Monitoraggio del processo CNC direttamente nel punto di azione

Il rapido sviluppo delle tecnologie digitali e dell'Industrial Internet of Things (IIoT) sono i motori della rivoluzione industriale che attualmente si svolge sotto il nome di "Industria 4.0". In questo contesto, tecnologie di produzione avanzate vengono combinate con sistemi IIoT con l’obiettivo di una produzione automatizzata e senza personale. La necessità di questo cambiamento deriva dalle crescenti esigenze di precisione, efficienza e flessibilità dei processi produttivi, in combinazione con la già grave carenza di lavoratori qualificati. Una tecnologia chiave per affrontare queste sfide sono i sistemi di monitoraggio intelligenti che forniscono informazioni quantitative sulle condizioni delle macchine e dei processi. La trasparenza così creata consente decisioni basate sui dati per quanto riguarda gli interventi nei sistemi di produzione.

Soprattutto nei processi ad alto valore aggiunto che hanno un impatto diretto sulla qualità dei prodotti finali, come la fresatura o la perforazione, il monitoraggio è di grande importanza. Alla base di questa affermazione c'è ad esempio il fatto che gli utensili da taglio sono soggetti a carichi elevati e quindi si usurano gradualmente. Questo aspetto ha un impatto diretto sulla precisione della lavorazione e sulla qualità della superficie dei pezzi prodotti. Nei casi più gravi ciò porta addirittura alla produzione di rottami. Inoltre, un'usura critica non rilevata tempestivamente può provocare la rottura dell'utensile, che oltre agli scarti di produzione comporta anche costosi tempi di fermo macchina. Un'altra causa sono le frequenti vibrazioni indesiderate del processo, soprattutto sotto forma di chatter. Le conseguenze tipiche sono una ridotta qualità della superficie dei pezzi prodotti e un'usura accelerata degli utensili e dei componenti critici della macchina, come i cuscinetti del mandrino. Per rilevare ed evitare in modo affidabile questi scenari e allo stesso tempo massimizzare la durata utile degli utensili da taglio, sono essenziali sistemi di monitoraggio sensibili e affidabili. Tuttavia, non dovrebbero diminuire la produttività complessiva degli impianti di produzione causando tempi di fermo delle macchine utensili.

Un approccio particolarmente efficace è l'integrazione di una tecnologia di sensori significativa nelle immediate vicinanze della zona di processo, perché in generale, più il punto di misura è vicino al punto di azione, minore è l'influenza dei disturbi sui segnali e maggiore è la sensibilità ottenibile . Un sistema di sensori basato su questo approccio è anche in grado di agire parallelamente al processo. Per un facile retrofitting nelle macchine utensili esistenti, l'integrazione del sensore non dovrebbe introdurre geometrie interferenti nell'area di lavoro della macchina. Inoltre, per sfruttare al massimo il potenziale economico dei sistemi di monitoraggio è necessario garantire flussi di produzione regolari e invariati.

Il portautensili intelligente Smart Tool

Il portautensili intelligente Smart Tool è stato sviluppato congiuntamente da Fraunhofer IWU e IIS come parte del Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT in risposta alle sfide di cui sopra. Con il Fraunhofer Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies CCIT, la Fraunhofer Society sta lavorando tra istituti su tecnologie chiave per l'Internet cognitivo e industriale. L’obiettivo è creare un’infrastruttura sostenibile per un’industria agile, flessibile e digitalizzata. Fraunhofer CCIT è un'associazione di oltre 20 istituti Fraunhofer provenienti dai settori della microelettronica, della tecnologia dell'informazione e della comunicazione e della produzione. Il lavoro congiunto di ricerca e sviluppo si concentra sui campi tecnologici della comunicazione IoT, degli spazi dati affidabili e dell’apprendimento automatico.

Sistema di monitoraggio olistico

Il sistema Smart Tool è dotato di un'ampia tecnologia di sensori per la misurazione delle forze di processo, delle vibrazioni e delle temperature. In questo modo è possibile monitorare tutti gli aspetti tipicamente interessanti del processo. I dati vengono trasmessi tramite collegamento wireless a un'unità di analisi con interfaccia utente grafica, che consente sia il monitoraggio del processo in tempo reale che la diagnosi offline. I segnali dei sensori acquisiti non solo creano la base per l'ottimizzazione manuale del processo di lavorazione. Inoltre, il collegamento con un sistema di controllo della macchina facilita il controllo adattivo del processo. A questo scopo, le caratteristiche significative del segnale vengono estratte e convertite in decisioni per l'adattamento della macchina utensile utilizzando moderni algoritmi di valutazione. Vengono inoltre identificati gli effetti di queste azioni, consentendo regolazioni potenzialmente autonome dei parametri di processo. Le possibili applicazioni comprendono un cambio utensile automatizzato alla fine della vita utensile o una riduzione iterativa della velocità di avanzamento per eliminare le instabilità dinamiche.