Präzise Messungen in Bewegung

Industrielle Fertigungstechnik soll schnell und trotzdem hochpräzise sein. Die Vereinigung dieser Herausforderung erforscht nun ein neues CD-Labor an der TU Wien. Industriepartner ist die Micro-Epsilon Gruppe.

(red/cc) Bewegte Objekte zu erfassen ist schwierig. Wird nicht extrem präzise und schnell gearbeitet, wird das Messergebnis ungenau und unscharf. In der industriellen Produktion ist das oft ein Problem, etwa bei der kontinuierlich zuverlässigen Herstellung von Produkten mit hoher Genauigkeit. Für die Steuerung der Produktionsanlage braucht es Messungen mit noch höherer Genauigkeit und um die Qualität der Güter fortlaufend zu überwachen, müssen diese Messungen im Produktionstakt sowie direkt am bewegten Objekt durchgeführt werden.

Am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) der TU Wien wurde nun mit Unterstützung des Bundesministeriums für Arbeit und Wirtschaft das neue „Christian Doppler Labor für Präzise Messungen in Bewegung“ eröffnet. Als Unternehmenspartner sind Micro-Epsilon Atensor aus Steyr und die bayrische Micro-Epsilon Messtechnik an diesem CD-Labor beteiligt. Im neuen Labor sollen nun Methoden für präzise 3D-Messungen an bewegten Objekten sowie innovative robotergestützte Inline-Messsysteme für Industrieanlagen entwickelt werden, die ähnlich präzise sind wie wissenschaftliche Labormesssysteme.

Bisherige Methoden nicht genau genug
„Ob Computerchips, Handys, Batteriefolien oder flexible Photovoltaikzellen: Die Produktion moderner High-Tech Produkte ist ohne leistungsfähige und präzise Messsysteme für die laufende Qualitätskontrolle nicht vorstellbar“, betont Martin Kocher, Arbeits- und Wirtschaftsminister. „Im neuen CD-Labor wird an robotergestützten, hochauflösenden 3D-Messungen geforscht, die direkt in der Produktionslinie, auf bewegten Objekten und unter realen Produktionsbedingungen durchführbar sind. So wird die Produktion hochwertiger Produkte effizienter, Ausschuss wird minimiert und Ressourcen und Kosten werden gesenkt“, ergänzt Martin Kocher.

„Die Anforderungen an moderne Produktionssysteme nehmen fortlaufend zu. Wenn man eine Präzision im Mikrometer- oder Submikrometerbereich gewährleisten will, und gleichzeitig eine Fertigung mit hohem Durchsatz und hohen Fördergeschwindigkeiten in vibrationsreicher Produktionsumgebung hat, dann wird es schwierig“, erklärt Ernst Csencsics, Leiter des neuen CD-Labors. Man hat dann immer mit einer gewissen Bewegungs-Unschärfe zu kämpfen. Für solche Fälle reicht die heutige Technik einfach nicht aus“, so Csencsics.

Maßgeschneiderte Systemarchitektur erlaubt hochpräzise 3D-Messungen
Um nun die Bewegungs-Unschärfeproblem in den Griff zu bekommen, verbinden die CD-Forscher Konzepte aus Optik, Mechatronik und Regelungstechnik, um zwischen Messsystem und Messobjekt lokal laborähnliche Bedingungen zu erzeugen. Durch einen ausgeklügelten Messaufbau kann dann die Bewegung des Messobjekts in Echtzeit kompensiert werden, oder die erfassten Messdaten können auch nachträglich mit Hilfe von Bewegungsdaten des Messobjekts rechnerisch korrigiert werden. Im neuen CD-Labor werden etwa neuartige Sensoren entwickelt, mit denen die laterale Bewegung von Objekten zu diesem Zweck präzise erfasst werden kann – ein bisher ungelöstes Problem.

„Erste Ansätze liefern im Labor vielversprechende Ergebnisse“, sagt Csencsics. „Nun wollen wir aber auch zeigen, dass sich diese Methoden in der Praxis bewähren und sich tatsächlich erfolgreich in moderne industrielle Fertigungsanlagen integrieren lassen.“ Final soll so die Leistungsfähigkeit von Messystemen von Produktionsanlagen deutlich erhöht werden und für ganz konkrete Anwendungen durch eine maßgeschneiderte Systemarchitektur hochpräzise 3D-Messungen an bewegten Messobjekten ermöglicht werden.