Die industrielle Fertigung von Schneidwerkzeugen erfordert Markierungslösungen, die Geschwindigkeit, Präzision und betriebliche Flexibilität miteinander verbinden. Bei hohen Produktionsvolumina und einer großen Dimensionsvielfalt der Werkzeuge stoßen herkömmliche Markierungssysteme an ihre Grenzen, was Produktivität und Komplexitätsmanagement angeht.
Die Antwort auf diese Anforderungen liegt in einer integrierten Lösung, die Faserlasertechnologie, Roboterautomatisierung und maßgeschneiderte Software in einem System kombiniert, das speziell für die Schneidwerkzeugindustrie entwickelt wurde. TowerTool ist eine vollautomatische Laserbeschriftungsstation, die entwickelt wurde, um Werkzeuge mit Längen von 40 bis 370 mm und Durchmessern von 4 bis 25 mm zu bearbeiten und dabei hohe Qualitäts- und Rückverfolgbarkeitsstandards einzuhalten.
Das Herzstück des Systems: Integration von Laser und Robotik
Das System basiert auf einer Architektur, die einen Faserlaser mit konfigurierbaren Leistungen von 20 bis 200 W mit einem zentral in der Arbeitskabine positionierten Industrieroboterarm integriert. Die Wahl der Laserleistung hängt von der jeweiligen Anwendung ab: Die gebräuchlichsten Konfigurationen verwenden 30 bis 50 W Quellen, die für die meisten Hartmetall- und Hochgeschwindigkeitsstahlwerkzeuge den besten Kompromiss zwischen Markiergeschwindigkeit, Ergebnisqualität und Betriebskosten darstellen.
Die zentrale Positionierung des Roboters garantiert maximale Bewegungsflexibilität und ein optimales Erreichen aller Ladepunkte auf den Paletten. Der im 90°-Winkel montierte Laserscannerkopf ermöglicht das Markieren entlang des Werkzeugschafts oder auf der Werkzeugbasis. Die eigentliche Vielseitigkeit des Systems liegt jedoch in der Fähigkeit des Roboters, das Werkzeug in variablen Winkeln von 0° bis 90° auszurichten, wodurch es möglich ist, auf jeder Oberfläche des Werkzeugs zu markieren, während der Laserstrahl senkrecht zur Arbeitsfläche steht.
Produktionskapazität: Bis zu 1000 Stück in Eigenregie
Die Produktivität des TowerTool stellt einen Quantensprung im Vergleich zu manuellen Markierungssystemen dar. Das System ist so konzipiert, dass es
Der vollautomatische Zyklus eliminiert Ausfallzeiten zwischen den Teilen: Während der Laser ein Werkzeug markiert, ist das System bereits bereit, das nächste aufzunehmen. Die Kombination aus schneller Handhabung und Hochleistungslasern ermöglicht die Bearbeitung von Hunderten von Werkzeugen pro Schicht, wobei die Qualität jeder einzelnen Markierung erhalten bleibt.
Sobald die Paletten geladen sind, kann sich der Bediener anderen Tätigkeiten widmen, während die Maschine stundenlang völlig autonom arbeitet. Diese Konfiguration hält die Produktion über längere Zeiträume am Laufen, maximiert die Anlagenauslastung und setzt Personalressourcen für Aktivitäten mit höherer Wertschöpfung frei.
Mechanische Konstruktion: Geschweißte, gestreckte und gefräste Stahlkonstruktion
Die mechanische Robustheit von TowerTool ist das, was das System wirklich auszeichnet. Die vollständig geschweißte Stahlstruktur ist das technische Herzstück des Systems. Sie wurde im eigenen Haus entwickelt und gebaut, um Steifigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit über lange Zeit zu gewährleisten.
Der Bauprozess folgt einer strengen dreistufigen Methodik. In der ersten Phase werden die Stahlteile zusammengeschweißt, um den tragenden Rahmen zu bilden. Wenn das Schweißen unbehandelt bleibt, werden innere Spannungen in das Material eingebracht, die im Laufe der Zeit zu Verformungen führen können. Aus diesem Grund wird der geschweißte Rahmen in der zweiten Phase einem thermischen Spannungsabbau unterzogen, einer Behandlung, bei der innere Spannungen durch kontrollierte Heiz- und Kühlzyklen vollständig abgebaut werden.
Erst nach dem Spannungsabbau, in der dritten Stufe, wird die Struktur durch CNC-Fräsen der Referenzflächen mechanisch bearbeitet. Dieses Verfahren gewährleistet enge Maßtoleranzen und die Ebenheit der Montageflächen, die für die Präzision der Bewegung und die Wiederholbarkeit der Markierungsvorgänge unerlässlich sind.
Im Gegensatz zu verschraubten Aluminiumprofilkonstruktionen bietet der geschweißte Stahlrahmen eine viel höhere Torsions- und Biegesteifigkeit. Diese Steifigkeit ist unerlässlich, um die dynamischen Belastungen durch die schnellen Bewegungen des Roboters aufzufangen und die Arbeitsbedingungen auch nach Tausenden von Betriebsstunden zu erhalten.
Die Masse der Stahlstruktur trägt auch zur Schwingungsdämpfung bei und sorgt für Stabilität bei der Beschleunigung und Verlangsamung des Roboterarms. Dies führt zu einer größeren Positionierungsgenauigkeit und folglich zu einer höheren Markierungsqualität.
Präzision in mechanischen Details
Neben dem Hauptrahmen wurden auch alle Handhabungskomponenten für eine hohe industrielle Leistung ausgewählt. Bosch Rexroth Linearführungen und hochpräzise Kugelumlaufspindeln sorgen für reibungslose und wiederholbare Bewegungen der motorisierten Z-Achse, sofern vorhanden.
Die Kugelgewindetriebe sind axial spielfrei und auf der Getriebeseite doppelt gelagert, um eine höhere Rotationsgeschwindigkeit und eine hohe radiale Steifigkeit zu gewährleisten. Diese Anordnung ermöglicht eine doppelt so hohe Geschwindigkeit wie bei Standardkonfigurationen und erhöht den radialen Steifigkeitsfaktor von 12,1 auf 18,9.
Alle Motoren sind mit integrierten Encodern mit 2048 Impulsen pro Umdrehung ausgestattet, die eine präzise Positionskontrolle in Echtzeit ermöglichen. Die Markierung beginnt erst, wenn alle Achsen die korrekte Position erreicht haben, wodurch Fehler durch ungenaue Positionierung vermieden werden. Alle Befestigungskomponenten sind aus rostfreiem Stahl gefertigt und gewährleisten Langlebigkeit und Korrosionsbeständigkeit auch in anspruchsvollen Produktionsumgebungen.
Integrierte Industrierobotik
In das System sind Roboterarme von Industrieherstellern wie ABB integriert, die aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Präzision und Ausführungsgeschwindigkeit ausgewählt wurden. Der Roboter übernimmt gleichzeitig die Entnahme, die Positionierung vor dem Laser und die Manipulation des Werkzeugs, um verschiedene Oberflächen zu markieren – alles mit sanften, koordinierten Bewegungen, die die Zykluszeiten minimieren.
Der Einsatz von Industrierobotern gewährleistet die Wiederholbarkeit der Bewegungen, die bei der Arbeit mit engen Markierungstoleranzen unerlässlich sind, und ermöglicht die präzise Ausrichtung des Werkzeugs für Markierungen in Winkeln von 0° bis 90°.
Management der dimensionalen Variabilität
Eine der größten Herausforderungen bei der automatischen Kennzeichnung von Schneidwerkzeugen ist die beträchtliche Maßvariabilität zwischen verschiedenen Produkten. TowerTool löst dieses Problem durch ein Greifersystem mit automatisch austauschbaren Fingern, das es dem Roboter ermöglicht, sich ohne manuelles Eingreifen an Werkzeuge mit unterschiedlichen Durchmessern anzupassen.
Der Greifer fasst die Werkzeuge am Schaft und verhindert so jeglichen Kontakt mit der Schneide und eine Beschädigung des aktiven Teils des Werkzeugs. Durch den automatischen Fingerwechsel können gemischte Chargen ohne Unterbrechung bearbeitet werden, so dass auch bei häufigen Produktwechseln eine hohe Produktivität erhalten bleibt.
Flexibilität bei der Markierung in mehreren Positionen
Die Fähigkeit des Roboters, das Werkzeug in variablen Winkeln von 0° bis 90° auszurichten, bietet vollständige Vielseitigkeit bei der Markierungsanwendung. Das System kann vertikal entlang des Schafts, horizontal an der Basis oder in jedem beliebigen Zwischenwinkel markieren, der für die Anwendung erforderlich ist. Die robotergestützte Handhabung stellt sicher, dass das Werkzeug immer im richtigen Fokusabstand zum Laser positioniert ist, unabhängig von Geometrie oder Größe.
Für Anwendungen, die eine Markierung auf verschiedenen Höhen erfordern, kann das System mit einer motorisierten Z-Achse ausgestattet werden, die vollständig über die Software programmierbar ist und ihre Bewegungen mit dem Roboterarm koordiniert. Die Z-Achse ist mit einem Doppelprofil konstruiert, um die Steifigkeit zu maximieren, und verwendet eine Trapezschraube, die verhindert, dass sie herunterfällt, wenn der Motor an Drehmoment verliert.
Integrierte Qualitätssicherung
Das Vorhandensein der Markierung wird automatisch durch ein TTL-Vision-System (Through The Lens) überprüft, das direkt in den Laserscankopf integriert ist. Diese Lösung macht zusätzliche Bewegungen des Roboters oder des Laserkopfes für die Inspektion überflüssig und verkürzt die Gesamtzykluszeit.
Das System verwendet OCR-Technologie, um einen Teil der Markierung zu erkennen und das Vorhandensein des Codes zu bestätigen. Eine spezielle Beleuchtung, die Reflexionen auf der Metalloberfläche der Werkzeuge verhindert, sorgt für optimale Erkennungsbedingungen, erhöht die Zuverlässigkeit der Qualitätskontrolle und trägt durch den Wegfall der manuellen Prüfzeit zur Gesamtproduktivität bei.
Maßgeschneiderte Software für Industrie 4.0
Das gesamte System wird über eine Softwareschnittstelle gesteuert, die je nach den spezifischen Kundenanforderungen angepasst werden kann. Die Software verwaltet gleichzeitig die 4 in die Maschine geladenen Paletten und zeigt für jede die wichtigsten Informationen an: Art des Produkts, Palettenkennung, Gesamtzahl der zu kennzeichnenden Stücke, Möglichkeit zur Auswahl bestimmter Zeilen und Spalten im Falle einer Teilkennzeichnung.
Die Anwendung kann Markup-Daten von verschiedenen Arten von Konnektoren (SQL, Oracle, XML, CSV, Textdateien) empfangen und diese zum automatischen Ausfüllen von Layouts mit dynamischen Feldern verwenden. Eine lokale SQL Express-Datenbank zeichnet ein vollständiges Protokoll der Vorgänge auf, auf das der Client über eine ODBC-Verbindung oder einfache Excel-Tabellen zugreifen kann.
Das System kann über Standard-Kommunikationsprotokolle (einschließlich OPC-UA)mit Unternehmens-IT-Systemen wie ERP oder MESverbunden werden, was eine vollständige Integration in die Industrie 4.0-Umgebung ermöglicht. Die vollständige Überwachung von E/A und Maschinenfunktionen ermöglicht dem Wartungspersonal den Zugriff auf alle kritischen Informationen im Falle von Störungen, wodurch Ausfallzeiten reduziert und eine hohe Produktivität aufrechterhalten wird.
Automatisierung des Produktionsflusses
Der Betriebszyklus ist so konzipiert, dass die Ausfallzeiten minimiert und die Autonomie des Systems maximiert werden. Der Bediener lädt bis zu vier Paletten auf einen manuellen Schiebetisch, der vollständig aus der Kabine herausgefahren werden kann, um die Be- und Entladevorgänge zu erleichtern: zwei komplette Paletten mit zu kennzeichnenden Werkzeugen und zwei leere Paletten zur Aufnahme der bearbeiteten Werkzeuge.
Sobald der Zyklus begonnen hat, schließt sich die pneumatische Tür automatisch und das System beginnt völlig autonom zu arbeiten. Der Roboterarm nimmt jedes Werkzeug von der Ladepalette auf, positioniert es im gewünschten Winkel vor dem Laserkopf und hält dabei den korrekten Fokusabstand ein, führt die Markierung an den programmierten Positionen durch, überprüft die Qualität mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems und legt das markierte Werkzeug schließlich auf der Entladepalette ab, wobei er vordefinierten Bahnen folgt.
Jede Entnahmeposition auf der Ladepalette entspricht einer bestimmten Lagerposition auf der Entladepalette, wodurch eine vollständige Rückverfolgbarkeit des Prozesses gewährleistet wird. Das System ist so konzipiert, dass die vorhandenen Paletten des Kunden genutzt werden können, was die Integration in die bestehende Produktionslinie vereinfacht, ohne dass zusätzliche Investitionen in spezielle Geräte erforderlich sind.
Integration in die bestehende Produktion
Die Möglichkeit, die vorhandenen Paletten des Kunden zu verwenden, ist ein wesentlicher Vorteil bei der Integration des TowerTool-Systems in bestehende Produktionslinien. Der Arbeitstisch kann an verschiedene Palettengrößen angepasst werden, wodurch zusätzliche Investitionen in spezielle Ausrüstung vermieden und die Materiallogistik vereinfacht wird.
Das vorinstallierte Fernwartungssystem (TeamViewer oder eine andere Software, je nach Kundenwunsch) ermöglicht schnelle technische Support-Einsätze, reduziert Ausfallzeiten und gewährleistet die Betriebskontinuität.
Aspiration und Management der Arbeitsumgebung
Ein in den Maschinenfuß integriertes Absaugsystem mit dreistufigem Filter sorgt für eine saubere Arbeitsumgebung. Die Seitenkanalpumpe mit Aluminiumdruckguss-Konstruktion sorgt für einen hohen Luftstrom, während das Filtersystem HEPA H14-Elemente und Aktivkohle kombiniert, um Mikropartikel und Gerüche zu entfernen. Durch die vollständige Integration des Vakuumsystems in den Maschinensockel sind keine sperrigen externen Geräte mehr erforderlich, wodurch der Produktionsraum optimiert wird.
Sicherheit und Gesetzeskonformität TowerTool ist ein Lasersystem der Klasse I und entspricht der Sicherheitskategorie PL. Die vordere pneumatische Tür ist mit einer empfindlichen Kante ausgestattet, die Hindernisse beim Schließen erkennt, während beleuchtete Sicherheitsschranken den Schutz des Bedieners gewährleisten. Die Siemens S1200-Steuerung verwaltet alle Sicherheitsfunktionen mit speziellen Relais und doppelten Schützschaltungen.