Robuste Schnittflächencharakterisierung und prozessbegleitende Schnittgratmessung
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens, Dr.-Ing. Richard Krimm, M. Sc. Quoc Thang Nguyen, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover
90 Seiten - 69,00 EUR (sw, 62 teils farbige Abb., 5 Tab.)
ISBN 978-3-86776-546-6
Zusammenfassung
Das Scherschneiden ist ein in der Massenproduktion von Blecherzeugnissen häufig eingesetztes Trennverfahren. Mittels eines Schneidwerkzeugs und einer mechanischen Presse mit hoher Hubzahl (Stanzautomaten) können bis zu mehrere hunderte Stanzteile pro Minute produziert werden. Die Form der dabei erzeugten Schnittflächen ist ein relevantes Kriterium für die Bewertung der Qualität des Erzeugnisses. Ein möglichst großer Glattschnittanteil sowie eine geringe Grathöhe werden im Allgemeinen angestrebt.
Zur Sicherstellung einer gleichbleibenden Schnittflächenqualität ist eine Kontrolle der Schnittflächen unverzichtbar. Hierfür am Markt verfügbare Messsysteme bzw. Laborgeräte sind kostenintensiv. Auch der personelle Aufwand für die Durchführung von Messungen ist hoch, sodass viele KMU Qualitätskontrollen bisher nicht im gewünschten Umfang leisten können.
Ziel des beantragten Vorhabens ist eine Steigerung der Wirtschaftlichkeit bei der Schnittflächencharakterisierung schergeschnittener Blechteile. Dazu wurde ein automatisches Messsystem entwickelt, mittels dessen das Profil einer Schnittfläche mitsamt seiner ausgedehnten (z.B. der Kanteneinzug) und feinen (z.B. der Grat) Konturmerkmale schnell, kostengünstig, zuverlässig und prozessnah gemessen werden kann. Zur Messung dieser Kenngrößen kamen hochauflösende konfokal chromatische Sensoren zum Einsatz.
Sowohl die Messung als auch die Auswertung der einzelnen nach VDI-Richtlinie 2906 definierten Schnittkantenkenngrößen erfolgen automatisch ohne Eingriff des Bedieners. Der einzige manuelle Schritt ist das Einspannen des zu messenden Bauteils in die Messvorrichtung. Mittels einer auf künstlicher Intelligenz basierten Software können die prozessbedingt unterschiedlichen Schnittflächenformen klassifiziert und deren Qualitätsstufe zugeordnet werden. Darüber hinaus wurde ein Werkzeugkonzept zur prozessbegleitenden Messung der Schnittflächen ausgearbeitet und experimentell erprobt.
Die Ziele des Vorhabens wurden erreicht.
Das IGF-Vorhaben „Robuste Schnittflächencharakterisierung und prozessbegleitende Schnittgratmessung" der Forschungsvereinigung EFB e.V. wurde unter der Fördernummer AiF 19081N über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 494 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich. |  |
Summary
Characterizing cut faces of shear-cutted workpieces is a time-consuming, complex process. The aim of the planned research project is the development of a new system to measure cut faces in a fast and robust way.
This should be reached by building an automated system and a software-assisted determination of the characteristic values specified in the VDI-guideline 2906 [VDI94]. Today polished cut images are produced and then be interpreted manually for the determination of characteristic values. Compared to that method the characteristic values can be determined in a fast and more favorable manner with the new system.
Furthermore the system allows on-line burr monitoring. Burr is the most significant value to evaluate the cutting edge quality of the workpieces and to identify the punch wearout. By monitoring the burr-height intervals for tool service and replacement of worn punches can be predicted. This leads to increased productivity of forming machines.
In this project, measuring systems based on optical sensor technology are developed. One system is for the quality evaluation offline, which means outside of the machine. The other system is a inline system, which allows the measuring of part of the shear zone directly within the production line.
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Formelverzeichnis
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Scherschneiden
2.2 Schnittflächenkenngrößen
2.3 Schnittkantenmessung
2.4 Klassifikation
2.4.1 Merkmalsextraktion
2.4.2 Entwurf des Klassifikators
2.4.3 Lernstrategien
2.5 Projektbezogene Vorarbeiten
3 Problemstellung und Aufgabenstellung
4 Entwicklung des Offline-Messsystems
4.1 Auswahl geeigneter Sensorik
4.2 Dreiseitige Messung der Schnittkanten
4.3 Automatisierter Messbetrieb
4.3.1 Auswahl der Aktorik und Sensorik
4.3.2 Aufbau der Steuerung
4.4 Kurvenzusammenführung
4.4.1 Messdatenaufbereitung
4.4.2 Kurvenzusammenführung
4.5 Validierung des Messverfahrens
4.6 Klassifikation unterschiedlicher Schnittkantenformen
4.7 Merkmalsextraktion- elliptische Fourier-Deskriptoren
4.8 Klassifikation mittels neuronaler Netze
4.9 Berechnung von spezifischen Kenngrößen
5 Entwicklung des Inline-Systems zur prozessbegleitenden Schnittkantenmessung
5.1 Konzept einer werkzeugintegrierten Lösung
5.2 Experimentelle Versuche – Inline Messung
6 Ergebnisse und Ausblick
7 Wissenschaftlich-technischer und wirtschaftlicher Nutzen für KMU
8 Anhang
9 Literaturverzeichnis
