DE102022122210A1

DE102022122210A1 - Method for operating a sheet metal forming tool, device and sheet metal forming tool

Info

Publication number: DE102022122210A1
Application number: DE102022122210.1A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Zorn; Tobias Bäume
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Volkswagen AG
Priority date: 2022-09-01
Filing date: 2022-09-01
Publication date: 2024-03-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Blechumformwerkzeugs (1), das zwei relativ zueinander beweglich gelagerte Werkzeugteile (2,3) zum Umformen eines Blechteils (5), eine Blechhaltereinrichtung (6), mittels welcher das umzuformendes Blechteil (5) an seinem Außenrand derart haltbar ist, dass es sich zwischen den Werkzeugteilen (2,3) hindurch erstreckt, und mindestens eine Sensor-Einrichtung (9) zur Erfassung einer Kraftverteilung bei einem Umformvorgang aufweist, wobei der Blechhalteeinrichtung (6) zumindest eine Stelleinrichtung (7) zugeordnet ist, durch welche eine Klemmkraft der Blechhalteeinrichtung (6) zum Halten des Blechteils (5) einstellbar ist. Es ist vorgesehen, dass die Sensor-Einrichtung (9) mit einer Vielzahl von Kraftsensoren (10) ausgebildet wird, die in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Werkzeugteile (2,3) nebeneinanderliegend verteilt angeordnet werden, und dass in Abhängigkeit von den durch die Sensoren (10) erfassten Kräften zumindest ein Ist-Kraftschwerpunkt (K1) ermittelt und mit einem erwarteten Kraftschwerpunkt verglichen wird, um in Abhängigkeit einer Abweichung des Ist-Kraftschwerpunkts (K1) von dem erwarteten Kraftschwerpunkt eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung (7) und/oder für zumindest eines der Werkzeugteile (2,3) zum Reduzieren der Abweichung vorgegeben wird..The invention relates to a method for operating a sheet metal forming tool (1), which has two tool parts (2, 3) mounted movably relative to one another for forming a sheet metal part (5), a sheet metal holder device (6), by means of which the sheet metal part (5) to be formed is held on its outer edge is durable in such a way that it extends between the tool parts (2, 3), and has at least one sensor device (9) for detecting a force distribution during a forming process, at least one adjusting device (7) being assigned to the sheet metal holding device (6). , through which a clamping force of the sheet metal holding device (6) for holding the sheet metal part (5) can be adjusted. It is envisaged that the sensor device (9) is designed with a multiplicity of force sensors (10), which are arranged next to one another in a plane perpendicular to the direction of movement of the tool parts (2, 3), and that depending on the force sensors (10). At least one actual center of force (K1) detected by sensors (10) is determined and compared with an expected center of force in order to determine a change specification for the adjusting device (7) and/or depending on a deviation of the actual center of force (K1) from the expected center of force is specified for at least one of the tool parts (2,3) to reduce the deviation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Blechumformwerkzeugs, das zwei relativ zueinander beweglich gelagerte Werkzeugteile zum Umformen eines Blechteils, eine Blechhaltereinrichtung, mittels welcher das umzuformende Blech an seinem Außenrand derart haltbar ist, dass es sich zwischen den Werkzeugteilen hindurch erstreckt, und mindestens eine Sensoreinrichtung zur Erfassung einer Kraftverteilung bei einem Umformvorgang aufweist, wobei der Blechhaltereinrichtung zumindest eine Stelleinrichtung zugeordnet ist, durch welche eine Klemmkraft, insbesondere Höhe und/oder Verteilung der Klemmkraft, der Blechhaltereinrichtung einstellbar ist.The invention relates to a method for operating a sheet metal forming tool, which has two tool parts that are mounted movably relative to one another for forming a sheet metal part, a sheet metal holder device by means of which the sheet metal to be formed is held on its outer edge in such a way that it extends between the tool parts, and at least one sensor device for detecting a force distribution during a forming process, wherein the sheet metal holder device is assigned at least one adjusting device through which a clamping force, in particular height and / or distribution of the clamping force, of the sheet metal holder device can be adjusted.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Betreiben des Blechumformwerkzeugs sowie ein wie obenstehend ausgebildetes Blechumformwerkzeug.The invention further relates to a device for operating the sheet metal forming tool and a sheet metal forming tool designed as above.

Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die Offenlegungsschrift DE 10 2014 221 550 A1 ein Blechumformwerkzeug mit zwei relativ zueinander beweglichen Werkzeugteilen, die zum Umformen eines Blechteils aufeinander zu bewegt werden, so dass das Blechteil dazwischen verpresst beziehungsweise verformt wird. Mittels einer Blechhaltereinrichtung wird während des Umformvorgangs das Blechteil zwischen den Werkzeugteilen gehalten. Dazu wird das Blechteil an seinem Außenrand durch die Blechhaltereinrichtung festgeklemmt, wobei die Klemmkraft vorbestimmt ist und den Umformprozess mit beeinflusst. Um einen optimalen Umformvorgang zu erzielen, wird in der genannten Offenlegungsschrift vorgeschlagen, einen Sensor vorzusehen, der eingerichtet ist, eine physikalische Größe zu erfassen, aus welcher eine Druckkraft, die auf die Stelleinrichtung bei einem Umformprozess wirkt, herleitbar ist. Dadurch soll die Klemmkraft der Blechhaltervorrichtung für den Umformvorgang optimal eingestellt werden können.Methods of the type mentioned at the beginning are known from the prior art. For example, the disclosure document reveals DE 10 2014 221 550 A1 a sheet metal forming tool with two tool parts that are movable relative to one another and which are moved towards one another to form a sheet metal part, so that the sheet metal part is pressed or deformed between them. The sheet metal part is held between the tool parts during the forming process using a sheet metal holder device. For this purpose, the sheet metal part is clamped on its outer edge by the sheet metal holder device, with the clamping force being predetermined and influencing the forming process. In order to achieve an optimal forming process, it is proposed in the published publication to provide a sensor which is set up to detect a physical quantity from which a pressure force that acts on the adjusting device during a forming process can be derived. This should allow the clamping force of the sheet metal holder device to be optimally adjusted for the forming process.

Aus der Patentschrift DE 10 2015 101 326 B4 ist darüber hinaus eine Messvorrichtung zur Messung von Kraftverteilungen bekannt, die eine Mehrzahl von Kraftsensoren zur Messung von Druckkräften aufweist. In einem Ausführungsbeispiel sind dabei die Kraftsensoren matrixartig nebeneinanderliegend angeordnet.From the patent specification DE 10 2015 101 326 B4 a measuring device for measuring force distributions is also known, which has a plurality of force sensors for measuring compressive forces. In one exemplary embodiment, the force sensors are arranged next to one another in a matrix-like manner.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zu schaffen, das die Einarbeitung des Blechumformwerkzeugs in vorteilhafter Weise optimiert.The present invention is based on the object of creating an improved method which advantageously optimizes the incorporation of the sheet metal forming tool.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dieses hat den Vorteil, dass während eines Umformprozesses die zwischen den Werkzeugteilen wirkenden Kräfte ermittelt und für eine Optimierung der Blechhaltervorrichtung sowie der Werkzeugteile selbst im laufenden Betrieb berücksichtigt werden, sodass die Anzahl von Gutteilen in der Produktion maximiert und schnell maximiert wird. Hierzu sieht die Erfindung vor, dass die Sensoreinrichtung mit einer Vielzahl von Kraftsensoren ausgebildet wird, die in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung der Werkzeugteile nebeneinanderliegend zwischen den Werkzeugteilen oder innerhalb zumindest eines mehrteiligen der Werkzeugteile angeordnet werden, und dass in Abhängigkeit von den durch die Sensoren erfassten Kräften zumindest ein Ist-Kraftschwerpunkt ermittelt und mit einem erwarteten Kraftschwerpunkt verglichen wird, um in Abhängigkeit einer Abweichung des Ist-Kraftschwerpunkts von dem erwarteten Kraftschwerpunkt eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung und/oder für zumindest eines der Werkzeugteile zum Reduzieren der Abweichung vorgegeben wird. Die Kraftsensoren werden also nebeneinanderliegend verteilt angeordnet, sodass die Kraftsensoren beispielsweise in einer sich insbesondere gerade erstreckenden Ebene oder entlang der Ebene einer dem Blechteil zugewandten Werkzeugseite eines der Werkzeugteile liegen und Kräfte erfassen, die senkrecht oder zumindest im Wesentlichen senkrecht zu dieser Ebene wirken. Dadurch wird durch die Sensoreinrichtung innerhalb des Blechumformwerkzeugs erfasst, wo welche Kräfte beim Umformen des Blechteils wirken. Erfindungsgemäß wird in Abhängigkeit der erfassten Kräfte ein Ist-Kraftschwerpunkt ermittelt. Dieser wird beispielsweise dadurch ermittelt, dass der Ort mit der höchsten Kraft ausgewählt wird. Alternativ werden die erfassten Kräfte dahingehend ausgewertet, dass der Ist-Kraftschwerpunkt aus mehreren erfassten Kraftwerten gemeinsam bestimmt wird, sodass nicht ein einzelner Messwert alleine den Ist-Kraftschwerpunkt bestimmt. Dadurch wird erreicht, dass eine Region des Blechumformwerkzeugs ermittelt wird, in welcher im Vergleich zu anderen Regionen erhöhte Kräfte wirken. Durch das Erfassen des Ist-Kraftschwerpunkts während des Umformprozesses ist auch ein Kraftschwerpunktsverlauf ermittelbar, entlang welchem sich die Kraftverteilung beim Aufeinander zubewegen der Werkzeugteile zum Umformen des Blechteils in der Ebene der Sensoren entlang bewegt. In beiden Fällen wird der erfasste Ist-Kraftschwerpunkt mit einem erwarteten Kraftschwerpunkt verglichen. Der erwartete Kraftschwerpunkt wird insbesondere aus vorherigen Berechnungen, Versuchen oder Simulationen ermittelt, die zeigen, wo der Kraftschwerpunkt im Normalfall liegen müsste. Bei symmetrisch ausgebildeten Werkzeugen oder Werkzeugteilen ist beispielsweise eine homogene Kraftverteilung mit einer zentralen Lage des Ist-Kraftschwerpunkts zu erwarten. Während des Umformprozesses kann der Kraftschwerpunkt aber auch aus der zentrischen Lage herauswandern und bei Beenden des Umformvorgangs auch zurück in die zentrale Lage gelangen. So wird beispielsweise mittels FE-Simulationen im Rahmen einer Methodenplanung die ideale Lage des Kraftschwerpunktes (erwarteter Kraftschwerpunkt) ermittelt, sodass die ideale Lage mit der tatsächlichen Lage (erfasster Ist-Kraftschwerpunkt) verglichen werden kann. Durch den Vergleich der tatsächlichen Lage mit der idealen Lage, lässt sich ein Maß für die Gleichmäßigkeit oder Ungleichmäßigkeit der Kraftverteilung zwischen den Werkzeugteilen beim Umformvorgang bestimmen. In Kenntnis dieser Abweichung wird erfindungsgemäß eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung und/oder zumindest eines der Werkzeugteile zum Reduzieren der Abweichung vorgegeben. Die Abweichung des Ist-Kraftschwerpunktes zu dem erwarteten Kraftschwerpunkt wird somit dahingehend ausgewertet, dass eine Vorgabe bestimmt wird, durch welche diese Abweichung reduziert wird. Diese Änderungsvorgabe kann die Stelleinrichtung oder zumindest eines der Werkzeugteile selbst betreffen. So wird durch Änderungsvorgabe beispielsweise die durch die Stelleinrichtung auf das Blechteil wirkende Klemmkraft beim Umformvorgang verändert, sodass beim Umformen die Kraftverteilung zwischen den Werkzeugteilen an dem Blechteil angepasst und optimiert wird. Durch eine Änderungsvorgabe für eines der Werkzeugteile wird beispielsweise erreicht, dass in den Werkzeugteilen ausgebildete Erhebungen und/oder Vertiefungen angepasst werden, um die wirkenden Kräfte beim Umformvorgang zu optimieren. Die Änderungsvorgabe wird beispielsweise mithilfe eines Algorithmus, einer künstlichen Intelligenz, eines neuronalen Netzwerks oder anderer Methoden ermittelt. Die Änderungsvorgabe wird vorzugsweise einem Benutzer oder Einarbeiter der Blechumformvorrichtung angezeigt, so dass dieser die Änderungsvorgabe umsetzt. Alternativ wird die Änderungsvorgabe automatisch umgesetzt. Dazu ist die Stelleinrichtung beispielsweise mit zumindest einem ansteuerbaren Aktuator zum Anpassen der Klemmkraft ausgebildet und/oder es ist eine Bearbeitungseinrichtung vorhanden, die in Abhängigkeit von der Änderungsvorgabe für eines der Werkzeugteile dieses Werkzeugteil automatisch bearbeitet, um beispielsweise eine Materialüberhöhung abzutragen.The object on which the invention is based is achieved by the method with the features of claim 1. This has the advantage that the forces acting between the tool parts are determined during a forming process and taken into account during ongoing operation to optimize the sheet metal holder device and the tool parts themselves, so that the number of good parts in production is maximized and quickly maximized. For this purpose, the invention provides that the sensor device is designed with a plurality of force sensors, which are arranged next to one another between the tool parts or within at least one multi-part of the tool parts in a plane perpendicular to the direction of movement of the tool parts, and that depending on the force detected by the sensors Forces at least one actual center of force is determined and compared with an expected center of force in order to specify a change specification for the adjusting device and / or for at least one of the tool parts to reduce the deviation depending on a deviation of the actual center of force from the expected center of force. The force sensors are therefore arranged next to one another in a distributed manner, so that the force sensors lie, for example, in a particularly straight plane or along the plane of a tool side of one of the tool parts facing the sheet metal part and detect forces that act perpendicularly or at least substantially perpendicularly to this plane. As a result, the sensor device inside the sheet metal forming tool detects where which forces act when forming the sheet metal part. According to the invention, an actual center of force is determined depending on the detected forces. This is determined, for example, by selecting the location with the highest force. Alternatively, the detected forces are evaluated in such a way that the actual center of force is determined jointly from several recorded force values, so that a single measured value alone does not determine the actual center of force. This ensures that a region of the sheet metal forming tool is determined in which increased forces act compared to other regions. By detecting the actual center of force during the forming process, a center of force curve can also be determined, along which the force distribution moves in the plane of the sensors when the tool parts move towards one another for forming the sheet metal part. In both cases, the recorded actual center of force is compared with an expected center of force. The expected center of force is determined in particular from previous calculations, tests or simulations that show where the center of force should normally be. With symmetrically designed tools or tool parts, for example, there is a homogeneous force distribution with a central location of the actual center of force is to be expected. During the forming process, the center of force can also move out of the central position and return to the central position when the forming process ends. For example, the ideal position of the center of force (expected center of force) is determined using FE simulations as part of method planning, so that the ideal position can be compared with the actual position (recorded actual center of force). By comparing the actual position with the ideal position, a measure of the uniformity or non-uniformity of the force distribution between the tool parts during the forming process can be determined. Knowing this deviation, according to the invention a change specification is specified for the adjusting device and/or at least one of the tool parts in order to reduce the deviation. The deviation of the actual center of force from the expected center of force is thus evaluated in such a way that a specification is determined by which this deviation is reduced. This change specification can affect the adjusting device or at least one of the tool parts itself. For example, by specifying a change, the clamping force acting on the sheet metal part by the adjusting device is changed during the forming process, so that the force distribution between the tool parts on the sheet metal part is adjusted and optimized during forming. By specifying a change for one of the tool parts, it is achieved, for example, that elevations and/or depressions formed in the tool parts are adjusted in order to optimize the forces acting during the forming process. The change requirement is determined, for example, using an algorithm, artificial intelligence, a neural network or other methods. The change specification is preferably displayed to a user or worker of the sheet metal forming device so that he or she implements the change specification. Alternatively, the change specification is implemented automatically. For this purpose, the adjusting device is designed, for example, with at least one controllable actuator for adjusting the clamping force and/or there is a processing device which, depending on the change specification for one of the tool parts, automatically processes this tool part in order, for example, to remove an excess of material.

Zumindest eines der Werkzeugteile, vorzugsweise beide Werkzeugteile, ist jeweils mehrteilig ausgebildet. Insbesondere weist eines der Werkzeugteile eine dem Blechteil die Form gebende Matrize und einen Pressenstößel auf, durch welchen die Matrize mit einer Kraft gleichmäßig beaufschlagbar ist. Das andere der Werkzeugteile weist vorzugsweise einen dem Blechteil die Form gebenden Stempel und einen dem Stempel zugeordneten Pressentisch auf, auf welchem sich der Stempel abstützt, wenn das eine Werkzeugteil gegen das andere Werkzeugteil zum Umformen des Blechteils gepresst wird. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung innerhalb eines Werkzeugteils, also beispielsweise zwischen der Matrize und dem Pressenstößel und/oder zwischen dem Pressentisch und dem Stempel angeordnet, so dass die Sensoren der Sensoreinrichtung im Kraftfluss des Blechumformwerkzeugs während eines Umformvorgangs liegen.At least one of the tool parts, preferably both tool parts, is designed in several parts. In particular, one of the tool parts has a die that gives the sheet metal part the shape and a press ram through which the die can be uniformly subjected to a force. The other of the tool parts preferably has a stamp that gives the sheet metal part its shape and a press table assigned to the stamp, on which the stamp is supported when one tool part is pressed against the other tool part for forming the sheet metal part. Preferably, the sensor device is arranged within a tool part, for example between the die and the press ram and/or between the press table and the punch, so that the sensors of the sensor device are in the force flow of the sheet metal forming tool during a forming process.

Vorzugsweise wird eine zeitliche Verschiebung des Ist-Kraftschwerpunkt mit einer erwarteten zeitlichen Verschiebung zum Bestimmen der Abweichung verglichen. Durch den Verlauf des Kraftschwerpunkts beim Umformvorgang ist ebenfalls das Zusammenwirken der Werkzeugteile mit dem zu verformenden Blech nachvollziehbar. Durch einen Vergleich des Ist-Verlaufs mit dem erwarteten Verlauf, wie oben stehend bereits erwähnt, ist somit ebenfalls feststellbar, inwieweit das Umformverfahren von dem erwarteten Umformverfahren abweicht. Entsprechend wird bevorzugt in Abhängigkeit der Abweichung von dem Ist-Verlauf zu dem erwarteten Verlauf die Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung und/oder für zumindest eines der Werkzeugteile ermittelt.Preferably, a temporal shift in the actual center of force is compared with an expected temporal shift to determine the deviation. The interaction of the tool parts with the sheet metal to be formed can also be traced through the course of the center of force during the forming process. By comparing the actual course with the expected course, as already mentioned above, it can also be determined to what extent the forming process deviates from the expected forming process. Accordingly, the change specification for the adjusting device and/or for at least one of the tool parts is preferably determined depending on the deviation from the actual course to the expected course.

Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vielzahl von Sensoren in wenigstens zwei Sensoren-Cluster aufgeteilt werden, und dass die von den Sensoren-Cluster jeweils erfassten Kräfte clusterweise ausgewertet werden. Dadurch wird für jeden Sensoren-Cluster ein Ist-Kraftschwerpunkt ermittelt, der mit einem dem jeweiligen Cluster zugeordneten erwarteten Kraftschwerpunkt verglichen wird. Dabei wird insbesondere der Ort und/oder die Verlagerung des Ist-Kraftschwerpunkts während des Umformvorgangs mit dem erwarteten Ort und/oder der erwarteten Verlagerung verglichen, wie oben stehend beschrieben. Es wird somit für jedes Cluster ein Ist-Clusterkraftschwerpunkt ermittelt und mit jeweils einem erwarteten ClusterKraftschwerpunkt verglichen, sodass für jeden Sensoren-Cluster jeweils zumindest eine Änderungsvorgabe bestimmt wird, in Abhängigkeit der jeweils ermittelten Abweichung.Furthermore, it is preferably provided that the large number of sensors are divided into at least two sensor clusters, and that the forces detected by the sensor clusters are evaluated cluster by cluster. As a result, an actual center of force is determined for each sensor cluster, which is compared with an expected center of force assigned to the respective cluster. In particular, the location and/or the displacement of the actual center of force during the forming process is compared with the expected location and/or the expected displacement, as described above. An actual cluster force center of gravity is therefore determined for each cluster and compared with an expected cluster force center of gravity, so that at least one change specification is determined for each sensor cluster, depending on the deviation determined in each case.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird für jedes Cluster ein Ist-Clusterkraftwert ermittelt, insbesondere in dem die von den Sensoren des Clusters erfassten Kraftwerte aufsummiert werden, und dass die Clusterkraftwerte der Sensoren-Cluster zur Bestimmung des Kraftschwerpunkts miteinander verglichen werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird somit ein Kraftschwerpunkt für das Blechumformwerkzeug ermittelt, der in Abhängigkeit der Ist-Clusterkraftwerte bestimmt wird. Weist das Blechumformwerkzeug beispielsweise zwei Sensoren Cluster auf, und wird für jeden Sensoren Cluster ein Ist-Clusterwert durch Aufsummierung berechnet, so kann durch Vergleich der Clusterkraftwerte miteinander ein Kraftschwerpunkt des Blechumformwerkzeugs bestimmt werden. Dieser Kraftschwerpunkt ist dann zwar verhältnismäßig grob bestimmt, reicht jedoch aus, um eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung und/oder eines der Werkzeugteile zu bestimmen, die zu einer optimierten Kraftverteilung führt.According to an alternative embodiment of the invention, an actual cluster force value is determined for each cluster, in particular in which the force values recorded by the cluster's sensors are summed up, and the cluster force values of the sensor clusters are compared with one another to determine the center of force. According to this embodiment, a center of force for the sheet metal forming tool is determined, which is determined depending on the actual cluster force values. For example, the sheet metal forming tool has two sensor clusters, and for each Sensors cluster calculates an actual cluster value by summing it up, so a center of force of the sheet metal forming tool can be determined by comparing the cluster force values with each other. This center of force is then determined relatively roughly, but is sufficient to determine a change specification for the adjusting device and/or one of the tool parts, which leads to an optimized force distribution.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden die von den Sensoren erfassten Kräfte miteinander verglichen, wobei der Kraftschwerpunkt in Abhängigkeit von einer erfassten Kraftabweichung der Kräfte benachbarter Sensoren zueinander von einer zulässigen Kraftabweichung ermittelt wird. So werden beispielsweise die Kraftabweichungen aller Sensoren miteinander verglichen, um den Kraftschwerpunkt zu bestimmen. Das Berücksichtigen der Kraftabweichungen benachbarter Sensoren zueinander kann alternativ oder zusätzlich zu dem zuvor beschriebenen Aufsummieren von erfassten Kräften eines Sensorclusters erfolgen. Vorzugsweise werden dazu alle erfassten Kräfte mit Bezug auf Ihren Erfassungsort in ein dreidimensionales Diagramm eingetragen, sodass sich aus den erfassten Kräften eine Kraftfläche mit Erhebungen und Vertiefungen, insbesondere in der Art von Bergen und Tälern und/oder gekennzeichnet durch Höhenlinien, ergibt. Durch die Kraftabweichungen der Kräfte von benachbarten Sensoren ergeben sich unterschiedliche Steigungen an den Erhebungen und Vertiefungen beziehungsweise zwischen benachbarten Sensoren. Diese Steigungen entsprechen den Kraftabweichungen und können beispielsweise auch visuell, insbesondere auch von einem Benutzer der Blechumformvorrichtung ausgewertet werden, um einen Kraftschwerpunkt zu bestimmen und/oder um eine Änderungsvorgabe zu ermitteln.According to a preferred development of the invention, the forces detected by the sensors are compared with one another, the center of force being determined depending on a detected force deviation of the forces of adjacent sensors from one another from a permissible force deviation. For example, the force deviations of all sensors are compared with each other to determine the center of force. Taking into account the force deviations of adjacent sensors from one another can be done as an alternative or in addition to the previously described summing up of detected forces of a sensor cluster. For this purpose, all detected forces are preferably entered into a three-dimensional diagram with reference to their detection location, so that the detected forces result in a force surface with elevations and depressions, in particular in the manner of mountains and valleys and/or characterized by contour lines. The deviations in the forces from neighboring sensors result in different gradients at the elevations and depressions or between neighboring sensors. These gradients correspond to the force deviations and can, for example, also be evaluated visually, in particular by a user of the sheet metal forming device, in order to determine a center of force and/or to determine a change specification.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird eine Abbildung des Blechumformwerkzeugs bezogen auf die Bearbeitungsebene bereitgestellt und in ein Raster mit einer Vielzahl von Rasterabschnitten aufgeteilt, wobei jedem Rasterabschnitt jeweils ein Sensor zugeordnet ist, und wobei jeder Rasterabschnitt in Abhängigkeit von der von dem jeweiligen Sensor erfassten Kraft eingefärbt wird, beispielsweise in unterschiedlichen Graustufen oder Farben, und dass in Abhängigkeit der Einfärbung ein Ist-Kraftschwerpunkt und/oder eine Materialüberhöhung eines der Werkzeugteile bestimmt wird, die durch Abtragen von Material an dem betroffenen Werkzeugteil reduziert oder behoben werden soll, um das Umformergebnis zu optimieren. Durch das Einfärben der Rasterabschnitte ist eine einfache visuelle Beurteilung des Umformvorgangs und insbesondere das Erkennen von Materialüberhöhungen ermöglicht. Die Auswertung kann durch einen Benutzer vorgenommen werden oder bevorzugt durch ein Auswertungssystem, dass die Einfärbung der Rasterabschnitte erfasst und in Abhängigkeit der Einfärbungen den jeweiligen Ist-Kraftschwerpunkt und/oder Materialüberhöhungen erkennt.According to a preferred development of the invention, an image of the sheet metal forming tool is provided in relation to the processing plane and divided into a grid with a plurality of grid sections, each grid section being assigned a sensor, and each grid section depending on the force detected by the respective sensor is colored, for example in different gray levels or colors, and that depending on the coloring, an actual center of force and / or a material elevation of one of the tool parts is determined, which is to be reduced or eliminated by removing material from the affected tool part in order to achieve the forming result optimize. Coloring the grid sections enables a simple visual assessment of the forming process and, in particular, the recognition of material elevations. The evaluation can be carried out by a user or preferably by an evaluation system that records the coloring of the grid sections and, depending on the coloring, recognizes the respective actual center of force and/or material elevations.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Änderungsvorgabe mittels eines Prozessmodells bestimmt. Das Prozessmodell umfasst insbesondere die bekannten, wirkenden Zusammenhänge zwischen der Form der Werkzeugteile und dem zu formenden Blechteil, die beispielsweise durch Simulationen und/oder Experimente erarbeitet werden können. So wird beispielsweise ein Versuchsplan abgearbeitet und im Anschluss daran mittels Regression ein Funktionalzusammenhang (Prozessmodell) abgeleitet.According to a preferred development of the invention, the change specification is determined using a process model. The process model includes in particular the known, effective relationships between the shape of the tool parts and the sheet metal part to be formed, which can be developed, for example, through simulations and/or experiments. For example, a test plan is processed and then a functional relationship (process model) is derived using regression.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird alternativ oder zusätzlich die Änderungsvorgabe mittels einer Zufallsfunktion bestimmt. Beispielsweise durch eine Trial-And-Error-Strategie (unter Zuhilfenahme von Zufallsparametern oder Funktionen) wird eine Anpassung für die Stelleinrichtung und/oder eines der Werkzeugteile vorgegeben und bei einem nachfolgenden Umformvorgang geprüft. Hierdurch ist eine Anpassung des Blechumformwerkzeugs in Richtung einer homogeneren Kraftverteilung in kleinen Schritten erreichbar. Der Vorteil in dieser Methode liegt daran, dass auf ein Vorwissen vollständig verzichtet werden kann. Insbesondere kann auf eine aufwändige Simulation oder Berechnung der Kräfteverhältnisse verzichtet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the change specification is alternatively or additionally determined using a random function. For example, using a trial-and-error strategy (with the help of random parameters or functions), an adjustment for the adjusting device and/or one of the tool parts is specified and checked during a subsequent forming process. This makes it possible to adapt the sheet metal forming tool in the direction of a more homogeneous force distribution in small steps. The advantage of this method is that no prior knowledge is required. In particular, a complex simulation or calculation of the balance of forces can be dispensed with.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird bevorzugt die Änderungsvorgabe alternativ oder zusätzlich mittels eines neuronalen Netzwerks oder einer künstlichen Intelligenz bestimmt. Unter Berücksichtigung bereits ermittelter beziehungsweise bekannter Zusammenhänge aus anderen, insbesondere geometrisch ähnlichen Blechumformwerkzeugen oder Werkzeugteilen, werden mithilfe eines neuronalen Netznetzwerks vorteilhafte Änderungsvorgaben insbesondere für die Stelleinrichtung bestimmt. Dazu wird das neuronale Netzwerk bevorzugt mit Trainingsdaten mittels Maschinenlernen trainiert, wobei erfasste Kraftschwerpunkte, Abweichungen und Änderungsvorgaben, insbesondere von den geometrisch ähnlichen Werkzeugen, als Trainingsdaten eingesetzt werden, um das neuronale Netzwerk zu trainieren.According to a further embodiment of the invention, the change specification is preferably determined alternatively or additionally by means of a neural network or artificial intelligence. Taking into account already determined or known relationships from other, in particular geometrically similar, sheet metal forming tools or tool parts, advantageous change specifications are determined, in particular for the adjusting device, using a neural network network. For this purpose, the neural network is preferably trained with training data using machine learning, with recorded force centers, deviations and change specifications, in particular from the geometrically similar tools, being used as training data to train the neural network.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen

1A und B ein vorteilhaftes Blechumformwerkzeug in einer vereinfachten perspektivischen und geschnittenen Darstellung,
2 eine Draufsicht auf ein Werkzeugteil des Blechumformwerkzeugs von 1,
3 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines vorteilhaften Verfahrens zum Betreiben des Blechumformwerkzeugs,
4 ein weiteres Verfahren zum Betreiben des Blechumformwerkzeugs,
5A und B Draufsichten auf das Werkzeugteil zur Darstellung weiterer Betriebsverfahren und
6 ein weiteres Diagramm zur Erläuterung einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens.

The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing. Show this

1A and B an advantageous sheet metal forming tool in a simplified perspective and sectional view,
2 a top view of a tool part of the sheet metal forming tool 1 ,
3 a flowchart to explain an advantageous method for operating the sheet metal forming tool,
4 another method for operating the sheet metal forming tool,
5A and B top views of the tool part to show further operating procedures and
6 another diagram to explain an advantageous development of the method.

1A zeigt in einer vereinfachten perspektivischen Darstellung ein vorteilhaftes Blechumformwerkzeug 1, dass zwei einander gegenüberliegend angeordnete Werkzeugteile 2, 3 aufweist. Die Werkzeugteile 2, 3 sind derart verlagerbar angeordnet, dass sie aufeinander zu und voneinander wegbewegt werden können, gemäß dem in 1 gezeigten Pfeil 4. Die Werkzeugteile 2, 3, oder wie vorliegend gezeigt nur oder zumindest eines der Werkzeugteile, vorliegend das Werkzeugteil 2, weisen an ihren einander zugewandten Werkzeugseiten jeweils dreidimensional geformte Kontaktflächen beziehungsweise Werkzeugseiten auf, die insbesondere miteinander korrespondierend ausgebildet sind (in 1 nicht sichtbar). 1 B zeigt dasselbe Blechumformwerkzeug 1 in einer vereinfachten Schnittdarstellung. 1A shows a simplified perspective view of an advantageous sheet metal forming tool 1 that has two tool parts 2, 3 arranged opposite one another. The tool parts 2, 3 are displaceably arranged in such a way that they can be moved towards and away from one another, according to FIG 1 arrow 4 shown. The tool parts 2, 3, or as shown here only or at least one of the tool parts, in the present case the tool part 2, each have three-dimensionally shaped contact surfaces or tool sides on their mutually facing tool sides, which are in particular designed to correspond to one another (in 1 not visible). 1 B shows the same sheet metal forming tool 1 in a simplified sectional view.

Zwischen den beiden Werkzeugteilen 2, 3 ist ein insbesondere ebenes Blechteil 5 anordenbar, das in 1A nur durch seine Außenkontur skizziert und ansonsten durchsichtig gezeichnet ist. Werden die beiden Werkzeugteile 2, 3 aufeinander zu bewegt, wird das Blechteil 5 zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 verpresst und verformt. Dabei wird das Blechteil 5 in die durch die Werkzeugseiten vorgegebene Form gebracht. Um sicherzustellen, dass das Blechteil 5 während des Umformprozesses fest zwischen den beiden Werkzeugteilen 2, 3 verbleibt, und damit der Umformvorgang zu dem gewünschten Ergebnis führt, ist das Blechteil 5 zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 mithilfe einer Blechhaltereinrichtung 6 haltbar beziehungsweise gehalten. Die Blechhaltereinrichtung 6 weist mehrere Stelleinrichtungen 7 auf, die über den Außenrand der Werkzeugteile 2, 5 verteilt angeordnet sind und dazu dienen, das umzuformende Blechteil 5 durch Klemmung zu arretieren. Dabei weisen die Stelleinrichtungen 7 beispielsweise ein Klemmelement 8 auf, durch welches das Blechteil 5 zwischen dem Klemmelement 8 und dem oberen Werkzeugteil 2 an seinem Außenrand festklemmbar ist. Das Klemmelement 8 ist bevorzugt entweder durch einen ansteuerbaren Aktuator 15, insbesondere ein elektromotorischer, elektromagnetischer, pneumatischer oder hydraulischer Aktuator 15,in seiner Position zur Anpassung der Klemmkraft verstellbar und/oder durch Hinzufügen und Entfernen von Distanzelementen der jeweiligen Stelleinrichtung 7.A particularly flat sheet metal part 5 can be arranged between the two tool parts 2, 3, which in 1A is only outlined by its outer contour and is otherwise drawn transparently. If the two tool parts 2, 3 are moved towards each other, the sheet metal part 5 is pressed and deformed between the tool parts 2, 3. The sheet metal part 5 is brought into the shape specified by the tool sides. In order to ensure that the sheet metal part 5 remains firmly between the two tool parts 2, 3 during the forming process, and so that the forming process leads to the desired result, the sheet metal part 5 is preserved or held between the tool parts 2, 3 using a sheet metal holder device 6. The sheet metal holder device 6 has a plurality of adjusting devices 7, which are arranged distributed over the outer edge of the tool parts 2, 5 and serve to lock the sheet metal part 5 to be formed by clamping. The adjusting devices 7 have, for example, a clamping element 8, through which the sheet metal part 5 can be clamped on its outer edge between the clamping element 8 and the upper tool part 2. The clamping element 8 is preferably adjustable in its position to adjust the clamping force either by a controllable actuator 15, in particular an electromotive, electromagnetic, pneumatic or hydraulic actuator 15, and/or by adding and removing spacer elements of the respective adjusting device 7.

Die beiden Werkzeugteile 2,3 sind vorliegend jeweils mehrteilig ausgebildet. So weist das Werkzeugteil 2 eine die formgebende Werkzeugseite bildende Matrize 16 und einen der Matrize 16 zugeordneten Pressstößel 17 auf, der zur Durchführung eines Umformvorgangs mit einer Kraft beaufschlagbar ist und diese gleichmäßig auf die Matrize 16 weiterleitet. Das Werkzeugteil 3 weist einen der Matrize 16 gegenüberliegenden Stempel 18 auf, der optional ebenfalls oder alternativ eine formgebende dreidimensional geformte Werkzeugseite aufweist. Dem Stempel 18 ist ein Presstisch 19 zugeordnete, auf welchem sich der Stempel 18 abstützt, wenn der Pressstößel 17 die Matrize gegen den Stempel 18 drückt.The two tool parts 2,3 are each designed in several parts. Thus, the tool part 2 has a die 16 forming the shaping tool side and a press ram 17 assigned to the die 16, which can be acted upon by a force to carry out a forming process and transmits this force evenly to the die 16. The tool part 3 has a punch 18 opposite the die 16, which optionally also or alternatively has a shaping three-dimensionally shaped tool side. The stamp 18 is assigned a press table 19, on which the stamp 18 is supported when the press ram 17 presses the die against the stamp 18.

Weiterhin weist das Blechumformwerkzeug 1 eine Sensoreinrichtung 9 auf, die eine Vielzahl von matrixförmig nebeneinander angeordneten Sensoren 10 aufweist. Die Sensoren 10 sind als Kraftsensoren ausgebildet, die im Wesentlichen senkrecht zur Matrix-Ebene wirken, um die zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 wirkenden Druckkräfte, beim Umformvorgang zu erfassen. Optional sind mehrere Sensoreinrichtungen 9 vorhanden, beispielsweise eine zwischen dem Blechteil 5 und dem Werkzeugteil 2 und eine weitere zwischen dem Blechteil 5 und dem Werkzeugteil 3. Zum Erfassen einer Kraftverteilung müssen die Sensoren 10 nicht direkt zwischen Werkzeugteil 2 oder 3 und Blechteil 5 liegen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel liegt eine Sensoreinrichtung 9 bevorzugt zwischen der Matrize 16 und dem Pressstößel 17, wie in 1 B gezeigt. In 1 A ist der Pressstößel 17 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht gezeigt. Vorzugsweise ist diese Sensoreinrichtung 9 die einzige Sensoreinrichtung dieser Art in dem Blechumformwerkzeug 1. Alternativ oder zusätzlich liegt eine Sensoreinrichtung 9 vorzugsweise zwischen dem Stempel 18 und dem Pressentisch 19. Steuergerät 11 des Blechumformwerkzeugs 1 ist dazu ausgebildet, die Sensordaten der Sensoreinrichtung 9 beziehungsweise die von den Sensoren 10 erfassten Kräfte zu erfassen und auszuwerten.Furthermore, the sheet metal forming tool 1 has a sensor device 9, which has a plurality of sensors 10 arranged next to one another in a matrix. The sensors 10 are designed as force sensors that act essentially perpendicular to the matrix plane in order to detect the compressive forces acting between the tool parts 2, 3 during the forming process. Optionally, several sensor devices 9 are present, for example one between the sheet metal part 5 and the tool part 2 and another between the sheet metal part 5 and the tool part 3. To detect a force distribution, the sensors 10 do not have to lie directly between the tool part 2 or 3 and the sheet metal part 5. According to the present exemplary embodiment, a sensor device 9 is preferably located between the die 16 and the press ram 17, as in 1 B shown. In 1A the press ram 17 is not shown for reasons of clarity. Preferably, this sensor device 9 is the only sensor device of this type in the sheet metal forming tool 1. Alternatively or additionally, a sensor device 9 is preferably located between the stamp 18 and the press table 19. Control unit 11 of the sheet metal forming tool 1 is designed to receive the sensor data of the sensor device 9 or that of the Sensors 10 to record and evaluate detected forces.

2 zeigt eine vereinfachte Draufsicht auf das untere Werkzeugteil 3, wobei zur besseren Übersichtlichkeit die Sensoreinrichtung 9 nicht dargestellt ist. Wenn die beiden Werkzeugteile 2, 3 aufeinander zu bewegt werden, um das Blechteil 5 umzuformen, so werden von den Sensoren 10 Druckkräfte erfasst, die unterschiedlich hoch sind und zu unterschiedlichen Zeitpunkten auftreten. Um einen vorteilhafte Auswertung der Druckkräfte zu ermöglichen, wird das im Folgenden beschriebene und durch das Steuergerät 11 durchgeführte Verfahren vorgeschlagen. 2 shows a simplified top view of the lower tool part 3, with the sensor device 9 not being shown for better clarity. When the two tool parts 2, 3 are moved towards each other in order to reshape the sheet metal part 5, the sensors 10 detect pressure forces that are of different magnitudes and occur at different times. In order to enable an advantageous evaluation of the pressure forces, the method described below and carried out by the control device 11 is proposed.

Die erfassten Druckkräfte werden dahingehend ausgewertet, dass ein Ist-Kraftschwerpunkt ermittelt wird. Der Ist-Kraftschwerpunkt zeichnet sich dadurch aus, dass sich die Kräfte in ihrer Intensität auf seinen Bereich konzentrieren, beispielsweise da, wo die Werkzeugteile 2, 3 zuerst aufeinandertreffen oder die höchsten Verformkräfte auftreten. Dieser Ist-Kraftschwerpunkt kann durch den Kraftwert eines Drucksensors oder durch mehrere in diesem Bereich liegende Kraftsensoren erfasst oder bestimmt werden.The recorded pressure forces are evaluated to determine an actual center of force. The actual center of force is characterized by the fact that the intensity of the forces is concentrated in its area, for example where the tool parts 2, 3 first meet each other or where the highest deformation forces occur. This actual center of force can be detected or determined by the force value of a pressure sensor or by several force sensors located in this area.

Aufgrund des Umformprozesses kann der Ist-Kraftschwerpunkt jedoch auch wandern. In 2 ist hierzu eingezeichnet, wie ein Ist-Kraftschwerpunkt K1 an einer ersten Stelle, in etwa mittig in Bezug auf das Blechteil 5 oder Blechumformwerkzeug 1 beginnt, dann gemäß einem Pfeil 12 zunächst zur Seite wandert, und vor Beendigung des Druckvorgangs gemäß Pfeil 13 zurückwandert, um nahe zu dem Ausgangspunkt am Ende des Umformprozesses zu liegen. However, due to the forming process, the actual center of force can also move. In 2 For this purpose, it is shown how an actual center of force K1 begins at a first point, approximately in the middle with respect to the sheet metal part 5 or sheet metal forming tool 1, then initially moves to the side according to an arrow 12, and before the end of the printing process moves back according to arrow 13 to be close to the starting point at the end of the forming process.

Um eine (In-)Homogenität der Kraftverteilung während eines Umformvorgangs zu erfassen, wird bislang auf das Verdrängen von Tuschierfarbe in der Teilebene des Werkzeugs zurückgegriffen. Das Auswerten der verdrängten Tuschierfarbe kann von einem Bearbeiter oder durch Kamerasysteme erfolgen. Nachteilig dabei ist jedoch, dass nur ein einzelner Prozesszustand, zeitlich gesehen, beurteilt werden kann. Noch dazu ist eine quantitative Aussage über die herrschenden Kräfte nicht möglich.In order to detect (in)homogeneity of the force distribution during a forming process, the displacement of ink in the partial plane of the tool has so far been resorted to. The displaced ink can be evaluated by an editor or by camera systems. The disadvantage, however, is that only a single process state can be assessed over time. Furthermore, a quantitative statement about the ruling forces is not possible.

Mithilfe der vorteilhaften Sensoreinrichtung 9 ist nunmehr eine detaillierte und auch zeitlich dargestellte Fassung der Kräfte während des Umformvorgangs möglich. Durch die Erfassung der wirkenden Kraftverteilung in der willigen Messebene der Sensoreinrichtung 9, , wird der Kraftschwerpunkt K bestimmt. Bei symmetrischen Werkzeugteilen 2,3 würde eine homogene Kraftverteilung dazu führen, dass der Kraftschwerpunkt zentral beziehungsweise mittig in Bezug auf das Blechteil 5 in der Draufsicht in 2 liegen würde. Tatsächlich kann die Lage des Kraftschwerpunkts auch über die Zeit exzentrisch sein wie oben bereits beschrieben, wobei mittels einer FE-Simulation im Rahmen der Methodenplanung vergleichsweise gut die ideale Lage das Kraftschwerpunkts im Falle einer homogenen Kraftverteilung ermittelt werden kann.With the help of the advantageous sensor device 9, a detailed and also temporal representation of the forces during the forming process is now possible. The center of force K is determined by detecting the effective force distribution in the willing measuring plane of the sensor device 9, . In the case of symmetrical tool parts 2, 3, a homogeneous distribution of force would result in the center of force being central or in the middle in relation to the sheet metal part 5 in the top view 2 would lie. In fact, the position of the center of force can also be eccentric over time, as already described above, although the ideal position of the center of force in the case of a homogeneous force distribution can be determined comparatively well using an FE simulation as part of method planning.

Zur Beurteilung des Umformprozesses ist daher vorliegend vorgesehen, den mittels der Sensoreinrichtung 9 erfassten Ist-Kraftschwerpunkt K1 mit dem beispielsweise durch die Simulation bestimmten erwarteten Kraftschwerpunkt zu vergleichen. Dabei wird ein rein örtlicher Vergleich und/oder ein zeitlicher Vergleich des Verlaufs beziehungsweise des Wegs des Kraftschwerpunkts K1 mit dem erwarteten Kraftschwerpunkt durchgeführt. Durch den Vergleich der tatsächlichen mit der idealen Lage, also des Ist-Kraftschwerpunkts mit dem erwarteten Kraftschwerpunkt, und durch die Bewertung der Höhe dieser Abweichung, wird ein Maß für die Gleichmäßigkeit oder Ungleichmäßigkeit der Kraftverteilung in dem Blechumformwerkzeug 1 bestimmt. Aus diesem Maß wird vorteilhafterweise eine Änderungsvorgabe für die Blechhaltereinrichtung 6 und/oder für zumindest eines der Werkzeugteile 2,3 generiert, die zu einer Homogenisierung der Kraftverteilung führt, wie im folgenden näher beschrieben wird.In order to assess the forming process, it is therefore provided in the present case to compare the actual center of force K1 detected by the sensor device 9 with the expected center of force determined, for example, by the simulation. A purely local comparison and/or a temporal comparison of the course or the path of the center of force K1 with the expected center of force is carried out. By comparing the actual with the ideal position, i.e. the actual center of force with the expected center of force, and by evaluating the amount of this deviation, a measure of the uniformity or non-uniformity of the force distribution in the sheet metal forming tool 1 is determined. From this dimension, a change specification for the sheet metal holder device 6 and/or for at least one of the tool parts 2, 3 is advantageously generated, which leads to a homogenization of the force distribution, as will be described in more detail below.

In 3 ist ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben der Blechumformeinrichtung 1 anhand eines Flussdiagramms beispielhaft erläutert. Das Verfahren beginnt mit der Inbetriebnahme des Blechumformwerkzeugs 1 in einem Schritt S1.In 3 an advantageous method for operating the sheet metal forming device 1 is explained using a flowchart as an example. The method begins with the commissioning of the sheet metal forming tool 1 in a step S1.

Im darauffolgenden Schritt S2 wird, nachdem ein Blechteil zwischen die Werkzeugteile 2, 3 gelegt wurde, das Blechumformwerkzeug dazu angesteuert, das Werkzeugteil 2 und das Werkzeugteil 3 aufeinander zu zubewegen, um das Blechteil 5 umzuformen. Dabei wird mittels der zumindest einen Sensoreinrichtung 9 die Kraftverteilung zwischen den Werkzeugteilen 2, 3 erfasst.In the subsequent step S2, after a sheet metal part has been placed between the tool parts 2, 3, the sheet metal forming tool is controlled to move the tool part 2 and the tool part 3 towards each other in order to reshape the sheet metal part 5. The force distribution between the tool parts 2, 3 is recorded by means of the at least one sensor device 9.

In einer darauffolgenden Abfrage S3 wird mithilfe des ermittelten Kraftschwerpunkts K1 und dem Vergleich mit dem erwarteten Kraftschwerpunkt festgestellt, ob die Kraftverteilung gleichmäßig oder gleichmäßig genug erfolgt. Wird festgestellt, dass keine oder eine nur kleine, zulässige Abweichung des Ist-Kraftschwerpunkts K1 zu dem erwarteten Kraftschwerpunkt vorliegt, (j), so wird der Umformprozess als erfolgreich und die Blechumformeinrichtung 1 als korrekt eingestellt bewertet, und das (Einstell-) Verfahren wird im folgenden Schritt S4 beendet.In a subsequent query S3, the determined center of force K1 and the comparison with the expected center of force are used to determine whether the force distribution is uniform or uniform enough. If it is determined that there is no or only a small permissible deviation of the actual center of force K1 from the expected center of force, (j), then the forming process is assessed as successful and the sheet metal forming device 1 is assessed as correctly set, and the (adjustment) procedure is ended in the following step S4.

Wird jedoch festgestellt, dass die Abweichung über einen beispielsweise vorgegebenen Toleranzwert hinaus geht (n), so wird in einem folgenden Schritt S5 ermittelt, wie die Kraftverteilung optimiert, insbesondere homogener werden kann. Hierzu wird eine Änderungsvorgabe ermittelt, die insbesondere eines der Werkzeugteile 2, 3 betrifft. Um den Umformvorgang zu optimieren, wird durch eine Änderungsvorgabe zum Reduzieren oder Erhöhen der Klemmkräfte, beispielsweise durch Abtragen von Material an dem Werkzeugteil 2 und/oder an dem Werkzeugteil 3 die Kraftverteilung beeinflusst, die beim Umformen auf das Blechteil wirkt. So wird vorzugsweise in Abhängigkeit von den erfassten Kräften ermittelt, wo eine Materialüberhöhung auf einer der Werkzeugseiten beziehungsweise auf einer der Wirkflächen der Werkzeugteile 2,3 vorhanden ist, die zu einer ungewollten Verschiebung des Kraftschwerpunkts geführt hat und durch Materialabtrag reduziert werden kann.However, if it is determined that the deviation goes beyond a predetermined tolerance value (n), for example, then in a following step S5 it is determined how the force distribution can be optimized, in particular more homogeneous. For this purpose, a change specification is determined, which particularly affects one of the tool parts 2, 3. In order to optimize the forming process, the force distribution that acts on the sheet metal part during forming is influenced by a change specification for reducing or increasing the clamping forces, for example by removing material from the tool part 2 and/or from the tool part 3. Depending on the forces detected, it is preferably determined where there is a material increase on one of the tool sides or on one of the active surfaces of the tool parts 2, 3, which leads to an unwanted displacement of the center of force and can be reduced by material removal.

Die bestimmte Änderungsvorgaben wird vorzugsweise als Anweisung an einen Bearbeiter ausgegeben, der dann manuell zumindest eines der Werkzeugteile 2, 3 bearbeitet, um insbesondere die erfasste Materialüberhöhung abzutragen. Alternativ wird die Änderungsvorgabe bevorzugt automatisiert umgesetzt. Dazu weist das Blechumformwerkzeug insbesondere ein Bearbeitungswerkzeug, insbesondere einen Bearbeitungs-, vorzugsweise einen Fräs- oder Schleifroboter auf, das bei Bedarf zwischen die Werkzeugteile 2, 3 fährt, um die Werkzeugseiten insbesondere durch Materialabtrag zu bearbeiten. Somit ist eine Änderungsvorgabe automatisiert an zumindest einem, vorzugsweise an beiden Werkzeugteilen 2,3 umsetzbar.The specific change specifications are preferably issued as instructions to a processor, who then manually processes at least one of the tool parts 2, 3, in particular in order to remove the detected material increase. Alternatively, the change specification is preferably implemented automatically. For this purpose, the sheet metal forming tool has in particular a processing tool, in particular a processing, preferably a milling or grinding robot, which moves between the tool parts 2, 3 if necessary in order to process the tool sides, in particular by removing material. A change specification can therefore be implemented automatically on at least one, preferably on both, tool parts 2, 3.

In jedem Fall wird im folgenden Schritt S6 das Blechumformwerkzeug 1 geöffnet, in dem die Werkzeugteile 2, 3 voneinander wegbewegt werden, sodass eine Anpassung der insbesondere zumindest eines der Werkzeugteile 2, 3 erfolgen kann. Anschließend wird das Verfahren im Schritt S2 weitergeführt und beim folgenden Umformvorgang das Ergebnis der Anpassung mittels der Sensoreinrichtung 9 überprüft. Wenn die dann erfasste Abweichung innerhalb zulässiger Werte bleicht, wird das umgeformte Blechteil als Gutteil markiert und der Umformvorgang mit weiteren Blechteilen vorgenommen. Sobald die Abweichung den Toleranzwert überschreitet, wird ein Blechteil als Schlechtteil markiert und eine weitere Änderungsvorgabe bestimmt.In any case, in the following step S6, the sheet metal forming tool 1 is opened, in which the tool parts 2, 3 are moved away from each other, so that at least one of the tool parts 2, 3 in particular can be adjusted. The method is then continued in step S2 and the result of the adjustment is checked using the sensor device 9 during the following forming process. If the deviation then recorded is within permissible values, the formed sheet metal part is marked as a good part and the forming process is carried out with further sheet metal parts. As soon as the deviation exceeds the tolerance value, a sheet metal part is marked as a bad part and a further change specification is determined.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens, wobei bereits bekannte Schritte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und insofern auf die obenstehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden. 3 shows a further exemplary embodiment of the method, where already known steps are provided with the same reference numerals and in this respect reference is made to the description above. In the following, only the differences will be discussed.

Im Unterschied zu dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel wird vor dem Schritt S5, also bevor eine Änderungsvorgabe für eines der Werkzeugteile 2, 3 ermittelt wird, eine Anpassung beziehungsweise eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung 6 ermittelt. Dazu wird in einem Schritt S7 eine Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung 6 bestimmt, die die Blechhalterdistanzen der Blechhaltereinrichtung, mittels welcher Klemmkräfte einstellbar sind, betrifft. Eine Veränderung der Blechhalterdistanz verändert somit die Kraftverteilung in dem Blechteil 5 und somit auch in der Messebene der jeweiligen Sensoreinrichtungen 9. Insbesondere wird die Änderungsvorgabe derart bestimmt, dass die Blechhalterdistanzen sukzessive geändert werden, um die Kraftverteilung zu homogenisieren. Mittels den Blechhalterdistanzen ist Spalt zwischen dem oberen Werkzeugteil 2,3 und dem Klemmelement 8 mikrometergenau einstellbar, was in der unmittelbaren Umgebung mit einer Anpassung der dort wirkenden Flächenpressen beziehungsweise der Kraftverteilung in der Teilebene einhergeht.In contrast to the previous exemplary embodiment, an adjustment or a change specification for the adjusting device 6 is determined before step S5, i.e. before a change specification for one of the tool parts 2, 3 is determined. For this purpose, in a step S7, a change specification for the adjusting device 6 is determined, which relates to the sheet metal holder distances of the sheet metal holder device, by means of which clamping forces can be adjusted. A change in the sheet metal holder distance thus changes the force distribution in the sheet metal part 5 and thus also in the measuring plane of the respective sensor devices 9. In particular, the change specification is determined in such a way that the sheet metal holder distances are successively changed in order to homogenize the force distribution. By means of the sheet metal holder distances, the gap between the upper tool part 2, 3 and the clamping element 8 can be adjusted with micrometer precision, which is accompanied by an adjustment of the surface pressures acting there or the force distribution in the partial plane in the immediate surroundings.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind die Blechhalterdistanzen der jeweiligen Stelleinrichtung 7 mittels Distanzelemente die Hinzugefügt oder entfernt werden, insbesondere durch einen Bearbeiter, der die Änderungsvorgabe umsetzt, einstellbar. Alternativ wird die Änderungsvorgabe automatisch umgesetzt. Dazu ist beispielsweise Stelleinrichtung 6 als ansteuerbare Stelleinrichtung mit einem oder mehreren Aktuatoren gebildet, mittels welcher die Klemmkraft durch Verlagern des jeweiligen Klemmelements 8 anpassbar ist.According to one exemplary embodiment, the sheet metal holder distances of the respective adjusting device 7 can be adjusted by means of spacer elements that are added or removed, in particular by an editor who implements the change specification. Alternatively, the change specification is implemented automatically. For this purpose, for example, the adjusting device 6 is formed as a controllable adjusting device with one or more actuators, by means of which the clamping force can be adjusted by displacing the respective clamping element 8.

Nach jeder Veränderung wird ein Umformvorgang durchgeführt und in einem Schritt S8 die Kraftverteilung erneut geprüft. Ist die Kraftverteilung nun ausreichend homogen, die ermittelte Abweichung also ausreichend klein (j), so wird das Verfahren in einem Schritt S4 beendet. Andernfalls (n) wird das Verfahren mit den Schritten S5 von S6, wie oben stehend beschrieben, fortgeführt, indem Änderungsvorgaben für zumindest eines der Werkzeugteile 2, 3 bestimmt werden.After each change, a forming process is carried out and the force distribution is checked again in a step S8. If the force distribution is now sufficiently homogeneous, i.e. the determined deviation is sufficiently small (j), the method is ended in a step S4. Otherwise (n), the method continues with steps S5 of S6, as described above, by determining change specifications for at least one of the tool parts 2, 3.

Vorzugsweise wird der Zusammenhang zwischen der Veränderung der Blechhalterdistanz beziehungsweise der Änderungsvorgabe für die Stelleinrichtung 6 und der Anpassung der Kraftverteilung prozessmodellbasiert, chaotisch oder unter Berücksichtigung von Vorwissen aus anderen Werkzeugen bestimmt.Preferably, the relationship between the change in the blank holder distance or the change specification for the adjusting device 6 and the adjustment of the force distribution is determined based on the process model, chaotically or taking into account previous knowledge from other tools.

Bei dem prozessmodellbasierten Ansatz wird für eine gezielte Änderungsvorgabe die wirkenden Zusammenhänge zu Werkzeugteilen 2, 3, dem Blechteil 5 und der Blechhaltereinrichtung 6 durch eine Simulation und/oder Experimente ermittelt. Dazu wird beispielsweise ein Versuchsplan abgearbeitet und im Anschluss daran mittels Regression ein funktionaler Zusammenhang, also das Prozessmodell, abgeleitet.In the process model-based approach, the effective relationships to tool parts 2, 3, the sheet metal part 5 and the sheet metal holder device 6 are determined by simulation and/or experiments for a targeted change specification. For this purpose, for example, an experimental plan is processed and then a functional relationship, i.e. the process model, is derived using regression.

Bei dem chaotischen Ansatz wird durch eine Trial-And-Error-Strategie durch minimale sukzessive Änderungen an der Blechhaltereinrichtung 6 eine Anpassung in Richtung einer homogeneren Kraftverteilung vorgenommen. Hierbei kann auf Vorwissen insgesamt verzichtet werden.In the chaotic approach, an adjustment is made in the direction of a more homogeneous force distribution using a trial-and-error strategy through minimal successive changes to the sheet metal holder device 6. Here, prior knowledge can be dispensed with altogether.

Bei dem Ansatz, bei welchem das Vorwissen aus anderen Werkzeugen genutzt wird, insbesondere mit Hilfe einer künstlichen Intelligenz, vorzugsweise mit einem neuronalen Netzwerk, das die ermittelten Zusammenhänge aus anderen, geometrisch insbesondere ähnlichen Werkzeugen nutzt beziehungsweise mit Trainingsdaten aus diesen geometrisch, insbesondere ähnlichen Werkzeugen, trainiert wurde, um die Blechhalterdistanzen beziehungsweise die Klemmkräfte anzupassen.In the approach in which the prior knowledge from other tools is used, in particular with the help of artificial intelligence, preferably with a neural network, which uses the determined relationships from other, in particular geometrically similar tools or geometries them with training data from these ric, especially similar tools, in order to adapt the blank holder distances or the clamping forces.

Für den Fall, dass das Anpassen beziehungsweise die Änderungsvorgabe für die Blechhaltereinrichtung 6 noch keine zufriedenstellende Homogenität der Kraftverteilung gewährleistet, wird eine Anpassungsänderung für eine mechanische Anpassung der ? Wirkflächen, also der Werkzeugseiten der Werkzeugteile 2, 3 vorgeschlagen, wie obenstehend bereits beschrieben. Vorzugsweise erfolgt die Ermittlung der überarbeitungswürdigen beziehungsweise der zu bearbeitenden Bereiche der Werkzeugteile anhand der mittels der jeweiligen Sensoreinrichtung 9 gemessenen Kraftverteilung. Dabei wird die gemessene Kraftverteilung vorzugsweise auf eine Kraftverteilung umgerechnet, die in der Ebene des Umformwerkzeugs liegt. Hierzu wird insbesondere eine Übertragungsmatrix eingesetzt, die eine rechentechnische Transformation der einzelnen Messwerte erlaubt. Diese Übertragungsmatrix kann durch eine gute Diskretisierung der Wirk- und Messebene sowie einer hinreichend genauen FE-Simulation des Blechumformwerkzeugs 1 und des Umformprozesses erarbeitet werden. Vorzugsweise wird ein hinreichend exaktes Steifigkeitsmodell des Blechumformwerkzeugs 1 erarbeitet, mittels dessen die Wirkung eines hypothetischen Materialabtrags an einem der Werkzeugteile auf die Reduktion der lokal wirkenden Kräfte quantifizierbar ist. Dadurch wird eine Transformation von Kraftunterschied zu Materialabtrag ermöglicht, die in Form der Änderungsvorgabe beispielsweise dem Bearbeiter und/oder einer Bearbeitungseinrichtung, wie beispielsweise dem oben genannten Fräß- oder Schleifroboter, übertragen wird.In the event that the adjustment or the change specification for the sheet metal holder device 6 does not yet guarantee satisfactory homogeneity of the force distribution, an adjustment change for a mechanical adjustment of the? Effective surfaces, i.e. the tool sides of the tool parts 2, 3, are proposed, as already described above. Preferably, the determination of the areas of the tool parts that are worth reworking or to be machined is carried out based on the force distribution measured by the respective sensor device 9. The measured force distribution is preferably converted to a force distribution that lies in the plane of the forming tool. For this purpose, a transmission matrix is used in particular, which allows a computational transformation of the individual measured values. This transfer matrix can be developed through good discretization of the effective and measuring plane as well as a sufficiently accurate FE simulation of the sheet metal forming tool 1 and the forming process. Preferably, a sufficiently precise stiffness model of the sheet metal forming tool 1 is developed, by means of which the effect of a hypothetical material removal on one of the tool parts on the reduction of the locally acting forces can be quantified. This enables a transformation of the force difference to material removal, which is transmitted in the form of the change specification, for example to the processor and/or a processing device, such as the above-mentioned milling or grinding robot.

5A und B zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, dass sich von den vorhergehenden Ausgangsbeispiel dadurch unterscheidet, dass die Sensoren 10 der Sensoreinrichtung 9 in Gruppen zusammengefasst, also geclustert werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5A werden die Sensoren in der oberen oder hinteren Hälfte in der Bildebene von 5A in erste Gruppe C1 geclustert, und die unteren oder vorderen Sensoren in eine zweite Gruppe C2. Im Unterschied dazu werden die Sensoren 10 in dem Ausführungsbeispiel von 5B in zwei Cluster C1 und C2 aufgeteilt, die nebeneinander, also links und rechts, in der Bildebene liegen. 5A and B show a further exemplary embodiment that differs from the previous initial example in that the sensors 10 of the sensor device 9 are combined in groups, i.e. clustered. According to the exemplary embodiment of 5A The sensors are in the top or back half in the image plane of 5A clustered into first group C1, and the lower or front sensors into a second group C2. In contrast, the sensors 10 in the exemplary embodiment of 5B divided into two clusters C1 and C2, which lie next to each other, i.e. left and right, in the image plane.

Vorteilhafterweise wird für jedes der Cluster C1, C2 jeweils ein Kraftschwerpunkt ermittelt und mit einem erwarteten Kraftschwerpunkt des jeweiligen Clusters, also einem erwarteten Clusterkraftschwerpunkt, verglichen, um eine Änderungsvorgabe zu bestimmen. Optional werden die erfassten Kräfte eines Clusters C1, C2 jeweils zusammen aufsummiert, um einen Kraftwert zu bilden. Die so ermittelten Kraftwerte der beiden Cluster, die Clusterkraftwerte, werden dann miteinander verglichen, um einen Kraftschwerpunkt des Blechumformwerkzeugs 1 zu bestimmen. Dabei wird je nach dem, wie viele Cluster eingesetzt werden, eine grobe oder eine feinere Bestimmung des Ist-Kraftschwerpunkts erzielt. In dem in 5A und 5B gezeigten Ausführungsbeispiel mit nur zwei Clustern, kann bei dieser Methode zumindest erkannt werden, ob der Kraftschwerpunkt eher vorne oder eher hinten (5A) oder eher links oder eher rechts (5B) liegt.Advantageously, a center of force is determined for each of the clusters C1, C2 and compared with an expected center of force of the respective cluster, i.e. an expected center of cluster force, in order to determine a change specification. Optionally, the recorded forces of a cluster C1, C2 are each summed together to form a force value. The force values of the two clusters determined in this way, the cluster force values, are then compared with one another in order to determine a center of force of the sheet metal forming tool 1. Depending on how many clusters are used, a rough or finer determination of the actual center of force is achieved. In the in 5A and 5B In the exemplary embodiment shown with only two clusters, with this method it can at least be recognized whether the center of force is at the front or at the back ( 5A) or more left or more right ( 5B) lies.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, in welchem die Einzelkräfte entsprechend ihrer Position in einem insbesondere dreidimensionalen Diagramm aufgetragen werden, sodass sich eine Fläche mit Erhebungen und Vertiefungen gibt, die an ein Gebirge erinnert. Auch hier werden die quantitativen Unterschiede zwischen den Bergen und Tälern beziehungsweise den erfassten Kräften insbesondere benachbarter Sensoren oder die vorhandenen Gradienten beziehungsweise Steigungen als Maß für die Gleichmäßigkeit oder Ungleichmäßigkeit der Kraftverteilung berücksichtigt. 6 shows a further exemplary embodiment in which the individual forces are plotted according to their position in a particularly three-dimensional diagram, so that there is an area with elevations and depressions that is reminiscent of a mountain. Here too, the quantitative differences between the mountains and valleys or the forces recorded, in particular by neighboring sensors, or the existing gradients or slopes are taken into account as a measure of the uniformity or non-uniformity of the force distribution.

Durch das vorteilhafte Verfahren werden insbesondere durch den Verzicht auf Tuschierfarbe Zeit- und Kostenersparnisse erzielt. Darüber hinaus wird der Einarbeitungsprozess eines Werkzeugs objektiviert und erlaubt die Einarbeitung des Blechumformwerkzeugs 1 auch durch weniger geschulte Mitarbeiter. Durch eine autonome beziehungsweise automatische Umsetzung einer Änderungsvorgabe wird außerdem der Einstellprozess deutlich beschleunigt.The advantageous process results in time and cost savings, particularly by eliminating the use of ink. In addition, the training process of a tool is objectified and allows the training of the sheet metal forming tool 1 even by less trained employees. The setting process is also significantly accelerated through autonomous or automatic implementation of a change specification.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014221550 A1 [0003]
DE 102015101326 B4 [0004]

Claims

Method for operating a sheet metal forming tool (1), which has two tool parts (2, 3) mounted movably relative to one another for forming a sheet metal part (5), a sheet metal holder device (6), by means of which the sheet metal part (5) to be formed is held on its outer edge in such a way, that it extends between the tool parts (2, 3), and has at least one sensor device (9) for detecting a force distribution during a forming process, with the sheet metal holding device (6) being assigned at least one adjusting device (7), through which a clamping force of the Sheet metal holding device (6) for holding the sheet metal part (5) is adjustable, characterized in that the sensor device (9) is designed with a plurality of force sensors (10) which are distributed next to one another in a plane perpendicular to the direction of movement of the tool parts (2,3). are arranged, and that depending on the forces detected by the sensors (10), at least one actual center of force (K1) is determined and compared with an expected center of force in order to depend on a deviation of the actual center of force (K1) from the expected center of force a change specification is specified for the adjusting device (7) and/or for at least one of the tool parts (2,3) in order to reduce the deviation.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that a temporal shift of the actual center of force (K1) is compared with an expected temporal shift to determine the deviation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the plurality of sensors (10) are divided into at least two sensor clusters (C1, C2), and that the forces detected by the sensor clusters (C1, C2) are evaluated cluster by cluster become.

Procedure according to Claim 3 , characterized in that an actual cluster force value is determined for each sensor cluster (C1, C2), in particular summed, and that the cluster force values are compared with one another to determine the actual center of force (K1).

Procedure according to Claim 3 , characterized in that an actual cluster force center of gravity is determined for each sensor cluster (C1, C2) and compared with an expected cluster force center of gravity.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the forces detected by the sensors (10) are compared with one another, and that the actual center of gravity and /or a material increase in one of the tool parts (2,3) is determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an image of the sheet metal forming tool (1) is provided and divided into a grid with a plurality of grid sections (14), each grid section (14) being assigned one of the sensors (10). is, and wherein each grid section (14) is colored depending on the force detected by the respective sensor (10), and that the respective center of force and / or material elevations of one of the tool parts (2, 3) are determined depending on the coloring.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change specification is determined using a process model.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change specification is determined using a random function.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the change specification is determined by means of a neural network.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the neural network is trained with training data by machine learning, with previously recorded actual force centers, deviations and change specifications being used as training data.

Device for operating a sheet metal forming tool (1), which has two tool parts (2, 3) mounted movably relative to one another for forming a sheet metal part (5), a sheet metal holder device (6), by means of which the sheet metal part (5) to be formed is held on its outer edge in such a way, that it extends between the tool parts (2, 3) and has at least one sensor device (9) for detecting a force distribution during a forming process, with the sheet metal holding device (6) being assigned at least one adjusting device (7), through which a Clamping force of the sheet metal holding device (6) for holding the sheet metal part (5) is adjustable, characterized in that the sensor device (9) is designed with a plurality of force sensors (10) which are arranged next to one another and distributed between the tool parts (2,3). are and that a control device (11) is present which is specially designed to carry out a method according to one of Claims 1 until 11 to carry out.

Sheet metal forming tool (1), which has two tool parts (2, 3) mounted movably relative to one another for forming a sheet metal part (5), a sheet metal holder device (6), by means of which the sheet metal part (5) to be formed is held on its outer edge in such a way that it is between extends through the tool parts (2, 3), and has at least one sensor device (9) for detecting a force distribution during a forming process, the sheet metal holding device (6) being assigned at least one adjusting device (7), through which a clamping force of the sheet metal holding device ( 6) is adjustable for holding the sheet metal part (5), characterized by a device according to Claim 12 .