Automatische Prüfmaschine Rundum-Check für gesinterte Teile

Ein Gastbeitrag von Raimund Bauer, Sales Engineer bei SMC Deutschland

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Komplexe Geometrien, große Stückzahlen - da wird beim Herstellen keramischer und metallischer Bauteile gerne gesintert. Allerdings ist bei der Beschichtung Perfektion gefragt. Für die Qualitätskontrolle sorgt eine Rund-Prüfmaschine von Roboworker mit einem Automatisierungspaket von SMC.

Als pneumatische Herz von Roboinspect arbeiten Ventilinseln von SMC.
Als pneumatische Herz von Roboinspect arbeiten Ventilinseln von SMC.
(Bild: SMC/Roboworker )

Wendeschneidplatten, Bohrer, Schaftfräser, Zahnräder – die Vielfalt an metallischen und keramischen Bauteilen ist praktisch endlos. Und gerade bei großen Stückzahlen und komplexen Geometrien lassen sich viele dieser Bauteile im Sinterverfahren herstellen. Hierbei werden sie aus Pulver in eine definierte Form verpresst und dann ihrer neuen Struktur mit Wärmebehandlung – dem Sintern – verdichtet und ausgehärtet.

Dabei lassen sich auch mehrere Beschichtungen auftragen. Allerdings: Nur perfekt beschichtete und geformte Teile dürfen ausgeliefert werden. Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt oder Batterie- und Medizintechnik legen hier strenge Maßstäbe bei den Komponenten an.

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Roboworker hat sich auf den Automatisierungs- und Prüfbereich spezialisiert. Mit leistungsfähigen Linearrobotern, Greifern, Sensorik und Kameratechniken realisiert der Maschinenbauer aus Weingarten bei Ravensburg flexibel einsetzbare und modulare Hightech-Automationsanlagen für den Herstellungsprozess von Präzisionsteilen. Dazu gehören auch optimale, automatische Prüfmaschinen für Sinterteile und Werkstücke aus verschiedensten Ausgangsmaterialien, etwa Hartmetall, Eisenpulver oder Keramik. Anspruchsvolle Industrien wie die Metallverarbeitung, Automotive oder Batterie- und Medizintechnik nutzen die Anlagen von Roboworker.

Für die vollautomatische Rundumprüfung der Werkstücke hat Roboworker seine Prüfmaschine Roboinspect RIS mit vielfältigen Funktionalitäten in 3D+ ausgestattet. Optional lässt sich die Anlage mit Modulen zur Laserbeschriftung oder zum Verpacken der Werkstücke erweitern.

Ein pneumatisches und elektrisches Automatisierungspaket von SMC wiederum sorgt mit Wartungseinheit, Ventilinseln, Elektro- und Pneumatikantrieben sowie Druckverstärkern, Ionisierern und weiteren Komponenten für eine schonende, präzise und schnelle Handhabung der Werkstücke bei den Schritten Kontrolle, Beschriftung und Verpackung.

Null Fehlertoleranz: Sinterteile prüfen, beschriften und verpacken

„Der Vorteil des Sinterns liegt darin, dass es die Herstellung kleiner Werkstücke mit schwierigen Formen in großer Stückzahl ermöglicht“, sagt Toralf Schramm, Leiter für Prüf- und Verpackungsanlagen bei Roboworker. „Eine gesinterte Wendeschneidplatte zum Beispiel braucht üblicherweise nur noch eine Beschichtung und ist dann fertig.“ Ausgangsstoff des Verfahrens sind Gemische aus unterschiedlichen pulverisierten Metallen, die im fertigen Produkt hochfeste Einheiten bilden. Dazu werden sie zunächst, je nach Material und Anwendung, bei Drücken von 16 bis zu 400 Tonnen in Form gepresst. Aufgrund der Verdichtung des Mischpulvers beim Pressvorgang halten diese Rohformen zusammen, bis sie durch die Wärmebehandlung beim Sintern weiter verdichtet werden. Dadurch bekommen die Werkstücke erst die erforderliche Festigkeit.

Kein fehlerhaftes Werkstück darf die Halle verlassen. Deshalb wird das fertige Produkt noch einmal eingehend geprüft. „Besonders kommt es dabei auf die Geometrie der Teile an“, erklärt Toralf Schramm. „Anwendungen in der Medizintechnik oder der Automobilindustrie haben enorm geringe Toleranzen, sodass jedes Produkt perfekt sein muss.“ Toleranzen, die für das menschliche Auge nicht mehr erkennbar sind. Der Roboinspect prüft deshalb die Maßhaltigkeit und Qualität des Werkstücks mit Technologien, die im Mikrometer-Bereich arbeiten. Geringste Fehler wie etwa lokale Kantenausbrüche oder Form- und Beschichtungsfehler lassen sich damit zuverlässig identifizieren und können durch eine detaillierte Dokumentation zurückverfolgt werden.

Die beschichteten Werkstücke werden dafür auf Palettenstapeln in die Anlage gegeben. Um einen Fehlerausschuss zu minimieren, baut zunächst ein Ionisierer eine eventuelle statische Aufladung ab. Das befreit die Werkstücke von anhaftendem Staub, den ein Volumenstromverstärker der SMC-Serie ZH absaugt, damit er sich nicht innerhalb der Maschine absetzt oder Filter verstopft. Präzise Roboter legen die Werkstücke einzeln auf einer Prüfablage ab, wo hochleistungsfähige, äußerst empfindliche Kameras sie von allen Seiten unter die Lupe nehmen. Innerhalb von Sekunden erfolgt dabei die Prüfung verschiedener Merkmale: Beschädigungen der Schneidkante auf bis zu 5 Mikrometer genau, Maßhaltigkeit auf 0,01 Millimeter genau und Oberflächenfehler auf bis zu 0,05 Millimeter, je nach Qualität der Oberfläche. „Greifer und Kameras müssen dabei komplexe Bewegungsmuster sehr genau abbilden können und immer an der richtigen Position sein“, so Toralf Schramm. Bei Bedarf können Laser die Werkstücke beschriften, bevor sie wieder zurück in die Paletten abgelegt werden. Optional werden sie von einem Verpackungsmodul sie endverpackt und für den Versand etikettiert.

Herausforderung: Unterschiedlicher Druckluftbedarf

Damit das Prüfen der Sinterteile reibungslos funktioniert, müssen die anspruchsvollen Handling-Prozesse innerhalb des Roboinspects zuverlässig und präzise ablaufen.

„Eine weitere Herausforderung ist der unterschiedliche Druckluftbedarf verschiedener Bereiche in unseren Maschinen“, erläutert Ralf Trotzki, Konstruktionsleiter für Prüf- und Verpackungsanlagen bei Roboworker. Für das Lösen der Werkstücke beispielsweise, die von einem Magnetgreifer auf einer Ablageplatte gehalten werden, sei ein höherer Druck nötig, die erforderliche Lösekraft zu erreichen, als es der eingestellte Systemdruck der Anlage hergebe. „Ein Druckverstärker erhöht deshalb den Druck für den Lösezylinder, und zwar nur dann, wenn dieser benötigt wird. Dadurch kann viel Druckluft eingespart werden.“ Alle verwendeten Komponenten müssen zudem platzsparend aufbewahrt werden, in Werkshallen ist der Raum in der Regel begrenzt.

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Die Automatisierungstechnik kommt bei Roboworker fast ausschließlich von SMC. Der Maschinenbauer nutzt Technologien seit 24 Jahren. Herz der pneumatischen Automation im Roboinspect ist die Ventilinsel der Serie SY. Sie ist modular aufgebaut und ermöglicht so die Versorgung der unterschiedlichsten Aktoren mit unterschiedlichen erforderlichen Drücken. Zudem sind die Ventilinseln mit Ethercat-Busmodulen ausgerüstet, die sie mit der übergeordneten Maschinensteuerung sowie untereinander vernetzen. „Das spart viel Konstruktions- und Montageaufwand gegenüber einer Einzelverkabelung und die komplette Anlage ist weniger anfällig für Störungen. Auch Wartung und Instandhaltung der Anlage im Betrieb werden deutlich leichter und kosteneffizienter“, erklärt Timo Schlauch, Team Leader bei SMC. „Bei solch komplexen Anlagen müssen die einzelnen Prozesse optimal aufeinander abgestimmt sein – auch in der Steuerung.“

Proportionalventile der SMC Serie ITV sind für bestimmte Prozesse der Ventilinsel vorgeschaltet und regeln etwa die Kraft der pneumatischen Greifer präzise, um die Werkstücke beim Aufnehmen und Umsetzen nicht zu beschädigen. Die kompakte Bauform der SY-Ventilinsel mit ihrer Busansteuerung erlaubt eine dezentrale Montage direkt in den modularen Baugruppen von Roboworker sowie ihre Vernetzung untereinander.

Zukünftig könnten die Maschinenbau-Experten zusätzlich von neu entwickelten und noch kompakteren Ventilinseln profitieren, die direkt in den Roboterarmen integriert werden.

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