Neue Perspektiven für bessere Zerspanung
Bearbeitungsprozesse effizienter machen und gleichzeitig die Prozessqualität verbessern: Was die Optimierung ihrer Fertigungsprozesse betrifft, hat die zerspanende Industrie noch lange nicht alle Potenziale ausgeschöpft. Ein Grund dafür liegt in der Natur dieser Prozesse: Die Verwendung von Kühlschmierstoffen zur Schonung der Werkzeuge sowie der konstante Späneflug machten den Prozess lange Zeit zu einer Art “Black Box”, die eine genaue Analyse der Zerspanung erschwerte.
Abhilfe schafften zunächst rotierende Sichtfenster an den Maschinenscheiben. Sie ermöglichen den Maschinenbedienern, die Prozesse von außen ständig im Blick zu behalten – und dabei optische Informationen für eine mögliche Optimierung der Bearbeitung zu bekommen. Dafür behalten sie bis heute Relevanz. Doch es gibt Details, die sich durch den Blick von außen nur schwer erkennen lassen.
Die Vorteile von Kamerasystemen
Was wäre aber, wenn man hochaufgelöste Bilddaten aus dem Maschineninnenraum bekäme – aus neuen Perspektiven, die sonst dem menschlichen Auge verwehrt bleiben? Wenn man von der Decke nach unten auf das Werkstück blicken könnte? Oder es sogar die Möglichkeit gäbe, den Fertigungsprozess gestochen scharf aus der Perspektive des Werkzeugs selbst zu beobachten?
Die Antwort auf diese Fragen war 2019 die Erfindung eines robusten Kamera-Systems, das speziell für die rauen Bedingungen im Inneren einer Werkzeugmaschine entwickelt wurde. Die erste Rotoclear Camera (kurz Rotoclear C) war geboren.
Revolutionäre Perspektiven für neue Erkenntnisse
Diese Innovation eröffnete – im wahrsten Sinne des Wortes – revolutionäre Perspektiven. Die gewonnenen Bilddaten liefern Unternehmen nämlich die Basis für ganz neue Erkenntnisse: Ursachen für Crashes zwischen Werkzeug und Werkstück können z.B. damit noch genauer analysiert – und Crashes in Zukunft vermieden werden. Das spart Zeit und wertvolle Ressourcen. Die optische Analyse erlaubt zudem eine Optimierung der Bearbeitungsprozesse – mit den entsprechenden Qualitäts- und Effizienzsteigerungen. Wie genau, erfahren Sie im folgenden Artikel…
Funktion der Kamera-Systeme
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Wie funktionieren die Kamerasysteme in Werkzeugmaschinen?
In einer Werkzeugmaschine herrschen bei der Zerspanung sehr raue Bedingungen: Konstanter Späneflug und spritzender Kühlschmierstoff schaffen nicht eine unzugängliche Umgebung, in der konventionelle Kamerasystem nicht sinnvoll eingesetzt werden können: Zum einen benetzt der Kühlschmierstoff nach kürzester Zeit die Linse einer konventionellen Kamera – und schränkt damit die Sicht immer mehr ein. Zum anderen halten “normale” Kameras dem konstanten Späneflug nicht stand – und werden von der Masse winziger Geschosse in kurzer Zeit zerstört.
Eine Kombination aus Rotation und Robustheit
Mit der Erfindung der ersten Rotoclear Camera lösten die Produktentwickler beide Probleme auf einmal: Zum einen mit einem besonders robusten Gehäuse, das den rauen Bedingungen im Inneren der Werkzeugmaschine dauerhaft standhält. Zum anderen mit einer schnell rotierenden Sichtscheibe vor der Linse, wie man Sie vom Funktionsprinzip der rotierenden Sichtfenster kennt.
Für die komfortable Steuerung und die Einbindung in die Maschinensteuerung oder Netzwerke verfügen fortschrittliche Kamerasysteme zusätzlich über einen eigenen Steuerrechner.
Fertigungsprozesse optimieren
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Wie Kamerasysteme Fertigungsprozesse optimieren können
Über die reine Möglichkeit hinaus, die eigenen Prozesse genau zu beobachten und zu kontrollieren, bieten Kamerasysteme fertigenden Unternehmen eine ganze Reihe von Vorteilen: Sie bieten nicht nur das Potenzial, die Qualität von Prozessen und Ergebnissen nachhaltig zu steigern, sondern können auch wesentlich zu einer Steigerung der Produktivität beitragen sowie die Sicherheit der Mitarbeitenden erhöhen.
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- Verbesserung der Prozessqualität
- Steigerung der Produktivität
- Verbesserung der Sicherheit
Wie Kamerasysteme zur
Qualitätsverbesserung beitragen
Die neuen Perspektiven der Kameras auf Werkzeug und Werkstück ermöglichen, deren Beschaffenheit und Position vor dem Einfahren exakt zu prüfen. Damit können Unternehmen potenzielle Fehler im Vorhinein vermeiden, möglichen Werkzeugverschleiß rechtzeitig erkennen und damit ihre Bearbeitungsgenauigkeit deutlich erhöhen. Das Ergebnis? Weniger Ausschuss und präzise gefertigte Bauteile.
Goodbye Crashes! Durch die optische Kontrolle durch Kamerasysteme kann man potenzielle Kollisionen im Vorfeld erkennen: Beim Einfahren kann man z.B. sehen, wenn sich Werkzeug und Werkstück zu nahe kommen – und den Prozess stoppen, bevor sie miteinander kollidieren. Damit sparen Sie sich nicht nur die Schrottkosten, sondern auch die Kosten für den Ausfall der Maschine.
Wie Kamerasysteme die Produktivität
steigern können
Der ständige Einblick von außen ins Innere der Maschine ermöglicht weniger Produktionsunterbrechungen: Zum Beispiel muss niemand mehr die Maschinentür öffnen, um die Position von Werkzeug und Werkstück zu überprüfen. Das spart jeden Tag Zeit, die sich über längere Zeiträume summiert und messbar auf die Produktivität auswirkt.
Besondere Ereignisse während des Fertigungsprozesses können ebenfalls gezielt analysiert werden. Die wertvollen optischen Informationen in Form der Kamerabilder erlauben den Maschinenbediener*innen, die Ursachen von Fehlern zu finden – und sie für die Zukunft zu beheben. Das erhöht nachhaltig die Prozessqualität.
Könnte man den Späneflug optimieren? Fährt die Werkzeugspindel unnötige Wege? Neben dem Erkennen von Fehlern kann man durch die Beobachtung aus mehreren Perspektiven natürlich auch neue Potenziale entdecken, wie man seine Zerspanungsprozesse weiter optimieren kann. Durch die neuen Bilddaten können Unternehmen damit die eigenen Fertigungsprozesse kontinuierlich verbessern.
Über eine Web-Schnittstelle erlauben es einige Kamerasysteme, die eigenen Fertigungsprozesse remote zu kontrollieren: Mitarbeitende müssen für die Prozesskontrolle dabei nicht immer vor Ort sein, sondern können von überall auf der Welt Einblicke in die Werkzeugmaschine bekommen. Das kann die Organisation der Arbeit vereinfachen und wertvolle Ressourcen einsparen.
Die digitale Verarbeitung der Bilddaten bildet eine wichtige Basis für die weitere Automatisierung der Fertigungsprozesse: So können in Zukunft z.B. Spänenester automatisch erkannt werden oder Warnmeldungen auftauchen, wenn ein Werkzeug zu starke Abnutzung aufweist. Eine essenzielle Grundlage für die Einbindung des Kamerasystems in automatisierte Maschinenprozesse ist, dass das Kamerasystem über eine offene API verfügt.
Wie Kamerasysteme die Sicherheit
erhöhen
Mit schmierigen Kühlschmierstoffen benetzte Oberflächen – und überall scharfe Späne: Jedes Betreten des Innenraums einer Werkzeugmaschine ist mit einem Sicherheitsrisiko verbunden. Für den Fall, dass Sicherheitsschalter fahrlässigerweise überbrückt werden, kann auch das Öffnen der Maschinentür große Gefahren für die Mitarbeitenden bergen. Mit Hilfe von Kamerasystemen kann man das Öffnen der Maschinentür auf ein Minimum reduzieren - und damit die Sicherheit für die Maschinenbediener*innen deutlich erhöhen.
Der Entwicklungsprozess
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Der Entwicklungsprozess der Rotoclear Kamerasysteme
Der erste große Schritt, Einblicke in Werkzeugmaschinen zu bekommen, waren rotierende Sichtfenster, die man in die Maschinenscheibe einbaut. Sie erlauben Maschinenbediener*innen von außen einen Blick ins Innere der Werkzeugmaschine.
Der Anfang: Sichtfenster mit
eingebauter Kamera
Zum ersten Mal wurde eine Kamera in ein solches rotierendes Sichtfenster integriert: 2016 präsentierte das Unternehmen Rotoclear im Rahmen der Messe Metav in Düsseldorf mit dem Rotoclear Vision eine Weltneuheit: Eine WLAN-Kamera lieferte Anwendern zum ersten Mal auch aus der Ferne zuverlässig Einblicke in ihre Bearbeitung.
Ein großer Schritt, doch die Perspektive des Rotoclear Vision war natürlich immer noch die eines Maschinenbedieners – von außen in den Maschineninnenraum. Könnte man eine oder sogar mehrere Kameras auch an anderen Stellen im Inneren der Maschine platzieren?
Massive Entwicklungen für neue
Perspektiven
Diese Frage ließ die Produktentwickler bei Rotoclear nicht mehr los. Sie konzipierten Kameras, die den widrigen Bedingungen innerhalb einer Werkzeugmaschine standhalten sollten – und überlegten, wie man die Kameras optimal steuern und im Inneren der Maschine platzieren könnte. Sie konstruierten, bauten Prototypen und testeten diese gemeinsam mit namhaften OEMs auf Herz und Nieren.
2019 war es dann soweit: Mit dem Rotoclear C präsentierte das junge Unternehmen auf der EMO in Hannover sein erstes Kamerasystem, das dem Betrachter ganz neue Einblicke in die Bearbeitungsprozesse schenkt – und das aus mehreren Perspektiven gleichzeitig! Der Markt reagierte begeistert. Schon bald darauf verbauten die ersten Maschinenhersteller das System in Ihren neuesten Werkzeugmaschinen.
Das Werkzeug selbst bekommt Augen
Innerhalb eines Jahres wurde das Kamerasystem dann nochmal konsequent weiterentwickelt – und bereits 2020 kam mit dem Rotoclear C2 das international führende Kamerasystem für Maschineninnenräume auf den Markt.
Die Sensation? Das neue Kamerasystem erlaubte es zum ersten Mal, die Bearbeitung aus Perspektive des Werkzeugs selbst zu beobachten, da man die Kamera OEM-seitig im Spindelkopf verbauen konnte.
Der Steuerrechner des Rotoclear C2 erlaubt u.a., die Kameras über eine Bedienoberfläche zu steuern, remote auf die Kamerabilder zuzugreifen und manuell Aufnahmen zu speichern.
Die Essenz in Echtzeit
Für Anwender*innen, die auf diese Zusatzfunktionen verzichten können und nur eine Perspektive benötigen, wurde die Produktfamilie 2021 um ein einfaches HDMI-basiertes Kamera-System ergänzt: das Rotoclear C Basic. Es erlaubt den Anwender*innen hochaufgelöste Einblicke in Echtzeit über einen HDMI-Monitor.
Auch in den Folgejahren entwickelte das Rotoclear-Team die erfolgreiche Produktreihe konsequent weiter, u.a. mit neuer Software, einem komplett überarbeiteten User Interface und weiterer Optimierung der Hardware.
Die neueste Generation der Kamera-
Überwachung
2024 war es dann soweit: Das Rotoclear C Pro erweitert die bisherigen Features der C-Reihe um eine neue, praktische Funktion: Das automatische Visual-Backup und die Möglichkeit, besondere Momente gezielt im Nachhinein zu analysieren, macht es zu einem vollumfänglichen Videoüberwachungssystem für Fertigungsprozesse. Zudem bildet das Rotoclear C Pro das Fundament für die weitere Automatisierung der Fertigungsüberwachung, z.B. durch die KI-gesteuerte Auswertung der Bilddaten.
Der Ausblick
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Ausblick: Wie Kamerasysteme die Zerspanung verändern werden
Intelligenz braucht Daten: Das ist der Grund, warum belastbare optische Informationen für die weitere Automatisierung der Prozesskontrolle und damit für die weitere Optimierung von Fertigungsprozessen essentiell sind.
Automatische Analyse hochaufgelöster Bilddaten
Die Bilddaten können dabei für unterschiedlichste Zwecke eingesetzt, durch künstliche Intelligenz ausgewertet – und über Schnittstellen direkt in die Maschinensteuerung eingebunden werden. Das ist heute bereits keine Zukunftsmusik mehr: So nutzt beispielsweise das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (kurz IFW) aktuell bereits das Rotoclear C2, um KI-basiert die Bildung von Spänen und Spänenestern zu erkennen und zu analysieren.
„Unser Team hat jede Menge Ideen für spannende Lösungen in der Pipeline. Die digitalen Bilddaten schenken uns ganz neue Möglichkeiten, mit denen wir die Fertigungskontrolle revolutionieren werden.”
David Jäckle,
Head of Software Development, Rotoclear
Es ist davon auszugehen, dass es hier in naher Zukunft die unterschiedlichsten Software-Anwendungen geben wird. Mit der Einführung des Rotoclear C Pro entwickelt zum Beispiel Rotoclear selbst mit Hochdruck neue KI-Tools, mit denen das System softwareseitig erweitert werden kann.
Darüber hinaus entwickeln viele Kunden in der verarbeitenden Industrie selbst auch eigene, auf ihre individuellen Anforderungen zugeschnittene Tools, um die Kontrolle Ihrer Fertigungsprozesse weiter zu automatisieren und zu optimieren.
Die Zukunft? Digitale Augen +
künstliche Intelligenz
Ein Beispiel? Erkennt das System, dass eine Werkzeugschneide abgenutzt ist, kann die Maschine in Zukunft durch eine Warnmeldung automatisch zum Wechsel des Werkzeugs aufrufen. Nur ein weiteres Beispiel für die zahllosen Möglichkeiten, die entstehen, wenn Sie Ihrer Werkzeugmaschine digitale Augen schenken.
Sie haben selbst Ideen für eine intelligente Automatisierung der Prozessüberwachung? Lassen Sie uns darüber sprechen!
Manuel Linnenschmidt
Manuel ist Product Design Engineer bei Rotoclear und damit für die (Weiter)entwicklung der Rotoclear Sichtfenster und Kamera-Systeme verantwortlich.
Er sprüht nicht nur vor Ideen, sondern hat auch immer den Anspruch, dass die Produkte durch innovative Funktionen und einfache Bedienbarkeit begeistern. In unserem Magazin berichtet er über Produktentwicklungen, neue Funktionen und deren Anwendung in der Praxis.
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