EP2134483B1 - Verfahren zur festlegung eines einstellparameterwerts einer biegepresse - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for determining an adjustment parameter value of a bending press according to the preamble of claim 1.
- a fundamental problem with all forming processes is the springback of the workpiece at the end of the forming process by the elastic portion of the deformation of an elasto-plastic material.
- the workpiece When bending workpieces, in most cases sheet metal blanks, on bending presses between a punch and a die with a V-die, the workpiece must be deformed beyond the desired bending angle to be achieved after relief, because after elimination of the forming force, the bending angle on the workpiece changed by the springback against the pressed state.
- the requisite readjustment of the machine setting parameters is in many cases based on the experience of the operators, who estimate and manually set the correction value for setting the bottom dead center of the punch movement or the bending force to be applied based on the measured deviation from the setpoint angle, or programmed correction values for the machine control Bending is used. Since information about the forming behavior of the workpiece is already available from the first bending process, in most cases a single bending is sufficient to achieve the required bending angle.
- EP 1 401 593 B1 describes a method for controlling the stroke of a press brake, in which the thickness difference between the real thickness of a workpiece and the nominal thickness of a workpiece is calculated by the real position of the movement of the punch, in which there is a predetermined change of a parameter, eg the pressure at the press cylinders is compared with the theoretical position of said movement, in which it should come to this change of the parameter. Furthermore, during the bending process by an electronic control device, the measured values of the movement of the punch and of the parameter, for example the pressure of the pressing cylinders, are processed during the phase of the plastic deformation of the work piece being bent.
- a parameter eg the pressure at the press cylinders
- a disadvantage of this method is that the determination of the forming force Umformweg course, eg by vibrations in the drive system of the press bar or unpredictable slip-stick effects between press tool and workpiece is subject to uncertainties and to carry out the required measurements, a reduction in the pressing beam speed is required.
- an electronic control system for a press brake which also measures the position of the ram and scans the force applied to the workpiece, detects deviations from a model formed by measurements on curved test pieces, and optionally sets stamp movement correction values.
- the control system works adaptively by relating data determined on test workpieces on the deformation force profile, workpiece thickness and bending angle obtained at certain setting values and then calculates the bottom dead center of the punch movement required for achieving a specific desired bending angle in production workpieces after determining the deformation force profile and the workpiece thickness. Also in this method, the determination of the Umformkraft-Umformweg-course for the same reasons is subject to uncertainty, which in turn leads to deviations of the actual bending angle of the target value.
- a spring coiling machine in which a measured variable, which is detected by a arranged in front of the wire transducer measuring sensor of a measuring device, can influence the Drahtumformstrom to keep the geometry of produced springs in a predetermined desired range.
- the measuring device comprises means for detecting measured variables that can be influenced by induction or eddy currents.
- the Research Disclosure "Adaptive Correction During Forming" reports on a process for adapting the parameters of a forming process to the actual properties of the starting material, using an eddy current / induction measurement method to determine the formability or deformation behavior of the starting material is determined.
- an eddy current / induction meter is used to check the starting material and read the measured value into a model that describes the relationship between the measured and set values of the forming process.
- the model then supplies the adjustment values suitable for the currently determined formability of the starting material, which are forwarded to a machine control and automatically adjusted on a forming machine.
- This method can also be used, for example, for bending sheet metal or sheet metal strips.
- the object of the invention is to provide a bending method which can achieve a particularly high bending angle accuracy by determining fluctuations in the properties of the starting material and taken into account in the bending process and which can optionally be introduced subsequently to existing installations with only minor structural measures.
- the essential advantage here is that, according to the eddy current measurement on the workpiece, which is carried out to determine workpiece properties and subsequent establishment of the setting parameter value, the estimation of the deformation behavior of the workpiece carried out by means of the model of the bending process is checked for correctness by a concrete measurement of the actual value of the target becomes. The validity or validity of the model used to determine the adjustment parameter can thereby be monitored and, if necessary, refined or corrected. This is particularly advantageous if the model of the bending operation is still in the production phase and the application without the measurement of the target size in the production still gives rise to uncertain setting parameter values for the bending machine.
- the model After prolonged use of the method according to the invention, the model has a high prediction accuracy and the setting parameter values determined therewith result in actual values of the target variable which are very close to the setpoint value.
- the number of measurements of the actual values of the target size can be reduced and, in particular, the workpieces can be bent with high accuracy solely on the basis of the setting parameter values determined with the model for the respective workpiece.
- the final setting of the setting parameter value is carried out before the actual bending process, whereby it can be performed at full speed and without interruption.
- the invention makes use of the finding that the electromagnetic properties of a workpiece accessible via the eddy current measurement correlate with geometrically and / or mechanically technological workpiece properties, such as sheet thickness, yield strength, tensile strength, uniform elongation, modulus of elasticity, solidification exponent or rolling direction of the workpiece, and the electromagnetic field Properties can therefore be used as a characteristic of the workpiece for a determination of a Einstellparameterhongs for a bending operation. From a deviation of the measurement result of the eddy current measurement from a nominal value can be concluded that a corresponding deviation of a mechanical characteristic of a nominal value and thereby the Einstellparameterwert be corrected to a Nenneinstellwert.
- the measurement of the actual value of the target size is performed after a relief of the workpiece before the completion of the bending process, ie at an intermediate relief
- a target value of the bending angle of 90 ° the bending process at a bending angle of about 100 ° (obtuse angle) are interrupted and after the withdrawal of the force exerted by the punch on the workpiece bending force, ie in the unloaded state, the actual value of the previously achieved bending angle measured and with the effective before the relief Einstellparameterwert, eg
- the immersion depth of the punch and the measured value of the eddy current measurement are combined to form a value group. If the measurement results in a bending angle of 102 ° instead of the expected 100 °, this means that the actual formability of the workpiece is smaller than would be expected from the parameters used to determine the setting parameter value.
- adjustment parameters for the bending process for example, the stroke or immersion depth of a punch, the maximum hydraulic pressure in the press cylinders, a maximum applied bending force, forming force or pressing force and a deflection compensation parameter thus a correction value for the crowning of the lower tool to compensate for the deflection of the press bar, wherein the method is not limited to the definition of a single one of these adjustment parameters, but also several as well as other setting parameter values can be determined simultaneously.
- the measurement of the actual value of the target variable can be carried out with an automatic measuring device on the bending press, for example, with an integrated into the punch angle measuring device similar to a réellemesstaster.
- the time required to carry out the measurement can thereby be kept as low as possible, since the workpiece does not have to be removed from the bending press for measurement.
- the information from the measurement of the target size can now be used to reset the setting parameter value, e.g. in such a way that the measured value is fed to the control device and the bending process is continued with corrected adjustments, taking into account the deviation of the workpiece from the originally assumed nominal formability characterized by nominal values of the workpiece characteristics, very close to the actual value of the target to approach the setpoint. It is thus possible, based on the actual value of the target variable measured after the unloading of the workpiece, to reset the value of the setting parameter value for the continuation of the bending operation by the control device and thereby to carry out an inline correction of the setting parameter value.
- the model of the bending process is adapted based on the actual value of the target variable measured after the unloading of the workpiece and the measured value of the eddy current measurement representing a parameter of the workpiece and the setting parameter immediately before the unloading.
- the correlations contained in the model from the value of the setting parameter, characteristic of the workpiece from the eddy current measurement and respectively caused thereby value of the target size are quasi supplemented by the relationship determined on the current workpiece, the model thereby subjected to a learning process and thus further improved with each workpiece and, so to speak trained.
- the model of the bending process is composed of the information of the individual data sets and can be present as a database, or also by analytical methods in a calculation rule that maps the relationship between the result of the eddy current measurement, setting parameter value, possibly further known parameters of the workpiece and value of the target size, be convicted.
- the model of the bending operation in the control device may be formed by a multi-data set table or database and serve as a look-up table, by means of which the setting parameter value is determined essentially by searching and evaluating data records having similar values to the current workpiece becomes.
- the value table can also include data records which have been created using numerical methods, in particular simulation calculation, finite element methods, regression calculation or interpolation calculation.
- the model can be built with few measured workpieces and the effort to create the model can be reduced.
- a similar method is that an estimate of a characteristic of the workpiece is derived from the measured value of the eddy current measurement, and this estimated value is used by the control device in determining the setting parameter value.
- the result of the eddy current measurement can also be used for the indirect determination of further characteristics of the workpiece, which are used in the definition of the setting parameter value.
- the result of the eddy current measurement can be used for estimating a mechanical characteristic such as the yield strength used as a characteristic of the workpiece by the controller for establishing the setting parameter value, such as control devices of conventional bending machines with nominal values, for example supplier information, of the workpiece characteristics is performed by default.
- the determination of this estimated value is based on a model of the material properties, which contains a correlation between the measurement result of the eddy current measurement and mechanical-technological parameters of the workpiece, the eg from test series of material testing, in which the results of the non-destructive eddy current measurement are correlated with results of destructive testing methods of mechanical material properties.
- the model can advantageously be included as a calculation rule or look-up table in a memory of the control device and the evaluation of the eddy current measured value as an estimated value of a mechanical parameter can also be carried out by the latter.
- a further development of the aforementioned method consists in linking the estimated value to a nominal value of the same parameter of the workpiece, in particular by forming a weighted mean value, and using this as a parameter for determining the setting parameter value.
- the nominal value of the material parameter for example, the thickness as the geometric characteristic of the workpiece or the proportionality limit Rp0.2 as the mechanical-technological parameter of the workpiece may be mentioned at this point.
- a determined by means of an eddy current measurement mechanical characteristic of a workpiece can also be used as a parameter of a workpiece for the control of any bending press, beyond also for subsequent processing steps on other processing machines, where this parameter has significant influence, are used.
- the relationship between the results of eddy current measurements and the mechanical characteristics can also be determined, for example, by eddy current measurements and subsequent destructive or non-destructive material testing on test workpieces become.
- each of the two values subject to certain uncertainty - estimated value or nominal value of the parameter - can be included in the calculation with a value, in particular between 0 and 1, depending on the value given to higher significance.
- the nominal value of 0.75 may be given a higher weight in the formation of the mean value than the estimated value of 0.25 determined from the eddy current measurement.
- a similar method is that during the bending process, a course of a bending force or a directly related bending force parameter, for example the hydraulic pressure acting in the press beam drive, is detected and fed to the control device the bending force, the bending force parameter or a calculated value of a mechanical characteristic of the workpiece selected from a group comprising yield strength, proportional limit, elongation at break, uniform elongation, modulus of elasticity is used as a parameter for reestablishing the adjustment parameter value before the end of the bending process.
- a course of a bending force or a directly related bending force parameter for example the hydraulic pressure acting in the press beam drive
- the respectively measured bending force can be used for example directly without calculation of mechanical-technological parameters of the workpiece to correct one or more based on the measured value of the eddy current measurement Einstellparameterhong, such as in the determination of a deflection parameter value is used to the curvature of the lower tool or . of the fixed press beam to the at each bending force applied to adapt occurring deflection of the movable press beam.
- the deformation can be adjusted by actively changing the curvature of the fixed pressing beam, z. Example by adjusting cooperating wedge elements in construction of the fixed press beam or by changing the bending stiffness of the fixed press beam, for example by weakening slots whose effective length is variable by adjustable pressure pieces.
- the Umformweg in the case of a bending press brake the path of the punch from the contacting of the unbent workpiece or the immersion depth, is preferably removed by means of transducers in the region of the adjusting device for the movable beam; the forming force or bending force can be measured directly by means of load cells and taking into account the dead weight of the press beam and pressing tools, or indirectly determined by a hydraulic pressure acting in the adjustment or detected in an electric press beam drive power consumption.
- a further variant of this method consists in linking the calculated value of the mechanical parameter determined from the course of the bending force with an estimated value of the same mechanical parameter of the workpiece derived from the measured value of the eddy current measurement, in particular by forming a weighted mean value and as a corrected parameter for the renewed Setting the setting parameter value before the end of the bending operation is used to again perform a form of inline correction, whereby the target size is better approximated to the target value
- the determination of the estimated value is based, as already described above, on a model of the material properties, which contains a correlation between the measurement result of the eddy current measurement and mechanical-technological parameters of the workpiece, which originate, for example, from test series of material testing. Similar to the above for determining the setting parameter value of the derived from the eddy current measurement estimate of the workpiece characteristic and a nominal value of the same workpiece characteristic was linked in this process variant, the calculated value of the workpiece characteristic with the estimated value of the workpiece characteristic to set the Einstellparameterwert.
- the control device can calculate the link in particular by a weighted mean value, whereby, depending on the choice of the weights, the validity of the eddy current measurement or the deformation force measurement can be rated higher.
- the weighting factors may each assume values between zero and one, i. the determination of the setting parameter value can in extreme cases also depend entirely on one of the two values. In general, however, an equivalent weighting of 0.5 each in the formation of the weighted average will be beneficial.
- the calculated value of the mechanical parameter determined from the course of the bending force can be linked to the measured value of the eddy current measurement, and the model of the workpiece properties can be supplemented by this pair of values and thereby adapted the eddy current measurement based estimates of the mechanical characteristic are improved.
- This influence on the relationship can be effective for a single bending operation, however, the connection can also be adapted permanently and the method can also be performed self-learning, if with each bent workpiece the result of an eddy current measurement and the setting parameter value with the actual, measured value of the target size is linked. This can e.g. be carried out by measuring the actual bending angle achieved on a workpiece after completion of the bending process and added to the measurement results of the eddy current measurement or the Einstellparameter publish this workpiece.
- the model of the forming operation can be further refined if the estimated value of the mechanical characteristic and the measured value of the eddy current measurement determined on the same workpiece is stored in the control device in the form of a data set, in particular one containing data sets from other workpieces, the model of the bending process forming table of values or database is added.
- the bending model based on a correlation between eddy current measurement and workpiece properties can be further improved.
- the mechanical characteristic value calculated from the deformation force curve during the bending process can be used to determine the relationship between the result of the eddy current measurement and the value of the target variable on the basis of the adjustment parameter value Workpiece - the model of the bending process - influence or adapt.
- the relationship between results of the eddy current measurement and measured by methods of material testing yield strengths or Dehnskyn can be supplemented by pairs of values from eddy current measurements and bending force curves during bending operations calculated yield strength or yield strength.
- At least one characteristic of the workpiece selected from a group comprising workpiece thickness, weight or workpiece surface determined by a measurement before or during the bending process and the control device is supplied and used in the determination of the Einstellparameterwerts becomes.
- the thickness of the workpiece as well as mechanical-technological material characteristics directly influence the target size, e.g. has the bending angle, it is advantageous to detect deviations from the nominal thickness before or during the bending process and to take into account when setting the setting parameter value.
- the thickness measurement As a method for the thickness measurement, all measurement methods known to the person skilled in the art can be used, using contact or non-contact measuring methods which can be carried out independently of the bending press but also inside the bending press or during the bending process. To minimize the measurement effort while the thickness measurement can be limited to those sections of the workpiece that are mechanically stressed during the bending process. Depending on the setting options of the bending press, several thickness measurements can also be made per workpiece and, if the bending press permits, several, optionally different setting parameter values can be defined over the workpiece width.
- An expedient embodiment of the method according to the invention is according to another claim in that the eddy current measurement is largely limited to zones in the workpiece, which are deformed during the bending process. This can be accomplished by selecting exciter units and multiple sensor units having a high local measurement point resolution and arranged along a straight line. As a result, the measurement can be essentially limited to the forming zone and thus more accurate setting parameter values can be determined.
- the eddy current measurement is carried out according to a further claim with at least two different, in particular at least ten different excitation frequencies of the electromagnetic alternating field. Since the electromagnetic alternating field influenced by the workpiece and thus the reaction to the sensor unit is strongly dependent on the excitation frequency of the alternating electromagnetic field and depending on the structural properties and thus also the mechanical technological properties of the workpiece at different excitation frequencies for each type of material a typical electromagnetic reaction gives the sensor unit, the relationship between results of the eddy current measurement and mechanical characteristics of the workpiece using multiple excitation frequencies can be determined more accurately. By applying at least ten, preferably twenty to thirty different exciter frequencies, a broad frequency spectrum can be covered and the estimates for the mechanical characteristic and thus also the accuracy of the achieved bending angle can be improved.
- a very high number of excitation frequencies can be used for eddy current measurement, for example, by the exciter frequency is continuously changed from a minimum frequency to a maximum frequency, so a frequency range is traversed, which also results for each material characteristic a typical measurement result that with the interesting parameter of the workpiece can be related.
- the eddy current measurement is performed, for example, such that the sensor unit comprises a sensor coil and in the eddy current measurement, the change in the impedance of the sensor coil caused by the reaction of the workpiece is determined.
- the current flowing in the sensor coil current amplitude and phase is measured, which can be deduced from the change in these values by the approach of the workpiece to be measured to the sensor coil on the electromagnetic properties of the material of the workpiece. Since the electromagnetic reaction of the workpiece also acts on the exciter unit, it is also possible for the exciter unit to simultaneously act as a sensor unit, i. the sensor coil is formed by an exciting coil itself.
- the target variable is a geometric parameter obtained on the workpiece selected after the bending process and selected from a group comprising bending angle, side length, radius of curvature the bending zone, parallelism or crowning of the workpiece is used.
- the results of the eddy current measurements are directly related to the target of the bending process, allowing the adjustment parameter value required for achieving a particular target value of a target to be identical to those of the eddy current measurement in the case of the workpiece and the bending press identical to previous bending operations can be determined.
- a favorable variant of the method is that the relationship between eddy current measurement and the target size of the workpiece - the model of the bending process - is produced by regression calculation and / or correlation calculation from results of previous eddy current measurements on several workpieces and values of the target size measured on the respective workpiece , With the aid of these calculation methods, a large number of measurement results can also be combined and stored, for example. be incorporated into a calculation rule for the setting parameter value. The implementation of this calculation method is easily possible with the electronic control devices used on today's bending machines.
- a further advantageous implementation of the method is given by the fact that, according to two further claims, the relationship depicted in the model of the bending process is produced with the aid of a neural network, in particular using a back-propagation process from results of a sequence of bending operations.
- a neural network With the aid of a neural network, nonlinear, multi - parameter relationships, as they are effective in a bending process, can be mapped in a self - learning model, which is also able to take into account deviations of individual workpiece parameters in the determination of the setting parameter value, without the physical relationships between The individual workpiece parameters must be specified in terms of formula or as a calculation rule the calculation system.
- the definition of the setting parameter value can also be carried out with the aid of fuzzy logic control, which leads to deviations in the characteristics of the workpiece compared to the values in one or more bending processes on specimens necessary corrections in the determination of the setting parameter value.
- the attachment of the information may be e.g. done with an inkjet printer or with laser radiation.
- the method proves to be carried out according to a further claim, the bending process as a free-bending process on a bending press in the form of a press brake. Due to the widespread use of this method and the high number of workpieces processed with it, it is possible in this method within a short time to collect a large amount of data for establishing a correlation between results of the eddy current measurement and values of the target size.
- the eddy current measurement the comparison of the result of the eddy current measurement with the relationship between the results of the eddy current measurements and the values of the target size, the handling of the model of the bending process or the material properties, the setting of the Einstellparameterhongs or the calculation of the mechanical characteristic is advantageous with the electronic control device carried out.
- the electronic control devices used in modern bending presses offer in many cases sufficient memory and computing power to perform the necessary calculations in sufficient speed, or are at least prepared for expansion with suitable calculation modules. In principle, these calculations can also be performed without automated computer support, which, however, only makes sense in the initial phase during the development and initial parameterization of the calculation algorithms.
- the advantage of this manufacturing facility is that with The results of the eddy current measurement on a workpiece to be bent by the electronic control device of the bending press automatically and by estimating the forming properties by means of an eddy current measurement and based on fixing a Einstellparameterwerts the press brake, the angular accuracy of the Bending press is increased.
- the eddy-current measuring device can be arranged, for example, away from the bending press, for example in the region of an upstream laser cutting machine, in which the process-related lying time is used for the eddy-current measurement.
- the eddy-current measuring device comprises an excitation unit for generating an electromagnetic alternating field acting on the workpiece and a sensor unit for detecting the reaction to the alternating field caused by the workpiece.
- excitation unit for generating an electromagnetic alternating field acting on the workpiece
- sensor unit for detecting the reaction to the alternating field caused by the workpiece.
- the sensor unit may comprise a sensor coil and / or a Hall sensor for measuring the magnetic field, wherein the measurement sensitivities are selected according to the material groups to be measured.
- the exciter unit and the sensor unit are mounted in a flexible manner, in particular also with a movable suspension, in particular with a cardan suspension on the eddy current measuring device.
- This measurement errors are largely avoided by undefined air gaps between the workpiece and the eddy current measuring device, which can easily occur in a rigid suspension, if the positioning of the workpiece is not quite accurate or has this shape deviations.
- the measuring sensitivity of the eddy current measuring device can be further improved by the suspension consists essentially of non-magnetic material and the measuring fields are essentially influenced only by the workpiece and not by the eddy current measuring device itself.
- An expedient embodiment of the production device consists in that the eddy-current measuring device is arranged in the region of the machine frame, the stationary beam, a positioning device or a depositing station for workpieces.
- This arrangement in the immediate area of the bending press causes short ways for the operator of the machine as well as for the workpieces and further allows easy connection of the eddy current measuring device to the electronic control and monitoring device, which is also arranged on the bending press in most cases.
- the bending press comprises a force measuring device for measuring the bending force exerted on the workpiece by the bending tools, and the force measuring device is communicatively connected to the control device.
- the force measuring device may include force sensors for direct measurement of the bending force or pressure sensors for the indirect measurement of the bending force in a fluidic pressure bar drive, these measuring methods are already known from the prior art.
- the production device in particular the bending tool of the bending press advantageously comprises an angle measuring device connected to the control device, with which the bending angle can be determined in the unloaded state of the workpiece.
- the handling of the workpieces on the production facility often means a high repetition rate for the operating personnel with a high level of required attention. It is therefore economically advantageous especially for larger batch sizes, if according to another claim in the field of bending press arranged with a gripping device handling device for handling the workpieces is arranged. This can on the one hand exhausting and highly repetitive activity for the operator On the other hand, the product quality can be reliably ensured at a high level, since errors due to fatigue and concentration errors are avoided.
- the handling device is preferably designed like an industrial robot with a programmable robot arm, wherein a balanced compromise between sufficient stability to achieve a high repeatability, as well as a slim, space-saving design, so that even small workpieces reliably detected by the gripping device and the bending tool can be introduced.
- the gripping device can be designed as a gripper gripper, which detects the edge of a workpiece, or as a vacuum suction device, which detects a workpiece by one or more vacuum elements on a surface.
- the manufacturing device is equipped with a handling device
- the eddy-current measuring device may also be expedient to arrange the eddy-current measuring device on the handling device, in particular in the region of the gripping device. Thereby, the eddy current measurement can be performed while the workpiece is held by the gripping device, e.g. that is, during feeding from a ready position to the bending tool.
- the eddy current measuring device comprises a holding device for a workpiece.
- This holding device ensures a positioning that is the same for all workpieces with respect to the exciter unit and sensor unit and that random measurement errors, e.g. by fluctuating air gaps between the workpiece and eddy current measuring device can be avoided.
- An advantage is also an embodiment of the production device in which the production device, in particular the eddy-current measuring device, comprises a thickness measuring device.
- the production device in particular the eddy-current measuring device, comprises a thickness measuring device.
- the eddy-current measuring device may be coupled with a separating device for workpieces to be bent, provided in stacks.
- a manufacturing device which is equipped with a handling device
- the separation can be done, for example, by a special Saugkopf term, pneumatically, by means of magnetic force, stripping or the like, further, the separation by blowing devices or vibrators, which act on the stack can be facilitated.
- the separating device can also be equipped with a device for detecting double withdrawals.
- Fig. 1 schematically shows a manufacturing device 1, comprising at least one bending press 2 and a control device 3, which is connected to the bending press 2 wired or wireless communication via radio.
- a workpiece 4 to be bent can be processed by the action of force of a bending tool 5 arranged on the bending press 2 to form a bent workpiece 6.
- the workpiece 4, 6 consists of sheet metal, which is usually present as a board or blank.
- the workpiece 4 may consist of any material suitable for bending forming and may be made of semifinished product by any suitable method such as laser cutting, knife cutting, shearing, biting, punching, nibbling, etc.
- the control device 3 uses control signals to transmit setting parameters which influence the execution of the bending process to the bending press 2, such as, for example, an insertion depth of a bending punch or a bending force exerted on the workpiece 4.
- setting parameters which influence the execution of the bending process
- the actual values of a target variable on the bent workpiece 6 can be influenced by varying a setting parameter value.
- a main task of the control device 3 is therefore the definition of one or more setting parameter values, one or more actual values of target variables on the curved Workpiece 6 as close as possible to predetermined setpoints.
- the parameters of a workpiece 4 to be bent 4 fed to the control device 3 are therefore more or less subject to uncertainties, for which reason it is attempted to take into account as much relevant information as possible about a workpiece 4 when setting a bending process.
- a workpiece 4 to be bent is subjected to an eddy current measurement with the aid of an eddy-current measuring device 8 and the measured value 9 of the eddy current measurement is fed to the control device 3 as a further parameter 7, the eddy-current measuring device 8 being discussed in more detail later.
- the controller 3 is supplied as information about the bent workpiece 6, a target value 10 of a target size 11, which can be influenced by the choice of the settings of the bending press 2.
- the target size 11 is given in the exemplary embodiment by the bending angle 12 on the bent workpiece 6. Since the desired value 10 of the bending angle 12 before the bending process only represents a desired state on the bent workpiece 6, this information supplied to the control device 3 is shown in dotted lines.
- a setting parameter value 14 for example an immersion depth 15 of a Bending punch, transferred to the bending press 2.
- an actual value 16 of the target size 11, for example, the bending angle 12 causes, then the actual value 16 is measured and fed to the control device 3.
- the measurement of the target size 11, or its actual value 16 takes place after a discharge of the workpiece 6, whereby the elastic portion of the deformation degrades and the actual value 16 remaining on the bent workpiece 6 can be measured.
- the link can consist, for example, in combining these values into a data set which maps a relationship between these three values and can be used as information about the forming behavior of the workpiece 4, 6.
- Fig. 2 the sequence of the method according to the invention is shown in more detail in the form of a flow chart.
- the control device 3 - shown as a block with dashed lines - are supplied before the start of a bending process characteristics 7 of the workpiece 4 to be bent and one or more set points 10 of a target size 11, for example, the bending angle 12.
- the control device 3 comprises a machine control with the usually contained hardware and software, ie components such as arithmetic unit, memory unit, interfaces for data input / output and will not be explained in detail at this point.
- the control device 3 comprises the model 13 of the bending process 3 executable forming process in the form of software and data.
- the model 13 is in Fig.
- the characteristics 7 of the workpiece 4 to be bent in their entirety provide the information about the forming behavior of the workpiece 4, which can not be described by a simple value.
- Characteristics 7 are the bending process directly or indirectly influencing characteristics such as thickness, yield strength, proportionality limit, Young's modulus, rolling direction, uniform strain, solidification exponent, etc., and the results of the eddy current measurement usable.
- a first parameter 7a is predetermined, for example, by a nominal value 17 of a mechanical-technological parameter 7.
- a nominal value 17 of a mechanical-technological parameter 7 For example, from supplier information a yield strength of 400 N / mm 2 for the workpiece 4 is known. Due to the production-technological fluctuations such information is, however, always associated with a blur, since the cost of the exact determination would be much too high for each workpiece, and therefore always from a nominal value 17 with a probable range of variation is assumed.
- the nominal values are usually based on one production lot, ie correspondingly many workpieces 4 A yield point on a concrete workpiece 4, which however deviates from the nominal value 17 by about 5%, is not uncommon, for example 380 N / mm 2 or 420 N / mm 2
- fluctuating actual values 16 of the target quantity 11 are often not permissible in the case of high accuracy requirements with respect to the permissible deviation of the actual value 16 of the target quantity 11 from the nominal value 10.
- one or more characteristic values 7b of workpieces 4 to be bent are used in the setting of the setting parameter value 14, which are determined by a measurement on the workpiece 4 to be bent, ie one or more measured values 18 of a parameter 7.
- a thickness 19 of the workpiece 4 is indicated by means of a thickness measuring device 20.
- the thickness measuring device 20 may comprise measuring means or measuring arrangements with mechanical, electrical, magnetic or optical measuring principle such as laser, as well as combinations thereof and the thickness 19 of the workpiece 4 touching or contactless measure and the control device 3 are supplied.
- Another parameter 7c which is supplied to the control device 3, is formed by a measured value 9 of an eddy current measurement carried out on the workpiece 4 to be bent.
- the workpiece 4 is exposed to an eddy current measuring device 8 an electromagnetic alternating field and measured the reaction of the workpiece 4 to the alternating field.
- the eddy current measuring device 8 comprises an excitation unit 21 with an excitation coil through which an alternating current flows and a sensor unit 22 with a sensor coil exposed to the alternating field and with an electronic evaluation device for measuring at least that occurring in the sensor coil Currents are connected according to amplitude and phase position or phase angle and preparation of the measurement signals to further processed measured values 9, which can be arranged directly in the eddy current measuring device 8, but can also be assigned to other assemblies of the production device 1.
- a Hall sensor for measuring the magnetic field caused by the eddy current or influenced by the workpiece 4.
- the preparation can consist in particular in an amplification of the measurement signals.
- the excitation unit 21 alternately excites the alternating electromagnetic field with a plurality of, preferably thirty, different frequencies, and measures the corresponding retroactivity of the workpiece 4 to the electromagnetic alternating field with the sensor unit 22 for each exciter frequency. Due to the frequency dependence of the electromagnetic properties, a typical frequency-dependent electromagnetic feedback is obtained for each type of material and its microstructure, based on the previously carried out eddy current measurements and measured actual values 16 of the target 11, e.g. an achieved bending angle 12, a setting parameter value 14 for the bending process of the workpiece 4 can be set.
- the implementation of an eddy current measurement requires that the workpiece 4 can influence the magnetic field due to its material properties, in particular its electrical conductivity and its magnetic permeability, which is why the application of the method is particularly suitable for electrically conductive workpieces 4.
- the application of the method is not limited to metals or composites of metals and non-metals, as other materials, such as e.g. Plastics although small, but effective and thus measurable changes in the measured magnetic field can cause.
- the measurement results of the eddy current measuring device 8 and the thickness measuring device 20 are transferred to the electronic control device 3 of the bending press 2, with which in particular the tool movements during the bending process and / or the bending force exerted by the bending tool 5 on the workpiece 4 are controlled and monitored. Furthermore, the Control device 3 can be used to control the crowning of a lower tool to compensate for the deflection of the upper, movable press beam.
- the control device 3 includes, as already mentioned, one or more computing units, memory units, input and output units with interfaces for signal input and signal output, as they are usually used for the control and monitoring of manufacturing equipment, in particular bending presses 2.
- control device 3 and the model 13 of the bending process can be arranged in a common housing, but also spatially removed and data-related, e.g. when the model 13 is included in a separate control of the eddy current measuring device 8.
- the target size 11 used in this method is the bending angle 12 obtained on a bent workpiece 6 after a bending operation.
- the workpiece 4 in the bending press 2 is pressed by means of a punch 23 into a die 24 with a V-die 25 .
- the degree of deformation and thus also the achieved bending angle 12 is dependent on the given workpiece properties and tool geometry primarily of the immersion depth 15 of the punch 23 in the die 24.
- As adjustment parameter value 14 which influences and determines the achieved bending angle 12 in this exemplary embodiment a certain insertion depth 15, that is to say the forming path between the first contact point 26 between punch 23 and workpiece 4 and bottom dead center 27, is selected.
- the bending force exerted on the workpiece 4, 6 by the punch 23 can be used at the end of the deformation since, like the insertion depth 15, this directly influences the bending angle 12 achieved after the bending operation has been carried out, since the punch 23 is at higher Bending force continues to penetrate into the die 24 and the workpiece 4, 6 is correspondingly more deformed.
- the result of the eddy current measurement can be used to determine the bending force or a deflection compensation on the bending press 2 as setting parameter value 14.
- This feedback of the result of the bending operation can now be used to redetermine the setting parameter value 14 with the now additional information about the forming behavior of the workpiece 4, 6 in the case of an intermediate relief for the rest of the bending operation, in particular if the actual value 16 of the target size 11 of the due significantly deviates from the original values expected actual value.
- the linkage may also be to adapt the model 13 of the forming operation to the values of the actual value 16, the setting immediately before release and the measured value 9 of the eddy current measurement from previous bending operations or an assumed relationship between be added to these values. These values can be used as data points to analyze and correct the correlations and dependencies used so far between them.
- the bending accuracy increases enormously by this return of the bending result with the effect of a control process and the model 13 of the bending process is thereby constantly improved.
- the model 13 that is to say the relationship between measured values 9 of the eddy current measurements, setting parameters 14 and actual values 16 of the bending process, is so mature that the measurement of the actual values 16 can be dispensed with and the bending operations carried out even more economically can be. Bending to correct the bend angle 12 is generally unnecessary at this stage.
- the model 13 with the relationship between measured values 9 of the eddy current measurements and the actual values 16 of the target variable 11 on the workpieces 4, 6 - in this case the bending angles 12 - can be contained in the control device 3 in various ways.
- the measurement results from previously, e.g. Bending processes carried out on test workpieces in a test or training phase are stored together with the respective setting parameter values in data sets from which the model 13 is determined by means of regression calculation and / or correlation calculation and used to determine the setting parameter value 14.
- Another possibility of constructing the model 13 is, after bending operations on workpieces 4, 6, to transmit measured values 9 of the eddy-current measurements, the setting parameter values used and the measured actual values 16 of the target variable 11, ie the bending angle 12, to a self-learning neural network, is trained using a back-propagation process so that from the measured values 9 of an eddy current measurement, the determination of the setting parameter value 14 by the electronic control and monitoring device 3 can be done.
- a modification of the previously described method for establishing an adjustment parameter value 14 is, during the bending process, a bending force curve 28 - in Fig. 2 shown in dashed lines - to capture, which also information about the forming behavior of the workpiece 4, 6 can be obtained.
- the measure to further increase the bending angle accuracy is to detect during the bending process the course of the bending force as a function of the workpiece deformation and from this a calculated value of a mechanical characteristic 7 of the workpiece 4, 6, in particular the yield strength of the workpiece 4, 6 and take into account in the determination of the setting parameter value 14.
- the bending force can for example be measured directly by load cells, strain gauges, piezosensors in the press beam drive or calculated by a hydraulic pressure of the press beam drive or the power consumption of an electric press beam drive; the workpiece deformation by a displacement measuring device, which measures the displacement of the movable press beam relative to the machine frame.
- This information about the forming behavior obtained directly from the workpiece 4, 6 to be bent can be used to establish the setting parameter value 14.
- This metrologically determined yield strength is often more meaningful than the nominal values 17 of the strength announced by the supplier of the material, and the setting of the setting parameter value 14 is therefore possible with greater accuracy.
- This measure can be used according to the invention alternatively for returning the actual value 16 of the target size 11, but also be used in addition.
- this information can be used to modify the relationship between measured values 9 of eddy current measurements and the target quantity 11, i. the method can be designed self-learning by evaluating the individual bending processes.
- the actually achieved bending angle 12 is measured after the bending process, which can even be automated by a suitable angle measuring device installed in the bending tool 5, and together with the measured values 9 from the eddy current measurement and the other machine settings determined on the basis of the parameters, the previously used model 13 between measured values 9 of the eddy current measurement, setting parameter value 14 and actual values 16 of the target variable 11 - the bending angle 11 - added.
- Fig. 3 another method for setting an adjustment parameter value 14 is shown, which uses an alternative use of the measured values 9 of the eddy current measurement in comparison with the methods described so far. In this case, these are used to determine an estimated value 29 for a mechanical characteristic 7, in particular the yield strength or yield strength, and to use this for determining the input parameter value 14 for the control device 3.
- the setting parameter value 14 - in this case the immersion depth 15 - set.
- the relationship between measured values 9 of the eddy current measurement and the mechanical parameter 7, in particular the yield strength or the yield strength used for determining the estimated value 29, is defined by a material model 30. This can be determined like the model 13 of the bending process on trial workpieces or based on analytical considerations.
- the actual yield strength is determined, for example, by destructive tensile testing.
- the determined estimated value 29 is subsequently linked to a nominal value 17 of a workpiece characteristic variable 7, in particular from both a weighted average value is formed as characteristic variable 7 d and supplied to the control device 3 or calculated by the latter itself.
- Fig. 4 is a manufacturing device 1 for the angular exact bending of workpieces, in particular according to the method described above.
- This comprises a bending press 2, in particular in the form of a press brake for bending of workpieces 4, 6 between a punch 23 and a die 24 with a V-die 25.
- the bending press 2 consists essentially of a machine frame 31, one on the machine frame 31 arranged horizontally , the die 24 carrying, fixed pressing beam 32, a horizontally disposed, the punch 23 carrying, movable pressing beam 33 which is adjustable by means of at least one adjusting device, such as a fluidic pressing beam drive 34, relative to the machine frame 31 and in the direction of the fixed pressing beam 32, and an electronic control device 3.
- the adjusting device 34 comprises a guide arrangement, by means of which the movable pressing bar 33 is guided on the machine frame 31 and an adjusting drive, which is preferably designed as a hydraulic drive, for example, but also designed as an electrically driven Hubspindelantrieb se in can. Furthermore, the adjusting device 34 comprises a displacement measuring device 35, with which the position of the movable press beam 33 with respect to the machine frame 31 and the fixed pressing beam 32 can be measured and transmitted to the control device 3.
- a positioning device 36 is arranged in the region of the fixed press beam 32, which has numerically controlled stops for the workpieces 4 to be bent by the control device 3, so that these when inserting the correct position with respect to punch 23 and die 24.
- the positioning device 36 is preferably arranged as a backgauge on the rear side of the pressing bars 32, 33 facing away from the operator of the bending press 2.
- the manufacturing device 1 further comprises a handling device 37, e.g. in the form of a programmable robot arm, the movement space of which is dimensioned so as to grasp workpieces 4 individually from a supply position 39 by means of a gripping device 38, to the bending press 2, to guide the workpieces 4 to be bent during the bending operations, and to workpieces 6 bent after the bending operation Remove bending press 2 and move to a storage position, not shown.
- the gripping device 38 brings the required holding force on the workpieces 4, 6 in the embodiment by vacuum suction, but there are also grippers used, the choice is influenced by the position of the bending edges on the workpiece 4, and the surface of the workpieces. 4
- the production device 1 comprises at least one eddy-current measuring device 8 connected to the control device 3, on which a workpiece 4 to be bent is measured prior to the bending process or at least before the bending process is completed in order to determine an adjustment parameter value 14 of the bending press 2 based on the measured value 9 of the eddy-current measurement ,
- an association between measured values 9 of eddy current measurements carried out on workpieces 4, produced at an earlier point in time, actual values 16 of a target variable 11 and respectively setting parameter values 14 measured on these workpieces 4 is used.
- the eddy current measurement (see also Fig. 5 ), as already described above, is to detect the electromagnetic reaction of the workpiece 4 to a defined electromagnetic alternating field.
- a workpiece 4 is penetrated by an electromagnetic alternating field generated by an excitation unit 21 of the eddy current measuring device 8, which is influenced by the workpiece 4, for example, in a ferromagnetic workpiece 4 by the eddy currents induced in the workpiece, which themselves cause an electromagnetic alternating field which is superimposed on the excitation field alternating.
- a sensor unit 22 this effect of the workpiece 4 can be measured on the alternating field.
- the exciter unit 21 and the sensor unit 22 preferably comprise coil elements with which the required magnetic field strengths for excitation or measuring sensitivities are easily realized.
- the measured variable or measured value 9 of the eddy-current measurement is preferably the current intensity occurring in a coil element of the sensor unit 22 and the phase angle in the coil element relative to the phase angle of the exciter field, ie a reaction by an electromagnetic impedance of the workpiece 4.
- the eddy current measurement is carried out at several, for example, at thirty different excitation frequencies of the electromagnetic alternating field to provide a meaningful relationship between measured values 9 of the eddy current measurements and to obtain the target size (s) 11 of the workpieces 4 and, if necessary, to be able to determine a further relationship between measured values 9 of the eddy current measurement and mechanical characteristics 7 of the workpieces 4.
- the control device 3 and the setting of the setting parameter value 14 of the bending press 2 in particular the immersion depth 15 on the workpiece 4 and the bottom dead center 27 of the movement of the punch 23 or the stamp 23 on the workpiece 4 to be transmitted bending force is referenced at this point to the above description of the method.
- An electronic evaluation device for processing the measurement results of the eddy current measurement can be included in the eddy current measuring device 8 itself, but also be formed in the control device 3, which with the magnetic field measuring device 8 via Interfaces 40 is connected.
- the transmission of the measured values 9 or of the processed measurement results from the eddy-current measuring device 8 to the control device 3 can take place between the interfaces 40 by line connection, but also wirelessly via a transmitting and receiving device with a transmission technology such as Bluetooth, wireless LAN, infrared or the like.
- Fig. 5 shows a view of an eddy current measuring device 8 used in the method according to the invention and in a manufacturing device 1.
- the workpiece 4 is in the illustrated embodiment on the top of the eddy current measuring device 8 and directly above the exciter unit 21 and the sensor unit 22 contained therein.
- the eddy current measuring device 8 at least one holding device 41 for fixing the workpieces 4.
- This can e.g. be formed by vacuum suction 42 and / or magnets 43, which ensure the uniform and reliable contact between eddy current measuring device 8 and workpiece 4.
- the exciting unit 21 and the sensor unit 22 can be mounted on elastically yielding or gimbals movable suspensions to the eddy current measuring device 8, which can be achieved even with thick metal blanks as a workpiece 4 a good investment.
- the thickness measuring device 20 is arranged on the eddy current measuring device 8, whereby the two measurements are executable simultaneously, but the thickness measuring device 20 can also be arranged at a different position within the production device 1, in particular in the movement space of the handling device 37.
- the measurement results of the eddy current measurement can be transmitted from the interface 40 via the line 40, but also additionally or alternatively via a transmitting and receiving device 44 to the interface 40 on the control device 3.
- the transmitting and receiving device 44 can use the already mentioned above wireless transmission technologies Bluetooth, wireless LAN, infrared or the like.
- the eddy current measuring device 8 can, as in Fig. 4 illustrated, the supply position 39 form, are provided at the workpieces 4 for the operator or a handling device 37.
- a singulator 45 which removes a workpiece 4 from a stack and transfers them to the ready position 39.
- the singling device 45 can comprise a device for detecting double picking, for example in the form of a thickness measurement for the singulated workpiece or a device for measuring the height of the stack or its change after removal of a workpiece 4.
- Fig. 6 shows an example of a model 13 or its use for establishing an adjustment parameter value 14 of a bending press 2 in the form of a relationship shown in a Cartesian coordinate system.
- the variable setting parameter 11 for example the immersion depth 15 of the punch 23
- the target variable 11 for example the bending angle 12
- a nominal setting parameter value 47 is required to achieve a predetermined target value 11.
- the bending operation is not performed with this nominal setting parameter value 47, but with a measuring setting parameter value 48, in which the target size 11 still has a clear distance from the setpoint value 10.
- a nominal actual value 49 of the target quantity 11 would result on the basis of the assumed nominal deformation characteristic 46.
- the nominal deformation characteristic 46 only insufficiently describes the actual formability of the workpiece 4, and with the nominal setting parameter value 47 the nominal value 10 at the end of the Bending process will be missed.
- a corrected value 50 is then determined on the basis of the measured actual value 50 obtained with the measured setting parameter value 48 Ist-Umformkennline 51 determined by means of which the corrected Einstellparameterwert 14 is determined.
- This deviation of the actually determined formability from the originally expected formability of the workpiece can be assumed in a simplified manner as a parallel displacement of nominal deformation characteristic 46 by the data point determined from measurement setting parameter value 48 and measured actual value 50, from which the actual deformation characteristic 51 arises.
- the actual deformability of the workpiece 4 actually determined in the form of the data point determined from the measured setting parameter value 48 and measured actual value 50 can be added to the previously used model of the bending operation and, for example after a renewed calculation of the nominal forming characteristic curve 46 for subsequent bending operations, the model 13 can be improved and adapted.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festlegung eines Einstellparameterwerts einer Biegepresse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Ein grundlegendes Problem bei allen Umformverfahren ist die Rückfederung des Werkstückes am Ende des Umformvorganges durch den elastischen Anteil der Verformung eines elasto-plastischen Materials. Beim Freibiegen von Werkstücken, in den meisten Fällen Blechplatinen, auf Abkant-Biegepressen zwischen einem Stempel und einer Matrize mit einem V-Gesenk muss das Werkstück über den nach Entlastung zu erzielenden Soll-Biegewinkel hinaus verformt werden, da nach Wegfall der Umformkraft sich der Biegewinkel am Werkstück durch die Rückfederung gegenüber dem gepressten Zustand verändert.
- Dem Vorteil dieses Biegeverfahrens, durch unterschiedliche Eintauchtiefen eines Biegestempels oder unterschiedliche Biegekräfte mit einem einzigen Werkzeugsatz unterschiedliche Biegewinkel erzielen zu können, steht der Nachteil gegenüber, dass die Winkelgenauigkeit von vielen verschiedenen Einflussfaktoren abhängig ist. Dies sind zum einen werkstückbedingte Einflüsse bzw. Kenngrößen, wie z.B. Blechdicke, Streck- bzw. Dehngrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Elastizitätsmodul, Verfestigungsexponent, Walzrichtung, usw., aber auch verfahrensbedingte bzw. maschinenbedingte Einflüsse, wie z.B. Matrizenweite, Einlaufradius, Stempelradius, Prägekraft, Maschinenverformungen, Umformgeschwindigkeit usw. Insbesondere die Werkstückeigenschaften unterliegen herstellungsbedingt relativ großen Schwankungen, die sich unmittelbar auf den erzielbaren Biegewinkel auswirken.
- Eine zusätzliche Erschwernis beim Freibiegeverfahren besteht darin, dass eine zu starke Umformung, d.h. ein zu spitzer Biegewinkel unbedingt vermieden werden muss, da eine Korrektur durch Zurückbiegen im Allgemeinen nicht möglich ist. Bei der Einstellung des Biegewinkels nähert man sich in der Praxis meistens vorsichtig an den Sollbiegewinkel an, indem die Umformung vorerst in einem geringeren Ausmaß durchgeführt wird, d.h. durch ein weniger tiefes Eintauchen des Stempels in die Matrize oder niedrig gewählte Biegekraft ein eher stumpfer Biegewinkel eingestellt wird, nach dem Öffnen der Biegewerkzeuge der tatsächlich erreichte Biegewinkel gemessen wird und anschließend, falls erforderlich, ein Nachbiegevorgang mit tieferem Eintauchen des Stempels in die Matrize oder höherer Biegekraft durchgeführt wird. Die dabei nötige Nachjustierung der Maschineneinstellparameter beruht dabei in vielen Fällen auf Erfahrung der Bediener, die den Korrekturwert für die Einstellung des unteren Totpunkts der Stempelbewegung oder die aufzubringende Biegekraft aufgrund der gemessenen Abweichung vom Sollwinkel abschätzen und manuell einstellen, oder in der Maschinensteuerung programmierte Korrekturwerte für das Nachbiegen verwendet werden. Da aus dem ersten Biegevorgang bereits Informationen über das Umformverhalten des Werkstückes vorliegen, reicht in den meisten Fällen ein einmaliges Nachbiegen zur Erzielung des geforderten Biegewinkels aus.
- Um Nachbiegevorgänge möglichst zu vermeiden, indem der geforderte Soll-Biegewinkel bereits beim ersten Biegevorgang erreicht wird, wird deshalb versucht, möglichst viele Informationen über die Werkstückeigenschaften bei der Festlegung des Einstellwertes der Biegemaschine einfließen zu lassen.
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EP 1 401 593 B1 beschreibt ein Verfahren zur Regelung des Hubs einer Abkantpresse, bei dem die Dickendifferenz zwischen der realen Dicke eines Werkstücks und der Nenndicke eines Werkstücks berechnet wird, indem die reale Position der Bewegung des Stempels, in der es zu einer vorbestimmten Veränderung eines Parameters, z.B. des Drucks an den Presszylindern kommt, mit der theoretischen Position der genannten Bewegung verglichen wird, in der es zu dieser Veränderung des Parameters kommen sollte. Weiters werden dabei während des Biegevorgangs von einer elektronischen Steuervorrichtung die Messwerte der Bewegung des Stempels und des Parameters, z.B. des Drucks der Presszylinder, während der Phase der plastischen Verformung des gerade gebogenen Werkstücks verarbeitet. Diese Messdaten werden noch während des Biegevorganges mit den Daten eines Referenzbiegevorganges, bei dem der Soll-Biegewinkel erzielt wurde, verglichen und bei Abweichungen von der elektronischen Steuervorrichtung ein Korrekturwert für den unteren Totpunkt der Bewegung des Stempels berechnet. Durch die gleichzeitige Messung der Stempelbewegung sowie des mit der Biegekraft korrelierenden Drucks am Pressenzylinder und des daraus abgeleiteten Umformkraft-Umformweg-Verlaufes kann einerseits die Dicke des Werkstückes, als auch das elastische Verhalten (E-Modul) des Werkstücks ermittelt werden und die Einstellwerte der Presse gegebenenfalls korrigiert werden. Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass die Ermittlung des Umformkraft-Umformweg-Verlaufs, z.B. durch Schwingungen im Antriebssystem des Pressbalkens oder nicht vorhersehbare Slip-Stick-Effekte zwischen Presswerkzeug und Werkstück mit Unsicherheiten behaftet ist und zur Durchführung der erforderlichen Messungen eine Senkung der Pressbalkengeschwindigkeit erforderlich ist. - Aus der
DE 37 81 887 T2 ist ein elektronisches Steuersystem für eine Abkantpresse bekannt, das ebenfalls die Position des Pressstempels misst sowie die auf das Werkstück wirkende Kraft abtastet, daraus Abweichungen gegenüber einem durch Messungen anhand von gebogenen Testwerkstücken gebildeten Modell erkennen kann und gegebenenfalls Korrekturwerte für die Stempelbewegung festlegt. Die Steuerung arbeitet dabei adaptiv, indem es an Testwerkstücken ermittelte Daten über Umformkraftverlauf, Werkstückdicke sowie bei bestimmten Einstellwerten erzielten Biegewinkel zueinander in Beziehung setzt und anschließend bei Produktionswerkstücken nach Ermittlung des Umformkraftverlaufs und der Werkstückdicke den zur Erzielung eines bestimmten Sollbiegewinkels erforderlichen unteren Totpunkt der Stempelbewegung errechnet. Auch bei diesem Verfahren ist die Ermittlung des Umformkraft-Umformweg-Verlaufs aus den gleichen Gründen mit Unsicherheit behaftet, was wiederum zu Abweichungen des tatsächlichen Biegewinkels vom Sollwert führt. - Aus dem Bereich der Materialprüfung ist bekannt, mittels magnet-induktiven Wirbelstromprüfverfahren zerstörungsfrei Materialfehler aber auch mechanisch-technologische Materialkennwerte an leitfähigen, insbesondere metallischen Werkstücken zu prüfen. Der Bestimmung von Materialkennwerten liegen dabei experimentell ermittelte Korrelationen zwischen elektromagnetischen und mechanisch-technologischen Eigenschaften der Werkstücke zugrunde. Aus
WO 2004/101193 ist eine Federwindemaschine bekannt, bei der eine Messgröße, die von einem vor dem Drahtumformer angeordneten Messsensor einer Messvorrichtung erfasst wird, die Drahtumformanlage beeinflussen kann, um die Geometrie produzierter Federn in einem vorgegebenen Sollbereich zu halten. In einer Ausführungsform umfasst die Messvorrichtung Mittel zum Erfassen von Messgrößen, die durch Induktions- oder Wirbelströme beeinflussbar sind. - In dem Research Disclosure "Adaptive Korrektur beim Umformen" (Database Number 471002) wird über ein Verfahren zur Anpassung der Parameter eines Umformprozesses an die aktuellen Eigenschaften des Ausgangsmaterials berichtet, bei dem mit Hilfe eines Wirbelstrom-/Induktionsmessverfahrens die Umformbarkeit bzw. das Umformverhalten des Ausgangsmaterials ermittelt wird. Dabei werden ebenfalls Korrelationen zwischen elektromagnetischen und mechanisch-technologischen Eigenschaften des Ausgangsmaterials benutzt. So wird beispielsweise mit einem Wirbelstrom-/Induktionsmessgerät das Ausgangsmaterial geprüft und der Messwert in ein Modell, das die Abhängigkeit zwischen den Mess- und Einstellwerten des Umformprozesses beschreibt, eingelesen. Das Modell liefert dann die für die aktuell ermittelte Umformbarkeit des Ausgangsmaterials passenden Einstellwerte, die an eine Maschinensteuerung weitergeleitet und an einer Umformmaschine automatisch eingestellt werden. Dieses Verfahren ist beispielsweise auch für das Biegen von Blech oder Blechstreifen einsetzbar.
- Aufgabe der Erfindung ist es, ein Biegeverfahren bereitzustellen, das eine besonders hohe Biegewinkelgenauigkeit erzielen kann, indem Schwankungen in den Eigenschaften des Ausgangsmaterials festgestellt und beim Biegevorgang berücksichtigt werden und das gegebenenfalls auch auf bestehenden Anlagen mit nur geringen baulichen Maßnahmen nachträglich eingeführt werden kann.
- Diese Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren mit den Maßnahmen des Anspruchs 1 gelöst. Der wesentliche Vorteil dabei ist, dass nach der, zur Ermittlung von Werkstückeigenschaften und darauf basierender Festlegung des Einstellparameterwerts durchgeführten Wirbelstrommessung am Werkstück die mittels des Modells des Biegevorgangs durchgeführte Abschätzung des Umformverhaltens des Werkstücks durch eine konkrete Messung des Ist-Werts der Zielgröße auf ihre Richtigkeit nachgeprüft wird. Die Aussagekraft bzw. die Gültigkeit des zur Festlegung des Einstellparameters verwendeten Modells kann dadurch überwacht werden und falls erforderlich verfeinert oder korrigiert werden. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn das Modell des Biegevorgangs noch in der Phase der Erstellung ist und die Anwendung ohne die Messung der Zielgröße in der Produktion noch zu unsichere Einstellparameterwerte für die Biegemaschine liefert.
- Nach längerer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt das Modell eine hohe Prognosegenauigkeit und die damit festgelegten Einstellparameterwerte ergeben Ist-Werte der Zielgröße, die sehr nahe am Sollwert liegen. In diesem sozusagen ausgereiften Stadium des Modells kann die Anzahl der Messungen der Ist-Werte der Zielgröße reduziert werden und können insbesondere die Werkstücke allein aufgrund der mit dem Modell für das jeweilige Werkstück ermittelten Einstellparameterwerte mit hoher Genauigkeit gebogen werden. Bei dieser Festlegung des Einstellparameterwerts zur Erreichung des Sollwerts der Zielgröße z.B. des gewünschten Biegewinkels, ohne Messung des Ist-Werts erfolgt die endgültige Festlegung des Einstellparameterwerts bereits vor dem eigentlichen Biegevorgang, wodurch dieser mit der vollen Geschwindigkeit und ohne Unterbrechung durchgeführt werden kann. Die Erfindung nutzt die Erkenntnis, dass die über die Wirbelstrommessung zugänglichen elektromagnetischen Eigenschaften eines Werkstückes mit geometrischen und/oder mechanisch technologischen Werkstückeigenschaften, wie z.B. Blechdicke, Streck- bzw. Dehngrenze, Zugfestigkeit, Gleichmaßdehnung, Elastizitätsmodul, Verfestigungsexponent oder Walzrichtung des Werkstücks korrelieren und die elektromagnetischen Eigenschaften daher als Kenngröße des Werkstücks für eine Festlegung eines Einstellparameterwertes für einen Biegevorgang verwendet werden können. Aus einer Abweichung des Messergebnisses der Wirbelstrommessung von einem Nennwert kann auf eine entsprechende Abweichung einer mechanischen Kenngröße von einem Nennwert geschlossen werden und dadurch der Einstellparameterwert gegenüber einem Nenneinstellwert korrigiert werden.
- Die Messung des Ist-Werts der Zielgröße, beispielsweise des Biegewinkels, wird nach einer Entlastung des Werkstücks vor dem vollständigen Abschluss des Biegevorgangs, also bei einer Zwischenentlastung durchgeführt werden Beispielsweise kann bei einem Sollwert des Biegewinkels von 90° der Biegevorgang bei einem Biegewinkel von etwa 100° (stumpfer Winkel) unterbrochen werden und nach der Rücknahme der vom Biegestempel auf das Werkstück ausgeübten Biegekraft, also im entlasteten Zustand, der Ist-Wert des bisher erzielten Biegewinkels gemessen und mit dem vor der Entlastung wirksamen Einstellparameterwert, z.B. der Eintauchtiefe des Biegestempels sowie dem Messwert der Wirbelstrommessung zu einer Wertegruppe verknüpft werden. Ergibt die Messung einen Biegewinkel von 102° statt der erwarteten 100° heißt das, dass die tatsächliche Umformbarkeit des Werkstücks kleiner ist als die für die Ermittlung des Einstellparameterwerts herangezogenen Kenngrößen erwarten ließen.
- Als mögliche Einstellparameter für den Biegevorgang sind an dieser Stelle beispielsweise der Hub oder die Eintauchtiefe eines Biegestempels, der maximale Hydraulikdruck in den Pressenzylindern, eine maximale aufgebrachte Biegekraft, Umformkraft oder Presskraft und ein Durchbiegungsausgleichsparameter also ein Korrekturwert für die Bombierung des Unterwerkzeugs zum Ausgleich der Durchbiegung des Pressbalkens genannt, wobei das Verfahren nicht auf die Festlegung eines einzigen dieser Einstellparameter beschränkt ist, sondern auch gleichzeitig mehrere sowie auch andere Einstellparameterwerte festgelegt werden können.
- Die Messung des Ist-Werts der Zielgröße kann mit einer automatischen Messeinrichtung an der Biegepresse durchgeführt werden, beispielsweise mit einer in den Biegestempel integrierten Winkelmesseinrichtung ähnlich einem Innenmesstaster. Der Zeitbedarf für die Durchführung der Messung kann dadurch möglichst gering gehalten werden, da das Werkstück zur Messung nicht aus der Biegepresse entnommen werden muss.
- Die Information aus der Messung der Zielgröße kann nun dazu benutzt werden, den Einstellparameterwert neu festzulegen, z.B. in der Art, dass der Messwert der Steuervorrichtung zugeführt wird und der Biegevorgang mit korrigierten Einstellungen fortgesetzt wird, wobei die Abweichung des Werkstücks von der ursprünglich angenommenen, durch Nennwerte der Werkstückkenngrößen charakterisierten Nenn-Umformbarkeit berücksichtigt wird, um den Ist-Wert der Zielgröße sehr nahe an den Sollwert anzunähern. Es kann also basierend auf dem nach der Entlastung des Werkstücks gemessenen Ist-Wert der Zielgröße, der Wert des Einstellparameterwerts für die Fortsetzung des Biegevorgangs von der Steuervorrichtung neu festgelegt werden und dadurch eine Inline-Korrektur des Einstellparameterwerts erfolgen.
- Ein Merkmal des Verfahrens besteht darin, dass basierend auf dem nach der Entlastung des Werkstücks gemessenen Ist-Wert der Zielgröße und dem eine Kenngröße des Werkstücks repräsentierenden Messwert der Wirbelstrommessung sowie dem unmittelbar vor der Entlastung wirkenden Einstellparameterwert das Modell des Biegevorgangs adaptiert wird. Die im Modell enthaltenen Zusammenhänge aus Wert des Einstellparameters, Kenngröße des Werkstücks aus der Wirbelstrommessung und jeweils dadurch bewirktem Wert der Zielgröße werden quasi um den am aktuellen Werkstück ermittelten Zusammenhang ergänzt, das Modell dadurch einem Lernvorgang unterzogen und somit mit jedem gefertigten Werkstück weiter verbessert und gewissermaßen trainiert.
- Dazu ist es von Vorteil, wenn der am Werkstück gemessene Ist-Wert der Zielgröße, der Messwert der Wirbelstrommessung, gegebenenfalls weitere vorbekannte oder ermittelte Kenngröße des Werkstücks sowie der unmittelbar vor der Entlastung wirkende Einstellparameterwert in der Steuervorrichtung im Form eines Datensatzes gespeichert werden. Das Modell des Biegevorgangs ist aus den Informationen der einzelnen Datensätze zusammengesetzt und kann als Datenbank vorliegen, oder aber auch mittels analytischer Methoden in eine Berechnungsvorschrift, die den Zusammenhang zwischen Ergebnis der Wirbelstrommessung, Einstellparameterwert, gegebenenfalls weiteren bekannten Kenngrößen des Werkstücks und Wert der Zielgröße abbildet, übergeführt sein.
- Das Modell des Biegevorgangs in der Steuervorrichtung kann durch eine mehrere Datensätzen umfassende Wertetabelle oder Datenbank gebildet sein und als Look-Up-Tabelle dienen, mittels derer der Einstellparameterwert im Wesentlichen durch Aufsuchen und Auswerten von Datensätzen, die ähnliche Werte wie beim aktuellen Werkstück aufweisen, festgelegt wird.
- Die Wertetabelle kann neben oder anstatt von Datensätzen aus an konkreten Werkstücken verwendeten Einstellparameterwerten und gemessenen Zielgrößen-Werten auch Datensätze umfassen, die mit numerischen Verfahren, insbesondere Simulationsrechnung, Finite-Elemente-Methoden, Regressionsrechnung oder Interpolationsrechnung erstellt wurden. So kann das Modell mit wenigen gemessenen Werkstücken aufgebaut werden und der Aufwand zur Erstellung des Modells verringert werden.
- Ein ähnliches, nicht erfindungsgemäßes und an dieser Stelle zum verbesserten Verständnis beschriebenes Verfahren besteht darin, dass aus dem Messwert der Wirbelstrommessung ein Schätzwert einer Kenngröße des Werkstücks abgeleitet wird und dieser Schätzwert von der Steuervorrichtung bei der Festlegung des Einstellparameterwerts benutzt wird. Es kann also das Ergebnis der Wirbelstrommessung auch zur indirekten Ermittlung weiterer Kenngrößen des Werkstücks herangezogen werden, die bei der Festlegung des Einstellparameterwerts benutzt werden. Beispielsweise kann das Ergebnis der Wirbelstrommessung zur Abschätzung einer mechanischen Kenngröße wie z.B. der Streck- oder Dehngrenze herangezogen werden, welche als Kenngröße des Werkstücks von der Steuervorrichtung zur Festlegung des Einstellparameterwerts verwendet wird, wie es von Steuervorrichtungen konventioneller Biegemaschinen mit Nennwerten - beispielsweise Lieferantenangaben - der Werkstückkenngrößen standardmäßig durchgeführt wird. Die Ermittlung dieses Schätzwerts beruht auf einem Modell der Werkstoffeigenschaften, das eine Korrelation zwischen dem Messergebnis der Wirbelstrommessung und mechanisch-technologischen Kenngrößen des Werkstücks enthält, die z.B. aus Versuchsreihen der Materialprüfung stammen, bei denen die Ergebnisse der zerstörungsfreien Wirbelstrommessung mit Ergebnissen zerstörender Prüfungsverfahren von mechanischen Werkstoffeigenschaften in Zusammenhang gebracht werden. Das Modell kann dabei vorteilhaft als Berechnungsvorschrift oder Look-Up-Tabelle in einem Speicher der Steuervorrichtung enthalten sein und die Auswertung des Wirbelstrommesswerts als Schätzwert einer mechanischen Kenngröße ebenfalls von dieser ausgeführt werden.
- Eine Weiterbildung des vorgenannten Verfahrens besteht darin, dass der Schätzwert mit einem Nennwert derselben Kenngröße des Werkstücks verknüpft wird, insbesondere daraus ein gewichteter Mittelwert gebildet wird, und als Kenngröße zur Festlegung des Einstellparameterwerts verwendet wird. Als Nennwert der Materialkenngröße seien an dieser Stelle beispielsweise die Dicke als geometrische Kenngröße des Werkstücks oder die Proportionalitätsgrenze Rp0,2 als mechanisch-technologische Kenngröße des Werkstücks genannt. Während sich geometrische Kenngrößen wie die Dicke noch mit überschaubarem Aufwand messtechnisch ermitteln lassen, ist die direkte Ermittlung von mechanisch-technologischen Werkstückkennwerten an einem konkreten Werkstück entweder gar nicht oder nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand möglich, weshalb als Werkstückkenngröße für die Festlegung eines Einstellparameterwerts für einen Biegevorgang zumeist die von einem Lieferanten bekannt gegebenen Nennwerte verwendet werden, wobei diese immer als mit Unsicherheit behaftete Kenngrößen zu betrachten sind, die konkreten Werte einzelner Werkstücke deshalb beträchtlich davon abweichen können. Durch die Kombination des aus dem Ergebnis der Wirbelstrommessung abgeleiteten Schätzwerts mit dem Nennwert der Kenngröße kann gewissermaßen die Information über das Werkstück aus zwei verschiedenen Quellen herangezogen werden und der tatsächliche Wert der Kenngröße zumindest statistisch betrachtet genauer angegeben werden.
- Eine mittels einer Wirbelstrommessung ermittelte mechanische Kenngröße eines Werkstücks kann weiters als Kenngröße eines Werkstücks für die Steuerung einer beliebigen Biegepresse verwendet werden, darüber hinaus auch noch für nachfolgende Bearbeitungsschritte auf anderen Bearbeitungsmaschinen, bei denen diese Kenngröße maßgeblichen Einfluss besitzt, verwendet werden. Der Zusammenhang zwischen Ergebnissen von Wirbelstrommessungen und den mechanischen Kenngrößen kann z.B. auch durch Wirbelstrommessungen und daran anschließende zerstörende oder zerstörungsfreie Materialprüfung an Probewerkstücken ermittelt werden.
- Durch die Bildung eines gewichteten Mittelwerts kann jeder der beiden mit gewisser Unsicherheit behafteten Werte - Schätzwert oder Nennwert der Kenngröße - mit einer, insbesondere zwischen 0 und 1 frei wählbaren Wertigkeit in die Berechnung eingehen, je nachdem, welchem Wert höhere Aussagekraft zugemessen wird. So kann beispielsweise bei Werkstücken mit bekanntermaßen geringen Materialschwankungen dem Nennwert mit 0,75 ein höheres Gewicht bei der Bildung des Mittelwerts gegeben werden, als dem aus der Wirbelstrommessung ermittelten Schätzwert mit 0,25.
- Ein ähnliches, nicht erfindungsgemäßes und an dieser Stelle zum verbesserten Verständnis beschriebenes Verfahren besteht darin, dass während des Biegevorgangs ein Verlauf einer Biegekraft oder eines mit dieser in direktem Zusammenhang stehenden Biegekraftparameters, beispielsweise des im Pressbalkenantrieb wirkenden Hydraulikdrucks, erfasst und der Steuervorrichtung zugeführt wird, wobei die Biegekraft, der Biegekraftparameter oder ein aus dem Verlauf ermittelter Rechenwert einer mechanischen Kenngröße des Werkstücks, ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Streckgrenze, Proportionalitätsgrenze, Bruchdehnung, Gleichmaßdehnung, Elastizitätsmodul als Kenngröße zur neuerlichen Festlegung des Einstellparameterwerts vor Beendigung des Biegevorganges verwendet wird. Durch diese Messung des Biegekraftverlaufs kann eine Information über die Umformbarkeit des Werkstücks abgeleitet und aufgrund der zusätzlich in die Neufestlegung des Einstellparameterwerts eingehenden Information über das Umformverhalten der Ist-Wert der Zielgröße besser an den Sollwert angenähert werden. Für die rechnerische Ermittlung der mechanisch-technologischen Kenngröße aus einem Umformkraftverlauf gibt es im Stand der Technik Lösungen, mit denen Abweichungen der Materialeigenschaften von angegebenen Nennwerten gut festgestellt werden können und deshalb für eine In-Line-Korrektur des Einstellparameterwerts herangezogen werden können.
- Die jeweils gemessene Biegekraft kann beispielsweise direkt ohne Berechnung von mechanisch-technologischen Kenngrößen des Werkstücks dazu verwendet werden, einen oder mehrere basierend auf dem Messwert der Wirbelstrommessung festgelegte Einstellparameterwerte zu korrigieren, etwa bei der Festlegung eines Durchbiegungsparameterwerts der dazu benutzt wird, die Krümmung des Unterwerkzeugs bzw. des feststehenden Pressbalkens an die bei einer jeweils ausgeübten Biegekraft auftretende Durchbiegung des beweglichen Pressbalkens anzupassen. Die Verformung kann dabei angepasst werden, indem beim feststehenden Pressbalken aktiv seine Krümmung verändert wird, z. B. durch Verstellung von zusammenwirkenden Keilelementen in Aufbau des feststehenden Pressbalkens oder durch Veränderung der Biegesteifigkeit des feststehenden Pressbalkens, beispielsweise durch Schwächungsschlitze, deren wirksame Länge durch verstellbare Druckstücke veränderbar ist.
- Der Umformweg, im Fall einer Abkant-Biegepresse der Weg des Biegestempels ab dem Kontaktieren des noch ungebogenen Werkstücks bzw. die Eintauchtiefe, wird vorzugsweise mittels Wegaufnehmern im Bereich der Verstelleinrichtung für den beweglichen Balken abgenommen; die Umformkraft bzw. Biegekraft kann mittels Kraftmessdosen und Berücksichtigung des Eigengewichts von Pressbalken und Presswerkzeugen direkt gemessen, oder über einen im Verstellantrieb wirkenden Hydraulikdruck oder eine bei einem elektrischen Pressbalkenantrieb festgestellte Leistungsaufnahme indirekt ermittelt werden.
- Eine weitere Variante dieses Verfahrens besteht darin, dass der aus dem Verlauf der Biegekraft ermittelte Rechenwert der mechanischen Kenngröße mit einem aus dem Messwert der Wirbelstrommessung abgeleiteten Schätzwert derselben mechanischen Kenngröße des Werkstücks verknüpft wird, insbesondere daraus ein gewichteter Mittelwert gebildet wird und als korrigierte Kenngröße zur neuerlichen Festlegung des Einstellparameterwerts vor Beendigung des Biegevorganges verwendet wird, um wieder eine Form von Inline-Korrektur durchzuführen, wodurch die Zielgröße besser an den Sollwert angenähert wird
- Die Ermittlung des Schätzwerts beruht, wie bereits zuvor beschrieben, auf einem Modell der Werkstoffeigenschaften, das eine Korrelation zwischen dem Messergebnis der Wirbelstrommessung und mechanisch-technologischen Kenngrößen des Werkstücks enthält, die z.B. aus Versuchsreihen der Materialprüfung stammen. Ähnlich wie zuvor zur Ermittlung des Einstellparameterwerts der aus der Wirbelstrommessung abgeleitete Schätzwert der Werkstückkenngröße und ein Nennwert derselben Werkstückkenngröße verknüpft wurden, wird in dieser Verfahrensvariante der Rechenwert der Werkstückkenngröße mit dem Schätzwert der Werkstückkenngröße verknüpft, um den Einstellparameterwert festzulegen. Die Steuervorrichtung kann die Verknüpfung insbesondere durch einen gewichteten Mittelwert berechnen, wobei je nach Wahl der Gewichte die Aussagekraft der Wirbelstrommessung oder der Umformkraftmessung höher bewertet werden kann.
- Insbesondere können die Gewichtungsfaktoren jeweils Werte zwischen Null und Eins annehmen, d.h. die Ermittlung des Einstellparameterwerts kann im Extremfall auch zur Gänze von einem der beiden Werte abhängen. Im Allgemeinen wird jedoch eine gleichwertige Gewichtung mit jeweils 0,5 bei der Bildung des gewichteten Mittelwerts vorteilhaft sein.
- Weiters kann, wenn die Messung der Biegekraft genau und zuverlässig erfolgt, der aus dem Verlauf der Biegekraft ermittelte Rechenwert der mechanischen Kenngröße mit dem Messwert der Wirbelstrommessung verknüpft werden, und das Modell der Werkstückeigenschaften um dieses Wertepaar ergänzt und dadurch adaptiert werden, wodurch auch die Aussagekraft der auf der Wirbelstrommessung basierenden Schätzwerte der mechanischen Kenngröße verbessert wird. Diese Beeinflussung des Zusammenhangs kann für jeweils einen einzelnen Biegevorgang wirksam sein, es kann jedoch der Zusammenhang auch dauerhaft adaptiert werden und das Verfahren dadurch auch selbstlernend ausgeführt werden, wenn mit jedem gebogenen Werkstück das Ergebnis einer Wirbelstrommessung und der Einstellparameterwert mit dem tatsächlichen, gemessenen Wert der der Zielgröße verknüpft wird. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass der an einem Werkstück tatsächlich erzielte Biegewinkel nach Abschluss des Biegvorganges gemessen und den Messergebnissen der Wirbelstrommessung bzw. den Einstellparameterwerten dieses Werkstückes hinzugefügt wird.
- Zusätzlich kann das Modell des Umformvorgangs weiter verfeinert werden, wenn der aus dem Verlauf der Biegekraft ermittelte Schätzwert der mechanischen Kenngröße und der am selben Werkstück ermittelte Messwert der Wirbelstrommessung in der Steuervorrichtung im Form eines Datensatzes gespeichert wird, insbesondere einer, Datensätze von anderen Werkstücken enthaltenden, das Modell des Biegevorganges bildenden Wertetabelle oder Datenbank hinzugefügt wird. So kann mit jedem gebogenen und gleichzeitig gemessenen Werkstück das auf einer Korrelation zwischen Wirbelstrommessung und Werkstückeigenschaften basierende Biegemodell weiter verbessert werden.
- Auf diese Weise kann die aus dem Umformkraftverlauf während des Biegevorgangs errechnete mechanische Kenngröße den zur Festlegung des Einstellparameterwerts benutzten Zusammenhang zwischen Ergebnis der Wirbelstrommessung und dem Wert der Zielgröße am Werkstücks - das Modell des Biegevorganges - beeinflussen bzw. adaptieren. Beispielsweise kann der an Probewerkstücken ermittelte Zusammenhang zwischen Ergebnissen der Wirbelstrommessung und mittels Methoden der Materialprüfung gemessenen Streckgrenzen bzw. Dehngrenzen durch Wertepaare aus Wirbelstrommessungen und aus Biegekraftverläufen während Biegevorgängen errechneten Streckgrenzen bzw. Dehngrenzen ergänzt werden. Durch diese zusätzlichen Wertepaare steigt statistisch die Aussagekraft des zuvor ermittelten Zusammenhangs und damit auch die Güte der Einstellparameterwerte.
- Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gemäß einem weiteren Anspruch darin, dass zumindest eine Kenngröße des Werkstücks ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Werkstückdicke, Gewicht oder Werkstückfläche durch eine Messung vor oder während des Biegevorgangs ermittelt und der Steuervorrichtung zugeführt wird und bei der Festlegung des Einstellparameterwerts benutzt wird. Da beispielsweise die Dicke des Werkstücks ebenso wie mechanisch-technologischen Materialkennwerte direkten Einfluss auf die Zielgröße z.B. den Biegewinkel hat, ist es von Vorteil, Abweichungen von der Nenndicke vor oder während des Biegevorgangs zu erfassen und bei der Festlegung des Einstellparameterwerts zu berücksichtigen. Als Verfahren für die Dickenmessung können alle dem Fachmann bekannten Messmethoden unter Verwendung von berührenden oder berührungslosen Messverfahren, die unabhängig von der Biegepresse aber auch innerhalb der Biegepresse oder während des Biegevorganges ausführt werden können, angewendet werden. Zur Minimierung des Messaufwandes kann dabei die Dickenmessung auf jene Abschnitte des Werkstücks beschränkt bleiben, die beim Biegevorgang mechanisch beansprucht werden. Abhängig von den Einstellmöglichkeiten der Biegepresse können pro Werkstück auch mehrere Dickenmessungen erfolgen, und wenn es die Biegepresse ermöglicht, über die Werkstückbreite mehrere, gegebenenfalls unterschiedliche Einstellparameterwerte festgelegt werden.
- Eine zweckmäßige Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nach einem anderen Anspruch darin, dass die Wirbelstrommessung weitgehend auf Zonen im Werkstück beschränkt wird, die beim Biegevorgang verformt werden. Dies kann durch Auswahl von Erregereinheiten und mehreren Sensoreinheiten bewerkstelligt werden, die eine hohe lokale Messpunktauflösung aufweisen, und die entlang einer Geraden angeordnet sind. Dadurch kann die Messung im Wesentlichen auf die Umformzone beschränkt werden und somit genauere Einstellparameterwerte bestimmt werden.
- Besonders vorteilhaft ist, wenn die Wirbelstrommessung gemäß einem weiteren Anspruch mit zumindest zwei unterschiedlichen, insbesondere zumindest zehn unterschiedlichen Erregerfrequenzen des elektromagnetischen Wechselfelds durchgeführt wird. Da das vom Werkstück beeinflusste elektromagnetische Wechselfeld und damit auch die Rückwirkung auf die Sensoreinheit stark von der Erregerfrequenz des elektromagnetischen Wechselfelds abhängig ist und sich abhängig von den Gefügeeigenschaften und damit auch den mechanisch technologischen Eigenschaften des Werkstücks bei unterschiedlichen Erregerfrequenzen für jede Materialart eine typische elektromagnetische Rückwirkung auf die Sensoreinheit ergibt, lässt sich der Zusammenhang zwischen Ergebnissen der Wirbelstrommessung und mechanischen Kenngrößen des Werkstücks bei Anwendung von mehreren Erregerfrequenzen genauer ermitteln. Durch Anwendung von zumindest zehn, vorzugsweise zwanzig bis dreißig verschiedenen Erregerfrequenzen kann ein breites Frequenzspektrum abgedeckt werden und die Schätzwerte für die mechanische Kenngröße und somit auch die Genauigkeit des erzielten Biegewinkels verbessert werden. Darüber hinaus kann zur Wirbelstrommessung auch eine sehr hohe Anzahl von Erregerfrequenzen benutzt werden, beispielsweise auch indem die Erregerfrequenz kontinuierlich von einer Minimalfrequenz zu einer Maximalfrequenz verändert wird, also ein Frequenzbereich durchfahren wird, wobei sich ebenfalls für jede Materialausprägung ein typisches Messergebnis ergibt, das mit der interessierenden Kenngröße des Werkstücks in Zusammenhang gebracht werden kann. Die Wirbelstrommessung wird beispielsweise derart durchgeführt, dass die Sensoreinheit eine Sensorspule umfasst und bei der Wirbelstrommessung, die durch die Rückwirkung des Werkstücks verursachte Veränderung der Impedanz der Sensorspule ermittelt wird. Dazu wird der in der Sensorspule fließende Strom nach Amplitude und Phase gemessen, wobei aus der Veränderung dieser Werte durch die Annäherung des zu messenden Werkstücks an die Sensorspule, auf die elektromagnetischen Eigenschaften des Materials des Werkstückes rückgeschlossen werden kann. Da die elektromagnetische Rückwirkung des Werkstücks auch auf die Erregereinheit wirkt, ist es auch möglich, dass die Erregereinheit gleichzeitig als Sensoreinheit wirkt d.h. die Sensorspule durch eine Erregerspule selbst gebildet ist.
- Eine andere vorteilhafte Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren besteht darin, dass als Zielgröße eine nach dem Biegevorgang erzielte geometrische Kenngröße am Werkstück ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Biegewinkel, Schenkellänge, Krümmungsradius an der Biegezone, Parallelität bzw. Bombierung des Werkstücks verwendet wird. Dadurch werden die Ergebnisse der Wirbelstrommessungen direkt mit der Zielgröße des Biegeverfahrens in Beziehung gebracht, wodurch ermöglicht wird, dass bei gegenüber vorhergehenden Biegevorgängen identischen Einstell- und Parameterwerten für Werkstück und Biegepresse der zur Erreichung eines bestimmten Sollwerts einer Zielgröße erforderliche Einstellparameterwert alleine anhand den Ergebnissen der Wirbelstrommessung festgelegt werden kann. Zur Erhöhung der Genauigkeit des Ergebnisses ist es jedoch von Vorteil auch andere Einflussgrößen, insbesondere die Werkstückdicke bei der Festlegung des Einstellparameterwerts mit zu berücksichtigen.
- Eine günstige Variante des Verfahrens besteht darin, dass der Zusammenhang zwischen Wirbelstrommessung und der Zielgröße des Werkstücks - das Modell des Biegevorganges - mit Hilfe von Regressionsrechnung und/oder Korrelationsrechnung aus Ergebnissen von vorangegangenen Wirbelstrommessungen an mehreren Werkstücken und am jeweiligen Werkstück gemessenen Werten der Zielgröße hergestellt wird. Mit Hilfe dieser Rechenverfahren kann auch eine große Anzahl von Messergebnissen zusammengefasst und z.B. in eine Berechnungsvorschrift für den Einstellparameterwert eingearbeitet werden. Die Durchführung dieser Rechenverfahren ist mit den an heutigen Biegemaschinen eingesetzten elektronischen Steuervorrichtungen problemlos möglich.
- Eine weitere vorteilhafte Durchführung des Verfahrens ist dadurch gegeben, dass gemäß zweier weiterer Ansprüche der im Modell des Biegevorganges abgebildete Zusammenhang mit Hilfe eines neuronalen Netzes, insbesondere unter Anwendung eines Back-Propagation-Prozesses aus Ergebnissen einer Abfolge von Biegevorgängen hergestellt wird. Mit Hilfe eines neuronalen Netzes können nichtlineare, mehrparametrige Zusammenhänge, wie sie bei einem Biegeprozess wirksam sind, in einem selbstlernenden Modell abgebildet werden, das auch in der Lage ist, Abweichungen einzelner Werkstückkenngrößen bei der Bestimmung des Einstellparameterwertes zu berücksichtigen, ohne dass die physikalischen Zusammenhänge zwischen den einzelnen Werkstückkenngrößen formelmäßig oder als Berechnungsvorschrift dem Berechnungssystem vorgegeben werden müssen. Alternativ oder zusätzlich zu einem neuronalen Netz, kann die Festlegung des Einstellparameterwertes auch mit Hilfe einer Fuzzy-Logic-Regelung erfolgen, die zu Abweichungen in den Kenngrößen des Werkstücks gegenüber den Werten bei einem oder mehreren Biegevorgängen an Probestücken die erforderlichen Korrekturen bei der Festlegung des Einstellparameterwerts festlegen kann.
- Zweckmäßig kann es auch sein, nach einem weiteren Anspruch, eine Information über den Einstellparameterwert der Biegemaschine nach Durchführung der Wirbelstrommessung auf dem Werkstück, insbesondere in maschinenlesbarer Form z.B. als Strichcode anzubringen. Die aus der Wirbelstrommessung bezogene Information über das zu biegende Werkstück bleibt dadurch zuverlässig mit diesem verbunden und der Verfahrensschritt zur Durchführung der Wirbelstrommessung kann dadurch problemlos sowohl zeitlich als auch räumlich vom Biegevorgang entkoppelt werden, ohne zusätzliche Maßnahmen zur Messwertspeicherung und Werkstückidentifizierung treffen zu müssen. Die Anbringung der Information kann dabei z.B. mit einem Tintenstrahldrucker oder mit Laserstrahlung erfolgen.
- Besonders zweckmäßig erweist sich das Verfahren, wenn gemäß einem weiteren Anspruch der Biegevorgang als Freibiegevorgang auf einer Biegepresse in Form einer Abkantpresse durchgeführt wird. Durch die weite Verbreitung dieses Verfahrens und die hohe Anzahl der damit bearbeiteten Werkstücke, ist es bei diesem Verfahren innerhalb kurzer Zeit möglich, eine große Anzahl von Daten für die Bildung eines Zusammenhangs zwischen Ergebnissen der Wirbelstrommessung und Werten der Zielgröße zu sammeln.
- Die Wirbelstrommessung, der Vergleich des Ergebnisses der Wirbelstrommessung mit dem Zusammenhang zwischen den Ergebnissen der Wirbelstrommessungen und den Werten der Zielgröße, die Handhabung des Modells des Biegevorganges bzw. der Werkstoffeigenschaften, die Festlegung des Einstellparameterwertes oder die Berechnung der mechanischen Kenngröße wird vorteilhaft mit der elektronischen Steuervorrichtung durchgeführt. Die an modernen Biegepressen eingesetzten elektronischen Steuervorrichtungen bieten in vielen Fällen ausreichende Speicher- und Rechenleistung, die erforderlichen Berechnungen in ausreichender Geschwindigkeit auszuführen, oder sind zumindest zur Erweiterung mit geeigneten Berechnungsmodulen vorbereitet. Prinzipiell ist die Durchführung dieser Berechnungen auch ohne automatisierte Rechnerunterstützung möglich, was jedoch nur in der Anfangsphase bei der Entwicklung und ersten Parametrierung der Berechnungsalgorithmen sinnvoll erscheint.
- Im Folgenden wird eine Fertigungsvorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Der Vorteil dieser Fertigungseinrichtung besteht darin, dass die mit einer elektronischen Steuervorrichtung einer Biegepresse gekoppelte Wirbelstrommesseinrichtung räumlich beliebig angeordnet sein kann und die Ergebnisse der Wirbelstrommessung an einem zu biegenden Werkstück von der elektronischen Steuervorrichtung der Biegepresse automatisch übernommen und durch die Abschätzung der Umformeigenschaften mittels einer Wirbelstrommessung und darauf basierender Festlegung eines Einstellparameterwerts der Biegepresse die Winkelgenauigkeit der Biegepresse erhöht wird. Die Wirbelstrommesseinrichtung kann beispielsweise entfernt von der Biegepresse angeordnet sein, z.B. im Bereich einer vorgeordneten Laserschneidmaschine, in der die verfahrensbedingte Liegezeit für die Wirbelstrommessung genutzt wird. Durch eine entsprechend kleine bauliche Ausbildung der Wirbelstrommesseinrichtung kann diese aber auch direkt im Bereich der Biegewerkzeuge angeordnet sein, wodurch die Wirbelstrommessung unmittelbar vor dem eigentlichen Biegevorgang erfolgt.
- Zur Durchführung von zuverlässigen Wirbelstrommessungen ist es von Vorteil, wenn gemäß einem weiteren Anspruch die Wirbelstrommesseinrichtung eine Erregereinheit zur Erzeugung eines auf das Werkstück wirkenden elektromagnetischen Wechselfelds und eine Sensoreinheit zur Erfassung der durch das Werkstück hervorgerufenen Rückwirkung auf das Wechselfeld umfasst. Es handelt sich dabei im Allgemeinen um zwei getrennte Elemente, die zusätzlich voneinander elektromagnetisch weitgehend abgeschirmt sein können, wodurch die Sensoreinheit im Wesentlichen nur das von einem Werkstück beeinflusste elektromagnetische Wechselfeld aufnimmt bzw. misst. Wie bereits oben erwähnt, ist es jedoch auch möglich, dass die Erregereinheit und die Sensoreinheit durch ein und dasselbe Element gebildet sind.
- Die Sensoreinheit kann nach einem weiteren Anspruch eine Sensorspule und/oder einen Hallsensor zur Messung des Magnetfeldes umfassen, wobei die Messempfindlichkeiten entsprechend der zu messenden Materialgruppen gewählt werden.
- Zur Durchführung von zuverlässigen Wirbelstrommessungen ist es von Vorteil, wenn die Erregereinheit und die Sensoreinheit mit einer beweglichen Aufhängung, insbesondere mit einer kardanischen Aufhängung an der Wirbelstrommesseinrichtung, insbesondere auch elastisch gelagert sind. Damit sind Messfehler durch undefinierte Luftspalte zwischen dem Werkstück und der Wirbelstrommesseinrichtung weitgehend vermieden, die bei einer starren Aufhängung leicht auftreten können, falls die Positionierung des Werkstücks nicht ganz exakt erfolgt oder dieses Formabweichungen aufweist.
- Die Messempfindlichkeit der Wirbelstrommesseinrichtung kann weiters verbessert werden, indem die Aufhängung im Wesentlichen aus unmagnetischem Material besteht und die Messfelder im Wesentlichen nur vom Werkstück beeinflusst sind und nicht von der Wirbelstrommesseinrichtung selbst.
- Eine zweckmäßige Ausführungsform der Fertigungseinrichtung besteht darin, dass die Wirbelstrommesseinrichtung im Bereich des Maschinenrahmens, des feststehenden Balkens, einer Positioniereinrichtung oder einer Ablegestation für Werkstücke angeordnet ist. Diese Anordnung im unmittelbaren Bereich der Biegepresse bewirkt kurze Wege für den Bediener der Maschine als auch für die Werkstücke und ermöglicht weiters eine einfache Anbindung der Wirbelstrommesseinrichtung an die elektronische Steuer- und Überwachungseinrichtung, die in den meisten Fällen ebenfalls an der Biegepresse angeordnet ist.
- Um mit der Fertigungseinrichtung gegebenenfalls auch einen Biegekraftverlauf messen zu können umfasst die Biegepresse eine Kraftmesseinrichtung zur Messung der von den Biegewerkzeugen auf das Werkstück ausgeübten Biegekraft und ist die Kraftmesseinrichtung mit der Steuervorrichtung kommunikationsverbunden. Dabei kann die Kraftmesseinrichtung Kraftsensoren zur direkten Messung der Biegekraft oder Drucksensoren zur indirekten Messung der Biegekraft bei einem fluidischen Pressbalkenantrieb umfassen, wobei diese Messverfahren aus dem Stand der Technik bereits bekannt sind.
- Zur direkten, insbesondere automatischen Messung des Biegewinkels als Ist-Wert der Zielgröße am Werkstück umfasst die Fertigungseinrichtung, insbesondere das Biegewerkzeug der Biegepresse vorteilhaft eine mit der Steuervorrichtung verbundene Winkelmesseinrichtung, mit der der Biegewinkel im entlasteten Zustand des Werkstücks ermittelt werden kann. Die Handhabung der Werkstücke an der Fertigungseinrichtung bedeutet für das Bedienpersonal häufig eine hohe Wiederholfrequenz bei gleichzeitig hoher erforderlicher Aufmerksamkeit. Es ist deshalb insbesondere bei größeren Losgrößen wirtschaftlich vorteilhaft, wenn gemäß einem weiteren Anspruch im Bereich der Biegepresse eine mit einer Greifvorrichtung versehene Handhabungseinrichtung für die Handhabung der Werkstücke angeordnet ist. Dadurch kann einerseits anstrengende und stark repetitive Tätigkeit für das Bedienpersonal vermieden werden und andererseits die Produktqualität zuverlässig auf hohem Niveau sichergestellt werden, da Fehler aus Ermüdung und Konzentrationsfehlern vermieden werden.
- Aus Gründen der Flexibilität ist die Handhabungseinrichtung vorzugsweise wie ein Industrieroboter mit einem programmierbaren Roboterarm ausgeführt, wobei ein ausgewogener Kompromiss zwischen ausreichender Stabilität zur Erzielung einer hohen Wiederholgenauigkeit, als auch einem schlanken, Platz sparenden Aufbau, damit auch kleine Werkstücke zuverlässig von der Greifvorrichtung erfasst und an das Biegewerkzeug herangeführt werden können. Die Greifvorrichtung kann dabei als Zangengreifer, der den Rand eines Werkstücks erfasst, oder als Vakuumsauger, der ein Werkstück durch ein oder mehrere Vakuumelemente an einer Fläche erfasst, ausgebildet sein.
- Im Fall, dass die Fertigungseinrichtung mit einer Handhabungseinrichtung ausgestattet ist, ist es zweckmäßig, die Wirbelstrommesseinrichtung im Arbeitsraum der Handhabungseinrichtung anzuordnen, wodurch die Handhabung der Werkstücke auch bei der Durchführung der Wirbelstrommessung automatisiert ausgeführt werden kann.
- Zweckmäßig kann es auch sein, die Wirbelstrommesseinrichtung an der Handhabungsvorrichtung, insbesondere im Bereich der Greifvorrichtung, anzuordnen. Dadurch kann die Wirbelstrommessung durchgeführt werden, während das Werkstück von der Greifvorrichtung gehalten wird, z.B. also während des Zuführens von einer Bereitstellungsposition zum Biegewerkzeug.
- Zur Erhöhung der Messgenauigkeit der Wirbelstromfeldmesseinrichtung besteht eine vorteilhafte Weiterbildung darin, dass die Wirbelstrommesseinrichtung eine Haltevorrichtung für ein Werkstück umfasst. Durch diese Haltevorrichtung ist eine bei allen Werkstücken gleiche Positionierung im Bezug auf die Erregereinheit und Sensoreinheit sichergestellt und zufällige Messfehler, z.B. durch schwankende Luftspalte zwischen Werkstück und Wirbelstrommesseinrichtung werden vermieden.
- Von Vorteil ist auch eine Ausbildung der Fertigungseinrichtung , bei der die Fertigungseinrichtung, insbesondere die Wirbelstrommesseinrichtung eine Dickenmesseinrichtung umfasst. Dadurch ist es möglich, dass auch die Dicke des Werkstücks innerhalb der Fertigungseinrichtung gemessen und zur Festlegung des Einstellparameterwertes der Biegepresse herangezogen werden kann. Insbesondere kann die Dickenmessung zeitgleich mit der Wirbelstrommessung erfolgen, wenn die Dickenmesseinrichtung baulich mit der Magnetfeldmesseinrichtung verbunden ist.
- Weiters kann es vorteilhaft sein, die Wirbelstrommesseinrichtung mit einer Vereinzelungseinrichtung für zu biegende, stapelweise bereitgestellte Werkstücke zu koppeln. Insbesondere bei einer Fertigungseinrichtung, die mit einer Handhabungsvorrichtung ausgestattet ist, ist es von Vorteil die zu biegenden Werkstücke mit einer eigenen Vereinzelungseinrichtung zu vereinzeln und dadurch das unplanmäßige, gleichzeitige Zuführen von zwei oder mehr Werkstücken in die Biegepresse zu verhindern. Die Vereinzelung kann dabei beispielsweise durch eine besondere Saugkopfausbildung, pneumatisch, mit Hilfe von magnetischer Kraft, Abstreifelemente oder ähnlichem erfolgen, weiters kann die Vereinzelung durch Blaseinrichtungen oder Rütteleinrichtungen, die auf den Stapel einwirken, erleichtert werden. Zusätzlich kann die Vereinzelungseinrichtung auch mit einer Einrichtung zur Erkennung von Doppelentnahmen ausgerüstet sein. Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die Bereitstellungsposition für die vereinzelten Werkstücke durch die Magnetfeldmesseinrichtung gebildet wird, da dadurch die Wirbelstrommessung während der Liegezeit vor der Zuführung in die Biegepresse hauptzeitneutral erfolgen kann.
- Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1
- eine vereinfachte, schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Festlegung eines Einstellparameterwertes;
- Fig. 2
- ein vereinfachtes Flussdiagramm des Verfahrens zur Festlegung eines Einstellparameterwerts mit zwei Verfahrensvarianten;
- Fig. 3
- eine Abwandlung des Verfahrens zur Festlegung eines Einstellparameterwerts;
- Fig. 4
- eine vereinfachte Ansicht einer Fertigungseinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Vefahrens;
- Fig. 5
- eine Ansicht einer beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei einer Fertigungseinrichtung benutzten Wirbelstrommesseinrichtung mit einem zu messenden Werkstück in vereinfachter, schematischer Darstellung;
- Fig. 6
- ein Beispiel für ein Modell eines Biegevorganges
- Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
-
Fig. 1 zeigt schematisch eine Fertigungseinrichtung 1, umfassend zumindest eine Biegepresse 2 und eine Steuervorrichtung 3, die mit der Biegepresse 2 leitungsgebunden oder drahtlos über Funk kommunikationsverbunden ist. Mit der Fertigungseinrichtung 1 kann ein zu biegendes Werkstück 4 durch Krafteinwirkung eines an der Biegepresse 2 angeordnetes Biegewerkzeugs 5 zu einem gebogenen Werkstück 6 verarbeitet werden. Das Werkstück 4, 6 besteht dabei aus Metallblech, das zumeist als Platine oder Zuschnitt vorliegt. Das Werkstück 4 kann aus jedem für eine Biegeumformung geeigneten Material bestehen und durch alle geeigneten Verfahren wie Laserschneiden, Messerschneiden, Scherschneiden, Beißschneiden, Stanzen, Nibbeln usw. aus Halbzeug hergestellt sein. - Zur Durchführung des Biegevorgangs werden von der Steuervorrichtung 3 mit Steuersignalen Einstellparameter, die die Durchführung des Biegevorgangs beeinflussen, an die Biegepresse 2 übertragen, wie z.B. eine Eintauchtiefe eines Biegestempels oder eine auf das Werkstück 4 ausgeübte Biegekraft. Beim so genannten Freibiegeverfahren können durch Variation eines Einstellparameterwerts die Ist-Werte einer Zielgröße am gebogenen Werkstück 6 beeinflusst werden. Eine Hauptaufgabe der Steuervorrichtung 3 ist deshalb die Festlegung eines oder mehrerer Einstellparameterwerte, um einen oder mehrere Istwerte von Zielgrößen am gebogenen Werkstück 6 möglichst nahe an vorgegebene Sollwerte anzunähern. Aus praktischen Erfahrungswerten und/oder auch aus analytischen Betrachtungen des Umformvorganges sind die Zusammenhänge zwischen der Wahl eines Einstellparameterwerts und den damit erzielbaren Istwerten einer Zielgröße mehr oder weniger bekannt. Ein wichtiger Umstand, der die Einhaltung von engen Toleranzen bei den Zielgrößen erschwert, sind die unvermeidlichen Schwankungen von Kenngrößen eines zu biegenden Werkstücks 4, die das Ergebnis eines Biegevorgangs beeinflussen können. Während sich z.B. geometrische Kenngrößen, wie z.B. Dicke oder Abmessungen eines Werkstücks 4 noch mit verhältnismäßig geringem Aufwand mit ausreichender Genauigkeit feststellen lassen, ist die Ermittlung von mechanisch-technologischen Kennwerten, wie z.B. Biegefestigkeit, Streckgrenze oder Elastizitätsmodul eines konkreten Werkstücks 4 in den meisten Anwendungsfällen viel zu aufwändig bzw. auch unmöglich.
- Die der Steuervorrichtung 3 zugeführten Kenngrößen 7 eines zu biegenden Werkstücks 4 sind deshalb mehr oder weniger mit Unsicherheiten behaftet, weshalb versucht wird möglichst viele relevante Informationen über ein Werkstück 4 bei der Einstellung eines Biegevorgangs zu berücksichtigen. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird deshalb ein zu biegendes Werkstück 4 mit Hilfe einer Wirbelstrommesseinrichtung 8, einer Wirbelstrommessung unterzogen und als weitere Kenngröße 7 der Messwert 9 der Wirbelstrommessung der Steuervorrichtung 3 zugeführt, wobei auf die Wirbelstrommesseinrichtung 8 in Folge noch näher eingegangen wird.
- Weiters wird der Steuervorrichtung 3 als Information über das gebogene Werkstück 6 ein Sollwert 10 einer Zielgröße 11 zugeführt, die durch die Wahl der Einstellungen der Biegepresse 2 beeinflussbar ist. Die Zielgröße 11 ist im Ausführungsbeispiel durch den Biegewinkel 12 am gebogenen Werkstück 6 gegeben. Da der Sollwert 10 des Biegewinkels 12 vor dem Biegevorgang nur einen gewünschten Zustand am gebogenen Werkstück 6 darstellt, ist diese in die Steuervorrichtung 3 zugeführte Information in strichlierten Linien dargestellt.
- Mit Hilfe eines in der Steuervorrichtung 3 enthaltenen Modells 13 des Biegevorgangs wird, basierend auf den Kenngrößen 7 eines zu biegenden Werkstücks 4, insbesondere basierend auf dem Messwert 9 der Wirbelstrommessung, und dem Sollwert 10 der Zielgröße 11 ein Einstellparameterwert 14, beispielsweise eine Eintauchtiefe 15 eines Biegestempels, an die Biegepresse 2 übertragen. Durch den anschließend durchgeführten Biegevorgang wird am gebogenen Werkstück 6 ein Istwert 16 der Zielgröße 11, beispielsweise des Biegewinkels 12, bewirkt, anschließend der Istwert 16 gemessen und der Steuervorrichtung 3 zugeführt. Die Messung der Zielgröße 11, bzw. deren Istwerts 16 erfolgt dabei nach einer Entlastung des Werkstücks 6, wodurch sich der elastische Anteil der Verformung abbaut und der am gebogenen Werkstück 6 verbleibende Istwert 16 gemessen werden kann. In der Steuervorrichtung 3 erfolgt anschließend eine Verknüpfung des Messwerts 9 der Wirbelstrommessung, des unmittelbar vor der Entlastung des gebogenen Werkstücks 6 wirksamen Einstellparameterwerts 14 sowie des Istwerts 16 der Zielgröße 11 am gebogenen Werkstück 6, im Ausführungsbeispiel also eine Verknüpfung von Messwert 9 der Wirbelstrommessung, der Eintauchtiefe 15 des Biegestempels sowie des Istwerts 16 des Biegewinkels 12. Die Verknüpfung kann dabei beispielsweise in der Zusammenführung dieser Werte zu einem Datensatz bestehen, der einen Zusammenhang zwischen diesen drei Werten abbildet und als Information über das Umformverhalten des Werkstücks 4, 6 herangezogen werden kann.
- In
Fig. 2 ist der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens noch genauer in Form eines Flussdiagramms dargestellt. Der Steuervorrichtung 3 - als Block mit strichlierten Linien dargestellt - werden vor Beginn eines Biegevorganges Kenngrößen 7 des zu biegenden Werkstücks 4 sowie eine oder mehrere Sollwerte 10 einer Zielgröße 11, beispielsweise des Biegewinkels 12 zugeführt. Die Steuervorrichtung 3 umfasst eine Maschinensteuerung mit der üblicherweise enthaltenen Hardware und Software, also Bestandteile wie Recheneinheit, Speichereinheit, Schnittstellen zur Dateneingabe/-ausgabe und wird an dieser Stelle nicht näher erläutert. Zusätzlich umfasst die Steuervorrichtung 3 das Modell 13 des mit der Biegepresse 3 ausführbaren Umformvorgangs in Form von Software und Daten. Das Modell 13 ist inFig. 3 als Funktionsschaubild dargestellt, wodurch der Zusammenhang zwischen dem festgelegten Einstellparameterwert 14, z.B. der Eintauchtiefe 15 des Biegewerkzeugs 5 der Biegepresse 2 und deren Auswirkung auf den Ist-Wert 16 der Zielgröße 11, z.B. des Biegewinkels 12 verdeutlicht wird. - Die Kenngrößen 7 des zu biegenden Werkstücks 4 liefern in ihrer Gesamtheit die Information über das Umformverhalten des Werkstücks 4, das sich nicht anhand eines einfachen Wertes beschreiben lässt. Als Kenngrößen 7 sind dabei den Biegevorgang direkt oder indirekt beeinflussende Merkmale wie Dicke, Streckgrenze, Proportionalitätsgrenze, E-Modul, Walzrichtung, Gleichmaßdehnung, Verfestigungsexponent usw. sowie die Ergebnisse der Wirbelstrommessung verwendbar.
- Eine erste Kenngröße 7a ist beispielsweise durch einen Nennwert 17 einer mechanisch-technologischen Kenngröße 7 vorgegeben. So ist etwa aus Lieferantenangaben eine Streckgrenze von 400 N/mm2 für das Werkstück 4 bekannt. Aufgrund der produktionstechnologischen Schwankungen ist eine derartige Information jedoch immer mit einer Unschärfe behaftet, da der Aufwand für die exakte Ermittlung bei jedem Werkstück viel zu hoch wäre, und deshalb immer von einem Nennwert 17 mit einer wahrscheinlichen Schwankungsbreite auszugehen ist. Die Nennwerte sind zumeist auf eine Fertigungscharge, also dementsprechend viele Werkstücke 4 bezogen Eine Streckgrenze an einem konkreten Werkstück 4, die jedoch um etwa 5 % vom Nennwert 17 abweicht ist jedoch nicht selten, also beispielsweise 380 N/mm2 oder 420 N/mm2 beträgt ergibt bei einem Biegevorgang jedoch auch schwankende Istwerte 16 der Zielgröße 11, die bei hohen Genauigkeitsanforderungen bezüglich der zulässigen Abweichung des Istwerts 16 der Zielgröße 11 vom Sollwert 10 oft nicht zulässig sind.
- Wo es technisch praktikabel und wirtschaftlich vertretbar ist, werden deshalb auch ein oder mehrere Kennwerte 7b von zu biegenden Werkstücken 4 bei der Festlegung des Einstellparameterwerts 14 benutzt, die durch eine Messung am zu biegenden Werkstück 4 ermittelt werden, also ein oder mehrere Messwerte 18 einer Kenngröße 7. Wie in
Fig. 2 angedeutet wird eine Dicke 19 des Werkstücks 4 mit Hilfe einer Dickenmesseinrichtung 20 gemessen. Die Dickenmesseinrichtung 20 kann dabei Messmittel oder Messanordnungen mit mechanischem, elektrischem, magnetischem oder optischem Messprinzip wie z.B. Laser umfassen, sowie Kombinationen daraus und die Dicke 19 des Werkstücks 4 berührend oder berührungslos messen und der Steuervorrichtung 3 zugeführt werden. - Eine weitere Kenngröße 7c, die der Steuervorrichtung 3 zugeführt wird, ist durch einen Messwert 9 einer am zu biegenden Werkstück 4 durchgeführten Wirbelstrommessung gebildet. Dazu wird das Werkstück 4 an einer Wirbelstrommesseinrichtung 8 einem elektromagnetischen Wechselfeld ausgesetzt und die Rückwirkung des Werkstücks 4 auf das Wechselfeld gemessen. Die Wirbelstrommesseinrichtung 8 umfasst eine Erregereinheit 21 mit einer während der Messung von Wechselstrom durchflossenen Erregerspule sowie eine Sensoreinheit 22 mit einer Sensorspule, die dem Wechselfeld ausgesetzt ist und ist mit einer elektronischen Auswerteeinrichtung zur Messung zumindest der in der Sensorspule auftretenden Ströme nach Amplitude und Phasenlage bzw. Phasenwinkel und Aufbereitung der Messsignale zu weiterverarbeitbaren Messwerten 9 verbunden, die direkt in der Wirbelstrommesseinrichtung 8 angeordnet, aber auch anderen Baugruppen der Fertigungseinrichtung 1 zugeordnet sein kann. Alternativ zu einer Sensorspule kann auch ein Hallsensor zur Messung des vom Wirbelstrom bewirkten bzw. vom Werkstück 4 beeinflussten Magnetfeldes vorgesehen sein. Die Aufbereitung kann dabei insbesondere in einer Verstärkung der Messsignale bestehen. Als Ergebnis der Wirbelstrommessung wird im Ausführungsbeispiel die Änderung der Impedanz der Sensorspule anhand der Veränderung von Amplitude und Phasenlage des Wechselstroms in der Sensorspule durch die Rückwirkung des Werkstücks 4 gegenüber einem Ausgangszustand des elektromagnetischen Wechselfelds ohne Werkstück 4 herangezogen.
- Bei der Wirbelstrommessung wird von der Erregereinheit 21 das elektromagnetische Wechselfeld mit mehreren, vorzugsweise dreißig verschiedenen Frequenzen nacheinander angeregt und für jede Erregerfrequenz die entsprechende Rückwirkung des Werkstücks 4 auf das elektromagnetische Wechselfeld mit der Sensoreinheit 22 gemessen. Durch die Frequenzabhängigkeit der elektromagnetischen Eigenschaften erzielt man für jede Materialart sowie dessen Gefügezustand eine typische frequenzabhängige elektromagnetische Rückwirkung, anhand der, basierend auf zuvor durchgeführten Wirbelstrommessungen und gemessenen Istwerten 16 der Zielgröße 11, z.B. einem erreichten Biegewinkel 12, ein Einstellparameterwert 14 für den Biegevorgang des Werkstückes 4 festgelegt werden kann.
- Die Durchführung einer Wirbelstrommessung setzt voraus, dass das Werkstück 4 das Magnetfeld aufgrund seiner Materialeigenschaften, insbesondere seine elektrische Leitfähigkeit und seine magnetische Permeabilität beeinflussen kann, weshalb die Anwendung des Verfahrens insbesondere für elektrisch leitfähige Werkstücke 4 geeignet ist. Die Anwendung des Verfahrens ist nicht auf Metalle oder Verbunde aus Metallen und Nichtmetallen, beschränkt, da auch andere Materialien, wie z.B. Kunststoffe wenn auch geringe, aber wirksame und damit messbare Veränderungen des gemessenen Magnetfelds bewirken können.
- Die Messergebnisse der Wirbelstrommesseinrichtung 8 und der Dickenmesseinrichtung 20 werden an die elektronische Steuervorrichtung 3 der Biegepresse 2 übergeben, mit der insbesondere die Werkzeugbewegungen beim Biegevorgang und/oder die vom Biegewerkzeug 5 auf das Werkstück 4 ausgeübte Biegekraft gesteuert und überwacht werden. Weiters kann die Steuervorrichtung 3 dazu verwendet werden, die Bombierung eines Unterwerkzeugs zum Ausgleich der Durchbiegung des oberen, beweglichen Pressbalkens zu steuern. Die Steuervorrichtung 3 umfasst, wie bereits erwähnt eine oder mehrere Recheneinheiten, Speichereinheiten, Ein- und Ausgabeeinheiten mit Schnittstellen zur Signalein- und Signalausgabe, wie sie üblicherweise für die Steuerung und Überwachung von Fertigungsanlagen, insbesondere Biegepressen 2 eingesetzt werden.
- Die Steuervorrichtung 3 und das Modell 13 des Biegevorgangs können dabei in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein, jedoch auch räumlich entfernt und datentechnisch verbunden, z.B. wenn das Modell 13 in einer gesonderten Steuerung der Wirbelstrommesseinrichtung 8 enthalten ist.
- Die Zielgröße 11, die bei diesem Verfahren verwendet wird, ist der nach einem Biegevorgang erzielte Biegewinkel 12 an einem gebogenen Werkstück 6. Beim Biegevorgang wird das Werkstück 4 in der Biegepresse 2 mittels eines Stempels 23 in eine Matrize 24 mit einem V-Gesenk 25 gedrückt. Der Grad der Umformung und damit auch des erzielten Biegewinkels 12 ist bei vorgegebenen Werkstückeigenschaften und Werkzeuggeometrie in erster Linie von der Eintauchtiefe 15 des Stempels 23 in die Matrize 24 abhängig. Als Einstellparameterwert 14, der den erzielten Biegewinkel 12 beeinflusst und bestimmt, ist in diesem Ausführungsbeispiel eine bestimmte Eintauchtiefe 15, also der Umformweg zwischen dem ersten Berührpunkt 26 zwischen Stempel 23 und Werkstück 4 und dem unteren Totpunkt 27 gewählt. Alternativ dazu kann als Einstellparameterwert 14 auch die vom Stempel 23 auf das Werkstück 4, 6 aufgebrachte Biegekraft am Ende der Verformung verwendet werden, da diese ebenso wie die Eintauchtiefe 15 direkt den nach Durchführung des Biegevorgangs erzielten Biegewinkel 12 beeinflusst, da der Stempel 23 bei höherer Biegekraft weiter in das Gesenk 24 eindringt und das Werkstück 4, 6 dementsprechend stärker verformt wird.
- Die Festlegung des Einstellparameterwerts 14 - in diesem Fall der Eintauchtiefe 15, die die Erzielung eines bestimmten Biegwinkels 12 bewirkt, erfolgt erfindungsgemäß folgendermaßen:
- Das Ergebnis der Wirbelstrommessung an einem Werkstück 4 wird von der Steuervorrichtung 3 aus der Wirbelstrommesseinrichtung 8 übernommen und anhand des im Speicher abgebildeten Modells 13 zwischen Ergebnissen aus zuvor an anderen Werkstücken 4 durchgeführten Wirbelstrommessungen und bei jeweils bekannten Einstellparameterwerten 14 - in diesem Fall Eintauchtiefen 15 - erzielten Istwerten 16 der Zielgröße 11, in diesem Fall Biegewinkeln 12 ein Einstellparameterwert 14 zur Erreichung des angestrebten Sollwertes 10 der Zielgröße 11, im Beispiel des Biegewinkels 12 des zu biegenden Werkstücks 4 bestimmt. Aufgrund der an sich bekannten Korrelation zwischen elektromagnetischen Eigenschaften und mechanisch-technologischen Eigenschaften wie z.B. E-Modul und Streckgrenze bzw. Dehngrenze von metallischen Werkstoffen besteht auch eine Korrelation zwischen den Messwerten 9 der Wirbelstrommessungen, dem verwendeten Einstellparameterwert 14 und dem erzielbaren Biegewinkel 12.
- Sinngemäß kann das Ergebnis der Wirbelstrommessung dazu verwendet werden, die Biegekraft oder einen Durchbiegungsausgleich an der Biegepresse 2 als Einstellparameterwert 14 festzulegen.
- Zur Verbesserung der Biegegenauigkeit wird nach Durchführung eines Biegevorgangs, entweder nach vollständigem Abschluss oder bei einer Zwischenentlastung, am gebogenen Werkstück 6 der Istwert 16 der Zielgröße 11, im Beispiel des Biegewinkels 12 gemessen, ebenfalls der Steuervorrichtung 3 zugeführt und in dieser mit dem Messwert 9 der Wirbelstrommessung sowie dem unmittelbar vor der Entlastung des gebogenen Werkstücks 6 an der Biegepresse 2 wirksamen Einstellparameterwert 14 verknüpft.
- Diese Rückführung des Ergebnisses des Biegevorgangs kann nun dazu benutzt werden, im Fall einer Zwischenentlastung für den restlichen Biegevorgang den Einstellparameterwert 14 mit der nunmehr zusätzlichen Information über das Umformverhalten des Werkstücks 4, 6 neu festzulegen, insbesondere wenn der Istwert 16 der Zielgröße 11 von dem aufgrund der ursprünglichen Kenngrößen erwarteten Istwert nennenswert abweicht.
- Neben dieser Rückführung zum Zwecke einer allfälligen Neufestlegung des Einstellparameterwerts 14, kann die Verknüpfung auch darin bestehen, dass das Modell 13 des Umformvorgangs anhand des Istwerts 16, des unmittelbar vor der Entlastung wirksamen Einstellparameterwerts 14 sowie des Messwerts 9 der Wirbelstrommessung zu adaptieren, indem diese Werte dem aus früheren Biegevorgängen oder einem angenommenen Zusammenhang zwischen diesen Werten hinzugefügt werden. Diese Werte können als Datenpunkte verwendet werden, die bisher zwischen ihnen verwendeten Korrelationen und Abhängigkeiten zu analysieren und zu korrigieren.
- Die Biegegenauigkeit nimmt durch diese Rückführung des Biegeergebnisses mit der Wirkung eines Regelvorgangs enorm zu und das Modell 13 des Biegevorgangs wird dadurch ständig verbessert.
- Nach einer ausreichenden Anzahl von Biegevorgängen mit dem beschriebenen Verfahren ist das Modell 13, also der Zusammenhang zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessungen, Einstellparametern 14 und Istwerten 16 des Biegevorgangs so ausgereift, dass auf die Messung der Istwerte 16 verzichtet werden kann und die Biegevorgänge noch wirtschaftlicher durchgeführt werden können. Ein Nachbiegen zur Korrektur des Biegewinkels 12 ist in diesem Stadium im Allgemeinen nicht mehr erforderlich.
- Das Modell 13 mit dem Zusammenhang zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessungen und den Istwerten 16 der Zielgröße 11 an den Werkstücken 4, 6 - in diesem Fall den Biegewinkeln 12 - kann auf verschiedene Arten in der Steuervorrichtung 3 enthalten sein.
- Die Messergebnisse von zuvor, z.B. in einer Test- oder Trainingsphase an Probewerkstücken durchgeführten Biegevorgängen werden zusammen mit den jeweiligen Einstellparameterwerten in Datensätzen abgespeichert, aus denen mittels Regressionsrechnung und/oder Korrelationsrechnung das Modell 13 ermittelt wird und zur Festlegung des Einstellparameterwerts 14 verwendet wird.
- Eine andere Möglichkeit das Modell 13 aufzubauen, besteht darin, nach Biegevorgängen an Werkstücken 4, 6 Messwerte 9 der Wirbelstrommessungen, die verwendeten Einstellparameterwerte und die gemessenen, tatsächlich erreichten Istwerte 16 der Zielgröße 11, d.h. des Biegewinkels 12 an ein selbstlernendes neuronales Netz zu übergeben, das unter Verwendung eines Back-Propagation-Prozesses so trainiert wird, dass aus Messwerten 9 einer Wirbelstrommessung die Festlegung des Einstellparameterwertes 14 durch die elektronische Steuer- und Überwachungseinrichtung 3 erfolgen kann.
- Eine Abwandlung des bisher beschriebenen Verfahrens zur Festlegung eines Einstellparameterwerts 14 besteht darin, während des Biegevorgangs einen Biegekraftverlauf 28 - in
Fig. 2 in strichlierten Linien dargestellt - zu erfassen, wodurch ebenfalls eine Information über das Umformverhalten des Werkstücks 4, 6 erhalten werden kann. Die Maßnahme, die Biegewinkelgenauigkeit dadurch weiter zu erhöhen, besteht darin, während des Biegevorgangs den Verlauf der Biegekraft in Abhängigkeit von der Werkstückverformung zu erfassen und daraus einen Rechenwert einer mechanischen Kenngröße 7 des Werkstücks 4, 6 , insbesondere die Streck- bzw. Dehngrenze des Werkstücks 4, 6 zu errechnen und in Folge bei der Festlegung des Einstellparameterwerts 14 mitzuberücksichtigen. Die Biegekraft kann z.B. durch Kraftmessdosen, Dehnmessstreifen, Piezosensoren im Pressbalkenantrieb direkt gemessen oder über einen Hydraulikdruck des Pressbalkenantriebs oder auch die Leistungsaufnahme eines elektrischen Pressbalkenantriebs errechnet werden; die Werkstückverformung durch ein Wegmessgerät, das die Verschiebung des beweglichen Pressbalkens gegenüber dem Maschinenrahmen misst. Diese direkt aus dem zu biegenden Werkstück 4, 6 erhaltene Information über das Umformverhalten kann für die Festlegung des Einstellparameterwerts 14 herangezogen werden. Diese messtechnisch ermittelte Streck- bzw. Dehngrenze ist vielfach aussagekräftiger, als die vom Lieferanten des Materials bekannt gegebenen Nennwerte 17 der Festigkeit, und die Festlegung des Einstellparameterwerts 14 deshalb mit höherer Genauigkeit möglich. Diese Maßnahme kann dabei erfindungsgemäß alternativ zur Rückführung des Ist-werts 16 der Zielgröße 11 verwendet werden, jedoch auch zusätzlich eingesetzt werden. - Zusätzlich kann diese direkt aus dem Biegevorgang gewonnene Information benutzt werden, den Zusammenhang zwischen Messwerten 9 von Wirbelstrommessungen und der Zielgröße 11 zu modifizieren, d.h. das Verfahren kann durch Auswertung der einzelnen Biegevorgänge selbstlernend ausgebildet werden. Dazu wird der tatsächlich erzielte Biegewinkel 12 nach dem Biegevorgang gemessen, was durch eine geeignete, im Biegewerkzeug 5 eingebaute Winkelmessvorrichtung sogar automatisiert erfolgen kann, und gemeinsam mit den Messwerten 9 aus der Wirbelstrommessung und den sonstigen, anhand der Kenngrößen ermittelten Maschineneinstellungen dem bisher benutzten Modell 13 zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessung, Einstellparameterwert 14 und Istwerten 16 der Zielgröße 11 - des Biegewinkels 11 - hinzugefügt.
- In
Fig. 3 ist ein weiteres Verfahren zur Festlegung eines Einstellparameterwerts 14 dargestellt, das gegenüber den bisher beschriebenen Verfahren eine alternative Verwendung der Messwerte 9 der Wirbelstrommessung benutzt. Hierbei werden diese dazu verwendet, einen Schätzwert 29 für eine mechanische Kenngröße 7, insbesondere die Streckgrenze bzw. Dehngrenze zu bestimmen und diesen bei der Festlegung des Eingangsparameterwerts 14 für die Steuervorrichtung 3 einzusetzen. Mittels eines in der Steuervorrichtung 3 enthaltenen Berechnungsalgorithmus wird dann der Einstellparameterwert 14 - in diesem Fall die Eintauchtiefe 15 - festgelegt. Der zur Bestimmung des Schätzwertes 29 benutzte Zusammenhang zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessung und der mechanischen Kenngröße 7, insbesondere der Streckgrenze bzw. der Dehngrenze ist durch ein Werkstoffmodell 30 definiert. Dieses kann wie das Modell 13 des Biegevorgangs an Probewerkstücken ermittelt werden oder auf analytischen Betrachtungen basieren. Die tatsächliche Streck- bzw. Dehngrenze wird dabei etwa durch zerstörende Zugprüfung festgestellt. Der ermittelte Schätzwert 29 wird in Folge mit einem Nennwert 17 einer Werkstückkenngröße 7 verknüpft, insbesondere aus beiden ein gewichteter Mittelwert als Kenngröße 7d gebildet und der Steuervorrichtung 3 zugeführt oder von dieser selbst errechnet. - In
Fig. 4 ist eine Fertigungseinrichtung 1 für das winkelgenaue Biegen von Werkstücken, insbesondere nach dem zuvor beschriebenen Verfahren dargestellt. Diese umfasst eine Biegepresse 2, insbesondere in Form einer Abkantpresse zum Freibiegen von Werkstücken 4, 6 zwischen einem Stempel 23 und einer Matrize 24 mit einem V-Gesenk 25. Die Biegepresse 2 besteht im wesentlichen aus einem Maschinenrahmen 31, einem am Maschinenrahmen 31 horizontal angeordneten, die Matrize 24 tragenden, feststehenden Pressbalken 32, einem horizontal angeordneten, den Stempel 23 tragenden, beweglichen Pressbalken 33, der mittels zumindest einer Verstelleinrichtung, beispielsweise einem fluidischen Pressbalkenantrieb 34, gegenüber dem Maschinenrahmen 31 und in Richtung des feststehenden Pressbalkens 32 verstellbar ist, sowie einer elektronischen Steuervorrichtung 3. Die Verstelleinrichtung 34 umfasst eine Führungsanordnung, mittels derer der bewegliche Pressbalken 33 am Maschinenrahmen 31 geführt ist und einen Verstellantrieb, der bevorzugt als hydraulischer Antrieb ausgebildet ist, z.B. jedoch auch als elektrisch angetriebener Hubspindelantrieb ausgeführt sein kann. Weiters umfasst die Verstelleinrichtung 34 eine Wegmesseinrichtung 35, mit der die Position des beweglichen Pressbalkens 33 im Bezug auf den Maschinenrahmen 31 respektive den feststehenden Pressbalken 32 gemessen und an die Steuervorrichtung 3 übertragen werden kann. - Zur lagegenauen Ausrichtung der Werkstücke 4 in der Biegepresse 2 ist im Bereich des feststehenden Pressbalkens 32 eine Positioniereinrichtung 36 angeordnet, die von der Steuervorrichtung 3 numerisch gesteuerte Anschläge für die zu biegenden Werkstücke 4 aufweist, damit diese beim Einlegen die richtige Position in Bezug auf Stempel 23 und Matrize 24 einnehmen. Die Positioniereinrichtung 36 ist vorzugsweise als Hinteranschlag, auf der vom Bediener der Biegepresse 2 abgewandten Rückseite der Pressbalken 32, 33 angeordnet.
- Die Fertigungseinrichtung 1 umfasst weiters eine Handhabungseinrichtung 37 z.B. in Form eines programmierbaren Roboterarms, wobei deren Bewegungsraum so bemessen ist, dass sie mittels einer Greifvorrichtung 38 Werkstücke 4 einzeln von einer Bereitstellungsposition 39 erfassen, der Biegepresse 2 zuführen, die zu biegenden Werkstücke 4 während der Biegevorgänge führen sowie nach dem Biegevorgang gebogene Werkstücke 6 der Biegepresse 2 entnehmen und an eine nicht dargestellte Ablageposition bewegen kann. Die Greifvorrichtung 38 bringt die dazu erforderliche Haltekraft auf die Werkstücke 4, 6 im Ausführungsbeispiel durch Vakuumsauger auf, es sind jedoch auch Greifzangen einsetzbar, wobei die Wahl beeinflusst wird von der Lage der Biegekanten am Werkstück 4, sowie die Oberfläche der Werkstücke 4.
- Weiters umfasst die Fertigungseinrichtung 1 zumindest eine mit der Steuervorrichtung 3 verbundene Wirbelstrommesseinrichtung 8, an der jeweils ein zu biegendes Werkstück 4 vor dem Biegevorgang oder zumindest vor Beendigung des Biegevorganges vermessen wird, um basierend auf dem Messwert 9 der Wirbelstrommessung einen Einstellparameterwert 14 der Biegepresse 2 festzulegen. Zur Festlegung des Einstellparameterwerts 14 wird ein zu einem früheren Zeitpunkt hergestellter, in einem Modell 13 des Biegevorganges enthaltener Zusammenhang zwischen Messwerten 9 von an Werkstücken 4 durchgeführten Wirbelstrommessungen, an diesen Werkstücken 4 jeweils gemessenen Istwerten 16 einer Zielgröße 11 und dabei verwendeten Einstellparameterwerten 14 benutzt.
- Die Wirbelstrommessung (siehe auch
Fig. 5 ) besteht, wie oben bereits beschrieben, darin, die elektromagnetische Rückwirkung des Werkstücks 4 auf ein definiertes elektromagnetisches Wechselfeld zu erfassen. Ein Werkstück 4 wird dabei von einem von einer Erregereinheit 21 der Wirbelstrommesseinrichtung 8 erzeugten elektromagnetischen Wechselfeld durchsetzt, welches durch das Werkstück 4 beeinflusst wird, z.B. bei einem ferromagnetischen Werkstück 4 durch die im Werkstück induzierten Wirbelströme, die selbst ein elektromagnetisches Wechselfeld bewirken, das sich dem Erreger-Wechselfeld überlagert. Mit Hilfe einer Sensoreinheit 22 kann diese Wirkung des Werkstücks 4 auf das Wechselfeld gemessen werden. Die Erregereinheit 21 und die Sensoreinheit 22 umfassen vorzugsweise Spulenelemente, mit denen die erforderlichen magnetischen Feldstärken zur Erregung bzw. Messempfindlichkeiten einfach realisiert werden. Als Messgröße bzw. Messwert 9 der Wirbelstrommessung wird vorzugsweise die in einem Spulenelement der Sensoreinheit 22 auftretende Stromstärke und der Phasenwinkel im Spulenelement gegenüber dem Phasenwinkel des Erregerfelds verwendet, also eine Rückwirkung durch eine elektromagnetische Impedanz des Werkstücks 4. - Abweichend von der zuvor beschriebenen Ausführung ist es beispielsweise auch möglich, die Sensoreinheit 22 mit einem Hallsensor auszustatten, mit dem das resultierende Wechselfeld gemessen wird.
- Da die elektromagnetischen Wirkungen in einem Werkstück 4 und damit auch Messwerte 9 der Wirbelstrommessung eine starke Abhängigkeit von der Frequenz des Erregerfelds zeigen, wird die Wirbelstrommessung bei mehreren, beispielsweise bei dreißig verschiedenen Erregerfrequenzen des elektromagnetischen Wechselfelds durchgeführt, um einen aussagekräftigen Zusammenhang zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessungen und der (den) Zielgröße (n) 11 der Werkstücke 4 zu erhalten sowie evtl. einen weiteren Zusammenhang zwischen Messwerten 9 der Wirbelstrommessung und mechanischen Kenngrößen 7 der Werkstücke 4 bestimmen zu können.
- Zur Herstellung des Zusammenhangs mittels der Magnetfeldmesseinrichtung 8, der Steuervorrichtung 3, sowie die Festlegung des Einstellparameterwerts 14 der Biegepresse 2, insbesondere der Eintauchtiefe 15 am Werkstück 4 bzw. des unteren Totpunkts 27 der Bewegung des Stempels 23 bzw. die vom Stempel 23 auf das Werkstück 4 zu übertragende Biegekraft sei an dieser Stelle an die obige Beschreibung des Verfahrens verwiesen.
- Eine elektronische Auswerteeinrichtung zur Aufbereitung der Messergebnisse der Wirbelstrommessung kann in der Wirbelstrommesseinrichtung 8 selbst enthalten, aber auch in der Steuervorrichtung 3 ausgebildet sein, die mit der Magnetfeldmesseinrichtung 8 über Schnittstellen 40 verbunden ist. Die Übertragung der Messwerte 9 bzw. der aufbereitenden Messergebnisse von der Wirbelstrommesseinrichtung 8 zur Steuervorrichtung 3 kann dabei zwischen den Schnittstellen 40 leitungsgebunden, aber auch drahtlos über eine Sende- und Empfangseinrichtung mit einer Übertragungstechnologie wie z.B. Bluetooth, Wireless-LAN, Infrarot oder ähnlichem erfolgen.
-
Fig. 5 zeigt eine Ansicht einer beim erfindungsgemäßen Verfahren und bei einer Fertigungseinrichtung 1 benutzten Wirbelstrommesseinrichtung 8. - Das Werkstück 4 liegt beim dargestellten Ausführungsbeispiel auf der Oberseite der Wirbelstrommesseinrichtung 8 und direkt oberhalb der darin enthaltenen Erregereinheit 21 bzw. der Sensoreinheit 22. Damit die zu messenden Werkstücke 4 bei der Messung immer flächig auf der Wirbelstrommesseinrichtung 8 aufliegen und zufällige Messfehler durch schwankende Abstände zur Erregereinheit 21 und der Sensoreinheit 22 vermieden werden, weist die Wirbelstrommesseinrichtung 8 zumindest eine Haltevorrichtung 41 zur Fixierung der Werkstücke 4 auf. Diese kann z.B. durch Vakuumsaugelemente 42 und/oder Magnete 43 gebildet sein, die den gleichmäßigen und zuverlässigen Kontakt zwischen Wirbelstrommesseinrichtung 8 und Werkstück 4 sicherstellen. Die Erregereinheit 21 und die Sensoreinheit 22 können dazu insbesondere an elastisch nachgiebigen oder kardanisch beweglichen Aufhängungen an der Wirbelstrommesseinrichtung 8 gelagert sein, wodurch auch bei dicken Blechplatinen als Werkstück 4 eine gute Anlage erreicht werden kann.
- Im beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Dickenmesseinrichtung 20 an der Wirbelstrommesseinrichtung 8 angeordnet, wodurch die beiden Messungen gleichzeitig ausführbar sind, es kann die Dickenmesseinrichtung 20 jedoch auch an anderer Position innerhalb der Fertigungseinrichtung 1, insbesondere im Bewegungsraum der Handhabungseinrichtung 37 angeordnet sein.
-
Fig. 5 ist weiters entnehmbar, dass die Messergebnisse der Wirbelstrommessung von der Schnittstelle 40 leitungsgebunden, aber auch zusätzlich oder alternativ über ein Sende- und Empfangseinrichtung 44 an die Schnittstelle 40 an der Steuervorrichtung 3 übertragen werden können. Die Sende- und Empfangseinrichtung 44 kann dabei die bereits oben erwähnten drahtlosen Übertragungstechnologien Bluetooth, Wireless-LAN, Infrarot oder ähnliches verwenden. - Die Wirbelstrommesseinrichtung 8 kann, wie in
Fig. 4 dargestellt, die Bereitstellungsposition 39 bilden, an der Werkstücke 4 für den Bediener oder eine Handhabungseinrichtung 37 bereitgestellt werden. Damit jeweils nur ein Werkstück 4 in die Biegepresse 2 eingebracht wird, ist es von Vorteil, eine Vereinzelung der Werkstücke 4 durchzuführen. Dies wird durch eine Vereinzelungseinrichtung 45 durchgeführt, die von einem Stapel jeweils ein Werkstück 4 entnimmt und an die Bereitstellungsposition 39 übergibt. Zur Überwachung des Vereinzelungsvorganges kann die Vereinzelungseinrichtung 45 eine Einrichtung zur Erkennung von Doppelentnahmen umfassen, z.B. in Form einer Dickenmessung für das vereinzelte Werkstück oder eine Einrichtung zum Messen der Höhe des Stapels oder bzw. deren Veränderung nach Entnahme eines Werkstücks 4. -
Fig. 6 zeigt ein Beispiel für ein Modell 13 bzw. dessen Verwendung zur Festlegung eines Einstellparameterwerts 14 einer Biegepresse 2 in Form eines in einem karthesischen Koordinatensystem dargestellten Zusammenhangs. Auf der horizontalen Abszisse ist dabei der variierbare Einstellparameter 11, z.B. die Eintauchtiefe 15 des Stempels 23 aufgetragen, während auf der vertikalen Ordinate die Zielgröße 11 z.B. der Biegewinkel 12 aufgetragen wird. Anhand einer Nenn-Umformkennlinie 46, die sich aufgrund der vor dem Biegevorgang vorliegenden Kenngrößen 7 eines Werkstücks bestimmt, ist zum Erreichen einer vorgegebenen Zielgröße 11 ein Nenn-Einstellparameterwert 47 erforderlich. Der Biegevorgang wird jedoch nicht mit diesem Nenn-Einstellparameterwert 47 durchgeführt, sondern mit einem Mess-Einstellparameterwert 48, bei dem die Zielgröße 11 noch einen deutlichen Abstand vom Sollwert 10 besitzt. Mit diesem Mess-Einstellparameterwert 48 würde sich anhand der angenommenen Nenn-Umformkennlinie 46 ein Nenn-Istwert 49 der Zielgröße 11 ergeben. Wenn die Messung des Istwerts jedoch einen davon abweichenden Mess-Istwert 50 der Zielgröße ergibt, wird daraus geschlossen, dass die Nenn-Umformkennlinie 46 die tatsächliche Umformbarkeit des Werkstücks 4 nur unzureichend beschreibt, und mit dem Nenn-Einstellparameterwert 47 der Sollwert 10 am Ende des Biegevorgangs verfehlt werden wird. - Um den Einstellparameterwert 14 für den restlichen Biegevorgang so festzulegen bzw. zu korrigieren, dass der Sollwert 10 der Zielgröße 11 möglichst gut angenähert wird, wird nun anhand des mit dem Mess-Einstellparameterwert 48 erzielten Mess-Istwert 50 eine korrigierte Ist-Umformkennlinie 51 festgelegt mit Hilfe derer der korrigierte Einstellparameterwert 14 bestimmt wird. Diese Abweichung der tatsächlich ermittelten Umformbarkeit von der ursprünglich erwarteten Umformbarkeit des Werkstücks kann vereinfacht als Parallelverschiebung der Nenn-Umformkennlinie 46 durch den aus Mess-Einstellparameterwert 48 und Mess-Istwert 50 bestimmten Datenpunkt angenommen werden, woraus die Ist-Umformkennlinie 51 entsteht.
- Neben der hier beschriebenen Korrektur des Einstellparameterwerts 14 nach einem - teilweise - durchgeführten Biegevorgang kann die in Form des aus Mess-Einstellparameterwert 48 und Mess-Istwert 50 bestimmten Datenpunkts tatsächlich ermittelte Ist-Umformbarkeit des Werkstücks 4 dem bisher verwendeten Modell des Biegevorgangs hinzugefügt werden und beispielsweise nach einer neuerlichen Berechnung der Nenn-Umformkennlinie 46 für nachfolgende Biegevorgänge Berücksichtigung finden und das Modell 13 dadurch verbessert und adaptiert werden.
- Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis die Maßnahmen des Verfahrens zur Festlegung eines Einstellwertes einer Biegepresse für einen Biegevorgang an einem elektrisch leitfähigen Werkstück bzw. die Bestandteile einer Fertigungseinrichtung für das Biegen von leitfähigen Werkstücken vereinfacht, teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
-
- 1
- Werkstück
- 2
- Blechplatine
- 3
- Dicke
- 4
- Dickenmesseinrichtung
- 5
- Magnetfeldmesseinrichtung
- 6
- Erregereinheit
- 7
- Sensoreinheit
- 8
- Steuervorrichtung
- 9
- Steuerung
- 10
- Zusammenhang
- 11
- Biegewinkel
- 12
- Stempel
- 13
- Matrize
- 14
- V-Gesenk
- 15
- Umformweg
- 16
- Berührungspunkt
- 17
- Totpunkt
- 18
- Fertigungseinrichtung
- 19
- Biegepresse
- 20
- Maschinenrahmen
- 21
- Pressbalken
- 22
- Pressbalken
- 23
- Verstelleinrichtung
- 24
- Wegmesseinrichtung
- 25
- Positioniereinrichtung
- 26
- Handhabungseinrichtung
- 27
- Greifvorrichtung
- 28
- Bereitstellungsposition
- 29
- Schnittstelle
- 30
- Haltevorrichtung
- 31
- Vakuumsaugelement
- 32
- Magnet
- 33
- Sende- und Empfangseinrichtung
- 34
- Vereinzelungseinrichtung
Claims (5)
- Verfahren zur Festlegung eines Einstellparameterwerts (14) einer Biegepresse (2), bei dem einer Steuervorrichtung (3) der Biegepresse (2) Kenngrößen (7) eines in einem Biegevorgang zu biegenden Werkstücks (4) zugeführt werden, und der Steuervorrichtung (3) ein Sollwert (10) für eine Zielgröße (11) am gebogenen Werkstück (6) zugeführt wird, und durch die Steuervorrichtung (3) aus den Kenngrößen (7) des Werkstücks (4) und dem Sollwert (10) der Zielgröße (11) anhand eines Modells (13) des Biegevorgangs, das einen Zusammenhang zwischen dem Einstellparameterwert (14), den Kenngrößen (7) des Werkstücks (4) und einem daraus bewirkten Wert der Zielgröße (11) enthält, zumindest ein Einstellparameterwert (14) der Biegepresse (2) in Form einer Eintauchtiefe (15) eines Stempels (23) der Biegepresse (2) oder einer vom Stempel (23) auf das Werkstück (4, 6) aufzubringenden Biegekraft oder eines Durchbiegungsausgleichsparameters an der Biegepresse (2), festgelegt wird, wobei das Werkstück (4) vor Beendigung des Biegevorgangs einer Wirbelstrommessung unterzogen wird, bei der es von einem mittels einer Erregereinheit (21) erzeugten, (4) elektromagnetischen Wechselfeld durchsetzt wird und mittels einer Sensoreinheit (22) ein Messwert (9) der elektromagnetischen Rückwirkung des Werkstücks (4) auf das Wechselfeld ermittelt wird und eine der Kenngrößen (7) durch den Messwert (9) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach teilweiser oder vollständiger Durchführung des Biegevorgangs bei einer Entlastung des Werkstücks (6) ein Istwert (16) der Zielgröße (11), insbesondere der Biegewinkel (12), gemessen und in der Steuervorrichtung (3) mit dem Messwert (9) der Wirbelstrommessung sowie dem vor der Entlastung wirkenden Einstellparameterwert (14) verknüpft wird, indem der beim aktuell gebogenen Werkstück (6) vorliegende Zusammenhang zwischen Einstellparameterwert (14), der Kenngröße (7) des Werkstücks (4) in Form des Messwerts (9) aus der Wirbelstrommessung und dadurch bewirktem Wert (16) der Zielgröße (11) ermittelt wird und basierend auf dem nach der Entlastung des Werkstücks (6) gemessenen Ist-Wert (16) der Zielgröße (11) und dem Messwert (9) der Wirbelstrommessung sowie dem unmittelbar vor der Entlastung wirkenden Einstellparameterwert (14) das Modell (13) des Biegevorgangs adaptiert wird, indem der im Modell (13) enthaltene Zusammenhang zwischen Einstellparameterwert (14), Kenngröße (7) des Werkstücks (4) in Form des Messwerts (9) aus der Wirbelstrommessung und jeweils dadurch bewirktem Wert (16) der Zielgröße (11) um den am aktuell gebogenen Werkstück (6) ermittelten Zusammenhang ergänzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Kenngröße (7) des Werkstücks (4) ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Werkstückdicke, Gewicht oder Werkstückfläche durch eine Messung vor oder während des Biegevorgangs ermittelt und zusammen mit dem Sollwert (10) von der Steuervorrichtung (3) unter Benutzung des Modells (13) des Biegevorgangs bei der Festlegung des Einstellparameterwerts (14) benutzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirbelstrommessung weitgehend auf Zonen im Werkstück (4) beschränkt wird, die beim Biegevorgang verformt werden.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein im Modell (13) des Biegevorgangs enthaltener Zusammenhang zwischen Einstellparameterwert (14), Kenngröße (7) des Werkstücks (4) in Form des Messwerts (9) aus der Wirbelstrommessung und jeweils dadurch bewirktem Wert (16) der Zielgröße (11) mit Hilfe von Regressionsrechung und/oder Korrelationsrechnung aus Messwerten (9) von vorangegangenen Wirbelstrommessungen an mehreren Werkstücken (4, 6) und am jeweiligen Werkstück (6) gemessenen Ist-Werten (16) der Zielgröße (11) ermittelt wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messwert (9) der Wirbelstrommessung oder der daraus abgeleitete Wert einer Kenngröße (7) des Werkstücks (4) auf dem Werkstück (4), insbesondere in maschinenlesbarer Form angebracht wird.
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