Das Plus an Sicherheit

Mit Toolinspect hat MCU ein selbstanpassendes, in Werkzeugmaschinen integrierbares Überwachungssystem entwickelt, das innerhalb von acht Jahren rund 2000 Mal verkauft wurde. Es eignet sich, um Zerspanungsprozesse mit definierter Schneide in Dreh-, Fräs-, Walzfräs- und Mehrspindelmaschinen wie auch Transferlinien zu überwachen. Vertriebsleiter Uwe Schröter verrät das Besondere am Toolinspect-System: „Es ist ein digitales System, das seine Informationen in Echtzeit von der CNC abgreift und mit einem eigenen Prozessor auswertet. Es ist selbstlernend und extrem einfach mit drei Tasten zu bedienen. Sollte ein Schaden am Gerät auftreten, kann es in wenigen Minuten durch ein neues ersetzt werden. Durch eine integrierte Speicherkarte lassen sich die relevanten Daten einfach in ein Ersatzgerät übernehmen. Außerdem bietet Toolinspect über die Werkzeugüberwachung hinaus zahlreiche Optionen bezüglich einer Prozesskontrolle und Prozessoptimierung.“

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Die Toolinspect-Box wird in der Regel in den Schaltschrank eingebaut. Sie benötigt eine 24V-Versorgung, einen Feldbusanschluss und gegebenenfalls eine Netzwerkverbindung für die Visualisierung. Bilder: MCU / Fanuc

Toolinspect ist ein Computersystem, das gängige Bussysteme wie zum Beispiel Profibus-DP, Profinet-PN oder MOD-BUS nutzt, um mit der Maschinensteuerung zu kommunizieren. Dafür hat MCU in enger Zusammenarbeit mit Maschinen- und Steuerungsherstellern digitale Schnittstellen entwickelt. So ist Toolinspect mithilfe seiner integrierten Software in der Lage, selbständig die geeignete Überwachungsstrategie auszuwählen und die erforderlichen Daten über die Bus-Schnittstelle von der CNC zu erfassen. „Wir passen das System bei der Installation an die jeweilige Maschine und deren Steuerungstechnik an“, erklärt Schröter. So muss zum Beispiel die Schnittstelle zur in die CNC integrierten PLC-Steuerung über das Bussystem ausgelegt und bei der Erstinbetriebnahme eingestellt werden. Nachdem die erforderlichen Parameter einmalig eingegeben wurden, sind keine Anpassungen mehr notwendig. Ein in der PLC erstellter Baustein wertet die Signale des Toolinspect-Geräts aus und leitet die notwendige Maschinenreaktion ein, etwa einen sofortigen Maschinenstopp.

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Gleichzeitige Überwachung unterschiedlicher Prozesse mit Toolinspect auf Mehrspindelmaschinen ist bei Stama kein Problem. Bild: Stama

Schröter erklärt weiter: „Im Prinzip steckt in unserer Software eine Mehrgrößenauswertung in Verbindung mit den Maschinenkoordinaten. Somit haben wir immer eine Strom/Weg-Referenzierung, was meines Wissens kein anderer auf dem Markt zu bieten hat. Dadurch können wir sogar kleine Werkzeuge mit einem Durchmesser von knapp 3 mm überwachen.“ Außerdem weist er darauf hin, dass sich Toolinspect etwa bei Werkzeugwechseln selbständig nachreguliert.

Vor zwei Jahren hat MCU gemeinsam mit FANUC, dem Weltmarktführer im CNC-Sektor, nach einer Möglichkeit gesucht, die Integration von Toolinspect zu verbessern. Erklärtes Ziel war, die Daten auch ohne Profibus-DP schnell und stabil austauschen zu können. Gemeinsam wurde eine neue Lösung gefunden, die die in Fanuc-Steuerungen optional vorhandene Modbus/TCP-Server Funktion nutzt. MCU hat dazu einen neuen Schnittstellenbaustein entwickelt, der als Modbus/TCP-Master mit dem PLC-Datenbereich der CNC den Datenaustausch steuert. Schröter ist mit dem Ergebnis sehr zufrieden: „Wir müssen nur den Datentransfer über die Modbus/TCP-Server-Funktion anwählen und können dann die Werkzeugüberwachung starten.“

Was den Datenaustausch angeht, unterscheidet sich Toolinspect laut MCU von vielen anderen Werkzeugbruchkontrollsystemen in der Echtzeitfähigkeit. Im Zusammenspiel mit einer Fanuc-CNC – über die Modbus/TCP-Server Funktion und einer Fast-Ethernet-Karte – werden die benötigten Daten in Echtzeit an die Toolinspect-Software übergeben – das heißt, alle 4 ms.

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Uwe Schröter,
Vertriebsleiter MCU: „Von der Performance her ist die Fanuc-Lösung zurzeit eine der besten, die wir auf dem Markt haben.

Fanuc entwickelte die Modbus/TCP-Server Funktion für die standardgemäß an jeder CNC verfügbare Embedded Ethernet-Schnittstelle. Bei der kostengünstigen und nachrüstfreundlichen Embedded-Ether­net-Schnittstelle liegt die Übertragungsrate via Modbus bei einer für erfolgreiche Werkzeugbruchüberwachungssysteme völlig ausreichenden Transferrate von 20 bis 25 ms. Und der Datenverkehr sei äußerst stabil, argumentiert Schröter: „Von der Performance her ist die Fanuc-Lösung mit Modbus/TCP Server Funktion zurzeit eine der besten, die wir auf dem Markt haben. Das betrifft den Bedienkomfort, die Geschwindigkeit und die Signalgüte, die wir von den Antrieben erhalten. Sie lässt sich auch an allen Fanuc-Steuerungen der neuen Generation 30i/31i/32i/35i Model B und den 0i-D-Steuerungen nachrüsten.“

Um den Endanwendern die Vorteile von Toolinspect möglich einfach zugänglich zu machen, kooperiert MCU direkt mit den Maschinenherstellern. Einer der ersten, die eine Fanuc-CNC mit Toolinspect einsetzen, war die Stama Werkzeugmaschinenfabrik. Matthias Schwarz, Leiter Steuerungstechnik, erklärt die Gründe: „Das einfache Bedienungskonzept kombiniert mit absolut prozesssicherer Funktion in unseren Fräs-Drehzentren garantiert höchste Kundenzufriedenheit. Durch die hohe Flexibilität gelingt es, nahezu jede Prozesssituation sicher zu überwachen.“

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Die Visualisierung zeigt die Ergebnisse einer Prozessanalyse. Damit kann der Anwender Optimierungen vornehmen, aber auch Lunker oder Materialunterschiede feststellen.

Einfache Bedienung
Auch Fanuc Robomachine reagierte schnell mit entsprechenden Anpassarbeiten und bietet heute die Bohr-/Fräszentren Robodrill mit Toolinspect-Option an. Achim Iannucci, Product Support Engineer, erklärt die Vorteile, die den Anwendern daraus entstehen: „Die Überwachung des Prozesses erfolgt hauptzeitparallel, somit wird die eigentliche Zykluszeit nicht beeinflusst.“

Die Bedienung des Toolinspect-Systems ist denkbar einfach über nur drei Funktionstasten möglich. Im CNC-Programm müssen nur geringfügige Anpassungen vorgenommen werden. Das System passt sich dann automatisch an verschiedene Betriebssituationen an, wie zum Beispiel Temperaturänderungen in der Maschine.

Alle für den Betrieb relevanten Daten werden sowohl im Gerät in einem Flash-Speicher, als auch zusätzlich auf einer SD-Karte gespeichert. Hierzu zählen nicht nur die werkzeugmaschinenspezifischen Daten für die Grenzberechnung, sondern auch die Schnittstellenparameter wie IP-Adresse oder Profibusadresse. Für den Austausch eines Gerätes im Feld muss nur die SD-Karte aus dem alten Gerät entnommen und in das neue Gerät gesteckt werden. So ist ein einfacher Austausch ohne Fachpersonal möglich.

Mit der Erweiterung „Adaptive Regelung“ kann der Prozess optimiert werden, und mit der Option MDE können Maschinenstörungen erfasst und ausgewertet werden.

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Die Fanuc-CNC-Steuerungen der Serie 30i/31i/32i Modell B lassen sich mit dem Toolinspect-System – auch nachträglich – ergänzen.

Über die reine Werkzeugüberwachung hinaus eignet sich Toolinspect zur Überwachung und Optimierung des gesamten Zerspanungsprozesses. Dazu werden die in den digitalen CNC-Steuerungen verfügbaren Größen wie Drehmomentwerte von Spindeln, Positionsistwerte und aktuelle Vorschubkräfte von Achsen als auch Zustände wie etwa aktive G-Funktionen herangezogen. Damit lässt sich zum Beispiel eine „Adaptive Regelung“ erreichen. Darunter versteht man eine Vorschubregelung, die den Override der Vorschubachse abhängig vom aktuell gemessenen Spindeldrehmoment beeinflusst.

Diese Option dient zum einen dazu, Aufmaßschwankungen von Werkstücken auszuregeln, und zum anderen, die Taktzeit durch intelligente Vorschubregelmethoden zu reduzieren. Der Bediener kann die Adaptive Regelung für einen G1-Satz ein und ausschalten.

Im Rahmen der MDE-Option lassen sich nicht nur Toolinspect-Alarme, sondern auch optional Störmeldungen von Maschinen an eine integrierte Datenbank übertragen und für Optimierungsmaßnahmen nutzen. Weitere Optimierungstools sind die Prozessanalyse und Verschleißerkennung.

Für derartige Nutzung von Toolinspect steht eine Software zur Visualisierung zur Verfügung, die auf dem Bedienfeld der CNC-Steuerung installiert wird. Die Kommunikation erfolgt hier über eine TCP/IP-Schnittstelle. Das System ist unter Windows, unter Linux und Android lauffähig, kann also auch über einen WLAN-Router mit einem Tablet-PC oder Handy verbunden werden.