EP2667984A1 - Automatisierung rohrformpresse mit einer lichtquelle zur messung der rohrinnenkontur - Google Patents

Automatisierung rohrformpresse mit einer lichtquelle zur messung der rohrinnenkontur

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EP2667984A1
EP2667984A1 EP11807641.3A EP11807641A EP2667984A1 EP 2667984 A1 EP2667984 A1 EP 2667984A1 EP 11807641 A EP11807641 A EP 11807641A EP 2667984 A1 EP2667984 A1 EP 2667984A1
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EP
European Patent Office
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pipe
forming
light source
receiver
flat product
Prior art date
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Granted
Application number
EP11807641.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2667984B1 (de
Inventor
Michael Krauhausen
Manfred Kolbe
Rainer Lorenz
Uwe Feldmann
Johannes VAN SANTEN
Jochen Vochsen
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Meer GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of EP2667984B1 publication Critical patent/EP2667984B1/de
Active legal-status Critical Current
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    • B21C37/00—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape
    • B21C37/06—Manufacture of metal sheets, bars, wire, tubes or like semi-manufactured products, not otherwise provided for; Manufacture of tubes of special shape of tubes or metal hoses; Combined procedures for making tubes, e.g. for making multi-wall tubes
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C37/0815—Making tubes with welded or soldered seams without continuous longitudinal movement of the sheet during the bending operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21C51/00—Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D5/00—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves
    • B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21D5/01—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments
    • B21D5/015—Bending sheet metal along straight lines, e.g. to form simple curves between rams and anvils or abutments for making tubes

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for forming flat products in slotted tubes or pipe precursors, comprising at least one mecanicumformwerkmaschinezeug for at least gradually forming the flat product in the radial direction of the Schlitzrohr- or Rohrvoreck- cross section to produce and at least one outer mold for forming the flat product from the outside ,
  • the production of particularly thick-walled tubes is usually carried out by stepwise forming of flat products into a so-called slotted tube.
  • sheets are spirally wound so that their side edges abut one another and by introducing a helical weld a tube with a round cross-section is produced.
  • the conversion of the flat product usually also takes place in two steps, wherein a first transformation leads to a precursor having a contour that corresponds to a sequence of polygons. A nearly circular contour of the cross section is then achieved in a second step by means of an expander.
  • the person skilled in the art usually speaks of a two-dimensional "contour" of the tube cross-sections and a three-dimensional "shape" of the entire tube, slot tube or tube precursor.
  • This conversion is often carried out on the basis of empirical values of the operating personnel, whereby the positioning of the flat products in the forming as well as the adjustment of the respective degrees of deformation in each section requires a lot of experience.
  • This process becomes all the more complex if steel grades with different strengths and correspondingly different forming behavior are to be formed into slotted tubes.
  • An industrial production of such slotted tubes is therefore due to several disturbances, such as sheet thickness and batch fluctuations and the springback after forming a very complex process.
  • At least one light source for example a superluminescent diode or a white light source and at least one receiver are connected to at least one forming tool and serve to measure the slot pipe or pipe precursor inner contour.
  • a light source for example a superluminescent diode or a white light source
  • at least one receiver are connected to at least one forming tool and serve to measure the slot pipe or pipe precursor inner contour.
  • any optical measuring device comprising a light source and a receiver.
  • the measuring device comprises a laser source and a laser detector.
  • a device which allows a particularly accurate means of a high-precision verification of the respective forming steps up to the final verification of the contour of the entire cross-section, preferably the shape of the slit pipe or pipe precursor.
  • the measurement also takes place quickly and can be integrated space-saving in commonly used tube-forming presses of the type described above, without disturbing the forming itself.
  • any local, step-by-step forming process or the entire forming process can preferably be continuously checked online and fully automated and, if necessary, a readjustment be carried out.
  • control and regulation is regularly based on the results of individual forming steps or the entire forming process, also disturbances such as material fluctuations or inaccuracies in the pre-modeling of the process can be compensated immediately.
  • the light source projects light structures, in particular dots, lines or patterns, onto the inner surface of the at least partially formed flat product.
  • This light structure can be changed particularly preferably locally and / or temporally.
  • the detection and evaluation of the scattered light structure is carried out by a receiver and preferably with a suitable control unit, which then allows the determination of the (two-dimensional) contour and most preferably also the (three-dimensional) shape of the slot pipe or pipe precursor.
  • the internal forming tool is part of a forming blade of a tube forming press.
  • the individual steps are shown substantially in Figure 1, lowers the forming blade, especially the tool connected to the sword stroke on a flat product, which usually rests on two thrust bearings from.
  • the conversion Forming then takes place depending on the distance of the abutment each other, the contour of the Umformhists itself and the stroke of the Umformhists.
  • the deformation takes place stepwise to the desired cross-sectional contour or shape of the slot pipe or pipe precursor.
  • the distance between the abutment to each other or the relative positions of the Umformhist and abutments to each other and their bending over the length of the slot tube or pipe can be changed to thereby influence the Umformitz targeted.
  • the inventive device and the method according to the invention is particularly advantageous for use, since the local transformations, especially curvatures especially after completion of the forming process and lifting the Umformhists from the formed flat product particularly simple and can be safely determined.
  • At least one light source and at least one optical receiver are integrated in a common sensor system.
  • a modular construction of the measuring apparatus as a whole and space-saving use is particularly advantageously supported or implemented.
  • the result is a device in which the laser sensor can be mounted on the forming tool in such a space-saving manner that obstruction of the forming process is completely avoided.
  • a light source and a respective receiver are attached to each side of the Umformhists.
  • the light source preferably together with the receiver, is rotatably mounted on the internal forming unit. are attached. In this way, it is possible on the device side that a single light source can detect the desired measurement results in each case for at least half the slot pipe or pipe precursor cross section.
  • the forming tool arranged on the sword has one or more slots or bores through which the light beam can impinge on the inner surface of the workpiece even in the region of the local deformation.
  • a device which, with particularly simple means and without having to modify the design of the internal forming tool, in particular the forming blade, allows a measurement of the entire cross section of the product to be produced.
  • the sensors of the type described above are preferably arranged distributed equidistantly over the length of the slot pipe or pipe precursor.
  • the sensors of the type described above are preferably arranged distributed equidistantly over the length of the slot pipe or pipe precursor.
  • the sensors of the type described above are preferably arranged distributed equidistantly over the length of the slot pipe or pipe precursor.
  • the sensors of the type described above are preferably arranged distributed equidistantly over the length of the slot pipe or pipe precursor.
  • the sensors of the type described above are preferably arranged distributed equidistantly over the length of the slot pipe or pipe precursor.
  • the light source preferably together with the receiver
  • height-adjustable is attached to the mecanical apparatus.
  • This will particularly advantageously increase the flexibility of the device in the forming of flat products in slotted tubes with different tube cross-section in tube forming presses with forming dies.
  • the height adjustment of the light source and the receiver is ideally carried out so that the light source is disposed substantially in the vicinity of the center of the final tube cross-section, whereby the measurement in particular of a finished tube cross-section after the last stroke of the forming sword is facilitated.
  • the receiver is connected to a control unit for the forming process.
  • This control unit very particularly preferably performs a nominal value-actual value adjustment for the individual measurements and outputs correction values for at least the inner forming tool, possibly also one or more outer tools, based on this setpoint-actual value adjustment.
  • the setpoint values can be taken from the control unit to a memory provided for this purpose, and the correction values for the control of the internal forming tool are in turn output as a result of a model for the forming process which has been corrected on the basis of the measured actual values.
  • the invention is characterized in that the light source and the receiver are connected to the internal forming tool and the deformation produced at that time, preferably local curvature, which was caused by the internal forming tool on the flat product, is detected at least during the forming process. It may be advantageous if the detection of the contour or the shape of the flat product is continued beyond the forming itself, so as to be able to fully detect springbacks of the previously formed material.
  • the light measurement lasts up to one second after completion of the forming process, thus after completion of the contact of the inner forming tool with the flat product.
  • a duration of light measurement that is between 0.5 and 1 second longer than the actual forming operation.
  • the determination of the contour or shape of the flat product produced by the deformation takes place by means of the triangulation method.
  • a light beam is directed onto a workpiece in a manner known to those skilled in the art.
  • the light beam scattered by the workpiece is then imaged by a lens on a spatially resolved receiver, for example a CCD line.
  • a spatially resolved receiver for example a CCD line.
  • the distance between the workpiece inner surface and the receiver is determined.
  • a particularly simple and manageable method for determining the actual value of the forming path is provided. From a plurality of mutually adjacent measuring points can then be derived in the same way, the contour or shape of the converted flat product.
  • the inventive method uses as the above-discussed in detail device according to the invention particularly preferably a sensor that is rotated during the measuring process so that the laser deformation of each forming step up to the contour or shape of the entire Schlitzrohr- or Can capture pipe precursor cross-section.
  • a sensor that is rotated during the measuring process so that the laser deformation of each forming step up to the contour or shape of the entire Schlitzrohr- or Can capture pipe precursor cross-section.
  • the device and the method which allow a permanent rotation of the sensor system about its own axis of rotation, thus beyond 360 °.
  • the drive for the sensors can be designed particularly simple.
  • FIG. 1 is a diagrammatic representation of individual working steps of a forming process for producing a slot pipe from a flat product
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a plan view of a light sensor system according to the invention for installation on a device according to the invention
  • Figure 4 is a schematic diagram of the triangulation method used in the invention
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram for the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows, in eight working steps a) to h), the transformation of a flat product 1 into a slot pipe or pipe precursor 2 with a substantially round cross section.
  • step a the flat product 1 is shown with pre-formed edge regions 1a, 1b.
  • the edge portions 1a, 1b are usually preformed outside the tube forming presses.
  • step b) shows, the forming process in the tube press begins by threading the flat product 1 between two abutments 4a, 4b and the Umformhist 3.
  • the forming blade 3 in turn can move stroke wise substantially perpendicular to the flat product 1 out between the two abutments 4a, 4b become.
  • FIG. 2 shows a device according to the invention for forming a flat product 1 into a slot tube 2 in the form of a conventional tube forming press with abutments 4a, 4b and a forming blade 3, at the head end of which the actual forming tool 3a is attached.
  • Figure 2 shows the last step of the forming.
  • a laser sensor 5a, 5b are mounted on the left and right, via which the measurement of the contour of the cross section of the tube 2 can be done in total.
  • the rotational movement shown by the arrow B does not refer to the entire housing of the laser sensor 5a, 5b, but rather only to individual components of the laser sensor 5a, 5b , in particular the laser source (not shown) and the laser sensor (not shown).
  • a sweeping can then be achieved over the entire cross section of the slot tube 2 by the laser beams 6 emitted by the laser source.
  • FIG. 3 shows a plan view of a laser sensor system 5 according to the invention for attachment to a forming blade (not shown).
  • the laser sensor 5 comprises as main components a drive motor 9, an angle measuring device 10, a laser source 7 and a laser sensor 8, wherein the laser source 7 together with the laser sensor 8 form the triangulation sensor according to the invention. All of these components 7-10 of the laser sensor 5 are in a housing integrated and can be connected via an interface 11 securely with the (not shown) Umformhist.
  • the laser sensor 5 is also attached via the interface 11 so spaced from the (not shown) Umformhist that the laser beam emitted from the laser source 7 preferably continuously can sweep over the entire extent of the previously formed circumference of (not shown) Schlitzrohrqueritess.
  • FIG 4 the measuring principle of the triangulation method is shown schematically briefly.
  • a laser beam 6 emitted from a laser source 7 strikes, schematically indicated, either on the item 1 or on the item 2 on the inner surface of a flat product 1 to be reshaped or already locally reshaped.
  • the laser beams scattered from the inner surface are transmitted from an objective 12 to the receiver 12 depending on the position of the inner surface of the flat product 1 to the laser source 7 at different points ⁇ 1 ', P2 "on the Detector, which is part of the sensor 8, shown.
  • the position ⁇ 1 ', P2' on the detector of the laser sensor 8 thus allow a direct inference to the position of the inner surface of the flat product P1, P2 with respect to the laser source.
  • FIG. 5 shows a schematic flow diagram for carrying out a method according to the invention.
  • the production takes place as a sequence of individual steps.
  • the workpiece or at least individual indentations are measured by means of the system according to the invention. This then leads to the determination of any correction quantities of the model for the or the subsequent step (s).
  • the answer to the question then follows as to whether this last step, namely the determination of correction quantities, has been carried out. If yes, the finished and dimensionally stable slot pipe is output. If not, a return to production takes place for the further execution of the forming process.

Description

AUTOMATISIERUNG ROHRFORMPRESSE MIT EINER LICHTQUELLE
ZUR MESSUNG DER ROHRINNENKONTUR
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Umformen von Flachprodukten in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte, umfassend wenigstens ein Innenumformwerkzeug für das zumindest schrittweise Umformen des Flachproduktes in radialer Richtung des zu erzeugenden Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt- Querschnitts sowie wenigstens ein Außenformwerkzeug zur Umformung des Flachprodukts von außen.
Die Herstellung insbesondere dickwandiger Rohre, beispielsweise für Pipeline- Anwendungen oder dergleichen, erfolgt üblicherweise durch schrittweises Umformen von Flachprodukten zu einem so genannten Schlitzrohr. In einem ersten Fall werden Bleche spiralförmig so gewickelt, dass ihre Seitenkanten aneinander anliegen und durch Einbringen einer spiralförmigen Schweißnaht ein Rohr mit rundem Querschnitt erzeugt wird. In einem alternativen Herstellungsprozess erfolgt die schrittweise Umformung von Flachprodukten über ihre gesamte Länge zu einem zuletzt rohrförmigen Produkt mit im Wesentlichen kreisrundem Querschnitt, welches schließlich durch Einbringen einer Längsnaht aus einem Schlitzrohr oder Rohrvorprodukt zu einem Rohr wird.
Die Umformung des Flachprodukts erfolgt üblicherweise ebenfalls in zwei Schritten, wobei eine erste Umformung zu einem Vorprodukt mit einer Kontur führt, die eine Abfolge von Polygonen entspricht. Eine nahezu kreisrunde Kontur des Querschnitts wird dann in einem zweiten Schritt mittels eines Expanders erreicht.
Mittels eines Freibiegestempels und üblicherweise zwei Gegenlagern oder Unterwerkzeugen, beispielsweise in der Form von Unterbalken, wird das Flachprodukt in dem o. g. ersten Umformschritt lokal umgeformt und durch Hintereinanderschaltung vieler derartiger Umformoperationen die letztendlich gewünschte Form des Werkstücks erlangt.
Der Fachmann spricht in diesem Zusammenhang üblicherweise von einer zweidimensionalen "Kontur" der Rohrquerschnitte und einer dreidimensionalen "Form" des gesamten Rohres, Schlitzrohres oder Rohrvorproduktes. Diese Umformung erfolgt hierbei häufig anhand von Erfahrungswerten des Bedienpersonals, wobei die Positionierung der Flachprodukte bei der Umformung sowie die Einstellung der jeweiligen Umformgrade in jedem Abschnitt viel Erfahrung voraussetzt. Dieser Vorgang wird umso komplexer, wenn Stahlgüten mit verschiedener Festigkeiten und entsprechend unterschiedlichem Umformverhalten zu Schlitzrohren umgeformt werden sollen. Eine industrielle Fertigung derartiger Schlitzrohre stellt daher aufgrund von mehreren Störgrößen, wie beispielsweise Blechdicken- und Chargenschwankungen sowie der Rückfederung nach der Umformung einen ausgesprochen komplexen Prozess dar.
Eine Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus derartigen Blechtafeln ist beispielsweise in der DE 102 32 098 B4 mit dem Titel "Vorrichtung zum Herstellen von Rohren aus Blechtafeln" beschrieben.
Es besteht daher in der Fachwelt der Wunsch, derartige komplexe Umformprozesse soweit wie möglich automatisieren zu können und gleichzeitig Rohrquerschnitte mit einer geringst möglichen Abweichung von der gewünschten Kontur, vorzugsweise Rundheit des Querschnitts, schließlich auch der gewünschten Form über die gesamte Länge, herstellen zu können, um zum einen allen Qualitätsanforderungen des Marktes zu genügen und zum anderen den nachfolgenden Schweißprozess nicht zu erschweren. Ausgehend hiervon war es die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Umformen von Flachprodukten in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte zur Verfügung zu stellen, welche eine ständige Überprüfung und schließlich auch Automatisierung des Umformvorgangs selbst weitestgehend unabhängig von der Dicke und den Materialeigenschaften des umzuformenden Flachproduktes ermöglichen. Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einer Vorrichtung, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren, umfassend die Merkmale des Anspruchs 14, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
Im erfindungsgemäßen Sinne sind wenigstens eine Lichtquelle, beispielsweise eine Superluminiszenzdiode oder eine Weißlichtquelle und wenigstens ein Empfänger mit zumindest einem Umformwerkzeug verbunden und dienen zur Messung der Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Innenkontur. Verwendung findet im erfindungsgemäßen Sinne jedes optische Messgerät, umfassend eine Lichtquelle und einen Empfänger. Bevorzugt wird jedoch, wenn das Messgerät eine Laserquelle und einen Laserdetektor umfasst.
Hierdurch wird eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt, die mit besonders genau arbeitenden Mitteln eine hochpräzise Überprüfung der jeweiligen Umformschritte bis hin zur schlussendlichen Überprüfung der Kontur des gesamten Querschnitts, vorzugsweise der Form des Schlitzrohrs oder Rohrvorprodukts erlaubt. Die Messung erfolgt überdies schnell und kann bauraumsparend in üblicherweise verwendeten Rohrformpressen der eingangs beschriebenen Art integriert werden, ohne den Umformvorgang selbst zu stören. Abhängig von den Messergebnissen kann schließlich jeder lokale, schrittweise Umformvorgang oder der gesamte Umform- prozess vorzugsweise online und vollautomatisiert durchgehend überprüft werden und ggf. eine Nachjustierung erfolgen. Eine solche bevorzugte Automatisierung des Umformprozesses insgesamt, bei der eine ständige Nachverfolgung der Ergebnisse einzelner Umformschritte erfolgt, erlaubt eine effiziente Verfahrensführung und eine sehr viel kontrolliertere Umformung der Ausgangsmaterialien zu umgeformten Blechstrukturen mit definierten Konturen oder Formen als die bisher praktizierte Umformung anhand von Erfahrungswerten des Anlagenbetreibers. Abweichungen können schließlich viel schneller und genauer kompensiert und die umgeformten Blechstrukturen wesentlich zuverlässiger und genauer hergestellt werden. Dies führt schließlich zu einem geringeren Ausschuss bei der Produktion und demzufolge auch zu einer Kostenersparnis, nicht zuletzt auch aufgrund eines geringeren Personalbedarfs.
Da die Steuerung und Regelung regelmäßig anhand der Ergebnisse einzelner Umformschritte oder des gesamten Umformprozesses erfolgt, können zudem Störgrößen wie Materialschwankungen oder Ungenauigkeiten bei der Vorabmodellierung des Prozesses unverzüglich kompensiert werden.
Die Lichtquelle projiziert hierfür Lichtstrukturen, insbesondere Punkte, Linien oder Muster auf die Innenoberfläche des zumindest teilweise umgeformten Flachproduktes. Diese Lichtstruktur kann besonders bevorzugt örtlich und / oder zeitlich verändert werden. Die Detektion und Auswertung der gestreuten Lichtstruktur erfolgt durch einen Empfänger und vorzugsweise mit einer geeigneten Steuerungseinheit, wodurch dann die Bestimmung der (zweidimensionalen) Kontur und überaus bevorzugt auch der (dreidimensionalen) Form des Schlitzrohres oder Rohrvorprodukts ermöglicht wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Innenumformwerkzeug ein Teil eines Umformschwerts einer Rohrformpresse ist. Bei diesem Umformprozess, dessen einzelne Schritte im Wesentlichen in Figur 1 dargestellt sind, senkt sich das Umformschwert, speziell das mit dem Schwert verbundene Werkzeug hubweise auf ein Flachprodukt, welches üblicherweise auf zwei Gegenlagern aufliegt ab. Die Um- formung erfolgt dann abhängig von dem Abstand der Gegenlager zueinander, der Kontur des Umformschwerts selbst sowie dem Hub des Umformschwerts. Die Umformung erfolgt schrittweise zu der gewünschten Querschnittkontur oder Form des Schlitzrohres oder Rohrvorprodukts.
Vorzugsweise können auch der Abstand der Gegenlager zueinander oder die Relativpositionen vom Umformschwert und Gegenlagern zueinander sowie deren Biegung über die Länge des Schlitzrohres oder Rohres veränderbar sein, um hierdurch das Umformergebnis gezielt zu beeinflussen.
Gerade bei diesem Umformprozess, der aus einer Vielzahl hintereinander geschalteter Umformvorgänge zusammengesetzt ist, kommt die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft zum Einsatz, da die lokalen Umformungen, insbesondere Krümmungen vor allem nach Beendigung des Umformvorganges und Anheben des Umformschwerts vom umgeformten Flachprodukt besonders einfach und sicher ermittelt werden können.
Es ist überdies bevorzugt, wenn wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein optischer Empfänger in einer gemeinsamen Sensorik integriert sind. Hierdurch wird ein modulartiger Aufbau der Messapparatur insgesamt und der Bauraum sparende Einsatz besonders vorteilhaft unterstützt oder umgesetzt. Im Ergebnis verbleibt eine Vorrichtung, bei der die Lasersensorik so platzsparend am Umform- werkzeug angebracht werden kann, dass eine Behinderung des Umformvorgangs gänzlich unterbleibt.
Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der jeweils eine Lichtquelle und jeweils ein Empfänger, vorzugsweise je eine integrierte Sensorik, an jeder Seite des Umformschwerts angebracht sind. Überaus bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die Lichtquelle, vorzugsweise gemeinsam mit dem Empfänger, drehbar an dem Innenumformwerk- zeug angebracht sind. Hierdurch wird vorrichtungsseitig ermöglicht, dass eine einzelne Lichtquelle jeweils zumindest für den halben Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitt die gewünschten Messergebnisse erfassen kann.
Besonders bevorzugt wird eine Vorrichtung, bei der das am Schwert angeordnete Umformwerkzeug einen oder mehrere Schlitze oder Bohrungen aufweist, durch die hindurch der Lichtstrahl auch im Bereich der lokalen Umformung selbst auf die Innenoberfläche des Werkstücks auftreffen kann. Hierdurch wird eine genaue Bestimmung von Kontur und / oder Form des Werkstücks ggf. auch während des Umformvorgangs selbst ermöglicht.
Somit wird eine Vorrichtung geschaffen, die mit besonders einfachen Mitteln und ohne die Bauform des Innenumform Werkzeugs, insbesondere des Umformschwerts, abändern zu müssen, eine Messung des gesamten Querschnitts des zu erzeugenden Produkts erlaubt.
Bevorzugt wird, wenn mehr als zwei Lichtquellen und Empfänger, vorzugsweise die Sensorik der oben beschriebenen Art, vorzugsweise äquidistant über die Länge des Schlitzrohrs oder Rohrvorprodukts verteilt angeordnet sind. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass sowohl die Rundheit der Stirnflächen als auch die Qualitätsanforderungen an die Qualität des Rohres über dessen Länge sicher eingehalten werden. Bei der Herstellung eines Schlitzrohres mit 18 Meter Länge kommen üblicherweise etwa 15 Umformwerkzeuge, angeordnet an einem gemeinsamen Umform schwert, zum Einsatz. Über diese Länge verteilt kann mit drei vorzugsweise äquidistant zueinander angeordneten Messgeräten die Kontur oder Form des umgeformten Flachproduktes mit ausreichender Genauigkeit über die gesamte Länge des Schlitzrohres bestimmt werden. Während im Bereich der Stirnflächen des Rohres eine möglichst genau Rundheit gefordert wird, um ein Verschweißen zweier Rohre aneinander ohne vorherige Konturanpassungen zu erlauben, sind über die Länge des Rohres nur geringe Normabweichungen von dieser vorgegebenen Form, die sogenannte Ovalität, zulässig.
Bevorzugt wird, wenn die Lichtquelle, vorzugsweise gemeinsam mit dem Empfänger, höhenverstellbar an dem Innenumformwerkzeug angebracht ist. Dies wird insbesondere bei Rohrformpressen mit Umformschwertern besonders vorteilhaft die Flexibilität der Vorrichtung bei der Umformung von Flachprodukten in Schlitzrohre mit unterschiedlichem Rohrquerschnitt erhöhen. Die Höhenverstellung der Lichtquelle und des Empfänger erfolgt dabei idealerweise so, dass die Lichtquelle im Wesentlichen in der Nähe des Mittelpunkts des schlussendlichen Rohrquerschnitts angeordnet ist, wodurch die Messung insbesondere eines fertig hergestellten Rohrquerschnitts nach dem letzten Hub des Umform Schwerts erleichtert wird..
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist der Empfänger mit einer Steuerungseinheit für den Umformprozess verbunden. Diese Steuerungseinheit führt ganz besonders bevorzugt einen Sollwert-Istwert-Abgleich für die einzelnen Messungen durch und gibt Korrekturwerte für zumindest das Innen- Umformwerkzeug, ggf. auch ein oder mehrere Außenwerkzeuge, basierend auf diesem Sollwert-Istwert-Abgleich aus. Die Sollwerte kann die Steuerungseinheit dabei einem hierfür vorgesehenen Speicher entnehmen, die Korrekturwerte für die Ansteuerung des Innen-Umformwerkzeugs werden wiederum als Ergebnis eines anhand der gemessenen Istwerte korrigierten Modells für den Umformvorgang ausgegeben.
Hierdurch wird schließlich, wie eingangs bereits erwähnt, ganz besonders bevorzugt eine vollautomatisierte Umformung des Flachprodukts in ein Schlitzrohr oder Rohrvorprodukt durch die Steuerung und Regelung mittels der Steuerungseinheit ermöglicht. Verfahrensseitig ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle und der Empfänger mit dem Innenumformwerkzeug verbunden sind und die bis dahin erzeugte Umformung, vorzugsweise lokale Krümmung, die durch das Innenumformwerkzeug am Flachprodukt bewirkt wurde, zumindest während des Umformvorgangs erfasst wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Erfassung der Kontur oder der Form des Flachprodukts über den Umformvorgang selbst hinaus fortgeführt wird, um hierdurch auch Rückfederungen des vorab umgeformten Materials vollständig erfassen zu können. Bevorzugt wird insbesondere, wenn die Lichtmessung bis zu einer Sekunde nach Beendigung des Umformvorgangs, somit nach Beendigung des Kontakts des Innen-Umformwerkzeugs mit dem Flachprodukt, andauert. Überaus bevorzugt wird eine Dauer der Lichtmessung, die zwischen 0,5 und 1 Sekunde länger als der tatsächliche Umformvorgang ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ermittlung der durch die Umformung erzeugte Kontur oder Form des Flachprodukts mittels des Triangulations-Verfahrens. Hierbei wird in einer dem Fachmann bekannten Weise ein Lichtstrahl auf ein Werkstück gerichtet. Der vom Werkstück gestreute Lichtstrahl wird dann von einem Objektiv auf einem ortsaufgelösten Empfänger, bspw. einer CCD-Zeile, abgebildet. Abhängig von der Position des auf dem Empfänger abgebildeten Lichtpunkts wird der Abstand der Werkstück-Innenoberfläche zum Empfänger bestimmt. Hierdurch wird ein besonders einfaches und beherrschbares Verfahren zur Ermittlung des Istwertes des Umformwegs zur Verfügung gestellt. Aus einer Vielzahl zueinander benachbarter Messpunkte kann dann auf dem gleichen Weg auch die Kontur oder Form des umgeformten Flachprodukts hergeleitet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt wie die oben bereits eingehend diskutierte erfindungsgemäße Vorrichtung besonders bevorzugt eine Sensorik, die während des Messvorgangs so gedreht wird, dass der Laser die Verformung jedes einzelnen Umformschritts bis hin zur Kontur oder Form des gesamten Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitts erfassen kann. Besonders bevorzugt wird dies dann erreicht, wenn jeweils eine Lichtquelle und ein Empfänger an jeder Seite des In- nen-Umformwerkzeugs, vorzugsweise des Umformschwerts, so angebracht sind, dass sie so drehbar angebracht sind, dass jeweils zumindest der halbe Rohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitt mittels der Sensorik erfasst werden kann.
Besonders bevorzugt wird eine Ausgestaltung der Vorrichtung und des Verfahrens, die eine permanente Drehung der Sensorik um die eigene Drehachse, somit über 360° hinaus, erlauben. Hierdurch kann der Antrieb für die Sensorik besonders einfach ausgelegt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einigen Figuren näher erläutert. Während Figur 1 generell den Stand der Technik beschreibt, sind die Figuren 2 bis 5 bevorzugte Ausgestaltungsformen der Erfindung zu entnehmen, die jedoch nicht dazu geeignet sind, den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den anhängenden Ansprüchen definiert ist, in irgendeiner Weise einzuschränken.
In den Figuren ist
Figur 1 eine zeichnerische Darstellung einzelner Arbeitsschritte eines Umformprozesses zur Herstellung eines Schlitzrohres aus einem Flachprodukt,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Figur 3 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lichtsensorik zum Einbau an einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Figur 4 eine Prinzipskizze für das erfindungsgemäß verwendete Triangulations-Verfahren, und
Figur 5 ein schematisches Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.
Figur 1 zeigt in acht Arbeitsschritten a) bis h) die Umformung eines Flachprodukts 1 in ein Schlitzrohr oder Rohrvorprodukt 2 mit im Wesentlichen runden Querschnitt. In Schritt a) wird das Flachprodukt 1 mit bereits vorumgeformten Kantenbereichen 1a, 1 b dargestellt. Die Kantenbereiche 1a, 1 b werden üblicherweise außerhalb der Rohrformpressen vorab umgeformt. Wie Schritt b) zeigt, beginnt der Umformvorgang in der Rohrpresse durch Einfädeln des Flachprodukts 1 zwischen zwei Gegenlager 4a, 4b und das Umformschwert 3. Das Umformschwert 3 wiederum kann hubweise im Wesentlichen senkrecht auf das Flachprodukt 1 hin zwischen die beiden Gegenlager 4a, 4b verschoben werden. Im Zusammenwirken der Gegenlager 4a, 4b sowie des eigentlichen Umformwerkzeugs 3a des Umformschwerts 3 erfolgt dann die Einbringung lokaler Umformungen in das Flachprodukt 1. Während in den Arbeitsschritten a) bis d) die Umformung der ersten Seite des Flachprodukts zu einem Schlitzrohr-Querschnitt erfolgt, wird in den Schritten e) bis h) die schrittweise Umformung der rechten Seite des Flachprodukts 1 zu einem Schlitzrohr 2 dargestellt. Beide Umformprozesse erfolgen üblicherweise als Aneinanderreihung einer Vielzahl von lokalen Umformschritten von den Seitenkanten 1 a, 1 b aus nach innen.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umformung eines Flachprodukts 1 zu einem Schlitzrohr 2 in der Form einer üblichen Rohrformpresse mit Gegenlagern 4a, 4b und einem Umformschwert 3, an dessen Kopfende das eigentliche Umform Werkzeug 3a angebracht ist. Figur 2 zeigt den letzten Schritt der Umformung. Am Schaft des Umformschwerts 3 sind links und rechts jeweils eine La- sersensorik 5a, 5b angebracht, über die die Messung der Kontur des Querschnitts des Rohrs 2 insgesamt erfolgen kann. Während die Lasersensorik 5a, 5b in ihrer Gesamtheit höhenverstellbar entlang des Pfeils A am Umformschwert 3 angebracht ist, bezieht sich die durch den Pfeil B dargestellte Drehbewegung nicht auf das gesamte Gehäuse der Lasersensorik 5a, 5b, sondern vielmehr lediglich auf Einzelbestandteile der Lasersensorik 5a, 5b, insbesondere die (nicht dargestellte) Laserquelle und den (nicht dargestellten) Lasersensor. Mittels der Drehbewegung und ggf. auch unterstützt durch die Höhenverstellung kann ein Überstreichen dann geformten des gesamten Querschnitts des Schlitzrohres 2 durch die von der Laserquelle emittierten Laserstrahlen 6 erreicht werden.
Figur 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Lasersensorik 5 zum Anbau an ein (nicht dargestelltes) Umformschwert. Die Lasersensorik 5 umfasst als Hauptbestandteile einen Antriebsmotor 9, ein Winkelmessgerät 10, eine Laserquelle 7 sowie einen Lasersensor 8, wobei die Laserquelle 7 zusammen mit den Lasersensor 8 den erfindungsgemäßen Triangulationssensor bilden.. Sämtliche dieser Bestandteile 7-10 der Lasersensorik 5 sind in einem Gehäuse integriert und können über eine Schnittstelle 11 sicher mit dem (nicht dargestellten) Umformschwert verbunden werden. Die Lasersensorik 5 wird über die Schnittstelle 11 zudem so beabstandet von dem (nicht dargestellten) Umformschwert angebracht, dass der von der Laserquelle 7 emittierte Laserstrahl vorzugsweise kontinuierlich den gesamten bis dahin umgeformten Umfang des (nicht dargestellten) Schlitzrohrquerschnitts überstreichen kann.
In Figur 4 wird das Messprinzip des Triangulations-Verfahrens schematisch kurz dargestellt. Ein aus einer Laserquelle 7 emittierter Laserstrahl 6 trifft schematisch angedeutet entweder an der Pos. 1 oder an der Pos. 2 auf die Innenoberfläche eines umzuformenden oder bereits lokal umgeformten Flachprodukts 1 auf. Die von der Innenoberfläche gestreuten Laserstrahlen werden von einem Objektiv 12 auf den Empfänger 12 abhängig von der Position der Innen-Oberfläche des Flachprodukts 1 zur Laserquelle 7 auf unterschiedlichen Punkten Ρ1 ', P2" auf den Detektor, der Bestandteil der Sensorik 8 ist, abgebildet. Die Position Ρ1 ', P2' auf dem Detektor des Lasersensors 8 erlauben somit einen direkten Rückschluss auf die Position der Innenoberfläche des Flachprodukts P1 , P2 in Bezug auf die Laserquelle 7.
In Figur 5 schließlich ist ein schematisches Flussdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Ausgehend von dem Rezept zur Herstellung eines Rohrtyps, in das Werkzeugdaten und Werkstückdaten eingehen, erfolgt die Fertigung als Abfolge von Einzelschritten. Anschließend oder online werden das Werkstück oder zumindest einzelne Einformungen mittels des erfindungsgemäßen Systems vermessen. Hieraus erfolgt dann die Ermittlung etwaiger Korrekturgrößen des Modells für den oder die Folgeschritt(e). Es erfolgt im An- schluss die Beantwortung der Frage, ob dieser letzte Schritt, nämlich die Ermittlung von Korrekturgrößen, durchgeführt wurde. Falls ja, wird das fertige und maßhaltige Schlitzrohr ausgegeben. Falls nein, erfolgt eine Rückführung in die Fertigung zur weiteren Durchführung des Umformvorgangs.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zum Umformen von Flachprodukten (1 ) in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte (2), umfassend wenigstens ein Innenumformwerkzeug (3) für das zumindest schrittweise Umformen des Flachproduktes (1 ) in radialer Richtung des zu erzeugenden Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt- Querschnitts, sowie wenigstens ein Außenumformwerkzeug (4) zur Umformung des Flachproduktes (1 ) von außen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lichtquelle (7) und wenigstens ein Empfänger (8) zur Messung zumindest des Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Innenkontur mit zumindest einem Innenumformwerkzeug (3) verbunden sind.
2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lichtquelle (7) und der Empfänger (8) zur Messung der Schlitz rohr- oder Rohrvorprodukt-Innenform dienen.
3. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenumformwerkzeug (3) ein Umformschwert einer Rohrform presse ist.
4. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7) eine Laserquelle ist.
5. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Lichtquelle (7) und wenigstens ein Empfänger (8) in einer gemeinsamen Sensorik (5) integriert sind.
6. Vorrichtung gemäß Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine Lichtquelle (7) und jeweils ein Empfänger (8), vorzugsweise je eine Sensorik (5), an jeder Seite des Umformschwerts (3) angebracht sind.
7. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7), vorzugsweise gemeinsam mit dem Empfänger (8), drehbar an dem Innenumformwerkzeug (3) angebracht sind.
8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehbereich der Lichtquelle (7) ein Überstreichen zumindest des halben Rohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitts mit dem Licht (6) erlaubt.
9. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,, dass die Lichtquelle eine Lichtstruktur, vorzugsweise einen Punkt oder eine Linie, ganz bevorzugt ein Muster, auf die Innenoberfläche des Schlitzrohrs oder Rohrvorprodukts projiziert.
10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstruktur örtlich und / oder zeitlich veränderbar ist.
11. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7), vorzugsweise gemeinsam mit dem Empfänger (8), höhenverschiebbar an dem Innenumformwerkzeug (3) angebracht ist.
12. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (8) mit einer Steuerungseinheit für den Um- formprozess verbunden ist, und dass vorzugsweise durch die Steuerungseinheit ein Sollwert-Istwert-Abgleich für die einzelnen Messungen durchführbar und Korrekturwerte für zumindest das Innenumformwerkzeug (3) basierend auf diesem Sollwert-Istwert-Abgleich ausgebbar sind, wodurch ganz besonders bevorzugt eine vollautomatisierte Umformung des Flachproduktes (1 ) in ein Rohr oder Rohrvorprodukt (2) durch die Steuerungseinheit steuer- und regelbar ist.
13. Vorrichtung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl von bis zu 20 Umformwerkzeugen (3a), vorzugsweise 12 bis 16 Umformwerkzeuge, sowie wenigstens 2, vorzugsweise 3, Lichtquellen (7) und Empfänger (8) über die Länge des Schlitzrohres oder Rohrvorprodukte vorzugsweise äquidistant verteilt angeordnet sind.
14. Verfahren zum Umformen von Flachprodukten (1 ) in Schlitzrohre oder Rohrvorprodukte (2) mit wenigstens einem Innenumformwerkzeug (3) für das Umformen des Flachproduktes (1 ) in radialer Richtung der zu erzeugenden Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt-Querschnitts sowie wenigstens einem Au- ßenumformwerkzeug (4) zur Umformung des Flachproduktes (1 ) von außen, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine Lichtquelle (7) und wenigstens ein Empfänger (8) mit dem Innenumformwerkzeug (3) verbunden ist und zumindest während des Umformvorgangs die lokale Kontur oder Form des umgeformten Flachproduktes (1 ) erfassen. 5. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformung schrittweise erfolgt.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasermessung länger, vorzugsweise bis zu 1 Sekunde, besonders bevorzugt zwischen 0,5 und 1 Sekunde, als der tatsächliche Umformvorgang andauert.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des Flachproduktes (1 ) mittels Lasertriangulations- Verfahren ermittelt wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (7), vorzugsweise gemeinsam mit dem Empfänger (8) während des Messvorgangs so gedreht wird, dass der Laser (6) zumindest den halben, vorzugsweise den gesamten Schlitzrohr- oder Rohrvorprodukt- Querschnitt überstreicht.
19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse an eine Steuerungseinheit übertragen werden, und dass die Steuerungseinheit einen Sollwert-Istwert-Abgleich für die einzelnen Messungen durchführt und Korrekturwerte für zumindest das Innenumform- werkzeug (3) basierend auf diesem Sollwert-Istwert-Abgleich ausgibt, wodurch ganz besonders bevorzugt die Steuerungseinheit vorzugsweise online eine vollautomatisierte Umformung des Flachproduktes (1 ) in ein Schlitzrohr oder Rohrvorprodukt (2) steuert und regelt.
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