DE4339153C2 - Process for controlling the hold-down force of a deep-drawing press and control device for carrying out the process - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Niederhalterkraft einer Tiefziehpresse, insbesondere bei der Herstellung von Tiefziehblechen für Karosserieteile von Kraftfahrzeugen, und ein Regelgerät zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for regulating the hold-down force of a deep-drawing press, in particular in the production of deep-drawn sheets for body parts of motor vehicles, and a control device for performing the method.

Es ist eine Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Blechhalterkraft während des Ziehvorgangs mit einem hydraulischen Behälter-Kolben-Zylinderbetrieb bekannt (DE 36 40 507 C2), bei der zur Steuerung und Regelung der Drücke in den Blechhaltergarnituren und damit zur Regelung der Blechhalterkraft Proportional- oder Servoventile vorgesehen sind. Hierbei ist dem Blechhalterzylinder ein Sensor zugeordnet, der mit einem Steuergerät in Verbindung steht, welches die gewünschte Druckänderung im Blechhalterzylinder in Abhängigkeit von dem jeweiligen Ziehfortschritt über das Proportional- oder Servoventil vornimmt. Das Toleranzfeld des Blechhalterkraftverlaufs liegt zwischen den Fällen, in denen eine Faltenbildung und ein Einschnüren bzw. Risse auftreten.It is a device for controlling the sheet metal holder force during the Drawing process with a hydraulic container-piston-cylinder operation known (DE 36 40 507 C2), for the control and regulation of the pressures in the sheet metal holder sets and thus Proportional or servo valves are provided to control the sheet metal holder force. Here is the sheet metal holder cylinder is assigned a sensor which is connected to a control unit stands, which the desired pressure change in the sheet metal holder cylinder depending on the pulling progress via the proportional or servo valve. The tolerance range of the sheet holder force curve lies between the cases in which one Wrinkling and constriction or tears occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art sowie eine Regelgerät zu dessen Durchführung zur Verfügung zu stellen, mit dem eine verhältnismäßig einfache Regelung der Niederhalterkraft einer Tiefziehpresse zur fehlerfreien Herstellung von Formteilen möglich wird.The invention has for its object a method of the type mentioned and to provide a control device for its implementation, with which one Relatively simple regulation of the hold-down force of a deep-drawing press for error-free Production of molded parts becomes possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß während der Ziehzeit ein Ultraschallsignal von mindestens einer derart gewählten Stelle der Oberseite des Pressenwerkzeugs zum Niederhalter des Bleches gesendet wird, daß nur der Schallverlauf durch das einlaufende Blech über die Ziehzeit an einer der genannten Stelle der Oberseite des Pressenwerkzeugs zugeordneten Stelle des Niederhalters sensorisch erfaßt wird, daß das sensorisch erfaßte Ultraschallsignal auf der Senderfrequenz gefiltert, gleichgerichtet und verstärkt wird, und daß der so erzeugte Gleichspannungsanteil als Führungsgröße für einen die Regelung vornehmenden Regler verwendet wird. This object is achieved in that a during the drawing time Ultrasound signal from at least one such selected location on the top of the Press tool is sent to the hold-down of the sheet that only the sound path through the incoming sheet over the brewing time at one of the points mentioned on the top of the Press tool associated location of the hold-down device is sensed that the filtered, rectified and sensed ultrasound signal on the transmitter frequency is amplified, and that the DC voltage component thus generated as a reference variable for one Regulating controller is used.  

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens gehen aus den Patentansprüchen 1 bis 9 hervor.Advantageous further developments of the method according to the invention are shown in FIGS Claims 1 to 9 emerge.

Das erfindungsgemäße Regelgerät zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich durch die aus dem Patentanspruch 10 hervorgehenden Merkmale aus.The control device according to the invention for performing the method is characterized by features emerging from patent claim 10.

Mit dem erfindungsgemäße Regelgerät kann die Niederhalterkraft an einem Pressenwerkzeug während der Ziehzeit beeinflußt werden. Der Tiefziehprozeß wird sensorisch durch den Ultraschallgeber und -empfänger erfaßt, die an der Oberseite des Pressenwerkzeugs und des Niederhalters so angebracht sind, daß nur der Schallverlauf durch das einlaufenden Blech gemessen werden kann. Die Sende- und Empfängerpaare können, insbesondere für Pressenwerkzeuge mit mehreren Krafteinleitungspunkten, an mehreren Stellen um das Pressenwerkzeug herum verteilt angebracht und mit verschiedenen Ultraschallfrequenzen beaufschlagt werden. Damit kann ein Steilsignal für die verschiedenen Krafteinleitungspunkte getrennt bestimmt werden.With the control device according to the invention, the hold-down force can be exerted on a press tool be influenced during the drawing time. The thermoforming process is sensory by the Ultrasound transmitter and receiver detected on the top of the press tool and Hold-down devices are attached so that only the sound path through the incoming sheet can be measured. The transmitter and receiver pairs can, especially for Press tools with several force application points, in several places around the Press tool attached distributed around and with different ultrasonic frequencies be charged. This can be a steep signal for the various force application points can be determined separately.

Das sensorisch erfaßte Ultraschallsignal wird auf der Sensorfrequenz des zugehörigen Senders gefiltert, gleichgerichtet und verstärkt. Der so erzeugte Gleichspannungsanteil wird dem Regelgerät als Meßgröße zugeführt. Als Führungsgröße (Sollgröße) für den Regler, der ein P, PI, PID, Fuzzy-Regler oder ein Regler gemäß Patentanspruch 12 sein kann, wird über die Ziehzeit entweder die Meßgröße selbst oder die relative Änderung der Meßgröße oder die Änderung der Meßgröße oder die Änderung der Meßgröße bezogen auf den Anfangswert (Blech gerade zwischen Niederhalter und Werkzeugoberseite eingeklemmt, aber noch nicht über den Stempel gezogen) oder die relative Änderung der Meßgröße bezogen auf den Anfangswert oder eine Kombination der zuvor genannten Größen verwendet. Mit dem erfindungsgemäßen Regelgerät werden Verläufe der Meßgrößen für Ziehprozesse aufgezeichnet, die zu Gutteilen, Riß- und Faltenteilen geführt haben. Der Regler regelt den Istwert der Führungsgröße so, daß er dem Sollwert für gute Ziehteile entspricht. Hierzu muß die Niederhalterkraft angehoben werden, wenn der Istwert der Führungsgröße in Richtung der Faltenteile läuft, und abgesenkt werden, wenn die Führungsgröße in Richtung der Rißteile läuft.The sensed ultrasound signal is on the sensor frequency of the associated transmitter filtered, rectified and amplified. The DC voltage component thus generated is the Control device supplied as a measured variable. As a reference variable (setpoint) for the controller, which is a P, PI, PID, fuzzy controller or a controller can be according to claim 12 is about Draw time either the measured variable itself or the relative change in the measured variable or the Change in the measured variable or change in the measured variable in relation to the initial value (The sheet is just clamped between the hold-down device and the top of the tool, but not yet pulled over the stamp) or the relative change in the measured variable in relation to the Initial value or a combination of the aforementioned sizes is used. With the control device according to the invention, curves of the measured variables for drawing processes recorded, which have led to good parts, tears and folds. The controller regulates the Actual value of the command variable so that it corresponds to the target value for good drawn parts. To do this the hold-down force can be raised when the actual value of the command variable in the direction of  Wrinkle parts runs, and are lowered when the command variable runs in the direction of the tear parts.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Ultraschallsignal von mindestens einer Stelle der Oberseite des Pressenwerkzeugs auf den Niederhalter über die Kontaktflächen des Bleches übertragen. Je größer die Kontaktflächen sind, desto größer ist die Amplitude bzw. der Effektivwert des übertragenen Ultraschallsignals. Die Kontaktfläche ist einerseits vom Ziehzeitpunkt und andererseits von der Welligkeit des einlaufenden Bleches abhängig. Je weiter das Blech eingelaufen ist oder je welliger (Faltenbildung) das Blech ist, desto geringer ist die Kontaktfläche.In the method according to the invention, the ultrasound signal is transmitted from at least one point the top of the press tool on the hold-down device over the contact surfaces of the sheet transfer. The larger the contact areas, the greater the amplitude or RMS value of the transmitted ultrasound signal. The contact area is on the one hand Drawing time and on the other hand dependent on the ripple of the incoming sheet. The farther the sheet has shrunk or the more wavy (wrinkling) the sheet is, the lower the Contact area.

Aus dem Ultraschallsignal wird durch den Gleichrichter, den Verstärker und Filter die Hüllkurve (der Amplitudenverlauf) herausgefiltert. Das Signal der Hüllkurve besitzt dann für die verschiedenen Prozeßergebnisse verschiedene Verläufe.The rectifier, amplifier and filter transform the ultrasonic signal into Envelope (the amplitude curve) filtered out. The signal of the envelope then has for the different process results different courses.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit eine einfache und effektive Regelung des Tiefziehprozesses.The method according to the invention thus enables simple and effective regulation of the Deep drawing process.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:The invention will now be explained with reference to the drawings. In these are:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Schnitts durch Matrize und Niederhalter bei einge­ laufenem Blech vor dessen Bearbeitung, wobei im unteren Teil der Fig. 1 ein Stempel mit dem Blech nach der Bearbeitung dargestellt ist, Fig. 1 is a schematic view of a section through the die and holding-down device is at laufenem sheet prior to processing, wherein in the lower part of FIG. 1, a punch is shown with the sheet after processing,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht mit zwischen dem oberen Teil des Pressenwerkzeugs und dem Niederhalter einlaufendem Blech, Fig. 2 shows one of Fig. 1 view similar with run-in between the upper part of the press tool and the hold-down plate,

Fig. 3 ein Diagramm, das den Verlauf des Ultraschallsignals über die Ziehzeit und die aus dem Ultraschallsignal herausgefilterte Hüllkurve zeigt, und Fig. 3 is a diagram showing the waveform of the ultrasonic signal on the drawing time and the filtered-out from the ultrasonic signal envelope, and

Fig. 4 ein Diagramm entsprechend dem der Fig. 3, aus dem verschiedene Verläufe des Sig­ nals der Hüllkurve für verschiedene Prozeßergebnisse hervorgehen. Fig. 4 is a diagram corresponding to that of FIG. 3, from which different courses of the signal of the envelope for different process results.

Wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht, ist an dem oberen Werkzeugteil (Matrize) eines Pressenwerkzeugs 1 ein Ultraschallsender 4 und an einem zugeordneten Niederhalter 2 ein Ultraschallempfänger 5 angeordnet, und zwar derart, daß bei Sendung eines Ultraschallsignals nur der Schallverlauf durch das einlaufende Blech 3 erfaßbar ist. Das Ultraschallsignal wird von dem oberen Werkzeugteil des Pressenwerkzeugs 1 über die Kontaktflächen 6 des Bleches 3 übertragen (Fig. 2). Im unteren Teil der Fig. 1 ist auf einem Stempel 7 das Blech 3 nach der Bearbeitung zu sehen.As can be seen from FIGS. 1 and 2, an ultrasonic transmitter 4 is arranged on the upper tool part (die) of a press tool 1 and an ultrasonic receiver 5 is arranged on an associated hold-down device 2 , in such a way that when an ultrasonic signal is transmitted, only the sound curve through the incoming one Sheet 3 is detectable. The ultrasonic signal is transmitted from the upper tool part of the press tool 1 via the contact surfaces 6 of the sheet 3 ( FIG. 2). In the lower part of Fig. 1, the sheet 3 can be seen on a stamp 7 after processing.

Aus dem Ultraschallsignal wird durch eine den Ultraschallempfänger 5 nachgeschaltete, nicht dargestellte Schaltanordnung eines Frequenzfilters, eines Gleichrichters und eines Verstärkers die Hüllkurve (der Amplitudenverlauf) herausgefiltert, wie Fig. 3 zeigt. Fig. 4 zeigt dann ein Beispiel verschiedener Verläufe des Signals der Hüllkurve für die Prozeßergebnisse "Rißteile" (Niederhalterkraft absenken), "Gutteile" und "Faltenteile" (Niederhalterkraft anheben).The envelope curve (the amplitude curve) is filtered out of the ultrasonic signal by a switching arrangement of a frequency filter, a rectifier and an amplifier connected downstream of the ultrasonic receiver 5 , as shown in FIG. 3. FIG. 4 then shows an example of different courses of the signal of the envelope curve for the process results "cracked parts" (lower hold-down force), "good parts" and "fold parts" (increase hold-down force).

Claims (12)

1. Verfahren zur Regelung der Niederhalterkraft einer Tiefziehpresse, insbesondere bei der Herstellung von Tiefziehblechen für Karosserieteile von Kraftfahr­ zeugen, dadurch gekennzeichnet,
daß während der Ziehzeit ein Ultraschallsignal von mindestens einer derart gewählten Stelle der Ober­ seite des Pressenwerkzeugs zum Niederhalter des Bleches gesendet wird, daß nur der Schallverlauf durch das einlaufende Blech über die Ziehzeit an einer der genannten Stelle der Oberseite des Pres­ senwerkzeugs zugeordneten Stelle des Niederhalters sensorisch erfaßt wird,
daß das sensorisch erfaßte Ultraschallsignal auf der Senderfrequenz gefiltert, gleichgerichtet und ver­ stärkt wird, und daß der so erzeugte Gleichspannungs­ anteil als Führungsgröße für einen die Regelung vor­ nehmenden Regler verwendet wird.1. A method for controlling the holding-down force of a deep-drawing press, in particular in the manufacture of deep-drawing sheets for body parts of motor vehicles, characterized in that
that during the drawing time an ultrasonic signal is sent from at least one such selected location of the upper side of the press tool to the hold-down of the sheet metal, that only the sound flow through the incoming sheet over the drawing time at one of the above-mentioned points on the upper side of the press tool associated with the hold-down device is detected
that the sensed ultrasonic signal is filtered, rectified and amplified at the transmitter frequency, and that the DC voltage component thus generated is used as a reference variable for a controller before taking the controller. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler aus dem Istwert der Führungsgröße während des Ziehprozesses beurteilt, ob und in welcher Größe und Richtung die Niederhalterkraft während der Zieh­ zeit zu verändern ist, und diesen Wert dann dem Zieh­ prozeß zuführt.2. The method according to claim 1, characterized in that the controller from the actual value of the reference variable during of the drawing process assesses whether and in what size and direction the hold-down force during the pull time to change, and this value then the drag process feeds. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler den Istwert der Führungsgröße so regelt, daß er dem Sollwert für einen Gutteil-Ziehvorgang entspricht.3. The method according to claim 1, characterized in that the controller regulates the actual value of the reference variable in such a way that it is the setpoint for a good part drawing operation corresponds. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Änderung der Meßgröße (des erzeugten Gleichspannungsanteils) über die Ziehzeit als Füh­ rungsgröße für den Regler verwendet wird.4. The method according to claim 1, characterized in that the relative change in the measured variable (of the generated DC voltage component) over the drawing time as Füh size for the controller is used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Meßgröße über die Ziehzeit als Füh­ rungsgröße für den Regler verwendet wird.5. The method according to claim 1, characterized in that the change of the measurand over the drawing time as Füh size for the controller is used. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung der Meßgröße über die Ziehzeit bezogen auf den Anfangswert, der der durch die anfängliche Einklemmung des Bleches zwischen Niederhalter und Pressenwerkzeugoberseite vor Ziehen des Bleches über den Stempel definiert ist, als Führungsgröße für den Regler verwendet wird. 6. The method according to claim 1, characterized in that the change in the measured variable related to the brewing time to the initial value that is given by the initial Clamping the sheet between hold-down and Press tool top over before pulling the sheet over the stamp is defined as a reference for the Controller is used.   7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Änderung der Meßgröße über die Ziehzeit als Führungsgröße für den Regler verwendet wird.7. The method according to claim 1 or 6, characterized in that the relative change in Measured variable over the drawing time is used as a reference variable for the controller. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Führungsgröße für den Regler eine Kombination der in den vorhergehenden Patentansprüchen beanspruchten Größen verwendet wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that as Reference variable for the controller is a combination of those in the preceding claims claimed sizes is used. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für eine getrennte Bestimmung eines Stellsignals für verschiedene Krafteinleitungspunkte des Pressenwerkzeugs von mehreren Stellen der Pressenwerkzeugoberseite Ultraschallsignale mit verschiedenen Ultraschallfrequenzen ausgesendet und zur Messung nur des jeweiligen Schallverlaufes durch das einlaufende Blech an den genannten Stellen jeweils zugeordneten Stellen des Niederhalters sensorisch erfaßt werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that for a separate determination of a control signal for different force application points of the Press tool from several places on the press tool top with ultrasonic signals different ultrasonic frequencies and only to measure the respective one Sound course through the incoming sheet metal at the locations assigned to the respective locations of the hold-down device can be sensed. 10. Regelgerät zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch mindestens ein Paar eines Ultraschallgebers und -empfängers (4, 5), die an der Oberseite des Pressenwerkzeugs (1) und des Niederhalters (2) so angebracht sind, daß nur der Schallverlauf durch das einlaufende Blech (3) erfaßbar ist, durch eine dem Ultraschallempfänger (5) nachgeschaltete Schaltanordnung eines Frequenzfilters, eines Gleichrichters und eines Verstärkers, und durch einen mit letzterer verbundenen Regler, der mit mindestens einem Stellglied für mindestens einen Krafteinleitungspunkt des Pressenwerkzeugs (1) schaltungsmäßig verbunden ist.10. Control device for performing the method according to one of claims 1 to 9, characterized by at least one pair of an ultrasonic transmitter and receiver ( 4 , 5 ), which are attached to the top of the press tool ( 1 ) and the hold-down device ( 2 ), that only the sound curve through the incoming sheet ( 3 ) can be detected, by a switching arrangement of a frequency filter, a rectifier and an amplifier connected downstream of the ultrasonic receiver ( 5 ), and by a controller connected to the latter, which is connected to at least one actuator for at least one force introduction point of the Press tool ( 1 ) is connected in terms of circuit. 11. Regelgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl Paare eines Ultraschallgebers und eines -empfängers vorgesehen ist, die an mehreren Stellen um das Pressenwerkzeug (1) herum verteilt angebracht und mit verschiedenen Ultraschallfrequenzen beaufschlagt sind. 11. Control device according to claim 10, characterized in that a plurality of pairs of an ultrasonic transmitter and a receiver is provided, which are distributed at several locations around the press tool ( 1 ) and are acted upon with different ultrasonic frequencies. 12. Regelgerät nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler ein P, PI, PID, Fuzzy-Regler oder ein Regler ist, der nach folgender pauschalisierten Regelvorschrift arbeitet:
wobei sind:
ds - Änderung der Stellgröße zwischen zwei Regelgriffen
U - Umrechnungsfaktor, der von der jeweiligen Aufgabe abhängt
F - Führungsfunktion (Führungsgröße)
W - normierter Wichtungsfaktor
t - Prozeßzeit (Prozeßstadium), kontinuierlich oder diskret
i - Index der i-ten Führungsgröße
n - Anzahl der Führungsgrößen
soll - Vorgabewert
ist - tatsächlich gemessener bzw. Aus Messungen bestimmter Wert12. Control device according to claim 10 or 11, characterized in that the controller is a P, PI, PID, fuzzy controller or a controller which operates according to the following generalized regulation:
where are:
ds - change of the manipulated variable between two control handles
U - conversion factor that depends on the task at hand
F - Management function (management variable)
W - standardized weighting factor
t - process time (process stage), continuous or discrete
i - index of the ith reference variable
n - number of command variables
should - default value
is - value actually measured or determined from measurements