Prüfsysteme

Anlagen für die automatisierte Qualitätskontrolle

Die Vorteile einer automatisierten Qualitätskontrolle liegen auf der Hand: genaue, sichere und reproduzierbare Prüfergebnisse. Zudem wird qualifiziertes Laborpersonal von Routineaufgaben befreit und steht für komplexere Aufgaben zur Verfügung. Auch führt ein hoher Probendurchsatz zur Senkung der Prüfkosten. Was muss ein automatisiertes Prüfsystem leisten, um neben diesen Anforderungen eine möglichst hohe Flexibilität bieten zu können?

Das Prüfsystem RoboTest P dient der vollautomatischen Durchführung von Zugversuchen an Metallproben. (Bild: Zwick)

Die Metall- oder Kunststoffherstellung erfordern zunehmend eine automatisierte Prüfung von Werkstoffen. Zu den Gründen zählen die hohe Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit der Ergebnisse durch den Wegfall der Bedienereinflüsse. Hinzu kommt die schnelle Bereitstellung der Prüfergebnisse, um den Produktionsprozess entsprechend zu optimieren. Auch der hohe Probendurchsatz, der dank paralleler Bedienung mehrerer Prüfmaschinen durch ein Robotersystem mittelfristig zu einer Senkung der Prüfkosten führt, ist ein wesentlicher Aspekt. Eine weitere Forderung ist Flexibilität – beispielsweise um die Integration in kundenspezifische Messgeräte zu ermöglichen, deren Vielfalt deutlich zugenommen hat. Wie sich all dies möglichst effizient erfüllen lässt, zeigt Zwick mit seinen RoboTest-Prüfsystemen. Sie sind je nach System speziell für die automatisierte Durchführung von Zug-, Biege- oder Schlagversuchen konzipiert.

Volle Integration in vorhandene QM-Systeme

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Bei den Prüfsystemen wird der komplette Testablauf durch die Software protokolliert und in einer Datenbank gespeichert, die sich mit dem Qualitätssicherungs-System des Betreibers verknüpfen lässt. Allen RoboTest-Systemen gemeinsam ist die Flexibilität, auch zusätzliche Messsysteme in das Prüfsystem zu integrieren. Angefangen von einem Barcode- oder 2-D-Code-Leser zur eindeutigen Probenidentifikation bis hin zu Messgeräten für die Bestimmung von Probendicke, -breite, -länge und -gewicht sowie der Oberflächenrauheit, Materialhärte und Schichtdicke.

Weitere Möglichkeiten sind optische Systeme zur Bestimmung der Brucheinschnürung, Spektrum-Analysegeräte zur Material-Charakterisierung und Temperierkammern. Drei Baureihen bieten mit abgestuften Ausstattungsmerkmalen die passende Lösung für alle Anforderungen. Zu den High-End-Anlagen zählen die Roboter-Prüfsysteme RoboTest R und RoboTest P. Während RoboTest P der vollautomatischen Durchführung von Zugversuchen an Metallproben dient, ist RoboTest R für Zugversuche an Metallproben oder Zug- und Biegeversuche an Kunststoffproben ausgelegt. Beide Systeme sind in der Lage, optional weitere Versuche wie Härte- oder Rauheitsmessungen beziehungsweise Pendelschlagversuche durchzuführen und wurden für Prüfmaschinen von 5 bis 2.500 kN entwickelt.

Vollautomatisches Handling der Prüflinge

Für die Handhabung der Proben werden im Falle des RoboTest R Industrieroboter der Fima Kuka eingesetzt. Ihre Aufgabe ist das exakte Einlegen und Positionieren der Proben. Dies kann sowohl ein kleiner Blechstreifen als auch ein bis zu 70 cm langes Metallstück mit einem Gewicht bis zu 30 kg sein. Das variable Magazin bietet je nach Probenabmessung Platz für bis zu 600 Prüflinge. Der Industrieroboter ist mittig angeordnet und wird vom Probenmagazin und den eingesetzten Prüfmaschinen umringt. Der Roboter des RoboTest P dagegen bewegt sich linear zwischen den verschiedenen Stationen hin und her. Sein für maximal 400 Proben ausgelegtes Magazin hält Prüflinge bis zu einem Gewicht von 10 kg bereit. Proben werden in der jeweiligen Prüfmaschine in von Zwick entwickelte hydraulische Probenhalter eingesetzt.

Die Zwick-Softwares autoEdition sowie testXpert III steuern, regeln und kontrollieren alle Abläufe und übernehmen die Prozessvisualisierung – das heißt, die Anzeige von Statusinformation und des Gerätezustands. Die Bedienung ist durch die Verwendung von Barcodes zur Probenidentifikation sehr einfach und komfortabel: Proben ins Magazin einlegen und starten.

Die Automatisierungs-Software autoEdition arbeitet nach dem Prinzip der dezentralen Intelligenz: Der autoEdition-Sequenzer vergibt als Master einzelne Aufgabenschritte an ein Gerät. Dies können neben einer oder mehreren Prüfmaschinen auch zusätzliche Messgeräte wie Waagen oder Oberflächenmessgeräte sein. Jedes einzelne Gerät ist eine aktive Komponente und gibt Rückmeldung an den zentralen Ablauf. Einmal beauftragt, arbeitet es die ihm übertragene Aufgabe selbstständig ab und meldet sich erst wieder zurück, wenn diese erledigt ist.

Durch das leistungsstarke und offene Steuerungskonzept von Kuka kann Zwick die Prüfanlagen an die spezifischen Anforderungen der Endkunden angleichen. Darüber hinaus stehen zahlreiche Erweiterungsoptionen zur Verfügung, mit denen sich der Roboter an geänderte Prüfaufgaben oder ganz neue Aufgaben anpassen lässt. Eine manuelle Prüfung ist ebenfalls jederzeit möglich; dazu wird der Roboter in eine Parkposition gefahren.

Wie verändern sich die Abmessungen?

Zum Einsatz kann beispielsweise eine Material-Prüfmaschine der Serie AllroundLine kommen. Diese Prüfmaschinen sind mit unterschiedlichen Extensometern zur Messung der Längen- und Breitenänderung ausgerüstet. Der berührende Extensometer makroXtens ist für Zug-, Druck-, Biege- sowie zyklische Prüfungen in manuellen und automatisierten Prüfsystemen konzipiert. In der HP-Variante ermöglicht er bei der Dehngeschwindigkeitsregelung nach ISO 6892-1 (2009) Verfahren A1 und ASTM E 8-09 (Verfahren B) einen geschlossenen Regelkreis. Feindehnungsmessungen sind ebenfalls möglich. Sie werden bei Metallen in erster Linie zur Ermittlung des Elastizitätsmoduls und der technischen Elastizitätsgrenze genutzt.

Zusammen mit dem berührungslos messenden videoXtens ist bei Zugversuchen auch eine Bestimmung der Breitenänderung möglich. Diese wird beispielsweise zur Bestimmung des r-Wertes benötigt (senkrechte Anisotropie). Gemessen wird in ein, zwei oder vier Querschnittebenen. Der videoXtens arbeitet mit einer Vollbildkamera. Das digitalisierte Bild wird dann in Echtzeit verarbeitet.

Mit RoboTest P und RoboTest R bietet Zwick zwei hochflexible Lösungen für die automatisierte Qualitätskontrolle. An unterschiedliche Prüfszenarien anpassbar und in vorhandene Systeme leicht zu integrieren sind sie in der Lage vollautomatisierte Werkstoffprüfungen vorzunehmen. Durch optimiertes Handling sorgen sie für genaue, wiederholbare und reproduzierbare Prüfergebnisse. Mittelfristig reduzieren sie durch den hohen Probendurchsatz die Prüfkosten und entlasten gleichzeitig qualifiziertes Personal. am

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