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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung für ein Umformwerkzeug mittels der Bearbeitungsvorrichtung gemäß dem geltenden Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bearbeitungsvorrichtung.
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Es ist bereits bekannt, dass beispielsweise im Rahmen der Anfertigung von Presswerkzeugen nach der initialen Fräsbearbeitung weitere Geometrieänderungen an der Werkzeugoberfläche durchgeführt werden, um die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität der umgeformten Bauteile sicherzustellen. Dazu wird entweder Material von der Oberfläche entfernt oder durch additive Verfahren aufgebracht und anschließend durch Fräsen und Schleifen entfernt, bis die gewünschte Geometrie erstellt ist. Für die spanende Bearbeitung auf der Werkzeugmaschine wird das Umformwerkzeug beziehungsweise das Bauteil als Einzelteil oder als gesamtes Presswerkzeug auf die Werkzeugmaschine aufgespannt. Dabei entspricht die Position des Presswerkzeugs jedoch nicht der Position, wie diese beispielsweise in den NC-Programmen und dem CAD-Modell hinterlegt ist. Wird in diesem Zustand die spanende Bearbeitung der Werkzeugoberfläche durchgeführt, führt dies unweigerlich zu starken Abweichungen in der Geometrie der Oberfläche im Vergleich zur Soll-Geometrie.
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Hierzu ist bereits bekannt, dass das aufgespannte Presswerkzeug durch einen Taster in der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine gesucht wird. Dazu werden charakteristische Punkte auf dem Werkzeug angefahren und deren Position mit der Soll-Position verglichen. Stimmen diese nicht überein, wird durch mechanische Kraftaufbringung, beispielsweise Kurbeln, das Werkzeug verschoben. Daraufhin wird erneut die Position über die charakteristischen Punkte abgeprüft. Daraus resultiert ein zeitaufwendiger iterativer Prozess, um die vorgesehene Werkzeugposition zu erreichen und damit entstehende Formfehler in der Werkzeugoberfläche zu vermeiden.
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Die
US 2014/0257543 A1 beschreibt ein Verfahren umfassend den Empfang eines Konstruktionsoberflächendatensatzes, die Gewinnung eines Bauteiloberflächendatensatzes aus der Inspektion eines Bauteils, das Erzeugen eines modifizierten Oberflächendatensatzes in Abhängigkeit von dem Konstruktionsoberflächendatensatz und des Bauteiloberflächendatensatzes, Erzeugen eines Bearbeitungspfades in Abhängigkeit von dem modifizierten Oberflächendatensatz und Bearbeiten des Bauteils in Abhängigkeit von dem Bearbeitungspfad, um ein bearbeitetes Bauteil gemäß dem modifizierten Oberflächendatensatz zu erzeugen. Das bearbeitete Bauteil weicht dabei von dem Konstruktionsoberflächendatensatz ab.
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Die
US 2011/0295408 A1 offenbart ein Verfahren zur genauen Bestimmung einer Werkstückposition in Bezug auf ein Referenzkoordinatensystem. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Maschine mit einem Tisch und einem Maschinenkoordinatensystem, das Bestimmen der Position von drei geometrischen Referenzaspekten des Tisches. Das Bereitstellen eines Werkstücks und das Befestigen des Werkstücks auf dem Tisch. Danach werden die Positionen von drei geometrischen Aspekten des Werkstücks mit Hilfe von Photogrammetrie bestimmt und anschließend ein etwaiger Versatz zwischen den drei geometrischen Referenzaspekten des Tisches und den drei geometrischen Aspekten des Werkstücks bestimmt. Der ermittelte Versatz kann dann zur genauen Bestimmung der Position des Werkstücks in Bezug auf das Referenzkoordinatensystem verwendet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, mittels welchen verbessert ein Umformwerkzeug bearbeitet werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, ein Computerprogrammprodukt sowie eine Bearbeitungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Bearbeitungsvorrichtung für ein Umformwerkzeug mittels der Bearbeitungsvorrichtung. Es erfolgt das Erfassen des Umformwerkzeugs mittels einer optischen Erfassungseinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung. Es wird eine Ist-Position des Umformwerkzeugs in Abhängigkeit von dem erfassten Umformwerkzeug mittels einer elektronischen Recheneinrichtung der Bearbeitungsvorrichtung bestimmt. Es erfolgt das Vergleichen der Ist-Position mit einer vorgegebenen Soll-Position des Umformwerkzeugs mittels der elektronischen Recheneinrichtung und das Bestimmen einer Abweichung der Ist-Position von der Soll-Position mittels der elektronischen Recheneinrichtung.
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Insbesondere im Gegensatz zu bereits bekannten Lösungen der iterativen mechanischen Positionierung von Presswerkzeug in der Werkzeugmaschine kann erfindungsgemäß die Positionierung im virtuellen Raum durchgeführt werden. Dazu wird aus dem Vergleich der digitalisierten Werkzeugoberflächen und der Werkzeugoberflächen im CAD-Modell eine Transformationsvorschrift bestimmt beziehungsweise eine Abweichung bestimmt, auf die das CAD-Modell und die entsprechenden NC-Daten angewendet werden können.
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Insbesondere ist somit vorgeschlagen, dass während des Anfertigungsprozesses von Presswerkzeugen die Werkzeugoberflächen durch optische Messtechnik digitalisiert werden. In den digitalisierten Oberflächen und den angrenzenden Bereichen des Werkzeugs ist die Information über die tatsächliche Position der charakteristischen Punkte enthalten. Erfindungsgemäß ist nun eine Methode vorgeschlagen, in der die digitalisierte Oberfläche mit der Soll-Oberfläche des Werkzeugs durch eine Best-Fit-Positionierung verglichen wird. Durch diesen Vergleich ergibt sich eine Differenz zwischen den beiden Oberflächen. Auf Basis der Differenz beziehungsweise Abweichung kann somit überprüft werden, in welcher Position sich das Umformwerkzeug gerade befindet und beispielsweise eine entsprechende Transformationsvorschrift realisiert werden, welche dann wiederum im CAD-Modell berücksichtigt werden kann.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird auf Basis der bestimmten Abweichung eine Transformationsvorschrift bestimmt und die Transformationsvorschrift wird beim Bearbeiten des Umformwerkzeugs berücksichtigt. Beispielsweise kann bei der Transformationsvorschrift eine Abweichung mit drei translatorischen Freiheitsgraden berücksichtigt werden. Alternativ oder ergänzend kann bei der Transformationsvorschrift eine Abweichung mit drei rotatorischen Freiheitsgraden berücksichtigt werden. Insbesondere kann somit durch das Messen der Differenzen in den insgesamt sechs Freiheitsgraden eine Transformationsvorschrift bestimmt werden, womit die Positionierung des Umformwerkzeugs in den NC-Programmen und dem CAD-Modell virtuell korrigiert wird. Diese Transformationsvorschrift wird dann auf das NC-Programm und das CAD-Modell angewendet, sodass diese sich dann in der richtigen Position befinden.
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Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn auf Basis einer Ist-Position einer Wirkfläche des Umformwerkzeugs die Ist-Position bestimmt wird und auf Basis einer Soll-Position von Strukturelementen am Umformwerkzeug die Soll-Position bestimmt und verglichen werden. Beispielsweise kann die Wirkfläche eine Art Stempelfläche des Umformwerkzeugs sein. Insbesondere wird die Wirkfläche im Nachhinein bearbeitet. Es wird wiederum die Position der Wirkfläche genutzt und mit der Soll-Position von Strukturelementen, insbesondere von sogenannten Führungselementen am Umformwerkzeug verglichen. Bei den Strukturelementen handelt es sich insbesondere um außerhalb der Wirkfläche liegende Elemente, welche zum Positionieren beziehungsweise Führen des Umformwerkzeugs ausgebildet sind.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass ein bereits bearbeitetes Umformwerkzeug während des Betriebs der Bearbeitungsvorrichtung in Abhängigkeit von der Abweichung nachbearbeitet wird. Insbesondere können somit beispielsweise bei bereits bearbeitetem Umformwerkzeug noch weitere Korrekturen beziehungsweise Verbesserungen oder Veränderungen in das Umformwerkzeug eingebracht werden. Mit anderen Worten wurde ein bereits hergestelltes Umformwerkzeug nun in die Bearbeitungsvorrichtung eingelegt und kann nun nachbearbeitet werden. Auf Basis der Positionsfindung beziehungsweise der Abweichungsbestimmung kann nun auch das bereits bearbeitete Umformwerkzeug noch zuverlässig nachgearbeitet werden.
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Weiterhin vorteilhaft, wenn die Abweichung in einem rechnergestützten Konstruktionsprogramm für die Bearbeitung des Umformwerkzeugs digital berücksichtigt wird. Bei dem rechnergestützten Konstruktionsprogramm handelt es sich insbesondere um ein sogenanntes CAD (Computer-aided Design)-Programm. Hierbei kann in einem dreidimensionalen Modell wiederum das Umformwerkzeug entsprechend dargestellt werden. Insbesondere wird die Abweichung, insbesondere in Form der Transformationsvorschrift, dann im rechnergestützten Konstruktionsprogramm und dann auch im nachgelagerten NC-Programm entsprechend berücksichtigt, sodass zuverlässig eine Nachbearbeitung des Umformwerkzeugs realisiert werden kann.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn mittels einer als Kamera ausgebildeten optischen Erfassungseinrichtung das Umformwerkzeug erfasst wird. Die Kamera kann dabei insbesondere als Teil der Bearbeitungsvorrichtung ausgebildet sein und beispielsweise das Umformwerkzeug innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung erfassen. Die Kamera kann insbesondere auch zum digitalen Erfassen des Umformwerkzeugs ausgebildet sein.
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Bei dem vorgestellten Verfahren handelt es sich insbesondere um ein computerimplementiertes Verfahren. Daher betrifft ein weiterer Aspekt der Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, welche eine elektronische Recheneinrichtung dazu veranlassen, wenn die Programmcodemittel von der elektronischen Recheneinrichtung abgearbeitet werden, ein Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt durchzuführen. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Computerprogramm bezeichnet werden. Ferner betrifft die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium mit dem Computerprogrammprodukt.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsvorrichtung für ein Umformwerkzeug mit zumindest einer elektronischen Recheneinrichtung und mit einer optischen Erfassungseinrichtung, wobei die Bearbeitungsvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird das Verfahren mittels der Bearbeitungsvorrichtung durchgeführt.
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Die elektronische Recheneinrichtung weist beispielsweise Prozessoren, Schaltkreise, insbesondere integrierte Schaltkreise, sowie weitere elektronische Bauteile auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Computerprogrammprodukts sowie der Bearbeitungsvorrichtung anzusehen. Die Bearbeitungsvorrichtung weist insbesondere gegenständliche Merkmale auf, um entsprechende Verfahrensschritte durchführen zu können.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder eine Aufforderung zur Eingabe einer Nutzerrückmeldung ausgegeben und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 ein eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung;
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens; und
- 3 ein weiteres schematisches Ablaufdiagramm gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung 1. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 ist zum Bearbeiten eines Umformwerkzeugs 2 ausgebildet. Die Bearbeitungsvorrichtung 1 weist zumindest eine elektronische Recheneinrichtung 3 sowie eine optische Erfassungseinrichtung 4 auf. Die optische Erfassungseinrichtung 4 ist insbesondere als Kamera ausgebildet. Ferner weist die Bearbeitungsvorrichtung 1 beispielsweise einen Fräskopf 5 auf und ist beispielsweise als NC-Anlage ausgebildet. Bei dem Umformwerkzeug 2 handelt es sich um ein bereits bearbeitetes Umformwerkzeug 2, wobei mittels des Fräskopfs 5 beispielsweise eine weitere Nachbearbeitung vollzogen werden kann.
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des Verfahrens. Insbesondere ist gezeigt, dass beispielsweise das Umformwerkzeug 2 mittels der optischen Erfassungseinrichtung 4 erfasst wird und eine Ist-Position 6 mittels der elektronischen Recheneinrichtung bestimmt wird. Es erfolgt das Vergleichen der Ist-Position 6 mit einer vorgegebenen Soll-Position 7, wobei die Soll-Position 7 beispielsweise durch die elektronische Recheneinrichtung 3 vorgegeben wird, wobei der Vergleich auch mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3 durchgeführt wird. Es erfolgt dann das Bestimmen einer Abweichung 8 der Ist-Position 6 von der Soll-Position 7 mittels der elektronischen Recheneinrichtung 3. Die Abweichung 8 kann wiederum der elektronischen Recheneinrichtung 3 übergeben werden beziehungsweise für die Nachbearbeitung mittels des Fräskopfs 5 genutzt werden.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Ist-Position einer Wirkfläche 9 des Umformwerkzeugs 2 mit einer Soll-Position 7 von Strukturelementen 10 am Umformwerkzeug 2 verglichen wird.
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Wie die 2 insbesondere zeigt, kann die Abweichung 8 in einem rechnergestützten Konstruktionsprogramm, insbesondere einem CAD-Programm für die Bearbeitung des Umformwerkzeugs 2 digital berücksichtigt werden.
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3 zeigt insbesondere eine schematische Ansicht gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens. Vorliegend ist insbesondere das Umformwerkzeug 2 lediglich als Dreieck dargestellt. Insbesondere kann vorliegend vorgesehen sein, dass beispielsweise die Ist-Position 6, welche durch die Punkte A*, B* und C* gekennzeichnet ist, auf die Soll-Position 7 verschoben wird, um eine Transformationsvorschrift 11, 12 ermitteln zu können. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Soll-Position 7 insbesondere mit den Buchstaben A, B, C gekennzeichnet. Die 2 zeigt insbesondere, dass auf Basis der bestimmten Abweichung 8 die Transformationsvorschrift 11, 12 bestimmt wird und die Transformationsvorschrift 11, 12 beim Bearbeiten des Umformwerkzeugs 2 berücksichtigt wird. Insbesondere kann bei der Transformationsvorschrift 11, 12 eine Abweichung mit drei translatorischen Freiheitsgraden 12 berücksichtigt werden und/oder mit drei rotatorischen Freiheitsgraden 11 berücksichtigt werden.
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Insgesamt zeigen somit die Figuren, dass während des Anfertigungsprozesses von Presswerkzeugen, insbesondere des Umformwerkzeugs 2, die Werkzeugoberflächen durch optische Messtechniken realisiert werden. In den digitalisierten Oberflächen, insbesondere der Wirkfläche 9 und den angrenzenden Bereichen des Umformwerkzeugs 2 ist die Information die tatsächliche Position der charakteristischen Punkte enthalten. Gemäß der Erfindung ist eine Methode vorgeschlagen, in der die digitalisierte Wirkfläche 9 mit der Soll-Oberfläche des Umformwerkzeugs 2 durch eine Best-Fit-Positionierung verglichen wird. Durch diesen Vergleich ergibt sich eine Differenz, welche vorliegend insbesondere durch die Abweichung 8 dargestellt ist, zwischen den beiden Oberflächen. Diese Abweichung 8 kann durch die drei translatorischen und drei rotatorischen Freiheitsgrade 11, 12 beschrieben werden. Durch das Messen der Differenzen in den insgesamt sechs Freiheitsgraden kann eine Transformationsvorschrift 11, 12 bestimmt werden, womit die Positionierung des Umformwerkzeugs, beispielsweise des Fräskopfs 5, in den NC-Programmen und dem CAD-Modell virtuell korrigiert wird. Diese Transformationsvorschrift 11, 12 wird dann auf das NC-Programm und das CAD-Modell angewendet, sodass diese sich dann an der richtigen Position befinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bearbeitungsvorrichtung
- 2
- Umformwerkzeug
- 3
- elektronische Recheneinrichtung
- 4
- optische Erfassungseinrichtung
- 5
- Fräskopf
- 6
- Ist-Position
- 7
- Soll-Position
- 8
- Abweichung
- 9
- Wirkfläche
- 10
- Strukturelement
- 11
- rotatorische Freiheitsgrade
- 12
- translatorische Freiheitsgrade
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20140257543 A1 [0004]
- US 20110295408 A1 [0005]
