EP2374551A1 - Method and device for producing coil springs by means of coiling machines - Google Patents

Method and device for producing coil springs by means of coiling machines Download PDF

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EP2374551A1
EP2374551A1 EP11001528A EP11001528A EP2374551A1 EP 2374551 A1 EP2374551 A1 EP 2374551A1 EP 11001528 A EP11001528 A EP 11001528A EP 11001528 A EP11001528 A EP 11001528A EP 2374551 A1 EP2374551 A1 EP 2374551A1
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EP
European Patent Office
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spring
measurement
distance
camera
measuring
Prior art date
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EP11001528A
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German (de)
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EP2374551B1 (en
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Volker Kalkau
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Wafios AG
Original Assignee
Wafios AG
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Publication date
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Priority to RU2011112497/02A priority patent/RU2469811C1/en
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Priority to CN201110085016.3A priority patent/CN102233399B/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F3/00Coiling wire into particular forms
    • B21F3/02Coiling wire into particular forms helically
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21CMANUFACTURE OF METAL SHEETS, WIRE, RODS, TUBES OR PROFILES, OTHERWISE THAN BY ROLLING; AUXILIARY OPERATIONS USED IN CONNECTION WITH METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL
    • B21C51/00Measuring, gauging, indicating, counting, or marking devices specially adapted for use in the production or manipulation of material in accordance with subclasses B21B - B21F
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21FWORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
    • B21F35/00Making springs from wire

Definitions

  • the invention relates to a method for producing coil springs by spring winds by means of a numerically controlled spring coiling machine according to the preamble of claim 1 and to a suitable for performing the method spring coiling machine.
  • Coil springs are machine elements that are required in numerous applications in large numbers and different designs. Coil springs, which are also referred to as twisted torsion springs, are usually made of spring wire and designed depending on the load in use as tension springs or compression springs. Compression springs, in particular suspension springs, are needed for example in large quantities in the automotive industry.
  • the spring characteristic can be influenced by designing sections of different pitch or gradients. For example, there are compression springs often a more or less long central section with a constant pitch (constant section), at the end of both ends of the spring contact areas with decreasing slope to the ends.
  • the spring diameter is constant with cylindrical coil springs over the length of the springs, but it can also vary over the length, such as conical or barrel-shaped coil springs. Also the total length of the (unloaded) spring can vary widely for different applications.
  • Coil springs are nowadays commonly manufactured by spring winches using numerically controlled spring coiling machines.
  • a wire (spring wire) is supplied under the control of an NC control program by means of a feeder a forming device of the spring coiling machine and formed by means of tools of the forming device to form a coil spring.
  • the tools typically include one or more wind pins that are adjustable in position to define and, if necessary, alter the diameter of spring coils and one or more pitch tools that determine the local pitch of the spring coils at each stage of the manufacturing process.
  • Spring wind machines are generally intended to produce many springs with a specific spring geometry (nominal geometry) within very narrow tolerances at high unit output.
  • functionally important geometry parameters u.a. the total length of the finished coil spring in the unloaded state. Through the total length u.a. the installation dimensions of the spring and the spring force determined.
  • the DE 103 45 445 B4 shows a spring coiling machine having an integrated measuring system with a video camera, which is directed to that area of the spring coiling machine in which the formation of the spring begins.
  • a connected to the video camera image processing system with appropriate evaluation algorithms should allow to check the diameter, length and pitch of the spring during manufacture and it should be possible to change these spring geometry parameters by feedback to the motorized machining tools during manufacture.
  • An evaluation algorithm for determining the current spring diameter is described in detail.
  • long coil springs with low dispersion of the total length and low rejection rate should be produced.
  • a desired desired geometry of the helical spring to be produced and a corresponding NC control program suitable for generating this desired geometry are defined.
  • the sequence of coordinated working movements of the machine axes of the spring coiling machine is set, which are to go through in the manufacture of a spring.
  • a measurement of an actual position of a selected structural element of the coil spring relative to a reference element is performed. By measuring a distance between the selected structural element and the reference element can be determined. The measurement takes place at a measuring time which is after the beginning and before the end of the production of the helical spring, ie during the course of the working movements of the spring coiling machine intended for spring production. So it is made at the time of measurement only part of the spring.
  • the selected structural element lies in a measuring range which has a finite distance from the shaping device in the longitudinal direction of the helical spring. This distance is smaller than the total length of the finished coil spring, ie smaller than the total length resulting from the target geometry.
  • a current position difference is determined, which represents the difference of the actual position to the target position at the measurement time.
  • the position of at least one tool influencing the pitch of the helical spring is then controlled in order to achieve an approximation of the actual position to the desired position.
  • a control intervention remains off when the actual value corresponds to the setpoint. If, on the other hand, a significant deviation (position difference) is detected, then the pitch of the spring produced at the moment of deformation is changed by changing the position of the pitch tool and / or another tool influencing the pitch (eg a controllably rotatable and / or tiltable wind pen), that a reduction of the position difference in the next measurement can be expected.
  • the currently generated slope is thus regulated on the basis of the measurement.
  • Preferably, only the position of a pitch tool is controlled or regulated for this purpose.
  • the measuring range lies at a finite distance from the location of the forming process on the forming device, a cumulative length error in the spring section lying between the forming device and the measuring range can be determined by the measurement. Furthermore, since the distance of the measuring range from the forming device is smaller than the overall length of the finished coil spring, the measuring time with respect to the total duration of the production of a helical spring can be so early that a possibly performed due to the measurement control intervention in the forming process for correction any misadjustments can be used to obtain a total length of the coil spring within the tolerances after completion of the production.
  • the distance of the measuring range from the forming device is preferably adapted to the total length of the finished coil spring such that this distance is between 5% and 70% of the total length, in particular between 10% and 50% of the total length. If these preferred minimum values for the distance are adhered to, a longitudinal fault can build up in the case of non-perfect forming conditions via the spring section, which is sufficiently large in comparison to the measuring accuracy of the measuring system to allow significant measurement results. If the preferred upper limits for the distance are met, there is usually enough time left to obtain a coil spring with the desired overall length by means of one or more control interventions at the end of production.
  • the measuring range is e.g. two, three, four, five, six or more spring coils can be located away from the place of the transformation or from the forming device. Depending on the slope, meaningful results can often be achieved even from two to three turns apart.
  • the measurement of the actual position relative to a machine-fixed reference element is performed.
  • a machine-fixed reference element is an element whose coordinates are known or determinable with respect to a machine-fixed coordinate system. Since the reference element in this case has defined coordinates with respect to the machine coordinate system of the error winding machine, this measurement is an absolute measurement. As a result, a particularly high measurement accuracy is possible.
  • the reference element may also be a structural element of the helical spring, in particular one closer to the shaping device lying Windungsabêt or the contour of a Windungsabiteses. In this case, a relative measurement is performed. In order to ensure that any accumulated length error between the structural element selected for the measurement and the reference element is large enough to be reliably measured, several windings should be present between the structural element and the reference element, for example two, three, four, five or two more turns.
  • the measurement is preferably carried out without contact, in particular with optical measuring means.
  • a laser measuring system could be used.
  • a camera with a two-dimensional image field (field of view, detection area) is used for the measurement, and the measurement area is placed in the image field of the camera.
  • Camera-based measurement systems with powerful image processing hardware and software are commercially available and can be used for this purpose.
  • the camera should be as low vibration mounted on a support which is firmly connected in operation with the frame of the spring coiling machine.
  • the camera is seated on or on a longitudinal guide, which allows a fixation of the camera at different distances from the forming device in order to set the optimum distance for different spring geometries.
  • the position of the carrier may be vertically adjustable, e.g. to allow adaptation to springs of different diameters. If necessary, an adjusting device should also allow an arrangement of the carrier inclined at an angle to the spring axis.
  • the reference point for the measurement lies at the edge of the eg rectangular image field of the camera, which has known coordinates with respect to the machine coordinate system.
  • a virtual reference element is formed by the image field edge, preferably by that side edge of the image field, which faces the forming device. The measurement of the actual position of the structural elements can then be reduced to a simple distance measurement within the image field.
  • a machine-resistant reference body which is positioned in the image field of the camera at a distance from the measuring area, wherein a structural element of the reference body, e.g. a straight edge, is used as a reference of the measurement. Any vibrations of the camera during the measurement can not affect the measurement accuracy of the measurement in this process variant, since these vibrations have no effect on the visible in the image field of the camera distance between the measurement element underlying the measurement of the coil spring and a reference point on the reference body.
  • the selected structural element of the helical spring used for the measurement is a contour section of a spring coil appearing more or less rectilinear in the image field, which is transverse to the longitudinal direction of the spring, in particular in one Angle between about 45 ° and about 90 ° to the longitudinal direction of the coil spring runs.
  • the measuring range at the outer edge of a spring coil, to determine the location of the maximum distance (maximum location) of this winding section to the longitudinal axis of the coil spring and to determine the distance of this maximum location to the reference element.
  • the target position of the structural element at the time of measurement should be known as accurately as possible in order to enable targeted regulation of the manufacturing process.
  • the desired position of the structural element for each time point during production is known, so that from a corresponding program time function, the target position can be derived directly to the measurement time.
  • the measurement preferably begins only when a possibly existing spring section with variable pitch has passed the measuring range.
  • the set position of a selected structural element remains constant over a longer period of time, resulting in relatively simple measured value detection and evaluation.
  • temporally variable i. wandering setpoint positions, which are then used as a basis for the comparison step with the setpoint value valid for the measurement time point.
  • the coordinates of the nominal position of the structural element at the time of measurement are derived from a program time function, determined before the measurement, for the coordinates of the nominal position of the structural element.
  • the correct setpoint can then be determined unambiguously for each measurement time.
  • the program time function for the coordinates of the target position can be determined on the basis of a simulation on a computational basis. In general, however, an experimental determination within a relatively short time is possible and useful.
  • the program time function for the coordinates of the nominal position of the structural element is determined on the basis of a reference production process of at least one reference helical spring, ie experimentally.
  • program time function refers to a function that refers to specific locations within the NC control program.
  • the achievement of a specific NC block corresponds to a specific program time or a point in time within the program sequence.
  • a program time corresponds to a sequence position in the sequential sequence of program steps during program execution. If, for example, a trigger signal (trigger) is required to control image acquisition by a camera in a specific phase of the program execution, then this trigger signal can be triggered by a program line present at the appropriate location.
  • trigger signal is directly linked in the program to certain positions of the machine axes, e.g. with the machine axis of the wire feed and / or with the machine axis for the position of the pitch tool.
  • a time in a program time function thus corresponds to a location in the movement curve of one or more machine axes.
  • the program time function results in times (program times) within an NC program that are synchronous with the progress of the spring production.
  • the program time function is also a path function with respect to the movements of machine axes.
  • a program time function also corresponds to a path function of the wire feed.
  • a single measurement and a single thereafter possibly performed control intervention may be sufficient to produce a coil spring with sufficiently small length error.
  • a plurality of measurements are carried out at intervals with successive measurement times during production of the coil spring, so that a temporal change in the spring geometry can be observed during the manufacturing process and optionally several control interventions can be carried out.
  • the number of measurements per unit time is theoretically limited by the recording and evaluation capacity of the measuring system. However, it has been found that a high measuring frequency is usually neither necessary nor useful.
  • the time interval between directly successive measurement times is adapted to the feed rate of the wire such that at least one turn is generated in a time interval between two immediately consecutive measurements, preferably between one and two turns being generated in the time interval. In this way it can be ensured that any accumulated length errors are then large enough to be reliably detected within the measuring accuracy of the measuring system. The significance of the measurement results is thereby improved and the control works more stable.
  • a plurality of measurements are made during the generation of a constant portion of the coil spring.
  • an observed structural element should not change its position over a period of time.
  • the setpoint used for the comparison step remains constant during this time. If the structural element migrates in the direction of the forming device during the production of a constant section, this indicates a too low pitch during forming and can be corrected accordingly. Conversely, migration of the structural element away from the forming device can be compensated by reducing the slope.
  • a running average value for the actual values is determined from the actual values of a plurality of successive measurements after a predefined number of measurements, in particular after each measurement. From this running average can be meaningful information about the effectiveness der der Georgeingriffs derived. Preferably, a temporal development of the running average value is displayed on a display unit of the spring coiling machine. This allows an operator to immediately recognize whether the settings made on the operating device for effective control sufficient to obtain a coil spring of desired overall length at the end of a manufacturing step.
  • a weighted difference value is determined for each determined position difference, and the position of the tool is changed based on the weighted difference value.
  • a weighted difference value proportional to the position difference can be determined, wherein preferably a proportionality factor can be set by the operator and changed if necessary. Any deviation from the setpoint determined during a measurement can lead to a control intervention in this variant, so that it is possible to respond quickly to deviations. It is also possible to correct the position of the tool only when the position difference or a weighted difference value derived therefrom exceeds a specific threshold value.
  • a temporal integration of the control deviations is preferably carried out in the manner of an I-controller, so that overall the control characteristic of a PIL controller can be realized.
  • a measurement of the position of a selected structural element can be triggered in different ways.
  • a trigger signal (trigger) for triggering a measurement can be triggered by a program line present at the corresponding position of the NC control program.
  • Typical accuracies in the determination of the measuring time then lie in the order of magnitude of the cycle time of the control, which may be on the order of one or a few milliseconds, for example. In particular, in measurements during the generation of a constant section such accuracies are quite sufficient, since the structural section to be measured practically does not move.
  • a timer independent of the NC control program is used to determine the measuring time, which is synchronized with the NC control program at a reference time. Such a timer can be realized for example by an additional card in the control unit. As a result, regardless of the cycle time of the controller, high accuracies can be achieved when determining the measuring time.
  • the measurement time relative to a reference time of the program time function is determined with an accuracy of 100 microseconds or less.
  • a time varying, i. a wandering target position that is to be used as a basis for the comparison step. Therefore, it is important to be able to recognize the measurement time as accurately as possible in order to be able to determine with sufficient accuracy the setpoint position of the observed structural element associated with the measurement time.
  • a first measurement is performed in a first measurement range that is at a first distance from the forming device is located, and in a chronologically subsequent second measuring point, a second measurement is performed in a second measuring range offset from the first measuring range, which lies at a second distance from the forming device, which is greater than the first distance.
  • the invention also relates to a numerically controlled spring coiling machine, which is particularly configured for carrying out the method. It has a feed device for feeding wire to a forming device and a forming device with at least one wind tool, which essentially determines the diameter of the coil spring at a predeterminable position, and at least one pitch tool whose engagement with the developing helical spring determines the local pitch of the helical spring ,
  • the spring winding machine preferably has a first camera which is arranged such that a measuring area in the field of view of the camera detects a part of a spring section with a finite distance from the tools of the shaping device.
  • the distance of the measuring range from the forming device is preferably adapted to the total length of the finished coil spring such that the distance between 5% and 70%, in particular between 10% and 50% of the total length and / or that within the distance one or more spring coils , For example, at least two or three spring coils.
  • a second camera may be provided which is positioned at a distance from the first camera such that a free spring end section in an end phase of the production of the coil spring in the Detection area of the second camera runs into it.
  • a single camera may be sufficient to cover the measuring range at finite distance from the tooling tools and the measuring range for detecting the end portion.
  • the invention can be implemented with existing structural requirements.
  • the ability to carry out embodiments of the invention may be implemented in the form of additional program parts or program modules, or in the form of a program change in the control software of computerized control devices.
  • another aspect of the present invention relates to a computer program product stored on a computer readable medium or implemented as a signal, wherein the computer program product, when loaded into the memory of a suitable computer and executed by a computer, causes the computer to perform a method according to the invention or a preferred embodiment thereof.
  • FIG Fig. 1 shows essential elements of a CNC coil winding machine 100 according to a per se known construction.
  • the spring coiling machine 100 has a feeding device 110 equipped with feeding rollers 112, which feeds successive wire sections of a wire feed wire 115, which is guided by a straightening unit, into the area of a forming device 120 with a numerically controlled feed rate profile.
  • the wire is converted into a helical spring by means of numerically controlled tools of the forming device.
  • the tools include two angularly offset wind pins 122, 124 that are radially aligned with the central axis 118 (corresponding to the location of the desired spring axis) and are designed to determine the diameter of the coil spring.
  • the position of the wind pins can be changed to the basic setting for the spring diameter when setting along the lines shown in phantom and in the horizontal direction (parallel to the feed direction of the feeder 112) to set up the machine for different spring diameters. These movements can also be carried out with the aid of suitable electric drives under the control of the numerical control.
  • a pitch tool 130 has a tip oriented substantially perpendicular to the spring axis which engages the turns of the developing spring.
  • the pitch tool is moved by means of a numerically controlled adjustment of the corresponding machine axis parallel to the axis 118 of the developing spring (ie perpendicular to the plane of the drawing).
  • the advanced in the manufacture of spring wire is from the pitch tool according to the Displaced position of the pitch tool in the direction parallel to the spring axis, wherein the position of the pitch tool, the local slope of the spring is determined in the corresponding section. Gradient changes are effected by axis-parallel process of the pitch tool during spring production.
  • the forming device has another, vertically downwardly deliverable incline tool 140 with a wedge-shaped tool tip, which is introduced when using this pitch tool between adjacent turns.
  • the adjustment movements of this pitch tool are perpendicular to the axis 118. This pitch tool is not engaged in the manufacturing process shown.
  • a numerically controllable cutting tool 150 is mounted, which separates the manufactured coil spring with a vertical working movement of the supplied wire supply after completion of the forming operations.
  • Fig. 1 the supplied wire is shown in a situation immediately after separation of the previously completed coil spring. In this position, the wire has already formed half a turn and the wire end forming the spring beginning is located 0.3 turns before the position of the pitch tool 130.
  • the machine axes of the CNC machine belonging to the tools are controlled by a computer numerical control device 180, which has memory devices in which the control software resides, to which i.a. an NC control program for the working movements of the machine axes heard.
  • the wire is advanced from the "spring-finished position" shown by means of the feeder 110 in the direction of the wind pins 122, 124 and through the wind pins deflected to the desired diameter to form a circular arc-shaped curvature until the free wire end reaches the pitch tool 130.
  • the axial position of the pitch tool determines the current local pitch of the developing coil spring.
  • the pitch tool is axially displaced under control of the NC control program when the slope is to be changed during spring development.
  • the adjusting movements of the pitch tool essentially determine the gradient along the helical spring.
  • the forming tools When setting up the spring coiling machine, the forming tools are brought into their respective basic positions.
  • the NC control program is created or loaded, which controls the positioning movements of the tools during the manufacturing process.
  • the geometry input is made in the spring coiling machine by an operator on the display and control unit 170, which is connected to the control device 180.
  • FIG. 2 shows the spring coiling machine during the production of a relatively long, cylindrical coil spring 200, of which about twenty turns are already made to the time shown in the figure. It is a long spring with a ratio UD between total length L of the finished spring and diameter D of the spring of more than ten.
  • a spring guide device 210 is provided.
  • the spring guide device has a fastened with a horizontal longitudinal axis on the frame of the spring coiling machine Angle plate 212 with V-shaped profile.
  • the downwardly converging, planar inclined surfaces of the angle plate support the spring downwardly and laterally so that the longitudinal axis (central axis) of the developing spring is coaxial with the central axis 118 of the developing spring.
  • the angle plate is fastened by means of a holding device, not shown on the machine position and adjustable in height and in the lateral direction to allow for springs of different diameters the desired, to the central axis 118 of the spring coaxial guide.
  • the angle plate can be pivoted after completion of the production of a spring automatically by means of a hydraulic rotary actuator down, so that the finished spring can slide into a sump.
  • the forming device facing the end of the angle plate is located at a distance of a few inches from the forming, so that between the tools of the forming device and the machine-side beginning of the angle plate a free-floating spring portion 202 remains.
  • the length of the angle plate is adapted to the total length of the finished coil spring, that the first manufactured Federendabterrorism protrudes freely beyond the machine-distal end of the angle plate in the final phase of production.
  • the machine-near, free-floating spring section 202 and the machine-distal spring end section 204 are thereby accessible for an optical measurement with an observation direction perpendicular to the longitudinal axis of the helical spring.
  • the spring coiling machine is equipped with a camera-based optical measuring system for the non-contact, real-time acquisition of data on the geometry of a currently manufactured spring.
  • the measuring system has two identical CCD video cameras 250, 260, which in the exemplary case at a resolution of 1024 x 768 pixels (pixels) up to 100 frames per second via an interface to can deliver a connected image processing system.
  • the image acquisition of the individual images is triggered in each case via trigger signals (trigger) of the controller. This determines the measurement times.
  • the software for image processing is housed in a program module, which cooperates with the control device 180 of the spring coiling machine or is integrated in this.
  • Both cameras are mounted on a torsion-resistant support rail 255, which is laterally mounted next to the spring guide device in the region of the guide rollers of the feeder on the machine frame of the spring coiling machine so that the longitudinal axis of the support rail is parallel to the machine axis 118.
  • the measuring cameras are longitudinally displaceable on the carrier rail and can be fixed to arbitrarily selectable longitudinal positions.
  • the machine-proximate first camera 250 is mounted so that its rectangular image field 252 (image capture area) captures a portion of the free-floating spring portion 202 away from the transforming tools (see FIG Fig. 3 ).
  • the optical axis of the camera optics is in the example, approximately at the height of the central axis of the coil spring (ie at the height of the axis 118) arranged and perpendicular to this axis.
  • a smaller rectangular measuring range 254 can be seen, through which a winding section of the spring facing the camera extends obliquely from top left to bottom right.
  • the image of this (in the spring production in the longitudinal direction of the wire moving) Windungsabitess or its off-machine contour serves as a structural element for the length measurement.
  • the second camera 260 is intended for the detection of the free spring end 204 and therefore positioned on the support rail that the free Spring end runs in the final phase of the production of the coil spring into the detection range of the second camera.
  • a lighting device is mounted at the level of the axis 118, which flashes at the measurement times predetermined by the control in response to trigger signals (trigger) of the control and enables measurement in transmitted light.
  • a reflected-light illumination device may be provided in order to improve the visibility of interesting details of the spring for the measurement.
  • Fig. 3 shows the in Fig. 2 darg Congress situation from a line of sight parallel to the direction of the wire feed (C-axis of the spring coiling machine) or parallel to the optical axis of the camera optics of the first camera.
  • On the left is a section through the wire 115 recognizable, which is advanced in the feed direction (perpendicular to the plane of the drawing) on a curved inclined surface of the lower wind tool 124.
  • the wind tool By the wind tool, the wire is urged upward on a circular curved path in the direction of the upper wind tool and thereby reshaping permanently.
  • the tip of the pitch tool 130 can be seen, which bears against the developing winding with a side working surface.
  • the pitch tool can be displaced parallel to the spring axis 118 by means of the associated machine axis (in the direction of the arrow) so that the local pitch of the spring at the location of the forming is determined by the position of the pitch tool.
  • Fig. 12 is a situation in the initial stage of manufacturing a cylindrical coil spring 200, which includes an already-formed end-side abutment portion 206 of continuously increasing pitch, a constant-pitch constant portion 208 thereafter, and an opposite unillustrated one at the time shown huiabites with decreasing slope has.
  • the production has already progressed so far that the free spring end with the contact section passes the measuring range 254 and has already reached the angle plate of the spring guide device and thus the free-floating spring portion 202 with a constant pitch is stable coaxial with the axis 118.
  • the first camera 250 is oriented so that the measuring area 254 viewed in the longitudinal direction of the coil spring has a relatively large distance 210 from the tools 122, 130 of the forming device. In the example, about four turns of the coil spring are at this distance.
  • the distance in the example case is between about 10% and about 20% of the total length of the finished spring, in particular for short springs it can e.g. up to 30% or 40% or 50% of the total length.
  • the desired desired geometry of the coil spring is input to the display and control unit 170 or, for example, by entering an identification number, corresponding existing geometric data is loaded from a memory of the spring coiling machine.
  • a so-called NC generator calculates an NC control program whose individual NC blocks and their sequence during the subsequent production control the coordinated working movements of the devices and tools of the spring coiling machine.
  • a first helical spring is manufactured in a first reference manufacturing process, without the control built up with the measuring system being activated.
  • the first camera 250 captures with its measuring range 254 a selected structural element of the spring, in the example, the obliquely from top left to bottom right through the measuring range extending winding section. This appears dark in the camera image and clearly stands out from the bright background, forming a straightforward light / dark contour.
  • the coil spring can be illuminated in the region of the measuring range from the side of the camera and / or inside. The machine-remote boundary appearing in the image field or the edge of this winding section is used to determine the actual position of the structural element.
  • the coordinates of the upper intersection point 256-1 and the lower intersection point 256-2 of the light / dark transition with the upper or lower boundary of the measuring area can be determined by the image processing system and the coordinates of the intermediate linear area can be determined by interpolation.
  • the axis-parallel distance to a machine-fixed reference point is then determined with the aid of a "distance tool" of the image processing software in order to obtain a first actual value for the position of the structural element.
  • the machine-near (left) rectilinear boundary of the image field 252 serves as a virtual reference element or as a "fixed stop" for the measurement.
  • the distance measured parallel to the axis (relative to the axis 118) between the measuring point 270 on the selected structural element and the reference element is then adopted by the control as the first setpoint value for the further production.
  • the total length of the finished spring is measured independently. If this total length is within the specified tolerance, it is assumed that the measured first setpoint can be taken as the starting value for the following series production. On the other hand, if the total length is outside the tolerance, then settings for the production process are changed to a subsequent one Spring to be able to perform a corresponding further reference measurement. These individual reference measurements are repeated stepwise until a manufactured spring is well within the manufacturing tolerance for the overall length of the coil spring. The target value for the structural element determined in the production of this "good" spring is then adopted for series production.
  • the determination of the desired value takes place at a time when the constant portion 208 of the spring is already in the measuring range 254.
  • the absolute value of the nominal dimension is then constant over a longer time interval, so that ideally nothing changes in the appearance of the projection of the developing spring detected by the camera, as long as turns of the constant portion are moved through the detection range of the camera.
  • the control can be adjusted and activated for the production of subsequent springs of a series.
  • a measurement expediently begins only when an optionally existing contact area with varying pitch has traveled through the measuring area and the measuring area is located in the constant part of the spring.
  • the control cycle begins with a first measurement of the distance of the selected structural section to the defined reference element (edge of the image field).
  • the determined actual position or the determined distance is then compared by an evaluation software with the previously determined desired position or the nominal distance of the structural element for the measurement time.
  • This computational comparison generates a value for a current position difference, which represents the difference between the actual position and the setpoint position at the time of measurement.
  • the figures are given for reasons of clarity without dimension, the dimension is eg millimeters.
  • the result is a position difference of -0.2.
  • a weighted difference value is determined.
  • an operator-adjustable weighting parameter called "control step” is used, which is defined in percent and which is applied to the determined position difference. If, for example, a control step of 50% is set, the result for a position difference of -0.2 is a weighted difference value of -0.1. This value remaining after the weighting is then added to a correction value in order to obtain a new (modified) correction value.
  • the NC control program is prepared for control at specified points in such a way that an immediate change of an NC block in accordance with the received correction value can be made by the programmable logic controller (PLC) in the NC program.
  • PLC programmable logic controller
  • This exemplary processing of the measured data corresponds to a PI controller with an adjustable proportional component and the integrating effect of an integral component.
  • Fig. 4A, 4B and 5A, 5B show measurement results obtained in the manufacture of clutch springs with 47 turns of spring wire of 3.8 mm diameter.
  • the feathers had a diameter of about 27 mm and a Total length of about 350 mm.
  • the diagrams in the Fig. 4A, 4B each show the temporal evolution of the current average value for the actual values determined during the individual measurements during the production of a spring. On the abscissa each dimensionless counter for equidistant measuring times are given, so that the abscissa is a time axis.
  • FIG. 4A shows a typical measurement diagram for a conventional production without control.
  • At counter time 351 begins the production of a new coil spring. To the left of this is shown the final stage of the previous fabrication, which ends with a too small average value (about 10.48 mm), so that the overall length of this spring made is too short.
  • the actual values are initially too high; the running average initially approaches the nominal value and then falls below this value as the distance increases, so that this coil spring too is clearly too short after completion.
  • Fig. 4B shows the corresponding representation for a production with the control switched on.
  • the fabrication of the previous spring ends at an average value that is very close to the set point so that the total length of the spring is very close to the setpoint for the total length.
  • the actual values are initially well below the setpoint.
  • the intervention of the control leads to an approximation of the running average from the third measurement to the target value (10.55 mm), which approximates the running average towards the end of production asymptotically, whereby at the end of production the running average value again almost exactly Setpoint is.
  • the Fig. 5A, 5B show in another illustration the effect of the control, with the results without control in FIG. 5A and in FIG. 5B Results with closed-loop control are shown.
  • the diagrams shown on the right show in their abscissa again the measuring times in arbitrary units of a counter and the ordinate the respectively measured position difference between actual value and setpoint.
  • the bold lines running parallel to the zero line above and below represent the limits of the tolerance range for the production.
  • the measurement results in the form of histograms are shown in the left-hand sub-figures.
  • the actual values scatter strongly around the setpoint in both directions, with all values still within the tolerances. Is the control activated ( Fig. 5B ), this results in significantly lower variations around the setpoint, so that it is ensured that all coil springs manufactured with the aid of the control have an overall length very close to the setpoint value for the total length.
  • the first camera 250 is arranged relatively close to the forming tools on the carrier rail 255, so that any vibrations at the location of the first camera can only have small amplitudes, which hardly affect the measuring accuracy. Nevertheless, it may be that the measurement result is impaired by movements of the camera.
  • Fig. 6 is explained a way to make the measurement independent of any camera vibrations and thereby increase the accuracy of measurement. Shown is a rectangular image field 652 of the first camera.
  • a smaller rectangular measuring area 654 includes an almost vertically from top to bottom extending contour of a lying in the focus range of the camera, the camera facing winding section.
  • the coordinates of the actual position of the observed structural element of the spring are determined by interpolation.
  • the image of a reference element 680 can be seen, which is formed by a vertically oriented bolt, which with the help of a stable support is attached to the machine frame.
  • the bolt protrudes from below into the image field and forms in the sharpness zone of the camera a sharp, vertical contour with a light / dark transition.
  • the distance between the structural element and the edge of the reference element 680 facing the structural element is determined and the evaluation is taken as the basis. This measured distance is independent of any vibrations of the camera and any associated shifts of the image field relative to the observed spring. Any movements of the camera are therefore not included in the measurement errors.
  • the measurements of the distance between the structural element of the helical spring (e.g., a winding section contour) and a virtual or physical reference element may be performed as described in the direction parallel to the axis 118 or in any other suitable directions obliquely thereto.
  • a relative measurement with respect to a reference element which is formed by a part of the spring is also possible. If, for example, that in Fig. 3 shown image field 252 is sufficiently large to detect more windings in the longitudinal direction of the spring, the longitudinal distance between the measuring point 270 at the lying in the measuring range 254 winding contour and a closer to the forming tools, 3 or 4 turns remote, corresponding Windungskontur measured and based on the scheme.
  • the first complete turn 214 or its machine-distant contour could serve as a reference element.

Abstract

The method involves defining a target geometry of a helical spring by a numerically controlled (NC) control program, and measuring an actual position of a structural element of the spring relative to a reference element at a measuring time point. The actual position is compared with a target position of the structural element at the time point for determining actual position difference that represents difference between the actual position and the target position at the time point. A position of a pitch tool (130) of a shaping device (120) is controlled based on the position difference. Independent claims are also included for the following: (1) a computer numerical controlled spring winding machine comprising a feeding device for supplying a wire to a shaping device (2) a computer program product for executing a method for manufacturing a helical spring.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Federwindemaschine.The invention relates to a method for producing coil springs by spring winds by means of a numerically controlled spring coiling machine according to the preamble of claim 1 and to a suitable for performing the method spring coiling machine.

Schraubenfedern sind Maschinenelemente, die in zahlreichen Anwendungsbereichen in großen Stückzahlen und unterschiedlichen Ausgestaltungen benötigt werden. Schraubenfedern, die auch als gewundene Torsionsfedern bezeichnet werden, werden üblicherweise aus Federdraht herstellt und je nach der bei der Nutzung vorliegenden Belastung als Zugfedern oder Druckfedern ausgelegt. Druckfedern, insbesondere Tragfedern, werden beispielsweise in großen Mengen im Automobilbau benötigt. Die Federcharakteristik kann unter anderem dadurch beeinflusst werden, dass Abschnitte unterschiedlicher Steigung oder Steigungsverläufe gestaltet werden. Beispielsweise gibt es bei Druckfedern häufig einen mehr oder weniger langen mittleren Abschnitt mit konstanter Steigung (Konstantabschnitt), an den sich zu beiden Enden der Feder Anlagebereiche mit zu den Enden geringer werdender Steigung anschließen. Der Federdurchmesser ist bei zylindrischen Schraubenfedern über die Länge der Federn konstant, er kann aber auch über die Länge variieren, wie z.B. bei kegelförmigen oder tonnenförmigen Schraubenfedern. Auch die Gesamtlänge der (unbelasteten) Feder kann für unterschiedliche Anwendungen stark variieren.Coil springs are machine elements that are required in numerous applications in large numbers and different designs. Coil springs, which are also referred to as twisted torsion springs, are usually made of spring wire and designed depending on the load in use as tension springs or compression springs. Compression springs, in particular suspension springs, are needed for example in large quantities in the automotive industry. Among other things, the spring characteristic can be influenced by designing sections of different pitch or gradients. For example, there are compression springs often a more or less long central section with a constant pitch (constant section), at the end of both ends of the spring contact areas with decreasing slope to the ends. The spring diameter is constant with cylindrical coil springs over the length of the springs, but it can also vary over the length, such as conical or barrel-shaped coil springs. Also the total length of the (unloaded) spring can vary widely for different applications.

Schraubenfedern werden heutzutage üblicherweise durch Federwinden mit Hilfe numerisch gesteuerter Federwindemaschinen hergestellt. Dabei wird ein Draht (Federdraht) unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm mittels einer Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören in der Regel ein oder mehrere bezüglich ihrer Stellung einstellbare Windestifte zur Festlegung und ggf. zur Veränderung des Durchmessers von Federwindungen und ein oder mehrere Steigungswerkzeuge, durch die die lokale Steigung der Federwindungen in jeder Phase des Fertigungsprozesses bestimmt wird.Coil springs are nowadays commonly manufactured by spring winches using numerically controlled spring coiling machines. In this case, a wire (spring wire) is supplied under the control of an NC control program by means of a feeder a forming device of the spring coiling machine and formed by means of tools of the forming device to form a coil spring. The tools typically include one or more wind pins that are adjustable in position to define and, if necessary, alter the diameter of spring coils and one or more pitch tools that determine the local pitch of the spring coils at each stage of the manufacturing process.

Federwindemaschinen sollen in der Regel bei hoher Stückleistung viele Federn mit einer bestimmten Federgeometrie (Soll-Geometrie) innerhalb sehr enger Toleranzen erzeugen. Zu den funktionswichtigen Geometrieparametern gehört u.a. die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder im unbelasteten Zustand. Durch die Gesamtlänge werden u.a. die Einbaumaße der Feder und die Federkraft mitbestimmt.Spring wind machines are generally intended to produce many springs with a specific spring geometry (nominal geometry) within very narrow tolerances at high unit output. Among the functionally important geometry parameters u.a. the total length of the finished coil spring in the unloaded state. Through the total length u.a. the installation dimensions of the spring and the spring force determined.

Im Hinblick auf hohe Qualitätsanforderungen, z.B. im Automobilbereich, ist es üblich, gewisse Federgeometriedaten, wie beispielsweise den Durchmesser, die Länge und/oder die Steigung bzw. den Steigungsverlauf der Feder, nach Fertigstellung einer Feder zu messen und die fertigen Federn abhängig vom Ergebnis der Messung automatisch in Gutteile (Federgeometrie innerhalb der Toleranzen) und Schlechtteile (Ergebnis außerhalb der Toleranzen) und ggf. in weitere Kategorien zu sortieren. Diese Vorgehensweise ist insbesondere bei langen Federn sehr unökonomisch, da bei langen Federn jeweils pro Feder eine relativ große Drahtlänge verbraucht wird, die verworfen werden muss, wenn sich herausstellt, dass die fertige Feder außerhalb der Toleranzen liegt.With regard to high quality requirements, for example in the automotive sector, it is customary to measure certain spring geometry data, such as the diameter, the length and / or the pitch or the gradient of the spring, after completion of a spring and the finished Depending on the result of the measurement, automatically sort springs into good parts (spring geometry within the tolerances) and bad parts (result outside the tolerances) and, if necessary, into further categories. This procedure is very uneconomical, especially for long springs, since with long springs each spring a relatively large wire length is consumed, which must be discarded if it turns out that the finished spring is outside the tolerances.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, den Durchmesser, die Länge und die Steigung der Feder durch geeignete Messmittel während der Fertigung zu überprüfen und bei außerhalb von Toleranzgrenzen liegenden Abweichungen Fertigungsparameter so zu verändern, dass die Federgeometrie innerhalb der Toleranzen bleibt.It has also been proposed to check the diameter, the length and the pitch of the spring by means of suitable measuring means during production and to change manufacturing parameters in the case of deviations outside tolerance limits in such a way that the spring geometry remains within the tolerances.

Die DE 103 45 445 B4 zeigt eine Federwindemaschine, die ein integriertes Messsystem mit einer Videokamera hat, die auf denjenigen Bereich der Federwindemaschine gerichtet ist, in dem die Formung der Feder beginnt. Ein an die Videokamera angeschlossenes Bildverarbeitungssystem mit entsprechenden Auswertealgorithmen soll es erlauben, den Durchmesser, die Länge und die Steigung der Feder während der Fertigung zu überprüfen und es soll möglich sein, diese Federgeometrieparameter durch Rückkopplung zu den motorisch verstellbaren Bearbeitungswerkzeugen während der Fertigung zu verändern. Ein Auswertealgorithmus zur Bestimmung des aktuellen Federdurchmessers ist im Detail beschrieben.The DE 103 45 445 B4 shows a spring coiling machine having an integrated measuring system with a video camera, which is directed to that area of the spring coiling machine in which the formation of the spring begins. A connected to the video camera image processing system with appropriate evaluation algorithms should allow to check the diameter, length and pitch of the spring during manufacture and it should be possible to change these spring geometry parameters by feedback to the motorized machining tools during manufacture. An evaluation algorithm for determining the current spring diameter is described in detail.

AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu optimieren, dass insbesondere bei der Herstellung von relativ langen Schraubenfedern mit großer Zuverlässigkeit aus Drahtmaterialien unterschiedlichster Qualität Schraubenfedern innerhalb enger geometrischer Toleranzen hergestellt werden können. Insbesondere sollen lange Schraubenfedern mit geringer Streuung der Gesamtlänge und geringer Ausschussrate herstellbar sein.It is an object of the invention to optimize a method and a device of the generic type so that, in particular in the production of relatively long coil springs with great reliability from wire materials of very different quality coil springs can be manufactured within narrow geometrical tolerances. In particular, long coil springs with low dispersion of the total length and low rejection rate should be produced.

Diese Aufgaben werden gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch eine Federwindemaschine mit den Merkmalen von Anspruch 12. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.These objects are achieved by a method for producing coil springs by spring winds with the features of claim 1 and by a spring coiling machine with the features of claim 12. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated herein by reference.

Bei dem Verfahren werden zunächst eine gewünschte Soll-Geometrie der herzustellenden Schraubenfeder und ein entsprechendes, zur Erzeugung dieser Soll-Geometrie geeignetes NC-Steuerprogramm definiert. Damit wird die Abfolge von koordinierten Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen der Federwindemaschine festgelegt, die bei der Herstellung einer Feder zu durchlaufen sind.In the method, first a desired desired geometry of the helical spring to be produced and a corresponding NC control program suitable for generating this desired geometry are defined. Thus, the sequence of coordinated working movements of the machine axes of the spring coiling machine is set, which are to go through in the manufacture of a spring.

Während der Herstellung einer Schraubenfeder wird eine Messung einer Istposition eines ausgewählten Strukturelementes der Schraubenfeder relativ zu einem Referenzelement durchgeführt. Durch die Messung kann ein lstabstand zwischen dem ausgewählten Strukturelement und dem Referenzelement ermittelt werden. Die Messung findet zu einem Messzeitpunkt statt, der nach dem Beginn und vor dem Ende der Herstellung der Schraubenfeder liegt, also während des Ablaufs der für die Federfertigung vorgesehenen Arbeitsbewegungen der Federwindemaschine. Es ist also zum Messzeitpunkt erst ein Teil der Feder hergestellt. Das ausgewählte Strukturelement liegt dabei in einem Messbereich, der in Längsrichtung der Schraubenfeder einen endlichen Abstand von der Umformeinrichtung hat. Dieser Abstand ist kleiner als die Gesamtlänge der fertig gestellten Schraubenfeder, d.h. kleiner als die sich aus der Soll-Geometrie ergebenden Gesamtlänge. Durch einen Vergleich der Istposition des Strukturelementes mit einer Sollposition des Strukturelementes für den Messzeitpunkt wird eine aktuelle Positionsdifferenz ermittelt, die die Differenz der Istposition zur Sollposition zum Messzeitpunkt repräsentiert. In Abhängigkeit von der Positionsdifferenz wird dann die Stellung mindestens eines die Steigung der Schraubenfeder beeinflussenden Werkzeuges der Umformeinrichtung gesteuert, um eine Annäherung der Istposition an die Sollposition zu erreichen.During the manufacture of a coil spring, a measurement of an actual position of a selected structural element of the coil spring relative to a reference element is performed. By measuring a distance between the selected structural element and the reference element can be determined. The measurement takes place at a measuring time which is after the beginning and before the end of the production of the helical spring, ie during the course of the working movements of the spring coiling machine intended for spring production. So it is made at the time of measurement only part of the spring. The selected structural element lies in a measuring range which has a finite distance from the shaping device in the longitudinal direction of the helical spring. This distance is smaller than the total length of the finished coil spring, ie smaller than the total length resulting from the target geometry. By comparing the Actual position of the structural element with a target position of the structural element for the measurement time, a current position difference is determined, which represents the difference of the actual position to the target position at the measurement time. Depending on the position difference, the position of at least one tool influencing the pitch of the helical spring is then controlled in order to achieve an approximation of the actual position to the desired position.

Ein Regelungseingriff bleibt dabei aus, wenn der Istwert dem Sollwert entspricht. Wird dagegen eine signifikante Abweichung (Positionsdifferenz) festgestellt, so wird die im Moment der Umformung erzeugte Steigung der Feder durch Veränderung der Stellung des Steigungswerkzeuges und/oder eines anderen die Steigung beeinflussenden Werkzeuges (z.B. eines gesteuert verdrehbaren und/oder verkippbaren Windestifts) derart verändert, dass eine Verringerung der Positionsdifferenz bei der nächsten Messung erwartet werden kann. Die momentan erzeugte Steigung wird also auf Basis der Messung geregelt. Vorzugsweise wird hierzu ausschließlich die Stellung eines Steigungswerkzeugs gesteuert bzw. geregelt.A control intervention remains off when the actual value corresponds to the setpoint. If, on the other hand, a significant deviation (position difference) is detected, then the pitch of the spring produced at the moment of deformation is changed by changing the position of the pitch tool and / or another tool influencing the pitch (eg a controllably rotatable and / or tiltable wind pen), that a reduction of the position difference in the next measurement can be expected. The currently generated slope is thus regulated on the basis of the measurement. Preferably, only the position of a pitch tool is controlled or regulated for this purpose.

Dadurch, dass der Messbereich in einem endlichen Abstand vom Ort des Umformprozesses an der Umformeinrichtung liegt, kann durch die Messung ein kumulativer Längenfehler in dem zwischen der Umformeinrichtung und dem Messbereich liegenden Federabschnitt ermittelt werden. Da weiterhin der Abstand des Messbereichs von der Umformeinrichtung kleiner als die Gesamtlänge der fertig gestellten Schraubenfeder ist, kann der Messzeitpunkt in Bezug auf die Gesamtdauer der Herstellung einer Schraubenfeder so frühzeitig liegen, dass ein aufgrund der Messung ggf. durchgeführte Regeleingriff in den Umformprozess noch zur Korrektur eventueller Fehleinstellungen genutzt werden kann, um nach Abschluss der Fertigung eine Gesamtlänge der Schraubenfeder innerhalb der Toleranzen zu erhalten.Due to the fact that the measuring range lies at a finite distance from the location of the forming process on the forming device, a cumulative length error in the spring section lying between the forming device and the measuring range can be determined by the measurement. Furthermore, since the distance of the measuring range from the forming device is smaller than the overall length of the finished coil spring, the measuring time with respect to the total duration of the production of a helical spring can be so early that a possibly performed due to the measurement control intervention in the forming process for correction any misadjustments can be used to obtain a total length of the coil spring within the tolerances after completion of the production.

Der Abstand des Messbereiches von der Umformeinrichtung wird vorzugsweise an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder derart angepasst, dass dieser Abstand zwischen 5% und 70% der Gesamtlänge, insbesondere zwischen 10% und 50% der Gesamtlänge beträgt. Wenn diese bevorzugten Mindestwerte für den Abstand eingehalten werden, kann sich bei nicht perfekten Umformbedingungen über den Federabschnitt ein Längsfehler aufbauen, der im Vergleich zur Messgenauigkeit des Messsystems ausreichend groß ist, um signifikante Messergebnisse zu ermöglichen. Werden die bevorzugten Obergrenzen für den Abstand eingehalten, so bleibt in der Regel noch genügend Restzeit übrig, um durch einen oder mehrere Regeleingriffe am Ende der Fertigung eine Schraubenfeder mit der gewünschten Gesamtlänge zu erhalten.The distance of the measuring range from the forming device is preferably adapted to the total length of the finished coil spring such that this distance is between 5% and 70% of the total length, in particular between 10% and 50% of the total length. If these preferred minimum values for the distance are adhered to, a longitudinal fault can build up in the case of non-perfect forming conditions via the spring section, which is sufficiently large in comparison to the measuring accuracy of the measuring system to allow significant measurement results. If the preferred upper limits for the distance are met, there is usually enough time left to obtain a coil spring with the desired overall length by means of one or more control interventions at the end of production.

Innerhalb des Abstandes liegen vorzugsweise eine oder mehrere Federwindungen, so dass der Messbereich z.B. zwei, drei, vier, fünf, sechs oder mehr Federwindungen entfernt vom Ort der Umformung bzw. von der Umformeinrichtung liegen kann. Abhängig von der Steigung sind häufig bereits ab zwei bis drei Windungen Abstand aussagekräftige Ergebnisse erzielbar.Within the distance there are preferably one or more spring coils so that the measuring range is e.g. two, three, four, five, six or more spring coils can be located away from the place of the transformation or from the forming device. Depending on the slope, meaningful results can often be achieved even from two to three turns apart.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird die Messung der Istposition relativ zu einem maschinenfesten Referenzelement durchgeführt. Ein maschinenfestes Referenzelement ist ein Element, dessen Koordinaten in Bezug auf ein maschinenfestes Koordinatensystem bekannt oder bestimmbar sind. Da das Referenzelement in diesem Fall in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem der Fehlerwindemaschine definierte Koordinaten hat, ist diese Messung eine Absolutmessung. Hierdurch ist eine besonders hohe Messgenauigkeit möglich.In preferred embodiments of the method, the measurement of the actual position relative to a machine-fixed reference element is performed. A machine-fixed reference element is an element whose coordinates are known or determinable with respect to a machine-fixed coordinate system. Since the reference element in this case has defined coordinates with respect to the machine coordinate system of the error winding machine, this measurement is an absolute measurement. As a result, a particularly high measurement accuracy is possible.

Alternativ kann das Referenzelement auch ein Strukturelement der Schraubenfeder sein, insbesondere eine näher an der Umformeinrichtung liegender Windungsabschnitt bzw. die Kontur eines Windungsabschnittes. In diesem Fall wird eine Relativmessung durchgeführt. Um zu erreichen, dass ein eventueller akkumulierter Längenfehler zwischen dem für die Messung ausgewählten Strukturelement und dem Referenzelement groß genug ist, um zuverlässig gemessen werden zu können, sollten zwischen dem Strukturelement und dem Referenzelement mehrere Windungen liegen, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder mehr Windungen.Alternatively, the reference element may also be a structural element of the helical spring, in particular one closer to the shaping device lying Windungsabschnitt or the contour of a Windungsabschnittes. In this case, a relative measurement is performed. In order to ensure that any accumulated length error between the structural element selected for the measurement and the reference element is large enough to be reliably measured, several windings should be present between the structural element and the reference element, for example two, three, four, five or two more turns.

Die Messung wird vorzugsweise berührungslos, insbesondere mit optischen Messmitteln durchgeführt. Dabei könnte beispielsweise ein Lasermesssystem zum Einsatz kommen. Vorzugsweise wird zur Messung eine Kamera mit einem zweidimensionalen Bildfeld (Gesichtsfeld, Erfassungsbereich) verwendet und der Messbereich wird in das Bildfeld der Kamera gelegt. Kamerabasierte Messsysteme mit leistungsfähiger Bildverarbeitungshardware und -software sind kommerziell verfügbar und können hierfür genutzt werden. Die Kamera sollte möglichst vibrationsarm an einem Träger befestigt sein, der im Betrieb fest mit dem Gestell der Federwindemaschine verbunden ist. Vorzugsweise sitzt die Kamera an oder auf einer Längsführung, die eine Fixierung der Kamera in unterschiedlichen Abständen zur Umformeinrichtung zulässt, um für verschiedene Federgeometrien jeweils den optimalen Abstand einstellen zu können. Die Position des Trägers kann vertikal verstellbar sein, um z.B. eine Anpassung an Federn unterschiedlicher Durchmesser zu erlauben. Eine Verstelleinrichtung sollte bei Bedarf auch eine schräg zur Federachse geneigte Anordnung des Trägers erlauben.The measurement is preferably carried out without contact, in particular with optical measuring means. In this case, for example, a laser measuring system could be used. Preferably, a camera with a two-dimensional image field (field of view, detection area) is used for the measurement, and the measurement area is placed in the image field of the camera. Camera-based measurement systems with powerful image processing hardware and software are commercially available and can be used for this purpose. The camera should be as low vibration mounted on a support which is firmly connected in operation with the frame of the spring coiling machine. Preferably, the camera is seated on or on a longitudinal guide, which allows a fixation of the camera at different distances from the forming device in order to set the optimum distance for different spring geometries. The position of the carrier may be vertically adjustable, e.g. to allow adaptation to springs of different diameters. If necessary, an adjusting device should also allow an arrangement of the carrier inclined at an angle to the spring axis.

Bei manchen Verfahrensvarianten liegt der Referenzpunkt für die Messung am Rand des z.B. rechteckförmigen Bildfeldes der Kamera, der in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem bekannte Koordinaten hat. ln diesem Fall wird ein virtuelles Referenzelement durch den Bildfeldrand gebildet, vorzugsweise durch denjenigen Seitenrand des Bildfeldes, der der Umformeinrichtung zugewandt ist. Die Messung der lstposition der Strukturelemente kann dann auf eine einfache Abstandsmessung innerhalb des Bildfeldes reduziert werden.In some method variants, the reference point for the measurement lies at the edge of the eg rectangular image field of the camera, which has known coordinates with respect to the machine coordinate system. In this case, a virtual reference element is formed by the image field edge, preferably by that side edge of the image field, which faces the forming device. The measurement of the actual position of the structural elements can then be reduced to a simple distance measurement within the image field.

Bei einer anderen, alternativ oder zusätzlich nutzbaren Verfahrensvariante ist ein maschinenfester Referenzkörper vorgesehen, der in dem Bildfeld der Kamera in einem Abstand zum Messbereich positioniert wird, wobei ein Strukturelement des Referenzkörpers, z.B. eine gerade Kante, als Referenz der Messung genutzt wird. Eventuelle Vibrationen der Kamera während der Messung können sich bei dieser Verfahrensvariante nicht auf die Messgenauigkeit der Messung auswirken, da diese Vibrationen keinen Einfluss auf den im Bildfeld der Kamera sichtbaren Abstand zwischen dem der Messung zugrundeliegenden Strukturelement der Schraubenfeder und einem Referenzpunkt am Referenzkörper haben.In another, alternative or additionally usable variant of the method, a machine-resistant reference body is provided, which is positioned in the image field of the camera at a distance from the measuring area, wherein a structural element of the reference body, e.g. a straight edge, is used as a reference of the measurement. Any vibrations of the camera during the measurement can not affect the measurement accuracy of the measurement in this process variant, since these vibrations have no effect on the visible in the image field of the camera distance between the measurement element underlying the measurement of the coil spring and a reference point on the reference body.

Bei einer Messung mit Hilfe einer 2D-Kamera hat es sich als besonders günstig herausgestellt, wenn das für die Messung genutzte ausgewählte Strukturelement der Schraubenfeder ein im Bildfeld mehr oder weniger geradlinig erscheinender Konturabschnitt einer Federwindung ist, welcher quer zur Längsrichtung der Feder, insbesondere in einem Winkel zwischen ca. 45° und ca. 90° zur Längsrichtung der Schraubenfeder, verläuft. Hierdurch ist es mit Hilfe einfacher Konturerfassungsalgorithmen des Bildverarbeitungssystems möglich, die lstposition des Strukturelementes in Längsrichtung der Feder sehr genau zu bestimmen. Alternativ wäre es beispielsweise auch möglich, den Messbereich an den äußeren Rand einer Federwindung zu legen, den Ort des maximalen Abstands (Maximumsort) dieses Windungsabschnittes zur Längsachse der Schraubenfeder zu ermitteln und den Abstand dieses Maximumortes zum Referenzelement zu bestimmen.When measuring with the aid of a 2D camera, it has proven to be particularly advantageous if the selected structural element of the helical spring used for the measurement is a contour section of a spring coil appearing more or less rectilinear in the image field, which is transverse to the longitudinal direction of the spring, in particular in one Angle between about 45 ° and about 90 ° to the longitudinal direction of the coil spring runs. This makes it possible with the help of simple contour detection algorithms of the image processing system to determine the lstposition of the structural element in the longitudinal direction of the spring very accurately. Alternatively, it would also be possible, for example, to place the measuring range at the outer edge of a spring coil, to determine the location of the maximum distance (maximum location) of this winding section to the longitudinal axis of the coil spring and to determine the distance of this maximum location to the reference element.

Die Sollposition des Strukturelementes zum Messzeitpunkt sollte möglichst genau bekannt sein, um eine zielgerichtete Regelung des Fertigungsprozesses zu ermöglichen. Vorzugsweise ist die Sollposition des Strukturelementes für jeden Zeitpunkt während der Fertigung bekannt, so dass aus einer entsprechenden Programmzeitfunktion die Sollposition zum Messzeitpunkt unmittelbar abgeleitet werden kann. Bei der Fertigung von Schraubenfedern, die einen mehr oder weniger langen Konstantabschnitt (Abschnitt konstanter Steigung) haben, beginnt die Messung vorzugsweise erst dann, wenn ein eventuell vorhandener Federabschnitt mit veränderlicher Steigung den Messbereich passiert hat. Bei Messungen im Konstantabschnitt kann man ausnutzen, dass die Sollposition eines ausgewählten Strukturelementes über längere Zeit konstant bleibt, so dass sich eine relativ einfache Messwerterfassung und Auswertung ergibt. Grundsätzlich ist es auch möglich, in Federabschnitten mit Steigungsänderungen zu messen. Hier ergeben sich in der Regel zeitlich veränderliche, d.h. wandernde Sollpositionen, die dem Vergleichsschritt dann mit dem für den Messzeitpunk gültigen Sollwert zugrunde gelegt werden.The target position of the structural element at the time of measurement should be known as accurately as possible in order to enable targeted regulation of the manufacturing process. Preferably, the desired position of the structural element for each time point during production is known, so that from a corresponding program time function, the target position can be derived directly to the measurement time. In the manufacture of coil springs, which have a more or less constant section (constant pitch section), the measurement preferably begins only when a possibly existing spring section with variable pitch has passed the measuring range. For measurements in the constant section, it is possible to exploit the fact that the set position of a selected structural element remains constant over a longer period of time, resulting in relatively simple measured value detection and evaluation. In principle, it is also possible to measure in spring sections with changes in pitch. Here, as a rule, temporally variable, i. wandering setpoint positions, which are then used as a basis for the comparison step with the setpoint value valid for the measurement time point.

Im Allgemeinen werden die Koordinaten der Sollposition des Strukturelements zum Messzeitpunkt aus einer vor der Messung bestimmten Programmzeitfunktion für die Koordinaten der Sollposition des Strukturelementes abgeleitet. Der richtige Sollwert ist dann für jeden Messzeitpunkt eindeutig ermittelbar. Die Programmzeitfunktion für die Koordinaten der Sollposition kann aufgrund einer Simulation auf rechnerischer Basis ermittelt werden. In der Regel ist jedoch eine experimentelle Ermittlung innerhalb relativ kurzer Zeit möglich und sinnvoll. Bei manchen Verfahrensvarianten wird die Programmzeitfunktion für die Koordinaten der Sollposition des Strukturelementes auf Basis eines Referenz-Herstellungsprozesses mindestens einer Referenz-Schraubenfeder ermittelt, also experimentell.In general, the coordinates of the nominal position of the structural element at the time of measurement are derived from a program time function, determined before the measurement, for the coordinates of the nominal position of the structural element. The correct setpoint can then be determined unambiguously for each measurement time. The program time function for the coordinates of the target position can be determined on the basis of a simulation on a computational basis. In general, however, an experimental determination within a relatively short time is possible and useful. In some method variants, the program time function for the coordinates of the nominal position of the structural element is determined on the basis of a reference production process of at least one reference helical spring, ie experimentally.

Der Begriff "Programmzeitfunktion" bezeichnet hier eine Funktion, die sich auf bestimmte Stellen innerhalb des NC-Steuerungsprogramms bezieht. Das Erreichen eines bestimmten NC-Satzes entspricht dabei einem bestimmten Programmzeitpunkt bzw. einem Zeitpunkt innerhalb des Programmablaufs. Insoweit entspricht ein Programmzeitpunkt einer Ablaufposition im sequentiellen Ablauf von Programmschritten beim der Programmabarbeitung. Wird beispielsweise in einer bestimmten Phase der Programmabarbeitung ein Auslösesignal (Trigger) zur Ansteuerung einer Bildaufnahme durch eine Kamera benötigt, so kann dieses Auslösesignal durch eine an entsprechender Stelle vorliegende Programmzeile ausgelöst werden. Solche Signale sind im Programm unmittelbar verknüpft mit bestimmten Positionen der Maschinenachsen, z.B. mit der Maschinenachse des Drahtvorschubs und/oder mit der Maschinenachse für die Position des Steigungswerkzeugs. Ein Zeitpunkt in einer Programmzeitfunktion entspricht somit einem Ort in der Bewegungskurve einer oder mehrerer Maschinenachsen. Aus der Programmzeitfunktion ergeben sich Zeitpunkte (Programmzeitpunkte) innerhalb eines NC-Programms, die synchron zum Fortschritt der Federproduktion sind. Insoweit ist die Programmzeitfunktion auch eine Wegfunktion in Bezug auf die Bewegungen von Maschinenachsen. Insbesondere entspricht eine Programmzeitfunktion auch einer Wegfunktion des Drahtvorschubes.The term "program time function" here refers to a function that refers to specific locations within the NC control program. The achievement of a specific NC block corresponds to a specific program time or a point in time within the program sequence. In that regard, a program time corresponds to a sequence position in the sequential sequence of program steps during program execution. If, for example, a trigger signal (trigger) is required to control image acquisition by a camera in a specific phase of the program execution, then this trigger signal can be triggered by a program line present at the appropriate location. Such signals are directly linked in the program to certain positions of the machine axes, e.g. with the machine axis of the wire feed and / or with the machine axis for the position of the pitch tool. A time in a program time function thus corresponds to a location in the movement curve of one or more machine axes. The program time function results in times (program times) within an NC program that are synchronous with the progress of the spring production. In that regard, the program time function is also a path function with respect to the movements of machine axes. In particular, a program time function also corresponds to a path function of the wire feed.

Bei manchen Fertigungsprozessen, z.B. bei relativ kurzen Schraubenfedern, können eine einzige Messung und ein einziger danach gegebenenfalls durchgeführter Regeleingriff ausreichen, um eine Schraubenfeder mit ausreichend geringem Längenfehler herzustellen. lnsbesondere bei relativ langen Schraubenfedern werden während der Fertigung der Schraubenfeder mehrere Messungen zu mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten durchgeführt, so dass ein zeitliche Veränderung der Federgeometrie während des Fertigungsprozesses beobachtet und gegebenenfalls mehrere Regeleingriffe durchgeführt werden können.In some manufacturing processes, such as relatively short coil springs, a single measurement and a single thereafter possibly performed control intervention may be sufficient to produce a coil spring with sufficiently small length error. In particular with relatively long coil springs, a plurality of measurements are carried out at intervals with successive measurement times during production of the coil spring, so that a temporal change in the spring geometry can be observed during the manufacturing process and optionally several control interventions can be carried out.

Die Anzahl der Messungen pro Zeiteinheit ist theoretisch durch die Aufnahme- und Auswertekapazität des Messsystems begrenzt. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass eine hohe Messfrequenz in der Regel weder erforderlich noch sinnvoll ist. Bei bevorzugten Verfahrensvarianten wird der zeitliche Abstand zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten derart an die Zuführgeschwindigkeit des Drahtes angepasst, dass in einem Zeitintervall zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Messungen mindestens eine Windung erzeugt wird, wobei vorzugsweise in dem Zeitintervall zwischen eine und zwei Windungen erzeugt werden. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eventuelle akkumulierte Längenfehler dann groß genug sind, um im Rahmen der Messgenauigkeit des Messsystems zuverlässig festgestellt werden zu können. Die Signifikanz der Messergebnisse wird dadurch verbessert und die Regelung arbeitet stabiler.The number of measurements per unit time is theoretically limited by the recording and evaluation capacity of the measuring system. However, it has been found that a high measuring frequency is usually neither necessary nor useful. In preferred variants of the method, the time interval between directly successive measurement times is adapted to the feed rate of the wire such that at least one turn is generated in a time interval between two immediately consecutive measurements, preferably between one and two turns being generated in the time interval. In this way it can be ensured that any accumulated length errors are then large enough to be reliably detected within the measuring accuracy of the measuring system. The significance of the measurement results is thereby improved and the control works more stable.

Vorzugsweise werden mehrere Messungen während der Erzeugung eines Konstantabschnitts der Schraubenfeder durchgeführt. Unter diesen Bedingungen sollte ein beobachtetes Strukturelement seine Positionen über eine gewisse Zeit nicht verändern. Der für den Vergleichsschritt genutzte Sollwert bleibt in dieser Zeit konstant. Wandert das Strukturelement bei der Fertigung eines Konstantabschnittes in Richtung der Umformeinrichtung, so deutet dies auf eine zu geringe Steigung beim Umformen hin und kann entsprechend korrigiert werden. Umgekehrt kann ein Wandern des Strukturelementes von der Umformeinrichtung weg durch Verkleinerung der Steigung kompensiert werden.Preferably, a plurality of measurements are made during the generation of a constant portion of the coil spring. Under these conditions, an observed structural element should not change its position over a period of time. The setpoint used for the comparison step remains constant during this time. If the structural element migrates in the direction of the forming device during the production of a constant section, this indicates a too low pitch during forming and can be corrected accordingly. Conversely, migration of the structural element away from the forming device can be compensated by reducing the slope.

Bei manchen Verfahrensvarianten wird aus den lstwerten mehrerer aufeinanderfolgender Messungen nach einer vordefinierten Anzahl von Messungen, insbesondere nach jeder Messung, ein laufender Durchschnittswert für die Istwerte ermittelt. Aus diesem laufenden Durchschnittswert können aussagekräftige Informationen über die Wirksamkeit des Regeleingriffs abgeleitet werden. Vorzugsweise wird an einer Anzeigeeinheit der Federwindemaschine eine zeitliche Entwicklung des laufenden Durchschnittswerts angezeigt. Daran kann ein Bediener unmittelbar erkennen, ob die an der Bedieneinrichtung vorgenommenen Einstellungen für eine wirksame Regelung ausreichen, um am Ende eines Fertigungsschrittes eine Schraubenfeder gewünschter Gesamtlänge zu erhalten.In some method variants, a running average value for the actual values is determined from the actual values of a plurality of successive measurements after a predefined number of measurements, in particular after each measurement. From this running average can be meaningful information about the effectiveness der der Regeleingriffs derived. Preferably, a temporal development of the running average value is displayed on a display unit of the spring coiling machine. This allows an operator to immediately recognize whether the settings made on the operating device for effective control sufficient to obtain a coil spring of desired overall length at the end of a manufacturing step.

Es sind unterschiedliche Regelkonzepte bzw. Regelungsalgorithmen realisierbar. Bei manchen Varianten wird für jede ermittelte Positionsdifferenz ein gewichteter Differenzwert ermittelt und die Position des Werkzeugs wird auf Basis des gewichteten Differenzwerts verändert. Insbesondere kann ein zur Positionsdifferenz proportionaler gewichteter Differenzwert ermittelt werden, wobei vorzugsweise ein Proportionalitätsfaktor vom Bediener eingestellt und bei Bedarf verändert werden kann. Jede bei einer Messung festgestellte Abweichung vom Sollwert kann bei dieser Variante zu einem Regeleingriff führen, so dass auf Abweichungen schnell reagiert werden kann. Es ist auch möglich, die Position des Werkzeugs erst dann zu korrigieren, wenn die Positionsdifferenz oder ein daraus abgeleiteter gewichteter Differenzwert einen bestimmten Schwellwert überschreitet.Different control concepts or control algorithms can be implemented. In some variants, a weighted difference value is determined for each determined position difference, and the position of the tool is changed based on the weighted difference value. In particular, a weighted difference value proportional to the position difference can be determined, wherein preferably a proportionality factor can be set by the operator and changed if necessary. Any deviation from the setpoint determined during a measurement can lead to a control intervention in this variant, so that it is possible to respond quickly to deviations. It is also possible to correct the position of the tool only when the position difference or a weighted difference value derived therefrom exceeds a specific threshold value.

Um eine bleibende Regelabweichung zu vermeiden, wird vorzugsweise eine zeitliche Integration der Regelabweichungen nach Art eines I-Reglers durchgeführt, so dass insgesamt die Reglungscharakteristik eines Pl-Reglers realisiert sein kann.In order to avoid a permanent control deviation, a temporal integration of the control deviations is preferably carried out in the manner of an I-controller, so that overall the control characteristic of a PIL controller can be realized.

Im Rahmen des Verfahrens kann eine Messung der Position eines ausgewählten Strukturelementes auf unterschiedliche Weise ausgelöst werden. Beispielsweise kann ein Auslösesignal (Trigger) zur Auslösung einer Messung durch eine an entsprechender Stelle des NC-Steuerungsprogramms vorliegende Progammzeile ausgelöst werden.As part of the method, a measurement of the position of a selected structural element can be triggered in different ways. For example, a trigger signal (trigger) for triggering a measurement can be triggered by a program line present at the corresponding position of the NC control program.

Dadurch ist eine automatische Synchronisierung mit der Programmzeitfunktion sichergestellt. Typische Genauigkeiten bei der Festlegung des Messzeitpunktes liegen dann in der Größenordnung der Zykluszeit der Steuerung, die beispielsweise in der Größenordnung von einer oder wenigen Millisekunden liegen kann. Insbesondere bei Messungen während der Erzeugung eines Konstantabschnittes sind solche Genauigkeiten völlig ausreichend, da sich der zu vermessende Strukturabschnitt praktisch nicht bewegt. Bei anderen Verfahrensvarianten wird zur Festlegung des Messzeitpunktes ein vom NC-Steuerungsprogramm unabhängiger Zeitgeber verwendet, der zu einem Referenzzeitpunkt mit dem NC-Steuerungsprogramm synchronisiert wird. Ein solcher Zeitgeber kann beispielsweise durch eine zusätzliche Karte in der Steuerungseinheit realisiert werden. Dadurch können unabhängig von der Zykluszeit der Steuerung hohe Genauigkeiten bei der Festlegung des Messzeitpunktes erreicht werden. Bei manchen Varianten wird der Messzeitpunkt bezogen auf einen Referenzzeitpunkt der Programmzeitfunktion mit einer Genauigkeit von 100 Mikrosekunden oder weniger bestimmt. Hierdurch sind ausreichend präzise Messungen auch dann möglich, wenn im Bereich von Federabschnitten mit Steigungsänderung gemessen wird. ln solchen Fällen ergibt sich in der Regel eine zeitlich veränderliche, d.h. eine wandernde Sollposition, die dem Vergleichsschritt zugrunde zu legen ist. Daher ist es wichtig, den Messzeitpunkt möglichst genau zu erkennen, um auch mit ausreichender Genauigkeit die zum Messzeitpunkt gehörige Sollposition des beobachteten Strukturelementes ermitteln zu können.This ensures automatic synchronization with the program time function. Typical accuracies in the determination of the measuring time then lie in the order of magnitude of the cycle time of the control, which may be on the order of one or a few milliseconds, for example. In particular, in measurements during the generation of a constant section such accuracies are quite sufficient, since the structural section to be measured practically does not move. In other variants of the method, a timer independent of the NC control program is used to determine the measuring time, which is synchronized with the NC control program at a reference time. Such a timer can be realized for example by an additional card in the control unit. As a result, regardless of the cycle time of the controller, high accuracies can be achieved when determining the measuring time. In some variants, the measurement time relative to a reference time of the program time function is determined with an accuracy of 100 microseconds or less. As a result, sufficiently precise measurements are possible even when measured in the range of spring sections with slope change. In such cases, a time varying, i. a wandering target position that is to be used as a basis for the comparison step. Therefore, it is important to be able to recognize the measurement time as accurately as possible in order to be able to determine with sufficient accuracy the setpoint position of the observed structural element associated with the measurement time.

lnsbesondere bei der Messung von Federabschnitten mit Steigungsänderungen kann es auch vorteilhaft sein, wenn mehrere Messungen in unterschiedlichen Messbereichen vorgenommen und die Messergebnisse bei der Regelung berücksichtigt werden. Bei manchen Ausführungsformen wird zu einem ersten Messzeitpunkt eine erste Messung in einem ersten Messbereich durchgeführt, der in einem ersten Abstand von der Umformeinrichtung liegt, und in einem zeitlich danach liegenden zweiten Messpunkt wird eine zweite Messung in einem zum ersten Messbereich versetzten zweiten Messbereich durchgeführt, der in einem zweiten Abstand von der Umformeinrichtung liegt, der größer als der erste Abstand ist. Werden die Ergebnisse von zwei oder mehr zeitlich versetzten Messungen in räumlich versetzten Messbereichen gemeinsam verarbeitet, können präzise Aussagen über die zeitliche Entwicklung des Federwindeprozesses und über Tendenzen bei eventuellen Sollabweichungen getroffen werden. Dadurch kann eine noch präzisere Regelung des Federwindeprozesses sichergestellt werden.In particular, in the measurement of spring sections with changes in slope, it may also be advantageous if multiple measurements are made in different measuring ranges and the measurement results are taken into account in the scheme. In some embodiments, at a first measurement time, a first measurement is performed in a first measurement range that is at a first distance from the forming device is located, and in a chronologically subsequent second measuring point, a second measurement is performed in a second measuring range offset from the first measuring range, which lies at a second distance from the forming device, which is greater than the first distance. If the results of two or more staggered measurements are processed together in spatially offset measuring ranges, precise statements can be made about the temporal development of the spring coil process and tendencies in the event of possible deviations in the target. As a result, an even more precise control of the spring coil process can be ensured.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine numerisch gesteuerte Federwindemaschine, die besonders zur Durchführung des Verfahrens konfiguriert ist. Sie hat eine Zuführeinrichtung zum Zuführen von Draht zu einer Umformeinrichtung sowie eine Umformeinrichtung mit mindestens einem Windewerkzeug, welches im Wesentlichen den Durchmesser der Schraubenfeder an einer vorgebbaren Position bestimmt, sowie mindestens ein Steigungswerkzeug, dessen Eingriff an der sich entwickelnden Schraubenfeder die lokale Steigung der Schraubenfeder bestimmt.The invention also relates to a numerically controlled spring coiling machine, which is particularly configured for carrying out the method. It has a feed device for feeding wire to a forming device and a forming device with at least one wind tool, which essentially determines the diameter of the coil spring at a predeterminable position, and at least one pitch tool whose engagement with the developing helical spring determines the local pitch of the helical spring ,

Vorzugsweise hat die Federwindemaschine eine erste Kamera, die derart angeordnet ist, dass ein Messbereich im Bildfeld der Kamera einen Teil eines Federabschnitts mit endlichem Abstand von den Werkzeugen der Umformeinrichtung erfasst. Der Abstand des Messbereichs von der Umformeinrichtung ist vorzugsweise an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder derart angepasst, dass der Abstand zwischen 5% und 70%, insbesondere zwischen 10% und 50% der Gesamtlänge beträgt und/oder dass innerhalb des Abstandes eine oder mehrere Federwindungen liegen, beispielsweise mindestens zwei oder drei Federwindungen. Weiterhin kann eine zweite Kamera vorgesehen sein, die mit Abstand zur ersten Kamera derart positioniert ist, dass ein freier Federendabschnitt in einer Endphase der Herstellung der Schraubenfeder in den Erfassungsbereich der zweiten Kamera hineinläuft. Bei Verwendung einer Kamera mit ausreichend großem Erfassungsbereich kann eine einzige Kamera ausreichen, um den mit endlichem Abstand von den Werkzeugen der Umformeinrichtung liegenden Messbereich und den Messbereich zur Erfassung des Endabschnitts abzudecken.The spring winding machine preferably has a first camera which is arranged such that a measuring area in the field of view of the camera detects a part of a spring section with a finite distance from the tools of the shaping device. The distance of the measuring range from the forming device is preferably adapted to the total length of the finished coil spring such that the distance between 5% and 70%, in particular between 10% and 50% of the total length and / or that within the distance one or more spring coils , For example, at least two or three spring coils. Furthermore, a second camera may be provided which is positioned at a distance from the first camera such that a free spring end section in an end phase of the production of the coil spring in the Detection area of the second camera runs into it. When using a camera with a sufficiently large detection range, a single camera may be sufficient to cover the measuring range at finite distance from the tooling tools and the measuring range for detecting the end portion.

Bei manchen modernen CNC-Federwindemaschinen, die bereits ein geeignetes Messsystem mit Kamera haben, kann die Erfindung mit bereits vorhandenen konstruktiven Voraussetzungen umgesetzt werden. Die Fähigkeit zur Ausführung von Ausführungsformen der Erfindung kann in Form zusätzlicher Programmteile oder Programmmodule bzw. in Form einer Programmänderung in die Steuerungssoftware von computergestützten Steuereinrichtungen implementiert werden.In some modern CNC spring-winding machines, which already have a suitable measuring system with camera, the invention can be implemented with existing structural requirements. The ability to carry out embodiments of the invention may be implemented in the form of additional program parts or program modules, or in the form of a program change in the control software of computerized control devices.

Daher betrifft ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß der Erfindung bzw. einer bevorzugten Ausführungsform hiervon durchführt.Therefore, another aspect of the present invention relates to a computer program product stored on a computer readable medium or implemented as a signal, wherein the computer program product, when loaded into the memory of a suitable computer and executed by a computer, causes the computer to perform a method according to the invention or a preferred embodiment thereof.

Diese und weitere Merkmale gehen außer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführungsform der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können.These and other features will become apparent from the claims but also from the description and drawings, wherein the individual features each alone or more in the form of sub-combinations in an embodiment of the invention and in other fields be realized and advantageous and protectable Can represent versions.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

  • Fig. 1 zeigt eine schematische Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform einer Federwindemaschine mit Teilen der Zuführeinrichtung und der Umformeinrichtung, Fig. 1 shows a schematic overview of an embodiment of a spring coiling machine with parts of the feeder and the forming device,
  • Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung Anbaugruppen für die in Fig. 1 gezeigte Federwindemaschine, inklusive zweier Kameras eines kamerabasierten, optischen Messsystems zur berührungslosen Echtzeiterfassung von Daten über die Geometrie einer aktuell hergestellten Feder, und einer Federführungseinrichtung; Fig. 2 shows in perspective view of assembly groups for in Fig. 1 shown spring coiling machine, including two cameras of a camera-based optical measuring system for contactless real-time data acquisition on the geometry of a spring currently produced, and a spring guide device;
  • Fig. 3 zeigt einen von der Umformeinrichtung erzeugten Federabschnitt der aktuell erzeugten Feder aus einer Blickrichtung parallel zur Richtung des Drahtvorschubs bzw. parallel zur optischen Achse der Kameraoptik der ersten Kamera, wobei ein Windungsabschnitt der Feder in einem innerhalb des Bildfeldes der Kamera liegenden Messbereich liegt; Fig. 3 shows a spring section of the spring currently generated by the forming device from a viewing direction parallel to the direction of the wire feed or parallel to the optical axis of the camera optics of the first camera, wherein a winding portion of the spring lies in a lying within the image field of the camera measuring range;
  • Fig. 4 zeigt Diagramme der zeitlichen Entwicklung des laufenden Durchschnittswerts für die bei eine Serie einzelner Messungen ermittelten lstwerte während der Fertigung einer Feder, wobei in 4A die zeitliche Entwicklung ohne Regelung und in 4B die zeitliche Entwicklung mit aktiver Regelung gezeigt ist; Fig. 4 FIG. 4 shows plots of the time evolution of the running average value for the actual values determined during a series of individual measurements during the manufacture of a spring, FIG. 4A showing the time development without regulation and FIG. 4B the time development with active regulation;
  • Fig. 5 zeigt Histogramme und Diagramme der Streuung von lstwerten bei einer Serie einzelner Messungen während der Fertigung einer Feder, wobei in 4A die Istwerte ohne Regelung und in 4B die mit aktiver Regelung erhaltenen Istwerte gezeigt sind; Fig. 5 shows histograms and diagrams of the dispersion of actual values in a series of individual measurements during the manufacture of a spring, the actual values without regulation being shown in FIG. 4A and the actual values obtained with active regulation in FIG. 4B;
  • Fig. 6 zeigt ein rechteckförmiges Bildfeld der ersten Kamera, wobei im Bildfeld ein Abschnitt einer zu vermessenden Feder und das Bild eines maschinenfest montierten Referenzelementes erkennbar sind. Fig. 6 shows a rectangular image field of the first camera, wherein in the image field, a portion of a spring to be measured and the image of a machine-mounted reference element can be seen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Die schematische Übersichtsdarstellung in Fig. 1 zeigt wesentliche Elemente einer CNC-Federwindemaschine 100 gemäß einer an sich bekannten Konstruktion. Die Federwindemaschine 100 hat eine mit Zuführrollen 112 ausgestattete Zuführeinrichtung 110, die aufeinanderfolgende Drahtabschnitte eines von einem Drahtvorrat kommenden und durch eine Richteinheit geführten Drahtes 115 mit numerisch gesteuertem Vorschubgeschwindigkeitsprofil in den Bereich einer Umformeinrichtung 120 zuführt. Der Draht wird mit Hilfe von numerisch gesteuerten Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt. Zu den Werkzeugen gehören zwei um 90° winkelversetzt angeordnete Windestifte 122, 124, die in Radialrichtung zur Mittelachse 118 (entspricht der Lage der gewünschten Federachse) ausgerichtet sind und dafür vorgesehen sind, den Durchmesser der Schraubenfeder zu bestimmen. Die Position der Windestifte kann zur Grundeinstellung für den Federdurchmesser beim Einrichten entlang der strichpunktiert gezeigten Verfahrlinien sowie in horizontaler Richtung (parallel zur Vorschubrichtung des Einzugs 112) verändert werden, um die Maschine für unterschiedliche Federdurchmesser einzurichten. Diese Bewegungen können auch mit Hilfe geeigneter elektrischer Antriebe unter Kontrolle der numerischen Steuerung vorgenommen werden.The schematic overview in FIG Fig. 1 shows essential elements of a CNC coil winding machine 100 according to a per se known construction. The spring coiling machine 100 has a feeding device 110 equipped with feeding rollers 112, which feeds successive wire sections of a wire feed wire 115, which is guided by a straightening unit, into the area of a forming device 120 with a numerically controlled feed rate profile. The wire is converted into a helical spring by means of numerically controlled tools of the forming device. The tools include two angularly offset wind pins 122, 124 that are radially aligned with the central axis 118 (corresponding to the location of the desired spring axis) and are designed to determine the diameter of the coil spring. The position of the wind pins can be changed to the basic setting for the spring diameter when setting along the lines shown in phantom and in the horizontal direction (parallel to the feed direction of the feeder 112) to set up the machine for different spring diameters. These movements can also be carried out with the aid of suitable electric drives under the control of the numerical control.

Ein Steigungswerkzeug 130 hat eine im Wesentlichen senkrecht zur Federachse ausgerichtete Spitze, die neben den Windungen der sich entwickelnden Feder eingreift. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe eines numerisch gesteuerten Verstellantriebs der entsprechenden Maschinenachse parallel zur Achse 118 der sich entwickelnden Feder (d.h. senkrecht zur Zeichnungsebene) verfahrbar. Der bei der Federherstellung vorgeschobene Draht wird vom Steigungswerkzeug entsprechend der Position des Steigungswerkzeugs in Richtung parallel zur Federachse abgedrängt, wobei durch die Position des Steigungswerkzeuges die lokale Steigung der Feder im entsprechenden Abschnitt bestimmt wird. Steigungsänderungen werden durch achsparalleles Verfahren des Steigungswerkzeugs während der Federherstellung bewirkt.A pitch tool 130 has a tip oriented substantially perpendicular to the spring axis which engages the turns of the developing spring. The pitch tool is moved by means of a numerically controlled adjustment of the corresponding machine axis parallel to the axis 118 of the developing spring (ie perpendicular to the plane of the drawing). The advanced in the manufacture of spring wire is from the pitch tool according to the Displaced position of the pitch tool in the direction parallel to the spring axis, wherein the position of the pitch tool, the local slope of the spring is determined in the corresponding section. Gradient changes are effected by axis-parallel process of the pitch tool during spring production.

Die Umformeinrichtung hat ein weiteres, von unten vertikal zustellbares Steigungswerkzeug 140 mit einer keilförmigen Werkzeugspitze, die bei Einsatz dieses Steigungswerkzeuges zwischen benachbarte Windungen eingeführt wird. Die Verstellbewegungen dieses Steigungswerkzeuges verlaufen senkrecht zur Achse 118. Dieses Steigungswerkzeug ist beim gezeigten Herstellungsverfahren nicht im Eingriff.The forming device has another, vertically downwardly deliverable incline tool 140 with a wedge-shaped tool tip, which is introduced when using this pitch tool between adjacent turns. The adjustment movements of this pitch tool are perpendicular to the axis 118. This pitch tool is not engaged in the manufacturing process shown.

Oberhalb der Federachse ist ein numerisch steuerbares Trennwerkzeug 150 angebracht, das nach Abschluss der Umformoperationen die hergestellte Schraubenfeder mit einer vertikalen Arbeitsbewegung vom zugeführten Drahtvorrat abtrennt. In Fig. 1 ist der zugeführte Draht in einer Situation unmittelbar nach Abtrennen der vorher fertig gestellten Schraubenfeder gezeigt. ln dieser Stellung hat der Draht bereits eine halbe Windung gebildet und das Drahtende, das den Federanfang bildet, befindet sich 0,3 Windungen vor der Position des Steigungswerkzeugs 130.Above the spring axis, a numerically controllable cutting tool 150 is mounted, which separates the manufactured coil spring with a vertical working movement of the supplied wire supply after completion of the forming operations. In Fig. 1 the supplied wire is shown in a situation immediately after separation of the previously completed coil spring. In this position, the wire has already formed half a turn and the wire end forming the spring beginning is located 0.3 turns before the position of the pitch tool 130.

Die zu den Werkzeugen gehörenden Maschinenachsen der CNC-Maschine werden durch eine computernumerische Steuereinrichtung 180 gesteuert, die Speichereinrichtungen hat, in denen die Steuerungssoftware residiert, zu der u.a. ein NC-Steuerprogramm für die Arbeitsbewegungen der Maschinenachsen gehört.The machine axes of the CNC machine belonging to the tools are controlled by a computer numerical control device 180, which has memory devices in which the control software resides, to which i.a. an NC control program for the working movements of the machine axes heard.

Zur Fertigung einer Schraubenfeder wird der Draht ausgehend von der gezeigten "Feder-Fertig-Position" mit Hilfe der Zuführeinrichtung 110 in Richtung der Windestifte 122, 124 vorgeschoben und durch die Windestifte auf den gewünschten Durchmesser unter Ausbildung einer kreisbogenförmigen Krümmung umgelenkt, bis das freie Drahtende das Steigungswerkzeug 130 erreicht. Bei weiterem Drahtvorschub bestimmt die axiale Position des Steigungswerkzeuges die aktuelle lokale Steigung der sich entwickelnden Schraubenfeder. Das Steigungswerkzeug wird unter der Kontrolle des NC-Steuerprogramms axial verschoben, wenn während der Federentwicklung die Steigung geändert werden soll. Die Stellbewegungen des Steigungswerkzeuges legen im Wesentlichen den Steigungsverlauf entlang der Schraubenfeder fest.To produce a helical spring, the wire is advanced from the "spring-finished position" shown by means of the feeder 110 in the direction of the wind pins 122, 124 and through the wind pins deflected to the desired diameter to form a circular arc-shaped curvature until the free wire end reaches the pitch tool 130. Upon further wire feed, the axial position of the pitch tool determines the current local pitch of the developing coil spring. The pitch tool is axially displaced under control of the NC control program when the slope is to be changed during spring development. The adjusting movements of the pitch tool essentially determine the gradient along the helical spring.

Bei der Einrichtung der Federwindemaschine werden die Umformwerkzeuge in ihre jeweiligen Grundstellungen gebracht. Außerdem wird das NC-Steuerprogramm erstellt oder geladen, welches die Stellbewegungen der Werkzeuge während des Fertigungsprozesses steuert. Die Geometrieeingabe wird bei der Federwindemaschine durch einen Bediener an der Anzeige- und Bedieneinheit 170 vorgenommen, welche an die Steuereinrichtung 180 angeschlossen ist.When setting up the spring coiling machine, the forming tools are brought into their respective basic positions. In addition, the NC control program is created or loaded, which controls the positioning movements of the tools during the manufacturing process. The geometry input is made in the spring coiling machine by an operator on the display and control unit 170, which is connected to the control device 180.

Anhand Fig. 2 werden nun einige Anbaugruppen für die in Fig. 1 gezeigte Federwindemaschine erläutert, welche für die Umsetzung des Verfahrens vorteilhaft sind. Die aus Fig. 1 bereits bekannten Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 gekennzeichnet. Fig. 2 zeigt die Federwindemaschine während der Herstellung einer relativ langen, zylindrischen Schraubenfeder 200, von der zu dem in der Abbildung gezeigten Zeitpunkt etwa zwanzig Windungen bereits hergestellt sind. Es handelt sich um eine lange Feder mit einem Verhältnis UD zwischen Gesamtlänge L der fertig gestellten Feder und Durchmesser D der Feder von mehr als zehn. Um sicherzustellen, dass die mit zunehmendem Drahtvorschub immer länger werdende Feder gerade bleibt und sich nicht mit ihrem freien Ende nach unten durchbiegt, ist eine Federführungseinrichtung 210 vorgesehen. Die Federführungseinrichtung hat ein mit horizontaler Längsachse am Gestell der Federwindemaschine befestigtes Winkelblech 212 mit V-förmigem Profil. Die nach unten zusammenlaufenden, ebenen Schrägflächen des Winkelblechs stützen die Feder nach unten und seitlich ab, so dass die Längsachse (Zentralachse) der sich entwickelnden Feder koaxial zur Mittelachse 118 der sich entwickelnden Feder verläuft. Das Winkelblech ist mittels einer nicht gezeigten Haltereinrichtung am Maschinengestellt befestigt und in seiner Höhe sowie in seitlicher Richtung verstellbar, um für Federn unterschiedlicher Durchmesser die gewünschte, zur Mittelachse 118 der Feder koaxiale Führung zu ermöglichen. Das Winkelblech kann nach Abschluss der Fertigung einer Feder automatisch mittels eines hydraulischen Schwenkantriebs nach unten geschwenkt werden, damit die fertige Feder in einen Sammelbehälter rutschen kann.Based Fig. 2 Now some mounting assemblies for the in Fig. 1 shown spring coiling machine, which are advantageous for the implementation of the method. From Fig. 1 already known elements are denoted by the same reference numerals as in FIG Fig. 1 characterized. Fig. 2 shows the spring coiling machine during the production of a relatively long, cylindrical coil spring 200, of which about twenty turns are already made to the time shown in the figure. It is a long spring with a ratio UD between total length L of the finished spring and diameter D of the spring of more than ten. To ensure that the increasing with increasing wire feed spring remains straight and does not bend with its free end down, a spring guide device 210 is provided. The spring guide device has a fastened with a horizontal longitudinal axis on the frame of the spring coiling machine Angle plate 212 with V-shaped profile. The downwardly converging, planar inclined surfaces of the angle plate support the spring downwardly and laterally so that the longitudinal axis (central axis) of the developing spring is coaxial with the central axis 118 of the developing spring. The angle plate is fastened by means of a holding device, not shown on the machine position and adjustable in height and in the lateral direction to allow for springs of different diameters the desired, to the central axis 118 of the spring coaxial guide. The angle plate can be pivoted after completion of the production of a spring automatically by means of a hydraulic rotary actuator down, so that the finished spring can slide into a sump.

Das der Umformeinrichtung zugewandte Ende des Winkelblechs befindet sich in einem lichten Abstand einiger Zentimeter von der Umformeinrichtung entfernt, so dass zwischen den Werkzeugen der Umformeinrichtung und dem maschinenseitigen Beginn des Winkelblechs ein frei schwebender Federabschnitt 202 verbleibt. Die Länge des Winkelblechs ist so an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder angepasst, dass der zuerst gefertigte Federendabschnitt in der Endphase der Fertigung frei über das maschinenferne Ende des Winkelblechs hinausragt. Der maschinennahe, frei schwebende Federabschnitt 202 und der maschinenferne Federendabschnitt 204 werden dadurch für eine optische Messung mit Beobachtungsrichtung senkrecht zur Längsachse der Schraubenfeder zugänglich.The forming device facing the end of the angle plate is located at a distance of a few inches from the forming, so that between the tools of the forming device and the machine-side beginning of the angle plate a free-floating spring portion 202 remains. The length of the angle plate is adapted to the total length of the finished coil spring, that the first manufactured Federendabschnitt protrudes freely beyond the machine-distal end of the angle plate in the final phase of production. The machine-near, free-floating spring section 202 and the machine-distal spring end section 204 are thereby accessible for an optical measurement with an observation direction perpendicular to the longitudinal axis of the helical spring.

Die Federwindemaschine ist mit einem kamerabasierten, optischen Messsystem zur berührungslosen Echtzeiterfassung von Daten über die Geometrie einer aktuell hergestellten Feder ausgestattet. Das Messsystem hat zwei identische CCD-Videokameras 250, 260, die im Beispielsfall bei einer Auflösung von 1024 x 768 Pixeln (Bildelementen) bis zu 100 Bilder pro Sekunde (frames per second) über eine Schnittstelle an ein angeschlossenes Bildverarbeitungssystem liefern können. Die Bilderfassung der Einzelbilder wird jeweils über Auslösesignale (Trigger) der Steuerung ausgelöst. Dadurch werden die Messzeitpunkte festgelegt. Die Software für die Bildverarbeitung ist in einem Programmmodul untergebracht, welches mit der Steuereinrichtung 180 der Federwindemaschine zusammenarbeitet bzw. in diese integriert ist.The spring coiling machine is equipped with a camera-based optical measuring system for the non-contact, real-time acquisition of data on the geometry of a currently manufactured spring. The measuring system has two identical CCD video cameras 250, 260, which in the exemplary case at a resolution of 1024 x 768 pixels (pixels) up to 100 frames per second via an interface to can deliver a connected image processing system. The image acquisition of the individual images is triggered in each case via trigger signals (trigger) of the controller. This determines the measurement times. The software for image processing is housed in a program module, which cooperates with the control device 180 of the spring coiling machine or is integrated in this.

Beide Kameras sind auf einer verwindungssteifen Trägerschiene 255 befestigt, die seitlich neben der Federführungseinrichtung im Bereich der Führungsrollen der Zuführeinrichtung am Maschinengestell der Federwindemaschine so befestigt ist, dass die Längsachse der Trägerschiene parallel zur Maschinenachse 118 verläuft. Die Messkameras sind auf der Trägerschiene längsverschieblich und an beliebig wählbaren Längspositionen fixierbar.Both cameras are mounted on a torsion-resistant support rail 255, which is laterally mounted next to the spring guide device in the region of the guide rollers of the feeder on the machine frame of the spring coiling machine so that the longitudinal axis of the support rail is parallel to the machine axis 118. The measuring cameras are longitudinally displaceable on the carrier rail and can be fixed to arbitrarily selectable longitudinal positions.

Die maschinennahe erste Kamera 250 ist so angebracht, dass ihr rechteckiges Bildfeld 252 (Bildererfassungsbereich) einen Teil des frei schwebenden Federabschnitts 202 mit Abstand von den umformenden Werkzeugen erfasst (vergleiche Fig. 3). Die optische Achse der Kameraoptik ist im Beispielsfall etwa auf Höhe der Mittelachse der Schraubenfeder (d.h. auf Höhe der Achse 118) angeordnet und verläuft senkrecht zu dieser Achse. Innerhalb des rechteckigen Bildfeldes 252 ist ein kleinerer rechteckförmiger Messbereich 254 erkennbar, durch welchen schräg von links oben nach rechts unten ein der Kamera zugewandter Windungsabschnitt der Feder verläuft. Das Bild dieses (bei der Federherstellung in Längsrichtung des Drahtes bewegten) Windungsabschnitts bzw. seine maschinenferne Kontur dient als Strukturelement für die Längenmessung.The machine-proximate first camera 250 is mounted so that its rectangular image field 252 (image capture area) captures a portion of the free-floating spring portion 202 away from the transforming tools (see FIG Fig. 3 ). The optical axis of the camera optics is in the example, approximately at the height of the central axis of the coil spring (ie at the height of the axis 118) arranged and perpendicular to this axis. Within the rectangular image field 252, a smaller rectangular measuring range 254 can be seen, through which a winding section of the spring facing the camera extends obliquely from top left to bottom right. The image of this (in the spring production in the longitudinal direction of the wire moving) Windungsabschnitts or its off-machine contour serves as a structural element for the length measurement.

Die zweite Kamera 260 ist für die Erfassung des freien Federendes 204 bestimmt und daher so auf der Trägerschiene positioniert, dass das freie Federende in der Endphase der Herstellung der Schraubenfeder in den Erfassungsbereich der zweiten Kamera hineinläuft.The second camera 260 is intended for the detection of the free spring end 204 and therefore positioned on the support rail that the free Spring end runs in the final phase of the production of the coil spring into the detection range of the second camera.

Diametral gegenüber den Kameras ist auf Höhe der Achse 118 eine Beleuchtungseinrichtung angebracht, die zu den von der Steuerung vorgegebenen Messzeitpunkten als Reaktion auf Auslösesignale (Trigger) der Steuerung blitzartig aufleuchtet und eine Messung im Durchlicht ermöglicht. Auf der Seite der Kameras kann eine Auflicht-Beleuchtungseinrichtung vorgesehen sein, um die Sichtbarkeit interessierender Details der Feder für die Messung zu verbessern.Diametrically opposite the cameras, a lighting device is mounted at the level of the axis 118, which flashes at the measurement times predetermined by the control in response to trigger signals (trigger) of the control and enables measurement in transmitted light. On the side of the cameras, a reflected-light illumination device may be provided in order to improve the visibility of interesting details of the spring for the measurement.

Fig. 3 zeigt die in Fig. 2 dargstellte Situation aus einer Blickrichtung parallel zur Richtung des Drahtvorschubs (C-Achse der Federwindemaschine) bzw. parallel zur optischen Achse der Kameraoptik der ersten Kamera. Links ist ein Schnitt durch den Draht 115 erkennbar, der in Vorschubrichtung (senkrecht zur Zeichnungsebene) auf eine gekrümmte Schrägfläche des unteren Windewerkzeugs 124 vorgeschoben wird. Durch das Windewerkzeug wird der Draht nach oben auf eine kreisförmig gekrümmte Bahn in Richtung des oberen Windewerkzeugs gedrängt und dabei bleibend umgeformt. Oberhalb des Windewerkzeugs ist die Spitze des Steigungswerkzeuges 130 zu erkennen, die mit einer seitlichen Arbeitsfläche an der sich entwickelnden Windung anliegt. Das Steigungswerkzeug ist mit Hilfe der zugeordneten Maschinenachse NCgesteuert parallel zur Federachse 118 (in Pfeilrichtung) verschiebbar, so dass die lokale Steigung der Feder am Ort der Umformung durch die Stellung des Steigungswerkzeuges bestimmt wird. Fig. 3 shows the in Fig. 2 dargstellte situation from a line of sight parallel to the direction of the wire feed (C-axis of the spring coiling machine) or parallel to the optical axis of the camera optics of the first camera. On the left is a section through the wire 115 recognizable, which is advanced in the feed direction (perpendicular to the plane of the drawing) on a curved inclined surface of the lower wind tool 124. By the wind tool, the wire is urged upward on a circular curved path in the direction of the upper wind tool and thereby reshaping permanently. Above the wind tool, the tip of the pitch tool 130 can be seen, which bears against the developing winding with a side working surface. The pitch tool can be displaced parallel to the spring axis 118 by means of the associated machine axis (in the direction of the arrow) so that the local pitch of the spring at the location of the forming is determined by the position of the pitch tool.

In Fig. 3 ist eine Situation in der Anfangsphase der Fertigung einer zylindrischen Schraubenfeder 200 gezeigt, die einen bereits erzeugten endseitigen Anlageabschnitt 206 mit kontinuierlich zunehmender Steigung, einen darauf folgenden Konstantabschnitt 208 mit konstanter Steigung und einen zum gezeigten Zeitpunkt noch nicht gefertigten gegenüberliegenden Anlageabschnitt mit abnehmender Steigung hat. Zum dargestellten Zeitpunkt ist die Fertigung bereits so weit vorangeschritten, dass das freie Federende mit dem Anlageabschnitt den Messbereich 254 passiert und bereits das Winkelblech der Federführungseinrichtung erreicht hat und somit der frei schwebende Federabschnitt 202 mit konstanter Steigung stabil koaxial zur Achse 118 liegt.In Fig. 3 Fig. 12 is a situation in the initial stage of manufacturing a cylindrical coil spring 200, which includes an already-formed end-side abutment portion 206 of continuously increasing pitch, a constant-pitch constant portion 208 thereafter, and an opposite unillustrated one at the time shown Anlageabschnitt with decreasing slope has. At the time shown, the production has already progressed so far that the free spring end with the contact section passes the measuring range 254 and has already reached the angle plate of the spring guide device and thus the free-floating spring portion 202 with a constant pitch is stable coaxial with the axis 118.

Die erste Kamera 250 ist so ausgerichtet, dass der Messbereich 254 in Längsrichtung der Schraubenfeder betrachtet, einen relativ großen Abstand 210 von den Werkzeugen 122, 130 der Umformeinrichtung hat. Im Beispielsfall liegen in diesem Abstand etwa vier Windungen der Schraubenfeder. Der Abstand beträgt im Beispielsfall zwischen ca. 10% und ca. 20% der Gesamtlänge der fertig gestellten Feder, insbesondere bei kurzen Federn kann er z.B. auch bis zu 30% oder 40% oder 50% der Gesamtlänge betragen.The first camera 250 is oriented so that the measuring area 254 viewed in the longitudinal direction of the coil spring has a relatively large distance 210 from the tools 122, 130 of the forming device. In the example, about four turns of the coil spring are at this distance. The distance in the example case is between about 10% and about 20% of the total length of the finished spring, in particular for short springs it can e.g. up to 30% or 40% or 50% of the total length.

Bei der Serienfertigung von Schraubenfedern mit Hilfe dieser Federwindemaschine kann wie folgt vorgegangen werden. Zunächst wird die gewünschte Soll-Geometrie der Schraubenfeder an der Anzeige- und Bedieneinheit 170 eingegeben oder es werden, beispielsweise durch Eingabe einer ldentifizierungsnummer, entsprechende bereits vorliegende Geometriedaten aus einem Speicher der Federwindemaschine geladen. Auf Grundlage der Geometriedaten errechnet ein sogenannter NC-Generator ein NC-Steuerprogramm, dessen einzelne NC-Sätze und deren Abfolge bei der nachfolgenden Fertigung die koordinierten Arbeitsbewegungen der Einrichtungen und Werkzeuge der Federwindemaschine steuern.In the series production of coil springs using this spring coiling machine can proceed as follows. First, the desired desired geometry of the coil spring is input to the display and control unit 170 or, for example, by entering an identification number, corresponding existing geometric data is loaded from a memory of the spring coiling machine. Based on the geometry data, a so-called NC generator calculates an NC control program whose individual NC blocks and their sequence during the subsequent production control the coordinated working movements of the devices and tools of the spring coiling machine.

Nachdem die Werkzeuge der Umformeinrichtung eingereichtet sind, wird in einem ersten Referenz-Fertigungsvorgang eine erste Schraubenfeder gefertigt, ohne dass die mit dem Messsystem aufgebaute Regelung aktiviert ist. Die erste Kamera 250 erfasst dabei mit ihrem Messbereich 254 ein ausgewähltes Strukturelement der Feder, im Beispielsfall den schräg von links oben nach rechts unten durch den Messbereich verlaufenden Windungsabschnitt. Dieser erscheint im Kamerabild dunkel und hebt sich unter Bildung einer geradlinigen Hell/Dunkel-Kontur klar vom hellen Hintergrund ab. Zur Verbesserung der Erkennbarkeit der Konturen kann die Schraubenfeder im Bereich des Messbereiches von der Seite der Kamera und/oder im Inneren beleuchtet werden. Die im Bildfeld erscheinende maschinenferne Begrenzung bzw. der Rand dieses Windungsabschnitts wird zur Bestimmung der Ist-Position des Strukturelementes genutzt. Dabei können beispielsweise durch das Bildverarbeitungssystem die Koordinaten des oberen Schnittpunkts 256-1 und des unteren Schnittpunkts 256-2 des Hell/Dunkel-Übergangs mit der oberen bzw. unteren Begrenzung des Messbereichs bestimmt und die Koordinaten des dazwischenliegenden geradlinigen Bereichs durch Interpolation ermittelt werden. Für einen mittig zwischen dem oberen und dem unteren Schnittpunkt liegenden Messpunkt 270 wird dann mit Hilfe eines "Abstandswerkzeugs" der Bildverarbeitungssoftware der achsparallele Abstand zu einem maschinenfesten Referenzpunkt bestimmt, um einen ersten lstwert für die Position des Strukturelementes zu erhalten. lm Beispielsfall von Fig. 3 dient die maschinennahe (linke) geradlinige Begrenzung des Bildfeldes 252 als virtuelles Referenzelement bzw. als "fester Anschlag" für die Messung. Der achsparallel (zur Achse 118) gemessene Abstand zwischen dem Messpunkt 270 am ausgewählten Strukturelement und dem Referenzelement wird dann von der Steuerung als erster Sollwert für die weitere Fertigung übernommen.After the tools of the forming device have been filed, a first helical spring is manufactured in a first reference manufacturing process, without the control built up with the measuring system being activated. The first camera 250 captures with its measuring range 254 a selected structural element of the spring, in the example, the obliquely from top left to bottom right through the measuring range extending winding section. This appears dark in the camera image and clearly stands out from the bright background, forming a straightforward light / dark contour. To improve the visibility of the contours, the coil spring can be illuminated in the region of the measuring range from the side of the camera and / or inside. The machine-remote boundary appearing in the image field or the edge of this winding section is used to determine the actual position of the structural element. In this case, for example, the coordinates of the upper intersection point 256-1 and the lower intersection point 256-2 of the light / dark transition with the upper or lower boundary of the measuring area can be determined by the image processing system and the coordinates of the intermediate linear area can be determined by interpolation. For a measuring point 270 located centrally between the upper and the lower intersection point, the axis-parallel distance to a machine-fixed reference point is then determined with the aid of a "distance tool" of the image processing software in order to obtain a first actual value for the position of the structural element. In the example of Fig. 3 the machine-near (left) rectilinear boundary of the image field 252 serves as a virtual reference element or as a "fixed stop" for the measurement. The distance measured parallel to the axis (relative to the axis 118) between the measuring point 270 on the selected structural element and the reference element is then adopted by the control as the first setpoint value for the further production.

Danach wird die Gesamtlänge der fertigen Feder unabhängig gemessen. Wenn diese Gesamtlänge innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt, wird davon ausgegangen, dass der gemessene erste Sollwert als Startwert für die folgende Serienfertigung genommen werden kann. Liegt die Gesamtlänge dagegen außerhalb der Toleranz, so werden Einstellungen für den Fertigungsprozess verändert, um bei einer nachfolgenden Feder eine entsprechende weitere Referenzmessung durchführen zu können. Diese einzelnen Referenzmessungen werden schrittweise so lange wiederholt, bis eine gefertigte Feder sehr gut innerhalb der Fertigungstoleranz für die Gesamtlänge der Schraubenfeder liegt. Der bei der Fertigung dieser "guten" Feder ermittelte Sollwert für das Strukturelement wird dann für die Serienfertigung übernommen.Thereafter, the total length of the finished spring is measured independently. If this total length is within the specified tolerance, it is assumed that the measured first setpoint can be taken as the starting value for the following series production. On the other hand, if the total length is outside the tolerance, then settings for the production process are changed to a subsequent one Spring to be able to perform a corresponding further reference measurement. These individual reference measurements are repeated stepwise until a manufactured spring is well within the manufacturing tolerance for the overall length of the coil spring. The target value for the structural element determined in the production of this "good" spring is then adopted for series production.

Hierbei ist im Beispielsfall zu beachten, dass die Bestimmung des Sollwertes zu einem Zeitpunkt erfolgt, wenn sich bereits der Konstantabschnitt 208 der Feder im Messbereich 254 befindet. Unter diesen Bedingungen ist dann der Absolutwert des Sollmaßes über ein längeres Zeitintervall konstant, so dass sich idealer Weise am Erscheinungsbild der von der Kamera erfassten Projektion der sich entwickelnden Feder nichts ändert, solange Windungen des Konstantabschnittes durch den Erfassungsbereich der Kamera bewegt werden.It should be noted in the example case that the determination of the desired value takes place at a time when the constant portion 208 of the spring is already in the measuring range 254. Under these conditions, the absolute value of the nominal dimension is then constant over a longer time interval, so that ideally nothing changes in the appearance of the projection of the developing spring detected by the camera, as long as turns of the constant portion are moved through the detection range of the camera.

Danach kann die Regelung eingestellt und für die Fertigung nachfolgender Federn einer Serie aktiviert werden. Dabei beginnt eine Messung zweckmäßig erst dann, wenn ein gegebenenfalls vorhandener Anlagebereich mit wechselnder Steigung durch den Messbereich hindurch gewandert ist und der Messbereich sich im konstanten Teil der Feder befindet. Danach beginnt der Regelzyklus mit einer ersten Messung des lstabstandes des ausgewählten Strukturabschnitts zum definierten Referenzelement (Kante des Bildfeldes). Die ermittelte Istposition bzw. der ermittelte lstabstand wird dann durch eine Auswertesoftware mit der vorher ermittelten Sollposition bzw. dem Sollabstand des Strukturelementes für den Messzeitpunkt verglichen. Dieser rechnerische Vergleich erzeugt einen Wert für eine aktuelle Positionsdifferenz, die die Differenz der Istposition zur Sollposition zum Messzeitpunkt repräsentiert. Beim folgenden Beispiel sind die Zahlenangaben aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils ohne Dimension angegeben, die Dimension ist z.B. Millimeter.Thereafter, the control can be adjusted and activated for the production of subsequent springs of a series. In this case, a measurement expediently begins only when an optionally existing contact area with varying pitch has traveled through the measuring area and the measuring area is located in the constant part of the spring. Thereafter, the control cycle begins with a first measurement of the distance of the selected structural section to the defined reference element (edge of the image field). The determined actual position or the determined distance is then compared by an evaluation software with the previously determined desired position or the nominal distance of the structural element for the measurement time. This computational comparison generates a value for a current position difference, which represents the difference between the actual position and the setpoint position at the time of measurement. In the following example, the figures are given for reasons of clarity without dimension, the dimension is eg millimeters.

Liegt der Sollwert beispielsweise bei 10,5 und der Istwert bei 10,7, so ergibt sich eine Positionsdifferenz von -0,2. Aus dieser Positionsdifferenz wird ein gewichteter Differenzwert ermittelt. Hierzu wird im Beispielsfall ein vom Bediener einstellbarer Gewichtungsparameter mit der Bezeichnung "Regelschritt" genutzt, der in Prozent definiert ist und der auf die ermittelte Positionsdifferenz angewandt wird. Wird beispielsweise ein Regelschritt von 50% eingestellt, so ergibt sich bei einer Positionsdifferenz von -0,2 ein gewichteter Differenzwert von -0,1. Dieser nach der Gewichtung verbleibende Wert wird nun zu einem Korrekturwert addiert, um einen neuen (modifizierten) Korrekturwert zu erhalten. Der Korrekturwert kann zunächst beispielsweise auf den Wert 0 (null) gesetzt sein und wird dann während der Regelung schrittweise verändert. Im Beispielsfall (Korrekturwert zunächst 0) wird gemäß der Rechenbeziehung 0 + (-0,1) = (-0,1) ein neuer Korrekturwert errechnet, der dann zur Steuerung der Federwindemaschine als Korrektur geschickt wird.For example, if the setpoint is 10.5 and the actual value is 10.7, the result is a position difference of -0.2. From this position difference, a weighted difference value is determined. For this purpose, in the example, an operator-adjustable weighting parameter called "control step" is used, which is defined in percent and which is applied to the determined position difference. If, for example, a control step of 50% is set, the result for a position difference of -0.2 is a weighted difference value of -0.1. This value remaining after the weighting is then added to a correction value in order to obtain a new (modified) correction value. The correction value may initially be set to the value 0 (zero), for example, and is then changed stepwise during the regulation. In the example case (correction value first 0), a new correction value is calculated according to the calculation relation 0 + (-0,1) = (-0,1), which is then sent to control the spring coiling machine as a correction.

Das NC-Steuerprogramm ist für die Regelung an vorgegebenen Stellen so vorbereitet, dass durch die speicherprogrammierte Steuerung (SPS) im NC-Programm eine sofortige Änderung eines NC-Satzes entsprechend dem empfangenen Korrekturwert vorgenommen werden kann. Diese Änderung wirkt sich unmittelbar (in Echtzeit) auf die Stellung des Steigungswerkzeuges 130 im Sinne einer Verringerung der Positionsdifferenz aus.The NC control program is prepared for control at specified points in such a way that an immediate change of an NC block in accordance with the received correction value can be made by the programmable logic controller (PLC) in the NC program. This change has an immediate (real-time) effect on the position of the pitch tool 130 in terms of reducing the position difference.

Bei der unmittelbar nachfolgenden zweiten Messung wird beispielsweise eine lstposition mit dem lstmaß 10,6 ermittelt. Bei dem immer noch geltenden Sollwert von 10,5 ergibt sich eine Positionsdifferenz von -0,1. Bei unverändertem Gewichtungsfaktor (Regelschritt 50%) ergibt sich ein gewichteter Differenzwert von -0,05 und damit ein Korrekturwert gemäß: (-0,1) + (-0,05) = -0,15. Hier ist ersichtlich, dass die erneute Korrektur nicht am ursprünglichen Korrekturwert (=0) angreift, sondern an dem aufgrund der vorhergehenden Messung veränderten Korrekturwert (-0,1). Nach der zweiten Messung wird also ein Korrekturwert von -0,15 zur Steuerung als Korrektur geschickt und in der vorher beschriebenen Weise zur unmittelbaren Änderungen des NC-Steuerprogramms verarbeitet.In the immediately following second measurement, for example, an actual position is determined with the actual dimension 10.6. At the still valid nominal value of 10.5, a position difference of -0.1 results. If the weighting factor is unchanged (control step 50%), the result is a weighted difference value of -0.05 and thus a correction value according to: (-0.1) + (-0.05) = -0.15. Here it can be seen that the renewed correction does not affect the original correction value (= 0 ), but the due to the previous measurement changed correction value (-0,1). After the second measurement, therefore, a correction value of -0.15 is sent to the controller as a correction and processed in the manner previously described for immediate changes of the NC control program.

Diese beispielhaft erläuterte Verarbeitung der Messdaten entspricht einem Pl-Regler mit einstellbarem Proportionalanteil und der integrierenden Wirkung eines Integralanteils.This exemplary processing of the measured data corresponds to a PI controller with an adjustable proportional component and the integrating effect of an integral component.

Diese Schritte werden nun während der Fertigung des Konstantabschnitts der Schraubenfeder zu mehreren mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgendem Messzeitpunkt durchgeführt, so dass eine Vielzahl von Regeleingriffen stattfindet bzw. stattfinden kann. Der Draht wird während der Messungen kontinuierlich vorgeschoben, es ist kein Anhalten nötig. Der zeitliche Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten ist bei dieser Verfahrensvariante an die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes so angepasst, dass zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten etwa 1,4 Windungen erzeugt werden. Durch diese im Vergleich zur möglichen Bildfrequenz der Kamera relativ langsame Messfolge kann erreicht werden, dass sich zwischen den einzelnen Messungen bei nicht-optimalem Prozessablauf gegebenenfalls in der Feder ein Fehler ausreichender Größe aufbauen kann, der im Rahmen der Messgenauigkeit des optischen Messsystems zu einem signifikanten Messwert führt, so dass eine Korrektur der richtigen Größe in die richtige Richtung einleitet wird.These steps are now carried out during the manufacture of the constant section of the coil spring at a plurality of successive measuring time with a time interval, so that a plurality of control actions takes place or take place. The wire is continuously advanced during the measurements, no stopping is necessary. The time interval between the successive measurement times is adapted in this process variant to the feed rate of the wire so that between two directly successive measurement times about 1.4 turns are generated. As a result of this measurement sequence, which is relatively slow in comparison with the possible frame rate of the camera, it can be achieved that an error of sufficient magnitude can build up between the individual measurements in the case of a non-optimal process sequence in the spring, which becomes a significant measured value within the measurement accuracy of the optical measuring system leads, so that a correction of the right size in the right direction is initiated.

Die präzisionssteigernde Wirkung dieser Regelung kann anhand der Fig. 4A, 4B und 5A, 5B demonstriert werden. Diese Figuren zeigen Messergebnisse, die bei der Herstellung von Kupplungsdämpferfedern mit 47 Windungen aus Federdraht mit 3,8 mm Durchmesser gewonnen wurden. Die Federn hatten mit einen Durchmesser von ca. 27 mm und eine Gesamtlänge von ca. 350 mm. Die Diagramme in den Fig. 4A, 4B zeigen jeweils die zeitliche Entwicklung des laufenden Durchschnittswerts für die bei den einzelnen Messungen ermittelten Istwerte während der Fertigung einer Feder. Auf der Abszisse sind jeweils dimensionslose Zähler für äquidistante Messzeitpunkte angegeben, so dass die Abszisse eine Zeitachse ist. Die Ordinate zeigt jeweils die Werte für den laufenden Durchschnitt des Istwertes im Vergleich zu dem mit fetter Linie gezeigten Sollwert von 10,55 mm. Figur 4A zeigt ein typisches Messdiagramm für eine konventionelle Fertigung ohne Regelung. Zum Zählerzeitpunkt 351 beginnt die Fertigung einer neuen Schraubenfeder. Links davon ist die Endphase der vorhergehenden Fertigung gezeigt, die mit einem zu kleinen Durchschnittswert (ca. 10,48 mm) endet, so dass die gefertigte Gesamtlänge dieser Feder zu kurz ist. Bei der neuen Schraubenfeder sind die Istwerte zunächst zu hoch, der laufende Durchschnitt nähert sich zunächst dem Sollwert an und unterschreitet diesen dann aber mit zunehmendem Abstand immer weiter, so dass auch diese Schraubenfeder nach Fertigstellung deutlich zu kurz ist.The precision-enhancing effect of this scheme can be assessed on the basis of Fig. 4A, 4B and 5A, 5B be demonstrated. These figures show measurement results obtained in the manufacture of clutch springs with 47 turns of spring wire of 3.8 mm diameter. The feathers had a diameter of about 27 mm and a Total length of about 350 mm. The diagrams in the Fig. 4A, 4B each show the temporal evolution of the current average value for the actual values determined during the individual measurements during the production of a spring. On the abscissa each dimensionless counter for equidistant measuring times are given, so that the abscissa is a time axis. The ordinate shows in each case the values for the running average of the actual value in comparison to the nominal value of 10.55 mm shown with a bold line. FIG. 4A shows a typical measurement diagram for a conventional production without control. At counter time 351 begins the production of a new coil spring. To the left of this is shown the final stage of the previous fabrication, which ends with a too small average value (about 10.48 mm), so that the overall length of this spring made is too short. In the case of the new coil spring, the actual values are initially too high; the running average initially approaches the nominal value and then falls below this value as the distance increases, so that this coil spring too is clearly too short after completion.

Fig. 4B zeigt die entsprechende Darstellung für eine Fertigung mit eingeschalteter Regelung. Zum Zählerzeitpunkt 405 endet die Fertigung der vorhergehenden Feder bei einem Durchschnittswert, der sehr nahe am Sollwert liegt, so dass die Gesamtlänge der Feder sehr nahe am Sollwert für die Gesamtlänge liegt. Bei der Fertigung der darauffolgenden Schraubenfeder liegen die Istwerte zunächst deutlich unterhalb des Sollwertes. Der Eingriff der Regelung führt jedoch ab der dritten Messung zu einer Annäherung des laufenden Durchschnitts an den Sollwert (10,55 mm), dem sich der laufende Durchschnitt gegen Ende der Fertigung asymptotisch annähert, wobei am Ende der Fertigung der laufende Durchschnittswert wiederum fast exakt am Sollwert liegt. Fig. 4B shows the corresponding representation for a production with the control switched on. At counter time 405, the fabrication of the previous spring ends at an average value that is very close to the set point so that the total length of the spring is very close to the setpoint for the total length. When manufacturing the following coil spring, the actual values are initially well below the setpoint. However, the intervention of the control leads to an approximation of the running average from the third measurement to the target value (10.55 mm), which approximates the running average towards the end of production asymptotically, whereby at the end of production the running average value again almost exactly Setpoint is.

Die Fig. 5A, 5B zeigen in einer anderen Darstellung die Wirkung der Regelung, wobei in 5A jeweils die Ergebnisse ohne Regelung und in 5B Ergebnisse mit eingeschalteter Regelung gezeigt sind. Die jeweils rechts gezeigten Diagramme zeigen in ihren Abszissen wiederum die Messzeitpunkte in willkürlichen Einheiten eines Zählers und an der Ordinate die jeweils gemessene Positionsdifferenz zwischen Istwert und Sollwert. Die parallel zur Null-Linie verlaufenden fetten Linien oberhalb und unterhalb repräsentieren die Grenzen des Toleranzbereichs für die Fertigung. In den jeweils linken Teilfiguren sind die Messergebnisse in Form von Histogrammen dargestellt. Bei der in Fig. 5A gezeigten Fertigung ohne Regelung streuen die lstwerte in beide Richtungen stark um den Sollwert, wobei noch alle Werte innerhalb der Toleranzen liegen. Wird die Regelung aktiviert (Fig. 5B), so ergeben sich signifikant geringere Streuungen um den Sollwert, so dass sichergestellt ist, dass alle mit Hilfe der Regelung gefertigten Schraubenfedern eine Gesamtlänge sehr nahe am Sollwert für die Gesamtlänge haben.The Fig. 5A, 5B show in another illustration the effect of the control, with the results without control in FIG. 5A and in FIG. 5B Results with closed-loop control are shown. The diagrams shown on the right show in their abscissa again the measuring times in arbitrary units of a counter and the ordinate the respectively measured position difference between actual value and setpoint. The bold lines running parallel to the zero line above and below represent the limits of the tolerance range for the production. The measurement results in the form of histograms are shown in the left-hand sub-figures. At the in Fig. 5A In the case of production without regulation, the actual values scatter strongly around the setpoint in both directions, with all values still within the tolerances. Is the control activated ( Fig. 5B ), this results in significantly lower variations around the setpoint, so that it is ensured that all coil springs manufactured with the aid of the control have an overall length very close to the setpoint value for the total length.

Die erste Kamera 250 ist relativ nahe bei den Umformwerkzeugen auf der Trägerschiene 255 angeordnet, so dass eventuelle Schwingungen am Ort der ersten Kamera nur kleine Amplituden haben können, die die Messgenauigkeit kaum beeinträchtigen. Dennoch kann es sein, dass durch Bewegungen der Kamera das Messergebnis beeinträchtigt wird. Anhand von Fig. 6 wird eine Möglichkeit erläutert, das Messergebnis unabhängig von eventuellen Kameraschwingungen zu machen und dadurch die Messgenauigkeit zu erhöhen. Dargestellt ist ein rechteckförmiges Bildfeld 652 der ersten Kamera. Ein kleinerer rechteckförmiger Messbereich 654 schließt eine fast senkrecht von oben nach unten verlaufende Kontur eines im Schärfebereich der Kamera liegenden, der Kamera zugewandten Windungsabschnitts ein. Zwischen den Schnittpunkten der Hell/Dunkel-Kontur mit den oberen und unteren Rändern des Messbereichs werden durch Interpolation die Koordinaten der lstposition des beobachteten Strukturelementes der Feder bestimmt. Weiterhin ist im Bildfeld das Bild eines Referenzelementes 680 erkennbar, das durch einen vertikal ausgerichteten Bolzen gebildet wird, der mit Hilfe eines stabilen Trägers am Maschinengestell befestigt ist. Der Bolzen ragt von unten in das Bildfeld hinein und bildet in der Schärfezone der Kamera eine scharf abgebildete, vertikale Kontur mit einem Hell/Dunkel-Übergang. Bei der Messung wird nun der Abstand zwischen dem Strukturelement und der dem Strukturelement zugewandten Kante des Referenzelementes 680 bestimmt und der Auswertung als lstmaß zugrunde gelegt. Dieser gemessene Abstand ist unabhängig von eventuellen Schwingungen der Kamera und eventuellen damit verbundenen Verschiebungen des Bildfeldes relativ zur beobachteten Feder. Eventuelle Bewegungen der Kamera gehen also nicht in die Messfehler ein.The first camera 250 is arranged relatively close to the forming tools on the carrier rail 255, so that any vibrations at the location of the first camera can only have small amplitudes, which hardly affect the measuring accuracy. Nevertheless, it may be that the measurement result is impaired by movements of the camera. Based on Fig. 6 is explained a way to make the measurement independent of any camera vibrations and thereby increase the accuracy of measurement. Shown is a rectangular image field 652 of the first camera. A smaller rectangular measuring area 654 includes an almost vertically from top to bottom extending contour of a lying in the focus range of the camera, the camera facing winding section. Between the intersections of the light / dark contour with the upper and lower edges of the measuring range, the coordinates of the actual position of the observed structural element of the spring are determined by interpolation. Furthermore, in the image field, the image of a reference element 680 can be seen, which is formed by a vertically oriented bolt, which with the help of a stable support is attached to the machine frame. The bolt protrudes from below into the image field and forms in the sharpness zone of the camera a sharp, vertical contour with a light / dark transition. During the measurement, the distance between the structural element and the edge of the reference element 680 facing the structural element is determined and the evaluation is taken as the basis. This measured distance is independent of any vibrations of the camera and any associated shifts of the image field relative to the observed spring. Any movements of the camera are therefore not included in the measurement errors.

Die Messungen des Abstandes zwischen dem Strukturelement der Schraubenfeder (z.B. Kontur eines Windungsabschnittes) und einem virtuellen oder körperlich vorhandenen Referenzelement können wie beschrieben in Richtung parallel zur Achse 118 oder aber in geeigneten anderen Richtungen schräg dazu durchgeführt werden.The measurements of the distance between the structural element of the helical spring (e.g., a winding section contour) and a virtual or physical reference element may be performed as described in the direction parallel to the axis 118 or in any other suitable directions obliquely thereto.

Die ausführlich beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden anhand der Herstellung einer langen Feder mit über 30 Windungen erläutert. Bei nicht bildlich dargestellten Versuchen wurde eine ca. 65 mm lange Schraubenfeder mit nur 7 Windungen hergestellt. Während der Herstellung wurde zu nur zwei Messzeitpunkten gemessen und ggf. korrigiert. Die Streuung der Gesamtlänge konnte von ca. 0.3 mm im ungeregelten Betrieb auf ca. 0,15 mm im geregelten Betrieb reduziert werden.The embodiments described in detail were explained with reference to the production of a long spring with over 30 turns. In non-illustrated experiments, an approximately 65 mm long coil spring was produced with only 7 turns. During production, only two measurement times were measured and corrected if necessary. The scattering of the total length could be reduced from approx. 0.3 mm in unregulated operation to approx. 0.15 mm in controlled operation.

Alternativ oder zusätzlich zur beschriebenen Absolutmessung relativ zu einem maschinenfesten Referenzelement ist in manchen Fällen auch eine Relativmessung in Bezug auf ein Referenzelement möglich, das durch einen Teil der Feder gebildet wird. Wenn z.B. das in Fig. 3 gezeigte Bildfeld 252 ausreichend groß ist, um in Längsrichtung der Feder mehr Windungen zu erfassen, könnte der Längsabstand zwischen dem Messpunkt 270 an der im Messbereich 254 liegenden Windungskontur und einer näher an den Umformwerkzeugen liegenden, 3 oder 4 Windungen entfernten, entsprechenden Windungskontur, gemessen und der Regelung zugrunde gelegt werden. So könnte z.B. die erste vollständige Windung 214 bzw. deren maschinenferne Kontur als Referenzelement dienen.As an alternative or in addition to the described absolute measurement relative to a machine-fixed reference element, in some cases a relative measurement with respect to a reference element which is formed by a part of the spring is also possible. If, for example, that in Fig. 3 shown image field 252 is sufficiently large to detect more windings in the longitudinal direction of the spring, the longitudinal distance between the measuring point 270 at the lying in the measuring range 254 winding contour and a closer to the forming tools, 3 or 4 turns remote, corresponding Windungskontur measured and based on the scheme. For example, the first complete turn 214 or its machine-distant contour could serve as a reference element.

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung von Schraubenfedern durch Federwinden mittels einer numerisch gesteuerten Federwindemaschine, worin ein Draht unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm durch eine Zuführeinrichtung einer Umformeinrichtung der Federwindemaschine zugeführt und mit Hilfe von Werkzeugen der Umformeinrichtung zu einer Schraubenfeder umgeformt wird, mit folgenden Schritten: Definieren einer gewünschten Soll-Geometrie der Schraubenfeder und eines zur Erzeugung der Soll-Geometrie geeigneten NC-Steuerprogramms; Messen einer lstposition eines ausgewählten Strukturelements der Schraubenfeder relativ zu einem Referenzelement zu mindestens einem nach dem Beginn und vor dem Ende der Herstellung der Schraubenfeder liegenden Messzeitpunkt in einem Messbereich, der in Längsrichtung der Schraubenfeder einen endlichen Abstand von der Umformeinrichtung hat, wobei der Abstand kleiner als die Gesamtlänge der fertig gestellten Schraubenfeder ist; Vergleichen der lstposition mit einer Sollposition des Strukturelements für den Messzeitpunkt zur Ermittlung einer aktuellen Positionsdifferenz, die die Differenz der Istposition zur Sollposition zum Messzeitpunkt repräsentiert; Steuern der Stellung mindestens eines die Steigung der Schraubenfeder bestimmenden Werkzeugs der Umformeinrichtung in Abhängigkeit von der Positionsdifferenz. A method for producing coil springs by spring-winding by means of a numerically controlled spring coiling machine, wherein a wire is fed under the control of an NC control program by a feeder of a forming device of the spring coiling machine and converted by means of tools of the forming device into a coil spring, comprising the following steps: Defining a desired setpoint geometry of the coil spring and an NC control program suitable for generating the desired geometry; Measuring a lstposition of a selected structural element of the coil spring relative to a reference element at least one after the beginning and before the end of the preparation of the coil spring measuring time in a measuring range, which has a finite distance from the forming device in the longitudinal direction of the coil spring, wherein the distance is less than the total length of the finished coil spring is; Comparing the actual position with a target position of the structural element for the measurement time to determine a current position difference representing the difference of the actual position to the target position at the measurement time; Controlling the position of at least one of the pitch of the coil spring-determining tool of the forming device in dependence on the position difference. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Abstand des Messbereichs von der Umformeinrichtung an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder derart angepasst wird, dass der Abstand zwischen 5% und 70%, insbesondere zwischen 10% und 50% der Gesamtlänge beträgt und/oder dass innerhalb des Abstandes eine oder mehrere Federwindungen liegen.The method of claim 1, wherein the distance of the measuring range from the forming device to the total length of the finished coil spring is adjusted such that the distance between 5% and 70%, in particular between 10% and 50% of the total length and / or that within the distance one or more spring coils lie. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin zur Messung eine Kamera mit einem zweidimensionalen Bildfeld verwendet wird und der Messbereich im Bildfeld der Kamera liegt.Method according to Claim 1 or 2, wherein a camera with a two-dimensional image field is used for the measurement and the measuring region lies in the image field of the camera. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Messung der lstposition relativ zu einem maschinenfesten Referenzelement durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the measurement of the actual position is carried out relative to a machine-fixed reference element. Verfahren nach Anspruch 4, worin ein virtuelles Referenzelement genutzt wird, das durch einen Rand des Bildfeldes einer Kamera gebildet wird, vorzugsweise durch denjenigen Seitenrand des Bildfeldes, der der Umformeinrichtung zugewandt ist, oder worin ein maschinenfester Referenzkörper vorgesehen ist, der in dem Bildfeld der Kamera in einem Abstand zum Messbereich positioniert wird, wobei ein Element des Referenzkörpers, insbesondere eine gerade Kante, als Referenzelement der Messung genutzt wird.Method according to claim 4, wherein a virtual reference element is used which is formed by an edge of the image field of a camera, preferably by the side edge of the image field facing the forming device, or in which a machine-fixed reference body is provided which is in the image field of the camera is positioned at a distance from the measuring range, wherein an element of the reference body, in particular a straight edge, is used as a reference element of the measurement. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das für die Messung genutzte ausgewählte Strukturelement der Schraubenfeder eine im Bildfeld geradlinig erscheinende Kontur eines Windungsabschnitts ist, welche quer zur Längsrichtung der Schraubenfeder, insbesondere in einem Winkel zwischen ca. 45° und ca. 90° zu dieser Längsrichtung, verläuft.Method according to one of the preceding claims, wherein the selected structural element of the helical spring used for the measurement is a contour of a winding section which appears rectilinear in the image field and which is transverse to the longitudinal direction of the helical spring, in particular at an angle between approximately 45 ° and approximately 90 ° to this Longitudinal direction, runs. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Koordinaten der Sollposition des Strukturelements zum Messzeitpunkt aus einer vor der Messung bestimmten Programmzeitfunktion für die Koordinaten der Sollposition des Strukturelements abgeleitet werden, wobei vorzugsweise die Programmzeitfunktion für die Koordinaten der Sollposition des Strukturelements auf Basis mindestens eines Referenz-Herstellungsprozesses einer Referenz-Schraubenfeder experimentell ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the coordinates of the target position of the structural element at the time of measurement are derived from a pre-measurement program time function for the coordinates of the target position of the structural element, preferably the program time function for the coordinates of the target position of the structural element based on at least one reference manufacturing process a reference coil spring is determined experimentally. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin während der Fertigung der Schraubenfeder mehrere Messungen zu mit zeitlichem Abstand aufeinanderfolgenden Messzeitpunkten durchgeführt werden, wobei der zeitliche Abstand vorzugsweise derart an eine Zuführgeschwindigkeit des Drahtes angepasst wird, dass in einem Zeitintervall zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Messungen mindestens eine Windung erzeugt wird, wobei vorzugsweise in dem Zeitintervall zwischen ein und zwei Windungen erzeugt werden.Method according to one of the preceding claims, wherein during the manufacture of the helical spring several measurements are carried out at successive time intervals, wherein the time interval is preferably adapted to a feed rate of the wire such that in a time interval between two consecutive measurements at least one turn is generated, preferably in the time interval between one and two turns are generated. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin mehrere Messungen während der Erzeugung eines Konstantabschnitts der Schraubenfeder durchgeführt werden, und/oder worin aus den Istwerten mehrerer aufeinanderfolgender Messungen nach einer vordefinierten Anzahl von Messungen, insbesondere nach jeder Messung, ein laufender Durchschnittswert für die Istwerte ermittelt wird, wobei insbesondere eine zeitliche Entwicklung des laufenden Durchschnittswerts an einer Anzeigeeinheit der Federwindemaschine angezeigt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a plurality of measurements are carried out during the generation of a constant section of the helical spring, and / or wherein a running average value for the actual values is determined from the actual values of a plurality of successive measurements after a predefined number of measurements, in particular after each measurement In particular, a temporal evolution of the running average value is displayed on a display unit of the spring coiling machine. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin für jede ermittelte Positionsdifferenz ein gewichteter Differenzwert, insbesondere ein der Positionsdifferenz proportionaler gewichteter Differenzwert, ermittelt und die Position des Werkzeugs auf Basis des gewichteter Differenzwerts verändert wird.Method according to one of the preceding claims, wherein a weighted difference value, in particular a weighted difference value proportional to the position difference, is determined for each determined position difference, and the position of the tool is changed on the basis of the weighted difference value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin, insbesondere bei der Messung von Federabschnitten mit Steigungsänderung, zu einem ersten Messzeitpunkt eine erste Messung in einem ersten Messbereich durchgeführt wird, der in einem ersten Abstand von der Umformeinrichtung liegt, zu einem zeitlich danach liegenden zweiten Messpunkt eine zweite Messung in einem zum ersten Messbereich versetzten zweiten Messbereich durchgeführt wird, der in einem zweiten Abstand von der Umformeinrichtung liegt, der größer als der erste Abstand ist, und wobei Ergebnisse der ersten Messung und der zweiten Messung gemeinsam verarbeitet werden.Method according to one of the preceding claims, wherein, in particular in the measurement of spring sections with change in pitch, at a first measuring time a first measurement is carried out in a first measuring range, which lies at a first distance from the forming device, to a temporally thereafter lying second Measuring point is performed a second measurement in a first measuring range offset second measuring range, which is at a second distance from the forming device, which is greater than the first distance, and wherein results of the first measurement and the second measurement are processed together. Federwindemaschine (100) zur Herstellung von Schraubenfedern (200) durch Federwinden unter der Steuerung durch ein NC-Steuerprogramm, mit einer Zuführeinrichtung (110) zum Zuführen von Draht (115) zu einer Umformeinrichtung (120), wobei die Umformeinrichtung mindestens ein Windewerkzeug (122, 124), welches im Wesentlichen den Durchmesser der Schraubenfeder an einer vorgebbaren Position bestimmt, sowie mindestens ein Steigungswerkzeug (130) aufweist, dessen Eingriff an einer sich entwickelnden Schraubenfeder die lokale Steigung der Schraubenfeder bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Federwindemaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.Spring winding machine (100) for producing coil springs (200) by spring windings under the control of an NC control program, with a feed device (110) for feeding wire (115) to a forming device (120), wherein the forming device at least one wind tool (122 , 124), which essentially determines the diameter of the coil spring at a predeterminable position, and at least one pitch tool (130) whose engagement on a developing coil spring determines the local pitch of the helical spring, characterized in that the spring coiling machine for carrying out the method is configured according to one of the preceding claims. Federwindemaschine nach Anspruch 12, worin die Federwindemaschine eine erste Kamera (259) aufweist, die derart angeordnet ist, dass ein Messbereich (254) im Bildfeld (252) der ersten Kamera einen Teil eines Federabschnitts mit endlichem Abstand (210) von den Werkzeugen der Umformeinrichtung (120) erfasst, wobei der Abstand (210) vorzugsweise an die Gesamtlänge der fertigen Schraubenfeder derart angepasst ist, dass der Abstand zwischen 5% und 70%, insbesondere zwischen 10% und 50% der Gesamtlänge beträgt und/oder dass innerhalb des Abstandes eine oder mehrere Federwindungen liegen.A spring coiling machine according to claim 12, wherein the spring coiling machine comprises a first camera (259) arranged such that a measuring area (254) in the image field (252) of the first camera forms part of a finite pitch spring portion (210) of the tools of the forming device (120), wherein the distance (210) is preferably adapted to the total length of the finished coil spring such that the distance is between 5% and 70%, in particular between 10% and 50% of the total length and / or within the distance or more spring coils lie. Federwindemaschine nach Anspruch 12 oder 13, worin die Federwindemaschine eine zweite Kamera (260) aufweist, die mit Abstand zur ersten Kamera (250) derart positioniert ist, dass ein freier Federendabschnitt (204) in einer Endphase der Herstellung der Schraubenfeder in den Erfassungsbereich der zweiten Kamera hineinläuft.A spring coiling machine according to claim 12 or 13, wherein the spring coiling machine comprises a second camera (260) positioned at a distance from the first camera (250) such that a free spring end portion (204) in an end phase of the production of the coil spring into the detection range of the second camera runs. Computerprogrammprodukt, welches insbesondere auf einem computerlesbaren Medium gespeichert oder als Signal verwirklicht ist, wobei das Computerprogrammprodukt, wenn es in den Speicher eines geeigneten Computers geladen und von einem Computer ausgeführt ist bewirkt, dass der Computer ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 durchführt.A computer program product, stored in particular or implemented as a signal on a computer-readable medium, wherein the computer program product, when loaded into the memory of a suitable computer and executed by a computer, causes the computer to perform a method according to any one of claims 1 to 11.
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