DE102021212056A1 - Measuring unit and measuring method for measuring straightened wire or tubular goods - Google Patents
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Abstract
Eine Messeinheit (350) zum Messen von Restkrümmungen an gerichtetem drahtförmigen oder rohrförmigen Richtgut, welches ein Richtsystem mit zwei hintereinander geschalteten einstellbaren Rollenrichtapparaten (400-1, 400-2) mit unterschiedlich orientierten Richtebenen durchlaufen hat, umfasst eine Messvorrichtung (520) zur Aufnahme jeweils eines von dem Richtgut abgetrennten stabförmigen Abschnitts (110-A) des durch das Richtsystem hindurchgelaufenen Richtguts in einer Messposition und zur Ermittlung von Messdaten, die eine Restkrümmung des gerichteten Richtguts repräsentieren. Die Messeinheit ist für eine Richtebenen-spezifische Messung konfiguriert, die eine Zuordnung der durch die Messdaten repräsentierten Krümmungs-Anteile zu den unterschiedlichen Richtebenen der Rollenrichtapparate erlaubt.A measuring unit (350) for measuring residual curvatures on straightened wire-shaped or tubular straightening material, which has passed through a straightening system with two adjustable roller straighteners (400-1, 400-2) connected in series with straightening planes oriented differently, comprises a measuring device (520) for recording each a rod-shaped section (110-A), separated from the straightened material, of the straightened material that has passed through the straightening system in a measuring position and for determining measurement data which represent a residual curvature of the straightened straightened material. The measuring unit is configured for a level-specific measurement, which allows the curvature components represented by the measurement data to be assigned to the different levels of the roller straightening apparatus.
Description
Die Erfindung betrifft eine Messeinheit und ein Messverfahren zum Messen von Restkrümmungen an gerichtetem drahtförmigen oder rohrförmigen Richtgut, welches ein Richtsystem mit zwei hintereinander geschalteten Rollenrichtapparaten mit unterschiedlich orientierten Richtebenen durchlaufen hat.The invention relates to a measuring unit and a measuring method for measuring residual curvatures on straightened wire-shaped or tubular straightening material which has passed through a straightening system with two roller straightening apparatuses connected in series with straightening planes oriented differently.
Drähte, Rohre oder andere langgestreckte Halbzeug-Materialien liegen unmittelbar nach ihrer Herstellung häufig in Form von aufgewickelten Materialvorräten (coils) 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, das hier auch als Richtgut bezeichnet wird, vor der Weiterverarbeitung in eine möglichst gerade Form, d.h. in einen Zustand mit geringer oder verschwindender Restkrümmung zu versetzen. In einem Richtprozess wird hierzu das Material von einem Materialvorrat durch ein Richtsystem gefördert und das Richtsystem erzeugt aus dem Material durch Umformen in einer Richtoperation gerichtetes Material bzw. gerichtetes Richtgut.Immediately after their manufacture, wires, tubes or other elongated semi-finished materials are often in the form of coiled material stocks (coils) and normally have to be straightened before further processing. Straightening is a manufacturing process from the group of forming processes and is used to convert the elongated material, which is also referred to here as straightened material, into as straight a shape as possible before further processing, i.e. into a state with little or no residual curvature. For this purpose, in a straightening process, the material is conveyed from a material supply through a straightening system and the straightening system produces straightened material or straightened goods from the material by forming in a straightening operation.
Richtsysteme der in dieser Anmeldung betrachteten Art weisen mindestens zwei Rollenrichtapparate auf. Ein Rollenrichtapparat umfasst eine Vielzahl von passiven, also nichtdrehangetriebenen Richtrollen mit zueinander parallelen Drehachsen, die in einer Durchlaufrichtung abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten einer Durchlaufstrecke angeordnet sind und im Betrieb mit werkstückberührenden Umfangsabschnitten eine Richtgeometrie definieren. Mithilfe eines Rollenrichtapparates ist es möglich, eindimensionale Eingangskrümmungen (Krümmungen vor Eintritt in den Rollenrichtapparat) eines Richtguts in einer Ebene zu verändern, so dass nach dem Richtprozess eine definierte Restkrümmung in dieser Ebene vorliegt. Meist wird ein Endprodukt ohne Restkrümmung, also ein gerades Endprodukt angestrebt. Meist werden Richtsysteme mit zwei hintereinandergeschalteten Rollenrichtapparaten verwendet, die die Eingangskrümmungen in zwei zueinander senkrechten Ebenen beseitigen.Straightening systems of the type considered in this application have at least two roller straighteners. A roller straightening apparatus comprises a large number of passive, i.e. non-rotatably driven, straightening rollers with mutually parallel axes of rotation, which are arranged alternately in a throughput direction on opposite sides of a throughput section and, during operation, define a straightening geometry with peripheral sections in contact with the workpiece. With the help of a roller straightener, it is possible to change the one-dimensional entry curves (curvatures before entering the roller straightener) of a straightened product in one plane, so that after the straightening process there is a defined residual curve in this plane. In most cases, an end product without residual curvature, i.e. a straight end product, is desired. In most cases, straightening systems with two roller straighteners connected in series are used, which eliminate the entrance curvatures in two mutually perpendicular planes.
Richtsysteme mit Rollenrichtapparaten rotieren nicht und unterscheiden sich insoweit prinzipiell von rotierenden Richtsystemen mit sogenannten Richtflügeln, die in vielen unterschiedlichen Ebenen Richtkräfte einbringen.Straightening systems with roller straighteners do not rotate and in this respect differ in principle from rotating straightening systems with so-called straightening wings, which introduce straightening forces in many different levels.
Bei einstellbaren Rollenrichtapparaten ist wenigstens eine der Richtrollen in einer quer zur Durchlaufrichtung orientierten Zustellrichtung zustellbar. Dadurch kann die Richtgeometrie des Rollenrichtapparats verändert werden, um ein besseres Richtergebnis zu erzielten. Abhängig vom Typ des Rollenrichtapparats kann eine Richtrolle manuell, teilautomatisch oder mittels eines zugeordneten Aktors (z.B. Servomotor, Pneumatikzylinder, Hydraulikzylinder etc.) in Reaktion auf Steuersignale einer Steuereinheit automatisch zugestellt werden.In the case of adjustable roller straightening devices, at least one of the straightening rollers can be advanced in an infeed direction oriented transversely to the direction of passage. As a result, the straightening geometry of the roller straightener can be changed in order to achieve a better straightening result. Depending on the type of roller straightener, a straightening roller can be adjusted manually, semi-automatically or automatically by means of an assigned actuator (e.g. servo motor, pneumatic cylinder, hydraulic cylinder, etc.) in response to control signals from a control unit.
Unzureichende Richtergebnisses können sich beispielsweise zu Beginn der Verwendung von frischem Richtgut nach einem Coil-Wechsel oder nach Umstellung auf einen anderen Prozess ergeben. Auch im laufenden Prozess können Material-Inhomogenitäten, Änderungen der Werkstoffkennwerte und/oder Verschleiß an Richtrollen zur Verschlechterung der Richtergebnisse führen. Rohmaterial ist auch Fertigungstoleranzen unterworfen. Änderungen können durch regelmäßige Kontrollen anhand von Stichproben erkannt werden. Wenn sich eine nicht akzeptable Verschlechterung der Richtgüte ergibt, sollte das Richtsystem durch Ändern der Richtgeometrie besser eingerichtet werden.Inadequate straightening results can occur, for example, at the beginning of using fresh straightening material after a coil change or after switching to another process. Material inhomogeneities, changes in the material parameters and/or wear on the straightening rollers can also lead to a deterioration in the straightening results during the ongoing process. Raw material is also subject to manufacturing tolerances. Changes can be detected through regular checks based on random samples. If there is an unacceptable degradation in directivity, the directing system should be better set up by changing the directing geometry.
In der Praxis benötigt ein Maschinenbediener sehr viel Erfahrung und Geschick, um bei der betreuten Maschine eine hinreichend gleichbleibende Richtgüte sicherzustellen. Es gibt bereits zahlreiche Ansätze, um unabhängig von den Fähigkeiten eines Maschinenbedieners Fertigungsprozesse mit reproduzierbar guter Richtgüte zu erreichen.In practice, a machine operator needs a great deal of experience and skill in order to ensure a sufficiently constant straightening quality for the machine being serviced. There are already numerous approaches to achieve manufacturing processes with reproducible leveling quality, regardless of the skills of a machine operator.
Die Patentschrift
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Messeinheit und ein Messverfahren zum Messen von gerichtetem draht- oder rohrförmigen Richtgut bereitzustellen, die präzise Messungen der Restkrümmung an gerichtetem Richtgut ermöglichen und aussagekräftige Messergebnisse liefern, die beim Einrichten und im Betrieb des Richtsystems genutzt werden können, um die Richtgeometrie der Rollenrichtapparate schnell und systematisch so zu optimieren, dass gute Richtergebnisse erzielbar sind.It is an object of the invention to provide a measuring unit and a measuring method for measuring straightened wire or pipe-shaped straightening material that precisely measures the rest curvature of straightened goods and provide meaningful measurement results that can be used when setting up and operating the straightening system to quickly and systematically optimize the straightening geometry of the roller straighteners so that good straightening results can be achieved.
Diese Aufgabe wird gemäß einer Formulierung der Erfindung gelöst durch eine Messeinheit mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 9. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.According to one formulation of the invention, this object is achieved by a measuring unit having the features of
Die Messeinheit und das Messverfahren eignen sich zum Messen von Restkrümmungen an gerichtetem drahtförmigem oder rohrförmigem Richtgut, welches durch ein Richtsystem hindurchgelaufen ist, welches (mindestens) zwei hintereinandergeschaltete Rollenrichtapparate mit unterschiedlich orientierten Richtebenen aufweist. Vorzugsweise sind die Richtebenen senkrecht zueinander orientiert, insbesondere liegt eine der Richtebenen horizontal und die andere vertikal.The measuring unit and the measuring method are suitable for measuring residual curvatures on straightened wire-shaped or tubular straightening material that has passed through a straightening system that has (at least) two roller straighteners connected in series with straightening planes oriented differently. The reference planes are preferably oriented perpendicular to one another, in particular one of the reference planes is horizontal and the other vertical.
Die Messung wird an stabförmigen Abschnitten (Stäben) vorgebbarer Länge (Stablänge) durchgeführt, die aus dem durch das Richtsystem hindurchgelaufenen Richtgut mithilfe einer Schnitteinrichtung abgetrennt wurden. Es wird jeweils ein einzelner Stab gemessen.The measurement is carried out on rod-shaped sections (rods) of a predeterminable length (rod length), which were cut off from the material to be straightened that had passed through the straightening system using a cutting device. A single rod is measured at a time.
Die Messeinheit umfasst eine Messvorrichtung zur Aufnahme jeweils eines stabförmigen Abschnitts in einer Messposition und zur Ermittlung von Messdaten, die eine Restkrümmung des gerichteten Richtguts repräsentieren.The measuring unit includes a measuring device for recording a rod-shaped section in a measuring position and for determining measuring data that represent a residual curvature of the straightened material.
Eine Besonderheit besteht darin, dass die Messeinheit für eine Richtebenen-spezifische Messung konfiguriert ist, die eine wenigstens annähernd eindeutige Zuordnung der Messdaten bzw. der durch die Messdaten repräsentierten Krümmungs-Anteile zu den unterschiedlichen Richtebenen der Rollenrichtapparate erlaubt.A special feature is that the measuring unit is configured for a straightening-level-specific measurement, which allows an at least approximately unambiguous assignment of the measured data or the curvature components represented by the measured data to the different straightening planes of the roller straighteners.
Der Erfindung liegen unter anderem folgende Überlegungen zugrunde:
- Ein Rollenrichtapparat richtet nur in einer einzigen Richtebene. Sind im Richtsystem zwei hintereinander durchlaufene Rollenrichtapparate mit unterschiedlichen, insbesondere mit senkrecht zueinander orientierten Richtebenen vorgesehen, können Krümmungen in den zwei Richtebenen in erster Näherung unabhängig voneinander beurteilt werden. Es wurde erkannt, dass es für eine zielgerichtete Einstellung bzw. Zustellung der Richtrollen beim Einrichtprozess oder im Rahmen einer Regelung im Betrieb wichtig ist, die am gerichteten Richtgut ermittelten Messergebnisse den einzelnen Richtebenen eindeutig zuordnen zu können. Messverfahren und Messvorrichtungen, die dies erlauben, werden in dieser Anmeldung als „Richtebenenspezifische“ oder „Richtebenen-selektive Messung“ bezeichnet.
- A roller straightener only straightens in a single straightening plane. If the straightening system has two roller straighteners running through one another with different straightening planes, in particular with straightening planes oriented perpendicularly to one another, curvatures in the two straightening planes can be assessed independently of one another in a first approximation. It was recognized that it is important for a targeted setting or infeed of the straightening rollers during the set-up process or as part of a regulation in operation to be able to clearly assign the measurement results determined on the straightened material to the individual straightening levels. Measuring methods and measuring devices that allow this are referred to in this application as "specific plane" or "selective measurement".
Es ist bekannt, die Geradheit bzw. die Restkrümmung an einem Abschnitt des gerichteten Richtguts zu messen, der noch mit angrenzenden Abschnitten des Richtguts zusammenhängt. Es kann ggf. bei durchlaufendem Richtgut gemessen werden, also in Phasen, in welchen sich das Richtgut fortbewegt. Eventuell kann das Richtgut für die Messung auch kurzzeitig stillgesetzt werden (vgl.
Gemäß der beanspruchten Erfindung wird die Messung an stabförmigen Abschnitten bzw. Stäben vorgebbarer Länge durchgeführt, die von dem Richtgut nach Durchlauf durch das Richtsystem mithilfe einer Schnitteinrichtung abgetrennt wurden. Das zu messende Richtgut des Stabes kann sich aufgrund der Trennung vom nachfolgenden Rest ohne äußeren Zwang entspannen, so dass die Gestalt des Stabes die wahren Krümmungsverhältnisse wenigstens näherungsweise unverfälscht repräsentiert. Nach den Erkenntnissen der Erfinder können deutlich besser interpretierbare Messergebnisse erzielt werden, wenn von dem gerichteten Richtgut ein relativ kurzer stabförmiger Abschnitt abgetrennt und dieser Stab dann gemessen bzw. einer Geradheitsprüfung unterzogen wird.According to the claimed invention, the measurement is carried out on rod-shaped sections or rods of a predeterminable length, which were cut off from the straightened material after passing through the straightening system using a cutting device. Due to the separation from the rest of the rod, the straightening material to be measured can relax without external force, so that the shape of the rod represents the true curvature ratios at least approximately unfalsified. According to the findings of the inventors, significantly better interpretable measurement results can be achieved if a relatively short rod-shaped section is cut off from the straightened material and this rod is then measured or subjected to a straightness test.
Dadurch sind mit relativ einfach durchzuführenden und auszuwertenden Messverfahren präzise quantitative Aussagen über Krümmungsanteile erzielbar, die bei der Auswertung eindeutig den unterschiedlichen Richtebenen zugeordnet werden können.As a result, precise quantitative statements about curvature components can be achieved with relatively easy to carry out and evaluate measurement methods, which can be clearly assigned to the different reference planes during the evaluation.
Bevorzugte Stablängen sind in der Regel deutlich kleiner als ein Meter, sie können, abhängig von der Steifigkeit des gerichteten Materials, z.B. zwischen 300 mm und 700 mm liegen. Preferred bar lengths are generally significantly less than one meter, depending on the stiffness of the straightened material, they can be between 300 mm and 700 mm, for example.
Weitere Vorteile dieser Konfiguration können wie folgt verstanden werden. Viele herkömmliche Geradheits-Messsysteme sind dafür ausgelegt, eine globale Aussage über den Krümmungszustand von Richtgut zu erlauben, zum Beispiel um hinreichend gut gerichtetes Richtgut mit der erwünschten Richtgüte von Richtgut mit nicht ausreichender Richtgüte zu unterscheiden. Im Gegensatz dazu können die Messeinheit bzw. das Messverfahren der beanspruchten Erfindung nicht nur globale Werte für die Restkrümmung ermitteln, sondern die aus der Messung resultierende Information über den Krümmungszustand des stabförmigen Abschnitts kann in Krümmungs-Anteile separiert werden, die eindeutig den einzelnen Richtebenen des Richtsystems zugeordnet werden können. Mit einer solchen Richtebenenspezifischen bzw. Richtebenen-selektiven Messung kann quantitativ erfasst werden, welcher Anteil einer ermittelten Restkrümmung durch welchen der mindestens zwei Richtapparate verursacht wurde.Other advantages of this configuration can be understood as follows. Many conventional straightness measuring systems are designed to allow a global statement about the curvature state of straightening material, for example in order to distinguish sufficiently well straightened straightening material with the desired straightening quality from straightening material with insufficient straightening quality. In contrast, the measurement unit or the measurement method of the bean According to the invention, it is not only possible to determine global values for the residual curvature, but the information about the state of curvature of the rod-shaped section resulting from the measurement can be separated into curvature components, which can be clearly assigned to the individual directional planes of the directional system. With such a reference plane-specific or reference plane-selective measurement, it can be recorded quantitatively which proportion of a determined residual curvature was caused by which of the at least two straightening devices.
Mit dieser nach Richtebenen aufgeschlüsselten Information über den Krümmungszustand des Richtguts kann dann beispielsweise im Rahmen des Einrichtens des Richtsystems eine zielgerichtete Einstellung der Rollenrichtapparate erfolgen, um mit wenigen Versuchen zu einer passenden Einstellung der Richtrollen zu kommen. Weist beispielsweise ein Richtsystem einen ersten Rollenrichtapparat mit einer vertikal orientierten ersten Richtebene und diesem nachgeschaltet einen zweiten Rollenrichtapparat mit horizontaler Richtebene auf, so können anhand der Messdaten horizontale und vertikale Anteile der Restkrümmung separat voneinander quantifiziert werden. Dementsprechend kann bei einem Einrichtprozess zum Beispiel dann, wenn eine festgestellte Restkrümmung überwiegend oder ausschließlich von einer der Richtebenen erfolgt, die Verstellung von Richtrollen auf denjenigen Richtapparat konzentriert werden, dessen Richtebene durch die zu starken Restkrümmungen betroffen ist.With this information about the curvature state of the straightening material, broken down by straightening planes, a targeted adjustment of the roller straightening apparatus can then be carried out, for example, as part of setting up the straightening system, in order to achieve a suitable setting of the straightening rollers with just a few attempts. If, for example, a straightening system has a first roller straightener with a vertically oriented first straightening plane and a second roller straightener with a horizontal straightening plane downstream, horizontal and vertical components of the residual curvature can be quantified separately from one another using the measurement data. Accordingly, during a set-up process, for example if a residual curvature is determined predominantly or exclusively from one of the straightening planes, the adjustment of straightening rollers can be concentrated on the straightening device whose straightening plane is affected by the excessive residual curvature.
Die Messeinheit kann mit abgetrennten Stäben arbeiten, die mithilfe einer Schnitteinrichtung abgetrennt wurden, welche zu einer anderen, im Prozess vorgeschalteten Maschine gehört, z.B. zu einer Richt- und Abschneidemaschine, deren Endprodukte gerichtete Stäbe sind. In diesen Fällen wird an der Messeinheit keine eigene Schnitteinheit benötigt.The measuring unit can work with severed bars, which have been severed using a cutting device belonging to another machine upstream in the process, e.g. a straightening and cutting machine whose end products are straightened bars. In these cases, no separate cutting unit is required on the measuring unit.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Messeinheit eine Schnitteinrichtung zum Abtrennen von stabförmigen Abschnitten vorgebbarer Länge von dem durch das Richtsystem hindurchgelaufenen Richtgut auf. Die Messvorrichtung ist der Schnitteinrichtung in Materialflussrichtung nachgeschaltet. Aufgrund der integrierten Schnitteinrichtung ist die Messeinheit als autarke Einheit in der Lage, aus gerichtetem Endlosmaterial stabförmige Abschnitte geeigneter Länge abzutrennen und an diesen Abschnitten Geradheitsmessungen bzw. Messungen der Restkrümmung vorzunehmen.According to a further development, the measuring unit has a cutting device for separating rod-shaped sections of a definable length from the material to be straightened that has passed through the straightening system. The measuring device is downstream of the cutting device in the direction of material flow. Due to the integrated cutting device, the measuring unit is able as a self-sufficient unit to cut rod-shaped sections of a suitable length from aligned endless material and to carry out straightness measurements or measurements of the residual curvature on these sections.
Die Schnitteinrichtung kann zusammen mit der Messvorrichtung auf oder an einem gemeinsamen Gestell der Messeinheit montiert sein, um eine feste Lagebeziehung sicherzustellen und eine funktionale Einheit zu bilden, die man z.B. als Einrichtstation verwenden kann. Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen autarken Messeinheit wird unten näher erläutert.The cutting device can be mounted together with the measuring device on or on a common frame of the measuring unit in order to ensure a fixed positional relationship and form a functional unit which can be used, for example, as a set-up station. An exemplary embodiment of such an autonomous measuring unit is explained in more detail below.
Um eine Richtebenen-spezifische bzw. Richtebenen-selektive Messung zu realisieren, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Messeinheit derart konfiguriert ist, dass das Richtgut in derjenigen Drehlage gemessen wird, in der es durch das Richtsystem gelaufen ist. Der Begriff „Drehlage“ bezeichnet hierbei die Drehlage bzw. Drehorientierung bezüglich einer Eigenrotation um die Längsachse des Richtguts. Zwar könnten Richtebenen-spezifische Messdaten auch dadurch ermittelt werden, dass eine eventuelle Drehung des Richtguts zwischen Abtrennen und Messen messtechnisch erfasst und die mit der Messvorrichtung ermittelten Messdaten dann bezüglich der Drehrichtung korrigiert werden. Es wird jedoch als wesentlich einfacher und genauer angesehen, solche Eigenrotationen durch verfahrenstechnische und konstruktive Maßnahmen auszuschließen.In order to implement a straightening-plane-specific or straightening-plane-selective measurement, it is preferably provided that the measuring unit is configured in such a way that the straightened material is measured in the rotational position in which it passed through the straightening system. The term "rotational position" refers to the rotational position or rotational orientation with regard to an inherent rotation around the longitudinal axis of the material to be straightened. Admittedly, measurement data specific to the straightening plane could also be determined in that any rotation of the material to be straightened between cutting off and measurement is metrologically recorded and the measurement data determined with the measuring device are then corrected with regard to the direction of rotation. However, it is considered to be much easier and more accurate to exclude such self-rotations by procedural and structural measures.
Da für die Messung ein abgetrennter Stab geeigneter Länge vom Rest des Richtguts abgetrennt wird, sollte eine Eigendrehung des Stabes um seine Längsachse zwischen dem Akt der Abtrennung und dem Akt der Messung vermieden werden, um eine eindeutige Zuordnung der Messergebnisse zum entsprechenden Rollenrichtapparat zu ermöglichen. Dies kann insbesondere bei der Verarbeitung von Rundmaterial ein Problem sein, wenn dieses beispielsweise so abgelegt wird, dass es zwischen Abtrennen und Messung entlang einer Schrägfläche rollt. Bei Bearbeitung von Material mit profiliertem Querschnitt, beispielsweise mit Rechteckquerschnitt, können einfache Maßnahmen ausreichen, um eine Eigenrotation zu verhindern, beispielsweise durch Auflegen des Richtguts mit einer seiner Planflächen auf eine gerade oder ebene Ablage.Since a severed rod of a suitable length is separated from the rest of the straightening material for the measurement, the rod should not rotate about its longitudinal axis between the act of separation and the act of measurement in order to enable the measurement results to be clearly assigned to the corresponding roller straightener. This can be a problem in particular when processing round material, for example if it is set down in such a way that it rolls along an inclined surface between cutting and measurement. When processing material with a profiled cross-section, for example with a rectangular cross-section, simple measures can be sufficient to prevent self-rotation, for example by placing the material to be straightened with one of its flat surfaces on a straight or level shelf.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Messeinheit gekennzeichnet durch Verdrehsicherungseinrichtungen, die derart konfiguriert sind, dass eine Drehstellung eines zur Messung vorgesehenen abgetrennten stabförmigen Abschnitts um seine Längsachse zwischen dem Richten und dem Messen derart unverändert bleibt, dass das Richtgut in derjenigen Drehstellung messbar ist, in welcher es durch das Richtsystem gelaufen ist. Es wird also mithilfe von Verdrehsicherungseinrichtungen und/oder Verdrehsicherungsmaßnahmen sichergestellt, dass die Drehstellung des Materials um seine Längsachse zwischen Richten und Messen unverändert bleibt.According to a further development, the measuring unit is characterized by anti-rotation devices which are configured in such a way that a rotational position of a severed rod-shaped section provided for measurement remains unchanged about its longitudinal axis between straightening and measuring in such a way that the straightened material can be measured in the rotational position in which it is passed through the straightening system. It is thus ensured with the aid of anti-rotation devices and/or anti-rotation measures that the rotational position of the material about its longitudinal axis remains unchanged between straightening and measuring.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Messeinheit eine Steuereinheit auf, die in einem Betriebsmodus derart konfiguriert ist, dass die Schnitteinrichtung und die Messvorrichtung derart koordiniert angesteuert werden bzw. betrieben werden, dass ein vorderer Endabschnitt des gerichteten Richtguts, der mittels eines gesteuerten Vorschubs an eine Messposition in der Messvorrichtung gefördert wurde, mittels Verdrehsicherungseinrichtungen des Messsystems z.B. durch Einklemmen, gegen Eigenrotation gesichert ist und erst danach die Schnitteinrichtung angesteuert wird, um den gegen Verdrehung gesicherten zu messenden stabförmigen Abschnitt vom Rest des Richtguts abzutrennen. Mithilfe des Einklemmens des Richtguts oder einer anderen verdrehsichernden Fixierungsmaßnahme vor dem Abtrennen kann das abgetrennte Richtgut zuverlässig stillgesetzt werden.According to a further development, the measuring unit has a control unit which is configured in an operating mode in such a way that the cutting device and the measuring device are controlled or operated in a coordinated manner in such a way that a front end section of the straightened material to be straightened which was conveyed to a measuring position in the measuring device by means of a controlled feed, is secured against rotation by means of anti-twist devices of the measuring system, e.g. by pinching, and only then is the cutting device activated in order to separate the rod-shaped section to be measured, which is secured against twisting, from the rest of the material to be straightened. By clamping the material to be straightened or another anti-twist fixation measure before the separation, the severed straightened material can be reliably stopped.
Die Koordination zwischen Schnitt und Messung ist besonders einfach in Messeinheiten mit integriertem Schnitteinrichtung zu realisieren. Jedoch ist eine steuerungstechnische Koordination auch bei externen Schnitteinrichtungen möglich, also solchen, die nicht Bestandteil der Messeinheit sind, sondern zu einer anderen Einheit gehört.The coordination between cutting and measurement is particularly easy to implement in measuring units with an integrated cutting device. However, technical control coordination is also possible with external editing devices, ie devices that are not part of the measuring unit but belong to another unit.
Bei manchen Varianten wird das Richtgut zunächst in den Bereich der Messvorrichtung gefördert, dort gegen Verdrehung gesichert aufgenommen und erst danach vom Rest des Richtguts abgetrennt. Bei einer Ausführungsform der Messvorrichtung kann die Verdrehsicherung mithilfe von in Querrichtung verschiebbaren Elementen einer Spannvorrichtung sichergestellt werden.In some variants, the material to be straightened is first conveyed into the area of the measuring device, secured against twisting and only then separated from the rest of the material to be straightened. In one embodiment of the measuring device, the anti-twist device can be ensured with the aid of elements of a clamping device that can be displaced in the transverse direction.
Es ist auch möglich, eine Stabtransporteinrichtung vorzusehen, die dafür konfiguriert ist, einen abzutrennenden Abschnitt des Richtguts vor Durchführung der Schnittoperation zu ergreifen, nach Abtrennung vom Rest des Richtguts zur Messvorrichtung zu transportieren und dort mit unveränderter Drehstellung einzusetzen oder abzulegen und freizugeben, nachdem der stabförmige Abschnitt in der Messvorrichtung gegen Verdrehung gesichert aufgenommen wurde.It is also possible to provide a rod transport device that is configured to take a section of the straightening material to be separated before carrying out the cutting operation, transport it to the measuring device after separation from the rest of the straightening material and insert it there with an unchanged rotational position or deposit it and release it after the rod-shaped Section was included secured against rotation in the measuring device.
Hierdurch kann ggf. auch eine In-Prozess-Messung/Regelung erfolgen, indem während des Fertigungsprozesses regelmäßig oder unregelmäßig nach vorgegebenem Schema oder anlassbezogen gerichtete Stäbe der Messvorrichtung zugeführt und dort gemessen werden, um die Richtgüte zu beurteilen und ggf. kompensierende Änderungen der Einstellung des Richtsystems vorzunehmen. Die zu Prüfzwecken dem Materialfluss entnommenen Stäbe können dann, wenn möglich, dem nachfolgenden Fertigungsschritt wieder zugeführt werden. was jedoch nicht zwingend ist. Es können also von Zeit zu Zeit gerichtete Stäbe für Messzwecke aus dem Materialfluss ausgekoppelt und ggf. Abschluss der Messung wieder in den Materialfluss rückgeführt werden.In this way, an in-process measurement/control can also be carried out, in that during the production process, rods straightened regularly or irregularly according to a given scheme or on an ad hoc basis are fed to the measuring device and measured there in order to assess the straightening quality and, if necessary, make compensating changes in the setting of the to carry out the alignment system. The bars removed from the material flow for testing purposes can then, if possible, be fed back into the subsequent production step. however, this is not mandatory. From time to time, straightened rods can therefore be decoupled from the material flow for measurement purposes and, if necessary, returned to the material flow at the end of the measurement.
Gemäß einer Weiterbildung wird das gerichtete Richtgut zum Zwecke des Messens an einer ersten Fixierungsstelle und einer in einem Abstand zur ersten Fixierungsstelle liegenden zweiten Fixierungsstelle derart fixiert, dass für jede der Fixierungsstellen eine Vertikalposition und eine Querposition des Richtguts (z.B. in horizontaler Richtung quer zur Längsrichtung des Stabes) vorgegeben wird und ein zwischen den Fixierungsstellen liegender Richtgutabschnitt bis auf die Schwerkräfte kräftefrei ist. Dann wird die Position des Richtguts in einer zwischen der ersten und der zweiten Fixierungsstelle liegenden Messebene gemessen. Diese kann z.B. mittig zwischen den Fixierungsstellen liegen. Die Restkrümmung des zwischen den Fixierungsstellen liegenden Drahtabschnitts wird dann unter Verwendung von Positionsdaten für die Position des Richtguts an der ersten Fixierungsstelle, der zweiten Fixierungsstelle und der Messebene ermittelt.According to a further development, the straightened material to be straightened is fixed for the purpose of measurement at a first fixing point and at a second fixing point at a distance from the first fixing point in such a way that for each of the fixing points a vertical position and a transverse position of the straightened material (e.g. in a horizontal direction transverse to the longitudinal direction of the bar) is specified and a straightening material section lying between the fixing points is free of forces except for the gravitational forces. Then the position of the material to be straightened is measured in a measuring plane lying between the first and the second fixing point. This can, for example, be in the middle between the fixing points. The residual curvature of the wire section lying between the fixing points is then determined using position data for the position of the material to be straightened at the first fixing point, the second fixing point and the measurement plane.
Konstruktiv können bei der Messvorrichtung eine erste und eine zweite Spannvorrichtung vorgesehen sein, die an den entsprechenden Fixierungsstellen eine Auflage für das Richtgut bieten und in Querrichtung verfahrbare Spannelemente aufweisen, die auf Kontakt an das Richtgut herangefahren und dadurch die Querposition festlegen können.Structurally, a first and a second clamping device can be provided in the measuring device, which offer a support for the material to be straightened at the corresponding fixing points and have clamping elements that can be moved in the transverse direction, which can be moved up to contact with the material to be straightened and thus determine the transverse position.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Messvorrichtung an einer der Schnitteinrichtung zugewandten oder zuzuwendenden Seite (Einlassseite) eine erste Spannvorrichtung und mit Abstand in Längsrichtung dazu eine zweite Spannvorrichtung auf, wobei in einem Bereich zwischen den Spannvorrichtungen Komponenten eines Messsystems angeordnet sind, dass eine quer, insbesondere senkrecht zur Längsrichtung der Messvorrichtung orientierte Messebene definiert und dafür ausgelegt ist, die Position des aufgelegten stabförmigen Abschnitts in der Messebene zu bestimmen. Die Messebene liegt vorzugsweise mittig zwischen den Spannvorrichtungen, wo typischerweise die dem Betrag nach größten Auslenkungen des fixierten stabförmigen Abschnitts erwartet werden, was der Messgenauigkeit zugutekommt.According to a further development, the measuring device has a first clamping device on a side facing or to be turned towards the cutting device (inlet side) and a second clamping device at a distance from it in the longitudinal direction, with components of a measuring system being arranged in a region between the clamping devices, such that a transverse, in particular vertical defined as a measuring plane oriented to the longitudinal direction of the measuring device and designed to determine the position of the placed rod-shaped section in the measuring plane. The measurement plane is preferably located centrally between the clamping devices, where the largest deflections of the fixed rod-shaped section are typically expected in terms of amount, which benefits the measurement accuracy.
Gemäß einer Weiterbildung weist jede der Spannvorrichtungen eine mit horizontaler Drehachse montierte Auflagerolle und zwei mittels eines Antriebs verstellbare Querpositionierelemente, z.B. Querpositionierrollen, auf derart, dass ein eingeführter stabförmiger Abschnitt jeweils an einer in Vertikalrichtung und in Horizontalrichtung definierten Fixierungsstelle fixierbar ist. Dabei kann der obenliegende Abschnitt der Mantelfläche der Auflagerolle die Vertikalposition festlegen, während die seitlich positionierten Querpositionierelemente die Position in Horizontalrichtung vorgeben.According to a further development, each of the clamping devices has a support roller mounted with a horizontal axis of rotation and two transverse positioning elements, e.g. In this case, the overhead section of the lateral surface of the support roller can determine the vertical position, while the laterally positioned transverse positioning elements specify the position in the horizontal direction.
Bei derartigen Ausführungsformen der Messvorrichtung kann die Verdrehsicherung mithilfe der in Querrichtung verschiebbaren Querpositionierelemente, insbesondere Querpositionierrollen, der Spannvorrichtung sichergestellt werden, die somit als Verdrehsicherungseinrichtungen fungieren. Wird ein stabförmiger Abschnitt mittels Querpositionierrollen mit vertikaler Drehachse seitlich sanft eingeklemmt, so ist im Wesentlichen lediglich der Freiheitsgrad der Rotation des Stabs um seine Längsachse ausgeschaltet, während das Einklemmen in Horizontalrichtung zwischen im Wesentlichen punktförmigen Kontaktstellen zwischen den Auflagerollen und der Außenseite des stabförmigen Abschnitts ein eventuelles Durchhängen des Stabs bzw. Auslenkungen in Vertikalrichtungen nicht wesentlich behindert. Somit kann der wahre Krümmungszustand an einem stabförmigen Abschnitt gemessen werden, der an zwei mit Abstand zueinander liegenden Stellen abgestützt wird und ansonsten im Wesentlichen nur der Schwerkraft ausgesetzt ist. Alternativ zu rollenförmigen Querpositionierelementen können auch andere, ggf. nicht beweglich gelagerte Querpositionierelemente vorgesehen sein, z.B. Klötze mit konvex gekrümmten Kontaktflächen. Vorzugsweise sollten die Kontaktflächen zum Werkstück so gestaltet sein, dass nur ein i.W. punktförmiger bzw. kleinflächiger Berührungskontakt entsteht, so dass der gerichtete Stab nur in Horizontalrichtung zwischen im Wesentlichen punktförmigen Kontaktstellen eingeklemmt wird, so dass eine eventuelle Durchbiegung in Vertikalrichtung nicht wesentlich behindert wird.In such embodiments of the measuring device, the anti-rotation means of the transversely displaceable Querpositionierelemente, in particular transverse positioning rollers, the Clamping device are ensured, which thus act as anti-rotation devices. If a bar-shaped section is gently clamped laterally by means of transverse positioning rollers with a vertical axis of rotation, essentially only the degree of freedom of rotation of the bar about its longitudinal axis is eliminated, while clamping in the horizontal direction between essentially punctiform contact points between the support rollers and the outside of the bar-shaped section is possible Sagging of the rod or deflections in vertical directions are not significantly impeded. Thus, the true state of curvature can be measured on a rod-shaped section which is supported at two spaced locations and is otherwise subjected essentially only to gravity. As an alternative to roller-shaped transverse positioning elements, other transverse positioning elements that may not be movably mounted can also be provided, for example blocks with convexly curved contact surfaces. Preferably, the contact surfaces to the workpiece should be designed in such a way that there is only essentially punctiform or small-area physical contact, so that the straightened rod is only clamped in the horizontal direction between essentially punctiform contact points, so that any bending in the vertical direction is not significantly impeded.
Bei den Verdrehsicherungen kann es sich somit um Elemente mit geeigneter Geometrie handeln, die einen punkt- oder linienförmigen Kontakt zwischen Spannvorrichtung und dem stabförmigen Abschnitt ermöglichen. Dazu gehören z.F. die angesprochenen Rollen, aber auch nicht-drehbare Elemente, welche zumindest im Kontaktbereich eine Spitze oder einen Radius haben, z.B. also eine zylindrisch oder sphärisch gekrümmte Kontaktfläche.The anti-rotation devices can thus be elements with a suitable geometry, which allow point or line contact between the clamping device and the rod-shaped section. These include e.g. the rollers mentioned, but also non-rotatable elements which have a tip or a radius at least in the contact area, e.g. a cylindrical or spherically curved contact surface.
Gemäß einer Weiterbildung ist ein parallel zur Längsrichtung gemessener Abstand der Spannvorrichtung stufenlos verstellbar, so dass die Messvorrichtung einfach an stabförmige Abschnitte unterschiedlicher Längen angepasst werden kann. Die für die Messung vorgesehenen stabförmigen Abschnitte sind in den meisten Fällen deutlich kürzer als ein Meter, ihre Länge kann abhängig von der Steifigkeit des gerichteten Materials zum Beispiel zwischen 300 mm und 700 mm liegen, gegebenenfalls (bei relativ dünnen Stabmaterialien) auch darunter.According to a development, a distance of the clamping device measured parallel to the longitudinal direction can be continuously adjusted, so that the measuring device can be easily adapted to rod-shaped sections of different lengths. In most cases, the rod-shaped sections provided for the measurement are significantly shorter than one meter. Depending on the stiffness of the straightened material, their length can be between 300 mm and 700 mm, for example, or possibly less (in the case of relatively thin rod materials).
Obwohl eine der Spannvorrichtungen fest montiert und nur die andere verschiebbar sein kann, sind vorzugsweise die Spannvorrichtungen auf Schlitten montiert, die auf Führungsschienen laufen, welche an der Oberseite einer horizontal ausgerichteten Basisplatte des Messsystems befestigt sind. Somit können beide Spannvorrichtungen in einer gleichen Achse stufenlos verschoben und dann an den gewünschten Positionen fixiert werden.Although one of the fixtures may be fixed and only the other slidable, preferably the fixtures are mounted on carriages that ride on guide rails attached to the top of a horizontally oriented base plate of the measurement system. Thus, both clamping devices can be continuously shifted in the same axis and then fixed in the desired positions.
Um für unterschiedliche Stablängen jeweils die Messebene gut positionieren zu können, ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass Komponenten der Messvorrichtung an einem Träger befestigt sind, der auf einem Schlitten montiert ist, welcher auf den Führungsschienen verfahrbar ist, die auch die Spannvorrichtungen führen. Somit ist eine äußerst stabile und auf unterschiedliche Dimensionen der zu messenden stabförmigen Abschnitte leicht anpassbare Anordnung geschaffen.In order to be able to position the measuring plane well for different rod lengths, a development provides that components of the measuring device are fastened to a carrier that is mounted on a carriage that can be moved on the guide rails that also guide the clamping devices. This creates an extremely stable arrangement that can be easily adapted to different dimensions of the rod-shaped sections to be measured.
Für die messtechnische Erfassung des Richtguts nach Durchlauf durch das Richtsystem, also für die Messung, kann im Prinzip jede Messvorrichtung genutzt werden, die quantitative Aussagen über die Restkrümmung in den Richtebenen der Rollenrichtapparate liefert und eine eindeutige Zuordnung der gemessenen Restkrümmungen zu den Richtebenen erlaubt.In principle, any measuring device that provides quantitative information about the residual curvature in the straightening planes of the roller straighteners and allows a clear assignment of the measured residual curvatures to the straightening planes can be used for the metrological recording of the straightened material after it has passed through the straightening system, i.e. for the measurement.
Die Messgröße muss nicht unmittelbar der Restkrümmung entsprechen, es ist ausreichend, wenn die Messgröße einen die Restkrümmung repräsentierenden Wert darstellt. Die Messung kann taktil (also berührend) oder berührungslos erfolgen, beispielsweise mittels optischer und/oder elektromagnetischer Einrichtungen. Wichtig dabei ist, dass die Messtechnik für die Einstellung eines Richtapparats Aussagen über die Restkrümmung bzw. die Richtgüte in derjenigen Richtebene erlaubt, in der der jeweilige Richtapparat wirkt.The measured variable does not have to correspond directly to the residual curvature; it is sufficient if the measured variable represents a value that represents the residual curvature. The measurement can be tactile (ie touching) or non-contact, for example by means of optical and/or electromagnetic devices. It is important that the measuring technology used to set a straightener allows statements to be made about the residual curvature or straightening quality in the straightening plane in which the respective straightener acts.
Gemäß einer Weiterbildung umfasst die Messvorrichtung ein optisches Messsystem, das mittels Laserstrahlung zwei in der Messebene liegende, zueinander senkrechte Laserlichtvorhänge erzeugt und mittels gegenüberliegender lichtempfindlicher Sensoren detektiert, wodurch mittels Schattenprojektion die Position des Richtguts in der Messebene in zwei Richtungen hochgenau bestimmbar ist. Die berührungslose Messung beeinflusst die Gestalt des zu vermessenden Stabs nicht.According to a further development, the measuring device comprises an optical measuring system that uses laser radiation to generate two laser light curtains that are perpendicular to one another in the measuring plane and detect them by means of opposite light-sensitive sensors, as a result of which the position of the material to be straightened in the measuring plane can be determined with high precision in two directions by means of shadow projection. The non-contact measurement does not affect the shape of the rod to be measured.
Diejenige Restkrümmung, die in der Krümmungsebene vorliegt, welche durch den jeweiligen Rollenrichtapparat beeinflusst wird (Ebene senkrecht zu den Drehachsen der Richtrollen), kann dann einfach aus dem in der Messebene vorliegenden Abstand zwischen der gemessenen Position des Drahtabschnitts und einer in der Messebene liegenden Bezugsposition ermittelt werden, die dann vorläge, wenn das Richtgut die Soll-Restkrümmung hätte. Diese Bezugsposition liegt vorzugsweise nicht auf einer die beiden Fixierungsstellen verbindenden Geraden, sondern berücksichtigt die aufgrund von Schwerkraft vorliegende Durchbiegung eines Richtguts, das auf den Fixierungsstellen aufliegt. Zur Bestimmung der Position dieses Referenzpunkts können ebenfalls die Richtgutparameter genutzt werden, die für die Sensitivitätsanalyse verwendet wurden, gegebenenfalls modifiziert durch den Umstand, dass das Richtgut im Richtprozess mehrfach umgeformt und dadurch gegebenenfalls hinsichtlich seiner elastischen Eigenschaften verändert wird.The residual curvature that is present in the curvature plane, which is influenced by the respective roller straightener (plane perpendicular to the axes of rotation of the straightening rollers), can then be easily determined from the distance in the measurement plane between the measured position of the wire section and a reference position in the measurement plane which would be the case if the straightened material had the target residual curvature. This reference position preferably does not lie on a straight line connecting the two fixing points, but rather takes into account the deflection of an item to be straightened that is lying on the fixing points due to gravity. To determine the position of this reference point, the material to be straightened can also be used for the sensitivity analysis, possibly modified by the fact that the material to be straightened is deformed several times in the straightening process and its elastic properties may be changed as a result.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Einrichten eines Richtsystems zum Richten von durchlaufendem drahtförmigem oder rohrförmigem Richtgut, bei dem eine Messeinrichtung und ein Messverfahren gemäß der beanspruchten Erfindung verwendet wird.The invention also relates to a method for setting up a straightening system for straightening continuous wire-shaped or tubular straightening material, in which a measuring device and a measuring method according to the claimed invention are used.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
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1 zeigt Komponenten einer Zuführvorrichtung zum Zuführen von Drahtmaterial von einem Draht-Coil zu einer (nicht dargestellten) Umformmaschine, wobei die Zuführvorrichtung an einer Einrichtstation mit integriertem Geradheits-Messsystem angeordnet ist; -
2 zeigt das Richtsystemder Zuführvorrichtung aus 1 in Vergrößerung; -
3 ,3A zeigt in3 die Messvorrichtungder Einrichtstation aus 1 in Vergrößerung und in3A eine Detailansicht der Messebene; -
4A bis4C zeigen eine Verfahrensvariante, bei der mithilfe von Verdrehsicherungseinrichtungen eine Eigenrotation eines abgetrennten gerichteten Rundstabs zwischen Trennung vom Rest des Drahts und der Messung verhindert wird; -
5A bis5D zeigen eine alternative Verfahrensvariante, bei der ein gerichteter Stab aus Flachmaterial abgetrennt und gemessen wird.
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1 shows components of a feeding device for feeding wire material from a wire coil to a forming machine (not shown), the feeding device being arranged at a set-up station with an integrated straightness measuring system; -
2 shows the straightening system of thefeeding device 1 in magnification; -
3 ,3A shows in3 the measuring device of the set-up station 1 in enlargement and in3A a detailed view of the measuring plane; -
4A until4C show a variant of the method in which, with the aid of anti-twist devices, rotation of a severed, directed round rod between separation from the rest of the wire and the measurement is prevented; -
5A until5D show an alternative variant of the method, in which a straightened bar made of flat material is cut off and measured.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
Nachfolgend werden Beispiele für Messeinheiten und Messverfahren zum Messen von Restkrümmungen an gerichtetem drahtförmigen oder rohrförmigen Richtgut erläutert. Das Richtgut hat ein Richtsystem mit zwei hintereinander geschalteten Rollenrichtapparaten mit senkrecht zueinander orientierten Richtebenen durchlaufen. Das Richtgut, im Beispiel ein Draht, kann in einer Umformmaschine zur Herstellung von geraden oder gebogenen Formteilen aus dem Richtgut weiterverarbeitet werden. Die Messeinheiten und Messverfahren können z.B. beim Einrichten eines Richtsystems genutzt werden.Examples of measuring units and measuring methods for measuring residual curvatures on straightened wire-shaped or tubular straightening material are explained below. The material to be straightened has passed through a straightening system with two roller straighteners connected in series with straightening planes oriented perpendicular to one another. The material to be straightened, in the example a wire, can be further processed in a forming machine to produce straight or curved molded parts from the material to be straightened. The measuring units and measuring methods can be used, for example, when setting up a straightening system.
Die
Im betriebsfertig konfigurierten Zustand umfasst die Drahtverarbeitungsanlage eine (nicht dargestellte) Umformmaschine, die bei der Herstellung von Schraubenfedern zum Beispiel als Federwindemaschine ausgelegt sein kann.When configured ready for operation, the wire processing system includes a forming machine (not shown), which can be designed as a spring winding machine, for example, in the production of helical springs.
Weiterhin ist eine Vorrichtung 300 zum Zuführen des langgestreckten drahtförmigen Werkstückmaterials zur Umformmaschine vorgesehen. Die Vorrichtung 300 wird in dieser Anmeldung auch kurz als Zuführvorrichtung 300 bezeichnet. Die Zuführvorrichtung ist eine Umformmaschine, die aus mehr oder weniger stark gekrümmten Draht des gewickelten Drahtvorrats durch Umformung einen gerichteten Draht erzeugt.
Eine Aufgabe der Zuführvorrichtung 300 besteht darin, einer nachgeschalteten Umformmaschine bzw. deren Einzugseinrichtung den Draht in gerade gerichteter Form (Restkrümmung nahe null im Toleranzbereich) zu jedem Zeitpunkt möglichst genau in der zu diesem Zeitpunkt benötigten Geschwindigkeit zuzuführen. Die Zuführvorrichtung 300 hat eine eigene Steuereinheit 390, die mit der Steuereinheit der Umformmaschine kommuniziert. Die Funktionalitäten der beiden Steuereinheiten können in einer einzigen Steuereinheit integriert sein.One task of the
Nach Abschluss des Einrichtens am Einrichtplatz wird die Zuführvorrichtung in ihre Arbeitsposition an der zu versorgenden Umformmaschine bewegt. Dazu sind die dargestellten Komponenten auf einer beweglichen Plattform montiert, die z.B. auf Führungsschienen linear verschiebbar oder um eine vertikale Drehachse drehbar gelagert oder ungeführt (z.B. auf Rollen oder Rädern) bewegbar sein kann.After completing the set-up at the set-up station, the feed device is moved to its working position on the forming machine to be supplied. These are the components shown mounted on a movable platform, which can be moved linearly on guide rails or rotated about a vertical axis of rotation, for example, or can be moved unguided (for example on rollers or wheels).
Die Zuführvorrichtung umfasst eine Zuführeinheit 310, die eine Aufnahmeeinrichtung 330 zur Aufnahme eines Werkstückvorrats 381 in Form eines Coils sowie ein nachgeschaltetes Richtsystem 400 zum Richten des Werkstücks vor Eintritt in die Umformmaschine aufweist. Das Richtsystem 400 ist in
Der Werkstückvorrat (Coil) wird auf einer auswechselbaren Haspel 335 vorgehalten, die von einer Aufnahmevorrichtung 330 aufgenommen wird und im aufgenommenen Zustand um eine horizontale Drehachse drehbar gelagert ist. Die Lagerung findet dabei nicht im Bereich der Drehachse der Haspel statt, stattdessen sind im Bodenbereich zwei achsparallele Tragerollen 332, 333 mit horizontalen Drehachsen angebracht. Diese Tragrollen sind Bestandteile der Aufnahmevorrichtung 330. Die Haspel wird auf die beiden Tragerollen aufgelegt, so dass der Umfang der scheibenförmigen Seitenelemente der Haspel auf den beiden Tragerollen aufliegt und die Lage der Drehachse im Raum festgelegt ist. Im Beispielsfall handelt es sich um eine aktive Haspel mit eigenem Antrieb. Der Antrieb 334 steht in Eingriff mit der vorderen Tragerolle 333 und kann diese unter Steuerung durch die Steuerreinheit 390 antreiben.The stock of workpieces (coil) is held on an
Der abgewickelte Draht wird über eine Umlenkeinrichtung 340 geführt, die eine obere Umlenkrolle 340-1 und eine untere Umlenkrolle 340-2 aufweist, die an einem vertikalen Träger 341 achsparallel drehbar gelagert sind. Die obere Umlenkrolle ist als vertikal verfahrbare Tänzerrolle mit Federrückstellung ausgeführt. Durch eine Positionsabfrage dieser Rolle wird der Antriebsmotor für die Trage-/ Antriebsrolle geregelt. Die untere Umlenkrolle wird etwa über drei Viertel ihres Umfangs umschlungen in der Weise, dass der Austritt, also die Oberseite der unteren Umlenkrolle 340, auf Höhe der eintrittsseitigen Durchlassöffnung des Richtsystems 400 liegt.The unwound wire is guided over a deflection device 340, which has an upper deflection roller 340-1 and a lower deflection roller 340-2, which are rotatably mounted on a
Der Draht wird also von der unteren Umlenkrolle im Wesentlichen horizontal zum Richtsystem 400 geführt. Zwischen der Umlenkeinrichtung und dem Richtsystem befindet sich eine Drahtführungseinrichtung 375, deren Ausgang mit dem Eingang des nachgeschalteten Richtsystems 400 fluchtet. In die Drahtführungseinrichtung kann eine Drahtenden-Erkennungseinrichtung integriert sein.The wire is thus guided essentially horizontally to the
Eine alternative Konstruktion ist in
Das Richtsystem 400 umfasst zwei unmittelbar hintereinander geschaltete, unabhängig voneinander einstellbare Rollenrichtapparate 400-1, 400-2, die jeweils eine Anzahl achsparalleler Richtrollen aufweisen. Hier sind jeweils sieben Richtrollen vorgesehen, auch andere Anzahlen, z.B. fünf bis neun, sind möglich. Die die Drehachsen der Richtrollen der hintereinandergeschalteten Richtapparate sind orthogonal zueinander ausgerichtet.The
Bei einem Rollenrichtapparat erzeugen Richtrollen aufgrund außermittiger Einstellung in Bezug auf eine neutrale Achse des zu richtenden Materials Wechselbiegungen, die das zu richtende Material in den plastischen Bereich hinein verformen und dadurch richten. Im Unterschied zu einer Rollenrichtmaschine sind die Richtrollen hier passiv bzw. nicht drehangetrieben, es gibt also keine Antriebe für die Drehung der Richtrollen. Der Draht wird durch die Rollenrichtapparate hindurchgezogen. Dazu ist eine Einzugseinrichtung 385 vorgesehen, die in Materialflussrichtung hinter dem Richtsystem 400 angeordnet ist und unter anderem dazu dient, das Drahtmaterial durch die beiden Rollenrichtapparate 400-1, 400-2 des Richtsystems 300 hindurch in Richtung nachfolgender Komponenten zu ziehen.In a roll straightener, straightening rolls, due to being off-center with respect to a neutral axis of the material to be straightened, produce alternating bends that cause the material to be straightened Deform material into the plastic range and thereby straighten it. In contrast to a roller straightening machine, the straightening rollers here are passive or not rotationally driven, i.e. there are no drives for rotating the straightening rollers. The wire is pulled through the roller straighteners. For this purpose, a
Die Komponenten des Richtsystems 400 werden von einem Gestellteil getragen, in welchem auch die Steuereinheit 390 der Zuführeinheit 310 untergebracht sein kann. Das Gestellteil trägt auch die Einzugseinrichtung 385. Die Einzugseinrichtung 385 ist im Beispielsfall als Walzeneinzug gestaltet und kann bei anderen Ausführungsformen auch als Riemeneinzugseinrichtung oder Zangeneinzug ausgestaltet sein. In Materialflussrichtung hinter der Einzugseinrichtung 385 kann eine optionale, ggf. manuell betätigbare Klemmeinrichtung vorgesehen sein, mit der die axiale Position des durchgeführten Drahts bei Bedarf fixiert werden kann.The components of the
Weitere Details werden am Beispiel des in der Vertikalebene (x-z-Ebene) wirksamen ersten Rollenrichtapparats 400-1 erläutert, der in
Der erste Rollenrichtapparat 400-1 weist sieben passive Richtrollen R1, ... R7 mit zueinander parallelen, horizontalen Drehachsen auf, die in einer Durchlaufrichtung 115 abwechselnd auf gegenüberliegenden Seiten einer Durchlaufstrecke (parallel zur x-Achse) angeordnet sind. Die Richtrollen definieren im Betrieb des Richtsystems mit ihren das Richtgut 110 berührenden Umfangsabschnitten die wirksame Richtgeometrie des Rollenrichtapparats. Der erste Rollenrichtapparat 400-1 verändert die Krümmung im Wesentlichen nur in einer vertikalen Ebene (x-z-Ebene), der Richtebene. Der für das Richten in einer Horizontalebene zuständige zweite Rollenrichtapparat 400-2 ist analog aufgebaut, hier verlaufen die Richtrollen-Drehachsen vertikal.The first roller straightening apparatus 400-1 has seven passive straightening rollers R1, . During operation of the straightening system, the straightening rollers define the effective straightening geometry of the roller straightening apparatus with their peripheral sections touching the material to be straightened 110 . The first roll straightener 400-1 essentially changes the curvature only in one vertical plane (x-z plane), the straightening plane. The second roller straightening apparatus 400-2, which is responsible for straightening in a horizontal plane, has a similar structure, here the straightening roller axes of rotation run vertically.
Im Beispielsfall sind alle sieben Richtrollen als automatisiert zustellbare Richtrollen ausgelegt und können in Reaktion auf Steuersignale der Steuereinheit 390 automatisch mittels servomotorischer Antriebe 405-1, .., 405-7 unabhängig voneinander in einer senkrecht zur Durchlaufrichtung orientierten Zustellrichtung (parallel zur z-Achse) bidirektional zugestellt werden.In the example, all seven straightening rollers are designed as straightening rollers that can be automatically adjusted and, in response to control signals from the
Es gibt auch Varianten, bei denen alle Richtrollen manuell verstellbar sind. Dazu können z.B. Einstellschrauben und Positionsanzeigen vorgesehen sein. Es gibt auch Beispiele, bei denen ein Anteil der Richtrollen (z.B. zwei, drei oder vier) automatisch und ein anderer Anteil (z.B. drei, vier oder fünf) manuell zustellbar ist.There are also variants in which all straightening rollers are manually adjustable. Adjusting screws and position indicators, for example, can be provided for this purpose. There are also examples where a portion of the straightening rolls (e.g. two, three or four) can be fed in automatically and another portion (e.g. three, four or five) can be fed in manually.
Aufgrund der Vielzahl von Freiheitsgraden bei der Einstellung ist für die richtige Einstellung eines Rollenrichtapparats ein Maschinenbediener mit viel Erfahrung erforderlich. In jedem Fall benötigt die Einstelloperation bzw. das Einrichten erheblich Zeit.Due to the large number of degrees of freedom in the setting, a machine operator with a lot of experience is required for the correct setting of a roller straightener. In any case, the setting operation or setting up takes considerable time.
Die Einrichtstation 350 bzw. Einstellstation 350 umfasst eine Schnitteinrichtung 370, mit der im Zuge der Einstellarbeiten an dem Richtsystem probeweise gerichtete stabförmige Drahtabschnitte 110-A vom zugeführten Draht abgeschnitten und damit für eine Geradheitsprüfung bereitgestellt werden. Im Beispielsfall ist eine automatisierte Schnitteinrichtung 370 vorgesehen, alternativ kann eine manuell betätigbare Schnitteinrichtung vorgesehen sein. Weiterhin weist die Einrichtstation 350 eine Messvorrichtung 500 auf.The set-
Die mittels der Schnitteinrichtung abgetrennten Drahtabschnitte bzw. Drahtstäbe 110-A werden mithilfe der nachgeschalteten Messvorrichtung 500 auf Geradheit bzw. Restkrümmungen geprüft. Dabei wird mithilfe von Verdrehsicherungseinrichtungen sichergestellt, dass die Drehstellung des zur Messung vorgesehenen Materialstabs um seine Längsachse unverändert bleibt, so dass der Draht in derjenigen Drehstellung gemessen wird, in welcher er durch das Richtsystem gelaufen ist.The wire sections or wire rods 110-A cut off by means of the cutting device are checked for straightness or residual curvatures with the aid of the
Die Messvorrichtung 500 und die zugeordnete Schnitteinrichtung 370 sind Komponenten einer Messeinheit 350, die, ggf. zusammen mit weiteren Komponenten, eine autarke Einheit bildet, die als Einrichtstation 350 dienen kann. Daher wird für die Einrichtstation und die Messeinheit dasselbe Bezugszeichen 350 verwendet.The measuring
Im Bereich zwischen den Spannvorrichtungen 510-1, 510-2 sind Komponenten eines Messsystems 520 montiert. Diese werden von einem kreuzförmigen Träger 522 getragen, der auf einem Schlitten montiert ist, welcher auf den Führungsschienen 501 verfahrbar ist, die auch die Spannvorrichtungen führen. Das Messsystem 520 ist ein optisches Messsystem, das die Position des aufgelegten Drahts in einer senkrecht zur x-Richtung orientierten Messebene 524 hochgenau bestimmen kann. Oberhalb der geraden Verbindungslinie zwischen den Fixierungsstellen ist eine zweite Lasereinheit 525-2 angebracht, die einen in der Messebene 524 liegenden Laserlichtvorhang erzeugt, der auf der gegenüberliegenden Seite in den Erfassungsbereich eines photosensitiven Sensors 527-2 fällt, so dass im Schattenwurf die Position des Drahts in Querrichtung (Horizontalrichtung) genau erfasst werden kann. Die Position in Vertikalrichtung wird mithilfe einer ersten Lasereinheit 525-1 und dem gegenüberliegenden Sensor 527-1 erfasst. Die Messung erfolgt vorzugsweise in der Mitte zwischen den beiden Fixierungselementen mittels der beiden Laser in horizontaler bzw. vertikaler Richtung.Components of a
Das vergrößerte Detail in
Bei der Auswertung wird berücksichtigt, dass der Drahtstab allein aufgrund der Schwerkraft eine gewisse Durchbiegung erfährt, deren Ausmaß abhängig von Materialkennwerten sowie vom Abstand zwischen den Fixierungsstellen ist. Dieser Beitrag wird bei der Auswertung herausgerechnet. Als Ergebnis der Messung ergibt sich ein quantitativer Wert für die Restkrümmung, die sowohl Beiträge in horizontaler als auch in vertikaler Richtung haben kann. The evaluation takes into account that the wire rod undergoes a certain deflection due to gravity alone, the extent of which depends on the material properties and the distance between the fixing points. This contribution is deducted from the evaluation. The result of the measurement is a quantitative value for the residual curvature, which can have contributions in both the horizontal and vertical directions.
Basierend auf diesen Messwerten soll dann die Richtgeometrie der Rollenrichtapparate so verstellt werden, dass bei einem nächsten Drahtstück die Restkrümmung verschwindet.Based on these measured values, the straightening geometry of the roller straighteners should then be adjusted in such a way that the residual curvature disappears with the next piece of wire.
Ein potentielles Problem sehen die Erfinder bei der Verarbeitung von Rundmaterial. Dort kann es sein, dass ein Rundstab, der nach dem Richten noch eine erhebliche Ausbauchung in der Horizontalebene hat, sich beim Einlegen in die Messvorrichtung selbsttätig in eine stabile Drehlage rollt, in der die Ausbauchung nach unten durchhängt. Das würde eine Ausbauchung in Vertikalrichtung vortäuschen, die tatsächlich nicht vorliegt, wodurch es zu fehlerhaften Messergebnissen und in der Folge zu falschen Zustellungen und/oder falschen Zustellungen am falschen am Richtapparat kommen würde.The inventors see a potential problem in the processing of round material. There it can happen that a round bar, which still has a considerable bulge in the horizontal plane after straightening, automatically rolls into a stable rotational position when it is placed in the measuring device, in which the bulge sags downwards. That would simulate a bulging in the vertical direction, which is actually not present, which would lead to erroneous measurement results and, as a result, to incorrect infeeds and/or incorrect infeeds on the wrong straightener.
Um sicherzustellen, dass die Messergebnisse genau den unterschiedlichen Richtebenen bzw. Rollenrichtapparaten (horizontal und vertikal) zugeordnet werden können, wird bei Bedarf durch besondere Maßnahmen sichergestellt, dass sich der für die Messung vorgesehene Drahtstab zwischen dem Abtrennen von Rest des Richtgutes und der Messung nicht um seine Längsachse drehen kann. Das Messsystem ist dazu für eine Richtebenen-spezifische bzw. Richtebenen-selektive Messung konfiguriert.In order to ensure that the measurement results can be precisely assigned to the different straightening levels or roller straighteners (horizontal and vertical), special measures are taken to ensure that the wire rod intended for the measurement does not turn over between the separation of the remainder of the straightening material and the measurement can rotate its longitudinal axis. For this purpose, the measuring system is configured for a reference plane-specific or reference plane-selective measurement.
Eine in
Die horizontal verfahrbaren Rollen 514-1 bzw. 514-2 der Spannvorrichtungen fungieren als Verdrehsicherungseinrichtung, kontaktieren das Drahtmaterial an zwei in Horizontalrichtung diametral gegenüberliegenden Kontaktpunkten mit relativ geringem Druck, der so bemessen ist, dass die Haftreibung ausreicht, um eine Eigenrotation des Stabes um die Längsachse zu verhindern, gleichzeitig aber sich der Drahtstab so entspannen kann, dass er ansonsten bis auf die Schwerkraft kräftefrei ist und somit diejenigen Restkrümmungen zeigt, die zu messen sind. The horizontally movable rollers 514-1 and 514-2 of the clamping devices act as an anti-rotation device, contact the wire material at two horizontally diametrically opposite contact points with relatively low pressure, which is dimensioned in such a way that the static friction is sufficient to prevent the rod from rotating itself around the To prevent longitudinal axis, but at the same time the wire rod can relax in such a way that it is otherwise free of forces except for gravity and thus shows those residual curvatures that are to be measured.
Anhand der
Vorteilhafte Messeinrichtungen und Vorgehensweisen wurden exemplarisch am Beispiel des Einrichtens einer Umformmaschine in Form einer Zuführvorrichtung erläutert, die im bestimmungsgemäßen Gebrauch mithilfe des integrierten Richtsystems aus von einem Coil zugeführten, mit variierender Eingangskrümmung ankommendem Drahtmaterial gerichtetes Drahtmaterial formt, das einer nachgeschalteten Umformmaschine als „Endlosmaterial“ zugeführt wird.Advantageous measuring devices and procedures were explained using the example of setting up a forming machine in the form of a feed device, which, when used as intended, uses the integrated straightening system to form straightened wire material from a coil that arrives with varying input curvature wire material, which is fed to a downstream forming machine as "endless material". becomes.
Das Richtsystem kann genau zwei Rollenrichtapparate aufweisen, die vorzugsweise zueinander senkrechte Richtebenen erzeugen. Ein Richtsystem kann auch drei oder vier oder mehr Rollenrichtapparate aufweisen. Beispielsweise kann ein Richtsystem vier um jeweils 45° versetzte Richtapparate aufweisen, was z.B. zum Richten von Runddraht eine günstige Variante sein kann.The straightening system can have exactly two roller straightening devices, which preferably produce straightening planes that are perpendicular to one another. A straightening system can also have three or four or more roller straighteners. For example, a straightening system can have four straightening devices offset by 45°, which can be a favorable option for straightening round wire, for example.
Bei der Umformmaschine, in die das Richtsystem integriert ist, kann es sich auch um eine Richt- und Abschneidemaschine handeln, die dafür konzipiert ist, Drähte oder andere durch Richten bearbeitbare Halbzeug-Materialien mit unterschiedlichen Querschnittsgrößen und - formen zu richten und das gerichtete Richtgut dann auf eine gewünschte Länge abzuschneiden. Die Maschine weist dann zusätzlich eine Längenmesseinrichtung und ein Schnittvorrichtung auf, die vorzugsweise basierend aus Signalen der Längenmesseinrichtung automatisch betätigt werden kann. Die Messeinheit kann dann die abgetrennten gerichteten Stäbe messen. Die Messeinheit benötigt dazu keine eigene Schnitteinrichtung. Es kann sich auch um eine Stabkonfektioniermaschine handeln, die zusätzlich zum Richtsystem, einer Schnitteinrichtung und einer Längenmesseinrichtung noch eine Abisoliereinrichtung aufweist, um von einem mit Isolierschicht umhüllten metallischen Ausgangsmaterial Abschnitte der Isolierung zu entfernen.The forming machine in which the straightening system is integrated can also be a straightening and cutting machine designed to straighten wires or other semi-finished materials that can be straightened and have different cross-sectional sizes and shapes, and then the straightened goods cut to desired length. The machine then additionally has a length measuring device and a cutting device, which can preferably be actuated automatically based on signals from the length measuring device. The measuring unit can then measure the severed straightened bars. The measuring unit does not need its own cutting device for this. It can also be a rod fabrication machine which, in addition to the straightening system, a cutting device and a length measuring device, also has a stripping device in order to remove sections of the insulation from a metallic starting material covered with an insulating layer.
Ein Richtsystem kann auch in eine Umformmaschine integriert sein, die mithilfe geeigneter Umformwerkzeuge aus dem gerichteten Richtgut in einem automatischen Fertigungsprozess kleinere oder größere Serien von Formteilen mit teilweise komplexer Geometrie erzeugen kann. Die zum Umformen erforderlichen Umformwerkzeuge sind dann dem Richtsystem nachgeschaltet. Bei der Umformmaschine kann es sich beispielsweise um eine Biegemaschine zum Erzeugen von Biegeteilen aus Drahtmaterial, Bandmaterial oder Rohrmaterial oder um eine Federherstellungsmaschine oder um eine Drahtstiftmaschine zur Massenfertigung von Schrauben, Nägeln, Nieten oder dergleichen handeln.A straightening system can also be integrated into a forming machine which, with the aid of suitable forming tools, can produce smaller or larger series of molded parts, some of which have complex geometries, from the straightened material in an automatic production process. The forming tools required for forming are then connected downstream of the straightening system. The forming machine can be, for example, a bending machine for producing bent parts from wire material, strip material or tube material, or a spring manufacturing machine or a wire nail machine for the mass production of screws, nails, rivets or the like.
Die Erfindung ist für unterschiedliche Typen von Richtgut verwendbar, insbesondere zum Richten von metallischem Drahtmaterial oder Rohrmaterial. Die Querschnittsform des Richtguts kann unterschiedlich sein, z.B. ein kreisrunder Querschnitt bei Rundmaterial, ein profilierter und/oder polygonaler Querschnitt bei Profilmaterial, insbesondere ein Rechteckquerschnitt bei Vierkantmaterial. Auch Flachmaterial, wie z.B. metallische Flachbänder mit großem Aspektverhältnis zwischen Breite und Höhe, können gerichtet werden. Auch die Querschnittsgröße kann variieren. Das metallische Material kann unbeschichtet sein oder eine Beschichtung tragen, z.B. eine elektrisch nicht leitende Isolierschicht aus Kunststoff.The invention can be used for different types of material to be straightened, in particular for straightening metallic wire material or pipe material. The cross-sectional shape of the material to be straightened can vary, e.g. a circular cross-section for round material, a profiled and/or polygonal cross-section for profile material, in particular a rectangular cross-section for square material. Flat material, such as metallic flat strips with a large aspect ratio between width and height, can also be straightened. The cross-sectional size can also vary. The metallic material may be uncoated or may have a coating, such as an electrically non-conductive insulating layer of plastic.
Die Geradheitsprüfung bzw. -messung muss nicht wie beim Ausführungsbeispiel beschrieben durchgeführt werden. Die Geradheitsprüfung kann auch mithilfe mindestens einer Kamera automatisiert erfolgen. Beispielsweise bei Flachmaterial kann z.B. mit zwei um 90° versetzten Kameras die Geradheit auch im Durchlauf geprüft werden. Insbesondere bei runden Drähten kann eine um den Draht herum rotierende Kamera oder ein Laserscanner verwendet werden.The straightness check or measurement does not have to be carried out as described in the exemplary embodiment. The straightness check can can also be automated using at least one camera. In the case of flat material, for example, the straightness can also be checked in the run using two cameras offset by 90°. In the case of round wires in particular, a camera rotating around the wire or a laser scanner can be used.
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
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- WO 2020/224977 A1 [0059]WO 2020/224977 A1 [0059]
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