DE10039266A1 - Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung im Wirkbereich von Preß- und/oder Schneidwerkzeugen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung im Wirkbereich von Preß- und/oder Schneidwerken für eine Umformung und/oder Beschneidung von Blechen, insbesondere von Karosserieaußenhäuten, mit einem Bildverarbeitungssystem. Ein einen kritischen Bereich des Preß- und/oder Schneidwerkes abbildendes durch einen optischen Meßwertaufnehmer erzeugtes Istbild ist mit einem entsprechenden Sollbild auf definierte Störgrößen prüfbar, so daß bei Feststellung signifikanter Unterschiede zwischen dem Ist- und dem Sollbild ein Signal erzeugt ist. Erfindungsgemäß sind in dem kritischen Bereich Referenzmarkierungen vorgesehen, mit denen eine durch die Störgrößen bedingte Veränderung des kritischen Bereichs im Istbild abbildbar und durch das Bildverarbeitungssystem als signifikanter Unterschied zum Sollbild feststellbar ist, wobei die Veränderung des kritischen Bereiches einer Änderung des reflektierten durch den optischen Meßwertaufnehmer aufgenommenen Lichts entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Fehlerer­ kennung im Wirkbereich von Preß- und/oder Schneidwerkzeugen ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der DE 36 29 088 C1 ist eine Vorrichtung zur Fehlererken­ nung mittels optischen Vergleichsverfahren bei Pressen bekannt, die die Werkstücklage in der Presse überwacht und bei fehler­ hafter Lage des Werkstücks in der Presse einen Fehler meldet. Dazu wird ein optoelektronischer Sensor eingesetzt, der das Werkstück mit einem durch einen ersten Lichtwellenleiter hin­ durchgeführten Lichtstrahl erfaßt und von diesem reflektiert wird. Das reflektierte Licht wird durch einen zweiten Lichtwel­ lenleiter an den Sensor zurücktransportiert. Sofern kein Werk­ stück im Preßwerkzeug liegt, d. h., sofern keine Reflexion auf­ tritt, erfolgt eine Fehlermeldung durch den Optosensor. Obwohl der vorgestellte Optosensor gerade bei Transferpressen besonders gut eingesetzt werden kann, ist aber lediglich nur die Werkstückanwesenheit bzw. -abwesenheit in der Presse fest­ stellbar. Bei einer Fehllage des Werkstücks kann der Optosensor diese oftmals nicht erkennen, da das Werkstück auch bei Fehlla­ ge den Lichtaustritt abdeckt und eine Reflexion des Licht­ strahls zuläßt. Noch schwerwiegendere Folgen für das Preß- und/oder Schneidwerkzeug entstehen, wenn Abfallstücke im Pres­ senraum oder in dessen näherer Umgebung nicht identifiziert werden können.

Aus der EP 0 374 735 B1 geht eine andere optische Fehlererken­ nungsvorrichtung allerdings für supraplastisches Umformen mit­ tels Formgasdruck hervor. Für die Qualitätssicherung des Werk­ stücks wird dessen Spannungsgang während des Formens mit einer CCD-Kamera über aufgebrachte Referenzmarkierungen kontrolliert und bei Abweichung vom Sollspannungsgang der Formgasdruck ge­ steuert.

Die Fehlererkennung in Preß- und/oder Schneidwerkzeugen stellt insbesondere bei Umform- und/oder Beschneidprozessen von Karos­ serieteilen eine besondere Herausforderung dar, da gerade bei Außenhäuten eines Kraftfahrzeugs hohe Qualitätsanforderungen gelten. Es ist daher nicht ausreichend, nur die Anwesenheit des zu formenden Karosserieteils im Werkzeug zu prüfen, sondern auch Fremdteile zu identifizieren. Es ist allerdings auch nicht notwendig, das Werkzeug respektive das Werkstück während des Umform- bzw. Schneidprozesses zu überwachen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine Vorrich­ tung zur optischen Fehlererkennung im Wirkbereich von Preß- und/oder Schneidwerkzeugen zu entwickeln, die den Umform- und/oder Beschneidprozeß sowohl bei Fehllagen des Werkstücks als auch bei Anwesenheit von Fremdteilen im Werkzeug stoppt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Patent­ anspruchs 1 gelöst.

Durch die Ähnlichkeit der zu überwachenden Werkstücke aber auch Werkzeuge in ihren Materialeigenschaften, insbesondere ihrer Reflexionseigenschaften, gestaltet sich ein Bildvergleich, bei dem ein an sich bekanntes Bildanalyseverfahren angewendet wer­ den kann, relativ schwierig. Die Anwesenheit von Störgrößen, beispielsweise von Blechabfällen, die im vorangegangenen Preß- bzw. Schneidzyklus angefallen sind, kann durch optische Meß­ wertaufnehmer kaum vom Werkstück aber auch vom Werkzeug unter­ schieden werden, da die für die Abbildung von Konturen notwen­ digen Reflexionseigenschaften ähnlich oder gar identisch mit dem Werkstück oder Werkzeug sind. Mit dem Einbringen von Refe­ renzmarkierungen in den kritischen Bereich lassen sich Konturen durch den optischen Meßwertaufnehmer viel besser erfassen und durch das Bildverarbeitungssystem auswerten.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 2 bzw. 3 unterscheiden sich die Referenzmarkierungen in ihren Reflexionseigenschaften maß­ geblich von denen der Störgrößen oder der im kritischen Bereich angeordneten Werkzeuge oder Bauteile. Um Konturen auf dem Ist- bzw. Sollbild sichtbar zu machen, können in einfachster Form farbliche Markierungen vorgesehen sein, wenn die Werkzeuge bei­ spielsweise aus geschliffenen Stahl gefertigt sind. Dazu können die Werkzeuge beispielsweise mit schwarzer Farbe "gerahmt" wer­ den, so daß deren Konturen für die Bildverarbeitung sichtbar werden. Bei Anwesenheit von Störgrößen registriert das Bildver­ arbeitungssystem demnach nicht die Anwesenheit der Störgröße auf dem Werkzeug, sondern auf dessen Referenzmarkierung.

Preß- und/oder Schneidwerkzeuge umfassen in der Regel ein Ober- und ein Unterwerkzeug, die innerhalb eines Pressengestells an­ geordnet sind. Innerhalb seiner Hubkurve durchläuft das Ober­ werkzeug einen oberen und einen unteren Todpunkt. Um zu verhin­ dern, daß ein sich aufwärtsbewegendes Oberwerkzeug als Störgrö­ ße ermittelt wird, ist es im Zuge einer zuverlässigen Fehlerer­ kennung notwendig, erst während der Aufwärtsbewegung des Ober­ werkzeugs kurz vor dessen oberen Todpunkt das Istbild aufzuneh­ men und mit dem Sollbild abzugleichen.

Sofern dennoch ein signifikanter Unterschied zwischen Ist- und Sollbild durch das Bildverarbeitungssystem festgestellt wird, löst das dabei erzeugte Signal über geeignete Mechanismen einen Stillstand des Preß- und/oder Schneidwerks aus.

Die Detektierbarkeit von Störgrößen im Wirkbereich des Preß- und/oder Schneidwerkzeugs wird in hohem Maße durch die Licht­ verhältnisse bestimmt. Da nur bei konstanten Lichtverhältnissen über mehrere Prozeßzyklen reproduzierbare Aussagen zu Fehlern innerhalb der aufgenommenen Bereiche gemacht werden können, wird gemäß Anspruch 6 jedem optischen Meßwertaufnehmer eine Lichteinheit zugeordnet, so daß die Anzahl der Lichteinheiten der Anzahl der optischen Meßwertaufnehmer entspricht. Die Lichteinheiten sind so positioniert, daß der kritische Bereich möglichst gleichmäßig ausgeleuchtet wird. Durch Einstellung der Lichtintensität können starke Erschütterungen im Betrieb des Preß- und/oder Schneidwerks ausgeglichen werden, so daß diese keine Fehlmeldungen auslösen können.

Da innerhalb eines Preß- und/oder Schneidwerks in erhöhtem Maße mit Erschütterungen zu rechnen ist und zudem nur begrenzt Platz zur Verfügung steht, kann der optische Meßwertaufnehmer gemäß Anspruch 7 seitlich neben dem Pressengestell angeordnet werden.

Besonders vorteilhaft ist es, ein und den selben kritischen Be­ reich mit zwei optischen Meßwertaufnehmern von zwei unter­ schiedlichen Standorten aus zu erfassen, um Störgrößen auch in verdeckten Bereichen orten zu können. Gleichzeitig wird durch die zwei zugeordneten Lichteinheiten der kritische Bereich gleichmäßig ausgeleuchtet.

Vorteilhafterweise wird als optischer Meßwertaufnehmer eine CCD-Kamera eingesetzt, bei der je nach Bedarf die Anzahl der Bildpunkte festgelegt werden kann.

Ein besonders kritischer Bereich innerhalb eines Preß- und/oder Schneidwerks, der auf Störgrößen überwacht werden soll, sind neben dem eigentlichen Umformwerkzeug geneigt angeordnete Schieber, die eine seitliche Schneidkantenführung übernehmen. Dazu weist der Schieber sogenannte Treiberflächen auf, auf de­ nen oberhalb angeordnete Schieber mit ihren Treiberflächen gleiten, so daß die Schneidkante schräg an das Werkstück heran geführt wird. Nach dem Beschneiden fällt der Blechabfall unkon­ trolliert in eine Abfallrinne. Durch die relativ großen Abmaße des Blechabfalls kann es dazu kommen, daß die Treiberflächen zumindest teilweise mit Blechabfall belegt sind, wenn sich das Oberwerkzeug wieder in seinen unteren Todpunkt bewegt, so daß der Prozeß ohne die erfindungsgemäße optische Fehlererkennung durch Werkzeug- oder Werkstückschäden maßgeblich beeinträchtigt werden kann.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden die Erfindung näher er­ läutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Frontansicht eines Preßwerks mit einem Bildverar­ beitungssystem,

Fig. 2 eine Draufsicht auf das in Fig. 1 dargestellte Preß­ werk,

Fig. 3 eine Darstellung eines kritischen Bereichs aus Sicht einer Kamera sowie

Fig. 4 eine Darstellung des kritischen Bereichs gemäß Fig. 3 aus Sicht der gegenüberliegenden Kamera.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Preßwerk 1 mit einem Pressengestell 2 sowie mit einem Oberwerkzeug 3 und einem Unterwerkzeug 4 schematisch dargestellt. Auf dem Unterwerkzeug 4 liegt ein be­ reits vorgezogenes Werkstück W auf, das in dem Preßwerk 1 wei­ tergezogen und anschließend beschnitten wird.

Für eine optische Fehlererkennung sind links und rechts seit­ lich vor dem Pressengestell 2 eine Kamera 5 mit einem Licht­ strahler 6 sowie eine Kamera 7 mit einem Lichtstrahler 8 in­ stalliert. Die Kameras 5 und 7 sind schräg nach hinten in den Presseninnenraum 9 ausgerichtet und erfassen dabei kritische Breiche 10 und 11. Weiterhin sind auf der gegenüberliegenden Seite des Preßwerks 1 zwei weitere Kamera-Lichtstrahlereinhei­ ten 12/13 sowie 14/15 rechts und links des Pressengestells 2 angeordnet, die ebenfalls die kritischen Bereiche 10 und 11 bildlich erfassen.

Für jede der Kameras 5, 7, 12 und 14 wird vor Inbetriebnahme ein Sollbild unter definierten Lichtverhältnissen erstellt und im Bildverarbeitungssystem hinterlegt. Der Vergleich zwischen Ist- und Sollbild erfolgt über einen Personalcomputer mit her­ kömmlicher Meßsoftware. Je nach den Umgebungsbedingungen müssen Belichtungsdauer, Tiefenschärfe und Lichtintensität aufeinander abgestimmt werden, um Fehlmeldungen zu vermeiden.

In den kritischen Bereichen 10 und 11 befindet sich der Wirkbe­ reich einer nicht näher dargestellten Beschneidvorrichtung. Nach dem Beschneiden des Werkstücks W in seinem Randbereich entstehen großflächige Blechabfälle, die beim darauf folgenden Preßzyklus das Werkstück oder auch Ober- oder Unterwerkzeug be­ schädigen können und schlimmstenfalls zum Maschinenstillstand führen.

Sobald ein Preßzyklus mit dem Beschneiden der Ränder 16 der Werkstücks W abgeschlossen ist, und das Oberwerkzeug 3 in sei­ nen oberen Todpunkt fährt, wird durch jede der Kameras 5, 7, 12 und 14 eine Istbildaufnahme vorgenommen. Der Vergleich der Ist­ bilder mit ihren jeweiligen Sollbildaufnahmen erfolgt unmittel­ bar danach, um eine Freigabe des Preßwerks vor dem erneuten Schließen zu erhalten. Sofern Unregelmäßigkeiten durch das Bildverarbeitungssystem festgestellt werden, bleibt somit noch ausreichend Zeit, das Preßwerk vor Passieren des unteren Todpunktes anzuhalten.

Die Problematik der Fehlererkennung wird im folgenden anhand von Fig. 3 und 4 näher erläutert. Dabei stellt Fig. 3 eine An­ sicht aus Aufnahmerichtung der Kamera 5 und Fig. 4 eine Ansicht aus Aufnahmerichtung der Kamera 12 auf den kritischen Bereich 10 dar. Als kritischer Bereich 10 bzw. 11 ist die Schneidkan­ tenführung im Zuge einer Vorabfehlerbetrachtung identifiziert worden. Je nach Art des Umformwerkzeugs oder der Qualitätsan­ forderungen an das Endprodukt können auch andere kritische Be­ reiche festgelegt werden, so daß dementsprechend die Installa­ tion der Kameras erfolgen muß.

Für die Führung der nicht dargestellten Schneidkante sind Füh­ rungselemente vorgesehen, die auf einer seitlich des Unterwerk­ zeugs 4 angeordneten Trägerplatte 16 befestigt sind.

Die Trägerplatte 16 ist bezüglich des Unterwerkzeugs 4 geneigt angeordnet, um eine schräge Schneidkantenführung an des Werk­ stück W zu ermöglichen. Zwischen der Trägerplatte 16 und dem Unterwerkzeug 4 befindet sich eine Abfallrinne 17, die durch die Trägerplatte 16 überragende Bleche 18 und 19 begrenzt wird, wobei die Bleche 18 und 19 verhindern sollen, daß Blechabfall­ stücke auf der Trägerplatte 16 aufliegen.

Die auf der Trägerplatte 16 angeordneten Führungselemente sind mit den Bezugsziffern 20 bis 24 bezeichnet. Die Führungselemen­ te 20 und 24 sind keilförmig ausgebildete Schieber mit Treiber­ flächen 25 und 26, auf denen entsprechend formnegativ ausgebil­ dete Treiberflächen von Schiebern des Oberwerkzeugs 3 in Pfeil­ richtung A gleiten. Die Führungselemente 21 und 23 sind als Rollen ausgebildet und laufen in Schienen des Oberwerkzeugs 3. Das Führungselement 22 ist eine ebene Platte mit einer Treiber­ fläche 27, auf der eine Treiberfläche eines entsprechenden Ge­ genstück des Oberwerkzeugs 3 gleitet.

Die Treiberflächen 25, 26 und 27 werden regelmäßig gefettet, um ein reibungsarmes Gleiten zu ermöglichen.

Sollten Blechabfälle auf den Treiberflächen 25, 26 und 27 lie­ gen, wenn sich das Preßwerk erneut schließt, können erhebliche Werkzeugschäden auftreten, die Maschinenstillstandszeiten nach sich ziehen. Für eine signifikante Erkennung von Blechabfällen durch die Kameras 5 und 12 bei der optischen Überwachung der Treiberflächen 25, 26, und 27 sowie der Rollen 21 und 23 werden um die Führungselemente 20-24 schwarzfarbene Markierungen 28-32 aufgebracht. Die Markierungen 28-32 unterscheiden sich in ihrem Reflexionsverhalten deutlich vom dem der Treiberflächen 25, 26 und 27 und des Blechabfalls.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, sind in dem Aufnahmebereich der Kameras 5 und 12 sowohl Bereiche vorhanden, in denen Blechab­ fälle anfallen dürfen, wie beispielsweise in der Abfallrinne 17, und Bereiche, wie beispielsweise die Treiberflächen 25-27, in denen unter keinen Umständen Blechabfälle aufliegen dürfen. Daher werden in dem aufgenommenen Bild Überwachungsfenster de­ finiert, in denen Unregelmäßigkeiten, wie beispielsweise Blechabfälle, ausgeschlossen werden sollen. Beispielhaft sind mit gestrichelten Linien einige Überwachungsfenster eingezeich­ net. Je nach Qualitätsanforderungen kann die Anzahl der defi­ nierten Überwachungsfenster reduziert oder erhöht werden. Durch die in den Überwachungsfenstern liegenden Markierungen 28-32 kann selbst ein Blechabfall 33, der nur einen geringen Teil der Treiberfläche 27 bedeckt, als Störquelle durch das Bildverarbeitungssystem identifiziert werden, da das Abdecken der schwarzen Markierung 30 durch den Blechabfall 33 signifi­ kante Unterschiede zwischen Ist- und Sollbild feststellbar macht. Beim Fehlen der Markierungen könnte ein herkömmliches Bildverarbeitungssystem kaum Unterschiede zwischen dem Ist- und dem Sollbild beim Abgleichen feststellen.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es denkbar, bei­ spielsweise die Werkstücklage im Werkzeug optisch zu überwa­ chen. Dazu sind Referenzmarkierungen insbesondere im Randbe­ reich vorgesehen, anhand derer die Werkstücklage erkannt werden kann. Bedeckt beispielsweise das Werkstück bei einer Fehllage Teile der Referenzmarkierung, kann dies durch das Bildverarbei­ tungssystem als signifikanter Unterschied zum Sollbild identi­ fiziert werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung im Wirkbereich von Preß- und/oder Schneidwerken für eine Umformung und/oder Be­ schneidung von Blechen, insbesondere von Karosserieaußenhäuten, mit einem Bildverarbeitungssystem, wobei ein einen kritischen Bereich des Preß- und/oder Schneidwerkes abbildendes durch ei­ nen optischen Meßwertaufnehmer erzeugtes Istbild mit einem ent­ sprechenden Sollbild auf definierte Störgrößen prüfbar ist und bei Feststellung signifikanter Unterschiede zwischen dem Ist- und dem Sollbild ein Signal erzeugt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem kritischen Bereich (10, 11) Referenzmarkierungen (28, 29, 30, 31, 32) vorgesehen sind, mit denen eine durch die Störgrößen (33) bedingte Veränderung des kritischen Bereichs (10, 11) im Istbild abbildbar und durch das Bildverarbeitungs­ system als signifikanter Unterschied zum Sollbild feststellbar ist, wobei die Veränderung des kritischen Bereiches (10, 11) einer Änderung des reflektierten durch den optischen Meß­ wertaufnehmer (5, 7, 12, 14) aufgenommenen Lichts entspricht.

2. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarkierungen (28, 29, 30, 31, 32) ein anderes Reflexionsvermögen aufweisen, als die im kritischen Bereich (10, 11) angeordneten Werkzeuge (20, 21, 22, 23, 24)oder Bau­ teile (16) des Preß- und/oder Schneidwerkes (1).

3. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarkierungen (28, 29, 30, 31, 32) ein anderes Reflexionsvermögen aufweisen, als die Störgrößen (33).

4. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Preß- und/oder Schneidwerk (1) ein Pressengestell (2) sowie ein sich öffnendes und schließendes Ober- und Unterwerk­ zeug (3, 4) umfaßt, wobei die Aufnahme des Istbildes sowie der anschließende Abgleich mit dem Sollbild während des Öffnens von Ober- und Unterwerkzeug (3, 4) erfolgt.

5. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bei signifikantem Unterschied zwischen Ist- und Soll­ bild erzeugte Signal einen Stillstand des Preß- und/oder Schneidwerks (1) auslöst.

6. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildverarbeitungssystem zumindest einen optischen Meß­ wertaufnehmer (5, 7, 12, 14) umfaßt, dem eine den kritischen Bereich (10, 11) ausleuchtende Lichteinheit (6, 8, 13, 15) zu­ geordnet ist.

7. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine optische Meßwertaufnehmer (5, 7, 12, 14) mit seiner zugeordneten Lichteinheit (6, 8, 13, 15) seitlich vor dem Preß- und/oder Schneidwerk (1) angeordnet ist.

8. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei optische Meßwertaufnehmer (5 und 12, 7 und 14) mit ih­ ren zugeordneten Lichteinheiten (6 und 13, 8 und 15) den kriti­ schen Bereich (10, 11) von unterschiedlichen Standorten überwa­ chen.

9. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zumindest eine optische Meßwertaufnehmer (5, 7, 12, 14) eine CCD-Kamera ist.

10. Vorrichtung zur optischen Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgrößen durch eine Beschneidvorrichtung erzeugte Blechabfallstücke (33) sind, die in dem kritischen Bereich (10, 11) chaotisch aufliegen.