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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Federwindemaschine.
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Schraubenfedern sind Maschinenelemente, die in zahlreichen Anwendungsbereichen in großen Stückzahlen und unterschiedlichen Ausgestaltungen benötigt werden. Schraubenfedern, die auch als gewundene Torsionsfedern bezeichnet werden, werden üblicherweise aus Federdraht herstellt und je nach der bei der Nutzung vorliegenden Belastung als Zugfedern oder Druckfedern ausgelegt. Druckfedern, insbesondere Tragfedern, werden beispielsweise in großen Mengen im Automobilbau benötigt. Die Federcharakteristik kann unter anderem dadurch beeinflusst werden, dass Abschnitte unterschiedlicher Steigung oder Steigungsverläufe gestaltet werden. Beispielsweise gibt es bei Druckfedern häufig einen mehr oder weniger langen mittleren Abschnitt mit konstanter Steigung (Konstantabschnitt), an den sich zu beiden Enden der Feder Anlagebereiche mit zu den Enden geringer werdender Steigung anschließen. Der Federdurchmesser ist bei zylindrischen Schraubenfedern über die Länge der Federn konstant, er kann aber auch über die Länge variieren, wie z. B. bei kegelförmigen oder tonnenförmigen Schraubenfedern. Auch die Gesamtlänge der (unbelasteten) Feder kann für unterschiedliche Anwendungen stark variieren.
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Schraubenfedern werden heutzutage üblicherweise durch Federwinden mit Hilfe numerisch gesteuerter Federwindemaschinen hergestellt. Dabei wird ein Draht (Federdraht) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm mittels einer Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören in der Regel ein oder mehrere bezüglich ihrer Stellung einstellbare Windestifte zur Festlegung und ggf. zur Veränderung des Durchmessers von Federwindungen und ein oder mehrere Steigungswerkzeuge, durch die die lokale Steigung der Federwindungen in jeder Phase des Fertigungsprozesses bestimmt wird.
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Federwindemaschinen sollen in der Regel bei hoher Stückleistung viele Federn mit einer bestimmten Federgeometrie (Soll-Geometrie) innerhalb sehr enger Toleranzen erzeugen. Zu den funktionswichtigen Geometrieparametern gehört u. a. die relative Winkellage der an den gegenüberliegenden Endbereichen der Schraubenfeder liegenden Federenden. Der Begriff „Federende” bezeichnet in diesem Zusammenhang die normalerweise durch einen Schervorgang erzeugte Endfläche des Drahtes, der die Schraubenfeder bildet. Fehler bei der relativen Winkellage der Federenden können zu Fehlern im Blockmaß (Länge im vollständig zusammengedrückten Zustand), in der Federlänge der unbelasteten Feder, bei der Federkraft und im Schleifbild der Federstirnseiten führen.
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Im Hinblick auf hohe Qualitätsanforderungen, z. B. im Automobilbereich, ist es üblich, gewisse Federgeometriedaten, wie beispielsweise den Durchmesser, die Länge, die Steigung bzw. den Steigungsverlauf der Feder und/oder die relative Winkelstellung der Federenden an beiden Enden der Schraubenfeder, nach Fertigstellung einer Feder zu messen und die fertigen Federn abhängig vom Ergebnis der Messung automatisch in Gutteile (Federgeometrie innerhalb der Toleranzen) und Schlechtteile (Ergebnis außerhalb der Toleranzen) und ggf. in weitere Kategorien zu sortieren. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei langen Federn sehr unökonomisch, da bei langen Federn jeweils pro Feder eine relativ große Drahtlänge verbraucht wird, die verworfen werden muss, wenn sich herausstellt, dass die fertige Feder außerhalb der Toleranzen liegt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, den Durchmesser, die Länge und die Steigung der Feder durch geeignete Messmittel während der Fertigung zu überprüfen und bei außerhalb von Toleranzgrenzen liegenden Abweichungen Fertigungsparameter so zu verändern, dass die Federgeometrie innerhalb der Toleranzen bleibt. Die
DE 103 45 445 B4 zeigt eine Federwindemaschine, die ein integriertes Messsystem mit einer Videokamera hat, die auf denjenigen Bereich der Federwindemaschine gerichtet ist, in dem die Formung der Feder beginnt. Ein an die Videokamera angeschlossenes Bildverarbeitungssystem mit entsprechenden Auswertealgorithmen soll es erlauben, den Durchmesser, die Länge und die Steigung der Feder während der Fertigung zu überprüfen und es soll möglich sein, diese Federgeometrieparameter durch Rückkopplung zu den motorisch verstellbaren Bearbeitungswerkzeugen während der Fertigung zu verändern. Ein Auswertealgorithmus zur Bestimmung des aktuellen Federdurchmessers ist im Detail beschrieben.
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Auch die relative Winkelposition bzw. Winkelstellung der Federenden zueinander kann in Abhängigkeit von Materialeigenschaften des Drahtes und von der Geometrie der Feder stark schwanken. Ein bekanntes Verfahren zur Begrenzung zu starker Streuungen bei der relativen Winkelstellung nutzt einen Messtaster, der ein Messsignal erzeugt, wenn das vordere (zuerst erzeugte) Federende der sich entwickelnden Feder mit zeitlichem Abstand vor dem Ende der Gesamtfertigungsdauer eine bestimmte Position erreicht, deren Winkelabstand (entlang der Windungen) zur gewünschten Soll-Winkelstellung am Ende der Gesamtfertigungsdauer bekannt ist. Zwischen der dem Messsystem vorher bekannten Ansprechposition des Messtasters und der am Ende der Fertigung gewünschten Soll-Position des Federendes liegt, gemessen entlang des Verlaufs der Windungen, ein definierter Restweg, der für den eingerichteten Fertigungsprozess für alle Schraubenfedern konstant ist. Die Steuerung für die Drahtzufuhr ist so programmiert, dass beim Ansprechen des Messtasters ein aktueller Drahtvorschub abgebrochen wird und dann noch der vorprogrammierte konstante Restweg des Drahtvorschubs gefahren wird, so dass das Federende danach die angestrebte Soll-Winkelstellung erreicht. Es wurden schon mechanische Messtaster mit einem verstellbaren Anschlag und optische Messtaster verwendet, die mit Hilfe eines Lasers das Erreichen der überwachten Winkelstellung des Federendes ermitteln. Messsysteme mit derartigen Messtastern sind in der Regel konstruktiv aufwendig.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu optimieren, dass insbesondere bei der Herstellung von relativ langen Schraubenfedern mit großer Zuverlässigkeit aus Drahtmaterialien unterschiedlichster Qualität Schraubenfedern innerhalb enger geometrischer Toleranzen hergestellt werden können.
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Insbesondere sollen lange Schraubenfedern mit geringer Streuung der relativen Winkelstellung der Federenden herstellbar sein.
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Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Federwindemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 9. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Bei dem Verfahren wird ein Messzeitpunkt definiert, der in der Endphase der für die Fertigung einer vollständigen Schraubenfeder benötigten Gesamtfertigungsdauer in zeitlichem Abstand vor dem Ende der Gesamtfertigungsdauer der Einzelfeder, d. h. zeitlich vor dem Fertigungsende einer Feder, liegt. Zum Messzeitpunkt wird die Position bzw. die Stellung des durch die Endfläche des Drahtes bestimmten Federendes gemessen, um eine Ist-Stellung des Federendes zum Messzeitpunkt zu ermitteln. Auf Basis des Ergebnisses dieser Messung wird ein Restweg berechnet, um den der Draht mit Hilfe der Zuführeinrichtung noch zugeführt bzw. vorgeschoben werden muss, bis eine für die Schraubenfeder vorbestimmte Soll-Winkelstellung des Federendes an einem zeitlich mit Abstand nach dem Messzeitpunkt liegenden, vordefinierten Referenzzeitpunkt erreicht ist. Um diesen berechneten Restweg wird der Draht mit Hilfe der Steuerung dann vorgeschoben.
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Der Referenzzeitpunkt entspricht bei manchen Ausführungsformen dem Ende der Gesamtfertigungsdauer. In diesen Fällen kann unmittelbar bei Erreichen des Referenzzeitpunkts das gegenüberliegende Federende dadurch erzeugt werden, dass durch eine Trenneinrichtung die erzeugte Schraubenfeder vom zugeführten Draht getrennt wird. Diese Variante ist in der Regel vorgesehen, wenn im Anschluss an den Referenzzeitpunkt ohne Steigungsänderung nur noch ein Konstantabschnitt, d. h. ein Abschnitt mit konstanter Steigung gefertigt wird, bevor die Abtrennung der Feder vom Draht erfolgt, also bei einem offenen Federendabschnitt.
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Der Referenzzeitpunkt kann auch ein mit zeitlichem Abstand vor dem Ende der Gesamtfertigungsdauer liegender Zwischenzeitpunkt sein. Diese Variante wird in der Regel genutzt, wenn im Anschluss an den Referenzzeitpunkt noch ein Endabschnitt mit Steigungsänderung gefertigt wird, insbesondere ein Anlageabschnitt mit zum Federende abnehmender Steigung, um ein Ende mit angelegten Windungen zu schaffen. In diesem Fall folgt also nach dem Abfahren des Restwegs noch ein mehr oder weniger langer Schlussteil der Fertigungsdauer. Dieser Schlussteil ist für die Federgeometrie einer Federserie spezifisch und im Steuerprogramm fest vorgegeben und somit konstant. Der Schlussteil ist normalerweise im Vergleich zur Gesamtfertigungsdauer so kurz, dass sich keine oder kaum noch Winkelstellungsfehler aufbauen können.
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Zwischen dem Messzeitpunkt und dem Fertigungsende verbleibt je nach Länge der Feder in jedem Fall eine Restzeit, die beispielsweise mehr als 5% oder mehr als 10% oder mehr als 20% oder mehr als 30% der Gesamtfertigungsdauer betragen kann.
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Der Begriff „Zeitpunkt” bezeichnet in dieser Anmeldung eine bestimmte Stelle innerhalb des NC-Steuerungsprogramms, also einen Programmzeitpunkt bzw. einem Zeitpunkt innerhalb des Programmablaufs. Ein ”zeitlicher Abstand” ist dementsprechend ein Abstand zwischen Programmzeitpunkten einer Programmzeitfunktion. Insoweit entspricht ein Programmzeitpunkt einer Ablaufposition im sequentiellen Ablauf von Programmschritten beim der Programmabarbeitung. Wird beispielsweise in einer bestimmten Phase der Programmabarbeitung ein Auslösesignal (Trigger) zur Ansteuerung einer Messeinrichtung benötigt, so kann dieses Auslösesignal durch eine an entsprechender Stelle vorliegende Programmzeile ausgelöst werden Dadurch kann ein „Messzeitpunkt” im Programm definiert werden. Solche Signale sind im Programm unmittelbar verknüpft mit bestimmten Positionen der Maschinenachsen, z. B. mit der Maschinenachse des Drahtvorschubs und/oder mit der Maschinenachse für die Position des Steigungswerkzeugs. Ein „Zeitpunkt” in einer Programmzeitfunktion entspricht somit einem Ort in der Bewegungskurve einer oder mehrerer Maschinenachsen. Aus einer Programmzeitfunktion ergeben sich Zeitpunkte (Programmzeitpunkte) innerhalb eines NC-Programms, die synchron zum Fortschritt der Federproduktion sind. Insoweit ist die Programmzeitfunktion auch eine Wegfunktion in Bezug auf die Bewegungen von Maschinenachsen. Insbesondere entspricht eine Programmzeitfunktion auch einer Wegfunktion des Drahtvorschubes.
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Während bei den Verfahren des Standes der Technik durch die Ansprechposition eines Messtasters ein Ort des beobachteten Federendes vorgegeben und ausgehend von diesem Ort ein konstanter Restweg gefahren wird, wird bei dem nun vorgeschlagenen Verfahren ein Messzeitpunkt vorgegeben und ein noch vorzuschiebender Restweg ergibt sich variabel und für jede Feder individuell in Abhängigkeit von der zum Messzeitpunkt festgestellten Winkelstellung des Federendes, die hier als Ist-Winkelstellung bezeichnet wird.
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Im Hinblick auf das Steuerungsprogramm kann der Unterschied so beschrieben werden, dass bei den herkömmlichen Verfahren der Zeitpunkt des Ansprechens des Messtasters in Bezug auf eine Position im NC-Steuerungsprogramm variabel, der Restweg aber konstant ist. Beim vorliegenden Verfahren ist dagegen die am Messzeitpunkt vorliegende Position im NC-Steuerungsprogramm konstant bzw. fest vorgegeben, der Restweg ist dagegen variabel und ergibt sich für jede Feder individuell erst aus der Berechnung auf Basis der gemessenen bzw. aus der Messung abgeleiteten Ist-Winkelstellung.
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Bei Nutzung der Erfindung kann auf konstruktiv aufwändige optische oder mechanische Messtaster verzichtet werden. Es entfällt auch der mit der Nutzung solcher Einrichtungen verbundene Justageaufwand, so dass sich eine deutlich vereinfachte Handhabung ergibt. Manche Messtaster sind auch fehleranfällig. Bei dünnen Drähten werden z. B. gelegentlich elektrisch-mechanische Taster eingesetzt, die bei Berührung mit dem Federende durch den Berührungskontakt einen elektrischen Stromkreis schließen sollen. Die hierbei gelegentlich beobachteten Kontaktprobleme werden vermieden.
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Vorzugsweise wird zur Messung eine Kamera mit einem zweidimensionalen Bildfeld verwendet und die Kamera wird derart angeordnet, dass der Endabschnitt der Feder mit dem Federende zum Messzeitpunkt innerhalb des Bildfeldes liegt. Messwerte können dann mit Hilfe eines der Kamera zugeordneten Bildverarbeitungssystems ermittelt werden. Geeignete Messkameras sind bei manchen herkömmlichen Federwindemaschinen bereits vorhanden, um nach dem Fertigungsende die Gesamtlänge der fertigen Feder, ihren Durchmesser und/oder andere im Endbereich der Feder bestimmbare Geometriedaten zu messen. Diese Kameras können ggf. für eine neue Messaufgabe genutzt werden. Dadurch kann der für herkömmliche Messtaster notwendige konstruktive Aufwand eingespart werden.
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Grundsätzlich kann die Messung auch mit anderen Messmitteln durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Lasersystem zur Messung benutzt werden.
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Eine Anordnung der Kamera mit Beobachtungsrichtung in Längsrichtung der Feder wäre möglich, um Bilder der Stirnseite der Schraubenfeder mit dem darin sichtbaren Federende zu erfassen und auszuwerten. Dies kann jedoch bei der Bedienung der Federwindemaschine hinderlich sein. Unter anderem deshalb ist es bevorzugt, dass die Kamera neben der zu erwartenden Position der Schraubenfeder bzw. neben dem von der Schraubenfeder zurückzulegenden Weg angeordnet ist und dass eine Beobachtungsrichtung der Kamera quer, insbesondere senkrecht zur Ausrichtung der Längsachse der Schraubenfeder bei der Federfertigung ausgerichtet ist. Der Endabschnitt mit dem Federende kann dann in seitlicher Projektion erfasst werden, wobei sich das Federende dann normalerweise je nach Winkelstellung als mehr oder weniger gekrümmte Stufe darstellt.
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Bei einer Verfahrensvariante wird zur Bestimmung der Ist-Winkelstellung des Federendes zum Messzeitpunkt ein Abstandswert für einen z. B. senkrecht zur Längsachse der Feder gemessenen Abstand zwischen einer Tangente an eine äußere Kontur einer Windung der Schraubenfeder und einer Projektion des Federendes im Bildfeld bestimmt. Da sich das Federende in der seitlichen Projektion normalerweise als klar definierte, mehr oder weniger gekrümmte Kontur darstellt, ist eine solche Abstandsmessung mit an sich bekannten Distanzbestimmungswerkzeugen eines Bildverarbeitungssystems mit hoher Präzision innerhalb kurzer Zeit möglich.
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Bei einer Verfahrensvariante, die besonders präzise Messwerte liefert, wird eine relative Orientierung des Federendes zum Messzeitpunkt in Bezug auf eine Beobachtungsrichtung bestimmt und in Abhängigkeit von der Orientierung wird eine Korrektur des Wertes für den Abstandswert vorgenommen. Dadurch können Projektionseffekte, die sich besonders bei relativ großem Drahtdurchmesser nachteilig auf die Messgenauigkeit auswirken können, berücksichtigt werden.
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Die zeitliche Lage des Messzeitpunktes wird im Hinblick auf die Federgeometrie vorzugsweise so ausgelegt, dass in einem Restzeitintervall, das zum Abfahren des Restweges benötigt wird, also in der Zeit zwischen dem Messzeitpunkt und dem Zwischenzeitpunkt oder dem Fertigungsende, noch mindestens eine Windung der Schraubenfeder erzeugt wird, wobei das Restzeitintervall vorzugsweise so lang ist, dass beim Abfahren des Restweges zwischen einer Windung und drei Windungen der Feder noch erzeugt werden. Derartige Restzeitintervalle sind einerseits lang genug, um mit hinreichender Genauigkeit die errechneten Restfahrwege zu verfahren, und andererseits kurz genug, um zu vermeiden, dass sich über den Restweg beispielsweise aufgrund von Qualitätsschwankungen des Drahtes noch ein Fehler bei der am Fertigungsende vorliegenden Stellung des Federendes ergibt.
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Bei manchen Verfahrensvarianten wird die Zuführbewegung des Drahtes zur Durchführung der Messung kurzzeitig unterbrochen, so dass das zu messende Federende zum Messzeitpunkt ruht. Dadurch sind Messungen mit großer Messgenauigkeit möglich und der nach Fortsetzung der Zufuhrbewegung zu fahrende Restweg kann in der Steuerung der Maschine mit geringem Aufwand berücksichtigt werden. Es ist grundsätzlich auch möglich, die Messung während eines kontinuierlichen Vorschubs des Drahtes vorzunehmen und den aus der Messung ermittelten Restweg um einen Anteil zu korrigieren, der sich zwischen der Erfassung des Federendes am Messzeitpunkt und der Berücksichtigung des Messergebnisses in der Maschinensteuerung ergibt.
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Vorzugsweise wird nach dem Fertigungsende und vor einer Abtrennung der Schraubenfeder vom zugeführten Draht mindestens eine weitere Messung durchgeführt. Mit dieser weiteren Messung kann beispielsweise die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder und/oder ihr Durchmesser und/oder andere Geometrieparameter ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch möglich, mit der weiteren Messung die Ist-Winkelposition des Federendes am Ende der Gesamtfertigungsdauer zu bestimmen, um den Erfolg des Verfahrens zu überprüfen.
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Beide Messungen können mit dem gleichen Messmittel, insbesondere mit derselben Kamera, durchgeführt werden, da die Position des Federendes am vor dem Fertigungsende liegenden Messzeitpunkt und die Position des Federendes am Ende der Gesamtfertigungsdauer normalerweise nicht weit, d. h. nur eine oder wenige Windungen auseinander liegen.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf eine numerisch gesteuerte Federwindemaschine, die besonders zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert ist. Sie hat eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Draht zu einer Umformeinrichtung sowie eine Umformeinrichtung mit mindestens einem Windewerkzeug, welches im Wesentlichen den Durchmesser der Schraubenfeder an einer vorgebbaren Position bestimmt, sowie mindestens ein Steigungswerkzeug, dessen Eingriff an der sich entwickelnden Schraubenfeder die lokale Steigung der Schraubenfeder bestimmt.
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Vorzugsweise hat die Federwindemaschine eine Kamera, die mit Abstand von der Umformeinrichtung derart positioniert ist, dass ein freier Federendabschnitt in einer Endphase der Herstellung der Schraubenfeder in den Erfassungsbereich der Kamera hineinläuft. Bei Verwendung einer Kamera mit ausreichend großem Erfassungsbereich kann die Kamera für mehrere zeitlich nacheinander durchzuführende Messungen des Federendes genutzt werden.
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Bei manchen modernen CNC-Federwindemaschinen, die bereits ein geeignetes Messsystem mit Kamera haben, kann die Erfindung mit bereits vorhandenen konstruktiven Voraussetzungen umgesetzt werden. Die Fähigkeit zur Ausführung von Ausführungsformen der Erfindung kann in Form zusätzlicher Programmteile oder Programmmodule bzw. in Form einer Programmänderung in die Steuerungssoftware von computergestützten Steuereinrichtungen implementiert werden.
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Daher betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß der Erfindung bzw. einer bevorzugten Ausführungsform hiervon durchführt.
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Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Federwindemaschine mit Teilen der Zuführeinrichtung und der Umformeinrichtung,
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2 zeigt in perspektivischer Darstellung Anbaugruppen für die in 1 gezeigte Federwindemaschine, inklusive zweier Kameras eines kamerabasierten, optischen Messsystems zur berührungslosen Echtzeiterfassung von Daten über die Geometrie einer aktuell hergestellten Feder, und einer Federführungseinrichtung;
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3 zeigt die in 2 dargstellte Situation aus einer Blickrichtung parallel parallel zur optischen Achse der Kameraoptik der zweiten Kamera;
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4 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Bildfeldes der zweiten Kamera bei der Messung der Ist-Winkelposition des Federendes zu einem vor dem Fertigungsende liegenden Messzeitpunkt;
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5 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts des Bildfeldes der zweiten Kamera bei der Messung der Federlänge zu einem nach dem Fertigungsende liegenden Messzeitpunkt;
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6 zeigt schematisch eine axiale Ansicht auf den freien Federendabschnitt einer Schraubenfeder zur Erläuterung eines Korrekturverfahrens bei der Bestimmung der Ist-Winkelposition des Federendes; und
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7 zeigt ein Berechnungsschema für die Ermittlung der gesuchten Bogenlänge b im Rahmen des Korrekturverfahrens.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die schematische Übersichtsdarstellung in 1 zeigt wesentliche Elemente einer CNC-Federwindemaschine 100 gemäß einer an sich bekannten Konstruktion. Die Federwindemaschine 100 hat eine mit Zuführrollen 112 ausgestattete Zuführeinrichtung 110, die aufeinanderfolgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine Richteinheit geführten Drahtes 115 mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 zuführt. Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windestifte 122, 124, die in Radialrichtung zur Mittelachse 118 (entspricht der Lage der gewünschten Federachse) ausgerichtet sind und dafür vorgesehen sind, den Durchmesser der Schraubenfeder zu bestimmen. Die Position der Windestifte kann zur Grundeinstellung für den Federdurchmesser beim Einrichten entlang der strichpunktiert gezeigten Verfahrlinien sowie in horizontaler Richtung (parallel zur Richtung des Drahteinzugs) verändert werden, um die Maschine für unterschiedliche Federdurchmesser einzurichten. Diese Bewegungen können auch mit Hilfe geeigneter elektrischer Antriebe unter Kontrolle der numerischen Steuerung vorgenommen werden.
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Ein Steigungswerkzeug 130 hat eine im Wesentlichen senkrecht zur Federachse ausgerichtete Spitze, die neben den Windungen der sich entwickelnden Feder eingreift. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Verstellantriebs der entsprechenden Maschinenachse parallel zur Achse 118 der sich entwickelnden Feder (d. h. senkrecht zur Zeichnungsebene) verfahrbar. Der bei der Federherstellung vorgeschobene Draht wird vom Steigungswerkzeug entsprechend der Position des Steigungswerkzeugs in Richtung parallel zur Federachse abgedrängt, wobei durch die Position des Steigungswerkzeuges die lokale Steigung der Feder im entsprechenden Abschnitt bestimmt wird. Steigungsänderungen werden durch achsparalleles Verfahren des Steigungswerkzeugs während der Federherstellung bewirkt.
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Die Umformeinrichtung hat ein weiteres, von unten vertikal zustellbares Steigungswerkzeug 140 mit einer keilförmigen Werkzeugspitze, die bei Einsatz dieses Steigungswerkzeuges zwischen benachbarte Windungen eingeführt wird. Die Verstellbewegungen dieses Steigungswerkzeuges verlaufen senkrecht zur Zuführrichtung. Dieses Steigungswerkzeug ist beim gezeigten Herstellungsverfahren nicht im Eingriff.
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Oberhalb der Federachse ist ein numerisch steuerbares Trennwerkzeug 150 angebracht, das nach Abschluss der Umformoperationen die hergestellte Schraubenfeder mit einer vertikalen Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt. In 1 ist der zugeführte Draht in einer Situation unmittelbar nach Abtrennen der vorher fertig gestellten Schraubenfeder gezeigt. In dieser Stellung hat der Draht bereits eine halbe Windung gebildet und das Drahtende, das den Federanfang bildet, befindet sich 0,3 Windungen vor der Position des Steigungswerkzeugs 130.
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Die zu den Werkzeugen gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine computernumerische Steuereinrichtung 180 gesteuert, die Speichereinrichtungen hat, in denen die Steuerungssoftware residiert, zu der u. a. ein NC-Steuerprogramm für die Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen gehört.
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Zur Fertigung einer Schraubenfeder wird der Draht ausgehend von der gezeigten „Feder-Fertig-Position” mit Hilfe der Zuführeinrichtung 110 in Richtung der Windestifte 122, 124 vorgeschoben und durch die Windestifte auf den gewünschten Durchmesser unter Ausbildung einer kreisbogenförmigen Krümmung umgelenkt, bis das freie Drahtende das Steigungswerkzeug 130 erreicht. Bei weiterem Drahtvorschub bestimmt die axiale Position des Steigungswerkzeuges die aktuelle lokale Steigung der sich entwickelnden Schraubenfeder. Das Steigungswerkzeug wird unter der Kontrolle des NC-Steuerprogramms axial verschoben, wenn während der Federentwicklung die Steigung geändert werden soll. Die Stellbewegungen des Steigungswerkzeuges legen im Wesentlichen den Steigungsverlauf entlang der Schraubenfeder fest.
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Bei der Einrichtung der Federwindemaschine werden die Umformwerkzeuge in ihre jeweiligen Grundstellungen gebracht. Außerdem wird das NC-Steuerprogramm erstellt oder geladen, welches die Stellbewegungen der Werkzeuge während des Fertigungsprozesses steuert. Die Geometrieeingabe wird bei der Federwindemaschine durch einen Bediener an der Anzeige- und Bedieneinheit 170 vorgenommen, welche an die Steuereinrichtung 180 angeschlossen ist.
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Anhand 2 werden nun einige Anbaugruppen für die in 1 gezeigte Federwindemaschine erläutert, welche für die Umsetzung des Verfahrens vorteilhaft sind. Die aus 1 bereits bekannten Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 gekennzeichnet. 2 zeigt die Federwindemaschine während der Herstellung einer relativ langen, zylindrischen Schraubenfeder 200, von der zu dem in der Abbildung gezeigten Zeitpunkt etwa zwanzig Windungen bereits hergestellt sind. Es handelt sich um eine lange Feder mit einem Verhältnis LID zwischen Gesamtlänge L der fertig gestellten Feder und Durchmesser D der Feder von mehr als zehn. Um sicherzustellen, dass die mit zunehmendem Drahtvorschub immer länger werdende Feder gerade bleibt und sich nicht mit ihrem freien Ende nach unten durchbiegt, ist eine Federführungseinrichtung 210 vorgesehen. Die Federführungseinrichtung hat ein mit näherungsweise horizontaler Längsachse am Gestell der Federwindemaschine befestigtes Winkelblech 212 mit V-förmigem Profil. Die nach unten zusammenlaufenden, ebenen Schrägflächen des Winkelblechs stützen die Feder nach unten und seitlich ab, so dass die Längsachse (Zentralachse) der sich entwickelnden Feder koaxial zur Mittelachse 118 der sich entwickelnden Feder verläuft. Das Winkelblech ist mittels einer nicht gezeigten Haltereinrichtung am Maschinengestellt befestigt und in seiner Höhe sowie in seitlicher Richtung verstellbar, um für Federn unterschiedlicher Durchmesser die gewünschte, zur Mittelachse 118 der Feder koaxiale Führung zu ermöglichen. Das Winkelblech kann nach Abschluss der Fertigung einer Feder automatisch mittels eines hydraulischen Schwenkantriebs nach unten geschwenkt werden, damit die fertige Feder in einen Sammelbehälter rutschen kann.
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Das der Umformeinrichtung zugewandte Ende des Winkelblechs befindet sich in einem lichten Abstand einiger Zentimeter von der Umformeinrichtung entfernt, so dass zwischen den Werkzeugen der Umformeinrichtung und dem maschinenseitigen Beginn des Winkelblechs ein frei schwebender Federabschnitt 202 verbleibt. Die Länge des Winkelblechs ist so an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder angepasst, dass der zuerst gefertigte Federendabschnitt in der Endphase der Fertigung frei über das maschinenferne Ende des Winkelblechs hinausragt. Der maschinennahe, frei schwebende Federabschnitt 202 und der maschinenferne Federendabschnitt 204 werden dadurch für eine optische Messung mit Beobachtungsrichtung senkrecht zur Längsachse der Schraubenfeder zugänglich.
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Die Federwindemaschine ist mit einem kamerabasierten, optischen Messsystem zur berührungslosen Echtzeiterfassung von Daten über die Geometrie einer aktuell hergestellten Feder ausgestattet. Das Messsystem hat zwei identische CCD-Videokameras 250, 260, die im Beispielsfall bei einer Auflösung von 1024×768 Pixeln (Bildelementen) bis zu 100 Bilder pro Sekunde (frames per second) über eine Schnittstelle an ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem liefern können. Die Bilderfassung der Einzelbilder wird jeweils über Auslösesignale (Trigger) der Steuerung ausgelöst. Dadurch werden die Messzeitpunkte festgelegt. Die Software für die Bildverarbeitung ist in einem Programmmodul untergebracht, welches mit der Steuereinrichtung 180 der Federwindemaschine zusammenarbeitet bzw. in diese integriert ist.
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Beide Kameras sind auf einer verwindungssteifen Trägerschiene 255 befestigt, die seitlich neben der Federführungseinrichtung im Bereich der Führungsrollen der Zuführeinrichtung am Maschinengestell der Federwindemaschine so befestigt ist, dass die Längsachse der Trägerschiene parallel zur Maschinenachse 118 verläuft. Die Messkameras sind auf der Trägerschiene längsverschieblich und an beliebig wählbaren Längspositionen fixierbar.
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Die maschinennahe erste Kamera 250 ist so angebracht, dass ihr rechteckiges Bildfeld einen Teil des frei schwebenden Federabschnitts 202 mit Abstand von den umformenden Werkzeugen erfasst Die zweite Kamera 260 ist für die Erfassung des freien Federendes 204 bestimmt und daher so auf der Trägerschiene positioniert, dass das freie Federende in der Endphase der Herstellung der Schraubenfeder in den Erfassungsbereich der zweiten Kamera hineinläuft.
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Diametral gegenüber den Kameras ist auf Höhe der Achse 118 eine Beleuchtungseinrichtung angebracht, die zu den von der Steuerung vorgegebenen Messzeitpunkten als Reaktion auf Auslösesignale (Trigger) der Steuerung blitzartig aufleuchtet und eine Messung im Durchlicht ermöglicht. Auf der Seite der Kameras kann eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, um die Sichtbarkeit interessierender Details der Feder für die Messung zu verbessern.
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3 zeigt die in 2 dargstellte Situation aus einer Blickrichtung parallel zur Richtung des Drahtvorschubs (C-Achse der Federwindemaschine) bzw. parallel zur optischen Achse der Kameraoptik der ersten Kamera. Links ist ein Schnitt durch den Draht 115 erkennbar, der in Vorschubrichtung (senkrecht zur Zeichnungsebene) auf eine gekrümmte Schrägfläche des unteren Windewerkzeugs 124 vorgeschoben wird. Durch das Windewerkzeug wird der Draht nach oben auf eine kreisförmig gekrümmte Bahn in Richtung des oberen Windewerkzeugs gedrängt und dabei bleibend umgeformt. Oberhalb des Windewerkzeugs ist die Spitze des Steigungswerkzeuges 130 zu erkennen, die mit einer seitlichen Arbeitsfläche an der sich entwickelnden Windung anliegt. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe der zugeordneten Maschinenachse NC-gesteuert parallel zur Federachse 118 (in Pfeilrichtung) verschiebbar, so dass die lokale Steigung der Feder am Ort der Umformung durch die Stellung des Steigungswerkzeuges bestimmt wird.
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In 3 ist mit durchgezogenen Linien eine Situation in der Endphase der Fertigung einer zylindrischen Schraubenfeder 200 gezeigt, die einen bereits erzeugten endseitigen Anlageabschnitt 206 mit kontinuierlich zunehmender Steigung, einen darauf folgenden Konstantabschnitt 208 mit konstanter Steigung und einen zum gezeigten Zeitpunkt noch nicht gefertigten gegenüberliegenden Anlageabschnitt mit abnehmender Steigung hat. Zum dargestellten Zeitpunkt ist die Fertigung noch nicht abgeschlossen, es sind noch einige (z. B. zwischen einer und fünf) Windungen zu erzeugen. Die Fertigung ist aber bereits so weit vorangeschritten, dass der freie Federendabschnitt 204 das Winkelblech 212 der Federführungseinrichtung bereits passiert hat und von der Maschinenseite her frei in das rechteckige Bildfeld 262 der zweiten Kamera hineinragt.
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Innerhalb des rechteckigen Bildfeldes 262 der zweiten Kamera 260 ist ein kleinerer rechteckförmiger Messbereich 264 erkennbar, der den Bereich des freien Federendabschnitts 220 und die im Bild vertikal darüber und darunter liegenden Windungsabschnitte mit halbkreisförmig gekrümmt erscheinendem Hochpunkt 224 bzw. Tiefpunkt 226 einschließt. Der freie Federendabschnitt wird durch die Endfläche 222 des Drahtes 115 stirnseitig begrenzt. Diese mehr oder weniger ebene Endfläche wurde nach Abschluss der Fertigung der vorhergehenden Feder in einem Schervorgang durch die Trennvorrichtung erzeugt und wird in dieser Anmeldung auch als „Federende” bezeichnet.
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4 zeigt eine vergrößerte Darstellung der kurz vor Fertigungsende liegenden Situation.
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Mit den gestrichelten Linien ist in 3 dieselbe Feder zu einem späteren Zeitpunkt nach Abschluss der Gesamtfertigungsdauer, aber vor der Abtrennung vom Drahtvorrat dargestellt. Das Bildfeld der Kamera ist so groß, dass beide Situationen mit derselben Einstellung der Kamera im gleichen Bildfeld erfasst werden können.
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5 zeigt eine vergrößerte Darstellung der nach dem Fertigungsende liegenden Situation. Der freie Endabschnitt der Feder wird hier von einem anderen rechteckigen Messbereich 266 eingeschlossen, der im gleichen Bildfeld aktiviert werden kann, in 3 jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt ist.
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Die Messbereiche 264 und 266 repräsentieren Messwerkzeuge des an die Kamera angeschlossenen Bildverarbeitungssystems. Der Bildinhalt kann mit Hilfe dieser Werkzeuge z. B. zur Ermittlung von Geometriedaten analysiert werden.
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Bei der Serienfertigung von Schraubenfedern mit Hilfe dieser Federwindemaschine kann wie folgt vorgegangen werden. Zunächst wird die gewünschte Soll-Geometrie der Schraubenfeder an der Anzeige- und Bedieneinheit 170 eingegeben oder es werden, beispielsweise durch Eingabe einer Identifizierungsnummer, entsprechende bereits vorliegende Geometriedaten aus einem Speicher der Federwindemaschine geladen. Auf Grundlage der Geometriedaten errechnet ein sogenannter NC-Generator ein NC-Steuerprogramm, dessen einzelne NC-Sätze und deren Abfolge bei der nachfolgenden Fertigung die koordinierten Arbeitsbewegungen der Einrichtungen und Werkzeuge der Federwindemaschine steuern.
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Die Zuführeinrichtung erzeugt einen Drahtvorschub mit definierter Vorschubgeschwindigkeit. An den Werkzeugen der Umformeinrichtung wird der Draht zu einer sich immer weiter entwickelnden Schraubenfeder umgeformt. Der zuerst erzeugte vordere Federendabschnitt bewegt sich dabei immer weiter von den Umformwerkzeugen weg und gelangt schließlich nach Durchlaufen der Federführungseinrichtung 210 in das Bildfeld 262 der zweiten Kamera 260. Im NC-Steuerprogramm ist an fest vorgegebener Stelle einige Windungen vor dem Fertigungsende eine Vorschubunterbrechung programmiert, so dass der Vorschub beispielsweise ein bis fünf Windungen vor Fertigungsende stoppt. Dieser Programmzeitpunkt ist so gewählt, dass der freie Endabschnitt 220 der Feder auf der der zweiten Kamera zugewandten Seite der Windung möglichst im Mittelbereich zwischen den Hochpunkten und Tiefpunkten der Windungen liegt. Das Federende erscheint dann in der Projektion der Bilddarstellung als mehr oder weniger gekrümmte Stufe. Mit einem Auslösesignal (Trigger) im NC-Steuerprogramm wird dann zu einem Messzeitpunkt eine Bildaufnahme ausgelöst, die der Auswertung durch die Bildverarbeitung zugrunde gelegt wird.
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Das Auslösesignal muss nicht aus dem Steuerprogramm kommen. Beispielsweise kann die Antriebseinheit des Drahtvorschubs einen Weggeber enthalten, der positionsrichtig an einer gewünschten Stelle des Drahtvorschubes ein Auslösesignal erzeugt.
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Aus dem Bild bzw. aus den das Bild repräsentierenden Bilddaten wird die Position bzw. die Stellung des durch die Endfläche 222 des Drahtes gebildeten Federendes bestimmt. Dazu wird im Beispielsfall ein nach Art einer Schieblehre arbeitendes Messwerkzeug der Bildverarbeitung genutzt. Dabei wird ein virtueller oberer Begrenzer 272 nach Art einer mehr oder weniger parallel zur Federachse 118 verlaufenden Tangente an die Kontur des Hochpunktes 224 angelegt und ein unterer Begrenzer 274 wird parallel zum oberen Begrenzer nach Art einer Tangente an die Kontur des Federendes angelegt. Der durch den Doppelpfeil repräsentierte senkrechte Abstand Y zwischen den Begrenzern wird dann als Messwert gespeichert.
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Dieser in der seitlichen Projektion ermittelte Messwert Y (Abstandsmesswert) korreliert unmittelbar mit der zum Messzeitpunkt vorliegenden Winkelstellung des Federendes, d. h. mit dem Winkel, den das Federende in Achsrichtung der Feder betrachtet mit einer Bezugsrichtung einschließt, die beispielsweise vertikal (in 3 in der Zeichenebene) verläuft. Auf Basis dieser Messung des Federendes wird ein Restweg errechnet, um den der Draht mit Hilfe der Zuführeinrichtung noch vorgeschoben werden muss, damit das Federende an einem später liegenden Referenzzeitpunkt die richtige Winkelstellung in Bezug auf das am gegenüberliegenden Ende mit Hilfe der Trenneinrichtung erzeugte andere Federende hat. Dieser berechnete Restweg wird dann in die Steuerung des Drahtvorschubs übernommen und dem weiteren Vorschub zugrunde gelegt.
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Je nach Federtyp kann der Referenzzeitpunkt dem Ende der Fertigung entsprechen oder einem zeitlich vor dem Fertigungsende liegenden Zwischenzeitpunkt.
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Im Beispielsfall einer Feder mit beidseitigen Anlageabschnitten ist am Ende des Restweges ein Zwischenzeitpunkt erreicht, an den sich noch ein fest programmierter Schlussteil der Fertigung anschließt, im welchen der gegenüberliegende Anlageabschnitt mit abnehmender Steigung hergestellt wird, bis das Ende der Fertigung erreicht ist. Hat die Feder an der gegenüberliegenden Seite ein offenes Ende (konstante Steigung bis zum Federende), so ist der Restweg vorzugsweise so berechnet, dass am Ende des Restweges das Ende der Fertigung der Feder erreicht ist.
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Eine bei der Ausführungsform genutzte Variante der Auswertung des Messwertes Y der Abstandsmessung wird anhand von 6 und 7 erläutert. 6 zeigt schematisch eine axiale Ansicht auf den freien Federendabschnitt einer Schraubenfeder, wobei die in Axialrichtung hintereinander liegenden Windungen als ein einzelner Ring erscheinen. Diese Feder wird von links mit Hilfe der zweiten Kamera 260 erfasst. Die Endfläche 222 der Feder ist in zwei verschiedenen Winkelstellungen gezeigt, die noch erläutert werden. Fertigungsbedingt liegt die Endfläche der Feder nicht senkrecht zur Mittellinie des Drahtes, sondern schräg dazu. Die entlang des Drahtes gemessene Drahtlänge wird durch die Außenbogenlänge der Drahtwindung repräsentiert, also durch die Bogenlänge an der radialen Außenseite der Windungen.
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Für die Berechnung des Restweges wird zunächst von einem fiktiven Restweg ausgegangen, der demjenigen Restweg entspricht, der zwischen der fiktiven Endstellung 222-1 des Federendes und der gewünschten Sollposition des Federendes am Referenzzeitpunkt liegt. Die Soll-Winkelstellung kann beispielsweise um einen Restweg von 60 mm (entsprechend einer daraus ermittelbaren Bogenlänge) von dieser fiktiven Stellung des Federendes entfernt liegen. Um den tatsächlich noch vorzuschiebenden Restweg zu ermitteln, wird bei der Auswertung nun diejenige Bogenlänge b gesucht, die dem Winkelabstand zwischen der tatsächlich gemessenen Position des Federendes 222 und der fiktiven Position 222-1 des Federendes liegt. Diese Bogenlänge b entspricht einer bestimmten Drahtlänge. Aus 6 ist unmittelbar ersichtlich, dass im Beispielsfall der schräg stehenden Federendfläche 222 der gemessene Messwert Y nicht unmittelbar mit der gesuchten Bogenlänge b korrespondiert, da der untere Begrenzer für die Abstandsmessung diejenige Kontur angetastet hat, die durch den Innenradius der Windung gebildet wird. Eine solche Situation ergibt sich immer dann, wenn aus Blickrichtung der Kamera die Endfläche 222 sichtbar ist.
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Um solche die Messgenauigkeit beeinträchtigenden Fehler zu vermeiden, wird die relative Orientierung des Federendes zum Messzeitpunkt in Bezug auf die Beobachtungsrichtung bestimmt und in Abhängigkeit von der Orientierung wird eine Korrektur des Wertes für den Abstandswert Y vorgenommen. Hierzu wird vom Bediener vor Beginn der Fertigung einer Serie von Federn in einer Referenzmessung diejenige Winkelstellung des Federendes ermittelt, bei der die Endfläche des Drahtes genau parallel zur Beobachtungsrichtung liegt. Diese mit Bezugszeichen 222' gekennzeichnete Situation wird als Winkelneutralstellung bezeichnet und würde bei der Abstandsmessung aus Sicht der zweiten Kamera einem Abstandswert X entsprechen, das als Abstandsmaß für die Winkelneutralstellung bezeichnet werden kann. Dieses Abstandsmaß X ist spezifisch für die Federgeometrie und die Schnittart.
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Die vom Auswertesystem zu treffende Entscheidung, ob bei der Messung aufgrund der Schrägstellung der Federendfläche eine Korrektur nötig ist oder nicht, kann durch die Bestimmung der Winkelneutralstellung bzw. des zugehörigen Abstandsmaßes X für die Winkelneutralstellung erheblich erleichtert werden. Immer dann, wenn der in der späteren Messung gemessene Abstandsmesswert Y größer als das Abstandsmaß X für die Winkelneutralstellung ist, wird durch den entsprechenden Begrenzer des Abstandsmesswerkzeuges der Außenradius der Federwindung angetastet, so dass die Außenbogenlänge ohne Korrektur aus geometrischen Beziehungen ermittelt werden kann. Ist dagegen, wie im Beispielsfall von 6, der gemessene Abstandwert Y kleiner als das Abstandsmaß X für die Winkelneutralstellung, so ist die Endfläche 222 im Bildfeld sichtbar und es wird der innere Radius der Windung angetastet. Wenn also der gemessene Messwert Y kleiner als das Abstandsmaß X für die Winkelneutralstellung ist, wird eine Korrektur vorgenommen.
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Ein mögliches Berechnungsschema für die Ermittlung der gesuchten Bogenlänge b ist in 7 gezeigt. Darin werden folgende auch in 6 gezeigte Parameter verwendet: ra: Außenradius der Feder; ri: Innenradius der Feder; α': Winkel zwischen Winkelnullrichtung und Innenradius der Feder in der Winkelneutralstellung; β': Winkel zwischen Winkelnullrichtung und der Richtung des Außenradius der Feder in der Winkelneutralstellung. Hierbei ist zu beachten, dass die Winkeldifferenz (α' – β') eine durch die Geometrie der Feder und die Orientierung der Federendfläche 222 bestimmte Konstante ist. Die Winkel α und β entsprechen den entsprechenden Winkeln zum Innenradius bzw. Außenradius bei der Messung des Abstandsmaßes Y. Die Formeln der 7 zeigen, auf welche Weise das gesuchte Bogenmaß b aus gemessenen Größen abgeleitet wird.
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Ist nun das Bogenmaß b auf die beschriebene oder auf andere Weise bestimmt, so wird der tatsächlich noch zurückzulegende Restweg berechnet, indem das durch Messung ermittelte Bogenmaß bzw. die dazugehörende Drahtlänge von dem zur fiktiven Endstellung 222-1 gehörenden fiktiven Restweg abgezogen wird. Ist der Restweg ermittelt, so wird in der Steuerung ein entsprechender NC-Satz erzeugt und der Drahtvorschub schiebt den Draht um den berechneten Restweg vor. Danach wird noch der konstante Schlussabschnitt gefahren, so dass die Endfläche 222 bei der fertigen Feder mit hoher Genauigkeit im Bereich der Soll-Position des Federendes liegt.
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Der Vorschub um den Restweg wird in einem Schleichgang, d. h. mit verringerter Vorschubgeschwindigkeit vorgenommen. Auch im nachfolgenden konstanten Schlussabschnitt wird im Schleichgang vorgeschoben, bis die gesamte Länge der Feder hergestellt ist. Diese Situation ist in 3 mit gestrichelten Windungen und in 5 in Vergrößerung schematisch dargestellt. Das Bildfeld 262 der zweiten Kamera ist so groß, dass der Federendabschnitt mit dem Federende sowohl bei der oben beschriebenen Zwischenmessung (zur Bestimmung des Abstandsmaßes Y) als auch in der Endstellung bei fertig gestellter Feder innerhalb des Bildfeldes liegt. Im Beispielsfall von 5 wird die zweite Kamera dazu genutzt, eine Messung der Gesamtlänge der fertigen Feder vorzunehmen. Hierzu wird ein zweiter Messbereich 266 generiert, der ein zweites Messwerkzeug repräsentiert, mit welchem der durch den Pfeil Z gekennzeichnete Längsabstand zwischen einem Messpunkt 270 an der Stirnseite der Feder und dem linken Rand des Messwerkzeuges 266 ermittelt werden kann. Der Rand dieses Messfensters dient hier als „fester Anschlag” für die Messung, d. h. als ein Referenzelement, dessen Koordinaten in Bezug auf ein Maschinenkoordinatensystem der Federwindemaschine bekannt oder bestimmbar sind. Auf diese Weise ist auf Basis des Abstandswerts Z eine präzise Absolutmessung der Gesamtlänge der Feder möglich.
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Die im Zusammenhang mit den 3 und 4 erläuterte Bestimmung der Federendstellung kann für weitere Optimierungen des Fertigungsprozesses genutzt werden. Hierbei ist zu beachten, dass der Drahtvorschub, d. h. die Zuführeinrichtung, in der Regel sehr präzise und ohne Schlupf arbeitet, so dass die von der Zuführeinrichtung geförderte Drahtlänge in guter Näherung der vom Maschinenprogramm vorgegeben Drahtlänge entspricht. Wenn nun die Messungen der Federendstellung eine Tendenz dahingehend zeigen, dass die Federendstellung (Winkelposition des Federendes nach Abschluss des Windevorgangs) systematisch kleiner als erwartet oder größer als erwartet ist, so kann das darauf hindeuten, dass der Federdurchmesser tendenziell kleiner als beabsichtigt oder bzw. größer als beabsichtigt ist, da z. B. bei größerem Durchmesser und gleicher Drahtlänge eine Winkelstellung des Federendes zu erwarten ist, die geringer ist als die gewünschte Soll-Winkelstellung. Das Auswertesystem weist einen Auswertealgorithmus auf, der solche Tendenzen bei den gemessenen Positionen des Federendes erkennt und an die Steuerung rückmeldet, so dass die Steuerung bei der Fertigung der nächsten Federn eine entsprechende Durchmesserkorrektur durch Verstellung der Position der Windestifte vornehmen kann. Durch die Messung der Federendstellung sind also indirekt auch eine Bestimmung des Federdurchmessers und eine darauf basierende Korrekturmöglichkeit gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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