EP1912750A1 - Umformwerkzeug und verfahren zum positionieren des umformwerkzeugs - Google Patents

Umformwerkzeug und verfahren zum positionieren des umformwerkzeugs

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EP1912750A1
EP1912750A1 EP06775818A EP06775818A EP1912750A1 EP 1912750 A1 EP1912750 A1 EP 1912750A1 EP 06775818 A EP06775818 A EP 06775818A EP 06775818 A EP06775818 A EP 06775818A EP 1912750 A1 EP1912750 A1 EP 1912750A1
Authority
EP
European Patent Office
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forming tool
component
forming
vortastelement
die
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06775818A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
York Widdel
Bernhard Spies
Heiko Thaler
Sebastian Rotter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eckold GmbH and Co KG
Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Original Assignee
Eckold GmbH and Co KG
Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eckold GmbH and Co KG, Walter Eckold GmbH and Co KG Vorrichtungs und Geraetebau filed Critical Eckold GmbH and Co KG
Publication of EP1912750A1 publication Critical patent/EP1912750A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/04—Stamping using rigid devices or tools for dimpling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/24—Perforating, i.e. punching holes
    • B21D28/34—Perforating tools; Die holders
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G05B19/4015—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes going to a reference at the beginning of machine cycle, e.g. for calibration
    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37405—Contact detection between workpiece and tool, probe, feeler
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50137—Contact in probe, touch probe to detect contact, touch trigger

Definitions

  • the invention relates to a forming tool for sheet-metal components, in particular a forming tool, wherein the forming tool is automatically positioned and handled by means of an industrial robot system, according to the preamble of claim 1.
  • the invention relates to a method for positioning the forming tool, according to the preamble of claim 11.
  • DE 299 18 486 U1 discloses a device for positioning finished molded sheet metal stampings and a robot-controlled production tool.
  • the pressed metal parts are vehicle body parts.
  • the exact actual position of the pressed sheet metal part within the working space of the industrial robot is determined in relation to it.
  • a sensor is provided which detects a contact of the support on the sheet metal pressed part and emits appropriate signals to stop the displacement of the support to a controller.
  • the object is achieved by a forming tool having the features of claim 1.
  • the forming tool according to the invention is characterized in that it has a component Vortastsystem that contains a contact position with the component position-displaceable Vortastelement whose Lüverschie- bung can be determined by means of a measuring system ,
  • the forming tool is characterized by a relatively simple structural design and allows reliable positioning by means of an industrial robot system relative to the sheet-metal component whose exact position in the space for forming need not be known exactly.
  • the exact tool position can be determined and thus the exact component position can be calculated in space.
  • the Vortastvorgang is thus indirectly used in addition to the component position determination in the room.
  • the forming tool it is possible to carry out an exact forming process for a sheet-metal component whose position in space was initially not sufficiently known. Both the positioning and the handling of the forming tool is carried out automatically by means of the industrial robot system.
  • the forming tool may in particular be an embossing and / or punching tongs.
  • the Vortastelement is preferably positionally displaceable against a resilient restoring force.
  • the Vortastelement is preferably arranged in a die unit of the forming tool. This makes it possible to create a contact contact between the position-displaceable Vortastelement and the sheet-metal component in the immediate forming area of the forming tool. When this contact is made, the forming tool is located in a precise positionable by means of the industrial robot Vortast ein, from which then a positionally accurate Umformausgangswolf the forming tool can be taken relative to the component. This allows a reproducible accurate forming process on a respective component whose exact location in the room for this need not be known exactly.
  • the Vortastelement in Vortastwolf frontally over the die outwards and is rigidly connected to a defined in the Matrizeniser reference element.
  • Vortastelements Due to the functional and spatial separation of the Vortastelements and the reference element, it is possible to perform the actual measurement of the Vortastvorgang undisturbed. Since the Vortastelement is dimensionally stable connected to the reference element, a positional shift of the Vortastelements is precisely and directly transmitted to the reference element, so that the positional shift of Vortastelements at the same time by means of the measuring system can be determined.
  • the Vortastelement can protrude in Vortast ein the front side of the die to a defined Vortastin.
  • the Vortastrat is thus a safety distance of the die relative to the sheet-metal component after making a contact abutment of the Vortastelements with the same component.
  • the speed of movement of the forming tool approaching the component may, if necessary, be greater up to the production and verification of an abutment contact between the prestressing element and the component as far as during this contact contact until a defined Umformausgangs sued, i. when the contact between the die and the component is made when the Vortast element is fully retracted and the deformation has not yet begun.
  • the reference element and the measuring system are preferably arranged in a measuring range spaced from the forming area. This allows the Use of a relatively robust trained Vortastelements in the forming area and at the same time a geometrically highly accurate formed, sensitive measuring system in the spaced measuring range.
  • the forming tool can thus be characterized by a sufficient robustness in the forming area and at the same time by a trouble-free reproducible measurement accuracy.
  • the reference element preferably has a reference surface, which is arranged at a defined measuring distance to the measuring system.
  • the measuring system preferably includes a distance sensor, which is operatively connected to a control unit of the industrial robot system.
  • a forming tool is characterized by a structurally relatively simple structure and is suitable for use in particular in an automated series production due to their reliable positioning and handling.
  • the measuring distance is advantageously at least by a defined Umformweg greater than the Vortastrum. This makes it possible to measure a positional shift of the Vortastelements during the Vortastvorgangs means of the measuring system and immediately thereafter the Umformweg during the forming process on the sheet-metal component, since the Vortastelement is further displaced during the forming process together with the die against a resilient restoring force. This positional shift can also be measured continuously, if necessary, by means of the measuring system within the measuring distance.
  • the forming tool may additionally be formed as a punching tool, wherein the Vortastelement simultaneously has the function of a punch, which is forcibly moved away from the component by means of a displacement system after a punching.
  • This allows a correct opening of the forming tool after completion of the forming / punching process.
  • the object is achieved by a method having the features of claim 11.
  • the method according to the invention is characterized in that the forming tool is moved toward the component until an abutment contact is established between a prestressing element and the component, whereby a displacement occurs by means of a measuring system a Vortastelements is measured from a defined Vortastwolf for exact positioning of the forming tool relative to the component.
  • the pre-load element projects into contact with the component by a predefined pre-load length on the face side via the matrix to the outside before producing an abutment contact.
  • the forming tool may additionally have a punching function and the Vortastelement simultaneously have the function of a punch. After punching in the component, the punch can be forcibly moved away from the component by means of a sliding system. Thus, several processing functions can be performed by means of the forming tool on a component.
  • the industrial robot system can move the forming tool away from the component and at the same time perform a movement of Umformwerkmaschines compensating movement relative to Matrizeniser so that the forming die is continuously in abutting contact with the component and the Matrizenech while reducing the acting through them on the component Forces is moved away from the component.
  • Umformtechnikmaschines compensating movement relative to Matrizeniser so that the forming die is continuously in abutting contact with the component and the Matrizenhows is moved away from the component.
  • an undesirable reverse deformation in the forming area of the component when opening the forming tool can be avoided or at least limited to ensure a particularly high Forming accuracy on the component.
  • FIG. 1 is a schematic, partially longitudinally sectioned side view of an inventive forming tool with the Vortastelement in
  • Fig. 2 shows the forming tool of Figure 1 during the forming / stamping process
  • Fig. 3 shows the forming tool of Figure 2 after the forming / embossing process and in the open operating position.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a forming tool 10 which is designed to be connectable to an industrial robot (not shown in the figure).
  • the forming tool 10 may be a forming tool and in particular a stamping and / or punching pliers.
  • the forming tool 10 is provided with a component Vortastsystem 12, which includes a Vortastelement 14.
  • the Vortastelement 14 stands for this purpose by a defined Vortastaci B frontally from the forming tool 10 before.
  • the component pre-stressing system 12 it is possible to position the forming tool 10 automatically relative to a plate-shaped component 16, wherein the exact spatial position of the forming area of the component 16 need not be known exactly for this purpose.
  • the Vortastelement 14 is concentrically integrated in a die unit 20 arranged such that it (according to double arrow 42) in the plane of the drawing to the right against a resilient restoring force of a compression spring 36 is displaced position.
  • the die unit 20 further includes a die 22, which surrounds the Vortastelement 14 concentric and is held by compression springs 32 in a receiving seat 30 of a counter-holder.
  • the pincers Forming tool 10 further includes a forming die 40 which forms a gap with the die unit 20 in which, when coarse positioning of the forming tool 10 by means of the industrial robot, the forming region of the sheet-metal component 16 is located. The forming punch 40 is moved in the actual forming process against the die 22 in the drawing plane to the right.
  • the forming tool 10 is further provided with a measuring system 18 which includes a distance sensor 28, which may be formed as an analog sensor.
  • the Vortastelement 14 extends from the forming region of the forming tool 10 along the die 22 to a measuring range in which a reference element 24 which is dimensionally stable connected to the Vortastelement 14, is arranged.
  • the reference element 24 includes a flat reference surface 26, which lies in a defined measuring distance A relative to the distance sensor 28 in the Vortastwolf 14 located in Vortastwolf according to Figure 1. In this Vortast ein the Vortastelement 14 frontally protrudes beyond the die 22 to the outside, forming a defined Vortastin B relative to the end face of the die 22.
  • FIG. 1 also shows a connection punching cylinder 38.
  • the exact spatial position of the forming area of the component 16 by means of the control unit of the industrial robot and the distance of the die unit 20 and the forming punch 40 still to be traveled relative to the component 16 can be determined to assume a correct forming position.
  • the industrial robot positions the forming tool 10 until an abutment contact of the counter-holder 30 with the component 16 is established, wherein the positioning path of the forming tool 10 still to be covered is now exactly known.
  • the Vortastelement 14 is fully retracted into the die 22.
  • this defined forming position of the die unit 20 of the forming die 40 is moved against the component 16 (in the drawing to the right) and causes in cooperation with the fixed counter-holder 30 and against the spring-elastic restoring force of the compression springs 32 to the right sliding die 22 a Correct forming in the component 16.
  • the forming punch 40 cooperating with the die 22 thus pushes with its front side the deformation component of the component 16 into a cavity bounded by a counter-holder 30, which is released according to the onset axial displacement of the die 22 in the die unit 20.
  • the counter-holder 30 is stable during the actual forming process, i. immovable. This transformation is shown in FIG.
  • the pre-touch element 14 which at the same time has the function of a punch, is moved into a defined punched position by means of the connection punching cylinder 38, with the interposition of a force transmission system 48 connected to the punch 14 by a stop 46 2, to the left in the direction of the component 16.
  • the punch 14 moves relative to the displacement element 44 which is stationary during this process.
  • the component 16 is now both deformed and punched by means of the forming tool 10 according to FIG.
  • This change in the measuring distance A is determined by the distance sensor 28 precisely and simultaneously, so that a controlled positioning of the forming tool 10 relative to the sheet-shaped member 16 can be made such that the free end face of the counter-holder 30 are brought into abutting contact with the sheet-shaped member 16 to be formed in abutting contact can. At this moment, the Vortastelement 14 is fully retracted into the die 22.
  • the measuring distance A at least by a defined Umformweg is greater than the Vontastin B, the common positional shift of the Vortastelements 14 together with the die 22 and thus resulting in the component 16 Umformweg on the change of the measuring distance A due to the corresponding positional shift of the reference element 24th be determined directly during the actual forming process by means of the distance sensor 28.
  • the distance sensor 28 in addition, the forming height achieved on the component 16 (for example, the embossing height) can also be recorded.
  • a first contact between the forehand element 14, which simultaneously has the function of a punch, and the component 16 is detected by the measuring system 18.
  • the further movement can then be stopped first or even slowed down.
  • the remaining travel distance for positioning the forming tool 10 and for carrying out the forming process is determined exactly by means of the control unit of the industrial robot.
  • an automated delivery of the remaining travel in particular in crawl, i. with reduced speed, to increase the starting and thus positioning accuracy.
  • a repeated measurement with a correspondingly repeated positioning correction of the industrial robot can take place. Due to the principle mechanical part loading and thus detection of the component position in the area of action of the forming tool 10, a particularly high positioning reliability of the same can be achieved with components subject to position tolerance (components with inaccurate spatial position).
  • the industrial robot moves the forming tool 10 away from the component 16.
  • the forming die 40 simultaneously performs a movement of the forming tool 10 compensating relative movement to the die unit 20, so that the forming die 40 is continuously in abutting contact with the component 16 and the die unit 20 is moved away from the component 16 while reducing the forces acting thereon on the component 16.
  • an undesired reverse deformation in the forming region of the component 16 during opening of the forming tool 10 is avoided or at least restricted while ensuring a particularly high deformation accuracy on the component 16.
  • the forming tool 10 can then be easily completely opened to release the component 16.

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Abstract

Das Umform Werkzeug (10) ist für blechförmige Bauteile (16) vorgesehen und insbesondere als eine Umformzange ausgebildet, wobei das Umformwerkzeug (10) mittels eines Industrierobotersystems automatisiert positionier- und handhabbar ist. Hierbei ist vorgesehen, dass das Umformwerkzeug (10) ein Bauteil-Vortastsystem (12) aufweist, das ein bei Anlagekontakt mit dem Bauteil (16) lageverschiebbares Vortastelement (14) enthält, dessen Lageverschiebung mittels eines Messsystems (18) ermittelbar ist. Ferner ist ein geeignetes Verfahren zum Positionieren des Umformwerkzeugs (10) vorgesehen.

Description

Umformwerkzeug und Verfahren zum Positionieren des Umformwerkzeuges
Die Erfindung betrifft ein Umformwerkzeug für blechförmige Bauteile, insbesondere eine Umformzange, wobei das Umformwerkzeug mittels eines Industrierobotersystems automatisiert positionier- und handhabbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Positionieren des Umformwerkzeugs, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Umformwerkzeuge der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 299 18 486 U1 eine Vorrichtung zur Positionierung fertig geformter Blechpressteile und eines robotergeführten Herstellungswerkzeugs. Bei den Blechpressteilen handelt es sich um Fahrzeugkarosserieteile. Dabei wird die exakte Ist-Lage des Blechpressteils innerhalb des Arbeitsraumes des In- dustrieroboters in Relation zu ihm bestimmt. Im Bereich einer Auflage des Herstellungswerkzeugs ist ein Sensor vorgesehen, der eine Berührung der Auflage am Blechpressteil detektiert und entsprechende Signale zum Stillstand der Verschiebung der Auflage an eine Steuerung abgibt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein alternatives Umformwerkzeug vorzuschlagen.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zum Positionieren des Umformwerkzeugs anzugeben. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Umformwerkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Umformwerkzeug zeichnet sich dadurch aus, das es ein Bauteil-Vortastsystem aufweist, das ein bei Anlagekontakt mit dem Bauteil lageverschiebbares Vortastelement enthält, dessen Lageverschie- bung mittels eines Messsystems ermittelbar ist. Das Umformwerkzeug zeichnet sich durch einen verhältnismäßig einfachen konstruktiven Aufbau aus und erlaubt eine zuverlässige Positionierung mittels eines Industrierobotersystems relativ zum blechförmigen Bauteil, dessen genaue Position im Raum zum Umformen nicht genau bekannt sein muss. Sobald ein Anlagekontakt mit dem Bau- teil in Form einer Lageverschiebung des Vortastelements mittels des Messsystems ermittelt wird, kann die genaue Werkzeugposition bestimmt und damit auch die genaue Bauteilposition im Raum errechnet werden. Der Vortastvorgang wird somit indirekt zusätzlich zur Bauteillagebestimmung im Raum genutzt. Somit ist es mittels des Umform Werkzeugs möglich, einen genauen Um- formprozess bei einem blechförmigen Bauteil durchzuführen, dessen Lage im Raum anfangs nicht hinreichend bekannt war. Sowohl die Positionierung als auch die Handhabung des Umformwerkzeugs erfolgt dabei automatisiert mittels des Industrierobotersystems. Bei dem Umformwerkzeug kann es sich insbesondere um eine Präge- und/oder Stanzzange handeln. Das Vortastelement ist vorzugsweise gegen eine federelastische Rückstellkraft lageverschiebbar.
Das Vortastelement ist vorzugsweise in einer Matrizeneinheit des Umformwerkzeugs angeordnet. Hierdurch ist es möglich, im unmittelbaren Umformbereich des Umformwerkzeugs einen Anlagekontakt zwischen dem lageverschiebbaren Vortastelement und dem blechförmigen Bauteil zu schaffen. Bei Herstellung dieses Anlagekontakts befindet sich das Umformwerkzeug in einer präzise mittels des Industrieroboters lageermittelbaren Vortaststellung, von welcher aus anschließend eine lagegenaue Umformausgangsstellung des Umformwerkzeugs relativ zum Bauteil eingenommen werden kann. Dies ermöglicht einen reproduzierbar genauen Umformprozess an einem jeweiligen Bauteil, dessen genaue Lage im Raum hierzu nicht exakt bekannt sein muss. Mit Vorteil steht das Vortastelement in Vortaststellung stirnseitig über die Matrize nach außen vor und ist mit einem in der Matrizeneinheit definiert angeordneten Bezugselement formsteif verbunden. Auf Grund der funktionellen und räumlichen Trennung des Vortastelements und des Bezugselements ist es möglich, den eigentlichen Messvorgang vom Vortastvorgang ungestört durchzuführen. Da das Vortastelement formsteif mit dem Bezugselement verbunden ist, wird eine Lageverschiebung des Vortastelements präzise und unmittelbar auf das Bezugselement übertragen, so dass die Lageverschiebung des Vortastelements zeitgleich mittels des Messsystems ermittelbar ist.
Das Vortastelement kann in Vortaststellung stirnseitig von der Matrize um eine definierte Vortastlänge vorstehen. Die Vortastlänge ist somit ein Sicherheitsabstand der Matrize relativ zum blechförmigen Bauteil nach Herstellung eines Anlagekontakts des Vortastelements mit demselben Bauteil. Die Bewegungsge- schwindigkeit des sich an das Bauteil annähernden Umformwerkzeugs kann bis zur Herstellung und Verifizierung eines Anlagekontakts zwischen dem Vortastelement und dem Bauteil ggf. größer sein als während dieses Anlagekontakts bis zur Einnahme einer definierten Umformausgangsstellung, d.h. bei Herstellung des Anlagekontakts zwischen der Matrize und dem Bauteil bei vollständig eingefahrenem Vortastelement und noch nicht begonnener Umformung. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Vortastlänge null, da das Vortastelement vollständig in die Matrize gegen die federelastische Rückstellkraft eingefahren ist. Bei entsprechender Handhabung des Umform Werkzeugs mittels des Industrierobotersystems kann der eigentliche Umformprozess des blechförmigen Bauteils dann erfolgen kann. Der Anlagekontakt des Vortastelements dient zur genauen Positionsermittlung des Bauteils relativ zum Umformwerkzeug bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hinreichend großen Vortastlänge unter anderem zur Vermeidung einer unerwünschten Kollision zwischen der Matrize des Umformwerkzeugs und dem blechförmigen Bauteil.
Das Bezugselement und das Messsystem sind vorzugsweise in einem vom Umformbereich beabstandeten Messbereich angeordnet. Dies ermöglicht den Einsatz eines verhältnismäßig robust ausgebildeten Vortastelements im Umformbereich und gleichzeitig eines geometrisch hochgenau ausgebildeten, sensiblen Messsystems im beabstandeten Messbereich. Das Umformwerkzeug kann sich somit durch eine hinreichende Robustheit im Umformbereich und gleichzeitig durch eine störungsfrei reproduzierbare Messgenauigkeit auszeichnen.
Das Bezugselement weist vorzugsweise eine Bezugsfläche auf, die in einem definierten Messabstand zum Messsystem angeordnet ist. Dabei enthält das Messsystem vorzugsweise einen Abstandssensor, der mit einer Steuereinheit des Industrierobotersystems wirkverbindbar ist. Ein derartiges Umformwerkzeug zeichnet sich durch einen konstruktiv verhältnismäßig einfachen Aufbau aus und ist für den Einsatz insbesondere in einer automatisierten Serienproduktion auf Grund ihrer zuverlässigen Positionier- und Handhabbarkeit geeignet.
Der Messabstand ist mit Vorteil mindestens um einen definierten Umformweg größer als die Vortastlänge. Dies ermöglicht das Messen einer Lageverschiebung des Vortastelements während des Vortastvorgangs mittels des Messsystems und unmittelbar anschließend auch den Umformweg während des Um- formvorgangs am blechförmigen Bauteil, da das Vortastelement beim Umformvorgang zusammen mit der Matrize weiter gegen eine federelastische Rückstellkraft lageverschoben wird. Auch diese Lageverschiebung kann mittels des Messsystems innerhalb des Messabstands gegebenenfalls kontinuierlich gemessen werden.
Das Umform Werkzeug kann zusätzlich als Stanzwerkzeug ausgebildet sein, wobei das Vortastelement gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels hat, der mittels eines Verschiebesystems nach einer Stanzung zwangsweise vom Bauteil wegbewegbar ist. Dies ermöglicht ein korrektes Öffnen des Umform- Werkzeugs nach Abschluss des Umform-/Stanzvorgangs. Ferner wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 11. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Umformwerkzeug auf das Bauteil zu bewegt wird bis zur Herstellung eines Anlagekontakts zwischen einem Vortastelement und dem Bauteil, wobei mittels eines Messsystems eine Verlagerung eines Vortastelements aus einer definierten Vortaststellung gemessen wird zur exakten Positionsbestimmung des Umformwerkzeugs relativ zum Bauteil. Dabei steht das Vortastelement vor Herstellung eines Anlagekontakts mit dem Bauteil um eine definierte Vortastlänge stirnseitig über die Matrize nach außen vor. Mittels des Verfahrens ist es mög- lieh, die in Bezug auf das Umformwerkzeug vorerwähnten Vorteile zu erzielen.
Das Umformwerkzeug kann zusätzlich eine Stanzfunktion besitzen und das Vortastelement gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels haben. Dabei kann nach erfolgter Stanzung im Bauteil der Stanzstempel mittels eines Ver- Schiebesystems zwangsweise vom Bauteil wegbewegt werden. Somit lassen sich mehrere Bearbeitungsfunktionen mittels des Umformwerkzeugs an einem Bauteil durchführen.
Nach erfolgter Umformung am Bauteil kann das Industrierobotersystem das Umformwerkzeug vom Bauteil wegbewegen und der Formstempel gleichzeitig eine die Bewegung des Umformwerkzeugs kompensierende Relativbewegung zur Matrizeneinheit durchführen, sodass der Formstempel kontinuierlich in Anlagekontakt mit dem Bauteil steht und die Matrizeneinheit unter Abbau der durch sie auf das Bauteil wirkenden Kräfte vom Bauteil wegbewegt wird. Auf- grund des in Bezug auf die Öffnungsbewegung des Umform Werkzeugs definierten Abbaus derjenigen Kräfte, die durch das geschlossene Umformwerkzeug auf das umgeformte Bauteil wirken, kann eine unerwünschte Rückverformung im Umformbereich des Bauteils beim Öffnen des Umformwerkzeugs vermieden oder wenigstens eingeschränkt werden unter Gewährleistung einer besonders hohen Umformgenauigkeit am Bauteil.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische, teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßes Umformwerkzeugs mit dem Vortastelement in
Anlagekontakt mit einem Bauteil,
Fig. 2 das Umformwerkzeug der Figur 1 beim Umform-/Prägevorgang und
Fig. 3 das Umformwerkzeug der Figur 2 nach dem Umform-/Prägevorgang und in geöffneter Betriebsstellung.
Die Figur 1 zeit in schematischer Darstellung ein Umformwerkzeug 10, das als mit einem Industrieroboter (nicht in der Figur dargestellt) verbindbar ausgebildet ist. Das Umformwerkzeug 10 kann eine Umformzange und insbesondere eine Präge- und/oder eine Stanzzange sein. Zum automatisierten Positionieren des Umformwerkzeugs 10 mittels eines Industrieroboters ist das Umformwerkzeug 10 mit einem Bauteil-Vortastsystem 12 versehen, das ein Vortastelement 14 enthält. Das Vortastelement 14 steht hierzu um eine definierte Vortastlänge B stirnseitig aus dem Umform Werkzeug 10 vor. Mittels des Bauteil-Vortastsystems 12 ist es möglich, das Umformwerkzeug 10 automatisiert relativ zu einem blech- förmigen Bauteil 16 zu positionieren, wobei die genaue räumliche Lage des Umformbereichs des Bauteils 16 hierzu nicht exakt bekannt sein muss. Das Vortastelement 14 ist konzentrisch in einer Matrizeneinheit 20 integriert derart angeordnet, dass es (gemäß Doppelpfeil 42) in der Zeichnungsebene nach rechts gegen eine federelastische Rückstellkraft einer Druckfeder 36 lagever- schiebbar ist. Die Matrizeneinheit 20 enthält femer eine Matrize 22, welche das Vortastelement 14 konzentrisch umschließt und mittels Druckfedern 32 in einem Aufnahmesitz eines Gegenhalters 30 gehalten wird. Das zangenförmige Um- formwerkzθug 10 enthält ferner einen Formstempel 40, der mit der Matrizeneinheit 20 einen Zwischenraum bildet, in welchem bei erfolgter Grobpositionierung des Umform Werkzeugs 10 mittels des Industrieroboters der Umformbereich des blechförmigen Bauteils 16 liegt. Der Formstempel 40 wird beim eigentlichen Umformprozess gegen die Matrize 22 in der Zeichnungsebene nach rechts bewegt.
Das Umformwerkzeug 10 ist ferner mit einem Messsystem 18 versehen, das einen Abstandssensor 28 enthält, der als Analogsensor ausgebildet sein kann. Das Vortastelement 14 erstreckt sich dabei vom Umformbereich des Umformwerkzeugs 10 entlang der Matrize 22 bis zu einem Messbereich, in welchem ein Bezugselement 24, das formsteif mit dem Vortastelement 14 verbunden ist, angeordnet ist. Das Bezugselement 24 enthält eine ebene Bezugsfläche 26, welche in einem definierten Messabstand A relativ zum Abstandsensor 28 beim sich gemäß Figur 1 in Vortaststellung befindenden Vortastelement 14 liegt. In dieser Vortaststellung ragt das Vortastelement 14 stirnseitig über die Matrize 22 nach außen vor, unter Ausbildung einer definierten Vortastlänge B relativ zur Stirnseite der Matrize 22. Diese Vortaststellung ergibt sich automatisch als Grundstellung durch die mittels eines Bolzens 34 auf das Vortastelement 14 wirkenden Federkraft der Druckfeder 36. Dabei wird das Vortastelement 14 durch die wirkende Federkraft gegen eine Anschlagfläche eines in der Matrizeneinheit 20 definiert lageverschiebbar angeordneten Verschiebeelements 44 gedrückt. Schließlich zeigt die Figur 1 noch einen Anschluss-Stanzzylinder 38.
Nach Feststellen einer Lageverschiebung des Vortastelements 14 - und somit auch des Bezugselements 24 - mittels des Abstandssensors 28 aufgrund der sich einstellenden Reduzierung des Messabstands A werden die entsprechenden Daten, nämlich der jeweils exakte Moment des Beginns und des Endes der Lageverschiebung des Vortastelements 14, an eine Steuereinheit des Industrie- roboters übermittelt, mittels welcher die genaue räumliche Zangenposition bei Beginn des Anlagekontakts sowie der bereits zurückgelegte Verschiebeweg des Vortastelements 14 (in der Zeichnungsebene nach rechts) bestimmt wer- den kann. Dabei kann auch die exakte räumliche Position des Umformbereichs des Bauteils 16 mittels der Steuereinheit des Industrieroboters sowie der noch zurückzulegende Weg der Matrizeneinheit 20 und des Formstempels 40 relativ zum Bauteil 16 zur Einnahme einer korrekten Umformposition bestimmt wer- den.
Anschließend positioniert der Industrieroboter das Umformwerkzeug 10 bis zur Herstellung eines Anlagekontakts des Gegenhalters 30 mit dem Bauteil 16, wobei der noch zurückzulegende Positionierweg des Umformwerkzeugs 10 nun exakt bekannt ist. Bei Anlagekontakt des Gegenhalters 30 mit dem Bauteil 16 ist das Vortastelement 14 vollständig in die Matrize 22 eingefahren. In dieser definierten Umformposition der Matrizeneinheit 20 wird der Formstempel 40 gegen das Bauteil 16 bewegt (in der Zeichnung nach rechts) und bewirkt in Kooperation mit dem feststehenden Gegenhalter 30 und der gegen die federelas- tische Rückstell kraft der Druckfedern 32 nach rechts verschiebbaren Matrize 22 eine korrekte Umformung im Bauteil 16. Der mit der Matrize 22 kooperierende Formstempel 40 drückt somit mit seiner Stirnseite den Verformungsanteil des Bauteils 16 in einen von einem Gegenhalter 30 umfangsförmig begrenzten Hohlraum, welcher entsprechend der einsetzenden axialen Verlagerung der Matrize 22 in der Matrizeneinheit 20 freigegeben wird. Der Gegenhalter 30 ist während des eigentlichen Umformprozesses lagestabil, d.h. unbeweglich angeordnet. Diese Umformung ist in Figur 2 dargestellt.
Zur Durchführung des zusätzlichen Stanzvorgangs im Bauteil 16 wird das Vor- tastelement 14, das gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels hat, mittels des Anschlussstanzzylinders 38 - unter Zwischenschaltung eines mit dem Stanzstempel 14 durch einen Anschlag 46 in Verbindung stehenden Kraftübertragungssystems 48 - in eine definierte Stanzstellung bewegt - gemäß Figur 2 nach links in Richtung Bauteil 16. Dabei bewegt sich der Stanzstempel 14 rela- tiv zum während dieses Vorgangs feststehenden Verschiebelement 44. Das Bauteil 16 ist nun mittels des Umformwerkzeugs 10 gemäß Figur 2 sowohl umgeformt als auch mit einer Stanzung versehen. Zum Öffnen des Umformwerkzeugs 10 wird der Stanzstempel 14 mittels des Verschiebeelements 44 in Kooperation mit dem Anschlussstanzzylinder 38 gemäß Doppelpfeil 42 in der Zeichnung nach rechts bewegt, d.h. vom Bauteil 16 weg, während gleichzeitig oder anschließend der Formstempel 40 gemäß Doppelpfeil 50 in der Zeichnung nach links bewegt wird, d.h. ebenfalls vom Bauteil 16 weg. Gleichzeitig wird der relativ zum Industrieroboter feststehende Gegenhalter 30 mittels einer Bewegung des Industrieroboters gemäß Doppelpfeil 52 in der Zeichnung etwas nach rechts bewegt, d.h. auch vom Bauteil 16 weg. Somit wird die Matrize 22 aufgrund der wirkenden federelastischen Rückstell kraft der Druckfedern 32 in ihre Anschlagstellung relativ zum Gegenhalter 30 bewegt. Diese sich ergebende Öffnungsposition des Umformwerkzeugs 10 ist in Figur 3 dargestellt.
Zur Positionierung des Umformwerkzeugs 10 mittels eines Industrieroboters wird selbiges auf das Bauteil 16 zu bewegt bis zur Herstellung eines Anlagekontakts zwischen dem um die um die Vortastlänge B vorstehenden Vortastelement 14 und dem Bauteil 16. Dieser spezielle Moment während der Positionierung des Umformwerkzeugs 10 ist in der Figur 1 dargestellt. Bei einer weite- ren Relativbewegung der Matrize 22 mit dem konzentrischen Vortastelement 14 erfolgt eine Verlagerung des Vortastelements 14 entgegen einer federelastischen Rückstellkraft gemäß Doppelpfeil 42 in der Zeichnungsebene nach rechts. Dies führt zu einer entsprechenden Verlagerung des sich im Messbereich befindenden Bezugselements 24, so dass eine Verringerung der Vortast- länge B im Umformbereich eine entsprechende Verringerung des Messabstands A im Messbereich bewirkt. Diese Veränderung des Messabstands A wird durch den Abstandssensor 28 präzise und zeitgleich ermittelt, so dass eine kontrollierte Positionierung des Umformwerkzeugs 10 relativ zum blechförmigen Bauteil 16 derart erfolgen kann, dass die freie Stirnseite des Gegenhalters 30 kontrolliert an das umzuformende blechförmige Bauteil 16 in Anlagekontakt gebracht werden kann. In diesem Moment ist das Vortastelement 14 vollständig in die Matrize 22 eingefahren. Wenn der Messabstand A mindestens um einen definierten Umformweg größer ist als die Vortastlänge B, kann die gemeinsame Lageverschiebung des Vortastelements 14 zusammen mit der Matrize 22 und somit der sich am Bauteil 16 ergebende Umformweg über die Veränderung des Messabstands A aufgrund der entsprechenden Lageverschiebung des Bezugselements 24 auch während des eigentlichen Umformprozesses mittels des Abstandsensors 28 direkt ermittelt werden. Somit kann mittels des Abstandsensors 28 zusätzlich auch die am Bauteil 16 erzielte Umformhöhe (beispielsweise die Prägehöhe) miterfasst wer- den.
Somit wird nach einer robotergeführten Anfahrbewegung des Umformwerkzeugs 10 (ggf. mit erhöhter Geschwindigkeit) eine erste Berührung zwischen dem Vortastelement 14, das gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels hat, und dem Bauteil 16 mittels des Messsystems 18 erfasst. Die weitere Verfahrbewegung kann daraufhin zunächst gestoppt oder auch nur verlangsamt werden. Der verbleibende Restverfahrweg zur Positionierung des Umform werk- zeugs 10 und zur Durchführung des Umformvorgangs wird mittels der Steuereinheit des Industrieroboters exakt ermittelt. Zum Anlegen des Gegenhalters 30 an das Bauteil 16 erfolgt eine automatisierte Zustellung des restlichen Verfahrwegs insbesondere im Kriechgang, d.h. mit verringerter Geschwindigkeit, zur Erhöhung der Anfahr- und damit Positioniergenauigkeit. Dabei kann optional auch ein mehrmaliges Messen mit entsprechend mehrmaliger Positionierkorrektur des Industrieroboters erfolgen. Aufgrund der prinzipiell mechanischen Bau- teilantastung und somit Erfassung der Bauteilposition im Wirkungsbereich des Umform Werkzeugs 10 kann eine besonders hohe Positionierungszuverlässigkeit derselben bei lagetoleranzbehafteten Bauteilen (Bauteile mit nicht exakter räumlicher Lage) erzielt werden.
Nach erfolgter Bauteilumformung bewegt der Industrieroboter das Umformwerkzeug 10 vom Bauteil 16 weg. Der Formstempel 40 führt gleichzeitig eine die Bewegung des Umformwerkzeugs 10 kompensierende Relativbewegung zur Matrizeneinheit 20 durch, sodass der Formstempel 40 kontinuierlich in Anlagekontakt mit dem Bauteil 16 steht und die Matrizeneinheit 20 unter Abbau der durch sie auf das Bauteil 16 wirkenden Kräfte vom Bauteil 16 wegbewegt wird. Hierdurch wird eine unerwünschte Rückverformung im Umformbereich des Bauteils 16 beim Öffnen des Umformwerkzeugs 10 vermieden oder wenigstens eingeschränkt unter Gewährleistung einer besonders hohen Umformgenauigkeit am Bauteil 16. Das Umformwerkzeug 10 kann anschließend problemlos vollständig geöffnet werden zur Freigabe des Bauteils 16.

Claims

Patentansprüche
1. Umformwerkzeug (10) für blechförmige Bauteile (16), insbesondere Umformzange, wobei das Umformwerkzeug (10) mittels eines Industrierobotersystems automatisiert positionier- und handhabbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umform Werkzeug (10) ein Bauteil- Vortastsystem (12) aufweist, das ein bei Anlagekontakt mit dem Bauteil (16) lageverschiebbares Vortastelement (14) enthält, dessen Lageverschiebung mittels eines Messsystems (18) ermittelbar ist.
2. Umformwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass Vortastelement (14) gegen eine federelastische Rückstell kraft lageverschiebbar ist.
3. Umformwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortastelement (14) in einer Matrizeneinheit (20) des Umform Werkzeugs (10) angeordnet ist.
4. Umform Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortastelement (14) in Vortaststellung stirnseitig über die Matrize (22) nach außen vorsteht und mit einem in der Matrizeneinheit (20) definiert angeordneten Bezugselement (24) formsteif verbunden ist.
5. Umformwerkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Vortastelement (14) in Vortaststellung stirnseitig von der Matrize (22) um eine definierte Vortastlänge (B) vorsteht.
6. Umformwerkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugselement (24) und das Messsystem (18) in einem vom Umformbereich beabstandeten Messbereich angeordnet sind.
7. Umformwerkzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bezugselement (24) eine Bezugsfläche (26) aufweist, die in einem definierten Messabstand (A) zum Messsystem (18) angeordnet ist.
8. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsystem (18) einen Abstandssensor (28) enthält, der mit einer Steuereinheit des Industrieroboters wirkverbindbar ist.
9. Umformwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Messabstand (A) mindestens um einen definierten Umformweg größer ist als die Vortastlänge (B).
10. Umformwerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das das Umformwerkzeug (10) zusätzlich als Stanzwerkzeug ausgebildet ist und das Vortastelement (14) gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels hat, der mittels eines Verschiebesystems (44, 38) nach einer Stanzung zwangsweise vom Bauteil (16) wegbewegbar ist.
11. Verfahren zum Positionieren eines Umformwerkzeugs (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mittels eines Industrieroboters relativ zu einem Bauteil (16), dessen Lage wenigstens im Umformbereich nicht exakt bekannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umformwerkzeug
(10) auf das Bauteil (16) zu bewegt wird bis zur Herstellung eines Anlagekontakts zwischen einem Vortastelement (14) und dem Bauteil (16), wobei mittels eines Messsystems (18) eine Verlagerung eines Vortastelements (14) aus einer definierten Vortaststellung gemessen wird zur exakten Positionsbestimmung des Umformwerkzeugs (10) relativ zum
Bauteil (16).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das das
Umformwerkzeug (10) zusätzlich eine Stanzfunktion besitzt und das Vortastelement (14) gleichzeitig die Funktion eines Stanzstempels hat.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Stanzung im Bauteil (16) der Stanzstempel (14) mittels eines Verschiebesystems (44, 38) zwangsweise vom Bauteil (16) wegbewegt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Bearbeitung des Bauteils (16) mittels des Umformwerkzeugs (10) das Industrierobotersystem das Umformwerkzeug (10) vom Bauteil (10) wegbewegt und gleichzeitig der Formstempel (40) eine die Bewegung des Umformwerkzeugs (10) kompensierende Relativbewegung zum Umform Werkzeug (10) durchführt, sodass der Formstempel (40) kontinuierlich in Anlagekontakt mit dem Bauteil (10) steht und die Matrizeneinheit (20) unter Abbau der durch sie auf das Bauteil (10) wirkenden Kräfte vom Bauteil (10) wegbewegt wird.
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