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Vier auf einen Streich

▶ Tool-ID und Werkstückverfolgung wachsen zusammen
Vier auf einen Streich

Immer häufiger kommen in modernen Produktions- und Montageanlagen RFID-Systeme mit unterschiedlichen Frequenzbereichen zum Einsatz. Jedes System ist für unterschiedliche Anwendungen konzipiert. So eignen sich niederfrequente Systeme (LF) vor allem für Applikationen in metallischer Umgebung. Hochfrequente Systeme (HF) sind die optimale Wahl, wenn ein größerer Schreib-/Leseabstand und eine hohe Geschwindigkeit gefordert sind.

Da jedes System bislang einen eigenen RFID-Controller-Typ erforderte, war dies für den Anwender nicht nur aufwendig, sondern auch teuer. Mit der All-in-One-RFID-Auswerteeinheit BIS V von Balluff wird sich dies ändern. Sie eröffnet den frequenzunabhängigen Einsatz, denn mit ihr lassen sich bis zu vier Schreib-/Leseköpfe simultan betreiben, egal ob LF oder HF.
Unterstützt werden die Systeme BIS M (13,56 MHz, ISO-Standard), BIS L (125 kHz) und BIS C (70/455 kHz) und bald auch UHF (868/928 MHz). So genügt eine Variante der RFID-Auswerteeinheit, um parallel und simultan mehrere unterschiedliche Aufgaben bewältigen zu können. Damit wird der neue Controller zu einem wichtigen Baustein für Industrie 4.0.
Ziel von Industrie 4.0 ist die smarte, adaptive Fabrik mit kurzen Umrüstzeiten und dezentraler Steuerung, um kurze Durchlaufzeiten und geringe Lieferfristen zu erreichen. Das heißt aber auch, alle relevanten Informationen in einem hoch automatisierten Prozess immer in Echtzeit zur Verfügung zu haben. Bauteile finden eigenständig ihren Weg durch Produktionsanlagen und individualisierte Produkte bis hin zur Losgröße 1 lassen sich schnell und preisgünstig zu Preisen eines Massenproduktes fertigen. Eine wichtige Basistechnologie dafür ist RFID, denn es bietet die lückenlose Dokumentation und liefert Daten zur Steuerung der Automation des kompletten Herstellungsprozesses.
Und das Erfreuliche: Man muss nicht mehr zuwarten. Sie ist heute schon mit vorhandener Standardtechnologie umsetzbar, und man muss sie nur im Sinne von Industrie 4.0 nutzen. Werkstückverfolgung und Tool-ID sind solche Beispiele.
Zwei Verfahren – eine Technologie
So setzt beispielsweise ein namhafter Automobilhersteller in seinem Motorenwerk auf RFID-Identifikationssysteme von Balluff sowohl bei der Werkstückverfolgung als auch beim Toolmanagement. Dort erfordern moderne Produktionstechniken mit steigenden Volumina, einer hohen Auslastung und immer kürzeren Fertigungszeiten ein prozesssicheres Erkennen der zu fertigenden Bauteile mit einer sicheren Zuordnung von Maschinen und Produktionsdaten.
Beispielsweise wird in der Zylinderblockfertigung ein Datenträger auf dem Werkstück und bei der Zylinderkopffertigung am Werkstückträger aufgebracht, bevor mit der Bearbeitung begonnen wird. Dadurch lassen sich sämtliche Prozessdaten minutiös aufzeichnen, eventuelle Fehler eingrenzen und auch nachträglich analysieren.
Insgesamt sind so im Werk in der Zylinderblock- und Zylinderkopffertigung mittlerweile etwa 1000 Datenträger im Umlauf sowie 50 Schreib-/Leseköpfe und Auswerteeinheiten im Einsatz.
Die moderne Fertigung der neuen Motoren stellt auch besondere Anforderungen an ein optimiertes Management der Zerspanungswerkzeuge. Statt der früher praktizierten, sehr begrenzten und teilweise auch fehlerbehafteten Datenerfassung über Papierlabels an den Werkzeugen wird nun ebenfalls RFID-Technologie für das Toolmanagement genutzt. Alle werkzeugrelevanten Daten wie die Identität, Hersteller, Duplonummer, Schneidengeometrien und Werkzeugstandzeiten werden berührungslos auf einem Datenträger im Schaft des Werkzeugs gespeichert. Passend für die Werkzeugidentifikation entsprechen die Datenträger mit Durchmesser und Bauhöhe den Anforderungen der Branche, die bis hin zur Einbaulage der Datenträger in bestimmten DIN-Normen definiert sind. Die vom Automobilhersteller nutzbare Kapazität der verwendeten BIS-C-Datenträger ist mit 2047 Byte ausreichend.
RFID ermöglicht hier eine direkte, unverlierbare und unverwechselbare Zuordnung von Werkzeug- und Prozessdaten. Tool-ID unterstützt so die zustandsorientierte Wartung und sorgt für mehr Transparenz bei der Werkzeughandhabung. Falsche Zuordnungen oder fehlende Werkzeuge gehören damit der Vergangenheit an.
Ein anderes Beispiel: Die SMS group im Werk Mönchengladbach setzt nach einer 2010 begonnenen Werksmodernisierung ebenfalls verstärkt auf Tool-ID. Dort sind mehrere Tausend technologisch und geometrisch unterschiedliche Werkzeuge zu verwalten. Tool-ID hilft hier, die Maschinenbelegung flexibler zu gestalten und damit Durchlaufzeiten respektive Lieferfristen deutlich zu verkürzen.
Einfach einstecken und loslegen
Mit dem neuen RFID-Controller wachsen Teilerückverfolgung (HF) und Werkzeugidentifikation (LF) zusammen. Was ursprünglich nur mit verschiedenen Controllern administriert werden konnte, lässt sich jetzt mit einer einzigen Gerätevariante managen.
Das Handling ist per Plug & Play kinderleicht. Die Schreib-/Leseköpfe müssen lediglich frontseitig mit Steckverbindern angeschlossen werden, um sofort automatisch erkannt zu werden. Zwei LEDs an jedem Port signalisieren dem Anwender den Status und den Betriebszustand jedes Schreib-/Lesekopfs. Da der Controller die Nutzung standardisierter Frequenzen unterstützt, steht einem weltweiten Einsatz nichts entgegen. Der Kombi-Controller im kompakten Metallgehäuse ist für alle weltweit gängigen Bussysteme (Profibus, EtherCAT, CC-Link, Ethernet/IP und Profinet) verfügbar.
USB-Service-Schnittstelle
Ein USB-Anschluss dient als Service-Schnittstelle, z. B. für Softwareupdates und zur schnellen Inbetriebnahme. Darüber hinaus verfügt der intelligente RFID-Controller als Standardausstattung über einen eigenen IO-Link-Masterport. An ihn lassen sich IO-Link-fähige Devices, Sensoren, Aktoren oder auch Sensorhubs zum Einsammeln mehrerer Schaltsensoren direkt anschließen und damit auf einfachste Weise in eine Installation integrieren.
Preisgünstige Nachrüstlösung
Selbst für Endanwender, die ihre Bohr- und Fräsmaschine nachträglich mit Tool-ID ausrüsten möchten, gibt es inzwischen mit „Easy Tool-ID“ von Balluff eine erschwingliche Einsteigerlösung. Sie besteht aus einer Werkzeughalteraufnahme mit integriertem Microcontroller und Stromversorgung, einer Zustandsanzeige, einem RFID-Schreib-Lesekopf und einer USB-Verbindung zum Bedien-Panel der Maschine. Die Inbetriebnahme erfolgt durch kleinere Konfigurationen am Mikrocontroller ohne Eingriff in die Steuerung der Maschine. Handling und Funktionsweise sind denkbar einfach: Am Werkzeug-Voreinstellplatz, dem „Presetter“, wird jedes Werkzeug vermessen und seine Daten, wie z. B. Durchmesser und Radius, auf den Datenträger am Werkzeugschaft geschrieben.
Der Anwender bringt das Werkzeug zur Maschine, legt dieses in die Werkzeugaufnahme ein und drückt eine Taste. Das System emuliert dann die Tastatureingabe und liest die Daten automatisch mit der Balluff Tool-ID-Lösung über die Tastatur-Schnittstelle in die Steuerung der Maschine ein. Die manuelle und damit fehlerbehaftete Eingabe wird damit überflüssig. Somit kann auch bei vorhandenen Maschinen eine preisgünstige Tool-ID-Lösung realisiert werden.
Balluff GmbH

Der Autor
Eberhard Kauderer, Key Account Manager Werkzeugmaschine, Balluff GmbH.
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