CN108541227A - 用于确定连接质量的方法，和通过连接装置连接多个金属板的过程的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于确定连接质量的方法，该连接通过连接装置在多个金属板中产生，并涉及一种用于这样的连接装置的控制方法。该控制方法包括记录力‑位移曲线(L1、S1、L2、NL、E1、E2)和将该记录的力‑位移曲线的线性卸载区域(E1)与连接装置的参考曲线(LR)进行对比，该参考曲线可以在所述冲头(9)和所述压紧装置(13)与反向支承(15)之间没有布置金属板和没有连接元件的情况下通过驱动元件将冲头(9)和压紧装置(13)朝向或远离反向支承(15)移动时作为参考的力/位移曲线被确定，其中所述对比确保了连接元件(11)的头端位置的评估或多个金属板(14)的剩余底部厚度的评估。

Description

用于确定连接质量的方法，和通过连接装置连接多个金属板 的过程的控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定连接质量的方法，该连接通过连接装置在多个金属板中产生。这种类型的连接是，例如铆钉连接或压铆连接，用于这些连接的相应的连接装置是已知的。本发明还涉及一种通过该连接装置连接多个金属板的过程的控制方法，该连接装置已在前面作为例子提及。

背景技术

连接的产生，例如通过将冲压铆钉置入多个金属板中或通过将没有连接元件的冲头压入多个金属板中，是普遍已知的。使用驱动元件来执行这种连接，所述元件通过液压系统、机电系统、气动系统等被驱动且因此移动。各种方法可以用于控制和监控这种类型的连接过程。

例如，DE 10 2012 025 047 A1描述了一种用于监控机械连接过程的方法，尤其是冲压铆钉或压铆过程。为此，冲头和压紧装置可移动地布置在连接装置的框架之内。压紧装置连接至冲头且在冲头的配合方向上预张紧。框架还包括模具，冲头在模具的方向(即冲头的配合方向)上移动。为了监控连接过程，由冲头施加的冲压力和冲头相对于压紧装置的相对路径被记录，以能够追踪和显示作为相对路径的函数的冲压力形式的连接曲线。因此，为了监控连接过程，用于冲头和压紧装置的两个轨迹传感器/路径传感器以及一个力传感器作为最小的设备被需要。这些必须被设计为紧凑型安装头的集成部分，且还借由数据记录系统被读取，其中它们的数据以可以被评估的形式呈现。准确地说，这三个最小的传感器的集成在设计方面具有挑战性，并且不能总是与安装头的可用空间或冲床的要求轮廓相协调。

进一步地，在WO 2014/025608 A1中的现有技术公开了一种连接装置，其中无需使用冲压力的记录来执行评估。冲床的这种管控基于记录冲头和压紧装置相对彼此的位置。基于这种相对彼此的位置，可以评估是否已符合要求地产生了铆钉连接。为此压紧装置包括轨迹传感器/路径传感器，所述传感器记录冲头相对于压紧装置的位置并由此进行评估。

US 7,409,760 B2描述了一种电机驱动冲床，其中电机借由齿轮机构移动冲头以产生连接。为执行连接过程的实时控制，使用至少一个第一传感器，其记录冲床的电力驱动的电动运行参数。这种运行参数是，例如电机的扭矩或其电机电流或甚至其速度。此外，冲压过程的特征参数通过至少一个第二传感器来确定。这些特征参数包括前述的用于表征连接的参数，例如冲压力、冲头位置、铆钉尺寸或甚至工件的厚度。通过传感器记录的参数作为闭环控制的一部分被评估并被选择性修正，以实现最佳的连接。在此描述的设计和方法需要很多的精力来进行数据记录和处理。这是因为连接参数(例如冲头的力)和冲头的控制参数(例如电机电流)必须实时进行比较，以能够调节连接过程，实现实际上最佳的连接。即使这种实时的控制通过对于连接的严格质量要求似乎是合理的，但它往往不能与待提供的冲床的经济限制相协调。

根据EP 1 946 864 A1，从确定的冲床的力/位移曲线确定例如是否已获得在冲压铆接过程中期望的铆钉头端位置或在压铆过程中期望的剩余底部厚度。这些控制和评估方法的基础由力/位移曲线的诠释构成，该力/位移曲线通过用于冲压力的力传感器和用于由冲头所经历的距离的轨迹传感器/路径传感器来记录。从该力/位移曲线中可以看出，例如，冲头何时将冲压铆钉压靠上部金属板位置使得可以开始冲压过程。然而，在此公开的控制和评估是基于放置的铆钉的长度是已知的。但并不是所有的安装头都可以确定所使用的连接元件的长度，因此在此描述的控制和评估方法的使用是受限的。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于确定连接质量的方法和用于冲床的控制方法，该冲床具有足够简单的结构设计，但同时允许符合要求的连接的产生和评估。

发明内容

前述的目标通过根据独立权利要求1所述的用于确定连接质量的方法和通过根据独立权利要求7所述的通过连接装置连接多个金属板的控制方法来实现。本发明的有益实施例和改进从从属权利要求、以下的描述和附图中获得。

本发明的用于确定连接质量的方法，其中该连接通过连接装置在多个金属板中产生，所述装置具有与冲头和压紧装置结合的驱动元件，该冲头可以由所述驱动元件移动，该压紧装置可以由所述驱动元件移动，所述方法包括以下步骤：沿着配合方向移动驱动元件，其中该驱动元件将运动传递至冲头和经由至少一个第一弹簧和一个第二弹簧传递至压紧装置；在驱动元件沿着配合方向或与配合方向相反的方向运动期间，用第一传感器检测驱动元件所施加的力，用第二传感器检测驱动元件所经历的距离，作为力/位移曲线；且在连接过程完成后，将记录的力/位移曲线中的线性卸载范围与连接装置的参考曲线进行对比，该参考曲线可以在所述冲头和所述压紧装置与反向支承之间没有布置金属板和没有连接元件的情况下通过驱动元件将冲头和压紧装置朝向或远离反向支承移动时作为参考的力/位移曲线被确定，其中该对比确保了连接元件的头端位置的评估或多个金属板的剩余底部厚度的评估。

本发明的用于确定连接质量的方法基于当前记录的连接装置的连接曲线(即力/位移曲线)。由于通过相应的传感器检测驱动元件所施加的力和驱动元件所经历的距离，该力/位移曲线基于驱动元件的运动被确定。基于针对于相应的连接过程的该力/位移曲线，可以得出关于以下的结论：待相互连接的金属板的厚度，压紧装置在多个金属板上的方位和接触，铆钉在多个金属板上的方位和接触，和因此特征数据，例如多个金属板的厚度和所使用的铆钉的长度，该特征数据通过与连接装置的参考曲线进行对比所得到的。为此，连接装置的参考的力/位移曲线优选地储存在用于控制连接装置的控制器的储存器中。若在当前的连接过程中基于检测的力/位移数据检测/记录该连接过程的特征的力/位移曲线，则随后通过将当前的力/位移曲线与参考的力/位移曲线的比较来评估连接的质量和因此连接过程的质量。该比较还可以包括能够基于当前的力/位移曲线和参考的力/位移曲线被执行的评估性计算；这些计算使得能够评估连接。

在产生连接之前，模拟连接的产生以确定参考的力/位移曲线。这意味着在没有多个金属板和连接元件的情况下通过驱动元件移动冲头和压紧装置抵靠反向支承，这样的冲压铆钉或用于铆压的合适的冲头位于冲头和模具之间。反向支承通常指的是装置的支撑金属板或部件的结构件，且经由金属板/部件将足够的反向力传递至冲头和/或压紧装置以产生连接。用于产生铆钉连接和压铆连接的反向支承优选地为模具。为了确定参考的力/位移曲线，反向支承优选地为砧座。在此过程中，记录驱动元件所施加的力和驱动元件所经历的距离以能够基于此生成参考的力/位移曲线。该参考的力/位移曲线提供了可弹性变形的部件(例如优选地爆出弹簧和C形框架)的特征数据，且对于连接装置，由于随后的位于冲头和反向支承之间的多个金属板的使用以及特定长度的冲压铆钉的使用，该数据会发生改变。因此，通过参考的力/位移曲线和当前的力/位移曲线的对比，这些特征数据(例如多个金属板的厚度和冲压铆钉的长度)可以从相应的对比中获得，且可用于评估连接过程的质量。

根据本发明方法的优选实施例，与参考的力/位移曲线的参考卸载范围相比，在匹配的情况下，线性卸载范围将确定当将冲压铆钉放置/穿透多个金属板时冲压铆钉的特定的头端位置，特别地半中空的或实心的冲压铆钉的齐平的头端位置，或具有头部接触的半中空的或实心的冲压铆钉的特定的头端位置，或在压铆过程中的指定剩余底部厚度。相应地，与参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更小的位移值移动的布置确定关于金属板的与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比预定的更大的剩余底部厚度，与参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更大的位移值移动的布置确定连接元件被过深地压入至多个金属板中或在铆压过程中比预定的更小的剩余底部厚度。

若观察具有C形框架的连接装置，则在连接过程期间且特别是在连接过程结束期间，C形框架向上弯曲直到完全放置冲压铆钉或产生压铆连接。在通过连接的产生完成连接过程之后，驱动元件移动返回至其初始位置。在此，力/位移曲线示出了在当前的力/位移曲线中以及在参考的力/位移曲线中的线性卸载范围。该线性卸载范围以C形框架的弹性返回运动至其初始形状为特征。通过最佳产生的铆钉连接或最佳的压铆过程，该卸载范围优选地在驱动的指定的力设定点值处结束，在该力设定点值处预期产生最佳的连接。若呈现最佳的连接，线性卸载范围将在参考卸载范围中优选的误差范围内延伸。然而，若优选的校正，特别是参考卸载范围平行于位移轴的偏移(参见下文)，应该表明指定的力设定点值对于待生产的连接并非是最佳匹配的，则当前的力/位移曲线的线性卸载范围相对于线性的参考卸载范围横向地移动。随着朝向更小的位移值的偏移，这意味着冲压铆钉不够深地被放置，或在铆压过程中过大的剩余底部厚度。随着朝向更大的位移值的偏移，这意味着冲压铆钉深深地被放置，或在铆压过程中过小的剩余底部厚度。

根据本发明的另一优选实施例，力/位移曲线中的线性卸载范围外推至与在力为零处的位移轴或与特定力值的直线的交点SP，若交点SP与参考交点R匹配，其中参考交点R为线性的参考卸载范围外推至与位移轴或与特定力值的直线的交点，则确定在冲压铆钉穿透多个金属板的情况中冲压铆钉的齐平的或指定的头端位置或在压铆过程指定的剩余底部厚度。由此，交点SP从参考交点R向较小位移值的偏差表示关于金属板的与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比预定的更大的剩余底部厚度，而交点SP从参考交点R向较大位移值的偏差表示连接元件被深深地压入至多个金属板中或在铆压过程中比指定的更小的剩余底部厚度。

上面的线性卸载范围与线性的参考卸载范围的比较的描述也可以以相同的方式应用于对于解释外推的线性卸载范围的交点和外推的参考卸载范围的交点的比较。

根据本发明方法的另一优选实施例，其中参考的力/位移曲线在由梯级隔开的第一线性增长范围和第二线性增长范围分别表示压紧装置的第一弹簧的变形和压紧装置的第二弹簧的变形，提供另一步骤：生成在参考的力/位移曲线中梯级的位移值W_RS,0与记录的力/位移曲线中梯级的位移值W_ES,0之差，其表示待连接的多个金属板的厚度。

如上面的定义所示，可以从当前的力/位移曲线与参考的力/位移曲线的对比来获得待相互连接的多个金属板的厚度。这优选地由于连接装置的设计特点，其压紧装置通过具有不同弹簧系数的两个弹簧可以在配合方向上被预张紧。若由于驱动元件的优选的移动使得压紧装置被按压抵靠在多个金属板上，则压紧装置的第一弹簧将首先被压缩，随后压缩压紧装置的第二弹簧。这导致在力/位移曲线的特征线性区段，其相应的斜率取决于压紧装置的相应的弹簧的弹簧系数。若压紧装置的第一弹簧的压缩和压紧装置的第二弹簧的压缩之间的过渡范围由连接它们的梯级而表现出与参考的力/位移曲线相比在当前的力/位移曲线中的偏移，则该偏移对应于位于冲头和反向支承之间的待相互连接的多个金属板的厚度。

根据本发明方法的另一优选实施例，该方法包括另一步骤：生成与第二线性增长范围相邻的非线性增长范围的初始位移值S₀与相邻的第二线性增长范围的起始位移值S₀₂之间的差，这表示连接元件的长度。

至于参考的力/位移曲线，可以看出，在通过压紧装置的第一弹簧的第一线性增长范围和通过压紧装置的第二弹簧的第二线性增长范围之后，参考的力/位移曲线过渡到具有比第一和第二增长范围更大斜率的第三线性增长范围。该第三线性增长范围表示弹性变形，尤其是连接装置的C形框架的弹性弯曲张开。与参考的力/位移曲线相比，在当前的力/位移曲线中第二线性增长范围过渡至非线性增长范围。该非线性增长范围表示冲压铆钉或连接元件的按压或穿透，或通常在压铆过程中冲头进入多个金属板。因此，在力/位移曲线中的第二线性增长范围的起始与非线性增长范围的起始之间的距离表示与所使用的连接元件的长度成正比的参数。为了将该确定的长度校准至连接元件实际的长度，优选地将代表安装头的常量考虑进来。该常量描述了，在压紧装置已施加其用于保持金属板的保持力至金属板之后，压紧装置内的冲头在放置于金属板上之前的自由路径。该自由路径被校准至压铆过程中冲头的长度，和对于实心的冲压铆钉或半中空的冲压铆钉的冲压过程中具有在配合方向上预加载的冲压铆钉的冲头的长度。因此，连接元件的长度优选地是该常量以及力/位移曲线中的第二线性增长范围的起始和非线性增长范围的起始之间的距离之差。该常量是可变的，取决于所使用的安装头或所使用的连接装置。

进一步优选地，本发明的方法包括进一步的步骤：将连接元件的确定的长度与储存的铆钉长度进行比较，若连接元件的确定的长度短于储存的最小铆钉长度或长于最大的铆钉长度则给出信号指示未对准的铆钉或非指定的铆钉或连接元件。在控制连接装置的微控制器的储存器区域，储存有代表可能使用的连接元件的各种铆钉长度。由于在连接通道中铆钉未对准是可能的，准确地说是杆长度短于铆钉头直径的冲压铆钉，则上述的用于确定铆钉长度的距离表示位于连接通道中的是适当对准的冲压铆钉还是未对准的冲压铆钉。这是因为优选地在此直接确定的连接元件的长度必须对应于相应储存的连接元件长度。此外，特别地由于来自于工具盒或在工作流程中的连接元件的不同长度的使用，可发生的是，非指定用于连接任务的或不合适的连接元件被装载到安装头中。在这种情况下，用于确定或监控质量的方法识别出不合适的连接元件并生成相应的信号。该信号(可以是电的、可视的和/或声学的)优选地用于下面描述的用于连接装置的方法中，以作出继续或停止连接过程的决定。在这种情况下，该信号优选地为控制的微控制器中的间隔的信号。

本发明还公开了通过连接装置连接多个金属板的控制方法，所述装置包括具有与冲头和压紧装置结合的驱动元件，该冲头可以由该驱动元件移动，该压紧装置可以由该驱动元件移动。本发明的控制方法具有以下步骤：借由力设定点值F_soll指定最大的连接力；在驱动元件沿着配合方向或与配合方向相反的方向运动期间，用第一传感器记录驱动元件所施加的力，用第二传感器记录驱动元件所经历的距离，作为力/位移曲线；沿着配合方向移动驱动元件，其中该驱动元件将运动传递至冲头和经由至少一个第一弹簧和一个第二弹簧传递至压紧装置直到达到力设定点值F_soll，且之后将驱动元件移动至初始位置；在记录的力/位移曲线中的线性卸载范围与连接装置的参考曲线进行对比之后通过至少一个校正值K偏移力设定点值F_soll，以在随后的连接过程中获得冲压铆钉连接过程中的指定头端位置或压铆过程中的指定剩余底部厚度，其中该参考曲线可以在所述冲头和所述压紧装置与反向支承之间没有布置金属板和没有连接元件的情况下通过驱动元件将冲头和压紧装置朝向或远离反向支承移动时作为参考的力/位移曲线被确定。

本发明的控制方法的构成类似与上述的用于确定连接质量的方法。因此已在上面进行讨论的各种过程步骤的解释也适用于本发明的在此描述的控制方法。

根据本发明，该控制方法优选地还包括以下步骤：若线性卸载范围与参考卸载范围匹配则保持力设定点值F_soll，若与参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更小的位移值移动则通过至少一个校正值K来增大力设定点值F_soll，若与参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更大的位移值移动则通过至少一个校正值K来减小力设定点值F_soll。

根据另一优选实施例，本发明的控制方法还包括步骤：若力/位移曲线中的线性卸载范围外推至与在力为零处的位移轴或与特定的力值的直线的交点SP与线性的参考卸载范围外推至与位移轴或与特定力值的直线的参考交点R匹配表示齐平的或指定的头端位置或指定的剩余底部厚度，则保持力设定点值F_soll；若交点SP从参考交点R向较小位移值的偏差表示与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比预定的更大的剩余底部厚度，则通过至少一个校正值来增大力设定点值F_soll；若交点SP从参考交点R向较大位移值的偏差表示连接元件被过深地压入至多个金属板中或在铆压过程中比指定的更小的剩余底部厚度，则通过至少一个校正值来减小力设定点值F_soll。

根据控制方法的另一优选实施例，其中参考的力/位移曲线在由梯级隔开的第一线性增长范围和第二线性增长范围分别表示压紧装置的第一弹簧的变形和压紧装置的第二弹簧的变形，提供以下步骤：生成在参考的力/位移曲线中梯级的位移值W_RS,0与记录的力/位移曲线中梯级的位移值W_ES,0之差，其表示待连接的多个金属板的厚度；和将力设定点值F_soll偏移至修正力设定点值F_soll,k作为待连接的多个金属板的确定的厚度的函数。

根据本发明的控制方法的另一优选实施例，提供以下步骤：生成与第二线性增长范围相邻的非线性增长范围的初始位移值S₀与相邻的第二线性增长范围的起始位移值S₀₂之间的差，这表示连接元件的长度；将连接元件的确定的长度与储存的铆钉长度进行比较，若连接元件的确定的长度短于储存的最小铆钉长度或长于最大的铆钉长度则中止连接过程。如上面关于质量监控的方法所描述的，其中优选地形成该控制方法的基础，通过上述比较可以看出，在冲压通道中的是否存在用于当前连接任务的未对准的铆钉或非指定的铆钉，或者合适的铆钉是否位于冲压通道中。若合适的铆钉不位于冲压通道中，则中止连接过程。由于前述的对比和因此关于继续或停止连接过程的相应决定优选地在连接元件被安装至金属板中之前(即就在力/位移曲线的非线性区段的开始处或之前)由微控制器进行，所以连接过程可以被中止。在这种情况下，连接装置优选地将自身与金属片隔开，以从连接通道中移除不合规格的铆钉或移除未对准的铆钉。一旦发生这种情况，借助于优选的控制方法开始新的连接过程。

附图说明

本发明的优选实施例将结合附图进行更详细的描述。这些示出在

图1A为DE 100 21 781 B4中描述的现有技术的连接装置的优选实施例的剖视图，且其功能的设计和方式在此引用作为参考，

图1B为图1A中剖视图的局部放大图，

图2为优选的力/位移曲线(蓝色)和对照的优选的参考的力/位图曲线(红色)，

图3为根据图3的曲线，其中它们基于评估的步骤而被叠加，

图4为用于诠释头端位置和剩余底部厚度和用于更正力设定值的示意图，

图5为在连接通道中转动的冲压铆钉的示意图，和

图6为(a)半中空的冲压铆钉的头端位置的示意图，(b)压铆连接的剩余底部厚度的示意图和(c)具有头部接触的实心的冲压铆钉的头部突出的示意图。

具体实施方式

通过连接装置连接多个金属板的控制方法和确定这种连接的质量的方法是用于现有技术中已知的连接装置。这种连接装置的功能的设计和方式在例如DE 100 21 781B4中描述，其中的内容以引用的方式呈现在本文中。图1A和1B示出了引用的连接装置，作为连接装置优选的实施例以用于本发明。

连接装置F的优选的基本结构包括驱动元件1，该驱动元件1在此经由肘节接合器供电。对此可选地，根据其他的优选实施例，可以使用液压活塞-缸套驱动或电动主轴驱动和气动活塞-缸套驱动。所使用的该驱动将驱动元件1移动，该驱动元件1借由朝向或远离多个金属板14的方向上的线性运动来移动冲头9和压紧装置13。因此，驱动元件1以已知的方式平行于配合方向R_F产生了冲头9和压紧装置13的受控制的线性运动。压紧装置13优选地能够借由至少一个第一弹簧7和一个第二弹簧6被机械预张紧抵靠在多个金属板14上。在连接多个金属板14的连接过程期间，多个金属板14被支撑在反向支承15上。作为压铆过程的部分，该反向支承15优选地包括相应形状的支持拉深成形过程的模具。当冲压铆合半中空的冲压铆钉或实心的冲压铆钉时，该反向支承优选地还包括支持封盖头部形成的模具。在确定参考的力/位图曲线期间，砧座优选地用作反向支承。

根据本发明，驱动元件1的运动优选地由轨迹传感器记录(未示出)。所记录的轨迹传感器数据被传送到微控制器或工业计算机以监控和控制连接装置F并在那进行进一步处理。由驱动元件1传递至在配合方向R_F上游的元件(压紧装置13、弹簧6、7和冲头9)的力通过力传感器(未示出)记录。这种力传感器在连接装置中以其类型的结构和布置是已知的。所记录的力传感器数据被传送到微控制器或工业计算机以监控和控制连接装置F并在那进行进一步处理。

根据本发明，第一弹簧7优选地具有与第二弹簧6相比较小的弹簧系数。因此，第一弹簧7为弱弹簧，而第二弹簧6为强弹簧。第一弹簧7用于将压紧装置13的模具定位在初始位置。因此，为连接过程结束后且连接装置F从金属板14抬起后，弹簧7的力引导压紧装置13返回至其初始位置。为了执行该功能，弹簧7优选地在压紧装置套筒13H和驱动元件1的内部顶侧之间机械预张紧。

第二弹簧6用于将保持力施加至金属板14。优选地通过在驱动元件1的内部顶侧和止动件16之间预张紧第二弹簧6来设置保持力。根据一优选实施例，止动件16借由轴向可移动的螺纹套筒17能够为此在配合方向F_R上或与配合方向F_R相反的方向上移动，使得释放或压缩第二弹簧6。

驱动元件1如今在配合方向上并在驱动元件1的位移W的过程中移动，且驱动元件1所施加至压紧装置13和冲头9的力F被记录。所记录的位移S和所记录的力F能够被呈现在力/位移图中，如图2、3和4中示出的那样。若驱动元件1在配合方向R_F上移动且并没有与金属板14接触，力F几乎为零。一旦压紧装置13的模具放置在金属板14上，所记录的力突升至第一弹簧7预设的预张紧的值。在放置在金属板14上之后，若驱动元件1在配合方向R_F上进一步移动，通过其长度可调节的位移S_F(参见图1B)第一弹簧7被进一步压缩，直到压紧装置13的肩部13S抵靠止动件16。在力/位移图中，这可以由基于该力和位移曲线的第一线性增长L₁的第一梯级来辨识。根据本发明的一优选实施例，第一梯级偏移至图2至4中的起始点，即偏移至位移S＝0。因此，力/位移曲线也并非起始于为零处的力，而是起始于储存在弹簧7中的预张紧力。该优选的偏移/位移在图2中示出，其中力/位移曲线在负位移轴(x轴；参见红色和蓝色的曲线)的范围内连续。

随着肩部13S抵靠止动件16，驱动元件1在配合方向R_F上的进一步移动对第二弹簧6以及第一弹簧7一起进行压缩。压紧装置13相应地将至少预设在第二弹簧6中的预张紧力作为保持力施加到金属板14。在力/位移曲线中，第二弹簧6的效果通过第二梯级S₁或第二突升和随后的线性增长范围L₂是可辨识的。

当驱动元件1在配合方向R_F上移动时，经历前述的距离S_F，直到压紧装置13将其保持力施加到金属板14。当压紧装置13在该可预设定的距离S_F上移动或也在连接装置F内的自由空间移动时，冲头9在配合方向R_F上在压紧装置13内同轴地移动。冲头9在压紧装置13内直到金属板14上所经历的距离S_S(参见图1B)在其长度上在连接装置F内是选择性可调整的。优选地设定距离S_S大于由压紧装置13经历以跨越自由空间的距离S_F。S_S和S_F之间在长度U_L上的差，即S_S-S_F＝U_L>0，因此优选地为连接装置F的可配置的参数，且因此为已知的参数。在长度U_L上的差首先确保了：在冲头9自身或由冲头9沿配合方向R_F移动的冲压铆钉将力作用在金属板14上之前，将压紧装置13被放置在金属板14上，且压紧装置13通过弹簧6、7将其完全的保持力施加到金属板。仅当冲头9或由冲头9沿配合方向R_F移动的冲压铆钉将力作用在金属板14上时，连接过程开始，这在所记录的力/位移曲线中或在力/位移曲线中分别通过非线性区段NL可辨识。

尽管前述的方法通常可应用于连接装置，将基于冲压铆钉穿透多个金属板来对它们进行描述。因此，图1A和1B的连接装置F也示出了铆钉供给器12作为例子，其已在冲头9的下方供给有冲压铆钉11，尤其是半中空的铆钉或实心的冲压铆钉。在近似可执行的压铆过程中，冲头9在相应适合的模具15中执行拉深成形过程，以将多个金属板14相互连接。

同样适用的连接装置在EP 1 294 505 B1、US 4,365,401、DE 100 31 073 A1和DE10 2004 015 568 A1中描述；在此参考它们的设计。

图2示出了在力/位移图中的两个曲线。实线(在此为蓝色)描述了冲压铆钉与上述连接装置F的穿透或安装。弹簧6、7为此机械预张紧。驱动元件1通过受控制的力从其初始位置沿着配合方向R_F被移动至指定的力设定点值F_soll，且然后沿与配合方向R_F相反的方向被移动回其初始值。在驱动元件1的该受控制的移动期间，其基于可校正的力设定点值F_soll并不使用闭环控制或实时控制，驱动元件1所经历的距离S和驱动元件1所施加的力被记录和处理。

连接过程的实线的力/位移曲线优选地包括第一线性增长范围L₁、随后的第二线性增长范围L₂、随后的非线性增长范围NL和具有第一负向斜率的第一线性卸载范围E₁和具有第二负向斜率的第二卸载范围E₂。第一负向斜率完全大于第二负向斜率，使得第一卸载范围E₁比第二卸载范围E₂更急剧地减小。进一步地，第二卸载范围E₂优选地与增长范围L₂反向平行地延伸，且然后也过渡并与增长范围L₁反向平行地延伸。增长范围L₁和L₂优选地由梯级S相互隔开。同样优选地，增长分为L₁、L₂直接相互过渡而没有梯级S。在此情况中，压紧装置13的弹簧6优选地没有预张紧。若，除弹簧6、7之外还有保持弹簧一个接一个地接合，这基于在驱动元件的力/位移曲线的进一步的线性增长范围L是可辨识的。线性增长范围L的独立的增长优选地由当前正在被压缩的弹簧的弹簧系数来确定。

在弱弹簧7被压缩之前，尽管驱动元件1沿配合方向R_F移动，但所记录的力在容许的波动范围内等于零或几乎为零。为了更容易地解释所记录的力/位移曲线并且能够结合参考的力/位移曲线进行评估，第一线性增长范围L₁的起点优选地设定在力/位移图中的位移零点处，如图2所示。这同样优选地能够应用于下面讨论的参考的力/位移曲线。为此优选地在工业计算机中相对于增长范围L₁的起始评估所记录的力/位移数据。在使用数学准则识别之后，所记录的力/位移曲线和参考的力/位移曲线以这样的方式偏移到负位移值使得增长范围L₁的上升起始于位移值等于零处。

以相同的方式，可选地可以便宜第二线性增长范围L₂至负位移值直到增长范围L₂的上升起始于位移值等于零处。因此，减小了在测量值中或通常在力/位移阶段L₁中可能错误的影响。

第二线性增长范围L₂过渡至非线性增长范围NL。在范围L₁和范围NL之间的标出的过渡点处，冲压铆钉(特别是实心的冲压铆钉或具有或不具有头部的半中空的冲压铆钉)或在压铆过程中的冲头或由冲头9移动的另一个连接元件搁置在多个金属板14上。因此，如果生成与第二线性增长范围L₂相邻的非线性增长范围NL的初始位移值S₀与相邻的第二线性增长范围L₂的起始位移值S₀₂之间的差，则由此生成与使用的连接元件的长度成比例的长度段。为了由此确定连接元件的长度，从力/位移曲线确定的长度段I(即l＝S₀-S₀₂)将从对于上面已经讨论的安装头的常量U_L中减去。

由于所使用的连接装置以受控制的力工作，驱动元件1沿着配合方向R_F移动直到达到特定的力设定点值F_soll。到达力设定点值F_soll意味着连接过程(即多个金属板的连接)结束了。

在达到在控制的微控制器或工业计算机的储存器区域中指定且优选地储存的该力设定点值F_soll之后，驱动元件1沿着与配合方向R_F相反的方向移动返回至其初始位置。因此，在力/位移曲线中获得第一卸载范围E₁。者说明了，优选地与连接装置一起使用的C形框架随着该卸载恢复至其初始形状，因为在连接过程中该C形框架弹性地弯曲张开。一旦C形框架已几乎完全地恢复至其初始形状，第一卸载范围E₁过渡到第二卸载范围E₂。仅仅只有压紧装置所施加的力还引起了C形框架的轻微弯曲张开。这些保持力和C形框架的关联的弯曲张开被认为是忽略不计的，因此优选地在评估中不考虑它们。在该卸载范围E₂之内，压紧装置13的弹簧6松弛。卸载范围E₂经由梯级S过渡至卸载范围E3，且在后者范围，驱动元件13的弹簧7以同样的方式松弛直到驱动元件1到达其初始位置。

确定参考的力/位移曲线以能够评估所记录的力/位移曲线，并优化该连接过程，作为控制方法的部分。这在图2中表示为红线。为此驱动元件1沿配合方向R_F移动，且冲头因此在没有多个金属片并且没有位于冲头和反支承件之间的接合元件的情况下移动抵靠反向支承。基于此配置，参考的力/位移曲线仅由来自连接装置F的弹性可变形部件的贡献构成，它们直接相互过渡。在线性增长范围L_1,R和L_2,R中存在保持弹簧6、7的压缩，在线性增长范围L_3,R存在C形框架的弯曲张开。在达到指定的力设定点值F_soll后，驱动元件1移动返回至其初始位置。该卸载返回运动发生在参考的力/位移曲线的线性范围L_3,R、L_2,R、L_1,R中。由于缺少塑性变形，当记录参考曲线时，驱动元件1沿配合方向R_F的运动和沿与配合方向R_F相反的方向的运动发生在相同的参考的力/位移曲线上。

上述的参考的力/位移曲线优选地作为对于每个连接装置的一特征参数被记录。为了能够在后面的实际的连接过程的评估中使用它，参考的力/位移无线优选地首先偏移至负位移值，使得第一线性增长范围L_1,R也在位移值0处开始其上升。对此可选地，第二线性增长范围L_2,R在位移值0处开始其上升也是同样优选的。若使用该位置作为每个待评估的参考的力/位移曲线的参考点，即第一线性增长范围L₁或第二线性增长范围L₂的每个初始点被放置在位移值0处，则可以在参考的力/位移曲线的帮助下评估力/位移曲线，且可以由此优化连接过程。

如上所述的，待相互连接的金属板14的厚度是由在力/位移曲线的梯级S₁和在参考的力/位移曲线的梯级S_R,1导致的，尤其是由值W_RS,0和W_ES,0之差所导致的。为了确定现在最佳的连接是否达到指定的力设定点值F_soll，力/位移曲线和参考的力/位移曲线优选地相对彼此平行于位移轴偏移使得梯级S₁和S_R,1重合。这种偏移可以通过计算和/或图形化地在控制的微控制器或工业计算机中进行。

一旦使得梯级S₁、S_R,1重叠，力/位移曲线的线性卸载范围E₁和参考的力/位移曲线的线性卸载范围E_R能够被相互对比并评估。在达到连接力设定点值F_soll之后，通过将驱动元件1朝与配合方向R_F相反的方向移动来卸载驱动元件1。在该第一卸载阶段，弹性弯曲张开的C形框架几乎完全恢复至其初始形状，即还存在由保持弹簧导致的忽略不计的弹性变形，使得线性卸载范围E₁平行于线性卸载范围E_R延伸。若该平行的趋势不能被记录，这优选地证实了在连接装置或其传感器中存在故障。

若冲压铆钉以头端位置K_HS在优选间隔0≤K_HS≤0.5mm的情况下(参见图6a和c)放置，则线性卸载范围E₁位于参考的力/位移曲线的线性卸载范围E_R上。因此，该头部优选地与多个金属板的最上面板金属层齐平(参见图6a)，或对于具有头部接触的半空心的或实心的冲压铆钉使得该头部突出对应于其头部高度(参见图6c)。根据另一优选的实施例，铆钉头的顶侧位于深度为K_HS＝0.1mm处，或根据另一优选的实施例，在部件或金属板表面的上方具有最大为0.1mm的头部突出(参见图6a)。由此，优选地通过计算和/或图形化地确定连接力的预定的力设定点值F_soll的最佳设置。这同样适用于实现最佳的剩余底部厚度tb(参见图6b)的连接力。

若驱动的力设定点值F_soll并不足够高，冲压铆钉(特别是实心的冲压铆钉或没有头部接触的半空心的冲压铆钉)被放置为具有头部突出K_HS，或具有头部接触的冲压铆钉被放置为具有与指定的相比较大的头端位置K_VS，或压铆连接被产生为具有过大的剩余底部厚度。因此，随着驱动元件1的卸载，与参考的力/位移曲线的卸载范围E_R相比，线性卸载范围E₁朝向较小的位移值偏移。

若驱动的力设定点值F_soll过高了，冲压铆钉(特别是实心的冲压铆钉或没有头部接触的半空心的冲压铆钉)被过深地压入至多个金属板中，或具有头部接触的冲压铆钉被放置为具有与指定的相比较小的头端位置K_VS，或压铆连接被产生为具有过小的剩余底部厚度。因此，随着驱动元件1的卸载，与参考的力/位移曲线的卸载范围E_R相比，线性卸载范围E₁朝向较大的位移值偏移。

提出一种校正值使得能够优化力设定点值F_soll以改进待产生的连接。该校正值优选地作为特征映射的部分储存在工业计算机中。该校正值优选地基于连接过程的对应条件的特征值来调整。在冲压铆钉被过深地压入时，该校正值K将力设定点值F_soll向更小的值校正，而在具有头部突出的冲压铆钉或头部突出过大或剩余底部厚度过大时，通过校正因子K增大储存的冲压力F_soll。因此获得待驱动的连接力F_soll,K(参见图4)。

误差范围优选地定义在参考的力/位移曲线的卸载范围E_R周围。由此，可以通过计算或图形化地确定连接过程以指定的力设定点值F_soll结束于哪个头端位置或剩余底部厚度。若力/位移曲线的线性卸载范围E₁并不在优选的误差范围内，则根据连接的结果通过校正因子K来偏移力设定点值F_soll。优选地，校正因子K作为特征映射被保存。取决于线性卸载范围E₁相对于线性卸载范围E_R朝向较小或较大的位移值是否存在偏差以及该偏离的绝对值有多大，特征映射提供相应校准的校正因子K。相应的特征映射优选地储存在工业计算机的储存器区域并可以在那里被访问。

根据控制程序和用于确定连接质量的程序的另一替代方案，在线性卸载范围E₁与选择的比较力值F_V的直线之间确定交点SP。类似地，在线性卸载范围E_R与比较力值F_V之间确定交点SP_R。同样优选地，这些交点被确定在位移轴(即力值为零)上并彼此对比。若交点SP和SP_R匹配，则力设定点值F_soll被设定为最佳。在这种情况，匹配信号指示冲压铆钉的齐平的头端位置或指示在压铆过程中已经实现预定的剩余底部厚度。若交点SP偏移至较小的位移值，则这指示了冲压铆钉的头部突出或在压铆过程中的与指定的相比较大的剩余底部厚度。在这种情况，通过至少一个校正值K来增大力设定点值F_soll。若所放置的冲压铆钉被过深地压入至多个金属板中或在压铆过程中获得了过小的剩余底部厚度，则通过至少一个特征值K来减小力设定点值F_soll。

如上所述，连接元件的长度取决于与第二线性增长范围L₂相邻的非线性增长范围NL的初始位移值S₀与相邻的第二线性增长范围L₂的起始位移值S₀₂之间的差。

根据本发明，所使用的铆钉长度和冲压铆钉几何尺寸被保存在控制的工业计算机的储存器区域中。从图1中可认识到，冲压铆钉11被供给到冲头9下方的连接通道。优选地也用作压紧装置13的连接通道具有大致对应于或略大于冲压铆钉11的头部直径的内直径。现如果冲压铆钉具有头部直径和其铆钉杆的长度的比率大于或等于2:1，优选地8:3.3或12:5或8:4，则这些冲压铆钉11可能在连接通道中不对准。在这种情况下，铆钉杆将不再平行于配合方向R_F定位，而是相对于它成一个角度或几乎垂直于它，使得冲压铆钉将沿边缘位于连接通道中。从上述的比率中可以看出，仅相对短的冲压铆钉可能是未对准的铆钉。这是因为，一旦铆钉杆长于铆钉头直径的一半，连接通道的直径不再允许不对准。这种短的铆钉具有头部直径与杆长度的比值为8:3.5mm或8:4mm。因此，如果根据对铆钉长度的上述确定以及与保存的铆钉长度的比较识别出确定的铆钉长度大于存储的最大铆钉长度，则这表示铆钉未对准。因此中止正在进行的连接过程。

Claims (11)

1.用于确定连接质量的方法，所述连接通过连接装置在多个金属板中产生，所述装置具有与冲头和压紧装置结合的驱动元件，所述冲头可以由所述驱动元件移动，所述压紧装置可以由所述驱动元件移动，所述方法包括以下步骤：

a.沿着配合方向移动所述驱动元件，其中所述驱动元件将运动传递至所述冲头和经由至少一个第一弹簧和一个第二弹簧传递至所述压紧装置；

b.在所述驱动元件沿着所述配合方向或与所述配合方向相反的方向运动期间，用第一传感器记录所述驱动元件所施加的力，用第二传感器记录所述驱动元件所经历的距离，作为力/位移曲线；和

c.在连接过程完成后，将记录的所述力/位移曲线中的线性卸载范围与所述连接装置的参考曲线进行对比，所述参考曲线可以在所述冲头和所述压紧装置与反向支承之间没有布置金属板和没有连接元件的情况下通过所述驱动元件将所述冲头和所述压紧装置朝向或远离反向支承移动时作为参考的力/位移曲线被确定，其中所述对比确保了连接元件的头端位置的评估或所述多个金属板的剩余底部厚度的评估。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述线性卸载范围与参考卸载范围对比在匹配的情况下，确定当将冲压铆钉放置在多个金属板期间冲压铆钉的指定的头端位置，特别地半中空的或实心的冲压铆钉的齐平的头端位置，或具有头部接触的半中空的或实心的冲压铆钉的特定的头端位置，或在压铆过程中的预定的剩余底部厚度；与所述参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更小的位移值移动的布置，确定关于所述多个金属板的与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比预定的更大的剩余底部厚度；且与所述参考卸载范围相比线性卸载范围朝向更大的位移值移动的布置，确定连接元件被过深地压入至所述多个金属板中或在铆压过程中比预定的更小的剩余底部厚度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若所述力/位移曲线中的线性卸载范围外推至与在力为零处的位移轴或与特定的力值的直线的交点SP与线性的参考卸载范围外推至与位移轴或与特定力值的直线的参考交点R匹配，表示在冲压铆钉在多个金属板的放置期间冲压铆钉的齐平的或指定的头端位置或在压铆过程中指定的剩余底部厚度；当与所述参考卸载范围相比所述交点SP从所述参考交点R向较小位移值的偏差，表示关于所述多个金属板的与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比预定的更大的剩余底部厚度；当所述交点SP从所述参考交点R向较大位移值的偏差，表示连接元件被过深地压入至所述多个金属板中或在铆压过程中比指定的更小的剩余底部厚度。

4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述参考的力/位移曲线在由梯级隔开的第一线性增长范围和第二线性增长范围分别表示所述压紧装置的第一弹簧的变形和所述压紧装置的第二弹簧的变形，且所述方法还包括另一步骤：

生成在所述参考的力/位移曲线中的所述梯级的位移值W_RS,0与所述记录的力/位移曲线中的所述梯级的位移值W_ES,0之差，表示待连接的多个金属板的厚度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还具有以下步骤：

生成与第二线性增长范围相邻的非线性增长范围的初始位移值S₀与相邻的所述第二线性增长范围的起始位移值S₀₂之间的差，表示所述连接元件的长度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还具有以下步骤：

将所述连接元件的确定的长度与储存的铆钉长度进行比较，且

若所述连接元件的确定的长度短于储存的最小铆钉长度或长于最大的铆钉长度则给出信号指示未对准的铆钉或非指定的铆钉。

7.通过连接装置连接多个金属板的控制方法，所述装置具有与冲头和压紧装置结合的驱动元件，所述冲头可以由所述驱动元件移动，所述压紧装置可以由所述驱动元件移动，所述方法包括以下步骤：

a.借由力设定点值F_soll指定最大的连接力，

b.在所述驱动元件沿着配合方向或与配合方向相反的方向运动期间，用第一传感器记录所述驱动元件所施加的力，用第二传感器记录所述驱动元件所经历的距离，作为力/位移曲线，

c.沿着所述配合方向移动所述驱动元件，其中所述驱动元件将运动传递至所述冲头和经由至少一个第一弹簧和一个第二弹簧传递至所述压紧装置直到达到所述力设定点值F_soll，且之后将所述驱动元件移动至初始位置，

d.在记录的所述力/位移曲线中的线性卸载范围与所述连接装置的参考曲线进行对比之后通过至少一个校正值K偏移所述力设定点值F_soll，以在随后的连接过程中获得冲压铆钉连接过程中的指定头端位置或压铆过程中的预定剩余底部厚度，其中所述参考曲线可以在所述冲头和所述压紧装置与反向支承之间没有布置金属板和没有连接元件的情况下通过所述驱动元件将所述冲头和所述压紧装置朝向或远离反向支承移动时作为参考的力/位移曲线被确定。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括：

若所述线性卸载范围与所述参考卸载范围匹配则保持所述力设定点值F_soll，

若与所述参考卸载范围相比所述线性卸载范围朝向更小的位移值移动则通过所述至少一个校正值K来增大所述力设定点值F_soll，

若与所述参考卸载范围相比所述线性卸载范围朝向更大的位移值移动则通过所述至少一个校正值K来减小所述力设定点值F_soll。

9.根据权利要求7或8所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

若所述力/位移曲线中的线性卸载范围外推至与在力为零处的位移轴或与特定的力值的直线的交点SP与所述线性的参考卸载范围外推至与位移轴或与特定力值的直线的参考交点R匹配表示齐平的或指定的头端位置或预定的剩余底部厚度，则保持所述力设定点值F_soll，

若所述交点SP从所述参考交点R向较小位移值的偏差表示与指定的相比更大的头部突出或在铆压过程中比指定的更大的剩余底部厚度，则通过所述至少一个校正值来增大所述力设定点值F_soll，和

若所述交点SP从所述参考交点R向较大位移值的偏差表示所述连接元件被过深地压入至所述多个金属板中或在铆压过程中比指定的更小的剩余底部厚度，则通过所述至少一个校正值来减小所述力设定点值F_soll。

10.根据权利要求7至9任一项所述的控制方法，其特征在于，所述参考的力/位移曲线在由梯级隔开的第一线性增长范围和第二线性增长范围分别表示所述压紧装置的第一弹簧的变形和所述压紧装置的第二弹簧的变形，且所述方法还包括另一步骤：

生成在所述参考的力/位移曲线中的所述梯级的位移值W_RS,0与所述记录的力/位移曲线中的所述梯级的位移值W_ES,0之差，表示待连接的多个金属板的厚度，和

将所述力设定点值F_soll偏移至修正力设定点值F_soll,k作为待连接的所述多个金属板的确定的厚度的函数。

11.根据权利要求7至10任一项所述的控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：

生成与第二线性增长范围相邻的非线性增长范围的初始位移值S₀与相邻的所述第二线性增长范围的起始位移值S₀₂之间增长范围的差，表示所述连接元件的长度，

将所述连接元件的确定的长度与储存的铆钉长度进行比较，且

若所述连接元件的确定的长度短于储存的最小铆钉长度或长于最大的铆钉长度则中止所述连接过程。