EP1048450A2 - Verfahren zur Positionbestimmung eines Pressstempels einer Pulverpresse - Google Patents

Verfahren zur Positionbestimmung eines Pressstempels einer Pulverpresse Download PDF

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EP1048450A2
EP1048450A2 EP00103757A EP00103757A EP1048450A2 EP 1048450 A2 EP1048450 A2 EP 1048450A2 EP 00103757 A EP00103757 A EP 00103757A EP 00103757 A EP00103757 A EP 00103757A EP 1048450 A2 EP1048450 A2 EP 1048450A2
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EP
European Patent Office
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die
press
press ram
computer
displacement sensor
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EP00103757A
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Jürgen Hinzpeter
Ingo Schmidt
Jörg Reitberger
Ulrich Gathmann
Klaus Peter R-Ssmann
Thomas Pannewitz
Stephan Mallon
Alexander Oldenburg
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Fette GmbH
Original Assignee
Fette GmbH
Wilhelm Fette GmbH
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B22F3/03—Press-moulding apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B30—PRESSES
    • B30B—PRESSES IN GENERAL
    • B30B11/00—Presses specially adapted for forming shaped articles from material in particulate or plastic state, e.g. briquetting presses, tabletting presses
    • B30B11/005—Control arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the position of a Press ram of a powder press, preferably a metal powder press according to the preamble of claim 1.
  • the positioning accuracy is from Upper and lower punches of a powder press, for example one Metal powder press, important. It is an accuracy of ⁇ 0.01 mm to adhere to.
  • the invention is therefore based on the object of a method for Specify the position of a ram of a powder press, the works precisely and is largely independent of press deformation due to pressing forces.
  • Upper and lower stamps have a so-called absolute Displacement system that can work in a conventional manner. It works with relatively low accuracy for the rough travel range, a measuring accuracy of 0.01 mm is sufficient.
  • an incremental is in the inventive method Travel sensor used, the z. B. a measurement accuracy of 0.25 microns having. This is actuated directly by the press ram, for example via a bracket on the press ram.
  • the measuring range of such incremental encoder is relatively short. It is sufficient if the Position determination with the help of the incremental encoder shortly before The ram is immersed in the die.
  • the switch from one to the other Position transducers at the highest travel speed e.g. B. 500 mm / sec.
  • the computer processes the measured values a reference measure is saved.
  • This reference measure gives one specified distance of the press ram to the upper edge of the die or Lower edge of the die again.
  • the measure can be obtained in that a corresponding teaching is arranged between the stamp and the die table and the stamp at very low speed against the teaching is driven. Since the distance measure is known, it can be in the computer as Reference dimension can be saved. A so-called. Reference offset saved.
  • the ram is continued from the reference dimension from the die and the number of Pulses are counted until a so-called index pulse is reached be generated. Indexing is done using the incremental Displacement sensor. Therefore, during the pressing process of the incremental Displacement sensor that only actuates when the reference offset is reached If the index pulse is triggered, the distance between the Stamp and the die known, and the incremental displacement sensor can then the position of the press ram when the pressing process is continued specify. Is the number of impulses covered, which results from the sum of reference measure and reference offset, the number corresponds to Subsequent pulses of the respective position of the ram in the Die hole.
  • the number of pulses stored in the process of Press stamps are generated from the reference dimension to the reference offset.
  • a second counter is the respective actual position by the incremental Position transducer recorded.
  • the sum of the reference dimension and reference offset is stored in a buffer before the second counter.
  • the Index pulse the buffer content is transferred to the second counter for the sole determination of the position by the incremental displacement sensor.
  • the switchover takes place on the one hand from the absolute to the incremental transducer controlled by the Calculation within the scope of its process cycle time without loss of position.
  • the reference value reference dimension + Reference offset
  • the switchover takes place on the one hand from the absolute to the incremental transducer controlled by the Calculation within the scope of its process cycle time without loss of position.
  • the reference value reference dimension + Reference offset
  • Loss of position or falsification by electrical Interference can be prevented, especially when the press is in continuous operation and with it corresponding measurement errors.
  • Machine frames are an upper press cylinder 12 and a lower one Press cylinder 14 attached.
  • Each press cylinder has a piston 16 or 18 to actuate a ram 20 or 22.
  • the cylinder 12 or 14, an absolute displacement sensor 24 or 26 is assigned.
  • the Press die 20 has a boom 28 and the press die 22 one Extension arm 30.
  • the arms 28, 30 act with an incremental Position measuring system 32 together.
  • Upper stamp 20 and lower stamp 22 work together with a die 34, which is arranged in a die table 36.
  • a die 34 which is arranged in a die table 36.
  • At 38a is a compact indicated, which arises from the interaction of the ram 20, 22 and consists for example of metal powder.
  • Fig. 2 the upper absolute displacement sensor 24 is indicated as well as his Position above the upper edge 38 of the die. You can also see the incremental displacement transducer 32 with a button 40, which is from the boom 28th is operated. A row of lines is indicated by 42, which represents should be that with an adjustment of the button 40 along the Double arrow 44 per stroke a pulse is generated. At 46 is in the Dash row 42 indicated a so-called index pulse, its meaning will be described below.
  • FIG. 3 shows a computer at 50, which has a first counter 52 or Z1 and a second counter 54 or Z2.
  • the counter Z2 is on Upstream of buffer 54a.
  • block 56 is an add and Comparison unit provided, in which a reference measure is also stored.
  • the computer 50 determines the position of the press ram can, for example, the ram 20 of FIG. 1, it is a Pass the reference dimension for the ram 20.
  • the ram 20 from the cylinder 12 on a so-called. Reference dimension 58 (Fig. 2) driven. This is done with the help of e.g. B. one special teaching, the dimension of which is generated with high accuracy.
  • a gauge can, moreover, the position of the ram relative to Upper die edge 38 are checked.
  • the absolute Position transducer 24 is the absolute at any time after this command Position.
  • the cylinder 12 moves the ram at a slow speed upwards until the incremental displacement sensor 32 receives the index pulse 46 reached.
  • the counter Z1 detects the counting pulses from the reference dimension to Index pulse. The number of these pulses or the distance is shown in FIG 60 and is also given below as a reference offset.
  • the sum of reference dimension 58 and reference offset is calculated in the computer and stored in the buffer 54a.
  • the absolute Position transducers 24 and 26 the actual position on the computer 50. Simultaneously the computer finds a comparison between the two every millisecond Counter reading Z2 of the incremental displacement sensor 32 and the sum measure (Reference measurement + reference offset) instead. If the value of the counter Z2 is less than the sum measure, the computer takes the actual position from the counter Z2 and therefore works exclusively with high-precision incremental ones Sensor.
  • the Boom 28 or 30 with the incremental displacement sensor 32 in Contact. This then activates the counter via the index pulse generated Z2 for taking over the content of the buffer 54a (reference dimension + Reference offset).
  • the press die 20 is moved further in the direction of the upper edge 38 of the die, the counter value is reduced before Z2 and after that described above In comparison, the incremental measuring system for positioning becomes active.

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Abstract

Verfahren zur Positionsbestimmung eines Preßstempels bezüglich einer Matrize in einer Pulverpresse mit folgenden Schritten:
  • in einem Rechner wird ein Referenzmaß gespeichert, das einem vorgegebenen relativ geringen Abstand des Preßstempels zur Oberkante oder Unterkante der Matrize entspricht,
  • im Rechner wird ein Referenzoffset gespeichert, der dadurch ermittelt wird, daß die Impulse eines vom Preßstempel betätigten inkrementalen Wegaufnehmers beim Hochfahren des Preßstempels vom Referenzmaß bis zu einem Indeximpuls gezählt werden,
  • oberhalb des Referenzoffset wird die Position des Preßstempels mit Hilfe eines absoluten Wegaufnehmers gemessen, der den Weg des Verstellkolbens für den Preßstempel ermittelt und dessen Meßwerte in den Rechner gegeben werden und
  • sobald die Istposition des Preßstempels gleich oder kleiner ist als das Summenmaß von Referenzoffset und Referenzmaß, werden die Impulse des inkrementalen Wegaufnehmers zur Positionierung in den Rechner gegeben.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Preßstempels einer Pulverpresse, vorzugsweise einer Metallpulverpresse nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Für die Herstellung maßgenauer Preßlinge ist die Positioniergenauigkeit von Ober- und Unterstempel einer Pulverpresse, beispielsweise einer Metallpulverpresse, von Bedeutung. Es ist eine Genauigkeit von < 0,01 mm einzuhalten.
Es ist bekannt, eine Wegmessung dadurch zu erhalten, daß der Weg des Kolbens eines Hydraulikstempels erfaßt wird, der den Preßstempel betätigt. Aufgrund der beim Pressen auftretenden Kräfte kommt es zu einer Auffederung des Maschinengestells. Die gemessenen Werte entsprechen daher nicht mehr den tatsächlichen. Hat die Matrize eine kegelige Form, kommt es auch zu einer Durchbiegung des Matrizentisches.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Preßstempels einer Pulverpresse anzugeben, das genau arbeitet und weitgehend unabhängig ist von Verformungen der Presse aufgrund von Preßkräften.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem Verfahren nach der Erfindung werden zwei Wegaufnehmer verwendet. Ober- und Unterstempel weisen ein sog. absolutes Wegaufnehmersystem auf, das in herkömmlicher Weise arbeiten kann. Es arbeitet mit relativ geringer Genauigkeit für den groben Verfahrbereich, wobei eine Meßgenauigkeit von 0,01 mm ausreichend ist.
Außerdem wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein inkrementaler Wegaufnehmer verwendet, der z. B. eine Meßgenauigkeit von 0,25 µm aufweist. Dieser wird unmittelbar vom Preßstempel betätigt, beispielsweise über einen Ausleger am Preßstempel. Der Meßbereich eines solchen inkrementalen Meßgebers ist relativ kurz. Es reicht aus, wenn die Positionsbestimmung mit Hilfe des inkrementalen Meßgebers kurz vor dem Eintauchen des Preßstempels in die Matrize erfolgt.
Wesentlich ist ferner, daß die Umschaltung von dem einen auf den anderen Wegaufnehmer bei höchster Verfahrgeschwindigkeit, von z. B. 500 mm/sec., ruckfrei, ohne Positionsverluste und ohne Genauigkeitsverluste durchgeführt wird. Zu diesem Zweck wird im Rechner, in dem die Meßwerte verarbeitet werden, ein Referenzmaß gespeichert. Dieses Referenzmaß gibt einen vorgegebenen Abstand des Preßstempels zur Matrizenoberkante bzw. Matrizenunterkante wieder. Das Maß kann dadurch erhalten werden, daß eine entsprechende Lehre zwischen Stempel und Matrizentisch angeordnet wird und der Stempel mit sehr geringer Geschwindigkeit gegen die Lehre gefahren wird. Da das Abstandsmaß bekannt ist, kann es im Rechner als Referenzmaß gespeichert werden. Im Rechner wird ferner ein sog. Referenzoffset gespeichert. Er wird dadurch erhalten, daß der Preßstempel vom Referenzmaß von der Matrize fort gefahren wird und die Anzahl der Impulse gezählt wird, die bis zum Erreichen eines sog. Indexpimpulses erzeugt werden. Die Indexierung erfolgt mit Hilfe des inkrementalen Wegaufnehmers. Wird daher während des Preßvorgangs vom inkrementalen Wegaufnehmer, der erst nahe dem Erreichen des Referenzoffsets betätigt wird, der Indeximpuls ausgelöst, ist damit der Abstand zwischen dem Stempel und der Matrize bekannt, und der inkrementale Wegaufnehmer kann dann bei Fortsetzung des Preßvorgangs die Position des Preßstempels angeben. Ist die Zahl der Impulse zurückgelegt, welche sich aus der Summe von Referenzmaß und Referenzoffset ergibt, entspricht die Anzahl der Impulse im Anschluß daran der jeweiligen Position des Preßstempels in der Matrizenbohrung. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird in einem Zähler die Anzahl der Impulse abgelegt, die beim Verfahren des Preßstempels vom Referenzmaß zum Referenzoffset hin erzeugt werden. In einem zweiten Zähler wird die jeweilige Istposition durch den inkrementalen Wegaufnehmer erfaßt. Die Summe aus Referenzmaß und Referenzoffset wird in einem Puffer vor dem zweiten Zähler abgelegt. Bei Erreichen des Indeximpulses wird der Pufferinhalt auf den zweiten Zähler übertragen zwecks alleiniger Positionsbestimmung durch den inkrementalen Wegaufnehmer.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt zum einen die Umschaltung vom absoluten auf den inkrementalen Wegaufnehmer kontrolliert durch die Rechnung im Rahmen seiner Prozeßzykluszeit ohne Positionsverlust. Vor jedem Umschaltvorgang wird der Bezugswert (Referenzmaß + Referenzoffset) für den zweiten Zähler durch den Indeximpuls ständig aufgefrischt. Positionsverluste oder Verfälschung durch elektrische Störeinflüsse können insbesondere beim Dauerbetrieb der Presse verhindert werden und damit auch entsprechende Meßfehler.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1
zeigt schematisch eine Pulverpresse mit Wegaufnehmern.
Fig. 2
zeigt in zwei Darstellungen die Einstellung der Referenzpositionen der Presse nach Fig. 1
Fig. 3
zeigt ein Blockschaltbild der Rechnerfunktionseinheiten für die Positionsbestimmung der Presse nach Fig. 1.
In einem allgemein mit 10 bezeichneten und nicht weiter beschriebenen Maschinengestell sind ein oberer Pressenzylinder 12 und ein unterer Pressenzylinder 14 angebracht. Jeder Pressenzylinder weist einen Kolben 16 bzw. 18 auf zur Betätigung eines Preßstempels 20 bzw. 22. Dem Zylinder 12 bzw. 14 ist ein absoluter Wegaufnehmer 24 bzw. 26 zugeordnet. Der Pressenstempel 20 weist einen Ausleger 28 und der Preßstempel 22 einen Ausleger 30 auf. Die Ausleger 28, 30 wirken mit einem inkrementalen Wegmeßsystem 32 zusammen.
Oberstempel 20 und Unterstempel 22 wirken zusammen mit einer Matrize 34, die in einem Matrizentisch 36 angeordnet ist. Bei 38a ist ein Preßling angedeutet, der durch das Zusammenwirken der Preßstempel 20, 22 entsteht und beispielsweise aus Metallpulver besteht.
In Fig. 2 ist der obere absolute Wegaufnehmer 24 angedeutet sowie seine Position oberhalb der Matrizenoberkante 38. Man erkennt außerdem den inkrementalen Wegaufnehmer 32 mit einem Taster 40, der vom Ausleger 28 betätigt wird. Mit 42 ist eine Strichreihe angedeutet, wodurch dargestellt werden soll, daß bei einer Verstellung des Tasters 40 entlang des Doppelpfeils 44 pro Strich ein Impuls erzeugt wird. Mit 46 ist in der Strichreihe 42 ein sog. Indeximpuls angedeutet, dessen Bedeutung nachfolgend noch beschrieben werden soll.
In Fig. 3 ist ein Rechner bei 50 zu erkennen, der einen ersten Zähler 52 oder Z1 und einen zweiten Zähler 54 oder Z2 aufweist. Dem Zähler Z2 ist ein Puffer 54a vorgeordnet. In einem Block 56 ist eine Addier- und Vergleichseinheit vorgesehen, in der auch ein Referenzmaß gespeichert ist.
Bevor der Rechner 50 eine Positionsermittlung des Preßstempels vornehmen kann, beispielsweise des Preßstempels 20 nach Fig. 1, wird ihm ein Referenzmaß für den Preßstempel 20 übergeben. Zur Einstellung der Referenzposition wird der Preßstempel 20 vom Zylinder 12 auf ein sog. Referenzmaß 58 (Fig. 2) gefahren. Dies geschieht mit Hilfe z. B. einer besonderen Lehre, deren Abmessung mit hoher Genauigkeit erzeugt ist. Mit einem Eichmaß kann im übrigen die Position des Preßstempels relativ zur Matrizenoberkante 38 überprüft werden. Im Rechner 50 wird das Referenzmaß für lange Zeit langzeitgespeichert. Für den absoluten Wegaufnehmer 24 steht nach diesem Kommando jederzeit die absolute Position fest.
Der Zylinder 12 verfährt mit langsamer Geschwindigkeit den Preßstempel nach oben, bis der inkrementale Wegaufnehmer 32 den Indeximpuls 46 erreicht. Der Zähler Z1 erfaßt die Zählimpulse vom Referenzmaß bis zum Indeximpuls. Die Anzahl dieser Impulse oder die Entfernung ist in Fig. 2 mit 60 bezeichnet und wird nachfolgend auch als Referenzoffset angegeben. Die Summe aus Referenzmaß 58 und Referenzoffset wird im Rechner gebildet und im Puffer 54a abgelegt.
Zu Beginn des Preßvorgangs befinden sich Ober- und Unterstempel 20, 22 in relativ weiter Entfernung zur Matrize 36. In dieser Phase liefert der absolute Wegaufnehmer 24 bzw. 26 die Istposition an den Rechner 50. Gleichzeitig findet jede Millisekunde ein Vergleich des Rechners zwischen dem Zählerstand Z2 des inkrementalen Wegaufnehmers 32 und dem Summenmaß (Referenzmaß + Referenzoffset) statt. Ist der Wert des Zählers Z2 kleiner als das Summenmaß, entnimmt der Rechner die Istposition aus dem Zähler Z2 und arbeitet mithin ausschließlich mit hochgenauen inkrementalen Meßaufnehmer.
Kurz vor Erreichen des Summenmaßes durch den Preßstempel kommt der Ausleger 28 bzw. 30 mit dem inkrementalen Wegaufnehmer 32 in Berührung. Über den dann erzeugten Indeximpuls aktiviert dieser den Zähler Z2 zur Übernahme des Inhalts des Puffers 54a (Referenzmaß + Referenzoffset).
Wird der Preßstempel 20 weiter in Richtung Matrizenoberkante 38 bewegt, reduziert sich der Zählerwert vor Z2, und nach dem oben beschriebenen Vergleich wird das inkrementale Meßsystem zur Positionierung aktiv.

Claims (2)

  1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines Preßstempels bezüglich einer Matrize in einer Pulverpresse mit folgenden Schritten:
    in einem Rechner wird ein Referenzmaß gespeichert, das einem vorgegebenen relativ geringen Abstand des Preßstempels zur Oberkante oder Unterkante der Matrize entspricht,
    im Rechner wird ein Referenzoffset gespeichert, der dadurch ermittelt wird, daß die Impulse eines vom Preßstempel betätigten inkrementalen Wegaufnehmers beim Hochfahren des Preßstempels vom Referenzmaß bis zu einem Indeximpuls gezählt werden,
    oberhalb des Referenzoffset wird die Position des Preßstempels mit Hilfe eines absoluten Wegaufnehmers gemessen, der den Weg des Verstellkolbens für den Preßstempel ermittelt und dessen Meßwerte in den Rechner gegeben werden und
    sobald die Istposition des Preßstempels gleich oder kleiner ist als das Summenmaß von Referenzoffset und Referenzmaß, werden die Impulse des inkrementalen Wegaufnehmers zur Positionierung in den Rechner gegeben.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Zähler die Anzahl der Impulse erfaßt, die beim Verfahren des Preßstempels vom Referenzmaß bis zum Referenzoffset erzeugt werden und ein zweiter Zähler die Istposition des inkrementalen Wegaufnehmers erfaßt, die Summe aus Referenzmaß und Referenzoffset in einen Puffer vor dem zweiten Zähler abgelegt wird und bei Erreichen des Indeximpulses der Pufferinhalt auf den zweiten Zähler übertragen wird zwecks alleiniger Positionsbestimmung durch den inkrementalen Wegaufnehmer.
EP00103757A 1999-04-30 2000-02-23 Verfahren zur Positionbestimmung eines Pressstempels einer Pulverpresse Withdrawn EP1048450A3 (de)

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