DD267675A1

DD267675A1 - WITH LIGHT WAVE LADDER BESTUECKTER PULL STICK

Info

Publication number: DD267675A1
Application number: DD31016287A
Authority: DD
Inventors: Thomas Hipp; Lothar Hesse; Harry Wolf; Dietrich Berger
Original assignee: Zwickau Ing Hochschule
Priority date: 1987-12-09
Filing date: 1987-12-09
Publication date: 1989-05-10

Abstract

Die Erfindung dient der Erfassung von Rissen auf der Oberflaeche gezogener Werkstuecke waehrend des Umformvorganges, die durch den Herstellungsprozess oder durch aeussere Einfluesse entstehen. Auf Grund des Herstellungsverfahrens kann davon ausgegangen werden, dass Umformfehler, wie z. B. Risse, nur an bestimmten, vorausbestimmbaren Stellen am Werkstueck auftreten. Die Untersuchung dieser kritischen Werkstueckpartien erfolgt mittels im Ziehstempel angebrachten Lichtwellenleitern. Durchlichtbetrieb als auch Auflichtbetrieb sind moeglich. Bei dem Durchlichtbetrieb sind im Ziehring Strahlungsquellen, vornehmlich IRED, angeordnet. Entsteht waehrend des Umformprozesses im Werkstueck ein Riss, so gelangt Strahlung durch den Riss auf ein oder mehrere Lichtwellenleiter im Ziehstempel. Bei dem Auflichtbetrieb dient ein Lichtwellenleiter gleichzeitig als Sende- und Empfangslichtwellenleiter. Die von einer Strahlungsquelle, vornehmlich einer IRED, in den Lichtwellenleiter eingekoppelte Strahlung wird am Werkstueck reflektiert und gelangt zunaechst ueber den gleichen Lichtwellenleiter und nach einer Verzweigung zum optoelektronischen Empfangswandler. Ist am Werkstueck ein Riss vorhanden, so erfolgt keine direkte Reflexion an der Blechoberflaeche. Die optischen Informationen werden mittels optoelektronischer Bauelemente in elektrische Signale umgewandelt. Durch die Verarbeitung der elektrischen Signale in einem Rechner koennen Aussagen ueber Lage, Groesse und Verteilung der Risse auf der Blechoberflaeche vorgenommen werden. Fig. 1The invention serves to detect cracks on the surface of drawn workpieces during the forming process, which arise through the manufacturing process or by external influences. Due to the manufacturing process can be assumed that forming defects, such. As cracks, occur only at certain, predictable points on the workpiece. The investigation of these critical parts of the workpiece is carried out by means of optical fibers attached in the drawing punch. Transmitted light operation as well as reflected light operation are possible. In transmitted light mode, radiation sources, primarily IRED, are arranged in the drawing ring. If a crack occurs in the workpiece during the forming process, radiation passes through the crack to one or more optical fibers in the drawing punch. In the reflected light mode, an optical waveguide simultaneously serves as a transmitting and receiving optical waveguide. The radiation coupled into the optical waveguide by a radiation source, primarily an IRED, is reflected on the workpiece and initially passes over the same optical waveguide and after branching to the optoelectronic receiving transducer. If there is a crack on the workpiece, there is no direct reflection on the sheet metal surface. The optical information is converted into electrical signals by means of optoelectronic components. By processing the electrical signals in a computer, statements can be made about the position, size and distribution of the cracks on the sheet metal surface. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit der berührungslos puf optischem Wege mittels Lichtwellenleiter Fehler an dor Werkstückoberfläche, speziell Risse, die durch den Herstellung sprozeß oder durch äußere Einflüsse entstehen, erkannt werden. Durch die rechnergestützte Auswertung der Meßergebnisse können objektive Aussagen über Größe und Lage vorhandoner Risse getroffen werden.The invention relates to a device with the non-contact puf optical ways by means of optical waveguide errors on dor workpiece surface, especially cracks, which are caused by the preparation process or by external influences, are detected. The computer-assisted evaluation of the measurement results allows objective statements to be made about the size and location of existing cracks.

Characteristic of the known technical solutions

Die anzustrebende höhere Automatisierung der Fertigung setzt voraus, daß die visuellen Sichtprüfungen durch den Einsatz rechnergestützter optischer Sensorsysteme ersetzt werden, da die visuellen Prüfverfahren u.a. durch folgende Nachteile gekennzeichnet sind: subjektiv und schlecht reproduzierbar, hoher Zeitaufwand für die Prüfung und kostenintensiv. Die Prüfer von Blechoberflächen sind bei den hohen Fertigungsgeschwindigkeiten ständig überfordert. Konzentrationsmängel führen zwangsläufig dazu, daß im eigentlichen Sinne nicht geprüft, sondern nur noch eine Materialanwesenheit festgestellt wird. Kleine Oberflächenfehler können höchstens auf statistischer Basis erkannt werden.The aspired higher automation of production requires that the visual visual inspection be replaced by the use of computer-aided optical sensor systems, since the visual inspection methods i.a. are characterized by the following disadvantages: subjectively and poorly reproducible, high time expenditure for testing and cost-intensive. The inspectors of sheet metal surfaces are constantly overwhelmed by the high production speeds. Concentration deficiencies inevitably lead to the fact that in the actual sense not tested, but only a material presence is detected. Small surface defects can only be detected on a statistical basis.

In der DE-OS 3206656 ist ein Rißerkennungssystom auf Lichtwellenleiterbasis vorgestellt. Dabei werden die l.ichtwelienleiter unmittelbar auf der Prüflingsoberfläche angebracht. Tritt ein Riß auf, so wird der Lichtwellonleiter mechanisch beschädigt und ein entsprechendes Signal wird ausgelöst.In DE-OS 3206656 an optical fiber crack detection system is presented. The l.ichtwelienleiter are mounted directly on the specimen surface. If a crack occurs, the optical waveguide is mechanically damaged and a corresponding signal is triggered.

Die in der DD-PS 205989,UD-PS 237370,DD-PS 239859,DE-OS 3121161 und DE-OS 3232 904 vorgestellten optoelektronischen Systeme zur Erkennung von Oberflächenfehlern sind dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfung nicht während des Herstullungsprozesses, sondern auf einer speziellen Prüfposition nach dem Herstellungsprozeß erfolgt und somit eine unmittelbare Einflußnahme auf den Fertigungsprozeß nicht möglich ist.The opto-electronic systems for detecting surface defects presented in DD-PS 205989, UD-PS 237370, DD-PS 239859, DE-OS 3121161 and DE-OS 3232 904 are characterized in that the test is not performed during the production process, but on a special test position after the manufacturing process takes place and thus an immediate influence on the manufacturing process is not possible.

Des weiteren sind die bisherigen Prüfsysteme zur Oberflächenanalyse durch einen hohen Aufwand des optischen Systems, Komplizierte Beleuchtungssysteme, hohen rechentechnisc en Aufwand und durch eine exakte Positionierung des Prüfobjektes zum optischen System gekennzeichnet.Furthermore, the previous test systems for surface analysis by a high cost of the optical system, complicated lighting systems, high computational effort and are characterized by an exact positioning of the test object to the optical system.

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine Meßeinrichtung zu schaffen, die direkt während des jiiehvorgangs auftretende Risse an der Oberfläche gezogener Werkstücke im Umformwerkzeug lokalisiert, ohne daß das Meßergebnis durch störende Umwelteinflüsse verfälscht und unbrauchbar wird.The aim of the invention is to provide a measuring device which locates directly occurring during the ji process cracks on the surface of drawn workpieces in the forming tool, without the measurement result is distorted by disturbing environmental influences and unusable.

Ermüdende und zu Beurteilungsfehlern führende Tätigkeiten entfallen, und die durch die Weiterverarbeitung fehlerhafter Werkstücke auftrete¹ en Folgekosten sollen wmieden werden.Deteriorating and judgment errors leading activities are eliminated, and by the further processing of faulty workpieces ¹ follow-up costs are to be wmieden.

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Explanation dc λ essence of the invention

Der Erfindung liogt die Aufgebe zugrunde, einen Ziehstempel eingangs genannter Art zu schaffen, der die Oberfläche von gezogenen Werkstücken mittels im Ziehstempel angebrachter Lichtwellonleitbr delektiert. Eine Rißerkennung soll im Ourchlichtbetrieb als auch im Auflichtbetrieb möglich worden.The invention is based on the requirement to create a drawing punch of the type mentioned above, which delektiert the surface of drawn workpieces by means mounted in the drawing punch Lichtwellonleitbr. A crack detection should be possible in Ourchlichtbetrieb as well as in the reflected light mode.

Ertindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß im Ziehstempel an definiert angeordneten Stellen Lichtwellenleiter eingeblacht werden, in die von oiner angeordneten Strahlungsquelle Strahlung eingekoppelt wird, und daß die am anderen Ende des Lichtwellenleiters austretende btrahlung entsprechend der Oberfläche des Werkstückes während des Umformprozesses moduliert und durch den gleichen Lichtwellenleiter einem optoelektronischen Wandler zugeführt wird oder, daß im Ziehring ein Beleuchtungsring angeordnet ist und das ausgesandte Licht bei Auftreten von Rissen im Werkstück während des Umformprozesses in ein oder mehrere Lichtwellenleiter eingekoppelt und einem optoelektronischen Wandler zugeführtErtindungsgemäß the object is achieved in that in the drawing die at defined locations are waved optical waveguide, is coupled into the radiation source arranged oiner radiation, and that the emerging at the other end of the optical waveguide bradhlung corresponding to the surface of the workpiece during the forming process and modulated by the the same optical waveguide is fed to an optoelectronic transducer or that in the draw ring, a lighting ring is arranged and the emitted light coupled in the occurrence of cracks in the workpiece during the forming process in one or more optical waveguides and fed to an opto-electronic converter

Beim Durchlichtbatrieb ist im Ziohring ein Boleuchtungsring angeordnet, der Strahlung in Richtung Werkstückoberfläche aussendet.In Durchlichtbatrieb a Boleuchtungsring is arranged in Ziohring that emits radiation towards the workpiece surface.

Des weiteren ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiter im Ziehstempel eingegossen oder mittels mechanischer Vorrichtung einzeln befestigt werden.Furthermore, the invention is characterized in that the optical fibers are cast in the drawing punch or individually secured by mechanical means.

Ist kein Riß vorhanden, so wird die Strahlung von der Werkstückoberfläche reflektiert. Bei Vorhandensein eines odor mehrerer Risse gelangt dit» Strahlung durch den RIß hindurch und wird in ein oder mehrere Lichtwellenleiter eingekoppelt und einem optoelektronischen Wandlet zugeführt.If there is no crack, the radiation is reflected by the workpiece surface. In the presence of one or more cracks, the radiation passes through the RI and is coupled into one or more optical waveguides and fed to an optoelectronic Wandlet.

Bei dom Auflichtbetrieb dienen die im Ziehstempel angebrachten Lichtwellenleiter gleichzeitig als Sende- und Empfangslichtwellenleiter. Eine angeordnete Strahlungsquelle k ppelt Strahlung in die Lichtweüenleiter ein, bei Vorhandensein eines Risses in der Werkstückoberfläche ist keine Reflexionsebene vorhanden und es gelangt kein oder nur ein geringer Anteil der vom Lichtwellenleiter ausgesandten Strahlung zum optoelektronischen Empfangswandler. Die minimal erkennbare Rißgröße und der Zeitpunkt der Rißerkennung sind von der räumlichen Anordnung und der Anzahl der im Ziehstempel angeordneten Lichtwellenleiter abhi ngig.In dom up-light operation, the optical fibers mounted in the drawing punch serve simultaneously as transmitting and receiving optical waveguides. An arranged radiation source k impels radiation into the Lichtweüenleiter, in the presence of a crack in the workpiece surface no reflection plane is present and there is no or only a small proportion of the radiation emitted by the optical waveguide radiation to the optoelectronic receiving transducer. The minimally recognizable crack size and the time of the crack detection are dependent on the spatial arrangement and the number of optical fibers arranged in the drawing punch.

Da auf Grund des Ziehprozesses davon ausgegangen werden kann, daß Oberflächenfehler, wie z. B. Risse nur an definierten umformtechnisch bestimmten Stellen am Werkstück auftreten, ist nur eine Oberflächenanalyse der betreffenden Werkstückoberfläche erforderlich. Zu diesem Zweck werden direkt im Ziehstempel Lichtwellenleiter zur Inspektion der Werkstückoberfläche angeordnet. Gegenüber den herkömmlichen Oberflächenmeßsystemen zeichnet sich der mit Lichtwellenleitern bestückte Ziehstempel durch geringe Kosten, geringen rechentechnischen Aufwand infolge geringer Datenmengen, da nur die Oberflächenstellen kontrolliert werden wo Risse auftreten können, geringen freien Strahlengang una damit relative Unompfindlichkeit gegenüber auftretenden Umwelteinflüssen aus.Since due to the drawing process can be assumed that surface defects such. B. cracks occur only at defined deformation-specific locations on the workpiece, only a surface analysis of the relevant workpiece surface is required. For this purpose, optical fibers for inspection of the workpiece surface are arranged directly in the drawing punch. Compared with conventional surface measuring systems, the drawing punch equipped with optical waveguides is characterized by low costs, low computational complexity due to small amounts of data, since only the surface locations are controlled where cracks can occur, low free beam path and thus relative incompatibility with environmental influences occurring.

Erfindungsgemäß ist es möplich, daß noch während des Ziehprozeases eine Werkstückkl&ssifikatinn erfolgt und ein entsprechendes Steuersignal, z. B. für den Pressenstop oder zum Schalten einer Sortiereinrichtung, ausgegeben '.''orden kann.According to the invention, it is possible for a workpiece seal to take place even during the drawing process, and a corresponding control signal, for example, to be produced. B. for the press stop or for switching a sorter, issued '.' 'Orden can.

embodiment

Anhand von Zeichnungen werden die Ausführungsbeispiele Durchlichtbetrieb und Auflichtbetrieb an einem Tiefziehwerkzeug näher erläutertBased on drawings, the embodiments of transmitted light operation and reflected light operation are explained in detail on a deep-drawing tool

Es zeigt: It shows:

Fig. 1: Tiefziehwerkzeug mit Lichtwellenleitern bestücktem Tiefziehstempel im Durchlichtbetrieb Fig. 2: Tiefziehwerkzeug mit Lichtwellenleitern bestücktem Tiefziehstempel im Auflichtbetrieb.Fig. 1: thermoforming tool equipped with optical fibers thermoforming punch in transmitted light mode Fig. 2: thermoforming tool equipped with optical fibers thermoforming punch in incident light mode.

Das ^:n der Umformpresse eingebaute Tiefziehwerkzeug z. B. zur Herstellung rotationssymmetrischer Näpfe, wobei der Tiefziehstempel mit 16 am Umfang definiert angeordneten Lichtwellenleitern bestückt ist, dient zur automatisierten optischen Prüfung der Blechoberfläche auf Oberflächenfehler, speziell auf Risse.The ^: n the forming press built thermoforming tool z. As for the production of rotationally symmetrical wells, wherein the thermoforming punch is equipped with 16 arranged on the circumference arranged optical waveguides, is used for automated optical inspection of the sheet surface on surface defects, especially cracks.

Das in Fig. 1 dargestellte Tiefziehwerkzeug für den Durchlichtbetrieb besteht aus dem Tiefziehstempel 1, der am Umfang mit insgesamt 16, an definierten Stellen, zur Detektion der kritischen Werkstückoberfläche 8, angeordne'.en Lichtwellenleiter 4.1 ...4.16 bestückt ist, dem Ziehring 2, in dem insgesamt 16 Lichtquellen 5.1 ...5.16, z. B. 10IRED VQ110 oder VQ125, und dem Blechniederhalter 3. Bei einwandfreier Oberfläche des Werkstückes wird in die Lichtwellenleiter keine Strahlung eingekoppelt, entsteht beim Tiefziehen des Bleches 6 ein Riß 7, so wird ein Teil der von der Lichtquelle ausgesandten Strahlung in einem oder mehreren Lichtwellenleitern eingekoppelt und einem optoelektronischen Empfangswandler 9, z. B. einem ladungsgekoppelten Bauelement (CCD) mit Lichtwellenleiteranschluß zugeführt.The illustrated in Fig. 1 thermoforming tool for the transmitted light mode consists of the deep-drawing die 1, the circumference with a total of 16, at defined locations, for detecting the critical workpiece surface 8, angeordne'.en optical fiber 4.1 ... 4.16 is equipped, the pull ring. 2 in which a total of 16 light sources 5.1 ... 5.16, z. If the surface of the workpiece is flawless, no radiation is coupled into the optical waveguides; if the sheet 6 is deep-drawn, a crack 7 occurs; a part of the radiation emitted by the light source will be in one or more optical waveguides coupled and an optoelectronic receiving transducer 9, z. B. a charge coupled device (CCD) supplied with optical fiber connection.

In Fig. 2 ist der Auflichtbetriob des mit Lichtwellenleitern bestücktem Tiefziehstempel darget'.ollt. In dem Tiefziehstempel sind 16 Lichtwellenleiter an ciafinierten Stellen zur Detektion der kritischen Werkstückoberfläche 8, angeordnet. In die Lichtwellenleiter wird mittels Strahlungsquelle 10, z. B. ei >er IR-Zeile, Strahlung einnekoppelt. Bei fehlerfreier Werkstückoberfläche wird die eingekoppelte Strahlung von der Blechoberfläche reflektiert und einem optoelektronischen Empfangswandler 9, z. B. einem ladungsgokoppelten Bauelement (CCD) mit I ichtwellenleiteranschluß zugeführt.In Fig. 2, the Auflichtbetriob the equipped with optical fibers thermoforming punch is darget'.ollt. In the deep-drawing die 16 optical waveguides at ciafinierten points for detecting the critical workpiece surface 8, arranged. In the optical waveguide is by means of radiation source 10, z. B. ei> he IR line, radiation einnekoppelt. In error-free workpiece surface, the coupled radiation is reflected by the sheet surface and an optoelectronic receiving transducer 9, z. B. a charge-coupled device (CCD) with I ichtwellenleiteranschluß supplied.

Ist in der Blechoberfläche ein Riß 7 vorhanden, so wird die vom Lichtwellenleiter ausgesandte Strahlung nicht an der Blechoberfläche, sondern am Ziehring 2 diffus reflektiert und es gelangt kein oder nur ein geringer Anteil der diffus mflektierten Strahlung über den Lichtwellenleiter zum optoelektronischen Empfangswandler.If a crack 7 is present in the sheet surface, the radiation emitted by the optical waveguide is not reflected diffusely on the sheet surface but on the drawing ring 2 and no or only a small proportion of the diffusely reflected radiation arrives via the optical waveguide to the optoelectronic receiving transducer.

Das vom optoelektronischen Empfangswandler erzeugte elektrische Signal wird einem Mikrorechner zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Auf diesem Wege ist es möglich₍lnformationen über Rißgröße, Rißlage und Rißanzahl zu erhalten.The electrical signal generated by the optoelectronic receiving transducer is fed to a microcomputer for further processing. In this way it is possible to obtain _{(lnformationen} on crack size, and number of cracks Rißlage.

Claims

1. equipped with optical fiber Ziahstempel, preferably for the detection of cracks on surfaces of deep-drawn workpieces, characterized in that in the drawing die at defined locations arranged optical waveguides are coupled into the radiation from an arranged radiation source, and that emerging at the other end of the optical waveguide Radiation corresponding to the surface of the workpiece, modulated during the forming process and initially supplied by the same Lichtwellenloiter and after branching an opto-electronic transducer or that in Ziehring a lighting ring is arranged and that the emitted radiation in the event of cracks in the workpiece, during the forming process coupled into one or more optical waveguides and fed to an opto-electronic converter.

2. equipped with Lichtwellenlf'er drawing punch according to claim 1, characterized in that the optical waveguide in Ziehstempe! cast in a suitable manner or individually fastened by means of a mechanical device.

3. equipped with optical fiber drawing punch according to Anspiuch 1 and 2, characterized in that the optical fibers are arranged only at defined, determined from Umformtechnischer point in the drawing punch, where with the occurrence of Obwrflächenfohlei ι, especially cracks, is to be expected.

4. equipped with optical fiber drawing punch according to claim 1 to 3, characterized in that even during the drawing process, a workpiece classification is possible and a corresponding control signal, for. B. for the Prassenstop or for switching a sorter, can be output.