DE102007024318A1

DE102007024318A1 - Weakening workpiece involves determining acting forces between tool and workpiece, comparing with predefined force value and producing information indicating whether determined force is within defined limits of defined force value

Info

Publication number: DE102007024318A1
Application number: DE102007024318A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Dr. Schüppstuhl
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2007-05-24
Filing date: 2007-05-24
Publication date: 2008-12-04
Anticipated expiration: 2027-05-25
Also published as: DE102007024318B4

Abstract

The method involves placing a tool (10) between the workpiece and a support and weakening the workpiece by relative movement of the tool and the workpiece, determining the acting forces between the tool and the workpiece (especially the axial load), comparing the determined force with a predefined force value and producing information based on the comparison that indicates whether the determined force is within defined limits of the defined force value. An independent claim is also included for a method of weakening a workpiece.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schwächen eines Werkstücks mit einem Werkzeug gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 3 und 8.The The present invention relates to a method and an apparatus for weakening a workpiece with a tool according to the preambles of the claims 1, 3 and 8.

Für bestimmte Anwendungsbereiche ist es erforderlich, in Werkstücken, beispielsweise in flächigen Elementen, Schwächungsschnitte einzubringen. Diese können beispielsweise eine Sollbruchstelle definieren. Ein Anwendungsbereich ist bei der Herstellung von Armaturenbrettern mit einem integrierten Airbag im Kraftfahrzeugbereich gegeben. Beim Auslösen des Airbags wird das Armaturenbrett an den Schwächungsstellen aufgebrochen, so dass der Airbag austreten kann. Unter den in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Begrifflichkeiten wie Werkstück, Folie, Haut etc. sind zumeist flächige Werkstücke zu verstehen, bei denen es Ziel ist, das Material an einer Seite so einzuschneiden, dass mit einer definierten Restwandstärke unabhängig von ggf. örtlich schwankenden Gesamtwandstärken sowie Toleranzen eine vorgegebene Schwächung entsteht. Auf der anderen Seite des Produktes ist diese Materialschwächung in der Regel nicht zu erkennen. Gerade bei der Einbringung von Schwächungsschnitten in Automobil-Armaturenbrettern mit integrierten Airbags, die als Sicherheitsbauteile anzusehen sind, ist eine hohe Genauigkeit des Schnittes bzw. der Restwandstärke von signifikanter Bedeutung.For certain areas of application, it is necessary in workpieces, for example in flat elements, weakening cuts contribute. These can, for example, a predetermined breaking point define. One area of application is in the manufacture of dashboards given with an integrated airbag in the automotive field. At the Triggering the airbag will cause the dashboard to weaken broken, so that the airbag can escape. Among the in the terms used in the present application, such as Foil, skin, etc. are mostly flat workpieces to understand where the goal is to have the material on one side cut so that with a defined residual wall thickness independent of possibly spatially fluctuating total wall thicknesses as well as tolerances a given weakening arises. On the other side of the product is this material weakening usually not recognizable. Especially with the introduction of weakening cuts in automobile dashboards with integrated airbags that as Safety components are to be regarded, is a high accuracy of Section or the residual wall thickness of significant importance.

Eine bekannte Vorrichtung zur Einbringung solcher Schwächungsschnitte ist beispielsweise der DE 10 2006 034 287 zu entnehmen. Darin ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der mit einer Schneidvorrichtung, beispielsweise einem Schneidmesser, ein Werkstück entlang einer vorgegebenen Linie eingeschnitten wird. Dabei stützt sich das Werkstück gegen einen Auflagetisch bzw. ein Auflager ab. Die Schwächung wird insbesondere durch die relative Bewegung des Schneidmessers und der definierten Beabstandung der Spitze des Schneidmessers zum Auflagetisch oder Auflager erreicht.A known device for introducing such weakening cuts is for example the DE 10 2006 034 287 refer to. Therein a device is described in which a workpiece is cut along a predetermined line with a cutting device, for example a cutting knife. In this case, the workpiece is supported against a support table or a support. The weakening is achieved in particular by the relative movement of the cutting blade and the defined spacing of the tip of the cutting blade to the support table or support.

Damit die vorgegebene Restwandstärke bei der Schwächung genau eingehalten werden kann, ist in der DE 10 2006 034 287 eine Einrichtung vorgesehen, mit welcher der Abstand zwischen dem Schneidmesser und dem Auflager in Richtung der Schneidachse konstant ausbildbar ist.Thus, the predetermined residual wall thickness can be maintained accurately in the weakening is in the DE 10 2006 034 287 a device is provided with which the distance between the cutting blade and the support in the direction of the cutting axis is formed constant.

Es hat sich jedoch bei der Schwächung insbesondere von flexibleren Materialien herausgestellt, dass auch durch eine genaue Einstellung des Abstandes von Schneidmesserspitze zum Auflager keine genaue Restwandstärke in gewünschter Weise sichergestellt werden kann. Beim Schwächen von vergleichsweise unflexiblen Materialien entspricht der Abstand zwischen der Werkzeugspitze und einem Werkstück-Gegenlager (nachfolgend auch „Auflager" genannt) nahezu identisch der resultierenden Restmaterialstärke. Dies ist beispielsweise in 3 dargestellt. So taucht bei einem unflexiblen Material das Schneidwerkzeug 50 in das Werkstück ein, und zwar so weit, dass dessen Spitze um den Abstand a von dem Auflager 56 beabstandet ist. Nach dem Zurückziehen des Werkzeugs stellt man fest, dass dieser Abstand a auch gleichzeitig der Restmaterialstärke entspricht.However, it has been found in the weakening in particular of more flexible materials, that even by an accurate adjustment of the distance from cutting blade tip to the support no exact residual wall thickness can be ensured in the desired manner. When weakening comparatively inflexible materials, the distance between the tool tip and a workpiece abutment (hereinafter also referred to as "abutment") corresponds almost identically to the resulting residual material thickness 3 shown. Thus, the cutting tool emerges with an inflexible material 50 into the workpiece, to the extent that its tip by the distance a from the support 56 is spaced. After retracting the tool, one realizes that this distance a also corresponds to the residual material thickness.

Mit ansteigender Flexibilität, Kompressibilität bzw. Elastizität des zu schwächenden oder schneidenden Materials wird dieses jedoch durch die wirkenden Bearbeitungskräfte unter dem Werkzeug elastisch deformiert und komprimiert. Dieser Vorgang ist in 4, linker Teil, dargestellt. Wiederum ist die Werkzeugspitze einen Abstand a vom Auflager 56 entfernt. Die resultierende Restwandstärke b nach Entfernen des Werkzeugs 50 liegt jedoch über dem eigentlich eingestellten Abstand a, so dass die tatsächliche Restwandstärke b von der geforderten Restwandstärke a abweicht.With increasing flexibility, compressibility or elasticity of the material to be weakened or cutting, however, this is elastically deformed and compressed by the acting machining forces under the tool. This process is in 4 , left part, shown. Again, the tool tip is a distance a from the support 56 away. The resulting residual wall thickness b after removal of the tool 50 However, is above the actually set distance a, so that the actual residual wall thickness b deviates from the required residual wall thickness a.

Um die geforderte Restwandstärke zu erhalten, wird der einzustellende Abstand zwischen der Werkzeugspitze und dem Auflager derzeit durch Versuche ermittelt, bis das gewünschte Ergebnis vorliegt. Insbesondere kann die in der DE 10 2006 034 287 angegebene Einstellung des Abstandes von Werkzeugspitze und Gegenlager Kompressionseffekte weder erfassen noch ausgleichen.In order to obtain the required residual wall thickness, the distance to be set between the tool tip and the support is currently determined by tests until the desired result is obtained. In particular, the in the DE 10 2006 034 287 specified setting of the distance between tool tip and counter bearing Do not detect or compensate for compression effects.

Die Komprimierung eines elastischen Werkstücks hängt dabei von der Gesamtmaterialdicke und den Materialeigenschaften, wie der Materialhärte, ab, sowie insbesondere auch von einem etwaigen Werkzeugverschleiß.The Compression of an elastic workpiece hangs thereby the total material thickness and the material properties, as the material hardness, from, and in particular from a possible tool wear.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine eingangs genannte Vorrichtung bzw. ein eingangs genanntes Verfahren anzugeben, bei der die gewünschte Schwächung bzw. eine vorgegebene Restwandstärke genau hergestellt werden können.task It is the present invention, an apparatus mentioned above or specify a method mentioned above, in which the desired Weakening or a given residual wall thickness can be accurately made.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 3 und 8 angegebenen Merkmale teilweise verfahrensmäßig, teilweise vorrichtungsmäßig gelöst.These The object is specified by the in claims 1, 3 and 8 Features partly procedural, partial device solved.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich die Schwankungen in Materialdicke, Materialeigenschaften oder ein zunehmender Werkzeugverschleiß unmittelbar auf die auftretenden Kräfte zwischen Werkzeug und Werkstück auswirken. In Abhängigkeit von der Materialdicke, der Materialeigenschaft, den Prozessparametern (insbesondere Vorschubgeschwindigkeit) und dem Werkzeugverschleiß wird nämlich das Werkstück mehr oder weniger unter dem Werkzeug komprimiert und bildet abhängig davon eine bestimmte Restwandstärke aus. Die oben genannten Einflussgrößen können mit Ausnahme des Werkzeugverschleißes nahezu konstant gehalten werden. Hinsichtlich eines unterschiedlichen verschlissenen Werkzeuges wurde festgestellt, dass sich die Kräfte und die resultierende Restwandstärke bei ansonsten unveränderten Bedingungen deutlich ändern. Dies geht aus 5 hervor, in welcher der Unterschied in der Kraft, die zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück wirken, bei einem neuen Werkzeug einerseits und einem alten Werkzeug andererseits, zu erkennen ist. Die Kraft bei einem neuen Werkzeug liegt bei diesem Beispiel im Bereich von 1,5 bis 2 N. Die Kraft bei einem alten Werkzeug ist mehr als doppelt so hoch wie die Kraft beim neuen Werkzeug und bewegt sich zwischen 4 und 5,5 N.The invention is based on the finding that the fluctuations in material thickness, material properties or increasing tool wear have a direct effect on the forces occurring between the tool and the workpiece. Depending on the material thickness, the material properties, the process parameters (in particular feed rate) and the tool wear, the workpiece is more or less compressed under the tool and forms depending on a certain residual wall thickness. The above influencing variables can be kept almost constant with the exception of tool wear. With regard to a different worn tool, it was found that the forces and the resulting residual wall thickness change significantly under otherwise unchanged conditions. This goes out 5 in which the difference in the force acting between the tool and the workpiece, on a new tool on the one hand and an old tool on the other hand, can be seen. The force of a new tool in this example is in the range of 1.5 to 2 N. The force in an old tool is more than twice as high as the force of the new tool and moves between 4 and 5.5 N.

Ein Gedanke der vorliegenden Erfindung ist daher darin zu sehen, dass durch die Integration eines Kraft- oder Drucksensors zur kontinuierlichen oder diskreten Erfassung der wirkenden Prozesskräfte zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder dem Werkzeug und dem Gegenlager eine Aussage über eine Veränderung in der Materialdicke, der Materialeigenschaften und/oder einem Werkzeugverschleiß getroffen werden kann.One Thought of the present invention is therefore to be seen in that by the integration of a force or pressure sensor for continuous or discrete recording of the acting process forces between the tool and the workpiece or the tool and the Counter bearing a statement about a change met in the material thickness, the material properties and / or a tool wear can be.

So wird gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens die Kraft ermittelt, mit der das Werkzeug beispielsweise beim Schwächungs- oder Schneidvorgang gegen das Werkstück drückt. Diese Kraft wird mit einer vorgegebenen Kraft verglichen, und auf dieser Basis kann eine Information erzeugt werden, die angibt, ob die so ermittelte Kraft innerhalb vorgegebener Grenzen zu einem vorgegebenen Kraftwert liegt. Aus dieser Aussage kann man in der Regel ableiten, ob der gerade durchgeführte Prozessschritt in Ordnung ist oder eine Störung oder Abnormalität vorliegt.So is according to an embodiment of the method determines the force with which the tool can be used, for or cutting action against the workpiece presses. This force is compared with a given force, and on this Based on an information can be generated, indicating whether the so determined force within specified limits to a predetermined Force value is. From this statement one can usually deduce whether the currently performed process step is in order or a fault or abnormality is present.

Die ermittelten Informationen können beispielsweise für einen Bediener sichtbar gemacht werden, so dass das Bedienpersonal diese Informationen überprüfen kann. Alternativ ist es auch möglich, diese Informationen einer Regel- und Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen, die in Abhängigkeit davon die Tiefeneinstellung des Werkzeugs regelt oder angibt, wann ein Werkzeug zu erneuern ist. Ist sichergestellt, dass sich die Materialdicke und Materialeigenschaft nicht verändert hat, und kann auf einen Werkzeugverschleiß geschlossen werden, so muss das Werkzeug eventuell zur Erreichung der gleichen Restwandstärke etwas weiter in das Werkstück verfahren werden.The Information obtained, for example, for an operator be visualized so that the operating personnel can check this information. alternative It is also possible, this information a rule and To provide control device, depending on it the depth setting of the tool controls or indicates when Tool is to renew. Ensures that the material thickness and material property has not changed, and can a tool wear be closed, so must Tool possibly to achieve the same residual wall thickness a little further into the workpiece.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Druck- oder Kraftsensor für eine taktile Vermessung der erzeugten Restwandstärke einzusetzen. So kann zum Beispiel aus einer Schneidposition heraus, bei relativ zum Werkzeug festem Werkstück, das Werkzeug in axialer Richtung herausgezogen werden, und zwar so weit, bis gerade keine Axialkraft mehr auf das Werkzeug einwirkt und das Werkstück durch das Werkzeug nicht mehr elastisch deformiert ist. Mit anderen Worten wird der Abstand zwischen Auflager und Werkzeugspitze bis zu diesem Punkt vergrößert. Ist dieser Punkt erreicht, so hat man nun einen Abstand der Werkzeugspitze zum Auflager erreicht, der die tatsächliche Restwandstärke angibt (Abstand: Auflager zu Werkzeugspitze). Mathematisch ausgedrückt, addiert sich zu der Schnitttiefe s1 noch der Weg ds hinzu, um den das Werkzeug verfahren wird und um den sich das Material entspannt, was dann zur Restwandstärke führt.A Another possibility is the pressure or force sensor for a tactile measurement of the generated residual wall thickness use. So, for example, out of a cutting position, when relative to the tool fixed workpiece, the tool be pulled out in the axial direction, and so far, to no more axial force acting on the tool and the workpiece is no longer elastically deformed by the tool. With others Words, the distance between support and tool tip is up enlarged to this point. Is this point reached, so you have now reached a distance of the tool tip to the support, indicating the actual residual wall thickness (distance: support to tool tip). Mathematically expressed, adds up to the depth of cut s1 still the way ds added to the the tool is moved and around which relaxes the material, which then to Residual wall thickness leads.

Um die Genauigkeit der Messung zu erhöhen, kann man das Verfahren zudem noch in umgekehrter Richtung wiederholen, d. h. das Werkzeug wird von dem Punkt, ab dem keine Kraft von dem Werkstück auf das Werkzeug einwirkt, in Richtung des Schnittgrundes verfahren, wobei das Kraft- oder Drucksignal kontinuierlich oder diskret erfasst wird.Around To increase the accuracy of the measurement, one can use the procedure also repeat in the opposite direction, d. H. the tool becomes from the point where no force from the workpiece on the tool acts, moved in the direction of the cutting ground, wherein the force or pressure signal detected continuously or discretely becomes.

All diese Verfahrenspositionen können auch über Bewegungsdokumentationen des Roboters sowie andere aktive Bewegungselemente festgehalten oder gespeichert und sowohl auf Seiten des Werkzeugs wie auch auf Seiten des Gegenhalters abgerufen werden.Alles These procedural positions can also be via motion documentation of the robot as well as other active movement elements captured or stored and both on the side of the tool as well as on pages of the counterpart.

Generell können dabei Kräfte oder Drücke gemessen werden. Insgesamt ist es lediglich erforderlich, die Prozesskräfte zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück oder auf das Werkzeug zu kennen. Überdies wird bei der Ermittlung der Prozesskräfte oder -drücke in der Regel in Richtung der Schneidachse gemessen. Es ist jedoch auch möglich, die Kraft auf das Werkzeug während des Verfahrens von Werkstück und Werkzeug parallel zur Verfahrrichtung zu messen. Damit kann man über die Messergeometrie unmittelbar Rückschlüsse über den Verschleißzustand des Werkzeugs, insbesondere im Vergleich mit früheren Daten, ziehen.As a general rule can be measured forces or pressures become. Overall, it only requires the process forces between the tool and the workpiece or on the tool to know. Moreover, when determining the process forces or pressures usually in the direction of the cutting axis measured. However, it is also possible to have the power on the Tool during the process of workpiece and tool parallel to the travel direction. So that can one knows about the knife geometry directly conclusions about the Wear condition of the tool, especially in comparison with previous data, drag.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispiele genauer angegeben und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen inThe The present invention will be described below with reference to various embodiments specified and with reference to the accompanying drawings explained in more detail. The drawings show in

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs gemäß einer ersten Ausführungsform, 1 a schematic representation of a cutting tool according to the invention according to a first embodiment,

2 eine schematische Detaildarstellung eines Schneidwerkzeugs gemäß dem Stand der Technik, 2 a schematic detail of a cutting tool according to the prior art,

3 eine schematische Darstellung eines in ein unflexibles Werkstück eindringenden Werkzeugs, 3 a schematic representation of a in a inflexible workpiece penetrating tool,

4 eine schematische Darstellung eines in ein flexibles Werkstück eindringenden Werkzeugs, 4 a schematic representation of a penetrating into a flexible workpiece tool,

5 eine graphische Darstellung, in welcher der Kraftunterschied zwischen einem teilweise verschlissenen und einem neuen Werkzeug hinsichtlich der Kraft auf das Werkstück dargestellt ist, 5 a graphical representation in which the force difference between a partially worn and a new tool is shown in terms of the force on the workpiece,

6 eine schematische Darstellung des Eintauchens eines Werkzeugs in ein Werkstück, anhand derer das erfindungsgemäße Verfahren erläutert wird, 6 a schematic representation of the immersion of a tool in a workpiece, by means of which the inventive method is explained,

7 eine graphische Darstellung, welche die Kraftveränderung über den Weg darstellt, 7 a graphical representation showing the force change over the way,

8 eine schematische Darstellung des Eintauchens eines Werkzeugs in ein Werkstück, anhand der ein weiterer Verfahrensaspekt der vorliegenden Erfindung erläutert wird, 8th a schematic representation of the immersion of a tool in a workpiece, on the basis of a further method aspect of the present invention is explained,

9 eine weitere graphische Darstellung, welche die Kraftverhältnisse hinsichtlich des Eintauchens in ein Werkzeug darstellt, 9 another graphical representation showing the force relationships with regard to immersion in a tool,

10 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung und 10 a schematic representation of a second embodiment of a cutting tool according to the invention according to the present invention and

11 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Scheidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 a schematic representation of a third embodiment of a cutting tool according to the invention according to the present invention.

In 1 ist in schematischer Darstellung ein Schneidwerkzeug 10 zur Schwächung von Kunststoffhäuten und ähnlichen flächigen Werkstücken schematisch dargestellt.In 1 is a schematic representation of a cutting tool 10 for the weakening of plastic skins and similar flat workpieces shown schematically.

Das Schneidwerkzeug 10 umfasst bei dieser Ausführungsform einen U-förmigen Bügel 12, der an seiner rechten Seite geöffnet ist. Am oberen Schenkel des U-förmigen Bügels 12 ist ein Schneidmesser 20 angeordnet, das in Richtung einer Schneidachse 22 ausgerichtet ist. Am gegenüberliegenden Schenkel und gegenüberliegend dem Schneidmesser 20 ist ein Auflager mit einer in einem Gegenhalter 16 rollend aufgenommenen Kugel 18 und einer zwischen dem Gegenhalter 16 und dem Bügelschenkel vorgesehenen Kraftmessdose 14 angeordnet. Alternativ kann die Kraftmessdose auch zwischen Messer und Bügel eingebaut werden. Dann lässt sich nämlich die auf das Werkstück einwirkende Kraft unmittelbar bestimmen. Dabei kann sich der Gegenhalter 16 gegenüber der Kraftmessdose in Schneidachsenrichtung bewegen.The cutting tool 10 includes in this embodiment a U-shaped bracket 12 which is open on its right side. At the upper leg of the U-shaped bracket 12 is a cutting knife 20 arranged in the direction of a cutting axis 22 is aligned. On the opposite leg and opposite the cutting blade 20 is a support with one in a counterhold 16 rolling picked up ball 18 and one between the counterpart 16 and the shackle leg provided load cell 14 arranged. Alternatively, the load cell can be installed between the knife and bracket. In that case, the force acting on the workpiece can be determined directly. This can be the backstop 16 move towards the load cell in the direction of the cutting axis.

Der Bügel 12 besitzt im linken Bereich eine Abstützlasche, die über eine Spiralfeder 26 mit einem Abstützblock 28 verbunden ist. Der Bügel 12 kann sich so federbelastet gegenüber dem Abstützblock 28 bewegen. Alternativ kann auch die Eigenelastizität des Werkstücks zum Toleranzausgleich für die Werkzeugbewegung genutzt werden.The coat hanger 12 has in the left area a Abstützlasche, via a coil spring 26 with a support block 28 connected is. The coat hanger 12 can be so spring loaded against the support block 28 move. Alternatively, the inherent elasticity of the workpiece can be used for tolerance compensation for the tool movement.

Ein zu schwächendes Werkstück 32 ist auf einem Auflagetisch 30 angeordnet, der an seiner Unterseite auf der rollfähigen Kugel 18 aufliegt. Über die axial vorgespannte Verschiebeeinheit (24, 26, 28) des Werkzeuges wird gewährleistest, dass die Kugel kontinuierlich am Auflagetisch anliegt.A workpiece to be weakened 32 is on a support table 30 arranged on its underside on the rollable ball 18 rests. Via the axially preloaded sliding unit ( 24 . 26 . 28 ) of the tool will ensure that the ball rests continuously on the support table.

Durch Relativbewegung des Schneidwerkzeugs 20 gegenüber dem auf dem Auflagetisch 30 angeordneten Werkstück 32 bei in das Werkstück verfahrenem Schneidmesser 22 ergibt sich der gewünschte Schwächungsschnitt, der vorliegend dadurch dargestellt ist, dass in der Schnittdarstellung der 1 bezüglich des Werkstücks das Material in Richtung nach dem Schneidmesser 22 fehlt.By relative movement of the cutting tool 20 opposite to that on the support table 30 arranged workpiece 32 when moved into the workpiece cutting blade 22 results in the desired weakening section, which is represented here by the fact that in the sectional view of 1 with respect to the workpiece, the material in the direction of the cutting blade 22 is missing.

Der Auflagetisch besitzt eine Dicke, die mit dem Bezugszeichen 36 gekennzeichnet ist. Die Restwandstärke des Materials nach dem Schwächungsschritt ergibt sich aus dem Gesamtabstand der Werkzeugspitze von dem oberen Ende der Kugel 18 minus der konstanten oder wegabhängig bekannten Auflagetischdicke.The support table has a thickness denoted by the reference numeral 36 is marked. The residual wall thickness of the material after the weakening step results from the total distance of the tool tip from the upper end of the ball 18 minus the constant or path-dependent known Auflagetischdicke.

Über die Kraftmessdose kann die Kraft ermittelt und an eine Auswerte- oder Regel- und Steuereinheit übermittelt werden. Die Kraftmessdose ermittelt die Kraft, mit welcher das Schneidmesser 20 auf das Werkstück drückt. Diese Kraft hängt von der Materialdicke, der Materialbeschaffenheit, den Prozessparametern aber auch dem Verschleißzustand des Werkzeugs ab.About the load cell, the force can be determined and transmitted to an evaluation or control and control unit. The load cell determines the force with which the cutting blade 20 presses on the workpiece. This force depends on the material thickness, the material properties, the process parameters but also the state of wear of the tool.

In 2 ist ausschnittweise eine Vorrichtung aus dem Stand der Technik gezeigt, wobei nunmehr eine aktive Verstellung des Schneidmessers 20' gegenüber dem Auflagetisch 30' mittels eines motorischen Antriebs möglich ist. Diese Verstellung wird mittels des elektrischen Antriebsmotors 25 erreicht, der eine Stellspindel 27 beaufschlagt. Das so dargestellte Schneidwerkzeug 10' lässt sich also hinsichtlich des Abstandes der Spitze des Werkzeugs 20' gegenüber dem Auflagetisch 30' (Bezugszeichen 37) bzw. der Schnitttiefe (Bezugszeichen 39) genau einstellen, wobei die Gesamtmaterialstärke durch das Bezugszeichen 40 definiert ist. Allerdings ist diese Einstellung, wie eingangs klargemacht wurde, nur bei relativ harten und unflexiblen bzw. unelastischen Materialien ohne weiteres genau möglich. In erfindungsgemäßer Weise kann man diese Ausführungsform ändern, wenn man im Bereich zwischen der Schneidmesser-Spitze und der (nicht dargestellten) Halterung eine Kraftmesseinrichtung einbaut.In 2 is a detail of a device shown in the prior art, wherein now an active adjustment of the cutting blade 20 ' opposite the support table 30 ' by means of a motor drive is possible. This adjustment is by means of the electric drive motor 25 reached, the one adjusting spindle 27 applied. The cutting tool thus shown 10 ' So it can be with respect to the distance of the tip of the tool 20 ' opposite the support table 30 ' (Reference 37 ) or the depth of cut (reference numeral 39 ) adjust exactly, the total material thickness by the reference numeral 40 is defined. However, this adjustment, as was made clear at the beginning, only with relatively hard and inflexible or inelastic materials readily possible. In accordance with the invention, one can change this embodiment, if one in the area between the cutting blade tip and the (not shown) holding installation of a force measuring device.

Der Schneideffekt bei einem harten und unelastischen Material ist in 3 deutlich zu sehen, gemäß der bei einem solchen unflexiblen Material 54 die Restwandstärke a (rechte Seite der 3) im Wesentlichen dem Abstand der Spitze des Schneidmessers 50 zum Auflager 56 entspricht.The cutting effect of a hard and inelastic material is in 3 clearly seen, according to the case of such an inflexible material 54 the residual wall thickness a (right side of the 3 ) substantially the distance of the tip of the cutting blade 50 to the support 56 equivalent.

Bei einem elastischen Werkstück wird dieses unter dem Messer oder dem sonst verwendeten Werkzeug zusammengedrückt und verformt sich dadurch, so dass der Abstand zwischen der Spitze des Werkzeugs 50 und dem Auflager 56 (hier mit „a" in linker Seite von 4 bezeichnet) nicht der Restwandstärke (Bezugszeichen „b" in 4 rechte Seite) entspricht. Vielmehr ist die Restwandstärke b größer als der vorher eingestellte Abstand der Schneidmesserspitze zum Auflager 56.In the case of an elastic workpiece this is compressed under the knife or the otherwise used tool and deforms thereby, so that the distance between the tip of the tool 50 and the support 56 (here with "a" in left side of 4 not designated) of the residual wall thickness (reference "b" in FIG 4 right side) corresponds. Rather, the residual wall thickness b is greater than the previously set distance of the cutting blade tip to the support 56 ,

Um die tatsächliche Restwandstärke zu ermitteln, wird – wie in 6 dargestellt ist – von einer Schneidposition aus gestartet, die auf der linken Seite abgebildet ist. In dieser Position, welche die normale Schneidposition darstellt, bei der das Werkstück 54' relativ zu dem Werkzeug 50 verfahren wird, ist die Spitze des Werkzeugs 50 mit einem Abstand s1 zum Auflager 56 eingestellt. Dabei wirkt durch die Kompression des Werkstücks eine Kraft zwischen dem Werkzeug 50 und dem Werkstück 54', die sich auch auf das Auflager 56 überträgt und von dem Kraftsensor 58 ermittelt werden kann.To determine the actual residual wall thickness, is - as in 6 is displayed - started from a cutting position, which is shown on the left side. In this position, which represents the normal cutting position at which the workpiece 54 ' relative to the tool 50 is the tip of the tool 50 with a distance s1 to the support 56 set. In this case acts by the compression of the workpiece, a force between the tool 50 and the workpiece 54 ' that also affect the support 56 transfers and from the force sensor 58 can be determined.

Zum Feststellen der tatsächlichen Restwandstärke wird die relative Schnittbewegung zwischen Werkstück 54' und Werkzeug 50 zunächst beendet. Sodann wird das Werkzeug 50 entgegen seiner Schneidachse (vgl. Pfeil in 6, rechte Seite) aus dem Werkstück um eine Strecke ds1 herausgezogen, und zwar so weit, bis der Kraftsensor 58 keine weitere Kraftänderung bei einem weiteren Herausziehen des Werkzeugs aus dem Werkstück mehr feststellen kann. Ändert sich bei einem weiteren Herausziehen des Werkzeugs der Kraftwert nicht mehr, so ist dies der Punkt, an dem keine Kompression des Materials mehr vorliegt und der Abstand zwischen der Spritze des Schneidwerkzeugs und dem Auflager gibt nun die Restwandstärke an. Dies ist auch aus dem Graphen der 7 ersichtlich. Dabei markieren s1 den Abstand zwischen Schneidmesserspitze und Auflager beim Schwächungsvorgang und s2 die tatsächliche Restwanddicke; ds1 gibt das Ausmaß an, in dem das Material komprimiert wurden. Im Graphen der 7 ist auch ohne weiteres zu erkennen, dass die Kraft auf den Kraftsensor beim Herausziehen des Werkzeugs aus dem Werkstück (vgl. Pfeilrichtung) abnimmt und – bei einem entsprechend kalibrierten Sensor – am Punkt s2 der Kraftwert 0 und einen anderen charakteristischen Wert erreicht ist, nämlich dann, wenn die Restwandstärke erreicht ist und das Werkstück nicht mehr gegen das Werkzeug drückt bzw. keine Komprimierung mehr vorliegt.To determine the actual residual wall thickness, the relative cutting movement between the workpiece 54 ' and tool 50 first finished. Then the tool 50 against its cutting axis (see arrow in 6 , right side) pulled out of the workpiece by a distance ds1, and that until the force sensor 58 can no longer detect any further force change in a further extraction of the tool from the workpiece. If the force value no longer changes as the tool is pulled out further, this is the point at which there is no longer any compression of the material and the distance between the syringe of the cutting tool and the support now indicates the residual wall thickness. This is also from the graph of 7 seen. Here, s1 mark the distance between the cutting blade tip and the support during the weakening process and s2 the actual residual wall thickness; ds1 indicates the extent to which the material was compressed. In the graph of 7 It can also be easily recognized that the force on the force sensor decreases when the tool is pulled out of the workpiece (see arrow direction) and - at a correspondingly calibrated sensor - at point s2 the force value 0 and another characteristic value is reached, namely then when the residual wall thickness is reached and the workpiece no longer presses against the tool or there is no more compression.

Um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen, kann man – wie in 8 angegeben ist – das Werkzeug nunmehr wieder in das Werkstück hinein verfahren. Bei diesem Schritt wird der Sensor 58 wieder eine Zunahme der Kraft zeigen, wenn die Spitze des Werkzeugs beginnt, das Werkstück an dieser Position zusammenzudrücken und zu komprimieren. Gerade an diesem Punkt liegt wieder die Restwandstärke S2 vor. Wird das Werkzeug weiter in das Material hinein verfahren, so ergibt sich z. B. der im Graphen der 9 angegebene idealisierte Kraftverlauf.To increase the accuracy of the procedure, one can - as in 8th is specified - the tool now moved back into the workpiece. At this step, the sensor becomes 58 again show an increase in force as the tip of the tool begins to compress and compress the workpiece at that position. Just at this point is the residual wall thickness S2 again. If the tool continues to move into the material, then z. B. in the graph of 9 specified idealized force curve.

In 10 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung teilweise und schematisch dargestellt, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Dabei wird wiederum ein Schneidmesser 120 verwendet, welches über eine Verstellspindel 126, die von einem Motor 125 beaufschlagt ist, zum Schwächen eines Werkstücks 132 in dieses eingefahren wird. Das Werkstück 132 ist wiederum auf einem Auflagetisch 130 angeordnet und wird, dargestellt durch den Pfeil 134, relativ zum Werkzeug 120 bewegt. In Abhängigkeit von der Eindringtiefe wird ein Schwächungsschnitt durchgeführt, der zu einer Restwandstärke führt.In 10 a further embodiment of a device according to the invention is shown partially and schematically, with which the inventive method can be performed. This is again a cutting knife 120 used, which has an adjusting spindle 126 that of a motor 125 is acted upon to weaken a workpiece 132 is retracted into this. The workpiece 132 is again on a support table 130 is arranged and is represented by the arrow 134 , relative to the tool 120 emotional. Depending on the depth of penetration, a weakening cut is made, resulting in a residual wall thickness.

Mittels eines Tasters 172, der an der Unterseite des Auflagetisches 130 anliegt, und einem Kraftsensor 170 wird eine Kraft ermittelt, die durch den Schneidvorgang erzeugt wird. Der Sensor kann in diesem Fall jedoch keine Schnittkraft direkt messen, da diese in den Auflagetisch eingeleitet werden. Besser ist es in diesem Fall, den Kraftsensor zwischen Messer und Aktor zu montieren.By means of a button 172 Standing at the bottom of the support table 130 is applied, and a force sensor 170 a force is determined which is generated by the cutting process. However, in this case, the sensor can not measure a cutting force directly because they are introduced into the support table. It is better in this case to mount the force sensor between the knife and actuator.

Diese Information über die Kraft wird über eine Leitung 174 einer Regelungs- und Steuereinheit 150 zur Verfügung gestellt. Diese Regelungs- und Steuereinheit 150 ist wiederum mit dem Motor 125 über eine Steuerleitung 162 verbunden. Je nach Abgabe eines Signals von der Steuer- und Regeleinheit 150 an den Motor 125 erfolgt die Verstellung des Schneidmessers 120 in Richtung des Auflagetisches 130 oder weg davon. Zwischen dem Motor 125 und dem Schneidmesser 120 ist ein Wegsensor angeordnet, mit dem sich ermitteln lässt, wie weit die Spitze des Schneidmessers 120 vom Auflagetisch 130 entfernt ist.This information about the force is sent via a wire 174 a control and control unit 150 made available. This control and control unit 150 is in turn with the engine 125 via a control line 162 connected. Depending on the delivery of a signal from the control unit 150 to the engine 125 the adjustment of the cutting blade takes place 120 in the direction of the support table 130 or away from it. Between the engine 125 and the cutting knife 120 a displacement sensor is arranged, with which it can be determined, how far the point of the cutting knife 120 from the support table 130 is removed.

Diese Entfernung gibt bei unelastischen Materialien die Restwandstärke wieder, die sich zusammensetzt aus der Differenz des Abstandes von Schneidmesserspitze zum Taster (Bezugszeichen 138) abzüglich der mit dem Bezugszeichen 136 bezeichneten Auflagetischdicke.This distance is in inelastic materials again the residual wall thickness, which is composed of the difference of the distance from the cutting blade tip to the button (reference numeral 138 ) minus the reference numeral 136 designated Auflagetischdicke.

Aus der Kombination der Informationen vom Kraftsensor 170 und des Wegsensors 160, wobei letzterer über eine Datenleitung 164 an die Regel- und Steuereinrichtung 150 übertragen wird, kann die Steuer- und Regeleinrichtung 150 – eventuell noch unter Zuhilfenahme von Daten hinsichtlich Materialeigenschaften und/oder – dicke – auf die Prozessverhältnisse schließen. Insbesondere können Werkzeugverschleiß oder kurzfristige Schwankungen in der Materialdicke oder in den Materialeigenschaften auf diese Art und Weise festgestellt werden. Dabei ist zu erwarten, dass sich der Werkzeugverschleiß nur immer mittel- bis langfristig ändern wird. Schwankungen in der Materialstärke oder den Materialeigenschaften sind eher kurzfristige Ereignisse, die aufgrund zeitlichen Verlaufs des Signals auch als solche ermittelt werden können.From the combination of information from the force sensor 170 and the displacement sensor 160 the latter being via a data line 164 to the control and regulating device 150 is transmitted, the control and regulating device 150 - possibly with the help of data regarding material properties and / or - thick - close to the process conditions. In particular, tool wear or short-term variations in material thickness or material properties can be detected in this manner. It can be expected that tool wear will always change over the medium to long term. Fluctuations in the material thickness or the material properties are rather short-term events, which can also be determined as such due to the time course of the signal.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in schematischer Weise in 11 dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von derjenigen in 1 beispielsweise dadurch, dass die Schneidanordnung insgesamt an einem Robotarm 274 gehalten ist, von dem in der 11 lediglich sein Ende dargestellt ist. Zwischen dem Robotarm 274 und der Schneidvorrichtung ist ein Gelenk 272 angeordnet. Am Gelenk 272 ist einerseits das Schneidmesser 275 in einer aus 11 zu entnehmenden drehbeweglichen Weise sowie ein Haltearm 270 befestigt. Der Haltearm wiederum hält einen U-förmigen Bügel 212, der ähnlich wie derjenige in 1 ausgestaltet ist. Ein weiterer Unterschied in der Ausführungsform zur 1 liegt nun darin, dass sich das Schneidmesser 275 in einer Drehhalterung 276 des Bügels drehen lässt. Am unteren Schenkel des U-förmigen Bügels 212 sind – wie auch bei der Ausführungsform der 1 – eine Kraftmessdose 214, in Gegenhalter 216 sowie eine Rollkugel 218 vorgesehen. Die Rollkugel 218 rollt nun unmittelbar an der Unterseite des Werkstücks 232 ab und kann die Kraft, mit der die Spitze 220 des Schneidmessers in das Werkstück drückt aufnehmen. Seitlich ist das Werkstück in Spannvorrichtungen fest und ortsunbeweglich eingeklemmt.Another embodiment of the present invention is schematically shown in FIG 11 shown. This embodiment is different from that in FIG 1 for example, characterized in that the cutting assembly as a whole on a robot arm 274 is held by the one in the 11 only his end is shown. Between the robot arm 274 and the cutter is a hinge 272 arranged. At the joint 272 on the one hand is the cutting blade 275 in one out 11 to be taken rotary manner and a support arm 270 attached. The holding arm in turn holds a U-shaped bracket 212 which is similar to the one in 1 is designed. Another difference in the embodiment of 1 now lies in the fact that the cutting blade 275 in a swivel mount 276 of the strap. At the lower leg of the U-shaped bracket 212 are - as well as in the embodiment of 1 - a load cell 214 , in withholds 216 as well as a trackball 218 intended. The trackball 218 now rolls directly to the bottom of the workpiece 232 down and can the force with which the top 220 of the cutting blade press into the workpiece. Laterally, the workpiece is clamped firmly in clamping devices and immovable.

Darüber hinaus kann die Rollkugel 218 mittels eines Präzisionsaktor (vorliegend nicht dargestellt) um 50 mm abgesenkt bzw. angehoben (11 zeigt den angehobenen Zustand) werden. Dadurch kann das Schneidwerkzeug problemlos in die gewünschte Position zum Werkstück eingefahren werden, bevor der Schneidvorgang beginnt.In addition, the trackball can 218 by means of a precision actuator (not shown here) lowered by 50 mm or raised ( 11 indicates the raised state). As a result, the cutting tool can be easily retracted to the desired position to the workpiece before the cutting process begins.

Bei dieser Ausführungsform besteht damit die Möglichkeit, an einer beliebigen Position des Werkstückes zu starten und einen vorgegebenen Weg abzufahren, wobei sich das Messer mit seiner Schneide immer in Fahrrichtung einstellen lässt. Zudem kann in oben beschriebener Weise die Kraft zwischen dem Schneidmesser und dem Werkstück erfasst und daraus die Informationen über Werkzeugzustand und Materialeigenschaft gewonnen werden.at this embodiment thus has the possibility to start at any position of the workpiece and descend a predetermined path, wherein the knife with its cutting edge can always be set in the direction of travel. In addition, in the manner described above, the force between the cutting blade and the workpiece and from this the information about Tool condition and material properties are obtained.

Insgesamt gibt die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, eine Materialschwächung bis auf eine genau definierte Restwandstärke auch bei elastischen Materialien, die unter der Wirkung des Schneidwerkzeugs verformt oder komprimiert werden, zu erreichen. Darüber hinaus kann eine Information über den Zustand des Werkzeugs generiert werden, insbesondere, wann das Werkzeug auszutauschen ist.All in all gives the present invention the possibility of material weakening except for a well-defined residual wall thickness even with elastic Materials that deform under the action of the cutting tool or to be compressed. In addition, can generates information about the state of the tool in particular, when to replace the tool.

10, 10'10 10 ': Schneidwerkzeugcutting tool
1212: Bügelhanger
1414: KraftmessdoseLoad cell
1616: Gegenhalterbackstop
1818: Gelagerte Kugelbearing Bullet
20, 20'20 20 ': Schneidmessercutting blade
2222: Schneidachsecutting axis
2424: AbstützlascheAbstützlasche
2525: Antriebsmotordrive motor
2626: Spiralfederspiral spring
2727: Stellspindeladjusting spindle
2828: Abstützbocksupport truss
30, 30'30 30 ': Auflagetischsupport table
32, 32'32 32 ': (zu schwächendes) Werkstück(to weakening) workpiece
34, 34'34 34 ': Bewegungsrichtungmovement direction
3636: Dicke Auflagetischthickness support table
3737: RestmaterialstärkeRest material thickness
3838: Dicke: Restmaterialstärke + AuflagetischdickeThickness: Residual material thickness + support table thickness
3939: Schneidtiefecutting depth
4040: GesamtmaterialdickeTotal material thickness
5050: Schneidmessercutting blade
5252: Bewegungsrichtungmovement direction
54, 54'54 54 ': Materialmaterial
5656: Auflageplatteplaten
5858: Drucksensorpressure sensor
120120: Schneidmessercutting blade
125125: Antriebsmotordrive motor
126126: Stellspindeladjusting spindle
130130: Auflagetischsupport table
132132: Materialmaterial
134134: Bewegungsrichtungmovement direction
136136: AuflagetischdickeSupport table thickness
138138: Dicke: Restmaterialstärke + AuflagetischdickeThickness: Residual material thickness + support table thickness
150150: Steuerungcontrol
160160: Wegsensordisplacement sensor
162162: Steuerleitungcontrol line
164164: Sensorleitungsensor line
170170: Drucksensorpressure sensor
172172: TastzeigerTastzeiger
174174: Sensorleitungsensor line
212212: Bügelhanger
214214: KraftmessdoseLoad cell
216216: Gegenhalterbackstop
218218: KugelBullet
220220: Spitze des Schneidmesserstop of the cutting blade
226226: Spannvorrichtungjig
232232: Werkstückworkpiece
270270: Haltearmholding arm
272272: Gelenkjoint
274274: Robotarmrobot arm
275275: Schneidmessercutting blade
276276: Drehhalterungswivel mount

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 102006034287 [0003, 0004, 0007]

Claims

Method for weakening a workpiece with a tool, where - the workpiece between the tool and a support is arranged and - the Workpiece by relative movement of workpiece weakened to the tool, with the steps: - Determine the force with which the tool presses against the workpiece, - Comparison the determined force with a predetermined force value and - Produce information based on the comparison indicating whether or not the determined force within predetermined limits to the predetermined force value located.

Method according to claim 1, characterized in that that the information is output to a control device and that the control and regulation means a depth adjustment of the tool based on this information.

Method for weakening a workpiece with a tool, where - the workpiece between the tool and a support is arranged - the Measure of inserting the tool into the workpiece is detected and - the workpiece by relative Moving workpiece weakened to tool becomes, with the steps: - Introduce of the tool in the workpiece up to a predetermined Depth while performing a weakening, - Retreat of the tool until a predetermined force value is reached - Determination the distance the tool was withdrawn, and - Detection the tool condition and / or the material condition and / or the actual depth of cut due to the particular Distance.

Method according to claim 3, characterized that before retracting the tool force, with the tool up to and / or at the given depth against the workpiece presses, is determined.

Method according to claim 3 or 4, characterized, - subsequently the tool back to a certain depth in the tool is introduced and - determines the force is used with the tool until and / or at the given Depth presses against the workpiece.

Method according to one of claims 3 to 5, characterized in that from the information from force and way to the tool condition and / or the material condition and / or the actual attenuation depth closed becomes.

Method according to claim 3 or 4, characterized, that - then the tool again until is introduced to the tool at a certain force value and - the distance is determined and - of the Tool condition and / or the material condition and / or the actual weakening depth due to the pressure increase or the depth value is closed.

Device for introducing a weakening into a workpiece, in particular a foil or a skin, full to weaken the workpiece suitable tool, a support bearing the workpiece between the tool and the support can be arranged against the support is supported and the tool opposite the workpiece is designed to be relatively movable, thereby marked that a sensor for detecting the process forces between tool and support or between tool and workpiece is provided.

Device according to claim 8, characterized in that a sensor for determining the position of the tool tip the support is provided.

Device according to one of claims 8 or 9 characterized, that a control and regulation device is provided, that one of the control and regulating device actuatable adjusting device for a depth adjustment the tool is provided, that the regulation and control device connected to the sensor for detecting the process forces is and that the regulating and control device is designed to control the actuator based on the sensor information.