切割和弯曲过程中的厚度补偿的制作方法

2004/111177公开了一种片材厚度变化补偿。主要的压弯机供应商提供了如所引用的专利文件中所公开的解决方案，并实现了在0.5
°
以内的弯曲角度。只有极其昂贵的系统包括专利文件ch654761a5、us 5,375,340中所公开的用于弯曲角度的过程中校正的解决方案。专利文件us 2004/111177公开了一种解决方案，该解决方案可以进行过程中处理，但是通常仅提供部分的解决方案。因此，提供用于对错误计算的弯曲角度进行校正的解决方案的系统需要大量的投资。
7.错误或不正确的凸缘的另一因素是切割边缘的垂直度。这是操作员推动抵靠后靠规的点。当该边缘不是完全直角时，凸缘将具有错误的尺寸，并且因此弯曲过程在错误的位置处进行。此外，边缘处的毛刺可能产生问题。这意味着凸缘尺寸直接取决于边缘质量。因此，切割过程的质量对后续的弯曲过程的质量有影响。
8.图3示意性地示出了生产弯曲零件的现有技术方法的流程图。提供了用于对制造3d零件所用的机器进行操作的软件300，对表示待制造的3d零件的3d数据格式301进行处理。3d零件以平面形状展开。该形状用于编程计算机程序302，该计算机程序302将在用于切割和弯曲的相应的机器上被执行。特别地，程序302包括如何切割金属片材以及使金属片材弯曲的指令。诸如激光切割机器和/或自动化系统的加工机器310加载金属片材311。加工机器310加载程序302。加工机器310执行程序302并根据计划(程序302)切割金属片材。在执行切割过程之后，切割的零件被输送至另一加工机器320，比如弯曲机器和/或自动化系统。加工装置320接纳切割的零件并加载程序302。加工机器320(弯曲机器)执行程序302，并且根据计划(程序302)使切割零件弯曲。现有技术的方法以独立的方式操作这些过程，而不将这些过程彼此链接起来，也不与用于生产作为切割的零件的金属片材的材料性能链接起来。因此，该方法不考虑金属片材的特定参数。在某些系统中，操作员可以手动地调节用于弯曲的编码程序的特定设置。特别地，在弯曲过程期间，操作员可以仅关于变化的厚度来调节弯曲角度。未考虑板坯尺寸或后靠规的参数。这意味着，即使操作员能够使用最先进的设备，也很难按照要求在所有设定的公差范围内切割零件。此外，在不产生任何废料的情况下，这样做就更困难。


技术实现要素：

9.因此，本发明的一个目的是提供一种解决方案，该解决方案允许以更高的准确度执行金属片材的加工，并响应于真实的、测量的片材性能来改进加工计划的生成。此外，应保证后续加工(例如弯曲)的质量，即使材料性能改变或不完美时也是如此。此外，在考虑到实际的材料性能而针对先前的加工步骤(例如切割)生成加工计划时，应当考虑后续过程的要求。
10.该目的由独立权利要求的主题来解决。在从属权利要求以及参照附图的描述中对有利的改型、改进和选择进行描述。
11.根据第一方面，该目的通过一种用于针对待由加工机器(例如激光切割机器和后续的弯曲机器)加工的工件计算至少一个辅助的加工计划的计算机实现的方法来解决。该计算机实现的方法包括以下步骤：
[0012]-测量包括工件的厚度参数在内的工件性能；
[0013]-提供至少一个辅助的加工计划，所述辅助的加工计划特定用于所测量的工件性
能。
[0014]
在下文中，本技术中所使用的术语被更详细地定义。
[0015]
辅助的加工计划包括将在进行金属片材的切割和/或弯曲的机器(切割和/或弯曲)上所执行的指令。辅助的加工计划是先前编程的加工计划的返工计划。根据测量的工件性能，针对切割过程的计划或者用于弯曲过程的计划或两者均必须返工。在本发明的意义上，返工意味着当对辅助的加工计划的指令和/或参数进行编程以执行金属片材的切割和/或弯曲时，考虑测量的工件性能。
[0016]
在本上下文中，工件应当被理解为意味着特定的金属片材。金属片材可以由不同的材料组成，并且金属片材可以包括不同的尺寸和/或不同的材料性能，例如，金属片材可以具有不同的厚度值，并且甚至在一个片材上可以具有不同的厚度值或其他的材料性能值。还可以想到的是，如同金属片材的其他工件、比如金属型材或管材也可以通过本发明来加工。
[0017]
此外，在本上下文中，工件的加工应被理解为意味着切割和/或弯曲的金属加工。这两个过程可以在一台加工机器上彼此独立地执行或在两台单独的加工机器上执行。此外，可以理解的是，仅执行弯曲或切割这一个过程。优选地，至少针对切割过程提供辅助的加工计划。
[0018]
此外，在本上下文中，加工机器可以被设计成包括切割机器和弯曲机器。切割机器和弯曲机器两者可以组合在一个壳体中。通常，切割机器和弯曲机器在单独的壳体中分开提供。可以通过输送和提升单元或自动化系统来执行工件至相应加工机器的输送。操作员或机器人可以将金属片材提升在输送和提升单元上，并且输送和提升单元将金属片材输送至加工机器中。同一输送和提升单元或另一单元可以将切割的零件从切割机器输送至弯曲机器。在另一实施方式中，使用多个输送和提升单元来提供输送任务。切割机器可以包括用于激光切割的激光器。该实施方式具有可以考虑两个过程之间的相互依赖性的技术优势。这是基于切割质量对弯曲质量有影响的事实。例如，边缘质量与该过程相关，并且边缘质量对弯曲线位置有影响。此外，如果材料的厚度改变，也可以通过基体上的接触来解决问题。
[0019]
根据本发明的方法和计划器的优势在于，测量所需要的参数以在加工工件之前调整加工计划从而获得至少一个辅助的加工计划。此外，在开始切割工件之前提供辅助的加工计划。通过考虑材料性能(例如厚度)来调整过程。
[0020]
使用本发明，在整个切割过程开始之前，对在上面所描述的现有技术的系统中产生切割/弯曲问题的材料变化进行检测，并且因此保证了更稳定且连续的过程，而不需要手动地调节某些切割参数。
[0021]
此外，本发明允许编程，并且然后在更高的公差范围内生产弯曲零件，在弯曲过程期间不需要校正也不需要外部测量装置。因此，节省了时间和材料，减少了废料和浪费，并且同时提高了金属片材产品的质量。
[0022]
此外，使用标准化的机器，可以在变化的金属片材厚度的情况下以更好的准确度生产弯曲零件。此外，提高了整个自动化系统的可靠性。
[0023]
在下文中对根据第一方面的计算机实现的方法的有利实施方式进行描述。应当理解的是，所描述的实施方式可以彼此自由组合，从而产生协同的有益效果。
[0024]
在一些有利的实施方式中，至少一个辅助的加工计划可以特定用于工件上的性能
分布(例如，待切割的工件上的厚度分布)。至少一个辅助的加工计划可以适应于后续的加工要求(例如弯曲要求)。通常，辅助的加工计划可以包括切割计划或弯曲计划。在替代性的实施方式中，辅助的加工计划可以包括弯曲计划和切割计划两者。有利的是，本发明可以用于两种金属加工方法。此外，已经存在的加工计划、特别是切割计划和/或弯曲计划可以适应于后续的加工要求。后续的加工要求可以包括切割要求或弯曲要求。弯曲要求可以包括必须弯曲的材料、弯曲长度、弯曲角度、用于弯曲所使用的机器、材料的厚度以及材料的晶粒。有利的是，在开始加工之前，确定材料性能以及材料性能在2d片材上的分布。结果包含在所计算的辅助的加工计划中。这同样适用于切割要求，切割要求包含在用于执行切割过程的辅助的加工计划中。
[0025]
在一些有利的实施方式中，工件的加工包括切割，特别是通过激光切割机器的切割，并且辅助的加工计划是用于激光切割机器的辅助的切割计划。由于对高度精确的产品的需求，激光切割机器在现代工业中变得越来越重要。激光切割机器可以切割各种材料，比如钢、铜、铝、钛和金。激光切割机器轻松且高精度地执行单独的切割任务。有利的是，在开始切割过程之前，提供辅助的切割计划。特别地，辅助的切割计划包括必须进行加工的工件的性能。以这种方式，切割过程可以适应于待加工的每个工件的特定的工件性能，并且切割过程甚至适应于一个工件的潜在不同的切割部分性能。因此，可以提高质量，并且同样可以减少废料的量。
[0026]
在一些有利的实施方式中，工件的加工可以包括工件的切割以及后续的弯曲，并且其中，至少切割计划是基于测量的工件性能并且另外基于后续的弯曲要求来辅助的。“仅”使用正确的厚度值来计算辅助的切割计划(没有后续弯曲)具有可以提高边缘质量和垂直度的技术优势。此外，例如可以调整激光加工头的切割参数。例如，可以调整速度、焦点位置等。
[0027]
因此，在某些实施方式中，仅调整切割计划。弯曲计划可以无需修正地使用。替代性地，并且在其他某些实施方式中，也可以基于测量的工件性能来调整弯曲计划。此外，响应于测量的工件性能和后续的弯曲过程的技术要求来计算辅助的切割计划。例如，较厚的零件可能需要切割较长时间，以便能够在弯曲过程之后获得适当的3d零件质量。辅助的切割计划提高了边缘质量，并且通过使用正确的厚度可以提高垂直度。此外，切割过程本身的参数可以被改变，并更好地适应待加工的工件。该参数可以包括速度、焦点位置等。
[0028]
在一些有利的实施方式中，在加工开始之前提供至少一个辅助的加工计划。有利的是，在加工工件之前测量工件的性能。以这种方式，可以提供与待加工工件的测量的性能相适应的辅助的加工计划。因此，考虑了材料的变化，并且加工适应于相应的材料变化。
[0029]
在一些有利的实施方式中，该方法还包括向加工机器提供辅助的加工计划。在一些有利的实施方式中，该方法还包括使用辅助的加工计划操作加工机器。向加工机器提供辅助的加工计划包括通过适应于测量的工件性能的辅助的加工计划来替换现有的加工计划。此外，替换可以包括从加工机器的中央处理单元或存储器移除现有的过程并上传辅助的加工计划以供执行。有利的是，加工机器执行辅助的加工计划，该辅助的加工计划包括根据测量的工件性能用以控制加工机器的指令。
[0030]
在一些有利的实施方式中，在已经测量了材料性能之后，通过在在线程序中计算至少一个辅助的加工计划来实现提供。在在线程序中，加工计划，特别是包括独立于工件的
性能对每个工件进行加工的指令的通用的加工计划，被上传至加工机器。在在线程序期间，对工件的性能、比如工件的厚度进行测量，并且根据测量结果更新现有的加工计划，并且同时产生辅助的加工计划。对工件的厚度、例如金属片材的厚度进行测量。
[0031]
在实施方式中，测量可以包括将工件划分成网格，并且针对网格的每个部分测量相应的性能。网格可以根据切割计划来限定，使得一个零件可以包含在一个网格中。网格结构可以是规则的或不规则的。网格的尺寸以及由此零件的数量是可缩放的。可以根据性能与预期性能值的偏差来调节网格的缩放比例。有利的是，高的缩放比例可以产生更精确的信息，无论性能是在工件上变化还是保持不变。在优选的实施方式中，对于网格的每个零件，测量各种工件性能。与储存在现有的加工计划中的相应值不同的被测量工件的值替换现有的加工计划中的值。值的替换产生辅助的加工计划。以这种方式，不必进行不必要的计算。
[0032]
可以在将工件输送至加工机器、例如在不同于加工环境的仓库或地点中之前进行工件性能的测量。在实施方式中，可以在加工机器的输送单元(自动化系统)上进行工件性能的测量。在优选的实施方式中，可以在加工机器中进行工件性能的测量。
[0033]
在一些有利的实施方式中，提供辅助的加工计划可以通过离线程序来实现。离线程序包括从一组针对不同的工件性能预先计算的加工计划中选择适当的加工计划。有利的是，通过使用离线程序，提供了各种数量的预先计算的加工计划。预先计算的加工计划被储存在加工机器的存储单元中，或者储存在连接至加工机器的存储器、例如服务器、云中。针对工件性能和性能值的不同组合，对预先计算的加工计划进行计算和编程。例如，生成各种理论组合中的不同的切割和弯曲加工计划。在实施方式中，工件被划分成图案或网格。对于相应的工件性能(可以被测量的)，网格的每个零件可能具有不同的值。对于每个工件性能组合以及网格的特定部分中的工件性能的值，生成加工计划并且将该加工计划储存在存储器中。网格的尺寸以及由此零件的数量是可缩放的。可以根据性能与预期性能值的偏差来调节网格的缩放比例。最精细的缩放或测量可以是(从工件上切割的)零件的尺寸，这意味着每个零件测量一次。在这种情况下，针对每个切割零件可以调节工件性能。在更精细的缩放比例中，可以对一个切割零件或网格执行多于一次测量。
[0034]
在离线程序中，对待加工工件的工件性能进行测量。例如，对工件、例如金属片材的厚度进行测量。如上面所描述的，先前已经生成并储存了一组辅助的加工计划。从这组辅助的加工计划中选择包括相同的性能值或至少最轻微的偏差的适当的且匹配的计划。然后，将选定的计划上传至加工机器以执行工件的加工。
[0035]
在正常计算和编程阶段期间，辅助的加工计划的计算是离线执行的。辅助的加工计划的生成在后台执行。例如，生成一个辅助的加工计划仅需要几毫秒。生成32个或更多个辅助的加工计划是仅几秒钟的问题。该生成可以在软件操作员到达其正常编程周期的结束之前很好地完成。
[0036]
有利的是，在离线程序中，所有加工计划总是可用的。可以为其他机器提供这些加工计划。具有可用的不同的加工计划，在不使用测量设备的情况下，可以在统计学上找出如何提供金属片材，并自动地将不同的厚度和硬度模式应用于其他加工计划，这些加工计划是在其他加工机器上进行切割。
[0037]
在实施方式中，可以将所测量的性能和/或偏离现有的加工计划的值的性能值储
存在存储单元、例如数据库中。产生辅助的加工计划的所储存的值可以用于训练人工智能结构。人工智能结构可以包括或包含人工神经网络。人工智能结构可以实现可以基于计算流体动力学、电生理学、电机械学等的正向模型。人工智能结构可以特别配置成通过将工件性能作为输入来生成人工辅助的加工计划。人工辅助的加工计划可以映射所确定的工件性能的频率。
[0038]
在一些有利的实施方式中，工件性能包括一组参数。参数可以包括可以由压力传感器或应变仪测量的厚度参数。厚度参数是执行弯曲过程必须考虑的参数。弯曲扣除取决于待弯曲的材料以及金属片材厚度(厚度与半径的比)。正确确定的厚度参数以及在生成加工计划时对厚度参数的考虑提高了制造过程的精度并减少了废料量。
[0039]
在其他有利的实施方式中，参数可以包括借助于x射线光谱仪测量的材料结构参数。x射线光谱仪使用聚焦的带电粒子束在工件中激发x射线，从而允许对材料进行定性分析和定量分析。使用x射线光谱仪进行的分析主要有两种类型：对由工件释放的光子的能量进行测量的能量色散x射线光谱(eds)以及对已经由工件衍射的单一波长的x射线的数量进行计数的波长色散x射线光谱。材料结构也可能影响工件的加工。了解工件的结构能够调整加工计划。
[0040]
在一些有利的实施方式中，工件性能/参数可以包括材料的硬化能力参数。硬化是用于增加金属的硬度的冶金学金属加工过程。金属的硬度与施加应变的位置处的单轴屈服应力直接成比例。与不太硬的金属相比，较硬的金属对塑性变形的阻力将更高。硬化能力参数或简称硬度参数描述了工件的硬化。它是借助于硬度测试装置测量的。硬度测试装置是用来进行比较测试以确定硬度的装置。硬度测试装置通常具有压头。使用这种压头，工件通常在限定的力和规定的时间内被加载。这产生了压痕，然后使用卡尺进行光学或手动测量。替代性地，测量并评估穿透深度。通常，硬度(表面)对冲头在材料表面上的穿透能力有直接的影响，这在材料中产生物理凹痕，必须将该凹痕的深度添加至计算的穿透深度以获得正确的角度。硬度对变形本身的形状也有影响，而变形本身的形状对内半径有影响。
[0041]
参数可以包括晶粒参数。这具有技术背景，即材料晶粒的方向对材料的“韧性”有影响。半径从一个方向到另一方向是不同的。这改变所需的穿透深度以获得正确的角度。在一些材料上，晶粒方向可以被“看到”，所以相机将是足够的。大多数片材都是以相同的晶粒方向被送入机器，因为这些片材都来自一个卷料。零件可以沿不同的方向“嵌套”，因此弯曲线以不同的晶粒方向结束。然而，在一些应用中，可以重复使用金属片材。在这种情况下，晶粒方向可能会“丢失”。可以使用金属片材的表面的图像分析来识别晶粒方向。
[0042]
在一些有利的实施方式中，工件性能(和相关的参数)可以包括内部张力和/或屈服拉伸强度参数。屈服强度影响材料的回弹和半径，因此直接影响弯曲结果。屈服强度可以通过硬度和材料成分的组合来测量。此外，颜色变化是拉伸和屈服强度差异的指示，因此对其进行检测和分析。
[0043]
在一些有利的实施方式中，工件性能(参数)可以包括温度参数和/或其他材料性能参数。温度可能引起金属长度的变化。特别地，根据工件，可能有不同的温度系数，这在切割和弯曲期间必须加以考虑。在加工期间工件长度的变化可能导致质量较低或废料。
[0044]
前面所提及的所有参数都将在加工期间演变。这些参数将遵循定义的模型，该模型基于在初始状态下测量的值。该组参数在准备阶段中可能是可配置的和/或可扩充的。这
具有技术优势，即辅助的加工计划对于具体的应用和使用情况是更加可调节和可缩放的。
[0045]
在一些有利的实施方式中，在测量周期中或者在工件进入自动化系统中期间、特别是在工作台改变时对工件的厚度参数仅进行一次测量。在本上下文中，自动化系统必须被理解为表示将工件输送或提供至加工机器的系统。自动化系统可以包括传送带、输送和提升单元，输送和提升单元包括输送功能和提升功能。输送和提升单元可以包括用于移动工件的传送辊以及用于补偿一定高度差异的升降工作台。自动化系统可以包括用于测量工件、特别是工件性能的装置。仅测量一次厚度参数是更有效的，因为仅需要执行一次测量。
[0046]
在一些有利的实施方式中，工件性能、特别是厚度参数，是独立于位置而测量的。因此，仅执行一次或仅在一个位置处执行厚度参数的测量。该结果表示整个工件。以这种方式，用于执行测量的方法是更有效且更简单的。
[0047]
在一些其他有利的实施方式中，工件性能、特别是厚度参数在工件上的不同位置处测量了几次，从而提供了工件的二维空间分辨性能图。有利的是，多次测量可以提供来自工件的厚度参数的更详细的概述，其优势是加工计划可以在特定于零件的细节水平方面是辅助性的。
[0048]
在一些有利的实施方式中，借助于至少一个距离传感器来测量工件的厚度。厚度测量可以使用接触式传感器和非接触式传感器实施，其中非接触式测量方法在准确度和测量速度方面提供优势。单侧厚度测量只能使用非接触式传感器实施。仅使用一个传感器来测量工件的厚度，并且或者仅对测量工件厚度的一部分(例如层厚度)进行测量，或者对整个测量工件厚度进行测量。使用彼此安装在一个轴线上的至少一对传感器来实施双侧厚度测量。该传感器对在测量物体上同步地测量。各个测量结果之间的差异是工件的厚度。
[0049]
哪种测量原理可以用于测量金属片材的厚度必须根据使用情况进行检查。可以使用激光传感器。激光传感器在高基距下提供高的分辨率和测量速率。在实施方式中，可以使用提供比激光传感器更高的分辨率的电容传感器或涡流传感器。涡流传感器的优势在于涡流传感器只对金属物体起反应。例如，如果测量间隙中存在液体或非金属异物，这不会影响测量。电容传感器也擅长这项任务。电容传感器提供纳米范围内的分辨率，但需要干净的环境。
[0050]
此外，可以使用一个距离传感器或一组距离传感器。由于自动化系统上有更多的可用的空间，所以确实存在更多的空间来集成至少一个传感器并且优选地两个传感器。替代性地，通过提供参照面，可以仅使用一个传感器。
[0051]
在一些有利的实施方式中，距离传感器位于自动化系统的传输单元上。在另一优选的实施方式中，也可以使用厚度传感器而不是距离传感器。在该文件中，无论何处提及距离传感器，也可以应用和使用厚度传感器。
[0052]
在一些有利的实施方式中，厚度传感器或距离传感器可以位于不同的机器或位置处，例如在激光切割机器的激光头上。优选地，传感器被远程地放置在与计划器进行数据交换的另一机器上。该远程机器在激光切割之前和/或在激光切割之后对片材进行钻孔或铣削加工。在这种情况下，激光切割机器不需要任何辅助的设备(例如传感器)。
[0053]
在一些有利的实施方式中，传感器位于钻孔头或另外的加工头上。在这种情况下，我们也可以使用主轴作为传感器。这具有钻孔过程可以提供厚度信息以及材料的硬度的技术优势。因此，可以从一个传感器推导出两个不同的参数。
[0054]
在一些有利的实施方式中，提供了特定于零件的功能，该功能将测量的工件性能映射至已经被切割的特定零件，并且其中，每个切割零件均标记有特定于性能的标识码。优选地，特定于性能的标识码可以被实现为零件上的索引(例如，编号/名称)。“其余部分”(标识程序所需的数据)将被保存在数据库中。已经被切割的特定零件可以被评估为具有不同的材料性能，比如厚度和/或硬度。此外，特定于性能的标识码可以用于标识具有其相应性能的零件。此外，特定于性能的标识码包括特定零件的标识信息，以在存储器中储存所需要的信息、特别是特定于性能的标识码标签下的性能值。以这种方式，可以搜索和查看针对每个特定零件(切割的零件)的信息。在替代性的实施方式中，在已经针对零件测量了多于一个参数的情况下，可以确定所测量的值的平均值，并且将该平均值用于进一步处理，或者使用特定于性能的标识码将该平均值储存在存储器中。
[0055]
在一些有利的实施方式中，标记包括激光雕刻。激光雕刻指的是在强激光束的帮助下给工件贴标签或做标记。激光雕刻改变了被刻的工件本身。因此，过程和能量输入取决于材料。有利的是，激光雕刻是防水、防污且耐用的。激光雕刻可以快速、自动、独立地生成，并且激光雕刻与工件无关。也可以将非常小的机器可读的标记、比如qr码、条形码或数据矩阵码直接应用于工件或切割的零件。
[0056]
在替代性实施方式中，激光印刷可以用于生成特定于性能的标识码。与激光雕刻相反，在激光印刷中，仅所印刷的零件上的颜料应用由弱激光束控制。
[0057]
在一些有利的实施方式中，标记包括表面印刷。表面机器铺设非常大量的油墨。因为油墨被推动到材料上，所以图像不如其他方法清晰。此外，铺设每种颜色之间没有干燥阶段，因此颜色渗透的顺序对于防止油墨渗透到彼此中非常重要。由于印刷所需的油墨的量以及不精确的图像渲染，表面印刷具有非常独特的外观。
[0058]
在一些有利的实施方式中，标记包括应用礼节。礼节、也是标签，可以被设计成固定至工件或切割零件的一张纸、塑料膜、布、金属、或其他材料。在礼节上，可以书写或印刷特定于性能的标识码。在实施方式中，特定于性能的标识码可以被印刷为可以经由扫描仪或手持装置并使用相应的软件应用程序来读取的条形码或qr码。
[0059]
在一些有利的实施方式中，该方法还包括在测量了工件性能之后评估所测量的性能是否对后续的加工步骤有技术影响的步骤，并且仅在有技术影响的情况下，将计算辅助的加工计划。有利的是，需要较少的计算资源。例如，当厚度差异的影响补偿了拉伸强度差异的影响并因此相互消除时，可以使用基本程序。
[0060]
本发明还提供了一种计算机程序产品，当在计算机上执行该计算机程序时，该计算机程序产品使与自动化系统相关的计算机中的处理器执行根据前述方法权利要求中的任一项所述的方法。通过计算机程序产品实现本发明具有的优势在于，已经存在的处理单元、比如计算机、工业计算机或服务器单元可以通过软件更新而被容易地采用，以便于如本发明所提出的那样工作。
[0061]
根据第二方面，提供了一种用于针对待由加工机器加工的工件计算至少一个辅助的加工计划的计划器。计划器包括用于接收包括厚度参数在内的工件性能的接口。该计划器还包括处理单元，该处理单元适用于计算至少一个辅助的加工计划，所述辅助的加工计划特定用于所测量的工件性能。
[0062]
根据第三方面，公开了一种具有根据本发明的计划器的加工机器、特别是激光切
割机器的自动化系统。
附图说明
[0063]
根据下面的描述和实施方式，上面所描述的本发明的性能、特征和优势以及实现它们的方式变得更清楚和更容易理解，这将在附图的上下文中更详细地描述。以下描述并不将本发明限制于所包含的实施方式。在不同的附图中，相同的部件或零件可以使用相同的附图标记进行标记。通常，附图并非是按比例的。应当理解的是，本发明的优选的实施方式也可以是从属权利要求或上述实施方式与相应的独立权利要求的任何组合。
[0064]
在下文中，参照附图对本发明不同方面的可能的实施方式进行更详细地描述。
[0065]
本发明的范围由权利要求给出，并且不受说明书中所讨论的或者附图中所示出的特征的限制。
[0066]
图1示意性地图示了第三方面的实施方式的自动化系统；
[0067]
图2示意性地图示了第二方面的实施方式的计划器；
[0068]
图3示意性地图示了用于生产弯曲零件的现有技术的方法；
[0069]
图4示意性地图示了根据第一方面的实施方式的方法；
[0070]
图5示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法；
[0071]
图6示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法；
[0072]
图7a至图7e示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法；
[0073]
图8a至图8d示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法；以及
[0074]
图9示意性地图示了使用本发明的另一实施方式生产的零件。
具体实施方式
[0075]
图1示意性地图示了根据本发明的第三方面的实施方式的自动化系统100。
[0076]
在图1中所示出的实施方式中，计划器10访问加工机器、特别是激光切割机器l和/或弯曲机器b。计划器10可以配置为独立的电子装置。在实施方式中，计划器10是加工机器l的一部分。计划器10可以经由通信连接连接至加工机器l。通信连接可以包括串行通信连接，比如以太网、can总线和/或rs-485。计划器10配置成针对待由加工机器l加工的工件计算至少一个辅助的加工计划p。为了计算辅助的加工计划p，多个参数被单独考虑或以不同的组合被考虑。所考虑的工件性能可以包括工件w的厚度、材料成分、硬度、屈服拉伸强度和硬化能力。每个工件性能对切割零件的质量并不具有相同的影响。所述性能中的任一性能或其组合在辅助的加工计划p的计算中增加了一些误差，并且进一步的组合可以均衡该误差。
[0077]
加工机器还能够以弯曲机器b的形式提供。弯曲机器b还可以接收针对工件的辅助的加工计划p。辅助的加工计划p适用于特定的测量的工件性能。
[0078]
图2示意性地图示了第二方面的实施方式的计划器10。
[0079]
计划器10可以被实现为包括诸如通用中央处理单元(cpu)、专用处理器或微控制器的处理器12的任何类型的电子装置。处理器12适于执行特殊的计算任务，即用于针对待由加工机器l、b加工的工件w计算至少一个辅助的加工计划p。用于执行上面的计算任务的电子装置可以是个人计算机或计算机网络上的工作站，并且所述电子装置可以包括处理单
元12、系统存储器以及将包括系统存储器在内的各种系统部件联接至处理单元12的系统总线。计算机还可以包括硬盘驱动器，该硬盘驱动器用于从硬盘读取和写入硬盘。硬盘驱动器可以经由硬盘接口耦接至系统总线。驱动器为计算机提供机器可读指令、数据结构、程序模块和其他数据的非易失性储存。此外，所测量的工件性能和/或所生成的辅助的加工计划p可以储存在计划器10的硬盘驱动器上。在替代性的实施方式中，工件性能和/或生成的辅助的加工计划p可以集中储存在服务器结构中，或者储存在云计算系统中。
[0080]
操作员可以使用输入装置、比如键盘和定点装置将命令和信息输入到计划器10中。也可以包括其他输入装置，比如麦克风、触摸表面、扫描仪等。这些和其他输入装置通常经由耦接至系统总线的串行接口而连接至处理单元。然而，输入装置也可以经由其他接口、比如并行端口或通用串行总线(usb)连接。监测器(例如gui)或其他类型的显示装置也可以经由诸如视频适配器的接口连接至系统总线。除了监测器之外，计算机还可以包含其他外围输出装置、比如扬声器和打印机。
[0081]
此外，计划器包括接口11。接口11配置成将计划器10连接至检测工件性能的装置并连接至加工机器l、b。接口11可以包括输入接口和输出接口，并且接口11可以配置成接收数据(输入)，例如包括厚度参数的工件性能，以用于执行针对至少一个辅助的加工计划的计算，并且由此以辅助的加工计划p的形式提供计算的结果(输出)。接口11还配置成向加工机器提供辅助的加工计划。在实施方式中，可以在计划器10中实现两个单独的接口，这两个接口配置成连接计划器10以用于与加工机器l、b和/或用于测量工件性能的装置、例如传感器通信。
[0082]
此外，接口11可以配置成用于将计划器10连接至网络，比如内联网和/或互联网。因此，该接口可以配置为以太网接口。在另一实施方式中，可以提供附加的以太网接口。通过这些网络提供加工机器和用于测量工件性能的装置、例如传感器的通信。在实施方式中，计划器10可以部分或完全托管在服务器上，或者由云计算平台实现。操作员可以经由远程访问来访问计划器。
[0083]
如前面所提及的，接口11可以配置成包括输出接口(附图中未具体地示出)，以提供辅助的加工计划p。
[0084]
图4示意性地图示了根据第一方面的实施方式的方法。
[0085]
在所图示的示例性实施方式中，该方法包括两个步骤。在第一步骤s1中，测量工件性能。工件性能至少包括工件的厚度参数。在该方法的实施方式中，可以测量其他的工件性能，比如材料结构参数、材料硬度参数、晶粒参数、内部张力和/或屈服拉伸强度参数、硬化能力参数和/或温度参数。
[0086]
在另一步骤s2中，提供了特定用于所测量的工件性能的至少一个辅助的加工计划p。辅助的加工计划p包括至少辅助的切割计划。在实施方式中，辅助的加工计划用于切割和弯曲两者。辅助的加工计划特定用于所测量的工件性能。
[0087]
在实施方式中，根据第一方面的方法还包括向加工机器l、b提供辅助的加工计划p的步骤，以及使用辅助的加工计划p来操作加工机器l、b的步骤。加工机器可以包括切割机器l和/或弯曲机器b。
[0088]
在另一实施方式中，根据第一方面的方法包括在测量了工件性能之后，评估所测量的性能是否对后续的加工步骤有技术影响的步骤，并且仅在有技术影响的情况下，将计
算辅助的加工计划p。
[0089]
有利的是，所测量的工件性能可以用于改进在切割零件上加工的过程，比如铣削、钻孔、攻丝和/或焊接。
[0090]
图5示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法。特别地，图5示意性地图示了通过从用于不同的工件性能的一组(“预先激活地”)预先计算的加工计划p中选择适当的加工计划，由离线程序(或预先激活的程序)提供辅助的加工计划。
[0091]
在图5中所示出的实施方式中，提供了软件500，软件500包括待制造的呈3d数据格式501的零件。3d数据格式501被展开成平面形状502。在离线程序中，生成多个辅助的加工计划503，而不是一个平面模式。针对标称的厚度和拉伸强度周围的特定的厚度和拉伸强度对中的每一对，提供了一个加工计划503。在步骤504中，可以生成可以与相应的计划相关联的标识。针对工件性能的偏离标称参数的每个参数，生成加工计划505。计划器10生成不同的加工计划p，特别是不同的切割计划和不同的弯曲计划。
[0092]
所生成的加工计划p在步骤511中被传输且加载至加工机器l、b，特别是被传输且加载至激光切割机器l。在激光切割机器l中或者在自动化系统100的自动化设备中，可以测量514工件性能。该测量可以包括厚度测量。在步骤512中，加载适当的辅助的切割计划p。将包括与所测量的厚度值最接近的值的加工计划p加载到激光切割机器l中，并在金属片材上进行加工515，该金属片材已经在步骤511中被加载。在步骤513中，更新标识。工件性能的测量可以在激光切割机器l中或者在自动化设备510中执行。自动化系统100的自动化设备可以包括传送带、输送和提升单元，该输送和提升单元包括输送功能和提升功能。切割零件标记有特定于测量值或特定于性能的标识码c(意味着码c特定用于例如材料或晶粒等的测量厚度)。
[0093]
在步骤523中，借助于先前已经被添加至零件的标识来标识零件。在步骤521中，从该组预先计算的计划中加载或选择适当的辅助的加工计划p。在后续的步骤522中，根据所选择的辅助的加工计划p使材料或切割零件弯曲。特定于性能的标识码c可以包括激光雕刻、表面印刷和/或应用礼节或标签。在标记切割零件之后，所述零件被传输至弯曲机器b(图5中的附图标记520)。
[0094]
在替代性的实施方式中，在自动化系统100的自动化设备上测量工件性能。工件标记有特定于性能的标识码c，该标识码c对应于在将工件、例如金属片材加载在激光切割机器l上之前所测量的性能值。例如，通过扫描仪、相机来读取特定于性能的标识码，并加载相应的辅助的加工计划以处理切割。
[0095]
在经由扫描仪或相机读取523弯曲机器b中的特定于性能的标识码c之后，加载521用于加工弯曲522的相应的弯曲程序。以这种方式，使用根据本发明的方法，增加了整个生产线的准确度。
[0096]
图6示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法。特别地，图6示意性地图示了通过在在线程序(或重新激活的程序)中计算至少一个辅助的加工计划来提供辅助的加工计划。
[0097]
在图6中所示出的实施方式中，提供了软件600，软件600包括待制造的呈3d数据格式的零件。在步骤601中接收或读取3d数据格式，并且在步骤602中将3d数据格式展开成平面形状。在步骤603中添加标识。所谓的“计划id”可以包含“新”计划和/或子计划号码和/或
一个或多个因子，以重新计算现有的计划。应当调节计划id、比如零件id。该标识提供了信息以便能够识别零件。此外，使用材料的理论值(可以由金属片材供应商的接口接收的厚度的标称值、冶金值等)生成604加工计划。加工计划可以包括用于切割工件、例如金属片材的切割计划。将关于所有基础零件的加工计划发送至加工机器l、b，特别是发送至激光切割机器l。
[0098]
在步骤611中，加工机器l(在图6中用附图标记610描绘)加载金属片材。金属片材由自动化系统100的自动化设备提供，自动化系统100可以包括传送带和/或输送和提升单元，输送和提升单元包括输送功能和提升功能。可以在激光切割机器l中或在自动化设备中执行工件性能的测量(或步骤614中的性能检测)。在进一步的步骤612中，将所提供的包括理论值的通用的加工计划加载到加工机器l、b中。在工件性能被测量并已知之后，在步骤616中对加载到加工机器中(步骤612)的通用的加工计划进行重新计算并且根据所测量的工件性能进行调节。因此，在步骤616中，即在已经执行了测量或者已经提供了测量值(例如，经由外部接口)之后，响应于所检测到的材料性能(所测量的或者所接收的)，“重新激活地”生成并计算辅助且特定的加工计划p。在步骤615中，使用已经根据在线程序重新计算的辅助的加工计划p来切割工件。此外，根据辅助的加工计划p，在步骤613中对用于切割零件的特定于性能的标识码c进行更新。通过激光雕刻、表面印刷和/或应用礼节或标签，将特定于性能的标识码c添加至切割的零件。基于所测量的工件性能，应用正确的半径，并且调节每次弯曲的弯曲扣除，以及回弹值和“硬度凹痕”的校正。
[0099]
此外，在生成辅助的加工计划(切割计划)之后，可以生成新的弯曲计划并将该弯曲计划提供至弯曲机器b。在步骤623中，通过使用唯一的特定于性能的标识码c来标识待弯曲的零件。在弯曲/自动化设备620中，在步骤621中加载对应于特定于性能的标识码c的弯曲计划。弯曲计划包括在步骤622中用于弯曲机器b执行弯曲过程的指令。在实施方式中，当弯曲机b的操作员对与切割零件的特定于性能的标识码c相对应的弯曲计划的上传进行触发和验证时，执行弯曲计划。手动验证提高了安全性。具有不同的性能值的所有零件，这些零件用特定于性能的标识码c(该标识码c可以是多维码，如矢量，表示如上述的多种材料性能)表示。这对于在执行弯曲程序之前标识零件是必要的。此外，它确保自动地加载用于弯曲的正确的辅助的加工计划p。可以通过雕刻、印刷表面使用礼节或标签、通过集成有激光的特定于性能的标识码c来标识切割的零件。
[0100]
图7a至图7e示意性地图示了根据第一方面的另一实施方式的方法。
[0101]
在图7a中，示出了工件w、例如金属片材。工件w可能包括不均匀的厚度分布。示例性地，在图7a中，示出了两个不同的值。在实际测量中，测量了更多个不同的值(见图7b)。附图标记701是指可以由工件的供应商提供并且用于在根据图3所描述的现有技术方法中对加工计划进行编程所使用的厚度。这个所提供的厚度通常不总是对应于实际的(真实的、测量的)厚度值。此外，在整个工件w上厚度值可以不同。为了确保在切割和弯曲期间的质量一致，必须考虑整个工件w上的所有厚度值或者其与标称厚度值的偏差(见图7b)。在实施方式中，测量可以包括使用卡尺进行的手动测量。卡尺可以用于测量厚度值702。如根据图7a所示的测量可以提供整个工件w的整体的厚度信息。
[0102]
在替代性的实施方式中，测量可以包括在将工件w传输至加工机器l期间在自动化系统100的自动化设备上进行的自动厚度检测。在该实施方式中，传感器s可以安装在自动
化系统100的自动化设备处。
[0103]
在另一实施方式中，厚度的测量由传感器s执行。传感器s可以安装在切割机器内部的激光头本身上。传感器s在加工机器l的特定的周期/运行中执行测量。
[0104]
在图7b中，已经通过自动化系统100的自动化设备将工件7b传输并加载到加工机器l中。包括传感器s的激光头可以绕金属片材移动。可以产生工件w的真实厚度形貌，并产生用于切割工件w以及使切割零件弯曲的辅助的加工计划p。
[0105]
图7c示出了测量工件w的厚度的另一实施方式。当通过自动化系统100的自动化设备将工件w传输到加工机器l中时，测量工件w的厚度。激光头只能够在一个方向上使用，并且传感器s在工件w在远端端部处进入期间进行测量。通过执行该测量，可以使用自动化下的参照装置，例如穿梭装置。产生工件w的真实厚度形貌，从而产生用于切割工件w以及使切割零件弯曲的辅助的加工计划。
[0106]
在另一实施方式中，在零件从自动化系统100的自动化设备进入期间，例如当从自动化设备到加工机器l的输送工作台改变时，可以通过激光测距装置的阵列来执行厚度测量。在图7d中，传感器s、例如激光测距装置可以安装在片材进入位置的上方和下方，并且可以进行“δ”测量。可以产生工件w的真实厚度形貌，并产生用于切割工件w以及使切割零件弯曲的辅助的加工计划p。
[0107]
在另一实施方式中，如图7e中所示出的，可以由钻孔系统的钻孔头上的传感器s来执行厚度测量。在图7e的实施方式中，当工件w被加载在加工机器l中时或者当工件w进入加工机器l时，可以进行测量。
[0108]
根据图7a至图7e，已经仅考虑了工件性能“厚度”。在这些测量期间，还可以通过使用相应的测量方法来测量其他的工件性能，如材料结构参数、材料硬度参数、晶粒参数、内部张力和屈服拉伸强度参数、硬化能力参数和温度参数。
[0109]
图8a示意性地图示了根据第一方面的实施方式的方法。
[0110]
在图8a中，示出了工件w、例如金属片材。工件w包括在开始切割金属片材之前必须检测的结构。因此，在第一步骤中，可以执行结构识别。有多种装置可用于获得这些基本的参数，比如提供关于硬度和材料类型的信息的硬度测试仪或x射线荧光光谱仪。硬度测试仪可以提供工件w偏离参照材料多少的良好指示。x射线荧光光谱仪可以提供关于材料类型的良好指示。如果工件w内部的材料成分变化不大，则一次测量就足够了。
[0111]
可以手动或自动地执行如图8a中所示出的工件w的材料结构的检测。硬度测试仪或x射线荧光(传感器s)光谱仪或两者均可以安装在激光头附近。
[0112]
如图8b中所示出的，在工件w已经进入切割机器l中的切割区域之后，激光头可以四处移动。可以创建硬度图，该硬度图提供了进入的工件w的精确的成分信息。
[0113]
在另一实施方式中，如图8c中所示出的，在工件w从自动化系统100的自动化设备进入到切割机器l中期间，一个或两个装置可以与激光头本身一起使用。激光头可以在工件w在远端端部处进入期间沿一个方向移动和进行测量。可以创建硬度图，该硬度图提供了进入的工件w的精确的成分信息。
[0114]
在另一实施方式中，如图8d中所示出的，可以由钻孔系统的钻孔头上的传感器s来执行结构识别。传感器可以包括硬度测试仪或x射线荧光光谱仪。在图8d的实施方式中，当工件w被加载到加工机器l、b中时或者当工件w进入加工机器l、b时，可以进行测量。可以创
建硬度图，该硬度图提供了进入的工件w的精确的成分信息。
[0115]
图9示意性地图示了使用本发明的实施方式生产的零件。
[0116]
在图9a的实施方式中，示出了所生产的零件。当嵌套具有多个轮廓的零件时，必须提供足够的空间，以便能够插入具有补偿材料变化的新坯料的零件。晶粒方向是弯曲参数的偏移，其可以通过软件特征来处理。使用这两个参数，可以映射金属片材并且可以调节坯料。在各种情况下，硬度的变化消除或补偿了厚度的差异。在其他情况下，这些变化彼此放大。可以使用结合了硬度参数、厚度参数和/或材料成分的不同区域来创建片材图。材料成分对整个金属片材是有效的，但与原始材料相比较可能有所不同。在图9a中，附图标记901是指受半径变化影响的区域。
[0117]
此外，在对辅助的加工计划进行编程时，必须考虑切割零件的公差。由于零件是使用理论厚度设计的，如果工件的厚度变化，则根据定义零件不可能达到所有的尺寸。在编程步骤期间，必须定义临界尺寸，并且应当转移可能出现误差的位置。在控制步骤中，必须验证零件是否可以生产，以及尺寸与公差之间是否没有冲突。
[0118]
在图9b中，附图标记904是指在应用包括新的厚度/材料性能对在内的辅助的加工计划p之后的半径区域的新长度。附图标记902和903是指在应用包括新的厚度/材料性能对在内的新的辅助的加工计划p之后边缘的新位置。
[0119]
在图9c中，示出了包括特定于性能的标识码c的切割零件。具有不同的性能值的所有零件都标记有特定于性能的标识码c。这是在执行弯曲程序之前标识零件所必需的。
[0120]
在不限制或扩大所描述的发明的范围的情况下，尽管尚未明确地描述，但可以将结合附图描述的各个实施方式或者其各个方面和特征彼此组合或交换，只要这样的组合或交换是有意义的并且在本发明的意义内。关于本发明的特定实施方式或关于特定附图描述的优势在任何适用的情况下也是本发明的其他实施方式的优势。
[0121]
附图标记
[0122]
l、b 加工机器
[0123]
b 弯曲机器
[0124]
c 标识码
[0125]
l 激光切割机器
[0126]
p 辅助的加工计划
[0127]
s 传感器
[0128]
s1-s2 方法步骤
[0129]
w 工件
[0130]
10 计划器
[0131]
11 接口
[0132]
12 中央处理单元
[0133]
100 自动化系统
[0134]
300-302 现有技术加工方法的步骤
[0135]
310-313 现有技术加工方法的步骤
[0136]
320-322 现有技术加工方法的步骤
[0137]
500-505 加工方法的步骤
[0138]
510-515 加工方法的步骤
[0139]
520-523 加工方法的步骤
[0140]
600-604 加工方法的步骤
[0141]
610-616 加工方法的步骤
[0142]
620-623 加工方法的步骤
[0143]
701、801 提供的厚度值
[0144]
702、802 提供的厚度值
[0145]
901-904 性能