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EFB-Forschungsbericht Nr. 75-2

Technologiewandel in der Blechumformung, Band 2 Qualitätssicherung (Forschungsergebnisse aus dem BMFT-Verbundprojekt "Blechumformung" (1990-1994)

Verfasser:
Dipl.-lng. M. Schwind, Dr.-lng. U. Engel, Prof. Dr.-lng. Dr. h.c. M. Geiger, Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Universität Erlangen-Nürnberg, Dipl.-lng. B. Oberdorfer, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart, Dipl.-lng. Ferdinand Oppel, PROKOS GmbH, Hannover, Dr.-lng. R. Humpert, M. Galle, Dr. lng. Brankamp System Prozeßautomation GmbH, Erkrath, Dr.-lng. A. Fürst, Dipl.-lng. P. Scharsich, Prof. Dr.-lng. Dr. h.c. T. Pfeifer, Gesellschaft für Meßtechnik mbH, Aachen; FhG-IPT, Aachen, Dr.-lng. G. Brüninghaus, Brüninghaus und Drissner GmbH, Hilden, Prof. Dr.-lng. H. Schnauber, Dipl.-lng. S. Brauer, Dipl.-Psych. S. Grabowski, Lehrstuhl für Arbeitssystemplanung und- gestaltung, Ruhr-Universität Bochum

344 Seiten (Sw 311, teils farbige Abb., 27 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-128-4

Preis (Digital) EUR 73,00

Preis (Print) EUR 82,40

Zusammenfassung

Als das BMFT-Verbundprojekt 1990 seine Arbeit aufnahm zeichnete sich bereits ab, daß kleine und mittlere Unternehmen in der Blechverarbeitung sich zukünftig einem immer schärfer werdenden Wettbewerb ausgesetzt sehen würden. Besonders die Zulieferbetriebe der Automobilindustrie spürten in den letzten konjunkturell schwachen Jahren einen deutlichen Preisdruck durch ihre Kunden. Gleichzeitig stiegen jedoch mit fortschreitender Automatisierung in der Fertigung die Qualitätsanforderungen an die Vorprodukte.

Unternehmen, die trotz dieser anhaltenden Scherenbewegung zwischen sinkenden Stückerlösen und steigenden Anforderungen an die Produktqualität am Markt erfolgreich sein wollen, müssen daher Maßnahmen ergreifen, die gleichzeitig zu einer Senkung der Produktionskosten und einer Erhöhung der Qualität führen.

Dies erfordert eine ganzheitliche Betrachtung des Produktionsprozesses vom Werkstoff bis zum Endprodukt Entsprechend diesen Anforderungen aus der Industrie verfolgte das Verbundprojekt einen umfassenden Ansatz zur Lösung der hierbei auftretenden Probleme im Technologiefeld "Blechumformung". Die Spanne der Themen der Teilprojekte reichte von der zerstörungsfreien Bestimmung von Blechkennwerten über neue Ansätze in der Konstruktion von Umformpressen, Werkzeugen und Werkzeughandlingsystemen bis zur Online-Überwachung des Umformprozesses.

ln einem Rahmenprojekt wurden darüber hinaus arbeitswissenschaftliche Untersuchungen zur Arbeitsplatzgestaltung unter dem Aspekt der Lärmminderung und Schwingungsdämpfung und zu Qualifizierungskonzepten im Kontext einer komplexen Prozeßüberwachung vorgenommen. Ziel war es einen ganzheitlichen lnnovationsprozeß in der Blechverarbeitung anzustoßen. Daher wurden in allen Teilprojekten industrielle Anwender eingebunden, die eine möglichst große Nähe zur Anwendungspraxis gewährleisten sollten. Außerdem wurde über die EFB eine schnelle Verbreitung der Forschungsergebnisse bei den relevanten Anwendern angestrebt.

Zahlreiche Teilergebnisse des Projektes wurden in den letzten beiden Jahren bereits in mehreren EFB-Veranstaltungen sowie in zwei Schwerpunktausgaben der Zeitschrift BLECH, ROHRE, PROFILE veröffentlicht. Der hier vorliegende Forschungsbericht Nr. 75 der EFB faßt nun mit den vorliegenden Abschlußberichten alle Ergebnisse des Verbundprojektes zusammen.

Um die Vielfalt der Themen etwas übersichtlicher zu gestalten, wurde der Forschungsbericht in zwei Bände aufgeteilt. Im Band 75/1 wurden jene Teilprojekte zusammengefaßt, die sich mit den Themenbereichen Umformmaschine und Werkzeug beschäftigen. Band 75 /2 beschäftigt sich dagegen mit Aspekten der Qualitätssicherung bei Umformprozessen. Zu beiden Themenschwerpunkten ist somit ein wertvolles Nachschlagewerk für den Praktiker entstanden, der nach innovativen Ideen für sein Unternehmen sucht

Das Forschungsvorhaben „Technologiewandel in der Blechumformung, Band 2 Qualitätssicherung (Forschungsergebnisse aus dem BMFT-Verbundprojekt "Blechumformung" (1990-1994)“ wurde von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 75/2 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

Blechkennwerte

0 Verzeichnis der wichtigsten Größen und Abkürzungen
1 Aufgabenstellung
1.1 Problemkreis
1.2 Zielsetzung
2 Wissenschaftlich-technischer Stand/Problemstellungen für die Bearbeitung
2.1 Charakterisierung der Umformeignung
2.1.1 Zerstörende Bestimmung der Umformeigenschaften
2.1.2 Bedeutung der mechanischen Kennwerte für die Blechumformverfahren
2.2  Zerstörungsfreie Verfahren
2.2.1  Überblick
2.2.2  Röntgenographische Verfahren
2.2.3  Ultraschallverfahren
2.2.4  Elektromagnetische Verfahren
2.3  Problemstellungen für die Arbeit
3  Durchgeführte Arbeiten/Lösungswege
3.1  Eingesetzte Meßtechnik
3.2  Kalibrier- und Auswertestrategie
3.2.1  Regressionsverfahren
3.2.2  Neuronale Netze
3.3  Aufbau des Wirbelstrom-Prüfsystems
3.3.1  Prüfgerät
3.3.2  Sensorik
3.3.3  Prüfvorrichtung mit Blechdickenmeßeinrichtung
3.3.4  Softwareorganisation
3.4  Experimentelle Vorgehensweise
3.4.1  Grundlagenuntersuchungen
3.4.2  Praxisorientierte Untersuchungen
4  Erzielte Ergebnisse
4.1  Grundlagenuntersuchungen
4.1.1  Einfluß der Anisotropie
4.1.2  Einfluß unterschiedlicher Phasenanordnung
4.1.3  Bestimmung der Härte von Reineisen
4.1.4  Diskussion der Grundlagenuntersuchungen
4.2  Praxisorientierte Untersuchungen
4.2.1  Genauigkeit der magnetinduktiv ermittelten mechanischen Kennwerte
4.2.1.1  Regressionsverfahren
4.2.1.2  Neuronale Netze
4.2.1.3  Diskussion der Resultate
4.2.2  Bestimmung von Schwankungen mechanischer Eigenschaften über die Bandlänge
4.2.2.1   Erster industrieller Betriebsversuch
4.2.2.2  Zweiter industrieller Betriebsversuch
5  Verwertbarkeit der Ergebnisse
6  Zusammenfassung und Ausblick
7  Literatur
8  Veröffentlichung von Zwischenergebnissen
9  Präsentationen und  Vorträge

Qualitätskontrolle mit Rückkopplung

1 Aufgabenstellung
2 Wissenschaftlich-technischer Stand zu Beginn der Arbeiten
2.1 Konventionelle Prüftechnik
2.2 Optoelektronische Verfahren
2.2.1 Lichtwellenleiter
2.2.2 Konventionelle Bildverarbeitungsmethoden zur Rißerkennung
2.2.2.1 Grauwertmorphologisches Verfahren
2.2.2.2 Kantenfilterverfahren
3 Durchgeführte Arbeiten
3.1 Istzustandsanalyse
3.1.1 Fehlerspektrum
3.1.1.1 Fehlerkatalog
3.1.1.1.1 Riss
3.1.1.1.2 Einschnürung
3.1.1.1.3 Falten
3.1.1.2 Auswahl aus dem Fehlerspektrum
3.2 Formprüfung
3.2.1 Alternative 3D-Verfahren
3.2.2 Verfahrensentwicklung
3.2.2.1 Phasenshiftverfahren
3.2.2.2 Maire-Verfahren
3.2.2.2.1 Vollbild-Moire
3.2.2.2.2 Halbbild-Moire
3.2.2.2.3 Echtzeitmaire
3.2.2.3 Lichtschnittverfahren
3.2.3 Vergleich der Moire-Verfahren und des Phasenshift-Verfahrens
3.2.4 Randbedingungen
3.3 Sensorentwicklung
3.3.1 Miniaturisierter Sensor
3.3.1.1 Auslegung des optischen Systemes
3.3.1.2 Beleuchtungsvarianten
3.4 Erprobung
3.4.1 Riss
3.4.2 Einschnürung
3.4.3 Falten
3.4.4 Feldversuche
3.4.5 Rückkopplung
3.5 Abgeleitete Prüfkonzepte
4. Ergebnisse
4.1 Istzustandsanalyse
4.2 Vorbereitungsphase
4.3 Laborphase
4.4 Erprobungsphase
4.5 Bewertung der erzielten Ergebnisse
5. Verwertbarkeit der Ergebnisse
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literatur
8 Veröffentlichungen von Zwischenergebnissen
9 Präsentationen und Vorträge

Prozeßüberwachung
Körperschallüberwachung

1.  Aufgabenstellung.
2.  Wissenschaftlich-technischer Stand zu Beginn der Arbeiten
3.  Durchgeführte Arbeiten und erzielte Ergebnisse.
3.1.  Optimierung der Körperschallüberwachung.
3.1. 1.  Körperschallsensorik
3.1.3  Adaptive Hüllkurven
3.2.  Unterstützung des Bedieners bei der Fehlersuche
3.3  Optimale, Fehler vermeidende Prozeßführung.
3.4  Technologie-Daten-Erfassung
4.  Zusammenfassung.
5.  Literatur

Preßkraftüberwachung

1. Einleitung
2. Komponenten
2.1 Sensorik
2.1.1 Ständer- und Pleuelsensorik
2.1.2 Kraftsensorik im Maschinenstößel
2.1.3 Kraftsensorik in Sensorplatten oder –leisten zwischen Stößel und Werkzeug
2.1.4 Kraftsensoren im Werkzeug
3. Signalaufbereitung
3.1 Sensorverstärkermodul Piezoelektrischer Kraftsensor für kurzzeitige Operationen
3.2. Sensorverstärkermodul Piezoelektrischer Kraftsensor für langzeitige Operationen
4. Signalauswertung
4.1 Geräte-Hardware
4.1.1 Modulare Großgeräte
4.1.2 Menügesteuerte Kompaktgeräte
4.2 Geräte-Software
4.2.1 Differentialkurvenüberwachung
5. Schnittstelle Leitrechner
5.1 Philosophie DC5000
5.2 Process Gapability Control PCC
6. Praxiserprobung und Optimierung
6.1 Überwachungskonzept Pilotbetrieb
6.2 Restliche Komponenten
6.3 Bediener- und Anwenderschulung
7. Zusammenfassung und Ausblick

Optische Geometriekontrolle

1 Aufgabenstellung
2 Wissenschaftlich-technischer Stand zu Beginn der Arbeiten
3 Durchgeführte  Arbeiten
4 Erzielte Ergebnisse
4.1 Entwicklung des Bildverarbeitungskonzeptes
4.1.1 Untersuchung  und Auswahl geeigneter Bildaufnehmer
4.1.1.1 Abbildungsoptik
4.1.1.2 Kamera
4.1.2 Auswahl des Beleuchtungssystems und Korrektur beleuchtungs abhängiger  Fehler
4.1.3 Videoprozessor CDI
4.2 Prüfprogrammerstellung und Prüfablaufsteuerung
4.2.1 Der Prüfeditor
4.2.2 Das Steuerprogramm
4.2.3 Die Prüfprozessorsoftware
4.3 Integration  verschiedener  Mikroprozessoren
4.4 Umsetzung des Bildverarbeitungskonzeptes in einen Prototyp
4.5 Mechanischer Aufbau des Prüfsystems
4.6 Ergebnisse des Systemtests des 2D-Geometriemeßsystems
4.7 Erweiterung  der Funktionalität auf die Messung von 3D-Geometrien
4.8 Entwicklung und Umsetzung eines Leitrechnerkonzeptes
5 Verwertbarkeit der Ergebnisse
6 Zusammenfassung und Ausblick
7 Literatur
8 Veröffentlichung von Zwischenergebnissen
9 Präsentationen und Vorträge

Ergebnisse der Piloterprobung der Prozeßüberwachungsverfahren an Stanzautomaten

1 Einleitung
2 Aufgabenstellung und Zielsetzung des Projektes
3 Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Vorhabens
4 Durchgeführte Arbeiten und Lösungswege
5 Erzielte Ergebnisse
5.1  Randbedingungen für die Prozeßüberwachung in der Blechverarbeitung
5.2 Ausstattung der Pilotanlage
5.3 Bedienungsoberfläche
5.3.1 Anforderungenaufgrund der Mitarbeiterqualifikation
5.3.2 Anforderungen seitens der Arbeitsablaufgestaltung
5.3.3 Anforderungen seitens der Ergonomie der Arbeitsplätze
5.3.4. Anforderungen seitens der Maschinensteuerung
5.3.5 Gestaltung der Bedienungsoberfläche
5.4 Die Prozeßüberwachung im praktischen Einsatz
5.5 Erfahrungen mit der Prozeßüberwachung an verschiedenen Produktionswerkzeugen
5.6 Schulung der Mitarbeiter
5.7 Optische Überwachung
6 Verwertbarkeit der Ergebnisse
7 Zusammenfassung und Ausblick
8 Veröffentlichungen
9 Vorträge

Interaktion Mensch-Maschine

1. Aufgabenstellung
2. Wissenschaftlich-technischer Stand zu Beginn der Arbeiten/Problemstellungen für die Bearbeitung
2.1. Der Pilotbetrieb
2.1.1. Die Arbeitsorganisation in der Stanzereiabteilung
2.1.2. Der neue Arbeitsplatz
2.1.3. Sicherungs- und Überwachungseinrichtungen am Stanzautomat
2.2. Die neue Technologie: Prozeßüberwachung
2.2.1. Das Prinzip eines Mustererkennungssystems
2.2.2. Das Mustererkennungssystem Prozeßüberwachung
2.2.3. Grundlagen der Prozeßüberwachung
2.2.3.1. Kraftentstehung und -messung
2.2.3.2. Körperschallentstehung und -messung
2.2.4. Meßprinzip der Prozeßüberwachung
2.2.5. Einfluß der prozeßspezifischen Parameter
3. Durchgeführte  Arbeiten/Lösungswege
3.1   Aufgaben des Mitarbeiters im neuen Arbeitssystem
3.1.1. Tätigkeiten im Arbeitsfall: Neuproduktion
3.1.2. Tätigkeiten nach Prozeßstörungen
3.2. Störungsursachenanalyse:
3.3.  Qualifizierung der Mitarbeiter
3.3.1. Veränderung der Arbeitsorganisation
3.3.2. Anforderungen an die Mitarbeiterqualifikation
3.3.3. Betriebsinternes Qualifizierungskonzept
3.3.4. Das neue Qualifizierungskonzept Prozeßüberwachung
4. Erzielte Ergebnisse
4.1. Diskussion des Qualifizierungskonzeptes
4.2. Defizite des Qualifizierungskonzeptes
4.3. Die Weiterentwicklung des Qualifizierungskonzeptes: Leittext
4.3.1. Aufbau eines Leittextes
4.3.2. Voraussetzungen für die Anwendung der Leittextmethode
4.3.3. Der Lernbaum
4.3.4. Verfahren zur Erstellung der Leitfragen
5. Verwertbarkeit der Ergebnisse
6. Zusammenfassung und  Ausblick
7.  Literatur
8. Veröffentlichung von  Zwischenergebnissen
9. Präsentationen und  Vorträge
10.  Anhang