DE3216053C2

DE3216053C2 -

Info

Publication number: DE3216053C2
Application number: DE3216053A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr.-Ing. 7000 Stuttgart De Blaich
Original assignee: Gwf Guenzburger Werkzeugmaschinenfabrik 8870 Guenzburg De GmbH
Current assignee: GWF GUENZBURGER WERKZEUGMASCHINENFABRIK GMBH, 8870
Priority date: 1982-04-29
Filing date: 1982-04-29
Publication date: 1991-02-07
Also published as: DE3216053A1; BE896615A; FR2526158B1; IT8320819A0; IT1163250B; NL8301528A; US4564765A; FR2526158A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der Lage eines flächigen Werkstückes durch einen auf dessen Oberfläche gerichteten und durch einen Fotodetektor beobachteten Meßstrahl.

Bei einem aus "messen+prüfen/automatik" vom Mai 1981 bekannten Meßverfahren dieser Art wird der gebündelte Meßstrahl einer geregelten Diode senkrecht auf die Oberfläche des Meßgutes gerichtet. Ein Teil des von dieser reflektierten Lichtes wird in einem im spitzen Winkel zum Auftreffort angeordneten Fotodetektor über ein Linsensystem verkleinert abgebildet. Die auf dem Detektor entsprechend der Wegverkürzung bzw. -verlängerung in einem weiteren Punkt abgebildete Strecke ergibt das zu vermessende Maß. Durch die verkleinerte Projektion können Ungenauigkeiten in der Vermessung entstehen. Ebenso können die im Wege einer Reflexion gewonnenen Meßergebnisse trotz der hierbei notwendigen Lichtkonstanzregelung durch unterschiedliche Beschaffenheit wie Rauhigkeit, Korrosion und Verschmutzungen der Oberfläche wie auch durch das unterschiedliche Schluckvermögen der Meßgüter stark verfälscht werden. Dieses trifft in erhöhtem Maß bei Vermessung von um eine Achse bewegter Produkte zu.

Diese Nachteile bestehen auch bei dem in "IBM Technical Disclosure Bulletin", Vol. 17, No. 9, Febr. 1975, beschriebenen, ebenfalls auf einer Reflexion beruhenden Meßverfahren zur Ausrichtung des Werkzeuges bei einer Abdrehmaschine. Dabei wird das Werkzeug im Unterschied zu dem oben beschriebenen Verfahren so lange verstellt, bis der von der Freifläche desselben reflektierte Meßstrahl auf eine Fotozelle auftrifft.

Derartige auf Reflexion beruhende Meßverfahren sind somit bei um eine Achse bewegten Werkstücken bzw. Werkstückteilflächen nicht anwendbar.

Die durch die Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen 1 bis 7 gekennzeichnet ist, zu lösende Aufgabe besteht demzufolge darin, ein weniger aufwendiges und insbesondere ohne eine Lichtkonstanzregelung auskommendes Meßverfahren zu ermöglichen, bei welchem die Oberflächeneigenschaften der Werkstücke keinen Einfluß auf die Messung haben.

Bei Biegevorgängen auf Bearbeitungsmaschinen, wie Frei- bzw. Gesenkbiegepressen zum Beispiel, hat man daher wohl auch ein derartiges Meßverfahren nicht anwenden können. Hier würden die in einem Raumwinkel bewegten Werkstückflächen eine sehr unterschiedliche Reflexion des Meßstrahls bewirken, welche die ohnehin durch unterschiedliche Werkstoffeigenschaften und Blechstärken verursachten Abweichungen von dem erwünschten Biegewinkel vergrößerten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach in der Messung eines Schwenkwinkels eines Werkstückes mit Licht, wobei die Oberflächeneigenschaften des Werkstückes keinen Einfluß auf die Messung haben dürfen.

Diese Aufgabe wird im Prinzip durch drei verschiedene Meßverfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 3 gelöst. In den Ansprüchen 4 bis 8 sind Vorrichtungen zur Durchführung der Meßverfahren aufgeführt.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in folgendem zu sehen:

- Das Meßverfahren der Erfindung ist unabhängig von der Oberflächenbeschaffenheit der bewegten Werkstücke bzw. Werkstückteilflächen;
- Linsensysteme und eine Lichtregelung sind in der Regel nicht erforderlich.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Ausführungsart einer Gesenkbiegepresse mit der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung in der Perspektive,

Fig. 1a einen perspektivischen Ausschnitt aus Fig. 1,

Fig. 2 ein Schema der Matrize der in Fig. 1 gezeigten Gesenkbiegepresse in Seitenansicht mit der Vermessung eines Lichtpunktes,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das Verfahren gemäß Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Verfahrens,

Fig. 5 eine Projektion der Lichtstrahlabbildung bei dem Verfahren gemäß Fig. 4 (Einzelheit X),

Fig. 6 und 7 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei Lichtquellen,

Fig. 8 ein Verfahrensschema.

In Fig. 1 und zum Teil in Fig. 1a ist eine Freibiegegesenkpresse ersichtlich. An Ständern 1 ist eine Unterwange 2 mit einem Tisch 3 versehen, auf den eine Matrize 4 aufgespannt ist. 5 ist eine durch hydraulische Zylinderkolbeneinheiten 6 angetriebene Oberwange, an deren Stößel 8 ein Stempel 9 befestigt ist. 10 ist ein Gehäuse, das an seiner der Matrize 4 gegenüberliegenden Seite eine Glaswand 10a aufweist.

Wie Fig. 1a zeigt, dient das Gehäuse 10 dem Schutz der in ihm auf einer Montageplatte 10b montierten Geräte, hier der Laserdiode 12a und der Diodenzeilenkamera 15a. Wie zu sehen, trifft ein von der Laserdiode ausgesandter Lichtstrahl unweit der Außenkante 13 der Matrize 4 auf die Blechtafel und wird von der senkrecht zu der Biegeachse im Bereich ihres Lichtpunktes von der Diodenkamera 12a aufgenommen.

Im folgenden werden verschiedene Möglichkeiten beschrieben, die unter Verwendung optoelektronischer Verfahren eine Messung des Biegewinkels während des Biegevorgangs ermöglichen.

Das Meßprinzip gemäß den Fig. 2 und 3 wird wie folgt durchgeführt.

Auf die ebene Blechtafel 11 trifft ein Lichtstrahl möglichst kleinen Durchmessers und möglichst hoher Intensität, der von der Laserdiode 12a aus unter einem bestimmten Winkel zur Biegeachse im Raum (γ), und zwar im Bereich des späteren Schenkels 11a unmittelbar neben der Außenkante 13 der Matrize 4 oder durch eine Aussparung an der Matrize 4 auf die Blechtafel 11 gerichtet ist. Auf der Blechtafel 11 entsteht ein Lichtpunkt am Ort A. Dieser wird mit Hilfe einer Fotodiodenkamera 15 betrachtet. Die lichtempfindliche Sensorenzeile 16 der Kamera ist ebenfalls parallel zur Biegeachse 18 angeordnet und bildet mit dem obengenannten Lichtstrahl 17a eine Ebene.

Wird nun die Blechtafel gebogen, so wandert der Lichtpunkt auf der Blechtafel z. B. von der Ausgangslage A nach B. Die Sensorenzeile erfaßt dabei diejenige Komponente des Weges, die parallel zur Biegeachse verläuft (Wegstrecke l). Sofern die geometrischen Beziehungen des Biegevorgangs bekannt sind (Geometrie des Werkzeuges, Winkel des Lichtstrahls, Auftreffpunkt in Ausgangslage), kann aus der Verschiebung des Lichtpunktes gegenüber der Ausgangslage auf den entstandenen Biegewinkel geschlossen werden.

Das Meßverfahren gemäß Fig. 4 und 5 wird unter Benutzung derselben Bauelemente wie bei dem Meßprinzip 1 gemäß den Fig. 2 und 3 durchgeführt, jedoch unter Verwendung eines kegeligen Lichtstrahls 17b größeren Durchmessers, der auf der Blechoberfläche einen Kegelschnitt (Ellipse) D darstellt. Dabei wird die Veränderung eines Durchmessers der Ellipse gegenüber der Ausgangslage C gemessen. Vorzugsweise wird der Durchmesser senkrecht zur Biegeachse erfaßt (Anordnung Fig. 5). In Kenntnis des Durchmessers des Lichtstrahls 17b kann der entsprechende Winkel errechnet werden.

Im Interesse einer möglichst hohen Meßgenauigkeit wird von der Kamera vorzugsweise die Breite des Lichtpunktes erfaßt (vorzugsweise die Orte der Übergänge dunkel-hell und hell- dunkel). Bei der anschließenden Auswertung kann dann der jeweilige Mittelpunkt des Lichtpunktes als Mittelwert aus Anfangs- und Endkoordinate des Lichtfleckes errechnet werden.

Das Meßprinzip gemäß den Fig. 6 und 7 beruht auf der Verwendung zweier Lichtstrahlen 17c und 17d, die in einer Ebene unter verschiedenen Winkeln γ₁, γ₂ auf die Blechtafel auftreffen und somit je einen Lichtpunkt abbilden. Die Sensorenzeile der beobachtenden Fotodiodenkamera 15 ist ebenfalls im Bereich der auf der Blechtafel 11 abgebildeten Lichtstrahlen B 1 und B 2 angeordnet.

Der sich verändernde Abstand beider Punkte wird über die Kamera ermittelt, der zugehörige Winkel kann in Kenntnis der geometrischen Bedingungen des Biegevorgangs und der Anordnung der Lichtstrahlen errechnet werden.

Claims

1. Verfahren zum Messen der Lage eines flächigen Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche durch einen auf dessen Oberfläche gerichteten und durch einen Fotodetektor beobachteten Meßstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Winkellage eines um eine Achse schwenkenden Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche der Meßstrahl in einem spitzen Winkel zur Achse auf dessen Oberfläche gerichtet, der winkelabhängige Auftreffort von einem positionsempfindlichen Fotodetektor lagemäßig erfaßt und aus dessen Signalen die Winkellage des Werkstückes berechnet wird.

2. Verfahren zum Messen der Lage eines flächigen Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche durch einen auf dessen Oberfläche gerichteten und durch einen Fotodetektor beobachteten Meßstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Winkellage eines um eine Achse schwenkenden Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche ein insbesondere kegeliger Meßstrahl unter einem spitzen Winkel auf dessen Oberfläche auftrifft, die von der Winkellage abhängige Form der Schnittfläche des Meßstrahls mit der Oberfläche von einem positionsempfindlichen Detektor erfaßt und daraus die Winkellage des Werkstückes berechnet wird.

3. Verfahren zum Messen der Lage eines flächigen Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche durch einen auf dessen Oberfläche gerichteten und durch einen Fotodetektor beobachteten Meßstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung der Winkellage eines um eine Achse schwenkenden Werkstückes bzw. Werkstückteilfläche zwei in einer Ebene liegende und zueinander konvergente oder divergente Meßstrahlen unter spitzen Winkeln auf dessen Oberfläche auftreffen und der Abstand der Auftrefforte auf der Oberfläche von einem positionsempfindlichen Fotodetektor erfaßt und daraus die Lage des Werkstückes berechnet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Meßstrahls (17) wenigstens eine Lichtquelle wie ein Laserstrahler (12a, 12b) oder eine infrarotemittierende Diode und dgl. dient.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fotodetektor (15) eine Diodenzeilenkamera (15a) dient.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Matrize (4) einer Freibiegegesenkpresse wenigstens eine Lichtquelle (12) so angeordnet ist, daß ihr Meßstrahl (7) in einem spitzen Winkel zur Biegelinie etwa in Matrizenmitte von unten auf die aufliegende Blechtafel (1) in einem geringen seitlichen Abstand von der Außenkante der Matrize (4) auftrifft und ein Fotodetektor (5) seitlich, etwa senkrecht zur Längsachse der Matrize (4), auf den Projektionsbereich (A/B) der Blechtafel (1) gerichtet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (12) und der Fotodetektor (15) in einem an dem Tisch (3) und/oder der Wange (2) der Freibiegegesenkpresse angebrachten Gehäuse (10) mit einem Glasabschluß (10a) an seiner nach der Matrize (4) zu gelegenen Seite angeordnet ist.