-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Kontaktstellen, an welchen ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Bauteils das Bauteil beim Bearbeiten berührt.
-
Im Rahmen der Bearbeitung von Bauteilen, beispielsweise beim Umformen, kommen diese an Kontaktstellen beziehungsweise Kontaktbereichen mit einem Werkzeug in Berührung. Ferner ist es möglich, dass das Bauteil im Rahmen des Bearbeitens mittels des Werkzeugs beschnitten wird. Um beim Beschneiden unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem Bauteil und dem Werkzeug zu vermeiden, wird das Bauteil mittels wenigstens eines Niederhalters des Werkzeugs gegen wenigstens einen Teilbereich des Werkzeugs gehalten, insbesondere gedrückt, so dass der Niederhalter an jeweiligen Kontaktstellen das Bauteil berührt. Üblicherweise erfolgt der Kontakt zwischen dem Bauteil und dem Werkzeug derart, dass das Werkzeug zwei relativ zueinander bewegbare und dabei aufeinander zu und voneinander weg bewegbare Werkzeughälften aufweist, welche zunächst auseinandergefahren, das heißt voneinander weg bewegt werden. Daraufhin wird das Bauteil zumindest teilweise zwischen den Werkzeugteilen, welche auch als Werkzeughälften bezeichnet werden, angeordnet, wobei das Bauteil insbesondere in das Werkzeug eingelegt wird. Dabei berührt das Bauteil beispielsweise bereits eines der Werkzeugteile. Daraufhin werden die Werkzeugteile zugefahren, das heißt aufeinander zu bewegt, so dass alternativ oder zusätzlich das andere Werkzeugteil das Bauteil berührt.
-
Die Gesamtheit der Kontaktstellen beziehungsweise Kontaktbereiche wird als Tragbild bezeichnet. Um die Kontaktstellen beziehungsweise das Tragbild erfassen und somit ermitteln zu können, wird üblicherweise zumindest ein Teilbereich des Werkzeugs und/oder des Bauteils mit Tuschierfarbe versehen. Wird beispielsweise das Bauteil, nicht jedoch das Werkzeug mit der Tuschierfarbe versehen, so wird die auf das Bauteil aufgetragene Tuschierfarbe an den Kontaktstellen auf das Werkzeug übertragen und insbesondere wird die Tuschierfarbe an den Kontaktstellen vom Bauteil verwischt beziehungsweise zumindest teilweise abgetragen. Somit werden beispielsweise beim Schließen der Werkzeugteile durch einen solchen Farbübertrag Kontaktflächen zwischen dem Bauteil und dem Werkzeug visualisiert. Ist das Bauteil beispielsweise ein Blechbauteil und das Werkzeug ein Ziehwerkzeug, so kommt es im Rahmen des Bearbeitens des Blechbauteils zu einem Werkstofffluss und einer gezielten Rückhaltung im Bereich eines Halters, welche somit das Bauteil kontaktiert. Bei Schneid- und Abkantwerkzeugen wird das Bauteil durch einen Niederhalter festgehalten. Dabei ist es wünschenswert, dass eine Oberfläche des Bauteils in Folge des Kontakts mit dem Werkzeug nicht beziehungsweise nicht übermäßig beeinflusst, insbesondere beschädigt, wird. Mit anderen Worten ist es wünschenswert, dass das Werkzeug auf der Oberfläche des Bauteils keine unerwünschten Oberflächenfehler hinterlässt. Um dies zu vermeiden, können anhand der Tuschierfarbe solche Kontaktstellen ermittelt werden, an denen das Werkzeug eine übermäßig große Kraft auf das Bauteil ausübt, wobei es in Folge dieser übermäßig großen Kraft zu unerwünschten Oberflächenfehlern am Bauteil kommen kann. Um beispielsweise in Rahmen einer Serienfertigung solche Oberflächenfehler zu vermeiden, wird das Werkzeug an den entsprechenden Kontaktstellen bearbeitet und beispielsweise wird das Werkzeug hierbei manuell abgeschliffen. Wird anhand der Kontaktstellen identifiziert, dass das Bauteil durch das Werkzeug mit einer unzureichenden Kraft oder nicht mit einer Kraft beaufschlagt wird, muss auch an diesen Kontaktstellen das Werkzeug bearbeitet werden. Hierbei erfolgt beispielsweise ein Materialauftrag auf das Werkzeug im Rahmen eines Schweißvorgangs.
-
Dieser Vorgang des Auftragens von Tuschierfarbe, des Erfassens der Kontaktstellen und des Materialabtrags und/oder Materialauftrags an solchen Kontaktstellen, an denen das Werkzeug nicht auf gewünschte Weise mit dem Bauteil zusammenwirkt, wird üblicherweise mehrmals wiederholt, indem ein Arbeiter das Tragbild bedarfsgerecht einstellt. Insgesamt ist dies ein sehr zeit- und kostenaufwändiger, iterativer Prozess, welcher üblicherweise auch dann erneut durchgeführt werden muss, wenn das Werkzeug nach mehrmaligem Bearbeiten von Bauteilen einen entsprechend hohen Verschleiß aufweist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Einstellung eines Tragbilds eines Werkzeugs zum Bearbeiten eines Bauteils auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen von Kontaktstellen, an welchen ein Werkzeug zum Bearbeiten eines Bauteils das Bauteil beim Bearbeiten berührt. Das Werkzeug ist dabei ein erstes Element, wobei das Bauteil ein zweites Element wird.
-
Bei einem ersten Schritt des Verfahrens wird zumindest ein Teilbereich wenigstens eines der Elemente mit einer Tuschierfarbe versehen, welche bei einem Kontakt des anderen Elements mit der Tuschierfarbe an das andere Element übertragen wird. Dies bedeutet, dass die auf das eine Element aufgebrachte Tuschierfarbe in Folge der Übertragung an das andere Element von dem einen Element zumindest teilweise abgetragen beziehungsweise verwischt wird.
-
Bei einem sich an den ersten Schritt anschließenden, zweiten Schritt des Verfahrens wird das Bauteil mittels des Werkzeugs bearbeitet, wobei das Werkzeug mit dem Bauteil an den Kontaktstellen in Kontakt, das heißt in Berührung kommt.
-
Bei einem sich an den zweiten Schritt anschließenden, dritten Schritt wird wenigstens ein digitales Bild zumindest des Teilbereichs nach dem Bearbeiten erfasst. Durch erfassen des digitalen Bilds werden die Kontaktstellen optisch erfasst, welche in ihrer Gesamtheit ein Tragbild des Werkzeugs bilden. Das digitale Bild ist somit ein digitales Bild des Tragbilds, welches beim Bearbeiten des Bauteils zustande kommt. Somit wird das Tragbild mittels der Kamera optisch erfasst. Anhand des Erfassens des Tragbilds beziehungsweise der Kontaktstellen ist es möglich, insbesondere durch eine entsprechende Bildverarbeitung, die Kontaktstellen und somit das Tragbild digital und insbesondere computergestützt auszuwerten. Ferner ist es möglich, das digitale Bild einem Zeitpunkt, zu welchem das digitale Bild erfasst wurde, zuzuordnen und durch zeitlich aufeinanderfolgendes Erfassen von digitalen Bildern des durch das Werkzeug bewegten Tragbilds eine zeitliche Entwicklung des Tragbilds auf besonders einfache Weise zu dokumentieren. Wird das Werkzeug beispielsweise im Rahmen einer Serienfertigung zum Bearbeiten einer Vielzahl von Bauteilen verwendet, so kommt es technisch bedingt zu einem Verschleiß des Werkzeuges, in Folge dessen sich das Tragbild ändert. Anhand der erfassten digitalen Bilder kann diese Veränderung des Tragbilds dokumentiert und nachvollzogen werden. Eine solche Dokumentation ermöglicht die Darstellung eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses auf einfache Weise. Ferner ist es auf einfache, zeit- und kostengünstige Weise möglich, das Werkzeug, wenn es einen entsprechenden Verschleiß aufweist, derart zu bearbeiten, dass es nach der Bearbeitung wieder das ursprüngliche Tragbild aufweist, das das Werkzeug vor dem Verschleiß aufgewiesen hat. Im Rahmen einer solchen Bearbeitung erfolgt beispielsweise ein Materialabtrag und/oder Materialauftrag am Werkzeug, wobei der Materialabtrag beispielsweise durch Schleifen und der Materialauftrag durch Schweißen erfolgt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch die Realisierung eines digitalen Werkzeugbaus, da das digitale Bild des Tragbilds computergestützt und somit digital weiterverarbeitet werden kann.
-
Ferner ist es anhand des digitalen Bilds möglich, definierte und deutliche Messwerte, die die Kontaktstellen und somit das Tragbild charakterisieren, zu erfassen und somit das Tragbild zu bewerten. Dadurch ist es beispielsweise möglich, Werkzeuge hinsichtlich ihres Tragbilds und somit hinsichtlich ihrer Hersteller, insbesondere hinsichtlich der Qualität ihrer Hersteller, zu bewerten. Ferner ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren die Realisierung einer zeit- und somit kostengünstigen Werkzeugeinarbeitung, insbesondere bei Außenhautbauteilen, da digitale Bilder, die die jeweiligen Tragbilder während einer Testphase und während eines anschließenden Serienfertigungsbetriebs abbilden, ein besonders gutes Prozessverständnis ermöglichen. Mit anderen Worten ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, das Werkzeug anhand der digitalen Bilder insbesondere hinsichtlich des Tragbilds in einen Ursprungszustand auf einfache Weise zu versetzen, ohne dass hierzu ein besonders zeit- und kostenintensiver, iterativer Prozess erforderlich ist.
-
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn ein Histogramm von Farbwerten des Bildes ermittelt wird. Ein solches Histogramm der Farbverteilung kann mittels eines Bildbearbeitungsprogramms erstellt werden. Anhand des Histogramms kann die statistische Häufigkeit von Grauwerten beziehungsweise Farbwerten in dem digitalen ermittelt werden. Anhand dieser statistischen Häufigkeit sind die Kontaktstellen besonders gut identifizierbar. Stellen des Bauteils, die mit besonders dunklen Stellen des digitalen Bilds korrespondieren, sind keine Kontaktstellen, da dort kein Übertrag der Tuschierfarbe stattgefunden hat. Wird das digitale Bild beispielsweise als monochromes Bild, das heißt als Schwarz-Weiß-Bild erfasst, so sind diese Stellen schwarz. Alternativ könnte auch die direkt auf das Werkzeug übertragene Farbe in 3D fotografiert werden. Dann kann die Projektion auf das Werkzeug entfallen. Jedoch muss die Farbe dann umgekehrt interpretiert werden. Die dunklen Stellen entsprechen den druckbelasteten Stellen und die hellen Stellen den unbelasteten
-
Helle beziehungsweise – in dem Schwarz-Weiß-Bild – weiße Stellen sind Kontaktstellen, welche voll tragen, das heißt an denen das Werkzeug eine hohe Kraft auf das Bauteil ausübt. Beispielsweise ist es möglich, anhand der Helligkeit von Stellen einen Grad oder ein Maß der Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug und dem Bauteil zu ermitteln. An einer Stelle des Bauteils, welche mit einer grauen Stelle des Digitalbilds korrespondiert, berührte zwar das Werkzeug das Bauteil, jedoch übte das Werkzeug auf das Bauteil eine geringere Kraft als an einer solchen Stelle des Bauteils aus, welche mit einer schwarzen Stelle des digitalen Bilds korrespondiert. Dies bedeutet, dass beispielsweise mit Hilfe eines Grenzwerts ein Traganteil angegeben werden kann.
-
Durch eine solche Auswertung des digitalen Bilds ist es möglich, vorgebbare Stellen, insbesondere Pixel beziehungsweise Bildpunkte, des digitalen Bilds auszuwerten beziehungsweise zu bewerten, indem das digitale Bild, insbesondere die Bildpunkte, mit Soll-Werten beziehungsweise Soll-Stellen oder Soll-Bildpunkten verglichen werden.
-
In der Folge ist es auf besonders einfache Weise möglich, das Werkzeug in Abhängigkeit von dem erfassten digitalen Bild zu bearbeiten.
-
Ferner ist es in einem weiteren Schritt möglich, die anhand des digitalen Bilds ermittelten Kontaktstellen auf ein Computermodell wenigstens eines der Elemente zu übertragen. Bei dem Computermodell handelt es sich beispielsweise um ein CAD-Modell (CAD – computer aided design), auf welchem die Kontaktstellen, das heißt tragende Bereiche angezeigt werden können. In der Folge ist eine besonders einfache und bedarfsgerechte Bearbeitung des Werkzeugs realisierbar, wenn das anhand der ermittelten Kontaktstellen ermittelte Tragbild nicht mit einem gewünschten Soll-Tragbild übereinstimmt. Mit anderen Worten ermöglicht die Übertragung der ermittelten Kontaktstellen auf das Computermodell eine graphische Anzeige der Verteilung der Kontaktstellen und somit des Tragbildes, so dass Tragbild und insbesondere das Werkzeug besonders gut ausgewertet werden können.
-
In der Folge ist es möglich, die üblicherweise iterative und sehr zeitintensive Bearbeitung des Werkzeugs im Wesentlichen zu erleichtern und zu beschleunigen. Dadurch kann eine besonders schnelle Abnahme von Werkzeugen, insbesondere Presswerkzeugen, ermöglicht werden. Ferner kann die Möglichkeit des digitalen Werkzeugbaus schrittweise ermöglicht und die Dokumentation vereinfacht werden, was wiederum einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess erleichtert.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
-
Die Zeichnung zeigt in:
-
1 eine schematische Perspektivansicht eines Bauteils, welches zum Erfassen von Kontaktstellen zumindest teilweise mit einer Tuschierfarbe versehen ist;
-
2 ausschnittsweise eine Draufsicht des Bauteils mit Kontaktstellen;
-
3 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht des Bauteils, wobei von zumindest einem Teilbereich des Bauteils ein digitales Bild mittels einer Kamera erfasst wird und wobei anhand des digitalen Bilds die Kontaktstellen ermittelt werden; und in
-
4 eine schematische Darstellung eines Computermodells des Bauteils, auf welches die ermittelten Kontaktstellen übertragen werden.
-
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht ein als Blechbauteil ausgebildetes Bauteil 10, welches im Rahmen seiner Herstellung mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Werkzeugs umgeformt oder dergleichen bearbeitet wird.
-
Im Rahmen des Bearbeitens ist es erwünscht, dass das Werkzeug an entsprechenden Kontaktstellen in Kontakt beziehungsweise in Berührung mit dem Bauteil 10 kommt, so dass das Werkzeug das Bauteil 10 an den Kontaktstellen mit jeweiligen Kräften beaufschlagen kann. Beispielsweise wird das Bauteil 10 mittels dieser Kräfte umgeformt und/oder das Bauteil 10 wird beim Bearbeiten mittels der Kräfte gehalten, so dass unerwünschte Relativbewegungen zwischen dem Bauteil 10 und dem Werkzeug vermieden werden. Dabei ist es wünschenswert, dass das Werkzeug das Bauteil 10 an den Kontaktstellen zwar mit einer hinreichend großen Kraft beaufschlagt, um das Bauteil 10 beispielsweise hinreichend zu halten, jedoch ist die Beaufschlagung mit einer übermäßig großen Kraft nicht wünschenswert, da es ansonsten zu unerwünschten Beeinträchtigungen, insbesondere Beschädigungen, einer Oberfläche 12 des Bauteils 10 kommen kann. Solchen Beeinträchtigungen der Oberfläche 12 werden auch als Oberflächenfehler bezeichnet. Es ist insbesondere dann wünschenswert, solche Oberflächenfehler zu vermeiden, wenn das Bauteil 10 ein sogenanntes Außenhautbauteil ist. Ein solches Außenhautbauteil ist beispielsweise ein Außenverkleidungsteil eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, wobei durch das Außenverkleidungsteil eine Außenhaut des Kraftwagens im fertig hergestellten Zustand dieses gebildet wird.
-
Die Gesamtheit der Kontaktstellen bilden ein sogenanntes Tragbild des Werkzeugs. Um – wie beschrieben – eine hinreichende Kraftbeaufschlagung durch eine übermäßige Kraftbeaufschlagung des Bauteils 10 zu vermeiden, muss das Tragbild des Werkzeugs eingestellt werden. Das Einstellen des Tragbilds erfolgt durch Bearbeiten des Werkzeugs, wobei das Werkzeug beispielsweise einem Materialauftrag und/oder einem Materialabtrag unterzogen wird.
-
Um das Tragbild bedarfsgerecht einstellen zu können, wird das Tragbild zunächst erfasst beziehungsweise ermittelt. Hierzu werden die Kontaktstellen in einem entsprechenden Verfahren erfasst. Im Rahmen des Verfahrens werden Teilbereiche 14 des Bauteils 10, insbesondere der Oberfläche 12, mit einem Markiermittel in Form einer Tuschierfarbe 16 versehen. In der Bauteilmitte wurde keine Farbe aufgebracht, da ein Niederhalter dort nicht aufliegt. Berührt das Werkzeug beim Bearbeiten das Bauteil 10 und insbesondere die Tuschierfarbe 16, so wird die Tuschierfarbe 16 an das Werkzeug übertragen. Dies bedeutet, dass die Tuschierfarbe 16 an den Kontaktstellen, an denen das Werkzeug das Bauteil 10 berührt, zumindest teilweise von dem Bauteil 10 abgetragen wird. Je stärker das Werkzeug das Bauteil 10 berührt, das heißt je stärker das Werkzeug das Bauteil 10 an den Kontaktstellen mit einer Kraft beaufschlagt, desto größer ist der Anteil an Tuschierfarbe 16, der auf das Werkzeug übertragen wird. Kontaktstellen, an denen die Tuschierfarbe 16 vollständig oder zu einem überwiegenden Teil übertragen wird, werden als volltragende Stellen oder volltragende Kontaktstellen bezeichnet. Stellen, an denen das Werkzeug das Bauteil 10 nicht berührt, sind keine Kontaktstellen und werden üblicherweise als nicht tragende Stellen bezeichnet.
-
Nach dem Versehen der Teilbereiche 14 mit der Tuschierfarbe 16 wird das Bauteil 10 mittels des Werkzeugs bearbeitet.
-
2 zeigt einen Bereich B mit Kontaktstellen, wobei der Bereich B beispielsweise eine große Kontaktstelle ist. Im Bereich B wurde die Tuschierfarbe 16 von dem Bauteil 10 teilweise abgetragen, so dass sich noch etwas Tuschierfarbe 16 im Bereich B auf dem Bauteil 10 befindet. Dies bedeutet, dass der Bereich B heller als solche Bereiche sind, in denen das Werkzeug das Bauteil 10 nicht berührt hat. Jedoch ist der Bereich B dunkler als solche Stellen, an denen das Bauteil 10 nicht mit der Tuschierfarbe 16 versehen wurde und an denen das Werkzeug stärker mit dem Bauteil 10 zusammenwirkte als im Bereich B.
-
Schließlich wird – wie aus 3 erkennbar ist – mittels einer Kamera 18 wenigstens ein digitales Bild zumindest eines Teils des Bauteils 10 erfasst, wobei der genannte Teil zumindest einen Teil der Tuschierfarbe 16 umfasst. Beispielsweise wird mittels der Kamera 18 ein digitales Bild des Teils des Bauteils 10 erfasst, der in 2 erkennbar ist. Das digitale Bild umfasst somit nicht tragende Stellen, welche mit der Tuschierfarbe 16 versehen sind, sowie den Bereich B und auch einen Bereich C, in welchen das Bauteil 10 nicht mit der Tuschierfarbe 16 versehen wurde. Im Bereich C wurde das Bauteil 10 beschnitten. Eine Digitalisierung kann beispielsweise mittels einer Streifenprojektion für ein Umformwerkzeug erfolgen.
-
Das digitale Bild wird beispielsweise als monochromes Bild erfasst, so dass es Bildpunkte beziehungsweise Pixel in Form von Schwarz-Weiß-Bildpunkten umfasst. Weiße Bildpunkte charakterisieren dabei den Bereich C, da hier keine Tuschierfarbe 16 aufgetragen wurde. Vorzugsweise wird der Bereich C aus der Analyse ausgeschlossen, wobei lediglich die relevanten Bereiche unter einem Niederhalter des Werkzeugs ausgewählt werden. Schwarze Bildpunkte charakterisieren die nicht tragenden Stellen, da an diesen kein Farbabtrag erfolgte. Graue Bildpunkte hingegen, welche dunkler als die weißen Bildpunkte und heller als die schwarzen Bildpunkte sind, charakterisieren den Bereich B.
-
Vorzugsweise wird ein Histogramm von Farbwerten des digitalen Bilds ermittelt. Anhand dieses Histogramms können weiße Pixel und somit beispielsweise volltragende Stellen oder nicht mit Tuschierfarbe 16 versehene Stellen, schwarze Bildpunkte und somit nicht tragende Stellen sowie graue Bildpunkte und somit Stellen, an denen die Tuschierfarbe 16 teilweise abgetragen wurde, auf einfache Weise identifiziert werden. In der Folge ist es möglich, anhand des digitalen Bilds und insbesondere anhand des Histogramms das Werkzeug bedarfsgerecht zu bearbeiten und somit das Tragbild bedarfsgerecht einzustellen. Mit anderen Worten ermöglicht die Erfassung des digitalen Bilds eine besonders einfache, zeit- und kostengünstige optische Erfassung des Tragbilds und dessen Auswertung. Insbesondere kann vorhandene Messtechnik verwendet werden. Darüber hinaus ist es möglich, das erfasste digitale Bild und somit das Tragbild auf das Werkzeug zu projizieren, so dass zu bearbeitende Bereiche des Werkzeugs für eine die Bearbeitung durchführende Person visualisiert beziehungsweise besonders deutlich optisch dargestellt werden können. Insgesamt ist es somit möglich, das Tragbild auf besonders zeit- und kostengünstige Weise bedarfsgerecht einzustellen, so dass das Werkzeug besonders schnell von einer Testphase in eine Serienfertigungsphase überführt werden kann, in welcher das Werkzeug zur Serienfertigung von Bauteilen verwendet werden kann.
-
4 zeigt ein Computerprogramm 20, mittels welchem das Bauteil 10 in Form eines CAD-Modells angezeigt wird. Beispielsweise ist es möglich, die ermittelten Kontaktstellen beziehungsweise das Tragbild auf das Computerprogramm 20 zu übertragen. Im vorliegenden Beispiel können geometrische Abweichungen zwischen dem tatsächlichen Bauteil 10 und dem CAD-Modell visualisiert werden. Eine Darstellung des Tragbilds als solches kann aber auch einfacher erfolgen.
