TR73

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A6 - Funktionsorientiertes Prüfen (Förderperiode 2)



Strategien für das funktionsorientierte optische Prüfen umgeformter Präzisionsbauteile

Projektstatus: abgeschlossen

Letztes Update: 23.01.2017



Mitglieder


Mit der Blechmassivumformung wird ein neues Fertigungsverfahren bereitgestellt, welches im Vergleich zur spanenden Fertigung die Herstellung von Präzisionsbauteilen in einer wesentlich kürzeren Taktzeit und mit geringerem Ressourcenbedarf ermöglicht. Zusätzlich sind die Fertigung komplexerer Bauteile und damit die Integration filigraner, funktionstragender Geometrieelemente erreichbar. Da einerseits eine hohe Genauigkeit - vergleichbar mit spanend gefertigten Präzisionsteilen - gefordert ist, andererseits aufgrund der hohen Integrationsdichte mehr Geometrieelemente in kürzerer Zeit zu prüfen sind als bei konventioneller Fertigung, steigen die Anforderungen an eine taktzeitgerechte Prüfung.

Um die Anforderungen für die Messung der Blechmassivumformteile mit feinen Nebenformelementen zu erfüllen, also lokal ausreichend hohe Auflösung, großer Messbereich, kurze Mess- und Prüfzeiten sowie Variantenflexibilität zu gewährleisten, wurde in der ersten Phase das neuartige Sensorkonzept der mehr­skaligen Multi-Komponenten-Streifenprojektion mit unterschiedlichen Messbereichen erarbeitet. Ziel der zweiten Phase ist es, eine robuste, bedienerunabhängige fertigungsnahe Messung für die Blechmassivumformung zu realisieren. Hierfür werden Strategien zur Kalibrierung des Messsystems erarbeitet, die eine Datenfusion nach einer Neupositionierung der Sensoren ermöglichen sollen. Zusätzlich sollen aufbauend auf den bisherigen Ergebnissen Methoden erforscht werden, wie weitere Messverfahren, z. B. endoskopische Streifenprojektion (Teilprojekt B6), Fokusvariation oder rasternde Messungen mit hochauflösenden optischen Sensoren, die mit der Streifenprojektion kombiniert werden können.

Aufgrund der großen Anzahl unterschiedlicher Prüfmerkmale werden grundverschiedene Anforderungen an eine ideale Sensorkonfiguration und optimale Messposen (Kombination aus Sensorausrichtung und Randbedingungen) gestellt. Zur Unterstützung der Prüfplanung wurde in der ersten Phase ein Assistenzsystem entwickelt, in dem die bisher erarbeiteten Grundlagen zur Messprozessmodellierung und -simulation integriert sind und das die Berechnung einer optimalen Messpose hinsichtlich einer holistischen Bauteilprüfung ermöglicht. In der zweiten Phase soll die Messposenberechnung durch Konzentration auf funktional wichtige Bauteilbereiche verfeinert werden. Ziel ist es, anhand von Konstruktionsdaten und Toleranzvorgaben diese automatisch zu erkennen und für die Messposenoptimierung entsprechend höher als funktionsirrelevante Bauteilbereiche zu gewichten, sowie eine erforderliche Mindestauflösung zur Auswahl geeigneter Sensoren abzuleiten.

Ferner ergeben sich durch den veränderten Fertigungsprozess gegenüber der spanenden Fertigung weitere kritische Prüfmerkmale, welche zur Beherrschung des Prozesses überwacht werden müssen. Insbesondere die Feinstrukturen der Bauteil- und Werkzeugkanten, welche bei der Umformung erzeugt oder stark beansprucht werden, sind für die qualitative Beurteilung des Umformprozesses (Materialfluss, Rissbildung, Werkzeugverschleiß) und die Vorhersage der Bauteillebensdauer wichtig. Optische Messungen an Kanten sind allerdings wegen des ungünstigen Messwinkels (Artefakte, Rauschen) mit einer hohen Messunsicherheit behaftet und erschweren eine sichere Beurteilung der Oberflächenstruktur. Zur Einhaltung eines idealen Messwinkels soll der Einsatz einer dynamischen Nachführung eines hochauflösenden optischen Sensors (< 10 nm axiale Auflösung) oder des Messobjektes mittels eines Präzisionspositioniersystems untersucht werden, wodurch die sichere Erfassung und Bewertung der Mikrotopographie von umgeformten Bauteilen mit stark geneigten Flächen möglich werden. Die Ergebnisse dienen zur Entwicklung und Optimierung der Umformprozesse sowie zur Erweiterung der holistischen Bauteilprüfung.

 


Arbeitskreise


Veröffentlichungen

    2016

    • Matthias, S.; Loderer, A.; Koch, S.; Gröne, M.; Kästner, M.; Hübner, S.; Krimm, R.; Reithmeier, E.; Hausotte, T.; Behrens, B.: Metrological solutions for an adapted inspection of parts and tools of a sheet-bulk metal forming process. In: Production Engineering, 10(2016)1, DOI 10.1007/s11740-015-0647-2, S. 51-61
    • Loderer, A.; Hausotte, T.: Qualification concept for optical multi-scale multi-sensor systems. In: Journal of Sensors and Sensor Systems JSSS, 5(2016)1, S. 1-8
    • Küstner, C.; Beyer, F.; Kumor, D.; Loderer, A.; Wartzack, S.; Willner, K.; Blum, H.; Rademacher, A.; Hausotte, T.: Simulation-based development of Pareto-optimized tailored blanks for the use within sheet-bulk metal forming. In: Marjanovic, D.; Storga, M.; Pavkovic, N.; Bojcetic, N.; Skec, S. (Hrsg.): DS 84: Proceedings of the DESIGN 2016 14th International Design Conference, (2016), Design Society, S. 291-300
    • Loderer, A.; Hausotte, T.: Ganzheitliche dimensionelle Messung von blechmassivumgeformten Bauteilen. In: Stefan Zimmermann (Hrsg.): XXX. Messtechnisches Symosium 2016, (2016), Berlin: DE Gruyter, S. 133-140

    2015

    • Behrens, B.; Hübner, S.; Vucetic, M.; Koch, S.; Denkena, B.; Grove, T.; Lucas, H.; Tillmann, W.; Stangier, D.; Hausotte, T.; Loderer, A.: Prozessauslegung und Untersuchung von geschliffenen und CrAlN / CrAlCN-beschichteten Werkzeugoberflächen mittels schwingungsüberlagertem Flachstauchversuch für die Blechmassivumformung. In: Tekkaya, A. E.; Liewald, M.; Merklein, M.; Behrens, B.-A (Hrsg.): Tagungsband zum 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung 2015 - DFG Transregio 73, (2015), Aachen: Shaker Verlag, S. 173 - 192
    • Löffler, M.; Freiburg, D.; Gröbel, D.; Loderer, A.; Matthias, S.; Stangier, D.; Weikert, T.: Untersuchung von Tailored Surfaces hinsichtlich ihres tribologischen Einflusses auf Prozesse der Blechmassivumformung. In: Tekkaya, A. E.; Liewald, M.; Merklein, M.; Behrens, B.-A (Hrsg.): Tagungsband zum 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung 2015 - DFG Transregio 73, (2015), Aachen: Shaker Verlag, S. 131-146
    • Landkammer, P.; Söhngen, B.; Loderer, A.; Krebs, E.; Steinmann, P.; Willner, K.; Hausotte, T.; Kersting, P.; Biermann, D.: Experimentelle Verifizierung eines Benchmark-Umformprozesses. In: Tekkaya, A. E.; Liewald, M.; Merklein, M.; Behrens, B.-A (Hrsg.): Tagungsband zum 18. Workshop Simulation in der Umformtechnik & 3. Industriekolloquium Blechmassivumformung 2015 - DFG Transregio 73, (2015), Aachen: Shaker Verlag, S. 91-110
    • Loderer, A.; Galovskyi, B.; Hartmann, W.; Hausotte, T.: Qualifying Measuring Systems by using Six Sigma. In: Key Engineering Materials, 637(2015), S. 37-43
    • Loderer, A.; Timmermann, M.; Matthias, S.; Kästner, M.; Schneider, T.; Hausotte, T.; Reithmeier, E.: Measuring systems for sheet-bulk metal forming. In: Key Engineering Materials, 639(2015), S. 291-298
    • Landkammer, P.; Loderer, A.; Krebs, E.; Söhngen, B.; Steinmann, P.; Hausotte, T.; Kersting, P.; Biermann, D.; Willner, K.: Experimental verification of a benchmark forming simulation. In: Key Engineering Materials, 639(2015), S. 251-258
    • Loderer, A.; Timmermann, M.; Hausotte, T.: Methodical approach for selecting an appropriate sensor of a multi-sensor fringe projection system.. In: 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, (2015), Charlotte, North Carolina, USA, veröffentlicht
    • Timmermann, M.; Weinert, B.; Schuler, A.; Loderer, A.; Hausotte, T.: Fibre-optical 3-D measurement of highly curved free-form surfaces.. In: 15th International Conference on Metrology and Properties of Engineering Surfaces, (2015), Charlotte, North Carolina, USA, veröffentlicht
    • Hartmann, W.: Mess- und Auswertestrategien zur modellbasierten Bewertung funktionaler Eigenschaften mikrostrukturierten Oberflächen. In: Weckenmann, A. (Hrsg.): Berichte aus dem Lehrstuhl Qualitätsmanagement und Fertigungsmesstechnik, 30(2015), Aachen: Sharker, veröffentlicht
    • Loderer, A.; Hartmann, W.; Hausotte, T.: Calibration Concept for Dimensional Measurements with Optical Multiscale Multi-Sensor Systems. In: AMA Service GmbH (Hrsg.): AMA Conferences 2015 - SENSOR 2015 and IRS² 2015, (2015), Wunstdorf: AMA Service GmbH, S. 447-452

    2014

    • Loderer, A.; Hausotte, T.; Steinmann, P.; Merklein, M.; Landkammer, P.; Schneider, T.; Hildenbrand, P.: Development of a feature adapted measurement evaluation strategy. In: PTB open access repository (Hrsg.): MacroScale 2014 - Recent developments in traceable dimensional measurements, 10.7795/810.20150325P, (2014), Wien, S. 1-13

    2013

    • Weckenmann, A.; Hartmann, W.: Function-oriented Measurements - the Path from Macro to Micro and Nano Range. In: Aguilar Martin, J.; Yagäe Fabra, J.; Lope Domingo, M.; Santolaria Mazo, J.; Albajez Garcia, J. (Hrsg.): Proceedings of the 5th Manufacturing Engineering Society International Conference (5th Manufacturing Engineering Society International Conference - MESIC 2013, (2013), Zaragoza, Spain, veröffentlicht
    • Hartmann, W.; Weckenmann, A.: Function-Oriented Dimensional Metrology - More than Determining Size and Shape. In: AMA Service GmbH (Hrsg.): Proceedings of AMA Conferences 2013 with SENSOR, OPTO, IRS² (Sensor 2013 - 16th International Conference on Sensors and Measurement Technology, Nürnberg, 14.–16.05.2013), (2013), S. 285-290
    • Kästner, M.; Hausotte, T.; Reithmeier, E.; Loderer, A.; Ohrt, C.; Sieczkarek, P.: Fertigungsnahe Qualitätskontrolle von Werkzeug und Werkstück. In: M. Merklein, B.-A. Behrens, A. E. Tekkaya (Hrsg.): Tagungsband zum 2. Erlanger Workshop Blechmassivumformung 2013, (2013), Bamberg: Meisenbach, S. 101-118
    • Weckenmann, A.; Hartmann, W.: Function-oriented Measurements – the Path from Macro to Micro and Nano Range. In: Procedia Engineering, 63(2013), Amsterdam: Elsevier, S. 861 - 872
    • Hartmann, W.; Loderer, A.: Measurement procedures and evaluations methods for the extraction and assessment of functional features of microstructured surfaces. In: Commitee of Mechanical Engineering of the Polish Academy of Sciences (Hrsg.): The 11th International Symposium on Measurement and Quality Control - 11th ISMQC (11.-13.09.2013, Krakau - Kielce, Polen), (2013), Krakau, Kielce, S. 61
    • Loderer, A.; Galovskyi, B.; Hartmann, W.; Hausotte, T.: Qualifying measuring systems by using Six Sigma. In: Commitee of Mechanical Engineering of the Polish Academy of Sciences (Hrsg.): The 11th International Symposium on Measurement and Quality Control - 11th ISMQC (11.-13.09.2013, Krakau - Kielce, Polen), (2013), Krakau, Kielce, S. 93
    • Loderer, A.; Galovskyi, B.; Hartmann, W.; Hausotte, T.: Measurement strategy for a production-related multi-scale inspection of formed work pieces.. In: Seliger, G. (Hrsg.): Proceedings of the 11th Global Conference on Sustainable Manufacturing - Innovative Solutions, (2013), Berlin: Universitätsverlag der TU Berlin, S. 148-153