DE19734374C2 - Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur pneumatischen Lagebe­ stimmung von Werkstücken mit einem Grundkörper, dessen dem Werkstück zugewandte Oberfläche mindestens eine Düse aufweist, der Strömungsmit­ tel zugeführt wird und wobei die Lage des Werkstückes über eine Auswer­ tung des Strömungsmittel-Staudruckes bestimmt wird.

Eine gattungsgemäße Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung ist mit der deutschen Offenlegungsschrift 25 56 780 bekannt geworden. Dort ist für ein Werkstück, das mit mindestens einer pneumatisch abtastbaren Mar­ kierung versehen ist, auf einer Führung eine Anzahl von Düsen in einer vor­ gegebenen Zuordnung zu der Markierung bzw. den Markierungen verteilt angeordnet. An die Düsen ist eine Auswerteschaltung angeschlossen, wel­ che in Abhängigkeit von der Zahl und Auswahl der abgedeckten bzw. infolge der Markierungen nicht abgedeckten Düsen die Lage bzw. Kennzeichnung des Werkstückes bestimmende Signale liefert. Die Auswerteschaltung ist dabei als Differenzdruckschaltung ausgebildet und erlaubt es, eine Abwei­ chung (seitenverkehrte Positionierung, vertauschte Kanten) des Werkstüc­ kes von einer vorgegebenen Lage zu erkennen. Ein Detektieren eines eventuellen Bewegungsablaufes eines Werkstückes ist mit dieser Einrich­ tung nicht möglich.

In der DE 41 18 865 A1 ist eine Einrichtung zu pneumatischen Lagebestim­ mung einer Kante von flächigem Material beschrieben, die eine der einen Oberfläche des Materials zugewandte Düse aufweist, der ein Strömungs­ mittel zugeführt wird, und eine weitere, der anderen Oberfläche des Materials zugewandte Düse, die das von der ersten Düse emittierte Strömungsmittel aufzunehmen und über eine Leitung einer Auswertung zuzuführen vermag, wobei die beiden Düsen einen schmalen, vorhangartigen Luftstrom zu emittieren bzw. zu empfangen vermögen, wobei die Menge des von der einen zur anderen Düse gelangten Luftstromes der Kantenlage entspricht.

Aus der DE 44 39 889 C1 ist eine pneumatisch ausgebildete Kantenabtast­ einrichtung bekannt, die ein der Kantenposition eines Endlosbandes propor­ tionales Signal liefert, wobei die Kantenabtasteinrichtung eine emittierende und eine empfangende Düse aufweist, zwischen denen die Kante des End­ losbandes geführt wird.

Den aus diesen beiden Druckschriften bekannten Einrichtungen ist gemein, dass sie in irgend einer Weise langgestreckt ausgebildete, spaltförmige Dü­ sen aufweisten müssen, um ein der Kantenlage proportionale Signal erzeu­ gen zu können. Stets besteht eine Sender-Empfänger-Anordnung, die es er­ fordert, das der zu vermessende Gegenstand zwischen diese Anordnung führbar ist.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung von Werkstücken bereitzustellen, welche weitergehende Nutzungsmöglichkeiten zuläßt, insbesondere das Erfassen des Bewegungsablaufes eines Werkstückes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung gelöst, bei der die Düse als langgestreckter, schmaler Spalt ausgebildet ist. Der gesamte Strömungsmittel-Durchtrittsquerschnitt einer solchen Düse ergibt sich aus dem Produkt aus Spaltlänge und Spaltbreite, wodurch sich auch der Aus­ gangs-Staudruck ergibt. Wird nun ein Werkstück, beispielsweise eine Blechplatine, entlang des Spaltes bewegt, so läßt sich über eine geeignete Auswerteschaltung anhand der zeitlichen Änderung des Staudruckes bzw. anhand dessen Absolutwert zum einen der Bewegungsablauf des Werkstüc­ kes und zum anderen dessen augenblickliche Position bestimmen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteranspüchen dargelegt. Da es denkbar ist, dass im speziellen An­ wendungsfall nicht der gesamte Werkstückweg detektiert werden muss, sondern beispielsweise nur der Anfangs- und Endbereich, kann durch eine partielle Abdeckung des Spaltes, wie mit Patentanspruch 2 beansprucht, eine bestimmte Wegstrecke "ausgeblendet" werden. Durch diese Reduzie­ rung des wirksamen Ausgangs-Düsenquerschnittes, ergibt sich eine Erhö­ hung der Messgenauigkeit.

Eine besonders vorteilhafte Anwendungsmöglichkeit der erfindungsge­ mäßen Einrichtung ergibt sich beim Betreiben von Tiefziehpressen. Diese Verwendung ist mit Anspruch 7 beansprucht.

So wird beispielsweise in der DE 43 38 828 C2 ein Verfahren zum Betreiben von Ziehpressen beschrieben, wobei die Ziehpresse bei jedem Arbeitstakt jeweils ein Ziehteil fertigt, indem ein Rohteil (Blechplatine) in ein aus Ma­ trize, Stempel und Niederhalter bestehendes Ziehwerkzeug eingelegt wird und wobei dieses mit bestimmter Niederhalterkraft durch einen Niederhalter am Rand eingeklemmt und anschließend das Ziehteil zwischen Matrize und Stempel gezogen wird. Dabei wird innerhalb eines jeden Arbeitstaktes an Umfangsstellen des Rohrteilrandes laufend der tatsächliche Einlaufweg als Zeit- oder pressenhubabhängiger Momentanwert des Einlaufweges (Ist-Ein­ laufweg) gemessen und mit einem abgespeicherten Soll-Einlaufweg vergli­ chen. Zum Erfassen des Ist-Einlaufweges ist ein berührend arbeitender Wegsensor mit Tastzunge und Weggeber vorgesehen. Als Alternative ist in der Patentschrift auch von einem berührungslos arbeitenden, induktiven Wegsensor mit Induktionsspulen die Rede.

Sowohl Tastzunge als auch induktiver Wegsensor erscheinen als nicht op­ timale Lösungen für die Erfassung des Ist-Einlaufweges bei diesem Anwen­ dungsfall. Hier erscheint vielmehr die erfindungsgemäße Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung optimal, da sie einfach im Aufbau und stö­ rungsunanfällig ist und über die erforderliche Genauigkeit verfügt.

Bei der in Fig. 1 der DE 43 38 828 C2 dargestellten Ziehpresse wäre dann die erfindungsgemäße Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung in­ nerhalb des Ziehwerkzeuges an geeigneter Stelle zwischen der Anlageflä­ che der Matrize und dem Niederhalter anzuordnen, wobei der Düsenspalt entlang des Einzugsweges des Rohrteiles, beginnend vom Rohrteilrand, verläuft und zwar zum Tiefziehstempel hin gerichtet.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines auch in der Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivdarstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit zugeordnetem Pneumatikkreis,

Fig. 2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Einrichtung,

Fig. 3 eine Ansicht gemäß Pfeil III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittlinie IV in Fig. 2

Der in Fig. 1 gezeigte pneumatische Positionssensor 1 besteht aus einem länglichen Grundkörper 4, der mit einer nahezu über die gesamte Länge reichenden Bohrung 2 mit Druckluftanschluss 3 ausgestattet ist. Eine Sei­ tenfläche 5 ist von einer entsprechend dimensionierten Platte 6 abgedeckt. Wie sich auch aus der Zusammenschau der weiteren Fig. 2-4 ergibt sind Grundkörper 4 und Platte 6 über eine Anzahl von über die Länge rei­ chenden Befestigungsschrauben 7 miteinander verschraubt. Zwei Positio­ nierstifte 8 gewährleisten die exakte Zuordnung der Platte 6 zum Grundkör­ per 4. Über zwei an der Unterseite 9 des Grundkörpers 4 eingearbeitete Gewindebohrungen 10 läßt sich der pneumatische Positionssensor 1 an seinem Einsatzort (z. b. Tiefziehpresse) befestigen.

Von der Bohrung 2 ausgehend erstreckt sich in Querrichtung (vergl. Fig. 3 und 4) über deren gesamte Länge ein Kanal 12, der über eine einseitig (oben) ausgebildete Schräge 13 in die Seitenfläche 5 mündet.

Der Schräge 13 gegenüberliegend ist die entsprechende Anlagefläche 14 der Platte 6 im oberen Bereich, wiederum über die gesamte Länge reichend, mit einem Rücksprung 15 versehen, der vorzugsweise etwa eine Breite - b - von 0,15 bis 0,2 mm aufweist, so dass somit auf der entsprechenden Seite 16 des pneumatischen Positionssensors 1 ein Spalt 17 von dieser Breite entstanden ist.

Der Spalt 17 bildet nun eine langgestreckte Düse für den Austritt von Druckluft, welche über den Druckluftanschluss 3 dem pneumatischen Positi­ onssensor 1 zugeführt wird.

Für die Druckluftversorgung ist zunächst eine Druckluftquelle 18 mit einem bevorzugten Ausgangs-Luftdruck von ca. 6 × 10⁵ - 7 × 10⁵ Pa (6-7 bar) vor­ gesehen. Gesteuert durch ein Zwei-Wege-Ventil 19 gelangt die Druckluft entweder über Druckminderventil 20, Drossel 22 (bevorzugter Querschnitt 3,0 mm), Rückschlagventil 23 und entsprechende Leitungen 24, 25, 26 oder unmittelbar, lediglich unter Zwischenschaltung eines Rückschlagventiles 27, über Leitungen 28, 29 zum Druckluftanschluss 3 des pneumatischen Positi­ onssensors 1. In beide Strömungswege ist desweiteren jeweils noch ein Druckluftspeicher 30, 32 geschaltet.

Über eine Abzweigung 33 in der Leitung 26 wird der sich herausbildende Staudruck unter Zwischenschaltung eines Absperrventiles 34 von einem Drucksensor 35 detektiert und es werden die Messwerte über Leitung 36 einem hier nicht weiter behandelten Regelkreis zugeführt. Dessen Aufbau und Funktionsweise hängt naturgemäß vom jeweiligen Anwendungsfall, bei dem der pneumatische Positionssensor 1 zum Einsatz kommt, ab. Im Falle der bevorzugten Anwendung bei Tiefziehpressen kann insofern auf die Ausführungen in der DE 43 38 828 C2 verwiesen werden.

Wiederum unter Bezugnahme auf diesen speziellen Anwendungsfall ist in Fig. 1 angedeutet, in welcher Weise der pneumatische Positionssensor 1 einer während des Tiefziehens sich bewegenden (Pfeil 37) Blechplatine 38 zugeordnet ist. Bei dieser Bewegung überstreicht die Blechplatine 38 den Spalt 17 und verändert (vergrößert) dadurch die freie Luft-Durchtrittsfläche. Dies hat unmittelbar Auswirkungen auf den mit dem Drucksensor 35 detek­ tierten Staudruck, so dass es mittels des pneumatischen Positionssensors 1 sowie einer entsprechend aufgebauten Regeleinheit möglich ist, z. B. die genaue Position des Blechrandes 39 oder auch die Einzugsgeschwindigkeit der Blechplatine 38 zu bestimmen.

In der DE 43 38 828 C2 ist erwähnt (Spalte 10, Zeile 30-35), dass bezüglich der zu behandelnden Regelgrößen dem Einlaufweg die größte Priorität zu­ komme, so dass dieser in erster Linie zur Regelung des Prozesses heran­ gezogen wird. Es kann sich daher als sinnvoll erweisen, die exakte Lage der Blechplatine 38 nach dem Einlegen in das Werkzeug (Ziehpresse) und dann wiederum nach dem Umformen zu bestimmen. Der Einzugsweg kann dann als Parameter zur Korrektur des Niederhalterdruckes dienen. Um die ge­ nauen Positionen des Platinenrandes 39 nach Durchlaufen eines mehr oder weniger langen Einzugsweges möglichst exakt bestimmen zu können wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nur dieser Anfangs- und Endbe­ reich der Bewegung erfasst, im dazwischen liegenden Bereich ist der Spalt 17 geschlossen. Dies wird durch abschnittsweise über die Länge des Spal­ tes 17 in diesen eingesetzte Abdeckungen 40, 41 erreicht. Vorzugsweise sollten solche Abdeckungen 40, 41 wieder demontierbar und gegen solche mit anderen Abmessungen (Längen) ersetzbar sein.

Claims (7)

1. Einrichtung zur pneumatischen Lagebestimmung von Werkstücken mit einem Grundkörper, dessen dem Werkstück zugewandte Oberfläche mindestens eine Düse aufweist, der Strömungsmittel zugeführt wird und wobei die Lage des Werkstückes über eine Auswertung des Strömungsmittel-Staudruckes bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse als langgestreckter, schmaler Spalt (17) ausgebildet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt (17) über seine Länge reichend abschnittsweise geschlossen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4) mit einer nahezu über die gesamte Länge reichenden Bohrung (2) mit Durckluftanschluss (3) ausgestattet ist, wobei eine Seitenfläche (5) des Grundkörpers (4) von einer entsprechend dimensionierten Platte (6) abgedeckt ist und wobei sich von der Bohrung (2) ausgehend in Querrichtung ein Kanal (12) erstreckt, der über eine einseitig ausgebildete Schräge (13) in die Seitenfläche (5) mündet, wobei, der Schräge (13) gegenüberliegend, eine Anlagefläche (14) der Platte (6) über die gesamte Länge reichend mit einem den Spalt (17) bildenden Rücksprung (15) versehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in den Spalt (17) wieder demontierbare Abdeckungen (40, 41) eingesetzt sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Versorgung des Druckluftanschlusses (3) eine Druckluftquelle (18) vorgesehen ist, über die gesteuert durch ein Zwei-Wege-Ventil (19) die Druckluft wahlweise über ein Druckminderventil (20), eine Drossel (22), ein Rückschlagventil (23) und entsprechende Leitungen (24, 25, 26) oder unmittelbar, lediglich unter Zwischenschaltung eines weiterem Rückschlagventiles (27), über weitere Leitungen (28, 29) zum Druckluftanschluss (3) gelangt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Strömungsweg ein Druckluftspeicher (30, 32) geschaltet ist.

7. Verwendung der Einrichtung nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1-6 zum Erfassen des Einlaufes (Einlaufweg, Einlaufgeschwindigkeit usw.) eines Rohteiles (Blechplatine) in das Ziehwerkzeug einer Ziehpresse.