenträger von 2047 Byte derzeit nur etwa zur Hälfte ausgelastet ist, gibt es sogar noch Reserven für zukünftige Anforderungen.
 
Auch die eingebauten Schreib-/Leseköpfe erfüllen die Anforderungen nach hoher Schutzart IP67 und sind auf Grund der Bauformvarianten problemlos zu installieren. Die Auswerteeinheiten, die Balluff mit Kunststoff- oder Metallgehäusen sowie mit fast allen gängigen Schnittstellen anbietet, wurden über Profibus DP Schnittstelle schnell und einfach angebunden. Alle Komponenten des BIS-C sind steckbar ausgeführt und erlauben auch im Instandhaltungsfall eine schnelle Austauschbarkeit. Insgesamt sind im Werk  in der Zylinderblock- und Zylinderkopffertigung etwa 1000 Datenschrauben sowie 50 Schreib-/Leseköpfe und Auswerteeinheiten im Einsatz.
 


Tool-Management erhöht Maschinenverfügbarkeiten
 
Die moderne Fertigung der neuen Motoren stellt auch besondere Anforderungen an ein optimiertes Management der Zerspanungswerkzeuge. Statt der früher praktizierten, sehr begrenzten und teilweise auch fehlerbehafteten Datenerfassung über Papierlabels an den Werkzeugen wird nun ebenfalls RFID-Technologie genutzt: Für die BIS-C Datenträger ein mittlerweile schon klassischer Einsatzfall.        
 
Passend für die Werkzeugidentifikation entsprechen diese in ihrer äußeren Geometrie mit 10 mm Durchmesser und 4,5 mm Bauhöhe den Anforderungen der Branche, die bis hin zur Einbaulage der Datenträger in den Normen DIN 69873, DIN 69893-1, DIN 69893-2, DIN 69893-6 definiert sind. Die vom Automobilhersteller nutzbare Kapazität der verwendeten BIS-C-Datenträger liegt bei 2047 Byte – ausreichend für alle werkzeugspezifischen Daten wie Werkzeugnummer, Duplonummer, X-, Y-, Z-Daten der Schneidengeometrien sowie Werkzeugstandzeiten, Herstellerdaten, Maschinendaten usw. Das Speichermedium erlaubt bis zu 1.000.000 Schreibzyklen und ist unbegrenzt lesbar. Je nach Einbausituation, ob bündig oder nicht bündig, sind maximale Schreib-/Leseabstände bis zu 5 Millimeter mit absolut sicherer Datenübertragung möglich.
 
Alle relevanten Werkzeugdaten werden zunächst über ein Werkzeugeinstellgerät auf den Datenträger im Steilkegel des Werkzeugs übertragen. Bei übergabe des Werkzeugs in ein Bearbeitungszentrum sind Fehler bei der Datenübertragung ausgeschlossen. In den Bearbeitungsmaschinen werden nun auch einsatzbezogene Daten ergänzt. Mit den erweiterten und unverwechselbar zugeordneten Werkzeugdaten ist nun ein optimierter Werkzeugeinsatz mit größtmöglichen Standzeiten gewährleistet. Der Aufwand für Werkzeugtausch und Werkzeugnacharbeiten wird dadurch deutlich reduziert. Außerdem erhöht sich durch das optimierte Werkzeugmanagement automatisch die Maschinenverfügbarkeit.

RFID: So funktioniert´s

RFID: So funktioniert´s
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Werkzeugidentifikation

Die Kommunikation erfolgt berührungslos durch induktiven Datenaustausch im Radiofrequenzbereich, der von einigen kHz bis hin zu einstelligen GHz Frequenzen reichen kann (Radio-Frequency Identification). In den Datenträgern (Transponder), auch kurz Chip oder Tag genannt, ist die Elektronik, hauptsächlich bestehend aus einer Spule und einer Steuerlogik sowie einem EEPROM- oder FRAM-Speicherelement, sicher vor widrigsten Umgebungsbedingungen verpackt. Außerdem sind die Datenträger so konzipiert, dass der sichere Datentransfer mittels RFID-Technologie auch im Umfeld metallischer Werkstoffe gewährleistet ist. Mittels Schreib-/Lesekopf empfängt ein angesprochener Datenträger das Energiesignal, baut daraus seine Versorgungsspannung auf und sendet danach seine Daten als Pulsweiten-moduliertes Signal in Richtung Schreib-/Lesekopf. Diese Modulation ist äußerst unempfindlich gegenüber externen Störungen und gewährleistet eine reproduzierbare fehlerfreie Kommunikation. Eine Auswerteeinheit verwaltet den Datentransfer zwischen Datenträger und dem steuernden System (z.B.: SPS, PC oder CNC). Die Stör- und Datensicherheit der Systeme und deren Qualität werden maßgeblich durch anwendungsbezogene Softwarefunktionalitäten unterstützt.


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