Cimt – Givarteknologi i tandfräsmaskiner
Applikationsrapport
Smart automatisering med IO-Link och RFID
Den är liten som ett kylskåp, arbetar ofta dygnet runt, sju dagar i veckan: CNC-maskinen med 5 axlar fräser komponenter av särskilda metallegeringar till kronor, bryggor, implantat och andra tandproteser. Smarta automatiseringslösningar säkerställer snabb installation och tillförlitlig drift.
Maskinerna konstrueras och tillverkas av Cimt GmbH, ett medelstort företag baserat i Rosdorf nära Göttingen. Utvecklare Christian Heine säger: ”Vi skapar maskincentra för tandvårdsindustrin. I ett första steg har vi tagit fram den här lilla tandfräsmaskinen, i huvudsak avsedd för protestekniker och fräslaboratorier. Vi skulle emellertid även vilja öppna upp för andra branscher, till exempel inom horologi. Maskinen bearbetar halvfabrikat, till exempel legeringar av guld, titan, kobolt-krom, zirkoniumoxid, men även plast såsom PMMA och PEEK som kan bearbetas.” Det är möjligt att byta mellan olika material på kortast möjliga tid med några få enkla steg tack vare det automatiska rengöringssystemet i arbetsområdet. Det integrerade taktila skjutmåttet säkerställer direkt styrning av fräsresultatet och exakt omfräsning vid behov. Skjutmåttet används även för att kalibrera maskinens axlar.
En ytterligare speciell egenskap hos maskinen är den kompakta formen kombinerat med kraftfull prestanda. Christian Heine säger: ”Det speciella med den här maskinen är dess precision, snabbhet och tillförlitlighet. En annan fördel är det begränsade utrymmesbehovet den kräver. Maskiner från andra tillverkar behöver mycket större golvyta för att uppnå samma skärkapacitet.” Det senare är viktigt eftersom tandkliniker eller tandlaboratorier ofta finns i bostadshus. Heine framhåller särskilt kapaciteten. ”Maskinens snabbhet håller på att sätta en ny standard. Med tanke på storleken bearbetar den metall mycket snabbare än maskiner från våra konkurrenter.” Exempelvis tar tillverkning av en krona i CNC-maskinen cirka 15 minuter.
Utöver ett kraftfullt CNC-system från Bosch Rexroth säkerställer den solida och lågvibrerande konstruktionen av hela det mekaniska systemet lång livslängd och största precision hos maskinen i enlighet med industristandard.
Delar till tandproteser fräses med 5-axlig samtidighet från grunden.
IO-Link sänker kostnader
CIMT har ett konsekvent angreppssätt för att hålla installations- och underhållskostnaderna på en låg nivå. Christian Heine säger: ”Enbart komponenter från ett litet antal leverantörer är installerade i maskinen. Det minskar kostnaderna för lagerhållning och beställning.”
När det gäller givare, IO-Link-Master, moduler och deras ledningar används enbart produkter från ifm. Alla givare är integrerade i IO-Link-kommunikationsprotokollet. Christian Heine förklarar fördelarna:
”Konventionella ledningar var alltid en källa till fel. Många timmar ägnades ofta åt felsökning när maskinen konfigurerades. Ibland skadades komponenter på grund av att ledningarna inte var korrekt anslutna. Det hände exempelvis att plus och minus förväxlades eller att kablarna inte var korrekt frilagda.
Bild 1: Alla givare och ställdon är anslutna via IO-Link. Det minimerar fel och gör att montering av maskinen går snabbare.
Bild 2: Elektroniska kretsbrytare som inte bara skyddar kretsen utan även kan koppla fläktar, pumpar eller belysning via IO-Link.
Bild 3: Användaren kan sätta in olika verktyg i hållaren beroende på arbetsstycke.
Anslutning med IO-Link innebär att en kontakt skruvas fast på en IO-Link master eller modul. Ledningsfel är i princip omöjliga.
Konventionell anslutning av alla komponenter skulle ha tagit 1½ till 2 veckor. Anslutning via IO-Link tar dock mindre än tre dagar. Det uppstår i princip aldrig några fel.”
Signalerna från IO-Link-givarna skickas till IO-Link-Master-modulerna via en standardiserad M12-anslutningskabel och därifrån via ProfiNet till styrenheten. Heine säger: ”Vi använder inga ingångar och utgångar på CNC-styrenheten. Allting går via IO-Link-systemet. Det har blivit mycket enklare att konfigurera maskinen. Processdata är tillgängliga omedelbart och det krävs ingen programmering över huvud taget.
Det är till exempel så vi håller koll på våra cylindergivare, temperatursändare och flödesgivare. Vi använder även IO-Link för att exempelvis styra ventiler eller elektroniska kretsbrytare som används för att koppla fläktar, belysning och pumpar.”
Tack vare IO-Link kan felaktiga givare lokaliseras omedelbart. Det är till hjälp för servicetekniker eftersom de kan ansluta till maskinen via en fjärranslutning om problem uppstår. På så sätt kan de ta med sig rätt reservdel vid nästa servicebesök. Här kommer en annan fördel hos systemet in i bilden: När ersättningsgivaren ansluts till IO-Link-modulen överförs alla parametrar automatiskt till den nya givaren. Det sparar inte bara tid utan ökar processtillförlitligheten ytterligare.
Kraftfullt men ändå kompakt maskincenter för bland annat dentallaboratorier, horologi och finmekanik, utrustat med givare och IO-Link från ifm.
Driftfel kan undvikas
Olika givare övervakar installationen. Några exempel: Cylindergivare övervakar kolvstängernas ändlägen på de pneumatiska cylindrarna. Ifms temperaturgivare och flödesgivare övervakar kylkretsen. Nivågivare övervakar både kylmedelstanken och spånbehållaren.
Övervakningen av verktygshållaren är särskilt intressant: Olika fräsverktyg används i de individuella arbetsstegen beroende på arbetsstycke och material. Operatören sätter först in dem i verktygshållarens fästen.
Bild 1: ifm erbjuder utrymmesbesparande IO-Link-moduler med M8-kontakter.
Bild 2: Den elektroniska flödesgivaren SV4200 övervakar volymflödet och temperaturen i kylkretsen. Båda processvärdena skickas via IO-Link till styrenheten. Bild 3: RFID-läshuvudet kontrollerar verktygen innan bearbetningsprocessen startar. Det säkerställer maximal tillförlitlighet.
Innan bearbetningsprocessen påbörjas kontrollerar maskinen att alla nödvändiga verktyg är tillgängliga och i vilken position operatören har placerat dem. Härvid förflyttas ett RFID-läshuvud som är monterat på fästets huvud över alla positioner i hållaren. Varje verktyg och material kodas vilket säkerställer felfri identifiering och allokering.
Verktygens position sparas även i styrenheten. Varje gång hållaren öppnas upprepas den här skanningsprocessen. Det erbjuder maximal tillförlitlighet. Därmed kan oavsiktlig användning av fel verktyg uteslutas och operatören sparar pengar på att undvika tillverkning av produkter som måste kasseras. RFID-läshuvudet från ifm överför även informationen till styrenheten via IO-Link.
Slutsats
Ett intelligent anslutningskoncept som IO-Link i kombination med sofistikerad givarteknologi säkerställer maximal tillförlitlighet under installation, konfiguration och själva processen. Det banar väg för en kostnadseffektiv produktion.