DE10308845B4

DE10308845B4 - Verfahren zur Überwachung von Umformvorgängen

Info

Publication number: DE10308845B4
Application number: DE10308845A
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Oppel; Thomas Terzyk
Original assignee: PROKOS PRODUKTIONS KONTROLL SY; PROKOS PRODUKTIONS-KONTROLL-SYSTEM GmbH
Current assignee: Marposs Monitoring Solutions GmbH
Priority date: 2002-02-27
Filing date: 2003-02-27
Publication date: 2007-01-18
Anticipated expiration: 2023-02-28
Also published as: DE10308845A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung von Umformvorgängen durch Auswertung von Prozesssignalen während der Umformung, dadurch gekennzeichnet, dass
a) in einem ersten Kanal das Prozesssignal des aktuellen Umformvorgangs über wenigstens einen Umformparameter mit Werten einer Toleranzgrenzen vorgebenden ersten Klassifikationsgrenze verglichen. wird und ein Übertritt der Toleranzgrenzen signalisiert wird,
b) in einem zweiten Kanal ein bewertetes Signal aus dem Prozesssignal des aktuellen Umformvorgangs und aus Prozesssignalen einer vorgegebenen Anzahl zuvor durchgeführter Umformvorgänge gewonnen wird und dieses bewertete Signal über denselben oder dieselben Umformparameter und/oder wenigstens einen weiteren Umformparameter mit Werten einer Toleranzgrenzen vorgebenden zweiten Klassifikationsgrenze verglichen wird und ein Übertritt der Toleranzgrenzen signalisiert wird, wobei die Toleranzgrenzen der zweiten Klassifikationsgrenze enger bemessen sind als die Toleranzgrenzen der ersten Klassifikationsgrenze.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Umformvorgängen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Zur Überwachung von Umformvorgängen mittels umformtechnischer Anlagen, wie Clinchzangen, Stanznietanlagen, Einpressanlagen, Pressen, usw. an Werkstücken werden Prozesssignale, wie z.B. Kraft, Druck, Weg oder Körperschall, gemessen und ausgewertet. Diese Prozesssignale unterliegen bereits bei fehlerfreier Produktion zufälligen und systematischen Signalstreuungen.
Die Signalstreuungen werden durch zufällige und systematische Schwankungen der Fertigungsparameter, z.B. Schwankungen der Materialkennwerte wie Materialfestigkeit, -dicke, -position usw. verursacht. Besonders bei Fertigungsverfahren mit Schüttgut, z.B. Clinchen, Stanznieten, Walzen, kommt es zu stochastischen Streuungen der Fertigungsrandbedingungen. In aufeinander folgenden Umformoperationen können Teile im oberen und unteren Fertigungstoleranzbereich gefertigt werden.

Aus der DE 100 25 085 A1 ist ein Modul zur Steuerung oder Regelung von sicherheitsrelevanten Vorgängen oder Abläufen für den Betrieb von Maschinen oder Anlagen bekannt. Das Modul umfasst eine zweikanalige Struktur mit einer redundanten Hardware. Mittels einer Software können Bauteilausfälle, Störungen und systematische Fehler erkannt und beherrscht werden.

In der DE 32 45 995 T1 sind ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung einer Presse beschrieben. Dabei wird der aktuelle Messwert mit einem Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert kann als Mittelwert aus mehreren Einzelwerten gebildet sein; ein Störsignal wird ausgegeben, wenn der aktuelle Wert außerhalb eines vorgegebenen Toleranzwertes liegt.

In der DE 1 127 454 A ist eine zweikanalige Steuerung mit logischen Elementen und selbständiger Überwachung auf innere Fehler beschrieben. Die beiden Kanäle sind zueinander invers ausgelegt, so dass im fehlerfreien Zustand zueinander antivalente Ausgangssignale anstehen.

Aus der DE 39 38 854 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung von Stanzwerkzeugen bekannt. Dabei wird die Körperschallamplitude am Werkzeug auf Übereinstimmung im Toleranzbereich überwacht. Die Schwankungsbreite des Körperschallsignals wird abschnittsweise unterschiedlich groß bemessen.

Außerdem ist aus der DE 43 31 403 A1 ein Verfahren zum Verbinden dünner Platten und eine dazu geeignete Vorrichtung bekannt. In einer grafischen Darstellung ist ein typischer Presskraftverlauf wiedergegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung von Umformvorgängen bei zufälligen als auch bei systematischen Schwankungen der Fertigungsparameter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die Prozesssignale werden mittels Sensoren an geeigneten Orten der Umformanlage gemessen, über Messverstärker aufbereitet und an eine mikroprozessorgesteuerte Auswerteeinheit weitergeleitet.

Treten während der Produktion Prozessstörungen auf, überlagern sich fertigungsbedingte Signalstreuungen und fehlerbedingte Signalveränderungen.

Fall 1:

Sind die Signalveränderungen im Störungsfall größer als die Signalstreuungen treten Signalabweichungen auf, die größer als die fertigungsbedingten Streuungen sind. In diesem Fall kann aufgrund eines einzelnen Umformvorgangs und der dabei auftretenden Signale eine Klassifizierung (Gut oder Schlecht) mit groben Klassifikationsgrenzen sofort nach jedem Umformvorgang vorgenommen werden.

Fall 2:

Treten Signalveränderungen im Störungsfall kleiner als die Signalstreuung auf, ist für die Auswertung von Einzelsignalen keine eindeutige Unterscheidung zwischen fertigungsbedingten Schwankungen und fehlerbedingten Signalabweichungen möglich. Für systematische Fehler werden deshalb durch mittelwertbildende mathematische Verknüpfungen mehrerer Prozesssignale die zufälligen Signalstreuungen verringert und systematische Signalveränderungen hervorgehoben. Verändert sich das gemittelte Prozesssignal dauerhaft (systematische Prozessveränderung, z.B. Stempel- oder Matrizenausbruch), kann nach mehreren Umformvorgängen die geringfügige Prozessentartung erkannt und eine Klassifizierung (Gut oder Schlecht) mit engeren Klassifikationsgrenzen vorgenommen werden. Die Reaktion tritt dann je nach Größe der Prozessstörung erst einige Umformungen nach Auftreten des Fehlers auf.

Die gemessenen Prozesssignale werden gleichzeitig, parallel durch zwei oder mehrere unterschiedliche Verfahren ausgewertet.

Im ersten Auswertekanal werden die Prozesssignale über wenigstens einem Umformparameter erfasst. Geeignete Umformparameter sind die Zeit, der Kurbelwinkel oder der Umformweg. Der Signalverlauf wird mit vorher eingelernten Klassifikationsgrenzen verglichen, die Hüllkurven sein können. Die Klassifikationsgrenzen bestehen aus einer variablen Anzahl von Abtastwerten über dem Signalverlauf. Hierbei können der gesamte Signalverlauf referable Signalabschnitte ausgewertet werden. Die Klassifikationsgrenzen werden in einer Lernstichprobe bei fehlerfreier Fertigung ermittelt und bestehen einerseits aus der aufgetretenen Prozessstreuung und einem zusätzlichen Gewichtungsfaktor zur Anpassung der Klassifikationsgrenzen, bei Hüllkurven der Hüllkurvenbreite. Nach jedem fehlerfreien Umformvorgang können die Klassifikationsgrenzen neu berechnet werden, um systematischen, statischen oder dynamischen tole rierbaren Signalveränderungen (z.B. Werkzeugerwärmung) folgen zu können. In diesem Kanal wird das aktuelle Prozesssignal eines jeden Umformvorgangs mit den ermittelten Hüllkurven (Klassifikationsgrenzen) verglichen. Bei Überschreitung der oberen oder unteren Grenze wird eine Fehlermeldung erzeugt.

Im zweiten Auswertekanal werden ebenfalls Prozesssignale über wenigstens einen Umformparameter parallel zum ersten Auswertekanal erfasst. Es können dieselben Umformparameter und/oder weitere Umformparameter sein. Zur Berechnung der Prozesssignale werden mehrere Signalverläufe mathematisch mittelwertbildend verknüpft. Hierbei kann es sich um eine gleitende Mittelwertbildung handeln. Zusätzlich werden auch hier Klassifikationsgrenzen bestimmt, z. B. Hüllkurven. Bei Hüllkurven werden engere Hüllkurven um den ermittelten Prozesssignalverlauf gelegt als im ersten Kanal gelegt. Da die Streuung nur noch zu einem geringen Anteil in die Hüllkurvenberechnung eingeht kann die Hüllkurvenbreite im zweiten Auswertekanal über einen Gewichtungsfaktor kleiner 1 in Bezug zur Hüllkurvenbreite des ersten Auswertekanal gesetzt werden. Dieser Gewichtungsfaktor kann manuell vom Bediener vorgegeben werden und wird in der Regel auf ein Drittel der Größe des ersten Auswertekanals gesetzt. Die Hüllkurven dieses Kanals können statisch oder dynamisch sein. Verändert sich das gemittelte Prozesssignal nach mehreren (fehlerhaften) Umformungen, wird gleichfalls beim Überschreiten einer Hüllkurve eine Fehlermeldung erzeugt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer grafischen Darstellung erläutert.

Die grafische Darstellung zeigt oben einen Kraft-Weg-Verlauf für den ersten Kanal und unten einen Kraft-Weg-Verlauf für den zweiten Kanal, der aus denselben Signalen berechnet wurde.
Die Darstellung ist in vier Weg-Bereiche unterteilt, von denen die ersten drei Bereiche den Weg eines Umformvorgangs zeigen und der vierte Bereich einen nicht in die Auswertung einbezogenen Rückweg.
Oben sind die einzelnen Phasen des Umformvorgangs angegeben und unten die möglichen Fehlerquellen, wenn ein Toleranzbereich verlassen wird.
Das schwarze Band stellt jeweils die Hüllkurve dar und die weiße Linie innerhalb des schwarzen Bandes jeweils den Verlauf eines Prozesssignals oben und eines bewerteten Signals unten.
Die Hüllkurven werden zweckmäßig nach Einrichten der Umformanlage anhand realer Prozesssignale und bewerteter Signale für einzelne Werkstücke festgelegt, indem ausgehend von den Prozesssignalen und bewerteten Signalen diese mit einer Bandbreite dargestellt werden, die dem zulässigen Toleranzbereich entspricht. Bei nachfolgenden Umformvorgängen wird die Qualität als Gut beurteilt, wenn sich die Prozesssignale und bewerteten Signale innerhalb der jeweiligen Hüllkurven befinden. Bei Verlassen der Grenzen einer der Hüllkurven wird dies signalisiert und es kann nun eine Fehleranalyse durchgeführt und die Fehlerursache behoben werden.
Bei Änderung der Anlagenparameter oder der Werkzeugparameter kann es auch erforderlich sein, die Hüllkurven anzupassen.

Claims

Verfahren zur Überwachung von Umformvorgängen durch Auswertung von Prozesssignalen während der Umformung, dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem ersten Kanal das Prozesssignal des aktuellen Umformvorgangs über wenigstens einen Umformparameter mit Werten einer Toleranzgrenzen vorgebenden ersten Klassifikationsgrenze verglichen. wird und ein Übertritt der Toleranzgrenzen signalisiert wird, b) in einem zweiten Kanal ein bewertetes Signal aus dem Prozesssignal des aktuellen Umformvorgangs und aus Prozesssignalen einer vorgegebenen Anzahl zuvor durchgeführter Umformvorgänge gewonnen wird und dieses bewertete Signal über denselben oder dieselben Umformparameter und/oder wenigstens einen weiteren Umformparameter mit Werten einer Toleranzgrenzen vorgebenden zweiten Klassifikationsgrenze verglichen wird und ein Übertritt der Toleranzgrenzen signalisiert wird, wobei die Toleranzgrenzen der zweiten Klassifikationsgrenze enger bemessen sind als die Toleranzgrenzen der ersten Klassifikationsgrenze.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformparameter durch den Umformweg, den Umformwinkel oder die Umformzeit gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Toleranzgrenzen vorgebenden Klassifikationsgrenzen durch Hüllkurven gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass das bewertete Signal durch ein mittelwertbildendes mathematische Verfahren aus dem Prozesssignal des aktuellen Umformvorgangs und aus Prozesssignalen einer vorgegebenen Anzahl zuvor durchgeführter Umformvorgänge ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet dass das mittelwertbildendes mathematisches Verfahren eine gleitende Mittelwertbildung ist.