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EFB-Forschungsbericht Nr. 121

Visioplastische Formänderungs- und Spannungsanalyse mit in Ziehwerkzeugen integrierter Bildverarbeitung

efb121.jpg

Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Voelkner, Dipl.-Ing. Marco Schatz, Dr.-Ing. Klaus Andresen, Lehrstuhl für Umformtechnik am Institut für Produktionstechnik der Technischen Universität Dresden

105 Seiten (Sw 49, teils farbige Abb.)

ISBN: 978-3-86776-252-6

Preis (Digital) EUR 64,00

Preis (Print) EUR 71,70

Schlagworte: Spannungsanalyse, 3D-Erfassung

Zusammenfassung

Ziel des Forschungsvorhabens war die In-Prozess-Erfassung der Werkstoffverschiebungen beim Blechziehen mit der Bildverarbeitung und die Auswertung der gemessenen Oberflächenkoordinaten durch die experimentell-theoretische Methode der visioplastischen Formänderungs- und Spannungsanalyse. Damit sollten Fehlereinflüsse der herkömmlichen Formänderungsanalysen behoben werden.

Diese berücksichtigen die Umformgeschichte nur näherungsweise, indem möglichst identisch gefertigte Ronden bis zu unterschiedlichen Tiefen umgeformt werden oder indem die Umformung einer Ronde mehrfach unterbrochen und diese entlastet vermessen wird. Auch Fehler durch manuelles Messen z. T . über lokale Störungen hinweg sollten ausgeschlossen werden.

Durch die In-Prozess-Erfassung der Werkstoffverschiebungen in vorgebbaren Zeitschritten kann der instationäre Verlauf eines Umformvorganges und somit seine Umformgeschichte anhand der momentanen Formänderungs- und Spannungszustände wesentlich genauer bestimmt werden als früher. Ferner wird der zeitliche Aufwand für die Probenvorbereitung, Versuchsdurchführung und Auswertung erheblich gesenkt.

Zur Realisierung wurde ein optischer Messkopf und eine benutzerfreundliche und fehlerrobuste Software geschaffen, die eine komfortable Durchführung der visioplastischen Formänderungs- und Spannungsanalyse von der Bildaufnahme bis zur Darstellung der Ergebnisse gestattet. Hierzu wurden in ein bestehendes Bildverarbeitungssystem neue Module hinzugefügt bzw. bestehende erweitert. Dies betrifft im Wesentlichen:

  • automatische Kalibrierung des Messkopfes
  • Steuerung der Bildaufnahme (zeitgleicher Bildeinzug der Kameras)
  • halb- bzw. vollautomatische Kreuzrasterauswertung in Abhängigkeit vom Grad der Verformung des Rasters
  • Durchführung der Formänderungs- und Spannungsanalyse
  • Darstellung der Ergebnisse


Anhand durchgeführter Versuchsreihen wurden die Vorteile des neuen Systems bei der Ermittlung der Grenzformänderungskurve, der Verfolgung der Umformgeschichte und der Beurteilung von Versagensfällen (Falten, Risse) verdeutlicht.

Das Forschungsvorhaben „Visioplastische Formänderungs- und Spannungsanalyse mit in Ziehwerkzeugen integrierter Bildverarbeitung“ wurde unter der Fördernummer AiF 10890B von der EFB e.V finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 121 erschienen und ist bei der EFB-Geschäftsstelle erhältlich.   

Inhalt

1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation
1.2 Zielsetzung
2 Deformationsmessungen an Oberflächen mit photogrammetrischen Verfahren
2.1 Vorbemerkungen
2.2 Meßkopf und Kalibriervorrichtung
2.3 Automatische Kalibrierung eines Meßkopfes
2.3.1 Equilibrierung der Teilflächen
2.3.2 Hough-Transformation
2.3.3 Angenäherte Rasterpunktermittlung
2.3.4 Kreuzfiltergenerierung
2.3.5 Indizierung der Kreuzrasterpunkte
2.3.6 Ausreißerbeseitigung
2.4 Kamera-Orientierung
2.4.1 Schätzwerte für die Orientierungsparameter
2.4.2 Orientierungsparameter mittels Bündelblockausgleich
2.4.3 Nichtlineare Ausgleichsrechnung
2.5 Vorwärtsschnitt
2.6 Bildauswertung für verformte Raster
2.6.1 Halbautomatische Rasterbildauswertung
2.6.2 Automatische Rasterbildauswertung
2.7 DVS- Daten-Verarbeitungs-System
2.8 Beispiel für die Kalibrierung
2.9 Zusammenfassung und Ausblick
3 Anpassung des Erweiterungsmoduls VISI0-30 zur Durchführung der visioplastischen Formänderungs- und Spannungsanalyse
3.1 Ausgangspunkt für die Anpassungsarbeiten
3.2 Realisierung in einer Client/Server-Architektur
3.3 Erweiterung des vorhandenen Funktionsumfanges
3.3.1 Warping
3.3.2 3D Viewer
3.3.3 Diagrammdarstellung
4 Anwendungsbereiche der mobilen Maßanalyse
4.1 Gestaltung des Maßkopfes
4.2 Maßaufbau in einer Blechprüfmaschine
4.2.1 Kameraorientierung
4.2.2 Beleuchtung
4.2.3 Versuchsdurchführung
4.3 Maßaufbau in einem Ziehwerkzeug
4.3.1 Aufbau des Ziehwerkzeuges
4.3.2 Einbauvarianten des Maßkopfes
4.3.3 Realisierter Meßaufbau
4.3.4 Kameraorientierung
4.3.5 Beleuchtung
4.3.6 Versuchsdurchführung
4.3.6.1 Bewertung von Versagensfällen
4.3.6.2 Ermittlung der Grenzformänderung
5 ln-prozeß-Erfassung der Werkstoffverschiebungen
5.1 ln-prozeß-Messung am Beispiel der Erichsen-Prüfung
5.2 Vergleich der Formänderungen im belasteten und entlasteten Zustand
5.3 Ermittlung der Grenzformänderungskurve
5.4 Möglichkeiten der Beurteilung von Versagenskriterien
5.4.1 Bildung von Sekundärfalten
5.4.2 Rißausbildung
6 Zusammenfassung
7 Abbildungsverzeichnis
8 Anlagenverzeichnis