Roboterbasierte inkrementelle Blechumformung - Kompensation von Störgrößen bedingt durch die lokale Erwärmung und die Ungenauigkeit der Umformeinrichtung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd Kuhlenkötter
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389056414

Die inkrementelle Blechumformung (IBU) stellt ein flexibles, werkstückunabhängiges Verfahren für die Herstellung von Blechbauteilen in kleinen Stückzahlen dar. Eine breite technologische Anwendung im Bereich der Umformung asymmetrischer Bauteile hat jedoch vor allem aufgrund der derzeitigen erreichbaren Geometriegenauigkeit bisher nicht stattgefunden. Die am Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) erfolgreich vorangegangen Forschungsprojekte zeigen, dass die roboterbasierte IBU insbesondere für den Prototypenbau industrielle Potentiale aufweist. Vor allem durch die Umformung bei erhöhter Temperatur konnten die Geometrieabweichungen deutlich reduziert werden. Das Ziel des Projekts ist es somit, auf den bisher erreichten positiven Ergebnissen der Warmumformung aufzubauen und die verbliebenen Geometrieabweichungen, resultierend aus der Ungenauigkeit der Umformeinrichtung und der Umformung bei erhöhter Temperatur, zu behandeln. Zur Realisierung sollen folgende Forschungsschwerpunkte bearbeitet werden:(1) Kompensation der Nachgiebigkeit der Umformeinrichtung, (2) Steigerung der Positioniergenauigkeit der Umformeinrichtung, (3) Kompensation des Schrumpfungsverhaltens infolge der lokalen Erwärmung.Zur Umsetzung der Kompensationsstrategien wird eine Prozessregelung entwickelt, welche die zentrale Überwachung aller Zustandsinformationen der Umformeinrichtung sowie die Einflussnahme auf den Umformprozess in Echtzeit ermöglicht. Anschließend wird das am LPS für den umformenden Roboter erfolgreich implementierte Steifigkeitsmodell in die Echtzeitumgebung integriert und zur Steifigkeitssteigerung der gesamten Umformeinrichtung in einem kombinierten Betrieb um den gegenhaltenden Roboter erweitert. Zusätzlich wird eine koordinierte Kraftregelung beider Umformwerkzeuge entwickelt und integriert, wodurch die Positioniergenauigkeit der Umformeinrichtung gesteigert wird.Anschließend wird mit Hilfe einer Versuchsreihe, welche die Interpolation zwischen den variierenden Prozess- und Geometrieparametern ermöglicht, das Schrumpfungsverhalten eines warmumgeformten Blechs grundlegend untersucht. Zur Bestimmung der Ausprägung des Schrumpfungsverhaltens werden die Wirkzusammenhänge der Parameter auf die resultierenden Geometrieabweichungen bestimmt. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird ein Modell zur Berechnung eines optimierten Werkzeugpfades (zusätzliche Stellbewegung in Tiefenrichtung) in Abhängigkeit der vorliegenden Parameter entwickelt, um den erwärmungsbedingten Abweichungen entgegenwirken zu können. Die entwickelten Kompensationsstrategien werden abschließend in der implementierten Prozessregelung zusammengeführt.Durch die angestrebte Genauigkeitssteigerung, die zentrale Überwachung und Regelung des Umformprozesses sowie der Erforschung des Schrumpfungsverhaltens von inkrementell warmumgeformten Blechen wird eine notwendige Basis für die fortschreitenden Entwicklungen in der roboterbasierten IBU geschaffen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen