DE19947617A1

DE19947617A1 - Krümmungssensoren zur Konturerfassung von Biegeteilen

Info

Publication number: DE19947617A1
Application number: DE1999147617
Authority: DE
Inventors: Sami Chatti
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-05-31

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Die Automatisierung von Fertigungsprozessen erfordert Sensoren und Aktoren, die durch eine entsprechende Steuerungs- und Regelungselektronik miteinander verbunden sind, um die Prozesse zu beherrschen. Zusätzlich ist im Hinblick auf eine flexiblere Fertigung der Einsatz von Prozeßüberwachungs- und -regelungssystemen unumgänglich und ermöglicht neben der hohen Werkstückqualität eine wirtschaftliche Produktion kleinster Serien. Die Erfassung und Überprüfung der erzeugten Werkstückkontur bilden daher eine wichtige Grundlage zur Beurteilung der Fertigungsqualität. Dazu sind schnelle und präzise Meß- und Bewertungssysteme erforderlich.

Da eine spezielle Sensorik zur Erfassung von gekrümmten Oberflächen bisher nicht den Anforderungen an einen industriellen Einsatz genügt, kommen in der Praxis fast ausschließlich konventionelle Meßwerkzeuge (z. B. Radienschablonen) zum Einsatz. Weiterhin finden gerade in jüngster Zeit immer häufiger optische oder optoelektronische Sensoren, Ultraschall oder Mikrowellensensoren, bildverarbeitende Sensoren oder Lasermeßverfahren in der Industrie eine Anwendung. Für den Bereich der Krümmungsmessung sind diese Verfahren jedoch vor allem in Bezug auf Störempfindlichkeit und nicht zuletzt aus Kostengründen nur bedingt anwendbar.

Nachteile des Standes der Technik

Das Fehlen von geeigneten Sensoren zur Krümmungsmessung stellt gerade im Bereich der umformenden Fertigungsverfahren ein erhebliches Problem dar. Typische Beispiele hierfür sind Blech- und Profilrundbiegeverfahren. Hier muß die Kontur des Biegeteils derart erfaßt werden, daß die wichtigste geometrische Größe, der Werkstückradius, während des Fertigungsprozesses in der Maschine innerhalb vorgegebener Genauigkeitsgrenzen ermittelt werden kann. Um eine gewünschte Fertigungsqualität reproduzierbar zu gestalten, ist es somit notwendig, entsprechende Online-Sensoren für die Vermessung gekrümmter Werkstücke bereitzustellen und bis zur Anwendungsreife sowohl für die Einzel- und Kleinserien-, als auch für die Großserienfertigung weiterzuentwickeln.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, für den optimalen industriellen Einsatz Krümmungssensoren mit guter Meßgenauigkeit zur Konturerfassung gebogener Werkstücke bereitzustellen. Diese Sensoren sind für eine Meßwertaufnahme während des Fertigungsprozesses einsetzbar, womit eine Online-Regelung eines Biegevorganges ermöglicht wird.

Lösung der Aufgabe

Diese obengenannte Aufgabe wird durch die Entwicklung und den Einsatz von mechanisch arbeitenden Krümmungssensoren, die auf dem Stützpunktverfahren basieren, gelöst. Diese Sensoren sind für verschiedene Anwendungsfälle konzipiert und können problemlos in jede Biegemaschine integriert werden. Bei der Konzeption dieser Sensoren wird darauf geachtet, daß mögliche Nachteile des Stützpunktverfahrens, wie Oberflächenempfindlichkeit und Beschädigungen von weichen Materialien, zum größten Teil vermieden werden. So entstehen taktile Krümmungssensoren mit mehr als drei Stützpunkten, die neben ihrer Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen und einer sehr guten Eignung zur Online-Messung integrierende Eigenschaften aufweisen.

Vorteile der Erfindung

Die entwickelten Sensoren erfüllen folgende Anforderungen:

- Sehr gute Eignung zur Online-Krümmungsmessung
- Stabile und robuste Konstruktion
- Unempfindlichkeit gegenüber Umwelteinflüssen
- Kostengünstige Ausführung
- Leichte Bedienung und einfache Handhabung
- Schnelle und genaue Krümmungsmessung
- Gute Kommunikation mit anderen Geräten (z. B. Rechner)
- Leichte Weiterverarbeitung und Auswertung des Meßsignals
- Anwendung an verschiedenen Biegeteilen
- Leichte Integration in verschiedene Biegemaschinen
- Abdeckung großer Radienbereich

Krümmungssensoren zur Konturerfassung von Biegeteilen Krümmungssensor mit Ziehharmonikaprinzip

Das Konzept des ersten Sensors verbindet das Ziehharmonikaprinzip mit einem induktiven Wegaufnehmer. Um die Funktionsweise zu verdeutlichen, ist dieser zur Messung von Radien größer als 200 mm konzipierte Sensor in Bild 1 in beiden Endpositionen dargestellt.

Die beiden äußeren Rollen sind starr am Gehäuse des Sensors befestigt und liegen direkt auf dem zu vermessenden Meßobjekt auf. Die übrigen Rollen sind in zwei Reihen angebracht und wie Kettensegmente miteinander verbunden. Durch Auflegen des Sensors auf ein gebogenes Werkstück verschiebt sich der Schiebeeinsatz aufgrund der Streckung der Kettenglieder nach rechts. Die Wegänderung des Schiebeeinsatzes wird mit dem Wegaufnehmer erfaßt und mit Hilfe eines Umrechnungsprogramms in einen Krümmungswert umgerechnet. Die Umrechnung basiert auf einer Bestimmung der Länge der Horizontalprojektionen der einzelnen "Kettenglieder". Durch die Ausstattung des Sensors mit einer großen Anzahl von Abtaststellen wurde eine genauere Mittelwertbildung des Radienwertes innerhalb der Meßlänge erreicht und die Ungenauigkeit beim Messen rauher Oberflächen verringert.

Krümmungssensor mit Flaschenzugprinzip

Der zweite Sensor basiert auf dem Flaschenzugprinzip (Bild 2). Bei der Vermessung rollt die Oberfläche des abzutastenden Werkstücks über den Sensor, wobei die Krümmung des Werkstücks eine vertikale Verschiebung der Tastrollen bewirkt. Wenn die Tastrollen den Weg h₁ bzw. h₂ zurücklegen, verkürzt sich der zwischen den Umlenkrollen gespannte Faden um L. Die genaue Fadenlängenveränderung wird durch eine Seiltrommel in eine Winkelveränderung (Δψ) umgewandelt und anschließend mit Hilfe eines opto-elektronischen Drehgebers gemessen. Aus dem gemessenen Drehwinkel wird mit einem Rechner der zugehörige Radius des in diesem Augenblick abgetasteten Kreissegments iterativ berechnet und angezeigt.

Die Meßgeschwindigkeit des Sensors ist sehr hoch, da nur ein einziger Meßwert ausgelesen und verarbeitet werden muß. Ein weiterer Vorteil des Flaschenzugprinzips besteht in der Tatsache, daß eine Vertikalbewegung einer Tastrolle um den Weg h eine Fadenverlängerung um den Faktor 2, also 2 × h, bewirkt. Es findet also eine mechanische Verstärkung des Meßwertes statt. Gerade bei großen Radien mit schwachen Meßsignalen hat dieser Verstärkungseffekt einen positiven Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Mit dem Sensor können Radien über 100 mm gemessen werden.

Claims

1. Krümmungssensoren zur Konturerfassung von Biegeteilen, dadurch gekennzeichnet, daß die zu vermessende Werkstückkrümmung aus der daraus resultierenden, umgewandelten und gemessenen Verschiebung der Tastrollen des Sensors berechnet wird.

2. Krümmungssensoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwandlung der Verschiebung der Tastrollen entweder nach dem Flaschenzugprinzip, d. h. durch einen Faden und mehrere Umlenkrollen, oder nach dem Ziehharmonikaprinzip, d. h. durch zwei wie Kettensegmente miteinander verbundenen Rollenreihen, erfolgt.

3. Krümmungssensoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umgewandelte Verschiebung der Tastrollen entweder durch einen opto-elektronischen Drehgeber oder durch einen induktiven Wegaufnehmer gemessen wird.

4. Krümmungssensoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmerwerte nach mathematischen Beziehungen in einen Krümmungswert mit Hilfe eines Rechners umgerechnet und angezeigt werden.