WO2005120742A1 - Bildverarbeitungssystem zum einsatz an nutenstanzen - Google Patents

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WO2005120742A1
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transport
transport device
correction
processing system
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Axel Fuchs
Dieter Knoerle
Norbert Konrad
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Müller Weingarten AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D43/00—Feeding, positioning or storing devices combined with, or arranged in, or specially adapted for use in connection with, apparatus for working or processing sheet metal, metal tubes or metal profiles; Associations therewith of cutting devices
    • B21D43/003—Positioning devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D28/00—Shaping by press-cutting; Perforating
    • B21D28/02—Punching blanks or articles with or without obtaining scrap; Notching
    • B21D28/22—Notching the peripheries of circular blanks, e.g. laminations for dynamo-electric machines

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for inserting a blank, in particular a disc, in a correct position in a processing station, a punching or forming system.
  • the first option is feeding directly from one
  • the second option is to load the systems with so-called contour and form boards.
  • these boards are either on scissor lines or. Cutting presses cut from a coil tape.
  • DE 198 09 184 C2 discloses a board positioning device in which, with the aid of optical position detection, three linear drive units, each of which corresponds to a degree of freedom, are used to correct the position of a board to a desired position.
  • This device has the disadvantage that it is very complex and therefore expensive. In addition, the accuracy is low due to the relatively large moving masses.
  • DE 198 59 ' 302 AI discloses a system in which the contour of a sheet metal plate is detected and recognized by a camera system.
  • a data acquisition computer processes the recorded data and thus controls the adjustment of mechanical stops for centering the sheet metal plates.
  • the disadvantage of this system is that the centering process is carried out mechanically and the disadvantages described above come into play again.
  • the invention is based on the object of developing a method and a device for inserting a circuit board in the correct position, dispensing with centering or positioning which precedes the insertion process.
  • the main idea of the invention is to control a circuit board transport device by optical position detection of a circuit board in such a way that the circuit board is inserted correctly in a tool without centering or aligning the circuit board prior to the insertion process.
  • the metal blanks are placed on a storage table by a transport system.
  • the storage table consists of a basic construction with an at least partially translucent table top. There are light sources under the table top that shine upwards.
  • the board is placed on the table by the transport system without being fixed or corrected.
  • the position of the board relative to the tool in which it is later inserted can vary from cycle to cycle within a certain tolerance band.
  • the position of the board on the storage table is recorded by one or more cameras at every cycle.
  • the cameras are permanently installed.
  • the boards have characteristic features, through which. the exact position can be determined relative to a fixed point. In addition to an axle hole, these are usually keyways or alignment holes on or in the board. are arranged. , These can vary in number and location.
  • the actual position of the board ie the position of the axis hole in the X direction and in the Y direction and the angular position of the keyway in relation to a reference axis, is recorded by cameras in the storage station.
  • the board is illuminated from below with light - blasted. Depending on the position of the board, the light penetrates through the axle hole and the keyway to the cameras located above the board. The detection is carried out by searching for a jump in contrast within the image field of a high-resolution camera.
  • a high resolution camera is centrally located.
  • the image window of this camera covers both the axle hole and the three inner keyways.
  • Two other cameras with lower resolution are positioned on the circumference so that two of the three possible ones]! ... positions of the outer keyways appear in the field of view of the cameras.
  • the position of the outer keyway serves for the optimal stacking of the boards after the punching process. Due to the manufacture of the plate sheets, there are occasional ⁇ differences in thickness which can be compensated for by: turning the P.latinen appropriately or by means of keyways which are defined in a staggered manner on the circumference or in the axle hole. If a keyway appears in the image field of the. two outer cameras, then the angle on the corresponding inner keyway can be recorded with the centrally arranged camera. If no keyway appears in the image field of the two outer cameras, then get. ie • centrally arranged camera a signal that the remaining third keyway is queried.
  • the exact position in the X and Y directions and the angular position are recorded by the centrally arranged camera.
  • This actual position is compared with a desired position, and 'forwarded as a control signal to the transport system.
  • the difference between the target and actual position is corrected by the transport system or by the gripper so that the board is always inserted in the same defined position in the processing station.
  • FIG. 1 layout of an automatic slot punching machine Figure 2. filing table. it Form boards in top view Figure 3 Tray table with form boards in top view
  • FIG. 1 An automatic slot punching system 1 is shown in FIG.
  • the processing station 2, the transport device 3 and the stack of blanks 4 with the shaped blanks 10 can be seen.
  • These shaped blanks 10, which are already provided with an axle hole and keyway, are gripped by the conveying device 3 by grippers 6 and placed on the storage table 5 , There is no ' centering ' on the tray 5.
  • the table top ' 8 is made of a translucent material. Below the table top 8 there is a light source 7 with the beam directed upwards. Above. of the storage table 8, there are three permanently installed cameras 9. After the transport device 3 or the gripper 6 has deposited the molded board 10 on the table top 8, the light source 7 illuminates it from below and the image acquisition by the cameras 9 is started ,
  • the table top 8 with the form plate 10 is shown in plan view. Also visible are the image fields of the centrally arranged camera 12 and those of the cameras 13, 14 arranged on the circumference.
  • the form 10 there is a. Axle hole 11, with three inner splines 16, 17, 18, and one ; outer keyway 15.
  • the position of the outer keyway 15 is such that it is captured by the image field of the camera 13.
  • the camera 13 registered, only the existence of the key way 15 and transmits a corresponding signal to a controller which subsequently with the .Kamera 12, the 'position of the shaft hole 11 and the angular offset of the corresponding to the spline 15 keyway 16 relative to a reference axis measures.
  • the position of the outer keyway 15 is such that it is not captured by any field of view of the cameras 13 or 14.
  • ⁇ that the outer spline 13 is located at the location of which with the inner spline 18 which in turn for the control means. Then on this keyway 18th
  • the transport device. 3 can grasp the molded board 10 with the gripper 6 exactly in the center in the X and Y directions and lift it off the storage table 5. Now the determined position offset in the X and Y directions is corrected to the theoretical center of the storage table 5. In this way, the transport device 3 always travels the same way for inserting the blank 10 into the processing station 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren für Pressen, insbesondere für Nutenstan­zen vorgeschlagen, bei dem die Platinenzuführung ohne mechani­sches Vorzentrieren mit Hilfe eines Bildverarbeitungssystems erfolgt.

Description

"Bildverarbeitungssystem zum Einsatz an Nutenstanzen"
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum lagegerechten Einlegen einer Platine, insbesondere einer Ron- de, in eine .Bearbeitungsstation eine Stanz- oder Umformanla- ge.
Stand der Technik
Bei modernen Anlagen mit Stanz- und Umformautomaten unterscheidet man in der Regel zwei Arten der Blechzuführung.
Die erste Möglichkeit ist eine Zuführung direkt von einem
Coil, wobei das Coilband von einer Bandanlage kontinuierlich getaktet in den Werkzeugraum der Stanz- und Umformanlage befördert wird.
Die zweite Möglichkeit ist das Beschicken der Anlagen mit so genannten Kontur- und Formplatinen. Diese Platinen werden in einem vorgeschalteten Arbeitsverfahren entweder auf Scherenlinien oder. Schnittpressen aus einem Coilband geschnitten.
Bei Nutenstanzen werden beispielsweise Ronden über eine Ent- stapel- und Beschickungsanlage von einem Platinenstapel in die Umformstation befördert. Als Transportmittel dienen Automati- sierungsvorrichtungen in Form eines Drehkreuzes oder eines Roboters (Handbuch der- Umformtechnik, Schuler AG, Springer- Verlag 1996, Seite 302 und 303) . Auch eine lineare Transportvorrichtung, wie in der DE 198 56 151 AI offenbart, ist ein- setzbar.
Da beim Nute.nstanzen hohe Genauigkeiten erforderlich sind, uss die Blechplatine lagegerecht in das Werkzeug eingelegt werden. Aus diesem. Grund sind zwischen dem Platinenstapel und der Umformstation Ausricht- bzw. Verdrehstationen angeordnet. Eine derartige Ausricht- und Verdrehstation ist in der .DE 27 33 353 C2 offenbart. Zur Innenzentrierung und Aufnahme .der Platinen sind Zentrierdorne vorgesehen. Zusätzlich sind in den Platinen Ausrichtlöcher eingestanzt in die federnd gelagerte Ausrichtstifte einrasten, zum Zweck einer Drehmitnahme. Die Platinen werden so zentriert, dass eine Transportvorrichtung diese bei jedem Takt in einer identischen Lage greifen kann. Da die Ausgangsposition des Platinentransports • immer die Glei- ehe ist,, kann' die Transportvorrichtung mit einer fest program- mierten Bahnkurve betrieben werden.
Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass der Zentrierdorndurchmesser und die Lage der Ausrichtstifte jeweils .feste Ab- ' messungen haben, und somit beim Wechsel der Platinengröße als teilespezifisches Zubehör auszutauschen sind. Dieser Austausch ist zeitaufwendig und erhöht den Anteil der Rüst- bzw. Nebenzeiten in einem automatischen Nutprozess deutlich.
Die bekannten mechanischen Lösungen für die Ausricht- und Ver- drehstationen haben außerdem den Nachteil, dass diese eine sehr hohe Teilevielfalt aufweisen, und damit kostenintensiv sind. In jüngster Zeit sind Verfahren bekannt geworden, bei •denen die. Lage bzw. die Kontur von Blechplat'inen durch Kamerasysteme erfasst wird.
In der DE 198 09 184 C2 ist eine Platinenpositionier- Vorrichtung- offenbart, bei der mit Hilfe einer optischen Lageerkennung drei lineare Antriebseinheiten, welche jede für sich einem Freiheitsgrad entspricht, zur Lagekorrektur einer Platine auf eine Solllage verwendet werden. Diese Vorrichtung hat den Nachteil, dass sie sehr aufwendig und damit kostenintensiv ist. Außerdem ist die Genauigkeit, aufgrund der relati .großen bewegten Massen gering.
In der DE 198 59' 302 AI ist eine Anlage offenbart, bei der die Kontur einer Blechplatine von einem Kamerasystem erfasst und erkannt wird. Ein Datenerfassungsrechner verarbeitet die er- fassten Daten und steuert damit die Verstellung mechanischer Anschläge zur Zentrierung der Blechplatinen. Der Nachteil dieses Systems ist, dass der Zentriervorgang mechanisch erfolgt und somit die oben beschriebenen Nachteile wiederum zum Tragen kommen.
Aufgabe und Vorteil der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum lagegerechten Einlegen einer Platine zu entwickeln, wobei auf eine dem Einlegevorgang vorgeschaltete Zentrierung bzw. Positionierung verzichtet wird.
Diese Aufgabe wird von einem Verfahren und einer Vorrichtung durch den kennzeichnenden Teil der Patentansprüche 1 und 4 ge- löst. In den Unteransprüchen werden vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen vorgeschlagen.
Der Kerngedanke der Erfindung ist, durch eine optische Lageer- kennung einer Platine, eine Platinentransportvorrichtung so zu steuern, dass die Platine lagegerecht in ein Werkzeug eingelegt wird,,.ohne dass die Platine vor dem Einlegevorgang zentriert oder ausgerichtet werden uss.
Von einem Platinenstapel werden die Blechplatinen, beim Nutenstanzen in der Regel Ronden oder Kreissegmente, von einem Transportsystem auf einen Ablagetisch gelegt. Der Ablagetisch besteht aus einer Grundkonstruktion mit einer zumindest teilweise lichtdurchlässigen Tischplatte. Unter der .Tischplatte befinden sich Lichtquellen, die nach oben strahlen.
Die Platine wird vom Transportsystem auf den Ablagetisch abgelegt, ohne dass eine Fixierung oder eine Lagekorrektur erfolgt. Die Lage der .Platine relativ zum Werkzeug, in das diese später eingelegt wird, kann von Takt zu Takt in einem gewissen Toleranzband streuen.
Die Lage der Platine auf dem Ablagetisch wird bei jedem Takt von einer oder mehreren Kameras erfasst. Die Kameras sind fest installiert. Die Platinen weisen charakteristische Merkmale auf, durch die. die genaue Position relativ zu einem Fixpunkt bestimmt werden kann. Neben einem Achsloch sind dies in der Regel Keilnuten oder Ausrichtlöcher die an oder in der Platine . angeordnet, sind.. Diese können in Anzahl und Lage variieren. Die Ist-Position der Platine, d. h. die Lage des Achsloches in X-Richtung und in Y-Richtung und die Winkellage der Keilnut, bezogen auf eine Referenzachse, wird durch Kameras in der Ablagestation erfasst.. Die Platine wird von unten mit Licht an- - gestrahlt. Entsprechend der Lage der Platine dringt das Licht durch das Achsloch und die Keilnut zu den über der Platine angeordneten Kameras. Die Erfassung erfolgt durch das Suchen eines Kontrastsprunges innerhalb des Bildfeldes einer hoch auf- lösenden Kamera.
Die Erkennung von Kontrastunterschieden ist auch ohne Zuhilfenahme einer; Lichtquelle denkbar. Dazu muss ein signifikanter Kontrast zwischen der Farbe der Tischoberfläche und der Plati- nenoberflache vorhanden sein.
Bei Platinen mit großem Durchmesser oder segmentierten Platinen reicht der Einsatz einer Kamera nicht mehr aus. Bei Platinen dieser Größe kommt es häufig vor, dass im Achsloch drei Keilnuten, und am Außendurchmesser zusätzlich eine Keilnut an drei möglichen Positionen, vorhanden sind. Für diese Art der Platinen sind mindestens drei Kameras notwendig.
Eine Kamera mit hoher Auflösung ist zentral angeordnet. Das Bildfenster dieser Kamera deckt sowohl das Achsloch als auch die drei inneren Keilnuten ab. Zwei weitere Kameras mit geringerer Auflösung sind so am Umfang positioniert, dass zwei der drei mögliche,]! ..Positionen der äußeren Keilnuten im Blickfeld der Kameras erscheinen.
Die Lage der äußeren Keilnut dient nach dem Stanzvorgang zur optimalen Stapelung der Platinen. Bedingt durch die Herstel- lung der Platinenbleche treten vereinzelt ■ Dickenunterschiede auf, die durch: entsprechendes Drehen der P.latinen oder durch ' am Umfang öder im Achsloch definiert versetzt eingebrachte Keilnuten ausgeglichen werden können. Erscheint nun .eine Keilnut im Bildfeld der. beiden äußeren Kameras, dann kann mit der zentral angeordneten Kamera der Winkel an der entsprechenden inneren Keilnut erfasst werden. Erscheint keine Keilnut im Bildfeld der beiden äußeren Kameras, dann erhält . ie • zentral angeordnete Kamera ein Signal, dass die verbleibende dritte Keilnut abgefragt wird.
Die genaue Lage in X- und Y-Richtung und die Winkellage wird also in diesem Fall von der zentral angeordneten Kamera er- fasst. Diese Ist-Lage wird mit einer Soll-Lage verglichen, und ' als Steuersignal an das Transportsystem weitergeleitet . Die Differenz zwischen Soll- und Ist-Lage wird vom Transportsystem bzw. vom Greifer so korrigiert, dass die Platine immer in der gleichen, definierten Lage in die Bearbeitungsstation einge- legt wird.
Um das Transportsystem einfacher. und damit kostengünstiger . gestalten zu können, ist es auch denkbar die- Korrektur der Winkellage nicht vom Transportsystem, sondern vom Teilapparat der Nutenst.anze ausführen zu lassen.
Nach dem Stanzvorgang bietet der Einsatz eines Bildverarbeitungssystems auch die Möglichkeit der Vermessung von gestanzten Blechen. Hier ist der Ablauf genau umgekehrt wie bei der Positionserfassung. Ein fertig gestanztes Blech wird vom Transportsystem aus der Bearbeitungsstation entnommen und in einer Mess-Station abgelegt. Durch ein Kamerasystem wird das Blech anschließend, von oben komplett optisch vermessen.. Weitere Einzelteile und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Figuren eines Ausführungsbeispiels. Die Figuren zeigen:
Figur 1 Layout einer automatischen Nutenstanzanlage Figur 2.Ablägetisch. it Formplatinen in der Draufsicht Figur 3 Ablagetisch mit Formplatinen in der Draufsicht
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
In Figur 1-ist eine automatische Nutenstanzanlage 1 darge- stellt. Zu .sehen sind die Bearbeitungsstation 2, die Transportvorrichtung 3 und der Platinenstapel 4 mit den Formplatinen 10. Diese Formplatinen 10, die bereits mit einem Achsloch und Keilnut versehen sind, werden von der Transportvorrichtung 3 durch Greifer- 6 erfasst und auf dem Ablagetisch 5 abgelegt. Auf dem .Ablagetisch 5 findet keine' Zentrierung statt. Die Tischplatte ' 8 besteht aus einem lichtdurchlässigen Material. Unterhalb der .Tischplatte 8 befindet sich eine Lichtquelle 7, mit nach .oben gerichtetem Strahl. Oberhalb. des Ablagetisches 8 befinden, sich drei fest installierte Kameras 9. Nachdem die Transportvorrichtung 3, bzw. der Greifer 6 die Formplatine 10 auf der Tischplatte 8 abgelegt hat, wird diese von der Lichtquelle 7 von unten angestrahlt und die Bilderfassung durch die Kameras 9 wird gestartet.
In Figur 2 und 3 ist die Tischplatte 8 mit der Formplatine 10 in der Draufsicht dargestellt. Zu sehen sind auch die Bildfel- ' der der zentral angeordneten Kamera 12 und die der am Umfang .angeordneten Kameras 13, 14-. In der Formplatine- 10 befindet sich ein. Achsloch 11, mit drei inneren Keilnuten 16, 17, 18, sowie eine ;äußere Keilnut 15. • In Figur 2 ist die Lage der äußeren Keilnut 15 so, dass sie von dem Bildfeld der Kamera 13 erfasst wird. Die Kamera 13 registriert, lediglich die Existenz der Keilnut 15 und sendet ein entsprechendes Signal an eine Steuerung welche anschließend mit der .Kamera 12 die' Position des Achsloches 11 sowie den Winkelversatz der zur Keilnut 15 korrespondierenden Keilnut 16, bezogen auf eine Referenzachse, misst.
10 In Figur 3 ist die Lage der äußeren Keilnut 15 so, dass sie von keinem'-Bildfeld der Kameras 13 oder 14 erfasst wird. Das wiederum bedeutet für die Steuerung, dass sich die äußere ■ Keilnut 13 an der Stelle befindet, welche mit der inneren Keilnut 18 : korrespondiert. An dieser Keilnut 18. wird dann der
15 Winkelversatz von der Kamera 12 gemessen. Die Position in X- und Y-Richtung wird wiederum am Achsloch 11' gemessen..
Durch dieses Verfahren ist es möglich mit drei' Kameras, bezogen auf einen Referenzpunkt, bzw. Referenzachse, die Verschie-
20 bung in X- und Y-Richtung sowie die Winkelverdrehung der Formplatine genau zu bestimmen. Nachdem die Transportvorrichtung 3 mit dem Greifer 6 die Formplatine 10 wieder vom Ablagetisch 5 angehoben, hat,.' wird die Transportbahn entsprechend dem ermittelten Lageve'rsat.z so korrigiert, dass die Formplatine 10 im-
25. mer in der gleichen, lagegerechten Position in die Bearbeitungsstation 2 eingelegt werden kann.
Die Erfindung ist nicht auf. das dargestellte und- beschriebene Ausführungsbeispiel- beschränkt . Sie umfasst auch alle fachmän- nischen Weiterbildungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Gedankens. So kann auch beispielhaft, nachdem die Ist-Position der Platine .10 bekannt ist, die Transportvorrichtung.3 mit dem Greifer 6 die Formplatine 10 genau zentrisch in X- und Y- Richtung aufnehmen und- diese vom Ablagetisch 5 abheben. Jetzt erfolgt die Korrektur des ermittelten Lageversatzes in X- und Y-Richtung auf die theoretische Mitte des Ablagetisches 5. Auf diese Weise fährt die Transportvorrichtung 3 immer den gleichen Weg zum Einlegen der Formplatine 10 in die Bearbeitungs- Station 2.
Bezugszeichenliste
1 Nutenstanzanlage
2 Bearbeitungsstation
3 . Transportvorrichtung
4 Platinenstapel
5 Ablagetisch
6 Greifer
7 Beleuchtung
8 Tischplatte
9 '-".Kamera •
10 Formplatine
11 Achsloch
12 Bildfeld der zentral angeordneten Kamera
13, 14 Bildfeld der am Umfang angeordneten Kamera
15 äußere - Keilnuten
16- ■18 ' ■ innere Keilnuten

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zum lagegerechten Einlegen einer Platine durch.' eine Transportvorr.ichtung in eine Presse, • insbesondere in eine ' Nutenstanze, ' gekennzeichnet.durch .folgende Verfahrensschritte:
- berührungslose Ist-Lageerkennung - Vergleich der Ist-Lage mit vorgegebenem Sollwert - Transport der Platine unter Durchführung einer Lageveränderung der.Platine während des Transportschrittes mindestens in einer X- und Y-Achse' unter Berücksichtigung der Sollwerte - Ablage der Pla.tirie in die Bearbeitungsstation der Presse
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lageerkennung Kameras mit einem nachgeschalteten Auswertsystem einsetzbar' sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage durch Erfassen von Kontrastunterschieden unter Zuhilfenahme ' einer Lichtquelle messbar ist- ■'
.
4. Vorrichtung-, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage einer Platine (10) von mindestens einer ortsfesten Kamera (9) messbar ist und eine Lageabweichung durch eine geregelte Fahrkurve einer Transportvorrichtung (-3) korrigierbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lageerkennung der Platine (10) ein Ablagetisch (5) dient, welcher mit einer lichtdurchlässigen Tischplatte (8) und einer unter dieser angeordneten Beleuchtung (7)'.ausgestattet ist.
6. Vorrichtung nach- Anspruch 4 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der. gemessenen Ist-Lage der Platine. (10) und den vor- gegebenen Sollwerten ein Korrekturwert ermittelt wird, der ein Steuersignal für die Transportvorrichtung (3) ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagekorrektur der Platine (10) in der X-Y-Ebene durch Manipulation der Bahnkurve der Transportvorrichtung (3) realisierbar ist. •
8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Winkellage, bezogen auf einen Referenzwinkel durch Manipulation der Transportvorrichtung (3) , bzw. durch den Greifer (6) oder durch Drehen des Teilapparates- in der Bearbeitungsstation (2) realisierbar ist.
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