In-Prozess-Messung der Werkzeugablenkung beim inkrementellen Blechumformen

Abstract:
Das inkrementelle Blechumformen stellt eine wirtschaftliche Alternative zum Tiefziehen für das Umformen großer Bleche in kleinen Stückzahlen dar. Nachteilig sind jedoch die Formabweichungen, die unter anderem aus der Ablenkung des Werkzeugs resultieren. Für eine Kompensation der Werkzeugablenkung fehlt aktuell eine von der Maschinenkinematik unabhängige In-Prozess-Messung der Werkzeugablenkung. Um erstmals eine berührungslose Messung der Werkzeugposition mit der geforderten Messunsicherheit von 15 µm in einem Messabstand bis 2 m zu ermöglichen, wird ein optisches Multi-Sensorsystem konzipiert. Das Multi-Sensorsystem besteht aus einer Vielzahl preiswerter Angulationssensoren, die jeweils einen Winkel zur Lichtquelle am Werkzeug erfassen. Basierend auf den gemessenen Winkeln aller zueinander kalibrierten Sensoren lässt sich die Position des Werkzeugs im dreidimensionalen Fertigungsvolumen per Multiangulation berechnen. Anhand der experimentellen Charakterisierung eines realisierten Angulationssensors sowie einer Unsicherheitsfortpflanzung konnte die mit dem Gesamtsystem erreichbare Messunsicherheit abgeschätzt werden. Im Ergebnis erfüllt das Multi-Sensorkonzept sämtliche Anforderungen für die Messung der Werkzeugablenkung bei der inkrementellen Blechumformung.