DE3804913C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur präzisen, ausschußarmen großzahligen Herstellung von Schraubenfedern einer bestimmten, vorgebbaren Sollänge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Aus der Druckschrift DE-Z. Draht 1982, Nr. 5, Seite 301, ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt, bei dem ein üblicher Regelkreis mit Standardregelelementen verwendet wird. Bei der Durchführung derartiger Schraubenfederherstellungsverfahren hat sich nun herausgestellt, daß die übliche Nachregelung verbesserungsbedürftig ist, weil sie u. a. sich ändernde Federdrahtelastizitäten nicht in einem Umfang berücksichtigt, daß unnötiger Ausschuß vermieden wird. Besonders bei Massenherstellungen derartiger Schraubenfedern ist man jedoch bestrebt, die Fabrikationspräzision durch Verifizierung engerer Toleranzbereiche bei gleichzeitiger Verringerung der Ausschußquote zu erhöhen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung im Hinblick auf eine Ausschußverminderung bei hoher Produktionsgeschwindigkeit zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensseitig durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale und vorrichtungsseitig durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 4 angegebenen Merkmale gelöst.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 und 3 gekennzeichnet, während bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung in den Patentansprüchen 5 bis 8 angegeben sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorteilhaft der Verlauf des Nachregelsignals abhängig von einer optimierten Kontrollvariablen (C) vor Beginn der eigentlichen Schraubenfederherstellung festgelegt, wobei die Kontrollvariable in günstiger Weise unter Berücksichtigung der Bewertung der Verteilung von Längenunterschieden relativ zu den Sollängen der Schraubenfedern während Federprobeherstellungen bestimmt wird und danach die Schraubenfederherstellung unter Berücksichtigung des dementsprechend festgelegten Nachregelungssignalverlaufs durchgeführt wird.

In vorteilhafter Weise können durch diese Maßnahmen die Präzision der hergestellten Schraubenfedern deutlich erhöht und die Ausschußquoten sowie die Herstellungskosten bei einer außerordentlich hohen Produktionsgeschwindigkeit wirksam gesenkt werden.

Das vorteilhafte erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung unterscheiden sich deutlich von einem Federherstellungsverfahren, das in der DE-Z. Draht 1980, Nr. 1, Seite 44, offenbart ist. Dort wird zur Verminderung der Ausschußquote ein völlig anderer Weg aufgezeigt, bei dem die Steigungsverstellung bei der Herstellung der Schraubenfeder über einen Stellmotor derart gewählt wird, daß die Nachregelung bereits beginnt, wenn die fertiggewundene Feder noch innerhalb des Sortiertoleranzbereichs liegt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den gesamten Figuren bezeichnen, näher erläutert wird. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Schraubenfederherstellungsvorrichtung gemäß einer Ausbildungsform der dargestellten Erfindung;

Fig. 2(A) und 2(B) Ansichten zur Beschreibung des Prinzips der Schraubenfederherstellung bei der dargestellten Ausbildungsform;

Fig. 3 ein Schaltungsschema, das ein Beispiel eines elektrischen Schaltkreises zur Realisierung einer Längenunterschieds-Ermittlungseinrichtung gemäß der Ausbildungsform darstellt;

Fig. 4 eine Schnittansicht, die einen Sortierer gemäß der Ausbildungsform darstellt;

Fig. 5(A), (B) und Fig. 6(A), (B) graphische Darstellungen, die zur Zeit der Federherstellung den Zusammenhang zwischen Streuung und dessen Häufigkeit zeigen, wenn eine Kontrollvariable gemäß der Ausbildungsform variiert wird;

Fig. 7(A), (B) Fließdiagramme, die die von einer CPU in der Ausbildungsform durchgeführte Verarbeitung veranschaulichen;

Fig. 8(A), (B) Fließdiagramme, die die von der CPU ausgeführte Verarbeitung beim Herstellen von Probestücken gemäß der Ausbildungsform veranschaulichen; und

Fig. 9 eine Ansicht, die ein Beispiel für den Zusammenhang zwischen Akzeptanzrate und Probeherstellung gemäß der Ausbildungsform zeigt.

Das Blockdiagramm in Fig. 1 zeigt den Aufbau einer Federherstellungsvorrichtung gemäß einer Ausbildungsform der Erfindung.

In dieser Figur bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Mikroprozessor (nachfolgend bezeichnet als "CPU") zur Kontrolle des Gesamtsystems bzw. der Gesamtvorrichtung, in dem eine Verarbeitung gemäß den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Fließdiagrammen durchgeführt wird. Das diesen Fließdiagrammen entsprechende Programm ist in einem ROM 1a gespeichert. Ein RAM 1b wird als Arbeitsbereich für die CPU 1 verwendet. Die Vorrichtung enthält ferner eine Tastatur 2 für das Einstellen von Parametern (z. B. der zulässigen Grenzen von Istlängen), die sich auf die Federherstellung beziehen, eine Anzeigeeinheit 3 zur Wiedergabe verschiedenartiger graphischer Darstellungen, die auf den Parametereinstellungen oder den Istlängen von Federn beruhen, welche während der Federherstellung gemessen werden, einen Drucker 4 für den Ausdruck der von der Anzeigeeinheit 3 dargestellten graphischen Darstellungen, eine Ermittlungseinrichtung 5 zur Ermittlung des Längenunterschiedes zwischen einem Abschnitt 5a und dem entfernten Ende einer Schraubenfeder, die durch eine Federherstellungseinrichtung 6 hergestellt worden ist, die detailliert unten beschrieben wird. Genauer gesagt, arbeitet die Einrichtung 5 durch Abfühlen der elektrostatischen Kapazität und kann durch den in Fig. 3 dargestellten Schaltkreis verwirklicht sein. Da nämlich die elektrostatische Kapazität abhängig von dem Abstand zwischen dem Ende einer Feder und dem Abschnitt 5a variiert, kann die Kapazität eines veränderlichen Kondensators 55 in entsprechender Weise zur Änderung gebracht werden. Wenn das Potential an den Ausgängen A und B abgefühlt wird, kann die Kapazität des veränderlichen Kondensators 55 berechnet werden, wodurch man den Abstand zwischen dem Detektorabschnitt 5a und dem Ende der Feder ermitteln kann. Die Ladungskapazitäten der Kondensatoren 51, 52 und die Widerstandswerte der Widerstände 53, 54 sind bekannt. Ein Wechselspannungsgenerator 56 erzeugt eine Spannnung von E sin ωt (0 ω < π ). Wenn demgemäß die Einrichtung 5 in ihrer Zustellung fixiert ist, kann man einen Längenunterschied ΔL bei der gewünschten freien Länge L abfühlen bzw. ermitteln. Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung soll nur als Beispiel dienen und die Erfindung ist darauf nicht beschränkt.

Die CPU 1 bestimmt aus der Istlänge einer hergestellten Feder, ob die Feder ein innerhalb zulässiger Grenzen akzeptables Exemplar ist oder eine Länge besitzt, die länger oder kürzer als zulässig ist. Ein Sortierer 7 empfängt von der CPU 1 Solenoid-Steuersignale gemäß den Abfühl- bzw. Ermittlungsergebnissen und spricht darauf durch Sortieren der Federn in solche, die innerhalb der zulässigen Grenzen fallen, und solche an, die dies nicht tun.

Fig. 4 veranschaulicht den speziellen Aufbau des Sortierers 7. Der Sortierer 7 enthält Verschlußklappen 73, 74, die durch entsprechende Solenoide 71, 72 gedreht werden. Wenn die Pegel der Solenoid Antriebssignale, die von der CPU 1 ausgegeben werden, beide "0" sind, werden beide Verschlußklappen 73, 74 durch die Wirkung von nicht dargestellten Federn in den Stellungen gehalten, die durch ausgezogene Linien angedeutet sind.

Eine Schraubenfeder, deren Istlänge durch die Einrichtung 5 abgefühlt worden ist, wird von einer Abtrenneinrichtung 27 abgetrennt und fällt durch einen gemeinsamen Durchgang 70. Gleichzeitig gibt die CPU 1 Signale für die Ansteuerung der Solenoide 71, 72 ab, die auf der abgefühlten Istlänge basieren. Wenn beispielsweise ermittelt worden ist, daß die Istlänge einer hergestellten Feder zu kurz ist, um innerhalb der zulässigen Grenze zu liegen, gibt die CPU 1 ein Signal ab, das nur das Solenoid 71 ansteuert. Daraufhin wird die Verschlußklappe 73 in die Stellung gedreh, die in Fig. 4 durch die gestrichelte Linie 73′ dargestellt ist, wodurch die Feder, die in den gemeinsamen Durchgang 70 fallengelassen worden ist, in einen Zweigdurchgang 76 abgelenkt wird.

Der Aufbau der Federherstellungseinrichtung 6 und deren Funktionsprinzip wird nun im Zusammenhang mit den Fig. 1 und den Fig. 2(A) und 2(B) beschrieben.

Ein erstes Zahnrad 26a und eine erste Zuführeinrichtung 20a sind koaxial auf der Antriebswelle eines Motors 25 gelagert. Ein zweites Zahnrad 26b kämmt mit dem ersten Zahnrad 26a. Eine zweite Zuführeinrichtung 20b ist an dem zweiten Zahnrad 26b in koaxialer Zuordnung zu diesem befestigt. Die erste und die zweite Zuführeinrichtung 20a, 20b spannen zwischen sich einen Draht 100 derart ein, daß der Draht 100 in Zuordnung zu der Drehung der Einrichtungen 20a, 20b zu einer Windeeinrichtung 22 ausgebbar ist. Genauer gesagt, werden die erste und die zweite Zuführeinrichtung 20a, 20b durch Drehen des Motors 25 im Uhrzeigersinn in Fig. 2(A) veranlaßt, in die durch die Pfeile angedeuteten Richtungen zu drehen, wodurch der Draht 100 über eine Führung 21 in Richtung auf die Windeeinrichtung 22 zugeführt wird.

In der Oberfläche der Windeeinrichtung 22 ist eine Führungsnut gebildet, an die das Ende des Drahtes 100 anschlägt. Die Nut ist derart schräg gestellt, daß der an die Nut anstoßende Draht 100 zwangsläufig in Fig. 2(A) nach unten gebogen wird.

Zusätzlich zu dem Motor 25 ist ein Motor 32 vorgesehen. Der Motor 32 besitzt eine Antriebswelle, die jedesmal eine Umdrehung vornimmt, wenn eine Feder hergestellt wird, und er ist für die Windungssteigung der Feder verantwortlich. An die Antriebswelle des Motors 32 ist eine Steuerscheibe 33 angebracht, die in Anlageberührung mit einem Antriebselement 30 steht. Wenn die Steuerscheibe 33 eine Umdrehung durchführt, macht das Antriebselement 30 einen Hub in einer Richtung, die die Zuführrichtung des Drahtes 100 kreuzt, während seine Eigendrehung um seine Längsachse durch eine Führung 31 begrenzt ist.

Eine Druckstange 29 ist in das Antriebselement 30 eingeschraubt und vermag in dessen axialer Richtung eine freie hin- und hergehende Bewegung vorzunehmen. Ein Steigungswerkzeug 23 ist auf das entfernte Ende der Stange 29 derart montiert, daß es über eine Führung 28 ohne Drehung rückwärts und vorwärts bewegt wird. Fig. 1 zeigt einen Abschnitt der Steuerscheibe 33 mit einem kleinen Durchmesser in Anlageberührung mit dem Antriebselement 30. In diesem Zustand befindet sich das Steigungswerkzeug 23 in einer Stellung, in der es nicht die Windungssteigung der Feder formt. Wenn die Steuerscheibe 33 derart dreht, daß die Stellung der von dem Antriebselement 30 kontaktierten Steuerscheibe 33 sich von dem Abschnitt mit einem kleinen Durchmesser zu einem Abschnitt mit einem großen Durchmesser ändert, kreuzt das Steigungswerkzeug 23 allmählich die Bahn des Drahtes 100 und drückt auf den durch die Nut der Angriffsstelle 22 zusammengerollten Abschnitt des Drahtes, um dadurch die oben erwähnte Windungssteigung zu bilden. Dieser Zustand ist in den Fig. 2(A) und 2(B) gezeigt.

Unmittelbar nachdem der Draht 100 durch die Windeeinrichtung 22 fertiggebogen worden ist, wird der Draht durch die Schneideeinrichtung 27 abgetrennt, die synchron mit einer Umdrehung des Motors 32 angesteuert wird.

Die Federwindungssteigung und die Istlänge der Feder, die durch die Zahl der Windungen in der Feder bestimmt wird, kann abhängig von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors 32 relativ zu der des Motors 25 vorherbestimmt werden. Nichtsdestotrotz können Federn, die genau dieselbe Istlänge aufweisen, nicht hergestellt werden. Der Grund liegt darin, daß sich, selbst wenn das Steigungswerkzeug 23 um eine Größe Lp nach vorn geschoben wird, wie in Fig. 2(B) gezeigt, die Elastizität des Drahtes konstant ändert, wodurch die Federwindungssteigung P schwankt und demgemäß nicht immer 2Lp ist. Demgemäß ist es erforderlich, die Größe der axialen Verschiebung Lp des Steigungswerkzeugs 23, die in Fig. 2(B) gezeigt ist, genau einzustellen. Um die Größe der axialen Verschiebung Lp gemäß der dargestellten Ausbildungsform fein einzustellen, wird die Stange 29 um ihre Achse gedreht, um den Wert zu ändern, um den die Stange 29 in das angetriebene Element 30 eingesetzt ist, um dadurch fein die Länge von dem Berührungspunkt zwischen dem angetriebenen Element 30 und der Steuerscheibe 33 und dem beabstandeten Ende des Steigungswerkzeugs 23 einzustellen.

Um dies zu erreichen, sind gemäß der dargestellten Ausbildungsform ein Schneckenrad 36, ein Element 34, das an das Schneckenrad 36 angreift, und ein Schrittmotor 9 für das Drehen des Schneckenrades 36 vorgesehen. Der Zusammenhang zwischen diesen Elementen wird nun beschrieben.

Das Schneckenrad 36, durch das die Stange 29 gleitend geführt ist, und das sich gemeinsam mit der Stange 29 dreht, wird in seiner axialen Bewegung durch das Eingriffselement 34 reguliert. Mit dem Schneckenrad 36 kämmt eine Schnecke 37, die auf der Antriebswelle des Schrittmotors 9 gelagert ist. Demgemäß kann durch Drehen der Antriebswelle des Schrittmotors 9 um eine erforderliche Größe in der gewünschten Richtung die Größe der axialen Verschiebung l bzw. Lp des oben beschriebenen Steigungswerkzeugs 23 fein eingestellt werden. Der Schrittmotor 9 wird von einer Ansteuerung 8 gesteuert, und die Richtung und die Größe der Drehung der Schnecke 37 werden durch die CPU 1 kontrolliert.

Wichtig ist, wie eine Kontrollvariable für das Regeln der Größe der axialen Verschiebung l bzw. Lp des Steigungswerkzeugs 23 zu bestimmen ist.

Genauer gesagt wird, wenn eine Feder hergestellt wird, die eine Länge ΔL besitzt, die größer als die einer Sollänge L ist, eine Rückführgröße (= C × ΔL) berechnet, um die Größe der axialen Verschiebung l bzw. Lp des Steigungswerkzeugs zu verringern. Die Größe der axialen Verschiebung l bzw. Lp des Steigungswerkzeugs 23 wird fein mittels Ansteuerung des Schrittmotors 9 um eine Größe eingestellt, die dem berechneten Wert entspricht.

Es wird beispielsweise angenommen, daß die Kontrollvariable C = 0,01 beträgt, und daß eine Feder hergestellt worden ist, die eine Länge aufweist, die +0,05 mm größer als die der Sollänge L ist. In diesem Fall beträgt die Rückführgröße 5,0 × 10^-4. Die Antriebswelle des Schrittmotors 9 wird um eine Größe gedreht, die diesem Wert entspricht, um die Länge von dem abgewendeten Ende des Steigungswerkzeugs 23 zu dem Ende des angetriebenen Elements 30 zu verkürzen. Anders ausgedrückt, wird die Größe der axialen Verschiebung l bzw. Lp des Steigungswerkzeugs 23 verringert. Wenn ΔL negativ ist, wird die entsprechende Rückführgröße in ähnlicher Weise berechnet, um die Größe des axialen Versatzes des Steigungswerkzeugs 23 zu erhöhen.

Wenn jedoch die Elastizität des Drahtes 100 sich konstant ändert, wie oben beschrieben, ist es unmöglich, eine Kontrollvariable C zu bestimmen, die allen Faktoren genügt.

Demgemäß werden bei der dargestellten Ausbildungsform Stichprobenkenngrößen gesammelt und analysiert, um eine optimale Kontrollvariable C festzulegen, ehe eine Feder, die die Sollänge L besitzt, hergestellt wird.

Die Einzelheiten der Verarbeitung werden nun beschrieben.

Zunächst werden N Federn unter Verwendung der Funktion eines Ausgangswertes C_o hergestellt. Dies wird nachfolgend als "Probeherstellung" bezeichnet. Unterschiede zwischen Sollängen, die während der Probeherstellung abgefühlt werden, werden nacheinander in dem RAM 1b gespeichert. Während dieses Betriebes wird der Sortierer 7 in Abstimmung mit den abgefühlten Istlängen der Federn derart angesteuert, daß durch die Probeherstellung hergestellte akzeptierbare Federn nicht zum Ausschuß kommen.

Während oder nach dem Betrieb einer ersten Probeherstellung werden eine Akzeptanzrate G, die auf einer Zahl n von Federn innerhalb zulässiger Grenzen basiert, ein Durchschnittswert von Unterschieden relativ zur Sollänge und deren Standardabweichungswert σ berechnet. Eine Durchschnittslänge kann anstelle des Durchschnittswerts verwendet werden.

Die vorgenannten Werte werden gemäß den folgenden Gleichungen berechnet:

G=n/N

Eine Kontrollvariable Ci, die sich auf die Probeherstellung von dem weiteren (d. h. einem i-ten Probeherstellungsvorgang) bezieht, ist ein Wert [= C_o + ΔC × (i - 1)], den man erhält, indem ΔC zu der Kontrollvariablen des unmittelbar vorangehenden Probeherstellungsvorgangs hinzugefügt wird, und die drei oben erwähnten Werte werden für jeden Vorgang berechnet. Wenn diese Probeherstellungsvorgänge einer vorgegebenen Zahl m entsprechend oft durchgeführt worden sind, wird bestimmt, welche Probeherstellung die besten Ergebnisse liefert, nämlich die Probeherstellung, welche eine bestimmte Kontrollvariable verwendet.

Es werden Kriterien verwendet, um über die optimale Kontrollvariable zu entscheiden. Bei der dargestellten Ausbildungsform wird dies dadurch bestimmt, daß ein Gewichten bezüglich jeden Faktors wie folgt durchgeführt wird:

Akzeptanzrate < Durchschnittswert < Standardabweichung.

Das bedeutet, daß, wenn die maximale Akzeptanzrate zum Zeitpunkt eines i-ten Probeherstellungsvorgangs unter m Probeherstellungsvorgängen erreicht worden ist, der Wert von C_o + ΔC × (i - 1) als die optimale Kontrollvariable bestimmt wird. Wenn zwei oder mehr Bewerber für die optimale Akzeptanzrate vorhanden sind, wird die Entscheidung auf der Basis eines zweiten Kriteriums, nämlich des "Durchschnittswertes" getroffen. Falls die Bewerber unter Verwendung des Durchschnittswertes nicht auf einen begrenzt werden können, wird die Entscheidung basierend auf dem dritten Kriterium, nämlich der "Standardabweichung" vorgenommen.

Bei der dargestellten Ausbildungsform ist die Zahl m der Probeherstellungsvorgänge und die Zahl N der bei jeder Probeherstellung hergestellten Federn spezifiziert. Falls jedoch die gesammelten Stichprobenkenngrößen ihre Bedeutung bei zu kleinen Werten verlieren, ist es erforderlich, daß m und N etwas größer sind. Genau gesagt, sollte m einen Wert von mehreren Zehnern und N einen Wert von mehreren Hundertern haben. Die Einstellung des Ausgangswertes C_o und des Schrittwertes ΔC bei jedem Probeherstellungsvorgang ist ebenfalls wichtig. Wenn eine Feder hergestellt wird, die eine vergleichsweise große Istlänge aufweist, sollte m groß und ΔC klein sein. Der Grund liegt darin, daß, obgleich die Rückführgröße durch die Kontrollvariable bestimmt wird, die Abweichung groß im Vergleich mit der Herstellung einer Feder ist, die eine kleine Istlänge besitzt, und es ist demgemäß notwendig, eine detaillierte Analyse vorzunehmen.

Die Gründe für das Einrichten einer bevorzugten Reihenfolge betreffend die oben genannten Faktoren, werden nun in Zusammenhang mit den Fig. 5 und 6 beschrieben. Die folgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der optimalen Kontrollvariablen, das auf einer Bewertung der Verteilung von Längenunterschieden der Federn relativ zu einer Sollänge beruht. Dasselbe würde jedoch auch gelten, wenn eine Verteilung von Istlängen hergestellter Federn verwendet wird.

Es wird angenommen, daß n Federn als Proben hergestellt werden sollen, wobei die freie Länge 50,00 mm und die Zulässigkeitsgrenzen ± 0,08 mm sind. Unterschiede bezüglich 50,00 mm werden längs der vertikalen Achse und die Häufigkeit wird längs der horizontalen Achse gezeichnet, um die in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigten graphischen Darstellungen zu erhalten. Es wird angenommen, daß die Akzeptanzraten bei diesen Darstellungen dieselben sind. Selbstverständlich unterscheiden sich die Kontrollvariablen in den beiden graphischen Darstellungen.

Während in Fig. 5(A) das durchschnittliche Differential bezüglich der gewünschten freien Länge der Feder etwa 0,008 mm beträgt, ist das durchschnittliche Differential in Fig. 5(B) -0,0145 mm. Offensichtlich hat die Kontrollvariable, die sich auf die Probeherstellung von Fig. 5(A) bezieht, die höhere Priorität. Demgemäß ist bei Vorhersage eines Falls, in dem die Akzeptanzraten dieselben sind, die Bedeutung des Mittelwerts als zweites Kriterium verständlich. Anders ausgedrückt, besteht ein Kriterium darin, ob es möglich ist, Federn herzustellen, die eine höhere Präzision besitzen, indem die Zulässigkeitsgrenzen verringert werden (z. B. ±0,04 mm).

Wenn ein Fall vorgegeben wird, in dem die Durchschnittswerte ebenso wie die Akzeptanzraten dieselben sind, wird eine Bestimmung unter Verwendung des dritten Kriteriums, nämlich der Standardabweichung σ (oder Abweichung σ²) vorgenommen.

Die Fig. 6(A) und 6(B) veranschaulichen einen Fall, bei dem die Akzeptanzraten dieselben sind und die Fehler bezüglich der Sollänge beide 0,00 mm betragen. Offensichtlich ist es so, daß je höher die Häufigkeit ist, bei der der Fehler 0,00 mm beträgt (d. h. je kleiner die Standardabweichung), desto besser. Es ist demzufolge einzusehen, daß die Probeherstellung mit der Kontrollvariablen von Fig. 6(B) (d. h. bei der die Standardabweichung σ etwa 0,026 beträgt) eine höhere Priorität als die aufweist, die den Kontrollwert von 6(A) besitzt (bei dem die Standardabweichung σ etwa 0,039 beträgt). Insbesondere in dem Fall von Fig. 6(B) regt die Tatsache, daß die Standardabweichung klein ist, dazu an, daß die zulässigen Grenzen bei der Istlänge der Feder weiter verringert werden können.

Die Anzeige der vorgenannten graphischen Darstellungen und eine Zeitfolgen-Umwandlung der drei Werte, die als Kriterien dienen, auf der Anzeigeeinheit 3, machen es für eine Bedienungsperson sehr leicht, die vorhandenen Gegebenheiten zu erfassen.

Die Fließdiagramme der Fig. 7(A) und 7(B) fassen die Verarbeitung gemäß der dargestellten Ausbildungsform auf der Grundlage der oben beschriebenen Anordnung und des oben beschriebenen Prinzips zusammen.

Zunächst wird die Zahl m der Probeherstellungsvorgänge in einem Schritt S 1 des Fließdiagramms von der Tastatur 2 aus eingestellt. Danach wird die Zahl N an Federn, die bei jedem einzelnen Probeherstellungsvorgang hergestellt werden, bei einem Schritt S2 eingestellt. Die zulässigen Grenzen werden bei einem Schritt S3, der Ausgangswert C_o bei einem Schritt S4 und ein Schrittwert ΔC der Kontrollvariablen wird bei einem Schritt S5 eingestellt. Danach folgt ein Schritt S6, bei dem "1" in die Variable i als Anfangswert eingesetzt wird. Es ist festzuhalten, daß, ob die Probeherstellung beendet ist oder nicht, auf der Grundlage des Wertes der Variablen i bestimmt wird.

Der Schritt S7 in Fig. 7(B) ruft zur Durchführung der Verarbeitung der Probeherstellung auf. Wenn ein einziger Probeherstellungsvorgang endet, wird die Variable bei einem Schritt S8 erhöht, und die Variable i wird mit der Zahl m der Probeherstellungsvorgänge bei einem Schritt S9 verglichen. Falls die bei dem Schritt S9 sich ergebende Entscheidung lautet, daß i m ist, kehrt das Programm zu dem Schritt S7 zurück, um den nächsten Probeherstellungsvorgang durchzuführen. Die Schritte S7-S9 werden wiederholt, bis die Beziehung i < m erreicht ist.

Wenn bei dem Schritt S9 festgestellt wird, daß i < m vorliegt, geht das Programm zu einem Schritt S10 weiter, bei dem die optimale Kontrollvariable in Übereinstimmung mit den bereits beschriebenen Kriterien bestimmt wird. Die Federherstellung wird bei einem Schritt S11, basierend auf der ermittelten optimalen Kontrollvariablen, durchgeführt. Dieses Vorgehen wird vorgenommen, bis die voreingestellte Zahl akzeptabler Federn erreicht ist oder bis die Vorrichtung anhält.

Die Einzelheiten des Vorgehens bei der Probeherstellung, das bei dem Schritt S7 durchgeführt wird, werden nun im Zusammenhang mit den Fig. 8(A) und 8(B) beschrieben.

Ein Schritt S701 ruft die Ermittlung der Kontrollvariablen C für die Probeherstellung in Übereinstimmung mit der folgenden Gleichung auf, die auf der Variablen i basiert, welche die Ordnung des Probeherstellungsvorgangs andeutet:

Kontrollvariable C = C_o + (i - 1) × ΔC.

Demgemäß ist die Kontrollvariable zum Zeitpunkt des ersten Probeherstellungsvorgangs der vorgegebene Ausgangswert C_o.

Als nächstes wird "1" durch eine Variable j ersetzt, die die Zahl von Federn darstellt, welche während des Probeherstellungsvorgangs hergestellt worden sind. Eine Variable A, die die Zahl von akzeptierbaren Federn darstellt, wird auf den Anfangswert "0" gesetzt, und eine Variable B, die die Summe der gesamten Abweichungsgrößen darstellt, wird auch anfangs auf "0" gesetzt. Nach dem Ende dieser Anfangseinstellungen, geht das Programm zu einem Schritt S703 vor, um automatisch eine Feder herzustellen. Danach folgt ein Schritt S704, bei dem die Längenunterschiede ΔL bezüglich der Sollänge ermittelt werden, welche von der Ermittlungseinrichtung erfaßt worden sind, und dann zeitweise als Variable D (j) gespeichert werden. Es wird dann bei einem Schritt S705 bestimmt, ob die Abweichungsgröße D(j) innerhalb der zulässigen Grenze liegt. Wenn die Antwort JA lautet, wird zu der Variablen A bei einem Schritt S706 "1" hinzugezählt, und das Programm schreitet fort zu einem Schritt S708. Wenn die bei dem Schritt S705 erhaltene Antwort NEIN ist, was angibt, daß die Abweichungsgröße D(j) außerhalb der zulässigen Grenzen liegt, rückt das Programm zu einem Schritt S707 vor, bei dem das Solenoid 71 oder 72 des Sortierers 7 für eine vorbestimmte Zeitdauer angesteuert wird. Welches Solenoid angesteuert wird, hängt von dem Vorzeichen der Abweichungsgröße ab. Danach folgt der Schritt S708.

In dem Schritt S708 wird die Addition der Abweichungsgröße D(j) zu der Variablen B aufgerufen, wonach der Wert von D(j) und die oben beschriebenen graphischen Darstellungen bei einem Schritt S709 angezeigt werden.

Danach wird eine Rückführgröße F bei einem Schritt S710 [Fig. 8(B)] berechnet. Obgleich die Funktion zur Berechnung der Rückführgröße bereits beschrieben worden ist, soll sie noch einmal durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

F = C × D(j).

Der Schrittmotor 9 wird bei einem Schritt S711 abhängig von der Größe und dem Vorzeichen der erhaltenen Rückführgröße F angesteuert. Danach folgt ein Schritt S712, bei dem die Variable j um 1 erhöht wird, und dann ein Schritt S713, bei dem die Variable j und der eingestellte Wert N verglichen werden. Falls sich ergibt, daß j N ist, bedeutet dies, daß N Federn noch nicht hergestellt worden sind, und das Programm kehrt zu dem Schritt S703 zurück. Wenn N Federn hergestellt worden sind, wird die Bestimmung j < N bei dem Schritt S713 vorgenommen, und die Verarbeitung wird von einem Schritt S714 weiter durchgeführt.

Dementsprechend wird die Zahl von Federn, die innerhalb der zulässigen Grenzen liegt, als Variable A zu dieser Zeit gespeichert. Ferner wird die Summe des Gesamtwertes der Abweichungsgrößen der N Federn als Variable B gespeichert, und die Abweichungsgrößen der einzelnen Federn werden als Variable D(1) bis D(N) gespeichert.

Basierend auf diesen Werten werden eine Akzeptanzrate G(i), ein Durchschnittswert X(i) und die Standardabweichung σ(i) für den i-ten Probeherstellungsvorgang bei den Schritten S714-S716 berechnet. Die erhaltenen Werte werden im Schritt S717 in dem RAM 1b gespeichert.

Durch Durchführung der vorgenannten Verarbeitung für jede einzelne Probeherstellung werden eine Akzeptanzrate, ein Durchschnittswert und eine Standardabweichung erhalten, die für jede Probeherstellung individuell ist. Die optimale bzw. optimierte Kontrollvariable kann demgemäß bei dem oben beschriebenen Schritt S10 in Abhängigkeit von den erhaltenen Variablen G(1), X(i) und σ(i) bestimmt werden.

Wie zuvor beschrieben, werden gemäß der dargestellten Ausbildungsform die optimalen Bedingungen bezüglich der Federherstellung von der Federherstellungsstufe geprüft, um dadurch Federn unter den Bedingungen für die optimale Akzeptanzrate herstellen zu können. Da weiterhin eine Reihe von Verarbeitungsschritten automatisch durchgeführt wird, ist es selbst für eine Bedienperson mit wenig Federherstellungserfahrung möglich, zuverlässig Federn herzustellen, die die gewünschte freie Länge besitzen.

Wenn eine Drahtrolle aufgebraucht ist und eine neue Drahtrolle an deren Stelle gesetzt ist, oder wenn Federn mit unterschiedlichen Längen im Verlauf eines Herstellungsvorgangs produziert werden sollen, ist das Durchführen derselben Verarbeitung wünschenswert. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine geringfügige Änderung in der Materialqualität, dem Durchmesser und dergleichen vorliegt, wenn ein Unterschied bei dem Drahtlos existiert.

Bei der dargestellten Ausbildungsform wird die Akzeptanzrate durch eine Aufwärtszähloperation berechnet, wenn hergestellte Federn innerhalb des zulässigen Bereichs liegen. Es ist jedoch mathematisch möglich, die Akzeptanzrate zu berechnen, wenn Zulässigkeitsgrenzen auf dem Standardabweichungswert basierend eingestellt werden. Der Standardabweichungswert wird durch die oben erwähnte Gleichung berechnet. Dies bedeutet, daß es unnötig gewesen ist, die Federn innerhalb des zulässigen Bereichs einzeln zu zählen. Anders ausgedrückt, kann die optimale Kontrollvariable lediglich auf der Grundlage einer Verteilung von Istlängen während jedes Probeherstellungsvorgangs bestimmt werden.

Bei der dargestellten Ausbildungsform wird die Rückführgröße bei jeder Gelegenheit basierend auf der Funktion berechnet. Rückführgrößen können jedoch auch als Tabelle in dem RAM 1a gespeichert und bei Bedarf ausgelesen werden.

Falls eine graphische Darstellung, die den erläuterten Zusammenhang zeigt, beispielsweise in Fig. 9 erhalten wird, wenn die Zahl von Probeherstellungsvorgängen längs der Horizontalachse und die Akzeptanzrate längs der Längsachse gezeichnet ist, kann die Anordnung so getroffen werden, daß die folgende Probeherstellung ausgesetzt wird, um versehentlichen Drahtabfall zu vermeiden. Da die Bestimmung, ob die Akzeptanzrate eine Spitze aufweist oder nicht, nicht vorgenommen werden kann, sofern nicht die Akzeptanzrate der nächsten Probeherstellung (Punkt B) gemessen ist, wird die aktuelle Zahl der erforderlichen Probeherstellung die bis zu dem Augenblick sein, in dem die maximale Akzeptanzrate ermittelt wird, zuzüglich einer zusätzlichen Probeherstellung.

Wenn die maximale Akzeptanzrate bei dem Punkt C in Fig. 9 ermittelt wird, wird beurteilt, daß die Einstellung für die maximale Akzeptanzrate zwischen den Punkten A und B an jeder Seite des Punktes C liegt. Wenn demgemäß zu dem Probeherstellungszustand (Punkt A in Fig. 9) zurückgekehrt wird, der unmittelbar der Probeherstellung vorangeht, bei der die maximale Akzeptanzrate ermittelt worden ist, wird ΔC′ (wobei ΔC′ < ΔC) ist, als Schrittwert angenommen, und die Fließdiagramme der Fig. 7 und 8 werden bis zu dem Punkt B durchgeführt, und eine Federherstellungsgegebenheit für eine noch bessere Akzeptanzrate kann geprüft werden.

Bei der dargestellten Ausbildungsform ist nur die Kontrolle des Steigungswerkzeugs 23 beschrieben. Da jedoch beispielsweise die Lage der Windeeinrichtung 22 auch einen signifikanten Einfluß auf die Istlänge von Federn besitzt, kann die Anordnung so getroffen werden, daß die Lage der Windeeinrichtung fein eingestellt wird. Die Analyse bzw. Verarbeitung der relevanten Größen kann dann wie zuvor durchgeführt werden.

Weiterhin sind in der dargestellten Ausbildungsform ein Motor für das Zuführen des Drahtes und ein Motor zur Herstellung der Windungssteigung unabhängig voneinander vorgesehen. Die dargestellte Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung begrenzt. Beispielsweise kann ein gemeinsamer Motor für das Zuführen des Drahtes und für die Herstellung einer Windungssteigung verwendet werden.

Claims (8)

1. Verfahren zur präzisen, ausschußarmen großzahligen Herstellung von Schraubenfedern einer bestimmten, vorgebbaren Sollänge, bei dem zur Bildung von einzelnen Schraubenfedern ein Draht einer Federwindeeinrichtung zugeführt und durch diese in Schraubenform gewunden wird, wobei die Länge jeder Feder gemessen und die Steigung mit einem Steigungswerkzeug abhängig von einer Regelungseinrichtung nachgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vor Beginn der eigentlichen Schraubenfederherstellung der Verlauf des Nachregelungssignals der Regelungseinrichtung abhängig von einer optimierten Kontrollvariablen (C) festgelegt wird, die aufgrund der Bewertung der Verteilung von Längenunterschieden der Federn relativ zu der Sollänge während Federprobeherstellungen bestimmt wird, und daß danach die Schraubenfederherstellung unter Berücksichtigung des festgelegten Nachregelungssignalverlaufs durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des optimierten Nachregelungssignalverlaufs für jede Probeherstellung eine Akzeptanzrate, ein Durchschnittswert der Längenunterschiede der Federn und ein Standardabweichungswert der Längenunterschiede aus einer Verteilung von Längsunterschieden zwischen Istlängen und Sollängen von bei jeder Probeherstellung hergestellten Schraubenfedern berechnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung des optimierten Nachregelungssignalverlaufs für jede Probeherstellung eine Akzeptanzrate, eine durchschnittliche Länge der Federn und ein Standardabweichungswert der Istlängen aus einer Verteilung von Istlängen von bei jeder Probeherstellung hergestellten Schraubenfedern berechnet werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus
einer Zuführeinrichtung (20a, 20b) für einen Federdraht (100),
einer Windeeinrichtung (22) für das zwangsläufige und kontinuierliche Biegen des Federdrahtes (100) in einer vorbestimmten Richtung,
einem Steigungswerkzeug (23) zur Festlegung der Windungssteigung in dem kontinuierlich durch die Windeeinrichtung (22) gebogenen Draht, wobei das Steigungswerkzeug (23) im wesentlichen senkrecht zur Drahtbiegeebene axial hin- und herbewegbar ist,
einer Abtrenneinrichtung (27) für das Abtrennen des Federdrahtes (100) nach fertiger Schraubenfederherstellung,
einer Ermittlungseinrichtung (5, 5a) für das Ermitteln des Längenunterschieds (ΔL) zwischen der Istlänge einer hergestellten Schraubenfeder (24) und ihrer Sollänge (L) und einer Einstelleinrichtung (9, 29- 34, 36, 37) für das Nachregeln des Bewegungshubes des Steigungswerkzeugs (23) in Abhängigkeit von dem ermittelten Längenunterschied (ΔL),
gekennzeichnet durch
eine Einrichtung (1) zur Festlegung des Verlaufs des Nachregelungssignals für das Steigungswerkzeug (23) in Abhängigkeit von einer optimierten Kontrollvariablen (C) nach Maßgabe von Federprobeherstellung und durch eine Parametereinstelleinrichtung (2) für die Eingabe eines Ausgangswertes (C_o) und eines Schrittwertes (ΔC) für die Ermittlung der Kontrollvariablen (C) und für die Eingabe einer Zahl (m) von Probeherstellungen und einer Zahl (N) von Schraubenfedern für jede Probeherstellung.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einrichtung (1) zur Festlegung des Nachregelungssignalverlaufs eine optimierte Kontrollvariable (C) durch Berechnung einer Akzeptanzrate, eines Durchschnittswertes von Längenunterschieden der Federn und eines Standardabweichungswertes der Längenunterschiede aus einer Verteilung von Längenunterschieden zwischen Istlängen und Sollängen von hergestellten Schraubenfedern für jede Probeherstellung ermittelbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Einrichtung (1) zur Festlegung des Nachregelungssignalverlaufs eine optimierte Kontrollvariable (C) durch Berechnung einer Akzeptanzrate, einer durchschnittlichen Länge der Federn und eines Standardabweichungswertes der Istlängen aus einer Verteilung von Istlängen von hergestellten Schraubenfedern für jede Probeherstellung ermittelbar ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch eine Anzeigeeinrichtung (3) zur Überwachung von Parametereingaben und Istlängen von Schraubenfedern (24).

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachregelungssignal einem Schrittmotor (9) zuführbar ist, dessen Welle mit einer Schnecke (37) verbunden ist, die mit einem axial festgelegten Schneckenrad (36) zur Feineinstellung des Bewegungshubes des Steigungswerkzeugs (23) kämmt.