Daniel Ruch

Flexible and Intelligent Gripping Technology for Machining and Handling of Spatially Curved Extruded Aluminum Profiles

With a novel extrusion process which is investigated in the Collaborative Research Center Transregio 10 (SFB/TR10), it is possible to manufacture spatially curved aluminum profiles. This process is the base for an automated small and medium size batch production of light-weight frame structures. For the handling and machining of the spatially curved profiles, highly flexible machines and manufacturing equipment are needed. Today’s automated process chains do not reach a sufficient flexibility. This article introduces a new approach to handle and machine spatially curved profiles using a flexible gripping and clamping system. Firstly, the requirements concerning the process comprehensive gripping technology, which have to be fulfilled for a flexible small and medium batch production of light-weight frame structures, are specified. Subsequently, the function and design of a flexible gripping and clamping system are described. Furthermore, metrological processes to maintain a once reached condition of order during the entire process chain are depicted.

Component-specific scale for inline quality assurance of spatially curved extrusion profiles

Spatially curved Al-extrusion profiles are often used for lightweight frame structures in vehicle manufacturing. Within the Collaborative Research Centre SFB/Transregio 10, an automated product-flexible process chain is established in order to produce and machine such profiles and to join them into frame structures. One of the biggest challenges of this process chain consists in handling, clamping and machining variably formed profiles with precision and without having to change the mechanical system. For this, both the contour of the profile and the position and orientation of the profile during the process have to be determined. In order to have this information provided from inside the process chain, a component-specific scale was developed and realised for the contour detection and precision positioning of multi-dimensionally curved extrusion profiles. The scale is applied onto the surface of the profile by a laser. To determine the contour, the scale is scanned using digital image processing and the profile is measured by a laser triangulation sensor. This establishes the relation between component scale and profile contour. If required, the position of the profile can be readjusted by scanning individual markings again during machining. It is not necessary to re-measure the entire profile contour. The process can be used for different profile contours and profile lengths without having to change the mechanical system. The first section of this article describes the approach for contour detection and precision positioning and its validation for straight profiles, 2D curved profiles and 3D curved profiles with a test rig. Then, the implementation of the validated process into a process chain is described, including the inline application of the scale, the inline profile measuring and the precision positioning of spatially curved profiles during machining.

Prozesskette zur flexiblen Herstellung leichter Tragwerkstrukturen: Steigerung der Qualität und Zuverlässigkeit

Kurzfassung Im Rahmen des Sonderforschungsbereich Transregio 10 (SFB/TR 10) „Integration von Umformen, Trennen und Fügen für die flexible Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen“ wird eine Prozesskette zur produktflexiblen Kleinserienfertigung von Space-Frame-Rahmenstrukturen aufgebaut. An diesem Forschungsprojekt sind Institute der Technischen Universität Dortmund, der Technischen Universität München und der Universität Karlsruhe (TH) beteiligt. Um bereits frühzeitig die Qualität und die Zuverlässigkeit der Prozesskette zu verbessern, wurde in einem standortübergreifenden Qualitätsarbeitskreis eine System-FMEA Prozess für die einzelnen Teilprozesse durchgeführt. Mit dieser konnten projektbegleitend potenzielle Fehlerschwerpunkte ermittelt und gezielt Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Im folgenden Artikel werden die eingeleiteten Fehlervermeidungsmaßnahmen für die am SFB/TR 10 beteiligten Prozesse und Verfahren beschrieben. Die Prozesse sind im Einzelnen: Das mehrachsige Runden beim Strangpressen sowie das darauf folgende fliegende Abtrennen zur Herstellung der Rahmenelemente, eine flexible und intelligente Greiftechnik in Kombination mit einer Handhabungs- und Bearbeitungskinematik zur spanenden Bearbeitung sowie als letzte Schritte die Verfahren Innenhochdruckfügen, Rührreibschweißen und Laserstrahlschweißen zum Fügen der Einzelteile zu einer Rahmenstruktur.

Genauigkeitssteigerung bei der automatisierten Bearbeitung 3D-gerundeter Rohrprofile

Kurzfassung In der Verkehrstechnik nimmt die Bedeutung leichter, selbst tragender Rahmenstrukturen, so genannter Space-Frame-Rahmen, kontinuierlich zu. Die Rahmenbauweise bietet ein hohes Leichtbaupotenzial, bringt jedoch auch hohe fertigungstechnische Herausforderungen mit sich. Ein im Sonderforschungsbereich Transregio 10 erarbeiteter neuartiger Maschinenprototyp ermöglicht die produktflexible Bearbeitung dreidimensional gerundeter Rohrprofile mit geringem technischen Aufwand. Um eine gute Bearbeitungsqualität zu gewährleisten, ist die präzise Positionierung des Werkstücks erforderlich. In ersten Versuchen zur Positionierungsgenauigkeit konnte gezeigt werden, dass die absolute Genauigkeit jedoch noch nicht dem angestrebten Ziel entspricht. Aus diesem Grund wurde ein Ansatz zur Feinpositionierung erarbeitet, bei dem Sensorwerte an die Steuerung übergeben werden und anschließend die Ausgleichsbewegung berechnet und durchgeführt wird. Durch die Feinpositionierung kann die Genauigkeit deutlich erhöht werden.

An Approach to Accuracy Improvements in the Flexible Machining of Curved Profiles

This article describes a clamping concept for the flexible machining of spatially curved profiles developed at the wbk Institute of Production Science of the Universität Karlsruhe (TH). Simple geometrical considerations form the basis of the prototypically implemented clamping system design. The approach presented in this article allows for accuracy improvements regarding the positioning of the profile in the clamping system on the basis of markings applied onto the surface of the profile. Besides, the preliminary test rig set up and first results on the detection of the markings by means of digital image processing are presented.

Maschinentechnik zur flexiblen Herstellung räumlich gekrümmter Strangpressprofile

Kurzfassung Der stetig wachsende Bedarf an leichten Tragwerksstrukturen, wie sie häufig in der Verkehrstechnik zur Anwendung kommen, fordert neuartige Prozessketten zur kostengünstigen, automatisierten und produktflexiblen Kleinserienfertigung von Space-Frame-Rahmenstrukturen. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Transregio 10 (SFB/TR 10) mit dem Titel „Integration von Umformen, Trennen und Fügen für die flexible Fertigung von leichten Tragwerkstrukturen“ entstand in der ersten Bewilligungsphase seit November 2002 eine Prozesskette mit neuartigen Maschinen- und Handhabungskonzepten zur Herstellung und Bearbeitung räumlich gekrümmter Strangpressprofile. Der folgende Artikel stellt die prototypisch realisierte Maschinentechnik vor und gibt einen Ausblick auf eine in die Prozesskette zu integrierende Qualitätssicherung.