DE102010014386A1 - Method and device for producing coil springs by spring winds - Google Patents
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Abstract
Bei einem Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine wird ein Draht unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm durch eine Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Bei dem Verfahren wird ein Messzeitpunkt definiert, der in einer Endphase einer Gesamtfertigungsdauer für die Schraubenfeder in zeitlichem Abstand vor dem Ende der Gesamtfertigungsdauer liegt. Zu diesem Messzeitpunkt wird eine Position eines durch eine Endfläche des Drahtes gebildeten Federendes gemessen, um eine Ist-Winkelposition des Federendes zu ermitteln. Dann erfolgt eine Berechnung eines Restweges für die Drahtzufuhr zur Erzielung einer für die Schraubenfeder vorgesehenen Soll-Winkelposition des Federendes zu einem später liegenden Referenzzeitpunkt und der Draht wird um den Restweg zugeführt. Mit dem Verfahren kann die relative Winkelstellung der Federenden eine Schraubenfeder sehr genau eingestellt werden.In a method for the production of coil springs by spring winding by means of a numerically controlled spring winding machine, a wire is fed under the control of an NC control program through a feed device to a forming device of the spring coiling machine and is formed into a coil spring with the help of tools of the forming device. In the method, a measurement point in time is defined which, in an end phase of a total production time for the helical spring, is at a time interval before the end of the total production time. At this measurement time, a position of a spring end formed by an end face of the wire is measured in order to determine an actual angular position of the spring end. A remaining path for the wire feed is then calculated in order to achieve a desired angular position of the spring end provided for the helical spring at a later reference point in time and the wire is fed in by the remaining path. With the method, the relative angular position of the spring ends of a helical spring can be set very precisely.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
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.The invention relates to a method for producing coil springs by spring winds by means of a numerically controlled spring coiling machine according to the preamble of claim 1 and to a suitable for performing the method spring coiling machine.
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.Coil springs are machine elements that are required in numerous applications in large numbers and different designs. Coil springs, which are also referred to as twisted torsion springs, are usually made of spring wire and designed depending on the load in use as tension springs or compression springs. Compression springs, in particular suspension springs, are needed for example in large quantities in the automotive industry. Among other things, the spring characteristic can be influenced by designing sections of different pitch or gradients. For example, in compression springs, there is often a more or less long central section of constant pitch (constant section), followed by abutment areas at both ends of the spring with pitch decreasing towards the ends. The spring diameter is constant in cylindrical coil springs over the length of the springs, but it can also vary over the length, such. B. conical or barrel-shaped coil springs. Also the total length of the (unloaded) spring can vary widely for different applications.
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.Coil springs are nowadays commonly manufactured by spring winches using numerically controlled spring coiling machines. In this case, a wire (spring wire) is supplied under the control of an NC control program by means of a feeder a forming device of the spring coiling machine and formed by means of tools of the forming device to form a coil spring. The tools typically include one or more wind pins that are adjustable in position to define and, if necessary, alter the diameter of spring coils and one or more pitch tools that determine the local pitch of the spring coils at each stage of the manufacturing process.
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.Spring wind machines are generally intended to produce many springs with a specific spring geometry (nominal geometry) within very narrow tolerances at high unit output. Among the functionally important geometry parameters u. a. the relative angular position of the lying at the opposite end portions of the coil spring spring ends. The term "spring end" in this context refers to the normally produced by a shearing end face of the wire which forms the coil spring. Errors in the relative angular position of the spring ends can lead to errors in the block dimension (length in the fully compressed state), in the spring length of the unloaded spring, in the spring force and in the grinding pattern of the spring end faces.
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.With regard to high quality requirements, eg. As in the automotive field, it is common to measure certain spring geometry data, such as the diameter, length, pitch or gradient of the spring and / or the relative angular position of the spring ends at both ends of the coil spring, after completion of a spring and the Depending on the result of the measurement, finished springs are automatically sorted into good parts (spring geometry within the tolerances) and bad parts (result outside the tolerances) and, if necessary, into further categories. This procedure is very uneconomical, especially for long springs, since with long springs each spring a relatively large wire length is consumed, which must be discarded if it turns out that the finished spring is outside the tolerances.
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
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.The relative angular position or angular position of the spring ends to each other can vary greatly depending on material properties of the wire and on the geometry of the spring. One known method for limiting excessive variations in relative angular position utilizes a probe that produces a measurement signal when the leading (first generated) spring end of the developing spring is spaced a time before the end of the overall manufacturing life reached certain position whose angular distance (along the turns) is known to the desired target angular position at the end of the entire production period. Between the measuring system previously known response position of the probe and the desired position of the spring end desired at the end of production, measured along the course of the turns, a defined residual path, which is constant for the established manufacturing process for all coil springs. The wire feed control is programmed so that when the probe is triggered a current wire feed is aborted and then the preprogrammed constant distance traveled by the wire feed is moved so that the end of the spring then reaches the desired target angular position. Mechanical probes with an adjustable stop and optical probes have already been used to detect the achievement of the monitored angular position of the spring end with the aid of a laser. Measuring systems with such probes are usually structurally complex.
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
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.It is an object of the invention to optimize a method and a device of the generic type so that in particular in the production of relatively long coil springs with great reliability of wire materials of different quality coil springs can be made within narrow geometric tolerances.
Insbesondere sollen lange Schraubenfedern mit geringer Streuung der relativen Winkelstellung der Federenden herstellbar sein.In particular, long coil springs with low dispersion of the relative angular position of the spring ends to be produced.
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.These objects are achieved by a method for producing coil springs by spring winches with the features of claim 1 and by a spring coiling machine having the features of claim 9. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.
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.In the method, a measurement time is defined, which in the final phase of the required for the production of a complete coil spring total production time at a time interval before the end of the total production time of the individual spring, d. H. temporally before the end of production of a spring lies. At the time of measurement, the position or position of the end of the wire determined by the end face of the wire is measured to determine an actual position of the spring end at the time of measurement. On the basis of the result of this measurement, a residual travel is calculated by which the wire still has to be fed or advanced by means of the feed device until a predetermined angular position of the spring end predetermined for the helical spring arrives at a predefined reference time that is later than the measurement time is reached. The wire is then advanced with the aid of the controller around this calculated residual travel.
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.The reference time corresponds in some embodiments to the end of the total production time. In these cases, immediately upon reaching the reference time, the opposite end of the spring can be generated by disconnecting the generated coil spring from the supplied wire. This variant is usually provided if, following the reference time without change in gradient, only one more constant section, ie. H. a section is made with a constant pitch, before the separation of the spring from the wire, ie at an open Federendabschnitt.
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.The reference time may also be an intermediate point in time before the end of the entire production period. This variant is usually used when, following the reference time, an end section is still made with a change in pitch, in particular a contact section with decreasing slope to the spring end to create an end with applied turns. In this case follows after the departure of the remaining path nor a more or less long final part of the production time. This trailer is specific to the spring geometry of a spring series and fixed in the control program and thus constant. The final part is usually so short in comparison to the entire production time that no or hardly any angular position errors can build up.
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.In each case, depending on the length of the spring, a remaining time remains between the time of measurement and the end of production, which may amount, for example, to more than 5% or more than 10% or more than 20% or more than 30% of the total production time.
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.The term "time" in this application refers to a specific point within the NC control program, ie a program time or a point in time within the program sequence. A "time interval" is accordingly a distance between program times of a program time function. In that regard, a program time corresponds to a sequence position in the sequential sequence of program steps during program execution. If, for example, a trigger signal (trigger) is required to control a measuring device in a specific phase of program execution, then this triggering signal can be triggered by a program line present at the corresponding position "Measuring time" can be defined in the program. Such signals are directly linked in the program with certain positions of the machine axes, z. B. with the machine axis of the wire feed and / or with the machine axis for the position of the pitch tool. A "time" in a program time function thus corresponds to a location in the movement curve of one or more machine axes. A program time function results in times (program times) within an NC program that are synchronous with the progress of the spring production. In that regard, the program time function is also a path function with respect to the movements of machine axes. In particular, a program time function also corresponds to a path function of the wire feed.
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.Whereas in the methods of the prior art a position of the observed spring end is predetermined by the response position of a probe and a constant residual distance is traveled starting from this location, in the method now proposed, a measurement time is predetermined and a remaining distance to be advanced results variably and for each Spring individually as a function of the angular position of the spring end determined at the time of measurement, which is referred to here as the actual angular position.
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.With regard to the control program, the difference can be described so that in the conventional methods, the timing of the response of the probe with respect to a position in the NC control program is variable, but the residual distance is constant. By contrast, in the present method, the position present at the time of measurement in the NC control program is constant or fixed, while the residual distance is variable and arises individually for each spring on the basis of the measured or measured actual angular position.
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.When using the invention can be dispensed constructive consuming optical or mechanical probe. It also eliminates the adjustment associated with the use of such facilities, so that there is a much easier handling. Some probes are also error prone. For thin wires z. B. occasionally used electrical-mechanical buttons that should close an electrical circuit in contact with the spring end by the touch contact. The sometimes observed contact problems are avoided.
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.Preferably, a camera with a two-dimensional image field is used for the measurement and the camera is arranged such that the end portion of the spring with the spring end lies within the image field at the time of measurement. Measured values can then be determined with the aid of an image processing system assigned to the camera. Suitable measuring cameras are already present in some conventional spring-winding machines in order to measure the total length of the finished spring, its diameter and / or other geometric data which can be determined in the end region of the spring after the end of production. If necessary, these cameras can be used for a new measurement task. As a result, the design effort required for conventional measuring probes can be saved.
Grundsätzlich kann die Messung auch mit anderen Messmitteln durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein Lasersystem zur Messung benutzt werden.Basically, the measurement can also be performed with other measuring equipment. For example, a laser system can be used for the measurement.
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.An arrangement of the camera with observation direction in the longitudinal direction of the spring would be possible to capture and evaluate images of the end face of the coil spring with the spring end visible therein. However, this can be a hindrance in the operation of the spring coiling machine. Among other things, therefore, it is preferred that the camera is arranged next to the expected position of the coil spring or next to be covered by the coil spring path and that an observation direction of the camera is aligned transversely, in particular perpendicular to the orientation of the longitudinal axis of the coil spring in the spring production. The end portion with the spring end can then be detected in a lateral projection, wherein the spring end is then normally depending on the angular position as a more or less curved stage.
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.In a variant of the method for determining the actual angular position of the spring end at the time of measurement, a distance value for a z. B. perpendicular to the longitudinal axis of the spring measured distance between a tangent to an outer contour of a turn of the coil spring and a projection of the spring end determined in the image field. Since the spring end in the lateral projection normally represents a clearly defined, more or less curved contour, such a distance measurement is possible within a short time using known distance-determining tools of an image processing system with high precision.
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.In a variant of the method which provides particularly precise measured values, a relative orientation of the spring end at the time of measurement with respect to an observation direction is determined, and a correction of the value for the distance value is made depending on the orientation. As a result, projection effects, which can have a detrimental effect on the measurement accuracy, especially with a relatively large wire diameter, can be taken into account.
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. With regard to the spring geometry, the time position of the measurement time point is preferably designed such that at least one turn of the helical spring is generated in a remaining time interval required to travel the remaining distance, that is to say in the time between the measurement time and the intermediate time or end of production , wherein the remaining time interval is preferably so long that when the remaining distance between one turn and three turns of the spring are still being generated. Such residual time intervals are on the one hand long enough to proceed with sufficient accuracy the calculated residual travel, and on the other hand short enough to avoid that over the residual path, for example, due to quality variations of the wire still an error in the present at the end of production position of the spring end results.
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.In some variants of the method, the feeding movement of the wire for performing the measurement is interrupted for a short time, so that the spring end to be measured rests at the time of measurement. As a result, measurements with high accuracy of measurement are possible and the residual travel to be traveled after the supply movement has continued can be taken into account in the control of the machine with little effort. In principle, it is also possible to carry out the measurement during a continuous advancement of the wire and to correct the residual travel determined from the measurement by a proportion that results between the detection of the spring end at the time of measurement and the consideration of the measurement result in the machine control.
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.Preferably, at least one further measurement is carried out after the end of production and before a separation of the helical spring from the supplied wire. With this further measurement, for example, the total length of the finished coil spring and / or its diameter and / or other geometry parameters can be determined. Alternatively or additionally, it would also be possible with the further measurement to determine the actual angular position of the spring end at the end of the overall production period in order to verify the success of the method.
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.Both measurements can be carried out with the same measuring device, in particular with the same camera, since the position of the spring end at the measuring end point before the end of production and the position of the spring end at the end of the overall production period are normally not far, i. H. only one or a few turns apart.
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.The invention also relates to a numerically controlled spring coiling machine, which is particularly configured for carrying out the method. It has a feed device for feeding wire to a forming device and a forming device with at least one wind tool, which essentially determines the diameter of the coil spring at a predeterminable position, and at least one pitch tool whose engagement with the developing helical spring determines the local pitch of the helical spring ,
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.The spring winding machine preferably has a camera which is positioned at a distance from the shaping device such that a free spring end section runs into the detection range of the camera in an end phase of the production of the helical spring. When using a camera with a sufficiently large detection range, the camera can be used for several successive measurements of the spring end.
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.In some modern CNC spring-winding machines, which already have a suitable measuring system with camera, the invention can be implemented with existing structural requirements. The ability to carry out embodiments of the invention may be implemented in the form of additional program parts or program modules, or in the form of a program change in the control software of computerized control devices.
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.Therefore, another aspect of the present invention relates to a computer program product stored on a computer readable medium or implemented as a signal, wherein the computer program product, when loaded into the memory of a suitable computer and executed by a computer, causes the computer to perform a method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
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.These and other features will become apparent from the claims but also from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Can represent versions.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die schematische Übersichtsdarstellung in
Ein Steigungswerkzeug
Die Umformeinrichtung hat ein weiteres, von unten vertikal zustellbares Steigungswerkzeug
Oberhalb der Federachse ist ein numerisch steuerbares Trennwerkzeug
Die zu den Werkzeugen gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine computernumerische Steuereinrichtung
Zur Fertigung einer Schraubenfeder wird der Draht ausgehend von der gezeigten „Feder-Fertig-Position” mit Hilfe der Zuführeinrichtung
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
Anhand
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
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
Beide Kameras sind auf einer verwindungssteifen Trägerschiene
Die maschinennahe erste Kamera
Diametral gegenüber den Kameras ist auf Höhe der Achse
In
Innerhalb des rechteckigen Bildfeldes
Mit den gestrichelten Linien ist in
Die Messbereiche
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
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
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.The trigger signal does not have to come from the control program. For example, the drive unit of the wire feed may include a displacement sensor that generates a trigger signal in the correct position at a desired point of the wire feed.
Aus dem Bild bzw. aus den das Bild repräsentierenden Bilddaten wird die Position bzw. die Stellung des durch die Endfläche
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
Je nach Federtyp kann der Referenzzeitpunkt dem Ende der Fertigung entsprechen oder einem zeitlich vor dem Fertigungsende liegenden Zwischenzeitpunkt.Depending on the type of spring, the reference time may correspond to the end of production or an intermediate point in time prior to the end of production.
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.In the example of a spring with bilateral abutment sections, an intermediate point is reached at the end of the remaining travel, which is followed by a firmly programmed final part of the production, in which the opposite abutment section is made with decreasing pitch until the end of production is reached. If the spring on the opposite side has an open end (constant slope to the spring end), then the remaining distance is preferably calculated so that the end of the production of the spring is reached at the end of the remaining distance.
Eine bei der Ausführungsform genutzte Variante der Auswertung des Messwertes Y der Abstandsmessung wird anhand von
Für die Berechnung des Restweges wird zunächst von einem fiktiven Restweg ausgegangen, der demjenigen Restweg entspricht, der zwischen der fiktiven Endstellung
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
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
Ein mögliches Berechnungsschema für die Ermittlung der gesuchten Bogenlänge b ist in
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
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
Die im Zusammenhang mit den
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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