DE10009074A1 - Verfahren zum Frei- oder Schwenkbiegen eines Werkstückes sowie Vorrichtung zur Ermittlung der Lage eines Werkstückschenkels beim Biegen - Google Patents

Abstract

Bei einem Biegeverfahren federt das biegeverformte Werkstück (3) beim Nachlassen oder Beenden der Biegeverformung durch Entlastung des Werkstückes (3) von der Biegekraft aufgrund der Elastizität seines Werkstoffes etwas zurück. Im entlasteten oder nahezu entlasteten Zustand wird der entstandene Biegewinkel gemessen und im Falle einer Abweichung des ermittelten Biegewinkels von einem Sollwert wird eine Korrekturbiegung durchgeführt. Ein optischer Meßstrahl (7) wird auf den oder die hinsichtlich der Winkelstellung zu kontrollierenden Werkstückschenkel (2) gerichtet und als Lichtebene oder Lichtbündel so gestaltet, daß auf dem Werkstück (3) oder Werkstückschenkel (2) eine Lichtlinie (8) oder Lichtstrecke oder eine geometrische Form erzeugt wird. Die vom Biegewinkel abhängige Lage des Auftreffortes auf dem Werkzeugschenkel (2) wird mittels einer Kamera (11) aus deren Sicht erfaßt und aus der Änderung der Lage des Auftreffortes aus Sicht der Kamera (11) wird der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freibiegen oder Schwenkbie­ gen eines Werkstückes, wobei dieses durch den Biegevorgang verformt wird und beim Nachlassen oder Beenden der Verformung insbesondere durch Entlastung des Werkstückes von der Biegekraft aufgrund der Elastizität seines Werkstoffes etwas zurückfedert, wobei der entstandene Biegewinkel am Ende des Umformprozesses im entlasteten oder nahezu entlasteten Zustand gemessen wird und im Falle einer Abweichung des ermittelten Biegewinkels von einem Sollwert eine Korrekturbiegung durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ermittlung der Lage oder Winkellage eines Werkstückschenkels eines Werkstückes beim Biegen mittels eines Unterwerkzeuges und eines Oberwerkzeuges, wenn das Oberwerkzeug das Werkstück gegenüber dem Unterwerkzeug nahezu oder ganz entlastet.

Unter einem Werkstück oder Werkstückschenkel wird dabei ein solches verstanden, welches eine Fläche zur Aufnahme einer mittels des optischen Meßstrahles erzeugten optischen Markierung oder eines optischen Musters aufweist, also beispielsweise eine Platte, ein Blech oder dergleichen. Unter einem optischen Meßstrahl wird ein elektromagnetisches Strahlenbündel verstanden, insbesondere ein Lichtstrahl.

Bekanntermaßen tritt beim Abkanten von Werkstücken, insbesondere von Blechen, neben der angestrebten plastischen auch eine unerwünschte elastische Verformung der Werkstücke auf. Aus der elastischen Verformung resultiert nach der Entlastung des Werkstücks von dem Umformwerkzeug ein Auffedern des im Laufe des Abkantvorganges erstellten Werkstückwinkels und damit verbunden eine Vergrößerung des von den Schenkeln des Werkstückwinkels eingeschlossenen Biegewinkels. Das Abkanten von Werkstücken mit einem definierten Biegewinkel einer vorgegebenen Soll-Größe wird hierdurch erschwert. Wird die Ist-Größe des Biegewinkels zum frühestmöglichen Zeitpunkt, das heißt zu demjenigen Zeitpunkt, zu welchem das abgekantete Werkstück erstmals lastfrei oder quasi lastfrei ist, bestimmt, so läßt sich ein etwa erforderlicher korrigierender Abkantvorgang ebenfalls zu dem frühestmöglichen Zeitpunkt einleiten. Die Gesamtbearbeitungsdauer unnötigerweise verlängernde Zeiträume, binnen derer mit der Bestimmung der Ist-Größe des Biegewinkels zugewartet wird, obwohl das abgekantete Werkstück bereits lastfrei oder quasi lastfrei ist, lassen sich dadurch vermeiden.

Zur Bestimmung des frühestmöglichen Zeitpunktes, bei dem das Werkstück entlastet oder nahezu entlastet ist, wird bei einem aus EP 0 775 028 B1 bekannten Verfahren die Ist-Größe des Biegewinkels während der Entlastung des Werkstücks von den Biegewerkzeugen fortlaufend gemessen. Die Messung des Biegewinkels erfolgt mittels zweier Tastelemente, die relativ zu dem Oberwerkzeug der Biegevor­ richtung sowie relativ zueinander bewegbar sind und sich in Meßstellung an wenigstens einem der den Biegewinkel einschließenden Werkstückschenkel abstützen.

Aus den gemessenen Ist-Größen des Biegewinkels wird fortlaufend die Änderung des Biegewinkels ermittelt und mit einem vorgegebenen Wert verglichen. Sobald die Änderung des Biegewinkels den vorgegebenen Wert annimmt, wird der Biegewinkel mit einer Sollgröße verglichen. Wird dabei festgestellt, daß die Abweichung des Biegewinkels von der Soll-Größe einen vorgegebenen Betrag übersteigt, wird eine Korrekturbiegung durchgeführt. Dabei wird die Eindringtiefe der Biegewerkzeuge in Abhängigkeit von der ermittelten Abweichung eingestellt.

Das vorbekannte Verfahren und die Vorrichtung haben den Nachteil, daß die Bestimmung des frühestmöglichen Zeitpunkts, bei dem der entlastete oder nahezu entlastete Zustand erreicht ist, noch relativ ungenau ist, da die beim Entlasten der Biegewerkzeuge aufgrund der Rückfederung des Werkstückes auftretende Änderung des Biegewinkels nur vergleichsweise gering und somit nur schlecht meßbar ist. Zur Messung des Biegewinkels sind daher entsprechend genaue und empfindliche Tastelemente erforderlich. Darüber hinaus kann es aber auch durch die während des Biegens und/oder Rückfederns des Werkstücks zwischen diesem und den Tastelementen auftretenden Relativbewegung zu einem mechanischen Verschleiß an den Tastelementen und somit zu zusätzlichen Meßungenauigkeiten kommen.

Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache Weise eine möglichst genaue Bestimmung des frühestmöglichen Zeitpunkt ermöglicht, an dem das Werkstück entlastet oder nahezu entlastet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht bezüglich des Verfahrens darin, daß ein optischer Meßstrahl auf den oder die hinsichtlich der Winkelstellung zu kontrollierenden Werkstückschenkel gerichtet und als Lichtebene oder Lichtbündel so gestaltet wird, daß auf dem Werkstück oder Werkstückschenkel eine Lichtlinie oder Lichtstrecke oder eine geometrische Form erzeugt wird, daß die vom Biegewinkel abhängige Lage des Auftreffortes auf dem Werkzeugschenkel mittels eines optischen Sensors aus dessen Sicht erfaßt und aus der Änderung der Lage des Auftreffortes aus Sicht des optischen Sensors der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt wird.

In vorteilhafter Weise kann dadurch unter Vermeidung einer aufwendigen Winkelmessung der frühestmögliche Zeitpunkt, an dem das Werkstück entlastet oder nahezu entlastet ist, auf einfache Weise und mit großer Genauigkeit ermittelt werden. Durch die Projektion einer Lichtlinie, Licht-Strecke oder einer geometrischen Form auf dem Werkstückschenkel werden Ungenauigkeiten durch Oberflächenbeschädigungen oder Rauhigkeiten am Werkstück praktisch ausgeschlossen. Schon eine relativ geringe Positionsänderung des bei Entlastung des Werkstücks von der Biegekraft aufgrund der Elastizität seines Werkstoffes zurückfedernden Werkstückschenkels führt zu einer entsprechend deutlichen Verschiebung der auf dem Werkstück projizierten optischen Markierung. Diese wird auf den optischen Sensor abgebildet, wobei sich bei einer Verschiebung der optischen Markierung auf dem Werkstück deren Abbild auf dem lageempfindlichen optischen Sensor entsprechend verschiebt, was einerseits mit großer Genauigkeit und andererseits aber auch mit geringem Aufwand detektiert werden kann. Dabei wird aufgrund der berührungslosen Messung ein mechanischer Verschleiß an der Meßeinrichtung vermieden. Wird die Änderung der Lage der Lichtlinie oder des Lichtmusters Null oder nahezu Null, bedeutet dies, daß sich der Werkstückschenkel nicht mehr in Entlastungsrichtung bewegt und somit der Entlastungszustand erreicht ist oder nahezu erreicht ist.

Vorteilhaft ist, wenn der Sensor ein Bildsensor einer Kamera ist und vorzugsweise als optoelektronisches Sensorarray mit einer Vielzahl von in einer oder mehreren Reihen nebeneinander angeordneten Bildpunkten ausgebildet ist. Das Verfahren ermöglicht dann eine noch höhere Meßgenauigkeit. Als Kamera kann eine Zeilenkamera oder eine Kamera mit matrixförmig in mehreren Reihen und Spalten angeordneten Bildpunkten verwendet werden, beispielsweise eine CCD- Kamera.

Die Lichtlinie kann als unterbrochene oder punktierte Linie auf den Werkstückschenkel projiziert werden. Die zu detektierende Linie kann also auf unterschiedliche Weise erzeugt werden, wodurch die jeweilige Oberflächenstruktur des Werkstücks berücksichtigt werden kann.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lichtlinie oder Lichtstrecke oder eine Begrenzungslinie der geometrischen Form des Lichtfleckes im wesentlichen parallel zu der Biegelinie des Werkstückes auf den Werkzeugschenkel projiziert wird. Dadurch wird beim Biegen und beim Rückfedern des Werkstücks eine Verschiebung der Lichtstrecke oder der Begrenzungslinie parallel zur Biegelinie vermieden, was eine einfache Detektion dieser Linie ermöglicht. Außerdem ergibt sich aber auch bei der Rückfederbewegung des Werkstückschenkels eine entsprechend große Verschiebung der optischen Linie oder dergleichen quer zur Biegelinie, wodurch eine hohe Meßgenauigkeit erreicht wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine gerade oder leicht gekrümmte Lichtlinie durch eine Lichtebene oder einen Lichtfächer oder als Begrenzungslinie einer durch ein Lichtbündel gebildeten geometrischen Form, beispielsweise eines Dreieckes, Viereckes oder Trapezes erzeugt wird oder daß die Lichtlinie als Symmetrie-Linie der geometrischen Form ermittelt wird, insbesondere als Durchmesser eines Kreises oder einer Ellipse oder als Mittellinie oder Diagonale eines Vieleckes. Dadurch ergeben sich einfache geometrische Verhältnisse, die eine schnelle Verarbeitung und Auswertung der mittels des optischen Sensors aufgezeichneten Bilder der auf das Werkstück projizierten optischen Markierung ermöglicht.

Vorteilhaft ist, wenn die Licht-Linie oder die Begrenzungslinie der geometrischen Form so auf den Werkstückschenkel projiziert wird, daß das Abbild der Licht-Linie oder der Begrenzungslinie auf dem optischen Sensor mit einer Reihe von Aufnahme-Pixeln des optischen Sensors zumindest bereichsweise einen spitzen Winkel von weniger als 45°, beispielsweise einem Winkel von etwa 3° bis 10°, bevorzugt etwa 5° bis 6°, bildet. Dadurch kann die Auflösung trotz einer begrenzten Anzahl von Pixeln in der jeweiligen Pixelreihe erheblich gesteigert werden. Gewöhnliche Kameras werden mit 512 bis 760 Pixeln je Zeile ausgeführt. Erst wenn die Licht-Linie ein Kamera-Pixel durchlaufen hat, kann ein neuer Meßwert ermittelt oder angegeben werden. Die maximale Auflösung ist also bei einer parallelen Anordnung der Licht-Linie und der Pixelreihen auf die Größe eines Pixels begrenzt. Zwar kann eine höhere Auflösung rechnerisch durch Auswertung der Intensitätsverteilung innerhalb mehrerer benachbarter Pixel erreicht werden, was jedoch von der Lichtverteilung beeinflußt wird und die Genauigkeit um das Dreifache steigern kann. Durch die vorerwähnte Ausgestaltung des Verfahrens mit einer Winkelanordnung zwischen der Licht-Linie und der Pixelreihe kann bei einem optischen Sensor mit mehreren nebeneinander angeordneten, ein zweidimensionales Array bildenden Pixelreihen die zweidimensionale Eigenschaft des optischen Sensors ausgenutzt werden, um eine höhere Auflösung zu erreichen. Bei einer parallel zu den Pixelreihen des Sensors verlaufenden Licht-Linie wird ein nächster Meßwert nach einer Änderung der Lage des Abbilds der Licht-Linie auf dem Sensor um eine Pixelgröße gemessen. Bei einer in einem spitzen Winkel zur Richtung der Pixelreihen liegenden Linie wird sich bereits ein Pixel ändern, wenn das Abbild der Licht-Linie auf dem Sensor sich nur um weniger als eine Pixelgröße bewegt, weil dann nämlich der Schnittpunkt zwischen dem Abbild der Licht-Linie auf dem Sensor und der Pixelreihe entsprechend geändert wird. Umgekehrt ausgedrückt bedeutet dies, daß nach einer Parallelverschiebung des Abbilds der Licht-Linie auf dem Sensor um das Maß eines Pixels bei der erwähnten Winkellage einzeln und nacheinander soviel Pixel geändert werden, wie es der Anzahl der durch die Schräglage betroffenen Pixelreihen entspricht, so daß eine entsprechend feinere Unterteilung der Meßschritte und damit eine höhere Auflösung erreicht wird.

Vorteilhaft ist, wenn wenigstens zwei beabstandete Licht-Linien oder Begrenzungs- oder Symmetrie-Linien auf das Werkstück oder auf den Werkstückschenkel projiziert werden und wenn aus der Änderung des Abstandes der beiden Linien aus Sicht des optischen Sensors der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt wird. Dabei wird der Abstand der zwei Linien auf dem optischen Sensor ein direktes Maß für die Winkellage des Werkstückschenkels. Äußere Einflüsse auf den Abstand des Meßsystems zum Werkstücks, wie z. B. Vibrationen des Werkstücks während des Biegeverformens oder andere Erschütterungen können dadurch aus dem Meßergebnis eliminiert werden. Gleichzeitig kann dabei der Vorteil der höheren Genauigkeit durch die schon erwähnte Winkel- oder Schräglage zwischen der Licht-Linie oder dergleichen und den Pixelreihen des optischen Sensors zusätzlich nutzbar gemacht werden.

Zweckmäßigerweise wird zum Einstellen des Winkels der Pixelreihe oder Pixelreihen gegenüber der oder den Licht- oder Symmetrie-Linien die Kamera um ihre optische Achse verdreht. Dies ermöglicht auch eine eventuelle Korrektur der jeweiligen Einstellung und unter Umständen eine Anpassung an unterschiedliche Anforderungen der Genauigkeit oder an unterschiedliche Werkstücke.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird wenigstens ein optischer Meßstrahl auf die Außenseite des Winkelschenkels oder der Winkelschenkel projiziert. Für die Anordnung der optischen Meßstrahlquelle und des optischen Sensors steht dann genügend Platz zur Verfügung, wobei der die Winkeländerung durchführende Matrizenstempel seitlich neben dem optischen Sensor und der Meßstrahlquelle an dem Werkstück angreifen kann, ohne dabei den oder die Meßstrahl(en) zu beeinträchtigen. Wenn die Platzverhältnisse es zulassen, kann jedoch der optische Meßstrahl auch auf die Innenseite des jeweiligen Werkstückschenkels projiziert werden.

Bei einem Verfahren, bei dem das Werkstück in vollständig entlastetem Zustand beim Freibiegen nicht zwischen einem Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug eingespannt ist, kann das Werkstück im nicht eingespannten Zustand aus seiner während des Biegevorganges eingenommenen Lage verkippen. Dabei kann der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstücks durch die Änderung der Bewegungsrichtung der Lichtlinie, Licht-Strecke oder geometrischen Form aus Sicht des optischen Sensors ermittelt werden.

Da das Werkstück bei vollständigem Entlasten und von dem Werkstück zurückgezogenen Oberwerkzeug in eine für seine Lage undefinierten Zustand gerät, sind der Verkippungswinkel und die Achse, um die das Werkstück beim Entlasten verkippen kann, nicht genau vorher­ bestimmbar. Bei einer eventuell erforderlichen Korrekturbiegung werden dann möglicherweise nicht genau die gleichen Berührungslinien zwischen dem Werkstück und den Umformwerkzeugen eingehalten, wie bei dem vorhergehenden Biegevorgang. Um dies zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn ein Biegezustand während der Entlastung ermittelt wird, bei dem das Werkstück noch durch die Biegewerkzeuge oder dergleichen eingespannt, aber die Entlastung nahezu vollständig ist, wobei die Entlastung bei einem vorgegebenen Wert für die Änderung der Lage der Lichtlinie oder dergleichen aus Sicht des optischen Sensor angehalten wird. Das Werkstück ist dann zwar entlastet, aber noch zwischen dem Ober- und Unterwerkzeug beziehungsweise den Umformwerkzeugen gehalten, so daß die Berührungslinie zwischen dem Werkstück und den Umformwerkzeugen für eine eventuelle Korrekturbiegung erhalten bleibt.

Wenn das Werkstück mittels einer Halteeinrichtung gehalten wird, kann das Werkstück nach dem Biegen auch vollständig entlastet werden. Hierbei kann ein geringfügiges Verkippen des Werkstücks zugelassen werden. Um eine solche oder eine aus anderen Gründen erfolgte Verkippung des Werkstücks zu erfassen, ist es vorteilhaft, wenn die Lageänderung beider Werkzeugschenkel kurz vor dem Ende oder bei oder nach der Entlastung jeweils mit wenigstens einer Lichtlinie, Licht-Strecke oder einer geometrischen Form aus der Sicht jeweils eines optischen Sensors an beiden Werkstückschenkeln erfasst wird. Dadurch kann der Entlastungsvorgang auch im Falle einer zugelassenen Verkippung des Werkstücks zum frühestmöglichen Zeitpunkt beendet werden.

Eine Lageänderung der auf den Werkstückschenkel projizierten optischen Markierung kann auch durch eine nicht durch den Entlastungsvorgang bedingte Lageänderung des Werkstücks hervorgerufen werden. Es ist deshalb von Vorteil, wenn der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstücks durch die Umkehr der Änderung des Abstandes zweier Lichtlinien, Lichtstrecken und/oder geometrischen Formen aus Sicht des optischen Sensors ermittelt wird. Eine durch das Rückfedern der Werkstückschenkel bedingte Änderung des Biegewinkels oder eine Verkippung des Werkstücks bewirkt dann eine unterschiedliche Lageänderung der beiden Lichtlinien oder dergleichen, was in einer Änderung des Abstands der Lichtlinien resultiert. Eine Verschiebung des Werkstücks dagegen wirkt sich auf die Lageänderung beider Lichtlinien oder dergleichen gleichermaßen aus, so daß der Abstand der Lichtlinien zueinander erhalten bleibt. Eine beispielsweise durch Erschütterungen bewirkte Verschiebung des Werkstücks hat somit keinen Einfluß auf die Ermittlung des Zeitpunkts, an dem der lastfreie oder nahezu lastfreie Zustand eintritt.

Die vorstehend genannte Aufgabe wird bezüglich der eingangs genannten Vorrichtung dadurch gelöst, daß wenigstens eine optische Meß­ strahlquelle und ein optischer Sensor zum Aufnehmen eines von der Meßstrahlquelle auf das Werkstück projizierten optischen Musters vorgesehen ist, daß die Meßstrahlquelle(n) so angeordnet oder gestaltet ist (sind), daß das von ihr (ihnen) erzeugte Muster wenigstens eine gerade oder leicht gekrümmte, durchgehende, unterbrochene oder punktierte Lichtlinie oder eine geometrische Form, Fläche oder Figur mit wenigstens einer geradlinigen Begrenzungslinien bildet, und daß der optische Sensor mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, zum Ermitteln des Zeitpunkts kurz vor oder bei oder nach der Entlastung aus der Änderung der Lage des projizierten optischen Musters.

Somit ergibt sich bei einer Lageveränderung des Werkstücks oder des Werkstückschenkels durch das Rückfedern des Werkstückmaterials beim Entlasten aus Sicht des optischen Sensors eine Verschiebung des auf das Werkstück projizierten optischen Musters, aus der mittels der Auswerteeinrichtung der Zeitpunkts kurz vor oder bei oder nach der Entlastung des Werkstück ermittelt wird. In vorteilhafter Weise kann somit unter Vermeidung einer aufwendigen Winkelmesseinrichtung dieser Zeitpunkt auf einfache Weise bestimmt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verläuft die wenigstens eine Lichtlinie oder Begrenzungslinie oder Symmetrie-Linie der geometrischen Form, Fläche oder Figur parallel oder im wesentlichen parallel zur Biegelinie. Beim Biegen und Rückfedern des Werkstücks wird dann eine Verschiebung der Lichtlinie parallel zur Biegelinie vermieden, so daß die Lichtlinie somit auf einfache Weise detektierbar ist. Die Auswerteeinrichtung kann dann einen entsprechend einfachen Aufbau aufweisen.

Vorteilhaft ist, wenn zwei optische Meßstrahlquellen vorgesehen und so angeordnet sind, daß die auf den Werkstückschenkel projizierten Lichtlinien, gerade Begrenzungslinien oder Symmetrie- Linien parallel zueinander verlaufen. Der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstückes kann dann durch Auswertung des Abstandes dieser Linien mit großer Genauigkeit ermittelt werden.

Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, daß der optische Sensor, insbesondere die Kamera, um die optische Achse etwas verdreht angeordnet ist, so daß die Aufnahme- Pixel des Sensors in einer oder mehreren schräg zu der oder den Lichtbegrenzungs- oder Symmetrie-Linien verlaufenden Reihen angeordnet sind. Dies stellt eine konstruktiv besonders einfache Lösung dar, um die Pixelreihen des optischen Sensors unter spitzem Winkel gegenüber einer durch einen Meß- oder Lichtstrahl erzeugten Linie mit beziehungsweise deren Abbildung auf dem Sensor anzuordnen. Der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstücks kann dann noch genauer bestimmt werden.

In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Aufnahmepixel des optischen Sensors in parallel oder nahezu parallel zur Biegelinie angeordneten Reihen liegen und die Meßstrahlquelle(n) so angeordnet ist (sind), daß die projizierte(n) Linie(n) oder Licht- Linie(n) oder Symmetrie-Linie(n) auf dem Werkstück geringfügig schräg unter einem kleinen spitzen Winkel von zum Beispiel 3° bis 10°, insbesondere 5° bis 6°, vorzugsweise 5°, 7°, verlaufen.

Günstig ist es, wenn die Lichtebene oder die Richtung des von der oder den Meßstrahlquelle(n) abgegebenen und auf das Werkstück projizierten Meßstrahles und die optische Achse des Sensors oder der Kamera unter einem festen Winkel zueinander und mit einem festen Abstand zur Ausgangslage des zu biegenden Werkstückes oder Werkstückschenkels und/oder der Biege-Linie angeordnet sind. Daraus resultieren gleichbleibende geometrische Verhältnisse, welche die Berechnung der jeweiligen Lageveränderung des Werkzeugschenkels erleichtern. Entsprechend schnell kann eine Umrechnung und eventuell auch eine Anzeige des Rechenergebnisses erfolgen. Möglich ist aber natürlich auch, beispielsweise die Kamera hinsichtlich Abstand und Winkellage verstellbar vorzusehen, um eine Anpassung an unter­ schiedliche Werkstücke oder Ausgangslagen zu ermöglichen.

Vorteilhaft ist, wenn die Vorrichtung eine äußere Haltevorrichtung für das Werkstück aufweist, zum Verhindern seines Verkippens bei der Entlastung. Das Werkstück behält dann seine beim Biegeverformen eingenommene Lage auch dann noch im wesentlichen bei, wenn das Werkstück beim Freibiegen vollständig entlastet und nicht zwischen den Biegewerkzeugen eingespannt ist. Bei einer eventuell er­ forderlichen Korrekturbiegung werden dann die Biegewerkzeuge an der selben Berührungslinie an dem Werkstück positioniert, wie bei dem vorausgegangenen Biegevorgang, wodurch eine hohe Maßgenauigkeit des Werkstücks erreicht wird.

Vorteilhaft ist, wenn zu jedem Werkzeugschenkel jeweils wenigstens eine Meßstrahlquelle und zum Detektieren der Lage des projizierten Meßstrahles ein optischer Sensor vorgesehen ist. Dadurch kann der Entlastungszustand auch dann noch zum frühestmöglichen Zeitpunkt ermittelt werden, wenn das Werkstück beim Entlasten etwa seitlich verkippt.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 in schaubildlicher Seitenansicht eine Vorrichtung zum Ermitteln der Lageänderung des Schenkels eines Werkstückes beim Freibiegen mittels eines Ober- und eines Unterwerk­ zeuges, wobei die Vorrichtung zum Ermitteln des frühest­ möglichen Zeitpunkts der Entlastung des Werkstückes von der Biegekraft für jeden Werkstückschenkel eine Meß­ strahlquelle und eine Kamera zum lageempfindlichen Detektieren einer mittels der Meßstrahlquelle auf den Werkstückschenkel projizierten optischen Linie aufweist,

Fig. 2 einen Querschnitt der Anordnung gemäß Fig. 1, wobei die Werkstückschenkel in unterschiedlichen Lagen dargestellt sind, um das Zurückfedern des Werkstückmaterials beim Entlasten des Werkstücks von dem Biegewinkel zu verdeutli­ chen, wobei der zwischen den unterschiedlichen Werkstück­ schenkellagen eingeschlossene Rückfederungswinkel vergrößert dargestellt ist und

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Feldes mit parallelen Reihen von Pixeln des optischen Sensors der Aufnahmekame­ ra, wobei auch das Abbild der auf den Werkstückschenkel projizierten optischen Linie auf dem Sensor der Auf­ nahmekamera erkennbar ist.

Eine in den Fig. 1 und 2 im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung dient zur Ermittlung der Lage- oder Winkellage der Werkstückschenkel 2 eines Werkstücks 3 beim Biegen mittels eines Unterwerkzeugs 4 und eines Oberwerkzeugs 5, wenn das Oberwerkzeug 5 das Werkstück 3 gegenüber dem Unterwerkzeug 4 nahezu oder ganz entlastet.

Wie in Fig. 2 besonders gut erkennbar ist, weist das als Matrize ausgebildete Unterwerkzeug 4 eine Kerbe auf, über die das Werkstück 3 während des Biegevorganges mit den Außenflächen seiner Werkstück­ schenkel 2 auf den Kerbenrändern aufliegen, angeordnet ist. Während des Biegevorganges greift das Oberwerkzeug 5 an der der Kerbe abgewandten Seite des Werkstücks 3 an und drückt dieses bereichsweise in die Kerbe, wobei die Werkstückschenkel 2 aufeinander zu verschwenkt werden. Neben der erwünschten plastischen Verformung des Werkstücks 3 tritt beim Biegen auch eine unerwünschte elastische Verformung des Werkstück-Werkstoffs auf, die beim Entlasten des Werkstücks 3 zu einem Rückfedern der Werkstückschenkel 2 führt. In Fig. 2 ist der Rückfederungswinkel an einem der Werzeugschenkel 2 mit α bezeichnet, wobei dieser zur Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt ist.

Mittels der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Vorrichtung läßt sich der frühestmögliche Zeitpunkt ermitteln, bei dem beim Nachlassen oder Beenden der Biegeverformung das Werkstück 3 entlastet oder nahezu entlastet ist. Im entlasteten oder nahezu entlasteten Zustand kann dann der zwischen den Werkstückschenkeln 2 eingeschlossene Biegewinkel gemessen und mit einem Referenz- oder Soll-Wert verglichen werden. Ist die Abweichung des ermittelten Biegewertes von dem Sollwert größer als ein vorgegebener Toleranzwert, wird eine Korrekturbiegung durchgeführt.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung 1 weist eine optische Meß­ strahlquelle 6 auf, die ein optisches Strahlungsbündel 7 aussendet, das nachfolgend kurz als Meßstrahl bezeichnet ist und auf den Werkstückschenkel 2 gerichtet ist. Am Auftreffort auf den Werkstückschenkel 2 erzeugt der Meßstrahl 7 eine optische Markierung.

Die Meßstrahlquelle 6 ist so gestaltet, daß der Meßstrahl 7 sich ausgehend von der Meßstrahlquelle 6 zu dem Werkstück 3 hin fächerförmig aufweitet und auf dem Werkstückschenkel 2 eine durchgehende, unterbrochene oder punktierte Lichtlinie 8 als optische Markierung erzeugt. Dabei verläuft die Lichtlinie 8 etwa parallel zur Biegelinie 9 des Werkstücks 3.

Die Lichtlinie 8 wird auf einen positionsempfindlichen optischen Sensor 10 einer ein Objektiv oder dergleichen Abbildungseinrichtung aufweisenden Kamera 11 abgebildet. In Fig. 1 ist erkennbar, daß die Erstreckungsebene des Meßstrahls 7 und die optische Achse 12 der Kamera 11 unter einem Winkel zueinander geneigt sind, so daß sich die Lage des Abbilds 8' der Lichtlinie 8 auf dem optischen Sensor 10 bei einer Veränderung der Lage oder Winkellage des Werkstückschenkels 2 quer zur optischen Achse 12 der Kamera 11 auf dem Sensor 10 verschiebt. Die Lage des Abbilds 8' der Lichtlinie 8 relativ zu dem Sensor 9 ist somit vom Biegewinkel des Werkstücks 3 abhängig.

Die Vorrichtung 1 weist eine in der Zeichnung nicht dargestellte Auswerteeinrichtung auf, die mit der Kamera 11 verbunden ist und die der Änderung der Lage der Lichtlinie 8 auf dem Werkstück 3 aus Sicht der Kamera 11 entsprechende Änderung der Lage des Abbilds 8' dieser Lichtlinie 8 auf dem optischen Sensor 9 ermittelt. Wenn die Änderung der Lage der Lichtlinie 8 beziehungsweise deren Abb. 8' Null oder nahezu Null ist, ist das Werkstück 3 entlastet oder nahezu entlastet. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind jedem Werkstückschenkel 2 jeweils zwei optische Meßstrahlquellen 6 und eine Kamera 11 zugeordnet. Jede der Meßstrahlquellen 6 projiziert jeweils zwei etwa parallel zueinander verlaufende Lichtlinien 8 auf einen der Werkstückschenkel 2. Um zwei parallele Lichtlinien 8 gemäß Fig. 3 auf einem Werkstückschenkel 3 zu erhalten, könnten auch jeweils zwei Meßstrahlquellen 6 für jeden Werkstück­ schenkel 2 vorgesehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 können die beiden Abb. 8' der zueinander parallelen Lichtlinien 8 auch durch äußere Begrenzungen eines Lichtflecks gebildet sein, der parallele Begrenzungen hat, wobei dieser Lichtfleck mit einer einzigen Meßstrahlquelle 6 erzeugt werden könnte.

In Fig. 2 ist verdeutlicht, wie bei der Lageänderung eines Werkstückschenkels 2 die von den Lichtquellen 8 projizierten und in Fig. 2 nur als Punkt erscheinenden Lichtlinien 8 aus Sicht der Kamera 11 ihre Lage ändern. Wie anhand der in Fig. 3 gezeigten Abb. 8' dieser Lichtlinien 8 auf dem ein Array mit in mehreren Reihen 13 und Spalten angeordneten Pixeln 14 aufweisenden Sensor 10 erkennbar ist, ergibt sich bei einer Änderung der Lage oder Winkellage des Werkstückschenkels 2 eine Verschiebung der Abb. 8' der Lichtlinien 8 auf dem Sensor 10. In Fig. 3 sind die Abb. 8' der Lichtlinien 8 in der einen der beiden in Fig. 2 gezeigten Winkellagen des Werkstücks 3 als durchgezogene Linien und in der anderen Winkellage schematisch als unterbrochene Linien dargestellt. Deutlich ist erkennbar, daß sich bei einer Änderung der Winkellage des Werkstückschenkels 2 der Abstand der beiden auf den Werkstückschenkel 2 projizierten Lichtlinien 8 verändert. Eine eventuelle Lageverschiebung des Werkstücks 3 wirkt sich dagegen auf die Änderung des Abstandes der detektierten Lichtlinien 8' praktisch nicht aus. Somit läßt sich aus der Abstandsänderung der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung des Werkstücks 3 ermitteln. Die Abstandsänderung kann dazu beispielsweise mit einem vorgegebenen Referenzwert verglichen werden, wobei beim Erreichen oder Unterschreiten dieses Referenzwertes der entlastete Zustand erkannt wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der optische Sensor 10 um seine optische Achse 12 etwas verdreht angeordnet, so daß die Reihen 13 der Pixel 14 gegenüber der Erstreckungsrichtung der Abb. 8' der beiden Lichtlinien 8 auf dem Sensor 10 schräg und unter einem spitzen Winkel verlaufen. Anhand der Fig. 3 wird deutlich, daß durch diese relative Schräglage der Pixelreihen 10 gegenüber den zu detektierenden Lichtlinien 8' schon eine ganz geringe Verschiebung dieser Lichtlinien 8' durch eine Entsprechende Lageänderung eines Biegeschenkels 2 zu einer Änderung der optischen Beaufschlagung von Pixeln 14 führt und detektiert werden kann.

Es sei noch erwähnt, daß auch eine geringfügige Schrägstellung der Lichtlinie 8 gegenüber der Biegelinie 9 zu guten Meßergebnissen führen kann, solange die Lichtlinie 8 oder die Lichtlinien 8 noch im wesentlichen parallel zur Biegelinie 9 verlaufen. Dies gilt vor allem dann, wenn die Pixelreihen 13 gegenüber der oder den Abb. 8' der Lichtlinie(n) gemäß Fig. 3 etwa schräg angeordnet sind. Dabei können sowohl die Pixelreihen 13 als auch die Lichtlinie 8 jeweils - einander entgegengesetzt - geringfügig gegenüber der Biegelinie 9 schräg verlaufen.

Durch die Projektion und Detektion einer oder mehrerer Lichtlinien 8 können eventuelle Oberflächenungenauigkeiten oder Rauhigkeiten an dem Werkstückschenkel 2 bei seiner Lagebestimmung eliminiert werden. Entsprechend genau kann die Winkellage des Werkstückschenkels 2 aufgrund trigonometrischer Berechnungen(Triangulation)ermittelt werden, da die Abstände und Winkellagen der Meßstrahlquelle 6, der Kamera 11 und des Werkstücks 3 vorgegeben und bekannt sind.

Aus Platzgründen und zur Berücksichtigung des Oberwerkzeugs 5 ist es besonders günstig, wenn das Meß- oder Lichtbündel 7, wie in Fig. 1 und 2 erkennbar, auf die dem Oberwerkzeug 5 oder dem Stempel abgewandte Außenseite des Winkelschenkels 2 projiziert wird.

Bei dem Biegeverfahren federt das biegeverformte Werkstück 3 beim Nachlassen oder Beenden der BiegeVerformung durch Entlastung des Werkstückes 3 von der Biegekraft aufgrund der Elastizität seines Werkstoffes etwas zurück. Im entlasteten oder nahezu entlasteten Zustand wird der entstandene Biegewinkel gemessen und im Falle einer Abweichung des ermittelten Biegewinkels von einem Sollwert wird eine Korrekturbiegung durchgeführt. Ein optischer Meßstrahl 7 wird auf den oder die hinsichtlich der Winkelstellung zu kontrollierenden Werkstückschenkel 2 gerichtet und als Lichtebene oder Lichtbündel so gestaltet, daß auf dem Werkstück 3 oder Werkstückschenkel 2 eine Lichtlinie 8 oder Lichtstrecke oder eine geometrische Form erzeugt wird. Die vom Biegewinkel abhängige Lage des Auftreffortes auf dem Werkzeugschenkel 2 wird mittels einer Kamera 11 aus deren Sicht erfaßt und aus der Änderung der Lage des Auftreffortes aus Sicht der Kamera 11 wird der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt.

Claims (23)

1. Verfahren zum Freibiegen oder Schwenkbiegen eines Werkstückes (3), wobei dieses durch den Biegevorgang verformt wird und beim Nachlassen oder Beenden der Verformung insbesondere durch Entlastung des Werkstückes (3) von der Biegekraft aufgrund der Elastizität seines Werkstoffes etwas zurückfedert, wobei der entstandene Biegewinkel am Ende des Umformprozesses im entlasteten oder nahezu entlasteten Zustand gemessen wird und im Falle einer Abweichung des ermittelten Biegewinkels von einem Sollwert eine Korrekturbiegung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein optischer Meßstrahl (7) auf den oder die hinsichtlich der Winkelstellung zu kontrollierenden Werkstückschenkel (2) gerichtet und als Lichtebene oder Lichtbündel so gestaltet wird, daß auf dem Werkstück (3) oder Werkstückschenkel (2) eine Lichtlinie oder Lichtstrecke oder eine geometrische Form erzeugt wird, daß die vom Biegewinkel abhängige Lage des Auftreffortes auf dem Werkzeugschenkel (2) mittels eines optischen Sensors (10) aus dessen Sicht erfaßt und aus der Änderung der Lage des Auftreffortes aus Sicht des optischen Sensors (10) der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) ein Bildsensor einer Kamera (11) ist und vorzugs­ weise als optoelektronisches Sensorarray mit einer Vielzahl von in einer oder mehreren Reihen (13) nebeneinander an­ geordneten Pixeln (14) ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtlinie (8) als unterbrochene oder punktierte Linie auf den Werkstückschenkel (2) projiziert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtlinie (8) oder Lichtstrecke oder eine Begrenzungslinie der geometrischen Form des Lichtfleckes im wesentlichen parallel zu der Biegelinie (9) des Werkstückes (3) auf den Werkzeugschenkel (2) projiziert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, daß eine gerade oder leicht gekrümmte Lichtlinie (8) durch eine Lichtebene oder einen Lichtfächer oder als Begrenzungslinie einer durch ein Lichtbündel gebildeten geometrischen Form, beispielsweise eines Dreieckes, Viereckes oder Trapezes erzeugt wird oder daß die Lichtlinie (8) als Symmetrie-Linie der geometrischen Form ermittelt wird, insbesondere als Durchmesser eines Kreises oder einer Ellipse oder als Mittellinie oder Diagonale eines Vieleckes.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtlinie (8) oder die Begrenzungslinie der geometrischen Form so auf den Werkstückschenkel (2) projiziert wird, daß das Abbild (8') der Lichtlinie (8) oder der Begrenzungslinie auf dem optischen Sensor (10) mit einer Reihe (13) von Aufnahme-Pixeln des optischen Sensors (10) zumindest bereichsweise einen spitzen Winkel von weniger als 45°, beispielsweise einen Winkel von etwa 3° bis 10°, bevorzugt etwa 5° bis 6°, bildet.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens zwei beabstandete Lichtlinien (8) oder Begrenzungs- oder Symmetrie-Linien auf das Werkstück (3) oder auf den Werkstückschenkel (2) projiziert werden und daß aus der Änderung des Abstandes der beiden Linien (8) aus Sicht des optischen Sensors (10) der Zeitpunkt kurz vor oder bei oder nach der Entlastung ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zum Einstellen des Winkels der Pixel-Reihe (13) oder Pixel-Reihen (13) gegenüber der oder den Licht- oder Symmetrie-Linien die Kamera (11) um ihre optische Achse verdreht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens ein optischer Meßstrahl (7) auf die Außenseite des Winkelschenkels (2) oder der Winkelschenkel (2) projiziert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Werkstück (3) in vollständig entlastetem Zustand beim Freibiegen nicht zwischen einem Oberwerkzeug (5) und einem Unterwerkzeug (4) eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstückes (3) durch die Änderung der Bewegungsrichtung der Lichtlinie (8), Lichtstrecke oder geometrischen Form aus Sicht des optischen Sensors (10) ermittelt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein Biegezustand während der Entlastung ermittelt wird, bei dem das Werkstück (3) noch durch die Biegewerkzeuge oder dergleichen eingespannt, aber die Entlastung nahezu vollständig ist, wobei die Entlastung bei einem vorgegebenen Wert für die Änderung der Lage der Lichtlinie (8) oder dergleichen aus Sicht des optischen Sensors (10) angehalten wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lageänderung beider Werkzeugschenkel (2) kurz vor dem Ende oder bei oder nach der Entlastung jeweils mit wenigstens einer Lichtlinie (8), Lichtstrecke oder einer geometrischen Form aus der Sicht jeweils eines optischen Sensors (10) an beiden Werkstückschenkeln (2) erfaßt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstückes (3) durch die Umkehr der Änderung des Abstandes zweier Lichtlinien (8), Lichtstrecken und/oder geometrischen Formen aus Sicht des optischen Sensors (10) ermittelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener Wert für die Änderung der Lage der Lichtlinie (8) oder Lichtstrecke beim Entlasten des Werkstückes (3) etwa 0 oder nahzu 0 gewählt wird.

15. Vorrichtung zur Ermittlung der Lage oder Winkellage eines Werkstückschenkels (2) eines Werkstückes (3) beim Biegen mittels eines Unterwerkzeuges (5) und eines Oberwerkzeuges (4), wenn das Oberwerkzeug (5) das Werkstück (3) gegenüber dem Unterwerkzeug (4) nahezu oder ganz entlastet, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine optische Meßstrahlquelle (6) und ein optischer Sensor (10) zum Aufnehmen eines von der Meßstrahlquelle auf das Werkstück (3) projizierten optischen Musters vorgesehen ist, daß die Meßstrahlquelle(n) (6) so angeordnet oder gestaltet ist (sind), daß das von ihr (ihnen) erzeugte Muster wenigstens eine gerade oder leicht gekrümmte, durchgehende, unterbrochene oder punktierte Lichtlinie (8) oder eine geometrische Form, Fläche oder Figur mit wenigstens einer geradlinigen Begrenzungslinien bildet, und daß der optische Sensor (10) mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, zum Ermitteln des Zeitpunkts kurz vor oder bei oder nach der Entlastung aus der Änderung der Lage des projizierten optischen Musters.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Lichtlinie (8) oder Begrenzungslinie oder eine Symmetrie-Linie der geometrischen Form, Fläche oder Figur parallel oder im wesentlichen parallel zur Biegelinie (9) verläuft.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Meßstrahlquellen (6) vorgesehen und so angeordnet sind, daß die auf den Werkstückschenkel (2) projizierten Lichtlinien (8), geraden Begrenzungslinien oder Symmetrie-Linien parallel zueinander verlaufen.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) ein vorzugsweise als optoelektronisches Sensorarray ausgebildeter Bildsensor einer Kamera (11) ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sensor (10), insbesondere die Kamera (11), um die optische Achse (12) etwas verdreht angeordnet ist, so daß die Aufnahme-Pixel (14) des Sensors (10) in einer oder mehreren schräg zu der oder den Lichtlinien (8), Begrenzungs- oder Symmetrie-Linien verlaufenden Reihen (13) angeordnet sind.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmepixel (14) des optischen Sensors (10) in parallel oder nahezu parallel zur Biegelinie (9) angeordneten Reihen (13) liegen und die Meßstrahlquelle(n) (6) so angeordnet ist (sind), daß die projizierte(n) Licht­ linie(n) (8) oder Symmetrie-Linie(n) auf dem Werkstück (3) geringfügig schräg unter einem kleinen spitzen Winkel von zum Beispiel 3° bis 10°, insbesondere 5° bis 6°, vorzugsweise 5,7°, verlaufen.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtebene oder die Richtung des von der oder den Meßstrahlquelle(n) (6) abgegebenen und auf das Werkstück (3) projizierten Meßstrahles (7) und die optische Achse (12) des Sensors (10) oder der Kamera (11) unter einem festen Winkel zueinander und mit einem festen Abstand zur Ausgangslage des zu biegenden Werkstückes (3) oder Werkstückschenkels (2) und/oder der Biege-Linie (9) angeordnet sind.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine äußere Haltevorrichtung für das Werkstück (3) aufweist, zum Verhindern seines Verkippens bei der Entlastung.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Werkzeugschenkel (2) jeweils wenigstens eine Meßstrahlquelle (6) und zum Detektieren der Lage des projizierten Meßstrahles (7) ein optischer Sensor (10) vorgesehen sind.