Eine Miniaturfreiformbiegeanlage mit einer Nachbiegekinematik zur Prozessregelung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Hartmann; Professor Dr. Tim C. Lüth; Professor Dr.-Ing. Wolfram Volk
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538527325

Eine Freiformbiegemaschine ermöglicht es, Rohre und Profile mittels eines Biegekopfs (5 oder 6 Freiheitsgrade) in 3D-Geometrien zu verformen. Eine Herausforderung dieses inkrementellen Prozesses sind nicht bzw. nur schwer erfassbare Störgrößen, verursacht z.B. durch Materialin-homogenitäten und Schweißnähte im Halbzeug, ungleichmäßige Wandstärkenverteilung und sich verändernde tribologische Bedingungen. Das führt lokal zu Unsicherheiten und Abweichungen in den gebogenen Segmenten des Werkstücks und aufgrund der Hebelwirkung schließlich zu großen globalen Abweichungen. Diese Prozessunsicherheiten sind je nach Halbzeug und zu fertigender Geometrie unterschiedlich und es kann aktuell während des Biegeprozesses nicht zielgerichtet darauf reagiert werden. Stand der Technik ist es, die Prozessführung des Freiformbiegens a priori zu bestimmen und davon ausgehend die Steuerung des Biegekopfs einzustellen. Üblicherweise wird das gefertigte Bauteil vermessen und die Prozessführung gegebenenfalls im Trial-and-Error Verfahren angepasst. Eine direkte Rückführung des aktuellen Ist-Zustands zur Prozessadaption unter Berücksichtigung der globalen Maßhaltigkeit existiert bisher nicht. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollen hierfür die grundlegenden wissenschaftlichen Fragestellungen untersucht werden, d.h. eine robuste Inline-Erfassung der aktuellen Bauteilgeometrie, die Umsetzung einer erforderliche Nachbiegekinematik sowie die zugehörige Modellbildung für eine globale Prozessregelung. Es soll hierfür ein neues Fertigungssystem erarbeitet und aufgebaut werden, bei dem eine Roboterkinematik bzw. ein Mechanismus gezielt in den Biegeprozess eingreift. Während des Prozesses nimmt der Endeffektor der Kinematik das Bauteil auf. Über ein optisches Messsystem und über einen Kraft-Momentensensor am Endeffektor der Kinematik wird die aktuelle Abweichung vom Soll-Zustand direkt im laufenden Prozess ermittelt. Das Zusammenspiel der Freiheitsgrade der Biegemaschine und der Roboterkinematik ermöglichen nun eine lokal und global geregelte Biegung des Bauteils. In diesem Vorhaben soll ein Forschungsdemonstrator in kleinem Maßstab aufgebaut werden, bestehend aus einer Biegemaschine und einer Nachbiegekinematik. Das Demonstrationssystem wird für die Biegung von kleinen Metallprofilen (Größe von Strohhalmen), ausgelegt. Die an diesem System entwickelten Modelle und Methoden sollen skalierbar und übertragbar sein. Die Übertragung des Verfahrens, der Modelle und der Methoden auf skalierte Systeme und Prozesse soll ein wesentlicher Bestandteil eines Nachfolgeprojekts sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen