Gesteigerte Wirtschaftlichkeit in der Qualitätssicherung mittels digitalem Zwilling

Das IFW hat seine zukunftsweisenden Forschungsergebnisse aus dem ersten Bearbeitungsjahr des Projekts „Vertikal integrierte, nachhaltige End-To-End Fabrik“ auf dem Technologietag im Technologiezentrum Varel einem breiten Publikum vorgestellt. Im Mittelpunkt stand die Vorstellung eines sensorischen Spannsystems zur Detektion des Bauteilverzugs während des gespannten Zustands sowie ein digitaler Zwilling zur datenbasierten Qualitätsprüfung gefräster Bauteile. Am Stand des IFWs fand ein reger Austausch zu den Projektergebnissen mit interessierten Besucherinnen und Besuchern statt.  

Gefördert durch die NBank arbeitet das IFW mit vier Partnern aus Industrie und Forschung unter der Führung von Premium AEROTEC an der Fabrik der Zukunft. Zur Vorstellung der aktuellen Projektergebnisse fand am 25. Januar 2023 ein Technologietag statt, an dem die aktuellen Projektergebnisse einem breiten Publikum präsentiert wurden. „Im Projekt Vertical End-to-End entwickeln wir unsere Vision der Fabrik der Zukunft für Teilefertigung, Montage und additive Fertigung einen Schritt weiter in Richtung Wirklichkeit“, sagte Dr. Joachim Schmidt, Leiter des Standorts von Premium AEROTEC in Varel. „Der Transfer der Erkenntnisse in die industrielle Praxis erlaubt es uns bereits heute, uns für diese digitale Zukunft aufzustellen.“

Auf dem Weg hin zu einer Fabrik der Zukunft forscht das IFW an neuartigen Formen der Qualitätsüberwachung. So wurde mittels elektrischen Schwenkspannern des Projektpartners Römheld ein sensorisches Spannsystem entwickelt, welches in der Lage ist die am Werkstück vorliegenden Prozesskräfte im gespannten Zustand zu detektieren. Hierzu werden zunächst die Dehnungsmaxima am Schwenkspanner durch eine Finite-Elemente-Simulation bestimmt und anschließend mit Dehnungsmessstreifen versehen. Durch das Anbringen von sechs sensorischen Schwenkspannern ist das System bewusst statisch überbestimmt ausgelegt, um ebenfalls den Bauteilverzug anhand des detektierten Kraftverlaufs zu ermitteln. Durch das gezielte Spannen und Entspannen einzelner Schwenkspanner können Bauteilverzüge abgebaut werden. Eine derartige Vorgehensweise ermöglicht eine frühzeitige Detektion von Qualitätsabweichungen, um nachfolgende Qualitätsprüfungen zu reduzieren. Die wirtschaftliche Gestaltung von Qualitätsprüfungen wiederum ist Aufgabe der Prüfplanung. In der Fabrik der Zukunft wird ein digitaler Zwilling zur effizienten Prüfplanung eingesetzt. So findet eine datenbasierte Überwachung des Formfehlers sowie des Mittenrauheitswerts Ra statt. Während des Projekts wurden hierzu Taschenfräsversuche am IFW durchgeführt, um die Einsatzfähigkeit von Methoden des maschinellen Lernens zur Qualitätsprognose erforschen. Für die Prognose der Oberflächenrauheit Ra konnte ein mittlerer absoluter Fehler (MAPE) von ca. 10 % erreicht werden. Der MAPE zur Vorhersage der Formabweichung beträgt ca. 15 %. Regressionsverfahren im digitalen Zwilling minimieren den Aufwand zur Überwachung der Werkstückqualität. Durch diese Art der Qualitätsüberwachung kann eine Adaption der definierten Prüfaufwände vorgenommen werden, in dem vermeidbare Prüfaufwände reduziert werden. Als vermeidbare Prüfaufwände sind in diesem Kontext bereits mit ausreichender Sicherheit vorhergesagte Prüfresultate zu verstehen.

„Der Technologietag hat uns gezeigt, wie nah wir mit unserer Forschung an industriellen Problemstellungen arbeiten. Die vielen Diskussionen mit den Besucherinnen und Besuchern an unserem Stand haben unsere Arbeit gestärkt und nochmals neue Denkanstöße gegeben.“, so Projektbearbeiter Leon Reuter. „Vielen Dank an unseren Premium AEROTEC für die reibungslose Planung und Durchführung der Veranstaltung.“

Für weitere Informationen steht Ihnen Leon Reuter, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 (0) 511 - 76218211 oder per E-Mail (reuter@ifw.uni-hannover.de) gern zur Verfügung.