BRPI1101836A2 - método e aparelho para a produção de molas helicoidais por meio de enrolamento de mola - Google Patents

Abstract

MéTODO E APARELHO PARA A PRODUçãO DE MOLAS HELICOIDAIS POR MEIO DE ENROLAMENTO DE MOLA. A presente invenção refere-se a um método para a produção de molas helicoidais mediante o enrolamento de mola por meio de uma máquina de enrolamento de mola numericamente controlada, ,em que um arame é alimentado, controlado por um programa de controle NC, através de um dispositivo de alimentação de um dispositivo de formação da máquina de enrolamento de mola e é formado com o auxílio de ferramentas no dispositivo de formação para formar uma mola helicoidal. Neste caso, primeiramente, é definida uma geometria nominal desejada da mola helicoidal e um programa de controle NC que é adequado para a produção da geometria nominal. Uma posição real de um elemento estrutural selecionado da mola helicoidal (200) em relação a um elemento de referência de preferência fixo em máquina é medida em uma área de medição (254) em ao menos um momento de medição que ocorre após o início e antes do final da produção da mola helicoidal, tal área de medição (254) fica em uma distância finita (210) a partir do dispositivo de formação (120) na direção longitudinal da mola helicoidal, em que a distância é menor do queo comprimento total da mola helicoidal terminada. A posição real medida é comparada com uma posição nominal do elemento estrutural para o momento de medição, com a finalidade de determinar uma diferença de posição atual que representa a diferença entre a posição real e a posição nominal no momento de medição. Uma ferramenta de passo (130) do dispositivo de formação é controlada conforme uma função da diferença de posição. O método torna possível produzir uma série de molas helicoidais longas com muito pouca dispersão do comprimento total.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO PARA A PRODUÇÃO DE MOLAS HELICOIDAIS POR MEIO DE ENROLAMENTO DE MOLA"

Antecedentes da invenção

A presente invenção refere-se a um método para a produção de molas helicoidais por enrolamento de mola por meio de uma máquina de enrolamento de mola numericamente controlada de acordo com a cláusula pré-caracterizante da reivindicação 1, e a uma máquina de enrolamento de mola que é adequada para realizar o método.

As molas helicoidais consistem em elementos de máquina que são exigidos em grandes quantidades e diferentes configurações em inúme- ros campos de aplicação. As molas helicoidais, as quais também são men- cionadas como molas de torção enroladas, são normalmente produzidas a partir de arame de mola e são na forma de molas de tensão ou molas de compressão dependendo da carga sobre as mesmas durante o uso. As mo- las de compressão, em particular, molas de suporte, são exigidas, por e- xemplo, em grandes quantidades para a construção de automóveis. A carac- terística da mola pode ser influenciada, entre outros, por seções de passo diferentes ou com perfis de passo diferentes. Por exemplo, no caso de molas de compressão, existe freqüentemente uma seção central de comprimento maior ou menor com um passo constante (seção constante), adjacente à qual, em ambas as extremidades da mola, existem áreas de contato com um passo que se torna menor em direção às extremidades. No caso de molas helicoidais cilíndricas, o diâmetro da mola é constante sobre o comprimento das molas, mas também pode variar sobre o comprimento, por exemplo, no caso de molas helicoidais cônicas ou em formato de barril. Além disso, o comprimento total da mola (não carregada) pode variar amplamente para diferentes aplicações.

Atualmente, as molas helicoidais são normalmente produzidas por meio de enrolamento de mola com o auxílio de máquinas de enrolamen- to de mola numericamente controlada. Neste caso, um arame (arame de mola) é alimentado, controlado por um programa de controle de NC por meio de um dispositivo de alimentação a um dispositivo de formação da máquina de enrolamento de mola, e é formado com o auxílio de ferramentas do dis- positivo de formação, para formar uma mola helicoidal. As ferramentas in- cluem geralmente um ou mais pinos de enrolamento de posição variável, a fim de fixar e possivelmente variar o diâmetro das voltas da mola e uma ou mais ferramentas de passo, as quais determinam o passo local das voltas da mola em cada fase do processo de fabricação.

As máquinas de enrolamento de mola são geralmente destina- das a produzirem um grande número de molas com uma geometria de mola específica (geometria nominal) dentro de tolerâncias muito estreitas, em uma alta taxa. Os parâmetros de geometria funcionalmente importante incluem, entre outros, o comprimento total da mola helicoidal terminada no estado não carregado. O comprimento total também determina, entre outros, as di- mensões de instalação da mola e a força da mola.

Com a finalidade de obedecer às exigências de qualidade rigo- rosas, por exemplo, no campo automotivo, é prática normal medir determi- nados dados da geometria da mola, por exemplo, o diâmetro, o comprimento e/ou o passo, e/ou o perfil de passo da mola, após a completação de uma mola, e classificar automaticamente as molas terminadas, dependendo do resultado da medição, em partes satisfatórias (geometria da mola dentro das tolerâncias) e partes insatisfatórias (resultado fora das tolerâncias), e possi- velmente em categorias adicionais. Este procedimento é altamente não eco- nômico, em particular, no caso de molas longas, uma vez que, no caso de molas longas, um comprimento relativamente grande de arame é consumido para cada mola e precisa ser jogado fora se for descoberto que a mola ter- minada está fora das tolerâncias.

Também já tem sido proposto que o diâmetro, o comprimento e o passo da mola sejam verificados por meios de medição adequados duran- te a fabricação e que os parâmetros de fabricação sejam modificados no evento de quaisquer discrepâncias fora dos limites de tolerância, de tal modo que a geometria da mola permaneça dentro das tolerâncias.

O documento sob o n° DE 103 45 445 24 apresenta uma má- quina de enrolamento de mola que tem um sistema de medição integrado com uma câmara de vídeo que é direcionada para a área da máquina de enrolamento de mola em que a formação da mola se inicia. Um sistema de processamento de imagem, o qual é conectado à câmera de vídeo e tem algoritmos de avaliação adequados, se destina a permitir que o diâmetro, o comprimento e o passo da mola sejam verificados durante a fabricação, e pretende-se que seja possível variar estes parâmetros de geometria de mola mediante a retroalimentação para as ferramentas de processamento, as quais podem ser ajustadas por motores, durante a fabricação. Um algoritmo de avaliação para a determinação do diâmetro da mola atual é descrito em detalhes.

Problema e solução

A invenção tem como base o problema em otimizar um método e um aparelho deste tipo genérico, de tal modo que, particularmente quando se produz molas helicoidais longas, as molas helicoidais possam ser produ- zidas dentro de tolerâncias geométricas rigorosas com alta confiabilidade, compostas de materiais de arame de qualidade amplamente diferente. Um objetivo particular consiste em tornar possível produzir molas helicoidais lon- gas com pouca dispersão do comprimento total e com uma baixa taxa de renovação.

Estes problemas são resolvidos por um método para a produção de molas helicoidais por meio do enrolamento de mola que tem as caracte- rísticas da reivindicação 1 e por uma máquina de enrolamento de mola que tem as características da reivindicação 12. Os desenvolvimentos vantajosos são especificados nas reivindicações dependentes. O texto de todas as rei- vindicações é incluído, a título de referência, no conteúdo da descrição.

No método, primeiro de tudo, é definida uma geometria nominal desejada da mola helicoidal a ser produzida e um programa de controle NC correspondente, o qual é adequado para a produção desta geometria nomi- nal. A seqüência de movimentos de trabalho coordenados dos eixos geomé- tricos de máquina da máquina de enrolamento de mola, os quais precisam ser realizados durante a produção de uma mola é, deste modo, definida. Durante a produção de uma mola helicoidal, uma posição real de um elemento estrutural selecionado da mola helicoidal é medida em relação a um elemento de referência. A medição permite que uma distância real seja determinada entre o elemento estrutural selecionado e o elemento de refe- rência. A medição é realizada em um momento de medição que ocorre após o início e antes do final da produção da mola helicoidal, isto é, durante o cur- so dos movimentos de trabalho, que são destinados à fabricação da mola, da máquina de enrolamento de mola. Somente uma parte da mola tem sido, portanto, produzidas no momento de medição. O elemento estrutural sele- cionado fica, neste caso, localizado em uma área de medição que está em uma distância finita longe do dispositivo de formação na direção longitudinal da mola helicoidal. Esta distância é menor do que o comprimento total da mola helicoidal terminada, isto é, é menor do que o comprimento total que resulta a partir da nominal geometria. Uma diferença de posição atual, a qual representa a diferença entre a posição real e a posição nominal no momento de medição, é determinada por meio da comparação com a posição real do elemento estrutural com uma posição nominal do elemento estrutural para o momento de medição. A posição de ao menos uma ferramenta que influen- cia o passo da mola helicoidal do dispositivo de formação é, então, controla- da conforme uma função da diferença de posição, com a finalidade de tornar a posição real próxima à posição nominal.

Nenhuma ação de controle é empregada se o valor real corres- ponder ao valor nominal. Em contrapartida, se uma discrepância significante (diferença de posição) for encontrada, então, o passo da mola produzidas no momento da formação é variado mediante a variação da posição da ferra- menta de passo e/ou de alguma outra ferramenta que influencia o passo (por exemplo, um pino de enrolamento que pode ser girado e/ou inclinado em uma forma controlada) de tal modo que uma redução na diferença de posi- ção possa ser esperada na próxima medição. O passo produzido instanta- neamente é, portanto, controlado com base na medição. Prefere-se que so- mente a posição de uma ferramenta de passo seja submetida a um controle de circuito aberto ou circuito fechado para este propósito. Desde que a área de medição consiste em uma distância finita longe do local do processo de formação sobre o dispositivo de formação, a medição torna possível determinar um erro de comprimento acumulativo na seção da mola localizada entre o dispositivo de formação e a área de medi- ção. Desde que, adicionalmente, a distância entre a área de medição e o dispositivo de formação seja menor do que o comprimento total da mola he- licoidal terminada, o momento de medição pode ser feito suficientemente precoce em relação ao tempo total para a produção de uma mola helicoidal de tal modo que uma ação de controle que pode ser realizada com base na medição possa ainda ser usada para corrigir os possíveis ajustes incorretos durante o processo de formação, com a finalidade de manter o comprimento total da mola helicoidal dentro das tolerâncias após a completação do pro- cesso de fabricação.

A distância entre a área de medição e o dispositivo de formação é, de preferência, compatível com o comprimento total da mola helicoidal terminada, de tal modo que esta distância seja entre 5% e 70% do compri- mento total, em particular, entre 10% e 50% do comprimento total. Se estes valores mínimos preferidos para a distância estiverem de acordo, um erro de comprimento pode se acumular sobre a seção de no caso de condições de formação imperfeita, o qual é suficientemente grande em comparação com a precisão de medição do sistema de medição para permitir resultados signifi- cantes de medição. Se os limites superiores para a distância estiverem de acordo, então, em geral, existe ainda um tempo restante suficiente para se produzir uma mola helicoidal com o comprimento total desejado no final do processo de fabricação, por meio de uma ou mais ações de controle.

Existem, de preferência, uma ou mais voltas da mola dentro da distância, cuja conseqüência consiste no fato de que a área de medição po- de ficar localizada, por exemplo, duas, três, quatro, cinco, seis ou mais vol- tas de mola longe do local de formação ou do local do dispositivo de forma- ção. Os resultados válidos podem ser freqüentemente alcançados até em uma distância de duas a três voltas, dependendo do passo.

Em modalidades preferidas do método, a posição real é medida em relação a um elemento de referência fixo em máquina. Um elemento de referência fixo em máquina consiste em um elemento cujas coordenadas são conhecidas ou podem ser determinadas em relação a um sistema de coordenadas fixo em máquina. Desde que, neste caso, o elemento de refe- rência tenha coordenadas definidas em relação ao sistema de coordenada de máquina da máquina de enrolamento defeituosa, esta medição consiste em uma medição absoluta. Isto permite a precisão de medição particular- mente alta.

Alternativamente, o elemento de referência também pode con- sistir em um elemento estrutural da mola helicoidal, em particular, uma se- ção de volta localizada relativamente próxima ao dispositivo de formação, ou o contorno de uma seção de volta. Neste caso, uma medição relativa é reali- zada. Com a finalidade de assegurar que qualquer erro de comprimento possível acumulador entre o elemento estrutural selecionado para a medição e o elemento de referência seja suficientemente grande para permitir a me- dição confiável, deveria existir uma pluralidade de voltas, por exemplo, duas, três, quatro, cinco ou mais voltas entre o elemento estrutural e o elemento de referência.

Prefere-se que a medição seja realizada do modo sem contato, em particular, por meio de medição óptica. Por exemplo, um sistema de me- dição a laser poderia ser usado para este propósito. Prefere-se que uma câmera com um campo de visão bidimensional (área de visão, área de co- bertura) seja usada para a medição e a área de medição é colocada no campo de visão da câmera. Os sistemas de medição à base de câmera com hardware e software de processamento de imagens eficientes estão comer- cialmente disponíveis e podem ser usados para este propósito. A câmera deveria ser fixada a uma montagem com tão pouca vibração quanto possí- vel, sendo que a montagem é firmemente conectada à estrutura da máquina de enrolamento de mola durante a operação. Prefere-se que a câmera seja fixada adjacente a ou em um guia longitudinal que permite que a câmera seja fixada em diferentes distâncias a partir do dispositivo de formação, com a finalidade de permitir que a distância respectivamente ótima seja ajustada para diferentes geometrias de mola. A posição da montagem pode ser verti- calmente ajustável para, por exemplo, permitir a correspondência às molas de diâmetro diferente. Um dispositivo de ajuste também deveria permitir que a montagem fosse disposta obliquamente inclinada em relação ao eixo geo- métrico da mola, se exigido.

Em algumas variantes do método, o ponto de referência para a medição fica localizado na borda, por exemplo, do campo de visão retangu- lar da câmera, o qual tem coordenadas conhecidas em relação ao sistema de coordenada de máquina. Neste caso, um elemento de referência virtual é formado pela borda do campo de visão, de preferência, por aquela borda lateral do campo de visão que fica voltada para o dispositivo de formação. A medição da posição real dos elementos estruturais pode ser, então, reduzida a uma medição de distância simples dentro do campo de visão.

Em outra variante do método, a qual pode ser usada de maneira alternativa ou adicional, é fornecido um corpo de referência fixo em máquina e é posicionado no campo de visão da câmera em uma distância a partir da área de medição, com um elemento estrutural do corpo de referência, por exemplo, uma borda reta, que é usado como uma referência para a medi- ção. Qualquer vibração da câmera durante a medição não pode afetar a pre- cisão de medição da medição nesta variante do método, devido ao fato de que esta vibração não terá influência sobre a distância, conforme pode ser observado no campo de visão da câmera, entre o elemento estrutural da mola helicoidal que é usado como a base para a medição e um ponto de referência sobre o corpo de referência.

Quando se utiliza uma câmera 2D para a medição, descobriu-se que é particularmente vantajoso que o elemento estrutural selecionado da mola helicoidal usada para a medição consista em uma seção de contorno de uma volta da mola que parece mais ou menos como uma linha reta no campo de visão e se estende de maneira transversal em relação à direção longitudinal da mola, em particular, em um ângulo entre cerca de 45° e cerca de 90° à direção longitudinal da mola helicoidal. Isto permite que simples algoritmos de detecção de contorno do sistema de processamento de ima- gem determinem a posição real do elemento estrutural na direção longitudi- nal da mola de maneira muito precisa. Por exemplo, alternativamente, tam- bém poderia ser possível colocar a área de medição na borda externa de uma volta da mola, para determinar o local da distância máxima (local máxi- mo) desta seção de volta a partir do eixo geométrico longitudinal da mola helicoidal e para determinar a distância entre este local máximo e o elemen- to de referência.

A posição nominal do elemento estrutural no momento de medi- ção deveria ser conhecida de maneira tão precisa quanto possível, a fim de permitir o controle objetivo do processo de fabricação. A posição nominal do elemento estrutural é conhecida, de preferência, durante todo o processo de fabricação, permitindo, assim, que a posição nominal no momento de medi- ção seja derivada diretamente a partir de uma função de tempo de programa correspondente. Quando se fabrica molas helicoidais que têm uma seção de comprimento constante maior ou menor (seção de passo constante), prefe- re-se que a medição inicie somente quando uma seção de mola de passo variável que pode estar presente tiver passado através da área de medição. Quando se realiza as medições na seção constante, é possível aproveitar o fato de que a posição nominal de um elemento estrutural selecionado per- manece constante durante um tempo relativamente longo, resultando, assim, na avaliação e aquisição de valor medido relativamente simples. Em princí- pio, também é possível realizar as medições nas seções de mola com mu- danças de passo. Isto resulta geralmente em posições nominais que variam, isto é, se movem, no decorrer do tempo e que são, então, usadas como a base para a etapa de comparação com o valor nominal que é aplicável ao momento de medição.

Em geral, as coordenadas da posição nominal do elemento es- trutural no momento de medição são derivadas a partir de uma função de tempo de programa, a qual é determinada antes da medição, para as coor- denadas da posição nominal do elemento estrutural. O valor nominal correto pode ser, então, determinado de modo único para cada momento de medi- ção. A função de tempo de programa para as coordenadas da posição no- minai pode ser determinada com base em uma simulação baseada em um computador. No entanto, em geral, é possível uma determinação experimen- tal e importante dentro de um tempo relativamente curto. Em algumas vari- antes do método, a função de tempo de programa para as coordenadas da posição nominal do elemento estrutural é determinada com base em um processo de produção de referência de ao menos uma mola helicoidal de referência, isto é experimentalmente.

A expressão "função de tempo de programa", neste caso, se re- fere a uma função que está relacionada a momentos específicos dentro do programa de controle NC. Neste caso, o alcance de um conjunto de NC es- pecífico corresponde a um tempo de programa específico ou um momento dentro da seqüência do programa. Nesse aspecto, um tempo de programa corresponde a uma posição da seqüência no processamento seqüencial das etapas do programa durante a execução do programa. Se, por exemplo, um sinal de disparo é exigido para controlar uma imagem registrada por uma câmera em uma fase específica da execução do programa, então, este sinal de disparo pode ser disparado por uma linha de programa antes do momen- to adequado. Os sinais, tais como estes, são diretamente ligados no pro- grama às posições específicas dos eixos geométricos da máquina, por e- xemplo, ao eixo geométrico da máquina da alimentação de arame e/ou ao eixo geométrico da máquina para a posição da ferramenta de passo. Um tempo em uma função de tempo de programa corresponde, portanto, a um local sobre a curva de movimento de um ou mais eixos geométricos de má- quina. A função de tempo de programa resulta em momentos (momentos de programa) dentro de um programa de NC, os quais são síncronos com o progresso da produção da mola. Nesse aspecto, a função de tempo de pro- grama também consiste em uma função de movimento em relação aos mo- vimentos dos eixos geométricos da máquina. Em particular, uma função de tempo de programa também corresponde na uma função de movimento da alimentação de arame.

Em alguns processos de fabricação, por exemplo, no caso de molas helicoidais relativamente curtas, uma única medição e uma única a- ção de controle realizada conforme exigido após a medição podem ser sufi- cientes para produzir uma mola helicoidal com um erro de comprimento sufi- cientemente pequeno. Particularmente, no caso de molas helicoidais relati- vamente longas, uma pluralidade de medições é realizada em momentos de medição sucessivos com um intervalo de tempo entre os mesmos durante a fabricação da mola helicoidal, tornando possível, assim, observar a taxa de mudança da geometria da mola durante o processo de fabricação e realizar uma pluralidade de ações de controle se necessário.

O número de medições por tempo de unidade é, na teoria, Iimi- tado pela capacidade de avaliação e de registro do sistema de medição. No entanto, descobriu-se que uma alta freqüência de medição não é geralmente necessária e nem importante. Nas variantes do método preferidas, o interva- lo de tempo entre os momentos de medição imediatamente sucessivos é compatível com a taxa de alimentação do arame, de tal modo que ao menos uma volta seja produzida em um intervalo de tempo entre as duas medições imediatamente sucessivas, de preferência, entre uma e duas voltas sendo produzidas no intervalo de tempo. Isto torna possível assegurar que qual- quer erro de comprimento acumulado seja, então, suficientemente grande para permitir que o mesmo seja detectado de maneira confiável dentro do escopo da precisão de medição do sistema de medição. A significância dos resultados da medição é, deste modo, aperfeiçoada e o processo de controle opera de uma forma mais estável.

Uma pluralidade de medições é realizada, de preferência, duran- te a produção de uma seção constante da mola helicoidal. Nestas condi- ções, um elemento estrutural observado não deveria modificar suas posi- ções durante um determinado tempo. O valor nominal usado para a etapa de comparação permanece constante durante este tempo.

Se o elemento estrutural se mover na direção do dispositivo de formação durante a fabricação de uma seção constante, então, isto indica que o passo durante o processo de formação é pequeno demais e isto pode ser adequadamente corrigido. De maneira contrária, o movimento do ele- mento estrutural para longe do dispositivo de formação pode ser compensa- do mediante a redução do passo.

Em algumas variantes do método, um valor de média móvel para os valores reais é determinado a partir dos valores reais de uma pluralidade de medições sucessivas após um número predefinido de medições, em par- ticular, após cada medição. As informações válidas relacionadas à efetivida- de da ação de controle podem ser derivadas a partir deste valor de média móvel. Um desenvolvimento do valor de média móvel no decorrer do tempo é exibido, de preferência, em uma unidade de exibição da máquina de enro- lamento de mola. Um operador pode observar diretamente a partir da mes- ma se os ajustes implantados sobre o dispositivo de controle são adequados para o controle eficaz, com a finalidade de se obter uma mola helicoidal com o comprimento total desejado no final de uma etapa de fabricação.

Diversos conceitos de controle e algoritmos de controle podem ser implantados. Em algumas variantes, é determinado um valor de diferen- ça ponderada para cada diferença de posição determinada e a posição da ferramenta é modificada com base no valor de diferença ponderada. Em par- ticular, um valor de diferença ponderada que é proporcional à diferença de posição pode ser determinado, em que um fator de proporcionalidade pode ser, de preferência, ajustado pelo operador e pode ser variado conforme exi- gido. Qualquer discrepância a partir do valor nominal encontrado em uma medição pode, nesta variante, conduzir a uma ação de controle, tornado possível, assim, reagir rapidamente contra as discrepâncias. Também é possível corrigir a posição da ferramenta somente quando a diferença de posição ou um valor de diferença ponderada derivado a partir do mesmo excede um valor limiar específico.

Com a finalidade de evitar um erro de controle permanente, os erros de controle são, de preferência, integrados no decorrer do tempo na forma de um regulador I, tornando possível, assim, produzir a característica de controle de um regulador PI geral.

Uma medição da posição de um elemento de estrutura selecio- nado é disparada de uma maneira diferente para os propósitos do método. Por exemplo, um sinal de disparo pode ser disparado com a finalidade de disparar uma medição por meio de uma linha de programa que está presen- te em um ponto adequando no programa de controle NC. Isto assegura a sincronização automática com a função de tempo de programa. As precisões típicas para a definição do momento de medição são, então, na ordem de magnitude do tempo do ciclo do sistema de controle que pode ser, por e- xemplo, na ordem de magnitude de 1 ou poucos milissegundos. Particular- mente, no caso de medições durante a produção de uma seção constante, as precisões, tais como estas, são completamente adequadas desde que a seção de estrutura a ser medida seja virtualmente estacionária. Em outras variantes do método, é usado um cronômetro que é independente do pro- grama de controle NC para definir o momento de medição e é sincronizado a um tempo de referência por meio do programa de controle NC. A título de exemplo, um cronômetro, tal como este, pode ser fornecido por um quadro adicional na unidade de controle. Isto permite que altas precisões sejam al- cançadas para a definição do momento de medição, independentemente do tempo do ciclo do sistema de controle. Em algumas variantes, o momento de medição é definido em relação a um tempo de referência da função de tem- po de programa com uma precisão de 100 microssegundos ou menos. Em conseqüência, são possíveis medições suficientemente precisas mesmo quando as medições são realizadas na área das seções de mola com uma mudança de passo. Em situações como estas, há geralmente uma posição nominal que varia no decorrer do tempo, isto é, uma posição nominal em movimento, na qual a etapa de comparação pode se basear. Portanto, é im- possível identificar o momento de medição de maneira tão precisa quanto possível, a fim de permitir que a posição nominal do elemento de estrutura observado associada ao momento de medição seja determinada com preci- são suficiente também.

Particularmente, quando se mede as seções de mola com mu- danças de passo, também pode ser vantajoso que uma pluralidade de medi- ções seja realizada em diferentes áreas de medição e que os resultados de medição sejam levados em conta no sistema de circuito fechado. Em algu- mas modalidades, uma primeira medição é realizada em uma primeira área de medição em um primeiro momento, tal primeira área de medição consiste em uma primeira distância a partir do dispositivo de formação e uma segun- da medição é realizada em uma segunda área de medição, a qual é deslo- cada em relação à primeira área de medição, em um segundo momento de medição subsequente, tal segunda área de medição consiste em uma se- gunda distância a partir do dispositivo de formação, tal segunda distância é maior do que a primeira distância. Se os resultados de duas ou mais medi- ções em tempos de deslocamento em áreas de medição fisicamente deslo- cadas forem processados em conjunto, podem ser feitas afirmações preci- sas sobre o desenvolvimento do processo de enrolamento de mola no decor- rer do tempo e sobre as tendências no evento de quaisquer discrepâncias nominais. Isto torna possível assegurar o controle até mais preciso do pro- cesso de enrolamento de mola.

A invenção também se refere a uma máquina de enrolamento de mola numericamente controlada que é particularmente configurada para rea- lizar o método. Esta máquina tem um dispositivo de alimentação para a ali- mentação de arame e um dispositivo de formação, assim como um dispositi- vo de formação com ao menos uma ferramenta de enrolamento, a qual de- termina essencialmente o diâmetro da mola helicoidal em um uma posição predeterminável, assim como ao menos uma ferramenta de passo, cuja ação sobre a mola helicoidal que está sendo desenvolvida determina o passo lo- cal S da mola helicoidal.

A máquina de enrolamento de mola tem, de preferência, uma primeira câmera que é disposta de tal modo que uma área de medição no campo de visão da câmera registre uma parte de uma seção de mola em uma distância finita a partir das ferramentas do dispositivo de formação. A distância entre a área de medição e o dispositivo de formação é, de prefe- rência, compatível com o comprimento total da mola helicoidal terminada, de tal modo que a distância seja entre 5% e 70%, em particular, entre 10% e 50% do comprimento total, e/ou de tal modo que existam uma ou mais voltas da mola dentro da distância, por exemplo, ao menos duas ou três voltas da mola. Adicionalmente, uma segunda câmera pode ser fornecida e é posicio- nada a uma distância a partir da primeira câmera de tal modo que uma se- ção de extremidade da mola livre se estenda na área de cobertura da se- gunda câmera em uma fase final da produção da mola helicoidal. Quando se utiliza uma câmera com uma área de cobertura suficientemente grande, uma única câmera pode ser suficiente para cobrir a área de medição, a qual fica em uma distância finita a partir das ferramentas do dispositivo de formação e a área de medição para detectar a seção de extremidade.

Em algumas máquinas de enrolamento de mola CNC modernas que já têm um sistema de medição adequado com uma câmera, a invenção pode ser implantada com pré-condições de projeto já existentes. A capaci- dade de implantar as modalidades da invenção pode ser implantada na for- ma de módulos de programa ou partes de programa adicionais ou na forma de uma modificação de programa ao software de controle de dispositivos de controle auxiliados por computador.

Um aspecto adicional da presente invenção se refere, portanto, a um produto de programa de computador que é armazenado, em particular, em um meio legível por computador ou é na forma de um sinal, em que o produto de programa de computador resulta no computador que realiza um método de acordo com a invenção ou a uma modalidade preferida de quan- do o dito produto de programa de computador é carregado na memória de um computador adequado e é executado por um computador.

Estas e outras características adicionais são apresentadas não somente nas reivindicações, mas também na descrição e nos desenhos, em que as características individuais podem ser, em cada caso, implantadas por si próprias ou em grupos de duas ou mais na forma de subcombinações pa- ra uma modalidade da invenção,e em outros campos, e podem representar as modalidades vantajosas dignas de proteção por si mesmas.

Breve descrição dos desenhos

A figura 1 mostra uma ilustração de visão geral esquemática de uma modalidade de uma máquina de enrolamento de mola com partes do dispositivo de alimentação e do dispositivo de formação,

A figura 2 mostra uma ilustração em perspectiva de acessórios para a máquina de enrolamento de mola conforme mostrado na figura 1, que inclui duas câmeras de um sistema de medição óptico à base de câmera para o registro do modo sem contato em tempo real de dados relacionados à geometria de uma mola que está sendo atualmente produzida, e um disposi- tivo guia de mola;

A figura 3 mostra uma seção de mola, produzida pelo dispositivo de formação, da mola que é produzida atualmente a partir de uma direção de visão paralela à direção da alimentação de arame e paralela ao eixo ge- ométrico óptico da óptica da câmera da primeira câmera, em que uma seção de volta da mola fica localizada em uma área de medição que está localiza- da dentro do campo de visão da câmera;

A figura 4 mostra diagramas do desenvolvimento no decorrer do tempo do valor de média móvel para os valores reais, determinados em uma série de medições individuais, durante a fabricação de uma mola, em que 4A mostra o desenvolvimento no decorrer do tempo sem controle e 4B mostra o desenvolvimento no decorrer do tempo com controle ativo;

A figura 5 mostra histogramas e diagramas relacionados à dis- persão de valores reais em uma série de medições individuais durante a fa- bricação de uma mola, em que 4A mostra os valores reais sem controle e 4B mostra os valores reais obtidos com controle ativo;

A figura 6 mostra um campo de visão retangular da primeira câ- mera, em que uma seção de uma mola a ser medida e a imagem de um e- Iemento de referência, o qual é montado fixado à máquina, podem ser ob- servadas no campo de visão.

Descrição detalhada das modalidades preferidas

A ilustração de visão geral esquemática na figura 1 mostra os elementos principais de uma máquina de enrolamento de mola CNC 100 com base em um projeto conhecido individualmente. A máquina de enrola- mento de mola 100 tem um dispositivo de alimentação 110 que é equipado com cilindros alimentadores 112 e alimenta seções de arame sucessivas de um arame 115, o qual chega a partir de uma fonte de arame 30 e é passado através de uma unidade de direção, com um perfil de taxa de alimentação numericamente controlado na área de um dispositivo de formação 120. O arame é formado com o auxílio de ferramentas numericamente controladas no dispositivo de formação, para formar uma mola helicoidal. As ferramentas incluem dois pinos de enrolamento 122, 124, os quais são dispostos deslo- cados através de um ângulo de 90°, são alinhadas na direção radial em rela- ção ao eixo geométrico central 118 (que corresponde à posição do eixo ge- ométrico desejado da mola), e são destinadas a determinar o diâmetro da mola helicoidal. A posição dos pinos de enrolamento pode ser variada para o ajuste básico para o diâmetro da mola durante o processo de instalação ao longo das linhas de movimento mostradas por linhas pontilhadas e na dire- ção horizontal (paralela à direção de alimentação da entrada 112), com a finalidade de ajustar a máquina para diferentes diâmetros de mola. Estes movimentos também podem ser realizados com o auxílio de acionadores elétricos adequados, monitorados pelo sistema de controle numérico.

Uma ferramenta de passo 130 tem uma ponta que é alinhada essencialmente em ângulos retos ao eixo geométrico da mola e engata na mola em desenvolvimento ao longo das voltas. A ferramenta de passo pode ser movida com o auxílio de um acionamento de movimento numericamente controlado para o eixo geométrico da máquina correspondente paralelo ao eixo geométrico 118 da mola em desenvolvimento (isto é, em ângulos retos ao plano do desenho). O arame que é enviado para frente durante a produ- ção da mola é forçado em uma direção paralela ao eixo geométrico da mola pela ferramenta de passo, que corresponde à posição da ferramenta de pas- so, com o passo local da mola na seção correspondente sendo determinado pela posição da ferramenta de passo. As mudanças de passo são produzi- das mediante o movimento da ferramenta de passo paralela ao eixo geomé- trico durante a produção da mola.

O dispositivo de formação tem uma ferramenta de passo adicio- nal 140, a qual pode ser aplicada verticalmente a partir de baixo e tem uma ponta de ferramenta cuneiforme que é inserida entre as voltas adjacentes quando esta ferramenta de passo está sendo usado. Os movimentos de a- juste desta ferramenta de passo se estendem em ângulos retos ao eixo ge- ométrico 118. Esta ferramenta de passo não é usada no processo de produ- ção ilustrado.

Uma ferramenta de separação numericamente controlável 150 é encaixada acima do eixo geométrico da mola e corta a mola helicoidal que tem sido produzida a partir da fonte de arame que é alimentada, com um movimento de trabalho vertical, após a completação das operações de for- mação. Na figura 1, o arame que tem sido alimentado é mostrado em uma situação imediatamente após a mola helicoidal anteriormente completa ter sido cortada. Nesta posição, o arame já tem formado metade de uma volta e a extremidade do arame que forma o início da mola fica localizado 0,3 volta antes da posição da ferramenta de passo 130.

Os eixos geométricos de máquina da máquina CNC que perten- cem às ferramentas são controlados por um dispositivo de controle numéri- co-computador 180 que tem dispositivos de memória nos quais o software de controle reside, que inclui, entre outros, um programa de controle NC pa- ra os movimentos de trabalho dos eixos geométricos de máquina.

Com a finalidade de fabricar uma mola helicoidal, começando a partir da "posição para completar mola" mostrada, o arame é alimentado na direção dos pinos de enrolamento 122, 124 com o auxílio do dispositivo de alimentação 110 e é defletido pelos pinos de enrolamento para o diâmetro desejado, formando uma curva na forma de um arco circular, até que a ex- tremidade livre do arame alcance a ferramenta de passo 130. Quando o a- rame é adicionalmente alimentado, a posição axial da ferramenta de passo determina o passo local atual da mola helicoidal em desenvolvimento. A fer- ramenta de passo é movida axialmente sob o controle do programa de con- trole NC, quando é destinado a modificar o passo durante o desenvolvimento da mola. Os movimentos de atuação da ferramenta de passo determinam essencialmente o perfil de passo ao longo da mola helicoidal.

Quando se configura a máquina de enrolamento de mola, as fer- ramentas de formação são movidas para suas respectivas configurações básicas. Além disso, o programa de controle NC é criado ou carregado, con- trolando os movimentos de atuação das ferramentas durante o processo de fabricação. A entrada de geometria para a máquina de enrolamento de mola é realizada por um operador sobre a unidade de exibição e unidade de con- trole 170, a qual é conectada ao dispositivo de controle 180.

Uma série de acessórios que são vantajosos para a implantação do método para a máquina de enrolamento de mola, conforme mostrado na figura 1, será agora explicada com referência à figura 2. Os elementos que já são conhecidos a partir da figura 1 são anotados com os mesmos símbolos de referência que na figura 1. A figura 2 mostra a máquina de enrolamento de mola durante a produção de uma mola helicoidal cilíndrica relativamente longa 200, cujas 20 voltas, aproximadamente, já têm sido produzidas no momento mostrado na figura. Esta consiste em uma mola longa com uma razão de L/D entre o comprimento total L da mola completa e o diâmetro D da mola de mais do que dez. Com a finalidade de assegurar que a mola, a qual se torna até mais longa à medida que a alimentação de arame aumen- ta, permaneça reta e que sua extremidade livre não flexione para baixo, é fornecido um dispositivo guia de mola 210. O dispositivo guia de mola tem uma placa de ângulo 212, a qual é fixada com o eixo geométrico longitudinal horizontal à estrutura da máquina de enrolamento de mola, e tem um perfil em formato de V. As superfícies planas inclinadas da placa de ângulo que se estendem em conjunto para baixo suportam a mola no fundo e ao lado, de tal modo que o eixo geométrico longitudinal (eixo geométrico central) da mo- la em desenvolvimento se estenda de maneira coaxial em relação ao eixo geométrico central 118 da mola em desenvolvimento. A placa de ângulo é fixada à estrutura da máquina por meio de um dispositivo de retenção, o qual não é mostrado, e pode ser ajustada em altura e em direção lateral com a finalidade de permitir a orientação desejada, coaxial em relação ao eixo ge- ométrico central 118 da mola, para as molas de diâmetro diferente. Após a completação do processo de fabricação de uma mola, a placa de ângulo po- de ser automaticamente articulada para baixo por meio de um acionamento pivotante hidráulico, a fim de permitir que a mola terminada deslize em um recipiente de coleta.

Esta extremidade da placa de ângulo que fica voltada para o dispositivo de formação fica localizado com uma separação nítida de poucos centímetros longe do dispositivo de formação, de tal modo que uma seção de mola livremente flutuante 202 permaneça entre as ferramentas do dispo- sitivo de formação e o início do lado da máquina da placa de ângulo. O com- primento da placa de ângulo é compatível com o comprimento total da mola helicoidal terminada, de tal modo que a seção de extremidade da mola fabri- cada primeiro se projete livremente além da extremidade da placa de ângulo que fica distante da máquina durante a fase final de fabricação. A seção de mola livremente flutuante 202 próxima à máquina e a seção de extremidade da mola 204 distante da máquina são, deste modo, acessíveis para uma medição óptica com uma direção de visão em ângulos retos ao eixo geomé- trico longitudinal da mola helicoidal.

A máquina de enrolamento de mola é equipada com um sistema de medição óptica à base de câmera para o registro do modo sem contato em tempo real de dados relacionados à geometria de uma mola que é atu- almente produzida. O sistema de medição tem duas câmeras de vídeo CCD idênticas 250, 260 que, no exemplo, com uma resolução de 1024 χ 768 pi- xels (elementos de imagem) podem fornecer até 100 imagens por segundo (quadros por segundo) através de uma interface a um sistema de processa- mento de imagem conectado. O registro das imagens individuais é, em cada caso, disparado através de sinais de disparo a partir do sistema de controle. Isto define os momentos de medição. O software de processamento de ima- gem é acomodado em um módulo de programa que interage com o disposi- tivo de controle 180 para a máquina de enrolamento de mola, ou é integrado no mesmo.

Ambas as câmeras são montadas em um trilho de montagem 255 que é resistente à torção e é fixado no lado à estrutura da máquina da máquina de enrolamento de mola, adjacente ao dispositivo guia de mola na área dos cilindros guia do dispositivo de alimentação, de tal modo que o eixo geométrico longitudinal do trilho de montagem se estenda paralelo ao eixo geométrico da máquina 118. As câmeras de medição podem ser movidas de maneira longitudinal sobre o trilho de montagem e podem ser fixadas em qualquer posição longitudinal selecionável desejada.

A primeira câmera 250, que fica próxima à máquina, é encaixada de tal modo que seu campo de visão retangular 252 (área de cobertura de imagem) cubra parte da seção de mola livremente flutuante 202 em uma distância a partir das ferramentas de formação (vide figura 3). O eixo geomé- trico óptico da óptica da câmera no exemplo é disposto aproximadamente no mesmo nível que o eixo geométrico central da mola helicoidal (isto é, no ní- vel do eixo geométrico 118) e se estende em ângulos retos ao seu eixo ge- ométrico. Uma área de medição retangular menor 254 pode ser observada dentro do campo de visão retangular 252, através de tal área de medição 254 uma seção de volta da mola que fica voltada para a câmera se estende de maneira oblíqua a partir da esquerda superior para a direita inferior. A imagem desta seção de volta (a qual se move na direção longitudinal do a- rame durante a produção da mola) ou seu contorno distante da máquina é usado como um elemento estrutural para a medição de comprimento.

A segunda câmera 260 é destinada a registrar a extremidade li- vre da mola 204 e é, portanto, posicionada sobre o trilho de montagem de tal modo que a extremidade livre da mola se estenda na área de cobertura da segunda câmera durante a fase final de produção da mola helicoidal.

Um dispositivo de iluminação é encaixado na altura do eixo ge- ométrico 118 diametralmente oposto à câmera, fornecendo iluminação na forma de um flash nos momentos de medição predeterminado pelo sistema de controle como uma reação aos sinais de disparo a partir do sistema de controle, permitindo a medição por luz transmitida. Um dispositivo de ilumi- nação dianteira pode ser fornecido no lado das câmeras, com a finalidade de aperfeiçoar a visibilidade de detalhes de interesse da mola para a medição.

A figura 3 mostra a situação ilustrada na figura 2, a partir de uma direção de visão paralela à direção da alimentação de arame (eixo geométri- co C da máquina de enrolamento de mola) ou paralela ao eixo geométrico óptico da óptica de câmera da primeira câmera. Uma seção através do ara- me 115 pode ser observada à esquerda, a qual é alimentada na direção de alimentação (em ângulos retos ao plano do desenho) a uma superfície incli- nada curvada da ferramenta de enrolamento inferior 124. A ferramenta de enrolamento força o arame para cima em uma trajetória, a qual é curvada em um formato circular, na direção da ferramenta de enrolamento superior, e no processo é permanentemente formada. A ponta da ferramenta de passo 130 pode ser observada acima da ferramenta de enrolamento e uma super- fície de trabalho lateral da ferramenta de enrolamento repousa sobre a volta em desenvolvimento. A ferramenta de passo pode ser movida paralela ao eixo geométrico da mola 118 (na direção da seta) sob o controle NC, com o auxílio do eixo geométrico da máquina associado, de tal modo que o passo local da mola no local de formação seja determinado pela posição da ferra- menta de passo.

A figura 3 mostra uma situação na fase inicial de fabricação de uma mola helicoidal cilíndrica 200, a qual tem uma seção de contato 206, que já tem sido produzida na extremidade, com um passo continuamente crescente, seguida por uma seção constante 208 com um passo constante, e uma seção de contato oposta, a qual não tem sido ainda fabricada no tem- po ilustrada, com um passo decrescente. No tempo ilustrado, o processo de fabricação já tem progredido até o ponto em que a extremidade livre da mola com a seção de contato passa a área de medição 254, e já tem alcançado a placa de ângulo do dispositivo guia de mola, e a seção de mola de flutuação livre 202 com um passo constante fica, deste modo, localizada de uma forma estável, coaxialmente em relação ao eixo geométrico 118.

A primeira câmera 250 é alinhada de tal modo que a área de medição 254 fique a uma distância relativamente grande 210 a partir das ferramentas 122, 130 do dispositivo de formação quando observada na dire- ção longitudinal da mola helicoidal. Neste exemplo, existem aproximadamen- te quatro voltas da mola helicoidal nesta distância. Neste exemplo, a distân- cia é entre cerca de 10% e cerca de 20% do comprimento total da mola ter- minada e, em particular, no caso de molas curtas também pode ser, por e- xemplo, de até 30%, 40% ou 50% do comprimento total.

O seguinte procedimento pode ser adotado para a produção em grande escala de molas helicoidais com o auxílio desta máquina de enrola- mento de mola. Primeiramente, a geometria nominal desejada da mola heli- coidal é inserida na unidade de exibição e unidade de controle 170, ou os dados geométricos adequados já disponíveis são carregados a partir de uma memória da máquina de enrolamento de mola, por exemplo, mediante a en~ trada de um número de identificação. Um chamado gerador NC utiliza os dados geométricos como base para o cálculo de um programa de controle NC, cujos conjuntos de NC individuais e a seqüência dos mesmos no pro- cesso de fabricação subsequente controlam os movimentos de trabalho co- ordenados dos dispositivos e ferramentas da máquina de enrolamento de mola.

Depois que as ferramentas do dispositivo de formação tiverem sido configuradas, uma primeira mola helicoidal é fabricada em um primeiro processo de fabricação de referência sem ativação do sistema de controle encaixado no sistema de medição. Neste caso, a área de medição 254 da primeira câmera 250 registra um elemento estrutural selecionado da mola, no exemplo, a seção de volta que se estendem de maneira oblíqua através da área de medição a partir da esquerda superior para a direita inferior. Isto aparece escuro na imagem da câmera, e é claramente evidente a partir do fundo brilhante, com um contorno claro/escuro de linhas retas que são for- madas. Com a finalidade de aperfeiçoar a capacidade de identificar os con- tornos, a mola helicoidal pode ser iluminada no lado da câmera e/ou no inte- rior na área da área de medição. O limite distante da máquina que aparece no campo de visão, ou a borda desta seção de volta, é usado para determi- nar a posição real do elemento estrutural. Neste caso, a título de exemplo, o sistema de processamento de imagem pode determinar as coordenadas da interseção superior 256-1 e da interseção inferior 256-2 da transição cla- ro/escuro, respectivamente com o limite inferior e superior da área de medi- ção, e as coordenadas da área de linha reta localizada entre os mesmos são determinadas por meio de interpolação. A distância paralela ao eixo geomé- tricô a um ponto de referência que é distante da máquina é, então, determi- nada com o auxílio de uma "ferramenta de distância" no software de proces- samento de imagem para um ponto de medição 270 que fica localizado cen- tralmente entre as interseções inferior e superior, com a finalidade de se ob- ter um primeiro valor real para a posição do elemento estrutural. No exemplo mostrado na figura 3, o limite de linha reta do campo de visão 252 próximo à máquina (à esquerda) é usado como um elemento de referência virtual, ou como uma "parada fixa", para a medição. A distância medida paralela ao eixo geométrico (ao eixo geométrico 118) entre o ponto de medição 270 so- bre o elemento estrutural selecionado e o elemento de referência é, então, adotada pelo sistema de controle como o primeiro valor nominal para a fabri- cação adicional.

O comprimento total da mola terminada é, então, independente- mente medido. Se este comprimento total estiver dentro da tolerância prede- terminada, presume-se que o primeiro valor nominal medido pode ser adota- do como um valor inicial para a fabricação em grande escala subsequente. Em contrapartida, se o comprimento total estiver fora da tolerância, então, as configurações para o processo de fabricação são modificados a fim de per- mitir que uma medição de referência adicional correspondente seja realizada para uma mola subsequente. Estas medições de referência individuais são repetidas em etapas até que uma mola fabricada fique muito bem dentro da tolerância de fabricação para o comprimento total da mola helicoidal. O valor nominal para o elemento estrutural determinado durante a fabricação desta mola "satisfatória" é, então, adotado para a fabricação em grande escala.

Neste caso, no exemplo, precisa-se tomar cuidado para assegu- rar que o valor nominal é determinado em um momento quando a seção constante 208 da mola já está localizada na área de medição 254. Nestas condições, o valor absoluto da dimensão nominal é, então, constante sobre um intervalo de tempo relativamente longo, cuja conseqüência consiste, ide- almente, em nenhuma mudança na aparência da projeção da mola em de- senvolvimento conforme registrado pela câmera, contanto que as voltas da seção constante estejam em movimento através da área de cobertura da câmera.

O sistema de controle pode ser, então, ajustado e pode ser ati- vado a fim de se fabricar molas subsequentes em um lote. Neste caso, uma medição de maneira expediente se inicia somente quando uma área de con- tato que pode estar presente com um passo crescente tem se movido atra- vés da área de medição, e a área de medição fica localizada na parte cons- tante da mola. Depois disto, o ciclo de controle, então, se inicia com uma primeira medição da distância real entre a seção estrutural selecionada e o elemento de referência definido (borda do campo de visão). A posição real determinada ou a distância real determinada é, então, comparada por meio do software de avaliação com a posição nominal anteriormente determinada ou a distância nominal do elemento estrutural para o momento de medição. Esta comparação computacional produz um valor para uma diferença de posição atual, a qual representa a diferença entre a posição real e a posição nominal no momento de medição. No exemplo seguinte, os detalhes numéri- cos são, em cada caso, mencionados sem qualquer dimensão, por razões de clareza, embora, por exemplo, a dimensão seja em milímetros.

Se, por exemplo, o valor nominal for de 10,5 e o valor real for de 10,7, então, a diferença de posição é de -0,2. Um valor de diferença ponde- rada é determinado a partir desta diferença de posição. Para este propósito, no exemplo, é usado um parâmetro de ponderação que pode ser ajustado pelo operador e é mencionado como a "etapa de controle", o qual é definido como uma porcentagem e é aplicado à diferença de posição determinada. Por exemplo, se uma etapa de controle de 50% for ajustada, então, uma di- ferença de posição de -0,2 resulta em um valor de diferença ponderada de - 0,1. Este valor que permanece depois da ponderação é agora adicionado a um valor de correção, com a finalidade de se obter um novo valor de corre- ção (modificado). Inicialmente, por exemplo, o valor de correção pode ser ajustado para o valor 0 (zero) e é, então, modificado nas etapas durante o processo de controle. No exemplo (valor de correção inicialmente 0), um no- vo valor de correção é calculado com o uso da relação computacional 0 + (- 0,1) = (-0,1), o qual é, então, enviado como uma correção para o sistema de controle da máquina de enrolamento de mola.

O programa de controle NC é preparado em pontos predetermi- nados para o sistema de controle, de tal modo que o controlador lógico pro- gramável (PLC) no programa NC possa modificar imediatamente um conjun- to NC que corresponde ao valor de correção recebido. Esta mudança age diretamente (em tempo real) sobre a posição da ferramenta de passo 130, no sentido de redução da diferença de posição.

Na segunda medição imediatamente subsequente, é determina- da uma posição real com o tamanho real de 10,6, por exemplo. Com o valor nominal de 10,5, o qual ainda é válido, isto resulta em uma diferença de po- sição de -0,1. Com o fator de ponderação modificado (etapa de controle de 50%), isto resulta em um valor de diferença ponderada de -0,05 e, portanto, um valor de correção de: (-0,1) + (-0,05) = -0,15. Conforme pode ser obser- vado, a correção renovada não age sobre o valor de correção original (= 0), mas sobre o valor de correção (-0,1) que tem sido modificado com base na medição anterior. Após a segunda medição, um valor de correção de -0,15 é, portanto, enviado como a correção para o sistema de controle e é proces- sado da maneira já descrita para as mudanças diretas ao programa de con- trole NC.

Este processamento de dados de medição que tem sido explica- do com o uso de um exemplo corresponde a um regulador Pl com um com- ponente proporcional variável e o efeito de integração de um componente integral.

Estas etapas são agora realizadas em uma série de momentos de medição sucessivos separados por um intervalo de tempo, durante a fa- bricação da seção constante da mola helicoidal, realizando ou tornando pos- sível, assim, realizar uma multiplicidade de ações de controle. O arame é alimentado continuamente para frente durante as medições e nenhuma inter- rupção é necessária. O intervalo de tempo entre os sucessivos momentos de medição, nesta variante do método, é compatível com a taxa de alimentação do arame de tal modo que aproximadamente 1,4 volta sejam produzidas en- tre dois momentos de medição imediatamente sucessivos. Esta seqüência de medição, a qual é relativamente lenta em comparação à taxa de quadros possível da câmera, torna possível que um erro se acumule possivelmente na mola entre as medições individuais, se a seqüência do processo não for ótima, de tamanho suficiente para conduzir a um valor medido significante dentro do escopo da precisão de medição do sistema, resultando, assim, em uma correção da magnitude correta que é iniciada na direção correta.

O efeito de aumento de precisão deste processo de controle po- de ser demonstrado com referência às figuras 4A, 4B e 5A, 5B. Estas figuras mostram os resultados de medição que foram obtidos durante a produção de molas amortecedoras de embreagem com 47 voltas compostas de arame de mola com um diâmetro de 3,8 mm. As molas tinham um diâmetro de cerca de 27 mm e um comprimento total de cerca de 350 mm. Cada diagrama nas figuras 4A, 4B mostra o desenvolvimento de tempo do valor de média móvel para os valores reais determinados para as medições individuais durante a fabricação de uma mola. Os números sem dimensões para os momentos de medição equidistantes são, em cada caso, mostrados sobre a abscissa, de tal modo que a abscissa consista em um eixo geométrico de tempo. A orde- nada mostra, em cada caso, os valores para a média móvel do valor real em comparação ao valor nominal de 10,55 mm, o qual é mostrado como uma linha em negrito. A figura 4A mostra um diagrama de medição típico para a fabricação sem controle convencional. A fabricação de uma nova mola heli- coidal começa no tempo numerado com 351. A fase final do processo de fabricação anterior é mostrada à esquerda disto, terminado com um valor médio, que é baixo demais (aproximadamente 10,48 mm), suja conseqüên- cia consiste no fato de que o comprimento total fabricado desta mola é curto demais. Inicialmente, os valores reais para a nova mola helicoidal são altos demais, a média móvel, primeiro de tudo, se aproxima ao valor nominal e, então, no entanto, se subestima a uma extensão cada vez maior à medida que a distância aumenta, cuja conseqüência consiste no fato de que esta mola helicoidal é também consideravelmente curta demais após a completação.

A figura 4B mostra a ilustração correspondente para a fabricação com o sistema de controle ligado. A fabricação das extremidades de mola anteriores no tempo numerado com 405 em um valor médio que é muito próximo ao valor nominal, cuja conseqüência consiste no fato de que o com- primento total da mola é muito próximo ao valor nominal para o comprimento total. Durante a fabricação da próxima mola helicoidal, os valores reais são inicialmente abaixo, de modo considerável, do valor nominal. No entanto, a ação de controle conduz a média móvel que se aproxima do valor nominal (10,55 mm) após a terceira medição, com a média móvel se aproximando de modo assintótico do valor nominal em direção ao final do processo de fabri- cação, com o valor de média móvel correspondendo mais uma vez, de ma- neira virtual e exata, ao valor nominal no final do processo de fabricação.

As figuras 5A, 5B utilizam uma ilustração diferente para mostrar o efeito do sistema de controle, com 5A, em cada caso, que mostra os resul- tados em o sistema de controle e 5B que mostra os resultados com o siste- ma de controle ligado. Os diagramas mostrados à direita, em cada caso, mostram mais uma vez os momentos de medição em unidades numéricas arbitrária sobre sua abscissa e a diferença de posição respectivamente me- dida entre o valor real e o valor nominal sobre a ordenada. As linhas em ne- grito que se estendem paralelas à linha zero acima e abaixo representam os limites de faixa de tolerância para o processo de fabricação. Os resultados de medição são mostrados na forma de histogramas em cada um dos ele- mentos da figura à esquerda. Durante o processo de fabricação sem o sis- tema de controle mostrado na figura 5A, os valores reais são amplamente dispersados em ambas as direções em torno do valor nominal, embora todos os valores estejam dentro das tolerâncias. Quando o sistema de controle é ativado (figura 5B), as dispersões resultantes em torno do valor nominal são significantemente menos, assegurando, assim, que todas as molas helicoi- dais fabricadas com o auxílio do sistema de controle tenham um comprimen- to total muito próximo ao valor nominal para o comprimento total.

A primeira câmera 250 é disposta relativamente próxima às fer- ramentas de formação sobre o trilho de montagem 255, cuja conseqüência consiste no fato de que qualquer oscilação no local da primeira câmera pode ter somente pequenas amplitudes que têm, dificilmente, qualquer efeito ad- verso sobre a precisão da medição. Entretanto, o resultado de medição pode ser afetado de maneira adversa pelos movimentos da câmera. É feita refe- rência à figura 6 a fim de explicar uma possível forma de tornar o resultado da medição independente de quaisquer oscilações da câmera e, deste mo- do, aperfeiçoar a precisão de medição. A ilustração mostra um campo de visão retangular 652 da primeira câmera. Uma área de medição retangular menor 654 inclui um contorno, o qual se estende de maneira virtualmente vertical a partir do topo para o fundo, de uma seção de volta que fica locali- zada na área de foco da câmera e fica voltada para a câmera. As coordena- das da posição real do elemento estrutural observado da mola são determi- nadas por meio de interpolação entre as interseções do contorno cla- ro/escuro com as bordas inferior e superior da área de medição. Adicional- mente, a imagem de um elemento de referência 680 pode ser observada no campo de visão, formado por um parafuso verticalmente alinhado que é fixa- do à estrutura da máquina com o auxílio de uma montagem estável. O para- fuso se projeta a partir de baixo no campo de visão e, na zona de foco da câmera, forma um contorno vertical nitidamente representado com uma tran- sição claro/escuro. A distância entre o elemento estrutural e a borda do ele- mento de referência 680 que fica voltada para o elemento estrutural é agora determinada na medição e é usada como a dimensão real para avaliação. Esta distância medida é independente de quaisquer oscilações da câmera e quaisquer movimentos do campo de visão associados a mesma em relação à mola observada. Quaisquer movimentos da câmera são, portanto, excluí- dos do erro de medição.

As medições da distância entre o elemento estrutural da mola helicoidal (por exemplo, o contorno de uma seção de volta) e um elemento de referência virtual ou fisicamente presente podem ser realizadas, conforme descrito, em uma direção paralela ao eixo geométrico 118 senão obliqua- mente ao mesmo, em outras direções adequadas.

As modalidades exemplificadoras que têm sido descritas em de- talhes têm sido explicadas com base na produção de uma mola longa com mais que 30 voltas. Uma mola helicoidal com um comprimento de cerca de 65 mm e com somente 7 voltas foi produzida durante os testes que não são mostrados nas figuras. As medições foram realizadas somente duas vezes durante a produção com correção adequada. Foi possível reduzir a disper- são no comprimento total a partir de cerca de 0,3 mm sem controle a cerca de 0,15 mm com controle.

Alternativamente ou em adição à medição absoluta descrita em relação a um elemento de referência fixo em máquina, uma medição relativa em relação a um elemento de referência também é possível em alguns ca- sos, com o elemento de referência sendo formado por uma parte da mola. Por exemplo, se o campo de visão 252, conforme mostrado na figura 3, for suficientemente grande para cobrir mais voltas na direção longitudinal da mola, a separação de comprimento entre o ponto de medição 270 sobre o contorno da volta localizado na área de medição 254 e um contorno de volta correspondente que fica localizado mais próximo às ferramentas de forma- ção, e é 3 ou 4 voltas distante, poderia ser medido e usado como a base para o processo de controle. A título de exemplo, a primeira volta completa 214 ou seu contorno distante da máquina poderia ser, então, usada como um elemento de referência.

Claims (15)

1. Método para a produção de molas helicoidais mediante o en- rolamento de mola por meio de uma máquina de enrolamento de mola nu- mericamente controlada, em que um arame é alimentado, controlado por um programa de controle NC, através de um dispositivo de alimentação de um dispositivo de formação da máquina de enrolamento de mola e é formado com o auxílio de ferramentas no dispositivo de formação para formar uma mola helicoidal, tendo as seguintes etapas: definição de uma geometria nominal desejada da mola helicoidal e de um programa de controle NC que é adequado para a produção da ge- ometria nominal; medição de uma posição real de um elemento estrutural selecio- nado da mola helicoidal em relação a um elemento de referência em ao me- nos um momento de medição, o qual ocorre após o início e antes do final da produção da mola helicoidal, em uma área de medição que fica em uma dis- tância finita a partir do dispositivo de formação na direção longitudinal da mola helicoidal, em que a distância é menor do que o comprimento total da mola helicoidal terminada; comparação da posição real com uma posição nominal do ele- mento estrutural para o momento de medição com a finalidade de determinar uma diferença de posição atual, a qual representa a diferença entre a posi- ção real e a posição nominal no momento de medição; controle da posição por meio de ao menos uma ferramenta, a qual determina o passo da mola helicoidal, do dispositivo de formação con- forme uma função da diferença de posição.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, em que a distância entre a área de medição e o dispositivo de formação é compatível com o comprimento total da mola helicoidal terminada, de tal modo que a distância seja entre 5% e 70%, em particular, entre 10% e 50% do comprimento total, e/ou de tal modo que existam uma ou mais voltas da mola dentro da distância.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que uma câmera com um campo de visão bidimensional é usada para a medição e a área de medição fica localizada no campo de visão da câmera.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que a posição real é medida em relação a um elemento de refe- rência fixo em máquina.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, em que é usado um elemento de referência virtual que é formado por uma borda do campo de visão de uma câmera, de preferência, pela borda lateral do campo de visão que fica voltada para o dispositivo de formação, ou em que é fornecido um corpo de referência fixo em máquina que é posicionado a uma distância a partir da área de medição no campo de visão da câmera, em que um ele- mento do corpo de referência, em particular, uma borda reta, é usado como o elemento de referência de medição.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que os elementos estruturais selecionados da mola helicoidal que são usados para a medição consistem em um contorno de uma seção de volta que surge como uma linha reta no campo de visão e se estende transversalmente em relação à direção longitudinal da mola helicoidal, em particular, em um ângulo entre cerca de 45° e 90° a esta direção longitudinal.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que as coordenadas da posição nominal do elemento estrutural no momento de medição são derivadas a partir de uma função de tempo de programa, a qual é definida antes da medição, para as coordenadas da po- sição nominal do elemento estrutural, em que a função de tempo de progra- ma para as coordenadas da posição nominal do elemento estrutural é, de preferência, determinada de maneira experimental com base em ao menos um processo de produção de referência de uma mola helicoidal de referência.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que uma pluralidade de medições é realizada durante a fabrica- ção da mola helicoidal em momentos de medição sucessivos com um inter- valo de tempo entre os mesmos, em que o intervalo de tempo é, de prefe- rência, compatível com a taxa de alimentação do arame, de tal modo que ao menos uma volta seja produzida em um intervalo de tempo entre duas medi- ções imediatamente sucessivas e em que são produzidas, de preferência, entre uma e duas voltas no intervalo de tempo.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações ante- riores, em que uma pluralidade de medições é realizada durante a produção de uma seção constante da mola helicoidal, e/ou em que um valor de média móvel para os valores reais é determinado a partir dos valores reais de uma pluralidade de medições sucessivas após um número predefinido de medi- ções, em particular, após cada medição, em que, em particular, um desen- volvimento do valor de média móvel no decorrer do tempo é exibido, de pre- ferência, em uma unidade de exibição da máquina de enrolamento de mola.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que um valor de diferença ponderada, em particular, um valor de diferença ponderada que é proporcional à diferença de posição, é deter- minado para cada diferença de posição determinada e a posição da ferra- menta é modificada com base no valor de diferença ponderada.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações an- teriores, em que, particularmente quando se mede as seções de mola com uma mudança de passo, uma primeira medição é realizada em uma primeira área de medição em um primeiro momento de medição, tal área de medição fica em uma primeira distância a partir do dispositivo de formação, uma se- gunda medição é realizada em uma segunda área de medição, a qual é des- locada em relação à primeira área de medição em um segundo momento de medição subsequente, tal segunda distância é maior do que a primeira dis- tância, e em que os resultados da primeira medição e da segunda medição são processados em conjunto.

12. Máquina de enrolamento de mola (100) para a produção de molas helicoidais (200) por meio de enrolamento de mola, sob o controle de um programa de controle NC, em que tem um dispositivo de alimentação (110) para a alimentação de arame (115) a um dispositivo de formação (120), em que o dispositivo de formação tem ao menos uma ferramenta de enrolamento (122, 124), a qual determina essencialmente o diâmetro da mo- la helicoidal em uma posição predeterminável, assim como ao menos uma ferramenta de passo (130), cuja ação sobre uma mola helicoidal que está sendo desenvolvida determina o passo local da mola helicoidal, caracteriza- da pelo fato de que a máquina de enrolamento de mola é configurada para realizar o método como definido em qualquer uma das reivindicações anteri- ores.

13. Máquina de enrolamento de mola, de acordo com a reivindi- cação 12, em que a máquina de enrolamento de mola tem uma primeira câ- mera (259) que é disposta de tal modo que uma área de medição (254) no campo de visão (252) da primeira câmera registre uma parte de uma seção de mola em uma distância finita (210) a partir das ferramentas do dispositivo de formação (120), em que a distância (210) é, de preferência, compatível com o comprimento total da mola helicoidal terminada, de tal modo que a distância seja entre 5% e 70%, em particular, entre 10% e 50% do compri- mento total, e/ou de tal modo que existam uma ou mais voltas da mola den- tro da distância.

14. Máquina de enrolamento de mola, de acordo com a reivindi- cação 12 ou 13, em que a máquina de enrolamento de mola tem uma se- gunda câmera (260), a qual é posicionada a uma distância a partir da primei- ra câmera (250) de tal modo que uma seção de extremidade da mola livre (204) se estenda na área de cobertura da segunda câmera em uma fase final da produção da mola helicoidal.

15. Produto de programa de computador que é armazenado em um meio legível por computador ou é na forma de um sinal, em que o produ- to de programa de computador resulta no computador que realiza um méto- do como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, quando o dito produto de programa de computador é carregado na memória de um compu- tador adequado e é executado por um computador.