DE102007056827B3

DE102007056827B3 - Controller und vollautomatisches Biegesystem für Biegemaschinen

Info

Publication number: DE102007056827B3
Application number: DE200710056827
Authority: DE
Inventors: Albert Sedlmaier; Stefan Freitag; Thomas Dietl; Bernard Poks
Original assignee: Data M Software GmbH
Current assignee: Data M Sheet Metal Solutions GmbH
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-11-27
Also published as: WO2009068416A3; WO2009068416A2

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt einen Controller für eine Biegemaschine 1 mit einem Oberwerkzeug 1a und einem Unterwerkzeug 1b bereit. Der Controller schließt jeweilige Schnittstellen ein, um mit der Biegemaschine 1, mit einem oder mehreren lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 und mit einem oder mehreren Kraftmessgeräten kommunizieren zu können. Der Controller kann anhand von Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile 3 Parameter zum Steuern der Biegemaschine 1, Soll-Werte für die Winkel der zu biegenden Teile 3 und Positionsdaten für ein oder mehrere lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte 2 berechnen und diese an die jeweiligen Schnittstellen ausgeben. Die Positionsdaten können in Abhängigkeit von den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile 3 bestimmt werden. Der Controller kann ferner anhand von Ist-Werten von einem oder mehreren lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 und von einem oder mehreren Kraftmessgeräten die Parameter zum Steuern der Biegemaschine 1 korrigieren, bis eine Übereinstimmung zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten vorliegt. Die Erfindung stellt ferner ein vollautomatisches Biegesystem für eine Biegemaschine 1 bereit. Das Biegesystem schließt als Systemkomponenten den Controller, eine Biegemaschine 1, mindestens ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2, mindestens ein Kraftmessgerät und jeweils eine programmierbare Steuerung zum Steuern der Biegemaschine 1, des mindestens einen ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Controller für eine Biegemaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein vollautomatisches Biegesystem mit so einem Controller und ein dazugehöriges Verfahren.
Zur Fertigung von genau einzuhaltenden Biegewinkeln, z. B. in der blechverarbeitenden Industrie, sind Vorrichtungen bekannt, wie z. B. Biegemaschinen. Diese Biegemaschinen werden von einer programmierten Steuerung gesteuert, wie beispielsweise die Steuerungen Cybelec DNC 1200, Cybelec ModEva (der Firma cyb-tech GmbH, 09212 Limbach-Oberfrohna) jeweils über NLR-Karte, Delem DA 65/DA 69, Delem DA 66W/69W (der Firma Delem aus NL-5657 EB EINDHOVEN) jeweils über Ethernet Karte. Die Steuerung enthält unterschiedliche Parameter über Konstruktionsdaten und Werkstoffdaten, die den gesamten Biegeprozess in seinen einzelnen Schritten und unterschiedlichen Stationen bestimmen.
Ein häufiges Problem bei der Fertigung von genau einzuhaltenden Biegewinkeln an diesen Vorrichtungen stellen die unterschiedlichen Parameter der Werkstoffbeschaffenheit dar, wie z. B. Schwankungen der Materialstärke und Spannungen. Dadurch kommen beim Biegeprozess unerwünschte Abweichungen zwischen Soll-Werten und Ist-Werten zustande.
Bei einfachen Fertigungen kann dieses Problem durch Eingeben der Soll-Werte in die Steuerung, Fertigen eines oder mehrerer gebogener Teile, manuelles Messen der Ist-Werte und Einstellen der Parameter der Biegemaschine bis eine Übereinstimmung zwischen Ist- und Soll-Wert vorliegt, gelöst werden. Bei komplexen Fertigungen sind aus dem Stand der Technik zur Beseitigung dieses Problems lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte bekannt, wie z. B. der COPRA^® LaserCheck (der Firma data M Software GmbH, D-83636 Valley/Oberlaindern). Die Positionierung des Messgerätes erfolgt in der Praxis durch einen Bediener anhand von vorgegebenen Positionen und/oder durch schrittweises Anpassen an die zur Messung zweckmäßige Position. Da die Positionierung manuell durchgeführt wird, bereitet sie nicht nur bei komplexen Fertigungen mehrere Probleme, die der Stand der Technik unzulänglich löst.
Bei diesen herkömmlichen Automatisierungslösungen werden für Maschinensteuerung, Winkelmesssystem und Bedienung jeweils eigene Steuerungen verwendet, die häufig unterschiedliche Betriebssysteme und Software benötigen. Ferner erfolgt die Positionierung des Winkelmesssystems manuell und nicht automatisch. Außerdem werden mehrere, oft verschiedenartige Schnittstellen verwendet. Diese Systemkomplexität macht diese Automatisierungslösungen unübersichtlich, langsam und unflexibel.
Ferner muss bei komplexen Fertigungen die Positionierung des Messgerätes nicht nur automatisch, sondern auch dynamisch erfolgen können, da Durchbrüche in einem zu biegenden Teil und Abschattungen durch bereits gebogene Laschen berücksichtigt werden müssen. Außerdem dürfen keine Kollisionen mit dem Werkstück erfolgen.
Ferner wird in der Serie meist ohne dynamische Bestimmung von Materialstärke, Rückfederung und Überbiegung produziert. Außerdem ist bei herkömmlichen Automatisierungslösungen oft eine Fertigung von Testmustern erforderlich.
Demnach besteht ein Bedarf an einem übersichtlichen, schnellen und flexiblen vollautomatischen Biegesystem bzw. einem Controller mit einer reduzierten Systemkomplexität, das in der Lage ist, Messgeräte dynamisch zu positionieren. Ferner besteht ein Bedarf an einem dynamisch ablaufenden und materialsparenden Verfahren.
Die DE 43 12 565 C2 offenbart einen Controller für eine Biegemaschine, der die Merkmale des Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Die offenbarte Biegemaschine enthält auch ein Biegewinkel-Messgerät.
Die DE 39 25 925 A1 offenbart eine Biegemaschine mit einer Behinderungsprüfeinrichtung, welche die Biegebearbeitung an einem Werkstück basierend auf den Eingangsdaten von einer Biegebearbeitungseinstelleinrichtung simuliert und eine Prüfung im Hinblick auf eine Behinderung zwischen dem Werkstück und oberen und unteren Stempeln vornimmt.
Die DE 34 41 113 A1 offenbart eine Biegemaschine, bei der ein zu biegendes Teil in mehreren Schritten gebogen wird, indem nach einem Biegen eine Winkelmessung am Werkstück erfolgt und damit eine Korrektur der Biegeparameter durchgeführt wird, dann ein erneutes Biegen mittels der korrigierten Biegeparameter, eine erneute Winkelmessung am Werkstück und eine erneute Korrektur der Biegeparameter durchgeführt werden usw., bis sich der Messwert des Biegewinkels innerhalb der zulässigen Toleranz bewegt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Controller für eine Biegemaschine mit Biegewinkel-Messgerät, der es erlaubt, das Biegewinkel-Messgerät automatisch und schnell zu positionieren, ein entsprechendes vollautomatisches Biegesystem und ein dazugehöriges Verfahren anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch einen Controller für eine Biegemaschine, ein vollautomatisches Biegesystem sowie ein Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 13 bzw. 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den anhängigen Ansprüchen angegeben.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Biegemaschine 1 mit einem Oberwerkzeug 1a und einem Unterwerkzeug 1b des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt Positionen eines lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 bei Durchbrüchen 3a in einem zu biegenden Teil 3 gemäß der vorliegenden Erfindung.
2B zeigt Positionen eines lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 bei Abschattungen 3b durch bereits gebogene Laschen eines zu biegenden Teiles 3 gemäß der vorliegenden Erfindung.
2C zeigt eine schematische Seitenansicht der 2B.
3A zeigt in Bezug auf eine Biegeebene der Biegemaschine 1 aus 1 Positionen von zwei gegenüberliegenden lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
3B zeigt das Oberwerkzeug 1a der Biegemaschine aus der 1, in das ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die 1 zeigt eine Biegemaschine 1, wie beispielsweise eine Biegepresse oder Schwenkbiegemaschine, mit einem Oberwerkzeug 1a und einem Unterwerkzeug 1b des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das vollautomatische Biegesystem als Systemkomponenten einen Controller, eine Biegemaschine 1, ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2, ein Kraftmessgerät (nicht gezeigt) und jeweils eine programmierbare Steuerung zum Steuern der Biegemaschine 1, des lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 und des Kraftmessgerätes abhängig von den Controller-Befehlen ein.
Das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 verfügt in Bezug auf die Biegemaschine 1 über einen oder mehrere Freiheitsgrade und kann sich, falls erforderlich, in allen drei Raumrichtungen in Bezug auf die Biegemaschine 1 bewegen. Die Bewegung kann auf Laufschienen erfolgen und kann durch einen oder mehrere Motoren ausgeführt werden, die über die programmierbare Steuerung abhängig von den Controller-Befehlen angesteuert werden können.
In einer Ausführungsform verlaufen die Laufschienen 4 entlang der Biegemaschine 1 und können in Bezug auf diese gesenkt oder gehoben werden. Darüber hinaus kann optional das Biegewinkel-Messgerät 2 an senkrecht zu den Laufschienen 4 verlaufenden Führungen verschoben werden und/oder in Bezug auf die eigene Achse gekippt werden. Im letzteren Fall können die Laufschienen 4 auch stationär sein.
Das Kraftmessgerät ist für die Messung der Rückfederung vorgesehen, da die Rückfederung den Biegewinkel des zu biegenden Teiles 3 stark beeinflusst.
Der Controller schließt jeweilige Schnittstellen ein, um mit der Biegemaschine 1, mit dem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 und mit dem Kraftmessgerät kommunizieren zu können. Erfindungsgemäß kann der Controller für das vollautomatische Biegesystem ein Gerät sein, wie z. B. eine Bedienerkonsole, ein Personalcomputer oder ein Laptop, das mit den anderen Systemkomponenten über jeweilige, vorzugsweise einheitliche Schnittstellen verbunden ist.
Die Schnittstelle kann eine bekannte Schnittstelle des Standes der Technik sein, wie z. B. eine serielle Verbindung, USB, Netzwerk, Profibus, Profinet, CAN-Bus oder OPC. Vorzugsweise erfolgt die Verbindung über eine OPC-Schnittstelle. Die einzige Voraussetzung für die Systemkomponenten des vollautomatischen Biegesystems ist die industrielle Tauglichkeit, wie z. B. Verkabelung, Störsicherheit, eine Möglichkeit zum Anschluss und eine Schnittstelle mit Treiber für beispielsweise WindowsXP^® für die verwendete Hardware.
Der Controller kann anhand von Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile 3 die Parameter zum Steuern der Biegemaschine 1, die Soll-Werte für die Winkel der zu biegenden Teile 3 und die Positionsdaten des lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 berechnen. Der Controller kann danach die Parameter, die Soll-Werte und die Positionsdaten an die jeweiligen Schnittstellen ausgeben. Die Parameter zum Steuern der Biegemaschine 1 können mittels einer geeigneten Software, wie beispielsweise das Bending Office^® der Anmelderin, ausgehend von den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile 3 berechnet werden. Diese Parameter schließen Angaben ein, wie z. B. Modell, Presskraft, Abkantlänge, Ständerausladung, Hinteranschlagtiefe, Achsendaten, Hub, Zustellhub, maximaler Rückhub, Geschwindigkeit, maximale Arbeitsgeschwindigkeit, Motorleistung, Länge, Breite, Tiefe, Höhe und Gewicht. Die Positionsdaten können ebenfalls in Abhängigkeit von den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile 3 bestimmt werden.
Der Controller kann ferner anhand von Ist-Werten, die von dem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 und von dem Kraftmessgerät geliefert werden, die Parameter zum Steuern der Biegemaschine 1 korrigieren. Die Korrektur der Parameter wird solange durchgeführt, bis die Übereinstimmung zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten erreicht ist. Diese Korrektur ist erforderlich, da beim Biegeprozess durch die unterschiedlichen Parameter der Werkstoffbeschaffenheit, wie z. B. Schwankungen der Materialstärke und Spannungen, zwischen Soll-Werten und Ist-Werten unerwünschte Abweichungen zustande kommen.
Aufgrund von jeweiligen, vorzugsweise einheitlichen Schnittstellen sind Übergänge zwischen verschiedenen Steuerungen für Biegemaschine 1, lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2, Kraftmessgerät und Bedienung und zwischen unterschiedlichen Betriebssystemen nicht notwendig. Über die reduzierte Systemkomplexität wird ein kompaktes, übersichtliches, schnelles und flexibles Biegesystem mit nur einem einzigen Controller und einer geringen Anzahl von gleichartigen Schnittstellen bereitgestellt. Beispielsweise kann die Plattform Siemens Simotion^® in den Controller integriert sein. Ferner kann beispielsweise die Software Gending Office^® bzw. Biege-Office der Anmelderin in dem Controller verwendet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden in dem Controller die Software Gending Office^® und die Plattform Siemens Simotion^® zusammen verwendet.
Das vollautomatische Biegesystem kann unabhängig von der Art des Antriebs der Biegemaschine 1 verwendet werden. Neben einem beispielsweise hydraulischen Antrieb für die Biegemaschine 1 kann auch ein elektrischer und/oder mechanischer Antrieb für die Biegemaschine 1 eingesetzt werden. Ferner kann ein pneumatischer Antrieb oder eine Kombination aus pneumatischem und hydraulischem Antrieb für die Biegemaschine 1 eingesetzt werden. Die Art des Antriebs wird hauptsächlich durch die auftretenden Kräfte bestimmt, die von Parametern, wie z. B. der Dicke des zu biegenden Teiles 3, der Biegelänge und dem Material selbst, abhängig sind.
Die 2A und 2B, 2C zeigen Positionen eines lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 bei Durchbrüchen 3a in einem zu biegenden Teil 3 bzw. bei Abschattungen 3b durch bereits gebogene Laschen eines zu biegenden Teiles 3 gemäß der vorliegenden Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Controller des vollautomatischen Biegesystems ferner aus den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten Durchbrüche 3a in dem zu biegenden Teil 3 und/oder Abschattungen 3b durch bereits gebogene Laschen des zu biegenden Teiles 3 und/oder Kollisionen des lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 mit dem zu biegenden Teil 3 (nicht gezeigt) bestimmen.
In Abhängigkeit von dieser Bestimmung kann der Controller die erforderlichen Positionsdaten des lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 berechnen. Diese Bestimmung ist notwendig, da bei Durchbrüchen 3a und/oder Abschattungen 3b das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 verfälschte Daten an den Controller liefern würde. Außerdem können Kollisionen zwischen dem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 und dem zu biegenden Teil 3 vermieden werden. Dadurch können die Leistungsfähigkeit des Biegeprozesses wesentlich gesteigert und mögliche Totzeiten vermieden werden.
Die Berechnung der Kollisionsdaten setzt voraus, dass der Controller zu jedem Zeitpunkt im Laufe des Biegeverfahrens die sich verändernden Positionen des zu biegenden Teiles "kennt". Somit kann der Controller nach einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung, wie in Anspruch 19 definiert, einen Sicherheitsbereich bestimmen, in den der Bediener während des aktiven Biegevorgangs nicht eingreifen darf. Dies gilt besonders für Werkzeugmaschinen, die über keinen Personenschutz in Form eines Gehäuses, Schutzgitters oder Schutzzaunes verfügen, in besonderem Maße an Maschinen, an denen der Bediener sich im Arbeitsraum bzw. Bewegungsraum des Werkzeugs oder des Werkstückes befindet, beispielsweise an Biegemaschinen.
Die Visualisierung des Sicherheitsbereichs kann durch einen (nicht gezeigt) zweigeteilten Bildschirm an dem Controller, der zum einen den aktuellen Zustand der Maschine anzeigt und zum anderen den kommenden Zustand ebenso visualisiert, erfolgen. Es ist auch möglich, die Anzeige am Bildschirm sequentiell zu gestalten, da der Controller den aktuellen Zustand und die zeitliche Abfolge kennt.
Dadurch kann der Bediener nun erkennen, welchen Biegevorgang bzw. Biegeschritt die Werkzeugmaschine nun ausführen wird, und er kann sich somit auf die kommende Aktion der Maschine einstellen und so möglichen Gefahren begegnen. Auch kann der Bediener über ein mögliches Gefahrenpotential informiert und gewarnt werden (z. B. großer Bogen, der vom zu biegenden Teil durchfahren wird – Verletzungsgefahr.)
Die Anzeige am Bildschirm kann in Form einer realen Darstellung, durch Piktogramme oder durch andere optische und akustische Signale erfolgen. Ebenso kann eine farbliche oder textliche Warnung erfolgen.
Der Aspekt der Erfindung, der den Sicherheitsbereich betrifft, kann unabhängig oder in Verbindung mit der Positionierung des Biegewinkel-Messgeräts gemäß den Ansprüchen 1–18 realisiert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann der Controller des vollautomatischen Biegesystems ferner die Positionsdaten eines lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes 2 in Abhängigkeit von der Höhe und/oder der Breite des Unterwerkzeugs 1b der Biegemaschine und/oder der Höhe und/oder der Breite des Oberwerkzeugs 1a der Biegemaschine und/oder eines Anschlagstücks 1c der Biegemaschine berechnen. Dadurch können Abschattungen 3b des zu messenden Teiles durch Oberwerkzeug 1a und/oder Unterwerkzeug 1b sowie Kollisionen zwischen dem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 und dem Oberwerkzeug 1a und/oder Unterwerkzeug 1b vermieden werden. Dadurch können ebenfalls die Leistungsfähigkeit des Biegeprozesses wesentlich gesteigert und mögliche Totzeiten vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform schließt ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 des vollautomatischen Biegesystems einen Halbleiterlaser mit Linienoptik und eine Kamera ein, die z. B. als CMOS-Kamera, CCD-Kamera oder dergleichen. Das gestattet die exakte Messung eines Biegewinkels an gebogenen Teilen. Dabei erfolgt die Messung des Biegewinkels über Messung der Projektion des Linienlasers auf einen Schenkel des gebogenen Teiles, wobei die Linienlage mit der Kamera gemessen wird, die schräg auf die Oberfläche des Teiles sieht. Der Biegewinkel kann aus dem eingeschlossenen Winkel zwischen Linienlaser und Achse der Kamera berechnet werden. Das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 liefert die Daten zur weiteren Verarbeitung an den Controller des vollautomatischen Biegesystems.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Kraftmessgerät des vollautomatischen Biegesystems die Kräfte über einen hochauflösenden Kraftsensor, einen digitalen Messverstärker und damit verbundene Dehnmessstreifen bestimmen. Biegewinkel werden von der Rückfederung des zu biegenden Teiles 3 stark beeinflusst. Die Messung der Rückfederung kann mit sog. Dehnmessstreifen durchgeführt werden. Diese Dehnmessstreifen können an dem Gestell, dem Werkzeug oder an der Werkzeughalterung aufgeklebt sein und sind mit dem digitalen Messverstärker verbunden. Das Kraftmessgerät liefert die Daten zur weiteren Verarbeitung an den Controller des vollautomatischen Biegesystems.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Biegemaschine 1 mit einem hydraulischen Antrieb ausgestattet. Das Kraftmessgerät des vollautomatischen Biegesystems kann die Kräfte über die auftretenden Drücke bestimmen. Alternativ dazu kann die Biegemaschine 1 mit einem pneumatischen Antrieb ausgestattet sein. Eine Kombination aus einem hydraulischen und pneumatischen Antrieb ist ebenfalls möglich.
In einer noch weiteren Ausführungsform ist die Biegemaschine 1 mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet. Das Kraftmessgerät des vollautomatischen Biegesystems kann die Kräfte über die Leistungsaufnahme (Spannung und Strom) bestimmen. Manche Leistungsendstufen für Servomotoren können, wie dem Fachmann bekannt, die erforderlichen Daten ohne weiteres liefern, wobei auf Messwandler oder dergleichen verzichtet werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 des vollautomatischen Biegesystems als ein Triangulationssensor ausgebildet.
Die 3A zeigt in Bezug auf eine Biegeebene der Biegemaschine 1 aus 1 Positionen von gegenüberliegenden lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Biegesystem ein Paar aus zwei lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 ein. Die gegenüberliegend (auf der Vorderseite und der Rückseite der Biegemaschine 1) angeordneten lasergestützten Biegewinkel-Messgeräte 2 können bezüglich einer Biegeebene der Biegemaschine 1 unterhalb und/oder oberhalb angeordnet sein. Die gegenüberliegend angeordneten lasergestützten Biegewinkel-Messgeräte 2 können bei komplexen Fertigungen exakte Ergebnisse liefern. Dadurch können ebenfalls die Leistungsfähigkeit des Biegeprozesses wesentlich gesteigert und mögliche Totzeiten vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Biegesystem zwei Paare aus zwei lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 ein. Dadurch können gegebenenfalls eine Schiefstellung des Oberwerkzeugs 1a und/oder eine Änderung der Dicke des zu biegenden Teiles 3 über die gesamte Biegelänge kompensiert werden.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Biegesystem zusätzlich ein zentral angebrachtes Paar aus zwei lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 ein. Dadurch kann die sog. Bombierung, d. h. ein Wölben des Werkzeugs, um bei Belastung gerade zu werden, gesteuert werden.
Die 3B zeigt das Oberwerkzeug 1a der Biegemaschine aus der 1, in das ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 des vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung integriert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform schließt das Biegesystem ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 ein, das in das Oberwerkzeug 1a der Biegemaschine integriert ist. Die Integrierung kann durchgeführt werden, indem beispielsweise ein Teil des Oberwerkzeugs 1a entfernt und an die Stelle das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 eingebaut wird. Die Möglichkeit der Integrierung ist davon abhängig, ob das Oberwerkzeug 1a der Schwächung durch die Entfernung eines Teiles des Materials standhalten kann oder nicht. Zur Überprüfung können dazu beispielsweise Berechnungen für Finite Elemente durchgeführt werden.
In einer weiteren Ausführungsform schließt das Biegesystem zwei lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte 2 ein, die in das Oberwerkzeug 1a der Biegemaschine integriert sind. Diese Ausgestaltung kann bei komplexen Fertigungen gewählt werden, falls die statische Sicherheit für das Oberwerkzeug 1a nach Integrierung noch gegeben ist. Die statische Sicherheit vorausgesetzt, können auch mehr als zwei, z. B. drei oder vier, lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte 2 in das Oberwerkzeug 1a integriert werden.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung auch eine Kombination aus gegenüberliegend (auf der Vorderseite und der Rückseite der Biegemaschine 1) angeordneten Paaren aus zwei lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 und in das Oberwerkzeug 1a integrierten lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten 2 vorgesehen. Durch diese Ausgestaltung kann auf die Positionierung der lasergestützten Biegewinkel-Messgeräte 2 durch Verschieben entlang der Biegemaschine 1 verzichtet werden. Im Verlauf des Biegeprozesses kann auf die erforderlichen Messgeräte umgeschaltet werden. Allerdings ist hierbei zu berücksichtigen, dass das Messgerät sich zu einem gegebenen Zeitpunkt nicht an der zweckmäßigen Position befinden könnte. Daher ist diese Ausgestaltung nur bei einem sehr begrenzten Spektrum der zu biegenden Teile 3 sinnvoll.
Durch die vorstehenden Ausführungsformen können ebenfalls die Leistungsfähigkeit des Biegeprozesses wesentlich gesteigert und mögliche Totzeiten vermieden werden.
Ferner wird ein Verfahren zum Biegen eines Teiles unter Verwendung eines vollautomatischen Biegesystems gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Das Verfahren schließt zwei Abschnitte ein. In einem ersten Abschnitt A wird zunächst in dem Schritt A1 das zu biegende Teil 3 in die Biegemaschine 1 eingelegt. Verfügt die Biegemaschine 1 über ein Anschlagstück 1c, kann das Teil beim Einlegen bis zum Anschlagstück 1c vorgeschoben werden. Das Einlegen kann von Hand oder von Einlegerobotern durchgeführt werden. In dem Schritt A2 wird das Teil auf einen geschätzten Vorbiegewinkel durch die Biegemaschine 1 angebogen. Danach werden in dem Schritt A3 der tatsächliche Biegewinkel und die zugehörige Kraft von einem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 bzw. einem Kraftmessgerät des vollautomatischen Biegesystems gemessen. Das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 und das Kraftmessgerät liefern die gemessenen Daten als Ist-Werte an den Controller des vollautomatischen Biegesystems. Der Controller bildet aus dem tatsächlichen Biegewinkel und der zugehörigen Kraft ein erstes Wertepaar, das zur Korrektur der Materialstärke und zum Biegen des Teiles auf einen vorgesehenen Biegewinkel verwendet werden kann. In dem Schritt A4 erfolgt das endwinkelnahe Biegen des Teiles durch die Biegemaschine 1. Danach wird in dem Schritt A5 das Teil auf eine definierte Restkraft entlastet. Nach der Entlastung des Teiles werden in dem Schritt A6 der aktuelle Biegewinkel und die dabei wirkende Kraft von einem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 bzw. einem Kraftmessgerät des vollautomatischen Biegesystems gemessen. Das lasergestützte Biegewinkel-Messgerät 2 und das Kraftmessgerät liefern die gemessenen aktuellen Daten als Ist-Werte an den Controller des vollautomatischen Biegesystems. Der Controller bildet aus dem aktuellen Biegewinkel und der dabei wirkenden Kraft ein zweites Wertepaar. Darauf errechnet der Controller in dem Schritt A7 aus dem ersten und zweiten Wertepaar die Rückfederung des Teiles. In dem Schritt A8 wird die Überbiegung des Teiles bestimmt. Danach wird in dem Schritt A9 ein individuelles Überbiegen durchgeführt. Der erste Abschnitt A endet in dem Schritt A10 mit einem schnellen Rückzug des Oberwerkzeugs 1a.
In einem an den ersten Abschnitt A anschließenden zweiten Abschnitt B wird zunächst in dem Schritt B1 das Teil in die Biegemaschine 1 eingelegt. Das Einlegen des zu biegenden Teiles 3 ist mit dem Schritt A1 aus dem ersten Abschnitt A identisch. Danach wird in dem Schritt B2 das Teil in den Endwinkel gebogen.
Im Anschluss können Teile nun unter Durchführung von lediglich Abschnitt B unabhängig von Materialeigenschaften oder Dickentoleranzen in nur einem einzigen Biegeschritt (Schritt B2) mit einer einzigartigen Präzision gebogen werden.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann der Controller einem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 die Parameter über Konstruktionsdaten und Werkstoffdaten liefern. Durch diesen Vorgang kann die zweckmäßige Position der Messung im Hinblick auf Durchbrüche 3a im zu biegenden Teil 3, Abschattung 3b durch bereits gebogene Laschen und Kollision mit dem Werkstück wesentlich effektiver als bisher ermittelt werden. Die Kommunikation mit dem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 kann dabei über eine bekannte Schnittstelle des Standes der Technik, wie z. B. eine serielle Verbindung, USB, Netzwerk, Profibus, Profinet, CAN-Bus oder OPC, erfolgen. Vorzugsweise erfolgt die Kommunikation über eine OPC-Schnittstelle.
Ferner kann in einer weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 automatisch in eine zweckmäßige Messposition gefahren werden. Dies geschieht durch die programmierbare Steuerung zum Steuern des Biegewinkel-Messgerätes 2 abhängig von den Controller-Befehlen. Das automatische Anfahren der Messposition (z. B. Höhe und/oder Breite des Oberwerkzeugs 1a und/oder Unterwerkzeugs 1b und vertikale und/oder horizontale Position hinsichtlich der Biegemaschine 1) ermöglicht die dynamische Positionierung eines lasergestützten Biegewinkel-Messgeräts 2 ohne größeren Zeitverlust.
In einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können zwei lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte 2 synchron oder unabhängig voneinander ausgerichtet werden.
In einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät 2 den Biegewinkel und/oder die erforderliche Zielposition des Oberwerkzeugs 1a an den Controller des vollautomatischen Biegesystems liefern.
In einer noch weiteren Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann die reale Dicke des Teiles aus der Messung der auftretenden Kräfte ermittelt werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Geschwindigkeit des Verfahrens und kann weitere Berechnungen mit dem tatsächlichen Winkel liefern.
Ferner kann in einer Ausführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung die Anzeige von einem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät 2 kontextsensitiv auf einem Bildschirm des vollautomatischen Biegesystems visualisiert werden.
Der Controller für eine Biegemaschine, das vollautomatische Biegesystem sowie das entsprechende Verfahren gestatten somit bei der Produktion in Serie die dynamische Bestimmung von Stärke, Rückfederung und Überbiegung eines zu biegenden Teiles 3. Eine Anfertigung von Testmustern ist nicht erforderlich, wodurch ein materialsparendes Verfahren bereitgestellt werden kann. Dabei kann jeder Maschinentakt die Messung der Biegewinkel sowie der Nachfederung des zu biegenden Teiles 3 einschließen, d. h. die ständige Überwachung jeder Phase des Biegevorgangs durch lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte und Kraftmessgeräte. Ferner kann die Überbiegung individuell für jeden Abkantvorgang berechnet werden. Dadurch können die Biegeeigenschaften des verwendeten Materials, kleinste Abweichungen der Materialstärke durch Ballung oder andere Walzungenauigkeiten sowie die auch von der Walzrichtung abhängige Rückfederung bei jedem Biegevorgang kompensiert werden.
Die effektive Kommunikation und die dynamische Bewegungsführung ermöglichen Anbiegen, endwinkelnahes Biegen, Messung der Rückfederung und Fertigstellung mit kontrolliertem Überbiegen in der gleichen Zykluszeit, die bei herkömmlichen Biegesystemen mit starren Parametern benötigt wird. Eine Entscheidung des Benutzers zwischen Präzision und Durchsatz ist nicht mehr notwendig, wobei Qualitätsanforderungen wesentlich einfacher erfüllt werden können.
Durch den rationellen und leistungsfähigen Controller für eine Biegemaschine, das vollautomatische Biegesystem sowie das entsprechende Verfahren der vorliegenden Erfindung können komplexe Bewegungsaufgaben einfach gelöst werden. Biegemaschinen mit mehr als zwei bewegungsgeführten hydraulischen Achsen, hochgenau arbeitende Tandempressen, Triplex-Lösungen mit drei auch unabhängig nutzbaren Pressen sind Beispiele, die sich mit dem Controller des erfindungsgemäßen Biegesystems wesentlich einfacher lösen lassen als mit herkömmlichen Lösungen.
Aufgrund von jeweiligen, vorzugsweise einheitlichen Schnittstellen, wie z. B. OPC, entfallen Übergänge zwischen verschiedenen Steuerungen und unterschiedlichen Betriebssystemen völlig. Diese reduzierte Systemkomplexität stellt eine optimale Produktivität mit einem hohen Wirkungsgrad und einem minimalen Kostenaufwand pro Biegevorgang für Biegemaschinen bereit, um zu biegende Teile aus Materialien, wie z. B. Blech oder ähnliches, zu fertigen.

1: Biegemaschine
1a: Oberwerkzeug
1b: Unterwerkzeug
1c: Anschlagstück
2: lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät
3: zu biegendes Teil
3a: Durchbruch
3b: Abschattung
4: Laufschienen

Claims

Controller für eine Biegemaschine (1) mit einem Oberwerkzeug (1a) und einem Unterwerkzeug (1b), wobei der Controller jeweilige Schnittstellen umfasst, um mit der Biegemaschine (1), mit einem oder mehreren lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten (2) und mit einem oder mehreren Kraftmessgeräten zu kommunizieren, und wobei der Controller ausgebildet ist, um anhand von Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) Parameter zum Steuern der Biegemaschine (1) und Soll-Werte für die Winkel der zu biegenden Teile (3) zu berechnen und diese an die jeweiligen Schnittstellen auszugeben, und um anhand von Ist-Werten von einem oder mehreren lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten (2) und von einem oder mehreren Kraftmessgeräten die Parameter zum Steuern der Biegemaschine (1) zu korrigieren, bis eine Übereinstimmung zwischen den Soll-Werten und den Ist-Werten vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller weiterhin ausgebildet ist, um anhand der Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) Positionsdaten für ein oder mehrere lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte (2) zu berechnen und diese an die jeweilige Schnittstelle auszugeben, wobei die Positionsdaten in Abhängigkeit von den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) bestimmt werden.
Controller gemäß Anspruch 1, wobei der Controller ausgebildet ist, um aus den Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten weiterhin Durchbrüche (3a) in dem zu biegenden Teil (3) und/oder Abschattungen (3b) durch bereits gebogene Laschen des zu biegenden Teiles (3) und/oder Kollisionen des mindestens einen lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes (2) mit dem zu biegenden Teil (3) zu bestimmen, um davon abhängig die Positionsdaten des mindestens einen lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes (2) zu berechnen.
Controller gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei der Controller weiterhin ausgebildet ist, um die Positionsdaten des mindestens einen lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes (2) in Abhängigkeit von der Höhe und/oder der Breite des Unterwerkzeugs (1b) der Biegemaschine und/oder der Höhe und/oder der Breite des Oberwerkzeugs (1a) der Biegemaschine und/oder eines Anschlagstücks (1c) der Biegemaschine zu berechnen.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine lasergestützte Biegewinkel-Messgerät (2) mindestens einen Halbleiterlaser mit Linienoptik und mindestens eine CMOS-Kamera, eine CCD-Kamera oder dergleichen umfasst.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine Kraftmessgerät ausgebildet ist, um Kräfte über mindestens einen hochauflösenden Kraftsensor, mindestens einen digitalen Messverstärker und damit verbundene Dehnmessstreifen zu bestimmen.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Biegemaschine (1) eine hydraulisch und/oder pneumatisch angetriebene Biegemaschine (1) ist, und wobei das mindestens eine Kraftmessgerät ausgebildet ist, um Kräfte über auftretende Drücke zu bestimmen.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei die Biegemaschine (1) eine elektrisch angetriebene Biegemaschine (1) ist, und wobei das mindestens eine Kraftmessgerät ausgebildet ist, um Kräfte über Leistungsaufnahme (Spannung und Strom) zu bestimmen.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das mindestens eine lasergestützte Biegewinkel-Messgerät (2) als Triangulationssensor ausgebildet ist.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das vollautomatische Biegesystem mindestens ein Paar aus zwei lasergestützten Biegewinkel-Messgeräten (2) umfasst, die gegenüberliegend unterhalb und/oder oberhalb einer Biegeebene der Biegemaschine (1) angeordnet sind.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei das vollautomatische Biegesystem mindestens ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät (2) umfasst, das in das Oberwerkzeug (1a) der Biegemaschine integriert ist.
Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, wobei der Controller weiterhin ausgebildet ist, um anhand von Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) die sich im Laufe des Biegeverfahrens verändernden Positionen des zu biegenden Teiles (3) zu berechnen und einen Sicherheitsbereich zu bestimmen, in den der Bediener während des aktiven Biegevorgangs nicht eingreifen darf.
Controller gemäß Anspruch 11, der weiterhin einen Bildschirm umfasst, um den Sicherheitsbereich zu visualisieren.
Vollautomatisches Biegesystem, das folgende Systemkomponenten umfasst: einen Controller gemäß einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche; eine Biegemaschine (1); mindestens ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät (2) mit einem oder mehreren Freiheitsgraden in Bezug auf die Biegemaschine (1); mindestens ein Kraftmessgerät; eine programmierbare Steuerung zum Steuern der Biegemaschine (1) abhängig von den Controller-Befehlen; eine programmierbare Steuerung zum Steuern des mindestens einen lasergestützten Biegewinkel-Messgerätes (2) abhängig von den Controller-Befehlen; und eine programmierbare Steuerung zum Steuern des mindestens einen Kraftmessgerätes abhängig von den Controller-Befehlen; dadurch gekennzeichnet, dass Positionsdaten vom Controller aus Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) berechnet und an die jeweilige Schnittstelle für das mindestens eine lasergestützte Biegewinkel-Messgerät (2) ausgegeben werden.
Verfahren zum Biegen eines Teiles unter Verwendung eines vollautomatischen Biegesystems gemäß Anspruch 13, das die folgenden Abschnitte umfasst: Abschnitt A, der die folgenden Schritte umfasst: A1. Einlegen des zu biegenden Teiles (3), A2. Anbiegen auf einen geschätzten Vorbiegewinkel, A3. Messen des tatsächlichen Winkels und der zugehörigen Kraft (erstes Wertepaar), A4. Endwinkelnahes Biegen, A5. Entlasten des zu biegenden Teiles (3) auf eine definierte Restkraft, A6. Messen des aktuellen Winkels und der zugehörigen Kraft (zweites Wertepaar), A7. Errechnen der Rückfederung des Teiles aus dem ersten und zweiten Wertepaar, A8. Bestimmen der Überbiegung, A9. Individuelles Überbiegen, und A10. Schneller Rückzug; und Abschnitt B, der die folgenden Schritte umfasst: B1. Einlegen des zu biegenden Teiles (3), und B2. Biegen des Teiles in den Endwinkel; dadurch gekennzeichnet, dass Positionsdaten aus Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten für zu biegende Teile (3) berechnet und an die jeweilige Schnittstelle für das mindestens eine lasergestützte Biegewinkel-Messgerät (2) ausgegeben werden.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei der Controller ausgebildet ist, um dem mindestens einen lasergestützten Biegewinkel-Messgerät (2) die Parameter über Konstruktionsdaten und/oder Werkstoffdaten zu liefern.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei das mindestens eine lasergestützte Biegewinkel-Messgerät (2) automatisch in die Messposition gefahren wird.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, wobei mindestens zwei lasergestützte Biegewinkel-Messgeräte (2) synchron oder unabhängig voneinander ausgerichtet werden.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, wobei mindestens ein lasergestütztes Biegewinkel-Messgerät (2) ausgebildet ist, um den Biegewinkel und/oder die erforderliche Zielposition des Oberwerkzeugs (1a) an den Controller zu liefern.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Ermittlung der realen Dicke des zu biegenden Teiles (3) aus der Messung der auftretenden Kräfte erfolgt.
Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, wobei die Anzeige von mindestens einem lasergestützten Biegewinkel-Messgerät (2) kontextsensitiv auf einem Bildschirm des vollautomatischen Biegesystems visualisiert wird.