Aufbau eines Koordinatenmessgeräts zur Demonstration von Workflows in der Produktion 4.0 durch Nutzung intelligenter Werkstückträger

von Dennis Bühl und Felix Matuschek
in Zusammenarbeit mit Carl Zeiss 3D Automation GmbH
betreut von Herrn Timo Starz

Überblick

Messverfahren mit industriellen Messgeräten sind in der heutigen Industrie unabdingbar. Während eines Produktionsschrittes oder im Rahmen einer Qualitätskontrolle müssen Produkte regelmäßig untersucht werden. Werkstücke müssen zu Beginn jeder Messung manuell oder über fest programmierte Positionen angefahren werden. Bei der eigentlichen Messung muss der Messraum ständig überwacht werden, da abweichende klimatische Bedingungen Messfehler verursachen können. Die Firma ZEISS 3D Automation stellt Systeme zur Überwachung dieser klimatischen Bedingungen her. Die dabei zum Einsatz kommenden Sensoren sind fest mit dem System verdrahtet.

Ausführung

Aufgabenstellung

Bild 3: Projektbild

Blockschaltbild

Ziele der Technikerarbeit sind zum einen das Vereinfachen von Messabläufen, zum anderen die Einbindung von Funksensoren in das Messraumüberwachungssystem. Sie setzt sich mit folgenden Punkten auseinander:

  • Aufbau eines Demonstrators (Koordinatenmessgerät für intelligente Werkstückträger) zum Lesen von QR-Codes und RFID-Tags
  • Anbindung eines Achscontrollers einer Messmaschine
  • Integration eines QR-Lesegeräts
  • Integration eines RFID-Readers
  • Integration eines Funkmasters zur Kommunikation mit Temperatursensoren
Zur Ansteuerung der Komponenten sollte eine C#-Applikation entwickelt werden.

Lösung

Bild 4: Projektbild

QR-Lesegerät und RFID-Antenne

Zum Messen werden die Werkstücke auf Paletten aufgespannt. Über den RFID-Reader soll ein RFID-Tag auf der Palette ausgelesen werden. Jeder RFID-Tag enthält unter anderem die Positionen der zu messenden Werkstücke sowie Paletten- und Auftragsnummer. Wird eine neue Palette erkannt fährt die Messmaschine nacheinander die Positionen der Werkstücke an. An der jeweiligen Position angekommen liest das QR-Lesegerät einen QR-Code aus, der sich auf dem zu messenden Werkstück befindet. Dieser enthält Informationen zum entsprechenden Werkstück, beispielsweise Seriennummer und Artikelnummer.
Die Funktemperatursensoren senden auf Anfrage Temperaturwerte an den Funkmaster. Alle Komponenten sind miteinander verbunden und werden durch eine C#-Applikation angesteuert.
Es wurde eine optische ZEISS Messmaschine zur Verfügung gestellt, die mit einem Rollcontainer ausgestattet ist. In diesem ist eine Steuerung mit integriertem Industriecomputer installiert, auf dem die C#-Applikation zur Steuerung der Komponenten ausgeführt wird. Die RFID-Antenne und das QR-Lesegerät wurden mit Halterungen an einem Schlitten auf der Z-Achse angebracht.

Fazit

Im Rahmen der Technikerarbeit wurde ein Maschinendemonstrator aufgebaut. Anhand dieses Demonstrators lassen sich Arbeitsabläufe in der smarten Produktion, in Bezug auf Prüfvorgänge, darstellen und untersuchen. Dieser Demonstrator ist Teil eines Gesamtkonzepts, welches eine komplette Fertigungslinie mit mehreren Modulen darstellt. Alle Module sollen gleich aufgebaut sein, auf der einen Seite Zugriff durch einen Roboter und auf der anderen mit Zugriff für einen Arbeiter.
Das C#-Programm ist in der Lage Temperaturwerte zu empfangen und diese weiterzuleiten, ebenso können QR-Codes und RFID-Tags ausgelesen und entsprechende Aktionen, wie das Verfahren der Achsen, ausgelöst werden.
Bei einer entsprechenden Weiterentwicklung bildet die Technikerarbeit einen wesentlichen Beitrag zu einer optimierten Ausnutzung von Maschinenkapazitäten und damit einer besseren Effizienz der gesamten Anlage.

Bild 5: Projektbild

Gesamtkonzept

Wir möchten uns an erster Stelle bei der Firma Carl Zeiss 3D Automation GmbH und deren Mitarbeitern bedanken. Ein besonderer Dank gilt unserem betrieblichen Betreuer, Herrn Dr. Arnd Menschig, sowie unserem schulischen Betreuer, Herrn Timo Starz.