CN109814491A - 用于加工半成品的设备和尤其用于控制该设备的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加工半成品的设备，该设备包括：带有至少一个工具的加工装置；用于将半成品输送至所述加工装置的输送装置；和用于控制与所述输送装置共同起作用的所述加工装置的控制装置。所述设备还具有用于感测设置用于加工的所述半成品中的固有应力的测量装置，其中，所述测量装置与所述控制装置共同作用，以便将测量数据传递给所述控制装置，并且所述控制装置根据所传递的测量数据控制所述加工装置。所述测量装置具有测量头，该测量头关于进给方向而言位置固定地布置，以便测量所述半成品的当前位于所述测量头处的长度区段。

Description

用于加工半成品的设备和尤其用于控制该设备的方法

技术领域

本发明涉及一种用于加工半成品的设备，具有带有至少一个工具的加工装置、用于将半成品输送至加工装置的输送装置和用于与输送装置共同作用地控制加工装置的控制装置。本发明还涉及一种尤其适用于控制这种设备的方法。

背景技术

在生产或加工由半成品制成的构件时，该半成品例如以杆的形式供应给数控机床的加工装置，经常得到一定的废品率，该废品率常常归因于，在半成品的制造过程期间引入的并且在稍后的时间点所实施的加工过程期间围绕的和/或松弛的固有应力可以导致几何结构变化并且因此可以导致在此生产的构件的公差偏差。在此，对于需要小公差的生产品质的构件在生产线中得出的废品率表明效率问题，因为在经济角度由于每单位时间的件数的通过废品率而减小的可使用性引起生产率损失并且由此产生原材料或半成品的不理想的材料利用。

发明内容

根据本发明的设备具有以下优点，在加工过程中产生的废品率显著降低并且因此可以实现明显的生产率提升。为此设置，所述设备具有用于感测在设置用于加工的半成品中的固有应力的测量装置，使得测量装置与控制装置共同作用，以便将测量数据传递给控制装置，并且控制装置根据所传递的测量数据控制加工装置。

本发明的符合目的的并且在结构上特别简单地实现的实施方式可以在于，测量装置具有测量头，该测量头关于进给方向而言位置固定地布置，以便测量半成品的当前位于测量头处的长度区段，其中，测量头沿进给方向布置在输送装置前面并且在进给方向上看布置在输送装置的导向通道的入口前面并且沿横向方向相对于该入口错开地布置，以便在逐步地或逐渐地向前移动时探测或测量通常构造为杆材料并且沿着进给方向定向的半成品的固有应力。

根据本发明的有利扩展方案，通过该扩展方案可以相对简单地测量各向异性地出现的固有应力，设置为，测量头这样布置，使得所述测量头构造得近似垂直于进给方向地围绕设置用于加工的半成品的外周可移动。

本发明的有利构型设置为，测量头通过至少一个信号线路与测量单元处于信号连接中，该测量单元将从测量头接收的测量信号转化为测量数据，其中，测量单元通过至少一个数据传递线路与控制装置处于数据传递连接中。测量单元基本上用于预处理、分析处理由测量头探测的原始信号并且将所述原始信号转换成可由控制装置读取的测量数据；因此，测量单元作用为在测量头和控制装置之间的接合件。

包括这种设备的数控设施尤其适用于由半成品加工制成的构件的自动化批量生产。

适用于控制这种设备的方法包括下列方法步骤：a)测量在设置用于加工的半成品的长度区段中的固有应力，其中，获知用于使半成品沿进给方向进给的输送元件的当前位置并且将该当前位置作为标记对应于当前测量的长度区段，其中，将在长度区段中测量的固有应力作为测量数据与所对应的标记一起存储在辨识当前测量的长度区段的数据项中，b)用于使半成品进给的输送元件沿进给方向以预确定的尺寸向前移动，c)获知用于使半成品进给的输送元件的当前位置和所经过的行程，d)当所测量的长度区段达到加工地点时，提供用于加工所测量的长度区段的测量数据，其中，对所测量的长度区段根据它的标记与在方法步骤c)中获知的数据相比较来进行辨识，并且从对应的数据项读取出所辨识出的长度区段的测量数据并且考虑所述测量数据用于加工该长度区段，并且，e)多次重复方法步骤a)至d)，直到设置用于加工的半成品的所有长度区段分别被测量，并且所测量的长度区段逐渐地被加工。根据各个长度区段的特定于固有应力的测量数据，为了加工(基于其标记以及对进给和/或相应驱动单元的持续监控或感测而辨识出的)长度区段，计算并实施进刀量修正，以便借助于与标记相结合的测量数据这样补偿在所述长度区段中的固有应力，使得在由长度区段制造的构件中可以使制造公差保持地小。由于到达加工地点处的长度区段的可辨识性，能够有针对性地检索对应于长度区段的特定于固有应力的测量数据，以便在加工过程中利用该测量数据。因此，有利地，所述方法允许根据本发明的设备的全自动化进行的控制、测量和加工运行并且由此适用于构件的批量生产。

符合目的地，在用于获知所经过的行程的方法步骤c)中感测沿进给方向完成的步数和各个步宽。由此可以通过对进给的持续监控根据已测量的长度区段的标记获知所述长度区段在通向加工地点的路径上的当前位置。

在方法步骤d)中，在比较时考虑在进给方向上看在用于使半成品进给的输送元件的当时位置和加工地点的位置之间的间距，由此得出用于校准的比较标准，从而可以省下在加工地点处的监控传感器的使用，否则要通过该监控传感器探测，要加工的半成品的端侧是否达到加工地点。

为了也能够探测在长度区段中的固有应力的各向异性的变化曲线，本发明的扩展方案设置为，在方法步骤a)中沿要测量的长度区段的周向方向确定多个彼此间隔开的测量地点，在所述测量地点上分别对长度区段中的固有应力进行测量。符合目的地，所述测量地点沿待测量的长度区段的周向方向通过恒定的角间距相对彼此间隔开地确定。

本发明的其他有利的扩展方案和构型由下面列举的措施得出。

附图说明

在下面的说明书和附图中详细阐释本发明的实施例。附图以示意性视图示出：

图1示出根据本发明的设备的强烈示意性的视图，

图2A以类似于图1的视图示出处于以下方法阶段的图1的设备，在该方法阶段中，将杆从半成品材料储存装置导入到数控机床中，

图2B示出处于以下方法阶段的图1的设备，在该方法阶段中，图2A的杆被材料进给装置夹住并且被引导至加工装置，

图2C示出处于以下方法阶段的图1的设备，在该方法阶段中，图2B的杆以它的端侧端部位于加工装置中并且由加工装置的工具加工，和

图3示出具有适用于加工半成品并且用于控制根据本发明的设备的方法的重要方法步骤的强烈示意性流程图。

具体实施方式

图1以强烈示意性的纵截面视图示出整体以10标记的设备。设备10包括：用于在其中堆叠成杆的半成品12的储存和装载装置11；输送装置13，该输送装置具有用于夹住和输送各个设置用于加工的杆12’的输送滚子13’；沿输送方向或者说进给方向在输送装置13后面布置的卡盘装置14，该卡盘装置用于卡住各个要加工的杆12’；在卡盘装置14后面布置的加工装置15，该加工装置构造为数控机床并且具有带着调整单元15”的工具15’，以便加工杆12’的借助于卡盘装置14朝着工具15’的位置伸入到加工装置15中的端部并且使该端部成形为构件；和测量装置，该测量装置具有测量头16’和测量单元16”；以及控制装置17。

测量装置的测量头16’用于感测在铁磁性构造的测量对象、即各个设置用于加工的杆12’中的固有应力，并且这样布置在输送装置13前面，使得测量头16’沿水平的进给方向位于在输送装置13中延伸的导向通道(未示出)前面并且相对于该导向通道横向错开，以便由此可以探测设置用于加工的并且朝着输送装置13的导向通道定向地延伸的杆12’的长度区段的固有应力。导向通道水平地沿进给方向走向并且通过输送滚子13’垂直地限界，所述输送滚子可旋转地设置用于在导向通道中被夹住的各个杆12’的线性进给。输送滚子13’成对地、垂直地相对彼此间隔开地布置，其中，所述对水平地相对彼此间隔开。在测量头16’和测量单元16”之间设置有电信号连接线路18，以便将由测量头16’生成的测量信号传递至测量单元16”；数据传递线路19在一侧电连接到测量单元16”上并且在另一侧电连接到控制装置17上，以便将由测量单元16”处理的测量信号作为测量数据传递到控制装置17上并且将控制数据从控制装置17传输给测量单元16”。控制装置17与调整单元15”通过另外的数据传递线路20有效电连接，以便控制工具15’。为了使测量头16’和测量单元16”之间的信号路径和由此的信号连接线路18保持得短以避免干扰影响，测量单元16”布置在输送装置13的一侧，更确切地说布置在所述输送装置的朝向储存装载装置11的端部上。

测量头16’这样构造，使得所述测量头按照例如基于巴克豪森效应的物理测量原理工作。

图2A示出在以下方法阶段的设备10，在该方法阶段中，从装载装置中为了加工而取出的杆12’被引导至紧靠输送装置13的导向通道的前面，并且沿进给方向在输送装置13的导向通道前面并且相对于该导向通道和杆12’的外周横向错开地布置的测量头16’可以无接触地探测杆12’的当前位于该测量头旁边的长度区段的固有应力。在此，所感测的测量信号通过信号和控制线路18达到测量单元16”，在那里被分析处理并且转化为特定于固有应力的测量数据。为了也能够感测位于测量头16’的测量地点处的长度区段中的固有应力的各向异性的变化，沿杆12’的长度区段的周向方向设置多个测量地点，在所述测量地点上借助于测量头分别实施固有应力的测量。为此，要么测量头在与进给轴线同心地走向的圆形轨道上围绕要探测的长度区段的外周被导向，要么具有要探测的长度区段的杆12’围绕它的纵向轴线旋转。在实施例中，对于每个要探测的长度区段确定三个测量地点，所述测量地点沿要探测的长度区段的周向方向、即在关于通过进给方向22确定的x轴而言的yz平面中相对彼此以恒定的角间距间隔开。

图2B示出在另外的方法阶段的设备10，在所述另外的方法阶段中，设置用于加工的杆12’的由测量头16’在线性进给运动期间以长度区段的形式探测的前面部分沿进给方向22导入到输送装置13的由输送滚子13’限定的导向通道中，而杆12’的后面部分还未探测地位于输送装置13的导向通道和测量头16’之前。在该阶段中由测量头16’针对杆12’的前面部分连续测量的固有应力23通过针对杆12’的前面部分的在进给运动期间逐步探测的各个长度区段所获知的测量信号组成；配属于各个长度区段的相应测量信号由测量单元16”通过信号和数据线路18连续地接收，在那里转化为测量数据，该测量数据随后通过数据传递线路19传输给控制装置17，该控制装置持续地将接收的和处理的测量数据作为固有应力变化曲线23’以图像形式显示或展示在该控制装置的用户界面17’上的测量窗17”中。在接收对应于当前探测的各个长度区段的测量数据包时，控制装置17获知用于进给的输送元件(即驱动单元)沿着进给方向的、在时间上与此重合地对应的位置，并且将该位置与用于对应长度区段的测量数据包一起存储为数据项或测量数据域，以便能够参照驱动单元的不同的位置标定辨识各个长度区段或使各个长度区段彼此间隔开。因此，各个杆12’的整个固有应力变化曲线23作为在控制装置17中保存的、对应于杆12’的长度区段的数据项或测量数据域的结果连续地描绘而成。

图2C示出在之后的方法阶段的设备10，在所述方法阶段中，杆12’以它的端侧21沿进给方向22穿过输送装置13的导向通道和在后面布置的卡盘装置14地伸出直至在加工装置15中的加工地点(工具15’的x位置)，使得杆12’的该前面部分已经被探测并且加工装置15的工具15’可以加工杆12’的端侧端部21的长度区段，而杆12’的还未探测的后面部分位于测量头16’之前。为了通过工具15’这样加工位于加工地点处的长度区段，使得可以限定地补偿固有应力对要生产的构件的影响，在达到加工地点时辨识出该长度区段，其方式是，在到目前为止存储的测量数据域中，输送元件的在测量时对应的各个位置和从测量过程的相应时间点起在期间所进行的进给过程中沿进给方向22逐渐地或逐步地经过的行程可以分别与加工地点的位置相比较地检验，然后借助于控制装置17从与此相应的测量数据域中检索所辨识出的长度区段的特定于固有应力的测量数据并且传输给调整件15”，该调整件根据包含在该测量数据中的固有应力实施在加工辨识出的长度区段时的进刀量修正，使得在由此构造的构件中可以维持小的制造公差，如在构件(如轴承环)的批量生产时所需要的那样。控制装置17在它的用户界面17’的测量和过程窗17”中连续地示出所测量的和当前为了加工而呈现的固有应力变化曲线23’作为在杆12’的所探测的长度区段中存在的固有应力23的映像，以便以图像形式示出在逐步地或逐渐地进行的进给运动的节拍中的测量和加工的持续更新的进展。

图3示出用于阐释在方法技术方面得出的方法步骤的流程图100，所述方法步骤在设备10内部运行，其中，控制装置17与设备10的其余部件、尤其与测量装置16、调整件15”、输送装置13和输送元件(即驱动单元)共同作用地控制各个方法步骤、使其协调并且对其监控：为此在初始化的方法步骤101中，将从储存装载装置11取出的杆12’对准进给轴线地并且这样伸到输送装置13的导向通道处，使得杆12’的具有第一长度区段的端侧21或所选择的长度区段关于进给方向而言具有与测量头16’相同的位置。在第二方法步骤102中，激活测量头16’并且以测量技术的方式探测杆12’的当前定位在测量头16’的探测区域中的长度区段的固有应力，其中，由测量头16’探测的测量信号由测量单元16”分析处理，转化为测量数据并且将测量数据传递给控制装置17，该控制装置几乎与此同时地获知用于使杆12’进给的输送元件的与该测量数据相应的位置，将所获知的位置作为标记对应于当前探测的长度区段的测量数据并且将测量数据与所对应的标记或位置一起存储在数据项或测量数据域中，该数据项或测量数据域用于辨识当前探测的长度区段并且与其他探测的长度区段区分开。在随后的方法步骤103中(基于通过控制装置17的操控)进行输送元件的以预确定的尺寸的进给运动，以便使杆12’的下一个长度区段向前移动到测量头的位置上。作为用于向前移动的尺寸可以确定恒定的步宽。此外，步宽(作为用于向前移动的尺寸)可以如此测定，使得所述步宽相应于长度区段的单位宽度。在实施进给运动之后，由控制装置17在另外的方法步骤104中实施用于使杆12’进给的输送元件的当前位置的查询以及所经过的行程的查询。在随后紧接着的方法步骤105中，通过控制装置17，参照在之前方法步骤中获知的数据、即包含输送元件的位置和所经过的行程的那些数据与加工地点的位置相比较地来检验，所探测的长度区段是否已达到加工地点，其中，在得到肯定的检验结果时，通过从对应的数据项中读取来提供对应于所辨识的长度区段的、用于加工的测量数据，以便借助于调整件15”和工具15’实施所辨识的长度区段的加工，而在得到否定的检验结果时，即当还没有探测的长度区段位于加工地点处时，跳到下一个方法步骤。在下一个方法步骤106中，对于各个紧接着的长度区段重复以第二方法步骤102开始的之前的方法步骤，直到杆12’的所有长度区段由测量头16’探测并且所有已探测的长度区段逐步地或逐渐地加工。然后设备10准备好用于由储存装载装置11供应新的杆。

在所述方法开始时测量程序是主要过程，直至随着逐渐进行的进给运动杆12’的端侧渐渐越过相对于加工地点的间距并且达到该加工地点，与相应测量过程同时地，加工程序在各个已探测的长度区段上进行，该长度区段在逐步地或逐渐地进行的进给运动的过程中达到加工地点，而在之后的方法阶段中，当所有长度区段由测量头逐渐地探测并且测量程序已完成时，加工程序是主要过程。

Claims (13)

1.用于加工半成品的设备，该设备具有：带有至少一个工具的加工装置；用于将半成品输送至所述加工装置的输送装置；和用于与所述输送装置共同起作用地控制所述加工装置的控制装置，其特征在于，所述设备(10)具有用于感测设置用于加工的所述半成品(12)中的固有应力的测量装置(16’、16”)，所述测量装置(16’、16”)与所述控制装置(17)共同作用，以便将测量数据传递给所述控制装置(17)，并且所述控制装置(17)根据所传递的测量数据控制所述加工装置(15)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述测量装置具有测量头(16’)，该测量头关于进给方向而言位置固定地布置，以便测量所述半成品(12)的当前位于所述测量头(16’)处的区段。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述测量头(16’)如此布置，使得该测量头构造得近似垂直于所述进给方向地围绕设置用于加工的所述半成品(12)的外周能移动。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述测量头(16’)沿进给方向(22)在所述输送装置(13)前面布置。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述测量头(16’)在进给方向(22)上看在所述输送装置(13)的导向通道的入口前面并且在横向方向上相对于该入口错开地布置。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的设备，其特征在于，所述测量头(16’)通过至少一个信号线路(18)与测量单元(16”)处于信号连接中，该测量单元将从所述测量头接收的测量信号转化为测量数据，其中，所述测量单元(16”)通过至少一个数据传递线路(19)与所述控制装置(17)处于数据传递连接中。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述测量单元(16”)在所述输送装置(13)的侧面布置。

8.尤其用于控制根据权利要求1至7中任一项所述的设备的方法，所述方法具有下列方法步骤：

a)测量在设置用于加工的所述半成品的长度区段中的固有应力，其中，获知用于使所述半成品沿进给方向进给的输送元件的当前位置，并且将该当前位置作为标记对应于当前测量的所述长度区段，其中，将在所述长度区段中测量的所述固有应力作为测量数据与所对应的标记一起存储在辨识当前所测量的所述长度区段的数据项中，

b)使用于使所述半成品进给的所述输送元件沿进给方向以预确定的尺寸向前移动，

c)获知用于使所述半成品进给的所述输送元件的当前位置和所经过的行程，

d)当所测量的长度区段到达加工地点时，提供用于加工所测量的所述长度区段的测量数据，其中，对所测量的所述长度区段根据它的标记与在方法步骤c)中获知的数据相比较来进行辨识，并且从对应的所述数据项中读取辨识出的所述长度区段的测量数据并且考虑所述测量数据用于加工所述长度区段，并且

e)多次重复方法步骤a)至d)，直到设置用于加工的所述半成品的所有长度区段分别被测量并且所测量的这些长度区段逐渐地被加工。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在用于获知所经过的行程的方法步骤c)中感测沿进给方向完成的步数和各个步宽。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在方法步骤d)中，在比较时考虑在进给方向上看在用于使所述半成品进给的所述输送元件的当时位置和所述加工地点的位置之间的间距。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，在方法步骤a)中沿要测量的长度区段的周向方向确定多个彼此间隔开的测量地点，在所述测量地点上分别对所述长度区段中的固有应力进行测量。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量地点沿要测量的所述长度区段的周向方向以恒定的角间距相对彼此间隔开地确定。

13.数控设施，包括根据权利要求1至7中任一项所述的设备。