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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Fügeprozesses gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zum Überwachen eines Fügeprozesses gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 7.
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Derartige Verfahren und Vorrichtungen zum Überwachen eines Fügeprozesses zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels wenigstens eines Fügeelements sind der
DE 10 2010 006 403 A1 , der
DE 10 2006 002 237 B4 und der
DE 10 2010 006 402 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei den jeweiligen Verfahren wird wenigstens eine Messgröße mittels wenigstens eines Sensors erfasst, wobei der Fügeprozess anhand der Messgröße überwacht wird. Mit anderen Worten wird der Fügeprozess in Abhängigkeit von der erfassten Messgröße überwacht.
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Bei der
DE 10 2010 006 403 A1 wird als die wenigstens eine Messgröße eine Setzkraft überwacht, die auf das wenigstens eine als Nagel ausgebildete Fügeelement wirkt.
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Bei der
DE 10 2006 002 237 B4 ist die wenigstens eine Messgröße eine Reaktionskraft, welche beim Fügevorgang auf die wenigstens zwei Bauteile wirkt, während das als Nagel ausgebildete Fügeelement mit einer hohen Geschwindigkeit in die Bauteile eingetrieben wird.
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Bei der
DE 10 2010 006 402 A1 ist es vorgesehen, dass als die wenigstens eine Messgröße während des Fügeprozesses entstehende Schallemissionen erfasst werden. Hierbei ist der wenigstens eine Sensor als ein akustischer Sensor ausgebildet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine besonders einfache Durchführung der Überwachung des Fügeprozesses und die Realisierung von Messergebnissen mit besonders hoher Qualität ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass die Überwachung auf besonders einfache Weise durchgeführt werden kann bei gleichzeitiger Erzielung von Messergebnissen mit besonders hoher Qualität, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass als die wenigstens eine Messgröße während des Fügeprozesses bewirkte Schwingungen zumindest eines der Bauteile auf wenigstens einer Oberfläche des zumindest einen Bauteils mittels des wenigstens einen Sensors erfasst werden. Mit anderen Worten werden mittels des wenigstens einen Sensors Schwingungen beziehungsweise Impulse auf der wenigstens einen Oberfläche direkt gemessen. Hierzu ist der Sensor beispielsweise als Kraftsensor oder Beschleunigungssensor ausgebildet. Durch die Überwachung des Fügeprozesses anhand der erfassten Schwingungen lassen sich Messergebnisse besonders hoher Qualität realisieren, da eine bauteilseitige Messung realisierbar ist.
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Dies bedeutet, dass die wenigstens eine Messgröße, das heißt die Schwingungen nicht etwa an einem oder über ein Werkzeug, mittels welchem das wenigstens eine Fügeelement in die wenigstens zwei Bauteile eingebracht, insbesondere eingetrieben und/oder eingedreht, wird, sondern direkt am zumindest einen Bauteil erfasst werden. Ein weiterer Vorteil hierbei ist, dass eine einseitige Zugänglichkeit zu einem Fügebereich, in welchem das wenigstens eine Fügeelement angeordnet wird, ausreichend ist. Eine zweiseitige Zugänglichkeit des Fügebereiches ist nicht notwendigerweise erforderlich.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, dass im Vergleich zur Erfassung einer Setzkraft, einer Reaktionskraft oder eines Schalls, insbesondere Körperschalls, eine direkte Korrelation zwischen den an der wenigstens einen Oberfläche auftretenden Schwingungen und der Fügequalität des Fügeprozesses besteht, da an beziehungsweise auf der wenigstens einen Oberfläche und nicht etwa anlagenseitig, das heißt an dem Werkzeug gemessen wird. Mit anderen Worten lässt sich durch die Schwingungsmessung eine besonders gute Aussage über die mittels des Fügeprozesses zu bewirkende beziehungsweise bewirkte Fügequalität der Verbindung zwischen den wenigstens zwei Bauteilen treffen.
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Das Fügeelement ist beispielsweise als ein Nagel, insbesondere ein Setzbolzen, ausgebildet, welcher mittels des Werkzeugs in die Bauteile eingetrieben wird. Alternativ kann es sich bei dem Fügeelement um eine Schraube handeln, welche mittels des Werkzeugs in die Bauteile eingebracht, insbesondere eingedreht, wird. Dieses Einbringen des wenigstens einen Fügeelements in die Bauteile bewirkt Schwingungen. Im Falle des Nagels, welcher eine Spitze aufweist, werden beispielsweise Schwingungen bewirkt, wenn die Spitze die Bauteile durchdringt. Der Nagel weist beispielsweise ferner einen Nagelkopf auf, welcher im Zuge des Fügeprozesses auf zumindest eines der Bauteile aufprallt. Auch dies führt zu Schwingungen. Diese durch das Einbringen des Fügeelements in die Bauteile bewirkte beziehungsweise entstehende Schwingungen können zumindest im Wesentlichen direkt mittels des wenigstens einen Sensors gemessen werden, so dass besonders hochwertige Qualitätsaussagen über den Fügeprozess getroffen werden können.
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Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 7 angegebenen Art, wobei es zur Realisierung einer besonders einfachen Durchführung der Überwachung des Fügeprozesses sowie zum Erzielen von Messergebnissen besonders hoher Qualität erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Sensor dazu ausgebildet ist, während des Fügeprozesses bewirkte Schwingungen auf wenigstens einer Oberfläche zumindest eines der Bauteile zu erfassen. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anzusehen und umgekehrt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht zweier Bauteile, welche im Rahmen eines Fügeprozesses mittels wenigstens einen Fügeelements in Form eines Nagels miteinander verbunden werden, wobei während des Fügeprozesses bewirkte Schwingungen zumindest eines der Bauteile auf wenigstens einer Oberfläche des zumindest einen Bauteils mittels wenigstens eines Sensors erfasst werden, so dass der Fügeprozess anhand der Schwingungen überwacht wird.
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Anhand der Fig. wird im Folgenden ein Verfahren zum Überwachen eines Fügeprozesses zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile 10, 12 mittels wenigstens eines Fügeelements veranschaulicht. Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Fügeelement als ein Nagel 14 in Form eines Bolzens ausgebildet ist. Der Bolzen wird auch als „Setzbolzen” bezeichnet. Bei dem Fügeprozess handelt es sich somit um ein Setzverfahren, welches auch als „Bolzensetzverfahren” bezeichnet wird. Ein solches Bolzensetzverfahren ist auch unter dem Namen „Rivtac” oder „Impact” bekannt. Im Zuge des Bolzensetzverfahrens wird der Nagel 14 in einem Fügebereich 16 in die Bauteile 10, 12 eingetrieben, so dass der Nagel 14 die Bauteile 10, 12 durchdringt. Die folgenden Ausführungen sind jedoch ohne weiteres auf einen anderweitigen Fügeprozess, beispielsweise auf einen Schraubprozess übertragbar. Bei einem solchen Schraubprozess wird als das Fügeelement eine Schraube verwendet, welche derart in die Bauteile 10, 12 eingebracht wird, dass die Schraube in die Bauteile 10, 12 eingedreht wird.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Nagel 14 einen Nagelschaft 18 mit einer Spitze 20 aufweist. Ferner weist der Nagel 14 einen Nagelkopf 22 auf, welcher vorzugsweise einstückig mit dem Nagelschaft 18 ausgebildet ist. Im Rahmen des Fügeprozesses werden die Bauteile 10, 12 derart angeordnet, dass sich zumindest jeweilige Überlappungsbereiche 24 der Bauteile 10, 12 gegenseitig überlappen. Im Anschluss daran wird der Nagel 14 mittels eines Werkzeugs 26 in einer Eintreibrichtung in die Bauteile 10, 12 eingetrieben. Entlang dieser Eintreibrichtung ist das Bauteil 10 vor dem Bauteil 12 angeordnet, so dass der Nagel 14 zunächst das Bauteil 10 und dann das Bauteil 12 durchdringt. Daher wird das Bauteil 10 auch als „Deckmaterial” bezeichnet, wobei das Bauteil 12 als „Basismaterial” bezeichnet wird.
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Die Bauteile 10, 12 sind beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere als Blechbauteile ausgebildet. Im Rahmen des Fügeprozesses können auch mehr als zwei Bauteile mittels des Fügeelements miteinander verbunden werden.
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Das Werkzeug 26 ist als sogenanntes Bolzensetzgerät ausgebildet, mittels welchem der Nagel 14 mit einer vorgebbaren Geschwindigkeit in die Bauteile 10, 12 eingetrieben wird. Hierzu umfasst das Bolzensetzgerät ein Gehäuse 28 und einen in dem Gehäuse 28 aufgenommenen Stempel 30, welcher zumindest translatorisch relativ zu dem Gehäuse 28 bewegbar ist. Mittels des Stempels 30 wird der Nagel 14 beschleunigt und dadurch angetrieben, so dass er mittels des Stempels 30 in die Bauteile 10, 12 eingetrieben wird.
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Das Überwachen des Fügeprozesses dient dazu, die Fügequalität des Fügeprozesses zu ermitteln. Zum Überwachen des Fügeprozesses wird wenigstens ein Sensor 32 verwendet. Mittels des Sensors 32 wird wenigstens eine Messgröße, anhand derer der Fügeprozess überwacht wird, erfasst.
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Um eine besonders einfache Durchführung der Überwachung zu realisieren sowie Messergebnisse mit besonders hoher Qualität zu realisieren, ist es vorgesehen, dass als die wenigstens eine Messgröße während des Fügeprozesses bewirkte Schwingungen zumindest eines der Bauteile 10, 12 auf wenigstens einer Oberfläche 34 des zumindest einen Bauteils 10 mittels des Sensors 32 erfasst werden. Mit anderen Worten werden mittels des beispielsweise als Kraftsensor oder Beschleunigungssensor ausgebildeten Sensors 32 die Schwingungen auf der Oberfläche 34 des Bauteils 10 erfasst, wobei diese Schwingungen während des Fügeprozesses auftreten und durch diesen bewirkt werden. Ein solcher Beschleunigungs- oder Kraftsensor ist in der Lage, Signale des besonders schnellen Fügeprozesses zeitlich besonders gut auflösen zu können.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Sensor 32 während des Erfassens der Schwingungen in Stützanlage mit der Oberfläche 34 gehalten wird. Beispielsweise wird der Sensor 32 mit einer vorgebbaren Kraft beaufschlagt und mittels dieser Kraft gegen die Oberfläche 34 gehalten, insbesondere gedrückt. Dies bedeutet, dass der Sensor 32 die Oberfläche 34 berührt, so dass eine bauteilseitige Messung der Schwingungen realisiert ist. Dies bedeutet, dass die Schwingungen direkt am Bauteil 10 und nicht etwa über das Werkzeug 26 beziehungsweise am Werkzeug 26 gemessen werden.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass der Sensor 32 über eine Halteeinrichtung 36 am Werkzeug 26, insbesondere an dessen Gehäuse 28, gehalten ist. Hierdurch kann der Sensor 32 mit dem Werkzeug 26 mitbewegt werden, so dass er beispielsweise dann, wenn das Werkzeug 26 auf die Oberfläche 34 aufgesetzt wird, gleichzeitig in Stützanlage mit der Oberfläche 34 bewegt wird.
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Alternativ dazu ist jedoch auch eine vom Werkzeug 26 unabhängige Bewegung des Sensors 32 denkbar. Beispielsweise kann ein vom Werkzeug 26 separater Roboter oder eine entsprechende Roboteranlage vorgesehen sein, mittels welchem beziehungsweise mittels welcher der Sensor 32 unabhängig vom Werkzeug 26 bewegt und in Stützanlage mit der Oberfläche 34 gebracht werden kann.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass der Sensor 32 mittels einer Niederhaltereinrichtung in Stützanlage mit der wenigstens einen Oberfläche 34 gehalten wird. Dies bedeutet, dass über die Niederhaltereinrichtung der Sensor 32 mit einer vorgebbaren Kraft beaufschlagt wird, mittels welcher der Sensor 32 gegen die Oberfläche 34 gehalten, insbesondere gedrückt wird. Diese Niederhaltereinrichtung kann beispielsweise in die Halteeinrichtung 36 integriert sein, so dass der Sensor 32 beim Aufsetzen des Werkzeugs 26 auf der Oberfläche 34 ebenfalls auf die Oberfläche 34 aufgesetzt wird. Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Sensor 32 in Stützanlage mit der Oberfläche 34 bewegt wird, nachdem bereits das Werkzeug 26 in Stützanlage mit der Oberfläche 34 bewegt wurde. Ferner ist es denkbar, dass der Sensor 32 in Stützanlage mit der Oberfläche 34 bewegt wird, bevor das Werkzeug 26 in Stützanlage mit der Oberfläche 34 bewegt wird.
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Die Niederhaltereinrichtung zum Halten, insbesondere Drücken, des Sensors 32 gegen die Oberfläche 34 ist beispielsweise als pneumatische Niederhaltereinrichtung ausgebildet. Dadurch kann der Sensor 32 pneumatisch in Stützanlage mit der Oberfläche 34 gehalten werden.
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Darüber hinaus ist es denkbar, dass die Niederhaltereinrichtung wenigstens ein Federelement umfasst, mittels welchem der Sensor 32 mit einer Federkraft beaufschlagt und dadurch in Stützanlage mit der Oberfläche 34 gehalten wird. Auch anderweitige Ausführungsformen der Niederhaltereinrichtung sind denkbar.
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Darüber hinaus ist aus der Fig. erkennbar, dass es zum Überwachen des Fügeprozesses ausreicht, wenn der Fügebereich 16 einseitig, das heißt von lediglich einer Seite der Bauteile 10, 12 aus zugänglich ist. Mit anderen Worten reicht es aus, den Sensor 32 in Stützanlage mit der Oberfläche 34 zu bringen. Es ist nicht notwendigerweise erforderlich, den Sensor 32 und/oder einen weiteren Sensor auch in Stützanlage mit einer der Oberfläche 34 abgewandten Oberfläche 38 des Bauteils 12 zu bewegen. Hierdurch kann die Überwachung auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006403 A1 [0002, 0003]
- DE 102006002237 B4 [0002, 0004]
- DE 102010006402 A1 [0002, 0005]
