Weidmüller: Elektroden und Werkzeuge automatisiert scannen

Weidmüller: Elektroden und Werkzeuge automatisiert scannen

Die Weidmüller-Gruppe mit Sitz in Detmold gilt als Erfinder der kunststoffisolierten Reihenklemme. Reihenklemmen, wie etwa die Klippon® Connect von Weidmüller, bestehen zum Großteil aus Kunststoff mit leitenden Metallelementen. Das entsprechende Spritzgusswerkzeug setzt sich aus mindestens zwei Teilen zusammen, die aus gehärtetem Formstahl in Erodiermaschinen hergestellt werden.

Das Ziel: 100%ige Qualität durch Automatisierung

Dazu werden zunächst Elektroden aus Graphit gefräst. Die Größe der Elektroden reicht von 15 × 15 mm bis zu 200 × 200 mm. Fertig gefräst gleichen sie, bis auf das Abmaß für den Funkenspalt, den Klemmen und bilden damit die Gegenstücke der Spritzgusswerkzeugformen. In dem Funkenspalt fließt der Strom zwischen Elektrode und Metall, der den harten Stahl bis aufs μ genau abträgt. „Was in dem Graphit eine tiefe Nut ist, wird im Stahl als Steg erzeugt, und umgekehrt”, erläutert Ralf Runte, Group Leader Mechanical Processing Tooling bei Weidmüller. „Jeder Bearbeitungsfehler, der hier unbemerkt durchgeht und erst bei der Produktion der Klemmen entdeckt wird, kostet uns Zeit und Geld. Das passiert zwar sehr selten, aber wir wollen sicherstellen, dass es gar nicht passiert.”

Die Herausforderung dabei ist die Kontrolle der filigranen Elektrodenformen, was besonders bei den tiefen Nuten nicht einfach ist. Die haben teilweise nur Breiten von 1,2 Millimetern bei einer Tiefe bis zu 15 Millimetern. „Da muss sichergestellt sein, dass auch der untere Bereich sauber ausgefräst worden ist. Unser Ziel ist hier die 100-prozentige Qualität bei geringstmöglichem Aufwand. Also möglichst wenig Handgriffe und Eingaben von Menschen, sondern viel Automatisierung“, so Ralf Runte. „Dafür haben wir nun einen EROWA-Roboter ERC80 mit einer ATOS ScanBox Serie 4 von GOM zu einer Automatisierungslösung vereint.

Die Elektroden sitzen auf Haltern, über deren Chip die CERTA- Software den Roboter, den Palettenwechsler und den gesamten Handling- prozess zum Einwechseln der Teile in die ATOS ScanBox steuert und kontrolliert.

Automatisierung ist bei Weidmüller und in Runtes Bereich nichts Neues. Bereits 1994 wurde mit Unterstützung von EROWA begonnen, die Senkerodieranlagen mit Wechselrobotern auszustatten. „Auch für die Vermessung der Elektroden und Werkzeuge gab es von uns bereits eine Automatisierungslösung mit dem ERC80 in Verbindung mit einer taktilen Messmaschine“, erinnert sich Michael Horstmann, der zuständige Fachberater vom Automatisierungsspezialist EROWA.

Allerdings war die Messmaschine eine Stand-Alone-Lösung. Nach dem Fräsen wurde dafür von den Senkerodierern ein Qualitätsprogramm in der Software Q-Measure für jede Elektrode geschrieben. Darin wurden die von der Messmaschine zu prüfenden Punkte definiert. Das Programm stammt vom Softwarehaus CERTA, einem Unternehmen der EROWA-Gruppe und ist ein Modul des CERTA JobManagement Systems, das auch den ERC80 verwaltet. Anschließend musste der Benutzer die Elektrode in die Messmaschine einlegen, das Messprogramm starten und das Ergebnis der Messung abwarten. „Je nachdem, wie viele Messpunkte erforderlich waren, zwischen 5 bis 100, konnte das bis zu zehn Minuten in Anspruch nehmen“, erinnert sich Runte.

Vollflächige Daten dank optischer Messtechnik

Dieser Ablauf erforderte zu viel Zeit und zu viele manuelle Eingriffe. „Hier wollten wir deutlich mehr Flexibilität ermöglichen und den Vermessungsprozess von den Anwesenheitszeiten der Benutzer ein gutes Stück weit entkoppeln“, erklärt der Gruppenleiter. Von EROWA kam deshalb der Vorschlag, die taktile Messmaschine mit dem Roboter zu beladen. Doch Ralf Runte kannte die optischen Messmaschinen von GOM bereits aus der Qualitätssicherung, wo sie zum Prüfen der fertigen Klemmen eingesetzt werden: „Da hatten wir zwischenzeitlich immer wieder Versuche gemacht, um Elektroden und fertige Werkstücke zu scannen. Dabei bin ich auf die Idee gekommen, sie auch zum automatisierten Prüfen der Erodierteile einzusetzen.“ Denn die taktile Messung hatte aus seiner Sicht ein erhebliches Manko:

„Das Problem der taktilen Messmaschine ist, dass sie den tiefen Bereich der Elektrode nicht zu 100 % erkennen kann – wenn zum Beispiel der Fräser abgenutzt oder abgebrochen ist und dann die Nut nicht sauber rausgefräst wurde.“

 „Deshalb haben wir gesagt, wenn wir 100%ig-fehlerfreie Werkzeuge liefern wollen, brauchen wir ein anderes System“, erklärt Ralf Runte. „Eines, das nicht mehr punktbasiert, sondern flächenbasiert misst. Und am besten direkt mit dem CAD-Modell die Messdaten abgleicht. Und so sind wir auf die ATOS ScanBox gekommen.“ Zunächst wurde geprüft, ob die 3D-Koordinatenmessmaschine für diesen Zweck überhaupt einsetzbar ist. Die Messung funktionierte problemlos. Die ATOS ScanBox vermisst die schwarzen Graphitelektroden ohne Vorbehandlung. Und auch die kritischen tiefen Nuten der Elektroden erfasst die optische Messmaschine dabei schnell und fehlerfrei.

ATOS ScanBox mit Batch Processing System

Die 3D-Koordinatenmesszelle erfüllte also die Voraussetzungen an eine Automatisierung der Messung und Vollständigkeit der Daten. „Was fehlte, war allerdings die automatisierte Be- und Entladung der Messmaschine“, erklärt Runte. Nach den erfolgreichen Tests wurde der Auftrag für die Anlage an EROWA und GOM erteilt. Und das Ergebnis überzeugt: Die ATOS ScanBox und die EROWA-Anlage sind vollständig verbunden und werden von der übergeordneten CERTA-Software gesteuert. Die Anlage arbeitet nun bereits sehr erfolgreich seit über einem Jahr in Detmold.

Ralf Runte, Group Leader Mechanical Processing Tooling bei Weidmüller: „Wir haben einen EROWA-Roboter ERC 80 mit einer ATOS ScanBox Serie 4 von GOM zu einer Automatisierungslösung vereint.“

Automatisiertes Messen von bis zu 120 Elektroden

Die Elektroden befinden sich auf Haltern, über deren Chip die CERTA-Software den Roboter, den Palettenwechsler und den gesamten Handlingprozess zum Einwechseln der Teile in die ATOS ScanBox steuert und kontrolliert. Für den eigentlichen Messvorgang wird derzeit vom Bediener in GOM Inspect Professional flexibel definiert, wo der Preset der zu messenden Elektrode liegt.

Im nächsten Prozessschritt bestückt der Roboter die GOM Anlage mit den zu vermessenden Teilen aus dem Palettenwechsler. Bis zu 120 Elektroden und vier UPC-Paletten mit erodierten Werkstücken können dort eingelegt werden. Der Roboter sucht sich das Teil entsprechend der in CERTA hinterlegten Teilenummer aus der Palette heraus, legt es in die ATOS ScanBox ein, die Sicherheitstür wird geschlossen und die Job-Management-Lösung gibt den Start zur Vermessung. In kurzer Zeit digitalisiert die ATOS ScanBox auch große Elektroden vollflächig, gleicht die Messdaten mit dem CAD-Modell ab und erzeugt ein PDF des Falschfarbenvergleichs. Anschließend werden die Presetdaten automatisiert über das CERTA JobManagement System an die nachfolgenden Erodieranlagen weitergegeben.

„Durch den Falschfarbenvergleich wird gezeigt, ob das Teil im Toleranzbereich liegt oder die Abweichung zu groß ist“, so Ralf Runte. „Im letzteren Fall kann der Bediener entscheiden, ob die Elektrode Ausschuss ist oder nachgearbeitet wird.

Im weiteren Arbeitsablauf der Anlage meldet die ATOS ScanBox die Fertigstellung der Messung an die Job-Management-Software, die wiederum den Roboter aktiviert, um die Elektrode zu entnehmen und in den Palettenwechsler zurückzusetzen. CERTA registriert den Palettenplatz, verbucht die Elektrode als gemessen und startet den nächsten Auftrag.

Die ATOS ScanBox vermisst auch schmale und tiefe Nuten der Elektroden problemlos.

Über die Weidmüller Interface GmbH & Co. KG

Als erfahrener Experte unterstützt Weidmüller seine Kunden und Partner auf der ganzen Welt mit Produkten, Lösungen und Services im industriellen Umfeld von Energie, Signalen und Daten. Weidmüller ist in seinen Branchen und Märkten zu Hause und kennt die technologischen Herausforderungen von morgen. So entwickelt es immer wieder innovative, nachhaltige und wertschöpfende Lösungen für individuelle Anforderungen. Weidmüller setzt Maßstäbe in der Industrial Connectivity. Die Unternehmensgruppe verfügt über Produktionsstätten, Vertriebsgesellschaften und Vertretungen in mehr als 80 Ländern.