WO2020120761A1 - System zur erfassung von verformungen an bearbeitungsmaschinen, anlagen oder komponenten davon - Google Patents

System zur erfassung von verformungen an bearbeitungsmaschinen, anlagen oder komponenten davon Download PDF

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WO2020120761A1
WO2020120761A1 PCT/EP2019/085148 EP2019085148W WO2020120761A1 WO 2020120761 A1 WO2020120761 A1 WO 2020120761A1 EP 2019085148 W EP2019085148 W EP 2019085148W WO 2020120761 A1 WO2020120761 A1 WO 2020120761A1
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WO
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fixing
groove
deformations
wedge
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/085148
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robin Kurth
Robert Tehel
Nico Wagner
Thomas Päßler
Original Assignee
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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Publication date
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Publication of WO2020120761A1 publication Critical patent/WO2020120761A1/de

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q3/00—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine
    • B23Q3/02—Devices holding, supporting, or positioning work or tools, of a kind normally removable from the machine for mounting on a work-table, tool-slide, or analogous part
    • B23Q3/10—Auxiliary devices, e.g. bolsters, extension members
    • B23Q3/102—Auxiliary devices, e.g. bolsters, extension members for fixing elements in slots

Definitions

  • the invention relates to a system for detecting deformations
  • Components can be parts or components of a processing machine or system that, viewed in isolation, influence the respective one
  • machine tool shall be used as a representative.
  • the invention can be used wherever based on
  • sensors are integrated in processing machines so that they are not accessible from the outside. It is disadvantageous that an exchange is not possible or only possible with great effort. Of course, this also applies to repair work.
  • the system is formed with at least one measuring arrangement and an electronic evaluation unit.
  • the at least one measuring arrangement consists of a fixing and holding element and at least one sensor which is designed to detect pressures, forces or strains, the at least one sensor being fastened to the fixing and holding element.
  • strain gauges or quartz measuring elements can be used to determine deformations.
  • Sensors can be cohesively, for example by gluing or welding, positively, non-positively or by a combination of at least two of these connection types attached to a fixing and holding element.
  • the fixing and holding element is designed such that it is in a cavity, the processing machine, system or component, which is accessible from the outside is non-positive and attachable so that it does not protrude above the upper edge of the respective cavity.
  • the measurement data recorded with the at least one sensor can be transmitted to an electronic evaluation unit.
  • the electronic evaluation evaluation unit is designed to initiate compensations that have occurred as a result of deformations that occurred during processing and were recorded with the at least one sensor. To do this, it can convert the measured values into parameters that correspond to or characterize the deformations that were recorded during processing and with at least one sensor.
  • the electronic evaluation evaluation unit can also be designed for evaluating and compensating for deformations in the form of a deformation field, which are detected at several measuring arrangements arranged at different positions.
  • a fixing and holding element is advantageously releasably attachable. This enables the position to be adjusted in accordance with changing requirements, which can be the case in particular when another machining process is to be carried out or other workpieces are to be machined.
  • a suitable cavity can be arranged, for example, on a ram or table clamping surface of a forming machine. It should have a defined minimum size, so that the respective at least one sensor with its fixing and holding device can be integrated therein and fixed sufficiently and securely so that reaction forces or deformations of the respective interfaces with one another can be detected with the target, corresponding To be able to carry out compensations (active or passive) and to identify the properties of the machine, to monitor the state of the object under consideration or the respective process.
  • a cavity can be, for example, a groove, in particular a T-groove, dovetail groove, a bore or a bushing.
  • a fixing and holding element can be formed with at least two wedge elements, which form a wedge system.
  • the wedge elements can be movable relative to each other along their bevelled and mutually facing upper surfaces relative to one another in order to exert a pressure force effect on at least two oppositely arranged inner walls of the respective cavity to form the positive connection.
  • the beveled surfaces can be shaped to match the contour of the respective inner wall of the cavity. For example, they can be flat and planar in the case of a groove and, at least in some areas, convex in the case of a bore in order to achieve the greatest possible static friction.
  • a fi xing and holding element can also be formed with at least one eccentric, which can establish a non-positive connection by rotating about an axis of rotation within a cavity.
  • the axis of rotation can be aligned parallel to inner walls of a cavity, against which surfaces of an eccentric abut during rotation and static friction can thus be achieved.
  • An eccentric can also do one
  • the relative movement of the wedge elements of the wedge system can be achieved by means of impact, but preferably by means of a screw.
  • the screw can be supported on one of the wedge elements and translationally move the other wedge element.
  • a wedge element of the wedge system can also be supported on a pressure piece which is supported on an undercut in the respective cavity and in which an internal thread is formed, in which an external thread of the screw engages rotatably.
  • the effectiveness of the frictional connection can be increased by means of the pressure piece, since additional surfaces are available for usable static friction.
  • a fixing and holding element can, however, also be formed only with a pressure piece which can be placed in a groove and which is supported on undercuts in the respective groove by means of a screw which is supported on a surface within the groove.
  • a non-positive connection can be made within the groove between the surfaces of the pressure piece and the surfaces of the undercuts if the screw is turned so that the pressure piece is pressed against surfaces of the respective undercuts.
  • the groove is preferably a T-groove.
  • the respective pressure piece can have a greater extent in an axial direction than in an axial direction oriented perpendicularly to it and thus have, for example, a rectangular or oval outer contour.
  • This has the advantage that it can also be inserted into an open T-groove from the open side of the web if it has been turned in a suitable direction. After insertion, it can be turned inside the T-slot so that the pressure piece can be supported on the undercut area. If the position of the measuring arrangement should be changed or it should be removed, you can turn the pressure piece again after releasing the frictional connection on the inner wall of the cavity in such a way that it can be easily removed from the top of the T-slot.
  • the mobility and interchangeability of measurement arrangements can be simplified. Several measuring arrangements, which are arranged in a groove, can thus be moved, inserted or removed individually, without the need for other measuring arrangements in this groove to be moved or removed.
  • One or more sensors can be arranged on a wedge element and / or a pressure piece, preferably attached to it.
  • several measuring arrangements should be locally defined for a locally resolved detection of deformations on the respective processing machine, system or component and be connected to the electronic evaluation unit.
  • the deformations that have occurred can be compensated for more precisely, since mutually influencing deformations can also be taken into account.
  • the measurement data acquisition, processing and storage can be decentralized directly at the position at which the respective fixing and holding element has been conclusively attached to a measuring arrangement.
  • the measuring arrangement can be fixed at the respective measuring position by a simple non-positive connection and can be designed so that it does not impair the actual machining sequence of the respective machining process, such as the contact surfaces of the ram or table surface on a forming machine.
  • By correlating several measurement positions at which measurement arrangements with the associated sensor (s) are arranged further characteristic values can be identified directly, which also enables continuous inline monitoring of the measurement variables.
  • sensors should be networked with each other at the measuring positions, so that with the network obtained in this way, several measured values recorded simultaneously and in a spatially resolved manner can be used for compensation. This means that the measurement arrangement is not limited to temporary use.
  • clamping surfaces in particular, between the tool and the machine (such as the table and ram of
  • Forming machines or between workpiece and machine (e.g.
  • Machine components are addressed that are provided with a corresponding interface geometry (e.g. T-slots, T-slot segments or bores).
  • the measurement data recorded with the sensor (s) can either already be on site or after data transmission by an electronic device
  • Evaluation unit are supplied, which can also have an integrated data memory or a connectable data memory.
  • the measurement data recorded with the sensor (s) can be converted into characteristic values during the evaluation.
  • the data transmission can take place either by wire or radio transmission.
  • To detect interface geometry for example from deflections or torsion of one or more machine components as a result of a
  • Deformation fields to be detected whereby the deformations at the individual positions used for detection are taken into account by means of extended evaluation and to the current load on the
  • Machine component or several machine components or the entire processing machine can be closed.
  • the evaluated deformation behavior also enables properties of the machine, the process, the tool, the system or individual components to be identified and for compensation to be achieved by regulating suitable operating parameters of the respective processing machine.
  • the simple integration of the measuring points at the respective interface geometries makes it possible to integrate and take into account a large number of measuring positions with little effort (advantage: simple integration). Due to the design of the measuring systems, they can remain in the interface geometry at the respective measuring position even with the intended use of the interfaces with the measuring arrangements arranged there (e.g. mounted forming tool for application in a forming machine) (advantage: measurements with machine-inherent system without additional set-up effort) and using the evaluation method described, the real load can be detected or determined on the basis of the resulting strains or deformations (advantage: measurement of real loads).
  • the system can also be used for reference measurements, the results of which can be compared if the measurement arrangements remain under real loads with the measurement results under real loads, without the measurement arrangements with the respective sensors on the respective ones Having to recalibrate measuring positions yourself (advantage: comparative measurements possible).
  • An integrated system for data processing with the electronic evaluation unit means that additional effort for data acquisition for data acquisition and processing can be eliminated. Instead, direct visualization is possible (advantage: reduced effort in data processing).
  • An individual correlation of the data is also possible by networking the measurement arrangements with one another. In this way, deformation fields can be determined, which was previously only possible with enormous installation and evaluation effort.
  • This process for evaluating the measured values further increases the transparency of processes and force reactions, also thanks to the continuous data acquisition that is now possible with different real processes and analysis processes.
  • FIG. 1 a shows an example of a measuring arrangement that can be used in a system according to the invention
  • FIG. 1b shows a further example of a measuring arrangement that can be used in a system according to the invention.
  • Figure 2 shows a possible arrangement of several measurement arrangements in
  • FIG. 1 The arrangement of sensors 4 and 6 on a fixing and holding unit is schematic for an example of the invention in FIG.
  • Holding unit or the at least one attached sensor 4 protrudes beyond the upper edge of the T-slot 9, so that no impairment of the respective machining process can take place. Due to the acting static friction forces between the directly touching surfaces of fixing and holding element and the inner wall of the T-groove 9, a secure hold can be achieved within the T-groove 9 and the fastening can be secured by means of the preload which can be achieved in this way.
  • the non-positive fastening can be achieved passively by means of a wedge system 2, which is formed with two wedge elements inserted into the T-groove 9 and a screw 3. When the screw 3 is turned, two bevelled surfaces of the two wedge elements of the wedge system 2 slide along one another.
  • a wedge system 2 which is formed with two wedge elements inserted into the T-groove 9 and a screw 3.
  • the pressure piece 5 is dimensioned such that it has a greater extent in at least one direction than the web of the T-slot 9, in which the wedge-shaped elements are arranged when the measuring arrangement has been fixed.
  • the pressure piece 5 can therefore have a rectangular or oval cross section, so that it can also be inserted into the T-groove 9 from above. After a rotation of preferably up to approximately 90 °, it can form an abutment for the wedge system 2 with the screw 3.
  • Such a design and dimensioning of a pressure piece 5 can be dispensed with if the fixing and holding element with the pressure piece 5 can be inserted into a T-groove 9 at least from one side.
  • the non-positive connection is between the directly touching surfaces of one of the wedge elements and the inner wall of the T-groove 9 and the surface areas of the pressure piece 5 and
  • the sensors 4 and 6 should be arranged such that they are not arranged in an area in which a non-positive connection has been established. Sensors 4 and / or 6 can be on the pressure piece 5 or on one
  • Forces 4, 6 can be used to detect forces, pressures and / or strains in particular.
  • the force effect of the pressure piece 5 against the surface of the undercut is reduced until the static friction is also reduced to such an extent that the measuring arrangement 7 can be moved within the T-groove 9 or even removed.
  • FIG. 1b shows an example in which a wedge system 2 can be dispensed with.
  • a pressure piece 5 is pressed by means of a screw 3 against the surface of undercuts within a T-slot 9 when the screw 3 is rotated such that an end face of the screw 3 is supported on the bottom of the T-slot 9.
  • the floor is like this
  • the non-positive connection can be achieved in part analogously to the example according to FIG. 1 a between the contacting surfaces of the pressure piece 5 and the undercuts within the T-groove 9.
  • the measurement data recorded with the sensor (s) 4 and / or 6 can either be on site or after a data transmission
  • Measurement data can be converted into characteristic values during the evaluation.
  • the data transmission can take place either by wire or radio transmission.
  • FIG. 2 shows a possible arrangement of individual measuring arrangements 7 on an interface geometry of a machine component 8. There are a plurality of T-slots 9 on the machine component 8.
  • Deformation fields to be detected whereby the deformations at the individual positions used for detection are taken into account by means of extended evaluation and to the current load on the
  • Machine component 8 or several machine components or the entire processing machine can be closed.
  • the evaluated deformation behavior also allows properties of the
  • Components can be identified and achieved for compensation by regulating suitable operating parameters of the respective processing machine.

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Abstract

Bei dem System zur Erfassung von Verformungen an Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Umformmaschinen, Anlagen oder Komponenten davon, ist mindestens eine Messanordnung (7), bestehend aus einem Fixier- und Halteelement und mindestens einem Sensor (4, 6), der zur Erfassung von Drücken, Kräften oder Dehnungen ausgebildet ist, vorhanden. Dabei ist der mindestens eine Sensor (4, 6) an dem Fixier- und Halteelement befestigt. Das Fixier- und Halteelement ist so ausgebildet, dass es in einem von außen zugänglichen Hohlraum, der Bearbeitungsmaschine, Anlage oder Komponente kraftschlüssig und so befestigbar ist, dass es nicht über die Oberkante des jeweiligen Hohlraums herausragt. Die mit dem mindestens einen Sensor (4, 6) erfassten Messdaten werden an eine elektronische Auswerteeinheit übertragen. Die elektronische Auswerteauswerteeinheit ist zur Einleitung von Kompensationen, die infolge von Verformungen, die während der Bearbeitung aufgetreten und mit dem mindestens einen Sensor (4, 6) erfasst worden sind, ausgebildet.

Description

System zur Erfassung von Verformungen an Bearbeitungsmaschinen. Anlagen oder Komponenten davon
Die Erfindung betrifft ein System zur Erfassung von Verformungen an
Bearbeitungsmaschinen, Anlagen oder Komponenten davon. Komponenten können dabei Teile oder Bestandteile einer Bearbeitungsmaschine oder Anlage sein, die für sich gesehen Einfluss auf den jeweiligen
Bearbeitungsprozess haben, wenn dort Verformungen auftreten. Nachfolgend soll stellvertretend der Begriff Bearbeitungsmaschine genutzt werden.
Die Erfindung kann überall da angewendet werden, wo auf Basis von
Verformungen von Schnittstellengeometrien die mechanischen Belastungen der Schnittstellengeometrien (bspw. Prozesslasten insbesondere in
Umformmaschinen) identifiziert werden sollen.
Zur Messung von Kräften, Verformungen und Verlagerungen an Bearbei tungsmaschinen, insbesondere an Umformmaschinen werden aktuell in der Regel temporär individuelle Sensoren integriert eingesetzt. Somit können Re lativverformungen, mechanische Spannungen und Reaktionskräfte gemessen werden. Dabei ist stets ein Anpass-/lntegrationsaufwand zu betreiben. Diese Sensoren werden aktuell mit weiteren Messdaten korreliert dazu genutzt, um bspw. aus einem Bearbeitungsprozess resultierende Verformungen an Ma schinen, Anlagen oder deren Komponenten (bspw. Durchbiegungen von Werkzeug- oder Werkstückspannflächen) mit dem Ziel zu detektieren, ent sprechende Kompensationen (aktiv oder passiv) vor oder während einer Be arbeitung vorzunehmen. Dabei sollen die Eigenschaften der Maschine identifi ziert, der Zustand des betrachteten Objektes oder der jeweilige Prozess über wacht werden. Die Datenauswertung, -Verarbeitung und -Speicherung erfolgt dabei zentral mittels einer Auswerteeinheit (Messverstärker, PC, ...).
Zur Erkennung von auftretenden Verformungen ist es bisher üblich, geeignete Sensoren entweder an einer Oberfläche zu befestigen, was nachteilig dazu führt, dass Sensoren leicht beschädigt oder abgelöst werden können. Dies führt zu deren Totalausfall.
Andererseits werden Sensoren in Bearbeitungsmaschinen integriert, so dass sie von außen nicht zugänglich sind. Dabei ist es nachteilig, dass ein Austausch nicht oder nur sehr aufwändig möglich ist. Dies trifft natürlich auch bei Repa raturarbeiten zu.
In beiden Fällen kann eine einmal gewählte Position an einer Bearbeitungs maschine nicht mehr verändert und so nicht auf veränderte Bedingungen rea giert werden, wie sie beispielsweise immer dann auftreten, wenn mehrere unterschiedliche Bearbeitungsprozesse an einer Bearbeitungsmaschine oder eine Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke mit der Bearbeitungsmaschi ne durchgeführt werden sollen.
Es ist ebenfalls bekannt, Verformungen mit separat also in einem Abstand zur jeweiligen Bearbeitungsmaschine angeordneter Sensortechnik zu detektieren. Dabei ist es nachteilig, dass die jeweiligen Positionen, an denen eine Messung durchgeführt werden soll, frei zugänglich sind, was insbesondere bei opti schen oder anderen berührungslos detektierender Sensortechnik während der Durchführung einer Bearbeitung problematisch sein kann, da Teile der Bearbeitungsmaschine, ein Werkzeug oder eine Montageeinrichtung den De tektionsprozess stören können.
Die aktuell genutzten Möglichkeiten zur Detektion der prozessbedingten Verlagerungen und Verformungen an Maschinen, Anlagen oder deren Komponenten weisen ein hohes Maß an Fehleranfälligkeit und notwendigem Aufwand auf. Hinzukommend beeinträchtigen diese bestehenden Systeme die Nutzungsvielfalt der entsprechenden Schnittstellen deutlich. Sie sind nicht flexibel an äußere und sich ggf. verändernde Umstände anpassbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für eine flexible und sichere Erfassung von Verformungen anzugeben, die bevorzugt gleich während der Bearbeitung berücksichtigt und kompensiert werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem System, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter bildungen der Erfindung können mit in untergeordneten Ansprüchen bezeich- neten Merkmalen realisiert werden.
Das System ist mit mindestens einer Messanordnung und einer elektronischen Auswerteeinheit gebildet.
Die mindestens eine Messanordnung besteht aus einem Fixier- und Halteele ment und mindestens einem Sensor, der zur Erfassung von Drücken, Kräften oder Dehnungen ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Sensor an dem Fixier- und Halteelement befestigt ist.
So kann man zur Bestimmung von Verformungen beispielsweise Dehnungs messstreifen, oder Quarz-Messelemente einsetzen.
Sensoren kann man stoffschlüssig, beispielsweise durch Kleben oder Schwei ßen, formschlüssig, kraftschlüssig oder durch eine Kombination mindestens zwei dieser Verbindungsarten an einem Fixier- und Halteelement befestigen.
Das Fixier- und Halteelement ist so ausgebildet, dass es in einem von außen zugänglichen Hohlraum, der Bearbeitungsmaschine, Anlage oder Komponente kraftschlüssig und so befestigbar ist, dass es nicht über die Oberkante des jeweiligen Hohlraums herausragt.
Die mit dem mindestens einen Sensor erfassten Messdaten sind an eine elekt ronische Auswerteeinheit übertragbar. Die elektronische Auswerteauswerte- einheit ist zur Einleitung von Kompensationen, die infolge von Verformungen, die während der Bearbeitung aufgetreten und mit dem mindestens einen Sensor erfasst worden sind, ausgebildet. Dazu kann sie die erfassten Mess werte in Kenngrößen umwandeln, die Verformungen entsprechen bzw. cha rakterisieren, die während der Bearbeitung und mit mindestens einem Sensor erfasst worden sind.
Die elektronische Auswerteauswerteeinheit kann zusätzlich auch zur Auswer tung und Kompensation von mit an mehreren an verschiedenen Positionen angeordneten Messanordnungen erfassten Verformungen in Form eines Ver formungsfeldes ausgebildet sein.
Ein Fixier- und Halteelement ist vorteilhaft lösbar befestigbar. Dadurch be steht die Möglichkeit die Position entsprechend sich ändernder Erfordernisse anzupassen, was insbesondere dann der Fall sein kann, wenn ein anderer Be arbeitungsprozess durchgeführt oder andere Werkstücke bearbeitet werden sollen.
Ein geeigneter Hohlraum kann beispielsweise an einem Stößel- oder einer Tischspannfläche einer Umformmaschine angeordnet sein. Er sollte eine defi nierte Mindestgröße aufweisen, so dass der jeweilige mindestens eine Sensor mit seiner Fixier- und Halteeinrichtung darin integriert und ausreichend stabil und sicher fixiert werden kann, so dass Reaktionskräfte oder Deformationen der jeweiligen Grenzflächen zueinander mit dem Ziel detektiert werden kön nen, entsprechende Kompensationen (aktiv oder passiv) durchführen zu kön nen und dabei die Eigenschaften der Maschine zu identifizieren, den Zustand des betrachteten Objektes oder den jeweiligen Prozess zu überwachen.
Ein Hohlraum kann beispielsweise eine Nut, insbesondere eine T-Nut, Schwal benschwanznut, eine Bohrung oder eine Durchführung sein. Ein Fixier- und Halteelement kann mit mindestens zwei Keilelementen, die ein Keilsystem bilden, gebildet sein. Die Keilelemente können relativ zueinander entlang ihrer abgeschrägten und aufeinander zu weisend angeordneten Ober flächen relativ zueinander bewegbar sein, um eine Druckkraftwirkung auf mindestens zwei gegenüberliegend angeordnete Innenwände des jeweiligen Hohlraums zur Ausbildung der kraftschlüssigen Verbindung auszuüben. Die abgeschrägten Flächen können dabei der Kontur der jeweiligen Innenwand des Hohlraums angepasst geformt sein. Sie können beispielweise bei einer Nut eben und planar und bei einer Bohrung zumindest bereichsweise konvex ausgebildet sein, um eine möglichst große Haftreibung zu erreichen. Ein Fi xier- und Halteelement kann auch mit mindestens einem Exzenter ausgebildet sein, der durch eine Drehung um eine Rotationsachse innerhalb eines Hohl raums eine kraftschlüssige Verbindung hersteilen kann. Die Rotationsachse kann dazu parallel zu Innenwänden eines Hohlraums ausgerichtet sein, an denen sich Oberflächen eines Exzenters bei einer Drehung anlegen und so Haftreibung erreicht werden kann. Ein Exzenter kann aber auch eine
Hinterschneidung nach einer entsprechenden Drehung hintergreifen.
Die Relativbewegung der Keilelemente des Keilsystems kann mittels Schlag kraftwirkung, bevorzugt aber mittels einer Schraube erreicht werden. Die Schraube kann sich dabei an einem der Keilelemente abstützen und das ande re Keilelement translatorisch bewegen.
Ein Keilelement des Keilsystems kann sich aber auch an einem Druckstück abstützen, das sich an einer Hinterschneidung im jeweiligen Hohlraum ab stützt und in dem ein Innengewinde ausgebildet ist, in das ein Außengewinde der Schraube drehbar eingreift. Mittels des Druckstücks kann die Wirksamkeit der kraftschlüssigen Verbindung erhöht werden, da weitere Oberflächen für eine nutzbare Haftreibung zur Verfügung stehen.
Ein Fixier- und Halteelement kann aber auch nur mit einem in eine Nut er setzbarem und sich an Hinterschneidungen in der jeweiligen Nut mittels einer Schraube, die sich an einer Fläche innerhalb der Nut abstützt, abstützenden Druckstück gebildet sein. Eine kraftschlüssige Verbindung kann dabei inner halb der Nut zwischen Oberflächen des Druckstücks und Oberflächen der Hinterschneidungen hergestellt werden, wenn die Schraube so gedreht wird, dass das Druckstück gegen Oberflächen der jeweiligen Hinterschneidungen gedrückt wird. Die Nut ist dabei bevorzugt eine T-Nut.
Mit einer Relativbewegung, die mittels einer Schraube erreicht wird, kann man eine definierte und dosierte Relativbewegung und dadurch auch eine definierte Druckkraftwirkung für den Erhalt der kraftschlüssigen Verbindung erreichen.
Das jeweilige Druckstück kann eine in eine Achsrichtung größere Ausdehnung, als in eine senkrecht dazu ausgerichtete Achsrichtung aufweisen und so bei spielsweise eine rechteckige oder ovale Außenkontur aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass man es auch in eine offene T-Nut von der offenen Seite des Ste ges einführen kann, wenn es in eine geeignete Richtung gedreht worden ist. Nach dem Einführen kann es innerhalb der T-Nut gedreht werden, so dass sich das Druckstück am hinterschnittenen Bereich abstützen kann. Soll die Position der Messanordnung verändert oder sie soll entfernt werden, kann man nach dem Lösen des Kraftschlusses an der Innenwand des Hohlraums das Druck stück wieder so drehen, das man es einfach nach oben aus der T-Nut heraus nehmen kann. So kann die Beweg- und Austauschbarkeit von Messanordnun gen vereinfacht werden. Mehrere Messanordnungen, die in einer Nut ange ordnet sind, können so einzeln bewegt, eingesetzt oder entfernt werden, oh ne dass andere Messanordnungen in dieser Nut bewegt oder entfernt werden müssen.
Ein oder mehrere Sensoren können an einem Keilelement und/oder einem Druckstück angeordnet, bevorzugt daran befestigt sein.
Bevorzugt sollten mehrere Messanordnungen lokal definiert für eine ortsauf gelöste Erfassung von Verformungen an der jeweiligen Bearbeitungsmaschi ne, Anlage oder Komponente befestigbar und mit der elektronischen Auswer teeinheit verbunden sein. Dadurch kann die Kompensation von aufgetretenen Verformungen noch genauer erfolgen, da auch sich gegenseitig beeinflussen de Verformungen berücksichtigt werden können.
Die Messdatenerfassung, -Verarbeitung und -Speicherung kann dabei dezent ral direkt an der Position, an der das jeweilige Fixier- und Halteelement kraft - schlüssig einer Messanordnung befestigt worden ist, erfolgen. Die Messan ordnung kann dabei durch eine einfache kraftschlüssige Verbindung an der jeweiligen Messposition fixiert werden und so ausgeführt sein, dass es den eigentlichen Bearbeitungsablauf des jeweiligen Bearbeitungsprozesses, wie z.B. die Kontaktflächen von Stößel- oder Tischfläche an einer Umformmaschi ne nicht beeinträchtigt. Durch eine Korrelation mehrerer Messpositionen, an denen Messanordnungen mit dem/den zugehörigen Sensor(en) angeordnet sind, können direkt weitere Kennwerte identifiziert werden, was auch eine kontinuierliche Inline-Überwachung der Messgrößen möglich macht. Dazu sollten Sensoren an den Messpositionen miteinander vernetzt sein, so dass mit dem so erhaltenen Netzwerk mehrere gleichzeitig und ortsaufgelöst er fasste Messwerte für eine Kompensation genutzt werden können. Damit ist die Messanordnung nicht auf einen temporären Einsatz limitiert.
Bei der Erfindung können insbesondere die Spannflächen, maßgeblich zwischen Werkzeug und Maschine (etwa Tisch und Stößel von
Umformmaschinen) oder zwischen Werkstück und Maschine (etwa
Spannflächen an spanenden Werkzeugmaschinen) sowie alle anderen
Komponenten oder Schnittstellen zwischen Maschinen und
Maschinenkomponenten adressiert werden, die mit einer entsprechenden Schnittstellengeometrie (bspw. T-Nuten, T-Nutsegmente oder Bohrungen) versehen sind.
Die mit dem/den Sensor(en) erfassten Messdaten können entweder bereits vor Ort oder nach einer Datenübertragung einer elektronischen
Auswerteeinheit zugeführt werden, die auch einen integrierten Datenspeicher oder einen anschließbaren Datenspeicher aufweisen kann. Die mit dem/den Sensor(en) erfassten Messdaten können bei der Auswertung in Kennwerte umwandelt werden. Die Datenübertragung kann sowohl mittels Draht- oder Funkübertragung erfolgen.
Mit der Erfindung ist es möglich, Verformungen bzw. Dehnungen der
Schnittstellengeometrie zu detektieren, die bspw. aus Durchbiegungen oder Torsion einer oder mehrerer Maschinenkomponente(n) infolge einer
Prozesslast resultieren. Mit dem Einsatz mehrerer an der Maschinenkomponente lokal definiert fixierter Messsanordnungen in definierten Positionen ist es möglich,
Verformungsfelder zu detektieren, wodurch mittels erweiterter Auswertung die Verformungen an den einzelnen zur Erfassung genutzten Positionen berücksichtigt werden und auf die momentane Belastung der
Maschinenkomponente oder auch mehrerer Maschinenkomponenten bzw. auch der ganzen Bearbeitungsmaschine geschlossen werden kann. Durch das ausgewertete Verformungsverhalten können auch Eigenschaften der Maschine, des Prozesses, des Werkzeuges, der Anlage oder einzelner Komponenten identifiziert und für eine Kompensation durch eine Regelung geeigneter Betriebsparameter der jeweiligen Bearbeitungsmaschine erreicht werden.
Hervorzuheben ist es, dass keine Beeinträchtigung der Bearbeitungsmaschine bzw. der Nutzbarkeit der Bearbeitungsmaschine oder Anlage auftritt und somit auch während des realen Prozesses Messdaten erfasst werden können, wodurch sich Rückschlüsse auf Eigenschaften des entsprechenden
Produktionsprozesses ziehen lassen.
Durch die einfache Integration der Messstellen an den jeweiligen Schnitt stellengeometrien ist es möglich, mit wenig Aufwand eine Vielzahl an Mess positionen zu integrieren und zu berücksichtigen (Vorteil: einfache Integrati on). Durch die Ausführungsform der Messsysteme können diese auch bei der vorgesehenen Nutzung der Schnittstellen mit den dort entsprechend ange ordneten Messanordnungen (bspw. montiertem Umformwerkzeug bei Appli kation in einer Umformmaschine) in der Schnittstellengeometrie an der jewei ligen Messposition verbleiben (Vorteil: Messungen mit maschineninhärentem System ohne zusätzlichen Rüstaufwand) und mittels der beschriebenen Aus wertungsmethode kann die Realbelastung auf Basis resultierender Dehnun gen bzw. Verformungen detektiert bzw. bestimmt werden (Vorteil: Messung von Realbelastungen).
Das System ist auch für Referenzmessungen nutzbar, deren Ergebnisse bei einem Verbleib der Messanordnungen bei Realbelastungen mit den Messer gebnissen bei Realbelastungen vergleichend ausgewertet werden können, ohne die Messanordnungen mit den jeweiligen Sensoren an den jeweiligen Messpositionen selbst neu kalibrieren zu müssen (Vorteil: vergleichende Mes sungen möglich).
Durch ein in dem System integriertes System zur Datenverarbeitung mit der elektronischen Auswerteeinheit kann ein zusätzlicher Aufwand zur Datener fassung zur Datenaufnahme und Verarbeitung entfallen. Vielmehr ist eine direkte Visualisierung möglich (Vorteil: reduzierter Aufwand bei der Daten verarbeitung). Mittels Vernetzung der Messanordnungen untereinander ist weiterführend eine individuelle Korrelation der Daten möglich. Hierdurch können Verformungsfelder ermittelt werden, was bisher nur mit enormem Installations- und Auswerteaufwand möglich ist. Dieses Verfahren zur Auswer tung der Messwerte führt weiter zu einer Steigerung der Transparenz von Prozessen und Kraftreaktionen auch durch die nun mögliche kontinuierliche Datenerfassung bei unterschiedlichen Realprozessen und Analysevorgängen.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur la ein Beispiel einer bei einem erfindungsgemäßen System einsetzbaren Messanordnung;
Figur lb ein weiteres Beispiel einer bei einem erfindungsgemäßen System einsetzbaren Messanordnung und
Figur 2 eine mögliche Anordnung mehrerer Messanordnungen in
Nuten an einer Bearbeitungsmaschine.
Die Anordnung von Sensoren 4 und 6 an einer Fixier- und Halteeinheit, ist schematisch für ein Beispiel der Erfindung in Figur la am Beispiel der
Installation in einer T-Nut 9 dargestellt. Das Fixier- und Halteelement ist dabei kraftschlüssig in der T-Nut 9 befestigt, wobei weder die Fixier- und
Halteeinheit noch der mindestens eine daran befestigte Sensor 4 über die Oberkante der T-Nut 9 herausragt, so dass keine Beeinträchtigung des jeweiligen Bearbeitungsprozesses erfolgen kann. Durch die wirkenden Haftreibkräfte zwischen den sich unmittelbar berührenden Flächen von Fixier- und Halteelement sowie der Innenwand der T-Nut 9 kann ein sicherer Halt innerhalb der T-Nut 9 erreicht und die Befestigung mittels der so erreichbaren Vorspannung gesichert werden. Die kraftschlüssige Befestigung kann, wie in Figur la gezeigt, passiv mittels eines Keilsystems 2, das mit zwei in die T-Nut 9 eingesetzten Keilelementen und einer Schraube 3 gebildet ist, erreicht werden. Beim Drehen der Schraube 3 gleiten zwei abgeschrägte Flächen der zwei Keilelemente des Keilsystems 2 aneinander entlang. Je nach
Drehrichtung der Schraube 3 und der daraus resultierenden
Bewegungsrichtung der Keilelemente wirken Druckkräfte zwischen der Innenwand der T-Nut und den dieser Innenwand zugewandten Oberflächen eines der beiden Keilelemente des Keilsystems 2, wenn sich das innere Keilelement in dem auch eine Bohrung für die Schraube 3 ausgebildet ist, in die T-Nut 9 durch entsprechende Drehung hinein bewegt. Bei diesem Beispiel ist ein Gewinde in einem Druckstück 5 ausgebildet, das sich im sich
aufweitenden Bereich der T-Nut 9 abstützt. Das Druckstück 5 ist dazu so dimensioniert, dass es in mindestens eine Richtung eine größere Ausdehnung als der Steg der T-Nut 9 aufweist, in dem die keilförmigen Elemente angeordnet sind, wenn die Messanornung fixiert worden ist. Das Druckstück 5 kann also einen rechteckigen oder ovalen Querschnitt aufweisen, so dass es auch von oben in die T-Nut 9 einsetzbar ist. Nach einer Drehung um bevorzugt bis zu ca. 90 ° kann es ein Widerlager für das Keilsystem 2 mit der Schraube 3 bilden.
Auf eine solche Gestaltung und Dimensionierung eines Druckstücks 5 kann man verzichten, wenn man das Fixier- und Halteelement mit dem Druckstück 5 zumindest von einer Seite in eine T-Nut 9 einführen kann.
Die kraftschlüssige Verbindung ist dabei zwischen den sich unmittelbar berührenden Oberflächen eines der Keilelemente und der Innenwand der T- Nut 9 sowie den Flächenbereichen des Druckstücks 5 und der
Hinterschneidung innerhalb der T-Nut 9 erreichbar.
Die Sensoren 4 und 6 sollten so angeordnet sein, dass sie nicht in einem Bereich angeordnet sind, in dem eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt worden ist. Sensoren 4 und/oder 6 kann man am Druckstück 5 oder an einem
keilförmigen Element des Keilsystems 2 anordnen, bevorzugt daran befestigen. Mit den Sensoren 4, 6 kann man insbesondere Kräfte, Drücke und/oder Dehnungen erfassen.
Möchte man die Position verändern oder einen Austausch einer
Messanordnung vornehmen, kann man die Schraube S in die
entgegengesetzte Richtung drehen. Dadurch wird die Kraftwirkung des Keilsystems 2 gegen die Innenwand des Steges der T-Nut 9 und die
Kraftwirkung des Druckstücks 5 gegen die Oberfläche der Hinterschneidung soweit reduziert, bis die Haftreibung ebenfalls soweit reduziert ist, dass man die Messanordnung 7 innerhalb der T-Nut 9 bewegen oder sie sogar herausnehmen kann.
Figur lb zeigt ein Beispiel, bei dem auf ein Keilsystem 2 verzichtet werden kann. Bei diesem Beispiel wird ein Druckstück 5 mittels einer Schraube 3 gegen die Oberfläche von Hinterschneidungen innerhalb einer T-Nut 9 gedrückt, wenn die Schraube 3 so gedreht wird, dass sich eine Stirnfläche der Schraube 3 am Boden der T-Nut 9 abstützt. Der Boden bildet so ein
Widerlager. Die kraftschlüssige Verbindung kann teilweise analog zum Beispiel gemäß Figur la zwischen den sich berührenden Oberflächen des Druckstücks 5 und der Hinterschneidungen innerhalb der T-Nut 9 erreicht werden.
Die mit dem/den Sensor(en) 4 und/oder 6 erfassten Messdaten können entweder bereits vor Ort oder nach einer Datenübertragung einer
elektronischen Auswerteeinheit (nicht gezeigt) zugeführt werden, die auch einen integrierten Datenspeicher oder einen anschließbaren Datenspeicher aufweisen kann. Die mit dem/den Sensor(en) 4 und/oder 6 erfassten
Messdaten können bei der Auswertung in Kennwerte umwandelt werden. Die Datenübertragung kann sowohl mittels Draht- oder Funkübertragung erfolgen.
Mit dieser Anordnung ist es möglich, Verformungen bzw. Dehnungen der Schnittstellengeometrie zu detektieren, die bspw. aus Durchbiegungen oder einer Torsion einer oder mehrerer Maschinenkomponente(n) infolge einer Prozesslast resultieren. In Figur 2 ist eine mögliche Anordnung einzelner Messanordnungen 7 an einer Schnittstellengeometrie einer Maschinenkomponente 8 dargestellt. Dabei ist eine Mehrzahl von T-Nuten 9 an der Maschinenkomponente 8 vorhanden.
Mit dem Einsatz mehrerer an der Maschinenkomponente 8 lokal definiert fixierter Messanordnungen 7 in definierten Positionen ist es möglich,
Verformungsfelder zu detektieren, wodurch mittels erweiterter Auswertung die Verformungen an den einzelnen zur Erfassung genutzten Positionen berücksichtigt werden und auf die momentane Belastung der
Maschinenkomponente 8 oder auch mehrerer Maschinenkomponenten bzw. auch der ganzen Bearbeitungsmaschine geschlossen werden kann. Durch das ausgewertete Verformungsverhalten können auch Eigenschaften der
Maschine, des Prozesses, des Werkzeuges, der Anlage oder einzelner
Komponenten identifiziert und für eine Kompensation durch eine Regelung geeigneter Betriebsparameter der jeweiligen Bearbeitungsmaschine erreicht werden.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Erfassung von Verformungen an Bearbeitungsmaschinen, insbesondere Umformmaschinen, Anlagen oder Komponenten davon, bei dem mindestens eine Messanordnung (7), bestehend aus einem Fi xier- und Halteelement und mindestens einem Sensor (4, 6), der zur Er fassung von Drücken, Kräften oder Dehnungen ausgebildet ist, wobei der mindestens eine Sensor (4, 6) an dem Fixier- und Halteelement be festigt ist und das Fixier- und Halteelement so ausgebildet ist, dass es in einem von außen zugänglichen Hohlraum, der Bearbeitungsmaschine, Anlage oder Komponente kraftschlüssig und so befestigbar ist, dass es nicht über die Oberkante des jeweiligen Hohlraums herausragt und die mit dem mindestens einen Sensor (4, 6) erfassten Messdaten an eine elektronische Auswerteeinheit übertragbar sind und die elektronische Auswerteauswerteeinheit zur Einleitung von Kom pensationen, die infolge von Verformungen, die während der Bearbei tung aufgetreten und mit dem mindestens einen Sensor (4, 6) erfasst worden sind, ausgebildet ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindes tens eine Fixier- und Halteelement lösbar befestigbar ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fixier- und Halteelement mit mindestens zwei Keilelementen, die ein Keilsystem (2) bilden, gebildet ist, und die Keilelemente relativ zuei nander entlang ihrer abgeschrägten und aufeinander zu weisend an geordneten Oberflächen relativ zueinander bewegbar sind, um eine Druckkraftwirkung auf mindestens zwei gegenüberliegend angeordne- te Innenwände des jeweiligen Hohlraums zur Ausbildung der kraft schlüssigen Verbindung auszuüben.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die Relativbewegung der Keilelemente des Keilsystems (2) mittels einer Schraube (3) erreichbar ist, die sich an einem der Keil elemente abstützt und das andere Keilelement translatorisch bewegt.
5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass sich ein Keilelement des Keilsystems (2) an einem Druckstück (5) abstützt, das sich an einer Hinterschneidung im jeweili gen Hohlraum abstützt und in dem ein Innengewinde ausgebildet ist, in das ein Außengewinde der Schraube (3) drehbar eingreift.
6. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixier- und Halteelement mit einem in eine Nut (9) einsetzbarem und sich an Hinterschneidungen in der jeweiligen Nut (9) mittels einer Schraube (3), die sich an einer Fläche innerhalb der Nut abstützt, ab stützenden Druckstück (5) gebildet ist, mit dem eine kraftschlüssige Verbindung innerhalb der Nut zwischen Oberflächen des Druckstücks (5) und Oberflächen der Hinterschneidungen herstellbar ist.
7. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fixier- und Halteelement mit mindestens einem Exzenter gebildet ist, der um eine Rotationsachse zur Herstellung einer kraftschlüssigen Verbindung drehbar ist.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das Druckstück (5) eine in eine Achsrichtung lang ge streckte, insbesondere eine rechteckige oder ovale Außenkontur auf weist.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Hohlraum als eine Nut (9), insbesondere eine T-Nut, Schwalbenschwanznut, Bohrung eine Bohrung oder eine Durchführung ausgebildet ist.
10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass mehrere Messanordnungen (7) lokal definiert für eine ortsaufgelöste Erfassung von Verformungen an der jeweiligen Bearbei tungsmaschine, Anlage oder Komponente befestigbar und mit der elektronischen Auswerteeinheit verbunden sind.
11. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass die elektronische Auswerteeinheit zur Auswertung und Kompensation von mit an mehreren an verschiedenen Positionen an geordneten Messanordnungen (7) erfassten Verformungen in Form ei nes Verformungsfeldes ausgebildet ist.
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