Automatisierung in der Materialprüfung

Dreiachsige Automatisierungsgeräte können für eine Vielzahl von Testanwendungen verwendet werden, einschließlich der hier gezeigten Biegeprüfung. | Quelle: Instron

Materialtests sind für die Entwicklung und Qualitätssicherung aller Produkte auf dem Markt von entscheidender Bedeutung. In einigen Branchen wie der Biomedizin-, Luft- und Raumfahrt- und Automobilindustrie sind neben strengen Qualitätsstandards auch hohe Testdurchsätze zu verzeichnen. Aufgrund dieser Anforderungen steht die Automatisierung immer wieder im Vordergrund der Diskussionen, wenn es um die Verbesserung der Testprozesse für diese Unternehmen geht.

Es gibt viele Gründe, warum sich Kunden für eine automatisierte Lösung für ihre Materialprüfungsanforderungen entscheiden. Wenn Sie wissen, wie lange es dauert, die verschiedenen Phasen Ihres Testzyklus durchzuführen, können Sie die Stellen identifizieren, an denen die Automatisierung von Vorteil sein kann. Unabhängig davon, ob die Automatisierung dabei hilft, das Testverfahren zu optimieren, die Sicherheitsrisiken für den Bediener zu verringern oder ihm die Möglichkeit zu geben, mehr Mehrwertaufgaben auszuführen, können automatisierte Geräte einen erheblichen Return on Investment (ROI) bieten.

Während Arbeitseinsparungen und ROI in der Regel die größten Einflussfaktoren für die Entscheidung zur Automatisierung sind, kann Automatisierung auch auf andere Weise zu Kosteneinsparungen führen. Ineffiziente Tests können beispielsweise durch Proben- oder Testfehler zu schlechten Ergebnissen führen. In Branchen, die einen hohen Durchsatz erfordern, können fehlerhafte Proben ein Unternehmen Tausende von Dollar an verschwendetem Material kosten. Viele dieser fehlgeschlagenen Tests können jedoch auf inkonsistente Bedienerpraktiken zurückzuführen sein, wie z. B. eine falsche Ausrichtung der Probe und des Dehnungsmessers, unzureichendes Greifen und eine unzureichende Steuerung des Testgeräts. Testergebnisse werden von vielen Faktoren beeinflusst und inkonsistente Daten und fehlgeschlagene Tests sind oft das Ergebnis vieler inkrementeller Fehler und Inkonsistenzen.

Ein Cobot, integriert in eine universelle Prüfmaschine für die automatisierte Prüfung medizinischer Geräte. | Quelle: Instron

Automatisierte Extensometer machen das manuelle Anbringen eines Extensometers überflüssig und bieten eine wiederholbare Platzierung. | Quelle: Instron

Automatisierung in der Materialprüfung ist ein Spektrum, und es gibt viele verschiedene Teile einer Universalprüfmaschine (Vorrichtungen, Dehnungsmessgeräte und Probenvorbereitungsgeräte), die je nach den spezifischen Anforderungen Ihres Labors teilweise oder vollständig automatisiert werden können. Beispielsweise kann ein manuelles statisches Spanngerät mit einem vollautomatischen Dehnungsmesser ausgestattet werden. Während der Bediener immer noch Messungen durchführen und Proben einlegen muss, gilt dieses Ladegerät mittlerweile als halbautomatisch. Labore können diese halbautomatische Lösung dann auf verschiedene Weise erweitern, je nachdem, wo es zu Zeitverzögerungen in ihrem Testzyklus kommt. Weitere Beispiele für automatisierte Geräte sind Messgeräte, Probeneinlegegeräte und pneumatisch oder hydraulisch betätigte Spannzeuge. Jedes dieser Beispiele kann die Geschwindigkeit und Effizienz von Vortests in Ihrem Labor erheblich verbessern. Wenn die Testzeit einen Engpass für den Testdurchsatz darstellt, können Lastrahmen mit mehreren Laststrängen verwendet werden, um diesen Teil des Testzyklus halbautomatisch zu automatisieren.

Wenn ein Teil des Testzyklus verbessert werden muss, aber Budgetbeschränkungen die Möglichkeiten für ein vollständig robotergestütztes System einschränken, kann ein halbautomatischer Aufbau jedes Testlabor verbessern. Ein vollautomatisches Testsystem bietet jedoch noch weitere Vorteile für Labore, die die fortschrittlichsten Lösungen benötigen. Im Gegensatz zu manuellen und halbautomatischen Systemen und Zubehörteilen verfügen vollautomatische Testsysteme über fortschrittlichere und kostensparendere Funktionen, die auf der in den Anwendungen implementierten Technologie beruhen.

Ein automatisiertes Prüfsystem mit Sicherheitsumhausung. | Quelle: Instron

Während automatisierte Zubehörteile Schwankungen in den Testdaten erheblich reduzieren können, sorgt ein automatisiertes System durch die Standardisierung jedes Teils des Testprozesses für eine gründlichere Wiederholbarkeit. Aufgrund der extremen Anforderungen an die Qualitätskontrolle streben die Biomedizin-, Infrastruktur- und Luft- und Raumfahrtindustrie zunehmend nach automatisierten Lösungen für ihre Labore. Darüber hinaus optimiert ein automatisiertes System den Prozess, führt Verfahrensaufgaben äußerst effizient durch und reduziert Engpässe. Beispielsweise kann ein Roboter Probenmessungen, Software-Eingaben und -Ausgaben durchführen und Proben entnehmen, während das System getestet wird. Das Robotersystem unterliegt nicht den gleichen Sicherheitsbeschränkungen wie menschliche Bediener, und Effizienz und Durchsatz werden durch die Fähigkeit des Roboters, den Testraum zu betreten, während die Ausrüstung in Bewegung ist, weiter optimiert.

Die Gewährleistung der Bedienersicherheit ist eine der obersten Prioritäten der Prüfbranche. Während des Testvorgangs kann es zu Verletzungen des Bedienpersonals kommen, wenn es wiederholte Bewegungen ausführt, wie beispielsweise das kontinuierliche Be- und Entladen von Proben. Da vollautomatische Systeme keine Interaktion des Benutzers mit dem Rahmen erfordern, entfallen diese Risiken für den Bediener. Darüber hinaus sind automatisierte Systeme je nach Anwendung und Sicherheitsanforderungen häufig mit Sicherheitsgehäusen als zusätzliche Barriere zwischen den beweglichen Roboterkomponenten und den Labormitarbeitern ausgestattet.

Wie zu erwarten ist, hat die Vollautomatisierung aufgrund der Mehrwertfunktionen und -angebote einen hohen Stellenwert. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass diese Preise zu einer höheren Kapitalrendite führen können. Die Kombination aus Bedienergehältern, Qualitätsfehlern und zusätzlichen sicherheitsbezogenen Kosten kann schnell dazu führen, dass die Kosten für Labore höher sind als der Preis eines vollautomatischen Geräts. Die Kosten für eine vollautomatische Lösung können je nach Testanwendung erheblich variieren. Daher ist das Verständnis und die Berechnung des ROI ein wichtiger Schritt im Entscheidungsprozess, wenn ein automatisiertes Testsystem in Betracht gezogen wird.

Der Bediener führt manuell eine medizinische Testprobe ein. | Quelle: Instron

Manuelle Messungen können die Zeit zwischen den Tests verlängern und zu Fehlern bei der Dateneingabe führen. | Quelle: iStock

Zu verstehen, wo die Automatisierung einen Mehrwert für Ihr Labor darstellt, ist ein entscheidendes Element zur Verbesserung Ihrer Testprozesse. Wenn Sie die Herausforderungen verstehen, die mit den einzelnen Phasen des Testzyklus verbunden sind, können Sie Labore darüber informieren, in welchen Bereichen die Automatisierung einen Mehrwert bietet. Durch schrittweise Verbesserungen durch halbautomatische Lösungen oder die Investition in ein komplettes System, das alle Testdienste durchführen kann, können Sie die Effizienz und den Durchsatz im Labor steigern, betreiberbezogene Risiken reduzieren und sich auf die wiederholbaren Ergebnisse Ihrer Testangebote verlassen.

Richard Spiegel , Automatisierungsspezialist, Instron. Für weitere Informationen senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie www.instron.com.

JJ Blenkhorn ist Anwendungsingenieur bei Instron. Für weitere Informationen senden Sie eine E-Mail an [email protected] oder besuchen Sie www.instron.com.