DE102019206619A1

DE102019206619A1 - Messverfahren und Messvorrichtung zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken

Info

Publication number: DE102019206619A1
Application number: DE102019206619.4A
Authority: DE
Inventors: Julian Pandtle
Original assignee: Wafios AG
Current assignee: Wafios AG
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: WO2020224968A1; DE102019206619B4

Abstract

Bei einem Messverfahren zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken (150), insbesondere zum Messen der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht, wird eine Messvorrichtung mit einer Auflageeinrichtung (210) verwendet, die eine Abrollfläche (212) definiert, welche wenigstens in einer ersten Richtung ohne Krümmung verläuft. Die Abrollfläche (212) kann z.B. eine schiefe Ebene sein. Es wird eine Abrollbewegung des Rundmaterialstücks auf der Abrollfläche in der Weise erzeugt, dass das Rundmaterialstück entlang der Abrollfläche (212) unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zu einer Abrollrichtung (214) abrollt, so dass sich an der der Abrollfläche (212) zugewandten Seite des Rundmaterialstücks zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks (150) und der Abrollfläche oder einer dazu parallelen Referenzfläche wenigstens abschnittsweise ein Spalt (250) bildet, wobei Spaltdimensionen des Spalts bei Abweichungen von idealer Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterialstücks beim Abrollen variieren. Der Spalt wird von einer Beleuchtungsseite über einen quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Beleuchtungsbereich beleuchtet. Eine durch den Spalt (250) hindurchtretende Lichtmenge wird innerhalb eines quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Messbereichs (265) mittels mindestens eines lichtsensitiven Sensors (262) erfasst. Dabei werden während des Abrollens des Rundmaterialstücks eine oder mehrere Messwertaufnahmen erzeugt, die zur Ermittlung mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale ausgewertet werden. Diese werden dann weiterverarbeitet.

Description

ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Die Erfindung betrifft ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken. Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Messung der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht.
Drähte, Rohre oder andere langgestreckte Halbzeug-Materialien liegen unmittelbar nach ihrer Herstellung häufig in Form von aufgewickelten Materialvorräten vor und müssen normalerweise vor der Weiterverarbeitung gerichtet werden. Das Richten (straightening) ist ein Fertigungsverfahren aus der Gruppe der Umformverfahren und dient dazu, das langgestreckte Material vor der Weiterverarbeitung in eine möglichst gerade Form, d.h. in einen krümmungsarmen Zustand, zu versetzen. In einem automatisierten Richtprozess wird hierzu das Material von einem Materialvorrat durch eine Richteinheit gefördert und die Richteinheit erzeugt aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material. Richteinheiten weisen üblicherweise mindestens einen Rollenrichtapparat und/oder mindestens einen rotierenden Richtflügel auf.
Ein automatisierter Richtprozess im Durchlaufverfahren wird beispielsweise in Richt- und Abschneidemaschinen realisiert, die dafür konzipiert sind, Drähte oder andere durch Richten bearbeitbare Materialien zu richten und auf eine gewünschte Länge abzuschneiden. Auf diese Weise können beispielsweise glatte Runddrähte verarbeiten werden, um beispielsweise gerichtete Drahtstäbe zur Herstellung von Käfigen, Einkaufswagen, Zäunen, Drahtkörben oder dergleichen zu erhalten.
Bei Richt- und Abschneidemaschinen, die als Endprodukt gerichtete Materialstücke vorgebbarer Länge produzieren, wird die Richtgüte des gerichteten Materials nach Durchlaufen der Richteinheit in der Regel vom Maschinenbediener beurteilt, der aufgrund von Erfahrung visuell und/oder durch den Einsatz gesonderter Messmittel (z.B. Haarlineal, ebene Messfläche bzw. Auflagefläche) die gerichteten Endprodukte z.B. auf hinreichende Geradheit überprüft. Anhand der Prüfung entscheidet der Maschinenbediener, ob Richtelemente nachgestellt werden müssen und, wenn dies nötig ist, welches Richtelement oder welche Richtelemente in welchem Ausmaß nachzustellen ist bzw. sind. Dabei werden beim Einrichten der Maschine so lange Änderungen an den relevanten Fertigungsparametern vorgenommen, bis die fertigen Produkte reproduzierbar mit ausreichender Geradheit erzeugt werden. Dann wird der Fertigungsprozess freigegeben.
Änderungen des Richtergebnisses können beispielsweise aufgrund von Materialfehlern (z.B. Durchmesserschwankungen, Schwankungen der Wanddicke bei Rohren, Lunker etc.) und/oder aufgrund von Änderungen der Werkstoffkennwerte wie Spannung/Dehnung und/oder aufgrund von Verschleiß der Richtelemente etc. auftreten. Änderungen können durch regelmäßige Kontrollen anhand von Stichproben erkannt werden. Wenn sich eine nicht akzeptable Verschlechterung der Richtgüte, insbesondere der Geradheit, ergibt, werden erneute Einstellungen von Fertigungsparametern nötig.
In der Praxis benötigt ein Maschinenbediener sehr viel Erfahrung und Aufmerksamkeit, um während eines Fertigungsprozesses eine hinreichend gleichbleibende Richtgüte sicherzustellen. Um unabhängig von den Fähigkeiten eines Maschinenbedieners Fertigungsprozesse mit reproduzierbar guter Richtgüte zu erreichen, sind bereits Vorschläge für eine automatische Prüfung der Richtgüte gemacht worden.
Die Firma LAP GmbH Laser Applikationen vertreibt unter der Bezeichnung „Straightcheck“ ein laser-basiertes System zur berührungslosen Geradheitsmessung bei Rohren und Stabstahl. Dabei werden Sensoren verwendet, die nach dem Laser-Scan oder Laser-Abschattungs-Prinzip arbeiten. Die Entscheidung, ob das Produkt erneut gerichtet werden muss, kann durch die Software direkt nach dem ersten Richtvorgang getroffen werden. Derartige Systeme sind in der Anschaffung und im Betrieb relativ teuer.
Die EP 3 346 230 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Erfassung einer Drahtkrümmung. Die Vorrichtung umfasst eine Drahtführung, ein Kamerasystem und eine Datenauswertungseinheit. Das Kamerasystem umfasst mindestens eine Kamera und ist derart positioniert und dimensioniert, dass es einen in der Drahtführung geführten Draht und seine Begrenzung senkrecht zu einer Drahtlängsachse als Bilddaten erfassen kann. Die Datenauswertungseinheit kann die Bilddaten des Kamerasystems empfangen und daraus die Drahtkrümmung bestimmen.
Die Patentschrift DE 35 01 725 C1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aussortieren von krummen Stangen, Rohren oder dgl.. Dazu wird vorgeschlagen, dass jeweils eine Stange, ein Rohr oder dgl. auf eine schiefe Ebene aufgelegt wird, dass durch den Auflegevorgang ein vorgegebenes Zeitintervall gestartet wird und dass die Stange, das Rohr oder dgl. als krumm ausgeworfen wird, wenn sie nicht innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls die schiefe Ebene hinuntergerollt ist. Die entsprechende Vorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer schiefen Ebene, einem betätigbaren Zeitgeber sowie einer am Auslauf der schiefen Ebene befindlichen Wippe und zumindest zwei senkrecht zur Längsrichtung der schiefen Ebene bewegbaren Mitnehmern für die Stange, das Rohr oder dgl.. Zur Prüfung der Rollfähigkeit wird an dem Zeitrelais ein vorgegebenes Zeitintervall eingestellt. Dann wird geprüft, ob ein aufgelegter Stab es schafft, innerhalb des Zeitintervalls bis zum Auslauf am unteren Ende der Schienenebene zu rollen. Ist eine Stange ausreichend gerade, schafft sie es innerhalb der vorgegebenen Zeit bis zum Auslauf und wird in einen Behälter für Gutteile weitergeleitet. Ist dagegen die Stange auf der schiefen Ebene liegen geblieben oder rollt sie, weil sie krumm ist, zu langsam ab, so dass sie nach Ablauf des vorgegebenen Zeitintervalls noch auf der schiefen Ebene aufliegt, wird die Wippe in eine Auslaufstellung gestellt und die (nicht ausreichend gerade) Stange wird ein eine Ablage für schlechte Stangen transportiert.
AUFGABE UND LÖSUNG
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Messverfahren zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken bereitzustellen, das schnell und präzise arbeitet und zuverlässige Aussagen über die Geradheit liefert. Es ist eine weitere Aufgabe, eine zur Durchführung des Messverfahrens geeignete, Messvorrichtung bereitzustellen, die präzise Messwerte zur Beurteilung der Geradheit liefern kann. Vorzugsweise sollen das Messverfahren und die Messvorrichtung mit vertretbarem Aufwand im Zusammenhang mit einem automatisierten Richtprozess genutzt werden können. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine Richt- und Abschneidemaschine bereitzustellen, die eine solche Messvorrichtung aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1, eine Messvorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 12 sowie eine Richt- und Abschneidemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 16 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
Das Messverfahren ist zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken geeignet und kann insbesondere zum Messen der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht genutzt werden. Der Begriff „Rundmaterialstück“ bezeichnet hier vorzugsweise aus einem metallischen Werkstoff bestehende Halbzeuge oder Fertigprodukte mit mehr oder weniger kreiszylindrischer Gestalt und geeigneter Länge. Bei dem Rundmaterialstück kann es sich z.B. um ein Drahtstück oder ein Rohrstück handeln. Die Länge kann z.B. im Bereich von 150 mm bis 5000 mm, ggf. auch darüber oder darunter liegen.
Zur Durchführung des Messverfahrens wird eine Auflageeinrichtung bereitgestellt, die eine Abrollfläche definiert, welche wenigstens in einer ersten Richtung ohne Krümmung verläuft. Bei der Abrollfläche kann es sich z.B. um eine ebene Fläche (also eine Ebene) handeln. Eine ebene Abrollfläche zeichnet sich u.a. dadurch aus, dass es unendlich viele unterschiedliche, in der (ebenen) Fläche liegende Richtungen gibt, entlang derer die Abrollfläche geradlinig bzw. ohne Krümmung verläuft. Jede der Richtungen kann prinzipiell als Abrollrichtung genutzt werden. Es ist auch möglich, dass die Abrollfläche nicht durchgängig eben ist, sondern nur abschnittsweise eben ist oder dass die Abrollfläche überhaupt keine ebenen Abschnitte aufweist. Wichtig ist aber, dass die Abrollfläche wenigstens in einer ersten Richtung ohne Krümmung verläuft. Eine Tangentenebene an die Abrollfläche würde an der Abrollfläche entlang einer Linie anliegen, die parallel zur ersten Richtung verläuft. Ein ideal gerades Rundmaterialstück, welches mit seiner Längsrichtung parallel zu dieser ersten Richtung ausgerichtet ist, kann dann über seine gesamte Länge in einem linearen Berührungskontakt mit der Abrollfläche stehen. Eine solche Abrollfläche definiert dann eine Abrollrichtung, die senkrecht zu der ersten Richtung verläuft. Die Abrollfläche kann z.B. wie eine Zylindermantelfläche (Mantelfläche eines Kreiszylinders) einsinnig gekrümmt sein in der Weise, dass in Richtungen parallel zur Zylinderachse keine Krümmung vorliegt, senkrecht dazu aber eine konstante Krümmung mit einen Krümmungsradius, der dem Radius (Halbmesser) des Zylinders entspricht.
Für die Durchführung der Messung wird eine Abrollbewegung des Rundmaterialstücks auf der Abrollfläche in der Weise erzeugt, dass das Rundmaterialstück entlang der Abrollfläche unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zu einer Abrollrichtung abrollt, so dass sich an der der Abrollfläche zugewandten Seite des Rundmaterialstücks zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks und der Abrollfläche oder einer dazu parallelen Referenzfläche wenigstens abschnittsweise ein Spalt bildet, wobei Spaltdimensionen des Spalts bei Abweichungen von idealer Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterialstücks beim Abrollen variieren. Der Begriff „Eigendrehung“ bezeichnet hier eine Drehung um die eigene Längsachse des Rundmaterialstücks, also um eine bei nicht zu starken Geradheitsabweichungen im Inneren des Rundmaterialstücks verlaufende Achse.
Die Richtung, in der das Rundmaterialstück tatsächlich abrollt, kann von der (nominellen) Abrollrichtung phasenweise oder durchgängig leicht abweichen, sollte jedoch im Wesentlichen parallel zur Abrollrichtung liegen, so das eventuelle Abweichungen maximal wenige Grad betragen. Der Abrollvorgang verläuft jedenfalls bei nicht vollständig ideal geraden Rundmaterialstücken so, dass sich an der der Abrollfläche zugewandten Seite des Rundmaterialstücks zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks und der Abrollfläche oder einer dazu parallelen Referenzfläche wenigstens abschnittsweise ein Spalt bildet, wobei Spaltdimensionen und die Form des Spalts bei Abweichungen von idealer Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterials beim Abrollen variieren. Eine Spaltbildung kann lediglich dann unterbleiben, wenn das Rundmaterialstück ideal gerade ist, so dass beim Abrollen jederzeit über die gesamte beobachtete Länge des Rundmaterialstücks ein Linienkontakt zwischen dem Umfang des Rundmaterialstücks und der Abrollfläche vorliegt.
Bei dem Messverfahren wird der Bereich des Spalts von einer Beleuchtungsseite her über einen quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Beleuchtungsbereich beleuchtet. Eine durch den Spalt hindurchtretende Lichtmenge wird innerhalb eines quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Messbereichs mittels mindestens eines lichtsensitiven Sensors erfasst.
Dabei wird während des Abrollens des Rundmaterialstücks mindestens eine Messwertaufnahme erzeugt, die Informationen über die zum Messzeitpunkt durch den Spalt hindurchtretende Lichtmenge in einer für die Weiterverarbeitung geeigneten Form enthält. Die Messwertaufnahme wird zur Ermittlung mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale ausgewertet. Das Messverfahren umfasst auch die Weiterverarbeitung des Geradheitsparameters und/oder den Geradheitsparameter repräsentierender Signale, z.B. durch Anzeigen an einem Display, durch Speichern in einem Speicher, durch Aufnahme in ein (z.B. elektronisches und/oder papier-basiertes) Messprotokoll und/oder durch Nutzung der im Signal enthaltenen Information zur Steuerung eines Verarbeitungsprozesses.
In manchen Fällen kann es ausreichen, eine einzige Messwertaufnahme zu erzeugen und auszuwerten. Dies kann z.B. dann ausreichen, wenn vorab bekannte Zusatzinformation über den Typ eines eventuellen Geradheitsfehlers vorliegt, wobei diese Information bei der Auswertung berücksichtigt werden kann. Ein Beispiel sind Rundmaterialstücke, die in bestimmten Richt- und Abschneidemaschinen mittels einer automatischen Richteinheit gerichtet wurden. Aufgrund des Richtverfahrens kann es sein, das verfahrens-spezifische Typen von Geradheitsfehlern auftreten. Es hat sich z.B. gezeigt, dass in manchen Fällen verfahrenstypische helix-förmig verformte Rundmaterialstücke resultieren, also eine leicht wendelförmig deformierte Gestalt des gerichteten Rundmaterialstücks vorliegt. Diese Art einer Geradheitsabweichung mit in Längsrichtung sich regelmäßig wiederholenden Abschnitten ähnlicher Gestalt kann z.B. durch eine Wellenlänge der Verformung charakterisiert werden. Diese Wellenlänge kann ggf. aus einer einzigen Messwertaufnahme extrahiert und zur Charakterisierung der Geradheitsabweichung genutzt werden.
Bei bevorzugten Verfahrensvarianten bzw. Messvorrichtungsvarianten werden zu mindestens zwei unterschiedlichen Messzeitpunkten während des Abrollens des Rundmaterialstücks Messwertaufnahmen erzeugt, die Informationen über die zum Messzeitpunkt durch den Spalt hindurchtretende Lichtmenge in einer für die Weiterverarbeitung geeigneten Form enthalten. Diese zwei oder mehr Messwertaufnahmen werden zur Ermittlung mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale gemeinsam bzw. mit Bezug zueinander ausgewertet. Auch dieses Messverfahren umfasst die Weiterverarbeitung des Geradheitsparameters und/oder den Geradheitsparameter repräsentierender Signale, z.B. durch Anzeigen an einem Display, durch Speichern in einem Speicher, durch Aufnahme in ein (z.B. elektronisches und/oder papier-basiertes) Messprotokoll und/oder durch Nutzung der im Signal enthaltenen Information zur Steuerung eines Verarbeitungsprozesses.
Das Messverfahren gemäß dieses Ausführungsbeispiels (mit zwei oder mehr nacheinander erfassten Messwertaufnahmen) beinhaltet somit eine zeitlich auflösende Messung der Lichtmenge bzw. Lichtintensität, die innerhalb eines quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Messbereichs durch den Spalt hindurchtritt. Die Information über den Geradheitszustand des Rundmaterialstücks wird aus einer Abfolge von mindestens zwei Messwertaufnahmen generiert.
Vorzugsweise ist die Anzahl von Messwertaufnahmen pro Messung (also pro Abrollvorgang eines Rundmaterialstücks) deutlich größer als zwei, um besonders zuverlässige Messungen zu erhalten. Die Anzahl von Messwertaufnahmen kann z.B. zwischen 5 und 100 liegen, insbesondere im Bereich vom 10 bis 75.
Die Abrollbewegung des Rundmaterialstücks kann auf unterschiedliche Weisen erzeugt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass das Rundmaterialstück auf die Abrollfläche aufgelegt wird und dann durch Krafteinwirkung einer gesondert dafür vorgesehenen Einrichtung oder manuell zum Abrollen entlang der Abrollfläche gebracht wird. Ein einmaliger Anstoßimpuls kann zur Erzeugung der Abrollbewegung ausreichen. Es ist auch möglich, den kompletten Abrollvorgang als geführten Abrollvorgang unter ständiger Krafteinwirkung einer externen Einrichtung kontrolliert durchzuführen. Ein derartiger, durch externe Kräfte erzwungener Abrollvorgang kann z.B. auf einer Abrollfläche in Form einer horizontal ausgerichteten Ebene durchgeführt werden.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird zur Durchführung des Messverfahrens eine Auflageeinrichtung verwendet, die eine Abrollfläche in Form einer schiefen Ebene definiert, welche gegenüber einer Horizontalebene um einen Neigungswinkel geneigt ist und eine (nominelle) Abrollrichtung definiert. Die (nominelle) Abrollrichtung entspricht der Richtung maximalen Gefälles der schiefen Ebene. Für die Durchführung der Messung wird ein Rundmaterialstück auf die Auflageeinrichtung bzw. die schiefe Ebene derart aufgelegt, dass das Rundmaterialstück entlang der schiefen Ebene unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zur Abrollrichtung abrollt. Bei dieser Variante kann der Abrollvorgang allein durch Einwirkung der Schwerkraft initiiert werden und selbsttätig ablaufen, ohne dass es gesonderter Einrichtungen für den Vortrieb bedarf. Das Rundmaterialstück kann frei abrollen, es ist keine aktive Führung nötig.
Es kann ausreichen, die Messung der Lichtmenge bzw. Lichtintensität lediglich zeitauflösend durchzuführen. Es könnte ggf. eine einzige Photodiode als Sensor ausreichen. Vorzugsweise wird jedoch zur Messwertaufnahme ein ortsauflösender Sensor verwendet, der zu jedem Messzeitpunkt quer zur Abrollrichtung eine Vielzahl von Messwerten erfasst. Damit kann jede Messwertaufnahme räumlich aufgelöste Information aus unterschiedlichen Orten entlang des Spalts enthalten, so dass eine Lichtmengenverteilung entlang des Spalts qualitativ, halbquantitativ oder quantitativ erfasst werden kann.
Bei dem ortsauflösenden Sensor kann es sich beispielsweise um einen Zeilensensor handeln, der lediglich eine Zeile in einer Richtung nebeneinanderliegender Sensorelemente aufweist, die gleichzeitig die auf sie einfallende Lichtmenge messen und entsprechende Signale abgeben können. Es ist auch möglich, als ortsauflösenden Sensor einen Flächensensor zu verwenden, der Sensorelemente aufweist, die in Zeilen und Spalten vorliegen, so dass eine zweidimensionale Erfassung von auftreffender Lichtmenge möglich ist. Damit kann gegebenenfalls auch erreicht werden, Angaben über die Spalthöhe in Abhängigkeit von der Lage über die Breite des Messbereichs zu ermitteln.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird der Spalt mittels eines optischen Abbildungssystems auf eine Sensorfläche des Sensors abgebildet. Es kann somit beispielsweise eine Zeilenkamera oder eine Flächenkamera verwendet werden, deren Informationen Pixel für Pixel ortsauflösend ausgewertet werden können.
Eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten des Spalts sowie der mindestens eine Sensor einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer durch den Spalt hindurchtretenden Lichtmenge sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten einer durch die Auflageeinrichtung definierten Abrollstrecke angeordnet, so dass der lichtempfindliche Sensor die Lichtintensität bzw. Lichtmenge messen kann, mit der ein Gegenlicht unter dem Rundmaterialstück hindurchleuchtet.
Die Dimensionen des Messbereichs in Querrichtung (quer zur Abrollrichtung) und die Lage des Messbereichs sind vorzugsweise so gewählt, dass der Messbereich vollständig innerhalb des ausgeleuchteten Beleuchtungsbereichs liegt, so dass der Bereich des Spalts sich von einem Rand zum gegenüberliegenden Rand des Messbereichs erstreckt. Der ausgedehnte Beleuchtungsbereich kann sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Rundmaterialstücks oder darüber hinaus erstrecken. In der Regel reicht es jedoch, wenn der Beleuchtungsbereich nur einen Ausschnitt ausreichender Länge des Rundmaterialstücks erfasst. Die Auslegung der Querdimensionen des Beleuchtungsbereichs kann in Abhängigkeit von den erwarteten Charakteristika der Geradheitsfehler gewählt werden.
Bei manchen Ausführungsformen beginnen die Messung bzw. die Erzeugung von Messwertaufnahmen während des Abrollens und/oder die Auswertung von Messwertaufnahmen erst dann, wenn ein Triggersignal erzeugt wird, wobei vorzugsweise das abrollende Rundmaterialstück ein Triggersignal auslöst. Für diesen Zweck kann entlang der Abrollstrecke des Rundmaterialstücks wenigstens ein Sensor vorgesehen sein, der beim Vorbeirollen des Rundmaterialstücks das Triggersignal generiert. Obwohl ein taktiler Sensor für diesen Zweck vorgesehen sein kann, wird vorzugsweise wenigstens ein berührungslos arbeitender Sensor verwendet, so dass durch die Triggersignal-Generierung kein mechanischer Eingriff in den Abrollvorgang erforderlich ist. Der Sensor kann beispielsweise ein kapazitiver Sensor oder induktiver Sensor oder ein optischer Sensor sein. Der Sensor kann so platziert sein, dass das Rundmaterialstück zunächst nach dem Auflegen eine Beruhigungsstrecke durchläuft, bevor die erste Messwertaufnahme ausgelöst wird. Alternativ oder zusätzlich kann das Kriterium so gewählt werden, dass nach dem Auflegen auf die Auflageeinrichtung und dem Beginn des Abrollens eine gewisse Beschleunigungsstrecke durchlaufen wird, so dass die Abrollgeschwindigkeit ein vorgebbares Mindestmaß erreicht hat.
Wenn die Messvorrichtung z.B. mit einer Richt- und Abschneidemaschine zusammenarbeitet, die die Rundmaterialstücke herstellt und von einem zugeführten Werkstück mittels einer Schnitteinrichtung abtrennt, kann das Triggersignal auch von der Maschinensteuerung kommen, z.B. dann, wenn die Schnitteinrichtung den Schnitt abgeschlossen hat.
Wenn zur Aufnahme der Messwertaufnahmen eine Kamera (mit Zeilensensor oder Flächensensor) verwendet wird, kann es zweckmäßig sein, die Messwertaufnahmen auf solche Positionen zu beschränken, welche im Schärfentiefenbereich der Kamera liegen. Alle Maßnahmen können sich positiv auf die Bewertbarkeit der Sensorsignale und damit auf die Qualität und Reproduzierbarkeit der Messergebnisse auswirken.
Vorzugsweise werden während des Abrollens eines Rundmaterialstücks viele Messwertaufnahmen zu unterschiedlichen Messzeitpunkten erfasst, wobei die Messzeitpunkte an eine Abrollgeschwindigkeit des Rundmaterialstücks derart angepasst sind, dass Messwertaufnahmen bei unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfasst werden. Dadurch ist es möglich, eine Bewertung des Rundmaterialstücks aus unterschiedlichen Perspektiven bezogen auf seinen Umfang vorzunehmen, ohne dass der Sensor hierzu bewegt werden muss. Prinzipiell ist es dadurch möglich, nahezu komplette 3D-Informationen zur Gestalt bzw. zu Formabweichungen mit stationären Sensoren (einem oder mehreren) zu erfassen.
Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten zur Auswertung einer Abfolge von Messwertaufnahmen. Die Möglichkeiten können alternativ oder kumulativ genutzt werden.
Bei manchen Verfahrensvarianten ist vorgesehen, dass beim Auswerten der Messwertaufnahmen aus einer Vielzahl von in unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfassten Messwertaufnahmen einen Hüllzylinder, also eine zylindrische Hüllkurve, um das Rundmaterialstück errechnet wird und ein Geradheitsparameter aus dem Durchmesser des Hüllzylinders abgeleitet wird. Die zylindrische Hüllkurve bzw. der Hüllzylinder beschreibt in diesem Fall einen virtuellen Zylinder, der das eindimensional oder mehrdimensional verbogene Rundmaterialstück nach Art einer Minimalfläche umschließt und den Umfang des Rundmaterialstücks an mehreren Stellen berührt. Bei einem ideal geraden Rundmaterialstück fällt der Hüllzylinder mit der zylindrischen Umfangsfläche des Rundmaterialstücks zusammen, so dass ein Soll-Durchmesser des Hüllzylinders dem Durchmesser des Rundmaterialstücks entspricht. Weist das Rundmaterialstück einen Geradheitsfehler auf, so ist der Durchmesser des Hüllzylinders (Ist-Durchmesser) größer als der Durchmesser des Rundmaterialstücks (Soll-Durchmesser) ist, wobei der Durchmesser des Hüllzylinders tendenziell umso größer ist, je größer der Geradheitsfehler ist. Durch den Durchmesser des Hüllzylinders ist somit ein skalares Maß bzw. ein skalarer Geradheitsparameter gegeben. Ein Geradheitsparameter kann z.B. durch Berechnung der Differenz zwischen Ist-Durchmesser und Soll-Durchmesser ermittelt werden.
Eine relativ einfach durchführbare und gleichwohl relativ präzise Vorgehensweise besteht bei manchen Ausführungsformen darin, dass beim Auswerten der Messwertaufnahmen aus einer Vielzahl von in unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfassten Messwertaufnahmen für jede der Messwertaufnahmen eine integrale Lichtmenge im Messbereich bestimmt wird und aus der Summe der integralen Lichtmengen ein Geradheitsparameter abgeleitet wird. Dazu kann beispielsweise so vorgegangen werden, dass bei Verwendung einer Kamera zur Summenbildung nur diejenigen Pixel der Messwertaufnahme beitragen, deren Helligkeitswert über einem bestimmten Schwellwert liegt. Diese Verfahrensvariante kommt ohne ortsauflösende Auswertung in Längsrichtung des Spalts, also quer zur Abrollrichtung, aus und kann gleichwohl für viele Anwendungsfälle ausreichende Messgenauigkeiten liefern. Alternativ oder zusätzlich kann z.B. auch ein Durchschnittswert der Lichtmengen der unterschiedlichen Drehstellungen ermittelt werden, um daraus ein Maß für die Geradheit zu errechnen.
Besonders zuverlässig werden die Messungen, wenn vor der eigentlichen Messung Referenzmessungen mit einer Vielzahl von Referenz-Rundmaterialstücken unterschiedlicher definierter Geradheit durchgeführt werden, auf Basis der Referenzmessungen ein Kennfeld ermittelt wird, welches einen funktionalen Zusammenhang zwischen Geradheitsparametern der Referenz-Rundmaterialstücke und dadurch verursachten Messwertaufnahmen repräsentiert, und wenn dann beim Auswerten der Messwertaufnahmen (einer oder mehrerer) die Geradheit eines zu vermessenden Rundmaterialstücks unter Verwendung des Kennfelds ermittelt wird. Dazu können beispielsweise Rundmaterialstücke unterschiedliche Geradheit mithilfe einer kalibrierten Lehre vermessen und die zugehörigen Lichtmengenwerte durch Referenzmessungen ermittelt werden.
Weitergehende Aussagen über das Ausmaß der Geradheitsabweichungen und/oder über eventuelle Ursachen von Geradheitsabweichungen lassen sich häufig dadurch erzielen, dass zur Messwertaufnahme ein ortsauflösender Sensor verwendet wird und die in den Messwertaufnahmen erhaltenen Messwerte ortsauflösend zumindest in Längsrichtung des Spalts (also quer zur Abrollrichtung) ausgewertet werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel beim Auswerten von Messwertaufnahmen ein Wellenlängenparameter ermittelt werden, der eine Wellenlänge einer in Längsrichtung des Rundmaterialstücks im Wesentlichen periodischen Verformung des Rundmaterialstücks repräsentiert. Dadurch kann beispielsweise zwischen Gestaltabweichungen erster Ordnung (also Formabweichungen) und Gestaltabweichungen zweiter Ordnung (der Welligkeit) unterschieden werden und das Ausmaß der Welligkeit kann quantitativ ermittelt werden. Die Ausdehnung des Messbereichs quer zur Abrollrichtung sollte für diese Art von Messungen wenigstens so groß sein, dass mindestens eine Halbwelle innerhalb des Messbereichs liegt, vorzugsweise wenigstens eine komplette Welle oder auch mehrere Wellen.
Bei vielen Ausführungsformen werden die Geradheitsparameter in der Weise weiterverarbeitet, dass zumindest ein entsprechender Messwert an einer für einen Bediener ablesbaren Anzeige angezeigt wird. Dies kann durch Anzeige von Zahlenwerten und/oder grafisch, zum Beispiel durch Anzeige eines entsprechenden Diagramms, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann ein Messprotokoll erstellt werden und/oder Geradheitsparameter können für eine spätere Weiterverarbeitung gespeichert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, durch die Auswertung der Messwertaufnahmen Signale zu generieren, die dann automatisch weiterverarbeitet werden, beispielsweise um eine Herstellvorrichtung zur Herstellung von Rundmaterialstücken zu steuern, um im Wege einer Geradheitsregelung anhand der rückgekoppelten Signale den Herstellungsprozess so zu führen, dass Rundmaterialstücke ausreichender Geradheit produziert werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Messvorrichtung zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken, insbesondere zum Messen der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht. Die Messvorrichtung kann in eine Richt- und Abschneidemaschine integriert sein. Es ist auch möglich, die Messvorrichtung als selbständige bzw. autarke Messvorrichtung zu konstruieren, die z.B. von einem Bediener genutzt werden kann, indem die zu vermessenden Rundmaterialstücke manuell aufgelegt werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Richt- und Abschneidemaschine zum Herstellen von gerichteten Elementen mit vorgebbarer Länge aus einem drahtförmigen Material. Die Richt- und Abschneidemaschine ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ein der Schnitteinrichtung nachgeschaltetes Messsystem zum Messen der Geradheit der gerichteten Elemente aufweist. Dieses Messsystem ist vorzugsweise gemäß der beanspruchten Erfindung ausgelegt ist. Das Messsystem könnte auch nach einem anderen Messprinzip arbeiten.
Viele Richt- und Abschneidemaschinen weisen einen sogenannten Anbau auf, der dazu dient, die gerichteten Rundmaterialstücke nach dem Abtrennen vom zugeführten Materialvorrat aufzunehmen und zu sammeln. Die vorliegende Anmeldung offenbart eine solche Richt- und Abschneidemaschine, bei der dem Anbau eine Messvorrichtung zugeordnet ist, die die abgetrennten Rundmaterialstücke nach dem Abtrennen im Bereich des Anbaus vermisst. Die Messvorrichtung kann nach einem anderen Prinzip arbeiten als gemäß der beanspruchten Erfindung.
Anbauten an Richt- und Abschneidemaschinen sind häufig bereits heute mit einer Auflageeinrichtung ausgestattet, deren Oberseite eine schiefe Ebene definiert, über die die abgetrennten Rundmaterialstücke in eine Sammelmulde oder dergleichen rollen können. Eine derartige, ohnehin vorhandene Auflageeinrichtung kann als Auflageeinrichtung des Messsystems genutzt werden. Auf diese Weise können viele konventionelle Richt- und Abschneidemaschinen, die bereits eine schräggestellte Auflageeinrichtung haben, durch Anbau zusätzlicher Komponenten des Messsystems (zum Beispiel Beleuchtungseinrichtung und Erfassungseinrichtung) zu Richt- und Abschneidemaschinen mit integrierter Messvorrichtung umgerüstet werden.
Die Steuereinrichtung der Richt- und Abschneidemaschine kann durch geeignete Auslegung und Programmierung so konfiguriert sein, dass Signale des Messsystems verarbeitet werden können und dass Komponenten der Richteinheit auf Basis von Signalen des Messsystems automatisch eingestellt werden können. Dadurch kann eine integrierte Geradheitsregelung realisiert werden. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, auf Basis der Ergebnisse der Geradheitsmessung außerhalb der Toleranzen liegende Rundmaterialstücke automatisch auszusortieren.
In Kombination mit einer Richt- und Abschneidemaschine kann somit auf Basis der Messwerte eine verstellbare Richteinheit gesteuert werden. Alternativ oder zusätzlich können die gerichteten Stäbe ab einem Messwert für die Geradheit aussortiert werden oder die Maschine kann gestoppt werden.
Figurenliste
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Dabei zeigen:

1 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer Richt- und Abschneidemaschine, die mit einem Messsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgestattet ist;
2 zeigt eine vergrößerte Detailansicht der Richt- und Abschneidemaschine aus 1 im Bereich des Anbaus;
3 zeigt eine Draufsicht des Anbaus mit integriertem Messsystem;
4 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Anbau mit integriertem Messsystem;
5A bis 5D zeigen verschiedene Phasen eines Messvorgangs;
6 zeigt schematisch die Entstehung eines Spalts zwischen einen nicht ideal geraden Rundmaterialstück und einer schiefen Ebene der Messvorrichtung; und
7 zeigt schematisch eine Bildschirmanzeige der Bedieneinheit der Richt- und Abschneidemaschine mit Anzeigefeldern, die im Zusammenhang mit der Geradheitsmessung genutzt werden können.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1 zeigt eine Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Richt- und Abschneidemaschine 100 zum Herstellen von gerichteten Elementen mit vorgebbarer Länge aus einem drahtförmigen metallischen Material 105. Die im Folgenden auch schlicht als „Richtmaschine“ 100 bezeichnete Werkzeugmaschine ist zum Herstellen von gerichteten Stäben aus glattem Stahldraht ausgelegt. Solche gerichteten Drahtstäbe können z.B. zur Herstellung von Käfigen, Einkaufswagen, Zäunen, Drahtkörben oder dergleichen verwendet werden. Die Richtmaschine ist in der Lage, bei hohem Materialdurchsatz große Stückzahlen solcher gerichteten Elemente mit sehr kleinem Längenfehler und Geradheitsfehler herzustellen.
Das drahtförmige Material liegt zunächst auf einer großen Drahtspule (coil) vor und wird mit Hilfe einer Vorschubeinrichtung vom Materialvorrat abgezogen und in die Richtmaschine hineingefördert. Die Vorschubeinrichtung hat an der Eingangsseite der Richtmaschine 100 ein Paar von Schubwalzen 112, die den Draht vom Materialvorrat abziehen und in Richtung der in Durchlaufrichtung 102 nachgeschalteten Richteinrichtung 120 fördern. Die in dieser Anmeldung verwendeten relativen Positionsangaben „vor“ und „hinter“ an der Durchlaufstrecke des Materials beziehen sich auf diese Durchlaufrichtung oder Vorschubrichtung.
Die automatisiert einstellbare Richteinrichtung dient zum Geraderichten des von den Schubwalzen in den Arbeitsbereich der Richteinrichtung geförderten Materials und hat zu diesem Zweck einen rotierend antreibbaren Richtflügel 122 mit mehreren mit axialem Abstand hintereinander angeordneten und radial gegeneinander versetzten Durchführungsöffnungen für das Material. Solche rotierenden Richtsysteme sind an sich bekannt und werden daher hier nicht näher erläutert.
Unmittelbar hinter der Richteinrichtung 120 ist ein Paar von Zugwalzen 116 angeordnet, die zur Vorschubeinrichtung der Richtmaschine gehören und das gerichtete Material aus der Richteinrichtung herausziehen.
Mit geringem Abstand hinter den Zugwalzen 116 ist eine der Richteinrichtung nachgeschaltete Schnitteinrichtung 130 angebracht, die zum Abtrennen von Abschnitten vorgebbarer Länge von dem gerichteten Material vorgesehen ist, um dadurch die gerichteten Elemente vorgebbarer Länge zu erzeugen. Die Schnitteinrichtung 130 ist für einen Geradschnitt in einer Schnittebene ausgelegt und weist dazu hinter einer Drahtführung 132 ein vertikal bewegliches Schneidmesser 135 auf, mit dem der Draht zu einem vorgebbaren Zeitpunkt in der Schnittebene durchtrennt wird. Der Drahtvorschub wird für den Schnitt kurzzeitig angehalten.
Um die gewünschte Länge der gerichteten Elemente mit hoher Genauigkeit zu erreichen, ist ein Messsystem zur Ermittlung der Länge des Materials und zum Erzeugen von die Länge repräsentierenden Signale vorgesehen. Das Messsystem kann z.B. ein am durchlaufenden Draht abrollendes Messrad aufweisen oder berührungslos arbeiten, z.B. mittels Laser (vgl. US 2011/0240169 A1 ) Komponenten des Längenmesssystems können z.B. im Zwischenraum zwischen den Zugwalzen 116 und der Schnitteinrichtung 130 angeordnet sein. Die Signale werden von einer computerbasierten Steuereinrichtung 150 der Richtmaschine zum Ansteuern der Schnitteinrichtung 130 verarbeitet, um einen positionsrichtigen Schnitt zu erzeugen.
An der Auslaufseite der Richtmaschine befindet der sogenannte Anbau 140 mit einer horizontalen Führungsrinne 145, in die die gerichteten Elemente hineingeschoben werden. Ist die eingestellte Länge erreicht, so wird der Draht abgeschnitten und rollt über die schräg stehende ebene Oberseite eines Abrollblechs 210 in eine halbzylindrische Sammelmulde 148. Dieser Grundaufbau kann für unterschiedliche Längen genutzt werden. Der Bereich des Anbaus 140 ist in 2 vergrößert in schräger Perspektive sowie in 3 in Draufsicht dargestellt. 4 zeigt einen senkrechten Schnitt durch den Anbau im Bereich einer nachfolgend im Detail erläuterten, integrierten Messvorrichtung 200 zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken, die hier in Gestalt von gerichteten Rundstäben aus metallischem Draht vorliegen.
Das schräg stehende Abrollblech 210 des Anbaus fungiert als Auflageeinrichtung 210 der Messvorrichtung 200. Die ebene Oberseite 212 des Auflageblechs bzw. der Auflageeinrichtung definiert eine Abrollfläche in Form einer schiefen Ebene, die gegenüber einer Horizontalebene um einen Neigungswinkel von ca. 20° bis ca. 30°, im Beispielsfall ca. 25°, geneigt ist. Durch die Neigung wird eine nominelle Abrollrichtung 214 für aufgelegte Rundmaterialstücke definiert, wobei die Abrollrichtung der Richtung maximaler Neigung entspricht und im Beispielsfall senkrecht zur Längsrichtung der Führungsrille 145 verläuft, in die die gerichteten und abgetrennten Rundstäbe zunächst eingeschoben werden.
Wie im Zusammenhang mit den 4 bis 6 noch näher erläutert wird, wirkt diese schiefe Ebene in der Weise, dass ein auf die Auflageeinrichtung 210 aufgelegtes Rundmaterialstück 150 allein unter Einwirkung der Schwerkraft entlang der schiefen Ebene im Wesentlichen parallel zur Abrollrichtung 214 frei entlangrollt und sich dabei um seine eigene Längsrichtung dreht, also eine Eigendrehung ausführt. Wie anhand der schematischen 6 erläutert wird, bildet sich dabei an der der schiefen Ebene 212 zugewandten Seite des Rundmaterialstücks 150 zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks und der als Abrollfläche dienenden schiefen Ebene 212 wenigstens abschnittsweise ein Spalt 250, in dessen Bereich die Umfangsfläche des Rundmaterialstücks nicht in Berührungskontakt mit der ebenen Unterlage (Abrollfläche) steht. Der Spalt erstreckt sich in Längsrichtung des Rundmaterialstücks und hat in der Regel eine entlang der Längsrichtung variierende Spalthöhe H, die in den Kontaktbereichen zwischen Rundmaterialstück und ebener Unterlage auf null reduziert ist. Die Spaltdimensionen hinsichtlich Lage der Spaltbereiche und/oder Höhe der Spaltbereiche variieren in der Regel bei Abweichungen des Rundmaterialstücks von einer idealen Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterials, wenn dieses entlang der schiefen Ebene abrollt. Die Ausführungsform nutzt diesen Umstand für eine äußerst aussagekräftige Geradheitsmessung mithilfe der Messvorrichtung 200.
Die Messvorrichtung 200 umfasst eine Beleuchtungseinrichtung 220, die dafür ausgelegt ist, im Bereich des Spalts von einer Beleuchtungsseite über einen quer zur Abrollrichtung 212 ausgedehnten Beleuchtungsbereich 222 mit gleichmäßigem bzw. homogenem Beleuchtungslicht zu beleuchten. Die Beleuchtungseinrichtung ist bei betriebsfertig eingerichteter Messvorrichtung in Verlängerung der Unterkante des Abrollblechs 210 oberhalb der Sammelmulde 148 angebracht und umfasst im Beispielsfall eine Lichtleiste 215, die etwa halb so lang ist wie die Gesamtaufnahmelänge des Anbaus 140. Im Beispielsfall ist eine Reihe von LED-Lichtquellen an einem langgestreckten Träger angebracht und sitzt hinter einer Diffusorleiste aus opakem Material in der Weise, dass das Beleuchtungslicht im Wesentlichen mit gleichmäßiger Intensität über die gesamte Länge der Beleuchtungseinrichtung in Richtung Abrollblech gerichtet ist. Die Beleuchtungseinrichtung 220 wird von einem verschwenkbaren Halter 226 getragen, der an den Enden der Lichtleiste zwei etwa U-förmige Bügel aufweist und der es erlaubt, die Beleuchtungseinrichtung zwischen der dargestellten Betriebsstellung (etwa mittig oberhalb der Sammelmulde in Verlängerung des Abrollblechs) und einer Neutralstellung umzuschwenken, die es erlaubt, die in der Sammelmulde gesammelten Rundmaterialstäbe nach oben zu entnehmen.
An der gegenüberliegenden Seite der Auflageeinrichtung 210, also am höher liegenden Ende des Abrollblechs, ist etwa mittig bezogen auf die Länge der Beleuchtungseinrichtung eine Messkamera 261 montiert, die wesentlicher Bestandteil einer Erfassungseinrichtung 260 zum Erfassen einer durch den Spalt hindurchtretenden Lichtmenge ist. Die als Flächenkamera ausgelegte Messkamera hat einen zweidimensionalen lichtempfindlichen Sensor 262, zum Beispiel einen CCD-Chip, der über eine Abbildungsoptik eintretendes Licht empfängt. Die Kamera ist knapp oberhalb der schiefen Ebene 212 parallel zum Verlauf der Ebene ausgerichtet und hat einen Schärfentiefenbereich ST, der es erlaubt, den Spalt präzise auf den Sensor der Kamera abzubilden, wenn sich das abrollende Rundmaterialstück innerhalb des Schärfentiefenbereichs ST befindet. Wie aus 4 ersichtlich, ist die Kamera 361 an einem Kamerahalter 264 montiert, der eine stufenlose Höhenverstellung, eine Neigungseinstellung der Kamera sowie eine Positionseinstellung senkrecht zur Längsrichtung des Rundmaterials erlaubt. Die Kamera ist hinter der Führungsrille 145 montiert und daher in den Ansichten der 1 bis 3 nicht erkennbar.
In 4 sind weitere Einrichtungen erkennbar, die ein kontrolliertes Auflegen der gerichteten Stäbe auf die schiefe Ebene erlauben. Die Führungsrille 145 ist nach unten in Richtung Abrollblech offen. Ein unkontrolliertes Herausfallen von Rundmaterialstäben wird mithilfe einer Druckleiste 161 verhindert, die über einen Schwenkhebel 162 betätigt wird.
5A zeigt eine Situation, in der die Druckleiste 161 ihre obere Endstellung einnimmt, ein Rundmaterialstück 150 trägt und dieses am Herausfallen aus der Führungsrille 145 hindert.
Zum Übergeben eines gerichteten Stabs 150 auf das Abrollblech wird die Druckleiste durch Verschwenken des Schwenkhebels 162 absenkt (vgl. 5B). Sobald das Rundmaterialstück frei rollen kann, beginnt der Abrollvorgang unter Eigendrehung des Rundmaterialstücks 150 in Richtung Sammelmulde 148.
Bei einer nicht bildlich dargestellten Ausführungsform ist an der Abrollfläche eine temporär zustellbare Anschlagseinrichtung vorgesehen, z.B. mit zwei oder mehr unter die Abrollfläche versenkbaren und bei Bedarf nach oben ausfahrbaren Bolzen, die dann als Anschlag für das abrollende Rundmaterialstück dienen können. Die Anschlagseinrichtung kann z.B. genutzt werden, um das Abrollen zeitweise zu stoppen, bis eventuelle aus dem Schnittvorgang resultierende Vibrationen im Rundmaterialstück abgeklungen sind. Danach wird das „beruhigte“ Rundmaterialstück durch Absenken der Bolzen zum weiteren Abrollen freigegeben.
Mit geringem Abstand oberhalb der schiefen Ebene 212 ist zwischen dem Beginn der Abrollstrecke (dieser liegt unterhalb der Führungsrille) und dem unteren Ende der Abrollstrecke (am Übergang zwischen Abrollblech und Sammelmulde) ein berührungslos arbeitender Sensor 270 vorgesehen, der an einem winkelförmigen Halter montiert ist und durch diesen mit Abstand oberhalb der schiefen Ebene positioniert wird. Die Messwertaufnahme beginnt erst dann, wenn das in Richtung Sammelmulde rollende Rundmaterialstück 150 den Sensor 270 passiert und dieser ein Triggersignal auslöst, welches die Messwertaufnahme startet. Diese Situation ist in 5C dargestellt.
Die Erfassung von Messwertaufnahmen, also die Messung, endet zeitgesteuert, bevor das abrollende Rundmaterialstück den Schärfentiefenbereich der Kamera wieder verlässt (siehe 5D).
Die Messkamera 261 ist in der Lage, zweidimensionale Bilder des abrollenden Rundmaterialstücks 150 mit einer Bildfolgefrequenz von 500 Hz zu erfassen, während dieses sich beim Abrollen allmählich von der Messkamera entfernt. Die Bildaufnahmefrequenz ist dabei an die Abrollgeschwindigkeit so angepasst, dass die Messwertaufnahmen bzw. Bilder das abrollende Rundmaterialstück in unterschiedlichen Perspektiven bezogen auf dessen Umfang erfassen. Beispielhafte Messungen wurden bei einer Bildfolgefrequenz von 500 Hz durchgeführt, wobei während des Zeitintervalls, in dem sich das Rundmaterialstück im Schärfentiefenbereich der Messkamera befand, jeweils 50 Bilder (Messwertaufnahmen) erfasst wurden.
Die 6 zeigt schematisch einen Ausschnitt eines möglichen Bildinhalts, bei dem etwa mittig zwischen den seitlichen Rändern des rechteckigen Messbereichs 265 ein Bereich mit maximaler Spalthöhe H liegt. Der sich in Längsrichtung des Spalts (senkrecht zur Abrollrichtung 214) allmählich öffnende und wieder schließende Spalt liegt im Beispielsfall zwischen zwei Positionen P1 und P2, in denen Berührungskontakt zwischen dem Rundmaterialstück 150 und der Oberseite 212 der Auflageeinrichtung besteht. Bei einem wellig verformten Rundmaterialstück entspricht dieser Abstand einer halben Wellenlänge der welligen Verformung.
Die untere Begrenzung des Spalts wird im Beispiel durch die durchgehende ebene Oberseite 212 des Abrollblechs 210 gebildet, so dass unterhalb der Oberseite kein Licht bis zum Sensor gelangen kann. Dies ist nicht zwingend. Es gibt auch Ausführungsformen, bei denen die Auflageeinrichtung mehrere mit Abstand zueinander liegende Auflageschienen aufweist, deren gerade verlaufenden Oberkanten oder Oberseiten gemeinsam die schiefe Ebene definieren, wobei das Rundmaterialstück die Zwischenräume überbrückt und an den Oberseiten Kontakt zur Auflageeinrichtung hat. Zwischen den Auflageschienen sind somit Freiräume, durch die hindurch Licht bis zum Sensor gelangen kann. Die Auswertung kann dann so durchgeführt werden, dass eine virtuelle schiefe Referenzebene berechnet wird, die parallel zur schiefen Ebene verläuft und mit ihr zusammenfallen kann, und dass nur dasjenige Licht in die Auswertung einbezogen wird, welches oberhalb der Referenzebene zwischen dieser und dem Rundmaterialstück hindurch zum Sensor gelangt. In diesem Fall hat der Spalt also eine virtuelle untere Begrenzung.
Es sind unterschiedliche Auswertungsmodi für die Abfolgen von Messwertaufnahmen möglich, die alternativ zueinander oder kumulativ angewendet werden können.
In einem Auswertungsmodus wird die Lichtmenge des durch den Spalt 250 hindurchtretenden Messlichts dadurch bestimmt, dass die Anzahl derjenigen Pixel des Sensors bestimmt wird, bei denen innerhalb des Messbereichs 265 die auftreffende Lichtintensität oberhalb eines vorgebbaren Schwellwerts liegt. Die Summe dieser Zahlen über allen aufgenommenen Drehstellungen ergibt ein Maß für die Geradheit. Diese Art der Messung erfolgt mit zeitlicher Auflösung, jedoch ohne Ortsauflösung in Längsrichtung des Spalts, kann aber dennoch zuverlässige Messwerte liefern.
In Vorbereitung der Messungen wurden zahlreiche Rundmaterialstücke hinsichtlich ihrer Geradheit mithilfe einer mechanischen Lehre genau vermessen. Anhand dieser Referenz-Rundmaterialstücke wurden dann Messungen mithilfe des Messsystems durchgeführt, um den funktionalen Zusammenhang zwischen der vorab bestimmten Geradheit und dem bei diesen Messungen bestimmten Geradheitsparameter zu ermitteln. Anhand dieses Kennfelds werden dann später bei den Messungen während der Produktion die Messwertaufnahmen ausgewertet.
Ein anderer Mess- und Auswertemodus wird anhand der schematischen 7 erläutert. Bei dieser Auswertung wird anhand einer Vielzahl von bei unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfassten Messwertaufnahmen der Durchmesser einer das Rundmaterialstück einschließenden zylindrischen Hüllkurve (Hüllzylinder) ermittelt und mit dem Soll-Durchmesser der Hüllkurve bei ideal geradem Rundmaterialstück verglichen. 7 zeigt eine Bildschirmanzeige am Bildschirm der Anzeige- und Bedieneinheit der Richt- und Abschneidemaschine 100. Links oben befindet sich ein Anzeigebereich PT, an welchem die vom Bediener eingegebenen Messparameter eingegeben und angezeigt werden, beispielsweise Drahtdurchmesser des zu messenden Rundmaterialstücks, Messfrequenz, die Anzahl der für die Messung vorgesehenen Messwertaufnahmen, die Neigung der schiefen Ebene, die daraus resultierende Anzahl von Umdrehungen des Rundmaterialstücks während der Messwertaufnahmen (hier zum Beispiel 3,62 Umdrehungen während der 50 Messungen), eine Winkelangabe zu dem Drehwinkel, um den sich das Rundmaterialstück zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Messwertaufnahmen dreht, sowie die Abrollstrecke, die das Rundmaterialstück während der vorgegebenen Anzahl von Messungen zurücklegt.
In einem rechts daneben liegenden Anzeigefeld MW befinden sich Angaben zu den Messwerten, zum Beispiel die Anzahl bzw. die Summe derjenigen Pixel, deren Helligkeitswert einen vorgegebenen Schwellwert jeweils überschreitet, ein Wert für die gemessene Geradheit des Rundmaterialstücks entsprechend der oben genannten Summe aller hellen Pixel multipliziert mit einem Faktor, ein Offset-Wert, der zur Kalibrierung der Messfläche bzw. des Abrollblechs dient, eine zugelassene Obergrenze für Messwerte, die angibt, bei welchen Messwerten die Maschine unmittelbar gestoppt werden soll, ein (tiefer liegender) Wert für eine Regelgrenze in der Weise, dass ein Regeleingriff an der Richteinheit erfolgt, wenn der Messwert die Regelgrenze überschreitet.
In einem daneben liegenden Anzeigefeld Z wird eine Messstatistik angezeigt, beispielsweise die Anzahl von Gut-Teilen während eines Produktionszyklus.
Rechts oben ist das dieser Messung zugrunde liegende Auswertungsprinzip schematisch dargestellt. Dieses besteht darin, dass aus den Messwertaufnahmen der Durchmesser einer zylindrischen Hüllkurve HZ bestimmt wird, die das abrollende Rundmaterialstück nach Art einer Minimalfläche einschließt. Der Durchmesser dieser Hüllkurve bzw. dieses Hüllzylinders HZ entspricht dem Ist-Durchmesser D_I in der Messung. Dieser wird dem Soll-Durchmesser D_S gegenübergestellt, welcher dem Durchmesser des Rundmaterialstücks entspricht. Das Maß M für die Geradheit bzw. den Geradheitsfehler entspricht der Differenz aus dem Ist-Durchmesser D_I und dem Soll-Durchmesser D_S, also M=D_I-D_S. Je größer dieser Wert M ist, desto stärker ist die Geradheitsabweichung bzw. desto größer ist der Geradheitsfehler. Aus dem Maß M lässt sich auch ein Maß für den Spalt bzw. dessen Größe ableiten.
In dem im unteren Bereich dargestellten Diagramm DIA sind in der x-Achse die aufeinanderfolgend gemessenen Rundmaterialstücke durchnummeriert, während die y-Achse die Werte des Maßes M für die jeweiligen Rundmaterialstücke angibt. Jeder Messpunkt MP in diesem Diagramm wird in der beschriebenen Weise aus 50 Einzelmesswertaufnahmen bestimmt. Die horizontale Linie RG repräsentiert den voreingestellten Wert, oberhalb dessen ein Regeleingriff erfolgt, um einstellbare Komponenten der Richteinheit 120 zu verstellen. Die darüber dargestellte Linie LIM repräsentiert den Grenzwert zulässiger Messwerte, bei dessen Überschreitung ein Maschinenstopp erfolgt.
Einige Ausführungsbeispiele können auch wie folgt beschrieben werden. Nach dem Richten eines Rundmaterialstabs wird dieser abgeschnitten und rollt über eine schiefe Ebene einer Auflageeinrichtung in eine Auffangwanne. Während des Abrollens wird mittels mindestens eines lichtempfindlichen Sensors (zum Beispiel dem Sensor einer Kamera) die Lichtintensität gemessen, mit der ein Gegenlicht unter dem Draht bzw. dem Rundmaterialstück hindurchleuchtet. Das Gegenlicht der Beleuchtungseinrichtung kann sich zum Beispiel in Abrollrichtung vor dem Rundmaterialstück befinden, also am tiefer liegenden Endbereich der Abrollstrecke. Das Gegenlicht bzw. der Beleuchtungsbereich sollte vorzugsweise quer zur Abrollrichtung eine Länge haben, die mindestens der Länge des abgeschnittenen Rundmaterialstücks entspricht. Der Sensor zum Erfassen der durch den Spalt hindurchtretenden Lichtmenge kann dann auf der gegenüberliegenden Seite der Abrollstrecke, also im höher gelegenen Bereich der schiefen Ebene, angeordnet sein. Der Sensor ist so ausgerichtet, dass er während des Abrollvorgangs Licht aus dem unteren Teil des Drahts (im Kontaktbereich zwischen Rundmaterialstück und Auflageeinrichtung) erfassen kann. Heben sich Bereiche des ungeraden Rundmaterialstücks von dem ebenen Untergrund ab, scheint das Gegenlicht an diesen Stellen unter dem Draht hindurch. Diese Stellen können nun mithilfe des Sensors detektiert und hinsichtlich Leuchtintensität, Breite, Position und/oder Höhe oder dergleichen ausgewertet werden. In Kombination mehrerer Messwertaufnahmen können weitere Aussagen über den Geradheitsverlauf des Rundmaterialstücks getroffen werden. Wird der Sensor kalibriert, kann die Höhe des Spalts, die sich am Sensor in beleuchteten Pixeln ausdrückt, in Millimeter Spaltbreite umgerechnet werden.
Mit einer Messvorrichtung gemäß der beanspruchten Erfindung kann auch die Geradheit von Rohren quantitativ bestimmt werden
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 3346230 A1 [0008]
DE 3501725 C1 [0009]
US 2011/0240169 A1 [0051]

Claims

Messverfahren zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken (150), insbesondere zum Messen der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht, mit folgenden Schritten: Bereitstellen einer Messvorrichtung (200) mit einer Auflageeinrichtung (210), die eine Abrollfläche (212) definiert, welche wenigstens in einer ersten Richtung ohne Krümmung verläuft; Erzeugen einer Abrollbewegung des Rundmaterialstücks auf der Abrollfläche in der Weise, dass das Rundmaterialstück entlang der Abrollfläche (212) unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zu einer Abrollrichtung (214) abrollt, so dass sich an der der Abrollfläche (212) zugewandten Seite des Rundmaterialstücks zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks (150) und der Abrollfläche oder einer dazu parallelen Referenzfläche wenigstens abschnittsweise ein Spalt (250) bildet, wobei Spaltdimensionen des Spalts bei Abweichungen von idealer Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterialstücks beim Abrollen variieren; Beleuchten des Spalts (250) von einer Beleuchtungsseite über einen quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Beleuchtungsbereich (222); Erfassen einer durch den Spalt (250) hindurchtretenden Lichtmenge innerhalb eines quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Messbereichs (265) mittels mindestens eines lichtsensitiven Sensors (262), wobei zu mindestens einem Messzeitpunkt während des Abrollens des Rundmaterialstücks eine Messwertaufnahme erzeugt wird; Auswerten der Messwertaufnahme zur Ermittlung mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale; Weiterverarbeiten des Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale.
Messverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zu mindestens zwei unterschiedlichen Messzeitpunkten während des Abrollens des Rundmaterialstücks Messwertaufnahmen erzeugt werden und die Messwertaufnahmen zur Ermittlung des mindestens einen die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale ausgewertet werden, wobei vorzugsweise die Anzahl von Messwertaufnahmen, zwischen 5 und 100 liegt, insbesondere im Bereich vom 10 bis 75.
Messverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auflageeinrichtung (210) verwendet wird, die eine Abrollfläche (212) in Form einer schiefen Ebene (212) aufweist, welche gegenüber einer Horizontalebene um einen Neigungswinkel geneigt ist, wobei die Abrollrichtung der Richtung maximaler Neigung der schiefen Ebene entspricht; das Rundmaterialstück (150) auf die Auflageeinrichtung derart aufgelegt wird, dass das Rundmaterialstück entlang der schiefen Ebene (212) unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zur Abrollrichtung (214) abrollt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messwertaufnahme ein ortsauflösender Sensor (262) verwendet wird, der zu jedem Messzeitpunkt quer zur Abrollrichtung (214) eine Vielzahl von Messwerten erfasst, wobei der Sensor vorzugsweise ein Flächensensor ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (250) mittels eines optischen Abbildungssystems auf eine Sensorfläche des Sensors (262) abgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung und/oder Auswertung von einer oder mehreren Messwertaufnahmen während des Abrollens erst beginnt, wenn ein Triggersignal erzeugt wird, wobei vorzugsweise das abrollende Rundmaterialstück (150) mittels wenigstens eines Sensors (270) das Triggersignal auslöst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Abrollens eines Rundmaterialstücks eine Vielzahl von Messwertaufnahmen zu unterschiedlichen Messzeitpunkten erfasst wird, wobei die Messzeitpunkte an eine Abrollgeschwindigkeit des Rundmaterialstücks (150) derart angepasst sind, das Messwertaufnahmen bei unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten der Messwertaufnahmen aus einer Vielzahl von in unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks (150) erfassten Messwertaufnahmen eine zylindrische Hüllkurve (HZ) um das Rundmaterialstück (150) errechnet wird und ein Geradheitsparameter aus dem Durchmesser der Hüllkurve abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten der Messwertaufnahmen aus einer Vielzahl von in unterschiedlichen Drehstellungen des Rundmaterialstücks erfassten Messwertaufnahmen für jede der Messwertaufnahmen eine integrale Lichtmenge im Messbereich bestimmt wird und aus der Summe der integralen Lichtmengen ein Geradheitsparameter abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auswerten einer oder mehrerer Messwertaufnahmen ein Wellenlängenparameter ermittelt wird, der eine Wellenlänge einer in Längsrichtung des Rundmaterialstücks im Wesentlichen periodischen Verformung des Rundmaterialstücks repräsentiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messung Referenzmessungen mit einer Vielzahl von Referenz-Rundmaterialstücken unterschiedlicher definierter Geradheit durchgeführt werden, auf Basis der Referenzmessungen ein Kennfeld ermittelt wird, das einen funktionalen Zusammenhang zwischen Geradheitsparametern der Referenz-Rundmaterialstücke und dadurch verursachten Messwertaufnahmen repräsentiert und dass beim Auswerten der mindestens einen Messwertaufnahme die Geradheit eines zu vermessenden Rundmaterialstücks unter Verwendung des Kennfeldes ermittelt wird.
Messvorrichtung (200) zum Messen der Geradheit von Rundmaterialstücken, insbesondere zum Messen der Geradheit von gerichteten Stäben aus Draht, umfassend: eine Auflageeinrichtung (210), die eine Abrollfläche (212) definiert, welche wenigstens in einer ersten Richtung ohne Krümmung verläuft und eine Abrollrichtung (214) definiert in der Weise, dass ein auf die Auflageeinrichtung aufgelegtes Rundmaterialstück (150) entlang der Abrollfläche (212) unter Eigendrehung im Wesentlichen parallel zur Abrollrichtung (214) derart abrollen kann, dass sich an der der Abrollfläche zugewandten Seite des Rundmaterialstücks zwischen der Umfangsfläche des Rundmaterialstücks (150) und der Abrollfläche (212) oder einer dazu parallelen Referenzfläche wenigstens abschnittsweise ein Spalt (250) bildet, wobei Spaltdimensionen des Spalts bei Abweichungen von idealer Geradheit in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rundmaterials beim Abrollen variieren; einer Beleuchtungseinrichtung (220) zum Beleuchten des Spalts (250) von einer Beleuchtungsseite über einen quer zur Abrollrichtung (214) ausgedehnten Beleuchtungsbereich (222); eine Erfassungseinrichtung (260) mit wenigstens einem lichtsensitiven Sensor (262) zum Erfassen einer durch den Spalt hindurchtretenden Lichtmenge innerhalb eines quer zur Abrollrichtung ausgedehnten Messbereichs (265), wobei die Erfassungseinrichtung derart ansteuerbar ist, dass mittels des lichtsensitiven Sensors zu mindestens einem Messzeitpunkt während des Abrollens des Rundmaterialstücks eine Messwertaufnahme erzeugbar ist; einer Auswerteeinrichtung zum Auswerten der mindestens einen Messwertaufnahme zur Ermittlung mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale; Einrichtungen zum Weiterverarbeiten des Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale.
Messvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung derart ansteuerbar ist, dass mittels des lichtsensitiven Sensors zu mindestens zwei unterschiedlichen Messzeitpunkten während des Abrollens des Rundmaterialstücks Messwertaufnahmen erzeugbar sind; und die Auswerteeinrichtung zum Auswerten der Messwertaufnahmen zur Ermittlung des mindestens eines die Geradheit des Rundmaterialstücks repräsentierenden Geradheitsparameters und/oder daraus abgeleiteter Signale ausgebildet ist.
Messvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrollfläche (212) der Auflageeinrichtung (210) eine schiefe Ebene (212) ist, die gegenüber einer Horizontalebene um einen Neigungswinkel geneigt ist und eine Abrollrichtung (214) definiert, die der Richtung maximalen Gefälles der schiefen Ebene entspricht.
Messvorrichtung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinrichtung eine Messkamera (261) aufweist, die einen lichtsensitiven Sensor und eine vorgeschaltete Abbildungsoptik aufweist.
Richt- und Abschneidemaschine (100) zum Herstellen von gerichteten Elementen mit vorgebbarer Länge aus einem drahtförmigen Material, mit: einer Steuereinrichtung (150); einer Vorschubeinrichtung zum Einziehen von Material (105) von einem Materialvorrat; einer Richteinrichtung (120) zum Richten des von der Vorschubeinrichtung in einen Arbeitsbereich der Richteinrichtung geförderten Materials; einer der Richteinrichtung nachgeschalteten Schnitteinrichtung (130) zum Abtrennen eines Abschnitts vorgebbarer Länge von dem gerichteten Material zur Erzeugung des gerichteten Elements; gekennzeichnet durch ein der Schnitteinrichtung nachgeschaltetes Messsystem (200) zum Messen der Geradheit des gerichteten Elements, wobei das Messsystem (200) zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildet ist.
Richt- und Abschneidemaschine (100) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (150) konfiguriert ist, Signale des Messsystems (200) zu verarbeiten und Komponenten der Richteinheit (120) auf Basis von Signalen des Messsystems einzustellen.
Richt- und Abschneidemaschine (100) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an einer Auslaufseite der Richtmaschine (100) ein Anbau (140) mit einer horizontalen Führungsrinne (145) zur Aufnahme gerichteter Elemente befindet, dass von der Führungsrille (145) ein schräg stehendes Abrollblech (210) zu einer Sammelmulde führt und dass das schräg stehende Abrollblech (210) des Anbaus (140) als Auflageeinrichtung (210) der Messvorrichtung (200) fungiert.