Pro²S - Prozessreglungsgerechte geometrische Produktspezifikation für ebenen- und zylinderbasierten Toleranzen
Final Report Abstract
Der heutige Produktionsalltag zeichnet sich durch immer kürzere Produktlebenszyklen und steigende Anforderungen an die Fertigungstechnologien aus. Prozesse müssen nicht nur schneller beherrscht, sondern auch in immer engeren Toleranzbereichen gehalten werden. Insbesondere bei komplexen Fertigungsverfahren, wie etwa dem Fräsen, bedarf es eines hohen Maßes an Prozesswissen und Regelungstechnologie. Die Nachfrage nach automatisierten Lösungen im Bereich der Prozessregelung und -optimierung nimmt zu. In jüngster Zeit sind verschiedene Vorschläge zur Realisierung automatisierter maschinennaher Qualitätsregelkreise gemacht worden, die es ermöglichen, Prozesswissen automatisiert zu erarbeiten und Regelkreise aufzubauen. Allerdings besteht das zentrale Problem darin, dass die herkömmlichen Form- und Lagetoleranzen keine eindeutigen Kennwerte liefern, die für eine Prozessregelung genutzt werden können. Für eine automatisierte Prozessregelung und -optimierung ist eine erweiterte, prozessregelungsgerechte geometrische Produktspezifikation (Pro2S) notwendig. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Pro2S-Methodik entwickelt, die eine Verknüpfung der geometrischen Produktspezifikation und die für ihre Erfassung notwendigen Mess- und Auswertestrategien mit automatisierten Prozessregelungskonzepten ermöglicht. Aufgrund der hohen Komplexität der gesamten Form- und Lagetolerierung und der Mannigfaltigkeit der herzustellenden Werkstücke und Fertigungsverfahren wurde der Fokus im Rahmen dieses Forschungsvorhabens auf ebenen- und zylinderbasierte Toleranzen sowie den Fräsprozess gerichtet. Zunächst wurde die Ableitung einer prozessregelungsgerechten geometrischen Bauteilbeschreibung von ebenen- und zylinderbasierten Toleranzen mittels der Feature-Technologie durchgeführt. Dazu wurde eine Schnittstelle zur automatisierten Eingabe der Informationen aus Konstruktion in die Software „I-PIM“ implementiert. Zweitens wurde eine prozessreglungsgerechte geometrische Produktspezifikation, die im Wesentlichen aus zwei Teilen, einem ordnungsbasierten Beschreibungssystem und einigen Fehlerindikatoren besteht, entwickelt. Mit den entwickelten Kennwerten konnten die Prozessfehler aus den dimensionellen Messergebnissen identifiziert werden. Dazu wurden die geeigneten Messstrategien für zylinder- und ebenenbasierte Bauteile festgelegt. Um die verursachten geometrischen Abweichungen von Prozessfehlern zu quantifizieren, wurde ein Simulationswerkzeug entwickelt. Mit diesem Simulationswerkzeug können die Prozessfehler simuliert werden und anschließend deren Auswirkungen auf die geometrischen Abweichungen analysiert werden, sodass die Entscheidung zur Zuordnung der prozessregelungsgerechten Kennwerte reproduzierbar getroffen wird. Die Erprobung der Tauglichkeit der entwickelten prozessregelungsgerechten geometrischen Produktspezifikation erfolgte durch Untersuchungen mit Validierungsbauteilen. Hierbei wurde gezeigt, dass Fehler durch eine verkippte Aufspannung erkannt und quantifiziert werden konnten. Auch EXY-Fehler (Abweichungen der y-Achse in x-Richtung) konnten identifiziert werden. Abweichungen der Rechtwinkligkeit der Maschinenachsen konnten erkannt werden, allerdings ist hier eine Ableitung von Korrekturfaktoren derzeit nicht möglich. Abschließend wurde gezeigt, dass die entwickelte Methodik auch auf andere Geometrieelemente übertragbar ist.
Publications
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Der Weg von der Bauteilkonstruktion bis zum schnellen Prüfentscheid, In: Koordinatenmesstechnik 2010 - Technologien für eine wirtschaftliche Produktion - 8. VDI-Fachtagung, Braunschweig, 03. - 04. November 2010, S. 251-261
Dietrich, B.; Pollmanns, S.; Zheng, H.
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Challenges and methods of measurement process validation for machine integrated product inspection. In: Proceedings of 10th International Symposium on Measurement Technology and Intelligent Instruments ISMTII, Daejeon, Korea, 29th June – 2nd July, 2011, Paper Nr. C1-1
Schmitt, R.; Nau, M.; Nisch, S.
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Process control oriented geometric product specification and data analysis. In: Proceedings of the XX IMEKO World Congress, Busan, Korea, 9-14 September 2012, Paper Nr. 537
Schmitt, R.; Zheng, H.; Nisch, S.
