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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Freibiegen oder Schwenkbiegen
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 Korrektur-Biegung durchgeführt
wird, wobei ein optischer Messstrahl auf den hinsichtlich der Winkelstellung
zu kontrollierenden Werkstückschenkel
gerichtet wird.
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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, wobei eine optische
Messstrahlquelle und ein optischer Sensor zum Aufnehmen eines von
der Messstrahlquelle auf das Werkstück projizierten optischen Musters
vorgesehen ist.
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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.
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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.
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Ein
vergleichbares Verfahren und eine vergleichbare Vorrichtung sind
aus
EP 0 775 028 B1 bekannt.
Zur Bestimmung des frühestmöglichen
Zeitpunktes, bei dem das Werkstück
entlastet oder nahezu entlastet ist, wird dabei 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 Biegevorrichtung sowie relativ zueinander bewegbar sind und
sich in Messstellung an wenigstens einem der den Biegewinkel einschließenden Werkstückschenkel
abstützen.
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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. Dabei kann der Entlastungszeitpunkt
aus der Änderung des
Biegewinkels bestimmt werden.
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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 Tast elementen und somit zu zusätzlichen Messungenauigkeiten kommen.
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Weiterhin
ist ein vergleichbares Verfahren bekannt aus
DE 43 12 565 A1 . Dabei erfolgt
die Messung eines Biegewinkels während
des Biegevorgangs dadurch, dass eine Lichtlinie auf ein Werkstück projiziert
wird und der Auftreffort mittels einer Kamera erfasst wird. Der
Biegewinkel wird aus der Verschiebung des Auftreffortes berechnet.
Ein Entlastungszeitpunkt wird dabei nicht bestimmt.
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Auch
aus
EP 0 940 196 A1 ist
ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art
bekannt, womit der Biegewinkel während
des Biegens gemessen und die Differenz zwischen dem gemessenen Biegewinkel
und einem vorgegebenen Winkel an mehreren Punkten des Werkstücks erfasst
werden. Auf der Grundlage von entsprechenden Differenzen kann die
Eindringtiefe des Werkzeugs korrigiert werden.
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Aus
EP 0 470 263 A1 ist
ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen des Biegewinkels
bekannt, wobei quer zur Biegelinie verlaufende Linien auf die Biegeschenkel
projiziert werden und deren Winkeländerung erfasst und gemessen
wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der gattungsgemäßen Art
zu schaffen, die auf einfache Weise eine möglichst genaue Bestimmung des
frühestmöglichen Zeitpunkts
ermöglicht,
an dem das Werkstück
entlastet oder nahezu entlastet ist, wobei äußere Einflüsse auf den Abstand des Messsystems
zum Werkstück wie
zum Beispiel Vibrationen des Werkstücks während des Biegeverformens oder
andere Erschütterungen
aus dem Messergebnis eliminiert werden können sollen.
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Die
verfahrensmäßige Lösung dieser
Aufgabe erfolgt mit den Mitteln und Merkmalen des Patentanspruchs
1.
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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 von Lichtlinien, Licht-Strecken oder
von geometrischen Formen 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 Markierungen.
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Diese
werden auf den optischen Sensor abgebildet, wobei sich bei einer
Verschiebung der optischen Markierungen 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. Durch die Verwendung von
wenigstens zwei beabstandeten Lichtlinien oder Begrenzungs- oder
Symmetrie-Linien
können äußere Einflüsse auf
den Abstand des Messsytems zum Werkstück wie zum Beispiel Vibrationen
des Werkstücks während des
Biegeverformens oder andere Erschütterungen aus dem Messergebnis
eliminiert werden.
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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.
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Die
Lichtlinien können
als unterbrochene oder punktierte Linien auf den Werkstückschenkel projiziert
werden. Die zu detektierenden Linien können also auf unterschiedliche
Weise erzeugt werden, wodurch die jeweilige Oberflächenstruktur
des Werkstücks
berücksichtigt
werden kann.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist
vorgesehen, dass die Lichtlinien oder Lichtstrecken oder Begrenzungslinien
der geometrischen Form von Lichtflecken im wesentlichen parallel
zu der Biegelinie des Werkstückes auf
den Werkzeugschenkel projiziert werden. 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 Linien
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.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist vorgesehen, dass gerade oder leicht gekrümmte Lichtlinien
durch eine Lichtebene oder einen Lichtfächer oder als Begrenzungslinie
einer durch ein Lichtbündel
gebildeten geometrischen Form, beispielsweise eines Dreieckes, Viereckes oder
Trapezes erzeugt werden oder dass die Lichtlinien als Symmetrie-Linien
der geometrischen Form ermittelt werden. 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.
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Vorteilhaft
ist, wenn die Licht-Linien oder die Begrenzungslinien der geometrischen
Form so auf den Werkstückschenkel
projiziert werden, dass das Abbild der Licht-Linien oder der Begrenzungslinien 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.
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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.
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Durch
die vorerwähnte
Ausgestaltung des Verfahrens mit einer Winkelanordnung zwischen
den Licht-Linien und der Pixelreihe kann bei einem optischen Sensor
mit mehreren nebeneinander angeordneten, ein zweidimensionales Array
bildenden Pixelrei hen 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.
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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. Dabei ist
gleichzeitig die erwähnte
Winkel- oder Schräglage
zwischen der Licht-Linie oder dergleichen und den Pixelreihen des
optischen Sensors zusätzlich
für eine
höhere
Genauigkeit von Vorteil.
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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.
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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 die Messstrahlen zu beeinträchtigen.
Wenn die Platzverhältnisse
es zulassen, kann auch ein optischer Messstrahl auf die Innenseite
des jeweiligen Werkstückschenkels
projiziert werden.
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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 Lichtlinien, Licht-Strecken oder geometrischen
Formen aus Sicht des optischen Sensors ermittelt werden.
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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 vorherbestimmbar. 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 Lichtlinien 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.
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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.
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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 Lageän derung
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.
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Die
vorstehend genannte Aufgabe wird vorrichtungsmäßig mit den Mitteln und Merkmalen
des Patentanspruchs 14 gelöst.
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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. Der Zeitpunkt der Entlastung des Werkstücks kann dann durch Auswertung
des Abstandes der Lichtlinien oder dergleichen mit großer Genauigkeit
ermittelt werden.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung verlaufen die Lichtlinien oder Begrenzungslinien oder
Symmetrie-Linien der geometrischen Form, Fläche oder Figur parallel oder
im wesentlichen parallel zur Biegelinie. Beim Biegen und Rückfedern
des Werkstücks
wird dann eine Verschiebung der Lichtlinien parallel zur Biegelinie
vermieden, so dass die Lichtlinien somit auf einfache Weise detektierbar
sind. Die Auswerteeinrichtung kann dann einen entsprechend einfachen
Aufbau aufweisen.
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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 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.
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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 Messstrahlquellen so angeordnet
sind, dass die projizierten Linien oder Licht-Linien oder Symmetrie-Linien
auf dem Werkstück
geringfügig
schräg
unter einem kleinen spitzen Winkel von zum Beispiel 3° bis 10°, insbesondere
5° bis 6°, vorzugsweise
5°, 7°, verlaufen.
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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 Ab stand und Winkellage
verstellbar vorzusehen, um eine Anpassung an unterschiedliche Werkstücke oder
Ausgangslagen zu ermöglichen.
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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 erforderlichen 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.
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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.
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Nachfolgend
ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1 in
schaubildlicher Seitenansicht eine Vorrichtung zum Ermitteln der
Lageänderung
des Schenkels eines Werkstückes
beim Freibiegen mittels eines Ober- und eines Unterwerkzeuges, wobei die
Vorrichtung zum Ermitteln des frühestmöglichen Zeitpunkts
der Entlastung des Werkstückes
von der Biegekraft für
jeden Werkstückschenkel
eine Meßstrahlquelle
und eine Kamera zum lageempfindlichen Detektieren einer mittels
der Meßstrahlquelle
auf den Werkstückschenkel
projizierten optischen Linie aufweist,
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2 einen
Querschnitt der Anordnung gemäß 1,
wobei die Werkstückschenkel
in unterschiedlichen Lagen dargestellt sind, um das Zurückfedern
des Werkstückmaterials
beim Entlasten des Werkstücks
von dem Biegewinkel zu verdeutlichen, wobei der zwischen den unterschiedlichen
Werkstückschenkellagen
eingeschlossene Rückfederungswinkel
vergrößert dargestellt
ist und
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3 eine
schematische Darstellung eines Feldes mit parallelen Reihen von
Pixeln des optischen Sensors der Aufnahmekamera, wobei auch das
Abbild der auf den Werkstückschenkel
projizierten optischen Linie auf dem Sensor der Aufnahmekamera erkennbar
ist.
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Eine
in den 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.
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Wie
in 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 Werkstückschenkel 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 2 ist
der Rückfederungswinkel
an einem der Werkzeugschenkel 2 mit α bezeichnet, wobei dieser zur
Verdeutlichung stark vergrößert dargestellt
ist.
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Mittels
der in den 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.
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Die
in 1 schematisiert gezeigte Vorrichtung 1 weist
eine optische Meßstrahlquelle 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.
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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.
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Die
Lichtlinie 8 wird auf einen positionsempfindlichen optischen
Sensor 10 einer ein Objektiv oder dergleichen Abbildungseinrichtung
aufweisenden Kamera 11 abgebildet. In 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.
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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 Abbildung 8' Null oder nahezu
Null ist, ist das Werkstück 3 entlastet
oder nahezu entlastet. Dabei sind gemäß 2 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 3 auf einem
Werkstückschenkel 3 zu
erhalten, könnten
auch jeweils zwei Meßstrahlquellen 6 für jeden
Werkstückschenkel 2 vorgesehen
sein. Bei dem Ausführungsbeispiel
nach 3 können
die beiden Abbildungen 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.
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In 2 ist
verdeutlicht, wie bei der Lageänderung
eines Werkstückschenkels 2 die
von den Lichtquellen 8 projizierten und in 2 nur
als Punkt erscheinenden Lichtlinien 8 aus Sicht der Kamera 11 ihre
Lage ändern.
Wie anhand der in 3 gezeigten Abbildungen 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 Abbildungen 8' der Lichtlinien 8 auf
dem Sensor 10. In 3 sind die
Abbildungen 8' der
Lichtlinien 8 in der einen der beiden in 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.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
nach 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 Abbildungen 8' der beiden Lichtlinien 8 auf
dem Sensor 10 schräg
und unter einem spitzen Winkel verlaufen. Anhand der 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.
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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 Abbildungen 8' der Lichtlinie(n)
gemäß 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.
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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 aufgrundtrigonometrischer
Berechnungen (Triangulation) ermittelt werden, da die Abstände und
Winkellagen der Meßstrahlquelle 6,
der Kamera 11 und des Werkstücks 3 vorgegeben und
bekannt sind.
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Aus
Platzgründen
und zur Berücksichtigung des
Oberwerkzeugs 5 ist es besonders günstig, wenn das Meß- oder
Lichtbündel 7,
wie in 1 und 2 erkennbar, auf die dem Oberwerkzeug 5 oder
dem Stempel abgewandte Außenseite
des Winkelschenkels 2 projiziert wird.
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Bei
dem Biegeverfahren federt das biegeverformte Werkstück 3 beim
Nachlassen oder Beenden der Biege Verformung 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.