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Die Erfindung betrifft eine Biegemaschine zum Rundbiegen, auch Rundwalzen genannt, eines Bleches, insbesondere eine Biegemaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind Biegemaschinen mit mindestens drei Rollen oder Walzen zum Biegen von Blechen oder anderen biegbaren Gegenständen bekannt, wobei im Folgenden stellvertretend für andere zu biegende Objekte ein Blech genannt ist. Dabei kann ein Blech eine Dicke von typischerweise mehr als 3 mm und insbesondere mehr als 50 mm aufweisen.
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Typischerweise wird das zu biegende Blech der Biegemaschine von einer Seite zugeführt. Die Position der Walzen wird für einen Biegevorgang so eingestellt, dass diese eine Kraft auf das Blech ausüben und dieses entsprechend rundbiegen. Dabei ist mindestens eine Walze einer solchen Biegemaschine motorisch angetrieben, sodass die angetriebene Walze das Blech durch die Walzen der Biegemaschine fördert. Das Blech wird bei dem Fördern durch die entsprechend eingestellten Walzen fortlaufend gebogen.
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Eine Herausforderung des Biegens eines Bleches ist dabei das genaue Erreichen eines gewünschten Biegeradius sowie das Einhalten des Start- und Endpunkts des zu biegenden Abschnitts eines Blechs.
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Aus dem Stand der Technik sind Biegemaschinen mit drei oder mehr Walzen bekannt, die Sensoren zum Nachführen oder Kontrollieren von Parametern der Biegemaschine während eines Biegevorgangs aufweisen. Die
EP 477 752 beschreibt eine Biegemaschine mit Sensoren zum Ermitteln der Position einer jeweiligen Walze, sodass die Geometrie der Walzen zueinander ermittelt und korrigiert werden kann. Die
EP 1 644 140 beschreibt eine Biegemaschine mit Sensoren zum Ermitteln des Biegeradius nach einem Biegevorgang, sodass die Geometrie der Walzen eingestellt oder korrigiert werden kann. Die
WO2009/101649 beschreibt eine Biegemaschine zum Rundbiegen eines langgestreckten Werkstücks, welche Sensoren zum Ermitteln eines Biegeradius an einer Stelle des Werkstücks aufweist, die nah an der aktuell zu biegenden Werkstückstelle liegt.
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Zum Erreichen einer genauen Biegung ist neben dem möglichst genauen Einhalten des gewünschten Biegeradius auch das Einhalten der Länge des zu biegenden Abschnitts eines Blechs notwendig, wobei die Länge des zu biegenden Abschnitts entlang der neutralen Faser des Blechs zu messen ist.
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Die Position der Walzen zueinander sowie die Rotation der angetriebenen Walze werden vor dem Biegevorgang in die Steuerung der Biegemaschine eingegeben. Bei Biegemaschinen mit mindestens einer motorisch angetriebenen Rolle besteht das Problem, das Blech exakt so zu fördern, dass die tatsächliche Länge der transportierten neutralen Faser des Blechs der eingestellten Länge entspricht und der Beginn und das Ende eines zu biegenden Abschnitts eines Blechs möglichst exakt erreicht werden.
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Das Fördern des Blechs durch die Biegemaschine unterliegt dabei Fehlern, beispielsweise Schlupf zwischen der angetriebenen Walze und dem Blech und der Stauchung des Blechs auf der Radiusinnenseite durch das Biegen, sodass die Länge der tatsächlich geförderten Strecke von der eingestellten Länge der Förderung in der Praxis abweicht, auch wenn der Schlupf und/oder die Verkürzung auf der Radiusinnenseite des Blechs zwischen der angetriebenen Walze und der Oberfläche des Blechs sowie die geometrischen- und Materialeigenschaften bei der Ermittlung der einzugebenden Steuerparameter berücksichtigt werden.
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Dieses Problem wird durch eine Biegemaschine nach Anspruch 1 sowie einem entsprechenden Biegeverfahren gelöst.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer in den Figuren gezeigten Ausführungsform näher beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung der Walzen einer Biegemaschine mit vier Walzen sowie ein zu biegendes Blech;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung der Position des Blechs in einer Startposition zu Beginn des Biegevorgangs;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung einer Position des Blechs zur Korrektur der Steuerparameter;
- Fig. 4
- eine schematische Darstellung einer Position des Blechs, wobei der erste Biegepunkt an der Oberwalze anliegt;
- Fig. 5
- eine schematische Darstellung einer Position des Blechs zur Korrektur der Steuerparameter;
- Fig. 6
- eine schematische Darstellung einer Position des Blechs, wobei der Biegevorgang für einen vorgesehenen Biegeabschnitt beendet ist.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Walzen einer Biegemaschine 1 mit vier Walzen 3 - 6 zum Rundwalzen eines ursprünglich planaren Blechs 2. Die Biegemaschine umfasst eine Oberwalze 3 und eine typischerweise vertikal darunter angeordnete Unterwalze 4 sowie eine erste Seitenwalze 5 und eine zweite Seitenwalze 6. Die Halterungen der Walzen sowie Antriebe und eine Steuerung sind nicht dargestellt.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform ist nur die Oberwalze 3 motorisch angetrieben, wobei die Richtung der Rotation der Oberwalze 3 durch den Pfeil 3a angegeben ist. In alternativen Ausführungsformen können mehr als eine Walze zur Förderung des zu biegenden Blechs 2 angetrieben sein. Die Geometrie der Walzen zueinander ist veränderbar. Die Walzen können so angeordnet werden, dass diese zum einen eine Kraft zum Biegen des Blechs 2 auf das Blech 2 ausüben und durch die Andrucckraft der Oberwalze 3 eine ausreichend große Kraft auf das Blech 2 ausgeübt wird, sodass bei Rotation der Oberwalze 3 das Blech in Transportrichtung 2a gefördert wird, in der dargestellten Figur also von rechts nach links. Die Unterwalze 4 rotiert in Rotationsrichtung 4a und die Seitenwalzen 5 und 6 jeweils entsprechend.
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Die Biegemaschine 1 umfasst weiterhin eine in den Figuren nicht dargestellte Steuerung, welche unter anderem die geometrische Anordnung der Walzen zueinander sowie das Rotieren der angetriebenen Walze steuert.
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In diesem Ausführungsbeispiel soll das Blech 2 mittels der Biegemaschine 1 gebogen werden. Die Dickenmitte 2b des Blechs 2 wird hier als neutrale Faser bezeichnet; in der Literatur auch als Nulllinie bezeichnet. Beim Biegen des Blechs 2 in eine Rundung wird das Blechmaterial auf der Innenseite der neutralen Faser 2b gestaucht und auf der Außenseite der neutralen Faser 2b gedehnt. Der Bereich der neutralen Faser 2b eines homogenen Blechs behält typischerweise die ursprüngliche Länge, so wie diese vor der Biegung war.
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Soll ein Blech in eine bestimmte Rundung gebogen werden, so werden unter anderem der Biegeradius und die Soll-Rotation vor dem Beginn des Biegevorgangs in herkömmlicher Weise ermittelt, wobei die Soll-Rotation die Strecke des Blechs 2 entlang der neutralen Faser ist, welche von der motorisch angetriebenen Walze gefördert werden soll. Dabei ist beispielsweise bekannt, dass sich die Oberflächenstrecke des Blechs 2 auf der Innenseite der Biegung durch das Biegen in einen kleineren Radius verringert, da das Blech 2 dort gestaucht wird. Die entsprechenden Parameter der Biegemaschine für das Rundbiegen des Blechs 2 werden in die Steuerung der Biegemaschine entsprechend eingegeben. Basierend auf den eingegebenen Parametern ermittelt die Maschine unter anderem die Rotation der angetriebenen Walze, welche das Blech durch die Walzen fördert.
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Das Blech 2 kann eine Länge und eine Breite von jeweils mehreren Metern sowie eine Dicke von mehreren Millimetern, insbesondere mehr als 3 Millimetern und mehr als 50 Millimetern aufweisen.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform soll das ursprünglich planare Blech 2 in dem Biegeabschnitt zwischen einem ersten Biegepunkt x = 100 bis zum zweiten Biegepunkt bei x = 1000 in eine Rundung mit einem konstanten Radius gebogen werden, wobei das Blech 2 bei der Förderung durch die Walzen der Biegemaschine 1 gebogen wird. Ein Biegepunkt ist dabei der Beginn oder das Ende eines Abschnitts des Blechs, der in den konstanten Radius gebogen werden soll, wobei der Biegepunkt auf der neutralen Faser liegt. Der Abschnitt in Förderrichtung 2a vor dem ersten Biegepunkt bei x1 = 100, also der Abschnitt x0 = 0 bis x1 = 100, sowie der Abschnitt hinter dem zweiten Biegepunkt, hier x2 = 1000 bis x3 = 1100, werden in der hier beschriebenen Ausführungsform nicht gebogen.
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In einer Weiterbildung der Maschine kann sich ein weiterer zu biegender Abschnitt an den ersten Biegeabschnitt anschließen. Die genaue Einhaltung des Beginns sowie des Endes des weiteren zu biegenden Abschnitts wird durch analoges Vorgehen beim Fördern des Blechs 2 erreicht.
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In der Praxis hat sich gezeigt, dass die von der angetriebenen Walze tatsächlich geförderte Länge des Blechs von der Länge abweicht, die in der Maschinensteuerung eingestellt wurde. Dies wird durch verschiedene Effekte wie beispielsweise Schlupf zwischen der angetriebenen Walze und dem Blech bewirkt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Steuerung der Biegemaschine während eines Biegevorgangs so korrigiert, dass die tatsächlich geförderte Strecke des Blechs eine geringe Abweichung zwischen der in den Maschinenparametern eingestellten Länge und der tatsächlich geförderten Strecke aufweist.
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Die Biegemaschine 1 umfasst eine Einrichtung, hier ein optisches System, insbesondere mit mindestens einer Kamera 7, zum Ermitteln des tatsächlichen Abstands eines Biegepunkts von einem Referenzpunkt der Biegemaschine 1. Der Referenzpunkt der Biegemaschine ist dabei ein solcher, der einen bekannten Abstand zu derjenigen Walze, hier der Oberwalze 3 aufweist, um welche gebogen werden soll. In einer Ausführungsform kann der Referenzpunkt derjenige Punkt der Oberwalze sein, der an dem Blech 2 anliegt, und an dem die Oberwalze 3 damit die Kraft zum Fördern des Bleches auf das Blech bringt. Die Einrichtung ist mit der Steuerung der Biegemaschine 1 verbunden und dazu eingerichtet einen Biegepunkt beziehungsweise eine von der Einrichtung 7 erfassbare Markierung zu erkennen. Die Kamera 7 ist mit der Steuerung der Biegemaschine verbunden. Die Steuerung ist dazu konfiguriert und eingerichtet den Abstand eines Biegepunkts des Blechs 2 zu einem Referenzpunkt zu ermitteln. Basierend auf dem Abstand ermittelt die Steuerung der Biegemaschine die tatsächliche Position eines Biegepunkts relativ zu einem vorbestimmten, das heißt einem zuvor berechneten und damit erwarteten Abstandswert.
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In der hier beschriebenen Ausführungsform ist der erste Biegepunkt 2c bei x1 = 100 auf der schmalen Seite des Blechs 2 als optische Markierung angebracht, die von dem optischen System erkannt werden kann, in der vorliegenden Ausführungsform von der Kamera 7. Eine optische Markierung kann dabei beispielsweise in einem farblichen Kontrast zum Blech angebracht sein, beispielsweise als farbiges Symbol oder als Strich vordefinierter Breite senkrecht zur neutralen Faser 2b.
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Im Folgenden werden die Verfahrensschritte eines erfindungsgemäßen Biegevorgangs näher beschrieben.
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In einem ersten Schritt siehe Fig. 2, wird das zu biegende Blech 2 in die Biegemaschine 1 eingelegt, sodass das Blech 2 in der Startposition für einen anstehenden Biegevorgang liegt. Diese Position speichert die Biegemaschine für das nachfolgende Fördern des Blechs 2 als Referenzposition. Die entsprechende Position der Oberwalze 3 kann als "0" gespeichert werden. Die Bezugskante x0 = 0 des Blechs liegt hier an dem Punkt der hier angetriebenen Oberwalze 3, an welchem beim Rundbiegen das Blech 2 in die Rundung gebogen wird.
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Ausgehend von der Startposition wird das Blech 2 in Richtung 2a durch die Rotation der angetriebenen Walze 3 um eine vorgegebene Strecke gefördert. Die Steuerung der Biegemaschine 1 steuert die Rotation der angetriebenen Walze dabei so, dass das Blech um eine Strecke gefördert wird, die kleiner als die Strecke bis zu dem ersten Biegepunkt ist, jedoch groß genug ist, dass die Markierung des Biegepunkts in den von der Kamera 7 erfassten Bereich gelangt und die tatsächlich geförderte Strecke ermittelt werden kann. In einer Ausführungsform ist diese Strecke diejenige bis der erste Biegepunkt die Oberwalze berührt abzüglich einer vordefinierten Strecke, des erwarteten Abstands, beispielsweise 1/5 des Durchmessers der Oberwalze 3.
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Die Länge der vordefinierten Strecke ist dabei der erwartete Abstand eines Biegepunkts (2c, 2d) von einem Referenzpunkt der Biegemaschine, hier dem Berührpunkt des Blechs 2 mit der Oberwalze 3, wobei der erwartete Abstand so gewählt ist, dass der nächste erwartete Biegepunkt 2c, 2d bzw. dessen Markierung von der Kamera 7 sicher erfasst wird und damit der tatsächliche Abstand des Biegepunkts 2c, 2d von dem Berührpunkt mit der Oberwalze 3 ermittelt werden kann.
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Dabei hat sich in der Praxis herausgestellt, dass bei der Förderung des Blechs 2 die berechneten Steuerparameter zwar exakt eingehalten werden, das Blech 2 beispielsweise wegen Schlupf zwischen der hier angetriebenen Oberwalze 3 und dem Blech 2 tatsächlich aber nicht exakt gefördert wird. Die tatsächliche Position des Blechs 2 in der Biegemaschine 1 weicht somit von der zuvor berechneten und erwarteten Position ab, beziehungsweise weicht der tatsächliche Abstand eines Biegepunkts 2c, 2d nach einem Fördern von dem entsprechend erwarteten Abstand ab.
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Zur Korrektur der Position des Blechs 2 in der Steuerung bzgl. der Förderung des Blechs wird dieses zunächst so weit gefördert, siehe Figur 3, dass der markierte Biegepunkt 2c einen erwarteten Abstand 9 zum Berührpunkt mit der Oberwalze 3 hat. Der vordefinierte und erwartete Abstand 9 ist typischerweise in Förderrichtung 2a kurz vor dem Kontaktpunkt des Bleches mit der Oberwalze 3, an welchem das Blech tatsächlich gebogen wird. Der erwartete Abstand kann dabei beispielsweise 1/5 des Durchmessers der Oberwalze 3 betragen.
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Fig. 3 zeigt eine Position des Blechs in der Biegemaschine 1 nachdem das Blech 2 entsprechend der ursprünglich eingegebenen Steuerparameter so weit gefördert wurde, dass der in Förderrichtung 2a nächste Biegepunkt beziehungsweise die Markierung des Biegepunkts, hier 2c, von der Kamera 7 erfasst wird. Die Biegemaschine 1 hat damit das Blech 2 gemäß der eingegebenen Strecke, d.h. der Strecke bis zum nächsten Biegepunkt 2c abzüglich der vorbestimmten Strecke 9, gefördert. In dem nachfolgenden Zahlenbeispiel hat diese vorbestimmte Strecke 9 die Länge 50.
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Die Steuerung der Biegemaschine 2 erhält von der Kamera die erfassten Bilder, wertet diese aus und ermittelt die tatsächliche Position des Biegepunkts 2c, also den Abstand des Biegepunkts von dem Referenzpunkt, und damit die Abweichung der tatsächlich geförderten Blechstrecke von der zuvor berechneten und erwarteten Strecke.
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Die Schnittansicht der Walzen, rechts in Fig. 3, zeigt den in der Steuerung berechneten und damit erwarteten Abstand 9, also den gemäß der Steuerparameter erwarteten Abstand 9 des Biegepunkts 2c sowie die tatsächliche Position des Blechs 2, d.h. den tatsächlichen Abstand 10 des Biegepunkts 2c von dem Berührpunkt 8 des Blechs 2 mit der Oberwalze 3, wobei der tatsächliche Abstand 10 des Biegepunkts 2c des Blechs von dem erwarteten Abstand 9 abweicht.
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In einer beispielhaften Ausführungsform sei der erste Biegepunkt x1 =100 von der linken Kante des Blechs entfernt. Der berechnete und damit erwartete Abstand 9 des Biegepunkts sei 50 vor dem Berührpunkt 8 der Oberwalze 3 mit dem Blech 2, d.h. das Blech 2 wurde gemäß der Steuerparameter um die Strecke (x1 - 50) = 100 - 50 von der Oberwalze 3 gefördert. Der Biegepunkt 2c sollte damit erwartungsgemäß einen Abstand von 50 zu dem Berührpunkt 8 mit der Oberwalze 3 haben.
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Der tatsächliche Abstand 10 des Biegepunkts 2c von dem Berührpunkt 8 des Blechs 2 mit der Oberwalze 3 wird von der Einrichtung zum Ermitteln des Abstands basierend auf einem Bild der Kamera 7 ermittelt. Dazu erfasst Kamera 7 der Einrichtung die Markierung des Biegepunkts 2c und liefert die entsprechenden Daten an die Steuerung. Basierend auf diesen Daten ermittelt die Steuerung, dass der tatsächliche Abstand des Biegepunkts von dem Berührpunkt mit der Oberwalze 3 hier beispielsweise 48 beträgt. Basierend auf dem ermittelten tatsächlichen Wert korrigiert die Steuerung den Parameter für die nachfolgende Förderung, sodass das weitere Fördern des Blechs auf den korrigierten Steuerparametern basiert. Da in diesem Zahlenbeispiel die tatsächliche Entfernung des Biegepunkts 2c nicht 50 beträgt, wie erwartet, sondern tatsächlich 48, wie mit der Kamera ermittelt, wird der Wert der bereits geförderten Strecke in der Steuerung der Biegemaschine entsprechend angepasst auf 52.
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Es sei angemerkt, dass auch das weitere Fördern des Blechs 2, beispielsweise das Fördern des Blechs bis der Biegepunkt 2c an der Oberwalze 3 anliegt, fehlerbehaftet ist. Die fehlerhaft geförderte Strecke ist jedoch kleiner als ohne die oben beschriebene Korrektur des Steuerparameters, sodass der Fehler beim Fördern des Blechs verringert wird und der Biegepunkt des Blechs genauer eingehalten wird.
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In einer weitergebildeten Ausführungsform ermittelt die Steuerung aus der errechneten Förderstrecke und der ermittelten Abweichung den Schlupf bei der Förderung des Blechs 2 und berücksichtigt diesen bei der Berechnung der weiteren Förderung des Blechs 2 zur weiteren Minimierung einer Abweichung beim Fördern des Blechs 2.
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Fig. 4 zeigt die Position des Blechs 2 in der Biegemaschine 1, nachdem das Blech entsprechend des korrigierten Steuerparameters so weit gefördert wurde, dass der Biegepunkt 2c an dem Berührpunkt mit der Oberwalze 3 anliegt. Die Walzen der Biegemaschine 1 bewirken bei weiterem Fördern des Blechs 2 das Rundbiegen des Blechs 2. Das Blech wird dazu von der angetriebenen Walze, hier der Oberwalze 3, weiter entsprechend der eingegebenen Steuerparameter gefördert.
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Fig. 5 zeigt schematisch die Walzen der Blechbiegemaschine 1 sowie das Blech 2. Gemäß der eingegebenen Steuerparameter soll das Blech 2 in dem Abschnitt x1 = 100 bis x2 = 1000 gebogen werden, wobei das Blech 2 wiederum bis zu einem erwarteten Abstand 9 gefördert wird.
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Ebenso wie oben bezüglich der tatsächlichen Position des Blechs 2 und des ersten Biegepunkts 2c beschrieben, wurde das Blech 2 über eine Strecke gefördert, welche die Länge des Biegeabschnitts abzüglich eines erwarteten Abstands 9 ist, sodass auch der nächste Biegepunkt 2d einen erwarteten Abstand 9 zu dem Berührpunkt 8 des Blechs mit der Oberwalze 3 aufweist. Der erwartete Abstand 9 kann dabei für eine Strecke individuell sein, jedoch so, dass ein Biegepunkt 2c, 2d bzw. eine Markierung desselben in dem von einer Kamera 7 erfassbaren Bereich liegt. So kann der erwartete Abstand für das zweite Fördern von dem erwarteten Abstand prozentual zur geförderten Strecke geringer sein. In einer Ausführungsform kann der Schlupf zwischen dem Blech 2 und der angetriebenen Oberwalze 3 basierend auf vorangehenden Förderungen des Blechs ermittelt und damit der Wert eines erwarteten Abstands eines anstehenden Fördervorgangs aus der Abweichung zwischen erwartetem und tatsächlichem Abstand berechnet werden, sodass die Abweichung von dem erwarteten Abstand kleiner wird.
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Die tatsächliche Position des Blechs 2 kann beim Biegen auch in vertikaler Richtung von der erwarteten Position abweichen, typischerweise wenn die tatsächlichen Eigenschaften des Blechs 2 von den erwarteten/angenommenen Eigenschaften abweichen. Dementsprechend weicht auch die tatsächliche Position des Biegepunkts 2c, 2d bzw. dessen Markierung auch in vertikaler Richtung von einer erwarteten Position ab. In diesem Fall wird die ermittelte Position des Biegepunkts auf die erwartete Blechform projiziert, wobei die Projektion durch den kürzesten Weg zur erwarteten Blechform definiert und damit senkrecht zur erwarteten Blechform ist. Falls die Projektion eines Biegepunkts in Richtung der neutralen Faser außerhalb des Blechs liegt, das Blech also zu kurz ist, so wird die neutrale Faser für die Berechnung des Abstands 9 entsprechend extrapoliert.
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Der tatsächliche Abstand 10 des Blechs 2 von dem Berührpunkt mit der Oberwalze und damit die tatsächlich bereits geförderte Länge wird mittels der Kamera 7 ermittelt, sobald das Blech um die Strecke bis zum erwarteten Abstand 9 gefördert wurde. Basierend auf dem ermittelten tatsächlichen Abstand 9 wird mindestens der in der Biegemaschine 1 gespeicherte Wert des Abstands des Biegepunkts 2d von dem Berührpunkt mit der Oberwalze 3 um die ermittelte Abweichung vom erwarteten Abstandswert korrigiert.
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Wie oben erwähnt kann für das Fördern des Blechs 2 der Schlupf zwischen Oberwalze 3 und Blech 2, der sich aus der ermittelten Abweichung bestimmen lässt, berücksichtigt werden.
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Anschließend wird das Blech 2 basierend auf dem korrigierten Wert weiter in dieselbe Richtung 2a gefördert, bis der gesamte zu biegende Abschnitt gebogen ist, also der Biegepunkt 2d an der Oberwalze 3 anliegt, siehe Fig. 6.
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Der Beginn und das Ende des in einen festgelegten Radius zu biegenden Abschnitts des Blechs 2, also von x1 = 100 bis x2 = 1000, wurden auf diese Weise genauer eingehalten.
Bezugszeichenliste
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- 1
- Biegemaschine
- 2
- Blech
- 2a
- Transportrichtung des Blechs
- 2b
- neutrale Faser des Blechs
- 2c
- erster Biegepunkt des Blechs
- 2d
- zweiter Biegepunkt des Blechs
- 3
- Oberwalze
- 3a
- Pfeil
- 4
- Unterwalze
- 5
- erste Seitenwalze
- 6
- zweite Seitenwalze
- 7
- Kamera einer Einrichtung zum Ermitteln des Abstands zwischen einem Biegepunkt des Blechs und einem Referenzpunkt der Biegemaschine
- 8
- Berührpunkt des Blechs 2 mit der Oberwalze 3, Referenzpunkt
- 9
- Erwarteter Abstand des Biegepunkts zum Berührpunkt der Oberwalze 3 mit dem Blech 2/Referenzpunkt
- 10
- tatsächlicher Abstand des Biegepunkts zum Referenzpunkt
