DE10231430A1 - Automatic forming of sheet materials uses a programmed robot held hammer that repeatedly deforms the sheet into an impression in a die block - Google Patents

Abstract

The metal forming machine has a sheet of plastic deformable material (1) that is placed over a die block in which a negative form of the required component shape is machined. The material is deformed by a robot held hammer that repeatedly strikes the surface in a programmed pattern. Proximity sensors (8) and a surface laser scanner provide input to a controller.

Description

Technisches AnwendungsgebietTechnical application area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Umformung von Werkstücken, bei dem das Werkstück zur Umformung einer hämmernden Bearbeitung mit einem formungebundenen Bearbeitungswerkzeug unterzogen wird.The present invention relates to a process for the automated forming of workpieces, at which the workpiece for reshaping a hammering Machined with a shape-independent processing tool becomes.

Ein bevorzugtes technisches Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die Herstellung von Prototypen bzw. Fertigprodukten aus plastisch verformbaren Werkstoffen, die sowohl als dünnwandige Werkstücke als auch als massive Werkstückblöcke vorliegen können. Beispielhafte Einsatzbereiche liegen auf den Gebieten der Verfahrenstechnik, z. B. zur Herstellung von Behältern, Kanälen, Rohren oder Schornsteinen, der Schwimmbadtechnik, z. B. zur Herstellung von Beckenböden und -wänden, Rutschen oder Duschen, der Luft- und Raumfahrttechnik, z. B. zur Herstellung von Tragflächen oder Tanks, des Karosseriebaus, z. B. zur Herstellung von Scheinwerferreflektoren, Karosserieteilen für Kleinserien oder Reparaturteilen, des Klempnerhandwerks, z. B. zur Herstellung von Dächern, Giebeln, Fassaden, Dachrinnen oder Turmspitzen, des Küchengewerbes, z. B. zur Herstellung von Abzugshauben oder Spülbecken, der Lebensmittelindustrie, z. B. zur Herstellung von Dosen oder Töpfen, oder auch des Kunstgewerbes, z. B. zur Herstellung von Design-Produkten oder Kunstgegenständen.A preferred technical application The process involves the production of prototypes or finished products made of plastically deformable materials that are both thin-walled workpieces as well as massive workpiece blocks. exemplary Areas of application are in the fields of process engineering, e.g. B. for the production of containers, channels, Pipes or chimneys, swimming pool technology, e.g. B. for production of pelvic floors and walls, Slides or showers, aerospace engineering, e.g. B. for Manufacture of wings or tanks, the body shop, z. B. for the manufacture of headlight reflectors, Body parts for Small series or repair parts, plumbing, z. B. for Manufacture of roofs, Gables, facades, gutters or spiers, of the kitchen trade, z. B. for the production of hoods or sinks, the food industry, z. B. for the production of cans or pots, or also of the arts and crafts, z. B. for the production of design products or works of art.

Stand der TechnikState of the art

Grundsätzlich können Fertigungsprozesse in subtraktive, additive und formative Prozesse eingeteilt werden. Subtraktive Prozesse heben Material vom Werkstück ab und umfassen alle spanenden Fertigungsverfahren. Additive Prozesse fügen dem Werkstück Material hinzu und formative Prozesse prägen oder verformen das Werkstück, beispielsweise durch Aufdrücken von Modellen oder Formen.Basically, manufacturing processes can be divided into subtractive, additive and formative processes can be classified. Subtractive processes lift material from the workpiece and include all machining manufacturing processes. Additive processes add material to the workpiece and shape formative processes or deform the workpiece, for example by pressing of models or shapes.

Bei dem vorliegenden Verfahren handelt es sich um ein formatives Umformverfahren, so dass im Folgenden auf die bekannten formativen Umformverfahren auf einem Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung, der Umformtechnik von dünnwandigen Werkstücken wie Blech, näher eingegangen wird.Act in the present proceedings it is a formative forming process, so below to the known formative forming processes in a main area of application of the present invention, the forming technology of thin-walled workpieces like tin, closer is received.

Für die Umformung komplexer Blechformteile sind eine Vielzahl von Umformverfahren bekannt. Die DIN 8582 unterscheidet diese Umformverfahren anhand des Kriteriums der überwiegend während des Umformprozesses anliegenden mechanischen Spannungen. Es werden Druckumformen, Zugdruckumformen, Zugumformen, Biegeumformen und Schubumformen unterschieden. Aufgrund der hohen während des Umformprozesses auftretenden Kräfte werden für die Umformung Werkzeugmaschinen eingesetzt, die häufig hohe Investitionen erfordern. Bekannte Werkzeugmaschinen zum Umformen sind Pressen, Hämmer, Walzmaschinen, Biegemaschinen, Ziehmaschinen oder Maschinen zum Umformen mit Wirkmedien. Durch einen seit längerer Zeit anhaltenden Trend zu immer komplexeren Bauteilgeometrien in der Blechteilefertigung bei gleichzeitig deutlich abnehmenden Losgrößen sind den Einsatzmöglich keiten der konventionellen Blechumformverfahren immer häufiger klare Grenzen gesetzt, da der Anteil der Werkzeugkosten an den Gesamtkosten überproportional steigt. Gerade Werkzeugmaschinen mit formgebundenen Werkzeugen, d.h, mit Werkzeugen, mit denen nur eine feste vorgegebene Geometrie eines Werkstückes erzeugt werden kann, weisen in diesem Zusammenhang deutliche Nachteile auf.For the forming of complex sheet metal parts is a multitude of forming processes known. DIN 8582 differentiates these forming processes based on the criterion of predominantly during the Forming process applied mechanical stresses. There are pressure forming, A distinction is made between tensile pressure forming, tensile forming, bending forming and shear forming. Because of the high during Forces of the forming process are used for the forming Machine tools used, which often require high investments. Known machine tools for forming are presses, hammers, rolling machines, Bending machines, drawing machines or machines for forming with active media. By one for a long time Time-consuming trend towards increasingly complex component geometries in sheet metal parts production with significantly decreasing batch sizes the possible uses the conventional sheet metal forming process is increasingly setting clear limits, since the share of tool costs in the total costs is disproportionate increases. Especially machine tools with shape-related tools, that is, with tools with which only a fixed predetermined geometry of a workpiece can have significant disadvantages in this context on.

In den letzten Jahren wurden daher zunehmend flexible Blechumformverfahren entwickelt und hinsichtlich ihrer Einsatzpotentiale zur wirtschaftlichen Formgebung komplexer Bauteile untersucht. Die Flexibilität eines Blechumformverfahrens ist dabei um so größer, je geringer die Werkzeugbindung an die Endform der Produkte bzw. je unvollständiger der Formzwang während der Umformung ist. Bekannte flexible Blechumformungsverfahren sind das Tiefziehen, das Drückwalzen, das Streckziehen, das Walzprofilieren, das Kugelstrahlumformen, das Schockwellenumformen sowie das Laserstrahlumformen. Während das durch werkzeugseitige Maßnahmen flexibler gestaltete Tiefziehen bzw. Druckwalzen sich noch immer durch eine rein formgebundene Gestalterzeugung auszeichnet, ist bei einigen Streckziehverfahren bereits eine überwiegend kinematische Gestalterzeugung möglich. Eine Beseitigung der Werkzeugbindung wird durch das Kugelstrahl-, das Schockwellen- und das Laserstrahlumformen erzielt. Das Laserstrahlumformen, welches sich aus dem Flammrichten weiterentwickelt hat, arbeitet mit thermischen Spannungen. Beim Kugelstrahl- und Schockwellenumformen handelt es sich um eine flexible Formgebung durch Impulsübertragung.In recent years, therefore increasingly flexible sheet metal forming processes developed and regarding their application potentials for economic shaping more complex Components examined. The flexibility of a sheet metal forming process is the bigger, ever the tool binding to the final shape of the products or less incomplete the Form constraint during the forming is. Known flexible sheet metal forming processes are deep drawing, pressure rolling, stretch drawing, roll forming, shot peening, shock wave shaping and laser beam shaping. During that through tool-side measures more flexible deep drawing or pressure rollers are still available characterized by a purely form-bound creation with some stretch-drawing processes a predominantly kinematic design generation possible. The shot peening is eliminated by the shot peening Shock wave and laser beam forming achieved. Laser beam forming, which has evolved from flame straightening works with thermal stresses. For shot peening and shock wave forming it is a flexible design through impulse transmission.

So ist beispielsweise aus einer Broschüre des Kugelstrahlzentrums Aachen ein Verfahren zum Kugelstrahlumformen von Blechen bekannt, bei dem eine große Zahl von Stahlkugeln mit Durchmessern von 2 bis 10 mm strahlförmig auf das Werkstück geschossen und das Werkstück durch die Impulsübertragung umgeformt wird. Durch eine Variation der Strahlintensität sowie die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Bearbeitungswerkzeug lassen sich mit diesem Verfahren nahezu beliebige Werkstückgeometrien erzeugen.For example, from a brochure of the shot peening center Aachen known a process for shot peening sheet metal, where a big one Number of steel balls with diameters from 2 to 10 mm in a jet the workpiece shot and the workpiece through impulse transmission is reshaped. By varying the beam intensity as well the relative movement between the workpiece and the machining tool With this method, almost any workpiece geometry can be created produce.

Aus der DE 4004020 C2 ist ein Werkzeug zum schlagenden Bearbeiten und Montieren von Fügeteilen bekannt, bei dem ein erstes von zwei Fügeteilen, das eine Bohrung aufweist, in einer Halterung befestigt und ein zweites als Bolzen ausgebildetes Fügeteil mit einer Handhabungseinrichtung über der Bohrung des ersten Fügeteils positioniert wird. Der Bolzen wird dann unter Einsatz eines Industrieroboters mit einer Schlageinheit in die Bohrung des ersten Fügeteiles geschlagen. Auf ein Verfahren zur flexiblen Formgebung von Werkstücken wird in dieser Druckschrift allerdings kein Hinweis gegeben.From the DE 4004020 C2 a tool for striking machining and assembling of joining parts is known, in which a first of two joining parts, which has a bore, is fastened in a holder and a second joining part designed as a bolt with a handling device above the Bore of the first joining part is positioned. The bolt is then struck into the bore of the first joining part using an industrial robot with a striking unit. In this publication, however, no reference is made to a method for the flexible shaping of workpieces.

Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein weiteres Verfahren zur automatisierten Umformung von Werkstücken anzugeben, mit dem sich Werkstücke nahezu beliebig umformen lassen.Based on this state of the art the object of the present invention is to provide a further method for the automated forming of workpieces, with which workpieces are almost can be reshaped as required.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielen entnehmen.The task is with the procedure according to claim 1 solved. Advantageous embodiments of the method are the subject of under claims or can be derived from the following description and the exemplary embodiments remove.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur automatischen Umformung von Werkstücken wird das Werkstück zur Umformung einer hämmernden Bearbeitung mit einem formungebundenen Bearbeitungswerkzeug unterzogen, bei der das Werkstück und/oder das Bearbeitungswerkzeug mit einer angesteuerten Handhabungseinrichtung auf einer vorgegebenen Bahn geführt wird, während ein Formgebungselement des Bearbeitungswerkzeugs mit einem Hammerbär-Antrieb hämmernd gegen das Werkstück gestoßen wird. Vorzugsweise werder vor Beginn der hämmernden Bearbeitung durch eine Auswerteeinheit eine Ausgangsform des Werkstücks mit einer Sollform verglichen und auf Basis eines mathematischen Modells Steuersignale zur Ansteuerung der Handhabungseinrichtung und des Hammerbär-Antriebs für die Bearbeitung des Werkstücks generiert. Die Handhabungseinrichtung und der Hammerbär-Antrieb werden dann mit diesen Steuersignalen automatisch angesteuert.In the present process for automatic forming of workpieces, the workpiece becomes the forming one pounding Subjected to processing with a shape-independent processing tool, where the workpiece and / or the processing tool with a controlled handling device guided on a predetermined path will while a shaping element of the machining tool with a hammer bear drive hammering against the workpiece pushed becomes. It is preferable to do this before hammering starts an evaluation unit with an initial shape of the workpiece a target shape compared and based on a mathematical model Control signals for controlling the handling device and the Hammer striker Drive for the Machining the workpiece generated. The handling device and the hammerbear drive are then automatically controlled with these control signals.

Vorzugsweise wird bei der Bearbeitung mehrfach eine Istform des Werkstücks mit ein oder mehreren Sensoren erfasst, von der bzw. einer Auswerteeinheit mit der Sollform verglichen und die Handhabungseinrichtung und/oder der Hammerbär-Antrieb in Abhängigkeit von einer Abweichung der Istform von der Sollform automatisch angesteuert, um die Sollform innerhalb vorgebbarer Toleranzen zu erreichen.It is preferred to use several times during processing an actual shape of the workpiece detected with one or more sensors, by the or an evaluation unit compared with the target shape and the handling device and / or the hammer bear drive dependent on automatically controlled by a deviation of the actual shape from the target shape, in order to achieve the target shape within predefined tolerances.

Unter dem Bearbeitungswerkzeug ist in der vorliegenden Patentanmeldung das Gesamtsystem bestehend aus Hammerbär-Antrieb, Hammerbär und Formgebungselement zu verstehen, wobei das Formgebungselement auch selbst den Hammerbär bilden kann. Als Hammerbär wird in bekannter Weise die bewegte Masse eines Hammers bezeichnet. Ein formungebundenes Bearbeitungswerkzeug zeichnet sich durch die Eigenschaft aus, dass aufgrund der Form des Formgebungselementes mit diesem Werkzeug nahezu beliebige Geometrien des Werkstückes erreicht werden können, die nicht von der Form des Formgebungswerkzeuges abhängen.Is under the editing tool in the present patent application the entire system consisting of Hammer tup drive, hammer striker and to understand the shaping element, the shaping element also form the hammer bear itself can. As a hammer bear the moving mass of a hammer is known in a known manner. A shape-independent machining tool is characterized by the Property from that due to the shape of the shaping element almost any workpiece geometry can be achieved with this tool can be that do not depend on the shape of the shaping tool.

Mit dem vorliegenden Verfahren ist es möglich, mit dem formungebundenen, flexibel einsetzbaren Bearbeitungswerkzeug Ausgangsprodukte aus plastisch verformbaren Werkstoffen so umzuformen, dass Fertigprodukte mit definierter Geometrie bzw. bestimmten Freiformflächen entstehen. Bei der Bearbeitung durch das vorliegende Verfahren werden das Bearbeitungswerkzeug und das Werkstück relativ zueinander mit einer Handhabungseinrichtung bewegt. Das Fertigprodukt wird dabei ohne Zerspanungsvorgänge aus dem Ausgangsprodukt, beispielsweise einem Roherzeugnis, einem Halbzeug oder einem Zwischenprodukt, unter Verwendung von vorgegebenen Geometriedaten, der Sollform, erzeugt. Es handelt sich daher um ein sogenanntes direktes Verfahren bzw. Prototyping-Verfahren. Bei dem Verfahren kommen eine oder mehrere Handhabungseinrichtungen, wie beispielsweise Industrieroboter, zum Einsatz, mit denen entweder das Bearbeitungs- bzw. Formgebungswerkzeug oder das Werkstück bei gleichzeitiger Bearbeitung mit einem stationär oder ebenfalls ortsveränderlich wirkenden Formgebungs- bzw. Bearbeitungswerkzeug bewegt wird. Aufgrund des nur durch den kinematischen Aufbau begrenzten Arbeitsraums der Handhabungseinrichtung sind mit dem Verfahren praktisch beliebig große Produkte oder Prototypen aus plastisch verformbarem Werkstoff herstellbar. Gestaltungsmöglichkeiten der Werkstücke umfassen beispielsweise das Abkanten bis 90° oder die Erzeugung von Zylinder- oder Kugelradien.With the present procedure it possible with the shape-independent, flexible machining tool Reshaping raw materials from plastically deformable materials so that Finished products with defined geometry or certain free-form surfaces are created. When machining by the present method, the machining tool and the workpiece moved relative to each other with a handling device. The Finished product is made from the starting product without machining processes, for example a raw product, a semi-finished product or an intermediate product, using given geometry data, the target shape, generated. It is therefore a so-called direct process or Prototyping process. One or more come in the process Handling devices, such as industrial robots, for Use with which either the machining or shaping tool or the workpiece with simultaneous processing with a stationary or also portable acting molding or machining tool is moved. by virtue of of the work space, which is only limited by the kinematic structure Handling devices are practically arbitrary with the method size Products or prototypes can be made from plastically deformable material. design options of the workpieces include, for example, bending up to 90 ° or the generation of cylindrical or spherical radii.

Die Anwendungsgebiete und die dazugehörigen Produkte sind sehr vielfältig, da als Ausgangsprodukt sowohl ein dünnwandiges Werkstück wie beispielsweise Blech als auch ein Werkstückblock verwendet werden kann. Unter einem dünnwandigen Werkstück wird hierbei ein Werkstück verstanden, bei dem die Längen- bzw. Breitenausdehnung sehr viel größer ist als die Ausdehnung in der Höhe, wobei die Höhe vorzugsweise maximal 10 mm beträgt. Als Werkstoffe können alle plastisch verformbaren Werkstoffe eingesetzt werden. So eignen sich für die in der Beschreibungseinleitung genannten Einsatzgebiete beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer, Zink, Edelstahl oder Weißblech. Wird als Ausgangsprodukt ein Werkstückblock verwendet, so bietet sich als Werkstoff beispielsweise Metallschaum an.The areas of application and the associated products are very diverse, as a starting product, both a thin-walled workpiece such as Sheet metal as well as a workpiece block used can be. Under a thin-walled workpiece here a workpiece understood where the length or width extension is much larger than the extension in height, being the height is preferably at most 10 mm. As materials can all plastically deformable materials are used. So suitable for the areas of application mentioned in the introduction to the description, for example Steel, aluminum, copper, zinc, stainless steel or tinplate. If a workpiece block is used as the starting product, then offers metal foam, for example.

Gegenüber konventionellen formativen Umformungsprozessen ist beim vorliegenden Verfahren ein geringerer Investitionsbedarf erforderlich, da das Bearbeitungswerkzeug und die Handhabungseinrichtung sowie die Auswerteeinheit nicht an einzelne Sollformen des Werkstückes gebunden sind, sondern vielmehr für nahezu beliebige zu erzeugende Werkstückgeometrien einsetzbar sind. Somit lassen sich unterschiedliche Werkstückgeometrien durch einfache Änderung der Vorgaben, insbesondere der Sollform, in der Auswerteeinheit realisieren. Das Verfahren ermöglicht somit die flexible Herstellung von Prototypen und die wirtschaftliche Fertigung auch kleiner Losgrößen. Das Verfahren ermöglicht ein praktisch unbegrenztes Bearbeitungsvolumen und weist aufgrund der eingesetzten Bearbeitungstechnik ein wesentlich besseres Verhältnis von Arbeitsraum zu Bauraum der Produktionsanlage auf.Compared to conventional formative forming processes, the present method requires less investment because the processing tool and the handling device as well as the evaluation unit are not tied to individual target shapes of the workpiece, but rather can be used for almost any workpiece geometry to be produced. This means that different workpiece geometries can be worked through Implement simple changes to the specifications, especially the target shape, in the evaluation unit. The process thus enables the flexible production of prototypes and the economical production of even small batch sizes. The process enables a practically unlimited processing volume and, due to the processing technology used, has a much better ratio of work space to installation space of the production system.

Die Erfinder des vorliegenden Verfahrens haben hierbei erkannt, dass durch eine geeignete Automatisierung des aus der manuellen Fertigung bekannten Hämmerns, wie dies beispielsweise zur Herstellung von Karosserieblechen bekannt ist, ein sehr flexibles Verfahren zur automatisierten Umformung von Werkstücken realisiert werden kann, das viele der Nachteile zahlreicher bekannter automatisierter Umformverfahren beseitigt. Bei dem vorliegenden Verfahren wird vorzugsweise während der Bearbeitung mehrfach eine Istform des Werkstücks mit ein oder mehreren Sensoren erfasst und an eine Auswerteeinheit übertragen. Die Auswerteeinheit generiert in Echtzeit während des Umformprozesses aus den Daten der gewünschten Endkontur des Werkstücks, d.h. der Sollform, und den von den Sensoren übermittelten Daten über den Bearbeitungsfortschritt bzw. die Istform Steuersignale für die Ansteuerung der Handhabungseinrichtung und des Bearbeitungswerkzeuges. Durch die Online-Berechnung wird gewährleistet, dass die Sollform selbst bei unzureichender Berechnung der Steuersignale und bei auftretenden Abweichungen durch den Prozess innerhalb vorgebbarer Toleranzen erreicht wird. Als Parameter benötigt die Auswerteeinheit, auch bei der Vorausberechnung der Steuersignale aus der Ausgangsform, die Form des Formgebungselementes des Bearbeitungswerkzeuges, im Folgenden auch als Hammereinrichtung bezeichnet, und technische Daten der Handhabungseinrichtung sowie der Hammereinrichtung. Diese technischen Daten enthalten die mit diesen Einrichtungen möglichen Betriebszustände wie beispielsweise einstellbare Bereiche der Schlagfrequenz und Schlagenergie sowie mögliche Bewegungsgeschwindigkeiten der Handhabungseinrichtung.The inventors of the present method have recognized here that a suitable automation of the the manual production of known hammering, such as this is known for the production of body panels, a very flexible Process for automated forming of workpieces implemented that can overcome many of the disadvantages of many known automated systems Forming process eliminated. In the present method, it is preferred while processing multiple times an actual shape of the workpiece with one or more sensors recorded and transmitted to an evaluation unit. The evaluation unit generated in real time during the forming process from the data of the desired final contour of the workpiece, i.e. the target shape, and the data transmitted by the sensors on the Processing progress or the actual form of control signals for the control the handling device and the processing tool. By the online calculation is guaranteed that the target shape even with insufficient calculation of the control signals and in the event of deviations occurring through the process within predeterminable Tolerances is reached. The evaluation unit needs as a parameter, too in the pre-calculation of the control signals from the initial form, the shape of the shaping element of the machining tool, in Hereinafter also referred to as hammer device, and technical data the handling device and the hammer device. This technical Data contain the possible operating conditions with these devices such as for example adjustable ranges of the stroke frequency and impact energy as well as possible movement speeds the handling device.

Vorzugsweise wird die Bahn, mit der die Handhabungseinrichtung das Bearbeitungswerkzeug oder das Werkstück führt, in Abhängigkeit von einer eingegebenen Sollform von der Auswerteeinheit berechnet und zunächst vorgegeben. Das Gleiche gilt für Parameter, mit der der Hammerbär-Antrieb der Hammereinrichtung betrieben wird. Die Daten der Sollform des Werkstücks können dabei beispielsweise als Punktwolke, als explizite Funktion z = f (x,y) oder als implizite Funktion f (x,y,z) = 0 vorliegen. Mit Hilfe der von den Sensoren gelieferten Informationen über den Bearbeitungsfortschritt werden die Daten der momentanen Kontur des Werkstückes, d.h. der Istform, generiert. Der Aufwand zur Generierung der Istform aus den Sensordaten hängt dabei von der Art des Sensors bzw. der Sensoren zur Prozessüberwachung ab. Während beispielsweise vertikal angeordnete Abstandssensoren an mehreren Stellen (x_i, y_i) direkt eine Punktwolke (x_i, y_i, z_i) liefern, müssen die Abstandsdaten eines Laserscanners als Sensor zunächst von Kugelkoordinaten (r_i, φ_i, ψ_i) in kartesische Koordinaten (x_i, x_i, z_i) umgerechnet werden. Wird eine Kamera zur Prozessüberwachung eingesetzt, so kann eine Bestimmung der Istform mittels Lichtschnittverfahren, strukturiertem Licht oder Stereobildverarbeitung mit anschließenden aufwendigen Berechnungen erfolgen.The path with which the handling device guides the machining tool or the workpiece is preferably calculated by the evaluation unit as a function of an entered target shape and initially specified. The same applies to parameters with which the hammerbear drive of the hammer device is operated. The data of the target shape of the workpiece can be present, for example, as a point cloud, as an explicit function z = f (x, y) or as an implicit function f (x, y, z) = 0. With the help of the information on the machining progress provided by the sensors, the data of the current contour of the workpiece, ie the actual shape, are generated. The effort to generate the actual shape from the sensor data depends on the type of sensor or sensors for process monitoring. For example, while vertically arranged distance sensors directly deliver a point cloud (x _i , y _i , z _i ) at several points (x _i , y _i ), the distance data of a laser scanner as a sensor must first of all include spherical coordinates (r _i , φ _i , ψ _i ) are converted into Cartesian coordinates (x _i , x _i , z _i ). If a camera is used for process monitoring, the actual shape can be determined using a light section method, structured light or stereo image processing with subsequent complex calculations.

Liegen die Daten der Istform vor, so wird die vertikale Abweichung Δz_i an den Stellen (x_i, y_i) berechnet. Aufgrund dieser Daten werden dann die Bahndaten für das Bearbeitungswerkzeug und eventuell die Betriebsparameter für die Hammereinrichtung berechnet. Aus den berechneten Werten werden schließlich die Steuersignale für die Steuerung der Handhabungseinrichtung, beispielsweise eines Roboters, bzw. der Hammereinrichtung generiert. Die Berechnung der Bahndaten basiert dabei auf mathematischen Modellen der Plastomechanik, wie beispielsweise der Streifentheorie, der Scheibentheorie, dem Schrankenverfahren oder der Finite-Elemente-Methode. Diese Modelle basieren im Allgemeinen auf den elementaren Fließgesetzen von v. Mises und Tresca (vgl. z. B.: Flimm, Joseph: Spanlose Formgebung, 6. neubearb. Auflage, München, Wien: Hanser Verlag, 1990; Lange, Kurt: Umformtechnik: Handbuch für Industrie und Wissenschaft, Band 1, Grundlagen, 2. völlig neu bearb. Auflage, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer Verlag, 1984; Pawelski, Hartmut; Pawelski, Oskar: Technische Plastomechanik, Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2000). Zur vollständigen Beschreibung einer plastomechanischen Verformung müssen Parameter wie Reibung, Temperatur, Wärmeübergang, Umformgeschwindigkeit und andere berücksichtigt werden, was bei den einzelnen aufgeführten Modellen in unterschiedlicher Weise geschieht. Mathematisch wird dies durch komplexe Differentialgleichungen realisiert. Die gleichen Modelle können auch zur Vorausberechnung der Steuersignale aus dem Vergleich der Ausgangsform mit der Sollform eingesetzt werden, wobei die Ausgangsform beispielsweise ebenfalls mit den Sensoren erfasst werden kann.If the data of the actual shape are available, the vertical deviation Δz _i at the positions (x _i , y _i ) is calculated. Based on this data, the path data for the machining tool and possibly the operating parameters for the hammer device are then calculated. Finally, the control signals for controlling the handling device, for example a robot, or the hammer device are generated from the calculated values. The calculation of the path data is based on mathematical models of plastomechanics, such as strip theory, disc theory, the barrier method or the finite element method. These models are generally based on the elementary flow laws of v. Mises and Tresca (cf. e.g .: Flimm, Joseph: Spanless shaping, 6th revised edition, Munich, Vienna: Hanser Verlag, 1990; Lange, Kurt: Umformtechnik: Handbook for Industry and Science, Volume 1, basics, 2nd completely revised edition, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer Verlag, 1984; Pawelski, Hartmut; Pawelski, Oskar: Technische Plastomechanik, Düsseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2000). For a complete description of plastomechanical deformation, parameters such as friction, temperature, heat transfer, forming speed and others must be taken into account, which happens in different ways for the individual models listed. This is achieved mathematically by complex differential equations. The same models can also be used for the pre-calculation of the control signals from the comparison of the initial shape with the target shape, the initial shape also being able to be detected with the sensors, for example.

Bei der Ansteuerung der Handhabungseinrichtung bzw. der Hammereinrichtung während des Umformprozesses durch die Auswerteeinheit werden insbesondere Parameter wie die Schlagfrequenz und die Schlagenergie, die Bahn des Bearbeitungswerkzeugs sowie die Führungsgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeugs durch die Handhabungseinrichtung geändert bzw. angepasst.When controlling the handling device or the hammer device during of the forming process by the evaluation unit in particular Parameters like the stroke frequency and the stroke energy, the path of the machining tool and the guide speed of the machining tool changed or adapted by the handling device.

Selbstverständlich muss das Bearbeitungswerkzeug bzw. das Werkstück durch die Handhabungseinrichtung nicht kontinuierlich bewegt werden. Es kann auch schrittweise auf der Bahn geführt werden, um beispielsweise an bestimmten Stellen mehrere Hammerschläge hintereinander in der gleichen Position auszuführen. Da die Bahndaten und die Steuersignale für die Hammereinrichtung voneinander abhängig sind, sollten vor der Berechnung Grenzwerte bzw. Kriterien festgelegt werden, innerhalb derer sich mögliche Änderungen bewegen müssen. Beispiele für derartige Grenzwerte sind eine minimale Schlagenergie, eine minimale Gesamtanzahl an Schlägen, eine minimale Schlagfrequenz oder eine minimale Bahnstrecke zwischen einzelnen Schlägen.Of course, the processing tool or the workpiece does not have to be continuously moved by the handling device. It can also be carried out step-by-step on the track, for example, at certain points More hammer blows in succession in the same position. Since the path data and the control signals for the hammer device are interdependent, limit values or criteria should be defined before the calculation, within which possible changes must be made. Examples of such limit values are a minimum impact energy, a minimum total number of impacts, a minimum impact frequency or a minimum path between individual impacts.

Bei dem vorliegenden Verfahren kann das Werkstück sowohl frei, d. h. ohne Gegenhalter nur am Rand, eingespannt als auch an einer als Gegenhalter zum Form gebungselement des Bearbeitungswerkzeuges dienenden Matrize anliegen oder befestigt werden. Bei einem mit der Handhabungseinrichtung geführten Bearbeitungswerkzeug lässt sich sowohl eine formgebundene als auch eine formungebundene Matrize als Gegenhalter einsetzen. Bei einer formgebundenen Matrize liegt das Werkstück auf dieser Matrize auf und wird durch das Bearbeitungswerkzeug in die vorgegebene Form dieser Matrize hineingetrieben. Eine formgebundene Matrize kann beispielsweise mit Hilfe eines Prototyping-Verfahrens schnell und kostengünstig hergestellt werden.In the present process, can the workpiece both free, d. H. without counterhold only on the edge, clamped as also on a forming element of the machining tool as a counter-holder serve matrix or be attached. With one with of the handling device Editing tool lets both a shape-bound and a shape-independent die use as counterhold. With a form-bound die the workpiece on this die and is in through the machining tool the given shape of this die driven. A shape-bound For example, die can be quickly created using a prototyping process and inexpensive getting produced.

Bei Verwendung einer formungebundenen Matrize kann unterschieden werden, ob die Handhabungseinrichtung das Werkstück oder das Bearbeitungswerkzeug führt. In beiden Fällen wird das Werkstück auf der formungebundenen Matrize bearbeitet. Grundsätzlich kommen bei allen drei Konzepten als Ausgangsprodukt sowohl dünnwandige Werkstücke als auch Werkstückblöcke in Frage. Während die Umformung eines dünnwandigen Werkstücks beispielsweise zu Hohlkörpern führen kann, kann bei Verwendung eines Werkstückblocks ein beliebiger Vollkörper gestaltet werden.When using a shape-independent die can be distinguished whether the handling device the workpiece or the machining tool leads. In both cases becomes the workpiece machined on the non-forming die. Basically come with all three concepts as a starting product, both thin-walled Workpieces as workpiece blocks also in question. While the forming of a thin-walled workpiece for example to hollow bodies to lead can, any solid body can be designed using a workpiece block become.

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren nochmals erläutert. Hierbei zeigen:The present method is described below of embodiments explained again in connection with the figures. Here show:

1 eine Prinzipdarstellung des vorliegenden Verfahrens zur automatisierten Umformung von Werkstücken; 1 a schematic diagram of the present method for automated forming of workpieces;

2 ein erstes Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 2 a first example of the implementation of the present method;

3 ein zweites Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 3 a second example of the implementation of the present method;

4 ein drittes Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 4 a third example of the implementation of the present method;

5 ein viertes Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 5 a fourth example of the implementation of the present method;

6 Ausführungsbeispiele eines Bearbeitungswerkzeugs; 6 Embodiments of a machining tool;

7 schematische Darstellung eines pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Bearbeitungswerkzeugs; 7 schematic representation of a pneumatically or hydraulically driven processing tool;

8 ein Beispiel für ein Gesamtsystem zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 8th an example of an overall system for performing the present method;

9 eine Veranschaulichung der Ein- und Ausgangssignale der Auswerteeinheit; und 9 an illustration of the input and output signals of the evaluation unit; and

10 ein fünftes Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens. 10 a fifth example of the implementation of the present method.

Wege zur Ausführung der ErfindungWays to Execute the invention

1 zeigt eine Prinzipdarstellung des vorliegenden Verfahrens zur automatisierten Umformung eines Werkstückes 1. Das Werkstück 1 wird als Ausgangsprodukt aus einem plastisch verformbaren Werkstoff bereitgestellt und in diesem Beispiel von einer Handhabungseinrichtung 2 aufgenommen. Die Bearbeitung des Werkstückes 1 erfolgt mit einem Bearbeitungswerkzeug 3, das im vorliegenden Beispiel in Form einer Hammermaschine dargestellt ist. Die Hammermaschine umfasst einen Hammerbär-Antrieb 4 als Antriebsmodul, ein Formgebungselement 5, das gleichzeitig den Hammerbär repräsentiert, einen Gegenhalter 6 sowie ein Zusatzenergie-Modul 7, mit dem das Werkstück 1 beispielsweise zusätzlich erwärmt werden kann, um den Umformprozess zu erleichtern. Das von der Handhabungseinrichtung 2 aufgenommene Werkstück 1 wird von dieser auf einer vorgegebenen Bahn unter dem Formgebungselement 5 bewegt, während dieses hämmernd gegen das Werkstück 2 gestoßen wird. Während dieser Bearbeitung wird der Bearbeitungsfortschritt sensorisch im vorliegenden Beispiel mit einer Kamera 8 überwacht. Die Überwachungsdaten werden einer nicht dargestellten Auswerteeinheit zugeführt, die die Handhabungseinrichtung 2 sowie das Bearbeitungswerkzeug 3 in Abhängigkeit von einer Abweichung der sensorisch erfassten Istform von der gewünschten Sollform ansteuert. Nach Erreichen der Sollform innerhalb der vorgegebenen Toleranzen wird das Werkstück 1 als Fertigprodukt 9 abtransportiert. 1 shows a schematic diagram of the present method for automated forming of a workpiece 1 , The workpiece 1 is provided as a starting product from a plastically deformable material and in this example by a handling device 2 added. Machining the workpiece 1 done with a machining tool 3 , which is shown in the present example in the form of a hammer machine. The hammer machine includes a hammer bear drive 4 as a drive module, a shaping element 5 , which also represents the hammer bear, a counterhold 6 as well as an additional energy module 7 with which the workpiece 1 For example, can be additionally heated to facilitate the forming process. That from the handling device 2 picked up workpiece 1 of this on a predetermined path under the shaping element 5 moves while hammering against the workpiece 2 is encountered. During this processing, the processing progress is sensed in the present example with a camera 8th supervised. The monitoring data are fed to an evaluation unit, not shown, which is the handling device 2 as well as the editing tool 3 controlled as a function of a deviation of the sensor-detected actual shape from the desired target shape. After reaching the target shape within the specified tolerances, the workpiece is 1 as a finished product 9 removed.

Selbstverständlich ist diese Prinzipdarstellung der 1 nur beispielhaft zu verstehen, so dass beispielsweise anstelle des Werkstücks 1 auch das Bearbeitungswerkzeug 3 mit der Handhabungseinrichtung 2 geführt und das Werkstück 1 stationär gehaltert werden kann. Auch der Einsatz des Gegenhalters 6 ist nicht in jedem Falle erforderlich.Of course, this basic illustration is the 1 to understand only as an example, so that for example instead of the workpiece 1 also the editing tool 3 with the handling device 2 guided and the workpiece 1 can be held stationary. Also the use of the counter holder 6 is not always necessary.

2 zeigt ein erstes Beispiel für eine Durchführung des vorliegenden Verfahrens, bei der das Bearbeitungswerkzeug 3 mit einer Handhabungseinrichtung 2 geführt wird. Das Werkstück 1, das im vorliegenden Beispiel als dünnwandiges Blech ausgeführt ist, wird mit einem Niederhalter 10 gegen einen Tisch mit einer formgebenden Matrize 11 gedrückt. Das Werkstück 1 wird bei der Bearbeitung mit dem Bearbeitungswerkzeug 3 hämmernd in die Matrizenöffnung der formgebenden Matrize 11 umgeformt, wobei gleichzeitig das Bearbeitungswerkzeug 3 durch die Handhabungseinrichtung 2 auf einer vorgegebenen Bahn geführt wird. Nach Erreichen der Sollform wird das Werkstück 1 von dem Tisch genommen und als Fertigprodukt 9 abtransportiert. Im unteren Teil der Figur ist beispielhaft eine formgebundene Matrize 11 in Querschnittsansicht zu erkennen, wie sie bei dieser Ausgestaltung des Verfahrens eingesetzt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, anstelle der dargestellten konkaven Matrize 11 eine konvexe Matrize zu verwenden, um die das Werkstück 1 dann herumgehämmert wird. 2 shows a first example of an implementation of the present method, in which the machining tool 3 with a handling device 2 to be led. The workpiece 1 , which is designed as a thin-walled sheet in the present example, is with a hold-down 10 against a table with a shaping die 11 pressed. The workpiece 1 when processing with the processing tool 3 hammering into the die opening of the shaping die 11 reshaped, while the machining tool 3 through the handling device 2 is guided on a predetermined path. After reaching the target shape, the workpiece 1 of the Taken at the table and as a finished product 9 removed. In the lower part of the figure there is an example of a shape-bound die 11 in cross-sectional view to see how it can be used in this embodiment of the method. Of course, it is also possible, instead of the concave matrix shown 11 to use a convex die around which the workpiece 1 then hammering around.

3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 2 entspricht. Bei diesem Beispiel wird im Gegensatz zur 2 jedoch eine formungebundene Matrize 12 eingesetzt, wie sie beispielsweise im unteren Teil der Figur beispielhaft im Querschnitt dargestellt ist. Da das Werkstück 1 bei dieser Variante nicht in die Matrize 12 eingehämmert wird, muss gewährleistet werden, dass sich bei Verwendung eines dünnwandigen Werkstücks dieses von der Fläche der Matrize 12 abheben kann, wie dies im mittleren Bereich der Figur zu erkennen ist. Das dünnwandige Werkstück 1 wird deshalb bei dieser Ausführungsform nur einseitig eingespannt. 3 shows a second embodiment of the present method, which is essentially the embodiment of 2 equivalent. In this example, in contrast to 2 however, a shape-independent die 12 used, as shown for example in cross section in the lower part of the figure. Because the workpiece 1 not in the die in this variant 12 is hammered in, it must be ensured that if a thin-walled workpiece is used, it will move away from the surface of the die 12 can take off, as can be seen in the middle area of the figure. The thin-walled workpiece 1 is therefore only clamped on one side in this embodiment.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Vorgehensweise der 3 mit einem Werkstückblock als Werkstück 1 durchgeführt wird. Dieser Werkstückblock, der beispielsweise aus Metallschaum bestehen kann, wird durch die Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges 3 solange umgeformt, bis die gewünschte dreidimensionale Geometrie des Fertigproduktes 9 entsteht. Das Werkstück 1 muss hierbei selbstverständlich ebenfalls geeignet auf dem Tisch mit der formungebundenen Matrize 12 befestigt werden. 4 shows an embodiment in which the procedure of 3 with a workpiece block as a workpiece 1 is carried out. This workpiece block, which can consist of metal foam, for example, is caused by the movement of the machining tool 3 formed until the desired three-dimensional geometry of the finished product 9 arises. The workpiece 1 must of course also be suitable on the table with the shape-independent die 12 be attached.

5 zeigt ein weiteres Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens, bei dem eine formungebundene Matrize 12 eingesetzt wird. Bei diesem Beispiel führt die Handhabungseinrichtung 2 nicht das Bearbeitungswerkzeug 3, sondern das Werkstück 1. Dies ermöglicht den Einsatz einer stationären Hammermaschine, die in dieser Figur lediglich durch einen Hammer angedeutet ist. Mit einer stationären Hammermaschine können wesentlich höhere Umformkräfte aufgebracht werden als mit einer Roboter-geführten Hammereinrichtung. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist darin zu sehen, dass die Handhabungseinrichtung 2 sowohl zum Bearbeiten, zum Vermessen als auch zum Holen und Weglegen des Werkstückes 1 eingesetzt werden kann, wodurch auf einen Werkzeugwechsel oder auf ein zweites Handhabungsgerät verzichtet werden kann. Wie bei der Vorgehensweise der 2 bietet sich für diese Ausgestaltung der Einsatz eines dünnwandigen Werkstücks 1 an. Dieses Werkstück 1 wird unter dem stationären Bearbeitungswerkzeug 3 geeignet geführt, um die gewünschte Sollform des Fertigproduktes 9 zu erreichen. 5 shows a further example of the implementation of the present method, in which a shape-independent die 12 is used. In this example, the handling device leads 2 not the editing tool 3 but the workpiece 1 , This enables the use of a stationary hammer machine, which is only indicated by a hammer in this figure. Much higher forming forces can be applied with a stationary hammer machine than with a robot-guided hammer device. Another advantage of this embodiment of the method is that the handling device 2 both for processing, for measuring and for picking up and putting away the workpiece 1 can be used, whereby a tool change or a second handling device can be dispensed with. As with the procedure of the 2 The use of a thin-walled workpiece is suitable for this configuration 1 on. This workpiece 1 is under the stationary machining tool 3 appropriately guided to the desired target shape of the finished product 9 to reach.

Das Bearbeitungswerkzeug kann beim vorliegenden Verfahren unabhängig von den vorangehenden Ausführungsformen in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. 6 zeigt hierzu zwei Ausführungsvarianten eines derartigen Bearbeitungswerkzeugs. Im linken Teil der Figur ist ein Bearbeitungswerkzeug zu erkennen, bei dem ein Hammerbär 13, der durch eine Kurvenscheibe 14 angehoben und wieder fallengelassen wird, auf ein als Meißel ausgebildetes Formgebungselement 5 trifft, das über eine Feder 15 nach jedem Schlag in die Ausgangsposition zurückgebracht wird. Das Formgebungselement 5 liegt hierbei auf dem auf einem Gegenhalter 6 aufliegenden Werkstück 1 auf und verformt dieses durch die eingebrachten Schlagimpulse.In the present method, the machining tool can be designed in different ways, regardless of the preceding embodiments. 6 shows two variants of such a machining tool. In the left part of the figure, a processing tool can be seen, in which a hammer bear 13 by a cam 14 is lifted and dropped again onto a shaping element designed as a chisel 5 hitting that over a spring 15 is returned to the starting position after each stroke. The shaping element 5 lies on a counterholder 6 resting workpiece 1 and deforms it by the impact impulses introduced.

Der rechte Teil der Figur zeigt eine Ausgestaltung, bei der das Formgebungselement 5 durch den Hammerbär 13 selbst realisiert wird, der eine geeignete Spitze aufweist und direkt auf das plastisch verformbare Werkstück 1 auftrifft.The right part of the figure shows an embodiment in which the shaping element 5 through the hammer bear 13 is realized, which has a suitable tip and directly on the plastically deformable workpiece 1 incident.

Das Schlagprinzip des Bearbeitungswerkzeugs beruht auf der Schwerkraft, die auf den Hammerbär 13 wirkt. Der Hammerbär 13 wird lediglich durch die Kurvenscheibe 14 wieder in seine Ausgangsposition zurückgeführt und dann erneut fallengelassen. Für ein Roboter-geführtes Bearbeitungswerkzeug ist diese Konstruktion jedoch nicht von Vorteil, da die Schlagstärke bei diesem Bearbeitungswerkzeug von der Orientierung des Werkzeugs abhängt. Aus diesem Grund wird bei einem Robotergeführten Bearbeitungswerkzeug eine Konstruktion bevorzugt, wie sie beispielsweise in der 7 dargestellt ist.The percussion principle of the machining tool is based on the force of gravity on the hammer bear 13 acts. The hammer bear 13 is only through the cam 14 returned to its starting position and then dropped again. However, this construction is not advantageous for a robot-guided machining tool, since the impact strength in this machining tool depends on the orientation of the tool. For this reason, a construction such as that shown in FIG 7 is shown.

Bei der Ausgestaltung des Bearbeitungswerkzeuges der 7 wird ein pneumatisch bzw. hydraulisch arbeitender Hammerbär-Antrieb eingesetzt. Im linken Teil der Figur ist dabei wiederum der in diesem Beispiel als Formgebungselement 5 ausgebildete Hammerbär 13 zu erkennen, der über einen pneumatischen bzw. hydraulischen Hammerbär-Antrieb 4 mit vorgebbarer Frequenz und Schlagstärke gegen das Werkstück 1 gestoflen wird. Mit dem Bezugszeichen 16 ist der Druckluft- oder Hydraulikanschluss angedeutet.In the design of the machining tool 7 a pneumatic or hydraulic hammerbear drive is used. In the left part of the figure there is again the shaping element in this example 5 trained hammer bear 13 recognizable by a pneumatic or hydraulic hammerbear drive 4 with predefinable frequency and impact strength against the workpiece 1 is stolen. With the reference symbol 16 the compressed air or hydraulic connection is indicated.

Eine weitere Variante eines Bearbeitungswerkzeuges ist im rechten Teil der Figur zu erkennen. Dieses Bearbeitungswerkzeug ist auf Basis eines Gegenschlaghammers konstruiert, bei dem beidseitig des Werkstückes 1 Hammerbären 13 mit entsprechenden Antrieben 4 gleichzeitig gegen das Werkstück 1 gestoßen werden. Im Idealfall heben sich die Impulse der beiden gegeneinander gerichteten Hammerbären 13 auf, so dass insgesamt keine Kräfte auf die Handhabungseinrichtung wirken, mit der dieses Bearbeitungswerkzeug geführt wird. Die Belastung der Handhabungseinrichtung durch die Arbeit des Bearbeitungswerkzeugs ist daher sehr gering. Bezugszeichen 17 gibt hierbei eine Zange zur Verbindung der beiden Teile des Bearbeitungswerkzeuges an.Another variant of a processing tool can be seen in the right part of the figure. This machining tool is constructed on the basis of a counterblow hammer, on both sides of the workpiece 1 hammer bear 13 with appropriate drives 4 against the workpiece at the same time 1 be pushed. Ideally, the impulses of the two hammer bears facing each other will rise 13 on, so that overall no forces act on the handling device with which this machining tool is guided. The load on the handling device due to the work of the machining tool is therefore very low. reference numeral 17 specifies a pair of pliers for connecting the two parts of the machining tool.

8 zeigt einen Überblick über ein beispielhaftes System für die Durchführung des Verfahrens, bei der Möglichkeiten der Prozessüberwachung dargestellt sind. Die ständige Prozessüberwachung ist erforderlich, da eine exakte Vorausberechnung der plastischen Verformung eines Werkstücks nur aufwendig zu realisieren ist. Zur Prozessüberwachung bieten sich Abstandssensoren, wie z.B. Ultraschallsensoren, Laserscanner und Kamerasysteme an. 8th shows an overview of an exemplary system for the implementation of the method, with the possibilities of process monitoring are posed. Constant process monitoring is necessary because an exact calculation of the plastic deformation of a workpiece can only be carried out with great effort. Distance sensors such as ultrasonic sensors, laser scanners and camera systems are ideal for process monitoring.

Die Figur zeigt eine Ausgestaltung, bei der die Prozessüberwachung alternativ mit Abstandssensoren 18 oder einem Laserscanner 19 realisiert wird. Bei diesem Verfahren wird das Bearbeitungswerkzeug 3 mit der Handhabungseinrichtung 2 während der hämmernden Bearbeitung auf einer vorgegebenen Bahn geführt. Das dünnwandige Werkstück 1 ist auf einer formgebundenen Matrize 11 befestigt, in der senkrechte Kanäle zu den unter der Matrize befindlichen Abstandssensoren 18 ausgebildet sind. Durch diese Kanäle können die Abstandssensoren 18 die momentane Form des Werkstückes 1 messen. Über dem Werkstück 1 ist weiterhin ein Laserscanner 19 angebracht, der ebenfalls die Istform des Werkstückes 1 während der Bearbeitung vermisst. Die von den Abstandssensoren 18 bzw. dem Laserscanner 19 erfassten Daten 22, die die Informationen über den Bearbeitungsfortschritt enthalten, werden der Auswerteeinheit 20 zugeführt. Die Zuführung kann hierbei über den angedeuteten Schalter alternativ oder auch gleichzeitig erfolgen. Die Auswerteeinheit 20 berechnet aus den übermittelten Daten die momentane Istform sowie die Abweichung der Istform von einer vorgegebenen Sollform und generiert auf Basis eines Modells Steuersignale 23 für die Ansteuerung der Handhabungseinrichtung 2 sowie des Hammerbär-Antriebs des Bearbeitungswerkzeugs 3, um die Sollform innerhalb der vorgegebenen Toleranzen zu erreichen. Die von der Auswerteeinheit 20 generierten Steuersignale 23 werden der Robotersteuerung 21 zugeführt, die die Handhabungseinrichtung 2 sowie den Hammerbär-Antrieb des Bearbeitungswerkzeuges 3 steuert. Das Bearbeitungsende ist erreicht, wenn die Abweichung der Istform von der Sollform ein bestimmtes Delta unterschreitet.The figure shows an embodiment in which the process monitoring alternatively with distance sensors 18 or a laser scanner 19 is realized. In this process, the machining tool 3 with the handling device 2 guided on a predetermined path during hammering machining. The thin-walled workpiece 1 is on a form-bound matrix 11 attached, in the vertical channels to the distance sensors located under the die 18 are trained. The distance sensors can pass through these channels 18 the current shape of the workpiece 1 measure up. Over the workpiece 1 is still a laser scanner 19 attached, which is also the actual shape of the workpiece 1 missing during processing. That from the distance sensors 18 or the laser scanner 19 collected data 22 The evaluation unit contains information about the processing progress 20 fed. The supply can take place alternatively or simultaneously via the indicated switch. The evaluation unit 20 calculates the current actual shape and the deviation of the actual shape from a specified target shape from the transmitted data and generates control signals based on a model 23 for controlling the handling device 2 as well as the hammerbear drive of the processing tool 3 to achieve the target shape within the specified tolerances. The from the evaluation unit 20 generated control signals 23 become the robot controller 21 fed to the handling device 2 as well as the hammerbear drive of the processing tool 3 controls. The machining end is reached when the deviation of the actual shape from the target shape falls below a certain delta.

9 zeigt in diesem Zusammenhang nochmals beispielhaft den Datenfluss von und zu der Auswerteeinheit 20. Die Auswerteeinheit 20 erhält Online-Informationen über den Bearbeitungsfortschritt von den eingesetzten Sensoren, Daten der Endkontur des Werkstückes, der Form des Hammerwerkzeuges sowie technische Daten der Hammereinrichtung und der Handhabungseinrichtung von dem Bediener der Anlage. Aus diesen Daten generiert die Auswerteeinheit 20 die Steuersignale für die Robotersteuerung sowie für das Umformwerkzeug, um diese zur Erreichung der vorgegebenen Sollform anzusteuern. Die Auswerteeinheit 20 kann hierbei als Prozessrechner ausgebildet sein, der ein entsprechendes Software-Modul zur Durchführung der Berechnungen sowie zur Benutzerführung enthält. 9 shows in this context again the data flow from and to the evaluation unit 20 , The evaluation unit 20 receives online information about the processing progress from the sensors used, data of the final contour of the workpiece, the shape of the hammer tool as well as technical data of the hammer device and the handling device from the operator of the system. The evaluation unit generates from this data 20 the control signals for the robot control and for the forming tool in order to control them to achieve the predetermined target shape. The evaluation unit 20 can be designed as a process computer that contains a corresponding software module for performing the calculations and for user guidance.

10 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorliegenden Verfahrens, das im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 3 entspricht. Bei diesem Beispiel wird im Gegensatz zur 3 jedoch keine Matrize als Gegenhalter eingesetzt. Das Werkstück 1 wird bei dieser Variante vielmehr nur am Rand mit einer Einspannvorrichtung 24 eingespannt. 10 finally shows a further embodiment of the present method, which essentially corresponds to the embodiment of FIG 3 equivalent. In this example, in contrast to 3 however, no die is used as a counterhold. The workpiece 1 in this variant is rather only on the edge with a clamping device 24 clamped.

Claims (14)

Verfahren zur automatisierten Umformung von Werkstücken, bei dem das Werkstück (1) zur Umformung einer hämmernden Bearbeitung mit einem formungebundenen Bearbeitungswerkzeug (3) unterzogen wird, bei der das Werkstück (1) und/oder das Bearbeitungswerkzeug (3) mit einer angesteuerten Handhabungseinrichtung (2) auf einer vorgegebenen Bahn geführt wird, während ein Formgebungselement (5) des Bearbeitungswerkzeugs (3) mit einem Hammerbär-Antrieb (4) hämmernd gegen das Werkstück (1) gestoßen wird.Process for the automated forming of workpieces, in which the workpiece ( 1 ) for reshaping a hammering process with a shape-independent processing tool ( 3 ) in which the workpiece ( 1 ) and / or the processing tool ( 3 ) with a controlled handling device ( 2 ) is guided on a predetermined path while a shaping element ( 5 ) of the processing tool ( 3 ) with a hammer bear drive ( 4 ) hammering against the workpiece ( 1 ) is encountered. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Auswerteeinheit (20) vor Beginn der Bearbeitung eine Ausgangsform des Werkstücks (1) mit einer Sollform verglichen und auf Basis eines mathematischen Modells Steuersignale zur Ansteuerung der Handhabungseinrichtung (2) und des Hammerbär-Antriebs (4) für die Bearbeitung des Werkstücks generiert werden, und die Handhabungseinrichtung (2) und der Hammerbär-Antrieb (4) mit den Steuersignalen automatisch angesteuert wird.A method according to claim 1, characterized in that by an evaluation unit ( 20 ) an initial shape of the workpiece before starting machining ( 1 ) compared with a target shape and control signals for controlling the handling device on the basis of a mathematical model ( 2 ) and the hammer bear drive ( 4 ) are generated for the machining of the workpiece, and the handling device ( 2 ) and the hammer bear drive ( 4 ) is controlled automatically with the control signals. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bearbeitung mehrfach eine Istform des Werkstücks (1) mit einem oder mehreren Sensoren (8, 18, 19) erfasst, von einer Auswerteeinheit (20) mit einer Sollform verglichen und die Handhabungseinrichtung (2) und/oder der Hammerbär-Antrieb (4) in Abhängigkeit von einer Abweichung der Istform von der Sollform automatisch angesteuert wird, um die Sollform innerhalb vorgebbarer Toleranzen zu erreichen.A method according to claim 1 or 2, characterized in that several times an actual shape of the workpiece ( 1 ) with one or more sensors ( 8th . 18 . 19 ) recorded by an evaluation unit ( 20 ) compared with a target shape and the handling device ( 2 ) and / or the hammerbear drive ( 4 ) is controlled automatically as a function of a deviation of the actual shape from the target shape in order to achieve the target shape within predefined tolerances. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (20) Steuersignale zur Ansteuerung der Handhabungseinrichtung (2) und des Hammerbär-Antriebs (4) während der Bearbeitung auf Basis eines mathematischen Modells generiert.A method according to claim 3, characterized in that the evaluation unit ( 20 ) Control signals for controlling the handling device ( 2 ) and the hammer bear drive ( 4 ) generated during processing on the basis of a mathematical model. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine stationäre Hammermaschine als Bearbeitungswerkzeug (3) eingesetzt und das Werkstück (1) durch die Handhabungseinrichtung (2) geführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that a stationary hammer machine as a machining tool ( 3 ) and the workpiece ( 1 ) by the handling device ( 2 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) stationär eingespannt und das Bearbeitungswerkzeug (3) mit der Handhabungseinrichtung ( 2) geführt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the workpiece ( 1 ) clamped stationary and the processing unit stuff ( 3 ) with the handling device ( 2 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine formungebundene Matrize (12) als Gegenhalter zum Formgebungselement (5) des Bearbeitungswerkzeugs (3) eingesetzt wird, an der das Werkstück (1) während der Bearbeitung anliegt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that a shape-independent die ( 12 ) as a counterhold to the shaping element ( 5 ) of the processing tool ( 3 ) is used on which the workpiece ( 1 ) during processing. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine formgebundene Matrize (11) als Gegenelement zum Formgebungselement (5) des Bearbeitungswerkzeugs (3) eingesetzt wird, an der das Werkstück (1) während der Bearbeitung anliegt.A method according to claim 6, characterized in that a shape-bound die ( 11 ) as a counter element to the shaping element ( 5 ) of the processing tool ( 3 ) is used on which the workpiece ( 1 ) during processing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) ohne Gegenhalter am Rand eingespannt wird.Method according to one of claims 1 to 4 or 6, characterized in that the workpiece ( 1 ) is clamped on the edge without a counter-holder. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Istform mit einer oder mehreren Abstandssensoren (18) erfolgt.Method according to one of claims 3 to 9, characterized in that the detection of the actual shape with one or more distance sensors ( 18 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Istform mit zumindest einer Kamera (8) erfolgt.Method according to one of claims 3 to 9, characterized in that the detection of the actual shape with at least one camera ( 8th ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von der Abweichung der Istform von der Sollform Bahnparameter, insbesondere ein Bahnverlauf oder eine Bahngeschwindigkeit, und/oder Parameter der Hammerbär-Antriebsbewegung, insbesondere eine Schlagfrequenz oder eine Schlagstärke, geändert werden.Method according to one of claims 3 to 11, characterized in that that depending on the deviation of the actual shape from the target shape path parameters, in particular a path or a path speed, and / or parameters the hammerbear drive movement, in particular a stroke frequency or a stroke strength. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bahnparameter und/oder die Parameter der Hammerbär-Antriebsbewegung Grenzwerte vorgegeben werden, innerhalb derer die Änderungen durchgeführt werden.A method according to claim 12, characterized in that for the path parameters and / or the parameters of the hammer bear drive movement limit values within which the changes are made. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass ein Bearbeitungswerkzeug (3) mit einem pneumatischen, elektromagnetischen oder elektromechanischen Hammerbär-Antrieb (4) eingesetzt wird.Method according to one of claims 1 to 13, characterized in that a processing tool ( 3 ) with a pneumatic, electromagnetic or electromechanical hammerbear drive ( 4 ) is used.