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Dissertation M. Werner

Natur und Technik

Dissertationen

 

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→ Inhaltsverzeichnis     → Leseprobe

 

R. Neugebauer (Hrsg.)
M. Werner
Automatisierte Extraktion fertigungsrelevanter Merkmale aus Geometriedaten umformtechnischer Bauteile und deren Analyse zur feature-basierten Fertigungsprozessgestaltung

Berichte aus dem IWU, Band 124
228 Seiten, m. Abb. und Tab., A5, Broschur

ISBN: 9783957351487
Verlag Wissenschaftliche Scripten

 

Die rechentechnische Unterstützung der Fertigungsprozessgestaltung umformtechnischer Prozessketten ist wesentliche Voraussetzung für ein effizientes Engineering. Die zentrale Grundlage für die Entscheidungsfindungsschritte der Methodenplanung von Umformbauteilen ist deren Geometrie. Beim Innenhochdruck-Umformen (IHU) rohrförmiger Bauteile sind dies die Halbzeugauswahl und die Vorformgebung für die Materialbereitstellung und -vorverteilung sowie die IHU-Prozessführung für die finale Formgebung.

 

Zur planerischen Unterstützung ist die Bauteilgeometrie hinsichtlich fertigungsrelevanter Merkmale zu analysieren. Ausgehend von einer Geometriebeschreibung durch ein Oberflächennetz werden zunächst geometrische Merkmale automatisch extrahiert. Hierfür wurden verschiedene Analysemethoden entwickelt: die Netzanalyse, die Graphenanalyse
zur Extraktion des Bauteilskelettes, die Krümmungsanalyse zur Segmentierung der Bauteiloberfläche, eine erweiterte Querschnittanalyse sowie darauf aufbauend eine einfache und eine erweiterte Distanzprofilanalyse.

 

Die so gewonnenen geometrischen Merkmale werden aus umformtechnischer Sicht interpretiert und durch Zuordnung von Fertigungswissen zu Umform-Features. Dabei werden drei Klassen von Features unterschieden: die Klassen der Hauptform- und Nebenformelemente und die Klasse der Bauteilberandung. Diese beinhalten jeweils mehrere Unterklassen und Feature-Typen. Im Weiteren werden diese Features für den feature-basierten Methodenplanungsprozess genutzt. So unterstützt erfolgen die Geometrieaufbereitung, die Ableitung von Informationen zur Werkzeuggestaltung, die Halbzeugauswahl, die Biegeteilauslegung sowie -anpassung und eine Materialflussanalyse zur Abschätzung der Realisierbarkeit des Umformprozesses.

 

 

_________________

 

1 Einleitung

 

2 Stand der Technik

 

2.1 Fertigungsprozessgestaltung
2.1.1 Fertigungsprozessgestaltung allgemein
2.1.2 Formenordnungen, Sachmerkmalsleisten, Klassifikationsschlüssel und Technologiespeicher
2.1.3 Ähnlichteilbasierte Ansätze zur Gestaltung von Bauteilen und zur Prozessauslegung
2.1.4 Feature-basierte Ansätze zur Gestaltung von Bauteilen und zur Prozessauslegung
2.1.5 Merkmalsextraktion (Feature Extraction) und Merkmalserkennung (Feature Recognition)
2.1.6 Metamodell-basierte Ansätze zur Prozessauslegung
2.1.7 Fertigungsprozessgestaltung in der Umformtechnik
2.1.8 Methodenplanung für IHU-Bauteile
2.1.9 Planungstools für IHU-Prozesse

 

2.2 Innenhochdruck-Umformen von Hohlprofilen
2.2.1 Verfahrenseinteilung
2.2.2 Verfahrensprinzip
2.2.3 Verfahrenskenngrößen und technologische Grenzen
2.2.4 Prozesskette IHU
2.2.5 Verfahrenskombination und -integration

 

2.3 Mathematische Grundlagen und Algorithmische Geometrie
2.3.1 Vektoralgebra
2.3.2 Differentialgeometrie
2.3.3 Graphentheorie
2.3.4 Algorithmische Geometrie

 

2.4 Fazit des Standes der Technik

 

3 Zielstellung und Inhaltsübersicht
3.1 Zielstellung
3.2 Inhaltsübersicht und Aufbau der Arbeit

 

4 Definition fertigungsrelevanter Merkmale für die feature-basierte Prozessgestaltung

 

4.1 Entscheidungsfindungsprozess bei der Methodenplanung von IHUProzessen
4.1.2 Der softwareunterstützte Planungsprozess

 

4.2 Definition von Merkmalen
4.2.1 Fertigungsrelevante Merkmale
4.2.2 Geometrische Merkmale
4.2.3 Definition neuer geometrischer Merkmale
4.2.4 Nicht-geometrische Merkmale

 

5 Algorithmen zur automatischen Extraktion und Analyse geometrischer Merkmale

 

5.1 Vorbetrachtungen zur Repräsentation der Bauteilgeometrien

 

5.2 Datenaufbereitung und -konvertierung
5.2.1 Eingangsdaten und -informationen
5.2.2 Algorithmen
5.2.3 Ergebnisse der Datenaufbereitung

 

5.3 Netzanalyse und Bestimmung von Bauteilrändern
5.3.1 Eingangsdaten
5.3.2 Algorithmen
5.3.3 Ergebnisse der Netzanalyse

 

5.4 Extraktion und Graphenanalyse des Bauteilskelettes
5.4.1 Voruntersuchungen
5.4.2 Eingangsdaten
5.4.3 Algorithmen
5.4.4 Ergebnisse der Graphenanalyse des Bauteilskelettes

 

5.5 Krümmungsanalyse und Segmentierung der Bauteiloberfläche
5.5.1 Eingangsdaten
5.5.2 Algorithmen
5.5.3 Ergebnisse der Krümmungsanalyse und Segmentierung der Bauteiloberfläche

 

5.6 Querschnittanalyse
5.6.1 Eingangsdaten
5.6.2 Algorithmen
5.6.3 Ergebnisse der Querschnittanalyse

 

5.7 Distanzprofilanalyse
5.7.1 Eingangsdaten
5.7.2 Annahmen
5.7.3 Algorithmen
5.7.4 Ergebnisse der Distanzprofilanalyse

 

5.8 Ergebnisse Algorithmen und Analyse geometrischer Merkmale

 

6 Umformtechnische Interpretation geometrischer Merkmale zu Features

 

6.1 Feature-Klasse: Bauteilberandung
6.1.1 Feature-Unterklasse: Bauteilende
6.1.2 Feature-Unterklasse: Durchbruch
6.1.3 Identifikation der Instanzen der Feature-Klasse Bauteilberandung
6.1.4 Ergebnisse

 

6.2 Feature-Klasse: Hauptformelemente
6.2.1 Feature-Unterklasse: Bauteilskelett
6.2.2 Feature-Typ: Verzweigung
6.2.3 Ergebnisse

 

6.3 Feature-Klasse: Nebenformelemente
6.3.1 Identifikation der Feature-Typen der Unterklasse lokale Verprägung
6.3.2 Identifikation der Feature-Typen der Unterklasse umlaufendes Nebenformelement
6.3.3 Ergebnisse

 

7 Feature-basierter Methodenplanungsprozess für IHU-Bauteile

 

7.1 Werkstofftechnische Betrachtung

 

7.2 Feature-basierte Geometrieaufbereitung und Ableitung von Informationen zur Werkzeuggestaltung
7.2.1 Schließen von Berandungen
7.2.2 Ankonstruktion an Bauteilenden

 

7.3 Halbzeugauswahl sowie Biegeteilauslegung und -anpassung
7.3.1 Halbzeugauswahl
7.3.2 Auslegung der Biegelinie
7.3.3 Generierung der Geometrie gebogener Halbzeuge
7.3.4 Gebogene Halbzeuge mit Dehnungswerten
7.3.5 Anpassungen der Biegelinie

 

7.4 Materialflussanalyse zur Prozessauslegung
7.4.1 Materialquellen
7.4.2 Materialsenken
7.4.3 Materialflusslauf
7.4.4 Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse an einem Demonstrator

 

7.5 Fazit des feature-basierten Methodenplanungsprozesses

 

8 Zusammenfassung und Ausblick

 

Literaturverzeichnis

 

A Syntax der verwendeten Dateiformate
A.1 Dateiformat *.tri zur Speicherung der triangulierten Netze
A.2 Dateiformat *.dat zur Speicherung der triangulierten Netze
A.3 Dateiformat *.msh zur Speicherung der triangulierten Netze
A.4 Dateiformat *.vox zur Speicherung von diskretisierten Volumina
A.5 Dateiformat *.bbx zur Speicherung von Informationen des Voxelmodells
A.6 Dateiformat *.graph zur Speicherung von Skelettgraphen

 

B Attribute, Notation und Beschreibung verwendeter Datenstrukturen
B.1 Attribute und Beschreibung von Berandungen
B.2 Attribute und Beschreibung der geometrischen Merkmale des Bauteilskeletts
B.3 Attribute und Beschreibung der Oberflächenkrümmung des Netzes und segmentierter Flächenbereiche
B.4 Attribute und Beschreibung der geometrischen Merkmale des Distanzprofils von Querschnittkonturen
B.5 Attribute und Beschreibung von Bauteilquerschnitten

 



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