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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion einer Anordnung, eines Bruches bzw. einer Verschmutzung eines Werkzeugs, insbesondere eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs.
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Während der Bearbeitung von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine brechen bzw. verschmutzen gelegentlich Werkzeuge mit einer bestimmten Geometrie. Ablagerungen, Verschmutzungen oder Brüche in Matrizen von beispielsweise Stanznietwerkzeugen oder Clinchwerkzeugen sind meist nicht auszumachen und falsch eingebaute oder falsch ausgewählte Werkzeuge schwer zu erkennen. Unerkannt würde ein solcher Werkzeugbruch oder ein falsch positioniertes Werkzeug bei einem Matrizenwechsel zu Fehlteilproduktionen führen. Aus diesem Grund werden die Werkzeuge in geeigneten Intervallen untersucht. Nachdem ein Bruch bzw. eine falsche Anordnung bezüglich eines Werkzeugs ermittelt worden ist, muss das Werkzeug gegen ein unbeschädigtes ausgetauscht werden.
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Bei Stanznietwerkzeugen oder Clinchwerkzeugen werden der Stempel und die Matrize nach Erreichen einer vorgegebenen Laufzeit ausgetauscht, unabhängig davon, ob tatsächlich ein Werkzeugbruch vorliegt. Trotz einer Überprüfung nach der vorgegebenen Laufzeit kommt es jedoch immer wieder zu Werkzeugbrüchen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2015 201 210 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem zur Detektion eines Werkzeugbruchs die Werkzeugsichtseite beleuchtet wird. Das auftreffende Licht wird an dem Werkzeug reflektiert und erzeugt ein Hell-Dunkel Kontrastmuster, das bildtechnisch segmentweise erfasst wird. Durch Auswertung des Hell-Dunkel-Kontrastmusters wird für jedes Werkzeugsegment ein Vergleich mit entsprechenden Referenzwerten eines intakten Werkzeugs ausgewertet.
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An diesem Verfahren ist nachteilig, dass die Genauigkeit in einer Fertigungsumgebung stark von einer fremden Lichteinwirkung abhängt, wie beispielsweise von einer Beleuchtung benachbarter Fertigungsverfahren oder der Fertigungshalle. Deshalb sind weitere Maßnahmen erforderlich, um Bruchstellen im Werkzeug mit diesem Verfahren zuverlässig erfassen zu können, da verschmutze bzw. gebrochene Matrizen von dem Verfahren nicht zuverlässig erkannt werden.
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Ferner offenbart Druckschrift
DE 10 2016 224 000 A1 ein Verfahren zur Detektion eines Bruches eines bei der kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs. Das Verfahren umfasst die Schritte des Beleuchtens einer Sichtseite des Werkzeuges mit einer Beleuchtungsstrahlung und des Detektierens eines Hell-Dunkel-Kontrastmusters für das mindestens eine Werkzeugsegment, wobei das Beleuchten als Dunkelfeldbeleuchtung erfolgt und das Hell-Dunkel-Kontrastmuster durch Erfassen von am Werkzeug gestreuter Strahlung eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs detektiert wird. Durch eine Bestimmung eines dem Hell-Dunkel-Kontrastmuster entsprechenden Auswertedatensatzes und dem Feststellen einer Übereinstimmung oder Abweichung aus dem Vergleich des Auswertedatensatzes liefert dieses Verfahren eine verbesserte Möglichkeit zur Erkennung und Detektion von Brüchen in Werkzeugen. Nachteilig daran ist, dass das Kamerasystem von der Beleuchtung, der Position und der Entfernung zu dem Werkzeug abhängig ist und exakt eingestellt werden muss, um zuverlässige Ergebnisse zu liefern. Trotzdem kommt es weiterhin vor, dass eine Anordnung, eine Bruches bzw. eine Verschmutzung eines Werkzeugs nicht erkannt wird.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das zuverlässig eine Anordnung, einen Bruch bzw. eine Verschmutzung eines Werkzeugs, insbesondere eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs, erkennt.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Detektion einer Anordnung, eines Bruches bzw. einer Verschmutzung eines Werkzeugs, insbesondere eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs, vorgeschlagen. Das Verfahren erfolgt zweistufig und umfasst die folgenden Schritte:
- a. in einer ersten Stufe das Detektieren einer Geometrie des Werkzeugs mittels einer Kamera und
- b. Vergleichen der Geometrie mit einer in einem Datenspeicher hinterlegten Grundgeometrie des Werkzeugs, wobei die Grundgeometrie durch geometrische Grundkörper bestimmt wird, und wobei bei einer ausreichenden Übereinstimmung der kameratechnisch erfassten Geometrie mit der Grundgeometrie sich die folgenden Schritte einer zweiten Stufe anschließen:
- c. das Vermessen der Geometrie des Werkzeugs mittels eines Linienlasers und
- d. Vergleichen der vermessenen Geometrie (2) mit einer in einem Datenspeicher (7) hinterlegten Soll-Geometrie (4).
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Die Grundgeometrie des Werkzeugs bezeichnet dessen grundlegende genäherte geometrische Form. Je nach Anforderung beschreibt die Grundgeometrie dabei zweidimensionale oder dreidimensionale, flächige geometrische Grundformen, wie beispielsweise einen Würfel, ein Quader, ein Tetraeder, eine Pyramide, ein Prisma, einen Oktaeder, einen Zylinder, einen Kegel, eine Kugel oder einen Volltorus. Weitere geometrische Körper, die entsprechend als eine Grundgeometrie definiert werden können sind Polyeder, konvexe Körper oder Rotationskörper. Nachdem eine Grundgeometrie des Werkzeugs erkannt wurde, tastet der Linienlaser das Werkzeug ab. Entsprechend der Entfernung des Linienlasers zur Oberfläche werden die Laserstrahlen schneller bzw. langsamer reflektiert. Der Linienlaser kann mit den Laufzeitinformationen bestimmte Abhängigkeiten der Entfernungen berechnen bzw. ein 3D Bild des Werkzeugs erstellen. Darüber hinaus können in der Software des Linienlasers feste Bezugsgrößen definiert werden, wie beispielsweise für ein Verhältnis von Werkzeugrand zu Werkzeugtiefe. Wenn der Werkzeugrand nun an einer kleinen Stelle ausbricht, benötigt das Licht des Linienlasers mehr Zeit für die Reflektion und der Linienlaser erkennt einen Ausbruch. Das Licht des Linienlasers verhält sich bei einer Verschmutzung gegenteilig und wird schneller reflektiert. Dadurch können die Anordnung, ein Bruch bzw. eine Verschmutzung eines Werkzeugs, insbesondere eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs, zuverlässig erkannt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass nach dem Vergleichen der Geometrie mit der Grundgeometrie, bei einer Abweichung der Geometrie von der Grundgeometrie, von einer Signalvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben wird. Auf diese Weise wird einem Anwender mitgeteilt, dass entweder ein falsches Werkzeug in die Werkzeugmaschine eingesetzt wurde oder sich das Werkzeug nicht an der gewünschten Position angeordnet ist.
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In einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Linienlaser positionsveränderlich angeordnet ist und beim Vermessen der Geometrie des Werkzeugs die gesamte Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkzeugs abtastet. Durch die bewegliche Anordnung des Linienlasers wird dieser befähigt, das gesamte Werkzeug abzutasten. Der Linienlaser kann somit jeden zu vermessenen Punkt des Werkzeugs von der dafür bestmöglichen Position aus vermessen. Folglich wird die Genauigkeit des Ergebnisses für sämtliche Positionen des Werkzeugs verbessert.
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Ferner ist eine Ausführung günstig, bei der der Linienlaser beim Vermessen der Geometrie des Werkzeugs eine Distanz zwischen dem Linienlaser und vorbestimmten Positionen des Werkzeugs ermittelt. Mit Hilfe der Distanzen der vorbestimmten Positionen lassen sich bestimmte Verhältnisse dieser Positionen des Werkzeugs bestimmten. Bricht beispielsweise der Werkzeugrand an einer Stelle, ist die Distanz zwischen Linienlaser und dem entsprechenden Werkzeugrand größer. Folglich ändert sich beispielsweise auch das Verhältnis der Distanz von dem Werkzeugrand zu einer Werkzeugtiefe.
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In einer weiteren vorteilhaften Variante ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass für die Soll-Geometrie Grenzwerte für die Distanz zwischen dem Linienlaser und den vorbestimmten Positionen des Werkzeugs in dem Datenspeicher hinterlegt sind und beim Vergleichen der vermessenen Geometrie diese Grenzwerte mit der ermittelten Distanz verglichen werden. Dabei ist günstig, dass bei einer Abweichung erkannt wird, dass eine Bruchstelle oder eine Verschmutzung an dem Werkzeug vorliegt. Ferner lässt sich die Position der Bruchstelle bzw. der Verschmutzung anhand der Position der Abweichung ermitteln. In der Software des Linienlasers kann weiter definiert werden, ab welchen Grenzwerten eine Meldunge erscheinen sollen. Dadurch lassen sich kleinere Ablagerungen bzw. Toleranzen ausklammern.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in einer Ausführungsvariante derart durchgeführt, dass die vorbestimmten Positionen ein Maximum und ein Minimum der Geometrie des Werkzeugs sind. Auf diese Weise kann eine grobe Vermessung der Geometrie des Werkzeugs erfolgen, die bereits zuverlässige Ergebnisse liefert, da die Maxima und Minima der Geometrie des Werkzeugs die kritischen Stellen hinsichtlich eines Werkzeugversagens darstellen.
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Weiter vorteilhaft ist es, wenn nach dem Vergleichen der vermessenen Geometrie mit der Soll-Geometrie, bei einer Abweichung der vermessenen Geometrie von der Soll-Geometrie, von der Signalvorrichtung ein Warnsignal ausgegeben wird. Dadurch wird einem Anwender signalisiert, dass das Werkzeug entweder eine Bruchstelle oder eine Verschmutzung aufweist.
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In einer alternativen Ausführung des vorliegenden Verfahrens zur Detektion ist ferner vorgesehen, dass die Signalvorrichtung eine Anzeige aufweist, die nach dem Vergleichen der Geometrie mit der Soll-Geometrie eine graphische Darstellung der Geometrie und/oder der Soll-Geometrie anzeigt. Daran ist vorteilhaft, dass dem Anwender graphisch angezeigt wird, an welcher Position sich eine Bruchstelle oder eine Verschmutzung befindet. Dadurch wird die Wartung des Werkzeugs bzw. der Werkzeugmaschine vereinfacht.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die graphische Darstellung der Geometrie anhand der Distanz zwischen dem Linienlaser und den vorbestimmten Positionen des Werkzeugs bestimmt. Dabei ist günstig, dass sich die Distanz zu vorbestimmten Positionen mittels des Linienlasers ermitteln lässt und über bestimmte Verhältnisse dieser Positionen des Werkzeugs die graphische Darstellung umsetzen lässt. Ferner benötigt der Anwender keine weiteren Daten für die graphische Anzeige der Geometrie des Werkzeugs.
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In einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Werkzeug eine Matrize oder ein Stempel ist. Bei einer Werkzeugmaschine für eine kalte Fügetechnik kommen häufig bzw. viele Matrizen oder Stempel zum Einsatz. Nachdem diese Komponenten kritische Bauteile hinsichtlich einer Anordnung, eines Bruches bzw. einer Verschmutzung sind, ist eine Überwachung dieser Werkzeuge folglich ein vorrangiges Ziel.
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Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Detektion einer Anordnung, eines Bruches bzw. einer Verschmutzung eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens zur Detektion einer Anordnung, eines Bruches bzw. einer Verschmutzung eines bei einer kalten Fügetechnik verwendeten Werkzeugs 1 gezeigt. Das in 1 dargestellte Werkzeug 1 mit einer bestimmten Geometrie 2 ist eine Matrize. Ferner ist eine Kamera 5 zur Detektion der Geometrie 2 des Werkzeugs 1 angeordnet. Darüber hinaus weist die Anordnung einen Datenspeicher 7 auf, in dem eine Grundgeometrie 3 des Werkzeugs 1 zum Vergleich mit der bestimmten Geometrie 2 hinterlegt ist. Die Grundgeometrie 3 ist dabei durch einen flachen Quader bestimmt, der den geometrischen Grundkörper der Matrize darstellt, und bei einer Abweichung der Geometrie 2 von der Grundgeometrie 3 wird von einer Signalvorrichtung 8 ein Warnsignal ausgegeben wird.
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Desweiteren ist ein Linienlaser 6 angeordnet mittels dem das Vermessen der Geometrie 2 des Werkzeugs 1 durchgeführt wird. Der Linienlaser 6 ist positionsveränderlich angeordnet und derart ausgebildet, dass dieser beim Vermessen der Geometrie 2 des Werkzeugs 1 die gesamte Oberfläche bzw. Oberseite/Sichtseite des Werkzeugs 1 abtasten kann. Ferner ermittelt der Linienlaser 6 beim Vermessen der Geometrie 2 des Werkzeugs 1 eine Distanz 9 zwischen dem Linienlaser 6 und vorbestimmten Positionen 11 des Werkzeugs 1.
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Außerdem ist in dem Datenspeicher 7 eine Soll-Geometrie 4 hinterlegt. Die Soll-Geometrie 4 beschreibt die Geometrie des Werkzeugs 1 im neuwertigen Zustand. Für diese Soll-Geometrie 4 sind die Grenzwerte 10 für die Distanz 9 zwischen dem Linienlaser 6 und den vorbestimmten Positionen 11 des Werkzeugs 1 zum Vergleichen der vermessenen Geometrie 2 und deren Grenzwerte 10 mit der ermittelten Distanz 9 definiert. Die Signalvorrichtung ist zum Ausgeben eines Warnsignals bei einer Abweichung der vermessenen Geometrie 2 von der Soll-Geometrie 4 ausgebildet.
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Die Signalvorrichtung 8 weist ferner eine Anzeige 12 zur graphischen Darstellung der Geometrie 2 und/oder der Soll-Geometrie 4 auf, mittels der eine Anordnung, ein Bruches bzw. eine Verschmutzung der Matrize angezeigt werden kann. Die graphische Darstellung der Geometrie 2 wird anhand der Distanz 9 zwischen dem Linienlaser 6 und den vorbestimmten Positionen 11 des Werkzeugs 1 bestimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015201210 A1 [0004]
- DE 102016224000 A1 [0006]
