DE10231430B4 - Method for the automated forming of thin-walled workpieces - Google Patents

Abstract

Verfahren zur automatisierten Umformung von dünnwandigen 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, so dass durch eine Vielzahl von lokalen Umformungen eine dreidimensionale Formgebung des Werkstücks resultiert, wobei 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.method for the automated forming of thin-walled workpieces the workpiece (1) to reshape a hammering Subjected to machining with a molding-free machining tool (3) becomes, at which the workpiece (1) and / or the machining tool (3) with a controlled Handling device (2) is guided on a predetermined path, while a shaping element (5) of the machining tool (3) with a Hammer striker drive (4) hammering against the workpiece (1) encountered becomes, so that by a multiplicity of local transformations a three-dimensional Shaping the workpiece results, with multiple editing an actual form of the workpiece (1) with one or more sensors (8, 18, 19) detected by a Evaluation unit (20) compared with a desired shape and the handling device (2) and / or the Hammerbear drive (4) depending is automatically controlled by a deviation of the actual shape of the desired shape is to achieve the desired shape within predeterminable tolerances.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatisierten Umformung von dünnwandigen Werkstücken, bei dem das Werkstück zur Umformung einer hämmernden Bearbeitung mit einem formungebundenen Bearbeitungswerkzeug unterzogen wird.The The present invention relates to a method for automated Forming of thin-walled workpieces, at the workpiece for reshaping a hammering Subjected to machining with a molding-free machining tool becomes.

Ein bevorzugtes technisches Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die Herstellung von Prototypen bzw. Fertigprodukten aus plastisch verformbaren Werkstoffen, die als dünnwandige Werkstücke vorliegen. 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.One preferred technical application of the method is the Production of prototypes or finished products from plastically deformable Materials that are thin-walled workpieces available. Exemplary applications are in the fields the process engineering, z. B. for the production of containers, channels, pipes or chimneys, the swimming pool technology, z. For manufacturing of pelvic floors and walls, Slides or showers, aerospace engineering, z. B. for Production of wings or tanks, the body shop, z. B. for the production of headlamp reflectors, Body parts for Small series or repair parts, the plumbing trade, z. B. for Production 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 the arts and crafts, z. B. for the production of design products or art objects.

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 into subtractive, additive and formative processes. Subtractive processes remove material from the workpiece and include all metal cutting 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.at the present process is a formative forming process, so that in the following on the known formative forming process in a main field of application of the present invention, the Forming technology of thin-walled workpieces like tin, closer will be 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 Complex sheet metal parts are a variety of forming processes known. DIN 8582 differentiates between these forming methods the criterion of the predominantly while the forming process applied mechanical stresses. It will Pressure forming, tension forming, tensile forming, bending forming and Schubumformen distinguished. Due to the high during the Forming process occurring forces be for the forming machine tools used, which are often high Require investment. Known machine tools for forming are presses, hammers, Rolling machines, bending machines, drawing machines or machines for Forming with active media. Through a long-lasting trend to ever more complex component geometries in sheet metal part production at the same time clearly decreasing batch sizes are the possible uses more and more clear limits to conventional sheet metal forming because the proportion of tool costs to the total costs disproportionately increases. Straight machine tools with molded tools, i.e. with tools that use only a fixed given geometry a workpiece can be generated in this context, significant disadvantages 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 In recent years, therefore, increasingly flexible sheet metal forming processes have been used developed and with regard to their potential for use to the economic Forming of complex components examined. The flexibility of a Sheet metal forming process is the greater, the lower the tool binding to the final shape of the products or the more incomplete the form compulsion during the Forming is. Known flexible sheet metal forming processes are Deep-drawing, spin-rolling, ironing, roll forming, shot peening, Shockwave forming and laser beam forming. While that through tool-side measures More flexible thermoforming or pressure rolling is still possible is characterized by a purely formal design creation is in some stretch-drawing processes already a predominantly kinematic design possible. An elimination of the tool binding is by the shot peening, achieved the shock wave and the laser beam forming. Laser beam forming, which has evolved from the Flammricht works with thermal stresses. In shot blasting and shock wave forming it is a flexible shape by 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.Thus, for example, from a brochure of the shot peening center Aachen a method for shot peening of sheet metal is known in which a large number of steel balls with diameters of 2 to 10 mm jet shot onto the workpiece and the workpiece is transformed by the impulse transmission. By varying the beam intensity as well as the relative movement between the workpiece and the machining tool can be produced with this method almost any workpiece geometries gene.

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 is a tool for the striking machining and mounting of parts to be joined, in which a first of two parts to be joined, which has a bore fixed in a holder and a second formed as a bolt joining part is positioned with a handling device on the bore of the first joining part. The bolt is then beaten using an industrial robot with a beating unit in the bore of the first joining part. However, no reference is made in this document to a method for the flexible shaping of workpieces.

Die DE 3623036 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur automatischen Herstellung eines eine scharfe Schneidkante aufweisenden Stanzwerkzeugs. Mit der Vorrichtung soll eine Fertigbearbeitung eines durch Ätzen oder auf andere Weise hergestellten Grates eines Stanzwerkzeugs weitgehend automatisch durchgeführt werden können. Die zur Lösung dieser Aufgabe vermittelte Lehre besteht darin, dass ein zum Stanzen dünner Papierbahnen oder Kunststofffolien unbrauchbarer Grat des Stanzwerkzeugs durch einen Hämmervorgang mit einer sehr scharfen Schneidkante versehen werden kann, die in engen Toleranzen eine definierte und konstante Höhe aufweist. Bei dem Verfahren dieser Druckschrift handelt es sich um eine Massivumformung mit einem formgebundenen Werkzeug, nicht jedoch um ein Verfahren zur Umformung von dünnwandigen Werkstücken.The DE 3623036 A1 describes a device for the automatic production of a cutting edge having a punching tool. With the device, a finish machining of a burr of a punching tool produced by etching or in another way can be carried out largely automatically. The teaching taught for solving this problem consists in that a razor of the punching tool which is unusable for punching thin paper webs or plastic films can be provided with a very sharp cutting edge by a hammering process which has a defined and constant height within narrow tolerances. The method of this document is a massive forming with a molded tool, but not a method for forming thin-walled workpieces.

Die CH 160 361 offenbart eine Vorrichtung zum Dengeln von Sensen durch hämmernde Bearbeitung. Die Schneidkante der Sense wird beim Dengeln getrieben und dadurch ausgedünnt und gehärtet. Der Zweck des Dengelns von Sensen ist lediglich die Erhöhung der Schärfe. Die Gesamtform des Werkstücks wird dabei nicht verändert.The CH 160 361 discloses a device for denpening scythes by hammering machining. The cutting edge of the scythe is driven during the thinning and thereby thinned and hardened. The purpose of dengeling of scythes is merely to increase the sharpness. The overall shape of the workpiece is not changed.

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 dünnwandige Werkstücke nahezu beliebig umformen lassen.outgoing from this prior art, the object of the present Invention therein, another method for automated forming of workpieces specify, with the thin-walled workpieces almost can be reshaped as desired.

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 solved by the method according to claim 1. advantageous Embodiments of the method are the subject of the dependent claims or can be understood from the following description and the embodiments remove.

Bei dem vorliegenden Verfahren zur automatischen Umformung von dünnwandigen 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 werden 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.at the present method for the automatic forming of thin-walled workpieces becomes the workpiece for reshaping a hammering Subjected to machining with a molding-free machining tool, at the workpiece and / or the processing tool with a controlled handling device guided on a given path will, while a shaping element of the machining tool with a hammer bear drive hammering against the workpiece pushed becomes. Preferably, before the start of the hammering processing an evaluation with an output form of the workpiece with a desired form and based on a mathematical model Control signals for controlling the handling device and the Hammer striker Drive for the Processing of the workpiece generated. The handling device and the hammer bear drive are then with these Control signals automatically activated.

Bei der Bearbeitung wird 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.at The machining is often an actual shape of the workpiece with one or more sensors detected by the or an evaluation unit compared with the desired shape and the handling device and / or the hammer bear drive dependent on automatically controlled by a deviation of the actual shape from the nominal shape, to achieve the desired shape within predefinable 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.In the present patent application, the machining tool is to be understood as meaning the entire system consisting of hammer-bear drive, hammer bear and shaping element, wherein the shaping element itself can also form the hammer bear. As a hammer bear is referred to the moving mass of a hammer in a known manner. A non-forming machining tool is characterized by the property that due to the shape of the forming element with this tool almost any geometry of the workpiece can be achieved, which does not depend on the shape of the forming tool hang.

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 In the present method, it is possible with the non-forming, flexibly usable machining tool output products plastically deformable materials in such a way that finished products arise with defined geometry or certain free-form surfaces. When processed by the present method, the machining tool becomes and the workpiece moved relative to each other with a handling device. The Finished product is processed without machining operations from the starting product, for example, a raw product, a semi-finished product or an intermediate product, using given geometry data, the nominal shape, generated. It is therefore a so-called direct process or prototyping method. In the process come one or more Handling equipment, such as industrial robots, for Use with either the machining or forming tool or the workpiece with simultaneous processing with a stationary or also portable acting shaping or machining tool is moved. by virtue of the limited only by the kinematic structure working space of Handling device are virtually arbitrary with the method size Produce products or prototypes of plastically deformable material. design options the workpieces include, for example, folding to 90 ° or the generation of cylinder or ball radii.

Die Anwendungsgebiete und die dazugehörigen Produkte sind sehr vielfältig. 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.The Fields of application and the associated products are very diverse. Under a thin-walled one workpiece becomes a workpiece understood, in which the length or width expansion is much larger than the extent in height, being the height preferably not more than 10 mm. As materials can all plastically deformable materials are used. So suitable for the applications mentioned in the introduction, for example Steel, aluminum, copper, zinc, stainless steel or tinplate.

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 transformation processes is a lesser in the present process Investment needs required because the editing tool and the handling device and the evaluation unit not to individual Target shapes of the workpiece are bound, but rather for almost any Workpiece geometries can be used. This allows different workpiece geometries by simple change the specifications, in particular the desired form, in the evaluation unit realize. The procedure allows thus the flexible production of prototypes and economic production also small lot sizes. The Procedure allows a virtually unlimited processing volume and assigns the used processing technology a much better ratio of Working space to installation space of the production plant.

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 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 that through a suitable automation of the manual production known hammers, as known for example for the production of body panels is a very flexible process for automated forming realized by workpieces can be many of the disadvantages of many well-known automated Forming process eliminated. In the present method, during the Machining several times an actual shape of the workpiece with one or more sensors recorded and transmitted to an evaluation. The evaluation unit generated in real time during the forming process from the data of the desired final contour of the workpiece, i. of the Sollform, and the data transmitted by the sensors via the Processing progress or the actual form control signals for the control the handling device and the machining tool. By the online calculation is guaranteed that the target shape even with insufficient calculation of the control signals and if deviations occur due to the process within predefinable Tolerances is achieved. The evaluation unit also needs parameters in the precalculation of the control signals from the output form, the shape of the shaping element of the machining tool, in Also referred to as a hammer device, and technical Data of the handling device and the hammer device. These technical data include those possible with these facilities operating conditions such as adjustable ranges of the beat frequency and Impact energy as well as possible Movement speeds of 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.Preferably, the path with which the handling device guides the machining tool or the workpiece is calculated by the evaluation unit as a function of an entered desired shape and initially predetermined. The same applies to parameters with which the hammer bear drive of the hammer device is operated. The data of the desired 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 provided by the sensors on the processing progress, the data of the current contour of the workpiece, ie the actual shape generated. The effort to generate the actual form from the sensor data depends there depending on the type of sensor or sensors for process monitoring. For example, while vertically arranged distance sensors directly at several points (x _i , y _i ) provide a point cloud (x _i , y _i , z _i ), the distance data of a laser scanner as sensor first of spherical coordinates (r _i , φ _i , ψ _i ) in Cartesian coordinates (x _i , x _i , z _i ) are converted. If a camera is used for process monitoring, the actual shape can be determined by means of 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 is} calculated at the points (x _i , y _i ). Based on this data, the path data for the machining tool and possibly the operating parameters for the hammer device are then calculated. From the calculated values, finally, the control signals for the control of the handling device, for example a robot, or the hammer device are generated. The calculation of the orbit data is based on mathematical models of the Plastomechanik, such as the strip theory, the disk theory, the barrier method or the finite element method. These models are generally based on the elementary flow laws of v. Mises and Tresca (see, for example: Flimm, Joseph: non-cutting shaping, 6th new edition, Munich, Vienna: Hanser Verlag, 1990; Lange, Kurt: Umformtechnik: Handbook for Industry and Science, Volume 1, Basics, 2nd completely new edition, Berlin, Heidelberg, New York, Tokyo: Springer Verlag, 1984; Pawelski, Hartmut; Pawelski, Oskar: Technical Plastomechanics, Dusseldorf: Verlag Stahleisen GmbH, 2000). For a complete description of a plastomechanical deformation, parameters such as friction, temperature, heat transfer, forming speed and others have to be taken into account, which happens differently in the individual models listed. Mathematically, this is realized by complex differential equations. The same models can also be used to precalculate the control signals from the comparison of the starting shape with the desired shape, wherein the output shape can also be detected, for example, with the sensors.

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.at the control of the handling device or the hammer device while the forming process by the evaluation are in particular Parameters such as the beat frequency and the impact energy, the track of the machining tool as well as the guide speed of the machining tool changed or adjusted 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 you have to the machining tool or the workpiece by the handling device not be moved continuously. It may also be gradual led the course be, for example, at certain points several hammer blows in a row in the same position. Since the web data and the control signals for the hammer device from each other dependent should be set before the calculation limits or criteria within which possible changes are made have to. examples for such limits are a minimum impact energy, a minimum Total number of strokes, a minimum beat frequency or a minimal track distance between individual punches.

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.at In the present method, the workpiece can be both free, d. H. without Counterholder only at the edge, clamped as well as on a counterhold for forming the molding element of the machining tool serving die abut or be attached. In one with the handling device guided machining tool let yourself both a form-bound and a form-unbound template as a counterhold insert. For a molded matrix lies the workpiece on this die and is going through the editing tool in driven the given shape of this template. A form-linked For example, die can be done quickly with the help of a prototyping method and cost-effective 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. Die Umformung eines dünnwandigen Werkstücks kann beispielsweise zu Hohlkörpern führen.at Using a non-forming template can be distinguished whether the handling device is the workpiece or the machining tool leads. In both cases becomes the workpiece worked on the mold-free die. The transformation of a thin workpiece can for example to hollow bodies to lead.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of drawings

Das vorliegende Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren nochmals erläutert. Hierbei zeigen:The The present method will be described below with reference to exemplary embodiments explained again in conjunction with the figures. Hereby show:

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

5 Ausführungsbeispiele eines Bearbeitungswerkzeugs; 5 Embodiments of a machining tool;

6 schematische Darstellung eines pneumatisch oder hydraulisch angetriebenen Bearbeitungswerkzeugs; 6 schematic representation of a pneumatically or hydraulically driven machining tool;

7 ein Beispiel für ein Gesamtsystem zur Durchführung des vorliegenden Verfahrens; 7 an example of an overall system for carrying out the present method;

8 eine Veranschaulichung der Ein- und Ausgangssignale der Auswerteeinheit; und 8th an illustration of the input and output signals of the evaluation unit; and

9 ein viertes Beispiel für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens. 9 a fourth 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 Hand habungseinrichtung 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 the automated forming of a workpiece 1 , The workpiece 1 is provided as a starting product of a plastically deformable material and in this example of a hand dling device 2 added. The machining of the workpiece 1 done with a machine 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 simultaneously 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 of the handling device 2 recorded workpiece 1 is from this on a predetermined path under the forming element 5 moves while hammering against the workpiece 2 is encountered. During this processing, the processing progress becomes sensory in the present example with a camera 8th supervised. The monitoring data are supplied to an evaluation unit, not shown, which the handling device 2 as well as the editing tool 3 as a function of a deviation of the sensory detected actual form of the desired desired form controls. After reaching the desired shape within the specified tolerances, the workpiece 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 schematic representation of the 1 only to be understood 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 necessary in every case.

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 in the present example as a thin-walled sheet, is equipped with a hold-down 10 against a table with a shaping die 11 pressed. The workpiece 1 becomes when editing with the editing tool 3 hammering into the die opening of the forming die 11 transformed, while at the same time the editing tool 3 through the handling device 2 is guided on a predetermined path. After reaching the desired shape, the workpiece 1 taken from the table and as a finished product 9 removed. In the lower part of the figure is an example of a molded matrix 11 to see in cross-sectional view, as it can be used in this embodiment of the method. Of course, it is also possible, instead of the illustrated concave die 11 to use a convex die to hold the workpiece 1 then hammered 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 substantially the embodiment of the 2 equivalent. In this example, in contrast to 2 however, a non-conforming matrix 12 used, as shown for example in the lower part of the figure by way of example in cross section. Because the workpiece 1 in this variant, not in the matrix 12 is hammered, it must be ensured that when using a thin - walled workpiece this from the surface of die 12 can lift off, as can be seen in the middle of the figure. The thin-walled workpiece 1 is therefore clamped in this embodiment only on one side.

4 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. 4 shows another example of the implementation of the present method, in which a form-bonded die 12 is used. In this example, the handling device performs 2 not the editing tool 3 but the workpiece 1 , This allows the use of a stationary hammer machine, which is indicated in this figure only by a hammer. With a stationary hammer machine much higher forming forces can be applied than with a robot-guided hammer device. Another advantage of this embodiment of the method is the fact that the handling device 2 both for editing, for measuring and for getting and removing the workpiece 1 can be used, which can be dispensed with a tool change or a second handling device. As with the approach of 2 offers itself for this embodiment, the use of a thin-walled workpiece 1 at. This workpiece 1 will be under the stationary machining tool 3 suitably guided to the desired nominal shape of the finished product 9 to reach.

Das Bearbeitungswerkzeug kann beim vorliegenden Verfahren unabhängig von den vorangehenden Ausführungsformen in unterschiedlicher Weise ausgestaltet sein. 5 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.The machining tool can be configured differently in the present method, independently of the preceding embodiments. 5 shows two variants of such a machining tool. In the left part of the figure, a machining tool can be seen, in which a hammer bear 13 that by a cam 14 lifted and dropped again on a trained as a chisel shaping element 5 that's about a feather 15 is returned to its original position after each stroke. The shaping element 5 here lies on the on a counterhold 6 resting workpiece 1 on and deforms this by the introduced impact pulses.

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 by the hammer bear 13 itself 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 Roboter-geführten Bearbeitungswerkzeug eine Konstruktion bevorzugt, wie sie beispielsweise in der 6 dargestellt ist.The hammering principle of the machining tool relies on gravity, the hammer bear 13 acts. The hammer bear 13 is only through the cam 14 returned to its original position and then dropped again. For a robot-guided machining tool, however, this design is not advantageous, since the impact strength in this machining tool depends on the orientation of the tool. For this reason, in a robot-guided machining tool, a construction is preferred, such as in the 6 is shown.

Bei der Ausgestaltung des Bearbeitungswerkzeuges der 6 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 gestoßen wird. Mit dem Bezugszeichen 16 ist der Druckluft- oder Hydraulikanschluss angedeutet.In the embodiment of the machining tool of 6 a pneumatically or hydraulically operated hammerbear drive is used. In the left part of the figure in turn is in this example as a shaping element 5 trained hammer bear 13 to recognize, via a pneumatic or hydraulic Hammer Bear drive 4 with specifiable frequency and impact strength against the workpiece 1 is encountered. With the reference number 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 machining tool can be seen in the right part of the figure. This machining tool is constructed on the basis of a counterhousing hammer, in which both sides of the workpiece 1 hammer bear 13 with corresponding drives 4 simultaneously against the workpiece 1 be encountered. Ideally, the impulses of the two opposing hammer bears are lifted 13 on, so that in total no forces acting on the handling device with which this machining tool is performed. The burden of the handling device by the work of the machining tool is therefore very low. reference numeral 17 This is a pair of pliers for connecting the two parts of the machining tool.

7 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. 7 shows an overview of an exemplary system for carrying out the process, are presented in the possibilities of process monitoring. Constant process monitoring is required because an exact precalculation of the plastic deformation of a workpiece can only be realized with great difficulty. For process monitoring, distance sensors such as ultrasonic sensors, laser scanners and camera systems are available.

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 method, the machining tool 3 with the handling device 2 during the hammering processing on a given path led. The thin-walled workpiece 1 is on a molded matrix 11 attached, in the vertical channels to the located below the die distance sensors 18 are formed. Through these channels, the Ab level sensors 18 the current shape of the workpiece 1 measure up. Above the workpiece 1 is still a laser scanner 19 attached, which is also the actual shape of the workpiece 1 missing during processing. The of the distance sensors 18 or the laser scanner 19 collected data 22 , which contain the information about the processing progress, become the evaluation unit 20 fed. The supply can take place here via the indicated switch alternatively or simultaneously. The evaluation unit 20 calculates from the transmitted data the current actual shape as well as the deviation of the actual shape from a given nominal shape and generates control signals on the basis of a model 23 for the control of the handling device 2 and the hammer bear drive of the machining tool 3 to achieve the desired shape within the given tolerances. The from the evaluation unit 20 generated control signals 23 become the robot controller 21 supplied to the handling device 2 as well as the hammer bear drive of the machining tool 3 controls. The processing end is reached when the deviation of the actual shape from the desired shape falls below a certain delta.

8 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. 8th shows in this context again by way of example the data flow from and to the evaluation unit 20 , The evaluation unit 20 receives online information on the processing progress of the sensors used, data of the final contour of the workpiece, the shape of the hammer tool and technical data of the hammer device and the handling device by the operator of the system. The evaluation unit generates this data 20 the control signals for the robot controller and for the forming tool in order to control these to achieve the predetermined desired shape. The evaluation unit 20 In this case, it can be designed as a process computer which contains a corresponding software module for carrying out the calculations and for user guidance.

9 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. 9 Finally, shows a further embodiment of the present method, which is essentially the embodiment of the 3 equivalent. In this example, in contrast to 3 however, no die used as an anvil. The workpiece 1 is in this variant, but only at the edge with a jig 24 clamped.

BEZUGSZEICHENLISTE

LIST OF REFERENCE NUMBERS

Claims (13)

Verfahren zur automatisierten Umformung von dünnwandigen 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, so dass durch eine Vielzahl von lokalen Umformungen eine dreidimensionale Formgebung des Werkstücks resultiert, wobei 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.Method for the automated forming of thin-walled workpieces, in which the workpiece ( 1 ) for reshaping a hammering machining with a non-forming machining tool ( 3 ), in which the workpiece ( 1 ) and / or the editing tool ( 3 ) with a controlled handling device ( 2 ) is guided on a predetermined path, while a shaping element ( 5 ) of the machining tool ( 3 ) with a hammer bear drive ( 4 ) hammering against the workpiece ( 1 ), so that a three-dimensional shaping of the workpiece results from a multiplicity of local deformations, wherein an actual shape of the workpiece is repeatedly produced during machining ( 1 ) with one or more sensors ( 8th . 18 . 19 ), by an evaluation unit ( 20 ) compared with a nominal shape and the handling device ( 2 ) and / or the hammer bear drive ( 4 ) is automatically controlled in response to a deviation of the actual shape of the desired shape in order to achieve the desired shape within predeterminable tolerances. 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 ) before starting the machining, an initial shape of the workpiece ( 1 ) compared with a desired form and based on a ma thematic model control signals for controlling the handling device ( 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 automatically controlled with the control signals. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, 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.Method according to claim 1 or 2, 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 3, 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 3, characterized in that a stationary hammer machine as a processing tool ( 3 ) and the workpiece ( 1 ) by the handling device ( 2 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 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 3, characterized in that the workpiece ( 1 ) stationarily clamped and the processing tool ( 3 ) with the handling device ( 2 ) to be led. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 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 5, characterized in that a form-bonded die ( 12 ) as a counterhold to the shaping element ( 5 ) of the machining tool ( 3 ) is used, on which the workpiece ( 1 ) is present during processing. Verfahren nach Anspruch 5, 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.Method according to claim 5, characterized in that a molded matrix ( 11 ) as a counter element to the shaping element ( 5 ) of the machining tool ( 3 ) is used, on which the workpiece ( 1 ) is present during processing. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (1) ohne Gegenhalter am Rand eingespannt wird.Method according to one of claims 1 to 3 or 5, characterized in that the workpiece ( 1 ) is clamped without an anvil at the edge. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Istform mit einer oder mehreren Abstandssensoren (18) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the detection of the actual shape with one or more distance sensors ( 18 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Istform mit zumindest einer Kamera (8) erfolgt.Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the detection of the actual shape with at least one camera ( 8th ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, 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 1 to 10, characterized that in dependence from the deviation of the actual shape from the desired shape path parameter, in particular a trajectory or a web speed, and / or parameters the hammer bear drive movement, in particular, a beat frequency or a beat strength, to be changed. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bahnparameter und/oder die Parameter der Hammerbär-Antriebsbewegung Grenzwerte vorgegeben werden, innerhalb derer die Änderungen durchgeführt werden.Method according to claim 11, characterized in that that for the orbit parameters and / or the parameters of the Hammerbear drive motion Limits are specified within which the changes are made. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 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 12, characterized in that a machining tool ( 3 ) with a pneumatic, electromagnetic or electromechanical Hammer Bear drive ( 4 ) is used.