DE10130937C1

DE10130937C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofils

Info

Publication number: DE10130937C1
Application number: DE10130937A
Authority: DE
Inventors: Ralf Warnemuende; Dirk Berndt
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-06-27
Filing date: 2001-06-27
Publication date: 2003-01-30
Anticipated expiration: 2021-06-28
Also published as: WO2003002280A8; WO2003002280A1; US20040257589A1; DE50204272D1; EP1401595A1; EP1401595B1; US7489412B2; ATE304416T1

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Ermittlung der Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofils, insbesondere eines Rohres, das im Bereich längs einer ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils in einer Zuführ- und Fixiereinheit gehalten und mittels einer Biegevorrichtung um einen vorgebbaren Biegewinkel alpha derart gebogen wird, dass sich an einer Seite eines durch die Biegung hervorgerufenen gebogenen Bereiches des Strangprofils der Bereich der ersten geradlinigen Mittelachse (A) und an der gegenüberliegenden Seite ein Bereich mit einer zweiten geradlinigen Mittelachse (B) anschließen. Ferner wird eine entsprechende Biegevorrichtung beschrieben. DOLLAR A Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die räumliche Lage der zweiten geradlinigen Mittelachse (B) relativ zur bekannten räumlichen Lage der ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils ermittelt wird, während das Strangprofil von der Zuführ- und Fixiereinheit raumfest gehalten und der gebogene Bereich des Strangprofils von der Biegevorrichtung freigegeben wird, und dass der Biegewinkel alpha durch Schnittbildung beider Achsen (A) und (B) ermittelt wird.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung der Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofils, insbesondere eines Rohres, das im Bereich längs einer ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils in einer Zuführ- und Fixiereinheit gehalten und mittels einer Biegevorrichtung um einen vorgebbaren Biegewinkels α derart gebogen wird, dass sich an einer Seite eines durch die Biegung hervorgerufenen gebogenen Bereiches des Strangprofils der Bereich der ersten geradlinigen Mittelachse (A) und an der gegenüberliegenden Seite ein Bereich mit einer zweiten geradlinigen Mittelachse (B) anschließen.

Stand der Technik

Strangprofile im vorstehenden Sinne sind als Meterware vorliegende, stangenartig ausgeformte Elemente, die herstellungs- und materialbedingt längs ihrer Erstreckung über eine Mindeststeifigkeit verfügen und die zu Zwecken einer räumlichen Verformung einem plastischen Biegeprozess unterworfen werden können, durch den eine bleibende plastische Biegeverformung im Sinne einer verbleibenden Krümmung entsteht. Insbesondere betrifft dies Rohre oder Strangprofile aus Vollmaterial, die aus Metall bestehen und die es gilt in Abhängigkeit ihrer späteren Verwendung individuell zu verformen.

Die weiteren Ausführungen beziehen sich hauptsächlich auf Rohre als Hohlleitungen bestehend aus plastisch verformbaren Material, vorzugsweise Metall doch können die nachstehenden Ausführungen auch auf Strangprofile anderer Geometrien und Formen übertragen werden, bei denen die Raumform verändernde Maßnahmen zu treffen sind.

Rohre finden bspw. in Gestalt von Rohrleitungssystemen für die Übertragung bzw. Leitung von gasförmigen oder flüssigen Medien Anwendung und weisen je nach örtlichen Gegebenheiten längs ihrer Erstreckung Krümmungen bzw. Rohrbiegungen auf. Bspw. sei in diesem Zusammenhang auf das im Kfz-Bereich eingesetzte, aus Metall gefertigte Rohrleitungssystem hingewiesen, das mit Bremsflüssigkeit gefüllt für die Übertragung von Bremskräften dient. An ein derartiges Rohrleitungssystem werden hohe Anforderungen hinsichtlich Dichtheit und mechanische Stabilität gestellt, so dass die zumeist über mehrere Meter verlaufenden Rohrleitungen einstückig gefertigt sind, trotz dem Vorsehen einer Vielzahl von Biegungen und Krümmungen längs des jeweiligen Rohrleitungsverlaufs, aufgrund der am Kfz sehr beschränkt herrschenden Platzbedingungen.

Derartige, im Rohrquerschnitt zumeist wenige mm bis cm messenden Rohre werden zur Bearbeitung in entsprechende Biegevorrichtungen eingebracht, in denen das zu biegende Rohr einseitig fixiert und mittels eines Biegekopfes lokal verformt wird.

Diesbezügliche bekannte Biegevorrichtungen sind bspw. in der DE 43 35 901 A1, DE 195 30 805 A1 sowie der CH 689 378 A5 beschrieben. Biegemaschinen lassen sich grundsätzlich in zwei Kategorien unterteilen, nämlich Biegemaschinen mit ortsfestem Biegekopf, bei dem das zu biegende Rohr einen zumeist aus zwei Biegebacken bestehenden ortsfesten Biegekopf über eine Zuführ- und Fixiereinheit zugeführt wird und durch Zusammenführen beider Biegebacken entsprechend plastisch verformt wird. Biegemaschinen der anderen Kategorie sehen einen bewegten Biegekopf vor, bei dem relativ zu einem fixierten Rohr ein translatorische und rotatorische Bewegungen durchführender Biegekopf bewegt wird, der an geeigneter Stelle gegen das Rohr zur Herstellung einer Krümmung lokal verpresst wird.

Zur Kontrolle und Qualitätsüberprüfung der Biegeergebnisse, wird in an sich bekannter Weise das Rohr vollständig aus der Biegevorrichtung entnommen und als loses Einzelstück entsprechend überprüft. Zur Überprüfung kommen sowohl berührend, also taktil arbeitende Systeme als auch berührungslos arbeitende, vorrangig auf optischer Basis beruhende Messsysteme zum Einsatz. Taktile Messsysteme sind sog. Koordinatenmessmaschinen oder Gelenkmessarme, mittels derer die gebogene Rohroberfläche an einer Vielzahl von Oberflächenbereichen punktförmig abgetastet wird, wobei eine Anzahl von dreidimensionalen Koordinatenpunkten bezogen zu einem Bezugskoordinatensystem gewonnen wird, aus der durch nachfolgende mathematische Approximation eine vollständige Geometrie des gebogenen Rohres berechnet werden kann.

Alternativ dazu sehen berührungslos arbeitende Methoden vor, das gebogene Rohr mit Hilfe punkt- oder linienförmiger Triangulationsverfahren oder Photogrammetrieverfahren abzutasten, um ebenfalls mit mathematischen Auswertemethoden die Rohrgeometrie zu bestimmen.

Auch sind Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Rohrgeometrie bekannt, die mit Hilfe gabelförmiger Anordnungen unter Verwendung optischer Lichtschranken arbeiten, die längs zur Erstreckung des gebogenen Rohres bewegt werden und hierbei 3-D-Oberflächenpunkte erfasst werden, die wie bereits vorstehend erwähnt einem mathematischen Auswertealgorithmus zur Bestimmung der dreidimensionalen Raumgeometrie zugeführt werden.

So beschreibt die DE 43 30 420 A1 eine Rohrbiegemaschine mit einem von einem Schlitten getragenen Biegekopf, der eine erste zu einem Gehäuse des Biegekopfes stationäre Biegerolle und eine zweite an einem Biegearm angeordnete Biegerolle aufweist. Die Achsen der Biegerollen verlaufen parallel zueinander und senkrecht zur Achse des zu biegenden Rohres. Ferner sind zwei Antriebsmotoren vorgesehen, von denen einer zum Verfahren des Schlittens längs einer Führung und damit zum Verfahren des Biegekopfes längs des Rohres und ein zweiter Antriebsmotor zum Schwenken des Biegearms um die Achse der ersten Biegerolle dient. Im Getriebezug zwischen dem zweiten Antriebsmotor und dem Biegekopf ist ein Winkelmessgeber vorgesehen, über den der Biegewinkel (α) des Biegearms erfasst werden kann. Die jeweilige Stellung des Biegearms mit Biegerolle wird durch den Winkelmessgeber zu einer Schaltung übermittelt, wobei durch einen Soll-Ist-Wert- Vergleich der Biegewinkel bestimmt wird, um den das Rohr gebogen werden soll.

Durch die in dieser Druckschrift beschriebene Schaltung ist es somit lediglich möglich, den Ist-Wert der erfolgten Bewegung des Biegearms mit einem in die Steuerung einzugebenden Soll-Wert zu vergleichen. Die Rückfederung des Rohres, die nach dem Lösen der Spannvorrichtung erfolgt, kann mittels dieser Vorrichtung nicht berücksichtigt werden, da der Biegewinkel nur im eingespannten Zustand des Rohres ermittelt wird.

Einen Schritt weiter geht hier die DE 197 46 219 A1, in der eine Biegemaschine zum Biegen von stangenförmigem Material beschrieben wird. Das stangenförmige Material, insbesondere ein Rohr, wird an einem Teilstück sowie an einem an dieses Teilstück anschließenden zu biegenden Rohrabschnitt gehalten. Anschließend wird der zu biegende Rohrabschnitt um einen vorgebbaren Winkel gebogen und die Rückfederung des gebogenen Rohres gemessen, so dass das Rohr gegebenenfalls nachgebogen werden kann. Nach dem Lösen der Spannvorrichtung erfolgt am gebogenen Rohrabschnitt die Messung der Rückfederung. Dies geschieht mittels eines Tastbolzens, der aussenseitig an der Rohrwand anliegt, und durch den die beim Auffedern erfolgende Bewegung des Rohrschenkels relativ zu dem in Position gehaltenen Biegewerkzeug auf einen Drehweggeber übertragen wird. Damit steht nach dem Öffnen der Spanneinrichtung bei unveränderter Lage der übrigen Maschinenelemente das Rückfedermaß zur Verfügung.

Die Ermittlung der räumlichen Lage des gebogenen Rohrabschnittes, insbesondere seiner Mittelachse, ist allerdings auch mit der in dieser Druckschrift beschriebenen Messanordnung nicht möglich.

Darüber hinaus wird in der DE 44 36 442 A1 ein Verfahren zur Biegung von Rohren, an die hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt werden, beschrieben. Das Verfahren findet beispielsweise in der Luft- und Raumfahrtindustrie Anwendung. Zunächst wird ein Rohrabschnitt mit einer vorgebbaren Länge versehen und anschließend im Bereich einer numerisch gesteuerten Biegeeinrichtung mit einem vorgebbaren Biegungsverlauf versehen. Vor der Durchführung eines Serienbiegungsablaufes zur Herstellung einer Mehrzahl gleichgebogener Rohrabschnitte wird eine Biegeparameter-Vorgabe für die Biegeeinrichtung mit einem Soll-Parametersatz geladen. Als Biegeparameter werden eine Winkelrückfederung, eine Bogenaufweitung und eine Längung für zwei unterschiedliche Grenzwinkel zunächst für ein Musterrohr ermittelt. Die so ermittelten Grenzwinkel werden als obere und untere Intervallgrenzen für vorgebbare Biegewinkel von Serienrohren gewählt.

Bei dem in dieser Druckschrift beschriebenen Verfahren erfolgt zunächst die Ermittlung eines bestimmten Soll-Parametersatzes an einem Musterrohr. Anschließend werden die entsprechenden Biege-Parameter als Solldatensatz in eine Steuerung eigegeben und auf die Serienrohre übertragen. Eine Ermittlung der durch die Rohrbiegung erzeugten Rohreigenschaften direkt im Anschluss an den Biegevorgang, um damit eine sofortige Änderung des Solldatensatzes durchführen zu können, ist mit diesem Rohrbiegeverfahren nicht möglich.

Die DE 196 00 176 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb einer Rohrbiegemaschine. Bei der beschriebenen Rohrbiegemaschine ist an einem Schwenkarm, der um eine Biegeschablone herum schwenkbar ist, eine Sensoreinrichtung angebracht, die während der Rückschwenkbewegung des Schwenkarms den gebogenen Rohrabschnitt abtastet und auf Fehlstellen, wie Risse, Löcher oder Rillen untersucht. Erst nach Beendigung der Rückschwenkbewegung des Schwenkarms wird das Rohr von der Biegeschablone entfernt. Damit wird in dieser Druckschrift lediglich ein Schwenkarm einer Rohrbiegemaschine offenbart, der über eine Sensoreinrichtung verfügt, der nach einem Biegevorgang während der Rückschwenkbewegung den gebogenen Rohrabschnitt auf Fehlstellen abtastet. Beispielsweise wird bei einer optischen Rohrabtastung der Umstand genutzt, dass ein Lichtstrahl, der auf das Rohr gerichtet ist, an einem Riss oder Loch anders reflektiert oder gestreut wird als bei glatter Rohroberfläche. Damit ermöglicht es auch dieses Meßverfahren nicht, genaue Daten über die Form des Rohres direkt im Anschluß an den Biegeprozeß und noch im wenigstens teilweise eingespannten Zustand des Rohres zu erhalten.

Schließlich beschreibt die US 5,992,210 eine Vorrichtung zur Biegung eines Endlosrohrstranges. Die Vorrichtung verfügt über eine Zuführeinheit, jeweils eine Fixiereinheit für den zu biegenden sowie den nicht zu biegenden Rohrabschnitt und einen Schwenkarm, durch den der zu biegende Rohrabschnitt in die gewünschte Form gebracht wird. Nach dem Biegevorgang wird die Fixiereinrichtung, die sich am Schwenkarm befindet, gelöst und über Sensoren die hergestellte Form erfasst. Damit erfasst diese Sensoreinrichtung lediglich die Außenkontur des Rohres an diskreten Punkten und stellt keine Daten zur Verfügung, mit deren Hilfe die räumliche Lage des Rohres im Raum dargestellt werden kann.

Allen bekannten Verfahren zur Bestimmung der dreidimensionalen Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofiles, insbesondere eines gebogenen Rohres haftet jedoch der Nachteil an, dass die Bestimmung der Raumgeometrie nach erfolgter Biegung und vollständiger Loslösung des gebogenen Strangprofils aus der Biegevorrichtung erfolgt. Gilt es bspw. längs eines Rohres eine Anzahl unterschiedlicher Krümmungen einzuarbeiten, wobei die Biegevorgänge für die Erzeugung der einzelnen Krümmungen unmittelbar aufeinanderfolgend längs des Rohres durchgeführt werden, so kann mit den bisher bekannten Techniken lediglich das fertig gebogene Endprodukt in seiner Gesamtheit messtechnisch erfasst werden, nachdem das vollständig gebogene Rohr aus der Biegevorrichtung losgelöst ist. Stellt sich dabei heraus, dass eine der Anzahl eingearbeiteter Krümmungen fehlerhaft ist, bspw. weicht der tastächliche Biegewinkel vom erwünschten Soll- Biegewinkel ab, so ist das gesamte gebogene Rohr als Ausschussprodukt anzusehen. Handelt es sich bspw. um dünnwandige Rohrsysteme, wie sie bspw. als Bremsleitungen im Kfz-Bereich eingesetzt werden, um beim obigen Beispiel zu bleiben, so verfügen die bis zu über mehrere Meter reichenden, gebogenen Rohrleitungen nur über eine geringe Eigenstabilität, so dass sie ohne weitere Hilfsschablonen zum Abstützen des Eigengewichtes in ihrer tatsächlich gebogenen Raumform nicht vermessen werden können.

Genaue Kenntnisse jedoch über die exakte Raumform der durch den Biegevorgang erzeugten Krümmungen sowie Kenntnis über die gesamte tatsächliche räumliche Gestalt einer gebogenen Rohrleitung, insbesondere bei Vorliegen einer Vielzahl längs einer Rohrleitung eingearbeiteter Krümmungen sind besonders wichtig für die Beurteilung einer Qualitätskontrolle insbesondere bei Rohrleitungen, die passgenau in entsprechende Gegenhalterungen eingefügt werden müssen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Ermittlung der Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofils, insbesondere eines Rohres, das im Bereich längs einer ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils in einer Zufuhr- und Fixiereinheit gehalten und mittels einer Biegevorrichtung um einen vorgebbaren Biegewinkel α derart gebogen wird, dass sich an einer Seite eines durch die Biegung hervorgerufenen Bereiches des Strangprofils der Bereich der ersten geradlinigen Mittelachse (A) und an der gegenüberliegenden Seite ein Bereich mit einer zweiten geradlinigen Mittelachse (B) anschließen, derart anzugeben, dass bei Vorsehen einer Vielzahl längs des Rohres nacheinander durchzuführender Biegevorgänge jeder einzelne Biegewinkel exakt bestimmt werden soll. Überdies gilt es durch Messung weiterer die Raumgeometrie des gebogenen Rohres bestimmende Parameter zu messen, so dass nach erfolgtem einmaligen Biegevorgang sofort eine Aussage darüber getroffen werden kann, ob der Biegevorgang das erwünschte Biegeergebnis erzielt hat.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 als Verfahren angegeben. Gegenstand des Anspruches 13 ist eine erfindungsgemäß weitergebildete Vorrichtung zum Biegen von Strangprofilen, insbesondere zum Biegen eines Rohres. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu entnehmen.

Zur Bestimmung des durch den Biegevorgang eines Strangprofils, bspw. eines Rohrs, erzeugten Biegewinkels ist es erforderlich, dass der Biegevorgang längs eines geradlinig verlaufenden Abschnittes des Rohres durchgeführt wird, so dass nach Durchführung des Biegevorganges ein gekrümmter Rohrbereich erhalten wird, an dem sich beidseitig geradlinig verlaufende Rohrabschnitte anschließen. Zur Vereinfachung der Darlegung des Sachverhaltes wird als Strangprofil ein Rohr verwendet, doch kann das Rohr auch durch weitere Alternativen ersetzt werden, bspw. durch Rundstangen aus Vollmaterial oder sonstige geometrisch geformte Strangprofile.

Zur Ermittlung des Biegewinkels α gilt es nun, die exakte Lage beider Mittelachsen der geradlinig verlaufenden Rohrabschnitte, die sich jeweils beidseitig an den gekrümmten Rohrabschnitt anschließen, zu ermitteln.

Bedingt durch die räumlich definierte Anordnung zwischen der das Rohr zuführenden und fixierenden Zuführ- und Fixiereinheit sowie der Biegevorrichtung selbst, in die das Rohr im nicht gebogenen Zustand längs seiner geradlinig verlaufenden Mittelachse (A) hineingeführt wird, ist die räumliche Lage der Mittelachse (A) bezogen auf ein zugrundegelegtes Koordinatensystem als bekannt vorauszusetzen, diese wird im Übrigen auch durch den Biegevorgang nicht verändert. Nach erfolgtem Biegeprozess gilt es deshalb lediglich die räumliche Lage der geradlinig verlaufenden Mittelachse jenes geradlinigen Bereiches des Rohres zu ermitteln, das sich in Zuführrichtung an die Biegevorrichtung nachfolgend anschließt, also eben jener Bereich des geradlinigen Rohrs, der vor dem Biegevorgang die Biegevorrichtung überragt.

Zur Ermittlung der räumlichen Lage der diesbezüglichen Mittelachse (B) wird vorzugsweise ein berührungslos oder taktil arbeitender Messsensor eingesetzt, dessen räumliche Position bezogen zur Biegevorrichtung und/oder zur Zuführ- und Fixiereinheit bekannt ist. Der wesentliche Gesichtspunkt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, dass die Durchführung der Ermittlung der räumlichen Lage der Mittelachse (B) nach Vollendung des Biegvorganges erfolgt, also nachdem das Rohr von der Biegevorrichtung freigegeben ist, so dass Material-bedingte Rückfedereffekte beim Messvorgang mit erfasst werden können, und während das Rohr in der Zuführ- und Fixiereinheit fixiert bzw. gehalten bleibt.

Das Rohr verbleibt demzufolge während der Vermessung in einer durch die Zuführ- und Fixiereinheit definiert festen Position. Erst hierduch ist es möglich, dass nach Vollendung des Messvorganges das Rohr ausgehend von der "eingefrorenen" Messposition kontrolliert in eine nachfolgende Biegeposition relativ zur Biegevorrichtung verbracht werden kann, so dass ein nachfolgender Biegevorgang unter festem Raumbezug zum vorhergehenden Biegevorgang am Rohr durchgeführt werden kann.

Stellt sich jedoch heraus, dass bei einem Biegevorgang der tatsächliche Biegewinkel unter Berücksichtigung der sich durch die Freigabe des gebogenen Rohres von der Biegevorrichtung einstellenden materialbedingten Rückfederung vom erwünschten Biegewinkel zu stark abweicht, so kann entweder der Biegevorgang mit gleichen oder geänderten Biegeparametern wiederholt oder das Rohr durch ein neues Rohr ersetzt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, neben der Erfassung des Biegewinkels, wie vorstehend beschrieben, auch die Vorschublängen längs des Rohres zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegevorgängen zu erfassen, um genaue Kenntnisse über den gegenseitigen Abstand zweier gekrümmter Rohrbereiche zu erhalten. Zudem wird weiter vorgeschlagen den Drehwinkel mit einer geeigneten Drehwinkelmesseinrichtung zu messen, um den das Rohr längs seiner Mittelachse (A) während zweier Biegepositionen verdreht wird. Auf der Grundlage aller vorstehenden Informationen den Biegewinkel, die Vorschublänge sowie den Drehwinkel betreffend, für eine Vielzahl von Biegevorgängen an einer Rohrleitung, kann die gesamte Raumform der gebogenen Rohrleitung erfasst und ermittelt werden.

Die Messung des Drehwinkels ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, um das Maß einer möglichen Verdrehung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegevorgängen zu ermitteln. Da, wie vorstehend beschrieben die räumliche Lage der Mittelachse B ermittelt wird, kann aus dieser Information nicht nur der in der durch beide Mittelachsen A und B beschriebenen Ebene liegende Biegewinkel α ermittelt werden, sondern auch jener Winkel, um den das Rohr relativ zur Normalenebene zur Mittelachse A gebogen ist.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigt:

Figur schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Erfassung der Raumgeometrie eines gebogenen Rohres.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die Figur zeigt in schematisierter Weise eine Vorrichtung zum Biegen bzw. Krümmen eines Rohres 1 sowie zur Erfassung der Raumgeometrie des durch den Biegevorgang gebogenen Rohrverlaufes. Das als Meterware vorliegende Rohr 1 gelangt über eine Zuführeinheit 2, bestehend aus zwei Wälzrollen, in eine als Gegenhalter ausgebildete Fixiereinheit 3, durch die das Rohr 1 längs seiner geradlinigen Mittelachse A geschoben wird. Ferner ist eine Biegevorrichtung 4, bestehend aus einer inneren Biegebacke 41 und einer äußeren Biegebacke 42 vorgesehen, die zum Einbringen des Rohres 1 in eine geöffnete Stellung überführbar sind. In der Figur sind die Biegebacken 41 und 42 in der geschlossenen Stellung dargestellt. Der Biegevorgang des Rohres 1 mit Hilfe der Biegevorrichtung 4 erfolgt derart, dass die äußere Biegebacke 42 das Rohr im einem zu krümmenden Bereich 11 durch Rotationsbewegung (siehe Pfeildarstellung) gegen die innere Biegebacke 41 verformt. Hierbei wird ein geradliniger Rohrabschnitt 5, der vor dem Biegevorgang längs zur Mittelachse A orientiert ist, aus der ursprünglichen Mittelachse A geneigt und weist nach der Biegung eine geradlinige Mittelachse B auf. Der von den Mittelachsen A und B eingeschlossene Winkel α entspricht dem Biegewinkel, den es gilt nach vollendetem Biegevorgang exakt zu bestimmen.

Die Messung des Biegewinkels α erfolgt durch Bestimmung der räumlichen Lage der Mittelachse B, die sich an den aktuell gekrümmten Rohrabschnitt 5 anschließt. Die Bestimmung der Mittelachse B, die zugleich auch der Zylinderachse des Rohres im Bereich 5 entspricht, erfolgt mit Hilfe eines berührungslos arbeitenden Sensors 6, der fest an der äußeren Biegebacke 42 angebracht ist und somit einen festen Raumbezug zur Biegevorrichtung 4 besitzt.

Der Sensor 6 ist ein auf der Triangulationstechnik basierender Lasersensor, der eine Kameraeinheit 61 sowie zwei als Linienlaser ausgebildete Lichtquellen 62 aufweist. Mit Hilfe einer nicht dargestellten Optik projiziert dieser Lichtschnittsensor 6 auf der Oberfläche des Rohres jeweils eine Linie pro Lichtquelle 62, die durch die Kameraeinheit 61 detektiert wird. Mit Hilfe des Lichtschnittsensors 6 werden entlang der Lichtlinien 3-D-Punkte auf der Rohroberfläche bestimmt, aus denen durch Zylinderapproximation die Zylindermittelachse, die sog. Mittelachse B, bestimmt wird. Die räumliche Lage der Mittelachse A kann als bekannt vorausgesetzt werden, zumal diese durch die Zuführ- und Fixiereinheit 2, 3 sowie die Biegevorrichtung 4 definiert ist. Aus den auf diese Weise ermittelten räumlichen Lagen der Mittelachsen A und B kann nun der Biegewinkel α zwischen beiden Achsen A und B bezogen auf das räumliche kartesische Koordinatensystem X-Y-Z bestimmt werden. Zudem ist es auch möglich aus den Informationen den Winkel zu ermitteln, unter dem die Mittelachse B, die Y- oder Z-Achse schneidet. Dies ist zugleich der Verdrehwinkel des Rohres um die Mittelachse.

Ferner ist es möglich unter Nutzung ebenfalls ermittelter Größen für Vorschub-V und Drehwinkel D des zugeführten ungebogenen Rohres 1 sowie dem messtechnisch erfassten Winkel α, schrittweise die dreidimensionale Geometrie eines aus einer Vielzahl einzelner geradliniger Rohrsegmente und Krümmungen zusammengesetzten Rohres zu ermitteln. Dies erfolgt durch Addition aller Daten über die einzelnen Rohrabschnitte, sodass am Ende des Biegevorganges die vollständige dreidimensionale Raumform des gebogenen Rohres zur Verfügung steht.

Der Verlauf der neutralen Faser 7 innerhalb des Rohres 1, insbesondere im Bereich der Krümmungen 5, bei denen sich die neutrale Faser 7 von der Rohrmitte in Richtung des Innenradius verschiebt, wird bei der Bestimmung der Länge der geraden Abschnitte 5 in Form von Parametern berücksichtigt. Die Parameter werden in Abhängigkeit des Biegewinkels, Rohrdurchmessers, Rohrmaterial und Rohrwandstärke bestimmt.

Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zur Bestimmung der geometrischen Form von Rohren während des Biegeprozesses in der Maschine ermöglicht eine unmittelbare Qualitätsbewertung der Form und Gestalt eines gebogenen Rohres. Insbesondere werden während des Biegeprozesses auftretende Biegewinkelfehler sofort erfasst. Ursache dieser Fehler ist insbesondere ein Rückfedern des gebogenen Rohres nach dem Biegevorgang welches unter anderem durch Schwankungen von Materialeigenschaften hervorgerufen wird.

Bezugszeichenliste

1

Rohr

2

Zuführeinrichtung

3

Fixiereinheit

4

Biegevorrichtung

41

innere Biegebacke

42

äußere Biegebacke

5

gerader Rohrabschnitt

6

Triangulationslasersensor

61

Kamera

62

Linienlaser

7

neutrale Faser

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Raumgeometrie eines gebogenen Strangprofils, insbesondere eines Rohres, das im Bereich längs einer ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils in einer Zuführ- und Fixiereinheit gehalten und mittels einer Biegevorrichtung um einen vorgebbaren Biegewinkels α derart gebogen wird, dass an einer Seite eines durch die Biegung hervorgerufenen gebogenen Bereiches des Strangprofils der Bereich der ersten geradlinigen Mittelachse (A) und an der gegenüberliegenden Seite ein Bereich mit einer zweiten geradlinigen Mittelachse (B) anschließen, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Lage der zweiten geradlinigen Mittelachse (B) relativ zur bekannten räumlichen Lage der ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils ermittelt wird, während das Strangprofil von der Zuführ- und Fixiereinheit raumfest gehalten und der gebogene Bereich des Strangprofils von der Biegevorrichtung freigegeben wird, und dass der Biegewinkel α durch Schnittbildung beider Achsen (A) und (B) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strangprofil längs zur Zuführ- und Fixiereinheit in ungebogener, geradliniger Form als Meterware zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der räumlichen Lage der zweiten geradlinigen Mittelachse (B) mit Hilfe eines berührungslosen Messverfahrens durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als berührungsloses Messverfahren ein auf der Triangulation beruhendes 3-D-Lichtschnittverfahren angewendet wird, bei dem mehrere Raumpunkte auf der Oberfläche des Strangprofils im Bereich der geradlinigen Mittelachse (B) ermittelt werden und mittels mathematischer Approximation die räumliche Lage der Mittelachse (B) bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Approximation auf der Minimierung der Summe kleinster Fehlerquadrate beruht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel α im Wege der Triangulation bestimmt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Biegewinkel α mit einem Soll- Biegewinkel α_soll verglichen wird und bei Abweichung um einen Toleranzbereich ein Signal erzeugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführung der Ermittlung des Biegewinkels α das Strangprofil längs der Zuführ- und Fixiereinheit verschoben und/oder verdreht wird,
dass ein weiterer Biegevorgang an einer weiteren Stelle im Bereich längs der ersten geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils vergleichbar mit dem ersten Biegevorgang durchgeführt wird, und
dass ein durch den weiteren Biegevorgang erhaltener Biegewinkel α' in gleicher Weise gemäß Anspruch 1 ermittelt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Biegevorgängen mit jeweiligen Ermittlungen zugehöriger Biegewinkel nacheinander durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorschub des Strangprofils längs der Zuführ- und Fixiereinheit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegevorgängen erfasst wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkel, um den das Strangprofil zwischen zwei aufeinanderfolgenden Biegevorgängen verdreht wird, erfasst wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Durchführung einer Vielzahl von Biegevorgängen die gesamte Raumgeometrie des gebogenen Strangprofils unter Zugrundelegung aller erfassten Daten, nämlich Biegewinkel, Vorschublängen und Drehwinkel ermittelt wird.

13. Vorrichtung zum Biegen eines Strangprofils, insbesondere eines Rohres, mit einer Zuführ- und Fixiereinheit, durch die das Strangprofil als geradlinige Meterware zuführbar und fixierbar ist sowie mit einer der Zuführ- und Fixiereinheit in Zuführrichtung längs einer geradlinigen Mittelachse (A) des Strangprofils nachgeordneten Biegevorrichtung, mit einem aus wenigstens zwei Biegekörpern bestehenden Biegekopf, die während des Biegevorganges das zu biegende Strangprofil kraftbeaufschlagt lokal zumindest teilweise umschließen und in eine das Strangprofil freigebende, geöffnete Stellung überführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsensor mit einem festen Raumbezug zur Zuführ- und Fixiereinheit und/oder zur Biegevorrichtung vorgesehen ist, der die räumliche Lage einer geradlinigen Mittelachse (B) des Strangprofils im Bereich unmittelbar an der Biegevorrichtung in Zuführrichtung des Strangprofils anschließend erfasst und dass eine Speicher- und Auswerteeineit vorgesehen ist, in der Messwerte des Messsensors abspeicherbar und derart auswertbar sind, dass ein Winkel α, der sogenannte Biegewinkel, bestimmbar ist, der durch die Mittelachsen (A) und (B) eingeschlossen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor mit der Zuführ- und Fixiereinheit oder der Biegevorrichtung verbunden ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor ein optischer Messsensor ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Messsensor wenigstens zwei Lichtquellen und wenigstens einen lichtempfindlichen Sensor aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der lichtempfindliche Sensor ein 3-dimensional auflösender Sensor ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Messsensor ein Lasertriangulationssensor ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wegstreckenmesseinheit im Bereich der geradlinigen Mittelachse (A) vorgesehen ist, die einen Längenvorschub des Strangprofils relativ zur Zuführ- und Fixiereinheit erfasst.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehwinkelmesseinheit im Bereich der geradlinigen Mittelachse (A) vorgesehen ist, die einen Drehwinkel erfasst, um den das Strangprofils relativ zur geradlinigen Mittelachse (A) verdreht wird.

21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in der Speicher- und Auswerteeineit Messwerte der Wegstrecken- sowie der Drehwinkelmesseinheit abspeicherbar und derart auswertbar ist, dass in Kenntnis des Biegewinkels α die vollständige Raumgeometrie des Strangprofils ermittelbar ist.