DE102006002093A1

DE102006002093A1 - Vorrichtung zur Erfassung von Konturabweichungen eines flexiblen Bauteils unter Berücksichtigung des Bauteileigengewichts sowie Verfahren

Info

Publication number: DE102006002093A1
Application number: DE102006002093A
Authority: DE
Inventors: Freerk Dipl.-Ing. Syassen
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2006-01-17
Publication date: 2007-07-26
Anticipated expiration: 2026-01-18
Also published as: CA2636836C; CN101379365B; RU2431800C2; DE102006002093B4; WO2007082740A8; US20090031824A1; US7856895B2; JP2009524011A; BRPI0706551A2; WO2007082740A2; CA2636836A1; EP1974179A2; RU2008133469A; WO2007082740A3; CN101379365A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Abweichungen zwischen einer Sollkontur und einer Istkontur eines flexiblen Bauteils 12, insbesondere eines großformatigen Metallblechs, unter Berücksichtigung des Bauteileigengewichts mit einer Vielzahl von auf einer Grundfläche 1 zur Bildung eines Stempelfeldes 6 angeordneten Stempeln 2 bis 5 zur Aufnahme des Bauteils 12 in Auflagepunkten 8 bis 11, wobei jeder Stempel 2 bis 5 mindestens einen Kraftmesssensor 18 bis 21 zur Messung einer im Auflagepunkt wirkenden Gewichtskraft F¶m¶ und mindestens einen Wegmesssensor 14 bis 17 zur MEssung eines vom Stempel 2 bis 5 zurückgelegten Verfahrweges S¶m¶ aufweist. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist mittels einer Rechnereinheit 13 für jeden Auflagepunkt 8 bis 11 eine theoretische Gewichtskraft F¶g¶ und/oder ein theoretischer Verfahrweg S¶g¶ aus Bauteildaten 23 ermittelbar, wobei die Kraftmesssensoren 18 bis 21 und die Wegmesssensoren 14 bis 17 mit der Rechnereinheit 13 gekoppelt sind und die Stempel 2 bis 5 von der Rechnereinheit 13 gesteuert jeweils unabhängig voneinander zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Grundfläche 1 verfahrbar ausgebildet sind. DOLLAR A Die Messung der in den jeweiligen Auflagepunkten 8 bis 11 wirkenden Gewichtskräfte F¶m¶ und/oder der zurückgelegten Verfahrwege S¶m¶ der Stempel 2 bis 5 ermöglicht die Verbindung mit den aus den Bauteildaten 23 ermittelten entsprechenden theoretischen Werten F¶g¶ und S¶g¶ eine von gewichtsbedingten Verformungen des Bauteils 12 ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung von Abweichungen zwischen einer Sollkontur und einer Istkontur eines flexiblen Bauteils, insbesondere eines großformatigen Metallblechs, unter Berücksichtigung des Bauteileigengewichts mit einer Vielzahl von auf einer Grundfläche zur Bildung eines Stempelfeldes angeordneten Stempeln zur Aufnahme des Bauteils in Auflagepunkten, wobei jeder Stempel mindestens einen Kraftmesssensor zur Messung einer im Auflagepunkt wirkenden Gewichtskraft aufweist und mindestens einen Wegmesssensor zur Messung eines vom Stempel zurückgelegten Verfahrweges aufweist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung und Korrektur von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur des Bauteils, insbesondere mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 8.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erfassung von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur des Bauteils, insbesondere mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 8.

Nach dem Stand der Technik ist es bislang nicht möglich, an groß- und kleinformatigen flexiblen Bauteilen eine kräftefreie Konturvermessung durchzuführen, da sich die Kontur des Bauteils durch sein Eigengewicht und in Abhängigkeit von der Lage im Raum, in der es vermessen wird, ändert. Zudem können Spannungen, die beispielsweise durch Umform- und/oder Fertigungsprozesse in das Bauteil hineingetragen werden, durch eine ungünstige Lage des Bauteils im Raum überdeckt werden. Anschließend durchgeführte Richtprozesse führen daher unter Umständen nicht zu den erwarteten Ergebnissen.

Geschweißte Hautfelder, zum Beispiel für Rumpfzellen, Tragflügel, Höhenleitwerke oder dergleichen, sind nach dem Schweißvorgang in der Regel durch die auftretenden Schweißspannungen verzogen, so dass die Istkontur von der Soll kontur abweicht. Dennoch liegt der mittlere Bereich des Hautfeldes möglicherweise noch im Bereich der Sollkontur. Der Grund hierfür liegt unter anderem im Eigengewicht des Hautfeldes, wodurch Konturabweichungen überdeckt werden können.

Automatisierte Richtprozesse, die in Abhängigkeit von Abweichungen zwischen der Soll- und der Istkontur das Bauteil kontrolliert verformen (z.B. durch Kugelstrahlen, Biegevorgänge, Rollvorgänge oder dergleichen) würden somit den mittleren Bereich des Hautfeldes nicht beeinflussen. Die Konturgenauigkeit wird in diesem Fall nur durch den Einfluss anderer Bereiche des Hautfeldes erreicht. Ändert sich jedoch die Lage des Hautfeldes im Raum, so führt die dann unter Umständen aufgrund des Eigengewichts wieder in Erscheinung tretende Konturabweichung zu Einbauschwierigkeiten bzw. zum Ausschuss des Bauteils.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung von Konturmessungen mit der Vorrichtung zu schaffen, mit dem es möglich wird, etwaige Konturabweichungen von Bauteilen unabhängig vom Bauteileigengewicht zu erfassen und gegebenenfalls zu korrigieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Dadurch, dass mittels einer Rechnereinheit für jeden Auflagepunkt eine theoretische Gewichtskraft F_g und/oder ein theoretischer Verfahrweg S_g aus Bauteildaten ermittelbar ist, wobei die Kraftmesssensoren und die Wegmesssensoren mit der Rechnereinheit gekoppelt sind und die Stempel von der Rechnereinheit gesteuert jeweils unabhängig voneinander zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Grundfläche verfahrbar ausgebildet sind, lassen sich Abweichungen zwischen einer Istkontur und einer Sollkontur eines flexiblen Bauteils unabhängig von dessen Eigengewicht exakt bestimmen. Die Vorrichtung erlaubt darüber hinaus bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens die Bestimmung von etwaigen Konturabweichungen in jedem Punkt des Bauteils, wobei die erreichbare räumliche Auflösung allein durch die Anzahl bzw. Dichte der eingesetzten Stempel mit Kraftmess- und Wegmesssensoren begrenzt ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Stempel jeweils unabhängig voneinander in etwa parallel zu der Grundfläche manuell positionierbar und festsetzbar.

Hierdurch kann die Vorrichtung an unterschiedliche Bauteile mit unterschiedlichen geometrischen Gestaltungen leicht angepasst werden.

Nach Maßgabe einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist das Bauteil mindestens zwei Laschen mit jeweils mindestens einer Führungsbohrung auf.

Diese Ausgestaltung gewährleistet eine definierte Anfangsausrichtung bzw. Positionierung des Bauteils auf der Grundfläche.

In Gemäßheit einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Stempel als Auflagepunkte für das Bauteil insbesondere Saugnäpfe und/oder Gummipuffer aufweisen.

Hierdurch wird eine rutschsichere Anbindung der Bauteile auf den Stempeln gewährleistet. Die Verwendung von Saugnäpfen ermöglicht über eine schwerkraftbedingte Auflage des Bauteils hinaus die Übertragung von Zug- und Druckkräften auf das Bauteil, um beispielsweise mittels der Stempel unmittelbar eine Veränderung der Bauteilkontur zu erreichen.

Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe nach Maßgabe des Patentanspruchs 9 durch ein Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

– Ermitteln der theoretischen Gewichtskräfte F_g des Bauteils aus den Bauteildaten in den jeweiligen Auflagepunkten,
– Verfahren der Stempel bis die Sollkontur des Bauteils erreicht ist,
– Auflegen des Bauteils auf die Stempel,
– Messen der im Auflagepunkt des jeweiligen Stempels wirkenden Gewichtskraft F_m,
– Vergleich zwischen den gemessenen Gewichtskräften F_m und den theoretischen Gewichtskräften F_g, wobei eine Differenz eine Konturabweichung des Bauteils bedeutet.

Hierdurch wird eine vom Eigengewicht des Bauteils weitgehend unabhängige Erfassung von Konturabweichungen des flexiblen Bauteils ermöglicht. Darüber hinaus können auf der Vorrichtung aufliegende Bauteile, beispielsweise durch das Kugelstrahlen von ausgewählten Bereichen, unmittelbar, das heißt ohne vor heriges Abheben und Verbringen in eine separate Formungsvorrichtung, in die Sollkontur gebracht werden.

Hierbei ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren bei Verwendung der Vorrichtung die Feststellung von Abweichungen zwischen der Soll- und der Istkontur des Bauteils in jedem Auflagepunkt des Bauteils unter dem ein Stempel mit mindestens einem Kraftmesssensor und einem Wegmesssensor angeordnet ist.

Darüber hinaus wird die erfindungsgemäße Aufgabe nach Maßgabe des Patentanspruchs 12 durch ein weiteres Verfahren mit den folgenden Schritten gelöst:

– Ermitteln der theoretischen Gewichtskräfte F_g des Bauteils aus den Bauteildaten in den Auflagepunkten,
– Auflegen des Bauteils auf mindestens zwei Stempel zur Aufnahme und Ausrichtung des Bauteils,
– Verfahren der übrigen Stempel von unten gegen das Bauteil, bis die jeweils in den Auflagepunkten gemessenen Gewichtskräfte F_m den theoretischen Gewichtskräften F_g im Wesentlichen entsprechen und somit die Istkontur des Bauteils erreicht ist, wobei eine Messung der jeweiligen Verfahrwege S_m der Stempel erfolgt und
– Ermitteln der Abweichungen zwischen der Istkontur und der Sollkontur durch einen Vergleich zwischen den gemessenen Verfahrwegen S_m der Stempel und den theoretischen Verfahrwegen S_g, die im Wesentlichen der Sollkontur des Bauteils entsprechen.

Hierdurch wird eine Messung der Konturabweichungen des flexiblen Bauteils in jedem Auflagepunkt des Bauteils auf den Stempeln ermöglicht. Im Gegensatz zum Verfahren gemäß dem Patentanspruch 9 wird das flexible Bauteil hier jedoch zunächst auf einer "Hilfsabstützung", die beispielsweise unter Verwendung von vier Stempeln gebildet ist, aufgelegt. Die übrigen Stempel befinden sich in Bezug auf die Grundfläche noch in einer Grundstellung ohne eine Berührung zum Bauteil. Anschließend werden die Stempel zur Ermittlung der Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur von unten gegen das Bauteil gefahren.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung sind in weiteren Patentansprüchen dargelegt.

In der Zeichnung zeigt:

1 Eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren,
2 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsvariante einer Hilfsvorrichtung zur anfänglichen Ausrichtung bzw. Positionierung des Bauteils und
3 eine schematisierte Draufsicht auf eine zweite Ausführungsvariante einer derartigen Hilfsvorrichtung.
In der Zeichnung weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils die gleichen Bezugsziffern auf.
Die 1 zeigt eine Prinzipdarstellung der Vorrichtung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren.
Auf einer Grundfläche 1 sind aus Gründen der Vereinfachung lediglich vier Stempel 2 bis 5 dargestellt. Die vier auf der Grundfläche 1 angeordneten Stempel 2 bis 5 bilden ein Stempelfeld 6, das sich auch senkrecht zur Zeichenebene, das heißt parallel zur z-Richtung eines Koordinatensystems 7 erstreckt. In Abhängigkeit von den Größenabmessungen des auf Konturabweichungen zu untersuchenden Bauteils kann ein Stempelfeld mit bis zu 500 Stempeln zur Durchführung der Messungen erforderlich sein. Im Allgemeinen werden die Stempel im Wesentlichen gleichmäßig zueinander beabstandet, im Wesentlichen matrixförmig über die Grundfläche 1 hinweg verteilt auf dieser angeordnet sein. Der Abstand der Stempel im Stempelfeld 6 beträgt typischerweise zwischen 200 mm und 1000 mm.
Die Stempel 2 bis 5 weisen jeweils einen Auflagepunkt 8 bis 11 zur Auflage eines Bauteils 12 auf. Die Auflagepunkte 8 bis 11 können beispielsweise als Gummipuffer oder als Saugnäpfe ausgebildet sein, um eine verrutschsichere Auflage des Bauteils 12 zu gewährleisten. Die Stempel 2 bis 5 sind in der x- und y-Richtung des Koordinatensystems 7 frei auf der Grundfläche 1 (parallel zu dieser) positionierbar und festsetzbar. Hierdurch kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an unterschiedliche Bauteilgeometrien angepasst werden.
Bei dem Bauteil 12 kann es sich beispielsweise um großflächige Metallbleche, insbesondere Hautbleche aus Aluminiumlegierungen für Rumpfzellen, Rumpfschalen, Tragflächen, Höhen- oder Seitenleitwerke, handeln. Diese Metallbleche können Verstärkungsprofile (Stringer) zur Versteifung aufweisen. Grundsätzlich ist die Vorrichtung bzw. sind die beiden Verfahrensvarianten auch auf Bauteile aus CFK-Materialien anwendbar. Die Vorrichtung bzw. die erfindungsgemäßen Verfahrensvarianten sind darüber hinaus nicht auf die Durchführung von Messungen an Flächengebilden beschränkt zu sehen. Vielmehr kann es sich bei dem Bauteil 12 auch um eher linienhafte Komponenten zur Verstärkung von Hautflächen aller Art, wie zum Beispiel Träger, Profilträger, Stringer, Versteifungselemente oder dergleichen handeln.
Die Stempel 2 bis 5 sind beispielsweise mit Hydraulik- oder Pneumatikzylindern gebildet. Alternativ können die Stempel 2 bis 5 auch mit Zahnstangenantrieben oder mit Gewindespindeln betrieben werden. Die Stempel 2 bis 5 sind gesteuert von einer Rechnereinheit 13 jeweils in der z-Richtung des Koordinatensystems 7 individuell verfahrbar bzw. positionierbar und somit an nahezu jede Kontur bzw. Oberflächengeometrie des Bauteils 12 anpassbar.
Jeder Stempel 2 bis 5 ist mit einem Wegmesssensor und mit einem Kraftmesssensor ausgestattet. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit können für jeden Stempel auch mehr als ein Wegmesssensor und/oder Kraftmesssensor vorgesehen sein. Mittels der vier Wegmesssensoren 14 bis 17 kann die Rechnereinheit 13 die von den Stempeln 2 bis 5 jeweils in z-Richtung gefahrenen Wege messen. Diese gemessenen Wege der jeweiligen Stempel 2 bis 5 in z-Richtung werden im weiteren Verlauf der Beschreibung mit der Variablen S_m abgekürzt, wobei es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um vier Messwerte handelt. Die vier Kraftmesssensoren 18 bis 21 erlauben darüber hinaus die Messung der jeweils in den Auflagepunkten 8 bis 11 infolge des aufliegenden Bauteils 12 wirkenden Gewichtskräfte. Die in den Auflagepunkten 8 bis 11 gemessenen Gewichtskräfte werden im weiteren Fortgang der Beschreibung mit der Variablen F_m abgekürzt, wobei es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel um insgesamt vier Messwerte handelt. Entsprechend der Anzahl der tatsächlich im Stempelfeld vorhandenen Stempel erhöht sich auch die Anzahl der Wegmesssensoren und der Kraftmesssensoren.
Die gemessenen Verfahrwege S_m sowie die ermittelten Gewichtskräfte F_m werden an die Rechnereinheit 13 zur weiteren Auswertung weiter geleitet. Mittels der Steuerleitung 22 kann die Rechnereinheit 13 die Verfahrwege jedes einzelnen Stempels 2 bis 5 variieren bzw. kontrollieren.
In der Rechnereinheit 13 sind weiterhin eine Vielzahl von Bauteildaten 23 des Bauteils 12 abgelegt. Die Bauteildaten 23 umfassen hierbei insbesondere die Geometriedaten sowie die Stoffbeschaffenheit des Bauteils 12, wie zum Beispiel die Dichte und die Art der eingesetzten Materialien. Bei den Geometriedaten kann es sich zum Beispiel um die vollständigen CAD-Daten des Bauteils 12 handeln, die bei der Konstruktion des Bauteils 12 ohnehin anfallen. In der Rechnereinheit 13 ist letztendlich ein digitalisiertes Abbild des realen Bauteils 12 abgelegt, das alle wesentlichen physikalischen Parameter des realen Bauteils 12 widerspiegelt.
Anhand der Bauteildaten 23 lassen sich somit die theoretischen Gewichtskräfte F_g1...4, die das Bauteil 12 bei Vorliegen der Sollkontur in den jeweiligen Auflagepunkten 8 bis 11 ausüben müsste, mittels der Rechnereinheit 13 numerisch berechnen. Im Weiteren werden diese numerisch ermittelten Gewichtskräfte erforderlichenfalls unter der abkürzenden Variablen F_g zusammen gefasst. Entsprechend lassen sich aus den Bauteildaten 23 auch die Verfahrwege S_g1...4 (beispielsweise in Bezug zur Grundfläche 1 als Referenz) berechnen, die die Stempel 2 bis 5 in der z-Richtung zurücklegen bzw. verfahren werden müssen, um die Sollkontur des Bauteils 12 exakt abzubilden. Im Weiteren werden diese Verfahrwege S_g1...4 aus Gründen der Vereinfachung ebenfalls mit der abkürzenden Variablen S_g bezeichnet.
Die von den Kraftmesssensoren 18 bis 21 ermittelten Messwerte F_m werden über eine Datenleitung 24 an die Rechnereinheit 13 zur weiteren Auswertung geleitet. Die von den Wegmesssensoren 14 bis 17 gemessenen Wegstrecken bzw. Verfahrwege S_m der Auflagepunkte 8 bis 11 der Stempel 2 bis 5 werden entsprechend mittels der Datenleitung 25 an die Rechnereinheit 13 übertragen. Bei der Rechnereinheit 13 kann es sich beispielsweise um einen konventionellen Personalcomputer (PC), einen Prozessrechner, eine spezielle Messhardware oder dergleichen handeln. Die Rechnereinheit 13 ist weiterhin mit nicht näher darge stellten visuellen Anzeigeeinrichtungen, beispielsweise mit Bildschirmen, mit Zeichengeräten, mit Balkenanzeigen, mit Digital- und/oder Analoganzeigen, insbesondere zur anschaulichen 2D- oder 3D-Visualisierung der gemessenen Gewichtskräfte F_m, der Verfahrwege S_m sowie der Bauteildaten 23 ausgestattet. Weiterhin weist die Rechnereinheit 13 bekannte Eingabeeinrichtungen nach dem Stand der Technik auf.
Die 2 und 3 zeigen in einer schematisierten Draufsicht zwei Varianten einer Hilfsvorrichtung, mit der das Bauteil 12 auf der Grundplatte 1 der Vorrichtung anfänglich ausgerichtet bzw. positioniert werden kann. Zu diesem Zweck sind an dem Bauteil 12 endseitig und symmetrisch zur Längsachse des Bauteils 12 die Laschen 26 und 27 angeordnet. Die Anzahl und die Positionierung der Laschen 26, 27 entlang der Außenkontur des Bauteils 12 kann von der gezeigten Anordnung abweichen. In den Laschen 26, 27 ist jeweils eine Führungsbohrung 28, 29 angeordnet.
Bei der ersten Ausführungsform nach der Maßgabe der 2 befinden sich auf der Grundfläche 1 als Hilfsvorrichtung zwei Aufnahmen 30, 31 mit nicht näher dargestellten Führungszapfen. Diese Führungszapfen sind zur anfänglichen Ausrichtung bzw. Positionierung des Bauteils 12 in Bezug zur Grundfläche 1 in die Führungsbohrungen 28, 29 formschlüssig einbringbar.
Bei der zweiten Ausführungsvariante in Gemäßheit zu der 3 sind zwei Traversen 32, 33 auf den vorderen Stempeln 3, 4 sowie den nicht näher bezeichneten hinteren Stempeln angeordnet bzw. befestigt. Die Traversen 32, 33 können mittels geeigneter Verbindungselemente fest mit den Stempeln 3, 4 bzw. den hinten liegenden, nicht näher bezeichneten Stempeln, verbunden sein oder einfach formschlüssig auf diesen aufliegen. Entscheidend ist, dass die Verbindung zwischen den Traversen 32, 33 und den Stempeln im Wesentlichen spielfrei und somit hohe Fertigungstoleranzen erlaubt. Darüber hinaus muss die Verbindung zwischen den Stempeln und den Traversen im Bedarfsfall leicht lösbar ausgebildet sein. An den Traversen 32, 33 sind der besseren zeichnerischen Übersichtlichkeit halber nicht dargestellte und nach oben weisende Führungszapfen angeordnet, die in die Führungsbohrungen 28, 29 der Laschen 26, 27 formschlüssig (spielfrei) einbringbar sind.
Die zweite Ausführungsvariante der Hilfsvorrichtung weist gegenüber der ersten Ausführungsform den Vorteil auf, dass mit ein und derselben Vorrichtung Bauteile mit unterschiedlichen geometrischen Abmessungen bzw. Konturen ausgerichtet bzw. positioniert werden können, während bei der ersten Ausführungsvariante im Allgemeinen eine spezielle Aufnahme auf der Grundfläche 1 erforderlich ist.
Abweichend von den gezeigten zwei Ausführungsvarianten sind weitere Hilfsvorrichtungen zur anfänglichen Ausrichtung beziehungsweise Positionierung des Bauteils 12 in Relation zur Grundfläche 1 denkbar.
Der besseren Übersichtlichkeit halber wird die erste Verfahrensvariante anhand der vier, stellvertretend für die Vielzahl der übrigen Stempel aus dem Stempelfeld 6 herangezogenen Stempel 2 bis 5 erläutert.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Erfassung und Korrektur von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur (Abweichungen zwischen der Solloberflächengeometrie und der Istoberflächengeometrie) des flexiblen Bauteils 12 mittels der vorstehend beschriebenen Vorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 9 werden die Stempel 2 bis 5 zunächst so in der z-Richtung positioniert bzw. verfahren, dass sie exakt die Sollkontur des Bauteils 12 abbilden. Gegebenenfalls ist es erforderlich, die Stempel 2 bis 5 zusätzlich in der x- und y-Richtung zu positionieren und festzusetzen. In einer alternativen Ausführungsform kann diese Positionierung der Stempel 2 bis 5 in der x- und y-Richtung auf der Grundfläche 1 ebenfalls gesteuert bzw. automatisiert von der Rechnereinheit 13 erfolgen.
Im nächsten Schritt wird das Bauteil 12 auf den Stempeln 2 bis 5 abgelegt. Eine anfängliche (Grob-)Ausrichtung des Bauteils 12 in Bezug zur Grundfläche 1 kann hierbei wahlweise mit einer der im Rahmen der Beschreibung der 2,3 dargestellten Hilfsvorrichtungen erfolgen.
Anschließend werden die von den Kraftmesssensoren 18 bis 21 jeweils in den Stempeln 2 bis 5 aktuell ermittelten Gewichtskräfte F_m in den Auflagepunkten 8 bis 11 über die Datenleitung 4 an die Rechnereinheit 13 zur weiteren Auswertung übermittelt.
In der Rechnereinheit 13 erfolgt in einem weiteren Schritt ein Vergleich zwischen den in den Auflagepunkten 8 bis 11 gemessenen Gewichtskräften F_m1...4 und den innerhalb der Rechnereinheit 13 vorab oder simultan berechneten, theoretischen Gewichtskräften F_g1...4, die sich im Fall von fehlenden Konturabweichungen des Bauteils 12 einstellen müssten.
Sind nun beispielsweise die in den Auflagepunkten 8, 11 gemessenen Gewichtskräfte F_m1,4 größer als die berechneten, theoretisch zu erwartenden Gewichtskräfte F_g1,4 in diesen Auflagepunkten, so liegt eine Abweichung der Istkontur des Bauteils 12 von der vorgegebenen Sollkontur vor.
Darüber hinaus lassen sich aus diesem Vergleich auch qualitative Aussagen über Art, Ort und Größe der Bauteilabweichung machen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 muss das Bauteil 12 eine Kontur aufweisen, die in etwa der gestrichelten Linie in der 1 entspricht, weil sich aus dem Kräftevergleich ergibt, dass die gemessenen Gewichtskräfte F_m1,4 in den Auflagepunkten 8, 11 größer sind als die berechneten und daher erwarteten Gewichtskräfte F_g1,4 in diesen Punkten. Die mit der gestrichelten Linie dargestellte Istkontur des Bauteils 12 weist im Vergleich zu der mit der durchgezogenen Linie dargestellten Sollkontur des Bauteils 12 demzufolge einen zu großen Radius (gestrichelt dargestellter Richtungspfeil) auf und muss gegebenenfalls nachbearbeitet werden, bis der Radius entsprechend verkleinert ist.
Zur Nachbearbeitung bzw. Korrektur der aufgezeigten Konturabweichung kann das Bauteil 12 grundsätzlich auf dem Stempelfeld 6 verbleiben. Der Radius des Bauteils 12 kann in diesem Fall zum Beispiel durch Kugelstrahlen oder vergleichbare Verfahren unter ständiger Beobachtung ("monitoring") der gemessenen Gewichtskräfte F_m1...4 und Vergleich mit den theoretischen Gewichtskräften F_g1...4 schrittweise verkleinert werden, bis die Sollkontur (durchgezogene Linie) des Bauteils 12 erreicht ist.
Alternativ kann die Korrektur der Konturabweichungen des Bauteils 12 auch in einer separaten Rollvorrichtung, Biegevorrichtung oder dergleichen erfolgen. In diesem Fall muss das Bauteil 12 jedoch vom Stempelfeld 6 abgehoben werden, was bei einer erneuten Positionierung zur Nachkontrolle der verbleibenden Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur des Bauteils 12 zu einer Lageveränderung führt, die möglicherweise weitere Messfehler nach sich zieht.
Der besseren Darstellbarkeit wegen wird auch die zweite Verfahrensvariante anhand der vier, stellvertretend für die Vielzahl der übrigen Stempel aus dem Stempelfeld 6 herangezogenen Stempel 2 bis 5 erläutert.
Zur Durchführung des Verfahrens zur Erfassung von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur (Abweichungen zwischen der Solloberflächengeometrie und der Istoberflächengeometrie) des flexiblen Bauteils 12 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung nach Maßgabe des Patentanspruchs 12 werden sämtliche Stempel 2 bis 5 zunächst in eine Grundposition in Bezug auf die Grundfläche 1 verfahren. Anschließend werden beispielsweise die Stempel 3, 4 in der z-Richtung um definierte Beträge S_m3,4 zur anfänglichen Positionierung des Bauteils 12 in Relation zur Grundfläche 1 verfahren. Hierbei können beide, im Rahmen der Beschreibung der 2, 3 dargestellten Hilfsvorrichtungen zur anfänglichen Positionierung des Bauteils 12 in Bezug auf die Grundfläche 1 eingesetzt werden.
Danach werden die in den Auflagepunkten 8, 11 zu erwartenden theoretischen Gewichtskräfte F_g1,4 aus den Bauteildaten 23 berechnet. Weiterhin werden die theoretischen Verfahrwege S_g1,4, die bis zum Erreichen der Sollkontur des Bauteils 12 erforderlich sind, aus den Bauteildaten 23 abgeleitet. Alternativ können diese Berechnungen auch schon vorab durchgeführt werden.
Im Anschluss werden die verbleibenden Stempel 2, 5 von unten gegen das aufliegende Bauteil 12 verfahren, bis die in den Auflagepunkten 8, 11 der Stempel 2, 5 gemessenen Gewichtskräfte F_m2,5 weitgehend mit den zugehörigen berechneten Gewichtskräften F_g2,5 übereinstimmen und die vorgegebene Sollkontur (Solloberflächengeometrie) des Bauteils 12 erreicht ist. Bei großformatigen Bauteilen werden hierzu sämtliche Stempel des Stempelfeldes – ausgenommen diejenigen Stempel, die zur anfänglichen Lagerung des Bauteils dienen – von der Rechnereinheit 13 gesteuert solange in der z-Richtung von unten gegen das Bauteil 12 verfahren (nachjustiert), bis die in den jeweiligen Auflagepunkten gemessenen Gewichtskräfte F_m ungefähr mit den vorab oder simultan berechneten Gewichtskräften F_g übereinstimmen. Bei diesem Vergleich zwischen den gemessenen Gewichtskräften F_m und den berechneten Gewichtskräften F_g sind die Messungenauigkeiten der Wegmesssensoren 14 bis 17, der Kraftmesssensoren 18 bis 21, sowie die Positionierungsgenauigkeiten der Stempel 2 bis 5 zu berücksichtigen, so dass an deren Übereinstimmungsgrad keine zu hohen Anforderungen gestellt werden sollten.
Abschließend wird eine etwaig vorhandene Konturabweichung des Bauteils 12 durch einen Vergleich zwischen den gemessenen Verfahrwegen S_m2,5 der Stempel 2, 5 und den vorab oder simultan ermittelten theoretischen Verfahrwegen S_g2,5 zum Erreichen der Sollkontur des Bauteils 12 ermittelt.
Das Verfahren erlaubt eine schnelle und zuverlässige Bestimmung von etwaigen Abweichungen zwischen der vorgegebenen Sollkontur des Bauteils 12 und der ermittelten Istkontur des Bauteils 12 (Abweichungen zwischen einer vorgegebenen Solloberflächengeometrie und einer gemessenen Istoberflächengeometrie), wobei erfindungsgemäß etwaige Deformationen bzw. Verformungen infolge des Eigengewichts des flexiblen Bauteils 12 im Wesentlichen vollständig kompensiert werden. Diese Kompensation erfolgt im Wesentlichen durch eine Messung der in den jeweiligen Auflagepunkten des Bauteils 12 herrschenden Gewichtskräfte F_m und/oder der Verfahrwege S_m sowie einen Vergleich von aus den Bauteildaten 23 ermittelten theoretischen Gewichtskräften F_g und/oder den theoretischen Verfahrwegen S_g in den jeweiligen Auflagepunkten.
Insbesondere bei großformatigen, flächenhaften Bauteilen 12 kann es erforderlich sein, die Anzahl der mittels der Rechnereinheit 13 kontrollierbaren Stempel im Stempelfeld 6 auf eine Gesamtzahl von bis zu 500 zu erhöhen, wodurch sich der Mess- und Regelungsaufwand bzw. Steuerungsaufwand im Vergleich zu der lediglich aus Gründen einer vereinfachten Darstellung exemplarisch beschriebenen Vorrichtung mit lediglich vier Stempeln 2 bis 5 bzw. der beiden hiermit durchzuführenden Verfahrensvarianten beträchtlich erhöht.
Im Falle von im Wesentlichen starren bzw. zumindest nur wenig flexiblen Bauteilen 12 ist das Verfahren grundsätzlich nicht anwendbar.

1: Grundfläche
2: Stempel
3: Stempel
4: Stempel
5: Stempel
6: Stempelfeld
7: Koordinatensystem
8: Auflagepunkt
9: Auflagepunkt
10: Auflagepunkt
11: Auflagepunkt
12: Bauteil
13: Rechnereinheit
14: Wegmesssensor
15: Wegmesssensor
16: Wegmesssensor
17: Wegmesssensor
18: Kraftmesssensor
19: Kraftmesssensor
20: Kraftmesssensor
21: Kraftmesssensor
22: Steuerleitung
23: Bauteildaten
24: Datenleitung
25: Datenleitung
26: Lasche
27: Lasche
28: Führungsbohrung
29: Führungsbohrung
30: Aufnahme
31: Aufnahme
32: Traverse
33: Traverse

Claims

Vorrichtung zur Erfassung von Abweichungen zwischen einer Sollkontur und einer Istkontur eines flexiblen Bauteils (12), insbesondere eines großformatigen Metallblechs, unter Berücksichtigung des Bauteileigengewichts mit einer Vielzahl von auf einer Grundfläche (1) zur Bildung eines Stempelfeldes (6) angeordneten Stempeln (2–5) zur Aufnahme des Bauteils (12) in Auflagepunkten (8–11), wobei jeder Stempel (2–5) mindestens einen Kraftmesssensor (18–21) zur Messung einer im Auflagepunkt wirkenden Gewichtskraft F_m aufweist und mindestens einen Wegmesssensor (14–17) zur Messung eines vom Stempel (2–5) zurückgelegten Verfahrweges S_m aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Rechnereinheit (13) für jeden Auflagepunkt (8–11) eine theoretische Gewichtskraft F_g und/oder ein theoretischer Verfahrweg S_g aus Bauteildaten (23) ermittelbar ist, wobei die Kraftmesssensoren (18–21) und die Wegmesssensoren (14–17) mit der Rechnereinheit (13) gekoppelt sind und die Stempel (2–5) von der Rechnereinheit (13) gesteuert jeweils unabhängig voneinander zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Grundfläche (1) verfahrbar ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (2–5) jeweils unabhängig voneinander in etwa parallel zu der Grundfläche (1) manuell positionierbar und festsetzbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (12) mindestens zwei Laschen (26, 27) mit jeweils mindestens einer Führungsbohrung (28, 29) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufnahme und Ausrichtung des Bauteils (12) mindestens zwei Traversen (32, 33) mit jeweils mindestens einem Führungszapfen auf mindestens zwei Stempeln (3, 4) angeordnet werden können, wobei die Führungszapfen jeweils in die Führungsbohrungen (28, 29) einbringbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Grundfläche (1) mindestens eine an das jeweilige Bauteil (12) angepasste Aufnahme (30, 31) mit jeweils mindestens einem Führungszapfen zur Ausrichtung des Bauteils (12) positionierbar ist, wobei die Führungszapfen zur Aufnahme und Ausrichtung des Bauteils (12) in die Führungsbohrungen (28, 29) der Laschen (26, 27) einbringbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (2–5) als Auflagepunkte (8–11) für das Bauteil (12) insbesondere Saugnäpfe und/oder Gummipuffer aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (2–5) mit Stellzylindern, insbesondere mit Hydraulik- und/oder Pneumatikzylindern, gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stempel (2–5) mit einem Spindelantrieb und/oder einem Zahnstangenantrieb gebildet sind.
Verfahren zur Erfassung und Korrektur von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur des flexiblen Bauteils (12), insbesondere mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln der theoretischen Gewichtskräfte F_g des Bauteils (12) aus den Bauteildaten (23) in den jeweiligen Auflagepunkten (8–11), – Verfahren der Stempel (2–5) bis die Sollkontur des Bauteils (12) erreicht ist, – Auflegen des Bauteils (12) auf die Stempel (2–5), – Messen der im Auflagepunkt (8–11) des jeweiligen Stempels (2–5) wirkenden Gewichtskraft F_m, – Vergleich zwischen den gemessenen Gewichtskräften F_m und den theoretischen Gewichtskräften F_g, wobei eine Differenz eine Konturabweichung des Bauteils (12) bedeutet.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kontur des Bauteils (12) beim Vorliegen von Konturabweichungen solange verändert wird, bis alle jeweils in den Auflagepunkten (8–11) gemessenen Gewichtskräfte F_m im Wesentlichen mit den theoretischen Gewichtskräften F_g übereinstimmen und die Sollkontur des Bauteils (12) erreicht ist.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Kontur des Bauteils (12) durch eine mechanische Verformung des Bauteils (12), insbesondere durch Kugelstrahlen und/oder Rollen, erfolgt.
Verfahren zur Erfassung von Abweichungen zwischen der Sollkontur und der Istkontur des flexiblen Bauteils (12), insbesondere mit einer Vorrichtung nach mindestens einem der Patentansprüche 1 bis 8, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln der theoretischen Gewichtskräfte F_g des Bauteils aus den Bauteildaten (23) in den Auflagepunkten (8–11), – Auflegen des Bauteils (12) auf mindestens zwei Stempel (3, 4) zur Aufnahme und Ausrichtung des Bauteils (12), – Verfahren der übrigen Stempel (2, 5) von unten gegen das Bauteil (12), bis die jeweils in den Auflagepunkten (8–11) gemessenen Gewichtskräfte F_m den theoretischen Gewichtskräften F_g im Wesentlichen entsprechen und somit die Istkontur des Bauteils (12) erreicht ist, wobei eine Messung der jeweiligen Verfahrwege S_m der Stempel (2, 5) erfolgt und – Ermitteln der Abweichungen zwischen der Istkontur und der Sollkontur des Bauteils (12) durch einen Vergleich zwischen den gemessenen Verfahrwegen S_m der Stempel (2, 5) und den theoretischen Verfahrwegen S_g, die im Wesentlichen der Sollkontur des Bauteils (12) entsprechen.