VisionWear – Kamerabasiertes Verschleißüberwachungssystem für Einzelteile und Kleinserien

Werkzeugverschleiß ist eine unvermeidbare Begleiterscheinung der spanenden Fertigung und beeinflusst maßgeblich die Prozesssicherheit sowie die Bauteilqualität. Der Verschleiß wird beim Projektpartner, der Lorenz Hoffmann GmbH, aktuell erfahrungsbasiert durch das Maschinenpersonal anhand der Geräuschentwicklung, des Oberflächenbilds und durch Sichtprüfungen abgeschätzt. Die hohe Bauteilvielfalt führte im Jahr 2025 zu einer durchschnittlichen Losgröße von lediglich 2,37 Teilen je Bauteil. Weder feste Werkzeugwechselintervalle noch prozessparallele indirekte Überwachungssysteme sind unter diesen Bedingungen anwendbar. Der manuelle Inspektionsprozess hemmt den Automatisierungsgrad und bindet kostenintensives Fachpersonal an die Maschine.

Zielsetzung

Im Projekt „VisionWear" wird ein maschinenintegriertes, kamerabasiertes Verschleißüberwachungssystem erforscht, das den Verschleißgrad und die Verschleißform an Schaftfräsern automatisiert und ohne manuelle Eingriffe des Maschinenpersonals erfasst und objektiv beurteilt. Die direkte Messung des Ist-Zustands ermöglicht eine prozessunabhängige Bewertung und macht das System damit auch für KMU mit variierenden Prozessen und Einzelteil- sowie Kleinserienfertigung geeignet.

Systembestandteile

Das VisionWear-System gliedert sich in drei aufeinander aufbauende Komponenten.

Kamerabasierte Verschleißerfassung: Bilder der Stirn-, Frei- und Spanfläche werden automatisiert aufgenommen und durch ein Modell des maschinellen Lernens sowie eine nachgelagerte Bildverarbeitungskette ausgewertet. Verschleißformabhängige Messgrößen wie die Verschleißmarkenbreite VB oder die Ausbruchfläche werden bestimmt und über die µm/Pixel-Beziehung in reale Messgrößen überführt.

Intelligente Zustandsbewertung: Auf Basis werkzeugtyp-, werkzeuggeometrie- und verschleißformabhängiger Grenzwerte wird die verbleibende Verschleißreserve des Werkzeugs bestimmt. Die Grenzwerte werden anhand von Referenzwerkzeugen erforscht und mittels Inter- bzw. Extrapolation auf weitere Werkzeuge übertragen.

Resteingriffszeitprognose: Auf Grundlage der Verschleißreserve und angepasster Verschleißmodelle aus der Literatur wird die prozessabhängige Resteingriffszeit prognostiziert. Ein Konfidenzintervall der Prognose legt dabei automatisch den nächsten Messzeitpunkt fest, wodurch die Messzyklen bedarfsgerecht ausgeführt und hohe Nebenzeiten vermieden werden.

Vorteile

• Erhöht den Automatisierungsgrad in der Einzelteil- und Kleinserienfertigung
• Entlastet Maschinenpersonal
• Ermöglicht die vollständige Ausnutzung der Werkzeugstandzeit
• Verhindert Werkzeugversagen, Maschinenschäden und Überschreitungen von Bauteiltoleranzen
• Geeignet für variantenreiche Fertigung ohne Referenzprozesse
   

Vorgehen

Das IFW implementiert die Bewegungsabläufe zur Bildaufnahme sowie das ML-Modell zur Verschleißsegmentierung. Die Kommunikation zwischen Kamerasystem und Maschinensteuerung erfolgt über den OPC-UA-Standard. Zunächst werden zwei 5-Achs-Fräsbearbeitungszentren mit Siemens Sinumerik 840D SL am IFW ausgestattet. 

Im weiteren Projektverlauf sind Schnittstellen für Heidenhain- und Datron-Steuerungen geplant. Trainingsdaten werden sowohl durch gezielte Verschleißversuche am IFW als auch durch Praxisdaten bei Hoffmann generiert. Der Projektpartner Goldberg erforscht die werkzeugspezifischen Grenzwerte für die Zustandsbewertung. Hoffmann entwickelt die Verschleißmodellierung für die Resteingriffszeitprognose.

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Kontaktieren Sie Paul Krombach per E-Mail an krombach@ifw.uni.hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 18311.