Entwicklung automatisierter Fertigungsstrategien für das Kopiertreiben
Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Hartmut Hoffmann, Dipl.-Ing. Zongru Yang, Dipl.-Wirtsch.-Ing.(FH) Daniel Scherer utg Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München -
Prof. Gudrun Klinker, Ph.D., Dipl.-Inf. Florian Echtler, Institut für Informatik, Fachgebiet Augmented Reality der Technischen Universität München
72 Seiten - 65,00 EUR (sw, 31 teilweise farbige Abb.)
ISBN 978-3-86776-361-5
Zusammenfassung
Der steigende Bedarf an individuellen Blechformteilen erfordert flexible Fertigungsverfahren die auch bei geringen Stückzahlen eine wirtschaftliche Fertigung ermöglichen. Im Vergleich zur Großserienfertigung kommen bei der Kleinserienfertigung hauptsächlich manuelle Verfahren zum Einsatz, die meist zu hohen Lohnkosten und schlechter Reproduzierbarkeit führen. Das Kraftformerverfahren als ein traditionell handwerkliches Umformverfahren verwendet Universalwerkzeuge (z.B. Stauchen und Strecken), mit denen fast beliebige 3D-Geometrien hergestellt werden können.
Durch eine Automatisierung mit robotergestützter Bauteilführung würden sich enorme Potentiale eröffnen. Die Automatisierung inkrementeller Umformprozesse stellt sich aufgrund Materialverfestigungen und ständig verändernder Kontaktparameter als sehr komplex dar. Beim Kopierprozess werden die Prozessparameter manueller Fertigungen aufgezeichnet und in Fertigungsparameter der Kraftformer-Roboter-Zelle übertragen. Die benötigten Prozessparameter sind die manuelle Bauteilbewegung und die zugehörigen Schlagstärken, die jeweils durch das Trackingsystem und den Steuerrechner synchron aufgenommen werden. Weiterhin wird eine Kalibrierung zwischen Roboter und Trackingsystem durchgeführt, um die Bauteilbewegung in das Roboterkoordinatensystem zu transformieren. Schließlich werden die kombinierten Steuerungsdaten für die Fertigungseinheit Kraftformer-Roboter generiert. Das Kopierverfahren eignet sich daher exzellent für Kleinserienfertigung und reduziert die manuellen Wertschöpfungsanteile bei steigender Reproduzierbarkeit erheblich. Das Forschungsziel, die Aufzeichnung, Verarbeitung und die reproduzierbare Nachfertigung manueller Fertigungsstrategien, wurde erreicht.
Das IGF-Vorhaben „Entwicklung automatisierter Fertigungsstrategien für das Kopiertreiben“ wurde unter der Fördernummer AiF 15755N von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 325 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.
Abstract
The increased demand for sheet metal parts in small batch size requires flexible and economic manufacturing methods. In comparison to optimized large batch production, the main problems are the high manual work and the poor reproducibility. As a traditional manual metal forming method, the kraftformer method uses the universal tools (eg. stretching and shrinking) and can produce almost any 3D metal parts. The application of an industrial robot enables the automation of this production process in synchronization with the kraftformer. But the forming process represents itself as complicated because of the material hardening and the changing of contact conditions. Hence, the so-called copying concept is proposed for automating this production process. In this concept, the manual movements of metal parts and the stroke forces are to be recorded synchronously and then transferred in robot-handled processes. A tracking system is used to track the movements of metal parts and transform them into the robot coordinate system based on the calibration between the robot and the tracking system. Finally, the control data has to be generated for the ro-bot and the kraftformer. This copying method can be used for the small batch production. In addition, it proves a well acceptable reproducibility. The project goal has been achieved.
Inhaltsverzeichnis
Kurzzeichenverzeichnis
1Einleitung
2Stand der Technik
2.1Inkrementelle Umformverfahren
2.2Kraftformerverfahren
2.3Aktueller Forschungsstand
3Zielsetzung und Aufgabenstellung
3.1Zielsetzung
3.2Aufgabenstellung
4Aufbau der Fertigungszelle
4.1Kraftformer
4.2Roboter
4.3Trackingsystem
5Arbeitsplan
6Bauteilspektrum und Greifsystem
6.1Auswahl des Bauteilspektrums
6.2Greifsystem
7Kopierprozess
7.1Synchronisierung Kraftformer-Roboter
7.2Implementierung des Trackingsystems
7.2.1Erkennung des Markerbaums
7.2.2Synchronisierung der Schlagposition und -stärke
7.3Tracking der Bauteilbewegungen
7.3.1Aufzeichnen der Bauteilbewegungen
7.3.2Extrahieren der Umformtrajektorien
7.4Generieren der Steuerungsdaten
7.4.1Direkte Kalibrierung
7.4.2Hand-Eye Kalibrierung
7.4.3Bahndaten
7.4.4Durchführung
8Optimierung
8.1Abweichungen
8.2Maßnahmen
8.2.1Erhöhung der Kalibrierungsgenauigkeit
8.2.2Interpolation der Umformtrajektorien
8.3Spiegelung der Bahndaten
9Zusammenfassung und Ausblick
9.1Zusammenfassung
9.2Ausblick
10Verzeichnisse
10.1Abbildungsverzeichnis
10.2Literaturverzeichnis
11Farbabbildungen
