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EFB-Forschungsbericht Nr. 241

X-Y-Lageregelbare Werkzeugaufspannplatte für das Prägen mit führungslosen Werkzeugen

efb241.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA, Dr.-Ing. Stefan Wagner, Dipl.-Ing. Florian Luginger, Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart, Prof. Dr.-Ing. habil.Knut Großmann, Dipl.-Ing. Bernd Kauschinger, Institut für Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik (IWM) der Technischen Universität Dresden

124 Seiten (sw 108, teils farbig Abb.)

ISBN: 978-3-86776-199-4

Preis (Digital) EUR 65,00

Preis (Print) EUR 73,30

Zusammenfassung

Die Vermeidung von Versatz in einer produktionsgerechten Anlage setzt ein System voraus, welches auftretende Fehler erkennt und selbständig zur Vermeidung von Werkzeugbrüchen und langen Einarbeitungszeiten korrigiert. Durch den Einsatz einer x-y-lageregelbaren Werkzeugaufspannplatte dürfte es möglich sein, den Versatz des Unterwerkzeuges zum Oberwerkzeug zu kompensieren.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist, das in einer am Institut für Umformtechnik (IFU) stehenden mechanisch-hydraulischen 3.150 kN Universalpresse vorhandene System zur x-y-Verschiebung der Tisch-Aufspannplatte derart weiterzuentwickeln, dass eine automatische Justierung des Unterwerkzeuges zum Oberwerkzeug gegeben ist. Hierzu ist ein geschlossener Regelkreis aufzubauen, welcher ein geregeltes Verfahren der Tisch-Aufspannplatte ermöglicht. Eine berührungslose optische Erfassung geometrischer Referenzen soll zur Bestimmung der Soll-Lage der Tisch-Aufspannplatte eingesetzt werden. Im Rahmen dieses Projektes sind beispielhaft für die Besteckprägung von Kaffeelöffeln Untersuchungen an einem zur Verfügung gestellten Prägewerkzeug hinsichtlich auftretender Fehlerarten durchgeführt worden. Eine Bewertung möglicher Fehlerstellen bezüglich der optischen Messbarkeit stellt die Basis für den Aufbau des optischen Messsystems dar, welches die Erfassung aufgrund horizontalen Versatzes entstehender Fehler am Produkt ermöglicht. Ergebnis ist ein Versatz-Fehlervektor.

Durchgeführte experimentelle Analysen des Stellverhaltens der Tisch-Aufspannplatte zeigen im System vorhandene Totzeiten sowie den Einfluss der Anbringung der Wegmesssyteme und der Glättung analoger Signale auf das Stellverhalten auf. Ein mit der Simulationssoftware ITI-Sim erstelltes Modell der Tisch-Aufspannplatte wird mit den Ergebnissen der experimentellen Analyse parametriert. Dieses Modell dient zur Durchführung simulationsgestützter Analysen des Stellverhaltens der Tisch-Aufspannplatte hinsichtlich des Einflusses von Tischmasse und Systemdruck.

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen wurde ein Regelungskonzept erarbeitet. Zunächst basierte dies auf einer Zweipunktregelung, die jedoch zu keiner akzeptablen Positioniergenauigkeit führte. Eine Ansteuerung durch Impulsweiten, welche die Beeinflussung der fest durch die einzelnen Drosselventile vorgegebenen Verschiebegeschwindigkeit ermöglicht, stellt die Grundlage für das Regelungskonzept mit bereichsabhängigen Impulsfolgen dar. Dieses simulativ entwickelte Regelkonzept basiert auf von der Regeldifferenz abhängigen Stellimpulsweiten, und bildet die Grundlage für die umgesetzte Regelstruktur der Tisch-Aufspannplatte. Die Ermittlung der Positioniergenauigkeit der Tisch-Aufspannplatte wurde mit einem konstruierten Zielwerkzeug durch Abprägen der Position von Ober- zu Unterwerkzeug über einen Prägedorn auf eine Platine durchgeführt. Die Positioniergenauigkeit der Tisch-Aufspannplatte liegt unterhalb 20 µm und genügt damit den optischen Genauigkeitsanforderungen, welche an Produkte wie z.B. einem Kaffeelöffel gestellt werden.

Das Forschungsvorhaben "X-Y-Lageregelbare Werkzeugaufspannplatte für das Prägen mit führungslosen Werkzeugen" wurde unter der Fördernummer AiF 13776BG  von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) gefördert. Der Abschlußbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 241 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Symbolverzeichnis
1 Kurzfassung
2 Einleitung
2.1 Stand der Technik
2.2 Universalpresse
2.3 Prägewerkzeug
3 Forschungsziel und Lösungsweg
4 Fehlerspezifiaktion - Fehlervektor
4.1 Fehlerkatalog
4.2 Mechanische Vermessung
5 Aufbau und Komponenten des optischen Messsystems
5.1 Beleuchtungstechnik
5.2 Kamera
5.3 Beleuchtung
5.4 Eingesetzte Programmierumgebung
5.5 Vermessungsablauf
5.6 Anbindung an die Regelung
6 Experimentelle Analyse des Stellverhaltens
6.1 Anbringung und Auflösung der Messsysteme
6.1.1 Potentiometrisches Messsystem im Kraftfluss
6.1.2 Kraftentkoppeltes induktives Messsystem
6.2 Systemverhalten und Totzeiten
6.3 Einfluss der Prozesskraft
7 Simulation der Tisch-Aufspannplatte
7.1 Simulationssoftware
7.2 Modellierung des Stellsystems Tisch-Aufspannplatte
7.2.1 Aufbau des Simulationsmodells
7.2.2 Parametrierungsmöglichkeiten der Modellkomponenten
7.2.3 Abgleich des Simulationsmodells mit der Realität
7.3 Simulative Anaylse des Stellverhaltens
7.3.1 Einfluss der Tisch- und der Werkzeugmasse
7.3.2 Einfluss der Druckverhältnisse
8 Konzeption der Regelung
8.1 Zweipunktregelung
8.2 Ansteuerung durch Impulsweiten
8.3 Regelung durch bereichsabhängige Impulsfolgen
9 Positionsregelung der Tisch-Aufspannplatte
9.1 Steuerungshardware
9.2 Steuerungssoftware
9.3 Regler- und Bediensoftware
9.4 Reglerstruktur
9.4.1 Impulsverhältnis als Stellgröße
9.4.2 Stillstandsfenster, Stillstandszeit
9.5 Justierung, Referenzierung und Kalibrierung der Wegmesssysteme
9.6 Koordinatentransformation
9.7 Messdatenauswertung
9.8 Glättung und Filterung der Analogsignale
9.9 Experimenteller Nachweis
9.9.1 Zielwerkzeug
9.9.2 Kalibrierung der optischen Vermessung
9.10 Messunsicherheit der optischen Vermessung
9.10.1 Produktunabhängiger Nachweis der Positioniergenauigkeit
9.10.2 Positioniergenauigkeit
9.10.3 Positionierzeiten
Abbildungsverzeichnis
Literaturverzeichnis