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Oral-Poster-Präsentation

Modellbasierte Qualitätsregelung zur Fehlerreduktion im Thermoformprozess

Thursday (27.06.2019)
09:30 - 09:33 Uhr

Marktübergreifend ist der Trend zu thermoplastischen Verbundwerkstoffen ungebrochen. Neben klassischen Leichtbauaspekten (Gewichtsreduzierung, lastgerechter Faserverläufe) zeichnen sich thermoplastische Verbundwerkstoffe durch kurze Zykluszeiten Recycel-, Schweiß- und Thermoformbarkeit aus. Jedoch stellen komplexe und rudimentär geregelte Fertigungstechnologien eine Hürde für die weitere Marktdurchdringung dar, da es während der Prozesseinlaufphase zu Qualitätsabweichungen und folglich Ausschuss kommt.

Material- und prozesserfahrene Anwender reduzieren die Ausschussrate. Doch sobald mehrere Qualitätsmerkmale, wie beim Thermoformen von Organoblechen, parallel erfüllt werden müssen, steigt der Ausschuss bei Material- u. o. Werkzeugwechsel.

Ziel des Forschungsvorhabens MoQua ist es, den gesteuerten Thermoformprozess in einen geregelten Prozess zur fehlerfreien Bauteilfertigung zu überführen, um die Ausschussrate und die Prozesseinlaufphase zu verringern.

Durch die Einführung einer prozessübergreifenden modellbasierten Qualitätsregelung lassen sich die, standardmäßig über lineare Regler überwachten, Prozessparameter der Teilprozesse des Thermoformens (Halbzeug-, Werkzeugtemperatur, Druck etc.) als Gesamtheit bezüglich auftretender Wechselwirkungen regeln. Umgesetzt wird das multivariate System mit Methoden der künstlichen Intelligenz. Die Basis bildet ein Metamodell, dass die Wirkzusammenhänge der einzelnen Prozessparameter und der Qualitätsmerkmale beinhaltet.

Die Wirkzusammenhänge werden mit Methoden der statistischeren Versuchsplanung experimentell bestimmt, ausgewertet und in das System gespeist. Dabei besteht das Regelungssystem aus drei Ebenen: Die prozessnahe Ebene beinhaltet den Qualitätsregler Geometrie, der in-situ geometrische Merkmale (Winkelverzug, Faserorientierung) bestimmt. Die berechneten inneren Merkmale (Kristallinität, Poren) der prozessübergreifenden Ebene werden gemeinsam mit den geometrischen an den Führungsgrößengeber übertragen. Der Führungsgrößengeber beinhaltet das Metamodell, dass zur Vorhersage der künftigen Bauteilqualitäten dient und übermittelt die optimierten Prozessparameter an die prozessinterne Ebene, die den Thermoformprozess regelt.

Durch die Verwendung lernfähiger Architekturen wird der modellbasierte Regler befähigt seine Wissensbasis ständig zu erweitern. Diese adaptive Struktur ist für die Wirtschaftlichkeit von Kleinserien entscheidend, da die Prozesseinlaufphase und die Ausschussrate signifikant reduziert wird.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Richard Vocke
Faserinstitut Bremen e.V.
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Patrick Schiebel
    Faserinstitut Bremen e.V.
  • Prof. Dr. Axel S. Herrmann
    Faserinstitut Bremen e.V.
  • Johannes Stempin
    Universität Bremen