Inteligentny uchwyt narzędziowy udoskonala stare maszyny
Fraunhofer CCITJeszcze kilka lat temu nie było możliwości monitorowania podstawowych parametrów procesów obróbczych, bezpośrednio w czasie trwania procesu, poprzez użycie odpowiednich czujników. To się jednak zasadniczo zmieniło.
Od kilku lat coraz więcej technologii z wykorzystaniem czujników trafia więc do obrabiarek. Dzięki inteligentnemu uchwytowi narzędziowemu o nazwie Smart Tool – opracowanemu przez Fraunhofer Cluster of Excellence Congnitive Internet Technologies CCIT – nawet starsze maszyny można teraz wzbogacić o dodatkowe czujniki. A to nie wszystko. Czujniki, dzięki bezpośredniej bliskości do punktu działania, wykrywają krytyczne usterki procesu niezawodniej i bezpieczniej niż wiele innych rozwiązań.
Maszyny to trwałe dobra kapitałowe, które są stale modernizowane, m.in. pod względem sterowania i mechaniki. Ale czujniki to elementy, w które jest bardzo trudno doposażyć maszynę, jak wyjaśnia Hendrik Rentzsch, główny inżynier i kierownik działu technologii obrabiarek w Instytucie Obrabiarek i Technologii Formowania im. Fraunhofera IWU w Chemnitz.
Bez czujników, które w czasie rzeczywistym przekazują najważniejsze podstawowe parametry procesu obróbki, nie można jednak bezpiecznie eksploatować procesów obróbczych na granicy możliwości. Produkcja bezobsługowa również nie jest możliwa bez takich rozwiązań monitorujących. Technologia instytutu Fraunhofer CCIT daje więc możliwość optymalizowania procesów obróbczych, zwłaszcza dla firm, które mają starszy park maszynowy. Dzięki bowiem uchwytowi narzędziowemu te firmy otrzymują dokładnie te dane procesowe, których potrzebują, aby produkować bardziej inteligentnie, przejrzyście i wydajnie.
Nowe opracowanie Fraunhofer CCIT sprawia, że nawet wysłużone maszyny mogą być dostosowane do wymogów Przemysłu 4.0. I to bez większych nakładów i inwestycji. Użytkownicy mogą bardzo precyzyjnie rozpocząć proces cyfryzacji. Zamiast modernizować całą maszynę lub cały park maszynowy, użytkownicy mogą szybko i łatwo monitorować te etapy przetwarzania, które są dla nich szczególnie krytyczne. Jeśli później zdecydują się na bardziej kompleksową cyfryzację, nie zagrozi to inwestycji w inteligentny uchwyt narzędziowy. Rozwiązanie to bowiem, według jego autorów, nawet poza prostą możliwością modernizacji ma „nieocenione zalety”.
Bardzo blisko miejsca obróbki
To prawda, że dziś producenci instalują w obrabiarkach czujniki, które dostarczają wielu danych. Często jednak nie nadają się one do kontroli procesu. Dzieje się tak, ponieważ większość danych, które płyną z obrabiarek, przede wszystkim monitoruje ich funkcjonalność. A nawet jeśli do monitorowania procesów zostaną wdrożone czujniki, nie zawsze są one substytutem skutecznego monitorowania procesów.
Wynika to z tego, że zmienne zakłócające – takie jak drgania, które występują w każdej maszynie – wpływają na wynik pomiaru tym silniej, im dalej od punktu pomiarowego znajdują się czujniki. Smart Tool dostarcza zatem więcej ważnych danych, a tym samym bardziej znaczących wyników niż np. czujnik monitorujący proces produkcji we wrzecionie. Dzięki temu warto stosować rozwiązanie Fraunhofer CCIT nawet na najnowocześniejszych obrabiarkach – zwłaszcza w firmach, które muszą zachować bardzo wąskie tolerancje lub produkować skomplikowane elementy.
Umożliwia kontrolę procesów
Inteligentny uchwyt narzędziowy wyposażony jest w czujniki do pomiaru wibracji, sił procesowych i temperatury. Dane są przesyłane za pomocą łącza radiowego do jednostki oceniającej, która za pomocą specjalnych algorytmów wyciąga wnioski na temat stanu procesu i narzędzia, a także wyniku obróbki. Rozwiązanie to pozwala także niezawodnie wykrywać krytyczne błędy w procesie, takie jak kolizje, odpryski czy uszkodzenia narzędzi. Bezpieczeństwo danych zapewnia szyfrowana komunikacja end-to-end.
Ale nie tylko technologia radiowa współpracuje z najnowocześniejszymi protokołami. Interfejs do technologii sterowania zapewnia również wysokie bezpieczeństwo i integralność danych.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Oprócz oceny off-line lub monitorowania w czasie rzeczywistym możliwe jest także wdrożenie adaptacyjnego sterowania procesem. Dane zebrane przez czujniki są następnie wykorzystywane do generowania decyzji o działaniach dla układu sterowania maszyny poprzez algorytmy oceny i przekazywane do niej automatycznie. Umożliwia to adaptację parametrów procesu – niezależną i zależną od sytuacji.
Dla przykładu, zmierzona siła skrawania może być wykorzystana do wnioskowania o elastycznym przemieszczeniu narzędzia. Dzięki temu ścieżka NC może zostać odpowiednio dostosowana – w ten sposób można osiągnąć wyższą dokładność obróbki. Umożliwia to wysoce niezawodną, precyzyjną i wydajną produkcję bez ingerencji operatora.
Samowystarczalny energetycznie
Według Hendrika Rentzscha tym, co wyróżnia tę nowatorską technologię na tle innych rozwiązań z zastosowaniem czujników w uchwycie narzędziowym, jest nowatorskie zasilanie energią. Dzięki opatentowanemu rozwiązaniu energy harvesting użytkownicy nie muszą stale ładować akumulatora w uchwycie narzędziowym, aby rejestrować i przesyłać dane.
Zamiast tego system czujników jest zasilany energią elektryczną przez obrót narzędzia. W tym celu na końcówce wrzeciona maszyny montowany jest kompaktowy i prosty element, który wyposażono w magnesy stałe. Dzięki niewielkim rozmiarom uchwytu magnetycznego nie jest ograniczona ani automatyczna wymiana narzędzi, ani dostępna przestrzeń robocza. Oznacza to, że system jest łatwy w instalacji, może być szybko konserwowany i w razie potrzeby wymieniany.
Łatwy w użyciu
Inteligentny uchwyt narzędziowy może być wyposażony w różne uniwersalne interfejsy wrzeciona i narzędzia. Natomiast kolejny aspekt pokazuje, jak bardzo zorientowani na praktykę są inżynierowie w Fraunhofer CCIT. Wszystkie komponenty bowiem – tj. czujniki, przetwarzanie danych i komunikacja – w pełni zintegrowano z geometrią uchwytu. Oznacza to, że nie różni się on ani kształtem, ani konturem od konwencjonalnego uchwytu narzędziowego. A ponieważ (mimo zaimplementowanych czujników) uchwyt narzędziowy ma wysoką sztywność statyczną i dynamiczną, zakres zastosowań także jest porównywalny z konwencjonalnym uchwytem narzędziowym.
Smart Tool nie jest jeszcze rozwiązaniem rynkowym. Prowadzone są już jednak wstępne rozmowy z producentami narzędzi. Hendrik Rentzsch jest więcej niż pewien, że uchwyt narzędziowy będzie dostępny dla użytkowników w najbliższej przyszłości. Dla zainteresowanych, którzy nie chcą czekać na oficjalne wprowadzenie go na rynek, możliwe jest monitorowanie procesu produkcyjnego poprzez przystąpienie do pilotażu w Fraunhofer CCIT.
Autor: Syra Thiel, starszy redaktor w Storymaker
