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www.utfscience.de I/2014 S.1/9 Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm und Jan Jocker: Optische Schnittkantenmessung und automatisierte Kenngrößenermittlung Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg, www.umformtechnik.net Optische Schnittkantenmessung und automatisierte Kenngrößenermittlung Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm, Jan Jocker 1) Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universität Hannover 1) [email protected] Kurzfassung Beim Scherschneiden entstehen Schnittkanten, welche eine charakteristische Geometrie aufweisen und ein wesentliches Merkmal zur Bewertung der Produktqualität sind. Aufgrund von Werkzeugverschleiss, Verlagerungen des Pressenstößels und anderen Einflüssen weicht die Geometrie der Schnittkanten von der angestrebten idealen Form mit maximalem Glattschnittanteil ohne Schnittgrat ab. Eine regelmäßige Kontrolle ist notwendig, um das Einhalten geforderter Toleranzen zu gewährleisten. Dies kann anhand von Schnittflächenkenngrößen erfolgen, welche in der VDI-Richtlinie 2906 definiert sind. Die Verfahren zur Schnittkantenmessung und zur Bestimmung der Schnittflächenkenngrößen nach dem Stand der Technik sind zeit- und kostenaufwändig. Dies war die Motivation für die Entwicklung eines neuen Verfahrens und einer Vorrichtung, mit deren Hilfe die Schnittkantenmessung einfach, schnell und kostengünstig durchgeführt werden kann. Die Messung der Schnittkante erfolgt berührungslos mittels eines laseroptischen Triangulationssensors. Mittels einer erstellten Software werden die Kenngrößen anhand der Messdaten automatisiert ermittelt. Schlüsselwörter Umformtechnik, Scherschneiden, Schneiden, Stanzen, Schnittkante, Schnittkantenmessung, Schnittflächenkenngrößen, Triangulationssensor 1. Einleitung Die Schnittkantengeometrie von Erzeugnissen aus Blechwerkstoffen, welche mittels des Verfahrens Scherschneiden hergestellt wurden, ist ein wesentliches Merkmal zur Bewertung der Produktqualität. Die Messung von Schnittkanten ist bisher zeit- und kostenaufwändig und wird häufig nur von großen Unternehmen oder Forschungseinrichtungen durchgeführt. Der Bedarf nach einer gegenüber dem Stand der Technik kostengünstigen sowie schnellen und einfachen Lösung zur Qualitätskontrolle von Schnittkanten war die Motivation für die Entwicklung eines neuen, optischen Messverfahrens sowie einer Software zur automatisierten Berechnung der Schnittflächenkenngrößen. 2 Stand der Technik Das Scherschneiden ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Blechwerkstoffen. Auf Grund seiner Wirtschaftlichkeit ist es in der blechverarbeitenden Industrie zur Herstellung von Teilen in sehr großen Stückzahlen geeignet und wird häufig angewendet [NEU04]. Das Spektrum der Werkstücke, die mittels des Scherschneidens hergestellt werden, umfasst Kleinstteile wie Stecker, Hülsen und Buchsen, Gehäuseteile, Karrosserieteile für Fahrzeuge, Kosmetikverpackungen, Schmuck, Teile von Uhren und vieles mehr (Bild 1, links).

Optische Schnittkantenmessung Automatisierte Kenngroessenermittlung

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Optical cutting edge measurement, German

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  • www.utfscience.de I/2014 S.1/9

    Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm und Jan Jocker: Optische Schnittkantenmessung und automatisierte Kenngrenermittlung

    Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg, www.umformtechnik.net

    Optische Schnittkantenmessung und automatisierte Kenngrenermittlung

    Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm, Jan Jocker1) Institut fr Umformtechnik und Umformmaschinen, Leibniz Universitt Hannover

    1)[email protected]

    Kurzfassung Beim Scherschneiden entstehen Schnittkanten, welche eine charakteristische Geometrie aufweisen und ein wesentliches Merkmal zur Bewertung der Produktqualitt sind. Aufgrund von Werkzeugverschleiss, Verlagerungen des Pressenstels und anderen Einflssen weicht die Geometrie der Schnittkanten von der angestrebten idealen Form mit maximalem Glattschnittanteil ohne Schnittgrat ab. Eine regelmige Kontrolle ist notwendig, um das Einhalten geforderter Toleranzen zu gewhrleisten. Dies kann anhand von Schnittflchenkenngren erfolgen, welche in der VDI-Richtlinie 2906 definiert sind. Die Verfahren zur Schnittkantenmessung und zur Bestimmung der Schnittflchenkenngren nach dem Stand der Technik sind zeit- und kostenaufwndig. Dies war die Motivation fr die Entwicklung eines neuen Verfahrens und einer Vorrichtung, mit deren Hilfe die Schnittkantenmessung einfach, schnell und kostengnstig durchgefhrt werden kann. Die Messung der Schnittkante erfolgt berhrungslos mittels eines laseroptischen Triangulationssensors. Mittels einer erstellten Software werden die Kenngren anhand der Messdaten automatisiert ermittelt.

    Schlsselwrter Umformtechnik, Scherschneiden, Schneiden, Stanzen, Schnittkante, Schnittkantenmessung, Schnittflchenkenngren, Triangulationssensor

    1. Einleitung Die Schnittkantengeometrie von Erzeugnissen aus Blechwerkstoffen, welche mittels des Verfahrens Scherschneiden hergestellt wurden, ist ein wesentliches Merkmal zur Bewertung der Produktqualitt. Die Messung von Schnittkanten ist bisher zeit- und kostenaufwndig und wird hufig nur von groen Unternehmen oder Forschungseinrichtungen durchgefhrt. Der Bedarf nach einer gegenber dem Stand der Technik kostengnstigen sowie schnellen und einfachen Lsung zur Qualittskontrolle von Schnittkanten war die Motivation fr die Entwicklung eines neuen, optischen Messverfahrens sowie einer Software zur automatisierten Berechnung der Schnittflchenkenngren.

    2 Stand der Technik Das Scherschneiden ist ein Fertigungsverfahren zur Herstellung von Erzeugnissen aus Blechwerkstoffen. Auf Grund seiner Wirtschaftlichkeit ist es in der blechverarbeitenden Industrie zur Herstellung von Teilen in sehr groen Stckzahlen geeignet und wird hufig angewendet [NEU04]. Das Spektrum der Werkstcke, die mittels des Scherschneidens hergestellt werden, umfasst Kleinstteile wie Stecker, Hlsen und Buchsen, Gehuseteile, Karrosserieteile fr Fahrzeuge, Kosmetikverpackungen, Schmuck, Teile von Uhren und vieles mehr (Bild 1, links).

  • www.utfs

    Bernd

    Bild 1

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    cience.de I/20

    d-Arno Behren

    Verlag Meis

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    014

    ns, Richard Kr

    senbach Gmb

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    Jocker: Optisngrenermit

    wig-Str. 7a, 96

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    sche Schnittkattlung

    6047 Bamberg

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  • www.utfs

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    d-Arno Behren

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    014

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    Jocker: Optisngrenermit

    wig-Str. 7a, 96

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    sche Schnittkattlung

    6047 Bamberg

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  • www.utfs

    Bernd

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    Verlag Meis

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    014

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    sche Schnittkattlung

    6047 Bamberg

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    d-Arno Behren

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    Jocker: Optisngrenermit

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    6047 Bamberg

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    Bernd-Arno Behrens, Richard Krimm und Jan Jocker: Optische Schnittkantenmessung und automatisierte Kenngrenermittlung

    Verlag Meisenbach GmbH, Franz-Ludwig-Str. 7a, 96047 Bamberg, www.umformtechnik.net

    Tabelle 2: Relative Differenzen in [%] zwischen den an fnf Proben manuell und automatisch ermittelten Schnittflchenkenngren

    Probe Nr. D E F G H I

    Kanteneinzugshhe hE 8,4 15,7 1,8 17,6 0,7 1,3

    Kanteneinzugsbreite bE 1,6 9,6 2,2 1,1 6,2 0,3

    Glattschnitthhe hS 7,7 6,5 19,5 3,6 2,3 0,3

    Bruchflchenhhe hB 6,1 2,5 17 8 1,8 1,7

    Schnittgrathhe hG 20,8 0 5,3 1,9 1,3 5,7 Schnittgratbreite allg.

    bG 25,2 4,2 5 0,4 1,7 0,7

    Glattschnittwinkel 2,3 3,4 1,1 0 1 0 Bruchflchenwinkel 0 0 0 1 0 0

    Blechdicke s 1,3 6 1 0,9 0 1,5

    Glattschnittanteil hS/s 8,7 0 19,5 4,1 2,3 1,8

    Bruchflchenanteil hB/s 4,7 5 15,7 12,5 0 5,9 Die Qualitt der mittels der Software erzeugten digitalisierten Schnittkanten ist insgesamt gut. Eine hohe bereinstimmung der gemessenen Geometrie mit den Schliffbildern wurde anhand verschiedener Proben nachgewiesen. Fr unterschiedliche Formen des Schnittgrates, welche in der VDI-Richtlinie 2906 [VDI94] definiert sind, sowie fr Sonderformen des Schnittgrates, wie bspw. ein umgelegter Grat oder ein unebener Kanteneinzug an der Blechunterseite, knnten als Ausblick weitere Berechnungsroutinen in das erstellte Programm implementiert werden.

    6. Zusammenfassung Am IFUM wurden eine Messvorrichtung zur schnellen und kostengnstigen Schnittkantenmessung an Blecherzeugnissen sowie eine Software zur automatisierten Kenngrenermittlung entwickelt. Die Vorrichtung sowie die erstellte Software wurden im Rahmen der Projektbearbeitung validiert. Hierzu wurden Schnittkanten von mehreren Proben als metallografische Schliffbilder dargestellt sowie mittels Konfokalmikroskopie gemessen und ausgewertet. Die Ergebnisse wurden mit denen mittels der neuen Vorrichtung gemessenen Schnittkanten verglichen. Die erstellte Software zur Kenngrenermittlung wurde anhand von manuell ermittelten Kenngren validiert. Es wurde eine insgesamt gute bereinstimmung zwischen beiden Mess- und Auswerteverfahren festgestellt. Die Zeit fr die Durchfhrung einer Schnittkantenmessung inklusive der Kenngrenermittlung ist bei dem neuen Verfahren mit ca. 10 Minuten deutlich geringer als bei Verfahren nach dem Stand der Technik (ca. 1 Tag). Gegenber der Schliffbildanfertigung und deren manuellen Auswertung knnen mehrere Stunden Arbeits- und Wartezeit sowie die Kosten fr ein metallografisches Labor eingespart werden. Insbesondere wird die Zeit zwischen der Entnahme einer Probe z.B. in der Produktion und dem Vorliegen des Ergebnisses mit Hilfe des neuen Verfahrens deutlich verkrzt. Dies trgt dazu bei, die Produktion von Ausschussteilen zu verringern, Maschinenstillstnde zu reduzieren und die Produktivitt von Umformmaschinen bzw. blechverarbeitenden Betrieben zu erhhen.

  • www.utfs

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    Jocker: Optisngrenermit

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