Erhöhung der Maßhaltigkeit von Blechbauteilen durch eine modellgestützte Bahnplanung für die roboterbasierte Blechumformung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Meier; Professorin Dr.-Ing. Stefanie Reese
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 41304387

Die Form- und Maßhaltigkeit inkrementell umgeformter Blechbauteile wird wesentlich durch die Nachgiebigkeit der beteiligten Maschinenstrukturen sowie die Rückfederung des Blechbauteils beeinflusst. Insbesondere bei der roboterbasierten inkrementellen Umformung, bei der die werkzeugführenden Roboter eine deutlich geringere Steifigkeit als gewöhnliche Umformmaschinen haben, sind die Abweichungen von der vorausgeplanten Werkzeugbahn nicht zu vernachlässigen. Aus diesem Grund beschäftigt sich das vorliegende Forschungsvorhaben seit einem Jahr mit Methoden zur quantitativen Vorhersage dieser Pfadabweichungen und im Folgenden auch mit deren Kompensation.Im abgelaufenen Projektjahr wurden zunächst Modelle aufgebaut, mit deren Hilfe die Prognose der Abweichungen erfolgen kann. Die Simulation erfolgt in zwei miteinander gekoppelten Teilschritten. Erster Schritt ist die FEM-basierte Berechnung der in der Umformung entstehenden Prozesskräfte, im zweiten Schritt werden die aus den Prozesskräften resultierenden Abweichungen der nachgiebigen Roboter in einem MKS-Modell simuliert. Beide Teilmodelle wurden mit Hilfe von Experimenten validiert und zeigen bei der Kopplung Konvergenz nach wenigen Schritten. In der hier beantragten zweiten Phase des Projektes soll zunächst ein automatisiertes Prozess- Struktur-Modell implementiert werden, das beide Teilmodelle zusammenführt und somit eine Vorhersage des realen Pfades ermöglicht. Ziel dabei ist die Optimierung des numerischen Aufwandes durch eine online-Kopplung der Teilmodelle. Aufbauend auf dieses Modell erfolgt die Entwicklung eines Kompensationsmoduls, das die berechnete Abweichung vom geplanten Werkzeugpfad kompensiert. Die so korrigierte Bahn wird an die Robotersteuerung übergeben und führt zu einer exakten Bahnbewegung des Werkzeuges während des Umformprozesses. Durch die bisher genannten Punkte wird die Nachgiebigkeit der Roboter bereits im Vorfeld der eigentlichen Umformung kompensiert. Um jedoch tatsächlich die gewünschte Geometrie zu erhalten, muss ferner auch die Rückfederung des Blechbauteils in die Betrachtung einbezogen werden. Dies soll im zweiten Teil des hier beantragten Projektabschnittes geschehen. Eine Korrektur erfolgt ebenfalls pfadbasiert, jedoch wird nun der Pfad aus der in der Simulation entstandenen Geometrie ermittelt und mit der gewünschten Geometrie verglichen. Am Ende des Projektes entsteht somit ein ganzheitliches Modell, mittels dessen eine optimierte Pfadplanung zum Ausgleich von Roboternachgiebigkeiten und Blechrückfederung, basierend allein auf numerischer Simulation, bereits im Vorfeld der eigentlichen Umformung möglich ist.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1180: Prognose und Beeinflussung der Wechselwirkungen von Strukturen und Prozessen (Prediction and manipulation of interaction between Structure and Process)