Das Projekt „PLATTFORMTECHNOLOGIE ZUR ADAPTIVEN SENSORDATENVALIDIERUNG UND PRÄDIKTIVER WARTUNG IN KOMPLEXEN NICHTLINEAREN SYSTEMEN“ oder kurz KISS, welches die comlet gemeinsam mit dem Instituts für Oberflächen- und Schichtanalytik GmbH – kurz IFOS in KL, beantragte, wurde Ende letzten Jahres genehmigt und nimmt an Fahrt auf.
Motivation
Die regelmäßige Erfassung von Maschinenzuständen ist bereits vielfach Bestandteil in der modernen Produktion. Das sogenannte Condition Monitoring (CM) liefert einzelne (Maschinen-) Parameter in Echtzeit, sodass Fehler und Abweichungen unverzüglich erkannt und behoben werden können. Diese Parameter können zudem auf Basis von in der Vergangenheit erhobenen Daten in Kombination mit Verschleißmodellen für ein Predictive Maintenance (PM) genutzt werden. Dadurch können Wartungszyklen optimiert und Stillstandszeiten minimiert werden.
Für die Sammlung der Daten und eine Bewertung des (Verschleiß-)Zustand des Werkzeugs gibt es prinzipiell verschiedene Wege:
- kontinuierliche Inline-Messung aller relevanten Eigenschaften des Werkzeuges.
- das Erfassen von zusätzlichen sekundären Messgrößen wie Körperschall
- enge nachgelagerte Qualitätssicherung der erzeugten Werkstücke und ableiten des Verschleißzustandes des Werkzeugs.
- Die Erfassung aller relevanten technischen Stellgrößen und Anwenden von Systemmodellen beziehungsweise empirischen Verschleißmodellen.
Oft kommt daher die Erfassung der relevanten Stellgrößen ergänzt um weitere Messgrößen zur Anwendung. Die notwendigen zusätzlichen Informationen gewinnt man beispielsweise bei rückwirkungsbehafteten Bearbeitungs- und Analyseverfahren aus einer Körperschallanalyse, beziehungsweise aus anderen auf mechanischer Kopplung basierenden Verfahren.
Anders sieht es bei der Laserbearbeitung und/oder –Messtechnik aus, die rückwirkungsfrei arbeiten. Bei diesen Verfahren ist der Weg über Körperschallanalysen versperrt.
Hierdurch ist es schwierig automatisiert Rückschlüsse auf den (Verschleiß-) Zustand des Werkzeugs – den Laser – zu ziehen. Am Beispiel UKP- (ultrakurzpuls-) Laser wird dies verdeutlicht.
UKP-Systeme werden in zahlreichen industriellen Applikationen und Anlagen eingesetzt. Die Einsatzbedingungen reichen dabei von Reinraumumgebungen bis hin zu einfachen Werkshallen mit hoher Schmutzbelastung und großen Temperaturschwankungen, was zu besonderen Herausforderungen an die Prozesssteuerung und Stabilität führt. Viele solcher Produktionsanlagen werden im Mehrschichtbetrieb oder gar 24/7 betrieben. Ein Ausfall oder Störung der (oft) zentralen Komponente UKP-Laser zieht hohe Ausfallkosten nach sich. Ein unterbrechungsfreier und somit wirtschaftlicher Betrieb ist, wie bei jedem Produktionsschritt, daher unmittelbar kostenrelevant. Entsprechend wird heute viel Aufwand betrieben die Haltbarkeit der Lasersysteme weiter zu verbessern. Zudem werden die Systeme vorsorglich in relativ kurzen und fixen Intervallen gewartet. Dies resultiert in sehr viel höheren Kosten.
Ziel des Projektes
Innerhalb dieses Projektes wird eine Plattform entwickelt, die aus modularer Hard- und Software besteht und mit den vorhandenen Sensoren eines Lasersystems verbunden werden kann. Alle für die Systemmodellierung notwendigen Parameter der Laserstrahlerzeugung werden extrahiert und zusammen mit Sekundärparametern gesammelt.
Es werden (KI-) Systemmodelle erzeugt die anschließend zwischen Sensor- und Prozessdegradation unterscheiden können und den Betriebszustand des Lasers für einen geeigneten Zeithorizont zuverlässig vorhersagen.
Die geplante Plattform soll das Anwendungsfeld von der Sensordatenvalidierung inkl. Kompensation von Drift und Degradation bis hin zur Regelung und der Bewertung des Laserzustands für CM (condition Monitoring) / PM (Predictive Maintenance) Anwendungen abdecken. Dies soll in einer merklichen Verlängerung der Wartungsintervalle und zu validen Systemzustandsinformationen führen.
Für diese CM / PM von Laser – Anwendungen gilt es dabei auch, Schnittstellen zu übergeordneten Anlagensteuerungen bereitzustellen. Hierzu zählt auch die Integration in industrielle Umgebungen bspw. mittels OPC UA.