DE19611897A1

DE19611897A1 - Verfahren zum Biegen und/oder Richten bzw. Justieren von metallischen Werkstücken, insbesondere von gehärteten Werkstücken

Info

Publication number: DE19611897A1
Application number: DE1996111897
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Diethelm
Original assignee: Imt Ind Mestechnik & Co K GmbH
Current assignee: G.A.S. GESELLSCHAFT FUER ANTRIEBS- UND STEUERUNGST
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-02
Anticipated expiration: 2016-03-27
Also published as: DE19611897C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Biegen und/oder Richten bzw. Justieren von metallischen Werkstücken, insbesondere von gehärteten Werkstücken, die sich mathematisch erfaßbar elastisch-plastisch verhalten, wobei die Istform des Werk stückes und die Abweichung von der Sollform durch einen Kraft- und einen Weg-Sensor ermittelt werden und im weiteren Biegeverlauf die ermittelten Werte zur Be rechnung der Rückfederung und damit zur Berechnung der bleibenden Verformung nach der Entlastung computergestützt ausgewertet werden, wonach der Verfor mungsvorgang dann beendet wird, sobald die errechnete bleibende Verformung der zum Erreichen der Sollform notwendigen Sollform entspricht.

Kleine Maßtoleranzen bei Stanz- und Biegeteilen können oft nur durch manuelle Nachjustage - und letztere ist oft nur unzureichend - erreicht werden. Neben den dabei auftretenden Qualitätsabweichungen lassen sich diese zeitaufwendigen Arbei ten nicht in automatisierte Prozesse integrieren. Ebenso können statistische Auswer tungen, wie sie zur Erkennung von Qualitätstrends notwendig sind, nur durch auf wendige und umständliche Dokumentationen erreicht werden. Aus diesen Gründen entstehen durch die Justage große Probleme in der automatischen Fertigung von biege- und/oder richtfähigen Werkstücken und bei der automatischen Montage von ganzen Baugruppen, die derartige Bauteile enthalten.

Automatische Justageanlagen arbeiten derzeit auf zwei verschiedenen Verfahrens basen: Auf der Grundlage des iterativen Verfahrens und auf der Grundlage des Kennlinienverfahrens.

Beim iterativen Verfahren wird das Werkstück wie bei einem manuellen Vorgang so lange gerichtet, gemessen, gerichtet und wieder gemessen usw., bis das Maß inner halb der vorgegebenen Toleranzgrenzen liegt. Mit der hohen Anzahl von Richt- und Meßvorgängen ist oft eine sehr hohe Taktzeit pro Werkstück verbunden.

Beim Kennlinien-Verfahren wird während eines Biegehubes mit Hilfe von einem Weg- und einem Kraftsensor zur Messung der Umformkraft und des Biegean triebs-Weges eine Kraft-Weg-Kennlinie erfaßt. Während des Biegehubes werden daraus der aktuelle Istzustand, die konstanten Werkstückkennwerte und der daraus resul tierende Umkehrpunkt für den Richt-Biege-Antrieb berechnet. Während des Zurück fahrens des Richt-Biege-Antriebs wird nach der Entlastung des Werkstücks aus der Entlastungs-Kraft-Weg-Kennlinie der Verformungsweg ermittelt, mit den Soll- und Toleranzgrenzen verglichen und eine Gut-/Schlecht-Aussage getroffen. Dadurch ist es möglich, eine Reihe von Kriterien in einem Richthub zu erfüllen. Nicht möglich ist es, alle bei unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften auftretende Kriterien zu erfüllen. Dieses eingangs bezeichnete Verfahren ist bekannt (Techni sche Rundschau Nr. 15/93 vom 16. April 1993; DE 33 22 777 A1; DE-OS 16 27 472).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Hauptaufgabe zugrunde, beim Biegen und/oder Richten von metallischen Werkstücken, Abweichungen der während des gesamten Richthubes beim gattungsgemäßen Verfahren als konstant vorausgesetzten Werk stück-Kennwerte und die Vorbehandlung des Werkstücks zu erfassen und zu be rücksichtigen.

Weiterhin sollen Probleme des Antriebs gelöst werden, der von einem idealen An trieb ohne Verzögerungen und Regelabweichungen abweicht. Außerdem sollen in weiteren Modifikationen der Aufgabenstellung auch andere störende Einflüsse wäh rend des Biegeverfahrens erfaßt werden. Schließlich soll nicht nur auf einem be stimmten Weg, sondern auch auf eine bestimmte Kraft gerichtet werden können.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Verlauf des Richtweges über der Zeit als lineare Rampe mit einer Überlagerung von einem peri odischen Jitter eingestellt wird. Der Verlauf des Jitters kann Dreiecksform, einen Si nusverlauf oder einen anderen Jitter-Verlauf aufweisen. Dadurch ist es möglich, Veränderungen der Werkstoff-Kennwerte, der Werkstück-Kennwerte und aus der Vorbehandlung resultierende Abweichungen vom idealen Verlauf während des Bie gevorgangs zu erfassen und zu berücksichtigen.

Die Erfindung wird sodann dahingehend weitergebildet, daß auf einem Richtwerk zeug beim Richten der Richtweg und die Richtkraft numerisch gesteuert gemessen werden, daß aus dem Verlauf der Kurve "Kraft über dem Weg" im Computer ein Zu stand, der den gewünschten Biege- bzw. Richt-Endzustand ergibt, vorausbe rechnet wird, bei dem der Richtantrieb gestoppt und zurückgefahren wird. Damit brauchen Werkstücke aus Werkstoffen mit schwankenden Materialeigenschaften bzw. Werkstücke mit relativ hohen Anforderungen bezüglich ihrer Genauigkeit nicht mehr wie bisher nachgebogen oder nachgerichtet zu werden. Damit können auch gehärtete Werkstoffe, deren elastisch-plastisches Verhalten sich während der Bie gung ändert oder bei denen die Vorbehandlungen unbekannt und undefinierbar sind, nach dem beschriebenen Verfahren bearbeitet werden.

Eine Verbesserung der Erfindung sieht vor, daß die Werkstoff-Parameter aus dem Kraft-Weg-Verlauf mehrfach aktualisiert werden. Diese Maßnahme trägt zur Erhö hung der Genauigkeit des Verfahrens bei.

Eine Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die aktuelle Position des Richt antriebs in bezug auf den Abschaltpunkt überwacht wird. Dadurch kann für weitere die Genauigkeit des Verfahrens erbringende Maßnahmen die Grundlage geschaffen werden.

Der Richtvorgang (bzw. das Richtergebnis) kann nach einem weiteren Schritt auch dadurch überwacht werden, daß beim Entspannungsvorgang die aktuelle Ist wert-Position des jeweiligen Werkstücks nach der Justage ermittelt wird.

Zur besseren Nachbildung der Realität wird vorgeschlagen, daß Totzeiten des An triebs zwischen einem Rückfahrbefehl bis zur tatsächlichen Umkehr des Antriebs durch einen Korrekturfaktor berücksichtigt werden. Die Voraussetzung eines idealen Antriebs ist nur näherungsweise möglich. Für den Fall aber, daß Totzeiten des An triebs zwischen dem Umkehrbefehl bis zur tatsächlichen Umkehr des Antriebs aus Genauigkeitsgründen nicht hingenommen werden können, kann diese Totzeit durch den Korrekturfaktor berücksichtigt werden.

Die Ermittlung des Korrekturfaktors wird vorteilhafterweise dadurch unterstützt, daß der Korrekturfaktor durch ein lernendes System kontinuierlich an die aktuellen Werte angepaßt wird.

Ein besonderes, jetzt eingesetztes Verfahren ergibt sich daraus, daß der Korrektur faktor aus einer Punktspiegelung einer zu lernenden Anzahl von eingelesenen Meß punkten der Kraft-Weg-Kennlinie an dem zuletzt eingelesenen Meßpunkt der Kraft- Weg-Kennlinie errechnet wird.

Dazu trägt eine weitere Maßnahme bei, wonach die Anzahl der zu spiegelnden Meßpunkte anhand mehrerer durchgeführter Biegungen automatisch durch ein Pro gramm ermittelt, angepaßt und beim Verlassen des Programms typbezogen gespei chert wird.

Für äußerst schwierige und komplexe Biegeteile ist es nach der weiteren Erfindung vorteilhaft, daß über ihre volle Teillänge bruchgefährdete Werkstücke über eine Auflage in der Art eines vorgespannten Freiträgers gebogen werden. Zum Unter schied gegenüber den vorstehend beschriebenen Biegevorgängen weist die Kenn linie zwei Knickpunkte anstelle von nur einem Knickpunkt in der Kraft-Weg-Kennlinie auf. Diese Maßnahmen können z. B. erfolgreich bei Kupplungsfedern einer bestimm ten Bauart angewendet werden.

Beim Biegen auf eine bestimmte Kraft besteht eine besondere Anforderung an Bie geteile dahingehend, daß die Biegeteile bei einem definierten Verformungsweg im elastischen Bereich eine bestimmte Kraft ausüben sollen. Diese Forderung wird da durch erfüllt, daß verschiedene Werkstücke, die bei einem definierten Verformungs weg im elastischen Bereich alle eine bestimmte Kraft (F₀; S₀) ausüben, auf entspre chend verschiedenen Kennlinien-Kurven gebogen werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1a ein Weg-Zeit-Diagramm für den linearen Verlauf des Richtwegs mit einem Jitter überlagert,

Fig. 1b ein Kraft-Zeit-Diagramm für den Verlauf der dazugehörigen Richtkraft

Fig. 1c ein Kraft-Weg-Diagramm für den Verlauf der Richtkraft über dem Richtweg

Fig. 2 ein Kraft-Weg-Diagramm für die Berechnung des Korrekturfaktors mit Hilfe der Punktspiegelung,

Fig. 3a ein Kraft-Weg-Diagramm für das Biegen über eine Auflage,

Fig. 3b ein Prinzipbild für das Biegen über eine Auflage und

Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm für das Biegen auf eine bestimmte Kraft.

Gemäß Fig. 1a wird für das Biegen auf einem Richtwerkzeug ein linear ansteigender Richtweg mit einem überlagerten Jitter, hier ein Dreieck, vorgegeben. Der Richtweg wird durch eine Anfahrstrecke 1 dargestellt, bis zu dem Zeitpunkt, an dem die aktuel le Istposition eines Werkstücks 16 vor der Biegung ermittelt worden ist. Der Jitter setzt erst ein, nachdem die "Aufgabe 1", Fig. 1c (Erfassung der Istform vor der Justa ge) erledigt wurde. Hierzu fährt ein Antrieb periodisch solange ein bestimmtes Maß vorwärts und danach einen kleineren Weg wieder zurück, bis mit den jeweils aktuel len Werkstück-Kennwerten der Abschaltpunkt 3 erreicht ist. Danach fährt der Antrieb mit einer linearen Rampe wieder zu seinem Ausgangspunkt zurück. Der prinzipielle Kraftverlauf über der Zeit zum Weg-Zeit-Diagramm aus Fig. 1a ist in Fig. 1b darge stellt. 2a, 2b, 2c, 2d bezeichnen jeweils den linearen Wegverlauf mit überlagertem periodischem Jitter, wobei ein Dreieck zugrundegelegt ist.

Aus Fig. 1c ist der Verlauf der Richtkraft über dem Richtweg ersichtlich. Der Kraftver lauf ist jeweils mit 4a, 4b, 4c und 4d bezeichnet. Dabei wird mit Hilfe der laufend ak tualisierten Materialkennwerte in Echtzeit für jeden weiteren eingelesenen Kraft-Weg-Punkt der Ist-Zustand des Werkstückes berechnet, wenn zu diesem Zeitpunkt der Richtantrieb gestoppt und zurückgefahren wird. Der Richtantrieb wird dann in dem Punkt gestoppt, der den gewünschten Biegezustand ergibt. "Aufgabe 1" ist die Erfassung der Istform des Werkstücks vor der Justage, erkennbar am Aufsetzen des Antriebs auf dem Werkstück und des sich anschließenden elastischen Bereiches mit dem Kraftverlauf 7a-7d über dem Weg. "Aufgabe 2" ist das mehrmalige Aktualisie ren der Werkstück-Kennwerte aus dem Kraft-Weg-Verlauf 7a, 7b, 7c, 7d durch den überlagerten Jitter. "Aufgabe 3" ist die Überwachung der aktuellen Position in bezug auf den Abschaltpunkt 8 und der Sollform des Werkstücks mit Hilfe der aktuellen Werkstück-Kennwerte bei einem Kraftverlauf 7a-7d über dem Weg. "Aufgabe 2" und "Aufgabe 3" werden gleichzeitig durchgeführt. Die "Aufgabe 4" ist die Ermittlung der Istform des Werkstückes nach der Justage beim Entspannvorgang.

Gemäß Fig. 2 erfolgt die Berechnung des Korrekturfaktors über eine Punktspiege lung von dem Punkt 12a an dem Punkt 11 zu dem virtuellen Punkt 12b. Der Korrek turfaktor wird eingesetzt, um Totzeiten des Antriebs oder konstante Abweichungen beim Biegevorgang auszugleichen. Der Korrekturfaktor wird durch ein lernendes System laufend an die aktuellen Gegebenheiten angepaßt. Der Korrekturfaktor er rechnet sich aus der Punktspiegelung 12a/12b einer zu lernenden Anzahl von einge lesenen Meßpunkten der Kraft-Weg-Kennlinie an dem zuletzt eingelesenen Kraft- Weg-Punkt 11. Die Anzahl der zu spiegelnden Meßpunkte wird anhand mehrerer durchgeführter Biegungen automatisch vom Programm ermittelt, ggfs. angepaßt und beim Verlassen des Programms typbezogen gespeichert.

Fig. 3a zeigt zusammen mit Fig. 3b das Biegen mittels eines Biegeantriebs 15 mit Sensorik über eine Biege-Auflage 17 für spezielle Werkstücke 16, bei denen die Gefahr besteht, daß sie beim Biegen über ihre volle Teilelänge zerstört werden. Das Biegen über eine Biege-Auflage 17 schafft hier Abhilfe. Das Biegen erfolgt wie bei dem zuvor beschriebenen Kennlinien-Verfahren, jedoch kann ein fortgesetztes Ver fahren Kennlinien mit zwei Knickpunkten 13 und 14 statt mit einem Knickpunkt er fassen und verarbeiten.

Fig. 4 zeigt prinzipiell das Biegen auf eine bestimmte Kraft. Eine besondere Anforde rung an Biegeteile ist, daß diese bei einem definierten Verformungsweg im elasti schen Bereich eine bestimmte Kraft ausüben sollen (vorgespannte Biegeteile). Das Kraft-Weg-Diagramm zeigt drei verschiedene Kraft-Weg-Kennlinien von Biegeteilen, die bei einem vorgegebenen Weg S₀ eine bestimmte Kraft F₀ ausüben. Es entstehen für drei verschiedene Werkstücke 16 Biegekurven 18, 19 und 20. Für alle drei ver schiedenen Werkstücke 16 gilt, daß bei einem vorgegebenen Weg S₀ eine bestimm te Kraft F₀ ausgeübt wird.

Bezugszeichenliste

1 Anfahrgerade
2a linearer Wegverlauf
2b linearer Wegverlauf
2c linearer Wegverlauf
2d linearer Wegverlauf
3 Abschaltpunkt
4a Kraftverlauf
4b Kraftverlauf
4c Kraftverlauf
4d Kraftverlauf
5 Abschaltpunkt
6 plastischer Bereich
7a Kraftverlauf über dem Weg
7b Kraftverlauf über dem Weg
7c Kraftverlauf über dem Weg
7d Kraftverlauf über dem Weg
8 Abschaltpunkt im Kraft-Weg-Diagramm
9 Beginn des Entspannvorgangs
10 Istform des Werkstücks nach der Justage
11 zuletzt eingelesener Kraft-Weg-Punkt
12a zu spiegelnder Punkt
12b virtueller Punkt
13 erster Knickpunkt
14 zweiter Knickpunkt
15 Biegeantrieb mit Sensorik
16 Werkstück
17 Biege-Auflage
18 Biege-Kurve
19 Biege-Kurve
20 Biege-Kurve

Claims

1. Verfahren zum Biegen und/oder Richten bzw. Justieren von metallischen Werkstücken, insbesondere von gehärteten Werkstücken, die sich mathema tisch erfaßbar elastisch-plastisch verhalten, wobei die Istform des Werkstückes und die Abweichung von der Sollform durch einen Kraft- und einen Weg-Sensor ermittelt werden und im weiteren Biegeverlauf die ermittelten Werte zur Berechnung der Rückfederung und damit zur Berechnung der bleibenden Ver formung nach der Entlastung computergestützt ausgewertet werden, wonach der Verformungsvorgang dann beendet wird, sobald die errechnete bleibende Verformung der zum Erreichen der Sollform notwendigen Sollform entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß der Verlauf des Richtweges über der Zeit als lineare Rampe mit einer Überlagerung von einem periodischen Jitter eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Richtwerkzeug beim Richten der Richtweg und die Richtkraft numerisch gesteuert gemessen werden, daß aus dem Verlauf der Kurve "Kraft über dem Weg" im Computer ein Zustand, der den gewünschten Biege-End zustand ergibt, vorausberechnet wird, bei dem der Richtantrieb gestoppt und zurückgefahren wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstoff-Parameter aus dem Kraft-Weg-Verlauf mehrfach aktualisiert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Position des Richtantriebs in bezug auf den Abschaltpunkt überwacht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entspannungsvorgang die aktuelle Istwert-Position des jeweiligen Werkstückes nach der Justage ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Totzeiten des Antriebs zwischen einem Rückfahrbefehl bis zur tatsächli chen Umkehr des Antriebs durch einen Korrekturfaktor berücksichtigt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor durch ein lernendes System kontinuierlich an die ak tuellen Werte angepaßt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrekturfaktor aus einer Punktspiegelung einer zu lernenden Anzahl von eingelesenen Meßpunkten der Kraft-Weg-Kennlinie an dem zuletzt einge lesenen Meßpunkt der Kraft-Weg-Kennlinie errechnet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zu spiegelnden Meßpunkte anhand mehrerer durchgeführ ter Biegungen automatisch durch ein Programm ermittelt, angepaßt und beim Verlassen des Programms typbezogen gespeichert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß über ihre volle Teilelänge bruchgefährdete Werkstücke über eine Auflage in der Art eines eingespannten Freiträgers gebogen werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Werkstücke, die bei einem definierten Verformungsweg im elastischen Bereich (Vorspannbereich) eine bestimmte Kraft (F₀; S₀) ausüben auf entsprechend verschiedenen Kennlinien-Kurven gebogen werden.